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、IC(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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