JP2007195699A - バイタル計測装置 - Google Patents

Abstract

【構成】 ＣＰＵ２２は、身体に生じるバイタルサインをバイタルセンサ１２で繰り返し計測し、計測されたバイタル計測値を任意の期間に渡って記録媒体１６に記録する。一方また、ｍ個の加速度センサ２０で身体の状態を繰り返し評価し、評価結果が運動中を示すとき計測処理および記録処理の少なくとも一方を無効化する。従って、バイタル計測値は、身体の動きが安定している期間だけ記録される。
【効果】 社会生活を営んでいる人から、心的状態の評価に適した、信頼性の高いバイタル計測値が得られる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、バイタル計測装置に関し、特にたとえば、身体に装着され、心拍，呼吸など生命活動に由来するバイタルサイン（生体信号）を計測する、バイタル計測装置に関する。

従来のこの種の装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。この従来技術は、主として入院患者の容態を監視する目的で、生体の上腕部，胸部，指などに装着された電極やセンサを通して血圧，心電図，呼吸，血中酸素飽和度などを測定し、測定結果を表示すると共に遠隔地に無線送信する。
特開２００５−１６８６００号公報

ところで、バイタルサインは、患者の容態といった身体的状態を評価する指標としてだけでなく、一般人の社会生活上の心理的ストレス，精神的緊張といった心的状態を評価する指標としても有用である。

そして、バイタルサインによって心的状態の評価を行うには、仕事中や通勤中など、社会生活を営んでいる状態でバイタル計測を行うのが好ましい。

しかし、従来技術は、病室内の患者を主な計測対象としており、社会生活を営んでいる人のバイタル計測を行うのには適さない。仮に計測を行ったとしても、心的状態の評価に適したバイタル計測値は得られない。例えば心拍数は、精神的な緊張によっても、歩行などの肉体的な活動によっても上昇するからである。

それゆえに、この発明の主たる目的は、社会生活を営んでいる人から心的状態の評価に適したバイタル計測値が得られる、バイタル計測装置を提供することである。

請求項１の発明に従うバイタル計測装置(10)は、身体に生じるバイタルサインを繰り返し計測する計測手段(S51)、計測手段によって計測されたバイタル計測値を任意の期間に渡って記録する記録手段(S55)、身体の状態を繰り返し評価する評価手段(S5)、および評価手段の評価結果が運動中を示すとき計測手段の計測処理および記録手段の記録処理の少なくとも一方を無効化する無効化手段(S7,S11)を備える。

請求項１の発明では、身体に生じるバイタルサインは、計測手段によって繰り返し計測され、記録手段によって任意の期間に渡り記録される。一方、身体の状態は評価手段によって繰り返し評価され、かかる評価結果が運動中を示すとき、無効化手段が計測手段の計測処理および記録手段の記録処理の少なくとも一方を無効化する。従って、バイタル計測値は、身体の動きが安定している期間だけ記録される。

一般に、仕事中や通勤中など社会生活を営んでいる状態においても、仕事の手を休めて考え込んだり信号で立ち止まったりなど、身体の動きが安定している期間が多く存在する。請求項１の発明によれば、このような期間に計測されたバイタル計測値だけを記録するので、社会生活を営んでいる人から、心的状態の評価に適した、信頼性の高い計測値が得られる。

請求項２の発明に従うバイタル計測装置は、請求項１に従属し、記計測手段によって計測されたバイタル計測値に対し当該バイタル計測値から特定のバイタル情報だけを抽出するための変換処理を施す変換手段(S53)をさらに備え、記録手段は変換処理が施された後のバイタル計測値を記録する。

請求項２の発明では、記計測手段によって計測されたバイタル計測値に対し、そこから特定のバイタル情報だけを抽出するための変換処理が変換手段によって施される。記録手段は、かかる変換処理が施された後のバイタル計測値を記録する。

請求項２の発明によれば、記録されたバイタル計測値から特定のバイタル情報、すなわち心的状態の評価指標として好適なバイタル情報が簡単に得られる。

請求項３の発明に従うバイタル計測装置は、請求項２に従属し、計測手段は心電波形を検出する心電センサを含み、変換処理は心電センサの検出波形から心拍数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む。

請求項３の発明によれば、記録されたバイタル計測値から心拍数の時間変化を示すバイタル情報が簡単に得られる。

請求項４の発明に従うバイタル計測装置は、請求項２または３に従属し、計測手段は呼吸波形を検出する呼吸センサを含み、変換処理は呼吸センサの検出波形から呼吸数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む。

請求項４の発明によれば、記録されたバイタル計測値から呼吸数の時間変化を示すバイタル情報が簡単に得られる。

請求項５の発明に従うバイタル計測装置は、請求項２または３に従属し、計測手段は身体に生じる非可聴音波の波形を検出するＮＡＭマイクロフォン（Non-Audible Murmur）を含み、変換処理はＮＡＭマイクロフォンの検出波形から心拍数の時間変化および／または呼吸数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む。

請求項５の発明によれば、ＮＡＭマイクロフォンを用いることで、周囲雑音の影響を受けにくい、精度の高い計測が行える。また、記録されたバイタル計測値から心拍数や呼吸数の時間変化を示すバイタル情報が簡単に得られる。

請求項６の発明に従うバイタル計測装置は、請求項１ないし５のいずれかに従属し、評価手段は、自身に加わる加速度を繰り返し感知する加速度センサ(20)、加速度センサの一定期間に渡る感知結果に基づいて身体の動作量を算出する算出手段(S23)、および算出手段の算出結果に基づいて運動中か安定状態かを判別する判別手段(S25,S31,S33)を含む。

請求項６の発明では、加速度センサが自身に加わる加速度を繰り返し感知し、身体の動作量は、かかる加速度センサの一定期間に渡る感知結果に基づいて、算出手段によって算出される。運動中か安定状態かは、かかる算出結果に基づいて判別される。

請求項６の発明に従えば、身体の状態を評価する際、加速度センサの一定期間に渡る感知結果から身体の動作量を算出し、算出結果に基づいて運動中か安定状態かを判別することで、的確な評価が行える。

なお、好ましい実施例では、算出手段は一定期間に含まれる複数の感知結果を時間に関して二乗平均することにより動作量を算出する。これによって、動作量の算出精度が向上し、その結果、より的確な評価が行える。

また、評価手段に含まれる加速度センサは複数であり、算出手段は算出処理をセンサ毎に実行する。このように、複数の加速度センサを身体の複数の部位にそれぞれ装着することで、動作量を部位毎に算出できる。

さらにまた、判別手段は、算出手段による算出結果をセンサ毎に閾値と比較して、少なくとも１つのセンサについて算出結果が閾値以上であるとき運動中と判別し、いずれのセンサについても算出結果が閾値を下回ったとき安定状態と判別する。従って、どの部位の動作量も閾値に満たないとき安定状態と判別され、動作量が閾値以上の部位が１つでもあれば運動中と判別されるので、肉体的動作の影響が極力排除された、より信頼性の高いバイタル計測値が得られる。

この発明によれば、社会生活を営んでいる人から、心的状態の評価に適した、信頼性の高いバイタル計測値が得られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例のバイタル計測装置１０は、バイタルセンサ１２およびｍ個（ｍは１以上の整数）の加速度センサ２０を含む。バイタルセンサ１２は、活動状態にある人の身体に装着され、心拍，呼吸，血圧，脈拍，体温などのバイタルサインを計測して、計測結果を示すディジタル信号を出力し、その出力信号がＣＰＵ２２に与えられる。

各加速度センサ２０は、自身に加わる加速度つまり身体各部の動作を検知し、検知結果を示すディジタル信号を出力する。各加速度センサ２０の出力信号はＣＰＵ２２に与えられ、ＣＰＵ２２は、与えられた信号に基づいて身体が動作中か安定状態かを判別し、安定状態と判別されたときバイタルセンサ１２から出力される信号を記録媒体１６に記録する。

バイタル計測装置１０は、例えば図２に示す要領で人体に装着される。ここでは、４個の加速度センサを利用し（つまりｍ＝４）、また、バイタルセンサ１２としてホルター心電計（以下心電計）および呼吸センサを用いている。

図２を参照して、４個の加速度センサ２０は、左胸部，腰部および左右上腕部にそれぞれ装着される。このような配置を採用することで、わずか４個の加速度センサで身体の状態を的確に評価することができる。

また、心電計を構成する４個の電極１２ａは、両手両足にそれぞれ装着される。呼吸センサ１２ｂは、例えばベルト式の胸部呼吸センサであり、肋骨の下手付近または腰部に装着される。

そして、バイタルセンサ１２に含まれる心電計および呼吸センサからは、図３に示す２つの波形に従う信号がそれぞれ出力される。図３を参照して、心電計の出力波形（心電波形）は複数のＲ波を含む。隣り合う２つのＲ波の間隔は、Ｒ−Ｒ間隔と呼ばれ、時間的に変化する。また、呼吸計の出力も波の間隔が時間的に変化しており、波の間隔の変化から呼吸数の時間的な変化を知ることができる。

そこで、ＣＰＵ２２は、図３の２つの波形に従う２種類の信号を、図４の２つの波形に従う２種類の信号に変換する。図４を参照して、Ｒ−Ｒ間隔は心拍数の時間的な変化を示し、呼吸曲線は呼吸数の時間的な変化を示す。

ＣＰＵ２２はまた、４個の加速度センサ２０からの信号に基づいて身体が動作中か安定状態かの判別を周期的に行い、安定状態と判別されたとき、図４のＲ−Ｒ間隔および呼吸曲線にそれぞれ従う２種類の信号を記録する。こうして、心拍数の変化および呼吸数の変化を示す２種類の信号が、身体の動きが安定している期間に限って記録媒体１６に記録される。従って、記録信号を単に再生するだけで、身体の動きが安定している状態での心拍数の変化および呼吸数の変化を知ることができる。これらのバイタル情報は、心的状態を評価する際の指標として好適である。

なお、バイタルセンサ１２としてＮＡＭ（Non-Audible Murmur）マイクロフォンを用いる方法もある。ＮＡＭマイクロフォンは、身体（肉）を伝わる微弱な音波を検出するためのマイクロフォンである。ＮＡＭマイクロフォンを頚部や胸部に密着することで、周囲雑音の影響を受けずに、呼吸音や心拍音を検知することができる。なお、ＮＡＭマイクロフォンの詳細については、電子情報通信学会技術研究報告 ＨＣＳ２００４−３９，ＨＩＰ２００４−８４（２００５−０１）などに記載されている。

以下、図１のバイタル計測装置１０の動作を詳細に説明する。バイタルセンサ１２は例えば５００Ｈｚで動作し、各加速度センサ２０は例えば５０Ｈｚで動作する。ＣＰＵ２２は、ｍ個の加速度センサ２０の出力信号を一定周期で（例えば１０秒に１回の割合で）、１回当たりｍ×ｎサンプル（ｎは２以上の整数：ここではｍ×５０サンプル）ずつ、ＲＡＭ１８に取り込む（図６参照）。

次にＣＰＵ２２は、取り込まれたｍ×ｎサンプルに基づいて、身体が動作中か安定状態かの判別を行う。詳しくは、まず１番目の加速度センサに対応するｎサンプルに基づいて動作量Ｍ１を算出する。動作量Ｍ１は、ｍ＝１に対応するｎサンプルの信号値の時間（ｔ）に関する２乗平均として算出される。すなわち、ｎサンプルの信号値を｛Ａ１（ｔ），Ａ１（ｔ−１），Ａ１（ｔ−２），…，Ａ１（ｔ−ｎ＋１）｝として、次式により算出される。

Ｍ１＝Ａ１（ｔ）^２＋Ａ１（ｔ−１）^２＋Ａ１（ｔ−２）^２＋…＋Ａ１（ｔ−ｎ＋１）^２
２番目〜ｍ番目の加速度センサに対応する動作量Ｍ２〜Ｍｍも同様に算出される。次に、こうして算出された動作量Ｍ１〜Ｍｍを閾値ＴＨ１〜ＴＨｍとそれぞれ比較し、全ての加速度センサ２０について動作量が閾値を下回れば、安定状態と判別する。一方、１つでも動作量が閾値以上である加速度センサがあれば、動作中と判別する。

安定状態と判別されると、ＣＰＵ２２は、バイタルセンサ１２から出力される信号を記録媒体１６に記録する記録処理を実行する。詳しくは、バイタルセンサ１２の出力信号をいったんＲＡＭ１８に取込み、取り込まれた信号を心的状態の評価に適した信号に変換し、そして変換後の信号を記録媒体１６に記録する（図７参照）。なお、記録媒体１６としては、例えばメモリカードやハードディスクを利用する。これにより、バイタル計測値は、身体の動きが安定している期間だけ記録される結果となる。

以上のようなバイタル計測を行うとき、ＣＰＵ２２は、図８および図９に示すメイン処理と、図１０に示すバイタル記録処理とを実行する。なお、これらのフロー図に対応するプログラムは、ＲＯＭ２４内のメインプログラム記憶領域２４ａおよび記録制御プログラム記憶領域２８ｂにそれぞれ記憶される（図５参照）。また、ＲＯＭ２４には、μＩＴＲＯＮなどのマルチタスクＯＳが記憶されており、ＣＰＵ２２は、かかるＯＳの制御下で複数のプログラムを並列的に実行することができる。

図８を参照して、電源が投入されると、まずステップＳ１で初期処理を実行する。初期処理には、各センサ１２，２０の起動、ＲＡＭ１８の初期化などの処理が含まれる。初期処理が完了すると、ステップＳ３に移って、ｍ個の加速度センサ２０から出力される信号をセンサ当たりｎサンプルずつ取り込む。従って、ｍ×ｎサンプルが取り込まれ、取り込まれたｍ×ｎサンプルは、タイマ１４の示す時刻と共にＲＡＭ１８に記憶される（図６参照）。

続くステップＳ５では、取り込まれた信号に基づいて状態評価を行う（後述）。そしてステップＳ７に移り、評価結果に基づいて身体が動作中か安定状態かを判別する。ステップＳ７で安定状態と判別されると、ステップＳ９に移ってバイタル記録処理を開始ないしは継続し（後述）、その後ステップＳ３に戻る。一方、動作中と判別されるとステップＳ１１に移って、バイタル記録処理を停止ないしは停止状態を継続し、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ５の状態評価処理は、図９のサブルーチンに従って実行される。図９を参照して、まずステップＳ２１で変数ｉに“１”をセットし、続くステップＳ２３で動作量Ｍｉを算出する。動作量Ｍｉは、次式で算出される。

Ｍｉ＝Ａｉ（ｔ）^２＋Ａｉ（ｔ−１）^２＋Ａｉ（ｔ−２）^２＋…＋Ａｉ（ｔ−ｎ＋１）^２
ここでＡｉ（ｔ）は、時刻ｔにおけるｉ番目の加速度センサの出力値を意味する。算出後、ステップＳ２５に移る。

ステップＳ２５では、動作量Ｍｉが閾値ＴＨｉ以上か否かを判別し、ここでＹＥＳであればステップＳ３３で、身体の現在の状態を示す変数“状態”に“運動中”をセットし、上位層のルーチンに復帰する。

ステップＳ２５でＮＯであれば、ステップＳ２７で変数ｉをインクリメントし、続くステップＳ２９では変数ｉが定数ｍよりも大きいか否かを判別する。ここでＮＯであればステップＳ２３に戻る。ＹＥＳであれば、ステップＳ３１で“状態”に“安定”をセットし、そして上位層のルーチンに復帰する。

また、メインプログラムによって記録制御プログラムが起動される（Ｓ９）と、図１０のバイタル記録処理が実行される。図１０を参照して、まずステップＳ５１でバイタルセンサ１２の出力信号を一定サンプル取り込む。取り込まれた信号は、タイマ１４の示す時刻と共にＲＡＭ１８に一時保持される。続くステップＳ５３では、一時保持された信号に変換処理を施す。これにより、例えば図３の２つの波形に従う２種類の信号は、図４の２つの波形に従う２種類の信号に変換される。

そしてステップＳ５５で、変換後の信号を記録媒体１６に記録し（図７参照）、その後、ステップＳ５１に戻る。以降、記録制御プログラムがメインプログラムによって終了される（Ｓ１１）まで、同様の処理が繰り返し実行される。

以上から明らかなように、この実施例では、身体に生じるバイタルサインは、バイタルセンサ１２によって繰り返し計測される。ＣＰＵ２２は、バイタルセンサ１２の計測結果をＲＡＭ１８に取り込み（Ｓ５１）、取り込まれたバイタル計測値に対してそこから特定のバイタル情報だけを抽出するための変換処理を施し（Ｓ５３）、そして変換後のバイタル計測値を任意の期間に渡って記録媒体１６に記録する（Ｓ５５）。従って、記録媒体１６に記録されたバイタル計測値からは、特定のバイタル情報、すなわち心的状態の評価指標として好適なバイタル情報が簡単に得られる。

その一方でＣＰＵ２２は、ｍ個の加速度センサ２０の出力を参照して身体各部の動作量（Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｍ）を繰り返し算出し（Ｓ２３）、算出結果に基づいて身体の状態を評価する（Ｓ２５，Ｓ３１，Ｓ３３）。そして、評価結果が運動中を示すとき、取込処理，変換処理および記録処理（Ｓ５３〜Ｓ５５）を無効化する（Ｓ７，Ｓ１１）。従って、バイタル計測値は、身体の動きが安定している期間に限って、記録媒体１６に記録される結果となる。

一般に、仕事中や通勤中など、社会生活を営んでいる状態においても、仕事の手を休めて考え込んだり、信号で立ち止まったりなど、身体の動きが安定している期間が多く存在する。この実施例では、このような期間に計測されたバイタル計測値だけを記録するので、社会生活を営んでいる人から、心的状態の評価に適した、信頼性の高いバイタル計測値が得られる。

ＣＰＵ２２はまた、状態評価の際、算出結果（Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｍ）を閾値（ＴＨ１，ＴＨ２，…，ＴＨｍ）とそれぞれ比較し、いずれの算出結果も閾値を下回ったとき安定状態と判別する。従って、どの部位の動作量も閾値に満たないとき安定状態と判別され、動作量が閾値以上の部位が１つでもあれば運動中と判別されるので、肉体的活動の影響が極力排除された、より信頼性の高いバイタル計測値が得られる。

なお、この実施例では、評価結果が活動状態を示すとき、取込処理および記録処理の両方を無効化したが、少なくとも一方を無効化すればよい。

なお、動作量が閾値以上の部位が１つでもあれば運動中と判別する代わりに、例えば、動作量が閾値以上の部位が１つ以下なら安定状態と判別するなど、安定状態か否かの判別基準を緩やかにしてもよい。これにより、より多くのバイタル計測値が得られる。

または、状態評価の際、算出結果をセンサ毎に閾値と比較する代わりに、算出結果を合算し、合算結果（＝Ｍ１＋Ｍ２＋…＋Ｍｍ）を閾値（ＴＨ）と比較してもよい。

また、この実施例では、バイタル計測値は、内蔵型の記録媒体１６に記録したが、バイタル計測装置１０を例えば携帯電話端末に接続するなどして、病院等に設置されたサーバに無線送信してもよい。

この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。 図１の実施例の人体への装着例を示す図解図である。 図１の実施例に適用されるバイタル検出波形の一例を示す図解図である。 図１の実施例に適用されるバイタル記録波形の一例を示す図解図である。 図１の実施例に適用されるメモリマップの一部を示すブロック図である。 図１の実施例に適用されるメモリマップの他の一部を示すブロック図である。 図１の実施例に適用されるメモリマップのその他の一部を示すブロック図である。 図１の実施例に適用されるＣＰＵ動作の一部を示すフロー図である。 図１の実施例に適用されるＣＰＵ動作の他の一部を示すフロー図である。 図１の実施例に適用されるＣＰＵ動作のその他の一部を示すフロー図である。

符号の説明

１０…バイタル計測装置
１２…バイタルセンサ
１２ａ…心電計電極
１２ｂ…呼吸センサ
１６…記録媒体
２０…加速度センサ
２２…ＣＰＵ

Claims (6)

1. 身体に生じるバイタルサインを繰り返し計測する計測手段、
   前記計測手段によって計測されたバイタル計測値を任意の期間に渡って記録する記録手段、
   前記身体の状態を繰り返し評価する評価手段、および
   前記評価手段の評価結果が運動中を示すとき前記計測手段の計測処理および前記記録手段の記録処理の少なくとも一方を無効化する無効化手段を備える、バイタル計測装置。
2. 前記計測手段によって計測されたバイタル計測値に対し当該バイタル計測値から特定のバイタル情報だけを抽出するための変換処理を施す変換手段をさらに備え、
   前記記録手段は前記変換処理が施された後のバイタル計測値を記録する、請求項１記載のバイタル計測装置。
3. 前記計測手段は心電波形を検出する心電センサを含み、
   前記変換処理は前記心電センサの検出波形から心拍数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む、請求項２記載のバイタル計測装置。
4. 前記計測手段は呼吸波形を検出する呼吸センサを含み、
   前記変換処理は前記呼吸センサの検出波形から呼吸数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む、請求項２または３記載のバイタル計測装置。
5. 前記計測手段は前記身体に生じる非可聴音波の波形を検出するＮＡＭマイクロフォンを含み、
   前記変換処理は前記ＮＡＭマイクロフォンの検出波形から心拍数の時間変化および／または呼吸数の時間変化を示すバイタル情報を抽出するための処理を含む、請求項２または３記載のバイタル計測装置。
6. 前記評価手段は、
   自身に加わる加速度を繰り返し感知する加速度センサ、
   前記加速度センサの一定期間に渡る感知結果に基づいて前記身体の動作量を算出する算出手段、および
   前記算出手段の算出結果に基づいて運動中か安定状態かを判別する判別手段を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載のバイタル計測装置。

Images