JP2020120765A

JP2020120765A - 制御装置およびプログラム

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Publication number: JP2020120765A
Application number: JP2019013259A
Authority: JP
Inventors: 雄介山中; Yusuke Yamanaka
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: JP7182481B2

Abstract

【課題】被験者の姿勢に応じて、より精度の高い心電信号を計測する。【解決手段】被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、を備え、上記電極は、上記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、上記制御部は、検出された上記被験者の姿勢に基づいて、異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択する、制御装置が提供される。また、コンピュータを、被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、を備え、上記電極は、上記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、上記制御部は、検出された上記被験者の姿勢に基づいて、異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択する、制御装置、として機能させるためのプログラムが提供される。【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置およびプログラムに関する。

電極を用いて被験者の心電信号を計測する技術が知られている。また、より安定的に心電信号を計測するための技術も提案されている。例えば、特許文献１には、装置を操作する操作者の心電信号を連続して計測する状況において、操作者が片手で装置の操作を行った場合であっても、継続して心電信号の計測を可能とする技術が開示されている。

特開２００９−１４２５７５号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、片手操作時に計測される心電信号の精度が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、被験者の姿勢に応じて、より精度の高い心電信号を計測することが可能な、新規かつ改良された制御装置およびプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、を備え、上記電極は、上記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、上記制御部は、検出された上記被験者の姿勢に基づいて、異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択する、制御装置が提供される。

また、上記制御部は、上記被験者の姿勢に基づいて、心臓を挟んで異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択してもよい。

また、上記制御部は、上記被験者の頭尾軸に沿って心臓よりも頭部側に位置する第１のレベルと、上記頭尾軸に沿って心臓よりも尾部側に位置する第２のレベルとから、それぞれ１つの上記電極を選択してもよい。

また、上記制御部は、上記被験者の左右軸に沿って心臓よりも右側に位置する第３のレベルと、上記左右軸に沿って心臓よりも左側に位置する第４のレベルとから、それぞれ１つの上記電極を選択してもよい。

また、上記制御部は、異なる上記電極の組み合わせにおいて計測された複数の上記心電信号に基づいて、最も高い精度の上記心電信号が計測された、異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、を備え、上記電極は、上記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、上記制御部は、検出された上記被験者の姿勢に基づいて、異なる上記レベルに配置される２つの上記電極を選択する、制御装置、として機能させるためのプログラムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、被験者の姿勢に応じて、より精度の高い心電信号を計測することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電極の配置について説明するための図である。同実施形態に係る制御装置の機能構成例を示すブロック図である。同実施形態に係る制御装置を、移動体を運転する被験者の心電信号の計測に適用する場合の構成の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．実施形態＞
＜＜１．１．概要＞＞
まず、本発明の一実施形態の概要について述べる。近年、安静時においてのみではなく、活動時においても被験者の心電信号を計測する種々の装置が開発されている。上記のような装置には、例えば、装置を操作する被験者の心電信号を計測し、当該心電信号に基づいて被験者の心拍を検出する装置が含まれる。

また、上記のような装置において、より安定的に心電信号を計測するための技術も提案されている。例えば、特許文献１には、車両を運転する被験者のステアリング操作の態様に基づいて、心電信号として出力すべき信号を判定する技術が開示されている。

より具体的には、特許文献１に記載の技術では、シート（臀部側）に配置した電極をリファレンス電気とした場合において、ステアリングの異なる２つの領域に配置した異なる電極の出力信号の差に基づいて、被験者が両手、右手、または左手で操作を行っているかを判定し、心電信号として出力すべき信号の判定を行っている。

係る技術によれば、被験者が片手操作を行った場合でも心電信号を計測することが可能となり、ステアリングの操作態様に依らず心拍検出などを継続して実現することができる。しかし、特許文献１に技術では、片手操作の場合、両手操作の場合と比較して、計測される心電信号の精度が低下する可能性がある。

ここで、片手操作時においても心電信号の計測精度を高めるためには、例えば、シート側においても２つの電極（検出電極およびＧＮＤ）を配置したうえで、ステアリング側の電極とシート側の電極の差動電圧を取得し、フィルタや増幅回路を介して心電信号を出力する手法も想定される。

しかし、上記手法においても、シート側に配置される検出電極とＧＮＤが固定される場合、ステアリングの片手操作時に、持ち手によっては心電信号が読み取りづらくなる可能性がある。

例えば、左臀部に検出電極を、右臀部にＧＮＤを配置した場合、右手操作時には、右手と左臀部間の検出となり心臓を通る電流が検出可能であるが、左手操作時においては、左手と左臀部間の検出となり心臓からずれるため計測される心電信号が弱くなる。

本発明の技術思想は上記の点に着目して発想されたものであり、被験者の姿勢に応じて、より精度の高い心電信号を計測することが可能とする。このために、本発明の一実施形態に係る制御装置１０は、被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部１４０を備える。また、上記電極は、被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置されることを特徴の一つとする。この際、本発明の一実施形態に係る制御部１４０は、検出された被験者の姿勢に基づいて、異なるレベルに配置される２つの電極を選択することを特徴の一つとする。

図１は、本実施形態に係る電極の配置について説明するための図である。図１には、被験者Ｄと、被験者Ｄの心電信号を計測するために配置される複数の電極の位置がハッチングにより概略的に示されている。

上述したように、本実施形態に係る電極は、被験者Ｄの体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置される。ここで、本実施形態に係る体軸とは、頭尾軸、左右軸、および背腹軸を含む。また、上記のレベルとは、ある体軸を基準とした場合における身体上の領域（部位）を指す。

例えば、頭尾軸（上下軸、垂直軸、ともいう）とは、被験者Ｄの頭部と臀部を結ぶ直線の向き、すなわち背骨の向きを指す。頭尾軸に着目した場合、本実施形態に係る電極は、例えば、図示するように、胸部（背部）、手部、腰部、臀部、大腿部などの異なるレベル（すなわち、垂直方向において位置の異なる領域）ごとに少なくとも１つ以上配置されてよい。

また、左右軸とは、被験者Ｄの身体の左右方向に沿った向きを指す。左右軸に着目した場合、本実施形態に係る電極は、例えば、図示するように、左手部、左臀部、左大腿部、胸部（背部）、腰部、右臀部、右大腿部、右手部などの異なるレベル（すなわち、水平方向において位置の異なる領域）ごとに少なくとも１つ以上配置されるといえる。

また、背腹軸（前後軸）とは、被験者Ｄの背側と腹側を結ぶ直線の向きを指す。背腹軸に着目した場合、本実施形態に係る電極は、例えば、胸部または臍部、背部または臀部などの異なるレベル（すなわち、奥行き方向において位置の異なる領域）ごとに少なくとも１つ以上配置されてよい。

以上、本実施形態に係る電極の配置について概要を述べた。本実施形態に係る制御部１４０は、図１に示したような複数の電極から、被験者Ｄの姿勢に基づいて、心臓を挟んで異なるレベルに配置される２つの電極を選択してよい。

例えば、被験者Ｄの姿勢から右手部と左臀部に配置される２つの電極が利用可能と判定した場合、本実施形態に係る制御部１４０は、当該２つの電極を心拍信号の計測に用いる電極として選択してもよい。また、例えば、被験者Ｄの姿勢から胸部と左大腿部に配置される２つの電極が利用可能と判定した場合、制御部１４０は、当該２つの電極を選択することも可能である。

本実施形態に係る制御部１４０による上記の制御によれば、被験者Ｄの姿勢に依らず心臓を通る電流に基づく心電信号を計測することができ、精度の高い心拍検出などを実現することが可能となる。

＜１．２．機能構成例＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る制御装置１０は、電極部１１０、切替部１２０、前処理部１３０、制御部１４０、および姿勢検出部１５０を備える。

（電極部１１０）
本実施形態に係る電極部１１０は、図１に示したように、被験者Ｄの体軸に沿って配置される複数の電極を備える。例えば、被験者Ｄが車両などの移動体を操作する場合、本実施形態に係る電極部１１０は、スタリング（手部）、シート（頭部、背部、臀部、大腿部）、シートベルト、（胸部、腹部）、シフトレバー（手部）、アームレスト（手部および腕部）などに配置される電極を含んでもよい。

（切替部１２０）
本実施形態に係る切替部１２０は、制御部１４０による制御に基づいて、被験者Ｄの心電信号の計測に用いる電極を切り替える機能を有する。

（前処理部１３０）
本実施形態に係る前処理部１３０は、計測された心電信号に対するフィルタ処理、増幅処理、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換などを行う。このために、本実施形態に係る前処理部１３０は、各種のフィルタや増幅回路、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）などを備える。

（制御部１４０）
本実施形態に係る制御部１４０は、被験者Ｄの心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する機能を有する。この際、本実施形態に係る制御部１４０は、姿勢検出部１５０により検出された被験者Ｄの姿勢に基づいて、体軸において異なるレベルに配置される２つの電極を選択することを特徴の一つとする。

また、本実施形態に係る制御部１４０は、前処理部１３０から入力される心電信号に基づいて、被験者Ｄの心拍の検出などを行ってもよい。本実施形態に係る制御部１４０が有する機能の詳細については別途後述する。

本実施形態に係る制御部１４０は、例えば、１つまたは２つ以上のプロセッサにより実現される。プロセッサとしては、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）や、ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）などが挙げられる。

（姿勢検出部１５０）
本実施形態に係る姿勢検出部１５０は、被験者Ｄの姿勢を検出する。本実施形態に係る姿勢検出部１５０は、例えば、電極部１１０が備える電極が検出した電気信号に基づいて、当該電極に被験者Ｄの身体が接触（あるいは近接）しているか否かを判定することで、被験者Ｄの姿勢を検出してもよい。

姿勢検出部１５０は、例えば、ステアリングの左側領域に配置される電極から電気信号が検出されており、かつ右側領域に配置される電極から電気信号が検出されていないことに基づいて、被験者Ｄが左手による片手運転を行っていることを検出することが可能である。

また、姿勢検出部１５０は、例えば、シートの臀部側に配置される電極から電気信号が検出されており、かつ背部側に配置される電極から電気信号が検出されていないことに基づいて、被験者Ｄが前のめりの姿勢をとっていることを検出することができる。

さらには、本実施形態に係る姿勢検出部１５０は、撮像センサや赤外線センサなどの各種のセンサが取得したセンシング情報に基づいて被験者Ｄの姿勢を検出してもよい。

以上、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成例について述べた。なお、図２を用いて説明した機能構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成は係る例に限定されない。例えば、上述した各構成は、複数の装置に分散して実現されてもよい。本実施形態に係る制御装置１０の機能構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

＜１．３．動作例＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０の動作例について詳細に述べる。なお、以下では、本実施形態に係る制御装置１０が、車両などの移動体を運転する被験者Ｄの心電信号の計測に係る電極の切替制御を行う場合を例に説明する。一方、本実施形態に係る制御装置１０の適用範囲は本例に限定されず、各種の装置の操作を行う被験者Ｄの心電信号の計測に広く適用可能である。

図３は、本実施形態に係る制御装置１０を、移動体を運転する被験者Ｄの心電信号の計測に適用する場合の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る電極は、例えば、被験者Ｄの頭尾軸に沿って心臓よりも頭部側に位置する第１のレベルと、頭尾軸に沿って心臓よりも尾部側に位置する第２のレベルとに、それぞれ複数配置されてもよい。

例えば、図３に示す一例の場合、電極部１１０は、ステアリングの左側領域（左手に対応）に配置される電極１１２ａと右側領域（右手に対応）に配置される電極１１２ｂを備える。電極１１２ａおよび電極１１２ｂは、上記の第１のレベルに配置される電極といえる。ステアリングに配置される電極１１２ａおよび電極１１２ｂは、切替部１２０が備えるステアリング電極切替回路１２２ａに接続される。

また、シートの左臀部側に配置される電極１１４ａと右臀部側に配置される電極１１４ｂを備えている。電極１１４ａおよび電極１１４ｂは、上記の第２のレベルに配置される電極といえる。シートに配置される電極１１４ａおよび電極１１４ｂは、切替部１２０が備える臀部電極切替回路１２２ｂに接続される。

この際、本実施形態に係る制御部１４０は、姿勢検出部１５０（図示しない）が検出した被験者Ｄの姿勢に基づいて、上記の第１のレベルと第２のレベルとから、それぞれ１つの電極を選択する。

上記の姿勢には、制御部１４０は、例えば、ステアリングの両手操作、左手操作、または右手操作などのステアリング操作態様が含まれる。本実施形態に係る制御部１４０は、検出されたステアリングの操作態様に基づいて、左手に係る電極１１２ａまたは右手に係る電極１１２ｂの一方のみが、差動アンプ１２４に接続されるよう制御を行う。

また、制御部１４０は、上記ステアリングの操作態様に基づいて、左臀部に係る電極１１４ａまたは右臀部に係る電極１１４ｂの一方が差動アンプ１２４に接続され、他方がＧＮＤに接続されるよう制御する。

より具体的には、姿勢検出部１５０が被験者Ｄの右手が電極１１２ｂに接触していることを検出した場合、制御部１４０は、第１のレベルに配置される右手の電極１１２ｂが差動アンプ１２４に接続されるように制御するとともに、第２のレベルに配置される左臀部の電極１１４ａが差動アンプ１２４に、右臀部に係る電極１１４ｂがＧＮＤに接続されるように制御する。

制御部１４０による上記の制御によれば、心臓を通る右手‐左臀部間の心電信号を精度高く計測することが可能である。

また、心電信号の精度は、心臓内の電気の流れに沿った計測を行うことでより向上することが知られている。人の心臓は、胸部の中央やや左側に位置し、先端部（心尖部）を下にして横に傾いた状態で存在する。心臓内の電気は、上部右心房に位置する洞結節から、ほぼ中央に存在する房室結節を介して心室の下部心尖部方向に向かって流れることため、電気軸としては、左斜め下方向となる。これは、すなわち、心臓の上方右側と下方左側とに配置される電極を用いることで、心電信号の精度がより向上することを示している。

このため、本実施形態に係る制御部１４０は、上記の制御と併せて、被験者Ｄの左右軸に沿って心臓よりも右側に位置する第３のレベルと、左右軸に沿って心臓よりも左側に位置する第４のレベルとから、それぞれ１つの電極を選択してもよい。

図３に示す一例の場合、右手に係る電極１１２ｂおよび右臀部に係る電極１１４ｂが、上記の第３のレベルに配置される電極といえる。また、左手に係る電極１１２ａおよび左臀部に係る電極１１４ａが、上記の第４のレベルに配置される電極といえる。

ここで、姿勢検出部１５０が被験者Ｄの右手が電極１１２ｂに接触していることを検出した場合、制御部１４０は、第３のレベルに配置される右手の電極１１２ｂが差動アンプ１２４に接続されるように制御するとともに、第４のレベルに配置される左臀部の電極１１４ａが差動アンプ１２４に、右臀部の電極１１４ｂがＧＮＤに接続されるように制御する。

制御部１４０による上記の制御によれば、被験者Ｄの姿勢に応じて、心臓内の電気の流れに沿った電極を動的に選択することができ、より精度の高い心電信号を計測することが可能となる。

また、本実施形態に係る制御部１４０は、異なる電極の組み合わせにおいて計測された複数の心電信号に基づいて、最も高い精度の心電信号が計測された、異なるレベルに配置される２つの電極を選択することもできる。

例えば、図３に示す一例の場合、制御部１４０は、電極１１２ａおよび電極１１４ｂを差動アンプ１２４に接続し、電極１１４ａをＧＮＤに接続した場合（左手‐右臀部間）に計測された心電信号と、電極１１２ｂおよび電極１１４ａを差動アンプ１２４に接続し、電極１１４ｂをＧＮＤに接続した場合（右手‐左臀部間）に計測された心電信号とを比較し、より精度の高い心電信号が得られた組み合わせの電極を、以降の計測に採用してもよい。

制御部１４０は、例えば、ＰＲＳＴＱ波高やＳＮ比などに基づいて、心電信号の精度を比較することができる。

また、制御部１４０は、上記の組み合わせに加え、電極１１２ａおよび電極１１２ｂ（短絡）、電極１１４ｂを差動アンプ１２４に接続し、電極１１４ａをＧＮＤに接続した場合（両手‐右臀部間）に計測された心電信号と、電極１１２ａおよび電極１１２ｂ（短絡）、電極１１４ａを差動アンプ１２４に接続し、電極１１４ｂをＧＮＤに接続した場合（両手‐左臀部間）に計測された心電信号を合わせて比較してもよい。

なお、制御部１４０は、常時、定期的、またはイベント発生時に上述したような電極の決定制御を行ってよい。上記のイベントには、例えば、被験者Ｄがスタリングを離すことによる電気信号の消失などが想定される。

制御部１４０による上記の制御によれば、左手‐右臀部間、右手‐左臀部間、両手‐右臀部間、両手‐左臀部間において計測された４つの心電信号のうち、最も精度の高い電極の組み合わせを以降の計測に採用することで、継続して精度の高い心電信号を計測することが可能となる。

以上、本実施形態に係る制御装置１０の動作について具体例を示しながら説明した。なお、図３を用いて説明した電極の配置はあくまで一例であり、本実施形態に係る電極の配置や制御例は上述の例に限定されない。

本実施形態に係る制御部１４０は、例えば、胸部と臀部に配置される複数の電極の間で切替制御を行ってもよいし、被験者Ｄの姿勢によっては左手と右手に配置される電極を用いて心電信号の計測が行われるよう制御を行うこともできる。本実施形態に係る制御手法は、体軸に沿って異なるレベルに配置される電極の組み合わせ決定に広く適用可能である。

＜２．まとめ＞
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る制御装置１０は、被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部１４０を備える。また、上記電極は、被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置されることを特徴の一つとする。この際、本発明の一実施形態に係る制御部１４０は、検出された被験者の姿勢に基づいて、異なるレベルに配置される２つの電極を選択することを特徴の一つとする。係る構成によれば、被験者の姿勢に応じて、より精度の高い心電信号を計測することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

また、コンピュータに内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアに、制御装置１０が有する構成と同等の機能を発揮させるためのプログラムも作成可能であり、当該プログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な非一過性の記録媒体も提供され得る。

１０制御装置、１１０電極部、１２０切替部、１３０前処理部、１４０制御部１４０姿勢検出部

Claims

被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、
を備え、
前記電極は、前記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、
前記制御部は、検出された前記被験者の姿勢に基づいて、異なる前記レベルに配置される２つの前記電極を選択する、
制御装置。
前記制御部は、前記被験者の姿勢に基づいて、心臓を挟んで異なる前記レベルに配置される２つの前記電極を選択する、
請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、前記被験者の頭尾軸に沿って心臓よりも頭部側に位置する第１のレベルと、前記頭尾軸に沿って心臓よりも尾部側に位置する第２のレベルとから、それぞれ１つの前記電極を選択する、
請求項２に記載の制御装置。
前記制御部は、前記被験者の左右軸に沿って心臓よりも右側に位置する第３のレベルと、前記左右軸に沿って心臓よりも左側に位置する第４のレベルとから、それぞれ１つの前記電極を選択する、
請求項２または３に記載の制御装置。
前記制御部は、異なる前記電極の組み合わせにおいて計測された複数の前記心電信号に基づいて、最も高い精度の前記心電信号が計測された、異なる前記レベルに配置される２つの前記電極を選択する、
請求項２〜４のいずれかに記載の制御装置。
コンピュータを、
被験者の心電信号の計測に用いる電極の組み合わせを決定する制御部、
を備え、
前記電極は、前記被験者の体軸に沿った複数の異なるレベルごとに少なくとも１つ配置され、
前記制御部は、検出された前記被験者の姿勢に基づいて、異なる前記レベルに配置される２つの前記電極を選択する、
制御装置、
として機能させるためのプログラム。