JP6561852B2 - 心拍検出装置 - Google Patents
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Description
次に、図3及び図4を用いて、反射信号識別規則について説明する。図3は、インパルス波の送信に対する受信信号の電力レベルをシミュレーションするためのモデルを表している。図3中の300Aは、人体の心臓320付近を模したモデルであって、脂肪及び筋肉を主とする非内臓部モデル310Aと、心臓320を模した心臓モデル320Aを備える。なお、FCC(Federal Communications Commission)に基づき、非内臓部モデル310Aの誘電率は38F/mとし、心臓モデル320Aの誘電率は49F/mとしている。また、送信アンテナ10から非内臓部モデル310Aまでの距離は0.6mとしている。
以上の構成において心臓320の拍動は、体表面間距離の時間変化に基づいて検出される。このような構成によれば、送信アンテナ10と人体表面311との距離の変化は、拍動の検出に影響を及ぼしにくい。また、体表面間距離は、インパルス波の照射によって取得される。
以上の心拍情報取得装置100が取得した心拍情報は、例えば、運転者の意識レベルが低下しているか否かを判定するための指標として用いることができる。一般的に、運転者の意識レベルが低下している場合、心拍数のゆらぎが低減していく(換言すれば拍動間隔が安定する)傾向があるためである。なお、意識レベルが低下する場合とは、眠気を催している場合や、血圧が低下している場合等である。
また、心拍情報取得装置100が取得した心拍情報は、運転者の血流速度が高レベルであるか否かを判定するための指標として用いることができる。心拍数が高い程、血流速度が高くなるためである。なお、ここでの血流速度とは、単位時間(例えば1分)当りに所定の部位を血液が流れる量に相当するものである。
さらに、心拍情報取得装置100が取得した心拍情報は、運転者が精神的又は肉体的なストレスを受けている状態(以降、ストレス状態)であるか否かを判定するための指標として用いることができる。人間はストレスを受けると心拍数が上昇する傾向があるためである。
その他、心拍情報取得装置100が取得した心拍情報は、不整脈や除脈の検出に用いられても良いし、興奮状態であるか否かの判定に用いられても良い。また、心拍情報取得装置100が取得した心拍情報は、以上で例示した以外の用途にも利用することができる。
以上では、人体表面311と心臓320との間の部分を、非内臓部310として一纏めにして扱ったが、インパルス波の照射方向によっては、人体表面311からの反射信号や、心臓320からの反射信号の他に、肋骨からの反射信号が検出される場合も想定される。
変形例1では、外乱の一例として肋骨からの反射信号に言及したが、外乱の発生源は肋骨に限らない。運転者の周辺に存在する車室内の構造物で反射された反射信号が受信アンテナ20で受信されることも想定される。当然、車室内の構造物で反射された反射信号もまた、外乱に該当する。
変形例2では、外乱が到来する時間帯を予め登録しておくことで、外乱を人体表面311や心臓320からの反射信号と誤判定してしまう可能性を低減する方法を例示したが、これに限らない。
以上では、送信アンテナ10及び受信アンテナ20を、車両200において運転者にとっての正面となる領域、具体的には、インストゥルメントパネル210に配置する態様を例示したが、これに限らない。図12に示すように送信アンテナ10及び受信アンテナ20は、運転者用シート220の背もたれ部221に配置されていてもよい。また、仮に背もたれ部221に送信アンテナ10及び受信アンテナ20を配置する場合には、その配置位置は、想定心臓位置に近い位置とすることが好ましい。
また、変形例4に関連し、図13に示すように、送信アンテナ10及び受信アンテナ20は、運転者の正面側と背面側の両方に設けてもよい。便宜上、運転者の正面側に配置された送信アンテナ10及び受信アンテナ20を正面側系統と称し、運転者の背面側に配置された送信アンテナ10及び受信アンテナ20を背面側系統と称する。なお、発信機30については、各送信アンテナ10に対応するように配置してもよいし、1つの発信機30を用いて各送信アンテナ10からインパルス波を送信させてもよい。受信機40についても同様である。
以上では、運転者の心拍情報を取得するための構成を例示したが、観測対象とする人物は、運転者に限らない。助手席乗員や、後部座席乗員などを観測対象としてもよい。送信アンテナ10や受信アンテナ20は、観測対象とする人物が着座する座席に応じた位置に配置すれば良い。例えば助手席乗員を観測対象とする場合には、インストゥルメントパネル210のうち、助手席にとって正面となる領域や、助手席用シートの背もたれ部に、送信アンテナ10及び受信アンテナ20を配置すればよい。また、送信アンテナ10及び受信アンテナ20は、トランクに設置していても良い。
以上では、心拍情報取得装置100が車両200に搭載されている態様、換言すれば、車両200の乗員を観測対象とする態様を例示したが、これに限らない。例えば心拍情報取得装置100は、パイロットの心拍情報を取得するように、飛行機のコックピットに搭載されても良い。また、心拍情報取得装置100は、ベッドに寝ている人物の心拍情報を取得するように、ベッドに適用されても良い。その他、オフィスの椅子やデスク等、種々の場面に適用されても良い。
心拍情報取得装置100は、心拍情報に加えて、人体表面311までの距離の経時変化の周期性を検出することで、呼吸のリズムを特定してもよい。人体表面311までの距離が増大傾向から減少傾向へと遷移する周期が、呼吸のリズムに相当する。人体表面311までの距離が増大傾向であるか減少傾向であるかは、人体表面311までの距離の時系列データから判定することができる。
上述の実施形態等において体表面間距離特定部80が特定する体表面間距離は、体表面間往復時間と伝搬速度のみから定まる、電磁波にとっての見かけ上の距離であってもよいし、伝播媒体が有する誘電率等を考慮した実際の距離であってもよい。体表面間距離の経時的な変化に基づいて、拍動の発生を検出することを思想としているため、各時点での算出方法が統一されていれば良い。
Claims (7)
- 観測対象とするユーザが着座する座席が存在する方向に所定の周波数帯の電波を送信するための送信アンテナと電気的に接続され、前記周波数帯のインパルス波を前記送信アンテナから所定の送信周期で送信させる発信機(30)と、
前記座席が存在する方向から到来する前記周波数帯の電波を受信するための受信アンテナと電気的に接続され、前記受信アンテナが受信している電波の強度に応じた電力レベルの電気信号を取得する受信機(40)と、
前記受信機が取得した電気信号の電力レベルの時間変化に基づいて、前記インパルス波が前記ユーザの人体表面で反射されて返ってきた反射信号を受信したタイミングである第1タイミングと、前記ユーザの心臓で反射されて返ってきた反射信号を受信したタイミングである第2タイミングを特定する反射信号検出部(50)と、
前記反射信号検出部が特定した前記第1タイミングと前記第2タイミングとの時間差から、前記人体表面から心臓までの距離に応じた値となる体表面間距離指標値を取得する指標値取得部(80)と、
前記指標値取得部が推定した前記体表面間距離指標値の経時変化に基づいて前記心臓の拍動を検出し、前記拍動が発生する間隔である拍動間隔、及び心拍数の少なくとも何れか一方を含む心拍情報を取得する心拍情報取得部(90)と、を備えることを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項1において、
前記第1タイミングを基準として定まる、前記心臓からの反射信号が到達しうる心臓検出時間帯を示す心臓検出時間帯情報が予め登録されている記憶部(60)を備え、
前記反射信号検出部は、
前記受信機が取得した電気信号の電力レベルが所定の受信判定閾値以上となった場合に、前記インパルス波が所定の物体で反射されて返ってきた反射信号を受信したと判定するものであって、
前記第1タイミングを特定した場合には、その特定した第1タイミングを基準として前記心臓検出時間帯情報を用いて前記心臓検出時間帯を特定し、
前記心臓検出時間帯において検出した反射信号を前記心臓からの反射信号と見なすことを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項1又は2において、
前記発信機が前記インパルス波を送信させた時点を基準として定まる、前記座席の周辺に存在する構造物からの反射信号が到来しうる外乱到来時間帯を示す外乱除去用情報が予め登録されている記憶部(60)を備え、
前記反射信号検出部は、前記記憶部が記憶している前記外乱除去用情報を用いて、前記受信機が受信した反射信号が外乱であるか否かを識別し、前記第1タイミング及び前記第2タイミングを特定することを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項3において、
前記反射信号検出部は、前記発信機が前記インパルス波を送信させた時点以降において、前記外乱到来時間帯に設定されていない時間帯である有効時間帯において最初に検出した反射信号を前記人体表面からの反射信号と見なし、かつ、2番目に検出した反射信号を前記心臓からの反射信号と見なすことを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項1から3の何れか1項において、
前記座席は背もたれ部を備え、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、前記背もたれ部に配置されていることを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項1から4の何れか1項において、
前記心拍検出装置は、車両で用いられ、前記車両の運転者の心拍を検出するためのものであって、
前記座席は、背もたれ部を備える運転者用シートであって、
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、前記車両のインストゥルメントパネルにおける前記運転者用シートの正面となる領域と、前記運転者用シートの前記背もたれ部の両方にそれぞれ少なくとも1つずつ設けられていることを特徴とする心拍検出装置。 - 請求項1から6の何れか1項において、
前記インパルス波を送信させた時点から前記第1タイミングまでの時間差に基づいて前記人体表面までの距離を算出する距離算出部(70)を備え、
前記距離算出部が算出した前記人体表面までの距離の時間変化から、前記ユーザが呼吸するリズムを特定することを特徴とする心拍検出装置。
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