JP5679556B2 - 飲酒状態検知装置、コンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents

飲酒状態検知装置、コンピュータプログラム及び記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、呼気ではなく、人の動脈の脈波を用いて飲酒状態を検知する飲酒状態検知装置、コンピュータプログラム及び記録媒体に関する。
飲酒運転を防止する手段として、近年、アルコール・インターロック装置を自動車に搭載することが試みられている。しかしながら、呼気による飲酒検知装置では、同乗者の呼気によってごまかす懸念もある。
一方、本出願人は、運転中の運転者の生体状態を非侵襲で監視するシステムとして、例えば、特許文献1に、内部に復元力付与部材を挿入した空気袋を備えたエアクッションを例えば人の腰部に対応する部位に配置し、エアクッション(エアパックセンサ)の空気圧変動を測定し、得られた空気圧変動の時系列データから人の生体信号を検出し、人の生体の状態を分析するシステムを開示している。また、非特許文献1及び2においても、腰腸肋筋に沿うようにエアパックセンサを配置して人の生体信号を検出する試みを報告している。そして、非特許文献3には、特許文献1、非特許文献1,2の技術をさらに発展させ、エアパックセンサから得られる脈波の周波数解析を行うことで飲酒の有無の判定が可能であることを報告している。
特開2007−90032号公報 「非侵襲型センサによって測定された生体ゆらぎ信号の疲労と入眠予知への応用」、落合直輝(外6名)、第39回日本人間工学会 中国・四国支部大会 講演論文集、平成18年11月25日発行、発行所:日本人間工学会 中国・四国支部事務局 「非侵襲生体信号センシング機能を有する車両用シートの試作」、前田慎一郎(外4名)、第39回日本人間工学会 中国・四国支部大会 講演論文集、平成18年11月25日発行、発行所:日本人間工学会 中国・四国支部事務局 「飲酒状態の非侵襲センシングシステム」、小島重行(外10名)、自動車技術春季学術講演会前刷集、No.37−07、15−18,2007年5月23日発行、発行所:社団法人自動車技術会
非特許文献3は、上記のように、エアパックセンサから得られる背部の大動脈の脈波を周波数解析して飲酒の有無の判定が可能であることを示したが、飲酒の有無を判定するために、脈波を例えば30分間というように、比較的長い時間に亘り採取することを前提としており、呼気アルコール濃度の検知と比べて計測時間が長くかかるという課題があった。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、人の動脈の脈波を用いて、従来よりも短時間で飲酒状態の判定が可能な飲酒状態検知装置、コンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を行った結果、加速度脈波加齢指数に着目した。加速度脈波とは、指尖容積脈波の2階微分波のことであり、収縮初期陽性波(a波)、収縮初期陰性波(b波)、収縮後期再上昇波(c波)、収縮後期再下降波(d波)、収縮初期陽性波(e波)の各成分に分類される。そして、加速度脈波加齢指数(SDPTGAI:second derivative of photoplethysmogram aging index )は、(b−c−d−e)/aで定義され、血管年齢の推定に用いられる。しかしながら、加速度脈波加齢指数は、血管年齢の推定だけでなく、血管内圧の上昇といった一時的な外部刺激などによる影響も示す指標でもあり、これを利用すれば飲酒の有無を判定できるのではないかと考えた。また、指尖容積脈波は、末梢系であるため、他の外部刺激の影響を受けやすく、飲酒の影響が見えにくいが、動脈の脈波の場合には、外部刺激の影響を受けにくい。従って、動脈の脈波について加速度脈波加齢指数を求めれば、飲酒の有無をより確実に判定できると考え、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、人の動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出し、その時系列波形を求める第1の加速度脈波加齢指数演算手段と、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段から求められる前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数を用いて飲酒状態を判定する飲酒状態判定手段とを具備する飲酒状態検知装置であって、
前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形に基準値領域を設定する基準値領域設定手段をさらに具備すると共に、
前記基準値領域設定手段における基準値領域を求める手段として、
人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第2の加速度脈波加齢指数演算手段、又は、人の動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第3の加速度脈波加齢指数演算手段のいずれか少なくとも一方を具備し、
前記飲酒状態判定手段は、
前記基準値領域設定手段により基準値領域として設定される、前記第2の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形、又は、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形と、
前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られた飲酒判定時の前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形と
を比較し、
飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の前記基準値領域に対する分散度合いが、所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定する構成であることを特徴とする飲酒状態検知装置を提供する。
また、前記基準値領域設定手段が、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる飲酒判定時の前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基準値領域として設定する場合、前記飲酒状態判定手段は、前記基準値領域のバンド幅に対し、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られる飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅が、2倍以上の場合に、飲酒状態と判定する前記飲酒状態検知装置を提供する。
また、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める手段である前記飲酒状態検知装置を提供する。
また、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める手段である前記飲酒状態検知装置を提供する。
また、前記人の動脈脈波を検知する動脈脈波検知手段が、人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波による前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなることを特徴とする前記飲酒状態検知装置を提供する。
また、本発明は、コンピュータを、人の動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出し、その時系列波形を求める第1の加速度脈波加齢指数演算手段と、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段から求められる前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数を用いて飲酒状態を判定する飲酒状態判定手段として機能させるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータを、前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形に基準値領域を設定する基準値領域設定手段としてさらに機能させると共に、
前記基準値領域設定手段における基準値領域を求める手段として、
人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第2の加速度脈波加齢指数演算手段、又は、人の動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第3の加速度脈波加齢指数演算手段のいずれか少なくとも一方を機能させ、
前記飲酒状態判定手段は、
前記基準値領域設定手段により基準値領域として設定される、前記第2の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形、又は、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形と、
前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られた飲酒判定時の前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形と
を比較し、
飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の前記基準値領域に対する分散度合いが、所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定することを特徴とするコンピュータプログラムを提供する。
また、前記基準値領域設定手段が、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる飲酒判定時の前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基準値領域として設定する場合、前記飲酒状態判定手段は、前記基準値領域のバンド幅に対し、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られる飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅が、2倍以上の場合に、飲酒状態と判定する前記コンピュータプログラムを提供する。
また、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める前記コンピュータプログラムを提供する。
また、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める前記コンピュータプログラムを提供する。
また、本発明は、前記コンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
本発明では、人の動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出して飲酒状態を判定する。上記のように、加速度脈波加齢指数は、血管年齢の推定に用いられる指標であるが、血管内圧の上昇といった一時的な外部刺激などによる影響も受ける指標であると共に、動脈の脈波は、指尖容積脈波よりもアルコールの影響が反映されやすい。さらに、加速度脈波加齢指数の時系列波形に基準値領域を設定し、基準値領域との関係で、加速度脈波加齢指数の時系列の値の分散度合いを判定すると飲酒状態か否かをより確実に捉えることができ、呼気を用いることなく、従来よりも正確かつ迅速に飲酒状態の判定を行うことができる。
図1は、本発明の一の実施形態に係る飲酒状態検知装置の分析対象である大動脈の脈波を検出する動脈脈波検知手段をシートに組み込んだ状態で示した図である。 図2は、上記実施形態に係る動脈脈波検知手段をより詳細に示した図である。 図3は、エアクッションユニットを示した図であり、(a)は正面方向から見た断面図、(b)は側面図、(c)は底面図、(d)は(a)のA−A線断面図である。 図4は、エアクッションユニットの分解斜視図である。 図5(a),(b)は、試験例で用いたエアクッションユニットのサイズを説明するための図である。 図6は、本発明の一の実施形態に係る飲酒状態検知装置を説明するためのブロック図である。 図7は、試験例1における荷重−たわみ特性の測定方法を説明するための図である。 図8は、図7の測定結果を示した図である。 図9は、試験例2の試験方法を説明するための図である。 図10(a)〜(d)は、試験例2において、1.0Hz〜2.5Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図11(a)〜(d)は、試験例2において、3.0Hz〜4.5Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図12(a)〜(d)は、試験例2において、5.0Hz〜6.5Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図13(a)〜(d)は、試験例2において、7.0Hz〜8.5Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図14(a)〜(c)は、試験例2において、9.0Hz〜10.0Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図15(a),(b)は、試験例3の試験方法を説明するための図である。 図16は、試験例3において、1.0Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図17は、試験例3において、1.5Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図18は、試験例3において、2.0Hzで加振した際のセンサの出力を示した図である。 図19は、試験例4における被験者の呼気アルコール濃度の測定結果を示した図である。 図20は、試験例4において、飲酒前の被験者Aの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図21は、試験例4において、飲酒後の被験者Aの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図22は、試験例4において、飲酒前の被験者Bの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図23は、試験例4において、飲酒後の被験者Bの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図24は、試験例4において、飲酒前の被験者Cの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図25は、試験例4において、飲酒後の被験者Cの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の各原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示した図である。 図26(a)〜(c)は、指尖容積脈波とエアパック脈波の被験者毎の飲酒前後における原波形の周波数解析結果を示す図である。 図27は、被験者A,B,Cの飲酒前と飲酒後における心電図により得られた心拍数変動のウエーブレット解析結果を示す図である。 図28は、被験者A,B,Cの飲酒前と飲酒後における指尖容積脈波から得られた心拍数変動のウエーブレット解析結果を示す図である。 図29は、被験者A,B,Cの飲酒前と飲酒後におけるエアパック脈波から得られた心拍数変動のウエーブレット解析結果を示す図である。 図30は、被験者Aについて、エアパック脈波及び指尖容積脈波の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図31は、被験者Bについて、エアパック脈波及び指尖容積脈波の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図32は、被験者Cについて、エアパック脈波及び指尖容積脈波の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図33は、被験者Aについて、指尖容積脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図34は、被験者Bについて、指尖容積脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図35は、被験者Cについて、指尖容積脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図36は、被験者Aについて、エアパック脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図37は、被験者Bについて、エアパック脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図38は、被験者Cについて、エアパック脈波及びエアパック脈波の2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形であり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図39は、図30の被験者Aのデータを、基準値領域を境にして、それよりも高い領域と低い領域とに分類して示したものであり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図40は、図31の被験者Bのデータを、基準値領域を境にして、それよりも高い領域と低い領域とに分類して示したものであり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図41は、図32の被験者Cのデータを、基準値領域を境にして、それよりも高い領域と低い領域とに分類して示したものであり、(a)が飲酒前、(b)が飲酒後のデータである。 図42は、被験者Aについての周波数解析結果を示す図であり、(a)が、飲酒前におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(b)が、飲酒後におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(c)が、飲酒前におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(d)が、飲酒後におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果である。 図43は、被験者Bについての周波数解析結果を示す図であり、(a)が、飲酒前におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(b)が、飲酒後におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(c)が、飲酒前におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(d)が、飲酒後におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果である。 図44は、被験者Bについての周波数解析結果を示す図であり、(a)が、飲酒前におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(b)が、飲酒後におけるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(c)が、飲酒前におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(d)が、飲酒後におけるエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果である。
以下、図面に示した本発明の実施形態に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る飲酒状態検知装置60の分析対象である動脈、ここでは背部の大動脈の脈波を採取する動脈脈波検知手段1を組み込んだ自動車用のシート500の外観を示した図である。この図に示したように、動脈脈波検知手段1は、シートバック部510に組み込まれて用いられる。本実施形態の飲酒状態検知装置60は、大動脈の脈波を利用して従来よりも正確に飲酒状態を判定できるものであるが、分析対象として採取される大動脈の脈波の信号自体にノイズがないほど、より正確に分析できることはもちろんである。そこで、まず、以下においては、ノイズの混入の少ない動脈脈波検知手段1の構成を説明する。
動脈脈波検知手段1は、エアクッションユニット100と、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20と、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30とを有して構成されている。エアクッションユニット100は、収容体15と、該収容体15に収容した2つのエアクッション10を備えて構成される。各エアクッション10は、図3及び図4に示したように、表側エアクッション11と裏側エアクッション12とが積層されて構成され、収容体15の左右にそれぞれ配置される。表側エアクッション11は、3つの小空気袋111が縦方向に連接されている一方、そのそれぞれは空気の流通がないように形成されている。各小空気袋111内には、復元力付与部材としての三次元立体編物112が配置されている。
裏側エアクッション12は、3つの小空気袋111を連接してなる表側エアクッション11の全長と同じ長さの大空気袋121とこの大空気袋121内に収容される復元力付与部材としての三次元立体編物122とを備えて構成される(図4参照)。表側エアクッション11と裏側エアクッション12とは、長手方向に沿った一方の側縁同士が接合され、接合された側縁を中心にして2つ折りにされて、相互に重ね合わせられて用いられる(図3(d)及び図4参照)。
本実施形態では、このように表側エアクッション11と裏側エアクッション12とが相互に重ね合わせられたエアクッション10が左右に配置される。左右に配置することにより、着座者の背への当たりが左右均等になり、違和感を感じにくくなる。また、左右の表側エアクッション11,11のいずれか一方を構成するいずれかの小空気袋111にセンサ取付チューブ111aが設けられ、その内側に空気圧変動を測定するセンサ111bが固定されている。なお、センサ取付チューブ111aは密閉されている。裏側エアクッション12を構成する大空気袋121にセンサを配設することもできるが、容量の大きい空気袋に設けると、脈波による空気圧変動が吸収されてしまう場合があるため、小空気袋111に設けることが好ましい。但し、図4に示したように、予め、大空気袋121に取付チューブ121aを設けその部位にセンサを配設しておき、必要に応じて、大空気袋121の空気圧変動を測定することで、小空気袋111の測定結果の検証に利用できるようにしておいてもよい。小空気袋111は、このような生体信号による空気圧変動に敏感に反応させるために、大きさは、幅40〜100mm、長さ120〜200mmの範囲が好ましい。小空気袋111の素材は限定されるものではないが、例えば、ポリウレタンエラストマー(例えば、シーダム株式会社製、品番「DUS605−CDR」)からなるシートを用いて形成することができる。センサ111bとしては、小空気袋111内の空気圧を測定できるものであればよく、例えば、コンデンサ型マイクロフォンセンサを用いることができる。
大空気袋121の大きさ及び小空気袋111を3つ連接した場合の全体の大きさとしては、自動車のシート500のシートバック部510に用いる場合、幅40〜100mm、全長400〜600mmの範囲とすることが好ましい。長さが短い場合、シートバック部510において、着座者が、腰部付近の一部分のみに異物感を感じるため、400mm以上の長さとして、できるだけ、着座者の背全体に対応させることが好ましい。
空気圧変動を検出するセンサ111bは、本実施形態では、着座者の左側に配置されるエアクッション10を構成する表側エアクッション11の中央の小空気袋111に設けている。この小空気袋111の位置は、着座者の背部の大動脈(特に、「下行大動脈」)の脈波を検知可能な領域に相当する。背部の大動脈の脈波を検知可能な領域は、着座者の体格により一律ではないが、身長158cmの日本人女性から身長185cmの日本人男性までの様々な体格の被験者20名で測定したところ、該小空気袋111(幅60mm、長さ160mm)をシートバック部510の中心寄りの側縁と下縁の交差部P(図2及び図3参照)が、シートクッション部520の上面からシートバック部510の表面に沿った長さL:220mm、シートバック部510の中心からの距離M:80mmとなるように設定したところ、上記全ての被験者において大動脈の脈波を検知できた。小空気袋111の大きさが、幅40〜100mm、長さ120〜200mmの範囲の場合、交差部Pの位置を、シートクッション部520の上面からシートバック部510の表面に沿った長さで150〜280mm、シートバック部510の中心から60〜120mmの範囲に設定することが好ましい。
上記した2つのエアクッション10をシートバック部510において容易に所定の位置に設定できるようにユニット化しておくことが好ましい。従って、図2〜図4に示したような収容体15にエアクッション10を装填したエアクッションユニット100として構成とすることが好ましい。収容体15は、両側にエアクッション10を収容する袋状のエアクッション収容部151を有し、2つのエアクッション収容部151間に接続部152を有している。
2つのエアクッション収容部151には、それぞれエアクッション10が挿入される。また、エアクッション収容部151には、エアクッション10とほぼ同じ大きさの三次元立体編物40を、エアクッション10の裏側エアクッション12の背面側に重ねて挿入することが好ましい(図3(d)参照)。三次元立体編物40を配置することにより、シートバック部510を通じて人体側に入力される振動を除振する効果がより高くなる。
接続部152は、2つのエアクッション部151を所定間隔をおいて支持できるものであればよく、幅60〜120mm程度で形成される。接続部152も、袋状に形成し、その内部に三次元立体編物45を挿入することが好ましい(図3(d)及び図4参照)。これにより、該接続部152を通じて入力される振動も、該三次元立体編物45を挿入することにより効果的に除振できる。
なお、上記したように、小空気袋111は、例えば、ポリウレタンエラストマー(例えば、シーダム株式会社製、品番「DUS605−CDR」)からなるシートを用いて形成されるが、裏側クッション材12を形成する大空気袋121及び収容体15も、同じ素材を用いて形成することが好ましい。また、小空気袋111、大空気袋121、エアクッション収容部151及び接続部152内に装填される各三次元立体編物は、例えば、特開2002−331603号公報に開示されているように、互いに離間して配置された一対のグランド編地と、該一対のグランド編地間を往復して両者を結合する多数の連結糸とを有する立体的な三次元構造となった編地である。
一方のグランド編地は、例えば、単繊維を撚った糸から、ウェール方向及びコース方向のいずれの方向にも連続したフラットな編地組織(細目)によって形成され、他方のグランド編地は、例えば、短繊維を撚った糸から、ハニカム状(六角形)のメッシュを有する編み目構造に形成されている。もちろん、この編地組織は任意であり、細目組織やハニカム状以外の編地組織を採用することもできるし、両者とも細目組織を採用するなど、その組み合わせも任意である。連結糸は、一方のグランド編地と他方のグランド編地とが所定の間隔を保持するように、2つのグランド編地間に編み込んだものである。このような三次元立体編物としては、例えば、以下のようなものを用いることができる。なお、各三次元立体編物は、必要に応じて複数枚積層して用いることもできる。
(1)製品番号:49076D(住江織物(株)製)
材質:
表側のグランド編地・・・300デシテックス/288fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と700デシテックス/192fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸との撚り糸
裏側のグランド編地・・・450デシテックス/108fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と350デシテックス/1fのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメントとの組み合わせ
連結糸・・・・・・・・・350デシテックス/1fのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
(2)製品番号:49013D(住江織物(株)製)
材質:
表側のグランド編地・・・450デシテックス/108fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の2本の撚り糸
裏側のグランド編地・・・450デシテックス/108fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の2本の撚り糸
連結糸・・・・・・・・・350デシテックス/1fのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
(3)製品番号:69030D(住江織物(株)製)
材質:
表側のグランド編地・・・450デシテックス/144fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の2本の撚り糸
裏側のグランド編地・・・450デシテックス/144fのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と350デシテックス/1fのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメントとの組み合わせ
連結糸・・・・・・・・・350デシテックス/1fのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
(4)旭化成せんい(株)製の製品番号:T24053AY5−1S
第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20と第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30とは、シートバック部510の表皮部材とエアクッション10を収容した収容体15(エアクッションユニット100)との間に配設され、2つのエアクッション10の全長に相当する長さを有し、2つのエアクッション10の頂部間の長さに相当する幅を有している。従って、長さが400〜600mm、幅が250〜350mm程度の大きさのものを用いることが好ましい。これにより、2つのエアクッション10が共に覆われるため、2つのエアクッション10の凹凸を感じにくくなる。
第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20は、平板状に形成されたビーズ発泡体と、その外面に貼着される被覆材とから構成されている。ビーズ発泡体としては、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンのいずれか少なくとも一つを含む樹脂のビーズ法による発泡成形体が用いられる。なお、発泡倍率は任意であり限定されるものではない。被覆材は、ビーズ発泡体の外面に接着により貼着され、高い伸度と回復率を有する素材であり、好ましくは、伸度200%以上、100%伸長時の回復率が80%以上である弾性繊維不織布が用いられる。例えば、特開2007−92217号公報に開示された熱可塑性エラストマー弾性繊維が相互に溶融接着された不織布を用いることができる。具体的には、KBセーレン(株)製、商品名「エスパンシオーネ」を用いることができる。
第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30は、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20と同様にビーズ発泡体を備えて構成されるが、その外面を覆う被覆材としては、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20において用いた弾性繊維不織布よりも伸縮性の小さい素材、例えば、熱可塑性ポリエステルからなる不織布が用いられる。具体的には、帝人(株)製のポリエチレンナフタレート(PEN)繊維(1100dtex)から形成した2軸織物(縦:20本/inch、横:20本/inch)を用いることができる。
第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20と第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30とを積層する順序は限定されるものではないが、シートバック部510の表皮部材511に近い側に、弾性の高い第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を配設することが好ましい。また、第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30を構成するビーズ発泡体は、厚さ約5〜6mm程度とし、その外面に、厚さ約1mm以下の上記した弾性繊維不織布や熱可塑性ポリエステルからなる不織布を貼着して形成される。なお、本実施形態では、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20の表皮部材511に対向する面、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30のエアクッションユニット100に対向する面に、それぞれPENフィルムなどのポリエステルフィルムを貼着している。これにより、生体信号の伝達性が向上する。
本実施形態において人体支持手段を構成するシート500のシートバック部510は、表皮部材511と該表皮部材511の背面側に配設されるクッション支持部材512とを備えてなり、該表皮部材511とクッション支持部材512との間にエアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)と第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30が組み込まれる。この際、クッション支持部材512側にまずエアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)が配置され、その表面側に第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30が、さらにその表面側に第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20が配置された上で、表皮部材511により被覆される。なお、クッション支持部材512は、例えば、三次元立体編物をシートバック部510の左右一対のサイドフレームの後端縁間に張って形成することもできるし、合成樹脂板から形成することもできる。表皮部材511は、例えば、三次元立体編物、合成皮革、皮革、あるいはこれらの積層体などを左右一対のサイドフレームの前縁間に張って設けることができる。
このように、本実施形態においては、表皮部材511の裏面側に所定の大きさの第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30が積層して配置され、さらにその後方に左右一対のエアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)が配置される構成であるため、着座者が背にエアクッション10の凹凸を感じることなくなり、生体信号を測定するためのエアクッション10を有する構成でありながら、座り心地が向上する。
次に、飲酒状態検知装置60の構成について図6に基づいて説明する。飲酒状態検知装置60は、コンピュータから構成され、コンピュータプログラムとして、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61、基準値領域設定手段62、飲酒状態判定手段63、第2の加速度脈波加齢指数演算手段64、第3の加速度脈波加齢指数演算手段65等がインストールされている。
第1の加速度脈波加齢指数演算手段61は、上記した動脈脈波検知手段1により採取される人の背部の大動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出する。加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)は、大動脈脈波を2階微分し、その波形を、収縮初期陽性波(a波)、収縮初期陰性波(b波)、収縮後期再上昇波(c波)、収縮後期再下降波(d波)、収縮初期陽性波(e波)の各成分に分類し、(b−c−d−e)/aにより求める。第1の加速度脈波加齢指数演算手段61は、後述するように、飲酒判定時において採取した大動脈脈波から加速度脈波加齢指数を求めるものであるが、飲酒前のデータを比較対象として利用する場合には、飲酒前においても、採取した大動脈脈波から加速度脈波加齢指数を算出する際に稼働する。なお、飲酒前の加速度脈波加齢指数は、記憶領域として形成した飲酒前状態記憶手段66に記憶しておく。また、飲酒前の加速度脈波加齢指数は、非飲酒で運転席に着座してデータが得られる度に、飲酒前状態記憶手段66に記憶させるようにすることが好ましい。例えば、午前中に運転する場合には、非飲酒の可能性が極めて高いため、午前中に得られるデータを飲酒前のデータとして自動的に蓄積するようにしてもよい。これにより、飲酒判定を行う場合に、最新の飲酒前データを用いることができる。あるいは、飲酒前のデータを複数回分平均したデータを記憶しておき、その平均のデータと比較するようにしてもよい。
基準値領域設定手段62は、加速度脈波加齢指数の時系列波形の分散度合いを判定するための基準値領域を設定する手段である。
基準値領域設定手段62は、後述するように、飲酒判定時のデータのみに基づいて飲酒を判定する場合には、飲酒判定時のデータのみを使用して基準値領域を設定すればよいが、飲酒前のデータと飲酒判定時のデータとを比較する場合には、それぞれにおいて基準値領域の設定を行う。
基準値領域設定手段62による基準値領域の設定手法には次のような手法がある。まず、人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基準値領域として設定する手法である。これは、第2の加速度脈波加齢指数算出手段64によって、被験者の指に装着した指尖容積脈波計から得られる指尖容積脈波の2階微分波形を求め、加速度脈波加齢指数を算出する。後述の試験例で示すように、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数は、飲酒の前後において変化し、飲酒前よりも飲酒後の方が、加速度脈波加齢指数の値は全般的に低くなるものの、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61により求められる大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の飲酒前後の変化と比べて、バラツキが小さく、かつ、飲酒前後の変化量も小さい。そこで、指尖容積脈波から得られる加速度脈波加齢指数を基に基準値領域を設定することが考えられる。基準値領域の領域(バンド幅)設定は限定されるものではないが、後述の試験例を参照すると、例えば、指尖容積脈波から得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形の算出ポイント数(プロット数)のうち、上下に大きく外れたものを除き、算出ポイント数の70%以上、好ましくは80〜95%が含まれる領域で設定する。また、各加速度脈波加齢指数の平均値を求め、その平均値を中心として算出ポイント数の70%以上、好ましくは80〜95%が含まれる領域を設定するようにしてもよい。
飲酒前のデータと比較する場合、基準値領域設定手段62は、飲酒前において、飲酒前の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基に基準値領域を設定し、飲酒判定時において、飲酒判定時の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基に基準値領域を設定する。しかしながら、この場合には、飲酒前のデータを予め測定して飲酒前状態記憶手段66に記憶しておく作業が必ず必要となり、その作業を行っていない場合には、飲酒判定を行うことができない。そこで、上記のように、人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形が飲酒の前後における変化が少ないことを利用し、飲酒判定時の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を飲酒前相当の時系列波形とみなし、そのデータと比較して飲酒判定を行う構成とすることもできる。
また、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数を求めるには、被験者が指尖容積脈波計を装着する必要がある。これは、疾病の解析などには都合がよいが、運転者の飲酒状態を判定するに当たって、当該運転者が、必ずしも、指尖容積脈波計を装着しないことも考えられる。そこで、基準値領域設定手段62は、第3の加速度脈波加齢指数算出手段65によって、着座して得られる背部の大動脈の脈波から指尖容積脈に近似するデータを得て、そのデータから加速度脈波加齢指数を算出するようにすることが好ましい。
本発明者が検討した結果、大動脈の脈波の2階微分波形をまず求め、この2階微分波形の加速度脈波(すなわち、大動脈の脈波の2階微分波形をさらに2階微分した波形)を求めることが好ましい。大動脈の脈波の2階微分波形は、2階微分により高周波成分が強調されることから、末梢の脈波である指尖容積脈波の時系列波形に近似する。このため、その加速度脈波も、指尖容積脈波の加速度脈波に近似することになり、第3の加速度脈波加齢指数演算手段65により得られる加速度脈波加齢指数の値の分散度合いは、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61により求められる大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の値の分散度合いよりも小さく、指尖容積脈の加速度脈波加齢指数の値の分散度合いに近い。従って、第3の加速度脈波加齢指数算出手段65によって得られる大動脈の脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数は、指尖容積脈の加速度脈波加齢指数の代用になる。
なお、第3の加速度脈波加齢指数演算手段65により得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を用いる場合も、飲酒前と飲酒判定時の双方で時系列波形を求めて基準値領域を定めることもできるし、飲酒判定時の時系列波形を、飲酒の有無に拘わらず、飲酒前相当の時系列波形とみなして飲酒判定に用いることもできる。このことは、上記の尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を用いる場合と同様である。
飲酒状態判定手段63は、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61により得られた大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形が、飲酒前相当の時系列波形と比較して所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定する手段である。飲酒していない場合には、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61により得られた大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の飲酒判定時の時系列波形は、当然に飲酒前相当の時系列波形と比較して有意な変化はないが、飲酒している場合には、飲酒前相当の時系列波形とは異なる状態になることから、その状態になった場合に、飲酒状態と判定する。
後述の試験例から、飲酒前後で比較した場合、基準値領域よりも高い領域又は低い領域への加速度脈波加齢指数の拡散が、飲酒前よりも飲酒後の方が顕著となる。そこで、例えば、運転席に着座したならば、その時点において、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61により大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求め、その時系列波形を飲酒前状態記憶手段66に記憶している飲酒前の大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形と比較して飲酒か否かを判定する。
その一方、飲酒判定時のみのデータを用いて飲酒か否かを判定する場合には、上記した第2の加速度脈波加齢指数演算手段64により得られる指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形、又は、第3の加速度脈波加齢指数算出手段65によって得られる大動脈の脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形から得られる基準値領域に対する分散度合いが、所定の変化を示している場合に所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定する。所定の変化を示しているか否かの基準としては、例えば、基準値領域よりも高い領域又は低い領域における加速度脈波加齢指数のプロット数(密度)が所定値以上か否かといった手法により判定することができる。
また、基準値領域として設定される飲酒判定時の人の動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅に対し、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61によって得られた飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅が2倍以上の場合に、分散度合いが増したと判断し、飲酒状態と判定することができる。基準値領域である飲酒判定時の人の動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅は、上記した指尖容積脈波の場合と同様に、時系列波形の算出ポイント数(プロット数)のうち、上下に大きく外れたものを除くと共に、算出ポイント数の70%以上、好ましくは80〜95%が含まれる領域で設定する。また、動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形の平均値を求め、その平均値を中心として算出ポイント数の70%以上、好ましくは80〜95%が含まれる領域を設定するようにしてもよい。比較対象である、第1の加速度脈波加齢指数演算手段61によって得られた飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅も同様に設定してもよいが、飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の広がり(分散度合い)を見るため、動脈脈波の加速度脈波加齢指数の全ての算出ポイントを含むバンド幅で比較するようにしてもよい。、
なお、飲酒判定時の基準となる加速度脈波加齢指数の時系列波形を出力する、指尖容積脈波を利用した第2の加速度脈波加齢指数演算手段64と、大動脈の脈波の2階微分波形を利用した第3の加速度脈波加齢指数算出手段65とは、いずれか一方が設定されていればよく、本実施形態のように、必ずしも両方が共に設定されている必要はない。
(試験例1)
(静荷重特性)
図7に示したように、測定盤上に、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)のみを単独で置いた場合(図8の「エアパック」のデータ)、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)上に第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を積層した場合(図8の「A+エアパック」のデータ)、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)上に第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30を積層した場合(図8の「B+エアパック」のデータ)、及び、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100)上に第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30を積層し、さらにその上に第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を積層した場合(図8の「A+B+エアパック」のデータ)について、センサ111bが付設された小空気袋111に対応する位置を、直径30mmの加圧板によってたわみ量1mmまで加圧して荷重−たわみ特性を測定した。エアクッション10の各空気袋111,121内に収容した三次元立体編物は、住江織物(株)製、製品番号49013Dであり、各部位の主な寸法は、図5(a),(b)に示したとおりであった。
その結果を図8に示す。収容体15により保持されたエアクッション10が、背部の大動脈の脈波によって生じる空気圧変動は、エアクッション10を保持した収容体15のみを単独で置いた場合(図8の「エアパック」)の荷重−たわみ特性に従うことになる。従って、この荷重−たわみ特性よりもバネ定数が高くなった場合には、エアクッション10を保持した収容体15を直接表皮部材511の裏面側に配置した場合よりも大動脈の脈波の感度が鈍ることになる。そこで、各荷重−たわみ特性から得られるバネ定数を比較すると、第1又は第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30のいずれかのみを、エアクッションユニット100(エアクッション10を保持した収容体15)と積層した場合(図8の「A+エアパック」,「B+エアパック」)よりも、第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30の両方を積層した場合(図8の「A+B+エアパック」)の方が、エアクッションユニット100(エアクッション10を保持した収容体15)のみを単独で置いて測定した場合のバネ定数に近いことがわかる。従って、第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30を両方とも積層して用いた場合には、これらをエアクッション10に積層しているにも拘わらず、脈波をほとんど減衰させずに伝達できると共に、エアクッション10を単体で用いた場合のように異物感も感じることが少なくなる。
なお、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20のみを複数枚積層した場合、あるいは、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30のみを複数枚積層した場合には、それぞれ、図8の「A+エアパック」のデータ、「B+エアパック」のデータとあまり変わらない結果となったことから、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20と第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30とはバネ定数の異なる構成とし、それらを重ね合わせることが好ましい。図8の実験結果から、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30のバネ定数が第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20のバネ定数の1.1〜1.4倍の範囲とすることが好ましい。この特性は、上記したように、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20は、相対的に伸縮性の高い弾性繊維不織布で被覆し、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30は、相対的に伸縮性の小さい不織布で被覆することにより付与される。また、エアクッション10を保持した収容体15上に第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30を積層し、さらにその上に第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を積層した場合(図8の「A+B+エアパック」)のバネ定数は、エアクッション10のみのバネ定数に相当する図8の「エアパック」で示されたバネ定数の0.8〜1.2倍の範囲となるようにすることが好ましい。
(試験例2)
(外乱振動の影響)
図9に示したように、加振機の加振台上に、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100,試験例1のものと同じ構造、サイズ)を載置し、そのさらに上面に、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30と第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を順に積層したもの(図9では、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30と第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を重ね合わせたものを「緩衝材」として表示)について(図8の「A+B+エアパック」と同じ形態)、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20上に2kgの重りを載せ、振幅1mmで1.0Hz〜10Hzまで、0.5Hz刻みで加振した(試験例2−A)。また、エアクッション10を保持した収容体15に代えて、小空気袋111を一つ加振台上に配置し、その上に、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30と第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を順に積層し、さらに、2kgの重りを載せて同様に加振した(比較例2−A)。なお、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20の表皮部材511に対向する面、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30のエアクッションユニット100に対向する面には、それぞれPENフィルムが貼着されている。そして、それぞれについて小空気袋111のに設けたセンサ111b(コンデンサ型マイクロフォンセンサ)の出力電圧を測定した。その結果を図10〜図14に示す。
図10〜図14から、試験例2−Aの場合には、1.0Hz〜10Hzまでのいずれの周波数においても、出力電圧の変化がほとんどないのに対し、比較例2−Aの場合には、試験例2−Aよりも相対的に出力電圧の変化が大きい。従って、試験例2−Aの構成とすることにより、シートバック部510からの外部振動の出力電圧への影響が極めて小さくなる。その一方、第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30側から入力される生体信号は、後述の試験例3のようにセンサ111bにより出力電圧の変化として捉えることができる。
(試験例3)
(外乱振動の影響と生体信号の検出)
図15(a)に示したように、加振機の加振台上に、シートバック部510におけるクッション支持部材512に相当する三次元立体編物(3Dネット)、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100,試験例1のものと同じ構造、サイズ)、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20、シートバック部510における表皮部材511に相当する三次元立体編物(3Dネット)を順に積層し、その上に2kgの重りを載せ、振幅1mmで、大動脈の脈波の周波数に近い1.0Hz、1.5Hz、2.0Hzで加振した。図15(a)は、クッション支持部材512側から振動を入力するようにして、本実施形態の動脈脈波検知手段1をシートバック部510に実際に組み込んだ際に受ける外乱振動の影響を調べるものである。
一方、図15(b)は、図15(a)と逆の順序で配置している。すなわち、シートバック部510における表皮部材511に相当する三次元立体編物(3Dネット)、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30、エアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100,試験例1のものと同じ構造、サイズ)、クッション支持部材512に相当する三次元立体編物(3Dネット)の順で積層している。この状態で加振することにより、表皮部材511側から入力される背部の大動脈の脈波の検出感度を調べることができる。なお、重りを2kgにしたのは、人が着座した際に、腰部からエアクッションユニット100が配設されているシートバック部510にかかる荷重が、直径98mmの面積で2kgに相当するためである。
結果を図16〜図18に示す。図において、「エアパック外乱模擬」が図15(a)の結果であり、「エアパック生体信号模擬」が図15(b)の結果である。また、加振機の入力波形も併せて示す。これらの図から、「エアパック外乱模擬」は、振幅がほとんどない直線に近い状態であり、外乱振動はほとんど除去されることがわかる。逆に、「エアパック生体信号模擬」は、入力波形よりも増幅していることがわかる。このことから、本実施形態の構成によれば、乗車時のような外乱振動が入力される動的条件下においても、1.0Hz〜2.0Hz付近の大動脈の脈波を、外乱振動に埋もれさせることなく、確実に検出できると言える。
(試験例4)
(飲酒実験)
図2に示したように、シート500のシートバック部510に、上記実施形態で説明したエアクッション10を保持した収容体15(エアクッションユニット100,試験例1のものと同じ構造、サイズ)、第2のビーズ発泡樹脂弾性部材30、第1のビーズ発泡樹脂弾性部材20を順に収容した。なお、このシートバック部510に使用した表皮部材511は、三次元立体編物である(住江織物(株)製、製品番号49013D)。また、センサ111bを備えた、着座者の左側のエアクッション10を構成する中央の小空気袋111(幅60mm、長さ160mm)のシートバック部510の中心寄りの側縁と下縁の交差部Pが、シートクッション部520の上面からシートバック部510の表面に沿った長さで220mm、シートバック部510の中心から80mmとなるようにシートバック部510に組み込んだ。そして、上記小空気袋111のセンサ111bからの電気信号を測定して得られる空気圧変動をもとに飲酒の有無を分析するコンピュータからなる飲酒状態検知装置60を配置し(図1参照)、20歳代から40歳代の日本人男性3名をそれぞれシート500に着座させ、背部の大動脈の脈波を採取した。また、比較用の生体信号を採取するため、各被験者には指尖容積脈波計((株)アムコ製、フィンガークリッププローブ SR−5C)を装着し、指尖容積脈波を測定すると共に、心電計(日本光電工業(株)製心電計 ECG−9122)により心拍変動の測定も行った。また、アルコール検出器(東海電子(株)製 ALC−mini)により呼気アルコール濃度の測定も行った。
(実験方法)
被験者には、あらかじめ飲酒実験とは別の日にエタノールパッチテストを行い、3名とも活性型(NN型)であることを確認した。なお、被験者の体重及び身長は、被験者Aが体重68kg、身長178cm、被験者Bが体重65kg、身長171cm、被験者Cが体重58kg、身長166cmである。エアクッション(エアパックセンサ)と上記した比較用センサーによる生体信号の計測は、飲酒前に20分間の計測を1回行い、その後、飲酒(ビール:アルコール濃度5%:500ml)をして、飲酒後に最も血液中のアルコール濃度が高くなるとされている20〜40分後の20分間に飲酒後の計測を行った。図19に、飲酒前と飲酒後の呼気アルコール濃度の測定結果を示す。なお、図19中、「爽快期」は、被験者が、飲酒により気分が高揚して心地よく感じる程度のアルコール濃度を指し、「酩酊期」は、被験者が、深酔い若しくはそれに近い程度となったアルコール濃度を指す。
(実験結果)
[エアパック脈波の検出及び飲酒との関連]
図20及び図21は、被験者Aの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示す。図22及び図23は、被験者Bの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示し、図24及び図25は、被験者Cの指尖容積脈波と背部の大動脈の脈波(エアパック脈波)の原波形と、その1階微分波形、2階微分波形を示す。
指尖容積脈波とエアパック脈波の原波形を比較すると、若干波形の形状は異なるが、ほぼ同一の周波数となっている。また、指尖容積脈波では飲酒の前後でそれほど大きな変化が見られないが、エアパック脈波では飲酒によって脈波の波形ピークが上昇していることがわかる。特に、飲酒による呼気アルコール濃度の上昇の大きかった被験者A,Cは顕著にその傾向が見られる。これは、指尖容積脈波が末梢系であることから、他の外部刺激の影響によって飲酒の影響が見えにくくなっているためと考えられ、エアパック脈波の場合には、背部の大動脈の脈波であるため、外部刺激の影響を受けにくく、飲酒による血管への影響が大きく現れるためであると考えられる。また、指尖容積脈波とエアパック脈波の1階微分波形、2階微分波形を比較すると、微分により指尖容積脈波とエアパック脈波双方に類似したピークが現れていることがわかる。特に、エアパック脈波の方が、顕著にこのピークが現れている。これは、心臓の収縮期、拡張期の切り替わりの近傍で切痕が生じることによるものと考えられ、心臓に近い大動脈の脈波を捉えているエアパック脈波の方が、特に2階微分波形において、切痕の影響による微分波形のピークが強く出ている。これらのことから、本実施形態のエアクッション10(エアクッションユニット100)により、大動脈の脈波という生体信号を確実に検出できることがわかる。
図26は、指尖容積脈波とエアパック脈波の被験者毎の飲酒前後における原波形の周波数解析結果を示す。指尖容積脈波とエアパック脈波を比較すると、飲酒の有無に拘わらず、3名の被験者全員ほぼ同一の周波数特性の傾向を示し、エアクッション10(エアクッションユニット100)が大動脈の脈波をうまく採取できていることがわかる。また、被験者A、Cは、飲酒により、脈波が高周波数帯にシフトしていることがわかった。これは、従来技術の項で説明した非特許文献3において指尖容積脈波を利用した飲酒実験と同様の結果であり、大動脈の脈波から飲酒の影響を検知できることがわかる。しかしながら、被験者Bの場合には、飲酒の前後で周波数帯がほとんど変化していない。これは、被験者Bが、他の2名よりも酒に強く、若い被験者であるため、アルコールの影響が現れにくいためと考えられる。
図27は、心電図により得られた心拍数変動のウエーブレット解析結果を示し、図28は、指尖容積脈波から得た心拍数変動のウエーブレット解析結果を示し、図29は、エアパック脈波から得た心拍変動数のウエーブレット解析結果を示す。一般に、HF(0.15〜0.4Hz)は副交感神経の心拍への影響を表し、LF/HF(LHは0.04〜0.15Hz)は交感神経の心拍への影響を表す。各図を飲酒前後で比較すると、図27及び図28と比較し、図29のエアパック脈波の解析結果は、飲酒後の自律神経系の活動をうまく捉えていない。これは、飲酒による血管への影響が大きく現れていることを示し、エアパック脈波により飲酒状態を捉えられることを示すものである。
[エアパック脈波及び指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数による飲酒検知]
図30〜図32は、各被験者について、エアパック脈波及び指尖容積脈波の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形である。加速度脈波加齢指数は脈波1拍ごとに算出するため、各算出時間に対応させて各値をプロットしたものである。図において、白抜きの三角印は、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示し、線状に濃く見える部分は、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す黒丸が寄せ集まっている状態である。
図30(a),(b)の被験者Aの場合、飲酒前においては、エアパック脈波の算出ポイントは、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す線状の部分よりも上の領域に偏在しているが、飲酒後では、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す線状の部分よりも下の領域に拡散している。なお、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数は、飲酒の前後でそれぞれ算出した値である。従って、図30(a)の加速度脈波加齢指数のパターンを予め飲酒前状態記憶手段66に記憶させておき、例えば、飲酒判定時において、図30(b)の加速度脈波加齢指数のパターンが得られたならば、図30(a)のパターンと比較する。飲酒状態判定手段63は、図30(a)及び(b)をパターンマッチングし、図30(a)であれば、図30(b)と比較して、下の領域における加速度脈波加齢指数のプロット数が増加していると判断し、「飲酒状態」と判定することになる。
図32(a),(b)の被験者Cも被験者Aと同様に、基準値領域よりも下の領域のおいて加速度脈波加齢指数のプロット数が増加して拡散していると判断できる。一方、図31(a),(b)の被験者Bの場合には、判断しにくい。これは、被験者Bが20歳代で図19から明らかなように酒に強いため、明確には現れなかったものと考えられる。但し、被験者Bの場合にも、後述の図37及び図40で示した手法を用いることにより飲酒状態を判定できる。
[指尖容積脈波及びエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の比較]
図33〜図35は、各被験者のエアパック脈波を2階微分し、得られたエアパック脈波2階微分波形から加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形を求め、この時系列波形を指尖容積脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)と比較したものである。図において、白抜きの丸印は、エアパック脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示し、線状に濃く見える部分は、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す黒丸が寄せ集まっている状態である。
指尖容積脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数を基準に考えた場合、図30〜図32に示したエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の分散度合いに対し、図33〜図35に示したエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の分散度合いは明らかに小さく、エアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数は、指尖容積脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数に集中するようなパターンになっている。これは、被験者A〜Cのいずれも同様であると共に、飲酒の前後で比較してもあまり変わらない。このことから、エアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形が、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数に代わる基準値領域として利用できると言える。これにより、運転者は、指尖容積脈波計を装着することもなく、単に着座するだけで、飲酒検知が行えることになる。
[エアパック脈波及びエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数による飲酒検知]
図36〜図38は、各被験者について、エアパック脈波及びエアパック脈波2階微分波形の各加速度脈波から算出した加速度脈波加齢指数(SDPTGAI)の時系列波形である。図において、白抜きの丸印は、エアパック脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示し、黒丸はエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す。
図36(a),(b)の被験者Aの場合及び図38(a),(b)の被験者Cの場合には、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数を用いた場合と同様に、飲酒前においては、エアパック脈波の算出ポイントは、エアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す線状の部分よりも上の領域に偏在しているが、飲酒後では、指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の算出ポイントを示す線状の部分よりも下の領域に拡散している。従って、指尖容積脈波を測定しなくても、エアパックから採取される動脈脈波のみを利用して、飲酒検知を行うことができることがわかる。
また、図36〜図38を見ると、基準領域であるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅(基準バンド幅)と、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅(比較バンド幅)とを比較すると、飲酒前は、2つのバンド幅は同じか、比較バンド幅が基準バンド幅の2倍弱程度に収まっている。これに対し、飲酒後は、比較バンド幅が基準バンド幅の2倍以上になっている。従って、飲酒状態判定手段63は、このバンド幅の比較によって、比較バンド幅が基準バンド幅の2倍以上となっている場合に、「飲酒状態」と判定するように設定することができる。
また、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数は、図36(b)及び図38(b)を見ると、被験者A,Cのように酩酊期の場合には、基準値領域よりも高い領域又は低い領域のいずれかに偏る傾向が高いが、図37(b)の被験者Bのように、爽快期の場合には、全体に均等に拡散分布する傾向があり、飲酒前の状態に近いことがわかる。このことから、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数の分布状況(分散度合い)によって、酩酊期、爽快期の判断も可能である。さらに、図36(b)、図37(b)及び図38(b)を見ると、いずれも、時間経過に伴って、すなわち酔いが醒めていくに従って、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数は、基準領域であるエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形から離れて、プロット点が図の下方に向かって崩れ落ちるように分散していく傾向がある。従って、このプロット点の分布密度の変化の度合いにより、酔いの度合いを判断することもできる。プロット点の分布密度の変化の度合いは、酔いが醒めていく変化の度合いと関連していることから、飲酒判定時において、この分布密度が低い状態であっても、例えば、30分前におけるアルコール濃度の推定に利用できる可能性がある。
図39〜図41は、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数を、基準値領域を境にして、それよりも高い領域と低い領域とに分割したものである。この手法によれば、飲酒前と比較した飲酒後は、被験者Aは、下の領域における分散度合いが増し、被験者Bの場合にも下の領域における分散度合いが増している。また、被験者Cの場合には、上の領域と下の領域における分散度合いが、ともに飲酒前よりも増していることがわかる。従って、このように分割して表示することにより、基準値領域よりも高い領域又は低い領域における加速度脈波加齢指数のプロット数を飲酒前後で比較し、いずれかが増加している場合には分散度合いが変化したことになるため、「飲酒状態」と判定することができる。例えば、図31では、被験者Bが飲酒か否か判定しにくいが、この手法によれば、被験者Bの場合にも下の領域における分散度合いが増していることが明確になり、正確な飲酒判定を行うことができる。なお、飲酒状態判定手段63は、上記した各判定手法を併用することもできる。例えば、飲酒判定の際に、まず、図36〜図38に示したように、エアパック脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の基準値領域のバンド幅とエアパック脈波の加速度脈波加齢指数をバンド幅とを比較する。次に、図39〜図41で示したように、3つの領域に分割した判断を行う。その結果、いずれか1つでも、「飲酒状態」と判定されたならば、その旨を出力する。このようにすれば、爽快期に含まれるような軽い酔い状態でも、より確実に飲酒状態を検知できる。
なお、図30〜図41では、計測時間が1200秒間(飲酒後1200秒経過した後の1200秒間)であるが、これらの図からも明らかなように、600秒以下あるいは300秒以下、さらには、それより少ない計測時間(例えば60秒)でも、バラツキを判定できるため、飲酒状態の迅速な検知が可能である。
図42〜図44は、被験者A〜Cの加速度脈波加齢指数の周波数解析(FFT)を行った結果を示す。図42〜図44は、(a),(b)の図が、エアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果であり、(c),(d)の図が、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果である。周波数解析結果は、パワースペクトルのピーク値が高いほど、分散度合いが高いことを示すものである。
図42及び図44から、被験者A,Cの場合、(d)に示された飲酒後のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果が、(b)の飲酒後のエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果よりも明確にピーク値が高いことがわかる。(d)の飲酒後のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果は、(c)の飲酒前のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の周波数解析結果よりもピーク値が高い。従って、被験者A,Cの場合、飲酒後のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数を、基準値領域となる飲酒後のエアパック脈波2階微分波形の加速度脈波加齢指数と比較しても、あるいは、飲酒前のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数と比較しても、いずれに対しても、飲酒後のエアパック脈波の加速度脈波加齢指数の分散度合いが高くなっており、飲酒状態を確実に判定できることが裏付けられた。また、図42,図44では、0〜300秒、450〜750秒、900〜1200秒の時間帯における周波数解析結果を示しているが、(d)と(b)、又は、(d)と(c)を比較して明らかように、測定開始時の0〜300秒における周波数解析結果同士を比較しても、(d)のピーク値は顕著に高く現れており、加速度脈波加齢指数の周波数解析によれば、300秒、あるいは、それ以下の短時間の計測で飲酒状態を判定できることもわかった。
一方、図43の被験者Bの場合には、(c),(d)を見ると、エアパック脈波の加速度脈波加齢指数のピーク値はいずれも、(a),(b)よりも同程度に高くなっており、飲酒の判定が困難である。従って、被験者Bのような場合もあるため、飲酒状態判定手段63は、上記のように、分散度合いに関する他の判定手法(図40のように複数の領域に分散して比較する手法)も加味して判定することで、判定精度を高める構成とすることが望ましい。
なお、上記実施形態においては、人体支持手段として自動車用のシートにエアクッション10、第1及び第2のビーズ発泡樹脂弾性部材20,30を組み込んでいるが、人体支持手段としては、ベッドなどの寝具、病院設備における診断用の椅子等に組み込むこともできる。また、上記実施形態では、シートバック部に組み込むエアクッションを用いて背部の大動脈の脈波を検知しているが、例えば、このエアクッションを人の手首回りに装着することにより、横骨動脈、尺骨動脈から動脈の脈波を採取することもできる。なお、このほかに動脈の脈波を採取可能な箇所としては、浅側頭動脈、頸動脈、鎖骨下動脈、上腕動脈、腹部大動脈、大腿動脈、膝窩動脈、後脛骨動脈、足背動脈などがあり、これらの箇所から脈波を採取して飲酒検知に用いることもできる。
1 動脈脈波検知手段
10 エアクッション
11 表側エアクッション
111 小空気袋
111b センサ
112 三次元立体編物
12 裏側エアクッション
121 大空気袋
122 三次元立体編物
15 収容体
100 エアクッションユニット
20 第1のビーズ発泡樹脂弾性部材
30 第2のビーズ発泡樹脂弾性部材
40,45 三次元立体編物
60 飲酒状態検知装置
61 第1の加速度脈波加齢指数演算手段
62 基準値領域設定手段
63 飲酒状態判定手段
64 第2の加速度脈波加齢指数演算手段
65 第3の加速度脈波加齢指数演算手段
500 シート
510 シートバック部
511 表皮部材
512 クッション支持部材
520 シートクッション部

Claims (10)

  1. 人の動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出し、その時系列波形を求める第1の加速度脈波加齢指数演算手段と、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段から求められる前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数を用いて飲酒状態を判定する飲酒状態判定手段とを具備する飲酒状態検知装置であって、
    前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形に基準値領域を設定する基準値領域設定手段をさらに具備すると共に、
    前記基準値領域設定手段における基準値領域を求める手段として、
    人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第2の加速度脈波加齢指数演算手段、又は、人の動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第3の加速度脈波加齢指数演算手段のいずれか少なくとも一方を具備し、
    前記飲酒状態判定手段は、
    前記基準値領域設定手段により基準値領域として設定される、前記第2の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形、又は、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形と、
    前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られた飲酒判定時の前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形と
    を比較し、
    飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の前記基準値領域に対する分散度合いが、所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定する構成であることを特徴とする飲酒状態検知装置。
  2. 前記基準値領域設定手段が、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる飲酒判定時の前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基準値領域として設定する場合、前記飲酒状態判定手段は、前記基準値領域のバンド幅に対し、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られる飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅が、2倍以上の場合に、飲酒状態と判定する請求項1記載の飲酒状態検知装置。
  3. 前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める手段である請求項1又は2記載の飲酒状態検知装置。
  4. 前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める手段である請求項1〜3のいずれか1に記載の飲酒状態検知装置。
  5. 前記人の動脈脈波を検知する動脈脈波検知手段が、人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波による前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の飲酒状態検知装置。
  6. コンピュータを、人の動脈脈波の加速度脈波加齢指数を算出し、その時系列波形を求める第1の加速度脈波加齢指数演算手段と、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段から求められる前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数を用いて飲酒状態を判定する飲酒状態判定手段として機能させるコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータを、前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形に基準値領域を設定する基準値領域設定手段としてさらに機能させると共に、
    前記基準値領域設定手段における基準値領域を求める手段として、
    人の指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第2の加速度脈波加齢指数演算手段、又は、人の動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める第3の加速度脈波加齢指数演算手段のいずれか少なくとも一方を機能させ、
    前記飲酒状態判定手段は、
    前記基準値領域設定手段により基準値領域として設定される、前記第2の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記指尖容積脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形、又は、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形と、
    前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られた飲酒判定時の前記動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形と
    を比較し、
    飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の前記基準値領域に対する分散度合いが、所定の変化を示している場合に、飲酒状態と判定することを特徴とするコンピュータプログラム。
  7. 前記基準値領域設定手段が、前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段により得られる飲酒判定時の前記動脈脈波の2階微分波形の加速度脈波加齢指数の時系列波形を基準値領域として設定する場合、前記飲酒状態判定手段は、前記基準値領域のバンド幅に対し、前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段によって得られる飲酒判定時の動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形のバンド幅が、2倍以上の場合に、飲酒状態と判定する請求項6記載のコンピュータプログラム。
  8. 前記第1の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める請求項6又は7記載のコンピュータプログラム。
  9. 前記第3の加速度脈波加齢指数演算手段が、前記動脈脈波として人の背部から得られる大動脈脈波を用い、該大動脈脈波の2階微分波形をさらに2階微分して得られる加速度脈波加齢指数の時系列波形を求める請求項6〜8のいずれか1に記載のコンピュータプログラム。
  10. 請求項6〜9のいずれか1に記載のコンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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