(57)【要約】【課題】人に違和感を感じさせることなく、顕著な生体信号を検出可能であり、人の状態を正確に分析する。【解決手段】エアクッションによって検出される空気圧変動の時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段６１を有し、この２階微分演算手段６１により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析する。エアクッションから検出される空気圧変動の時系列信号データは、背部の大動脈の脈波によるものであるが、これを２階微分することにより、時系列信号データの波形の変化が強調される。２階微分して得られる時系列波形に含まれる生体状態を示す情報が、２階微分する前の時系列波形に含まれる生体状態を示す情報よりも顕著になる。従って、２階微分して得られる時系列波形を分析することにより、従来の大動脈の脈波を用いた生体状態の分析手段よりも精度の高い分析結果が得られる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波に伴う前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなる生体信号測定装置から、空気圧変動による前記センサの時系列信号データを受信し、該時系列信号データを加工して、前記人体支持手段により支持されている人の状態を分析する生体状態分析装置であって、
前記時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段を有し、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析することを特徴とする生体状態分析装置。
【請求項２】
さらに、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形の各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形パワー値傾き算出手段と、
前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形から、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記２階微分波形パワー値傾き算出手段及び２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する２階微分波形入眠予兆判定手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の生体状態分析装置。
【請求項３】
さらに、前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データの各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形パワー値傾き算出手段と、
前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データから、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記原波形パワー値傾き算出手段及び原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する原波形入眠予兆判定手段と、
前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定されたか、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定されたかを比較判断する比較判断手段と、
前記比各判断手段の比較結果に従って、覚醒されるための警告を動作させる警告制御手段と
を具備することを特徴とする請求項２記載の生体状態分析装置。
【請求項４】
前記警告制御手段は、前記比較判断手段において、前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定された場合と、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定された場合とで、異なる種類の警告を機能させるものであることを特徴とする請求項３記載の生体状態分析装置。
【請求項５】
人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波に伴う前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなる生体信号測定装置から、空気圧変動による前記センサの時系列信号データを受信し、該時系列信号データを加工して、前記人体支持手段により支持されている人の状態を分析する生体状態分析装置に導入されるコンピュータプログラムであって、
前記時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段を有し、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項６】
さらに、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形の各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形パワー値傾き算出手段と、
前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形から、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記２階微分波形パワー値傾き算出手段及び２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する２階微分波形入眠予兆判定手段と
を具備することを特徴とする請求項５記載のコンピュータプログラム。
【請求項７】
さらに、前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データの各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形パワー値傾き算出手段と、
前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データから、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記原波形パワー値傾き算出手段及び原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する原波形入眠予兆判定手段と、
前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定されたか、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定されたかを比較判断する比較判断手段と、
前記比各判断手段の比較結果に従って、覚醒されるための警告を動作させる警告制御手段と
を具備することを特徴とする請求項６記載のコンピュータプログラム。
【請求項８】
前記警告制御手段は、前記比較判断手段において、前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定された場合と、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定された場合とで、異なる種類の警告を機能させるものであることを特徴とする請求項７記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１に記載のコンピュータプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号を検出して生体の状態を分析する技術に関し、特に、生体信号を非侵襲で検出可能なエアクッションを用いた生体状態分析装置、コンピュータプログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の運転者の生体状態を監視することは、近年、事故予防策として注目されている。本出願人も、例えば、特許文献１として、内部に復元力付与部材を挿入した空気袋を備え、この空気袋を例えば人の腰部に対応する部位に配置し、空気袋の空気圧変動を測定し、得られた空気圧変動の時系列データから人の生体信号を検出し、人の生体の状態を分析するシステムを開示している。また、非特許文献１及び２においても、腰腸肋筋に沿うようにエアパックセンサを配置して人の生体信号を検出する試みが報告されている。
【特許文献１】特開２００７−９００３２号公報
【非特許文献１】「非侵襲型センサによって測定された生体ゆらぎ信号の疲労と入眠予知への応用」、落合直輝（外６名）、第３９回日本人間工学会  中国・四国支部大会  講演論文集、平成１８年１１月２５日発行、発行所：日本人間工学会  中国・四国支部事務局
【非特許文献２】「非侵襲生体信号センシング機能を有する車両用シートの試作」、前田慎一郎（外４名）、第３９回日本人間工学会  中国・四国支部大会  講演論文集、平成１８年１１月２５日発行、発行所：日本人間工学会  中国・四国支部事務局
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１及び非特許文献１、２によれば、腰部付近の動脈（大動脈）の脈波を検知し、得られた脈波の時系列信号データを用い、例えば、本出願人が特開２００４−３４４６１２において提案した手法により入眠予兆信号を検出して生体状態を分析している。入眠予兆信号の検出は、具体的には、脈波の時系列信号データを、それぞれ、ＳａｖｉｔｚｋｙとＧｏｌａｙによる平滑化微分法により、極大値と極小値を求める。そして、５秒ごとに極大値と極小値を切り分け、それぞれの平均値を求める。求めた極大値と極小値のそれぞれの平均値の差の二乗をパワー値とし、このパワー値を５秒ごとにプロットし、パワー値の時系列波形を作る。この時系列波形からパワー値の大域的な変化を読み取るために、ある時間幅Ｔｗ（１８０秒）について最小二乗法でパワー値の傾きを求める。次に、オーバーラップ時間Ｔｌ（１６２秒）で次の時間幅Ｔｗを同様に計算して結果をプロットする。この計算（スライド計算）を順次繰り返してパワー値の傾きの時系列波形を得る。一方、脈波の時系列信号データをカオス解析して最大リアプノフ指数を求め、上記と同様に、平滑化微分によって極大値と極小値を求め、スライド計算することにより最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形を得る。
【０００４】
この２つの傾き時系列波形において、パワー値の傾きの時系列波形で、パワー値の傾きの時系列波形と最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形が逆位相となっており、さらには、パワー値の傾きの時系列波形で低周波、大振幅の波形が生じている波形が入眠予兆を示す特徴的な信号であり、その後に振幅が小さくなったポイントが入眠ポイントである。
【０００５】
しかしながら、上記の動脈の脈波を用いて入眠予兆信号を検出する手法と、指尖容積脈波を用いて入眠予兆信号を検出する手法とを比較すると、指尖容積脈波を用いた場合に入眠予兆信号として検出されているにも拘わらず、動脈の脈波を用いた場合にはそのタイミングにおいて入眠予兆信号を検出できていない場合、あるいは、その逆の場合があることがわかった。入眠予兆信号を確実に検出するためには、動脈の脈波による検出と指尖容積脈波による検出を併用すればよいが、指尖容積脈波は、人の指に指尖容積脈波計を装着しなければならないため、例えば、自動車の運転者の入眠予兆信号を検知しようとした場合に、日常運転において、当該運転者が指尖容積脈波計を常に装着するとは限らず、現実的ではない。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、人の少なくとも腰部を含む背部に対応する部位に配置されるエアクッションによって検出される空気圧変動の時系列信号データを用いて、従来よりも人の状態を正確に分析できる生体状態分析装置、コンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１記載の本発明は、人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波に伴う前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなる生体信号測定装置から、空気圧変動による前記センサの時系列信号データを受信し、該時系列信号データを加工して、前記人体支持手段により支持されている人の状態を分析する生体状態分析装置であって、
前記時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段を有し、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析することを特徴とする生体状態分析装置を提供する。
請求項２記載の本発明は、さらに、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形の各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形パワー値傾き算出手段と、
前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形から、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記２階微分波形パワー値傾き算出手段及び２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する２階微分波形入眠予兆判定手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の生体状態分析装置を提供する。
請求項３記載の本発明は、さらに、前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データの各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形パワー値傾き算出手段と、
前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データから、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記原波形パワー値傾き算出手段及び原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する原波形入眠予兆判定手段と、
前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定されたか、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定されたかを比較判断する比較判断手段と、
前記比各判断手段の比較結果に従って、覚醒されるための警告を動作させる警告制御手段と
を具備することを特徴とする請求項２記載の生体状態分析装置を提供する。
請求項４記載の本発明は、前記警告制御手段は、前記比較判断手段において、前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定された場合と、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定された場合とで、異なる種類の警告を機能させるものであることを特徴とする請求項３記載の生体状態分析装置を提供する。
請求項５記載の本発明は、人体支持手段における、少なくとも人の腰部付近を支持する部位の表皮部材と該表皮部材の裏面側に配設されるクッション支持部材との間に組み込まれる空気袋を備えたエアクッションと、動脈の脈波に伴う前記空気袋の空気圧変動を検出するセンサとを備えてなる生体信号測定装置から、空気圧変動による前記センサの時系列信号データを受信し、該時系列信号データを加工して、前記人体支持手段により支持されている人の状態を分析する生体状態分析装置に導入されるコンピュータプログラムであって、
前記時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段を有し、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析することを特徴とするコンピュータプログラムを提供する。
請求項６記載の本発明は、さらに、前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形の各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形パワー値傾き算出手段と、
前記２階微分演算手段により得られる２階微分波形から、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記２階微分波形パワー値傾き算出手段及び２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する２階微分波形入眠予兆判定手段と
を具備することを特徴とする請求項５記載のコンピュータプログラムを提供する。
請求項７記載の本発明は、さらに、前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データの各周期のピーク値から、所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形パワー値傾き算出手段と、
前記エアクッションにより検出される空気圧変動の時系列信号データから、最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段と、
前記原波形パワー値傾き算出手段及び原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する原波形入眠予兆判定手段と、
前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定されたか、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定されたかを比較判断する比較判断手段と、
前記比各判断手段の比較結果に従って、覚醒されるための警告を動作させる警告制御手段と
を具備することを特徴とする請求項６記載のコンピュータプログラムを提供する。
請求項８記載の本発明は、前記警告制御手段は、前記比較判断手段において、前記２階微分波形入眠予兆判定手段のみにより入眠予兆信号が判定された場合と、前記２階微分波形入眠予兆判定手段及び原波形入眠予兆判定手段の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定された場合とで、異なる種類の警告を機能させるものであることを特徴とする請求項７記載のコンピュータプログラムを提供する。
請求項９記載の本発明は、請求項５〜８のいずれか１に記載のコンピュータプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、エアクッションによって検出される空気圧変動の時系列信号データを２階微分する２階微分演算手段を有し、この２階微分演算手段により得られる２階微分波形を加工して人の状態を分析する。エアクッションから検出される空気圧変動の時系列信号データは、動脈の脈波によるものであるが、これを２階微分することにより、時系列信号データの波形の変化、特に高周波成分の変化が強調される。そして、後述のように本発明者らの試験によれば、２階微分して得られる時系列波形は、高周波成分が強調されるため、末梢の脈波である指尖容積脈波の時系列波形に近似することになり、動脈の脈波を採取することによって、動脈の脈波そのものと指尖容積脈波に近似した２階微分の波形とを併用することができ、動脈の脈波のみを採取するにも拘わらず、生体状態の分析をより高い精度で行うことができる。
【０００９】
また、指尖容積脈波による入眠予兆信号の検出は、動脈の脈波による入眠予兆信号よりも感度が高い。従って、指尖容積脈波に相当する２階微分して得られる動脈の脈波の時系列波形のみから入眠予兆信号が検出された場合には、入眠予兆信号と言っても、覚醒段階から睡眠段階１に至るまでのうち、より覚醒段階に近いレベルの兆候を捉えたものと考えられる。これに対し、２階微分して得られる時系列波形からだけでなく、２階微分しないデータを用いた場合にも入眠予兆信号が検出された場合には、入眠予兆信号の検出感度が相対的に劣るにも拘わらず検出されることから、覚醒段階から睡眠段階１に至るまでのうち、より睡眠段階１に近いレベルの兆候を捉えたものと考えられる。すなわち、入眠予兆信号をこのように２つの時系列波形を用いて捉えることにより、２段階の入眠予兆信号を捉えることができる。従って、警告制御手段をこの２段階の入眠予兆信号にリンクさせることにより、例えば、２階微分して得られる時系列波形のみから入眠予兆信号が検出された場合には、弱い警告を発するように制御し、２階微分しないデータを用いた場合にも入眠予兆信号が検出された場合には、強い警告を発するように制御することもできる。また、２つの入眠予兆信号の間で相対的に振幅の小さな波形が見られる場合には、睡眠段階１に至らないものの漫然とした状態が継続していることを示すため、最初の入眠予兆信号が現れた後このような小さな波形が見られた段階でも警告を発するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に示した本発明の実施形態に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る生体状態分析装置６０の分析対象の生体信号である背部の大動脈の脈波を採取する生体信号測定装置１を組み込んだ自動車用のシート５００の外観を示した図である。この図に示したように、生体信号測定装置１は、シートバック部５１０に組み込まれて用いられる。本実施形態の生体状態分析装置６０は、従来よりも正確に生体情報を分析できるものであるが、分析対象の生体信号自体にノイズがないほど、より正確に分析できることはもちろんである。そこで、まず、以下においては、ノイズの混入の少ない生体信号測定装置１の構成を説明する。
【００１１】
生体信号測定装置１は、エアクッションユニット１００と、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０と、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０とを有して構成されている。エアクッションユニット１００は、収容体１５と、該収容体１５に収容した２つのエアクッション１０を備えて構成される。各エアクッション１０は、図３及び図４に示したように、表側エアクッション１１と裏側エアクッション１２とが積層されて構成され、収容体１５の左右にそれぞれ配置される。表側エアクッション１１は、３つの小空気袋１１１が縦方向に連接されている一方、そのそれぞれは空気の流通がないように形成されている。各小空気袋１１１内には、復元力付与部材としての三次元立体編物１１２が配置されている。
【００１２】
裏側エアクッション１２は、３つの小空気袋１１１を連接してなる表側エアクッション１１の全長と同じ長さの大空気袋１２１とこの大空気袋１２１内に収容される復元力付与部材としての三次元立体編物１２２とを備えて構成される(図４参照）。表側エアクッション１１と裏側エアクッション１２とは、長手方向に沿った一方の側縁同士が接合され、接合された側縁を中心にして２つ折りにされて、相互に重ね合わせられて用いられる(図３（ｄ）及び図４参照)。
【００１３】
本実施形態では、このように表側エアクッション１１と裏側エアクッション１２とが相互に重ね合わせられたエアクッション１０が左右に配置される。左右に配置することにより、着座者の背への当たりが左右均等になり、違和感を感じにくくなる。また、左右の表側エアクッション１１，１１のいずれか一方を構成するいずれかの小空気袋１１１にセンサ取付チューブ１１１ａが設けられ、その内側に空気圧変動を測定するセンサ１１１ｂが固定されている。なお、センサ取付チューブ１１１ａは密閉されている。裏側エアクッション１２を構成する大空気袋１２１にセンサを配設することもできるが、容量の大きい空気袋に設けると、脈波による空気圧変動が吸収されてしまう場合があるため、小空気袋１１１に設けることが好ましい。但し、図４に示したように、予め、大空気袋１２１に取付チューブ１２１ａを設けその部位にセンサを配設しておき、必要に応じて、大空気袋１２１の空気圧変動を測定することで、小空気袋１１１の測定結果の検証に利用できるようにしておいてもよい。小空気袋１１１は、このような生体信号による空気圧変動に敏感に反応させるために、大きさは、幅４０〜１００ｍｍ、長さ１２０〜２００ｍｍの範囲が好ましい。小空気袋１１１の素材は限定されるものではないが、例えば、ポリウレタンエラストマー（例えば、シーダム株式会社製、品番「ＤＵＳ６０５−ＣＤＲ」）からなるシートを用いて形成することができる。センサ１１１ｂとしては、小空気袋１１１内の空気圧を測定できるものであればよく、例えば、コンデンサ型マイクロフォンセンサを用いることができる。
【００１４】
大空気袋１２１の大きさ及び小空気袋１１１を３つ連接した場合の全体の大きさとしては、自動車のシート５００のシートバック部５１０に用いる場合、幅４０〜１００ｍｍ、全長４００〜６００ｍｍの範囲とすることが好ましい。長さが短い場合、シートバック部５１０において、着座者が、腰部付近の一部分のみに異物感を感じるため、４００ｍｍ以上の長さとして、できるだけ、着座者の背全体に対応させることが好ましい。
【００１５】
空気圧変動を検出するセンサ１１１ｂは、本実施形態では、着座者の左側に配置されるエアクッション１０を構成する表側エアクッション１１の中央の小空気袋１１１に設けている。この小空気袋１１１の位置は、着座者の腰部付近の大動脈の脈波を検知可能な領域に相当する。腰部付近の大動脈脈波を検知可能な領域は、着座者の体格により一律ではないが、身長１５８ｃｍの日本人女性から身長１８５ｃｍの日本人男性までの様々な体格の被験者２０名で測定したところ、該小空気袋１１１（幅６０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ）をシートバック部５１０の中心寄りの側縁と下縁の交差部Ｐ(図２及び図３参照）が、シートクッション部５２０の上面からシートバック部５１０の表面に沿った長さＬ：２２０ｍｍ、シートバック部５１０の中心からの距離Ｍ：８０ｍｍとなるように設定したところ、上記全ての被験者において大動脈の脈波を検知できた。小空気袋１１１の大きさが、幅４０〜１００ｍｍ、長さ１２０〜２００ｍｍの範囲の場合、交差部Ｐの位置を、シートクッション部５２０の上面からシートバック部５１０の表面に沿った長さで１５０〜２８０ｍｍ、シートバック部５１０の中心から６０〜１２０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００１６】
上記した２つのエアクッション１０をシートバック部５１０において容易に所定の位置に設定できるようにユニット化しておくことが好ましい。従って、図２〜図４に示したような収容体１５にエアクッション１０を装填したエアクッションユニット１００として構成とすることが好ましい。収容体１５は、両側にエアクッション１０を収容する袋状のエアクッション収容部１５１を有し、２つのエアクッション収容部１５１間に接続部１５２を有している。
【００１７】
２つのエアクッション収容部１５１には、それぞれエアクッション１０が挿入される。また、エアクッション収容部１５１には、エアクッション１０とほぼ同じ大きさの三次元立体編物４０を、エアクッション１０の裏側エアクッション１２の背面側に重ねて挿入することが好ましい（図３（ｄ）参照）。三次元立体編物４０を配置することにより、シートバック部５１０を通じて人体側に入力される振動を除振する効果がより高くなる。
【００１８】
接続部１５２は、２つのエアクッション部１５１を所定間隔をおいて支持できるものであればよく、幅６０〜１２０ｍｍ程度で形成される。接続部１５２も、袋状に形成し、その内部に三次元立体編物４５を挿入することが好ましい(図３（ｄ）及び図４参照）。これにより、該接続部１５２を通じて入力される振動も、該三次元立体編物４５を挿入することにより効果的に除振できる。
【００１９】
なお、上記したように、小空気袋１１１は、例えば、ポリウレタンエラストマー（例えば、シーダム株式会社製、品番「ＤＵＳ６０５−ＣＤＲ」）からなるシートを用いて形成されるが、裏側クッション材１２を形成する大空気袋１２１及び収容体１５も、同じ素材を用いて形成することが好ましい。また、小空気袋１１１、大空気袋１２１、エアクッション収容部１５１及び接続部１５２内に装填される各三次元立体編物は、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。
【００２０】
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。このような三次元立体編物としては、例えば、以下のようなものを用いることができる。なお、各三次元立体編物は、必要に応じて複数枚積層して用いることもできる。
【００２１】
（１）製品番号：４９０７６Ｄ（住江織物（株）製）
材質：
表側のグランド編地・・・３００デシテックス／２８８ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と７００デシテックス／１９２ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸との撚り糸
裏側のグランド編地・・・４５０デシテックス／１０８ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と３５０デシテックス／１ｆのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメントとの組み合わせ
連結糸・・・・・・・・・３５０デシテックス／１ｆのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
【００２２】
（２）製品番号：４９０１３Ｄ（住江織物（株）製）
材質：
表側のグランド編地・・・４５０デシテックス／１０８ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の２本の撚り糸
裏側のグランド編地・・・４５０デシテックス／１０８ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の２本の撚り糸
連結糸・・・・・・・・・３５０デシテックス／１ｆのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
【００２３】
（３）製品番号：６９０３０Ｄ（住江織物（株）製）
材質：
表側のグランド編地・・・４５０デシテックス／１４４ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸の２本の撚り糸
裏側のグランド編地・・・４５０デシテックス／１４４ｆのポリエチレンテレフタレート繊維仮撚加工糸と３５０デシテックス／１ｆのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメントとの組み合わせ
連結糸・・・・・・・・・３５０デシテックス／１ｆのポリトリメチレンテレフタレートモノフィラメント
【００２４】
（４）旭化成せんい（株）製の製品番号：Ｔ２４０５３ＡＹ５−１Ｓ
【００２５】
第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０と第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０とは、シートバック部５１０の表皮部材とエアクッション１０を収容した収容体１５（エアクッションユニット１００）との間に配設され、２つのエアクッション１０の全長に相当する長さを有し、２つのエアクッション１０の頂部間の長さに相当する幅を有している。従って、長さが４００〜６００ｍｍ、幅が２５０〜３５０ｍｍ程度の大きさのものを用いることが好ましい。これにより、２つのエアクッション１０が共に覆われるため、２つのエアクッション１０の凹凸を感じにくくなる。
【００２６】
第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０は、平板状に形成されたビーズ発泡体と、その外面に貼着される被覆材とから構成されている。ビーズ発泡体としては、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリエチレンのいずれか少なくとも一つを含む樹脂のビーズ法による発泡成形体が用いられる。なお、発泡倍率は任意であり限定されるものではない。被覆材は、ビーズ発泡体の外面に接着により貼着され、高い伸度と回復率を有する素材であり、好ましくは、伸度２００％以上、１００％伸長時の回復率が８０％以上である弾性繊維不織布が用いられる。例えば、特開２００７−９２２１７号公報に開示された熱可塑性エラストマー弾性繊維が相互に溶融接着された不織布を用いることができる。具体的には、ＫＢセーレン（株）製、商品名「エスパンシオーネ」を用いることができる。
【００２７】
第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０は、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０と同様にビーズ発泡体を備えて構成されるが、その外面を覆う被覆材としては、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０において用いた弾性繊維不織布よりも伸縮性の小さい素材、例えば、熱可塑性ポリエステルからなる不織布が用いられる。具体的には、帝人（株）製のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維（１１００ｄｔｅｘ）から形成した２軸織物（縦：２０本／ｉｎｃｈ、横：２０本／ｉｎｃｈ）を用いることができる。
【００２８】
第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０と第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０とを積層する順序は限定されるものではないが、シートバック部５１０の表皮部材５１１に近い側に、弾性の高い第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を配設することが好ましい。また、第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０を構成するビーズ発泡体は、厚さ約５〜６ｍｍ程度とし、その外面に、厚さ約１ｍｍ以下の上記した弾性繊維不織布や熱可塑性ポリエステルからなる不織布を貼着して形成される。なお、本実施形態では、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０の表皮部材５１１に対向する面、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０のエアクッションユニット１００に対向する面に、それぞれＰＥＮフィルムなどのポリエステルフィルムを貼着している。これにより、生体信号の伝達性が向上する。
【００２９】
本実施形態において人体支持手段を構成するシート５００のシートバック部５１０は、表皮部材５１１と該表皮部材５１１の背面側に配設されるクッション支持部材５１２とを備えてなり、該表皮部材５１１とクッション支持部材５１２との間にエアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００）と第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０が組み込まれる。この際、クッション支持部材５１２側にまずエアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００）が配置され、その表面側に第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０が、さらにその表面側に第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０が配置された上で、表皮部材５１１により被覆される。なお、クッション支持部材５１２は、例えば、三次元立体編物をシートバック部５１０の左右一対のサイドフレームの後端縁間に張って形成することもできるし、合成樹脂板から形成することもできる。表皮部材５１１は、例えば、三次元立体編物、合成皮革、皮革、あるいはこれらの積層体などを左右一対のサイドフレームの前縁間に張って設けることができる。
【００３０】
このように、本実施形態においては、表皮部材５１１の裏面側に所定の大きさの第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０が積層して配置され、さらにその後方に左右一対のエアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００）が配置される構成であるため、着座者が背にエアクッション１０の凹凸を感じることなくなり、生体信号を測定するためのエアクッション１０を有する構成でありながら、座り心地が向上する。
【００３１】
次に、生体状態分析装置６０の構成について図６に基づいて説明する。
生体状態分析装置６０は、コンピュータから構成され、コンピュータプログラムとして、２階微分演算手段６１、２階微分波形パワー値傾き算出手段６２、２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６３、２階微分波形入眠予兆判定手段６４、原波形パワー値傾き算出手段６５、原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６６、原波形入眠予兆判定手段６７、比較判断手段６８、警告制御手段６９がインストールされている。なお、コンピュータプログラムは、記録媒体へ記憶させて提供することができる。「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−ＲＯＭなどである。また、本発明に係るプログラムをインストールしたコンピュータから、通信回線を通じて他のコンピュータへ伝送することも可能である。また、汎用的な端末装置に対して、上記のプログラムをプリインストール、あるいはダウンロードすることで、生体状態分析装置を形成することも可能である。
【００３２】
２階微分演算手段６１は、生体信号測定装置１に設けられたセンサ１１１ｂの電気信号であるエアクッション１０の時系列信号データの原波形を２階微分する。エアクッション１０の時系列信号データの原波形を２階微分することにより得られる２階微分波形は、原波形の変化を強調できるため、原波形に含まれる生体状態を示す情報を顕著に示すことになる。
【００３３】
２階微分波形パワー値傾き算出手段６２は、２階微分演算手段６１により得られる２階微分波形の各周期のピーク値から所定時間範囲ごとに上限側のピーク値と下限側のピーク値との差を算出し、この差をパワー値とし、パワー値の時系列データを求めると共に、パワー値の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める。
【００３４】
２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６３は、２階微分演算手段６１により得られる２階微分波形をカオス解析し、カオス解析から得られる最大リアプノフ指数の時系列データを求めると共に、最大リアプノフ指数の所定時間範囲における時間軸に対する傾きを、所定回数スライド計算して求める。
【００３５】
２階微分波形入眠予兆判定手段６４は、２階微分波形パワー値傾き算出手段６２及び２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６３により得られる各傾き時系列波形を重ねた際に、２つの傾き時系列波形が逆位相の関係になっている波形を入眠予兆信号と判定する。より具体的には、２階微分波形パワー値の傾きの時系列波形と２階微分波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形が逆位相となっており、かつ、２階微分波形パワー値の傾きの時系列波形で低周波、大振幅の波形が生じている波形を入眠予兆信号と判定する。
【００３６】
原波形パワー値傾き算出手段６５、原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６６、及び原波形入眠予兆判定手段６７は、分析対象となる時系列データが、２階微分波形ではなく、生体信号測定装置１に設けられたセンサ１１１ｂの電気信号であるエアクッション１０の時系列信号データの原波形であるが、その算出方法は上記した２階微分波形パワー値傾き算出手段６２、２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６３、２階微分波形入眠予兆判定手段６４と全く同様である。
【００３７】
比較判断手段６８は、２階微分波形入眠予兆判定手段６４のみにより入眠予兆信号が判定されたか、２階微分波形入眠予兆判定手段６４及び原波形入眠予兆判定手段６７の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定されたかを比較判断する。２階微分波形入眠予兆手段６４と原波形入眠予兆判定手段６７とを比較すると、前者は、生体の変化を検知する閾値が低い（感度が高い）と考えられるため、覚醒段階から睡眠段階１に至るまでのうち、より覚醒段階に近いレベルの兆候をも捉えることができるのに対し、後者は、生体の変化を検知する閾値が高い（感度が低い）と考えられるため、覚醒段階から睡眠段階１に至るまでのうち、より睡眠段階１に近いレベルの兆候しか捉えることができない。そこで、いずれによって入眠予兆信号が判定されたかを比較判断することにより、警告制御手段６９による警告に役立てることができる。例えば、２階微分波形入眠予兆判定手段６４のみにより入眠予兆信号が判定された場合には、コンピュータプログラムである警告制御手段６９が警告装置（図示せず）に対して弱い警告を動作させる指令を発し、２階微分波形入眠予兆判定手段６４及び原波形入眠予兆判定手段６７の双方において同時間帯に入眠予兆信号が判定された場合には、強い警告を動作させる指令を発するように設定することができる。なお、警告装置は、音を発生させる装置、光を点滅させる装置、シートバック部の傾斜角度を変化させる装置など様々な装置を用いることもできる。もちろん、これらを適宜に２以上組み合わせてもよい。例えば、弱い警告の際には比較的小さな音を発し、強い警告の際には大きな音を発するようにしたり、弱い警告の際には音のみを発し、強い警告の際には音を発すると共に光も点滅させるように制御できる。
【００３８】
(試験例１)
（静荷重特性）
図７に示したように、測定盤上に、エアクッション１０を保持した収容体１５(エアクッションユニット１００）のみを単独で置いた場合（図８の「エアパック」のデータ）、エアクッション１０を保持した収容体１５(エアクッションユニット１００）上に第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を積層した場合（図８の「Ａ＋エアパック」のデータ）、エアクッション１０を保持した収容体１５(エアクッションユニット１００）上に第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０を積層した場合（図８の「Ｂ＋エアパック」のデータ）、及び、エアクッション１０を保持した収容体１５(エアクッションユニット１００）上に第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０を積層し、さらにその上に第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を積層した場合（図８の「Ａ＋Ｂ＋エアパック」のデータ）について、センサ１１１ｂが付設された小空気袋１１１に対応する位置を、直径３０ｍｍの加圧板によってたわみ量１ｍｍまで加圧して荷重−たわみ特性を測定した。エアクッション１０の各空気袋１１１，１２１内に収容した三次元立体編物は、住江織物(株)製、製品番号４９０１３Ｄであり、各部位の主な寸法は、図５（ａ），（ｂ）に示したとおりであった。
【００３９】
その結果を図８に示す。収容体１５により保持されたエアクッション１０が、背部の大動脈の脈波によって生じる空気圧変動は、エアクッション１０を保持した収容体１５のみを単独で置いた場合（図８の「エアパック」）の荷重−たわみ特性に従うことになる。従って、この荷重−たわみ特性よりもバネ定数が高くなった場合には、エアクッション１０を保持した収容体１５を直接表皮部材５１１の裏面側に配置した場合よりも大動脈の脈波の感度が鈍ることになる。そこで、各荷重−たわみ特性から得られるバネ定数を比較すると、第１又は第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０のいずれかのみを、エアクッション１０を保持した収容体１５と積層した場合（図８の「Ａ＋エアパック」，「Ｂ＋エアパック」）よりも、第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０の両方を積層した場合（図８の「Ａ＋Ｂ＋エアパック」）の方が、エアクッション１０を保持した収容体１５のみを単独で置いて測定した場合のバネ定数に近いことがわかる。従って、第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０を両方とも積層して用いた場合には、これらをエアクッション１０に積層しているにも拘わらず、大動脈の脈波をほとんど減衰させずに伝達できると共に、エアクッション１０を単体で用いた場合のように異物感も感じることが少なくなる。
【００４０】
なお、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０のみを複数枚積層した場合、あるいは、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０のみを複数枚積層した場合には、それぞれ、図８の「Ａ＋エアパック」のデータ、「Ｂ＋エアパック」のデータとあまり変わらない結果となったことから、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０と第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０とはバネ定数の異なる構成とし、それらを重ね合わせることが好ましい。図８の実験結果から、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０のバネ定数が第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０のバネ定数の１．１〜１．４倍の範囲とすることが好ましい。この特性は、上記したように、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０は、相対的に伸縮性の高い弾性繊維不織布で被覆し、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０は、相対的に伸縮性の小さい不織布で被覆することにより付与される。また、エアクッション１０を保持した収容体１５上に第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０を積層し、さらにその上に第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を積層した場合（図８の「Ａ＋Ｂ＋エアパック」）のバネ定数は、エアクッション１０のみのバネ定数に相当する図８の「エアパック」で示されたバネ定数の０．８〜１．２倍の範囲となるようにすることが好ましい。
【００４１】
（試験例２）
（外乱振動の影響）
図９に示したように、加振機の加振台上に、エアクッション１０を保持した収容体１５（試験例１のものと同じ構造、サイズ）上を載置し、そのさらに上面に、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０と第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を順に積層したもの（図９では、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０と第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を重ね合わせたものを「緩衝材」として表示）について（図８の「Ａ＋Ｂ＋エアパック」と同じ形態）、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０上に２ｋｇの重りを載せ、振幅１ｍｍで１．０Ｈｚ〜１０Ｈｚまで、０．５Ｈｚ刻みで加振した（試験例２−Ａ）。また、エアクッション１０を保持した収容体１５に代えて、小空気袋１１１を一つ加振台上に配置し、その上に、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０と第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を順に積層し、さらに、２ｋｇの重りを載せて同様に加振した（比較例２−Ａ）。なお、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０の表皮部材５１１に対向する面、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０のエアクッションユニット１００に対向する面には、それぞれＰＥＮフィルムが貼着されている。そして、それぞれについて小空気袋１１１のに設けたセンサ１１１ｂ（コンデンサ型マイクロフォンセンサ）の出力電圧を測定した。その結果を図１０〜図１４に示す。
【００４２】
図１０〜図１４から、試験例２−Ａの場合には、１．０Ｈｚ〜１０Ｈｚまでのいずれの周波数においても、出力電圧の変化がほとんどないのに対し、比較例２−Ａの場合には、試験例２−Ａよりも相対的に出力電圧の変化が大きい。従って、試験例２−Ａの構成とすることにより、シートバック部５１０からの外部振動の出力電圧への影響が極めて小さくなる。その一方、第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０側から入力される生体信号は、後述の試験例３のようにセンサ１１１ｂにより出力電圧の変化として捉えることができる。
【００４３】
（試験例３）
（外乱振動の影響と生体信号の検出）
図１５（ａ）に示したように、加振機の加振台上に、シートバック部５１０におけるクッション支持部材５１２に相当する三次元立体編物（３Ｄネット）、エアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００，試験例１のものと同じ構造、サイズ）、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０、シートバック部５１０における表皮部材５１１に相当する三次元立体編物（３Ｄネット）を順に積層し、その上に２ｋｇの重りを載せ、振幅１ｍｍで、大動脈の脈波の周波数に近い１．０Ｈｚ、１．５Ｈｚ、２．０Ｈｚで加振した。図１５（ａ）は、クッション支持部材５１２側から振動を入力するようにして、本実施形態の生体信号測定装置１をシートバック部５１０に実際に組み込んだ際に受ける外乱振動の影響を調べるものである。
【００４４】
一方、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）と逆の順序で配置している。すなわち、シートバック部５１０における表皮部材５１１に相当する三次元立体編物（３Ｄネット）、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０、エアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００，試験例１のものと同じ構造、サイズ）、クッション支持部材５１２に相当する三次元立体編物（３Ｄネット）の順で積層している。この状態で加振することにより、表皮部材５１１側から入力される背部の大動脈の脈波の検出感度を調べることができる。なお、重りを２ｋｇにしたのは、人が着座した際に、腰部からエアクッションユニット１００が配設されているシートバック部５１０にかかる荷重が、直径９８ｍｍの面積で２ｋｇに相当するためである。
【００４５】
結果を図１６〜図１８に示す。図において、「エアパック外乱模擬」が図１５（ａ）の結果であり、「エアパック生体信号模擬」が図１５（ｂ）の結果である。また、加振機の入力波形も併せて示す。これらの図から、「エアパック外乱模擬」は、振幅がほとんどない直線に近い状態であり、外乱振動はほとんど除去されることがわかる。逆に、「エアパック生体信号模擬」は、入力波形よりも増幅していることがわかる。このことから、本実施形態の構成によれば、乗車時のような外乱振動が入力される動的条件下においても、１．０Ｈｚ〜２．０Ｈｚ付近の大動脈の脈波を、外乱振動に埋もれさせることなく、確実に検出できると言える。
【００４６】
(試験例４）
（生体信号の測定）
図２に示したように、シート５００のシートバック部５１０に、上記実施形態で説明したエアクッション１０を保持した収容体１５（エアクッションユニット１００，試験例１のものと同じ構造、サイズ）、第２のビーズ発泡樹脂弾性部材３０、第１のビーズ発泡樹脂弾性部材２０を順に収容した。なお、このシートバック部５１０に使用した表皮部材５１１は、三次元立体編物である（住江織物(株)製、製品番号４９０１３Ｄ）。また、センサ１１１ｂを備えた、着座者の左側のエアクッション１０を構成する中央の小空気袋１１１（幅６０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ）のシートバック部５１０の中心寄りの側縁と下縁の交差部Ｐが、シートクッション部５２０の上面からシートバック部５１０の表面に沿った長さで２２０ｍｍ、シートバック部５１０の中心から８０ｍｍとなるようにシートバック部５１０に組み込んだ。そして、上記小空気袋１１１のセンサ１１１ｂからの電気信号を測定して得られる空気圧変動をもとに人の状態を分析するコンピュータからなる生体信号分析手段６０を配置し（図１参照）、５０歳代の日本人男性をシート５００に着座させ、腰部付近の大動脈の脈波を採取した。また、各被験者には指尖容積脈波計（(株)アムコ製、フィンガークリッププローブ  ＳＲ−５Ｃ）を装着して、指尖容積脈波の測定を行うと共に、簡易脳波計（フューテックエレクトロニクス(株)、ＦＭ−５１５Ａ）を装着して脳波の測定も行った。また、心電計（日本光電工業（株）製心電計ＥＧＧ−９１２２）も装着した。
【００４７】
図１９は、被験者の腰部付近の大動脈脈波（エアパック脈波）の原波形を示し、図２０は、２階微分演算手段６１により求められた２階微分波形（エアパック脈波２階微分波形）を示す。図２１は、指尖容積脈波の原波形を示す。図２２及び図２３は、図１９で示したエアパック脈波と図２１で示した指尖容積脈波を部分的に拡大して示した図である。図２２及び図２３から、エアパック脈波は、大動脈の圧波形に含まれる切痕（拍出期の終わりに大動脈が急に閉鎖することを示す信号）を捉えていることがわかる。この切痕を捉えることができるということは、生体情報を確実に捉えていることの証左である。従って、エアパック脈波は、指尖容積脈波とほぼ同じ位相差と周期をもっている。図２４（ａ）は、図１９及び図２１のエアパック脈波と指尖容積脈波の周波数解析結果であり、図２４（ｂ）は、図２０のエアパック脈波２階微分波形と指尖容積脈波の周波数解析結果を示す図である。この図から、エアパック脈波及びその２階微分波形は、いずれも指尖容積脈波と同じ周波数でピークが生じていることがわかる。
【００４８】
図２５（ａ）は、原波形パワー値傾き算出手段６５、原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６６により求められたエアパック脈波の原波形パワー値及び原波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形である。図２５（ｂ）は、２階微分波形パワー値傾き算出手段６２、２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段６３により求められたエアパック脈波２階微分波形の２階微分波形パワー値及び２階微分波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形である。図２５（ｃ）は、検証のため、指尖容積脈波から求めた指尖容積脈波のパワー値及び最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形である。
【００４９】
図２５（ｂ）から、エアパック脈波２階微分波形の場合には、３００秒付近において、２階微分波形パワー値の傾きの時系列波形と２階微分波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形が逆位相となっており、かつ、２階微分波形パワー値の傾きの時系列波形が低周波、大振幅になっていることから、この時点において最初の入眠予兆信号が現れていることがわかる。検証に用いた図２５（ｃ）の指尖容積脈波においても同様の入眠予兆信号が現れている。そして、図２５（ｄ）の脳波の分布率において、６００秒〜１０００秒において、α波の出現率が低下し、θ波が増加するという、覚醒段階から睡眠段階１に差しかかる状態が現れていることから、上記の３００秒付近の入眠予兆信号は、この状態を予兆したものと考えられる。しかしながら、図２５（ａ）のエアパック脈波の場合には、このような入眠予兆信号は現れていない。
【００５０】
一方、１２００秒〜１４００秒の範囲では、エアパック脈波、エアパック脈波２階微分波形、指尖容積脈波のいずれにおいても、入眠予兆信号が出現していることがわかる。脳波分布率において、１４００秒近傍でα波の低下とθ波の上昇が認められることから、その予兆を捉えたものと考えられる。
【００５１】
上記試験例から、エアパック脈波２階微分波形を用いた分析を行った場合には、エアパック脈波を用いる場合よりも、指尖容積脈波を用いて分析を行った場合により近い結果が得られることがわかる。従って、エアパック脈波２階微分波形を用いることにより、自動車用のシートなどに、上記したエアクッション１０を有する生体信号測定装置１を配設すれば、運転操作の妨げとなることなく、運転者の生体状態（眠気など）を、指尖容積脈波を測定して分析した場合と同様の判定を行うことができる。つまり、エアパック脈波２階微分波形は、指尖容積脈波に相当することになる。
【００５２】
また、エアパック脈波を用いる場合とエアパック脈波２階微分波形を用いる場合とで上記のような差が生じることから、比較判断手段６８により、いずれによって入眠予兆信号が判定されたかを判断し、上記のように、警告制御手段６９による警告の制御に利用することができる。
【００５３】
図２６（ａ），（ｂ）は、図２５の３種類の各傾き時系列波形の周波数解析結果を示す。この図から、パワー値については指尖容積脈波とエアパック脈波２階微分波形はパワースペクトルが大きく、その絶対値も同一レベルである。一方、エアパック脈波はパワースペクトルが極端に小さくなる。また、指尖容積脈波とエアパック脈波２階微分波形の最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形は、同一レベルにあるが、エアパック脈波の最大リアプノフ指数は極端に高い。従って、指尖容積脈波とエアパック脈波２階微分波形は、パワー値と最大リアプノフ指数のパワースペクトルのバランスがよく、２つの拮抗する作用がスムーズに噛み合い、かつ互いにバランスしていることがわかる。一方、エアパック脈波は２つの作用が不安定であり、小さなストレスで大きな変化することになる。この差が、上述したエアパック脈波を用いた入眠予兆信号の検出とエアパック脈波２階微分波形を用いた入眠予兆信号の検出との感度に影響している。
【００５４】
図２７（ａ）〜（ｄ）は、エアパック脈波、エアパック脈波２階微分波形、指尖容積脈波、心電計から得られた心拍数変動のウエーブレット解析を行った結果を示す。ＬＦ／ＨＦ成分は、交感神経活動の状態を示す指標であり、ＨＦ成分は、副交感神経活動の指標である。覚醒段階から睡眠段階１に移行する過程においては、ＬＦ／ＨＦ成分と比較してＨＦ成分の変化の生理学的意義は小さいことから、ＬＦ／ＨＦ成分に注目して解析を行った。指尖容積脈波、エアパック脈波２階微分波形、心拍数変動から得られたＬＦ／ＨＦ成分の場合には、１５０秒近傍で、いずれも単発的に上昇が見られる。これは、図２５の傾き時系列波形における３００秒近傍の入眠予兆信号が出現する前に、交感神経が活性化していることが現れたものと考えられる。さらに、心拍変動解析では、４５０〜９００秒と１２００〜１４００秒でＬＦ／ＨＦのバーストの頻度が低下しており、これらの期間に自律神経において交感神経の活動レベルが低下していたと考えられる。これらの期間は、図２５の傾き時系列波形から検知された入眠予兆信号の出現期、並びに、脳波の睡眠段階の変化の時期と一致していた。
【００５５】
図２８（ａ）は、指尖容積脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数（ＳＤＰＴＧＡＩ）とエアパック脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数の時系列の値を示し、図２８（ｂ）は、指尖容積脈波の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数とエアパック脈波２階微分波形の加速度脈波から得られた加速度脈波加齢指数の時系列の値を示す。ＳＤＰＴＧＡＩは器質的な血管壁硬化（生活習慣病における動脈硬化）と機能的血管壁緊張の両者の影響を受けて変化することが知られている。エアパック脈波２階微分波形から得られたＳＤＰＴＧＡＩは、若干のバラツキはあるが、指尖容積脈波から得られたＳＤＰＴＧＡＩに近い値を示している。一方、エアパック脈波から得られたＳＤＰＴＧＡＩは、エアパック脈波２階微分波形の場合と比べてバラツキが大きく、エアパック脈波２階微分波形は器質的な血管壁硬化や機能的血管緊張といった血管の状態を指尖容積脈波と同様に捉えることができることがわかる。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、人体支持手段として自動車用のシートにエアクッション１０、第１及び第２のビーズ発泡樹脂弾性部材２０，３０を組み込んでいるが、人体支持手段としては、ベッドなどの寝具、病院設備における診断用の椅子等に組み込むこともできる。また、上記実施形態では、シートバック部に組み込むエアクッションを用いて背部の大動脈の脈波を検知しているが、例えば、このエアクッションを人の手首回りに装着することにより、横骨動脈、尺骨動脈から動脈の脈波を採取することもできる。なお、このほかに動脈の脈波を採取可能な箇所としては、浅側頭動脈、頸動脈、鎖骨下動脈、上腕動脈、腹部大動脈、大腿動脈、膝窩動脈、後脛骨動脈、足背動脈などがあり、これらの脈波を採取して２階微分の手法を用いて人の状態を分析することもできる。但し、運転者の状態を分析する場合には、運転者の手、腕、首、足などを拘束することなく測定できることから、上記実施形態のように、腰部付近の大動脈の脈波を検知することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態に係る生体状態分析装置の分析対象である生体信号測定装置をシートに組み込んだ状態で示した図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る生体信号測定装置をより詳細に示した図である。
【図３】図３は、エアクッションユニットを示した図であり、（ａ）は正面方向から見た断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、エアクッションユニットの分解斜視図である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、試験例で用いたエアクッションユニットのサイズを説明するための図である。
【図６】図６は、上記実施形態の生体状態分析装置の構造を説明するための図である。
【図７】図７は、試験例１における荷重−たわみ特性の測定方法を説明するための図である。
【図８】図８は、図７の測定結果を示した図である。
【図９】図９は、試験例２の振動吸収特性の試験方法を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、試験例２において、１．０Ｈｚ〜２．５Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、試験例２において、３．０Ｈｚ〜４．５Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、試験例２において、５．０Ｈｚ〜６．５Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｄ）は、試験例２において、７．０Ｈｚ〜８．５Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は、試験例２において、９．０Ｈｚ〜１０．０Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１５】図１５（ａ），（ｂ）は、試験例３の試験方法を説明するための図である。
【図１６】図１６は、試験例３において、１．０Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１７】図１７は、試験例３において、１．５Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１８】図１８は、試験例３において、２．０Ｈｚで加振した際のセンサの出力を示した図である。
【図１９】図１９は試験例４において生体信号測定装置により採取した被験者の大動脈の脈波（エアパック脈波）の原波形を示す図である。
【図２０】図２０は、２階微分演算手段により求められた２階微分波形（エアパック脈波２階微分波形）を示す図である。
【図２１】図２１は、指尖容積脈波の原波形を示す図である。
【図２２】図２２は、図１９及び図２１で示したエアパック脈波と指尖容積脈波を部分的に拡大して示した一部を示した図である。
【図２３】図２３は、図１９及び図２１で示したエアパック脈波と指尖容積脈波を部分的に拡大して示した他の部を示した図である。
【図２４】図２４（ａ）は、図１９のエアパック脈波（図中、「Air-pack」）と図２１の指尖容積脈波（図中、「Plethysmogram」）の周波数解析結果であり、図２４（ｂ）は、図２０のエアパック脈波２階微分波形（図中、「Air-pack(2nd differential calculus」)と図２１の指尖容積脈波（図中、「Plethysmogram」）の周波数解析結果を示す図である。
【図２５】図２５（ａ）は、エアパック脈波の原波形パワー値及び原波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形であり、図２５（ｂ）は、エアパック脈波２階微分波形の２階微分波形パワー値及び２階微分波形最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形であり、図２５（ｃ）は、指尖容積脈波から求めた指尖容積脈波のパワー値及び最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形である。図２５（ｄ）は脳波の分布率の時系列波形を示す図である。
【図２６】図２６（ａ），（ｂ）は、図２５の３種類の各傾き時系列波形（エアパック脈波（図中、「Air-pack」）、エアパック脈波２階微分波形（図中、「Air-pack 2nd differential calculus wave」)、指尖容積脈波（図中、「Plethysmogram」）の周波数解析結果を示す図である。
【図２７】図２７（ａ）はエアパック脈波（図中、「Air-pack sensor」）、図２７（ｂ）はエアパック脈波２階微分波形（図中、「Air-pack 2nd differential calculus wave」)、図２７（ｃ）は指尖容積脈波（図中、「Plethysmogram」）、図２７（ｄ）は心電図（図中、「The electrocardiongram」）からそれぞれ得られた心拍数変動のウエーブレット解析を行った結果を示す図である。
【図２８】図２８（ａ）は、指尖容積脈波とエアパック脈波から得られた加速度脈波加齢指数（ＳＤＰＴＧＡＩ）の値を示す図であり、図２８（ｂ）は、指尖容積脈波とエアパック脈波２階微分波形から得られた加速度脈波加齢指数（ＳＤＰＴＧＡＩ）の値を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  生体信号測定装置
１０  エアクッション
１１  表側エアクッション
１１１  小空気袋
１１２  三次元立体編物
１２  裏側エアクッション
１２１  大空気袋
１２２  三次元立体編物
１５  収容体
１００  エアクッションユニット
２０  第１のビーズ発泡樹脂弾性部材
３０  第２のビーズ発泡樹脂弾性部材
４０，４５  三次元立体編物
６０  生体状態分析装置
６１  ２階微分演算手段
６２  ２階微分波形パワー値傾き算出手段
６３  ２階微分波形最大リアプノフ指数傾き算出手段
６４  ２階微分波形入眠予兆判定手段
６５  原波形パワー値傾き算出手段
６６  原波形最大リアプノフ指数傾き算出手段
６７  原波形入眠予兆判定手段
６８  比較判断手段
６９  警告制御手段
５００  シート
５１０  シートバック部
５１１  表皮部材
５１２  クッション支持部材
５２０  シートクッション部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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