JP2017205221A - 呼吸波形描画システム及び生体情報モニタリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の呼吸を示す波形を、ほぼリアルタイムで提示することのできる呼吸波形描画システムを提供する。【解決手段】ベッド上の被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システムは、ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、被験者の重心位置の変動に基づいて被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システム、及び被験者の重心位置の変動に基づいて被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムに関する。

被験者の生体情報は、医療や介護の現場において患者や被介護者の身体状態を知るための重要な情報の一つである。例えば被験者の呼吸状態を把握して、睡眠時無呼吸症候群やいびきなどの症状の把握、及びこれらの症状の改善に役立てることができる。

ベッドの脚部の下に荷重センサを配置して、荷重センサの計測値に基づいて被験者の呼吸状態を計測することが提案されている（特許文献１）。更に、ベッドの脚部の下に荷重検出器を配置してベッド上の被検生体の重心の移動を求め、この重心の移動に基づいて被検生体の呼吸運動と心拍運動とを求めることも提案されている（特許文献２）

特許第４８８３３８０号 特公昭６１−２４０１０号

医療現場では、被験者の呼吸状態を示す波形をリアルタイムで提示することが望まれているが、特許文献１、２に記載の発明は、このような現場の要望に応えることはできない。

そこで本発明は、被験者の呼吸を示す波形を、ほぼリアルタイムで提示することのできる呼吸波形描画システム及び呼吸波形描画方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、
ベッド上の被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、
前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部とを備える呼吸波形描画システムが提供される。

第１の態様の呼吸波形描画システムにおいて、前記被験者数判定部は、前記荷重信号の周波数スペクトルに現れるピーク周波数の数をベッド上の被験者の数と判定してもよい。

第１の態様の呼吸波形描画システムは、各被験者の呼吸波形の振動原点及び振動軸を設定する振動座標設定部をさらに備えてもよく、前記振動座標設定部は、各被験者ごとに、ある時刻における重心位置を初期原点として、初期原点から変位する重心位置の距離が最大となる重心位置である第１極値点を求め、初期原点の第１極値点と反対側に現れる初期原点からの距離が最大になる重心位置である第２極値点を求め、第１極値点と第２極値点とを結ぶ方向を仮振動軸と設定し、第１極値点と第２極値点の中点を仮振動原点と設定してもよく、前記波形描画部は、前記仮振動軸上に投影した重心位置の前記仮振動原点からの変位を時間に対して表すことによって、各被験者の呼吸波形を描画してもよい。

第１の態様の呼吸波形描画システムは、各被験者の呼吸波形の描画状態を補償する描画補償部をさらに備えてもよく、前記描画補償部は、各被験者ごとに過去の呼吸波形に基づいて予測波形を生成する予測波形生成部と、各被験者ごとに所定のサンプリング時刻における呼吸波形と予測波形との間の距離を算出する補正距離算出部とを備えてもよく、各被験者の呼吸波形の描画状態を前記距離に応じて補償してもよい。

本発明の第２の態様に従えば、
ベッド上の被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムであって、
ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、を備え、
前記分離された荷重成分は、各被験者の生体情報をモニタリングするのに供される生体情報モニタリングシステムが提供される。

第２の態様の生体情報モニタリングシステムは、各被験者の生体情報として、各被験者の心拍を表す波形をモニタリングしてもよい。

本発明の呼吸波形描画システム及び呼吸波形描画方法によれば、被験者の呼吸を示す波形をほぼリアルタイムで提示することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る生体情報モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係る重心軌跡算出方法を示すフローチャートである。 図３は、荷重検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。 図４は、ベッド上面に画成される４つの荷重検出領域の配置を示す説明図である。 図５は、荷重検出器からの荷重信号の一例を示す。 図６は、被験者の重心軌跡の一例を示す。 図７は、本発明の実施形態に係る波形描画方法を示すフローチャートである。 図８は、被験者の重心軌跡の他の例を示す。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）はそれぞれ、図８に示す重心軌跡の領域Ａ、Ｂ、Ｃの拡大図である。 図１０は、振動座標設定工程の手順を示すフローチャートである。 図１１（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１仮振動原点の一例を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１２（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、第１仮振動原点と重心との距離の一例を示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１３（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１極値点の一例を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１４（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１仮振動軸の一例を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１５（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、第１仮振動原点と、重心から第１仮振動軸に下された垂線の足との距離の一例を示す。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１６（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第２極値点の一例を示す。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１７（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第２仮振動原点及び第２仮振動軸の一例を示す。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１８（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された振動原点及び振動軸の一例を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１９（ａ）は、決定された振動原点及び振動軸を用いて呼吸波形を描画する方法を説明するための説明図であり、振動原点と、重心から振動軸に下された垂線の足との距離の一例を示す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に対応する時点までに波形描画部に描画された仮の呼吸波形及び正規の呼吸波形の様子を示す。 図２０は、被験者の呼吸波形の一例を示すグラフであり、被験者の体動による被験者の重心位置のシフトに起因して、体動前の呼吸波形と体動後の呼吸波形とが振動軸方向にシフトして描画されている様子を示す。 図２１は、描画補償部の詳細な構成を示すブロック図である。 図２２は、描画補償工程の手順を示すフローチャートである。 図２３は、描画補償の方法を説明するための説明図である。 図２４は、荷重信号の呼吸の周波数に相当する周波数帯域における周波数スペクトルの一例である。 図２５は、描画補償の他の方法を説明するための説明図である。 図２６は、被験者の周波数プロファイルの一例を示す。 図２７は、変形例に係るベッドシステムの全体構成を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
図１〜図２４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示す通り、本実施形態の生体情報モニタリングシステム（呼吸波形描画システム、呼吸情報取得システム）１００は、ベッド上の被験者の生体状態を把握するために観測や測定を行うもので、荷重検出部１、制御部３、記憶部４、表示部５を主に有する。荷重検出部１と制御部３とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。制御部３には更に、報知部６及び入力部７が接続されている。

荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４を備える。荷重検出器１１、１２、１３、１４のそれぞれは、例えばビーム形のロードセルを用いて荷重を検出する荷重検出器である。このような荷重検出器は例えば、特許第４８２９０２０号や特許第４００２９０５号に記載されている。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。

荷重検出部１の４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４は、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には荷重検出器１１、１２、１３、１４は、図３に示す通り、ベッドＢＤの四隅の脚の下端部に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置される。

Ａ／Ｄ変換部２は、荷重検出部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、荷重検出部１と制御部３にそれぞれ配線で接続されている。

制御部３は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に重心位置算出部３１、体動検出部（体動判定部）３２、波形分離部（荷重分離部）３３、振動座標設定部３４、波形描画部３５、描画補償部３６が構築されている。

記憶部４は、生体情報モニタリングシステム１００において使用されるデータを記憶する記憶装置であり、例えばハードディスク（磁気ディスク）を用いることができる。表示部５は、制御部３から出力される情報を生体情報モニタリングシステム１００の使用者に表示する液晶モニター等のモニターである。

報知部６は、制御部３からの情報に基づいて所定の報知を視覚的又は聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。入力部７は、制御部３に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、キーボード及びマウスにし得る。

このような生体情報モニタリングシステム１００を使用して、ベッド上の被験者の呼吸状態を始めとした各種生体情報を検知しモニターすることができる。各種生体情報の取得及びモニターは、ベッド上の被験者の重心位置の変動に基づいて行われる。

生体情報モニタリングシステム１００を使用して、ベッド上の被験者の重心位置を算出する動作について説明する。生体情報モニタリングシステム１００を使用した被験者の重心位置の算出は、図２に示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程（Ｓ０１）と、検出した荷重に基づいて被験者の重心位置の時間的変動（重心軌跡）を算出する重心軌跡算出工程（Ｓ０２）とを含む。

荷重検出工程Ｓ０１では、荷重検出器１１、１２、１３、１４を用いてベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重を検出する。荷重検出器１１、１２、１３、１４は、上記の通りキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置されているため、ベッドＢＤの上面に加えられる荷重は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４に分散して検知される。具体的には、図４に示す通りベッドＢＤの矩形状の上面は、縦及び横にそれぞれ２分割されて４つの矩形領域Ｉ〜ＩＶに均等に分割される。

これにより、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する（仰向けに寝る）被験者Ｓの左下半身が位置する領域Ｉに加えられる荷重は主に荷重検出器１１により検出され、同状態の被験者Ｓの右下半身が位置する領域ＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１２により検出される。同様に、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する被験者Ｓの右上半身が位置する領域ＩＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１３により検出され、同状態の被験者Ｓの左上半身が位置する領域ＩＶに加えられる荷重は主に荷重検出器１４により検出される。なお、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っていない場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量を表わし、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っている場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量と被験者Ｓの体重を表わしているため、予め記憶部４にベッド単体の重量を記憶しておくことにより、被験者Ｓが在床した時に被験者Ｓの体重を測定することが出来る。なお、ベッドの重量が４つの領域で均一でない場合には、その相違を荷重検出器に対応するベッド重量として記憶させておく。また、実際の計測中の被験者Ｓ以外の重量をもたらす状況、例えば、布団や荷物等が置かれたことをベッド重量に反映させるようにすることが望ましい。

荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、荷重（荷重変化）を検出してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換部２に出力する。Ａ／Ｄ変換部２は、サンプリング周期を例えば５ミリ秒として、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号（以下「荷重信号」）として制御部３に出力する。

荷重信号の一例を図５に示す。図５は、時刻ｔ_１０〜時刻ｔ_１４までの間に出力された荷重検出器１１、１２、１３、１４からの荷重信号ｓ_１（実線）、ｓ_２（破線）、ｓ_３（一点鎖線）、ｓ_４（二点鎖線）の様子を示している。被検者Ｓは、時刻ｔ_１０〜時刻ｔ_１１までの間（期間Ｐ_１１）には図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥しており、時刻ｔ_１１〜時刻ｔ_１２までの間（期間Ｐ_１２）にはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動しており、時刻ｔ_１２〜時刻ｔ_１３までの間（期間Ｐ_１３）には期間Ｐ_１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動しており、時刻ｔ_１３〜時刻ｔ_１４までの間（期間Ｐ_１４）にはベッドＢＤの中央部に仰臥していたことが観察されている。

期間Ｐ_１１には、被験者Ｓは図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ_１１では、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器１３、１４からの信号ｓ_３、ｓ_４がほぼ等しく、被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器１１、１２からの信号ｓ_１、ｓ_２がほぼ等しい。

期間Ｐ_１２には、被験者ＳはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動していたので、この期間Ｐ_１２では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ_１、ｓ_４が期間Ｐ_１１に比べて大きな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ_２、ｓ_３は期間Ｐ_１１に比べて小さな荷重値を示している。

期間Ｐ_１３には、被験者Ｓは、期間Ｐ_１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動していたので、この期間Ｐ_１３では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ_１、ｓ_４は期間Ｐ_１２に比べて小さな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ_２、ｓ_３は期間Ｐ_１２に比べて大きな荷重値を示している。

期間Ｐ_１４には、被験者Ｓは、期間Ｐ_１１と同じくベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ_１４における信号ｓ_１〜ｓ_４は、期間Ｐ_１１における信号ｓ_１〜ｓ_４と同じである。

重心軌跡算出工程Ｓ０２では、重心位置算出部３１が、荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４に基づいてベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定の周期Ｔ（例えば上記のサンプリング周期５ミリ秒に等しい）で算出し、被験者Ｓの重心Ｇの位置の時間的変動（重心軌跡ＧＴ）を求める。ここで、（Ｘ、Ｙ）は、ベッドＢＤの中心部を原点として長手方向にＸを、短手方向にＹを取ったＸＹ座標面上における座標を示す（図６）。

重心位置算出部３１による重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の算出は、次の演算により行われる。すなわちＧ（Ｘ、Ｙ）は、荷重検出器１１、１２、１３、１４の座標をそれぞれ（Ｘ_１１、Ｙ_１１）、（Ｘ_１２、Ｙ_１２）、（Ｘ_１３、Ｙ_１３）、（Ｘ_１４、Ｙ_１４）、荷重検出器１１、１２、１３、１４の荷重の検出値をそれぞれＷ_１１、Ｗ_１２、Ｗ_１３、Ｗ_１４として、次式により算出される。

重心位置算出部３１は、上記の数式１、数式２に基づいて重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定のサンプリング周期Ｔで算出しながら、重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の時間的変動、即ち重心軌跡ＧＴを求め、例えば記憶部４に記憶させる。

重心位置算出部３１で算出された重心軌跡ＧＴの一例を図６に示す。図６は、図５の期間Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３内の任意の時刻ｔ_１１０、ｔ_１２０、ｔ_１３０における、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ_Ｐ１１、Ｙ_Ｐ１１）、Ｇ（Ｘ_Ｐ１２、Ｙ_Ｐ１２）、Ｇ（Ｘ_Ｐ１３、Ｙ_Ｐ１３）を示しており、Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３を繋ぐ一点鎖線の矢印は、位置Ｇ（Ｘ_Ｐ１１、Ｙ_Ｐ１１）からＧ（Ｘ_Ｐ１３、Ｙ_Ｐ１３）まで移動する被験者Ｓの重心Ｇの重心軌跡ＧＴを示している。

本発明の発明者は、重心位置算出部３１で算出される被験者Ｓの重心軌跡ＧＴには、主に被験者Ｓの３種類の生体活動に起因する重心移動の軌跡が含まれていることを見出した。

第１は、寝返りなど、被験者Ｓの胴部の移動を伴う比較的大きな身体の移動に起因する重心移動の軌跡である。本発明においては、このような比較的大きな身体の移動を「大きな体動」と呼ぶ。

第２は、手足や顔の移動など、被験者Ｓの胴部の移動を伴わない比較的小さな身体の移動に起因する重心移動の軌跡である。本発明においては、このような比較的小さな身体の移動を「小さな体動」と呼ぶ。なお、本明細書及び本発明では、「大きな体動」と「小さな体動」をまとめて「体動」と呼ぶ。

第３は、被験者の呼吸に起因する重心移動の軌跡である。人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は、研究により、この内臓移動に伴って、重心Ｇが、背骨の延在方向（体軸方向）にほぼ沿って振動することを見出した。

なお本明細書及び本発明においては、被験者の呼吸に起因して生じる被験者の重心の体軸方向に沿った往復動を「呼吸振動」と呼び、呼吸振動の軌跡を「呼吸振動軌跡」と呼ぶ。また、呼吸振動を時間領域で示した波形、例えば体軸方向を縦軸とし時間を横軸として示した波形を被験者の「呼吸波形」と呼ぶ。

本明細書及び本発明においては、被験者が大きな体動を行っていない期間を「安定体位期間」と呼び、安定体位期間のうち、被験者が小さな体動も行わず一定の位置で呼吸のみを行っている期間を「安定呼吸期間」と呼ぶ。

次に、図７のフローチャートを参照して、重心位置算出部３１で算出された被験者Ｓの重心位置に基づいて被験者Ｓの呼吸波形を描画する方法を述べる。まず、工程全体の概略を説明する。各工程の詳細は後述する。

体動判定工程Ｓ１では、体動検出部３２が、ベッド上の被験者Ｓに体動（大きな体動、小さな体動）が生じているか否かを検出する。ベッド上の被験者に体動が生じている場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）は、再度体動判定工程Ｓ１を繰り返す。体動が生じていない場合（Ｓ１：Ｎｏ）は、被験者数判定工程Ｓ２に進む。

被験者数判定工程Ｓ２では、制御部３がベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数を判定する。被験者Ｓが一人である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）は、制御部３は、振動座標設定工程Ｓ３において、振動座標設定部３４に被験者Ｓの呼吸振動の振動座標（詳細は後述）を設定させる。

被験者Ｓが複数人である場合（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部３は、波形分離部３３に、波形分離工程Ｓ６を行わせる。波形分離工程Ｓ６では、複数の被験者Ｓの呼吸振動が重畳された振動が分離され、複数の被験者Ｓの各々の呼吸振動が取り出される。制御部３は、分離されて取り出された呼吸振動の各々について、振動座標設定部３４に振動座標設定工程Ｓ３を行わせ、複数の被験者Ｓの各々の呼吸振動の振動座標を設定する。

波形描画工程Ｓ４では、波形描画部３５が、振動座標設定工程Ｓ３で設定された振動座標に基づいて被験者Ｓの呼吸波形（被験者Ｓが複数人である場合は、被験者Ｓの各々の呼吸波形）を描画し、表示部５に表示する。

制御部３は、波形描画工程Ｓ４の実行中に、表示部５による呼吸波形の表示が確実に継続されるよう、必要に応じて、描画補償部３６に描画補償工程Ｓ５を実行させる。描画補償部３６は、波形描画工程Ｓ４において描画される呼吸波形が連続性を失った場合に、まず描画状態の補償が可能であるか否かを判断し、補償が可能である場合には描画状態の補償を行う。一方で、描画状態の補償が可能でない場合には、その旨を制御部３に知らせる。この場合、制御部３は呼吸波形の描画を中止して、工程を体動判定工程Ｓ１に戻す。

次に、図７のフローチャートに従って被験者Ｓの呼吸波形を描画するための各工程について、ベッドＢＤ上に存在する被験者Ｓの数が一人であり、被験者Ｓが図８、図９に軌跡を示す重心移動を行っている期間において、被験者Ｓの呼吸波形を描画する場合を例として説明する。

図８に示す重心軌跡ＧＴは、重心位置算出部３１により算出された、被験者Ｓの約２分間の重心移動の軌跡を示している。なお、矢印は重心Ｇの移動した方向を示す。

図８、図９の点ｂから点ｄに向かう重心Ｇの移動が記録された期間において、被験者Ｓは寝返りをうち、ベッドの中央付近からベッドの左側（仰向けに寝た被験者Ｓから見た左側）端部付近に移動したことが観察されている。また図８、図９の点ｓから点ｔに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは寝返りをうち、ベッドの左端付近からベッドの中央付近に移動したことが観察されている。領域Ａから領域Ｂに向かう重心Ｇの移動の軌跡及び領域Ｂから領域Ｃに向かう重心Ｇの移動の軌跡は、被験者Ｓの胴体の移動を伴う大きな体動による重心移動の軌跡である。

図８の領域Ｂの拡大図である図９（ｂ）の、点ｌから点ｍに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは、ベッドの左端に伏臥した（うつ伏せに寝た）状態で右腕を斜め下に移動させたことが観察されていた。また図８の領域Ｃの拡大図である図９（ｃ）の、点ｕから点ｖに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは、仰臥した状態で胴体を移動することなく右腕を曲げて手を上方に移動させたことが観察されていた。これらの期間における重心Ｇの斜め上方への移動の軌跡及び上方への移動の軌跡は、被験者Ｓの腕部の移動を伴う小さな体動による重心移動の軌跡である。

これらの大きな体動による重心移動の軌跡及び小さな体動による重心移動の軌跡が記録されていない残りの区間（期間）においては、重心軌跡ＧＴは上下方向（ｘ方向）に振動している。この区間（期間）においては、被験者Ｓは大きな体動、小さな体動を行うことなく、一定位置で睡眠していることが観察されていた。したがって、これらの期間における重心Ｇの往復動（振動）は被験者Ｓの体軸方向に沿った呼吸振動であり、その軌跡は呼吸振動軌跡である。

なお、呼吸振動は被験者Ｓの体軸方向に沿って生じるため、呼吸振動軌跡は、実際にはほぼ一軸上に重複して現れるが、図９においては、説明のため、呼吸振動軌跡を体軸方向に直交する方向にずらして描いている。

図８、図９に示す重心軌跡ＧＴにおいては、点ａ〜点ｂ、点ｄ〜点ｓ、点ｔ〜点ｗの区間の重心軌跡ＧＴが記録された期間が安定体位期間であり、その内の点ａ〜点ｂ、点ｄ〜点ｌ、点ｍ〜点ｓ、点ｔ〜点ｕ、点ｖ〜点ｗの区間の重心軌跡ＧＴ（即ち呼吸振動軌跡）が記録された期間が安定呼吸期間である。

［体動判定工程］
体動判定工程Ｓ１では、上述の通り、体動検出部３２が、ベッド上の被験者Ｓに体動（大きな体動、小さな体動）が生じているか否かを検出する。

被験者Ｓが大きな体動又は小さな体動を行った際に生じる身体の移動は、被験者Ｓの呼吸により生じる内臓の移動よりも、はるかに大きな重心位置の変動を伴っている。換言すれば、大きな体動又は小さな体動により生じる重心Ｇの移動の移動速度（単位時間当たりの移動量）は、被験者Ｓの呼吸により生じる重心位置の移動の移動速度よりもはるかに大きい。また、大きな体動により生じる重心Ｇの移動の移動速度は、小さな体動によって生じる重心Ｇの移動の移動速度よりも大きい。なお、図８、図９は、説明のため呼吸振動軌跡を拡大して描いている。

したがって体動検出部３２は、記憶部４に記憶される各時刻における被験者Ｓの重心Ｇの位置の変化に基づいて重心Ｇの移動速度を算出し、算出した速度が所定の閾値を越えている場合には、被験者Ｓは体動を行っていると判断し、算出した速度が所定の閾値以下であれば、被験者Ｓは体動を行っていないと判断する。

被験者Ｓの重心Ｇが、図９（ｂ）の点ｃにある時点では、被験者Ｓは大きな体動を行っており、重心Ｇの移動速度は所定の閾値を越えている。したがって、体動検出工程Ｓ１において体動検出部３２は体動ありと判断し、制御部３は工程を体動検出工程Ｓ１に戻す。

次いで被験者Ｓの重心Ｇが図８、図９（ｂ）の点ｄに至ると、被験者Ｓの大きな体動は終了しており、重心Ｇの移動速度は所定の閾値以下となっている。したがって、体動検出工程Ｓ１において体動検出部３２は体動なしと判断し、制御部３は工程を被験者数判定工程Ｓ２に進める。

［被験者数判定工程］
被験者数判定工程Ｓ２においては、制御部（被験者数判定部）３がベッドＢＤ上の被験者Ｓが一人であるか否かを判定する。具体的には例えば、次の方法が用いられる。

上述の通り、被験者Ｓの重心Ｇの位置は、被験者Ｓの呼吸に応じてベッドＢＤ上で振動しており、ベッドＢＤの４つの脚の下にそれぞれ配置された荷重検出器１１〜１４からの荷重信号ｓ_１〜ｓ_４も、それぞれ、ベッド上の被験者Ｓの呼吸に応じた周期で変動している。したがって、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも一つについてフーリエ変換を行い、呼吸に相当する周波数帯域（約０．２Ｈｚ〜約０．３３Ｈｚ。以下、呼吸帯域と呼ぶ。）の周波数スペクトルを求めれば、被験者Ｓの呼吸の周波数に対応する位置にピーク周波数が現れる。

ここで、呼吸の周期は被験者Ｓの性別や体格、肺活量等によって異なる。そのため、ベッドＢＤ上に複数人の被験者Ｓが存在する場合には、呼吸帯域の周波数スペクトルには、被験者Ｓの数だけ、異なるピーク周波数が現れる。

したがって制御部３は、荷重検出部１から送られる荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも１つについて、波形分離部３３にフーリエ解析を行わせて呼吸帯域の周波数スペクトルを算出し、現れるピーク周波数が１つであれば被験者Ｓは一人であると判定し、現れるピーク周波数が複数であれば被験者Ｓは複数人であると判定する。ここでは、上述の通り、ベッドＢＤ上に存在する被験者Ｓの数は一人であるため、現れるピーク周波数の数は１つであり、制御部３は、被験者Ｓが一人であると判定する（Ｓ２：Ｙｅｓ）。

［振動座標設定工程、波形描画工程］
振動座標設定工程Ｓ３では、振動座標設定部３４が、被験者Ｓの重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動の振動座標を設定し、設定した振動座標に基づいて呼吸波形の描画に必要な変位を算出する。波形描画工程Ｓ４では、波形描画部３５が、振動座標設定部３４で算出された変位に基づいて被験者Ｓの呼吸波形を描画する。

本明細書及び本発明において、振動座標の設定とは、呼吸振動の振動中心を示す「振動原点」、及び呼吸振動の振動方向（被験者Ｓの体軸の延びる方向）を示す振動軸の方向を設定することを意味する。

振動座標設定工程Ｓ３は、図１０に示す通り、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２、仮振動原点比較工程Ｓ３０３、振動座標決定工程Ｓ３０４を主に含む。

波形描画工程Ｓ４は、振動座標設定工程Ｓ３と一部並行して行われ、波形描画部３５が、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１及び第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２において振動座標設定部３４から出力される距離情報を用いて被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画して表示部５に表示し、振動座標決定工程Ｓ３０４で決定された振動座標に基づいて振動座標設定部３４から出力される変位情報を用いて被験者Ｓの正規の呼吸波形を描画して表示部５に表示する。

なお、本明細書において「仮の呼吸波形」とは、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動座標、即ち振動原点Ｏ及び振動軸Ａが決定される前に仮振動座標、即ち仮振動原点及び仮振動軸に基づいて描かれる呼吸波形を意味し、「正規の呼吸波形」とは、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動座標が決定された後に、振動原点Ｏと振動軸Ａとに基づいて描かれる呼吸波形を意味する。

以下、振動座標設定部３４による被験者Ｓの振動座標の設定、及び波形描画部３５による被験者Ｓの呼吸波形の描画について、図１０のフローチャートに沿って説明する。

（第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１）
振動座標設定部３４は、図１１（ａ）に示すように、体動判定工程Ｓ１で体動がなくなったと判定した点を第１仮振動原点ＴＯ１（初期原点の一例）と置く。この点は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｄに相当する。この時点において、波形描画部３５は呼吸波形の描画を開始していない（図１１（ｂ））。

振動座標設定部３４は、第１仮振動原点ＴＯ１を設定した後は、第１仮振動原点ＴＯ１と、そこから移動する重心Ｇとの間の直線距離Ｄ_０（図１２（ａ）、図１３（ａ））を逐次算出し、算出した値を波形描画部３５に出力する。

波形描画部３５は、受け取った直線距離Ｄ_０の値を、横軸を時間軸（ｔ軸）とし縦軸を距離軸（Ｄ_０軸）としたグラフ内にプロットして、被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画し（図１２（ｂ）、図１３（ｂ））、表示部５に表示する。

振動座標設定部３４は、第１仮振動原点ＴＯ１と重心Ｇとの間の距離Ｄ_０の値を観察し、その距離Ｄ_０が最大となる点を求め、この点を第１極値点ＥＰ１とする（図１３（ａ））。第１極値点ＥＰ１では、距離Ｄ_０の変化が増加から減少に転じている。第１極値点ＥＰ１は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｅに相当する。

次いで、振動座標設定部３４は、図１４（ａ）に示す通り、第１仮振動原点ＴＯ１と第１極値点ＥＰ１とを結ぶ軸を算出してこれを第１仮振動軸ＴＡ１とし、第１仮振動原点ＴＯ１を第１仮振動軸ＴＡ１の原点とする。すなわち、第１仮振動原点ＴＯ１から開始した呼吸振動の振動方向、即ち振動軸の方向（体軸の方向）を第１仮振動軸ＴＡ１の方向であると仮決めし、当該呼吸振動の振動原点を第１仮振動原点ＴＯ１であると仮決めする。

また、第１仮振動原点ＴＯ１の第１極値点ＥＰ１側を第１仮振動軸ＴＡ１の正側と設定し、他方側を第１仮振動軸ＴＡ１の負側と設定する。

（第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２）
第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２において、振動座標設定部３４は、第１極値点ＥＰ１から移動する重心Ｇから第１仮振動軸ＴＡ１に下した垂線の足ＦＰ１と第１仮振動原点ＴＯ１との間の距離Ｄ_１を逐次算出し、算出した値を波形描画部３５に送る。波形描画部３５は、受け取った算出値に基づいて被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画し（図１５（ｂ）、図１６（ｂ））、表示部５に表示する。

また、振動座標設定部３４は距離Ｄ_１（図１５、図１６）を観察し、その距離Ｄ_１が負側において最大となる点を求め、この点を第２極値点ＥＰ２とする。第２極値点ＥＰ２では、距離Ｄ_１の変化が増加から減少に転じている。第１極値点ＥＰ２は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｆに相当する。なお、このように重心Ｇと第１仮振動原点ＴＯ１との間の距離の第１振動軸ＴＡ１への投影成分を使って第２極値点の特定を行う代わりに、重心Ｇと第１仮振動原点ＴＯ１との間の直線距離を使って第２極値点の特定を行っても良い。

次に、振動座標設定部３４は、図１７（ａ）に示す通り、第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２とを結ぶ軸を算出してこれを第２仮振動軸（仮振動軸）ＴＡ２とし、第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との中間点を第２仮振動原点（仮振動原点）ＴＯ２とする。すなわち、第１仮振動原点ＴＯ１から開始した呼吸振動の振動軸の方向（体軸の方向）を第２仮振動軸ＴＡ２の方向であると仮に決め直し、当該呼吸振動の振動原点を第２仮振動原点ＴＯ２であると仮に決め直す。また、第１仮振動軸ＴＡ１の正方向、負方向を参照して、第２仮振動原点ＴＯ２の一方側を第２仮振動軸ＴＡ２の正側と設定し、第２仮振動原点ＴＯ２の他方側を第２仮振動軸ＴＡ２の負側と設定する。

（仮振動原点比較工程Ｓ３０３）
次に、振動座標設定部３４は、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１で設定された第１仮振動原点ＴＯ１と、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２で設定した第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離を算出し、算出した距離が所定の値以下であるか否かを判定する。所定の値は、一例として第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との間の距離の１０％とすることができる。

（振動座標決定工程Ｓ３０４）
振動座標設定部３４は、比較の結果、第１仮振動原点ＴＯ１と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離が所定の値以下であれば（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、図１８（ａ）に示す通り、第２仮振動原点ＴＯ２を呼吸振動の振動原点Ｏと決定し、第２仮振動軸ＴＡ２を呼吸振動の振動軸Ａと決定して振動座標を決定する。すなわち、体軸方向を振動軸Ａの方向に向けた被験者Ｓの重心Ｇが、被験者Ｓの呼吸により、振動原点Ｏを振動中心として振動軸Ａに沿って振動していると決定する。

一方で、振動座標設定部３４は、比較の結果、第１仮振動原点ＴＯ１と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離が所定の距離を越えていれば（Ｓ３０３：Ｎｏ）、第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５及び仮振動原点比較工程Ｓ３０６を実行する。

第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５では、振動座標設定部３４は、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２と同様に、重心Ｇから第２仮振動軸ＴＡ２に下した垂線の足と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離を観察して、その距離が正側において最大となる点を求め、この点を第３極値点とする。次に、振動座標設定部３４は、第２極値点ＥＰ２と第３極値点とを結ぶ軸を算出してこれを第３仮振動軸とし、第２極値点ＥＰ２と第３極値点との中間点を第３仮振動原点ＴＯ３とする。

仮振動原点比較工程Ｓ３０６では、振動座標設定部３４は、仮振動原点比較工程Ｓ３０３と同様に、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２で設定した第２仮振動原点ＴＯ２と、第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５で設定した第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離を算出し、算出した距離が所定の値以下であるか否かを判定する。比較の結果、第２仮振動原点ＴＯ２と第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離が所定の値以下であれば（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、第３仮振動原点ＴＯ３を呼吸振動の振動原点Ｏと決定し、第３仮振動軸ＴＡ３を呼吸振動の振動軸Ａと決定する（振動座標決定工程Ｓ３０４）。第２仮振動原点ＴＯ２と第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離が所定の値を越えていれば（Ｓ３０６：Ｎｏ）、第Ｎ仮振動座標設定工程（Ｎ＝４、５、６・・・）及び仮振動原点比較工程を、振動座標が決定されるまで、同様に繰りかえす。

振動座標設定部３４は、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動原点Ｏ及び振動軸Ａを決定した後は、図１９（ａ）に示す通り、重心Ｇから振動軸Ａに下した垂線の足と振動原点Ｏとの間の距離Ｄを逐次算出し、算出した値を呼吸波形の変位として波形描画部３５に送る。波形描画部３５は、受け取った変位の値に基づいて正規の呼吸波形を描画し（図１９（ｂ））、表示部５に表示する。

決定された振動座標とその直前に設定されていた仮振動座標とは、多くの場合、振動原点の位置が異なっている。したがって、決定された振動座標に基づいた呼吸波形の描画を開始する時には、図１９（ｂ）に示すように、新たに描画される正規の呼吸波形と、それまでに描画されていた仮の呼吸波形との間に、わずかなずれが生じ得る。仮振動座標と決定された振動座標との差に基づいて描画済みの仮呼吸波形を補正して描画し直し、このずれを解消してもよい。

[描画補償工程]
ここで、波形描画工程Ｓ４において呼吸波形を描画している最中にベッド上の被験者Ｓに小さな体動が生じた場合、この小さな体動により、呼吸波形は振動軸方向にシフトする。例えば、図９（ｂ）に示すように、点ｄ〜点ｌの安定呼吸期間の後に小さな体動が生じ、その後点ｍ〜点ｓの安定呼吸期間が続いた場合、図２０に示すように、小さな体動前の呼吸波形Ｗ_１に対して、小さな体動後の呼吸波形Ｗ_２が、振動座標設定工程Ｓ３で設定した振動軸Ａ方向にシフトする。そして、シフトの幅によっては、小さな体動後の呼吸波形Ｗ_２を、表示部５の表示範囲内に描画できないことも起こり得る。このような場合には、本発明では描画補償部３６により、以下のような方法で描画位置を補正する。

図２１に示すように、描画補償部３６は、予測波形生成部３６１、及び補正距離算出部３６２を有する。そして、描画補償部３６は、描画補償工程Ｓ５において、図２２に示すように、予測波形生成工程Ｓ５０１、及び補正距離算出工程Ｓ５０２を実行する。以下、描画補償部３６が実行する予測波形生成工程Ｓ５０１と補正距離算出工程Ｓ５０２について説明する。

描画補償部３６の予測波形生成部３６１は、予測波形生成工程Ｓ５０１において、例えば既に表示部５に描画されている呼吸波形Ｗ_１の直近の１周期分を予測波形Ｗ_Ｓとして生成し、予測波形Ｗ_Ｓを、呼吸波形Ｗ_１に連続するように表示部５に描画する（但し、予測波形Ｗ_Ｓを表示部５に描画しなくても良い）。なお、本実施形態では、呼吸波形Ｗ_１を実線で描画し、予測波形Ｗ_Ｓを点線で描画することにより、呼吸波形Ｗ_１と予測波形Ｗ_Ｓとを区別している。

次いで、描画補償部３６の補正距離算出部３６２は、補正距離算出工程Ｓ５０２において、図２３に示すように、現在のサンプリング時刻ｔ_０における、予測波形Ｗ_Ｓ上の点（以下、予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_０）と表す）と、現在のサンプリング時刻ｔ_０における距離Ｄのプロット点（以下、実測点Ｄ（ｔ_０）と表す）との間の距離ｄ（ｔ_０）を算出する。そして、補正距離算出部３６２は、距離ｄ（ｔ_０）が、第一の閾値Ｔｈ_１、又は第一の閾値Ｔｈ_１よりも大きい第二の閾値Ｔｈ_２を超えているか否かを判断する。ここで、第一の閾値Ｔｈ_１、及び第二の閾値Ｔｈ_２の値は、表示部５の表示領域のサイズに応じて適宜設定すればよい。距離ｄ（ｔ_０）が第一の閾値Ｔｈ_１よりも小さい場合、制御部３は体動が生じていないものと判断し、波形描画工程Ｓ４を実行する。そして、波形描画工程Ｓ４において波形描画部３５は、描画位置の補正は行わずに、実測点Ｄ（ｔ_０）に基づく呼吸波形の描画を継続する。距離ｄ（ｔ_０）が第一の閾値Ｔｈ_１以上第二の閾値Ｔｈ_２以下の場合、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、次のような補償動作を行いつつ波形描画工程Ｓ４を実行する。即ち、波形描画部３５は、実測点Ｄ（ｔ_０）を、振動軸Ａの方向に距離ｄ（ｔ_０）だけ移動（オフセット）させて描画する。つまり、距離ｄ（ｔ_０）がそのまま補正距離として用いられる。距離ｄ（ｔ_０）が第二の閾値Ｔｈ_２よりも大きい場合、制御部３は大きな体動が生じたと判断し、体動判定工程Ｓ１を再び実行する。

このようにして、描画補償工程Ｓ５では、呼吸波形を描画している最中に小さな体動が生じたとしても、小さな体動前後の呼吸波形を表示部５の表示範囲内に継続的に描画することができる。また、大きな体動が生じた場合には、再度、振動座標の設定を行い、上記のようなプロセスを経て波形描画を行うことができる。

次に、図７のフローチャートに従って、ベッドＢＤ上の複数（二人）の被験者Ｓの呼吸波形を描画する工程について、上述した単一の被験者Ｓの呼吸波形を描画する工程との相違点を中心に説明する。

体動判定工程Ｓ１は、被験者Ｓが一人の場合と同様に、ベッドＢＤ上の重心Ｇの移動速度に基づいて、被験者Ｓの体動の有無を判定する。ここで、被験者Ｓが複数の場合には、重心Ｇの位置は、複数の被験者Ｓ全体の重心位置として１つのみ現れる。したがって、制御部３は、複数の被験者Ｓの全員の体動がなくなった時に、被験者Ｓの体動がなくなったと判定する。

次いで、被験者数判定工程Ｓ２においては、上記の通り、波形分離部３３が荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の少なくとも一つについてフーリエ変換を行い、呼吸帯域（約０．２Ｈｚ〜約０．３３Ｈｚ）の周波数スペクトルを求める。

被験者Ｓが二人の場合には、現れるピーク周波数の数は２つとなり、例えば図２４に示すとおり、周波数ν１と周波数ν２にピークが現れる。これに基づき、制御部３は被験者Ｓは複数であると判定する（Ｓ２：Ｎｏ）。

［波形分離工程］
波形分離工程Ｓ６において、波形分離部３３は、被験者数判定工程Ｓ２において複数のピーク周波数が特定された場合に、特定された各周波数に対して、各荷重信号の荷重成分を求める。これらの荷重成分は、例えば、荷重信号ｓ_１〜ｓ_４の各々に対するバンドパスフィルタ処理によって求めることができる。例えば、被験者数判定工程Ｓ２において２つのピーク周波数ν_１、ν_２が特定された場合、ピーク周波数ν_１に対応した４つの荷重成分ｓ_１１、ｓ_２１、ｓ_３１、ｓ_４１と、ピーク周波数ν_２に対応した４つの荷重成分ｓ_１２、ｓ_２２、ｓ_３２、ｓ_４２とを求める。そして、波形分離部３３は、ピーク周波数ν_１、ν_２の各々に対応する４つの荷重成分を重心位置算出部３１に出力する。重心位置算出部３１は、波形分離部３３から入力された４つの荷重成分に基づいて、ピーク周波数ν_１、ν_２の各々（即ち、被験者Ｓの各々）に対応する重心位置及び重心軌跡を、重心軌跡算出工程Ｓ０２と同様に算出する。

波形分離工程Ｓ６において、複数の被験者Ｓの各々についての重心軌跡が求められた後は、複数の被験者Ｓの各々の重心軌跡に基づいて振動座標設定工程Ｓ３、波形描画工程Ｓ４、描画補償工程Ｓ５が実行される。その詳細は、被験者Ｓが一人の場合を例として上述した通りである。

本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の効果を以下にまとめる。

本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００においては、被験者Ｓが安定呼吸期間に入った直後に振動座標設定部３４が仮の振動原点を設定した上で、そこからの重心位置の距離Ｄ_０の算出を開始し、振動座標を設定する前に、波形描画部３５が、距離Ｄ_０の算出値に基づいて仮の座標系上で呼吸波形の描画を開始する。したがって、大きな体動や小さな体動が終了した略直後に、呼吸波形を表示部５に表示することができる。

それゆえ、安定呼吸期間において相当数の重心位置情報（複数の振動周期分）をサンプリングしてからそれらの軌跡を計算処理することで振動軸及び振動原点を決定してから呼吸波形の描画を開始する場合に比べて、より早く呼吸波形を提示することができる。よって、タイムラグの抑制されたリアルタイムの呼吸波形を観察することができる。

本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、描画補償工程Ｓ５において、過去の呼吸波形に基づいて予測波形Ｗ_Ｓを生成し、現在のサンプリング時刻ｔ_０における実測点Ｄ（ｔ_０）と予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_０）との間の距離ｄ（ｔ_０）に応じて、実測点Ｄ（ｔ_０）の描画位置を補正する。したがって、実測点Ｄ（ｔ_０）が予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_０）から乖離したとしても、実測点Ｇ（ｔ_０）の描画位置を即座に補正し、呼吸波形を継続して表示部５に表示させることができる。

本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００では、被験者数判定工程Ｓ２においてベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数を判定する。また、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数が複数の場合、波形分離工程Ｓ６において複数の被験者Ｓの呼吸振動を分離し、各被験者Ｓの呼吸波形を描画することができる。このため、例えば、一人の患者が横たわるベッドＢＤ上で、患者の家族が添い寝をしているような状況であっても、患者の呼吸波形を確実にモニターすることができる。

本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、ベッドＢＤの脚の下に配置した荷重検出器１１〜１４を用いて被験者Ｓの呼吸数を算出している。したがって、被験者Ｓの身体に計測装置を取り付ける必要がなく、被験者Ｓに不快感や違和感を与えることがない。
＜変形例＞

上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００において、次の変形態様を採用することもできる。

上記実施形態においては、被験者数判定工程Ｓ２を、振動座標設定工程Ｓ３及び波形分離工程Ｓ６の前段にて実行する場合を例にとって説明したが、これには限られず、被験者数判定工程Ｓ２と波形分離工程Ｓ６とを、振動座標設定工程Ｓ３と並列に実行してもよい。この変形例においては、体動判定工程Ｓ１において被験者Ｓの体動がないと判定されたら、被験者Ｓが一人であるか否かを問わず、振動座標設定工程Ｓ３が開始される。そして、振動座標設定工程３と並列に被験者数判定工程Ｓ２及び波形分離工程Ｓ６が実行され、被験者Ｓが複数であれば、被験者数判定工程Ｓ２で特定された複数のピーク周波数(すなわち、複数の被験者Ｓ)に基づいて波形分離工程Ｓ６で複数の被験者Ｓの各々の重心軌跡を分離し、これに基づいて振動座標設定工程Ｓ３、波形描画工程Ｓ４、描画補償工程Ｓ５が実行される。

上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の振動座標設定部３４は、仮振動原点比較工程Ｓ３０３、Ｓ３０６等において、最後に設定した仮振動原点とその直前に設定した仮振動原点との間の距離を所定値と比較することにより、振動原点Ａの設定可否を判断していたが、これには限られない。

一例として、振動座標設定部３４は、仮振動原点及び仮振動軸を予め決められた回数だけ設定し、最後に設定した仮振動原点及び仮振動軸を振動原点Ｏ及び振動軸Ａと決定してもよい。または、振動座標設定部３４は、仮振動原点及び仮振動軸を予め決められた回数だけ設定し、それらの平均を振動原点Ｏ及び振動軸Ａと決定してもよい。

上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の波形描画部３５は、振動座標設定部３４から第Ｎ極値点ＥＰＮの座標、第Ｎ仮座標軸ＴＡＮの傾き等に関する情報を受け取り、これらの情報に基づいてグラフエリアのスケールを適宜調整してもよい。例えば第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２の間の第２仮振動軸ＴＡ２方向の距離や、決定された振動原点Ｏ及び振動軸Ａを用いて算出される距離Ｄ（変位）の最大値（振幅）に基づいてグラフエリアの縦軸（距離Ｄ_Ｎ軸。変位軸）のスケールを調整することができる。これにより、表示部５に、常に、観察に適した最適なスケールの呼吸波形を表示することができる。

上記実施形態では、振動座標設定工程Ｓ３及び波形描画工程Ｓ４を経て描画された呼吸波形に対し、描画補償工程Ｓ５を実行しているが、これに限らず、他の方法で描画された呼吸波形に対して、描画補償工程Ｓ５を適用してもよい。

上記実施形態では、描画補償部３６が、予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_０）と実測点Ｄ（ｔ_０）との距離に基づいて小さな体動、大きな体動の発生を検出していたがこれには限られない。例えば、振動座標設定部３４が、決定した振動原点Ｏの位置と被験者Ｓの重心Ｇの位置との間の距離が所定値を超えたことに基づいて、小さな体動又は大きな体動が生じて安定呼吸期間が終了したと判定してよく、制御部３は、大きな体動が生じた時は工程を体動判定工程Ｓ１に戻しても良い。所定値は、例えば第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との間の距離に基づいて設定し得る。

上記実施形態では、予測波形生成工程Ｓ５０１において、呼吸波形Ｗ_１の直近の１周期分を予測波形Ｗ_Ｓとして描画しているが、これに限らず、過去の２周期分以上の呼吸波形をモデル化し、モデル化した波形を予測波形Ｗ_Ｓとしてもよい。また、予測波形Ｗ_Ｓは、既に表示部５に描画されている呼吸波形Ｗ_１と区別できればよく、例えば、呼吸波形Ｗ_１と予測波形Ｗ_Ｓとを異なる色で描画してもよい。

上記実施形態の補正距離算出工程Ｓ５０２では、サンプリング時刻ｔ_０における距離ｄ（ｔ_０）が第一の閾値Ｔｈ_１以上第二の閾値Ｔｈ_２以下である場合、上記実施形態では小さな体動と判断される。しかしながら、例えば、その後のサンプリング時刻ｔ_１、ｔ_２における距離ｄ（ｔ_１）、ｄ（ｔ_２）が、距離ｄ（ｔ_０）よりもはるかに大きいか小さい場合、サンプリング時刻ｔ_０〜ｔ_２では、サンプリング時刻ｔ_０以前の呼吸波形の周期性が保たれていないと判断し、呼吸波形の描画を中断するのが妥当である。そこで、図２５に示すように、複数のサンプリング時刻ｔ_ｎ（図２５の例では、ｎ＝０、１、２）においてそれぞれ、予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_ｎ）と実測点Ｄ（ｔ_ｎ）との間の距離ｄ（ｔ_ｎ）を算出し、距離ｄ（ｔ_ｎ）の平均値が第一の閾値Ｔｈ_１以上第二の閾値Ｔｈ_２以下の場合に、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、距離ｄ（ｔ_ｎ）の平均値を補正距離として用いてもよい。つまり、実測点Ｄ（ｔ_ｎ）をそれぞれ、振動軸Ａの方向に、距離ｄ（ｔ_ｎ）の平均値だけ移動させて描画してもよい。この方法によれば、小さな体動の判断の精度を高めることができる。

或いは、所定時間（例えば、予測波形Ｗ_Ｓの１／４周期）内に含まれる複数のサンプリング時刻ｔ_ｎにおいてそれぞれ、予測点Ｗ_Ｓ（ｔ_ｎ）と実測点Ｄ（ｔ_ｎ）との間の距離ｄ（ｔ_ｎ）を算出し、距離ｄ（ｔ_ｎ）が一定値であり、且つ、第一の閾値Ｔｈ_１以上第二の閾値Ｔｈ_２以下の場合に、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、距離ｄ（ｔ_ｎ）を補正距離として用いてもよい。つまり、実測点Ｄ（ｔ_ｎ）をそれぞれ、振動軸Ａの方向に、距離ｄ（ｔ_ｎ）だけ移動させて描画してもよい。この方法によれば、小さな体動の判断の精度をより高めることができる。

さらに、上記いずれかの方法により実測点Ｄ（ｔ_ｎ）の描画位置を補正した後、補正距離算出部３６２は、次の（数式３）で表される積分値が最小となるようなΔｘの値を算出し、そのΔｘを更なる補正距離としてもよい。

ここで、Ｔは予測波形Ｗ_Ｓの周期を意味し、Ｗ_Ｓ（ｔ）は予測点の変動を時刻ｔの関数として示す式、Ｄ（ｔ）は実測点の変動を時刻ｔの関数として示す式である。そして、Δｘは、更なる補正距離を意味する。これにより、描画位置を補正した後の実際の呼吸波形と予測波形Ｗ_Ｓとを、より精密に比較することができる。

なお、上記波形分離工程Ｓ６で算出された各周波数に対応する重心軌跡に基づいて各被験者Ｓの呼吸波形を描画する場合、呼吸波形の各々は、特定の１つの周波数に対応する荷重成分から算出されているため、略正弦波となる。しかしながら、実際の呼吸波形は、例えば、吸気と呼気の速度差異やその各々でのホールド期間の差異に起因する周波数成分など、複数の周波数成分が重畳したものである。そこで、各被験者Ｓの呼吸パターンが予めモデル化されている場合、図２６に示されるようなその周波数プロファイルから複数のピーク周波数を選択し、選択したピークに対応する荷重成分を求めることにより、実際の呼吸波形により近い呼吸波形を描画してもよい。

また、上記波形分離工程Ｓ６では、被験者数判定工程Ｓ２において特定されたピーク周波数に対応する荷重成分を算出したが、被験者数判定工程Ｓ２で特定されたピーク周波数は被験者Ｓの生体情報であり、変化するものである。そこで、一定時間ごとに周波数を特定し、特定した周波数に対応する荷重成分を算出することにより、各被験者Ｓの呼吸波形を、その被験者Ｓの変化する周波数に追従させてもよい。具体的には、既に特定されている周波数を分離可能な所定時間長Δｔを用いて、フーリエ積分時間を、現在から所定時間長Δｔだけ遡った時間から現在まで動的に変化させることにより、現在から所定時間長Δｔだけ遡った時間から現在までの間で見られる係数ピークを計算する。これにより、既に特定されている周波数から現在の周波数までの変化を時系列に捕らえることができる。そして、現在の周波数に基づいて、波形分離工程Ｓ６以降の処理を実行することにより、各被験者Ｓの呼吸波形を、その被験者Ｓの周波数の変化に追従させることができる。

上記被験者数判定工程Ｓ２及び波形分離工程Ｓ６では、呼吸帯域におけるピーク周波数の数を判定することにより、ベッド上の被験者Ｓの人数や各被験者Ｓの呼吸波形を求めていたが、帯域を変えることにより、各被験者Ｓの様々な生体情報を分離することができる。例えば、被験者数判定工程Ｓ２において約０．５〜約３．３Ｈｚ程度の範囲で周波数ピークを特定することにより、波形分離工程Ｓ６において、複数の被験者Ｓの心拍を表す波形を分離し、モニタリングすることもできる。

上記波形分離工程Ｓ６では、複数の被験者Ｓがいずれも人間であることを前提として説明したが、これには限られず、例えばベッド上に、一人の被験者Ｓと、周期的な振動を発生する装置が存在するような場合であっても、一人の被験者Ｓの呼吸振動と装置による周期的な振動とを分離することができる。

上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の制御部３は、以下のような方法で被験者Ｓの呼吸数を求めることもできる。具体的には例えば、振動座標設定部３４に、振動原点Ｏ及び振動軸Ａを決定した後も引き続き極値点の特定を継続させ、制御部３は、単位時間当たりに特定される極値点の数に基づいて被験者Ｓの呼吸数を求めることができる。

なお、上記の実施形態において、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ビーム形ロードセルを用いた荷重センサに限られず、例えばフォースセンサを使用することもできる。

なお、上記の実施形態において、荷重検出器は４つに限られない。ベッドＢＤに追加の脚を設けて５つ以上の荷重検出器を使用してもよい。又はベッドＢＤの脚のうち３つのみに荷重検出器を配置してもよい。荷重検出器が３つの場合でも、これを一直線に配置しなければ、ベッドＢＤ面上での被験者Ｓの重心位置Ｇを検出できる。

なお、上記の実施形態においては、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ベッドＢＤの脚の下端に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４の下にそれぞれ配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、ベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられてもよいし、ベッドＢＤの４本の脚が上下に分割可能であれば、上部脚と下部脚との間に設けられても良い。また、荷重検出器１１、１２、１３、１４をベッドＢＤと一体型とし、ベッドＢＤと本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図２７）。なお、本明細書において「ベッドに設けられた荷重検出器」とは、上述のようにベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられた荷重検出器や、上部脚と下部脚との間に設けられた荷重検出器を意味する。

なお、上記の実施形態において、荷重検出部１とＡ／Ｄ変換部２との間に、荷重検出部１からの荷重信号を増幅する信号増幅部や、荷重信号からノイズを取り除くフィルタリング部を設けても良い。

なお、上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００において、表示部５は、使用者が視覚的に認識できるようにモニター上に情報を表示するものには限られない。例えば表示部５は、被験者Ｓの呼吸状態（呼吸数、呼吸換気量）、心拍の状態や身体状況を定期的に印字して出力するプリンタでもよく、又は睡眠状態なら青ランプの点灯、覚醒状態なら黄色ランプの点灯、無呼吸状態なら赤ランプの点灯といった簡易な視覚的表現を用いて表示するものであってもよい。または表示部５は、被験者Ｓの呼吸状態や身体状態を使用者に音声で伝えるものであってもよい。さらに、生体情報モニタリングシステム１００は表示部５を有さなくてもよく、情報を出力する出力端子を有するのみであってもよい。表示を行うためのモニター（ディスプレイ装置）等は、当該出力端子を介して生体情報モニタリングシステム１００に接続される。

なお、上記実施形態の報知部６は聴覚的に報知を行っていたが、報知部６は、光の点滅等によって視覚的に報知を行う構成であってもよく、振動により報知を行う構成であってもよい。また、上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、報知部６を有さなくても良い。

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の生体情報モニタリングシステムによれば、被験者の呼吸振動を、途切れやタイムラグの少ない良好な状態で使用者に提示できるため、主に医者である使用者により観察に適したデータを提供して、医療の質の向上に寄与することができる。

１ 荷重検出部
１１、１２、１３、１４ 荷重検出器
２ Ａ／Ｄ変換部
３ 制御部
３１ 重心位置算出部
３２ 体動検出部
３３ 波形分離部
３４ 振動座標設定部
３５ 波形描画部
３６ 描画補償部
４ 記憶部
５ 表示部
６ 報知部
７ 入力部
１００ 生体情報モニタリングシステム
ＢＤ ベッド
ＢＤＳ ベッドシステム
ＧＴ 重心軌跡
Ｓ 被験者

Claims (6)

1. ベッド上の被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システムであって、
   ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
   前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
   ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、
   前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
   各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部とを備える呼吸波形描画システム。
2. 前記被験者数判定部は、前記荷重信号の周波数スペクトルに現れるピーク周波数の数をベッド上の被験者の数と判定する請求項１に記載の呼吸波形描画システム。
3. 各被験者の呼吸波形の振動原点及び振動軸を設定する振動座標設定部をさらに備え、
   前記振動座標設定部は、各被験者ごとに、ある時刻における重心位置を初期原点として、初期原点から変位する重心位置の距離が最大となる重心位置である第１極値点を求め、初期原点の第１極値点と反対側に現れる初期原点からの距離が最大になる重心位置である第２極値点を求め、第１極値点と第２極値点とを結ぶ方向を仮振動軸と設定し、第１極値点と第２極値点の中点を仮振動原点と設定し、
   前記波形描画部は、前記仮振動軸上に投影した重心位置の前記仮振動原点からの変位を時間に対して表すことによって、各被験者の呼吸波形を描画する請求項２に記載の呼吸波形描画システム。
4. 各被験者の呼吸波形の描画状態を補償する描画補償部をさらに備え、
   前記描画補償部は、各被験者ごとに過去の呼吸波形に基づいて予測波形を生成する予測波形生成部と、各被験者ごとに所定のサンプリング時刻における呼吸波形と予測波形との間の距離を算出する補正距離算出部とを備え、各被験者の呼吸波形の描画状態を前記距離に応じて補償する請求項３に記載の呼吸波形描画システム。
5. ベッド上の被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムであって、
   ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
   前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
   ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部とを備え、
   前記分離された荷重成分は、各被験者の生体情報をモニタリングするのに供される生体情報モニタリングシステム。
6. 各被験者の生体情報として、各被験者の心拍を表す波形がモニタリングされる請求項５に記載の生体情報モニタリングシステム。

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