(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンのアイドリングからのノイズ及び振動、道路移動量等に妨害されない車両内での生体信号の取得及び解析方法の提供。【解決手段】人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設された多次元センサアレイを有し、多次元センサアレイは複数のセンサを含み、複数のセンサの各センサが共通の構造的結合材料に機械的に結合され、複数のセンサの各センサからの出力を選択的に受信することと、複数のセンサの各センサからの出力を処理することと、処理に基づいて生体信号を出力する。【選択図】図７
2015089513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号解析のための方法であって、
それぞれ共通の構造的結合材料に機械的に結合された複数のセンサを含み、人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設された多次元センサアレイを提供することと、
前記複数のセンサの各センサからの出力を選択的に受信することと、
前記複数のセンサの各センサからの前記出力を処理することと、
前記処理に基づいて生体信号を出力することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記複数のセンサの各々が、前記複数のセンサによって境界された区域の外側に前記多次元アレイの質量中心を画定するように、前記多次元センサアレイ上の位置に提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各センサからの前記出力を処理することが、各センサと関連付けられたクラスタに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
生体データを検知するための前記位置が、前記人の胸部に近接する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記胸部が、上部頸胸部、中央胸部、又は下部胸腰部のうちの１つである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記多次元センサアレイを提供することが、２つ以上の多次元センサアレイを提供することを更に含み、各多次元センサアレイが、生体データを検知するために異なる位置に配設される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生体信号解析のためのシステムであって、
人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設された多次元センサアレイであって、該多次元センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサの各センサが共通の構造的結合材料に機械的に結合される、多次元センサアレイと、
前記複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、前記複数のセンサの各々からの前記出力を処理し、かつ前記処理に基づいて生体信号を出力するためのフィルタと、を備える、システム。
【請求項８】
前記多次元アレイが、前記複数のセンサによって境界された区域の外側に位置する質量中心を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
各センサからの前記出力を処理することが、各センサと関連付けられたクラスタに基づく、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フィルタが、前記複数のセンサの各々からの前記出力を選択的に受信するためのマルチプレクサを更に含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記多次元センサアレイが、前記人の胸部と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
２つ以上の多次元センサアレイを更に含み、各多次元センサアレイが、前記人の異なる胸部と関連付けられた生体データを検知するために異なる位置に配設される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記フィルタが、前記多次元アレイの前記位置に基づいて、前記複数のセンサの各々からの前記出力を選択的に受信するためのマルチプレクサを更に含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、コンピュータによって実行されるとき、前記コンピュータに、
人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される多次元センサアレイからの出力を受信する工程であって、前記多次元センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサの各センサが共通の構造的結合材料に機械的に結合される、工程と、
処理するために前記複数のセンサの各センサからの出力を選択的に転送する工程と、
前記複数のセンサの各センサから基づいて前記出力を処理する工程と、
前記処理に基づいて生体信号を出力する工程と、を実施させる命令を記憶する、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１５】
前記処理することが、各センサと関連付けられたクラスタに基づいて前記出力を選択的にフィルタリングすることを更に含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
前記複数のセンサの各センサからの出力を選択的に転送することが、前記多次元アレイの前記位置に基づく、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
生体信号解析のための多次元センサ配列であって、
複数のセンサと、
前記複数のセンサの各センサが機械的に固定される共通の構造的結合材料と、
前記複数のセンサに動作可能に接続されたフィルタであって、前記複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、前記出力を処理し、それにより生体信号を出力するように構成される、フィルタと、を備える、センサ配列。
【請求項１８】
前記多次元センサ配列が、人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される、請求項１７に記載のセンサ配列。
【請求項１９】
前記多次元アレイの質量中心が、前記複数のセンサによって画定された幾何学的中心の外側に位置する、請求項１７に記載のセンサ配列。
【請求項２０】
前記フィルタが、各センサと関連付けられたクラスタに基づいて前記出力を処理するように更に構成される、請求項１７に記載のセンサ配列。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
大動脈内血流量、平均心拍数、心拍変動性、及び心拍間隔の指標は、集合的に自律神経系の緊張と称される、交感神経及び副交感神経系の活動のレベルを推測するために使用され得る。個人の自律神経系の緊張のレベルは、覚醒のレベルと関連付けられる。車両という状況で使用されるとき、運転者の自律神経系の緊張の推定値は、覚醒の準最適レベルを示すことができ、したがって運転者の障害を検出するために使用され得る。
【０００２】
異なる車両インターフェースは、車両内の運転者の自律神経系の緊張を決定するために存在する。例えば、インターフェースは、運転者から異なる生体信号（例えば、大動脈内血流量、平均心拍数、心拍変動性、及び心拍間隔を示す）を取得し、自律神経系の緊張の推定値を決定するために生体信号を分析することができる。車両環境、具体的には、エンジンのアイドリングからのノイズ及び振動、道路移動量等は、車両内で生体信号の取得及び解析を妨害し、したがって自律神経系の緊張の推定値に影響を与え得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様によれば、生体信号解析のための方法は、人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設された多次元センサアレイを提供することであって、該多次元センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサの各センサが共通の構造的結合材料に機械的に結合される、多次元センサアレイを提供することを含む。本方法はまた、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信することと、複数のセンサの各センサからの出力を処理することと、該処理に基づいて生体信号を出力することとを含む。
【０００４】
別の態様によれば、生体信号解析のためのシステムは、人と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設された多次元センサアレイであって、該多次元センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサの各センサが共通の構造的結合材料に機械的に結合される、多次元センサアレイを含む。システムはまた、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、複数のセンサの各々からの出力を処理し、該処理に基づいて生体信号を出力するためのフィルタを含む。
【０００５】
更なる態様によれば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによって実行されるとき、コンピュータに、人と関連付けられた生体データを検知するための位置で配設される多次元センサアレイからの出力を受信することであって、該多次元センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサの各々が共通の構造的結合材料に機械的に結合される、多次元センサアレイからの出力を受信する工程と、複数のセンサの各センサからの出力を選択的に転送する工程と、処理に基づいて生体信号を出力する工程とを実施させる命令を記憶する。
【０００６】
別の態様によれば、生体信号解析のための多次元センサ配列は、複数のセンサと、該複数のセンサの各センサが機械的に固定される共通の構造的結合材料とを含む。この配列は、複数のセンサに動作可能に接続されたフィルタであって、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、出力を処理し、それにより生体信号を出力するように構成される、フィルタを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な実施形態による生体信号解析のためのシステムの概略図である。
【図２】例示的な実施形態による図１のシステムに実装される多次元センサアレイの上部概略図である。
【図３】図２の多次元センサアレイの正射影図である。
【図４】例示的な実施形態による車両内に実装される図１のシステムの概略図である。
【図５】例示的な人の部位の概略図である。
【図６】例示的な実施形態による機械的に結合されたセンサのアレイの電気回路図である。
【図７】例示的な実施形態による生体信号解析のためのプロセスのフローチャートである。
【図８】上部頸胸部で測定され、かつ図１のシステムによって生成された例示的な大動脈内血流量波の出力信号である。
【図９】中央胸部で測定され、かつ図１のシステムによって生成された例示的な大動脈内血流量波の出力信号である。
【図１０】下部胸腰部で測定され、かつ図１のシステムによって生成された例示的な大動脈内血流量波の出力信号である。
【図１１】単一センサからの例示的な大動脈内血流量波の出力信号、及び車両用エンジンを切った自動車内の同時心電図出力信号である。
【図１２】単一センサからの例示的な大動脈内血流量波の出力信号、及び車両用エンジンをかけたままの車両内で測定された同時心電図出力信号である。
【図１３】図１のシステムによって生成され、かつ車両用エンジンをかけたままの車両内で測定された例示的な大動脈内血流量波の出力信号である。
【図１４】図１のシステムによって生成され、かつ車両用エンジンをかけたままで、車両が移動中の車両内で測定された例示的な大動脈内血流量波の出力信号である。
【図１５】エンジンを切った状態、エンジンのアイドル状態、及び駆動中の単一センサからの例示的なパワースペクトル出力である。
【図１６】エンジンを切った状態、エンジンのアイドル状態、及び駆動中の図１の多次元アレイからの例示的なパワースペクトル出力である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書に記載される実施形態は、本明細書で用いられる選択された用語の定義を含む。この定義は、用語の範囲内に収まるとともに実施のために使用することができる、コンポーネントの様々な実施例及び／又は形態を含む。この実施例は、制限的なものであることを意図していない。更に、当業者であれば、本明細書に論述されるコンポーネントが他のコンポーネントと組み合わせられ、省略され、若しくは組織化され、又は異なるアーキテクチャに組織化され得ることを理解されよう。加えて、見出しは、本明細書で使用され、限定的なものであることを意図せず、それよりも、見出しは、説明及び実施例の構造及び組織化に提供される。
【０００９】
本明細書で用いる「バス」は、コンピュータの内部の、又はコンピュータの間の他のコンピュータコンポーネントに動作可能に接続された、相互に連結されるアーキテクチャを指す。バスは、コンピュータのコンポーネントの間でデータを伝達することができる。バスは、とりわけ、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、外部バス、クロスバースイッチ、及び／又はローカルバスであり得る。このバスは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）、ローカルインターコネクトネットワーク（ＬＩＮ）等といったプロトコルを使用する、車両内部のコンポーネントを相互接続する車両用バスとすることもできる。
【００１０】
本明細書で用いる「コンピュータ通信」は、２つ以上の演算装置（例えば、コンピュータ、パーソナル携帯情報機器、移動電話、ネットワーク装置）の間の通信を指すとともに、例えばネットワーク転送、ファイル転送、アプレット移転、電子メール、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）転送等とすることができる。コンピュータ通信は、例えば、無線システム（例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．１１）、イーサネット（登録商標）システム（例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．３）、トークンリングシステム（例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．５）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、ポイントツーポイント方式、回線交換方式、パケット交換方式等にわたって生じることがあり得る。
【００１１】
「ディスク」は、本明細書で使用されるとき、例えば、磁気ディスクドライブ、ソリッドステートディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、テープドライブ、Ｚｉｐドライブ、フラッシュメモリカード、及び／又はメモリスティックであり得る。更にまた、ディスクは、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスクＲＯＭ）、ＣＤレコーダブルドライブ（ＣＤ−Ｒドライブ）、ＣＤリライタブルドライブ（ＣＤ−ＲＷドライブ）及び／又はデジタルビデオＲＯＭドライブ（ＤＶＤ  ＲＯＭ）とすることができる。このディスクは、演算装置のリソースを制御又は割り当てるオペレーティングシステムを記憶することができる。
【００１２】
「メモリ」は、本明細書で使用されるとき、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリを含み得る。不揮発性メモリは、例えば、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラマブル読出し専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なＰＲＯＭ）及びＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能ＰＲＯＭ）を含むことができる。揮発性メモリとしては、例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、同期ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲＳＤＲＡＭ）、及びダイレクトＲＡＭバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ（登録商標））が挙げられ得る。メモリは、演算装置のリソースを制御又は割り当てるオペレーティングシステムを記憶することができる。
【００１３】
「モジュール」は、本明細書で使用されるとき、これらに限定されるものではないが、機能（複数可）若しくは動作（複数可）を実施し、並びに／又は別のモジュール、方法及び／若しくはシステムからの機能又は動作を引き起こすハードウェア、ファームウェア、機械上で実行されるソフトウェア、及び／若しくは各々の組み合わせが挙げられる。モジュールとしては、ソフトウェア制御されるマイクロプロセッサ、離散的論理回路、アナログ回路、デジタル回路、プログラムされた論理装置、実行命令を含有するメモリ装置等が挙げられ得る。
【００１４】
「動作可能な接続」又は実体が「動作可能に接続される」とは、信号、物理的な通信及び／又は論理的通信を送信及び／又は受信することができる接続である。動作可能な接続は、物理的なインターフェース、データインターフェース、及び／又は電気的インターフェースを含むことができる。
【００１５】
「プロセッサ」は、本明細書で使用されるとき、信号を処理し、一般的な演算及び算術関数を実行する。プロセッサによって処理される信号には、デジタル信号、データ信号、コンピュータ命令、プロセッサ命令、メッセージ、ビット、ビットストリーム、又は受信し、送信し、及び／又は検出することができる他の手段を含めることができる。一般に、プロセッサは、複数のシングルプロセッサ、マルチコアのプロセッサ、及びコプロセッサ、並びに他の複数のシングル及びマルチコアのプロセッサ及びコプロセッサのアーキテクチャを含む、様々なプロセッサとすることができる。プロセッサは、様々な機能を実行するために様々なモジュールを含むことができる。
【００１６】
「車両」は、本明細書で使用されるとき、１人以上の人間の乗員を運ぶことができるあらゆる機械を指し、あらゆる形態のエネルギーで作動される。用語「車両」としては、これらに限定されるものではないが、自動車、トラック、バン、ミニバン、飛行機、全地形車両、多目的車両、芝刈り機、及びボートが挙げられる。
【００１７】
「座席」は、本明細書で使用されるとき、人によって座られるか、又は横たえられ得るあらゆる装置を指す。用語「座席」としては、これらに限定されるものではないが、椅子、長椅子、ベッド、ベンチ、及び車両の座席が挙げられる。
【００１８】
Ｉ．生体信号解析のためのシステム
１つ以上の例示的な実施形態を図示する目的であり、これらを限定する目的ではないことを示す、図面をここで参照すると、図１は、例示的な一実施形態による生体信号解析のためのシステム１００を図示する。図１に図示されるシステム１００は、単独又は演算装置１０２（例えば、コントローラ、ナビゲーションシステム、インフォテインメントシステム等）と組み合わせて実装され得る。システム１００のコンポーネント、並びに本明細書に論述される他のシステム及びアーキテクチャのコンポーネントは、様々な実施形態のための異なるアーキテクチャに組み合わされ、省略され、又は組織化され得ることが理解されるべきである。
【００１９】
図１の図示される実施形態では、演算装置１０２は、プロセッサ１０４と、フィルタ１０６と、メモリ１０８と、ディスク１１０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１２とを含み、これらは、バス１１４並びに／又は他の有線及び無線技術を介してコンピュータ通信のために動作可能に接続される。一実施形態では、演算装置１０２はまた、マルチプレクサ１１５を含む。一実施形態では、フィルタ１０６は、マルチプレクサ１１５を含み得ることを理解されよう。別の実施形態では、マルチプレクサ１１５は、フィルタ１０６及び／又は演算装置１０２から外部に実装され得る。更なる実施形態では、Ｉ／Ｏインターフェース１１２は、マルチプレクサ１１５を含むことができる。他の車両コンポーネント及びシステムは、演算装置１０２内に実装されるか、又はそれに動作可能に接続され得るが、簡略化の目的で、これらのコンポーネントは、図１に示されないことを理解されよう。更に、コンピューティングシステム１０２は、他のネットワーク及びデータソース、例えば、インターネット、セルラーネットワーク等へのコンピュータ通信（図示せず）のために動作可能に接続され得ることを理解されるべきである。Ｉ／Ｏインターフェース１１２は、演算装置１０２のコンポーネントと他のネットワーク及びデータソースとの間のデータ入力及び出力を容易にするようにソフトウェア及びハードウェアを提供する。本明細書に記載されるように、システム１００は、様々な構成及び実施形態、例えば、生体信号を検出するのを所望され得る座席、車両、又は他の類似の実施形態で実装されてもよい。
【００２０】
図１に図示される実施形態では、システム１００はまた、多次元センサアレイ１１６を含む。別の例示的な実施形態では、システム１００は、２つ以上の多次元センサアレイを含む。例えば、図１に示される図示される実施形態では、システム１００は、第２の多次元センサアレイ１１８と、第３の多次元センサアレイ１２０とを含む。本明細書に論述されるシステム及び方法は、任意の数の多次元センサアレイ（例えば、２つの多次元センサアレイ又は４つ以上の多次元センサアレイ）で実装され得ることを理解されよう。更に、本明細書に論述されるいくつかの実施形態及び実施例は、多次元センサアレイ１１６を指すが、第２の多次元アレイ１１８及び第３の多次元アレイ１２０は、多次元センサアレイ１１６と同様の機能性を提供することを理解されよう。
【００２１】
Ａ．多次元センサアレイ
ここで、更に詳細に、車両と関連付けられた実施形態に関して多次元センサアレイ１１６を説明する。別の実施形態は、椅子又はベッド等の車両の外側の座席に適用され得ることに留意されるべきである。多次元センサアレイ１１６は、運転者と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される。多次元センサアレイ１１６の位置は、車両（図４）の状況内で後述される。多次元センサアレイ１１６は、各々が共通の構造的結合材料に機械的に結合される複数のセンサを含む。図２は、参照番号２００によって概して示される例示的な多次元センサアレイ（例えば、多次元センサアレイ１１６、第２の多次元１１８、及び／又は第３の多次元センサアレイ１２０）の上部概略図を図示する。同様に、図３は、図２の多次元センサアレイの正射影図を図示する。
【００２２】
図２及び図３に示されるように、多次元センサアレイ２００は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を含む。いくつかの実施形態では、多次元センサアレイ２００は、他の数のセンサ、例えば、２つのセンサ又は５つ以上のセンサを含み得ることを理解されよう。図２に図示される実施形態では、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、音響センサ、例えば、マイクロホンである。したがって、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、人と関連付けられた生体データの音響測定（例えば、刺激）を検知し、かつ音響測定を表すデータ流又は未処理のデータ信号（例えば、出力）を生成するように構成される。生体データとしては、これらに限定されるものではないが、心臓（例えば、大動脈内血流量、平均心拍数、心拍変動性、及び心拍間隔）、肺（例えば、呼吸数）、及び人体の他の生体系と関連付けられたデータが挙げられ得る。
【００２３】
図２に図示される実施形態では、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合される。共通の構造的結合材料２０２は、センサＭ１とセンサＭ２とセンサＭ３とセンサＭ４との間に非電気様式で接続を提供する。機械的結合は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々に等しく周囲の機械的振動（例えば、エンジンノイズ、ロードノイズ）の分布を可能にする。一実施形態では、共通の構造的結合材料２０２は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４が固定される（例えば、接着剤、結合、ピンを介する）、回路基板である。別の実施形態では、共通の構造的結合材料２０２は、ブラケットであるか、又はセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４が固定される（例えば、接着剤、結合、ピンを介する）、１つ以上のブラケットを含む。他の材料が共通の構造的結合材料２０２として使用され得ることを理解されよう。具体的には、高弾性率及び低密度を有する他の材料が、共通の構造的結合材料２０２として使用されてもよい。
【００２４】
音響センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合することによって、例えば、外的環境からの周囲の機械的振動が各センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４に等しく影響を与える。車両（図４）という状況における例示的な実施例として、車両環境からの振動（例えば、エンジンノイズ、ロードノイズ）は、共通の構造的結合材料２０２によって提供された機械的結合により、各センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４に等しく影響を与える。センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４からの出力（例えば、未処理の信号）が処理及び／又はフィルタリングされると、後述されるように、振動は、コモンモードとして未処理の信号から排除され得る。
【００２５】
ここで、多次元アレイの構成をより詳細に論じる。図２に示されるように、多次元アレイ２００は、幾何学的中心２０５と、質量中心２０４とを有する。質量中心２０４は、複数のセンサによって境界された区域の外側に位置する。具体的には、共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合されるセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、複数のセンサによって境界された区域の外側に質量中心２０４を画定するように提供される（即ち、位置決めされる）。具体的には、質量中心２０４は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４によって境界された区域である区域２０６の外側に位置する。区域２０６は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々の位置並びに複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の幾何学的中心２０８によって画定される。一実施形態では、質量中心２０４は、多次元アレイ２００の加重部２１０によって作り出される。一実施形態では、加重部２１０は、多次元アレイ２００上に位置決めされた電源（図示せず）によって実装される。更なる実施形態では、質量中心２０４は、湾曲した形状構成（図示せず）で多次元アレイを提供することによって作り出される。複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の幾何学的中心２０８の外側の場所に質量中心２０４を提供することによって、周囲の機械的振動（即ち、ノイズ）は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々に、互いに対して面内に（即ち、同相に）登録する。
【００２６】
より具体的には、周囲の機械的振動は、車両から多次元アレイ２００に伝達される。一般的に、周囲の機械的振動は、多次元アレイ２００の横軸（Ｘ）方向及び縦軸（Ｙ）方向に沿った直線運動として、かつ多次元アレイ２００の横軸（Ｘ）及び縦軸（Ｙ）を中心とする回転運動で明示する。図３は、多次元アレイ２００及び質量中心２０４に対するＹ、Ｘ、及びＺ軸を図示する。センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々に対する機械的結合は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々を振動直線運動に対して同相に移動させる。
【００２７】
振動回転運動に関して、ここで、質量中心２０４に対するセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々の位置決めをより詳細に論じる。横（Ｘ）軸を中心とする回転運動は、モーメントアームＹを乗じる振動の大きさに比例する。図２に示されるように、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々は、幾何学的中心２０８を画定する。モーメントアームＹは、質量中心２０４の縦軸（即ち、Ｙ座標）から幾何学的中心２０８の垂直距離である。更に、距離ｙ１は、センサＭ３、Ｍ４の軸及び質量中心２０４からの垂直距離であり、距離ｙ２は、センサＭ１、Ｍ２の軸及び質量中心２０４からの垂直距離である。ｄｙ／Ｙの比率が小さいようにセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々を位置決めすることによって、ｙ１は、ｙ２にほぼ等しく、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々によって登録された周囲の機械的振動は、ほぼ同相である。周囲の機械的振動は次に、本明細書により詳細に論じるフィルタリング技術を用いて処理され得る。加えて、縦（Ｙ）軸を中心とする回転運動は、モーメントアームｄｘを乗じる振動の大きさに比例する。ｄｘ（即ち、幾何学的中心２０８とセンサの各々の軸との間の差）が小さいようにセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々を位置決めすることによって、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々によって登録された周囲の機械的振動はまた、本明細書により詳細に論述されるフィルタリング技術を用いて処理されてもよい。
【００２８】
したがって、図２及び３に図示される実施形態では、少なくとも１つのセンサが長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされ、少なくとも１つのセンサがＹ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めされる。例えば、Ｍ１及びＭ２は、長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされ、Ｍ３及びＭ４は、Ｙ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めされる。本明細書に記載される実施形態によれば、センサの各々の出力の処理は、上述されるセンサの対（即ち、Ｍ２、Ｍ３、並びにＭ１、Ｍ４）に基づいている。具体的には、センサは、本明細書に論述される処理中、演算増幅が位相外れの組み合わせでモーメントアームｄｘを有する運動を追加するように位置決めされる。したがって、Ｍ１及びＭ４は、Ｙ軸の反対側に位置決めされ、Ｍ２及びＭ３は、Ｙ軸の反対側に位置決めされる。これにより、各追加の対が差動増幅を有するコモンモードを用いた打ち消しを可能にするモーメントアームｄｘでＹ軸を中心として各方向に移動する１つのセンサからなることができる。対になった両方のセンサがＹ軸の同じ側にある場合、モーメントＸによるＹ軸を中心とする回転からの回転ノイズは、それらのセンサが減法前に位相がずれて１８０度であることにより、差動増幅で打ち消さないが、代わりに二重にする。
【００２９】
再び図２を参照すると、一実施形態では、多次元センサアレイは、１つ以上のクラスタを更に含む。多次元センサアレイ２００の複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々は、１つ以上のクラスタと関連付けられ得る。例えば、図２に図示される実施形態では、区域２０６は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４が関連付けられるクラスタと見なされてもよい。本明細書に論述される別の実施形態では、センサＭ１及びＭ３は、第１のクラスタと関連付けられてもよく、センサＭ３及びＭ４は、第２のクラスタと関連付けられてもよい。多次元センサアレイ２００は、任意の数のクラスタ（例えば、１つのクラスタ又は３つ以上のクラスタ）を含み得ることを理解されよう。クラスタは、共通の構造的結合材料２０２上のセンサの特定の場所（例えば、位置）と関連付けられてもよく、又は関連付けられなくてもよい。更に、クラスタは、定義済みであり、センサの任意の組み合わせと関連付けられ得る。
【００３０】
ここで、前記クラスタと関連付けられたクラスタ及びセンサの非限定的な例を論じる。一実施形態では、２つ以上のセンサを含むセンサアレイがクラスタと関連付けられ得る。更なる実施形態では、クラスタは、センサのパターン又はセンサのアレイ（上述されるような）であり得る。別の実施形態では、クラスタは、センサの位置又はセンサの出力に基づいて事前に定義される。本明細書に記載される追加の実施形態では、マルチプレクサ１１５は、多次元アレイの場所、多次元アレイ内の各センサの場所、及び／又は各センサの出力（例えば、未処理のデータ信号出力）に基づいてクラスタを決定することができる。更に、センサの位置決めに基づいて、クラスタが決定されてもよく、及び／又はセンサがクラスタと関連付けられてもよい。一実施形態では、クラスタは、長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされた少なくとも１つのセンサと、Ｙ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めする少なくとも１つのセンサとを含むことができる。したがって、図２を参照すると、第１のクラスタがＭ２、Ｍ３を含むことができ、第２のクラスタがＭ１、Ｍ４を含むことができる。他の組み合わせ及びセンサの対がクラスタと関連付けられ得ることを理解されよう。
【００３１】
Ｂ．車両の状況
ここで、図１の多次元アレイ１１６及びシステム１００を図４の車両４００の状況で説明する。一実施形態では、図１のシステム１００は、運転者４０２の生体信号解析に使用され、その後、運転者４０２の覚醒レベル又は自律神経系の緊張を決定することができる。運転者４０２は、車両４００の車両座席４０４内に座っていてもよい。座席４０４は、ヘッドレスト４０６と、バックレスト４０８と、座席基部４１０とを含むが、座席４０４の他の構成が企図される。更に、座席４０４はまた、シートベルト（図示せず）を含むことができる。図４に図示される実施形態では、要素４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、運転者４０２と関連付けられた生体データを検知するための位置を示す。具体的には、多次元アレイ又は２つ以上の多次元アレイ（例えば、多次元アレイ１１６、第２の多次元アレイ１１８、及び／又は第３の多次元アレイ１２０）は、運転者４０２と関連付けられた生体データを検知するために前記位置４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃに配設されてもよい。
【００３２】
具体的には、図４では、位置４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、バックレスト４０８内に位置する。しかしながら、これらの位置は、前記位置に配設された多次元アレイが運転者４０２と関連付けられた生体データを検知することを可能にするように、座席４０４（例えば、シートベルト（図示せず））の他の区域内又は座席４０４の周囲にあり得ることを理解されよう。例えば、一実施形態では、多次元センサアレイは、車両を占有する運転者の胸部と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される。図４では、要素４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、運転者３０２の胸部を示す。具体的には、要素４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、運転者４０２の胸郭の上部頸胸部、中央胸部、及び下部胸腰部をそれぞれ示す。したがって、図４では、要素４１２ａは、多次元センサアレイが配設される位置であって、運転者４０２の上部頸胸部４１４ａに近接する、位置を示す。加えて、要素４１２ｂは、多次元センサアレイが配設される位置であって、運転者４０２の中央胸部４１４ｂに近接する、位置を示す。更に、要素４１２ｃは、多次元センサアレイが配設される位置であって、運転者４０２の下部胸腰部４１４ｃに近接する、位置を示す。位置４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ以外の他の位置が上部頸胸部４１４ａ、中央胸部４１４ｂ、及び／又は下部胸腰部４１４ｃに近接する位置であり得ることを理解されよう。例えば、一実施形態では、多次元センサアレイは、運転者４０２の上部頸胸部４１４ａ、中央胸部４１４ｂ、及び／又は下部胸腰部４１４ｃに近接するシートベルト（図示せず）内の１つ以上の位置に位置してもよい。別の実施形態では、この位置は、腋窩部に近接してもよい。
【００３３】
一実施形態では、２つ以上の多次元センサアレイは、各多次元センサアレイ（例えば、多次元センサアレイ１１６、第２の多次元センサアレイ１１８、第３の多次元センサアレイ１２０）が運転者の異なる胸部と関連付けられた生体データを検知するために異なる位置に配設されることを実装し得ることを理解されよう。例示的な実施例として、多次元センサアレイ１１６は、運転者４０２の上部頸胸部４１４ａに近接する位置４１２ａに配設されてもよく、第２の多次元センサアレイ１１８は、運転者４０２の下部胸腰部４１４ｃに近接する位置４１２ｃに配設されてもよい。他の位置に配設された多次元センサアレイの他の数又は位置の組み合わせも実装されてもよい。
【００３４】
ここで、個人５０２（例えば、運転者４０２）及び脊柱５０４の概略図である図５を参照しながら、上部頸胸部４１４ａ、中央胸部４１４ｂ、及び下部胸腰部４１４ｃをより詳細に論じる。個人５０２及び脊柱５０４は、平均的個人の解剖学及び生理学に基づくことを理解されよう。一実施形態では、上部頸胸部４１４ａは、椎骨Ｃ１と椎骨Ｃ７との間の頚部に相当する。別の実施形態では、上部頸胸部４１４ａは、椎骨Ｔ１と椎骨Ｔ１２との間、例えば、椎骨Ｔ１と椎骨Ｔ６との間の胸部に相当する。一実施形態では、中央胸部４１４ｂは、椎骨Ｔ１と椎骨Ｔ１２との間、例えば、椎骨Ｔ６と椎骨Ｔ１２との間の胸部に相当し得る。別の実施形態では、下部胸腰部４１４ｃは、椎骨Ｌ１と椎骨Ｌ５との間の腰部に相当し得る。いくつかの実施形態では、上部頸胸部４１４ａ、中央胸部４１４ｂ、及び下部胸腰部４１４ｃは、個人５０２の脊柱の内側である。他の椎骨位置によって画定される他の部位が本明細書に論述される方法及びシステムで実装され得ることを理解されよう。
【００３５】
更に、１つ以上の多次元アレイが生体データ及び／又は生体信号に基づいて生体データを検知するための位置に提供及び／又は配設され得ることを理解されよう。異なる位置が特定の生体データと相関し、又は前記生体データの測定及び／又はそのデータの収集のための最良の位置を提供することができる。例えば、上部４１０ａに近接する位置に配設された多次元アレイは、心拍数と関連付けられた信号を得るために利用されてもよいが、下部４１０ｃに近接する位置は、大動脈脈波と関連付けられた信号を得るために利用されてもよい。したがって、例えば、処理中、マルチプレクサ１１５は、得られる生体データ、多次元アレイの位置、及び／又は各センサと関連付けられたクラスタに基づいて、センサ又は多次元アレイからの出力を選択的に取り出すか、又は得ることができる。図８〜１６を参照しながら、第３節で異なる位置からの例示的な出力を論じる。
【００３６】
Ｃ．処理及び解析
図１を再び参照すると、フィルタ１０６は概して、多次元アレイ１１６の複数のセンサの各々からの出力（例えば、運転者と関連付けられた生体データを示す未処理のデータ信号）を選択的に受信及び処理するように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０４及び／又はフィルタ１０６は、本明細書に記載されるようなハードウェア及び／又は機能性を提供するために単独又は組み合わせて使用され得ることを理解されよう。更に、他の実施形態では、多次元アレイ１１６は、単独又はプロセッサ１０４及び／若しくはフィルタ１０６と組み合わせて、本明細書に記載されるようなハードウェア及び／又は機能性を提供するために使用され得る。例えば、一実施形態では、多次元アレイ１１６は、プロセッサ１０４及び／又はフィルタ１０６を含むことができる。別の実施形態では、多次元アレイ１１６は、プロセッサ１０４及び／又はフィルタ１０６とは別個である。更に、１つ以上の多次元アレイが利用されると（例えば、多次元アレイ１１６、第２の多次元アレイ１１８、及び／又は第３の多次元アレイ１２０）、各多次元アレイからの出力は、単独又は他の多次元アレイと組み合わせて処理され得ることを理解されよう。例えば、第２の多次元アレイ１１８及び／又は第３の多次元アレイ１２０は、同じフィルタ１０６を利用するか、又はフィルタ１０６と同様に機能する異なるフィルタを利用することができる。
【００３７】
ここで、例示的な電気回路図６００を図示する図６を参照しながら、フィルタ１０６及び多次元アレイ１１６を詳細に説明する。他の電気回路構成が実装され得るが、簡略化及び図解の目的で、電気回路図６００は、検知部６０２（例えば、多次元アレイ１１６）及びフィルタリング部６（例えば、プロセッサ１０４及び／又はフィルタ１０６）に組織化されていることを理解されよう。更に、電気回路図は、検知部６０２及び／又はフィルタリング部６０４で実装され得るマルチプレクサ６０６（例えば、図１のマルチプレクサ１１５）を含む。
【００３８】
検知部６０２は、音響センサ（即ち、マイクロホン）Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を含む。図２と同様に、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、共通の構造的結合材料（図６に図示せず）に機械的に結合される。４つの音響センサが図６に図示されるが、他の実施形態が任意の数のセンサ（例えば、４つ未満又は５つ以上）を含むことができる。図６に図示される実施形態では、各音響センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、プルアップ抵抗Ｒｐ１、Ｒｐ２、Ｒｐ３、及びＲｐ４を介して抵抗器Ｒ１及びＲ２から形成された分圧器回路によって１０分の１の供給電圧にバイアスされる。いくつかの実施形態では、電圧は、標準の直流電源（図示せず）によって多次元センサアレイに供給される。図２と共に上述されるように、標準の直流電源は、重み付け部２０２として実装され得る。音響センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、運転者と関連付けられた生体データを示す音響測定値を検知する。音響測定値は、出力（例えば、未処理のデータ信号）を生成するようにプルアップ抵抗Ｒｐ１とＲｐ２とＲｐ３とＲ４との間の電圧降下及び関連した音響センサによって決定される。例えば、Ｖｍ１は、Ｍ１とＲｐ１との間の電圧降下によって登録された電圧測定値を示す出力信号である。Ｖｍ２は、Ｍ２とＲｐ２との間の電圧降下によって登録された電圧測定値を示す出力信号である。Ｖｍ３は、Ｍ３とＲｐ３との間の電圧降下によって登録された電圧測定値を示す出力信号である。Ｖｍ４は、Ｍ４とＲｐ４との間の電圧降下によって登録された電圧測定値を示す出力信号である。電圧バイアス及びインピーダンス整合の他の構成もまた、本明細書に記載される方法及びシステムで実装され得ることを理解されよう。更に、エレクトレットコンデンサマイクロホン以外の他のタイプのマイクロホン及び／又は音響センサもまた、実装され得る。例えば、他のマイクロホンとしては、これらに限定されるものではないが、カージオイド、一方向性、全方向性、マイクロ電気機械形、及び圧電性が挙げられ得る。他のマイクロホンが異なるタイプのバイアス及びインピーダンス整合構成を必要とし得ることを理解されよう。
【００３９】
図６に図示される実施形態では、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々が１つ以上のクラスタと関連付けられる。具体的には、図６では、センサＭ２及びＭ３は、クラスタ６０８と関連付けられ、センサＭ１及びＭ４は、クラスタ６１０と関連付けられる。したがって、クラスタ６０８は、長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされた少なくとも１つのセンサと、Ｙ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めする少なくとも１つのセンサとを含む。同様に、クラスタ６１０は、長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされた少なくとも１つのセンサと、Ｙ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めする少なくとも１つのセンサとを含む。
【００４０】
一実施形態では、出力信号Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３、及びＶｍ４は、クラスタ及び／又はセンサの各々の位置決めに基づいて処理される（例えば、フィルタリング部６０４を介する）。具体的には、センサＭ２及びＭ３は、ＲＣ偶力のＲ１及びＣ１を介して演算増幅器Ａｍｐ１の半分に接続される。出力信号Ｖｍ２及びＶｍ３は、Ａｍｐ１によって処理される。具体的には、この例では、ＲＣ偶力は、０．３４Ｈｚの周波数で高域フィルタリングの単極を提供する。Ａｍｐ１は、Ｒ２／Ｒ１＝１Ｖ／Ｖの利得で３．４Ｈｚにおける低域フィルタリングの第２の極を発生させるように並列ＲＣ回路を介する出力リードを通って結合される。Ａｍｐ１の出力は、０．３４〜３．４ＨｚでフィルタリングされたＶｍ２＋Ｖｍ３に等しいＭ２及びＭ３の出力の総和である。
【００４１】
同様に、センサＭ１及びＭ４はまた、ＲＣ偶力のＲ１及びＣ１を介して演算増幅器Ａｍｐ２の半分に接続される。出力信号Ｖｍ１及びＶｍ４は、Ａｍｐ２によって処理される。具体的には、ＲＣ偶力は、０．３４Ｈｚの周波数で高域フィルタリングの単極を提供する。Ａｍｐ２は、Ｒ２／Ｒ１＝１Ｖ／Ｖの利得で３．４Ｈｚにおける低域フィルタリングの第２の極を発生させるように並列ＲＣ回路を介する出力リードを通って結合される。Ａｍｐ２の出力は、０．３４〜３．４ＨｚでフィルタリングされたＶｍ１＋Ｖｍ４に等しいＭ１、Ｍ４の出力の総和である。
【００４２】
更に、各演算増幅器Ａｍｐ１、Ａｍｐ２の出力は、５０００／Ｒｇ＝５００００／１０＝５０００Ｖ／Ｖの利得を送達するように構成された差動生体計測増幅器Ａｍｐ３に供給される。Ａｍｐ３は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の出力のノイズ打ち消しを提供することができる。具体的には、図２と共に上述されるように、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の機械的結合、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の位置決め、並びに多次元アレイの質量中心の位置決めにより、環境振動は、各センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４に等しく影響を与える。したがって、Ａｍｐ３は、コモンモードとして環境振動を各差動増幅器Ａｍｐ１、Ａｍｐ２の出力信号から取り除くことができる。差動生体計測増幅器Ａｍｐ３の出力信号は、フィルタリングされたＧＸ［（Ｖｍ２＋Ｖｍ３）−（Ｖｍ１＋Ｖｍ４）］に等しい。差動生体計測増幅器Ａｍｐ３の出力信号は、運転者３０２の自律神経系の緊張及び障害のレベルを決定するために更に解析され得る（例えば、プロセッサ１０４による）生体信号を表す。図２を参照すると、短いモーメントアームｙ１及び長いモーメントアームｙ２（即ち、Ｖｍ２＋Ｖｍ３及びＶｍ１＋Ｖｍ４）の両方を含むセンサの対を共に追加することによって、モーメントアームの差の差動効果は、コモンモードになり、差動増幅で打ち消す。同様に、この様式でセンサの対を選択すると、モーメントアームｄｘでＹ軸を中心とする回転と共に生じる面外運動は、コモンモードになり、差動増幅で打ち消す。
【００４３】
上述されるように、フィルタ１０６は、処理するための様々な増幅器（Ａｍｐ１、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３）を含むことができる。他のタイプのフィルタ及び増幅器が本明細書に論述されるシステム及び方法で実装され得ることを理解されよう。例えば、帯域通過フィルタ、位相打ち消しフィルタ等。増幅に加えて、フィルタ１０６は、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、及び／又は処理するために複数のセンサの各々からの出力を選択的に転送するためのマルチプレクサ６０６を含むことができる。一実施形態では、マルチプレクサ６０６は、定義済み係数に基づくＡｍｐ１、Ａｍｐ２、及び／又はＡｍｐ３によって更に処理するための多次元センサアレイ６００の複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４からのセンサ出力を選択的に受信し、及び／又は得ることができる。例えば、この出力は、センサの位置、多次元アレイの位置、クラスタ、出力の信号対ノイズの比率等に基づいて選択され得る。一実施形態では、マルチプレクサは、単一センサ、単一クラスタからの２つ以上のセンサ、又は２つ以上のクラスタからの出力を選択的に受信することができる。別の実施形態では、マルチプレクサ６０６は、定義済み係数、例えば、センサの位置、マルチプレクサの位置、出力の信号対ノイズの比率等に基づいてクラスタを事前に定義することができる。２つ以上の多次元センサアレイを含む実施形態では、マルチプレクサ５０６は、定義済み係数に基づいてＡｍｐ１、Ａｍｐ２、及び／又はＡｍｐ３によって更に処理するための多次元センサアレイの各々からの複数のセンサの各々の出力を選択的に受信及び／又は転送することができる。例えば、多次元アレイの位置、センサの位置、出力の信号対ノイズの比率等。
【００４４】
更に、いくつかの実施形態では、マルチプレクサ６０６は、例えば、プロセッサ１０４、アルゴリズムで使用するために定義済み係数に基づく生体信号、並びに運転者４０２の自律神経系の緊張及び／又は障害のレベルを決定するためのプロセスに選択的に出力することができる。例えば、生体信号は、信号対ノイズの比率、生体データのタイプ、又は多次元アレイの位置等に基づいて出力されてもよい。理解され得るように、１つ以上の多次元アレイ及び複数のセンサの各々からの出力の様々な組み合わせが企図される。
【００４５】
図１のシステム１００の他の構成が企図され得ることを理解されよう。ここで、図１〜６を参照しながら、別の実施形態を論じる。具体的には、システム１００を多次元センサ配列として説明する。多次元センサ配列の状況内での図１〜６のコンポーネントは、上述される図１〜５のコンポーネントと同様に機能する。多次元センサ配列（例えば、システム１００）は、１つ以上のクラスタと関連付けられた複数のセンサを含む。例えば、図１では、多次元センサアレイ２００は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を含む。センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々は、１つ以上のクラスタと関連付けられてもよく、これは、本明細書により詳細に記載される。
【００４６】
多次元センサ配列１００はまた、第１の複数のセンサ及び第２の複数のセンサが機械的に固定される共通の構造的結合材料を含む。再び、図２を参照すると、多次元センサアレイ２００は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々が機械的に固定される共通の構造的結合材料２０２を含む。他のタイプのコンポーネントもまた、企図される。更に、多次元アレイの質量中心は、複数のセンサによって画定された幾何学的中心の外側に位置する。
【００４７】
多次元センサ配列１００はまた、複数のセンサに動作可能に接続されたフィルタであって、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、出力を処理し、それにより生体信号を出力するように構成される、フィルタを含む。例えば、図６では、フィルタリング部６０４は、センサＭ１及びＭ２並びにセンサＭ３及びＭ４に動作可能に接続される。フィルタ（即ち、マルチプレクサ５０６）は、出力を選択的に受信し、出力をフィルタ（例えば、Ａｍｐ１、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３）に転送して、出力を処理するように構成される。一実施形態では、フィルタは、各センサと関連付けられたクラスタに基づいて出力を処理するように構成される。したがって、図６と共に詳細に論述されるように、出力信号Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３、及びＶｍ４は、多次元アレイ内の複数のセンサの各々と関連付けられたクラスタに基づいて処理される（例えば、フィルタリング部５０４）。多次元センサ配列を含むシステム１００の他の構成が本明細書に論述されるシステム及び方法と共に企図され得ることを理解されよう。
【００４８】
ＩＩ．生体データ解析のための方法
ここで、図７の方法を参照しながら、動作中のシステム１００を説明する。図１〜４及び６のシステム並びにコンポーネントを参照しながら、図６の方法を説明するが、本方法は、他のシステム及びコンポーネントと共に使用され得ることを理解されるべきである。図７の方法は、工程７０２では、多次元センサアレイを提供することを含む。例えば、図１では、システム１００は、多次元センサアレイ１１６を含む。別の実施形態では、システム１００は、１つ以上の多次元センサアレイ、例えば、多次元センサアレイ１１６、第２の多次元センサアレイ１１８、及び第３の多次元センサアレイ１２０を含む。
【００４９】
多次元センサアレイは、共通の構造的結合材料に機械的に結合された複数のセンサを含む。図２と共に詳細に上述されるように、多次元センサアレイ２００は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４を含む。一実施形態では、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、音響センサ、例えば、マイクロホンである。センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合される。共通の構造的結合材料２０２は、センサＭ１とセンサＭ２とセンサＭ３とセンサＭ４との間に非電気様式で接続を提供する。
【００５０】
更に、複数のセンサの各々は、１つ以上のクラスタと関連付けられ得る。図６を参照すると、多次元センサアレイは、クラスタ６０８と、クラスタ６１０とを含む。多次元センサアレイ２００は、任意の数のクラスタを含み得ることを理解されよう。クラスタは、１つ以上のセンサ（例えば、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、及び／又はＭ４）と関連付けられ、又はそれらを含む。例えば、図６では、センサＭ２及びＭ３は、クラスタ６０８と関連付けられ、センサＭ１、Ｍ４は、クラスタ６１０と関連付けられる。部域群の他の構成及びパターンがセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４で実装され得ることを理解されよう。
【００５１】
再び、工程７０２に戻ると、多次元センサアレイは、運転者と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される。図４と共に詳細に上述されるように、要素４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、多次元アレイ又は２つ以上の多次元アレイ（例えば、多次元アレイ１１６、第２の多次元アレイ１１８、及び／又は第３の多次元アレイ１２０）が運転者４０２と関連付けられた生体データを検知するために配設される位置を示す。一実施形態では、多次元センサアレイは、車両を占有する運転者の胸部と関連付けられた生体データを検知するための位置に配設される。図４では、要素４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、運転者４０２の胸部を示す。具体的には、要素４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、運転者４０２の胸郭の上部頸胸部、中央胸部、及び下部胸腰部をそれぞれ示す。
【００５２】
一実施形態では、２つ以上の多次元センサアレイは、該各多次元センサアレイ（例えば、多次元センサアレイ１１６、第２の多次元センサアレイ１１８、第３の多次元センサアレイ１２０）が運転者の異なる胸部と関連付けられた生体データを検知するために異なる位置に配設されることを実装し得ることを理解されよう。例示的な実施例として、多次元センサアレイ１１６は、運転者４０２の上部頸胸部４１４ａに近接する位置４１２ａに配設されてもよく、第２の多次元センサアレイ１１８は、運転者３４０２の下部胸腰部４１４ｃに近接する位置４１２ｃに配設されてもよい。他の位置に配設された多次元センサアレイの他の数又は位置の組み合わせも実装されてもよい。
【００５３】
図２と共に詳細に上述されるように、複数のセンサの各々は、多次元アレイの質量中心を画定するように、多次元センサアレイ上の位置に提供され、そこで質量中心は、複数のセンサによって境界された区域の外側に位置する。例えば、図２では、多次元アレイ２００は、複数のセンサによって境界された区域の外側に位置する質量中心２０４を有する。共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合されるセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、複数のセンサによって境界された区域の外側に質量中心２０４を画定するように提供される（即ち、位置決めされる）。具体的には、質量中心２０４は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４によって境界される区域２０６の外側に位置する。区域２０６は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々の位置並びに複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の幾何学的中心２０８によって画定される。一実施形態では、質量中心２０４は、多次元アレイ２００の加重部２１０によって画定される。一実施形態では、加重部２１０は、多次元アレイ２００上に位置決めされた電源（図示せず）によって実装される。更なる実施形態では、質量中心２０４は、湾曲した形状構成（図示せず）で多次元アレイを提供することによって作り出される。複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の幾何学的中心２０８の外側の場所に質量中心２０４を提供することによって、周囲の機械的振動（即ち、ノイズ）は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々に、互いに対して面内に（即ち、同相に）登録する。
【００５４】
再び、図７を参照すると、工程７０４では、本方法は、複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信することを含む。例えば、フィルタ１０６は、複数のセンサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の各々からの出力（例えば、運転者と関連付けられた生体データの測定値を示す未処理のデータ信号）を選択的に受信するように構成されたマルチプレクサ１１５を含むことができる。一実施形態では、マルチプレクサ１１５は、所定の係数に基づいて複数のセンサの各々からの出力を選択的に受信し、及び／又は得ることができる。所定の係数としては、これらに限定されるものではないが、多次元センサアレイの位置、多次元アレイ内の各センサの位置、センサと関連付けられたクラスタ、各センサの出力の信号対ノイズの比率等が挙げられ得る。
【００５５】
工程７０６では、本方法は、複数のセンサの各センサからの出力を処理することを含む。一実施形態では、出力を処理することは、センサの各々と関連付けられたクラスタに基づいている。図６で分かり得るように、出力信号Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３、及びＶｍ４は、多次元アレイ内の複数のセンサの各々と関連付けられたクラスタに基づいて処理される（例えば、フィルタリング部６０４）。具体的には、クラスタ６０８と関連付けられる音響センサＭ２及びＭ３は、ＲＣ偶力のＲ１及びＣ１を介して演算増幅器Ａｍｐ１の半分に接続される。出力信号Ｖｍ２及びＶｍ３は、Ａｍｐ１によって処理される。Ａｍｐ１の出力は、０．３４〜３．４ＨｚでフィルタリングされたＶｍ２＋Ｖｍ３に等しいＭ２及びＭ３の出力の総和である。
【００５６】
更なる実施形態では、複数のセンサの各センサからの出力を処理することは、各センサの位置決めに基づいている。例えば、出力を処理することは、多次元アレイ２００のＸ軸に沿って位置決めされたセンサからの信号出力、及び多次元アレイ２００のＹ軸に沿って位置決めするセンサからの信号出力に基づき得る。これにより、Ｘ軸及びＹ軸からのモーメントが差動増幅中にコモンモードになることができる。より具体的には、処理は、長短のモーメントアームでＹ軸に沿って位置決めされたセンサ、及びＹ軸の両側にｘモーメントアームでＸ軸に沿って位置決めするセンサからの信号出力に基づいている。
【００５７】
同様に、クラスタ６１０と関連付けられた音響センサＭ１及びＭ４はまた、ＲＣ偶力のＲ１及びＣ１を介して演算増幅器Ａｍｐ２の半分に接続される。出力信号Ｖｍ１及びＶｍ４は、Ａｍｐ２によって処理される。Ａｍｐ２の出力は、０．３４〜３．４ＨｚでフィルタリングされたＶｍ１＋Ｖｍ４に等しいＭ１、Ｍ４の出力の総和である。更に、各演算増幅器Ａｍｐ１、Ａｍｐ２の出力は、５０００／Ｒｇ＝５００００／１０＝５０００Ｖ／Ｖの利得を送達するように構成された差動生体計測増幅器Ａｍｐ３に供給される。Ａｍｐ３は、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４の出力のノイズ打ち消しを提供する。具体的には、図２と共に上述されるように、センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４が共通の構造的結合材料２０２に機械的に結合されることにより、環境振動が各センサＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４に等しく影響を与える。したがって、Ａｍｐ３は、コモンモードとして環境振動を各差動増幅器Ａｍｐ１、Ａｍｐ２の出力信号から取り除くことができる。差動生体計測増幅器Ａｍｐ３の出力信号は、フィルタリングされたＧＸ［（Ｖｍ２＋Ｖｍ３）−（Ｖｍ１＋Ｖｍ４）］に等しい。対の和Ｖｍ２＋Ｖｍ３及びＶｍ１＋Ｖｍ４は各々、長いモーメントアームのノイズ成分（Ｖｍ１、Ｖｍ３）、及び短いアームのモーメントアーム（Ｖｍ２及びＶｍ４）の両方からのセンサ出力を含むことに留意されよう。更に、各対の和は、縦軸の周囲に位相外れの回転運動からのセンサ出力を含む。したがって、全てのノイズ成分は、対の和に対するコモンモードであり、差動増幅で打ち消す。
【００５８】
差動生体計測増幅器Ａｍｐ３の出力信号は、他のシステム及び方法に出力され得る生体信号を表す。したがって、工程７０８では、本方法は、処理に基づいて生体信号を出力することを含む。運転者３０２の自律神経系の緊張及び障害のレベルを決定するために更に解析され得る（例えば、プロセッサ１０４による）生体信号。多次元アレイに共通の構造的結合材料を介して機械的に結合された複数のセンサを提供し、部域差に基づいてセンサの出力を処理することによって、高品質の生体信号は、運転者３０２の自律神経系の緊張及び障害のレベルを決定するために得られ、使用され得る。
【００５９】
ＩＩＩ．例示的な出力
ここで、生体信号解析システム及び他のシステムからの例示的な出力を説明する。図１のシステム１００によって取得及び処理される生体データを示す音響信号の状況において、図２〜６のコンポーネントを参照しながら、図８〜１０、１３〜１４、及び１６に図示されるこれらの例を論じる。具体的には、音響信号は、車両内の個人（例えば、運転者３０２）の心臓及び血流量と関連付けられた生体データを示す。ここで図８を参照すると、図１のシステム１００からの例示的な大動脈内血流量波の出力信号８０２が示される。具体的には、信号８０２は、運転者４０２の上部頸胸部４１４ａに近接する位置に配設された多次元センサアレイ１１６からの生体信号出力である。図８で分かり得るように、従来の心音Ｓ１及びＳ２は、システム１００によって識別され得る。最大大動脈内血流量は、矢印によって示される波底によって検出される。加えて、出力信号８０２は、血流量波の頂点で切り欠きを有する重複外観（即ち、切痕）を有する。これらの切痕は、大動脈及び肺動脈弁の閉鎖に相当する音Ｓ２の発現である。
【００６０】
図９は、運転者４０２の中央胸部４１４ｂに近接する位置に配設された多次元センサアレイ１１６から出力された例示的な大動脈内血流量波の出力信号８０２を図示する。大動脈圧に共通する重複切痕は、数表示９０４によって示されるような出力信号９０２で分かり得る。更に、図１０を参照すると、例示的な大動脈内血流量波の出力信号１００２は、運転者４０２の下部胸腰部４１４ｃに近接する位置に配設された多次元センサアレイ１１６から出力する。明らかなように、切痕は、信号１００２でそれほど顕著でない。全ての部位（即ち、上部部位、中央部位、及び下部部位）では、最大大動脈内血流量は、波底（即ち、矢印によって示されるような）によって検出される。これらの点は、間隔計算（例えば、Ｒ−Ｒ間隔）を利用して、自律神経系の緊張及び障害状態を推定する用途で使用され得る。
【００６１】
ここで、図１１〜１６を参照すると、実際の心電図と比較されるような単一センサからの例示的な出力（即ち、システム１００の多次元アレイ１１６からではない）が示される。具体的には、図１１では、単一センサからの例示的な出力信号１１０２（即ち、システム１００の多次元アレイ１１６からではない）、及び同時心電図の例示的な出力信号１１０４が示される。図１２では、単一センサからの例示的な出力信号１２０２（即ち、システム１００の多次元アレイ１１６からではない）、エンジンをかけたままの車両内で測定された同時心電図の例示的な出力信号１２０４が示される。信号１１０２及び１２０２は、大動脈内血流量の頂点がもはや分解され得ない程度に車両の機械的振動から低下される。
【００６２】
比較して、図１３及び１４を参照すると、システム１００の多次元センサアレイからの例示的な出力が示される。具体的には、図１３は、出力信号１３０２を図示し、図１４は、出力信号１４０２を図示する。システム１００における機械的結合及び差動増幅は、運転者の心拍数がエンジンをかけたままで分解されることを可能にする。具体的には、大動脈内血流量に相当する個々の底値（矢印によって示される）は顕著であり、車両の機械的振動によって低下されていない。したがって、多次元アレイに共通の構造的結合材料を介して機械的に結合された複数のセンサを提供し、図１と共に上述されるように部域差に基づいてセンサの出力を処理することによって、エンジンが動作中である間、高品質の生体信号が車両内で得られ得る。
【００６３】
ここで、図１５及び１６を参照すると、図１５に示される単一センサからの例示的なパワースペクトル出力、及び図１６のシステム１００の多次元センサアレイからの例示的なパワースペクトル出力を論じる。図１５では、エンジンを切ったとき（上部）、エンジンがアイドルのとき（中央）、及び駆動中（下部）の単位センサの出力が示される。図１６では、エンジンを切った状態（上部）、エンジンのアイドル状態（中央）、及び駆動中（下部）の図１、２、３、及び６の多次元アレイの出力が示される。図１６の多次元アレイの信号対ノイズ比率は、エンジンを切った状態及びアイドリング状態の約８：１であるが、図１５では、それは、単一センサではほんの３：１であることに留意されよう。この観測結果は、ほんの１つのセンサとは対照的に４つのセンサを使用する追加の増幅利点を示す。アレイを使用すると、約２：１であり、それに対してほんの単一要素（即ち、図１５の下部及び図１６の下部）では１：８であるエンジンが動作するときに留意されよう。この観測結果は、機械的結合の有益なノイズ打ち消し効果を示す。したがって、複数のセンサの各々を機械的に結合することによって、信号対ノイズの比率は、駆動中に改善される。
【００６４】
本明細書に論述される実施形態は、コンピュータで実行可能な命令を記憶するコンピュータ可読記憶媒体の状況において記載され、実装され得る。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含む。例えば、フラッシュメモリドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びテープカセットである。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、モジュール、若しくは他のデータといった情報を記憶するための任意の方法又は技術において実装される、揮発性及び不揮発性の、取り外し可能及び取り外し不能な媒体を含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、一時的でない有形媒体及び伝達されるデータ信号を除外する。
【００６５】
上で開示される種々の実装例、並びに他の特性及び機能、又はその代替案若しくは変形は、多くの他の異なるシステム又は適用に望ましく組み合わせられ得ることが理解されよう。また、種々の現在予期されていない、若しくは予想されていない代替案、修正、変形、又は改善が、後に当業者によって行われてもよく、それらも、以下の「特許請求の範囲」によって包含されるよう意図される。
【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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