JP2014195514A - 生体情報取得装置及び生体情報通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】被検者自身が適正な位置に電極を容易に装着できるようにする。【解決手段】本開示に係る生体情報取得装置は、身体に装着されて生体情報を取得する電極が設けられた、屈曲可能な複数の装身具と、前記複数の装身具を接続するコネクタと、を備える。装身具の１つは胸部に装着され、心電の胸部誘導波形を生体情報として取得し、装身具の１つは右腕又は左腕に装着され、心電の四肢誘導波形を生体情報として取得し、装身具の１つは腰に装着され、心電の四肢誘導波形を生体情報として取得する。【選択図】図２

Description

本開示は、生体情報取得装置及び生体情報通信システムに関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、生体の測定部位に装着される基材に電極を配置した生体電極が記載されている。

また、下記の特許文献２には、情報処理装置（質問器）側から生体情報センサー（応答器）に電力を供給して駆動させる、センサー側がパッシブな伝送システムが記載されている。

特開平３−１２８０４０号公報 特開２０１２−２３５５６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、電極を装着した基材をジャケットとしているが、基材を身体に取り付ける際の着脱方法については何ら考慮していない。このため、電極が設けられた基材を被検者（患者）自身が容易に装着することは困難であった。また、心電波形を取得する場合などにおいて、被検者自身が電極を正確な位置に装着することは困難であった。

また、特許文献２に記載された技術では、質問器と応答器との間の通信環境に応じて、給電の時間に変動が生じ、質問器が生体情報をサンプリングする時間が変動する問題がある。このため、応答器側では、適正なタイミングで生体情報を取得することが困難になる場合が生じていた。このように，情報処理装置側から生体情報センサーに電力を供給して駆動させる、センサー側がパッシブな伝送システムでは、生体情報センサーへの給電にかかる時間の変化がサンプリング間隔を変動させ，サンプリング間隔の安定性が要求されるような生体情報の取り扱いが困難となっていた。

そこで、被検者自身が適正な位置に電極を容易に装着できるようにすることが求められていた。また、生体情報を取得する装置に給電を行うシステムにおいて、生体情報を適正なサンプリング間隔で取得することが求められていた。

本開示によれば、身体に装着されて生体情報を取得する電極が設けられた、屈曲可能な複数の装身具と、前記複数の装身具を接続するコネクタと、を備える、生体情報取得装置が提供される。

また、前記装身具の１つは胸部に装着され、心電の胸部誘導波形を前記生体情報として取得するものであっても良い。

また、前記装身具の１つは右腕又は左腕に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得するものであっても良い。

また、前記装身具の１つは腰に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得するものであっても良い。

また、前記装身具のそれぞれから前記生体情報を取得し、人体通信により通信装置へ送信する本体部を備えるものであっても良い。

また、前記本体部は、コネクタにより前記装身具の１つに接続されるものであっても良い。

また、前記通信装置は、前記生体情報に基づいて電極の装着状態を判定する電子機器へ前記生体情報を送信するものであっても良い。

また、前記電子機器は、前記装身具を身体に装着する際のガイドを表示する表示部を備えるものであっても良い。

また、前記電極は、身体に装着される接着層、第１の導電層、電解質層、及び第２の導電層がこの順で積層されて構成され、身体から取り外す際に前記第１及び第２の導電層に所定の電位差が与えられるものであっても良い。

また、前記電解質層又は前記接着層は、ポリエチレンエチレンオキサイドーヘキサメチレン共重合体、又はＳＢＲ−ポリエチレンオキサイド共重合体に、イオン物質を含浸させて構成されるものであっても良い。

また、前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、カーボンファイバー層から構成されるものであっても良い。

また、前記第１の導電層には、発泡性の固体が混合されているものであっても良い。

また、本開示によれば、身体に装着されて生体情報を取得する電極と、前記電極により取得した生体情報を送信する送信部と、給電を受ける受電部と、を有する生体情報取得装置と、人体通信により前記生体情報取得装置へ給電を行う給電部と、人体通信により前記送信部から前記生体情報を受信する受信部と、前記給電を開始した後、前記生体情報を受信するまでのサンプリング間隔を判定するサンプリング間隔判定部と、前記サンプリング間隔が予め設定された所定値から外れている場合は、サンプリング間隔における生体情報を補間して取得する補間部と、を有する情報処理装置と、を備える、通信システムが提供される。

本開示によれば、被検者自身が適正な位置に電極を容易に装着することが可能となる。また、生体情報を取得する装置に給電を行うシステムにおいて、生体情報を適正なサンプリング間隔で取得することが可能となる。

電極の位置と出力波形を示す模式図である。 生体情報取得装置を人体に装着した状態を示す模式図である。 生体情報取得装置を含むシステムの構成を示すブロック図である。 電極装着具の構成と、本実施形態に係る電極装着位置を示す模式図である。 電極装着具の装着方法を示す模式図である。 電極が正しく装着されたことを確認する手順を示すフローチャートである。 誘導波形に基づく不具合の検出方法を示す模式図である。 誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。 誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。 誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。 誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。 誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。 図７〜図１２に基づいて不具合の検出を行う処理を示すフローチャートである。 実測１８誘導心電計に適用した電極装着具を示す模式図である。 本開示の第２の実施形態に係るシステムの概略構成を示す模式図である。 質問器と応答器から構成されるシステムを示す模式図である。 質問器の制御部における機能ブロック示す模式図である。 応答器の受電部における受信電圧と時間の関係を表す特性図である。 質問器と応答器の動作を示すシーケンス図である。 補間部における補間処理を示す図であって、ある期間の生体情報の時系列データを示す特性図である。 第３の実施形態に係る電極の構成を示す概略断面図である。 第３の本実施形態に係る電極の他の例を示す概略断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１．１．第１の実施形態に係る生体情報取得の概要
１．２．生体情報取得装置を含むシステムの構成例
１．３．電極装着具の構成例
１．４．電極装着具の装着方法
１．５．電極が正しく装着されたことを確認する手順
１．６．実測１８誘導心電計への適用例
２．第２の実施形態
２．１．第２の実施形態に係るシステムの構成例
２．２．質問器と応答器の動作シーケンス
２．３．補間部による補間処理
３．第３の実施形態
３．１．第３の実施形態に係る電極の構成例
３．２．電解質層の製造方法

＜１．第１の実施形態＞
［１．１．第１の実施形態に係る生体情報取得の概要］
本実施形態では、生体情報取得装置１００を用いて心電図を取得するシステムについて説明する。心疾患の診断と治療に通常用いられる１２誘導心電図は、人体に１０箇所の電極を装着して１２種類の波形を出力する。図１は、電極の位置と出力波形を示す模式図である。図１の左側の図において、Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６は、身体に装着された電極を示しており、図１の右側に示す特性図は、１２種類の波形を示している。図１に示すように、電極の装着箇所は、四肢誘導の４箇所（Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ）と、胸部誘導（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６）の６箇所である。四肢誘導のうち、電極Ｅは接地（アース）電位である。１２種類の波形は、各電極で検出される波形、及び各電極の波形から誘導される波形である。後述するように、本実施形態では、四肢誘導の４箇所（Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ）については、電極装着箇所をＲ’，Ｌ’，Ｆ’，Ｅ’に変更している。

図２は、生体情報取得装置１００を人体に装着した状態を示しており、人体の上半身の状態を示している。生体情報取得装置１００は、電極装着具２００と本体部３００を有して構成される。図２に示すように、本実施形態では、生体情報取得装置１００の電極位置を通常の１２誘導心電図で用いられる電極装着位置に対応させ、生体情報取得装置１００は、胴体または胴体に近い部分に装着される。このため、図２に示す電極Ｒ，Ｌを両肩に装着し、電極Ｆ，Ｅを腹に装着している。電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６は、通常通り胸部に装着される。

［１．２．生体情報取得装置を含むシステムの構成例］
また、図３は、生体情報取得装置１００を含むシステムの構成を示すブロック図である。図３に示すように、このシステムは、生体情報取得装置１００、通信装置３３０、電子機器３５０を有する。電極装着具２００と本体部３００は分離されており、電極装着具２００と本体部３００は集合コネクタ２２０で接続される。図３に示すように、電極装着具２００は、複数の電極２０１を備える。複数の電極２０１は、Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の各電極に対応する。また、本体部３００は、アンプ３０２、フィルタ３０４、ＡＤ変換部３０６、制御部３０８、通信部３１０、記憶部３１２を有して構成される。アンプ３０２は、電極装着具２００の各電極２０１が検出した信号波形を増幅する。フィルタ３０４は、増幅された信号波形からノイズ等を除去するためのフィルタリングを行う。ＡＤ変換部３０６は、フィルタ３０４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。制御部３０８は、本体部３００を制御する構成要素であり、入力されたデジタル信号を演算し、誘導波形を生成する等の処理を行う。記憶部３２１は、制御部３０８から送られた信号を記憶する。通信部３１０は、制御部３０８から送られた信号を通信装置３３０へ送信する。

通信装置３３０は、一例として人体通信により生体情報取得装置１００と通信可能に構成されている。通信装置３３０は、生体情報取得装置１００から送られた信号波形を受信し、外部のパーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯電話等の電子機器３５０へ送信する。

電子機器３５０は、通信装置４００から送られた信号を受信する受信部３５２、受信した信号に基づいて電極２０１の装着状態を判定する装着状態判定部３５４、電極２０１の装着状態、生体情報取得装置１００から受信した信号波形、及び装着ガイド等を表示するための処理を行う表示処理部３５６、表示処理部３５４の処理に基づいて表示を行う表示部（ＬＣＤ）３５８、装着ガイド等を記憶するデータベース３６０を有して構成されている。

［１．３．電極装着具の構成例］
図４は、電極装着具２００の構成と、本実施形態に係る電極装着位置を示す模式図である。電極装着具２００は、胸部装身具２０２、右腕装身具２０４、左腕装身具２０６、腹部装身具２０８、本体部３００に分かれており、それぞれの装着具に装備される電極２０１からの配線は装着具間のコネクタ２１０で中継され、本体部３００を接続するための集合コネクタ２２０に集められる。集合コネクタ２２０は、胸部装身具２０２の胸部の位置に設けられる。

図４に示すように、胸部誘導については、各電極は原理通りの所定位置に装着される。一方、四肢誘導については、電極Ｌは通常の左手首から左腕（左肩）に装着位置が変更される。また、電極Ｒは通常の右手首から右腕（右肩）に装着位置が変更される。また、電極Ｆは通常の左足首から左腰に装着位置が変更され、電極Ｅは通常の右足首から右腰に装着位置が変更される。つまり、四肢誘導の４箇所（Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ）については、電極Ｒ’，Ｌ’，Ｆ’，Ｅ’の位置に変更している。このような変更により、電極装着具２００を上半身のみに装着することができる。

［１．４．電極装着具の装着方法］
図５は、電極装着具２００の装着方法を示す模式図である。電極装着具２００の装着時は、以下に示す手順１〜６の順で身体に装着する。また、取り外し時は逆の手順で身体から取り外す。

（手順１）胸部装着具２０２、右腕装着具２０４、左腕装着具２０６、腹部装着具２０８、本体部３００を分離する。
（手順２）胸部装着具２０２を首と左肩に通す。
（手順３）コネクタ２１０の一方を胸部に一周させてコネクタ２１０の他方に接続し、電極位置を所望の位置に整える。
（手順４）右腕装着具２０４を右腕に通して装着し、左腕装着具２０６を左腕に通して装着し、腹部装着具２０８を腰に装着する。
（手順５）コネクタ２１０をそれぞれ結合する。
（手順６）集合コネクタ２２０を結合し、本体部３００を接続する。

［１．５．電極が正しく装着されたことを確認する手順］
図６は、電極が正しく装着されたことを確認する手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１０では、装着手順ｎの値を１に設定する（ｎ＝１）。ここでｎの値は１から６の整数であり、手順ｎは図５の手順１〜６に対応する。

次のステップＳ１２では、装着手順ｎにおける装着方法を電子機器３５０の表示部３５８にガイド表示する。次のステップＳ１４では、手順６が完了したか否かを判定する。手順６が完了した場合はステップＳ１６へ進む。一方、手順６が完了していない場合はステップＳ１９へ進み、ｎを１つカウントアップしてステップＳ１２へ戻る。

ステップＳ１６では、心電波形を取得する。次のステップＳ１７では、１０個の各電極２０１が取得した波形に基づき、誘導波形を確認する。誘導波形に問題が生じていなければ、処理を終了する。一方、誘導波形に不足がある場合は、ステップＳ１８へ進み、不足している波形に関連する装着手順nのガイドを表示する。ステップＳ１８の後はステップＳ１６へ戻り、再度誘導波形を確認する。

図７は、誘導波形に基づく不具合の検出方法を示す模式図である。また、図８〜図１２は、誘導波形による不具合検出の具体例を示す特性図である。

図７に示すように、誘導波形に基づいて、Ｌ，Ｒ，Ｆ，Ｖ１−Ｖ６電極の電極外れ、Ｌ,Ｒ電極のずれ、Ｆ−Ｅ電極間の近接、Ｖ１−Ｖ６電極の隣接方向のずれ、Ｖ１−Ｖ６電極の放射方向の近づき、Ｖ１−Ｖ６電極の放射方向の遠ざかり、を検出することができる。Ｌ,Ｒ,Ｆ,Ｖ１−Ｖ６電極の電極外れは、Ｅ電極の波形を基準として、各電極の波形が消失していることで検出できる。Ｌ,Ｒ電極のずれは、Ｅ電極の波形を基準として、各電極の波形に殆ど変化が生じていないことで検出できる。Ｆ−Ｅ電極間の近接は、Ｅ電極の波形を基準として、Ｆ電極の波高の縮小によって検出できる。Ｖ１−Ｖ６電極の隣接方向のずれは、Ｖ１−Ｖ６の隣接電極を基準として、差分の不均等によって検出できる。Ｖ１−Ｖ６電極の放射方向の近づきは、不関電極を基準として、波高の縮小によって検出できる。Ｖ１−Ｖ６電極の放射方向の遠ざかりは、不関電極、Ｅ電極を基準として、波高の縮小によって検出できる。

図８は、Ｌ,Ｒ,Ｆ電極の電極外れを示す波形である。四肢誘導波形から単極誘導波形を確認し、Ｌ−Ｅ波形が消失している場合はＬ電極が外れていることを検出できる。他のＲ，Ｆ電極についても同様にして電極外れを検出できる。

図９は、Ｖ１電極の電極外れを示す波形である。胸部誘導波形から、Ｖ１電極波形が消失している場合は、Ｖ１電極の電極外れを検出できる。Ｖ２−Ｖ６電極の外れについても同様に検出できる。

図１０は、Ｆ−Ｅ電極の近接を示す波形である。四肢誘導の単極誘導波形に基づき、Ｆ−Ｅ電極間の距離が不足の場合、単極Ｆ波形の波高が縮小する。これにより、Ｆ−Ｅ電極の近接を検出できる。他の電極についても同様に検出できる。

図１１は、Ｖ３−Ｖ２電極の近接を示す波形である。隣接する電極間の差分波形において、近づいた電極間の差分波高値が縮小し、遠ざかった電極間の差分波高値が拡大していることで、電極間の近接を検出できる。図１２に示す例では、Ｖ３−Ｖ２の差分波形が正常よりも縮小し、Ｖ３−Ｖ２の差分波形が正常よりも拡大しているため、Ｖ３−Ｖ２電極の近接を検出できる。他の電極についても同様に検出できる。

図１２は、Ｖ２電極の放射方向への遠ざかりを示す波形である。胸部誘導波形において、放射方向にずれたＶ２電極の波形の波高値が縮小することで、Ｖ２電極の放射方向への遠ざかりを検出することができる。他の電極についても同様に検出できる。

図１３は、図７〜図１２に基づいて不具合の検出を行う処理を示すフローチャートであって、図６のステップＳ１６〜Ｓ１８の処理を詳細に示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２０では、四肢電極取付ガイドを表示する。ユーザは、四肢電極取付ガイドに基づいて四肢電極（Ｒ，Ｌ，Ｆ，Ｅ）を装着する。次のステップＳ２２では四肢電極の外れを検出する。ステップＳ２４で四肢電極の外れが有ると判定された場合は、ステップＳ２０へ戻り、四肢電極取付ガイドを再度表示する。

次に、ステップＳ３０では、胸部電極取付ガイドを表示する。ユーザは、胸部電極取付ガイドに基づいて胸部電極（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６）を装着する。次のステップＳ３２では胸部電極の外れを検出する。ステップＳ３４で胸部電極の外れが有りと判定された場合は、ステップＳ３０へ戻り、胸部電極取付ガイドを再度表示する。

次に、ステップＳ４０では、四肢電極調整ガイドを表示する。ユーザは、四肢電極調整ガイドに基づいて四肢電極の位置を調整する。次のステップＳ４２では四肢電極のずれを検出する。ステップＳ４４で四肢電極のずれ有りと判定された場合は、ステップＳ４０へ戻り、四肢電極調整ガイドを再度表示する。

次に、ステップＳ５０では、胸部電極調整ガイドを表示する。ユーザは、胸部電極調整ガイドに基づいて胸部電極の位置を調整する。次のステップＳ５２では胸部電極のずれを検出する。ステップＳ５４で胸部電極のずれ有りと判定された場合は、ステップＳ５０へ戻り、胸部電極調整ガイドを再度表示する。

上述のように、装着手順のガイドは、電子機器３５０（データ出力先の装置、またはその関連のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット端末、携帯電話など）に表示させる。また、電子機器３５０の装着状態判定部３５４に受信波形を解析して装着状態をチェックする機能を持たせ、電極が正しく装着されたことを確認する。これにより、電極装着具２００をユーザー自身で身体に取り付けることが可能となり、且つ適正な位置に電極が装着されたか否かを確認することが可能となる。これにより、医師、看護師等の補助を受けることなく、ユーザーが電極装着具２００を装着することが可能となる。

［１．６．実測１８誘導心電計への適用例］
図１４は、実測１８誘導心電計に適用した電極装着具１００を示す模式図である。図１４に示す例では、図４に示した電極装着具１００に対して電極Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９，Ｖ３Ｒ，Ｖ４Ｒ，Ｖ５Ｒが追加されている。例えば特許４１５３９５０号公報に記載されているような実測１８誘導心電計に適用する場合であっても、電極装着具１００における電極数を増やすことで対応が可能である。これにより、通常の１２誘導心電図から予測することなく、１２誘導心電図の場合の装着手順と同じ手順で実測１８誘導心電計測を行うことができ、特に心臓の右心室に関わる生体情報を取得することが可能となる。

以上説明したように第１の実施形態によれば、電極装着具２００を複数の部位に分割し、コネクタで接続するようにしたため、ユーザー（患者）が自身で電極装着具２００を身体に取り付けることが可能となる。また、装着後は誘導波形に基づいて電極外れ、電極位置ずれを検出できる。従って、看護師、補助者等に頼ることなく、ユーザー自身が電極装着具２００を装着して心電波形等を取得することが可能となる。

＜２．第２の実施形態＞
［２．１．第２の実施形態に係るシステムの構成例］
次に、本開示の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、情報処理装置（質問器４００）側から生体情報センサー（応答器５００）に電力を供給して駆動させる、センサー側がパッシブな伝送システムにおいて、生体情報のサンプリング間隔を高い精度で維持するものである。

まず、図１５を参照して、本開示の第２の実施形態に係るシステムの概略構成について説明する。本実施形態のシステムは質問器４００、応答器５００、電子機器３５０を有して構成されている。応答器５００は人体に装着されるもので、生体情報として波形を取得する。このため、応答器５００は、生体情報としての波形を取得する電極を備えている。応答器５００は、第１の実施形態の生体情報取得装置１００に相当する。また、質問器４００は、第１の実施形態の通信装置３３０に相当する。図１５に示す例では、１つの質問器４００と４つの応答器５００が身体に装着されている。

図１６は、質問器４００と応答器５００から構成されるシステムを示す模式図である。ここで、各応答器５００は、センサー電極を搭載して、微弱なセンサー信号から生体情報を取得することになる。各応答器５００は、固有の発振周波数からなる質問信号を受信したときのみ送信回路を起動する。言い換えれば、他の応答器が送信回路を起動するときには自分の送信回路は起動せず、応答器５００同士で互いに不要なノイズ発生源とはならないその他の期間では不要なノイズを発生しないので、他の応答器からのノイズの影響を受けることなく、微弱なセンサー信号から生体信号を取得することができる。

質問器４００は、質問器４００の全体の動作を制御する制御部４０２、給電のための交流信号を生成する発振部４０４、発振部４０４で生成された交流信号を増幅する増幅部４０６、増幅された交流信号を送出する給電部４０８、応答器５００からの応答信号を受信して復調し、生体情報データを得る復調部４１０を有して構成される。

制御部４０２は、各応答器５００など質問器４００の外部との情報のやり取りを行なわせる他、質問器４００の全体の動作を制御する。発振部４０４は、発振周波数の切り替え機能を備え、制御部４０２からの指示に従い、特定の周波数の交流信号を発生させる。ここで言う特定の周波数とは、各応答器５００の受信回路が同調する共振周波数である。発振部４０４から出力される交流信号は、増幅部４０６で適宜増幅された後、給電電極４０８に供給される。給電電極４０８は、掌など、通信の媒体となる人体に接触しており、供給された交流信号は、無変調搬送波からなる質問信号として人体に送出され、各応答器５００に到達する。

質問器４００が送信した無変調搬送波の周波数で同調する受信回路を持ついずれかの応答器５００は、受信した無変調搬送波から電力を生成し、さらにこの電力を利用して送信回路を起動すると、送信回路は、この無変調搬送波に情報（例えば心拍数などの生体情報）を重畳した応答信号を生成して、人体を媒体として送信する。

質問器４００は、給電電極４０８で上記の応答信号を受信すると、復調部４１０で応答信号に重畳された情報を抽出する。制御部４０２は、１つの応答器５００から生体情報などの情報を取得し終えたと判断すると、続いて他の応答器５００からも情報を取得するために、発振部４０４に発振周波数の切り替えを指示する。そして、別の周波数の無変調搬送波からなる質問信号が、給電電極４０８から人体を媒体として順次送信されることになる。

応答器５００は、質問器４００からの交流信号を受電して生体情報を得る受電電極５０２、応答器５００毎に固有の周波数で共振する共振回路を有する受電部５０４、受電後に生体情報の取得や応答信号の生成を要求するなど全体の動作を制御する制御部５０６、センサー電極５０７から得た信号から所望の帯域の生体情報を得る低域透過フィルター（ＬＰＦ）５０８、フィルタされた生体情報を増幅する増幅部５１０、アナログ／ディジタル変換回路（ＡＤＣ）５２０、送信する生体情報データ列を生成する送信部５１２、受信した無変調キャリアに生体情報データで変調をかけて送信信号を生成する変調部５１４を有して構成される。

受電電極５０２は、通信の媒体となる人体の所定の部位に接触しており、質問器４００から人体を媒体にして送信された特定周波数の無変調搬送波は、受電電極５０３で受信することができる。

受電部５０４は、受電電極５０３で受信した信号に対して、当該応答器５００に固有の周波数で共振する共振回路（不図示）を備えており、さらに、この共振回路の出力から定電圧の電力を生成し、当該応答器５００を駆動するに十分な受信電圧かどうかを検出して電源検出信号を出力するように構成されている。応答器５００は、特定の周波数を受信したときのみ応答信号を返すことができることから、特定周波数の無変調搬送波は、質問信号としての役割を持つ。

制御部５０６は、応答器５００全体の動作を制御する。制御部５０６は、受電部５０４から電源検出信号を受け取ると、生体情報の取得と、取得した生体情報を重畳した応答信号の送信を指示する。

センサー電極５０７は、人体の所定の部位に接触しており、心拍数などを検出して、センサー信号を出力する。センサー信号は、低域透過フィルター５０８によって必要な帯域の成分が抽出（不要な成分が除去）され、増幅部５１０によって適宜増幅され、さらにＡＤＣ５２０によって標本化及び量子化されて、ディジタルの生体情報となる。

送信部５１２は、制御部５０６から応答信号の送信を指示されると、ＡＤＣ５２０から取得した生体情報を、所定のフォーマットに従ってディジタル変調する。変調部５１４は、受電電極５０２で受信した無変調搬送波に対して、ディジタル変調した後の送信情報に基づいて変調を施す。変調搬送波は、応答信号として、受電電極５０２から通信の媒体となる人体に送出される。

図１７は、質問器４００の制御部４０２における機能ブロック示す模式図である。制御部４０２は、タイマー４０２ａ、時間管理部４０２ｂ、サンプリング間隔判定部４０２ｃ、補間部４０２ｄを有する。タイマー４０２ａは、一定のサンプリング間隔で生体情報データを得るためのもので、一定の時間間隔でタイムアウトを告げる。時間管理部４０２ｂは、タイマー４０２ａのタイムアウトから受信データを得るまでの時間間隔をカウントする。サンプリング間隔判定部４０２ｃは、予め設計された動作に基づいて規定された時間間隔と、今回受信データを得るまでにかかった時間間隔を比較する。もしサンプリング間隔がずれたと判断された場合、当該データは消去される。また、第２の実施形態において、サンプリング間隔がずれたと判断された場合、より好適には、補間部４０２ｄにおいて所望のサンプル間隔で受信したであろうデータを補完する。サンプリング間隔にずれが無いと判断した場合は、受信データをそのまま出力する。

生体情報には、体温、脈、呼吸、血圧、SpO2、心電、筋電、脳波、体動など，様々な種類があり、生体情報によって、サンプリング間隔の精度が要求されるものと、サンプリング間隔の精度が比較的低くても構わないものがある。例えば、体温は急激に変動するような情報ではないため、情報のサンプリング間隔が例えば数ｍｓ前後ずれたとしても比較的影響は少ない。しかしながら、心電のような、波形の形状に重要な意味を持つ生体情報においては、サンプリング間隔が変動してしまうと医学的に価値のないものになってしまう。

図１５に示すような，情報処理装置側である質問器４００と生体情報センサー側である複数の応答器５００からなるシステム構成において、質問器４００と各応答器５００間で円滑にデータ通信を行うためには、複数の応答器５００が同時に応答を行わないようにシステムを設計する。このため、例えば、応答器５００は質問器４００からの要求（質問）を復号処理（理解）するための受信回路を有し、質問器４００からの要求が何時送信されてくるか待ち受けし続けなければならない。従って、装置規模、消費電力が大きくなる傾向がある。

前述のように、特許文献２においては、応答器は質問器からの給電によって駆動するが、応答器５００が駆動を開始するまでにかかる時間は、質問器と応答器の共振の状態によって変化する。図１８は、応答器５００の受電部５０４における受信電圧と時間の関係を表す特性図である。質問器４００が給電を開始後、応答器５００の受電部５０４で十分な受信電圧に達するまでの時間をt1、応答器５００が駆動を開始してから生体情報をサンプリングするまでの時間をt2、生体情報をサンプリングしてから質問器４００へ情報送信を行うまでの時間をt3とする。t2とt3は予め設計された動作にかかる時間であり、固有値である。一方、t1は質問器４００と応答器５００の距離や位置関係などの影響を受けてt1’のように変化する可能性がある。t1がt1’へ変化すると、応答器５００の駆動開始が遅れるため、生体情報のサンプリング、及び生体情報のデータ送信に遅延が生じ、この結果、生体情報のサンプリング間隔が一定に保たれない場合が生じる。

［２．２．質問器と応答器の動作シーケンス］
図１９は、質問器４００と応答器５００の動作を示すシーケンス図である。制御部４０２は、時刻ｔ１１において、サンプリング間隔監視のタイマ４０２ａを起動し、復調部４１０に受信待ち受け要求を出す（ステップＳ６０）。また、制御部４０２は、発振部４０４に対して発信要求を出す（ステップＳ６２）。発振部４０４は、発振要求を受けると、応答器５００への給電を開始する（ステップＳ６４）。応答器５００は、給電を受けて駆動開始電圧に達すると駆動を開始し、生体情報をサンプリングして生体情報を送信する（ステップＳ６６）。

質問器４００の復調部４１０は、生体情報を受信して、復調した受信データを制御部４０２へ送る（ステップＳ６８）。時刻ｔ１２で制御部４０２が生体情報を受信すると、サンプリング間隔が確定する。そして、制御部４０２はサンプリング間隔を判定する。

制御部４０２は、復調部４１０へ待ち受け停止要求を出す（ステップＳ７０）。また、制御部４０２は、発振部４０４へ発振停止要求を出す（ステップＳ７２）。これにより、応答器５００への給電が停止する。

次に、制御部４０２は、時刻ｔ１３において、サンプリング間隔監視のタイマ４０２ａを起動し、復調部４１０に受信待ち受け要求を出す（ステップＳ７０）。また、制御部４０２は、発振部４０４に対して発信要求を出す（ステップＳ７２）。発振部４０４は、発振要求を受けると、応答器５００への給電を開始する（ステップＳ７４）。応答器５００は、給電を受けて駆動開始電圧に達すると駆動を開始するが、ステップＳ７４の給電を開始してから、応答器５００が駆動を開始するまでの時間が、ステップＳ６４よりも遅延している。このため、応答器５００が生体情報をサンプリングしてステップＳ７６で生体情報を送信する時刻ｔ１４が遅延する。この結果、生体情報を受けた復調部４１０が送信した受信データを制御部４０２が受信する時刻ｔ１５も遅延する。

［２．３．補間部による補間処理］
このため、制御部４０２の補間部４０２ｄは、所望のサンプル間隔で受信したであろうデータを補完する。図２０は、補間部４０２ｄにおける補間処理を示す図であって、ある期間の生体情報の時系列データを示す特性図である。図２０中の○印は、一定の間隔で正しくサンプリングされた場合のデータを示している。一方、図２０中の□印は、実際にサンプリングされたデータを示している。図２０に示すように、６番目のサンプルデータは時刻ｔ＝５より少し遅れた時刻でサンプリングされている。補間部４０２ｄは、これらのサンプルデータとサンプリング間隔を用いてサンプル間の補間データを生成する。図２０中の●（小黒丸）印は、スプライン補間によって補間したデータを示している。このように、スプライン補間により、時刻ｔ＝５における補間データ（●）が正しくサンプリングされた場合のデータ（○）と一致する。

以上のように、第２の実施形態では、情報処理装置側である質問器４００が時間を管理し，応答器５００への給電開始時刻と応答器５００から生体情報データが返信されてきた時刻からサンプリング時間を算出することにより生体情報のサンプリング間隔の変動を監視する。質問器４００は、所望のサンプリング間隔から外れた時刻に受信した生体情報データは破棄して、信頼性の高いサンプルデータのみからなる生体情報データ列を医学的に価値のあるデータとして活用する。また、質問器４００は、所望のサンプリング間隔から外れた場合は、前後のサンプルデータから所望のサンプリング時刻におけるデータを補完する。これにより、情報処理装置側から生体情報センサーに電力を供給して駆動させる、センサー側がパッシブな伝送システムにおいて、サンプリング間隔の精度が要求される生体情報を取り扱うことが可能となる。

以上説明したように第２の実施形態によれば、情報処理装置（質問器４００）側から生体情報センサー（応答器５００）に電力を供給して駆動させる、センサー側がパッシブな伝送システムにおいて、情報処理装置が時間を管理し、生体情報センサーへの給電開始時刻と、生体情報センサーから生体情報データが返信されてきた時刻とからサンプリング時間を算出し、サンプリング間隔がずれた場合に所望の時刻のデータを補完する。これにより、サンプリング間隔の精度が要求される生体情報を取り扱うことが可能となる。

＜３．第３の実施形態＞
［３．１．第３の実施形態に係る電極の構成例］
次に、本開示の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態の電極装着具２００の各電極の構成に関する。電極は身体に直接装着されるが、電極の接着力が弱いと電極が身体から外れ易くなり、安定して生体情報を取得することができなくなる。一方、電極の接着力が強いと、身体から外し難くなる。

第３の実施形態では、電極の身体への接着力を強くして確実に装着するとともに、電極を身体から外し易い構造を提供する。以下の図２１及び図２２で説明する電極６００，７００は、第１の実施形態の電極２０１に対応する。図２１は、第３の実施形態に係る電極６００の構成を示す概略断面図である。図２１に示すように、電極６００は、下から順に接着層６０２、カーボンファイバー層６０４、電解質層６０６、カーボンファイバー層６０８、接着層（絶縁層）６１０が積層されて構成される。カーボンファイバー層６０４，６０８は、カービンファイバーの布から構成されている。また、電解質層６０６、及び接着層６０２，６１０は、接着力を有し、且つ高いイオン導電率を持つ材料から構成される。電解質層６０６、及び接着層６０２，６１０は、例えば、ポリエチレンエチレンオキサイドーヘキサメチレン共重合体、又はＳＢＲ−ポリエチレンオキサイド共重合体などに、イオン物質を含浸させたものを用いて、カーボンファイバー層６０４，６０８を導電しないように配置される。

図２１において、下層の接着層６０２は、ユーザーの身体に接着される。カーボンファイバー層６０４とカーボンファイバー層６０８とには所定の電位が与えられる。接着層６０２を身体に接着している状態では、カーボンファイバー層６０４とカーボンファイバー層６０８との間に電位差は与えられない。一方、接着層６０２を身体から引き剥がし、電極６００を身体から外す時は、カーボンファイバー層６０４とカーボンファイバー層６０８との間に所定の電位差が与えられる。

ここで、ユーザーの身体は親水性であり、一方、接着層６０２は撥水性である。そして、接着層６０２と身体の表面張力の差で接着層６０２が身体に接着されている。この状態で、カーボンファイバー層６０４とカーボンファイバー層６０８との間に所定の電位差が与えられると、接着層６０２の表面にマイナスの電荷が生じ、接着層６０２が親水性となる。これにより、接着層６０２と身体との表面張力の差が少なくなり、接着層６０２の身体に対する接着力６０２が低下する。従って、カーボンファイバー層６０４とカーボンファイバー層６０８との間に所定の電位差を生じさせることで、電極６００を身体から容易に取り外すことが可能となる。以上のように、２つのカーボンファイバー層６０４，６０８の間に電圧を印加することにより、接着力がコントロールできる。

従って、接着層６０２による身体への接着力を十分に強くしたとしても、電極６００を身体から取り外す際には、２つのカーボンファイバー層６０４，６０８の間に電圧を印加することで、電極６００を容易に身体から取り外すことが可能となる。図２１に示す構成により、高い接着力を持つ接着層６０２を用いても、人体に影響を与えることなく、電極６００を容易に剥離することができる。

図２２は、本実施形態に係る電極の他の例を示す概略断面図である。図２２に示すように、電極７００は、下から順に接着層７０２、カーボンファイバー層７０４、電解質層７０６、カーボンファイバー層７０８、接着層（絶縁層）７１０が積層されて構成される。カーボンファイバー層７０４，７０８は、カービンファイバーの布から構成されている。また、接着層７０２側に位置するカーボンファイバー層７０４は、カービンファイバーの布に対して、炭酸水素ナトリウムなどの発泡性の固体が微粉化して混合されている。電解質層７０６、及び接着層７０２，７１０は、図２１の電解質層６０６、及び接着層６０２，６１０と同様に構成されている。

図２２において、下層の接着層７０２は、ユーザーの身体に接着される。カーボンファイバー層７０４とカーボンファイバー層７０８には所定の電位が与えられる。接着層７０２を身体に接着している状態では、カーボンファイバー層７０４とカーボンファイバー層７０８との間に電位差は与えられない。一方、接着層７０２を身体から引き剥がし、電極７００を身体から外す時は、カーボンファイバー層７０４とカーボンファイバー層７０８との間に所定の電位差が与えられる。

カーボンファイバー層７０４とカーボンファイバー層７０８との間に所定の電位差が与えられると、カーボンファイバー層７０４に含まれる発泡性の固体が電圧によって反応して発泡する。これにより、カーボンファイバー層７０４から接着層７０２へガスが発生する。このガスの発生によって、接着層７０２の接着力が低下して、電極７００の身体からの剥離を容易にする。従って、図２２に示す構成により、高い接着力を持つ接着層７０２を用いても、人体に影響を与えることなく、電極７００を容易に剥離することができる。

［３．２．電解質層の製造方法］
次に、図２１及び図２２の電解質層６０６，７０６として用いるポリエチレンオキサイト-ヘキサメチレン共重合体の製造方法について説明する。ＰＥＧ１０００（４２重量部）、トリメチロールプロパン（４２重量部）、及びヘキサメチレンジイソシアネート（１６重量部）を、５０度〜６０の温度で混合し、液体の状態で窒素バブリングを行う。３分以上のバブリングののち、密閉して３時間予備重合を行う。そして、予備重合を行ったものを型に入れて、２０時間の間、６０℃で重合を行う。

この重合体の完成ののち、カーボンの布を配置し、同様な予備重合体を適宜入れて、更に２０時間６０℃で重合を行う。更に導電性のある成分を含む液体にこの重合体を浸すことにより、高い導電性を付与することができる。ヘキサメチレンジイソシアネートが１０重量部以下では固形の重合体を得ることが得られず、３０重量部以上では、柔軟性が無く、体への装着に適さない。

以上のようにして製造されたポリエチレンオキサイト-ヘキサメチレン共重合体は、ＳＢＲ−ポリエチレンオキサイド共重合体と比較すると導電率が２倍程度高く、電極６００，７００の材料として優れている。従って、ポリエチレンオキサイト-ヘキサメチレン共重合体を用いて電極６００，７００を構成することで、電極６００，７００の特性を向上できるとともに、身体から取り外し易い構成とすることができる。

なお、電極の構造としては、本件出願人の出願に係る以下の公報に記載された電極を用いることも可能である。特開２０１２−２３９６９６号公報（ゲル弾性電極）、特開２０１２−１１０５３５号公報（スパイラルピン電極）、特開２０１２−５７７７号公報（綿棒電極、特開２０１１−１４０７１１号公報（ブラシ電極）。

以上説明したように第３の実施形態によれば、電極６００，７００の身体に対する接着力を高めることができ、且つ電極６００，７００を取り外す際には容易に取り外すことができる。従って、生体情報を確実に取得することができ、且つ身体からの取り外しが容易な電極を提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）身体に装着されて生体情報を取得する電極が設けられた、屈曲可能な複数の装身具と、
前記複数の装身具を接続するコネクタと、
を備える、生体情報取得装置。
（２）前記装身具の１つは胸部に装着され、心電の胸部誘導波形を前記生体情報として取得する、前記（１）に記載の生体情報取得装置。
（３）前記装身具の１つは右腕又は左腕に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得する、前記（１）に記載の生体情報取得装置。
（４）前記装身具の１つは腰に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得する、前記（１）に記載の生体情報取得装置。
（５）前記装身具のそれぞれから前記生体情報を取得し、人体通信により通信装置へ送信する本体部を備える、前記（１）に記載の生体情報取得装置。
（６）前記本体部は、コネクタにより前記装身具の１つに接続される、前記（５）に記載の生体情報取得装置。
（７）前記通信装置は、前記生体情報に基づいて電極の装着状態を判定する電子機器へ前記生体情報を送信する、前記（５）に記載の生体情報取得装置。
（８）前記電子機器は、前記装身具を身体に装着する際のガイドを表示する表示部を備える、前記（７）に記載の生体情報取得装置。
（９）前記電極は、身体に装着される接着層、第１の導電層、電解質層、及び第２の導電層がこの順で積層されて構成され、身体から取り外す際に前記第１及び第２の導電層に所定の電位差が与えられる、前記（１）に記載の生体情報取得装置。
（１０）前記電解質層又は前記接着層は、ポリエチレンエチレンオキサイドーヘキサメチレン共重合体、又はＳＢＲ−ポリエチレンオキサイド共重合体に、イオン物質を含浸させて構成される、前記（９）に記載の生体情報取得装置。
（１１）前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、カーボンファイバー層から構成される、前記（９）に記載の生体情報取得装置。
（１２）前記第１の導電層には、発泡性の固体が混合されている、前記（９）に記載の生体情報取得装置。
（１３）身体に装着されて生体情報を取得する電極と、前記電極により取得した生体情報を送信する送信部と、給電を受ける受電部と、を有する生体情報取得装置と、
人体通信により前記生体情報取得装置へ給電を行う給電部と、人体通信により前記送信部から前記生体情報を受信する受信部と、前記給電を開始した後、前記生体情報を受信するまでのサンプリング間隔を判定するサンプリング間隔判定部と、前記サンプリング間隔が予め設定された所定値から外れている場合は、サンプリング間隔における生体情報を補間して取得する補間部と、を有する情報処理装置と、
を備える、通信システム。

１００ 生体情報取得装置
２００ 電極装着具
２０２ 胸部装着具
２０４ 右腕装着具
２０６ 左腕装着具
２０８ 腹部装着具
２１０ コネクタ
４００ 質問器
４０２ｃ サンプリング間隔判定部
４０２ｄ 補間部
４０８ 給電部
５００ 応答器
５０４ 受電部
５０７ センサー電極
５１２ 送信部

Claims (13)

1. 身体に装着されて生体情報を取得する電極が設けられた、屈曲可能な複数の装身具と、
   前記複数の装身具を接続するコネクタと、
   を備える、生体情報取得装置。
2. 前記装身具の１つは胸部に装着され、心電の胸部誘導波形を前記生体情報として取得する、請求項１に記載の生体情報取得装置。
3. 前記装身具の１つは右腕又は左腕に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得する、請求項１に記載の生体情報取得装置。
4. 前記装身具の１つは腰に装着され、心電の四肢誘導波形を前記生体情報として取得する、請求項１に記載の生体情報取得装置。
5. 前記装身具のそれぞれから前記生体情報を取得し、人体通信により通信装置へ送信する本体部を備える、請求項１に記載の生体情報取得装置。
6. 前記本体部は、コネクタにより前記装身具の１つに接続される、請求項５に記載の生体情報取得装置。
7. 前記通信装置は、前記生体情報に基づいて電極の装着状態を判定する電子機器へ前記生体情報を送信する、請求項５に記載の生体情報取得装置。
8. 前記電子機器は、前記装身具を身体に装着する際のガイドを表示する表示部を備える、請求項７に記載の生体情報取得装置。
9. 前記電極は、身体に装着される接着層、第１の導電層、電解質層、及び第２の導電層がこの順で積層されて構成され、身体から取り外す際に前記第１及び第２の導電層に所定の電位差が与えられる、請求項１に記載の生体情報取得装置。
10. 前記電解質層又は前記接着層は、ポリエチレンエチレンオキサイドーヘキサメチレン共重合体、又はＳＢＲ−ポリエチレンオキサイド共重合体に、イオン物質を含浸させて構成される、請求項９に記載の生体情報取得装置。
11. 前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、カーボンファイバー層から構成される、請求項９に記載の生体情報取得装置。
12. 前記第１の導電層には、発泡性の固体が混合されている、請求項９に記載の生体情報取得装置。
13. 身体に装着されて生体情報を取得する電極と、前記電極により取得した生体情報を送信する送信部と、給電を受ける受電部と、を有する生体情報取得装置と、
    人体通信により前記生体情報取得装置へ給電を行う給電部と、人体通信により前記送信部から前記生体情報を受信する受信部と、前記給電を開始した後、前記生体情報を受信するまでのサンプリング間隔を判定するサンプリング間隔判定部と、前記サンプリング間隔が予め設定された所定値から外れている場合は、サンプリング間隔における生体情報を補間して取得する補間部と、を有する情報処理装置と、
    を備える、通信システム。