CN102939047B - 生物体信号检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明与现有技术相比可灵敏度良好地对振幅小的生物体信号进行检测。具有具备三维立体编织物(10)和层叠在三维立体编织物的周边的板状发泡体(21、22)的机械性增幅设备、优选具有在三维立体编织物(10)与板状发泡体(21、22)之间还配设有薄膜(16)的机械性增幅设备，在该机械性增幅设备上安装有振动传感器(30)。由心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的人的生物体信号所引起的体表面的微小振动向板状发泡体(21、22)、薄膜(16)及三维立体编织物(10)传播，但在板状发泡体(21、22)及薄膜(16)中产生膜振动，而在三维立体编织物(10)上产生线的弦振动。由此，能够准确地传播心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等生物体信号。

Description

生物体信号检测装置
技术领域
本发明涉及一种对呼吸、心跳、心房或主动脉的振荡等的人的生物体信号进行检测的生物体信号检测装置。
背景技术
作为对心跳、呼吸、身体活动等的人的生物体信号进行检测的装置，例如有如专利文献1～8所公开的装置。这些装置均采用密闭的空气袋，对该空气袋内的气压变动进行测定，并根据所获得的气压变动数据来检测上述的人的生物体信号。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-26963号公报
专利文献2：日本特开平11-19056号公报
专利文献3：日本特开2001-286448号公报
专利文献4：日本专利第3242631号公报
专利文献5：日本专利第3419732号公报
专利文献6：日本专利第3419733号公报
专利文献7：日本专利第3495982号公报
专利文献8：日本专利第3513497号公报
专利文献9：日本特开2007-90032号公报
发明内容
专利文献1～8所公开的装置均是通过麦克风传感器或压力传感器对空气袋内的气压变动进行测定的装置。但是，伴随着作为人的生物体信号的呼吸或心跳的体表面的振动的振幅极其小。为此，伴随着这样的较小的体表面的振幅而产生的空气袋内的气压的变化也极为小，混入在紊乱中。只有在没有紊乱、所谓“外部振动的影响”的环境下，才能够捕捉到这样的较小的气压变动，但在外部振动的影响下大幅捕捉到外部振动。因而，例如在固定于乘坐物用座椅的情况下，在行驶时经由车身而输入的外部振动或身体活动成为人的生物体信号的检测的障碍。由此，将专利文献1～8所示的技术应用于乘坐物用座椅来捕捉心跳或呼吸等的振幅小的振动是极为困难的，在专利文献8中，也只不过示出了惟有借助驾驶员的身体活动这样的振幅大且带来较大的气压变动的变化才能够检测的技术。
另一方面，本申请人作为专利文献9，公开了作为对压力变动进行检测的空气袋采用体积较小的结构，并且在其内部配置有具有与人的肌肉的载重特性近似的载重特性的三维立体编织物的生物体信号检测装置。并且，作为搭载于乘坐物上的座椅，采用能够有效地将外部振动除振的结构，并且采用对检测信号进行处理的特殊算法，根据空气袋内的气压变动而能够检测心跳或呼吸等振幅小的生物体信号。
根据专利文献9所公开的技术，如上所述，通过体积小的空气袋和特殊的算法，能够对心跳或呼吸等的生物体信号进行检测，但进而期望能够使灵敏度更加良好地对伴随着心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的微振动进行检测。另外，在专利文献9的技术中，需要通过两张塑料薄膜来夹着三维立体编织物，并将该两张塑料薄膜的周缘采用振动熔敷等手段来熔敷，则还存在制造成本比较高这样的课题。尤其是，在内部插入有三维立体编织物的状态下，为了实施保持规定以上的气密性的加工，还存在麦克风传感器等的导线的取出的问题，需要熟练的操作是必要的。
本发明就是鉴于上述的情况而作出的，其课题在于，提供一种生物体信号检测装置，该生物体信号检测装置与现有技术相比能够灵敏度良好地检测心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的振幅小的生物体信号，并且，结构简易化且加工容易，并能够以低成本来进行制造。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明提供一种生物体信号检测装置，其特征在于，具有：机械性增幅设备，其具有：通过伴随着人的生物体信号的振动传播而产生弦振动的三维立体编织物；层叠在所述三维立体编织物的表侧及背侧的至少一方上且通过伴随着人的生物体信号的振动传播而产生膜振动的板状发泡体，并且，将伴随着所述人的生物体信号的振动形成为由所述弦振动和膜振动的重叠作用实现的增幅后的固体振动；振动传感器，其安装在所述机械性增幅设备中，对所述增幅后的固体振动进行检测。
本发明的生物体信号检测装置优选的是，所述机械性增幅设备为还具有层叠在所述三维立体编织物与所述板状发泡体之间的薄膜，进而重叠有所述薄膜的膜振动的结构。
优选的是，所述机械性增幅设备还具有三维立体编织物支承构件，该三维立体编织物支承构件形成有用于配置所述三维立体编织物的配置用贯通孔，在所述配置用贯通孔中配置了所述三维立体编织物的状态下，所述薄膜层叠在所述三维立体编织物的表侧及背侧的至少一方上，并且周缘部固定在所述三维立体编织物支承构件上，经由所述薄膜层叠所述板状发泡体。
优选所述板状发泡体为珠粒(beads)发泡体。另外，优选所述三维立体编织物支承构件为形成为板状的珠粒发泡体。优选所述珠粒发泡体为包括聚苯乙烯、聚丙烯及聚乙烯中的至少任一种的树脂的基于珠粒起泡法的发泡成形体。优选所述珠粒发泡体形成为厚度在珠粒的平均直径以下。
优选所述三维立体编织物的厚度比构成所述三维立体编织物支承构件的珠粒发泡体厚。优选的是，所述三维立体编织物的载重-挠曲特性为在利用直径30mm或者直径98mm的加压板加压之际，在直至载重100N的范围内，具有与根据人的肌肉的载重-挠曲特性所获得的弹簧常数近似的弹簧常数。
优选的是，所述三维立体编织物具有：彼此分离配置的一对地织物；在该一对地织物之间往复而将两者结合的多根连结线，所述连结线为单丝。也可以是，所述三维立体编织物具有：彼此分离配置的一对地织物；在该一对地织物之间往复而将两者结合的多根连结线，所述连结线为复丝。
优选所述振动传感器的探测部固定在所述三维立体编织物、所述板状发泡体或者所述薄膜上。优选所述振动传感器为麦克风传感器。
优选的是，本发明的生物体信号检测装置在寝具或者座位结构中，安装在与人的背部对应的范围内来使用。
发明效果
本发明的结构在于，具有具备三维立体编织物和层叠在三维立体编织物的周边的板状发泡体的机械性增幅设备、优选具有在三维立体编织物与板状发泡体之间还配设有薄膜的机械性增幅设备，在该机械性增幅设备上安装有振动传感器。由心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的人的生物体信号所引起的体表面的微小振动向板状发泡体、薄膜及三维立体编织物传播，但在板状发泡体及薄膜中产生膜振动，从而在三维立体编织物上产生线的弦振动。进而，三维立体编织物在一对地织物之间配设有连结线，但具备与人的肌肉的载重-挠曲特性近似的载重-挠曲特性。因而，使包括三维立体编织物的机械性增幅设备的载重-挠曲特性与肌肉的载重-挠曲特性近似，通过使其与肌肉邻接配置，使肌肉及三维立体编织物间的内外压差相等，从而能够准确地传播心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的生物体信号，由此，能够在构成三维立体编织物的线(尤其是连结线)上产生弦振动。另外，层叠在三维立体编织物上的板状发泡体、优选珠粒发泡体由于珠粒所具有的柔软的弹性和较小的密度而在各珠粒上容易产生膜振动。薄膜中通过将周缘部固定并由与人的肌肉的载重-挠曲特性近似的三维立体编织物来弹性支承，从而产生规定的张力，故容易产生膜振动。即，根据本发明，通过心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的生物体信号，在具有与肌肉的载重-挠曲特性近似的载重-挠曲特性的机械性增幅设备内的板状发泡体或薄膜上产生膜振动，并且，在具有与人的肌肉的载重-挠曲特性近似的载重-挠曲特性的三维立体编织物上产生弦振动。并且，三维立体编织物的弦振动再次对薄膜等的膜振动赋予影响，并将这些振动重叠地作用。其结果是，伴随着生物体信号而从体表面输入的振动形成为基于弦振动和膜振动的重叠而增幅后的固体振动，从而直接被振动传感器所检测出。
如现有那样，在对密闭袋内的气压变动进行检测的情况下，体积和压力成反比例关系，故在使密闭袋的体积减小时难以检测压力变动。与其相对，根据本发明，并不是气压变动，而是如上述那样，对向机械性增幅设备(三维立体编织物、板状发泡体、薄膜)传播的增幅后的固体振动进行检测，因此其容积(体积)几乎不受检测灵敏度的观点的限制，能够对伴随着心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的振幅小的振动灵敏度良好地进行检测。由此，能够对应具有多种多样的体格的人。由于以上的情况，本发明如乘坐物用座椅那样，可用于具有多种多样的体格的人，进而，作为输入多种多样的外部振动的环境下的生物体信号检测装置适用。另外，无需制作密闭结构，因此制造工序简单，制造成本也能够下降，适于量产。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的生物体信号检测装置的结构的分解立体图。
图2是在图1的生物体信号检测装置中采用另一方式所涉及的薄膜时的分解立体图。
图3是表示将图1的生物体信号检测装置配置在机动车用座椅上的工序的图。
图4是表示生物体信号检测装置的载重-挠曲特性的图。
图5是表示在通过生物体信号检测装置来测定生物体信号之际的输出原波形的图。
图6(a)是从实施方式的生物体信号测定装置中的振动传感器30输出的原波形和从原波形将身体活动成分等的干扰过滤并除去的波形(过滤波形)的频率分析结果的图，图6(b)是表示从现有的空气袋型的生物体信号检测装置中的传感器输出的原波形和从原波形将身体活动成分等的干扰过滤并除去的波形(过滤波形)的频率分析结果的图。
图7(a)是表示在试验例4中从作为振动传感器的麦克风传感器输出的原波形的图，图7(b)是表示从原波形将身体活动成分等的干扰过滤而除去的波形(过滤波形)的图。
图8是表示图7(a)、(b)所示的“薄膜两侧”类型的生物体信号检测装置的原波形及过滤波形的频率分析结果的图。
图9是表示采用了图7(a)、(b)所示的另一薄膜的类型的生物体信号检测装置的原波形及过滤波形的频率分析结果的图。
图10是表示采用了图7(a)、(b)所示的又一薄膜的类型的生物体信号检测装置的原波形及过滤波形的频率分析结果的图。
图11(a)～(d)是表示安装有“薄膜两侧”类型的生物体信号检测装置所进行的载重车行驶试验中的被试验者的状态的判定结果的图。
图12(a)～(d)是安装有采用了另一薄膜的类型的生物体信号检测装置所进行的载重车行驶试验中的被试验者的状态的判定结果的图。
图13(a)～(d)是安装有采用了又一薄膜的类型的生物体信号检测装置所进行的载重车行驶试验中的被试验者的状态的判定结果的图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的本发明的实施方式，对本发明进一步详细地说明。图1是表示本实施方式所涉及的生物体信号检测装置1的结构图。生物体信号检测装置1具有：三维立体编织物10；三维立体编织物支承构件15；薄膜16；板状发泡体21、22；振动传感器30。
三维立体编织物10例如为日本特开2002-331603号公报所公开那样，为形成具有彼此分离配置的一对地织物和在该一对地织物之间往复而将两者结合的多根连结线的立体的三维结构的织物。
一方的地织物例如由将单纤维捻成的线通过向纵行方向及横列方向中的任一方向均连续的平整(flat)的织物组织(细眼)来形成，另一方的地织物例如由将短纤维捻成的线形成为具有蜂窝状(六边形)的网眼的线圈结构。当然，该织物组织是任意的，也可以采用细眼组织或蜂窝状以外的织物组织，或两者均采用细眼组织等，其组合也是任意的。连结线以使一方的地织物和另一方的地织物保持规定的间隔的方式而编入两个地织物之间。在本实施方式中，为了对三维立体编织物的固体振动、尤其是连结线的弦振动进行检测，优选连结线由单丝构成，但为了根据所选取的生物体信号的种类而调整共振频率，连结线也可以由复丝来构成。
另外，三维立体编织物10中，优选厚度方向的载重-挠曲特性在载置于测定板上并利用直径30mm或者直径98mm的加压板来加压之际，在到载重100N为止的范围内，具有与人的臀部的肌肉的载重-挠曲特性近似的弹簧常数。具体而言，优选的是，采用在利用直径30mm的加压板加压之际的该弹簧常数为0.1～5N/mm的范围、或者在利用直径98mm的加压板加压之际的该弹簧常数为1～10N/mm的编织物。由于与人的臀部的肌肉的载重-挠曲特性近似，则三维立体编织物与肌肉相称，当传播心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等的生物体信号时，三维立体编织物产生与人的肌肉同样的振动，从而能够不会使生物体信号大幅衰减地进行传播。
作为这样的三维立体编织物，例如可以采用以下的结构。需要说明的是，各三维立体编织物根据需要也可以采用多张层叠。
(1)产品编号：49076D(住江织物(株)制)
材质：
表侧的地织物…300分特/288f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线和700分特/192f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线的捻线
背侧的地织物…450分特/108f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线和350分特/1f的聚对苯二甲酸丙二醇酯单丝的组合
连结线………350分特/1f的聚对苯二甲酸丙二醇酯单丝
(2)产品编号：49011D(住江织物(株)制)
材质：
地织物(纵线)…600分特/192f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线
地织物(横线)…300分特/72f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线
连结线………800分特/1f的聚对苯二甲酸乙二醇酯单丝
(3)产品编号：49013D(住江织物(株)制)
材质：
表侧的地织物…450分特/108f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线的两根捻线
背侧的地织物…450分特/108f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线的两根捻线
连结线………350分特/1f的聚对苯二甲酸丙二醇酯单丝
(4)产品编号：69030D(住江织物(株)制)
材质：
表侧的地织物…450分特/144f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线的两根捻线
背侧的地织物…450分特/144f的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维假捻加工线和350分特/1f的聚对苯二甲酸丙二醇酯单丝的组合
连结线………350分特/1f的聚对苯二甲酸丙二醇酯单丝
(5)旭化成纤维(株)制的产品编号：T24053AY5-1S
优选的是，板状发泡体21、22由珠粒发泡体构成。作为珠粒发泡体，例如可以采用包括聚苯乙烯、聚丙烯及聚乙烯中的至少任一种的树脂的基于珠粒起泡法的发泡成形体。由珠粒发泡体构成的板状发泡体21、22由于通过构成各自的细微珠粒的发泡所形成的球状的树脂膜的特性，从而将伴随着微小振幅的生物体信号作为膜振动来传播。该膜振动向三维立体编织物作为弦振动传播，使这些膜振动和弦振动重叠，生物体信号由于膜振动和弦振动的重叠而作为被增幅的机械振动，并由后述的振动传感器30来检测。因而，生物体信号的检测变得容易。
在板状发泡体21、22由珠粒发泡体构成的情况下，优选发泡倍率在25～50倍的范围内，厚度形成在珠粒的平均直径以下。例如，在30倍发泡的珠粒的平均直径为4～6mm左右的情况下，板状发泡体21、22的厚度切片成3～5mm左右。由此，对板状发泡体21、22赋予柔软的弹性，从而容易产生共振成振幅小的振动的固体振动。
在此，三维立体编织物10采用的是宽度40～100mm、长度100～300mm的范围的短条形状的结构。在本实施方式中，为了降低人与背部抵接之际的不适感，夹着与脊柱对应的部位而在对象上配设两张。为了使三维立体编织物10简单地配置在规定位置，如图1所示那样，优选三维立体编织物10形成为支承于三维立体编织物支承构件15的结构。三维立体编织物支承构件15形成为板状，且在夹着与脊柱对应的部位而在对称位置形成有两个纵长的配置用贯通孔15a、15a。三维立体编织物支承构件15与上述板状发泡体21、22同样地，优选由形成为板状的珠粒发泡体构成。三维立体编织物支承构件15由珠粒发泡体构成时的优选发泡倍率、厚度的范围与上述板状发泡体21、22同样。不过，为了借助生物体信号而使膜振动更加显著地产生，优选的是，层叠在三维立体编织物10、10的上下的板状发泡体21、22的厚度比三维立体编织物支承构件15的厚度薄。
在形成于三维立体编织物支承构件15的配置用贯通孔15a、15a中插入配置有两个三维立体编织物10、10的状态下，在三维立体编织物10、10的表侧及背侧上层叠薄膜16、16。在本实施方式中，在配置用贯通孔15a、15a的周缘部上粘贴薄膜16、16的周缘部地层叠。需要说明的是，配置用贯通孔15a、15a的形成位置(即，三维立体编织物10、10的配设位置)优选设为与能够对由伴随着心房和主动脉(尤其为“降主动脉”)的脉动的动作所产生的摆动及主动脉瓣的动作进行检测的区域相应的位置。其结果是，三维立体编织物10、10中其上下表面被板状发泡体21、22夹层，其周缘部被三维立体编织物支承构件15围绕，从而板状发泡体21、22及三维立体编织物支承构件15发挥共振箱(共鸣箱)的功能。
另外，优选采用相对于三维立体编织物支承构件15而言使三维立体编织物10、10更厚的结构。也就是说，在将三维立体编织物10、10配置于配置用贯通孔15a、15a中的情况下，形成三维立体编织物10、10的表面及背面比该配置用贯通孔15a、15a更突出那样的厚度关系。由此，当将薄膜16、16的周缘部粘贴于配置用贯通孔15a、15a的周缘部时，三维立体编织物10、10被沿着厚度方向按压，故产生基于薄膜16、16的反作用力的张力，从而在该薄膜16、16上容易产生固体振动(膜振动)。另一方面，在三维立体编织物10、10上也产生预备压缩，在保持三维立体编织物的厚度形态的连结线上也产生基于反力的张力而变得容易产生弦振动。需要说明的是，薄膜16、16优选设置在三维立体编织物10、10的表侧及背侧的两侧，但也可以形成为设于至少任一方上的结构。
三维立体编织物10、10的连结线架设在一对地织物之间，故形成所谓的卷绕成线圈状的长弦，且在上下的节点上配设有发挥共振箱(共鸣箱)的功能的薄膜16、16及板状发泡体21、22。以心跳变动为代表的生物体信号由于是低频，故通过具备这样的长弦和多个节点的共振系统来增幅。也就是说，连结线的弦振动经由多个节点而产生薄膜16、16的膜振动及板状发泡体21、22的珠粒的膜振动，将这些振动重叠作用地来增幅。需要说明的是，三维立体编织物的连结线的节点间的间隔，即连结线的配置密度越高越优选。
另外，通过使薄膜16、16与板状发泡体21、22侧预先粘贴而一体化，并将板状发泡体21、22层叠于三维立体编织物支承构件15上，也可以形成为将薄膜16、16可配置在三维立体编织物10、10的表侧及背侧的结构。不过，为了对三维立体编织物10、10赋予预备压缩，如上述那样，优选将薄膜16、16固接在三维立体编织物支承构件15的表面上。另外，如图1所示，并不是与每个三维立体编织物10对应来配设薄膜，也可以如图2所示，采用二者均能够覆盖两个三维立体编织物10、10的大小的薄膜16。
作为薄膜16、16，例如为了捕捉心跳变动，而优选采用由聚氨酯弹性体构成的塑料薄膜(例如西登株式公司制，型号“DUS605-CDR”)。不过，由于薄膜16、16只要固有振动频率一致，即产生基于共振的膜振动，故并不局限于此，优选使用具有基于所选取的对象(心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等)的固有振动频率的结构。例如，如后述的试验例所示那样，也可以采用伸缩性小的原材料、例如热塑性聚酯构成的无纺布(例如，帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维(1100dtex)形成的二轴织物(纵向：20根/英寸，横向：20根/英寸))。另外，例如，也可以采用延伸性为200％以上、100％伸长时的回复率为80％以上的弹性纤维无纺布(例如，KB SEIREN(株)制，商品名“Espansione”)。
在层叠上述的薄膜16、16之前，将振动传感器30固接配设在任一方的三维立体编织物10上。三维立体编织物10由一对地织物和连结线构成，但各连结线的弦振动经由与地织物的节点而向薄膜16、16及板状发泡体21、22传递，因此，优选振动传感器30中将探测部30a固接在三维立体编织物10的表面(地织物的表面)上。作为振动传感器30，优选采用在麦克风传感器之中的、电容型麦克风传感器。在本实施方式中，无需考虑配置麦克风传感器的部位(即，配置三维立体编织物10的配置用贯通孔15a)的密闭性，故能够容易进行麦克风传感器的导线的配线。在本实施方式中，如上述那样，伴随着生物体信号的经由人的肌肉的体表面的振动不光向三维立体编织物10传播，而且也向板状发泡体21、22、薄膜16传播，这些传播形成振动(弦振动、膜振动)且被重叠而增幅。因而，振动传感器30不局限于三维立体编织物10，也可以将其探测部30a固定在构成振动传递路径的板状发泡体21、22及薄膜16上。需要说明的是，在本实施方式中，三维立体编织物10、三维立体编织物支承构件15、板状发泡体21、22、薄膜16使生物体信号机械性地增幅，故这些构件构成机械性增幅设备。
上述的生物体信号检测装置1例如如图3所示，配置在被覆于机动车用座椅100的座椅靠背框架110的表皮120的内侧。需要说明的是，为了使配置操作容易化，优选的是，构成生物体信号检测装置1的三维立体编织物10、三维立体编织物支承构件15、薄膜16、板状发泡体21、22、振动传感器30等预先单元化。
(试验例1)
[生物体信号检测装置1的载重-挠曲特性]
将上述实施方式的生物体信号检测装置1载置在测定板上，在直径30mm的加压板的作用下，对配置有三维立体编织物10的部位进行加压，对载重-挠曲特性进行调查。板状发泡体21、22及三维立体编织物支承构件15采用的是珠粒的平均直径为约5mm、切片成厚度3mm的珠粒发泡体。三维立体编织物10为住江织物(株)制、产品编号：49011D、厚度10mm的结构。薄膜16采用的是西登株式公司制、型号“DUS605-CDR”(薄膜规格)的薄膜。另外，实施方式的生物体信号检测装置1层叠在由外部振动的除振效果优越的三维立体编织物形成的作为驱动靠垫的(株)DELTA TOOLING制、商品名“Twin Lumbar”的背侧，并在该状态下载置在测定板上，同样地对载重-挠曲特性进行了测定。
另外，对于作为薄膜16采用帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维，并如图2所示那样将以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式配设而制作的生物体信号测定装置1(PEN规格)；以及作为薄膜16采用KBSEIREN(株)制、商品名“Espansione”，并如图2所示那样以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式配设地制作的生物体信号测定装置1(Espansione规格)，与上述同样地对载重-挠曲特性进行了测定。其结果示于图4。
如图4所示，实施方式的生物体信号检测装置1在到载重30N为止的范围内弹簧常数为6～10N/mm，与背部肌肉的载重-挠曲特性的40～60N的载重范围中的弹簧常数大致相同。另外，在层叠于商品名“Twin Lumbar”的状态下，弹簧常数进一步降低，与人的背部肌肉的载重-挠曲特性的10N前后的载重范围中的载重-挠曲特性极为接近。因而，当采用本实施方式的生物体信号测定装置1并且如由三维立体编织物形成的商品名“TwinLumbar”那样通过由三维立体编织物构成的驱动靠垫或由三维立体编织物构成的表皮被覆时，消除由人的背部肌肉的振动所产生的压力(内压)和伴随着三维立体编织物的压缩及复原的压力(外压)之差，从而能够将心跳、呼吸、心房或主动脉的振荡等作为固体振动而容易地传播。
(试验例2)
[薄膜的有无的比较]
代替由厚度3mm的珠粒发泡体构成的板状发泡体21、22及三维立体编织物支承构件15，制作采用由厚度5mm的珠粒发泡体构成的结构的生物体信号测定装置1，并将该装置固定在树脂制的靠背上，使被试验者就坐来测定生物体信号。需要说明的是，三维立体编织物10固定为构成能够对伴随着心房和主动脉(尤其为“降主动脉”)的脉动的动作所产生的摆动及主动脉瓣的动作进行检测的区域。图5表示此时的振动传感器30的输出原波形的情形。在图5中，“发泡5mm+薄膜(人侧)+网状物+薄膜(座椅侧)+发泡5mm”为与图1所示的生物体信号检测装置1完全相同的结构，“发泡5mm+薄膜(人侧)+网状物+发泡5mm”为从图1的结构中将靠背侧的薄膜除去的结构，“发泡5mm+网状物+发泡5mm”为从图1的结构中将人侧和靠背侧这两方的薄膜除去的结构。
任一种情况下均可知，虽然对生物体信号(伴随着脉动的主动脉的摆动)进行捕捉，但与未配置薄膜的情况相比，仅在与人相接的一侧配设薄膜时振幅变大，进而，在三维立体编织物10的两侧配置薄膜时，振幅变得更大，则基于与薄膜16的膜振动的组合的增幅效果高。
(试验例3)
[本实施方式的生物体信号测定装置和现有的空气袋型的生物体信号检测装置的比较]
将在试验例1中所采用的生物体信号检测装置1(作为薄膜16为采用西登株式公司制、型号“DUS605-CDR”的类型)层叠在由外部振动的除振效果优越的三维立体编织物形成的作为驱动靠垫(株)DELTA TOOLING制、商品名“Twin Lumbar”的背侧，并在该状态下载置在测定板上，同样地对载重-挠曲特性进行了测定。
另外，对于作为薄膜16采用帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维，并如图2所示那样将以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式配设制作的生物体信号测定装置1；以及作为薄膜16采用KBSEIREN(株)制、商品名“Espansione”，并如图2所示那样以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式配设制作的生物体信号测定装置1而言，均层叠在(株)DELTA TOOLING制、商品名“Twin Lumbar”的背侧上，并安装在机动车的副驾驶座椅上，进行了载重车行驶试验。需要说明的是，三维立体编织物10固定为构成能够对伴随着心房和主动脉(尤其为“降主动脉”)的脉动的动作所产生的摆动及主动脉瓣的动作进行检测的区域。从此时的振动传感器30输出的原波形和从原波形中将身体活动成分等的干扰过滤而除去的波形(过滤波形)的频率分析结果示于图6(a)。需要说明的是，被试验者与试验例2相同，该被试验者的活动代谢时的心跳数平均为1分钟约70次、即约1.3Hz。由图6(a)可知，在试验例1中所采用的生物体信号测定装置1在原波形中，在1.2～1.4Hz附近为最高的峰值，在过滤波形中，将0.5Hz、0.9Hz旁边的干扰除去，在1.2～1.4Hz附近出现明确的峰值，从而能够可靠地检测包括心跳成分在内的心房或主动脉的振荡。
另一方面，采用西登株式公司制、型号“DUS605-CDR”的两张薄膜，且使三维立体编织物位于内部，进而在两张薄膜之间夹着管，使周缘通过振动熔敷来密封地制作空气袋型的现有的生物体信号检测装置。需要说明的是，在管内配置电容型麦克风传感器，对密闭空气袋内的气压变动进行了测定。将该空气袋型的生物体信号检测装置层叠在(株)DELTATOOLING制、商品名“Twin Lumbar”的背侧，与上述同样地安装在机动车的驾驶员座椅上，进行了载重车行驶试验。从此时的麦克风传感器输出的原波形和从原波形中将身体活动成分等的干扰过滤而除去的波形(过滤波形)的频率分析结果示于图6(b)。其结果是，在原波形中，除了0.5Hz、0.8Hz、1.0Hz以外，在1.2Hz附近也产生峰值，在过滤波形中，在0.8Hz、1.0Hz、1.2Hz附近产生峰值，其中最高的峰值为1.0Hz。即，在空气袋型的情况下，共振频率在1.0Hz下，与作为该被试验者的活动代谢时的心跳成分的1.2～1.4Hz存在偏差，而对于本实施方式的生物体信号检测装置1一方而言，与对将心脏的脉动作为中心的生物体信号成分(包括心房或主动脉的振荡)进行检测的目的一致，与空气袋型这一现有结构相比，灵敏度更为优越。
(试验例4)
[薄膜的种类的比较]
在试验例1中制作的以下的三个生物体信号测定装置1：
作为薄膜16采用西登株式公司制、型号“DUS605-CDR”，并如图1所示那样在两个三维立体编织物10、10各自的两侧配设制作的生物体信号测定装置1(图中记为“薄膜两侧”)；
作为薄膜16采用帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维，并如图2所示那样以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式而在三维立体编织物的两侧配设制作的生物体信号测定装置1(图中记为“PEN两侧”)；以及
作为薄膜16采用KBSEIREN(株)制、商品名“Espansione”，并如图2所示那样以被覆两个三维立体编织物10、10的两方的方式而在三维立体编织物的两侧配设制作的生物体信号测定装置1(图中记为“Espansione两侧”)分别层叠在(株)DELTA TOOLING制、商品名“TwinLumbar”的背侧，并安装在机动车的副驾驶座椅上，进行载重车行驶，对各生物体信号测定装置1的检测结果进行了调查。
图7(a)是表示从作为振动传感器30的麦克风传感器输出的原波形的图，图7(b)是表示从原波形中将身体活动成分等的干扰过滤而除去的波形(过滤波形)的图。
图8～图10是表示图7(a)、(b)的原波形及过滤波形的频率分析结果的图，图8示出了采用了西登株式公司制的型号“DUS605-CDR”时的频率分析结果，图9示出了采用帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维时的情况，图10示出了采用KBSEIREN(株)制、商品名“Espansione”时的频率分析结果。
由图8可知，在过滤波形的峰值为1.2～1.4Hz的范围内，能够对该被试验者的心跳成分进行检测。另一方面，在图9中，在0.7～0.8Hz和1.0Hz附近存在大致相同高度的峰值，在图10中，在0.8～0.9Hz的范围内存在显著的峰值和在1.3Hz附近存在较小的峰值。任一种情况下，最高的峰值均与被试验者的心跳成分存在偏差。由于这种情况，为了对包括该被试验者的心跳成分在内的心房或主动脉的振荡进行检测，优选作为薄膜16采用西登株式公司制的型号“DUS605-CDR”，不过，在所选取的对象的频率不同的情况下、例如在对呼吸率进行测定的情况下，或者是，为了对包括松弛状态的肌肉下的睡眠中的心跳数在内的心房或主动脉的振荡(均比清醒时降低)进行检测，优选采用Espansione。另外，通过将这些薄膜多种层叠设置，还能够捕捉不同频率的生物体信号。因而，薄膜16通过改变其种类或配设张数，还具有对生物体信号测定装置1的共振频率进行调整的功能。
(试验例5)
将试验例4的“薄膜两侧”类型的生物体信号检测装置1层叠在(株)DELTA TOOLING制、商品名“Twin Lumbar”的背侧，并安装在机动车的副驾驶座椅上，进行载重车行驶，对被试验者的状态进行了判定。其结果为图11(a)～(d)，其中(d)表示被试验者的状态的综合判定结果。这是根据本申请人在先提出的日本特原2009-237802的技术的结果，其是通过组合以下内容等来判定人的状态：根据检测出的生物体信号的时序波形求出频率的时序波形，进而设定规定的时间宽度的时间窗，通过最小二承法求出的频率的斜率，在输出该时序波形之际的频率斜率时序波形的正负、频率斜率时序波形的积分波形的正负、在所检测的生物体信号的时序波形中通过利用采用从正切换成负的地点来求出频率的时序波形的方法(以下，称之为“零交叉法”)的情况和利用将时序波形平滑化微分而采用极大值(峰值)来求出时序波形的方法(以下，称之为“峰值检测法”)的情况的双方所得到的频率斜率时序波形的绝对值的比较、将频率斜率时序波形和频率变动时序波形重叠输出的情况下的逆相位的出现(逆相位的出现表示入眠预兆)等。纵轴的上侧表示放松状态(健康状态)，示出了越往下侧疲劳的程度(疲劳状态)越高的情形。
在图10(d)中，“稍有睡意”、“头晕”、“普通”等的文字记述了试验中被试验者所感受到的感觉，但与图10(d)的判定结果大致一致。
图11为采用试验例4的“PEN两侧”类型的生物体信号检测装置1来进行与图10同样的试验的结果。
如图11(d)所示，该情况也可获得与被试验者的感觉比较接近的判定结果，但基于上述“薄膜两侧”类型的生物体信号测定装置1的判定结果更接近被试验者的感觉。
图12为采用试验例4的“Espansione两侧”类型的生物体信号测定装置1来进行同样的试验的结果。当观察图12(d)时，在被试验者的感觉和图9(d)的判定结果之间存在稍许的偏差。正是由于这种情况，可以认为延伸性、回复率极为高的弹性纤维无纺布作为如上述那样在对活动代谢时的心房和主动脉的振荡进行捕捉的情况下的薄膜而言并不怎么适用。不过如上所述，在所选取的对象不同或判定睡眠时的状态的情况下，优选采用Espansione那样的弹性纤维无纺布。
正是由于这些情况，也优选例如将“薄膜两侧”类型的生物体信号检测装置1作为活动代谢时的生物体信号的测定用，将“PEN两侧”类型或“Espansione两侧”类型的生物体信号测定装置1作为休止代谢时(放松时)或睡眠代谢时的生物体信号的测定用，从而分开使用。当然，也存在因人而异，而将“PEN两侧”类型或“Espansione两侧”类型的生物体信号测定装置1适用于对包括心跳成分在内的心房或主动脉的振荡进行检测的情况。
帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维的自身可塑性变形，作为衰减要素来发挥作用，但在对生物体信号测定装置1施加有载重的情况下，配置于内部的三维立体编织物10的弹性发生作用。另外，在采用KBSEIREN(株)制、商品名“Espansione”的情况下，借助与三维立体编织物10的弹性支承的组合，成为弹簧要素串联配置的情况，从而具有更柔软的弹簧特性。根据这种情况可知，“PEN两侧”类型或“Espansione两侧”类型的生物体信号测定装置1与“薄膜两侧”类型的生物体信号检测装置1的共振频率不同，优选根据选取信号的种类，根据儿童和大人或性别等的区别，区分使用这些装置。另外，帝人(株)制的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维或KBSEIREN(株)制的商品名“Espansione”的自身具有通气性，因此，从防止蒸发这一方面考虑也是优选的。
根据以上结果可知，上述实施方式的生物体信号检测装置1能够将人的生物体信号作为固体振动而可靠地检测。另外，无需考虑密闭性，仅仅依次层叠板状发泡体21、22、三维立体编织物10、10、薄膜16、16即可，因此，制造操作容易，且能够以低成本进行制造，从而适于量产。
工业可行性
本发明的生物体信号测定装置在对人体进行支承的寝具(床、被褥等)、座位结构(乘坐物用座椅、事务用椅子、按摩椅、沙发等)中，能够安装在与人的背部对应的范围内而用于对生物体信号进行选取。
符号说明
1 生物体信号检测装置
10 三维立体编织物
15 三维立体编织物支承构件
15a 配置用贯通孔
16 薄膜
21、22 板状发泡体
30 振动传感器

Claims (12)

1.一种生物体信号检测装置，其特征在于，具有：
机械性增幅设备，其具有：通过伴随着人的生物体信号的振动传播而产生弦振动的三维立体编织物；层叠在所述三维立体编织物的表侧及背侧的至少一方上且通过伴随着人的生物体信号的振动传播而产生膜振动的板状发泡体，并且，所述机械性增幅设备将伴随着所述人的生物体信号的振动形成为由所述弦振动和膜振动的重叠作用实现的增幅后的固体振动；
振动传感器，其安装在所述机械性增幅设备中，对所述增幅后的固体振动进行检测，
所述机械性增幅设备还具有层叠在所述三维立体编织物与所述板状发泡体之间的薄膜，进而重叠有所述薄膜的膜振动，
所述机械性增幅设备还具有三维立体编织物支承构件，该三维立体编织物支承构件形成有用于配置所述三维立体编织物的配置用贯通孔，
在所述配置用贯通孔中配置了所述三维立体编织物的状态下，所述薄膜层叠在所述三维立体编织物的表侧及背侧的至少一方上，并且周缘部固定在所述三维立体编织物支承构件上，
经由所述薄膜层叠所述板状发泡体。
2.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述板状发泡体为珠粒发泡体。
3.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述三维立体编织物支承构件为形成为板状的珠粒发泡体。
4.如权利要求2或3所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述珠粒发泡体为包括聚苯乙烯、聚丙烯及聚乙烯中的至少任一种的树脂的基于珠粒起泡法的发泡成形体。
5.如权利要求2或3所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述珠粒发泡体形成为厚度在珠粒的平均直径以下。
6.如权利要求3所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述三维立体编织物的厚度比构成所述三维立体编织物支承构件的珠粒发泡体厚。
7.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述三维立体编织物的载重-挠曲特性为在利用直径30mm或者直径98mm的加压板加压之际，在直至载重100N的范围内，具有与根据人的肌肉的载重-挠曲特性所获得的弹簧常数近似的弹簧常数。
8.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述三维立体编织物具有：彼此分离配置的一对地织物；在该一对地织物之间往复而将两者结合的多根连结线，所述连结线为单丝。
9.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述三维立体编织物具有：彼此分离配置的一对地织物；在该一对地织物之间往复而将两者结合的多根连结线，所述连结线为复丝。
10.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述振动传感器的探测部固定在所述三维立体编织物、所述板状发泡体或者所述薄膜上。
11.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
所述振动传感器为麦克风传感器。
12.如权利要求1所述的生物体信号检测装置，其特征在于，
在寝具或者座位结构中，该生物体信号检测装置安装在与人的背部对应的范围内。
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