JP2008086392A - 生体情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属アレルギーを有する人であっても使用可能であり、経済性に優れた生体情報検出装置を提供する。

【解決手段】 電位差を検出する一対の検出電極１２，１２と、検出電極１２，１２と電気的に接続される第１接続部１８とを備える電極部１６と、第１接続部１８と電気的に接続される第２接続部１９と、検出電極１２，１２により検出された検出結果の処理を行う検出結果処理部１１０とを備える本体部１７とを備え、電極部１６と本体部１７とが互いに着脱可能に連結されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、生体情報検出装置に係り、特に生体各部の電位差を検出する生体情報検出装置に関する。

従来から、例えば筋電位、脈拍、血圧、体温等の生体情報の変化を測定する生体情報検出装置が知られている。この生体情報検出装置は、医療機器としてだけではなく、健康維持や、運動状態を把握するため等の目的で広く利用されている。

このような生体情報検出するものとしては、例えば、生体の筋肉に与えられた電気刺激に対する反応として筋電位を計測する計測手段を設け、生体各所の電位差を検出して、当該計測手段により得られた筋電位を基にして生体情報を取得する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載されているような生体各部の電位差を検出することにより生体情報を得る装置においては、電位差を検出するため一対の金属製の電極が人体の皮膚に接触するように設けられており、各電極の電位差によって筋電位等を検出するようになっている。
特開２０００−２３２号公報

しかしながら、このように金属製の電極が直接人体に接触する装置は、金属アレルギーを有する人にとっては使用上それ相応の注意が必要となり、ユーザに煩わしさを与える要因となっていた。

また、電極部分が劣化すると正確な生体情報を取得することができないが、電極部分は人体の皮膚に直接接触するものであるため、運動時の汗等が付着することにより劣化しやすい。
このため、装置の他の部分には故障等が生じていないにもかかわらず、電極部分のみが劣化したにより装置として機能しなくなり、装置全体を取り替えざるを得ないということがあり、経済性に欠けるとの問題があった。

そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、金属アレルギーを有する人であっても使用可能であり、経済性に優れた生体情報検出装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明における生体情報検出装置（例えば図１、図２等の筋電検出装置１０）は、
互いに着脱可能に連結される電極部（例えば図１、図２、図３及び図５の電極部１６）と本体部（例えば図１、図２、図３及び図５の本体部１７）とを備え、
前記電極部は、電位差を検出する一対の検出電極（例えば図２、図３、図５の検出電極１２）と、前記検出電極と電気的に接続される第１接続部（例えば図３及び図５の第１接続部１８）とを備え、
前記本体部は、前記第１接続部と電気的に接続される第２接続部（例えば図３及び図５の第２接続部１９）と、前記検出電極により検出された検出結果の処理を行う検出結果処理部（例えば図６の検出結果処理部１１０）とを備えていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の生体情報検出装置において、
前記一対の検出電極と前記第１接続部とは基板（例えば図２、図３及び図５の基板１４）上に設けられ、当該基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の生体情報検出装置において、
前記検出電極は、導電性樹脂により形成された樹脂電極であることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の生体情報検出装置において、
前記電極部は、基準電位を検出する基準電極（例えば図２、図３、図５の基準電極１３）を更に備えていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体情報検出装置において、
前記基準電極は、導電性樹脂により形成された樹脂電極であることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体情報検出装置において、
前記電極部には、通気用の切り欠き部（例えば図２（ｂ）、図３、図４の切り欠き部１６１，１６２）が形成されていることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項１に記載の生体情報検出装置において、
前記電極部は前記第１接続部が設けられている側と反対側に第１係止部（例えば図８及び図９の第１係止部３０）を備え、前記本体部は前記第２接続部が設けられている側と反対側に第２係止部（例えば図８及び図９の第２係止部３１）を備え、
前記一対の検出電極による電位差の検出の際、前記電極部と本体部とは、上下に重なり配置されるとともに、前記第１接続部と前記第２接続部とは電気的に接続され、前記第１係止部が前記第２係止部に係止されることにより、前記電極部と本体部とが結合されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、電極部と本体部とが互いに着脱可能であり、電極部に設けられている一対の検出電極により電位差を検出し、電極部と電気的に接続されている本体部で検出電極により検出された検出結果の処理を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、一対の検出電極及び第１接続部が設けられている基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であるため、様々な測定部位の形状や身体の動きに対応可能となっている。

請求項３記載の発明によれば、導電性樹脂により形成された樹脂電極である検出電極により電位差を検出することができる。

請求項４記載の発明によれば、電極部に基準電極をも備え、生体の基準電位を検出することができる。

請求項５記載の発明によれば、導電性樹脂により形成された樹脂電極である基準電極により基準電位を検出することができる。

請求項６記載の発明によれば、電極部に形成された通気用の切り欠き部により身体表面の汗を発散させることができる。

請求項７記載の発明によれば、電位差の検出の際、電極部と本体部とを上下に重なるように配置して、第１接続部と第２接続部とを電気的に接続させるとともに、第１係止部を第２係止部に係止することにより、電極部と本体部とを結合させるので、生体情報検出装置の身体表面に接触する面積を小さくすることができる。

以下、本発明の生体情報検出装置の好適な実施形態について説明するために、生体情報として腕の筋電位を検出して筋肉活動状態を測定する場合を例にとって説明する。

図１は、ユーザが本発明に係る生体情報検出装置としての筋電検出装置１０を装着した様子を示す図である。
筋電検出装置１０で運動時の腕の筋肉の筋電位を測定する場合には、例えば、図１に示すように、いずれか一方の腕の上腕二頭筋に筋電検出装置１０が装着される。また、例えば手首等には、筋電検出装置１０との間でデータ通信が可能な腕時計型の制御装置（図示せず）が装着される。
尚、本実施形態では、筋電検出装置１０を１つ備え腕の筋肉の筋電位を測定する場合を例として説明するが、身体に装着する筋電検出装置１０の数や装着する部位はこれに限定されない。例えば両腕の上腕二頭筋にそれぞれ筋電検出装置１０を装着する構成としてもよいし、足の大腿四頭筋の外側広筋等、他の身体部位に筋電検出装置１０を装着する構成としてもよい。

この装着にあたって、ユーザは、筋電検出装置１０を腕の上腕二頭筋の筋電位を測定可能な腕の表面に貼付してバンド２０等で固定する。尚、バンド２０は筋電検出装置１０と別体でもよいし、筋電検出装置１０（本実施形態において、例えば後述する本体部１７の一端等）に取り付けられ筋電検出装置１０と一体になったものでもよい。
この筋電検出装置１０を装着により、当該筋電検出装置１０に備わる一対の検出電極１２（後述）が、その延在方向を筋繊維Ｍの長さ方向に対して略直交するように配置されることになる（図２（ｂ）参照）。そして、ユーザは、制御装置を操作して筋電位の測定を開始させてから運動を開始する。或いは、ユーザは、運動途中から筋電位の測定を開始させることも可能である。
このような運動を行う場合、腕の筋肉は活動と休止を繰り返すので、その筋肉の活動状態と休止状態とを筋電位により検出すれば、筋肉の活動周期を得ることができる。
［装置構成］

図２（ａ）は筋電検出装置１０を身体に装着した場合の側面図であり、図２（ｂ）は筋電検出装置１０の概略構成を表す説明図である。
図２に示すように、筋電検出装置１０は、電極を備え筋電位を検出する電極部１６と、電極部１６で検出された検出結果の処理等を行う本体部１７とから構成されている。

電極部１６は、基板１４を備えており、基板１４には、互いに平行に配置されて基板１４の一方の面から外部に露出する一対の筋電位検出用の検出電極１２と、一対の検出電極１２により検出された電位に対する基準電位を検出するため、基板１４の一方の面（検出電極１２が外部に露出する面と同一面）から外部に露出する基準電極１３とが設けられている。基板１４は、可撓性を有するフレキシブル基板である。

検出電極１２は、生体の２点間の電位差を検出する電位差検出用の電極であり、前述のようにその延在方向が筋繊維Ｍの長さ方向に対して略直交するように配置されている。基準電極１３は、身体の基準電位を検出する電極であり、一対の検出電極１２の延在方向に直交する方向に配置されている。そして、一対の検出電極１２及び基準電極１３は導電性樹脂により形成されている。
尚、検出電極１２及び基準電極１３の形状、配置等は図示例に限定されない。

図３は、電極部１６と本体部１７との接続を説明する説明図である。
図３に示すように、基板１４の一端には、本体部１７と接続される第１接続部１８が設けられている。第１接続部１８は、一対の検出電極１２及び基準電極１３にそれぞれ対応する３つの端子１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃを備えて構成されており、各端子１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃは互いに接触しないように基板１４の一方の面（検出電極１２及び基準電極１３が外部に露出する面と同一面）から外部に露出している。各端子１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃは、例えば、端子１８１ａと１８１ｃが一対の検出電極１２と接続され、１８１ｂが基準電極１３と接続されるように、基板１４の内部で一対の検出電極１２及び基準電極１３と接続されている。

また、図２及び図３に示すように、基板１４には、検出電極１２を囲むように通気用の切り欠き部１６１が設けられている。切り欠き部１６１を設けることにより電極部１６を軽量化することができるとともに、運動により発汗した場合でもこの切り欠き部１６１から汗を蒸発させて身体表面（皮膚Ｓ）の湿度上昇を抑えることができる。

尚、切り欠き部１６１は、基板１４の検出電極１２及び基準電極１３の設けられていない部分であればどこに設けられていてもよく、切り欠き部１６１の位置、形状、大きさは図示例に限定されない。例えば、図４に示すように、基板１４の検出電極１２と基準電極１３の設けられていない部分に円形の切り欠き部１６２を複数設けるようにしてもよい。

次に本体部１７は、筐体１７１を備えており、筐体１７１内には、検出結果処理部１１０（図６参照）、その他の機能部を構成する各種の電子部品（図示せず）が収納されている。
筐体１７１は、可撓性を有する材料で形成されている。このように本体部１７を構成する筐体１７１、及び電極部１６を構成する基板１４、検出電極１２、基準電極１３を、可撓性を有する材料で形成することにより、図２（ａ）に示すように、筋電検出装置１０を身体表面（皮膚Ｓ）に装着したときに、装着部分のカーブに沿って装置全体が撓み、身体表面（皮膚Ｓ）に密着させることができる。

また、図３に示すように、本体部１７の一端には基板１４の第１接続部１８と接続される第２接続部１９が形成されている。図５は、電極部１６と本体部１７との接続を説明する側面図であり、図５に示すように、第２接続部１９に第１接続部１８が挿入されることにより、第１接続部１８を構成する各端子１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃが第２接続部１９と接触し、電極部１６の一対の検出電極１２及び基準電極１３と本体部１７とが電気的に接続されるようになっている。
［制御構成］

図６は、筋電検出装置１０の制御構成の一例を示すブロック図である。
図６に示すように筋電検出装置１０は、一対の検出電極１２及び基準電極１３を備える電極部１６と、検出結果処理部１１０と、ＣＰＵ１２０と、送受信部１３０と、記憶部１４０とを備える本体部１７と、により構成されている。

このうち検出結果処理部１１０は、前記電極部１６による検出結果について所定の処理を行う機能部であり、前記一対の検出電極１２及び基準電極１３により検出された電位差を低インピーダンス変換して出力するインピーダンス変換器１１２と、このインピーダンス変換器１１２から入力される信号を所定の信号レベルまで増幅して出力する増幅器１１３と、この増幅器１１３から入力される信号のうち所定の周波数範囲の信号を通過させて範囲外の周波数成分を除去するフィルタ１１４と、このフィルタ１１４から入力される信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換器１１５と、で構成されている。

図７は、増幅器１１３の回路構成を表す回路図である。
この図７に示すように、増幅器１１３には、抵抗器１３１とコンデンサ１３２との直列回路が接続されている。この直列回路により、一対の検出電極１２から入力された筋電位を増幅する際の利得を設定する機能と、一対の検出電極１２から入力された筋電位に含まれるノイズを増幅前に除去する高域通過フィルタとしての機能とが実現されている。そして、増幅器１１３は非反転増幅器１４３及び差動増幅器１４４によって構成されている。非反転増幅器１４３は、外付けの抵抗器１３１及びコンデンサ１３２、オペアンプ１３３，１３４、抵抗器１３５，１３６等によって構成されている。差動増幅器１４４は、抵抗器１３７，１３８、１４１，１４２及びオペアンプ１３９によって構成されている。

そして、一対の検出電極１２で検出される２点間の電位変化は数１０μＶ〜数ｍＶで筋電位の周波数帯は２〜１０ＫＨｚである。一般に、生体のインピーダンスは非常に高いので、インピーダンス変換器（例えば電圧フォロー型の回路）１１２でインピーダンス変換を行う。次に、増幅器（例えば作動増幅器）１１３により、電圧を１００倍程度に増幅し、筋電波形を処理できるようにする。この増幅器１１３により増幅された波形には、様々な雑音（ノイズ）が重畳されている。そこで、次段のフィルタ１１４によって、筋電波形として処理する範囲外の周波数成分を除去する。次に、フィルタ１１４から入力される信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換器（例えば１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器）１１５でデジタル信号化する。
なお、ここではフィルタ１１４としてアナログフィルタを使用したが、アナログフィルタの代わりに、デジタルフィルタを用いてもよい。この場合には、デジタルフィルタは、Ａ／Ｄ変換器１１５の後段に設けられる。

ＣＰＵ１２０は、記憶部１４０に記憶されるプログラムやデータ、制御装置から送信されたデータ等に基づいて筋電検出装置１０内の各機能部への指示やデータの転送等を行い、筋電検出装置１０を制御する。また本実施形態を実現するため、ＣＰＵ１２０は、電極部１６の検出電極１２及び基準電極１３により連続的に測定される筋電位（検出結果）について検出結果処理部１１０が処理を行った処理結果に基づいて筋肉の活動状態（生体活動に関する指標データ）を算出し、算出結果を制御装置に送信する筋肉活動検出処理を実行する。
尚、ＣＰＵ１２０によって算出される生体活動に関する指標データとしては、例えば、整流化平均値（ＡＲＶ：Averaged Rectified Value）、ＲＭＳ（Root Mean Square Value）、積分値、平均周波数（ＭＰＦ：Mean Power Frequency）、メジアン周波数（Median Frequency）等が挙げられるが、算出される生体活動に関する指標データはここに例示したものに限定されない。

送受信部１３０は、外部の装置である制御装置との間で無線通信を行うための機能部であり、例えば図示しないアンテナを介して制御装置から送信された信号を復調してＣＰＵ１２０に出力する一方、ＣＰＵ１２０から入力される制御信号を変調し、アンテナを介して制御装置に送信する。本実施形態において、送受信部１３０は、例えば、制御装置から送信される測定開始信号を受信するとともに、制御装置に対して測定結果を送信する。

記憶部１４０は、ＲＯＭやＲＡＭ等のＩＣメモリ、ハードディスク等の情報記憶媒体及びその読取装置等によって実現されるものであり、ＣＰＵ１２０に筋電検出装置１０を制御させるためのプログラム等が記憶されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、筋電位を測定するときには、ユーザは電極部１６の第１接続部１８を本体部１７の第２接続部１９に接続させて、電極部１６と本体部１７とを電気的に接続させる。筋電検出装置１０を装着する際には、筋繊維Ｍが一対の検出電極１２の延在方向に対して略直交となるようにユーザは筋電検出装置１０を配置し、バンド２０等で身体表面（皮膚Ｓ）に固定する。ここで、「略直交となるように配置」とは、筋繊維Ｍに対して完全に直交するように配置することが好ましいが、箇所によっては筋繊維Ｍ自身も湾曲しているために、少なくとも筋電位を検出するうえで精度上問題がない範囲で直交方向から傾けて配置する場合も含むこととする。

この際、一対の検出電極１２及び基準電極１３の接触部が基板１４の一面から露出しているので、これらの接触部１２，１３が肌に対して密着することになる（図２（ａ）参照）。

その後、制御装置から送受信部１３０を介して開始指示が入力されると、ＣＰＵ１２０は、筋電検出装置１０内の各機能部への指示やデータの転送等を行い、筋電検出装置１０を制御する。電極部１６により検出された電位差（検出結果）は、本体部１７の検出結果処理部１１０によりインピーダンス変換、増幅、ノイズ除去、デジタル信号化といった所定の処理が施される。また、ＣＰＵ１２０は、電極部１７により連続的に検出され、検出結果処理部１１０で所定の処理が施された検出結果に基づいて筋肉の活動状態（生体活動に関する指標データ）を算出し、算出結果を制御装置に送信する筋肉活動検出処理を実行する。
制御装置では、筋電検出装置１０から送られた算出結果を図示しない表示部に表示させる等によりユーザに報知する。

以上のように、本実施形態によれば、一対の検出電極１２及び基準電極１３を備える電極部１６と本体部１７とが互いに着脱可能となっているため、汗の影響等により電極部１６が劣化したときは電極部１６のみを交換することができる。これにより、筋電検出装置１０に備えられている電子部品等、電極１２，１３以外の部分を無駄にすることが無く、経済性が向上する。

また、電極部１６の基板１４が可撓性を有するフレキシブル基板であり、本体部１７の筐体１７１が可撓性を有する材料で形成されているため、筋電検出装置１０を身体に装着した際に身体表面（皮膚Ｓ）への密着性が高く、運動中に装着する場合に位置ずれし難いとともに、身体の活動が阻害されない。

また、一対の検出電極１２及び基準電極１３が導電性樹脂により形成されているので、これらの電極１２，１３が金属アレルギーを有する人の肌に接触したとしても、アレルギー症状が発症しないことになる。したがって、金属アレルギーを有する人であっても筋電位を検出することが可能となる。さらに、導電性樹脂は金属等よりも弾性があるため、筋電検出装置１０を身体に装着した際に皮膚への密着性が高く、運動中に装着する場合に位置ずれし難いとともに、身体の活動が阻害されない。

また、筋電検出装置１０を身体に装着したときに、検出電極１２が筋繊維Ｍに対して直交するように配置されているので、２つの電極１２間の電位差を検出することができる。

また、基板１４の検出電極１２及び基準電極１３の配置されていない部分には通気用の切り欠き部１６１が設けられているので、運動時の発汗等により身体表面（皮膚Ｓ）の湿度が高くなった場合でも、切り欠き部から水分を発散させることができ、湿度の影響が電子部品１６に及ぶことを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、電極部１６の基板１４の一端に第１接続部１８を設け、第１接続部１８を本体部１７の第２接続部１９に接続することにより、電極部１６と本体部１７とが並列的に配置される場合（図３、図５等参照）を例として説明したが、電極部１６は、本体部１７と電気的に接続されるとともに、着脱自在な構成となっていればよく、電極部１６と本体部１７とを接続した場合の配置はここに例示したものに限定されない。
例えば、図８及び図９に示すように、電極部１６の基板１４の一端に第１接続部１８を設けるとともに、他端に本体部１７と接続する第１係止部３０を設ける。また、本体部１７の一端に第２接続部１９を設けるとともに、他端に電極部１６の第１係止部３０と接続する第２係止部３１を設ける。そして、一対の検出電極による電位差の検出の際には、第１接続部１８を本体部１７の第２接続部１９に接続することにより電極部１６と本体部１７とを電気的に接続するとともに、第１係止部３０を第２係止部３１に係止することにより、電極部１６と本体部１７とが上下に重なり配置されるように結合してもよい。

電極部と本体部とをこのように上下に重なり配置されるように結合させるので、筋電検出装置１０の身体表面に接触する面積を小さくし、運動時により違和感なく装着でき、運動を阻害しないようにすることができる。

その他、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

本発明の実施形態の生体情報検出装置を腕に装着した状態示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の生体情報検出装置としての筋電検出装置の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す筋電検出装置１０の平面図である。 電極部と本体部との接続を説明する説明図である。 図３に示す電極部の変形例の概略構成を表す正面図である。 図２に示す筋電検出装置の側面図である。 図２の筋電検出装置の制御構成の一例を示す全体回路ブロック図である。 図６の筋電検出装置に備わる増幅器の回路構成を表す回路図である。 図３に示す電極部の変形例の概略構成を表す正面図である。 図８の電極部を本体部に装着した筋電検出装置の側面図である。

符号の説明

１０ 筋電検出装置（生体情報検出装置）
１２ 検出電極
１３ 基準電極
１４ 基板
１６ 電極部
１７ 本体部
１８ 第１接続部
１９ 第２接続部
２０ バンド
３０ 第１係止部
３１ 第２係止部
１１０ 検出結果処理部
１１２ インピーダンス変換器
１１３ 増幅器
１１４ フィルタ
１１５ Ａ／Ｄ変換器
１２０ ＣＰＵ
１３０ 送受信部
１６１ 切り欠き部
１７１ 筐体
Ｍ 筋繊維
Ｓ 皮膚（身体表面）

Claims (7)

1. 互いに着脱可能に連結される電極部と本体部とを備え、
   前記電極部は、電位差を検出する一対の検出電極と、前記検出電極と電気的に接続される第１接続部とを備え、
   前記本体部は、前記第１接続部と電気的に接続される第２接続部と、前記検出電極により検出された検出結果の処理を行う検出結果処理部とを備えていることを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記一対の検出電極と前記第１接続部とは基板上に設けられ、当該基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
3. 前記検出電極は、導電性樹脂により形成された樹脂電極であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体情報検出装置。
4. 前記電極部は、基準電位を検出する基準電極を更に備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体情報検出装置。
5. 前記基準電極は、導電性樹脂により形成された樹脂電極であることを特徴とする請求項４に記載の生体情報検出装置。
6. 前記電極部には、通気用の切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
7. 前記電極部は前記第１接続部が設けられている側と反対側に第１係止部を備え、前記本体部は前記第２接続部が設けられている側と反対側に第２係止部を備え、
   前記一対の検出電極による電位差の検出の際、前記電極部と本体部とは、上下に重なり配置されるとともに、前記第１接続部と前記第２接続部とは電気的に接続され、前記第１係止部が前記第２係止部に係止されることにより、前記電極部と本体部とが結合されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。

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