生体信号送信装置および生体信号送信方法
【課題】低消費電力で被験者の姿勢変化時にも安定した生体情報送信を実現する。
【解決手段】被験者に接触して配置される第１計測電極部２、第２計測電極部３および基準電極部４と、第１計測電極部２および第２計測電極部３に近接した位置にそれぞれ配置される第１アンテナ８および第２アンテナ９と、第１計測電極部２および基準電極部４の計測電位差である第１生体信号と、第２計測電極部３および基準電極部４の計測電位差である第２生体信号とのうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれか一方に近接したアンテナを、第１アンテナ８および第２アンテナ９から選択するアンテナ選択部６と、第１生体信号および第２生体信号を、アンテナ選択部６が選択したアンテナから受信器１０に対して送信する送信部７とを備える。
【解決手段】被験者に接触して配置される第１計測電極部２、第２計測電極部３および基準電極部４と、第１計測電極部２および第２計測電極部３に近接した位置にそれぞれ配置される第１アンテナ８および第２アンテナ９と、第１計測電極部２および基準電極部４の計測電位差である第１生体信号と、第２計測電極部３および基準電極部４の計測電位差である第２生体信号とのうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれか一方に近接したアンテナを、第１アンテナ８および第２アンテナ９から選択するアンテナ選択部６と、第１生体信号および第２生体信号を、アンテナ選択部６が選択したアンテナから受信器１０に対して送信する送信部７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号を計測し、計測した生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置等に関する。より具体的には、本発明は、被験者の身体状態を反映する生体信号を長時間にわたり連続的にワイヤレスで計測する場合に、被験者の動き又は状態によらず、安定して生体信号が送信できる生体信号送信装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被験者の身体状態を反映する生体信号を長時間にわたりワイヤレスで計測する技術の開発が進んでいる。従来、被験者の生体信号を長時間にわたり計測する時には、被験者を病院等に入院させ、センサ類を被験者の身体に装着すると共に、被験者を安静状態にした上で、生体信号を計測している。しかしながら、通信デバイスおよび計測デバイスの技術の進化により、これらのデバイスの小型化、ワイヤレス化および低消費電力化が進み、病院外での簡易計測も可能になってきた。これにより、入院時の身体状態の急変に備えた身体状態のモニタリングから、家庭等での身体状態のモニタリングに生体信号計測技術の応用範囲が広がりつつある。
【０００３】
身体状態のモニタリングにおいて想定される計測項目は、例えば脳波、眼電位、筋電位、心電図波形、体温、血中酸素濃度および血糖値等多岐にわたっている。生体信号の長時間の計測により、被験者の現在の病状だけでなく、被験者の健康状態、病気の進行度合い、病気になりそうかどうかまで把握が可能になる。
【０００４】
生体信号を長時間計測する際に、被験者が安静状態を維持するのは困難である。例えば、被験者の就寝時には、寝返り等の体動が生じる。このような体動の影響により、生体信号を送信するアンテナが寝具と被験者の身体との間に挟まれて押し付けられるなどすることによりアンテナが被験者等により遮蔽されると、生体信号の受信器への伝播が妨害される。その結果、受信器において、生体信号を受信することができないという問題が生じる。そのような問題を解決するために、特許文献１の送信システムでは、複数のアンテナから同一の生体信号を送信する。これにより、いずれかのアンテナが被験者等により遮蔽されたとしても、他のアンテナから受信器に生体信号を送信することができ、受信器は生体信号を受信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５３８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の送信システムは、複数のアンテナから同一の生体信号を送信している。このため、単一のアンテナから生体信号を送信する場合に比べて、消費電力が大きくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる生体信号送信装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る生体信号送信装置は、被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部とを備え、前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【０００９】
この構成によると、第１計測電極部と第１アンテナとが近接した位置に配置され、第２計測電極部と第２アンテナとが近接した位置に配置される。このため、各計測電極部の測定結果と各アンテナの通信状態とを相関させることができる。よって、時間変動（時間的な変動）が少ないほうの生体信号の算出の基となる電位を計測したアンテナを選択し、選択した単一アンテナから生体信号を送信することができる。このため、複数のアンテナから同時に生体信号を送信する場合に比べ、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる。また、選択したアンテナは通信状態が良好なアンテナである。このため、安定して生体信号を送信することもできる。
【００１０】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える生体信号送信装置として実現することができるだけでなく、生体信号送信装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする生体信号送信方法として実現することができる。また、生体信号送信装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは生体信号送信方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の生体信号送信装置によれば、生体信号送信装置と受信器の位置関係がどのような場合であっても計測された生体信号を解析することによって適切なアンテナを選択することができ、選択されたアンテナから生体信号が送信されるため、低消費電力による長時間計測と、安定した生体信号の送信が両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明者らが実施したデータ送信実験における送信器と受信器の位置関係を示す図
【図２】本願発明者らが実施した実験における各送信器の位置での通信エラー発生数を示す図
【図３】（ａ）国際１０−２０法の電極部位置を示す図、（ｂ）本願発明者らが実施した実験における電極部位置を示す図
【図４】睡眠時に計測された生体信号の例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置の実現形態を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置のハードウェア構成を示す図
【図８】従来の生体信号送信装置と実施の形態１に係る生体信号送信装置との実現形態の違いを示す図
【図９】生体信号送信装置が実行する処理のフローチャート
【図１０】寝ている姿勢の違いによる第１アンテナおよび第２アンテナと受信器の位置関係を説明するための図
【図１１】生体信号送信装置の動作例を説明するための図
【図１２】体動発生および電極部ずれ発生の判定方法を説明するための図
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例に係る生体信号送信装置の構成を示す図
【図１４Ａ】本発明の実施の形態２に係る生体信号送信装置および受信器の装着例を示す図
【図１４Ｂ】本発明の実施の形態２に係る生体信号送信装置の実現形態を示す図
【図１５】（ａ）被験者が立っているときの計測例を示す図、（ｂ）被験者がデスクワークをしているときの計測例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態２の動作例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００１４】
本発明の一実施態様に係る生体情報送信装置は、被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部とを備え、前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【００１５】
この構成によると、第１計測電極部と第１アンテナとが近接した位置に配置され、第２計測電極部と第２アンテナとが近接した位置に配置される。このため、各計測電極部の測定結果と各アンテナの通信状態とを相関させることができる。よって、時間変動が少ないほうの生体信号の算出の基となる電位を計測したアンテナを選択し、選択した単一アンテナから生体信号を送信することができる。このため、複数のアンテナから同時に生体信号を送信する場合に比べ、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる。また、選択したアンテナは通信状態が良好なアンテナである。このため、安定して生体信号を送信することもできる。
【００１６】
好ましくは、前記アンテナ選択部は、（ｉ）第１所定時間における、前記第１生体信号の最大振幅および前記第２生体信号の最大振幅のいずれもが第１閾値よりも大きく、かつ（ｉｉ）前記第１所定時間よりも後の第２所定時間における、前記第１生体信号の平均値と前記第２生体信号の平均値との差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、平均値が小さいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【００１７】
（ｉ）の判断条件を満たす場合には、両方の生体信号に体動によるノイズが混入したと考えることができる。（ｉｉ）の判断条件を満たす場合には、平均値が大きいほうの生体信号に電極部がずれることによるノイズが混入したと考えることができる。このため、体動と電極部ずれを判断することができ、被験者が様々な姿勢をとったとしても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。よって、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００１８】
さらに好ましくは、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者の左および右のこめかみ周辺に配置され、前記被験者の眼電位を計測する。
【００１９】
この構成によると、睡眠時の被験者の眼電位を計測することができ、睡眠時に被験者が様々な姿勢をとったとしても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。
【００２０】
さらに好ましくは、前記受信器は、前記被験者が寝ている場所の上方の天井付近に設置される。
【００２１】
また、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者のいずれかの手首の手の平側および手の甲側に設置され、前記被験者の皮膚電位を計測しても良い。
【００２２】
上記位置に電極部を配置することで、立っている姿勢や、座って机の上に手を置いている姿勢など様々な姿勢を取った場合であっても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。よって、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００２３】
好ましくは、前記受信器は、前記第１計測電極部及び前記第２計測電極部が設置された手首と同じ側の腰付近に設置される。
【００２４】
本発明の他の実施形態に係る生体情報送信システムは、上述の生体信号送信装置と、前記受信器とを備える。
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る生体信号送信装置の各実施形態を説明する。
【００２６】
本発明による生体信号送信装置の技術的ポイントは、ウェアラブル型の生体モニタリング装置において、被験者の身体状態の変化（体動）に応じて、生体信号を送信するアンテナを切り替えることである。これにより、ロバストな通信が可能になる。生体信号送信装置の構成の説明に先立ち、本願発明者らが実施した実験とその実験結果を説明し、得られた実験データから見出した、被験者に貼付されたウェアラブル型センサの生体信号と通信品質の特性について説明する。
【００２７】
本願発明者らは以下の２つの実験を行った。一つ目は被験者に貼付された送信器（アンテナ）の通信品質についての実験であり、もう一つは、被験者に貼付された生体電位センサによる計測信号の品質についての実験である。以下、順に説明する。
【００２８】
（ウェアラブルセンサにおける通信品質実験）
まずウェアラブルセンサにおける通信品質の検証実験を行った。実験には本願発明者らが試作中のウェアラブルセンサを用いた。ウェアラブルセンサは複数チャンネルの生体電位変化が計測可能であり、例えば睡眠状態のモニタリングに使う場合には、脳波計測や眼電位の計測に用いられる。計測された信号は、ＡＤ変換後に、通信チップを介して受信器に向けてデータ送信される。通信チップは超低消費電力型のｎＲＤ２４Ｌ０１＋（Ｎｏｒｄｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）であり、出力は０ｄＢｍ（１ｍＷ）、見通し状況においては１０ｍ以上の通信が可能な性能を有している。
【００２９】
図１に、通信品質の検証実験における送信器２２と受信器２１の位置関係を示す。受信器２１から１ｍのところに身体があるとする。身体の前後左右５０ｃｍの距離の８箇所と、身体の前後左右に密着する４箇所との計１２箇所に送信器２２を配置した。
【００３０】
これらの送信器２２と受信器２１の位置関係を維持した状態で１０秒間のデータ送信を行い、その通信エラー発生数をカウントした。センサ部のサンプリングレートは１０２４Ｈｚであり、サンプリング１回ごとに２５バイトのデータが生成され、データ送信周期は１秒間に５１２回であった。受信器２１側では、サンプリングごとのデータが正しく受信されたかが確認され、正しく受信されなかった場合のエラー発生数をカウントした。通信状況は、計測ごとに変動するために、各場所で複数回の計測を行い、特に通信状況が悪い位置では１０回程度の計測を行い、その平均エラー発生数を算出した。
【００３１】
通信エラーの発生頻度の概数を図２に示す。丸印が送信器２２の位置を示し、ハッチングの違いがエラー発生数の違いを示す。白丸２３はエラーが発生しなかった送信器２２の位置を示している。網掛け丸２４はエラー発生数が平均２２０回程度であった送信器２２の位置を示している。黒丸２５はエラー発生数が平均１４００回程度であった送信器２２の位置を示している。図２より、見通し状態において１０ｍ以上の通信が可能な通信チップを使用した場合に、送信器２２と受信器２１が見通せている場所ではエラーは発生しない。しかし、送信器２２と受信器２１の間に身体が挟まった場合には、通信品質が悪化することがわかる。
【００３２】
特に、ウェアラブルセンサを用いることを想定した黒丸２５の位置では、身体が障害となって通信品質が維持できない。サンプリングレートが１０２４Ｈｚで１０秒間のデータ送信が行われる。このため、１００００回程度のデータ送信のうち、１割以上のデータが欠落して、モニタリングが安定してできていないと言える。
【００３３】
このようにウェアラブルセンサを用いる状況では、ウェアラブルセンサが身体に近接しているために通信品質が著しく悪化する場合があることがわかる。
【００３４】
（ウェアラブルセンサにおける生体信号品質実験）
次に、生体信号の特性を見るための評価実験を行った。睡眠時の生体信号計測を想定して、脳波と眼電位の同時計測を行った。脳波計測のために、国際１０−２０法におけるＣ３、Ｃ４の位置に計測電極部を設置し、眼電位計測のために、左右こめかみ部に計測電極部（ＥＯＧ１、ＥＯＧ２）を設置した。図３に電極部位置を示す。図３（ａ）は、国際１０−２０法における電極部位置を示す。Ｃ３、Ｃ４は頭頂部周辺の位置である。また図３（ｂ）は、実験で使用した電極部位置を示す。上面から見えるＣ３（位置３０１）、Ｃ４（位置３０２）が電極部位置である。また、正面から見えるＥＯＧ１（位置３０３）、ＥＯＧ２（位置３０４）が電極部位置である。さらに、右マストイド（位置３０５）が基準電極部の位置であり、左マストイド（位置３０６）がアースの位置である。
【００３５】
被験者は就寝前に上記各位置に電極部を装着し、起床までの電位の連続計測を行った。通信品質の影響を受けていない状況での生体信号の特性を把握するために、計測は有線の脳波計で行った。
【００３６】
図４は睡眠時の生体信号の例を示す。本データは、被験者の体動時の振幅も表示できるよう１０００μＶレベルの振幅も表現可能な縮尺で表示している。頭部（Ｃ３）は、Ｃ３（位置３０１）で計測された電位を示し、頭部（Ｃ４）は、Ｃ４（位置３０２）で計測された電位を示す。眼電（右）は、ＥＯＧ１（位置３０３）で計測された電位を示し、眼電（左）は、ＥＯＧ２（位置３０４）で計測された電位を示す。
【００３７】
図４（ａ）に、体動のない安静状態で計測された電位を示す。縮尺を小さくしているので、電位の変動がほぼ直線的に描かれているが、実際には数十マイクロボルトの電位の変動が記録されている。この変動の中から、脳波の周波数解析や眼球運動の解析等が実施され、この状況で得られたデータが生体信号モニタリングで必要とされる情報である。
【００３８】
図４（ｂ）には、体動が生じた場合の電位を示す。体動時には、安静時と比べると首または上半身の各種筋肉が活動し、筋電位が各電極部の計測電位に混入する。このため、脳波または眼電位と比較してかなり大きな電位差が発生する。それらの影響は頭部または顔面部にも及ぶため、それぞれの電極部位置からも、それぞれの影響が数百μＶ以上の信号変化として計測される。この状況は、生体信号計測からすると大きなノイズの混入区間であり、従来は解析不可能な不要な情報として除去されていた。しかし、通信品質の変化タイミングを示す有意義な情報として使用可能であると本願発明者は考えた。
【００３９】
図４（ｃ）に、特に寝返りのときに左の眼電位の状況が良くない場合の例を示す。寝返り等によってどの電極部にも大きな変動が観測される。眼電位（右）については、最初に変動が見られた後はすぐに安定的に情報が取得できている。これに対して、眼電位（左）については、長い間変動が続いている。この変動は、図４（ｂ）のように全体に同じだけのノイズが混入した場合とは異なり、寝返りによって、左側の顔を下にして寝る体勢に変化したと考えられる。それは、眼電位（右）は最初の変動後に安定しているが、眼電位（左）は頭部が枕に押し当てられることにより何度か変動を繰り返していることから分かる。計測信号の特性として、電極部をなんらかの形で押さえたりずらしたりする場合には、一時的にインピーダンスが変動して大きな信号変化が見られる。しかし、電極部ずれが収まると、また計測可能な状態に戻る性質がある。眼電位（左）が変動を繰り返しているのは、頭部が枕に押し当てられ、頭部が動くことにより、しばらくの間インピーダンスが変動するからである。
【００４０】
以上のように、ウェアラブルセンサによる睡眠モニタリングで発生する信号品質の歪みは、体動による筋電位の混入により計測電極部全体に影響を及ぼすものと、体動により電極部が寝具等に圧迫され、電極部と皮膚の位置関係が変化すること（電極部ずれ）による、特定の計測電極部のみに影響が現れるものの両方から構成されている。これらの歪みは寝返りに連動して発生することが明らかになった。
【００４１】
本願発明者らは、ウェアラブルセンサによる睡眠モニタリングを行っている状況において、寝返り等により送信器と受信器の位置関係が変化することにより計測状況の悪化が発生することを発見した。また、その計測状況の悪化時の計測信号を分析することにより、寝返りの発生タイミングを検出し、電極部ずれが発生した電極部を特定することができることを発見した。この着眼に基づいて、各計測電極部と近接した場所に、送信部もしくはアンテナを設置することで、計測電極部の状況と通信状況が関連付けられることに想到した。これによって、送信器と受信器の位置関係が適切となっているアンテナを選択し、選択したアンテナから生体信号を送信することにより、低消費電力を維持しながら通信が継続できると考えた。
【００４２】
以下、この着想に基づく生体信号送信装置の構成、処理の詳細等について図面を用いながら説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図５に、実施の形態１に係る生体信号送信システムの機能的な構成を示す。生体信号送信システムは、生体信号送信装置２０と、生体信号送信装置２０から送信される生体信号を受信する受信器１０とを含む。
【００４４】
生体信号送信装置２０は、被験者１の身体に装着され、被験者１の生体信号を連続的に計測しながらその信号を連続的に受信器１０に対して送信し続ける機能を持っている。ここでは、生体信号計測装置２０は、２つの計測電極部を有し、その２つの計測電極部から得られる情報を連続して受信器１０に対して送信するものとする。
【００４５】
生体信号送信装置２０は、第１計測電極部２と、第２計測電極部３と、基準電極部４と、生体信号増幅部５と、アンテナ選択部６と、送信部７と、第１アンテナ８と、第２アンテナ９とを含む。
【００４６】
第１計測電極部２、第２計測電極部３および基準電極部４は、被験者１の身体に装着される。つまり、第１計測電極部２は、被験者１の第１位置に接触して配置され、第１位置における被験者１の電位を計測する。第２計測電極部３は、第１位置とは異なる被験者１の第２位置に接触して配置され、第２位置における被験者１の電位を計測する。基準電極部４は、第１位置および第２位置とは異なる被験者１の第３位置に接触して配置され、第３位置における被験者１の電位を計測する。これらの電極部は、生体信号増幅部５に接続されている。
【００４７】
生体信号増幅部５は、基準電極部４と第１計測電極部２との計測電位の電位差である第１生体信号を増幅する。また、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第２計測電極部３との計測電位の電位差である第２生体信号を増幅する。生体信号増幅部５は、内蔵するＡＤ変換部を用いて、増幅した第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。
【００４８】
第１アンテナ８は、第１計測電極部２に近接した位置に配置される。第２アンテナ９は、第２計測電極部３に近接した位置に配置される。
【００４９】
アンテナ選択部６は、生体信号増幅部５で生成された第１生体信号と第２生体信号を受信する。アンテナ選択部６は、第１生体信号と、第２生体信号とに基づいて、第１アンテナ８および第２アンテナ９のいずれか一方を選択する。つまり、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれか一方に近接したアンテナを、第１アンテナ８および第２アンテナ９から選択する。
【００５０】
送信部７は、生体信号増幅部５から第１生体信号および第２生体信号を受信し、受信した第１生体信号および第２生体信号を、アンテナ選択部６が選択したアンテナから受信器１０に対して送信する。
【００５１】
このような構成により、身体動作が生じた場合であっても安定した生体信号の送信が可能になる。
【００５２】
図６に、生体信号送信装置２０の実現形態の例を示す。図６は、左右の眼電位計測により簡易に睡眠の品質を評価するための生体信号送信装置２０の実現形態の一例を示している。
【００５３】
被験者１は、生体信号送信装置２０を頭部に装着する。生体信号送信装置２０は、睡眠時の左右の眼球運動を計測する。睡眠時の眼球運動は、睡眠時に周期的に現れるとされるレム睡眠（ＲＥＭ Ｓｌｅｅｐ：Ｒａｐｉｄ Ｅｙｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｓｌｅｅｐ）とノンレム睡眠の計測に用いられる。急速眼球運動（ＲＥＭ）が、規則正しく見られるかどうかによって睡眠の質の判定が可能である。
【００５４】
図６の生体信号送信装置２０は、ヘッドバンド型の筐体に各種装置が組み込まれた一体型の装置である。被験者１は頭部にヘッドバンド型の生体信号送信装置２０を巻きつけることにより、生体信号送信装置２０を容易に装着することができる。図５に示した生体信号送信装置２０の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付した上で、図６の生体信号送信装置２０の構成について説明する。全ての構成要素はヘッドバンドに組み込まれた形態で実現される。生体信号送信装置２０が計測する生体信号は左右の眼電位である。このため、第１計測電極部２と第２計測電極部３は、それぞれ左右の目のこめかみ部の近辺、例えば、図６においてはこめかみ部の少し上に装着される。計測電極部による計測信号とアンテナからの送信状態とを相関させるために、計測電極部とアンテナ部は近接している必要がある。例えば、計測電極部とアンテナは一体化して構成されてもよい。基準電極部４は、被験者１の顔面中央部に設置され、左右の目の動きが均等に眼電位として計測されるようにしてあればよい。また、アースとして他の電極部が設置されているのが望ましく、各計測電極部から離れている場所に設置されると良い（図示せず）。その他の処理部である、生体信号増幅部５、アンテナ選択部６および送信部７は、一体化して設置される。これらの処理部に関しては、特定の場所の制約はなく、配線やデザインの都合で任意に設置してよい。このような構成により、被験者１はケーブル等にわずらわされることなく、睡眠中の生体信号を送信し続けることができる。
【００５５】
次に、図７に実施の形態１に係る生体信号送信装置２０のハードウェア構成を示す。生体信号送信装置２０は、生体計測部５０と、信号処理部６０と、送信処理部７０とを備える。
【００５６】
各処理部は、バス１０１を介して相互に接続され、相互にデータの授受を行う。また、各処理部には、バッテリ部１００から電力が供給される。
【００５７】
生体計測部５０は、第１計測電極部２と、第２計測電極部３と、基準電極部４と、生体アンプ５ａと、ＡＤ変換部５ｂとを含む。
【００５８】
信号処理部６０は、ＣＰＵ６ａと、ＲＡＭ６ｂと、ＲＯＭ６ｄとを含む。
【００５９】
送信処理部７０は、第１アンテナ８と、第１アンテナ８と第２アンテナ９と、送信部７とを含む。
【００６０】
生体アンプ５ａおよびＡＤ変換部５ｂが、図５の生体信号増幅部５を構成する。生体アンプ５ａには第１計測電極部２と第２計測電極部２と基準電極部４が接続され、これらの電極部は被験者１の頭部に装着されている。生体アンプ５ａは、基準電極部４と、第１計測電極部２および第２計測電極部３の各々との間の電位差である第１生体信号および第２生体信号を増幅する。ＡＤ変換部５ｂは、生体アンプ５ａで増幅された後のアナログの第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部５ｂは、デジタルの第１生体信号および第２生体信号を、各種処理または送信可能な生体信号として、バス１０１を経由してＣＰＵ６ａに送信する。
【００６１】
ＣＰＵ６ａは、ＲＡＭ６ｂに格納されているコンピュータ実行可能なプログラム６ｃを実行する。プログラム６ｃには、後述するフローチャートに示される処理手順が記述されている。ＣＰＵ６ａは、このプログラム６ｃに従って、生体計測部５０のＡＤ変換部５ｂより出力されるデジタルの第１生体信号および第２生体信号を解析し、適切なアンテナを選択する。なお、プログラム６ｃはＲＯＭ６ｄに格納される場合もある。信号処理部６０が、図５のアンテナ選択部６を構成する。
【００６２】
送信処理部７０に含まれる送信部７は、ＣＰＵ６ａから受け取った第１生体信号および第２生体信号を、第１アンテナ８または第２アンテナ９から送信する。どちらのアンテナから両生体信号を送信するかは、信号処理部６０にて判定されている。
【００６３】
なお、信号処理部６０と送信部７と生体アンプ５ａとＡＤ変換部５ｂとは、１つの半導体回路にコンピュータプログラム組み込んだＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のハードウェアとして実現されてもよい。これらを一つの半導体回路で構成することにより、消費電力が低減される効果が得られる。また、第１アンテナ８と第１計測電極部２、および第２アンテナ９と第２計測電極部３は、それぞれ近接している必要がある。計測電極部とアンテナとが近接することにより、計測された生体信号の特性と送信状態とが関係づけられる。つまり、生体信号が安定している場合には、送信状態が安定していると関係付けることができ、生体信号が乱れている場合には、送信状態も乱れていると関係付けることができる。
【００６４】
図８に、参考までに回路構成レベルでの従来との比較を示す。図８（ａ）は、従来の一般的な生体信号送信装置の回路構成を示し、図８（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置２０の回路構成を示す。従来と異なる部分は、アンテナが２本になっており、ＣＰＵ６ａが、２つの生体信号を解析し、解析結果に応じて、２つの生体信号を送信すべきアンテナを切り替える構成になっている。アンテナ切り替え処理について以下に具体例を示しながら説明する。
【００６５】
図９は、本実施の形態に係る生体信号送信装置２０が実行する処理のフローチャートである。また、図１０に、被験者１の睡眠時の体勢の違いによる第１アンテナ８および第２アンテナ９と受信器１０との位置関係の違いを図示する。
【００６６】
以下の説明では最初に図１０（ａ）のように、被験者１が上を向いて寝ていて、途中に図１０（ｂ）のように、被験者１が横を向いて寝る体勢に変わり、再度、図１０（ａ）の体勢に戻る場合を想定して説明する。図１０（ａ）の被験者１の体勢を体勢Ａとし、図１０（ｂ）の被験者１の体勢を体勢Ｂとして説明する。また、受信器１０は天井付近に設定され、生体信号の計測開始時点では、各アンテナと受信器１０との間にはなるべく遮蔽物がなく、互いに見通せる場所に置かれているものとする。
【００６７】
また、図１１には、計測された第１生体信号および第２生体信号の変化の事例（第１生体信号４１、第２生体信号４２と記載、信号は仮想的に生成）と、そのときの送信状況の良し悪し（第１生体信号の送信状況４３、第２生体信号の送信状況４４）と、アンテナの選択結果４５とを示す。アンテナの選択結果４５は、初期状態では第１アンテナ８であるものとする。また、ここでは、生体信号として眼電位を想定しているが、生体信号は眼電位に限定されるものではない。
【００６８】
図９を参照して、ステップＳ１０において、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第１計測電極部２との計測電位の電位差である第１生体信号を増幅する。また、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第２計測電極部３との計測電位の電位差である第２生体信号を増幅する。生体信号増幅部５は、内蔵するＡＤ変換部を用いて、増幅した第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。生体信号が眼電位または脳波であれば、電位差として、数μＶから数百μＶ程度の値が想定される。
【００６９】
ステップＳ２２では、アンテナ選択部６が、第１生体信号および第２生体信号のそれぞれについて、最大振幅を取得する。最大振幅は、過去の所定の時間区間（第１所定時間）、例えば５秒間における生体信号の最大値と最小値との差の絶対値を計算することにより取得される。最大振幅の単位はμＶで表現される。
【００７０】
ステップＳ２３では、アンテナ選択部６が、第１生体信号および第２生体信号のそれぞれの最大振幅に基づいて、被験者１の体動が発生したか否かを判定する。体動は、例えば、図１０にて上向きに寝ている体勢Ａから横向きに寝ている体勢Ｂに寝返りをした場合、体勢Ｂから体勢Ａに寝返りをした場合などに発生する。通常の眼電位の範囲は、２００μＶ以下であるのに対し、体動変化が生じた場合には５００μＶから２０００μＶ程度のノイズが混入する。このため、この大きさの違いが生体信号の計測状態を判断する基準となる。例えば、第１閾値を３００μＶと設定し、第１生体信号および第２生体信号の両方の最大振幅が第１閾値を超えた場合にのみ、体動が発生したと判定すればよい。体動は、大きな筋肉の活動等に由来して、広範囲に影響が及ぶと考えられるからである。
【００７１】
なお、第１閾値は、実験条件、電極部材料、電極部位置、および電極部の装着方法によって変化すると想定される。このため、生体信号送信装置２０の具体的な構成によって設定し直すのが望ましい。
【００７２】
体動が発生したと判断された場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４に進み、体動が発生したと判断されていない場合には（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００７３】
ステップＳ２４では、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号を比較する。つまり、アンテナ選択部６は、左右の眼電位である第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値を算出する。平均値は、現在の時刻までの過去の所定の時間（上記第１所定時間よりも後の第２所定時間）、例えば過去１秒間における生体信号の平均値によって求められる。所定の時間は眼電位もしくは脳波等の変動の性質、または電極部が動いた場合のノイズの性質によって決定される。例えば、所定の時間を５秒間とすることにより、より長周期のノイズの影響も考慮した比較処理が可能になる。
【００７４】
ステップＳ２５では、アンテナ選択部６は、ステップＳ２４での比較結果に基づいて、電極部ずれが発生しているか否かを判定する。つまり、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、電極部ずれが発生していると判定する。
【００７５】
ここで、体動が生じる場合には次の２通りの状況が考えられる。一つは体動のみ発生して電極部ずれ（電極部と皮膚の位置関係の変動）は発生しなかった場合である。もう一つは、体動と電極部ずれが両方とも発生した場合である。前者の場合には、計測された生体信号に、体動の動きの影響によるノイズのみが混入する。このため、第１生体信号と第２生体信号とで同程度の生体信号の変動が観測される。これに対して、後者の場合には、計測された生体信号に、体動と電極部ずれの両方の影響が現れ、特定の生体信号についてはもう一方より変動が大きくなると想定できる。例えば、図１０（ａ）の体勢Ａから図１０（ｂ）の体勢Ｂに被験者１の体勢が変わった場合を想定する。この場合には、体動の影響は、第１計測電極部２および第２計測電極部３の両方に生じるため、体動の影響によるノイズは第１生体信号および第２生体信号の両方に混入する。また、電極部ずれの影響は、被験者１と枕との間に挟まれる第２計測電極部３にのみ生じるため、電極部ずれの影響によるノイズは第２生体信号のみに混入する。その逆に体勢Ｂから体勢Ａに変わった場合には体動の影響のみが発生すると想定される。この状況の違いに基づいて、アンテナ選択部６は、ステップＳ２４における生体信号の比較結果である第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値が、第２閾値、例えば２００μＶ以下の場合には、体動のみが発生していると判定する。また、アンテナ選択部６は、上記差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合には、体動と電極部ずれとの両方が発生していると判定する。また、アンテナ選択部６は、電極部ずれが発生している場合には、第１生体信号および第２生体信号のうち、平均値が大きいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部において電極部ずれが発生していると判断する。
【００７６】
電極部ずれが発生している場合には（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６に進み、電極部ずれが発生していない場合には（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００７７】
なお、第２閾値は、実験条件、電極部材料、電極部位置、および電極部の装着方法によって変化すると想定される。このため、生体信号送信装置２０の具体的な構成によって設定し直すのが望ましい。
【００７８】
ステップＳ２６では、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号の送信に用いるべきアンテナを決定する。すでにステップＳ２５で電極部ずれの発生したほうの計測電極部はすでに求められており、その計測電極部に近接するアンテナは送信状態が悪いと考えられる。このため、アンテナ選択部６は、もう一方のアンテナを、送信に用いるべきアンテナとして決定する。例えば、図１０（ｂ）に示すように被験者１の左側面が下になる寝返りが発生した場合、第１計測電極部２に電極部ずれが発生し、第１生体信号にノイズが混入する。それと共に、第１計測電極部２に近接した第１アンテナ８は、枕と頭部との間に遮蔽され、天井付近の受信器１０との通信状態の悪化が想定される。このため、アンテナ選択部６は、電極部ずれが発生していない第２計測電極部３に近接した第２アンテナ９を選択する。
【００７９】
ステップＳ２７では、アンテナ選択部６は、ステップＳ２６で選択したアンテナに応じて、アンテナ切り替えが必要かどうかを判定する。つまり、選択したアンテナを既に使用して第１生体信号および第２生体信号を受信器１０に送信している場合には、アンテナ選択部６は、アンテナの切り替えが不要であると判定し、選択したアンテナ以外のアンテナを使用して上記生体信号を受信器１０に送信している場合には、アンテナの切り替えが必要であると判定する。アンテナの切り替えが必要であると判定した場合には（ステップＳ２７でＹＥＳ）、ステップＳ２８に進み、アンテナの切り替えが不要であると判定した場合には（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００８０】
ステップＳ２８では、アンテナ選択部６が、ステップＳ２６で選択したアンテナへのアンテナ切り替えを実行する。具体的には、アンテナ選択部６は、送信部７に対して、現在送信に使用しているアンテナとは異なるアンテナを使用させるための制御信号を出力する。制御信号を受け取った送信部７は、現在送信に使用しているアンテナとは異なるアンテナに、各生体信号を送信するアンテナを切り替える。
【００８１】
以上説明した体動発生および電極部ずれ発生の判定方法を図１２を用いて再度説明する。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、第１生体信号および第２生体信号をそれぞれ示しており、図１２（ｃ）は、第１生体信号および第２生体信号の所定の時間毎の平均値の差分の絶対値を示している。各生体信号には、最大振幅が大きくなる箇所が２箇所あり、両箇所において、最大振幅が第１閾値を超えている。このため、両箇所において体動が生じていると判断される。また、差分の絶対値に着目すると、前半箇所においては差分の絶対値が第２閾値を下回っている。このため、前半箇所においては電極部ずれは生じていないと判断される。しかし、後半箇所においては、最大振幅が第１閾値を越えた後に、差分の絶対値が第２閾値を上回っている。このため、後半箇所において、電極部ずれが生じていると判断される。
【００８２】
実施の形態１では、アンテナ選択部６の動作をサンプリング周期ごとに行う方式について説明したが、生体信号の時間変動が大きくなる場合には、複数周期の信号を継続的に観測して判断がなされる場合も多い。例えばサンプリング周波数が１０２４Ｈｚであれば、１秒間に１０００回以上、送信アンテナの判定が行われるが、体動は１秒から数秒間続くことも考えられるので、長時間の生体信号の時系列変化を見て、ステップＳ２３やステップＳ２５の判定を行う手法も妥当である。これにより、頻繁に送信アンテナの切り替わりが生じるのを防ぐことができる。
【００８３】
図１１を用いてその動作例をさらに説明する。図１１は、図６に示す睡眠時の眼電位をモニタリングするための生体信号送信装置２０の動作例を示す。図１１は上から順に、被験者１の左眼の眼電位信号である第１生体信号４１、右眼の眼電位信号である第２生体信号４２、第１生体信号の送信状況４３、第２生体信号の送信状況４４、アンテナ選択部６によって選択されているアンテナの選択結果４５を示している。
【００８４】
計測開始からの最初の区間では、被験者１は体勢Ａであるとすると、第１生体信号の送信状況４３も第２生体信号の送信状況４４も、天井付近に設置された受信器１０との通信は良好になる。また、アンテナの選択結果４５としては、初期値として第１アンテナが選択されているとする。次に、寝返りタイミング３１において上向きの体勢Ａから横向きの体勢Ｂに変動した場合には、第１生体信号は、丸印３２で囲った部分の波形のように変化し、筋電位の混入と共に、電極部ずれも発生する。このため、丸印３３で囲った部分の第２生体信号の波形の変化と比較すると、振幅と総変動量が多くなっている。このため、両方の生体信号の振幅が第１閾値よりも大きくなることから体動発生と判定される（ステップＳ２３）。また、その後の生体信号の比較処理により第１計測電極部２において電極部ずれが発生している判定される（ステップＳ２５）。このため、生体信号の送信アンテナとして第２アンテナ９を使用することが決定される（ステップＳ２６）。そして現在は第１アンテナが選択されており、第２アンテナへの切り替えが必要と判定され（ステップＳ２７）、アンテナ切り替えが実施される（ステップＳ２８）。これによって寝返り発生に連動したアンテナ切り替えが実現される（図１１の丸印３４におけるアンテナ切り替え）。
【００８５】
同様の処理によって、体勢Ｂから体勢Ａへの寝返りの発生タイミング３５においては、体動が発生したと判定されるが、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれにも電極部ずれは発生していないと判定されるため、アンテナ切り替えは必要なしと判定され、そのまま第２アンテナの選択が継続される（図１１の丸印３８においてアンテナ切り替えが行われない）。体勢Ａにおいては、どちらのアンテナ位置でも送信状態は良好であるため、送信不良の問題は生じない。
【００８６】
以上の処理によって、体動により混入するノイズと、電極部ずれにより混入するノイズを区別することで、送信状態が適切なアンテナを選択し続けられる。
【００８７】
このような構成と処理によって、被験者１が寝返り等で様々な姿勢を取ったとしても、より適切な方のアンテナが選択されるため、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００８８】
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例について説明する。送信部とアンテナとの間の距離が離れているとアンテナまでの配線にノイズが混入する可能性がある。このため、理想的には送信部とアンテナの距離は近い方が良い。この考え方に基づいた、本変形例に係る生体信号送信装置の構成を図１３に示す。
【００８９】
図１３は、本発明の実施の形態１における生体信号送信装置の構成の別の形態である。図１３に示す生体信号送信装置３０は、図５に示した生体信号送信装置２０の構成を変更したものであり、図５と同じブロックについては、同一の参照符号を付し、その説明は省略する。生体信号送信装置３０は、生体信号送信装置２０と異なり、送信部７の代わりに第１送信部７ａおよび第２送信部７ｂを備える。第１送信部７ａおよび第２送信部７ｂが第１アンテナ８および第２アンテナ９にそれぞれ近接して配置されている。
【００９０】
この場合、アンテナ選択部６は、生体信号を送信すべきアンテナの選択に加えて、送信すべき生体信号の受け渡しも担当する。つまり、アンテナ選択部６は、生体信号を送信すべきアンテナとして第１アンテナ８を選択した場合には、生体信号増幅部５から受け取った生体信号を第１送信部７ａに出力し、第２アンテナ９を選択した場合には、生体信号を第２送信部７ｂに出力する。
【００９１】
第１送信部７ａまたは第２送信部７ｂは、アンテナ選択部６から出力される制御信号に応答して、いずれか一方が起動され、アンテナからの送信処理が実行できるようになる。その後、起動した送信部は、当該送信部に対応するアンテナから生体信号を、受信器１０に対して送信する。
【００９２】
このような処理によって、送信部とアンテナの物理的な距離を最小限に抑えることで、アンテナまでの経路へのノイズ混入を抑えつつ、消費電力を低減したままた連続的に生体信号を送信することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、送信用のアンテナが、被験者１の体の一部に近接していることを想定している。また、設置されているアンテナの近辺に電極部を装着することで、被験者１の体勢の状態を、間接的に検出し、適切なアンテナを選択する。特に、体全体が動いた場合と、枕や衣服との接触により、電極部ずれが発生した場合とを区別して検出することができる。一方で、被験者１の体が枕等と接触したり、押し付けられたりすることで、血流量の変化等が発生することがある。例えば、頭が枕に押し付けられることで、血流量が減少し、頭部の一部分の体温が低下することがある。このため、アンテナが設置されている体の表面に、電極部だけでなく、血流量センサまたは体温センサを設置することで、アンテナが開放状態にあるか否かを、間接的に測定することが可能になる。
【００９４】
なお、本実施の形態においては、計測電極部の個数が２つの場合の例について説明したが、計測電極部の個数が３つ以上の場合であっても同様の考え方を適用可能である。生体モニタリングにおいては、３つ以上の信号を取得する場合も多く、睡眠のモニタリングにおいても、脳波、眼電位または筋電位等を同時に記録することが行われる。
【００９５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、頭部に装着された睡眠時の眼電位計測の事例について説明したが、本実施の形態２においては、眼電位計測以外の事例として、手首に装着された皮膚電位センサによる皮膚電位計測について説明する。例えば、被験者１は、手首に超軽量の生体信号送信装置を装着し、ベルト等によって腰部に受信器を装着する。本構成によれば手の動きを制限せずに、手首の情報を連続的に送信することができる。腰部の受信器は例えば携帯電話機等によっても実現される。携帯電話機等は、常に被験者１に装着される場合が多いため、手、頭部、または胸部に設置された生体センサの受信器として利用可能である。
【００９６】
皮膚電位は、皮膚表面の発汗状態等によって連続的に値が変化する。皮膚電位は、温冷感以外にも、精神的な疲労または緊張度合いを反映して変化する。この皮膚電位の変化を連続的にモニタすることで、精神的な健康状態が計測可能になる。実施の形態２では、睡眠時のように、被験者１が同じ場所に留まることは想定できないため、歩行を含めて、様々な日常生活に対応できる必要がある。
【００９７】
図１４Ａに実施の形態２に係る生体信号送受信システムを構成する生体信号送信装置５１および受信器５２の装着例を示す。生体信号送信装置５１は手首に装着され、受信器５２は手首と同側の腰部に装着されているとする。こうすることで、生体信号送信装置５１と受信器５２の物理的な距離が近くなり、送信出力の低減が可能になる。
【００９８】
図１４Ｂには、生体信号送信装置５１の実施形態を示す。生体信号送信装置５１は、実施の形態１に係る生体信号送信装置２０と同様の構成を有する。生体信号送信装置２０がヘッドバンド型であったのに対し、生体信号送信装置５１はリストバンド型である。手首の電位変化を計測するために、基準電極部４とは別に、第１計測電極部２と第２計測電極部３が手首に接触するように設置される。第１計測電極部２は手の甲側、第２計測電極部３は手の平側に設置される。また、第１計測電極部２には第１アンテナ８が、第２計測電極部３には第２アンテナ９が近接して設置される。また、基準電極部４は、第１計測電極部２または第２計測電極部３の設置場所以外の位置に設置される。このような配置にすることで、生体信号送信装置５１と受信器５２の位置関係において、手首が両者間の遮蔽物となる可能性を低減することができる。生体信号増幅部５とアンテナ選択部６と送信部７からなる処理部５３については、位置の制限はない。このため、手首の周囲のベルトの任意の位置に設定可能である。
【００９９】
なお、生体信号送信装置５１が実行する処理は、実施の形態１に係る生体信号送信装置２０が実行する処理と同様であり、生体信号送信装置５１が実行する処理は図９に示すフローチャートの通りである。このため、その詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１００】
次に、実施の形態２における生体信号送信装置５１の動作の例について説明する。図１５（ａ）に被験者１が立っているときの計測例を示す。被験者１が立っている場合には、生体信号送信装置５１と受信器５２の位置関係からすると、手の平側がより受信器５２に近い状態になっていると考えられるので、手の平側に近い第１アンテナ８が選択されるのが望ましい。
【０１０１】
一方、図１５（ｂ）に被験者１がデスクワークをしているときの計測例を示す。デスクワーク時には、手の平側は机等の遮蔽物５４に接触することが多く、反対に手の甲側はさえぎるものがない状態である。この場合には、手の平側の第１計測電極部２は、手首と机との間に挟まれ、第１計測電極部２と皮膚の位置関係が変化する。このことにより、第１計測電極部２で計測される生体信号には、電極部ずれにより生じるノイズ成分の混入が想定され、電極部ずれにより生じるノイズ成分を検出することで、手の甲側の第２アンテナ９からの送信状況の方が、手の平側の第１アンテナ８からの送信状況に比べて良好であると判断できる。
【０１０２】
図１６は、立ち姿勢の被験者１が座り姿勢になり、その後、また立ち姿勢に戻った場合の結果を示す図である。上から順に、手の平側の第１計測電極部２で計測される第１生体信号、手の甲側の第２計測電極部３で計測される第２生体信号、手の平側の第１生体信号の送信状況、手の甲側の第２生体信号の送信状況、アンテナ選択部６によって選択されているアンテナの選択結果を示している。初期状態では第１アンテナ８が生体信号の送信アンテナとされる。
【０１０３】
立ち姿勢から座り姿勢への姿勢変化タイミング６１においては、第１生体信号は、丸印６２で囲った部分の波形のように変化し、筋電位の混入と共に、電極部ずれによるノイズも混入する。このため、丸印６３で囲った部分の第２生体信号の波形の変化と比較すると、振幅と総変動量が多くなっている。このため、両方の生体信号の振幅が第１閾値よりも大きくなることから体動発生と判定される（図９のステップＳ２３）。また、その後の生体信号の比較処理により第１計測電極部２において電極部ずれが発生している判定される（ステップＳ２５）。このため、生体信号の送信アンテナとして第２アンテナ９を使用することが決定される（ステップＳ２６）。そして現在は第１アンテナが選択されているため、第２アンテナへの切り替えが必要と判定され（ステップＳ２７）、アンテナ切り替えが実施される（ステップＳ２８）。これによって座り姿勢への変更に連動したアンテナ切り替えが実現される（図１６の丸印６４におけるアンテナ切り替え）。
【０１０４】
同様の処理によって、座り姿勢から立ち姿勢への姿勢変化タイミング６５においては、体動が発生したと判定されるが、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれにも電極部ずれは発生していないと判定されるため、アンテナ切り替えは必要なしと判定され、そのまま第２アンテナの選択が継続される（図１６の丸印６８においてアンテナ切り替えが行われない）。
【０１０５】
以上の処理によって、体動により混入するノイズと、電極部ずれにより混入するノイズを区別することで、送信状態が適切なアンテナを選択し続けられる。
【０１０６】
このような構成と処理によって、立っているときや机での作業中など、被験者１が様々な状況にあるときでも適切なアンテナが選択されるため、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【０１０７】
なお、皮膚電位以外の、脈拍数、体温および血糖値等を計測対象とする場合であっても、センサと身体の接触具合の変化によるノイズの混入を考慮すれば同様の処理に基づく生体信号送信装置が構成できる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明に係る生体信号送信装置によれば、消費電力の低減と安定した生体信号の送信が両立できるため、本発明は、生体信号をモニタリングする装置等に適用できる。具体的には、メディカル分野またはヘルスケア分野において、脳波、眼電位、筋電位、心電図波形、皮膚電位、体温、血中酸素濃度、または血糖値等の、電気的に計測可能な物理量を連続的に計測し送信する生体信号送信装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 被験者
２ 第１計測電極部
３ 第２計測電極部
４ 基準電極部
５ 生体信号増幅部
５ａ 生体アンプ
５ｂ ＡＤ変換部
６ アンテナ選択部
６ａ ＣＰＵ
６ｂ ＲＡＭ
６ｃ プログラム
６ｄ ＲＯＭ
７ 送信部
７ａ 第１送信部
７ｂ 第２送信部
８ 第１アンテナ
９ 第２アンテナ
１０、２１、５２ 受信器
２０、３０、５１ 生体信号送信装置
５０ 生体計測部
５４ 遮蔽物
６０ 信号処理部
７０ 送信処理部
１００ バッテリ部
１０１ バス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号を計測し、計測した生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置等に関する。より具体的には、本発明は、被験者の身体状態を反映する生体信号を長時間にわたり連続的にワイヤレスで計測する場合に、被験者の動き又は状態によらず、安定して生体信号が送信できる生体信号送信装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被験者の身体状態を反映する生体信号を長時間にわたりワイヤレスで計測する技術の開発が進んでいる。従来、被験者の生体信号を長時間にわたり計測する時には、被験者を病院等に入院させ、センサ類を被験者の身体に装着すると共に、被験者を安静状態にした上で、生体信号を計測している。しかしながら、通信デバイスおよび計測デバイスの技術の進化により、これらのデバイスの小型化、ワイヤレス化および低消費電力化が進み、病院外での簡易計測も可能になってきた。これにより、入院時の身体状態の急変に備えた身体状態のモニタリングから、家庭等での身体状態のモニタリングに生体信号計測技術の応用範囲が広がりつつある。
【０００３】
身体状態のモニタリングにおいて想定される計測項目は、例えば脳波、眼電位、筋電位、心電図波形、体温、血中酸素濃度および血糖値等多岐にわたっている。生体信号の長時間の計測により、被験者の現在の病状だけでなく、被験者の健康状態、病気の進行度合い、病気になりそうかどうかまで把握が可能になる。
【０００４】
生体信号を長時間計測する際に、被験者が安静状態を維持するのは困難である。例えば、被験者の就寝時には、寝返り等の体動が生じる。このような体動の影響により、生体信号を送信するアンテナが寝具と被験者の身体との間に挟まれて押し付けられるなどすることによりアンテナが被験者等により遮蔽されると、生体信号の受信器への伝播が妨害される。その結果、受信器において、生体信号を受信することができないという問題が生じる。そのような問題を解決するために、特許文献１の送信システムでは、複数のアンテナから同一の生体信号を送信する。これにより、いずれかのアンテナが被験者等により遮蔽されたとしても、他のアンテナから受信器に生体信号を送信することができ、受信器は生体信号を受信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５３８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の送信システムは、複数のアンテナから同一の生体信号を送信している。このため、単一のアンテナから生体信号を送信する場合に比べて、消費電力が大きくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる生体信号送信装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る生体信号送信装置は、被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部とを備え、前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【０００９】
この構成によると、第１計測電極部と第１アンテナとが近接した位置に配置され、第２計測電極部と第２アンテナとが近接した位置に配置される。このため、各計測電極部の測定結果と各アンテナの通信状態とを相関させることができる。よって、時間変動（時間的な変動）が少ないほうの生体信号の算出の基となる電位を計測したアンテナを選択し、選択した単一アンテナから生体信号を送信することができる。このため、複数のアンテナから同時に生体信号を送信する場合に比べ、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる。また、選択したアンテナは通信状態が良好なアンテナである。このため、安定して生体信号を送信することもできる。
【００１０】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える生体信号送信装置として実現することができるだけでなく、生体信号送信装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする生体信号送信方法として実現することができる。また、生体信号送信装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは生体信号送信方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の生体信号送信装置によれば、生体信号送信装置と受信器の位置関係がどのような場合であっても計測された生体信号を解析することによって適切なアンテナを選択することができ、選択されたアンテナから生体信号が送信されるため、低消費電力による長時間計測と、安定した生体信号の送信が両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明者らが実施したデータ送信実験における送信器と受信器の位置関係を示す図
【図２】本願発明者らが実施した実験における各送信器の位置での通信エラー発生数を示す図
【図３】（ａ）国際１０−２０法の電極部位置を示す図、（ｂ）本願発明者らが実施した実験における電極部位置を示す図
【図４】睡眠時に計測された生体信号の例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置の実現形態を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置のハードウェア構成を示す図
【図８】従来の生体信号送信装置と実施の形態１に係る生体信号送信装置との実現形態の違いを示す図
【図９】生体信号送信装置が実行する処理のフローチャート
【図１０】寝ている姿勢の違いによる第１アンテナおよび第２アンテナと受信器の位置関係を説明するための図
【図１１】生体信号送信装置の動作例を説明するための図
【図１２】体動発生および電極部ずれ発生の判定方法を説明するための図
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例に係る生体信号送信装置の構成を示す図
【図１４Ａ】本発明の実施の形態２に係る生体信号送信装置および受信器の装着例を示す図
【図１４Ｂ】本発明の実施の形態２に係る生体信号送信装置の実現形態を示す図
【図１５】（ａ）被験者が立っているときの計測例を示す図、（ｂ）被験者がデスクワークをしているときの計測例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態２の動作例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００１４】
本発明の一実施態様に係る生体情報送信装置は、被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部とを備え、前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【００１５】
この構成によると、第１計測電極部と第１アンテナとが近接した位置に配置され、第２計測電極部と第２アンテナとが近接した位置に配置される。このため、各計測電極部の測定結果と各アンテナの通信状態とを相関させることができる。よって、時間変動が少ないほうの生体信号の算出の基となる電位を計測したアンテナを選択し、選択した単一アンテナから生体信号を送信することができる。このため、複数のアンテナから同時に生体信号を送信する場合に比べ、低消費電力で連続して生体信号を送信することができる。また、選択したアンテナは通信状態が良好なアンテナである。このため、安定して生体信号を送信することもできる。
【００１６】
好ましくは、前記アンテナ選択部は、（ｉ）第１所定時間における、前記第１生体信号の最大振幅および前記第２生体信号の最大振幅のいずれもが第１閾値よりも大きく、かつ（ｉｉ）前記第１所定時間よりも後の第２所定時間における、前記第１生体信号の平均値と前記第２生体信号の平均値との差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、平均値が小さいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する。
【００１７】
（ｉ）の判断条件を満たす場合には、両方の生体信号に体動によるノイズが混入したと考えることができる。（ｉｉ）の判断条件を満たす場合には、平均値が大きいほうの生体信号に電極部がずれることによるノイズが混入したと考えることができる。このため、体動と電極部ずれを判断することができ、被験者が様々な姿勢をとったとしても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。よって、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００１８】
さらに好ましくは、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者の左および右のこめかみ周辺に配置され、前記被験者の眼電位を計測する。
【００１９】
この構成によると、睡眠時の被験者の眼電位を計測することができ、睡眠時に被験者が様々な姿勢をとったとしても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。
【００２０】
さらに好ましくは、前記受信器は、前記被験者が寝ている場所の上方の天井付近に設置される。
【００２１】
また、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者のいずれかの手首の手の平側および手の甲側に設置され、前記被験者の皮膚電位を計測しても良い。
【００２２】
上記位置に電極部を配置することで、立っている姿勢や、座って机の上に手を置いている姿勢など様々な姿勢を取った場合であっても、電極部ずれが起こっていない送信状態の良好なアンテナを選択することができる。よって、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００２３】
好ましくは、前記受信器は、前記第１計測電極部及び前記第２計測電極部が設置された手首と同じ側の腰付近に設置される。
【００２４】
本発明の他の実施形態に係る生体情報送信システムは、上述の生体信号送信装置と、前記受信器とを備える。
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る生体信号送信装置の各実施形態を説明する。
【００２６】
本発明による生体信号送信装置の技術的ポイントは、ウェアラブル型の生体モニタリング装置において、被験者の身体状態の変化（体動）に応じて、生体信号を送信するアンテナを切り替えることである。これにより、ロバストな通信が可能になる。生体信号送信装置の構成の説明に先立ち、本願発明者らが実施した実験とその実験結果を説明し、得られた実験データから見出した、被験者に貼付されたウェアラブル型センサの生体信号と通信品質の特性について説明する。
【００２７】
本願発明者らは以下の２つの実験を行った。一つ目は被験者に貼付された送信器（アンテナ）の通信品質についての実験であり、もう一つは、被験者に貼付された生体電位センサによる計測信号の品質についての実験である。以下、順に説明する。
【００２８】
（ウェアラブルセンサにおける通信品質実験）
まずウェアラブルセンサにおける通信品質の検証実験を行った。実験には本願発明者らが試作中のウェアラブルセンサを用いた。ウェアラブルセンサは複数チャンネルの生体電位変化が計測可能であり、例えば睡眠状態のモニタリングに使う場合には、脳波計測や眼電位の計測に用いられる。計測された信号は、ＡＤ変換後に、通信チップを介して受信器に向けてデータ送信される。通信チップは超低消費電力型のｎＲＤ２４Ｌ０１＋（Ｎｏｒｄｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）であり、出力は０ｄＢｍ（１ｍＷ）、見通し状況においては１０ｍ以上の通信が可能な性能を有している。
【００２９】
図１に、通信品質の検証実験における送信器２２と受信器２１の位置関係を示す。受信器２１から１ｍのところに身体があるとする。身体の前後左右５０ｃｍの距離の８箇所と、身体の前後左右に密着する４箇所との計１２箇所に送信器２２を配置した。
【００３０】
これらの送信器２２と受信器２１の位置関係を維持した状態で１０秒間のデータ送信を行い、その通信エラー発生数をカウントした。センサ部のサンプリングレートは１０２４Ｈｚであり、サンプリング１回ごとに２５バイトのデータが生成され、データ送信周期は１秒間に５１２回であった。受信器２１側では、サンプリングごとのデータが正しく受信されたかが確認され、正しく受信されなかった場合のエラー発生数をカウントした。通信状況は、計測ごとに変動するために、各場所で複数回の計測を行い、特に通信状況が悪い位置では１０回程度の計測を行い、その平均エラー発生数を算出した。
【００３１】
通信エラーの発生頻度の概数を図２に示す。丸印が送信器２２の位置を示し、ハッチングの違いがエラー発生数の違いを示す。白丸２３はエラーが発生しなかった送信器２２の位置を示している。網掛け丸２４はエラー発生数が平均２２０回程度であった送信器２２の位置を示している。黒丸２５はエラー発生数が平均１４００回程度であった送信器２２の位置を示している。図２より、見通し状態において１０ｍ以上の通信が可能な通信チップを使用した場合に、送信器２２と受信器２１が見通せている場所ではエラーは発生しない。しかし、送信器２２と受信器２１の間に身体が挟まった場合には、通信品質が悪化することがわかる。
【００３２】
特に、ウェアラブルセンサを用いることを想定した黒丸２５の位置では、身体が障害となって通信品質が維持できない。サンプリングレートが１０２４Ｈｚで１０秒間のデータ送信が行われる。このため、１００００回程度のデータ送信のうち、１割以上のデータが欠落して、モニタリングが安定してできていないと言える。
【００３３】
このようにウェアラブルセンサを用いる状況では、ウェアラブルセンサが身体に近接しているために通信品質が著しく悪化する場合があることがわかる。
【００３４】
（ウェアラブルセンサにおける生体信号品質実験）
次に、生体信号の特性を見るための評価実験を行った。睡眠時の生体信号計測を想定して、脳波と眼電位の同時計測を行った。脳波計測のために、国際１０−２０法におけるＣ３、Ｃ４の位置に計測電極部を設置し、眼電位計測のために、左右こめかみ部に計測電極部（ＥＯＧ１、ＥＯＧ２）を設置した。図３に電極部位置を示す。図３（ａ）は、国際１０−２０法における電極部位置を示す。Ｃ３、Ｃ４は頭頂部周辺の位置である。また図３（ｂ）は、実験で使用した電極部位置を示す。上面から見えるＣ３（位置３０１）、Ｃ４（位置３０２）が電極部位置である。また、正面から見えるＥＯＧ１（位置３０３）、ＥＯＧ２（位置３０４）が電極部位置である。さらに、右マストイド（位置３０５）が基準電極部の位置であり、左マストイド（位置３０６）がアースの位置である。
【００３５】
被験者は就寝前に上記各位置に電極部を装着し、起床までの電位の連続計測を行った。通信品質の影響を受けていない状況での生体信号の特性を把握するために、計測は有線の脳波計で行った。
【００３６】
図４は睡眠時の生体信号の例を示す。本データは、被験者の体動時の振幅も表示できるよう１０００μＶレベルの振幅も表現可能な縮尺で表示している。頭部（Ｃ３）は、Ｃ３（位置３０１）で計測された電位を示し、頭部（Ｃ４）は、Ｃ４（位置３０２）で計測された電位を示す。眼電（右）は、ＥＯＧ１（位置３０３）で計測された電位を示し、眼電（左）は、ＥＯＧ２（位置３０４）で計測された電位を示す。
【００３７】
図４（ａ）に、体動のない安静状態で計測された電位を示す。縮尺を小さくしているので、電位の変動がほぼ直線的に描かれているが、実際には数十マイクロボルトの電位の変動が記録されている。この変動の中から、脳波の周波数解析や眼球運動の解析等が実施され、この状況で得られたデータが生体信号モニタリングで必要とされる情報である。
【００３８】
図４（ｂ）には、体動が生じた場合の電位を示す。体動時には、安静時と比べると首または上半身の各種筋肉が活動し、筋電位が各電極部の計測電位に混入する。このため、脳波または眼電位と比較してかなり大きな電位差が発生する。それらの影響は頭部または顔面部にも及ぶため、それぞれの電極部位置からも、それぞれの影響が数百μＶ以上の信号変化として計測される。この状況は、生体信号計測からすると大きなノイズの混入区間であり、従来は解析不可能な不要な情報として除去されていた。しかし、通信品質の変化タイミングを示す有意義な情報として使用可能であると本願発明者は考えた。
【００３９】
図４（ｃ）に、特に寝返りのときに左の眼電位の状況が良くない場合の例を示す。寝返り等によってどの電極部にも大きな変動が観測される。眼電位（右）については、最初に変動が見られた後はすぐに安定的に情報が取得できている。これに対して、眼電位（左）については、長い間変動が続いている。この変動は、図４（ｂ）のように全体に同じだけのノイズが混入した場合とは異なり、寝返りによって、左側の顔を下にして寝る体勢に変化したと考えられる。それは、眼電位（右）は最初の変動後に安定しているが、眼電位（左）は頭部が枕に押し当てられることにより何度か変動を繰り返していることから分かる。計測信号の特性として、電極部をなんらかの形で押さえたりずらしたりする場合には、一時的にインピーダンスが変動して大きな信号変化が見られる。しかし、電極部ずれが収まると、また計測可能な状態に戻る性質がある。眼電位（左）が変動を繰り返しているのは、頭部が枕に押し当てられ、頭部が動くことにより、しばらくの間インピーダンスが変動するからである。
【００４０】
以上のように、ウェアラブルセンサによる睡眠モニタリングで発生する信号品質の歪みは、体動による筋電位の混入により計測電極部全体に影響を及ぼすものと、体動により電極部が寝具等に圧迫され、電極部と皮膚の位置関係が変化すること（電極部ずれ）による、特定の計測電極部のみに影響が現れるものの両方から構成されている。これらの歪みは寝返りに連動して発生することが明らかになった。
【００４１】
本願発明者らは、ウェアラブルセンサによる睡眠モニタリングを行っている状況において、寝返り等により送信器と受信器の位置関係が変化することにより計測状況の悪化が発生することを発見した。また、その計測状況の悪化時の計測信号を分析することにより、寝返りの発生タイミングを検出し、電極部ずれが発生した電極部を特定することができることを発見した。この着眼に基づいて、各計測電極部と近接した場所に、送信部もしくはアンテナを設置することで、計測電極部の状況と通信状況が関連付けられることに想到した。これによって、送信器と受信器の位置関係が適切となっているアンテナを選択し、選択したアンテナから生体信号を送信することにより、低消費電力を維持しながら通信が継続できると考えた。
【００４２】
以下、この着想に基づく生体信号送信装置の構成、処理の詳細等について図面を用いながら説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図５に、実施の形態１に係る生体信号送信システムの機能的な構成を示す。生体信号送信システムは、生体信号送信装置２０と、生体信号送信装置２０から送信される生体信号を受信する受信器１０とを含む。
【００４４】
生体信号送信装置２０は、被験者１の身体に装着され、被験者１の生体信号を連続的に計測しながらその信号を連続的に受信器１０に対して送信し続ける機能を持っている。ここでは、生体信号計測装置２０は、２つの計測電極部を有し、その２つの計測電極部から得られる情報を連続して受信器１０に対して送信するものとする。
【００４５】
生体信号送信装置２０は、第１計測電極部２と、第２計測電極部３と、基準電極部４と、生体信号増幅部５と、アンテナ選択部６と、送信部７と、第１アンテナ８と、第２アンテナ９とを含む。
【００４６】
第１計測電極部２、第２計測電極部３および基準電極部４は、被験者１の身体に装着される。つまり、第１計測電極部２は、被験者１の第１位置に接触して配置され、第１位置における被験者１の電位を計測する。第２計測電極部３は、第１位置とは異なる被験者１の第２位置に接触して配置され、第２位置における被験者１の電位を計測する。基準電極部４は、第１位置および第２位置とは異なる被験者１の第３位置に接触して配置され、第３位置における被験者１の電位を計測する。これらの電極部は、生体信号増幅部５に接続されている。
【００４７】
生体信号増幅部５は、基準電極部４と第１計測電極部２との計測電位の電位差である第１生体信号を増幅する。また、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第２計測電極部３との計測電位の電位差である第２生体信号を増幅する。生体信号増幅部５は、内蔵するＡＤ変換部を用いて、増幅した第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。
【００４８】
第１アンテナ８は、第１計測電極部２に近接した位置に配置される。第２アンテナ９は、第２計測電極部３に近接した位置に配置される。
【００４９】
アンテナ選択部６は、生体信号増幅部５で生成された第１生体信号と第２生体信号を受信する。アンテナ選択部６は、第１生体信号と、第２生体信号とに基づいて、第１アンテナ８および第２アンテナ９のいずれか一方を選択する。つまり、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれか一方に近接したアンテナを、第１アンテナ８および第２アンテナ９から選択する。
【００５０】
送信部７は、生体信号増幅部５から第１生体信号および第２生体信号を受信し、受信した第１生体信号および第２生体信号を、アンテナ選択部６が選択したアンテナから受信器１０に対して送信する。
【００５１】
このような構成により、身体動作が生じた場合であっても安定した生体信号の送信が可能になる。
【００５２】
図６に、生体信号送信装置２０の実現形態の例を示す。図６は、左右の眼電位計測により簡易に睡眠の品質を評価するための生体信号送信装置２０の実現形態の一例を示している。
【００５３】
被験者１は、生体信号送信装置２０を頭部に装着する。生体信号送信装置２０は、睡眠時の左右の眼球運動を計測する。睡眠時の眼球運動は、睡眠時に周期的に現れるとされるレム睡眠（ＲＥＭ Ｓｌｅｅｐ：Ｒａｐｉｄ Ｅｙｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｓｌｅｅｐ）とノンレム睡眠の計測に用いられる。急速眼球運動（ＲＥＭ）が、規則正しく見られるかどうかによって睡眠の質の判定が可能である。
【００５４】
図６の生体信号送信装置２０は、ヘッドバンド型の筐体に各種装置が組み込まれた一体型の装置である。被験者１は頭部にヘッドバンド型の生体信号送信装置２０を巻きつけることにより、生体信号送信装置２０を容易に装着することができる。図５に示した生体信号送信装置２０の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付した上で、図６の生体信号送信装置２０の構成について説明する。全ての構成要素はヘッドバンドに組み込まれた形態で実現される。生体信号送信装置２０が計測する生体信号は左右の眼電位である。このため、第１計測電極部２と第２計測電極部３は、それぞれ左右の目のこめかみ部の近辺、例えば、図６においてはこめかみ部の少し上に装着される。計測電極部による計測信号とアンテナからの送信状態とを相関させるために、計測電極部とアンテナ部は近接している必要がある。例えば、計測電極部とアンテナは一体化して構成されてもよい。基準電極部４は、被験者１の顔面中央部に設置され、左右の目の動きが均等に眼電位として計測されるようにしてあればよい。また、アースとして他の電極部が設置されているのが望ましく、各計測電極部から離れている場所に設置されると良い（図示せず）。その他の処理部である、生体信号増幅部５、アンテナ選択部６および送信部７は、一体化して設置される。これらの処理部に関しては、特定の場所の制約はなく、配線やデザインの都合で任意に設置してよい。このような構成により、被験者１はケーブル等にわずらわされることなく、睡眠中の生体信号を送信し続けることができる。
【００５５】
次に、図７に実施の形態１に係る生体信号送信装置２０のハードウェア構成を示す。生体信号送信装置２０は、生体計測部５０と、信号処理部６０と、送信処理部７０とを備える。
【００５６】
各処理部は、バス１０１を介して相互に接続され、相互にデータの授受を行う。また、各処理部には、バッテリ部１００から電力が供給される。
【００５７】
生体計測部５０は、第１計測電極部２と、第２計測電極部３と、基準電極部４と、生体アンプ５ａと、ＡＤ変換部５ｂとを含む。
【００５８】
信号処理部６０は、ＣＰＵ６ａと、ＲＡＭ６ｂと、ＲＯＭ６ｄとを含む。
【００５９】
送信処理部７０は、第１アンテナ８と、第１アンテナ８と第２アンテナ９と、送信部７とを含む。
【００６０】
生体アンプ５ａおよびＡＤ変換部５ｂが、図５の生体信号増幅部５を構成する。生体アンプ５ａには第１計測電極部２と第２計測電極部２と基準電極部４が接続され、これらの電極部は被験者１の頭部に装着されている。生体アンプ５ａは、基準電極部４と、第１計測電極部２および第２計測電極部３の各々との間の電位差である第１生体信号および第２生体信号を増幅する。ＡＤ変換部５ｂは、生体アンプ５ａで増幅された後のアナログの第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部５ｂは、デジタルの第１生体信号および第２生体信号を、各種処理または送信可能な生体信号として、バス１０１を経由してＣＰＵ６ａに送信する。
【００６１】
ＣＰＵ６ａは、ＲＡＭ６ｂに格納されているコンピュータ実行可能なプログラム６ｃを実行する。プログラム６ｃには、後述するフローチャートに示される処理手順が記述されている。ＣＰＵ６ａは、このプログラム６ｃに従って、生体計測部５０のＡＤ変換部５ｂより出力されるデジタルの第１生体信号および第２生体信号を解析し、適切なアンテナを選択する。なお、プログラム６ｃはＲＯＭ６ｄに格納される場合もある。信号処理部６０が、図５のアンテナ選択部６を構成する。
【００６２】
送信処理部７０に含まれる送信部７は、ＣＰＵ６ａから受け取った第１生体信号および第２生体信号を、第１アンテナ８または第２アンテナ９から送信する。どちらのアンテナから両生体信号を送信するかは、信号処理部６０にて判定されている。
【００６３】
なお、信号処理部６０と送信部７と生体アンプ５ａとＡＤ変換部５ｂとは、１つの半導体回路にコンピュータプログラム組み込んだＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のハードウェアとして実現されてもよい。これらを一つの半導体回路で構成することにより、消費電力が低減される効果が得られる。また、第１アンテナ８と第１計測電極部２、および第２アンテナ９と第２計測電極部３は、それぞれ近接している必要がある。計測電極部とアンテナとが近接することにより、計測された生体信号の特性と送信状態とが関係づけられる。つまり、生体信号が安定している場合には、送信状態が安定していると関係付けることができ、生体信号が乱れている場合には、送信状態も乱れていると関係付けることができる。
【００６４】
図８に、参考までに回路構成レベルでの従来との比較を示す。図８（ａ）は、従来の一般的な生体信号送信装置の回路構成を示し、図８（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る生体信号送信装置２０の回路構成を示す。従来と異なる部分は、アンテナが２本になっており、ＣＰＵ６ａが、２つの生体信号を解析し、解析結果に応じて、２つの生体信号を送信すべきアンテナを切り替える構成になっている。アンテナ切り替え処理について以下に具体例を示しながら説明する。
【００６５】
図９は、本実施の形態に係る生体信号送信装置２０が実行する処理のフローチャートである。また、図１０に、被験者１の睡眠時の体勢の違いによる第１アンテナ８および第２アンテナ９と受信器１０との位置関係の違いを図示する。
【００６６】
以下の説明では最初に図１０（ａ）のように、被験者１が上を向いて寝ていて、途中に図１０（ｂ）のように、被験者１が横を向いて寝る体勢に変わり、再度、図１０（ａ）の体勢に戻る場合を想定して説明する。図１０（ａ）の被験者１の体勢を体勢Ａとし、図１０（ｂ）の被験者１の体勢を体勢Ｂとして説明する。また、受信器１０は天井付近に設定され、生体信号の計測開始時点では、各アンテナと受信器１０との間にはなるべく遮蔽物がなく、互いに見通せる場所に置かれているものとする。
【００６７】
また、図１１には、計測された第１生体信号および第２生体信号の変化の事例（第１生体信号４１、第２生体信号４２と記載、信号は仮想的に生成）と、そのときの送信状況の良し悪し（第１生体信号の送信状況４３、第２生体信号の送信状況４４）と、アンテナの選択結果４５とを示す。アンテナの選択結果４５は、初期状態では第１アンテナ８であるものとする。また、ここでは、生体信号として眼電位を想定しているが、生体信号は眼電位に限定されるものではない。
【００６８】
図９を参照して、ステップＳ１０において、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第１計測電極部２との計測電位の電位差である第１生体信号を増幅する。また、生体信号増幅部５は、基準電極部４と第２計測電極部３との計測電位の電位差である第２生体信号を増幅する。生体信号増幅部５は、内蔵するＡＤ変換部を用いて、増幅した第１生体信号および第２生体信号をデジタル信号に変換する。生体信号が眼電位または脳波であれば、電位差として、数μＶから数百μＶ程度の値が想定される。
【００６９】
ステップＳ２２では、アンテナ選択部６が、第１生体信号および第２生体信号のそれぞれについて、最大振幅を取得する。最大振幅は、過去の所定の時間区間（第１所定時間）、例えば５秒間における生体信号の最大値と最小値との差の絶対値を計算することにより取得される。最大振幅の単位はμＶで表現される。
【００７０】
ステップＳ２３では、アンテナ選択部６が、第１生体信号および第２生体信号のそれぞれの最大振幅に基づいて、被験者１の体動が発生したか否かを判定する。体動は、例えば、図１０にて上向きに寝ている体勢Ａから横向きに寝ている体勢Ｂに寝返りをした場合、体勢Ｂから体勢Ａに寝返りをした場合などに発生する。通常の眼電位の範囲は、２００μＶ以下であるのに対し、体動変化が生じた場合には５００μＶから２０００μＶ程度のノイズが混入する。このため、この大きさの違いが生体信号の計測状態を判断する基準となる。例えば、第１閾値を３００μＶと設定し、第１生体信号および第２生体信号の両方の最大振幅が第１閾値を超えた場合にのみ、体動が発生したと判定すればよい。体動は、大きな筋肉の活動等に由来して、広範囲に影響が及ぶと考えられるからである。
【００７１】
なお、第１閾値は、実験条件、電極部材料、電極部位置、および電極部の装着方法によって変化すると想定される。このため、生体信号送信装置２０の具体的な構成によって設定し直すのが望ましい。
【００７２】
体動が発生したと判断された場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４に進み、体動が発生したと判断されていない場合には（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００７３】
ステップＳ２４では、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号を比較する。つまり、アンテナ選択部６は、左右の眼電位である第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値を算出する。平均値は、現在の時刻までの過去の所定の時間（上記第１所定時間よりも後の第２所定時間）、例えば過去１秒間における生体信号の平均値によって求められる。所定の時間は眼電位もしくは脳波等の変動の性質、または電極部が動いた場合のノイズの性質によって決定される。例えば、所定の時間を５秒間とすることにより、より長周期のノイズの影響も考慮した比較処理が可能になる。
【００７４】
ステップＳ２５では、アンテナ選択部６は、ステップＳ２４での比較結果に基づいて、電極部ずれが発生しているか否かを判定する。つまり、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、電極部ずれが発生していると判定する。
【００７５】
ここで、体動が生じる場合には次の２通りの状況が考えられる。一つは体動のみ発生して電極部ずれ（電極部と皮膚の位置関係の変動）は発生しなかった場合である。もう一つは、体動と電極部ずれが両方とも発生した場合である。前者の場合には、計測された生体信号に、体動の動きの影響によるノイズのみが混入する。このため、第１生体信号と第２生体信号とで同程度の生体信号の変動が観測される。これに対して、後者の場合には、計測された生体信号に、体動と電極部ずれの両方の影響が現れ、特定の生体信号についてはもう一方より変動が大きくなると想定できる。例えば、図１０（ａ）の体勢Ａから図１０（ｂ）の体勢Ｂに被験者１の体勢が変わった場合を想定する。この場合には、体動の影響は、第１計測電極部２および第２計測電極部３の両方に生じるため、体動の影響によるノイズは第１生体信号および第２生体信号の両方に混入する。また、電極部ずれの影響は、被験者１と枕との間に挟まれる第２計測電極部３にのみ生じるため、電極部ずれの影響によるノイズは第２生体信号のみに混入する。その逆に体勢Ｂから体勢Ａに変わった場合には体動の影響のみが発生すると想定される。この状況の違いに基づいて、アンテナ選択部６は、ステップＳ２４における生体信号の比較結果である第１生体信号および第２生体信号の平均値の差分の絶対値が、第２閾値、例えば２００μＶ以下の場合には、体動のみが発生していると判定する。また、アンテナ選択部６は、上記差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合には、体動と電極部ずれとの両方が発生していると判定する。また、アンテナ選択部６は、電極部ずれが発生している場合には、第１生体信号および第２生体信号のうち、平均値が大きいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部において電極部ずれが発生していると判断する。
【００７６】
電極部ずれが発生している場合には（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６に進み、電極部ずれが発生していない場合には（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００７７】
なお、第２閾値は、実験条件、電極部材料、電極部位置、および電極部の装着方法によって変化すると想定される。このため、生体信号送信装置２０の具体的な構成によって設定し直すのが望ましい。
【００７８】
ステップＳ２６では、アンテナ選択部６は、第１生体信号および第２生体信号の送信に用いるべきアンテナを決定する。すでにステップＳ２５で電極部ずれの発生したほうの計測電極部はすでに求められており、その計測電極部に近接するアンテナは送信状態が悪いと考えられる。このため、アンテナ選択部６は、もう一方のアンテナを、送信に用いるべきアンテナとして決定する。例えば、図１０（ｂ）に示すように被験者１の左側面が下になる寝返りが発生した場合、第１計測電極部２に電極部ずれが発生し、第１生体信号にノイズが混入する。それと共に、第１計測電極部２に近接した第１アンテナ８は、枕と頭部との間に遮蔽され、天井付近の受信器１０との通信状態の悪化が想定される。このため、アンテナ選択部６は、電極部ずれが発生していない第２計測電極部３に近接した第２アンテナ９を選択する。
【００７９】
ステップＳ２７では、アンテナ選択部６は、ステップＳ２６で選択したアンテナに応じて、アンテナ切り替えが必要かどうかを判定する。つまり、選択したアンテナを既に使用して第１生体信号および第２生体信号を受信器１０に送信している場合には、アンテナ選択部６は、アンテナの切り替えが不要であると判定し、選択したアンテナ以外のアンテナを使用して上記生体信号を受信器１０に送信している場合には、アンテナの切り替えが必要であると判定する。アンテナの切り替えが必要であると判定した場合には（ステップＳ２７でＹＥＳ）、ステップＳ２８に進み、アンテナの切り替えが不要であると判定した場合には（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ６０に進む。
【００８０】
ステップＳ２８では、アンテナ選択部６が、ステップＳ２６で選択したアンテナへのアンテナ切り替えを実行する。具体的には、アンテナ選択部６は、送信部７に対して、現在送信に使用しているアンテナとは異なるアンテナを使用させるための制御信号を出力する。制御信号を受け取った送信部７は、現在送信に使用しているアンテナとは異なるアンテナに、各生体信号を送信するアンテナを切り替える。
【００８１】
以上説明した体動発生および電極部ずれ発生の判定方法を図１２を用いて再度説明する。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、第１生体信号および第２生体信号をそれぞれ示しており、図１２（ｃ）は、第１生体信号および第２生体信号の所定の時間毎の平均値の差分の絶対値を示している。各生体信号には、最大振幅が大きくなる箇所が２箇所あり、両箇所において、最大振幅が第１閾値を超えている。このため、両箇所において体動が生じていると判断される。また、差分の絶対値に着目すると、前半箇所においては差分の絶対値が第２閾値を下回っている。このため、前半箇所においては電極部ずれは生じていないと判断される。しかし、後半箇所においては、最大振幅が第１閾値を越えた後に、差分の絶対値が第２閾値を上回っている。このため、後半箇所において、電極部ずれが生じていると判断される。
【００８２】
実施の形態１では、アンテナ選択部６の動作をサンプリング周期ごとに行う方式について説明したが、生体信号の時間変動が大きくなる場合には、複数周期の信号を継続的に観測して判断がなされる場合も多い。例えばサンプリング周波数が１０２４Ｈｚであれば、１秒間に１０００回以上、送信アンテナの判定が行われるが、体動は１秒から数秒間続くことも考えられるので、長時間の生体信号の時系列変化を見て、ステップＳ２３やステップＳ２５の判定を行う手法も妥当である。これにより、頻繁に送信アンテナの切り替わりが生じるのを防ぐことができる。
【００８３】
図１１を用いてその動作例をさらに説明する。図１１は、図６に示す睡眠時の眼電位をモニタリングするための生体信号送信装置２０の動作例を示す。図１１は上から順に、被験者１の左眼の眼電位信号である第１生体信号４１、右眼の眼電位信号である第２生体信号４２、第１生体信号の送信状況４３、第２生体信号の送信状況４４、アンテナ選択部６によって選択されているアンテナの選択結果４５を示している。
【００８４】
計測開始からの最初の区間では、被験者１は体勢Ａであるとすると、第１生体信号の送信状況４３も第２生体信号の送信状況４４も、天井付近に設置された受信器１０との通信は良好になる。また、アンテナの選択結果４５としては、初期値として第１アンテナが選択されているとする。次に、寝返りタイミング３１において上向きの体勢Ａから横向きの体勢Ｂに変動した場合には、第１生体信号は、丸印３２で囲った部分の波形のように変化し、筋電位の混入と共に、電極部ずれも発生する。このため、丸印３３で囲った部分の第２生体信号の波形の変化と比較すると、振幅と総変動量が多くなっている。このため、両方の生体信号の振幅が第１閾値よりも大きくなることから体動発生と判定される（ステップＳ２３）。また、その後の生体信号の比較処理により第１計測電極部２において電極部ずれが発生している判定される（ステップＳ２５）。このため、生体信号の送信アンテナとして第２アンテナ９を使用することが決定される（ステップＳ２６）。そして現在は第１アンテナが選択されており、第２アンテナへの切り替えが必要と判定され（ステップＳ２７）、アンテナ切り替えが実施される（ステップＳ２８）。これによって寝返り発生に連動したアンテナ切り替えが実現される（図１１の丸印３４におけるアンテナ切り替え）。
【００８５】
同様の処理によって、体勢Ｂから体勢Ａへの寝返りの発生タイミング３５においては、体動が発生したと判定されるが、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれにも電極部ずれは発生していないと判定されるため、アンテナ切り替えは必要なしと判定され、そのまま第２アンテナの選択が継続される（図１１の丸印３８においてアンテナ切り替えが行われない）。体勢Ａにおいては、どちらのアンテナ位置でも送信状態は良好であるため、送信不良の問題は生じない。
【００８６】
以上の処理によって、体動により混入するノイズと、電極部ずれにより混入するノイズを区別することで、送信状態が適切なアンテナを選択し続けられる。
【００８７】
このような構成と処理によって、被験者１が寝返り等で様々な姿勢を取ったとしても、より適切な方のアンテナが選択されるため、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【００８８】
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例について説明する。送信部とアンテナとの間の距離が離れているとアンテナまでの配線にノイズが混入する可能性がある。このため、理想的には送信部とアンテナの距離は近い方が良い。この考え方に基づいた、本変形例に係る生体信号送信装置の構成を図１３に示す。
【００８９】
図１３は、本発明の実施の形態１における生体信号送信装置の構成の別の形態である。図１３に示す生体信号送信装置３０は、図５に示した生体信号送信装置２０の構成を変更したものであり、図５と同じブロックについては、同一の参照符号を付し、その説明は省略する。生体信号送信装置３０は、生体信号送信装置２０と異なり、送信部７の代わりに第１送信部７ａおよび第２送信部７ｂを備える。第１送信部７ａおよび第２送信部７ｂが第１アンテナ８および第２アンテナ９にそれぞれ近接して配置されている。
【００９０】
この場合、アンテナ選択部６は、生体信号を送信すべきアンテナの選択に加えて、送信すべき生体信号の受け渡しも担当する。つまり、アンテナ選択部６は、生体信号を送信すべきアンテナとして第１アンテナ８を選択した場合には、生体信号増幅部５から受け取った生体信号を第１送信部７ａに出力し、第２アンテナ９を選択した場合には、生体信号を第２送信部７ｂに出力する。
【００９１】
第１送信部７ａまたは第２送信部７ｂは、アンテナ選択部６から出力される制御信号に応答して、いずれか一方が起動され、アンテナからの送信処理が実行できるようになる。その後、起動した送信部は、当該送信部に対応するアンテナから生体信号を、受信器１０に対して送信する。
【００９２】
このような処理によって、送信部とアンテナの物理的な距離を最小限に抑えることで、アンテナまでの経路へのノイズ混入を抑えつつ、消費電力を低減したままた連続的に生体信号を送信することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、送信用のアンテナが、被験者１の体の一部に近接していることを想定している。また、設置されているアンテナの近辺に電極部を装着することで、被験者１の体勢の状態を、間接的に検出し、適切なアンテナを選択する。特に、体全体が動いた場合と、枕や衣服との接触により、電極部ずれが発生した場合とを区別して検出することができる。一方で、被験者１の体が枕等と接触したり、押し付けられたりすることで、血流量の変化等が発生することがある。例えば、頭が枕に押し付けられることで、血流量が減少し、頭部の一部分の体温が低下することがある。このため、アンテナが設置されている体の表面に、電極部だけでなく、血流量センサまたは体温センサを設置することで、アンテナが開放状態にあるか否かを、間接的に測定することが可能になる。
【００９４】
なお、本実施の形態においては、計測電極部の個数が２つの場合の例について説明したが、計測電極部の個数が３つ以上の場合であっても同様の考え方を適用可能である。生体モニタリングにおいては、３つ以上の信号を取得する場合も多く、睡眠のモニタリングにおいても、脳波、眼電位または筋電位等を同時に記録することが行われる。
【００９５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、頭部に装着された睡眠時の眼電位計測の事例について説明したが、本実施の形態２においては、眼電位計測以外の事例として、手首に装着された皮膚電位センサによる皮膚電位計測について説明する。例えば、被験者１は、手首に超軽量の生体信号送信装置を装着し、ベルト等によって腰部に受信器を装着する。本構成によれば手の動きを制限せずに、手首の情報を連続的に送信することができる。腰部の受信器は例えば携帯電話機等によっても実現される。携帯電話機等は、常に被験者１に装着される場合が多いため、手、頭部、または胸部に設置された生体センサの受信器として利用可能である。
【００９６】
皮膚電位は、皮膚表面の発汗状態等によって連続的に値が変化する。皮膚電位は、温冷感以外にも、精神的な疲労または緊張度合いを反映して変化する。この皮膚電位の変化を連続的にモニタすることで、精神的な健康状態が計測可能になる。実施の形態２では、睡眠時のように、被験者１が同じ場所に留まることは想定できないため、歩行を含めて、様々な日常生活に対応できる必要がある。
【００９７】
図１４Ａに実施の形態２に係る生体信号送受信システムを構成する生体信号送信装置５１および受信器５２の装着例を示す。生体信号送信装置５１は手首に装着され、受信器５２は手首と同側の腰部に装着されているとする。こうすることで、生体信号送信装置５１と受信器５２の物理的な距離が近くなり、送信出力の低減が可能になる。
【００９８】
図１４Ｂには、生体信号送信装置５１の実施形態を示す。生体信号送信装置５１は、実施の形態１に係る生体信号送信装置２０と同様の構成を有する。生体信号送信装置２０がヘッドバンド型であったのに対し、生体信号送信装置５１はリストバンド型である。手首の電位変化を計測するために、基準電極部４とは別に、第１計測電極部２と第２計測電極部３が手首に接触するように設置される。第１計測電極部２は手の甲側、第２計測電極部３は手の平側に設置される。また、第１計測電極部２には第１アンテナ８が、第２計測電極部３には第２アンテナ９が近接して設置される。また、基準電極部４は、第１計測電極部２または第２計測電極部３の設置場所以外の位置に設置される。このような配置にすることで、生体信号送信装置５１と受信器５２の位置関係において、手首が両者間の遮蔽物となる可能性を低減することができる。生体信号増幅部５とアンテナ選択部６と送信部７からなる処理部５３については、位置の制限はない。このため、手首の周囲のベルトの任意の位置に設定可能である。
【００９９】
なお、生体信号送信装置５１が実行する処理は、実施の形態１に係る生体信号送信装置２０が実行する処理と同様であり、生体信号送信装置５１が実行する処理は図９に示すフローチャートの通りである。このため、その詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１００】
次に、実施の形態２における生体信号送信装置５１の動作の例について説明する。図１５（ａ）に被験者１が立っているときの計測例を示す。被験者１が立っている場合には、生体信号送信装置５１と受信器５２の位置関係からすると、手の平側がより受信器５２に近い状態になっていると考えられるので、手の平側に近い第１アンテナ８が選択されるのが望ましい。
【０１０１】
一方、図１５（ｂ）に被験者１がデスクワークをしているときの計測例を示す。デスクワーク時には、手の平側は机等の遮蔽物５４に接触することが多く、反対に手の甲側はさえぎるものがない状態である。この場合には、手の平側の第１計測電極部２は、手首と机との間に挟まれ、第１計測電極部２と皮膚の位置関係が変化する。このことにより、第１計測電極部２で計測される生体信号には、電極部ずれにより生じるノイズ成分の混入が想定され、電極部ずれにより生じるノイズ成分を検出することで、手の甲側の第２アンテナ９からの送信状況の方が、手の平側の第１アンテナ８からの送信状況に比べて良好であると判断できる。
【０１０２】
図１６は、立ち姿勢の被験者１が座り姿勢になり、その後、また立ち姿勢に戻った場合の結果を示す図である。上から順に、手の平側の第１計測電極部２で計測される第１生体信号、手の甲側の第２計測電極部３で計測される第２生体信号、手の平側の第１生体信号の送信状況、手の甲側の第２生体信号の送信状況、アンテナ選択部６によって選択されているアンテナの選択結果を示している。初期状態では第１アンテナ８が生体信号の送信アンテナとされる。
【０１０３】
立ち姿勢から座り姿勢への姿勢変化タイミング６１においては、第１生体信号は、丸印６２で囲った部分の波形のように変化し、筋電位の混入と共に、電極部ずれによるノイズも混入する。このため、丸印６３で囲った部分の第２生体信号の波形の変化と比較すると、振幅と総変動量が多くなっている。このため、両方の生体信号の振幅が第１閾値よりも大きくなることから体動発生と判定される（図９のステップＳ２３）。また、その後の生体信号の比較処理により第１計測電極部２において電極部ずれが発生している判定される（ステップＳ２５）。このため、生体信号の送信アンテナとして第２アンテナ９を使用することが決定される（ステップＳ２６）。そして現在は第１アンテナが選択されているため、第２アンテナへの切り替えが必要と判定され（ステップＳ２７）、アンテナ切り替えが実施される（ステップＳ２８）。これによって座り姿勢への変更に連動したアンテナ切り替えが実現される（図１６の丸印６４におけるアンテナ切り替え）。
【０１０４】
同様の処理によって、座り姿勢から立ち姿勢への姿勢変化タイミング６５においては、体動が発生したと判定されるが、第１計測電極部２および第２計測電極部３のいずれにも電極部ずれは発生していないと判定されるため、アンテナ切り替えは必要なしと判定され、そのまま第２アンテナの選択が継続される（図１６の丸印６８においてアンテナ切り替えが行われない）。
【０１０５】
以上の処理によって、体動により混入するノイズと、電極部ずれにより混入するノイズを区別することで、送信状態が適切なアンテナを選択し続けられる。
【０１０６】
このような構成と処理によって、立っているときや机での作業中など、被験者１が様々な状況にあるときでも適切なアンテナが選択されるため、常に最小の送信電力で生体信号の連続送信が可能になる。
【０１０７】
なお、皮膚電位以外の、脈拍数、体温および血糖値等を計測対象とする場合であっても、センサと身体の接触具合の変化によるノイズの混入を考慮すれば同様の処理に基づく生体信号送信装置が構成できる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明に係る生体信号送信装置によれば、消費電力の低減と安定した生体信号の送信が両立できるため、本発明は、生体信号をモニタリングする装置等に適用できる。具体的には、メディカル分野またはヘルスケア分野において、脳波、眼電位、筋電位、心電図波形、皮膚電位、体温、血中酸素濃度、または血糖値等の、電気的に計測可能な物理量を連続的に計測し送信する生体信号送信装置等に適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 被験者
２ 第１計測電極部
３ 第２計測電極部
４ 基準電極部
５ 生体信号増幅部
５ａ 生体アンプ
５ｂ ＡＤ変換部
６ アンテナ選択部
６ａ ＣＰＵ
６ｂ ＲＡＭ
６ｃ プログラム
６ｄ ＲＯＭ
７ 送信部
７ａ 第１送信部
７ｂ 第２送信部
８ 第１アンテナ
９ 第２アンテナ
１０、２１、５２ 受信器
２０、３０、５１ 生体信号送信装置
５０ 生体計測部
５４ 遮蔽物
６０ 信号処理部
７０ 送信処理部
１００ バッテリ部
１０１ バス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部と
を備え、
前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
生体信号送信装置。
【請求項２】
前記アンテナ選択部は、（ｉ）第１所定時間における、前記第１生体信号の最大振幅および前記第２生体信号の最大振幅のいずれもが第１閾値よりも大きく、かつ（ｉｉ）前記第１所定時間よりも後の第２所定時間における、前記第１生体信号の平均値と前記第２生体信号の平均値との差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、平均値が小さいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
請求項１記載の生体信号送信装置。
【請求項３】
前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者の左および右のこめかみ周辺に配置され、前記被験者の眼電位を計測する
請求項１または２に記載の生体信号送信装置。
【請求項４】
前記受信器は、前記被験者が寝ている場所の上方の天井付近に設置される
請求項３記載の生体信号送信装置。
【請求項５】
前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者のいずれかの手首の手の平側および手の甲側に設置され、前記被験者の皮膚電位を計測する
請求項１または２に記載の生体信号送信装置。
【請求項６】
前記受信器は、前記第１計測電極部及び前記第２計測電極部が設置された手首と同じ側の腰付近に設置される
請求項５記載の生体信号送信装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体信号送信装置と、
前記受信器と
を備える生体信号送受信システム。
【請求項８】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置による生体信号送信方法であって、
前記生体信号送信装置は、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと
を備え、
前記生体信号送信方法は、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択アンテナ選択ステップと、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信ステップと
を含み、
前記アンテナ選択ステップでは、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
生体信号送信方法。
【請求項９】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置を制御するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、
前記生体信号送信装置は、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと
を備え、
前記プログラムは、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択アンテナ選択ステップと、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信ステップと
をコンピュータに実行させ、
前記アンテナ選択ステップでは、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
プログラム。
【請求項１】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置であって、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択するアンテナ選択部と、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信部と
を備え、
前記アンテナ選択部は、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
生体信号送信装置。
【請求項２】
前記アンテナ選択部は、（ｉ）第１所定時間における、前記第１生体信号の最大振幅および前記第２生体信号の最大振幅のいずれもが第１閾値よりも大きく、かつ（ｉｉ）前記第１所定時間よりも後の第２所定時間における、前記第１生体信号の平均値と前記第２生体信号の平均値との差分の絶対値が第２閾値よりも大きい場合に、平均値が小さいほうの生体信号の算出の基となる電位を計測した電極部に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
請求項１記載の生体信号送信装置。
【請求項３】
前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者の左および右のこめかみ周辺に配置され、前記被験者の眼電位を計測する
請求項１または２に記載の生体信号送信装置。
【請求項４】
前記受信器は、前記被験者が寝ている場所の上方の天井付近に設置される
請求項３記載の生体信号送信装置。
【請求項５】
前記第１計測電極部および前記第２計測電極部は、それぞれ、前記被験者のいずれかの手首の手の平側および手の甲側に設置され、前記被験者の皮膚電位を計測する
請求項１または２に記載の生体信号送信装置。
【請求項６】
前記受信器は、前記第１計測電極部及び前記第２計測電極部が設置された手首と同じ側の腰付近に設置される
請求項５記載の生体信号送信装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体信号送信装置と、
前記受信器と
を備える生体信号送受信システム。
【請求項８】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置による生体信号送信方法であって、
前記生体信号送信装置は、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと
を備え、
前記生体信号送信方法は、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択アンテナ選択ステップと、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信ステップと
を含み、
前記アンテナ選択ステップでは、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
生体信号送信方法。
【請求項９】
被験者の生体信号を計測し、計測した前記生体信号を受信器に送信する生体信号送信装置を制御するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、
前記生体信号送信装置は、
被験者の第１位置に接触して配置され、前記第１位置における前記被験者の電位を計測する第１計測電極部と、
前記第１位置とは異なる前記被験者の第２位置に接触して配置され、前記第２位置における前記被験者の電位を計測する第２計測電極部と、
前記第１位置および前記第２位置とは異なる前記被験者の第３位置に接触して配置され、前記第３位置における前記被験者の電位を計測する基準電極部と、
前記第１計測電極部に近接した位置に配置される第１アンテナと、
前記第２計測電極部に近接した位置に配置される第２アンテナと
を備え、
前記プログラムは、
前記第１計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第１生体信号と、前記第２計測電極部で計測された電位および前記基準電極部で計測された電位の電位差である第２生体信号とに基づいて、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナのいずれか一方を選択アンテナ選択ステップと、
前記第１生体信号および前記第２生体信号を、前記アンテナ選択部が選択したアンテナから前記受信器に対して送信する送信ステップと
をコンピュータに実行させ、
前記アンテナ選択ステップでは、前記第１生体信号および前記第２生体信号のうち時間変動が少ない方の生体信号の算出の基となる電位を計測した、前記第１計測電極部および前記第２計測電極部のいずれか一方に近接したアンテナを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナから選択する
プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−７８５３６（Ｐ２０１３−７８５３６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１２５０（Ｐ２０１１−２２１２５０）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]