JP4901309B2 - 生体状態検出装置、制御装置、及び脈波センサ装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、装着が容易な脈波センサを用いて、咳を示す生体状態を精度良く検出できる生体状態検出装置、制御装置、及び脈波センサ装着装置に関する。

従来より、呼吸、咳、あくびを検出する呼吸系モニタとして、鼻サーミスタ、ネーザルプレッシャセンサ、胸バンドセンサなどが知られている。
また、例えば咳の計測法としては、スパイロ呼吸流量計を用いた技術（特許文献１参照）、甲状軟骨の信号を利用した技術（特許文献２参照）、カテーテルの振動を利用した技術（特許文献３参照）が提案されている。

更に、より簡易な技術として、マイクロフォンによる音声信号パターンを利用した技術（特許文献４参照）、マイクロフォンによる音声信号、音圧レベルを利用した技術（特許文献５参照）が提案されている。

また、鼻のカメラ画像を利用した技術（特許文献６参照）、ベッド荷重の変動を利用した技術（特許文献７参照）が提案されている。
更に、あくびを検出する手法として、カメラ画像と音声を利用した技術（特許文献８参照）が提案されている。

尚、これとは別に、脈波を解析して、呼吸状態などを検出する各種の技術（特許文献９〜１１参照）が提案されている。
特開平８−１７３４０３号公報 特開平９−９８９６４号公報 特表平１１−５０６３８０号公報 特開平７−３７６号公報 特開２００３−３８４６０号公報 特開平８−２５７０１５号公報 特開２００３−５５２号公報 特開２００５−１９９０７８号公報 特開２００２−３５５２２７号公報 特開２００２−７８６９０号公報 特開２００２−１５３４３２公報

しかし、前記特許文献１〜３の技術では、測定装置や測定方法が複雑であり、簡便に家庭や車両において、咳などを測定することができないという問題があった。
また、前記特許文献４、５の技術では、雑音の影響を受けるため、判定の精度が低いという問題や、複数の人がいる場合には音の発信源の特定が難しいという問題があった。

更に、前記引用文献６の技術では、特定の位置の画像を利用するので、測定位置が限定されるという問題や、咳の際には口の手を当てるので、手がブラインドとなって判定精度が低下するという問題があった。

また、前記引用文献７の技術では、体動と咳との分離が難しいという問題があった。
更に、前記引用文献８の技術では、測定装置が複雑になるという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な方法で、精度良く咳を示す生体状態を検出できる生体状態検出装置、制御装置、及び脈波センサ装着装置を提供することにある。

（１）請求項１の発明の生体状態検出装置は、体動の発生の有無を判定する体動判定手段を備えるとともに、脈波センサによって検出した脈波から呼吸状態を示す呼吸波形を求め、前記呼吸波形の２つのピークが連続して所定値を超える鋭角の２重三角波が検出された場合には、咳が発生したと判定する第１咳判定手段と、脈波センサによって検出した心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が所定値を超え、それに続く心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が所定値を超えた場合には、咳が発生したと判定する第２咳判定手段と、脈波センサによって検出した脈波の波形が通常の脈波の波形から崩れることなく、心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が所定値以上増加した場合には、咳が発生したと判定する第３咳判定手段と、脈波センサによって検出した脈波の基線の振幅（ＡＷ２）／脈波の振幅（ＢＷ２）の比（ＡＷ２／ＢＷ２）の変化が所定値以内で、且つその変化の時間が所定期間以内である場合には、咳が発生したと判定する第４咳判定手段と、の各咳判定手段のうち少なくとも１種の咳判定手段を備え、前記第１〜第４咳判定手段のうち少なくとも１種の咳判定手段よって咳が発生したと判定された場合に、前記体動判定手段によって体動の発生は無いと判定されたときには、咳の発生が確実であると判定する確定咳判定手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明では、上述した第１〜第４咳判定手段のうち少なくとも１種の咳判定手段よって咳が発生したと判定された場合に、体動が検出されないときには、そうでない場合と比べて、咳の発生が確実であると判定する。
上述した各咳判定手段のみの判定よりも、複数の咳発生手段を組み合わせた方が、咳の有無ならびに咳の強さの判定精度が向上する。
以下に、第１〜第４咳判定手段について説明する。
第１咳判定手段では、脈波から呼吸状態を示す呼吸波形（呼吸曲線）を求め、呼吸波形の２つのピークが連続して所定値を超える鋭角の２重三角波が検出された場合には、咳が発生したと判定する。

本発明者等の研究によれば、咳が発生した場合には、咳特有の筋肉等の動作により、図５（ｂ）に例示する様に、短時間（例えば１〜２秒以内）に、所定値を下回る(胸腔内圧は負圧なので呼吸波形のグラフは下を凸に表示している)鋭角の２重三角波が観察される。よって、ここでは、上述した条件を咳の判定条件としている。

ここで、鋭角の２重三角波とは、左右のピークの外側ラインによって形成される角度が鋭角である２重三角波のことである。
尚、呼吸波形の振幅が通常時より例えば３０％以上増加した場合、咳等が発生した可能性があるので、更に、振幅が所定値以上かという判定条件を加えてもよい。

また、判定に使用する所定値（又は所定期間）は、実験等により最適な値を求めて設定することができる（以下同様）。
第２咳判定手段では、心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が所定値（収縮期側の所定値）を超え、それに続く心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が所定値（拡張期側の所定値）を超えた場合には、咳が発生したと判定する。

本発明者等の研究によれば、咳が発生した場合には、咳特有の筋肉等の動作により、図５（ａ）に例示する様に、一旦脈波の収縮期側脈波のピークが大きく上昇し、直後に拡張期側脈波のピークが大きく下降することが明らかになった。よって、ここでは、上述した条件を咳の判定条件としている。

第３咳判定手段では、脈波の波形が通常の脈波の波形から崩れることなく、心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が（例えば通常の収縮期側の振幅より）所定値以上増加した場合には、咳が発生したと判定する。

咳が発生した場合には、図５（ａ）に例示する様に、脈波が崩れることなく、収縮期側の振幅が大きくなるので、上述した条件を咳の判定条件としている。
そして、脈波の波形が通常より崩れた場合の判定の手法としては、例えば脈波の波形間の相互相関をとる手法を採用できる。例えば体動、咳が無い通常状態のいくつかの脈波波形を平均化して代表脈波波形として記録しておき、比較対象の脈波との１波長あるいは複数波長の波形の相互相関をとり、その相互相関が例えば０．７以下の場合、脈波の波形が崩れたと判定できる。尚、相互相関以外にも脈波のピークピーク間隔変動解析あるいはカオス解析等も利用できる。

第４咳判定手段では、脈波の基線の振幅（ＡＷ２）／脈波の振幅（ＢＷ２）の比（ＡＷ２／ＢＷ２）の変化が所定値以内（例えば体動が無い場合の３０％以内の変化）で、且つその変化の時間が所定期間（例えば咳に対応した１〜２秒）以内である場合には、咳が発生したと判定する。

本発明者等の研究によれば、この様な条件が満たされた場合には、咳の可能性が高いことが明らかになった。よって、ここでは、上述した条件を咳の判定条件としている。

（２）請求項２の発明では、前記体動判定手段として、脈波センサによって検出した心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が、最低血圧に対応した所定の下限ラインを超えて変化した場合には、体動が発生したと判定する体動判定手段を用いることを特徴とする。
本発明は、好ましい体動判定手段を例示したものである。
本発明では、心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が、最低血圧に対応した所定の下限ラインを超えた場合には、体動が発生したと判定する。
本発明者らの実験等により、図３（ａ）に例示する様に、拡張期側脈波の振幅が下限ラインを超えた（下回った）場合には、体動が発生していることが明らかになった。
つまり、通常は、最低血圧（拡張期血圧）は血管弾性によって保持されており、脈波信号によって観測される拡張期側脈波の振幅が急に下限ラインを下回ることは無いので、最低血圧を下回るような脈波の信号が現れた場合には、体動が発生したとみなすものである。ここで、脈波を示す図では、血圧との関係が分り易いように上が収縮期側、下が拡張期側となるよう表記してある(通常、反転脈波と呼ばれる図)。
尚、拡張期側脈波の大きさを判定する下限ラインとしては、例えば最低血圧を示す拡張期側脈波の複数のピークから求めた近似直線を採用できるが、所定％増減した値を下限ラインとして選択してもよい。

ここで、体動判定手段の他の例について、以下に説明する。
・脈波の波形が通常の脈波の波形から崩れた場合に、体動が発生したと判定することができる。

つまり、体動が発生した場合には、図３（ａ）に例示する様な脈波の崩れが観察されるので、このような変化が検出された場合には、体動が発生したと判定してもよい。尚、通常の脈波とは、体動や咳等の変動がない静穏な状態での脈波である。

・脈波から呼吸状態を示す呼吸波形（呼吸曲線）を求め、この呼吸波形の振幅が所定値以上に変化し、且つ、脈波の波形が通常の脈波の波形から崩れた場合に、体動が発生したと判定することができる。

つまり、体動が発生した場合には、波形の崩れに加えて、図３（ｂ）に例示する様な呼吸波形の振幅の変化が観察されるので、このような変化が検出された場合には、体動が発生したと判定してもよい。

ここで、前記呼吸波形は、例えば前記特許文献９等に記載の様に、脈波からの変動の状態を示す第１変動信号を求め、その第１変動信号の変動の状態を示す第２変動信号を求め、この第１変動信号と第２変動信号との差を呼吸波形（呼吸曲線）として求めたものである。

尚、図２に例示する様に、前記第１変動信号としては、各脈波を示す信号の波形のピークを結んだ第１包絡線、又は、各脈波を示す信号の波形の振幅を所定比で分ける点を結んだ第１振幅比線を採用できる。また、前記第２変動信号としては、第１変動信号における各波形のピークを結んだ第２包絡線、又は、第１変動信号における各波形の振幅を所定比で分ける点を結んだ第２振幅比線を採用できる。

・複数の体動判定手段よって体動が発生したと判定された場合には、そうでない場合と比べて、体動の発生が確実であると判定することができる。
つまり、上述した各体動判定のみの判定よりも、複数の体動判定を組み合わせた方が、その判定の精度が向上する。

以上詳述した様に、前記請求項１又は２の生体状態検出装置では、脈波センサによって得られる信号を利用して、咳を検出することにより、従来より簡易な手法で、家庭内や車室内などにおいて、容易に咳を検出することができる。

特に、上述した各請求項の発明では、脈波センサを用いて、顔以外の腕や指等で脈波などを測定できるため、呼吸器の感染症の原因となる咳や唾や痰のかからない部位で、清潔にモニタできるという顕著な効果を奏する。

また、１回の咳を検出できるので、咳の回数を求めること（定量的な評価）もでき、よって、その回数に基づいて、慢性気管支炎、１００日咳などの病状診断等も行うことが可能となる。

（３）請求項３の発明では、上述した咳の発生を判定する各判定手段（確定咳判定手段を含む）により、咳の発生の判定がなされた場合には、その判定結果に基づいて、例えば、それぞれの症状に基づき、咳の緩和を促すように、エアコンデショナーの温度と風量調整、ナビゲーション等による案内、あるいはシートならびにシートベルトの状態変化など、各種のアクチュエータを制御する。

つまり、例えば必要に応じて警報を発したり、エアコンと連動させて環境を制御することができる。また、上述した咳の判定結果に基づいて病状などを判定し、例えば風邪なら温度、湿度を適度に設定したり、アレルギー性鼻炎なら、車室内の内外風切り替えや補助フィルタを作動させることができる。また、判定結果のデータを保存蓄積しておくことで、健康管理や医師の診断に役立てることができる。

（４）請求項４の発明では、光学式の脈波センサの場合、その光学装置の皮膚側が皮膚に接触しないように又は所定以下の圧力で皮膚を押圧するように、脈波センサと皮膚との間に緩衝材を配置する。

これにより、脈波センサが過度の圧力で皮膚を押圧することが防止できるので、血液循環の妨げになることがなく、よって、精度の良い測定が可能となる。
（５）請求項５の発明では、好ましい緩衝材として、皮膚側が凹凸となったスポンジ状のものを採用できる。

（６）請求項６の発明では、光学式の脈波センサの場合、脈波センサを生体表面に装着する際の構成として、光学装置が所定以下の圧力で皮膚を押圧するように、脈波センサの皮膚と反対側に弾性部材を配置する。

これにより、脈波センサが過度の圧力で皮膚を押圧することが防止できるので、皮膚に過度の負担をかけることがなく、また、脈波波形の歪みも防止できるので、精度の良い脈波測定が可能となる。

（７）請求項７の発明では、好ましい弾性部材として、脈波センサを生体に固定する（例えばゴム素材、伸縮性の包帯などの）バンド自身を採用できる。
（８）請求項８の発明では、好ましい弾性部材として、脈波センサを生体に固定するバンドと脈波センサの後端側との間に配置される（例えばバネ等の）部材を採用できる。

以下に本発明の実施形態の例（実施例）を図面と共に説明する。

ａ）まず、本実施例の生体状態検出装置について、図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、本実施例の生体状態検出装置は、咳やあくびなどの生体状態を、簡易な構成で精度良く検出できる装置であり、人体の例えば指、掌、手首などの動きの少ない箇所に取り付けて使用される脈波センサ１と、脈波センサ１を駆動したり脈波センサ１からのセンサ出力を処理する制御装置３などを備えている。

このうち、前記脈波センサ１は、発光素子（例えば発光ダイオード：緑ＬＥＤ）５と、受光素子（例えばフォトダイオード：ＰＤ）７と、光を通過させるともに効率よく光を受光する透明なレンズ体９などを備える光学式反射型センサ（光学式容量脈波センサ）である。

前記脈波センサ１には、レンズ体９を過度な圧力で皮膚に押しつけない様に、レンズ体９の皮膚側の周囲にスペーサとなる環状の緩衝材（例えば先端が凹凸となったスポンジ）１１を配置するとともに、脈波センサ１の後端側にはバネ１３を配置している。これにより、レンズ体９が皮膚を押圧する圧力を１０gw／cm²以下に設定している。尚、脈波センサ１はバンド１５等によって手首などに固定されるので、バネ１３はバンド１５と脈波センサ１との間に配置される。上述した構成によって、精度良く脈波を検出することができる。

この脈波センサ１を用いる場合には、まず、制御装置３の駆動部１７からの駆動用の電力の供給によって、発光素子５から人体に向かって光が照射される。この光の一部が人体の内部を通る毛細血管（毛細動脈）に当たって、毛細血管を流れる血液中の主にヘモグロビンに吸収され、残りの光は散乱を繰り返し、その一部が受光素子７に入射する。この時、血液の脈動により毛細血管にあるヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化する。

その結果、毛細血管で吸収される光量が変化するため、受光素子７で検出される受光量が変化するので、その受光量の変化を脈波情報（即ち脈波を表す電圧信号であるセンサ出力）として制御装置３に出力している。

前記制御装置１７は、前記駆動部１７と、センサ出力を入力する検出部１９と、駆動部１７や出力部２３に対して制御信号を出力するとともに検出部１９や入力部２５からの信号を入力して各種の処理を行うマイクロコンピュータ２１と、各種のアクチュエータ２７に対して制御信号を出力する出力部２３と、スイッチ２９からの信号を入力する入力部２５などを備えている。

前記マイクロコンピュータ２１は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子回路であり、特に、脈波センサ１によって得られた脈波信号を処理し、咳やあくび等の検出を行うためのプログラムが組み込まれている。

尚、脈波センサ１は、体のどの位置に取り付けてもいいが、体動の影響が少ない、腕、手、指、額、足に取り付けるのが好適である。
ｂ）次に、咳やあくびを検出する原理や実験結果などについて、図２〜図８に基づいて説明する。尚、図２〜図８では、横軸が時間の経過を示し、縦軸が信号の大きさ（変動）を示している。

まず、図２（ａ）に示す様に、脈波センサ１によって、心臓の収縮期及び拡張期に対応したピークを有する脈波信号が得られる。具体的には、心臓の収縮期には 同図の上方に変化したピークが現れ、拡張期には、同図の下方に変化したピークが現れる。

そして、通常の静穏な状態、即ち、体動や咳やあくびなどが無く、血管運動などによる大きな周期の非常に緩やかな変動しかない場合には、血管内の血圧変動はゆっくりとしたものとなり、拡張期側の脈波信号のピークは、所定の下限ライン（最低血圧に対応したライン）を下回ることはない。

尚、下限ラインの設定方法としては、例えば最低血圧を示す拡張期側脈波の複数のピークから求めた近似直線が挙げられる。
また、脈波信号の上下のピークの中央を結んだ線を基線（平均血圧に関連した指標）と称する。また、収縮期の脈波のピークを結んだ線を脈波包絡線（第１包絡線）Ａと称し、第１包絡線のピークを結んだ線を２重包絡線（第２包絡線）Ｂと称する。更に、図２（ｂ）に示す様に、第１包絡線Ａから第２包絡線Ｂを引いて求めた波形を、呼吸波形（呼吸曲線）と称し、この呼吸波形は、胸腔内圧に対応した信号である。

以下、上述した信号を利用して行われる本実施例の処理の原理について説明する。
(1)体動の検出方法
図３に示す様に、体動が発生した場合には、通常の（静穏な）脈波の状態、即ち、規則的なサイン波状の脈波信号の状態から、最初に、拡張期側脈波が下限ラインを超える（下回る）ように変化する。この時の脈波信号の周波数は、通常時（体動等がない場合）の脈波信号の周波数よりも小さくなり（例えば高周波ノイズの状態）、その波形も、サイン波から大きく崩れることが多い。

従って、拡張期側脈波が下限ラインを超えた場合には、体動が発生したと判断することができる。尚、このとき、波形が崩れたり、脈波信号の周波数が小さくなると、体動である可能性が一層高いと判断することができる。

また、図４（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示す様に、体動の大きさ（強さ）によって、収縮期側の脈波のピークから求めた呼吸波形が異なるので、呼吸波形の状態から、体動の大きさを判断することができる。例えば体動が大きな場合は、呼吸波形の落ち込みが大きく、そのカーブもシャープになる。また、体動が中程度の場合には、呼吸波形の落ち込みは大きいが、そのカーブはやや緩やかになる。更に、体動が小さい場合には、呼吸波形の落ち込みが小さい。

従って、下記の各判断手法（アルゴリズム）により、又は各判断手法を組み合わせることにより、体動を精度良く検出することが可能である。尚、下記の判断手法は、いずれも実際の実験等により確認されたものである（以下咳やあくびについても同様である）。

・拡張期側の脈波振幅が増大（即ち拡張期側の振幅のピークが所定値を超える：下限ラインを下回る）場合に、体動と判断する（後述する体動フラグＴ１）。
・脈波波形がサイン波から崩れた場合に、体動と判断する。尚、サイン波から崩れたか否かは、通常時（例えば直前）の脈波の波形との相互相関により判定できる（例えば相互相関係数が０．７以下の場合、崩れたと見なすことができる。）
・呼吸波形の振幅が変化し、脈波の波形がサイン波から崩れた場合は、体動と判断する。ここでも、サイン波から崩れたか否かは、通常時の脈波の波形の相互相関により判定できる（例えば相互相関係数が０．６以下の場合、崩れたと見なすことができる。）
・脈波の（基線の振幅ＡＷ２／脈波振幅ＢＷ２）に変化があり（図７参照）、その変化が単発的で、しかも変化の時間が０〜４秒と短い場合又は１２秒以上と長い場合に、体動と判断する（後述する体動フラグＴ３）。

尚、サイン波から崩れたことや振幅が変化したことの判定は、相互相関以外に、ピークピーク間隔変動解析あるいはカオス解析等を利用することもできる（以下同様）。
(2)咳の検出方法
図５に示す様に、咳が発生した場合には、咳による筋肉の瞬間的な収縮によって、末梢の血液量が一時的に増えるので、通常の脈波信号の状態から、最初に、収縮期側脈波が大きく上昇する。

その後、咳による腹筋の緊張によって冠静脈が圧迫され、心臓に帰る血液が瞬間的に減少し、次の心臓吐出量が減少して、前記上昇直後の収縮期側脈波は、下限ラインを超えて大きく下降する。尚、咳の時間は短いので、脈波信号の振幅変化は少なく基線も直ぐに回復する。また、咳の場合は、通常、周波数変化は見られず、サイン波の形状も殆ど変化しない。

更に、咳の場合は、脈波から得られた呼吸波形には、特徴的な鋭角の２重波形（２重三角波）が現れる。尚、２重三角波の縦幅ＡＷ１と横幅ＢＷ１との比（ＡＷ１／ＢＷ１）が大きいほど、短時間で胸腔内圧が急変する強い咳であることを示している。

尚、どこからが２重三角波かの判定は、「呼吸波形の通常のラインから所定％以上離れた判定ラインを超えた場合」のようにして行うことができる。
従って、収縮期側脈波が最初に大きく上昇し（所定の上限ラインを超えた場合）、直後に、拡張期側脈波が下限ラインを超えた場合には、咳が発生したと判断することができる。また、呼吸波形に２重三角波が現れたときに、咳が発生したと判断することができる。

また、図６に示す様に、咳の強さによって、脈波信号や呼吸波形が異なるので、それらの状態から、咳の強さを判断することができる。例えば咳が強い場合は、脈波信号の上下の変動が大きく、また、呼吸波形の落ち込みが大きく、ＡＷ１／ＢＷ１の比も大きくなる。また、咳が中程度の場合は、脈波信号の上下の変動がやや大きく、また、呼吸波形の落ち込みが中程度で、ＡＷ１／ＢＷ１の比も中程度である。更に、咳が弱い場合は、脈波信号の上下の変動が小さく、また、呼吸波形の落ち込みも緩やかである。

従って、下記の判断手法の１種又は２種以上の組み合わせにより、咳を精度良く検出することが可能である。
・収縮期側の脈波振幅が増大し（即ち収縮期側の振幅のピークが上がる）、次に拡張期側の脈波振幅も増大した（即ち拡張期側の振幅のピークが下がる）場合、咳と判断する（後述する咳フラグＳ１）
・脈波波形がサイン波から崩れないで、収縮期側の脈波振幅が増加した場合（即ち収縮期側のピークのみが増加した場合）、咳と見なすことができる。

・呼吸波形の振幅が変化し（通常より３０％増加）、呼吸波形に鋭角の２重波形が現れた場合、咳と判断する（後述する咳フラグＳ２）。
・脈波の（基線の振幅ＡＷ２／脈波振幅ＢＷ２）の変化が小さく（通常より３０％以下減少）、その変化の時間が、所定値未満（例えば４秒未満）の短い場合、咳と判断する。

ここで、重要な点は、咳の検出の判定の際に、体動の判定も行い、上述した判定の手法で咳が発生したと判断された場合でも、体動が無いと判断された場合のみ、咳が発生したと判定する。これは、体動と咳を分離して精度の良い判定をするためである。

(3)あくび（深呼吸）の検出方法
図７に示す様に、あくび（又は深呼吸）が発生した場合には、あくびによる筋肉の緩やかな収縮によって、末梢の血液量が一時的にやや増えるので、通常の脈波信号の状態から、最初に、収縮脈波が若干上昇する。

その後、あくびによる腹筋の緊張によって冠静脈が圧迫され、心臓に帰る血液が徐々に減少し、数秒にわたって心臓吐出量が減少する。そのため、脈波信号の基線がゆっくりと下降する。このとき、あくびの大きさに比例して、基線の緩やかな下降ＡＷ２が現れるとともに、脈波振幅ＢＷ２の減少が現れる。

尚、あくびによって、心臓への血液の環流が数秒絞られるので、脈波が回復するのに１０秒ほどかかる。また、あくびの場合は、通常、脈波信号のサイン波はそれほど変化せず、呼吸波形には、底辺の広い鈍角の２重三角形が見えられる。

従って、脈波信号の基線の低下或いは呼吸波形の低下（例えば４〜１２秒間にわたる低下した状態）や、脈波振幅の減少から、あくびが発生したと判断することができる。
また、図８に示す様に、あくびの強さによって、脈波信号や呼吸波形が異なるので、それらの状態から、あくびの強さを判断することができる。例えばあくびが強い場合は、脈波信号及び呼吸波形の落ち込みが大きく、また、落ち込み幅が大きく（４〜１２秒）、脈波信号の振幅もかなり小さくなる。また、あくびが中程度の場合は、脈波信号や呼吸信号の落ち込みが中程度であり、また、落ち込み幅も中程度で、脈波信号の振幅はあまり変化しない。更に、あくびが弱い場合は、脈波信号や呼吸信号の落ち込みは小さく、また、落ち込み幅が小さく、脈波信号の振幅はあまり変わらない。

従って、例えば判断手法の１種又は複数の組み合わせで、あくびを精度良く検出することが可能である。
・収縮期側の脈波波形が増大し（即ち収縮期側の脈波のピークが上がる）、次の拡張期側の脈波のピークが通常の場合より下がらない場合、あくびと判断する（後述するあくびフラグＡ１）。

・脈波波形がサイン波から崩れないで、収縮期側の脈波振幅が増加した後、脈波全振幅ＢＷ２が減少した場合、あくびと判断する。
・呼吸波形の振幅が変化し、呼吸波形に鈍角の２重曲線が現れた場合、あくびと判断する（後述するあくびフラグＡ２）。

・脈波の（基線の振幅ＡＷ２／脈波振幅ＢＷ２）の変化が大きく（通常より３０％以上の変化）、その変化の時間が、所定期間（例えば８秒）と長い場合、あくびと判断する。
ここで、重要な点は、あくびの検出判定の際に、体動の判定も行い、上述した判定の手法であくびが発生したと判断された場合でも、体動が無いと判断された場合のみ、あくびが発生したと判定する。これは、体動とあくびを分離して精度の良い判定をするためである。

ｃ）次に、上述した原理等に基づいて行われる制御装置３における各処理について、図９〜図１２のフローチャートに基づいて説明する。
この処理は、上述した判断手法のうちのいくつかを採用して、体動、咳、あくびの発生を総合的に判断するものである。

(1)図９のフローチャートに示す様に、ステップ（Ｓ）１００では、脈波センサ１から得られた脈波信号の振幅に変化があるか否かを判定する。具体的には、脈波信号の上下の振れ幅が、通常の脈波信号の上下の振れ幅より３０％以上大きく変化したか否か、或いは収縮期側の振幅（又は拡張期側の振幅）が、通常の脈波信号の収縮期側の振幅（又は拡張期側の振幅）より３０％以上大きく変化したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１１０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。

つまり、例えば通常の脈波信号の振幅より３０％以上振幅が超えた場合には、体動や咳やあくびなど、通常の静穏な状態とは異なる状態が発生したと推定できるので、この判定を行うものである。

ステップ１１０では、上記ステップ１００にて検出した大きな振幅の変化は、収縮期側であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１２０に進み、一方否定判断されるとステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、最初の大きな振幅の変化（ピークの下方への突出）が拡張期側であり、前記図３に示す様に、体動が発生した可能性が高いので、そのことを示す体動フラグＴ１をセットし、一旦本処理を終了する。

一方、ステップ１２０では、最初の大きな振幅の変化が、収縮期側であり、体動の可能性が低いので、即ち、咳やあくびが発生した可能性があるので、ここでは、次の拡張期の振幅に前記３０％以上の変化があるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１４０に進み、一方否定判断されるとステップ１５０に進む。

ステップ１４０では、次の拡張期の振幅に３０％以上の変化があるので、前記図５に示す様に、咳が発生した可能性が高いと推定できる。つまり、脈波信号は、最初に収縮期側に大きく変化し、直後に拡張期側に大きく変化しているので、咳の可能性が高いと推定できる。よって、そのことを示す咳フラグＳ１をセットし、一旦本処理を終了する。

一方、ステップ１５０では、体動でもなく咳でもないので、消去法にて、上述したステップ１００の脈波信号の変動は、あくびによるものだと推定する。そして、そのことを示すあくびフラグＡ１をセットし、一旦本処理を終了する。

これにより、脈波信号に大きな変化が合った場合には、その脈波信号の変動の状態から、体動、咳、あくびのいずれかのフラグをセットすることができる。
(2)図１０のフローチャートに示す様に、ステップ２００では、脈波センサ１から得られた脈波信号から呼吸波形（呼吸曲線）を作成する。

続くステップ２１０では、呼吸曲線に２重三角波があるか否かを判定する。具体的には、例えば前記図５に示す様に、呼吸曲線の所定の判定ラインより下にＷ状の波形（上方に１つの凸部を有する波形）があるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ２２０に進み、一方否定判断されるとステップ２３０に進む。

ステップ２３０では、２重三角波が無いので、一応、体動があるとして、体動フラグＴ２をセットし、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ２２０では、２重三角波が所定幅ＢＷ１（例えば所定の判定レベルにおいて４秒）以上の鈍角の２重三角波であるか否かを判定する。つまり、ここでは、所定幅ＢＷ１の判定により２重三角波が鈍角か否かを判定している。ここで、肯定判断されるとステップ２５０に進み、一方否定判断されるとステップ２４０に進む。

尚、ここで、「脈波曲線の振幅の変化が、通常値より３０％以上」という条件を加えると、判定精度が一層向上する。
ステップ２４０では、２重三角波が、前記図５（ｂ）に示す様に、鋭角であるので、咳が発生した可能性が高いので、そのことを示す咳フラグＳ２をセットし、一旦本処理を終了する。

一方、ステップ２５０では、２重三角波が、鋭角ではないので、咳ではなく（しかも体動ではなく）、あくびが発生した可能性が高いので、そのことを示すあくびフラグＡ２をセットし、一旦本処理を終了する。

これにより、呼吸曲線に大きな変化があった場合には、その呼吸曲線の変動の状態から、体動、咳、あくびのいずれかのフラグをセットすることができる。
(3)図１１のフローチャートに示す様に、ステップ３００では、脈波センサ１から得られた脈波信号からその基線を作成する。

続くステップ３１０では、脈波の基線に揺らぎがあるか否かを判定する。具体的には、前記図７に示す様に、（基線の振幅ＡＷ２（ここでは通常時の基線の平均値からの振幅）／脈波信号の振幅ＢＷ２）が所定の判定値より大きいか否か（例えば通常より３０％以上の変動ありか否か）を判定する。ここで肯定判断されるとステップ３２０に進み、一方否定判断されるとステップ３３０に進む。

ステップ３３０では、基線の揺らぎが無いので、一応、咳があるとして、咳フラグＳ３をセットし、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ３２０では、基線の揺らぎが周期的（例えば周期が６〜１５秒）であるか否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ３４０に進み、一方否定判断されるとステップ３３０に進む。

ステップ３４０では、基線の揺らぎの周期が長いので、血管運動に起因する揺らぎであると判断し、そのことを示すフラグＫ１をセットし、一旦本処理を終了する。
一方、ステップ３３０では、基線の揺らぎは単発的で所定周期内（例えば４〜１２秒）か否かを判定する。ここで、肯定判断されるとステップ３６０に進み、一方否定判断されるとステップ３５０に進む。

ステップ３６０では、基線の揺らぎは単発的で所定周期内（例えば４〜１２秒）であり、前記図７に示す様に、あくびが発生したと推定できるので、あくびフラグＡ３をセットし、一旦本処理を終了する。

一方、ステップ３５０では、基線の揺らぎがあるものの、前記ステップ３３０の条件には該当しないので、一応、体動の可能性があるとして、体動フラグＴ３をセットして、一旦本処理を終了する。

これにより、基線の揺らぎを解析して、体動、咳、あくびのいずれかのフラグをセットすることができる。
(4)図１２のフローチャートに示す様に、ステップ４００では、各フラグに基づいて、生体状態を総合的に判定する。

例えば３種の体動フラグＴ１〜Ｔ３がセットされている場合には、確実に体動が発生したと判断することができる。また、３種の体動フラグＴ１〜Ｔ３のうち、１種又は２種がセットされている場合に、体動が発生したと判断してもよいが、セットされている種類が多い方が体動である確度が高い。更に、３種の体動フラグＴ１〜Ｔ３のうちでも、体動である確度が高いフラグがあるので（例えば体動フラグＴ１）、このフラグが設定されている場合に、体動が発生したと判断してもよく、或いは、確度の高い体動フラグほどカウンタを大きく設定し、体動フラグのカウンタ値の合計の大小で、体動かどうかの判定を行ってもよい。

上述したことは、３種の咳フラグＳ１〜Ｓ３及びあくびフラグＡ１〜Ａ３についても、同様である。尚、咳フラグＳ１がセットされている場合は、咳である確度が最も高く、あくびフラグＡ３がセットされている場合は、あくびである確度が最も高い。

また、上述した咳フラグＳ１〜Ｓ３やあくびフラグＡ１〜Ａ３により、咳である又はあくびであると判断された場合でも、体動フラグＴ１〜Ｔ３により、体動が発生したと判断された場合には、咳やあくびであると決定せずに、体動であると決定することにより、誤判断を防止することができる。

続くステップ４１０では、上述した判定結果に基づいて、エアコン、ナビゲーション、シート、シートベルト等の等のアクチュエータを制御し、一旦本処理を終了する。
尚、アクチュエータの制御処理としては、下記の処理を採用できる。

・例えば咳の頻度と強さ、心拍数、呼吸数、呼吸曲線、呼吸揺らぎ（即ち、呼吸信号）から、喘息、肺気腫等の呼吸障害、鼻炎、鼻詰まり等の吸気障害、あるいは風邪等を推定する。そして、推定した症状に合わせて、エアコン、空気清浄機、ナビゲーション、オーディオ、シート、シートベルト等の設定を調整する。

具体的に、例えば下記の様に制御する。
スギ花粉の注意報が発令中に咳が検知されたら、車室内のエアコン風を内気循環に切り替え、エアピュリファイアー等の補助フィルタ作動をさせる。また、普段に比べて咳が頻発しているようなら風邪気味と考え、室温と湿度を高めに設定する。さらに、あくびが頻繁に検出される時はナビゲーションから情報を流すことによってドライバーの脳に刺激を与え眠くなるのを防止する。そして、それでもあくびの頻発が改善されない時はシートベルトのテンションを可変して体に刺激を与える。

・更に、上記推定結果に加え、あくび、並びにその他の脈波情報（脈波形状、脈波振幅揺らぎ、脈拍数、脈拍間隔変動等）、更には、その他の生体情報信号（血圧、心電計、筋電計、カメラ画像）を加えて、その時の体調を推定し、エアコン、空気清浄機、ナビゲーション、オーディオ、シート、シートベルト等の制御を補正する。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。

実施例の生体状態検出装置及びその装着装置などを示す説明図である。 （ａ）は脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）は体動時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は体動時の呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）は強い体動時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は強い体動時の呼吸波形を示すグラフ、（ｃ）は中程度の体動時の脈波波形を示すグラフ、（ｄ）は中程度の体動時の呼吸波形を示すグラフ、（ｅ）は弱い体動時の脈波波形を示すグラフ、（ｆ）は弱い体動時の呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）は咳発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は咳発生時の呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）は強い咳発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は強い咳発生時の呼吸波形を示すグラフ、（ｃ）は中程度の咳発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｄ）は中程度の咳発生時の呼吸波形を示すグラフ、（ｅ）は弱い咳発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｆ）は弱い咳発生時の呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）はあくび発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）はあくび発生時の呼吸波形を示すグラフである。 （ａ）は強いあくび発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｂ）は強いあくび発生時の呼吸波形を示すグラフ、（ｃ）は中程度のあくび発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｄ）は中程度のあくび発生時の呼吸波形を示すグラフ、（ｅ）は弱いあくび発生時の脈波波形を示すグラフ、（ｆ）は弱いあくび発生時の呼吸波形を示すグラフである。 フラグＴ１、Ｓ１、Ａ１をセットするための処理を示すフローチャートである。 フラグＴ２、Ｓ２、Ａ２をセットするための処理を示すフローチャートである。 フラグＴ３、Ｓ３、Ａ３をセットするための処理を示すフローチャートである。 体動、咳、あくびの総合判定により制御の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…脈波センサ
３…制御装置
５…発光素子
７…受光素子
１１…緩衝材
１３…バネ
１５…バンド
２１…マイクロコンピュータ
２７…アクチュエータ

Claims (8)

1. 体動の発生の有無を判定する体動判定手段を備えるとともに、
   脈波センサによって検出した脈波から呼吸状態を示す呼吸波形を求め、前記呼吸波形の２つのピークが連続して所定値を超える鋭角の２重三角波が検出された場合には、咳が発生したと判定する第１咳判定手段と、
   脈波センサによって検出した心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が所定値を超え、それに続く心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が所定値を超えた場合には、咳が発生したと判定する第２咳判定手段と、
   脈波センサによって検出した脈波の波形が通常の脈波の波形から崩れることなく、心臓の収縮期に対応した収縮期側脈波の振幅が所定値以上増加した場合には、咳が発生したと判定する第３咳判定手段と、
   脈波センサによって検出した脈波の基線の振幅（ＡＷ２）／脈波の振幅（ＢＷ２）の比（ＡＷ２／ＢＷ２）の変化が所定値以内で、且つその変化の時間が所定期間以内である場合には、咳が発生したと判定する第４咳判定手段と、
   の各咳判定手段のうち少なくとも１種の咳判定手段を備え、
   前記第１〜第４咳判定手段のうち少なくとも１種の咳判定手段よって咳が発生したと判定された場合に、前記体動判定手段によって体動の発生は無いと判定されたときには、咳の発生が確実であると判定する確定咳判定手段と、
   を備えたことを特徴とする生体状態検出装置。
2. 前記体動判定手段として、
   脈波センサによって検出した心臓の拡張期に対応した拡張期側脈波の振幅が、最低血圧に対応した所定の下限ラインを超えて変化した場合には、体動が発生したと判定する体動判定手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の生体状態検出装置。
3. 前記請求項１又は２に記載の生体状態検出装置における咳の発生を判定する各判定手段により、咳の発生の判定がなされた場合には、その判定結果に基づいて、アクチュエータを制御することを特徴とする制御装置。
4. 前記請求項１又は２に記載の生体状態検出装置に用いる脈波センサの装着装置であって、
   前記脈波センサに脈波測定用の光が皮膚に照射される光学装置を備えている場合に、前記光学装置の皮膚側が皮膚に接触しないように又は所定以下の圧力で皮膚を押圧するように、脈波センサと皮膚との間に緩衝材を配置したことを特徴と脈波センサ装着装置。
5. 前記緩衝材は、皮膚側が凹凸となったスポンジ状であることを特徴とする請求項４に記載の脈波センサ装着装置。
6. 前記請求項１又は２に記載の生体状態検出装置に用いる脈波センサの装着装置であって、
   前記脈波センサに脈波測定用の光が皮膚に照射される光学装置を備えている場合に、前記脈波センサを生体表面に装着する際の構成として、前記光学装置が所定以下の圧力で皮膚を押圧するように、脈波センサの皮膚と反対側に弾性部材を配置したことを特徴と脈波センサ装着装置。
7. 前記弾性部材は、脈波センサを生体に固定するバンド自身であることを特徴とする請求項６に記載の脈波センサ装着装置。
8. 前記弾性部材は、脈波センサを生体に固定するバンドと脈波センサの後端側との間に配置される部材であることを特徴とする請求項６又は７に記載の脈波センサ装着装置。

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