(57)【要約】【課題】生体対象物の心拍等の生体情報の検出精度を向上させつつ、検出に要する時間を短縮する。【解決手段】生体状態検出装置１０を、心拍あるいは心拍に係る状態量（生体情報）を検出する生体センサユニット１１と、生体センサユニット１１の検出信号を切出間隔Δｔによる所定期間でフーリエ変換する変換処理部２３と、変換処理部２３により生成される周波数波形から生体情報を検出する生体情報検出部２４と、過去の生体情報の検出結果から予測心拍数Ｂｐを算出する予測値演算部２６と、ゼロ以上かつ１以下の所定係数αと、予測心拍数Ｂｐ（（６０ｓ）−１）とに基づき、切出間隔Δｔ（ｓ）＝（６０／Ｂｐ）×（２＋α）を算出する切出間隔設定部２７とを備えて構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体対象物の状態に係る状態量を検出する状態量検出手段と、
前記状態量検出手段により検出された前記状態量の信号を所定期間でフーリエ変換して周波数成分を出力するフーリエ変換手段と、
前記周波数成分に基づき前記生体対象物の生体情報を検出する生体情報検出手段とを備え、
前記フーリエ変換手段は、前記生体情報検出手段によって過去に検出された前記生体情報に基づき、前記所定期間を変更可能であることを特徴とする生体状態検出装置。
【請求項２】
前記フーリエ変換手段は、前記所定期間であるΔｔ（ｓ）を、ゼロ以上かつ１以下の所定係数であるαと、前記生体情報検出手段によって過去に検出された前記生体情報に基づく次回の処理での生体情報の予測値Ｂｐ（（６０ｓ）−１）とを用いた所定数式
（Δｔ＝（６０／Ｂｐ）×（２＋α））
により設定することを特徴とする請求項１に記載の生体状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば車両のシートに設けられたセンサより、乗員の体温や血圧や脈拍等を検出し、乗員の生体情報を取得する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば検査対象者の生体信号を互いに異なる複数の所定期間毎でフーリエ変換して各周波数成分を出力し、各周波数成分毎に呼吸や心拍の生体情報を検出する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−９９８６７号公報
【特許文献２】特開２０００−３００５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る装置において、生体情報を検出する際に、相対的に短い期間でのフーリエ変換によって高速に検出を行うと共に、相対的に長い期間でのフーリエ変換によって高精度に検出を行い、これら複数の検出結果を表示する場合には、高精度の検出処理に起因して、迅速な検出が困難になると共に、複数の検出結果が表示されることで、これらの検出結果を迅速に認識および評価することが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、生体対象物の心拍等の生体情報の検出精度を向上させつつ、検出に要する時間を短縮することが可能な生体状態検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る生体状態検出装置は、生体対象物の状態に係る状態量を検出する状態量検出手段（例えば、実施の形態での各圧電素子１４，１６）と、前記状態量検出手段により検出された前記状態量の信号を所定期間でフーリエ変換して周波数成分を出力するフーリエ変換手段（例えば、実施の形態での変換処理部２３および切出間隔設定部２７）と、前記周波数成分に基づき前記生体対象物の生体情報を検出する生体情報検出手段（例えば、実施の形態での生体情報検出部２４）とを備え、前記フーリエ変換手段は、前記生体情報検出手段によって過去に検出された前記生体情報に基づき、前記所定期間を変更可能である。
【０００５】
さらに、本発明の第２態様に係る生体状態検出装置では、前記フーリエ変換手段は、前記所定期間であるΔｔ（ｓ）を、ゼロ以上かつ１以下の所定係数であるαと、前記生体情報検出手段によって過去に検出された前記生体情報に基づく次回の処理での生体情報の予測値Ｂｐ（（６０ｓ）−１）とを用いた所定数式（Δｔ＝（６０／Ｂｐ）×（２＋α））により設定する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の第１態様に係る生体状態検出装置によれば、状態量検出手段により検出された状態量の信号をフーリエ変換する際に、生体情報検出手段によって過去に検出された生体情報によるフィードバック処理によってフーリエ変換の時間領域を設定することから、検出精度を向上させるために時間領域が過剰に長くなってしまったり、検出に要する時間を短縮するために時間領域が過剰に短くなって所望の検出精度を確保することができなくなることを防止することができる。
さらに、本発明の第２態様に係る生体状態検出装置によれば、所定数式（Δｔ＝（６０／Ｂｐ）×（２＋α））により、所定周期（２＋α）に対して、フーリエ変換の所定期間であるΔｔ（ｓ）が生体情報の予測値Ｂｐ（（６０ｓ）−１）に応じて変化することになり、過去に検出された生体情報に応じてフーリエ変換の時間領域が適切に設定される。
なお、所定周期（２＋α）は、ゼロ以上かつ１以下の所定係数であるαに応じて、２以上かつ３以下となり、例えば２未満ではフーリエ変換の時間領域が過剰に短くなって誤差が増大してしまい、例えば３よりも大きい場合には生体情報が有する揺らぎ成分によって誤差が増大することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態に係る生体状態検出装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による生体状態検出装置１０は、例えば図１に示すように、車両の乗員の生体情報（例えば、乗員の生命徴候として全身状態の把握の基本となる身体的な情報であって、心臓の拍動（心拍）および呼吸数および血圧および体温等）のうち、例えば心拍あるいは心拍に係る状態量を検出する生体センサユニット１１を備え、この生体センサユニット１１は、例えば、車両用シート１２のシートクッション１３の内部に設けられたケーブル型の第１圧電素子１４と、車両用シート１２のシートバック１５の内部に設けられたケーブル型の第２圧電素子１６と、処理装置１７とを備えて構成されている。
そして、処理装置１７は、フィルタ処理部２１と、波形領域抽出部２２と、変換処理部２３と、生体情報検出部２４と、生体情報記憶部２５と、予測値演算部２６と、切出間隔設定部２７とを備えて構成されている。
【０００８】
各圧電素子１４，１６は、例えばケーブル型の圧電素子であって、シートクッション１３の内部に配置された２つの第１圧電素子１４は、シートクッション１３に当接する乗員の臀部および大腿部からシートクッション１３に作用する乗員の皮膚表面に伝わる微小振動の時間変化（例えば、乗員の心臓の拍動に係る周期的な圧力変動等）を検出し、シートバック１５の内部に配置された第２圧電素子１６は、シートバック１５に当接する乗員の背中からシートバック１５に作用する乗員の皮膚表面に伝わる微小振動の時間変化（例えば、乗員の心臓の拍動に係る周期的な圧力変動等）を検出する。
【０００９】
処理装置１７のフィルタ処理部２１は、例えばバンドパスフィルタ等により、各圧電素子１４，１６により時系列データとして得られた検出信号から所定振動数帯域幅、例えば人体の固有振動数（例えば、４〜８Ｈｚ等）を含む帯域の波形成分を抽出して波形領域抽出部２２へ出力する。
【００１０】
波形領域抽出部２２は、フィルタ処理部２１により抽出された波形成分に対して、予め設定された所定時間間隔（例えば、６ｓ等）、あるいは、切出間隔設定部２７から出力される切出間隔Δｔ（ｓ）に応じた波形領域を抽出して変換処理部２３へ出力する。
【００１１】
変換処理部２３は、波形領域抽出部２２により抽出された波形領域を、例えばフーリエ変換等の直交変換によって周波数成分に分解し、乗員の体圧または体表面の微小振動の時間変化を示す波形を、周波数分布を示す周波数波形へと変換して生体情報検出部２４へ出力する。
【００１２】
生体情報検出部２４は、例えば、変換処理部２３により生成された周波数波形に対するパターンマッチングにより、検出対象である心拍等の生体情報の基本波成分に対応する周波数を基本周波数とする倍数周波数に対応する周波数成分、つまり高調波成分に対応する各波形成分により構成されるパターン波形を生成する。そして、複数のパターン波形のうち、変換処理部２３から出力される周波数波形に最も良く近似されるパターン波形を検出し、このパターン波形を構成する各波形成分の周波数に基づいて、検出対象である心拍等の生体情報を検出する。
【００１３】
例えば心拍等の生体情報を検出対象とした場合に、生体情報検出部２４は、所定範囲（例えば、３０〜１８０回／分）内での複数の適宜の心拍数毎に対して、各心拍数に応じた周波数(例えば、基本周波数および高調波成分等)と、変換処理部２３から出力される周波数波形の包絡線波形に応じた振幅とを有する波形成分からなるパターン波形を生成する。そして、各パターン波形と、変換処理部２３により生成された周波数波形とのマッチングの程度を、距離関数等の評価関数により評価し、例えば距離（ｄＢ）が最小値となるパターン波形が周波数波形に最も良く近似されると判定して、このパターン波形に対応する心拍数を、検出対象である生体情報として設定する。
【００１４】
生体情報記憶部２５は、生体情報検出部２４により検出される生体情報の履歴を記憶する。
予測値演算部２６は、生体情報記憶部２５に記憶された過去の生体情報の検出結果から所定の信頼度を有するデータを抽出し、例えばこれらのデータの平均値等によって、次回の検出処理における生体情報の予測値、例えば予測心拍数Ｂｐ（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）を算出する。
【００１５】
切出間隔設定部２７は、予測値演算部２６により演算された生体情報の予測値、例えば予測心拍数Ｂｐと、ゼロ以上かつ１以下の所定係数αとに基づく下記数式（１）により、次回の処理での波形領域抽出部２２により抽出される波形領域を設定するデータ抽出時間幅、つまり切出間隔Δｔ（ｓ）を算出する。
なお、下記数式（１）において、所定値（２＋α）は、心拍数の算出に最低限必要な拍動回数である２回（２周期）と、心拍数の算出の確実性を増大させるための拍動回数である３回（３周期）との間で、所定係数αに応じて変動する値であって、例えば所定値（２＋α）の代わりに２未満の値を採用するとフーリエ変換の時間領域が過剰に短くなって生体情報の検出誤差が増大してしまい、例えば所定値（２＋α）の代わりに３よりも大きい値を採用すると生体情報が有する揺らぎ成分によって誤差が増大することになる。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように、各圧電素子１４，１６から出力される検出信号（電圧値）の時間変化を示す適宜の波形Ｐにおいて、拍動回数の１回（１周期）に相当する切出間隔Δｔ（ｓ）により抽出される波形領域によれば、１周期未満の包絡線波形ＥＶが得られるだけである。
これに対して、例えば図２（ｃ），（ｄ）に示すように、拍動回数の２回（２周期）に相当する切出間隔Δｔ（ｓ）により抽出される波形領域によれば、少なくとも１周期より長い包絡線波形が得られ、例えば図２（ｅ），（ｆ）に示すように、拍動回数の３回（３周期）に相当する切出間隔Δｔ（ｓ）により抽出される波形領域によれば、少なくとも２周期より長い包絡線波形が得られる。
【００１８】
本実施の形態による生体状態検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この生体状態検出装置１０の動作、特に、各圧電素子１４，１６から出力される検出信号に基づき、心拍等の生体情報を検出する処理について説明する。
なお、以下の処理は、例えば車両が事故に遭遇したとき、あるいは、エアバッグ装置等の乗員保護装置が作動したとき、あるいは、居眠り検知や覚醒度判定等において、適宜の制御装置から生体情報の検出要求が出力された場合に実行される。
先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、各圧電素子１４，１６により検出される乗員の体圧または体表面の微小振動の時間変化の検出信号を取得する。
【００１９】
そして、ステップＳ０２においては、取得した検出信号から人体の固有振動数（例えば、４〜８Ｈｚ等）を含む所定振動数帯域幅の波形成分を抽出すると共に、切出間隔Δｔに初期値として所定時間間隔（例えば、６ｓ等）を設定する。
そして、ステップＳ０３においては、切出間隔Δｔに応じた波形領域を抽出する。
そして、ステップＳ０４においては、抽出した所定波形成分を、例えばフーリエ変換等の直交変換によって周波数成分に分解し、時系列データの波形を、周波数分布の周波数波形へと変換する。
【００２０】
そして、ステップＳ０５においては、検出対象である心拍等の生体情報に対する複数の適宜値毎に、各適宜値に対応する周波数を基本周波数とする倍数周波数に対応する高調波成分により構成されるパターン波形を生成し、複数のパターン波形のうち、周波数波形に最も良く近似されるパターン波形を検出し、このパターン波形を構成する各波形成分のピーク位置の間隔、つまり各ピーク位置での周波数の差に基づいて、検出対象である生体情報（例えば、心拍数）を検出する。
【００２１】
そして、ステップＳ０６においては、生体情報の検出結果を記憶する。
そして、ステップＳ０７においては、終了指示が有るか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０８に進む。
そして、ステップＳ０８においては、記憶された生体情報の検出結果うち、所定の信頼度を有するデータは存在するか否かを判定する。
なお、この判定処理では、例えば過去に得られた心拍数の所定時間（例えば、１分程度等）の母集団から平均値を算出し、この平均値と検出結果の差が所定範囲、例えば±２０（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）等であれば、所定の信頼度が得られていると判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進む。
【００２２】
そして、ステップＳ０９においては、所定の信頼度を有する生体情報の検出結果に基づき、例えば平均値等によって、次回の検出処理における生体情報の予測値、例えば予測心拍数Ｂｐ（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）を算出する。
そして、ステップＳ１０においては、上記数式（１）により、次回の処理での切出間隔Δｔ（ｓ）を算出し、上述したステップＳ０３に戻る。  
【００２３】
これにより、例えば所定係数αを１とし、所定周期（２＋α）を３（周期）に固定した場合であっても、例えば図４（ａ），（ｂ）に示す各圧電素子１４，１６から出力される検出信号（電圧値）の時間変化を示す適宜の波形Ｐのように、切出間隔Δｔ（ｓ）つまりフーリエ変換の時間領域は、予測心拍数Ｂｐ（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）に応じて変化することになる。
そして、例えば図５に示す実施例のように、平均心拍数が６４（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）である場合に、各圧電素子１４，１６から得られた検出信号に対し、切出間隔Δｔを１〜１０（ｓ）に亘って変化させた時の心拍数の検出誤差から分かるように、切出間隔Δｔ＝３、つまり拍動回数で約２．８回（周期）に相当する場合に検出誤差が最小となり、例えば切出間隔Δｔ＝２未満、つまり拍動回数で約１．９回（周期）未満ではフーリエ変換の時間領域が過剰に短くなって生体情報の検出誤差が増大してしまい、例えば切出間隔Δｔ＝３よりも大きい値、つまり拍動回数で３回（周期）よりも大きい値では、生体情報が有する揺らぎ成分によって誤差が増大することになる。
【００２４】
上述したように、本実施の形態による生体状態検出装置１０によれば、各圧電素子１４，１６から出力される検出信号（電圧値）の時間変化を示す波形をフーリエ変換する際に、過去に検出された生体情報によるフィードバック処理によってフーリエ変換の時間領域、つまり切出間隔Δｔ（ｓ）を設定することから、生体情報の検出精度を向上させるためにフーリエ変換の時間領域が過剰に長くなってしまったり、生体情報の検出に要する時間を短縮するためにフーリエ変換の時間領域が過剰に短くなって生体情報の所望の検出精度を確保することができなくなることを防止することができる。
さらに、切出間隔Δｔ（ｓ）を設定する上記数式（１）において、所定周期（２＋α）を２以上かつ３以下とすることによって、例えばフーリエ変換の時間領域が過剰に短くなって誤差が増大してしまったり、例えば生体情報が有する揺らぎ成分によって誤差が増大することを防止して、フーリエ変換の時間領域を適切に設定することができる。
【００２５】
なお、上述した実施の形態においては、各圧電素子１４，１６を備えるとしたが、これに限定されず、乗員の体圧または体表面の微小振動の時間変化を検出する適宜の感圧素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る生体状態検出装置の構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｆ）は各圧電素子から出力される検出信号（電圧値）の波形Ｐと切出間隔Δｔに応じた包絡線波形ＥＶとを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る生体状態検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は各圧電素子から出力される検出信号（電圧値）の波形Ｐの予測心拍数Ｂｐと切出間隔Δｔとを示す図である。
【図５】平均心拍数が６４（ｂｐｍ：（６０ｓ）−１）である場合に各圧電素子から出力される検出信号（電圧値）の波形に対し、切出間隔Δｔを１〜１０（ｓ）に亘って変化させた時の心拍数の検出誤差を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  生体状態検出装置
１４  第１圧電素子（状態量検出手段）
１６  第２圧電素子（状態量検出手段）
２３  変換処理部（フーリエ変換手段）
２４  生体情報検出部（生体情報検出手段）
２７  切出間隔設定部（フーリエ変換手段）
【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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