JP7437782B2 - Biological information sensor - Google Patents

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Description

本発明は、被検者の生体情報を測定する生体情報センサに関する。 The present invention relates to a biological information sensor that measures biological information of a subject.

一般的な筋電センサは、被検者(ユーザ)の皮膚の上に当接させた電極により構成される電極部と、電極部が検知した筋電位等の生体電位を取得し、その取得した生体電位から筋電位波形や筋活動量等の生体情報を算出する信号処理部とを有している。この信号処理部により算出された生体情報は、例えば、義手の動作の制御に用いられたり医療行為や研究に用いられたりしている。 A general myoelectric sensor has an electrode part that is made up of an electrode that is brought into contact with the skin of a subject (user), and the electrode part acquires biopotentials such as myoelectric potentials that are detected by the electrode part. It has a signal processing unit that calculates biological information such as myoelectric potential waveform and muscle activity amount from the biological potential. The biological information calculated by this signal processing unit is used, for example, to control the motion of a prosthetic hand, or for medical practice or research.

また、筋電センサは、皮膚と電極との間に導電性の電極用ジェル(以下、単に「ジェル」)を塗布する湿式電極を用いる湿式の筋電センサと、ジェルを使用しない乾式電極を用いる乾式の筋電センサとに大別されている。 In addition, there are two types of myoelectric sensors: wet-type myoelectric sensors that use wet electrodes that apply conductive electrode gel (hereinafter simply referred to as "gel") between the skin and the electrodes, and dry-type electrodes that do not use gel. They are broadly classified into dry myoelectric sensors.

湿式の筋電センサは、測定する度に交換する使い捨ての電極と、皮膚と電極との間に介在させるジェルと、電極に接続されている信号処理部とにより構成されている。この湿式の筋電センサは、皮膚と電極との間にジェルを介在させることにより、皮膚と電極との間の接触抵抗値が下がり筋電位が検知し易くなる(安定的に筋電位の検知ができるようになる)。その結果、湿式の筋電センサを用いることで、安定した生体情報(筋電位波形や筋活動量等の生体情報)を測定できる。
さらに、湿式の筋電センサは、乾燥や湿潤などの皮膚の状態に影響されにくく、測定の個人差を少なくできるため、医療行為や研究に向いているというメリットもある。
A wet myoelectric sensor is composed of disposable electrodes that are replaced every time a measurement is made, a gel interposed between the skin and the electrodes, and a signal processing unit connected to the electrodes. This wet-type myoelectric sensor uses a gel between the skin and the electrode, which reduces the contact resistance between the skin and the electrode, making it easier to detect myoelectric potential (stable myoelectric potential detection is possible). become able to). As a result, by using a wet myoelectric sensor, stable biological information (biological information such as myoelectric potential waveform and muscle activity amount) can be measured.
Furthermore, wet myoelectric sensors are less affected by skin conditions such as dryness or moisture, and can reduce individual differences in measurement, making them suitable for medical practice and research.

しかし、湿式の筋電センサは、安定的に生体情報を測定できるものの、皮膚にジェルを塗布するため、装着した状態で長時間経過すると、被検者(ユーザ)が不快に感じたり、皮膚にかぶれやかゆみが発生したりするという課題を有している。また、湿式の筋電センサは、電極及びジェルが消耗品であり、ランニングコストが発生して、被検者(ユーザ)にコスト負担がかかるという課題も有している。
なお、湿式の筋電センサに用いられるジェルは、例えば、非特許文献1に開示されている。
However, although wet-type myoelectric sensors can stably measure biological information, they apply a gel to the skin, so if they are worn for a long time, the subject (user) may feel uncomfortable or the skin may become irritated. It has the problem of causing rash and itching. In addition, the wet-type myoelectric sensor has the problem that the electrodes and gel are consumables, and running costs are incurred, placing a burden on the subject (user).
Note that a gel used in a wet myoelectric sensor is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

一方、乾式の筋電センサ500は、例えば、図7に示すように、プラスチック等の絶縁材料により形成された箱状の本体部501と、本体部501の一方面に形成された「3極の電極(金属製の電極)502」により構成される電極部と、電極部に接続されている信号処理部(図示せず)と、信号処理部に接続されているリード線503とを有している。 On the other hand, as shown in FIG. 7, the dry myoelectric sensor 500 includes, for example, a box-shaped main body 501 made of an insulating material such as plastic, and a "tri-electrode" formed on one side of the main body 501. It has an electrode part constituted by an electrode (metallic electrode) 502, a signal processing part (not shown) connected to the electrode part, and a lead wire 503 connected to the signal processing part. There is.

この乾式の筋電センサは、被検者(ユーザ)の皮膚にジェルを塗布して利用されるものではないため、皮膚のかぶれやかゆみが発生せず、湿式の筋電センサと比べて、被検者の身体に負担をかけずに生体情報を測定することができる。また、乾式の筋電センサは、湿式の筋電センサのような消耗品(電極やジェル等の消耗品)が無いため、ランニングコストが発生しないというメリットも有している。
さらに、乾式の筋電センサは、湿式の筋電センサと比べ、電極サイズを小さくできるため、高密度に電極を配置することができ、小さい筋肉の筋電位を取得できるといるメリットも有している。
なお、上記の乾式の筋電センサは、例えば、非特許文献2に開示されている。
This dry type myoelectric sensor is not used by applying a gel to the skin of the subject (user), so it does not cause skin irritation or itching, and compared to wet type myoelectric sensors, it does not cause skin irritation or itching. Biological information can be measured without putting any strain on the examiner's body. Furthermore, the dry type myoelectric sensor has the advantage of not incurring running costs because it does not require consumables (consumables such as electrodes and gel) like the wet type myoelectric sensor.
Furthermore, compared to wet-type myoelectric sensors, dry myoelectric sensors have the advantage of being able to use smaller electrodes, allowing for electrodes to be placed in a higher density, making it possible to acquire myoelectric potentials from small muscles. There is.
Note that the above-mentioned dry myoelectric sensor is disclosed in Non-Patent Document 2, for example.

また、筋電位の測定に用いられているものではないが、心電等の生体情報の測定するために、布電極を用いることも提案されている。例えば、特許文献1には、導電性を有する部位と非導電性を有する部位を交互に且つ一体に編・織成してなる電極用シーツが開示されている。この電極用シーツ(布電極)は、上述した乾式の筋電センサと同様、ジェルを用いる必要がないため、被検者の身体に負担をかけずに生体情報を測定できると共に、ランニングコストが発生しないというメリットを有している。 Furthermore, although it is not used to measure myocardial potential, it has also been proposed to use cloth electrodes to measure biological information such as electrocardiograms. For example, Patent Document 1 discloses an electrode sheet in which conductive parts and non-conductive parts are knitted and woven alternately and integrally. Like the dry myoelectric sensor mentioned above, this electrode sheet (cloth electrode) does not require the use of gel, so it can measure biological information without putting strain on the subject's body, and it also increases running costs. It has the advantage of not being

BIOPAC System社 WEBサイト,「製品、電極用ジェル&アクセサリを提示したWEBページ」、[2021年10月18日検索]、インターネット <URL:http://biopac-sys.jp/products/gel100/>BIOPAC System website, "WEB page presenting products, electrode gels and accessories", [Searched on October 18, 2021], Internet <URL: http://biopac-sys.jp/products/gel100/> 株式会社コスモ情報システム WEBサイト,「Dタイプ乾式筋電センサを提示したWEBページ」、[2021年10月18日検索]、インターネット <URL:http://www.cosmo-info.co.jp/product/medjc-09/>Cosmo Information System Co., Ltd. WEB site, “WEB page presenting D-type dry myoelectric sensor”, [Searched on October 18, 2021], Internet <URL: http://www.cosmo-info.co.jp/ product/medjc-09/>

特開2000-221号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-221

ところで、上述した乾式の筋電センサや布電極は、湿式の筋電センサと比べて、被検者の身体に負担をかけずに生体情報を測定できると共に、ランニングコストが発生しないというメリットがあるものの、皮膚と電極との間の接触抵抗が高くなるため、安定的に生体電位を検知できず、その結果に、安定的な生体情報の測定できないという課題を有している。この課題があるため、乾式の筋電センサや布電極は、例えば、義手の動作制御のように、安定的な生体情報が要求される用途には不向きであった。 By the way, compared to wet-type myoelectric sensors, the dry myoelectric sensors and cloth electrodes mentioned above have the advantage of being able to measure biological information without putting any strain on the subject's body, and that there are no running costs. However, since the contact resistance between the skin and the electrode becomes high, bioelectrical potential cannot be stably detected, and as a result, bioelectrical information cannot be stably measured. Due to this problem, dry myoelectric sensors and cloth electrodes are not suitable for applications that require stable biological information, such as motion control of a prosthetic hand.

しかし、例えば、義手のように、長時間にわたり筋電センサを装着する必要がある用途においてこそ、被検者(利用者)の身体に負担をかけずに生体情報を測定できることが望まれている。また、義手のように、被検者(利用者)が継続して繰り返して利用する用途にこそ、ランニングコストがかからない筋電センサが望まれている。
すなわち、皮膚と電極との間の接触抵抗が高くなる「乾式の筋電センサや布電極」を用いても安定的に生体情報を測定できることが望ましいが、現状において、皮膚と電極との間の接触抵抗が高くなる「乾式の筋電センサや布電極」を用いて、安定して生体情報を測定できるものは知られていない。
However, for example, in applications where it is necessary to wear a myoelectric sensor for a long period of time, such as in a prosthetic hand, it is desirable to be able to measure biological information without putting strain on the subject's (user) body. . Furthermore, a myoelectric sensor that does not require running costs is desired for applications such as a prosthetic hand that are used repeatedly by a subject (user).
In other words, it would be desirable to be able to stably measure biological information using dry myoelectric sensors or cloth electrodes, which have high contact resistance between the skin and electrodes. There is no known method that can stably measure biological information using dry myoelectric sensors or cloth electrodes, which have high contact resistance.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検者の皮膚と電極との間の接触抵抗が高くても、安定的に生体情報を測定することができる生体情報センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide biological information that can stably measure biological information even if the contact resistance between the subject's skin and the electrode is high. The purpose is to provide sensors.

上記課題を解決するためになされた本発明は、被検者に装着され該被検者の生体情報を測定する生体情報センサであって、被検者の皮膚に当接させて該被検者の生体電位を検知する電極部と、前記電極部から前記生体電位を取得し該取得した生体電位から生体情報を算出する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記生体電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出するアンプ及びフィルタ部と、前記アンプ及びフィルタ部から抽出された前記所望の周波数帯域の生体電位をデジタル信号に変換するAD変換部と、前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定の生体信号成分に相当する生体信号を抽出すると共に、抽出した生体信号に対して商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去する生体信号抽出フィルタ部と、前記生体信号抽出フィルタ部により信号処理された生体信号から生体情報を算出する生体情報算出部とを有し、前記アンプ及びフィルタ部は、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能を有し、前記電極部及び前記信号処理部が設けられた本体部を有し、前記本体部は、シート状の絶縁布により形成されており、その一方面が被検者の身体に当接させる当接面になっており、前記電極部は、前記絶縁布に導電糸が刺繍されることにより該絶縁布の一方面から突出して形成されており、前記絶縁布の他方面側には、糸で縫い付けられて取り付けられたボタン型基板が形成され、前記ボタン型基板は、絶縁材料により形成された衣服用のボタン形状の基部と、該基部の上に搭載された前記信号処理部を構成する回路基板とを有し、前記絶縁布の他方面側において、前記電極と前記回路基板とが導電性糸により電気的に接続されていることを特徴とする。
The present invention, which has been made to solve the above problems, is a biological information sensor that is attached to a subject and measures the biological information of the subject, and the sensor is attached to the subject's skin. an electrode section that detects the biopotential of the patient; and a signal processing section that acquires the biopotential from the electrode section and calculates bioinformation from the acquired biopotential, and the signal processing section amplifies the biopotential. an amplifier and filter section that extracts only a desired frequency band; an AD conversion section that converts the biopotential of the desired frequency band extracted from the amplifier and filter section into a digital signal; a biosignal extraction filter section that extracts a biosignal corresponding to a predetermined biosignal component from the digital signal and removes a frequency component that is an integral multiple of a commercial power frequency from the extracted biosignal; and the biosignal extraction filter a biological information calculation section that calculates biological information from a biological signal signal-processed by the section, and the amplifier and filter section have a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more, and the electrode section and the signal It has a main body part provided with a processing part, the main body part is formed of a sheet-like insulating cloth, one surface of which is a contact surface to be brought into contact with the body of the subject, The electrode portion is formed by embroidering conductive thread on the insulating cloth to protrude from one side of the insulating cloth, and a button is attached to the other side of the insulating cloth by sewing with thread. A type substrate is formed, and the button type substrate has a clothing button-shaped base made of an insulating material, and a circuit board constituting the signal processing section mounted on the base, The electrode and the circuit board are electrically connected to each other by a conductive thread on the other side of the insulating cloth .

このように、本発明では、電極部が検知した生体電位を取得し該取得した該生体電位から生体情報を算出する信号処理部に、生体電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出するアンプ及びフィルタ部を設けている。また、アンプ及びフィルタ部は、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能を有している。
この構成によれば、皮膚-電極部間の接触抵抗の大きさや変動に影響されずに安定した生体電位の取得が可能になる。そのため、本発明の構成によれば、皮膚と電極との間の接触抵抗が高くなる「乾式の筋電センサや布電極」を用いても安定的に生体情報を測定できる。
すなわち、本発明の構成によれば、湿式の生体情報センサと比べて、被検者の身体に負担をかけずに生体情報を測定でき且つランニングコストが発生しない「乾式の筋電センサや布電極」により、安定的に生体情報を測定することができる。したがって、例えば、生体情報により動作が制御される義手のように、長時間にわたり生体情報センサを装着する必要がある用途に、本発明を用いることで、義手の利用者の身体の負担を軽減することができる。
In this way, in the present invention, an amplifier that amplifies the biopotential and extracts only a desired frequency band is added to the signal processing section that acquires the biopotential detected by the electrode section and calculates bioinformation from the obtained biopotential. and a filter section. Further, the amplifier and filter section has a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more.
According to this configuration, stable biopotential can be obtained without being affected by the magnitude or fluctuation of the contact resistance between the skin and the electrode section. Therefore, according to the configuration of the present invention, biological information can be stably measured even when using a "dry myoelectric sensor or cloth electrode" that has a high contact resistance between the skin and the electrode.
In other words, according to the configuration of the present invention, compared to wet-type biological information sensors, biological information can be measured without placing a burden on the subject's body, and there is no running cost. ”, it is possible to stably measure biological information. Therefore, for example, the present invention can be used in applications where a biological information sensor must be worn for a long time, such as a prosthetic hand whose motion is controlled by biological information, thereby reducing the burden on the body of the user of the prosthetic hand. be able to.

また、前記信号処理部は、前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定のノイズ成分を抽出するノイズ抽出フィルタ部と、前記生体信号抽出フィルタ部が抽出した生体信号と、前記ノイズ抽出フィルタ部が抽出したノイズ成分とを比較することで、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されているか否かを判定する装着状態異常検出部とを有し、前記装着状態異常検出部は、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値以上のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていないと判定し、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値未満のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定することが望ましい。
Further, the signal processing unit includes a noise extraction filter unit that extracts a predetermined noise component from the digital signal converted by the AD conversion unit, a biological signal extracted by the biological signal extraction filter unit, and a noise extraction filter unit that extracts a predetermined noise component from the digital signal converted by the AD conversion unit. a wearing state abnormality detection section that determines whether or not the biological information sensor is correctly worn on the subject by comparing the noise component extracted by the biological information sensor with the extracted noise component; When the ratio of the noise component to the biological signal is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the biological information sensor is not properly attached to the subject, and when the ratio of the noise component to the biological signal is less than the predetermined value, the biological information sensor is determined to be incorrectly attached to the subject. It is desirable to determine that the sensor is correctly attached to the subject .

この構成によれば、生体情報センサが被検者に正しく装着されているか否かを判定できる。
例えば、生体情報を義手の動作制御に用いる場合、上記の構成により、生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定された場合だけ、算出された生体情報を用いて義手の動作を制御させ、正しく装着されていないと判定された場合には算出された生体情報では義手の動作を制御しないようにすることができる。すなわち、上記の構成によれば、義手が誤動作することを防止することができる。
また、例えば、生体情報を医療行為(診断)や研究に用いる場合、上記構成により、生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定された場合だけ、算出された生体情報を用いるようにすることができる。すなわち、本発明によれば、正確な生体情報を用いて、医療行為や研究を行うことができる。
According to this configuration, it can be determined whether the biological information sensor is correctly attached to the subject.
For example, when using biometric information to control the motion of a prosthetic hand, the above configuration uses the calculated biometric information to control the motion of the prosthetic hand only when it is determined that the biometric information sensor is correctly attached to the subject. If it is determined that the prosthetic hand is not worn correctly, the motion of the prosthetic hand may not be controlled using the calculated biometric information. That is, according to the above configuration, it is possible to prevent the prosthetic hand from malfunctioning.
For example, when using biometric information for medical treatment (diagnosis) or research, the above configuration allows the calculated biometric information to be used only when it is determined that the biometric information sensor is correctly attached to the subject. It can be done. That is, according to the present invention, medical practices and research can be performed using accurate biological information.

また、前記生体電位が筋電位であり、前記生体情報が筋電位波形及び筋活動量であることが望ましい。 Further, it is preferable that the biological potential is a myoelectric potential, and the biological information is a myoelectric potential waveform and an amount of muscle activity.

上記の構成に示すように、本発明の生体情報センサは、いわゆる布電極により構成されている。また、電極部は、絶縁布に導電糸が刺繍されることにより絶縁布の当接面から突出して形成されている。また、絶縁布の他方面側には、糸で縫い付けられて取り付けられたボタン型基板が形成され、このボタン型基板は、縁材料により形成された衣服用のボタン形状の基部と、基部の上に搭載された信号処理部を構成する回路基板とを有している。
この構成によれば、ミシン等を使うことで、簡単な作業工程により、絶縁布に電極部を形成すると共に、信号処理部を構成する回路基板を絶縁布に固定することができる。すなわち、本発明によれば、いわゆる布電極を安価に大量生産することができる。
As shown in the above structure, the biological information sensor of the present invention is composed of so-called cloth electrodes. Further, the electrode portion is formed by embroidering conductive thread on the insulating cloth so as to protrude from the contact surface of the insulating cloth. In addition, a button-shaped substrate is formed on the other side of the insulating cloth and attached by sewing with a thread, and this button-shaped substrate has a button-shaped base for clothing formed of edge material, and a base of the base. It has a circuit board that constitutes a signal processing section mounted thereon.
According to this configuration, by using a sewing machine or the like, the electrode section can be formed on the insulating cloth and the circuit board constituting the signal processing section can be fixed to the insulating cloth through a simple work process. That is, according to the present invention, so-called cloth electrodes can be mass-produced at low cost.

本発明によれば、被検者の皮膚と電極との間の接触抵抗が高くても、安定的に生体情報を測定することができる生体情報センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a biological information sensor that can stably measure biological information even if the contact resistance between a subject's skin and an electrode is high.

本発明の実施形態の生体情報センサの全体構成を示した模式図である。1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a biological information sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の生体情報センサを平面視した模式図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a biological information sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の生体情報センサを側面視した模式図である。FIG. 1 is a schematic side view of a biological information sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の生体情報センサの構成部間の信号の流れを示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of signals between the constituent parts of the biological information sensor according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の生体情報センサが行う生体情報測定処理の手順を示したフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure of biological information measurement processing performed by the biological information sensor according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の生体情報センサを義手の動作制御に利用する場合の例を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example in which the biological information sensor according to the embodiment of the present invention is used to control the operation of a prosthetic hand. 従来技術の乾式筋電センサを説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a conventional dry myoelectric sensor.

以下、本発明の実施形態の生体情報センサについて図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a biological information sensor according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

先ず、本実施形態の生体情報センサの全体構成について、図1~図3を参照しながら説明する。 First, the overall configuration of the biological information sensor of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

ここで、図1は、本実施形態の生体情報センサの全体構成を示した模式図であり、図2は、本実施形態の生体情報センサを平面視した模式図である。また、図3は、本実施形態の生体情報センサを側面視した模式図である。 Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the biological information sensor of this embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram of the biological information sensor of this embodiment viewed from above. Moreover, FIG. 3 is a schematic side view of the biological information sensor of this embodiment.

なお、図1~3は、本実施形態の生体情報センサWが布電極により構成されている場合の例を示している。また、図1では、一例として、生体情報センサWの電極部10が、生体電位として筋電位(筋電位信号)を検知し、生体情報センサWの信号処理部100が、検知した筋電位から生体情報として「筋電位波形及び筋緊張度(筋活動量)等の生体情報」を算出する場合を示している。また、図1では、生体情報センサにより測定された生体情報が、コンピュータ等の外部処理装置に出力され、生体情報の解析、医療行為、生体情報を利用したゲーム(ゲームのアプリケーションプログラム)に用いられる場合の例を示している。 Note that FIGS. 1 to 3 show an example in which the biological information sensor W of this embodiment is constituted by cloth electrodes. In addition, in FIG. 1, as an example, the electrode unit 10 of the biological information sensor W detects a myoelectric potential (myoelectric potential signal) as a biological potential, and the signal processing unit 100 of the biological information sensor W detects the myoelectric potential from the detected myoelectric potential. A case is shown in which "biological information such as myoelectric potential waveform and muscle tone (muscle activity amount)" is calculated as information. In addition, in Figure 1, biometric information measured by a biometric information sensor is output to an external processing device such as a computer, and is used for biometric information analysis, medical treatment, and games (game application programs) that utilize biometric information. An example is shown below.

図1に示すように、本実施形態の生体情報センサWは、被検者の腕等の身体の部位に装着されて被検者の生体情報を測定するようになっている。
具体的には、生体情報センサWは、被検者の皮膚に当接させて被検者の筋電位(生体電位)を検知する電極部10と、電極部10から筋電位を取得しその取得した筋電位から生体情報を算出する信号処理部100と、電極部10及び信号処理部100が設けられている本体部5とを有している。
As shown in FIG. 1, the biological information sensor W of this embodiment is attached to a body part such as an arm of a subject to measure biological information of the subject.
Specifically, the biological information sensor W includes an electrode section 10 that is brought into contact with the skin of the subject to detect the subject's myoelectric potential (biopotential), and an electrode section 10 that acquires the myoelectric potential from the electrode section 10. It has a signal processing section 100 that calculates biological information from the generated myoelectric potential, and a main body section 5 in which the electrode section 10 and the signal processing section 100 are provided.

また、本体部5は、図2、3に示すように、シート状(図示する例では、平面視長方形のシート状)の絶縁布(不導電布)により形成されており、その一方面側が被検者の身体に当接させる当接面になっている。
なお、上記の絶縁布(不導電布)には、織物、メリヤス生地、編み物、フェルト、不織布が含まれている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the main body portion 5 is formed of a sheet-like (in the illustrated example, a rectangular sheet-like sheet-like shape in plan view) insulating cloth (non-conductive cloth), and one side thereof is covered. It is a contact surface that is brought into contact with the examiner's body.
Note that the above-mentioned insulating cloth (non-conductive cloth) includes woven fabric, knitted fabric, knitted fabric, felt, and non-woven fabric.

電極部10は、図2、3に示すように、絶縁布(本体部5)に導電糸が刺繍されて形成された「3つの電極10a、10b、10c」により構成されている。図示する例では、電極10a、10b、10cは、いずれも、平面視・角丸四角形であり、且つ絶縁布5の当接面から突出する厚みを持った形状になっている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the electrode section 10 is composed of "three electrodes 10a, 10b, and 10c" formed by embroidering conductive threads on an insulating cloth (main body section 5). In the illustrated example, the electrodes 10a, 10b, and 10c are all rectangular with rounded corners in plan view, and have a thick shape that protrudes from the contact surface of the insulating cloth 5.

なお、本実施形態では、電極部10は、絶縁布(本体部5)の長手方向(X方向)の一端側において、3つの電極10a、10b、10cが、絶縁布(本体部5)の短手方向(Y方向)に沿って所定間隔・離間して並列に配置されている。
そして、電極部10は、被検者の皮膚に当接させた電極10a、10b、10cにより、被検者の筋電位(生体電位)を検知し、信号処理部100に対して、検知した筋電位を送信するようになっている。
Note that in the present embodiment, the electrode section 10 has three electrodes 10a, 10b, and 10c connected to short ends of the insulating cloth (main body section 5) at one end side in the longitudinal direction (X direction) of the insulating cloth (main body section 5). They are arranged in parallel at predetermined intervals along the hand direction (Y direction).
Then, the electrode section 10 detects the myoelectric potential (biopotential) of the subject using the electrodes 10a, 10b, and 10c brought into contact with the skin of the subject, and transmits the detected muscle potential to the signal processing section 100. It is designed to transmit electrical potential.

また、図2、3に示すように、信号処理部100は、絶縁布(本体部5)の他方面側(当接面の反対側)に糸で縫い付けられ取り付けられたボタン型基板20(20a、20b、20c)により構成されている。ボタン型基板20は、絶縁材料により形成された衣服用のボタン形状をした基部と、基部の上に搭載された信号処理部100を構成する回路基板(図示せず)とを有している。
なお、衣服用のボタン形状の基部は、例えば、平面視で円形に形成され(直径が1cm~4cm程度の円形で形成され)、その中心部に複数の貫通孔が設けられており、衣服用のボタンと同様、貫通孔に糸を通して、絶縁布(本体部5)に縫い付けて取り付けることができるようになっている。
また、図示する例では、ボタン形状の基部が円形に形成されているが、あくまでもこれは一例に過ぎない。ボタン形状の基部は、三角形、四角形、六角形などの多角形や楕円形等、用途に応じて適宜設計されるものである。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the signal processing unit 100 includes a button-shaped substrate 20 (sewn with thread and attached to the other side (opposite the contact surface) of the insulating cloth (main body 5). 20a, 20b, 20c). The button-shaped board 20 includes a clothing button-shaped base made of an insulating material and a circuit board (not shown) that constitutes the signal processing unit 100 mounted on the base.
Note that the button-shaped base for clothing is, for example, formed in a circular shape in plan view (formed in a circular shape with a diameter of about 1 cm to 4 cm), and has a plurality of through holes in its center. Like the button, it can be attached by threading a thread through the through hole and sewing it onto the insulating cloth (main body part 5).
Further, in the illustrated example, the button-shaped base is formed in a circular shape, but this is merely an example. The button-shaped base is appropriately designed depending on the purpose, such as a polygon such as a triangle, square, or hexagon, or an ellipse.

また、絶縁布5の他方面側において、電極部10と回路基板(図示せず)とが導電性糸(或いは、被覆電線)30により電気的に接続されている。図2に示す例では、電極10aがボタン型基板20aに導電性糸30により電気的に接続され、電極10bがボタン型基板20bに導電性糸30により電気的に接続され、電極10cがボタン型基板20cに導電性糸30により電気的に接続されている。また、ボタン型基板20a、20b、20c同士は、導電性糸(或いは、被覆電線)33により電気的に接続されている。
また、図示する例では、3つのボタン型基板20a、20b、20cを設けているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、ボタン型基板20が、ボタン型基板20a、20b、20cに比べて、大きい寸法の「1つのボタン型基板」で構成されていても良い。この場合、例えば、「1つのボタン型基板」に、絶縁布(本体部5)に縫い付ける貫通孔(4つの貫通孔)の組みが、所定間隔を開けて、複数組(例えば、3組)設けられていても良い。
Further, on the other side of the insulating cloth 5, the electrode section 10 and a circuit board (not shown) are electrically connected by a conductive thread (or covered wire) 30. In the example shown in FIG. 2, the electrode 10a is electrically connected to a button-shaped substrate 20a by a conductive thread 30, the electrode 10b is electrically connected to a button-shaped substrate 20b by a conductive thread 30, and the electrode 10c is electrically connected to a button-shaped substrate 20b by a conductive thread 30. It is electrically connected to the substrate 20c by a conductive thread 30. Further, the button-shaped substrates 20a, 20b, and 20c are electrically connected to each other by a conductive thread (or covered wire) 33.
Further, in the illustrated example, three button-shaped substrates 20a, 20b, and 20c are provided, but the present invention is not particularly limited to this. For example, the button-shaped substrate 20 may be composed of "one button-shaped substrate" having a larger size than the button-shaped substrates 20a, 20b, and 20c. In this case, for example, a plurality of sets (for example, 3 sets) of through holes (4 through holes) to be sewn into the insulating cloth (main body part 5) are arranged at predetermined intervals on "one button-shaped board". It may be provided.

このように本実施形態では、電極部10及び信号処理部100が設けられている本体部5が絶縁布により構成されている。また、電極部10が、絶縁布(本体部5)に導電糸が刺繍されて形成されていると共に、信号処理部100が、絶縁布(本体部5)の他方面側に縫い付けられて取り付けられたボタン型基板200により構成されている。
この構成によれば、ミシン等を使えば、簡単な作業工程により、絶縁布(本体部5)に電極10を形成すると共に、信号処理部10を形成する回路基板を絶縁布(本体部5)に固定することができる。すなわち、本実施形態によれば、安価に大量生産が可能な布電極により構成された生体情報センサWを提供することができる。
また、電極部10は、絶縁布5に導電糸を刺繍することにより形成されているため、電極の形状、数、厚み等について用途に応じてカスタマイズすることができる。また、上記のように導電糸を利用することでそのまま配線することができる。
As described above, in this embodiment, the main body section 5 in which the electrode section 10 and the signal processing section 100 are provided is made of insulating cloth. Further, the electrode section 10 is formed by embroidering a conductive thread on an insulating cloth (main body section 5), and the signal processing section 100 is attached by being sewn to the other side of the insulating cloth (main body section 5). The button type board 200 is made up of a button type board 200.
According to this configuration, by using a sewing machine or the like, the electrodes 10 can be formed on the insulating cloth (main body part 5) through a simple work process, and the circuit board forming the signal processing section 10 can be attached to the insulating cloth (main body part 5). can be fixed to. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a biological information sensor W configured with cloth electrodes that can be mass-produced at low cost.
Furthermore, since the electrode section 10 is formed by embroidering conductive thread onto the insulating cloth 5, the shape, number, thickness, etc. of the electrodes can be customized depending on the application. Further, by using conductive thread as described above, wiring can be performed as is.

次に信号処理部100の機能構成を説明する。
図1に示すように、信号処理部100は、アンプ及びフィルタ部110と、AD変換部120と、ノイズ抽出フィルタ部130と、生体信号抽出フィルタ部140と、装着状態異常判定部150と、生体情報算出部160と、通信処理部170とを有している。また、信号処理部100は、図示しない電源部により電力が供給され動作するようになっている。なお、上記の電源部は外部電位と絶縁され、生体電位を基準とした電源になっていることが好ましい。
Next, the functional configuration of the signal processing section 100 will be explained.
As shown in FIG. 1, the signal processing unit 100 includes an amplifier and filter unit 110, an AD conversion unit 120, a noise extraction filter unit 130, a biological signal extraction filter unit 140, a wearing state abnormality determination unit 150, and a biological It has an information calculation section 160 and a communication processing section 170. Further, the signal processing section 100 is operated by being supplied with electric power by a power supply section (not shown). In addition, it is preferable that the above-mentioned power supply unit is insulated from an external potential and is a power supply based on a biological potential.

アンプ及びフィルタ部110は、電極部10から送信された筋電位(生体電位)を受信し、その筋電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出する。
また、アンプ及びフィルタ部110は、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能と、低周波数成分だけを透過し折り返しノイズを引き起こす高周波成分を除去するアンチエイリアシングローパスフィルタ機能と、生体電位の種別に応じて直流成分を除去するハイパスフィルタ機能とを有している。
The amplifier and filter unit 110 receives the myoelectric potential (biopotential) transmitted from the electrode unit 10, amplifies the myoelectric potential, and extracts only a desired frequency band.
The amplifier and filter unit 110 also has a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more, an anti-aliasing low-pass filter function that transmits only low frequency components and removes high frequency components that cause aliasing noise, and a function that corresponds to the type of biopotential. It also has a high-pass filter function that removes DC components.

上記の「1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能」によれば、皮膚-電極部10間の接触抵抗の大きさや変動に影響されずに安定した生体電位の取得が可能になる。
そして、本実施形態では、電極部10が絶縁布(本体部5)に導電糸を刺繍して形成された「3つの電極10a、10b、10c」により構成された布電極であるため、皮膚と電極部10との間の接触抵抗が高くなるが、アンプ及びフィルタ部110の「1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能」により、電極部10が検知した筋電位を安定して取得することができる。
また、アンプ及びフィルタ部110に「アンチエイリアシングローパスフィルタ機能」及び「ハイパスフィルタ機能」を設けた構成により、測定したい周波数帯域だけを抽出することができる。
According to the above-mentioned "high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more", it is possible to obtain a stable biopotential without being affected by the magnitude or fluctuation of the contact resistance between the skin and the electrode section 10.
In the present embodiment, the electrode section 10 is a cloth electrode composed of "three electrodes 10a, 10b, and 10c" formed by embroidering conductive thread on an insulating cloth (main body section 5), so that it does not touch the skin. Although the contact resistance between the electrode unit 10 and the electrode unit 10 increases, the myoelectric potential detected by the electrode unit 10 can be stably acquired due to the “high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more” of the amplifier and filter unit 110. can.
Furthermore, by providing the amplifier and filter section 110 with an "anti-aliasing low-pass filter function" and a "high-pass filter function," it is possible to extract only the frequency band to be measured.

AD変換部120は、アンプ・フィルタ部110により抽出された所望の周波数帯域の生体電位をデジタル信号に変換する。AD変換部120により変換されたデジタル信号は、ノイズ抽出フィルタ部130及び生体信号抽出フィルタ部140の両者に送信される。
なお、AD変換部120は、後述する生体信号抽出フィルタ部140による商用電源周波数(50Hz、60Hz)を除去する処理に適応されやすくするため、「50Hz、60Hz」の最小公倍数である「300Hz」の整数倍のサンプリングレートでAD変換を行うようになっていても良い。
The AD conversion unit 120 converts the biopotential in the desired frequency band extracted by the amplifier/filter unit 110 into a digital signal. The digital signal converted by the AD conversion section 120 is transmitted to both the noise extraction filter section 130 and the biological signal extraction filter section 140.
Note that the AD conversion unit 120 uses a frequency of 300Hz, which is the least common multiple of 50Hz and 60Hz, in order to be easily applied to the process of removing commercial power frequencies (50Hz, 60Hz) by the biological signal extraction filter unit 140, which will be described later. AD conversion may be performed at a sampling rate that is an integral multiple.

ノイズ抽出フィルタ部130は、AD変換部120により変換されたデジタル信号からノイズに相当する信号(ノイズ成分)を抽出する。また、ノイズ抽出フィルタ部130は、装着状態異常検出部150に、抽出したノイズ成分を送信する。 The noise extraction filter section 130 extracts a signal corresponding to noise (noise component) from the digital signal converted by the AD conversion section 120. Further, the noise extraction filter section 130 transmits the extracted noise component to the wearing state abnormality detection section 150.

生体信号抽出フィルタ部140は、AD変換部120により変換されたデジタル信号から所定の生体信号成分に相当する生体信号を抽出する。また、生体信号抽出フィルタ部140は、50Hz、60Hzのデジタルコムフィルタ処理を行い、抽出した生体信号に対して商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去する。また、生体信号抽出フィルタ部140は、装着状態異常検出部150及び生体情報算出部160に対して、抽出され且つ商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去された生体信号(筋電位波形(EMG))を送信する。 The biological signal extraction filter section 140 extracts a biological signal corresponding to a predetermined biological signal component from the digital signal converted by the AD conversion section 120. Furthermore, the biological signal extraction filter section 140 performs digital comb filter processing at 50 Hz and 60 Hz to remove frequency components that are integral multiples of the commercial power frequency from the extracted biological signal. In addition, the biosignal extraction filter section 140 sends a biosignal (myoelectric potential waveform (EMG )).

装着状態異常検出部150は、生体信号抽出フィルタ部140が抽出した生体信号と、ノイズ抽出フィルタ部130が抽出したノイズ成分とを比較することで、生体情報センサWが被検者に正しく装着されているか否かを判定する。また、装着状態異常検出部150は、生体情報センサWが被検者に正しく装着されているか否かの判定結果を示す「装着状態情報」を生成し、通信処理部170に「装着状態情報」送信する。 The wearing state abnormality detection unit 150 compares the biological signal extracted by the biological signal extraction filter unit 140 with the noise component extracted by the noise extraction filter unit 130, thereby determining whether the biological information sensor W is correctly worn on the subject. Determine whether or not the In addition, the wearing state abnormality detection unit 150 generates “wearing state information” indicating the determination result of whether or not the biological information sensor W is correctly worn on the subject, and sends the “wearing state information” to the communication processing unit 170. Send.

生体情報算出部160は、生体信号抽出フィルタ部140により信号処理された生体信号(筋電位波形(EMG))を用いた演算処理(分析処理)を行い、生体信号(筋電位波形(EMG))から筋緊張度(筋活動量)を算出する。また、生体情報算出部160は、通信処理部170に対して、「生体信号抽出フィルタ部140から取得した筋電位波形(EMG)」お及び「算出した筋緊張度」を送信する。 The biological information calculation unit 160 performs arithmetic processing (analysis processing) using the biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)) that has been signal-processed by the biological signal extraction filter unit 140, and extracts the biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)). Calculate muscle tone (muscle activity amount) from Furthermore, the biological information calculation unit 160 transmits the “myoelectric potential waveform (EMG) acquired from the biological signal extraction filter unit 140” and the “calculated muscle tone” to the communication processing unit 170.

通信処理部170は、有線或いは無線により、外部処理装置300に接続されており、外部処理装置300に対して、「装着状態情報」、「筋電位波形(EMG)」及び「筋緊張度」を送信する。 The communication processing unit 170 is connected to the external processing device 300 by wire or wirelessly, and transmits “wearing state information”, “myoelectric potential waveform (EMG)” and “muscle tension” to the external processing device 300. Send.

なお、信号処理部100のハードウェア構成については特に限定されるものではないが、例えば、以下のように構成することができる。
信号処理部100の構成部のうち、「アンプ及びフィルタ部110及びAD変換部120」は、例えば、専用に設計されたハードウェア回路により実現される。
また、信号処理部100の構成部のうち、「ノイズ抽出フィルタ部130、生体信号抽出フィルタ部140、装着状態異常検出部150、生体情報算出部160、及び通信処理部170」は、例えば、マイクロコントローラユニット(MCU)により実現される。
そして、本実施形態では、上記のハードウェア回路及びMCUを備えた回路基板が、ボタン型基板20を構成する「衣服用のボタン形状の基部」の上に搭載されている。
Note that the hardware configuration of the signal processing unit 100 is not particularly limited, but may be configured as follows, for example.
Among the components of the signal processing unit 100, “the amplifier and filter unit 110 and the AD conversion unit 120” are realized by, for example, a specially designed hardware circuit.
Further, among the components of the signal processing unit 100, “the noise extraction filter unit 130, the biological signal extraction filter unit 140, the wearing state abnormality detection unit 150, the biological information calculation unit 160, and the communication processing unit 170” are, for example, This is realized by a controller unit (MCU).
In this embodiment, a circuit board including the above-described hardware circuit and MCU is mounted on a "button-shaped base for clothing" that constitutes the button-shaped board 20.

上記のMCUは、CPU、メモリ(主記憶装置、補助記憶装置)、入出力インターフェース、通信処理インターフェース等を有している。また、補助記憶装置には、「ノイズ抽出フィルタ部130、生体信号抽出フィルタ部140、装着状態異常検出部150、生体情報算出部160、及び通信処理部170」の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。そして、「ノイズ抽出フィルタ部130、生体信号抽出フィルタ部140、装着状態異常検出部150、生体情報算出部160、及び通信処理部170」の機能は、CPUが、補助記憶装置に記憶されているプログラムを主記憶装置に読み出して実行することにより実現される。 The MCU described above includes a CPU, memory (main storage, auxiliary storage), input/output interface, communication processing interface, and the like. In addition, the auxiliary storage device includes programs for realizing the functions of "noise extraction filter section 130, biological signal extraction filter section 140, wearing state abnormality detection section 150, biological information calculation section 160, and communication processing section 170". remembered. The functions of the "noise extraction filter section 130, biological signal extraction filter section 140, wearing state abnormality detection section 150, biological information calculation section 160, and communication processing section 170" are stored in the auxiliary storage device by the CPU. This is achieved by reading the program into the main memory and executing it.

次に、本実施形態の生体情報センサWが行う生体情報測定処理について、図4及び図5を参照しながら説明する。
ここで、図4は、本実施形態の生体情報センサの構成部間の信号の流れを示した模式図であり、図5は、本実施形態の生体情報センサが行う生体情報測定処理の手順を示したフローチャートである。
Next, the biological information measurement process performed by the biological information sensor W of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
Here, FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of signals between the constituent parts of the biological information sensor of this embodiment, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the procedure of biological information measurement processing performed by the biological information sensor of this embodiment. FIG.

本実施形態の生体情報センサWにより生体情報を測定する場合、事前準備として、絶縁布により構成されるシート状の本体部5に設けられた電極部10を、被検者の皮膚に当接させた状態で被検者の身体の部位に巻き付けて固定し、生体情報センサWを被検者に装着する。 When measuring biological information using the biological information sensor W of this embodiment, as a preliminary preparation, the electrode section 10 provided on the sheet-like main body section 5 made of insulating cloth is brought into contact with the skin of the subject. The biological information sensor W is attached to the subject by wrapping and fixing it around a body part of the subject.

生体情報センサWが被検者に装着されると、生体情報センサWの電源(図示せず)を入れる。これにより、電極部10が被検者の皮膚上に現れる筋電位(生体電位)を検知する。また、電極部10は、信号処理部100のアンプ及びフィルタ部110に対して、検知した筋電位を送信し(S1)、S2の処理に移行する。 When the biological information sensor W is attached to the subject, the biological information sensor W is turned on (not shown). Thereby, the electrode section 10 detects myoelectric potential (biopotential) appearing on the skin of the subject. Further, the electrode section 10 transmits the detected myoelectric potential to the amplifier and filter section 110 of the signal processing section 100 (S1), and the process proceeds to S2.

S2では、アンプ&フィルタ部110が、電極部10が送信した筋電位を受信し(取得し)、その筋電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出する。また、アンプ&フィルタ部110は、AD変換部120に、抽出した所望の周波数帯域の筋電位を送信し、S3の処理に移行する。 In S2, the amplifier and filter section 110 receives (obtains) the myoelectric potential transmitted by the electrode section 10, amplifies the myoelectric potential, and extracts only a desired frequency band. Further, the amplifier and filter section 110 transmits the extracted myoelectric potential of the desired frequency band to the AD conversion section 120, and proceeds to the process of S3.

S3では、AD変換部120が、アンプ・フィルタ部110から送信された所望の周波数帯域の筋電位(アナログ信号の筋電位)を受信し、受信した筋電位をデジタル信号に変換する。AD変換部120により変換されたデジタル信号は、ノイズ抽出フィルタ部130及び生体信号抽出フィルタ部140の両者に送信され、S4、S5の処理に移行する。
なお、S4、5の処理は、並列して同じタイミングで行われても良いし、S4、S5の順番に行なわれても良いし、S5、S4の順番に行なわれても良い。
In S3, the AD converter 120 receives the myoelectric potential of a desired frequency band (analog signal myoelectric potential) transmitted from the amplifier/filter section 110, and converts the received myoelectric potential into a digital signal. The digital signal converted by the AD conversion section 120 is transmitted to both the noise extraction filter section 130 and the biological signal extraction filter section 140, and the process moves to S4 and S5.
Note that the processes of S4 and S5 may be performed in parallel at the same timing, or may be performed in the order of S4 and S5, or may be performed in the order of S5 and S4.

S4では、ノイズ抽出フィルタ部130が、AD変換部120から送信されたデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号から所定のノイズ成分を抽出する。また、ノイズ抽出フィルタ部130は、装着状態異常検出部150に、抽出したノイズ成分を送信する。 In S4, the noise extraction filter section 130 receives the digital signal transmitted from the AD conversion section 120, and extracts a predetermined noise component from the received digital signal. Further, the noise extraction filter section 130 transmits the extracted noise component to the wearing state abnormality detection section 150.

S5では、生体信号抽出フィルタ部140は、AD変換部120から送信されたデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号からから所定の生体信号成分に相当する生体信号(筋電位波形(EMG))を抽出する。また、生体信号抽出フィルタ部140は、抽出した生体信号に対して商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去する。また、生体信号抽出フィルタ部140は、装着状態異常検出部150及び生体情報算出部160に対して、上記の抽出し且つ商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去した生体信号(筋電位波形(EMG))を送信する。
なお、S4及びS5の両者が終了すると、S6の処理が開示され、S5の処理が終了するとS7の処理が開始される。
In S5, the biological signal extraction filter section 140 receives the digital signal transmitted from the AD conversion section 120, and extracts a biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)) corresponding to a predetermined biological signal component from the received digital signal. Extract. Furthermore, the biosignal extraction filter section 140 removes frequency components that are integral multiples of the commercial power frequency from the extracted biosignal. In addition, the biological signal extraction filter section 140 sends the biological signal (myoelectric potential waveform) extracted above and from which frequency components that are integral multiples of the commercial power supply frequency removed to the wearing state abnormality detection section 150 and the biological information calculation section 160. Send EMG)).
Note that when both S4 and S5 are completed, the process of S6 is disclosed, and when the process of S5 is completed, the process of S7 is started.

S6では、装着状態異常検出部150が、生体信号抽出フィルタ部140から送信された生体体信号を受信すると共に、ノイズ抽出フィルタ部130が送信したノイズ成分を受信する。また、装着状態異常検出部150が、受信した生体信号と、受信したノイズ成分とを比較することで、生体情報センサWが被験者に正しく装着されているか否かを判定する。例えば、装着状態異常検出部150は、生体信号対するノイズ成分の割合(ノイズ成分/生体信号)が所定値以上のときには、生体情報センサWが被験者に正しく装着されていないと判定する。また、上記の割り合いが所定値未満のときには、生体情報センサWが被験者に正しく装着されていると判定する。
また、装着状態異常検出部150は、判定結果である生体情報センサWが被検者に正しく装着されているか否かを示す「装着状態情報」を生成し、通信処理部170に対して、生成した「装着状態情報」を送信する。
In S6, the wearing state abnormality detection section 150 receives the biological signal transmitted from the biological signal extraction filter section 140, and also receives the noise component transmitted from the noise extraction filter section 130. Furthermore, the wearing state abnormality detection unit 150 determines whether the biological information sensor W is correctly worn by the subject by comparing the received biological signal and the received noise component. For example, the wearing state abnormality detection unit 150 determines that the biological information sensor W is not correctly worn by the subject when the ratio of the noise component to the biological signal (noise component/biological signal) is equal to or higher than a predetermined value. Further, when the above ratio is less than a predetermined value, it is determined that the biological information sensor W is correctly attached to the subject.
In addition, the wearing state abnormality detection unit 150 generates “wearing state information” indicating whether or not the biological information sensor W, which is the determination result, is correctly worn by the subject, and sends the generated “wearing state information” to the communication processing unit 170. "Wearing status information" is sent.

S7では、生体情報算出部160が、生体信号抽出フィルタ部140から送信された生体信号(筋電位波形(EMG))を受信する。また、生体情報算出部160が、受信した生体信号(筋電位波形(EMG))を用いた演算処理(分析処理)を行い、生体信号(筋電位波形(EMG))から筋緊張度(生体情報)を算出する。また、生体情報算出部160は、通信処理部170に対して、「生体信号抽出フィルタ部140から取得した筋電位波形(EMG)」及び「算出した筋緊張度」を送信する。 In S7, the biological information calculation section 160 receives the biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)) transmitted from the biological signal extraction filter section 140. In addition, the biological information calculation unit 160 performs arithmetic processing (analysis processing) using the received biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)), and calculates muscle tension (biological information) from the biological signal (myoelectric potential waveform (EMG)). ) is calculated. In addition, the biological information calculation unit 160 transmits the “myoelectric potential waveform (EMG) acquired from the biological signal extraction filter unit 140” and the “calculated muscle tone” to the communication processing unit 170.

S8では、通信処理部170が、装着状態異常検出部150から送信された「装着状態情報」を受信すると共に、生体情報算出部160から送信された「筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を受信する。また、通信処理部170が、外部処理装置300に、受信した「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を送信する。 In S8, the communication processing unit 170 receives the “wearing state information” transmitted from the wearing state abnormality detection unit 150, and also receives the “myoelectric potential waveform (EMG) and muscle tension” transmitted from the biological information calculation unit 160. receive. Furthermore, the communication processing unit 170 transmits the received “wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tone” to the external processing device 300.

その後、外部処理装置300が「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を受信して、外部処理装置300の利用者(医師、研究者、ゲームのプレイヤ)が、受信した「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を医療行為(診断)、研究、生体情報を利用したゲーム(ゲームのアプリケーションプログラム)等に用いる。 After that, the external processing device 300 receives the "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tone level", and the users of the external processing device 300 (doctors, researchers, game players) receive the received " Wearing status information, myoelectric potential waveforms (EMG), and muscle tension levels are used for medical practice (diagnosis), research, games (game application programs), etc. that utilize biological information.

なお、上述したように、本実施形態の生体情報センサWは、信号処理部100のアンプ及びフィルタ部110に、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能が設けられている。この構成により、電極部10が絶縁布5に導電糸を刺繍して形成された構成になっていても、すなわち、皮膚と電極部10との間の接触抵抗が高くなる布電極であっても、電極部10が検知した筋電位を安定的に取得し、安定的に生体情報を測定することができる。その結果、本実施形態によれば、湿式の生体情報センサと比べて、被検者の身体に負担をかけずに生体情報を測定できる。また、本実施形態によれば、湿式の生体情報センサと比べてランニングコストが発生しないため、利用者の経済的負担が軽減される。 As described above, in the biological information sensor W of this embodiment, the amplifier and filter section 110 of the signal processing section 100 is provided with a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more. With this configuration, even if the electrode part 10 is formed by embroidering conductive thread on the insulating cloth 5, that is, even if it is a cloth electrode that increases the contact resistance between the skin and the electrode part 10, , it is possible to stably acquire the myoelectric potential detected by the electrode section 10 and to stably measure biological information. As a result, according to the present embodiment, biometric information can be measured without placing a burden on the subject's body, compared to a wet biometric information sensor. Further, according to the present embodiment, there is no running cost compared to a wet biological information sensor, so the economic burden on the user is reduced.

また、本実施形態の生体情報センサWは、上述した通り、信号処理部10のアンプ及びフィルタ部110に、アンチエイリアシングローパスフィルタ機能及びハイパスフィルタ機能を設けている。そのため、アンプ及びフィルタ部110において、測定したい周波数帯域だけを抽出することができ、アンプ及びフィルタ部110が行うS2以降の処理において、高精度に生体情報を算出するこができる。 Further, in the biological information sensor W of this embodiment, as described above, the amplifier and filter section 110 of the signal processing section 10 are provided with an anti-aliasing low-pass filter function and a high-pass filter function. Therefore, the amplifier and filter section 110 can extract only the frequency band to be measured, and the biological information can be calculated with high accuracy in the processing after S2 performed by the amplifier and filter section 110.

また、本実施形態の生体情報センサWは、上述した通り、信号処理部10の装着状態異常検出部150が、生体情報センサWが被験者に正しく装着されているか否かを判定している。
この構成により、例えば、生体情報を医療行為(診断)や研究、コンピュータゲーム(アプリケーションプログラム)に用いる場合、生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定された場合だけ、算出された生体情報を用いるようにすることができる。すなわち、本実施形態によれば、正確な生体情報を用いて、医療行為、研究(医学、スポーツ科学等の研究)、コンピュータゲーム等を行うことができる。
Further, in the biological information sensor W of this embodiment, as described above, the wearing state abnormality detection unit 150 of the signal processing unit 10 determines whether the biological information sensor W is correctly worn by the subject.
With this configuration, for example, when biometric information is used for medical treatment (diagnosis), research, or computer games (application programs), calculations are made only when it is determined that the biometric information sensor is correctly attached to the subject. Biometric information can be used. That is, according to the present embodiment, accurate biological information can be used to perform medical practices, research (research in medicine, sports science, etc.), computer games, and the like.

また、上述した実施形態では、生体情報センサWが測定した「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」が、コンピュータ等の外部処理装置300に送信されて用いられる場合について示したが、特にこれに限定されるものではない。 Furthermore, in the embodiment described above, the case where "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tension" measured by the biological information sensor W is transmitted to and used by the external processing device 300 such as a computer is shown. However, it is not particularly limited to this.

例えば、図6に示すように、生体情報センサWが測定した「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」が、義手400に送信されて、義手の動作制御に用いられるようになっていても良い。
ここで、図6は、本実施形態の生体情報センサを義手の動作制御に利用する場合の例を示した模式図である。
For example, as shown in FIG. 6, "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tension" measured by the biological information sensor W is transmitted to the prosthetic hand 400 and used to control the operation of the prosthetic hand. It's okay to be.
Here, FIG. 6 is a schematic diagram showing an example in which the biological information sensor of this embodiment is used to control the operation of a prosthetic hand.

図6に示す義手400は、生体情報センサWの信号処理部100と、有線或いは無線により通信可能な制御回路410を備えている。この制御回路410が、生体情報センサWから「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を受信し、その受信した「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を用いて義手400の動作を制御するようになっている。 A prosthetic hand 400 shown in FIG. 6 includes a signal processing section 100 of a biological information sensor W and a control circuit 410 that can communicate by wire or wirelessly. This control circuit 410 receives "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tension" from the biological information sensor W, and the received "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tension" The motion of the prosthetic hand 400 is controlled using the following.

また、制御回路410は、受信した「装着状態情報」が「生体情報センサWが被検者に正しく装着されていることを示す情報」のときには、受信した「筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を用いて義手400の動作を制御する。
また、制御回路410は、受信した「装着状態情報」が「生体情報センサWが被検者に正しく装着されていないことを示す情報」のときには、受信した「筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を用いた義手400の動作制御を行わない。この構成により、生体情報センサWが被検者に正しく装着されていないときに測定された生体情報、すなわち、正確に測定されていないと推定される生体情報により義手の動作が制御されることを防止できる(例えば、義手が誤動作することを防止することができる)。
Furthermore, when the received "wearing state information" is "information indicating that the biological information sensor W is correctly worn on the subject," the control circuit 410 controls the received "myoelectric potential waveform (EMG) and muscle tension." The motion of the prosthetic hand 400 is controlled using the "degree".
In addition, when the received "wearing state information" is "information indicating that the biological information sensor W is not correctly worn on the subject," the control circuit 410 controls the received "myoelectric potential waveform (EMG) and muscle tension." The operation of the prosthetic hand 400 is not controlled using "degree". With this configuration, it is possible to control the operation of the prosthetic hand using biological information measured when the biological information sensor W is not properly attached to the subject, that is, biological information that is estimated to have not been accurately measured. (For example, it is possible to prevent a prosthetic hand from malfunctioning.)

また、図6の構成によれば、長時間にわたり生体情報が必要な義手400の利用者は、布電極により生体情報が測定されるため、湿式の生体情報センサを利用する場合と比べて、利用者の身体の負担を軽減することができる。
また、義手400の動作制御のための生体情報センサWは、義手の利用者が継続して繰り返して使うものであるが、湿式の生体情報センサのような使い捨ての電極ではなく且つジェルも必要ないため、ランニングコストがかからず、経済的な負担が軽減される。
Furthermore, according to the configuration shown in FIG. 6, the user of the prosthetic hand 400 who requires biometric information for a long time can use the prosthetic hand 400 more easily than when using a wet biometric information sensor because the biometric information is measured by the cloth electrode. It is possible to reduce the burden on the person's body.
Furthermore, the biological information sensor W for controlling the operation of the prosthetic hand 400 is used repeatedly by the user of the prosthetic hand, but it is not a disposable electrode like a wet biological information sensor and does not require gel. Therefore, there are no running costs and the economic burden is reduced.

以上、説明したように、本実施形態によれば、被検者の皮膚と電極との間の接触抵抗が高くても、安定的に生体情報を測定することができる生体情報センサWを提供することができる。 As described above, the present embodiment provides a biological information sensor W that can stably measure biological information even if the contact resistance between the subject's skin and the electrode is high. be able to.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made within the scope of the invention.

例えば、上述した実施形態では、生体情報センサWが布電極により構成されている場合について述べたが、布電極の以外のものでも本発明を適用することができる。
例えば、図7に示す従来技術の「乾式の生体情報センサ500」の信号処理部(図7には示さず)を、本実施形態の信号処理部100に置き換えるようにしても良い。乾式の生体情報センサ500は、被検者の皮膚と電極との間の接触抵抗が高くてなるが、本実施形態の信号処理部100を設けることにより、安定的に生体情報を測定することができるようになる。
また、図7に示す、乾式の筋電センサ500は、絶縁材料により形成された箱状の本体部501一方面に設けられた電極502が金属により形成されているが、特にこれに限定されるものではない。乾式の筋電センサ500の電極502が金属以外の「導電性を有する材料(例えば、導電性プラスチック)」により形成されていても良い。
For example, in the embodiment described above, a case has been described in which the biological information sensor W is constituted by cloth electrodes, but the present invention can be applied to devices other than cloth electrodes.
For example, the signal processing section (not shown in FIG. 7) of the conventional "dry biological information sensor 500" shown in FIG. 7 may be replaced with the signal processing section 100 of this embodiment. Although the dry biological information sensor 500 has a high contact resistance between the subject's skin and the electrode, by providing the signal processing section 100 of this embodiment, it is possible to stably measure biological information. become able to.
Further, in the dry myoelectric sensor 500 shown in FIG. 7, an electrode 502 provided on one side of a box-shaped main body 501 made of an insulating material is made of metal, but this is not particularly limited. It's not a thing. The electrode 502 of the dry myoelectric sensor 500 may be made of a "conductive material (eg, conductive plastic)" other than metal.

また、上述した実施形態の生体情報センサWでは、電極部10が筋電位を検知し、信号処理部100が、筋電位から「装着状態情報、筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」を算出しているが、特にこれに限定されるものではない。生体情報センサWの電極部10が筋電位以外の生体電位を検知し、その生体電位から「筋電位波形(EMG)及び筋緊張度」以外の生体情報を算出するようなっていても良い。 Furthermore, in the biological information sensor W of the embodiment described above, the electrode section 10 detects myoelectric potential, and the signal processing section 100 calculates "wearing state information, myoelectric potential waveform (EMG), and muscle tone" from the myoelectric potential. However, it is not particularly limited to this. The electrode unit 10 of the biological information sensor W may detect a biological potential other than myoelectric potential, and calculate biological information other than "myoelectric potential waveform (EMG) and muscle tone" from the biopotential.

また、上述した実施形態の生体情報センサWは、絶縁布により形成された本体部5に、信号処理部100の機能を実現する回路基板が搭載されたボタン型基板20が取付けられているが、この構成は一例である。信号処理部100の機能が、電極部10に電気的に接続された別体の装置(例えば、コンピュータ等の装置)に設けられていても良い。 Furthermore, in the biological information sensor W of the embodiment described above, the button-shaped board 20 on which a circuit board for realizing the function of the signal processing part 100 is mounted is attached to the main body part 5 formed of an insulating cloth. This configuration is an example. The function of the signal processing section 100 may be provided in a separate device (for example, a device such as a computer) electrically connected to the electrode section 10.

また、上述した実施形態の生体情報センサWは、絶縁布により形成された本体部5を有する構成になっているが、本体部5が絶縁布以外の「シート状の絶縁材」により構成されていても良い。 Furthermore, although the biological information sensor W of the embodiment described above has a main body portion 5 made of an insulating cloth, the main body portion 5 may be made of a “sheet-like insulating material” other than the insulating cloth. It's okay.

W…生体情報センサ
5…本体部
10…電極部
10a、10b、10c…電極
20、20a、20b、20c…ボタン型基板
30、33…導電性糸
100…信号処理部
110…アンプ及びフィルタ部
120…AD変換部
130…ノイズ抽出フィルタ部
140…生体信号抽出フィルタ部
150…装着状態異常判定部
160…生体情報算出部
170…通信処理部
300…外部処理装置
400…義手
410…制御回路
W... Biological information sensor 5... Main body part 10... Electrode parts 10a, 10b, 10c... Electrodes 20, 20a, 20b, 20c... Button type substrates 30, 33... Conductive thread 100... Signal processing part 110... Amplifier and filter part 120 ...AD conversion section 130...Noise extraction filter section 140...Biological signal extraction filter section 150...Wearing state abnormality determination section 160...Biological information calculation section 170...Communication processing section 300...External processing device 400...Prosthetic hand 410...Control circuit

Claims (4)

被検者に装着され該被検者の生体情報を測定する生体情報センサであって、
被検者の皮膚に当接させて該被検者の生体電位を検知する電極部と、
前記電極部から前記生体電位を取得し該取得した生体電位から生体情報を算出する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記生体電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出するアンプ及びフィルタ部と、
前記アンプ及びフィルタ部から抽出された前記所望の周波数帯域の生体電位をデジタル信号に変換するAD変換部と、
前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定の生体信号成分に相当する生体信号を抽出すると共に、抽出した生体信号に対して商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去する生体信号抽出フィルタ部と、
前記生体信号抽出フィルタ部により信号処理された生体信号から生体情報を算出する生体情報算出部とを有し、
前記アンプ及びフィルタ部は、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能を有し、
前記電極部及び前記信号処理部が設けられた本体部を有し、
前記本体部は、シート状の絶縁布により形成されており、その一方面が被検者の身体に当接させる当接面になっており、
前記電極部は、前記絶縁布に導電糸が刺繍されることにより該絶縁布の一方面から突出して形成されており、
前記絶縁布の他方面側には、糸で縫い付けられて取り付けられたボタン型基板が形成され、
前記ボタン型基板は、絶縁材料により形成された衣服用のボタン形状の基部と、該基部の上に搭載された前記信号処理部を構成する回路基板とを有し、
前記絶縁布の他方面側において、前記電極と前記回路基板とが導電性糸により電気的に接続されていることを特徴とする生体情報センサ。
A biological information sensor that is attached to a subject and measures biological information of the subject,
an electrode part that is brought into contact with the skin of the subject to detect the biopotential of the subject;
a signal processing unit that acquires the biopotential from the electrode unit and calculates bioinformation from the acquired biopotential,
The signal processing section includes:
an amplifier and filter unit that amplifies the biopotential and extracts only a desired frequency band;
an AD conversion unit that converts the biopotential in the desired frequency band extracted from the amplifier and filter unit into a digital signal;
A biosignal extraction filter unit that extracts a biosignal corresponding to a predetermined biosignal component from the digital signal converted by the AD conversion unit, and removes frequency components that are integral multiples of the commercial power frequency from the extracted biosignal. and,
a biological information calculation unit that calculates biological information from the biological signal signal-processed by the biological signal extraction filter unit,
The amplifier and filter section has a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more,
comprising a main body section in which the electrode section and the signal processing section are provided;
The main body portion is formed of a sheet-like insulating cloth, and one side thereof is a contact surface that is brought into contact with the body of the subject,
The electrode portion is formed by embroidering conductive thread on the insulating cloth so as to protrude from one side of the insulating cloth,
A button-shaped substrate is formed on the other side of the insulating cloth and is attached by sewing with a thread,
The button-shaped board has a clothing button-shaped base made of an insulating material, and a circuit board constituting the signal processing unit mounted on the base,
A biological information sensor , wherein the electrode and the circuit board are electrically connected to each other by a conductive thread on the other side of the insulating cloth .
前記信号処理部は、
前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定のノイズ成分を抽出するノイズ抽出フィルタ部と、
前記生体信号抽出フィルタ部が抽出した生体信号と、前記ノイズ抽出フィルタ部が抽出したノイズ成分とを比較することで、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されているか否かを判定する装着状態異常検出部とを有し、
前記装着状態異常検出部は、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値以上のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていないと判定し、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値未満のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定することを特徴とする請求項に記載の生体情報センサ。
The signal processing section includes:
a noise extraction filter unit that extracts a predetermined noise component from the digital signal converted by the AD conversion unit;
Wearing that determines whether or not the biological information sensor is correctly worn on the subject by comparing the biological signal extracted by the biological signal extraction filter section and the noise component extracted by the noise extraction filter section. It has a state abnormality detection section,
The wearing state abnormality detection unit determines that the biological information sensor is not correctly worn on the subject when the ratio of the noise component to the biological signal is equal to or higher than a predetermined value, and determines that the ratio of the noise component to the biological signal is higher than a predetermined value. The biological information sensor according to claim 1 , wherein when the value is less than a predetermined value, it is determined that the biological information sensor is correctly attached to the subject .
被検者に装着され該被検者の生体情報を測定する生体情報センサであって、
被検者の皮膚に当接させて該被検者の生体電位を検知する電極部と、
前記電極部から前記生体電位を取得し該取得した生体電位から生体情報を算出する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記生体電位を増幅して所望の周波数帯域だけを抽出するアンプ及びフィルタ部と、
前記アンプ及びフィルタ部から抽出された前記所望の周波数帯域の生体電位をデジタル信号に変換するAD変換部と、
前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定の生体信号成分に相当する生体信号を抽出すると共に、抽出した生体信号に対して商用電源周波数の整数倍の周波数成分を除去する生体信号抽出フィルタ部と、
前記生体信号抽出フィルタ部により信号処理された生体信号から生体情報を算出する生体情報算出部と
前記AD変換部により変換されたデジタル信号から所定のノイズ成分を抽出するノイズ抽出フィルタ部と、
前記生体信号抽出フィルタ部が抽出した生体信号と、前記ノイズ抽出フィルタ部が抽出したノイズ成分とを比較することで、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されているか否かを判定する装着状態異常検出部とを有し、
前記アンプ及びフィルタ部は、1MΩ以上の高入力インピーダンス差動アンプ機能を有し、
前記装着状態異常検出部は、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値以上のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていないと判定し、前記生体信号対するノイズ成分の割合が所定値未満のときには、前記生体情報センサが被検者に正しく装着されていると判定することを特徴とする生体情報センサ。
A biological information sensor that is attached to a subject and measures biological information of the subject,
an electrode part that is brought into contact with the skin of the subject to detect the biopotential of the subject;
a signal processing unit that acquires the biopotential from the electrode unit and calculates bioinformation from the acquired biopotential,
The signal processing section includes:
an amplifier and filter unit that amplifies the biopotential and extracts only a desired frequency band;
an AD conversion unit that converts the biopotential in the desired frequency band extracted from the amplifier and filter unit into a digital signal;
A biosignal extraction filter unit that extracts a biosignal corresponding to a predetermined biosignal component from the digital signal converted by the AD conversion unit, and removes frequency components that are integral multiples of the commercial power frequency from the extracted biosignal. and,
a biological information calculation unit that calculates biological information from the biological signal processed by the biological signal extraction filter unit ;
a noise extraction filter unit that extracts a predetermined noise component from the digital signal converted by the AD conversion unit;
Wearing that determines whether or not the biological information sensor is correctly worn on the subject by comparing the biological signal extracted by the biological signal extraction filter section and the noise component extracted by the noise extraction filter section. It has a state abnormality detection section,
The amplifier and filter section has a high input impedance differential amplifier function of 1 MΩ or more,
The wearing state abnormality detection unit determines that the biological information sensor is not correctly worn on the subject when the ratio of the noise component to the biological signal is equal to or higher than a predetermined value, and determines that the ratio of the noise component to the biological signal is higher than a predetermined value. A biological information sensor characterized in that when it is less than a predetermined value, it is determined that the biological information sensor is correctly attached to the subject .
前記生体電位が筋電位であり、
前記生体情報が筋電位波形及び筋活動量であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の生体情報センサ。
the biopotential is a myoelectric potential,
The biological information sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the biological information is a myoelectric potential waveform and an amount of muscle activity.
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