JP4633374B2

JP4633374B2 - Biosensor device

Info

Publication number: JP4633374B2
Application number: JP2004067782A
Authority: JP
Inventors: 文西陳; 大名魏; 茂時野谷; 尚寿武田
Original assignee: University of Aizu
Current assignee: University of Aizu
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP2005253610A

Description

この発明は、ユーザの生体情報を収集するためにユーザの身体に取り付ける生体センサベルトに関する。 The present invention relates to a biosensor belt attached to a user's body in order to collect user's biometric information.

特許文献１には、ユーザが心電電極を皮膚に貼り付け、心電電極が接続されたモジュールを携帯端末に接続して使用する装置が記載されている。センサ・モジュールは、心電電極からのデータに基づいて簡易診断を行い、必要に応じて携帯端末を介して遠隔のサーバに生体情報を送信し、サーバでこの生体情報を解析し、ユーザの健康状態を診断するシステムが記載されている。 Patent Document 1 describes an apparatus in which a user attaches an electrocardiographic electrode to the skin and connects a module to which the electrocardiographic electrode is connected to a mobile terminal. The sensor module performs simple diagnosis based on the data from the electrocardiogram electrode, transmits biological information to a remote server via a portable terminal as necessary, analyzes the biological information by the server, A system for diagnosing conditions is described.

特許文献２には、血圧、脈拍、呼吸数などの生体情報を検出するための測定装置および加速度センサを胸部、脚部など多くの箇所に取り付け、これらの測定装置から得られる生体情報をブルートゥース（Bluetooth）を用いて施設内のプロセッサ装置に送信し、または測定装置に接続された携帯端末から遠隔のプロセッサ装置に送信することが記載されている。プロセッサ装置は、受信した加速度情報から被験者の運動量を算出し、この運動量に応じた血圧、脈拍、呼吸数などのしきい値を算出する。プロセッサ装置は、被験者の測定装置から得られる血圧、脈拍、呼吸数がこれらの運動量に応じたしきい値を超えているとき、身体異常を被験者に通知する。 In Patent Document 2, measurement devices and acceleration sensors for detecting biological information such as blood pressure, pulse, and respiratory rate are attached to many places such as a chest and legs, and the biological information obtained from these measurement devices is Bluetooth ( It is described that the data is transmitted to a processor device in a facility using Bluetooth or transmitted from a portable terminal connected to a measurement device to a remote processor device. The processor device calculates the exercise amount of the subject from the received acceleration information, and calculates threshold values such as blood pressure, pulse rate, and respiration rate according to the exercise amount. The processor device notifies the subject of a physical abnormality when the blood pressure, pulse rate, and respiratory rate obtained from the measurement device of the subject exceed the threshold values corresponding to the amount of exercise.

特許文献３には、加速度センサなどを組み込んだ腕時計型の表示装置を備える生体情報収集装置を使用者に装着して、生体情報をこの収集装置のメモリに保存することが記載されている。加速度センサの出力を分析することにより、使用者の動きを検出し、睡眠中の動きであるか、覚醒中の動きであるかを判定することができる。ＰＣに接続されたドッキング・ステーションにこの生体情報収集装置を接続し、ＰＣに組み込まれたプログラムにしたがって使用者の精神状態の問診（なぜそのような動きをしたかなど）が行われる。 Patent Document 3 describes that a biological information collection device including a wristwatch-type display device incorporating an acceleration sensor or the like is attached to a user, and biological information is stored in a memory of the collection device. By analyzing the output of the acceleration sensor, it is possible to detect the movement of the user and determine whether it is a movement during sleep or a movement during awakening. This biological information collecting apparatus is connected to a docking station connected to the PC, and the user's mental condition is interrogated (why such movement is performed) according to a program incorporated in the PC.

特許文献４には、加速度センサ、角速度センサ、および脈波センサを組み込んだ腕に装着するためのベルトが開示されている。これらのセンサからの検出信号は無線送信され、加速度および角速度の運動に関する情報と、脈波の生体情報との組み合わせで身体状態の監視を行う。たとえば、運動量が小さいにもかかわらず脈拍数が異常に高い場合、警報信号が出力される。
特開2003-299624号公報特開2003-220039号公報特開2003-290176号公報特開2003-24287号公報 Patent Document 4 discloses a belt for mounting on an arm incorporating an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and a pulse wave sensor. Detection signals from these sensors are transmitted wirelessly, and the body condition is monitored by a combination of information on motion of acceleration and angular velocity and biological information of pulse waves. For example, if the pulse rate is abnormally high despite the small amount of exercise, an alarm signal is output.
JP2003-299624 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-220039 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-290176 JP2003-24287

健康管理を充実させ、適切な医療サービスが受けられるようにするためには、心拍数、呼吸数その他の生体情報を日常的にモニタすることが望まれる。そのためには、ユーザによる操作を極力減らし、服装のように着用するだけで簡単に利用可能な健康管理システムが切望される。 In order to enhance health management and receive appropriate medical services, it is desirable to monitor the heart rate, respiratory rate and other biological information on a daily basis. For this purpose, a health management system that can be easily used simply by wearing it like clothes is desired.

特許文献１に記載の技術は、生体情報を収集する際に心電電極その他のセンサを身体の複数の箇所に取り付けるもので、ユーザによる操作が必要である。 The technique described in Patent Document 1 attaches electrocardiographic electrodes and other sensors to a plurality of locations on the body when collecting biological information, and requires an operation by a user.

特許文献２および３に記載の技術は、腕にセンサを取り付けて生体情報を常時収集するもので、腕に装着するセンサから得られる生体情報は極めて限られており、健康状態の十分なモニタを行うことはできない。 The techniques described in Patent Documents 2 and 3 always collect biological information by attaching a sensor to the arm. The biological information obtained from the sensor attached to the arm is extremely limited, and a sufficient monitor of the health condition is required. Can't do it.

特許文献４に記載の技術は、身体の複数の離れた箇所にセンサを取り付けて健康状態の検出を行うものであり、日常的に使用するには操作が煩雑すぎる。 The technique described in Patent Document 4 is to detect a health condition by attaching sensors to a plurality of distant places on the body, and the operation is too complicated for daily use.

したがって、心電情報その他の生体情報を日常的に簡単に収集することができる装置が望まれている。 Therefore, an apparatus capable of easily collecting electrocardiographic information and other biological information on a daily basis is desired.

この発明の生体センサベルトは、少なくとも１チャンネルの心電信号を検出するための心電電極をユーザの身体に接触する側に備え、ユーザの胸部付近に装着することができる。この生体センサベルトは、心電電極で検出される信号を処理する生体センサ処理装置と結合するための結合部を備えている。 The biosensor belt of the present invention includes an electrocardiographic electrode for detecting an electrocardiographic signal of at least one channel on the side in contact with the user's body, and can be mounted near the chest of the user. The biosensor belt includes a coupling unit for coupling with a biosensor processing apparatus that processes a signal detected by an electrocardiographic electrode.

この発明によると、心電電極がベルトに組み込まれているので、ベルトをユーザの胸部付近に装着することにより、ユーザの心電情報を収集することができる。 According to the present invention, since the electrocardiographic electrode is incorporated in the belt, the electrocardiographic information of the user can be collected by wearing the belt near the chest of the user.

一形態においては、生体センサベルトは、少なくとも２チャンネルの心電信号を得るための心電電極３つを備えており、この３つの電極は心臓を挟むよう配置されている。この形態によると、３つの心電電極が離れた位置で心電電位差を測定するので、このように構成された２チャンネルの心電信号からより多くの情報を得ることができる。 In one embodiment, the biosensor belt includes three electrocardiographic electrodes for obtaining at least two channels of electrocardiographic signals, and the three electrodes are arranged to sandwich the heart. According to this embodiment, since the electrocardiographic potential difference is measured at a position where the three electrocardiographic electrodes are separated from each other, more information can be obtained from the two-channel electrocardiographic signal thus configured.

一形態によると、２チャンネルの心電電極は、ユーザの背中に配置される１つのグラウンド（接地）電極と、ユーザの右胸部に配置され、該グラウンド電極とともに第１のチャンネルを構成する第１の心電電極と、ユーザの左胸部に配置され、前記グラウンド電極とともに第２のチャンネルを構成する第２の心電電極とで構成される。 According to one embodiment, the two-channel electrocardiographic electrodes are arranged on the user's back and on the user's right chest, and the first channel that forms the first channel together with the ground electrode. And a second electrocardiographic electrode disposed on the left chest of the user and constituting a second channel together with the ground electrode.

一形態によると、生体センサ処理装置は、前記心電電極からの検知出力を処理するためのプロセッサ、このプロセッサが実行するコンピュータ・プログラムを格納する第１のメモリ、このプロセッサによる処理結果の生体データを記憶する第２のメモリ、および電源となるバッテリを備えており、生体センサベルトは、このバッテリから電力を供給される。 According to one aspect, the biosensor processing apparatus includes a processor for processing the detection output from the electrocardiogram electrode, a first memory for storing a computer program executed by the processor, and biometric data obtained as a result of processing by the processor. The biosensor belt is supplied with electric power from the battery.

一形態によると、生体センサベルトは、ユーザの姿勢を検出する３軸の加速度センサを備える。この３軸の加速度センサは、２つの２軸加速度センサを１つの軸を共通に配置して構成することができる。３軸の加速度センサは、ユーザの前後方向、左右方向、および上下方向の動きを検出することができるので、ユーザの姿勢を検出することができ、また、ユーザの転倒を検出することができる。 According to one embodiment, the biosensor belt includes a triaxial acceleration sensor that detects the posture of the user. This three-axis acceleration sensor can be constituted by arranging two two-axis acceleration sensors in common on one axis. The triaxial acceleration sensor can detect the user's front-rear direction, left-right direction, and up-down direction movement, so that the user's posture can be detected, and the user's fall can be detected.

この発明のある形態においては、生体センサベルトは、体脂肪率の目安となる身体のインピーダンスを測定するため、身体に電流を流すための１対の電流電極と、この電流電極間を流れる電流による電圧降下を測定するための１対の電圧電極と、を備える。さらに、生体センサベルトは、体表面の温度と外部温度を検出する1対の温度センサを備えることができる。 In one embodiment of the present invention, the biosensor belt is based on a pair of current electrodes for passing a current through the body and a current flowing between the current electrodes in order to measure the body impedance, which is a measure of the body fat percentage. A pair of voltage electrodes for measuring the voltage drop. Furthermore, the biosensor belt can include a pair of temperature sensors that detect the temperature of the body surface and the external temperature.

生体センサ処理装置は、ユーザの携帯電話または携帯端末装置と通信する通信手段を備え、プロセッサによるモニタの結果、ユーザの健康状態に異常が疑われるとき、通信手段を起動して、異常をユーザの所持する携帯電話または携帯端末装置に通信するよう構成されている。 The biosensor processing apparatus includes a communication unit that communicates with a user's mobile phone or a mobile terminal device. When an abnormality is suspected in the user's health as a result of monitoring by the processor, the communication unit is activated to detect the abnormality of the user. The mobile phone is configured to communicate with a mobile phone or a mobile terminal device.

この形態によると、ユーザは、自己の健康状態に異常が生じると、速やかにその異常を知ることができる。また、異常に関連する生体データは、携帯電話または携帯端末装置を介して生体情報処理センタのコンピュータに送信することができる。 According to this embodiment, when an abnormality occurs in the user's health condition, the user can quickly know the abnormality. In addition, the biological data related to the abnormality can be transmitted to the computer of the biological information processing center via the mobile phone or the mobile terminal device.

次に図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の実施例に係るセンサベルトを使用した全体的なシステムの構成を示すブロック図である。ユーザが使用する装置10には、ユーザが胴体に着用するセンサベルト12、センサベルト12に着脱可能な生体センサ処理装置14、および生体センサ処理装置とブルートゥース（Bluetooth）または赤外線で結合して通信する携帯電話機16が含まれる。携帯電話機16の代わりに携帯端末装置（PDA）を用いることもできる。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an overall system configuration using a sensor belt according to an embodiment of the present invention. The device 10 used by the user communicates with the sensor belt 12 worn on the trunk by the user, the biosensor processing device 14 that can be attached to and detached from the sensor belt 12, and the biosensor processing device via Bluetooth or infrared rays. A mobile phone 16 is included. A mobile terminal device (PDA) can be used instead of the mobile phone 16.

センサベルトには、後に図２を参照して説明するように、心電電極が取り付けられている。心電電極の他にインピーダンス測定電極、温度センサ、加速度センサの内の１つまたは複数を取り付けることができる。生体センサ処理装置14は、後に図４を参照して説明するように、信号処理回路、CPU、RAM、および書き換え可能なROM（EEPROM、FEPROM）を備えており、センサベルトのセンサからの信号を処理して、ユーザの生体データをモニタし、メモリに保存するとともに、健康状態を推定する。推定結果は、異常が疑われると、生体センサ処理装置14は、ブルートゥース（Bluetooth）を起動して携帯電話16に信号を送り、ユーザの生体データをインターネットなどのネットワーク11を介してセンタ70に送信する。 As will be described later with reference to FIG. 2, an electrocardiographic electrode is attached to the sensor belt. In addition to the electrocardiographic electrode, one or more of an impedance measurement electrode, a temperature sensor, and an acceleration sensor can be attached. As will be described later with reference to FIG. 4, the biological sensor processing device 14 includes a signal processing circuit, a CPU, a RAM, and a rewritable ROM (EEPROM, FEPROM). Process and monitor the user's biometric data, store it in memory and estimate the health status. If the estimation result is suspected of being abnormal, the biometric sensor processing device 14 activates Bluetooth, sends a signal to the mobile phone 16, and sends the user's biometric data to the center 70 via the network 11 such as the Internet. To do.

ユーザ10の装置には、ドッキング・ステーション50が含まれる。ドッキング・ステーション50は、後に図５を参照して説明するように、生体センサ処理装置14のバッテリを充電するための充電回路、および生体センサ処理装置14に保存されたユーザ10の一定期間（たとえば、１日間）の生体データをインターネット11を介してセンタ70に送信するための通信装置を備えている。ドッキング・ステーション50は、この生体センサ処理装置との結合に機能を限定した全自動の専用装置であることが望ましい。代替的には、パーソナル・コンピュータのアタッチメントとして構成することもできる。 The device of user 10 includes a docking station 50. As will be described later with reference to FIG. 5, the docking station 50 includes a charging circuit for charging the battery of the biosensor processing device 14 and a certain period of time (for example, the user 10 stored in the biosensor processing device 14). (1 day) of biometric data is provided to the center 70 via the Internet 11. The docking station 50 is preferably a fully automatic dedicated device whose function is limited to coupling with the biosensor processing device. Alternatively, it may be configured as a personal computer attachment.

センタ70には、ユーザ、サポータ、およびシステム管理者にインターフェイス画面を提供するウェブサーバ72、データベース・サーバ74および解析サーバ76が備えられる。これらのサーバは、コンピュータ・システムで構成されるので、ハードウェアとしては、処理能力に応じて１台または複数台の小型・中型または大型のコンピュータで構成することもできる。図１は、機能ごとにコンピュータが設置されているものとして表現している。データベース・サーバ74には、システム管理データおよびサービス管理データ、ユーザの健康状態を判定するための汎用的な判定ルール、および健康増進助言データを格納するシステム・データベース74A、およびユーザそれぞれの個人データ、それぞれのユーザの生体センサ処理装置から送られてきた生体データ、ユーザの健康状態を判定するための個人別判定ルール、および個々のユーザに与える個人別の助言データを格納するユーザ・データベース74Bが含まれる。 The center 70 includes a web server 72, a database server 74, and an analysis server 76 that provide interface screens to users, supporters, and system administrators. Since these servers are configured by a computer system, the hardware can also be configured by one or a plurality of small, medium, or large computers according to the processing capability. FIG. 1 represents that a computer is installed for each function. The database server 74 includes system management data and service management data, a general determination rule for determining the health status of the user, and a system database 74A for storing health promotion advice data, and personal data of each user, Includes a user database 74B that stores biometric data sent from each user's biosensor processing device, individual determination rules for determining the user's health, and individual advice data given to individual users It is.

サポータ60は、医療機関、保険会社、公共機関、製薬会社、老人ホーム、ケアマンションなど、このシステムと協調してサービスを提供したりデータを利用したりする組織であり、クライアントPC62、又は携帯電話などを介して、ユーザまたはこのシステムのリクエストに応じてサービスに関与する。 The supporter 60 is an organization that provides services and uses data in cooperation with this system, such as medical institutions, insurance companies, public institutions, pharmaceutical companies, nursing homes, and care apartments. Involved in the service in response to a user or request of this system, etc.

図２は、この発明の一実施例のセンサベルト12を示す。センサベルト12は、身体の胸部辺りに直接装着するもので、背中または胸部に着脱用のマジックテープ、ホックまたはスナップを備えている。女性のブラジャーと同様の態様でブラジャーの下端付近で身体に取り付けられる。一つの変形として、着用位置を安定させるため、ブラジャーと同様の肩ひもをセンサベルトに付けることができる。また、女性用のセンサベルトは、ブラジャーの下端部に組み込むことができる。センサベルト12は、人の肌になじむ繊維性の帯で作製する。 FIG. 2 shows a sensor belt 12 according to one embodiment of the present invention. The sensor belt 12 is directly worn around the chest of the body, and has a detachable magic tape, hook or snap on the back or chest. It is attached to the body near the lower end of the bra in a manner similar to a female bra. As a variant, a shoulder strap similar to a bra can be attached to the sensor belt to stabilize the wearing position. A female sensor belt can be incorporated into the lower end of the brassiere. The sensor belt 12 is made of a fibrous band that conforms to human skin.

図２（B）は、センサベルトの断面をブロック図的に示す。センサ処理装置14は、センサベルト12の接続部13にプラグ的に差し込むことによりセンサベルトに結合させることができる。接続部13に取り付けた状態では、センサ処理装置とセンサベルトは、電気的に接続されている。センサベルト12は、電源を備えておらず、センサ処理装置14のバッテリから電力の供給を受ける。ユーザによる操作を簡単にするため、この実施例では、センサ処理装置14が接続部13に結合され、センサ処理装置14の電力端子が接続部13の電力端子に接続されると、センサ処理装置14からセンサベルトに電力が供給される構造とする。 FIG. 2B is a block diagram showing a cross section of the sensor belt. The sensor processing device 14 can be coupled to the sensor belt by being plugged into the connecting portion 13 of the sensor belt 12. In the state attached to the connection part 13, the sensor processing device and the sensor belt are electrically connected. The sensor belt 12 does not include a power source, and receives power from the battery of the sensor processing device 14. In order to simplify the operation by the user, in this embodiment, when the sensor processing device 14 is coupled to the connection unit 13 and the power terminal of the sensor processing device 14 is connected to the power terminal of the connection unit 13, the sensor processing device 14 The power is supplied from the sensor belt to the sensor belt.

図３(A)は、センサベルト12の接続部13を、図３（B）は、生体センサ処理装置14の概念的な構造を示す。生体センサ処理装置は、カード形式のモジュールであり、接続部13に差し込むためのプラグ部14Aをもつ。プラグ部14Aは、接続部13のスロット15の中に設けられているバネ状のコンタクト（図示せず）と接触する端子14Bを備えている。バネ状のコンタクトは、センサベルトに取り付けられた各種の電極およびセンサに電気的に接続されている。生体センサ処理装置14の端子14Bは、生体センサ処理装置のインターフェイス26の各部に電気的に接続されている。一部の端子は、生体センサ処理装置のバッテリ45に接続されている。 3A shows the connection portion 13 of the sensor belt 12, and FIG. 3B shows the conceptual structure of the biosensor processing device 14. FIG. The biosensor processing device is a card-type module, and has a plug portion 14A to be inserted into the connection portion 13. The plug portion 14A includes a terminal 14B that comes into contact with a spring-like contact (not shown) provided in the slot 15 of the connection portion 13. The spring-like contact is electrically connected to various electrodes and sensors attached to the sensor belt. The terminal 14B of the biosensor processing device 14 is electrically connected to each part of the interface 26 of the biosensor processing device. Some terminals are connected to the battery 45 of the biosensor processing apparatus.

図３では、接続部13は、生体センサベルト12と生体センサ処理装置14との電気的な接続を行うばかりでなく、生体センサ処理装置14を機械的に支持する構造として示してある。代替的には、接続部13は、生体センサ処理装置14と電気的な接続を確立するために使用し、これとは別に生体センサ処理装置14をセンサベルト12に機械的に取り付ける機構を設けることができる。たとえば、図３（B）に示す生体センサ処理装置14の裏面にマジックテープを設け、センサベルト12にもこれに対応するマジックテープを設けて、マジックテープの結合により生体センサ処理装置14を生体センサベルト12に取り付けることができる。 In FIG. 3, the connecting portion 13 is shown as a structure that not only electrically connects the biosensor belt 12 and the biosensor processing device 14 but also mechanically supports the biosensor processing device 14. Alternatively, the connection unit 13 is used to establish an electrical connection with the biosensor processing device 14, and a mechanism for mechanically attaching the biosensor processing device 14 to the sensor belt 12 is provided. Can do. For example, a velcro tape is provided on the back surface of the biosensor processing device 14 shown in FIG. 3B, and a velcro tape corresponding to the biosensor processing device 14 is provided on the back surface of the biosensor processing device 14. Can be attached to belt 12.

生体センサベルト12の内側には心電電極18A、18B、18Cが設けられている。心電電極18Aは共通電極（接地電極）であり、ユーザの背中に配置される。この電極は、ユーザの背中において心臓19からなるべく遠い位置、すなわち背中の右側に配置するのがよい。電極18Bは、ユーザの胸骨右縁と第４肋間との交点に対応するV1誘導の位置に配置する。電極18Aと18Bとで第１の心電計測チャンネルを形成する。電極18Cは、第５肋間と左前腋窩線との交点に対応するV5誘導の位置に配置する。こうして、電極18Aと18Cとで第２の心電計測チャンネルを形成する。このように３つの電極を配置することにより、第１および第２の心電計測チャンネルは電気ベクトルがほぼ直交的であるため、計測された各チャンネル間に情報の重なり（冗長性）が少なくなる。 Electrocardiographic electrodes 18A, 18B, and 18C are provided inside the biosensor belt 12. The electrocardiogram electrode 18A is a common electrode (ground electrode), and is disposed on the user's back. This electrode is preferably located as far as possible from the heart 19 on the back of the user, that is, on the right side of the back. The electrode 18B is arranged at the position of the V1 lead corresponding to the intersection between the user's right sternum edge and the fourth intercostal space. A first electrocardiographic measurement channel is formed by the electrodes 18A and 18B. The electrode 18C is disposed at the position of the V5 lead corresponding to the intersection of the fifth intercostal space and the left anterior axillary line. Thus, a second electrocardiographic measurement channel is formed by the electrodes 18A and 18C. By arranging the three electrodes in this manner, the first and second electrocardiogram measurement channels have substantially orthogonal electrical vectors, so that information overlap (redundancy) between the measured channels is reduced. .

図２(B)において、心臓19の位置は、生体センサベルト12を横切る水平面に投影した位置を示している。生体センサベルト12を着用したユーザの動きやすさの観点から、生体センサベルトは、胸部と腹部の間、すなわち心臓19の下部または下方に位置するのがよい。着用に支障がなければ、生体センサベルト12を心臓19を囲む位置に装着することもできる。 In FIG. 2B, the position of the heart 19 indicates the position projected on the horizontal plane that crosses the biosensor belt 12. From the viewpoint of ease of movement of the user wearing the biosensor belt 12, the biosensor belt is preferably located between the chest and the abdomen, that is, below or below the heart 19. If there is no hindrance to wearing, the biosensor belt 12 can be attached to a position surrounding the heart 19.

心電電極18A、18Bおよび18Cは、導電性ゴムまたは導電性繊維で作られており、センサベルトに埋め込まれた導電線により接続部13のバネ状コンタクトに接続されている。 The electrocardiographic electrodes 18A, 18B, and 18C are made of conductive rubber or conductive fiber, and are connected to the spring-like contacts of the connecting portion 13 by conductive wires embedded in the sensor belt.

電流電極20A、20Bは、身体の体脂肪率の目安となるインピーダンスを測定するための電流供給電極である。インピーダンスの測定は、電流電極20Aと20Bとの間に電流を流し、電圧電極20C、20D間の電圧、すなわち電流が体の断面を流れるときの電極20C、20D間の電圧降下を測定することによって行われる。電流電極20A、20Bは、心電電極と同様に導電性ゴムまたは導電性繊維でできており、センサベルト12に埋め込まれた導電線、およびこれに接続された接続部13のコンタクトを介してセンサ処理装置14のバッテリから電力を供給される。電流電極20A、20Bは、それぞれ心電電極の同じ水平線と左、右中腋窩線との交点に対応する位置に配置される。 The current electrodes 20A and 20B are current supply electrodes for measuring impedance that is a measure of the body fat percentage of the body. The impedance is measured by passing a current between the current electrodes 20A and 20B and measuring the voltage between the voltage electrodes 20C and 20D, that is, the voltage drop between the electrodes 20C and 20D when the current flows through the cross section of the body. Done. The current electrodes 20A and 20B are made of conductive rubber or conductive fiber in the same manner as the electrocardiographic electrodes, and are connected to the sensor via the conductive wire embedded in the sensor belt 12 and the contact of the connecting portion 13 connected thereto. Power is supplied from the battery of the processing device 14. The current electrodes 20A and 20B are arranged at positions corresponding to the intersections of the same horizontal line of the electrocardiographic electrodes and the left and right middle axillary lines, respectively.

電圧電極20C、20Dは、それぞれ電流電極20Aと心電電極18Bの間、電流電極20Bと心電電極18Cの間に離して配置され、センサベルト12に埋め込まれた導電線および接続部13のコンタクトを介してセンサ処理装置14に電気的に接続される。 The voltage electrodes 20C and 20D are arranged separately between the current electrode 20A and the electrocardiogram electrode 18B and between the current electrode 20B and the electrocardiogram electrode 18C, respectively, and the conductive wire embedded in the sensor belt 12 and the contact of the connection part 13 Is electrically connected to the sensor processing device 14.

センサベルト12の内側には、体表面温度センサ22が配置されている。 A body surface temperature sensor 22 is disposed inside the sensor belt 12.

また、センサベルトの外側には外部温度を計測するための温度センサ23が取り付けられている。 Further, a temperature sensor 23 for measuring an external temperature is attached to the outside of the sensor belt.

加速度センサがセンサ処理装置14に配置されている。加速度センサは、フィルム状の圧電素子を用いたセンサで、アナログデバイス社の２軸加速度センサADXL202（商品名）、（株）東京センサの３軸加速度センサACH-04（商品名）などを用いて構成することができる。この実施例では、身体の左右方向をｘ軸、前後方向をｙ軸、上下方向をｚ軸として、３つの直交方向の加速度と重力方向を検出する。 An acceleration sensor is disposed in the sensor processing device 14. The acceleration sensor is a sensor using a film-like piezoelectric element, such as the 2-axis acceleration sensor ADXL202 (trade name) of Analog Devices, the 3-axis acceleration sensor ACH-04 (trade name) of Tokyo Sensor Co., Ltd., etc. Can be configured. In this embodiment, acceleration in the three orthogonal directions and the direction of gravity are detected with the left-right direction of the body as the x-axis, the front-rear direction as the y-axis, and the vertical direction as the z-axis.

図４は、センサ処理装置14の全体的な構成を示す機能ブロック図である。センサ処理装置14は、入力インターフェイス26、CPU30、CPU30の演算処理とデータ蓄積に必要なメモリ領域を与えるランダムアクセス・メモリ（RAM）42、CPUが実行するプログラムおよびデータを記憶する書き換え可能な読み出し専用メモリ（EEPROM、FEPROM）44、および後述するドッキング・ステーションとのインターフェイス40を備える。さらにセンサ処理装置14は、必要に応じて携帯電話16と通信する通信装置38を備えている。この実施例では、通信装置38は、ブルートゥース（Bluetooth）通信装置であるが、代替的に赤外線または近距離FM波を用いた通信装置を用いることもできる。携帯電話16は、代替的にはPDAのような無線端末装置を用いることができる。携帯電話16は、ネットワーク11（図１）を介してセンタ70と通信する。 FIG. 4 is a functional block diagram showing the overall configuration of the sensor processing device 14. The sensor processor 14 is a rewritable, read-only memory that stores the input interface 26, the CPU 30, the random access memory (RAM) 42 that gives the memory area required for arithmetic processing and data storage of the CPU 30, and the program and data executed by the CPU A memory (EEPROM, FEPROM) 44 and an interface 40 with a docking station to be described later are provided. Further, the sensor processing device 14 includes a communication device 38 that communicates with the mobile phone 16 as necessary. In this embodiment, the communication device 38 is a Bluetooth communication device, but a communication device using infrared rays or short-range FM waves can be used instead. The mobile phone 16 can alternatively use a wireless terminal device such as a PDA. The cellular phone 16 communicates with the center 70 via the network 11 (FIG. 1).

センサ処理装置14は、充電式のバッテリ45を備えており、このバッテリ45は、家庭またはオフィスの交流電源に接続されたドッキング・ステーション50により充電される。 The sensor processor 14 includes a rechargeable battery 45, which is charged by a docking station 50 connected to a home or office AC power source.

図５は、ドッキング・ステーション50の機能ブロック図である。ドッキング・ステーション50は、生体センサ処理装置14と結合し、生体センサ処理装置14の充電式バッテリ45を充電し、RAM42に記憶されたユーザの生体データをセンタ70に送信するためのものである。ドッキング・ステーション50は、生体センサ処理装置14と電気的に結合するためのドッキング・インターフェイス51を備えている。一実施例では、ドッキング・インターフェイス51は、生体センサ処理装置14と電磁誘導結合する。代替的には、通常の接続端子による結合方式を用いることもできる。ドッキング・ステーションは、マイクロプロセッサで構成されるコントローラ53、充電回路54、RAM55、およびインターネット11に接続し、センタ70と通信する通信装置57を備えている。 FIG. 5 is a functional block diagram of the docking station 50. The docking station 50 is coupled to the biosensor processing device 14, charges the rechargeable battery 45 of the biosensor processing device 14, and transmits user biometric data stored in the RAM 42 to the center 70. The docking station 50 includes a docking interface 51 for electrically coupling with the biosensor processing device 14. In one embodiment, docking interface 51 is inductively coupled to biosensor processor 14. Alternatively, a coupling method using a normal connection terminal can be used. The docking station includes a controller 53 configured by a microprocessor, a charging circuit 54, a RAM 55, and a communication device 57 that is connected to the Internet 11 and communicates with the center 70.

生体センサ処理装置14がドッキング・ステーション50のドッキング・インターフェイス51に結合されると、充電回路54がバッテリ45の充電を開始する。これと並行してコントローラ53は、生体センサ処理装置のRAM42に記憶されたユーザの一日分の生体データをRAM55に読み込み、通信装置57によりセンタ70に送信する。通信装置57は、一実施例では、ADSL又はその他の通信方式によりインターネットを介してセンタ70に常時接続されている。代替的には、通信装置57は、ダイヤルアップでプロバイダを介してインターネットに接続し、センタ70に接続する方式をとることができる。この場合、コントローラ53は、生体センサ処理装置14がドッキング・インターフェイス51に結合されることに応じて、ダイヤラーを起動し、自動的にダイヤルアップ接続を実行するようプログラムされる。 When the biosensor processing device 14 is coupled to the docking interface 51 of the docking station 50, the charging circuit 54 begins charging the battery 45. In parallel with this, the controller 53 reads the daily biometric data of the user stored in the RAM 42 of the biometric sensor processing device into the RAM 55 and transmits it to the center 70 through the communication device 57. In one embodiment, the communication device 57 is always connected to the center 70 via the Internet by ADSL or other communication method. Alternatively, the communication device 57 may be connected to the Internet via a provider via dial-up and connected to the center 70. In this case, the controller 53 is programmed to activate the dialer and automatically perform a dial-up connection in response to the biosensor processing device 14 being coupled to the docking interface 51.

ドッキング・ステーション50は、生体センサ処理装置14にインストールされている生体データ処理プログラムを自動更新する機能を持っている。生体センサ処理装置14がドッキング・ステーション50のドッキング・インターフェイス51に結合されると、生体データ処理プログラムのバージョンとセンタ70のサーバにアップロードしたバージョンを比較し、新しいバージョンがサーバに存在する場合、この最新バージョンのプログラムを生体センサ処理装置14に自動的にインストールする。このような機能は、マイクロソフト社のWindows（商品名）で用いられているほか、ウィルス対策ソフト、たとえばトレンドマイクロ社のウィルスバスター（商品名）でも使われているが、ユーザの関与が要求される。この機能により、生体センサ処理装置14のプログラムは、常に最新の状態に保たれる。 The docking station 50 has a function of automatically updating a biometric data processing program installed in the biosensor processing device 14. When the biosensor processing device 14 is coupled to the docking interface 51 of the docking station 50, the version of the biometric data processing program is compared with the version uploaded to the server at the center 70, and if a new version exists on the server, this The latest version of the program is automatically installed in the biosensor processing device 14. Such a function is used not only in Microsoft's Windows (trade name) but also in anti-virus software such as Trend Micro's virus buster (trade name), but requires user involvement. With this function, the program of the biosensor processing device 14 is always kept up-to-date.

ドッキング・ステーション50は、一実施例では生体センサ処理装置14専用の装置として構成されており、充電状態、データの通信状態、プログラムの自動更新機能の作動状態などを示す複数の発光ダイオード（LED）表示器を備えている。代替的には、ドッキング・ステーション50は、汎用のパーソナル・コンピュータにアタッチメントとして、ドッキング・インターフェイス51および充電回路54を加えた形態で構成することができる。 In one embodiment, the docking station 50 is configured as a device dedicated to the biosensor processing device 14, and includes a plurality of light emitting diodes (LEDs) that indicate a charging state, a data communication state, an operation state of an automatic program update function, and the like. A display is provided. Alternatively, the docking station 50 can be configured by adding a docking interface 51 and a charging circuit 54 as an attachment to a general-purpose personal computer.

生体センサ処理装置14がセンサベルト12のコネクタ部13に接続されると、コネクタ端子の接続によりセンサベルトに備えられた各種のセンサへの電力供給が開始される。 When the biosensor processing device 14 is connected to the connector portion 13 of the sensor belt 12, the supply of power to the various sensors provided in the sensor belt is started by the connection of the connector terminal.

生体センサ処理装置14は、ブルートゥース（Bluetooth）通信装置38のペイジング（paging）機能を起動させ、ユーザの携帯電話16と通信可能かどうかを調べる。通信可能でなければ節電(park)モードに入り、所定の時間、たとえば１分おいて再度接続を試みる。代替的には、所定回数の試行によっても携帯電話16に接続できないときは、生体センサ処理装置14のみで生体データを収集するようプログラムしてもよい。 The biometric sensor processing device 14 activates the paging function of the Bluetooth communication device 38 and checks whether communication with the user's mobile phone 16 is possible. If communication is not possible, the system enters a power saving (park) mode and tries to connect again after a predetermined time, for example, 1 minute. Alternatively, when the mobile phone 16 cannot be connected even after a predetermined number of trials, the biometric data may be collected only by the biometric sensor processing device 14.

ペイジングに成功すると、センサベルト12の各種センサからの信号をディジタル信号に変換する。それぞれのサンプリング周波数は下記の通りである。心電信号は250Hz、加速度信号は100Hz、体温信号は0.1Hz、インピーダンス信号は100Hzである。次いで、それぞれの信号品質指標SQI(Signal Quality Index)が予め定めたしきい値を超えているかどうか判定する。SQIがしきい値を超えていないときは、ブルートゥース（Bluetooth）接続を行い、ユーザの携帯電話16にセンサベルト装着の不良を示す信号を送信する。これを受信した携帯電話16は、液晶ディスプレイ（LCD）に装着不良のメッセージまたはアイコンを表示する。生体センサ処理装置14は、ブルートゥース（Bluetooth）接続を切断（park）し、プロセスを終了する。 If the pacing is successful, the signals from the various sensors of the sensor belt 12 are converted into digital signals. Each sampling frequency is as follows. The electrocardiogram signal is 250 Hz, the acceleration signal is 100 Hz, the body temperature signal is 0.1 Hz, and the impedance signal is 100 Hz. Next, it is determined whether or not each signal quality index SQI (Signal Quality Index) exceeds a predetermined threshold value. When the SQI does not exceed the threshold value, a Bluetooth connection is made, and a signal indicating a sensor belt attachment failure is transmitted to the user's mobile phone 16. The mobile phone 16 that has received the message displays a message or icon indicating that the attachment is poor on the liquid crystal display (LCD). The biosensor processor 14 parks the Bluetooth connection and ends the process.

SQIがしきい値を超えるときは、信号にノイズおよび基線変動を除去する処理を施す。この処理は、生体信号のA/D変換処理と同時に実行してもよく、信号処理の分野で知られている手法を用いてノイズを除去し、基線の変動を除去する。 When SQI exceeds the threshold value, the signal is subjected to processing for removing noise and baseline fluctuations. This processing may be executed simultaneously with the A / D conversion processing of the biological signal, and noise is removed by using a technique known in the field of signal processing to remove the fluctuation of the baseline.

パラメータ計測
次いでパラメータの計測が行われる。図４に示されるように、生体センサ処理装置14の演算部30は、ノイズと基線変動などの信号処理を経て得た信号に、パラメータ計測の処理を行う。心電信号、加速度信号、体表面温度信号、インピーダンス信号についてのそれぞれの処理内容は、次のとおりである。 Parameter measurement Next, parameter measurement is performed. As shown in FIG. 4, the calculation unit 30 of the biosensor processing device 14 performs parameter measurement processing on a signal obtained through signal processing such as noise and baseline fluctuation. The processing contents of the electrocardiogram signal, acceleration signal, body surface temperature signal, and impedance signal are as follows.

心電信号
１次信号処理34Aは、ノイズと基線変動などの除去である。処理結果は順次にリングバッファに入れ、２次データ計測に備える。２次データ計測34Bは、１次信号処理34Aから心電信号を受けとり、この信号に基づいて心拍数を計測し、心電信号のPR時間、QT時間、QRS幅と振幅を計測する。 The ECG primary signal processing 34A is removal of noise and baseline fluctuations. The processing results are sequentially put in a ring buffer to prepare for secondary data measurement. The secondary data measurement 34B receives an electrocardiogram signal from the primary signal processing 34A, measures the heart rate based on this signal, and measures the PR time, QT time, QRS width and amplitude of the electrocardiogram signal.

３次データ計測34Cは、２次データ計測で得られたパラメータに基づいて、心拍数のデータから心拍変動を求め、QRS幅と振幅から呼吸数を推定する。 The tertiary data measurement 34C obtains heart rate variability from heart rate data based on the parameters obtained by the secondary data measurement, and estimates the respiratory rate from the QRS width and amplitude.

加速度信号
加速度センサからの出力は、入力回路32で検出され、１次信号処理部34Aに送られる。１次信号処理部34Aは、３軸加速度センサとして構成された２つの加速度センサからの３軸の信号をノイズ除去して、それぞれのリングバッファに入れ、次の処理に備える。 The output from the acceleration signal acceleration sensor is detected by the input circuit 32 and sent to the primary signal processing unit 34A. The primary signal processing unit 34A removes noise from three-axis signals from two acceleration sensors configured as a three-axis acceleration sensor, puts them in respective ring buffers, and prepares for the next processing.

２次データ計測部34Bは、リングバッファからｘ、ｙ、ｚ軸の加速度信号を取り出して分析し、ユーザの体位や歩行リズム・速度などを検出する。すなわち、３軸の加速度信号を一定時間にわたって分析することにより、うつ伏せに伏せた状態（伏臥位）、仰向けに寝た状態（仰臥位）、横向きに寝た状態（側臥位）、座っている状態（座位）、立っている状態（立位）を判定することができる。この分析の一形態として、ユーザの転倒を検出することができる。さらに、加速度信号から歩数、歩行速度、歩行距離を測定することができる。 The secondary data measuring unit 34B extracts and analyzes x, y, and z axis acceleration signals from the ring buffer, and detects the user's body posture, walking rhythm / speed, and the like. That is, by analyzing the triaxial acceleration signals over a certain period of time, lying down on the prone (prone position), lying on the back (supposed position), lying on the side (side lying position), sitting (Sitting position), standing (standing position) can be determined. As one form of this analysis, a user's fall can be detected. Furthermore, the number of steps, walking speed, and walking distance can be measured from the acceleration signal.

３次データ計測部34Cは、２次データ計測で得られた歩数などからユーザのカロリ消費量を求める。この演算には、歩数だけでなく歩行速度を入れて演算することもできる。 The tertiary data measuring unit 34C obtains the calorie consumption amount of the user from the number of steps obtained by the secondary data measurement. In this calculation, not only the number of steps but also the walking speed can be included in the calculation.

体表面温度
体表面温度センサ22の出力は、入力回路32で検出され、１次信号処理部34Aでノイズを除去し、リングバッファに入れられる。２次データ計測部34Bは、１次信号処理部34Aのリングバッファから体表面温度の値を受けとり、脇に体温計を挟んで測定する場合の体温、または口に体温計をくわえて測定する場合の体温や肛門に体温計を挿して測定する場合の体温に変換する。この変換は、予め実験で求めた統計データに基づく変換テーブルを用意し、これをROM44に格納しておき、この変換テーブルを参照することにより行う。 Body surface temperature The output of the body surface temperature sensor 22 is detected by the input circuit 32, noise is removed by the primary signal processing unit 34A, and the output is placed in the ring buffer. The secondary data measuring unit 34B receives the value of the body surface temperature from the ring buffer of the primary signal processing unit 34A and measures the body temperature when measuring with a thermometer on the side, or the body temperature when measuring with the thermometer in the mouth It is converted to body temperature when a thermometer is inserted into the anus and measured. This conversion is performed by preparing a conversion table based on statistical data obtained in advance by experiment, storing it in the ROM 44, and referring to this conversion table.

３次データ計測部34Cは、２次データ計測部34Bで求められた体温に基づいて、ユーザの発熱を推定し、ユーザが女性の場合、生理周期リズムの測定や排卵期の予測を行う。求めたデータは、RAM42に記憶される。 The tertiary data measurement unit 34C estimates the fever of the user based on the body temperature obtained by the secondary data measurement unit 34B, and when the user is a woman, measures the physiological cycle rhythm and predicts the ovulation period. The obtained data is stored in the RAM 42.

インピーダンス
インピーダンス測定用の電圧電極20C、20D間の電圧は、振幅変調（AM）された信号であり、入力回路32で復調され、１次信号処理部34Aでノイズを除去し、リングバッファに入れられる。２次データ計測部34Bは、リングバッファから復調され且つノイズ除去された信号を取り出し、その変動（交流）成分はインピーダンス脈波信号として出力する。その直流成分（DCレベル、抵抗値）は体脂肪率に比例するものとして出力する。 The voltage between the voltage electrodes 20C and 20D for impedance impedance measurement is a signal subjected to amplitude modulation (AM), demodulated by the input circuit 32, noise is removed by the primary signal processing unit 34A, and is put in the ring buffer. . The secondary data measuring unit 34B takes out the demodulated and noise-removed signal from the ring buffer, and outputs the fluctuation (alternating current) component as an impedance pulse wave signal. The direct current component (DC level, resistance value) is output as being proportional to the body fat percentage.

３次データ計測部34Cは、こうして求められた直流成分（抵抗値）からユーザの体脂肪率を求める。予め実験によって統計的に求められた抵抗値と体脂肪率との関係から変換テーブルを用意してROM44に格納しておき、この変換テーブルを参照して抵抗値から体脂肪率を求めることができる。また、前記の心電信号とインピーダンス脈波信号から脈波伝搬時間（QRSピークから脈波の立ち上がりまでのインターバル）を求め、血圧変化、動脈弾性を推定することができる。 The tertiary data measuring unit 34C calculates the body fat percentage of the user from the DC component (resistance value) thus determined. A conversion table is prepared from the relationship between the resistance value and the body fat percentage statistically obtained in advance by experiment and stored in the ROM 44, and the body fat percentage can be obtained from the resistance value by referring to the conversion table. . Further, the pulse wave propagation time (interval from the QRS peak to the rise of the pulse wave) can be obtained from the electrocardiogram signal and the impedance pulse wave signal, and blood pressure change and arterial elasticity can be estimated.

リアルタイム判定
このようにしてパラメータ計測がなされると、続いてリアルタイム判定がなされる。リアルタイム判定は、演算部30の判定部35が、２次データ計測部34Bまたは３次データ計測部34Cで得られたパラメータに、ROM44に格納されている判定ルールを適用することによって実行される。心電信号については、２次データ計測で得られる心拍数および３次データ計測で得られる心拍変動を、ROM44に格納されている判定ルールと比較することにより、心臓拍動リズムの乱れ（調律異常）、自律神経系の異常を推定する。また２次データ計測で得られるPR時間、QT時間、QRS幅と振幅をそれぞれの判定ルールと比較し、心臓電気伝導系の伝導障害を推定する。さらに３次データ計測で得られる呼吸数を用い、睡眠時の無呼吸症や呼吸の一時停止現象を推定する。 Real-time determination When parameter measurement is performed in this way, real-time determination is subsequently performed. The real-time determination is executed by the determination unit 35 of the calculation unit 30 applying the determination rule stored in the ROM 44 to the parameter obtained by the secondary data measurement unit 34B or the tertiary data measurement unit 34C. For electrocardiographic signals, heart rate rhythm disturbance (rhythm abnormalities) is obtained by comparing the heart rate obtained by secondary data measurement and heart rate variability obtained by tertiary data measurement with the judgment rules stored in ROM44. ) Estimate autonomic nervous system abnormalities. The PR time, QT time, QRS width and amplitude obtained by the secondary data measurement are compared with the respective judgment rules to estimate the conduction disturbance of the cardiac electrical conduction system. Furthermore, the respiratory rate obtained by tertiary data measurement is used to estimate sleep apnea and respiratory pause.

心電信号と脈波信号から得られる脈波伝搬時間に基づいて得られる血圧変化および動脈弾性に、ROM44に格納される判定ルールを適用して、血圧変動の動態、または動脈硬化の進行具合を推定することができる。 Apply the decision rule stored in ROM44 to the blood pressure change and arterial elasticity obtained based on the pulse wave propagation time obtained from the electrocardiogram signal and the pulse wave signal to determine the dynamics of blood pressure fluctuations or the progress of arteriosclerosis. Can be estimated.

また、判定部35は、データ計測部から得られるユーザの動きに関する（姿勢、体位、歩行リズムなど）データ、カロリ消費量を判定ルールと比較して運動不足、運動過剰などを推定する。判定部35は、体表面温度センサからの出力に基づいて変換された体温データを用いて、ユーザの体温異常を検知する。ユーザが成人女性の場合は、連続的な体温データに基づいて、生理周期リズムを解析し、排卵期を予測することができる。 In addition, the determination unit 35 estimates data such as lack of exercise and excess exercise by comparing data (calorie, posture, walking rhythm, etc.) on the user's movement obtained from the data measurement unit and calorie consumption with the determination rule. The determination unit 35 detects an abnormal body temperature of the user using the body temperature data converted based on the output from the body surface temperature sensor. If the user is an adult female, the physiological cycle rhythm can be analyzed based on continuous body temperature data to predict the ovulation period.

判定部35は、電圧電極20C、20Dから検出された直流電圧成分を用いてデータ計測部で求められる体脂肪率をROM44に格納されている判定ルールと比較し、肥満度の推定をすることができる。 The determination unit 35 compares the body fat percentage obtained by the data measurement unit using the DC voltage components detected from the voltage electrodes 20C and 20D with the determination rule stored in the ROM 44, and can estimate the degree of obesity. it can.

ここでは、技術的に実施可能な判定項目の一部を列挙したが、生体センサ処理装置14の演算負荷を軽減するため、緊急性の要求の高い項目についてだけ生体センサ処理装置14によるリアルタイム判定を行うようにする。体脂肪率のようなリアルタイム処理の必要でない項目については、１次信号処理までをセンサ処理装置14で行って、結果のデータをRAM42に保存しておき、センサ処理装置14をドッキング・ステーションに結合したときに、バッチ処理としてこのデータをセンタに送信し、センタにおいて２次データ計測以下の処理を行う。たとえば、センサ処理装置14は、リアルタイム処理としては、心拍数および呼吸数の異常判定、ならびに転倒の検出だけを行い、その他の項目はセンタによるバッチ処理とすることができる。 Here, some of the determination items that can be technically implemented are listed, but in order to reduce the calculation load of the biosensor processing device 14, real-time determination by the biosensor processing device 14 is performed only for items that are highly urgent. To do. For items that do not require real-time processing, such as body fat percentage, the sensor processing device 14 performs up to the primary signal processing, stores the result data in the RAM 42, and couples the sensor processing device 14 to the docking station. When this happens, this data is transmitted to the center as a batch process, and the processing below the secondary data measurement is performed at the center. For example, as the real-time processing, the sensor processing device 14 can perform only heart rate and respiratory rate abnormality determination and fall detection, and other items can be batch processing by the center.

リアルタイム判定によって異常が判定されると、センサ処理装置14は、ブルートゥース（Bluetooth）を起動して、ユーザの所持する携帯電話に接続し、携帯電話を介してセンタにデータを送信する。このデータは、公知の圧縮技術を用いて圧縮して送信される。送信後、ブルートゥース（Bluetooth）を切断して、センタから処理結果が送信されてくるのを待つことになる。 When an abnormality is determined by the real-time determination, the sensor processing device 14 activates Bluetooth, connects to a mobile phone owned by the user, and transmits data to the center via the mobile phone. This data is compressed and transmitted using a known compression technique. After the transmission, Bluetooth (Bluetooth) is disconnected and waiting for the processing result to be transmitted from the center.

リアルタイム判定によって異常なしと判定されると、データの蓄積周期の到来を待って、データをRAMに保存する。データの蓄積周期が来ていないときは、データを廃棄する。データ項目の医学的意義とRAMの容量およびドッキング・センタへの送信容量を考慮して、蓄積周期は、データ項目に応じて10分から2時間の範囲で設定される。体脂肪率のような変化の小さいパラメータについては、１日１０回測定し、信頼性の一番高い1つのデータだけを保存するようにシステムを構成することができる。 If it is determined that there is no abnormality by the real-time determination, the data is stored in the RAM after the arrival of the data accumulation cycle. When the data accumulation cycle has not come, the data is discarded. Taking into account the medical significance of the data item, the capacity of the RAM and the capacity of transmission to the docking center, the accumulation cycle is set in the range of 10 minutes to 2 hours depending on the data item. For parameters with small changes, such as body fat percentage, the system can be configured to measure 10 times a day and store only one piece of data with the highest reliability.

心電データ処理
この発明の実施例では、電極18A、18Bによる第１チャンネルと電極18A、18Cによる第２チャンネルとの２つのチャンネルで心電信号を測定する。250Hzでサンプリングされ、ディジタル化された第１および第２チャンネルのデータの10秒間分がバッファに蓄積される。これらのデータは、それぞれが２秒間ずつの５つのデータブロックに分割され、それぞれのブロックについて、信号の尖度Kurtを算出し、２つのチャンネルの信号の相互相関係数Corrを算出する。 ECG Data Processing In this embodiment of the present invention, ECG signals are measured in two channels, a first channel formed by electrodes 18A and 18B and a second channel formed by electrodes 18A and 18C. A 10 second portion of the first and second channel data sampled and digitized at 250 Hz is stored in the buffer. These data are divided into five data blocks each of 2 seconds, and for each block, the kurtosis Kurt of the signal is calculated, and the cross-correlation coefficient Corr of the signals of the two channels is calculated.

それぞれのデータブロックにおける信号の尖度Kurtが10を超え、それぞれのデータブロックにおける２つのチャンネルの相互相関係数が0.5を超えるときは、独立成分分析(ICA)による信号分離処理に入る。条件が満足されないときは、この10秒間の心電データは、信号品質が低いものとして廃棄する。 When the kurtosis Kurt of the signal in each data block exceeds 10, and the cross-correlation coefficient of the two channels in each data block exceeds 0.5, the signal separation processing by independent component analysis (ICA) is started. When the conditions are not satisfied, the ECG data for 10 seconds is discarded as having low signal quality.

２つのチャンネルのうち、尖度の高い信号に対して、独立成分分析法（ICA）を適用し、心電波形と呼吸波形とに分離する。呼吸と心電の発生源は異なり、統計学的意味で互いに独立だと考えられるので、両者の結合分布の確率密度関数が周辺分布の確率密度関数の積となる。この特徴を利用して信号分離を行う。 Of the two channels, independent component analysis (ICA) is applied to signals with high kurtosis to separate them into an electrocardiogram waveform and a respiratory waveform. Since the sources of respiration and electrocardiogram are different and considered to be independent from each other in a statistical sense, the probability density function of the joint distribution of both is the product of the probability density function of the peripheral distribution. Signal separation is performed using this feature.

心電波形はカットオフ周波数６０Hzを持つローパスフィルターを通り、信号の間引きおよび補間処理（マルチレート処理）により緩慢変動成分（基線ドリフト）を抽出する。間引きによって高周波成分は抑制されて低周波成分のみが取り出される。補間処理によってスムージングを行い、元の２５０Hzサンプリング周波数まで復元する。この一連の処理で基線を抽出する。この処理は、マルチレート処理とも呼ばれる。心電波形は、一方において、これらの処理時間に相当する遅延時間をおいてから、加算器に入れられ、上記で求めた基線ドリフト成分と差分演算を行う。こうして、心電波形の基線変動成分が抑制される。 The electrocardiogram waveform passes through a low-pass filter having a cutoff frequency of 60 Hz, and a slow fluctuation component (baseline drift) is extracted by signal thinning and interpolation processing (multi-rate processing). High frequency components are suppressed by thinning, and only low frequency components are extracted. Smoothing is performed by interpolation processing, and the original 250 Hz sampling frequency is restored. The baseline is extracted by this series of processing. This processing is also called multirate processing. On the one hand, the electrocardiogram waveform is put in an adder after a delay time corresponding to these processing times, and the difference calculation is performed with the baseline drift component obtained above. Thus, the baseline fluctuation component of the electrocardiogram waveform is suppressed.

こうして処理された心電信号をマッチドフィルター（Matched filter）に入れて、ROM44に格納されているQRSテンプレートと照合し、QRS信号成分を強調する。このQRS信号から予め定めたしきい値を超える箇所からR信号のピークを検出する。連続するR信号の間隔、すなわちRR間隔を測定し、60秒間のR信号の数に換算することにより、心拍毎の瞬時心拍数を求める。 The electrocardiogram signal processed in this way is put in a matched filter (Matched filter) and collated with the QRS template stored in the ROM 44 to emphasize the QRS signal component. From this QRS signal, the peak of the R signal is detected from a location exceeding a predetermined threshold. The interval between successive R signals, that is, the RR interval is measured and converted into the number of R signals for 60 seconds to obtain the instantaneous heart rate for each heart rate.

一方、呼吸波形はカットオフ周波数１Hzを持つローパスフィルターを通り、センタリング（平均値をゼロにするように信号レベルをシフトする）を行い、ゼロ交差を検出し、60秒間のゼロ交差数を算出することにより呼吸数を求める。 On the other hand, the respiratory waveform passes through a low-pass filter with a cut-off frequency of 1 Hz, performs centering (shifts the signal level so that the average value becomes zero), detects zero crossings, and calculates the number of zero crossings for 60 seconds. To obtain the respiratory rate.

センタリアルタイム処理
生体センサ処理装置14におけるリアルタイム判定で異常の判定がなされると、生体センサ処理装置14が自動的にユーザの所持する携帯電話にブルートゥース（Bluetooth）による通信を開始し、携帯電話を介してセンタに生体データを送信する。この生体データは、生体センサ処理装置14の入力インターフェイス26でA/D変換された後のディジタル・データのうち、今回の異常発生時点の前後部分（例えば、心電信号の場合は、前後10〜30秒間）のデータである。 When the abnormality is determined by the real-time determination in the center real-time processing biosensor processing device 14, the biosensor processing device 14 automatically starts communication with the mobile phone held by the user via Bluetooth, via the mobile phone. To transmit the biometric data to the center. This biometric data is the digital data after A / D conversion at the input interface 26 of the biosensor processing device 14, before and after the current abnormality occurrence (for example, before and after 10 to (30 seconds).

センタの解析サーバ76は、この生体データを受けとり、送信のために圧縮されたデータを伸張する。伸張されたデータは、データベース・サーバ74を介してシステムの個人情報データベース74Bに保存される。また、この生体データは、医療情報交換のための世界的標準規約であるHL7(Health Level 7)に変換して、データベースに保存する。受信した生体データと、後のパラメータ計測処理で得られるデータを個人情報データベース74Bに長期保存する。 The analysis server 76 at the center receives this biometric data and decompresses the compressed data for transmission. The decompressed data is stored in the personal information database 74B of the system via the database server 74. The biometric data is converted into HL7 (Health Level 7), which is a global standard for medical information exchange, and stored in a database. The received biometric data and data obtained by the subsequent parameter measurement process are stored in the personal information database 74B for a long period.

解析サーバ76の信号処理のための演算部の構成は、演算処理能力が格段と大きく、演算速度が格段に速い点で生体センサ処理装置14と相違する。解析サーバ76は、伸張された生体データからノイズおよび基線変動を除去し、パラメータ計測を実行する。生体センサ処理装置14での処理がリアルタイムに行うため、整数処理などに工夫され、高速化したプログラムで実行されていたのに対し、解析サーバ76では、より精密な解析手法を用いて詳細解析を実行する。また、解析サーバ76は、生体センサ処理装置より多くのパラメータを計測することができる。たとえば、心電データに関連し、生体センサ処理装置14では、心拍数と呼吸数の計測をしていたのに対し、センタでは、これに加えて、心拍変動、脈波伝搬時間を計測し、脈波伝搬時間に基づいて血圧変化、動脈弾性を推定することができる。これらの計測手法は医療技術の分野で知られているもの（特開2001-095766）なので、詳細な説明は省略する。 The configuration of the calculation unit for signal processing of the analysis server 76 is different from the biosensor processing device 14 in that the calculation processing capability is remarkably large and the calculation speed is remarkably high. The analysis server 76 removes noise and baseline fluctuations from the expanded biometric data, and executes parameter measurement. The biometric sensor processing device 14 performs processing in real time, so it was devised for integer processing, etc., and was executed by a faster program, whereas the analysis server 76 performed detailed analysis using a more precise analysis technique. Execute. The analysis server 76 can measure more parameters than the biosensor processing apparatus. For example, in relation to electrocardiogram data, the biosensor processing device 14 measures heart rate and respiration rate, while the center measures heart rate variability and pulse wave propagation time in addition to this, Blood pressure change and arterial elasticity can be estimated based on the pulse wave propagation time. Since these measurement methods are known in the field of medical technology (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-095766), detailed description thereof is omitted.

解析サーバ76は、ユーザの過去に蓄積してきた生体データと計測されたパラメータの履歴をデータベース74Bから読み出して、今回のパラメータと比較し、後に説明する判定ルールを適用してユーザの健康状態を推定する。 The analysis server 76 reads the biometric data accumulated in the user's past and the history of the measured parameters from the database 74B, compares them with the current parameters, and applies the determination rule described later to estimate the user's health state To do.

また、センタの解析サーバ76は、生体センサ処理装置14から加速度センサからのデータが送信されてくるときは、そのデータに基づいてユーザのカロリ消費量などを算出することができる。 Further, when data from the acceleration sensor is transmitted from the biosensor processing device 14, the center analysis server 76 can calculate the calorie consumption amount of the user based on the data.

以上に、この発明の具体的な実施例を説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。 Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments.

この発明の実施例の全体的なシステム構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the overall system configuration of an embodiment of the present invention. この発明の実施例における生体センサベルトの概念図。The conceptual diagram of the biosensor belt in the Example of this invention. この発明の実施例における生体センサベルトと生体センサ処理装置との結合部を示す図。The figure which shows the coupling | bond part of the biosensor belt and biosensor processing apparatus in the Example of this invention. 生体センサ処理装置の機能ブロック図。The functional block diagram of a biosensor processing apparatus. ドッキング・ステーションの機能ブロック図。Functional block diagram of the docking station.

Explanation of symbols

１２生体センサベルト
１３接続部
１４生体センサ処理装置
１８A―C 心電電極 12 Biosensor belt 13 Connection 14 Biosensor processing device 18A-C ECG electrode

Claims

A belt comprising three electrocardiographic electrodes provided at positions determined so as to detect two-channel electrocardiographic signals in which electrical vectors are orthogonal and information overlap between channels is small; and a belt that can be worn on a user's torso ,
A biosensor processing device that receives and processes signals detected by the electrocardiographic electrodes ,
The biosensor processing device includes:
Means for calculating the kurtosis of each electrocardiographic signal of the first and second channels;
Means for calculating a cross-correlation coefficient between the respective electrocardiographic signals of the first and second channels;
When the kurtosis of each ECG signal exceeds a predetermined value and the cross-correlation coefficient exceeds a predetermined value, an independent component analysis method is applied to the ECG signal of the channel with the higher kurtosis, Means for separating the radio wave form and the respiratory waveform;
A biosensor device comprising: