JP7050213B2 - 生体センサ、生体センサシステムおよび生体センサの動作制御方法 - Google Patents

生体センサ、生体センサシステムおよび生体センサの動作制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、生体センサ、生体センサシステムおよび生体センサの動作制御方法に関する。
生体に装着して心電図信号等の生体情報を長時間にわたり取得可能なウェアラブルな生体センサが知られている。例えば、この種の生体センサは、長手方向の両側に電極を有し、長手方向を胸骨に揃えて生体の胸部に貼り付けられた後、自動的に生体情報の計測を開始する（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０１９／０２５４５５３号明細書
生体に装着された生体センサにより生体情報を長時間にわたり取得する場合、生体センサが生体情報を正しく取得できないと、長時間の計測が無駄になってしまう。長時間の計測を無駄にしないためには、生体情報の計測（本計測）を開始する前に、生体情報を正常に取得できるかどうかを確認することが好ましい。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、生体情報の計測を開始する前に生体情報を正常に取得できるかどうかを確認可能にする機能を有する生体センサを提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の生体センサは、生体に貼り付けられる電極と、前記電極を介して生体の生体情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した生体情報を記憶するメモリと、前記メモリに接続された外部端子と、動作確認モード、生体情報記録モードおよびデータ出力モードを有する制御部と、前記取得部、前記メモリおよび前記制御部に電力を供給するバッテリと、を有し、前記制御部は、前記動作確認モード中、前記取得部が取得した生体情報を第１外部装置に無線で送信し、前記メモリは、前記データ出力モード中、前記外部端子に接続される第２外部装置から受信する読み出し要求に応じて、前記生体情報記録モード中に記録した生体情報を前記外部端子を介して前記第２外部装置に出力すること、を特徴とする。
開示の技術によれば、生体情報の本計測を開始する前に生体情報を正常に取得できるかどうかを確認可能にする機能を有する生体センサを提供することができる。
一実施形態に係る生体センサを含む生体センサシステムの例を示す全体構成図である。 図１のフレキシブル基板の例を示すレイアウト図である。 図１の生体センサを被検者の胸部に貼り付けた状態を示す説明図である。 図１の生体センサの回路構成の例を示すブロック図である。 図１の生体センサの動作モードの遷移の例を示す状態遷移図である。 図１の生体センサの動作の例を示すフロー図である。 図６の動作の続きを示すフロー図である。 図７の動作の続きを示すフロー図である。 図８の動作の続きを示すフロー図である。 図５および図７のペアリングモードでの動作の例を示すシーケンス図である。 図１の生体センサと動作確認機器との間でのデータの送受信の例を示すデータフロー図である。 図１の動作確認機器を接続したＰＣの画面の表示例を示す説明図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。信号または電圧等の情報が伝達される信号線または電圧線には、信号名または電圧名と同じ符号を使用する。また、符号"／"を付した信号線は、複数ビットを示すが、単線で示す信号線も、複数ビットの信号が伝送される場合がある。
図１は、一実施形態に係る生体センサを含む生体センサシステムの例を示す全体構成図である。図１に示す生体センサシステムＳＹＳは、生体センサ１００、初期動作を確認する動作確認機器３１０、ＰＣ（Personal Computer）３２０、生体センサ１００から生体情報の読み取る読み取り機器４１０およびＰＣ４２０を有する。動作確認機器３１０および読み取り機器４１０のそれぞれは、外部装置の一例である。
例えば、生体センサ１００は、生体から心電図信号を取得するウェアラブルな心電計である。なお、生体センサ１００は、心電図信号以外の生体情報を取得する機能を有してもよく、複数種の生体情報を取得する機能を有してもよい。
動作確認機器３１０は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェース（有線）を介してＰＣ３２０に接続される。動作確認機器３１０は、ＰＣ３２０からの制御に基づいて生体センサ１００との間で無線通信する機能を有する。例えば、ＰＣ３２０は、受信した生体情報の時間変化を示す波形（心電図波形等）を画面に表示する機能を有する。
読み取り機器４１０は、例えば、ＵＳＢインタフェース（有線）を介してＰＣ４２０に接続される。読み取り機器４１０は、通信ケーブルを介して生体センサ１００との間で通信する機能を有する（有線通信）。生体センサ１００、動作確認機器３１０および読み取り機器４１０の動作の詳細は、図５以降で説明する。
生体センサ１００は、生体情報の取得と取得した生体情報の処理とを実施する各種部品が搭載されたフレキシブル基板（樹脂基板）１１０と、筐体１２０（破線で示す）とを有する。フレキシブル基板１１０は、本体部１２１と、本体部１２１の長手方向の一端に設けられるくびれ部１２２と、くびれ部１２２を介して本体部１２１に接続されるパッド部１２３とを有する。また、フレキシブル基板１１０は、本体部１２１の長手方向の他端に設けられるくびれ部１２４と、くびれ部１２４を介して本体部１２１に接続されるパッド部１２５とを有する。本体部１２１、くびれ部１２２、パッド部１２３、くびれ部１２４およびパッド部１２５は、一体形成されている。
本体部１２１は、くびれ部１２２側に設けられる部品搭載部１２６と、くびれ部１２４側に設けられ、バッテリ２００が装着されるバッテリ装着部１２７とを有する。部品搭載部１２６に搭載される各種部品と、各種部品による回路例は、図４で説明する。部品搭載部１２６には、読み取り機器４１０に接続される通信ケーブルのコネクタが接続される外部端子１３１が形成される。
バッテリ装着部１２７には、例えば、部品搭載部１２６に電力を供給するコイン型のバッテリ２００が装着される。パッド部１２３には、生体の体表に貼り付けられる電極パターン１３２が形成され、パッド部１２５には、生体の体表に貼り付けられる電極パターン１３３が形成される。以下では、電極パターン１３２を電極１３２とも称し、電極パターン１３３を電極１３３とも称する。
図２は、図１のフレキシブル基板１１０の例を示すレイアウト図である。フレキシブル基板１１０の部品搭載部１２６には、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２１０、ＳｏＣ（System on a Chip）２２０、ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ２３０、スイッチ２４０およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）２５０が搭載される。ＬＥＤ２５０として、図４に示すように、緑色光を出力するＬＥＤ（Ｇ）と赤色光を出力するＬＥＤ（Ｒ）が部品搭載部１２６に搭載される。ＬＥＤ（Ｇ）、ＬＥＤ（Ｒ）は、発光素子の一例である。
生体センサ１００は、フレキシブル基板１１０において、ＡＳＩＣ２１０およびＳｏＣ２２０等の部品が搭載される部品搭載面（表面）の反対面（裏面）に貼り付けられたステンレス板等の板部材２６０（図２に太い破線枠で示す）を有する。例えば、スイッチ２４０は、突起部が押し下げられている間にオン状態に設定され、突起部が開放されている間にオフ状態に設定される押下スイッチである。スイッチ２４０は、くびれ部１２２に隣接する位置（本体部１２１の端部）であって、板部材２６０に対向する位置に搭載される。以下では、生体センサ１００が貼り付けられ、生体センサ１００により生体情報が取得される生体を被検者Ｐとも称する。
くびれ部１２４は、くびれ部１２２より長く形成される。図３で説明するように、生体センサ１００は、パッド部１２３を上側（首側）に向けて、被検者Ｐの胸骨に沿って貼り付けられる。電極１３２、１３３の被検者Ｐの体表への接着は、導電性の粘着剤を介して行われてもよく、電極１３２、１３３に非導電性の粘着剤を部分的に付け、非導電性の粘着剤を介して行われてもよい。あるいは、電極１３２、１３３に貼り付けた生体付着用の電極を、導電性または非導電性の粘着剤を介して被検者Ｐに貼り付けてもよい。なお、非導電性の粘着剤は、生体付着用の電極に部分的に付けられる。
バッテリ装着部１２７は、パッド部１２７ａ、１２７ｂおよびくびれ部１２７ｃを有する。パッド部１２７ａは、くびれ部１２４と部品搭載部１２６との間に設けられる。パッド部１２７ｂは、パッド部１２７ａに対して長手方向の直交方向（図２の上側方向）に、パッド部１２７ａから所定間隔離れて設けられる。くびれ部１２７ｃは、パッド部１２７ａ、１２７ｂの間に配置され、パッド部１２７ａ、１２７ｂを互いに連結する。
パッド部１２７ａは、バッテリ２００（図１）の正極端子が接続される正電極パターン１３４を有する。パッド部１２７ｂは、バッテリ２００の負極端子が接続される負電極パターン１３５を有する。例えば、正電極パターン１３４は、角部が面取りされた正方形形状を有し、負電極パターン１３５は、バッテリ２００の負極端子の円形形状の大きさに対応する円形形状を有する。例えば、負電極パターン１３５の直径は、バッテリ２００の直径と等しく、正電極パターン１３４の対角線の長さと等しい。
生体センサ１００にバッテリ２００を装着する場合、正電極パターン１３４および負電極パターン１３５の全体に、粘着テープ等の導電性の粘着剤がそれぞれ取り付けられる。そして、バッテリ２００の正極端子および負極端子を、粘着剤を介して正電極パターン１３４および負電極パターン１３５にそれぞれ貼り付けることで、バッテリ２００がバッテリ装着部１２７に装着される。なお、図１に示した本体部１２１は、くびれ部１２７ｃを撓めて、バッテリ２００を、正電極パターン１３４と負電極パターン１３５との間に挟んだ状態でバッテリ装着部１２７に装着した状態を示している。
フレキシブル基板１１０は、矩形状の部品搭載部１２６の周囲の一辺側（図２の下側）に、フレキシブル基板１１０の長手方向に沿って形成されるアンテナパターン１３６を有する。図示を省略するが、アンテナパターン１３６の一端は、ＳｏＣ２２０に接続される。また、フレキシブル基板１１０は、電極パターン１３３からくびれ部１２４を通ってスイッチ２４０の近傍まで、本体部１２１の端（図２の下側）に形成された配線パターン１３７を有する。配線パターン１３７により、電極１３３がＡＳＩＣ２１０に接続される。
アンテナパターン１３６は、フレキシブル基板１１０の部品搭載面（表面）側の配線層に形成される。一方、配線パターン１３７は、フレキシブル基板１１０の裏面側の配線層に形成される。これにより、例えば、帯電した物体に電極パターン１３３が接触し、電極パターン１３３への放電が発生した場合にも、配線パターン１３７に流れる直流電流がアンテナパターン１３６に流れることを防止することができる。したがって、放電による直流電流がアンテナパターン１３６を介してＳｏＣ２２０に流れることを防止することができ、ＳｏＣ２２０内の素子が静電破壊することを防止することができる。なお、ＡＳＩＣ２１０は、配線パターン１３７が接続される入力回路の形成領域に静電気放電に対する保護素子を有する。以下では、アンテナパターン１３６は、単にアンテナ１３６とも称する。
フレキシブル基板１１０は、外部からの応力を受けて変形させるために、部品搭載部１２６とバッテリ装着部１２７との間の外周部に、長手方向の直交方向に入り込む切り込み１２８を有する。
図３は、図１の生体センサ１００を被検者Ｐの胸部に貼り付けた状態を示す説明図である。例えば、生体センサ１００は、長手方向を被検者Ｐの胸骨に揃え、パッド部１２３を上側、パッド部１２５を下側にして被検者Ｐに貼り付けられる。すなわち、生体センサ１００は、長さの長いくびれ部１２４を下側にして、被検者Ｐに貼り付けられる。なお、生体センサ１００の本体部１２１の裏面には、本体部１２１を被検者Ｐの体表に貼り付けるための粘着テープまたは粘着剤が取り付けられる。
生体センサ１００の筐体１２０は、本体部１２１が収納された状態で、少なくとも電極１３２、１３３に対応する位置に開口を有し、開口から露出する電極１３２、１３３を被検者Ｐに接着可能である。生体センサ１００は、被検者Ｐに貼り付けられて被検者Ｐの体表に電極１３２、１３３が接着された状態で、動作確認機器３１０（図１）と無線通信する。そして、生体センサ１００は、被検者Ｐから取得した心電図信号等の生体情報を、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０（図１）に送信する。
この後、ＰＣ３２０の画面に表示された心電図波形等に基づいて、生体センサ１００が正しい位置に貼り付けられていることが医師等により確認される。そして、生体センサ１００は、医師等によるＰＣ３２０の操作に基づいて、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０から送信される記録開始コマンドに基づいて、生体情報の本計測を開始する。
生体センサ１００は、本計測中に被検者Ｐから順次取得する生体情報を、時間情報とともにフラッシュメモリ２３０に書き込む。また、生体センサ１００は、本計測中にスイッチ２４０が押下された場合、スイッチ２４０のオン状態が継続している間、現在時刻に対応する時間情報（オン状態を示す）をフラッシュメモリ２３０に順次書き込む。例えば、時間情報は、本計測の開始後、時間の経過とともに順次更新されるタイムカウンタ等である。
生体センサ１００を装着した被検者Ｐは、動悸または息切れ等の不調を感じた場合、スイッチ２４０を押下する。スイッチ２４０は、不調を感じている間、押下され続けてもよい。本計測の完了後、例えば、読み取り機器４１０は、心電図信号等の生体情報と、生体情報に付属するタイムカウンタと、スイッチ２４０のオン状態を示すタイムカウンタとを生体センサ１００のフラッシュメモリ２３０から読み出す。
読み取り機器４１０（図１）は、フラッシュメモリ２３０から読み出した各種情報をＰＣ４２０（図１）に転送する。各種情報を受信したＰＣ４２０は、画面に心電図波形等の生体情報とスイッチ２４０が押下されたタイミングとを表示する。これにより、ＰＣ４２０を操作する医師等は、被検者Ｐが不調を感じていたときの心電図波形等に異常が見られるか判定することが可能になる。
なお、例えば、本計測期間は、バッテリ２００からの電力により生体センサ１００が動作可能な期間に応じて設定される。例えば、本計測期間は、２４時間（１日）であるが、バッテリ２００の容量および生体センサ１００の消費電力に応じて、さらに長い時間に設定されてもよい。
この実施形態では、本計測期間中（後述する生体情報記録モード）に無線通信が実施されないため、ＳｏＣ２２０の無線通信機能はオフ状態に設定される。このため、本計測期間中に無線通信機能を動作させる場合に比べて、生体センサ１００の消費電力を削減することができる。
図４は、図１の生体センサ１００の回路構成の例を示すブロック図である。図４に示す各種要素は、電極１３２、１３３を除き、図２に示した部品搭載部１２６に搭載される。部品搭載部１２６は、図２で説明した要素以外に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、電源スイッチ１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、サーミスタ１６、フィルタ１８、２０および抵抗分割部２２を有する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、バッテリ２００から出力される電源電圧ＶＣＣ１（例えば、３Ｖ）を使用して、電源電圧ＶＣＣ１より低い電源電圧ＶＣＣ２を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、生成した電源電圧ＶＣＣ２をＳｏＣ２２０の電源端子、ＬＥＤ（Ｇ）、ＬＥＤ（Ｒ）、電源スイッチ１２およびＡＳＩＣ２１０の電源端子に供給する。
ＳｏＣ２２０は、バッテリ２００が電源電圧ＶＣＣ１を出力する間、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から電源電圧ＶＣＣ２を受けて常に動作する。但し、ＳｏＣ２２０は、例えば、内蔵する回路ブロックのトランジスタと電源線との接続を切り離すディープスリープモード（低消費電力モード）を有する。このため、ＳｏＣ２２０は、ディープスリープモード中、スイッチ２４０の押下を検出する割り込み機能を除いて、電力を消費しない。
電源スイッチ１２は、例えば、ｐチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタであり、ＳｏＣ２２０からのスイッチ制御信号ＳＣＮＴに応じてオン状態またはオフ状態に設定される。電源スイッチ１２は、オン状態に設定されたときに、電源線ＶＣＣ２を電源線ＶＣＣ２（Ｓ）に接続する。電源スイッチ１２がオン状態の期間、電源電圧ＶＣＣ２は、電源電圧ＶＣＣ２（Ｓ）としてフラッシュメモリ２３０およびサーミスタ１６に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４のイネーブル端子ＥＮに供給される。電源スイッチ１２がオンするタイミングについては、図６で説明する。
ディープスリープモードでは、後述するようにスイッチ２４０が長押しされるまで、電源スイッチ１２は、オフ状態に維持される。このため、ディープスリープモード中、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、ＡＳＩＣ２１０およびフラッシュメモリ２３０は、動作を停止し、サーミスタ１６に電流が流れない。したがって、ディープスリープモード中の生体センサ１００が消費する電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０およびディープスリープモード時のＳｏＣ２２０が消費する電力だけにすることができる。最小限の部品のみ動作させることにより、バッテリ２００の持ち時間を延ばすことが可能になり、生体情報記録モードにおいて生体情報を記録できる時間を延ばすことが可能になる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、イネーブル端子ＥＮで電源電圧ＶＣＣ２（Ｓ）を受けている間に動作し、電源電圧ＶＣＣ１を使用して、電源電圧ＶＣＣ１より低い電源電圧ＶＣＣ３を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、イネーブル端子ＥＮで電源電圧ＶＣＣ２（Ｓ）を受けていない間、電源電圧ＶＣＣ３の生成動作を停止する。特に、限定されないが、電源電圧ＶＣＣ３は、電源電圧ＶＣＣ２より低い。電源電圧ＶＣＣ３は、ＡＳＩＣ２１０に供給される。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の誤動作を防止するために、イネーブル端子ＥＮは、電源電圧ＶＣＣ２（Ｓ）に影響を与えない程度の高抵抗値の抵抗素子を介して接地線に接続されもよい。
ＡＳＩＣ２１０は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface：登録商標）によりＳｏＣ２２０と接続されている。ＡＳＩＣは、ＳＰＩのマスタースレーブ信号Ｍ／ＳをＳｏＣ２２０から受信する。例えば、ＳｏＣ２２０は、ＡＳＩＣ２１０をマスタとするときにマスタースレーブ信号Ｍ／Ｓをハイレベルに設定し、ＳｏＣ２２０をマスタとするときにマスタースレーブ信号Ｍ／Ｓをロウレベルに設定する。
ＡＳＩＣ２１０は、増幅器（以下、ＡＭＰ）２１２、アナログデジタルコンバータ（以下、ＡＤＣ）２１４、入出力インタフェース回路（以下、Ｉ／Ｏ）２１６およびロジック回路（以下、ＬＯＧＩＣ）２１８を有する。また、ＡＳＩＣ２１０は、クロック信号ＣＬＫを生成する図示しない発振回路を有しており、生成したクロック信号ＣＬＫをＡＳＩＣ２１０内で使用するだけでなく、ＳｏＣ２２０に出力する。
ＡＭＰ２１２は、フレキシブル基板１１０上に搭載されるフィルタ（ＦＬＴ）１８、２０を介して電極１３２（＋）、電極１３３（－）からそれぞれ受ける電圧信号ＩＮＰ、ＩＮＮを差動増幅し、増幅により得られた電圧信号をＡＤＣ２１４に出力する。ＡＤＣ２１４は、差動増幅された電圧信号をデジタル値（電圧値）変換し、変換により得られた電圧値をＩ／Ｏ２１６に出力する。そして、ＳＰＩの信号線を介してＩ／Ｏ２１６からＳｏＣ２２０に、心電図信号等の生体情報が出力される。
ＡＳＩＣ２１０は、電源電圧ＶＣＣ２、ＶＣＣ３を受けて動作する。例えば、ＡＭＰ２１２、ＡＤＣ２１４、ＬＯＧＩＣ２１８および図示しない発振回路は、電源電圧ＶＣＣ３により動作する。
ＳｏＣ２２０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）２２２と無線通信部２２４とを有する。ＭＣＵ２２２は、内蔵するメモリに格納された制御プログラムを実行することで、生体センサ１００の全体の動作を制御する。例えば、ＭＣＵ２２２は、ＬＥＤ（Ｇ）およびＬＥＤ（Ｒ）の点灯、点滅および消灯を制御し、サーミスタ１６に流れる電流の値を温度情報ＴＥＭＰとして受ける。
温度情報ＴＥＭＰにより示される温度は、生体センサ１００の周囲温度を示し、生体センサ１００が被検者Ｐに装着されている場合、被検者Ｐの体温を示す。このため、生体センサ１００は、被検者Ｐの体温を計測可能である。計測された体温は、心電図信号等ともに生体情報としてフラッシュメモリ２３０に書き込まれてもよい。
また、ＭＣＵ２２２は、抵抗分割部２２により電源電圧ＶＣＣ１を分圧した電圧ＶＤＥＴに基づいて、バッテリ２００が出力する電源電圧ＶＣＣ１の値を検出する。これにより、ＭＣＵ２２２は、電源電圧ＶＣＣ１が所定の電圧以下である場合、ＬＥＤ（Ｒ）を点滅させるなどして、バッテリ２００の容量の低下を生体センサ１００の外部に知らせることができる。なお、ＭＣＵ２２２は、図示しない抵抗分割部により電源電圧ＶＣＣ２、ＶＣＣ２（Ｓ）、ＶＣＣ３の少なくともいずれかの値を検出することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、１４または電源スイッチ１２の故障等を検出してもよい。
この場合にも、ＭＣＵ２２２は、ＬＥＤ（Ｒ）を点滅させることで、故障を外部に知らせることができる。なお、ＭＣＵ２２２は、ＬＥＤ（Ｒ）ではなく、ＬＥＤ（Ｇ）の点滅の周期と点滅パターンとの少なくともいずれかを故障の種類毎に変更してもよい。この場合、生体センサ１００は、ＬＥＤ（Ｒ）を持つことなく、ＬＥＤ（Ｇ）のみで、どの部品が故障したかを生体センサ１００の外部に知らせることができる。
さらに、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０に接続されており、スイッチ２４０が押下されたか否かを検出することができる。例えば、スイッチ２４０は、一端がＳｏＣ２２０に接続され、他端が接地線に接続されている。このため、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０が接続される端子のロウレベルによりスイッチ２４０の押下を検出することができる。なお、スイッチ２４０が接続されるＳｏＣ２２０の端子は、プルアップされている。ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下時間を検出することで、押下時間に応じた複数のイベントを判別可能である。すなわち、１つのスイッチ２４０により複数のイベントを検出可能なソフトスイッチを実現することができる。
ＳｏＣ２２０は、ＡＳＩＣ２１０に接続されたＳＰＩの信号線とは、別のＳＰＩの信号線によりフラッシュメモリ２３０と接続されている。ＭＣＵ２２２は、後述する生体情報記録モード中、ＡＳＩＣから受信した心電図信号等の生体情報を、ＳＰＩを介してフラッシュメモリ２３０に書き込む。
無線通信部２２４は、ＭＣＵ２２２からの指示に基づいて、アンテナ１３６を介して図１に示した動作確認機器３１０と通信する機能を有する。また、無線通信部２２４は、ＭＣＵ２２２のディープスリープモードが解除されたことに基づいて、動作確認機器３１０との間でペアリングを実施する機能を有する。無線通信部２２４と動作確認機器３１０とのペアリングについては、図７および図１０で説明する。
図４に示す生体センサ１００では、ＡＳＩＣ２１０は、電極１３２、１３３を介して生体情報を取得する取得部として機能する。フラッシュメモリ２３０は、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報を記憶するメモリとして機能する。ＳｏＣ２２０は、動作確認モードおよび生体情報記録モードを有する制御部として機能する。
動作確認モードは、生体センサ１００が生体情報を正しく取得できるか（生体センサ１００が正しく被検者Ｐに貼付されているか、および、生体センサ１００が正常に動作するか）を確認するモードである。例えば、動作確認モードでは、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０から受信した生体情報を、フラッシュメモリ２３０に書き込むことなく、無線通信部２２４を介して図１に示した動作確認機器３１０に送信する。このため、動作モード中に生体情報をフラッシュメモリ２３０に書き込む場合に比べて、生体センサ１００の消費電力を削減することができる。
生体情報記録モードは、生体センサ１００により生体情報を正しく取得できることが動作確認モードで確認された場合、動作確認機器３１０からの記録開始指示に基づいて、動作確認モードから遷移される動作モードである。生体情報記録モード中、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報をフラッシュメモリ２３０に順次書き込む。
図５は、図１の生体センサ１００の動作モードの遷移の例を示す状態遷移図である。すなわち、図５は、生体センサ１００の動作制御方法の一例を示し、生体センサ１００が実行する制御プログラムにより実現される動作の一例を示す。
ＭＣＵ２２２は、バッテリ２００がバッテリ装着部１２７に装着され、電源電圧ＶＣＣ２の生成が開始されたとき、初期化モードに遷移する。ＭＣＵ２２２は、初期化モードにおいて、ハードウェア等の初期設定を行う。初期化の完了後、動作モードは、ディープスリープモードに遷移する。ディープスリープモードは、ＭＣＵ２２２がスイッチ２４０の押下による割り込みを受け付けるモードであり、ＡＳＩＣ２１０および無線通信部２２４の動作を停止する低消費電力モードである。
ディープスリープモードにおいて、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の長押し（例えば、２秒）を検出した場合、ペアリングモードに遷移し、スイッチ２４０の押下時間が２秒より短い場合、ディープスリープモードを維持する。また、ディープスリープモードにおいて、ＭＣＵ２２２は、読み取り機器４１０が外部端子に接続された場合、データ出力モードに遷移する。
ペアリングモードにおいて、ＭＣＵ２２２は、無線通信部２２４に動作確認機器３１０との間でペアリングを実施させる。ペアリングが完了した場合、ＭＣＵ２２２は、コマンド待ちモードに遷移する。ペアリング時にエラーが発生した場合、ＭＣＵ２２２は、エラー処理モードに遷移し、エラー処理を実施する。ＭＣＵ２２２は、エラー処理モードに遷移中、ＬＥＤ（Ｒ）を所定のパターンで点滅させる（例えば、１秒間隔）。
ＭＣＵ２２２は、ペアリングモードが所定期間継続した場合、ペアリングモードからディープスリープモードに遷移する。例えば、所定期間は、１分である。ペアリングモードにおいて、ペアリングが実施されない状態が続いた場合にディープスリープモードに遷移させることで、バッテリ２００の電力が無駄に消費されることを防止することができる。
コマンド待ちモードにおいて、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０から波形確認コマンドを受信した場合、動作確認モードに遷移する。コマンド待ちモードにおいて、エラーが発生した場合、ＭＣＵ２２２は、エラー処理モードに遷移する。
動作確認モードにおいて、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０に生体情報の取得を指示し、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報を順次受信する。ＭＣＵ２２２は、受信した生体情報を、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０に送信する。ＭＣＵ２２２は、動作確認モード中、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０から通信停止の指示を受信した場合、ＡＳＩＣ２１０に生体情報の取得を停止させ、コマンド待ちモードに戻る。動作確認モードにおいて、エラーが発生した場合、ＭＣＵ２２２は、エラー処理モードに遷移する。
また、動作確認モード中、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０から記録開始コマンドを受信した場合、生体情報記録モードに遷移する。動作確認モードから生体情報記録モードに遷移する場合、例えば、ＡＳＩＣ２１０による生体情報の取得は継続される。なお、ペアリングモード、コマンド待ちモードおよび動作確認モードにおいて、スイッチ２４０が長押し（例えば、１０秒）された場合、動作モードはディープスリープモードに戻る。また、エラー処理モードにおいて、スイッチ２４０が長押し（例えば、１０秒）された場合、動作モードは、初期化モードに戻り、初期設定が実施される。
なお、ＭＣＵ２２２は、コマンド待ちモード中または動作確認モード中、スイッチ２４０の長押しだけでなく、外部からスリープ要求を受けた場合にディープスリープモードに遷移してもよい。例えば、外部からのスリープ要求は、生体センサシステムＳＹＳを操作する操作者等がペアリング時等に異常を感じた場合に、動作確認機器３１０を操作することで、動作確認機器３１０から発行される。これにより、バッテリ２００の電力が無駄に消費されることを防止することができる。
ＭＣＵ２２２は、動作確認モードの期間が所定期間継続した場合、動作確認モードからディープスリープモードに遷移する。例えば、所定期間は、２５分である。動作確認モードにおいて、例えば、生体情報を受信しない期間が続いた場合にディープスリープモードに遷移させることで、バッテリ２００の電力が無駄に消費されることを防止することができる。
さらに、ＭＣＵ２２２は、ペアリングモード中の受信信号強度の閾値を、動作確認モード中の信号の受信に使用する閾値より高く設定する。これにより、無線通信可能な生体センサ１００と動作確認機器３１０との距離を、動作確認モード中の無線通信可能な距離よりも短くすることができる。例えば、無線通信可能な生体センサ１００と動作確認機器３１０との距離は、ペアリングモード中に２０ｃｍ以内、動作確認モード中に数ｍ以内になるように設計される。
この結果、例えば、同一の室内等で複数の生体センサ１００のペアリングを実施する場合にも、意図しない生体センサ１００とペアリングされる誤接続の可能性を低減することができる。また、ペアリングモード中の消費電力を削減することができる。一方、ペアリング後の動作確認モードでは、無線通信可能な距離がペアリングモード時より長くなるため、生体センサ１００を動作確認機器３１０から離しても、無線通信を維持することができる。
生体情報記録モードにおいて、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０から受信する生体情報をフラッシュメモリ２３０に順次書き込む。また、生体情報記録モード中にスイッチの押下を検知した場合、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０がオフ状態になるまでイベント記録モードに遷移する。例えば、生体センサ１００が装着された被検者Ｐは、動悸または息切れ等の不調を感じたときにスイッチ２４０を押下する。すなわち、イベント記録モードでは、動悸または息切れ等の不調を被検者Ｐが感じた時刻を示す情報を生体情報とともにフラッシュメモリ２３０に記録することができる。
生体情報記録モードにおいて、所定の設定時間が経過した場合（例えば、２４時間）、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０に生体情報の取得の停止を指示し、データ出力待ちモードに遷移する。データ出力待ちモードにおいて、ＭＣＵ２２２は、読み取り機器４１０が外部端子１３１に接続されるのを待つ。例えば、データ出力モード中、ＭＣＵ２２２は、割り込み端子により読み取り機器４１０が外部端子１３１に接続されるのを待ち続ける。割り込みを待っている間の消費電力は、ディープスリープモードの消費電力と同様である。
ケーブルを介して外部端子１３１に接続された読み取り機器４１０は、外部端子１３１を介してフラッシュメモリ２３０にアクセスし、フラッシュメモリ２３０に記憶された生体情報および時間情報等を読み出す。データ出力待ちモードおよびデータ出力モードにおいて、スイッチ２４０が長押しされた場合（例えば、５秒）、動作モードは、初期化モードに戻り、初期設定が実施される。
データ出力モードにおいて、ケーブルを介して読み取り機器４１０を外部端子１３１に直接接続することで、ＭＣＵ２２２による制御を介することなく、フラッシュメモリ２３０から読み取り機器４１０に生体情報を読み出すことができる。ＭＣＵ２２２によるフラッシュメモリ２３０へのアクセスが実施されず、無線通信部２２４による無線通信も実施されないため、データ出力モード時の生体センサ１００の消費電力を最小限にすることができる。
図５に示すように、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下時間とスイッチ２４０が押下されたときの動作モードとに応じて、動作モードを他の様々な動作モードに遷移させることができる。このため、上述したように、１つのスイッチ２４０により複数のイベントを検出可能なソフトスイッチを実現することができる。この結果、複数のスイッチを生体センサ１００に搭載する場合に比べて、生体センサ１００を小型化でき、生体センサ１００のコストを削減することができる。
図６から図９は、図１の生体センサ１００の動作の例を示すフロー図である。図６から図９に示す処理は、ＭＣＵ２２２により制御プログラムを実行することで実現され、図５に示した状態遷移の各動作モードでの処理に対応する。すなわち、図６から図９は、生体センサ１００の動作制御方法の一例を示す。なお、図６から図９に示す処理では、エラーは発生しないものとし、エラー処理の説明を省略する。
バッテリ２００がバッテリ装着部１２７に装着され、電源電圧ＶＣＣ２の生成が開始された場合、ＭＣＵ２２２は初期化モードに遷移し、ステップＳ１０を実行する。
ステップＳ１０において、ＭＣＵ２２２は、ディープスリープモードで使用するＩ／Ｏポートの設定を実施する。次に、ステップＳ１２において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０が接続されるスイッチポートおよび外部端子１３１が接続される端子ポート等の割り込みを設定する。次に、ステップＳ１４において、ＭＣＵ２２２は、ディープスリープモードでのパワーモードを設定し、ディープスリープモードに遷移する。
次に、ステップＳ１６において、ＭＣＵ２２２は、ディープスリープモード中に、スイッチ２４０の押下を検出するまで待つ。スイッチ２４０が押下された場合、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下の検出を外部に知らせるために、ステップＳ１８において、ＬＥＤ（Ｇ）を第１パターンで点滅させる。例えば、第１パターンでは、数十ミリ秒間隔で点灯が繰り返される。
ステップＳ２０において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下時間が２秒を超えた場合、処理をステップＳ２２に移行する。ＭＣＵ２２２は、押下時間が２秒を超える前に、スイッチ２４０の押下が開放された場合（オフ状態）、ＬＥＤ（Ｇ）を消灯し、処理をステップＳ１０に戻す。なお、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下時間が２秒以下の場合、処理をステップＳ１６に戻してもよい。
ステップＳ２２において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の長押しを検出したことを外部に知らせるためにＬＥＤ（Ｇ）を点灯させる。次に、ステップＳ２４において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下が開放されるまで待つ。スイッチ２４０の押下が開放された場合、ステップＳ２６において、ＭＣＵ２２２は、ＬＥＤ（Ｇ）を消灯させる。
次に、ステップＳ２８において、ＭＣＵ２２２は、電源スイッチ１２をオン状態に設定し、電源電圧ＶＣＣ２（Ｓ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１４のイネーブル端子ＥＮ、フラッシュメモリ２３０およびサーミスタ１６に供給する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４が電源電圧ＶＣＣ３の生成を開始し、ＡＳＩＣ２１０が動作可能状態になる。
次に、ステップＳ３０において、ＭＣＵ２２２は、ＳＰＩを介してＡＳＩＣ２１０を初期設定する。次に、ステップＳ３２において、ＭＣＵ２２２は、ＬＥＤ（Ｇ）を第２パターンで点滅させ、処理を図７のステップＳ３４に移行する。例えば、ＬＥＤ（Ｇ）の第２パターンの点滅は、動作確認機器３１０とのペアリングを示す。第２パターンでは、１秒間に数回の点灯が繰り返される。ステップＳ３２の後、動作モードは、ディープスリープモードからペアリングモードに遷移する。
図７では、ペアリングモードの処理が実行される。例えば、無線通信部２２４と動作確認機器３１０との間の無線通信は、産業科学医療用（ＩＳＭ：Industrial Scientific and Medical）の周波数帯域である２．４ＧＨｚ帯を使用して実施される。２．４ＧＨｚ帯では、２４０２－２４８１ＭＨｚを１ＭＨｚ毎に区切った８０チャネルのいずれかを選択的に使用可能である。特に限定されないが、無線通信部２２４と動作確認機器３１０との間の無線通信の変調方式は、例えば、ＭＳＫ（Minimum-Shift Keying）である。
ステップＳ３４において、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０から送信されるペアリングコマンド"０ｘＦ１"と、２．４ＧＨｚ帯の８０チャネルのいずれかを示すチャネル番号との受信を待つ。ここで、ペアリングコマンドの先頭の"０ｘ"は、末尾の２桁の"Ｆ１"が１６進数であることを示し、実際のペアリングコマンドには含まれない。
ＭＣＵ２２２は、ペアリングコマンド"０ｘＦ１"とチャネル番号とを受信した場合、ステップＳ３６において、ＬＥＤ（Ｇ）を第１期間点灯させる。例えば、第１期間でのＬＥＤ（Ｇ）の点灯時間は数ミリ秒である。ＬＥＤ（Ｇ）の第１期間の点灯は、動作確認機器３１０から送信される各種コマンドの受信を示す。次に、ステップＳ３８において、ＭＣＵ２２２は、通信帯域毎に割り当てられる複数のチャネルを順次サーチし、各チャネルの受信強度を取得する。
次に、ステップＳ４０において、ＭＣＵ２２２は、サーチしたチャネルの中で、ステップＳ３４で受信したチャネル番号と一致するものがあり、かつ、一致したチャネルの受信強度が所定強度以上である場合、このチャネルを使用するチャネルに決定する。そして、ＭＣＵ２２２は、処理をステップＳ４２に移行する。一方、ＭＣＵ２２２は、サーチしたチャネルの中で、ステップＳ３４で受信したチャネル番号と一致するものがない場合、または、一致したチャネルの受信強度が所定強度より小さい場合、処理をステップＳ３４に戻し、異なるチャネル番号の受信を待つ。
ステップＳ４２において、ＭＣＵ２２２は、ペアリングコマンド"０ｘＦ２"と、ステップＳ４０で決定したチャネルを示すチャネル番号とを、動作確認機器３１０に送信する。次に、ステップＳ４４において、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０から送信されるペアリングコマンド"０ｘＦ３"の受信を待ち、ペアリングコマンド"０ｘＦ３"を受信した場合、ＬＥＤ（Ｇ）を第１期間点灯させる。ペアリングコマンド"０ｘＦ３"は、ボードＩＤを要求するボードＩＤ要求コマンドである。ここで、ボードＩＤは、予め生体センサ１００毎に割り当てられた識別情報であり、例えば、生体センサ１００の製造時にフラッシュメモリ２３０の所定の記憶領域に格納される。
ペアリングコマンド"０ｘＦ３"を受信した場合、ステップＳ４６において、ＭＣＵ２２２は、ペアリングコマンド"０ｘＦ４"と、例えば、ボードＩＤの末尾４桁とを、動作確認機器３１０に送信する。なお、送信するボードＩＤの桁数と桁位置は、上記に限定されない。
次に、ステップＳ４８において、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０から送信されるペアリング完了コマンド"０ｘＦ５"の受信を待ち、ペアリング完了コマンド"０ｘＦ５"を受信した場合、ＬＥＤ（Ｇ）を第１期間点灯させる。ペアリング完了コマンド"０ｘＦ５"は、ペアリング完了通知の一例である。
ペアリングコマンド"０ｘＦ５"を受信した場合、ステップＳ５０において、ＭＣＵ２２２は、ペアリングの完了を示すペアリング完了コマンド"０ｘＦ６"を、動作確認機器３１０に送信する。次に、ステップＳ５２において、ＭＣＵ２２２は、生体センサ１００の現在温度、使用中の電源電圧等の情報を含む内部情報を、動作確認機器３１０に送信する。
次に、図８のステップＳ５４において、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０から送信される波形確認コマンドの受信を待つ。波形確認コマンドは、医師等が、生体情報の時間変化を示す波形を確認するために、ＰＣ３２０の画面に表示された波形確認ボタンを選択した場合に、ＰＣ３２０から発行される。ＭＣＵ２２２は、波形確認コマンドを受信した場合、動作モードをペアリングモードから動作確認モードに遷移する。そして、ステップＳ５６において、ＭＣＵ２２２は、生体情報をＰＣ３２０へ送信することを外部に知らせるために、ＬＥＤ（Ｇ）を第２期間、第３パターンで点滅させる。例えば、第２期間は１分ないし数分であり、第３パターンでの１秒間の点滅回数は、第２パターンでの１秒間の点滅回数と異なる。
次に、ステップＳ５８において、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０に生体情報を取得させ、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報を受信する。次に、ステップＳ６０において、ＭＣＵ２２２は、受信した生体情報をフラッシュメモリ２３０に書き込むことなく、動作確認機器３１０に送信する。
次に、ステップＳ６２において、ＭＣＵ２２２は、動作確認機器３１０から記録開始コマンドを受信した場合、処理をステップＳ６４に移行し、動作モードを動作確認モードから生体情報記録モードに遷移する。ＭＣＵ２２２は、記録開始コマンドを受信しない場合、処理をステップＳ５８に戻す。すなわち、ＭＣＵ２２２は、記録開始コマンドを受信するまで、ステップＳ５８、Ｓ６０を繰り返し実行し、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報を、動作確認機器３１０を介してＰＣ３２０に送信する。
ステップＳ６４において、生体情報記録モード中、ＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報を受信する。次に、ステップＳ６６において、ＭＣＵ２２２は、取得した生体情報をフラッシュメモリ２３０に書き込む。フラッシュメモリ２３０への生体情報の書き込みは、生体情報記録モード中に実施され、動作確認モード中に実施されない。
なお、例えば、動作確認モード中に被検者Ｐから取得した生体情報をフラッシュメモリ２３０に書き込むとする。この場合、ＭＣＵ２２２は、動作確認モードから生体情報記録モードに遷移するときに、フラッシュメモリ２３０に書き込んだ生体情報を消去する必要がある。この実施形態では、動作確認モードから生体情報記録モードに遷移するときに、フラッシュメモリ２３０に書き込んだ生体情報を消去しなくてもよいため、フラッシュメモリ２３０の記憶容量を節約することができ、バッテリ２００の容量を節約することができる。
次に、ステップＳ６８において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０の押下を検出した場合、ステップＳ７０を実施し、スイッチ２４０の押下を検出しない場合、ステップＳ７２を実施する。ステップＳ７０は、図５に示したイベント記録モードの動作であり、ＭＣＵ２２２は、時間情報等のイベントをフラッシュメモリ２３０に書き込み、処理をステップＳ７２に移行する。
ステップＳ７２において、ＭＣＵ２２２は、予め設定した設定時間（例えば、２４時間）が経過した場合、処理を図９のステップＳ７４に移行し、設定時間が経過していない場合、処理をステップＳ６４に戻す。すなわち、ＭＣＵ２２２は、設定時間が経過するまで、ステップＳ６４からＳ７０を繰り返し実施し、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報をフラッシュメモリ２３０に順次書き込み、あるいは、時間情報等のイベントをフラッシュメモリに書き込む。ステップＳ７２の後、ＭＣＵ２２２は、動作モードを、生体情報記録モードからデータ出力待ちモードに移行する。
図９のステップＳ７４において、ＭＣＵ２２２は、生体情報の取得期間が終了したことを外部に知らせるために、ＬＥＤ（Ｇ）を第４パターンで点滅させる。例えば、第４パターンでは、数秒間隔で点灯が繰り返される。次に、ステップＳ７６において、ＭＣＵ２２２は、読み取り機器４１０が外部端子１３１に接続されるのを待ち、読み取り機器４１０が接続された場合、ステップＳ７８を実施する。
ステップＳ７８において、ＭＣＵ２２２は、読み取り機器４１０の外部端子１３１への接続を検出したことを外部に知らせるために、ＬＥＤ（Ｇ）を第３期間点灯させ、動作モードをデータ出力待ちモードからデータ出力モードに遷移する。例えば、第３期間は、１秒ないし数秒である。次に、ステップＳ８０において、フラッシュメモリ２３０は、読み取り機器４１０による読み出しアクセスに基づいて、記憶している生体情報等を、外部端子１３１を介して読み取り機器４１０に出力する。ステップＳ８０は、読み取り機器４１０からフラッシュメモリ２３０への読み出しアクセスが続く間、実施される。
次に、ステップＳ８２において、ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０が５秒以上押下されたことを検出した場合、処理を図６のステップＳ１０に戻し、初期化モードに遷移する。ＭＣＵ２２２は、スイッチ２４０が５秒以上押下されない場合、ステップＳ８２を繰り返し実施する。
図６から図９に示したように、生体センサ１００は、スイッチ２４０の押下状態に応じて、あるいは、生体センサ１００の内部状態に応じて、１つのＬＥＤ（Ｇ）の点灯時間、点滅の周期または点滅パターンを変化させる。これにより、例えば、ＰＣ３２０を操作する医師等は、ＬＥＤ（Ｇ）の点灯状態を見ることで、生体センサ１００がどの動作モードにいるのかを把握することができ、生体センサ１００が正しく動作していることを確認することができる。
図１０は、図５および図７のペアリングモードでの動作の例を示すシーケンス図である。図１０に示すシーケンスは、図７のペアリングモードでの動作に加えて、図８の動作確認モードでの動作に対応する。生体センサ１００の動作は、図７および図８の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図１０のシーケンスを開始する前、動作確認機器３１０がＰＣ３２０のＵＳＢ端子に接続される。また、ディープスリープモードに遷移中の生体センサ１００が被検者Ｐの胸部に貼り付けられ、スイッチ２４０が２秒以上長押しされることで、生体センサ１００は、ディープスリープモードからペアリングモードに遷移する（図１０（ａ））。その後、医師等の操作者によりＰＣ３２０が操作され、ＰＣ３２０から動作確認機器３１０にペアリングコマンドが送信され、動作確認機器３１０はペアリングモードを開始する（図１０（ｂ））。
動作確認機器３１０は、２．４ＧＨｚ帯の各チャネルの信号強度（例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値）を収集する（図１０（ｃ））。動作確認機器３１０は、ＲＳＳＩ値が最も小さいチャネルを、最も使用されていないチャネルとして、生体センサ１００との通信に使用することを決定する（図１０（ｄ））。なお、ＲＳＳＩ値が最も小さいチャネルが複数ある場合、動作確認機器３１０は、例えば、チャネル番号が最も小さいチャネルを使用チャネルに決定する。
動作確認機器３１０は、ペアリングコマンド"０ｘＦ１"と決定したチャネルを示すチャネル番号とを、図示しない同期ワードとともに繰り返し送信する（図１０（ｅ））。生体センサ１００は、ペアリングモードを開始した後、ペアリングコマンド"０ｘＦ１"とチャネル番号とを受信する。また、生体センサ１００は、２．４ＧＨｚ帯の８０チャネルを順次サーチし、各チャネルの受信強度を取得する。
生体センサ１００は、受信したチャネル番号と一致するチャネルの受信強度が所定強度以上のチャネルがある場合、動作確認機器３１０から受信したチャネル番号を、ペアリングコマンド"０ｘＦ２"とともに送信する（図１０（ｆ））。これにより、受信強度が所定強度に達しないチャネルを使用して生体情報等の送受信が実施されることを防止することができ、生体センサ１００と動作確認機器３１０との間の通信を所定以上の品質にすることができる。
なお、生体センサ１００は、動作確認機器３１０から受信したチャネル番号と一致するチャネルがない場合、または、チャネル番号と一致したチャネルの受信強度が所定強度より小さい場合、同期ワードをデフォルト値に戻し、再スタート点に戻る。動作確認機器３１０は、ペアリングコマンド"０ｘＦ１"を送信した後、所定時間内にペアリングコマンド"０ｘＦ２"を受信しない場合、同期ワードをデフォルト値に戻し、再スタート点に戻る。
ペアリングコマンド"０ｘＦ２"とチャネル番号とを受信した動作確認機器３１０は、ペアリングコマンド"０ｘＦ３"（ボードＩＤ要求コマンド）を送信する（図１０（ｇ））。生体センサ１００は、ペアリングコマンド"０ｘＦ３"を受信した場合、ペアリングコマンド"０ｘＦ４"と、ボードＩＤの末尾４桁とを送信する（図１０（ｈ））。
ペアリングコマンド"０ｘＦ４"とボードＩＤの一部とを受信した動作確認機器３１０は、ペアリングコマンド"０ｘＦ５"（ペアリング完了コマンド）を送信する（図１０（ｉ））。生体センサ１００は、ペアリングコマンド"０ｘＦ５"を受信した場合、ペアリングコマンド"０ｘＦ６"（ペアリング完了コマンド）を送信する（図１０（ｊ））。これにより、動作確認機器３１０と生体センサ１００との間のペアリングが完了する。
図１０に示した手法によりペアリングを実施することで、受信強度が他より高いチャネルを使用して、生体センサ１００と動作確認機器３１０との間で通信を実施することができる。したがって、例えば、チャネルを順次切り替える周波数ホッピングをする場合に比べて、所定の受信強度を維持できる可能性を高くすることができる。この結果、動作確認モードにおいて、通信エラー等を発生させることなく生体センサ１００が取得した生体情報を動作確認機器３１０に無線送信することができる。
この後、生体センサ１００は、生体センサ１００の現在温度、使用中の電源電圧等の情報を含む内部情報を送信する（図１０（ｋ））。動作確認機器３１０は、内部情報を受信した場合、受信した内部情報をＰＣ３２０に送信する。例えば、ＰＣ３２０は、受信した内部情報を画面に表示する。この後、医師等によりＰＣ３２０が操作され、画面上に表示された波形確認ボタンが選択され、ＰＣ３２０は、波形確認コマンドを動作確認機器３１０に送信する。
ＰＣ３２０から波形確認コマンドを受信した動作確認機器３１０は、波形確認コマンドを送信し、動作モードをペアリングモードから動作確認モードに遷移する（図１０（ｌ））。生体センサ１００は、波形確認コマンドを受信した場合、動作モードを、ペアリングモードから動作確認モードに遷移し、ＡＳＩＣ２１０が取得した心電図信号等の生体情報を順次送信する（図１０（ｍ））。動作確認機器３１０は、動作確認モード中、生体センサ１００から受信する生体情報をＰＣ３２０に送信する。そして、ＰＣ３２０の画面に生体情報に基づく生体信号の波形等が表示される。
なお、動作確認機器３１０および生体センサ１００の各々は、図１０に示すシーケンスが継続できない場合、同期ワードをデフォルト値に戻し、再スタート点に戻ってシーケンスを再開する。例えば、シーケンスが継続できない例として、受信した応答が期待値と異なる場合、または、期待する応答を受信する前にタイムアウトが発生した等がある。また、生体センサ１００は、ペアリングモードに遷移後、例えば、ペアリングが１分以内に完了しない場合、ディープスリープモードに遷移する。
図１１は、図１の生体センサ１００と動作確認機器３１０との間でのデータの送受信の例を示すデータフロー図である。図１０に示す例では、生体センサ１００が被検者Ｐから取得した生体情報を動作確認機器３１０に送信し、動作確認機器３１０が生体情報を受信する。
生体センサ１００において、図４に示したＳｏＣ２２０は、ＡＳＩＣ２１０から生体情報を受信する場合、ＡＳＩＣ２１０をマスタにするため、マスタースレーブ信号Ｍ／Ｓを論理値１に設定する。
図４に示したＡＳＩＣ２１０のＡＤＣ２１４は、被検者Ｐから取得されてＡＭＰ２１２で増幅された生体情報を所定の頻度でＡＤ変換する。例えば、ＡＤＣ２１４は、ＡＤ変換を１．０２４ミリ秒毎に８回実行する。すなわち、ＡＳＩＣ２１０は、生体情報を１．０２４ミリ秒毎に８回取得する。図１１では、１．０２４ミリ秒毎に８回取得される生体情報のグループを符号＃１から＃８で示す。
Ｉ／Ｏ２１６は、ＳＰＩを使用して、ＡＤ変換された生体情報をＳｏＣ２２０に送信する。例えば、Ｉ／Ｏ２１６は、生体情報毎に、チップセレクトＣＳを所定期間アクティブレベル（例えば、ロウレベル）に設定し、アクティブ期間中に、クロック信号ＣＬＫに同期して生体情報をデータ端子ＭＯＳＩ（Master Output Slave Input）に出力する。
ＳｏＣ２２０のＭＣＵ２２２は、ＡＳＩＣ２１０から受信した連続する１６個の生体情報の平均値を算出する。すなわち、ＭＣＵ２２２は、２つの生体情報グループ（例えば、＃１、＃２）に含まれる生体情報の平均値を算出する。ＭＣＵ２２２は、算出した平均値を無線通信部２２４に出力する。
なお、ＭＣＵ２２２は、生体情報の平均値を動作確認機器３１０に所定の回数に送信する毎に（例えば、１０回から２０回のいずれかの回数）、内部情報を生体情報（平均値）に付加して送信する。無線通信部２２４は、ＭＣＵ２２２から受信する生体情報（または内部情報が付加された生体情報）を動作確認機器３１０に送信する。特に限定されないが、例えば、生体情報の平均値が送信される時間は、最大３２０マイクロ秒であり、生体情報の平均値とともに内部情報が送信される時間は、最大４７０マイクロ秒である。
動作確認機器３１０は、生体センサ１００から生体情報を受信した場合、受信した生体情報を２つの生体情報グループとして、動作確認機器３１０内のデータ処理部に送信する。この際、データ処理部への送信は、ＳＰＩが使用される。例えば、動作確認機器３１０は、２．０４８ミリ秒毎に、２つの生体情報グループの生体情報（平均値）を、内蔵するデータ処理部に送信する。
なお、生体センサ１００（ＭＣＵ２２２）は、所定の頻度で、動作確認機器３１０からの制御コマンドを受け付けるコマンド受信モードに遷移する。例えば、コマンド受信モードに遷移する頻度は、内部情報の送信頻度と同程度に設定される。例えば、動作確認機器３１０は、制御コマンドとして、生体情報の送信の停止指示を生体センサ１００に送信する。
動作確認機器３１０は、制御コマンドを連続して送信する。制御コマンドの送信間隔は、コマンド受信モードの遷移期間（例えば、最大２００マイクロ秒）より短く設定される。これにより、動作確認機器３１０がコマンド受信モードの遷移タイミングを認識することなく制御コマンドを送信する場合にも、生体センサ１００は、制御コマンドを確実に受信することができる。
図１２は、図１の動作確認機器３１０を接続したＰＣ３２０の画面の表示例を示す説明図である。生体センサ１００の動作確認プログラムをＰＣ３２０上で起動すると、ＰＣ３２０の画面には、図１２に示す動作確認画面が表示される。動作確認画面は、病院名、患者ＩＤ、患者氏名および生年月日等の情報を入力する入力欄と、波形確認ボタンおよび記録開始ボタンと、波形表示ウィンドウとを有する。
例えば、生体センサシステムＳＹＳを操作する医師等の操作者は、ＰＣ３２０に動作確認機器３１０を接続し、被検者Ｐに生体センサ１００を貼り付けた後、生体センサ１００のスイッチ２４０を長押しする。スイッチ２４０の長押しにより生体センサ１００と動作確認機器３１０とがペアリング処理を実施する。ＰＣ３２０により実行される動作確認プログラムは、スイッチ２４０の長押しの前または後に、操作者の操作により起動される。
この後、上述したように、操作者により波形確認ボタンが選択されると、ＰＣ３２０は、動作確認機器３１０を介して生体センサ１００に動作確認コマンドを送信する。生体センサ１００は、動作確認コマンドを受信すると、動作確認モードに遷移し、被検者Ｐから取得した生体情報を、無線で動作確認機器３１０に送信する。生体情報を受信した動作確認機器３１０は、受信した生体情報をＰＣ３２０に送信する。ＰＣ３２０は、受信した生体情報を使用して波形を生成し、生成した波形を波形表示ウィンドウに表示する。
操作者は、波形表示ウィンドウに表示された波形を観察することで、生体センサ１００が被検者Ｐの正しい位置に貼り付けられていること、および、生体センサ１００が正常に動作していることを確認する。すなわち、生体センサ１００が生体情報を正常に取得していることを確認する。
この後、上述したように、操作者により記録開始ボタンが選択されると、ＰＣ３２０は、動作確認機器３１０を介して生体センサ１００に記録開始コマンドを送信する。生体センサ１００は、記録開始コマンドを受信すると、動作確認モードから生体情報記録モードに遷移し、被検者Ｐから取得した生体情報のＰＣ３２０への送信を停止する。そして、生体センサ１００は、生体情報の本計測を開始し、ＡＳＩＣ２１０が取得した生体情報をフラッシュメモリ２３０に順次書き込む。この後、ＰＣ４２０を操作する医師等により、動作確認プログラムが終了される。
例えば、生体情報記録モードの開始により生体情報のフラッシュメモリへの書き込みが開始されてから２４時間が経過した後、生体センサ１００の外部端子１３１に読み取り機器４１０（図１）が接続される。読み取り機器４１０は、ＰＣ４２０からの読み取り指示に基づいて、生体センサ１００のフラッシュメモリ２３０に記録された生体情報等を読み取り、読み取った生体情報等をＰＣ４２０に転送する。
例えば、ＰＣ４２０は、受信した生体情報の時間変化を示す波形（心電図波形等）を画面に表示する。ＰＣ４２０は、生体情報とともに生体情報に付随する付随情報を受信した場合、波形とともに付随情報を画面に表示してもよい。そして、ＰＣ４２０を操作する医師等により、画面に表示されている波形が観察される。
以上、図１から図１２に示した実施形態では、生体センサ１００は、生体情報の本計測する生体情報記録モードの前に、生体情報を正常に取得できるかどうかを確認可能にする動作確認モードに遷移する。これにより、動作確認モードにおいて、生体センサ１００が正しく被検者Ｐに貼付されているか、および、生体センサ１００が正常に動作するかが、医師等により確認された後、生体センサ１００は、生体情報の本計測を開始することができる。この結果、生体情報記録モード中に、生体センサ１００が生体情報を正しく記録できない不具合を防止することができり、正しい生体情報がフラッシュメモリに書き込まれない不具合を防止することができる。
動作確認モード中に取得された生体情報は、無線により動作確認機器３１０に送信され、ＰＣ３２０に転送される。そして、ＰＣ３２０の画面に波形等を表示することで、医師等に波形を観察させ、生体センサ１００が生体情報を正常に取得しているかどうかを確認させることができる。さらに、生体情報を正常に取得していることの確認後、医師等により記録開始ボタンが押下されることにより、生体センサ１００は、動作確認モードから生体情報記録モードに遷移し、生体情報をフラッシュメモリ２３０に記録することができる。この際、生体情報記録モード中に無線通信部２２４が動作しないため、生体センサ１００の消費電力を削減することができる。
図５で説明したように、生体センサ１００は、スイッチ２４０の押下時間とスイッチ２４０が押下されたときの動作モードとに応じて、動作モードを他の様々な動作モードに遷移させることができる。このため、１つのスイッチ２４０により複数のイベントを検出可能なソフトスイッチを実現することができ、生体センサ１００を小型化でき、生体センサ１００のコストを削減することができる。
図１０に示した手法によりペアリングを実施することで、受信強度が他より高いチャネルを使用して、生体センサ１００と動作確認機器３１０との間で通信を実施することができる。したがって、動作確認モードにおいて、通信エラー等を発生させることなく生体センサ１００が取得した生体情報を動作確認機器３１０に無線送信することができる。
生体センサ１００は、スイッチ２４０が押下状態に応じて、あるいは、生体センサ１００の内部状態に応じて、１つのＬＥＤ（Ｇ）の点灯時間、点滅の周期または点滅パターンを変化させる。これにより、例えば、ＰＣ３２０を操作する医師等は、ＬＥＤ（Ｇ）の点灯状態を見ることで、生体センサ１００がどの動作モードにいるのかを把握することができ、生体センサ１００が正しく動作していることを確認することができる。
外部端子１３１をフラッシュメモリ２３０に直接接続することで、データ出力モードにおいて、ケーブルを介して読み取り機器４１０を外部端子１３１に接続することで、フラッシュメモリ２３０から読み取り機器４１０に生体情報を直接読み出すことができる。フラッシュメモリ２３０から生体情報を読み出し時に、ＭＣＵ２２２による制御は実施されず、無線通信部２２４による無線通信も実施されないため、生体センサ１００の消費電力を最小限にすることができる。
生体情報記録モード中にスイッチ２４０が押下された場合、現在時刻に対応する時間情報をフラッシュメモリ２３０に書き込むことで、動悸または息切れ等の不調を被検者Ｐが感じた時刻を生体情報とともにフラッシュメモリ２３０に記録することができる。これにより、医師等は、フラッシュメモリ２３０から読み出されて画面に表示されるスイッチ２４０の押下タイミング等に基づいて、被検者Ｐが不調を感じていたときの心電図波形等に異常が見られるか判定することが可能になる。
ディープスリープモード中に、スイッチ２４０が長押しされるまでオフ状態に維持される電源スイッチ１２を設けることで、ディープスリープモード中に不要な電力の消費を防止することができる。これにより、バッテリ２００の持ち時間を延ばすことができ、生体情報記録モードにおいて生体情報を記録できる時間を延ばすことができる。
なお、上述した実施形態では、デバイス間でのデータ伝送にＳＰＩを使用する例を示したが、例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）等の他のシリアルインタフェースが使用されてもよい。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができる。
本出願は、２０２０年３月３０日に日本国特許庁に出願した特願２０２０－０５９６５５号に基づく優先権を主張し、前記出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 電源スイッチ
１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ サーミスタ
１８、２０ フィルタ
２２ 抵抗分割部
１００ 生体センサ
１１０ フレキシブル基板
１２０ 筐体
１２１ 本体部
１２２ くびれ部
１２３ パッド部
１２４ くびれ部
１２５ パッド部
１２６ 部品搭載部
１２７ バッテリ装着部
１２７ａ、１２７ｂ パッド部
１２７ｃ くびれ部
１２８ 切り込み
１３１ 外部端子
１３２、１３３ 電極パターン
１３４ 正電極パターン
１３５ 負電極パターン
１３６ アンテナパターン
２００ バッテリ
２１０ ＡＳＩＣ
２１２ 増幅器（ＡＭＰ）
２１４ アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）
２１６ 入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）
２１８ ロジック回路（ＬＯＧＩＣ）
２２０ ＳｏＣ
２２２ ＭＣＵ
２２４ 無線通信部
２３０ フラッシュメモリ
２４０ スイッチ
２５０ ＬＥＤ
２６０ 板部材
３１０ 動作確認機器
３２０ ＰＣ
４１０ 読み取り機器
４２０ ＰＣ
ＣＬＫ クロック信号
Ｐ 被検者
ＳＣＮＴ スイッチ制御信号
ＳＹＳ 生体センサシステム
ＴＥＭＰ 温度情報
ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＶＣＣ２（Ｓ）、ＶＣＣ３ 電源電圧
ＶＤＥＴ 電圧

Claims (13)

  1. 生体に貼り付けられる電極と、
    前記電極を介して生体の生体情報を取得する取得部と、
    前記取得部が取得した生体情報を記憶するメモリと、
    前記メモリに接続された外部端子と、
    動作確認モード、生体情報記録モードおよびデータ出力モードを有する制御部と、
    前記取得部、前記メモリおよび前記制御部に電力を供給するバッテリと、を有し、
    前記制御部は、
    前記動作確認モード中、前記取得部が取得した生体情報を第１外部装置に無線で送信し、
    前記生体情報記録モード中、前記取得部が取得した生体情報を前記メモリに書き込み、
    前記メモリは、前記データ出力モード中、前記外部端子に接続される第２外部装置から受信する読み出し要求に応じて、前記生体情報記録モード中に記録した生体情報を前記外部端子を介して前記第２外部装置に出力すること、を特徴とする生体センサ。
  2. オン状態またはオフ状態に設定されるスイッチをさらに有し、
    前記制御部は、スリープモードと、前記第１外部装置との間でペアリングを実施するペアリングモードとをさらに有し、前記スリープモード中、前記スイッチのオン状態が第１所定時間継続されたことに基づいて前記ペアリングモードに遷移し、ペアリングの完了後、前記第１外部装置から動作確認コマンドを受信した場合、前記ペアリングモードから前記動作確認モードに遷移することを特徴とする請求項１に記載の生体センサ。
  3. 前記制御部は、前記ペアリングモード中の受信信号強度の閾値を、前記動作確認モード中の信号の受信に使用する閾値より高く設定することを特徴とする請求項２に記載の生体センサ。
  4. 前記制御部は、前記ペアリングモードが所定期間継続した場合、または、前記動作確認モードが所定期間継続した場合、前記スリープモードに遷移することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の生体センサ。
  5. 前記制御部は、前記ペアリングモード中または前記動作確認モード中、外部からスリープ要求を受けた場合、前記スリープモードに遷移することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の生体センサ。
  6. 前記制御部は、前記ペアリングモードにおいて、
    通信帯域毎に割り当てられる複数のチャネルを順次サーチし、サーチしたチャネルが、前記第１外部装置から受信したチャネル番号が示すチャネルと一致した場合で、かつ、受信強度が所定強度以上の場合、当該チャネル番号を前記第１外部装置に送信し、
    前記チャネル番号を前記第１外部装置に送信した後、前記第１外部装置から生体センサの識別情報を要求する要求コマンドを受信した場合、前記識別情報を前記第１外部装置に送信し、
    前記識別情報を前記第１外部装置に送信した後、前記第１外部装置からペアリングの完了を示すペアリング完了通知を受信した場合、ペアリング完了の応答を前記第１外部装置に送信し、その後、ペアリングが完了したチャネルを使用して前記第１外部装置と無線通信することを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の生体センサ。
  7. 発光素子をさらに有し、
    前記制御部は、前記スリープモード中に前記スイッチがオンされた場合、前記発光素子を第１発光状態に設定し、前記スイッチのオン状態が前記第１所定時間継続された場合、前記発光素子を第２発光状態に設定し、前記第１所定時間の継続後に前記スイッチがオフされた場合、前記発光素子を第３発光状態に設定し、前記スリープモードから前記ペアリングモードに遷移することを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の生体センサ。
  8. 前記制御部は、前記動作確認モードから前記生体情報記録モードへの遷移から第２所定時間が経過した場合、前記取得部に生体情報の取得を停止させ、前記発光素子を第４発光状態に設定し、前記外部端子への前記第２外部装置の接続を検出した場合、前記発光素子を第５発光状態に設定することを特徴とする請求項７に記載の生体センサ。
  9. 前記制御部は、前記生体情報記録モード中、前記スイッチのオンを検知した場合、前記スイッチのオン状態が継続している間、現在時刻に対応する時間情報を前記メモリに順次書き込むことを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の生体センサ。
  10. 電源線と、前記取得部の電源端子および前記メモリの電源端子との間に設けられ、前記制御部による制御に基づいてオン状態またはオフ状態に設定される電源スイッチを有し、
    前記制御部は、前記スリープモードから前記ペアリングモードに遷移するとき、前記電源スイッチをオフ状態からオン状態に設定することを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の生体センサ。
  11. 生体センサと、前記生体センサと無線通信する第１外部装置と、第２外部装置とを有する生体センサシステムにおいて、
    前記生体センサは、
    生体に貼り付けられる電極と、
    前記電極を介して生体の生体情報を取得する取得部と、
    前記取得部が取得した生体情報を記憶するメモリと、
    前記メモリに接続された外部端子と、
    動作確認モード、生体情報記録モードおよびデータ出力モードを有する制御部と、
    前記取得部、前記メモリおよび前記制御部に電力を供給するバッテリと、を有し、
    前記制御部は、
    前記動作確認モード中、前記取得部が取得した生体情報を前記第１外部装置に無線で送信し、
    前記生体情報記録モード中、前記取得部が取得した生体情報を前記メモリに書き込み、
    前記メモリは、前記データ出力モード中、前記外部端子に接続される第２外部装置から受信する読み出し要求に応じて、前記生体情報記録モード中に記録した生体情報を前記外部端子を介して前記第２外部装置に出力すること、を特徴とする生体センサシステム。
  12. 前記生体センサは、オン状態またはオフ状態に設定されるスイッチをさらに有し、
    前記制御部は、スリープモードと、前記第１外部装置との間でペアリングを実施するペアリングモードとをさらに有し、前記スリープモード中、前記スイッチのオン状態が第１所定時間継続されたことに基づいて、前記ペアリングモードに遷移し、
    前記第１外部装置は、複数の通信帯域にそれぞれ割り当てられる複数のチャネルのうち、信号強度が最も小さいチャネルを示すチャネル番号を送信し、
    前記制御部は、前記ペアリングモードにおいて、前記複数のチャネルを順次サーチし、サーチしたチャネルが、前記第１外部装置から受信したチャネル番号が示すチャネルと一致した場合で、かつ、受信強度が所定強度以上の場合、当該チャネル番号を前記第１外部装置に送信し、
    前記第１外部装置は、前記チャネル番号を受信した場合、前記生体センサの識別情報を要求する要求コマンドを送信し、
    前記制御部は、前記第１外部装置から前記要求コマンドを受信した場合、前記識別情報を前記第１外部装置に送信し、
    前記第１外部装置は、前記識別情報を受信した場合、ペアリングの完了を示すペアリング完了通知を送信し、
    前記制御部は、前記第１外部装置から前記ペアリング完了通知を受信した場合、ペアリング完了の応答を前記第１外部装置に送信し、
    その後、前記第１外部装置および前記制御部は、ペアリングが完了したチャネルを使用して無線通信し、
    前記制御部は、ペアリング完了の応答の送信後、前記ペアリングモードから前記動作確認モードに遷移することを特徴とする請求項１１に記載の生体センサシステム。
  13. 生体に貼り付けられる電極と、前記電極を介して生体の生体情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した生体情報を記憶するメモリと、前記メモリに接続された外部端子と、前記取得部および前記メモリを制御する制御部と、前記取得部、前記メモリおよび前記制御部に電力を供給するバッテリと、を有する生体センサの動作制御方法であって、
    前記制御部は、
    動作確認モード、生体情報記録モードおよびデータ出力モードを有し、
    前記動作確認モード中、前記取得部が取得した生体情報を第１外部装置に無線で送信し、
    前記生体情報記録モード中、前記取得部が取得した生体情報を前記メモリに書き込み、
    前記メモリは、前記データ出力モード中、前記外部端子に接続される第２外部装置から受信する読み出し要求に応じて、前記生体情報記録モード中に記録した生体情報を前記外部端子を介して前記第２外部装置に出力すること、を特徴とする生体センサの動作制御方法。
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