JP2003210434A - 密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 生体の呼吸、心拍、セキ、イビキを含む体動
等の生体情報を人体の自由を損なうことなく計測し得る
生体情報収集装置を実現する。 【解決手段】 荷重に対して変形可能な弾性構造体１に
より構成され開口部１３と内部容積を持ち、荷重が印加
されることによって開口部が閉ざされ、内部容積が空気
を密封した状態の密閉空気室となり中の空気圧を検出し
電気信号に変換する無指向性マイクロホン３又は圧力セ
ンサーとよりなる密閉空気式音センサーが構成され、椅
子，ベッド，便座フタ、浴槽、床板等を介して生体が乗
った状態における変形可能な容器中の空気圧を検出する
ことにより、生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セキや
イビキを含む体動等の生体情報を、人体の自由を損なう
こと無く計測出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開口部と内部容積
を持ち、荷重に対して変形可能な弾性構造体を使用して
荷重が印加されることによって開口部が閉ざされる密閉
空気式音センサーを使用して、心拍数、呼吸数、セキや
イビキを含む体動等の生体情報を収集する密閉空気式音
センサーを使用した生体情報収集装置に関する。本発明
は、人や動物の体に電極やリード線、その他の観察、計
測器具類を取り付けることなく、生体情報を正確に収集
出来る装置を提供することが出来る。

【０００２】

【従来の技術】従来の心拍数、呼吸数、体動などの生体
情報を収集する装置は、人や動物の体に各種の情報検出
用の電極を取り付けて、この電極で検出された信号をリ
ード線を介して計測装置に送信することにより人体の生
体情報を収集するようにしたものが多く使用されてい
る。このような従来の装置では、人や動物の体に情報検
出用の電極を取り付けるために、使用中に電極の位置が
ずれて信号が変化したり、収集リード線が電極の交差点
や寝具の折り目で、断線しやすく、商用電源を用いてい
る場合、万一生体と接触すると感電する危険性がある。
又、はリード線がアンテナとなって外来電磁波ノイズを
非常に受けやすいという種々の課題を有していた。

【０００３】この種の生体信号検出装置の問題を解決す
る方法として、発明者は、気密性を有する柔軟なゴム、
プラスチック、金属、木材等で製作された密閉空気室の
中の空気圧を無指向性マイクロホン又は圧力センサーに
より検出し電気信号に変換する密閉空気式音センサーを
使用した各種の生体情報収集装置を開発しており、多く
の特許出願を行っている。気密性を有する柔軟なゴム、
プラスチック、金属、木材等で製作された密閉空気室を
使用した密閉空気式音センサーは、人体や動物等の体か
ら直接生体情報を収集する装置として極めてすぐれた性
能を持っており、密閉空気式音センサーは人体や動物の
体から直接生体情報収集だけではなく、人や動物が使用
している椅子、ベッド、便座、浴槽や部屋やユニットバ
スの床等を介しても生体情報の収集が出来ることが判か
ってきた。

【０００４】ベッドや床面全体から生体情報を直接検出
することができれば、複数の装置で家全体をモニタする
ことも可能で、通信手段を使用することで高齢者を離れ
た場所からバイタル活動全般をモニタすることかできる
ので、病的な事故や戸外への徘徊も検出でき早期に対処
するこどができる等その用途が拡大する。椅子、ベッ
ド、便座フタ、浴槽、床面全体から生体情報を検出する
ためには、大きな荷重に耐えうる弾性構造体を一体にて
作製することが必要であるが、機密性を有し内部容積を
持つ構造体を一体にて作製することは容易でない。この
ために、上下二体構造物の固定や貼り合せが用いられる
が、機密性が要求されるとなると固定や貼り合せにも労
を要する。特に部屋の床等の大きな荷重に耐えうる弾性
構造体を一体にて作製することは非常に困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】密閉空気式音センサー
を使用して、人や動物が使用している椅子、ベッド、便
座フタ、浴槽、部屋やユニットバスの床等を介しても生
体情報の収集をおこなうために、椅子、ベッド、便座フ
タ、浴槽や床面全体の大きな荷重に耐えうる気密構造の
弾性構造体を容易に製作する技術の実現が求められてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持ち、荷重が印加されることによって上記開口部が床
面、椅子やベッド脚自身や便座や、浴槽の支点又は付属
の板状部材等によって閉ざされ、内部容積が空気を密封
した状態の密閉空気室となり中の空気圧を検出し電気信
号に変換する無指向性マイクロホン又は圧力センサーと
よりなる密閉空気式音センサーが構成され、椅子，ベッ
ト，便座フタ又は床板等を介してこの密閉空気室上に人
や動物の生体が乗った状態における密閉空気室の中の空
気圧を無指向性マイクロホン又は圧力センサーにより検
出するようにして、生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、
セキやイビキを含む体動等の生体情報を計測する密閉空
気式音センサーを使用した生体情報収集装置を実現する
ことにより、問題を解決したものである。本発明の生体
情報収集装置では、床面、椅子やベッド、便座フタ等の
上に人や動物等の生体が乗った状態における密閉空気室
の空気圧を圧力センサーにより生体信号を測定するよう
にしたために、寝返り等の生体の移動に対しても広範囲
での検出が可能になる。このために、従来の容量式のセ
ンサー等を使用した測定装置に比べて生体信号を長時間
にわたり正確に測定することができるので病院における
入院患者や動物の遠隔監視等に最適である。

【０００７】

【発明の実施の形態】

【実施例】図１は、本発明に使用される、荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持った密閉空気式音センサーの構成の一実施例を示す
図である。図１の実施例は、ベッド、椅子等の脚に装着
され密閉空気式音センサーが構成された例を示す図であ
る。図１の（ａ）は、ベッド、椅子等の脚の一部が開口
部に挿入され、密閉空間を作る実施例を示したものであ
る。図１の（ａ）において、１は荷重に対して変形可能
な弾性材により構成され側面１１と底面１２を持ち上面
に開口部１３と空気信号送出口１４を有する内部容積を
持った構造体である。２は無指向性マイクロホン又は圧
力センサーで、３は無指向性マイクロホン又は圧力セン
サー２に空気信号を送出するパイプである。４は生体情
報を収集される人が使用するベッド、椅子等の脚、５は
ベッド、椅子等が置かれた床である。変形可能な弾性材
により構成された構造体１の開口部１３にはベッド、椅
子等の脚４の一部が挿入され、ベッド、椅子等の脚４に
荷重が印加されることによって構造体１の開口部１３が
椅子やベッド脚自身によって閉ざされ、内部容積が空気
を密封した状態となり密閉空間を作る。密閉空間の内部
の空気圧は、空気信号送出口１４より空気信号を送出す
るパイプ３を介して無指向性マイクロホン又は圧力セン
サー２に加えられ検出され外部の受信装置に伝達され
る。

【０００８】図１の（ｂ）は、ベッド、椅子等の脚の底
部が開口部を塞ぎ、密閉空間を作る実施例を示したもの
である。図１の（ｂ）において、１は荷重に対して変形
可能な弾性材により構成され側面１１と底面１２を持ち
上面に開口部１３と空気信号送出口１４を有する内部容
積を持った構造体である。２は無指向性マイクロホン又
は圧力センサーで、３は無指向性マイクロホン又は圧力
センサー２に空気信号を送出するパイプである。４は生
体情報を収集される人が使用するベッド、椅子等の脚、
５はベッド、椅子等が置かれた床である。変形可能な弾
性材により構成された構造体１はその開口部１３が上向
きに置かれ、開口部１３にはベッド、椅子等の脚４の底
部が乗せられ、ベッド、椅子等の脚４に荷重が印加され
ることによって構造体１の開口部１３が椅子やベッド脚
自身によって閉ざされ、内部容積が空気を密封した状態
となり密閉空間を作る。密閉空間の内部の空気圧は、空
気信号送出口１４より空気信号を送出するパイプ３を介
して無指向性マイクロホン又は圧力センサー２に加えら
れ検出され外部の受信装置に伝達される。

【０００９】図２は、本発明に使用される荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持った密閉空気式音センサーの他の実施例を示す図で
ある。図２の実施例は、ベッド、椅子等の脚の下に密閉
空気式音センサーが置かれた例を示す図である。図２の
（ａ）は、ベッド、椅子等の脚の下に置かれた構造体の
開口部が床で塞がれ、密閉空間を作る実施例を示したも
のである。図２（ａ）において、１は荷重に対して変形
可能な弾性材により構成され側面１１と底面１２を持ち
上面に開口部１３と空気信号送出口１４を有する内部容
積を持った構造体である。２は無指向性マイクロホン又
は圧力センサーで、３は無指向性マイクロホン又は圧力
センサー２に空気信号を送出するパイプである。４は生
体情報を収集される人が使用するベッド、椅子等の脚、
５はベッド、椅子等が置かれた床である。変形可能な弾
性材により構成された構造体１の開口部１３が下向きに
置かれ、開口部１３は床５の上に伏せられ底面１２の上
にベッド、椅子等の脚４が乗せられ、ベッド、椅子等の
脚４に荷重が印加されることによって構造体１の開口部
１３が床５によって閉ざされ、内部容積が空気を密封し
た状態となり密閉空間を作る。密閉空間の内部の空気圧
は、空気信号送出口１４より空気信号を送出するパイプ
３を介して無指向性マイクロホン又は圧力センサー２に
加えられ検出され外部の受信装置に伝達される。

【００１０】図２の（ｂ）は、開口部が板形状部材で塞
がれ、密閉空間を作る実施例を示したものである。この
実施例は開口部１３の断面積或いは断面形状が脚４の断
面積或いは断面形状と著しく異なる場合に特に有効であ
る。図２（ｂ）において、１は荷重に対して変形可能な
弾性材により構成され側面１１と底面１２を持ち上面に
開口部１３と空気信号送出口１４を有する内部容積を持
った構造体である。２は無指向性マイクロホン又は圧力
センサーで、３は無指向性マイクロホン又は圧力センサ
ー２に空気信号を送出するパイプである。４は生体情報
を収集される人が使用するベッド、椅子等の脚、５はベ
ッド、椅子等が置かれた床、６は板形状部材である。変
形可能な弾性材により構成された構造体１の開口部１３
が上向きに置かれ、開口部１３の上は板形状部材６で塞
がれ、板形状部材６の上にはベッド、椅子等の脚４が乗
せられ、ベッド、椅子等の脚４に荷重が印加されること
によって構造体１の開口部１３が板形状部材６によって
閉ざされ、内部容積が空気を密封した状態となり密閉空
間を作る。密閉空間の内部の空気圧は、空気信号送出口
１４より空気信号を送出するパイプ３を介して無指向性
マイクロホン又は圧力センサー２に加えられ検出され外
部の受信装置に伝達される。

【００１１】図２の（Ｃ）は、構造体１の開口部に断面
が円形状の弾性体のリングを介して蓋を嵌め、その上に
ベッド，椅子等の脚を乗せた実施例を示す。この例にお
いては構造体１の開口部１３の側面１１の内面に形成さ
れた段差１６の上に、断面が円形状の弾性体で作られた
リング１７を載せ、更にその上に逆凸字形状の蓋１８を
リング１７と噛み合うように嵌め込んだものである。蓋
１８上にベッド，椅子等の脚４が載ることにより、重み
でリング１７が変形し隙間を埋めるので構造体は密閉さ
れる。図２の（Ｃ）の実施例においては、構造体の開口
部１３の径や形状に対して、ベッド，椅子等の脚４の径
や形状が多少異なっていても、蓋１８及びリング１７に
よって構造体の密閉を維持できる利点がある。また、ベ
ッド，椅子等の脚４に加わった横揺れのような振動を、
リング１７が吸収し、生体情報とは関係のない信号の混
入を防ぐことができる。

【００１２】図３は、本発明に使用される荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持った密閉空気式音センサーの構成の他の実施例を示
す図である。図３の実施例は、ベッド、椅子等の脚に密
閉空気式音センサーを埋め込んだ例を示す図である。図
３の（ａ）は、構造体の開口部が脚で塞がれ、密閉空間
を作る実施例を示したものである。図３（ａ）におい
て、１は荷重に対して変形可能な弾性材により構成され
側面１１を持ち上面と下面に開口部１３，１５を持ち空
気信号送出口１４を有する内部容積を持った構造体であ
る。２は無指向性マイクロホン又は圧力センサーで、３
は無指向性マイクロホン又は圧力センサー２に空気信号
を送出するパイプである。４１，４２は生体情報を収集
される人が使用するベッド、椅子等の脚、５はベッド、
椅子等が置かれた床である。構造体１の開口部１３，１
５はベッド、椅子等の脚４１，４２で塞がれ、構造体１
の弾性により脚４１，４２が支えられ密閉空間を作って
いる。ベッド、椅子等の脚４に荷重が印加されることに
よって上記開口部が閉ざされ、内部容積が空気を密封し
た状態となり密閉空間を作る。密閉空間の内部の空気圧
は、空気信号送出口１４より空気信号を送出するパイプ
３を介して無指向性マイクロホン又は圧力センサー２に
加えられ検出され外部の受信装置に伝達される。

【００１３】図３の（ｂ）はベッド，椅子等の脚４１，
４２によって密閉空間を作る実施例を示したものであ
る。この構造では、荷重変化に対する振動吸収効果を同
時に持たせることが出来る。図３（ｂ）において、２は
無指向性マイクロホン又は圧力センサーで、３は無指向
性マイクロホン又は圧力センサー２に空気信号を送出す
るパイプである。１４は空気信号送出口、４１，４２は
生体情報を収集される人が使用するベッド、椅子等の
脚、５はベッド、椅子等が置かれた床である。開口部１
３，１５はベッド、椅子等の脚４１，４２で形成され、
脚４２の上にスプリング７により脚４１が支えられ空間
を作っている。ベッド、椅子等の脚４１，４２間にはス
プリング７の他に断面円形状の弾性体のリング１７を介
在させてある。ベッド、椅子等の脚４１に荷重が印加さ
れるとスプリング７は圧縮され、それに伴なって弾性体
のリング１７が脚４１の荷重を受けて変形し上記開口部
が閉ざされ、内部容積が空気を密封した状態となり密閉
空間を作る。図３（ｂ）の例では、ベッド、椅子等の荷
重の一部はスプリング７により支えられるので、生体信
号以外の過大な衝撃が加わった場合でもこれを吸収しク
ッション性も向上する。密閉空間の内部の空気圧は、空
気信号送出口１４より空気信号を送出するパイプ３を介
して無指向性マイクロホン又は圧力センサー２に加えら
れ検出され外部の受信装置に伝達される。

【００１４】図１，図２，図３の実施例では、生体情報
を収集される人が椅子に座ったり、ベッドの上に寝てい
る限り、どのような状態にあっても、生体情報を収集さ
れる人の呼吸、心臓の拍動といった不随意の機械的な動
きや、寝返りなどの無意識な体動の不随意の機械的な動
きは、椅子やベッドの脚を介して密閉空気式音センサー
の内部に密封された空気に伝達され無指向性マイクロホ
ン又は圧力センサーに伝えられ、電気信号に変換されて
る。病院等で入院患者の遠隔監視のために、患者の脈拍
数、呼吸数等の生体情報の収集を行う場合に、生体情報
を収集される人は、椅子に座ったり、ベッドの上に寝た
状態で測定を行うことが出来るので、長時間の測定を行
うことが必要な場合にも患者の負担が大幅に軽減され
る。

【００１５】図４は、本発明に使用される荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持った密閉空気式音センサーを部屋の床に設置した実
施例を示す図である。図４は部屋の床面と床面支柱との
間に密閉空気式音センサーを装着した実施例を示したも
のである。図４の（ａ）は部屋の床面と中央部の床面支
柱との間に密閉空気式音センサーを装着した実施例を示
したものである。図４の（ａ）において、１は、図２に
示したような構造の荷重に対して変形可能な弾性材によ
り構成され側面と底面を持ち上面に開口部と空気信号送
出口を有する内部容積を持った構造体である。３は無指
向性マイクロホン又は圧力センサーに空気信号を送出す
るパイプである。５０は中央部の床面支柱，５１，５２
は四隅の床面支柱であるがその二隅の部分だけを示して
いる。６０は生体情報を収集される人が使用する部屋の
床面である。中央部の床面支柱５０と床面６０との間に
密閉空気式音センサーの構造体１が装着されている。構
造体１の開口部は中央部の床面支柱５０又は、部屋の床
面６０で塞がれ、構造体１の弾性により部屋の床面６０
の中央部が支えられ密閉空間を作っている。部屋の床面
６０に荷重が印加されることによって上記開口部が閉ざ
され、内部容積が空気を密封した状態となり密閉空間を
作る。密閉空間の内部の空気圧は、空気信号送出口より
空気信号を送出するパイプ３を介して無指向性マイクロ
ホン又は圧力センサーに加えられ検出され外部の受信装
置に伝達される。

【００１６】図４の（ｂ）は部屋の床面と四隅の床面支
柱との間に密閉空気式音センサーを装着した実施例を示
したものである。図４の（ｂ）において、１は、図２に
示したような荷重に対して変形可能な弾性材により構成
され側面と底面を持ち上面に開口部と空気信号送出口を
有する内部容積を持った構造体である。３は無指向性マ
イクロホン又は圧力センサーに空気信号を送出するパイ
プである。５１は四隅の床面支柱の一つで、その一隅の
部分だけを示している。６０は生体情報を収集される人
が使用する部屋の床面である。四隅の床面支柱５１と床
面６０との間に密閉空気式音センサーの構造体１が装着
されている。構造体１の開口部は床面支柱５１又は、部
屋の床面６０で塞がれ、四隅の床面支柱の上に置かれた
構造体１の弾性により部屋の床面６０が支えられ密閉空
間を作っている。部屋の床面６０に荷重が印加されるこ
とによって上記開口部が閉ざされ、内部容積が空気を密
封した状態となり密閉空間を作る。密閉空間の内部の空
気圧は、空気信号送出口より空気信号を送出するパイプ
３を介して無指向性マイクロホン又は圧力センサーに加
えられ検出され外部の受信装置に伝達される。図４の実
施例の場合、生体情報を収集用の密閉空気式音センサー
の構造体１には、床面６０を介して生体情報を収集され
る人や動物が密閉空気式音センサーの構造体１の上に乗
った状態となるために、床板部材６０の上寝た状態で生
体情報を収集される人が、寝返り等により体の位置を変
えた場合にも常に安定した生体情報を収集することが出
来る。

【００１７】図５は、本発明に使用される荷重に対して
変形可能な弾性構造体により構成され開口部と内部容積
を持った密閉空気式音センサーを部屋の床に設置した他
の実施例を示す図である。図５は床面と床面上の板状部
材との間の中央部に密閉空気式音センサーを装着した実
施例を示したものである。図５において、１は、図２に
示したような荷重に対して変形可能な弾性材により構成
され側面と底面を持ち上面に開口部と空気信号送出口を
有する内部容積を持った構造体である。３は無指向性マ
イクロホン又は圧力センサーに空気信号を送出するパイ
プである。５１，５２は四隅の床面支柱であるがその二
隅の部分だけを示している。６０は生体情報を収集され
る人が使用する部屋の床面である。７０は床面６０上に
置かれた板状部材である。

【００１８】床面６０は四隅の床面支柱５１，５２によ
り支えられており、床面６０の上には板状部材７０が置
かれている。床面６０と板状部材７０との間の中央部に
密閉空気式音センサーの構造体１が装着されている。構
造体１の開口部は床面６０又は、板状部材７０で塞が
れ、構造体１の弾性により板状部材７０が部屋の床面６
０の中央部で支えられ密閉空間を作っている。板状部材
７０に人や動物が乗り荷重が印加されることによって上
記構造体１の開口部が閉ざされ、内部容積が空気を密封
した状態となり密閉空間を作る。密閉空間の内部の空気
圧は、空気信号送出口より空気信号を送出するパイプ３
を介して無指向性マイクロホン又は圧力センサーに加え
られ検出され外部の受信装置に伝達される。尚、図５
は、床面と床面上の板状部材との間の中央部に密閉空気
式音センサーを装着した実施例を示したものであるが、
密閉空気式音センサーは床面と床面上の板状部材との間
の四隅等の生体情報を収集するのに適当な位置に装着し
ても同様の効果を得ることが出来る。

【００１９】上記の図４、図５の実施例に示した、本発
明の密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装置
は、部屋で生活している人や動物の行動を一切制限しな
い状態で、これら呼吸、心臓の拍動、セキやイビキを含
む体動を総括的に重畳信号として捕え、振幅による体動
時間の選別と分析、周波数による呼吸、心臓の拍動の選
別と分析を行うことが出来るので、病院等での入院患者
の遠隔監視に最適である。本発明の生体情報収集装置で
は、部屋の床や板形状部材の上に人や動物の生体が乗っ
た状態における生体信号を密閉空気式音センサーを使用
して測定するようにしたために、外来電磁波、振動ノイ
ズ等を受けにくくなり、寝返り等の生体の移動に対して
も広範囲での検出が可能になる。又、密閉空気式音セン
サーは人や動物が生活している部屋の床や板形状部材の
振動吸収効果を兼ねることが出来る。本発明の生体情報
収集装置の密閉空気式音センサーにより検出される生体
情報には、人体には呼吸、心臓の拍動といった不随意の
機械的な動きがある。また、寝返りなどの無意識な体動
も不随意の機械的な動きもあり、睡眠時ではこの無意識
での体動も覚醒レベルとして重要な情報である。

【００２０】病院等での入院患者の遠隔監視において
は、患者の脈拍数、呼吸数等の生体情報の状態から患者
が睡眠に入ったことを自動検知して、病室の電灯を消灯
したり、テレビを消したり、ラジオの音量を調節するよ
うな操作も可能になる。又、上記の図４、図５の実施例
に示した、本発明の密閉空気式音センサーを使用した生
体情報収集装置を動物を飼育する部屋に適用すると、板
形状部材あるいは部屋の床そのものを介して生体情報を
収集される動物が密閉空気式音センサーの上に乗った状
態となるために、動物が部屋の中を動き回りその位置を
変えた場合にもより生体情報を確実に収集することが出
来る。従来、動物の呼吸、心拍等を観察するには、電
極、センサーやリード線を噛まれたりしないように、動
物の体を完全に固定するか、麻酔をかけた状態で行うし
か方法がなく、自然な状態における検出方法が存在しな
かった。本発明では、動物を自然な状態において連続的
に観察することが可能になるので、実験動物を用いた病
態解明や薬の効果の確認に大変有効である。

【００２１】図６は、密閉空気式音センサーの無指向性
マイクロホン２の出力信号の一例を示したものである。
図６の横軸は時間（Ｓｅｃ）で、縦軸は出力信号のレベ
ル（Ｖ）を示している。図６の中で、出力信号のレベル
が大きく変動している部分は、生体情報を収集される人
の寝返りなどの無意識な体動の不随意の機械的な動きＢ
ＭＴを示している。又、出力信号のレベルが安定して小
さく変動している部分は、生体情報を収集される人の呼
吸、心臓の拍動といった不随意の機械的な動きを示して
いる。図７は、図６に示した密閉空気式音センサーの無
指向性マイクロホン２の出力信号の中の、レベルが安定
して小さく変動している部分（図６の丸で囲んだ部分）
の信号を拡大した信号Ｓ１と、同じ部分の信号を微分し
た信号Ｓ２とを示したものである。密閉空気式音センサ
ーの無指向性マイクロホン２の出力信号を微分した信号
Ｓ２の波形の高レベルの周期的信号は心拍周期を示して
おり、又、高レベルの周期的信号と中レベルの周期的信
号との間は左心室駆出時間を示している。このように、
密閉空気式音センサーの無指向性マイクロホン２の出力
信号から各種の生体情報を長時間にわたり連続的に得る
ことが出来る。

【００２２】図８は、密閉空気式音センサーの無指向性
マイクロホン２の出力信号を処理して各種の生体情報を
得るための信号処理回路の一例を示すブロック線図であ
る。図８において、ＰＴは密閉空気式音センサーの無指
向性マイクロホン２で、図６，７に示したような信号を
出力する。ＬＶはレベル検出回路で、無指向性マイクロ
ホンＰＴ出力が所定レベルを越えたときにパルスＡを出
力する。ＬＰはローパスフィルターで、無指向性マイク
ロホンＰＴの出力信号の高い周波数成分を除去する。Ｄ
Ｆは微分増幅器で無指向性マイクロホンＰＴの出力信号
を微分した、図８のＳ２に示すような信号を出力する。
ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３は、最大値検出器で、これに加
えられる信号の最大値を検出する毎に正極性のパルスを
出力する。

【００２３】ＣＵ１，ＣＵ２，ＣＵ３は、カウンタでこ
れに加えられるパルスを計数し、設定された値になると
出力信号を発生する。ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３，ＴＭ４
はそれぞれタイマーで、そのスタート端子に信号が加え
られてから、ストップ端子に信号が加えられるまでの時
間を計測しその結果を出力端子に出力する。ＤＶは減衰
器で、これに加えられる信号ｔを１／ｎに減衰して出力
する。ＳＷ１はスイッチ、Ｍ１はメモリーである。無指
向性マイクロホンＰＴの出力信号は、レベル検出回路Ｌ
Ｖ，ローパスフィルターＬＰ，微分増幅器ＤＦに加えら
れる。レベル検出回路ＬＶから出力されるパルスはタイ
マーＴＭ１にスタート信号として供給され、又、カウン
タＣＵ１に加えられる。カウンタＣＵ１は、レベル検出
回路ＬＶから出力されるパルスＡを受ける毎に異なった
極性のパルスを出力するもので、レベル検出回路ＬＶか
ら最初のパルスを受けたときに、負極性のパルスを次の
パルスを受けたときに、正極性のパルスを出力するよう
に動作するプリセットカウンタである。タイマーＴＭ１
は、レベル検出回路ＬＶより正極性パルスを受けてか
ら、カウンタＣＵ１より正極性パルスを受けるまでの時
間を測定し、その測定値を体動時間ＢＭＴとして出力す
る。

【００２４】ローパスフィルターＬＰの出力は最大値検
出器ＤＴ１に加えられ、ＤＴ１から出力されるパルス
は、タイマーＴＭ２にスタート信号として供給され、
又、カウンタＣＵ２に加えられる。タイマーＴＭ２は、
最大値検出器ＤＴより正極性パルスＡを受けてから、カ
ウンタＣＵ２より正極性パルスＦを受けるまでの時間を
測定し、その測定値を呼吸周期ＲＰとして出力する。微
分増幅器ＤＦの出力信号は、最大値検出器ＤＴ２に接続
されている。最大値検出器ＤＴ２から出力されるパルス
は、タイマーＴＭ３にスタート信号として供給され、
又、カウンタＣＵ３に加えられる。タイマーＴＭ３は、
最大値検出器ＤＴ２より正極性パルスを受けてから、カ
ウンタＣＵ３より正極性パルスを受けるまでの時間を測
定し、その測定値を心拍周期ＲＲとして出力する。タイ
マーＴＭ４は、最大値検出器ＤＴ２から出力されたパル
スでスタートし、タイマーＴＭ３で計測され、メモリー
された１心拍前の心拍周期ＲＲの１／ｎの時間だけ、ス
イッチＳＷ１をＯＮとし、大動脈弁閉塞音のみを最大値
検出器ＤＴ３で検出し、タイマーＴＭ４のストップ信号
として加え、その測定値を左心室駆出時間ＥＴとして出
力する。

【００２５】次に、上述のように構成された図８の回路
の動作を説明すると次の通りである。無指向性マイクロ
ホンＰＴからは、図６又は、図７のＳ１に示すような、
生体情報の電気信号が出力される。この信号は、生体情
報を収集される人の呼吸、心臓の拍動といった不随意の
機械的な動きを示している。レベル検出回路ＬＶは、無
指向性マイクロホンＰＴの出力の電気信号が所定レベル
を越えたときに、即ち生体情報を収集される人に体動が
起きると、パルスＡを出力し、これをタイマーＴＭ１に
供給する。これに応じてタイマーＴＭ１は体動時間ＢＭ
Ｔの測定を間始する。タイマーＴＭ１は、レベル検出回
路ＬＶよりパルスＡを受けてから、カウンタＣＵ１より
パルスＢを受けるまでの時間、すなわち図５に示す生体
情報を収集される人の体動時間ＢＭＴを測定しその測定
値を出力する。

【００２６】無指向性マイクロホンＰＴの出力の電気信
号の中の体動等に伴う高い周波数成分はローパスフィル
ターＬＰにより除去され、その最大値、生体情報を収集
される人の呼吸に伴う体動が最大値検出器ＤＴ１により
検出されパルスＡが出力される。タイマーＴＭ２は最大
値検出器ＤＴ１よりパルスＡを受けてから、カウンタＣ
Ｕ２よりパルスＢを受けるまでの時間、すなわち図７に
示す呼吸周期ＲＰを測定し、その測定値を出力する。無
指向性マイクロホンＰＴの出力の電気信号は微分増幅器
ＤＦにより微分され、図７のＳ２に示すような信号に変
換され、最大値検出器ＤＴ２によりその最大値が検出さ
れる。

【００２７】タイマーＴＭ３は、最大値検出器ＤＴ２よ
りパルスＡを受けてから、カウンタＣＵ３よりパルスＢ
を受けるまでの時間、すなわち図５に示す心拍周期ＲＲ
を測定し、その測定値を出力する。又、タイマーＴＭ４
は、最大値検出器ＤＴ２よりパルスＡを受けてから、１
心拍前の心拍周期ＲＲの１／ｎの時間だけスイッチＳＷ
１をＯＮとし、最大値検出器ＤＴ３よりパルスＢを受け
るまでの時間、すなわち図６に示す左心室駆出時間ＥＴ
を測定し、その測定値を出力する。このようにして密閉
空気式音センサーの出力信号を信号処理回路により処理
することにより各種の生体情報を得ることが出来る。こ
の測定期間の間、測定者は何らの拘束を受けること無く
ベッド等に寝ているだけで良いのでその負担は、従来の
装置に比較して大幅に軽減される。このため、本発明の
密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装置は、
体力の衰えた高齢者や重い病人や、動きの激しい動物等
にも長時間使用することが可能になる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、荷重に対して変形可能な弾性構造体により構成され
開口部と内部容積を持ち、荷重が印加されることによっ
て上記開口部が床面、椅子やベッド脚自身や便座や浴槽
の支点又は付属の板状部材によって閉ざされ、内部容積
が空気を密封した状態の密閉空気室となり中の空気圧を
検出し電気信号に変換する無指向性マイクロホン又は圧
力センサーとよりなる密閉空気式音センサーが構成さ
れ、椅子，ベッド，便座フタ、床板等を介してこの密閉
空気室上に人や動物等の生体が乗った状態における密閉
空気室の中の空気圧を無指向性マイクロホン又は圧力セ
ンサーにより検出することにより、生体の呼吸、心拍数
（心拍周期）、セキやイビキを含む体動等の生体情報を
計測するようにした密閉空気式音センサーを使用した生
体情報収集装置を実現したものである。

【００２９】このために、本発明の生体情報収集装置で
は、人や動物の生体が部屋やユニットバスの床面や椅
子、ベッド、便座フタ等に乗った状態における生体信号
を密閉空気式音センサーにより測定するようにしている
ために、寝返り等の生体の移動に対しても広範囲での検
出が可能になり、生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セ
キやイビキを含む体動等の生体情報を人体の自由を損な
うこと無く計測するようにした生体情報収集装置を実現
出来る。本発明の装置では、近距離、遠距離通信手段を
併用することで病院内入院患者モニタ、在宅治療中の患
者モニタ用のみならず、健康人の睡眠時モニタとしても
有用であり、無呼吸症候群や睡眠時不整脈などの検出に
も応用できる。また、風邪や女性性周期ホルモン変化な
どの発熱に起因する心拍数、呼吸の変動観察も可能であ
る。さらには、睡眠の時期、睡眠の深さ（ＲＥＭ睡眠、
ＮＯＮＲＥＭ睡眠）の判定も可能で、快適な目覚ましの
タイミングも提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に使用される、荷重に対して変形可能
な弾性構造体により構成され開口部と内部容積を持った
密閉空気式音センサーの一実施例を示す図である。

【図２】 本発明に使用される荷重に対して変形可能な
弾性構造体により構成され開口部と内部容積を持った密
閉空気式音センサーの他の実施例を示す図である。

【図３】 本発明に使用される荷重に対して変形可能な
弾性構造体により構成された密閉空気式音センサーの構
成の他の実施例を示す図である。

【図４】 本発明に使用される荷重に対して変形可能な
弾性構造体により構成された密閉空気式音センサーを部
屋の床に設置した実施例を示したものである。

【図５】 本発明に使用される荷重に対して変形可能な
弾性構造体により構成された密閉空気式音センサーを部
屋の床に装着した他の実施例を示したものである。

【図６】 密閉空気式音センサーの無指向性マイクロホ
ン２の出力信号の一例を示したものである。

【図７】 図６に示した密閉空気式音センサーの無指向
性マイクロホン２の出力信号の中の、レベルが安定して
小さく変動している部分（図６の丸で囲んだ部分）の信
号を拡大した信号Ｓ１と、同じ部分の信号を微分した信
号Ｓ２とを示したものである。

【図８】 密閉空気式音センサー出力信号を処理して各
種の生体情報を得るための信号処理回路の一例を示すブ
ロック線図である。

【符号の説明】

１・・・荷重に対して変形可能な弾性材により構成され
た内部容積を持った構造体， １１・・・内部容積
を持った構造体の側面， １２・・・内部容積を持
った構造体の底面， １３，１５・・・内部容積を
持った構造体の開口部， １４・・・内部容積を持
った構造体の空気信号送出口， １６・・・開口部
内面に形成された段差，１７・・・弾性体リング，
１８・・・蓋， ２・・・無指向性マイクロホン
又は圧力センサー， ３・・・無指向性マイクロホ
ン又は圧力センサー２に空気信号を送出するパイプ，
４、４１、４２・・・生体情報を収集される人が使
用するベット、椅子等の脚， ５．．．ベッド、椅
子等が置かれた床， ６・・・板形状部材，
７・・・スプリング， ５０・・・中央部の床面支
柱， ５１，５２・・・四隅の床面支柱， ６
０・・・生体情報を収集される人が使用する部屋の床
面， ７０・・・床面６０上に置かれた板状部材Ｐ
Ｔ・・・密閉空気式音センサーの無指向性マイクロホ
ン，ＬＶ・・・レベル検出回路， ＬＰ・・・ロー
パスフィルター，ＤＦ・・・微分増幅器， ＤＴ
１，ＤＴ２，ＤＴ３・・・、最大値検出器， ＣＵ
１，ＣＵ２，ＣＵ３・・・、カウンタ， ＴＭ１，
ＴＭ２，ＴＭ３，ＴＭ４・・・タイマー， ＳＷ１
・・・スイッチ， Ｍ１・・・メモリー， Ｄ
Ｖ・・・減衰器

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【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月６日（２００２．２．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【図５】

【図１】

【図６】

【図２】

【図７】

【図３】

【図８】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され開口部と内部容積を持ち、開口部が椅子やベッ
   ド脚、便座フタ支点、浴槽支点に印加される荷重によっ
   て一部が挿入されて閉ざされ、内部容積が空気を密封し
   た状態の密閉空気室となる荷重に対して変形可能な容
   器、該荷重に対して変形可能な容器の密閉空気室の中の
   空気圧を検出し電気信号に変換する無指向性マイクロホ
   ン又は圧力センサーとよりなる密閉空気式音センサー、
   椅子、ベッド、便座フタ、浴槽等を介して荷重に対して
   変形可能な容器の密閉空気室上に人や動物の生体が乗っ
   た状態における密閉空気室の中の空気圧を無指向性マイ
   クロホン又は圧力センサーにより検出することにより、
   生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セキやイビキを含む
   体動等の生体情報を計測するようにした密閉空気式音セ
   ンサーを使用した生体情報収集装置。
2. 【請求項２】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され開口部と内部容積を持ち、荷重が印加されるこ
   とによって開口部が椅子やベッド脚の底部、便座フタ支
   点、浴槽支点によって閉ざされ、内部容積が空気を密封
   した状態の密閉空気室となる荷重に対して変形可能な容
   器、該荷重に対して変形可能な容器の密閉空気室の中の
   空気圧を検出し電気信号に変換する無指向性マイクロホ
   ン又は圧力センサーとよりなる密閉空気式音センサー、
   椅子ベッド、便座フタ、浴槽等を介して荷重に対して変
   形可能な容器の密閉空気室上に人や動物の生体が乗った
   状態における密閉空気室の中の空気圧を無指向性マイク
   ロホン又は圧力センサーにより検出することにより、生
   体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セキやイビキを含む体
   動等の生体情報を計測するようにした密閉空気式音セン
   サーを使用した生体情報収集装置。
3. 【請求項３】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され間口部と内部容積を持ち、椅子やベッドの脚や
   便座フタ支点、浴槽支点により荷重が印加されることに
   よって上記開口部が部屋の床面や便器表面や浴槽受台に
   より閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉空気
   室となる荷重に対して変形可能な容器、該荷重に対して
   変形可能な容器の密閉空気室の中の空気圧を検出し電気
   信号に変換する無指向性マイクロホン又は圧力センサー
   とよりなる密閉空気式音センサー、椅子やベッドの脚や
   便座フタ、浴槽を介して変形可能な容器の密閉空気室上
   に人や動物が乗った状態における密閉空気室の中の空気
   圧を無指向性マイクロホン又は圧力センサーにより検出
   することにより、生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セ
   キやイビキを含む体動等の生体情報を計測するようにし
   た密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装置。
4. 【請求項４】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され間口部と内部容積を持ち、椅子やベツトの脚、
   便座フタ、浴槽により荷重が印加されることによって上
   記開口部が板状部材により閉ざされ内部容積が空気を密
   封した状態の密閉空気室となる荷重に対して変形可能な
   容器、該荷重に対して変形可能な容器の密閉空気室の中
   の空気圧を検出し電気信号に変換する無指向性マイクロ
   ホン又は圧力センサーとよりなる密閉空気式音センサ
   ー、前記板状部材上に椅子やベッドの脚や便座フタ、浴
   槽を介して変形可能な容器の密閉空気室上に人や動物の
   生体が乗った状態における空気袋の中の空気圧を無指向
   性マイクロホン又は圧力センサーにより検出することに
   より、生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セキやイビキ
   を含む体動等の生体情報を計測するようにした密閉空気
   式音センサーを使用した生体情報収集装置。
5. 【請求項５】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され開口部と内部容積を持ち、荷重が印加されるこ
   とによって開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面
   支柱で閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉空
   気室となる荷重に対して変形可能な容器、該荷重に対し
   て変形可能な容器の密閉空気室の中の空気圧を検出し電
   気信号に変換する無指向性マイクロホン又は圧力センサ
   ーとよりなる密閉空気式音センサー、密閉空気室上の床
   面の上で生活する人や動物の生体が乗った状態における
   密閉空気室の空気圧を無指向性マイクロホン又は圧力セ
   ンサーにより検出することにより、生体の呼吸、心拍数
   （心拍周期）、セキやイビキを含む体動等の生体情報を
   計測するようにした密閉空気式音センサーを使用した生
   体情報収集装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の生体情報収集装置におい
   て、開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面支柱で
   閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉空気室と
   なる容器は部屋の中央部の床面支柱と床面の間に装着さ
   れた密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装
   置。
7. 【請求項７】請求項５記載の生体情報収集装置におい
   て、開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面支柱で
   閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉空気室と
   なる容器は部屋の四隅の床面支柱と床面の間に装着され
   た密閉空気式音センサーを使用した生体情報収集装置。
8. 【請求項８】荷重に対して変形可能な弾性構造体により
   構成され開口部と内部容積を持ち、荷重が印加されるこ
   とによって開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面
   上の板状部材で閉ざされ内部容積が空気を密封した状態
   の密閉空気室となる荷重に対して変形可能な容器、該荷
   重に対して変形可能な容器の密閉空気室の中の空気圧を
   検出し電気信号に変換する無指向性マイクロホン又は圧
   力センサーとよりなる密閉空気式音センサー、密閉空気
   室上の床面の上の板状部材で生活する人や動物の生体が
   乗った状態における密閉空気室の空気圧を無指向性マイ
   クロホン又は圧力センサーにより検出することにより、
   生体の呼吸、心拍数（心拍周期）、セキやイビキを含む
   体動等の生体情報を計測するようにした密閉空気式音セ
   ンサーを使用した生体情報収集装置。
9. 【請求項９】請求項８記載の生体情報収集装置におい
   て、開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面上の板
   状部材で閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉
   空気室となる容器は部屋やユニットバスの中央部の床面
   と床面上の板状部材の間に装着された密閉空気式音セン
   サーを使用した生体情報収集装置。
10. 【請求項１０】請求項５記載の生体情報収集装置におい
    て、開口部が部屋やユニットバスの床面又は床面上の板
    状部材で閉ざされ内部容積が空気を密封した状態の密閉
    空気室となる容器は部屋やユニットバスの四隅の床面と
    床面上の板状部材の間に装着された密閉空気式音センサ
    ーを使用した生体情報収集装置。