JP2016123852A - 半接触式ｅｃｇ測定システム及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無拘束で良質なＥＣＧ信号が得られる車両用ＥＣＧ測定システムを提供する。【解決手段】乗客が着席するだけでＥＣＧ信号を検出する接触式センサー１１０及び非接触式センサー１２０と、これによって検出されたＥＣＧ信号を通じて乗客の生体状態を把握し、車内に安定された環境を提供できるようにＥＣＵに送信処理するＥＣＧセンサーモジュール２００から構成された半接触式ＥＣＧ測定システム。【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＣＧ測定システムに関するもので、より具体的には、従来の接触式心拍検出方式に比べて無拘束測定によって便宜性が優れており、非接触式心拍検出方式に比べてＥＣＧ信号の品質が優秀な半接触式ＥＣＧ測定システム及びその測定方法に関するものである。

一般的に、医療機器の中でＥＣＧ測定機は、身体電位を計測する電極を身体に接触した後、心臓の電気的活動を検出してグラフの形で記録するなど、医療現場で幅広く使用されている。

最近、車両を運転する乗客を対象にして、ＥＣＧ(Electrocardiogram)を測定する技術に関する研究が進められている。

このような研究活動の主要は、乗客の心臓活動を監視することで、運転中に発生する心臓異常に起因する多様な不便事項を解消することはもちろん、心停止の時発生することがある事故を予防することを期待している。

前記技術を適用するに当たり、（１）アメリカ特許公開２０１０-００４９０６８ Ａ１と（２）日本特許公開１０-２００９-１４２５７６号が提案されたことがある。

前記のような問題点を解決するために、本発明は良質のＥＣＧ信号を検出するために第１電極とＧＮＤを皮膚に直接接触し、第２電極は非接触式で衣服を間に置いて接触する２点接触方式で構成することで、従来の接触式心拍検出方式に比べて無拘束測定であるので便宜性に優れており、非接触式心拍検出方式に比べてＥＣＧ信号品質が優秀な半接触式ＥＣＧ測定システム及びその測定方法を提供することに目的がある。

前記の目的を達成するために、本発明は乗客が着席する車両内で乗客の皮膚に接触してＥＣＧ信号を検出する接触式センサーと；シーツで乗客の衣服と密着して接触する部分に位置し、乗客が衣服を着た状態で非接触にＥＣＧ信号を検出する非接触式センサーと；前記接触式センサーと前記非接触式センサーを通じて検出されたＥＣＧ信号によって乗客の生体状態を把握することによって、車内に安定した環境を提供できるように、ＥＣＵに送信して処理するＥＣＧセンサーモジュールから構成された半接触式ＥＣＧ測定システムを提供する。

また、前記半接触式ＥＣＧ測定システムを通じてシーツに着席した乗客のＥＣＧ信号を検出してＥＣＧを測定する段階と；設定された特定時間ごとに、測定されたＥＣＧデータをメモリーして収集する段階と；フィルタリングによって収集されたＥＣＧデータからＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報を獲得する段階と；獲得したＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報が規則性を持つかについて判断する段階と；ストレス指数算出部を通じてＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報からストレスアルゴリズムを分析及び具現し、ストレス指数を算出する段階と；算出されたストレス指数に基づいてＥＣＵを通じて乗客の安全性維持のための措置及び環境を造成する段階からなる半接触式ＥＣＧ測定方法を提供する。

前記のように構成された本発明を提供することで、従来の接触式心拍検出方式に比べて無拘束測定で便宜性が優れて、非接触式心拍検出方式に比べてＥＣＧ信号品質が優秀な効果がある。

また、車両に搭乗しただけで心拍はもちろん、ＥＣＧ、ストレスなどの身体反応指数を算出することができ、この算出結果に対応するＥＣＵのフィードバックによって車内に快適な環境を提供できる効果を期待することができる。

本発明による半接触式ＥＣＧ測定システムの構成図。 本発明による半接触式ＥＣＧ測定システムにおけるＥＣＧセンサーモジュールの構成図。 本発明による半接触式ＥＣＧ測定システムが車両に適用された構成図。 本発明による半接触式ＥＣＧ測定システムが車両に適用された設置状態図。 本発明による半接触式ＥＣＧ測定システムを通じてＥＣＧ測定方法に対するフローチャート。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が容易に実施できるように、詳しく説明する。

本発明の説明に先立って、ＥＣＧ(Electro Cardio Gram)とは、心筋の活動(脱分極/再分極)によって発生する電位変化を体の表面に附着された電極１３０へ誘導し、差等及び増幅して心臓の拍動を一種の波形として測定することである。

すなわち、二つ(一つは容量結合型電極、もう一つは電位差を測定する電極)の電極１３０とＧＮＤ１３１が分離されて一体に形成されたセンサーが人体と接触する車両シーツ１００に備えられ、また、他のセンサーは人体と非接触となる車両シーツ１００にそれぞれ備えられるように形成される。

ここで、接触式センサーは、電極１３０が接触する人体部位の電位と、電極１３０を囲むＧＮＤ１３１が接触する人体部位の電位差によって発生する人体の信号を測定し、非接触式センサーの電極１３０は、容量結合型電極１３０で被服されることで人体から流入する電界によって発生する電位と、回路で繋がった接触式センサー部のＧＮＤ１３１が接触する人体の電位差によって発生する人体信号を測定する。よって、接触式センサー１１０で測定された人体信号と、非接触式センサー１２０で測定された人体信号の差によってＥＣＧ信号が測定される。

このとき、それぞれのセンサー部の構成は、電極１３０とＧＮＤ１３１を共に備えていて、測定しようとする部位の電極１３０部は、接触または非接触の人体を通じて流入する電界によって影響を受け、この電界は電極１３０の周りに形成されたＧＮＤ１３１の影響も受ける。

よって、電極１３０部に流入する電界の方向性及び大きさは、ＧＮＤ１３１によって外部ノイズの大きさがほぼ同じくなるように構成されることができ、これは二つのセンサーが測定した二つの信号の差で容易にノイズを除いてＥＣＧを獲得できる構造を構成することはもちろん、接触式センサーの優れた信号品質に基づいて、非接触式センサーに比べて安定的な信号を獲得することができる。

これに対して、本発明の半接触式ＥＣＧ測定システムは、図１ないし図２に図示されたように、シーツ１００で乗客の皮膚に直接触れる部分(ひじ掛け、ドア、シーツ構造物、ハンドル、ギアレバーなど)に位置し、乗客の露出した皮膚に接触してＥＣＧ信号を検出する接触式センサー１１０と；シーツ１００で乗客の衣服と接触する部分(座席、背もたれ、ヘッドレストなど)に位置して乗客が衣服を着た状態で非接触にＥＣＧ信号を検出する非接触式センサー１２０を備える。

ここで、図４によると、前記接触式センサー１１０と非接触式センサー１２０を通じて検出されたＥＣＧ信号によって乗客の生体状態を把握し、車内に安定した環境を提供できるようにＥＣＵに送信処理するＥＣＧセンサーモジュール２００を含んで構成する。

前記構成の半接触式ＥＣＧ測定システムにおいて、半接触方式はＥＣＧを測定するために人体表面で電気的信号を検出する一つの電極１３０とＧＮＤ１３１から構成されたセンサーが必要であり、良質のＥＣＧ信号を検出するために電極１３０とＧＮＤ１３１が一体型となった前記センサーの一つを皮膚に直接接触させ、他のセンサーの一つを非接触式に衣服を間に置いてＥＣＧを検出する。

これによって、車両の走行状態でＥＣＧ信号を検出して乗客の状態を判断するためには、乗客の不便を引き起こさない状態で、急加速、急停止、路面状態などの走行条件下で良質のＥＣＧ信号が必要である。

また、非接触式に比べて接触式検出方式でＥＣＧ信号の品質が優秀であり、非接触方式は無拘束測定で便宜性が優れているので、本発明の半接触式ＥＣＧ測定システムは、接触式水準の信号を検出しながら非接触式の便宜性を同時に満足するためである。

このとき、前記接触式センサー１１０と非接触式センサー１２０には電極１３０を通じて誘導された心拍信号を増幅してＥＣＧ信号を具現する信号増幅部１４０がさらに備えられることが好ましい。

一方、前記ＥＣＧセンサーモジュール２００は、図２に図示されたように、前記接触式センサー１１０と非接触式センサー１２０にそれぞれ備えられた電極１３０に感知されたノイズが含まれた微弱なＥＣＧ信号を信号増幅部１４０で一次に増幅し、ハイパスフィルター１５０によってDC成分を除いた後、それぞれのセンサー１１０、１２０の出力はＥＣＧセンサーモジュール２００に伝達される。

ここで、前記ＥＣＧセンサーモジュール２００は、それぞれのセンサーを通じて入力されたＥＣＧ信号が（１）ローパスフィルター２１０を経てノイズが除かれ、（２）差動増幅部２２０を通じて二つのセンサーのＥＣＧ信号の車を増幅すると同時に、コモンモードノイズを除いた後、（３）この信号をノッチフィルター２３０に通過させて電源系ノイズ成分を除くと、（４）バンドパスフィルター２４０でＥＣＧ周波数に合う成分だけ通過させ、良好なＥＣＧ信号を得られる構造となっている。

最後に、良好なＥＣＧ信号を（５）A/Dコンバーター２５０部でデジタルに変換させ、（６）R-R PEAK検出部２６０を通じてピーク検出を行った後、（７）このピークの累積データを基準にしてストレス指数算出部２７０によってストレスを算出するように構成される。

よって、乗客の健康状態、姿勢、環境によって多様なＥＣＧ信号が発生するので、差動信号検出のためにＧＮＤ１３１を含み、身体電位を検出する電極１３０と一体型で皮膚に直接接触させ、他の電極１３０は非接触式に衣服状態で測定してＥＣＧ信号を検出する。

つまり、乗客が楽に着席した状態で、片手で電極１３０に接触するだけでＥＣＧを測定し、多様な生体状態を示す指標を利用して、乗客のストレス指数を把握することができるし、乗客が安定した状態になるようにフィードバックを与えるＥＣＵが作動して、車両の環境で按摩、換気などのサービスを提供するようになる。

さらに、前記接触式センサー１１０と非接触式センサー１２０を通じて身体の特定部位(手の平、もも)に接触及び非接触(衣服状態)した後、時間軸を基準にしてＥＣＧ信号を検出し、DRL回路の代わりにバンドパスフィルター、ノッチフィルター、ＧＮＤ１３１及び差動アンプを通じて接触ノイズ及び環境ノイズを全て除くようになる。

一方、前記構成を通じて、添付された図５を参照してＥＣＧ測定方法について詳細に説明する。

半接触式ＥＣＧ測定システムを通じてシーツ１００に着席した乗客のＥＣＧ信号を検出してＥＣＧを測定する。(Ｓ１００)
次に、設定された特定時間ごとに、測定されたＥＣＧデータをメモリーして収集する。(Ｓ２００)
このとき、設定された特定時間は、リアルタイムで検出信号を測定することができるように０.５〜１.５mｓに設定することが好ましい。

フィルタリングによって収集されたＥＣＧデータからＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報を獲得する。(Ｓ３００)
獲得したＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報が規則性を持つか否かを判断する。(Ｓ４００)
ストレス指数算出部２７０を通じてＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報からストレスアルゴリズムを分析及び具現してストレス指数を算出する。(Ｓ５００)
算出されたストレス指数に基づいて、ＥＣＵを通じて乗客の安全性を維持するための措置及び環境を造成する。(Ｓ６００)
また、前記ＥＣＧ測定段階Ｓ１００の前に収集されたＥＣＧ信号及びPEAK値を初期化する過程Ｓ７００をさらに含む。

そして、直接接触式ＧＮＤ一体型で電極１３０を形成することは、身体内部のＥＣＧ信号とＥＣＧセンサーの内部回路との閉ループ形で安定的に信号を確保し、電極１３０を通じて人体から流入するノイズを除き、残りの成分のノイズ(衣服の摩擦、静電気、外部電波、車両駆動の騷音)をＧＮＤ１３１を通じて外部にバイパスさせることでノイズを消すことができる。

よって、ＧＮＤ１３１は接触面積が広いほど容量結合性電極１３０と直接接触電極１３０に入力される人体信号のフェーズが縮まる傾向があり、差動回路でコモンモード信号５０〜６０hzのノイズをさらに多く除いて信号の品質が向上する。

そのため、ＧＮＤ１３１が人体に接触する場合、二つのセンサーの内部にレファレンスとボディーの接触によって人体内のＥＣＧ信号との閉ループ形成を通じて二つのセンサーの圧力バイアス抵抗の両端の二つの電圧の差でＥＣＧ信号を測定し、ＧＮＤ１３１が人体に非接触となる場合、二つのセンサー部に測定された電圧差でＥＣＧ信号を測定、各センサーの内部レファレンス対比人体の一部分の身体電圧を測定し、二つの信号の差でＥＣＧを測定するので、各センサーの電圧レベルがセンサー内部のレファレンスとインピーダンスの変化によって容易く不安定になるので、保安方法として二つのセンサーの測定値の平均の一定の割合を返電し、身体に接触するDRL方式が使われる。

前記のように構成された本発明を提供することで、従来の接触式心拍検出方式に比べて無拘束測定で便宜性が優れており、非接触式心拍検出方式に比べてＥＣＧ信号の品質が優秀であることは勿論、車両に搭乗するだけで心拍はもちろんＥＣＧ、ストレスなどの身体反応指数を算出することができ、この算出結果に対応するＥＣＵのフィードバックによって、車内に快適な環境を提供できる効果を期待することができる。

以上で説明した本明細書及び請求範囲に使われる用語及び単語は、通常の意味や辞書的意味に限定して解釈されてはならないし、本発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づいて、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

よって、本明細書に記載された図面及び実施例に図示された構成は、本発明の最も好ましい一つの実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁していることではないので、本出願の時点において、これらを取り替えることができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

１００：シーツ
１１０：接触式センサー
１２０：非接触式センサー
１３０：電極
１３１：ＧＮＤ
１４０：信号増幅部
１５０：ハイパスフィルター
２００：ＥＣＧセンサーモジュール
２１０：ローパスフィルター
２２０：差動増幅部
２３０：ノッチフィルター
２４０：バンドパスフィルター
２５０：A/Dコンバーター
２６０：R-R PEAK検出部
２７０：ストレス指数算出部
Ｓ１００：ＥＣＧ測定段階
Ｓ２００：ＥＣＧデータの収集段階
Ｓ３００：ＥＣＧデータでＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報の獲得段階
Ｓ４００：ＥＣＧR-R PEAK INTERVAL規則性可否の判断段階
Ｓ５００：ストレス指数算出段階
Ｓ６００：車内環境の造成段階
Ｓ７００：PEAK値の初期化段階

Claims (5)

1. 車両内で乗客の皮膚に直接接触する部分に位置し、乗客の露出した皮膚に接触してＥＣＧ信号を検出する接触式センサーと；
   シーツで乗客の衣服と密着接触する部分に位置し、乗客が衣服を着た状態で非接触にＥＣＧ信号を検出する非接触式センサーと；
   前記接触式センサーと前記非接触式センサーを通じて検出されたＥＣＧ信号によって乗客の生体状態を把握し、車内に安定した環境を提供できるようにＥＣＵに送信処理するＥＣＧセンサーモジュールから構成されたことを特徴とする、半接触式ＥＣＧ測定システム
2. 前記ＥＣＧセンサーモジュールは、前記接触式センサーと前記非接触式センサーによって検出された微弱なＥＣＧ信号を増幅及びコモンモードノイズを除く差動増幅部と；
   前記差動増幅部を通過したＥＣＧ信号で不要に検出されたノイズを除くためのバンドパスフィルター部と；
   前記バンドパスフィルター部を通過したＥＣＧ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバーターと；
   前記A/Dコンバーターを通じてデジタル信号に変換されたＥＣＧ信号をフィルタリングしてR-R PEAK INTERVALを検出するR-R PEAK検出部と；
   前記R-R PEAK検出部によって検出されたR-R PEAK INTERVALに基づいてストレス指数を算出するストレス指数算出部を含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の半接触式ＥＣＧ測定システム。
3. 前記差動増幅部と前記バンドパスフィルター部の間には、ＥＣＧ信号に電源系ノイズ成分を除くノッチフィルターがさらに備えられることを特徴とする、請求項２に記載の半接触式ＥＣＧ測定システム。
4. 半接触式ＥＣＧ測定システムを通じてシーツに着席した乗客のＥＣＧ信号を検出し、ＥＣＧを測定する段階と；
   設定された特定時間ごとに測定されたＥＣＧデータをメモリーして収集する段階と；
   フィルタリングを通じて収集されたＥＣＧデータからＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報を獲得する段階と；
   獲得したＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報が規則性を持つか否かを判断する段階と；
   ストレス指数算出部を通じてＥＣＧR-R PEAK INTERVAL情報からストレスアルゴリズムを分析及び具現してストレス指数を算出する段階と；
   算出されたストレス指数に基づいて、ＥＣＵを通じて乗客の安全性を維持するための措置及び環境を造成する段階を特徴とする、半接触式ＥＣＧ測定方法。
5. 前記ＥＣＧ測定段階の前に収集されたＥＣＧ信号及びPEAK値を初期化する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の半接触式ＥＣＧ測定方法。

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