OpenBCIを使った脈拍測定入門

パルスセンサーOpenBCI CytonボートOpenBCI Ganglionボードに接続し 無償提供されているソフトウェア(OpenBCI GUI)を使用することで脈拍を測定することが出来ます。

このパルスセンサーは光電式指尖容積脈波記録法(PhotoplethysmogramPTG)を基にしたセンサーが使用されており 以下の画像のように基盤の中心にはLEDチップが実装されています。OpenBCIボードには3つのリード線を使って接続されます。

  • 赤色(+): +3V ~ +5V
  • 黒色 (-):GND
  • 紫色(S):信号出力(μVmV

パルスセンサーの前準備

センサーを使い始める前に 測定中の被験者の肌から出てくる汗や脂がセンサー基盤に付くことによっておこる回路の短絡などを防ぐために センサー部分を絶縁処理させる必要があります。

センサーキットに付属されている4枚の絶縁シール(透明な丸いシール)を1枚はがし、下の画像のように パルスセンサーのハートのマークのある面の中央に貼り付けます。

続いて 下の画僧のようにセンサーのもう一方の面(チップが実装されている面)に黒色のマジックシールを張り付けます。これも絶縁シール同様 センサー回路の短絡などを防ぎます。マジックシールはフィンガーストラップに貼り付けることも出来るので 指先にパルスセンサーを取り付ける時に便利です。

以上でパルスセンサーの前準備は完了ですが その他にホットグルーを使いパルスセンサーを外部から絶縁させる方法もございます。水分や脂分などが侵入する可能性が高い環境でパルスセンサーをご利用される方はホットグルーの使用もご検討下さい。詳細はこちらをご覧下さい。

パルスセンサーをOpenBCIボードに接続

OpenBCI Ganglionボードを使う場合

まず最初にOpenBCI Ganglion スタートアップガイドに従ってGanglionボードのセットアップをおこなって下さい。

OpenBCI Ganglionボードを使った脈拍測定に必要なものは以下の通りです。

  • OpenBCI Ganglionボード
  • USBドングル(OpenBCIボードに付属されます)
  • 単三電池ケース(OpenBCIボードに付属されます)またはリチウムイオンバッテリー
  • パルスセンサー

パルスセンサーのリード線を上の画像の赤く囲った部分の端子に接続します。リード線と端子の対応表は以下の通りです。

リード線の色

Ganglionの端子

機能

赤色

DVDD

電源

黒色

GNDA

グランド

紫色

A3

アナログ入力(信号)

赤いリード線はGanglionボードのDVDD端子、黒いリード線はGNDA端子(DVDD端子の隣)、そして紫色のリード線はA3端子に接続します。

OpenBCI Cytonボードを使う場合

まず最初にOpenBCI Cyton スタートアップガイドに従ってCytonボードのセットアップをおこなって下さい。

OpenBCI Cytonボードを使った脈拍測定に必要なものは以下の通りです。

  • OpenBCI Cytonボード
  • USBドングル(OpenBCIボードに付属されます)
  • 単三電池ケース(OpenBCIボードに付属されます)またはリチウムイオンバッテリー
  • パルスセンサー

パルスセンサーのリード線を上の画像の赤く囲った部分の端子に接続します。リード線と端子の対応表は以下の通りです。

リード線の色

Ganglionの端子

機能

赤色

DVDD

電源

黒色

GNDA

グランド

紫色

D11

アナログ入力(信号)

赤いリード線はCytonボードのDVDD端子、黒いリード線はGNDA端子(DVDD端子の隣)、そして紫色のリード線はD11端子に接続します。

パルスセンサーを指先に取り付ける

このパルスセンサーは光電式指尖容積脈波記録法(PTG)が用いられており センサーから生体に向けて照射した光の反射をもとに脈拍測定がおこなわれます。パルスセンサーの取り付けが可能な部位は様々ありますが 毛細血管組織が集中している部位(例えば指先、耳たぶ、額、手のひら)などが脈拍測定には適しています。ここでは指先にパルスセンサーを取り付け測定をおこなう場合の説明をします。

下の画像のように付属されているフィンガーストラップにパルスセンサーを貼り付けます。パルスセンサーに貼ってあるマジックシールでフィンガーストラップに固定します。いずれかの指先にハートのマークがあるセンサー面を密着させ フィンガーストラップを指に巻き付けます。 

注)測定中に指を動かすとノイズが発生してしまう為 手は机の上に置くなどリラックスした状態にして下さい。

OpenBCI GUIを実行し 脈拍を測定

OpenBCI GUIを実行しGUIOpenBCIボードの接続を確立します。

注)OpenBCIボードをはじめて使う方は まずOpenBCI CytonスタートアップガイドまたはOpenBCI Ganglionスタートアップガイドをご覧下さい。OpenBCI GUIの機能の説明はOpenBCI GUIウィジェットガイドをご覧下さい

OpenBCIボードの接続が確立したら 下の画像のようにウィジェットメニューの中から「Pulse Sensor」を選択します。

次に「Pulse Sensor」ウィジェットの中の「Turn Analog Read On」ボタンをクリックします。そうすると 下の画像のようにボタンの表示が「Turn Analog Read Off」に変化します。

 

最後にOpenBCI GUIのウィンドウの左上にある「START DATA STREAM」ボタンをクリックしてデータ集録を開始して下さい。脈拍データが正しく集録されると以下の画像のような波形が「Pulse Sensor」ウィジェットに表示されます。

「Pulse Sensor」ウィジェットには脈拍波形以外に 脈拍間隔時間(Inter Beat Interval: IBI)と脈拍数(Pulse Rate: PR)が表示されます。PRは最新10パルスの移動平均が脈拍数(単位はBPM(Beat per Minute))として表示されます。またIBIは心拍測定時の心拍変動(Heart Rate VariabilityHRV)の代わりとして 睡眠段階、ストレス、疲労などの生体情報の指標として利用されることもあります。