JP5403161B2 - 生体情報検知システム - Google Patents

Description

本発明は、ベッド、車両用シートその他の人体支持体において、人体支持体上に支持される人の生体情報を安価に、且つ高精度に収集することが可能な生体情報検知システムに関するものである。

従来、人の睡眠環境の快適化に対し、アクチグラフなどの測定装置を用いて人の生体情報である体動等を計測し、睡眠段階（状態）を判断し、睡眠環境を改善するシステムの設計が行われてきた。その中で、体動情報を計測するとき被測定者の負担を軽減するために圧電素子等を使用した非拘束型の生体情報計測装置が開発されている。例えば特許文献１に示すものでは、圧電素子を利用したセンサ（以降圧電センサと称す）を用いて心拍や体動などの生体情報を検出し取得したデータを、心拍や体動の固有の周波数帯域に合わせて作製した２つのフィルタ（心拍用フィルタと体動用フィルタ）に通し、それぞれの周波数成分を抽出している。そして抽出した各周波数成分の信号をそれぞれ個別の増幅回路によって増幅し、増幅後に個別の計数回路によって発生回数の計数をそれぞれ行っている。

特開平４−１５０３８号公報

しかしながら上記、特許文献１に示す従来の方法においては、各生体情報を検出するに当たり個別のフィルタ、及び増幅回路をそれぞれ有しているため、ロジックが複雑になりプログラム上の演算負荷が大きくなりコストが高くなる。

また、各増幅回路によって増幅される元信号は圧電センサと人との接触度合いによってゲイン差がある。これにより、演算負荷低減のために固定の一種類の閾値のみによって生体情報判定を行おうとすると、それぞれの元信号はゲイン差を考慮して個々に増幅しなければならずかえって演算負荷が大きくなり、コストが高くなってしまう。

さらに、各生体情報を異なる周波数帯域のフィルタから別々に検出するため、各フィルタがそれぞれ有する、異なる時定数差によって、各検出結果の時間軸にズレが発生する虞がある。例えば体動が発生し、その後体動が収束するまでを検出する時間と、心拍が一時上限閾値を越え心拍検出状態と判定できない状態となった後に再び低下し上限閾値以内となり、心拍検出状態であると判定出来るまでの時間との間には差が出来てしまう。これによって心拍検出状態と判定できない状態が体動に影響されたためのものであるのか、または本当に心拍が検出できない状態であったのかといった判別が困難となり、結果として心拍情報の取りこぼしが発生する。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高精度で、且つ安価な構成で生体情報である心拍信号等の抽出が可能な生体情報検知システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る生体情報検知システムは、人体支持体上に配置された少なくとも１つのセンサによって、周波数のそれぞれ異なる複数の生体情報の振動を同時に取得し振動信号を出力する振動検出手段と、前記振動検出手段に接続され、前記振動信号を増幅して増幅後振動信号を出力する増幅手段と、前記増幅後振動信号が入力され、前記増幅後振動信号の振幅と閾値とを比較して前記複数の生体情報のうちの２つの生体情報を判別する判別手段と、を備え、前記増幅手段は、前記振動信号がそれぞれ通過するように並列に設けられた第１フィルタと第２フィルタとを有し、前記第１フィルタは、前記第１フィルタから出力される第１フィルタ通過後振動信号において、体動信号の値が、心拍信号または呼吸信号の値よりも大きい値で出力し、前記第２フィルタは、前記第２フィルタから出力される第２フィルタ通過後振動信号において、体動信号の値が、前記第１フィルタ通過後振動信号における前記体動信号の値よりも小さい値を出力し、心拍信号または呼吸信号の値が、前記第１フィルタの前記第１フィルタ通過後振動信号における前記心拍信号または呼吸信号の値よりも大きな値を出力させるよう、前記第２フィルタの時定数を前記第１フィルタの時定数よりも長く設定し、前記第１フィルタ、及び第２フィルタの出力信号のうちの小さい方の出力信号に反比例するように、前記振動検出手段で取得された前記振動信号を増幅して前記増幅後振動信号を出力する。

上記課題を解決するため、請求項２に係る生体情報検知システムは、請求項１において、前記増幅後振動信号が入力され、前記増幅後振動信号を平滑化させたフィルタ通過後振動信号を出力するフィルタ手段を備える。

上記課題を解決するため、請求項３に係る生体情報検知システムは、請求項１または請求項２において、前記人体支持体は寝具であって、前記複数の生体情報は、少なくとも心拍と体動である。

上記課題を解決するため、請求項４に係る生体情報検知システムは、請求項１または請求項２において、前記人体支持体は車両シートであって、前記複数の生体情報は、少なくとも呼吸と体動である。

上記課題を解決するため、請求項５に係る生体情報検知システムは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記センサは圧電素子によって構成される。

請求項１に係る生体情報検知システムによれば、センサによって取得される振幅及び周波数がそれぞれ異なる２つの生体情報を含む信号が、第１フィルタ、及び第１フィルタよりも時定数が長い第２フィルタにそれぞれ入力されて処理され出力される。このように第１フィルタだけでなく時定数が長い第２フィルタを用いることによって長い周波数を有する生体情報の信号も適切な小さな出力値として抽出できる。そして、第１フィルタ、及び第２フィルタからの出力信号値のうち小さい方の出力信号値を抽出し、出力信号値に反比例するようにセンサによって取得された振動信号を増幅することによって、センサのゲイン差も考慮した２つの生体情報がともに規格化された増幅後振動信号を良好に得ることができる。そして規格化された増幅後振動信号に基づき２つの生体情報を判別するので、判別の基礎とする閾値は事前に準備する１種類のみでよく、演算の負荷が軽減され低コストなシステム構成にすることができる。

また２つの生体情報が同時に含まれた状態で、第１フィルタ、及び第２フィルタをそれぞれ通過させて情報を判別するので、２つの生体情報の間に時間的なズレは発生せず情報の取りこぼしの虞がない。

請求項２に係る生体情報検知システムによれば、フィルタ手段が２つの生体情報が同時に含まれた状態の増幅後振動信号を１つのフィルタに通過させて２つの生体情報を平滑化したのちに判別するので閾値との比較が精度よく行えるとともに、２つの生体情報の間に時間的なズレが発生せず情報の取りこぼしの虞がない。

請求項３に係る生体情報検知システムによれば、寝具上に横臥する人が発する振動データを取得して生体情報である少なくとも心拍と体動とを検出する。これにより常に体の状態のチェックが必要な人（病人はもとより健常者を含む）の状態を確認するのに好適である。

請求項４に係る生体情報検知システムによれば、車両用シート上に着座する乗員が発する振動データを取得して生体情報である少なくとも呼吸と体動とを検出する。これにより車両の乗員の体の状態を良好に把握できる。

請求項５に係る生体情報検知システムによれば、センサは圧電素子によって構成されるので、幅広い周波数の振動信号を得られるとともに、応答性、及び精度が高く、且つ低コストに対応可能である。また薄く形成できるので寝具に横臥する人や車両用シート上に着座する人の下方に配置しても横臥または着座する人に異物感を与えることがない。

第１の実施形態に係る生体情報検知システム１の概念図である。 第１、第２の実施形態に係る圧電センサから出力される振動信号のデータである。 第１、第２の実施形態に係る増幅手段を構成する第１及び第２フィルタ通過後振動信号を示すグラフである。 第１、第２の実施形態に係る制御のフローチャートである。 第１の実施形態に係るフィルタ通過後の判別手段について説明するグラフである。 第２の実施形態に係る生体情報検知システム２の概念図である。 第２の実施形態に係るフィルタ通過後の判別手段について説明するグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る生体情報検知システムの第１の実施形態について説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、生体情報検知システム１は、本発明の人体支持体に相当する寝具であるベッド本体５上（マットレス６上でもよい）に設置されて振動を検出する振動検出手段としての２つの圧電センサ１０と、圧電センサ１０が出力する振動信号１０ａを後述する規格化した値に増幅する増幅手段としての増幅回路１１と、を有している。また生体情報検知システム１は、増幅回路１１によって増幅された増幅後振動信号１１ａを平滑化するためのフィルタ手段としてのフィルタ１２と、フィルタ１２によって出力されたフィルタ通過後振動信号１２ａと後述する所定の閾値Ｓ１、Ｓ２とを比較し、心拍信号Ｈと体動信号Ｍとを判別する判別手段としての判別回路１３と、心拍信号Ｈの心拍回数、及び体動回数を計数する計数手段としての計数回路１４と、制御装置１５とを有している。

なお、本実施形態においては圧電センサ１０を２つ設けているが、各圧電センサ１０の構成、及び作用は同じであるので、一部を除き１つの圧電センサ１０についてのみ説明する。そして最終的には各圧電センサ１０の内、いずれかの圧電センサ１０のデータのみを採用するものであるが、その選択方法については本文中で説明する。

圧電センサ１０は、例えば可撓性を有する面状シートの形状をなしている。そして圧電センサ１０は圧電体（圧電素子）によって構成され、殊に圧電ポリマー、圧電セラミックス等を例示できる。具体的には、例えばポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）のフィルム、または、シートとすることができる。圧電ポリマーは広い周波数特性を有しており、更に、圧電セラミックスと比較して、柔軟性、耐衝撃性、耐高電圧性、耐水性、化学的安定性を備えている。なお、振動検出手段として静電容量センサ、歪みゲージ、磁気センサ等によっても構成できる。

圧電センサ１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ベッド本体５上に横たわる生体Ｐの胸（心臓）の重力方向下方において、マットレス６の下面とベッド本体５上面との間に２つ挟持され配置されている。２つの圧電センサ１０は、ベッド本体５の幅方向における中心から幅方向外側に向かって相互にそれぞれ所定量だけ離間して配置されている（図１（ａ）参照）。このように配置されるので、マットレス６（ベッド本体５）上に横たわる生体Ｐが、マットレス６（ベッド本体５）のいずれかの幅方向に移動しても、２つの圧電センサ１０のうち、いずれかの圧電センサ１０によって確実に生体Ｐの複数の生体情報である心拍、呼吸、及び寝返り等による体動の情報を検出する。

圧電センサ１０は、生体Ｐの複数の生体情報（心拍、呼吸、及び体動）の各振動の変動（加速度）を同時に検出し、複数の生体情報を含む振動信号１０ａを出力する（図１、図２参照）。なお、圧電センサ１０は２つに限らず所定の位置に２つを越える数（例えば６つ）を設けてもよい。さらに圧電センサ１０はマットレス６の下面ではなく上面に配置してもよい。

次に、図１に示す増幅手段としての増幅回路１１について説明する。増幅回路１１は圧電センサ１０が出力した振動信号１０ａの値を前述の規格化した値に増幅するための回路である。ここで規格化とは、各圧電センサ１０が取得し出力する振動信号１０ａのゲインを所定の値に統一することをいう。圧電センサ１０は、一般的な他のセンサと同様に生体Ｐとの相対的な位置関係や、生体Ｐの圧電センサ１０への押圧の仕方等によりゲインがそれぞれ異なって出力される。このため圧電センサ１０から出力した振動信号１０ａをすべて一定の増幅率で増幅し、得られた増幅後信号によって各生体情報を判別する場合には、測定条件によって異なる各センサゲインに適合させた各閾値をそれぞれ演算して算出する必要がある。これにより演算量が増し制御装置１５の負荷が増加してしまう。

そこで、本発明においては演算量を低減するため、ゲインによってそれぞれ異なる圧電センサ１０から出力した各振動信号１０ａの各信号値の大きさに着目した。各振動信号１０ａの信号値のそれぞれの大きさ、つまり各ゲインの大きさに応じた各増幅率を各信号値の大きさに基づいてそれぞれ算出し、算出された増幅率に基づいて各振動信号１０ａを増幅し規格化する。そして規格化された増幅後の出力値に対し共通の閾値Ｓ１、Ｓ２によって、圧電センサ１０から出力したすべての振動信号１０ａの判別ができるようにする。このため、増幅回路１１においては、まず後述する所定の増幅率Ｋを導出し、増幅率Ｋを圧電センサ１０から出力した振動信号１０ａに乗じて増幅し規格化した値を算出する。

増幅回路１１は、圧電センサ１０と接続されている。そして増幅回路１１は心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍの各振動の各周波数に応じてそれぞれ適切に設定された各時定数を有する第１フィルタ１７、及び第１フィルタ１７よりも時定数が長い第２フィルタ１８と、第１演算部２５と、第２演算部２６と、を有している。なお、本実施形態においては、上述の通り第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８には複数の生体情報のうちの少なくとも２つの生体情報である、お互いの周波数は近いが振幅の大きさが異なる心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍが混在する振動信号１０ａがそれぞれ入力されるものとする。

第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８は、圧電センサ１０と並列に接続されている。また第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８は、後続の処理部となる第１演算部２５とそれぞれ並列に接続され、第２演算部２６は第１演算部２５と直列に接続されている。

次に振動信号１０ａを増幅して規格化するための前述した増幅率Ｋについて説明する。増幅率Ｋを導出するため、まず、振動信号１０ａを第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８にそれぞれ通過させ各出力信号である第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０を出力させる（図１、図３参照）。第１フィルタ１７は、心拍信号Ｈの周波数に応じて比較的短い時定数で設定される。これにより、図３の実線に示すように第１フィルタ１７通過後の信号である第１フィルタ通過後振動信号１９の心拍信号Ｈの値は心拍の振幅レベルの略平均値となり、比較的小さい出力信号値として出現する。また、第１フィルタ通過後振動信号１９における体動信号Ｍの値は第１フィルタ１７の時定数が比較的短いため振動信号１０ａにおける体動自身の大きさが影響し大きな出力信号値として出現する。

第２フィルタ１８は、体動信号Ｍの周波数に応じて第１フィルタ１７より比較的長い時定数で設定される。これにより、図３の破線に示すように第２フィルタ１８通過後の信号である第２フィルタ通過後振動信号２０の体動信号Ｍの値は振動信号１０ａにおける心拍信号Ｈの影響を受け、後述する増幅に適切な値である小さい出力信号値として出現する。また、第２フィルタ１８の時定数が比較的長いため、第２フィルタ通過後振動信号２０における心拍を示す部分の値は、第１フィルタ通過後振動信号１９における心拍を示す部分の値より若干大きな出力信号値として出現する。

そして図３に示すように第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０を同じ時間軸で重ね合わせ比較し、図３の矢印部が示す、出力値の値がより小さい方の値Ｈｍｉｎ、及びＭｍｉｎをそれぞれ抽出する。そしてさらにＨｍｉｎ、Ｍｍｉｎのうちいずれか小さい方の値を選択して、逆数１／Ｈｍｉｎ、または１／Ｍｍｉｎを算出し振動信号１０ａの増幅率Ｋを算出する（第１演算部２５）。

このように時定数が短い第１フィルタ１７だけでなく時定数が長い第２フィルタ１８を用いることによって、長い周波数を有する体動信号Ｍも増幅に適切となる小さな出力値を抽出でき、これによって適切な増幅率Ｋを算出する基礎とすることができる。

なお、上記において逆数を算出するための心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍの第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０の各出力信号値Ｈｍｉｎ、及びＭｍｉｎは１以下であることが望ましい。これによって各出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎのうちいずれか一方の小さい方の値の逆数である増幅率Ｋは１を越え、確実に増幅することができる。ただし、心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍの出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎの値が１を越え、その逆数が１を下回る時には、逆数を算出するだけではなく、さらに任意の倍率を逆数に乗じて１を越える増幅率Ｋを求めるようにすればよい。

第２演算部２６は、算出した増幅率Ｋを圧電センサ１０が初期に取得した振動信号１０ａに乗じて増幅し規格化された増幅後振動信号１１ａを出力する。

このように、増幅率Ｋは、第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０の出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎのうちの小さい方の値の逆数をとるので、出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎが大きくなれば小さな値となる。また逆に出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎのうち小さい方の値がさらに小さくなれば増幅率Ｋは、大きな値となり、出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎと増幅率Ｋとは反比例の関係となる。

以上より、各圧電センサ１０が取得し出力した心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍを含む振動信号１０ａは、各圧電センサ１０のゲインに関わらず、第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０の心拍信号Ｈ、および体動信号Ｍのうち、小さい方の出力信号値Ｈｍｉｎ、またはＭｍｉｎに反比例する増幅率Ｋによって増幅され、規格化された増幅後振動信号１１ａとして出力される。

フィルタ手段としてのフィルタ１２は増幅後振動信号１１ａを平滑化するためのものである。なお、ここでいう平滑化とは、平均化がその一例であり、微振動する増幅後振動信号１１ａを平均化し滑らかなデータとする処理のことである。フィルタ１２は増幅後振動信号１１ａを平滑化するために、２つの生体情報である心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍの周波数帯域を網羅する時定数を有している。そしてフィルタ１２に心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍを含む増幅後振動信号１１ａを通過させることにより平滑化された図１、図５（ａ）に示すフィルタ通過後振動信号１２ａが出力される。

２つの生体情報である心拍信号Ｈ、及び体動信号Ｍの判別のため、判別手段である判別回路１３では、まず図５（ａ）に示すフィルタ通過後振動信号１２ａを図５（ｂ）に示すグラフに変換する。つまり図５（ａ）のＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点等の山の高さａ、ｂ、ｃ、ｄ等を順次計測し、図５（ｂ）に示すグラフに棒状に順次プロットしていく。そして前述した予め設定された心拍の閾値Ｓ１、Ｓ２を図５（ｂ）のグラフに載せプロットした各データと閾値Ｓ１、Ｓ２とを比較し、心拍信号Ｈと、心拍を越える信号である体動信号Ｍとを判別するものである。

なお、閾値Ｓ１、Ｓ２は、事前に導出され、制御装置１５の記憶部１５ａ（図１参照）に記憶されている。閾値Ｓ１、Ｓ２は、事前に測定された多くの心拍データに基づき適切な値が設定されている。そしてフィルタ通過後振動信号１２ａの各出力のうち閾値Ｓ１とＳ２との間にあるＡ点、Ｂ点等の出力は心拍信号Ｈであるとする。また、図５（ａ）に示すフィルタ通過後振動信号１２ａにＣ点、Ｄ点のようなデータがあれば図５（ｂ）のグラフにおいては閾値Ｓ１を越え体動の領域であるため、体動と判定される。そして閾値Ｓ２を下回っていれば心拍信号Ｈの検出なしとして処理する。

このようにお互いに近い周波数帯域を有する心拍と体動とをそれぞれ同時に取得して第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８を通過させたのちに、第１、及び第２フィルタ通過後振動信号１９、２０の最小値に基づいて増幅率Ｋを算出して増幅し、且つ１つのフィルタ１２で同時に平滑化処理するので、２つの生体情報の間に時間的なズレは発生せず精度の高い生体情報の抽出ができる。

計数回路１４は心拍信号Ｈの拍動回数、及び体動信号Ｍの発生回数を計数する。心拍信号Ｈについては、計数回路１４はフィルタ通過後振動信号１２ａの各振幅の各頂点（ピーク）の数をカウントすることによって心拍数を計数する。そして、本実施形態においては２つの圧電センサ１０の単位時間あたりでの心拍信号Ｈの拍動回数を比較し、心拍信号Ｈの検出率の高い方のデータを採用するものとする。なお、これについては圧電センサ１０が２つを越える場合についても同様である。また判別回路１３によって体動であると判定された場合の体動の発生回数の計数は、体動が継続した区間を一回とカウントし、積算して計数するものとする。

図１に示すように、制御装置１５は、圧電センサ１０と、増幅回路１１（第１フィルタ１７、第２フィルタ１８、第１演算部２５、第２演算部２６）と、フィルタ１２と、判別回路１３と、計数回路１４とにそれぞれ接続されている。そして制御装置１５は、圧電センサ１０、フィルタ１２、及び各回路１１、１３、１４に対して各データの授受、及び制御を行う。

次に本実施形態に係る作用について図４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず図略の検出開始スイッチをＯＮすることによってベッド本体５上に設置される振動検出手段としての圧電センサ１０が起動される。

そしてステップＳ１０において圧電センサ１０（振動検出手段）は生体Ｐによって生起される振動（心拍、体動等）を検知し振動信号１０ａとして出力する。

ステップＳ１１では、振動信号１０ａが第１フィルタ１７を通過し、第１フィルタ通過後振動信号１９を出力する（図３参照）。第１フィルタ１７は短い時定数を有するので、前述の通り、第１フィルタ通過後振動信号１９のうち心拍信号Ｈは略平均値となる小さい出力信号値で出力され、体動信号Ｍは大きな出力信号値で出力される。

ステップＳ１２では、振動信号１０ａが第２フィルタ１８を通過し、第２フィルタ通過後振動信号２０を出力する（図３参照）。第２フィルタ１８は長い時定数を有するので、前述の通り、第２フィルタ通過後振動信号２０において心拍を示す部分の信号値は、第１フィルタ通過後振動信号１９における心拍を示す部分の信号値より若干大きい出力信号値で出力される。そして第２フィルタ通過後振動信号２０において長い周波数を有する体動を示す部分の信号値は、第１フィルタ通過後振動信号１９における体動を示す部分の信号値より小さな信号値で出力される（図３参照）。なお、ステップＳ１１、ステップＳ１２ではフロー上、順番をつけ直列に設けたが、実際には、第１フィルタ１７、及び第２フィルタ１８は常時作動しており、同時に処理が行なわれている。

次にステップＳ１３では、第１フィルタ通過後振動信号１９、及び第２フィルタ通過後振動信号２０からそれぞれ小さい方の出力信号値である、心拍を示す部分においては第１フィルタ通過後振動信号１９の値Ｈｍｉｎが抽出され、体動を示す部分においては第２フィルタ通過後振動信号２０の値Ｍｍｉｎが抽出される。

ステップＳ１４では、出力信号値Ｈｍｉｎ、Ｍｍｉｎのうち、さらに小さい方の出力信号値Ｈｍｉｎ、及びＭｍｉｎのいずれかを選択して逆数を求め、増幅率Ｋを算出する（ステップＳ１３、及びステップＳ１４にて第１演算部２５を構成）。

次にステップＳ１５（第２演算部２６）では、振動信号１０ａに増幅率Ｋを乗じて、規格化された増幅後振動信号１１ａを出力する。

ステップＳ１６では、増幅後振動信号１１ａをフィルタ１２（フィルタ手段）に通し、増幅後振動信号１１ａの平滑化処理を行い、フィルタ通過後振動信号１２ａを出力する。

そして、ステップＳ１７では、判別回路１３（判別手段）にてフィルタ通過後振動信号１２ａに基づき加工された図５（ｂ）に示す信号と、制御装置１５の記憶部１５ａに記憶される閾値Ｓ１、Ｓ２とを比較し心拍信号Ｈと体動信号Ｍとの判別を行う。

ステップＳ１８では、心拍信号Ｈであると判別されたフィルタ通過後振動信号１２ａに対してピーク値数を計数回路１４（計数手段）によって計数し、制御装置１５が有する記憶部１５ａにデータとして書き込む。また、体動信号Ｍであると判別されたフィルタ通過後振動信号１２ａに対して発生回数の計数を行う。以上によって精度の高い心拍信号Ｈの判別（抽出）、計数を行うことができ、各種の健康管理に利用することができる。

次に、図面を参照しながら、本発明に係る生体情報検知システムの第２の実施形態について説明する。図６に示すように、第２の実施形態の生体情報検知システム２は、車両シート７（本発明の人体支持体に相当する）の着座面上に設置され、振動を検出する２つの圧電センサ３０（本発明の振動検出手段に相当する）と、圧電センサ３０が出力する振動信号３０ａを規格化した値に増幅する増幅回路３１（本発明の増幅手段に相当する）と、を有している。また生体情報検知システム２は、増幅回路３１によって増幅された増幅後振動信号３１ａを平滑化するためのフィルタ３２（本発明のフィルタ手段に相当する）と、フィルタ３２によって出力されたフィルタ通過後振動信号３２ａと後述する所定の閾値Ｓ３、Ｓ４とを比較し呼吸信号Ｂと体動信号Ｍとを判別する判別回路３３（本発明の判別手段に相当する）を有している。さらに生体情報検知システム２は、呼吸信号Ｂの呼吸回数、及び体動信号Ｍの体動回数を計数する計数回路３４（本発明の計数手段に相当する）と、制御装置３５とを有している。制御装置３５は、圧電センサ３０と、増幅回路３１（第１フィルタ３７、第２フィルタ３８、第１演算部４５、および第２演算部４６によって構成される）と、フィルタ３２と、判別回路３３と、計数回路４４とにそれぞれ接続されている。このとき増幅回路３１においては、第１フィルタ３７、第２フィルタ３８、第１演算部４５、および第２演算部４６とそれぞれ個別に接続されている。そして制御装置３５は、圧電センサ３０、フィルタ３２、及び各回路３１、３３、３４に対して各データの授受、及び制御を行う。

なお、第２の実施形態の生体情報検知システム２は、第１の実施形態の生体情報検知システム１の人体支持体が寝具（ベッド５）から車両シート７に変更されたのみのものである。これにより異なる部分について主に説明し、同様部分については、説明を省略する。

図６に示すように車両シート７は、図示しない乗員（生体Ｐ）が着座するシートクッション７１と、シートクッション７１の後端部において前後方向に回動可能に取り付けられ、乗員の背もたれとなるシートバック７２とを備えている。また、シートバック７２の上端には、乗員の頭部を支持するヘッドレスト７３が取り付けられている。

シートクッション７１は、シートフレーム７４、シートフレーム７４の上方に配置されたパッド部材７５、およびパッド部材７５の表面を覆う表皮７６により形成されている。シートフレーム７４の下面には、左右一対のアッパレール４２Ｒ、４２Ｌが取り付けられている。アッパレール４２Ｒ、４２Ｌは、車両のフロア４上に固定された一対のロアレール４１Ｒ、４１Ｌ上に、それぞれ前後方向に移動可能に係合している。

圧電センサ３０は、第１の実施形態の圧電センサ１０と同様の構成、および作用であるので詳細な説明を省略する。圧電センサ３０は、図６に示すように、車両シート７のシートクッション７１の表皮７６上面に配置されている。２つの圧電センサ３０は、車両シート７の幅方向における中心から幅方向外側に向かって相互にそれぞれ所定量だけ離間して配置されている。このように配置されるので、車両シート７のシートクッション７１上に着座する乗員（生体Ｐ）が、シートクッション７１上のいずれかの幅方向に移動しても、２つの圧電センサ３０のうち、いずれかの圧電センサ３０によって確実に乗員（生体Ｐ）の複数の生体情報である心拍、呼吸、及び体動等による振動情報を検出する。

圧電センサ３０は、生体Ｐの複数の生体情報（心拍、呼吸、及び体動）の各振動の変動（加速度）を同時に検出し、複数の生体情報を含む振動信号３０ａを出力する（図２、図６参照）。なお、圧電センサ３０は２つに限らず所定の位置に２つを越える数（例えば６つ）を設けてもよいし１つだけでもよい。さらに圧電センサ３０はシートクッション７１の上面ではなく下面に配置したり、表皮７６とシートクッション７１との間に配置したりしてもよい。

増幅回路３１は、第１の実施形態である生体情報検知システム１の増幅回路１１に相当し増幅回路１１と同様の構成と作用を有する。増幅回路３１が有する第１フィルタ３７、第２フィルタ３８、第１演算部４５、および第２演算部４６は、生体情報検知システム１の第１フィルタ１７、第２フィルタ１８、第１演算部２５、および第２演算部２６にそれぞれ相当し、それぞれ同様の構成と作用を有する。このため詳細な説明は省略する。また増幅率Ｋ１は、第１の実施形態の増幅率Ｋに相当する。

これにより、各圧電センサ３０が取得し出力した呼吸信号Ｂ、及び体動信号Ｍを含む振動信号３０ａ（図２、図６参照）は、各圧電センサ３０のゲインに関わらず、図３に示す第１、及び第２フィルタ通過後振動信号３９、４０の呼吸信号Ｂ、および体動信号Ｍのうち、小さい方の出力信号値Ｂｍｉｎ、またはＭｍｉｎに反比例する増幅率Ｋ１（＝１／Ｂｍｉｎ、または１／Ｍｍｉｎ）によって増幅され、規格化された増幅後振動信号３１ａとして出力される。

またフィルタ３２は、第１の実施形態のフィルタ１２に相当し、フィルタ１２と同様の構成と作用を有する。判別回路３３、計数回路３４、および制御装置３５は、第１の実施形態の判別回路１３、計数回路１４、および制御装置１５にそれぞれ相当し、それぞれ同様の構成と作用を有する。さらに制御装置３５の記憶部３５ａは第１の実施形態の制御装置１５の記憶部１５ａに相当し、記憶部１５ａと同様の構成と作用を有する。

上記より、フィルタ３２に呼吸信号Ｂ、及び体動信号Ｍを含む増幅後振動信号３１ａを通過させることにより図６、図７に示す平滑化されたフィルタ通過後振動信号３２ａが出力される。

そして、判別回路３３において、図７（ａ）のＥ点、Ｆ点、Ｇ点、Ｈ点等の山の高さｅ、ｆ、ｇ、ｈ等が図７（ｂ）に示すグラフに棒状に順次プロットされ、プロットされたデータが予め設定された呼吸の閾値Ｓ３、Ｓ４と比較されて、呼吸信号Ｂと、呼吸を越える信号である体動信号Ｍとが判別される。つまりフィルタ通過後振動信号３２ａの各出力のうち閾値Ｓ３とＳ４との間にある出力は呼吸信号Ｂであると判別し、閾値Ｓ３を越えていれば体動信号Ｍであると判別する。そして閾値Ｓ４を下回っていれば呼吸信号Ｂの検出なしとして処理する。

なお、閾値Ｓ３、Ｓ４は、生体情報検知システム１の閾値Ｓ１、Ｓ２と同様、事前に測定された多くの呼吸データに基づき適切な値が設定され制御装置３５の記憶部３５ａに記憶されている。

このように、お互いに近い周波数帯域を有する呼吸と体動とをそれぞれ同時に取得して第１フィルタ３７、及び第２フィルタ３８を通過させたのちに、第１、及び第２フィルタ通過後振動信号３９、４０の最小値に基づいて増幅率Ｋ１を第１演算部４５で算出する。そして第２演算部４６で演算して増幅し、且つ１つのフィルタ３２で同時に平滑化処理するので、２つの生体情報の間に時間的なズレは発生せず精度の高い生体情報の抽出ができる。

そして最後に計数回路３４によって呼吸信号Ｂの回数、及び体動信号Ｍの発生回数が計数される。このとき計数回路３４は、呼吸信号Ｂについてフィルタ通過後振動信号３２ａの各振幅の各頂点（ピーク）の数をカウントすることによって呼吸数を計数する。

第２の実施形態に係る作用については第１の実施形態と同様であり、図４のフローチャートのステップＳ１０〜ステップＳ１８に示す通りであるので説明は省略する。以上によって精度の高い呼吸信号Ｂと体動信号Ｍとの判別（抽出）、および計数を行なうことができ、各種の生体管理に利用することができる。

なお、上記、第１および第２の実施形態においては、それぞれ収集する生体情報を心拍信号Ｈと体動信号Ｍ、および呼吸信号Ｂと体動信号Ｍの組み合わせとした。しかしこの組み合わせに限らず、第１の実施形態の寝具において呼吸信号Ｂと体動信号Ｍを生体情報として収集し、第２の実施形態の車両シート７において心拍信号Ｈと体動信号Ｍを生体情報として収集してもよい。そして事前に準備された固定の一種類（一対）の閾値Ｓ３、Ｓ４およびＳ１、Ｓ２によって呼吸信号Ｂと体動信号Ｍ、および心拍信号Ｈと体動信号Ｍとを判別し、心拍、呼吸及び体動の発生回数をそれぞれ計数回路によって計数すればよい。

上述の説明から明らかなように、第１、第２の実施形態に係る人体支持体である寝具、若しくは車両シートに設けられた生体情報検知システム１、若しくは２は、圧電センサ１０、３０によって振幅及び周波数がそれぞれ異なる２つの生体情報（心拍と体動、若しくは呼吸と体動）を含む信号を取得する。そして取得した信号は、第１フィルタ１７、３７、及び第１フィルタ１７、３７よりも時定数が長い第２フィルタ１８、３８にそれぞれ入力されて処理され出力される。これにより、長い周波数を有する体動の信号も適切に小さな出力値として抽出できる。そして第１および第２フィルタ１７、１８（または３７、３８）から出力された第１および第２フィルタ通過後出力信号１９、２０（または３９、４０）からは、最も小さい値（ＨｍｉｎまたはＭｍｉｎ、若しくはＢｍｉｎまたはＭｍｉｎ）が選択されて逆数が算出され、増幅率Ｋ、Ｋ１が演算される。そして圧電センサ１０、３０の振動信号１０ａ、３０ａに増幅率Ｋ、Ｋ１を乗じることによってゲイン差も考慮した２つの生体情報である心拍と体動（または呼吸と体動）がともに規格化された増幅後振動信号１１ａ、３１ａが得られる。そして規格化された増幅後振動信号１１ａ、３１ａに基づき心拍と体動（若しくは呼吸と体動）とがそれぞれ判別されるので、判別の基礎とする閾値Ｓ１、Ｓ２、若しくはＳ３、Ｓ４は事前にそれぞれ１種類（一対）のみ準備すればよく、これによって演算の負荷が軽減され低コストなシステム構成にすることができる。

またお互いに近い周波数を有する２つの生体情報である心拍と体動、（若しくは呼吸と体動）とが同時に含まれた状態で、第１フィルタ１７、３７、第２フィルタ１８、３８、及び増幅後振動信号１１ａ、３１ａを平滑化するためのフィルタ手段であるフィルタ１２、３２をそれぞれ通過させて情報を判別する。これにより心拍信号Ｈと体動信号Ｍ（若しくは呼吸信号Ｂと体動信号Ｍ）との間に時間的なズレは発生せず情報の取りこぼしの虞がない。

また、第１、第２の実施形態によれば、圧電センサ１０、３０は圧電素子によって構成されるので、幅広い周波数の振動信号を得られるとともに、応答性、及び精度が高く、且つ低コストに対応可能である。また薄く形成できるので寝具上に横臥する人や車両用シート上に着座する人の下方に配置しても横臥または着座する人に異物感を与えることがない。

さらに、第１、第２の実施形態においては、振動検出手段には圧電センサ１０、３０だけでなく、荷重センサ、振動センサ等も使用できるので選択の幅が広がり安価に対応できる。

本発明に係る生体情報検知システムは、生体Ｐの生体情報の取得が必要な病院のベッドや老人ホームのベッド、または乗員の生体情報を取得する車両シート等に適する。

１、２・・・生体情報検知システム、５・・・人体支持体（ベッド本体）、６・・・マットレス、７・・・人体支持体（車両シート）、１０、３０・・・振動検出手段（圧電センサ）、１０ａ、３０ａ・・・振動信号、１１、３１・・・増幅手段（増幅回路）、１１ａ、３１ａ・・・増幅後振動信号、１２、３２・・・フィルタ手段（フィルタ）、１２ａ、３２ａ・・・フィルタ通過後振動信号、１３、３３・・・判別手段（判別回路）、１４、３４・・・計数手段（計数回路）、１５、３５・・・制御装置、１７、３７・・・第１フィルタ、１８、３８・・・第２フィルタ、１９、３９・・・第１フィルタ通過後振動信号、２０、４０・・・第２フィルタ通過後振動信号、２５、４５・・・第１演算部、２６、４６・・・第２演算部、Ｂ・・・呼吸信号、Ｈ・・・心拍信号、Ｍ・・・体動信号、Ｐ・・・生体、Ｋ、Ｋ１・・・増幅率、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・閾値。

Claims (5)

1. 人体支持体上に配置された少なくとも１つのセンサによって、周波数のそれぞれ異なる複数の生体情報の振動を同時に取得し振動信号を出力する振動検出手段と、
   前記振動検出手段に接続され、前記振動信号を増幅して増幅後振動信号を出力する増幅手段と、
   前記増幅後振動信号が入力され、前記増幅後振動信号の振幅と閾値とを比較して前記複数の生体情報のうちの２つの生体情報を判別する判別手段と、
   を備え、
   前記増幅手段は、前記振動信号がそれぞれ通過するように並列に設けられた第１フィルタと第２フィルタとを有し、
   前記第１フィルタは、前記第１フィルタから出力される第１フィルタ通過後振動信号において、体動信号の値が、心拍信号または呼吸信号の値よりも大きい値で出力し、
   前記第２フィルタは、前記第２フィルタから出力される第２フィルタ通過後振動信号において、体動信号の値が、前記第１フィルタ通過後振動信号における前記体動信号の値よりも小さい値を出力し、心拍信号または呼吸信号の値が、前記第１フィルタの前記第１フィルタ通過後振動信号における前記心拍信号または呼吸信号の値よりも大きな値を出力させるよう、前記第２フィルタの時定数を前記第１フィルタの時定数よりも長く設定し、
   前記第１フィルタ、及び第２フィルタの出力信号のうちの小さい方の出力信号に反比例するように、前記振動検出手段で取得された前記振動信号を増幅して前記増幅後振動信号を出力する生体情報検知システム。
2. 請求項１において、
   前記増幅後振動信号が入力され、前記増幅後振動信号を平滑化させたフィルタ通過後振動信号を出力するフィルタ手段を備える生体情報検知システム。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記人体支持体は寝具であって、
   前記複数の生体情報は、少なくとも心拍と体動である生体情報検知システム。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記人体支持体は車両シートであって、
   前記複数の生体情報は、少なくとも呼吸と体動である生体情報検知システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
   前記センサは圧電素子によって構成される生体情報検知システム。

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