成果報告書詳細
管理番号20130000001043
タイトル平成21年度-平成22年度成果報告書 SBIR技術革新事業 活動中の人の精密生体情報計測機能を持つ小型省電力通信機の開発
公開日2014/1/24
報告書年度2009 - 2010
委託先名ヒューマンコード・ジャパン株式会社
プロジェクト番号P08015
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成21年度-平成22年度成果報告書 SBIR技術革新事業 活動中の人の精密生体情報計測機能を持つ小型省電力通信機の開発

医療・福祉産業や情報家電・携帯電話産業では体組成情報の高度利用を目的として活動中の人から高精度な脈拍情報を継続的に取得するニーズが年々高まっている。
しかし従来技術による活動中の人から脈拍情報を取得する方法は裸になった被験者の胸に電極を押しあて、常に圧迫感を与える上に計測前にセンサーを濡らさなければならない。また、運動中にセンサーと測定部位の密着性が薄れると計測エラーが発生し、激しい運動をしているときに発生する生体ノイズの影響を受けて計測ミスが出る等の技術的な問題を抱えていた。
本研究開発は従来技術の問題を解決するために光センサーを用い、耳から正確な脈拍を計測出来る技術を開発したものである。加えて、脈拍情報を携帯電話やインターネットを介して送受信し、計測結果の評価を利用者自身や管理者が確認・評価出来る機能を開発した。
被験者が安静時に光センサーを使って指や耳から脈拍数を計測する技術はすでに存在しているが、従来は活動中の被験者から精度の高い生体情報を継続的に取得する光センサー技術は存在していなかった。この技術課題を解決するには人が運動した時に発生する体動ノイズ、人の体を構成している部位から発生する生体ノイズ、外部からの光ノイズ問題を解決する必要があることから、本研究開発では膨大な実験結果を基にして、ノイズの発生源を明らかにし、計測波形の特徴点の自動認識技術を用いて体動信号・光ノイズ信号・脈拍信号の自動区分技術を確立させた。又、被験者の体組成毎に異なる計測波形を自動的にキャリブレーションする技術を見つけ出し、異なる被験者・異なる計測タイミング・異なる計測環境においても正確に脈拍数を連続的に出力する技術を確立させた。
この技術は、ハードウェアーとソフトウェアーの両面からアプローチしながらセンサーの特性に適合した波形分離演算アルゴリズムを導き出す研究開発を繰り返して検証してきたプロセスと運動医学的な生体実験を介して得た計測データの積み重ねによって生体ノイズ・体動ノイズの伝達メカニズムを見つけ出したことによる成果である。
英文要約Title: Technology Innovation Program for Small Business Innovation Research (SBIR) / Development of a compact, energy-efficient communication device with precise bio-information measurement functions for use on active individuals (FY2009-FY2010) Final Report.

There is currently a growing need among the medical & welfare industries as well as the home information appliance & mobile phone industries for a device that is capable of acquiring constantly-updated and highly-precise pulse information from physically-active individuals for the purpose of advanced analysis & use of body composition data. Conventional techniques for obtaining pulse readings from active individuals require subjects to remove their clothing and have electrodes attached to their chest. However, this approach can be a constant source of stress to the subject and requires that the sensors to be moistened before commencing measurement. There is also the potential for technical problems such as measurement errors if the sensors lose adhesion with the measurement site during exercise or in the event of interference from biological noise during strenuous physical exertion. In an attempt to overcome these technical issues, this R&D initiative has developed a technology enabling precise pulse measurement from the ear using an optical sensor. The technology is also capable of transmitting and receiving the measured pulse information via a mobile phone or over the internet, and is equipped with functions allowing the user or guardian to confirm and evaluate the measurement results. Although optical sensor technology that measures the pulse of a resting subject from their finger or ear already exists, until now there has been no such technology capable of constantly acquiring highly-precise bio-information from a physically-active subject. Addressing the above-mentioned technical problems required the resolution of kinesthetic noise generated by physical exercise, biological noise emitted from various parts of the body, and externally-generated optical noise. Drawing upon vast amounts of experimental data, this R&D initiative identified the sources of each type of noise and established a technique to automatically differentiate between kinesthetic signals, optical noise signals, and pulse signals using automatic recognition of measured wave characteristics. A technique to automatically calibrate different measured waves for each subject's body composition was also identified, thus enabling accurate, continuous output of pulse readings even when the subjects, measurement times, and measurement environments differ. This technology successfully identifies the mechanisms responsible for the transfer of biological and kinesthetic noise through cumulative R&D to derive waveform separation algorithms adapted to the sensor attributes while attempting both hardware and software-based approaches, and based on the accumulation of measurement data garnered from validated processes and exercise medicine-related biological experiments.
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