JP2009219580A - 吐息検出装置、呼吸判定システム及び呼吸判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動きが少ない就寝者の安否を確認することが可能な吐息検出装置及び呼吸判定システム及び呼吸判定方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る呼吸判定システム１０は、就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで対向配置される１対の超音波送受波器１１，１１を、信号処理装置２０に接続して備えている。そして、信号処理装置２０が、所定周期で１対の超音波送受波器１１，１１に超音波を送受波させて、それら両超音波送受波器１１，１１の間の超音波到達時間を計測し、その超音波到達時間の変化に基づいて、就寝者の吐息を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、就寝者の安否を確認するための吐息検出装置、呼吸判定システム及び呼吸判定方法に関する。

従来より、就寝者の安否を確認するための方法として、監視カメラを用いて就寝者の寝返り等の動きを遠隔地から監視する方法（例えば、特許文献１参照）や、非接触式センサを用いて就寝者の寝返り等の動きをセンシングする方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特開２００７−２６２８７５号公報（段落［００５８］、第１図） 特表平０８−５０７７０６号公報（第１図）

しかしながら、上記した従来の方法では、動きが少ない就寝者（特に、病気・怪我のために動くことができない就寝者）の安否を確認することができないという問題があった。また、上記した従来の方法では、就寝者が動かない場合、それが体調異常によるものか否かの客観的な判別が困難であるので、体調異常の早期発見が困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、動きが少ない就寝者の安否を確認することが可能な吐息検出装置及び呼吸判定システム及び呼吸判定方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る吐息検出装置は、就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで対向配置される１対の超音波送受波器と、所定周期で１対の超音波送受波器に超音波を送受波させて、それら両超音波送受波器の間の超音波到達時間を計測する時間計測部とを備え、超音波到達時間の変化に基づいて、就寝者の吐息を検出するところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の吐息検出装置において、超音波到達時間の単位時間当たりの変化量が、所定の基準変化量を超えたことを条件に吐息有りと判定する変化量比較判定部を備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載の吐息検出装置において、時間計測部にて計測された過去最新の所定期間分の計測結果を更新して記憶する更新記憶部と、過去最新の所定期間における超音波到達時間の平均値を演算し、その平均値より所定の基準値を超えて超音波到達時間が短くなったことを条件に吐息有りと判定する平均比較判定部とを備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１に記載の吐息検出装置において、吐息領域から外れた位置で対向配置される１対の補正用超音波送受波器を設けて、それら両補正用超音波送受波器の間の超音波到達時間を時間計測部にて補正用超音波到達時間として計測し、吐息領域を間に挟んで対向配置される１対の超音波送受波器の間隔と、１対の補正用超音波送受波器の間隔とを同じにした場合の補正用超音波到達時間を求めて、その補正用超音波到達時間と１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間との差分が、所定の基準値を超えたことを条件に吐息有りと判定する到達時間比較判定部を備えたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の吐息検出装置において、ベッドの両側部の柵に１対の超音波送受波器を固定して、それら１対の超音波送受波器の間の超音波伝播経路を就寝者の上方に配置するための送受波器固定部を備えたところに特徴を有する。

請求項６の発明に係る呼吸判定システムは、請求項１乃至５の何れかに記載の吐息検出装置と、吐息検出装置による吐息の検出の間隔が、予め設定された基準時間より所定の許容値を越えて長くなったとき又は短くなったときに、異常有りと判定する異常判定部と、異常判定部が異常有りと判定したことを報知する呼吸異常報知部とを備えたところに特徴を有する。

請求項７の発明に係る請求６に記載の呼吸判定システムは、１対の超音波送受波器の間で超音波を送受波可能であったか否かを判定する送受波障害判定部と、送受波障害判定部が、送受波が不可能と判定したことを報知する送受波異常報知部とを備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明に係る呼吸判定方法は、就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで１対の超音波送受波器を対向配置し、吐息領域の一時的な温度上昇を、１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間の一時的な変化に反映させて、その超音波到達時間の一時的な変化の有無を就寝者の呼吸の有無として信号処理装置に自動判定させるところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の吐息検出装置によれば、１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間が、就寝者が息を吐く度に一時的に変化し、その変化に基づいて就寝者の吐息を検出することができる。そして、その検出結果を利用すれば、動きが少ない就寝者の安否を確認することが可能になると共に、就寝者の体調異常を早期かつ確実に発見することができる。しかも、本発明の吐息検出装置には、就寝者に接触する部位が存在しないので睡眠の妨げにならず、起床時及び就寝時の着脱の手間もかからない。また、監視カメラのように監視による不快感を与えることもない。

［請求項２の発明］
請求項２の構成では、超音波到達時間の単位時間当たりの変化量が、所定の基準変化量を超えた場合に吐息有りと判定するので、比較的緩やかな室温変化による超音波到達時間の変化と、吐息による超音波到達時間の変化とを明確に区別することができ、吐息を正確に検出することが可能になる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成によれば、過去最新の所定期間における超音波到達時間の平均値を演算し、その平均値より所定の基準値を超えて超音波到達時間が短くなった場合に吐息有りと判定するので、室温の変化の影響を受けずに吐息を正確に検出することが可能になる。

［請求項４の発明］
請求項４の構成によれば、寝室の温度変化の影響を排除して、就寝者の吐息を正確に検出することが可能になる。

［請求項５の発明］
請求項５の構成によれば、それら１対の超音波送受波器の間の超音波伝播経路を就寝者の上方に配置するための超音波送受波器の固定作業が容易になる。

［請求項６の発明］
請求項６の構成によれば、就寝者の吐息の間隔に異常が発生したことを報知するので、就寝者の体調異常に対して迅速に処置を行うことができる。

［請求項７の発明］
請求項７の構成によれば、超音波の送受波が不可能と判定したことを報知するので、吐息の検出ができない不具合に迅速に対応することができると共に、就寝者の起床を遠隔の場所で知ることができる。

［請求項８の発明］
請求項８の呼吸判定方法によれば、就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで１対の超音波送受波器を対向配置したので、１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間の一時的な変化の有無を、就寝者の呼吸の有無として信号処理装置に自動判定させることができる。そして、その判定結果を利用すれば、動きが少ない就寝者の安否を確認することが可能になると共に、就寝者の体調異常を早期かつ確実に発見することができる。しかも、本発明の呼吸判定方法では、就寝者に接触する部位を設けずに済むので睡眠の妨げにならず、起床時及び就寝時の着脱の手間もかからない。また、監視カメラのように監視による不快感を与えることもない。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。本実施形態の呼吸判定システム１０は、図１に示すように、１対の超音波送受波器１１，１１を信号処理装置２０に接続して備えている。超音波送受波器１１は、例えば、図３に示すように、箱形の送受波器本体１１Ｈにブラケット１４を組み付けてなる。ブラケット１４は、例えば、送受波器本体１１Ｈの下面に対向したベース板１４Ｃを有し、そのベース板１４Ｃの両側部から１対の支持レール１４Ｂ，１４Ｂを起立して備えると共に、ベース板１４Ｃの前縁部から下方に取付板１４Ｄが直角曲げされた構造になっている。そして、送受波器本体１１Ｈの両側面に１対の支持レール１４Ｂ，１４Ｂが上下動可能にスライド係合されている。また、各支持レール１４Ｂには螺子孔１４Ｎが貫通形成され、その螺子孔１４Ｎに蝶ネジ１４Ａが螺合している。そして、蝶ネジ１４Ａを緩めた状態で送受波器本体１１Ｈをブラケット１４に対して上下動し、任意の位置で蝶ネジ１４Ａを締め付けて固定することができる。さらに、取付板１４Ｄには、水平方向に延びたパイプを挟んで保持可能なパイプホルダ１３（図３参照。本発明の「送受波器固定部」に相当する）が設けられている。

図１に示すように、超音波送受波器１１，１１は、ベッド９０の両側の１対の脱落防止柵９１，９１にパイプホルダ１３，１３（図３参照）を固定して取り付けられる。その固定を行う際、必要に応じて蝶ネジ１４Ａを緩めて位置調整が行われる。そして、図２（Ｂ）に示すように、ベッド９０に就寝者が仰向けに寝た場合に、その就寝者の上方領域のうち吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域Ｒ１を間に挟んで、両超音波送受波器１１，１１の超音波送受波面１２，１２同士が対向するように配置される。ここで、吐息領域Ｒ１の広さ、及び、就寝者に対する位置は、個人差はあるももの、多くの場合は、例えば、就寝者の口の真上、略１００［ｍｍ］の位置は、吐息領域Ｒ１に含まれる。そこで、本実施形態では、超音波送受波面１２，１２の中心同士を結ぶ架空の線Ｌ１が、就寝者の口の真上、略１００［ｍｍ］の位置を横切るように配置される。

信号処理装置２０は、信号処理回路２１（図４参照）をケースで覆ってなり、例えば、図２（Ａ）に示すように、ベッド９０の近傍に載置される。図４に示すように、信号処理回路２１は、制御回路２２、送波回路２３、受波回路２４、警告信号出力回路２５、警告ランプ２６等を備えている。また、送波回路２３には一方の超音波送受波器１１が接続され、受波回路２４には他方の超音波送受波器１１が接続されている。そして、送波回路２３を起動して一方の超音波送受波器１１から超音波を出力し、その超音波を他方の超音波送受波器１１が受信すると、受波回路２４から受波信号が出力されて制御回路２２に取り込まれる。また、警告信号出力回路２５は、例えば、病院の院内配線を介してナースステーションの管理装置に接続される。

制御回路２２は、ＣＰＵ２２Ａ、メモリ２２Ｂ（本発明の「更新記憶部」に相当する）を備え、メモリ２２Ｂに記憶された呼吸判定プログラムＰＧ１（図５参照）をＣＰＵ２２Ａが所定周期で実行し、両超音波送受波器１１，１１の間における超音波到達時間を計測する。具体的には、図５に示すように、呼吸判定プログラムＰＧ１が実行されると、計測処理（Ｓ１０）が行われる。この計測処理（Ｓ１０）では、図６に示すように、送波回路２３を起動して一方の超音波送受波器１１から超音波を出力させると共に、その起動時からの経過時間Ｔ１を計測し始める（Ｓ１１）。そして、経過時間Ｔ１が上限値Ｔｊに達する迄、受波回路２４からの受波信号の出力を待つ。具体的には、受波回路２４から受波信号が出力されたか否かを判別し（Ｓ１２）、受波回路２４から受波信号が出力されていない場合は（Ｓ１２でＮＯ）、経過時間Ｔ１が所定の上限値Ｔｊに達したか否かを判別する（Ｓ１３）。そして、経過時間Ｔ１が上限値Ｔｊに達していない間は（Ｓ１３でＮＯ）、受波回路２４からの受波信号を待ち続ける（Ｓ１２のＮＯ及びＳ１３のＮＯのループ）。

受波回路２４から受波信号が出力されると（Ｓ１２でＹＥＳ）、その時点の経過時間Ｔ１を両超音波送受波器１１，１１間の超音波到達時間として、メモリ２２Ｂの記憶領域に設定された時間データレジスタＲａに格納する（Ｓ１４）。そして、送波回路２３を停止すると共に経過時間Ｔ１の計測を終了して（Ｓ１６）、この計測処理（Ｓ１０）を抜ける。

また、受波回路２４からの受波信号を受信できずに（Ｓ１２でＮＯ）、経過時間Ｔ１が上限値Ｔｊに達した場合は（Ｓ１３でＹＥＳ）、時間データレジスタＲａに、例えば、通常では経過時間Ｔ１として計測し得ない特大値Ｔｄを格納する（Ｓ１５）。そして、送波回路２３を停止すると共に経過時間Ｔ１の計測を停止して（Ｓ１６）、この計測処理（Ｓ１０）を抜ける。

ここで、上記した上限値Ｔｊは、経過時間Ｔ１が上限値Ｔｊに達するか否かによって、呼吸判定プログラムＰＧ１の実行周期が影響を受けない程度の大きさに設定されている。具体的には、呼吸判定プログラムＰＧ１の実行周期は、例えば２００［ｍｓｅｃ］に設定され、その２００［ｍｓｅｃ］のうち呼吸判定プログラムＰＧ１の開始から終了までの実行時間は、例えば、略１００［ｍｓｅｃ］になっている。そこで、上記上限値Ｔｊは、例えば２０［ｍｓｅｃ］に設定され、呼吸判定プログラムＰＧ１の実行時間が２０［ｍｓｅｃ］長くなって１２０［ｍｓｅｃ］になったとしても、実行周期の２００［ｍｓｅｃ］には収まるようになっている。また、上記特大値Ｔｄは、通常では、経過時間Ｔ１として計測し得ない値として、例えば５００［ｍｓｅｃ］が設定されている。

また、上記した時間データレジスタＲａは、上記したメモリ２２Ｂの記憶領域のうち、例えば連続した１００００個のアドレスに亘って１００００個に設定されている。そして、それら時間データレジスタＲａに、過去最新の１００００回の呼吸判定プログラムＰＧ１の実行結果が格納される。即ち、呼吸判定プログラムＰＧ１の実行周期は２００［ｍｓｅｃ］であるので、過去最新２０秒の時間データがバッファリングされるようになっている。

なお、図９（Ａ）には、呼吸判定プログラムＰＧ１を２００［ｍｓｅｃ］で２５０回実行した場合において、時間データレジスタＲａに格納される時間データ（超音波到達時間、又は、特大値）の変化が５０秒間に亘って示されている。

図５に示すように、呼吸判定プログラムＰＧ１では、計測処理（Ｓ１０）に次いで、解析処理（Ｓ２０）が行われる。図７に示すように、解析処理（Ｓ２０）では、時間データレジスタＲａに新規に格納された時間データＴ１０と、前回、格納された時間データＴ１１とを取得し、それら時間データＴ１０，Ｔ１１が共に特大値Ｔｄでないか否かを判別する（Ｓ２１）。ここで、それら両時間データＴ１０，Ｔ１１が共に特大値Ｔｄではない場合には（Ｓ２１でＹＥＳ）、時間データレジスタＲａに新規に格納された時間データＴ１０（超音波到達時間）から、前回、格納された時間データＴ１１（超音波到達時間）を減算して変化量ΔＴ（以下、「伝播時間変化量ΔＴ」という）を求める（Ｓ２２）。ここで、伝播時間変化量ΔＴは、本発明に係る「超音波到達時間の単位時間当たりの変化量」に相当し、この場合、呼吸判定プログラムＰＧ１の実行周期である２００［ｍｓｅｃ］が単位時間に相当する。

次いで、伝播時間変化量ΔＴが予め設定された基準変化量Ｔｋ１より小さいか否かを判別する（Ｓ２３）。ここで、超音波は、気温が上昇すると伝播速度が速くなり、その結果、超音波到達時間が短くなると共に伝播時間変化量ΔＴはマイナスの値になる。そして、吐息によって吐息領域Ｒ１の温度が急激に上昇すると、マイナスの値である伝播時間変化量ΔＴが、通常時に比べてさらに小さくなる。そこで、通常時の温度変化と区別するために、上記したように、伝播時間変化量ΔＴが基準変化量Ｔｋ１を越えて小さくなったか否かを判別する（Ｓ２３）。

そして、伝播時間変化量ΔＴが基準変化量Ｔｋ１より小さい場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、即ち、超音波到達時間が急激に短くなった場合は、メモリ２２Ｂの記憶領域に設定された解析データレジスタＲｂに「１」を格納する（Ｓ２４）。一方、伝播時間変化量ΔＴが基準変化量Ｔｋ１以上になった場合（Ｓ２３でＮＯ）、解析データレジスタＲｂに「０」を格納する（Ｓ２５）。また、経過時間Ｔ１，Ｔ２の何れかが特大値Ｔｄであった場合（Ｓ２１でＮＯ）、解析データレジスタＲｂに「２」を格納する（Ｓ２６）。

なお、解析データレジスタＲｂも時間データレジスタＲａと同様に、メモリ２２Ｂの記憶領域における連続した１００００個のアドレスに亘って１００００個に設定され、それら解析データレジスタＲｂに、過去最新の１００００回の呼吸判定プログラムＰＧ１の実行結果が格納される。

また、図９（Ｂ）には、呼吸判定プログラムＰＧ１を２００［ｍｓｅｃ］で２５０回実行した場合において、解析データレジスタＲｂに格納される解析データの変化が５０秒間に亘って示されている。

解析処理（Ｓ２０）では、上記の如く、「０」，「１」，「２」の何れかの解析データが解析データレジスタＲｂに格納されたら（Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６）、次いで吐息検出時刻を求めて、メモリ２２Ｂの記憶領域に設定された呼吸検出レジスタＲｃに格納する（Ｓ２７）。具体的には、解析データレジスタＲｂに格納された解析データが「０」から「１」に切り替わってから例えば３回連続して「１」になった時刻を吐息検出時刻として呼吸検出レジスタＲｃに格納する。次いで、吐息検出時刻の間隔を呼吸間隔時間Ｔ３として演算してから（Ｓ２８）、解析処理（Ｓ２０）から抜ける。

なお、呼吸検出レジスタＲｃは、メモリ２２Ｂに例えば、１００００個設けられている。ここで、呼吸の間隔を略３秒とすると、本実施形態では、過去最新、略８秒間分の吐息検出時刻が記憶されることなる。

また、図９（Ｃ）には、呼吸判定プログラムＰＧ１を２００［ｍｓｅｃ］で２５０回実行した場合において、呼吸検出レジスタＲｃに格納された吐息検出時刻がタイムチャートにして示されている。

図５に示すように、呼吸判定プログラムＰＧ１では、解析処理（Ｓ２０）に次いで、判別処理（Ｓ３０）が行われる。図８に示すように、判別処理（Ｓ３０）では、呼吸間隔時間Ｔ３が予め設定された下限呼吸間隔時間Ｔｋ２より長いか否かを判別する（Ｓ３１）。ここで、呼吸間隔時間Ｔ３が下限呼吸間隔時間Ｔｋ２より短い場合には（Ｓ３１でＮＯ）、呼吸の間隔が短すぎる異常が発生したと判断し、警告ランプ２６を例えば黄色に点灯させると共に警告信号出力回路２５に第１警告信号を出力させて（Ｓ３２，Ｓ３３）、判別処理（Ｓ３０）から抜ける。

また、呼吸間隔時間Ｔ３が下限呼吸間隔時間Ｔｋ２より長い場合には（Ｓ３１でＹＥＳ）、呼吸間隔時間Ｔ３が予め設定された上限呼吸間隔時間Ｔｋ３より短いかを判別する（Ｓ３４）。ここで、呼吸間隔時間Ｔ３が上限呼吸間隔時間Ｔｋ３より長い場合には（Ｓ３４でＮＯ）、その呼吸間隔時間Ｔ３の開始から終了までの間に、解析データレジスタＲｂ＝「２」の状態、即ち、超音波の受波が不能であった状態が含まれていないか判別する（Ｓ３５）。そして、呼吸間隔時間Ｔ３の間に、解析データレジスタＲｂ＝「２」の状態が含まれていない場合には（Ｓ３５でＮＯ）、呼吸の間隔が長すぎる異常が発生したか或いは呼吸が停止したと判断して、警告ランプ２６を例えば赤色に点灯させると共に警告信号出力回路２５に第２警告信号を出力させて（Ｓ３６，Ｓ３７）、判別処理（Ｓ３０）から抜ける。一方、呼吸間隔時間Ｔ３の間に、解析データレジスタＲｂ＝「２」の状態が含まれていた場合には（Ｓ３５でＹＥＳ）、送受波不能の異常が発生したと判断して、警告ランプ２６を例えば緑色に点灯させると共に警告信号出力回路２５に第３警告信号を出力させて（Ｓ３７，Ｓ３８）、判別処理（Ｓ３０）から抜ける。

また、呼吸間隔時間Ｔ３が下限呼吸間隔時間Ｔｋ２と上限呼吸間隔時間Ｔｋ３との間に収まる長さの場合には（Ｓ３１，Ｓ３４で共にＹＥＳ）、異常なしと判断して、ただちに判別処理（Ｓ３０）から抜ける。

なお、本実施形態では、上記した計測処理（Ｓ１０）を実行した制御回路２２（詳細にはＣＰＵ２２Ａ）が本発明の「時間計測部」に相当し、解析処理（Ｓ２０）を実行した制御回路２２が本発明の「変化量比較判定部」に相当し、判別処理（Ｓ３０）を実行した制御回路２２が本発明の「呼吸異常判定部」及び「受波障害判定部」に相当する。また、警告信号出力回路２５及び警告ランプ２６が、本発明の「呼吸異常報知部」に相当すると共に、本発明の「送受波異常報知部」にも相当する。さらに、計測処理（Ｓ１０）におけるステップＳ１２を実行した制御回路２２が、本発明の「受波障害判定部」に相当する。また、呼吸判定システム１０には、本発明の「吐息検出装置」が含まれ、その吐息検出装置は、超音波送受波器１１，１１と、本発明の「時間計測部」及び「変化量比較判定部」としての制御回路２２とからなる。

本実施形態の呼吸判定システム１０の構成に関する説明は以上である。次に、本実施形態の呼吸判定システム１０及び呼吸判定方法の作用効果について説明する。図８（Ｂ）に示すように呼吸判定システム１０の超音波送受波器１１，１１を取り付けたベッド９０に、例えば、病気や怪我により寝返りを自力で行うことができない就寝者を寝かせる。そして、就寝者の口の真上、略１００［ｍｍ］の位置に、超音波送受波器１１，１１の間の伝播経路（図２（Ｂ）の架空の線Ｌ１参照）を配置し、信号処理装置２０（図２（Ａ）参照）の電源を投入する。すると、超音波送受波器１１，１１の間で超音波が送受波され、図９（Ａ）に示すように、信号処理装置２０によって超音波送受波器１１，１１の間の超音波到達時間が検出される。このとき、例えば、障害物（例えば、看護人の手、布団）が超音波送受波器１１，１１の間で超音波を遮った場合には、図９（Ａ）における経過時間６〜１１秒の範囲に示すように、超音波到達時間が極めて大きな値（前記特大値Ｔｄ）になる。

さて、就寝者が呼吸を行っていると、その吐息によって超音波送受波器１１，１１の間の超音波伝播経路における一部の温度が一時的に上昇し、超音波到達時間も一時的に変化する。このとき、吐息が口又は鼻から足先側に斜めに吐かれたり、或いは、横斜めに吐かれたとしても、その吐息が途中で拡がりながら真上に熱上昇して超音波伝播経路に達するので、この場合も吐息によって超音波到達時間も一時的に変化する。そして、その超音波到達時間の一時的な変化に基づいて信号処理装置２０にて吐息を検出する。その原理について説明すると、以下の通りである。

即ち、超音波の伝播速度は気温によって変化し、例えば、気温２０［℃］とすると、超音波の伝播速度は３４５［ｍ／ｓ］になり、この場合、超音波送受波器１１，１１の間の７００［ｍｍ］の超音波伝播経路における超音波到達時間は、２［ｍｓｅｃ］になる。また、肺活量、息の温度等は、個人差があるが、就寝者の口の真上、略１００［ｍｍ］の位置では、吐息は横幅１００［ｍｍ］まで広がると共に、その吐息による一時的な気温の上昇幅は５［℃］であると仮定することができる。即ち、全長７００［ｍｍ］の超音波伝播経路の一部である１００［ｍｍ］の範囲が、吐息によって、一時的に５［℃］、温度上昇すると仮定することができる。これを、全長７００［ｍｍ］の超音波伝播経路の全体の温度上昇に換算すると、０．７［℃］（＝５［℃］×１００［ｍｍ］／７００［ｍｍ］）であり、その０．７［℃］によって超音波到達時間は一時的に略３５０［ｎｓｅｃ］、短くなる。ここで、室温が０．７［℃］、一時的に急上昇することは考え難く、現在の超音波を用いた計測技術であれば、１００［ｎｓｅｃ］以上の変化を検出可能であるから、前述の通り吐息による超音波到達時間の一時的な変化に基づいて信号処理装置２０にて吐息を検出することができる。

そして、本実施形態の呼吸判定システム１０では、超音波到達時間の単位時間当たりの変化量（伝播時間変化量ΔＴ）が、所定の基準変化量（基準変化量Ｔｋ１）を超えて小さくなったことを条件にして、吐息有りと判定するので、比較的緩やかな室温変化による超音波到達時間の変化と、吐息による超音波到達時間の変化とを明確に区別することができる。また、本実施形態では、伝播時間変化量ΔＴが基準変化量Ｔｋ１を超えて小さくなった状態が所定期間（３×２００［ｍｓｅｃ］）に亘って継続したことも条件にして吐息と外乱（例えば、空気の流れ、エアコンによる温度変化）とを区別しているので、正確に吐息の検出を行うことができる。

さらに、本実施形態の呼吸判定システム１０は、吐息を検出するだけではなく、吐息の間隔が長すぎたり、吐息が検出されなくなった場合に、警告ランプ２６を点灯してその旨を報知すると共に、ベッドから離れた場所（例えば、ナースステーション）にも報知する。これにより、就寝者の呼吸停止を含む体調異常に対して迅速に処置を行うことができる。また、吐息の間隔が通常より短すぎる場合には、呼吸停止時とは異なる色で警告ランプ２６を点灯してその旨を報知すると共に、ベッドから離れた場所にも報知する。これにより、呼吸停止等と異なる異常に対して、迅速に対応することができる。さらに、超音波が遮断されて送受波を行えない場合には、呼吸異常時と異なる色で警告ランプ２６を点灯させると共に、ベッドから離れた場所にも報知する。これにより、布団や超音波送受波器１１の位置ずれ等により吐息の検出ができない不具合に迅速に対応する事ができると共に、就寝者の起床を遠隔の場所で知ることができる。

このように本実施形態の呼吸判定システム１０及び呼吸判定方法によれば、１対の超音波送受波器１１，１１の間における超音波到達時間の一時的な変化に基づいて就寝者の吐息を検出しかつ呼吸の有無を判定することができる。また、その判定結果を利用すれば、動きが少ない就寝者の安否を確認することが可能になると共に、就寝者の体調異常を早期かつ確実に発見することができる。そして、本実施形態の呼吸判定システム１０では、就寝者の呼吸の間隔に異常が発生したことを信号処理装置２０に備えた警告ランプ２６にて報知すると共に、信号処理装置２０から離れた例えばナースステーションにも警告信号を出力して報知するので、体調異常に対して迅速に処置を行うことができる。しかも、本実施形態の呼吸判定システム１０には、就寝者に接触する部位が存在しないので睡眠の妨げにならず、起床時及び就寝時の着脱の手間もかからない。また、監視カメラのように監視による不快感を与えることもない。

［第２実施形態］
本実施形態は、図１０及び図１１に示されており、解析処理（Ｓ１２０）のみが第１実施形態の解析処理（Ｓ２０）と異なる。以下、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明する。

図１０に示すように、本実施形態の解析処理（Ｓ１２０）では、最初に、両超音波送受波器１１，１１間の超音波到達時間の平均値Ｔａｖを演算する（Ｓ１２１）。具体的には、例えば、全ての時間データレジスタＲａに格納されている時間データから特大値Ｔｄであるものを排除し、それ以外の全ての時間データの平均値を超音波到達時間の平均値Ｔａｖとして演算する。これにより、過去最新２０秒における超音波到達時間の平均値Ｔａｖが求められる。そして、その平均値Ｔａｖから予め設定された閾値Ｔｓを差し引いた値を、判別基準値Ｔｈとして求める（Ｓ１２２）。

次いで、新規に時間データレジスタＲａに格納された時間データＴ１２が、判別基準値Ｔｈより小さいか否かを判別する（Ｓ１２３）。ここで、超音波は、前述したように気温が上昇すると伝播速度が速くなり、その結果、超音波到達時間が短くなる。そこで、通常時の温度変化と区別するために、上記したように、新規に時間データレジスタＲａに格納された時間データＴ１２が、判別基準値Ｔｈより小さいか否かを判別する（Ｓ１２３）。そして、時間データＴ１２が判別基準値Ｔｈより小さい場合には（Ｓ１２３でＹＥＳ）、解析データレジスタＲｂに「１」を格納する（Ｓ１２４）。また、時間データＴ１２が判別基準値Ｔｈより大きい場合には（Ｓ１２３でＮＯ）、その経過時間Ｔ１が前記した特大値Ｔｄであるか否かを判別し（Ｓ１２５）、特大値Ｔｄでない場合には（Ｓ１２５でＮＯ）、解析データレジスタＲｂに「０」を格納する（Ｓ１２６）。一方、経過時間Ｔ１が特大値Ｔｄである場合には、解析データレジスタＲｂに「２」を格納する（Ｓ１２７）。

解析処理（Ｓ１２０）では、上記の如く、「０」，「１」，「２」の何れかの解析データが時間データレジスタＲａに格納されたら（Ｓ１２４，Ｓ１２６，Ｓ１２７）、次いで、最新の解析データと前回の解析データとに基づき、解析データが「０」から「１」に切り替わった時刻を吐息検出時刻として呼吸検出レジスタＲｃに格納する（Ｓ１２８）。次いで、吐息検出時刻の間隔を呼吸間隔時間Ｔ３として演算し（Ｓ１２９）、解析処理（Ｓ１２０）から抜ける。

このように本実施形態の構成では、過去最新の所定期間における超音波到達時間の平均値より所定の基準値を超えて超音波到達時間が短くなった場合に吐息有りと判定するので、室温の変化の影響を受けずに吐息を正確に検出することが可能になる。それ以外の作用効果に関しては、第１実施形態と同様である。なお、本実施形態では、上記した解析処理（Ｓ１２０）を実行したＣＰＵ２２Ａが、本発明の「平均比較判定部」に相当する。

［第３実施形態］
本実施形態の呼吸判定システム１０Ｖは、図１２〜図１５に示されており、１対の超音波送受波器１１とは別に１対の補正用超音波送受波器１１Ｈ，１１Ｈを備えている点が前記第１実施形態と大きく相違する。以下、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明し、第１実施形態と同じ構成に関しては同一符号を付して重複した説明は省略する。また、本実施形態では、超音波送受波器１１を「吐息計測用送受波器１１」といい、補正用超音波送受波器１１Ｈを「補正用送受波器１１Ｈ」ということとする。

１対の補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈは、例えば、吐息検出用送受波器１１，１１と全く同じ構造になっている（図３参照）。そして、補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈは、ベッド９０を配置した部屋のうち吐息の影響を受けない所定の場所で、任意の間隔を開けて対向配置される。具体的には、例えば、ベッド９０における１対の脱落防止柵９１，９１のうち就寝者の口から離れた端部にそれぞれ取り付けられて吐息検出用送受波器１１，１１と同じ間隔で対向配置してもよいし、ベッド９０の脇の簡易テーブルに固定して吐息検出用送受波器１１，１１とは異なる間隔で対向配置してもよい。なお、吐息検出用送受波器１１，１１と補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈとは、互いに目視にて区別可能とするための目印が付けられている。

本実施形態の呼吸判定システム１０Ｖの信号処理装置２０Ｖには、送波回路２３及び受波回路２４を、吐息検出用送受波器１１，１１と補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈの何れかに切り替えて接続するための１対のスイッチＳＷ１，ＳＷ１が備えられ、それらスイッチＳＷ１，ＳＷ１が制御回路２２によって切り替え制御されるようになっている。これにより、補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈの間でも、吐息検出用送受波器１１，１１の間と同様に超音波到達時間を計測することができる。

また、信号処理装置２０Ｖに備えた図示しない補正定数演算ボタンを操作すると、両吐息検出用送受波器１１，１１の間の超音波到達時間（以下、「吐息計測用超音波到達時間」という）と、両補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈの間の超音波到達時間（以下、「補正用超音波到達時間」という）とが実測される。なお、この補正定数演算ボタンの操作は、通常、就寝者がベッド９０に不在の状態で行われる。そして、例えば、補正用超音波到達時間で吐息計測用超音波到達時間を除して、変換係数α（＝［吐息計測用超音波到達時間］／［補正用超音波到達時間］）が求められる。そして、この変換係数αを補正用超音波到達時間に乗じることで、補正用超音波到達時間は、１対の吐息検出用送受波器１１，１１の間隔と、１対の補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈの間隔とを同じにした場合の補正用超音波到達時間に換算される。

信号処理装置２０Ｖに備えた図示しない起動ボタンを操作すると、制御回路２２のＣＰＵ２２Ａは、図１３に示した呼吸判定プログラムＰＧ２を所定周期で実行する。そして、呼吸判定プログラムＰＧ２を実行すると、計測処理（Ｓ１０）にて吐息計測用超音波到達時間を計測し、次いで、スイッチＳＷ１を切り替えて補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈを制御回路２２に接続してから（Ｓ４０）、補正用計測処理（Ｓ４１）にて補正用超音波到達時間を計測する。ここで、補正用計測処理（Ｓ４１）は、図６に示した計測処理（Ｓ１０）と同じアルゴリズムになっており、計測処理（Ｓ１０）のステップＳ１４，１５にて、時間データレジスタＲａに、吐息計測用超音波到達時間（図６のＴ１に相当する）か或いは特大値Ｔｄを格納する代わりに、補正用計測処理（Ｓ４１）では、補正時間データレジスタＲｄに、補正用超音波到達時間（図６のＴ１に相当する）か或いは特大値Ｔｄを格納する。

ここで、図１５（Ａ）には、吐息計測用超音波到達時間の時間推移の計測結果が示されている。また、図１５（Ｂ）には、変換係数αを乗じた補正用超音波到達時間の時間推移の計測結果が示されている。これらに示すように、例えば、室温が変化した場合には、その室温変化が吐息計測用超音波到達時間と、変換係数αを乗じた補正用超音波到達時間とに同じように反映される。

補正用計測処理（Ｓ４１）が終了すると、次いで、スイッチＳＷ１を再度切り替えて吐息検出用送受波器１１，１１を制御回路２２に接続し（Ｓ４２）、次いで解析処理（Ｓ２２０）を行う。解析処理（Ｓ２２０）は、図７に示した前記第１実施形態における解析処理（Ｓ２０）と一部共通したアルゴリズムになっている。

具体的には、図１４に示すように、解析処理（Ｓ２２０）では、まず、時間データレジスタＲａに新規に格納された時間データＴ２０と、補正時間データレジスタＲｄに新規に格納された補正時間データＴ２１とを取得し、それらデータＴ２０，Ｔ２１が共に特大値Ｔｄでないか否かを判別する（Ｓ２２１）。ここで、それら両時間データＴ２０，Ｔ２１が共に特大値Ｔｄではない場合には（Ｓ２２１でＹＥＳ）、変換係数αを乗じた補正時間データＴ２１を時間データＴ２０から減算して到達時間差分ΔＴを求める（Ｓ２２２）。

ここで、理論上、吐息無しの状態では、変換係数αを乗じた補正時間データＴ２１（補正用超音波到達時間）と時間データＴ２０（吐息計測用超音波到達時間）とは同じ値になる（図１５（Ａ），（Ｂ）参照）。そして、吐息有りの場合にのみ、変換係数αを乗じた補正時間データＴ２１より時間データＴ２０が短くなる。よって、変換係数αを乗じた補正時間データＴ２１を時間データＴ２０から減算して求めた到達時間差分ΔＴは、図１５（Ｃ）に示すように、吐息計測用超音波到達時間（図１５（Ａ）参照）から吐息による成分のみを取りだした値になる。

次いで、図１４に示すように、到達時間差分ΔＴが予め設定された基準差分Ｔｋ４より小さいか否かを判別する（Ｓ２２３）。そして、到達時間差分ΔＴが基準差分Ｔｋ４より大きい場合（Ｓ２２３でＹＥＳ）、吐息があったものとして解析データレジスタＲｂに「１」を格納する一方（Ｓ２４）、到達時間差分ΔＴが基準差分Ｔｋ４以下になった場合（Ｓ２２３でＮＯ）、解析データレジスタＲｂに「０」を格納する（Ｓ２５）。また、データＴ２０，Ｔ２１の何れかが特大値Ｔｄであった場合（Ｓ２２１でＮＯ）、解析データレジスタＲｂに「２」を格納する（Ｓ２６）。

次いで、最新の解析データと前回の解析データとに基づき、解析データが「０」から「１」に切り替わった時刻を吐息検出時刻として呼吸検出レジスタＲｃに格納する（Ｓ２２４）。次いで、吐息検出時刻の間隔を呼吸間隔時間Ｔ３として演算し（Ｓ２８）、解析処理（Ｓ２２０）から抜ける。

このように本実施形態の構成では、吐息検出用送受波器１１，１１による計測結果と、補正用送受波器１１Ｈ，１１Ｈによる計測結果との差分に基づいて吐息検出を行うので、バッググラウンドとなる寝室における温度変化をキャンセルすることができる。即ち、本実施形態によれば、寝室の温度変化の影響を排除して、就寝者の吐息を正確に検出することが可能になる。なお、本実施形態では、上記した解析処理（Ｓ２２０）を実行したＣＰＵ２２Ａが、本発明の「到達時間比較判定部」に相当する。

［実施例］
１対の超音波送受波器をベッドの両側の１対の脱落防止柵に固定し、それら超音波送受波器の間の超音波伝播経路を、ベッドにおける就寝者の口の真上、略１００［ｍｍ］の位置を横切るように配置して、それら超音波送受波器の間の超音波到達時間を、２００［ｍｓｅｃ］の周期で実際に測定した。その測定結果を示したグラフは、図１２の上側に示されている。なお、測定時の室温は２３±１［℃］であり、１対の超音波送受波器の間隔は７００［ｍｍ］であった。また、上記測定結果を解析し、２００［ｍｓｅｃ］当たりの超音波到達時間の変化量の絶対値が±０．５［μｓｅｃ］であった場合に、吐息を検出したことを示すパルス信号を出力させた。そのパルス信号は、図１２の下側に示されている。

本実施例によれば、本発明の構成によって吐息を正確に検出可能であることが確認できた。また、吐息の検出結果を利用することで、呼吸停止を検出可能であることも確認することができた。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態の呼吸判定システム１０,１０Ｖから呼吸の有無の判別機能を排除し、吐息の検出のみを行うことが可能な構成にしてもよい。

（２）前記実施形態の超音波送受波器１１，１１は脱落防止柵９１，９１に固定されていたが、例えば、超音波送受波器を保持したスタンドを設けて、敷き布団の両側に配置してもよい。

（３）また、超音波送受波器の間の超音波伝播経路を、必ずしも、就寝者の上方に配置しなくてもよく、例えば、１対の超音波送受波器を所定の間隔（例えば、１００［ｍｍ］）に対向配置して治具に固定し、その治具を横向きの就寝者の側方に載置して、呼吸の有無を検出してもよい。

（４）前記第１及び第２、第３の実施形態の呼吸判定システム１０，１０Ｖに監視カメラや、就寝者の動きを検出するための動き検出装置を組み合わせて病院の病床に設置してもよい。そうすれば、ナースステーションにおいて、就寝者の呼吸は呼吸判定システムで監視し、動きは、監視カメラ、或いは動き検出装置で監視することができる。

本発明の第１実施形態の呼吸判定システムを設置したベッドの平面図 （Ａ）呼吸判定システムを設置したベッドの側面図（Ｂ）その正面図 超音波送受波器の斜視図 呼吸判定システムのブロック図 呼吸判定プログラムのフローチャート 計測処理のフローチャート 解析処理のフローチャート 判別処理のフローチャート 測定結果及びその解析データのグラフ 第２実施形態の解析処理のフローチャート 測定結果及びその測定結果の解析データのグラフ 第３実施形態の呼吸判定システムのブロック図 呼吸判定プログラムのフローチャート その解析処理のフローチャート 測定結果及びその解析データのグラフ 実施例の測定結果を示したグラフ

符号の説明

１０,１０Ｖ 呼吸判定システム
１１ 超音波送受波器
１１Ｈ 補正用超音波送受波器
１３ パイプホルダ
２０,２０Ｖ 信号処理装置
２１ 信号処理回路
２２ 制御回路
２５ 警告信号出力回路（異常報知部，送受波異常報知部）
２６ 警告ランプ（異常報知部，送受波異常報知部）
ＰＧ１ 呼吸判定プログラム
Ｒ１ 吐息領域

Claims (8)

1. 就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで対向配置される１対の超音波送受波器と、
   所定周期で前記１対の超音波送受波器に超音波を送受波させて、それら両超音波送受波器の間の超音波到達時間を計測する時間計測部とを備え、
   前記超音波到達時間の変化に基づいて、前記就寝者の吐息を検出することを特徴とする吐息検出装置。
2. 前記超音波到達時間の単位時間当たりの変化量が、所定の基準変化量を超えたことを条件に吐息有りと判定する変化量比較判定部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の吐息検出装置。
3. 前記時間計測部にて計測された過去最新の所定期間分の計測結果を更新して記憶する更新記憶部と、
   過去最新の所定期間における前記超音波到達時間の平均値を演算し、その平均値より所定の基準値を超えて前記超音波到達時間が短くなったことを条件に吐息有りと判定する平均比較判定部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の吐息検出装置。
4. 前記吐息領域から外れた位置で対向配置される１対の補正用超音波送受波器を設けて、それら両補正用超音波送受波器の間の超音波到達時間を前記時間計測部にて補正用超音波到達時間として計測し、
   前記吐息領域を間に挟んで対向配置される前記１対の超音波送受波器の間隔と、前記１対の補正用超音波送受波器の間隔とを同じにした場合の前記補正用超音波到達時間を求めて、その補正用超音波到達時間と前記１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間との差分が、所定の基準値を超えたことを条件に吐息有りと判定する到達時間比較判定部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の吐息検出装置。
5. ベッドの両側部の柵に前記１対の超音波送受波器を固定して、それら１対の超音波送受波器の間の超音波伝播経路を前記就寝者の上方に配置するための送受波器固定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の吐息検出装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の吐息検出装置と、
   前記吐息検出装置による前記吐息の検出の間隔が、予め設定された基準時間より所定の許容値を越えて長くなったとき又は短くなったときに、異常有りと判定する異常判定部と、前記異常判定部が異常有りと判定したことを報知する呼吸異常報知部とを備えたことを特徴とする呼吸判定システム。
7. 前記１対の超音波送受波器の間で超音波を送受波可能であったか否かを判定する送受波障害判定部と、前記送受波障害判定部が、前記送受波が不可能と判定したことを報知する送受波異常報知部とを備えたことを特徴とする請求６に記載の呼吸判定システム。
8. 就寝者が息を吐く度に、その吐息によって一時的に温度上昇する吐息領域を間に挟んで１対の超音波送受波器を対向配置し、前記吐息領域の一時的な温度上昇を、前記１対の超音波送受波器の間の超音波到達時間の一時的な変化に反映させて、その超音波到達時間の一時的な変化の有無を前記就寝者の呼吸の有無として信号処理装置に自動判定させることを特徴とする呼吸判定方法。

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