JP2018102710A - 心電計測装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電極構造の簡易化及びＳ／Ｎ比が高い心電信号の取得【解決手段】加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成された複数の背部電極１４が、シート１２のシートバック部１２Ａのうちの互いに異なる位置に配置され、心電信号検出部１８は、シート１２に着座した乗員の体表と個々の背部電極１４との間に発生する静電容量を通じて個々の背部電極１４毎に心電信号を検出し、圧力検出部２０(の電気抵抗検出部２８及び圧力換算部３０)は、複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力を、個々の背部電極１４の電気抵抗に基づいて各々検出し、心電信号選択部２４は、心電信号検出部１８によって個々の背部電極１４毎に検出された心電信号から、圧力検出部２０によって検出された圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する。【選択図】図１

Description

本発明は心電計測装置、心電計測方法及び心電計測プログラムに関する。

特許文献１には、複数の測定用電極に接触している被験者の生体信号を、それぞれの測定用電極を介して検出し、その生体信号に基づいて、心電信号生成部が生成した心電信号を増幅率が可変の増幅器によって増幅する技術が開示されている。この技術では、それぞれの測定用電極の裏面に設けた複数の圧力センサにより、測定用電極と被験者との間の静電容量を推定し、静電容量の推定結果に基づいて増幅器の増幅率を設定することで、心電信号の信号レベルを補正している。

特開２００９−２１９５５４号公報

上記の特許文献１に記載の技術は、センサ部を、測定用電極に圧力センサを積層した構造とし、測定用電極と被験者との接触状態に応じて変化する、測定用電極と被験者との間の静電容量を、圧力センサによって検出された圧力を用いて推定している。このため、特許文献１に記載の技術は、センサ部の構造が複雑で、コストが嵩むという問題がある。

また、特許文献１に記載の技術は、測定用電極と被験者との接触の面積や圧力の低下に伴って心電信号の信号レベルが低下することを、増幅器の増幅率を増大させることで補っている。しかし、増幅器の増幅率を増大させると、測定用電極に混入する電源ノイズや静電気ノイズなどの外来ノイズもより強く増幅されることで、心電信号のＳ／Ｎ比(信号とノイズの比率)が低下し、心電信号がノイズに埋もれてしまうために、１心拍毎のピークを検出できない等の問題が生ずる可能性もある。

一つの側面では、本発明は、電極構造の簡易化及びＳ／Ｎ比が高い心電信号の取得を実現することが目的である。

請求項１記載の発明に係る心電計測装置は、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極と、前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号を検出する心電信号検出部と、前記複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて各々検出する圧力検出部と、前記心電信号検出部によって個々の前記背部電極毎に検出された心電信号から、前記圧力検出部によって検出された前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する心電信号選択部と、を含んでいる。

請求項１記載の発明では、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に背部電極が各々配置されており、背部電極は、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成されている。そして、心電信号検出部は、シートに着座した人体の体表と個々の背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の背部電極毎に心電信号を検出し、圧力検出部は、複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の背部電極の電気抵抗に基づいて各々検出する。このように、請求項１記載の発明では、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成された背部電極により、心電信号及び圧力を各々検出することができるので、背部電極の構造を簡単にすることができる。

また、請求項１記載の発明では、心電信号選択部が、心電信号検出部によって個々の背部電極毎に検出された心電信号から、圧力検出部によって検出された圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する。圧力検出部によって検出される圧力の分布は、シートに着座した人体の体格や姿勢などに応じて変化し、シートに着座した人体の体表と対向している背部電極、すなわちシートに人体が着座していない場合よりも高い圧力が圧力検出部によって検出された背部電極で心電信号が検出される。また、圧力検出部によって検出される背部電極のそれぞれに加わった圧力と、心電信号検出部によって個々の背部電極毎に検出される心電信号の信号レベルと、には正の相関がある。

これにより、圧力検出部によって検出された圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択することで、信号レベルの高い心電信号を出力対象として選択することができ、電源ノイズや静電気ノイズなどの外来ノイズに対する心電信号の信号レベルの比率、すなわちＳ／Ｎ比が向上する。従って、請求項１記載の発明によれば、電極構造の簡易化及びＳ／Ｎ比が高い心電信号の取得を実現することができる。

なお、請求項１記載の発明において、心電信号選択部は、例えば請求項２に記載したように、個々の背部電極毎に検出された心電信号のうち、検出された圧力が最大の背部電極を含む背部電極から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択することが好ましい。これにより、信号レベルがより高い心電信号を出力対象として選択することができ、Ｓ／Ｎ比がより高い心電信号を取得することができる。

また、請求項１記載の発明において、心電信号選択部は、例えば請求項３に記載したように、個々の背部電極毎に検出された心電信号のうち、検出された圧力の分布から人体の体表に対向しかつ配置位置が人体の右肩に最も近いと推定される背部電極を含む背部電極から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択することが好ましい。人体の背面における生体電位には勾配があり、一例として、人体の左肩における生体電位を0[Ｖ]とすると、人体の右肩における生体電位は-0.8〜-0.6[ｍＶ]、人体の臀部における生体電位は0.2〜0.4[ｍＶ]で、右肩から臀部にかけて生体電位が徐々に変化している(詳細は後述)。そして、心電信号検出部によって個々の背部電極毎に検出される心電信号の信号レベルは、人体の背面の体表のうち個々の背部電極が対向する部分における生体電位に応じて変化する。

このため、請求項３記載の発明では、検出された圧力の分布から配置位置が人体の右肩に最も近いと推定される背部電極、すなわち、人体の背中のうち臀部を基準とする生体電位の差が最も大きい右肩に最も近いことで、信号レベルがより高い心電信号が検出されると推定される背部電極を含む背部電極から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択している。これにより、信号レベルがより高い心電信号を出力対象として選択することができ、Ｓ／Ｎ比がより高い心電信号を取得することができる。

また、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の発明において、心電信号選択部は、例えば請求項４に記載したように、個々の背部電極毎に検出された心電信号から圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択することを、シートへの人体の着座が検出されている間、定期的に行うことが好ましい。前述のように、背部電極に加わった圧力と、背部電極から検出される心電信号の信号レベルと、には正の相関があり、圧力検出部によって検出される圧力の分布は、シートに着座した人体の姿勢によっても変化する。従って、シートに着座している人体の姿勢が経時的に変化すると、これに伴って個々の背部電極から検出される心電信号の信号レベルも変化する。

このため、請求項４記載の発明では、個々の背部電極毎に検出された心電信号から圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択することを、シートへの人体の着座が検出されている間、定期的に行う。これにより、シートに着座している人体の姿勢が経時的に変化しても、Ｓ／Ｎ比が高い心電信号を安定的に取得することができる。

また、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の発明において、例えば請求項５に記載したように、シートのシートクッション部に配置された臀部電極と、シートに着座した人体の体表と臀部電極との間に発生する静電容量を通じて臀部心電信号を検出する臀部心電信号検出部と、心電信号選択部によって選択された出力対象の心電信号と臀部心電信号検出部によって検出された臀部心電信号との差分から心電出力信号を生成する心電出力生成部と、を更に含むことが好ましい。

前述のように、人体の背面は右肩から臀部にかけて生体電位が徐々に変化しており、一例として、人体の左肩における生体電位を0[Ｖ]とすると、人体の右肩における生体電位と人体の臀部における生体電位は極性が相違している。このため、シートに着座した人体の体表と臀部電極との間に発生する静電容量を通じて臀部心電信号を検出し、心電信号選択部によって選択された出力対象の心電信号と臀部心電信号との差分から心電出力信号を生成することで、出力対象の心電信号を出力する場合と比較して、Ｓ／Ｎ比がより高い心電出力信号を出力することができる。

請求項６記載の発明に係る心電計測方法は、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて検出し、前記複数の背部電極の各々と前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号検出部が検出した心電信号から、検出した前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する処理をコンピュータが実行するので、請求項１記載の発明と同様に、構造が簡単な電極からＳ／Ｎ比が高い心電信号を取得することができる。

請求項７記載の発明に係る心電計測プログラムは、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて検出し、前記複数の背部電極の各々と前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号検出部が検出した心電信号から、検出した前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する処理をコンピュータに実行させるので、請求項１記載の発明と同様に、構造が簡単な電極からＳ／Ｎ比が高い心電信号を取得することができる。

一つの側面として、電極構造の簡易化及びＳ／Ｎ比が高い心電信号の取得を実現できる、という効果を有する。

心電計測装置の一例の概略構成図である。 背部電極の一例を示す斜視図である。 背部電極に加わった圧力と背部電極の電気抵抗との関係の一例を示す線図である。 人体の背面における生体電位の分布の一例を示すイメージ図である。 心電計測装置の一例の構成図である。 心電信号検出部による心電信号検出の原理を説明するためのイメージ図である。 心電計測ＥＣＵによって行われる心電計測処理の一例を示すフローチャートである。 心電計測処理の他の例を示すフローチャートである。 人体の背面と対向する背部電極の一例を説明するための斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１には本実施形態に係る心電計測装置１０が示されている。心電計測装置１０は、シート１２のシートバック部１２Ａのうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極１４と、シート１２のシートクッション部１２Ｂに配置された臀部電極１６と、を含んでいる。なお、以下ではシート１２の一例として、シート１２が車両に搭載され、車両の乗員がシート１２に着座する場合を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、心電計測装置１０は、互いに異なる背部電極１４に接続された複数の心電信号検出部１８と、複数の背部電極１４に各々接続された圧力検出部２０と、臀部電極１６に接続された臀部心電信号検出部２２と、複数の心電信号検出部１８及び圧力検出部２０が各々接続された心電信号選択部２４と、心電信号選択部２４及び臀部心電信号検出部２２が接続された心電出力生成部２６と、を含んでいる。また、圧力検出部２０は、互いに異なる背部電極１４に接続された複数の電気抵抗検出部２８と、複数の電気抵抗検出部２８に各々接続された圧力換算部３０と、を含んでいる。

背部電極１４は、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成されている。これにより、後述するように、個々の背部電極１４により、心電信号の検出及び圧力の検出が可能になり、背部電極１４の構造が簡単になる。上記の導電性材料の一例としては、図２に示すように、発泡材料３２の中に、例えば炭素繊維等の導電材３４を所定の比率で分布させた導電性材料３６が挙げられる。

導電性材料３６は、発泡材料３２の中に分布している導電材３４により導電性を示す。また導電性材料３６は、圧力が加わり、加わった圧力に応じて発泡材料３２が圧縮変形すると、発泡材料３２の中で隣り合っている導電材３４同士が接触する部分が増えることで、一例として図３に示すように、加わった圧力に応じて電気抵抗が低下する特性を示す。また導電性材料３６は、加わっている圧力が減少、或いはゼロになり、発泡材料３２が復元変形すると、発泡材料３２の中で隣り合っている導電材３４同士が接触する部分が減ることで、図３に示すように、加わった圧力の減少に応じて電気抵抗が復元(増大)する特性を示す。

但し、導電性材料３６における圧力と電気抵抗の関係には、図３に示すように、圧力が変化しても電気抵抗が変化しない不感領域がある。このため、導電性材料３６によって背部電極１４を形成する場合は、シート１２に乗員が着座した場合に背部電極１４(導電性材料３６)に加わる圧力の変化範囲が、前記関係のうち圧力の変化に応じて電気抵抗が変化する領域(不感領域以外の領域)に合致するように、導電材３４の分布比率を予め調整しておくことが望ましい。なお、背部電極１４を形成する導電性材料は、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料であればよく、図２に示す導電性材料３６に限定されるものではない。

ところで、人体の背面における生体電位には勾配があり、一例として図４に示すように、人体の左肩における生体電位を0[Ｖ]とすると、人体の右肩における生体電位は-0.8〜-0.6[mＶ]、人体の臀部における生体電位は0.2〜0.4[ｍＶ]で、右肩から臀部にかけて生体電位が徐々に変化している。そして、心電信号検出部１８が個々の背部電極１４毎に検出する心電信号の信号レベルは、人体の背面の体表のうち個々の背部電極が対向する部分における生体電位に応じて変化する。

このため、複数の背部電極１４は、シート１２のシートバック部１２Ａにおける配置位置が、図１における左側かつ上側、すなわちシート１２に着座した乗員の右肩に近い側に偏って配置されている。但し、シート１２に着座する乗員の体格や姿勢は一定ではなく、シート１２に着座した乗員の右肩の位置は、当該乗員の体格や姿勢に応じて変化する。このため、図１に示す例では、４個の背部電極１４をマトリクス状に配列し、この４個の背部電極１４の配列を、図１における左側かつ上側、すなわちシート１２に着座した乗員の右肩に近い側に偏って配置している。これにより、シート１２に着座した乗員の体格や姿勢に拘わらず、４個の背部電極１４の少なくとも１つは、シート１２に着座した乗員の右肩の位置から所定距離以内に位置する。

なお、背部電極１４の個数、面積及び配置位置は、図１に示す例に限られるものではなく、例えばシートバック部１２Ａの全面に多数個の背部電極１４を配置してもよい。しかし、背部電極１４の数が増えれば心電信号検出部１８及び圧力検出部２０の数も増えるので、心電計測装置１０の構成が複雑になる。

また、背部電極１４の数を抑制することを目的として背部電極１４の面積を増大させると、１つの背部電極１４が人体の背面における生体電位が異なる部位を跨ぐ可能性が高くなり、この場合、背部電極１４から検出される心電信号は、背部電極１４が跨いでいる生体電位が異なる複数の部位のうち、生体電位がより低い部位における生体電位に応じた信号レベルになる。このため、背部電極１４の個数、面積は抑制し、複数の背部電極１４の配置位置を、すなわちシート１２に着座した乗員の右肩に近い側に偏らせることが望ましい。

複数の心電信号検出部１８は、シート１２に着座した乗員４０の体表と心電信号検出部１８に接続された背部電極１４との間の静電容量Ｃext(図６参照)を通じて、互いに異なる背部電極１４から心電信号を検出する。複数の心電信号検出部１８は同一の構成であり、図５には１個の心電信号検出部１８の構成を示す。

心電信号検出部１８は、一端が電気抵抗検出部２８との分岐点４２を介して背部電極１４に接続された高インピーダンスの抵抗４４と、入力端が抵抗４４の一端に接続されたオペアンプ４６と、入力端がオペアンプ４６の出力端に接続されたＡ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換器４８と、を含んでいる。抵抗４４の他端は接地されている。オペアンプ４６は、増幅率＝１で入力インピーダンスが高くされたバッファアンプとして動作する。

図６に示すように、シート１２に着座した乗員４０の心電信号をＶa、乗員４０の体表と背部電極１４との間のインピーダンスをＺext、オペアンプ４６の入力インピーダンスをＺinとすると、オペアンプ４６の出力信号Ｖoutは次の(１)式で表される。
Ｖout＝Ｚin／(Ｚext＋Ｚin) …(１)

また、乗員４０の体表と背部電極１４との間の静電容量をＣextとすると、インピーダンスＺextは次の(２)式で表される。
Ｚext＝１／ｊωＣext …(２)

また、オペアンプ４６の入力抵抗をＲin、入力静電容量をＣinとすると、オペアンプ４６の入力インピーダンスＺinは次の(３)式で表される。
Ｚin＝Ｒin／(１＋ｊωＣin・Ｒin) …(３)

先の(１)式から、オペアンプ４６の入力インピーダンスＺinが、乗員４０の体表と背部電極１４との間のインピーダンスＺextに対して十分大きければ、オペアンプ４６の出力信号Ｖoutは乗員４０の心電信号Vaにほぼ等しくなる。

また、心電信号検出部１８のＡ／Ｄ変換器４８の出力端は、シート１２が搭載された車両に設けられた車載システムのバス６０を介して、心電計測ＥＣＵ６２(詳細は後述：ＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御ユニット)はＣＰＵ、メモリ及び不揮発性の記憶部を含む制御ユニット)に接続されている。オペアンプ４６の出力信号ＶoutはＡ／Ｄ変換器４８によってデジタルの心電信号データに変換され、心電計測ＥＣＵ６２へ出力される。

なお、車載システムは、互いに異なる制御を行うＥＣＵを含み、これらはバス６０に各々接続されているが、図５は車載システムに含まれる各ＥＣＵのうち、心電計測ＥＣＵ６２のみ示している。

臀部心電信号検出部２２は、詳細の図示は省略するが、背部電極１４に代えて臀部電極１６に接続されている点を除いては、心電信号検出部１８と同様の構成である。すなわち、臀部心電信号検出部２２は、シート１２に着座した人体の体表と臀部電極１６との間に発生する静電容量を通じて臀部心電信号を検出し、デジタルの臀部心電信号データに変換して心電計測ＥＣＵ６２へ出力する。

圧力検出部２０は複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力を検出する。圧力検出部２０に含まれる複数の電気抵抗検出部２８は同一の構成であり、図５には１個の電気抵抗検出部２８の構成を示す。図５に示すように、電気抵抗検出部２８は、一端が心電信号検出部１８との分岐点４２を介して背部電極１４に接続され、電気抵抗検出時に導通状態になるスイッチ５３と、一端がスイッチ５３の他端に接続され他端が接地された抵抗素子５０と、入力端が抵抗素子５０の一端に接続されたオペアンプ５２と、入力端がオペアンプ５２の出力端に接続されたＡ／Ｄ変換器５４と、を含んでいる。

背部電極１４は、電気抵抗検出部２８(及び心電信号検出部１８)と接続されている側と反対側が、電気抵抗検出時に導通状態になるスイッチ５１を介して直流電源５６のプラス端子に接続されており、直流電源５６のマイナス端子は接地されている。これにより、オペアンプ５２の入力端は、電気抵抗検出時に、直流電源５６の電圧を背部電極１４と抵抗素子５０とで分圧した電位になり、背部電極１４に圧力が加わったり、当該圧力が変化することで背部電極１４の電気抵抗が変化すると、オペアンプ５２の入力端の電位も背部電極１４の電気抵抗の変化に応じて変化する。オペアンプ５２は入力端の電位を増幅して出力する。

電気抵抗検出部２８のＡ／Ｄ変換器５４の出力端は、バス６０を介して心電計測ＥＣＵ６２に接続されている。オペアンプ５２の出力信号はＡ／Ｄ変換器５４によって背部電極１４の電気抵抗を表すデジタルの電気抵抗データに変換され、心電計測ＥＣＵ６２に入力される。

圧力検出部２０の圧力換算部３０は、複数の電気抵抗検出部２８によって各々検出された複数の背部電極１４の電気抵抗を、複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力の大きさへ換算する。

心電信号選択部２４は、心電信号検出部１８によって個々の背部電極１４毎に検出された心電信号から、圧力検出部２０によって検出された、複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する。より詳しくは、心電信号選択部２４は、個々の背部電極１４毎に検出された心電信号のうち、検出された圧力が最大の背部電極１４から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択する。

心電出力生成部２６は、心電信号選択部２４によって選択された出力対象の心電信号と、臀部心電信号検出部２２によって検出された臀部心電信号と、の差分から心電出力信号を生成する。

上述した圧力検出部２０の圧力換算部３０、心電信号選択部２４及び心電出力生成部２６は図５に示す心電計測ＥＣＵ６２によって実現される。心電計測ＥＣＵ６２はＣＰＵ６４、メモリ６６、心電計測プログラム７０及び電気抵抗−圧力換算テーブル７８を記憶する不揮発性の記憶部６８を備えている。ＣＰＵ６４は、心電計測プログラム７０を記憶部６８から読み出してメモリ６６に展開し、心電計測プログラム７０が有するプロセスを順次実行する。

心電計測プログラム７０は、圧力換算プロセス７２、心電信号選択プロセス７４及び心電出力生成プロセス７６を含む。ＣＰＵ６４は、圧力換算プロセス７２を実行することで、図１に示す圧力換算部３０として動作する。また、ＣＰＵ６４は、心電信号選択プロセス７４を実行することで、図１に示す心電信号選択部２４として動作する。また、ＣＰＵ６４は、心電出力生成プロセス７６を実行することで、図１に示す心電出力生成部２６として動作する。

電気抵抗−圧力換算テーブル７８は、一例として図３に示すような、背部電極１４に加わる圧力と、背部電極１４の電気抵抗と、の関係をテーブル形式で記憶している。なお、テーブル形式に代えて関数などの別の形式で記憶しておいてもよい。

次に本第１実施形態の作用として、心電計測ＥＣＵ６２のＣＰＵ６４が心電計測プログラム７０を実行することで実現される心電計測処理について、図７を参照して説明する。なお、心電計測処理は、シート１２に乗員が着座したことを契機として実行される。なお、シート１２への乗員の着座は、臀部心電信号検出部２２から出力される臀部心電信号の変化に基づいて検出するようにしてもよいし、心電計測装置１０とは別にシート１２に設けられた着座センサ等によって検出することも可能である。

心電計測処理のステップ１００において、圧力検出部２０の圧力換算部３０は、個々の背部電極１４を識別するための変数ｉに１を設定する。ステップ１０２において、圧力換算部３０は、ｉ番目の背部電極１４に接続されたｉ番目の電気抵抗検出部２８から、ｉ番目の背部電極１４の電気抵抗Ｒiを表す電気抵抗データを取得する。ステップ１０４において、圧力換算部３０は、ステップ１０２で取得した電気抵抗データが表すｉ番目の背部電極１４の電気抵抗Ｒiを、電気抵抗−圧力換算テーブル７８に基づいて、ｉ番目の背部電極１４に加わった圧力Ｐiへ換算する。

次のステップ１０６において、圧力換算部３０は、変数ｉが背部電極１４の総数ｓに達したか否か判定する。ステップ１０６の判定が否定された場合はステップ１０８へ移行し、ステップ１０８において、圧力換算部３０は、変数ｉを１だけインクリメントし、ステップ１０２に戻る。これにより、ステップ１０６の判定が肯定される迄、ステップ１０２〜ステップ１０８が繰り返され、ｓ個の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力Ｐ1〜Ｐsが算出される。

ｓ個の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力Ｐ1〜Ｐsの算出が完了すると、ステップ１０６の判定が肯定されてステップ１１０へ移行する。ステップ１１０において、心電信号選択部２４は、圧力検出部２０の圧力換算部３０によって算出された圧力Ｐ1〜Ｐsの最大値を抽出する。

ここで、ｓ個の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力Ｐ1〜Ｐsと、心電信号検出部１８によって個々の背部電極１４毎に検出される心電信号の信号レベルと、には正の相関がある。このため、次のステップ１１２において、心電信号選択部２４は、ステップ１１０で抽出した圧力の最大値が得られた背部電極１４から検出した心電信号を出力対象として選択する。これにより、ｓ個の背部電極１４のそれぞれから検出した心電信号のうち、信号レベルの高いと推定される心電信号を出力対象として選択することができる。

次のステップ１１４において、心電出力生成部２６は、心電信号選択部２４によって出力対象として選択された心電信号と臀部心電信号との差分に相当する心電出力信号を生成し、生成した心電出力信号を、車載システムに含まれるＥＣＵのうち心電出力信号を利用して所定の処理を行う他のＥＣＵへ供給する処理を開始する。なお、他のＥＣＵが行う所定の処理としては、例えば、本願出願人等が既に出願した特願２０１６-０２９６６２号等に記載の、シート１２に着座した乗員を識別する個人識別処理、或いは、シート１２に着座した乗員の健康状態等を監視する状態監視処理などが挙げられる。

また、次のステップ１１６において、心電出力生成部２６は、ステップ１１４で心電出力信号の生成・供給を開始してから所定時間が経過したか否か判定する。ステップ１１６の判定が否定された場合はステップ１１８へ移行し、ステップ１１８において、心電出力生成部２６は、シート１２への乗員の着座が終了したか(シート１２から乗員が離席したか)否か判定する。ステップ１１８の判定も否定された場合はステップ１１６に戻り、ステップ１１６又はステップ１１８の判定が肯定される迄、ステップ１１６,１１８を繰り返す。この間、心電出力生成部２６は、心電出力信号の生成・供給を継続する。

ステップ１１４で心電出力信号の生成・供給を開始してから所定時間が経過すると、ステップ１１６の判定が肯定されてステップ１００に戻り、ステップ１００以降の処理を繰り返す。これにより、シート１２に着座した乗員の姿勢が経時的に変化し、この乗員の姿勢の変化に応じて複数の背部電極１４のそれぞれに加わる圧力が変化した場合、心電信号選択部２４が出力対象として選択する心電信号が、変化後の圧力が最大値を示す背部電極１４から検出した心電信号へ変更される。また、乗員がシート１２から離席すると、ステップ１１８の判定が肯定されて心電計測処理を終了する。

このように、第１実施形態では、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成された複数の背部電極１４が、シート１２のシートバック部１２Ａのうちの互いに異なる位置に配置されている。また、心電信号検出部１８は、シート１２に着座した乗員の体表と個々の背部電極１４との間に発生する静電容量を通じて、個々の背部電極１４毎に心電信号を検出する。また、圧力検出部２０(の電気抵抗検出部２８及び圧力換算部３０)は、複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力を、個々の背部電極１４の電気抵抗に基づいて各々検出する。そして、心電信号選択部２４は、心電信号検出部１８によって個々の背部電極１４毎に検出された心電信号から、圧力検出部２０によって検出された圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する。これにより、背部電極１４の構造の簡易化及びＳ／Ｎ比が高い心電信号の取得を実現することができる。

また、第１実施形態では、心電信号選択部２４が、個々の背部電極１４毎に検出された心電信号のうち、検出された圧力が最大の背部電極１４から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択する。これにより、信号レベルがより高い心電信号を出力対象として選択することができ、Ｓ／Ｎ比がより高い心電信号を取得することができる。

また、第１実施形態では、シート１２のシートクッション部１２Ｂに臀部電極１６が配置され、臀部心電信号検出部２２は、シート１２に着座した乗員の体表と臀部電極１６との間に発生する静電容量を通じて臀部心電信号を検出する。そして、心電出力生成部２６は、心電信号選択部２４によって選択された出力対象の心電信号と臀部心電信号検出部２２によって検出された臀部心電信号との差分から心電出力信号を生成する。これにより、出力対象の心電信号をそのまま出力する場合と比較して、Ｓ／Ｎ比がより高い心電出力信号を出力することができる。

更に、第１実施形態では、心電信号選択部２４が、個々の背部電極１４毎に検出された心電信号から複数の背部電極１４のそれぞれに加わった圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択することを、シート１２への乗員の着座が検出されている間、定期的に行う。これにより、シート１２に着座している乗員の姿勢が経時的に変化しても、Ｓ／Ｎ比が高い心電信号を安定的に取得することができ、Ｓ／Ｎ比が高い心電出力信号を安定的に出力することができる。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態は第１実施形態と同一の構成であるので、各部分に同一の符号を付して構成の説明を省略する。以下、第２実施形態の作用として、図８を参照し、第２実施形態に係る心電計測処理について、第１実施形態で説明した心電計測処理(図７)と相違する部分のみ説明する。

第２実施形態に係る心電計測処理は、第１実施形態で説明した心電計測処理と比較して、ステップ１１０,１１２の処理に代えて、ステップ１２０,１２２の処理を行う点で相違している。ステップ１２０において、心電信号選択部２４は、複数の背部電極１４の中から、圧力検出部２０の圧力換算部３０によって算出された圧力Ｐが所定値以上の背部電極１４を、シート１２に着座している乗員の背面に対向する背部電極１４として抽出する。

一例として、シート１２に着座している乗員の背面が、図９に範囲９０として示す範囲であった場合には、圧力Ｐが所定値以上の背部電極１４として、４個の背部電極１４の全てが、シート１２に着座している乗員の背面に対向する背部電極１４として抽出される。また一例として、シート１２に着座している乗員の背面が、図９に範囲９２として示す範囲であった場合には、圧力Ｐが所定値以上の背部電極１４として、４個の背部電極１４のうち図９における右下隅に位置する１個の背部電極１４が、シート１２に着座している乗員の背面に対向する背部電極１４として抽出される。

次のステップ１２２において、心電信号選択部２４は、ステップ１２０で乗員の背面に対向する背部電極１４として抽出した背部電極１４のうち、乗員の右肩に最も近いと推定される背部電極１４からの心電信号を出力対象として選択する。乗員の右肩に最も近いと推定される背部電極１４は、ステップ１２０で抽出した背部電極１４のうち、図９における左上隅に位置する背部電極１４である。

一例として、シート１２に着座している乗員の背面が、図９に範囲９０として示す範囲であった場合、前述のように、乗員の背面に対向する背部電極１４として４個の背部電極１４の全てが抽出される。このため、ステップ１２２では、乗員の右肩に最も近いと推定される背部電極１４として、図９における左上隅に位置する背部電極１４が選択され、当該左上隅に位置する背部電極１４から検出した心電信号が出力対象として選択される。

また一例として、シート１２に着座している乗員の背面が、図９に範囲９２として示す範囲であった場合、前述のように、乗員の背面に対向する背部電極１４として、図９における右下隅に位置する１個の背部電極１４抽出される。このため、ステップ１２２では、乗員の右肩に最も近いと推定される背部電極１４として、図９における右下隅に位置する背部電極１４が選択され、当該右下隅に位置する背部電極１４から検出した心電信号が出力対象として選択される。

このように、第２実施形態では、心電信号選択部２４が、個々の背部電極１４毎に検出された心電信号のうち、圧力検出部２０によって検出された圧力の分布から、シート１２に着座している乗員の背面に対向しかつ配置位置が乗員の右肩に最も近いと推定される背部電極１４から検出された心電信号を、出力対象の心電信号として選択する。これにより、第１実施形態で説明した効果に加えて、信号レベルがより高い心電信号を出力対象として選択することができ、Ｓ／Ｎ比がより高い心電信号を取得することができる。

なお、上記では出力対象の心電信号として１つの心電信号を選択する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、出力対象の心電信号として複数の心電信号を選択し、心電出力生成部２６が出力対象の複数の心電信号の平均と臀部心電信号との差分に相当する心電出力信号を生成するようにしてもよい。

但し、出力対象の複数の心電信号に対応する複数の背部電極１４の中に、対向する乗員の背面の部位における生体電位が他の背部電極１４よりも低い特定の背部電極１４が混在していると、出力対象の複数の心電信号の平均は、特定の背部電極１４が対向する乗員の背面の部位における生体電位に応じた信号レベルになる。このため、出力対象の心電信号の選択にあたっては、背部電極１４の中に、それぞれが対向する乗員の背面の部位における生体電位が最大レベルになっている背部電極１４が複数存在する場合に、当該最大レベルになっている複数の背部電極１４から各々検出した複数の生体信号を、出力対象として選択することが好ましい。

また、上記では臀部電極１６を形成する材料について特に説明していないが、臀部電極１６についても、背部電極１４と同様に、加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成してもよい。これにより、臀部電極１６を着座センサとしても機能させることが可能になる。

また、上記では本発明に係る心電計測プログラムの一例である心電計測プログラム７０が心電計測ＥＣＵ６２の記憶部６８に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、本発明に係る心電計測プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。

１０…心電計測装置、１２…シート、１２Ａ シートバック部、１２Ｂ…シートクッション部、１４…背部電極、１６…臀部電極、１８…心電信号検出部、２０…圧力検出部、２２…臀部心電信号検出部、２４…心電信号選択部、２６…心電出力生成部、２８…電気抵抗検出部、３０…圧力換算部、３２…発泡材料、３４…導電材、３６…導電性材料、４６…オペアンプ、５０…抵抗素子、５２…オペアンプ、５６…直流電源、６２…心電計測ＥＣＵ、６４…ＣＰＵ、６６…メモリ、６８…記憶部、７０…心電計測プログラム

Claims (7)

1. 加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極と、
   前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号を検出する心電信号検出部と、
   前記複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて各々検出する圧力検出部と、
   前記心電信号検出部によって個々の前記背部電極毎に検出された心電信号から、前記圧力検出部によって検出された前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する心電信号選択部と、
   を含む心電計測装置。
2. 前記心電信号選択部は、個々の前記背部電極毎に検出された心電信号のうち、検出された前記圧力が最大の背部電極を含む前記背部電極から検出された心電信号を、前記出力対象の心電信号として選択する請求項１記載の心電計測装置。
3. 前記心電信号選択部は、個々の前記背部電極毎に検出された心電信号のうち、検出された前記圧力の分布から人体の体表に対向しかつ配置位置が人体の右肩に最も近いと推定される背部電極を含む前記背部電極から検出された心電信号を、前記出力対象の心電信号として選択する請求項１記載の心電計測装置。
4. 前記心電信号選択部は、個々の前記背部電極毎に検出された心電信号から前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択することを、前記シートへの人体の着座が検出されている間、定期的に行う請求項１〜請求項３の何れか１項記載の心電計測装置。
5. 前記シートのシートクッション部に配置された臀部電極と、
   前記シートに着座した人体の体表と前記臀部電極との間に発生する静電容量を通じて臀部心電信号を検出する臀部心電信号検出部と、
   前記心電信号選択部によって選択された前記出力対象の心電信号と前記臀部心電信号検出部によって検出された前記臀部心電信号との差分から心電出力信号を生成する心電出力生成部と、
   を更に含む請求項１〜請求項４の何れか１項記載の心電計測装置。
6. 加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて検出し、
   前記複数の背部電極の各々と前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号検出部が検出した心電信号から、検出した前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する
   処理をコンピュータが実行する心電計測方法。
7. 加わった圧力に応じて電気抵抗が変化する導電性材料で形成され、シートのシートバック部のうちの互いに異なる位置に配置された複数の背部電極のそれぞれに加わった圧力を、個々の前記背部電極の電気抵抗に基づいて検出し、
   前記複数の背部電極の各々と前記シートに着座した人体の体表と個々の前記背部電極との間に発生する静電容量を通じて、個々の前記背部電極毎に心電信号検出部が検出した心電信号から、検出した前記圧力の分布に基づいて出力対象の心電信号を選択する
   処理をコンピュータに実行させるための心電計測プログラム。