JP5573810B2

JP5573810B2 - 車両用心電計測装置

Info

Publication number: JP5573810B2
Application number: JP2011229726A
Authority: JP
Inventors: 勇介中村; 寛森本; 健太郎手嶋; 克昌西井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: JP2013085753A

Description

本発明は、車両の運転者の心電信号を計測する車両用心電計測装置に関する。

従来より、身体電位を計測する電極を用いて心臓の電気的な活動を検出し、グラフの形に記録した心電図が、医療の現場で広く利用されている。このような心電図波形を車両を運転中の運転者について計測する技術について研究が進められており、運転者の心臓の活動を監視することにより、運転中における運転者の心臓の異常に起因する種々の不都合を未然に抑制することが期待されている。

このような装置として、特許文献１にあるように、ステアリングに運転者の皮膚に接触して運転者の身体電位を検出する直接電極を設け、また、シートに運転者の皮膚に接触せずに運転者の身体電位を検出する容量結合型電極を設け、両電極と計測回路とを接続し、直接電極における電位と容量結合型電極における電位とに基づき運転者の心電図波形を計測する車両用心電計測装置が開示されている。

特開２０１１−２４９０３号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、容量結合型電極をシート上に設け、運転者の臀部が容量結合型電極の上になるように配置しているので、運転者がシートに着座すると違和感を感じる場合があるという問題があった。

本発明の課題は、シートに設けた容量結合型電極による違和感の軽減を図った車両用心電計測装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
車両のステアリングホイールに設けられ、運転者の皮膚に接触して前記運転者の身体電位を検出する直接電極と、
前記車両のシートに設けられ、電気的絶縁状態で前記運転者の身体電位を検出する容量結合型電極と、
前記直接電極における電位と前記容量結合型電極における電位とに基づき前記運転者の心電信号を計測する心電計測器とを備えた車両用心電計測装置において、
前記シートの表皮下側のウレタンに窪ませた凹部を形成し、該凹部に前記容量結合型電極を収納したことを特徴とする車両用心電計測装置がそれである。

その際、前記心電計測器を前記凹部内の前記運転者の左右臀部の間に配置した構成とするとよい。また、前記容量結合型電極の上側の前記シートの表皮を、前記ウレタンにおける前記凹部の周囲の部分の上側に位置する前記シートの表皮よりも薄く形成した構成とするとよい。

本発明の車両用心電計測装置は、運転者がシートに着座した際、容量結合型電極が凹部に収納されているので、着座時の違和感が軽減されるという効果を奏する。
また、心電計測器を左右臀部の間の凹部に収納することにより、運転者がシートに着座して、ウレタンが変形しても、心電計測器に不必要な圧力が加わることがなく、破損を防止でき、臀部に違和感を感じることはない。更に、容量結合型電極の上側のシートの表皮を薄く形成することにより、信号レベルの低下を防止することができる。

本発明の一実施形態としての車両用心電計測装置の概略構成図である。本実施形態のシートの拡大側面図である。本実施形態のシート座部の要部拡大断面図である。本実施形態のシートの下から運転者が着座した状態の臀部と容量結合型電極と心電計測器とを見た説明図である。別の実施形態のシートの拡大側面図である。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態としての車両用心電計測装置の概略構成図である。図１に示すように、１はステアリングホイールで、ステアリングホイール１には導電性材料により形成された直接電極２がステアリングホイール１の外周表面に露出して設けられている。直接電極２は、車両の運転者の皮膚に接触して運転者の身体電位を検出するための電極であり、例えば、クロムメッキ樹脂等により形成して、ステアリングホイール１の表面に取り付けるようにするとよい。

運転者が着座するシート４には、その座部４ａに容量結合型電極６が設けられている。容量結合型電極６は、運転者の皮膚に接触せずに運転者の身体と仮想コンデンサを形成し、電気的絶縁状態で静電容量結合によって運転者の身体電位を検出するための電極である。

直接電極２と心電計測器８とがステアリング側信号線１０により接続されており、また、容量結合型電極６と心電計測器８とがシート側信号線１２により接続され、運転者の身体電位の変動に応じて変動する容量結合型電極６の電位を心電計測器８に伝達する。

心電計測器８は、図示しないボルテージフォロアあるいはオペアンプ、マイクロコンピュータ、メモリ等により構成されており、直接電極２及び容量結合型電極６を介して検出される運転者の身体電位の電位差を算出する。また、必要に応じてこの電位差に基づく心電信号をフィルタリング処理等すると共に所定周期でサンプリングし、時系列データとしてメモリに記憶する。この時系列データが心電図波形である。

心電計測器８は、心電図波形に異常がないか否かを監視し、異常があると判断した場合に警報を発したり、車両を徐々に停止させたりする等の運転支援制御を行うことができる。また、無線通信によって車外設備に心電図波形に係るデータを送信し、車外設備において波形に異常がないか否かを監視することもできる。

心電計測器８は車両制御コンピュータ１４に接続されており、車速センサ等の出力が入力されるように構成され、車両が走行中であると判定した場合には、心電図波形のうちＲ波ピーク（Ｒ波の波高）の間隔等に基づいて運転者の心臓状態を大局的に判定し、車両が停車中であると判定された場合には、心電図波形のうちＲ波ピークを含む心電図波形全体に基づいて運転者の心臓状態をより厳密に判定するものとしてもよい。

ここで、心電図波形は、主に、心房の電気的興奮を反映するＰ波と、心室の電気的興奮を反映するＱ、ＲおよびＳ波と、興奮した心室の心筋細胞が再分極する過程を反映するＴ波とから構成され、Ｒ波の波高（電位差）が最も大きい。

従って、車両走行中においては、心電図波形のうち波高が最も大きい部分であるＲ波ピークの間隔等に基づき運転者の心臓状態を大局的に判定する。一方、車両停車中においては運転者が安静状態になり易く筋電位等のノイズを少なくすることができるので、Ｒ波よりも波高の小さいＴ波およびＰ波を含めた心電図波形全体に基づき運転者の心臓状態をより厳密に判定する。

車両の走行中においては、心電図波形からＲ波ピークのみを検出し、その周期から一分間当たりの心拍数を算出する。そして、ＲＲ間隔から心拍数のゆらぎを監視し、この心拍数のゆらぎを周波数解析し低周波成分および高周波成分を算出する。そして、算出した心拍数および低周波成分／高周波成分比に基づいて不整脈の有無を判定する。不整脈のおそれがあると判定した場合は、車両の駆動装置やブレーキ装置に干渉制御して車両を徐々に停止させたり、表示装置に警告画面を表示させたりする制御を行なってもよい。

不整脈のおそれがあると判定した場合は、通信装置を介して、予め登録された連絡先に自動的に通報したり、あるいは、車外に緊急事態を知らせるようホーンを鳴らしたり、ライトを点滅させたりするようにするとよい。

容量結合型電極６と心電計測器８とは、図２に示すように、シート４の座部４ａの内部に設けられている。また、図３に示すように、シート４は、硬質ウレタン２６、ウレタン２８、表皮２９が順に積層されており、運転者の臀部が乗る座部４ａの硬質ウレタン２６には窪み部２６ａが形成されている。窪み部２６ａに対応して、ウレタン２８には穴部２８ａが形成されおり、本実施形態では、窪み部２６ａと穴部２８ａとにより凹部３０が形成されている。凹部３０の底に心電計測器８が収納されて、心電計測器８が座部４ａの表皮２９の下側に設けられると共に、座部４ａの凹部３０に収納されている。

本実施形態では、容量結合型電極６は導電性繊維や薄板状金属板等からなるシート状の導電性の電極部材３１と、電極部材３１の背面側に配置された絶縁体ゴムプレート３２と、ゴムプレート３２の下面に電極部材３１の背面側を覆ってノイズ侵入のシールドをするように設けられたガード電極３４とを備えている。電極部材３１、ゴムプレート３２、ガード電極３４は接着剤等により一体的に固定されている。尚、絶縁体ゴムプレート３２はゴムプレートに限らずＰＥＴやＰＰＳなどの樹脂フィルムでもよい。

また、容量結合型電極６は心電計測器８の上側で凹部３０に収納されている。凹部３０に対応する表皮２９は薄く形成されており、本実施形態では、表皮２９の裏側が窪まされ、この薄くされた表皮２９の裏面側に容量結合型電極６が配置されている。尚、表皮２９には皮革やファブリック等の周知の非導電性の材料が用いられている。

図４は本実施形態のシート４の下から運転者が着座した状態の臀部と容量結合型電極６と心電計測器８とを見た説明図である。運転者が座部４ａに着座した際には、運転者の左右臀部が接触している座部４ａに大きな圧力が作用する。特に、左右臀部の中心部Ｃ１，Ｃ２で圧力が最も大きく、中心部Ｃ１，Ｃ２から遠ざかる程、圧力は小さくなる。

本実施形態では、座部４ａ上での凹部３０の表面積の大きさは、左右臀部の中心部Ｃ１，Ｃ２を含む、左右臀部の幅とほぼ同じ幅に形成されて、容量結合型電極６も凹部３０とほぼ同じ表面積に形成されている。

心電計測器８は、左右臀部の中心部Ｃ１，Ｃ２の中間で、左右臀部の中心部Ｃ１，Ｃ２よりも車両後方側によった位置で、凹部３０の幅方向の中央に配置されている。即ち、凹部３０内で左右臀部の間となるように心電計測器８が配置されている。

次に、前述した本実施形態の車両用心電計測装置の作動について説明する。運転者がシート４に着座して運転が開始されると、運転者の手が直接接触している直接電極２による検出信号がステアリング側信号線１０を介して心電計測器８に入力される。

また、容量結合型電極６による検出信号がシート側信号線１２を介して心電計測器８に入力される。心電計測器８は両信号による電位差に基づく心電信号をフィルタリング処理等すると共に所定周期でサンプリングし、心電図波形を得る。

容量結合型電極６は表皮２９の下側にあるので、運転者が容量結合型電極６を直接視認することはなく、容量結合型電極６をシート４に設けても、見栄えを害することがない。また、運転者がシート４の座部４ａに着座した際、容量結合型電極６は凹部３０に収納されているので、着座時の違和感が軽減される。即ち、容量結合型電極６が凹部３０に収納することなく、単に、ウレタン２６，２８の上に容量結合型電極６を載せて、その上から運転者が着座すると、臀部がウレタン２６，２８よりも変形し難い容量結合型電極６上にのみ乗り、臀部は凹部３０の周囲のウレタン２８から浮き上がった状態となり、違和感が大きい。

容量結合型電極６を凹部３０に収納することにより、運転者が容量結合型電極６上に乗ると共に、凹部３０の周囲のウレタン２８にも乗るので、臀部の全体がウレタン２８と容量結合型電極６とにより支えられるので、圧力が分散し、容量結合型電極６を設けても違和感が軽減される。

しかも、心電計測器８は、容量結合型電極６の近傍に設けられるのでノイズの影響を軽減でき、また、左右臀部の間の凹部３０に収納されているので、運転者がシート４の座部４ａに着座して、ウレタン２６，２８が変形しても、心電計測器８に不必要な圧力が加わることがなく、破損を防止できる。心電計測器８を凹部３０内に収納しても、左右臀部の中心部Ｃ１，Ｃ２から外れた位置にあるので、臀部に違和感を感じることはない。

尚、前述した実施形態では、シート４の座部４ａに凹部３０を形成して、凹部３０に容量結合型電極６を収納した場合を例としたが、これに限らず、シート４の背部４ｂのウレタン３６に凹部３８を形成して、この凹部３８に前述した容量結合型電極６や心電計測器８を収納しても同様に実施可能である。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…ステアリングホイール２…直接電極
４…シート４ａ…座部４ｂ…背部
６…容量結合型電極８…心電計測器
１０…ステアリング側信号線１２…シート側信号線
１４…車両制御コンピュータ２６…硬質ウレタン
２８…ウレタン２９…表皮
３０，３８…凹部３１…電極部材
３２…ゴムプレート３４…ガード電極

Claims

車両のステアリングホイールに設けられ、運転者の皮膚に接触して前記運転者の身体電位を検出する直接電極と、
前記車両のシートに設けられ、電気的絶縁状態で前記運転者の身体電位を検出する容量結合型電極と、
前記直接電極における電位と前記容量結合型電極における電位とに基づき前記運転者の心電信号を計測する心電計測器とを備えた車両用心電計測装置において、
前記シートの表皮下側のウレタンに窪ませた凹部を形成し、該凹部に前記容量結合型電極を収納し、前記心電計測器を前記凹部内の前記運転者の左右臀部の間に配置したことを特徴とする車両用心電計測装置。
前記容量結合型電極の上側の前記シートの表皮を、前記ウレタンにおける前記凹部の周囲の部分の上側に位置する前記シートの表皮よりも薄く形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用心電計測装置。