WO2017169993A1 - 体圧分布及び生体情報の計測装置 - Google Patents

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WO2017169993A1
WO2017169993A1 PCT/JP2017/011289 JP2017011289W WO2017169993A1 WO 2017169993 A1 WO2017169993 A1 WO 2017169993A1 JP 2017011289 W JP2017011289 W JP 2017011289W WO 2017169993 A1 WO2017169993 A1 WO 2017169993A1
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sensor
mode
biological information
pressure
pressure distribution
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PCT/JP2017/011289
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哲好 柴田
勝 村山
裕和 山本
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住友理工株式会社
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Definitions

  • the present invention relates to a body pressure distribution and biological information measuring device.
  • Japanese Patent No. 4632086 discloses that a plurality of load sensors detect a load caused by a person's body weight as a static load and a person's heartbeat and respiration as a dynamic load. That is, a load sensor including a first frequency signal corresponding to a static load is selected from a plurality of load sensors, and a second frequency signal corresponding to a dynamic load is detected by the selected load sensor. .
  • a heart rate measuring element is selected from a group of pressure detection elements based on body pressure distribution information and pressure fluctuation distribution information corresponding to a respiratory cycle, and a heart rate is detected by the selected element. It describes that a pressure fluctuation corresponding to a period is detected.
  • a vibration sensor that outputs a waveform having a clear amplitude corresponding to the R wave of the heart rate is selected from among a plurality of vibration sensors, and an output signal of the selected vibration sensor is selected. It is described that the heart rate is calculated based on the above.
  • heartbeats and pulse waves are minute vibrations and are therefore susceptible to noise.
  • heart rate and pulse waves are detected by a sensor itself that detects body pressure. That is, the size of the sensor that detects body pressure is the same as the size of the sensor that detects heartbeats and pulse waves. This makes it difficult to measure with high accuracy due to the influence of noise when measuring heartbeats and pulse waves, which are minute vibrations.
  • the cycle of the heartbeat and pulse wave is very small, the heartbeat and pulse wave cannot be measured unless the load accompanying the heartbeat or pulse wave is detected in a short cycle. If the load can be continuously detected by the sensor at a specific position, the heartbeat and pulse wave can be measured. However, this is dedicated to heart rate and pulse wave measurement. That is, body pressure distribution and biological information such as heartbeat and pulse wave cannot be measured simultaneously.
  • An object of the present invention is to provide a body pressure distribution and biological information measuring device capable of simultaneously detecting a body pressure distribution and biological information with high accuracy.
  • the body pressure distribution and biological information measuring apparatus sequentially executes two or more pressure sensor cells arranged in a planar shape and a first mode in which each of the pressure sensor cells functions as an individual first sensor in one cycle. And a switching device that further executes a second mode in which two or more of the pressure sensor cells function as one second sensor, and the pressure sensor cell based on respective detection values of the first sensor in the first mode.
  • a body pressure distribution calculation device that calculates the body pressure distribution of the body facing the body, and a biological information calculation device that calculates the biological information of the body based on the detection value of the second sensor in the second mode. Then, the switching device makes the measurement cycle by the same second sensor shorter than the measurement cycle by the first sensor.
  • Detected values from individual pressure sensor cells are used for calculation of body pressure distribution.
  • a detection value when two or more pressure sensor cells function as one sensor is used.
  • the amplitude of body pressure is larger than the amplitude of biological information. Therefore, a single pressure sensor cell is sufficient to detect pressure fluctuations due to body pressure. Therefore, at the time of body pressure measurement, the body pressure distribution can be measured with high resolution by using the detection value of each pressure sensor cell.
  • a small area such as one pressure sensor cell is not sufficient for detecting pressure fluctuations due to biological information. Therefore, when detecting pressure fluctuation due to biological information, a detection value obtained when two or more pressure sensor cells function as one second sensor is used. That is, at the time of measuring biological information, the detection area by the second sensor is enlarged so that it is easily affected by biological information that is minute vibration. Thereby, biological information which is minute vibration can be measured with high accuracy.
  • the switching device makes the measurement cycle by the same second sensor shorter than the measurement cycle by the first sensor.
  • the body pressure distribution and the biological information can be simultaneously measured by executing the measurement by the first sensor for measuring the body pressure and the measurement by the second sensor for measuring the biological information while switching at an appropriate cycle. It becomes possible to measure.
  • 3rd embodiment it is a flowchart of a process of an arithmetic unit. It is explanatory drawing by the 1st determination method about the pressure sensor cell for pulse wave measurement. It is explanatory drawing by the 2nd determination method about the pressure sensor cell for pulse wave measurement. It is explanatory drawing by the 3rd determination method about the pressure sensor cell for pulse wave measurement.
  • the configuration of the body pressure distribution and biological information measuring device 1 (hereinafter referred to as a measuring device) will be described with reference to FIGS.
  • the measuring device 1 measures the body pressure distribution and biological information of the body to which the sensor unit 10 formed in a planar shape is applied.
  • the measuring apparatus 1 in this embodiment measures a body pulse wave or a respiratory component as biological information.
  • the measuring device 1 includes a sensor unit 10, a power supply device 20, an input side circuit 30, an output side circuit 40, a switching device 50, and an arithmetic device 60.
  • the sensor unit 10 has flexibility and is formed into a planar shape.
  • the sensor unit 10 is compressible and deformable in the surface normal direction.
  • the sensor unit 10 includes eight rows of first electrodes 11, 16 rows of second electrodes 12, and a dielectric layer 13. Note that the number of columns of the first electrode 11 and the second electrode 12 can be changed as appropriate.
  • the first electrodes 11 are formed in a band shape and are arranged in parallel to each other.
  • the second electrode 12 is arranged at a distance from the first electrode 11 in the surface normal direction of the sensor unit 10.
  • the 2nd electrode 12 is formed in strip
  • the extending direction of the second electrode 12 is a direction orthogonal to the extending direction of the first electrode 11.
  • the dielectric layer 13 is formed in an elastically deformable surface and is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are formed by blending a conductive filler in an elastomer.
  • the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 12 have flexibility, and have an elastic property.
  • the elastomer constituting the first electrode 11 and the second electrode 12 include silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, and epichloro. Hydrine rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber, and the like are applied.
  • blended with the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 12 should just be particle
  • the dielectric layer 13 is formed of an elastomer and has flexibility and a stretchable property.
  • the elastomer constituting the dielectric layer 13 include silicone rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, and urethane rubber.
  • the sensor unit 10 includes a pressure sensor cell 10a that functions as a capacitive sensor at a matrix electrode crossing position.
  • the sensor unit 10 includes 128 pressure sensor cells 10a arranged in 16 rows and 8 columns. And 128 pressure sensor cells 10a are arranged in a planar shape.
  • the dielectric layer 13 When the sensor unit 10 receives a force compressing in the surface normal direction, the dielectric layer 13 is compressed and deformed, so that the distance between the first electrode 11 and the second electrode 12 is shortened. That is, the electrostatic capacitance between the first electrode 11 and the second electrode 12 is increased.
  • the sensor unit 10 is disposed inside the seat surface 71 in front of the seat 70. Specifically, the sensor unit 10 is disposed on the back surface side of the skin in front of the seating surface 71. In the present embodiment, the sensor unit 10 is disposed on the seating surface 71 such that the extending direction of the second electrode 12 coincides with the front-rear direction of the seat 70.
  • the sensor unit 10 is disposed in a range corresponding to the left and right thighs. That is, the sensor unit 10 receives body pressure by the left and right thighs of the person who is seated.
  • the extending direction of the second electrode 12 coincides with the extending direction of the thigh, and further the extending direction of the femoral artery. That is, the sensor unit 10 is affected by the pulse wave and respiratory component of the femoral artery.
  • the sensor unit 10 may be disposed on the rear surface of the seat surface 71, the rear surface 72, and the headrest 73 in addition to the front surface of the seat surface 71 of the seat 70.
  • the sensor unit 10 receives body pressure from the back of the person and is affected by arterial pulse waves and respiratory components in the human buttocks.
  • the sensor unit 10 receives body pressure from the back of the person and is affected by arterial pulse waves and respiratory components on the back of the person.
  • the sensor unit 10 is disposed on the headrest 73, the sensor unit 10 receives body pressure from a human head, and is affected by, for example, arterial pulse waves and respiratory components in the neck.
  • the power supply device 20 generates a predetermined voltage and applies the predetermined voltage to the first electrode 11 of the sensor unit 10.
  • the input side circuit 30 is composed of a plurality of switches. One end of each switch is connected to the power supply device 20, and the other end of each switch is connected to the corresponding first electrode 11.
  • the switches corresponding to the first electrodes 11 in the third to sixth rows from the front side are turned on, and the others are turned off. In this state, a predetermined voltage is applied to the first electrodes 11 in the third to sixth rows from the front side.
  • the output side circuit 40 includes a plurality of switches. One end of each switch is connected to the corresponding second electrode 12, and the other end of each switch is connected to the arithmetic device 60 described later. In FIG. 1, the switch corresponding to the second electrode 12 in the sixth column from the left side is turned on, and the others are turned off.
  • the switching device 50 performs ON / OFF switching of each switch of the input side circuit 30 and the output side circuit 40. Then, the switching device 50 connects the pressure sensor cell 10a to be measured to the power supply device 20 and the arithmetic device 60. Details of the execution process by the switching device 50 will be described later.
  • the calculation device 60 acquires a detection value by the pressure sensor cell 10a to be measured, and calculates a body pressure distribution and biological information of the body facing the pressure sensor cell 10a based on the detection value.
  • the calculation device 60 includes a detection value acquisition unit 61, a body pressure distribution calculation device 62 that calculates a body pressure distribution, and a biological information calculation device 63 that calculates biological information.
  • the detection value acquisition unit 61 acquires information on the execution process by the switching device 50 and also acquires the detection value by the sensor unit 10 in each execution state. That is, the detection value acquisition unit 61 acquires a change in capacitance of the pressure sensor cell 10a to be measured.
  • the body pressure distribution calculating device 62 calculates a body pressure distribution by acquiring a change in capacitance of the pressure sensor cell 10a to be measured for body pressure distribution and calculating an external force at the position of each pressure sensor cell 10a.
  • the biological information calculation device 63 acquires a change in the capacitance of the pressure sensor cell 10a to be measured for the pulse wave or the respiratory component, and calculates a change in force due to the influence of the pulse wave or the respiratory component. Alternatively, the respiratory component is calculated. Details of the body pressure distribution calculation device 62 and the biological information calculation device 63 will be described later.
  • the execution process of the switching device 50 will be described with reference to FIG.
  • the switching device 50 performs switching between the input side circuit 30 and the output side circuit 40.
  • the pressure sensor cell 10a for the purpose of measuring body pressure distribution is different from the pressure sensor cell 10a for the purpose of measuring biological information. .
  • FIG. 4 shows 128 pressure sensor cells 10a arranged in a planar and matrix form.
  • the coordinate values of each axis are shown in the X direction and the Y direction.
  • (16, 8) is described below, the lower right position in FIG. 16 means a position where the Y coordinate is 8.
  • each of all 128 pressure sensor cells 10a located in a matrix is a measurement target. That is, in the case of measuring body pressure distribution, the switching device 50 sets the input side circuit 30 and the output side circuit 40 so that each of the 128 pressure sensor cells 10a functions as an individual sensor (first sensor). Switch.
  • each sensor functioning for the purpose of measuring body pressure distribution is referred to as a first sensor. That is, in the present embodiment, when the purpose is to measure body pressure distribution, the sensor unit 10 has 128 first sensors.
  • a mode in which the switching device 50 functions as the first sensor is referred to as a first mode.
  • each of “A”, “B”, “C”, and “D” is a part that functions as a second sensor for the purpose of measuring biological information. That is, the sensor unit 10 has four second sensors. A mode in which the switching device 50 functions as the second sensor is referred to as a second mode.
  • the body pressure distribution calculation device 62 can calculate the body pressure distribution by obtaining a single detection value of each of the first sensors in a state where the body pressure is received.
  • the body pressure distribution calculating device 62 can grasp the change in the body pressure distribution by acquiring the detection values of each first sensor a plurality of times. That is, the measurement cycle required for body pressure distribution measurement is not so high. Therefore, even if the measurement is not performed with a high period for 128 first sensors, changes in the body pressure distribution can be sufficiently grasped.
  • the pulse wave is generally 50 to 100 times per minute, and more often 100 times or more per minute. And in order to measure a pulse wave, it is necessary to acquire the detection value of the 2nd sensor in a period shorter than the period of a pulse wave.
  • the respiration rate is generally 10 to 20 times per minute. That is, the biological information calculation device 63 cannot calculate the pulse wave or the respiratory component unless it acquires the detection value of the second sensor in a very short cycle.
  • the measurement period of the biological information by the second sensor must be extremely shorter than the measurement period of the body pressure distribution by the first sensor.
  • the switching device 50 functions as two or more pressure sensor cells 10 a indicated by “A” from the cycle when the pressure sensor cell 10 a of (1, 1) is functioned as the first sensor. Control to shorten the period when
  • the calculation device 60 includes the detection value acquisition unit 61, the body pressure distribution calculation device 62, and the biological information calculation device 63.
  • the detection value acquisition unit 61 acquires detection values in the first mode and the second mode that are executed while switching (S1). That is, the switching device 50 has a first mode in which each of the 128 pressure sensor cells 10a functions as an individual first sensor, and a second mode in which each of the pressure sensor cells 10A to “D” functions as a second sensor.
  • the detection value acquisition unit 61 acquires the respective detection values when switching between and.
  • the body pressure distribution calculation device 62 calculates body pressure at each position of the 128 pressure sensor cells 10a based on the detection value in the first mode (S2). That is, the body pressure distribution calculation device 62 calculates the electrostatic pressure of each of the 128 pressure sensor cells 10a, and calculates the body pressure at each position. Then, the body pressure distribution calculating device 62 obtains the body pressure distribution in the sensor unit 10.
  • the body pressure distribution obtained by the body pressure distribution calculation device 62 is indicated by hatching in FIG.
  • the position where the body pressure is equal to or greater than the threshold value is hatched.
  • the detection value about the 1st sensor of the same position is acquired again, the body pressure in the said position will be updated. That is, the body pressure distribution is updated according to the measurement period of the body pressure distribution.
  • the biological information calculation device 63 calculates biological information based on the detected values of “A” to “D” in the second mode (S3). However, since the pulse wave is very small vibration, the capacitance that changes due to the influence of the pulse wave is small. Further, since the amount of fluctuation in body pressure due to respiration is very small, the capacitance that changes due to the influence of respiration is also small. Note that the change in capacitance due to the pulse wave is even smaller than the change in capacitance due to respiration. Therefore, the biological information calculation device 63 performs a process of removing noise components other than the biological information based on the detection value so that the biological information can be measured. The data thus obtained is a graph as shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the number of times of sampling and corresponds to time
  • the vertical axis represents the data value.
  • a circled portion (a portion recessed downward) corresponds to a pulse wave
  • an arrow portion (a portion protruding greatly upward) corresponds to a respiratory component. That is, at a predetermined time, the number of circled portions is a pulse rate, and the number of arrows is a respiratory rate.
  • the detection values of the four second sensors are used, but the detection values of one second sensor may be used.
  • the biological information calculation device 63 can also select the detection value of the second sensor that can most detect the pulse wave or the respiratory component among the detection values of the four second sensors. Moreover, you may make it the biometric information calculating device 63 output all the waveforms of the pulse wave or respiratory component obtained by the detected value of four 2nd sensors.
  • the sensor unit 10 includes 128 first sensors in the first mode and four second sensors in the second mode. In one cycle of measurement, one measurement by each of 128 first sensors and a plurality of measurements by each of four second sensors are performed.
  • the switching device 50 switches the input side circuit 30 and the output side circuit 40 to switch the pressure sensor cell 10a to be measured.
  • the cycle Ta of one cycle of measurement is, for example, 4 ms. That is, the frequency of one cycle of measurement is 250 Hz.
  • the switching device 50 sequentially executes the first mode that functions as individual first sensors once in a cycle.
  • the switching device 50 sequentially executes (1, 1) ⁇ (1,2) ⁇ ... ⁇ (16,7) ⁇ (16,8) as the first mode in one cycle. That is, the measurement cycle Ta by the same first sensor is 4 ms, which is the same as the cycle Ta of one cycle.
  • the switching device 50 sequentially executes the second mode that functions as the second sensors “A” to “D” in one cycle. More specifically, the switching device 50 sequentially executes a second mode that functions as each second sensor in a single cycle, a plurality of times at a predetermined period.
  • the switching device 50 executes in the order of “A” ⁇ “B” ⁇ “C” ⁇ “D” and repeats the process twice or more in one cycle. In the present embodiment, the switching device 50 executes the process of “A” ⁇ “B” ⁇ “C” ⁇ “D” 16 times. Therefore, the measurement cycle Tb by the same second sensor is 0.25 ms. That is, the measurement frequency by the same second sensor is 4 kHz.
  • the second mode is executed with a constant second mode reference period Tc. That is, the measurement intervals of the second sensors “A” and “B”, the measurement intervals of the second sensors “B” and “C”, the measurement intervals of the second sensors “C” and “D”, and the second sensor “D” , “A” is measured at the same second mode reference period Tc. Since there are four types of second sensors, the second mode reference period Tc is 0.0625 ms. That is, the reference frequency in the second mode is 16 kHz.
  • the switching device 50 sequentially executes the second mode using the predetermined second sensors “A” to “D” in the measurement of the biological information.
  • the switching device 50 selects the second sensor selected from the second sensors “A” to “D”. A case where only two sensors are sequentially executed can be switched.
  • the switching process by the switching device 50 will be described with reference to FIG. 9A, basically, as described in the first embodiment, measurements by the second sensors “A” to “D” are sequentially executed. That is, the measurement cycle Tb by each second sensor is 0.25 ms.
  • the pulse wave is generally 50 to 100 times per minute, when measuring the pulse wave included in this range, the pulse sensors using all the second sensors “A” to “D” are used. Waves are measured with high accuracy and stability. However, when the pulse wave exceeds 100 times per minute, a highly accurate pulse wave can be obtained by measuring with a shorter period.
  • the switching device 50 as shown in FIG. Performs high-speed processing. That is, the switching device 50 executes in order of “A” ⁇ “D” ⁇ “A” ⁇ “D”. That is, the second sensor “B” in the basic process is changed to the second sensor “D”, and the second sensor “C” in the basic process is changed to the second sensor “A”. In this case, the measurement cycle Tb by each second sensor is 0.125 ms.
  • the switching device 50 executes only the second sensor “A” in the second mode reference cycle Tc in one cycle.
  • the measurement cycle Tb by the second sensor “A” is 0.0625 ms, which is the same as the second mode reference cycle Tc.
  • another second sensor may be used instead of the second sensor “A”.
  • the switching device 50 automatically switches between basic processing, high-speed processing, and ultra-high-speed processing for the second mode.
  • the target process can be switched based on an input by the user.
  • the 2nd sensor was comprised by the 2 or more pressure sensor cell 10a of the predetermined position.
  • the second sensor may be determined based on the body pressure distribution obtained by the body pressure distribution calculating device 62.
  • the detection value acquisition unit 61 acquires a detection value in the first mode (S11). At this time, the switching device 50 executes only in the first mode without executing the second mode by the second sensor.
  • the body pressure distribution calculation device 62 calculates the body pressure at each position of the 128 pressure sensor cells 10a based on the detection value in the first mode (S12). In this way, the body pressure distribution calculation device 62 obtains the body pressure distribution in the sensor unit 10.
  • the biological information calculation device 63 selects two or more pressure sensor cells 10a constituting the second sensor for measuring biological information based on the body pressure distribution. Then, the biological information calculation device 63 causes the switching device 50 to perform a switching process so that the two or more selected pressure sensor cells 10a function as the second sensor. That is, in the present embodiment, the second sensor for measuring biological information is not determined in advance, but is determined based on the body pressure distribution.
  • the first determination method will be described with reference to FIG. 11A.
  • the pressure sensor cell 10a shown by hatching in FIG. 11 has a detected value as a first sensor for measuring body pressure distribution equal to or higher than a predetermined pressure.
  • the continuous pressure sensor cell 10a is selected.
  • all the pressure sensor cells 10a that are equal to or higher than the predetermined pressure indicated by hatching constitute the second sensor. That is, when the detection value of the first sensor is equal to or higher than the predetermined pressure, the switching device 50 sets the pressure sensor cell 10a corresponding to the first sensor as the second sensor.
  • the biological information calculation device 63 extracts the pressure sensor cell 10a that detects the maximum value among all the first sensors.
  • the pressure sensor cell 10a for detecting the maximum value is at a position indicated by hatching in FIG. 11B.
  • the pressure sensor cell 10a and the pressure sensor cell 10a located around the pressure sensor cell 10a constitute a second sensor. That is, the switching device 50 uses the pressure sensor cell 10a that detects the maximum value among the first sensors and the pressure sensor cell 10a that is positioned around the pressure sensor cell 10a as the second sensor. That is, in FIG. 11B, a region indicated by hatching of only the edge constitutes the second sensor.
  • the third determination method will be described with reference to FIG. 11C. Similar to the second determination method, the pressure sensor cell 10a that detects the maximum value is extracted from all the first sensors. The pressure sensor cell 10a for detecting the maximum value is set at a position indicated by hatching in FIG. 11C. In this case, the second sensor is determined so as to include the pressure sensor cell 10a and so that two or more pressure sensor cells 10a are positioned in a direction set based on the posture of the body and the contact part of the body.
  • two or more pressure sensor cells 10a are determined to be in a direction along the femoral artery.
  • the direction of the thigh of the seated person of the seat 70 is the front-rear direction. That is, the direction along the femoral artery is the front-rear direction of the seat 70. Therefore, the pressure sensor cell 10a positioned in the front-rear direction is assumed to constitute the second sensor with reference to the pressure sensor cell 10a that detects the maximum value.
  • the number of second sensors determined here may be one or two or more.
  • the switching device 50 executes as shown in FIG. 9C when there is one second sensor, and executes as shown in FIG. 9B when there are two second sensors. When there are four second sensors, the process is performed as shown in FIG.
  • the detection value acquisition unit 61 acquires detection values in the first mode and the second mode that are executed while switching (S14). Subsequently, the body pressure distribution calculation device 62 obtains the body pressure distribution in the sensor unit 10 based on the detection value in the first mode (S15). Subsequently, the biological information calculation device 63 calculates biological information based on the determined detection value by the second sensor (S16).
  • the biological information calculation device 63 determines whether or not the body pressure distribution obtained by the body pressure distribution calculation device 62 has been changed with respect to the body pressure distribution obtained previously (S17).
  • the change in the body pressure distribution here can be determined based on whether or not the amount of change in each of the first sensors exceeds a threshold value.
  • the measurement apparatus 1 of the above embodiment may measure only the pulse wave as biological information, may measure only the respiratory component, or may measure the pulse wave and the respiratory component.
  • the measuring device 1 in the first to third embodiments includes two or more pressure sensor cells 10a arranged in a planar shape and a first function that causes each pressure sensor cell 10a to function as an individual first sensor in one cycle.
  • the mode is sequentially executed, and the switching device 50 that further executes the second mode in which two or more pressure sensor cells 10a function as one second sensor, and the detection values of the first sensor in the first mode,
  • a body pressure distribution calculation device 62 that calculates the body pressure distribution of the body facing the pressure sensor cell 10a
  • a biological information calculation device 63 that calculates the biological information of the body based on the detection value of the second sensor in the second mode.
  • the switching apparatus 50 makes the measurement period by the same 2nd sensor shorter than the measurement period by a 1st sensor.
  • Detected values by individual pressure sensor cells 10a are used for the calculation of the body pressure distribution.
  • a detection value when two or more pressure sensor cells 10a are functioned as one sensor is used.
  • the amplitude of body pressure is larger than the amplitude of biological information. Therefore, one pressure sensor cell 10a is sufficient to detect pressure fluctuations due to body pressure. Therefore, at the time of body pressure measurement, the body pressure distribution can be measured with high resolution by using the detection value of each pressure sensor cell 10a.
  • a small region such as one pressure sensor cell 10a is not sufficient for detecting pressure fluctuations due to biological information. Therefore, when detecting pressure fluctuation due to biological information, a detection value obtained when two or more pressure sensor cells 10a function as one second sensor is used. That is, at the time of measuring biological information, the detection area by the second sensor is enlarged so that it is easily affected by biological information that is minute vibration. Thereby, biological information which is minute vibration can be measured with high accuracy.
  • the switching device 50 makes the measurement cycle by the same second sensor shorter than the measurement cycle by the first sensor.
  • the body pressure distribution and the biological information can be obtained by performing the measurement by the first sensor for measuring the body pressure and the measurement by the second sensor for measuring the biological information while switching at an appropriate cycle. It becomes possible to measure at the same time.
  • the switching device 50 executes the first mode by each first sensor once in one cycle, and executes the second mode by the second sensor twice or more.
  • the 2nd mode by each 2nd sensor is performed 16 times, 32 times, or 64 times (refer FIG. 9).
  • the switching device 50 can reliably make the measurement cycle by the same second sensor shorter than the measurement cycle by the first sensor.
  • each second sensor is constituted by two or more pressure sensor cells in different combinations.
  • the switching device 50 sequentially executes the second mode by the respective second sensors in one cycle, and sets the same measurement cycle Tb by each of the second sensors in the second mode.
  • the measurement period of each of the second sensors “A” to “D” was set to 0.25 ms (see FIG. 8).
  • the biological information calculation device 63 calculates the biological information based on each detection value of the second sensor. That is, biometric information can be obtained with higher accuracy by measuring with two or more types of second sensors. Since biological information is very minute vibrations, measurement may not be possible unless the second sensor is located near the target artery. Therefore, by setting two or more types of second sensors, any of these second sensors can be brought into a state in which biological information can be reliably detected.
  • the switching device 50 makes the second mode reference cycle Tc for executing the second mode in one cycle constant, and sets the second mode by two or more second sensors in one cycle.
  • the case where the mode is executed (see FIGS. 9A and 9B) and the case where the second mode by a kind of second sensor is executed in one cycle (see FIG. 9C) are set as predetermined conditions. You may make it switch according to it.
  • the second mode reference period Tc in advance, the number of target second sensors can be freely changed. Therefore, the change setting of the switching operation by the switching device 50 can be very easily performed.
  • the switching device 50 includes two or more pressure sensor cells 10a constituting the second sensor in the second mode based on the detection values of the first sensor in the first mode. It may be selected (see S13 in FIG. 10 and FIGS. 11A to 11C). That is, the pressure sensor cell 10a constituting the second sensor is changed according to the situation. Therefore, biological information, particularly pulse waves can be reliably measured by the pressure sensor cell 10a constituting the second sensor.
  • the switching device 50 sets the pressure sensor cell 10a corresponding to the first sensor.
  • the second sensor may be used. Thereby, it becomes possible to largely detect the influence of biological information which is minute vibration.
  • the pressure sensor cells 10a continuous in the X direction or the Y direction may be selected.
  • two first sensors continuous in the Y direction are selected as the second sensors.
  • a row having a large number of pressure sensor cells 10a may be selected.
  • four pressure sensor cells 10a may be selected from the two rows of first sensor groups so as to form a square as a whole, and the surrounding pressure is applied to the two rows of first sensor groups so as to form a rectangle as a whole.
  • a sensor cell 10a may also be added.
  • the switching device 50 includes a pressure sensor cell 10a that detects a maximum value among two or more first sensors, and a pressure sensor cell 10a that is positioned around the pressure sensor cell 10a. May be the second sensor. Also in this case, the influence of the pulse wave which is a minute vibration can be largely detected.
  • the pressure sensor cell 10a may be selected so as to be a square or a rectangle as a whole.
  • nine first sensors including the pressure sensor cell 10a for detecting the maximum value are used as one second sensor. Is selected.
  • the switching device 50 is configured so that the two or more pressure sensor cells are positioned in a direction set based on the posture of the body and the contact part of the body. Two sensors may be selected.
  • the pressure sensor cell 10a constituting the second sensor is selected so as to coincide with the direction along the femoral artery. In this case, the influence of the same artery can be detected by all the pressure sensor cells 10a constituting the second sensor. Therefore, it is possible to measure pulse waves with high accuracy.
  • the pressure sensor cell 10 a includes the first electrode 11, the second electrode 12 facing the first electrode 11, and the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the capacitive sensor is provided with a dielectric layer 13 that is disposed and elastically deforms in accordance with fluctuations in body pressure or pulse wave of the body.
  • the pressure sensor cell 10a can detect fluctuations in body pressure and biological information.
  • the capacitance between the electrodes is proportional to the area of the electrodes facing each other. Therefore, when the opposing electrode area is small, the detected capacitance is small. That is, a large capacitance can be detected by configuring the second sensor for measuring biological information by two or more pressure sensor cells 10a. As a result, as described above, the biological information can be measured with high accuracy by the second sensor.
  • Body pressure distribution and pulse wave measuring device 10: sensor unit, 10a: pressure sensor cell, 11: first electrode, 12: second electrode, 13: dielectric layer, 20: power supply device, 30: input side circuit, 40: output side circuit, 50: switching device, 60: arithmetic device, 61: detected value acquisition unit, 62: body pressure distribution arithmetic device, 63: biological information arithmetic device, 70: seat, 71: seat surface, Ta: 1 Cycle, Tb: measurement period by the second sensor, Tc: second mode reference period

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Abstract

体圧分布と脈波を同時に且つ高精度に検出することができる体圧分布及び生体情報の計測装置を提供する。切替装置（５０）は、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。体圧分布演算装置（６２）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。生体情報演算装置（６３）は、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。そして、切替装置（５０）は、同一の第二センサによる計測周期を、第一センサによる計測周期より短くする。

Description

体圧分布及び生体情報の計測装置
　本発明は、体圧分布及び生体情報の計測装置に関するものである。
　特許第４６３２０８６号公報には、複数の荷重センサにより、静荷重としての人の体重などによる荷重と、動荷重としての人の心拍や呼吸とを検出することが記載されている。すなわち、複数の荷重センサの中から、静荷重に対応する第一の周波数信号が含まれる荷重センサを選択し、選択された荷重センサにより動荷重に対応する第二の周波数信号を検出している。
　また、特開２０１５－１８８６９８号公報には、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。
　特許第５８４６１７９号公報には、複数の振動センサに中から、心拍数のＲ波に相当する振幅が明瞭な波形を出力している振動センサを選択して、選択された振動センサの出力信号に基づいて心拍数を算出することが記載されている。
　体圧に比べて、心拍や脈波は、微小振動であるため、ノイズの影響を受けやすい。しかし、特許第４６３２０８６号公報、及び特開２０１５－１８８６９８号公報においては、体圧を検出するセンサそのものによって、心拍や脈波の検出を行っている。つまり、体圧を検出するセンサのサイズと、心拍や脈波を検出するセンサのサイズは同一である。これでは、微小振動である心拍や脈波の計測に際して、ノイズの影響により、高精度な計測が困難である。
　また、心拍や脈波の周期は微小であるため、心拍や脈波に伴う荷重を短い周期で検出しなければ、心拍や脈波を計測することはできない。特定の位置におけるセンサにより継続して荷重検出を行うことができれば、心拍や脈波の計測は可能である。しかし、これでは、心拍や脈波計測専用となってしまう。つまり、体圧分布と心拍や脈波などの生体情報を同時に計測することはできない。
　本発明は、体圧分布と生体情報を同時に且つ高精度に検出することができる体圧分布及び生体情報の計測装置を提供することを目的とする。
　体圧分布及び生体情報の計測装置は、面状に配列される二個以上の圧力センサセルと、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、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体圧分布演算装置と、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生体情報演算装置とを備える。そして、前記切替装置は、同一の前記第二センサによる計測周期を、前記第一センサによる計測周期より短くする。
　体圧分布の演算には、個々の圧力センサセル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。
　ここで、生体情報の計測のためには、短い周期で、特定位置の圧力変動を検出しなければならない。一方、体圧の計測のためには、生体情報に比べて、長い周期での圧力変動を検出すれば十分である。そこで、切替装置は、同一の第二センサによる計測周期を、第一センサによる計測周期より短くしている。
　このように、体圧計測のための第一センサによる計測と、生体情報計測のための第二センサによる計測とを、適切な周期で切替ながら実行することで、体圧分布と生体情報を同時に計測することが可能となる。
第一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。 生体情報の演算処理により得られるデータを示すグラフである。 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。 第二実施形態において、切替装置により計測対象とされる第二センサの各種態様を示す図である。 第三実施形態において、演算装置の処理のフローチャートである。 脈波計測用の圧力センサセルについての第一の決定方法による説明図である。 脈波計測用の圧力センサセルについての第二の決定方法による説明図である。 脈波計測用の圧力センサセルについての第三の決定方法による説明図である。
　＜１．第一実施形態＞
　（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、身体の脈波又は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及び生体情報を演算する。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、生体情報を演算する生体情報演算装置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。生体情報演算装置６３は、脈波又は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、脈波又は呼吸成分の影響により受ける力の変化を演算することで、脈波又は呼吸成分を演算する。体圧分布演算装置６２及び生体情報演算装置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、生体情報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、生体情報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、生体情報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、生体情報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、生体情報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．体圧分布と生体情報における計測周期）
　次に、第一センサによる体圧分布の計測周期と、第二センサによる生体情報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、生体情報演算装置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、脈波又は呼吸成分を演算することはできない。
　従って、第二センサによる生体情報の計測周期は、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７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、生体情報演算装置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。
　生体情報演算装置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、生体情報を演算する（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、生体情報演算装置６３は、検出値に基づいて、生体情報以外のノイズ成分を除去する処理を行い、生体情報を計測できるようにする。このようにして得られたデータは、図７に示すようなグラフとなる。
　ここで、図７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７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。
　ここで、生体情報の演算において、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、生体情報演算装置６３は、４個の第二センサの検出値の中で、脈波又は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、生体情報演算装置６３は、４個の第二センサの検出値による得られる脈波又は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８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８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、計測の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。
　＜２．第二実施形態＞
　上記実施形態においては、切替装置５０は、生体情報の計測において、予め決められた「Ａ」～「Ｄ」の第二センサによる第二モードを順次実行した。この他に、切替装置５０は、状況に応じて、「Ａ」～「Ｄ」の第二センサ全てを順次実行する場合、「Ａ」～「Ｄ」の第二センサの中で選択された第二センサのみを順次実行する場合を、切り替えることができる。
　切替装置５０による切り替え処理について、図９を参照して説明する。図９の（ａ）には、基本として、第一実施形態にて説明したように、「Ａ」～「Ｄ」の第二センサによる計測が順次実行される。つまり、それぞれの第二センサによる計測周期Ｔｂは、０．２５ｍｓとなる。
　ここで、一般に脈波は、１分間に５０～１００回であるため、この範囲に含まれる脈波を計測する場合には、「Ａ」～「Ｄ」の第二センサ全てを用いて、脈波を高精度に且つ安定的に計測する。ただし、脈波が１分間に１００回を超えるような場合には、より短周期での計測とすることで、高精度な脈波を得ることができる。
　そこで、「Ａ」～「Ｄ」の第二センサ全てを用いる場合よりも、より高精度な出力値を得ることが必要と判断されれば、図９の（ｂ）のように、切替装置５０は、高速処理を実行する。すなわち、切替装置５０は、１サイクルにおいて、「Ａ」→「Ｄ」→「Ａ」→「Ｄ」・・・の順に実行する。つまり、基本処理における「Ｂ」の第二センサを、「Ｄ」の第二センサに変更し、且つ、基本処理における「Ｃ」の第二センサを、「Ａ」の第二センサに変更する。この場合、それぞれの第二センサによる計測周期Ｔｂは、０．１２５ｍｓとなる。
　さらに、「Ａ」、「Ｄ」の第二センサを用いる場合よりも、より高精度な出力値を得ることが必要と判断されれば、図９の（ｃ）のように、切替装置５０は、超高速処理を実行する。すなわち、切替装置５０は、１サイクルにおいて、「Ａ」の第二センサのみを第二モード基準周期Ｔｃにて実行する。この場合、「Ａ」の第二センサによる計測周期Ｔｂは、第二モード基準周期Ｔｃと同一の０．０６２５ｍｓとなる。もちろん、「Ａ」の第二センサに代えて、他の第二センサを用いることもできる。
　ここで、上記においては、切替装置５０は、自動的に、第二モードについて、基本処理、高速処理、超高速処理を切り替えることとした。この他に、使用者による入力に基づいて対象の処理を切り替えることもできる。
　＜３．第三実施形態＞
　上記実施形態においては、第二センサは、予め決められた位置の二個以上の圧力センサセル１０ａにより構成した。この他に、第二センサは、体圧分布演算装置６２により得られた体圧分布に基づいて決定されるようにしてもよい。
　この場合の演算装置６０の処理について、図１０及び図１１Ａ－図１１Ｃを参照して説明する。図１０に示すように、検出値取得部６１が、第一モードによる検出値を取得する（Ｓ１１）。このとき、切替装置５０は、第二センサによる第二モードを実行することなく、第一モードのみにより実行する。
　続いて、体圧分布演算装置６２が、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（Ｓ１２）。このようにして、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。
　続いて、生体情報演算装置６３は、体圧分布に基づいて、生体情報の計測用の第二センサを構成する二個以上の圧力センサセル１０ａを選択する。そして、生体情報演算装置６３は、切替装置５０に対して、選択された二個以上の圧力センサセル１０ａが第二センサとして機能するように、切替処理を実行させる。つまり、本実施形態においては、生体情報の計測用の第二センサは、予め決められているのではなく、体圧分布に基づいて決定される。
　ここでは、第二センサの決定方法として、三種類の中の何れかを用いる。第一の決定方法は、図１１Ａを参照して説明する。図１１のハッチングにて示す圧力センサセル１０ａが、体圧分布計測用の第一センサとしての検出値が所定圧力以上であるとする。ただし、連続した圧力センサセル１０ａが選択されるようにする。この場合、ハッチングで示す所定圧力以上となる全ての圧力センサセル１０ａが、第二センサを構成する。つまり、切替装置５０は、第一センサの検出値が所定圧力以上となる場合に、当該第一センサに対応する圧力センサセル１０ａを第二センサとする。
　第二の決定方法は、図１１Ｂを参照して説明する。生体情報演算装置６３は、全ての第一センサの中で、最大値を検出する圧力センサセル１０ａを抽出する。最大値を検出する圧力センサセル１０ａは、図１１Ｂのハッチングで示す位置とする。この場合に、当該圧力センサセル１０ａと、当該圧力センサセル１０ａの周囲に位置する圧力センサセル１０ａとが、第二センサを構成する。つまり、切替装置５０は、第一センサの中で最大値を検出する圧力センサセル１０ａと、その周囲に位置する圧力センサセル１０ａとを、第二センサとする。つまり、図１１Ｂにおいて、縁のみのハッチングにより示す領域が、第二センサを構成する。
　第三の決定方法は、図１１Ｃを参照して説明する。第二の決定方法と同様に、全ての第一センサの中で、最大値を検出する圧力センサセル１０ａを抽出する。最大値を検出する圧力センサセル１０ａは、図１１Ｃのハッチングで示す位置とする。この場合に、当該圧力センサセル１０ａを含むようにすると共に、二個以上の圧力センサセル１０ａが身体の姿勢及び身体の接触部位に基づいて設定された方向に位置するように、第二センサが決定される。
　例えば、二個以上の圧力センサセル１０ａが、大腿動脈に沿った方向となるように決定される。図３に示すように、シート７０の座面７１にセンサユニット１０が配置される場合には、シート７０の着座者の大腿部の方向は前後方向となる。つまり、大腿動脈に沿った方向とは、シート７０の前後方向となる。そこで、最大値を検出する圧力センサセル１０ａを基準として、前後方向に位置する圧力センサセル１０ａが、第二センサを構成するものとする。
　ここで決定される第二センサの数は、１個でもよいし、二個以上でもよい。例えば、切替装置５０は、第二センサが１個の場合には図９の（ｃ）のように実行し、第二センサが２個の場合には図９の（ｂ）のように実行し、第二センサが４個の場合には図９の（ａ）のように実行する。
　このようにして第二センサが決定された後は、図１０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（Ｓ１４）。続いて、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、センサユニット１０における体圧分布を得る（Ｓ１５）。続いて、生体情報演算装置６３は、決定された第二センサによる検出値に基づいて生体情報を演算する（Ｓ１６）。
　続いて、生体情報演算装置６３は、体圧分布演算装置６２により得られた体圧分布が、先に得られた体圧分布に対して変更されたか否かを判定する（Ｓ１７）。ここでの体圧分布の変更は、第一センサのそれぞれの変化量が閾値を超えたか否かにより判定できる。
　そして、体圧分布が変更されていない場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、Ｓ１４に戻り、処理が繰り返される。つまり、同一の第二センサでの検出が継続される。一方、体圧分布が変更された場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、Ｓ１３に戻り、処理が繰り返される。つまり、第二センサを構成する圧力センサセル１０ａを再び決定する。その後、変更された第二センサにより検出が行われる。
　＜４．その他＞
　上記実施形態の計測装置１は、生体情報として脈波のみを計測してもよいし、呼吸成分のみを計測してもよいし、脈波及び呼吸成分を計測してもよい。
　＜５．実施形態の効果＞
　第一実施形態から第三実施形態における計測装置１は、面状に配列される二個以上の圧力センサセル１０ａと、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、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体圧分布演算装置６２と、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生体情報演算装置６３とを備える。そして、切替装置５０は、同一の第二センサによる計測周期を、第一センサによる計測周期より短くする。
　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。
　ここで、生体情報の計測のためには、短い周期で、特定位置の圧力変動を検出しなければならない。一方、体圧の計測のためには、生体情報に比べて、長い周期での圧力変動を検出すれば十分である。そこで、切替装置５０は、同一の第二センサによる計測周期を、第一センサによる計測周期より短くしている。
　このように、体圧計測のための第一センサによる計測と、生体情報の計測のための第二センサによる計測とを、適切な周期で切替ながら実行することで、体圧分布と生体情報を同時に計測することが可能となる。
　また、切替装置５０は、１サイクルにおいて、個々の第一センサによる第一モードを一回ずつ実行し、第二センサによる第二モードを二回以上実行する。上記実施形態においては、１サイクルにおいて、個々の第二センサによる第二モードは、１６回、３２回、又は、６４回実行される（図９参照）。これにより、確実に、切替装置５０は、同一の第二センサによる計測周期を、第一センサによる計測周期より短くできる。
　また、第一実施形態において、第二センサは、二種以上設定され、それぞれの第二センサは、異なる組み合わせの二個以上の圧力センサセルにより構成される。具体的には、第一実施形態では、「Ａ」～「Ｄ」の４種類の第二センサが設定されている例を示した。このとき、切替装置５０は、１サイクルにおいてそれぞれの第二センサによる第二モードを順次実行すると共に、第二モードにおいてそれぞれの第二センサによる計測周期Ｔｂを同一とした。具体的には、「Ａ」～「Ｄ」のそれぞれの第二センサによる計測周期は、０．２５ｍｓとした（図８参照）。
　この場合において、生体情報演算装置６３は、第二センサのそれぞれの検出値に基づいて生体情報を演算することとした。つまり、二種以上の第二センサにより計測することで、より高精度に生体情報を得ることができる。生体情報は非常に微小な振動であるため、第二センサが対象の動脈に近い位置に位置しなければ計測できない場合がある。そこで、二種以上の第二センサを設定しておくことで、それらの第二センサのいずれかが生体情報を確実に検出できる状態にすることができる。
　また、第二実施形態にて説明したように、切替装置５０は、１サイクルにおいて第二モードを実行する第二モード基準周期Ｔｃを一定とし、１サイクルにおいて二種以上の第二センサによる第二モードを実行する場合（図９の（ａ）（ｂ）参照）と、１サイクルにおいて一種の第二センサによる第二モードを実行する場合（図９の（ｃ）参照）とを、所定条件に応じて切り替えるようにしてもよい。予め第二モード基準周期Ｔｃを設定しておくことで、対象とする第二センサの数を自由に変更できる。従って、切替装置５０による切替動作の変更設定が、非常に容易にできる。
　第三実施形態にて説明したように、切替装置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、第二モードにおける第二センサを構成する二個以上の圧力センサセル１０ａを選択するようにしてもよい（図１０のＳ１３及び図１１Ａ－図１１Ｃ参照）。つまり、第二センサを構成する圧力センサセル１０ａが、状況に応じて変更されることになる。そのため、第二センサを構成する圧力センサセル１０ａにより、生体情報、特に脈波を確実に計測できる。
　具体的には、第三実施形態において、図１１Ａに示したように、切替装置５０は、第一センサの検出値が所定圧力以上となる場合に、当該第一センサに対応する圧力センサセル１０ａを第二センサとするとよい。これにより、微小振動である生体情報の影響を大きく検出することが可能となる。
　ただし、Ｘ方向又はＹ方向に連続した圧力センサセル１０ａが選択されるようにするとよく、ここでは、Ｙ方向に連続する２つの第一センサが第二センサとして選択されている。なお、２列の第一センサ群が選択される場合は、圧力センサセル１０ａ数の多い列を選択してもよい。例えば、Ｙ方向に２つの第一センサの列とＹ方向に４つの第一センサの列とが選択される場合には、Ｙ方向に４つの第一センサの列となる方が選択されるようにしてもよい。また、全体として正方形となるように、２列の第一センサ群から４個の圧力センサセル１０ａを選択してもよく、全体として長方形となるように、２列の第一センサ群に周囲の圧力センサセル１０ａも追加してもよい。
　また、第三実施形態において、図１１Ｂに示したように、切替装置５０は、二個以上の第一センサの中で最大値を検出する圧力センサセル１０ａと、その周囲に位置する圧力センサセル１０ａとを、第二センサとしてもよい。この場合にも、微小振動である脈波の影響を大きく検出することが可能となる。ただし、全体として正方形や長方形となるように圧力センサセル１０ａが選択されるようにするとよく、ここでは、最大値を検出する圧力センサセル１０ａを含む周囲９個の第一センサが一つの第二センサとして選択されている。
　また、第三実施形態において、図１１Ｃに示したように、切替装置５０は、二個以上の圧力センサセルが身体の姿勢及び身体の接触部位に基づいて設定された方向に位置するように、第二センサを選択するようにしてもよい。上記においては、大腿動脈に沿った方向に一致するように、第二センサを構成する圧力センサセル１０ａが選択されている。この場合、同一の動脈の影響を、第二センサを構成する全ての圧力センサセル１０ａが検出できる。従って、高精度な脈波の計測が可能となる。
　また、第一実施形態から第三実施形態において、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との間に配置され身体の体圧又は脈波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：体圧分布及び脈波の計測装置、　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：生体情報演算装置、　７０：シート、　７１：座面、　Ｔａ：１サイクル、　Ｔｂ：第二センサによる計測周期、　Ｔｃ：第二モード基準周期

Claims (9)

  1. 　面状に配列される二個以上の圧力センサセルと、
    　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、
    　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体圧分布演算装置と、
    　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生体情報演算装置と、
    　を備え、
    　前記切替装置は、同一の前記第二センサによる計測周期を、前記第一センサによる計測周期より短くする、体圧分布及び生体情報の計測装置。
  2. 　前記切替装置は、１サイクルにおいて、個々の前記第一センサによる前記第一モードを一回ずつ実行し、前記第二センサによる前記第二モードを二回以上実行する、請求項１に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  3. 　前記第二センサは、二種以上設定され、
    　それぞれの前記第二センサは、異なる組み合わせの二個以上の前記圧力センサセルにより構成され、
    　前記切替装置は、１サイクルにおいてそれぞれの前記第二センサによる前記第二モードを順次実行すると共に、前記第二モードにおいてそれぞれの前記第二センサによる計測周期を同一とし、
    　前記生体情報演算装置は、前記第二センサのそれぞれの検出値に基づいて、前記生体情報を演算する、請求項１又は２に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  4. 　前記切替装置は、
    　１サイクルにおいて前記第二モードを実行する第二モード基準周期を一定とし、
    　１サイクルにおいて二種以上の前記第二センサによる前記第二モードを実行する場合と、１サイクルにおいて一種の前記第二センサによる前記第二モードを実行する場合とを、所定条件に応じて切り替える、請求項３に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  5. 　前記切替装置は、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、前記第二モードにおける前記第二センサを構成する二個以上の前記圧力センサセルを選択する、請求項１－４の何れか一項に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  6. 　前記切替装置は、前記第一センサの検出値が所定圧力以上となる場合に、当該第一センサに対応する前記圧力センサセルを前記第二センサとする、請求項５に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  7. 　前記切替装置は、二個以上の前記第一センサの中で最大値を検出する前記圧力センサセルと、その周囲に位置する前記圧力センサセルとを、前記第二センサとする、請求項５に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  8. 　前記切替装置は、二個以上の前記圧力センサセルが前記身体の姿勢及び前記身体の接触部位に基づいて設定された方向に位置するように、前記第二センサを選択する、請求項５－７の何れか一項に記載の体圧分布及び生体情報の計測装置。
  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身体の体圧又は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体圧分布及び生体情報の計測装置。
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