JP2770694B2 - 生体情報処理装置 - Google Patents
生体情報処理装置Info
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Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、就寝者の呼吸活動・心
拍活動にともなう体表面の圧変化から呼吸・心拍数を非
接触で求める技術に関するものである。
拍活動にともなう体表面の圧変化から呼吸・心拍数を非
接触で求める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、入院患者などの在床管理は看護婦
による巡回か、テレビカメラによるモニターによって行
っていた。これを自動化するための技術としては、例え
ば特開平２−１４９２８号公報に示されているように就
寝者とディスプレイ装置とを対応させて就寝者の状態を
モニターする方法が考案されている。図５にこのディス
プレイ装置の構成を示す、図において就寝者の体動等を
検知する検知部９ａ、９ｂ、９ｃと、ディスプレイ部１
０とを対にしてケーブル１１で接続している。
による巡回か、テレビカメラによるモニターによって行
っていた。これを自動化するための技術としては、例え
ば特開平２−１４９２８号公報に示されているように就
寝者とディスプレイ装置とを対応させて就寝者の状態を
モニターする方法が考案されている。図５にこのディス
プレイ装置の構成を示す、図において就寝者の体動等を
検知する検知部９ａ、９ｂ、９ｃと、ディスプレイ部１
０とを対にしてケーブル１１で接続している。
【０００３】また心拍数のカウントについては、医師や
看護婦による直接の計測が一般的で自動で行う場合には
患者の身体に電極等を装着する方法がとられていた。
看護婦による直接の計測が一般的で自動で行う場合には
患者の身体に電極等を装着する方法がとられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法におい
て、看護婦による巡回という手段では看護婦にかかる負
担が非常に大きく、特に夜間の巡回勤務は看護婦の絶対
数の不足から社会問題として取り上げられている。ま
た、万一巡回と巡回の間に患者の様態が急変するなどの
事態が発生した場合、その発見が遅れるという課題もあ
った。
て、看護婦による巡回という手段では看護婦にかかる負
担が非常に大きく、特に夜間の巡回勤務は看護婦の絶対
数の不足から社会問題として取り上げられている。ま
た、万一巡回と巡回の間に患者の様態が急変するなどの
事態が発生した場合、その発見が遅れるという課題もあ
った。
【０００５】また心拍数等のカウントのために電極を患
者に装着するのは患者の自由を大きく損なうものの、圧
電素子のような非接触のセンサからの生体情報には様々
なノイズが含まれており、心拍数等のカウントは電極を
直接装着した場合のような単純に波形の頂点をカウント
するだけでは正確な値は得られない。
者に装着するのは患者の自由を大きく損なうものの、圧
電素子のような非接触のセンサからの生体情報には様々
なノイズが含まれており、心拍数等のカウントは電極を
直接装着した場合のような単純に波形の頂点をカウント
するだけでは正確な値は得られない。
【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、その
目的は就寝者に非接触で正確な心拍・呼吸数の情報を得
ることにある。
目的は就寝者に非接触で正確な心拍・呼吸数の情報を得
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の生体情報処理装置は、寝具に配設され就寝者の
生体活動により生じる圧変化を検出するセンサと、前記
センサからの信号を増幅・濾波する信号処理回路と、前
記信号処理回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路
と、前記Ａ／Ｄ変換回路が予め定められた変換周波数に
基づいてＡ／Ｄ変換した際に得られるＡ／Ｄ変換値の数
値列を一定の長さ分格納する記憶手段と、前記記憶手段
に格納されたＡ／Ｄ変換値の絶対値が閾値以下の場合は
電位を０とする波形変形手段と、前記波形変形手段によ
って修正された数値列を入力として就寝者の心拍数また
は呼吸数の算出を行う算出手段とにより構成され、前記
算出手段は前記修正された数値列の基本周期を自己相関
関数を用いて求めることにより前記心拍数または呼吸数
を算出することを特徴とするものである。
本発明の生体情報処理装置は、寝具に配設され就寝者の
生体活動により生じる圧変化を検出するセンサと、前記
センサからの信号を増幅・濾波する信号処理回路と、前
記信号処理回路の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路
と、前記Ａ／Ｄ変換回路が予め定められた変換周波数に
基づいてＡ／Ｄ変換した際に得られるＡ／Ｄ変換値の数
値列を一定の長さ分格納する記憶手段と、前記記憶手段
に格納されたＡ／Ｄ変換値の絶対値が閾値以下の場合は
電位を０とする波形変形手段と、前記波形変形手段によ
って修正された数値列を入力として就寝者の心拍数また
は呼吸数の算出を行う算出手段とにより構成され、前記
算出手段は前記修正された数値列の基本周期を自己相関
関数を用いて求めることにより前記心拍数または呼吸数
を算出することを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】上記構成によって本発明の生体情報処理装置で
は、センサが就寝者の生体活動により生じる体表面の圧
変化に対して電気的に応答し、信号処理回路がセンサの
出力を増幅・濾波し、Ａ／Ｄ変化回路が信号処理回路か
らの出力を予め定められた変換周波数に基づいてＡ／Ｄ
変換することによりＡ／Ｄ変換値の数値列を生成し、処
理回路において記憶手段が一定の長さのＡ／Ｄ変換値の
数値列を格納し、波形変形手段が記憶手段により格納さ
れたＡ／Ｄ変換値の絶対値が閾値以下の場合は電位を０
とするように修正し、算出手段が修正された数値列の基
本周期を自己相関関数より求めることにより就寝者の単
位時間当たりの心拍または呼吸数を算出する。
は、センサが就寝者の生体活動により生じる体表面の圧
変化に対して電気的に応答し、信号処理回路がセンサの
出力を増幅・濾波し、Ａ／Ｄ変化回路が信号処理回路か
らの出力を予め定められた変換周波数に基づいてＡ／Ｄ
変換することによりＡ／Ｄ変換値の数値列を生成し、処
理回路において記憶手段が一定の長さのＡ／Ｄ変換値の
数値列を格納し、波形変形手段が記憶手段により格納さ
れたＡ／Ｄ変換値の絶対値が閾値以下の場合は電位を０
とするように修正し、算出手段が修正された数値列の基
本周期を自己相関関数より求めることにより就寝者の単
位時間当たりの心拍または呼吸数を算出する。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
【００１０】図１は本発明の実施例の構成図である。本
実施例に於て、センサ１はベッドパッド２に埋設され、
信号処理回路３と接続している。センサ１の埋設位置
は、就寝者の肩胛骨付近である。センサ１としては、例
えば薄膜加工されたポリフッ化ビニリデン等の圧電素子
が用いられる。信号処理回路３は、Ａ／Ｄ変換回路４に
接続されている。Ａ／Ｄ変換回路４はＡ／Ｄコンバータ
とＡ／Ｄコンバータに変換開始トリガーを送るためのタ
イマーを内蔵している。なお、変換開始トリガーは内蔵
タイマーからではなく外部から与えてもよい。また、Ａ
／Ｄ変換回路４は処理回路５に接続しており、処理回路
５は記憶手段６、波形変形手段７、算出手段８より構成
されている。記憶手段６としてはＤＲＡＭを、また波形
変形手段７、算出手段８としてはマイコンを用いること
ができる。
実施例に於て、センサ１はベッドパッド２に埋設され、
信号処理回路３と接続している。センサ１の埋設位置
は、就寝者の肩胛骨付近である。センサ１としては、例
えば薄膜加工されたポリフッ化ビニリデン等の圧電素子
が用いられる。信号処理回路３は、Ａ／Ｄ変換回路４に
接続されている。Ａ／Ｄ変換回路４はＡ／Ｄコンバータ
とＡ／Ｄコンバータに変換開始トリガーを送るためのタ
イマーを内蔵している。なお、変換開始トリガーは内蔵
タイマーからではなく外部から与えてもよい。また、Ａ
／Ｄ変換回路４は処理回路５に接続しており、処理回路
５は記憶手段６、波形変形手段７、算出手段８より構成
されている。記憶手段６としてはＤＲＡＭを、また波形
変形手段７、算出手段８としてはマイコンを用いること
ができる。
【００１１】上記構成においてセンサ１は、就寝者の生
体活動によって生じる体表面の圧変化により電位を発生
させる。発生した電位は各信号処理回路３で増幅され濾
波される。この時フィルタを通過する信号の周波数は、
例えば心拍の場合０〜１０Ｈｚ程度であることが望まし
い。Ａ／Ｄ変換回路４は変換開始トリガーをうけて、入
力をデジタル値に変換する。
体活動によって生じる体表面の圧変化により電位を発生
させる。発生した電位は各信号処理回路３で増幅され濾
波される。この時フィルタを通過する信号の周波数は、
例えば心拍の場合０〜１０Ｈｚ程度であることが望まし
い。Ａ／Ｄ変換回路４は変換開始トリガーをうけて、入
力をデジタル値に変換する。
【００１２】処理回路５において、記憶手段６は一定回
数分のＡ／Ｄ変換結果を格納する。心拍を算出する場合
であれば、少なくとも約５秒分のデータを格納できなく
てはならない。サンプリング周波数を５０Ｈｚとすると
格納するデータの個数は２５０個となる。この２５０個
のデータに対して処理を行なう間に、次の２５０個分を
更に格納する。従って、記憶手段６の容量は５００個の
データを格納できるサイズでなければならない。
数分のＡ／Ｄ変換結果を格納する。心拍を算出する場合
であれば、少なくとも約５秒分のデータを格納できなく
てはならない。サンプリング周波数を５０Ｈｚとすると
格納するデータの個数は２５０個となる。この２５０個
のデータに対して処理を行なう間に、次の２５０個分を
更に格納する。従って、記憶手段６の容量は５００個の
データを格納できるサイズでなければならない。
【００１３】波形変形手段は、記憶手段６に格納された
５秒分のデータの各々についてその絶対値が予め設定さ
れた閾値以下の場合に０を変換するという操作を行な
う。図２は、波形変形の一例を示したものである。変形
前では、心臓の拍動をトリガーとして起こる震動にセン
サーが感応してしまい、ノイズ成分として出現してい
る。変形処理を行なうことによって、振幅幅の小さい成
分を除去することができ、拍動に対応した瞬間の波形の
みを抽出することができる。
５秒分のデータの各々についてその絶対値が予め設定さ
れた閾値以下の場合に０を変換するという操作を行な
う。図２は、波形変形の一例を示したものである。変形
前では、心臓の拍動をトリガーとして起こる震動にセン
サーが感応してしまい、ノイズ成分として出現してい
る。変形処理を行なうことによって、振幅幅の小さい成
分を除去することができ、拍動に対応した瞬間の波形の
みを抽出することができる。
【００１４】算出手段では、波形変形手段の出力から単
位時間当りの心拍・呼吸数が求められる。これには例え
ば、自己相関係数を用いることができる。図３は算出手
段８における処理の流れ図である。自己相関係数を求め
る場合にはまず自己相関関数を求める。自己相関関数は
ある時点の値とそこから任意の時間（ラグと呼ばれてい
る）τだけ離れた時点の値との相関を表す関数である。
本実施例では５０Ｈｚのサンプリングレートにより離散
データを得ているため、τはｐ・Δｔと表すことが出来
る。ｐはサンプリングデータの個数、Δｔはサンプリン
グ周期を表す。ラグの最大値τｍａｘはＮ・Δｔを超え
ない範囲で設定しなければならない。Ｍ＝Ｎ−τｍａｘ
としたとき、一般に自己相関関数Ｃ（ｐ）は、
位時間当りの心拍・呼吸数が求められる。これには例え
ば、自己相関係数を用いることができる。図３は算出手
段８における処理の流れ図である。自己相関係数を求め
る場合にはまず自己相関関数を求める。自己相関関数は
ある時点の値とそこから任意の時間（ラグと呼ばれてい
る）τだけ離れた時点の値との相関を表す関数である。
本実施例では５０Ｈｚのサンプリングレートにより離散
データを得ているため、τはｐ・Δｔと表すことが出来
る。ｐはサンプリングデータの個数、Δｔはサンプリン
グ周期を表す。ラグの最大値τｍａｘはＮ・Δｔを超え
ない範囲で設定しなければならない。Ｍ＝Ｎ−τｍａｘ
としたとき、一般に自己相関関数Ｃ（ｐ）は、
【００１５】
【数１】
【００１６】で求められる。ｄａｔａ（ｉ）は記憶手段
６に格納されたＡ／Ｄ変換データである。
６に格納されたＡ／Ｄ変換データである。
【００１７】自己相関係数Ｒ（ｐ）は、以下の式で得ら
れる。
れる。
【００１８】
【数２】
【００１９】図４は求められた自己相関係数をグラフに
したものである。横軸はラグで、縦軸は原波形をラグ分
だけ時間的にずらしたときに得られる波形と原波形との
相関である。ラグ＝０、即ち原波形同士の相関は１にな
る。その後、ラグが基本周期分ずれる毎に相関は高くな
る。しかし、ノイズなどにより偶然それ以外のずれでも
相関が高くなる場合もある。以上の性質を考慮し、本実
施例では次のようにして基本周期に対応するラグを求め
る。まず高い相関を持つ点の集合として点ｃ、ｄ、ｅが
求められる。次にこの内の最大値ｅに対応する周期を仮
の基本周期とする。これは、真の基本周期の整数倍であ
る可能性があるため、その整数分の１の周期の近傍に他
の要素があるかを探索する。本実施例では点ｃがそれに
あたるので、点ｃに対応する周期を基本周期Ｔとする。
したものである。横軸はラグで、縦軸は原波形をラグ分
だけ時間的にずらしたときに得られる波形と原波形との
相関である。ラグ＝０、即ち原波形同士の相関は１にな
る。その後、ラグが基本周期分ずれる毎に相関は高くな
る。しかし、ノイズなどにより偶然それ以外のずれでも
相関が高くなる場合もある。以上の性質を考慮し、本実
施例では次のようにして基本周期に対応するラグを求め
る。まず高い相関を持つ点の集合として点ｃ、ｄ、ｅが
求められる。次にこの内の最大値ｅに対応する周期を仮
の基本周期とする。これは、真の基本周期の整数倍であ
る可能性があるため、その整数分の１の周期の近傍に他
の要素があるかを探索する。本実施例では点ｃがそれに
あたるので、点ｃに対応する周期を基本周期Ｔとする。
【００２０】基本周期Ｔが得られると、単位時間あたり
の心拍数が算出できる。１分あたりの心拍数ＨＲは、 ＨＲ＝６０・サンプリング周波数／Ｔ でえられる。もちろん信号処理回路３のフィルタ特性を
変えれば、呼吸数の算出もまったく同じ方法で可能であ
る。
の心拍数が算出できる。１分あたりの心拍数ＨＲは、 ＨＲ＝６０・サンプリング周波数／Ｔ でえられる。もちろん信号処理回路３のフィルタ特性を
変えれば、呼吸数の算出もまったく同じ方法で可能であ
る。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の生体情報処
理装置によれば次の効果が得られる。
理装置によれば次の効果が得られる。
【００２２】１．就寝者にセンサの存在を意識させない
ので、就寝者の眠りを乱すことがない。
ので、就寝者の眠りを乱すことがない。
【００２３】（２）振動の余波によるノイズを除去した
うえ基本周期を自己相関関数を用いて算出しているた
め、心拍数または呼吸数の算出精度を向上させることが
出来る。
うえ基本周期を自己相関関数を用いて算出しているた
め、心拍数または呼吸数の算出精度を向上させることが
出来る。
【図１】本発明の実施例における生体情報処理装置の構
成を示すブロック図
成を示すブロック図
【図２】同装置における波形変形の説明図
【図３】同装置における基本周期算出処理の流れ図
【図４】同装置における自己相関係数のグラフ
【図５】従来の生体情報処理装置の構成を説明する図
１ センサ ３ 信号処理回路 ４ Ａ／Ｄ変換回路 ５ 処理回路 ６ 記憶手段 ７ 波形変形手段 ８ 算出手段
Claims (1)
- 【請求項１】 寝具に配設され就寝者の生体活動により
生じる圧変化を検出するセンサと、前記センサからの信
号を増幅・濾波する信号処理回路と、前記信号処理回路
の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ
変換回路の変換結果を処理する処理回路とを有し、前記
処理回路は前記Ａ／Ｄ変換回路が予め定められた変換周
波数に基づいてＡ／Ｄ変換した際に得られるＡ／Ｄ変換
値の数値列を一定の長さ分格納する記憶手段と、前記記
憶手段に格納されたＡ／Ｄ変換値の絶対値が閾値以下の
場合は電位を０とする波形変形手段と、前記波形変形手
段によって修正された数値列を入力として就寝者の心拍
数または呼吸数の算出を行う算出手段とにより構成さ
れ、前記算出手段は前記修正された数値列の基本周期を
自己相関関数を用いて求めることにより前記心拍数また
は呼吸数を算出することを特徴とする生体情報処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5003747A JP2770694B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 生体情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5003747A JP2770694B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 生体情報処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06205762A JPH06205762A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2770694B2 true JP2770694B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=11565795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5003747A Expired - Fee Related JP2770694B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 生体情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770694B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2816944B2 (ja) * | 1993-12-20 | 1998-10-27 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 脈拍計 |
| JP2829389B2 (ja) * | 1996-10-16 | 1998-11-25 | 工業技術院長 | 呼吸検出装置 |
| EP1109488A1 (en) * | 1998-09-02 | 2001-06-27 | Med-Dev Limited | Method and apparatus for subject monitoring |
| EP1410755A4 (en) | 2001-06-15 | 2009-01-28 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | CONTROL DEVICE |
| JP5826984B2 (ja) * | 2007-01-12 | 2015-12-02 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法 |
| US8844525B2 (en) * | 2008-07-25 | 2014-09-30 | Resmed Limited | Method and apparatus for detecting and treating heart failure |
| CN106923812B (zh) * | 2017-03-30 | 2019-09-13 | 佛山市百步梯医疗科技有限公司 | 一种基于心音信号自相关分析的心率计算方法 |
| CN110051329A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-26 | 广东工业大学 | 一种睡眠监测方法、装置、系统及可读存储介质 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3125293B2 (ja) * | 1990-05-10 | 2001-01-15 | 松下電器産業株式会社 | 生体モニタ装置 |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP5003747A patent/JP2770694B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06205762A (ja) | 1994-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080417 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090417 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |