JP4962735B2 - 生体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輌などの座席部分に搭載され、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓からの微弱な信号を効率的に、しかも非侵襲にセンシングする生体情報取得装置に関する。

近年、車輌のインテリジェント化が一層推進されており、ドライバーを中心とした搭乗者の健康状態をモニターする技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００４−３２９９５６号公報）に、運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた運転者モニター装置が開示されている。
特開２００４−３２９９５６号公報

特許文献１記載のものにおいては、ドライバーの生体信号を検出する生体信号検出手段で、具体的にどのように運転者の生体信号を検出するかについてまでは開示されていない、という問題がある。すなわち、車載の生体信号センサーでは、センシングのための装備のドライバーの皮膚への装着をドライバーに要求することなく、着衣したままただ座席に座っているだけの状態で、ドライバーを何ら煩わせることなく、生体信号を取得しなくてはならない。

このような状況下で生体信号のセンシングを行う上では、解決しなければならない技術的に高い障壁が存在するが、特許文献１にはこのようなことが何ら開示されていない。特に、ドライバーの健康状態を判断する上で重要となる心臓に係る情報を取得する心電センサーでは、着衣のドライバーが座席に座っている状態で、心臓からの微弱な電気信号をセンシングする必要があり、技術的に困難が伴うが、このような車載の生体信号センサーにおける微弱信号の効率的な取得に係る技術については、特許文献１にはなんら記載されていない。

電極を皮膚に直接貼り付けない方法が採用された車載の心電センサーなどの生体情報取得装置において、微弱な心電信号などの生体信号を測定するには、例えば、座席に容量性電極を埋め込み、この容量性電極で心臓からの微弱な信号を取得する方法などがある。ところが、このような仕組みで生体情報を取得する場合には、ドライバーの背中がこの容量性電極から離れた場合は測定不能になる、という問題がある。また、たとえドライバーの背中がこの容量性電極に触れていたとしても、密着性が低い場合には静電気などがノイズとしてのるために正確な生体情報を取得することができない。

すなわち、ドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれた座席から離れていたり、座席との密着性が低かったりする場合には、心拍数などの測定値として誤ったものを取得することとなり、装置がドライバーの状態を誤って判定してしまうことなる、という問題があった。

上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る電気信号を検出し、検出される電気信号に基づいて生体の状態の判定を行う生体情報取得装置であって、座席内部に取り付けられる電極と、前記電極近傍に設けられ、運転者の身体と座席部分の間の圧力を測定する圧力センサーと、前記電極で検出される電気信号と前記圧力センサーで測定される測定圧力値が入力されると共に、これらに基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、前記制御処理部は、前記圧力センサーで測定される測定圧力値が所定値より大きい場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の生体情報取得装置において、さらに、前記制御処理部は、前記圧力センサーで測定される圧力測定値が所定値より大きい場合にのみ、前記電極で検出される心電信号Ｖを所定期間にわたって取得し、取得した所定期間における心電信号Ｖの電位幅Ｖ_ppを算出し、取得した所定期間における心電信号Ｖの偏差Ｖ_rmsを算出し、前記電位幅Ｖ_ppを前記偏差Ｖ_rmsで除算することによりＱｕａｌｉｔｙ値Ｑを求め、Ｑが所定値より大きい場合にのみ、前記取得した所定期間に検出された心電信号Ｖによって生体信号の判定を行うことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の生体情報取得装置において、前記制御処理部は、Ｎ_samplesを心電信号Ｖの取得した所定期間における全ての心電信号Ｖのサンプル数（ｉ＝１からｉ＝Ｎ_samplesまで）とし、Ｎ_peaksを心電信号Ｖの取得した所定期間における全ての心電ピーク信号のサンプル数（ｊ＝１からｊ＝Ｎ_peaksまで）とするとき、

によって、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑを求め、
（ただし、

とする）
Ｑが所定値より大きい場合にのみ、前記取得した所定期間に検出された心電信号Ｖによって生体情報の判定を行うことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る電気信号を検出し、検出される電気信号に基づいて生体の状態の判定を行う生体情報取得装置であって、座席内部に取り付けられる電極と、前記電極近傍に設けられる圧力センサーアレイと、前記電極で検出される電気信号と前記圧力センサーアレイで測定される測定圧力分布値が入力されると共に、これらに基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、前記制御処理部は、前記圧力センサーアレイで測定される測定圧力分布値が所定のパターンとなる場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の生体情報取得装置によれば、前記圧力センサーで測定される測定圧力値が所定値より大きい場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うので、生体情報取得装置がドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。また、請求項１に記載の生体情報取得装置では比較的簡便な構成及びアルゴリズムによって、ドライバーの状態判定を正しく行うことが可能となる。

また、本発明の請求項２、３に記載の生体情報取得装置によれば、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑが所定値より大きい場合にのみ、取得期間に検出された心電信号Ｖによって生体状態の判定を行う生体情報取得装置がドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。また、請求項２、３に記載の生体情報取得装置は、Ｑｕａｌｉｔｙ値を計算し、これに基づいて心電信号をドライバー状態判定に用いるので、ドライバーの状態判定をより厳密に行おうとする場合に最適なものとなる。

また、本発明の請求項４に記載の生体情報取得装置によれば、前記圧力センサーアレイで測定される測定圧力分布値が所定のパターンとなる場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うので、生体情報取得装置がドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。

また、本発明の請求項４に記載の生体情報取得装置によれば、圧力センサーアレイで圧力分布を測定し、圧力分布パターンが最適なものかによって、心電信号をドライバー状態判定に用いるので、ドライバーの体型なども考慮された上で、ドライバー状態判定を行うことができるようになる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の運転席周辺の外観斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の構成の概略を模式的に示す図であり、図３は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の回路構成の要部を示す図であり、図４は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のブロック構成の概略を示す図であり、図５は本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における電極周辺のレイアウトを示す図である。

なお、本実施形態の生体情報取得装置は、自動車、ハイブリッド車、電気自動車などの車輌に搭載されることを想定しているが、その他電車、船舶、航空機などの移動手段に搭載することも可能である。

また、本実施形態においては、心臓に係る情報（心拍数・心電図）などの生体情報を取得する対象は車輌のドライバーであり、生体情報を取得するための電極等の構成がドライバーの座席に設けられている場合について説明するが、生体情報取得対象者とは、助手席、後部座席といった同乗者でもよく、これら同乗者の座席等に対しても同様に本発明の構成を適用することができるものである。

また、本実施形態の非侵襲の定義は、電極を被験者（ドライバー）の皮膚に直接接触させずに生体情報を取得できる状態をいう。電極が座席に配された場合は、ドライバーの衣服と座席の表皮を介して電極が心電信号を取得できるものである。また、電極がハンドルに配された場合は、ドライバーの手が電極表面に触れることなく、電極を覆うようにハンドルカバーを配置された状態でもハンドルカバーの表皮を介して電極が心電信号を示す電位を取得できるものである。

また、本実施形態では、生体情報としてはドライバーの心臓に係る情報（心拍数・心電図等）を取得する心電センサーを例に挙げて説明するが、本発明の構成は、その他の生体情報を取得する生体情報取得装置にも適用することができるものである。より具体的には、搭乗者の呼吸、体温、体重、体脂肪、血圧、発汗、視線、筋電、皮膚インピーダンスなどの生体情報を取得することにも適用可能である。

図１乃至図４において、１０は運転席、２１は第１電極用１段目アンプ部、２５は第１心電センサー電極用同軸ケーブル、３１は第２心電センサー電極用１段目アンプ部、３５は第２心電センサー電極用同軸ケーブル、４０はアース電極、４５はアース用ケーブル、５０は２段目アンプ部、５１はアンプ、５２はハイパスフィルター、５３はローパスフィルター、８１は第１圧力センサー、８２は第２圧力センサー、１００は制御処理部、２００は心電情報取得部、２１０は第１心電センサー電極、２２０は第２心電センサー電極、４５０はドライバー体勢検出部、６００は判定結果出力部、６１０はディスプレイ、６２０はスピーカー、９００は記憶部をそれぞれ示している。

図１、図２に示すように座席１０はドライバーの座席であり、本実施形態ではドライバーが生体情報取得装置のモニターの対象となる。座席１０（特に座席の背もたれ部分）の内部には、例えば容量性電極などから構成される心電センサー電極２１０、２２０が、座席１０の表皮から露出しないように設けられている。また、アース電極４０は、座席１０のドライバーの臀部があたる部分（座部）に配置され、アース電極４０はアース用ケーブル４５で２段目アンプ部５０と接続されている。このアース電極４０は、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）からの信号に発生するオフセット信号を除去するための基準電位を決定する構成として用いられる。

図１及び図２に示すように、運転席１０には第１及び第２の心電センサー電極２１０、２２０が設けられており、ドライバーが車両に乗車し運転席１０に座り、ステアリングを握って車両の運転を開始すると、ドライバーの背中の心電センサー電極２１０、２２０から微弱な電流が検出される。これらの微弱電流は増幅され、ドライバーの心臓に係る情報（心拍数・心電図等）として生体情報取得装置の制御処理部１００に取得される。このような心臓に係る情報（心拍数・心電図）などを取得するために用いる心電センサー電極２１０、２２０には、例えば容量性電極などから構成される。このような容量性電極としては、例えば特開２００５−５１１１７４号公報記載のものを用いることができる。

心電情報取得部２００における第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０は共に、例えば表面に酸化膜の層が設けられた容量性心電センサー電極が用いられ、第１心電センサー電極２１０はドライバーの背中の略左側にあたるように、また第２心電センサー電極２２０はドライバーの背中の略右側にあたるように、それぞれ配置される。

第１心電センサー電極２１０と所定の基準電位との間で検出される信号は第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１にて、また、第２心電センサー電極２２０と所定の基準電位との間で検出される信号は第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１にて、それぞれ１ｍＶ前後〜数ｍＶ（例えば、２ｍＶ）の信号レベルにまで１段目の増幅が行われる。

第１心電センサー電極２１０と第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１の入力端との間の距離、第２心電センサー電極２２０と第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１の入力端との間の距離は、外部ノイズによる影響を避けるために、共に極力短くした方が好ましいので、第１心電センサー電極２１０と第２心電センサー電極２２０との裏面に、それぞれの１段目アンプ部を配するようにする。したがって、図２に示すように第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１と第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１は共に座席１０（特に背もたれ部分）の中に埋設されるような形態となる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１からの出力信号、第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１からの出力信号は、ともに２段目アンプ部５０へと出力され、それぞれの２段目アンプ部５０で２段目の増幅が行われる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１、第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１からの信号は、それぞれ第１心電センサー電極用同軸ケーブル２５及び第２心電センサー電極用同軸ケーブル３５で、２段目アンプ部５０に送信されて、２段目アンプ部５０で２段目の増幅が行われる。この２段目アンプ部５０で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理される。信号処理回路等によって処理された信号は、心電情報取得部２００から制御処理部１００に入力され、生体信号の適正性の判定、ドライバーの健康状態の判定などのための情報として利用される。

次に図５も参照しつつ本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置に設けられる圧力センサーについて説明する。本発明の生体情報取得装置である心電センサーは、車輌運転中のドライバーなどの状態判定手段として、服を着たまま心臓に係る情報（心拍数・心電図）を測定するが、このために座席１０の背もたれ部分に容量性電極を埋め込み、この容量性電極で心臓からの微弱な信号を取得するようにしている。

ところが、このような仕組みで生体情報を取得する場合には、ドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれた座席から離れた場合は測定不能になる、という問題がある。また、たとえドライバーの背中が、容量性電極が埋め込まれた座席に触れていたとしても、密着性が低い場合には静電気などがノイズとしてのるために正確な生体情報を取得することができないこととなり、心拍数などの測定値が誤ったものとなり、ドライバーの状態を誤って判定してしまうことなる。

そこで本発明の生体情報取得装置では、電極の背面に圧力センサーを設け、この圧力センサーで所定の圧力を検出することができる場合に限り、容量性電極で測定された値を真の値として採用するようにしている。すなわち、圧力センサーを用いて測定条件の判断を行うことで、測定不能であることや正確に測定できないことを認識し、不正確な心拍数を無視することで誤った状態判定を行わないシステムを提供する。以下、このための構成をより具体的に説明する。

本実施形態では、第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１の背面及び第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１の背面には、それぞれ第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２が配されている。第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２は、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０にかかる圧力―ドライバーの背中からの圧力―を測定するものである。これらの第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２によって測定された圧力値は、制御処理部１００に入力されて、心電センサー電極の測定値が、採用可能なものであるか否かの判定のために利用される。なお、心電センサー電極で取得された心臓に係る情報（心拍数・心電図）を採用することが可能なものであるか否かを判定するためのアルゴリズムについては後に説明する。

本実施形態では、図５に示すように、ドライバーの背中側から座席奥方向に向けて、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）→第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１（第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１）→第１圧力センサー８１（第２圧力センサー８２）の順で配置しているが、これは心電センサー電極と１段目アンプ部との間隔を、外来ノイズ等の電気的な観点から短くするためである。しかし、ドライバーの背中からのレスポンスをより直接的に圧力センサーに伝達する必要がある場合には、座席表側（ドライバー背中側）から座席奥側から順に第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）→第１圧力センサー８１（第２圧力センサー８２）→第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１（第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１）のように配置することも可能である。

次に、生体センサーの心電情報取得部２００における心拍センサーの増幅回路について説明する。１段目アンプ部の回路構成は、第１心電センサー電極２１０用のものと第２心電センサー電極２２０用のものとで共通であるので、図３には一方の回路構成のみを図示している。図３において、ＡＭＰ１乃至３は増幅器、Ｃ１、Ｃ３はコンデンサをそれぞれ示している。

コンデンサＣ１は、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）とＡＭＰ１との間に介挿されて、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）とＡＭＰ１とをＡＣ結合（交流結合）するものである。これによって、１段目アンプ部に入力される信号に発生するオフセット信号を除去する。また、ＡＭＰ２からの出力は、ＡＭＰ３に入力されると共に、ＡＭＰ１の入力にコンデンサＣ３を介してフィードバックされる構成となっており、これによってブートストラップ回路を構成するようになっている。これらＡＭＰ１及びＡＭＰ２によって、安定的かつ低ノイズで、第１心電センサー電極２１０（第２心電センサー電極２２０）からの検出信号を１ｍV程度まで増幅することができる。ＡＭＰ３はおよそ数倍程度の増幅率のものであり、ＡＭＰ３からの１段目アンプ部の出力信号は、およそ数ｍＶ前後（例えば、２ｍV）のレベルとなる。

第１心電センサー電極用１段目アンプ部２１（第２心電センサー電極用１段目アンプ部３１）からの出力信号は１段目アンプ部でおよそ数倍程度に増幅された後、前述のように同軸ケーブルで２段目アンプ部へと導かれ、２段目アンプ部で数１０倍に増幅される。このような２段階のアンプ部の構成によって、本実施形態の生体情報取得装置の構成は、車輌等に搭載するために最適な構成となっている。

２段目アンプ部の回路構成は、第１心電センサー電極２１０の信号用のものと第２心電センサー電極２２０用の信号用のものとで共通であるので、図３には一方の回路構成のみを図示している。

図３において、５１はアンプ、５２はハイパスフィルター、５３はローパスフィルターをそれぞれ示している。２段目アンプ部５０には、１段目アンプ部からの信号をおよそ数１０倍のオーダーで増幅するアンプ５１と、ハイパスフィルター５２とローパスフィルター５３とが設けられている。

ハイパスフィルター５２及びローパスフィルター５３は、心電波形の周波数以外の周波数の信号を極力抑えるために設けられており、これらフィルターにより２段目アンプ部５０では、心電に係る周波数のみを選択的に取得することができるようになっている。この２段目アンプ部５０で増幅された増幅信号は、不図示の信号処理回路等によって処理され、心電情報取得部２００で取得された情報として利用される。

図４に示すように、本実施形態の生体情報取得装置は、主たる構成として、制御処理部１００、心電情報取得部２００、ドライバー体勢検出部４５０、判定結果出力部６００、記憶部９００を有するものである。

本実施形態の生体情報取得装置は、心電情報取得部２００において第１心電センサー電極２１０、第２心電センサー電極２２０で取得された電気信号は、ドライバー体勢検出部４５０によって検出された圧力値などに基づいて、ドライバーの状態を把握するために妥当なものであるか否かが判定される。このための圧力値などの判定は、制御処理部１００によって実行される。また、制御処理部１００で把握されたドライバーの状態などは、判定結果出力部６００などから出力されるようになっている。

図４に示す本実施形態の生体情報取得装置のブロック図において、制御処理部１００はエレクトロニックコントロールユニットであり、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理機構である。

心電情報取得部２００は、第１、第２心電センサー電極２１０、２２０とこれらの電極から収集される微弱電流を増幅する増幅部などから構成されており、運転席１０に座りステアリングを操作するドライバーの心臓に係る情報である心拍数と心電図データを取得する。

ドライバー体勢検出部４５０は、座席１０のドライバー背中部分に設けられている第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２のセンシング結果によってドライバーが、心電信号を取得する上で正しいポジションにあるか否かなどを検出するものである。

判定結果出力部６００は、生体情報取得装置における出力インターフェイスを構成するものであり、文字、図形、イメージ情報を表示するディスプレイ６１０、音声の出力を行うスピーカー６２０からなっている。判定結果出力部６００は以上のような構成に限定することなく、その他のマンマシンインターフェイス機構を用いることができるものである。

記憶部９００は、ハードディスクなどの比較的大容量の記憶装置からなり、制御処理部１００で実行されるプログラムや利用されるパラメーターを格納するものである。また、このような記憶部９００には、個々のドライバーの個人情報ファイルなどが記憶される。この個人情報ファイルは車輌を利用するドライバーごとの個人情報ファイルであり、個人情報とは、個々のドライバーが持ちえる生体情報の基本情報（平均心拍（過去履歴より学習）、心拍数の判定閾値、病歴、主治医連絡情報）のことである。このような個人情報ファイルは、取得された心電信号が適切なものであるか否かなどの判定に供することもできる。

次に、生体情報取得のためのフローについて説明する。本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。本フローチャートは制御処理部１００で実行される様々なメイン処理のサブルーチンとして位置付けることができるものである。

図６において、ステップＳ１００で生体信号取得処理が開始されると、続いてステップＳ１０１に進み、第１圧力センサー８１、第２圧力センサー８２によって圧力が測定される。

ステップＳ１０２では、第１圧力センサー８１で測定された圧力値及び第２圧力センサー８２で測定された圧力値が共に、３．０ｋＰａより大きいか否かが判定される。ステップＳ１０２における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０３では、心電情報取得部２００で心電信号の測定を行い、測定された心電信号を、ドライバーの状態判定などのための測定値として採用する。ステップＳ１０４では、リターンする。

このように本発明の生体情報取得装置では、圧力センサーで測定された圧力値が所定値以下の場合―ドライバーの背中が、電極が埋め込まれた座席から離れていたり、座席との密着性が低かったりする場合―には、不正確な心電信号しか得られないと考えられるので、心電情報取得部２００で心電信号の測定を行わず、圧力値が所定の圧力より大きい場合にのみ、心電信号を測定しこれをドライバーの状態判定等に用いるようにしている。このため、生体情報取得装置が、ドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。また、本実施形態では心電センサー電極用１段目アンプ部の背面に圧力センサーを設ける簡便な構成によって、ドライバーの状態判定を正しく行うことが可能となる。

次に本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置について説明する。本実施形態は、先の実施形態と同様の構成を用いるものであるが、その心電情報取得部２００で取得される心電信号のうちどの心電信号を、ドライバーの状態判定などのための測定値として採用するかに係るアルゴリズムが異なる。このため、以下、他の実施の形態に係る生体情報取得装置のためのアルゴリズムに焦点を絞って説明する。図７は本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。

図７において、ステップＳ２００で生体信号取得処理が開始されると、続いてステップＳ２０１に進み、第１圧力センサー８１、第２圧力センサー８２によって圧力が測定される。

ステップＳ２０２では、第１圧力センサー８１で測定された圧力値及び第２圧力センサー８２で測定された圧力値が共に、３．０ｋＰａより大きいか否かが判定される。ステップＳ２０２における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０３では、心電情報取得部２００で心電信号の測定・取得を行う。続いて、ステップＳ２０４では、心電情報取得部２００における心電信号取得開始から３０秒が経過しているか否かが判定される。ステップＳ２０４における判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０４における判定結果がＮＯであるときにはステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０５では、心電情報取得部２００で測定・取得された心電信号に基づいて、Ｑｕａｌｉｔｙ値の計算を行う。ここで、心電情報取得部２００で測定・取得される心電信号の波形は概略図８に示すようなものであるときに、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑは以下のようにして求めるものとする。Ｎ_samplesを心電信号取得期間における全ての心電信号Ｖのサンプル数（ｉ＝１からｉ＝Ｎ_samplesまで）とし、Ｎ_peaksを心電信号取得期間における全ての心電ピーク信号のサンプル数（ｊ＝１からｊ＝Ｎ_peaksまで）とするとき、

によって、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑを求めることとする。ただし、ここで、心電信号の電位幅Ｖ_ppは、

で表される。Ｖ_maxは得られた心電信号のサンプルの中で＋領域で最大のピーク値を示し、Ｖ_lm（ｌｍ：ｌｏｃａｌ ｍｉｎｉｍｕｍ）は最大ピーク値を得た時（通常、最大ピーク値を得た直後。図８参照。）の−領域のピーク値である。この他、Ｖ_lmに変えて心電信号のサンプルの中で−領域で最大のピーク値となるＶ_minを用いることも可能である。

また、心電信号Ｖの偏差を示すＶ_rmsは、

であり、また、心電信号Ｖｎｏ信号ピークの平均を示すＶ_avgは、
である。

また、Ｖ_ppを算出する場合のその他の手法として、（２）式に変えて、次の（５）式を用いることもできる。

ステップＳ２０６では、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑが１０．０より大きいか否かが判定される。ステップＳ２０６における判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ２０７に進み、ステップＳ２０６における判定の結果がＮＯであるときにはステップＳ２０１に戻る。

ここで、以上のようなＱｕａｌｉｔｙ値の意味について説明する。図９は圧力センサーによる測定圧力とＱｕａｌｉｔｙ値と心電信号の測定状況を示す図である。図９において、横軸は第１圧力センサー８１（第２圧力センサー８２）によって測定される圧力値（ｋＰａ）を示しており、
縦軸は先の計算方法によって求めたＱｕａｌｉｔｙ値を示している。図９に示すように、圧力センサーにおける測定圧力値が０〜３．０（ｋＰａ）の範囲は心電情報取得部２００での心電信号の測定が不可能な領域となっている。また、圧力センサーにおける測定圧力値が３．０〜３．５（ｋＰａ）の範囲は電情報取得部２００での心電信号の測定は可能であるがノイズが多く信頼性のある測定を行うことができない領域となっている。また、圧力センサーにおける測定圧力値が４．０〜（ｋＰａ）の範囲は電情報取得部２００での心電信号の測定が可能な領域となっている。以上のことをＱｕａｌｉｔｙ値の観点でみてみると、Ｑ＝１０．０を、心電信号が意義のある測定値として採用することが可能であるか否かの境界とすることができる。本実施形態では、このような観点から、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑが１０．０より大きい場合に、測定された心電信号をドライバーの状態判定などのために採用するようにしている。

なお、ドライバーが座席に寄りかかった場合の圧力範囲は、概ね３．０〜９．０（ｋＰａ）である。

ステップＳ２０７では、前記取得期間にわたって測定された心電信号をドライバーの状態判定などのために採用する。ステップＳ２０８では、リターンする。

以上のように、本発明の生体情報取得装置では、圧力センサーで測定される測定圧力値が所定値より大きい場合にのみ、心電センサー電極で検出される心電信号Ｖを所定期間にわたって取得し、取得期間におけるＱｕａｌｉｔｙ値を計算し、このＱｕａｌｉｔｙ値が所定の値を超えたときに、前記取得期間に検出された心電信号Ｖによって生体状態の判定を行うので、体情報取得装置が、ドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。また、本実施形態の生体情報取得装置は、Ｑｕａｌｉｔｙ値を計算し、これに基づいて心電信号をドライバー状態判定に用いるので、ドライバーの状態判定をより厳密に行おうとする場合に最適なものとなる。

次に本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置について説明する。本実施形態が、先の実施形態と異なる点は、第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２に代えて、第１圧力センサーアレイ８３及び第２圧力センサーアレイ８４を用いる点である。すなわち、先の実施形態においては第１圧力センサー８１及び第２圧力センサー８２によって、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０に加わる圧力を検出していたのに対して、本実施形態においては、第１圧力センサーアレイ８３及び第２圧力センサーアレイ８４によって、第１心電センサー電極２１０及び第２心電センサー電極２２０に加わる圧力分布を検出する。また、本実施形態では、このような圧力センサーアレイによって、圧力分布を検出することに伴い、心電信号のうちどの心電信号を、ドライバーの状態判定のための測定値として採用するかに係るアルゴリズムが異なる。以下、他の実施の形態に係る生体情報取得装置について先の実施形態との相違点を中心に説明する。

図１０は本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における電極周辺レイアウトを示す図であり、先の実施形態における図５と対応するものである。本実施形態では、図１０に示すような第１圧力センサーアレイ８３及び第２圧力センサーアレイ８４が圧力測定のために用いられる。図１０における円内に示されるのは、第１圧力センサーアレイ８３（第２圧力センサーアレイ８４）の圧力測定面を示しており、４×４に配列された矩形領域Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃・・・Ｐ₄₄のそれぞれで圧力を測定することができるようになっている。このような矩形領域で示される圧力測定面は、例えばピエゾ素子などで構成することができる。また、このような矩形領域で示される圧力測定面の数は、４×４に限定があるわけではない。矩形領域Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃・・・Ｐ₄₄で測定された圧力値は制御処理部１００に入力されて、心電情報取得部２００で取得される心電信号のうちどの心電信号を、ドライバーの状態判定のための測定値として採用するかの判定材料として用いられる。

本実施形態においては、制御処理部１００は矩形領域Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃・・・Ｐ₄₄の計１６個の圧力測定面からの測定値を得ることができるが、
制御処理部１００が心電信号を真値として採用するための判断方法としては、１６個の圧力測定面で測定された測定値のうち所定数以上の測定値が所定圧力値を上回っているかによって判断したり、１６個の圧力測定面で測定された測定値のうちポイントとなる圧力測定面での測定値が所定圧力値を上回っているかによって判断したりすることができる。後者の判断方法は、換言すると心電信号を取得するのに適当な圧力分布パターンであるかを判断するものである。後者を例に取り、以下フローチャートについて説明する。

次に、他の実施の形態に係る生体情報取得装置のためのアルゴリズムについて説明する。図１１は本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。

ステップＳ３００で生体信号取得処理が開始されると、続いてステップＳ３０１に進み、第１圧力センサーアレイ８３及び第２圧力センサーアレイ８４によって圧力分布の測定が行われる。

続いて、ステップＳ３０２では、圧力センサーアレイで取得された圧力分布パターンは、心電信号を取得する上で適当なパターンであるか否かが判定される。ステップＳ３０２における判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ３０３に進み、ステップＳ３０２における判定結果がＮＯであるときにはステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３０３では、心電情報取得部２００で心電信号の測定を行い、測定された心電信号を、ドライバーの状態判定などのための測定値として採用する。ステップＳ３０４では、リターンする。

このように本発明の生体情報取得装置では、圧力センサーアレイで測定された圧力分布が、心電信号取得の上で不適切なパターンである場合には、不正確な心電信号しか得られないと考えられるので、心電情報取得部２００で心電信号の測定を行わず、圧力分布が所定のパターンとなる場合にのみ、心電信号を測定しこれをドライバーの状態判定等に用いるようにしている。このため、生体情報取得装置が、ドライバーの状態判定を誤って判定してしまうことがなくなる。

また、本実施形態の生体情報取得装置は、圧力センサーアレイで圧力分布を測定し、圧力分布パターンが最適なものかによって、心電信号をドライバー状態判定に用いるので、ドライバーの体型なども考慮された上で、ドライバー状態判定を行うことができるようになる。

以上、種々の実施形態について説明したが、それぞれの実施形態の構成要素を任意に組み合わせて構成される実施形態についても本発明の範疇に入るものである。

本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の運転席周辺の外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の構成の概略を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置の回路構成の要部を示す図である。 本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置のブロック構成の概略を示す図である。 本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における電極周辺のレイアウトを示す図である。 本発明の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。 心電情報取得部で測定・取得される心電信号の波形の概略を示す図である。 圧力センサーによる測定圧力とＱｕａｌｉｔｙ値と心電信号の測定状況を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における電極周辺のレイアウトを示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る生体情報取得装置における生体信号取得処理のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１０・・・運転席、２１・・・第１電極用１段目アンプ部、２５・・・第１心電センサー電極用同軸ケーブル、３１・・・第２心電センサー電極用１段目アンプ部、３５・・・第２心電センサー電極用同軸ケーブル、４０・・・アース電極、４５・・・アース用ケーブル、５０・・・２段目アンプ部、５１・・・アンプ、５２・・・ハイパスフィルター、５３・・・ローパスフィルター、８１・・・第１圧力センサー、８２・・・第２圧力センサー、８３・・・第２圧力センサーアレイ、８４・・・第１圧力センサーアレイ、１００・・・制御処理部、２００・・・心電情報取得部、２１０・・・第１心電センサー電極、２２０・・・第２心電センサー電極、４５０・・・ドライバー体勢検出部、６００・・・判定結果出力部、６１０・・・ディスプレイ、６２０・・・スピーカー、９００・・・記憶部

Claims (4)

1. 座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る電気信号を検出し、検出される電気信号に基づいて生体の状態の判定を行う生体情報取得装置であって、
   座席内部に取り付けられる電極と、
   前記電極近傍に設けられ、運転者の身体と座席部分の間の圧力を測定する圧力センサーと、
   前記電極で検出される電気信号と前記圧力センサーで測定される測定圧力値が入力されると共に、これらに基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、
   前記制御処理部は、前記圧力センサーで測定される測定圧力値が所定値より大きい場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うことを特徴とする生体情報取得装置。
2. さらに、前記制御処理部は、
   前記圧力センサーで測定される圧力測定値が所定値より大きい場合にのみ、前記電極で検出される心電信号Ｖを所定期間にわたって取得し、
   取得した所定期間における心電信号Ｖの電位幅Ｖ_ppを算出し、
   取得した所定区間における心電信号Ｖの偏差Ｖ_rmsを算出し、
   前記電位幅Ｖ_ppを前記偏差Ｖ_rmsで除算することによりＱｕａｌｉｔｙ値Ｑを求め、
   Ｑが所定値より大きい場合にのみ、前記取得した所定期間に検出された心電信号Ｖによって生体信号の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
3. 前記制御処理部は、
   Ｎ_samplesを心電信号Ｖの取得した所定期間における全ての心電信号Ｖのサンプル数（ｉ＝１からｉ＝Ｎ_samplesまで）とし、Ｎ_peaksを心電信号Ｖの取得した所定期間における全ての心電ピーク信号のサンプル数（ｊ＝１からｊ＝Ｎ_peaksまで）とするとき、
   

   

   によって、Ｑｕａｌｉｔｙ値Ｑを求め、
   （ただし、
   

   

   

   

   とする）
   Ｑが所定値より大きい場合にのみ、
   前記取得した所定期間に検出された心電信号Ｖによって生体情報の判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の生体情報取得装置。
4. 座席部分に搭載され、非侵襲に生体に係る電気信号を検出し、検出される電気信号に基づいて生体の状態の判定を行う生体情報取得装置であって、
   座席内部に取り付けられる電極と、
   前記電極近傍に設けられる圧力センサーアレイと、
   前記電極で検出される電気信号と前記圧力センサーアレイで測定される測定圧力分布値が入力されると共に、これらに基づいて生体状態の判定を行う制御処理部と、を有し、
   前記制御処理部は、前記圧力センサーアレイで測定される測定圧力分布値が所定のパターンとなる場合にのみ、前記電極で検出される電気信号によって生体状態の判定を行うことを特徴とする生体情報取得装置。

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