JP2008220392A - Biological information measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被験者の生体情報を測定する生体情報測定装置に関する。 The present invention relates to a biological information measuring device that measures biological information of a subject.
従来、種々の圧力センサを利用して被験者の呼吸や心拍などの生体情報を測定する装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)この特許文献1には、敷布団などの寝具上に設けられたピエゾシート上に横たわった被験者の呼吸や心拍などの生体情報を検出して、被験者の異常をモニタリングする在床異常モニタ装置が開示されている。
Conventionally, a device for measuring biological information such as breathing and heartbeat of a subject using various pressure sensors has been developed (see, for example, Patent Document 1). This
しかしながら、上記特許文献1に開示された在床異常モニタ装置では、被験者がピエゾシートに直接接触しなければならず、被験者にピエゾシートによる違和感や不快感を与えてしまうという問題があった。このように被験者がピエゾシートを直接接触しなければならないのは、ピエゾシートに設けられる圧力検出センサの感度が十分でないので、ピエゾシートを直接被験者に接触させなければ、生体情報を正確に検出できないからである。また、被験者がピエゾシートに座った場合には、被験者がピエゾシートに横たわる場合に比べて、横隔膜や心臓がピエゾシートの圧力検出センサから離れるので、横隔膜の運動によって行われる呼吸や心臓の拍動である心拍を正確に捉えるのが困難であった。
However, the in-bed abnormality monitoring device disclosed in
そこで、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被験者の体位によらず、且つ、被験者に違和感や不快感を与えることなく、生体情報を正確に測定することが可能な生体情報測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and accurately measures biological information regardless of the posture of the subject and without causing the subject to feel uncomfortable or uncomfortable. It is an object of the present invention to provide a biological information measuring device capable of performing the above.
上記目的を達成するために、この発明の生体情報測定装置は、金属基板と、金属基板に設けられ、外部から加えられる圧力に応じて出力電圧が変化するピエゾ素子とを備えた圧力検出センサを用いて、被験者の生体情報を測定する。 In order to achieve the above object, a biological information measuring apparatus according to the present invention includes a pressure detection sensor including a metal substrate and a piezoelectric element that is provided on the metal substrate and whose output voltage changes according to pressure applied from the outside. Used to measure the biological information of the subject.
本願発明者の実験により、ピエゾ素子が金属基板に設けられた圧力検出センサを利用すれば、呼吸や心拍などによる被験者の微小の変位に係る圧力変化を正確に捉えることができることが見出された。また、本願発明者は、当該圧力検出センサを被験者に直接接触させずに、被験者が横たわるマットレスなどを挟んで配置した場合でも、呼吸や心拍などによる被験者の微小の変位に係る圧力変化を正確に捉えることができることを確認した。さらに、本願発明者は、被験者が椅子に着座する状態など当該圧力検出センサが横隔膜及び心臓がある胸部の近傍の位置に配置されない場合でも、被験者の体位に関わらず、横隔膜の運動による呼吸及び心臓の拍動による心拍に係る圧力変化を正確に捉えることができることを確認した。 According to the experiments of the present inventor, it has been found that if a pressure detection sensor provided with a piezo element on a metal substrate is used, a change in pressure related to a minute displacement of the subject due to breathing or heartbeat can be accurately captured. . Further, the inventor of the present application can accurately detect the pressure change related to the minute displacement of the subject due to breathing, heartbeat, etc. even when the pressure detection sensor is not directly in contact with the subject and is placed with a mattress lying on the subject. I confirmed that I could catch it. In addition, the inventor of the present application has disclosed that the breathing and the heart due to the movement of the diaphragm regardless of the body position of the subject, even if the pressure detection sensor is not disposed at a position near the chest where the diaphragm and the heart are located, such as when the subject is sitting on a chair. It was confirmed that the pressure change related to the heartbeat due to the pulsation can be accurately captured.
そのため、金属基板にピエゾ素子が設けられた圧力検出センサを用いて被験者の生体情報を測定する本発明の生体情報測定装置では、被験者の体位によらず呼吸や心拍などの生態情報を正確に捉えることができる。また、当該圧力検出センサを被験者が横たわるマットレスなどを挟んで配置した場合には、被験者に違和感や不快感を与えることなく、呼吸や心拍などの生態情報を正確に捉えることができる。 Therefore, the biological information measuring apparatus of the present invention that measures biological information of a subject using a pressure detection sensor provided with a piezo element on a metal substrate accurately captures biological information such as respiration and heartbeat regardless of the posture of the subject. be able to. Further, when the pressure detection sensor is arranged with a mattress on which the subject lies, the biological information such as breathing and heartbeat can be accurately captured without causing the subject to feel uncomfortable or uncomfortable.
上記生体情報測定装置において、好ましくは、圧力検出センサは、被験者が横たわる横臥部材を挟んで当該被験者に接触しない位置に配置される。 In the biological information measuring apparatus, preferably, the pressure detection sensor is disposed at a position where it does not come into contact with the subject with a lying member lying on the subject.
上記構成によれば、横臥部材に横たわる被験者に圧力検出センサによる違和感や不快感を与えることなく、当該被験者の生体情報を正確に捉えることができる。 According to the above configuration, the subject's biological information can be accurately captured without causing the subject lying on the recumbent member to feel uncomfortable or uncomfortable with the pressure detection sensor.
この場合、好ましくは、圧力検出センサは、横臥部材に横たわる被験者の胸部近傍の位置に配置される。 In this case, preferably, the pressure detection sensor is disposed at a position near the chest of the subject lying on the recumbent member.
上記構成によれば、横隔膜の運動による呼吸及び心臓の拍動による心拍を、横隔膜及び心臓の近傍の位置で検出することができる。その結果、被験者に圧力検出センサによる違和感や不快感を与えることなく、被験者の生体情報をより正確に捉えることができる。 According to the said structure, the heartbeat by the respiration by the motion of a diaphragm and the pulsation of a heart can be detected in the position of the vicinity of a diaphragm and a heart. As a result, the subject's biological information can be captured more accurately without causing the subject to feel uncomfortable or uncomfortable with the pressure detection sensor.
上記生体情報測定装置において、好ましくは、圧力検出センサは、被験者が着座する着座部材を挟んで当該被験者に接触しない位置に配置される。 In the biological information measuring device, preferably, the pressure detection sensor is disposed at a position where the pressure detection sensor does not contact the subject with a seating member on which the subject sits.
上記構成によれば、着座部材に着座する被験者に圧力検出センサによる違和感や不快感を与えることなく、当該被験者の生体情報を正確に捉えることができる。 According to the above configuration, the subject's biological information can be accurately captured without giving the subject sitting on the seating member a sense of discomfort or discomfort due to the pressure detection sensor.
以下、本発明の好適な生体情報測定装置の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the biological information measuring device of the present invention will be described in detail.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置の全体構成を示した模式図であり、図2は、図1に示した生体情報測定装置の圧力検出センサの模式図である。まず、図1及び図2を参照して、第1実施形態に係る生体情報測定装置1の構成について詳細に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the biological information measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a pressure detection sensor of the biological information measuring apparatus shown in FIG. . First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the biological
本実施形態の生体情報測定装置1は、ベッドに横たわる非拘束の被験者Aの呼吸及び心拍を測定して、その呼吸及び心拍に係る情報をモニタリングするための装置である。なお、上記した非拘束とは、呼吸や心拍を検知するためのセンサを被験者Aに直接取り付けるためのバンドなどの拘束部材が被験者Aに取り付けられていない状態をいう。この生体情報測定装置1は、図1に示すように、圧力検出センサ10と、当該圧力検出センサ10と有線又は無線により通信可能に接続されるコンピュータ20とを備えている。
The biological
圧力検出センサ10は、マットレス3に横たわる被験者Aの呼吸(横隔膜の運動)及び心拍(心臓の拍動)による圧力を検出する機能を有している。この圧力検出センサ10は、ベッドフレーム2とその上に載置されるマットレス3との間に設けられており、被験者Aが横たわるマットレス3を挟んで被験者Aに接触しない位置に配置されている。また、圧力検出センサ10は、マットレス3に横たわる被験者Aの胸部近傍の位置に配置されている。この圧力検出センサ10は、図2に示すように、ステンレス製の金属基板11と、金属基板11に貼り合わされるピエゾ素子12と、導電性膜13とを有している。
The
ステンレス製の金属基板11は、後述するピエゾ素子12の補強板として機能する。この金属基板11は、ピエゾ素子12の受圧用ダイヤフラム(図示せず)を歪ませることが可能な薄さで、且つ、ピエゾ素子12を補強することが可能な厚さに適宜調整される。
The stainless
ピエゾ素子12は、外部から加えられる圧力に応じて出力電圧の大きさを変化させる。このため、被験者Aの呼吸や心拍に係る圧力を出力電圧として検出することができる。このピエゾ素子12は、外部から加えられる圧力を受けることによって歪む受圧用ダイヤフラムと、当該受圧用ダイヤフラムの歪みに応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗を含む検出回路(図示せず)とを備えている。したがって、マットレス3に横たわる被験者Aの呼吸や心拍に係る圧力により、受圧用ダイヤフラムが歪んで、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化するので、当該ピエゾ抵抗を含む検出回路から出力される出力電圧の大きさが変化する。
The
導電性膜13は、銀やアルミニウムなどの金属材料からなり、上述したピエゾ素子12の出力電圧の導通路として機能する。そして、ピエゾ素子12の出力電圧は、導電性膜13を介してコンピュータ20の制御装置21に出力される。
The
コンピュータ20は、ピエゾ素子12から導電性膜13を介して入力される出力電圧を解析して、その解析結果を出力する。このコンピュータ20は、制御装置21と、表示装置22と、入力装置23とを備えている。
The
制御装置21は、ROM、CPU、RAM、ハードディスク、入出力インターフェイス及び画像出力インターフェイスなどから構成されており、それらの間はバスによってデータ通信可能に接続されている。この制御装置21のハードディスクには、オペレーティングシステムの他に、呼吸・心拍解析プログラム、及び、当該呼吸・心拍解析プログラムの実行に必要なデータなど種々の情報が格納されている。
The
この呼吸・心拍解析プログラムは、FFT(高速フーリエ変換)によるスペクトル解析を行うためのプログラムであり、当該呼吸・心拍解析プログラムを利用すれば、圧力検出センサ10で検出された出力電圧のスペクトル解析を行うことが可能となる。具体的には、呼吸・心拍解析プログラムにより、安静状態で4.0秒に約1回行われる呼吸を示す約0.25Hzの帯域のスペクトルと、安静状態で1分間に約50〜約90回行われる心拍を示す約0.8Hz〜約1.5Hzの帯域のスペクトルとを捉えることが可能となる。
This respiration / heart rate analysis program is a program for performing spectrum analysis by FFT (Fast Fourier Transform). If the respiration / heart rate analysis program is used, spectrum analysis of the output voltage detected by the
また、制御装置21の入出力インターフェイスには、各種情報を入力するためのキーボードやマウスなどの入力装置23が接続され、画像出力インターフェイスには、表示装置22が接続されている。この表示装置22は、画像出力インターフェイスから出力される映像信号に従って、所定の画像を表示する。具体的には、上記した呼吸・心拍解析プログラムによるスペクトル解析に係るグラフ(図3〜図8参照)が表示装置22に表示される。
An input / output interface of the
第1実施形態では、上記のように、ステンレス製の金属基板11にピエゾ素子12が設けられた圧力検出センサ10を用いてマットレス3に横たわる被験者の生体情報を測定することにより、被験者の体位によらず、且つ、被験者に違和感や不快感を与えることなく、呼吸や心拍などによる被験者の微小の変位に係る圧力変化を正確に捉えることができる。
In the first embodiment, as described above, by measuring the biological information of the subject lying on the mattress 3 using the
また、第1実施形態では、圧力検出センサ10を被験者Aが横たわるマットレス3を挟んで当該被験者Aに接触しない位置に配置することによって、マットレス3に横たわる被験者Aに圧力検出センサ10による違和感や不快感を与えることなく、被験者Aの呼吸及び心拍などの生体情報を正確に捉えることができる。
In the first embodiment, the
また、第1実施形態では、圧力検出センサ10をマットレス3に横たわる被験者Aの胸部近傍の位置に配置することによって、横隔膜の運動による呼吸及び心臓の拍動による心拍を、横隔膜及び心臓の近傍の位置で検出することができる。その結果、被験者の呼吸及び心拍をより正確に捉えることができる。
Further, in the first embodiment, the
(比較実験)
次に、上記した第1実施形態の効果を確認するために行った比較実験について説明する。この比較実験では、約18cmの厚みを有するスプリングマットレスの下に圧力検出センサを配置した第1実施形態に対応する実施例1に係る生体情報測定装置と、当該圧力検出センサとは異なる圧力検出センサを用いた比較例1及び比較例2に係る生体情報測定装置とにより得られる周波数スペクトルを比較した。また、約5cmの厚みを有する布団マットレスの下に圧力検出センサを配置した第1実施形態に対応する実施例2に係る生体情報測定装置と、当該圧力検出センサとは異なる圧力検出センサを用いた比較例3及び比較例4に係る生体情報測定装置とにより得られる周波数スペクトルについても比較した。なお、被験者はマットレスに仰向けの状態で横たわり、圧力検出センサはいずれも横たわった被験者の胸部近傍に配置される。また、被験者は、安静状態(心拍数:約50回/分〜約90回/分)で、4.0秒に約1回呼吸を行うものとする。以下、詳細に説明する。
(Comparative experiment)
Next, a comparative experiment conducted to confirm the effect of the first embodiment will be described. In this comparative experiment, the biological information measuring apparatus according to Example 1 corresponding to the first embodiment in which a pressure detection sensor is arranged under a spring mattress having a thickness of about 18 cm, and a pressure detection sensor different from the pressure detection sensor. The frequency spectra obtained by the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using the above were compared. In addition, the biological information measuring device according to Example 2 corresponding to the first embodiment in which the pressure detection sensor is arranged under the futon mattress having a thickness of about 5 cm, and a pressure detection sensor different from the pressure detection sensor were used. The frequency spectra obtained by the biological information measuring devices according to Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were also compared. The subject lies on the mattress in a supine state, and the pressure detection sensors are all disposed near the chest of the subject who lies. In addition, the subject breathes about once every 4.0 seconds in a resting state (heart rate: about 50 times / minute to about 90 times / minute). Details will be described below.
圧力検出センサとして、ステンレス製の金属基板にピエゾ素子が貼り付けられた約0.13mmの厚みを有するセンサを用いた。 As the pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 0.13 mm in which a piezo element was attached to a stainless steel metal substrate was used.
上記圧力センサを用いた実施例1に係る生体情報測定装置では、図3(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例1では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Example 1 using the pressure sensor, as shown in FIG. 3A, a protruding spectrum was observed in the band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Example 1, the respiratory component was accurately captured.
また、実施例1に係る生体情報測定装置では、図3(b)に示すように、約1.2Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例1では、心拍成分を正確に捉えていることが分かった。 Further, in the biological information measuring apparatus according to Example 1, as shown in FIG. 3 (b), a spectral protrusion was observed in a band of about 1.2 Hz. As a result, in Example 1, it was found that the heart rate component was accurately captured.
圧力検出センサとして、セラミックス製の基板にピエゾ素子が貼り付けられた約0.5mmの厚みを有するセンサを用いた。 As the pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 0.5 mm in which a piezo element was attached to a ceramic substrate was used.
上記圧力センサを用いた比較例1に係る生体情報測定装置では、図4(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例1では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 1 using the pressure sensor, as shown in FIG. 4A, a spectral protrusion was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 1, the respiratory component was accurately captured.
しかしながら、比較例1に係る生体情報測定装置では、図4(b)に示すように、約0.8Hz〜約1.5Hzの帯域にスペクトルの突出が見られなかった。その結果、比較例1では、心拍成分を捉えることができなかった。 However, in the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 1, as shown in FIG. 4B, no spectral protrusion was observed in the band of about 0.8 Hz to about 1.5 Hz. As a result, in Comparative Example 1, the heart rate component could not be captured.
圧力検出センサとして、60個の感圧ポイント(以下、タクセルという)がマトリクス状に配置された約6.0mmの厚みを有するセンサを用いた。このセンサの各タクセルでは、光ファイバが埋め込まれたセンシング材の歪みにより当該光ファイバから出射される散乱光の錯乱半径が変化して錯乱光の輝度が変化するので、その錯乱光の強度を測定することにより各タクセルに加わる測定することができる。 As the pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 6.0 mm in which 60 pressure-sensitive points (hereinafter referred to as taxels) are arranged in a matrix is used. In each taxel of this sensor, the intensity of the confused light is measured because the scatter radius of the scattered light emitted from the optical fiber changes due to distortion of the sensing material in which the optical fiber is embedded. By doing so, the measurement applied to each taxel can be performed.
上記圧力センサを用いた比較例2に係る生体情報測定装置では、図5(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例2では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 2 using the pressure sensor, as shown in FIG. 5A, a spectral protrusion was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 2, the respiratory component was accurately captured.
しかしながら、比較例2に係る生体情報測定装置では、図5(b)に示すように、約0.8Hz〜約1.5Hzの帯域にスペクトルの突出が見られなかった。その結果、比較例2では、心拍成分を捉えることができなかった。 However, in the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 2, as shown in FIG. 5B, no spectral protrusion was observed in the band of about 0.8 Hz to about 1.5 Hz. As a result, in Comparative Example 2, the heart rate component could not be captured.
上記実施例1、比較例1及び比較例2の結果をまとめると、表1に示すように、約18cmの厚みを有するスプリングマットレスの下に圧力検出センサを配置した場合に、呼吸成分及び心拍成分のいずれも捉えることができたのは、実施例1のみであり、比較例1及び比較例2では心拍成分を捉えることができなかった。 When the results of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are summarized, as shown in Table 1, when the pressure detection sensor is arranged under a spring mattress having a thickness of about 18 cm, the respiratory component and the heart rate component It was only Example 1 that could catch any of these, and in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the heart rate component could not be caught.
圧力検出センサとして、実施例1と同様に、ステンレス製の金属基板にピエゾ素子が貼り付けられた約0.13mmの厚みを有するセンサを用いた。 As a pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 0.13 mm in which a piezo element was bonded to a stainless steel metal substrate was used in the same manner as in Example 1.
上記圧力センサを用いた実施例2に係る生体情報測定装置では、図6(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例2では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Example 2 using the pressure sensor, as shown in FIG. 6A, a spectral protrusion was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, in Example 2, it was found that the respiratory component was accurately captured.
また、実施例2に係る生体情報測定装置では、図6(b)に示すように、約1.2Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例2では、心拍成分を正確に捉えていることが分かった。 In addition, in the biological information measuring apparatus according to Example 2, as shown in FIG. 6B, a protruding spectrum was observed in the band of about 1.2 Hz. As a result, in Example 2, it was found that the heartbeat component was accurately captured.
圧力検出センサとして、比較例1と同様に、セラミックス製の基板にピエゾ素子が貼り付けられた約0.5mmの厚みを有するセンサを用いた。 As a pressure detection sensor, as in Comparative Example 1, a sensor having a thickness of about 0.5 mm in which a piezo element was attached to a ceramic substrate was used.
上記圧力センサを用いた比較例3に係る生体情報測定装置では、図7(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例3では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 3 using the pressure sensor, as shown in FIG. 7A, a spectral protrusion was observed in the band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 3, the respiratory component was accurately captured.
また、比較例3に係る生体情報測定装置では、図7(b)に示すように、約1.1Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例3では、心拍成分を正確に捉えていることが分かった。 Further, in the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 3, as shown in FIG. 7B, a protruding spectrum was observed in the band of about 1.1 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 3, the heart rate component was accurately captured.
圧力検出センサとして、比較例2と同様に、60個のタクセルがマトリクス状に配置された約6.0mmの厚みを有するセンサを用いた。 As a pressure detection sensor, as in Comparative Example 2, a sensor having a thickness of about 6.0 mm in which 60 taxels are arranged in a matrix is used.
上記圧力センサを用いた比較例4に係る生体情報測定装置では、図8(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例4では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 4 using the pressure sensor, as shown in FIG. 8A, a protruding spectrum was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 4, the respiratory component was accurately captured.
また、比較例4に係る生体情報測定装置では、図8(b)に示すように、約1.0Hz〜約1.1Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例4では、心拍成分を正確に捉えていることが分かった。 Moreover, in the biological information measuring device according to Comparative Example 4, as shown in FIG. 8B, a protruding spectrum was observed in the band of about 1.0 Hz to about 1.1 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 4, the heart rate component was accurately captured.
上記実施例2、比較例3及び比較例4の結果をまとめると、表2に示すように、約5cmの厚みを有する布団マットレスの下に圧力検出センサを配置した場合には、実施例2、比較例3及び比較例4のいずれも呼吸成分及び心拍成分を捉えることができた。 When the results of Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 are summarized, as shown in Table 2, when the pressure detection sensor is arranged under a futon mattress having a thickness of about 5 cm, Example 2, Both Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were able to capture respiratory components and heart rate components.
(第2実施形態)
図9は、本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の全体構成を示した模式図である。ベッドに横たわる被験者の生体情報を測定する第1実施形態に係る生体情報測定装置1と異なり、この第2実施形態では、椅子102に着座する非拘束の被験者Aの呼吸及び心拍を測定して、その呼吸及び心拍に係る情報をモニタリングする生体情報測定装置100について詳細に説明する。なお、この第2実施形態では、被験者Aが着座する椅子102の座面に載置されるマットレス103の下に圧力検出センサ110が設けられること以外は第1実施形態と同様の構成であるので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the biological information measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. Unlike the biological
圧力検出センサ110は、椅子102に着座する被験者Aの呼吸(横隔膜の運動)及び心拍(心臓の拍動)を検出する機能を有している。この圧力検出センサ110は、椅子102と椅子102の座面に載置されるマットレス103との間に設けられており、被験者Aが着座するマットレス103を挟んで被験者に接触しない位置に配置されている。
The
第2実施形態では、上記のように、ステンレス製の金属基板にピエゾ素子が設けられた圧力検出センサ110を用いて椅子102に着座した被験者の生体情報を測定することにより、被験者の体位によらず、且つ、被験者に違和感や不快感を与えることなく、呼吸や心拍などによる被験者の微小の変位に係る圧力変化を正確に捉えることができる。
In the second embodiment, as described above, by measuring the biological information of the subject seated on the
また、第2実施形態では、圧力検出センサ110を被験者Aが着座する椅子102のマットレス103を挟んで当該被験者Aに接触しない位置に配置することによって、マットレス103に着座する被験者Aに圧力検出センサ110による違和感や不快感を与えることなく、当該被験者Aの生体情報を正確に捉えることができる。
Further, in the second embodiment, the
(比較実験)
次に、上記した第2実施形態の効果を確認するために行った比較実験について説明する。この比較実験では、椅子の座面に載置されるマットレスの下に圧力検出センサを配置した第2実施形態に対応する実施例3に係る生体情報測定装置と、当該圧力検出センサとは異なる圧力検出センサを用いた比較例5に係る生体情報測定装置とにより得られる周波数スペクトルを比較した。なお、被験者は、安静状態(心拍数:約50回/分〜約90回/分)で、4.0秒に約1回呼吸を行うものとする。以下、詳細に説明する。
(Comparative experiment)
Next, a comparative experiment conducted for confirming the effect of the second embodiment will be described. In this comparative experiment, the biological information measuring device according to Example 3 corresponding to the second embodiment in which the pressure detection sensor is arranged under the mattress placed on the seat surface of the chair, and a pressure different from the pressure detection sensor. The frequency spectra obtained by the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 5 using the detection sensor were compared. It is assumed that the subject breathes about once every 4.0 seconds in a resting state (heart rate: about 50 times / minute to about 90 times / minute). Details will be described below.
圧力検出センサとして、実施例1及び実施例2と同様に、ステンレス製の金属基板にピエゾ素子が貼り付けられた約0.13mmの厚みを有するセンサを用いた。 As a pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 0.13 mm in which a piezo element is attached to a stainless steel metal substrate was used in the same manner as in Example 1 and Example 2.
上記圧力センサを用いた実施例3に係る生体情報測定装置では、図10(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例3では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Example 3 using the pressure sensor, as shown in FIG. 10 (a), a protruding spectrum was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, in Example 3, it was found that the respiratory component was accurately captured.
また、実施例3に係る生体情報測定装置では、図10(b)に示すように、約1.1Hz〜約1.2Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、実施例3では、心拍成分を正確に捉えていることが分かった。 Further, in the biological information measuring apparatus according to Example 3, as shown in FIG. 10B, a protruding spectrum was observed in a band of about 1.1 Hz to about 1.2 Hz. As a result, in Example 3, it was found that the heart rate component was accurately captured.
圧力検出センサとして、比較例2及び比較例4と同様に、60個のタクセルがマトリクス状に配置された約6.0mmの厚みを有するセンサを用いた。 As a pressure detection sensor, a sensor having a thickness of about 6.0 mm in which 60 taxels are arranged in a matrix as in Comparative Example 2 and Comparative Example 4 was used.
上記圧力センサを用いた比較例5に係る生体情報測定装置では、図11(a)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。その結果、比較例5では、呼吸成分を正確に捉えていることが分かった。 In the biological information measuring apparatus according to Comparative Example 5 using the pressure sensor, as shown in FIG. 11 (a), a protruding spectrum was observed in a band of about 0.25 Hz. As a result, it was found that in Comparative Example 5, the respiratory component was accurately captured.
しかしながら、比較例5に係る生体情報測定装置では、図11(b)に示すように、約0.8Hz〜約1.5Hzの帯域にスペクトルの突出が見られなかった。その結果、比較例5では、心拍成分を捉えることができなかった。 However, in the biological information measuring device according to Comparative Example 5, as shown in FIG. 11B, no spectral protrusion was observed in the band of about 0.8 Hz to about 1.5 Hz. As a result, in Comparative Example 5, the heartbeat component could not be captured.
上記実施例3及び比較例5の結果をまとめると、表3に示すように、椅子の座面に載置されたマットレスの下に圧力検出センサを配置した場合、実施例3では呼吸成分及び心拍成分のいずれも捉えることができたのに対して、比較例5では心拍成分を捉えることができなかった。 When the results of Example 3 and Comparative Example 5 are summarized, as shown in Table 3, when the pressure detection sensor is arranged under the mattress placed on the seat surface of the chair, in Example 3, respiratory components and heart rate While any of the components could be captured, Comparative Example 5 could not capture the heart rate component.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、上記第2実施形態では、圧力検出センサを椅子の座面に載置されるマットレスの下に配置する例について説明したが、本発明はこれに限らず、圧力検出センサが載置された椅子の座面上に被験者が直接着座する場合にも、呼吸成分及び心拍成分を正確に捉えることができる。この比較実験の結果として、ステンレス製の金属基板にピエゾ素子が貼り付けられた圧力検出センサが載置された椅子に直接被験者が着座した実施例4に係る生体情報測定装置では、図12(a)及び(b)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られるとともに、約1.0Hz〜約1.2Hzの帯域にスペクトルの突出が見られた。一方、60個のタクセルがマトリクス状に配置された圧力検出センサが載置された椅子に直接被験者が着座した比較例6に係る生体情報測定装置では、図13(a)及び(b)に示すように、約0.25Hzの帯域にスペクトルの突出が見られるが、約0.8Hz〜約1.5Hzの帯域にスペクトルの突出が見られなかった。上記実施例4及び比較例6の結果をまとめると、表4に示すように、圧力検出センサが載置された椅子の座面に被験者が直接着座した場合、実施例4では呼吸成分及び心拍成分のいずれも捉えることができたのに対して、比較例6では心拍成分を捉えることができなかった。 For example, in the second embodiment, the example in which the pressure detection sensor is disposed under the mattress placed on the seat surface of the chair has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the pressure detection sensor is placed. Even when the subject sits directly on the seating surface of the chair, the respiratory component and the heartbeat component can be accurately captured. As a result of this comparative experiment, in the biological information measuring apparatus according to Example 4 in which the subject directly sits on a chair on which a pressure detection sensor having a piezoelectric element attached to a stainless steel metal substrate is placed, FIG. As shown in (b) and (b), a spectral protrusion was observed in the band of about 0.25 Hz, and a spectral protrusion was observed in the band of about 1.0 Hz to about 1.2 Hz. On the other hand, in the biological information measuring device according to Comparative Example 6 in which the subject is directly seated on the chair on which the pressure detection sensor in which 60 taxels are arranged in a matrix is placed, it is shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). Thus, although a spectral protrusion was observed in the band of about 0.25 Hz, no spectral protrusion was observed in the band of about 0.8 Hz to about 1.5 Hz. When the results of Example 4 and Comparative Example 6 are summarized, as shown in Table 4, when the subject sits directly on the seat surface of the chair on which the pressure detection sensor is placed, in Example 4, the respiratory component and the heart rate component In contrast, in Comparative Example 6, the heart rate component could not be captured.
また、上記実施形態では、生体情報として呼吸及び心拍を測定する例について説明したが、本発明はこれに限らず、呼吸及び心拍以外の生体情報(例えば、体動など)を測定してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which measures respiration and a heartbeat as biometric information, this invention is not limited to this, You may measure biometric information (for example, body movement etc.) other than respiration and a heartbeat. .
また、上記第1実施形態では、圧力検出センサを被験者の胸部近傍の位置に配置する例について説明したが、本発明の圧力検出センサの位置は、被験者の胸部近傍の位置に限定されない。 Moreover, although the said 1st Embodiment demonstrated the example which arrange | positions a pressure detection sensor in the test subject's chest vicinity position, the position of the pressure detection sensor of this invention is not limited to the test subject's chest vicinity position.
1、100 生体情報測定装置
10、110 圧力検出センサ
11 金属基板
12 ピエゾ素子
13 導電性膜
20 コンピュータ
21 制御装置
22 表示装置
23 入力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Biological information measuring device 10,110
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