JP6785446B2 - 生体信号計測システム - Google Patents
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Description
本発明は、生体信号計測システムに関する。
従来、脳波等の生体信号を計測するための生体信号計測システムが知られている。この種の生体信号計測システムでは、ユーザの生体信号を高いＳ／Ｎ比で取得するために、計測した生体信号からノイズ成分を低減又は除去する技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、信号増幅回路とバンドパスフィルタとによって構成された信号増幅整形部を用いることで、心拍信号、脈拍信号又は呼吸信号等の生体信号からノイズ成分を低減している。具体的には、計測した生体信号を信号増幅回路で増幅し、バンドパスフィルタによって生体信号の強度測定に必要となる周波数（例えば約７Ｈｚ〜約３０Ｈｚ）の信号のみを通過させることで、生体信号以外のノイズ成分を低減している。
特許文献１に開示された方法によれば、ユーザ（被験者）に起因しない環境ノイズを低減することができる。環境ノイズとしては、例えば、風による１Ｈｚ付近の信号、蛍光灯から出る５０〜６０Ｈｚの信号、音声による３００Ｈｚ以上の信号、及び、工事現場や工場から出る２０〜３００Ｈｚの低周波騒音等がある。
しかしながら、計測される生体信号には、様々な周波数帯域の外部ノイズが重畳されている。具体的には、計測される生体信号には、ユーザに起因しない環境ノイズだけではなく、ユーザに起因する生体ノイズが重畳されている場合がある。生体ノイズとしては、例えば、生体信号の計測中におけるユーザの歯噛みによるノイズ等がある。
本発明は、このような課題を解決するものであり、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる生体信号計測システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る生体信号計測システムの一態様は、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備える、生体信号計測システムである。
生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る生体信号計測システム１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る生体信号計測システム１の構成を示すブロック図である。図２は、同生体信号計測システム１を用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図３は、同生体信号計測システム１を用いて計測される信号の例を示す図である。
まず、実施の形態１に係る生体信号計測システム１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る生体信号計測システム１の構成を示すブロック図である。図２は、同生体信号計測システム１を用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図３は、同生体信号計測システム１を用いて計測される信号の例を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態における生体信号計測システム１は、生体信号計測部１０と、生体ノイズ計測部２１と、生体ノイズ推定部２２と、環境ノイズ計測部３１と、環境ノイズ推定部３２と、演算部４０とを備える。
生体信号計測システム１は、脳波、脈拍、心拍、心電、呼吸、発汗、部位の温度又は血流量等の人等の生体に関する生体信号を計測することで生体に関する生体情報を解析するためのシステムである。図３に示すように、本実施の形態において、計測の目的とする生体情報は、ノイズを含まない脳波であり、例えば、図２に示すように、生体信号としてユーザ（被験者）１００の脳波を計測する。
生体信号計測部１０は、例えば、計測対象となるユーザ１００の生体信号を計測するための機器であり、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する。生体信号計測部１０によって計測された生体信号に含まれる生体ノイズ及び環境ノイズは、ゼロである場合もありうる。つまり、生体信号計測部１０で計測されるユーザ１００の生体信号には、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズがゼロとして含まれている（すなわち、外部ノイズは含まれていない）場合もある。
本実施の形態のように、生体信号として脳波を測定する場合、生体信号計測部１０は、例えば、図２に示すように、ユーザ１００の頭部に装着可能な電極１０ａを用いた構成とすることができる。例えば、生体信号計測部１０は、頭皮に接触するように固定具１１に装着された複数の電極１０ａを有しており、これらの複数の電極１０ａの電位差を測定することでユーザ１００の脳波を計測する。計測した脳波には、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが重畳されている。
なお、固定具１１は、例えばユーザ１００の頭部に装着されるヘルメット等である。また、固定具１１には、図２に示すように、頭皮に接触するように絶縁ゴム等からなる絶縁体１２が頭部を覆うように設けられていてもよい。
計測される生体信号に含まれる外部ノイズは、計測の目的とする生体信号以外のノイズ成分のことである。外部ノイズには、生体に起因するノイズである生体ノイズと、生体に起因しないノイズである環境ノイズとが含まれる。
本実施の形態において、生体ノイズは、生体信号計測部１０によって生体信号を計測している時のユーザ１００に起因するノイズであり、例えば、生体の筋電等に起因するノイズである。一方、環境ノイズは、生体信号計測部１０によって生体信号を計測している時のユーザ１００に起因しないノイズであり、例えば周辺機器や温度等の計測環境に起因するノイズである。
生体ノイズ計測部２１は、生体ノイズが含まれる信号を計測する。生体信号として脳波を測定する場合、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の喉、目、及び、こめかみの少なくとも何れかの箇所の近傍に装着可能な電極２１ａを用いた構成とすることができる。本実施の形態において、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の喉に接触するように装着された複数の電極２１ａを有しており、これらの複数の電極２１ａの電位差を測定することで、ユーザ１００が歯噛みを行う時、ユーザ１００が唾を飲み込む時、又は、ユーザ１００が首を動かす時等に生じるユーザ１００（生体）の筋電に起因する生体ノイズを計測する。
なお、電極２１ａは、生体信号計測部１０で計測される生体信号に対してより生体ノイズが発生しやすい箇所（生体ノイズの発生源）の近傍に配置するとよい。このため、本実施の形態ではユーザ１００が歯噛みを行う時等の筋電に起因する生体ノイズを計測するため、電極２１ａは、例えば、ユーザ１００の喉の近傍に配置されているとよい。また、電極２１ａをこめかみの近傍に配置することでも、歯噛みを行う時の筋電に起因する生体ノイズを計測することができる。また、電極２１ａを目の近傍に配置することで、ユーザ１００がまばたきを行う時の筋電に起因する生体ノイズを計測することができる。
生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号から生体ノイズを推定する。本実施の形態において、生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号（Ｂ）に第一の定数（ｂ）を乗算した第一信号（ｂ×Ｂ）を生体ノイズであると推定する。
環境ノイズ計測部３１は、環境ノイズが含まれる信号を計測する。本実施の形態のように、生体信号として脳波を測定する場合、環境ノイズ計測部３１は、脳波計測環境下に存在する周辺機器（照明器具、ＡＣアダプタ等）が発生する磁気及び電波等に起因する環境ノイズを計測する。例えば、環境ノイズ計測部３１は、図２に示すように、例えば、ユーザ１００の頭部に装着可能な電極３１ａを用いた構成とすることができる。本実施の形態において、環境ノイズ計測部３１は、頭皮に接触しないように固定具１１に装着された複数の電極３１ａを有しており、これらの複数の電極３１ａの電位差を測定することで環境ノイズを計測する。電極３１ａは、固定具１１に設けられた絶縁体１２によって頭皮に接触しないように構成されることで電極２１ａ及び生体と電気的に遮断されている。
なお、環境ノイズ計測部３１は、ユーザ１００（生体）に近い箇所の環境ノイズを計測するとよい。したがって、電極３１ａは、生体信号計測部１０で計測される生体信号に対してより環境ノイズが発生しやすい箇所（環境ノイズの発生源）の近傍に配置するとよい。例えば、電極３１ａは、電極１０ａに近い箇所に配置されているとよい。
環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号から環境ノイズを推定する。本実施の形態において、環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号（Ｃ）に第二の定数（ｃ）を乗算した第二信号（ｃ×Ｃ）を環境ノイズであると推定する。
演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号と、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと、環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する。
本実施の形態において、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号（Ａ）から、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズである第一信号（ｂ×Ｂ）及び環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズである第二信号（ｃ×Ｃ）を差し引くことにより、外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する。
このように、本実施の形態では、除算による除去法によって、生体信号計測部１０で計測された生体信号から、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズを除去している。すなわち、生体ノイズ計測部２１で計測した生体ノイズが含まれる信号及び環境ノイズ計測部３１で計測した環境ノイズが含まれる信号の何倍かをそれぞれ生体ノイズ及び環境ノイズであると推定し、生体信号計測部１０で計測された生体信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除去している。
具体的には、生体信号計測部１０で計測した生体信号をＡとし、生体ノイズ計測部２１で計測した生体ノイズが含まれる信号をＢとし、環境ノイズ計測部３１で計測した環境ノイズが含まれる信号をＣとすると、第一の定数ｂを用いて生体ノイズをｂ×Ｂであると推定するとともに、第二の定数ｃを用いて環境ノイズをｃ×Ｃであると推定し、以下の（式１）によって、生体信号Ｘを算出している。
生体信号Ｘ＝Ａ−ｂ×Ｂ−ｃ×Ｃ・・・（式１）
本実施の形態において、生体信号Ｘは、リアルタイムで随時算出される。なお、生体信号計測部１０、生体ノイズ計測部２１及び環境ノイズ計測部３１によって計測される各信号の値に対して予め周波数フィルタを適用してもよい。例えば、周波数フィルタによって、蛍光灯等から出る５０Ｈｚ以上の環境ノイズを予め除去しておいてもよい。
以上、本実施の形態における生体信号計測システム１は、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部１０と、生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部２１と、生体ノイズ計測部２１で計測した信号から前記生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部２２と、環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部３１と、環境ノイズ計測部３１で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部３２と、生体信号計測部１０で計測した信号と生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部４０とを備えている。
このように、本実施の形態では、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除外することで、外部ノイズを除外した生体信号を取得している。これにより、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
また、本実施の形態において、生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号（Ｂ）に第一の定数（ｂ）を乗算した第一信号（ｂ×Ｂ）を生体ノイズであると推定し、環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号（Ｃ）に第二の定数（ｃ）を乗算した第二信号（ｃ×Ｃ）を環境ノイズであると推定している。そして、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号（Ａ）から、生体ノイズ推定部２２で推定した第一信号（ｂ×Ｂ）及び環境ノイズ推定部３２で推定した第二信号（ｃ×Ｃ）を差し引くことにより、外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算している。
これにより、除算による除去法によって外部ノイズを除外した生体信号を取得することができる。したがって、外部ノイズが除外された、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を簡便に取得することができる。
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例に係る生体信号計測システム１Ａについて、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１の変形例に係る生体信号計測システム１Ａの構成を示すブロック図である。
次に、実施の形態１の変形例に係る生体信号計測システム１Ａについて、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１の変形例に係る生体信号計測システム１Ａの構成を示すブロック図である。
本変形例における生体信号計測システム１Ａと、上記実施の形態１における生体信号計測システム１とは、生体信号計測部１０によって計測される生体信号から外部ノイズを除去する方法が異なる。
具体的には、上記実施の形態１における生体信号計測システム１では、除算による除去法によって外部ノイズが除外された生体信号を取得したが、本変形例における生体信号計測システム１Ａでは、独立成分分析によって外部ノイズが除外された生体信号を取得している。すなわち、本変形例では、生体信号計測部１０で計測された信号に適応し、かつ、生体信号計測部１０から分離された信号のうち、生体ノイズ及び環境ノイズの各々に近い信号を外部ノイズとして扱い、生体信号計測部１０によって計測された生体信号から外部ノイズを除外している。なお、本変形例においても、実施の形態１と同様に、計測の目的とする生体情報は、脳波としている。
図４に示すように、本変形例における生体信号計測システム１Ａは、図１に示される実施の形態１の生体信号計測システム１に対して、生体信号計測部１０で計測した信号の独立成分分析を行う分析部５０を備える。
本変形例において、生体ノイズ推定部２２は、分析部５０による独立成分への信号分離結果のうち、生体ノイズ計測部２１で計測した信号に近い独立成分を生体ノイズであると推定する。
また、環境ノイズ推定部３２は、分析部５０による独立成分への信号分離結果のうち、環境ノイズ計測部３１で計測した信号に近い独立成分を環境ノイズであると推定する。
そして、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号から、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを除去することにより、生体ノイズ及び環境ノイズを除いた生体信号を演算する。
ここで、本変形例における生体信号計測システム１Ａを用いた生体信号の具体的な計測方法について、図５〜図８を用いて説明する。図５〜図７の各々は、実施の形態１の変形例に係る生体信号システム１Ａにおける、生体信号計測部１０、生体ノイズ計測部２１及び環境ノイズ計測部３１の各々で計測された信号の一例を示す図である。図８は、同生体信号システム１Ａにおける分析部５０の動作を説明するための図である。
例えば、生体信号計測部１０によって、図５に示される波形の信号αが計測され、生体ノイズ計測部２１によって、図６に示される波形の信号βが計測され、環境ノイズ計測部３１によって、図７に示される波形の信号γが計測されたとする。
この場合、分析部５０によって、生体信号計測部１０で計測した信号αの独立成分分析を行うことで、図８に示すように、例えば、生体信号計測部１０で計測した信号αを、独立成分１、独立成分２及び独立成分３の３つの信号に分離する。
この分析部５０の信号分離結果をもとに、生体信号計測部１０で計測した信号αに含まれる生体ノイズ及び環境ノイズを推定する。
具体的には、生体ノイズ推定部２２では、分析部５０の信号分離結果と生体ノイズ計測部２１で計測した信号βとが比較され、分析部５０によって信号分離された３つの独立成分のうち生体ノイズ計測部２１で計測した信号βに最も近い独立成分が生体ノイズであると推定される。本変形例では、図８に示される、独立成分１、独立成分２及び独立成分３の３つの独立成分うち独立成分２が生体ノイズ計測部２１で計測した信号βに最も近いので、独立成分２が生体ノイズであると推定される。
また、環境ノイズ推定部３２では、分析部５０の信号分離結果と環境ノイズ計測部３１で計測した信号γとが比較され、分析部５０によって信号分離された３つの独立成分のうち環境ノイズ計測部３１で計測した信号γに最も近い独立成分が環境ノイズであると推定される。本変形例では、図８に示される、独立成分１、独立成分２及び独立成分３の３つの独立成分うち独立成分３が環境ノイズ計測部３１で計測した信号に最も近いので、独立成分３が環境ノイズであると推定される。
この結果、図８に示される、独立成分１、独立成分２及び独立成分３の３つの独立成分うち独立成分１が取得対象の生体信号、すなわち、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが除外された生体信号χであると判定することができる。
この判定は、演算部４０の演算によって行われる。つまり、演算部４０によって、生体信号計測部１０で計測した信号αから、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズの信号βと環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズの信号γとが除去されることで、生体信号χが導き出される。
なお、本変形例では、信号α、信号β及び信号γを比較するにあたり、ある時点での信号の値を比較するのではなく、ある範囲の信号の波形を比較している。したがって、本変形例では、信号α、信号β及び信号γについては、生体信号計測部１０、生体ノイズ計測部２１及び環境ノイズ計測部３１によって所定の時間レンジの信号（波形信号）を取得する必要がある。
以上、本変形例における生体信号計測システム１Ａは、上記実施の形態１と同様に、生体信号計測部１０と、生体ノイズ計測部２１と、生体ノイズ推定部２２と、環境ノイズ計測部３１と、環境ノイズ推定部３２と、演算部４０とを備えている。そして、演算部４０では、生体信号計測部１０で計測した信号と生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算している。
このように、本変形例でも、上記実施の形態１と同様に、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除外することで、外部ノイズを除外した生体信号を取得している。これにより、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
また、本変形例では、生体信号計測部１０で計測した信号の独立成分分析を行う分析部５０を備えている。そして、生体ノイズ推定部２２は、分析部５０による独立成分への信号分離結果のうち、生体ノイズ計測部２１で計測した信号に近い独立成分を生体ノイズであると推定する。また、環境ノイズ推定部３２は、分析部５０による独立成分への信号分離結果のうち、環境ノイズ計測部３１で計測した信号に近い独立成分を環境ノイズであると推定する。さらに、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズと環境ノイズとを除去することにより、生体ノイズ及び環境ノイズを除いた生体信号を演算している。
これにより、独立成分分析によって外部ノイズを除外した生体信号を取得することができる。したがって、外部ノイズが除外された、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を簡便に取得することができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る生体信号計測システムについて、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１０は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
次に、実施の形態２に係る生体信号計測システムについて、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１０は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、上記実施の形態１及びその変形例における生体信号計測システムと同様の構成である。例えば、本実施の形態では、上記実施の形態１及びその変形例と同様に、除算による除去法及び独立成分分析のいずれの手法も用いることができる。したがって、本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、例えば、図１及び図４に示される生体信号計測システム１及び１Ａと同じである。
本実施の形態と上記実施の形態１とは、計測の目的とする生体情報が異なる。具体的には、上記実施の形態１では、計測の目的とする生体情報は、脳波であったが、本実施の形態では、図１０に示すように、計測の目的とする生体情報は、交感神経活動及び副交感神経活動である。具体的には、本実施の形態における生体信号計測システムは、図９に示すように、ユーザ１００が扇風機２の風を浴びている際のストレス（だるさ）の定量化を図ることを目的とするものであり、ユーザ１００の交感神経及び副交感神経の活動を計測している。
この場合、一般的に、手の指先の温度は、交感神経及び副交感神経の活動を反映すると考えられているので、手の指先の温度を計測することで交感神経及び副交感神経の活動を計測することができる。
しかしながら、指先の温度は、生体ノイズ及び環境ノイズの影響も受けている。これらの生体ノイズ及び環境ノイズが外部ノイズとして指先の温度に影響を及ぼしている。例えば、手首の温度及び手甲の温度が生体ノイズとして指先の温度に影響を及ぼしている。また、気温、湿度、気流（風速）及び放射熱が環境ノイズとして指先の温度に影響を及ぼしている。
そこで、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、ユーザ１００の生体信号を計測するとともに生体ノイズ及び環境ノイズを計測することによって、外部ノイズが除去された生体信号のみを取得している。
具体的には、生体信号として手の指先の温度を測定する場合、生体信号計測部１０は、ユーザ１００の手の指先に装着可能な構成とすることができる。例えば、図９に示すように、生体信号計測部１０は、例えば、ユーザ１００の手の指先に装着可能な温度計１０ｂを有しており、この温度計１０ｂによってユーザ１００の手の指先の温度を計測する。
この場合、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の手首及び手の甲の少なくとも何れかの箇所に装着可能な構成とすることができる。例えば、図９に示すように、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の手首に装着可能な温度計２１ｂを有しており、この温度計２１ｂによって、生体ノイズとしてユーザ１００の手首の温度を計測する。なお、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の手首及び手の甲に装着可能なものに限らず、手の平又は指の第一関節等に装着可能なものであってもよい。
また、環境ノイズ計測部３１は、図９に示すように、ユーザ１００の手の指先に装着可能な計測器３１ｂを有しており、この計測器３１ｂによって、環境ノイズとして、計測環境下における、気温、湿度、気流及び放射熱を計測する。なお、環境ノイズ計測部３１は、ユーザ１００の手の指先に装着する構成でなくてもよい。
本実施の形態において、生体ノイズ推定部２２、環境ノイズ推定部３２及び演算部４０は、実施の形態１及びその変形例と同様である。すなわち、生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号から生体ノイズを推定し、環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号から環境ノイズを推定する。そして、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号と、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと、環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する。
なお、交感神経及び副交感神経の活動を計測するにあたり、本実施の形態では、生体信号計測部１０で計測する生体信号を、手の指先に関する温度の信号としたが、これに限らない。例えば、図１０に示すように、生体信号計測部１０で計測する生体信号は、鼻、足甲又は足の指先の温度であってもよい。鼻、足甲又は足の指先の温度からも交感神経及び副交感神経の活動を計測することができる。この場合、生体ノイズ計測部２１で計測する温度の部位は、図１０のＡ〜Ｄの組み合わせに示されるように生体信号を計測する部位に応じて適宜選択することができる。具体的には、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の足首、足の甲、及び、額の少なくとも何れかの箇所に装着可能な構成となっていればよい。
以上、本実施の形態における生体信号計測システムによれば、上記実施の形態１と同様に、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除外することで、外部ノイズを除外した生体信号を取得している。これにより、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
特に、本実施の形態では、風に対する交感神経及び副交感神経の活動を精度良く計測することができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る生体信号計測システムについて、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、実施の形態３に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１２は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
次に、実施の形態３に係る生体信号計測システムについて、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、実施の形態３に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１２は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、上記実施の形態１及びその変形例における生体信号計測システムと同様の構成である。例えば、本実施の形態でも、上記実施の形態１及びその変形例と同様に、除算による除去法及び独立成分分析のいずれの手法も用いることができる。したがって、本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、例えば、図１及び図４に示される生体信号計測システム１及び１Ａと同じである。
本実施の形態と上記実施の形態１とは、計測の目的とする生体情報が異なる。具体的には、上記実施の形態１では、計測の目的とする生体情報は、脳波であったが、本実施の形態では、図１２に示すように、計測の目的とする生体情報は、脳活動である。本実施の形態は、近赤外分光法（ＮＩＲＳ：Ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて光で脳血流の変化を捉えることで脳活動の定量化を図ることを目的としている。
本実施の形態において、生体信号計測部１０は、生体信号として、近赤外分光法によって脳の着目部位の吸光度変化（血流量変化）を計測する。具体的には、図１１に示すように、ユーザ１００の頭部に近赤外線を照射して、近赤外線の吸収された度合い（吸光度）の変化を計測する。吸光度の変化は、計測プローブによって計測することができる。
また、生体ノイズ計測部２１は、生体ノイズとして、近赤外分光法によって脳全体の吸光度変化（血流量変化）を計測している。例えば、生体ノイズ計測部２１は、首の動脈から脳全体の吸光度変化を計測する。この場合、ユーザ１００の首の動脈部分に近赤外線を照射して、計測プローブによって近赤外線の吸収された度合い（吸光度）の変化を計測する。
また、環境ノイズ計測部３１は、環境ノイズとして、計測環境の照明器具３の照明変化を測定する。この場合、環境ノイズ計測部３１は、環境ノイズとして、さらに、生体信号計測部１０及び生体ノイズ計測部２１によって吸光度変化を測定する際の計測プローブの入射角変化を計測するとよい。つまり、計測プローブの入射角の変化を計測することで、ユーザ１００が頭を傾けたことによって照明器具３から受ける光の影響の変化を計測することができる。
本実施の形態において、生体ノイズ推定部２２、環境ノイズ推定部３２及び演算部４０は、実施の形態１と同様である。すなわち、生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号から生体ノイズを推定し、環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号から環境ノイズを推定する。そして、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号と、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと、環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する。
以上、本実施の形態における生体信号計測システムによれば、上記実施の形態１と同様に、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除外することで、外部ノイズを除外した生体信号を取得している。これにより、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
特に、本実施の形態では、近赤外分光法（ＮＩＲＳ）による脳活動を精度良く計測することができる。
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る生体信号計測システムについて、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、実施の形態４に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１４は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
次に、実施の形態４に係る生体信号計測システムについて、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、実施の形態４に係る生体信号計測システムを用いてユーザ１００の生体信号を計測する様子を模式的に示す図である。図１４は、同生体信号計測システムを用いて計測する信号の例を説明するための図である。
本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、上記実施の形態１及びその変形例における生体信号計測システムと同様の構成である。例えば、本実施の形態でも、上記実施の形態１及びその変形例と同様に、除算による除去法及び独立成分分析のいずれの手法も用いることができる。したがって、本実施の形態における生体信号計測システムの構成は、例えば、図１及び図４に示される生体信号計測システム１及び１Ａと同じである。
本実施の形態と上記実施の形態１とは、計測の目的とする生体情報が異なる。具体的には、上記実施の形態１では、計測の目的とする生体情報は、脳波であったが、本実施の形態では、図１４に示すように、計測の目的とする生体情報は、精神性発汗である。本実施の形態は、特定周波数を用いて精神性の発汗量を特定することで精神性発汗の定量化を図ることを目的としている。
本実施の形態において、生体信号計測部１０は、生体信号として、精神性発汗に関する信号を計測する。具体的には、生体信号計測部１０は、皮膚電位水準（ＳＰＬ：Ｓｋｉｎ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｌｅｖｅｌ）を計測することで、ユーザ１００の精神性発汗量を計測する。例えば、図１３に示すように、生体信号計測部１０は、ユーザ１００の手の平及び腕に装着可能な複数の電極１０ｄを有しており、これらの電極１０ｄの電位差を測定することで、ユーザ１００の精神性発汗量として皮膚電位水準を計測する。
また、生体ノイズ計測部２１は、生体ノイズとして、ユーザ１００の体温変化に伴う発汗量を計測する。例えば、生体ノイズ計測部２１は、ユーザ１００の胸部における発汗量を計測する。
また、環境ノイズ計測部３１は、環境ノイズとして、計測環境下における、気温、風速及び放射熱を計測する。例えば、生体ノイズ計測部２１は、実施の形態２と同様の方法で、気温、風速及び放射熱を計測する。
本実施の形態において、生体ノイズ推定部２２、環境ノイズ推定部３２及び演算部４０は、実施の形態１と同様である。すなわち、生体ノイズ推定部２２は、生体ノイズ計測部２１で計測した信号から生体ノイズを推定し、環境ノイズ推定部３２は、環境ノイズ計測部３１で計測した信号から環境ノイズを推定する。そして、演算部４０は、生体信号計測部１０で計測した信号と、生体ノイズ推定部２２で推定した生体ノイズと、環境ノイズ推定部３２で推定した環境ノイズとを用いて、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する。
以上、本実施の形態における生体信号計測システムによれば、上記実施の形態１と同様に、生体信号計測部１０で計測した信号から、推定した生体ノイズ及び環境ノイズを除外することで、外部ノイズを除外した生体信号を取得している。これにより、生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズの影響を考慮した、Ｓ／Ｎ比の高い生体信号を取得することができる。
特に、本実施の形態では、精神性発汗（ＳＰＬ）を精度良く計測することができる。
（その他変形例等）
以上、本発明に係る生体信号計測システムについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
以上、本発明に係る生体信号計測システムについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
また、上記実施の形態において、生体信号計測部１０、生体ノイズ計測部２１、生体ノイズ推定部２２、環境ノイズ計測部３１、環境ノイズ推定部３２、演算部４０及び分析部５０の動作として説明した処理は、コンピュータによって実行することができる。例えば、コンピュータが、プロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ及び入出力回路等のハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって、上記の各処理を実行する。具体的には、プロセッサが処理対象のデータをメモリ又は入出力回路等から取得してデータを演算したり、演算結果をメモリ又は入出力回路等に出力したりすることによって、各処理を実行する。
また、上記の各処理を実行するためのプログラムは、コンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的な記録媒体に記録されてもよい。この場合、コンピュータが、非一時的な記録媒体からプログラムを読み出して、プログラムを実行することにより、各処理を実行する。
なお、本発明は、コンピュータを上記生体信号計測システムとして機能させるためのプログラムとして実現したり、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現したりすることもできる。
１、１Ａ 生体信号計測システム
１０ 生体信号計測部
２１ 生体ノイズ計測部
２２ 生体ノイズ推定部
３１ 環境ノイズ計測部
３２ 環境ノイズ推定部
４０ 演算部
５０ 分析部
１０ 生体信号計測部
２１ 生体ノイズ計測部
２２ 生体ノイズ推定部
３１ 環境ノイズ計測部
３２ 環境ノイズ推定部
４０ 演算部
５０ 分析部
Claims (7)
- 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体に起因するノイズである生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
生体に起因しないノイズである環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備える、
生体信号計測システム。 - 前記生体ノイズ推定部は、前記生体ノイズ計測部で計測した信号に第一の定数を乗算した第一信号を前記生体ノイズであると推定し、
前記環境ノイズ推定部は、前記環境ノイズ計測部で計測した信号に第二の定数を乗算した第二信号を前記環境ノイズであると推定し、
前記演算部は、前記生体信号計測部で計測した信号から、前記第一信号及び第二信号を差し引くことにより、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する、
請求項１記載の生体信号計測システム。 - 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、
前記生体信号計測部で計測した信号の独立成分分析を行う分析部と、を備え、
前記生体ノイズ推定部は、前記分析部による独立成分への信号分離結果のうち、前記生体ノイズ計測部で計測した信号に近い独立成分を前記生体ノイズであると推定し、
前記環境ノイズ推定部は、前記分析部による独立成分への信号分離結果のうち、前記環境ノイズ計測部で計測した信号に近い独立成分を前記環境ノイズであると推定し、
前記演算部は、前記生体信号計測部で計測した信号から、推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズとを除去することにより、前記生体ノイズ及び前記環境ノイズを除いた生体信号を演算する、
生体信号計測システム。 - 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備え、
前記生体信号は、脳波であり、
前記生体信号計測部は、ユーザの頭部に装着可能な電極を用いた構成であり、
前記生体ノイズ計測部は、ユーザの喉、目、及び、こめかみの少なくとも何れかの箇所の近傍に装着可能な電極を用いた構成である、
生体信号計測システム。 - 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備え、
前記生体信号は、手の指先、鼻、足甲及び足の指先の少なくとも何れかの箇所の温度に関する信号であり、
前記生体信号計測部は、ユーザの手の指先、鼻、足甲及び足の指先の少なくとも何れかに装着可能な構成であり、
前記生体ノイズ計測部は、ユーザの手首、手の甲、手の平、指の第一関節、額、足首、及び、足の甲の少なくとも何れかの箇所に装着可能な構成である、
生体信号計測システム。 - 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備え、
前記生体信号は、脳血流に関する信号であり、
前記生体信号計測部は、ユーザの頭部の着目部位の吸光度を計測し、
前記生体ノイズ計測部は、ユーザの脳全体の吸光度を計測する、
生体信号計測システム。 - 生体ノイズ及び環境ノイズの外部ノイズが含まれる生体信号を計測する生体信号計測部と、
生体ノイズが含まれる信号を計測する生体ノイズ計測部と、
前記生体ノイズ計測部で計測した信号から生体ノイズを推定する生体ノイズ推定部と、
環境ノイズが含まれる信号を計測する環境ノイズ計測部と、
前記環境ノイズ計測部で計測した信号から環境ノイズを推定する環境ノイズ推定部と、
前記生体信号計測部で計測した信号と前記生体ノイズ推定部で推定した前記生体ノイズと前記環境ノイズ推定部で推定した前記環境ノイズとを用いて、前記外部ノイズの影響を考慮した生体信号を演算する演算部と、を備え、
前記生体信号は、精神性発汗に関する信号であり、
前記生体信号計測部は、ユーザの精神性発汗量を計測し、
前記生体ノイズ計測部は、ユーザの体温変化に伴う発汗量を計測する、
生体信号計測システム。
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