JP2006340820A - Body motion sensing sensor, and body motion monitoring system using it - Google Patents

Body motion sensing sensor, and body motion monitoring system using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a body motion sensing sensor using a piezoelectric film, of which the sensing precision is high, and in addition, of which the fitting feeling is good, and to provide a body motion monitoring system using the body motion sensing sensor. <P>SOLUTION: This body motion sensing sensor is constituted of the piezoelectric film which is made to warp into a bridge shape, and a stretchable member which connects both ends of the piezoelectric film and is shorter than the piezoelectric film. For the body motion sensing sensor, the warpage of the piezoelectric film changes following the stretching/contracting motion of the stretchable member which comes into contact with a subject. The body motion monitoring system has a signal converting means, and a body motion judging means which judges the presence/absence of a body motion based on an analogue signal. In this case, the signal converting means converts an electric load induced by the body motion sensing sensor into a voltage signal, and converts the voltage signal into the analogue signal. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、体動を検知するセンサーおよびシステムに関し、より詳細には検知精度が高くしかも装着感がよい、圧電フィルムを用いた体動検知センサーおよびそれを用いた体動モニタリングシステムに関する。   The present invention relates to a sensor and system for detecting body movement, and more particularly to a body movement detection sensor using a piezoelectric film with high detection accuracy and good wearing feeling, and a body movement monitoring system using the same.

従来の体動検知手段としては、大別するとセンサーに電流を流し電気抵抗の変化を測定するものと、体動により圧電体に生じる電圧の変化を測定するものがある。   Conventional body motion detection means can be broadly classified into one that passes a current through a sensor and measures a change in electrical resistance, and one that measures a change in voltage generated in a piezoelectric body due to body motion.

前者は、身体にストレインゲージ(カーボン粒子等の導電物質が注入された細いチューブ)を巻き付けた状態で電流を流してその電圧変化を測定する手法や、細い導線をバンドに縫いつけたコイルセンサーのインダクタンスの変化を測定するというものである。
しかしながら、身体の周囲に電流を流すことに伴う安全性の問題や、他の機器へのノイズの影響の問題が指摘されていた。かかる問題を解決するために、バンド長の変化を検知することで呼吸を監視するセンサーが提言されている(特許文献1)。
The former is a method of measuring the voltage change by passing a current with a strain gauge (a thin tube infused with a conductive material such as carbon particles) wrapped around the body, or the inductance of a coil sensor in which a thin conductor is sewn to the band. It is to measure the change of.
However, it has been pointed out that there are safety problems associated with passing current around the body and noise effects on other devices. In order to solve this problem, a sensor that monitors respiration by detecting a change in band length has been proposed (Patent Document 1).

後者は、圧電体にたわみが生じる必要があるため、圧電体には弾性のあるフィルム形状のものが利用される。圧電フィルムとしてはPVDF(Polyvinylidene fluoride film:ポリフッ化ビリニデン)やチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などからなる圧電セラミックまたは圧電セラミック薄膜が用いられる。PVDFを用いて筋肉活動を監視することで、分晩のタイミングを検知する方法および装置が提言されている(特許文献2)。
特開2001−17409号公報 特公昭63−501196号公報
The latter needs to bend in the piezoelectric body, so that an elastic film-shaped one is used as the piezoelectric body. As the piezoelectric film, a piezoelectric ceramic or a piezoelectric ceramic thin film made of PVDF (Polyvinylidene fluoride film), barium titanate, lead zirconate titanate (PZT), or the like is used. There has been proposed a method and a device for detecting the timing of minutes by monitoring muscle activity using PVDF (Patent Document 2).
JP 2001-17409 A Japanese Patent Publication No. 63-501196

上記特許文献1に開示される発明では、バンド長の物理的な伸縮そのものを計測するものであり、精度面に問題がある。
一方、上記特許文献2の考えを取り入れた、圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサーがある。図1は、従来型の圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサーの使用態様である。バンド1の中央部に圧電フィルム2が設けられており、当該部分のたわみ量の変化により生じる出力電圧を計測することで呼吸が正確に行われているかを検知する仕組みである。
その様子を断面図で示したものが図2であり、胸部・腹部にバンド1をきつく巻き付けることにより、センサー部分である圧電フィルム2を体に密着させ、圧電フィルム2が吸息時には引っ張られ、吐息時にはゆるむことで、電圧が生じるというものである。
The invention disclosed in Patent Document 1 measures the physical expansion and contraction of the band length itself, and has a problem in accuracy.
On the other hand, there is a band-type respiration sensor using a piezoelectric film, which incorporates the idea of Patent Document 2 above. FIG. 1 shows a usage mode of a band-type respiration sensor using a conventional piezoelectric film. A piezoelectric film 2 is provided in the central part of the band 1 and is a mechanism for detecting whether respiration is accurately performed by measuring an output voltage generated by a change in the deflection amount of the part.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of this state. By tightly wrapping the band 1 around the chest and abdomen, the piezoelectric film 2 as the sensor part is brought into close contact with the body, and the piezoelectric film 2 is pulled during inspiration. The voltage is generated by loosening at the time of exhalation.

しかしながら、胸部または腹部にバンド巻き付けて使用する場合においては、圧電フィルムにたわみを生じさせるためにバンドをきつく巻き付ける必要があり、患者の不快感が高く、バンドのずれも生じやすく、しかも、圧電フィルムにたわみを生じさせるため、バンド1には伸縮しない素材が用いられており、このことが更に装着感を悪くしていた。   However, when the band is wound around the chest or abdomen, it is necessary to wind the band tightly in order to cause the piezoelectric film to bend, the patient is uncomfortable, the band is easily displaced, and the piezoelectric film In order to cause bending, a material that does not expand and contract is used for the band 1, which further deteriorates the wearing feeling.

また、腹部・胸部の一部の動きのみが圧電フィルムにたわみを生じさせるという構造上、生じる電圧の変化も少なく、出力される電気信号が小さい(カタログ値700μV)ため、体位の変化に伴うノイズや心臓の鼓動によるノイズにより安定した記録が得られないという問題があった。   In addition, due to the structure that only the movement of the abdomen and chest causes the piezoelectric film to bend, the resulting voltage change is small, and the output electrical signal is small (catalog value 700μV), so noise due to changes in body position There was a problem that stable recording could not be obtained due to noise caused by heartbeat.

胸部および腹部に2本のバンドを巻き付けて使用することにより検知精度は高くなるが、1本のバンドと比べ更に装着感が悪くなり、しかも視覚的にも身体を縛られているという痛々しい感じがするため、患者の心理的な負担は大きかった。   By using two bands wrapped around the chest and abdomen, the detection accuracy will be higher, but the feeling of wearing will be worse compared to one band, and the body will also be visually bound Therefore, the psychological burden on the patient was great.

両面テープなどで直接体へ圧電フィルムを貼り付ける方法もあるが、装着感が悪く患者の不快感は高かった。また、生じるたわみが少ないため、出力される電気信号が小さいという問題があった。   There is also a method of sticking a piezoelectric film directly to the body with a double-sided tape, etc., but the feeling of wearing was bad and patient discomfort was high. In addition, there is a problem that since the generated deflection is small, the output electric signal is small.

上記課題を解決するために、本発明は、検知精度が高くしかも装着感がよい、圧電フィルムを用いた体動検知センサーおよびそれを用いた体動モニタリングシステムを提供することを目的とする。   In order to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a body motion detection sensor using a piezoelectric film and a body motion monitoring system using the same with high detection accuracy and good wearing feeling.

本発明は、体動を検知するための圧電フィルムと、体動に伴い伸縮する部材を別構造とし、圧電フィルムをブリッジ状に撓ませることにより、装着感を損なわず高い検知精度を得ることを可能とした。
すなわち、第1の発明は、ブリッジ状に撓ませた圧電フィルムと、圧電フィルムの両端を結ぶ圧電フィルムより短い伸縮可能な部材とから構成され、被検体に当接する伸縮可能な部材の伸縮動に追従して、圧電フィルムの撓みが変化する体動検知センサーである。
第2の発明は、第1の発明において、前記圧電フィルムの表面は、導電布テープにより被覆されることを特徴とする。
第3の発明は、第1または2の発明において、前記圧電フィルムは、ポリフッ化ビリニデンであることを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの体動検知センサーと、該体動検知センサーにより誘起された電荷を電圧信号に変換し、アナログ信号に変換する信号変換手段と、該アナログ信号に基づき体動の有無を判定する体動判定手段を有する体動モニタリングシステムである。
第5の発明は、第4の発明において、前記信号変換手段はチャージアンプユニットにより構成され、前記体動判定手段はMPU(Micro Processing Unit)により構成されることを特徴とする。
According to the present invention, a piezoelectric film for detecting body movement and a member that expands and contracts with body movement are made into separate structures, and the piezoelectric film is bent in a bridge shape, thereby obtaining high detection accuracy without impairing the wearing feeling. It was possible.
That is, the first invention is composed of a piezoelectric film bent in a bridge shape and a member that can be expanded and contracted shorter than the piezoelectric film that connects both ends of the piezoelectric film, and is capable of expanding and contracting the expandable member that contacts the subject. It is a body motion detection sensor that follows and changes the deflection of the piezoelectric film.
According to a second aspect, in the first aspect, the surface of the piezoelectric film is covered with a conductive cloth tape.
A third invention is characterized in that, in the first or second invention, the piezoelectric film is polyvinylidene fluoride.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided any one of the first to third body motion detection sensors, a signal conversion unit that converts the charge induced by the body motion detection sensor into a voltage signal and converts the voltage signal into an analog signal, and the analog signal. It is a body movement monitoring system which has a body movement determination means which determines the presence or absence of a body movement based on this.
A fifth invention is characterized in that, in the fourth invention, the signal conversion means is constituted by a charge amplifier unit, and the body movement determination means is constituted by an MPU (Micro Processing Unit).

本発明によれば、装着感を損なわず高い検知精度を得ることができ、従来製品のように圧電フィルムが直接体に触れないため、体位の変化により生じるノイズ、心臓の鼓動によるノイズを抑えることができるから、検知精度が高い。そのため、高価な機器(例えば、睡眠ポリグラフ(PSG:Polysomnography))によるフィルタリングを行う必要がないから、安価に構成することができ、しかもフィルタリングによる微細な信号の見逃しを防止することができる。
また、伸縮部材の長さを調整することにより、乳幼児から大人まで体型、年齢を問わずに使用することができ、バンドを体にきつく巻き付ける必要がないため、装着感を損なわず、身体を縛られているという外見的な心理負担を最小限とすることができる。検知精度が高く、構成が簡易であるため、小型・携帯化に適している。
According to the present invention, high detection accuracy can be obtained without impairing the wearing feeling, and the piezoelectric film does not touch the body directly like conventional products, so that noise caused by changes in body position and noise due to heartbeat are suppressed. Detection accuracy is high. Therefore, since it is not necessary to perform filtering by an expensive device (for example, polysomnography (PSG)), it can be configured at a low cost, and a fine signal can be prevented from being overlooked by filtering.
In addition, by adjusting the length of the telescopic member, it can be used from infants to adults regardless of body shape and age, and it is not necessary to wrap the band tightly around the body, so the wearing feeling is not impaired and the body is bound. The apparent psychological burden of being taken can be minimized. High detection accuracy and simple configuration make it suitable for miniaturization and portability.

本発明に係るセンサーは、ブリッジ状に撓ませた圧電フィルムと、圧電フィルムの両端を結ぶ圧電フィルムより短い伸縮可能な部材とから構成される。
例えば胸部または腹部に取り付けた場合、吐息時には肺内の空気が吐き出されることにより胸囲・復囲が小さくなるため、伸縮部材3の伸び率は小さく、図3に示すように圧電フィルム2は高いブリッジ形状となる。逆に、吸息時には肺内に空気が吸い込まれることにより胸囲・復囲が大きくなるため、伸縮部材3の伸び率は大きくなり、図4に示すように圧電フィルム2は低いブリッジ形状となる。
このように、本発明に係るセンサーは図2に示すような従来型製品と比べ、圧電フィルムに生じるたわみの変化が大きくなるため、生じる電圧の変化も大きいものとなり、精度の高い呼吸信号の検知が可能となる。しかも、圧電フィルムが直接体に密接されないため、心臓の鼓動によるノイズも抑えることができる。
The sensor according to the present invention includes a piezoelectric film that is bent in a bridge shape and a member that can be expanded and contracted shorter than the piezoelectric film that connects both ends of the piezoelectric film.
For example, when it is attached to the chest or abdomen, the chest circumference / reconstruction is reduced by exhaling air in the lungs during exhalation, so that the expansion rate of the elastic member 3 is small, and the piezoelectric film 2 is a high bridge as shown in FIG. It becomes a shape. On the contrary, since the chest circumference / reincarnation becomes larger by inhaling air into the lungs during inhalation, the elongation rate of the elastic member 3 becomes large, and the piezoelectric film 2 has a low bridge shape as shown in FIG.
As described above, the sensor according to the present invention has a larger change in the voltage generated due to the larger deflection change in the piezoelectric film than the conventional product as shown in FIG. Is possible. In addition, since the piezoelectric film is not in direct contact with the body, noise due to heartbeat can also be suppressed.

本発明に係るセンサーでは、圧電フィルムに変化が加わった時だけ出力され、この出力は圧電フィルムの両端に電荷を誘起したことにより発生する。センサーは圧電フィルムの両側に電極をつけたコンデンサとなっているため、両端の電極から電荷を放電しなければ理想的には電圧が出力されたままの状態となる。例えば、PVDFの場合はその電圧が大きく数ボルト以上になる。放電の際には、抵抗を経由して放電電流を電圧に変換することで微分特性を取得することができる。なお、抵抗はなるべく高い電圧の出力が得られ、且つ必要な周波数の信号を取ることができるよう、使用するPVDFの大きさや厚さなどに応じて調整する。   In the sensor according to the present invention, it is output only when a change is applied to the piezoelectric film, and this output is generated by inducing charges at both ends of the piezoelectric film. Since the sensor is a capacitor having electrodes on both sides of the piezoelectric film, ideally, the voltage remains output unless electric charges are discharged from the electrodes at both ends. For example, in the case of PVDF, the voltage is large and becomes several volts or more. At the time of discharging, the differential characteristics can be obtained by converting the discharge current into a voltage via a resistor. Note that the resistance is adjusted according to the size and thickness of the PVDF to be used so that an output with a voltage as high as possible can be obtained and a signal having a necessary frequency can be obtained.

圧電フィルムの材料としては、ピエゾ効果を示すものであればその種別を問わないが、装着感を高めるためには軽量で柔軟性に富むものが好ましい。ピエゾ材料としては、PZT等の圧電セラミックが有名であるが、軽量で柔軟性に富み、加工性がよいPVDFが好ましい材としてあげられる。PVDFは応答帯域がきわめて広く、固有の共振周波数を持ちにくいという特徴も有する。なお、PVDFは高温度環境下での利用に適していないため、そのような環境下で利用する場合には圧電セラミックを使用した薄膜、厚膜を用いることとなる。   The material of the piezoelectric film is not particularly limited as long as it exhibits a piezo effect, but a material that is light and flexible is preferable in order to enhance the wearing feeling. Piezoelectric ceramics such as PZT are well known as piezo materials, but PVDF, which is lightweight, flexible and has good workability, is a preferred material. PVDF also has the characteristics that the response band is extremely wide and it is difficult to have a specific resonance frequency. Since PVDF is not suitable for use in a high temperature environment, a thin film or a thick film using a piezoelectric ceramic is used when it is used in such an environment.

圧電フィルムは、図8に示すように、導電布テープによりシールドすることでノイズ対策を施すのが好ましい。導電布テープは電子機器の電磁波や静電気のシールド、信号ケーブルやコネクタのシールドに使用される一般的なものでよく、粘着面にも導電性があり、貼り合わせても導通があるため、確実にシールド効果を得ることができる。   As shown in FIG. 8, the piezoelectric film is preferably shielded with a conductive cloth tape to take measures against noise. Conductive cloth tape can be a general one used for shielding electromagnetic waves and static electricity of electronic equipment, shielding of signal cables and connectors, and the adhesive surface is also conductive and conductive even when bonded. A shielding effect can be obtained.

本発明に係るセンサーはチャージアンプやFET(電界降下トランジスタ)などの測定回路に接続され、そこで圧電フィルムに誘起された電荷量を電圧信号に変換する。測定回路を通すことにより、圧電フィルム電荷が誘起された時だけ出力することができるため、体位の変化により生じるノイズ、心臓の鼓動によるノイズの影響を受けにくくすることができ、体動の有無を瞬時に判断することができる。
続いて、測定回路のアナログ電圧信号はデジタル信号に変換され(A/D変換)、液晶画面上に出力されるとともに、コンピュータの専用プログラムに送信され、そこで体動の有無が判定される。すなわち、電圧信号が基準値以下の場合には、体動がないものとしてカウントし、体動がない状態が一定時間以上継続した場合には、警報を発して異常を知らせる(図5参照)。
なお、測定回路からは十分大きな電圧で出力されるのでその後増幅する必要はない。
The sensor according to the present invention is connected to a measurement circuit such as a charge amplifier or FET (field drop transistor), and converts the amount of charge induced in the piezoelectric film into a voltage signal. By passing through the measurement circuit, it can be output only when the piezoelectric film charge is induced, so it can be made less susceptible to noise caused by changes in body position and noise from the heartbeat. Judgment can be made instantly.
Subsequently, the analog voltage signal of the measurement circuit is converted into a digital signal (A / D conversion), output on the liquid crystal screen, and transmitted to a dedicated program of the computer, where the presence or absence of body movement is determined. That is, when the voltage signal is below the reference value, it is counted as no body movement, and when no body movement continues for a certain period of time, an alarm is issued to notify the abnormality (see FIG. 5).
Since the measurement circuit outputs a sufficiently large voltage, there is no need for subsequent amplification.

携帯型のモニターシステムを実現するためには、上記測定回路として小型のチャージアンプを用い、上記コンピュータとしてMPU(Micro Processing Unit)を用いるのが好ましく、MPUとしては例えばPIC(Peripheral Interface Controller)があげられる。PICは、チップ内にCPU、ROM、RAM、I/Oの全てを備えるいわゆるワンチップマイコンであり、安価で消費電力が少ないという特徴を有する。
一方、コストをかけない構成とするためには、上記測定回路としてFETを使用するのがよい。この際、適切な入力インピーダンスを確保するために、圧電フィルムの素子容量(C)と入力抵抗(R)によるフィルター効果を考慮する必要がある。
本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されることはない。
In order to realize a portable monitor system, it is preferable to use a small charge amplifier as the measurement circuit and an MPU (Micro Processing Unit) as the computer, and an MPU is, for example, a PIC (Peripheral Interface Controller). It is done. The PIC is a so-called one-chip microcomputer having all of the CPU, ROM, RAM, and I / O in the chip, and is characterized by low cost and low power consumption.
On the other hand, it is preferable to use an FET as the measurement circuit in order to obtain a configuration without cost. At this time, in order to ensure an appropriate input impedance, it is necessary to consider the filter effect due to the element capacity (C) and input resistance (R) of the piezoelectric film.
The details of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

従来型センサーと本発明に係るセンサー以下「実施例1のセンサー」という)の両者を用いて、呼吸のモニタリングを行った。各センサーを用いた呼吸モニタリングシステムの構成および測定結果は以下のとおりである。   Respiration monitoring was performed using both a conventional sensor and a sensor according to the present invention (hereinafter referred to as “sensor of Example 1”). The configuration and measurement results of the respiratory monitoring system using each sensor are as follows.

1.構成
(1)従来型センサー
圧電フィルム:PVDF
入力インピーダンス:1MΩ
測定用外部回路:チャージアンプ(日本電気三栄6D07)[高域フィルターは15Hz以下を通過、低域フィルターは0.15Hz以上を通過、時定数は1秒に設定]
(2)実施例1のセンサー
圧電フィルム:PVDF
伸縮部材:ゴムバンド
入力インピーダンス:1MΩ
測定用外部回路: チャージアンプ(日本電気三栄6D07)[フィルターの設定なし]
1. Constitution
(1) Conventional sensor Piezoelectric film: PVDF
Input impedance: 1MΩ
External circuit for measurement: Charge amplifier (NEC Sanei 6D07) [High-pass filter passes 15Hz or less, low-pass filter passes 0.15Hz or more, and time constant is set to 1 second]
(2) Sensor of Example 1 Piezoelectric film: PVDF
Elastic member: Rubber band Input impedance: 1 MΩ
External circuit for measurement: Charge amplifier (NEC Sanei 6D07) [No filter setting]

2.測定結果
従来型センサーにおける測定結果は、図6の左図に示すとおりであり、出力が約5mvと低く、ノイズも多かった。同右図に示すように、心臓信号の出力が約15mvであり、呼吸信号を心臓信号で割ったS/N比が1以下であることから、フィルタリングを行い、心臓信号を除去する必要がある。
増幅装置により電圧信号を増幅することにより、呼吸したときに生じる胸部・腹部の全周囲の変化のみ(呼吸信号の微分特性)を直接測定することができる。このように変化に伴う信号のみを測定することで、出力がなくなれば無呼吸であること瞬時に判断することができる。
2. Measurement Result The measurement result of the conventional sensor is as shown in the left diagram of FIG. 6. The output was as low as about 5 mv and there was a lot of noise. As shown in the figure on the right, the cardiac signal output is about 15 mv, and the S / N ratio obtained by dividing the respiratory signal by the cardiac signal is 1 or less. Therefore, it is necessary to perform filtering to remove the cardiac signal.
By amplifying the voltage signal with the amplifying device, only changes in the entire circumference of the chest and abdomen that occur when breathing (differential characteristics of the respiratory signal) can be directly measured. By measuring only the signal accompanying the change in this way, it can be instantaneously determined that there is no apnea if there is no output.

実施例1のセンサーにおける測定結果は、図7の左図に示すとおりであり、出力が約60mvと従来型センサーの約12倍で、ノイズも少なかった。同左図に示すように、増幅後の心臓信号の出力も約12mvと低く、呼吸信号を心臓信号で割ったS/N比も5と大きいため、心臓信号を除去しなくともよい。圧電フィルムが直接身体に接触しないためであると考えられる。   The measurement result of the sensor of Example 1 is as shown in the left diagram of FIG. 7. The output was about 60 mv, about 12 times that of the conventional sensor, and there was little noise. As shown in the figure on the left, the output of the heart signal after amplification is as low as about 12 mV, and the S / N ratio obtained by dividing the respiratory signal by the heart signal is as large as 5, so the heart signal need not be removed. This is probably because the piezoelectric film does not directly contact the body.

本実施例のセンサーは、図9に示すように、ポリフッ化ビニリデンを電極ではさみ表面をポリエステルラミネートで保護し、その表面に導電布テープを貼り、同軸ケーブルのGNDに接続したものである。チャージアンプは、小型・低コスト化をはかるため、豊伸電子製のチャージアンプユニットであるNO12-1(36mm×17.5mm×4mm)を使用して作製したものを用いた。実施例1で用いたチャージアンプは130mm×50mm×255mmであったが、本実施例では掌サイズ(約50mm×約50mm)の基板上で実現することができた(図10参照)。
また、呼吸有無の判定を行う回路として、秋月電子製のPICであるPIC16F87シリーズ用ベースボードキットをベースに作製した収集回路を用いた(図11参照)。
上記構成により、パソコンを用いなくとも携帯型呼吸監視を実現することができた。なお、より高価なカスタマイズされたICを用いれば、更に高性能小型化を図ることが可能である。
As shown in FIG. 9, the sensor of this example is formed by sandwiching polyvinylidene fluoride with an electrode and protecting the surface with a polyester laminate, attaching a conductive cloth tape to the surface, and connecting it to GND of a coaxial cable. The charge amplifier was manufactured using NO12-1 (36 mm x 17.5 mm x 4 mm), a charge amplifier unit made by Toyonobu Electronics, in order to reduce size and cost. The charge amplifier used in Example 1 was 130 mm × 50 mm × 255 mm, but in this example, it could be realized on a palm-sized substrate (about 50 mm × about 50 mm) (see FIG. 10).
In addition, as a circuit for determining the presence or absence of breathing, a collection circuit prepared based on a base board kit for PIC16F87 series, which is a PIC made by Akizuki Denshi, was used (see FIG. 11).
With the above configuration, portable respiratory monitoring can be realized without using a personal computer. If a more expensive customized IC is used, further high performance and downsizing can be achieved.

上記構成のモニタリングシステムにおける呼吸信号測定の流れは、次のとおりとなる。
(1)圧電フィルムセンサーの出力をチャージアンプに入力する。
(2)チャージアンプで電荷量を電圧信号に変換する。
(3)チャージアンプの出力を約+2.5Vバイアスして、PIC16F877のアナログ入力ピンに入力する。
(4)アナログ信号をPICのA/D変換によりデジタル信号に変換する。
(5)液晶表示器に信号が出力されるとともに、RS232Cケーブル経由でパーソナルコンピュータにデータを送信する。
(6)PIC内で無呼吸判断を行い、図5の処理により無呼吸と判断した場合には、PICのB6ピンに接続したLEDを発光させる。なお、基準電圧は2.6Vとし、基準時間は300カウントとした。
The flow of respiratory signal measurement in the monitoring system having the above configuration is as follows.
(1) Input the output of the piezoelectric film sensor to the charge amplifier.
(2) The charge amplifier converts the charge amount into a voltage signal.
(3) Bias the output of the charge amplifier by about + 2.5V and input it to the analog input pin of PIC16F877.
(4) Convert analog signals to digital signals by A / D conversion of PIC.
(5) A signal is output to the liquid crystal display and data is transmitted to the personal computer via the RS232C cable.
(6) Make apnea judgment in PIC, and if it is judged as apnea by the process of Fig. 5, the LED connected to B6 pin of PIC is made to emit light. The reference voltage was 2.6V and the reference time was 300 counts.

導電布テープを貼らないセンサーと、導電布テープを貼ったセンサーとで、健常者における呼吸波形を測定したところ、図12に示すように顕著なノイズ除去効果を確認することができた。同様に健常者における無呼吸状態における波形をそれぞれ測定したところ、導電布テープを貼ったセンサーでは、呼吸を停止した直後から信号はバイアス電圧(約+2.5V)で一定となり、心臓の鼓動を測定することができた(図13参照)。
なお、本実施例で使用したPICのA/D変換器では0〜5Vの入力しかできないため、プラス側とマイナス側に出力される呼吸信号を測定するために、2.5V(0〜5Vの真ん中)をバイアス電圧とした。
When a respiratory waveform in a healthy person was measured with a sensor without a conductive cloth tape and a sensor with a conductive cloth tape, a remarkable noise removal effect could be confirmed as shown in FIG. Similarly, when the waveforms of apneas in healthy subjects were measured, the sensor with a conductive cloth tape measured the heartbeat as the signal was constant at a bias voltage (approx. + 2.5V) immediately after stopping breathing. (See FIG. 13).
Since the A / D converter of the PIC used in this embodiment can only input 0 to 5 V, 2.5 V (0 to 5 V) is used to measure the respiratory signal output to the plus side and the minus side. The middle voltage was the bias voltage.

本発明は、人間の体動の監視に利用することができ、例えば人口呼吸器使用者の呼吸監視や突発的な発作のおそれがある患者の監視に利用できる。構成が簡易であり小型・携帯化に適しているため、例えば筋ジストロフィー患者の在宅人工呼吸療法における利用が期待される。
なお、人間のみならず動物の体動監視に利用してもよく、例えば、動物の分娩タイミングの監視への利用が想定される。
The present invention can be used for monitoring human body movements, and for example, can be used for monitoring respiratory breathing of artificial respiratory users and patients who have a risk of sudden attacks. Since the configuration is simple and suitable for miniaturization and portability, for example, it is expected to be used in home ventilation therapy for muscular dystrophy patients.
Note that it may be used not only for humans but also for monitoring body movements of animals, for example, for use in monitoring the delivery timing of animals.

従来型の圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサーの使用態様である。This is a usage mode of a band-type respiration sensor using a conventional piezoelectric film. 従来型の圧電フィルムを用いたバンド型呼吸センサー使用時の断面図である。It is sectional drawing at the time of band type respiration sensor using a conventional type piezoelectric film. 本発明に係る体動検知センサーの収縮時の側面図である。It is a side view at the time of contraction of the body movement detection sensor concerning the present invention. 本発明に係る体動検知センサーの伸展時の側面図である。It is a side view at the time of extension of a body movement detection sensor concerning the present invention. 本発明に係る体動検知処理の流れ図である。It is a flowchart of the body movement detection process which concerns on this invention. 従来の呼吸モニター用センサーの出力測定結果である。It is the output measurement result of the sensor for conventional respiration monitors. 実施例1に係る呼吸モニター用センサーの出力測定結果である。It is an output measurement result of the sensor for respiratory monitors concerning Example 1. FIG. 導電布テープの構造の説明図である。It is explanatory drawing of the structure of a conductive cloth tape. 導電布テープによりシールドした圧電フィルムの側面図である。It is a side view of the piezoelectric film shielded with the conductive cloth tape. 実施例2に係るチャージアンプの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a charge amplifier according to a second embodiment. 実施例2に係る呼吸判定回路の説明図である。It is explanatory drawing of the respiration determination circuit which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る呼吸時の測定結果である。It is the measurement result at the time of the breathing concerning Example 2. 実施例2に係る無呼吸時の測定結果である。It is a measurement result at the time of apnea concerning Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 バンド
2 圧電フィルム
3 伸縮部材
1 Band 2 Piezoelectric film 3 Elastic member

Claims (5)

ブリッジ状に撓ませた圧電フィルムと、圧電フィルムの両端を結ぶ圧電フィルムより短い伸縮可能な部材とから構成され、被検体に当接する伸縮可能な部材の伸縮動に追従して、圧電フィルムの撓みが変化する体動検知センサー。   The piezoelectric film is composed of a piezoelectric film bent in a bridge shape and a member that can be expanded and contracted shorter than the piezoelectric film that connects both ends of the piezoelectric film. Body motion detection sensor that changes. 前記圧電フィルムの表面は、導電布テープにより被覆されることを特徴とする請求項1の体動検知センサー。   The body motion detection sensor according to claim 1, wherein the surface of the piezoelectric film is covered with a conductive cloth tape. 前記圧電フィルムは、ポリフッ化ビリニデンであることを特徴とする請求項1または2の体動検知センサー。   The body motion detection sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric film is polyvinylidene fluoride. 請求項1ないし3のいずれかの体動検知センサーと、該体動検知センサーにより誘起された電荷を電圧信号に変換し、アナログ信号に変換する信号変換手段と、該アナログ信号に基づき体動の有無を判定する体動判定手段を有する体動モニタリングシステム。   The body motion detection sensor according to any one of claims 1 to 3, a signal conversion means for converting the electric charge induced by the body motion detection sensor into a voltage signal, and converting the voltage signal into an analog signal; A body movement monitoring system having body movement judging means for judging presence or absence. 前記信号変換手段はチャージアンプユニットにより構成され、前記体動判定手段はMPU(Micro Processing Unit)により構成されることを特徴とする請求項4の体動モニタリングシステム。
5. The body movement monitoring system according to claim 4, wherein the signal conversion means is constituted by a charge amplifier unit, and the body movement determination means is constituted by an MPU (Micro Processing Unit).
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