JP7021497B2

JP7021497B2 - 生体信号測定装置、生体信号測定方法

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Publication number: JP7021497B2
Application number: JP2017202440A
Authority: JP
Inventors: 元保中尾; 友祐吉田; 高栄木原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: JP2019072397A

Description

本発明は、生体の発する電気信号（生体信号）を測定する生体信号測定装置および生体信号測定方法に関する。

特許文献１には、差動増幅回路を用いて生体信号を測定する装置が記載されている。特許文献１に記載の装置は、差動増幅回路、第１計測電極、第２計測電極、および、基準電極を備える。

第１計測電極、第２計測電極、および、基準電極は、生体の表面に装着されている。第１計測電極と第２計測電極の一方は、差動増幅回路の反転入力端子に接続され、他方は、差動増幅回路の非反転入力端子に接続されている。基準電極は、差動増幅回路の基準電位端子に接続され、基準電極と基準電位端子とは、接地されている。

特開２００３－３３９６５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、第１計測電極および第２計測電極の生体への接触抵抗の変化に伴って、装置として出力する測定信号の振幅が変化してしまう。すなわち、特許文献１に記載の装置では、接触抵抗の変化に対応できない。これにより、生体が発する生体信号を正確に測定できない。

したがって、本発明の目的は、接触抵抗の影響を抑制して、生体信号を正確に測定することにある。

この発明に係る生体信号測定装置の一態様は、第１検出電極、第２検出電極、差動増幅回路、第１抵抗素子、第２抵抗素子、接触抵抗測定回路、および、利得制御回路を備える。差動増幅回路は、第１検出電極が接続される第１入力端子、および、第２検出電極が接続される第２入力端子を有する。第１抵抗素子は、第１入力端子と基準電位との間に接続されている。第２抵抗素子は、第２入力端子と基準電位との間に接続されている。接触抵抗測定回路は、第１検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、第２検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値を測定する。利得制御回路は、測定された接触抵抗の抵抗値を用いて、差動増幅回路の利得を制御する。

この構成では、接触抵抗の抵抗値に応じて差動増幅回路の利得が変化する。これにより、接触抵抗に起因する差動増幅回路の出力信号の変化が抑制される。

また、この発明の生体信号測定装置は、次の構成であることが好ましい。第１抵抗素子と第２抵抗素子は、可変抵抗素子である。生体信号測定装置は、入力抵抗制御回路をさらに備える。入力抵抗制御回路は、第１検出電極の接触抵抗の抵抗値と第２検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、第１抵抗素子の抵抗値と第２抵抗素子の抵抗値との比を制御する。

この構成では、第１検出電極の接触抵抗の抵抗値と第２検出電極の接触抵抗の抵抗値とが異なる場合（特に大幅に異なる場合）であっても、差動増幅回路の第１入力端子に入力される生体信号と第２入力端子に入力される生体信号との接触抵抗に起因する振幅差が抑制される。

また、この発明の生体信号測定装置では、次の構成を採用することもできる。生体信号測定装置は、第３検出電極、第４検出電極、および、スイッチ回路をさらに備える。スイッチ回路は、第１接続態様と第２接続態様とを切り替える。第１接続態様は、第１検出電極を第１入力端子に接続し、第２検出電極を第２入力端子に接続する。第２接続態様は、第３検出電極を第１入力端子に接続し、第４検出電極を前記第２入力端子に接続する。接触抵抗測定回路は、第１検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、第２検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、第３検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、第４検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値を測定する。

利得制御回路は、第１接続態様では、第１検出電極の接触抵抗の抵抗値および第２検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、差動増幅回路の利得を制御する。利得制御回路は、第２接続態様では、第３検出電極の接触抵抗の抵抗値および第４検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、差動増幅回路の利得を制御する。

この構成では、生体の複数箇所からの生体信号が測定される。この際、測定箇所に応じて、すなわち、測定箇所の違いによる接触抵抗の違い、および、各検出電極の接触抵抗の抵抗値に応じて、差動増幅回路の利得が制御される。これにより、複数の測定箇所のそれぞれにおいて、接触抵抗に起因する差動増幅回路の出力信号の変化が抑制される。また、接触抵抗測定回路、利得制御回路、および、差動増幅回路は、複数の測定箇所に対して共通である。したがって、複数箇所が測定可能な生体信号測定装置の回路の簡素化、小型化が実現される。

入力抵抗制御回路は、第１接続態様では、第１検出電極の接触抵抗の抵抗値と第２検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、第１抵抗素子の抵抗値と第２抵抗素子の抵抗値との比を制御する。入力抵抗制御回路は、第２接続態様では、第３検出電極の接触抵抗の抵抗値と第４検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、第１抵抗素子の抵抗値と第２抵抗素子の抵抗値との比を制御する。

この構成では、生体の複数箇所からの生体信号が測定される。この際、測定箇所に応じて、すなわち、測定箇所の違いによる接触抵抗の違い、および、各検出電極の接触抵抗の抵抗値に応じて、差動増幅回路の利得および入力抵抗比が制御される。これにより、複数の測定箇所のそれぞれにおいて、接触抵抗に起因する差動増幅回路の出力信号の変化が抑制され、差動増幅回路の第１入力端子に入力される生体信号と第２入力端子に入力される生体信号との接触抵抗に起因する振幅差が抑制される。また、接触抵抗測定回路、利得制御回路、入力抵抗制御回路、および、差動増幅回路は、複数の測定箇所に対して共通である。したがって、複数箇所の測定が可能な生体信号測定装置の回路の簡素化、小型化が実現される。

この発明によれば、接触抵抗の影響を抑制でき、生体信号を正確に測定できる。

本発明の第１の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る生体信号測定方法のフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る生体信号測定方法のフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。生体信号の測定開始からの経過時間に応じて、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。生体信号の測定開始からの測定回数に応じて、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。接触抵抗の変化をトリガとして、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。

本発明の第１の実施形態に係る生体信号測定装置および生体信号測定方法について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。

図１に示すように、生体信号測定装置１０は、差動増幅回路２０、検出電極３１、検出電極３２、抵抗素子４１、抵抗素子４２、接触抵抗測定回路５０、および、利得制御回路６０を備える。検出電極３１が本発明の「第１検出電極」に対応し、検出電極３２が本発明の「第２検出電極」に対応する。抵抗素子４１が本発明の「第１抵抗素子」に対応し、抵抗素子４２が本発明の「第２抵抗素子」に対応する。

差動増幅回路２０は、反転入力端子、非反転入力端子、および、出力端子を備える。非反転入力端子が本発明の「第１入力端子」に対応し、反転入力端子が本発明の「第２入力端子」に対応する。

差動増幅回路２０は、反転入力端子に入力された信号と非反転入力端子に入力された信号の差動信号を、設定された利得Ｇで増幅して、出力端子から測定信号として出力する。

検出電極３１は、非反転入力端子に接続されている。検出電極３２は、反転入力端子に接続されている。検出電極３１と検出電極３２とは、生体９０の異なる位置に装着されている。

抵抗素子４１は、非反転入力端子と基準電位（例えば、接地電位）との間に接続されている。抵抗素子４１は、差動増幅回路２０の非反転入力端子側の入力抵抗を決定する。抵抗素子４２は、反転入力端子と基準電位（例えば、接地電位）との間に接続されている。抵抗素子４２は、差動増幅回路２０の反転入力端子側の入力抵抗を決定する。抵抗素子４１が接続する基準電位と抵抗素子４２が接続する基準電位とは同じ電位である。

接触抵抗測定回路５０は、検出電極３１および検出電極３２にそれぞれ接続されている。接触抵抗測定回路５０は、分圧抵抗を測定する方法等の既知の各種の方法を用いて、検出電極３１と生体９０との接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ、および、検出電極３２と生体９０との接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎを測定する。接触抵抗測定回路５０は、測定した接触抵抗値を、利得制御回路６０に出力する。

利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０、および、差動増幅回路２０の利得制御端子に接続されている。利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０から入力された接触抵抗値を用いて、後述の方法から、差動増幅回路２０の利得Ｇを制御する。概略的には、利得制御回路６０は、接触抵抗値が大きければ、利得Ｇを大きくするように制御する。

このような生体信号測定装置１０では、次の様に、生体信号の基づく測定信号を出力する。生体９０に動きがあると、生体信号が発生する。すなわち、生体９０は、生体信号発生源９００とみなせ、検出電極３１側には第１生体信号が生じ、検出電極３２側には第２生体信号が生じる。第１生体信号と第２生体信号とは、位相の差を有するものの、基本波形は略同じである。

第１信号は、接触抵抗９１１、検出電極３１を介して、差動増幅回路２０の非反転入力端子に入力される。

第２信号は、接触抵抗９１２、検出電極３２を介して、差動増幅回路２０の反転入力端子に入力される。

差動増幅回路２０は、第１生体信号と第２生体信号とを、利得Ｇによって差動増幅し、測定信号を出力する。測定信号の電圧をＶｏｕｔとする。

（差動増幅回路の利得の制御方法）
上記の構成において、抵抗素子４１の抵抗値をＲｉｎｐ、抵抗素子４２の抵抗値をＲｉｎｎとし、接触抵抗９１１の抵抗値をＲｃｐ、接触抵抗９１２の抵抗値をＲｃｎとする。抵抗素子４１の抵抗値Ｒｉｎｐ、および、抵抗素子４２の抵抗値Ｒｉｎｎは既知である。接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ、および、接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎは、接触抵抗測定回路５０によって、測定される。

生体９０内（生体信号発生源９００からの出力直後）での第１生体信号の電圧をＶｓｐとし、生体９０内（生体信号発生源９００からの出力直後）での第２生体信号の電圧をＶｓｎとする。差動増幅回路２０の非反転入力端子での第１生体信号の電圧をＶｉｎｐとし、反転入力端子での第２生体信号の電圧をＶｉｎｎとし、測定信号の電圧をＶｏｕｔとする。また、差動増幅回路２０の利得は、上述のＧとする。

測定信号の電圧Ｖｏｕｔは、次式から算出できる。

ここで、接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ、および、接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎが、抵抗素子４１の抵抗値Ｒｉｎｐ、および、抵抗素子４２の抵抗値Ｒｉｎｎに対して十分に小さいとすると、（式１）は、次式のように近似できる。

この場合の利得Ｇを理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとする。この利得Ｇｔｒｇは、生体信号測定装置１０として必要な検出感度等によって設定される。

抵抗値Ｒｃｐと抵抗値Ｒｃｎが、抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗値Ｒｉｎｎに対して無視できない大きさであり、抵抗値Ｒｃｐと抵抗値Ｒｃｎとが略同じ（Ｒｃｐ＝Ｒｃｎ＝Ｒｃ）であり、抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗値Ｒｉｎｎとが略同じ（Ｒｉｎｐ＝Ｒｉｎｎ＝Ｒｉｎ）であるとすると、（式１）は、次のように表される。なお、抵抗値Ｒｃには、抵抗値Ｒｃｐと抵抗値Ｒｃｎとの平均値を用いてもよい。

この場合の利得Ｇを調整利得Ｇａｄｊとする。

（式２）のＶｏｕｔと（式３）のＶｏｕｔとが同じであることによって、測定信号が安定することを意味するので、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇ、調整利得Ｇａｄｊ、（式２）、（式３）から、次の関係が導かれる。

したがって、次式が得られる。

この調整利得Ｇｓｄｊを差動増幅回路２０に設定する。

これにより、生体信号測定装置１０は、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐおよび接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎによる生体信号の振幅への影響を、差動増幅回路２０の利得Ｇａｄｊで抑制できる。すなわち、生体信号測定装置１０は、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐおよび接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎの測定値を用いて、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐおよび接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎの影響を抑制した測定信号を出力できる。したがって、生体信号測定装置１０は、検出電極と生体との接触抵抗に影響されることなく、生体信号を正確に測定できる。

なお、上述の生体信号の測定（測定信号の出力）は、上述の回路構成に限らず、次に示す方法を実行可能な各種の装置によっても実現可能である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る生体信号測定方法のフローチャートである。なお、図２に示す生体信号測定方法における利得の設定原理は、上述の通りである。

生体信号測定装置１０は、検出電極と生体との接触抵抗を測定する（Ｓ１１）。生体信号測定装置１０は、測定した接触抵抗と、上述の差動増幅回路の各種の固定パラメータ（入力抵抗、理想測定状態での利得）とを用いて、差動増幅回路の利得を制御する（Ｓ１２）。生体信号測定装置１０は、当該利得を用いて、生体信号に基づく測定信号を出力する（Ｓ１３）。

次に、第２の実施形態に係る生体信号測定装置について、図を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。

図３に示すように、第２の実施形態に係る生体信号測定装置１０Ａは、第１の実施形態に係る生体信号測定装置１０に対して、検出電極３３、検出電極３４、スイッチ回路７１、および、スイッチ回路７２をさらに備える点において異なる。生体信号測定装置１０Ａの他の構成は、生体信号測定装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

検出電極３３と検出電極３４とは、生体９０の異なる位置に装着されている。さらに、検出電極３３と検出電極３４とは、検出電極３１と検出電極３２とに対して、生体９０の異なる位置に装着されている。検出電極３３が本発明の「第３検出電極」に対応し、検出電極３４が本発明の「第４検出電極」に対応する。

検出電極３１、検出電極３３、差動増幅回路２０の非反転入力端子は、スイッチ回路７１に接続されている。スイッチ回路７１は、差動増幅回路２０の非反転入力端子を、検出電極３１および検出電極３３に対して選択的に接続する。

検出電極３２、検出電極３４、差動増幅回路２０の反転入力端子は、スイッチ回路７２に接続されている。スイッチ回路７２は、差動増幅回路２０の反転入力端子を、検出電極３２および検出電極３４に対して選択的に接続する。

差動増幅回路２０の非反転入力端子と検出電極３１とが接続され、差動増幅回路２０の反転入力端子と検出電極３２とが接続される接続態様が、第１接続態様である。差動増幅回路２０の非反転入力端子と検出電極３３とが接続され、差動増幅回路２０の反転入力端子と検出電極３４とが接続される接続態様が、第２接続態様である。すなわち、スイッチ回路７１およびスイッチ回路７２は、同期しており、第１接続態様と第２接続態様とを切り替える。

接触抵抗測定回路５０は、検出電極３１、検出電極３２、検出電極３３、および、検出電極３４に接続されている。接触抵抗測定回路５０は、検出電極３１と生体９０との接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１、検出電極３２と生体９０との接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１、検出電極３３と生体９０との接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２、および、検出電極３４と生体９０との接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２を測定する。

利得制御回路６０は、上述の利得の設定原理を適用して、差動増幅回路２０の利得を制御する。具体的には、第１接続態様では、利得制御回路６０は、検出電極３１と生体９０との接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１、検出電極３２と生体９０との接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１、抵抗素子４１の抵抗値Ｒｉｎｐ、抵抗素子４２の抵抗値Ｒｉｎｎ、および、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇを用いて、差動増幅回路２０の利得を制御する。第２接続態様では、利得制御回路６０は、検出電極３３と生体９０との接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２、検出電極３４と生体９０との接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２、抵抗素子４１の抵抗値Ｒｉｎｐ、抵抗素子４２の抵抗値Ｒｉｎｎ、および、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇを用いて、差動増幅回路２０の利得を制御する。

このような構成を用いることによって、生体信号測定装置１０Ａは、検出電極３１と検出電極３２とで検出する生体９０の生体信号発生源９０１からの生体信号に基づく測定信号、および、検出電極３３と検出電極３４とで検出する生体９０の生体信号発生源９０２からの生体信号に基づく測定信号を、それぞれに接触抵抗の影響を抑制して出力できる。

すなわち、生体信号測定装置１０Ａは、生体９０の複数箇所からの生体信号を測定でき、測定箇所の違いによる接触抵抗の違い、および、各検出電極の接触抵抗に応じて、差動増幅回路の利得を制御できる。これにより、生体信号測定装置１０Ａは、複数の測定箇所のそれぞれにおいて、接触抵抗に起因する差動増幅回路の出力信号の変化を抑制でき、生体信号を正確に測定できる。また、接触抵抗測定回路５０、利得制御回路６０、および、差動増幅回路２０は、複数の測定箇所の検出に対して共通である。したがって、生体信号測定装置１０Ａは、複数箇所での生体信号の測定を可能にしながら、回路の簡素化、小型化を実現できる。

次に、第３の実施形態に係る生体信号測定装置および生体信号測定方法について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。

図４に示すように、第３の実施形態に係る生体信号測定装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る生体信号測定装置１０に対して、抵抗素子４１に換えて抵抗素子４１ｖを備え、抵抗素子４２に換えて抵抗素子４２ｖを備え、入力抵抗制御回路８０をさらに備える点において異なる。生体信号測定装置１０Ｂの他の構成は、生体信号測定装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

抵抗素子４１ｖおよび抵抗素子４２ｖはそれぞれに可変抵抗素子である。抵抗素子４１ｖが本発明の「第１抵抗素子」に対応し、抵抗素子４２ｖが本発明の「第２抵抗素子」に対応する。

入力抵抗制御回路８０は、接触抵抗測定回路５０、利得制御回路６０、抵抗素子４１ｖ、および、抵抗素子４２ｖに接続されている。概略的には、入力抵抗制御回路８０は、接触抵抗測定回路５０によって測定された接触抵抗を用いて、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐおよび抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎを制御する。また、入力抵抗制御回路８０は、設定した抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐおよび抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎを、利得制御回路６０に出力する。

（差動増幅回路の入力抵抗の制御方法）
通常、第１生体信号と第２生体信号とは、位相は異なるものの振幅は略同じである。したがって、検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐと検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎとが同じであれば、非反転入力端子に入力される第１生体信号の電圧Ｖｉｎｐと、反転入力端子に入力される第２生体信号の電圧Ｖｉｎｎとは略同じになる。しかしながら、検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐと検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎとが異なると、非反転入力端子に入力される第１生体信号の電圧Ｖｉｎｐと、反転入力端子に入力される第２生体信号の電圧Ｖｉｎｎとも異なる。この場合、差動増幅回路２０により、生体信号を正確に反映した測定信号を出力できない。

ここで、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎを調整することによって、第１生体信号の電圧Ｖｉｎｐと第２生体信号の電圧Ｖｉｎｎとを略同じにできる。

この場合、検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ、検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐ、および、抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎの関係は、以下の通りである。

すなわち、次式の関係になる。

入力抵抗制御回路８０は、これら（式６）、（式７）の関係を用いて、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐ、および、抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎを制御する。これにより、生体信号測定装置１０Ｂは、差動増幅回路２０の非反転入力端子に入力される第１生体信号の電圧Ｖｉｎｐと、反転入力端子に入力される第２生体信号の電圧Ｖｉｎｎとを略同じにできる。

利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐと、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、上述の（式５）と同じ次式を適用することによって、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定する。

なお、利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎと、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、上述の（式５）と同じ次式を適用することによって、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定してもよい。

これにより、生体信号測定装置１０Ｂは、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐと接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎとの差による差動増幅回路への入力信号の電圧差（振幅差）を抑制できる。さらに、生体信号測定装置１０Ｂは、生体信号測定装置１０と同様に、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐと接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎによる生体信号の振幅への影響を抑制できる。

すなわち、生体信号測定装置１０Ｂは、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐおよび接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎの測定値を用いて、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐと接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎの影響、および、接触抵抗の抵抗値Ｒｃｐと接触抵抗の抵抗値Ｒｃｎとの抵抗値の差の影響を抑制した測定信号を出力できる。したがって、生体信号測定装置１０Ｂは、検出電極と生体との接触抵抗に影響されることなく、生体信号を、より正確に測定できる。

なお、上述の生体信号の測定（測定信号の出力）は、上述の回路構成に限らず、次に示す方法を実行可能な各種の装置によっても実現可能である。図５は、本発明の第３の実施形態に係る生体信号測定方法のフローチャートである。なお、図５に示す生体信号測定方法における差動増幅回路の入力抵抗および利得の設定原理は、上述の通りである。

生体信号測定装置１０Ｂは、検出電極と生体との接触抵抗を測定する（Ｓ１１）。生体信号測定装置１０Ｂは、測定した接触抵抗から、差動増幅回路の入力抵抗を制御する（Ｓ２１）。生体信号測定装置１０Ｂは、測定した接触抵抗と、設定した入力抵抗と、上述の差動増幅回路の固定パラメータ（理想測定状態での利得）とを用いて、差動増幅回路の利得を制御する（Ｓ１２）。生体信号測定装置１０Ｂは、当該利得を用いて、生体信号に基づく測定信号を出力する（Ｓ１３）。

次に、本発明の第４の実施形態に係る生体信号測定装置について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る生体信号測定装置の機能ブロック図である。

図６に示すように、第４の実施形態に係る生体信号測定装置１０Ｃは、第２の実施形態に係る生体信号測定装置１０Ａに対して、抵抗素子４１に換えて抵抗素子４１ｖを備え、抵抗素子４２に換えて抵抗素子４２ｖを備え、入力抵抗制御回路８０をさらに備える点において異なる。生体信号測定装置１０Ｃの他の構成は、生体信号測定装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。すなわち、生体信号測定装置１０Ｃは、生体信号測定装置１０Ａと生体信号測定装置１０Ｂとを組み合わせた構成からなる。

入力抵抗制御回路８０は、第１接続態様では、検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１と、検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１とを用いて、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎとを設定する。入力抵抗制御回路８０は、第２接続態様では、検出電極３３の接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２と、検出電極３４の接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２とを用いて、抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎとを設定する。それぞれの接続態様での抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎとの算出は、第３の実施形態に係る生体信号測定装置１０Ｂと同様であり、説明は省略する。

利得制御回路６０は、第１接続態様では、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３１の接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１と、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定する。なお、利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３２の接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１と、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定してもよい。

利得制御回路６０は、第２接続態様では、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３３の接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２と、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４１ｖの抵抗値Ｒｉｎｐと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定する。なお、利得制御回路６０は、接触抵抗測定回路５０で測定された検出電極３４の接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２と、入力抵抗制御回路８０で設定された抵抗素子４２ｖの抵抗値Ｒｉｎｎと、理想測定状態での利得Ｇｔｒｇとを用いて、調整利得Ｇａｄｊを算出し、差動増幅回路２０に設定してもよい。

これにより、生体信号測定装置１０Ｃは、第１接続態様では接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１と接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１との差による差動増幅回路への入力信号の電圧差（振幅差）を抑制できる。同様に、生体信号測定装置１０Ｃは、第２接続態様では接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２と接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２との差による差動増幅回路への入力信号の電圧差（振幅差）を抑制できる。さらに、生体信号測定装置１０Ｃは、生体信号測定装置１０と同様に、接触抵抗９１１の抵抗値Ｒｃｐ１と接触抵抗９１２の抵抗値Ｒｃｎ１による生体信号の振幅への影響、接触抵抗９２１の抵抗値Ｒｃｐ２と接触抵抗９２２の抵抗値Ｒｃｎ２による生体信号の振幅への影響を抑制できる。

また、生体信号測定装置１０Ｃは、生体９０の複数箇所からの生体信号を測定でき、測定箇所の違いによる接触抵抗の違い、および、各検出電極の接触抵抗に応じて、差動増幅回路の入力抵抗と利得を制御できる。これにより、生体信号測定装置１０Ｃは、複数の測定箇所のそれぞれにおいて、接触抵抗に起因する差動増幅回路の出力信号の変化を抑制でき、接触抵抗に起因する差動増幅回路の入力信号の振幅差を抑制でき、生体信号をより正確に測定できる。また、接触抵抗測定回路５０、利得制御回路６０、差動増幅回路２０、および、入力抵抗制御回路８０は、複数の測定箇所の検出に対して共通である。したがって、生体信号測定装置１０Ｃは、複数箇所での生体信号の測定を可能にしながら、回路の簡素化、小型化を実現できる。

なお、上述の方法では、生体信号の測定開始時に利得を制御する態様を示したが、時間的、回数的、または、接触抵抗値に基づいて、利得の再設定を行ってもよい。

図７は、生体信号の測定開始からの経過時間に応じて、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。図７に示すように、生体信号測定装置１０は、検出電極と生体との接触抵抗を測定する（Ｓ１１）。生体信号測定装置１０は、測定した接触抵抗と、上述の差動増幅回路の固定パラメータ（差動増幅回路の入力抵抗、および、理想測定状態での利得）とを用いて、差動増幅回路の利得を設定し、制御する（Ｓ１２）。生体信号測定装置１０は、当該利得を用いて、生体信号に基づく測定信号を出力する（Ｓ１３）。

生体信号測定装置１０は、計時をしており、閾値時間に達するまでは（Ｓ１４：ＮＯ）、利得を調整せず、生体信号の測定を継続する（Ｓ１３）。生体信号測定装置１０は、閾値時間に達すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、接触抵抗の測定に戻り、利得の再設定を行う。

これにより、経時的に接触抵抗が変化しても、生体信号測定装置１０は、この変化に追随して、適正な利得制御を行うことができる。

図８は、生体信号の測定開始からの測定回数に応じて、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。図８に示すように、生体信号測定装置１０は、検出電極と生体との接触抵抗を測定する（Ｓ１１）。生体信号測定装置１０は、測定した接触抵抗と、上述の差動増幅回路の固定パラメータ（差動増幅回路の入力抵抗、および、理想測定状態での利得）とを用いて、差動増幅回路の利得を設定し、制御する（Ｓ１２）。生体信号測定装置１０は、当該利得を用いて、生体信号に基づく測定信号を出力する（Ｓ１３）。

生体信号測定装置１０は、測定回数を計測しており、閾値回数に達するまでは（Ｓ１５：ＮＯ）、利得を調整せず、生体信号の測定を継続する（Ｓ１３）。生体信号測定装置１０は、閾値回数に達すると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、接触抵抗の測定に戻り、利得の再設定を行う。

これにより、測定が繰り返されて接触抵抗が変化しても、生体信号測定装置１０は、この変化に追随して、適正な利得制御を行うことができる。

図９は、接触抵抗の変化をトリガとして、利得の再設定を行う場合のフローチャートである。図９に示すように、生体信号測定装置１０は、検出電極と生体との接触抵抗を測定する（Ｓ１１）。生体信号測定装置１０は、測定した接触抵抗と、上述の差動増幅回路の固定パラメータ（差動増幅回路の入力抵抗、および、理想測定状態での利得）とを用いて、差動増幅回路の利得を設定し、制御する（Ｓ１２）。生体信号測定装置１０は、当該利得を用いて、生体信号に基づく測定信号を出力する（Ｓ１３）。

生体信号測定装置１０は、逐次的に接触抵抗を測定しており、接触抵抗の抵抗値の変化量を算出する（Ｓ１６）。生体信号測定装置１０は、接触抵抗の抵抗値の変化量が変化閾値を超えていなければ（Ｓ１７：ＮＯ）、利得を調整せず、生体信号の測定を継続する（Ｓ１３）。生体信号測定装置１０は、接触抵抗の抵抗値の変化量が変化閾値を超えていれば（Ｓ１７：ＹＥＳ）、利得の再設定を行い（Ｓ１８）、生体信号の測定を継続する（Ｓ１３）。

これにより、接触抵抗の抵抗値の変化を観測し、接触抵抗の抵抗値が利得の再設定に必要な程度変化すると、生体信号測定装置１０は、この変化に追随して、適正な利得制御を行うことができる。

なお、図７に示す方法、図８に示す方法、図９に示す方法は、それぞれに組み合わせることも可能であり、これらの組合せによって、適正な利得制御を、より確実に実現できる。

また、上述の説明では、検出電極が２個（１対）の場合と４個（２対）の場合を示したが、検出電極の個数は４個よりも多い、例えば６個（３対）以上であっても、上述の構成を適用することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：生体信号測定装置
２０：差動増幅回路
３１、３２、３３、３４：検出電極
４１、４１ｖ、４２、４２ｖ：抵抗素子
５０：接触抵抗測定回路
６０：利得制御回路
７１、７２：スイッチ回路
８０：入力抵抗制御回路
９０：生体
９００、９０１、９０２：生体信号発生源
９１１、９１２、９２１、９２２：接触抵抗

Claims

第１検出電極および第２検出電極と、
前記第１検出電極が接続される第１入力端子、および、前記第２検出電極が接続される第２入力端子を有する差動増幅回路と、
前記第１入力端子と基準電位との間に接続される第１抵抗素子と、
前記第２入力端子と前記基準電位との間に接続される第２抵抗素子と、
前記第１検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、前記第２検出電極と前記生体との接触抵抗の抵抗値を測定する接触抵抗測定回路と、
測定された前記接触抵抗の抵抗値を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御する利得制御回路と、
を備え、
前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子は、可変抵抗素子であり、
前記第１検出電極の接触抵抗の抵抗値と前記第２検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値との比を制御する入力抵抗制御回路を、さらに備える、生体信号測定装置。
第１検出電極および第２検出電極と、
前記第１検出電極が接続される第１入力端子、および、前記第２検出電極が接続される第２入力端子を有する差動増幅回路と、
前記第１入力端子と基準電位との間に接続される第１抵抗素子と、
前記第２入力端子と前記基準電位との間に接続される第２抵抗素子と、
前記第１検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、前記第２検出電極と前記生体との接触抵抗の抵抗値を測定する接触抵抗測定回路と、
測定された前記接触抵抗の抵抗値を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御する利得制御回路と、
第３検出電極および第４検出電極と、
前記第１検出電極を前記第１入力端子に接続し、前記第２検出電極を前記第２入力端子に接続する第１接続態様と、前記第３検出電極を前記第１入力端子に接続し、前記第４検出電極を前記第２入力端子に接続する第２接続態様と、を選択するスイッチ回路と、
を備え、
前記接触抵抗測定回路は、
前記第３検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、前記第４検出電極と前記生体との接触抵抗の抵抗値を測定し、
前記利得制御回路は、
前記第１接続態様では、前記第１検出電極の接触抵抗の抵抗値および前記第２検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御し、
前記第２接続態様では、前記第３検出電極の接触抵抗の抵抗値および前記第４検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御する、
生体信号測定装置。
第３検出電極および第４検出電極と、
前記第１検出電極を前記第１入力端子に接続し、前記第２検出電極を前記第２入力端子に接続する第１接続態様と、前記第３検出電極を前記第１入力端子に接続し、前記第４検出電極を前記第２入力端子に接続する第２接続態様と、を選択するスイッチ回路と、
を備え、
前記接触抵抗測定回路は、
前記第３検出電極と生体との接触抵抗の抵抗値、および、前記第４検出電極と前記生体との接触抵抗の抵抗値を測定し、
前記利得制御回路は、
前記第１接続態様では、前記第１検出電極の接触抵抗の抵抗値および前記第２検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御し、
前記第２接続態様では、前記第３検出電極の接触抵抗の抵抗値および前記第４検出電極の接触抵抗の抵抗値の少なくとも一方を用いて、前記差動増幅回路の利得を制御し、
前記入力抵抗制御回路は、
前記第１接続態様では、前記第１検出電極の接触抵抗の抵抗値と前記第２検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値との比を制御し、
前記第２接続態様では、前記第３検出電極の接触抵抗の抵抗値と前記第４検出電極の接触抵抗の抵抗値を用いて、前記第１抵抗素子の抵抗値と前記第２抵抗素子の抵抗値との比を制御する、
請求項１に記載の生体信号測定装置。
前記第１抵抗素子の抵抗値および前記第２抵抗素子の抵抗値は、

の関係式によって制御される、請求項１に記載の生体信号測定装置。
生体と第１検出電極との接触抵抗の抵抗値および前記生体と第２検出電極との接触抵抗の抵抗値を測定する接触抵抗測定工程と、
前記接触抵抗の抵抗値を用いて、前記第１検出電極および前記第２検出電極に接続する差動増幅回路の利得を制御する利得制御工程と、
前記利得制御工程によって制御された利得を用いて、前記第１検出電極から前記差動増幅回路に入力される第１信号と前記第２検出電極から前記差動増幅回路に入力される第２信号との差動信号を増幅して出力する差動増幅工程と、
前記接触抵抗の抵抗値を用いて、前記差動増幅回路の入力抵抗を制御する入力抵抗制御工程を、有し、
差動増幅工程では、
前記入力抵抗制御工程によって制御された入力抵抗、および、前記利得制御工程によって制御された利得を用いて、前記第１信号と前記第２信号との差動信号を増幅して出力する、生体信号測定方法。
前記接触抵抗の抵抗値は、

の関係式によって制御される、請求項５に記載の生体信号測定方法。