JP2009172204A - Biological information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輌などのシート部分に搭載され、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓からの微弱な信号を効率的に、しかも非侵襲にセンシングする生体情報取得装置に関する。 The present invention relates to a biological information acquisition apparatus that is mounted on a seat portion of a vehicle or the like and senses a weak signal from the heart that is important in judging the health condition of a driver efficiently and non-invasively.
近年、車輌のインテリジェント化が一層推進されており、ドライバーを中心とした搭乗者の健康状態をモニターする技術が種々提案されている。 In recent years, intelligent vehicles have been further promoted, and various techniques for monitoring the health of passengers centered on drivers have been proposed.
例えば、特許文献1(特開2004−329956号公報)に、運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた運転者モニター装置が開示されている。
特許文献1記載のものにおいては、ドライバーの生体信号を検出する生体信号検出手段で、具体的にどのように運転者の生体信号を検出するかについてまでは開示されていない、という問題がある。すなわち、車載の生体信号センサーでは、センシングのための装備のドライバーの皮膚への装着をドライバーに要求することなく、着衣したまま、ただシートに座っているだけの状態で、ドライバーを何ら煩わせることなく、生体信号を取得しなくてはならない。
In the device described in
このような状況下で生体信号のセンシングを行う上では、解決しなければならない技術的に高い障壁が存在するが、特許文献1にはこのようなことが何ら開示されていない。特に、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓に係る情報を取得する心電センサーでは、着衣のドライバーがシートに座っている状態で、心臓からの微弱な電気信号をセンシングする必要があり、技術的に困難が伴うが、このような車載の生体信号センサーにおける微弱信号の効率的な取得に係る技術については、特許文献1にはなんら記載されていない。
In sensing biological signals under such circumstances, there are technically high barriers that must be solved. However,
電極を皮膚に直接貼り付けない方法が採用された車載の心電センサーなどの生体情報取得装置において、微弱な心電信号などの生体信号を測定するには、例えば、シートに容量性電極を埋め込み、この容量性電極で心臓からの微弱な信号を取得する方法などがある。ところが、このような仕組みで生体情報を取得する場合には、ドライバーの背中がこの容量性電極から離れた場合は測定不能になる、という問題がある。また、たとえドライバーの背中がこの容量性電極に触れていたとしても、密着性が低い場合には静電気などがノイズとしてのるために正確な生体情報を取得することができない。 To measure biological signals such as weak electrocardiographic signals in a biometric information acquisition device such as an in-vehicle electrocardiographic sensor that employs a method that does not attach electrodes directly to the skin, for example, a capacitive electrode is embedded in a sheet. There is a method of acquiring a weak signal from the heart with this capacitive electrode. However, when biometric information is acquired by such a mechanism, there is a problem that measurement is impossible when the driver's back is separated from the capacitive electrode. Even if the driver's back is touching the capacitive electrode, if the adhesion is low, static electricity or the like appears as noise, so that accurate biological information cannot be acquired.
すなわち、ドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれたシートから離れていたり、シートとの密着性が低かったりする場合には、心拍数などの測定値として誤ったものを取得することとなり、装置がドライバーの状態を誤って判定してしまうことなる、という問題があった。 In other words, if the driver's back is away from the sheet in which the capacitive electrode is embedded or the adhesion to the sheet is low, an erroneous measurement value such as heart rate will be acquired. However, there was a problem that the driver's condition was judged erroneously.
上記問題点を解決するために、請求項1に係る発明は、シート部に搭載され、非侵襲に生体に係る電気信号を検出し、検出される電気信号に基づいて生体の状態の判定を行う生体情報取得装置であって、シート内部に取り付けられる電極と、前記シート内部に設けられると共に膨張収縮することにより前記電極を変位させるメインエアバッグと、前記電極近傍に設けられる圧力センサーと、前記圧力センサーで測定される前記シートに加えられた測定圧力値が入力されると共に、前記メインエアバッグの膨張収縮を制御し、前記電極で検出される電気信号に基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、前記制御処理部は、前記圧力センサーで測定される測定圧力値に応じて前記メインエアバッグを膨張収縮させた上で、前記電極で検出される電気信号を取得することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
本発明の請求項1に記載の生体情報取得装置によれば、制御処理部は、前記圧力センサーで測定される測定圧力値に応じて前記メインエアバッグを膨張収縮させた上で、前記電極で検出される電気信号を取得するので、ドライバーに係る心電情報などの生体情報を確実に取得することができ、ドライバーの生体状態を的確に把握することできる。 According to the biological information acquisition apparatus of the first aspect of the present invention, the control processing unit inflates and contracts the main airbag according to the measured pressure value measured by the pressure sensor, and then uses the electrode. Since the detected electrical signal is acquired, biological information such as electrocardiographic information relating to the driver can be reliably acquired, and the biological state of the driver can be accurately grasped.
以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における心電信号取得のための構成概略を示す図であり、図2は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における心電信号取得のための電気接続を示す図であり、図3は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の回路構成の要部を示す図である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration for acquiring an electrocardiogram signal in the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an electrocardiogram signal in the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating an electrical connection for acquisition, and FIG. 3 is a diagram illustrating a main part of a circuit configuration of the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention.
なお、本実施形態の生体情報取得装置は、自動車、ハイブリッド車、電気自動車などの車輌に搭載されることを想定しているが、その他電車、船舶、航空機などの移動手段に搭載することも可能である。 In addition, although the biometric information acquisition apparatus of this embodiment assumes mounting in vehicles, such as a motor vehicle, a hybrid vehicle, and an electric vehicle, it is also possible to mount in other moving means, such as a train, a ship, and an aircraft. It is.
また、本実施形態においては、心臓に係る情報(心拍数・心電図)などの生体情報を取得する対象は車輌のドライバーであり、生体情報を取得するための電極等の構成がドライバーのシートに設けられている場合について説明するが、生体情報取得対象者とは、助手席、後部シートといった同乗者でもよく、これら同乗者のシート等に対しても同様に本発明の構成を適用することができるものである。 In the present embodiment, the target for acquiring biological information such as heart-related information (heart rate / electrocardiogram) is a vehicle driver, and the configuration of electrodes and the like for acquiring the biological information is provided in the driver's seat. However, the biometric information acquisition target person may be a passenger such as a passenger seat and a rear seat, and the configuration of the present invention can be applied to these passenger seats and the like as well. Is.
また、本実施形態において、非侵襲とは電極を被験者(ドライバー)の皮膚に直接接触させない状態のことをいう。非侵襲により生体信号を取得する、ということは、電極等の構成が被験者(ドライバー)の皮膚に直接触れない状態で生体信号を取得することである。 In the present embodiment, non-invasive means a state in which the electrode is not in direct contact with the skin of the subject (driver). Obtaining a biological signal non-invasively means obtaining the biological signal in a state in which the configuration of the electrode or the like does not directly touch the skin of the subject (driver).
本実施形態では、電極等の構成が、シートに配された部分は、ドライバーの衣服とシートの皮膚を介して電極が必要信号を取得できるものである。また、電極等の構成が、ハンドルに配された場合は、ドライバーの手が電極表面に触れることなく、電極を覆うようにハンドルカバーを配置された状態でも、ハンドルカバーの表皮を介して電極が心電信号を取得できるものである。 In this embodiment, the portion of the electrode or the like arranged on the sheet is such that the electrode can acquire a necessary signal through the clothes of the driver and the skin of the sheet. In addition, when the configuration of the electrode or the like is arranged on the handle, the electrode can be placed through the skin of the handle cover even when the handle cover is arranged so as to cover the electrode without the driver's hand touching the electrode surface. An electrocardiogram signal can be acquired.
また、本実施形態では、生体情報としてはドライバーの心臓に係る情報(心拍数・心電図等)を取得する心電センサーを例に挙げて説明するが、本発明の構成は、その他の生体情報を取得する生体情報取得装置にも適用することができるものである。より具体的には、搭乗者の呼吸、体温、体重、体脂肪、血圧、発汗、視線、筋電、皮膚インピーダンスなどの生体情報を取得することにも適用可能である。ここで、ドライバーの心臓から取得する情報である心臓からの微弱な電気信号を心電信号と称することとする。 In the present embodiment, the biometric information is described using an example of an electrocardiographic sensor that acquires information related to the heart of the driver (heart rate, electrocardiogram, etc.). However, the configuration of the present invention includes other biometric information. The present invention can also be applied to a biological information acquisition device that acquires the information. More specifically, it is also applicable to acquiring biological information such as breathing, body temperature, body weight, body fat, blood pressure, sweating, line of sight, myoelectricity, skin impedance of the passenger. Here, a weak electric signal from the heart, which is information acquired from the driver's heart, is referred to as an electrocardiographic signal.
図1乃至図3において、10は運転席、21は第1電極用1段目アンプ部、25は第1心電センサー電極用同軸ケーブル、31は第2心電センサー電極用1段目アンプ部、35は第2心電センサー電極用同軸ケーブル、40はアース電極、45はアース用ケーブル、50は2段目アンプ部、51はアンプ、52はハイパスフィルター、53はローパスフィルター、200は心電情報取得部、201は電極ユニット、210は第1心電センサー電極、220は第2心電センサー電極をそれぞれ示している。 1 to 3, 10 is a driver's seat, 21 is a first-stage amplifier section for a first electrode, 25 is a coaxial cable for a first ECG sensor electrode, and 31 is a first-stage amplifier section for a second ECG sensor electrode. , 35 is a coaxial cable for the second ECG sensor electrode, 40 is a ground electrode, 45 is a ground cable, 50 is a second stage amplifier section, 51 is an amplifier, 52 is a high pass filter, 53 is a low pass filter, and 200 is an electrocardiogram. An information acquisition unit, 201 is an electrode unit, 210 is a first electrocardiographic sensor electrode, and 220 is a second electrocardiographic sensor electrode.
図1、図2に示すようにシート10はドライバーのシートであり、本実施形態ではドライバーが生体情報取得装置のモニターの対象となる。シート10の内部には、例えば容量性電極などから構成される心電センサー電極210、220が、シート10に露出しないように設けられている。また、アース電極40は、シート10のドライバーの臀部があたる部分(座部)に配置され、アース電極40はアース用ケーブル45で2段目アンプ部50と接続されている。このアース電極40は、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)からの信号に発生するオフセット信号を除去するための基準電位を決定する構成として用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1及び図2に示すように、運転席10には第1及び第2の心電センサー電極210、220が設けられており、ドライバーが車両に乗車し運転席10に座り、ステアリングを握って車両の運転を開始すると、ドライバーの背中の心電センサー電極210、220から微弱な電流が検出される。これらの微弱電流は増幅され、ドライバーの心臓に係る情報(心拍数・心電図等)として生体情報取得装置の制御処理部100に取得される。このような心臓に係る情報(心拍数・心電図)などを取得するために用いる心電センサー電極210、220には、例えば容量性電極などから構成される。このような容量性電極としては、例えば特開2005−511174号公報記載のものを用いることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the driver's
心電情報取得部200における第1心電センサー電極210及び第2心電センサー電極220は共に、例えば表面に酸化膜の層が設けられた容量性心電センサー電極が用いられ、第1心電センサー電極210はドライバーの背中の略左側にあたるように、また第2心電センサー電極220はドライバーの背中の略右側にあたるように、それぞれ配置される。
For the first
第1心電センサー電極210と所定の基準電位との間で検出される信号は第1心電センサー電極用1段目アンプ部21にて、また、第2心電センサー電極220と所定の基準電位との間で検出される信号は第2心電センサー電極用1段目アンプ部31にて、それぞれ1mV前後〜数mV(例えば、2mV)の信号レベルにまで1段目の増幅が行われる。
A signal detected between the first
第1心電センサー電極210と第1心電センサー電極用1段目アンプ部21の入力端との間の距離、第2心電センサー電極220と第2心電センサー電極用1段目アンプ部31の入力端との間の距離は、外部ノイズによる影響を避けるために、共に極力短くした方が好ましいので、第1心電センサー電極210と第2心電センサー電極220との裏面に、それぞれの1段目アンプ部を配するようにする。したがって、図2に示すように第1心電センサー電極用1段目アンプ部21と第2心電センサー電極用1段目アンプ部31は共にシート10(特に背もたれ部分)の中に設けられるような形態となる。
The distance between the first
第1心電センサー電極210と第1心電センサー電極用1段目アンプ部21の対、第2心電センサー電極220と第2心電センサー電極用1段目アンプ部31の対は、電極ユニット201としてユニット化されており、この電極ユニット201中で後述するように可動する構成が採用されている。
A pair of the first
第1心電センサー電極用1段目アンプ部21からの出力信号、第2心電センサー電極用1段目アンプ部31からの出力信号は、ともに2段目アンプ部50へと出力され、それぞれの2段目アンプ部50で2段目の増幅が行われる。
The output signal from the first
第1心電センサー電極用1段目アンプ部21、第2心電センサー電極用1段目アンプ部31からの信号は、それぞれ第1心電センサー電極用同軸ケーブル25及び第2心電センサー電極用同軸ケーブル35で、2段目アンプ部50に送信されて、2段目アンプ部50で2段目の増幅が行われる。この2段目アンプ部50で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理される。信号処理回路等によって処理された信号は、心電情報取得部200から制御処理部100に入力され、生体信号の適正性の判定、ドライバーの健康状態の判定などのための情報として利用される。
The signals from the first-
次に、生体センサーの心電情報取得部200における心拍センサーの増幅回路について説明する。1段目アンプ部の回路構成は、第1心電センサー電極210用のものと第2心電センサー電極220用のものとで共通であるので、図3には一方の回路構成のみを図示している。図3において、AMP1乃至3は増幅器、C1、C3はコンデンサをそれぞれ示している。
Next, an amplification circuit of the heart rate sensor in the electrocardiogram
コンデンサC1は、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)とAMP1との間に介挿されて、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)とAMP1とをAC結合(交流結合)するものである。これによって、1段目アンプ部に入力される信号に発生するオフセット信号を除去する。また、AMP2からの出力は、AMP3に入力されると共に、AMP1の入力にコンデンサC3を介してフィードバックされる構成となっており、これによってブートストラップ回路を構成するようになっている。これらAMP1及びAMP2によって、安定的かつ低ノイズで、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)からの検出信号を1mV程度まで増幅することができる。AMP3はおよそ数倍程度の増幅率のものであり、AMP3からの1段目アンプ部の出力信号は、およそ数mV前後(例えば、2mV)のレベルとなる。 The capacitor C1 is interposed between the first electrocardiographic sensor electrode 210 (second electrocardiographic sensor electrode 220) and AMP1, and the first electrocardiographic sensor electrode 210 (second electrocardiographic sensor electrode 220), AMP1 and Are AC coupled (AC coupled). As a result, the offset signal generated in the signal input to the first stage amplifier section is removed. The output from the AMP2 is input to the AMP3 and fed back to the input of the AMP1 through the capacitor C3, thereby forming a bootstrap circuit. By these AMP1 and AMP2, the detection signal from the first electrocardiographic sensor electrode 210 (second electrocardiographic sensor electrode 220) can be amplified to about 1 mV with stable and low noise. AMP3 has an amplification factor of about several times, and the output signal of the first stage amplifier from AMP3 has a level of about several mV (for example, 2 mV).
第1心電センサー電極用1段目アンプ部21(第2心電センサー電極用1段目アンプ部31)からの出力信号は1段目アンプ部でおよそ数倍程度に増幅された後、前述のように同軸ケーブルで2段目アンプ部へと導かれ、2段目アンプ部で数10倍に増幅される。このような2段階のアンプ部の構成によって、本実施形態の生体情報取得装置の構成は、車輌等に搭載するために最適な構成となっている。
The output signal from the first-
2段目アンプ部の回路構成は、第1心電センサー電極210の信号用のものと第2心電センサー電極220用の信号用のものとで共通であるので、図3には一方の回路構成のみを図示している。
The circuit configuration of the second-stage amplifier section is common to the signal for the first
図3において、51はアンプ、52はハイパスフィルター、53はローパスフィルターをそれぞれ示している。2段目アンプ部50には、1段目アンプ部からの信号をおよそ数10倍のオーダーで増幅するアンプ51と、ハイパスフィルター52とローパスフィルター53とが設けられている。
In FIG. 3, 51 indicates an amplifier, 52 indicates a high-pass filter, and 53 indicates a low-pass filter. The second-
ハイパスフィルター52及びローパスフィルター53は、心電波形の周波数以外の周波数の信号を極力抑えるために設けられており、これらフィルターにより2段目アンプ部50では、心電に係る周波数のみを選択的に取得することができるようになっている。この2段目アンプ部50で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理され、心電情報取得部200で取得された情報として利用される。
The high-
次に図4乃至図8などを参照しつつ本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置に設けられる圧力センサーについて説明する。本発明の生体情報取得装置である心電センサーは、車輌運転中のドライバーなどの状態判定手段として、服を着たまま心臓に係る情報(心拍数・心電図)を測定するが、このためにシート10に容量性電極を埋め込み、この容量性電極で心臓からの微弱な心電信号を取得するようにしている。 Next, a pressure sensor provided in the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The electrocardiographic sensor, which is the biometric information acquisition apparatus of the present invention, measures information relating to the heart (heart rate / electrocardiogram) while wearing clothes as a state determination means for a driver or the like while driving a vehicle. A capacitive electrode is embedded in 10 and a weak electrocardiographic signal from the heart is acquired by this capacitive electrode.
ところが、このような仕組みで生体情報を取得する場合には、ドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれたシートから離れた場合は測定不能になる、という問題がある。また、たとえドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれたシートに触れていたとしても、密着性が低い場合には静電気などがノイズとしてのるために正確な生体情報を取得することができないこととなり、心拍数などの測定値が誤ったものとなり、ドライバーの状態を誤って判定してしまうことなる。 However, when biometric information is acquired by such a mechanism, there is a problem that measurement is impossible when the driver's back is away from the sheet in which the capacitive electrode is embedded. Also, even if the driver's back is touching a sheet with capacitive electrodes embedded, if the adhesion is low, static electricity, etc. will be noise, and accurate biological information cannot be acquired. As a result, the measured value such as the heart rate becomes wrong, and the state of the driver is erroneously determined.
そこで本発明の生体情報取得装置では、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)をドライバーの背中に密着させるための構成を採用するようにしている。以下、このための構成をより具体的に説明する。 Therefore, the biometric information acquisition apparatus of the present invention employs a configuration for bringing the first electrocardiographic sensor electrode 210 (second electrocardiographic sensor electrode 220) into close contact with the driver's back. Hereinafter, the configuration for this will be described more specifically.
図4は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置におけるシート調整機構概略を示す図であり、図5は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のシートを正面から透過的にみた図であり、図6は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の電極ユニットの概略を示す図であり、図7は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の電極ユニット可動部の概略を示す図であり、図8は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のエアバッグユニットの概略を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an outline of a sheet adjustment mechanism in the biological information acquiring apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a transparent view of the sheet of the biological information acquiring apparatus according to the embodiment of the present invention from the front. FIG. 6 is a diagram showing an outline of an electrode unit of the biological information acquiring apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an electrode unit movable portion of the biological information acquiring apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an outline of the airbag unit of the biological information acquiring apparatus according to the embodiment of the present invention.
図4乃至図8において、10はシート、201は電極ユニット、202は電極ユニットフレーム部、203は電極ユニットX軸、204は電極ユニットX軸駆動源、205は電極ユニットY軸、206は電極ユニットY軸駆動源、210は第1心電センサー電極、220は第2心電センサー電極、230は電極ユニット可動部、231は第1電極圧力センサー、232は第2電極圧力センサー、233は第3電極圧力センサー、235は第5電極圧力センサー、240はエアバッグユニット、241は第1エアバッグセル、242は第2エアバッグセル、243は第3エアバッグセル、244は第4エアバッグセル、245は第5エアバッグセル、246は第6エアバッグセル、247は第7エアバッグセル、251は第1エアバッグセル制御バルブ、252は第2エアバッグセル制御バルブ、253は第3エアバッグセル制御バルブ、254は第4エアバッグセル制御バルブ、255は第5エアバッグセル制御バルブ、256は第6エアバッグセル制御バルブ、257は第7エアバッグセル制御バルブ、261はシート型背面圧力分布センサー、262はシート型座面圧力分布センサー、270はメインエアバッグ、271はメインエアバッグ制御バルブをそれぞれ示している。
4 to 8, 10 is a sheet, 201 is an electrode unit, 202 is an electrode unit frame portion, 203 is an electrode unit X axis, 204 is an electrode unit X axis drive source, 205 is an electrode unit Y axis, and 206 is an electrode unit. Y-axis drive source, 210 is a first electrocardiographic sensor electrode, 220 is a second electrocardiographic sensor electrode, 230 is an electrode unit movable part, 231 is a first electrode pressure sensor, 232 is a second electrode pressure sensor, and 233 is a third electrode Electrode pressure sensor, 235 is a fifth electrode pressure sensor, 240 is an airbag unit, 241 is a first airbag cell, 242 is a second airbag cell, 243 is a third airbag cell, 244 is a fourth airbag cell, 245 is the fifth airbag cell, 246 is the sixth airbag cell, 247 is the seventh airbag cell, and 251 is the first airbag cell control. 252 is a second airbag cell control valve, 253 is a third airbag cell control valve, 254 is a fourth airbag cell control valve, 255 is a fifth airbag cell control valve, and 256 is a sixth airbag cell control
図4及び図5に示すように、シート10の背面部分には、第1心電センサー電極210と第1心電センサー電極用1段目アンプ部21の対、第2心電センサー電極220と第2心電センサー電極用1段目アンプ部31の対が配されている電極ユニット201が設けられており、電極ユニット201に搭載される電極によって心電信号の取得が行われることは前述したとおりである。
As shown in FIGS. 4 and 5, on the back portion of the
また、シート10の背面部分(背もたれ部分)にはシート型背面圧力分布センサー261が設けられており、運転者が座ることによりシート背面部分に係るシートと運転者の身体との間における荷重分布を測定することができるようになっている。同じく、シート10の座面部分にはシート型座面圧力分布センサー262が設けられており、シート座面部分に係るシートと運転者の身体との間における荷重分布を測定することができるようになっている。これら圧力分布センサーで測定された圧力分布は、制御処理部100に入力され、本発明の生体情報取得装置の処理フローにおける判定で利用されるようになっている。
In addition, a seat-type back
また、シート背面部分にはメインエアバッグ270が埋め込まれている。このメインエアバッグ270は、不図示のエアーポンプとメインエアバッグ制御バルブ271を介して接続されて、メインエアバッグ制御バルブ271による調整が行われつつ、エアーポンプから空気の供給を受けるようになっている。メインエアバッグ制御バルブ271は、制御処理部100からの制御信号を受けてバルブの開閉を行うようになっている。メインエアバッグ制御バルブ271の開閉に伴い、メインエアバッグ270は膨張収縮自在となっている。
A
図6に示すように、電極ユニット201は、主として電極ユニットフレーム部202と、この電極ユニットフレーム部202に対して相対的に変位する電極ユニット可動部230とで構成されており、この電極ユニット可動部230に第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)と第1心電センサー電極用1段目アンプ部21(第2心電センサー電極用1段目アンプ部31)の対が搭載されている。
As shown in FIG. 6, the
電極ユニット可動部230は、電極ユニットX軸駆動源204と電極ユニットY軸駆動源206からの駆動力を受けて、電極ユニットX軸203上、電極ユニットY軸205上を2次元的に変位するようになっている。このような電極ユニット可動部230の変位のための具体的な機構については任意の周知のものを用いることができる。電極ユニットX軸駆動源204と電極ユニットY軸駆動源206に対してはそれぞれ制御処理部100からの制御信号が入力され、駆動源の駆動がオンオフされて電極ユニット可動部230が変位するようになっている。
The electrode unit
図7はこの電極ユニット可動部230をより詳細に示す図である。第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)の上面部分の四隅には、第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234の4つの電極圧力センサーが配されており、心電センサー電極近傍の圧力を測定することができるようになっている。これら第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234で測定された圧力値は、制御処理部100に入力され判定処理のための判断材料として利用される。また、第1心電センサー電極用1段目アンプ部21(第2心電センサー電極用1段目アンプ部31)の背面部には、エアバッグユニット240が設けられている。
FIG. 7 shows the electrode unit
図8はエアバッグユニット240をより詳細に示す図である。エアバッグユニット240は第1エアバッグセル241乃至第7エアバッグセル247の7つのエアバッグセルの集合体として構成されている。なお、本実施形態では、エアバッグユニット240を7つのエアバッグセルで構成するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
FIG. 8 is a view showing the
これら第1エアバッグセル241乃至第7エアバッグセル247は、不図示のエアーポンプとメインエアバッグ制御バルブ271を介して接続されて、第1エアバッグセル制御バルブ251乃至第7エアバッグセル制御バルブ257による調整が行われつつ、エアーポンプから空気の供給を受けるようになっている。第1エアバッグセル制御バルブ251乃至第7エアバッグセル制御バルブ257は、制御処理部100からの制御信号を受けてバルブの開閉を行うようになっている。第1エアバッグセル制御バルブ251乃至第7エアバッグセル制御バルブ257の開閉に伴い、それぞれの第1エアバッグセル241乃至第7エアバッグセル247は独立して膨張収縮を行うことができるようになっている。
The
次に、本発明の生体情報取得装置の全体としての動作を説明する。図9は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のブロック構成の概略を示す図である。図9に示すように、本実施形態の生体情報取得装置は、主たる構成として、制御処理部100、心電情報取得部200、電極ユニット201、メインインフレーター270、ドライバー体勢検出部450、判定結果出力部600、記憶部900を有するものである。
Next, the operation | movement as the whole biometric information acquisition apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 9 is a diagram showing an outline of a block configuration of the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the biological information acquisition apparatus according to the present embodiment mainly includes a
本実施形態の生体情報取得装置は、心電情報取得部200において第1心電センサー電極210、第2心電センサー電極220で取得された電気信号は、ドライバー体勢検出部450によって検出された圧力分布などに基づいて、ドライバーの状態を把握するために妥当なものであるか否かが判定される。このための圧力値などの判定は、制御処理部100によって実行される。また、制御処理部100で把握されたドライバーの状態などは、判定結果出力部600などから出力されるようになっている。
In the biological information acquisition apparatus of this embodiment, the electrical signals acquired by the first
図4に示す本実施形態の生体情報取得装置のブロック図において、制御処理部100はエレクトロニックコントロールユニットであり、CPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理機構である。
In the block diagram of the biometric information acquisition apparatus of this embodiment shown in FIG. 4, the
心電情報取得部200は、第1、第2心電センサー電極210、220とこれらの電極から収集される微弱電流を増幅する増幅部などから構成されており、運転席10に座りステアリングを操作するドライバーの心臓に係る情報である心拍数と心電図データ(心電信号)を取得する。
The electrocardiogram
ドライバー体勢検出部450は、シート10のドライバー背中部分に設けられているシート型背面圧力分布センサー261及び座面部分に設けられているシート型座面圧力分布センサー262のセンシング結果によってドライバーが、心電信号を取得する上で正しいポジションにあるか否かなどを検出するものである。
The driver
制御処理部100からの制御信号を受けたメインエアバッグ制御バルブ271は、開閉を行うことによりエアーポンプから空気の供給量をコントロールすることによってメインエアバッグ270の膨張収縮を行う。
The main
電極ユニット201の第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234において測定された圧力値は、制御処理部100に入力されて、アルゴリズムにおける判断のために用いられる。
The pressure values measured by the first
また、制御処理部100からの制御信号を受けた第1エアバッグセル制御バルブ251乃至第7エアバッグセル制御バルブ257は、開閉を行うことによりエアーポンプから空気の供給量をコントロールすることによって第1エアバッグセル241乃至第7エアバッグセル247の膨張収縮を行う。
The first airbag
また、制御処理部100からの制御信号を受けて電極ユニット201の電極ユニットX軸駆動源204及び電極ユニットY軸駆動源206が駆動し、電極ユニット可動部230をX−Y2次元方向に変位させる。
Further, upon receiving a control signal from the
判定結果出力部600は、生体情報取得装置における出力インターフェイスを構成するものであり、文字、図形、イメージ情報を表示するディスプレイ610、音声の出力を行うスピーカー620からなっている。判定結果出力部600は以上のような構成に限定することなく、その他のマンマシンインターフェイス機構を用いることができるものである。
The determination
記憶部900は、ハードディスクなどの比較的大容量の記憶装置からなり、制御処理部100で実行されるプログラムや利用されるパラメーターを格納するものである。また、このような記憶部900には、個々のドライバーの個人情報ファイルなどが記憶される。この個人情報ファイルは車輌を利用するドライバーごとの個人情報ファイルであり、個人情報とは、個々のドライバーが持ちえる生体情報の基本情報(平均心拍(過去履歴より学習)、心拍数の判定閾値、病歴、主治医連絡情報)のことである。このような個人情報ファイルは、取得された心電信号が適切なものであるか否かなどの判定に供することもできる。
The
次に、生体情報取得のためのフローについて説明する。図10は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。本フローチャートは制御処理部100で実行される他の様々な処理のサブルーチンとして位置付けることができるものである。
Next, a flow for obtaining biological information will be described. FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of the biological signal acquisition process in the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention. This flowchart can be positioned as a subroutine for various other processes executed by the
図10において、ステップS100で心電信号取得処理を開始すると、続いてステップS101で、シート型座面圧力分布センサー262で測定される圧力分布によってドライバーが着席状態であるか否かが判定される。ステップS101における判定の結果がYESであるときにはステップS102に進み、NOであるときにはステップS101に戻る。
In FIG. 10, when the electrocardiogram signal acquisition process is started in step S100, it is subsequently determined in step S101 whether or not the driver is seated based on the pressure distribution measured by the seat-type seating surface
ステップS102では、シート型背面圧力分布センサー261で測定されるドライバーの背面からの圧力分布によって、ドライバーの体型・体勢を検出する。
In step S102, the body shape / attitude of the driver is detected based on the pressure distribution from the back surface of the driver measured by the seat-type back surface
ステップS103では、測定されるドライバーの背面の圧力分布に基づいて、ドライバーの心臓の位置の推定が行われる。このようなドライバーの心臓の位置の推定のために記憶部900にドライバー毎のデータベースなどを記憶させておくことも有効である。
In step S103, the position of the driver's heart is estimated based on the measured pressure distribution on the back surface of the driver. It is also effective to store a database for each driver in the
ステップS104では、ドライバーの体型・体勢に合わせて、シート10を変形する。このとき、制御処理部100は、メインエアバッグ制御バルブ271を制御することによって、メインエアバッグ270を膨張収縮させる。
In step S104, the
ステップS105では、センサー位置補正のサブルーチンを実行する。 In step S105, a sensor position correction subroutine is executed.
S106で、シート型座面圧力分布センサー262で測定されるドライバーの身体とシートの表皮部分との間に発生する圧力分布によってドライバーが着席状態であるか否かが判定される。ステップS106における判定の結果がYESであるときにはステップS107に進み、NOであるときにはステップS106に戻る。
In S106, it is determined whether or not the driver is seated based on the pressure distribution generated between the body of the driver and the skin portion of the seat measured by the seat-type seating surface
ステップS107では、処理を終了する。 In step S107, the process ends.
ステップS200以降は、センサー位置補正サブルーチンのフローチャートを示している。ステップS200で、センサー位置補正のサブルーチンが開始されると、続いて、ステップS201に進み、シート型背面圧力分布センサー261にて圧力分布が測定される。次に、ステップS202では、シート型背面圧力分布センサー261にて圧力分布の変化量が所定の基準より大きいか否かが判定される。本ステップは、エアーバックを膨らませたことによって、何らかの問題が生じていないかをチェックするステップである。
Step S200 and subsequent steps show a flowchart of the sensor position correction subroutine. When the sensor position correction subroutine is started in step S200, the process proceeds to step S201, and the pressure distribution is measured by the sheet-type back
ステップS202における判定の結果がYESであるときにはメインルーチンのステップS102に進む。ステップS202における判定の結果がNOであるときにはステップS203に進む。 When the determination result in step S202 is YES, the process proceeds to step S102 of the main routine. When the determination result in step S202 is NO, the process proceeds to step S203.
ステップS203では、第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234によって、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)周囲の圧力を測定する。
In step S203, the first
ステップS204では、ステップS203で測定された圧力を参照して、電極ユニットX軸駆動源204及び電極ユニットY軸駆動源206を駆動することによって電極ユニット可動部230を変位・移動させ、心電信号取得のための適切な位置に第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)を配するようにする。
In step S204, with reference to the pressure measured in step S203, the electrode unit
ステップS205では、第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234のそれぞれで取得される圧力値の分布状況が基準値以上であるか否かが判定される。ステップS205における判定がYESであるときにはステップS206に進み、ステップS205における判定がNOであるときにはメインルーチンのステップS104に進む。
In step S205, it is determined whether or not the distribution of pressure values acquired by each of the first
ステップS206では、電極ユニットX軸駆動源204及び電極ユニットY軸駆動源206の駆動を停止して、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)の位置を固定する。これは、心電センサー電極がメインエアバッグ270とすれないよう(摩擦がないよう)にするためである。
In step S206, driving of the electrode unit
ステップS207では、心電信号を取得する処理を実行し、ステップS208でリターンする。 In step S207, a process for acquiring an electrocardiogram signal is executed, and the process returns in step S208.
以上のような生体情報取得装置の動作によれば、ドライバーの体型・体勢に応じて、メインエアバッグ270の膨張収縮動作によって、ドライバーの背中に第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)を密着させることができると共に、さらに第1電極圧力センサー231乃至第4電極圧力センサー234のそれぞれで取得される圧力分布状況に応じて、局所的にも第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)の位置を制御して、心電信号を取得するように制御されるので、ドライバーに係る心電情報などの生体情報を確実に取得することができ、ドライバーの生体状態を的確に把握することできるようになる。
According to the operation of the biometric information acquisition apparatus as described above, the first electrocardiographic sensor electrode 210 (second electrocardiographic sensor) is placed on the driver's back by the expansion / contraction operation of the
以上のようなアルゴリズムに基づいて動作する生体情報取得装置のシート調整機構を図解的に説明する。図11は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置におけるシート調整機構の動作を示す図である。 The sheet adjustment mechanism of the biological information acquisition apparatus that operates based on the algorithm as described above will be schematically illustrated. FIG. 11 is a diagram showing the operation of the sheet adjustment mechanism in the biological information acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention.
図11(A)はドライバーの背中がシート10に密着する状態で、生体情報取得装置が心電信号を取得する上で理想的な状態を示している。これに対して、図11(B)はドライバーの背中がシート10から離間しているような場合で、このような状況ではシート型背面圧力分布センサー261によって測定される体型・体勢が心電信号を取得する上で不適当であるために、制御処理部100は、メインエアバッグ制御バルブ271を制御することによって、メインエアバッグ270を膨張させる。図11(C)は、このようなメインエアバッグ270の膨張によりドライバーの背中がシート10と密着した状態を示している。本実施形態の生体情報取得装置では、図11(C)の状態とした上で、さらに電極ユニット可動部230を移動し、第1心電センサー電極210(第2心電センサー電極220)最適位置となるように制御した上で、心電信号を取得するに制御される。このために、ドライバーに係る心電信号を確実に取得することができるようになり、ドライバーの生体情報を誤判定することがなくなる。
FIG. 11A shows an ideal state in which the biological information acquisition apparatus acquires an electrocardiogram signal in a state where the driver's back is in close contact with the
10・・・運転席、21・・・第1電極用1段目アンプ部、25・・・第1心電センサー電極用同軸ケーブル、31・・・第2心電センサー電極用1段目アンプ部、35・・・第2心電センサー電極用同軸ケーブル、40・・・アース電極、45・・・アース用ケーブル、50・・・2段目アンプ部、51・・・アンプ、52・・・ハイパスフィルター、53・・・ローパスフィルター、100・・・制御処理部、200・・・心電情報取得部、201・・・電極ユニット、202・・・電極ユニットフレーム部、203・・・電極ユニットX軸、204・・・電極ユニットX軸駆動源、205・・・電極ユニットY軸、206・・・電極ユニットY軸駆動源、210・・・第1心電センサー電極、220・・・第2心電センサー電極、230・・・電極ユニット可動部、231・・・第1電極圧力センサー、232・・・第2電極圧力センサー、233・・・第3電極圧力センサー、235・・・第5電極圧力センサー、240・・・エアバッグユニット、241・・・第1エアバッグセル、242・・・第2エアバッグセル、243・・・第3エアバッグセル、244・・・第4エアバッグセル、245・・・第5エアバッグセル、246・・・第6エアバッグセル、247・・・第7エアバッグセル、251・・・第1エアバッグセル制御バルブ、252・・・第2エアバッグセル制御バルブ、253・・・第3エアバッグセル制御バルブ、254・・・第4エアバッグセル制御バルブ、255・・・第5エアバッグセル制御バルブ、256・・・第6エアバッグセル制御バルブ、257・・・第7エアバッグセル制御バルブ、261・・・シート型背面圧力分布センサー、262・・・シート型座面圧力分布センサー、270・・・メインエアバッグ、271・・・メインエアバッグ制御バルブ、450・・・ドライバー体勢検出部、600・・・判定結果出力部、610・・・ディスプレイ、620・・・スピーカー、900・・・記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
シート内部に取り付けられる電極と、
前記シート内部に設けられると共に膨張収縮することにより前記電極を変位させるメインエアバッグと、
前記電極近傍に設けられる圧力センサーと、
前記圧力センサーで測定される前記シートに加えられた測定圧力値が入力されると共に、前記メインエアバッグの膨張収縮を制御し、前記電極で検出される電気信号に基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、
前記制御処理部は、前記圧力センサーで測定される測定圧力値に応じて前記メインエアバッグを膨張収縮させた上で、前記電極で検出される電気信号を取得することを特徴とする生体情報取得装置。 A biological information acquisition device that is mounted on a seat part, detects an electrical signal related to a living body in a non-invasive manner, and determines the state of the living body based on the detected electrical signal,
An electrode mounted inside the seat;
A main airbag that is provided inside the seat and displaces the electrode by expanding and contracting; and
A pressure sensor provided in the vicinity of the electrode;
A measured pressure value applied to the seat measured by the pressure sensor is input, and the inflation and deflation of the main airbag is controlled, and the living state is determined based on the electrical signal detected by the electrode. A control processing unit,
The control processing unit acquires an electrical signal detected by the electrode after inflating and contracting the main airbag according to a measured pressure value measured by the pressure sensor. apparatus.
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