JP2022151454A - 非接触式生体監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の呼吸や心拍および酸素濃度、または酸素飽和度を測定するとき、非接触でリアルタイムに測定できる非接触式生体監視装置を提供する。【解決手段】送受信アンテナやホーンからなるセンサユニットをベッド下や室内外に設け、人体の呼吸、心拍、酸素濃度を非接触で検知する。６０ＧＨｚ付近の波長を含む複数種の波長の電波が人体の測定部で反射し、若しくは透過して、その信号が受信アンテナへ届くまでの距離や受信波の減衰から生体情報を算出する。胸部や腹部は呼吸や鼓動の影響で微細に動いて受信アンテナと測定部との距離が微細に変動する事や６０ＧＨｚ付近の電波が酸素分子に吸収され減衰する事をデータ波形としてとらえ、波形を電子回路上でアルゴリズムを用いて分離・計算する。その結果、得られた呼吸、心拍、酸素濃度、酸素飽和度の情報をリアルタイムで出力し、表示する生体監視が可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、パルス状の複数種類の電波を放射し、その反射波成分から、生体の呼吸と心拍と酸素濃度を、監視・測定することに関するものである。

人体の心拍、呼吸、酸素濃度の測定は、健康管理や医療行為に必要な情報であり、医療機器や医師・看護士の触診、心電図、聴診器、パルスオキシメータなどで行っていた。

従来より、新生児の心拍、呼吸を検知するときは、敏感な圧電センサを使用したマットに新生児を寝かせ、接触させて測定する機器があり、これにより生体の心拍、呼吸を測定し異常を検知していた。（特許文献１参照）

さらに、人体の酸素濃度、酸素飽和度を測定するセンサとしては、指に挟む接触式パルスオキシメータがあり、赤色可視光６６５ｎｍと赤外光８８０ｎｍの透過率の違い（比率）でヘモグロビン（鉄４原子）の酸化を求めるＢｅｅｒ－Ｌａｍｂｅｒｔ法がある。

特許番号５５０９４２２号

従来、患者の状態を把握する為には、医療従事者は患者に接触させて使用する機器での呼吸、心拍、酸素濃度の測定が欠かせないものであり、医療現場では高度な技術を有す人手不足の問題がある。

また、患者の状態を把握する為には、医療従事者は患者に接触させて使用する機器での呼吸、心拍、酸素濃度の測定が欠かせないものであり、医療現場では患者への接触による感染リスクの問題がある。

あわせて、接触測定によるストレス増大と、ストレスによる測定値変動の影響も懸念されていた。

また、患者の状態を把握する為には、患者は接触させて使用する機器での呼吸、心拍、酸素濃度の測定が欠かせないものであり、機器を使用する患者同士の接触による感染リスクの問題がある。

本発明は、生体に安全な微弱電波を使用する方法であり、患者への接触が不要な方法であるために、患者のベッド下など、病室内に設置することで常時、または任意のタイミングで患者の呼吸、心拍、酸素濃度測定が可能となり、遠隔監視をも可能として医療従事者の負担を低減するものである。

本発明は、生体に安全な微弱電波を使用する方法であり、患者への接触が不要な方法であるために、医療従事者と患者の間や、患者同士の間での感染症リスクを下げるためのものである。

人体に非接触で呼吸、心拍、酸素濃度を測定し、かつ高精度に変位を確認できれば、医療従事者や生体に負担がかからない。

人体を監視することにおいて、生体に安全な微弱出力の複数電波を使用して受信と発信について各１個以上のアンテナを備え、このアンテナは指向性を制御するためのホーンを具備し、前記生体の正面、背面、左右側面方向に近接配置されパルス状の電波を発信し、前記生体が呼吸した時と心臓の鼓動を含む僅かな変位を読み取ること、および６０ＧＨｚを含む複数の周波数の減衰具合を比較することで酸素濃度の測定が可能である。それをもとに読み取られた生体の情報をモニタに表示する事を特徴とする。

この場合の測定は、呼吸・鼓動により生ずる胸部の動きを、アルゴリズムを用いて、生体の体動の波形の中に含まれる小さな呼吸の波形や、心拍のより小さな波形を分ける処理をする。

この場合の人体に向けて送信された６０ＧＨｚを含む複数の電波は、体表面と体内の組織層で反射される。そのうちの体内で反射した６０ＧＨｚ付近の電波は生体内の酸素分子によって吸収され減衰した反射波と、酸素の影響を受けない周波数の電波の反射とを比較することで酸素濃度を推定するアルゴリズムを用いて体内の酸素濃度や酸素飽和度を算出する。

このような構造の非接触式生体監視装置は、送受信アンテナ指向面を測定する生体の正面や背面や側面に対向するように、ベッドの下部や上部、部屋の天井付近、側面付近、座位正面に設置する。
本発明は、以上の構成からなる非接触式生体監視装置である。

本発明の非接触式生体監視装置では生体の正面、背面、側面、および臥床時の頭と足方向など全方位に向けて送受信アンテナを設置する事を可能としたので、反射波の変位で生体の異常な動きや不在も検知でき、それら情報を接続した機器にリアルタイムに伝送し表示させることができる。また、表示部を見ただけで呼吸、心拍、酸素濃度、体動までも容易に確認できる。さらに、医師、看護士が患者に直接触れない事で互いに感染リスクを減らし、測定する手間や負担を省くことができる。さらに、生体の動きが確認できない場合は警告音で知らせることにより突発的に起こりうる生体の変化も見逃すことなく認識することもできる。

本発明の使用例である。 本発明の１個の送信受信アンテナを備えたセンサユニットの横から見た断面図（ａ）と、測定面側から見た図（ｂ）である。 本発明のセンサユニットのホーン使用と角度を表した図である。 本発明の複数個の受信センサを備えた変位測定ユニットの横から見た断面図（ｃ）と、下側から見た図（ｄ）である。 本発明の表示ユニットの図である。 本発明の変位測定ユニット・表示ユニットを一体化した図である。 生体から得られる呼吸・心拍の波形である。 天井設置イメージを示したものである。 座位測定イメージを表したものである。

図１は、本発明の非接触式生体監視装置の構成の利用例である。この非接触式生体監視装置の送受信アンテナを内包するセンサユニット３は、人体１が横たわるベッド２の側位置に、発信受信アンテナ指向面５を上向きにして、人体１との電波伝搬経路１４が成り立つ位置に設置する。人体１は、人、患者、他 未熟児などの新生児である。人体１は、例えばベッド２若しくは保育器内に寝かされており、センサユニット３は、人体１の情報収集の目的で、ベッド２の下側に取り付けられている。センサユニット３には測定された情報を表示可能なコントローラ・モニタ４に接続電線７で接続されている。
変位測定ユニットの形状として、強固な固定と体動が少ない固定であり、未熟児、新生児を含む、人体１の心拍、呼吸測定に対しては、図２の送受信ＩＣユニット６が一つの簡易的なもので対応できる。

図２は、センサユニット３の構造例を示している。コントローラ・モニタ４と接続電線７で接続された一つの送受信ＩＣユニット６を内包した、ネジで取付固定するための複数穴があるケースで構成される。

センサユニット３及びコントローラ・モニタ４のケース材質は、ＡＢＳ・アクリル樹脂・ポリカーボネート樹脂・スチロール樹脂、アルミ、スチール板金、ガラス等が挙げられる。

図３は、人体１に対しほぼ平行に設置された場合に、センサユニット３の発信受信アンテナ指向面５に、指向角度を制御するホーン１５を取付けることで、人体に向け、０度から３０度の間でポイントを絞って使用することを可能とした事を示している。

図４は、内部に送受信ＩＣユニット６が複数ある場合のセンサユニット３の構造例を示している。これは６０ＧＨｚを含む複数種類の周波数を用いるため、複数の送受信ＩＣユニット６を人体１に対して電波伝搬経路１４が成り立つ位置に配置する構造を内包した、ネジで取付固定するための複数穴があるケースで構成され、酸素濃度、酸素飽和度を測定する場合に有効であることを示している。

図５について、非接触式生体監視装置の構成を示している。送受信ＩＣユニット６を含むセンサユニット３と、制御回路８を内包し、情報を表示する表示画面９を有すコントローラ・モニタ４は、接続電線７で電気的に接続されていることを示している。

図６について、センサユニット３とコントローラ・モニタ４の一体型ユニット１０の構造を示している。取付用の固定具１１を具備したアーム１６で保持されている例である。

次に、図７に基づいて、呼吸・心拍の信号について説明する。図７の実線で示された呼吸信号１２・心拍信号１３は、センサユニット３を測定対象である人体１に対して、電波伝搬経路１４が可能なように取り付けた時に得られるものである。この波形には呼吸と心拍の情報が混在しており、それぞれの波形を分離・数値化してコントローラ・モニタ４に表示する事ができる。

次に、使用例について説明する。図８に示すように、人体１が横たわるベッド２について、電波伝搬経路１４を保つような位置にセンサユニット３が取り付けられない場合にセンサユニット３を部屋の天井など、人体１の上部に取り付ける事を示している。

更に、使用例について説明する。図９に示すように、人体１が椅子などに座している体勢について、センサユニット３とコントローラ・モニタ４の一体型ユニット１０が有効である事と、電波伝搬経路１４を保つような位置に取り付け例を示している。

この時のセンサユニット３、若しくはセンサユニット３とコントローラ・モニタ４の一体型ユニット１０と人体１の距離は、測定準備で予め設定した距離に対して大きく変動しない事が必要である。

１ 人体
２ ベッド
３ センサユニット
４ コントローラ・モニタ
５ 発信受信アンテナ指向面
６ 送受信ＩＣユニット
７ 接続電線
８ 制御回路
９ 表示画面
１０ センサユニットとコントローラ・モニタの一体型ユニット
１１ 固定具
１２ 呼吸波形
１３ 心拍波形
１４ 電波伝搬経路
１５ ホーン
１６ アーム

Claims (3)

1. 人体の生体情報を非接触で検出することにおいて、複数種類の電波を同時または交互に発信受信して、非接触で前記生体の呼吸と心臓の鼓動と酸素濃度を読み取ることを特徴とした、非接触式生体監視装置。
2. 人体の生体情報を非接触で検出することにおいて、６０ＧＨｚ帯を含む複数の電波を同時または交互に発信受信を繰り返して、非接触で前記生体の呼吸と心臓の鼓動と酸素濃度を読み取ることを特徴とした、非接触式生体監視装置。
3. 人体の生体情報を非接触で検出することにおいて、６０ＧＨｚ帯と２４ＧＨｚ帯の電波を同時または交互に発信受信を繰り返して、非接触で前記生体の呼吸と心臓の鼓動と酸素濃度を読み取ること、その情報をモニタに表示する事を特徴とした、非接触式生体監視装置。

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