JP7206802B2

JP7206802B2 - 情報伝達装置

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Publication number: JP7206802B2
Application number: JP2018202018A
Authority: JP
Inventors: 鉄郎辰岡; 亮太石合
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: JP2020065852A

Description

本発明は、情報伝達装置に関する。

現在、医療分野、ヘルスケア分野及びそれらの領域の研究では、筋電図、心電図、脳波等の生体信号を計測する生体情報計測装置が広く用いられている。生体情報計測装置では、センサが計測した被検体の生体信号が生体情報計測装置本体に伝えられる。アナログインターフェースを備えた生体センサでは、センサに異常が発生している場合、被検体の正確な生体信号が生体情報計測装置本体に伝わらない状態が生じ得る。センサと計測装置本体がデジタルインターフェースを持つ場合には、このような事態を回避することが可能であり、例えば、特許文献１に開示されている医用モニタ装置がある。

この医用モニタ装置は、被験者側の送信機から無線信号により送られてくる生体信号データを受信ユニットで受信して被験者を遠隔的に監視する装置である。また、この医用モニタ装置は、不良箇所が送信機の側にあるか、受信機の側にあるかを判定し、「送信機不良」あるいは「受信機不良」を表示する表示制御手段を有し、表示パネルには、生体信号とは明らかに異なる疑似三角波が同時に表示される。

特開平０８－１４０９４６号公報

しかし、上述した医用モニタ装置は、デジタルインターフェースを用いた規定のセンサを使用しており、センサ、トランスデューサ又は外部機器用のアナログ入力端子に入力されるセンサでは、不良の有無や不良箇所を生体情報計測装置本体に伝達しない。このため、例えば、外部機器が無線式のセンサで、出力を外部入力端子に接続する場合、外部機器に不良がある場合の生体信号データを受信して解析に使用し、誤った解析結果を出力してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、生体情報計測装置にセンサ又は生体情報計測装置とセンサとの通信の異常の有無や状態を伝達することができる情報伝達装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、生体センサが計測した被検体の生体信号を受信する生体信号受信部と、前記生体信号受信部により受信された前記生体信号に基づいて前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常を検出する異常検出部と、前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常が検出された場合、前記異常検出部により検出された前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常に応じた伝達信号を生成する伝達信号生成部と、前記生体信号と前記伝達信号とで切り替えられた前記生体信号または前記伝達信号を送信する信号送信部と、を備え、前記生体信号は、前記信号送信部により送信された後に、所定部において、前記生体信号の波形の音をスピーカから出力するために使用され、前記伝達信号生成部は、可聴域の下限よりも低い周波数又は可聴域の上限よりも高い周波数を有する前記伝達信号を生成する、情報伝達装置である。

本発明によれば、生体情報計測装置にセンサ又は生体情報計測装置とセンサとの通信の異常の有無や状態を伝達することができる。

実施形態に係る生体情報モニタリング装置の構成の一例を示す図である。実施形態に係る情報伝達装置の機能的な構成の一例を示す図である。実施形態に係る情報伝達装置が送信した伝達信号に入力装置がローパスフィルタを適用することにより得られる信号の一例を示す図である。実施形態に係る情報伝達装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

［実施形態］
図１から図３を参照しながら、実施形態に係る生体情報計測装置の構成の一例について情報伝達装置を中心に説明する。

生体情報計測装置１は、被検体Ｓの体表に取り付けられた生体センサＥにより計測された生体信号を受信し、当該生体信号の監視、表示、解析等を実行する装置である。生体情報計測装置１は、例えば、筋電計である。また、生体情報計測装置の一例として生体情報モニタリング装置が挙げられる。

図１は、実施形態に係る生体情報計測装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、生体情報計測装置１は、刺激装置１０と、情報伝達装置２０と、入力装置３０と、本体４０とを備える。

刺激装置１０は、被検体Ｓの体表に取り付けられた生体センサＥにより被検体Ｓの筋電位を計測することができるか否かを確認するため、被検体Ｓに任意のタイミングで電気信号を送信する。

生体センサＥは、筋電センサであり、二つの筋電位検出電極を備え、トランスデューサを備えていてもよい。二つの筋電位検出電極は、被検体Ｓの筋肉の二点間の電位差を検出する。また、生体センサＥは、被検体Ｓの筋肉の二点間の電位差を検出する際に基準とする電位を取得するためのグランド電極を持つ場合や基準とする電位をフィードバックする電極を持つ場合もある。生体センサＥは、被検体Ｓの筋肉の二点間の電位差を検出してデジタル信号に変換し、このデジタル信号を情報伝達装置２０に送信する。また、例えば、図１に示すように、被検体Ｓの両腕及び両脚にそれぞれ二つずつ生体センサＥが取り付けられ、合計８か所の筋電位を示すデジタル信号が情報伝達装置２０に送信される。

図２は、実施形態に係る情報伝達装置の機能的な構成の一例を示す図である。図２に示すように、情報伝達装置２０は、生体信号受信部２１と、デジタル‐アナログ変換部２２と、異常検出部２３と、操作部２４と、制御部２５と、伝達信号生成部２６と、信号変調部２７と、切替部２８と、信号送信部２９とを備える。

生体信号受信部２１は、生体センサＥが計測した被検体Ｓの生体信号を受信する。例えば、生体信号受信部２１は、被検体Ｓの筋電位を示すデジタル信号を受信する。

デジタル‐アナログ変換部２２は、生体信号受信部２１が受信したデジタル信号をアナログ信号に変換し、切替部２８に送信する。

異常検出部２３は、生体信号受信部２１により受信された生体信号に基づいて生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との通信の異常を検出する。例えば、異常検出部２３は、生体信号受信部２１で受信したデータに含まれるフラグ信号から、生体センサＥの筋電位検出電極が被検体Ｓの体表に適切に取り付けられていないという異常を検出する。或いは、バッテリーの電圧低下を示すフラグ信号から、被検体Ｓの筋電位を計測する上で生体センサＥのバッテリーの残量が不足しているという異常を検出する。生体信号受信部２１で受信したパケットのシーケンス番号が連続していない、あるいは一定時間通信が途絶えた場合、無線通信の接続不良または、通信の切断を検出する。異常検出部２３は、生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との無線通信の異常の種類や状態を示す信号を制御部２５に送信する。ここで、生体センサＥの異常の種類は、例えば、生体センサＥの筋電位検出電極が被検体Ｓの体表に適切に取り付けられていないという異常、生体センサＥのバッテリーの残量が不足しているという異常である。また、生体センサＥの異常の状態は、例えば、筋電位検出電極が被検体Ｓの体表から完全に外れている状態、筋電位検出電極の一方が被検体Ｓの体表から外れている状態、生体センサＥのバッテリーの残量が５０％以下である状態、生体センサＥのバッテリーの残量が１０％以下である状態である。生体センサＥと生体信号受信部２１との無線通信の異常の状態は、一時的な接続不良が発生している状態、無線通信が切断された状態である。また、異常検出部２３は、生体センサＥが正常に動作している場合、生体センサＥに異常が無いことを示す信号を制御部２５に送信する。

操作部２４は、例えば、マウス、キーボード、ボタン、タッチパネルであり、制御部２５の設定の入力に使用される。

制御部２５は、異常検出部２３から受信した信号及び操作部２４を使用して入力された設定に基づいて伝達信号生成部２６、信号変調部２７及び切替部２８を制御する。また、制御部２５は、異常検出部２３から受信した信号に基づいて生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との無線通信の異常が検出されたか否かを判定する。さらに、制御部２５は、被検体Ｓの生体信号の計測を停止しているか否かを判定する。

伝達信号生成部２６は、生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との通信の異常が検出された場合、異常検出部２３により検出された生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との通信の異常に応じた伝達信号を生成して信号変調部２７に送信する。この伝達信号は、伝達信号が送信される機器及び当該機器の設定に応じた信号であることが好ましい。例えば、伝達信号生成部２６は、制御部２５の制御に従って正弦波、矩形波及び三角波などの周期波形、あるいはそれらを組み合わせた形状のアナログ信号を生成する。この場合、正弦波、矩形波及び三角波の振幅、周期、位相等は、生体センサＥ又は生体センサＥと生体信号受信部２１との通信の異常の種類、状態、伝達信号が送信される機器及び当該機器の設定に応じて別々の値が設定されている。また、伝達信号の周波数は、筋電計に入力される場合、人間の可聴域の下限よりも低い周波数又は人間の可聴域の上限よりも高い周波数であることが好ましい。

信号変調部２７は、制御部２５の制御に従って伝達信号生成部２６から受信した伝達信号にパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）を施して切替部２８に送信する。パルス幅変調とは、デューティ比を変換させることにより電圧を制御する変調方式である。パルス幅変調が施された電圧信号は、ダイナミックレンジが狭い機器に入力され、高い電圧及び低い電圧がクリップされた場合であっても、振幅のみが異なり、ローパスフィルタを適用しても同一の波形の信号となる。なお、パルス幅変調が施された伝達信号は、矩形波状のアナログ信号である。

切替部２８は、制御部２５の制御に従ってデジタル‐アナログ変換部２２から受信したアナログ信号を信号送信部２９に送信する場合と信号変調部２７から受信した伝達信号を信号送信部２９に送信する場合とを切り替えるスイッチである。

信号送信部２９は、切替部２８がデジタル‐アナログ変換部２２から受信したアナログ信号を筋電位として入力装置３０に送信する。或いは、信号送信部２９は、伝達信号を入力装置３０に送信する。

図１に戻り、入力装置３０は、信号送信部２９からアナログ信号を受信する。入力装置３０は、この受信した筋電位信号を必要に応じて、増幅、フィルタ、アナログ‐デジタル変換等の処理を行った後、本体４０に送信する。

入力装置３０又は本体４０において、アナログまたはデジタル信号処理によるローパスフィルタを適用して不要な信号成分を除去する。図３は、実施形態に係る情報伝達装置が送信した伝達信号にローパスフィルタを適用することにより得られる信号の一例を示す図である。図３（ａ）に示した伝達信号及び図３（ｂ）に示した伝達信号は、パルス幅変調周波数がローパスフィルタの遮断周波数よりも１０倍以上高い１００ｋＨｚ、パルス幅変調分解能が正弦波や三角波を表現しうる２０ＭＨｚ、ＰＷＭを復調した信号の周波数が人間の可聴域の下限よりも低い２０Ｈｚである信号である。例えば、図３（ａ）に示した伝達信号が生体センサＥの筋電位検出電極が被検体Ｓの体表に適切に取り付けられていないという異常に対応付けられ、図３（ｂ）に示した伝達信号がデジタル‐アナログ変換部２２から受信した生体信号の強度が所定の閾値未満であるという異常に対応付けられている。これらの信号は、本体４０に送信される。ここでは、振幅偏移変調（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）により複数の種類を表現している。

本体４０は、入力装置３０から受信したアナログ信号が示す筋電位をディスプレイに表示する。このディスプレイは、本体４０に含まれていても、本体４０に含まれていなくてもよい。

また、本体４０は、被検体Ｓの筋電位を示すアナログ信号に基づいて被検体Ｓの筋あるいはその支配神経の状態を推定する。ここで言う筋の状態は、例えば、発揮筋力、筋疲労の度合いである。具体的には、本体４０は、入力装置３０から受信した被検体Ｓの筋電位を示すアナログ信号をデジタル信号に変換する。そして、本体４０は、高速フーリエ変換により当該デジタル信号の周波数成分分析を実行し、この周波数成分分析により得られたパワースペクトルのうち所定の周波数帯域における積分値を算出し、この積分値と事前に記録されている最大筋収縮時の積分値との比率から発揮筋力を推定する。また、或いは、入力装置３０は、高速フーリエ変換による周波数成分分析により得られたパワースペクトルから中心周波数、平均周波数又は高周波数成分の低下の度合いを算出し、この度合いから筋疲労の度合いを推定する。また、支配神経の状態は、例えば、脊椎脊髄手術における、手術操作での術野の神経の損傷、牽引、圧迫の有無である。具体的には、本体４０は、刺激装置１０より刺激を出力したタイミングから一定の期間の筋電位波形、あるいは複数回刺激を出力し、それぞれの波形を加算平均した波形を得る。そして、本体４０は、反応波形のピーク振幅について、手術操作前と比較して減衰が無いかどうかを確認することで神経損傷の有無を、刺激から反応までの時間について比較することで、神経の牽引または圧迫の有無を推定する。本体４０は、これらの推定結果を示すデジタル信号を自身の内部又は外部に設けられている記憶媒体に記憶させる。

或いは、本体４０は、筋活動の有無を音で判断するために、筋電位波形の音をスピーカから出力する。この時、異常を示す伝達信号の周波数は人間の可聴域から外れているため、本体４０から出力された音は人間には感知されない。また、このスピーカは、本体４０に含まれていても、本体４０に含まれていなくてもよい。

なお、本体４０は、刺激装置１０、情報伝達装置２０及び入力装置３０の各部の制御を実行する。

次に、図４を参照しながら実施形態に係る情報伝達装置の動作の一例を説明する。図４は、実施形態に係る情報伝達装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、生体信号受信部２１は、生体センサＥが計測した被検体Ｓの生体信号を受信する。

ステップＳ２０において、デジタル‐アナログ変換部２２は、ステップＳ１０で受信した生体信号をアナログ信号に変換する。

ステップＳ３０において、異常検出部２３は、ステップＳ１０で受信した受信情報に基づいて生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常を検出する。

ステップＳ４０において、制御部２５は、ステップＳ３０で生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常が検出されたか否かを判定する。制御部２５は、ステップＳ３０で生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常が検出されたと判定した場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ５０へ進め、ステップＳ３０で生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常が検出されていないと判定した場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、処理をステップＳ８０へ進める。

ステップＳ５０において、制御部２５は、伝達信号が送信されるように切替部２８を切り替える。また、伝達信号生成部２６は、ステップＳ３０で検出された生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常に応じた伝達信号を生成する。

ステップＳ６０において、信号変調部２７は、ステップＳ５０で生成された伝達信号にパルス幅変調を施す。

ステップＳ７０において、信号送信部２９は、ステップＳ６０でパルス幅変調が施された信号を入力装置３０に送信する。

ステップＳ８０において、制御部２５は、ステップＳ２０で生成されたアナログ信号が送信されるように切替部２８を切り替える。また、信号送信部２９は、ステップＳ６０でパルス幅変調が施された信号を入力装置３０に送信する。

ステップＳ９０において、制御部２５は、被検体Ｓの生体信号の計測が終了しているか否かを判定する。制御部２５は、被検体Ｓの生体信号の計測が終了していると判定した場合（ステップＳ９０：Ｙｅｓ）、処理を終了させ、被検体Ｓの生体信号の計測が終了していないと判定した場合（ステップＳ９０：Ｎｏ）、処理をステップＳ１０に戻す。

以上、実施形態に係る情報伝達装置２０について説明した。情報伝達装置２０は、生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常が検出された場合、この異常に応じた伝達信号を生成する伝達信号生成部２６及びこの伝達信号を送信する信号送信部２９を備える。このため、情報伝達装置２０は、生体情報計測装置１にアナログインターフェースを備える生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常の状態を伝達することができる。なお、ここで言う異常の状態は、異常個所の相違等も含む概念である。

また、情報伝達装置２０は、正弦波、矩形波及び三角波などの周期波形、あるいはそれらを組み合わせた形状の伝達信号を生成する。このため、情報伝達装置２０は、解析時に生体信号と伝達信号との識別を容易にし、周波数解析により両者を容易に分離することを可能にし、生体センサＥ又は生体センサとＥと生体情報計測装置１との通信の異常が複数検出された場合、これらの異常に応じた伝達信号をまとめて効率的に送信することができる。

さらに、情報伝達装置２０は、伝達信号が送信される機器及び当該機器の設定に応じて伝達信号を生成するため、当該機器、当該機器が計測する生体信号、当該機器のフィルタ等の設定に合わせた伝達信号を送信することができる。

また、情報伝達装置２０は、可聴域の下限よりも低い周波数又は可聴域の上限よりも高い周波数を有する伝達信号を生成するため、本体４０が伝達信号の周波数に応じた音を出力し、生体情報計測装置１を使用する医師等を煩わせてしまうことを回避することができる。

なお、上述した実施形態では、生体情報計測装置１が筋電計である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、生体情報計測装置１は、心電計、脳波計であってもよい。生体情報計測装置１が心電計である場合、生体センサＥは、心電センサである。或いは、生体情報計測装置１が脳波計である場合、生体センサＥは、脳波センサである。

また、上述した実施形態では、生体センサＥがアナログインターフェースを備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、生体センサＥがデジタルインターフェースを備える場合であってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、具体的な構成が上述した実施形態に限られるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更等も含まれる。

１…生体情報計測装置、１０…刺激装置、２０…情報伝達装置、２１…生体信号受信部、２２…デジタル‐アナログ変換部、２３…異常検出部、２４…操作部、２５…制御部、２６…伝達信号生成部、２７…信号変調部、２８…切替部、２９…信号送信部、３０…入力装置、４０…本体、Ｅ…生体センサ、Ｓ…被検体

Claims

生体センサが計測した被検体の生体信号を受信する生体信号受信部と、
前記生体信号受信部により受信された前記生体信号に基づいて前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常を検出する異常検出部と、
前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常が検出された場合、前記異常検出部により検出された前記生体センサ又は前記生体センサと前記生体信号受信部との通信の異常に応じた伝達信号を生成する伝達信号生成部と、
前記生体信号と前記伝達信号とで切り替えられた前記生体信号または前記伝達信号を送信する信号送信部と、
を備え、
前記生体信号は、前記信号送信部により送信された後に、所定部において、前記生体信号の波形の音をスピーカから出力するために使用され、
前記伝達信号生成部は、可聴域の下限よりも低い周波数又は可聴域の上限よりも高い周波数を有する前記伝達信号を生成する、
情報伝達装置。
前記伝達信号生成部は、周期波形を含む前記伝達信号を生成する、
請求項１に記載の情報伝達装置。
前記伝達信号生成部は、前記伝達信号が送信される機器及び前記機器の設定に応じて前記伝達信号を生成する、
請求項１又は請求項２に記載の情報伝達装置。