WO2021079944A1 - 生体信号検出装置 - Google Patents

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WO2021079944A1
WO2021079944A1 PCT/JP2020/039740 JP2020039740W WO2021079944A1 WO 2021079944 A1 WO2021079944 A1 WO 2021079944A1 JP 2020039740 W JP2020039740 W JP 2020039740W WO 2021079944 A1 WO2021079944 A1 WO 2021079944A1
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WO
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cushion member
biological signal
human body
detection device
signal detection
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PCT/JP2020/039740
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English (en)
French (fr)
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藤田　悦則
隆 蔵下
川崎　誠司
Original Assignee
株式会社デルタツーリング
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Publication date
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    • A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
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    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb

Definitions

  • the present invention relates to a biological signal detection device used to detect a biological signal used for estimating a human state.
  • Patent Document 1 discloses a biological signal detection mechanism having a back support cushion member, a base cushion member, and a sensing mechanism portion arranged between them.
  • This biological signal detection mechanism is used by being attached to a seat back of a seat structure such as a vehicle seat, and is used to detect a biological signal from the upper body of a person.
  • the detected biological signal is calculated and processed, and as shown in Patent Documents 2 to 4, it is used as basic data for determining the homeostasis maintenance function level, identifying the sign of falling asleep, estimating fatigue, and the like. Has been done. Further, in recent years, the present inventors have also conducted research for the purpose of application to health management such as estimation of blood pressure and estimation of health condition as well as dozing and fatigue during driving using biological signals.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-52108 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-117425 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-223271 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-26516
  • the biological signal detection mechanism of Patent Document 1 has a structure suitable for being attached to a seat back as described above, and for example, it lay on a bedding in order to grasp a daily health condition. It may not always be suitable for use when acquiring a biological signal in a posture or when acquiring a biological signal from a part other than the back, for example, the buttocks. In addition, when a biological signal is acquired in such a lying posture, if a foreign body sensation is large, there is a risk of impairing sleeping comfort and sitting comfort.
  • the present invention has been made in view of the above, has a small foreign body sensation to a person, is suitable for detecting a biological signal in a lying posture, under the buttocks, etc., for example, a biological signal for daily health management. It is an object of the present invention to provide a biological signal detection device suitable for the detection of.
  • the biological signal detection device of the present invention A base cushion member having a base-side net having a three-dimensional three-dimensional knit and a sensor arranged on one side or the other side of the base-side net. It has a human body contact side cushion member having a human body contact side net having a three-dimensional three-dimensional knit that is laminated on the base cushion member and arranged on the contact side with the human body. Both the base cushion member and the cushion member on the human body contact side are substantially circular in a plan view.
  • the peripheral edge of the cushion member on the human body contact side is compressed and covered with a band-shaped object. It is preferable that the diameter of the cushion member on the human body contact side is equal to or larger than the diameter of the base cushion member.
  • the cushion member on the human body contact side is laminated with the base cushion member via a non-slip. It is also preferable that the cushion member on the human body contact side is laminated on the base cushion member via a shaft member provided at the center.
  • the senor is provided at the center of the base cushion member.
  • the base cushion members are provided on the same circumference at equal intervals.
  • the cushion member on the human body contact side made of a three-dimensional three-dimensional knit is formed in a substantially circular shape in a plan view. Further, the base cushion member is also formed in a substantially circular shape in a plan view.
  • deformation is likely to occur, such as the edges turning or breaking around the corners.
  • the detected data is likely to be distorted. Also, if it breaks, it will make you feel uncomfortable.
  • the occurrence of such a fold is suppressed. Therefore, the distortion of the detection signal obtained from the sensor is small, and the detection sensitivity is higher than that of the square one.
  • peripheral part by compressing the peripheral part and further covering it with a band-shaped object to increase the rigidity, it becomes familiar to the body and the feeling of foreign matter is small, and the surface rigidity of the part in contact with the body is also increased by compressing the peripheral part. Therefore, it can be used without impairing the comfort of sleeping and sitting, and is suitable for measuring biological signals for daily health management.
  • FIG. 1 is a diagram showing the appearance of the biological signal detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view of the biological signal detection device according to the first embodiment
  • FIG. 2B is a central sectional view thereof
  • FIG. 2C is a bottom view thereof.
  • FIG. 3A is a plan view of the human body contact side cushion member used in the biological signal detection device of the first embodiment
  • FIG. 3B is a plan view of the base cushion member.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the biological signal detection device according to the first embodiment.
  • 5A and 5B are views showing the biological signal detection device according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a side view, and FIG.
  • FIG. 5C is CC of FIG. 5A. It is a line sectional view.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the base cushion member of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the appearance of the biological signal detection device according to the third embodiment of the present invention.
  • 8 (a) is a plan view of the biological signal detection device of the third embodiment
  • FIG. 8 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 8 (a)
  • FIG. 8 (c) is a cross-sectional view taken along the line AA.
  • FIG. 9 is a side view of the biological signal detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a side view of the biological signal detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the biological signal detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 11A shows an example of the body pressure distribution when the biological signal detection device according to the first embodiment is laid under the buttocks in a sitting posture
  • FIG. 11B shows an example of the third embodiment. It is a figure which showed the example of the body pressure distribution when such a biological signal detection device is laid in a supine position.
  • FIG. 12 (a) is the data of the biological signal obtained by laying the biological signal detection device (Example) according to the first embodiment under the buttocks
  • FIG. 12 (b) is formed into a substantially square shape. It is the data of the biological signal obtained by laying the biological signal detection device (comparative example) under the buttocks.
  • 13 (a) to 13 (h) are graphs showing an example of analysis results of data obtained by using the biological signal detection device according to the first embodiment.
  • 14 (a) to 14 (h) are graphs showing other examples of analysis results of data obtained by using the biological signal detection device according to the first embodiment.
  • 15 (a) to 15 (g) are diagrams showing the power spectra of the analysis results of FIGS. 13 (a) to 13 (e), (g), and (h).
  • 16 (a) to 16 (g) are diagrams showing the power spectra of the analysis results of FIGS. 14 (a) to 14 (e), (g), and (h).
  • the biological signal detection device 1 of the present embodiment includes a base cushion member 10 and It is configured to have a cushion member 20 on the human body contact side.
  • the base cushion member 10 is formed in a substantially circular shape in a plan view, and as shown in FIG. 4, includes a substantially circular base side net 11 having a three-dimensional three-dimensional knitted fabric.
  • the base side net 11 may be composed of only one three-dimensional three-dimensional knit, but one in which a plurality of three-dimensional three-dimensional knits are laminated, two-dimensional cloth, synthetic leather, etc. on the three-dimensional three-dimensional knit. It is also possible to use a laminated one.
  • a bead foam 12 made of annular foamed polyethylene or the like is arranged around the base side net 11.
  • the sensor 30 is arranged on the back surface 11b side of the base side net 11.
  • the sensor 30 is covered with an elastomer film 13 having a total diameter of the base side net 11 and the annular bead foam 12 arranged around the base side net 11.
  • the elastomer film 13 is adhered to the annular bead foam 12.
  • An elastomer film 14 having a diameter substantially the same as the diameter of the bead foam 12 is adhered to and arranged on the surface 11a side of the base side net 11 in the same manner as described above.
  • the base side net 11, the bead foam 12, and the sensor 30 are sandwiched between the two elastomer films 13 and 14, and the peripheral edges thereof are formed by a strip 15 made of a synthetic resin such as polypropylene. It is covered.
  • a microphone is used, and preferably an electrostatic microphone is used.
  • One sensor 30 is used in this embodiment.
  • one sensor 30 When one sensor 30 is arranged in the biological signal detection device 1, it may be provided in the center of a substantially circular base-side net 11 so that the biological signal can be collected as much as possible regardless of the direction in which the person moves. preferable.
  • the sensor 30 is arranged between the base side net 11 and the elastomer film 13 via a holder 31.
  • the annular bead foam 12 and the elastomer film 13 are formed with cuts 12a and 13a near the outer periphery, respectively, and the cord 30a of the sensor 30 is pulled out through the cuts 12a and 13a, respectively.
  • the human body contact side cushion member 20 is formed in a substantially circular shape in a plan view, and includes a substantially circular human body contact side net 21 having a three-dimensional three-dimensional knitted fabric.
  • the human body contact side net 21 may be composed of only one three-dimensional three-dimensional knit, but one in which a plurality of three-dimensional three-dimensional knits are laminated, or a two-dimensional cloth or composite on the three-dimensional three-dimensional knit. It is also possible to use one in which leather or the like is laminated.
  • the peripheral edge of the human body contact side net 21 is covered with a strip 22 made of synthetic resin such as polypropylene, and the peripheral edge is compressed in the thickness direction as shown in the cross-sectional view of FIG. 2 (b).
  • the strip-shaped object 22 is attached by sewing.
  • the band-shaped object 22 not only prevents the three-dimensional three-dimensional knitted fabric forming the human body contact side net 21 from fraying, but also increases the rigidity by reducing the thickness of the peripheral portion, and is easy to fit into the body.
  • the level difference between the surface of the bedding on which the signal detection device 1 is placed, the seating surface of the chair, and the like is reduced to suppress the feeling of foreign matter during use. Further, since it is substantially circular, by compressing the peripheral edge portion, the surface rigidity of the inner portion of the peripheral edge portion is increased almost evenly, and the discomfort when it comes into contact with the body is small.
  • the human body contact side cushion member 20 of the present embodiment abuts as described above.
  • the discomfort is small when the patient is in a lying position, for example, when the patient is placed near the waist in a lying position, it also prevents low back pain and is suitable for detecting biological signals.
  • the human body contact side cushion member 20 is laminated on the base cushion member 10, but is arranged with a non-slip 16 interposed between them.
  • the non-slip 16 is formed from, for example, a grid-like sheet made of foamed vinyl chloride resin, and is laminated and attached to an elastomer film 14 laminated on the surface 11a of the base-side net 11.
  • the human body contact side net 21 may be one in which synthetic leather or the like is laminated in addition to the three-dimensional three-dimensional knitted fabric, but in the present embodiment, the position shift of the human body contact side cushion member 20 is caused by the non-slip 16. Since it has a structure that suppresses it, it is preferable to use a three-dimensional knitted fabric in which synthetic leather or other plastic film is laminated on the back surface.
  • the human body contact side cushion member 20 is not fixed to the base cushion member 10 by sewing, adhering, or the like so as not to move with each other, but simply by interposing the non-slip 16 as described above. It is hard to shift while allowing some movement.
  • both are substantially integrated by sewing or the like, if the human body contact side cushion member 20 moves and is distorted due to body movement, the base cushion member 10 also moves together. Therefore, the sensor 30 may move significantly together with these or the arrangement posture may change significantly, which may affect the detection sensitivity.
  • the non-slip 16 is used, the human body contact side cushion member 20 which is allowed some movement easily follows the body movement, while the base cushion member 10 is accompanied by it.
  • the non-slip 16 is not arranged, the human body contact side cushion member 20 may be easily separated from the base cushion member 10 due to body movement or the like. For this reason, it is preferable to stack the base cushion member 10 via a non-slip 16 that allows some movement while preventing the base cushion member 10 from slipping.
  • the diameter of the human body contact side cushion member 20 is equal to or larger than the diameter of the base cushion member 10.
  • the human body contact side net 21 having the three-dimensional three-dimensional knit that constitutes the human body contact side cushion member 20 has a function of reducing the feeling of contact with a person due to bending of the connecting yarn or the like of the three-dimensional three-dimensional knit. .. Therefore, it is preferable that the human body contact side cushion member 20 is formed in the above-mentioned size so that the entire base cushion member 10 can be covered as much as possible even if a deviation occurs.
  • the biological signal detection device 1 of the present embodiment is placed on a chair or bed, for example, with the base cushion member 10 facing down. Therefore, the person sits or lies on the cushion member 20 on the human body contact side. As a result, the biological signal of the person is transmitted to the cushion member 20 on the contact side with the human body via the body surface. Since the human body contact side cushion member 20 has a predetermined cushioning property, the weight of the person is dispersed and a feeling of discomfort is less likely to occur, and the peripheral edge portion is compressed as described above and covered with the band-shaped object 22. Therefore, the step between the seating surface of the chair and other parts of the bed is small, and it is difficult to feel a foreign body sensation even if the body is slightly displaced due to body movement.
  • the human body contact side cushion member 20 Since the human body contact side cushion member 20 has a human body contact side net 21 having a three-dimensional three-dimensional knit, the biological signal transmitted as sound / vibration information is propagated to the ground knitted fabric and the connecting yarn constituting the human body contact side cushion member 20. , Is sandwiched between the elastomer films 13 and 14 of the base side net 11, and is transmitted to the base side net 11 having a three-dimensional three-dimensional knitted fabric surrounded by bead foam 12.
  • This sound / vibration information is collected by the sensor 30 and used as analysis data by a smartphone, a laptop computer, or other information processing device for estimating drowsiness, fatigue, blood pressure estimation, health condition, etc., as described in the section of the conventional technology. It will be used.
  • the biological signal detection device 1 of the present embodiment not only in a specialized facility such as a hospital but also in the workplace or at home, and if the dedicated software is installed on a smartphone or the like, daily health management can be easily performed. Can be done.
  • both the base cushion member 10 and the human body contact side cushion member 20 are substantially circular in a plan view. Unlike those formed in a square or other polygon, the peripheral edge is less likely to be turned up or broken when weight is applied by sitting or the like. Therefore, the detection signal of the sensor 30 has less distortion than the one formed in a square shape or the like, and the detection accuracy of the biological signal is improved.
  • the three-dimensional three-dimensional knits used in the base side net 11 and the human body contact side net 21 are, for example, a pair of ground knits arranged apart from each other as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-331603. It is a knitted fabric having a three-dimensional three-dimensional structure having a ground and a large number of connecting yarns that reciprocate between the pair of ground knitted fabrics and connect the two.
  • One gland knitted fabric is formed from, for example, a yarn obtained by twisting a single fiber with a flat knitted fabric structure (fine) continuous in both the wale direction and the course direction, and the other gland knitted fabric is formed.
  • this knitted fabric structure is arbitrary, and a fine structure or a knitted fabric structure other than the honeycomb shape can be adopted, and a combination thereof such as adopting a fine structure for both is also arbitrary.
  • the connecting yarn is knitted between two ground knitted fabrics so that one ground knitted fabric and the other ground knitted fabric maintain a predetermined distance.
  • FIG. 5 and 6 are views showing the biological signal detection device 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • three sensors 30A, 30B, and 30C are arranged on the base cushion member 10.
  • the three sensors 30A, 30B, and 30C are all composed of microphones as described above.
  • the three sensors 30A, 30B, and 30C are arranged on the same circumference of the base cushion member 10 at equal intervals. Since the three sensors 30A, 30B, and 30C are arranged on the same circumference at equal intervals, that is, when the centers of the three sensors 30A, 30B, and 30C are connected to each other, they are arranged so as to form an equilateral triangle in a plan view.
  • sensor set plates 140 having three sensor support portions 140a, 140b, 140c at equal intervals are arranged on the same circumference. That is, if the sensors 30A, 30B, and 30C are arranged on the sensor support portions 140a, 140b, 140c of the sensor set plate 140, respectively, they can be easily arranged on the same circumference at equal intervals.
  • Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment, and the same members are indicated by the same reference numerals.
  • any of the sensors 30A, 30B, and 30C can detect the biological signal.
  • biological signals are obtained from a plurality of sensors 30A, 30B, and 30C, data analysis methods can be expanded, such as using highly sensitive data or combining a plurality of biological signals.
  • the sensors are not limited to three, but two or four or more can be used, but even in that case, they can be arranged at equal intervals on the same circumference as in the present embodiment. The preferred ones are as described above.
  • the shaft member 40 is provided between the facing surfaces of the center of the base cushion member 10 and the human body contact side cushion member 20.
  • the shaft member 40 is provided on the back surface side of the circular plate member 41 provided on the base cushion member 10 side, the shaft portion 42 located at the center thereof, and the cushion member 20 on the human body contact side, and the shaft portion 42 is fitted. It has a bearing portion 43.
  • the cushion member 20 on the human body contact side can rotate about the shaft portion 42 with respect to the base cushion member 10.
  • the shaft member 40 is arranged between the base cushion member 10 and the human body contact side cushion member 20, a portion slightly outward from the center of the human body contact side cushion member 20 (the outer edge of the circular plate member 41 described above). A portion corresponding to the vicinity) is sewn in the circumferential direction to form a circumferential sewing line 211 that compresses the human body contact side net 21. Since the circumferential upper sewing line 211 is formed, the tension of the three-dimensional three-dimensional knitted fabric in the range surrounded by the circumferential upper sewing line 211 is higher than that in the state where the circumferential upper sewing line 211 is not formed. As a result, the shaft member 40 is prevented from feeling a foreign body sensation.
  • the sensor 30D is arranged via the holder 31D at a position slightly outward from the circumferential sewing line 211 in a plan view.
  • the sensor 30D is arranged via the holder 31D at a position slightly outward from the circumferential sewing line 211 in a plan view.
  • the senor 30D is arranged between the base side net 11 and the elastomer film 14 laminated on the surface 11a thereof.
  • Other configurations are substantially the same as those of the first and second embodiments, and the same members are indicated by the same reference numerals.
  • the cushion member 20 on the human body contact side is unlikely to shift in the direction of sliding in the plane direction with respect to the base cushion member 10. Therefore, the cushion member 20 on the human body contact side does not deviate significantly from the base cushion member 10.
  • the shaft member 40 since the shaft member 40 is provided, when a body movement occurs, the human body contact side cushion member 20 moves in the rotational direction around the shaft portion 42. Therefore, the followability to the body movement is not impaired, and the discomfort given to the user is suppressed.
  • FIG. 11A shows the distribution of body pressure when the biological signal detection device 1 according to the first embodiment of FIGS. 1 to 4 is laid under the buttocks in a sitting posture.
  • the portion circled is the position of the biological signal detection device 1.
  • the pressure is slightly increased near the ischial nodule, and it can be seen that the biological signal can be detected by laying it under the buttocks.
  • FIG. 11B shows the distribution of body pressure when the biological signal detection device 1B according to the third embodiment of FIGS. 7 to 10 is laid in the supine position.
  • the body pressure is small near the lumbar region, and even if it is laid in the supine position, the effect on low back pain is small, but on the other hand, the pressure near the buttocks Is slightly higher, and it can be seen that the biological signal can be detected centering on that position.
  • FIG. 12A is the data of the biological signal obtained by laying the biological signal detection device 1 (Example) according to the first embodiment of FIGS. 1 to 4 under the buttocks.
  • FIG. 12B shows the same subject as the biological signal detecting device (comparative example) formed in a substantially square shape, although the area is substantially the same as that of the biological signal detecting device 1 according to the first embodiment. It is the data obtained by laying in. Comparing the two data, it can be seen that the data in the comparative example contains a lot of noise. Therefore, as in the present invention, having a substantially circular structure in a plan view is suitable for capturing a weak biological signal more accurately.
  • FIGS. 13 and 14 the same subject laid the biological signal detection device 1 according to the first embodiment of FIGS. 1 to 4 in the supine position near the buttocks (FIG. 13) and the lumbar region (FIG. 14), respectively. It is a figure which showed the data of the biological signal obtained by the measurement, and the analysis example using the data.
  • FIGS. 13 (a) to 13 (h) and FIGS. 14 (a) to 14 (h) (a) is the electrocardiogram data measured at the same time, and (b) is also the fingertip volume pulse wave data measured at the same time. is there.
  • (C) is the data obtained from the biological signal detection device 1
  • (d) is the waveform obtained by filtering the data of (c)
  • (e) is the core portion near 1 Hz obtained by processing (d).
  • the rocking wave (APW) is the heart rate
  • (g) is the apex beat carrier wave
  • (h) is the apex beat.
  • FIGS. 15 and 16 are power spectra obtained for data other than heart rate among the data of FIGS. 13 and 14, respectively.
  • (a) is an electrocardiogram
  • (b) is a fingertip plethysmogram
  • (c) is obtained from a biological signal detection device 1.
  • Data (d) is the waveform obtained by filtering the data of (c)
  • (e) is the core oscillating wave (APW) near 1 Hz obtained by processing (d)
  • (f) is the apex beat.
  • the beat carrier, (g) shows each power spectrum of the apex beat.
  • the biological state of a person can be analyzed by the data obtained from the biological signal detection device 1 according to the above embodiment.

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Abstract

正確かつ簡易に生体信号を測定でき、日常の健康管理を促す。　三次元立体編物からなる人体当接側クッション部材１０が平面視で略円形に形成されている。また、ベースクッション部材２０も平面視で略円形に形成されている。方形のものに着座等すると、角部付近を中心として端縁がめくれたり折れたりするなど変形が生じやすい。このような変形が生じると検出データに歪みが生じやすい。また、折れなどが生じると違和感になる。これに対し、略円形の場合には、このような折れなどの発生は抑制される。

Description

生体信号検出装置
　本発明は、人の状態推定に用いる生体信号を検出するのに用いられる生体信号検出装置に関する。
　特許文献１においては、背部支持用クッション部材と、ベースクッション部材と、それらの間に配置されるセンシング機構部を有する生体信号検出機構が開示されている。この生体信号検出機構は、乗物用シートなどの座席構造のシートバックに取り付けて使用され、人の上体から生体信号を検出するために用いられる。検出された生体信号は、それを演算処理し、特許文献２～４に示したように、恒常性維持機能レベルの判定、入眠予兆信号の特定、疲労の推定等を行うための基礎データとして用いられている。また、本発明者らは、近年、生体信号を用いて、運転中の居眠り、疲労だけでなく、血圧推定、健康状態の推定など、健康管理への応用を目的とした研究も行っている。
特開２０１３－５２１０８号公報 特開２０１４－１１７４２５号公報 特開２０１４－２２３２７１号公報 特開２０１６－２６５１６号公報
　ところで、特許文献１の生体信号検出機構は、上記のようにシートバックに取り付けて使用するのに適した構造となっており、例えば、日常的な健康状態を把握するために、寝具に横たわった姿勢で生体信号を取得する場合や、背部以外の例えば臀部から生体信号を取得する場合などの使用には必ずしも適しているとは言えない場合がある。また、このような横たわった姿勢等において生体信号を取得する場合、異物感が大きいと、寝心地や座り心地を損なうおそれもある。
　本発明は上記に鑑みなされたものであり、人への異物感が小さく、横たわった姿勢や臀部下等において生体信号を検出するのに適し、例えば日常的な健康状態の管理のための生体信号の検出用として適する生体信号検出装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の生体信号検出装置は、
　三次元立体編物を有してなるベース側ネットと、前記ベース側ネットの一面側又は他面側に配置されるセンサーとを備えたベースクッション部材と、
　前記ベースクッション部材に積層され、人体との当接側に配置される三次元立体編物を有してなる人体当接側ネットを備えた人体当接側クッション部材と
を有し、
　前記ベースクッション部材及び人体当接側クッション部材のいずれもが平面視で略円形であることを特徴とする。
　前記人体当接側クッション部材の周縁部が圧縮され、帯状物で被覆されていることが好ましい。
　前記人体当接側クッション部材の直径が前記ベースクッション部材の直径以上であることが好ましい。
　前記ベースクッション部材に対し、前記人体当接側クッション部材が滑り止めを介して積層されていることが好ましい。
　前記ベースクッション部材に対し、前記人体当接側クッション部材が、中心部に設けられた軸部材を介して積層された構成とすることも好ましい。
　前記センサーが、一つの場合には、前記ベースクッション部材の中心部に設けられていることが好ましい。
　前記センサーが、複数の場合には、前記ベースクッション部材に、同一円周上に等間隔で設けられていることが好ましい。
　本発明の生体信号検出装置は、三次元立体編物からなる人体当接側クッション部材が平面視で略円形に形成されている。また、ベースクッション部材も平面視で略円形に形成されている。方形のものに着座等すると、角部付近を中心として端縁がめくれたり折れたりするなど変形が生じやすい。このような変形が生じると検出データに歪みが生じやすい。また、折れなどが生じると違和感になる。これに対し、略円形の場合には、このような折れなどの発生は抑制される。そのため、センサーから得られる検出信号の歪みも小さく、方形のものと比較して検出感度が高い。また、周縁部を圧縮し、さらに帯状物で被覆した構成とすることによって剛性を挙げることで、体になじみ、異物感も小さく、また、周縁部の圧縮によって体に接する部位の面剛性も上がるため、寝心地や座り心地の快適性を損なうことなく使用でき、日常の健康管理のための生体信号の測定に適している。
図１は、本発明の第１の実施形態の生体信号検出装置の外観を示した図である。 図２（ａ）は、上記第１の実施形態の生体信号検出装置の平面図であり、図２（ｂ）は、その中央断面図であり、図２（ｃ）はその底面図である。 図３（ａ）は、上記第１の実施形態の生体信号検出装置で用いた人体当接側クッション部材の平面図であり、図３（ｂ）は、ベースクッション部材の平面図である。 図４は、上記第１の実施形態の生体信号検出装置の分解斜視図である。 図５は、本発明の第２の実施形態にかかる生体信号検出装置を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ線断面図である。 図６は、上記第２の実施形態のベースクッション部材の分解斜視図である。 図７は、本発明の第３の実施形態の生体信号検出装置の外観を示した図である。 図８（ａ）は、上記第３の実施形態の生体信号検出装置の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ－Ａ線断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。 図９は、上記第３の実施形態の生体信号検出装置の側面図である。 図１０は、上記第３の実施形態の生体信号検出装置の分解斜視図である。 図１１（ａ）は、第１の実施形態にかかる生体信号検出装置を座位姿勢で臀部下に敷いた際の体圧分布の例を示し、図１１（ｂ）は、第３の実施形態にかかる生体信号検出装置を仰臥位姿勢で敷いた際の体圧分布の例を示した図である。 図１２（ａ）は、第１の実施形態にかかる生体信号検出装置(実施例）を臀部下に敷いて得られた生体信号のデータであり、図１２（ｂ）は、略正方形に形成された生体信号検出装置（比較例）を臀部下に敷いて得られた生体信号のデータである。 図１３（ａ）～（ｈ）は、第１の実施形態にかかる生体信号検出装置を用いて得られたデータの解析結果の一例を示したグラフである。 図１４（ａ）～（ｈ）は、第１の実施形態にかかる生体信号検出装置を用いて得られたデータの解析結果の他の例を示したグラフである。 図１５（ａ）～（ｇ）は、図１３（ａ）～（ｅ），（ｇ），（ｈ）の各解析結果のパワースペクトルを示した図である。 図１６（ａ）～（ｇ）は、図１４（ａ）～（ｅ），（ｇ），（ｈ）の各解析結果のパワースペクトルを示した図である。
　以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１～図４は、本発明の第１の実施形態を説明するための図であり、これらの図に示したように、本実施形態の生体信号検出装置１は、ベースクッション部材１０と、人体当接側クッション部材２０とを有して構成される。
　ベースクッション部材１０は平面視で略円形に形成され、図４に示したように、三次元立体編物を有してなる略円形のベース側ネット１１を備えている。ベース側ネット１１は、１枚の三次元立体編物のみから構成されていてもよいが、複数枚の三次元立体編物が積層されたものや、三次元立体編物に二次元の布帛、合成皮革などが積層されたものを使用することも可能である。ベース側ネット１１の周囲に環状の発泡ポリエチレン等からなるビーズ発泡体１２が配設される。センサー３０は、ベース側ネット１１の裏面１１ｂ側に配置される。ベース側ネット１１及びその周囲に配置される環状のビーズ発泡体１２を合わせた直径を有するエラストマーフィルム１３により、センサー３０が被覆される。なお、エラストマーフィルム１３は、環状のビーズ発泡体１２に接着される。
　ベース側ネット１１の表面１１ａ側に、上記と同様に、ビーズ発泡体１２の直径とほぼ同じ大きさのエラストマーフィルム１４が、該ビーズ発泡体１２に接着されて配設される。このようにして２枚のエラストマーフィルム１３，１４により、ベース側ネット１１、ビーズ発泡体１２及びセンサー３０は挟まれていると共に、それらの周縁部が、ポリプロピレン等の合成樹脂製の帯状物１５によって被覆されている。
　センサー３０としては、マイクロフォンが用いられ、好ましくは、静電型のマイクロフォンが用いられる。センサー３０は、本実施形態では１つ用いられている。生体信号検出装置１にセンサー３０を１つ配置する場合には、人がいずれの方向に動いてもできるだけ生体信号を収集できるように、略円形のベース側ネット１１の中心部に設けられることが好ましい。センサー３０は、ベース側ネット１１とエラストマーフィルム１３との間に、ホルダー３１を介して配設される。環状のビーズ発泡体１２及びエラストマーフィルム１３には、それぞれ外周付近に切り込み１２ａ，１３ａが形成されており、この切り込み１２ａ，１３ａを介してセンサー３０のコード３０ａが外部に引き出される。
　人体当接側クッション部材２０は平面視で略円形に形成され、三次元立体編物を有してなる略円形の人体当接側ネット２１を備えている。人体当接側ネット２１は、１枚の三次元立体編物のみから構成されていてもよいが、複数枚の三次元立体編物が積層されたものや、三次元立体編物に二次元の布帛、合成皮革などが積層されたものを使用することも可能である。人体当接側ネット２１の周縁部は、ポリプロピレン等の合成樹脂製の帯状物２２によって被覆され、図２（ｂ）の断面図に示したように、該周縁部を厚み方向に圧縮するようにして該帯状物２２を縫製により取り付けている。この帯状物２２は、人体当接側ネット２１を構成する三次元立体編物のほつれの防止のほか、周縁部の厚さを薄くすることで、剛性が上がり、体になじみやすく、また、この生体信号検出装置１を載置している寝具の表面、椅子の座面等との段差を小さくし、使用時の異物感の抑制を図っている。また、略円形であるため、周縁部を圧縮することで、該周縁部の内側の部位がほぼ均等に面剛性が上がり、体に当接した際の不快感が小さい。生体信号の計測時に腰痛等の痛みを感じていると、心疾患等の本来の病因の検知を妨げることもあるが、本実施形態の人体当接側クッション部材２０は、上記のように当接した際の不快感が小さく、例えば、臥位で腰付近にあてた場合には、腰痛防止にもなり、生体信号の検出用として適している。
　人体当接側クッション部材２０は、ベースクッション部材１０上に積層されるが、両者間に滑り止め１６を介在させて配設される。滑り止め１６は、例えば、発泡塩化ビニール樹脂製の格子状のシートから形成され、ベース側ネット１１の表面１１ａ上に積層されたエラストマーフィルム１４にラミネート加工されて取り付けられる。上記のように人体当接側ネット２１は、三次元立体編物のほか合成皮革などが積層されたものでもよいが、本実施形態では、滑り止め１６によって人体当接側クッション部材２０の位置ずれを抑制する構造であるため、三次元立体編物の裏面に合成皮革やその他のプラスチックフィルムなどを積層したものを用いることが好ましい。
　人体当接側クッション部材２０は、ベースクッション部材１０に対して、相互に動かないように、縫製、接着等して固着するのではなく、上記のように滑り止め１６を介在させただけで、多少の動きを許容しつつずれにくくなっている。両者が縫製等によって実質一体になっている場合、体動によって人体当接側クッション部材２０が動いて歪んだりすると、ベースクッション部材１０も一緒に動く。そのため、センサー３０もこれらと共に大きく動いたり配置姿勢が大きく変化したりして、検出感度に影響がでる可能性がある。これに対し、滑り止め１６を用いた場合には、体動に対しては、多少の動きが許容されている人体当接側クッション部材２０が追従しやすい一方で、ベースクッション部材１０はそれにつられて動こうとするものの大きくは動かず、縫製等により両者を強固に固着した場合よりはそのままの姿勢を保持しやすい。その一方、滑り止め１６を配置しないとすれば、体動等により、人体当接側クッション部材２０がベースクッション部材１０から容易に離間してしまう可能性がある。このため、ベースクッション部材１０に対してずれにくくしつつ多少の動きを許容する滑り止め１６を介して積層することが好ましい。
　人体当接側クッション部材２０は、その直径がベースクッション部材１０の直径以上であることが好ましい。人体当接側クッション部材２０を構成する三次元立体編物を有する人体当接側ネット２１は、三次元立体編物の連結糸等の撓みなどによって人への当たり感を軽減する機能を有している。従って、人体当接側クッション部材２０はベースクッション部材１０の全体を、ずれが生じてもできるだけ被覆できるように上記のような大きさで形成されていることが好ましい。
　本実施形態の生体信号検出装置１は、例えば、椅子やベッド上に、ベースクッション部材１０を下側にして載置される。よって、人は、人体当接側クッション部材２０上に着座したり横たわったりする。これにより、人の生体信号は体表を介して人体当接側クッション部材２０に伝わる。人体当接側クッション部材２０は、所定のクッション性を有しているため、人の体重が分散され違和感を生じにくく、また、周縁部が上記のように圧縮されて帯状物２２によって被覆されているため、椅子の座面やベッドのほかの部位との段差が小さく、体動によって体が多少ずれても異物感を感じにくい。
　人体当接側クッション部材２０は、三次元立体編物を有する人体当接側ネット２１を有しているため、音・振動情報として伝わる生体信号はそれを構成するグランド編地や連結糸に伝播され、ベース側ネット１１のエラストマーフィルム１３，１４によって挟まれていると共に、周囲がビーズ発泡体１２で取り囲まれた三次元立体編物を有するベース側ネット１１内に伝わる。この音・振動情報がセンサー３０によって収集され、上記従来の技術の項で説明したように、眠気、疲労、血圧推定、健康状態などを推定するスマートフォン、ノートパソコンその他の情報処理機器による分析データとして利用される。よって、病院等の専門施設でなく、職場、家庭内においても本実施形態の生体信号検出装置１により簡易に測定でき、スマートフォンなどに専用のソフトウェアをインストールしておけば、日常の健康管理を気軽に行うことができる。
　本実施形態によれば、ベースクッション部材１０及び人体当接側クッション部材２０のいずれもが平面視で略円形である。方形その他の多角形に形成されたもののように、着座等によって体重がかかった際に周縁部がめくれ上がったり、折れたりすることが少ない。そのため、方形等に形成したものと比較して、センサー３０の検出信号は歪みの少ないものとなり、生体信号の検出精度が高くなる。
　なお、ベース側ネット１１及び人体当接側ネット２１で用いられる三次元立体編物は、例えば、特開２００２－３３１６０３号公報に開示されているように、互いに離間して配置された一対のグランド編地と、該一対のグランド編地間を往復して両者を結合する多数の連結糸とを有する立体的な三次元構造となった編地である。一方のグランド編地は、例えば、単繊維を撚った糸から、ウェール方向及びコース方向のいずれの方向にも連続したフラットな編地組織（細目）によって形成され、他方のグランド編地は、例えば、短繊維を撚った糸から、ハニカム状（六角形）のメッシュを有する編み目構造に形成されている。もちろん、この編地組織は任意であり、細目組織やハニカム状以外の編地組織を採用することもできるし、両者とも細目組織を採用するなど、その組み合わせも任意である。連結糸は、一方のグランド編地と他方のグランド編地とが所定の間隔を保持するように、２つのグランド編地間に編み込んだものである。グランド編地の編目密度、グランド糸の太さや素材、連結糸の配設密度、連結糸の太さや素材などを調整することにより、人を支持した際のクッション性、音・振動情報である生体信号の伝達性を調整することができる。
　図５及び図６は、本発明の第２の実施形態に係る生体信号検出装置１Ａを示した図である。本実施形態では、ベースクッション部材１０に、３つのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを配設している。３つのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは上記と同様、いずれもマイクロフォンから構成される。また、３つのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、ベースクッション部材１０の同一円周上、等間隔で配設されている。３つのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを同一円周上に等間隔で、すなわち、３つのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの中心同士を結ぶと平面視で正三角形となるように配置するため、ベース側ネット１１の裏面１１ｂ側に、同一円周上に等間隔で３箇所のセンサー支持部１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃを有するセンサーセット用プレート１４０を配設している。すなわち、このセンサーセット用プレート１４０の各センサー支持部１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃにセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃをそれぞれ配置すれば、容易に同一円周上に等間隔で配置できる。その他の構成は、上記第１の実施形態とほぼ同様であり、同一の部材については同じ符号で示している。
　これにより、人体当接側クッション部材２０が体動により動いても、いずれかのセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが生体信号を検出することができる。また、複数のセンサー３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから生体信号が得られたならば、そのうち感度の高いデータを利用したり、複数の生体信号を組み合わせて利用したり、データ分析手法が広がる。なお、センサーとしては、３つに限らず、２つ、あるいは、４つ以上用いることも可能であるが、その場合でも、本実施形態のように同一円周上に等間隔で配置することが好ましいことは上記のとおりである。
　図７～図１０は、本発明の第３の実施形態にかかる生体信号検出装置１Ｂを示した図である。本実施形態では、ベースクッション部材１０及び人体当接側クッション部材２０の中心部の対向面間に軸部材４０が設けられている。軸部材４０は、ベースクッション部材１０側に設けられる円形のプレート部材４１とその中心に位置する軸部４２と、人体当接側クッション部材２０の裏面側に設けられ、軸部４２が嵌合する軸受け部４３とを有している。これにより、人体当接側クッション部材２０は、ベースクッション部材１０に対して軸部４２を中心として回転可能となっている。
　ベースクッション部材１０及び人体当接側クッション部材２０間に軸部材４０を配設したため、人体当接側クッション部材２０に、中心からやや外方に寄った部位（上記の円形のプレート部材４１の外縁付近に相当する部位）を円周方向に縫製し、人体当接側ネット２１を圧縮する円周上縫製ライン２１１を形成している。円周上縫製ライン２１１が形成されていることにより、該円周上縫製ライン２１１に取り囲まれた範囲の三次元立体編物の張力が、該円周上縫製ライン２１１を形成しない状態よりも高まる。それにより、軸部材４０の異物感を感じさせないようにしている。
　一方、センサー３０Ｄは、中心部に軸部材４０を配設したため、平面視で、円周上縫製ライン２１１よりもやや外方に相当する位置にホルダー３１Ｄを介して配設される。上記第１の実施形態のように、センサーを一つだけ設ける場合には、ベースクッション部材１０の中心部に設けることが好ましいが、このような軸部材４０を配設した場合には、それを逃げた範囲に設ける。但し、この場合も、上記第２の実施形態のように、複数のセンサーを設けることで、好ましくは同一円周上に等間隔で複数設けることで、検出精度を上げることが可能である。また、本実施形態では、ベース側ネット１１と、その表面１１ａ上に積層されるエラストマーフィルム１４との間にセンサー３０Ｄを配置している。その他の構成は、上記第１及び第２の実施形態とほぼ同様であり、同一の部材については同じ符号で示している。
　本実施形態によれば、人体当接側クッション部材２０が、ベースクッション部材１０に対して面方向にスライドする方向へずれにくい。そのため、人体当接側クッション部材２０がベースクッション部材１０から大きく位置ずれすることがない。その一方、軸部材４０が設けられているため、体動が生じた場合には、軸部４２を中心として人体当接側クッション部材２０が回転方向に動く。このため、体動への追従性を損なうことがなく、使用者に与える違和感も抑制される。
　ここで、図１１（ａ）は、図１～図４の第１の実施形態にかかる生体信号検出装置１を座位姿勢で臀部下に敷いた際の体圧分布を示す。図中、円で囲った部分が生体信号検出装置１の位置である。この図に示したように、座骨結節下付近において圧力が若干高まっており、臀部下に敷くことで生体信号が検出できることがわかる。また、図１１（ｂ）は、図７～図１０の第３の実施形態にかかる生体信号検出装置１Ｂを仰臥位姿勢で敷いた際の体圧分布を示す。生体信号検出装置１Ｂを配置した円で囲った部分を見ると、腰部付近では体圧が小さくなっており、仰臥位姿勢で敷いても腰痛への影響が小さいこと、その反面、臀部寄りの圧力が若干高くなっており、その位置を中心として生体信号が検出できることがわかる。
　また、図１２（ａ）は、図１～図４の第１の実施形態にかかる生体信号検出装置１（実施例）を臀部下に敷いて得られた生体信号のデータである。一方、図１２（ｂ）は、第１の実施形態にかかる生体信号検出装置１とほぼ同面積であるが、略正方形に形成された生体信号検出装置（比較例）ものを同じ被験者が臀部下で敷いて得られたデータである。２つのデータを比較すると、比較例のデータにはノイズが多く含まれていることがわかる。よって、本発明のように、平面視で略円形の構造とすることが、微弱な生体信号をより精度よく捉えるのに適している。
　図１３及び図１４は、同じ被験者が、図１～図４の第１の実施形態にかかる生体信号検出装置１を仰臥位姿勢で臀部付近（図１３）と腰部付近（図１４）にそれぞれ敷いて測定して得られた生体信号のデータ、そのデータを用いた解析例を示した図である。図１３（ａ）～（ｈ）及び図１４（ａ）～（ｈ）のうち、（ａ）は同時に測定した心電図のデータであり、（ｂ）も同時に測定した指尖容積脈波のデータである。（ｃ）が生体信号検出装置１から得られたデータ、（ｄ）が（ｃ）のデータをフィルタイリング処理した波形、（ｅ）が（ｄ）を処理して求めた１Ｈｚ近傍の心部揺動波（ＡＰＷ）、（ｆ）が心拍数、（ｇ）が心尖拍動搬送波、（ｈ）が心尖拍動を示す。
　図１５及び図１６は、それぞれ図１３及び図１４のデータのうち心拍数以外について求めたパワースペクトルである。図１５（ａ）～（ｇ）及び図１６（ａ）～（ｇ）のうち、（ａ）は心電図、（ｂ）は指尖容積脈波、（ｃ）は生体信号検出装置１から得られたデータ、（ｄ）が（ｃ）のデータをフィルタイリング処理した波形、（ｅ）が（ｄ）を処理して求めた１Ｈｚ近傍の心部揺動波（ＡＰＷ）、（ｆ）が心尖拍動搬送波、（ｇ）が心尖拍動の各パワースペクトルを示す。
　図１３～図１６に示したように、上記実施形態にかかる生体信号検出装置１から得られるデータによって、人の生体状態を解析できることがわかる。
１，１Ａ，１Ｂ　生体信号検出装置
１０　ベースクッション部材
１１　ベース側ネット
１２　ビーズ発泡体
１３，１４　エラストマーフィルム
１６　滑り止め
２０　人体当接側クッション部材
２１　人体当接側ネット
２１１　円周上縫製ライン
２２　帯状物
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ　センサー
４０　軸部材

Claims (7)

  1. 　三次元立体編物を有してなるベース側ネットと、前記ベース側ネットの一面側又は他面側に配置されるセンサーとを備えたベースクッション部材と、
    　前記ベースクッション部材に積層され、人体との当接側に配置される三次元立体編物を有してなる人体当接側ネットを備えた人体当接側クッション部材と
    を有し、
    　前記ベースクッション部材及び人体当接側クッション部材のいずれもが平面視で略円形であることを特徴とする生体信号検出装置。
  2. 　前記人体当接側クッション部材の周縁部が圧縮され、帯状物で被覆されている請求項１記載の生体信号検出装置。
  3. 　前記人体当接側クッション部材の直径が前記ベースクッション部材の直径以上である請求項１又は２記載の生体信号検出装置。
  4. 　前記ベースクッション部材に対し、前記人体当接側クッション部材が滑り止めを介して積層されている請求項１～３のいずれか１に記載の生体信号検出装置。
  5. 　前記ベースクッション部材に対し、前記人体当接側クッション部材が、中心部に設けられた軸部材を介して積層されている請求項１～３のいずれか１に記載の生体信号検出装置。
  6. 　前記センサーが、前記ベースクッション部材の中心部に一つ設けられている請求項１～５のいずれか１に記載の生体信号検出装置。
  7. 　前記センサーが、前記ベースクッション部材に、同一円周上に等間隔で複数設けられている請求項１～５のいずれか１に記載の生体信号検出装置。
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