JP2002125953A

JP2002125953A - 呼吸／脈拍測定装置及びこれを用いた在宅健康管理システム

Info

Publication number: JP2002125953A
Application number: JP2000322878A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hashimoto; 昌彦橋本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】単一の測定プローブで呼吸数と脈拍数の両方
を同時に測定することが出来る呼吸／脈拍測定装置を提
供する。【解決手段】本発明に係る呼吸／脈拍測定装置13は、
身体の胸部若しくは腹部に装着されて呼吸に伴う圧力変
化を検知する圧電素子５を具えた測定プローブ１と、該
測定プローブ１の出力信号から呼吸性変動信号を抽出す
る第１バンドパスフィルター２と、該測定プローブ１の
出力信号から脈拍性変動信号を抽出する第２バンドパス
フィルター３と、呼吸性変動信号から呼吸数を算出する
と共に脈拍性変動信号から脈拍数を算出するマイクロコ
ンピュータ４とを具えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、身体の胸部若しく
は腹部に装着して、呼吸数及び脈拍数を測定するための
呼吸／脈拍測定装置、及びこれを用いた在宅健康管理シ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】病人や老人等(以下、患者という)の健康
状態を的確に把握するためには、患者の呼吸数と脈拍数
を継続的に測定して、これらの測定データを管理するこ
とが重要とされているが、例えば入院や通院が困難な患
者の場合、在宅のままで呼吸数及び脈拍数を測定する必
要がある。そこで、患者の胸部若しくは腹部に測定プロ
ーブを装着して、胸部若しくは腹部の拡張、収縮を検知
することにより、呼吸数を測定する装置が知られてい
る。又、胸部インピーダンスを検出することによって、
呼吸数を測定する装置が知られている。一方、耳たぶや
指先等に測定プローブを装着して、血流量の変化を光学
的に検知することにより、脈拍数を測定する装置が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、呼吸数
と脈拍数の両方を同時に測定するためには、呼吸数測定
装置と脈拍数測定装置の２つの測定プローブを身にまと
う必要があり、これによって患者の負担が大きくなる問
題があった。又、在宅健康管理システムにおいては、例
えば一人暮らしの老人が自分で測定プローブを装着しな
ければならない場合があり、この様な場合、老人にとっ
て２つの測定プローブを同時に、或いは順次に身にまと
う作業は困難である問題があった。そこで本発明の目的
は、単一の測定プローブで呼吸数と脈拍数の両方を同時
に測定することが出来る呼吸／脈拍測定装置、並びに該
装置を用いた在宅健康管理システムを提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明者は、上記目的を達
成するべく研究を重ねた結果、呼吸性変動信号を検出す
るための呼吸測定プローブの出力信号中に、僅かながら
も脈拍性変動信号が含まれていることを発見し、係る知
見に基づいて本発明を完成した。即ち、本発明に係る呼
吸／脈拍測定装置は、身体の胸部若しくは腹部に装着さ
れて呼吸に伴う圧力変化を検知する圧力センサーと、該
圧力センサーの出力信号から呼吸性変動信号を抽出する
第１信号処理手段と、該圧力センサーの出力信号から脈
拍性変動信号を抽出する第２信号処理手段と、呼吸性変
動信号から呼吸数を算出すると共に脈拍性変動信号から
脈拍数を算出する演算処理手段とを具えている。

【０００５】上記本発明の呼吸／脈拍測定装置におい
て、胸部若しくは腹部に装着された圧力センサーによっ
て、呼吸に伴う胸部若しくは腹部の膨張、収縮が圧力変
化として検知されると同時に、胸部若しくは腹部の血管
を流れる血流の圧力変化(脈波)が検知され、該圧力セン
サーの出力信号には、呼吸性変動信号と脈拍性変動信号
とが含まれることになる。そこで、圧力センサーの出力
信号から呼吸性変動信号と脈拍性変動信号とを抽出する
ことによって、呼吸性変動信号から呼吸数を算出し、脈
拍性変動信号から脈拍数を算出することが出来る。この
様に、圧力センサーの出力信号に基づいて、呼吸数と脈
拍数とが算出されるので、患者は、圧力センサーが組み
込まれた測定プローブのみを身にまとえばよく、これに
よって患者の負担が軽くなる。

【０００６】圧力センサーとしては、例えばバイモルフ
型の圧電素子(５)を採用することが出来る。該圧電素子
(５)によれば、周波数０.５Ｈｚ前後の呼吸と周波数１.
０Ｈｚ前後の脈拍とを精度よく測定することが出来る。

【０００７】又、圧電素子(５)は、胸部若しくは腹部に
取り付けることが可能な呼吸／脈拍測定ユニット(16)に
組み込まれており、該圧電素子(５)の受圧面は弾性シー
トによって覆われ、該呼吸／脈拍測定ユニット(16)に
は、圧電素子(５)を前記弾性シートを介して胸部若しく
は腹部に押し付けて保持するための押圧保持機構が連結
されている。押圧保持機構によって圧電素子(５)が胸部
若しくは腹部に押し付けられた状態で、呼吸に伴って胸
部若しくは腹部が拡張、収縮を繰り返すことにより、圧
電素子(５)は呼吸性の変動波形を示し、該変動波形中に
は、脈拍性の変動波形が含まれることになる。尚、圧電
素子(５)の受圧面は弾性シートを介して胸部若しくは腹
部に押し付けられるので、受圧面には、胸部若しくは腹
部に発生する脈波による圧力が均一に加わって、脈拍性
変動信号が感度良く検知される。

【０００８】具体的には、第１信号処理手段及び第２信
号処理手段はそれぞれバンドパスフィルターによって構
成され、第１信号処理手段によって、呼吸に対応する周
波数帯域を有する信号成分が、呼吸性変動信号として抽
出されると共に、第２信号処理手段によって、脈拍に対
応する周波数帯域を有する信号成分が、呼吸性変動信号
として抽出される。例えば、第１信号処理手段を構成す
るバンドパスフィルターは、中心周波数が０.５Ｈｚ前
後の通過帯域を有し、主として呼吸性変動信号を通過さ
せる。これに対し、第２信号処理手段を構成するバンド
パスフィルターは、中心周波数が１.０Ｈｚ前後の通過
帯域を有し、主として脈拍性変動信号を通過させる。

【０００９】更に具体的な構成において、各バンドパス
フィルターは通過帯域の可変設定が可能であって、演算
処理手段は、過去の呼吸数及び脈拍数の代表値に応じて
各バンドパスフィルターの通過帯域を調整する制御手段
を具えている。尚、過去の呼吸数及び脈拍数の代表値と
しては、直前の瞬時値を採用する方法や、直前までの移
動平均値を採用する方法がある。該具体的構成によれ
ば、患者の状態変化によって呼吸数と脈拍数が同時に変
動する場合においても、呼吸性変動信号を抽出するため
のバンドパスフィルターの通過帯域と、脈拍性変動信号
を抽出するためのバンドパスフィルターの通過帯域と
が、前記変動に応じてダイナミックに調整されるので、
呼吸数と脈拍数を精度よく測定することが出来る。

【００１０】バンドパスフィルターの通過帯域を調整す
る方法としては、例えば通過帯域幅は固定して、その中
心周波数を変化させる方法を採用することが出来る。
又、第１信号処理手段を構成するバンドパスフィルター
の低域遮断周波数は固定して、高域遮断周波数を変化さ
せると共に、第２信号処理手段を構成するバンドパスフ
ィルターの高域遮断周波数は固定して、低域遮断周波数
を変化させる方法を採用することも可能である。

【００１１】尚、圧力センサーは、１つの圧電素子によ
って構成する形態に限らず、身体中央部に取り付けられ
るべき第１の圧電素子と、少なくとも一方の体側部に取
り付けられるべき第２の圧電素子とによって構成する形
態も採用可能であって、この場合、両圧電素子の出力信
号の差分信号が第１信号処理手段及び第２信号処理手段
に供給される。この様に、両圧電素子の出力信号の差分
をとることによって、圧力センサーの取り付け状態の違
い等による外乱信号を含まない、精度の高い呼吸性変動
信号及び脈拍性変動信号を得ることが出来る。

【００１２】又、本発明に係る在宅健康管理システム
は、在宅患者の胸部若しくは腹部に取り付けられた呼吸
／脈拍測定装置(13)の測定データを医療施設へ向けて送
信して、在宅患者の健康状態を医療施設にて管理するた
めの在宅健康管理システムであって、呼吸／脈拍測定装
置(13)は、呼吸に伴う圧力変化を検知する圧力センサー
と、該圧力センサーの出力信号から呼吸性変動信号を抽
出する第１信号処理手段と、該圧力センサーの出力信号
から脈拍性変動信号を抽出する第２信号処理手段と、呼
吸性変動信号から呼吸数を算出すると共に脈拍性変動信
号から脈拍数を算出する演算処理手段とを具えている。

【００１３】上記本発明の在宅健康管理システムによれ
ば、呼吸／脈拍測定装置(13)によって測定される呼吸数
及び脈拍数が常時、医療施設へ送信されて、患者の健康
状態が的確に管理される。

【００１４】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る呼吸／脈拍測
定装置及びこれを用いた在宅健康管理システムによれ
ば、単一の測定プローブで呼吸数と脈拍数の両方を同時
に測定することが出来るので、測定プローブの装着作業
は容易であり、然も、患者に大きな負担をかけることな
く、患者の健康状態を監視することが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。図１に示す如く、
本発明に係る呼吸／脈拍測定装置(13)は、圧電素子(５)
及びチャージアンプ(６)からなる測定プローブ(１)を具
え、該測定プローブ(１)は、患者が胸部若しくは腹部に
装着することが可能となっており、圧電素子(５)によっ
て、呼吸に伴う胸部若しくは腹部の膨張、収縮が圧力変
化として検知される。尚、圧電素子(５)の出力信号に
は、胸部若しくは腹部の血管を流れる血流の圧力変化
(脈波)による信号成分が含まれている。

【００１６】この様に、測定プローブ(１)に圧電素子
(５)とチャージアンプ(６)が組み込まれているので、圧
電素子(５)とチャージアンプ(６)とを長いケーブルで接
続した場合におけるケーブルの線間容量の影響を受ける
ことなく、脈波による微小な出力信号を得ることが出来
る。

【００１７】測定プローブ(１)の出力信号は、第１バン
ドパスフィルター(２)に供給されて、該出力信号に含ま
れる呼吸性変動信号が抽出されると共に、第２バンドパ
スフィルター(３)に供給されて、該出力信号に含まれる
脈拍性変動信号が抽出される。第１バンドパスフィルタ
ー(２)は、高域遮断周波数が０.５Ｈｚの４次ＬＰＦ
(７)と、低域遮断周波数が０.１５ＨｚのＨＰＦ(８)
と、非反転増幅器(９)とを直列に接続して構成されてい
る。一方、第２バンドパスフィルター(３)は、高域遮断
周波数が５.５Ｈｚの２次ＬＰＦ(10)と、低域遮断周波
数が１.０Ｈｚの８次ＨＰＦ(11)と、高域遮断周波数が
５.５Ｈｚの２次ＬＰＦ(12)とを直列に接続して構成さ
れている。

【００１８】第１バンドパスフィルター(２)から出力さ
れる呼吸性変動信号(例えば０.１〜１Ｈｚ)と第２バン
ドパスフィルター(３)から出力される脈拍性変動信号
(例えば０.５〜２.５Ｈｚ)はマイクロコンピュータ(４)
へ入力されて、呼吸性変動信号から呼吸数が算出される
と共に、脈拍性変動信号から脈拍数が算出される。

【００１９】図２及び図３は、上記本発明の呼吸／脈拍
測定装置(13)を患者の胸部若しくは腹部に装着するため
の具体的な構造を表わしている。図２の如く、回路基板
(17)上には、圧電素子(５)が取り付けられると共に、該
圧電素子(５)を包囲してフレーム(18)が取り付けられて
おり、更に該圧電素子(５)の受圧面を覆って、ゴムシー
ト(19)が貼着され、これによって小型の呼吸／脈拍測定
ユニット(16)が構成されている。該呼吸／脈拍測定ユニ
ット(16)は、合成樹脂製の枠体(20)に固定されており、
該枠体(20)にベルト(21)が連結されている。この様に、
圧電素子(５)を包囲してフレーム(18)が取り付けられて
いるので、体動に伴う圧電素子(５)に対する接触圧力の
変動の影響が緩和される。尚、圧電素子(５)は富士セラ
ミックス社製のバイモルフ型圧電セラミックスＢＭ０９
０９−０６Ｄ(Ｃ−６)によって構成され、９ｍｍ×９ｍ
ｍ×０.６ｍｍの外形を有している。又、ゴムシート(1
9)は、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍの外形を有してい
る。

【００２０】そこで、図３(ａ)の如くベルト(21)を胸部
若しくは腹部Ｆに巻き付けることにより、呼吸／脈拍測
定ユニット(16)を胸部若しくは腹部Ｆに固定する。これ
によって、圧電素子(５)は、図２に示す如くゴムシート
(19)を介して胸部若しくは腹部Ｆに押し付けられ、胸部
若しくは腹部Ｆからの圧力Ｐを受けることになる。ここ
で、圧電素子(５)はゴムシート(19)を介して圧力Ｐを受
けるので、受圧面には、胸部若しくは腹部に発生する脈
波による圧力が均一に加わって、微小な脈拍性変動信号
が感度良く検知される。

【００２１】図４は、図１の測定プローブ(１)の出力信
号を表わしており、該出力信号には、呼吸性変動成分Ａ
と脈拍性変動成分Ｂとが含まれている。又、図５(ａ)
は、第１バンドパスフィルター(２)によって抽出された
呼吸性変動信号を表わし、図５(ｂ)は、第２バンドパス
フィルター(３)によって抽出された脈拍性変動信号を表
わしている。図示の如く、呼吸性変動信号には、呼吸に
応じた周期のピークが生じており、脈拍性変動信号に
は、脈拍に応じた周期のピークが生じているので、これ
らのピークを計数することによって、呼吸数及び脈拍数
を得ることが出来る。

【００２２】尚、圧電素子(５)は、図３(ａ)に示す如く
身体の中央部に配備する構成に限らず、図３(ｂ)に示す
如く体側部にも配備することが可能であって、この場
合、身体中央部に配備された第１の圧電素子(５)の出力
信号と、体側部に配備された第２の圧電素子(５)の出力
信号の差分をとって、該差分信号を図１に示す第１バン
ドパスフィルター(２)及び第２バンドパスフィルター
(３)に供給する。これによって、ベルト(21)の締め付け
状態等の違いによる外乱信号を含まない、精度の高い呼
吸性変動信号及び脈拍性変動信号を得ることが出来る。

【００２３】又、図１に示す両バンドパスフィルター
(２)(３)をそれぞれ通過帯域の可変設定が可能な構成と
して、マイクロコンピュータ(４)から得られる呼吸数及
び脈拍数の過去の代表値に基づき、両バンドパスフィル
ター(２)(３)の通過帯域をダイナミックに調整すること
も有効である。過去の呼吸数及び脈拍数の代表値として
は、直前の瞬時値や、直前までの移動平均値を採用する
ことが可能であって、該代表値が大きくなれば、これに
応じて、両バンドパスフィルター(２)(３)の通過帯域を
共に高い方にシフトさせ、逆に該代表値が小さくなれ
ば、これに応じて、両バンドパスフィルター(２)(３)の
通過帯域を共に低い方にシフトさせる。シフト量は、例
えば代表値に所定の演算を施して決定することが可能で
ある。この結果、患者の状態変化によって呼吸数と脈拍
数が変動する場合においても、該変動に応じて両バンド
パスフィルター(２)(３)の通過帯域がダイナミックに調
整されるので、呼吸数と脈拍数を精度よく測定すること
が出来る。

【００２４】上記本発明の呼吸／脈拍測定装置(13)によ
れば、測定プローブ(１)のセンサーは圧電素子(５)によ
って構成されているので、例えば発光素子と受光素子か
らなる光学センサーによって構成する場合と比べて、セ
ンサーの駆動電力が不要なために、省電力化を図ること
が出来る。又、発光素子と受光素子の距離的な配置を考
慮する必要がないので、測定プローブ(１)の小型化が可
能である。

【００２５】図６は、上記本発明の呼吸／脈拍測定装置
(13)を用いて、在宅健康管理システムを構成した例を表
わしている。家庭(24)と医療施設(25)とが公衆電話回線
やインターネットを介して互いに接続されており、呼吸
／脈拍測定装置(13)によって測定された在宅患者の呼吸
数及び脈拍数は、送信器(22)のアンテナ(23)から医療施
設(25)へ送信される。医療施設(25)では、受信器(27)の
アンテナ(26)によって受信された呼吸数及び脈拍数が、
解析・処理装置(28)へ入力されて、呼吸数及び脈拍数の
変動が監視され、在宅患者の健康状態が解析される。そ
して、その結果が医療施設(25)の医師に伝えられて、的
確な診断が下されることになる。

【００２６】該在宅健康管理システムによれば、呼吸及
び脈拍測定のために単一の測定プローブ(１)を装着すれ
ばよいので、一人暮らしの患者にとっても装着作業は容
易である。又、測定プローブ(１)は小型に構成されてい
るので、患者に大きな負担をかけることなく、患者の健
康状態を在宅のまま、的確に把握することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る呼吸／脈拍測定装置の構成を表わ
すブロック図である。

【図２】呼吸／脈拍測定ユニットの断面図である。

【図３】測定プローブの装着状態を示す正面図である。

【図４】測定プローブの出力信号の波形図である。

【図５】呼吸性変動信号及び脈拍性変動信号の波形図で
ある。

【図６】在宅健康管理システムの構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

(１) 測定プローブ (２) 第１バンドパスフィルター (３) 第２バンドパスフィルター (４) マイクロコンピュータ (５) 圧電素子 (６) チャージアンプ (13) 呼吸／脈拍測定装置 (16) 呼吸／脈拍測定ユニット (19) ゴムシート (20) 枠体 (21) ベルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体の胸部若しくは腹部に装着されて呼
吸に伴う圧力変化を検知する圧力センサーと、該圧力セ
ンサーの出力信号から呼吸性変動信号を抽出する第１信
号処理手段と、該圧力センサーの出力信号から脈拍性変
動信号を抽出する第２信号処理手段と、呼吸性変動信号
から呼吸数を算出すると共に脈拍性変動信号から脈拍数
を算出する演算処理手段とを具えている呼吸／脈拍測定
装置。
【請求項２】圧力センサーは、バイモルフ型の圧電素
子(５)によって構成される請求項１に記載の呼吸／脈拍
測定装置。
【請求項３】圧電素子(５)は、胸部若しくは腹部に取
り付けることが可能な呼吸／脈拍測定ユニット(16)に組
み込まれており、該圧電素子(５)の受圧面は弾性シート
によって覆われ、該呼吸／脈拍測定ユニット(16)には、
圧電素子(５)を前記弾性シートを介して胸部若しくは腹
部に押し付けて保持するための押圧保持機構が連結され
ている請求項２に記載の呼吸／脈拍測定装置。
【請求項４】第１信号処理手段及び第２信号処理手段
はそれぞれバンドパスフィルターによって構成され、第
１信号処理手段によって、呼吸に対応する周波数帯域の
信号成分が呼吸性変動信号として抽出されると共に、第
２信号処理手段によって、脈拍に対応する周波数帯域の
信号成分が呼吸性変動信号として抽出される請求項１乃
至請求項３の何れかに記載の呼吸／脈拍測定装置。
【請求項５】各バンドパスフィルターは通過帯域の可
変設定が可能であって、演算処理手段は、過去の呼吸数
及び脈拍数の代表値に応じて各バンドパスフィルターの
通過帯域を調整する制御手段を具えている請求項４に記
載の呼吸／脈拍測定装置。
【請求項６】制御手段は、各バンドパスフィルターの
中心周波数を変化させる請求項５に記載の呼吸／脈拍測
定装置。
【請求項７】制御手段は、第１信号処理手段を構成す
るバンドパスフィルターの高域遮断周波数を変化させる
と共に、第２信号処理手段を構成するバンドパスフィル
ターの低域遮断周波数を変化させる請求項５に記載の呼
吸／脈拍測定装置。
【請求項８】圧力センサーは、身体中央部に取り付け
られるべき第１の圧電素子と、少なくとも一方の体側部
に取り付けられるべき第２の圧電素子とを具え、両圧電
素子の出力信号の差分信号が第１信号処理手段及び第２
信号処理手段に供給される請求項１に記載の呼吸／脈拍
測定装置。
【請求項９】在宅患者の胸部若しくは腹部に取り付け
られた呼吸／脈拍測定装置(13)の測定データを医療施設
へ向けて送信して、在宅患者の健康状態を医療施設にて
管理するための在宅健康管理システムであって、呼吸／
脈拍測定装置(13)は、呼吸に伴う圧力変化を検知する圧
力センサーと、該圧力センサーの出力信号から呼吸性変
動信号を抽出する第１信号処理手段と、該圧力センサー
の出力信号から脈拍性変動信号を抽出する第２信号処理
手段と、呼吸性変動信号から呼吸数を算出すると共に脈
拍性変動信号から脈拍数を算出する演算処理手段とを具
えている在宅健康管理システム。
【請求項１０】圧力センサーは、バイモルフ型の圧電
素子(５)によって構成される請求項９に記載の在宅健康
管理システム。
【請求項１１】圧電素子(５)は、胸部若しくは腹部に
取り付けることが可能な呼吸／脈拍測定ユニット(16)に
組み込まれており、該圧電素子(５)の受圧面は弾性シー
トによって覆われ、該呼吸／脈拍測定ユニット(16)に
は、圧電素子(５)を前記弾性シートを介して胸部若しく
は腹部に押し付けて保持するための押圧保持機構が連結
されている請求項１０に記載の在宅健康管理システム。
【請求項１２】第１信号処理手段及び第２信号処理手
段はそれぞれバンドパスフィルターによって構成され、
第１信号処理手段によって、呼吸に対応する周波数帯域
の信号成分が呼吸性変動信号として抽出されると共に、
第２信号処理手段によって、脈拍に対応する周波数帯域
の信号成分が呼吸性変動信号として抽出される請求項９
乃至請求項１１の何れかに記載の在宅健康管理システ
ム。