生物信号测量系统、生物信息测量装置和生物信息提取算法改变方法与流程

本发明涉及一种用于测量包括心电图信号的生物信号的生物信号测量系统。

背景技术：

随着近来对健康的兴趣的增加，保健方法已经开始变得普遍，其记录和分析生物信息长达数小时至数月或更长的时间，从而监测日常生活中的身体和精神状态。作为长时间获取生物信息的方法，具有生物电极的衣服(可穿戴电极)已经受到关注(例如，参见非专利文献1和2)。

要获取的生物信息的示例是心率、R-R间隔、心电图波形、步数、活动质量和身体加速度。使用每天监测的这些生物信息，可以改善生活方式以促进健康，或者可以早期检测疾病。

由生物电极检测到的生物信号在与生物电极电连接的装置中累积。当使用通信功能将生物信号发送给外部个人计算机等时，可以实时分析数据。为了实现日常生活中的长时间监测，用于测量生物信号的装置需要紧凑且可穿戴并且具有低功耗，使得其可以由电池长时间驱动。

此外，近来智能电话等的普及使得可以总是携带高性能处理器和大容量存储器。这使得能够实现将测量的生物信息发送到诸如智能电话的外部设备并执行数据的分析和累积的方法，从而减小用于测量生物信息的装置的负担，并且实现小型化和长时间操作(例如，参见非专利文献2)。

在上述生物信息中，心电图波形可以分类为可以通过读取附着到生物体的生物电极的电压并根据需要执行放大和频率滤波而直接测量的生物波形数据。

另一方面，心率和心跳波动可以分类为可以通过分析心电图波形的特征量而获取的生物特征量数据。R-R间隔是通过从心电图波形检测R波并测量相邻R波之间的时间而获得的特征量数据。心率是可以通过对R-R间隔的倒数求平均而获得的特征量数据。

类似地，身体加速度是可以从附着到生物体的加速度传感器获得的生物波形数据。步数和活动质量是可以通过分析身体加速度而获取的生物特征量数据。通常，通过提取生物波形数据的一部分的特征来获得生物特征量数据，因此生物特征量数据与生物波形数据相比具有小的数据量。

常规的生物信息测量装置包括：生物波形数据传输类型的装置，如图23A所示，其通过生物波形数据测量单元200测量生物波形数据，并通过生物波形数据传输单元210将生物波形数据传输到外部设备800；以及生物特征量数据传输类型的装置，如图23B所示，其通过生物波形数据测量单元200测量生物波形数据，之后，通过生物信息测量装置100中的生物特征量数据提取单元220提取生物特征量数据，并通过生物特征量数据传输单元230将生物特征量数据传输到外部设备800。

生物波形数据类型可以将更丰富的信息传送给外部设备800。此外，由于生物特征量数据是在具有比生物信息测量装置的处理能力更高级的处理能力的外部设备800的一侧从接收到的生物波形数据中提取的，因此外部设备提取精度可以得到改善。另一方面，生物特征量数据传输类型可以减少发送给外部设备800的数据量，因此适合于降低功耗和减小电池的尺寸。

现有技术文献

专利文献

非专利文献1：David M.D.Ribeiro等，“A Real time，Wearable ECG and Continuous Blood Pressure Monitoring System for First Responders，”33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS，pp.6894-6898，2011.

非专利文献2：Ali Moti Nasrabadi等，“Design of ECG acquisition and transmission via Bluetooth with heart disease diagnosis，”IEEE International Workshop on Medical Measurements and Applications Proceedings，pp.55-58，2011.

技术实现要素：

本发明要解决的问题

为了获取医疗水平的精确心电图波形或提取特征量数据，需要以125Hz至1000Hz的高采样率进行采样。如果采样率高，则所获取的数据量也大。因此，为了实时分析生物信号，生物信号测量装置需要长时间地发送大量数据。

另一方面，生物信号测量装置中所包括的电路或无线模块可以形成得非常小。然而，驱动装置的电池的容量与电池的大小成比例。为了确保电池容量来长时间地发送大量数据，需要终端的尺寸较大。为了长时间地持续测量生物信号而不妨碍日常生活，需要减小生物信号测量装置的尺寸和功耗并且通过电池长时间地驱动装置。

如上所述，为了长时间地对生物信号进行实时测量而不妨碍日常生活，需要同时实现医疗水平的精确生物信号的获取以及生物信号测量装置的尺寸和功耗的减小。

另外，上述生物波形数据传输类型的常规生物信息测量装置需要向外部设备发送具有大信息量的生物波形数据。为此，进行通信等所需的功耗高，并且难以使电池紧凑和长寿命。另一方面，在生物特征量数据传输类型的常规生物信息测量装置中，除了所提取的特征量之外的信息丢失，并且使用低于外部设备的信息处理能力的信息处理能力提取生物特征量，发生生物特征量数据的提取失败或提取错误。

本发明的目的在于提供一种能够抑制生物信息测量装置的通信量并实现电池的小型化和长寿命以及还能够减少生物特征量数据的提取失败或提取错误的生物信息测量装置。

解决该问题的方法

根据本发明，提供了一种生物信号测量系统，包括：生物电极，能够与生物体的表面接触；以及生物信号测量装置，包括用于通过基于第一采样率对由生物电极检测到的生物电信号进行量化来生成第一生物数字数据的装置、用于从第一生物数字数据提取第一特征量数据的装置、用于生成大小从第一生物数字数据减小到与低于第一采样率的第二采样率相对应的数据大小的第二生物数字数据的装置、以及用于将第二生物数字数据和第一特征量数据发送给便携式终端的无线通信装置。

根据本发明，还提供了一种生物信号测量系统，包括：生物电极，能够与生物体的表面接触；以及生物信号测量装置，包括用于通过基于第一采样率对由生物电极检测到的生物电信号进行量化来生成第一生物数字数据的装置、用于从第一生物数字数据提取第一特征量数据的装置、用于生成大小从第一生物数字数据减小到与低于第一采样率的第二采样率相对应的数据大小的第二生物数字数据的装置、用于将第二生物数字数据和第一特征量数据中的至少一个发送给便携式终端的无线通信装置、用于接收指定要由无线通信装置发送的数据的发送数据指定信息的发送数据指定信息接收装置、以及用于基于发送数据指定信息来选择要由无线通信装置发送的数据的发送数据选择装置。

根据本发明，还提供了一种生物信息测量装置，包括：生物波形数据测量装置，用于测量生物波形数据；特征量数据提取装置，用于根据预定的提取算法从生物波形数据提取生物特征量数据；数据发送装置，用于发送生物波形数据和生物特征量数据中的至少一个；以及发送数据选择装置，用于选择要由所述发送装置发送的数据，其中，使用不同的数据发送间隔发送生物波形数据和生物特征量数据。

根据本发明，还提供了一种生物信息提取算法改变方法，包括以下步骤：测量生物波形数据；根据预定的提取算法从生物波形数据提取生物特征量数据；评估生物特征量数据的可靠性；如果可靠性低于预定的参考值，则分析生物波形数据；以及基于生物波形数据的分析结果来改变预定的算法。

本发明的效果

根据本发明，可以提供一种生物信号测量系统，其优化构成测量生物信息的系统的装置之间的处理分割和数据传送量，从而同时实现医疗水平的精确生物信号的获取以及生物信号测量装置的尺寸和功耗的减小并且实时浏览和分析生物信号。

另外，可以选择是否发送生物波形数据和生物特征量数据之一或二者。因此，如果生物波形数据是不必要的，则仅发送生物特征量数据，从而抑制通信量并实现电池的小型化和长寿命。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一实施例的生物信号测量系统的基本布置的示图；

图2A是示出了使用带状结构使生物电极与生物体接触的结构的示例(前视图)的示图；

图2B是示出了使用带状结构使生物电极与生物体接触的结构的示例(后视图)的示图；

图3A是示出了使用带状结构和十字支撑状结构使生物电极与生物体接触的结构的示例(前视图)的示图；

图3B是示出了使用带状结构和十字支撑状结构使生物电极与生物体接触的结构的示例(后视图)的示图；

图4A是示出了根据本发明的第一实施例的生物信号测量装置的外部形状的示例的示图；

图4B是根据本发明的第一实施例的生物信号测量装置的功能框图；

图5是示出了测量作为生物信号的示例的心电图信号和作为特征量数据的示例的R-R间隔的示例的图；

图6A是示出了测量心率的血流速度图(tachogram)的示例的图；

图6B是示出了测量心电图信号的R-R间隔的庞加莱图(Poincare plot)的示例的图；

图7是用于说明根据本发明的第一实施例的生物信号测量系统中的处理分割的框图；

图8是用于说明根据本发明的第一实施例的生物信号测量系统中的处理分割和由每个装置执行的处理过程的序列图；

图9是用于说明在生物信号测量装置包括发送数据选择单元的情况下生物信号测量系统中的处理分割的框图；

图10是根据本发明的第二实施例的生物信息测量装置的功能框图；

图11是示出了测量作为生物波形数据的示例的心电图波形的示例的图；

图12是根据本发明的第三实施例的生物信息测量装置的功能框图；

图13是用于说明根据本发明的第三实施例的生物信息测量过程的流程图；

图14是根据本发明的第四实施例的生物信息测量装置的功能框图；

图15是用于说明根据本发明的第四实施例的生物信息测量过程的流程图；

图16是用于说明在基于加速度传感器选择要发送的数据的情况下的生物信息测量过程的流程图；

图17是根据本发明的第五实施例的生物信息测量装置的功能框图；

图18是用于说明根据本发明的第五实施例的生物信息测量过程的流程图；

图19是基于特征量数据的可靠性选择要发送的数据的生物信号测量系统的框图；

图20是用于说明在基于特征量数据的可靠性选择要发送的数据的情况下的生物信息测量过程的流程图；

图21是根据本发明的第六实施例的生物信息测量装置的功能框图；

图22是用于说明根据本发明的第六实施例的改变生物特征量提取算法的过程的流程图；

图23A是常规生物信息测量装置的功能框图的示例；以及

图23B是常规生物信息测量装置的功能框图的另一示例。

具体实施方式

现在将参照附图描述用于实施本发明的最佳模式。本发明不限于以下实施例。

<第一实施例>

以下将描述根据第一实施例的生物信号测量系统。

图1所示的生物信号测量系统由衣服2、生物信号测量装置10和便携式终端40形成，其中，衣服2包括由导电纤维结构制成并能够接触生物体的皮肤的至少两个生物电极(20至22)，生物信号测量装置10可容易地从衣服2拆卸，便携式终端40由智能电话表示，其能够通过无线通信与生物信号测量装置10连接并能够与公共网络连接。生物电极和生物信号测量装置经由导线(23至25)电连接。

生物信号测量装置10对从生物电极(20至22)检测到的生物信号执行放大、量化(模数转换)等以生成生物数字数据，分析生物数字数据，执行滤波等以提取特征量数据，并且通过无线通信将特征量数据发送给便携式终端40。便携式终端40将接收到的生物数字数据显示为图形，或者进一步分析生物数字数据或接收到的特征量数据，以生成另一特征量数据。生物信号测量装置10可以存储生物数字数据或特征量数据。然而，生物信号测量装置10可以将数据传送给便携式终端40，然后丢弃该数据。

根据本发明的生物信号测量系统包括：其上在适合于检测诸如心电图信号的生物信号的位置处布置由具有导电性的纤维结构(诸如导电织物)制成的生物电极(20至22)的衣服2。图1所示的布置是三电极配置，其中，两个电极布置在腋窝附近，使得正电极20位于左手侧并且负电极21位于右手侧，并且中性电极22(GND电极或生物参考电位电极)单独布置在正电极下面。示例了基本CC5引线的位置。所有生物电极(20至22)固定在直接接触生物体的衣服2内。

CC5引线接近于12-引线心电图中的V5引线的V4，并可以主要地检测心电图信号中的QRS信号的幅度。因此，CC5引线适合于通过自动分析来提取特征量数据，诸如脉冲周期(R-R间隔)。然而，生物电极的位置不限于所示出的引线位置。可以不使用诸如CC5引线的双极引线，而是使用单极引线，并且单独地布置至少两个生物电极是足够的。

由具有导电性的材料制成的导线(23至25)连接到生物电极(20至22)。导线还连接到用于连接生物信号测量装置10的端子连接器12。此时，生物电极彼此绝缘。需要选择生物电极(20至22)和导线(23至25)以避免通过连接导致电动势(极化)或腐蚀(corrosion)。端子连接器12优选地由可容易地拆卸生物信号测量装置10并且耐洗的导电构件形成。

如上所述，根据本实施例的生物信号测量装置10具有能够从衣服2拆卸并与设置在衣服2上的生物电极(20至22)建立电导通的连接功能、放大由每个生物电极(20至22)检测到的生物电信号并量化生物信号的信号处理功能、分析生物信号并提取特征量数据的信号分析功能以及无线连接便携式终端40的无线通信功能。

通过连接功能所获得的弱生物信号即使在心电图信号中通常也为几mV或更小。因此，通过信号处理功能将信号放大到预定的信号电平。另外，对不必要的噪声和波动进行滤波，并通过模数转换执行量化，从而生成生物数字数据。此外，通过信号分析功能执行必要滤波以提取特征量数据。

无线通信功能提供与便携式终端的通信功能，发送所获得的生物数字数据或通过信号分析获得的特征量数据，或者从便携式终端接收用于必要远程控制的信号。在本实施例中，从降低功耗的角度来看，使用诸如的低功率无线电台51完成与便携式终端的连接。生物信号测量装置可以具有存储所获得的数据的存储功能。

由智能电话表示的便携式终端40不仅通过诸如蓝牙的低功率无线电51连接到生物信号测量装置10，而且通过蜂窝方法或无线LAN方法52连接到公共网络50(互联网)。便携式终端40可以显示从生物信号测量装置10获得的诸如心电图信号数据或特征量数据之类的生物信息，执行数据分析、转换、处理等以获得必要信息，分析心电图信号数据，并生成另一特征量数据。

便携式终端40还可以通过公共网络50将这些生物信息与标识信息(例如，个体的性别、年龄、身高/体重等)或便携式终端的位置信息一起发送给云服务器60。来自生物信号测量装置10的数据可以像桶队列(bucket brigade)一样实时地传送到云服务器60。然而，可以将任意量的数据一起放在文件中并进行发送。

云服务器60可以使用标识信息等对发送的多个个体的生物信息执行统计分析(例如，通过性别或年龄进行分析，通过个体的物理特征进行分析，或者通过位置进行分析)，并将分析结果反馈给便携式终端40。这使得不仅可以持续地获取诸如心电图信号的生物信号并在不妨碍日常生活的情况下对其进行分析，而且还可以基于多个个人数据执行被称为大数据分析的统计分析，并获得以往不可能的有价值的信息。注意，标识信息存储在生物信号测量装置10和便携式终端40中的一个中，并根据需要发送到云服务器。

在本实施例中，其上放置生物电极(20至22)的衣服2表示内衣。然而，可以使用积极地暴露于公众的诸如运动服装的衣服。在任何情况下，由具有导电性的织物制成的电极固定在与生物体直接接触的衣服内侧。

作为具有导电性的电极织物，含有PECOT-PSS聚合物的织物由于其优异的生物适应性而是合适的。然而，可以使用具有导电性的任何织物，例如银涂覆织物。电极(20至22)使用金属按扣通过诸如银线的导线(23至25)连接到端子连接器12。银线可以是通过用银镀覆尼龙或聚酯纤维的表面而形成的镀银线。

已经在假定电极布置在衣服上的情况下参考图1描述了电极布置。然而，用于布置电极的结构不限于此。在图2A和图2B中，使用除了衣服之外的带状结构来布置电极。在图3A和图3B中，使用带状结构和十字支撑状结构来布置电极。示出了所有电极固定在与生物体1直接接触的结构内并且放置了正电极20、负电极21和中性电极22的情况。尽管未示出导线，但是它们仅需要被放置在带状结构30和十字支撑状结构31内。中性电极22仅需要定位在从正电极20和负电极21的特定位置部分。不需要总是放置中性电极22。然而，已知在关于人体的测量中产生各种噪声。为了保持较高的抗噪性，优选地放置中性电极22。

在图4A所示的生物信号测量装置的示例中，按扣13-1至13-4布置在生物信号测量装置10的连接到端子连接器12的一侧11上。在图4A中，凸起侧设置在生物信号测量装置侧11上。然而，凸起侧可以设置在端子连接器侧，并且凹侧可以设置在生物信号测量装置侧。在图4B的功能框图中，生物信号测量装置10由内部电源驱动。电压优选地通过电源单元17调节到必要的电源电压，并因此被稳定以供使用。

信号处理单元14基于作为参考的中性电极电位，对从正电极和负电极输入的诸如心电图信号的生物信号进行差分放大。与放大一起，执行用于噪声去除和基线稳定的滤波处理。此外，通过模数转换执行量化，并且生成诸如量化的心电图信号数据之类的生物数字数据。生物数字数据还可以被成形为易于通过数字滤波分析的波形。通常由仪表放大器执行放大。

信号分析单元15通过信号处理从诸如心电图信号数据之类的生物数字数据提取诸如心率或R-R间隔之类的特征量数据，并且还根据到便携式终端40的通信容量来减小生物数字数据的大小。无线通信单元16将获得的生物数字数据或获得的特征量数据无线地发送给便携式终端40。从降低功耗的角度来看，用于连接便携式终端40的无线电系统优选地是专用于诸如蓝牙的短距离通信的低功率无线电台。便携式终端40也具有相同的无线电系统。

将描述在本实施例中要提取的生物信号和特征量数据。将使用心电图信号作为生物信号来进行以下描述。然而，本发明不限于此。在图5所示的示例中，心电图信号由诸如反映心房或心室的活动的P-QRS-T波之类的分量形成。相邻R波之间的时间间隔是被称为R-R间隔的特征量数据。R-R间隔的倒数是心率。在图1所示的便携式终端40中，从生物信号测量装置接收的心电图信号数据被显示并被存储为文件。另外，基于阻抗的水平来监测电极和生物体之间的接触状态。如果由于例如电极与生物体的分离而导致接触状态劣化，则可以显示电极断开警告，以示出心电图信号劣化的原因。

当对诸如从心电图信号数据提取的R-R间隔之类的特征量数据进一步执行统计分析时，可以生成另一特征量数据。在图6B所示的庞加莱图中，在图6A所示的心率的血流速度图的测量示例的分析数据范围内，分别沿着x坐标和y坐标绘制作为某一时刻的R-R间隔的R-R(n)和作为下一R-R间隔的R-R(n+1)。如果R-R(n)和R-R(n+1)是近似的，则绘图集中到一个点。然而，如果变化大，则绘图分散。一般来说，认为紧张导致小的变化，并且认为放松导致大的变化。

作为另一示例，作为使用R-R间隔的自主活动分析，CVRR(R-R间隔的变化系数)、RR50(与先前RR间隔相差大于50毫秒的RR间隔的数量)等是已知的。CVRR是通过将预定时段中的R-R间隔或预定数量的R-R间隔的标准偏差除以平均值并将结果乘以100而获得的数值。CVRR有效地知道某一时段中R-R间隔的变化程度。

RR50是由英国的Ewings等人提出的副交感神经功能的指数。RR50指示与相邻R-R间隔的间隔为50毫秒或更大的R-R间隔与预定时段中的R-R间隔或预定数量的R-R间隔的比。如果人在精神上放松，则R-R间隔在短时间内变化很大，因此，RR50的计数被认为是大的。以这种方式，可以基于RR50来估计精神放松的程度或紧张的程度。

还经常使用分析R-R间隔的波动的频率分量的方法。R-R间隔的波动频率的功率谱通过快速傅里叶变换(FFT)获得并且由大约0.1Hz的功率(LF：低频分量)与大约0.25Hz的功率(HF：高频分量)的比(LF/HF)来表示。在LF/HF分析中，认为大的值指示副交感神经功能的增加。因为值的增大，估计一个人在精神上是紧张的。

在图7所示的生物信号测量系统中，由生物信号测量装置10执行诸如R-R间隔之类的心电图信号的特征量数据(第一特征量数据)的提取，因为它是使用简单运算算法的轻运算负荷的处理。由具有高运算能力的便携式终端40执行通过对重运算负荷的诸如CVRR或LF/HF之类的特征量的统计分析而生成附加特征量数据(第二特征量数据)。

生物信号测量装置10向便携式终端40发送从通过以高采样率(例如，200至2000Hz)采样所获得的心电图信号数据减小大小的数据(对应于与例如100至500Hz的采样率相对应的数据大小)，从而抑制发送的数据量。在云服务器60中，使用从多个便携式终端发送的分析结果来执行对多个用户的统计分析。

例如，如果以1kHz对心电图信号进行采样，并且针对每个样本的数据量是2字节，则24小时的数据量是172.8MB。为了将这样的丰富数据传送到便携式终端或云服务器，效率低下地需要长时间和大量的功率。另一方面，心率最多为200次/分钟。因此，即使R-R间隔由2字节表示，在24小时内的数据量也只有576kB。以这种方式，可以在减少通信负荷的同时处理更多类型的生物信息。

为了以低功耗实现长时间操作，与便携式终端40和公共网络50之间的无线LAN(例如，WiFi)方法或蜂窝方法的通信容量相比，使生物信号测量装置10和便携式终端40之间的通信容量尽可能小。例如，可以考虑使用蓝牙(蓝牙2.1)或蓝牙低能量(蓝牙4.0)标准。蓝牙2.1的通信容量约为1.3Mbps，蓝牙4.0的通信容量为1Mbps，它们的数量级小于通常的WiFi 802.11标准中的10Mbps至54Mbps或LTE中的最大下行链路上的100Mbps。

不言而喻，经由具有小通信容量的通信装置传送大量数据导致通信时间的增加。因此，在本实施例中，对处理进行分割，以使生物信号测量装置10、诸如智能电话的便携终端40和云服务器60共享数据分析和累积，并且根据这些装置之间的通信容量优化数据传送量，从而实现适合于每个装置的通信能力和装置之间的通信方式的有效数据流。

在图8中，当获取心电图信号数据时，以获取医疗水平的精确心电图信号数据为目标，以200至2000Hz的高采样率执行采样。另外，生物信号测量装置基于精确心电图信号数据提取特征量数据，例如心率、R-R间隔等。

如果选择上述蓝牙2.1或蓝牙4.0作为生物信号测量装置和便携式终端之间的无线通信方法，则无线通信速度被限制为大约1Mbps。为此，由生物信号测量装置获取的心电图信号数据不是被直接发送到便携式终端，而是被减小大小，即，减薄到与例如100至500Hz的采样率相对应的数据大小，然后被发送到便携式终端。同时，还向便携式终端发送诸如从精确心电图信号数据提取的R-R间隔之类的特征量数据，其数据大小远小于心电图信号数据的数据大小。因此，根据到便携式终端的通信容量来优化要发送的数据内容和数据传送量，并且缩短数据发送时间，从而降低功耗。

便携式终端与生物信号测量装置相比具有更快的处理器和更大的存储器，并且可以执行更重的处理负荷的分析。因此，使用发送的心电图信号数据或诸如R-R间隔数据的特征量数据，便携式终端显示数据，或通过对特征量数据的统计分析等生成另一特征量数据。作为要在便携式终端中执行的分析，除了基于R-R间隔的变化的上述LF/HF分析和应力分析之外，还可以考虑心电图波形中的ST分析(S波和T波之间的间隔的变化)、对存在/不存在心律不齐脉冲的检测以及呼吸分析。

接下来，便携式终端根据需要将接收到的心电图信号数据和特征量数据中的任何一个上传到云服务器。并非总是需要发送所有的数据，可以根据需要选择性地发送要在服务器中存储或经历统计分析的数据。除了心电图信号数据或特征量数据之外，便携式终端还可以上传生物体的标识信息、便携式终端的位置信息等。云服务器可以使用从多个便携式终端发送的这些信息来执行统计分析。云服务器可以将统计分析数据反馈给便携式终端，并且还可以对其进行呈现以供诸如医院的第三方使用。

当诸如心电图信号数据和特征量数据之类的生物信息根据需要被上传到云服务器时，可以避免便携式终端的存储容量的不足，从而防止数据丢失。当便携式终端与网络断开连接时，特征量和波形被保存在便携式终端的存储器中。当重新建立与网络的连接时，数据被上传到云服务器。

生物信号测量装置10能够基于来自便携式终端40的指令选择要发送的数据。参照图9，生物信号测量装置10包括发送数据选择单元和发送数据指定信息接收单元。确定以选择要发送的数据由便携式终端40完成。生物信号测量装置10基于从便携式终端40发送的发送数据指定信息来选择第二生物数字数据和第一特征量数据中的至少一个，并将该数据发送给便携式终端。

作为便携式终端40的发送数据选择的标准，例如，可以考虑生物信号测量装置10和便携式终端40之间的诸如分组丢失率的通信环境。如果生物信号测量装置10和便携式终端40之间的通信环境劣化，则可以禁止生物数字数据的发送，以进一步减少数据通信量。另外，基于从生物信号测量装置10发送的生物数字数据或特征量数据分析结果，可以估计特征量数据的可靠性、用户的状况等，并且可以选择需要发送的数据。

如上所述，根据本实施例，可以提供一种生物信号测量系统，其优化构成测量生物信息的系统的装置之间的处理分割和数据传送量，从而同时实现医疗水平的精确生物信号的获取以及生物信号测量装置的尺寸和功耗的减小并且实时浏览和分析生物信号。

<第二实施例>

以下将描述根据第二实施例的生物信息测量装置。

图10所示的生物信息测量装置包括：生物波形数据测量单元200，被配置为测量生物波形数据；生物波形数据发送单元210，被配置为将生物波形数据发送给外部设备800；生物特征量数据提取单元220，被配置为从生物波形数据提取生物特征量数据；生物特征量数据发送单元230，被配置为将生物特征量数据发送给外部设备800；以及发送数据选择单元300，被配置为选择要发送给外部设备800的数据。

注意，生物信息测量装置100优选地是手表型、环型、眼镜型、穿戴集成型、粘贴型等，使得用户可以佩戴它并且长时间地监测日常生活中的身体/精神状况。

首先将描述在生物波形数据是心电图波形的情况下的生物波形数据测量单元200。通过使电极与身体表面接触并观察心脏的电活动来获得心电图波形。作为心电图波形引导方法，即电极布置，存在使用肢体和胸部的各种类型。

例如，在长时间监测心电图波形时使用的CC5引线中，电极被布置在左胸和右胸上。注意，当测量心电图波形时，由于心电图波形的电压通常为几mV或更小，所以可以使用模拟电路等将检测到的电压放大到预定信号电平，并且可以对不必要的噪声和波动进行滤波。当使用模数转换器对该电压进行采样时，可以获得数字化的心电图波形。通过以例如1kHz和12比特执行采样，可以获得具有足够精度的心电图波形。

注意，在数字信号转换之后，可以通过数字滤波进一步去除不必要的噪声和波动。

接下来将描述在生物波形数据是心电图波形的情况下的生物特征量数据提取单元220。在图11的心电图波形测量示例中，心电图波形由诸如反映心房或心室的活动的P-QRS-T波之类的分量形成。相邻R波之间的时间间隔是被称为R-R间隔的生物特征量数据。当对R-R间隔的倒数求平均时，获得心率。为了从心电图波形检测R波，使用检测心电图波形的幅度的峰值的方法或者检测心电图波形的导数的峰值的方法。例如，日本专利公开No.2003-561公开了一种基于波形的波峰和波谷之间的幅度通过阈值识别R波的布置。

生物信息测量装置100将以上述方式获取的生物波形数据和/或生物特征量数据发送给外部设备800。外部设备800例如是智能电话、手表型的信息终端或个人计算机。作为生物波形数据发送单元210和生物特征量数据发送单元230，例如，可以使用诸如或Wi-Fi的短距离无线技术。

由于提供了发送数据选择单元300，生物信息测量装置100可以选择是否向外部设备800发送生物波形数据，是否发送生物特征量数据或者是否发送它们两者。这能够实现以下操作：通常以小数据量发送生物特征量数据以降低功耗并且仅在需要时发送包括丰富信息的生物波形数据。

如果采样频率为1kHz，并且分辨率为12比特，则生物波形数据(例如，心电图波形)的数据量为12kbps。另一方面，如果时间分辨率为1毫秒，则作为生物特征量数据的R-R间隔数据可以由每数据12比特表示，并且范围为0至4，095毫秒。如果平均心率是100bpm，则平均数据量是20bps。

因此，如果心电图波形是不必要的，则仅发送R-R间隔，从而大大减少数据量。这使得可以减少通信量，降低生物信息测量装置100或外部设备800的功耗，并且长时间持续地测量生物信息。

注意，生物信息测量装置100可以在暂时累积测量数据的同时间歇地将测量数据发送给外部设备800。当发送上述心电图波形数据时，如果例如假设一次发送10个数据，则以10毫秒为间隔发送心电图波形数据。

此外，对于R-R间隔数据，如果假设一次发送10个数据，则可以通过以2秒为间隔发送数据来处理最小为200毫秒的R-R间隔。当根据要以上述方式发送的数据来优化数据发送间隔时，可以实现高功率效率的数据发送。

如上所述，根据本实施例，可以选择是否发送生物波形数据和生物特征量数据之一或二者。因此，如果生物波形数据是不必要的，则仅发送生物特征量数据，从而抑制通信量并实现电池的小型化和长寿命。

如果必要，则发送生物波形数据，并且通过具有高信息处理能力的外部设备提取生物特征量。这使得可以减少生物特征量数据的提取失败或提取错误。

<第三实施例>

以下将描述根据第三实施例的生物信息测量装置。

在图12和图13中，基于提取的生物特征量数据选择发送数据。在本实施例中，将说明生物波形数据是心电图波形并且生物特征量数据是心率的情况。

首先，生物信息测量装置100通过生物波形数据测量单元200测量心电图波形数据(步骤S1-1)，并通过生物特征量数据提取单元220从心电图波形数据提取心率数据(步骤S1-2)。发送数据选择单元300基于提取的生物特征量数据选择要发送的数据(步骤S1-3)。

如果心率在预定时段内具有预定水平或更高水平，则用户的状况可能有问题。在这种情况下，分别通过生物特征量数据发送单元230和生物波形数据发送单元210将心率数据和心电图波形数据发送给外部设备800(步骤S1-4)。在外部设备800中分析心电图波形，以分析是否出现健康问题(步骤S1-5)。

另一方面，如果心率在预定时段内不具有预定水平或更高水平，则仅通过生物特征量数据发送单元230发送心率数据，从而降低功耗(步骤S1-6)。外部设备800从生物信息测量装置100接收数据，并根据需要执行分析、存储或显示数据或向服务器发送数据的操作(步骤S1-7)。

在本实施例中，心率被用作发送数据选择的标准。然而，本发明不限于此。例如，如果R-R间隔的变化在预定时段内具有预定水平或更低水平，则可以确定用户处于强烈紧张状态，并且可以发送心电图波形。另外，由于心电图波形包括从呼吸得到的分量，因此可以从心电图波形提取与呼吸相关联的特征量，并且可以在呼吸频率降到预定水平或更低时发送心电图波形。

如上所述，在本实施例中，生物信息测量装置基于提取的生物特征量数据选择要发送的数据，根据用户的状况仅在需要时发送具有丰富信息量的生物波形数据信号，否则发送生物特征量数据，从而能够在降低功耗的同时进行有效操作。

由于基于生物特征量数据提取结果选择要发送的数据，因此生物信息测量装置可以自动选择要发送的数据。

<第四实施例>

以下将描述根据第四实施例的生物信息测量装置。

在图14中，生物信息测量装置100还包括传感器400，并且基于传感器400的状态选择发送数据。例如，可以使用按钮开关、体温传感器、室外温度传感器或电池电压传感器，作为传感器400。

将参考图15说明生物波形数据是心电图波形，生物特征量是心率，并且传感器400是按钮开关的情况。

在本实施例中，在测量心电图波形数据(步骤S2-1)之后，测量按钮开关的状态(步骤S2-2)。如果在按下按钮开关之后经过了预定时间，则仅发送心率，从而降低功耗(步骤S2-6)。如果用户感觉到诸如心脏疼痛或呼吸困难之类的失调，则按下按钮开关。只有当在按下按钮开关之后经过了预定时间或更少时间时，才发送心电图波形数据和心率(步骤S2-4)。在外部设备800中分析心电图波形，以分析是否出现健康问题(步骤S2-5)。通过提供接收用户输入的按钮开关，可以根据用户的意图选择要发送的数据。

在传感器400是体温传感器或室外温度传感器的情况下，如果体温或室外温度是预定值或以上，则发送心电图波形数据和心率数据。否则，仅发送心率数据。

在传感器400是电池电压传感器的情况下，如果生物信息测量装置100的电池电量充足，则发送心电图波形数据和心率数据。否则，仅发送心率数据，从而使得电池寿命长。

已经参考图14描述了生物信息测量装置100还包括传感器400并且基于传感器400的状态选择发送数据的情况。可以提供被配置为确定特征量数据的可靠性的可靠性确定单元来代替传感器，并且可以基于确定结果来选择发送数据。在图16中，生物波形数据是心电图波形，生物特征量是R-R间隔，并且可靠性确定单元是加速度传感器。

生物信息测量装置100测量心电图波形数据(步骤S3-1)，并且还使用加速度传感器测量身体加速度(步骤S3-2)。如果加速度为预定水平或更高，则用户可能在进行主动运动。在这种情况下，粘贴到皮肤以测量心电图波形的电极的接触可能不稳定，或者可能混合肌电图信号从而导致对心电图波形的干扰。如果心电图波形被干扰，则包括在生物信息测量装置100的生物特征量数据提取单元220中的R-R间隔数据提取算法不能很好地工作，并且可能错误地检测到R波。

在确定加速度为预定水平或更高并且R-R间隔提取的可靠性低时，生物信息测量装置100不将R-R间隔数据而仅将心电图波形数据发送给外部设备800(步骤S3-4)。具有较高信息处理能力的外部设备800使用高级算法提取R-R间隔。更具体地，可以考虑计算心电图波形的自相关并识别心电图波形的周期性的方法、预先存储心电图波形的信息并将该信息与测量的心电图波形比较以去除外部干扰的影响的方法等。

另一方面，如果加速度低于预定水平，则可以确定生物特征量提取的可靠性不低。因此，生物信息测量装置100的生物特征量数据提取单元220提取R-R间隔数据(步骤S3-6)，并且仅R-R间隔数据被发送到外部设备800(步骤S3-7)，从而降低功耗。

确定生物特征量数据的可靠性的生物波形数据发送单元不限于加速度传感器。例如，在设置了被配置为测量皮肤和用于测量心电图波形的电极之间的阻抗的阻抗传感器的情况下，如果电极和皮肤之间的阻抗高，或者阻抗的变化大，则确定生物特征量数据的可靠性低，并且将心电图波形数据发送给外部设备。在使用被配置为测量皮肤和电极之间的压力的压力传感器的情况下，如果电极和皮肤之间的接触压力低，或者接触压力的变化大，则确定生物特征量数据的可靠性低，并且将心电图波形数据发送给外部设备。

如上所述，在本实施例中，基于生物信息测量装置中设置的传感器的状态来选择要发送的数据。因此，可以根据用户指定或用户的情况来确定是否需要发送生物波形数据。

<第五实施例>

以下将描述根据第五实施例的生物信息测量装置。

在图17中，生物信息测量装置100包括发送数据指定信息接收单元500。在本实施例中，外部设备800确定对生物信息测量装置100要发送的数据的选择。发送数据选择单元300从外部设备800接收发送数据指定信息，并且基于接收到的发送数据指定信息来选择要发送的数据。

在图18中，生物波形数据是心电图波形，生物特征量是R-R间隔，并且外部设备800基于通信环境来确定要发送的数据。

首先，生物信息测量装置100测量心电图波形数据(步骤S4-1)。接着，生物信息测量装置100确认是否由外部设备800指定了心电图波形数据的发送(步骤S4-2)。如果指定了心电图波形数据的发送，则将心电图波形数据发送给外部设备800(步骤S4-3)。外部设备800从接收的心电图波形数据中提取R-R间隔数据(步骤S4-4)。

另一方面，如果没有指定心电图波形数据的发送，则生物信息测量装置100的生物特征量数据提取单元220从心电图波形数据中提取R-R间隔数据(步骤S4-5)，并将其发送给外部设备800(步骤S4-6)。外部设备800执行数据发送/接收，并测量与生物信息测量装置100的通信的分组丢失率(步骤S4-7)。

例如，可以通过向生物信息测量装置100和外部设备800发送/接收的每个分组添加序列号并检查是否存在丢失的序列号来测量分组丢失率。如果分组丢失率等于或小于参考值，则可以确定通信环境良好，并且几乎没有发生数据丢失。因此，发送具有大信息量的心电图波形数据(步骤S4-8)。

另一方面，如果分组丢失率大于参考值，则通信环境不好。即使发送具有大信息量的心电图波形数据，数据也很高可能性地部分丢失。因此，禁止心电图波形数据的发送，并且发送具有小信息量和低风险的R-R间隔数据(步骤S4-9)。可以通过由外部设备800不仅检测分组丢失率而且还检测周围无线电状况来确定通信环境是否良好。

对于外部设备800用于发送数据选择的标准，不仅基于通信环境，而且基于从生物信息测量装置100发送的生物波形数据或生物特征量数据分析结果，可以估计用户的状况等，并且可以确定生物波形数据是否是必要的。

例如，外部设备800可以基于生物特征量数据的可靠性来确定对要发送的数据的选择。在图19中，外部设备800包括：数据接收单元830，被配置为从生物信息测量装置100接收生物波形数据；数据接收单元820，被配置为接收生物特征量数据；以及可靠性确定单元810，被配置为确定生物特征量数据的可靠性。

外部设备800基于生物特征量数据的可靠性来确定对要由生物信息测量装置100发送的数据的选择，并且将发送数据指定信息发送给生物信息测量装置100。生物信息测量装置100的发送数据选择单元300基于从外部设备800接收到的发送数据指定信息来选择要发送的数据。

在图20中，生物波形数据是心电图波形，生物特征量是R-R间隔，并且外部设备800基于特征量数据的可靠性来指定要发送的数据。

首先，生物信息测量装置100测量心电图波形数据(步骤S5-1)。接着，生物信息测量装置100确认是否由外部设备800指定了心电图波形数据的发送(步骤S5-2)。如果指定了心电图波形数据的发送，则将心电图波形数据发送给外部设备800(步骤S5-3)。外部设备800从接收的心电图波形数据中提取R-R间隔数据(步骤S5-4)。

另一方面，如果没有指定心电图波形数据的发送，则生物信息测量装置100的生物特征量数据提取单元220从心电图波形数据中提取R-R间隔数据(步骤S5-5)，并将其发送给外部设备800(步骤S5-6)。外部设备800确定提取或接收的R-R间隔数据的可靠性是否等于或小于参考值(步骤S5-7)。

对于确定R-R间隔数据的可靠性的方法，例如，计算所提取或接收的R-R间隔数据与现有R-R间隔数据之差的绝对值。如果差的绝对值等于或大于预定阈值，则可以确定可靠性低。例如，R-R间隔在正常状态下几乎不突然变化。然而，如果混合了大噪声并且发生检测错误，则R-R间隔突然变化，并且可以估计可靠性低的可能性高。通过这样分析特征量数据，可以评估数据的可靠性。

如果以这种方式评估R-R间隔数据的可靠性，并且确定可靠性低，则外部设备800能够将心电图波形数据发送给生物信息测量装置100(步骤S5-8)。

另一方面，在确定可靠性高时，外部设备800禁止向生物信息测量装置100发送心电图波形数据(步骤S5-9)。

如上所述，在本实施例中，生物信息测量装置包括发送数据指定信息接收单元，并且基于接收到的发送数据指定信息来选择要发送的数据。这允许高级外部设备适当地选择要由生物信息测量装置发送的数据。

<第六实施例>

以下将描述根据第六实施例的生物信息测量装置。

在图21中，生物信息测量设备100包括算法改变信息接收单元600和提取算法改变单元700。在图22中，生物波形数据是心电图波形，生物特征量是R-R间隔，并且外部设备800改变R-R间隔数据提取算法。

首先，生物信息测量装置100测量心电图波形(步骤S6-1)，提取R-R间隔数据(步骤S6-2)，并评估所提取的R-R间隔数据的可靠性(步骤S6-3)。例如，计算所提取的R-R间隔数据和先前提取的R-R间隔数据之差的绝对值。如果差的绝对值小于预定阈值，则确定可靠性高。这是使用人的R-R间隔数据在正常状态下几乎不突然变化的事实来评估可靠性的方法。用于评估可靠性的阈值被设定为例如100毫秒。

如果以这种方式评估R-R间隔数据的可靠性，并且确定可靠性高，则生物信息测量装置将R-R间隔数据发送给外部设备800(步骤S6-4)。外部设备800执行存储或显示数据或向服务器发送数据的处理(步骤S6-10)。

另一方面，在确定可靠性低时，生物信息测量装置100向外部设备800发送心电图波形数据(步骤S6-5)。外部设备800分析心电图波形数据，并提取R-R间隔数据(步骤S6-6)。外部设备800还分析心电图波形的特征，优化生物信息测量装置100中的R-R间隔数据提取算法(步骤S6-7)，并将算法改变信息发送给生物信息测量装置100(步骤S6-8)。生物信息测量装置100通过算法改变信息接收单元600接收算法改变信息，基于接收到的算法改变信息来改变生物特征量数据提取单元220的R-R间隔数据提取算法(步骤S6-9)，并将其反映在随后的R-R间隔数据提取上。

作为改变算法的方法，例如，预先在生物信息测量装置100的生物特征量数据提取单元220中存储多种R-R间隔数据提取算法，外部设备800确定哪种算法是适当的，并且从外部设备800向生物信息测量装置100发送指定算法的代码。例如，存储和选择被配置为根据心电图波形的幅度的峰值检测R波的算法、被配置为根据心电图波形的导数的峰值检测R波的算法等，作为算法的类型。

生物特征量数据提取单元220的R-R间隔数据提取算法中使用的参数可以在外部设备800中被优化，并且从外部设备800发送到生物信息测量装置100。这些参数是在对生物信息测量装置100中的心电图波形执行数字滤波时的滤波器常数(截止频率、FIR滤波器的阶数等)、在放大心电图波形时使用的放大因子、在根据心电图波形的幅度检测峰值并检测R波时使用的阈值、在根据心电图波形的导数检测峰值并检测R波时使用的阈值等。

用于检测R波的程序代码可以由外部设备800生成，被发送到生物信息测量装置100，并被重写。

当生物信息测量装置包括R-R间隔数据提取算法改变单元时，可以基于外部设备的确定来改变算法等，并且可以提高R-R间隔数据提取精度。由于需要将具有大数据量的生物波形数据从生物信息测量装置发送到外部设备的情况减少，因此可以获得降低功耗的效果。

如上所述，在本实施例中，确定生物特征量数据的可靠性，并且基于可靠性确定结果来选择要发送的数据。因此，可以仅在生物特征量数据的可靠性低时才执行发送生物波形数据的有效操作。

另外，由于生物特征量提取算法基于来自外部设备的指定而改变，所以可以获得较大的效果，即减少生物信息测量装置中的生物特征量数据的提取失败或提取错误。

注意，在上述实施例中，已经描述了生物波形数据是心电图波形数据的情况。然而，本发明不限于此。可以考虑各种情况，包括：生物波形数据是脑波并且特征量是α波的强度的情况，生物波形数据是身体加速度并且特征量是步数或活动质量的情况，以及生物波形数据是照射生物体的红外光的反射返回光的强度并且特征量是血流、脉搏率或氧饱和度的情况。

工业实用性

本发明可应用于用于每天获取诸如心电图信号的生物信号的生物电极和使用该生物电极的生物信号测量系统。

附图标记和符号的解释

1.生物体，2.衣服，10.生物信号测量装置，11.生物信号测量装置(衣服侧)，12.端子连接器，13-1至13-4.按扣，14.信号处理单元，15.信号分析单元，16.无线通信单元，17.电源单元，18.存储单元，20.正电极，21.负电极，22.中性电极，23，24，25.导线，30.带状结构，31.十字支撑状结构，40.便携式终端，50.公共网络(互联网)，60.云服务器，100.生物信息测量装置，200.生物波形数据测量单元，210.生物波形数据发送单元，220.生物特征量数据提取单元，230.生物特征量数据发送单元，300.发送数据选择单元，400.传感器(可靠性确定单元)，500.发送数据指定信息接收单元，600.算法改变信息接收单元，700.提取算法改变单元，800.外部设备。