WO2016125214A1 - 生体信号取得装置および生体信号取得方法 - Google Patents

生体信号取得装置および生体信号取得方法 Download PDF

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WO2016125214A1
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electrode
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cell electrodes
cell electrode
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PCT/JP2015/005543
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徹也 白井
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • A61B5/6805—Vests

Definitions

  • the present disclosure relates to a biological signal acquisition apparatus that acquires biological signals from a human body or the like using electrodes.
  • Patent Document 1 discloses a biological signal acquisition apparatus that estimates a contact state between a human body and an electrode using a pressure sensor.
  • This electrocardiographic waveform measuring device comprises a measuring electrode comprising an intermediate electrode and a pair of differential electrodes, a biological signal generating means for generating a signal indicating a potential difference between the pair of differential electrodes as an electrocardiographic signal, and a measuring electrode
  • an estimation means for estimating the capacitance between the electrode and the human body and a correction means for correcting the electrocardiogram level of the electrocardiogram signal are provided. Thereby, an electrocardiogram signal can be obtained based on the reliability according to the contact state between the electrode and the subject.
  • This disclosure provides a biological signal acquisition device that can acquire a good biological signal even if the contact state between the electrode and the living body is poor.
  • a biological signal acquisition apparatus receives an electrical signal from a living body via an electrode configured by a plurality of cell electrodes and a pair of cell electrode groups configured by some or all of the plurality of cell electrodes. And a control unit to obtain.
  • a control part determines the contact state of some or all of a plurality of cell electrodes, and a living body based on a detection signal acquired by scanning a part or all of a plurality of cell electrodes. Furthermore, a control part selects the cell electrode which comprises a pair of cell electrode group so that the contact resistance of a cell electrode group and a biological body becomes the same between a pair of cell electrode groups based on the determined contact state.
  • the biological signal acquisition method is to acquire an electrical signal from a living body by bringing an electrode composed of a plurality of cell electrodes into contact with the living body. First, some or all of the plurality of cell electrodes are scanned to obtain a detection signal. Next, based on the detection signal, the contact state between some or all of the plurality of cell electrodes and the living body is determined. And based on the determined contact state, a pair of cell electrode group is determined from a plurality of cell electrodes. In determining the pair of cell electrode groups, the cell electrodes constituting the pair of cell electrode groups are selected so that the contact resistance between the cell electrode group and the living body is the same between the pair of cell electrode groups. An electric signal is acquired from the pair of cell electrode groups.
  • the contact resistance between the cell electrode group and the human body being the same between the pair of cell electrode groups is not limited to that the contact resistance between the cell electrode group and the human body is completely identical between the pair of cell electrode groups.
  • a range that is approximate to the extent that a biological signal can be acquired even if it does not completely match is included.
  • the biological signal acquisition apparatus and the biological signal acquisition method according to the present disclosure are effective for acquiring a good biological signal even when the contact state between the electrode and the living body is bad.
  • FIG. 1 Schematic diagram for explaining a biological signal acquisition apparatus according to Embodiment 1 Schematic diagram showing the structure of the electrode in the first embodiment Flowchart for explaining biological signal acquisition operation of biological signal acquisition apparatus according to Embodiment 1 Schematic diagram showing the configuration of the biological signal acquisition apparatus according to Embodiment 2.
  • Flowchart for explaining biological signal acquisition operation of biological signal acquisition apparatus according to Embodiment 2 Schematic diagram for explaining cell electrode group determination processing in the second embodiment Flowchart for explaining cell electrode group determination processing in the second embodiment
  • a differential amplifier is used as the amplifier 113 when acquiring such biological signals.
  • the differential amplifier includes two input terminals as differential input terminals and one output terminal.
  • the differential amplifier amplifies and outputs a difference in input signals between the differential input terminals.
  • common mode noise in-phase noise
  • the differential signal path from the human body to the differential input terminal of the differential amplifier needs to be electrically symmetrical between the differentials.
  • the differential signal path is electrically asymmetric between the differentials, the common mode noise is not completely removed and is mixed into the acquired biological signal. Therefore, it is desirable that the contact resistance between the human body and the differential electrode, the wiring resistance from the differential electrode to the differential amplifier, and the like are the same between the differentials.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the biological signal acquisition apparatus 100.
  • the biological signal acquisition apparatus 100 includes an electrode 120 including an R electrode 120a and an L electrode 120b, a reference electrode 121, an electrocardiograph 110, and a display device 130.
  • the electrode 120 is an electrode for directly contacting the human body.
  • the electrode 120 should just be a conductive material in the contact part with a human body.
  • the electrode 120 is configured using a conductive fiber having excellent flexibility in order to adhere to the human body.
  • the area of the electrode 120 is preferably larger in order to reduce the contact resistance between the human body and the electrode 120.
  • the electrode 120 includes a pair of differential electrodes, an R electrode 120a and an L electrode 120b. When acquiring an electrocardiogram, the R electrode 120a and the L electrode 120b are disposed so as to sandwich the heart. An electrocardiogram can be obtained by measuring a potential difference between the R electrode 120a and the L electrode 120b and the reference electrode 121. Note that the reference electrode 121 is not limited to the position shown in FIG.
  • the contact area of the reference electrode 121 is large in order to reduce the contact resistance.
  • An electrocardiogram can be obtained from the potential difference between the R electrode 120a and the L electrode 120b, and the reference electrode 121 is not essential.
  • the electrocardiograph 110 includes a signal amplifier 112 for amplifying a minute biological signal and a control unit 111 that controls the biological signal acquisition apparatus 100 and performs various signal processing.
  • the electrocardiograph 110 measures a minute electrical signal generated in the human body and acquires a biological signal.
  • the signal amplifier 112 includes a differential amplifier having the R electrode 120a and the L electrode 120b as differential input terminals as the amplifier 113. Further, the signal amplifier 112 includes an AD conversion unit 114, performs A / D conversion (analog / digital conversion) on the electrical signal acquired from the R electrode 120 a and the L electrode 120 b, and outputs the signal to the control unit 111.
  • the control unit 111 processes the acquired electrical signal to obtain a biological signal (such as an electrocardiographic waveform).
  • the control unit 111 does not have to include the AD conversion unit 114 and the signal amplifier 112 does not have to include the AD conversion unit 114.
  • Each of the signal amplifier 112 and the control unit 111 includes a filter 115 such as a low-pass filter. Note that an analog filter may be used as the filter 115, and the filter 115 may be disposed between the amplifier 113 and the AD conversion unit 114. When a digital filter is used as the filter 115, the signal amplifier 112 may not include the filter 115, and the filter 115 may be included only in the control unit 111.
  • the control unit 111 is configured by a microcomputer, for example.
  • the display device 130 is a device that visually displays a biological signal received from the electrocardiograph 110 as a waveform.
  • a display terminal such as a PC or a smartphone can be used.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the electrode 120.
  • the electrode 120 includes an R electrode 120a and an L electrode 120b.
  • Each of the R electrode 120a and the L electrode 120b is divided into at least two cell electrodes 123.
  • the R electrode 120a and the L electrode 120b are each divided into a matrix.
  • Each of the cell electrodes 123 which is the smallest unit constituting the matrix, is configured to be able to individually acquire a detection signal.
  • Each cell electrode 123 may have the same size, or may have a different size depending on the position of the cell electrode 123. Further, the arrangement of the cell electrodes 123 may not be uniform.
  • the configuration in which the detection signal can be individually acquired from each cell electrode 123 can be realized, for example, by providing a switch controlled by the control unit 111 between each cell electrode 123 and the amplifier 113.
  • the amplifier 113 connects one input terminal of the differential input terminals to one of the cell electrodes 123 and fixes the other input terminal to a constant voltage.
  • the detection signal from the single cell electrode 123 can be amplified using the amplifier 113 which is a differential amplifier.
  • the detection signals from the respective cell electrodes 123 can be individually acquired without providing a new amplifier in addition to the amplifier 113.
  • the electrode 120 is attached to the T-shirt 140.
  • the user wears the T-shirt 140 to bring the human body into contact with the electrode 120 and acquire an electrocardiogram waveform.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining an operation related to biological signal acquisition in the biological signal acquisition device 100 including the cell electrode 123.
  • the control unit 111 determines whether each cell electrode 123 of the electrode 120 is in good contact with the human body based on the waveform of the detection signal to be acquired. When foreign matter or air enters between the cell electrode 123 and the human body and the contact state becomes poor, large noise is mixed in the detection signal acquired from the cell electrode 123. That is, the contact state between the cell electrode 123 and the human body can be determined based on the amount of noise included in the detection signal. For example, the contact state between the cell electrode 123 and the human body is determined depending on whether the amount of noise included in the detection signal exceeds an arbitrary threshold.
  • the contact state can be determined by components other than noise included in the detection signal.
  • the control unit 111 may apply a test signal between arbitrary electrodes and determine the contact state based on the test signal component included in the detection signal acquired by the cell electrode 123 to be determined.
  • the test signal may be an alternating current or a direct current.
  • One of the pair of electrodes to which the test signal is applied can be easily determined by selecting one or more cell electrodes 123 from the R electrode 120a and one or more cell electrodes 123 from the L electrode 120b. It becomes.
  • the reference electrode 121 may be used as the electrode to which the test signal is applied.
  • the determination of the contact state can also be performed by, for example, a component caused by a biological signal included in the detection signal. It can be determined that the cell electrode 123 containing almost no component resulting from the biological signal in the detection signal has a poor contact state with the human body.
  • step S ⁇ b> 11 the control unit 111 starts scanning the cell electrode 123 and acquires a detection signal from each cell electrode 123 to determine the contact state of each cell electrode 123. Based on the determined contact state, the control unit 111 counts the number of cell electrodes 123 in good contact state. For this purpose, the number of cell electrodes 123 with good contact may be counted in the order of good contact state, or conversely, the number of cell electrodes 123 with poor contact may be counted.
  • the control unit 111 determines whether the ratio of the number of cell electrodes 123 that are in good contact with the human body is 60% or more for each of the R electrode 120a and the L electrode 120b (S12). When the ratio is 60% or more (in the case of “YES” in S12), the process proceeds to step S13.
  • the ratio of the number of cell electrodes 123 with good contact is set to 60%.
  • the ratio of obtaining a good electrocardiographic waveform varies depending on the resistance value of the material used for the cell electrode 123 and the like. I can't.
  • the pair of cell electrode groups 122 is selected from the R electrode 120a and the L electrode 120b so that the contact resistance between each cell electrode group 122 and the human body is the same.
  • the cell electrodes 123 constituting the R electrode 120a and the L electrode 120b the cell electrodes 123 included in the pair of cell electrode groups 122 are connected to the signal amplifier 112, and the cell electrodes 123 not included in the pair of cell electrode groups 122 are Leave open.
  • the contact resistance between the R electrode 120a and the human body is the same as the contact resistance between the L electrode 120b and the human body.
  • “same” is sufficient if it is sufficiently approximate in obtaining a biological signal, and does not need to exactly match. The same applies to the following.
  • step S13 The selection of the cell electrode group 122 in step S13 will be described.
  • a pair of candidate groups is selected from the R electrode 120a and the L electrode 120b.
  • the cell electrodes 123 of the R electrode 120a cell electrodes 123 that are not in good contact with the human body are opened, and the remaining cell electrodes 123 are set as one candidate group.
  • the L electrode 120b the cell electrode 123 that is not in good contact with the human body is opened, and the remaining cell electrode 123 is set as the other candidate group.
  • a pair of cell electrode groups 122 corresponding to each of the pair of candidate groups is selected.
  • the pair of cell electrode groups 122 is selected so that the contact resistance between each cell electrode group 122 and the human body is the same.
  • the contact area between the cell electrode group 122 and the human body may be the same.
  • the cell electrodes 123 having a good contact state may be opened.
  • the cell electrodes 123 may be selected so that the contact areas are the same without depending on the number of the cell electrodes 123. Accordingly, a pair of cell electrode groups 122 having the same contact resistance with the human body can be selected from the pair of candidate groups.
  • the difference in contact resistance may be estimated by applying a voltage to each of the pair of cell electrode groups 122.
  • the contact resistance of each cell electrode 123 may be estimated, and the cell electrode group 122 may be selected based on the estimated contact resistance.
  • step S13 the contact resistances of the R electrode 120a and the L electrode 120b with the human body are made the same, and then in step S14, the electrocardiograph 110 starts acquiring a biological signal.
  • step S12 when the ratio of the electrodes in good contact state is less than 60% in step S12 (in the case of “NO” in S12), the display device 130 notifies the user that the contact is poor by an alert. To improve the contact state (S15).
  • step S14 the acquired biosignal information may be displayed on the display device 130 (S16) or stored in a memory (not shown).
  • step S11 to S13 can be performed by any operation by the user. Moreover, it can also set so that it may implement every arbitrary period. It can also be performed when the contact state between the electrode 120 and the human body changes.
  • the change in the contact state can be detected by a change in the electrical signal acquired from the electrode 120.
  • the change in the contact state can also be detected by an acceleration sensor (not shown).
  • the left and right electrodes are each divided into a plurality of cell electrodes, and a pair of cell electrode groups is formed using cell electrodes in good contact state.
  • a biological signal through the pair of cell electrode groups, it is possible to obtain a good biological signal and generate an electrocardiographic waveform with less noise.
  • the living body acquisition apparatus 100 selects a pair of cell electrode groups after determining the contact state of the cell electrodes, even if the mounting state of the R electrode 120a and the L electrode 120b varies somewhat, A good biological signal can be acquired. For this reason, the user does not need to finely adjust the position of the electrode 120, and the burden of alignment of the electrode 120 can be reduced.
  • Embodiment 2 [2-1. Constitution] A biological signal acquisition apparatus 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • symbol is attached
  • FIG. 1 A biological signal acquisition apparatus 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • symbol is attached
  • the electrode 120 of the biological signal acquisition apparatus 100 according to the second embodiment is not separated into the R electrode 120a and the L electrode 120b unlike the electrode 120 of the first embodiment.
  • the electrode 120 is disposed so as to cover the entire T-shirt 140 or the torso of the human body.
  • cell electrodes 123 which are the smallest unit of electrodes, are arranged in a matrix.
  • the electrode 120 according to the second embodiment may be arranged only in the upper half of the T-shirt 140. Further, the matrix arrangement may be arranged diagonally as shown in FIG. 6, for example.
  • the pair of cell electrode groups 122 can be arbitrarily selected from the cell electrodes 123 constituting the electrode 120.
  • Cell electrodes 123 included in the pair of cell electrode groups 122 are respectively connected to terminals corresponding to the differential input terminals of the amplifier 113.
  • Cell electrodes 123 not included in the pair of cell electrode groups 122 are in an open state and are not connected to the differential input terminal of the amplifier 113.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a biological signal acquisition operation in the biological signal acquisition apparatus 100 provided with the cell electrode 123.
  • the control unit 111 starts scanning the cell electrode 123. That is, a detection signal is acquired from each cell electrode 123, and the contact state between the human body and each cell electrode 123 is determined (S21).
  • the cell electrode 123 with a good contact state may be determined, or the cell electrode 123 with a poor contact state may be determined.
  • the control unit 111 determines a pair of cell electrode groups 122 used for obtaining a biological signal (S22).
  • the cell electrode group 122 is a set of cell electrodes 123 having a certain unit arranged so as to sandwich the heart. However, the cell electrodes 123 that are not included in either of the pair of cell electrode groups 122 may be sandwiched therebetween.
  • the cell electrode 123 used as the cell electrode group 122 is selected in order from the cell electrode 123 in good contact with the human body.
  • the contact state between the cell electrode 123 and the human body is determined from the voltage waveform of the detection signal acquired from the cell electrode 123.
  • the number of cell electrodes 123 used in the cell electrode group 122 is selected to be the same between the pair of cell electrode groups 122.
  • step S23 acquisition of a biological signal is started (S23).
  • the biological signal information acquired in step S23 can be displayed on the display device 130 (S24) or stored in a memory (not shown).
  • step S21 and step S22 may be started by a switch (not shown), or may be started repeatedly every preset period.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining details of step S22.
  • FIG. 7 is a flowchart showing details of step S22.
  • the cell electrodes 123 constituting the electrodes 120 included in the biological signal acquisition apparatus 100 are grouped to form a candidate group 124a and a candidate group 124b.
  • the cell electrodes 123 constituting the electrode 120 there may be cell electrodes 123 that are not included in either the candidate group 124a or the candidate group 124b.
  • the candidate group 124a and the candidate group 124b do not have to be grouped so that the contact resistance between the candidate group and the human body is the same.
  • the method of selecting the cell electrodes 123 constituting the candidate group 124a and the candidate group 124b may be selected from, for example, a predetermined combination of a plurality of cell electrodes 123.
  • the intensity of the differential signal component of the electric signal acquired from the combination may be determined, and a combination with a large intensity of the differential signal component may be selected.
  • step S32 the contact state of each cell electrode 123 is determined from the detection signal obtained by scanning each cell electrode 123.
  • the cell electrode 123 having a poor contact state may be excluded from the candidate group 124a and the candidate group 124b selected in step S31.
  • step S33 a pair of cell electrode groups 122 are selected such that one cell electrode group 122 has the same contact resistance from the candidate group 124a and the other cell electrode group 122 has the same contact resistance.
  • step S34 only the cell electrodes 123 included in the pair of cell electrode groups 122 are connected to the differential input terminals of the amplifier 113, respectively, so that the control unit 111 can acquire an electrical signal from the human body.
  • the control unit 111 selects the cell electrode group 122 used for acquiring the biological signal based on the contact state between each cell electrode 123 and the human body. Thereby, even if the contact state between the electrode and the human body is bad, a good biological signal can be acquired.
  • the pair of cell electrodes is selected after determining the contact state of the cell electrodes, a good biological signal can be acquired even if the contact position varies somewhat by the wearer of the T-shirt 140. For this reason, the user does not need to finely adjust the position of the electrode 120, and the burden of alignment of the electrode 120 can be reduced. For example, the user can automatically obtain an optimal electrocardiogram waveform without aligning the electrode 120.
  • Embodiments 1 and 2 have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments that have been changed, replaced, added, omitted, and the like. In addition, it is possible to combine the components described in the first and second embodiments to form a new embodiment.
  • Embodiments 1 and 2 have been described using the T-shirt 140 as an example of a mounting tool on which the electrode 120 is mounted. This wearing tool should just be what makes the electrode 120 contact a human body. Therefore, the wearing tool is not limited to the T-shirt.
  • the biological signal acquisition apparatus 100 is not limited to the one that acquires a biological signal from a human body, and may be a living body other than a human.
  • a microcomputer is shown as an example of the control unit 111 (controller). If a programmable microcomputer is used as the control unit 111, the processing content can be changed by changing the program, so that the degree of freedom in designing the control unit 111 can be increased.
  • the configuration of the control unit 111 is not limited to a microcomputer, and may be realized by, for example, hard logic such as FPGA (field-programmable gate array) or ASIC (application specific integrated circuit). If the control unit 111 is realized by hard logic, it is effective in improving the processing speed.
  • the control unit 111 may be composed of one element or may be physically composed of a plurality of elements. When configured by a plurality of elements, each control described in the embodiment may be realized by another element. In this case, it can be considered that one control unit 111 is configured by the plurality of elements. Moreover, you may comprise the control part 111 and the member which has another function with one element.
  • the present disclosure can be applied to an apparatus for measuring a biological signal for acquiring a biological signal such as an electrocardiogram, an electromyogram, and an electroencephalogram. Specifically, the present disclosure can be applied to an electrocardiograph or an electromyograph.

Abstract

　生体信号取得装置（１００）は、複数のセル電極で構成された電極（１２０）と、それら複数のセル電極のうちの一部または全部で構成される一対のセル電極群を介して、生体から電気信号を取得する制御部（１１１）とを備える。制御部（１１１）は、複数のセル電極のうちの一部または全部をスキャンして取得した検出信号に基づいて、複数のセル電極のうちの一部または全部と生体との接触状態を判定する。さらに制御部（１１１）は、判定した接触状態に基づいて、一対のセル電極群間においてセル電極群と生体との接触抵抗が同じとなるように、一対のセル電極群を構成するセル電極を選択する。

Description

生体信号取得装置および生体信号取得方法
　本開示は、電極を用いて人体などから生体信号を取得する生体信号取得装置に関する。
　特許文献１は、圧力センサを用いて、人体と電極との接触状態を推定する生体信号取得装置を開示する。この心電波形計測装置は、中間電極および一対の差分電極からなる測定用電極と、一対の差分電極間の電位差を示す信号を心電信号として生成する生体信号生成手段と、測定用電極を構成するセル電極毎に電極と人体との静電容量を推定する推定手段と、心電信号の心電レベルを補正する補正手段とを備える。これにより、電極と被験者との接触状態に応じた信頼度に基づき心電信号を得ることができる。
特開２００９－２１９５５４号公報
　本開示は、電極と生体との接触状態が悪くても、良好な生体信号を取得可能な生体信号取得装置を提供する。
　本開示における生体信号取得装置は、複数のセル電極で構成された電極と、それら複数のセル電極のうちの一部または全部で構成される一対のセル電極群を介して、生体から電気信号を取得する制御部とを備える。制御部は、複数のセル電極のうちの一部または全部をスキャンして取得した検出信号に基づいて、複数のセル電極のうちの一部または全部と生体との接触状態を判定する。さらに制御部は、判定した接触状態に基づいて、一対のセル電極群間においてセル電極群と生体との接触抵抗が同じとなるように、一対のセル電極群を構成するセル電極を選択する。
　また、本開示における生体信号取得方法は、複数のセル電極で構成された電極を生体に接触させて、生体から電気信号を取得するものである。まず、複数のセル電極のうちの一部または全部をスキャンして検出信号を取得する。次に、検出信号に基づいて、複数のセル電極のうちの一部または全部と生体との接触状態を判定する。そして、判定した接触状態に基づいて、複数のセル電極から一対のセル電極群を決定する。一対のセル電極群の決定においては、一対のセル電極群間においてセル電極群と生体との接触抵抗が同じとなるように、一対のセル電極群を構成するセル電極を選択する。これら一対のセル電極群から電気信号を取得する。
　ここで、一対のセル電極群間においてセル電極群と人体との接触抵抗が同じとは、セル電極群と人体との接触抵抗が一対のセル電極群間において完全に一致することに限定されず、完全に一致しなくても生体信号が取得可能な程度に近似している範囲も含む。
　本開示における生体信号取得装置および生体信号取得方法は、電極と生体との接触状態が悪くても、良好な生体信号を取得するのに有効である。
実施の形態１における生体信号取得装置を説明するための模式図 実施の形態１における電極の構成を示す模式図 実施の形態１における生体信号取得装置の生体信号の取得動作を説明するためのフローチャート 実施の形態２における生体信号取得装置の構成を示す模式図 実施の形態２における生体信号取得装置の生体信号の取得動作を説明するためのフローチャート 実施の形態２におけるセル電極群の決定処理を説明するための模式図 実施の形態２におけるセル電極群の決定処理を説明するためのフローチャート
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（実施の形態１）
　以下、図１～３を用いて、実施の形態１を説明する。
　心電、筋電、脳波などの生体信号は微小（数ｍＶ）であるため、それらの生体信号を取得する際には、増幅器１１３として差動増幅器が用いられる。差動増幅器は、差動入力端子としての２つの入力端子と、１つの出力端子を備える。差動増幅器は、差動入力端子間の入力信号の差を増幅して出力する。差動増幅器を用いることで、差動入力端子に現れる同位相の雑音（以下、コモンモードノイズと言う）を除去することができる。そのため、例えばハムノイズなどの外来雑音の混入を抑制することができる。コモンモードノイズを除去するためには、人体から差動増幅器の差動入力端子までの差動信号経路が、差動間で電気的に対称になっている必要がある。差動信号経路が差動間で電気的に非対称である場合には、コモンモードノイズは完全には除去されず、取得される生体信号の中に混入してしまう。したがって、人体と差動電極との接触抵抗や、差動電極から差動増幅器までの配線抵抗などが、差動間で同じであることが望ましい。
　［１－１．構成］
　［１－１－１．生体信号取得装置の構成］
　図１は、生体信号取得装置１００を説明するための模式図である。生体信号取得装置１００は、Ｒ電極１２０ａおよびＬ電極１２０ｂで構成される電極１２０と、基準電極１２１と、心電計１１０と、表示装置１３０とを備える。
　電極１２０は、人体に直接接触させるための電極である。なお、電極１２０は、人体との接触部分が導電性の材料であればよい。電極１２０は、人体に密着させるために柔軟性に優れた導電性繊維を用いて構成されている。また、電極１２０の面積は、人体と電極１２０との接触抵抗を下げるため、大きいほうが望ましい。電極１２０は、一対の差動電極である、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとから構成される。心電図を取得する場合、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとは、心臓を挟むように配置される。これらＲ電極１２０ａおよびＬ電極１２０ｂと、基準電極１２１との電位差を測定することで、心電図を取得することが可能である。なお、基準電極１２１は、図１に示す位置に限定するものではなく、心電波形を取得できる他の配置であっても良い。また、基準電極１２１の接触面積は、接触抵抗を下げるために大きい方が望ましい。なお、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとの電位差から心電図を取得することも可能であり、基準電極１２１は必須ではない。
　心電計１１０は、微小な生体信号を増幅するための信号増幅器１１２と、生体信号取得装置１００の制御と各種信号処理とを行う制御部１１１とで構成される。心電計１１０は、人体に発生する微少な電気信号を測定し、生体信号を取得する。信号増幅器１１２は、増幅器１１３として、Ｒ電極１２０ａおよびＬ電極１２０ｂを差動入力端子とする差動増幅器を備える。また、信号増幅器１１２はＡ－Ｄ変換部１１４を備え、Ｒ電極１２０ａおよびＬ電極１２０ｂから取得した電気信号をＡ－Ｄ変換（アナログデジタル変換）し、制御部１１１へ出力する。制御部１１１は、取得された電気信号を処理し、生体信号（心電波形等）を得る。なお、制御部１１１がＡ－Ｄ変換部１１４を内蔵し、信号増幅器１１２がＡ－Ｄ変換部１１４を備えていなくてもよい。信号増幅器１１２と制御部１１１は、それぞれローパスフィルタ等のフィルタ１１５を備える。なお、フィルタ１１５としてアナログフィルタを用い、フィルタ１１５を増幅器１１３とＡ－Ｄ変換部１１４の間に配置してもよい。また、フィルタ１１５としてデジタルフィルタを用いる場合、信号増幅器１１２にフィルタ１１５を備えず、制御部１１１にのみフィルタ１１５を備えてもよい。制御部１１１は、例えばマイコンで構成される。
　表示装置１３０は、心電計１１０から受信した生体信号を波形として視覚的に表示するデバイスである。表示装置１３０としては、ＰＣやスマートフォンなどの表示端末を用いることが可能である。
　図２は、電極１２０を説明する図である。
　電極１２０は、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとを備える。Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂは、それぞれが少なくとも二つ以上のセル電極１２３に分割されて構成される。例えば、図２に示すように、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂは、それぞれマトリックス状に分割される。マトリックスを構成する最小単位であるセル電極１２３は、それぞれが個別に検出信号を取得できる構成となっている。各セル電極１２３は、それぞれ同じ大きさであってもよいし、セル電極１２３の位置によって、それぞれ異なる大きさであってもよい。また、セル電極１２３の配置は一様でなくてもよい。
　それぞれのセル電極１２３から個別に検出信号を取得できる構成は、例えば、それぞれのセル電極１２３と増幅器１１３の間に、制御部１１１により制御されるスイッチを設けることで実現できる。この構成においては、単一のセル電極１２３からの検出信号を差動増幅器である増幅器１１３を用いて増幅することが望ましい。そこで、増幅器１１３は、差動入力端子の一方の入力端子をいずれかのセル電極１２３に接続し、他方の入力端子を一定電圧に固定する。差動入力端子の一方を固定することで、差動増幅器である増幅器１１３を用いて単一のセル電極１２３からの検出信号を増幅できる。これにより、増幅器１１３に加えて新たな増幅器を設けることなく、それぞれのセル電極１２３からの検出信号を個別に取得できる。
　電極１２０は、Ｔシャツ１４０に装着されている。ユーザは、Ｔシャツ１４０を着ることで、人体と電極１２０を接触させて心電波形を取得する。
　［１－２．動作］
　以上のように構成されたセル電極１２３を有する生体信号取得装置１００について、その動作を、図３を用いて以下に説明する。
　図３は、セル電極１２３を備えた生体信号取得装置１００における生体信号取得に係る動作を説明するためのフローチャートである。
　［１－２－１．各セル電極の接触度合い判定］
　まず、制御部１１１は、電極１２０の各セル電極１２３が人体と良好に接触しているか否かを、取得する検出信号の波形に基づいて判定する。セル電極１２３と人体との間に異物や空気が入り、接触状態が不良となると、そのセル電極１２３から取得される検出信号に大きなノイズが混入する。つまり、セル電極１２３と人体との接触状態は、検出信号に含まれるノイズの量に基づいて判定できる。例えば、検出信号に含まれるノイズの量が任意の閾値を超えているかによって、セル電極１２３と人体との接触状態を判定する。
　なお、接触状態の判定は、検出信号に含まれるノイズ以外の成分によってもなすことができる。例えば、制御部１１１が任意の電極の間にテスト信号を印加し、判断の対象となるセル電極１２３で取得された検出信号に含まれるテスト信号成分に基づいて接触状態を判定してもよい。また、テスト信号は、交流であってもよく、直流であってもよい。テスト信号を印加する一対の電極は、一方をＲ電極１２０ａから１つ以上のセル電極１２３を選び、他方をＬ電極１２０ｂから１つ以上のセル電極１２３を選ぶことで、接触状態の判定が容易となる。なお、テスト信号を印加する電極には、基準電極１２１を用いてもよい。
　接触状態の判定は、例えば、検出信号に含まれる生体信号に起因する成分によっても判定できる。検出信号に生体信号に起因する成分をほとんど含まないセル電極１２３は、人体との接触状態が不良であると判断できる。
　ステップＳ１１では、制御部１１１は、セル電極１２３のスキャンを開始し、各セル電極１２３から検出信号を取得することにより、各セル電極１２３の接触状態を判定する。制御部１１１は、判定された接触状態に基づき、接触状態が良好なセル電極１２３の数をカウントする。これには、接触が良好なセル電極１２３の数を接触状態の良い順にカウントしても良いし、反対に、接触不良なセル電極１２３の数をカウントしても良い。
　次に、制御部１１１は、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂそれぞれについて、人体との接触が良好なセル電極１２３の数の割合が６０％以上か否かを判断する（Ｓ１２）。割合が６０％以上で有る場合（Ｓ１２で「ＹＥＳ」の場合）は、ステップＳ１３に進む。ここで、接触が良好なセル電極１２３の数の割合を６０％としたが、セル電極１２３に用いる材料の抵抗値等によって、良好な心電波形を得られる割合は異なるため、この割合に限られない。
　ステップＳ１３では、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとから、一対のセル電極群１２２を、それぞれのセル電極群１２２と人体との接触抵抗が同じになるように選択する。Ｒ電極１２０ａおよびＬ電極１２０ｂを構成するセル電極１２３のうち、一対のセル電極群１２２に含まれるセル電極１２３は信号増幅器１１２に接続し、一対のセル電極群１２２に含まれないセル電極１２３は開放状態とする。これにより、Ｒ電極１２０ａと人体との接触抵抗と、Ｌ電極１２０ｂと人体との接触抵抗とは同じになる。ここで、同じとは、生体信号の取得上十分に近似していればよく、厳密に一致する必要はない。以下においても同様である。
　ステップＳ１３におけるセル電極群１２２の選択について説明する。
　まず、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとから、一対の候補群を選択する。Ｒ電極１２０ａのセル電極１２３のうち、人体との接触が良好でないセル電極１２３は開放状態とし、残りのセル電極１２３を一方の候補群とする。同様に、Ｌ電極１２０ｂについても、人体との接触が良好でないセル電極１２３は開放状態とし、残りのセル電極１２３を他方の候補群とする。
　次に、一対の候補群から、それぞれに対応する一対のセル電極群１２２を選択する。一対のセル電極群１２２は、各々のセル電極群１２２と人体との接触抵抗が同じになるように選択される。例えば、セル電極群１２２と人体との接触面積が同じになるようにしてもよい。セル電極群１２２と人体との接触面積を同じにする方法としては、各セル電極１２３の大きさが均一である場合、それぞれのセル電極１２３の数を同じにすることが望ましい。ここで、一対のセル電極群１２２間でセル電極１２３の数を同じにするために、接触状態が良好なセル電極１２３についても開放状態とする場合がある。各セル電極１２３の大きさが異なる場合は、セル電極１２３の数に依存せず、接触面積が同じになるように、セル電極１２３を選択すればよい。これにより、一対の候補群から、人体との接触抵抗が同じとなる一対のセル電極群１２２をそれぞれ選択できる。
　なお、一対のセル電極群１２２と人体との接触抵抗が同じになるようにセル電極群１２２を選択する方法として、他の方法を用いてもよい。例えば、一対のセル電極群１２２にそれぞれ電圧を印加することで、接触抵抗の差を推定してもよい。あるいは、ステップＳ１１のスキャンにおいて、各セル電極１２３の接触抵抗を推定し、推定された接触抵抗に基づいてセル電極群１２２を選択してもよい。
　ステップＳ１３において、Ｒ電極１２０ａ、Ｌ電極１２０ｂの人体との接触抵抗を同じにした後、ステップＳ１４において、心電計１１０は、生体信号の取得を開始する。
　他方、ステップＳ１２において、接触状態が良好な電極の割合が６０％未満である場合（Ｓ１２で「ＮＯ」の場合）、表示装置１３０において、ユーザに対して、接触不良であることをアラートにより通知し、接触状態の改善を促す（Ｓ１５）。
　ステップＳ１４において、取得された生体信号の情報は、表示装置１３０において表示したり（Ｓ１６）、図示しないメモリに蓄積したりしてもよい。
　ステップＳ１１からＳ１３までの動作は、ユーザによる任意の操作で実施することができる。また、任意の期間ごとに実施するように設定することもできる。また、電極１２０と人体との接触状態が変化したときに実施することもできる。なお、接触状態の変化は、電極１２０から取得される電気信号の変化により検知することができる。また、接触状態の変化は、図示されない加速度センサなどで検知することもできる。
　［１－３．効果等］
　以上のように、左右の電極をそれぞれ複数のセル電極に分割し、接触状態が良好なセル電極を用いて一対のセル電極群を形成する。これら一対のセル電極群を介して生体信号を取得することによって、良好な生体信号を取得し、ノイズの少ない心電波形を生成することが可能である。
　これにより、電極と人体との接触状態が悪くても、良好な生体信号が取得できる。
　また、本実施の形態に係る生体取得装置１００は、セル電極の接触状態を判定してから一対のセル電極群を選択するため、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂの装着状態が多少ばらついても、良好な生体信号を取得できる。このため、ユーザは電極１２０の位置を微細に調整する必要がなく、電極１２０の位置合わせの負担を軽減することができる。
　（実施の形態２）
　［２－１．構成］
　図４～図７を用いて、実施の形態２に係る、生体信号取得装置１００を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成部材については同じ符号を付し、実施の形態１と同様の構成及び機能については説明を省略することがある。
　実施の形態２に係る生体信号取得装置１００の電極１２０においては、実施の形態１の電極１２０のように、Ｒ電極１２０ａとＬ電極１２０ｂとに分離されていない。電極１２０は、Ｔシャツ１４０の全体若しくは人体の胴体を覆う程度に配置されている。電極１２０は電極の最小単位であるセル電極１２３がマトリクス状に配置されている。
　なお、実施の形態２に係る電極１２０は、Ｔシャツ１４０の上部半分だけに配置してもよい。また、マトリクス状の配置は、例えば図６に示すように斜めに並んだものであってもよい。
　一対のセル電極群１２２は、電極１２０を構成するセル電極１２３から任意に選択することができる。一対のセル電極群１２２に含まれるセル電極１２３は、増幅器１１３の差動入力端子の対応する側の端子にそれぞれ接続される。一対のセル電極群１２２に含まれないセル電極１２３は開放状態とされ、増幅器１１３の差動入力端子に接続されない。
　［２－２．動作］
　次に、図５を用いて、実施の形態２に係る生体信号取得装置１００の動作を説明する。実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同様の点については、説明を省略することがある。
　図５は、セル電極１２３を備えた生体信号取得装置１００における生体信号取得動作を説明するためのフローチャートである。
　まず、制御部１１１は、セル電極１２３のスキャンを開始する。すなわち、各セル電極１２３から検出信号を取得して、人体と各セル電極１２３との接触状態を判定する（Ｓ２１）。ここでは、接触状態が良好なセル電極１２３を判定してもよいし、接触状態が不良であるセル電極１２３を判定してもよい。
　次に、制御部１１１は、生体信号の取得に用いる一対のセル電極群１２２を決定する（Ｓ２２）。このセル電極群１２２は、心臓を挟むように配置される一定のまとまりを持ったセル電極１２３の集合である。ただし、一対のセル電極群１２２のどちらにも含まれないセル電極１２３を間に挟んでもよい。ここで、セル電極群１２２として使用されるセル電極１２３は、人体との接触状態の良いセル電極１２３から順に選択する。セル電極１２３と人体との接触状態は、そのセル電極１２３から取得された検出信号の電圧波形から判定する。また、一対のセル電極群１２２間で、セル電極群１２２に用いられるセル電極１２３の数が同じになるように選択する。
　次に、ステップＳ２２で決定した２つのセル電極群１２２を用いて、生体信号の取得を開始する（Ｓ２３）。
　ステップＳ２３で取得した生体信号の情報は、表示装置１３０において表示したり（Ｓ２４）、図示しないメモリに蓄積したりすることができる。
　なお、ステップＳ２１およびステップＳ２２は、図示しないスイッチによって開始されてもよいし、予め設定された期間ごとに、繰り返し開始されても良い。
　図６は、ステップＳ２２の詳細について説明するための図である。図７は、ステップＳ２２の詳細について示したフローチャートである。
　図７のステップＳ３１では、生体信号取得装置１００が備える電極１２０を構成するセル電極１２３をグルーピングし、候補群１２４ａと候補群１２４ｂとを構成する。電極１２０を構成するセル電極１２３の中には、候補群１２４ａと候補群１２４ｂのどちらにも含まれないセル電極１２３があってもよい。なお、ステップＳ３１において、候補群１２４ａと候補群１２４ｂは、それぞれの候補群と人体との接触抵抗が同じになるようにグルーピングされなくても良い。候補群１２４ａおよび候補群１２４ｂを構成するセル電極１２３を選択する方法は、例えば、あらかじめ決められた複数のセル電極１２３の組み合わせから選んでも良い。このとき、候補群１２４ａと候補群１２４ｂの組み合わせごとに、それらから取得される電気信号の差動信号成分の強度を判定し、差動信号成分の強度の大きい組み合わせを選んでも良い。
　ステップＳ３２では、各セル電極１２３をスキャンして取得した検出信号から、各セル電極１２３の接触状態を判定する。接触状態が悪いセル電極１２３については、ステップＳ３１で選ばれた候補群１２４ａおよび候補群１２４ｂから除外しても良い。
　ステップＳ３３では、一対のセル電極群１２２を、一方のセル電極群１２２は候補群１２４ａから、他方のセル電極群１２２は候補群１２４ｂから、互いに接触抵抗が同じになるように選択する。
　ステップＳ３４では、一対のセル電極群１２２に含まれるセル電極１２３のみを、それぞれ増幅器１１３の差動入力端子に接続し、制御部１１１が人体から電気信号を取得できるようにする。
　［２－３．効果等］
　以上のように構成された、生体信号取得装置１００において、制御部１１１は、生体信号の取得に用いるセル電極群１２２を、各セル電極１２３と人体との接触状態に基づいて選択する。これにより、電極と人体との接触状態が悪くても、良好な生体信号が取得できる。
　また、セル電極の接触状態を判定してから一対のセル電極群を選択するため、Ｔシャツ１４０の着用者によって接触位置が多少ばらついても、良好な生体信号を取得できる。このため、ユーザは電極１２０の位置を微細に調整する必要がなく、電極１２０の位置合わせの負担を軽減することができる。例えばユーザは、電極１２０の位置合わせをしなくとも、自動で最適な心電波形を得ることが可能となる。
　（他の実施の形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１～２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
　実施の形態１～２では、電極１２０を搭載する装着具の一例としてＴシャツ１４０を用いて説明した。この装着具は、電極１２０を人体に接触させるものであればよい。したがって、装着具は、Ｔシャツに限定されない。
　また生体信号取得装置１００は、人体からの生体信号を取得するものに限定されず、人間以外の生体を対象としてもよい。
　実施の形態１～２では、制御部１１１（コントローラ）の一例としてマイコンを示した。制御部１１１として、プログラム可能なマイコンを用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、制御部１１１の設計の自由度を高めることができる。しかし、制御部１１１の構成はマイコンに限定されるものではなく、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）やＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などのハードロジックで実現してもよい。制御部１１１をハードロジックで実現すれば、処理速度の向上に有効である。制御部１１１は、１つの素子で構成してもよいし、物理的に複数の素子で構成してもよい。複数の素子で構成する場合、実施の形態に記載の各制御を別の素子で実現してもよい。この場合、それらの複数の素子で一つの制御部１１１を構成すると考えることができる。また、制御部１１１と別の機能を有する部材とを１つの素子で構成してもよい。
　本開示は、心電、筋電、脳波などの生体信号を取得する生体信号を計測する装置に適用可能である。具体的には、心電計や筋電計などに、本開示は適用可能である。
　１００　生体信号取得装置
　１１０　心電計
　１１１　制御部
　１１２　信号増幅器
　１２０　電極
　１２０ａ　Ｒ電極
　１２０ｂ　Ｌ電極
　１２１　基準電極
　１２２　セル電極群
　１２３　セル電極
　１２４ａ，１２４ｂ　候補群
　１３０　表示装置
　１４０　Ｔシャツ

Claims (10)

  1. 複数のセル電極で構成され、生体と接触する電極と、
    前記複数のセル電極のうちの一部または全部で構成される一対のセル電極群を介して、前記生体から電気信号を取得する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記複数のセル電極のうちの一部または全部をスキャンして取得した検出信号に基づいて、前記複数のセル電極のうちの一部または全部と前記生体との接触状態を判定するとともに、
    判定した前記接触状態に基づいて、前記一対のセル電極群間において前記セル電極群と前記生体との接触抵抗が同じとなるように、前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極を選択する、
    生体信号取得装置。
  2. 前記制御部は、
    前記検出信号の信号強度に基づいて、前記接触状態を判定する、
    請求項１に記載の生体信号取得装置。
  3. 前記制御部は、
    前記検出信号に基づいて前記生体と接触していると判定された前記セル電極の中から、前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極を選択する、
    請求項１又は２に記載の生体信号取得装置。
  4. 前記制御部は、
    前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極のうちの一方を構成する前記セル電極と前記生体との接触面積の総和と、他方を構成する前記セル電極と前記生体との接触面積の総和とが同じとなるように、前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極を選択する、
    請求項３に記載の生体信号取得装置。
  5. 前記制御部は、
    前記一対のセル電極群間において各々の前記セル電極群を構成する前記セル電極の数が同じとなるように、前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極を選択する、
    請求項３に記載の生体信号取得装置。
  6. 前記制御部は、
    前記複数のセル電極のうちの一部または全部で構成される一対の候補群を選択し、
    前記一対の候補群間において前記セル電極と前記生体との接触抵抗が同じとなるように、前記一対の候補群の少なくとも一方における一以上の前記セル電極を開放し、
    前記一対のセル電極群の少なくとも一方は、前記候補群のうちの開放されていない前記セル電極により構成される、
    請求項１に記載の生体信号取得装置。
  7. 前記制御部は、
    前記電気信号に基づいて心電波形を得る、
    請求項１に記載の生体信号取得装置。
  8. 前記制御部は、
    前記電極を構成する前記セル電極のうちの一部または全部で構成される一対の候補群を、それら前記候補群間の差動信号強度に基づいて選択し、
    各々の前記候補群を構成する前記セル電極の中から、各々の前記候補群に対応する前記セル電極群を構成する前記セル電極をそれぞれ選択する、
    請求項１に記載の生体信号取得装置。
  9. 前記制御部は、
    いずれかの前記セル電極と前記生体との接触状態が変化した場合に、接触状態が変化した前記セル電極を再度スキャンして前記セル電極から前記検出信号を再度取得する、
    請求項１に記載の生体信号取得装置。
  10. 複数のセル電極で構成された電極を生体に接触させて、前記生体から電気信号を取得する生体信号取得方法において、
    前記複数のセル電極のうちの一部または全部をスキャンして検出信号を取得し、
    前記検出信号に基づいて、前記複数のセル電極のうちの一部または全部と前記生体との接触状態を判定し、
    判定した前記接触状態に基づいて、前記複数のセル電極から一対のセル電極群を決定し、
    前記一対のセル電極群の決定においては、前記一対のセル電極群間において前記セル電極群と前記生体との接触抵抗が同じとなるように、前記一対のセル電極群を構成する前記セル電極を選択し、
    前記一対のセル電極群から前記電気信号を取得する、
    生体信号取得方法。
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