(57)【要約】【課題】非侵襲でありながらより顕著な生体信号を検出可能なセンサを用いた生体信号分析装置及び該生体信号分析装置を用いたシートを提供する。【解決手段】非侵襲で生体信号を検出するセンサであるエアクッション１０を、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設すると共に、その上端を、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットして用いる。横隔膜では、心拍、呼吸あるいは横隔膜付近を通過する大動脈の脈動などの生体信号が共鳴し、増幅する。また、腰腸肋筋は、腰部付近を通過する大動脈の脈動によって振動しやすい位置にある。従って、エアクッション１０を上記のように配置することにより、横隔膜や腰腸肋筋によって増幅された生体信号を検出できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備え、人体支持手段における、人の腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションと、
人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動から人の生体状態を分析する分析手段と
を具備する生体信号分析装置であって、
前記エアクッションは、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセット可能な長さを備えることを特徴とする生体信号分析装置。
【請求項２】
前記エアクッションの長さが１５０〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の生体信号分析装置。
【請求項３】
前記復元力付与部材が、前記空気袋の内部に収容され、空気袋に対して内側から復元力を付与する弾性部材からなることを特徴とする請求項１記載の生体信号分析装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、三次元立体編物から形成されていることを特徴とする請求項３記載の生体信号分析装置。
【請求項５】
前記エアクッションは、２つの空気袋を備えており、２つの空気袋が重なるようにして用いられる構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の生体信号分析装置。
【請求項６】
前記分析手段は、エアクッションの２つの空気袋の各空気圧変動の値の和を用いて分析を実行する構成であることを特徴とする請求項５記載の生体信号分析装置。
【請求項７】
シートバックにおける腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションを備えたシートであって、
前記エアクッションは、空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備え、
人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットされており、
人の生体状態を分析するため、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出可能であることを特徴とするシート。
【請求項８】
前記エアクッションの長さが１５０〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項７記載のシート。
【請求項９】
前記シートを構成するシートバックの中心から左右それぞれに２０〜８０ｍｍの範囲と、シートクッションとシートバックとの境界からそれぞれシートバックに沿って上方に１０〜８０ｍｍの範囲に、前記各エアクッションの内側部下端が位置するように配設されていることを特徴とする請求項８記載のシート。
【請求項１０】
前記各エアクッションの内側部上端の位置が、シートバックの中心から左右それぞれに４０〜１００ｍｍの範囲であって、前記内側部下端よりもシートバックの中心から離れた位置となるように配設されていることを特徴とする請求項９記載のシート。
【請求項１１】
前記復元力付与部材が、前記空気袋の内部に収容され、空気袋に対して内側から復元力を付与する弾性部材からなることを特徴とする請求項７記載のシート。
【請求項１２】
前記弾性部材は、三次元立体編物から形成されていることを特徴とする請求項１１記載のシート。
【請求項１３】
前記エアクッションは、２つの空気袋を備えており、２つの空気袋が重なるようにして用いられる構造であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１に記載のシート。
【請求項１４】
前記分析手段は、エアクッションの２つの空気袋の各空気圧変動の値の和を用いて分析を実行する構成であることを特徴とする請求項１３記載のシート。
【請求項１５】
人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動から人の生体状態を分析する分析手段が、シートクッション及びシートバックのいずれかの部位に付設されていることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１に記載のシート。
【請求項１６】
シートバックにおける腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションを用いた生体信号分析方法であって、
前記エアクッションとして、空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備えるものを用い、
前記エアクッションを、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットし、
呼吸、心拍又は音声によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出することを特徴とする生体信号分析方法。
【請求項１７】
音声によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出して、生体状態を判定することを特徴とする請求項１６記載の生体信号分析方法。
【請求項１８】
呼吸によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出して、心拍の状態を推定することを特徴とする請求項１６記載の生体信号分析方法。
【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信号分析装置、該生体信号分析装置を用いたシート並びに生体信号分析方法に関する。
【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おり、例えば、特許文献１〜３には、心臓の拍動に伴う体表面の振動を、シートクッションを構成するクッション材に装着した薄膜状の圧電素子（圧電フィルムセンサ）により検出する技術が開示されている。圧電素子の出力をカオス解析して生体状態を監視するもので、測定用の大がかりな装置の頭部への装着が不要で、簡易に運転者の生体状態を評価できる。
【特許文献１】特開平９−３０８６１４号公報
【特許文献２】特開平１０−１４６３２１号公報
【特許文献３】特開２００５−１６８６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１〜３に示された技術では、心拍、呼吸に伴って伝達された臀部皮膚表面の非常に小さな微振動を検出するものであり、センサとしては高い感度のものが要請される。特に、アイドリング状態や走行中は、車体を介して入力される外的要因による振動（ノイズ信号）の影響が大きい。ノイズ信号との区別を明確にするため、本出願人は、例えば、ＷＯ２００５／０９２１９３号公報に、生体信号の変位（振幅）の変化率を求め、さらにこれを所定のスライドラップ率で所定回数スライド計算して得られる振幅変化率の傾き（パワー値の傾き）の時系列データや、カオス指標の最大リアプノフ指数を同様にスライド計算処理して得られる最大リアプノフ指数傾きの時系列データを求めることを提案している。これにより求められた各傾きの時系列データは、生体信号特有のゆらぐような波形データ（生体ゆらぎのデータ）を顕在化させることができ、多くのノイズ信号をカットできる。本出願人のかかる手法は、非侵襲で測定した微弱な生体信号を抽出できる利点はあるが、センサで検出する生体信号は、微弱な信号よりも、より顕著な信号であることが望まれる。
【０００４】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、非侵襲で、着座するだけで顕著な生体信号を検出可能なセンサを用いた生体信号分析装置、該生体信号分析装置を用いたシート並びに生体信号分析方法を提供することを課題とする。また、このセンサを配設することにより身体支持性が増し、体圧分散性をも高めることができる生体信号分析装置及び該生体信号分析装置を用いたシート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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の生体信号分析装置は、空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備え、人体支持手段における、人の腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションと、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動から人の生体状態を分析する分析手段とを具備する生体信号分析装置であって、前記エアクッションは、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセット可能な長さを備えることを特徴とする。
前記エアクッションの長さは、１５０〜３００ｍｍであることが好ましい。
前記復元力付与部材は、前記空気袋の内部に収容され、空気袋に対して内側から復元力を付与する弾性部材からなることが好ましく、前記弾性部材は、三次元立体編物から形成されることが好ましい。
また、前記エアクッションは、２つの空気袋を備えており、２つの空気袋が重なるようにして用いられる構造であることが好ましい。この場合、前記分析手段は、エアクッションの２つの空気袋の各空気圧変動の値の和を用いて分析を実行する構成であることが好ましい。
【０００６】
また、本発明のシートは、シートバックにおける腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションを備えたシートであって、前記エアクッションは、空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備え、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設されると共に、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットされており、人の生体状態を分析するため、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出可能であることを特徴とする。
前記シートで用いられるエアクッションの長さは１５０〜３００ｍｍであることが好ましい。
また、前記エアクッションは、前記シートを構成するシートバックの中心から左右それぞれに２０〜８０ｍｍの範囲と、シートクッションとシートバックとの境界からそれぞれシートバックに沿って上方に１０〜８０ｍｍの範囲に、前記各エアクッションの内側部下端が位置するように配設されていることが好ましい。
また、前記各エアクッションの内側部上端の位置が、シートバックの中心から左右それぞれに４０〜１００ｍｍの範囲であって、前記内側部下端よりもシートバックの中心から離れた位置となるように配設されていることが好ましい。
また、前記シートで用いられる復元力付与部材は、前記空気袋の内部に収容され、空気袋に対して内側から復元力を付与する弾性部材からなることが好ましく、前記弾性部材は、三次元立体編物から形成されていることが好ましい。また、前記エアクッションは、２つの空気袋を備えており、２つの空気袋が重なるようにして用いられる構造であることが好ましい。この場合、前記分析手段は、エアクッションの２つの空気袋の各空気圧変動の値の和を用いて分析を実行する構成であることが好ましい。
また、前記シートには、人の生体信号によって生じる前記エアクッションの空気圧変動データから人の生体状態を分析する分析手段が、シートクッション及びシートバックのいずれかの部位に付設されていることが好ましい。
また、本発明は、シートバックにおける腰部付近を支持する部位に組み込まれるエアクッションを用いた生体信号分析方法であって、
前記エアクッションとして、空気の吸排気口を除いて密閉して形成された空気袋と、荷重により押圧されることによって前記吸排気口から空気が排出されると、前記空気袋に対して膨張方向への復元力を付与し、荷重の低下に伴って前記吸排気口から前記空気袋内に空気を取り込ませる復元力付与部材とを備えるものを用い、
前記エアクッションを、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で、その上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットし、
呼吸、心拍又は音声によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出することを特徴とする生体信号分析方法を提供する。。
上記のうち、本発明では、音声によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出して、生体状態を判定することが好ましい。
また、本発明では、呼吸によって生じる前記エアクッションの空気圧変動を検出して、心拍の状態を推定することもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、非侵襲で生体信号を検出するセンサであるエアクッションを、人の左右の腰腸肋筋に対応する位置の少なくとも一方に、該各腰腸肋筋に沿って略縦長状態で配設すると共に、その上端を、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットして用いる。横隔膜では、心拍、呼吸あるいは横隔膜付近を通過する大動脈の脈動などの生体信号が共鳴し、増幅する。また、腰腸肋筋は、腰部付近を通過する大動脈の脈動によって振動しやすい位置にある。従って、エアクッションを上記のように配置することにより、シートに着座するだけで、身体に何らの計測装置も身につけることなく、横隔膜や腰腸肋筋を利用して、これによって増幅された生体信号を検出できる。
【０００８】
もちろん、圧電素子等を、例えば、人の心臓により近い位置にセットする構成とすれば、心拍等の検出感度は高まるが、この場合には、生体信号検出のための専用のセンサを配置しなければならない。例えば、乗物用シートの場合、心臓に対応する位置にかかるセンサを配置したとしても、ランバーサポート等、シートの機能上必要な部材は、それとは別途に設ける必要がある。これに対し、本発明では、上記のように腰腸肋筋に沿って略縦長にエアクッションを配設することにより、腰部を支持するランバーサポートとしての機能を備えながら、生体信号検出センサとして機能させることができ、しかも、横隔膜の共鳴機能、腰腸肋筋の振動機能を利用して、高い感度で生体信号を検出可能である。すなわち、呼吸、心拍、音声などは、横隔膜及び他の筋肉を介した固体伝搬音として、エアクッションに伝達される。このときの固体伝搬音は、その圧力値及び周波数によって、所定の面剛性のあるエアクッションの空気袋を共振させ、さらに、その内部に配置された弾性部材である三次元立体編物の連結糸を振動させ、それにより空気袋内の空気を振動させて空気圧変動を生じさせるか、あるいは、エアクッションを押圧して空気圧変動を生じさせるため、このようにして生じた空気圧変動を測定することで生体信号を検出することができる。特に、音声信号の場合、人の声が空気伝搬する際には、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚの高周波であり、音声信号を採取するには専用の装置が必要となるが、本発明によれば、上記のように腰腸肋筋に沿ってエアクッションを設けているため、横隔膜及び他の筋肉を介した固体伝搬音として、空気伝搬音よりも低周波の振動として採取できる。心身状態が、緊張状態とリラックス状態とでは、筋肉の緊張度合いが変化する。このため、横隔膜及び他の筋肉を伝搬する音声も、緊張状態であるか否かによりこれらの筋肉の振動が変化することになる。従って、音声を検知することにより、着座者（運転者）の神経系の状態を推測することができる。また、本発明によれば、心拍の直接計測も可能であるが、自動車の走行時おいて外部から入力される振動に邪魔されるような場合には、呼吸による空気圧変動から心拍変動の状態を推定することもできる。
【０００９】
また、人体の各腰腸肋筋に対応する位置のそれぞれに配置されるため、腰部の体側付近が支えられ、姿勢が安定すると共に、エアクッションが腰部形状にフィットするため体圧分散性も高まり、振動吸収性、座り心地もよくなる。
【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信号分析装置１を示す図であり、図２は、この生体信号分析装置１をシート１００に適用した様子を示す図である。生体信号分析装置１は、エアクッション１０、空気圧測定器２０、及び分析手段３０を有して構成される。
【００１１】
エアクッション１０は、空気袋１１と復元力付与部材１２とを有している。空気袋１１は、生体信号並びに人の声を固体伝搬するに必要な剛性が確保される必要がある。剛性が不足すると、固体伝搬音が減衰するためである。また、本実施形態のエアクッション１０は、境界部１３を挟んで２つの空気袋１１，１１を備えており、図２に示したように、２つの空気袋１１，１１が重なるように二つ折りにして用いられる。各空気袋１１，１１は、図１に示したように、所定の大きさを備えた任意の形状で形成されるが、好ましくは、幅４０〜１００ｍｍ、長さ１５０〜３００ｍｍのものである。各空気袋１１には、任意の部位、図１では、長さ方向の一端側に空気の吸排気口１１ａが設けられ、その他の周縁は全て密閉されている。吸排気口１１ａには、空気圧測定器２０が接続される。これにより、エアクッション１０に荷重が付加されたり、付加された荷重が低下したりすると、空気圧測定器２０により、空気圧変動が検出される。
【００１２】
エアクッション１０は、シートバック１１０の腰部付近に組み込まれる。具体的には、本実施形態では、シート１００に着座する人の左右の腰腸肋筋の対応する位置に、上記のように二つ折りにして該腰腸肋筋に沿って略縦長状態で、図２に示したように配設される。各腰腸肋筋は、横隔膜寄りの部位よりも臀部寄りの部位の方が、腰腸肋筋間の間隔（背骨から各腰腸肋筋までの距離）が短くなるようになっている。従って、略縦長状態とは、下方に向かうほど２つのエアクッション１０，１０間の隙間が狭くなるように若干斜めに配設することを意味する。また、エアクッション１０，１０は、その各上端が、少なくとも人の横隔膜の下面に相当する高さにセットされる。腰腸肋筋に対応して略縦長状態で配設したときに、少なくとも上端が人の横隔膜の下面に相当する高さとなるようにするためには、エアクッション１０，１０は上記したように１５０〜３００ｍｍの長さを有することが好ましい。なお、エアクッション１０，１０’の上端は、最も高く配設した場合で横隔膜の上面に相当する高さ以下となるようにセットすることが好ましい。
【００１３】
エアクッション１０，１０の長さが１５０〜３００ｍｍの範囲で、その上端が横隔膜の少なくとも下面に相当する高さとなり、かつ腰腸肋筋に沿うように配設するためには、シートバック１１０の中心Ｂから左右それぞれに２０〜８０ｍｍの範囲と、シートクッション１２０とシートバック１１０との境界からそれぞれシートバック１１０に沿って上方に１０〜８０ｍｍの範囲に、各エアクッション１０，１０の内側部下端１０ａ，１０ａが位置するように配設すればよい。また、各エアクッション１０，１０の内側部上端１０ｂ，１０ｂの位置は、シートバック１１０の中心Ｂから左右それぞれに４０〜１００ｍｍの範囲であって、内側部下端１０ａ，１０ａよりもシートバック１１０の中心Ｂから離れた位置となるように配設する。
【００１４】
空気袋１１は、腰腸肋筋などの人の筋肉を介した心拍、音声、呼吸などの生体信号の固体伝搬音が伝達されることにより共振する性質を備える。そのため、上記したように、高い剛性を備えることが必要であり、振動特性のゲインが１以上の材料であることが好ましい。
【００１５】
復元力付与部材１２は、各空気袋１１内に収容可能な大きさで形成され、各空気袋１１に対して内側から復元力を付与するものである。復元力付与部材１２としては、１点集中荷重では柔らかなバネ特性を発揮するものの、所定の大きさの面接触では、例えば、人の片側臀部の直径に相当する直径９８ｍｍ以上の範囲の面接触では、線形で硬いバネ特性を発揮し、高い復元力が得られる三次元立体編物を用いることが好ましい。三次元立体編物はこのような特徴を有するため、局部的に押圧した際に柔らかなバネ特性を示し、所定面積で押圧した際に比較的硬いバネ特性を示す人の筋肉のバネ特性に近似している。上記空気袋１１内に収容するため、三次元立体編物として例えば幅約１０〜９０ｍｍ、長さ約８０〜２８０ｍｍ程度の短冊状のものが用いられる。復元力付与部材１２は、かかる短冊状の三次元立体編物１枚から構成してもよいし、図３に示したように、これを２枚以上の積層した状態で空気袋２内に収容してもよい。
【００１６】
復元力付与部材１２を構成する三次元立体編物は、所定間隔をおいて位置する一対のグランド編地間に連結糸を往復させて編成したもので、ダブルラッセル機等を用いて所定の形状に形成される。ここで、本発明は、心臓からの血液の拍出によって血管を流れる脈波、呼吸、あるいは音声を、筋肉を介した固体伝搬による圧力変動として捉えようとしている。この際、エアクッション１０，１０’内に配置された復元力付与部材１２は、この固体伝搬によって圧縮及び復元を繰り返すのであるが、三次元立体編物が人の筋肉に近似したバネ特性を備えるということは、人の実際の筋肉の振動によって生じる圧力（内圧）とそれに対応した三次元立体編物の圧縮及び復元に伴う圧力（外圧）とをほぼ同じにしていることであり、本発明におけるエアクッション１０の空気圧変動の測定は、トノメトリ法の原理を利用したものであると言える。
【００１７】
この際、生体信号の固体伝搬音の圧力値、周波数により、例えば、主に、心拍又は音声については、筋肉を介して前記エアクッション１０に固体伝搬音として伝達されると、エアクッション１０の空気袋１１が所定の剛性を有するため、該空気袋１１を振動させると共に、上記した三次元立体編物の筋肉に近似した特性により、空気袋１１の振動が三次元立体編物の連結糸に伝達され、その振動が内部に充填された空気を共振させるように作用する。この結果、空気袋１１の給排気口１１ａを介して測定される空気圧に変動が生じる。これに対して、固体伝搬音の圧力値、周波数によっては、例えば、呼吸については、呼吸に伴う筋肉の動きに応じてエアクッション１０が圧縮又は復元されることにより圧力変動が生じる。従って、エアクッション１０は、該エアクッション１０の空気袋１１の剛性も含めた全体の荷重−変位特性が、人の筋肉の荷重−変位特性に近似していることが好ましい。これにより、人の筋肉とエアクッション１０とが上記のように平衡状態になり、エアクッション１０にも人の筋肉とほぼ同じ程度の張力が働くことになるため、上記した固体伝搬音による空気の振動や筋肉の動きに敏感に反応し、増幅した圧力変動を生じさせることができる。
なお、人の筋肉に近似した特性を備える三次元立体編物としては、例えば、次のようなものを使用できる。
【００１８】
（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
【００１９】
（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
【００２０】
（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
【００２１】
（４）旭化成せんい（株）製の製品番号：Ｔ２４０５３ＡＹ５−１Ｓ
【００２２】
エアクッション１０の吸排気口１１ａには上記したように空気圧測定器２０が接続される。エアクッション１０は、上記のように横隔膜に相当する位置から腰腸肋筋に沿って配設されるため、心拍、呼吸、脈動は、横隔膜及び腰腸肋筋により増幅されて、上記したようにエアクッション１０に空気圧変動を生じさせる。なお、エアクッション１０の空気圧変動をより顕著に検出するため、空気圧測定器２０には、差動変圧器を内蔵させ、該空気圧変動を増幅させるようにすることが好ましい。
【００２３】
検出された空気圧変動の電気信号は、分析手段３０に送られる。分析手段３０は、空気圧変動の出力値を分析して生体状態を分析するコンピュータプログラムが組み込まれたコンピュータから構成される。また、本実施形態では、エアクッション１０として、境界部１３を境に２つの空気袋１１，１１を有するものを用い、それを二つ折りにしてシート１００に組み込んでおり、空気圧変動は、２つの空気袋１１，１１から採取される。空気圧変動は、空気袋が一つでも採取可能であるが、本実施形態のように、２つの空気袋１１，１１を重ね合わせて使用し、それぞれから得られる空気圧変動の値を加算して得られる和を利用することが好ましい。加算されることにより、各空気袋１１，１１により検出される空気圧変動の時系列波形の中で、生体信号が採取されている部分では生体信号の波形が強調されることになり、心拍、呼吸、音声等に伴う生体からの振動をより正確に採取できるという特徴がある。また、本実施形態では、左右それぞれに配置したエアクッション１０，１０からの空気圧変動を検出している。これは、着座位置が左右いずれかに偏った場合にも対応できるようにするためで、２つのエアクッション１０，１０からのデータのうち、より検出感度の優れた方を利用するようにしてもよい。また、両者の平均を採用することもできる。分析手段３０は、シート１００において、シート１００の機能上支障のない位置に固定配設することができる。特に、シート１００が乗物用である場合には、該シート１００に固定したり、あるいは、車体の任意部位に組み込んでおくことにより、走行中の運転手等の生体状態をリアルタイムで知ることが可能となる。もちろん、本実施形態の生体信号分析装置１を診断用などとして用いる場合には、診断用の椅子やベッド等に上記したエアクッション１０を配設し、分析手段３０は、ベッド等に固定しないノート型やデスクトップ型のコンピュータから構成することもできる。
【００２４】
ここで、分析手段３０に設定されるコンピュータプログラムとしては、例えば、本出願人が提案したＷＯ２００５／０９２１９３号公報に開示された入眠予兆などの生体状態を判定するプログラム、ＷＯ２００５／０３９４１５号公報に開示された疲労度を定量化するプログラムなどを用いることができ、これらにより、入眠予兆や疲労度などが判定される。
【００２５】
（試験例）
図２に示したように、生体信号分析装置１を備えた自動車用のシート１００に被験者を着座させ、空気圧変動により被験者の生体信号を検出する試験を行った。試験に使用したエアクッション材１０は、図３に示したように、空気袋１１内に復元力付与部材１２を装填したもので、復元力付与部材１２としては、旭化成せんい（株）製の製品番号：Ｔ２４０５３ＡＹ５−１Ｓの立体編物からなり、厚さ１０ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ２２０ｍｍのものを２枚重ね合わせ、周縁部を振動溶着したものを用いた。復元力付与部材１２を内部に装填した空気袋１１の寸法は、幅５０ｍｍ、長さ２３０ｍｍであった。
【００２６】
なお、エアクッション１０を硬い平板からなる測定板上におき、直径９８ｍｍの加圧板により、図３の矢印で示した厚み方向に押圧して、その荷重−変位特性（バネ特性）を測定し、人の筋肉の荷重−変位特性（バネ特性）と比較した。人の筋肉の荷重−変位特性は、直径９８ｍｍの加圧板により腕の筋肉を押圧して得たものである。人が着座した平衡状態における腰部や臀部に生じる圧力は６０Ｎから８０Ｎであるが、図４から、この圧力範囲において、エアクッション１０の荷重−変位特性と人の筋肉の荷重−変位特性とが近似していることがわかる。従って、エアクッション１０は、６０Ｎから８０Ｎの圧力が負荷された際には、荷重−変位特性（バネ特性）の点で人の筋肉と同じ特性になっており、筋肉を経て生じる生体信号を捉えるのに適している。
【００２７】
エアクッション１０，１０は、上記したように、自動車用のシート１００の腰部を支持する部位に配設される。具体的には、各エアクッション１０，１０の内側部下端１０ａ，１０ａが、シートバック１１０の中心から左右それぞれに４０ｍｍ、シートクッション１２０とシートバック１１０との境界からそれぞれシートバック１０に沿って上方に４０ｍｍの位置となるように設定し、各エアクッション１０，１０の内側部上端１０ｂ，１０ｂが、シートバック１１０の中心から左右それぞれに８０ｍｍの位置となるように設定した。シート１００に身長１６７ｃｍ、体重７４ｋｇ、年齢３１才の日本人男性被験者が着座したところ、各エアクッション１０，１０は、当該被験者の左右の各腰腸肋筋にほぼ沿い、かつ、各エアクッション１０，１０の上端が、当該被験者の横隔膜の下面と上面の中間位置に相当する高さにセットされていた。
【００２８】
シート１００は、例えば、図５に示したように、クッションフレーム１０１にコイルスプリング１０２やトーションバー（図示せず）を介して設けられる面状支持部材１０３、及び該面状支持部材１０３を覆うように低い張力で張られる三次元立体編物１０４等を備えて構成される。コイルスプリング１０２やトーションバーなどの金属ばねの作用により低周波、大振幅の振動が吸収され、三次元立体編物１０４自体の張力により、高周波、小振幅の振動が吸収される。特に、三次元立体編物１０４は、シートバック部１１０及びシートクッション部１２０のいずれの部位においても、所定の張力によって懸架された構造であり、シートバック部１１０に入力される５〜８Ｈｚの前後振動を効率よく吸収できる。従って、このシート１００は、ノイズとして入力される外部振動の除振性が極めて高い。
【００２９】
また、図６に示したシート３００は、シートクッション部３１０とシートバック部３５０とを有し、シートクッション部３１０は、サイドフレーム３１７，３１７を備え、その前端付近には、トーションバー３１１が幅方向に沿って設けられている。トーションバー３１１の各端部には、略Ｌ字状に形成された第１のリンク板３１２，３１２の屈曲部が軸支され、該トーションバー３１１は、第１のリンク板１１２，３１２の回転方向への変位によってねじられるようになっている。略Ｌ字状の第１のリンク板３１２，３１２は、先端が、トーションバー３１１の配設位置よりも前方に位置し、後端が、トーションバー３１１の配設位置の下方に位置するような向きで設けられ、第１のリンク板３１２，３１２の先端間には、前縁部支持フレーム３１５が掛け渡されている。
【００３０】
また、サイドフレーム３１７，３１７の後端付近には、略Ｌ字状に形成され、その屈曲部が該サイドフレーム３１７，３１７に軸支された略Ｌ字状の第２のリンク板３１３，３１３が設けられている。また、略Ｌ字状の第２のリンク板３１３，３１３は、先端が該屈曲部の軸支位置よりも前方に位置し、後端が該屈曲部の軸支位置の下方に位置するような向きで設けられている。そして、この第２のリンク板３１３，３１３の後端と、上記した第１のリンク板３１２，３１２の後端との間に、接続用リンク板３１４が掛け渡され、第１のリンク板３１２，３１２、第２のリンク板３１３，３１３及び接続用リンク板３１４によって平行リンク機構が形成されている。
【００３１】
このシート３００は、上記の構成を有するため、第１のリンク板３１２，３１２及び第２のリンク板３１３，３１３の動作方向が、シートバック部３５０表面に沿った上下方向に略一致する方向になっている。従って、外部振動の入力によって、人体が上方向に上がっていく方向に振動した場合には、シートバック部３５０のクッション材は人体と共に上方斜め後方に動き、人体が下方向に下がっていく場合には、人体と共に下方向に動きながら臀部が前方に押し出される方向に動く。同時に、シートクッション部３１０のクッション材は、このような外部振動入力に伴って前後方向に動作する。この結果、シートバック部３５０のクッション材及びシートクッション部３１０のクッション材は、トーションバー３１２に直接軸支された上記平行リンク機構に支持されていることにより、外部振動入力によって生じる人体の動きに追随した回転運動を行うことになり、人体とクッション材との相対的な動きが小さく、共振峰を下げ、振動吸収特性を向上させることができる。また、人体の動きに対する追従性が高いため、外部振動入力の影響が小さくなり、エアクッション１０を配置した際には、生体信号による上記した空気圧変動を敏感に検出できる。
【００３２】
ここで、人が不快に感じる上下方向振動入力は二つの振動モードに大別される。体が大きく揺れるヒョコヒョコ感と内臓が共振することによるブルブル感で、５Ｈｚ近傍と８Ｈｚ近傍で発生する。特に腰部の動きに特徴がある。５Ｈｚ近傍の振動は、人の上体はほとんど動かずに、胸部より下で胸を中心にした前後方向に回転運動のような脊柱全体の屈曲が生じる。８Ｈｚ近傍の振動は、臀部がばねの役割を果たし脊柱に上下動が生じる。但し、同時に生じる腰椎部の湾曲により上体の動きは抑えられる。また、脊柱の上部に、頭部、胸部の質量が加わると、脊柱上部の動きにさらに制約が入る。頭部質量バランスの大きい人ほど背もたれの影響は小さくなり、小柄で頭部の小さい人ほど背もたれからのたたき、バックスラップを敏感に感じる。このため、シートバック部及びシートクッション部に設けられる三次元立体編物等のクッション材は、このような振動入力に対応した人の動きによく追従するように設けられることが人体に伝わる振動を抑制するために好ましく、また、そのような構造にすることで、特に、上記の図６に示したような構造にすることで、上記した腰部を支持する部位に対応して配置されるエアクッション１０も、クッション材と共に、人の動きによく追従する。なお、シートバック部のクッション材は、上下方向に配置したフレーム材に対してスライド可能に係合させ、三次元立体編物の上部及び下部のうちの少なくとも一方をコイルスプリングを介してバックフレームに支持するなどして、該クッション材を上下動可能に支持することが好ましい。
【００３３】
図７は、その一例を示し、シートバック部３５０は、表層のクッション材３５３と、その裏面側に配設されるベースクッション材３５１と、さらにその裏面側に配設される骨盤支持用クッション材３５２を備えてなる構造を示している。このうち、ベースクッション材３５１は、シートクッション部３１０の後部付近に配設されたフレームに連結されたコイルスプリング３５１ａにより下端縁が支持されていると共に、側縁には摩擦係数の低い係合用樹脂部材３５１ｂが取り付けられ、この係合用樹脂部材３５１ｂがシートバック部１５０の側縁付近に上下方向に沿って配設されたフレーム材に係合されており、これにより、ベースクッション材３５１は上下に振動可能な構造になっている。骨盤支持用クッション材３５２は、シートバック部３５０のサイドフレーム間に幅方向に沿って張設されており、骨盤付近を若干押圧しながら支持する構成である。これにより、シートバック部３５０のクッション材、特にベースクッション材３５１は、外部振動が入力された際には、人体が振動する際の挙動に追随して着座時のトルソーラインに沿って上下方向に動作しやすくなっており、人体とクッション材との相対運動を小さくしている。
なお、図５〜図７に示した構造はあくまで一例であるが、図６及び図７に示したシート３００にエアクッション１０を配置した場合に、生体信号による空気圧変動を敏感に検出できるため、生体信号検出のためには、かかる構造が好ましい。この点を検証するため、シート３００を加振機のプラットフォームに取り付けると共に、シートクッション部の座骨結節下に相当する付近に加速度センサを取り付け、体重６８ｋｇの日本人男性を各乗物用シートに着座させ、ランダム波で加振する加振実験を行った。なお、比較のため、平行リンク機構を備えていない、クッションパン上にウレタン材を配置した従来構造のシートについても同様の実験を行った。図８は、ランダム波で加振した場合の加速度伝達率（Ｇ／Ｇ）を示し、図９は、ランダム加振を行った際の平行リンク機構を備えたシート３００のシートバック部の体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。図１０は、クッションパン上にウレタン材を支持させて成る従来構造のシートに着座して同様の試験を行った際のシートバック部における体圧分布を、同じく４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。
図８から明らかなように、上記シート３００は、従来構造のシートよりも共振点が低くなっており、８Ｈｚ以上の高周波帯の振動吸収特性が大きく改善されていることがわかる。また、本来、バネ定数が柔らかくなると共振点が低周波に移行するが、ゲインは上昇する。しかし、シート３００は、上記の平行リンク機構及びシートバック部３５０のクッション材の上下動機構により、振動入力に伴う人の動きへの追従性が高くなっている構造である。このため、平行リンク機構による人のシートバック部３５０の表面に沿った動きは、シートバック部３５０を構成するクッション材が三次元立体編物の場合には、摩擦、粘性、弾性により、三次元立体編物と人との相対変位が小さくなって、いなすような感じのスカイフック効果が生じる。また、人の骨盤部から腰部付近においては、図７に示した骨盤支持用クッション材３５２の押圧支持力による摩擦力も高まる。これにより、共振点においては、上下方向に振動入力に対して逆位相が生じてゲインが下がる共振点通過現象が生じ、人体とクッション材との一体的な動きにより、振動吸収特性が改善される。また、平行リンク機構を採用したシート３００のシートバック部３５０に、三次元立体編物ではなく、ウレタン材やその他のバネ構造体を採用した場合には、衝突振動を利用した、いわば力づくでのスカイフック効果が生じ、共振点回りの振動特性が改善されることになる。
また、外部振動入力は、従来構造のシートの場合、呼吸運動を妨げるように作用するが、本実施形態では、腰椎部への支持圧を高め、腹式呼吸を行いやすくしている。すなわち、静的な状態では、腰椎支持は強くないが、走行することによって振動が入力されると、平行リンク機構の動きにより、シートバック部３５０方向に押し付けられる。腰椎部には、図７に示した骨盤支持用クッション材３５２が配設されているため、平行リンク機構によりシートバック部３５０に押し付けられると、入力振動に応じた縦断面の連続感で抜けていた部位の支持圧が増加して面圧の突出したところをなくし、かつ胸椎部の動きが小さく、腰部でゆらぎが生じ、呼吸運動を助けることになる。この点に関し、図９と図１０を比較すると、図９に示したシート３００では、入力される外部振動の周波数がいずれの場合でも、骨盤上縁の圧力が上昇し、骨盤上縁支持になっており、上記した縦断面の連続感で抜けていた部位の圧力が上昇していることがわかる。特に、７Ｈｚから１０Ｈｚのデータを見ると、胸部の圧力が小さく、骨盤に圧力変動が集中しており、骨盤の動きが妨げられておらず、呼吸運動を助長しやすい動きになっている。これに対し、図１０の従来構造のシートでは、骨盤上縁付近の圧力が低く、骨盤上縁支持になっていない。そして、入力振動に応じて腰椎の支持圧が増加しているということは、腰椎部に対応する位置に配設される図６に示したようにエアクッション１０を配設した場合には、該エアクッション１０と人体との密着性が高くなり、かつ胸部の圧力変動が小さくなるため、生体信号検出感度が向上する。
以下の試験例では、図６及び図７に示したシート３００を小型自動車の運転席に取り付けて試験を行った。
【００３４】
（試験例１）
健康な２０〜３０歳代の日本人男性１７名、日本人女性３名を被験者として、車両静止の状態で、それぞれ、上記シート３００に、安静状態で５分間着座させ、その際の生体状態を調べた。試験例１では、分析手段３０により、空気圧測定器２０から得られるエアクッション１０の空気圧変動による出力を、アナログ信号処理回路にてフィルタリング処理して呼吸成分と心拍成分とに分離し、心拍成分、呼吸成分の各スペクトル波形を得た。なお、フィルタリング処理工程では、０．１Ｈｚ〜０．５Ｈｚと０．５Ｈｚ〜２．０Ｈｚの帯域に、４次のフィルタを施すことにより呼吸成分と心拍成分に分離している。サンプリング周波数は２００Ｈｚで分解能は１２ｂｉｔである。
【００３５】
また、エアクッション１０から得られる生体信号との相関性をとるため、各被験者には、左人差し指に光学式指尖脈波計を装着して指尖容積脈波を測定すると共に、胸部に歪式呼吸測定器を装着して呼吸の測定を行った。測定されたデータを処理し、指尖容積脈波計から心拍のスペクトル波形と歪式呼吸測定器から呼吸のスペクトル波形を得た。
【００３６】
図１１（ａ）は、指尖容積脈波から得られた心拍成分のスペクトル波形とエアクッション１０から得られた心拍成分のスペクトル波形を示したものであり、図１１（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。図１２（ａ）は、歪式呼吸測定器から得られた呼吸成分のスペクトル波形とエアクッション１０から得られた呼吸成分のスペクトル波形を示したものであり、図１２（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【００３７】
これらの図から明らかなように、心拍成分は、指尖容積脈波及びエアクッション１０ともに１．３Ｈｚでピークが得られており、呼吸成分は、歪式呼吸測定器及びエアクッション１０ともに０．２７Ｈｚでピークが得られていた。被験者２０人で比較すると、相関性の違いはあるものの、ピーク周波数は全員一致した。一方、相互相関関数についてみると、心拍成分は１０秒間で１３拍、呼吸成分は１０秒間で３拍を得ることができ、各スペクトルと一致した。以上のことから、静的着座状態では、周波数軸と時間軸の両面から見ても、上記実施形態に係るエアクッション１０を備えた生体信号分析装置１によって、心拍成分、呼吸成分をセンシング可能であることがわかる。
【００３８】
（試験例２）
試験例１の２０名の被験者のうちの８名により、実車アイドリング状態で試験例１と全く同様の試験を行った。その結果を図１３及び図１４に示す。図１３（ａ）は、指尖容積脈波から得られた心拍成分のスペクトル波形とエアクッション１０から得られた心拍成分のスペクトル波形を示したものであり、図１３（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。図１４（ａ）は、歪式呼吸測定器から得られた呼吸成分のスペクトル波形とエアクッション１０から得られた呼吸成分のスペクトル波形を示したものであり、図１４（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【００３９】
心拍成分は、指尖容積脈波及びエアクッション１０ともに１．３Ｈｚでピークが得られており、呼吸成分は、歪式呼吸測定器及びエアクッション１０ともに０．２５Ｈｚでピークが得られていた。相互相関関数は、心拍成分が１０秒間で１３拍、呼吸成分が１０秒間で３拍を得ることができ、各スペクトルと一致した。このアイドリング状態では、心拍成分は被験者８人全員から検出でき、呼吸成分は被験者８人中６人から検出できた。従って、アイドリング状態でも、上記生体信号分析装置１によって心拍成分、呼吸成分をセンシングできることが明らかになった。
【００４０】
（試験例３）
２０〜３０歳代の３人の健康な日本人男性被験者を着座させ、さらに、各被験者には、着座後閉眼させ、睡眠に入るように促し、３０分間の安楽姿勢での睡眠実験を行った。上記実施形態の生体信号分析装置１のエアクッション１０により採取された空気圧変動は、試験例１及び試験例２と同様に、分析手段３０により、アナログ信号処理回路にてフィルタを施した後、呼吸と心拍の成分に分離した。そして、この心拍成分及び呼吸成分の時系列信号を用いて、それぞれ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を作成し、入眠予兆現象を表す波形が出現するか否か検討した。以下で説明する図１５〜図１７は、いずれも３人の被験者のうちの１名の試験結果を示す。図１５（ａ）はエアクッション１０から得られた呼吸成分に関するパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示し、図１５（ｂ）はエアクッション１０から得られた心拍成分に関するパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示す。また、図１５（ｃ）はエアクッション１０から得られた心拍数、呼吸数の周波数の時系列波形を示す。  
【００４１】
なお、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の算出は、本出願人が特開２００４−３４４６１２において提案した手法を利用したものである。具体的には、検出分離した上記心拍成分及び呼吸成分の各時系列信号について、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）を順次繰り返して得られるのがパワー値の傾きの時系列波形となる。最大リアプノフ指数の傾きの時系列波形も同様であり、検出分離された心拍成分及び呼吸成分の各時系列信号をそれぞれカオス解析して最大リアプノフ指数を算出した後、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得られる。
【００４２】
検証のため、各被験者には指尖容積脈波計及び簡易脳波計を装着し、指尖容積脈波及び脳波を測定した。図１６（ａ）は、指尖容積脈波のパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示し、図１６（ｂ）は、脳波のθ波、α波、β波の分布率の時系列変化を示す。
【００４３】
ここで、本出願人によるＷＯ２００５／０９２１９３号公報に報告されているように、指尖容積脈波のパワー値傾きの時系列波形は、低周波で大振幅の波形が現れ、好ましくは、その時点で、パワー値傾き及び最大リアプノフ指数傾きが、時系列信号の中で略１８０度の位相差を安定して示す時点を入眠予兆信号として判定できる。図１６（ａ）の時系列波形では、この入眠予兆現象を示す波形が１５０〜５００秒付近に出現している。これを図１５（ａ），（ｂ）のエアクッション１０から得られた呼吸成分、心拍成分の各傾きの時系列波形と比較すると、図１６（ａ）とほぼ同じ時間帯に、エアクッション１０から得られた呼吸成分又は心拍成分のパワー値傾きが低周波で大振幅の波形となっている。これにより、上記実施形態のエアクッション１０を用いて入眠予兆現象を捉えることができることがわかる。但し、図１５（ａ）と図１５（ｂ）を比較すると、この被験者の場合、エアクッション１０から得られた呼吸成分よりも心拍成分の傾き時系列波形の方が、入眠予兆現象を捉えるのが容易である。
【００４４】
図１６（ｂ）に示した脳波の分布率により、入眠状態、覚醒状態を考察すると、α波の分布率が５０％を切り、θ波の分布率が急激に増加し始めるところが入眠の時期であるため、この被験者は、実験を開始した後、５００秒後に眠りに入り、開始１２００秒後に中途覚醒し、再度開始１７００秒後に入眠したことが裏付けられる。
【００４５】
次に、エアクッション１０から得られた呼吸成分、心拍成分の各傾きの時系列波形から求めた各疲労度を、図１６（ａ）の指尖容積脈波の傾き時系列波形から求めた疲労度と比較し、図１７（ａ），（ｂ）に示した。その結果、この被験者の場合、エアクッション１０より得られた呼吸成分から算出した疲労度の方が、心拍成分から算出した疲労度よりも、指尖容積脈波から算出した疲労度と傾向がよく一致していた。従って、この被験者の疲労の判断は、呼吸成分から算出した疲労度を基に判断することが望ましい。疲労の判定に当たって、呼吸成分、心拍成分のいずれを用いるかは個人差があるため、例えば、自動車のシート３００に組み込んだ本発明の生体信号分析装置１により判定する場合、予め指尖容積脈波から求めた疲労度と比較して、エアクッション１０から得られる呼吸成分、心拍成分のいずれを選択するか、初期設定できる構成とすることが好ましい。なお、図示しないが、他の２名の被験者も、上記被験者とほぼ同様の結果であった。
【００４６】
（試験例４）
次に、エアクッション１０の各空気袋１１，１１の空気圧変動の値を加算処理した場合と減算処理した場合とにおける生体信号採取の有効性について検証した。この試験では、被験者を、上記試験例１のシート３００に、安静状態で所定時間着座させて調べた。結果を図１８に示す。図１８（ａ）は、各空気袋１１，１１（人体の近くに配置されているものをＳ１（検知センサ）、他方をＳ２（ダミーセンサ））の時系列の原波形と、各空気袋１１，１１から得られた空気圧変動の値を加算した場合の時系列の原波形（加算波形）と、減算した場合の時系列の原波形（減算波形）とを示したものである。図１８（ｂ）は、フィルタリング処理により分離した心拍成分についての各空気袋１１，１１（検知センサとダミーセンサ）の時系列波形であり、図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の検知センサとダミーセンサの心拍成分の時系列波形を加算処理した場合と減算処理した場合の時系列波形を示したものである。図１８（ｄ）は、フィルタリング処理により分離した呼吸成分についての各空気袋１１，１１（検知センサとダミーセンサ）の時系列波形であり、図１８（ｅ）は、図１８（ｃ）の検知センサとダミーセンサの呼吸成分の時系列波形を加算処理した場合と減算処理した場合の時系列波形を示したものである。
【００４７】
これらの図からわかるように、各空気袋１１，１１（検知センサ、ダミーセンサ）単独の値よりも、加算処理することにより、生体信号に伴う空気圧変動を顕著に検知できることがわかる。特に、走行時の外部振動が入力される状況下において、加算処理することにより、生体信号が得られている部分の値を顕著に拾うことが可能になる。一方、減算処理することにより、外部振動（ノイズ）の影響が除去される可能性もあるが、本試験例では、減算処理することにより、空気圧変動量が小さくなることの影響の方が大きく、加算処理の方がより有効であることがわかった。
【００４８】
（試験例５）
次に、エアクッション１０から得られる音声信号の取得の可能性について試験を行った。この試験では、被験者を、上記試験例１のシート３００に、安静状態で所定時間着座させて調べた。試験は、所定時間安静着座した後、６０秒間、本を音読することを繰り返した。結果を図１９に示す。図１９（ａ）は、エアクッション１０から得られた時系列原波形である。この図から、音読した場合、原波形においても、大きな振幅変動が見られている。図１９（ｂ）は、周波数解析したものであるが、音読していない状態では、０．３Ｈｚにピークがあり、呼吸成分が検出できているのに対し、音読最中の周波数は、より高い周波数になっていた。この結果、エアクッション１０によって、音声信号を採取できることがわかった。
【００４９】
一方、図２０は、３名の被験者（（ａ）は３０歳代男性（中間から高音）、（ｂ）は２０歳代男性（低音）、（ｃ）は２０歳代女性（か細く高音））について、３０〜４０秒の間で、日本語の５０音を発音させ、５０〜６０秒の間で鼻歌を歌った場合のエアクッション１０から得られた時系列原波形である。この図からも、発音していた３０〜４０秒間の波形及び５０〜６０秒間の波形が、その前後と顕著に異なっていることがわかる。また、各被験者の音域により、振幅の変動の仕方が異なっていることもわかる。さらに、これらのことから、筋肉が緊張している場合とリラックスしている場合とでは、音声の伝搬によるエアクッション１０の空気圧変動の出力は異なると推測できる。従って、音声に伴う空気圧変動から、交感神経優位であるか、副交感神経優位であるかが推定でき、その結果、心拍の交感神経活動の指標であるＬＦ／ＨＦの状態、副交感神経活動の指標であるＨＦの状態まで推定できる。
【００５０】
（試験例６）
次に、エアクッション１０から得られる空気圧変動から呼吸成分を分離し、呼吸成分の時系列波形を利用して心拍成分の時系列波形を推定する方法について説明する。
【００５１】
まず、エアクッション１０の空気圧変動から得られる呼吸成分の時系列波形（ｇ１（ｔ））及び周波数成分（Ｇ１（Ｆ））、並びに、呼吸成分に対しての心拍成分の周波数応答関数（ＴＦ）を既知変数とし、心拍成分の時系列波形（ｇ２（ｔ））及び周波数成分（Ｇ２（Ｆ））を未知変数であるとする。
【００５２】
この場合、心拍成分の周波数成分は、Ｇ２（Ｆ）＝ＴＦ・Ｇ１（Ｆ）＝Ａ１Ａ３−Ｂ１Ｂ３＋（Ａ１Ａ３＋Ｂ１Ｂ３）ｊにより得られる。
【００５３】
そして、心拍成分の時系列波形（ｇ２（ｔ））は、心拍成分の周波数成分（Ｇ２（Ｆ））を逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）することにより得られ、この結果、呼吸成分の時系列波形から心拍成分の時系列波形の推定が可能となる。
【００５４】
ここで、ＡはReal Part、ＢはImaginary Partである。
【００５５】
呼吸成分に対しての心拍成分の周波数応答関数（ＴＦ）は、次式：
ＴＦ＝Ｇ２（Ｆ）／Ｇ１（Ｆ）＝（Ａ２＋Ｂ２ｊ）／（Ａ１＋Ｂ１ｊ）
＝[Ａ１Ａ２＋Ｂ１Ｂ２＋（Ａ１Ｂ２−Ａ２Ｂ１）ｊ）]／（Ａ１２＋Ｂ１２）
＝Ａ３＋Ｂ３ｊ
[但し、Ａ３＝（Ａ１Ａ２＋Ｂ１Ｂ２）／（Ａ１２＋Ｂ１２ ）、Ｂ３＝（Ａ１Ｂ２−Ａ２Ｂ１）／（Ａ１２＋Ｂ１２ ）]で表される。
【００５６】
また、周波数応答関数（ＴＦ）は、振幅特性（Magnitude）及び位相特性（θ）の２面性を有しており、次式：
【００５７】
【数１】
2008194321.tif 000003
【００５８】
【数２】
2008194321.tif 000004
で与えられる。
【００５９】
そこで、上記振幅特性及び位相特性を実測データから求め、周波数応答関数（ＴＦ）を定義する。
【００６０】
本試験例では、男女２０人の被験者について、それぞれエアクッション１０から呼吸成分の時系列波形を測定し、上記式を用いて、振幅特性及び位相特性をそれぞれ求め、さらにその平均値を算出した。平均値のデータが図２１であり、この図２１を周波数応答関数（ＴＦ）として定義した。
【００６１】
これにより、呼吸成分の時系列波形から心拍成分の時系列波形・周波数成分の推定が可能となる。なお、心拍成分の推定手段としては、上記のようにフーリエ変換を利用して図２１の周波数応答関数（ＴＦ）を用いる手段のほか、ウエーブレット変換による解析手法を用いることもできる。
【００６２】
得られた心拍成分のデータを利用して上記の入眠予兆の推測などに利用できる。その一例として、図２２は、時間軸に対する周波数の時系列変化から、周波数の時間軸に対する傾きを算出した図である。その手法は、試験例３において説明したパワー値の傾き、最大リアプノフ指数の傾きを算出した手法と同様であり、まず、時系列波形よりピークを検出し、ピーク間隔をＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・とする。次に、ピーク間隔より、周波数の変動波形を作成する。このときのＦとＴは、Ｆ＝１／Ｔの関係で表される。
【００６３】
次に、周波数の変動波形から、時間幅Ｔｗ（１８０秒）にて最小二乗法を用いて傾き成分を算出する。次にオーバーラップ時間（Ｒａｐ（１６２秒））にて重なる時間をスライドさせ、順次最小二乗法により傾き成分を計算することにより、周波数の傾きの時系列が作成される。
【００６４】
この結果、周波数の変動傾向がわかる。例えば、心拍成分の周波数の変動傾向であれば、その値がＬＦ、ＨＦのいずれの領域に属するか判定することにより、上記試験例５と同様に、心拍の交感神経活動の指標であるＬＦ／ＨＦの状態、副交感神経活動の指標であるＨＦの状態まで推定できる。
【００６５】
（試験例７）
次に、２０〜３０歳代の３人の健康な日本人男性被験者（「ａｓａｎｏ」、「ｏｃｈｉａｉ」、「ｍａｅｄａ」）を着座させ、途中から、加振機によりランダム波形で加振し、その際の心拍成分と呼吸成分の時系列波形を比較した。図２３〜図２５がその結果であるが、いずれの図でも、最下方に示された図が加振機の動作タイミングと振動波形を示しており、それに対応する測定時間について、心拍成分と呼吸成分の時系列波形を示している。この時系列波形は、アナログ信号処理回路にてフィルタを施した後、呼吸と心拍の成分に分離した時系列信号であり、上記試験例３のようなこれらの傾きを算出する前のデータである。
【００６６】
図２３〜図２５を見ると、振動が入力される前においては、いずれの被験者も、心拍成分及び呼吸成分共に安定した波形になっているが、振動が入力された後は、振動の大きさに従って、心拍成分、呼吸成分共にゆらぎが変化していることがわかる。振動の大小によるゆらぎの大小は、個人差があり一定ではない。例えば、図２３の被験者の場合、心拍成分は振動が入力された直後からゆらぎが小さくなっており、また、呼吸成分は振動が入力された直後にゆらぎが大きくなっている。また、振動が大きくなる１７０秒以降において、この被験者は、呼吸成分のゆらぎが小さくなっている。いずれにしても、振動入力によって、それ以前のゆらぎと異なるゆらぎが生じることになり、負荷が増大していることが、本発明のエアクッション１０により検出されるこの時系列波形を見るだけでも知ることができる。従って、上記した傾き時系列を算出する前に、この時点の時系列波形を分析することによって、迅速に生体状態の変化を検出することも可能である。
【００６７】
図２４及び図２５の被験者も同様であり、振動入力後に、心拍成分及び呼吸成分共にゆらぎに変化が生じている。但し、この二人の被験者は、呼吸成分で見ると、振動が大きくなる２２０秒以降、次第にゆらぎが大きくなっており、図２３の被験者とは異なる対応を示していることもわかり、これらの結果から、時系列波形によって個人差も特定することが可能である。
【００６８】
図２６〜図２８は、それぞれ図２３〜図２５の各被験者の朝、昼、夜の静的状態での心拍成分及び呼吸成分の時系列波形を示したものである。この時系列波形から、同一人物においてもサーカディアンリズムによって心拍成分及び呼吸成分のゆらぎに有意な差があることがわかる。例えば、図２６の被験者は、朝のゆらぎが大きいことから、朝に弱いタイプであり、夜になるほど安定性が高まることが読み取れる。同様に、図２７の被験者は、一日中、ほぼ安定している傾向があり、図２８の被験者の場合には、やはり朝に弱いタイプであることが読み取れる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、２つの空気袋１１，１１を有するエアクッション１０を二つ折りにしたものを用いているが、相互に接続されていない２つの空気袋１１，１１を積層して用いる構成としてもよい。また、図２９に示したように、２つの空気袋１１，１１間に、除振用の緩衝材（三次元立体編物、粘弾性ウレタン）１１５をサンドイッチした構成とすることも可能である。また、上記実施形態では、エアクッション１０をシート１００のシートバックに組み込んでいるが、図３０に示したように、自動車、列車などの乗物に固定されているシートに限らず、それらのシート上に載置されて使用される、シートクッション２２０とシートバック２１０を一体的に備え、両者の境界から折り曲げ可能な補助クッション（シート用クッション）２００のシートバック２１０にエアクッション１０を装填した構成とすることもできる。なお、本明細書並びに請求項における「シート」には、このような補助クッション（シート用クッション）２００も含む意味である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一の実施形態に係る生体信号分析装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る生体信号分析装置をシートに組み込んだ状態を示す図である。
【図３】図３は、エアクッションを構成する一方の空気袋及び該空気袋に収容された復元力付与部材の断面図である。
【図４】図４は、図３に示したエアクッションの荷重−変位特性を示す図である。
【図５】図５は、上記実施形態に係るシートの具体的構造の一例を示した図である。
【図６】図６は、上記実施形態に係るシートの具体的構造の他の例を示した図である。
【図７】図７は、図６で用いたシートのより好ましい構造の要部を示した図である。
【図８】図８は、図６のシートと従来構造のシートについてランダム波で加振した際の加速度伝達率を示す図である。
【図９】図９は、図６のシートのシートバック部における体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。
【図１０】図１０は、従来構造のシートのシートバック部における体圧分布を４Ｈｚ〜１０Ｈｚまでの周波数について示した図である。
【図１１】試験例１の結果を示す図であり、図１１（ａ）は、指尖容積脈波から得られた心拍成分のスペクトル波形とエアクッションから得られた心拍成分のスペクトル波形を示し、図１１（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【図１２】試験例１の結果を示す図であり、図１２（ａ）は、歪式呼吸測定器から得られた呼吸成分のスペクトル波形とエアクッションから得られた呼吸成分のスペクトル波形を示し、図１２（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【図１３】図１３は試験例２の結果を示す図であり、図１３（ａ）は、指尖容積脈波から得られた心拍成分のスペクトル波形とエアクッションから得られた心拍成分のスペクトル波形を示し、図１３（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【図１４】図１４は試験例２の結果を示す図であり、図１４（ａ）は、歪式呼吸測定器から得られた呼吸成分のスペクトル波形とエアクッション１０から得られた呼吸成分のスペクトル波形を示し、図１４（ｂ）は、両者の相関関数を示す図である。
【図１５】図１５は試験例３の結果を示す図であり、図１５（ａ）はエアクッションから得られた呼吸成分に関するパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示し、図１５（ｂ）はエアクッションから得られた心拍成分に関するパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示し、図１５（ｃ）はエアクッションから得られた心拍数、呼吸数の周波数の時系列波形を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）は、指尖容積脈波のパワー値及び最大リアプノフ指数の各傾きの時系列波形を示し、図１６（ｂ）は、脳波のθ波、α波、β波の分布率の時系列変化を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、エアクッションから得られた呼吸成分の傾きの時系列波形から求めた疲労度と、指尖容積脈波の傾き時系列波形から求めた疲労度とを比較した図であり、図１７（ａ）は、エアクッションから得られた心拍成分の傾きの時系列波形から求めた疲労度と、指尖容積脈波の傾き時系列波形から求めた疲労度とを比較した図である。
【図１８】図１８は、エアクッションの各空気袋の空気圧変動の値を加算処理した場合と減算処理した場合とにおける生体信号採取の有効性について検証した結果を示す図であり、図１８（ａ）は、各空気袋の時系列の原波形と、各空気袋から得られた空気圧変動の値を加算した場合の時系列の原波形（加算波形）と、減算した場合の時系列の原波形（減算波形）とを示したものであり、図１８（ｂ）は、フィルタリング処理により分離した心拍成分についての各空気袋の時系列波形であり、図１８（ｃ）は、図１８（ｂ）の検知センサとダミーセンサの心拍成分の時系列波形を加算処理した場合と減算処理した場合の時系列波形を示したものであり、図１８（ｄ）は、フィルタリング処理により分離した呼吸成分についての各空気袋の時系列波形であり、図１８（ｅ）は、図１８（ｄ）の検知センサとダミーセンサの呼吸成分の時系列波形を加算処理した場合と減算処理した場合の時系列波形を示したものである。
【図１９】図１９（ａ）は、エアクッションから得られた音声信号の時系列原波形であり、図１９（ｂ）は、その周波数解析結果を示す図である。
【図２０】図２０は、３名の被験者の音声信号の時系列波形であり、このうち図２０（ａ）は３０歳代男性（中間から高音）、図２０（ｂ）は２０歳代男性（低音）、図２０（ｃ）は２０歳代女性（か細く高音）の音声信号を示す時系列波形である。
【図２１】図２１は、試験例６において求めた周波数応答関数（ＴＦ）を表す振幅特性（Magnitude）及び位相特性（θ）を示す図である。
【図２２】図２２は、時間軸に対する周波数の時系列変化から、周波数の時間軸に対する傾きを算出した図である。
【図２３】図２３は、試験例７の一被験者の結果を示す図である。
【図２４】図２４は、試験例７の他の被験者の結果を示す図である。
【図２５】図２５は、試験例７のさらに他の被験者の結果を示す図である。
【図２６】図２６は、試験例７の一被験者の朝、昼、夜の心拍成分及び呼吸成分の時系列波形を示す図である。
【図２７】図２７は、試験例７の他の被験者の朝、昼、夜の心拍成分及び呼吸成分の時系列波形を示す図である。
【図２８】図２８は、試験例７のさらに他の被験者の朝、昼、夜の心拍成分及び呼吸成分の時系列波形を示す図である。
【図２９】図２９は、２つの空気袋間に、除振用の緩衝材（三次元立体編物、粘弾性ウレタン）をサンドイッチしたエアクッションの構成を説明するための図である。
【図３０】図３０（ａ）は、補助クッション（シート用クッション）にエアクッションを組み込んだ実施形態を示す図であり、図３０（ｂ）は図３０（ａ）の部分断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  生体信号分析装置
１０  エアクッション
１１  空気袋
１１ａ  吸排気口
１２  復元力付与部材
２０  空気圧測定器
３０  分析手段
１００  シート
１１０  シートバック
１２０  シートクッション
２００  補助クッション（シート用クッション）
２１０  シートバック
２２０  シートクッション
【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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【図２９】
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【図３０】
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