JP2013043095A - 生体信号測定装置及びその方法、並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号を測定する装置及びその方法を提供する。
【解決手段】生体信号を測定する生体信号測定装置及び該装置を遂行する方法によれば、該生体信号測定装置は、低い接触インピーダンスを有する電極を利用して生体信号を検出し、高い接触インピーダンスを有する電極、即ち、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係の高い電極を利用して電位信号を検出する。検出された電位信号からモーションアーチファクトに比例する信号を獲得し、これを検出された生体信号から除去し、モーションアーチファクトが除去された正確な生体信号を獲得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検者の生体信号（ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ）を測定するための装置及びその方法に係り、特に、被検者の生体信号からモーションアーチファクト（ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）を除去することによって、さらに正確に被検者の生体信号を測定するための装置及びその方法に関する。

患者の健康状態を診断するための多様な医療装備が使用中又は開発中にある。また、健康診断過程での患者の便宜を図り、健康診断結果を迅速に提供できるような、患者の電気的な生体信号を測定する医療装備の重要性が提起されている。

生体信号は、被検者の筋肉細胞や神経細胞から生じる電位形態又は電流形態の信号であり、被検者の身体に付着された電極を介して検出された電気的信号の変化を収集、分析して獲得される。このような生体信号の測定時には、被検者の動きによる雑音（以下、モーションアーチファクトという）が発生するが、このようなモーションアーチファクトは、測定結果の波形を歪曲して生体信号の正確な測定を妨害する。

従って本発明の課題は、生体信号の測定時、被検者の動きによって生体信号に含まれるモーションアーチファクトを除去し、被検者の生体信号を正確に測定できる装置及びその方法を提供することである。また、前記方法をコンピュータで実行するためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することである。

本発明の一側面による生体信号測定装置は、被検者の皮膚と接触した状態で、前記皮膚との間で所定のインピーダンスを有する電気的インターフェーシングを介して、被検者の生体信号を検出する少なくとも一つの第１インターフェースと、被検者の皮膚と接触した状態で、前記皮膚との間で前記所定のインピーダンスより大きいインピーダンスを有する電気的インターフェーシングを介して、前記生体信号と異なる信号を検出する第２インターフェースと、前記検出された生体信号から、前記第１インターフェースと前記皮膚との間のインピーダンス変化によるモーションアーチファクトを除去する信号処理部と、を含むことを特徴とする。

本発明の他の側面による被検者の生体信号測定方法は、被検者の皮膚に接触した少なくとも一つの第１インターフェースを介して検出された生体信号を受信する段階と、被検者の皮膚に接触した少なくとも一つの第２インターフェースを介して検出された電位信号を受信する段階と、前記受信された電位信号を利用し、モーションアーチファクトに比例する信号を獲得する段階と、前記獲得されたモーションアーチファクトに比例する信号を利用し、前記受信された生体信号からモーションアーチファクトを除去する演算を行う段階と、を含み、前記生体信号は、前記第１インターフェースと前記皮膚との間で所定のインピーダンスを有する電気的インターフェーシングを介して検出し、前記電位信号は、前記第２インターフェースと前記皮膚との間で前記所定のインピーダンスより大きいインピーダンスを有する電気的インターフェーシングを介して検出することを特徴とする。

本発明のさらに他の側面によるコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、請求項１３乃至請求項１５のうち、いずれか１項に記載の被検者の生体信号を測定する方法をコンピュータで実行するためのプログラムを記録することを特徴とする。

本発明によれば、生体信号測定時、被検者の動きによって生体信号に含まれるモーションアーチファクトを抽出して除去乃至減少することによって、被検者の生体信号を正確に測定できる。

本発明の一実施形態による生体信号測定装置の構成図である。 本発明の一実施形態による生体信号測定装置の断面図である。 図１の生体信号測定装置のインターフェースを構成する電極の種類による、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係を示したグラフである。 本発明の実施形態による生体測定装置のインターフェースを構成する電極の配置を示す底面図である。 本発明の他の実施形態による生体測定装置のインターフェースを構成する電極の配置を示す底面図である。 図５に示したインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗを構成する電極の突起の形態と、突起状の電極が皮膚の角質層を入り込んでいき、その下の表皮層と電気的接点をなす様子とを図示した断面図である。 （ａ）は、本発明のさらに他の実施形態による生体測定装置のインターフェースを構成する電極の配置を示す底面図であり、 （ｂ）は、（ａ）にその底面を被検者の皮膚に付着させる接着シートを示した図面である。 本発明の一実施形態によって、図１に示した生体信号測定装置を構成する回路の一例を示した図面である。 本発明の一実施形態によって、適応型フィルタが具現された生体信号測定装置のプロセッサの動作を示した図面である。 従来の生体信号測定装置を構成する回路の一例を示した図面である。 （ａ）は、図７（ａ）に示した生体信号測定装置を、Ａ−Ａ’方向に切り取った断面図であり、 （ｂ）は、接着シート、ハイドロゲルから構成される、図７（ｂ）に示した接着シートを、Ｂ−Ｂ’を基準に切り取った断面図である。 本発明の一実施形態による生体信号測定方法のフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の生体信号測定装置１００について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による生体信号測定装置１００の構成図である。図１の生体信号測定装置１００は、インターフェース１２０乃至１５０、モーションアーチファクト抽出部１６０及び生体信号抽出部１７０から構成される。そして、モーションアーチファクト抽出部１６０と生体信号抽出部１７０は、図１の信号処理部１８０を構成する。図１に示した生体信号測定装置１００は、本発明の一実施形態に過ぎず、図１に示した構成要素を基礎として、さまざまな変形が可能であるということを本実施形態が属する技術分野で当業者であるならば、理解できるであろう。

図１に示す生体信号測定装置１００は、被検者１１０の生体信号（ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ）を測定する装置である。生体信号は、身体の筋肉細胞や神経細胞から生じる電位形態又は電流形態の信号であり、生体電位（ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ）又は生体電流（ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）ともいう。以下、説明の便宜のために、生体信号測定装置１００を利用して検出される生体信号は、電位の形態で示されるとして説明する。

図１を参照すれば、生体信号測定装置１００は、被検者１１０の身体に付着されたインターフェース１２０乃至１５０を利用して生体信号を検出する。このとき、被検者１１０の身体に付着されたインターフェース１２０乃至１５０は、被検者１１０の皮膚との接触によって、被検者１１０の皮膚と電気的に連結（以下、電気的にインターフェーシング、とする）され、被検者１１０の生体信号を検出する。即ち、インターフェース１２０乃至１５０は、生体と生体信号を測定する回路との間で電気的信号を授受できるように、生体と電気的に接触する電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を指す。１つのインターフェース１２０乃至１５０は、同じ電位を有する、即ち、電気的に同じノード（ｎｏｄｅ）に該当する少なくとも一つの電極から構成される。１つのインターフェースを構成する一つ以上の電極は、生体信号の正確な検出のために、多様な形態に配列されて被検者１１０の皮膚と接触する。１つのインターフェースを構成する電極の配列形態に関連しては、以下に図４、図５及び図７を参照して説明する。

一般的に、生体信号は、一定距離だけ離れたところに位置したそれぞれ異なる電位値を有する２つのインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０から検出された電位値の差、即ち、電圧を利用して測定される。具体的に生体信号は、被検者１１０の皮膚で、一定距離離れたところに付着された２つのインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０から獲得された電位値を、差動増幅器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を利用して差動増幅し、生体信号に該当する電圧値の波形を獲得することによって測定される。このとき、獲得された生体信号の電圧値の波形は、雑音（ｎｏｉｓｅ）が含まれた値である。

神経細胞又は筋肉細胞で発生する電位又は電流に該当する生体信号は、非常に微細なサイズの電気信号であり、雑音の影響を大きく受ける。特に、生体信号測定装置１００は、身体に付着されたインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極を利用して生体信号を測定するものであるから、生体信号の測定時、付着された電極を介して、身体の動きの影響を受け、雑音が含まれた生体信号が測定される。身体の動きによる雑音を、モーションアーチファクト（ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）といい、このようなモーションアーチファクトは、測定された生体信号の正確性を低下するので、被検者１１０の正確な状態の把握と、疾病の診断及び治療とを困難にする。

具体的には、モーションアーチファクトは、身体の動きの影響を受け、皮膚と電極との接触インピーダンス（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−ｓｋｉｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ、以下、単に、接触インピーダンスという）が変化することによって引き起こされる。即ち、被検者１１０の皮膚に付着されたインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極と皮膚との間に生成された接触インピーダンスが、被検者１１０の動きに影響を受けて変化し、このような接触インピーダンスの変動（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が測定される生体信号に影響を及ぼし、雑音として作用する。モーションアーチファクトは、測定される生体信号の波形を歪曲するので、正確な生体信号の測定のためには、このような身体の動きによるモーションアーチファクトを除去する必要がある。

モーションアーチファクトは、一定のパターンで発生するものではなく、動きによって随時変化し、測定しようとする生体信号と類似した周波数帯域の信号であるから、単純なフィルタリングでは除去されない。従って、生体信号測定装置１００は、生体信号と別個に、モーションアーチファクトを示す信号を測定し、モーションアーチファクトが含まれた生体信号からこれを除去することによって始めて、モーションアーチファクトが除去された生体信号を獲得できる。

モーションアーチファクトは、被検者１１０の動きによって引き起こされた被検者１１０の皮膚と電極との接触インピーダンスの変化、及び電極と電極周辺とで発生する電位の変化が、雑音として作用して発生する。このようなモーションアーチファクトは、モーションアーチファクトと関連度の高い接触インピーダンスの変化を利用して測定する。即ち、動きによる接触インピーダンスの変化を示す信号を測定することによって、生体信号に影響を与えるモーションアーチファクトを測定できる。動きによる接触インピーダンスの変化を示す信号は、被検者の身体に電流（ｉｏ）を流し、これに係わる電位の変化（Δｖ）を、身体に付着された電極を利用して検出し、一定距離離れた電極から検出された電位の変化（Δｖ）を差動増幅することによって測定できる。

数式（１）を参考にすれば、一定の電流（ｉｏ）に起因する電位の変化（Δｖ）は、接触インピーダンスの変化を反映する。従って、モーションアーチファクトは、被検者の皮膚に電流（ｉｏ）を流し、皮膚に付着された電極から検出された電位の変化（Δｖ）を利用して測定する。被検者の皮膚に流す電流（ｉｏ）には、生体信号の周波数帯域と重ならない周波数（ｆｃ）を持たせることによって、測定されるモーションアーチファクトに対する生体信号の影響を減少できる。周波数（ｆｃ）を有する電流（ｉｏ）を流せば、検出される電位の変化（Δｖ）は、周波数（ｆｃ）の交流信号を変調した（以下、「周波数（ｆｃ）に変調された」という）信号になり、周波数（ｆｃ）に変調された信号を検出し、これを復調（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）することにより、本来の信号を獲得できる。

このような電位の変化（Δｖ）（以下、電位信号Δｖ）は、生体信号の測定と別個に、被検者１１０の皮膚に付着された一つ以上の電極から構成されたインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０を利用して検出できる。即ち、生体信号測定装置１００は、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０とは別個のインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０を利用して電位信号Δｖを検出する。

生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極は、ハイドロゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）２７０（後述の図２を参照）を介して、被検者１１０の皮膚と電気的にインターフェーシングする。ハイドロゲル２７０は、電解質成分のゲル（ｇｅｌ）であり、ハイドロゲルを介して、電極と皮膚とが接触する場合、伝導性金属からなる電極が皮膚と直接接触することと比較して、電極と皮膚との間の電気的抵抗である接触インピーダンスを低くする。即ち、ハイドロゲルを利用すれば、電極と皮膚との接触インピーダンスを相対的に低くし、微細なサイズの生体信号に対する接触インピーダンスの影響を減少するので、生体信号測定に有利である。即ち、被検者１１０の動きによって接触インピーダンスが変わっても、接触インピーダンスの平均値が小さいならば、生体信号に及ぼす影響が少なくなり、検出される生体信号は、相対的に、モーションアーチファクトの影響をさらに受けにくくなる。即ち、生体信号を検出するのに適切な信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を有することができる。従って、ハイドロゲルを利用して生体信号を検出する場合、生体信号に対するモーションアーチファクトの影響が減り、相対的に、均一（ｕｎｉｆｏｒｍ）且つ安定な生体信号を得ることができる。

電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極は、ハイドロゲルを介さずに、電極が皮膚と直接接触して信号を検出する。従って、ハイドロゲルを介して、電気的インターフェーシングを行うインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極と比較して、ハイドロゲルを介さずに皮膚に直接接触するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極は、高い接触インピーダンスを有することになる。

即ち、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０と、電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０は、異なる状態の電気的インターフェーシングを行い、異なる電気的条件を有し、これは、電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０が、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０と比較して、高いインピーダンスを有することになる。

図２は、本発明の一実施形態による生体信号測定装置１００の断面図である。図２を参照すれば、電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極２３１，２３２，２５１，２５２は、接着シート２１０の孔を介して、被検者１１０の皮膚と直接接触する一方、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極２２１，２２２，２４１，２４２は、被検者１１０の皮膚と直接接触せずに、ハイドロゲル２７０を介して、被検者１１０の皮膚と連結されている。ハイドロゲル２７０は、前述のように、電解質成分のゲル（ｇｅｌ）であり、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極２２１，２２２，２４１，２４２と、被検者１１０の皮膚とを電気的にインターフェーシングする役割を行う。

このように、伝導性金属の電極が、ハイドロゲルを介して皮膚と電気的にインターフェーシングされる形態の電極は、湿式（ｗｅｔ−ｔｙｐｅ）電極といい、伝導性金属の電極が、被検者１１０の皮膚に直接接触して電気的にインターフェーシングされる形態の電極は、乾燥式（ｄｒｙ−ｔｙｐｅ）電極という。一般的には、湿式電極は、銀（Ａｇ）からなる平板を塩化銀（Ａｇｃｌ）でコーティングしたものであり、乾燥式電極は、金（Ａｕ）からなる平板からなっている。ただし、これに限定されるものではない。

電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０は、接触インピーダンスの高い乾式電極を利用するが、乾式電極は、湿式電極と比較して、接触インピーダンスの変化と、モーションアーチファクトとの相関関係（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が高い。従って、電位信号Δｖの検出に乾式電極を利用することによって、モーションアーチファクトが除去された、さらに正確な生体信号の測定が可能である。

図３は、乾式電極と湿式電極との電極の種類による、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係を示したグラフである。相関関係は、２つの変数間の関連した程度を示す。即ち、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係は、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとが関連している程度を示す。相関関係が大きいということは、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの関連した程度が大きいということであり、被検者身体との接触による電極でのインピーダンス変化が、生体信号測定時に、生体信号に含まれるモーションアーチファクトをさらに反映するというのである。

図３のグラフのｘ軸は、電極の種類を示すものであり、湿式電極と乾式電極とをそれぞれ示し、ｙ軸は、電極インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係を、相関係数（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で示したものである。相関係数は、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係の程度を数量的に示した値であり、−１から＋１までの値を有する。相関係数の絶対値が大きいほど、相関関係が高く、相関係数の値が０であるときは、少しも関係がないということを示す。

符号３３０は、乾式電極の平均相関係数値を示したものであり、符号３１０は、湿式電極の平均相関係数の値を示したものである。また、符号３４０は、乾式電極の平均的な相関係数の値３３０に係わる標準偏差の範囲を示したものであり、符号３２０は、湿式電極の平均的な相関係数の値３１０に係る標準偏差の範囲を示したものである。

図３のグラフによれば、乾式電極の平均相関係数値３３０は、湿式電極の平均相関係数の値３１０と比較し、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関係数の値が大きい。それぞれの標準偏差値３２０，３４０を考慮しても、乾式電極のインピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関係数の絶対値が、湿式電極のインピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関係数の絶対値より大きいことが分かる。即ち、乾式電極を利用し、電位信号Δｖを検出してモーションアーチファクトを測定する場合、インピーダンス変化がモーションアーチファクトを良く反映し、より正確なモーションアーチファクトの測定が可能になる。乾式電極のモーションアーチファクトに係わる相関関係が相対的に高いということは、ハイドロゲルを介して皮膚と接触する湿式電極と比較し、直接皮膚に接触する乾式電極の接触インピーダンスが、相対的に高いからであり、動きによる接触インピーダンスの変化値が、湿式電極を利用して測定するときよりも、乾式電極を利用して測定するときに、より大きく示されるからである。従って、モーションアーチファクトとの相関関係の高い乾式電極を利用し、電位信号Δｖを測定することによって、モーションアーチファクトが除去された、より正確な生体信号検出が可能である。

従って、生体信号測定装置１００は、生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極は、低い接触インピーダンスを有する湿式電極を使用し、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極は、モーションアーチファクトとの相関関係が相対的に高い乾式電極を使用して測定する。

また、モーションアーチファクトが除去された正確な生体信号を測定するために、インターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極を介して測定されるモーションアーチファクトは、生体信号に含まれたモーションアーチファクトと同じ形態でなければならない。従って、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極から臨界距離内に位置する。即ち、モーションアーチファクトは、動きによる接触インピーダンスの変化によって生じるものであり、生体信号に含まれたモーションアーチファクトと同じ形状（ｓｈａｐｅ）のモーションアーチファクトを検出するためには、電位信号Δｖを検出する電極での接触インピーダンスの変化が、生体信号を検出する電極での接触インピーダンスの変化と同じ形状でなければならない。
従って、臨界距離は、被検者１１０の動きによる接触インピーダンスの変化が、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極と、電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極とにおいて、実質的に同一の形状を呈するほどの短い距離である。図２を参照すれば、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極２３１，２３２，２５１，２５２と、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極２２１，２２２，２４１，２４２は、臨界距離内に位置する。

上述の、生体信号を測定するインターフェースの電極と電位信号Δｖを測定するインターフェースの電極の具体的な構成については、図２を参照して説明する。図２の断面図は、接着シート（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｈｅｅｔ）２１０、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０の電極２２１，２２２，２４１，２４２、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０の電極２３１，２３２，２５１，２５２、基準インターフェースＥ３ｗ ２６０、ハイドロゲル２７０、絶縁層２８０を示す。

接着シート２１０は、両面に接着物質が塗布されている絶縁体物質から構成されたシートであり、生体信号測定装置１００と皮膚が接触した状態を維持する。即ち、生体信号測定装置１００は、接着シート２１０を介して皮膚に接触し、接着シート２１０の接着物質を介して、接触した状態が維持される。生体信号測定装置１００と、被検者１１０の皮膚との電気的な連結のために、生体信号測定装置１００が、皮膚と電気的に接触する部分の接着シート２１０には、孔があいている。即ち、生体信号測定装置１００は、インターフェース１２０乃至１５０を介して、被検者１１０の皮膚と電気的にインターフェーシングされて生体信号を検出するので、生体信号測定装置１００が、皮膚と電気的に接触する部分、即ち、接着シート２１０に孔があいている箇所は、インターフェース１２０乃至１５０を構成する電極２２１，２２２，２３１，２３２，２４１，２４２，２５１，２５２が位置する箇所である。

電極２２１，２２２，２４１，２４２は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０を構成する電極であり、前述のように、生体信号に及ぼすモーションアーチファクトの影響を減らすために、相対的に低い接触インピーダンスを有する電極を使用する。電極２３１，２３２，２５１，２５２は、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄ １３０，１５０を構成する電極であり、前述のように、生体信号の測定時、インピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係がより高い電極を使用する。図２の断面図に示したように、生体信号を測定する電極２２１，２２２，２４１，２４２は、ハイドロゲル２７０を介して、被検者の皮膚と電気的インターフェーシングを行う湿式電極であり、他方、電位信号Δｖを測定する電極２３１，２３２，２５１，２５２は、乾式電極である。

生体信号測定装置１００は、一定距離離れたところに位置した２つのインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０で測定された電位値の差を利用して生体信号を測定するので、インターフェースＥ１ｗ １２０を構成する電極２２１，２２２と、インターフェースＥ２ｗ １４０を構成する電極２４１，２４２は、生体信号の電圧を測定するために、一定距離離れたところに位置する。
生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ １２０で発生するモーションアーチファクトを測定するためのインターフェースＥ１ｄ １３０の電極２３１，２３２は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ １２０の電極２２１，２２２と同じ形状のモーションアーチファクトを有するように、臨界距離内に交互に配置されている。同様に、インターフェースＥ２ｗ １４０で発生するモーションアーチファクトを測定するインターフェースＥ２ｄ １５０の電極２５１，２５２は、生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗ １４０の電極２４１，２４２と同じ形状のモーションアーチファクトを有するように、臨界距離内に交互に配置されている。

以上のように、１つのインターフェースを複数の電極から構成すれば、生体信号を測定する電極と電位信号Δｖを測定する電極とを交互に配置できるので、平均して同じ形状のモーションアーチファクトを獲得できるだけではなく、同じ面積を有する１つの大きい電極と比較するとき、生体信号の測定時、皮膚と密着した状態をより容易に維持できる。

基準インターフェースＥ３ｗ ２６０は、生体信号の測定時、基準になる電位を測定するためのものであり、少なくとも一つの電極から構成される。基準インターフェースＥ３ｗ ２６０を構成する一つ以上の電極は、生体信号を測定する電極と同じ構造を有する。基準インターフェースＥ３ｗ ２６０は、基準になる電位を測定するために、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ １２０，１４０と一定距離離れたところに位置する。図２の断面図において、基準インターフェースＥ３ｗ ２６０の位置は、一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。

絶縁層２８０は、絶縁物質からなる基板の形状を有し、隣接した電極が電気的に連結されて電流が流れることを防止する。生体信号測定装置１００の内部において、電極とハイドロゲル２７０とが位置する領域を除外した残りの領域は全部絶縁層２８０からなっている。生体信号測定装置１００の一実施形態によれば、湿式電極と湿式電極に密着するハイドロゲル２７０とが位置する領域は凹状に構成され、ハイドロゲル２７０と乾式電極とが電気的に連結されることを防止する。
乾式電極と湿式電極とは基板上に交互に配置されており、絶縁層２８０の断面は図２の場合、凹凸状の構造になっている。図２に示したような凹凸状の構造は、一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、図１１（ａ）に示した生体信号測定装置１００の断面図のように、絶縁層の断面が平らな形状であることも可能である。

上述したように、図２の断面図は、接触シート、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗの電極、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄの電極、基準インターフェースの電極、ハイドロゲル２７０を示す。しかし、生体測定装置１００の接触部材の形態、電極の種類、電極の配列形態は、図２に提示された図面に限定されるものではなく、実施形態によっては、多様な形態に配列される。

図４、図５及び図７（ａ）は各々、本発明の実施形態による生体測定装置１００のインターフェースを構成する電極の配置を示す底面図である。

図４の底面図は、接着シート４１０、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗの電極４２１乃至４２８、生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗの電極４４１乃至４４８、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極４３１乃至４３８、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ２ｄの電極４５１乃至４５８、基準インターフェースＥ３ｗの電極４６０を示す。

図２で説明した通り、生体信号を測定する２つのインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗは、一定距離離れたところで、生体信号の電位値を測定する。電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極４３１乃至４３８は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗの電極４２１乃至４２８と、臨界距離内に交互に配置される。１つのインターフェースを電気的に同じ複数の電極から構成し、インターフェースＥ１ｗの電極４２１乃至４２８と、インターフェースＥ１ｄの電極４３１乃至４３８とを交互に配置することによって、生体信号を測定する電極４２１乃至４２８と、電位信号Δｖを測定する電極４３１乃至４３８とに、平均して同じ形態のモーションアーチファクトが入力される。これと同様に、インターフェースＥ２ｗの電極４４１乃至４４８と、インターフェースＥ２ｄの電極４５１乃至４５８とを、臨界距離内に交互に配置する。

生体信号の基準になる電位を測定する基準インターフェースＥ３ｗ ４６０の電極は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗの影響を受けないように、一定距離離れて位置する。生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗの電極４２１乃至４２８，４４１乃至４４８，４６０は、ハイドロゲルを介して皮膚と接触する湿式電極であり、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄの電極４３１乃至４３８，４５１乃至４５８は、皮膚と直接接触する乾式電極である。

図４の底面図を参照すれば、それぞれの電極が位置する領域には、接着シート４１０に孔があいており、これを除外した残りは、絶縁体物質を接着シート４１０が被覆する領域である。図２に示した断面図と同じように、湿式電極の領域と乾式電極領域との間は、絶縁物質からなる絶縁層によって分離されており、湿式電極と乾式電極との電気的インターフェーシング（電気的連結、電気的接触）を防止する。

図５の底面図も、図４と同様に、接着シート５１０、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗの電極５２１乃至５２８、生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗの電極５４１乃至５４８、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極５３１乃至５３８、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ２ｄの電極５５１乃至５５８、基準インターフェースＥ３ｗの電極５６１乃至５６４を示す。

図５に示す場合、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗと、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄと、は、各々、図４のＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ１ｄ，Ｅ２ｄと同様に配置される。ただし、図４とは異なり、図５の生体信号の基準電位を測定する基準インターフェースＥ３ｗは、同じ電位を有する一つ以上（本図では４つ）の電極５６１乃至５６４から構成されている。これは、基準インターフェースＥ３ｗが複数個の電極から構成される一実施形態であり、必ずしもこれに限定されない。

図４の電極と異なり、図５の生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，生体信号の基準電位を測定する基準インターフェースＥ３ｗの電極、５２１乃至５２８，５４１乃至５４８，５６１乃至５６４は、ハイドロゲルを介して皮膚と電気的にインターフェーシングされる湿式電極ではなく、モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄの電極と同じ導電性物質から構成された電極である。皮膚と低い接触インピーダンスを維持するハイドロゲルを介することなく生体信号に対するモーションアーチファクトの影響を低減できるように、インターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗの電極５２１乃至５２８，５４１乃至５４８，５６１乃至５６４は、尖った突起状の形状を有する。インターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗの電極５２１乃至５２８，５４１乃至５４８，５６１乃至５６４が備える尖った突起が皮膚の角質層に入り込んでいき、その下の表皮層と電気的接点をなし、同じ導電性物質から構成されたインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄの電極に比べ、低い接触インピーダンスを有する。
次に図６を参照すると、インターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗを構成する電極の底面図と断面図であって、インターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗを構成する電極の突起の形状と、該突起状の電極が皮膚の角質層に入り込んでいき、その下の表皮層と電気的接点をなす様子とを示す。

図７（ａ）の底面図も、図４と同様に、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗの電極７２０、生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗの電極７４０、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極７３１乃至７３４、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ２ｄの電極７５１乃至７５４、基準インターフェースＥ３ｗの電極７６０を示す。

図４、図５とは異なり、図７（ａ）の場合、生体信号を測定する２つのインターフェースＥ１ｗ ７２０，Ｅ２ｗ ７４０は、それぞれ１つの電極から構成される。インターフェースＥ１ｗ ７２０，Ｅ２ｗ ７４０は、一定距離離れたところで生体信号の電位値を測定する。電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ ７３０の電極７３１乃至７３４と、Ｅ２ｄ ７５０の電極７５１乃至７５４とは、それぞれ、生体信号を測定する電極Ｅ１ｗ ７２０，Ｅ２ｗ ７４０の周囲を取り囲んで配置されている。生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ ７２０を取り囲んでいる電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極７３１乃至７３４は、それぞれ臨界距離内に配置され、両インターフェースに平均して、同じ形状のモーションアーチファクトが入力される。生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗ ７４０と、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ２ｄの電極７５１乃至７５４とについても同様である。図７（ａ）の基準インターフェースＥ３ｗ ７６０の電極は、図４の基準インターフェースＥ３ｗ ４６０と同様に、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ ７２０，Ｅ２ｗ ７４０の影響を受けないように、インターフェースＥ１ｗ ７２０，Ｅ２ｗ ７４０から一定距離離れて位置する。

生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗ，Ｅ３ｗの電極７２０，７４０，７６０は、
（ｉ）図４の場合と同様に、ハイドロゲルを介して皮膚と接触する湿式電極から構成されるか、あるいは、
（ｉｉ）図５の場合と同様にハイドロゲルを介することなく、尖った突起を備え、該突起が皮膚の角質層に入り込んでいき、その下の表皮層と電気的接点をなす電極から構成される。
いずれの場合でも、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ，Ｅ２ｄの電極７３１乃至７３４，７５１乃至７５４は、皮膚と直接接触する乾式電極である。

図７（ｂ）は、図７（ａ）における生体信号を測定するインターフェースの電極が上記（ｉ）の場合であって、生体信号測定装置１００の生体信号を測定する各インターフェースを被検者１１０の皮膚に付着させ該付着状態を維持する接着シート７１０と、を示した図面である。接着シート７１０において、図７（ａ）のそれぞれの電極が位置する領域には、孔があいており、接着シート７１０のあいた孔を介して、生体信号測定装置１００の電極が皮膚と接触する。

再び図１に戻り、モーションアーチファクト抽出部１６０は、インターフェースＥ１ｄ １３０，Ｅ２ｄ １５０から電位信号Δｖを入力され、モーションアーチファクトに比例する信号を抽出する。前述のように、電位信号Δｖは、インターフェースＥ１ｄ １３０とＥ２ｄ １５０に各々、或る一定の電流（ｉｏ）を流し、これに係わる電位の変化を獲得することによって測定できる。インターフェースＥ１ｄ １３０，Ｅ２ｄ １５０から検出された電位信号Δｖを利用し、モーションアーチファクトに比例する信号を抽出するモーションアーチファクト抽出部１６０の具体的な動作は、次に図８の回路図を参照して説明する。

図８は、本発明の一実施形態によって、図１に示した生体信号測定装置１００を構成する回路の一例を示した図面である。図８の生体信号測定装置１００は、インターフェースＥ１ｗ ８２１，Ｅ２ｗ ８２２及びＥ３ｗ ８２３，Ｅ１ｄ ８３１及びＥ２ｄ ８３２を介して、被検者１１０の皮膚８１０と接触する。図８の生体信号測定装置１００は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ ８２１，Ｅ２ｗ ８２２及びＥ３ｗ ８２３、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ ８３１及びＥ２ｄ ８３２、バイアス（ｂｉａｓ）電流源８４１乃至８４２、差動増幅器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）８５０乃至８６０、復調器（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）８７０、及び、プロセッサ８８０から構成される。

図８を参照すれば、モーションアーチファクト抽出部１６０は、バイアス電流源８４１乃至８４２、差動増幅器８６０、復調器８７０から構成される。モーションアーチファクト抽出部１６０は、外部バイアス電流源８４１乃至８４２を利用し、生体信号の周波数帯域と重ならない周波数（ｆｃ）に変調された一定の電流（ｉｏ）を、電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄ ８３１及びＥ２ｄ ８３２に印加する。これにより、インターフェースＥ１ｄ ８３１，Ｅ２ｄ ８３２から検出される電位信号Δｖは、印加された電流（ｉｏ）に依存すると共に、周波数（ｆｃ）に変調される。このとき、インターフェースＥ１ｄ ８３１，Ｅ２ｄ ８３２から検出される電位信号Δｖは、その振幅が非常に小さいので、増幅が必要である。従って、モーションアーチファクト抽出部１６０は、インターフェースＥ１ｄ ８３１，Ｅ２ｄ ８３２から獲得された電位値を、差動増幅器８６０を利用して差動増幅し、復調器８７０を利用して前記増幅された信号を本来の信号に復調し、モーションアーチファクトに比例する信号を抽出する。モーションアーチファクト抽出部１６０は、このように増幅されたアナログ形態の信号を、デジタル形態の信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、変換されたデジタル形態の信号に対する演算を行う演算器（ｏｐｅｒａｔｏｒ）とをさらに含んでもよい。

モーションアーチファクト抽出部１６０は、前記のような過程を経て抽出された信号を、生体信号抽出部１７０に出力する。

図１の生体信号抽出部１７０は、インターフェースＥ１ｗ １２０，Ｅ２ｗ １４０から獲得された信号を利用し、モーションアーチファクトが含まれた生体信号を抽出し、これからモーションアーチファクトを除去することによって、被検者１１０の実際生体信号を検出する。モーションアーチファクト抽出部１６０で抽出された信号は、インターフェースＥ１ｗ １２０，Ｅ２ｗ １４０から獲得された生体信号のモーションアーチファクトに比例するために、生体信号抽出部１７０は、モーションアーチファクト抽出部１６０によって抽出された信号を利用し、モーションアーチファクトを除去できる。インターフェースＥ１ｗ １２０，Ｅ２ｗ １４０で獲得された生体信号のモーションアーチファクトを除去する生体信号抽出部１７０の具体的な動作は、図８の回路図を参照して説明する。

図８を参照すれば、生体信号抽出部１７０は、差動増幅器８５０と、プロセッサ８８０とから構成される。生体信号抽出部１７０の差動増幅器８５０は、生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗ ８２１，Ｅ２ｗ ８２２を介して測定された電位値を入力され、これを差動増幅し、モーションアーチファクトが含まれた生体信号を出力する。生体信号抽出部１７０は、インターフェースＥ１ｗ ８２１，Ｅ２ｗ ８２２を介して測定された信号が、増幅過程で、低周波雑音の影響を受けて歪曲されることを避けるために、増幅する前に、高い周波数の信号に変調した後でこれを増幅し、増幅された信号を、復調器を利用して本来の信号に復調する方法を利用できる。測定された信号を変調する際の周波数は、電位信号Δｖの周波数帯域と重ならないようにするために、モーションアーチファクト抽出部１６０のバイアス電流源８４１乃至８４２の出力する一定電流（ｉｏ）の周波数（ｆｃ）と異なる周波数帯域を利用する。

生体信号抽出部１７０のプロセッサ８８０は、差動増幅器８５０から出力されたモーションアーチファクトが含まれた生体信号と、モーションアーチファクト抽出部１６０から出力されたモーションアーチファクトに比例する信号とを受信し、生体信号からモーションアーチファクトを除去する過程を処理する。即ち、プロセッサ８８０は、モーションアーチファクトが含まれた生体信号からモーションアーチファクトを除去するのに必要な演算を行う。

このとき、生体信号抽出部１７０のプロセッサ８８０は、モーションアーチファクトを効果的に除去するために、適応型フィルタ（ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）をさらに含むことができる。適応型フィルタは、フィルタにフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）された値によって、フィルタ係数（ｆｉｌｔｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）を調整できるデジタル・フィルタであり、一定のパターンのないランダムな雑音に対して、入力信号、環境、結果信号の特性を考慮し、フィルタ係数を調整することによって、実際変化する雑音を推定して雑音を除去する。
即ち、適応型フィルタは、モーションアーチファクト抽出部１６０によって抽出されたモーションアーチファクトに比例する信号と、フィードバックされたモーションアーチファクトが除去された生体信号を入力としてフィルタ係数を調整し、このように、調整されたフィルタ係数を利用し、モーションアーチファクトに比例する信号をフィルタリングすることによって、実際モーションアーチファクトに近接したモーションアーチファクト信号を予測して出力する。プロセッサ１７０は、適応型フィルタから出力されたモーションアーチファクト信号を入力され、増幅された生体信号からこれを除去し、モーションアーチファクトが除去された、実際の生体信号を獲得する。

図９は、本発明の一実施形態によって、適応型フィルタ９００が具現された生体信号測定装置１００のプロセッサ８８０の動作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を示した図面である。図９に示したように、プロセッサ８８０は、適応型フィルタ９００と演算器（ｏｐｅｒａｔｏｒ）９１０とから構成される。

生体信号測定装置１００のプロセッサ８８０は、モーションアーチファクト抽出部１６０から出力されたモーションアーチファクトに比例する信号９２０と、増幅器８５０から出力されたモーションアーチファクトを含む生体信号９３０とを入力される。適応型フィルタ９００は、モーションアーチファクトに比例する信号９２０と、モーションアーチファクトが除去された信号９５０がフィードバックされた信号とを入力され、適応型フィルタ９００のフィルタ係数を調整する。適応型フィルタ９００は、このように調整されたフィルタ係数を利用し、入力されたモーションアーチファクトに比例する信号９２０をフィルタリングすることによって、実際モーションアーチファクトに近似したモーションアーチファクト信号９４０を予測して出力する。
演算器９１０は、増幅器８５０からモーションアーチファクトが含まれた生体信号９３０と、実際モーションアーチファクトに近似したモーションアーチファクト信号９４０とを入力され、増幅器８５０からモーションアーチファクトが含まれた生体信号９３０から、実際モーションアーチファクトに近似したモーションアーチファクト信号９４０を除去する演算を行う。このような演算の結果として、演算器９１０は、モーションアーチファクトが除去された信号９５０を出力する。生体信号抽出部１７０のプロセッサ８８０は、このような過程を経て、モーションアーチファクトが除去された実際生体信号を獲得する。

このようにして測定された生体信号は、身体の状態をモニタし、多種の疾病を診断し、又は、多種の疾病を治療するのに使われる。例えば、生体信号測定装置１００は、被検者１１０の身体に付着されたインターフェース１２０乃至１５０を介して、生体信号の１つの心電図（ＥＣＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）データを測定する。被検者の心臓が心拍（ｈｅａｒｔｂｅａｔ）によって弛緩及び収縮を反復すると、被検者の皮膚には、非常に小さい電位変化が発生するが、このような電気的活動（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ）をグラフ状に示したものを心電図という。専門家は、生体信号測定装置１００によって測定された心電図データを受信すると、心筋梗塞や不整脈のような心臓疾患を診断、治療し、被検者の心臓の電気的活動をモニタリングし、心臓疾患による事故を予防できる。このような疾病の診断と治療とのためには、測定された生体信号の高い信頼性が要求される。従って、実際のモーションアーチファクトに最大限類似したモーションアーチファクトを測定し、これを除去して正確な生体信号を獲得することが重要である。

従来の生体信号を測定する装置では、生体信号と電位信号Δｖとを測定する電極を、電極の種類によるインピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係を考慮せずに、同じ電極を利用したり、あるいは同じ構造の電極を利用して測定していたので、正確な生体信号の測定が行われなかった。
図１０は、従来の生体信号測定装置を構成する回路１０００の一例を示した図面である。図８にその回路の一例を示した本発明の一実施形態による生体信号測定装置１００とは異なり、図１０にその回路１０００の一例を示した生体信号測定装置は、生体信号と電位信号Δｖとを同じ電極１０２０，１０３０を利用して測定する。従来の生体信号測定装置１０００は、生体信号と電位信号Δｖとを測定する電極として、ハイドロゲルを介して皮膚に接触する湿式電極を主に使用した。このように、ハイドロゲルを利用して生体信号を測定すると、電極と皮膚との低い接触インピーダンスによって、モーションアーチファクトが生体信号に及ぼす影響が減り、乾式電極を利用したものと比較し、相対的に均一であって安定した生体信号を獲得できる。

しかし、生体信号を測定する電極と同じ電極を利用して電位信号Δｖを測定する場合、又は同じ種類の電極、即ち、ハイドロゲルを介して皮膚と接触する湿式電極を利用して電位信号Δｖを測定する場合、電極と皮膚との接触インピーダンスが低く、モーションアーチファクトの影響を正確に測定し難いので、測定された生体信号からモーションアーチファクトが、正しく除去されない。例えば、生体信号測定装置を利用して前記のような心電図波形をモニタリングする場合、モーションアーチファクトの影響で生体信号が歪曲されると、正確な心臓の状態を判断し難く、患者の生命が危険になる状況が発生しうる。従って、実際モーションアーチファクトの影響を最大限反映した、正確な生体信号の測定が重要である。本発明の生体信号測定装置１００を利用して生体信号を測定する場合、電極の種類によるインピーダンス変化とモーションアーチファクトとの相関関係を考慮したインターフェースを利用し、正確な生体信号の測定が可能である。

図１１（ａ）は、図７（ａ）に示した生体信号測定装置１００をＡ−Ａ’方向に切り取った断面図である。図１１（ａ）は、絶縁層１１１０、モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極１１２１乃至１１２４、生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３、集積回路１１４０、伝導性配線１１５０、及び、各種受動素子１１６０を示す。

絶縁層１１１０は、図２に示した絶縁層２８０と同様に、生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３と、モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極１１２１乃至１１２４との電気的インターフェーシングを防止する。また、絶縁層１１１０は、生体信号測定回路１００を構成する集積回路１１４０と、伝導性配線１１５０との電気的結合や干渉の発生を防止する。

モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極１１２１，１１２２は、インターフェースＥ１ｄを構成する電極と同じ電位を有し、生体信号を測定する電極１１３１と臨界距離内に近接して位置しており、平均して同じ形状のモーションアーチファクトを有する。これと同様に、電極１１２３，１１２４は、インターフェースＥ２ｄを構成する電極であり、生体信号を測定する電極１１３３に入力されるモーションアーチファクトと、平均して同じ形状のモーションアーチファクトを有する。モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極１１２１乃至１１２４は、ハイドロゲルなしに被検者の皮膚１１１０に直接接触する乾式電極である。乾式電極の平板は、伝導性の良好な金属から構成されて、主に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）などの金属が利用される。ただし、これに限定されるものではない。

生体信号を測定する電極１１３１，１１３３は、それぞれインターフェースＥ１ｗ，Ｅ２ｗに該当する電極であり、一定距離離れて位置し、それら電極１１３１，１１３３で測定された電位値を差動増幅した値が生体信号となる。図１１（ａ）に示した生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３は、ハイドロゲルを介して皮膚と接触する湿式電極である。これは、本発明による一実施形態に過ぎず、生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３は、ハイドロゲルを介することなく、尖った突起を備え、該突起が皮膚の角質層に入り込んでいき、その下の表皮層と電気的接点をなす電極から構成されてもよい。一般的に、生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３は、金属からなる平板に伝導性の良好な物質でコーティングされたものであり、一般的に、銀（Ａｇ）からなる平板を塩化銀（Ａｇｃｌ）でコーティングしたものである。ただし、これに限定されるものではない。

集積回路１１４０は、デジタル回路又はアナログ回路が具現された特定用途の半導体チップをいう。図８に示した差動増幅器８５０，８６０、復調器８７０、プロセッサ８８０などが集積回路１１４０に位置しうる。図１に示した生体信号測定装置１００のモーションアーチファクト抽出部１６０、生体信号抽出部１７０は、集積回路１１４０、伝導性配線１１５０、各種受動素子１１６０を利用して具現される。

図１１（ｂ）は、図７（ｂ）に示した接着シート７１０（ここでは接着シート１１７０とする）を、Ｂ−Ｂ’を基準に切り取った断面図であり、この場合、ハイドロゲル１１８０は接着シート１１７０に付着されている。
接着シート１１７０は、図２に示した接着シート２１０と同様に、両面が接着物質で塗布されている絶縁体物質から構成されたシートであり、生体信号測定装置１００と皮膚が接触した状態を維持する。図１１（ｂ）から分かるように、電位信号Δｖを測定する電極１１２１乃至１１２４が位置する領域には、接着シート２１０に孔があけられており、電位信号Δｖを測定する電極１１２１乃至１１２４が直接皮膚に接触する。生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３が湿式電極である場合、ハイドロゲルを介して皮膚と接触するので、生体信号を測定する電極１１３１乃至１１３３が位置する領域は、ハイドロゲル１１８０で充填されている。
このように、図２の場合と異なり、インターフェースを構成する電極１１３１乃至１１３３、及び１１２１乃至１１２４は、生体信号測定装置１００の下面に突出して設けられ、かつハイドロゲル１１８０は接着シート１１７０に付着され、生体信号測定装置１００を完成する。

図１２は、本発明の一実施形態による図１に示した生体信号測定方法のフローチャートである。図１２に示した実施形態による生体信号測定方法は、図１に示した生体信号測定装置１００で、時系列的に処理される段階から構成される。従って、以下で省略された内容であっても、図１に示した生体信号測定装置１００について、以上で記述された内容は、図１２に示した生体信号測定方法にも適用される。

１２０１段階で、生体信号測定装置１００は、被検者１１０の皮膚に接触したインターフェースＥ１ｄ １３０，Ｅ２ｄ １５０を介して、生体信号の周波数帯域と重ならない周波数（ｆｃ）を有する電流（ｉｏ）を印加する。
１２０２段階で、生体信号測定装置１００は、１２０１段階で印加された電流（ｉｏ）に起因する、周波数（ｆｃ）に変調された電位信号Δｖを、被検者の皮膚と電気的インターフェーシングし、所定のインピーダンスを有するインターフェースＥ１ｄ １３０，Ｅ２ｄ １５０を介して検出し、生体信号の電位値を被検者の皮膚と電気的インターフェーシングし、前記所定のインピーダンスより低いインピーダンスを有するインターフェースＥ１ｗ １２０，Ｅ２ｗ １４０を介して検出する。
１２０３段階で、生体信号測定装置１００のモーションアーチファクト抽出部１６０は、１２０２段階で検出された電位信号Δｖの電位値を差動増幅する。
１２０４段階で、モーションアーチファクト抽出部１６０は、１２０３段階で増幅された信号を本来の信号に復調し、モーションアーチファクトに比例する信号を生成する。
１２０５段階で、生体信号抽出部１７０は、１２０２段階で検出された生体信号の電位値を差動増幅し、モーションアーチファクトが含まれた生体信号を生成する。
１２０６段階で、生体信号抽出部１７０は、１２０４段階で生成されたモーションアーチファクトに比例する信号を利用し、１２０５段階で生成されたモーションアーチファクトが含まれた生体信号からモーションアーチファクトを除去し、実際生体信号を抽出する。

一方、生体信号測定方法は、コンピュータで実行できるプログラムで作成可能であり、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を利用し、前記プログラムを動作させる汎用デジタル・コンピュータで具現できる。前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体（例えば、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、及び光学的判読媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ））のような記録媒体を含む。

以上、本発明について、その望ましい実施形態を中心に説明した。本発明が属する技術分野で当業者であるならば、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で具現可能であるということを理解できるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれるものであると解釈されねばならない。

本発明の生体信号を測定する装置及びその方法は、例えば、健康診断関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１００ 生体信号測定装置
１１０ 被検者
１２０，１４０ 生体信号を検出するインターフェース
１３０，１５０ 電位信号を検出するインターフェース
１６０ モーションアーチファクト抽出部
１７０ 生体信号抽出部
１８０ 信号処理部

２１０，４１０，５１０，７１０，１１７０ 接着シート
２２１，２２２ 電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ１ｄの電極
２３１，２３２ 生体信号を検出するインターフェースＥ１ｗの電極
２４１，２４２ 生体信号を検出するインターフェースＥ２ｗの電極
２５１，２５２ 電位信号Δｖを検出するインターフェースＥ２ｄの電極
２６０，４６０ 基準インターフェースＥ３ｗの電極
２７０，１１８０ ハイドロゲル
２８０，１１１０ 絶縁層
４２１〜４２８，５２１〜５２８，８２１ 生体信号を測定するインターフェースＥ１ｗの電極
４３１〜４３８，５３１〜５３８，８３１ 電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ１ｄの電極
４４１〜４４８，５４１〜５４８，８２２ 生体信号を測定するインターフェースＥ２ｗの電極
４５１〜４５８，５５１〜５５８，８３２ 電位信号Δｖを測定するインターフェースＥ２ｄの電極
５６１〜５６４，８２３ 基準インターフェースＥ３ｗの電極
８１０，１０１０ 皮膚
８４１，８４２，１０４１，１０４２ バイアス電流源
８５０，８６０，１０５０，１０６０ 差動増幅器
８７０，１０７０ 復調器
８８０，１０８０ プロセッサ
９００ 適応型フィルタ
９１０ 演算器
９２０ モーションアーチファクトに比例する信号
９３０ モーションアーチファクトを含む生体信号
９４０ 実際モーションアーチファクトに近似したモーションアーチファクト信号
９５０ モーションアーチファクトが除去された信号
１０００ 従来の生体信号測定装置を構成する回路
１０２０，１０３０ 電極Ｅｐ１，Ｅｐ２
１１１０ 絶縁層
１１２１〜１１２４ モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極
１１３１〜１１３３ モーションアーチファクトの電位信号Δｖを測定する電極
１１４０ 集積回路
１１５０ 伝導性配線
１１６０ 各種受動素子
１１７０ 接着シート
１１８０ ハイドロゲル

Claims (16)

1. 被検者の皮膚と接触した状態で、前記皮膚との電気的インターフェーシングを介して、被検者の生体信号を検出する少なくとも一つの第１インターフェースと、
   前記被検者の皮膚と接触した状態で、前記皮膚との間で第１インターフェースと異なる状態を有する電気的インターフェーシングを介して、前記生体信号と異なる信号を検出する第２インターフェースと、
   前記検出された生体信号から、前記第１インターフェースと前記皮膚との間のモーションアーチファクトを除去する信号処理部と、を含む生体信号測定装置。
2. 前記皮膚との電気的インターフェーシングによる前記第２インターフェースのインピーダンスが、前記皮膚との電気的インターフェーシングによる前記第１インターフェースのインピーダンスより大きいことを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
3. 前記第１インターフェースは、所定の物質を介して、前記被検者の皮膚と電気的にインターフェーシングされ、前記第２インターフェースは、前記被検者の皮膚に直接電気的にインターフェーシングされることによって、前記第２インターフェースのインピーダンスが、前記第１インターフェースのインピーダンスより大きいことを特徴とする請求項２に記載の生体信号測定装置。
4. 前記第１インターフェースは、尖った突起状の一つ以上の電極からなり、該突起が前記被検者の皮膚の角質層に入り込んでいき、皮膚と電気的にインターフェーシングされ、前記第２インターフェースは、平板状の一つ以上の電極が、皮膚の表面と電気的にインターフェーシングされることによって、前記第２インターフェースのインピーダンスが、前記第１インターフェースのインピーダンスより大きいことを特徴とする請求項２に記載の生体信号測定装置。
5. 前記第１インターフェースと第２インターフェースは、それぞれ複数個の電極から構成され、
   前記第１インターフェースの複数個の電極は、所定の絶縁物質から構成された基板に配置され、
   前記第２インターフェースの複数個の電極は、前記第１インターフェースの複数個の電極と臨界距離内に交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
6. 前記第１インターフェースは、１つの電極から構成され、
   前記第２インターフェースは、複数個の電極から構成され、
   前記第２インターフェースの複数個の電極が、前記第１インターフェースの１つの電極を臨界距離内に取り囲んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
7. 前記第１インターフェースの電極は、湿式電極であり、前記第２インターフェースの電極は、乾式電極であることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
8. 前記信号処理部は、前記第２インターフェースから検出された信号を利用し、前記モーションアーチファクトに比例する信号を抽出するモーションアーチファクト抽出部と、
   前記モーションアーチファクト抽出部で抽出された信号を利用し、前記検出された生体信号から、前記モーションアーチファクトを除去する生体信号抽出部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
9. 前記少なくとも一つの第１インターフェースは、所定距離離隔された第１ｗインターフェースと、第２ｗインターフェースとから構成され、
   前記少なくとも一つの第２インターフェースは、前記第１ｗインターフェースと臨界距離内に近接して位置する第１ｄインターフェースと、前記第２ｗインターフェースと臨界距離内に近接して位置する第２ｄインターフェースとから構成され、
   前記モーションアーチファクト抽出部は、前記第１ｄインターフェースと、前記第２ｄインターフェースとを介して検出された電位信号の電位値を差動増幅することによって、前記モーションアーチファクトに比例する信号を抽出することを特徴とする請求項８に記載の生体信号測定装置。
10. 前記電位信号の電位値は、前記第１ｄインターフェースと、前記第２ｄインターフェースとを介して、所定の周波数に変調された所定の電流を印加して検出し、
    前記モーションアーチファクトに比例する信号は、前記所定の電流を印加して検出した前記電位信号の電位値を差動増幅した後に増幅された信号を復調して抽出することを特徴とする請求項９に記載の生体信号測定装置。
11. 前記生体信号抽出部は、前記第１ｗインターフェースと、前記第２ｗインターフェースとを介して検出された生体信号の電位値を差動増幅することによって、前記モーションアーチファクトを含んだ生体信号を抽出し、
    前記生体信号抽出部は、前記抽出されたモーションアーチファクトを含んだ生体信号から、前記モーションアーチファクトに比例する信号を除去する演算を行うことによって、前記モーションアーチファクトが除去された生体信号を測定することを特徴とする請求項９に記載の生体信号測定装置。
12. 前記生体信号抽出部は、前記モーションアーチファクトに比例する信号を、適応型フィルタを利用してフィルタリングし、モーションアーチファクトを除去する演算を行うことによって、前記モーションアーチファクトが除去された生体信号を測定することを特徴とする請求項８に記載の生体信号測定装置。
13. 被検者の皮膚に接触した第１ｗインターフェース及び第２ｗインターフェースを介して検出された生体信号を受信する段階と、
    被検者の皮膚に接触した第１ｄインターフェース及び第２ｄインターフェースを介して検出された電位信号を受信する段階と、
    前記受信された電位信号を利用し、モーションアーチファクトに比例する信号を獲得する段階と、
    前記獲得されたモーションアーチファクトに比例する信号を利用し、前記受信された生体信号からモーションアーチファクトを除去する演算を行う段階と、を含み、
    前記生体信号は、前記皮膚と前記第１ｗインターフェース及び前記第２ｗインターフェースとの電気的インターフェーシングを介して検出され、
    前記電位信号は、前記皮膚と前記第１ｄインターフェース及び前記第２ｄインターフェースとの電気的インターフェーシングを介して検出され、
    前記皮膚との電気的インターフェーシングによる前記第１ｄインターフェース及び前記第２ｄインターフェースの電気的条件が、前記皮膚との電気的インターフェーシングによる前記第１ｗインターフェース及び前記第２ｗインターフェースの電気的条件と異なることを特徴とする生体信号測定方法。
14. 前記第１ｗインターフェース、前記第２ｗインターフェース、前記第１ｄインターフェース及び前記第２ｄインターフェースは、それぞれ複数個の電極から構成され、
    前記第１ｗインターフェースの複数個の電極は、前記第１ｄインターフェースの複数個の電極と臨界距離内に交互に配置され、
    前記第２ｗインターフェースの複数個の電極は、前記第１ｗインターフェースの複数個の電極と所定距離離隔された位置で、前記第２ｄインターフェースの複数個の電極と臨界距離内に交互に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の生体信号測定方法。
15. 前記第１ｗインターフェース及び前記第２ｗインターフェースの電極は、湿式電極であり、前記第１ｄインターフェース及び前記第２ｄインターフェースの電極は、乾式電極であることを特徴とする請求項１３に記載の生体信号測定方法。
16. 請求項１３乃至請求項１５のうち、いずれか１項に記載の方法をコンピュータで実行するためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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