JP5776723B2 - 心電波形計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両の座席等といったシートに搭載されて、接触するユーザーの心電波形を計測する心電波形計測装置に関する。

例えば、車両等のシートに設けられ、着座したユーザーの心電波形を計測する心電波形計測装置では、特許文献１に示すように、シートの背もたれ部においてそのシートに着座したユーザーの心臓が位置するであろう所定の心臓位置を挟む形で、かつシートの背もたれ面に対し平行となる形で配置される対をなすセンサ電極と、そのセンサ電極への高インピーダンス入力に影響が与えられないよう各センサ電極の外周側やシート内部側に配置されるガード電極と、それらセンサ電極とガード電極との間に配置される絶縁材と、を有した電極電位検出部を備える。

対をなすセンサ電極はそれぞれ、公知のオペアンプを含んで構成されるセンサ回路の入力端子と接続する。両センサ回路は、接続するセンサ電極の電位を検出信号として出力端子から出力する。両センサ回路から出力される検出信号は差動増幅器の入力端子に入力され、それら検出信号の差分をとった差分信号が出力端子から出力される。出力される差分信号はバンドパスフィルタに入力され、心電信号帯域（例えば０．２〜３５Ｈｚ）の成分を通過させたアナログ信号とされる。さらに、そのアナログ信号はＡＤ変換器に入力されてデジタル信号に変換される。このデジタル信号が、上記シートに着座したユーザーの心電信号であり、その心電信号から得られる心電波形が、この場合は車両の各種制御に用いられる。

一方で、センサ回路が形成される回路基板は、硬質の収容ケースに収容されており、シートの背もたれ部の内部の、対応するセンサ電極から比較的近い位置に配置される。

特開２０１２−１６１４９０号公報

センサ電極・絶縁材・ガード電極を有する電極電位検出部は、従来は、シートの背もたれ面からやや奥の方に配置されてきた。ところが、検出感度の向上のために、この電極電位検出部をシートの背もたれ面により近い位置に配置させたいという要望がある。しかしながら、電極電位検出部をシートの背もたれ面に近づけることは、センサ回路基板を収容する収容ケースもシートの背もたれ面に近づけることになり、結果として、着座したユーザーはその背に硬い収容ケースを感じる等、座り心地の悪さを招くという課題を生じさせてしまう。

本発明の課題は、センサ電極をシートの背もたれ面により近い位置に配置させたとしても、ユーザーにそのシートの座り心地の悪さを感じさせることを無くするとともに、高いノイズ除去効果も同時に実現した心電波形計測装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明の心電波形計測装置は、
シート（１００）において、ユーザー（１０）との接触面（１００ｈ）を形成するシート表皮材（１１１Ｆ）と、
前記シート表皮材（１１１Ｆ）に被覆される形で、前記接触面（１００ｈ）の裏側となるシート内部側に配置されるセンサ電極（２）と、
前記センサ電極（２）の前記シート表皮材（１１１Ｆ）とは逆側となるシート内部側において、該センサ電極（２）に対向するよう配置され、その厚みが前記シート表皮材（１１１Ｆ）よりも厚い絶縁性弾性材（３）と、
前記絶縁性弾性材（３）の前記センサ電極（２）とは逆側となるシート内部側において、該センサ電極（２）と対向するよう配置されるガード電極（４）と、
前記絶縁性弾性材（３）の前記センサ電極（２）とは逆側となるシート内部側において、該絶縁性弾性材（３）と対向するよう配置されるとともに、前記センサ電極（２）の電位を示す電位信号が最初に入力される増幅回路（２０Ｄ）を少なくとも有したセンサ回路（２０）を収容した収容ケース（６）と、
を備え、前記シート表皮材（１１１Ｆ）には、前記接触面（１００ｈ）とは逆側に内側弾性材（１１１Ｅ）として前記絶縁性弾性材（３）一体固定されるとともに、前記センサ電極（２）は、前記内側弾性材（１１１Ｅ）と前記シート表皮材（１１１Ｆ）との間に挟まれる形で配置されることを特徴とする。

上記本発明の構成によれば、硬い収容ケース（６）を、シート（１００）の最表面を形成するシート表皮材（１０１Ｆ）よりも厚い上記絶縁性弾性材（３）の背後（シート内部側）に位置させることで、硬い収容ケース（６）の接触感を感じるといった座り心地の悪さの改善と、さらにノイズの減少という双方の効果を得ることができる。

上記本発明の構成において、シート（１００）の最表面を形成するシート表皮材（１０１Ｆ）の裏面に、センサ電極（２）とゲート電極（４）の間に配置される絶縁性弾性材（３）とは別となる内側弾性材（１０１Ｅ）を配置し、その裏にセンサ電極（２）を配置する構成としてもよい。この場合、内側弾性材（１０１Ｅ）が存在することにより、上記の座り心地の悪さをより改善できる。ところが、この内側弾性材（１０１Ｅ）は、さらには厚みを増すほど上記の座り心地の悪さを改善できるものの、人体との間の介在物が増えるためにノイズを増加させてしまうという新たな課題が生じる。これに対し、上記絶縁性弾性材（３）の厚みを増すことにより、増えるノイズを抑えることができる。

本発明の心電波形計測装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の心電波形計測装置が設けられるシートにおいて、電極電位検出部の配置位置を説明する図。 本発明の一実施形態である心電波形計測装置において、シート内に配置された電極電位検出部の中央断面を、シートに接触するユーザーと共に示した断面図。 図１の心電波形計測装置に採用可能なセンサ回路の回路構成の一例を示した回路図。 図３の心電波形計測装置の構成に対し、人体衣服の直下にセンサ電極を配置し、そのセンサ電極とガード電極との間に絶縁材（弾性材料Ｚ：厚さ１ｍｍ）を配置した点を変更した場合に検出される心電波形の一例（試験Ａ１）と、図３の心電波形計測装置の構成に対し、シート表皮材の直下に内側弾性材（弾性材料Ｕ：厚さ５ｍｍ）を配置し、その直下にセンサ電極を配置し、さらにその直下に弾性材（弾性材料Ｚ：厚さ１ｍｍ）を配置した点を変更した場合に検出される心電波形の一例（試験Ａ２）と、図３の心電波形計測装置の構成に対し、人体衣服の直下にセンサ電極を配置した点を変更し、そのセンサ電極とガード電極との間に絶縁材（弾性材料Ｕ：厚さ１０ｍｍ）を配置した場合に検出される心電波形の一例（試験Ａ３）と、図３の心電波形計測装置と同様の構成であって、シート表皮材の直下に内側弾性材（絶縁材料Ｕ：厚さ５ｍｍ）を配置し、その直下にセンサ電極を配置し、さらにそのセンサ電極とガード電極との間に弾性材（絶縁材料Ｕ：厚さ１０ｍｍ）を配置した場合に検出される心電波形の一例（試験Ａ４）を示した図。 図３の心電波形計測装置（センサ電極の直下に絶縁材料Ｕで厚さ１０ｍｍの弾性材）において、心電波形の検出時の弾性材の圧縮状態を推定するために、当該弾性材に代わって非圧縮となる樹脂プレートを配置するとともに、その厚みを１ｍｍと２ｍｍと５ｍｍと１０ｍｍとして変更したときに検出される心電波形の一例を示した図。 図３の心電波形計測装置（センサ電極の直下に絶縁材料Ｕで厚さ１０ｍｍの弾性材を配置）において、ユーザーが異なる場合に検出される心電波形の一例を、センサ電極の直下の絶縁材がない場合（代わりに厚さ１ｍｍの樹脂プレートを配置）と比較する形で示した図。 図３の心電波形計測装置の構成に対し、シート表皮材の直下に内側弾性材（弾性材料Ｕ：厚さ５ｍｍ）を配置し、その内側弾性材の直下にセンサ電極を配置し、さらにそのセンサ電極の直下に絶縁材（樹脂プレート：厚さ１ｍｍ）を配置した点を変更した場合において、ユーザーがインナーパンツを着ないときと着たときに検出される心電波形の一例と、図３の心電波形計測装置と同様の構成であって、シート表皮材の直下に内側弾性材（絶縁材料Ｕ：厚さ５ｍｍ）を配置し、その内側弾性材の直下にセンサ電極を配置し、さらにそのセンサ電極の直下に絶縁材（弾性材料Ｕ：厚さ１０ｍｍ）を配置し、ユーザーがインナーパンツを着ないときと着たときに検出される心電波形の一例を示した図。 本発明の心電波形計測装置の第一変形例であって、電極電位検出部の中央断面を、シートに接触するユーザーと共に示した断面図。 本発明の心電波形計測装置の第二変形例であって、電極電位検出部の中央断面を、シートに接触するユーザーと共に示した断面図。 本発明の心電波形計測装置の第三変形例であって、電極電位検出部の中央断面を、シートに接触するユーザーと共に示した断面図。 本発明の心電波形計測装置の第四変形例であって、電極電位検出部の中央断面を、シートに接触するユーザーと共に示した断面図。

本発明の心電波形計測装置の基本原理について説明する。

図１に示すように、本実施形態の心電波形計測装置１は、シート１００の内部に配置される対をなすセンサ電極２Ａ，２Ｂの電位を検出信号としてそれぞれ取得する電極電位検出部５Ａ，５Ｂと、取得されるそれら検出信号に基づいてシート１００に接触したユーザー（被検者）１０の心電波形が反映される心電信号を生成する心電信号抽出部７と、を備える。電極電位検出部５Ａ，５Ｂは、各センサ電極２Ａ，２Ｂと接続し、そのセンサ電極２Ａ，２Ｂの電位を取得して検出信号として出力するセンサ回路２０Ａ，２０Ｂを備える。心電信号抽出部７は、電極電位検出部５Ａ，５Ｂから出力される検出信号の差分をとった差分信号を出力する差動増幅回路３０と、その差分信号をサンプリングして、アナログ−デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器５０と、を備える。アナログ−デジタル変換されたデジタル信号が、シート１００に接触したユーザー（被検者）１０の心電信号であり、制御部（制御装置）６０に入力される。

図２に示すように、対をなすセンサ電極２Ａ，２Ｂは導電体であり、シート１００に接触するユーザー１０との間で静電容量結合することにより、キャパシタＣを形成する。対をなすセンサ電極２Ａ，２Ｂの、ユーザー１０との接触位置は、ユーザー１０のシート１００との接触部位（例えば背中）のうち心臓を挟んだ２位置であり、それら２位置においてそれぞれキャパシタＣが形成される。それら２位置間の電位差によってユーザー１０（人体）の心臓を含む経路に微弱電流が流れる。その微弱電流は対をなすセンサ電極２Ａ，２Ｂの電位差に対応した値を示すから、その電位差を検出することはユーザーの心電波形を計測することになる。その電位差を反映した信号とは、差動増幅回路３０から出力される差分信号である。制御部６０は、その電位差を反映した信号の入力を受け、その信号に基づいて、ユーザーの心電波形を計測する。

本実施形態においては、差動増幅回路３０から出力される差分信号は、バンドパスフィルタ５０に入力されて心電信号帯域（例えば０．２〜３５Ｈｚ）の成分を通過させたアナログ信号となり、このアナログ信号がＡＤ変換器４０に入力されてデジタル信号に変換されて心電信号となる。なお、バンドパスフィルタ４０やＡＤ変換器５０については省略してもよい。

本実施形態の心電波形計測装置１の特徴について説明する。

まずは、センサ電極２Ａ，２Ｂが設けられるシート１００について説明する。図３に示すように、シート１００は、ユーザー１０との接触面１００ｈを形成するシート本体被覆材１０１によって、該シート本体被覆材１０１とは別体のシート本体材１０２の表面１０２ａが覆われる形で構成される。なお、シート１００は椅子やベッド等とすることができ、ここでは自動車などの車両の座席とされ、ユーザーが着座して利用する。また、ここでのユーザーはステアリングホイール１０９に設けられた、ＧＮＤ端子（グランド端子）に接続する電極（図示なし）に触れる形で、ＧＮＤ電位と接続している。

シート本体材１０２は、シート１００の座部１０２及び背もたれ部１０１を形成する芯材であり、例えば硬質発泡ポリウレタン製の芯材である。

シート本体被覆材１０１は、別体のシート本体材１０２に対し相対的な位置ずれが可能となる形で、該シート本体材１０２の表面１０２ａと共に後述のセンサ電極２Ａ，２Ｂを覆っている。本実施形態のシート本体被覆材１０１は、シート表皮材１０１Ｆのシート内部側に内側弾性材１０１Ｅが一体固定される形で構成された弾性材付き表皮材である。ここではシート表皮材１０１Ｆと内側弾性材１０１Ｅは接着剤で接着固定されているが、他の固定方法で固定されていてもよい。

本実施形態の内側弾性材１０１Ｅは、少なくとも硬さが後述する絶縁材３と同等以下となる材質であり、その厚みｄ１は後述する絶縁材３の厚みｄ３より薄い。

本実施形態のシート表皮材１０１Ｆは、ファブリックや皮等とされており、最大でもその厚みは２ｍｍ以下である。

次に、電極電位検出部５Ａ，５Ｂについて説明する。図３に示すように、本実施形態の心電波形計測装置１は、図１のセンサ電極２Ａを有した電極電位検出部５Ａと、センサ電極２Ｂを有した電極電位検出部５Ｂと、を備える。なお、電極電位検出部５Ａ，５Ｂはそれぞれ共通の構成を有するため、以下では、電極電位検出部５Ａ，５Ｂを符号５、センサ電極２Ａ，２Ｂを符号２、センサ回路２０Ａ，２０Ｂを符号２０に代表させる形で、双方の電極電位検出部５（５Ａ，５Ｂ）の構成を説明する。

電極電位検出部５は、シート１００の内部に設けられる心電計測用のセンサ電極２と、センサ電極２とは逆側（シート内部側）で対向するよう配置されるガード電極４と、それら電極２と電極４との間に介在する絶縁材３と、センサ電極２から出力される電位信号を増幅させる最初の増幅回路２０Ｄを少なくとも有したセンサ回路２０と、センサ回路２０が形成される回路基板を収容する収容ケース６と、を備える。

なお、本発明において、シート内部側（即ち、シートに接触するユーザーから遠ざかる側）で対向するとは、シート１００のユーザー接触面１００ｈからシート内部に向かう予め定められたシート内向き方向において対向することを意味するものとする。また、上述した厚みや厚さは、そのシート内向き方向の幅のことを意味するものとする。例えば、上記シート内向き方向は、センサ電極２と絶縁材３とガード電極４の積み上がり方向におけるシート内部に向かう方向、あるいはシート１００のユーザー接触面１００ｈに垂直をなしてシート内部に向かう方向に定めることができる。ここではそれら双方の方向が一致しており、その一致した方向が上記シート内向き方向とされている。なお、この方向とは異なる方向を上記シート内向き方向に定めてもよい。

センサ電極２は、図２に示すように、ユーザー１０が着座するシート１００の背もたれ部１０１にユーザー１０の平均的な心臓の位置を挟んで配置（ここでは上下に挟んで配置）される、対をなす電極２Ａ，２Ｂである。センサ電極２は、ユーザー１０（人体１０Ｈｍ）が衣服１０Ｃｌやシート本体被覆材１０１等を介して接触したときに生じる電位を検出するために設けられる。センサ電極２は、例えば銅などの金属材料からなる平板状の導体（導体板）や導電性を有した柔軟性のある布状の導体（導体布）、後述する絶縁材３上に印刷形成された導体（導体層）等で形成される。本実施形態のセンサ電極２は柔軟性のある導体であり、例えば上記した布状の導体を採用するものとする。

本実施形態のセンサ電極２は、シート本体被覆材１０１のユーザー接触面１００ｈの裏側となるシート内部側に配置される。また、本実施形態のセンサ電極２は、電極面２ａがシート本体材１０２の表面１０２ａと同一平面となる又は表面１０２ａから突出するよう露出させる形でシート本体材１０２に組み付けられるとともに、電極面２ａがシート本体被覆材１０１によって覆われる。

絶縁材（中間材）３は、センサ電極２に対しシート本体被覆材１０１とは逆側（シート内部側）で対向するよう配置される。絶縁材３は、センサ電極２の電極面２ａの裏面２ｂを覆う。本実施形態の絶縁材３は、センサ電極２側の表面３ａｃ、３ａｄのうち外周領域３ａｄを除く中央領域３ａｃにおいて、裏面２ｂ全面と面接触する形で配置される。なお、絶縁材３は、センサ電極２側の全表面３ａｃ、３ａｄと接触して配置されてもよい。

絶縁材３は、シート本体材１０２及び収容ケース６よりも低硬度となる絶縁性弾性材である。絶縁材３の硬さ（硬度）は、少なくとも０．５Ｎ以上で４００Ｎより小さい範囲内の値であり、より望ましくは２００Ｎよりも小さく、さらに望ましくは１２０Ｎよりも小さいとよい。本実施形態の絶縁材３及び内側弾性材１０１Ｅは、耐荷重用軟質ポリウレタンフォームであり、ポリオールとポリイソシアネートとを主成分とし、樹脂化させながら発泡させて形成されるプラスチック発泡体である周知の軟質ウレタンフォーム（以下、弾性材料Ｕという）であり、その厚みｄ３は１０ｍｍである。軟質ウレタンフォームは一般的に発泡倍率が約６０〜１０倍、見かけ密度は約１６〜１００ｋｇ／ｍ^３の軽いプラスチック発泡体であって、気泡が連通して柔らかく、復元性がある。

なお、各材料の硬さについては、各材料に応じた計測方法で計測された値である。ここでの内側弾性材１０１Ｅや絶縁材３といった軟質ウレタンフォームの硬さは、ＪＩＳ Ｋ６４０１に規定の計測法に従い計測された硬さである。本実施形態における内側弾性材１０１Ｅや絶縁材３の硬さ（硬度）は、例えばＪＩＳ Ｋ６４０１が規定するクラスＸ以上と定めることもできる。

ガード電極４は、センサ電極２に対する外部からのノイズ混入をガードするよう、ここでは少なくとも弾性体である絶縁材３に対しセンサ電極２とは逆側（シート内部側）で対向するよう配置される。ガード電極４は、センサ電極２の電極面２ａの裏面２ｂを、シート内部側で覆うようにシート内側で対向して位置する。ここでのガード電極４は、絶縁材３のシート内側の面をなす裏面３ｂをシート内側で覆うように、絶縁材３の裏面３ｂ（ここでは裏面３ｂ全面）と面接触する形で配置される。

ガード電極４は、例えば銅などの金属材料からなる平板状の導体（導体板）や導電性を有した柔軟性のある布状の導体（導体布）、後述する絶縁材３上に印刷形成された導体（導体層）等で形成される。本実施形態のガード電極４は柔軟性のある導体であり、例えば上記した布状の導体を採用するものとするが、他の導体を用いてもよい。

センサ回路２０は、対応するセンサ電極２に接続する回路であって、収容ケース６に収容される回路基板（図示なし）上に形成される。センサ回路２０は、接続するセンサ電極２から出力される電位信号が入力される最初のオペアンプ（増幅回路）２０Ｄを少なくとも有する。本実施形態のオペアンプ２０Ｄは公知のものであり、例えば図４に示すように、出力が反転入力端子（−）に直結される回路であって、非反転入力端子（＋）にセンサ電極２が接続し、出力端子に差動増幅回路３０が接続する。また、オペアンプ２０Ｄの非反転入力端子（＋）は、公知の抵抗器２０Ｒを介してＧＮＤ電位（グランド電位）に接続し、さらに、公知のコンデンサ２０Ｃを介してＧＮＤ電位に接続している。

なお、センサ回路２０の回路構成については、上記本実施形態の構成に限られる必要はなく、少なくともオペアンプ（増幅回路）２０Ｄを１以上有し、出力信号として、後述する差動増幅回路３０に入力されて、心電波形が反映される信号が出力されるような信号を生成・出力する信号生成回路であればよい。例えばオペアンプ２０Ｄの出力を補正回路に入力して、補正された出力を差動増幅回路３０に入力させる回路構成としてもよい。なお、差動増幅回路を利用せずに、センサ回路２０の出力をそのまま制御部６０に出力して心電を検出しても良い。

収容ケース６は、センサ回路２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ対応して設けられ、それら回路２０Ａ，２０Ｂが形成された回路基板２６Ａ，２６Ｂを収容する、絶縁材３よりも硬いケース６Ａ，６Ｂである。収容ケース６は、絶縁材３よりも硬い金属製または樹脂製のケースであり、その厚みは、およそ２ｍｍ以上５ｍｍ以下とされる。収容ケース６は、絶縁材３に対しセンサ電極２とは逆側（シート内部側）で対向するよう配置される。

なお、収容ケース６は、少なくとも絶縁材３に対し、シート内部側に対向配置されていればよい。本実施形態の収容ケース６は、絶縁材３に対しシート内部側で対向するよう配置されており、その絶縁材３が厚みのある弾性体であるから、ユーザーが着座してシート１００に背中を接触させ、これを圧迫した際には、その圧迫を弾性体である絶縁材３が圧縮する弾性変形によって吸収するため、ユーザー１０は、硬い収容ケース６との接触感を感じにくい（ほとんど感じない）。また、弾性体である絶縁材３は、例えば硬さ６０（タイプＡデュロメータ法による）の、天然ゴムを含有する合成ゴム（以下、弾性材料Ｚという）よりも低硬度で（やわらかく）、かつ厚く形成されているから弾性変形による圧縮量は大きく、ユーザーによる圧迫をより吸収し易い。さらに本実施形態においては、絶縁材３のシート内部側にガード電極４があり、収容ケース６はそのガード電極４に対しシート内側に対向配置されているから、シート１００に着座したユーザー１０の背中には、硬い収容ケース６との接触感がより一層伝わりにくい。

絶縁材３の厚みｄ３については、硬い収容ケース６の接触感を感じないようにするために、内側弾性材１０１Ｅと合わせた総厚みが５ｍｍ以上、より望ましくは１０ｍｍ以上であるとよい。この厚みが厚いほど、上記接触感によるすわり心地に悪影響は減少するが、この厚みが増えすぎることは、電極電位検出部５全体の小型化の要望に反するため、最大でも３０ｍｍ以下とする。

ところが、本実施形態のようにセンサ電極２のシート外部側に内側弾性材１０１Ｅのような硬度の弾性材料を配置する場合、当該弾性材料の存在によってノイズが増すという課題がある。これに対し、絶縁材３の厚みｄ３を２ｍｍ以上とすることで、心電波形可能なレベルにまでノイズを減少させることができる。このノイズの観点からすると、絶縁材３の厚みｄ３は、より望ましくは２ｍｍ以上であるとよく、さらに望ましくは５ｍｍ以上であるとよい。

一方で、内側弾性材１０１Ｅは、上記のノイズの観点と、心電信号の検出感度の観点からすれば、薄いほど望ましい。ここでの内側弾性材１０１Ｅは、後述する絶縁材３と同じ材質であり、その厚みｄ１は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるが、より望ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であるとよく、さらに望ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるとよい。

本実施形態のシート本体材１０２には収容凹部１０６が形成され、収容ケース６が収容される一方で、センサ電極２と絶縁材３とゲート電極４は、この順で一体化された状態で、シート本体材１０２の表面１０２ａ上に接着配置される。なお、図３では、センサ電極２と絶縁材３とゲート電極４が比較的厚みを有するように見えるが、これは各部を見やすく表示しているだけであり、実際の各部の寸法比を反映したものではなく、実際には図３で見るよりも十分に薄い。ここでの収容凹部１０６は、収容ケース６を収容する収容部１０６ｂと、収容部１０６ｂに収容された収容ケース６がその外周側表面に当接する形でその抜けが防止されるように形成され、収容ケース６の収容口を形成する収容入口部１０６ａと、を有する。一体化されたセンサ電極２と絶縁材３とゲート電極４とは、この収容入口部１０６ａを塞ぐ形で配置される。センサ電極２から引き出されている配線部材２６は、一体化されたセンサ電極２と絶縁材３とゲート電極４の外周側を通って、収容入口部１０６ａに進入するよう配置され、収容部１０６ｂに収容された収容ケース６内の回路基板と接続する。

配線部材２６は、導線の外周を絶縁材で被覆してなる配線部材である。ここでの配線部材２６は可撓性を有するフレキシブル配線であり、絶縁材３の厚みｄ３の変化に容易に対応できるようになっている。

最後に、心電信号抽出部７について説明する。図１に示すように、本実施形態の心電波形計測装置１は、差動増幅器３０を有した心電信号抽出部を備え、ここではさらに、バンドパスフィルタ４０とＡＤ変換器５０を備え、生成された心電信号が制御部６０に入力される。

差動増幅回路３０は、公知の差動増幅器３０として構成されており、その反転入力端子（−）はセンサ回路２０Ａに接続され、その非反転入力端子（＋）はセンサ回路２０Ｂに接続され、その出力端子はバンドパスフィルタ４０に接続されている。差動増幅器３０は、これらセンサ回路２０Ａから入力された信号とセンサ回路２０Ｂから入力された信号との差分をとって差分信号としてバンドパスフィルタ４０に出力する。

バンドパスフィルタ４０は、公知のバンドパスフィルタ４０にて構成されており、その入力端子が差動増幅器３０に接続され、その出力端子がＡＤ変換器５０に接続されている。バンドパスフィルタ４０は、差動増幅器３０から入力された差分信号について、心電信号帯域（例えば「０．２〜３５［Ｈｚ］）の成分を通過させるとともに、これ以外の帯域の成分を減衰させた上で、アナログ信号としてＡＤ変換器５０に出力する。

ＡＤ変換器５０は、公知のＡＤ変換器５０にて構成されており、その入力端子はバンドパスフィルタ４０に接続されている。ＡＤ変換器５０は、バンドパスフィルタ４０から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して心電信号として出力する。

制御部６０は、公知のＣＰＵを有して構成される公知のコンピュータであり、フラッシュメモリ等の記憶部を有し、この記憶部に記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することによって、各種機能を実現するものである。制御部６０は、心電信号抽出部７から心電信号の入力を受け付けると、その心電信号に基づいて心電波形を取得する。そして、取得した心電波形に基づいて予め定められた各種処理を実行する。

このように本実施形態の心電波形計測装置１では、センサ電極２がシート本体被覆材１０１の直下に設けられ、シート１００の接触面１００ｈとの距離が近く、従来よりも検出感度を高めることができる。ところが、センサ電極２をシート１００の接触面１００ｈに近い位置に配置することは、センサ回路２０を有する収容ケース６も接触面１００ｈに近い位置に配置することになるため、シート１００に着座したユーザー１０は、硬い収容ケースを背中に感じ、不快感を覚えるという課題が生じる。これに対し本実施形態の心電波形計測装置１では、センサ電極２とガード電極４との間に弾性部材である絶縁材４を介在させることで、シート１００に着座したユーザー１０が背中に感じる硬い収容ケースの感触を無くすることができる。加えて、その絶縁材３が厚いことで、検出される心電信号のノイズを低減できるという新たな効果も得ることができた。

ここで、実際に制御部６０において取得・計測された心電波形の一例について説明する。

まずは、センサ電極２による信号の検出感度を増すために、センサ電極２を、ユーザー１０により近い位置となるように、シート本体被覆材１０１を外して、ユーザー１０（人体１０Ｈｍ）の衣服１０Ｃｌの直下に位置するよう配置した。なお、センサ電極２の直下には絶縁材３を配置しているが、その絶縁材３は、厚さ１ｍｍの弾性材料Ｚ（ここでは上記合成ゴムのシート）からなる。その場合の心電波形の計測結果を図５の試験Ａ１に示す。停車中であれば心電波形を十分に確認できる計測結果が得られているが、走行中は、走行ノイズが重畳して心電波形がほとんど検出できていない。一方、被検者であるユーザーは、背中に硬い収容ケース６の接触を感じるという課題も残る。

なお、図５の試験Ａ１〜Ａ４に示す各心電波形において、心電波形が飽和している箇所は、ステアリングに設置したＧＮＤ電極から手が離れたことにより信号が飽和したために発生している。この信号の飽和は、正常時においても検出しうる波形状態であるから、本発明において減少を望んでいる走行ノイズ等ではない。

この硬い収容ケース６の接触感の課題を改善するべく、シート表皮材（ここではファブリック）１０１Ｆの裏面に、弾性材料Ｕ（ここでは上記軟質ウレタンフォーム）からなる内側弾性材１０１Ｅ（厚さ５ｍｍ）が一体に接着されたものを用意し、センサ電極２を、その内側弾性材１０１Ｅの直下に配置した。なお、センサ電極２の直下には、弾性材料Ｚからなる厚さ１ｍｍの絶縁材３が配置されている。その場合の計測結果を図５の試験Ａ２に示す。この場合は、停車中ですらノイズが多く心電波形の計測は難しいという結果が得られている。つまり、シート表皮材（ここではファブリック）１０１Ｆを衣服と同様の素材と考えるならば、ノイズの増加を招いた原因は、そのシート表皮材１０１Ｆとセンサ電極２との間に介在する弾性部材１０１Ｅであるといえる。なお、硬い収容ケース６の接触感の課題についても、この内側弾性材１０１Ｅの厚みでは十分には解決されていない。

これに対し、まずは硬い収容ケース６の接触感の課題を解決するために、図５の試験Ａ１の計測条件から、絶縁材３の材料を、より硬度の低い（よりやわらかい）弾性材料Ｕ（ここでは上記軟質ウレタンフォーム）にして、その厚みも１０ｍｍにする変更を行った。その場合の計測結果を図５の試験Ａ３に示す。試験Ａ１に比べて走行中もノイズが減り、心電波形を計測可能な結果が得られることがわかる。また、硬い収容ケース６の接触感の課題も解決されている。

また、図５の試験Ａ２の計測条件から、絶縁材３の材料を、より硬度の低い（よりやわらかい）弾性材料Ｕ（ここでは上記軟質ウレタンフォーム）にして、その厚みも１０ｍｍにする変更も行った。その場合の計測結果を図５の試験Ａ４に示す。シート表皮材（ここではファブリック）１０１Ｆとセンサ電極２との間に弾性部材１０１Ｅが介在しているにも関わらず、図５の試験Ａ２に比べて走行中のノイズがかなり改善され、停車中においても心電波形が計測可能となっている。また、硬い収容ケース６の接触感の課題も解決されている。

次に、絶縁材３がユーザー１０の背による圧迫によって圧縮状態で使用されることを考慮し、その圧迫状態において絶縁材３の厚さがどの程度あれば、心電波形を計測可能なレベルまでノイズを減じられるかを調べる。その結果が図６である。図６の最上図は図５の試験Ａ４の場合と同様の構成で心電波形を計測した結果あり、絶縁材３として上記弾性部材Ｕ（ここでは軟質ウレタンフォーム）を採用し、その厚みを１０ｍｍとしている。これを基準に、その下の４つの計測結果と比較する。なお、図６では、心電波形をそれぞれの条件で２回ずつ計測した結果が示されているが、その２回の計測に際して、被検者であるユーザーは、シート１００に対し一度立ち上がって着座をし直している。

まずは絶縁材３がユーザーの背による圧迫によって厚さ１ｍｍまで圧縮された状態を想定し、絶縁材３に代わって、当該圧迫では非圧縮を保つ厚さ１ｍｍの樹脂プレートを採用する。この場合、ノイズがやや目立つため、心電波形にはやや向かない（図６の上から２つ目の図参照）。次に、厚さ２ｍｍの同様の樹脂プレートを採用する。この場合、ノイズが多少見受けられるものの、心電波形を計測可能なレベルではある（図６の上から３つ目の図参照）。次に、厚さ５ｍｍの同様の樹脂プレートを採用する。この場合、図６の最上図と同じレベルの心電波形の信号を計測できている（図６の上から４つ目の図参照）。最後に、厚さ１０ｍｍの同様の樹脂プレートを採用する。この場合、図６の最上図とほとんど同じレベルの心電波形の信号を計測できている（図６の最下図参照）。

つまり、図６の結果からは、絶縁材３は、厚さ２ｍｍ以上あれば硬い収容ケース６の接触感の課題は解決するといえる。ただし、絶縁材３は、厚さ２ｍｍでは圧縮されると２ｍｍより薄くなるため、ノイズ除去の観点からすれば、より望ましくは厚さ５ｍｍ以上であるとよい。即ち、絶縁材３は、少なくとも厚さ５ｍｍ以上あれば、圧縮されても２ｍｍ以上の厚さを確保できるから、心電波形を計測可能なレベル（図６の上から３つ目の図参照）とすることができる。

次に、心電波形の検出感度はユーザー毎に異なるため、異なるユーザー間での心電波形のノイズ状況と、絶縁材３の厚さと硬さの変更（１ｍｍ→１０ｍｍと弾性部材Ｚ→Ｕ）の影響を調べた。その結果が図７である。ノイズ状況については、被検者であるユーザーＡ〜Ｃの３者においてそれぞれの感度の違いから互いに異なるものの、絶縁材３が材料Ｕとなってその厚みが１０ｍｍに変更されると、３者ともノイズが減少している。

最後に、ユーザーが着用するインナーパンツの影響を調べた。その結果が図８である。ナイロン系の保温用下着等の比較的肌に密着する形で着用されるインナーパンツに関しては、これを着用したユーザーの方が、着用しないユーザーよりもノイズが増えるという傾向がある。この傾向は、本実施形態においても、絶縁材３として厚さ１ｍｍの上記樹脂プレートを採用した場合にも見られた。即ち、インナーパンツを着用したユーザーの心電波形（図８の左下）の方が、着用していないユーザーの心電波形（図８の左上）よりもノイズが増えている。ところが、絶縁材３として厚さ１０ｍｍで、より柔らかい上記弾性材料Ｕを採用した場合には、インナーパンツを着用したときの心電波形（図８の右下）も着用していないときの心電波形（図８の右上）も、ノイズが少ない。

なお、図５〜図８に示す心電波形において突発的に発生しているノイズ増加区間は、ステアリング操作や、ステアリング把持位置の変更等の外的要因に起因して発生したものであり、本実施形態の心電波形計測装置１の構成に起因して生じているものではない。

上記試験結果により、ノイズ増加の原因となる上記内側弾性材１０１Ｅが存在していたとしても、弾性部材である絶縁材３をシート表皮材１０１Ｅよりも厚くすることで、増加したノイズを軽減できることがわかった。また、そのノイズに関しては、より望ましくはその絶縁材３の厚みを５ｍｍ以上とすることで心電波形計測に適したレベルに軽減でき、さらに望ましくはその厚みを１０ｍｍ以上とすることでより心電波形計測に適したレベルに軽減できることがわかった。

また、上記試験結果により、収納ケース６を内部に有するシート１００の座り心地に関しては、弾性部材である絶縁材３の厚みを５ｍｍ以上にすることで大きく改善されることが分かった。また、図３の構成における内側弾性材１０１Ｅと絶縁材３の総厚さが５ｍｍ以上となる場合や、内側弾性材１０１Ｅがない場合で絶縁材３のみの厚さが５ｍｍ以上となる場合も、収納ケース６によるシート１００の座り心地に関して大きな改善が見られた。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、追加及び省略等の種々の変更が可能である。以下、上記実施形態の変形例について説明する。なお、上記実施例と共通の機能を有する部位には同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、上記実施例と下記変形例とでは、技術的な矛盾を生じない範囲において適宜組み合わせた実施も可能となる。

上記実施形態においては、シート表皮材１０１Ｆの接触面１００ｈとは逆側に内側弾性材１０１Ｅが一体固定されてシート本体被覆材１０１が形成され、このシート本体被覆材１０１がシート本体材１０２の表面１０２ａを覆っており、センサ電極２は、シート本体被覆材１０１の内側弾性材１０１Ｅと、シート本体材１０２側の絶縁材３との間に挟まれる形で、シート本体材１０２に組み付けられているが、図９に示すように、センサ電極２は、シート表皮材１１１Ｆと内側弾性材１１１Ｅとの間に挟まれる形で、シート本体被覆材１０１に組み付けられてもよい。この場合、弾性部材をなす絶縁材３の役割は内側弾性材１１１Ｅが担うことになる。この場合、内側弾性材１１１Ｅは、上記実施形態の絶縁材３と同材料からなる弾性体をなす絶縁材で、かつその厚みｄ１’も上記実施形態の厚みｄ３と同様とすることができる。これにより、上記実施形態と同レベルの心電信号を得ることができる。この構成によれば、センサ電極２とシート１００の接触面１００ｈとが近くなるから、センサ電極２による検出感度を増すことができる。

上記実施形態においては、収容ケース６は、ゲート電極４のシート内部側に対向配置されているが、図１０に示すように、ゲート電極４の外周側で、絶縁材３のシート内部側となるシート収納部１１６内に配置してもよい。

上記実施形態において、配線部材２６は、センサ電極２と絶縁材３とガード電極４の外周側を回り込む形で、収納ケース６へと配置されているが、図１１に示すように、絶縁材３やガード電極４に貫通孔や貫通溝といった配線挿通部３ｈ，４ｈを設けて、該配線挿通部３ｈ，４ｈを挿通させる形で配置してもよい。

上記実施形態において、収納ケース６は、シート本体材１０２内に収容されているが、少なくとも絶縁材３の一部に対しシート内部側で対向するよう配置されていればよい。例えば図１２に示すように、収納ケース６は、センサ電極２とガード電極４の間に配置されてもよい。この場合、収納ケース６は、ガード電極４側に近づけて配置しておけば、絶縁材３の弾性変形による圧縮量を大きく確保できるから、ユーザーによる圧迫を十分に吸収できる。図１２の場合は、絶縁材３内のガード電極４側に偏った位置に内部空間１２６が形成され、収納ケース６は、その内部空間１２６に配置されている。

１ 心電波形計測装置
１００ シート
１０ ユーザー（被検者）
１００ｈ 接触面
１０１ シート本体被覆材
１０１Ｆ，１１１Ｆ シート表皮材
１０１Ｅ，１１１Ｅ 内側弾性材
１０２ シート本体材
２ センサ電極
２ａ 電極面
２０ センサ回路
２０Ｄ 増幅回路（オペアンプ）
２６ 配線部材（フレキシブル配線）
３ 絶縁材（絶縁性弾性材）
４ ガード電極
５ 電極電位検出部
６ 収容ケース
７ 心電信号抽出部

Claims (5)

1. シート（１００）において、ユーザー（１０）との接触面（１００ｈ）を形成するシート表皮材（１１１Ｆ）と、
   前記シート表皮材（１１１Ｆ）に被覆される形で、前記接触面（１００ｈ）の裏側となるシート内部側に配置されるセンサ電極（２）と、
   前記センサ電極（２）の前記シート表皮材（１１１Ｆ）とは逆側となるシート内部側において、該センサ電極（２）に対向するよう配置され、その厚みが前記シート表皮材（１１１Ｆ）よりも厚い絶縁性弾性材（３）と、
   前記絶縁性弾性材（３）の前記センサ電極（２）とは逆側となるシート内部側において、該センサ電極（２）と対向するよう配置されるガード電極（４）と、
   前記絶縁性弾性材（３）の前記センサ電極（２）とは逆側となるシート内部側において、該絶縁性弾性材（３）と対向するよう配置されるとともに、前記センサ電極（２）の電位を示す電位信号が最初に入力される増幅回路（２０Ｄ）を少なくとも有したセンサ回路（２０）を収容した収容ケース（６）と、
   を備え、前記シート表皮材（１１１Ｆ）には、前記接触面（１００ｈ）とは逆側に内側弾性材（１１１Ｅ）として前記絶縁性弾性材（３）一体固定されるとともに、前記センサ電極（２）は、前記内側弾性材（１１１Ｅ）と前記シート表皮材（１１１Ｆ）との間に挟まれる形で配置されることを特徴とする心電波形計測装置（１）。
2. 前記絶縁性弾性材（３）は、その硬さが０．５Ｎ以上４００Ｎ以下で、かつその厚みが２ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１に記載の心電波形計測装置（１）。
3. 前記収容ケース（６）は、前記ガード電極（４）の前記絶縁性弾性材（３）とは逆側となるシート内部側で、該ガード電極（４）と対向するよう配置される請求項１又は請求項２に記載の心電波形計測装置（１）。
4. 前記絶縁性弾性材（３）は、その厚みが５ｍｍ以上となる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の心電波形計測装置（１）。
5. 前記センサ電極（２）は、前記センサ回路（２０）に対しフレキシブル配線（２６）を介して接続される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の心電波形計測装置（１）。