JPH08229132A

JPH08229132A - 生体信号測定・誘導装置

Info

Publication number: JPH08229132A
Application number: JP7340370A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Katsuragi; 正彦桂城; Nobuo Hamamoto; 信男浜本; Masatoshi Otake; 正利大竹; Takehiro Okawa; 武宏大川; Yukio Kumagai; 幸夫熊谷; Sadashige Nakano; 定樹中野; Kenichi Mizuishi; 賢一水石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】いつでも、どこでも、特定の生体信号が検知
誘導できる生体信号フィ−ドバック装置のパ−ソナル化
への対応。【解決手段】生体信号フィ−ドバック装置本体のサイ
ズを身に付け可能なウエアラブル・サイズにし、スタン
ドアロンで機能するように生体計測機能と計測デ−タ信
号処理機能と刺激機能と結果表示機能を一体で装置に内
蔵させた。【効果】ウエアラブルサイズにしたため、どこにでも
持ち運びが可能となり、いつでもどこでも特定の生体信
号の誘導ができ、使い勝手が向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血圧、脈拍、脳波
等、健康のバロメータ値たる生体信号を測定しつつ、そ
の測定信号値に従って刺激を与えることにより特定の生
体信号を予め決められた方向に誘導する生体信号測定・
誘導装置、特に、携帯に便利なウエアラブル・サイズの
生体信号測定・誘導装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の人が測定できる生体信号であっ
て、肉体的、精神的健康状態を知る上で重要な測定パラ
メータとして、血圧、脈拍、体温、脳波電圧等、多数存
在する。さらに、測定した生体信号が、生理的、心理的
に、被測定者にとって悪い値、または希望していない値
の時、その値を被測定者にとって良い値になる方向へ誘
導できれば、肉体的、精神的な健康に良い。そこで、特
定の生体信号を測定し、生体を、生理的、心理的に所望
の方向へ向かわせるための刺激情報が与えられる生体信
号測定・誘導装置が知られている。

【０００３】脳波を例にとり、より具体的に説明する
と、人間の脳波と生理的、心理的状態の間には密接な関
係があるといわれている。一般に、脳波を分類すると、
その周波数で大別して４つの脳波に分けられる。１〜４
Hzをδ波、４〜８Hzをθ波、８〜13Hzをα波、13Hz以上
をβ波と言っており、通常の生活状態では、これらの脳
波が混在して発生している。これら各脳波のうち、ある
脳波の存在割合が多くなった時、それぞれに次のような
特性がある。

【０００４】すなわち、δ波は深い睡眠時に現われる脳
波、θ波は冥想時や入眠してまもなくの時など深いリラ
ックス状態に現われる非常に安定した脳波、α波は寛い
でいる時に現われ、集中力、理解力、記憶力などを高め
る脳波、β波は勉強中、仕事中など脳が活発に働いてい
る時に現われる脳波である。これらの脳波を測定し、逆
に、特定の脳波、たとえばα波が優勢になるように誘導
できれば、短時間に集中力、理解力を深め、創造性開
発、業務の能率向上に有効な状態に導くことができる。

【０００５】従来の脳波信号に関する生体信号測定・誘
導装置としては、特開昭５９−１４６６３９号公報、特
開平２−１６８９３２号公報、特開平２−１６８９３３
号公報および特開平２−１６８９３４号公報等の公知例
がある。

【０００６】上記、特開昭５９−１４６６３９号公報で
は、脳波を検出、分析処理する脳波検出処理部と、脳波
状態を告知し、生体にフィードバック（帰還）するため
の音声再生装置とから構成されている。このように生体
信号から周波数を分析して目的の信号を高速に得るに
は、従来パソコンやＤＳＰを用いて分析を行なうため、
大きな装置が必要であった。また、生体刺激信号となる
音声再生装置は、カセットテープレコーダ等の、脳波検
出処理部とは全く物理的に分離した音声再生装置を想定
している。そのため、脳波検出処理部と音声再生装置と
は、いずれも独立のスタンドアローン形の装置であり、
両者間の接続には音声ジャック等の結合部材を用いなけ
ればならないので、構成上、携帯には不向きであるし、
身体または衣服に着装して使用できる（ウエアラブル:w
earable）なものではない。

【０００７】このように、脳波信号を分析処理して誘導
したい目標とする脳波信号をリアルタイムに高速に得る
には、従来パソコンや専用のプロセッサであるDSP(Digi
talSignal Processor)を用いて周波数分析を行なってい
るため、大きな装置が必要であった。たとえば、脳波信
号を周波数分析するには、通常、高速フーリエ変換アル
ゴリズムを使用する。脳波分析の場合、一例として、一
次元データ512ポイント以上のフーリエ変換を0.5秒間隔
に計算しなければならないとき、その実現方法は、CPU
クロックが高速のマイクロプロセッサを用いるか、パソ
コン等の高性能CPUを使ってプログラム処理している。
また、刺激として、楽音刺激等の音刺激を使用する場
合、上記で説明したように、その音格納媒体がカセット
テープレコーダ、CDプレーヤ等の単体装置であり、脳波
分析部とは分離されているので、携帯して、生体フィー
ドバックするには、複数の装置を持ち歩く使い勝手の悪
さがあった。

【０００８】さらに、生体信号測定、誘導装置を携帯し
て活用するには、電池での使用になるので、低消費電力
化が必要である。上記で説明したように、高速の周波数
分析を行なう場合、CPUクロックも高速化しなければな
らない。しかし、高速化すると消費電力が大きくなる。
反対に低速化すれば、周波数分析の精度が低下してしま
う問題もあった。

【０００９】また、脳波状態に応じて音声（楽音含む）
再生出力を変化させているが、その現在の変化信号を記
録する手段がないので、次の帰還信号に前回の音声変化
履歴が反映されず、学習効果が薄い。すなわち、毎回同
じような帰還手順を踏むことが予想され、特定脳波の誘
導時間の短縮効果が得られない。

【００１０】また、上記別の３件の公知例である脳波誘
導装置では、生体に与える帰還用の刺激信号として、光
刺激を主体に考えているが、その刺激の与え方として、
誘発しようと考えている脳波の周波数に同期したＬＥＤ
等による光点滅刺激方法を用いている。通常、使用者
は、目を閉じて特定脳波の誘導を受ける。その時与える
光刺激は、目を閉じている状態でも、瞼を通して刺激を
認知しなければならない程度の強い光強度を必要とす
る。そのため、電池による電力供給に難があり、携帯機
器への応用は不利である。また、これらの公知例では、
光刺激に限らず、音刺激、振動刺激に対しても、同様に
特定脳波の周波数に同期したパルス的刺激を与えて誘導
しようとしているが、現在の自分自身の脳波状態を報知
する積極的な手段がなく、使用者に不安を与えかねな
い。

【００１１】すなわち、心地良くなる刺激だけ与えられ
ても、現在の自分自身の脳波状態、今自分がどの脳波の
状態にあるか、アルファ波なのか、ベータ波なのかわか
らなければ、自分で心地良くなったという確証が得られ
ない不安があった。

【００１２】脳波などの生体信号の測定および生体への
フィードバック制御が、時と場所を選ばず、気軽に実現
できれば、学習、業務の効率向上、スポーツ競技の本番
前の緊張緩和、居眠り運転の防止など、日常生活のいろ
いろな場面に活用できる。しかし、上記したように、従
来の生体信号測定・誘導装置は、ウエアラブルで、しか
もいつでもどこでも持ち運べる構成、構造になっていな
い。また、誘導の仕方が、音声を変化させたり、パルス
刺激の周波数を変化させたりするだけの単一モードであ
り、しかも各人の個体差に適した誘導の方法がとれる生
体信号誘導装置になっていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、いつ
でも、どこでも、携帯して、生体信号が測定でき、さら
に各個人にあったプログラムで特定生体信号が誘導で
き、さらに過去の誘導学習効果が現われる刺激の与え方
で、特定の生体信号を速やかに誘導できる生体信号測定
・誘導装置を提供することである。また、本発明の他の
目的は、具体的には、移動中の生体物が、生体信号を取
り込むため、小型で、しかも電池で長時間駆動できる生
体信号測定・誘導装置を得るものである。

【００１４】また、本発明の他の目的は、測定部に関し
て言えば、信号伝送の手段としてのケーブルへの電気雑
音誘導を無視できるものとすることでシールドケーブル
の必要性を無くし、さらにはケーブルの扱いに対する制
約を無くし、簡便に、正確な身体情報を得ることができ
る装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、血圧値、脈拍数、体温、脳波電圧等、健
康のバロメータ値たる生体アナログ信号を、ディジタル
信号に変換し、それを半導体メモリへ記憶する機能と、
その測定結果に応じて刺激信号を生成し特定の生体信号
を誘導する機能とを、ワンチップマイクロコンピュータ
などの超小型、高性能のディジタルコンピュータと組合
せて実現することにより、生体信号測定・誘導装置本体
を、身に付け可能な（ウエアラブルな）サイズ、例え
ば、ポケットに入るカードサイズに納めて、いつでも、
どこでも携帯して使用できるようにしたものである。し
かも、電池の長寿命化をはかったものである。

【００１６】また、本発明は、ワンチップマイクロコン
ピュータなどの小型、高性能のディジタルコンピュータ
によるオーバラップＦＦＴ（Fast Fourier Transform）
処理によって周波数分解能を損なうことなく、リアルタ
イムで、たとえば１〜４Hzのδ波を検出することができ
るようにしたことにある。

【００１７】また、本発明は、ワンチップマイクロコン
ピュータなどの小型、高性能のディジタルコンピュータ
に、タイマと、脳波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
と、ＤＭＡＣ（Direat Memory Access Controller）と
ＦＦＴ処理等を行なうＣＰＵコアとを内蔵させて、小型
化および低消費電力化を図ったことにある。

【００１８】また、本発明は、携帯する際、音声、振動
等刺激内容が外部から入力できるようにして、各個人の
個性と目的に合った誘導方法が採れるようにしたことを
特徴とする。

【００１９】また、本発明は、常時、過去の誘導履歴を
取る手段を設けて、自分に合った誘導方法をその中から
選択して次の誘導に利用できるように構成し、短時間に
目的の生体基準値に誘導することができるようにしたこ
とを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、計測した生体信号をその
場で確認できるように、装置に表示機能を持たせること
を特徴とする。

【００２１】また、本発明は、予め設定した生体計測信
号に達したかどうかを知らせる手段として、装置本体内
にブザー、スピーカ等の音声出力機能と振動機能を設け
たことを特徴とする。また、本発明は、刺激信号を外部
へ出力し、外部装置から生体に刺激が与えられるように
するために刺激発生部を設けたことを特徴とする。

【００２２】また、本発明は、操作性を良くするため
に、スイッチの数を４個以下にして、しかも、そのスイ
ッチの位置を装置前面の中央より右側に配置することで
使い勝手と操作性を向上させることを特徴とする。ま
た、本発明は、生体計測信号の良し、悪しに密接に関係
する周波数成分に分割できる手段とその表示手段も設け
ることを特徴とする。

【００２３】また、本発明は、個人個人によって、刺激
信号の入替えを可能にしたり、生体測定信号の保存もで
きるように、生体信号測定・誘導装置本体にコネクタを
設け、アダプタを介してより上位の機器に接続可能にす
ることを特徴とする。

【００２４】また、本発明は、生体信号測定部に関し
て、プリント基板に生体信号検出電極と、前記検出電極
を入力とする計装増幅器を配設し、前記計装増幅器の出
力を検出信号として処理するようにしたことを特徴とす
る。

【００２５】以上説明した本発明の特徴を、より詳細に
述べれば、次のようになる。

【００２６】即ち、本発明は、生体に起因する生体信号
を検出する生体信号検出部と動作可能に接続される生体
信号入力インタフェースと、前記生体の五感の少なくと
も一つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動
作可能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前
記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディジ
タル信号化処理する生体信号処理手段と、前記ディジタ
ル信号化処理された生体信号処理結果を被測定生体信号
として記憶する被測定生体信号記憶手段と、前記生体刺
激信号インタフェースに送出する生体刺激信号をディジ
タル信号として記憶する生体刺激信号記憶手段とを有
し、全体として一体的に、かつ前記生体に対して着装可
能に構成された生体信号測定・誘導装置が提供される。

【００２７】また、本発明は、生体に起因する生体信号
を検出する生体信号検出部と動作可能に接続される生体
信号入力インタフェースと、前記生体の五感の少なくと
も一つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動
作可能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前
記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディジ
タル信号化処理する生体信号処理手段と、前記ディジタ
ル信号化処理された生体信号処理結果を被測定生体信号
として記憶する被測定生体信号記憶手段と、前記生体刺
激信号インタフェースに送出する生体刺激信号をディジ
タル信号として記憶する生体刺激信号記憶手段と、前記
被測定生体信号記憶手段の内容に応じて前記生体刺激信
号記憶手段の内容を変更する生体刺激信号変更手段とを
有し、全体として一体的に、かつ前記生体に対して着装
可能に構成された生体信号測定・誘導装置が提供され
る。

【００２８】また、本発明は、生体に起因する生体信号
を検出する生体信号検出部と動作可能に接続される生体
信号入力インタフェースと、前記生体の五感の少なくと
も一つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動
作可能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前
記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディジ
タル信号化処理する生体信号処理手段と、前記ディジタ
ル信号化処理された生体信号処理結果を被測定生体信号
として記憶する被測定生体信号記憶手段と、前記生体刺
激信号インタフェースに送出する生体刺激信号をディジ
タル信号として記憶する生体刺激信号記憶手段と、基準
となる参照生体信号をディジタル信号として設定する参
照生体信号設定手段と、前記被測定生体信号記憶手段の
内容と前記参照生体信号設定手段の内容との比較結果に
応じて前記生体刺激信号記憶手段の内容を変更する生体
刺激信号変更手段とを有し、全体として一体的に、かつ
前記生体に対して着装可能に構成された生体信号測定・
誘導装置が提供される。この発明の場合、前記被測定生
体信号記憶手段の内容と前記参照生体信号設定手段の内
容との比較結果を告知する手段を設けることができる。

【００２９】また、本発明は、マイクロコンピュータ
と、前記マイクロコンピュータに対する入力インタフェ
ースであって、生体に起因する生体信号を検出する生体
信号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタ
フェースと、前記マイクロコンピュータに対する出力イ
ンタフェースであって、前記生体の五感の少なくとも一
つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可
能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前記生
体刺激部に送出する生体刺激信号をディジタル信号とし
て記憶する生体刺激信号記憶手段と、これらマイクロコ
ンピュータ、生体信号入力インタフェース、生体刺激信
号記憶手段および生体刺激信号出力インタフェースに電
力を供給する電源部とからなり、全体として一体的に、
かつ前記生体に対して着装可能に構成され、前記マイク
ロコンピュータは、前記生体信号入力インタフェースか
らの生体信号をディジタル信号化処理する機能と、前記
ディジタル信号化処理された生体信号処理結果を被測定
生体信号として記憶する機能とを有する生体信号測定・
誘導装置が提供される。

【００３０】また、本発明は、マイクロコンピュータ
と、前記マイクロコンピュータに対する入力インタフェ
ースであって、生体に起因する生体信号を検出する生体
信号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタ
フェースと、前記マイクロコンピュータに対する出力イ
ンタフェースであって、前記生体の五感の少なくとも一
つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可
能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前記生
体刺激部に送出する生体刺激信号をディジタル信号とし
て記憶する生体刺激信号記憶手段と、これらマイクロコ
ンピュータ、生体信号入力インタフェース、生体刺激信
号記憶手段および生体刺激信号出力インタフェースに電
力を供給する電源部とからなり、全体として一体的に、
かつ前記生体に対して着装可能に構成され、前記マイク
ロコンピュータは、前記生体信号入力インタフェースか
らの生体信号をディジタル信号化処理する機能と、前記
ディジタル信号化処理された生体信号処理結果を被測定
生体信号として記憶する機能と、前記被測定生体信号に
応じて前記生体刺激信号記憶手段の内容を変更する機能
とを有する生体信号測定・誘導装置が提供される。

【００３１】また、本発明は、マイクロコンピュータ
と、前記マイクロコンピュータに対する入力インタフェ
ースであって、生体に起因する生体信号を検出する生体
信号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタ
フェースと、前記マイクロコンピュータに対する出力イ
ンタフェースであって、前記生体の五感の少なくとも一
つを通して前記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可
能に接続される生体刺激信号インタフェースと、前記生
体刺激部に送出する生体刺激信号をディジタル信号とし
て記憶する生体刺激信号記憶手段と、これらマイクロコ
ンピュータ、生体信号入力インタフェース、生体刺激信
号記憶手段および生体刺激信号出力インタフェースに電
力を供給する電源部とからなり、全体として一体的に、
かつ前記生体に対して着装可能に構成され、前記マイク
ロコンピュータは、前記生体信号入力インタフェースか
らの生体信号をディジタル信号化処理する機能と、前記
ディジタル信号化処理された生体信号処理結果を被測定
生体信号として記憶する機能と、基準となる参照生体信
号をディジタル信号として生成する機能と、前記生体刺
激信号記憶手段の内容を変更する機能とを有する生体信
号測定・誘導装置が提供される。この発明の場合、前記
生体刺激信号出力インタフェースにさらに告知手段を接
続して設け、前記マイクロコンピュータは、前記被測定
生体信号記憶手段の内容と前記参照生体信号との比較結
果に応じて、前記告知手段を駆動するようにできてい
る。

【００３２】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、前記生体刺激信号記憶手段が、前
記マイクロコンピュータに含まれていることを特徴とす
る。

【００３３】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、前記マイクロコンピュータに対す
る出力インタフェースとして、さらに、表示手段を備え
てたことを特徴とする。

【００３４】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、前記マイクロコンピュータに対す
る入力インタフェースとして、さらに、前記マイクロコ
ンピュータの動作モードを指定する操作スイッチを含む
操作入力インタフェースを備えたことを特徴とする。

【００３５】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、前記マイクロコンピュータに対す
る入出力インタフェースとして、さらに、入出力コネク
タを有する入出力インタフェースを備えたことを特徴と
する。

【００３６】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、前記入出力コネクタは、ＰＣＭＣ
ＩＡ（Personal Computer Memory Card International
Association）規格のカードコネクタであることを特徴
とする。

【００３７】また、本発明は、前記記載の生体信号測定
・誘導装置において、全体が、カードサイズに形成され
ていることを特徴とする。

【００３８】以上説明したように、本発明によれば、生
体信号測定・誘導装置検知装置本体が身に付け可能なウ
エアラブル・サイズであるため、どこにでも持ち運びが
可能となり、いつでもどこでも特定の生体信号の測定と
誘導が可能となる。また、生体信号が目的とする基準値
に達したことを報知する機能と装置前面にある表示機能
により、時と場所を選ばず、すぐに確認できるため、自
分の生体信号をリアルタイムに知ることができ、その結
果、現在の肉体的、精神的健康状態を知ることができる
効果を奏する。

【００３９】また、本発明によれば、過去の誘導パター
ンを記憶した学習刺激出力機能を使って、予め設定され
た希望値に、より早く近づけることができ、その時、設
定値に達したことを知らせる報知音出力機能、あるいは
振動機の自動振動発生機能により、自分の生理的、心理
的良好状態が表示を見ることなしに判り、刺激の有効性
との関連が直に伝わってきて、安心感を得ることができ
る効果を奏する。

【００４０】また、本発明によれば、外部からの刺激情
報、たとえば音声（音楽）データの入力手段を設けたこ
とにより、使用者の好みにあった音声（音楽）を装置本
体内のメモリに記憶できるため、特定の生体信号の誘導
が一層スムーズに行なうことができる効果を奏する。

【００４１】また、本発明によれば、本体に設けた表示
機能により、現在の自分の生体信号状態を時々刻々知る
ことができ、その時の自己診断の結果によっても、特定
生体信号の誘導の自己学習にも役立ち、次回のスムーズ
な特定生体信号の誘導ができる。さらに表示機能によ
り、誘導終了後、履歴表示を見て希望値へ近づいた経過
パターンを振り返ることによっても、自分自身の学習効
果につながり、次回から、生理的、心理的に密接に関連
する生体信号の目標値、希望値に、より早く到達するこ
とができる。

【００４２】また、本発明は、生体信号検出部におい
て、複数個の検出電極と計装増幅器を一体のプリント基
板上に配設し、各検出電極から計装増幅器入力までの距
離を短くすることで外来電気雑音の影響を少なくし、各
検出電極から前記計装増幅器入力までの条件を等しくす
ることと計装増幅器の作用により同相電気雑音をキャン
セルし、低出力インピーダンスで信号を送出すること
で、信号伝送手段としてのケーブルへの外来電気雑音の
影響を無くするという効果がある。また、計装増幅器で
微小な検出信号を増幅した後に伝送することにより、ケ
ーブルの動的歪みで発生する微小電気雑音の検出信号に
対する影響を相対的に小さくすることで正確な身体情報
を簡便な装置で得ることができる。

【００４３】また、従来の生体信号測定・誘導装置は、
検出信号を表示器に表示しようとする場合、絵、グラフ
ィックとしての文字等の表現は、それ専用に用意された
グラフィック型液晶表示モジュールを用いて実現してい
た。グラフィック型液晶表示モジュールの場合、液晶の
表示要素自身が、ドットマトリックス構造を形成してい
るため、ブラウン管に匹敵する絵、文字等の表現が可能
であるが、形状が大きく、カード型携帯機器等への実装
は非常に困難である。また、価格の面からも、キャラク
タ型液晶表示モジュールと比較すると高価である。従っ
て、低コスト化、小型化が望まれるカード型情報機器に
グラフィック型液晶表示モジュールを用いることは不適
当である。

【００４４】一方、小型でかつ、安価に入手可能なキャ
ラクタ型液晶表示モジュールは、上述したようにキャラ
クタ表示専用であり、キャラクタという枠内である程度
のパターン定義ができるにすぎない。さらに、各キャラ
クタ間の液晶点灯不可能領域の存在が、絵等を表現する
際の大きな障壁となっている。

【００４５】そこで、このキャラクタ型液晶表示モジュ
ールに存在する各キャラクタ間の液晶点灯不可能領域を
有効に利用し、棒グラフ程度の簡単な絵を表示する方法
が必要となる。

【００４６】すなわち、本発明は、図５、図１４に示す
キャラクタ型液晶表示モジュール２上で十分な分解能を
維持し、かつ、キャラクタ３０２とキャラクタ３０３と
の間の液晶点灯不可能領域を棒グラフの非常点灯部を表
わす表示要素と見なし、数値を棒グラフ化するものであ
る。キャラクタ間の液晶点灯不可能領域は約１ドット幅
である点、１キャラクタを構成する横方向のドット数が
奇数個である点、ユーザが自由に外字を定義できる点に
着目し、図１４（ａ）に示すパターンを外字として定義
した。同図（ａ）で定義したキャラクタを組み合わせて
数値を棒グラフで表現する（同図（ｂ））。

【００４７】本発明によれば、図１４（ａ）によって定
義された一つ以上のキャラクタを組み合わせることによ
って棒グラフとして機能する。その作用として、図１４
（ｂ）に示すような、見た目に自然で、十分な分解能を
もった棒グラフをキャラクタ型液晶表示モジュール上で
表現することが可能である。

【００４８】

【発明の実施の形態】本発明に係る生体信号測定・誘導
装置を脳波信号測定・誘導装置に適用した実施例を、図
を使って説明する。

【００４９】まず、図１、図２および図３を使って、本
説明に係る脳波信号測定・誘導装置本体の構成および信
号の流れを説明する。

【００５０】装置本体１は、本装置の制御および信号処
理を司る、ワンチップマイクロコンピュータからなる中
央処理部７３を核として有り、さらに、コネクタ５−入
力アンプ７０−ローパスフィルタ７１−ＡＧＣアンプ７
２からなる脳波信号等の生体信号入力インタフェース
（図３では脳波入力部３０）と、刺激音声発生用の音声
情報を記憶する音声情報メモリ（刺激信号記憶手段）７
５と、音声出力用ＤＡコンバータ７６−ローパスフィル
タ７７−オーディオアンプ７８−コネクタ７からなる刺
激音声等の刺激信号出力インタフェースと、接続インタ
フェース８０−メモリカードコネクタ９からなるテレ
ビ、パソコンなどと接続する上位機種接続インタフェー
スと、入力信号用コネクタ６と出力信号用コネクタとに
接続された操作スイッチ３、４、電源スイッチ１１およ
び音声ボリューム１２等からなる操作入力インタフェー
スと、液晶表示器２を有する表示出力インタフェース
と、基準電源回路８２−電池８３からなる電源部とを有
している。なお、出力インタフェースは、刺激信号出力
インタフェースと表示出力インタフェースとで構成され
る。装置本体１は、さらに、中央処理部７３に対するク
ロック信号を供給するリアルタイムクロック８５、オー
ディオアンプ７８に接続された内蔵スピーカ１０、音声
出力用ＤＡコンバータ７６に接続されたコネクタ８を有
している。

【００５１】コネクタ５には、人間等の生体６０に装着
された脳波検出バンド２１が接続されている。脳波検出
バンド２１は、図２に示されるように、３つのセンサ
Ｌ、Ｅ、Ｒ、プリアンプ２１１およびフィルタ２１２か
らなる、３点式脳波検出バンドを用いることができる。

【００５２】図11（ａ）は本発明による脳波検出用ヘッ
ドバンド１を装着しての脳波検知装置（図示せず）使用
状態を示した図であり、図１１（ｂ）は脳波検出用ヘッ
ドバンド２１に内装するフレキシブルプリント基板２０
２の各部品の実装状態を示した説明図であり、図１１
（ｃ）は回路図である。

【００５３】人頭前額部に接触するように脳波検出用ヘ
ッドバンド２１に配設した導電体パッド２０４ａ、導電
体２０４ｂ、導電体パッド２０４ｃはそれぞれ絶縁物を
挾んでフレキシブルプリント基板２０２上の基準電極パ
ターン２０２ａ、検出電極パターン２０２ｂ、検出電極
パターン２０２ｃに電気的に接続される。基準電極パタ
ーン２０２ａを基準にして検出電極パターン２０２ｂと
検出電極パターン２０２ｃに検出された電圧のそれぞれ
の差電圧は計装増幅機２０３によって、抵抗２０３ｂに
より定められる増幅度で増幅される。増幅された検出信
号はケーブル２０５および出力側コネクタ２０６を介し
て検知カード１に伝送される。なお計装増幅器２０３を
駆動するための電源は出力側コネクタ２０６およびケー
ブル２０５を介して検知カード１から供給される。

【００５４】実施例では人頭前額部中央に基準電極を配
設しているが、耳たぶを挾持する電極を基準電極として
リード線を介して使用しても効果を損なうものではな
い。

【００５５】生体信号検出に関し、別の実施例を図１２
により説明する。図１２（ａ）は本発明による表面筋電
検出装置２０７を装着しての筋電図検査状態を示した図
であり、図１２（ｂ）は筋電検出装置２０７のフレキシ
ブルプリント基板２０８の各部品の実装状態を示した説
明図であり、図１２（ｃ）は回路図である。

【００５６】フレキシブルプリント基板２０８に配設し
た導電体パッド２０９ａ、導電体パッド２０９ｂはフレ
キシブルプリント基板２０８上の検出電極パターン２０
８ａ、検出電極パターン２０８ｂに電気的に接続され
る。リード線２０１を介して接続されるバンド２１１の
内側に配設される基準電極２１２を基準にして検出電極
パターン２０２ｂと検出電極パターン２０２ｃに検出さ
れた電圧のそれぞれの差電圧は計装増幅器２０３によっ
て、抵抗２０３ｂにより定められる増幅度で増幅され
る。増幅された検出信号はケーブル２０５および出力コ
ネクタ２０６を介して処理装置（図示せず）に伝送され
る。なお計装増幅器２０３を駆動するための電源は出力
側コネクタ２０６およびケーブル２０５を介して検知カ
ード１から供給される。

【００５７】本発明の第３の実施例を図１３により説明
する。筋電測定用同心針電極２０７を使っての筋電計測
に本発明を応用したものである。図１３（ａ）は装置の
斜視図であり、図１３（ｂ）は入力コネクタ部２０８の
内部の断面図であり、図１３（ｃ）は回路図である。

【００５８】筋電測定用同心針電極２１３のそれぞれの
端子２１３ａ、２１３ｂは入力コネクタ部２１４の受側
コネクタ２１４ａを介し回路と接続される。リード線２
１０を介した基準電極２１２を基準にして端子２１３
ａ、２１３ｂに検出された検出電圧のそれぞれの差電圧
は入力コネクタ部２１４に配設するプリント基板２１５
上に配設された計装増幅器２０３によって抵抗２０３ｃ
により定められる増幅度で増幅される。増幅された検出
信号はケーブル２０５および出力側コネクタ２０６を介
して検知カード１に伝送される。なお計装増幅器２０３
を駆動するための電源は出力側コネクタ２０６およびケ
ーブル２０５を介して検知カード１から供給される。

【００５９】以上説明したと同様に筋電測定用単極針電
極の場合はケーブル分岐部に計装増幅器を配設すること
で同等の効果を上げることもできる。

【００６０】また、コネクタ７には、生体６０に装着さ
れたイヤフォン２２が接続されている。さらに、コネク
タ８には、告知用振動機２３が接続されている。

【００６１】脳波信号検出バンド２１で検出された脳波
信号は、コネクタ５を通って、入力アンプ７０に入力さ
れ、信号増幅された後、ローパスフィルタ７１、ＡＧＣ
アンプ７２を通って中央処理部であるワンチップマイコ
ン７３のＡＤコンバータ入力端子ＡＤＮ０、ＡＤＮ１に
入力される。ローパスフィルタ７１は、脳波の周波数帯
域である３０Ｈｚ以下に制限するために設けられ、ま
た、ＡＧＣアンプ７２は、個人によって異なる脳波電圧
レベルのゲインをＡＧＣ用ＤＡコンバータを使って、マ
イコン７３にて自動調整する目的で設けられている。

【００６２】ワンチップマイコンで構成した中央処理部
７３は、入力された脳波信号を、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦ
ｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ高速フーリエ変
換）演算を使って分析処理し、α波、β波、δ波、θ波
等の各脳波の割合など、分析処理結果に対応する内容に
変換して、その内容を液晶表示器２に表示する。

【００６３】この時、脳波、血圧、体温、脈拍等の各種
生体データおよびその加工データを棒グラフを用いてア
ナログ的に表示可能にした。図１５に示す使用した液晶
モジュール２は、複数のドット４から成る複数のキャラ
クタ３０２で構成される。それは、１キャラクタ横５ド
ット×縦７ドット構成、横１０キャラクタ×３行表示、
８パターンの外字登録機能を有する。

【００６４】リアルタイムで刻々と得られる脳波の各成
分（β、α、θ、δ波）の割合を予め定義しておいた棒
グラフの各要素を示すキャラクタ（図１６（ａ））を用
い棒グラフ化した例を図１６（ｂ）に示す。横１０キャ
ラクタ表示可能である今回用いた液晶表示モジュールの
一番左端にグラフ化する脳波の名称パターン３３４
（β、α、θ、δ）を、残りの９キャラクタで各脳波の
百分率を棒グラフ表示した。棒グラフの１要素は、２％
を表わすものとし、上述の方式でグラフを構成する場
合、１キャラクタで、０％を表わすパターン３３０、２
％を表わすパターン３３１、４％を表わすパターン３３
２、６％を表わすパターン３３３の４種類のパターンが
表現が可能である。従って、９キャラクタ分用いた場合
２％毎で０％〜５４％までの表示が可能である。従っ
て、図１６（ｂ）において、β、α、θは、それぞれ２
０％、４０％、８％と解釈される。

【００６５】このような方法を用い、ｘ％（０≦ｘ≦１
００）と表わされた数値ｘを棒グラフ化するフローチャ
ートを図１７に示す。まず、ある棒グラフパターンを表
示する列を表わす変数ｃを定義し、数値１で初期化す
る。また、この例では、棒グラフの１要素を２％と定義
したため、数値ｘを２で割り、その結果をｘに代入す
る。次に、棒グラフパターンを表示する列を保持する変
数ｃと液晶表示モジュールの最大表示列数１０を比較
し、変数ｃが最大表示列数１０以下の場合、処理を続行
し、それ以外は処理を終了する。処理を続行する場合、
数値ｘが３以下、ｘは２、ｘは１の各状態を判定し、そ
れぞれ、液晶表示モジュールのｃ列目に６％、４％、２
％を表わす棒グラフパターンを表示する。数値ｘが３以
上であった場合、変数ｃに１を足し、数値ｘから３を引
き、変数ｃが１１になるまで処理を続行する。数値ｘが
２、１の場合は、処理を続行する。

【００６６】さらに、図１８（ａ）に示すようなパター
ンを定義し、図１８（ｂ）の５０に示すような１０％、
２０％等の区切りに相当する位置にそのパターンを組み
合わせることにより、棒グラフの示す値を容易に認識す
ることが可能である。

【００６７】また、本実施例は、水平方向の棒グラフに
ついて述べたが、キャラクタを構成する奇数行のドット
だけを用い棒グラフの一要素毎のパターンを定義するこ
とで、垂直方向の棒グラフが実現できる。

【００６８】これにより、液晶点灯可能領域と液晶表示
モジュールのキャラクタパターン定義機能を用いること
によって、十分な分解能で、かつ、数値を量的に表現す
る棒グラフを、キャラクタ型液晶表示モジュール上で実
現できる。

【００６９】また、分析処理結果に応じて、音声情報メ
モリ７５に内蔵する音刺激情報を変化させつつ、その音
刺激情報を音声出力用ＤＡコンバータ７６、高調波信号
除去用ローパスフィルタ７７、オーディオアンプ７８を
通して、聴覚刺激用イヤフォン２２に出力し、生体６０
に刺激を与える。これらの回路の消費電力は、本体に内
蔵する電池８３を電源とする基準電源８２から供給され
る。

【００７０】本体１には、測定・誘導動作の開始や停止
を指示するスタートモード、ストップモードなどの装置
の基本動作モードの他に、脳波測定モード、表示モー
ド、告知モード、アダプタ接続モード等の各種モードメ
ニューおよびその内容を、使用者が決定、入力するため
の操作スイッチ３、４が設けられている。

【００７１】操作スイッチ３は、図５に示されるよう
に、モードメニューを切り替えるためのメニュースイッ
チ３ａと、モードメニューを決定するための決定スイッ
チ３ｂとからなる。また、操作スイッチ４は、液晶等の
表示器２の画面をスクロールするためのスクロールスイ
ッチである。

【００７２】ここで、脳波測定モードとは、脳波の種類
と目標基準値を選択設定するモードで、特定脳波とし
て、α波、β波、θ波、δ波の４種類のうちのいずれか
の種類の脳波を選ぶとともに所望の目標基準値を操作ス
イッチ３、４により入力する。また、表示モードは、測
定、分析結果の表示形態選択決定するモードで、例え
ば、図５の表示器２に示すような棒グラフ表示や、図１
０の表示器２に示すよう数値表示などのいずれかを操作
スイッチ３、４により入力する。

【００７３】告知モードは、特定の脳波誘導が完了した
ことを音または振動などにより使用者に知らせるモード
である。

【００７４】さらに、アダプタ接続モードは、装置本体
１をアダプタを介して外部機器（上位機器）と接続して
使用するときのモードである。

【００７５】装置本体１には、上記した操作スイッチ
３、４の他に、音刺激の音量を決めるための音量ボリュ
ーム１２、電源スイッチ１１などの使用者用操作入力イ
ンタフェースが備わっている。さらに、装置本体１に
は、後述するテレビ等のアダプタ端末２５、汎用パソコ
ン等の上位機種と入出力接続できるようにするためにコ
ネクタ９が設けられている。このコネクタ９は、メモリ
カード用標準企画コネクタであるＰＣＭＣＩＡ（Person
al Memory Card International Association）／ＪＥＩ
ＤＡ（Japan Electoronic Industpy Development Assoc
iation）規格のコネクタを使用するのが好ましい。

【００７６】図３は、図１、図２の装置本体１の、中央
処理部７３等を機能ブロック化して示した構成図であ
る。

【００７７】まず、図に示す脳波検出バンド２１から脳
波入力コネクタ５を通って入力されてくる脳波信号を脳
波入力部３０で脳波周波数領域にフィルタリングする。
次のワンチップマイコンで構成される中央処理部７３の
信号処理部３１で、β波、α波、θ波、δ波等の各周波
数帯域に分割し、ワンチップマイコン７３に内蔵する一
時記憶メモリ３６に格納する。この時、並行して脳波刺
激信号としての音声情報メモリ７５の一部または全部を
一定時間繰り返して、出力用コネクタ７に出力する。

【００７８】一方、前記一時記憶メモリ３６に格納した
現在の脳波信号発生割合を、液晶等の表示器２に表示し
ながら、操作スイッチ部３、４で選択決定された特定の
脳波レベルも使用者に知らせることができる。同時に、
操作スイッチ３、４でモード決定された特定の脳波の割
合を信号処理部３１で監視し、操作モードによって予め
決められた誘導したい特定脳波の状況に応じて、次に音
声情報メモリ７５に書き込むべき新しい刺激信号を決定
して、一時記憶メモリ３６に格納している。その後、音
声情報メモリ７５から一定時間毎の刺激信号を発した
後、刺激信号メモリ７５の内容を前記一時記憶メモリ３
６の新しい内容に変えて、これを新たな刺激信号として
脳波フィードバックする。これにより、次回の特定脳波
の誘導時に、学習効果が特定脳波誘導に反映され、特定
脳波の誘導の速度向上が望める。すなわち、制御部３３
は刺激信号格納メモリである音声情報メモリ７５の内容
に変化をつけながら、出力信号用コネクタ７、８に接続
された、たとえばイヤフォンスピーカ２２にその変化信
号を出力して、いち早く使用者に目的の特定の脳波を誘
導することができる。

【００７９】一方、操作スイッチ部３、４で、決定され
るモードのうち、告知音モード、あるいは振動告知モー
ドが選択されているときに、脳波計測信号が予め設定さ
れた脳波信号レベルに達すると、内蔵告知用スピーカ１
０に告知音を発生させ、または、出力信号用コネクタ８
に接続された告知用振動機２３を振動させることによ
り、表示器２を見なくても使用者に設定値状態に達した
ことを知らせることができる。予め設定した特定脳波に
達したことを知らせる告知に関しては、上記シーケンス
とは逆に、特定脳波誘導開始時から、音あるいは振動を
発生させておいて、特定脳波に達したときに、その音あ
るいは振動を止めるようにしてもよい。

【００８０】図４では、上記で説明した信号処理部３
１、制御部３３等に相当するワンチップマイコン７３を
主体にした制御フローを示すものである。

【００８１】ます、測定モード、表示モード等のイニシ
ャル設定を行なう（１００）。

【００８２】次に、操作スイッチ３でイニシャル設定時
に決定された学習効果を使用するかしないかを決め（１
０１）、そのイニシャル設定の内容によって刺激発生パ
ターンの変化のつけ方が異なってくる（１０２）、（１
０３）。

【００８３】操作スイッチ３の操作により、脳波検知が
開始されると（１０４）、前記で決定された刺激発生パ
ターンに従って、刺激を発生させる（１０５）、（１０
６）。また、同時に、脳波信号の測定を行ないながら
（１０７）、（１０８）、その脳波信号を分析処理し
（１０９）、予め、イニシャル設定された、特定脳波誘
導開始するか否かのモード設定に従って（１１１）、刺
激信号を変化するか否かが決定される（１１３）。さら
に、特定脳波に近づいたときは、目標達成の報知を行な
う（１１７）。

【００８４】なお、前記したように最初から報知を発生
させて、目標値に近づいた時に、報知を中止するモード
がある。

【００８５】図５に示したように、本体１の外観サイズ
は、カード・サイズであるため、携帯可能であり、これ
により、いつでも、どこでも、たとえばα波等の特定の
生体信号を誘発できるバイオフィールドバックが行なわ
れる。

【００８６】一方、使用者個人の好みに合わせられるよ
うに、図１に示した音声情報メモリ７５の音情報を変え
たり、さらにワンチップマイコン７３に内蔵する一時記
憶メモリ３６等に格納された脳波測定履歴データを外部
記憶装置に一時格納したりするために、本体１をメモリ
カード用ＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡの標準企画に合った
入出力コネクタ９を介して、図６に示すテレビ等のアダ
プタ端末２５、または図９に示すパソコン４０、４１に
接続することができる。

【００８７】図６、図９に示したシステムは、図５に示
した本体１の他に、センサ部として脳波検知バンド２
１、脳波刺激用音楽が聞けるヘッドフォン２２、予め設
定した生体信号に達したことを知らせる告知用指サック
バイブレータ２３と告知用スピーカ２４、さらに不揮発
性記憶媒体等の外部記憶装置２６を内蔵するアダプタ端
末２５、生体信号を判り易く表示するテレビ２７から構
成される。この時のテレビ、またはパソコン表示画面の
表示例を図８に示す。

【００８８】また、図１に示したアダプタ端末等の外部
装置との刺激データの入出力を可能とするＰＣＭＣＩＡ
／ＪＥＩＤＡの標準規格に準拠したコネクタ９から、刺
激音声情報メモリ７５に、刺激情報が入力できるので、
各個人個人に合った刺激の入れ替えが可能となる。逆
に、コネクタ９を使って、アダプタ端末等の外部記憶装
置に生体信号分析結果、刺激信号誘導パターン等の情報
も記憶できる。

【００８９】一方、アダプタ端末２５には家庭用テレビ
２７も接続できるようになっているので、図７に示した
ように携帯して持ち歩いていた脳波測定・誘導装置本体
１を家庭に持ち帰り、例えば、アダプタ端末２５に接続
して、一日の自分の健康状態を大きな画面表示でグラフ
ィカルに確認できる便利さも有している。

【００９０】本脳波検知装置を実現するキー技術として
まとめれば、リラックス状態へ誘導するアルゴリズム、
小型化実装技術に伴うクレジットカードサイズ化があ
る。これの実現に関して、本実施例で行なった技術面を
中心に、以下に説明する。

【００９１】リラックスへの誘導に関しては、例えば、
音刺激の場合、小川のせせらぎや、小鳥のさえずりなど
の、1/fゆらぎを持った音を出力し、使用者をリラック
スへ導く手法を採っている。

【００９２】カードサイズ化に関していえば、これは、
携帯を前提に置いているので、電池寿命を長時間化する
ための低消費電力化を行なう必要がある。処理速度が速
くて消費電力の小さいマイコンを使用し、そのマイコン
だけを用いて、できる限り多くの脳波信号処理機能を実
現することが課題となる。

【００９３】クレジットカードサイズの中に、次のよう
な機能を持たせた。脳波信号の履歴保存として、例え
ば、睡眠時等の長時間脳波を計測する用途を想定し、24
時間分の計測結果を保持できるようにした。上記したリ
ラックスへ誘導するための音出力は、脳波計測時、使用
者に、ステレオハイファイ音で質の良い音刺激を行える
ようにした。そのため、FM音並みの20KHzでサンプリン
グされた音を出力できるようにした。脳波表示と計測
は、FFT(Fast Fourier Transform)を用いて信号処理を
リアルタイムに実行できることを目標とし、約0.5秒周
期での表示更新を最優先とした。脳波の表示更新を約0.
5秒で行うためには、約0.5秒毎にFFTの結果が出なけれ
ばならない。図20の上側の図は、0.5秒間でサンプルさ
れた512ポイントのデータに対するパワースペクトル値
を示す。0.5秒のサンプル時間では、FFTの分解能は2Hz
となる。この分解能では、1Hzのデルタ波等の値が検出
できない。0.5Hzの分解能をあげるためには、2秒間のデ
ータに対してFFTを行う必要がある。しかし、0.5秒表示
更新するために、この間に2秒間のデータをサンプルす
ることはできない。そこで、図20の下側の図に示すよう
に過去の1.5秒間のデータに、新たに得られるこの0.5秒
間のデータをオーバラップさせてFFTを行うことによ
り、0.5秒ごとに、周波数分解能0.5Hzの脳波を得ること
ができる。

【００９４】本実施例では、0.5秒間に128個のデータを
サンプリングし、過去2秒（0.5秒＋1.5秒）間に得られ
た512ポイントのデータに対してFFTを行うことにより、
0.5秒表示更新で、かつ0.5Hz分解能の脳波計測を可能に
している。この処理をマイコンで実現することで、多数
の周波数分析を行う大規模なバンドパスフィルタ回路を
用いることなく、リアルタイム性を損なわず、脳波信号
の周波数分析処理がクレジットカードサイズで実現でき
る。

【００９５】また、部品点数をできる限り少なくするた
めに、上記処理を行いつつ、同時に、先に述べた脳波信
号サンプリングデータの取り込み、音刺激発生も同じシ
ングルチップマイコンに制御させている。これら3つの
処理は同時に実行されなければならない。この処理法に
ついて以下記述する。

【００９６】前述したように、128個の脳波データがサ
ンプリングされた後、0.5秒毎に、512ポイントのFFT処
理が開始される。その結果から、パワースペクトル、α
波、β波、δ波、θ波等の各脳波の割合計算を行い、液
晶表示する。このとき、同時に行われる音出力は途切れ
ることのないように、実行される。また、一方、脳波サ
ンプリングはその音出力に妨げられることなく一定の周
期で脳波信号をサンプリングしなければならない。した
がって、発生する処理競合の回避を数10μSec程度の割
込みとその優先度により実現している。この一連の処理
はキースイッチ3（操作スイッチ）により計測終了され
るまで繰返し実行される。

【００９７】電池駆動の携帯機器において、サイズを小
さくするために、その大部分の電流を消費するマイコン
にどれだけの処理を負わせるかは重要である。逆に、マ
イコンにあまり多くの処理を負わせると、CPUクロック
速度をあげないと処理が間にあわなくなる。しかし、CP
Uクロック速度を上げると消費電力が多くなってしま
う。一方、カードサイズ内には、大容量の電池を収納す
ることはできない。そこで、できるだけ消費電力を抑え
つつ、カードサイズを第一に優先させ、できるだけ多く
の処理を負わせた構成にしている、その構成について、
以下、述べる。

【００９８】本装置の本体は、RISC（Reduced Instruct
ion Set Computer）マイコンを中心に、電池83、4つの
操作キー3，4、脳波増幅用アンプ70の他、液晶表示器
2、および音声出力用アンプ78などから構成される。脳
波のサンプリングは、脳波バンドから取り込まれた脳波
を増幅し、RISCマイコン内蔵のAD変換器732、DMAC（Dir
ctMemory Access Controller）733を用いてメモリに格
納される。音声出力はメモリ1MBに格納された音デ−タ
を内蔵のタイマ731、2個のDMAC733を使い、それぞれのD
A変換器76、アンプ78を通して外部に出力する。

【００９９】次に、脳波信号処理について述べる。512
点、0.5秒ごとのFFTを実現するために、128個の脳波デ
−タを格納できる8個のバッファを設けている。このバ
ッファは、リングバッファ化されている。このうち、4
つのバッファは、過去2秒間でサンプルされた512個の脳
波でデータを保持してFFTに用いられる。上記8個バッフ
ァは0.5秒毎に128データづつ変化する。ここで、さらに
詳しく説明する。

【０１００】図19に示したように、通常、CPUは512個の
脳波データをFFT処理用のバッファに転送する方法で複
製し、FFTを中心とする周波数分析を行っている。一
方、脳波データのサンプリングは、脳波の信号処理と同
時に行われ、RISCマイコン73内蔵のタイマ731、A/D変換
器732、DMAC733、CPU734を用いて格納される。まず、タ
イマ731により、生成されたサンプリング周波数256Hz、
つまり0.5秒間に128回、脳波データはA/D変換器732によ
ってA/D変換される。その変換終了を受け、マイコン内
蔵DMAC733は128個のバッファ内にデータを転送する。こ
の128個の脳波データ転送毎にCPU734に対して転送終了
割込みを発生する。この繰返しが順次実行され、データ
収集が行われる。このようにRISCマイコンをフルに活用
させ、マイコンにほとんどの制御を任せ、最小のハード
ウエア構成を実現し、クレジットカードサイズの脳波検
知カードを実現した。

【０１０１】図10は、操作スイッチ3によるモードメニ
ューをスタートストップモードに限定、簡略化した実施
例の外観図を示すものである。

【０１０２】以上は、生体信号として、脳波信号に適用
して説明したが、脳波信号以外の、血圧値、脈拍値等、
他の生体信号についても同様である。また、音声情報メ
モリ75は、ワンチップマイコン73に内蔵されたメモリを
使うことも可能である。

【０１０３】なお、今まで生体信号誘導装置を主に述べ
て来たが誘導機能がない測定だけを目的とする装置も包
含していることは言うまでもない。

【０１０４】

【発明の効果】本発明によれば以下の効果がある。

【０１０５】（１）時々刻々の生体の測定データに応じ
て、各個人個人に合った刺激情報を変化させ生体信号を
誘導できる。

【０１０６】（２）誘導中に生体信号が予め設定した信
号値に達した時、使用者に音声または振動等の告知をし
て、使用者に学習効果の助けを与えるとともに、過去の
生体信号誘導履歴パターンを使う自動学習効果により、
特定生体信号の誘導の速度が向上する。

【０１０７】（３）装置のサイズを、装着（身に付け）
可能な（ウエアラブル・ｗｅａｒａｂｌｅ）サイズに
し、しかも、信号計測分析機能、刺激機能、放置機能、
表示機能等を装置に一体にして独立して機能するように
したため、どこにども持ち運びが可能となり、いつでも
特定の生体信号測定、誘導ができ、使い勝手が向上す
る。（４）検出信号への外来電気雑音の混入を避ける
ためのシールドルームや外来電気雑音をキャンセルする
ための特別な電気回路などを必要とせずに、外来電気雑
音の信号への混入や影響を最小限にすることができ、ま
た、信号伝送のためのケーブルの動的歪みにより発生す
る電気雑音の影響を小さなものとすることにより、正確
な身体情報を簡便に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を脳波信号に適用した生体信号測定・誘
導装置の一実施例のブロック構成図である。

【図２】本発明の一実施例の回路構成図である。

【図３】本発明の一実施例の機能別ブロック図である。

【図４】本発明の一実施例の動作フローを示すフローチ
ャートである。

【図５】本発明の一実施例の外観図である。

【図６】本発明の一実施例の生体信号測定・誘導装置を
使用して構成した第１のシステムの構成図である。

【図７】本発明の一実施例の使用態様を示す図である。

【図８】第１のシステムの要部を示す斜視図である。

【図９】本発明の一実施例の生体信号測定・誘導装置を
使用して構成した第２のシステムの構成図である。

【図10】本発明の他の実施例の外観図である。

【図11】生体信号検出部の例として、脳波信号検出用ヘ
ッドバンドについて示す。

【図12】生体信号検出部の例として、筋電圧検出パッド
について示す。

【図13】生体信号検出部の斜視図と、検出用回路実装図
を示す。

【図14】図５の検知カードの棒グラフ表示例の説明図で
ある。

【図15】図５の検知カードに用いた液晶表示モジュール
の平面図である。

【図16】脳波（α、β、θ）の割合を表示した表示例で
ある。

【図17】図16を実現するためのフローチャートであ
る。。

【図18】図14〜図17の表示手段を使った場合に、区切り
に相当する棒グラフの位置を際だたせた説明図である。

【図19】本実施例のシグナルチップマイコンの具体的な
制御方法を示す。

【図20】本実施例の脳波信号の周波数分析に用いている
FFT演算方法を示す。

【符号の説明】

１…装置本体、２…表示器、３,４…操作スイッチ、５,
６…入力信号用コネクタ、７,８…出力信号用コネク
タ、９…デ−タ入出力用コネクタ、１０…告知用スピー
カ、１１…電源スイッチ、１２…音量ボリュ−ム、１３
…告知用振動機、２１…脳波測定バンド、２２…イヤフ
ォンスピ−カ、２３…告知用振動機、２４…外部スピ−
カ、２５…アダプタ端末、２６…不揮発性記憶媒体、２
７…テレビジョン、２８…本体装着部、３０…脳波入力
部、３１…信号分析処理部、３３…制御部、３４…スイ
ッチインタフェ−ス、３５…脳波刺激部、３６…変化刺
激一時記憶メモリ、３７…脳波表示制御部、３８…特定
脳波告知制御部、４０…パソコン本体、４１…カ−ド格
納スロット、４２…パソナルコンピュータ、５１…目標
値設定/変更部、５２…演算部、５３…刺激信号発生
部、５４…刺激信号記憶部、５５…刺激情報格納部、５
６…機能選択部１、５７…機能選択部２、６０…生体、
７０…入力アンプ、７１…ロ−パスフィルタ、７２…Ａ
ＧＣアンプ、７３…中央処理部（マイクロコンピュー
タ）、７４…ＡＧＣ用ＤＡコンバ−タ、７５…音声情報
メモリ、７６…音声出力用ＤＡコンバ−タ、７７…ロ−
パスフィルタ、７８…オ−ディオアンプ、７９…音声ボ
リュ−ム、８０…テレビ接続アダプタインタフェ−ス、
８２…基準電源、８３…電池、８４…電源スイッチ、８
５…リアルタイムクロック、２０２…フレキシブルプリ
ント基板、２０２ａ…基準電極パターン、２０２ｂ…検
出電極パターン、２０２ｃ…検出電極パターン、２０３
…計装増幅器、２０３ｂ…抵抗、２０４ａ…導電体パッ
ド、２０４ｂ…導電体パッド、２０４ｃ…導電体パッ
ド、２０５…ケーブル、２０６…出力側コネクタ、３０
２…複数のドットから構成されたキャラクタ、３０３…
複数のドットから構成されたキャラクタ、３０４…キャ
ラクタを構成するドット。

フロントページの続き (72)発明者大川武宏東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者熊谷幸夫東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者中野定樹東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者水石賢一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体に起因する生体信号を検出する生体信
号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタフ
ェースと、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前
記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続され
る生体刺激信号インタフェースと、前記生体信号入力イ
ンタフェースからの生体信号をディジタル信号化処理す
る生体信号処理手段と、前記ディジタル信号化処理され
た生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶する被
測定生体信号記憶手段と、前記生体刺激信号インタフェ
ースに送出する生体刺激信号をディジタル信号として記
憶する生体刺激信号記憶手段とを有し、全体として一体
的に、かつ前記生体に対して着装可能に構成されたこと
を特徴とする生体信号測定・誘導装置。
【請求項２】生体に起因する生体信号を検出する生体信
号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタフ
ェースと、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前
記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続され
る生体刺激信号インタフェースと、前記生体信号入力イ
ンタフェースからの生体信号をディジタル信号化処理す
る生体信号処理手段と、前記ディジタル信号化処理され
た生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶する被
測定生体信号記憶手段と、前記生体刺激信号インタフェ
ースに送出する生体刺激信号をディジタル信号として記
憶する生体刺激信号記憶手段と、前記被測定生体信号記
憶手段の内容に応じて前記生体刺激信号記憶手段の内容
を変更する生体刺激信号変更手段とを有し、全体として
一体的に、かつ前記生体に対して着装可能に構成された
ことを特徴とする生体信号測定・誘導装置。
【請求項３】生体に起因する生体信号を検出する生体信
号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタフ
ェースと、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前
記生体に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続され
る生体刺激信号インタフェースと、前記生体信号入力イ
ンタフェースからの生体信号をディジタル信号化処理す
る生体信号処理手段と、前記ディジタル信号化処理され
た生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶する被
測定生体信号記憶手段と、前記生体刺激信号インタフェ
ースに送出する生体刺激信号をディジタル信号として記
憶する生体刺激信号記憶手段と、基準となる参照生体信
号をディジタル信号として設定する参照生体信号設定手
段と、前記被測定生体信号記憶手段の内容と前記参照生
体信号設定手段の内容との比較結果に応じて前記生体刺
激信号記憶手段の内容を変更する生体刺激信号変更手段
とを有し、全体として一体的に、かつ前記生体に対して
着装可能に構成されたことを特徴とする生体信号測定・
誘導装置。
【請求項４】被測定生体信号記憶手段の内容と参照生体
信号設定手段の内容との比較結果を告知する手段を備え
たことを特徴とする請求項３記載の生体信号測定・誘導
装置。
【請求項５】マイクロコンピュータと、前記マイクロコ
ンピュータに対する入力インタフェースであって、生体
に起因する生体信号を検出する生体信号検出部と動作可
能に接続される生体信号入力インタフェースと、前記マ
イクロコンピュータに対する出力インタフェースであっ
て、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前記生体
に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続される生体
刺激信号インタフェースと、前記生体刺激部に送出する
生体刺激信号をディジタル信号として記憶する生体刺激
信号記憶手段と、これらマイクロコンピュータ、生体信
号入力インタフェース、生体刺激信号記憶手段および生
体刺激信号出力インタフェースに電力を供給する電源部
とからなり、全体として一体的に、かつ前記生体に対し
て着装可能に構成され、前記マイクロコンピュータは、
前記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディ
ジタル信号化処理する機能と、前記ディジタル信号化処
理された生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶
する機能とを有することを特徴とする生体信号測定・誘
導装置。
【請求項６】マイクロコンピュータと、前記マイクロコ
ンピュータに対する入力インタフェースであって、生体
に起因する生体信号を検出する生体信号検出部と動作可
能に接続される生体信号入力インタフェースと、前記マ
イクロコンピュータに対する出力インタフェースであっ
て、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前記生体
に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続される生体
刺激信号インタフェースと、前記生体刺激部に送出する
生体刺激信号をディジタル信号として記憶する生体刺激
信号記憶手段と、これらマイクロコンピュータ、生体信
号入力インタフェース、生体刺激信号記憶手段および生
体刺激信号出力インタフェースに電力を供給する電源部
とからなり、全体として一体的に、かつ前記生体に対し
て着装可能に構成され、前記マイクロコンピュータは、
前記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディ
ジタル信号化処理する機能と、前記ディジタル信号化処
理された生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶
する機能と、前記被測定生体信号に応じて前記生体刺激
信号記憶手段の内容を変更する機能とを有することを特
徴とする生体信号測定・誘導装置。
【請求項７】マイクロコンピュータと、前記マイクロコ
ンピュータに対する入力インタフェースであって、生体
に起因する生体信号を検出する生体信号検出部と動作可
能に接続される生体信号入力インタフェースと、前記マ
イクロコンピュータに対する出力インタフェースであっ
て、前記生体の五感の少なくとも一つを通して前記生体
に刺激を与える生体刺激部と動作可能に接続される生体
刺激信号インタフェースと、前記生体刺激部に送出する
生体刺激信号をディジタル信号として記憶する生体刺激
信号記憶手段と、これらマイクロコンピュータ、生体信
号入力インタフェース、生体刺激信号記憶手段および生
体刺激信号出力インタフェースに電力を供給する電源部
とからなり、全体として一体的に、かつ前記生体に対し
て着装可能に構成され、前記マイクロコンピュータは、
前記生体信号入力インタフェースからの生体信号をディ
ジタル信号化処理する機能と、前記ディジタル信号化処
理された生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶
する機能と、基準となる参照生体信号をディジタル信号
として生成する機能と、前記に応じて前記生体刺激信号
記憶手段の内容を変更する機能とを有することを特徴と
する生体信号測定・誘導装置。
【請求項８】装置は、さらに生体刺激信号出力インタフ
ェースに接続された告知手段を有し、マイクロコンピュ
ータは、さらに、被測定生体信号記憶手段の内容と前記
参照生体信号との比較結果に応じて告知手段を駆動する
機能を備えたことを特徴とする請求項７記載の生体信号
測定・誘導装置。
【請求項９】生体刺激信号記憶手段が、マイクロコンピ
ュータに含まれていることを特徴とする請求項５ないし
請求項２４のいずれかに記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１０】マイクロコンピュータに対する出力イン
タフェースとして、さらに、表示手段を備えていること
を特徴とする請求項５ないし請求項２４のいずれかに記
載の生体信号測定・誘導装置。
【請求項１１】マイクロコンピュータに対する入力イン
タフェースとして、さらに、前記マイクロコンピュータ
の動作モードを指定する操作スイッチを含む操作入力イ
ンタフェースを備えていることを特徴とする請求項５な
いし請求項２４のいずれかに記載の生体信号測定・誘導
装置。
【請求項１２】マイクロコンピュータに対する入出力イ
ンタフェースとして、さらに、入出力コネクタを有する
入出力インタフェースを備えていることを特徴とする請
求項５ないし請求項２４のいずれかに記載の生体信号測
定・誘導装置。
【請求項１３】入出力コネクタは、ＰＣＭＣＩＡ規格の
カードコネクタであることを特徴とする請求項１２記載
の生体信号測定・誘導装置。
【請求項１４】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１５】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１６】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１７】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１８】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項１９】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項７記載の生体信号測定・誘導装
置。
【請求項２０】全体が、カードサイズに形成されている
ことを特徴とする請求項２４記載の生体信号測定・誘導
装置。
【請求項２１】身体の二点間の電位を検出し、前記検出
した信号を処理する生体信号測定・誘導装置において、
検出用電極をプリント基板に配設し、計装増幅器を前記
プリント基板上に配設し、前記検出用電極を前記計装増
幅器の入力に接続し、前記計装増幅器の出力を検出信号
として応用することを特徴とする生体信号測定・誘導装
置。
【請求項２２】請求項２１において、前記検出用電極が
針状の場合は針状電極とケーブルとの接続部に計装増幅
器を配設する生体信号測定・誘導装置。
【請求項２３】マイクロコンピュータに対する出力イン
タフェースとしての１キャラクタ横奇数個、縦１ドット
以上で構成されるキャラクタの表示専用で、かつユーザ
が自由に外字を定義できる表示モジュールにおいて、前
記キャラクタを構成する奇数列のドットだけを用いて棒
グラフの一要素毎のパターンを定義し、前記各キャラク
タと前記キャラクタ間に存在する点灯不可能領域を前記
棒グラフの一要素と見なして表現することを特徴とする
請求項５ないし請求項２４のいずれかに記載の生体信号
測定・誘導装置。
【請求項２４】生体に起因する生体信号を検出する生体
信号検出部と動作可能に接続される生体信号入力インタ
フェースと、該生体信号入力インタフェースからの生体
信号をディジタル信号化処理する生体信号処理手段と、
該生体信号処理手段によってディジタル信号化処理され
た生体信号処理結果を被測定生体信号として記憶する被
測定生体信号記憶手段と、基準となる参照生体信号をデ
ィジタル信号として設定する参照生体信号設定手段と、
前記被測定生体信号記憶手段の内容と前記参照生体信号
設定手段で設定された参照生体信号との比較結果に応じ
て告知する告知手段とを有し、全体として一体的に、か
つ前記生体に対して着装可能に構成されたことを特徴と
する生体信号測定・誘導装置。