JP3886113B2 - 生体信号計測センサーとその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体及び動物の生体信号情報を無拘束に計測するために用いる柔軟性を有する生体信号計測センサーに係り、特に圧電素子から得られるような圧力変動に関する信号のみならず生体電気信号も同時に計測する生体信号計測センサーとその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生体情報計測装置や生命監視装置に用いられる生体センサーとして、生体振動中から抽出できる呼吸を計測するために歪みゲージや圧力センサーが用いられている。しかし、これらのセンサーは板状で生体にフィットさせることが難しく、計測に不具合が生じる場合があった。
このような課題に対処するため、いくつかの発明が開示されている。例えば、特開２００１−２９１９０７号公報（以下、イ号公報という。）には、「可撓性圧電素子」として、複合圧電体シートの一方の表面に第１可撓性電極とリード線接続用電極を形成して構成する可撓性圧電素子が開示されている。
イ号公報に開示された発明によれば、リード線接続に伴う複雑な工程を簡素化できるとともに可撓性の圧電素子を提供できる。
【０００３】
また、皮膚に生じる電気現象に関する物理量を簡単かつ安定的に計測できる電極もいくつか発明が開示されている。例えば、特開平１０−２０１７２６号公報（以下、ロ号公報という。）には、「皮膚電気現象計測電極，皮膚電気現象計測装置，ゲーム機及び自動車」という名称で、「被検者の皮膚と接触させて、皮膚に生じる電気現象に関する物理量を計測するための皮膚電気現象計測電極において、少なくとも２つ以上の要素電極からなり、皮膚と前記要素電極との接触状態を検知する検知手段を有し、該検知手段による検知結果に応じて計測に用いる要素電極を選択することを特徴とする」発明が開示されている。このロ号公報に開示された発明では、平面状のハウジングの面上に円形状あるいは矩形状の通電電極、電位電極、基準電極を配置して安定的に皮膚インピーダンスを測定できる。しかも、個々の電極には圧電素子が備えられており、この圧電素子から圧力信号線を取り出して圧電素子によって検出された圧力を検知可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、まずイ号公報に開示された発明では確かに簡単な構造の可撓性電極を提供できるものの、複合圧電体シートに可撓性電極あるいはリード線接続用の電極を配置するもので、皮膚上に発生する生体電気信号を測定するものではない。
イ号公報に開示された可撓性の電極は明細書に記載に詳細な記載がないので用途が不明であるが、人間や動物など生体上に発生する信号を取得するためのものとして発明されているものではない。従って、生体上の圧力変動あるいは皮膚上に発生する電気信号などを検知するというものではないのである。
【０００５】
一方、ロ号公報に開示された従来の技術においては、発明の名称からわかるように皮膚電気現象を計測するものである。そして、前述のとおり平面状のハウジングの面上に円形状あるいは矩形状の通電電極、電位電極、基準電極を配置して安定的に皮膚インピーダンスを測定できる。しかも、個々の電極には圧電素子が備えられており、この圧電素子から圧力信号線を取り出して圧電素子によって検出された圧力を検知可能としている。
しかしながら、このロ号公報に開示された発明は、多数の電極を持って皮膚インピーダンスを測定する場合に、計測に使用されない電極によるノイズ重畳の原因を排除するために皮膚に対して接触状態が安定している電極を認識してその電極のみを計測回路に接続するためになされているものである。従って、本来皮膚インピーダンスを測定したいという目的の下、皮膚との接触圧力測定は、副次的に実施されるあるいは皮膚インピーダンスの測定のために実施されるものである。
【０００６】
加えて、皮膚に対する接触状態を知るための圧力測定を行う圧電素子は通電電極、電位電極、基準電極のいずれにも備えられるものであり、これらの電極に接続されている皮膚インピーダンス信号線と圧電素子に接続されている圧力信号線は別個独立に設けられているものである。
すなわち、圧電素子を構成する電極と、皮膚インピーダンスを測定するための通電電極、電位電極、基準電極とは別個独立であり、各々独自に信号を測定、発信していた。
よってロ号公報に掲載された発明では、複雑な構成とせざるを得ず、センサーによる圧力や生体信号などの検知自体を複雑にするとともに、その信号処理をも複雑にしていたという課題があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、人間や動物などの生体信号を測定するために、高い柔軟性あるいは可撓性を有して皮膚などに容易に無拘束に接触あるいは密着させることができ、しかも心音、呼吸音（呼吸状況）など生体中あるいは生体上の圧力の変動に基づいて検知される情報のみならず、心電位、筋電位あるいは生体インピーダンスなどの生体電気に基づいて検知される情報を簡素な構造で安価でなおかつ効率的に取得できる生体信号計測センサーとその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である生体信号計測センサーは、第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線を有するものである。
【０００９】
上記構成の生体信号計測センサーにおいては、第１の生体電極で生体上の圧力変動を測定し、その信号は第１の一対の電気信号線から取り出され、第１の生体電極と第２の生体電極でその間の生体電気信号を測定し、その信号は第２の一対の電気信号線から取り出されるという作用を有する。しかも、第１の生体電極の第１の電気伝導性布帛は圧力変動を測定する場合と生体電気信号を測定する場合の両方に利用されるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１に記載の生体信号計測センサーにおいて、第２の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛が一体化して形成されるものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１と同様の作用を有する。また、第２の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛を一体とするため、さらに簡素化できるという作用を有する。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１または請求項２に記載された生体信号計測センサーにおいて、ポリマー圧電体フィルムをポリフッ化ビニリデンフィルムとしたものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１あるいは請求項２に記載の生体信号計測センサーと同様の作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１または請求項２に記載された生体信号計測センサーにおいて、電気伝導性布帛を非導電性繊維に金属メッキした導電性繊維あるいは金属繊維としたものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１あるいは請求項２に記載の生体信号計測センサーと同様の作用を有する。
【００１３】
最後に、請求項５に記載された発明である生体信号計測装置は、第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、前記第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、前記第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線と、前記第１の一対の電気信号線に接続される圧力変動計測部と、前記第２の一対の電気信号線に接続される生体電気計測部と、この生体電気計測部と前記圧力変動計測部に接続される生体信号処理部とを有する
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る生体信号計測センサーの第１の実施の形態を図１に基づき説明する。（請求項１、請求項３、請求項４に対応）
図１は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの概念図である。図１において、本実施の形態における生体信号センサー１は、第１の生体電極２と第２の生体電極３を有している。このうち第１の生体電極２は、ポリマー圧電体フィルムとしてポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを採用し、その両側に電気伝導性布帛６ａ，６ｂを設けるものである。また、電気伝導性布帛６ａからは電気信号線８ａが、電気伝導性布帛６ｂからは電気信号線８ｂが延設されている。この第１の生体電極２は、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを挟む両側の電気伝導性布帛６ａ，６ｂから圧力変動に係る信号を取り出すものである。
【００１５】
一方、第２の生体電極３は第１の生体電極２と同様の構成をしており、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ｂを電気伝導性布帛１０ａと電気伝導性布帛１０ｂで挟んでいる。しかしながら、電気伝導性布帛１０ａのみから電気信号線１１ｂを引き出すものである。但し、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａから電気信号線１１ａを引き出しながら、この電気信号線１１ａと電気信号線１１ｂによって電気伝導性布帛６ａと電気伝導性布帛１０ａ間で発生する生体電気信号を取り出すものである。この生体電気信号の例としては、心電位、筋電位あるいは皮膚インピーダンスなどの生体インピーダンスなどがある。
【００１６】
もう少し具体的な説明を加える。本実施の形態に係る第１の生体電極２と第２の生体電極３をシート状に加工して、それぞれ所定の距離を離して配置する。生体電気を直接計測する場合には、電気伝導性布帛６ａ，１０ａが直接身体の皮膚表面に接触する必要があるが、心音として計測する場合には、衣服を介しても計測可能である。また、生体電気信号を計測する場合には、第１の生体電極２と第２の生体電極３が必要であるが、心音のみを計測する場合には、もちろん第１の生体電極２のみで可能である。さらに、心電信号など一定の生体電気信号を計測する際には、第１の生体電極２あるいは第２の生体電極３のいずれかを胸部に配置して他方を心臓を挟んで配置することが望ましい。
第１の生体電極２と第２の生体電極３の電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂとしては、例えばナイロンコードに金属メッキした導電性繊維あるいは金属繊維などが好適である。また、第１の生体電極２や第２の生体電極３あるいはそれらを挟む電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂの形状は図１では矩形として描かれているが、この形状はもちろん用途、目的によって変更可能であり、円形などでも構わない。
【００１７】
このように構成された本実施の形態においては、第１の生体電極２において心音、呼吸音（呼吸状況）など生体中あるいは生体上の圧力変動信号に基づいて検知される情報を測定することができる。また、第２の生体電極３において生体電気信号に基づいて検知される心電位や筋電位あるいは生体インピーダンスなどの情報を測定することができる。しかも、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａは圧力変動信号を計測するためのものであると同時に生体電気信号を計測するものでもある。
すなわち、第１の生体電極２を圧力変動信号の計測と生体電気信号の計測の２通りの測定に兼用するものである。従って、生体信号センサー１の構成を簡素化でき、効率的に人間や動物などの生体信号を測定することができる。
また、第１の生体電極２と第２の生体電極３共にポリフッ化ビニリデンフィルム７を利用し、その両面を電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂでそれぞれ挟むことにより、非常に高い可撓性を備えるものである。従って、皮膚などに容易に接触させることができる。
【００１８】
ここで、図２を用いて本発明の第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの第１の生体電極の構造について説明する。図２（ａ）は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの外形図であり、（ｂ）は（ａ）中に示されるＡ−Ａ線断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）において、第１の生体電極２は２つの電気伝導性布帛６ａ，６ｂによってポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを挟む構造を有している。電気伝導性布帛６ａ，６ｂから電気信号線８ａ，８ｂが延設されるが、その際には、電気伝導性布帛６ａ，６ｂを少し延長して端部１４ａ，１４ｂを形成してそこから電気信号線８ａ，８ｂとの接合部を取り回している。
このように構成することによれば、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａから電気信号線８ａ，８ｂを取り回す必要がないため、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａの非常に薄く熱にも弱いという欠点を補いながら、特長であるところの可撓性、柔軟性を失うこともなく優れた生体信号計測センサーとすることができる。さらに、端部１４ａ、１４ｂを設けない場合に比べて、電気伝導性布帛６ａ，６ｂと電気信号線８ａ，８ｂの接合部の柔軟性を高めることができる。
【００１９】
次に、図１に戻り、さらに図３乃至図５を参照しながら本発明に係る生体信号計測装置の実施の形態について説明する。（請求項５に対応）
図１において、先の生体信号計測センサーの実施の形態で説明した圧力変動信号を取り出す電気信号線８ａ，８ｂは圧力変動計測部４に接続される。圧力変動計測部４は、電気信号線８ａ，８ｂの電位差から圧力変動を計測するものである。
また、生体電気信号を取り出す電気信号線１１ａ，１１ｂは生体電気計測部５に接続される。生体電気計測部５は、電気信号線１１ａ，１１ｂの電位差から生体電気信号を計測するものである。
さらに圧力変動計測部４で計測された圧力変動に関する信号は電気信号線１２ａを介して生体信号処理部９に送信され、生体電気計測部５で計測された生体電気に関する信号は電気信号線１２ｂを介して生体信号処理部９に送信される。この生体信号処理部９は、２つの信号を収集して総合的な処理を行うものである。
【００２０】
このような構成の本実施の形態によれば、第１の生体電極２と第２の生体電極３及びこれらの生体電極から延設される一対の電気信号線８ａ，８ｂ及び電気伝導性布帛１０ａ，１０ｂから構成される生体信号センサー１を用いることで、圧力変動信号のみならず、生体電気信号を計測して同時に処理することができる。従って、生体の物理的な動作のみを計測するのではなく、より重要な生体電気信号を取得することができる。しかも、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａを圧力変動信号の計測と生体電気信号の計測という２通りの計測に活用することによって、生体信号計測センサーの簡素化と効率化を図ることができる。
【００２１】
次に、図３と図４を用いて生体信号計測装置によって出力された心電図波形と心音波形について説明する。図３は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心電図波形の出力図である。図３において、横軸は時間を示しており、縦軸は心電信号を電圧で表示したものである。ほぼ０．４秒に一度の頻度で心電信号が計測されていることがわかる。
また、図４は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心音波形の出力図である。図４においては、ほぼ１秒に一度の頻度で心音信号が計測されていることがわかる。
【００２２】
さらに、ここで図５を参照しながら生体信号計測装置を用いて心電図波形及び心音波形あるいは呼吸波形を測定する方法について説明を加える。図５は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置を用いて生体信号の計測を行っている様子を示す概念図である。図５において、被計測者３０は横たわっており、その枕には第１の生体電極２が設置されており、足元には第２の生体電極３が設置されている。第１の生体電極２からは圧力変動信号を送信するための電気信号線８ａ，８ｂが生体信号計測装置２８に接続されている。一方、第２の生体電極３からは生体電気信号を送信するための電気信号線１１ｂが生体信号計測装置２８に接続されると同時に、第１の生体電極２からも電気信号線１１ａが生体信号計測装置２８に接続されている。生体信号計測装置２８には、圧力変動計測部４、生体電気計測部５及び生体信号処理部９が格納されている。第１の生体電極２では被計測者３０が呼吸をする度に首筋に生じる体動あるいは心音を圧力変動信号すなわち呼吸波形あるいは心音波形として計測し、第１の生体電極２と第２の生体電極３を用いて生体電気信号すなわち心電波形が測定される。それぞれの信号は生体信号計測装置２８で処理された後、ディスプレイ装置２９に表示される。図５では、符号２９ａは図３に示されるような心電波形２９ａを示しているおり、またここでは符号２９ｂは図４に示されるような心音波形ではなく、呼吸波形２９ｂを示している。但し、圧力変動信号である心音波形と呼吸波形は別個独立に第１の生体電極２によって計測可能であり、生体信号計測装置２８内などに所定のフィルターを設けることなどによれば同時にディスプレイ装置２９に表示することも可能である。
【００２３】
次に、図６を参照して本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第２の実施の形態について説明する。（請求項２に対応）
図６は、第２の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第２の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。図６において、図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一符号を付し、その構成の説明は省略する。図６の生体信号センサー１５においては、第１の生体電極１６と第２の生体電極１７がそれぞれ第１の実施の形態と同様にポリフッ化ビニリデンフィルム７ａ，７ｂに対してそれぞれ電気伝導性布帛６ａ，１０ａを一の面に当接させるものの、他の面には共通の電気伝導性布帛１３を配置し、電気信号線８ｃを延設しながら挟むようにしたものである。
【００２４】
このように構成された本実施の形態に係る生体信号計測センサーにおいては、図６に示されるような第１の生体電極１６と第２の生体電極１７が各々１の場合においてはあまり効果がないものの、例えば、第１の生体電極１６が多数存在するような場合に、電気伝導性布帛１３をこれらの多数の第１の生体電極１６に共通に設けてやれば、電気信号線８ａは各々の第１の生体電極１６の数だけ必要であるものの、電気信号線８ｃについては、共通の電気信号線として利用することができ、省配線化を図ることができる。
さらに、電気伝導性布帛１３は複数の生体電極に跨って設置されるものであり、第１の生体電極１６と第２の生体電極１７の間で計測される生体電気信号に対しては外来雑音を遮蔽するシールドとしての機能が強化される。
本実施の形態に係る生体信号計測センサーから得られた圧力変動信号と生体電気信号は、図１に示される第１の実施の形態に係る生体信号計測装置と同様に圧力変動計測部４、生体電気計測部５、生体信号処理部９によって処理される。
【００２５】
次に、図７を参照しながら本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第３の実施の形態について説明する。
図７は、第３の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第３の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。図７において、生体信号センサー１８は一の面に複数の電気伝導性布帛２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛２２が設けられている。電気伝導性布帛２２からは電気信号線２６が延設されている。
図６を参照しながら説明したように、各電気伝導性布帛２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに対して電気伝導性布帛２２を共通に設けることによって、電気伝導性布帛２２から１本の電気信号線２６を圧力変動計測部４に対して引き回せばよく、省配線化が可能となる。しかも、マルチプレクサなどの切換スイッチ２７を用いてやれば、電気信号線２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれかを電気信号線２５を介して圧力変動計測部４に接続することができるため、さらに省配線化を図ることができる。さらに、電気伝導性布帛２２を共通化させることによるセンサー製造コスト低減化も可能である。
【００２６】
さらに、本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第４の実施の形態について図８を参照しながら説明する。
図８は、第４の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第４の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。図８において、生体信号センサー１９は図７と同様に、一の面に複数の電気伝導性布帛３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛３２が設けられている。電気伝導性布帛３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにはそれぞれ電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが接続されており、このうちの２つの電気信号線を選択するようにマルチプレクサなどの切換スイッチ３７が設置されている。切換スイッチ３７を操作することによって、電気信号線３５と電気信号線３６を介して生体電気計測部５に接続される電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを選択することが可能である。
このように構成された本実施の形態においては、図７に示したような複数の圧力変動信号を計測する生体信号センサー１８のみならず、複数の生体電気信号を計測する生体信号センサー１９も容易に提供可能となる。しかも、電気伝導性布帛３２はシールドとして共有できる。
【００２７】
次に図９を用いて本発明に係る生体信号計測装置の第５の実施の形態について説明する。
図９は、第５の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。図９において、生体信号センサー２０は図７及び図８の実施の形態と同様に、一の面に複数の電気伝導性布帛４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛４２が設けられている。電気伝導性布帛４６からは電気信号線４６が延設されている。電気伝導性布帛４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにはそれぞれ電気信号線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが接続されており、このうちの２つの電気信号線を選択するようにマルチプレクサなどの切換スイッチ４７が設置されている。切換スイッチ４７を操作することによって、電気信号線４５と電気信号線４８ｂを介して生体電気計測部５に接続される電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを選択することが可能である。また、切換スイッチ４７には電気信号線４８ａが接続されており、これと先の電気信号線４６は圧力変動計測部４に接続されている。さらに、圧力変動計測部４と生体電気計測部５は、それぞれ電気信号線４９と電気信号線５０によって生体信号処理部９に接続される。
本実施の形態に係る生体信号計測装置は、図７に示された圧力変動信号を計測する生体信号センサー１８と図８に示された生体電気信号を計測する生体信号センサー１９を組み合わせるものである。
【００２８】
ここで、図１０を用いて図９に示した生体信号計測装置をさらに具体化した例について説明を加える。図１０は本実施の形態に係る生体信号計測装置の具体的な使用例を説明するための概念図である。図１０において、図９に示された物と同一物には同一符号を付し、その構成の説明は省略する。なお、図１０は図９において切換スイッチ４７で選択されている電気伝導性布帛４１ｂと電気伝導性布帛４１ｄを抽出して描かれている。
図１０において、横たわる新生児を想定した被計測者３０の体の下には圧力変動信号を計測するための電気伝導性布帛４１ｄが、また頭の下には生体電気信号を計測するための電気伝導性布帛４１ｂが設置されており、その下にはポリフッ化ビニリデンフィルム４４ｄ，４４ｂをそれぞれ介して電気伝導性布帛４２が敷かれている。電気伝導性布帛４１ｄと電気伝導性布帛４２からは圧力変動信号を伝送するための電気信号線４３ｄ，４８ａ，４６が延設され圧力変動計測部４に接続されている。一方、電気伝導性布帛４１ｂ及び電気伝導性布帛４１ｄからは生体電気信号を計測するための電気信号線４３ｂ，４５，４８ｂが生体電気計測部５に接続されている。
本図では電気伝導性布帛４１ｂと電気伝導性布帛４１ｄのみについて記載しているが、図９に示されるように電気伝導性布帛４１ａ，４１ｃなど複数の電気伝導性布帛を設けることももちろん可能である。
なお、計測する心電波形などの生体電気信号が外部から影響を受けないように電気伝導性布帛４２から中立点供給電線４２ａが延設されており生体電気計測部５に接続されている。
【００２９】
このように構成される本実施の形態においては、生体振動信号などと生体電気信号を同時に多点で計測できる。また、電気伝導性布帛４２を共有することによって省配線化を図ることができ、構造を簡素化でき安価で効率的に計測を可能にするものである。
本実施の形態では、システムを簡素化するため切換スイッチ４７において圧力変動信号計測用と生体電気信号計測用で共用しているが、これらを独立にスイッチングすることももちろん可能である。
【００３０】
次に、図１１を用いて、本実施の形態に係る生体信号計測センサーを仮想現実感プローブ用にグローブに装着した場合について説明する。
図１１（ａ）は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを内部に実装した仮想現実感グローブの手の平側の内部を示す概念図であり、（ｂ）は同じく手の甲側の内部を示す概念図である。図１１（ａ）において、仮想現実感グローブ５１の内側の手の平側５２には図１に示される生体信号センサー１を実装している。図１１（ｂ）では、同様に手の甲側５３に図６に示される生体信号センサー１５を実装している。十分な柔軟性あるいは可撓性を有しているため、手の曲面や関節部分にも無拘束で接触あるいは密着させることができる。
このように手の平側５２と手の甲側５３にそれぞれ生体信号センサー１，１５を備えることによって、仮想現実を体験する際の圧力変動、筋電位、皮膚インピーダンスを計測でき、これらの値から体験者の動作あるいは触覚、集中度、興奮度、疲労度を検出することができる。この動作や触覚をフィードバックすることにより、仮想体験を制御するようにしてもよい。
【００３１】
入力装置は、本図を用いて説明するようなグローブに限定するものではなく、体験者の衣服、靴、椅子等に装着してもよい。また、ゲーム用コントローラ、スキーのストック、野球のバット、ゴルフクラブ、アスレチックジムに設置してある器具の掌握部等の形状でもよい。
このうち、例えば野球のバット、ゴルフクラブ等に取り付けた場合、スイング時の握力変動、皮膚インピーダンス、ボールとのインパクト時の圧力変動を計測し、運動者の動作、スイングタイミングを検出することができる。これらの情報に基づいて、理想的なフォームの確認、イメージトレーニング等に使用することもできる。
なお、本図においては、生体信号センサー１と生体信号センサー１５を設けた場合を説明したが、これらのセンサーに限定するものではなく、この他の実施例として示した生体信号センサー１８，１９，２０であってもよいことは言うまでもない。
【００３２】
最後に図１２を用いて、本実施の形態に係る生体信号計測センサーを自動車のステアリングホイールに装着した場合について説明する。図１２は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを表面に実装した自動車のステアリングホイールを示す概念図である。
図１２において、ステアリングホイール５４は人間によって握られる箇所に生体信号センサー１を配置させる構成となっている。このように構成することによって、圧力変動、筋電位、皮膚インピーダンスを計測して、これらの値から運転者の動作あるいは触覚、覚醒状態、運転に対する集中度、疲労度を検出することができる。
従って、これらの情報を基に運転者がより安全に運転できるように情報提供を行うことが可能となる。
本図においては、自動車のステアリングホイール５４に生体信号センサー１を装着したが、自動車に限定されるものではなく広く乗り物の操舵装置に装着することができる。また、生体信号センサー１に限定するものでもなく、その他の生体信号センサー１５，１８，１９，２０であってももちろんよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体信号計測センサーと生体信号計測装置においては、人間や動物などの生体信号を測定するために、高い柔軟性あるいは可撓性を有して皮膚などに容易に無拘束で接触あるいは密着させることができ、しかも心音、呼吸音あるいは呼吸状況など生体中あるいは生体上の圧力の変動に基づいて検知される信号情報のみならず、心電位、筋電位あるいは皮膚インピーダンスなどの生体インピーダンスの生体電気に基づいて検知される信号情報を簡素な構造でなおかつ効率的に取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーと生体信号計測装置の概念図である。
【図２】（ａ）は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの外形図であり、（ｂ）は（ａ）中に示されるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心電図波形の出力図である。
【図４】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心音波形の出力図である。
【図５】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置を用いて生体信号の計測を行っている様子を示す概念図である。
【図６】第２の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第２の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図７】第３の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第３の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図８】第４の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第４の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。
【図９】第５の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図１０】図１０は本実施の形態に係る生体信号計測装置の具体的な使用例を説明するための概念図である。
【図１１】（ａ）は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを内部に実装した仮想現実感グローブの手の平側の内部を示す概念図であり、（ｂ）は同じく手の甲側の内部を示す概念図である。
【図１２】本実施の形態に係る生体信号計測センサーを表面に実装した自動車のステアリングホイールを示す概念図である。
【符号の説明】
１…生体信号センサー ２…第１の生体電極 ３…第２の生体電極 ４…圧力変動計測部 ５…生体電気計測部 ６ａ，６ｂ…電気伝導性布帛 ７…ポリフッ化ビニリデンフィルム ８ａ，８ｂ，８ｃ…電気信号線 ９…生体信号処理部
１０ａ，１０ｂ…電気伝導性布帛 １１ａ，１１ｂ…電気信号線 １２ａ，１２ｂ…電気信号線 １３…電気伝導性布帛 １４ａ，１４ｂ…端部 １５…生体信号センサー １６…第１の生体電極 １７…第２の生体電極 １８…生体信号センサー １９…生体信号センサー ２０…生体信号センサー ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…電気伝導性布帛 ２２…電気伝導性布帛 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…電気信号線 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ２５…電気信号線 ２６…電気信号線 ２７…切換スイッチ
２８…生体信号計測装置 ２９…ディスプレイ装置 ２９ａ… ２９ｂ… ３０…被計測者 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…電気伝導性布帛 ３２…電気伝導性布帛 ３３…電気信号線 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ３５…電気信号線 ３６…電気信号線 ３７…切換スイッチ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…電気伝導性布帛 ４２…電気伝導性布帛
４２ａ…中立点供給電線 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ…電気信号線 ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ４５…電気信号線
４６…電気信号線 ４７…切換スイッチ ４８ａ，４８ｂ…電気信号線 ４９…電気信号線 ５０…電気信号線 ５１…仮想現実感グローブ ５２…手の平側５３…手の甲側 ５４…ステアリングホイール
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体及び動物の生体信号情報を無拘束に計測するために用いる柔軟性を有する生体信号計測センサーに係り、特に圧電素子から得られるような圧力変動に関する信号のみならず生体電気信号も同時に計測する生体信号計測センサーとその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、生体情報計測装置や生命監視装置に用いられる生体センサーとして、生体振動中から抽出できる呼吸を計測するために歪みゲージや圧力センサーが用いられている。しかし、これらのセンサーは板状で生体にフィットさせることが難しく、計測に不具合が生じる場合があった。
このような課題に対処するため、いくつかの発明が開示されている。例えば、特開２００１−２９１９０７号公報（以下、イ号公報という。）には、「可撓性圧電素子」として、複合圧電体シートの一方の表面に第１可撓性電極とリード線接続用電極を形成して構成する可撓性圧電素子が開示されている。
イ号公報に開示された発明によれば、リード線接続に伴う複雑な工程を簡素化できるとともに可撓性の圧電素子を提供できる。
【０００３】
また、皮膚に生じる電気現象に関する物理量を簡単かつ安定的に計測できる電極もいくつか発明が開示されている。例えば、特開平１０−２０１７２６号公報（以下、ロ号公報という。）には、「皮膚電気現象計測電極，皮膚電気現象計測装置，ゲーム機及び自動車」という名称で、「被検者の皮膚と接触させて、皮膚に生じる電気現象に関する物理量を計測するための皮膚電気現象計測電極において、少なくとも２つ以上の要素電極からなり、皮膚と前記要素電極との接触状態を検知する検知手段を有し、該検知手段による検知結果に応じて計測に用いる要素電極を選択することを特徴とする」発明が開示されている。このロ号公報に開示された発明では、平面状のハウジングの面上に円形状あるいは矩形状の通電電極、電位電極、基準電極を配置して安定的に皮膚インピーダンスを測定できる。しかも、個々の電極には圧電素子が備えられており、この圧電素子から圧力信号線を取り出して圧電素子によって検出された圧力を検知可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術においては、まずイ号公報に開示された発明では確かに簡単な構造の可撓性電極を提供できるものの、複合圧電体シートに可撓性電極あるいはリード線接続用の電極を配置するもので、皮膚上に発生する生体電気信号を測定するものではない。
イ号公報に開示された可撓性の電極は明細書に記載に詳細な記載がないので用途が不明であるが、人間や動物など生体上に発生する信号を取得するためのものとして発明されているものではない。従って、生体上の圧力変動あるいは皮膚上に発生する電気信号などを検知するというものではないのである。
【０００５】
一方、ロ号公報に開示された従来の技術においては、発明の名称からわかるように皮膚電気現象を計測するものである。そして、前述のとおり平面状のハウジングの面上に円形状あるいは矩形状の通電電極、電位電極、基準電極を配置して安定的に皮膚インピーダンスを測定できる。しかも、個々の電極には圧電素子が備えられており、この圧電素子から圧力信号線を取り出して圧電素子によって検出された圧力を検知可能としている。
しかしながら、このロ号公報に開示された発明は、多数の電極を持って皮膚インピーダンスを測定する場合に、計測に使用されない電極によるノイズ重畳の原因を排除するために皮膚に対して接触状態が安定している電極を認識してその電極のみを計測回路に接続するためになされているものである。従って、本来皮膚インピーダンスを測定したいという目的の下、皮膚との接触圧力測定は、副次的に実施されるあるいは皮膚インピーダンスの測定のために実施されるものである。
【０００６】
加えて、皮膚に対する接触状態を知るための圧力測定を行う圧電素子は通電電極、電位電極、基準電極のいずれにも備えられるものであり、これらの電極に接続されている皮膚インピーダンス信号線と圧電素子に接続されている圧力信号線は別個独立に設けられているものである。
すなわち、圧電素子を構成する電極と、皮膚インピーダンスを測定するための通電電極、電位電極、基準電極とは別個独立であり、各々独自に信号を測定、発信していた。
よってロ号公報に掲載された発明では、複雑な構成とせざるを得ず、センサーによる圧力や生体信号などの検知自体を複雑にするとともに、その信号処理をも複雑にしていたという課題があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、人間や動物などの生体信号を測定するために、高い柔軟性あるいは可撓性を有して皮膚などに容易に無拘束に接触あるいは密着させることができ、しかも心音、呼吸音（呼吸状況）など生体中あるいは生体上の圧力の変動に基づいて検知される情報のみならず、心電位、筋電位あるいは生体インピーダンスなどの生体電気に基づいて検知される情報を簡素な構造で安価でなおかつ効率的に取得できる生体信号計測センサーとその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である生体信号計測センサーは、第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線を有するものである。
【０００９】
上記構成の生体信号計測センサーにおいては、第１の生体電極で生体上の圧力変動を測定し、その信号は第１の一対の電気信号線から取り出され、第１の生体電極と第２の生体電極でその間の生体電気信号を測定し、その信号は第２の一対の電気信号線から取り出されるという作用を有する。しかも、第１の生体電極の第１の電気伝導性布帛は圧力変動を測定する場合と生体電気信号を測定する場合の両方に利用されるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１に記載の生体信号計測センサーにおいて、第２の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛が一体化して形成されるものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１と同様の作用を有する。また、第２の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛を一体とするため、さらに簡素化できるという作用を有する。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１または請求項２に記載された生体信号計測センサーにおいて、ポリマー圧電体フィルムをポリフッ化ビニリデンフィルムとしたものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１あるいは請求項２に記載の生体信号計測センサーと同様の作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明である生体信号計測センサーは、請求項１または請求項２に記載された生体信号計測センサーにおいて、電気伝導性布帛を非導電性繊維に金属メッキした導電性繊維あるいは金属繊維としたものである。
上記構成の生体信号計測センサーにおいても請求項１あるいは請求項２に記載の生体信号計測センサーと同様の作用を有する。
【００１３】
最後に、請求項５に記載された発明である生体信号計測装置は、第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、前記第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、前記第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線と、前記第１の一対の電気信号線に接続される圧力変動計測部と、前記第２の一対の電気信号線に接続される生体電気計測部と、この生体電気計測部と前記圧力変動計測部に接続される生体信号処理部とを有する
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る生体信号計測センサーの第１の実施の形態を図１に基づき説明する。（請求項１、請求項３、請求項４に対応）
図１は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの概念図である。図１において、本実施の形態における生体信号センサー１は、第１の生体電極２と第２の生体電極３を有している。このうち第１の生体電極２は、ポリマー圧電体フィルムとしてポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを採用し、その両側に電気伝導性布帛６ａ，６ｂを設けるものである。また、電気伝導性布帛６ａからは電気信号線８ａが、電気伝導性布帛６ｂからは電気信号線８ｂが延設されている。この第１の生体電極２は、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを挟む両側の電気伝導性布帛６ａ，６ｂから圧力変動に係る信号を取り出すものである。
【００１５】
一方、第２の生体電極３は第１の生体電極２と同様の構成をしており、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ｂを電気伝導性布帛１０ａと電気伝導性布帛１０ｂで挟んでいる。しかしながら、電気伝導性布帛１０ａのみから電気信号線１１ｂを引き出すものである。但し、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａから電気信号線１１ａを引き出しながら、この電気信号線１１ａと電気信号線１１ｂによって電気伝導性布帛６ａと電気伝導性布帛１０ａ間で発生する生体電気信号を取り出すものである。この生体電気信号の例としては、心電位、筋電位あるいは皮膚インピーダンスなどの生体インピーダンスなどがある。
【００１６】
もう少し具体的な説明を加える。本実施の形態に係る第１の生体電極２と第２の生体電極３をシート状に加工して、それぞれ所定の距離を離して配置する。生体電気を直接計測する場合には、電気伝導性布帛６ａ，１０ａが直接身体の皮膚表面に接触する必要があるが、心音として計測する場合には、衣服を介しても計測可能である。また、生体電気信号を計測する場合には、第１の生体電極２と第２の生体電極３が必要であるが、心音のみを計測する場合には、もちろん第１の生体電極２のみで可能である。さらに、心電信号など一定の生体電気信号を計測する際には、第１の生体電極２あるいは第２の生体電極３のいずれかを胸部に配置して他方を心臓を挟んで配置することが望ましい。
第１の生体電極２と第２の生体電極３の電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂとしては、例えばナイロンコードに金属メッキした導電性繊維あるいは金属繊維などが好適である。また、第１の生体電極２や第２の生体電極３あるいはそれらを挟む電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂの形状は図１では矩形として描かれているが、この形状はもちろん用途、目的によって変更可能であり、円形などでも構わない。
【００１７】
このように構成された本実施の形態においては、第１の生体電極２において心音、呼吸音（呼吸状況）など生体中あるいは生体上の圧力変動信号に基づいて検知される情報を測定することができる。また、第２の生体電極３において生体電気信号に基づいて検知される心電位や筋電位あるいは生体インピーダンスなどの情報を測定することができる。しかも、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａは圧力変動信号を計測するためのものであると同時に生体電気信号を計測するものでもある。
すなわち、第１の生体電極２を圧力変動信号の計測と生体電気信号の計測の２通りの測定に兼用するものである。従って、生体信号センサー１の構成を簡素化でき、効率的に人間や動物などの生体信号を測定することができる。
また、第１の生体電極２と第２の生体電極３共にポリフッ化ビニリデンフィルム７を利用し、その両面を電気伝導性布帛６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂでそれぞれ挟むことにより、非常に高い可撓性を備えるものである。従って、皮膚などに容易に接触させることができる。
【００１８】
ここで、図２を用いて本発明の第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの第１の生体電極の構造について説明する。図２（ａ）は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの外形図であり、（ｂ）は（ａ）中に示されるＡ−Ａ線断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）において、第１の生体電極２は２つの電気伝導性布帛６ａ，６ｂによってポリフッ化ビニリデンフィルム７ａを挟む構造を有している。電気伝導性布帛６ａ，６ｂから電気信号線８ａ，８ｂが延設されるが、その際には、電気伝導性布帛６ａ，６ｂを少し延長して端部１４ａ，１４ｂを形成してそこから電気信号線８ａ，８ｂとの接合部を取り回している。
このように構成することによれば、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａから電気信号線８ａ，８ｂを取り回す必要がないため、ポリフッ化ビニリデンフィルム７ａの非常に薄く熱にも弱いという欠点を補いながら、特長であるところの可撓性、柔軟性を失うこともなく優れた生体信号計測センサーとすることができる。さらに、端部１４ａ、１４ｂを設けない場合に比べて、電気伝導性布帛６ａ，６ｂと電気信号線８ａ，８ｂの接合部の柔軟性を高めることができる。
【００１９】
次に、図１に戻り、さらに図３乃至図５を参照しながら本発明に係る生体信号計測装置の実施の形態について説明する。（請求項５に対応）
図１において、先の生体信号計測センサーの実施の形態で説明した圧力変動信号を取り出す電気信号線８ａ，８ｂは圧力変動計測部４に接続される。圧力変動計測部４は、電気信号線８ａ，８ｂの電位差から圧力変動を計測するものである。
また、生体電気信号を取り出す電気信号線１１ａ，１１ｂは生体電気計測部５に接続される。生体電気計測部５は、電気信号線１１ａ，１１ｂの電位差から生体電気信号を計測するものである。
さらに圧力変動計測部４で計測された圧力変動に関する信号は電気信号線１２ａを介して生体信号処理部９に送信され、生体電気計測部５で計測された生体電気に関する信号は電気信号線１２ｂを介して生体信号処理部９に送信される。この生体信号処理部９は、２つの信号を収集して総合的な処理を行うものである。
【００２０】
このような構成の本実施の形態によれば、第１の生体電極２と第２の生体電極３及びこれらの生体電極から延設される一対の電気信号線８ａ，８ｂ及び電気伝導性布帛１０ａ，１０ｂから構成される生体信号センサー１を用いることで、圧力変動信号のみならず、生体電気信号を計測して同時に処理することができる。従って、生体の物理的な動作のみを計測するのではなく、より重要な生体電気信号を取得することができる。しかも、第１の生体電極２の電気伝導性布帛６ａを圧力変動信号の計測と生体電気信号の計測という２通りの計測に活用することによって、生体信号計測センサーの簡素化と効率化を図ることができる。
【００２１】
次に、図３と図４を用いて生体信号計測装置によって出力された心電図波形と心音波形について説明する。図３は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心電図波形の出力図である。図３において、横軸は時間を示しており、縦軸は心電信号を電圧で表示したものである。ほぼ０．４秒に一度の頻度で心電信号が計測されていることがわかる。
また、図４は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心音波形の出力図である。図４においては、ほぼ１秒に一度の頻度で心音信号が計測されていることがわかる。
【００２２】
さらに、ここで図５を参照しながら生体信号計測装置を用いて心電図波形及び心音波形あるいは呼吸波形を測定する方法について説明を加える。図５は第１の実施の形態に係る生体信号計測装置を用いて生体信号の計測を行っている様子を示す概念図である。図５において、被計測者３０は横たわっており、その枕には第１の生体電極２が設置されており、足元には第２の生体電極３が設置されている。第１の生体電極２からは圧力変動信号を送信するための電気信号線８ａ，８ｂが生体信号計測装置２８に接続されている。一方、第２の生体電極３からは生体電気信号を送信するための電気信号線１１ｂが生体信号計測装置２８に接続されると同時に、第１の生体電極２からも電気信号線１１ａが生体信号計測装置２８に接続されている。生体信号計測装置２８には、圧力変動計測部４、生体電気計測部５及び生体信号処理部９が格納されている。第１の生体電極２では被計測者３０が呼吸をする度に首筋に生じる体動あるいは心音を圧力変動信号すなわち呼吸波形あるいは心音波形として計測し、第１の生体電極２と第２の生体電極３を用いて生体電気信号すなわち心電波形が測定される。それぞれの信号は生体信号計測装置２８で処理された後、ディスプレイ装置２９に表示される。図５では、符号２９ａは図３に示されるような心電波形２９ａを示しているおり、またここでは符号２９ｂは図４に示されるような心音波形ではなく、呼吸波形２９ｂを示している。但し、圧力変動信号である心音波形と呼吸波形は別個独立に第１の生体電極２によって計測可能であり、生体信号計測装置２８内などに所定のフィルターを設けることなどによれば同時にディスプレイ装置２９に表示することも可能である。
【００２３】
次に、図６を参照して本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第２の実施の形態について説明する。（請求項２に対応）
図６は、第２の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第２の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。図６において、図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一符号を付し、その構成の説明は省略する。図６の生体信号センサー１５においては、第１の生体電極１６と第２の生体電極１７がそれぞれ第１の実施の形態と同様にポリフッ化ビニリデンフィルム７ａ，７ｂに対してそれぞれ電気伝導性布帛６ａ，１０ａを一の面に当接させるものの、他の面には共通の電気伝導性布帛１３を配置し、電気信号線８ｃを延設しながら挟むようにしたものである。
【００２４】
このように構成された本実施の形態に係る生体信号計測センサーにおいては、図６に示されるような第１の生体電極１６と第２の生体電極１７が各々１の場合においてはあまり効果がないものの、例えば、第１の生体電極１６が多数存在するような場合に、電気伝導性布帛１３をこれらの多数の第１の生体電極１６に共通に設けてやれば、電気信号線８ａは各々の第１の生体電極１６の数だけ必要であるものの、電気信号線８ｃについては、共通の電気信号線として利用することができ、省配線化を図ることができる。
さらに、電気伝導性布帛１３は複数の生体電極に跨って設置されるものであり、第１の生体電極１６と第２の生体電極１７の間で計測される生体電気信号に対しては外来雑音を遮蔽するシールドとしての機能が強化される。
本実施の形態に係る生体信号計測センサーから得られた圧力変動信号と生体電気信号は、図１に示される第１の実施の形態に係る生体信号計測装置と同様に圧力変動計測部４、生体電気計測部５、生体信号処理部９によって処理される。
【００２５】
次に、図７を参照しながら本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第３の実施の形態について説明する。
図７は、第３の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第３の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。図７において、生体信号センサー１８は一の面に複数の電気伝導性布帛２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛２２が設けられている。電気伝導性布帛２２からは電気信号線２６が延設されている。
図６を参照しながら説明したように、各電気伝導性布帛２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに対して電気伝導性布帛２２を共通に設けることによって、電気伝導性布帛２２から１本の電気信号線２６を圧力変動計測部４に対して引き回せばよく、省配線化が可能となる。しかも、マルチプレクサなどの切換スイッチ２７を用いてやれば、電気信号線２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのいずれかを電気信号線２５を介して圧力変動計測部４に接続することができるため、さらに省配線化を図ることができる。さらに、電気伝導性布帛２２を共通化させることによるセンサー製造コスト低減化も可能である。
【００２６】
さらに、本発明に係る生体信号計測センサーとそれを用いた生体信号計測装置の第４の実施の形態について図８を参照しながら説明する。
図８は、第４の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第４の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。図８において、生体信号センサー１９は図７と同様に、一の面に複数の電気伝導性布帛３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛３２が設けられている。電気伝導性布帛３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにはそれぞれ電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが接続されており、このうちの２つの電気信号線を選択するようにマルチプレクサなどの切換スイッチ３７が設置されている。切換スイッチ３７を操作することによって、電気信号線３５と電気信号線３６を介して生体電気計測部５に接続される電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを選択することが可能である。
このように構成された本実施の形態においては、図７に示したような複数の圧力変動信号を計測する生体信号センサー１８のみならず、複数の生体電気信号を計測する生体信号センサー１９も容易に提供可能となる。しかも、電気伝導性布帛３２はシールドとして共有できる。
【００２７】
次に図９を用いて本発明に係る生体信号計測装置の第５の実施の形態について説明する。
図９は、第５の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。図９において、生体信号センサー２０は図７及び図８の実施の形態と同様に、一の面に複数の電気伝導性布帛４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを有しており、それぞれポリフッ化ビニリデンフィルム４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを挟む構造をなすが、一の面に対する他の面には一の電気伝導性布帛４２が設けられている。電気伝導性布帛４６からは電気信号線４６が延設されている。電気伝導性布帛４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄにはそれぞれ電気信号線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが接続されており、このうちの２つの電気信号線を選択するようにマルチプレクサなどの切換スイッチ４７が設置されている。切換スイッチ４７を操作することによって、電気信号線４５と電気信号線４８ｂを介して生体電気計測部５に接続される電気信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを選択することが可能である。また、切換スイッチ４７には電気信号線４８ａが接続されており、これと先の電気信号線４６は圧力変動計測部４に接続されている。さらに、圧力変動計測部４と生体電気計測部５は、それぞれ電気信号線４９と電気信号線５０によって生体信号処理部９に接続される。
本実施の形態に係る生体信号計測装置は、図７に示された圧力変動信号を計測する生体信号センサー１８と図８に示された生体電気信号を計測する生体信号センサー１９を組み合わせるものである。
【００２８】
ここで、図１０を用いて図９に示した生体信号計測装置をさらに具体化した例について説明を加える。図１０は本実施の形態に係る生体信号計測装置の具体的な使用例を説明するための概念図である。図１０において、図９に示された物と同一物には同一符号を付し、その構成の説明は省略する。なお、図１０は図９において切換スイッチ４７で選択されている電気伝導性布帛４１ｂと電気伝導性布帛４１ｄを抽出して描かれている。
図１０において、横たわる新生児を想定した被計測者３０の体の下には圧力変動信号を計測するための電気伝導性布帛４１ｄが、また頭の下には生体電気信号を計測するための電気伝導性布帛４１ｂが設置されており、その下にはポリフッ化ビニリデンフィルム４４ｄ，４４ｂをそれぞれ介して電気伝導性布帛４２が敷かれている。電気伝導性布帛４１ｄと電気伝導性布帛４２からは圧力変動信号を伝送するための電気信号線４３ｄ，４８ａ，４６が延設され圧力変動計測部４に接続されている。一方、電気伝導性布帛４１ｂ及び電気伝導性布帛４１ｄからは生体電気信号を計測するための電気信号線４３ｂ，４５，４８ｂが生体電気計測部５に接続されている。
本図では電気伝導性布帛４１ｂと電気伝導性布帛４１ｄのみについて記載しているが、図９に示されるように電気伝導性布帛４１ａ，４１ｃなど複数の電気伝導性布帛を設けることももちろん可能である。
なお、計測する心電波形などの生体電気信号が外部から影響を受けないように電気伝導性布帛４２から中立点供給電線４２ａが延設されており生体電気計測部５に接続されている。
【００２９】
このように構成される本実施の形態においては、生体振動信号などと生体電気信号を同時に多点で計測できる。また、電気伝導性布帛４２を共有することによって省配線化を図ることができ、構造を簡素化でき安価で効率的に計測を可能にするものである。
本実施の形態では、システムを簡素化するため切換スイッチ４７において圧力変動信号計測用と生体電気信号計測用で共用しているが、これらを独立にスイッチングすることももちろん可能である。
【００３０】
次に、図１１を用いて、本実施の形態に係る生体信号計測センサーを仮想現実感プローブ用にグローブに装着した場合について説明する。
図１１（ａ）は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを内部に実装した仮想現実感グローブの手の平側の内部を示す概念図であり、（ｂ）は同じく手の甲側の内部を示す概念図である。図１１（ａ）において、仮想現実感グローブ５１の内側の手の平側５２には図１に示される生体信号センサー１を実装している。図１１（ｂ）では、同様に手の甲側５３に図６に示される生体信号センサー１５を実装している。十分な柔軟性あるいは可撓性を有しているため、手の曲面や関節部分にも無拘束で接触あるいは密着させることができる。
このように手の平側５２と手の甲側５３にそれぞれ生体信号センサー１，１５を備えることによって、仮想現実を体験する際の圧力変動、筋電位、皮膚インピーダンスを計測でき、これらの値から体験者の動作あるいは触覚、集中度、興奮度、疲労度を検出することができる。この動作や触覚をフィードバックすることにより、仮想体験を制御するようにしてもよい。
【００３１】
入力装置は、本図を用いて説明するようなグローブに限定するものではなく、体験者の衣服、靴、椅子等に装着してもよい。また、ゲーム用コントローラ、スキーのストック、野球のバット、ゴルフクラブ、アスレチックジムに設置してある器具の掌握部等の形状でもよい。
このうち、例えば野球のバット、ゴルフクラブ等に取り付けた場合、スイング時の握力変動、皮膚インピーダンス、ボールとのインパクト時の圧力変動を計測し、運動者の動作、スイングタイミングを検出することができる。これらの情報に基づいて、理想的なフォームの確認、イメージトレーニング等に使用することもできる。
なお、本図においては、生体信号センサー１と生体信号センサー１５を設けた場合を説明したが、これらのセンサーに限定するものではなく、この他の実施例として示した生体信号センサー１８，１９，２０であってもよいことは言うまでもない。
【００３２】
最後に図１２を用いて、本実施の形態に係る生体信号計測センサーを自動車のステアリングホイールに装着した場合について説明する。図１２は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを表面に実装した自動車のステアリングホイールを示す概念図である。
図１２において、ステアリングホイール５４は人間によって握られる箇所に生体信号センサー１を配置させる構成となっている。このように構成することによって、圧力変動、筋電位、皮膚インピーダンスを計測して、これらの値から運転者の動作あるいは触覚、覚醒状態、運転に対する集中度、疲労度を検出することができる。
従って、これらの情報を基に運転者がより安全に運転できるように情報提供を行うことが可能となる。
本図においては、自動車のステアリングホイール５４に生体信号センサー１を装着したが、自動車に限定されるものではなく広く乗り物の操舵装置に装着することができる。また、生体信号センサー１に限定するものでもなく、その他の生体信号センサー１５，１８，１９，２０であってももちろんよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体信号計測センサーと生体信号計測装置においては、人間や動物などの生体信号を測定するために、高い柔軟性あるいは可撓性を有して皮膚などに容易に無拘束で接触あるいは密着させることができ、しかも心音、呼吸音あるいは呼吸状況など生体中あるいは生体上の圧力の変動に基づいて検知される信号情報のみならず、心電位、筋電位あるいは皮膚インピーダンスなどの生体インピーダンスの生体電気に基づいて検知される信号情報を簡素な構造でなおかつ効率的に取得できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーと生体信号計測装置の概念図である。
【図２】（ａ）は第１の実施の形態に係る生体信号計測センサーの外形図であり、（ｂ）は（ａ）中に示されるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心電図波形の出力図である。
【図４】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置によって計測された心音波形の出力図である。
【図５】第１の実施の形態に係る生体信号計測装置を用いて生体信号の計測を行っている様子を示す概念図である。
【図６】第２の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第２の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図７】第３の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第３の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図８】第４の実施の形態に係る生体信号計測センサーとそれを用いた第４の実施の形態に係る生体信号計測装置を示す概念図である。
【図９】第５の実施の形態に係る生体信号計測装置の概念図である。
【図１０】図１０は本実施の形態に係る生体信号計測装置の具体的な使用例を説明するための概念図である。
【図１１】（ａ）は本実施の形態に係る生体信号計測センサーを内部に実装した仮想現実感グローブの手の平側の内部を示す概念図であり、（ｂ）は同じく手の甲側の内部を示す概念図である。
【図１２】本実施の形態に係る生体信号計測センサーを表面に実装した自動車のステアリングホイールを示す概念図である。
【符号の説明】
１…生体信号センサー ２…第１の生体電極 ３…第２の生体電極 ４…圧力変動計測部 ５…生体電気計測部 ６ａ，６ｂ…電気伝導性布帛 ７…ポリフッ化ビニリデンフィルム ８ａ，８ｂ，８ｃ…電気信号線 ９…生体信号処理部
１０ａ，１０ｂ…電気伝導性布帛 １１ａ，１１ｂ…電気信号線 １２ａ，１２ｂ…電気信号線 １３…電気伝導性布帛 １４ａ，１４ｂ…端部 １５…生体信号センサー １６…第１の生体電極 １７…第２の生体電極 １８…生体信号センサー １９…生体信号センサー ２０…生体信号センサー ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…電気伝導性布帛 ２２…電気伝導性布帛 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…電気信号線 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ２５…電気信号線 ２６…電気信号線 ２７…切換スイッチ
２８…生体信号計測装置 ２９…ディスプレイ装置 ２９ａ… ２９ｂ… ３０…被計測者 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…電気伝導性布帛 ３２…電気伝導性布帛 ３３…電気信号線 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ３５…電気信号線 ３６…電気信号線 ３７…切換スイッチ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…電気伝導性布帛 ４２…電気伝導性布帛
４２ａ…中立点供給電線 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ…電気信号線 ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４ｄ…ポリフッ化ビニリデンフィルム ４５…電気信号線
４６…電気信号線 ４７…切換スイッチ ４８ａ，４８ｂ…電気信号線 ４９…電気信号線 ５０…電気信号線 ５１…仮想現実感グローブ ５２…手の平側５３…手の甲側 ５４…ステアリングホイール
Claims (5)
- 第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３の電気伝導性布帛と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、前記第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、前記第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線とを有することを特徴とする生体信号計測センサー。
- 前記第２の電気伝導性布帛と前記第４の電気伝導性布帛は一体化して形成されることを特徴とする請求項１記載の生体信号計測センサー。
- 前記ポリマー圧電体フィルムはポリフッ化ビニリデンフィルムであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の生体信号計測センサー。
- 前記電気伝導性布帛は非導電性繊維に金属メッキした導電性繊維あるいは金属繊維であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の生体信号計測センサー。
- 第１のポリマー圧電体フィルムの両面を第１の第２の電気伝導性布帛で挟んで構成される第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムの両面を第３と第４の電気伝導性布帛で挟んで構成される第２の生体電極と、前記第１の電気伝導性布帛と第２の電気伝導性布帛のそれぞれから延設され圧力変動を計測するための第１の一対の電気信号線と、前記第３の電気伝導性布帛と前記第１の電気伝導性布帛からそれぞれ延設され生体電気を計測するための第２の一対の電気信号線と、前記第１の一対の電気信号線に接続される圧力変動計測部と、前記第２の一対の電気信号線に接続される生体電気計測部と、この生体電気計測部と前記圧力変動計測部に接続される生体信号処理部とを有することを特徴とする生体信号計測装置。
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