(57)【要約】【課題】  人体の心拍数を短時間で精度良く検出する。【解決手段】  人体の心拍に起因する振動的な圧力信号の波形および時間軸により囲まれる面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，…，Ｓｉ，…を算出する工程と、時間軸上で隣接する面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，…，Ｓｉ，…の大小を比較して極大となる面積Ｓｉを特定する工程と、前記極大となる面積Ｓｉの重心位置ｔｎを算出する工程と、前記時間軸上で隣接する前記重心位置ｔｎ，ｔｎ−１の時間間隔から心拍数を算出する工程とを行うので、体格や姿勢による圧力信号の強弱の影響を受けずに心拍数を短時間で精度良く検出することができる。これを自動車の運転者の心拍数の検出に用いれば、心拍数が通常よりも高いときに運転者が暑いと判断してエアコンの設定温度を自動的に低下させたり、心拍数が通常よりも低いときに運転者の覚醒度が低下したと判断して警報を発したりすることができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の心拍に起因する振動的な信号に基づいて心拍数を検出する心拍数検出方法において、
前記振動的な信号の波形および時間軸により囲まれる面積を算出する工程と、
時間軸上で隣接する面積の大小を比較して極大となる面積を特定する工程と、
前記極大となる面積の重心位置を算出する工程と、
前記時間軸上で隣接する前記重心位置の時間間隔から心拍数を算出する工程と、
を含むことを特徴とする心拍数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の心拍に起因する振動的な信号に基づいて心拍数を検出する心拍数検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の心臓が拍動する度に振動的な圧力信号（体動波形）が発生することから、この圧力信号に基づいて心臓の心拍数を検出するものが、下記特許文献１により公知である。図５に示すように、心拍に起因する圧力信号に所定の閾値を設定し、一つの拍動に対応する圧力信号が前記閾値を超えた時刻から、次の拍動に対応する圧力信号が前記閾値を超えた時刻までの時間を心拍間隔として算出することができる。
【０００３】
また第１磁気センサおよび第２磁気センサにより、被測定者の心拍の影響を受けた地磁気および被測定者の心拍の影響を受けない地磁気をそれぞれ検出し、両センサの出力の差として検出した振動波形をフーリエ変換することで得られた周波数成分から、被測定者の心拍数を算出するものが、下記特許文献２により公知である。
【特許文献１】特開２００２−３３６２０７号公報
【特許文献２】特開２０００−３００５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、心臓の拍動に起因する圧力信号の大小によって、あるいは拍動の開始を判別する閾値に設定により、心拍数の検出が不能になったり検出精度が低下したりする問題があった。
【０００５】
即ち、図６（Ａ）に示すように、検出閾値に対して拍動の圧力信号が小さ過ぎる場合には、１回の拍動に対して振動波形が閾値を複数回超えるために心拍数が実際よりも多く検出されてしまう問題がある。また図６（Ｂ）に示すように、検出閾値に対して拍動の圧力信号が大き過ぎる場合には、振動波形が閾値を超えないために検出が不能になってしまう問題がある。１回の拍動に対して振動波形が１回だけ閾値を超えるように該閾値に大きさを設定しようとしても、拍動の強さ（振動波形の振幅）には個人差があるために前記閾値の設定は困難である。
【０００６】
また上記特許文献２に記載されたものは、纏まった量の振動波形を検出しないとフーリエ変換を行えないため、短時間で心拍数を検出できないという問題があった。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、人体の心拍数を短時間で精度良く検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、人体の心拍に起因する振動的な信号に基づいて心拍数を検出する心拍数検出方法において、前記振動的な信号の波形および時間軸により囲まれる面積を算出する工程と、時間軸上で隣接する面積の大小を比較して極大となる面積を特定する工程と、前記極大となる面積の重心位置を算出する工程と、前記時間軸上で隣接する前記重心位置の時間間隔から心拍数を算出する工程とを含むことを特徴とする心拍数検出方法が提案される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の構成によれば、人体の心拍に起因する振動的な信号の波形および時間軸により囲まれる面積を算出し、時間軸上で隣接する面積の大小を比較して極大となる面積を特定し、その極大となる面積の重心位置を算出し、時間軸上で隣接する前記重心位置の時間間隔から心拍数を検出するので、体格や姿勢による信号の強弱の影響を受けずに心拍数を短時間で精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図４は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は自動車の運転席シートの斜視図、図２は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図３は体動波形から心拍数を求める手法の説明図、図４は心拍数算出プログラムのフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、自動車の運転席シート１１のシートクッション１２の表面近くに圧電素子よりなる圧力センサ１３が設けられており、この圧力センサ１３で運転者の臀部がシートクッション１２を押圧する圧力を検出する。人間の心臓は心室から上向きに延びる動脈に血液を圧送する際に、その反作用で人体をシートクッション１２に押し付ける下向きの荷重が発生し、次に圧縮されたシートクッション１２が元の状態に復元する際に上向きの荷重が発生し、次に人体が重力で下降する際に下向きの荷重が発生し、この繰り返しにより、圧力センサ１３は次第に減衰する振動的な上下荷重の振動波形（以下、体動波形という）を検出する。この体動波形は心臓の１回の拍動に対して１回検出される。従って、体動波形の時間間隔を検出すれば、その逆数として心拍数を検出することができる。
【００１３】
図２に示すように、シートクッション１２の圧力センサ１３に接続された電子制御ユニットＵは、面積算出手段Ｍ１と、比較手段Ｍ２と、重心位置算出手段Ｍ３と、心拍間隔算出手段Ｍ４と、心拍数算出手段Ｍ５とを備える。
【００１４】
図３に示すように、体動波形は荷重＝０の基準線を挟んで上下に振動しながら減衰する。１回の拍動の最初の正方向（下向き）の荷重の面積をＳａ、次の負方向（上向き）の荷重の面積をＳｂ、次の正方向（下向き）の荷重の面積をＳｃ、次の負方向（上向き）の荷重の面積をＳｄのように定義し、体動波形を時間積分することで面積Ｓｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…）を算出する。面積Ｓｉは、波形値０の時刻（時間軸との交点）から次の波形値０の時刻（時間軸との交点）までの面積に相当する。１回の拍動のなかで体動波形の振幅は次第に減衰するために面積Ｓｉは次第に減少するが、次の拍動が開始されると面積Ｓｉは一気に増加する。
【００１５】
次に、心拍数を検出する手法を図４フローチャートに基づいて説明する。
【００１６】
先ずステップＳ１で圧力センサ１３により体動波形を検出し、ステップＳ２で面積算出手段Ｍ１により体動波形を時間積分することで面積Ｓｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…）を算出してメモリに記憶する。続くステップＳ３で比較手段Ｍ３により三つの連続する面積Ｓｉ−１，Ｓｉ，Ｓｉ＋１をの大小関係を比較した結果、ステップＳ４でＳｉ−１＜Ｓｉ＞Ｓｉ＋１が成立してＳｉが極大であれば、面積Ｓｉに対応する体動波形の山が、その拍動の最初の山であると判断する。
【００１７】
そしてステップＳ４で重心位置算出手段Ｍ３により前記面積Ｓｉの時間軸上の重心位置ｔｎを算出してメモリに記憶し、ステップＳ５で心拍間隔算出手段Ｍ４によりメモリに記憶された隣接する二つの重心位置ｔｎ，ｔｎ−１の差（ｔｎ）−（ｔｎ−１）を算出すれば、その差（ｔｎ）−（ｔｎ−１）が二つの拍動の時間間隔となる。続くステップＳ６で心拍数算出手段Ｍ５により二つの拍動の時間間隔の逆数として心拍数を算出する。そしてステップＳ７で心拍数の算出を継続する場合にはステップＳ１に復帰し、しない場合にはプログラムを終了する。
【００１８】
上述のようにして心拍数が複数回算出されると、それらの平均値をとって最終的な心拍数とすることで、その検出精度が高められる。
【００１９】
以上のように、人体の心拍に起因する振動的な体動波形および時間軸により囲まれる面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，…，Ｓｉ，…を算出し、時間軸上で隣接する面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，…，Ｓｉ，…の大小を比較して極大となる面積Ｓｉを特定し、その極大となる面積Ｓｉの重心位置ｔｎを算出し、時間軸上で隣接する二つの重心位置ｔｎ，ｔｎ−１の時間間隔から心拍数を算出するので、体格や姿勢による体動信号の強弱の影響を受けずに心拍数を短時間で精度良く検出することができる。
【００２０】
本実施の形態の心拍数検出装置により検出した運転者の心拍数は、例えば以下のように利用することができる。運転者の心拍数が通常よりも高いときには、身体の代謝が進んで体温が高くなっていると判断し、エアコンの設定温度を自動的に低下させることができる。また運転者の心拍数が通常よりも低いときには、運転者の覚醒度が低下して居眠り運転をする可能性があると判断し、オーディオ装置やカーラジオの音量を高くしたり、音声で警報を発したりすることで運転者を覚醒させることができる。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２２】
例えば、実施の形態では体動波形を圧力センサ１３により検出しているが、その他の任意のセンサを用いることができる。                                                      
【００２３】
また圧力センサ１３が出力する体動波形には、心拍に起因するもの以外に車両の上下動、前後加速度、横加速度、電気的ノイズ等に起因するものが含まれるが、それらをフィルターにより除去して体動波形の成分のみを残すことで心拍数の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】自動車の運転席シートの斜視図
【図２】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図３】体動波形から心拍数を求める手法の説明図
【図４】心拍数算出プログラムのフローチャート
【図５】人体の体動波形を示す図
【図６】従来技術の問題点を説明する図
【符号の説明】
【００２５】
１１        シート
１２        シートクッション
１３        圧力センサ
Ｍ１        面積算出手段
Ｍ２        比較手段
Ｍ３        重心位置算出手段
Ｍ４        心拍間隔算出手段
Ｍ５        心拍数算出手段
Ｕ          電子制御ユニット
【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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