JP6608320B2 - 生体情報計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報計測装置に関するものである。

特許文献１には、体圧分布情報と呼吸周期相当の圧力変動分布情報に基づいて、圧力検出素子群の中から心拍測定用素子を選定し、選定された素子によって心拍周期相当の圧力変動を検出することが記載されている。

特許文献２には、生体のそれぞれ異なる部分で振動を測定し、それぞれ測定された振動の強度を周波数毎に算出し、それぞれ算出された振動の強度を周波数毎に加算し、加算された振動の強度が閾値以上となった各周波数を心拍情報として検出することが記載されている。

特開２０１５−１８８６９８号公報 特許第４８６４４９７号公報

本発明は、従来とは異なる方法により、簡易な構成で生体情報を高精度に計測する生体情報計測装置を提供することを目的とする。

生体情報計測装置は、面状に形成される圧力センサセルと、前記圧力センサセルによる検出値に基づいて、前記圧力センサセルに面する身体の生体情報を演算する演算装置とを備える。前記演算装置は、所定のサンプリング周期Ｔｂで前記静電容量型センサによる検出値を一次信号として取得し、第一時間長Ｎに含まれる前記一次信号の加算値である二次信号を演算すると共に、前記二次信号の演算を第二時間間隔ａ（ａ≦Ｎ）ずつずらしながら順次実行し、前記二次信号に基づいて前記生体情報を演算する。

当該装置は、圧力センサセルの検出値の加算値としての二次信号を演算している。加算値としての二次信号は、一次信号の中の高調波ノイズ成分を除去した信号に相当する。つまり、一次信号を加算する処理が、実質的に、ローパスフィルタとして機能する。このように、取得対象の生体情報より高調波ノイズ成分が容易に除去される。従って、高精度に生体情報を計測できる。

本実施形態の計測装置の全体構成図である。 センサユニットの分解斜視図である。 センサユニットの取り付け位置の説明図である。 センサユニットを示し、第二センサとしての圧力センサセルを示す図である。 演算装置の処理のフローチャートである。 体圧分布を示す図である。 切替装置により計測対象とされる圧力センサユニットの順序を示す図である。 演算装置の構成図である。 二次信号を示す図である。 一次信号Ｄのグラフである。 二次信号Ｓｕｍ（ｎ）のグラフである。 三次信号Ｓｉｇ３＿１のグラフである。 三次信号Ｓｉｇ３＿２のグラフである。

＜１．実施形態＞
（１−１．体圧分布及び生体情報の計測装置１の構成）
体圧分布及び生体情報の計測装置１（以下、計測装置と称する）の構成について、図１−図３を参照して説明する。計測装置１は、面状に形成されたセンサユニット１０の付与された身体の体圧分布及び生体情報を計測する。本実施形態における計測装置１は、生体情報として、脈波及び呼吸成分を計測する。計測装置１は、センサユニット１０、電源装置２０、入力側回路３０、出力側回路４０、切替装置５０、及び、演算装置６０を備える。

センサユニット１０は、可撓性を有し、面状に形成される。センサユニット１０は、面法線方向に、圧縮変形可能である。例えば、センサユニット１０は、図２に示すように、８列の第一電極１１と、１６列の第二電極１２と、誘電層１３とを備える。なお、第一電極１１と第二電極１２の列数は、適宜変更可能である。

第一電極１１は、帯状に形成され、相互に平行に配置される。第二電極１２は、センサユニット１０の面法線方向に、第一電極１１に対して距離を隔てて配置される。第二電極１２は、帯状に形成され、相互に平行に配置される。第二電極１２の延在方向は、第一電極１１の延在方向に対して直交する方向である。誘電層１３は、弾性変形可能な面状に形成され、第一電極１１と第二電極１２との間に配置される。

第一電極１１及び第二電極１２は、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより成形される。第一電極１１及び第二電極１２は、可撓性を有し、伸縮自在な性質を有する。第一電極１１及び第二電極１２を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用される。また、第一電極１１及び第二電極１２に配合される導電性フィラーには、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子が適用される。

誘電層１３は、エラストマーにより成形され、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。誘電層１３を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用される。

従って、第一電極１１と第二電極１２との交差位置がマトリックス状に位置する。センサユニット１０は、マトリックス状の電極交差位置において、静電容量型センサとして機能する圧力センサセル１０ａを備える。本実施形態においては、センサユニット１０は、横１６列、縦８列に配列された１２８個の圧力センサセル１０ａを備える。そして、１２８個の圧力センサセル１０ａが、面状に配列されている。

そして、センサユニット１０が面法線方向に圧縮する力を受けた場合には、誘電層１３が圧縮変形することにより、第一電極１１と第二電極１２の離間距離が短くなる。つまり、第一電極１１と第二電極１２との間の静電容量が大きくなる。

ここで、センサユニット１０は、図３に示すように、例えば、シート７０の座面７１前方の内部に配置される。詳細には、センサユニット１０は、座面７１前方の表皮の裏面側に配置される。本実施形態においては、センサユニット１０は、第二電極１２の延在方向がシート７０の前後方向に一致するように、座面７１に配置される。また、センサユニット１０は、左右の大腿部に相当する範囲に配置される。つまり、センサユニット１０は、着座する人の左右の大腿部によって、体圧を受ける。そして、第二電極１２の延在方向は、大腿部の延在方向、さらには、大腿動脈の延在方向に一致する。つまり、センサユニット１０は、大腿動脈の脈波や呼吸成分の影響を受ける。

なお、センサユニット１０は、シート７０の座面７１前方の他に、座面７１後方、背面７２やヘッドレスト７３に配置してもよい。センサユニット１０が座面後方に配置される場合は、センサユニット１０は、人の背部により体圧を受け、人の臀部における動脈の脈波や呼吸成分の影響を受ける。また、背面７２に配置される場合には、センサユニット１０は、人の背部により体圧を受け、人の背部における動脈の脈波や呼吸成分の影響を受ける。また、センサユニット１０がヘッドレスト７３に配置される場合には、センサユニット１０は、人の頭部により体圧を受け、例えば首部における動脈の脈波や呼吸成分の影響を受ける。

電源装置２０は、所定の電圧を発生し、センサユニット１０の第一電極１１に対して所定電圧を印加する。

入力側回路３０は、複数のスイッチにより構成される。各スイッチの一端は、電源装置２０に接続されており、各スイッチの他端は、対応する第一電極１１に接続される。図１においては、前側から３列目から６列目までの第一電極１１に対応するスイッチがＯＮされ、他はＯＦＦされている。この状態では、前側から３列目から６列目までの第一電極１１に、所定電圧が印加される。

出力側回路４０は、複数のスイッチにより構成される。各スイッチの一端は、対応する第二電極１２に接続され、各スイッチの他端は、後述する演算装置６０に接続される。図１においては、左側から６列目の第二電極１２に対応するスイッチがＯＮされ、他はＯＦＦされている。

切替装置５０は、入力側回路３０及び出力側回路４０の各スイッチのＯＮ／ＯＦＦの切替を実行する。そして、切替装置５０は、計測対象とする圧力センサセル１０ａを、電源装置２０及び演算装置６０に接続させる。なお、切替装置５０による実行処理の詳細は、後述する。

演算装置６０は、計測対象の圧力センサセル１０ａによる検出値を取得して、当該検出値に基づいて圧力センサセル１０ａに面する身体の体圧分布、脈波及び呼吸成分を演算する。演算装置６０は、検出値取得部６１と、体圧分布を演算する体圧分布演算装置６２と、脈波と呼吸成分を演算する脈波と呼吸成分の演算装置６３とを備える。

検出値取得部６１は、切替装置５０による実行処理の情報を取得すると共に、各実行状態におけるセンサユニット１０による検出値を取得する。つまり、検出値取得部６１は、計測対象の圧力センサセル１０ａの静電容量の変化を取得する。

体圧分布演算装置６２は、体圧分布の計測対象の圧力センサセル１０ａの静電容量の変化を取得して、個々の圧力センサセル１０ａの位置における外力を演算することで、体圧分布を演算する。脈波と呼吸成分の演算装置６３は、脈波と呼吸成分の計測対象の圧力センサセル１０ａの静電容量の変化を取得して、脈波の影響により受ける力の変化を演算することで、脈波を演算する。さらに、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、当該圧力センサセル１０ａの静電容量の変化を取得して、呼吸の影響により受ける力の変化を演算することで、呼吸成分を演算する。体圧分布演算装置６２及び脈波と呼吸成分の演算装置６３の詳細は、後述する。

（１−２．切替装置５０の実行処理）
切替装置５０の実行処理について、図４を参照して説明する。切替装置５０は、入力側回路３０及び出力側回路４０の切り替えを実行する。ここで、マトリックス状に位置する１２８個の圧力センサセル１０ａの中で、体圧分布計測を目的とする場合における圧力センサセル１０ａと、脈波及び呼吸成分の計測を目的とする場合における圧力センサセル１０ａとは、異なる。

図４には、面状且つマトリックス状に配列される１２８個の圧力センサセル１０ａが示される。図４において、Ｘ方向及びＹ方向には、各軸の座標値が示されており、以下において、（１６，８）と記載した場合には、図４の右下の位置、すなわちＸ座標が１６であり、Ｙ座標が８である位置を意味する。

体圧分布計測を目的とする場合において、マトリックス状に位置する１２８個全ての圧力センサセル１０ａのそれぞれが計測対象となる。つまり、体圧分布計測を目的とする場合において、切替装置５０は、１２８個の圧力センサセル１０ａそれぞれを個々のセンサ（第一センサ）として機能させるように、入力側回路３０及び出力側回路４０を切り替える。以下において、体圧分布計測を目的とする場合に機能する個々のセンサを、第一センサと称する。つまり、本実施形態において、体圧分布計測を目的とする場合において、センサユニット１０は、１２８個の第一センサを有することになる。また、切替装置５０により第一センサとして機能させるモードを、第一モードと称する。

一方、脈波及び呼吸成分の計測を目的とする場合において、マトリックス状に位置する全ての圧力センサセル１０ａが計測対象でなく、一部の圧力センサセル１０ａのみが計測対象となる。そして、脈波及び呼吸成分の計測を目的とする場合において、二個以上の圧力センサセル１０ａを一個のセンサ（第二センサ）として機能させるように、入力側回路３０及び出力側回路４０を切り替える。以下において、脈波及び呼吸成分の計測を目的とする場合に機能する個々のセンサを、第二センサと称する。

本実施形態においては、図４において、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」で示されるそれぞれが、脈波及び呼吸成分の計測を目的とする第二センサとして機能する部位である。つまり、センサユニット１０は、４個の第二センサを有することになる。また、切替装置５０により第二センサとして機能させるモードを、第二モードと称する。

（１−３．体圧分布、脈波、呼吸成分における計測周期）
次に、第一センサによる体圧分布の計測周期と、第二センサによる脈波及び呼吸成分の計測周期について、説明する。

体圧分布計測を目的とする場合には、体圧を受けていない状態の第一センサの検出値と、体圧を受けた状態の第一センサの検出値とを取得すれば足りる。従って、体圧分布演算装置６２は、体圧を受けた状態において、個々の第一センサの１回の検出値を取得すれば、体圧分布を演算することができる。

ここで、体圧分布演算装置６２は、個々の第一センサの複数回の検出値を取得することで、体圧分布の変化を把握することができる。つまり、体圧分布計測に要求される計測周期は、それほど高いものではない。従って、１２８個の第一センサについて、それほど高い周期でない計測を行ったとしても、十分に体圧分布の変化を把握できる。

一方、脈波は、一般に１分間に５０〜１００回であり、多い場合には１分間に１００回以上となる。そして、脈波を計測するためには、脈波の周期に比べて格段に短い周期での第二センサの検出値を取得する必要がある。また、呼吸数は、一般に、１分間に１０数回〜２０数回である。つまり、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、非常に短い周期での第二センサの検出値を取得しなければ、脈波及び呼吸成分を演算することはできない。

従って、第二センサによる脈波及び呼吸成分の計測周期は、第一センサによる体圧分布の計測周期より極めて短くしなければならない。図４において、切替装置５０は、例えば、（１，１）の圧力センサセル１０ａを第一センサとして機能させる場合の周期より、「Ａ」で示す二個以上の圧力センサセル１０ａを第二センサとして機能させる場合の周期を短くするように制御する。

（１−４．演算装置６０の処理）
演算装置６０の処理について、図５−図６を参照して説明する。演算装置６０は、上述したように、検出値取得部６１、体圧分布演算装置６２、脈波と呼吸成分の演算装置６３を備える。

図５に示すように、検出値取得部６１が、切り替えながら実行される第一モード及び第二モードによる検出値を取得する（Ｓ１）。つまり、切替装置５０が、１２８個の圧力センサセル１０ａそれぞれを個々の第一センサとして機能させる第一モードと、「Ａ」〜「Ｄ」の圧力センサセル１０ａそれぞれを第二センサとして機能させる第二モードとを切り替えながら実行する場合に、検出値取得部６１が、それぞれの検出値を取得する。

体圧分布演算装置６２は、第一モードにおける検出値に基づいて、１２８個の圧力センサセル１０ａのそれぞれの位置における体圧を演算する（Ｓ２）。つまり、体圧分布演算装置６２は、１２８個の圧力センサセル１０ａのそれぞれの静電容量を演算して、各位置における体圧を演算する。そして、体圧分布演算装置６２は、センサユニット１０における体圧分布を得る。

体圧分布演算装置６２により得られる体圧分布は、図６にて、ハッチングにて示す。例えば、図６には、体圧が閾値以上となる位置に、ハッチングを付している。また、閾値を複数段階設定することで、体圧の強弱度合の分布を表すこともできる。そして、再び、同一位置の第一センサについての検出値を取得すると、当該位置における体圧を更新する。つまり、体圧分布の計測周期に応じて、体圧分布が更新される。

脈波と呼吸成分の演算装置６３は、第二モードにおける「Ａ」〜「Ｄ」のそれぞれの検出値に基づいて、脈波及び呼吸成分を演算する（Ｓ３）。ただし、脈波は、非常に小さな振動であるため、脈波の影響により変化する静電容量も小さい。また、呼吸による体圧変動量も非常に小さいため、呼吸の影響により変化する静電容量も小さい。なお、脈波による静電容量の変化は、呼吸による静電容量の変化よりもさらに小さい。そこで、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、検出値に基づいて、脈波及び呼吸以外の成分を除去する処理を行い、脈波及び呼吸成分を計測できるようにする。この処理の詳細は、後述する。

ここで、脈波及び呼吸の演算において、４個の第二センサの検出値を用いるが、１個の第二センサの検出値を用いるようにしてもよい。例えば、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、４個の第二センサの検出値の中で、脈波及び呼吸成分を最も検出できる第二センサの検出値を選択することもできる。また、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、４個の第二センサの検出値による得られる脈波及び呼吸成分の波形の全てを出力するようにしてもよい。

（１−５．切替装置５０による詳細処理）
次に、切替装置５０による詳細処理について、図７を参照して説明する。上述したように、センサユニット１０は、第一モードにおける１２８個の第一センサと、第二モードにおける４個の第二センサとを有する。計測の１サイクルにおいて、１２８個の第一センサのそれぞれによる１回ずつの計測と、４個の第二センサのそれぞれによる複数回の計測を行う。

具体的には、図７に示すように、切替装置５０は、入力側回路３０及び出力側回路４０を切り替えて、計測対象の圧力センサセル１０ａを切り替える。ここで、１サイクルの周期Ｔａは、例えば、４ｍｓである。すなわち、計測の１サイクルの周波数は、２５０Ｈｚである。

切替装置５０は、１サイクルにおいて、個々の第一センサとして機能させる第一モードを１回ずつ順次実行させる。切替装置５０は、１サイクルにおいて、第一モードとして、（１，１）→（１，２）→・・・・→（１６，７）→（１６，８）を順次実行する。つまり、同一の第一センサによる計測周期Ｔａは、１サイクルの周期Ｔａと同一の４ｍｓとなる。

一方、切替装置５０は、１サイクルにおいて、「Ａ」〜「Ｄ」の第二センサとして機能させる第二モードを順次実行させる。より詳細には、切替装置５０は、１サイクルにおいて、個々の第二センサとして機能させる第二モードを、所定周期で複数回ずつ順次実行させる。切替装置５０は、１サイクルにおいて、「Ａ」→「Ｂ」→「Ｃ」→「Ｄ」の順に実行すると共に、その処理を二回以上繰り返す。本実施形態においては、切替装置５０は、「Ａ」→「Ｂ」→「Ｃ」→「Ｄ」の処理を、１６回実行する。従って、同一の第二センサによる計測周期Ｔｂは、０．２５ｍｓとなる。すなわち、同一の第二センサによる計測周波数は、４ｋＨｚとなる。

さらに、第二モードは、一定の第二モード基準周期Ｔｃで実行される。つまり、第二センサ「Ａ」、「Ｂ」の計測間隔、第二センサ「Ｂ」、「Ｃ」の計測間隔、第二センサ「Ｃ」、「Ｄ」の計測間隔、第二センサ「Ｄ」、「Ａ」の計測間隔は、同一の第二モード基準周期Ｔｃとなる。第二センサが、４種類であるため、第二モード基準周期Ｔｃは、０．０６２５ｍｓとなる。すなわち、第二モードの基準周波数は、１６ｋＨｚとなる。

ここで、ノイズの影響を確実に除去するために、第二センサによる計測周期Ｔｂは、所定のノイズの周期の２分の１以下に設定されている。ここでのノイズは、例えば、電源に由来する高次の高調波ノイズであり、６０Ｈｚ電源では２０次で１．２ｋＨｚ程度の高調波ノイズを含む。最大で２ｋＨｚ程度のノイズを想定した場合、当該周期は、０．５ｍｓである。そこで、第二センサによる計測周期Ｔｂは、０．２５ｍｓとしている。

（１−６．脈波と呼吸成分の演算装置６３の詳細構成）
脈波と呼吸成分の演算装置６３の構成について、図８、図９及び図１０Ａ−図１０Ｄを参照して説明する。ここで、図１０Ａ−図１０Ｄにおいて、横軸はサンプリング回数であって時間に相当し、縦軸はデータ数値である。図８に示すように、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、１サイクル加算部６３１、３７サイクル加算部６３２、第一差分演算部６３３、呼吸成分記憶部６３４、第二差分演算部６３５、脈波記憶部６３６を備える。

１サイクル加算部６３１は、所定のサンプリング周期Ｔｂで「Ａ」の第二センサによる検出値を一次信号Ｄとして取得する。ここでは、所定のサンプリング周期Ｔｂは、０．２５ｍｓである。つまり、１サイクル加算部６３１は、０．２５ｍｓ毎に計測された「Ａ」の第二センサによる検出値を一次信号Ｄとして記憶する。一次信号Ｄの挙動は、図１０Ａに示すデータである。つまり、一次信号Ｄは、非常に多くのノイズを含んでいる。

さらに、１サイクル加算部６３１は、「Ａ」の一次信号Ｄを、１サイクル分、加算する。ここでは、１サイクルにおいて、「Ａ」の第二センサによる計測は、１６回実施される。１サイクルの周期Ｔａは、４ｍｓである。つまり、１サイクル加算部６３１は、４ｍｓの期間における「Ａ」の第二センサによる１６回分の検出値を加算する。

また、１サイクル加算部６３１は、「Ｂ」〜「Ｄ」の第二センサについても同様に、それぞれ加算する。そして、１サイクル加算部６３１は、「Ａ」〜「Ｄ」のそれぞれの第二センサについて、各サイクルのデータを、記憶しておく。

３７サイクル加算部６３２は、１サイクル加算部６３１により得られた１サイクル分のデータを、連続する３７サイクル分、加算する。３７サイクル分加算されたデータは、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）として記憶される。つまり、３７サイクル加算部６３２は、１４８ｍｓの期間（第一時間長Ｎ）に含まれる「Ａ」の第二センサによる５９２回分の検出値（一次信号Ｄ）を加算して、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を生成する。

さらに、３７サイクル加算部６３２は、第二時間間隔ａ（ａ≦Ｎ）ずつずらしながら、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の生成を順次実行する。本実施形態においては、第二時間間隔ａは、１サイクル分としている。つまり、第二時間間隔ａは、４ｍｓである。従って、図９に示すように、１サイクル分ずつずらしながら、二次信号Ｓｕｍ（１）、Ｓｕｍ（２）、Ｓｕｍ（３）、・・・、Ｓｕｍ（ｎ）が生成される。そして、３７サイクル加算部６３２は、「Ｂ」〜「Ｄ」の第二センサについても同様に、それぞれ二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を生成する。

なお、第二時間間隔ａは、３７サイクル分に相当する第一時間長Ｎ以下にする。特に、高精度に脈波及び呼吸成分を計測するためには、第二時間間隔ａは、３７サイクル分に相当する第一時間長Ｎに比べて十分に短くするとよい。

二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の挙動は、図１０Ｂに示すように、一次信号Ｄに比べると、ノイズが大幅に低減している。特に、第二センサによる計測周期Ｔｂの２分の１以下のノイズ成分は、加算処理によって、除去される。二次信号Ｓｕｍ（ｎ）において、短周期に変化する成分が脈波による変化を表しており、長周期の振動が呼吸による変化を表している。つまり、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）は、脈波及び呼吸成分を表す信号となっている。具体的には、図１０Ｂにおいて、丸印の箇所（下方に凹んでいる箇所）が脈波に対応する箇所であり、矢印の箇所（大きく上に突出している箇所）が呼吸成分に対応する箇所である。つまり、所定時間において、丸印の箇所の数が脈拍数となり、矢印の箇所の数が呼吸数となる。

第一差分演算部６３３、第二差分演算部６３５は、第三時間間隔Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１、Ｍ２≧ａ）だけずれた二個の二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の差分である三次信号Ｓｉｇ３＿１、Ｓｉｇ３＿２を演算する。

第一差分演算部６３３は、直前の二個の二次信号Ｓｕｍ（ｍ）、Ｓｕｍ（ｍ−１）の差分である三次信号Ｓｉｇ３＿１を演算する。つまり、三次信号Ｓｉｇ３＿１は、第三時間間隔Ｍ１として、１サイクル分の時間間隔（第二時間間隔ａに等しい）、すなわち４ｍｓだけずれた二個の二次信号Ｓｕｍ（ｍ）、Ｓｕｍ（ｍ−１）の差分である。

第一差分演算部６３３により演算される三次信号Ｓｉｇ３＿１の挙動は、図１０Ｃに示すように、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の挙動とそれほど変わりない。つまり、三次信号Ｓｉｇ３＿１には、脈波及び呼吸成分を表す信号である。具体的には、図１０Ｃにおいて、丸印の箇所（下方に凹んでいる箇所）が脈波に対応する箇所であり、矢印の箇所（大きく上に突出している箇所）が呼吸成分に対応する箇所である。ここで、三次信号Ｓｉｇ３＿１は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に比べて、絶対値が小さくなっている。そのため、三次信号Ｓｉｇ３＿１は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）よりも、データ容量が小さく、高速処理を行うことができる。

第二差分演算部６３５は、相対的に長い時間だけずれた二個の二次信号Ｓｕｍ（ｍ）とＳｕｍ（１）の差分である三次信号Ｓｉｇ３＿２を演算する。ここで、第三時間間隔Ｍ２は、第一差分演算部６３３にて用いる第三時間間隔Ｍ１よりも十分に長い。本実施形態では、第三時間間隔Ｍ２は、２５０ｍｓである。２５０ｍｓとは、一般的な脈波が１Ｈｚ程度であるとすると、その脈波の４分の１である。つまり、この第三時間間隔Ｍ２は、脈波の最大振幅の半分程度に相当する周期に等しい。従って、第三時間間隔Ｍ２だけずれた二個の二次信号Ｓｕｍ（ｍ）、Ｓｕｍ（１）の差分は、比較的、脈波の影響分を大きく抽出作用がある。

第二差分演算部６３５により演算される三次信号Ｓｉｇ３＿２の挙動は、図１０Ｄに示すような挙動となる。図１０Ｄにおいて、丸印の箇所（下方に凹んでいる箇所）が脈波に対応する箇所であり、矢印の箇所（大きく上に突出している箇所）が呼吸成分に対応する箇所である。三次信号Ｓｉｇ３＿２は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）と比べると、呼吸の変化に対して脈波による変化が際立っている。さらに、三次信号Ｓｉｇ３＿２は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に比べて、絶対値が小さくなっている。そのため、三次信号Ｓｉｇ３＿１は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）よりも、データ容量が小さく、高速処理を行うことができる。

呼吸成分記憶部６３４は、第一差分演算部６３３により演算された三次信号Ｓｉｇ３＿１を、呼吸成分を表すデータとして記憶する（図１０Ｃ）。オペレータは、呼吸成分記憶部６３４に記憶された三次信号Ｓｉｇ３＿１における長周期の振動回数をカウントすることで、呼吸数を得ることができる。

脈波記憶部６３６は、第二差分演算部６３５により演算された三次信号Ｓｉｇ３＿２を、脈波を表すデータとして記憶する（図１０Ｄ）。オペレータは、脈波記憶部６３６に記憶された三次信号Ｓｉｇ３＿２において脈波に対応する箇所の回数をカウントすることで、脈拍数を得ることができる。

＜２．実施形態の変形態様＞
上記実施形態においては、脈波記憶部６３６は、第二差分演算部６３５により演算された三次信号Ｓｉｇ３＿２を、脈波を表すデータとして記憶した。ここで、上述したように、第一差分演算部６３３により演算された三次信号Ｓｉｇ３＿１には、呼吸による変化のみならず、脈波による変化も表されている。そこで、呼吸成分記憶部６３４が、呼吸成分と脈波とを表すデータを記憶することとしてもよい。この場合、脈波と呼吸成分の演算装置６３は、第二差分演算部６３５及び脈波記憶部６３６の存在しない構成となる。

また、呼吸成分記憶部６３４は、単に三次信号Ｓｉｇ３＿１を記憶するだけであるが、この他に、三次信号Ｓｉｇ３＿１に基づいて呼吸数をカウントする機能を付加することもできる。つまり、呼吸成分記憶部６３４は、三次信号Ｓｉｇ３＿１における長周期の振動回数をカウントすることにより、呼吸数を得ることができる。

また、脈波記憶部６３６は、単に三次信号Ｓｉｇ３＿２を記憶するだけであるが、この他に、三次信号Ｓｉｇ３＿２に基づいて脈拍数をカウントする機能を付加することもできる。つまり、脈波記憶部６３６は、三次信号Ｓｉｇ３＿２における脈波に対応する箇所の回数をカウントすることにより、脈拍数を得ることができる。なお、脈波記憶部６３６は、第一差分演算部６３３により演算された三次信号Ｓｉｇ３＿１に基づいて、脈拍数をカウントするようにしてもよい。

また、脈波記憶部６３６及び呼吸成分記憶部６３４は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を脈波及び呼吸成分を表すデータとして記憶してもよく、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に基づいて脈拍数及び呼吸数をカウントしてもよい。ただし、上述したように、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）は、データ容量が大きいため、容量に応じた記憶装置や処理装置が必要となる。

＜３．実施形態の効果＞
上記実施形態における計測装置１は、面状に形成される圧力センサセル１０ａと、圧力センサセル１０ａによる検出値に基づいて圧力センサセル１０ａに面する身体の生体情報を演算する演算装置６０とを備える。演算装置６０は、第二センサによる計測周期（所定のサンプリング周期）Ｔｂで圧力センサセル１０ａによる検出値を一次信号Ｄとして取得する。演算装置６０は、続いて、第一時間長Ｎ（３７サイクル分の時間長）に含まれる一次信号Ｄの加算値である二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を演算すると共に、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の演算を第二時間間隔ａ（ａ≦Ｎ）ずつずらしながら順次実行する。さらに、演算装置６０は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に基づいて生体情報を演算する。

計測装置１は、圧力センサセル１０ａの検出値の加算値としての二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を演算している。加算値としての二次信号Ｓｕｍ（ｎ）は、一次信号Ｄの中の高調波ノイズ成分を除去した信号に相当する。つまり、一次信号Ｄを加算する処理が、実質的に、ローパスフィルタとして機能する。このように、取得対象の生体情報より高調波ノイズ成分が容易に除去される。従って、高精度に生体情報を計測できる。

さらに、演算装置６０は、第三時間間隔Ｍ（Ｍ≧ａ）だけずれた二個の二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の差分である三次信号Ｓｉｇ３を演算し、三次信号Ｓｉｇ３に基づいて生体情報を演算している。このように、二個の二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の差分である三次信号Ｓｉｇ３は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に比べると、絶対値が小さくなっている。そのため、三次信号Ｓｉｇ３は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）よりも、データ容量が小さく、高速処理を行うことができる。

そして、第一差分演算部６３３で演算される三次信号Ｓｉｇ３＿１は、第三時間間隔Ｍを、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）を生成するためのずらし時間である第二時間間隔ａに等しくしたときの信号である。つまり、直前の二次信号Ｓｕｍ（ｎ）との差分が、三次信号Ｓｉｇ３＿１となる。これにより、三次信号Ｓｉｇ３＿１は、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）に比べると、絶対値が小さくなっている。

また、第二差分演算部６３５で演算される三次信号Ｓｉｇ３＿２は、第三時間間隔Ｍを、二次信号Ｓｕｍ（ｎ）の加算時間である第一時間長Ｎより長い時間としたときの信号である。これにより、目的外の信号成分を除去することができ、目的の生体情報の成分を大きくすることができる。従って、目的の生体情報を確実に得ることができる。

また、演算装置６０は、生体情報として脈波及び呼吸成分を演算することができる。つまり、第一差分演算部６３３により、確実に、呼吸成分を演算することができる。一方、第二差分演算部６３５により、確実に、脈波を演算することができる。また、第一差分演算部６３３により、脈波を演算することもできる。呼吸成分も脈波も、非常に微小な振動であるが、上記の演算処理により確実に得ることができる。なお、演算装置６０は、生体情報として脈波のみを演算するようにしてもよいし、呼吸成分のみを演算するようにしてもよい。

第二センサによる計測周期Ｔｂ（サンプリング周期）は、所定のノイズ周期の２分の１以下に設定される。例えば、所定のノイズとは、電源に由来する高次の高調波ノイズなどである。第二センサによる計測周期Ｔｂを、所定のノイズ周期の２分の１以下に設定することで、第二センサによる検出値には、確実に、所定のノイズの影響分が含まれ、ノイズの影響分と、計測目的の成分とを区別することができる。従って、確実に、生体情報を得ることができる。

また、計測装置１は、面状に配列される二個以上の圧力センサセル１０ａと、サンプリング周期Ｔｂよりも長い周期Ｔａである１サイクルにおいて、それぞれの圧力センサセル１０ａを個々の第一センサとして機能させる第一モードを順次実行すると共に、二個以上の圧力センサセル１０ａを一個の第二センサとして機能させる第二モードをさらに実行する切替装置５０とを備える。そして、演算装置５０は、第一モードにおける第一センサのそれぞれの検出値に基づいて、圧力センサセル１０ａに面する身体の体圧分布を演算すると共に、第二モードにおける第二センサの検出値に基づいて、身体の生体情報を演算する。

体圧分布の演算には、個々の圧力センサセル１０ａによる検出値が用いられる。一方、生体情報の演算には、二個以上の圧力センサセル１０ａを一個のセンサとして機能させた場合の検出値が用いられる。

体圧の振幅は、生体情報の振幅に比べて大きい。そのため、体圧による圧力変動を検出するためには、圧力センサセル１０ａ一個であっても十分である。そこで、体圧計測の時には、個々の圧力センサセル１０ａの検出値を用いることで、体圧分布を高分解能で計測することができる。

一方、生体情報による圧力変動を検出するためには、圧力センサセル１０ａ一個のような小さな領域では、十分ではない。そこで、生体情報による圧力変動を検出する際には、二個以上の圧力センサセル１０ａを一個の第二センサとして機能させたときの検出値を用いている。つまり、生体情報の計測の時には、第二センサによる検出領域を大きくすることにより、微小振動である生体情報の影響を受けやすい状態としている。これにより、微小振動である生体情報を、高精度に計測できる。

また、圧力センサセル１０ａは、第一電極１１と、第一電極１１に対向する第二電極１２と、第一電極１１と第二電極１２との間に配置され生体情報の変動に伴って弾性変形する誘電層１３とを備える静電容量型センサとした。これにより、圧力センサセル１０ａは、体圧及び生体情報の変動を検出することができる。さらに、電極間の静電容量は、対向する電極面積に比例する。そのため、対向する電極面積が小さいと、検出される静電容量が小さくなる。つまり、生体情報の計測のための第二センサが、二個以上の圧力センサセル１０ａにより構成されることにより、大きな静電容量を検出できる。その結果、上述したように、第二センサにより、生体情報を高精度に計測できるようになる。

１：体圧分布及び生体情報の計測装置、 １０：センサユニット、 １０ａ：圧力センサセル、 １１：第一電極、 １２：第二電極、 １３：誘電層、 ２０：電源装置、 ３０：入力側回路、 ４０：出力側回路、 ５０：切替装置、 ６０：演算装置、 ６１：検出値取得部、 ６２：体圧分布演算装置、 ６３：脈波と呼吸成分の演算装置、 ７０：シート、 ７１：座面、 ７２：背面、 ７３：ヘッドレスト、 ６３１：１サイクル加算部、 ６３２：３７サイクル加算部、 ６３３：第一差分演算部、 ６３４：呼吸成分記憶部、 ６３５：第二差分演算部、 ６３６：脈波記憶部、 Ｄ：一次信号、 Ｓｕｍ（ｎ）：二次信号、 Ｓｉｇ３：三次信号、 Ｓｉｇ３＿１：第一差分演算部による三次信号、 Ｓｉｇ３＿２：第二差分演算部による三次信号、 ａ：第二時間間隔、 Ｍ：第三時間間隔、 Ｍ１：第一差分演算部の処理における第三時間間隔、 Ｍ２：第二差分演算部の処理における第三時間間隔、 Ｎ：第一時間長、 Ｔａ：第一センサによる計測周期（１サイクルの周期）、 Ｔｂ：第二センサによる計測周期（サンプリング周期）、 Ｔｃ：第二モード基準周期

Claims (9)

1. 面状に形成される圧力センサセルと、
   前記圧力センサセルによる検出値に基づいて、前記圧力センサセルに面する身体の生体情報を演算する演算装置と、
   を備える生体情報計測装置であって、
   前記演算装置は、
   所定のサンプリング周期Ｔｂで前記圧力センサセルによる検出値を一次信号として取得し、
   第一時間長Ｎに含まれる前記一次信号の加算値である二次信号を演算すると共に、前記二次信号の演算を第二時間間隔ａ（ａ≦Ｎ）ずつずらしながら順次実行し、
   前記二次信号に基づいて前記生体情報を演算する、生体情報計測装置。
2. 前記演算装置は、
   第三時間間隔Ｍ（Ｍ≧ａ）だけずれた二個の前記二次信号の差分である三次信号を演算し、
   前記三次信号に基づいて前記生体情報を演算する、請求項１に記載の生体情報計測装置。
3. 前記第三時間間隔Ｍは、前記第二時間間隔ａに等しい、請求項２に記載の生体情報計測装置。
4. 前記第三時間間隔Ｍは、前記第一時間長Ｎより長い時間である、請求項２に記載の生体情報計測装置。
5. 前記演算装置は、前記生体情報として脈波を演算する、請求項１−４の何れか一項に記載の生体情報計測装置。
6. 前記演算装置は、前記生体情報として脈波及び呼吸成分を演算する、請求項１−３の何れか一項に記載の生体情報計測装置。
7. 前記サンプリング周期Ｔｂは、所定のノイズ周期の２分の１以下に設定される、請求項１−６の何れか一項に記載の生体情報計測装置。
8. 前記生体情報計測装置は、
   面状に配列される二個以上の前記圧力センサセルと、
   前記サンプリング周期Ｔｂよりも長い周期Ｔａである１サイクルにおいて、それぞれの前記圧力センサセルを個々の第一センサとして機能させる第一モードを順次実行すると共に、二個以上の前記圧力センサセルを一個の第二センサとして機能させる第二モードをさらに実行する切替装置と、
   を備え、
   前記演算装置は、
   前記第一モードにおける前記第一センサのそれぞれの検出値に基づいて、前記圧力センサセルに面する身体の体圧分布を演算すると共に、
   前記第二モードにおける前記第二センサの検出値に基づいて、前記身体の生体情報を演算する、請求項１−７の何れか一項に記載の生体情報計測装置。
9. 前記圧力センサセルは、第一電極と、前記第一電極に対向する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配置され前記生体情報の変動に伴って弾性変形する誘電層とを備える静電容量型センサである、請求項１−８の何れか一項に記載の生体情報計測装置。

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