JP2002017696A - 呼吸状態のモニタ方法、および呼吸状態のモニタ装置 - Google Patents

呼吸状態のモニタ方法、および呼吸状態のモニタ装置

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JP2002017696A
JP2002017696A JP2000203626A JP2000203626A JP2002017696A JP 2002017696 A JP2002017696 A JP 2002017696A JP 2000203626 A JP2000203626 A JP 2000203626A JP 2000203626 A JP2000203626 A JP 2000203626A JP 2002017696 A JP2002017696 A JP 2002017696A
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pulse wave
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respiratory
monitoring
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Rie Oosaki
理江 大崎
Sadasuke Kimura
禎祐 木村
Shinji Nanba
晋治 難波
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Denso Corp
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Denso Corp
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被験者に大きな負担をかけずに、被験者の呼
吸状態を監視することができる呼吸状態のモニタ装置の
提供。 【解決手段】 呼吸状態のモニタ装置Aは、被験者の指
等に装着して脈波を検出する脈波センサ1と、脈波セン
サ1が出力するセンサ出力100の心臓収縮期側の各ピ
ークを求め、心臓収縮期側の各ピークを結んで包絡線を
作成し、包絡線の包絡線波形に基づいて被験者の呼吸状
態を把握するデータ処理部3と、呼吸状態を表示する表
示器4とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、呼吸状態のモニタ
方法および呼吸状態のモニタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、被験者の上唇付近にセンサを
装着し、呼吸に伴う鼻穴からの吐息に基づいたセンサ信
号が出力され、該センサ出力に基づいて被験者の呼吸状
態をモニタする呼吸状態のモニタ装置が知られている。
また、被験者の胸部にセンサを装着し、呼吸に伴う胸部
の動きに基づいたセンサ信号が出力され、該センサ出力
に基づいて被験者の呼吸状態をモニタする呼吸状態のモ
ニタ装置も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の呼吸状態の
モニタ装置は、以下の課題を有する。被験者の顔面や胸
部にセンサを装着する必要があるので装着感が悪く、被
験者が常時、センサを装着して日常生活を行うことは非
常に難しい。
【0004】本発明の第1の目的は、被験者に大きな負
担をかけずに、被験者の呼吸状態を監視することができ
る呼吸状態のモニタ方法の提供にある。本発明の第2の
目的は、被験者に大きな負担をかけずに、被験者の呼吸
状態を監視することができる呼吸状態のモニタ装置の提
供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】[請求項1、2、3、4
について]下記に示す理由により、被験者から採取され
る脈波信号における心臓収縮期側の包絡線に基づいて被
験者の呼吸状態を把握することができる。具体的には、
被験者から採取される脈波信号の心臓収縮期側の包絡線
波形について、或る山から次の山迄の経過時間か或る谷
から次の谷迄の経過時間が被験者の或る一呼吸に要する
時間に相当し、所定時間内に現れる山の数か谷の数が所
定時間内の被験者の呼吸数に相当する。
【0006】(理由)心臓収縮期の脈波包絡線には、肺
からの血流量に起因する生理学的な呼吸信号がのってい
る。また、自律神経の影響が少ないので呼吸状態の把握
に適している。
【0007】請求項1〜4の構成を有する呼吸状態のモ
ニタ方法は、被験者から採取される脈波信号から被験者
の呼吸状態を把握する構成であるので、被験者に大きな
負担をかけずに被験者の呼吸状態(呼吸周期、呼吸数、
呼吸の有無)を監視することができる。
【0008】[請求項5について]呼吸状態のモニタ装
置は、被験者の適所に装着した脈波センサが検出する脈
波の、心臓収縮期側の各ピークを脈波波形処理手段が求
め、脈波の心臓収縮期側の各ピークを結んで包絡線作成
手段が包絡線を作成し、包絡線の包絡線波形に基づいて
包絡線処理手段が被験者の呼吸状態(呼吸周期、呼吸
数、呼吸の有無)を把握する構成である。日常生活を行
っても違和感が無い場所に、脈波を検出する脈波センサ
を装着すれば良いので、被験者に大きな負担をかけず
に、被験者の呼吸状態(呼吸周期、呼吸数、呼吸の有
無)を監視することができる。
【0009】[請求項6について]呼吸状態のモニタ装
置は、被験者の適所に装着した脈波センサが検出する脈
波の、心臓収縮期側の各ピークを脈波波形処理手段が求
め、脈波の心臓収縮期側の各ピークを結んで包絡線作成
手段が包絡線を作成する。そして、包絡線の包絡線波形
に基づき、呼吸周期算出手段と呼吸数算出手段との内、
少なくとも一方を有する包絡線処理手段により、包絡線
処理手段が被験者の呼吸周期や所定時間内の呼吸数を把
握する。
【0010】包絡線の山から次の山迄の経過時間か、包
絡線の谷から次の谷迄の経過時間に基づいて呼吸周期算
出手段が被験者の呼吸周期を求める。所定時間内に現れ
る山の数か谷の数に基づいて呼吸数算出手段が被験者の
呼吸数を求める。なお、脈波センサが検出する脈波(図
3に示す)を周波数解析(FFT)する構成では、体動
が生じると、図6に示す様に、スペクトルピークが複数
出るので、スペクトルピークの周波数に基づいて呼吸信
号を抽出することができない。これにより、日常生活を
行っても違和感が無い場所に、脈波を検出する脈波セン
サを装着すれば良いので、被験者に大きな負担をかけず
に、被験者の呼吸周期や、所定時間内の呼吸数を監視す
ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例(請求項1〜6
に対応)を図1〜図5に基づいて説明する。図1に示す
様に、呼吸状態のモニタ装置Aは、被験者に装着する脈
波センサ1と、脈波センサ1を駆動するための駆動回路
2と、脈波から被験者の呼吸周期と呼吸数とを算出する
データ処理部3と、表示器4とを有する。
【0012】本実施例では、脈波センサ1は光学式であ
り、窓11を有するセンサユニット12内に、発光素子
13と受光素子14とを配設したものであり、例えば、
被験者の指に装着する。発光素子13から被験者の皮膚
15に向かって光130が照射されて人体内部16に入
り、毛細血管17に当たった光の一部が、毛細血管17
中を流れる血液中のヘモグロビンに吸収される。また、
残りの光が毛細血管17で反射して散乱し、その一部が
受光素子14に入光する。
【0013】この際、血液の流動により、毛細血管17
中のヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグ
ロビンに吸収される光も波動的に変化する。その結果、
毛細血管17で反射して受光素子14で検出される受光
量が変化し、その受光素子14の受光量が変化し、セン
サ出力100(脈波)の電圧変化に現れる。
【0014】駆動回路2は、発光素子13に駆動用の電
力を供給する回路であり、駆動用の電力が供給されると
発光素子13が発光する。データ処理部3は、センサ出
力(脈波)100を増幅する検出回路31と、増幅され
た脈波101(アナログ信号)をデジタル信号102に
変換するA/Dコンバータ32と、デジタル信号102
を処理するマイクロコンピュータ33とを有する。マイ
クロコンピュータ33は、下記の処理(図2のステップ
s1〜ステップs6)を施して被験者の呼吸周期および
呼吸数を算出する。
【0015】ステップs1で、脈波101を計測してデ
ジタル信号102に変換し、図3に示す脈波波形を得
る。ステップs2で、デジタル信号102に対して、体
動による3Hz以上の高周波ノイズと、血圧変動による
0.1Hz以下の低周波ノイズをカットする処理を行
う。
【0016】ステップs3で、ノイズをカットした脈波
103の、心臓収縮期側の各ピークと、心臓拡張期側の
各ピークとを求める。
【0017】ステップs4で、心臓収縮期側の各ピーク
を結んで心臓収縮期の包絡線104を作成する。また、
心臓拡張期側の各ピークを結んで心臓拡張期の包絡線1
05を作成する。
【0018】ステップs5で、心臓収縮期の包絡線10
4の、或る山から次の山迄を経過時間を数カ所計測して
平均を求め、被験者の呼吸周期とする。
【0019】ステップs6で、心臓収縮期の包絡線10
4について、1分間に現れる山の数を数回計測して平均
を求め、被験者の1分間の呼吸数とする。
【0020】図5は、本実施例の呼吸状態のモニタ装置
Aと、サーミスタ式の呼吸センサとの両方を被験者に装
着して測定した結果である。103は呼吸状態のモニタ
装置Aの脈波センサ1が出力する脈波100をデジタル
フィルタ処理によりノイズをカットした脈波である。1
04は包絡線作成処理によって心臓収縮期の各ピークを
結んで作成した心臓収縮期の包絡線であり、105は包
絡線作成処理によって心臓拡張期側の各ピークを結んで
作成した心臓拡張期の包絡線である。106はサーミス
タ式の呼吸センサによって得られる呼吸信号である。
【0021】呼吸信号106のレベルが上昇していると
きが呼気の状態であり、下降している時が吸気の状態で
あり、呼吸信号106の一つの山が呼吸1回分に相当す
る。心臓収縮期の包絡線104と呼吸信号106とを比
較すると、両者の山の周期が一致していることが判る。
即ち、山と山との間隔が呼吸間隔に相当し、山の数が呼
吸数に相当する。
【0022】本実施例の呼吸状態のモニタ装置Aは、以
下の利点を有する。 [ア]呼吸状態のモニタ装置Aは、指に脈波センサ1を
装着する構成であるので、装着性に優れ、被験者が常
時、センサを装着して日常生活を行うことが可能であ
る。つまり、被験者に大きな負担をかけずに、被験者の
呼吸周期や呼吸数を、脈波とともに、精度良く、常時、
監視することができる。
【0023】[イ]健康な被験者に呼吸状態のモニタ装
置Aを装着して、呼吸器系の医学診断、体調管理、健康
管理、運動管理を行うこともできる。
【0024】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 a.呼吸状態のモニタ方法、および呼吸状態のモニタ装
置は、被験者から採取される脈波信号における、心臓拡
張期の包絡線も併用して被験者の呼吸状態を把握する構
成にしても良い。
【0025】b.指、耳、足、胴体、首等に脈波センサ
を装着すれば良い。また、脈波センサは、装着した被験
者に負担がかからなければ、光学式以外に、超音波式、
圧力式、ドップラー式等でも良い。
【0026】c.上記実施例の脈波センサ1の発光素子
13は、LEDが使用でき、受光素子14はフォトダイ
オードやフォトトランジスタが使用できる。また、受光
素子14の、抵抗値変化、電流値変化、または電圧値変
化に基づいて脈波を検出すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る呼吸状態のモニタ装置
の説明図である。
【図2】その呼吸状態のモニタ装置が作動を示すフロー
チャートである。
【図3】その呼吸状態のモニタ装置の脈波センサが出力
する脈波のグラフである。
【図4】ノイズをカットした脈波の、心臓収縮期側の各
ピークを結んだ包絡線と、心臓拡張期側の各ピークを結
んだ包絡線とを示すグラフである。
【図5】呼吸状態のモニタ装置の脈波センサが出力する
脈波と、サーミスタ式の呼吸センサによって得られる呼
吸信号とを比較したグラフである。
【図6】脈波を周波数解析したグラフである。
【符号の説明】
1 脈波センサ 3 データ処理部(脈波波形処理手段、包絡線作成手
段、包絡線処理手段、呼吸数算出手段) 100 センサ出力(脈波信号) 104 心臓収縮期の包絡線 A 呼吸状態のモニタ装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 晋治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 4C017 AA09 AA14 AB03 AC28 BC11 BC17 4C038 SS08 ST00 SU00 SX09 SX11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被験者から採取される脈波信号における
    包絡線に基づいて前記被験者の呼吸状態を把握する呼吸
    状態のモニタ方法。
  2. 【請求項2】 被験者から採取される脈波信号におけ
    る、心臓収縮期側の包絡線に基づいて前記被験者の呼吸
    状態を把握する呼吸状態のモニタ方法。
  3. 【請求項3】 被験者から採取される脈波信号の心臓収
    縮期側の包絡線波形について、 或る山から次の山迄の経過時間か或る谷から次の谷迄の
    経過時間が前記被験者の或る一呼吸に要する時間に相当
    し、 所定時間内に現れる山の数か谷の数が所定時間内の前記
    被験者の呼吸数に相当する呼吸状態のモニタ方法。
  4. 【請求項4】 前記被験者の上腕部で脈波を測定して前
    記脈波信号を採取することを特徴とする請求項1乃至請
    求項3の何れかに記載の呼吸状態のモニタ方法。
  5. 【請求項5】 被験者の適所に装着して脈波を検出する
    脈波センサと、 該脈波センサが出力する脈波の、心臓収縮期側の各ピー
    クを求める脈波波形処理手段と、 前記心臓収縮期側の各ピークを結んで包絡線を作成する
    包絡線作成手段と、 前記包絡線の包絡線波形に基づいて前記被験者の呼吸状
    態を把握する包絡線処理手段とを備える呼吸状態のモニ
    タ装置。
  6. 【請求項6】 前記包絡線処理手段は、前記包絡線の山
    から次の山迄の経過時間か、前記包絡線の谷から次の谷
    迄の経過時間に基づいて前記被験者の呼吸周期を求める
    呼吸周期算出手段と、 所定時間内に現れる山の数か谷の数に基づいて前記被験
    者の所定時間内の呼吸数を求める呼吸数算出手段との
    内、少なくとも一方を備える請求項5記載の呼吸状態の
    モニタ装置。
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