JP2013063214A

JP2013063214A - 車両用心電計測装置

Info

Publication number: JP2013063214A
Application number: JP2011204548A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Tejima; 健太郎手嶋; Hiroshi Morimoto; 寛森本; Yusuke Nakamura; 勇介中村; Katsumasa Nishii; 克昌西井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP5637108B2

Abstract

【課題】電極からの距離が長くても、ノイズの影響を受け難い車両用心電計測装置を得る。
【解決手段】車両のステアリングホイール１に設けられ、運転者の皮膚に接触して運転者の身体電位を検出する直接電極２と、車両のシート４に設けられ、電気的絶縁状態で運転者の身体電位を検出する容量結合型電極６と、直接電極２における電位と容量結合型電極６における電位とに基づき運転者の心電図波形を計測する心電図波形計測器８とを備える。また、直接電極２からの検出信号を増幅して心電図波形計測器８に出力するステアリング側アンプ１６を設けると共に、ステアリング側アンプ１６は心電図波形計測器８とステアリング側アンプ１６とを接続するスパイラルケーブル１０ａよりもステアリング側に設ける。かつ、容量結合型電極６からの検出信号を増幅して心電図波形計測器８に出力するシート側アンプ２２をシート４の座部４ａの表皮３０の下側に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の運転者の心電図波形を計測する車両用心電計測装置に関する。

従来より、身体電位を計測する電極を用いて心臓の電気的な活動を検出し、グラフの形に記録した心電図が、医療の現場で広く利用されている。このような心電図波形を車両を運転中の運転者について計測する技術について研究が進められており、運転者の心臓の活動を監視することにより、運転中における運転者の心臓の異常に起因する種々の不都合を未然に抑制することが期待されている。

このような装置として、特許文献１にあるように、ステアリングに運転者の皮膚に接触して運転者の身体電位を検出する直接電極を設け、また、シートに運転者の皮膚に接触せずに運転者の身体電位を検出する容量結合型電極を設け、両電極と計測回路とを接続し、直接電極における電位と容量結合型電極における電位とに基づき運転者の心電図波形を計測する車両用心電計測装置が開示されている。

特開２０１１−２４９０３号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、両電極と計測回路との距離が長く、また、両電極により検出される信号は微小であるため、車両のようなノイズが大きい環境ではノイズの影響を大きく受けて心電図波形を適切に得ることが難しい場合があるという問題があった。

本発明の課題は、電極からの距離が長くても、ノイズの影響を受け難い車両用心電計測装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
車両のステアリングホイールに設けられ、運転者の皮膚に接触して前記運転者の身体電位を検出する直接電極と、
前記車両のシートに設けられ、電気的絶縁状態で前記運転者の身体電位を検出する容量結合型電極と、
前記直接電極における電位と前記容量結合型電極における電位とに基づき前記運転者の心電図波形を計測する心電図波形計測器とを備えた車両用心電計測装置において、
前記直接電極からの検出信号を増幅して前記心電図波形計測器に出力するステアリング側アンプを設けると共に、該ステアリング側アンプは前記心電図波形計測器と前記ステアリング側アンプとを接続するスパイラルケーブルよりもステアリングホイール側に設け、
かつ、前記容量結合型電極からの検出信号を増幅して前記心電図波形計測器に出力するシート側アンプを前記シートの座部の表皮の下側に設けたことを特徴とする車両用心電計測装置がそれである。

前記シート側アンプは前記シートの座部の表皮の下側で、前記座部のウレタン内に収納した構成としてもよい。また、前記直接電極または前記容量結合型電極を複数に分割した構成としてもよい。更に、前記容量結合型電極を前記シートの表皮の裏面側に固定した構成としてもよい。また、導電性の縫い糸を用いた表皮または導電性の織布からなる表皮を前記直接電極あるいは前記容量結合型電極とした構成としてもよい。前記容量結合型電極を固定する前記シートの表皮を薄く形成した構成としてもよい。

本発明の車両用心電計測装置は、直接電極による検出信号がスパイラルケーブルを通る前にステアリング側アンプにより増幅され、容量結合型電極による検出信号もシート側アンプにより増幅されるので、心電図波形計測器に入力される際にノイズレベルが相対的に小さくなり、電極からの距離が長くても、ノイズの影響を受け難く、しかも、スパイラルケーブルを通る前にステアリング側アンプにより増幅されるので、スパイラルケーブルでノイズを拾ってもノイズレベルが相対的に小さくなるという効果を奏する。

また、シート側アンプをシートの内部に設けることにより、よりノイズ耐性を向上できる。更に、電極を複数に分割して、検出信号の振幅レベルが大きくなる部分を抽出することにより、ノイズ耐性を向上できる。容量結合型電極をシートに固定することにより、擦れることによるノイズの発生を抑制できる。また、導電性の縫い糸を電極として用いることにより、意匠性を向上できると共にノイズを低減できる。

本発明の一実施形態としての車両用心電計測装置の概略構成図である。本実施形態のステアリングホイールの拡大側面図である。本実施形態のシートの拡大側面図である。本実施形態のシート座部の要部拡大断面図である。別の実施形態のステアリングホイールの正面図である。別の実施形態のシート座部の斜視図である。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態としての車両用心電計測装置の概略構成図である。図１に示すように、１はステアリングホイールで、ステアリングホイール１には導電性材料により形成された直接電極２がステアリングホイール１の外周表面に露出して設けられている。直接電極２は、車両の運転者の皮膚に接触して運転者の身体電位を検出するための電極であり、例えば、クロムメッキ樹脂等により形成して、ステアリングホイール１の表面に取り付けるようにするとよい。

運転者が着座するシート４には、その座部４ａに容量結合型電極６が設けられている。容量結合型電極６は、運転者の皮膚に接触せずに運転者の身体と仮想コンデンサを形成し、電気的絶縁状態で静電容量結合によって運転者の身体電位を検出するための電極である。

直接電極２と心電図波形計測器８とがステアリング側信号線１０により接続されており、また、容量結合型電極６と心電図波形計測器８とがシート側信号線１２により接続され、運転者の身体電位の変動に応じて変動する容量結合型電極６の電位を心電図波形計測器８に伝達する。

心電図波形計測器８は、図示しないボルテージフォロアやアンプ、マイクロコンピュータ、メモリ等により構成されており、直接電極２及び容量結合型電極６を介して検出される運転者の身体電位の電位差を算出する。この電位差に基づく電圧信号をフィルタリング処理等すると共に所定周期でサンプリングし、時系列データとしてメモリに記憶する。この時系列データが心電図波形である。

心電図波形計測器８は、心電図波形に異常がないか否かを監視し、異常があると判断した場合に警報を発したり、車両を徐々に停止させたりする等の運転支援制御を行うことができる。また、無線通信によって車外設備に心電図波形に係るデータを送信し、車外設備において波形に異常がないか否かを監視することもできる。

心電図波形計測器８は車両制御コンピュータ１４に接続されており、車速センサ等の出力が入力されるように構成され、車両が走行中であると判定した場合には、心電図波形のうちＲ波ピーク（Ｒ波の波高）の間隔等に基づいて運転者の心臓状態を大局的に判定し、車両が停車中であると判定された場合には、心電図波形のうちＲ波ピークを含む心電図波形全体に基づいて運転者の心臓状態をより厳密に判定するものとしてもよい。

ここで、心電図波形は、主に、心房の電気的興奮を反映するＰ波と、心室の電気的興奮を反映するＱ、ＲおよびＳ波と、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程を反映するＴ波とから構成され、Ｒ波の波高（電位差）が最も大きい。

従って、車両走行中においては、心電図波形のうち波高が最も大きい部分であるＲ波ピークの間隔等に基づき運転者の心臓状態を大局的に判定する。一方、車両停車中においては運転者が安静状態になり易く筋電位等のノイズを少なくすることができるので、Ｒ波よりも波高の小さいＴ波およびＰ波を含めた心電図波形全体に基づき運転者の心臓状態をより厳密に判定する。

車両の走行中においては、心電図波形からＲ波ピークのみを検出し、その周期から一分間当たりの心拍数を算出する。そして、ＲＲ間隔から心拍数のゆらぎを監視し、この心拍数のゆらぎを周波数解析し低周波成分および高周波成分を算出する。そして、算出した心拍数および低周波成分／高周波成分比に基づいて不整脈の有無を判定する。不整脈のおそれがあると判定した場合は、車両の駆動装置やブレーキ装置に干渉制御して車両を徐々に停止させたり、表示装置に警告画面を表示させたりする制御を行なってもよい。

不整脈のおそれがあると判定した場合は、通信装置を介して、予め登録された連絡先に自動的に通報したり、或いは、車外に緊急事態を知らせるようホーンを鳴らしたり、ライトを点滅させたりするようにするとよい。

直接電極２と心電図波形計測器８とを接続するステアリング側信号線１０には、ステアリング側アンプ１６が介装されており、ステアリング側アンプ１６は直接電極２からの検出信号を増幅して心電図波形計測器８に出力する周知の増幅器である。

心電図波形計測器８とステアリング側アンプ１６との間のステアリング側信号線１０には、図２に示すように、一部にスパイラルケーブル１０ａが用いられており、本実施形態では、スパイラルケーブル１０ａには薄板状のフレキシブルフラットケーブルが用いられ、ステアリングシャフト１８の周囲に巻回されている。

スパイラルケーブル１０ａはステアリングシャフト１８の回転に応じて巻き緩み、巻き締まりして、ステアリングシャフト１８の回転の影響を受けることなく、信号の送受信ができるように構成されている。スパイラルケーブル１０ａにはステアリング側信号線１０以外にも他の電力線や信号線も複数設けられている。ステアリング側アンプ１６は直接電極２の近傍に設けられ、ステアリングホイール１の回転と共に回転するハウジング２０に配置されている。

容量結合型電極６と心電図波形計測器８とを接続するシート側信号線１２には、シート側アンプ２２が介装されており、シート側アンプ２２は容量結合型電極６からの検出信号を増幅して心電図波形計測器８に出力する周知の増幅器である。ステアリング側アンプ１６とシート側アンプ２２とは接地線２４により共に接地されている。ステアリング側アンプ１６とシート側アンプ２２とには、同性能のものが用いられている。

シート側アンプ２２は、図３に示すように、シート４の座部４ａの内部に設けられると共に、容量結合型電極６とシート側アンプ２２との間のシート側信号線１２の長さが短くなるように容量結合型電極６の近傍に設けられている。図４に示すように、シート４は、硬質ウレタン２６、ウレタン２８、表皮３０が順に積層されており、運転者の臀部が乗る座部４ａの硬質ウレタン２６には凹部２６ａが形成されている。凹部２６ａに対応して、ウレタン２８には穴部２８ａが形成されおり、凹部２６ａにシート側アンプ２２が収納されて、シート側アンプ２２が座部４ａの表皮３０の下側に設けられると共に、座部４ａのウレタン２８の内部に収納されている。

本実施形態では、容量結合型電極６は導電性繊維からなるシート状の導電体で、容量結合型電極６の背面側にはゴムプレート３２が配置されている。また、ゴムプレート３２の下面には、容量結合型電極６の背面側を覆ってノイズ侵入のシールドをするようにガード電極３４が設けられており、容量結合型電極６、ゴムプレート３２、ガード電極３４は接着剤等により一体的に固定されている。

また、容量結合型電極６、ゴムプレート３２、ガード電極３４はシート側アンプ２２の上側で凹部２６ａと穴部２８ａとに収納されている。凹部２６ａに対応する表皮３０は薄く形成されており、本実施形態では、表皮３０の裏側が窪まされ、この薄くされた表皮３０の裏面側に容量結合型電極６が接着剤等で固定されている。容量結合型電極６がシート４の表皮３０に固定されていることで車両の振動等により発生するシート４の表皮３０と容量結合型電極６間の振動（摩擦）ノイズに対しても改善することができる。尚、表皮３０には皮革やファブリック等の周知の非導電性の材料が用いられている。

次に、前述した本実施形態の車両用心電計測装置の作動について説明する。運転者がシート４に着座して運転が開始されると、運転者の手が直接接触している直接電極２による検出信号がステアリング側アンプ１６に入力され、ステアリング側アンプ１６により増幅されてスパイラルケーブル１０ａ、ステアリング側信号線１０を介して心電図波形計測器８に入力される。

検出信号がスパイラルケーブル１０ａを通る前に、ステアリング側アンプ１６により増幅されるので、スパイラルケーブル１０ａでノイズを拾っても、心電図波形計測器８に入力される際には、ノイズのレベルが相対的に小さくなり、Ｓ／Ｎ比が改善される。

また、容量結合型電極６による検出信号がシート側アンプ２２に入力され、シート側アンプ２２により増幅されてシート側信号線１２を介して心電図波形計測器８に入力される。心電図波形計測器８は両信号による電位差に基づく電圧信号をフィルタリング処理等すると共に所定周期でサンプリングし、心電図波形を得る。

容量結合型電極６による検出信号もシート側アンプ２２により増幅されるので、シート側信号線１２でノイズを拾っても、心電図波形計測器８に入力される際には、ノイズのレベルが相対的に小さくなると共に、両信号による電位差を算出する際に、同じ車両ノイズをキャンセルすることができるので、ノイズ耐性を向上させることができる。

また、容量結合型電極６は表皮３０に固定されているので、容量結合型電極６と表皮３０とが擦れることにより発生するノイズを抑制できるので、ノイズの低減を図ることができる。

直接電極２をステアリングホイール１の周方向に沿って複数に分割したり、容量結合型電極６を前後左右に分割してもよい。電極面積が大きくなるとアンテナとして空間のノイズを拾いやすくなり、電極２，６を分割し、分割した各電極の比較を行い検出信号の振幅レベルが大きくなる部分を抽出することでノイズ耐性を向上できる。

図５に示すように、前述した直接電極２に代えて、ステアリングホイール１のカバーの縫い目に導電性の縫い糸４２を用いてもよい。これにより、意匠性に優れたものになる。また、図６に示すように、容量結合型電極６を導電性を有する縫い糸４４により表皮３０に固定してもよく、あるいは、前述した容量結合型電極６を用いることなく、縫い糸４４を容量結合型電極として用いてもよい。縫い糸４４が表面に露出していても、運転者の被服により縫い糸４４とは電気的絶縁が保たれ、ノイズの低減も図ることができる。更に、ステアリングホイール１の表皮やシート４の表皮を導電性の織布から形成して、これらの表皮を直接電極や容量結合型電極としてもよい。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…ステアリングホイール２…直接電極
４…シート４ａ…座部
６…容量結合型電極８…心電図波形計測器
１０…ステアリング側信号線１０ａ…スパイラルケーブル
１２…シート側信号線１４…車両制御コンピュータ
１６…ステアリング側アンプ２２…シート側アンプ
２４…接地線２６…硬質ウレタン
２６ａ…凹部２８…ウレタン
２８ａ…穴部３０…表皮
３２…ゴムプレート３４…ガード電極
４２，４４…縫い糸

Claims

車両のステアリングホイールに設けられ、運転者の皮膚に接触して前記運転者の身体電位を検出する直接電極と、
前記車両のシートに設けられ、電気的絶縁状態で前記運転者の身体電位を検出する容量結合型電極と、
前記直接電極における電位と前記容量結合型電極における電位とに基づき前記運転者の心電図波形を計測する心電図波形計測器とを備えた車両用心電計測装置において、
前記直接電極からの検出信号を増幅して前記心電図波形計測器に出力するステアリング側アンプを設けると共に、該ステアリング側アンプは前記心電図波形計測器と前記ステアリング側アンプとを接続するスパイラルケーブルよりもステアリングホイール側に設け、
かつ、前記容量結合型電極からの検出信号を増幅して前記心電図波形計測器に出力するシート側アンプを前記シートの座部の表皮の下側に設けたことを特徴とする車両用心電計測装置。
前記シート側アンプは前記シートの座部の表皮の下側で、前記座部のウレタン内に収納したことを特徴とする請求項１に記載の車両用心電計測装置。
前記直接電極または前記容量結合型電極を複数に分割したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用心電計測装置。
前記容量結合型電極を前記シートの表皮の裏面側に固定したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用心電計測装置。
導電性の縫い糸を用いた表皮または導電性の織布からなる表皮を前記直接電極あるいは前記容量結合型電極としたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用心電計測装置。
前記容量結合型電極を固定する前記シートの表皮を薄く形成したことを特徴とする請求項４に記載の車両用心電計測装置。