JP2014204849A - 生体情報計測装置及び生体情報計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、自動車分野においては、運転者の疾患や疲労等を検出するために、運転中の人体の生体情報を精度よく計測する試みがされている。例えば、ステアリングホイールに心電信号検出装置を設け、運転者の心電信号を検出する計測装置が知られている。このような計測装置において、ステアリングホイールに複数の電極を設け、心電波形や心拍信号等、運転者の生体情報の測定精度の向上を図る発明が開示されている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1に記載された生体情報測定装置では、ステアリングホイールの把持部に4つの電極を設けて各電極の接触インピーダンスを求め、その結果を用いて生体信号の計測に用いる電極の組を決定している。
また、自動車等乗物の運転者の生体情報を計測するような場合には、非拘束状態で生体情報を検出する必要がある。そこで、特許文献1に記載されているように、電極をステアリングホイールに設けることによって、心電波形や心拍信号等の生体情報が測定されている。しかし、電極をステアリングホイールに設けるとしても、運転手の皮膚が直接電極に触れている必要があり、その電気的接触状態を良好に保つことは困難である。また、運転者が手袋をはめていたり、ステアリングホイールにカバーが取り付けられたりした場合には、計測ができなくなるという問題があった。
更に、前記のとおり、生体インピーダンスをモニタすることにより長時間の着座等による浮腫や疲労を評価する試みもなされている。
上記いずれの場合にも、電極を人体に直接貼り付けたり、皮膚が直接に触れる部位に電極を設けたりしなければならないという問題を解決することが求められている。
本第2発明は、前記第1発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記第1領域の一方の電極と前記第2領域の一方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z1)、及び前記第1領域の他方の電極と前記第2領域の他方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z2)であり、前記演算手段は、前記人体のインピーダンス(Z)を、
Z=(1/2){Z1+Z2−(Z3+Z4)}
により算出することを要旨とする。
本第3発明は、前記第1又は第2発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って遠い電極同士の間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って近い電極同士の間のインピーダンス(Z2)であることを要旨とする。
本第4発明は、前記第1又は第2発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは遠い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは近い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは近い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは遠い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z2)であることを要旨とする。
本第5発明は、前記第1乃至第4発明のいずれかにおいて、人が着座する座面において、前記第1領域の各電極は一方の太股に対応する位置に備えられ、前記第2領域の各電極は他方の太股に対応する位置に備えられることを要旨とする。
本第6発明は、前記第1乃至第5発明のいずれかにおいて、前記演算手段により周期的に前記人体のインピーダンス(Z)を算出し、その値の変化に基づき前記人体の水分量の変化を判断する判断手段を備えることを要旨とする。
本第7発明の生体情報計測方法は、人体に電流が流れる導通経路に沿って離れた位置に設定された第1領域と第2領域においてそれぞれ該人体と直接又は絶縁物を介して接触する4つの電極であって、前記第1領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極、及び前記第2領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極を用いて行う生体情報計測方法であって、4つの前記電極の組合せから1組の電極を選択する選択工程と、前記選択工程によって選択された1組の電極間に交流電流を供給し、該1組の電極間のインピーダンスを計測する計測工程と、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)と、前記第1領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z3)と、前記第2領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z4)と、を演算することにより人体と各電極との間の容量性リアクタンス成分を打ち消して前記人体のインピーダンス(Z)を算出する演算工程と、を備えることを要旨とする。
本第8発明は、前記第7発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記第1領域の一方の電極と前記第2領域の一方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z1)、及び前記第1領域の他方の電極と前記第2領域の他方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z2)であり、前記演算工程は、前記人体のインピーダンス(Z)を、
Z=(1/2){Z1+Z2−(Z3+Z4)}
により算出することを要旨とする。
本第9発明は、前記第7又は第8発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って遠い電極同士の間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って近い電極同士の間のインピーダンス(Z2)であることを要旨とする。
本第10発明は、前記第7又は第8発明において、前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは遠い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは近い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは近い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは遠い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z2)であることを要旨とする。
本第11発明は、前記第7乃至第10発明のいずれかにおいて、人が着座する座面において、前記第1領域は一方の太股に対応する位置であり、前記第2領域は他方の太股に対応する位置であることを要旨とする。
本第12発明は、前記第7乃至第11発明のいずれかにおいて、前記演算工程により周期的に前記人体のインピーダンス(Z)を算出し、その値の変化に基づき前記人体の水分量の変化を判断する判断工程を備えることを要旨とする。
Z=(1/2){Z1+Z2−(Z3+Z4)}
により算出する場合は、各電極と皮膚との間、及び各領域内の電極間のインピーダンス成分が差し引かれ、第1領域と第2領域との間の人体のインピーダンス(Z)を簡単に求めることができる。
また、計測された前記インピーダンス(Z1及びZ2)は、人体の導通経路に沿って第2領域とは遠い位置にある第1領域の電極と、第1領域とは近い位置にある第2領域の電極との間のインピーダンス(Z1)、及び人体の導通経路に沿って第2領域とは近い位置にある第1領域の電極と、第1領域とは遠い位置にある第2領域の電極との間のインピーダンス(Z2)である場合にも、より正確に人体のインピーダンス(Z)を求めることができる。
尚、本発明の思想は、上記生体情報計測装置又は生体情報計測方法に限らず、各種の態様を含むものである。したがって、本発明は、以上の各手段又は各工程を機能として備えるプログラムとして実現することも可能である。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
本実施形態に係る生体情報計測装置の構成を図1に示す。生体情報計測装置1は、人体8に電流が流れる導通経路81に沿って離れた位置に設定された第1領域21と第2領域22において、それぞれ人体8と直接又は絶縁物を介して接触する4つの電極3を備える。4つの電極3は、第1領域21内において導通経路81の方向に並ぶ2つの電極a(311)及びb(312)と、第2領域22内において導通経路81の方向に並ぶ2つの電極c(321)及びd(322)である。つまり、4つの電極3は、導通経路81に沿って、a−b−c−dの順に並ぶように配置されている。
また、生体情報計測装置1は、4つの電極a〜dの組合せから1組の電極を選択する選択手段4と、選択手段4によって選択された1組の電極間に交流電流を供給し、その1組の電極間のインピーダンスを計測する計測手段5を備えている。
ここで、算出する人体8のインピーダンス(Z)は、人体の導通経路81に沿って第2領域22と近い位置にある第1領域21の電極bと、第1領域21と近い位置にある第2領域22の電極cと、の間のインピーダンスとすることができる。人体のインピーダンスを「生体インピーダンス」ともいう。
上記第1領域21及び第2領域22は、人体8上で離れた任意の位置とすることができる。第1領域21と第2領域22とは、人体8の導通経路81ができるだけ長くなるように設定されることが好ましい。例えば、第1領域21と第2領域22を、それぞれ、左と右の太股、左と右の掌、左と右の足底、背中の上部と下部又は左部と右部、等とすることができる。
電極3は、領域21及び22のそれぞれに、2つが離隔して備えられる。1つの領域内(21又は22)で隣り合う各電極は、他方の領域(22又は21)に対して、それぞれ導通経路81の長さが異なるように配設される。即ち、図1に示すように、第1領域21の電極aは、第2領域22からの距離が電極bよりも遠くなるように配置され、第2領域22の電極dは、第1領域21からの距離が電極cよりも遠くなるように配置される。
各電極3の大きさや形状は特に限定されない。1つの領域内で隣り合う電極の隙間は、電極と人体との間に介在する絶縁物等の厚みより長く離れていることが好ましく、例えば5mm以上とすることができる。
電極3として導電布を使用する場合は、人体が接する座席等の表面材を構成するように電極を形成することができ、意匠性や快適性を損なうことなく好適である。導電布の例として、ステンレス線やカーボン繊維、メッキ繊維等の導電性繊維を適宜に織り込んだ織布を挙げることができる。更に、ステンレス線を絡ませた糸、金属、カーボンを分散させた糸、導電性物質を含む樹脂でコーティングした糸等の導電性糸を適宜に編み込んだ編物を挙げることができる。
交流電流源51から電極3を介して人体8に供給する電流は、人体に対する安全のため、人体が通電を感知しないとされている0.5mA以下の電流とすることが好ましい。また、交流電流源51から供給する電流の周波数は、計測目的に応じて1kHz〜10MHz程度の範囲の単一周波数又は2以上の周波数の組合せ、又は前記帯域の周波数(周期)スイープとすることができる。例えば、単一周波数では50kHzの正弦波を用いることにより生体インピーダンスを計測することができる。
電流計測部52及び電圧計測部53は、1組の電極間の電流及び電圧(実効値)を計測する。計測手段5又は演算手段6は、公知の方法により、この計測値に基づいて当該電極間のインピーダンスを求め、それを計測したインピーダンスとすることができる。計測値は、計測手段5から演算手段6に送られる。
上記各インピーダンス(Z1〜Z4)は、どのような順に取得されてもよい。このため、演算手段6は、所定の電極の組合せを選択手段4により順に選択し、当該電極間の計測値を計測手段5から得るように構成することができる。各計測値に基づいた人体8のインピーダンス(Z)の算出方法については、後述する。
また、本生体情報計測装置は、生体インピーダンス計測装置として構成されてもよいし、生体インピーダンスの計測を利用する各種生体情報計測装置(例えば、除脂肪体重、肥満、筋量等の計測装置)の一部として構成されてもよい。
以下では、人体の左腿部(背面側)を前記第1領域、右腿部(背面側)を前記第2領域とする場合を例として、生体情報計測装置1における生体インピーダンスの計測方法を説明する。
図2は、上記の場合の電極配置と、計測されるインピーダンスの成分を、人体8の背面側からみて模式的に示した図である。電極3の構成は図1と同様であり、左腿部82に電極a及びb、右腿部83に電極c及びdが配置されている。ここで、電極bc間、電極ab間及び電極cd間の人体(導通経路81)のインピーダンスを、それぞれZ(Zbc)、Zab、Zcdと表す。また、各電極が布地等からなる絶縁体95を介して人体に接して場合等には、各電極と人体との間には容量性リアクタンスが生じる。電極a、b、c及びdと人体との間に生じる容量性リアクタンスを、それぞれXa、Xb、Xc及びXdと表す。
また、電極aとdを1組として選択した場合のインピーダンス(Zad)は、電極bc間の人体8のインピーダンス(Z)に電極ab間及び電極cd間の導通経路81の人体8のインピーダンス(Zab及びZcd)が加わり、電極a及びdと人体8との間の容量性リアクタンスXa及びXdが生じるので、(Z+Zab+Zcd+Xa+Xd)となる(図2参照)。
図4に示すように、電極ad間のインピーダンス(Z1)を計測する。
Z1=(Z+Zab+Zcd+Xa+Xd)
図5に示すように、電極bc間のインピーダンス(Z2)を計測する。
Z2=(Z+Xb+Xc)
図6に示すように、電極ab間のインピーダンス(Z3)を計測する。
Z3=(Zab+Xa+Xb)
図7に示すように、電極cd間のインピーダンス(Z4)を計測する。
Z4=(Zcd+Xc+Xd)
(Z1+Z2)−(Z3+Z4)
この式に、計測された前記各インピーダンス(Z1〜Z4)を当てはめれば、容量性リアクタンス成分(Xa、Xb、Xc、Xd)と、電極ab間及び電極cd間の導通経路81のインピーダンス(Zab、Zcd)と、は消去されるため、2Zが得られる。すなわち、電極bc間の人体8のみのインピーダンス(Z)の2倍の値を得ることができる。
上記電極ad間及び電極bc間のインピーダンス計測(Z1及びZ2)に代えて、電極ac間のインピーダンスを計測してその計測値をZ1とし、電極bd間のインピーダンスを計測してその計測値をZ2とすると、
Z1=(Z+Zab+Xa+Xc)
Z2=(Z+Zcd+Xb+Xd)
となる。この場合にも、
(Z1+Z2)−(Z3+Z4)=2Z
となるので、上記同様に、電極bc間の人体8のみのインピーダンス(Z)の値を求めることができる。
このようなインピーダンスを計測する回数や周期は、特に問わない。
電極a〜dは、それぞれ大きさが50×100mmである金属箔とし、電極aとbとの間及び電極cとdとの間には、いずれも20mmの隙間を設けた。そして、着衣の着座者(成人男性)8が着座した状態で、50kHz、0.4mAの交流電流により前記各インピーダンス(Z1〜Z4)を計測した。
図10に示すように、大腿部では、時間の経過と共にインピーダンス値が上昇した。一方、下腿部では、時間の経過と共にインピーダンスが低下した。これは、足の下方に水分が移動して、水分の減少した大腿部のインピーダンスが増加する一方、下腿部には浮腫が生じてインピーダンスが減少したものと考えられる。
Claims (12)
- 人体に電流が流れる導通経路に沿って離れた位置に設定された第1領域と第2領域においてそれぞれ該人体と直接又は絶縁物を介して接触する4つの電極であって、前記第1領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極、及び前記第2領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極と、
4つの前記電極の組合せから1組の電極を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された1組の電極間に交流電流を供給し、該電極間のインピーダンスを計測する計測手段と、
前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)と、前記第1領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z3)と、前記第2領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z4)と、を演算することにより人体と各電極との間の容量性リアクタンス成分を打ち消して前記人体のインピーダンス(Z)を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする生体情報計測装置。 - 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記第1領域の一方の電極と前記第2領域の一方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z1)、及び前記第1領域の他方の電極と前記第2領域の他方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z2)であり、
前記演算手段は、前記人体のインピーダンス(Z)を、
Z=(1/2){Z1+Z2−(Z3+Z4)}
により算出する請求項1記載の生体情報計測装置。 - 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って遠い電極同士の間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って近い電極同士の間のインピーダンス(Z2)である、請求項1又は2に記載の生体情報計測装置。
- 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは遠い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは近い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは近い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは遠い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z2)である、請求項1又は2に記載の生体情報計測装置。
- 人が着座する座面において、前記第1領域の各電極は一方の太股に対応する位置に備えられ、前記第2領域の各電極は他方の太股に対応する位置に備えられる請求項1乃至4のいずれかに記載の生体情報計測装置。
- 前記演算手段により周期的に前記人体のインピーダンス(Z)を算出し、その値の変化に基づき前記人体の水分量の変化を判断する判断手段を備える請求項1乃至5のいずれかに記載の生体情報計測装置。
- 人体に電流が流れる導通経路に沿って離れた位置に設定された第1領域と第2領域においてそれぞれ該人体と直接又は絶縁物を介して接触する4つの電極であって、前記第1領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極、及び前記第2領域内で前記導通経路の方向に並ぶ2つの電極を用いて行う生体情報計測方法であって、
4つの前記電極の組合せから1組の電極を選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択された1組の電極間に交流電流を供給し、該1組の電極間のインピーダンスを計測する計測工程と、
前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)と、前記第1領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z3)と、前記第2領域の電極間で計測されたインピーダンス(Z4)と、を演算することにより人体と各電極との間の容量性リアクタンス成分を打ち消して前記人体のインピーダンス(Z)を算出する演算工程と、
を備えることを特徴とする生体情報計測方法。 - 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記第1領域の一方の電極と前記第2領域の一方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z1)、及び前記第1領域の他方の電極と前記第2領域の他方の電極との間で計測されたインピーダンス(Z2)であり、
前記演算工程は、前記人体のインピーダンス(Z)を、
Z=(1/2){Z1+Z2−(Z3+Z4)}
により算出する請求項7記載の生体情報計測方法。 - 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って遠い電極同士の間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って近い電極同士の間のインピーダンス(Z2)である、請求項7又は8に記載の生体情報計測方法。
- 前記第1領域の電極と前記第2領域の電極との2組の組合せについて計測されたインピーダンス(Z1及びZ2)は、前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは遠い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは近い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z1)、及び前記人体の導通経路に沿って前記第2領域とは近い位置にある前記第1領域の電極と、前記第1領域とは遠い位置にある前記第2領域の電極との間のインピーダンス(Z2)である、請求項7又は8に記載の生体情報計測方法。
- 人が着座する座面において、前記第1領域は一方の太股に対応する位置であり、前記第2領域は他方の太股に対応する位置である請求項7乃至10のいずれかに記載の生体情報計測方法。
- 前記演算工程により周期的に前記人体のインピーダンス(Z)を算出し、その値の変化に基づき前記人体の水分量の変化を判断する判断工程を備える請求項7乃至11のいずれかに記載の生体情報計測方法。
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