JP3821061B2 - 呼吸モニタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、就寝時に呼吸状態をモニタすることができる呼吸モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、睡眠中の呼吸状態をモニタするモニタ装置として、特開２００１−３７７４２号公報に開示された呼吸器系疾患のモニタ装置がある。このモニタ装置は、寝具の下に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサを備え、荷重センサの荷重信号から就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号を呼吸信号として算出する。
【０００３】
このモニタ装置が呼吸信号を算出するときには、まず、荷重センサの荷重信号を周波数解析して呼吸数に対応する周波数帯域のパワースペクトルを算出する。次に、そのパワースペクトルの強度が大きい荷重センサの荷重信号から呼吸信号を生成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術のモニタ装置では、呼吸以外の要因による荷重、例えば就寝者の体重や大きな体動による荷重が荷重センサに印加され、呼吸数に対応する周波数帯域のパワースペクトルの強度が大きくなった場合には、生成される呼吸信号の精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、呼吸信号の精度を向上することが可能な呼吸モニタ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より高い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
【０００７】
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より高い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
【０００８】
すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。したがって、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、荷重センサ選択手段は、請求項１に記載の発明において、荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択するものとすることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。したがって、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段とを備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
さらに、例えば、就寝者の体重や大きな体動等に起因して荷重センサの荷重信号にバイアス成分が加わっていたとしても、これを除去することができる。したがって、バイアス成分のない荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を一層向上することが可能である。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号に基づいて、就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段とを備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
これに加えて、荷重センサ抽出手段が、荷重信号に基づいて就寝者が上方に乗っている荷重センサを抽出した後で、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。すなわち、就寝者が乗っていない荷重センサを除外してから、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。したがって、荷重センサ選択手段による選択速度を向上することが可能である。
また、請求項６に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し、
呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
ただし、呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度と周波数帯域外の信号強度との関係によっては、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが荷重センサ選択手段により選択される場合がある。このような場合には、一般的に呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が小さくなる。
したがって、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続したときには、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが選択された可能性が高いと判断される。このようなときには、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことにより、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層向上することが可能である。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明では、荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段を備えることを特徴としている。
【００１４】
これによると、例えば、就寝者の体重や大きな体動等に起因して荷重センサの荷重信号にバイアス成分が加わっていたとしても、これを除去することができる。したがって、バイアス成分のない荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を一層向上することが可能である。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明では、荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号に基づいて、就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段を備えることを特徴としている。
【００１６】
これによると、荷重センサ抽出手段が、荷重信号に基づいて就寝者が上方に乗っている荷重センサを抽出した後で、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。すなわち、就寝者が乗っていない荷重センサを除外してから、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。したがって、荷重センサ選択手段による選択速度を向上することが可能である。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明では、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴としている。
【００１８】
呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度と周波数帯域外の信号強度との関係によっては、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが荷重センサ選択手段により選択される場合がある。このような場合には、一般的に呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が小さくなる。
【００１９】
したがって、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続したときには、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが選択された可能性が高いと判断される。このようなときには、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことにより、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
【００２０】
このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層向上することが可能である。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明では、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号に同期して報知を行なう報知手段を備えることを特徴としている。
【００２２】
これによると、呼吸に同期した呼吸信号が生成されていない場合には、報知手段により就寝者等にこれを報知することができる。したがって、例えば寝具等の状態が適切でないなどの呼吸測定環境が好ましくない状態の改善を促すことが可能であり、好ましくない状態における呼吸信号の生成を防止することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層確実に向上することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態としての呼吸モニタ装置Ａを使用する際の設置状態を示す図であり、図２は、呼吸モニタ装置Ａの概略構成図である。
【００２５】
図１に示すように、ベッド１は、敷き布団等の寝具１０を載置するための載置部１１と、載置部１１の端部から立設された背板部１２とからなる。呼吸モニタ装置Ａは、ベッド１に設置された寝具１０の下部に挿入されて使用される。呼吸モニタ装置Ａは、ベッド１上に就寝者が横になったときに就寝者の胸部から腹部の位置に対応するように、載置部１１の中央部より背板部１２側に設置される。
【００２６】
図２に示すように、呼吸モニタ装置Ａは、シート部２と制御部３とからなる。シート部２は、２枚のシート状の保護部材２１間に、複数の（本例では３つの）センサシート２２と、センサシート２２毎に設けられたセンサ選択部２３とを挟装して構成されている。
【００２７】
センサシート２２は、印加荷重に応じて電気抵抗が変化（減少）する感圧素子２２１を略等間隔に複数個（本例では３つのシート合計で１６２個）シート状部材に配置したものである。なお、図２では、各感圧素子２２１とセンサ選択部２３とを電気的に接続する配線パターンの図示を省略している。
【００２８】
つまり、各感圧素子２２１を含む回路に電圧が印加されているときに、印加荷重に応じて感圧素子２２１の電気抵抗が変化することにより、感圧素子２２１による電圧降下値が増減するので、この電圧降下値の変化に基づいて印加荷重を各感圧素子２２１毎に独立して検出できるものである。すなわち、感圧素子２２１は、本実施形態における荷重センサである。
【００２９】
制御部３は、図３のブロック図に示すように、Ａ／Ｄ変換器３１、マイコン３２、メモリ３３及び表示部３４によって構成される。そして、制御部３においては、センサシート２２の各感圧素子２２１の荷重信号をセンサ選択部２３によって順次選択していき、Ａ／Ｄ変換器３１を介して、アナログ値である荷重信号をデジタル値に変換した値（以下、ＡＤ値）をマイコン３２に取り込む。このとき、マイコン３２は、入力すべき荷重信号を切り換えるためにセンサ選択部２３にスイッチング信号を与える。
【００３０】
そして、マイコン３２は入力された荷重信号に基づき、後述する手順に従って必要に応じてＡＤ値等をメモリ３３に記憶させながら処理を行ない、呼吸信号である呼吸曲線を算出し、その結果を表示部３４に出力する。表示部３４では、呼吸強度等の呼吸状態を数値あるいはグラフ表示したり、図示しないブザーを鳴動したりする。
【００３１】
以上のような構成により、就寝者は、特殊なセンサを直接身体に装着することなく、自覚できない睡眠時の呼吸数や呼吸曲線等を確認することが可能になる。
【００３２】
次に、上記構成に基づき呼吸モニタ装置Ａの作動について説明する。
【００３３】
図４は、マイコン３２の概略処理動作を示すフローチャートである。図示しない制御部３の電源回路に通電されると、図４に示すように、マイコン３２は、まず、１６２個の感圧素子２２１が出力する荷重信号を順次読み込む（ステップＳ１）。
【００３４】
荷重信号を読み込んだら、荷重信号の強度が所定値以上（換言すれば感圧素子２２１における電圧降下値が所定値以下）の感圧素子２２１を、上方に人が乗っている素子として抽出する（ステップＳ２）。すなわち、ステップＳ２は、本実施形態における就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段である。
【００３５】
ステップＳ２を実行したら、ステップＳ２において抽出された感圧素子２２１から出力された荷重信号について、バイアス成分の除去を行なう（ステップＳ３）。感圧素子２２１から出力される荷重信号には、呼吸等に伴なう変化成分以外に、それぞれの感圧素子２２１に印加される就寝者の体重等に起因する荷重成分等のバイアス成分も含まれている。
【００３６】
ステップＳ３において、後述するステップで荷重信号に基づいて呼吸信号等の生成を行なう前に、荷重信号からバイアス成分を除去することで、呼吸状態の検出精度を向上することが可能となる。図５にバイアス成分除去処理のフローを示す。
【００３７】
ステップＳ３に示すバイアス成分除去を実行するときには、図５に示すように、まず、呼吸数に対応する周波数（本例では、０．２〜０．５Ｈｚ）よりも高いノイズ成分を除去するために、デジタルフィルタによるフィルタリング処理を行なう（ステップＳ３１）。本例では３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用している。
【００３８】
図６（ａ）に示すグラフは、感圧素子２２１から出力された荷重信号の一例であり、この荷重信号に対しステップＳ３１を実行した結果が図６（ｂ）に示すグラフである。
【００３９】
ステップＳ３１を実行したら、次に、略呼吸数に対応する周波数成分を除去するために、デジタルフィルタによるフィルタリング処理を行なう（ステップＳ３２）。本例では、このステップにおいて０．３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用している。
【００４０】
荷重信号のグラフで例示説明すると、ステップＳ３１により得られた図６（ｂ）のグラフの結果に対し、ステップＳ３２を実行することで、図６（ｃ）に示すグラフが結果として得られる。
【００４１】
ステップＳ３２を実行したら、バイアス除去曲線の算出を行なう（ステップＳ３３）。ステップＳ３３では、ステップＳ３１で得られた結果（例えば、図６（ｂ）のグラフに示す信号）からステップＳ３２で得られた結果（例えば、図６（ｃ）のグラフに示す信号）を減算することで、バイアス成分を除去した曲線（図６（ｄ）に例示）が得られる。
【００４２】
本実施形態では、デジタルフィルタのフィルタリング処理を２回行なうことで、バイアス成分の除去を行なっている。バイアス成分の除去には、バンドパスフィルタによるフィルタリング処理を行なうことも可能であるが、本実施形態の方が、フィルタ次数を低くすることができ、演算時間を短くできるという利点がある。
【００４３】
なお、ステップＳ３は、本実施形態におけるバイアス成分除去手段である。本例では、３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタおよび０．３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用したが、呼吸数に対応する周波数の上限付近以上をカットするするフィルタおよび下限付近以上をカットするフィルタであれば採用することができる。
【００４４】
図５に示すフローに従って図４に示すステップＳ３を実行したら、呼吸信号の生成に必要な荷重信号が得られる感圧素子２２１の選択を行なう（ステップＳ４）。ステップＳ２で抽出された感圧素子２２１には、就寝者等による荷重の印加はあるものの、呼吸に伴なう荷重変化（呼吸成分）をあまり検出していないものもある。
【００４５】
ステップＳ４において、後述するステップで荷重信号に基づいて呼吸信号等の生成を行なう前に、呼吸成分を多く含む荷重信号を出力している感圧素子２２１を選択することで、呼吸状態の検出精度を向上することが可能となる。図７に呼吸検出センサ（感圧素子）選択処理のフローを示す。
【００４６】
ステップＳ４を実行するときには、図７に示すように、まず、ステップＳ３により得られたバイアス成分が除去された荷重信号に対して周波数解析を行なう（ステップＳ４１）。周波数解析は、ステップＳ２において抽出された感圧素子２２１から出力された荷重信号に対してそれぞれ行なわれる。
【００４７】
図８（ａ）に示すグラフは、感圧素子２２１から出力されバイアス成分が除去された荷重信号の一例であり、この荷重信号に対しステップＳ４１を実行した結果が図８（ｂ）に示すパワースペクトルのグラフである。
【００４８】
ステップＳ４１を実行したら、次に、呼吸周波数（呼吸数に対応する周波数であり、本例では前述したように０．２〜０．５Ｈｚ）範囲のパワースペクトル値（信号強度）の平均値αを算出する（ステップＳ４２）。これに合わせて、呼吸周波数より高い周波数（本例では０．５Ｈｚより高い周波数）範囲のパワースペクトル値の平均値βを算出する（ステップＳ４３）。
【００４９】
ステップＳ４３を実行したら、パワースペクトルの呼吸周波数範囲のピーク値が大きいパワースペクトルを上位から１０個選び（ステップＳ４４）、この１０個のパワースペクトルのそれぞれについて平均値αと平均値βとを比較して、αがβに対し１０倍以上のパワースペクトルを選択する。そして、この選択されたパワースペクトルに対応する感圧素子２２１を呼吸信号を検出するセンサの候補とする（ステップＳ４５）。
【００５０】
ステップＳ４４、Ｓ４５では、図８（ｃ）に例示するように、平均値αと平均値βとの関係およびピーク値を算出し、これに基づいて感圧素子２２１を絞り込む。
【００５１】
ステップＳ４５を実行したら、ステップＳ４５で選択されたパワースペクトルのそれぞれについて、呼吸周波数より低い周波数（本例では０．２Ｈｚより低い周波数）範囲のパワースペクトル値の平均値γを算出する（ステップＳ４６）。
【００５２】
ステップＳ４６を実行したら、パワースペクトルのそれぞれについて平均値αと平均値γとを比較して、αがγに対し５倍以上のパワースペクトルを選択する。そして、この選択されたパワースペクトルに対応する感圧素子２２１を呼吸信号を検出するセンサとする（ステップＳ４７）。
【００５３】
ステップ４５およびステップＳ４７において選択されなかった感圧素子２２１は、呼吸以外の体動等の影響を受け呼吸信号の算出には好ましくないセンサとして除外される。ステップＳ４７では、図８（ｄ）に例示するように、平均値αと平均値γとの関係を算出し、これに基づいて感圧素子２２１をさらに絞り込む。
【００５４】
ステップＳ４７を実行したら、ステップＳ４７において選択された感圧素子２２１（センサ番号）とその荷重信号をメモリ３３に記憶する（ステップＳ４８）。また、ステップＳ４７において選択された感圧素子２２１の内で、パワースペクトルのピーク値が最大のものを選択し、後述する呼吸曲線算出時の基準センサとする（ステップＳ４９）。
【００５５】
なお、図７にフローを示した図４のステップＳ４は、本実施形態における荷重センサ選択手段である。
【００５６】
図７に示すフローに従って図４に示すステップＳ４を実行したら、次に、呼吸信号である呼吸曲線の算出を行なう（ステップＳ５）。図９に呼吸曲線算出処理のフローを示す。
【００５７】
ステップＳ５を実行するときには、図９に示すように、まず、ステップＳ４において選択された基準センサである感圧素子と他の感圧素子のバイアス成分除去後の荷重信号に関する相互相関関数を算出して、他の感圧素子が出力する荷重信号の基準センサが出力する荷重信号に対する位相差を算出する（ステップＳ５１）。
【００５８】
ステップＳ５１を実行したら、次に、基準センサと略逆位相の荷重信号であるかどうか判断する。具体的には、位相差が９／２０〜１１／２０周期（π±π／１０）の範囲であるかどうか判断する（ステップＳ５２）。位相差がこの範囲にある場合には、逆位相を検出する感圧素子としてメモリ３３に記憶する（ステップＳ５３）。
【００５９】
ステップＳ５２において位相差が上記範囲にないと判断された場合には、基準センサと略同位相の荷重信号であるかどうか判断する。具体的には、位相差が±１／２０周期（０±π／１０）の範囲であるかどうか判断する（ステップＳ５４）。位相差がこの範囲にある場合には、同位相を検出する感圧素子としてメモリ３３に記憶する（ステップＳ５５）。
【００６０】
以上の位相差による感圧素子選別のステップを、ステップＳ４において選択された全ての感圧素子２２１に対し実行し、これを終了したら（ステップＳ５６）、呼吸曲線の演算を行なう（ステップＳ５７）。
【００６１】
ステップＳ５７では、逆位相を検出する感圧素子から出力された荷重信号のバイアス成分除去後のＡＤ値に−１を乗じた後加算するとともに、同位相を検出する感圧素子から出力された荷重信号のバイアス成分除去後のＡＤ値を加算し、これらの総和を逆位相あるいは同位相を検出するとされた感圧素子の数で除したものを呼吸曲線の値とする。
【００６２】
なお、図９にフローを示した図４のステップＳ５は、本実施形態における呼吸信号生成手段である。
【００６３】
図９に示すフローに従って図４に示すステップＳ５を実行したら、ステップＳ５において算出した呼吸曲線の振幅が所定値以下の状態が所定時間（例えば３０秒）以上継続したかどうか判断する（ステップＳ６）。
【００６４】
上述のステップＳ４までのフローにより選択された感圧素子２２１に、呼吸に伴なう荷重変動があまり印加されていない場合（例えば、センサシート２２のいずれの感圧素子２２１にも呼吸に伴なう荷重変動があまり印加されていないような場合）には、一般的に、ステップＳ５において算出された呼吸曲線の値（振幅）は極めて小さくなる。
【００６５】
したがって、ステップＳ６において、呼吸曲線の振幅が所定値以下の状態が所定時間以上継続したと判断した場合には、ステップＳ１にリターンする。すなわち、新しい荷重信号を入力し、この荷重信号に基づいて呼吸曲線の算出を再度行なう（呼吸曲線の算出をやり直す）。
【００６６】
ステップＳ６において否と判断した場合には、呼吸曲線強度を表示部３４に出力し（ステップＳ７）、表示部３４においてこれを表示する。
【００６７】
ステップＳ７を実行したら、次に、制御部３内に設けられた図示しないブザーを呼吸曲線に同期して鳴動させ就寝者等への報知を行なう（ステップＳ８）。ステップＳ８において、呼吸曲線に同期したブザー鳴動を行なうことにより、寝具環境が好ましくないときや、本呼吸モニタ装置を施設する位置が好ましくない等の不具合があった場合には、この不具合を改善するように促すことができる。図１０に呼吸曲線の報知処理のフローを示す。
【００６８】
ステップＳ８を実行するときには、図１０に示すように、まず、計測開始から所定時間（本例では呼吸の１０周期の時間）以内であるかどうか判断する（ステップＳ８１）。計測開始とは、ステップＳ６において最初に否と判断され、正常に呼吸曲線が生成されはじめた時点をいう。
【００６９】
ステップＳ８１において否と判断された場合には、以降のステップは実行しない。これは、計測開始から所定時間を超えた場合には、就寝者が睡眠に入っている可能性が高く、ブザーの鳴動により就寝者の睡眠を妨げることを防止するためである。
【００７０】
ステップＳ８１において計測開始から所定時間以内であると判断した場合には、呼吸曲線の値が正か負か判断し（ステップＳ８２）、正のときのみブザーを鳴動させる（ステップＳ８３）。ステップＳ８２、Ｓ８３により、呼吸曲線が正のときのみブザー鳴動することで呼吸曲線（呼吸信号）に同期した報知を行なうことができる。
【００７１】
本例では、ブザー鳴動により報知を行なっているが、ＬＥＤの点滅等により報知を行なうものであってもよい。なお、図１０にフローを示した図４のステップＳ８は、本実施形態における報知手段である。
【００７２】
上述の構成および作動によれば、ステップＳ４、Ｓ５において、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな感圧素子２２１を選択し、この感圧素子から出力される荷重信号により呼吸信号（呼吸曲線）を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない感圧素子２２１の荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
【００７３】
また、ステップＳ３において、荷重信号からバイアス成分を除去することができる。したがって、バイアス成分を除去した荷重信号から呼吸信号を生成することが可能である。
【００７４】
さらに、ステップＳ６において、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない感圧素子をステップＳ４で選択してしまったと判断した場合には、感圧素子から出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことができる。
【００７５】
これに加えて、ステップＳ８において、呼吸信号に同期した報知を就寝者等に行なうことにより、呼吸信号の測定環境が好ましくないときには、測定環境を改善することを促すことが可能である。
【００７６】
これらにより、呼吸信号の精度が向上され、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
【００７７】
また、ステップＳ３以降のフローを実行する前に、ステップＳ２において、就寝者の略下方にある（就寝者が上に乗っている）感圧素子２２１を抽出している。そして、これにより絞り込まれた感圧素子の荷重信号についてのみ以降のフローを実行している。したがって、処理速度を向上することが可能である。
【００７８】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、ステップＳ４１での周波数解析により導出したパワースペクトルの平均値αおよびβの算出（ステップＳ４２、Ｓ４３）をした後に、ピーク値が上位１０個のパワースペクトルを選択（ステップＳ４４）したが、ステップ４４を実行した後にステップＳ４２およびＳ４３を実行するものであってもよい。
【００７９】
また、上記一実施形態では、ステップＳ４において、平均値αの平均値βに対する比率および平均値αの平均値γに対する比率から感圧素子を選択したが、前記比率のいずれか片方のみから選択するものであってもよい。
【００８０】
また、上記一実施形態において、１０個、５倍、１０倍、±１／２０周期等の実数値は例示であって、感圧素子２２１の特性やセンサシート２２の構成等、呼吸モニタ装置Ａの諸特性に応じて適宜設定し得るものである。
【００８１】
また、上記一実施形態では、基準センサの呼吸体動信号と略同位相および略逆位相の荷重信号を出力する感圧素子を選定し、それらの荷重信号に基づいて呼吸曲線を算出したが、略同位相の荷重信号を出力する感圧素子のみを選定、もしくは略逆位相の荷重信号を出力する感圧素子のみを選定し、これらのいずれかの荷重信号に基づいて呼吸曲線を算出するものであってもよい。
【００８２】
また、荷重センサは、感圧方式に限定されるものではなく、例えば静電容量式センサや歪みゲージ等、寝具の複数箇所の局所荷重が検出できるセンサであれば使用可能である。また、センサの個数も１６２個に限定されず、任意に増減可能である。
【００８３】
また、上記一実施形態では、算出した呼吸強度を表示部３４に表示する例について説明したが、例えばテレビ画面に専用のウインドウを設定して、そのウインドウ内に表示する等、既存の製品を利用して表示を行っても良い。また、呼吸信号を記憶媒体に記憶させておき、医師による診断データとして利用しても良い。さらに、その診断データを公衆回線等を利用して病院等に送信するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における呼吸モニタ装置Ａの設置状態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態における呼吸モニタ装置Ａの概略構成図である。
【図３】呼吸モニタ装置Ａの概略回路構成を示すブロック図である。
【図４】マイコン３２の概略処理動作を示すフローチャートである。
【図５】マイコン３２のバイアス成分除去処理動作を示すフローチャートである。
【図６】バイアス成分除去処理を説明する処理手順別のグラフである。
【図７】マイコン３２の呼吸検出センサ選択処理動作を示すフローチャートである。
【図８】呼吸検出センサ選択処理を説明する処理手順別のグラフである。
【図９】マイコン３２の呼吸曲線算出処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】マイコン３２の呼吸曲線の報知処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ 呼吸モニタ装置
２ シート部
３ 制御部
２２ センサシート
３２ マイコン
３４ 表示部
２２１ 感圧素子（荷重センサ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、就寝時に呼吸状態をモニタすることができる呼吸モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、睡眠中の呼吸状態をモニタするモニタ装置として、特開２００１−３７７４２号公報に開示された呼吸器系疾患のモニタ装置がある。このモニタ装置は、寝具の下に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサを備え、荷重センサの荷重信号から就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号を呼吸信号として算出する。
【０００３】
このモニタ装置が呼吸信号を算出するときには、まず、荷重センサの荷重信号を周波数解析して呼吸数に対応する周波数帯域のパワースペクトルを算出する。次に、そのパワースペクトルの強度が大きい荷重センサの荷重信号から呼吸信号を生成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術のモニタ装置では、呼吸以外の要因による荷重、例えば就寝者の体重や大きな体動による荷重が荷重センサに印加され、呼吸数に対応する周波数帯域のパワースペクトルの強度が大きくなった場合には、生成される呼吸信号の精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、呼吸信号の精度を向上することが可能な呼吸モニタ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より高い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
【０００７】
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より高い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
【０００８】
すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。したがって、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、荷重センサ選択手段は、請求項１に記載の発明において、荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択するものとすることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。したがって、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段とを備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
さらに、例えば、就寝者の体重や大きな体動等に起因して荷重センサの荷重信号にバイアス成分が加わっていたとしても、これを除去することができる。したがって、バイアス成分のない荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を一層向上することが可能である。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号に基づいて、就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段とを備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成することを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
これに加えて、荷重センサ抽出手段が、荷重信号に基づいて就寝者が上方に乗っている荷重センサを抽出した後で、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。すなわち、就寝者が乗っていない荷重センサを除外してから、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。したがって、荷重センサ選択手段による選択速度を向上することが可能である。
また、請求項６に記載の発明では、
寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
荷重信号の就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
呼吸信号生成手段は、荷重センサ選択手段が選択する荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し、
呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴としている。
これによると、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、前記周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな荷重センサを選択し、この荷重センサから出力される荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない荷重センサの荷重信号により呼吸信号を生成することが可能であり、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を向上することが可能である。
ただし、呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度と周波数帯域外の信号強度との関係によっては、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが荷重センサ選択手段により選択される場合がある。このような場合には、一般的に呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が小さくなる。
したがって、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続したときには、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが選択された可能性が高いと判断される。このようなときには、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことにより、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層向上することが可能である。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明では、荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段を備えることを特徴としている。
【００１４】
これによると、例えば、就寝者の体重や大きな体動等に起因して荷重センサの荷重信号にバイアス成分が加わっていたとしても、これを除去することができる。したがって、バイアス成分のない荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度を一層向上することが可能である。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明では、荷重センサ選択手段が荷重センサを選択する前に、荷重信号に基づいて、就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段を備えることを特徴としている。
【００１６】
これによると、荷重センサ抽出手段が、荷重信号に基づいて就寝者が上方に乗っている荷重センサを抽出した後で、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。すなわち、就寝者が乗っていない荷重センサを除外してから、荷重センサ選択手段により荷重センサを選択することが可能である。したがって、荷重センサ選択手段による選択速度を向上することが可能である。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明では、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴としている。
【００１８】
呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度と周波数帯域外の信号強度との関係によっては、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが荷重センサ選択手段により選択される場合がある。このような場合には、一般的に呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が小さくなる。
【００１９】
したがって、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続したときには、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない荷重センサが選択された可能性が高いと判断される。このようなときには、荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことにより、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
【００２０】
このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層向上することが可能である。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明では、呼吸信号生成手段が生成した呼吸信号に同期して報知を行なう報知手段を備えることを特徴としている。
【００２２】
これによると、呼吸に同期した呼吸信号が生成されていない場合には、報知手段により就寝者等にこれを報知することができる。したがって、例えば寝具等の状態が適切でないなどの呼吸測定環境が好ましくない状態の改善を促すことが可能であり、好ましくない状態における呼吸信号の生成を防止することが可能である。このようにして、呼吸信号生成手段において生成される呼吸信号の精度をより一層確実に向上することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態としての呼吸モニタ装置Ａを使用する際の設置状態を示す図であり、図２は、呼吸モニタ装置Ａの概略構成図である。
【００２５】
図１に示すように、ベッド１は、敷き布団等の寝具１０を載置するための載置部１１と、載置部１１の端部から立設された背板部１２とからなる。呼吸モニタ装置Ａは、ベッド１に設置された寝具１０の下部に挿入されて使用される。呼吸モニタ装置Ａは、ベッド１上に就寝者が横になったときに就寝者の胸部から腹部の位置に対応するように、載置部１１の中央部より背板部１２側に設置される。
【００２６】
図２に示すように、呼吸モニタ装置Ａは、シート部２と制御部３とからなる。シート部２は、２枚のシート状の保護部材２１間に、複数の（本例では３つの）センサシート２２と、センサシート２２毎に設けられたセンサ選択部２３とを挟装して構成されている。
【００２７】
センサシート２２は、印加荷重に応じて電気抵抗が変化（減少）する感圧素子２２１を略等間隔に複数個（本例では３つのシート合計で１６２個）シート状部材に配置したものである。なお、図２では、各感圧素子２２１とセンサ選択部２３とを電気的に接続する配線パターンの図示を省略している。
【００２８】
つまり、各感圧素子２２１を含む回路に電圧が印加されているときに、印加荷重に応じて感圧素子２２１の電気抵抗が変化することにより、感圧素子２２１による電圧降下値が増減するので、この電圧降下値の変化に基づいて印加荷重を各感圧素子２２１毎に独立して検出できるものである。すなわち、感圧素子２２１は、本実施形態における荷重センサである。
【００２９】
制御部３は、図３のブロック図に示すように、Ａ／Ｄ変換器３１、マイコン３２、メモリ３３及び表示部３４によって構成される。そして、制御部３においては、センサシート２２の各感圧素子２２１の荷重信号をセンサ選択部２３によって順次選択していき、Ａ／Ｄ変換器３１を介して、アナログ値である荷重信号をデジタル値に変換した値（以下、ＡＤ値）をマイコン３２に取り込む。このとき、マイコン３２は、入力すべき荷重信号を切り換えるためにセンサ選択部２３にスイッチング信号を与える。
【００３０】
そして、マイコン３２は入力された荷重信号に基づき、後述する手順に従って必要に応じてＡＤ値等をメモリ３３に記憶させながら処理を行ない、呼吸信号である呼吸曲線を算出し、その結果を表示部３４に出力する。表示部３４では、呼吸強度等の呼吸状態を数値あるいはグラフ表示したり、図示しないブザーを鳴動したりする。
【００３１】
以上のような構成により、就寝者は、特殊なセンサを直接身体に装着することなく、自覚できない睡眠時の呼吸数や呼吸曲線等を確認することが可能になる。
【００３２】
次に、上記構成に基づき呼吸モニタ装置Ａの作動について説明する。
【００３３】
図４は、マイコン３２の概略処理動作を示すフローチャートである。図示しない制御部３の電源回路に通電されると、図４に示すように、マイコン３２は、まず、１６２個の感圧素子２２１が出力する荷重信号を順次読み込む（ステップＳ１）。
【００３４】
荷重信号を読み込んだら、荷重信号の強度が所定値以上（換言すれば感圧素子２２１における電圧降下値が所定値以下）の感圧素子２２１を、上方に人が乗っている素子として抽出する（ステップＳ２）。すなわち、ステップＳ２は、本実施形態における就寝者の略下方にある荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段である。
【００３５】
ステップＳ２を実行したら、ステップＳ２において抽出された感圧素子２２１から出力された荷重信号について、バイアス成分の除去を行なう（ステップＳ３）。感圧素子２２１から出力される荷重信号には、呼吸等に伴なう変化成分以外に、それぞれの感圧素子２２１に印加される就寝者の体重等に起因する荷重成分等のバイアス成分も含まれている。
【００３６】
ステップＳ３において、後述するステップで荷重信号に基づいて呼吸信号等の生成を行なう前に、荷重信号からバイアス成分を除去することで、呼吸状態の検出精度を向上することが可能となる。図５にバイアス成分除去処理のフローを示す。
【００３７】
ステップＳ３に示すバイアス成分除去を実行するときには、図５に示すように、まず、呼吸数に対応する周波数（本例では、０．２〜０．５Ｈｚ）よりも高いノイズ成分を除去するために、デジタルフィルタによるフィルタリング処理を行なう（ステップＳ３１）。本例では３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用している。
【００３８】
図６（ａ）に示すグラフは、感圧素子２２１から出力された荷重信号の一例であり、この荷重信号に対しステップＳ３１を実行した結果が図６（ｂ）に示すグラフである。
【００３９】
ステップＳ３１を実行したら、次に、略呼吸数に対応する周波数成分を除去するために、デジタルフィルタによるフィルタリング処理を行なう（ステップＳ３２）。本例では、このステップにおいて０．３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用している。
【００４０】
荷重信号のグラフで例示説明すると、ステップＳ３１により得られた図６（ｂ）のグラフの結果に対し、ステップＳ３２を実行することで、図６（ｃ）に示すグラフが結果として得られる。
【００４１】
ステップＳ３２を実行したら、バイアス除去曲線の算出を行なう（ステップＳ３３）。ステップＳ３３では、ステップＳ３１で得られた結果（例えば、図６（ｂ）のグラフに示す信号）からステップＳ３２で得られた結果（例えば、図６（ｃ）のグラフに示す信号）を減算することで、バイアス成分を除去した曲線（図６（ｄ）に例示）が得られる。
【００４２】
本実施形態では、デジタルフィルタのフィルタリング処理を２回行なうことで、バイアス成分の除去を行なっている。バイアス成分の除去には、バンドパスフィルタによるフィルタリング処理を行なうことも可能であるが、本実施形態の方が、フィルタ次数を低くすることができ、演算時間を短くできるという利点がある。
【００４３】
なお、ステップＳ３は、本実施形態におけるバイアス成分除去手段である。本例では、３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタおよび０．３Ｈｚ以上の周波数帯域がカットできるデジタルフィルタを採用したが、呼吸数に対応する周波数の上限付近以上をカットするするフィルタおよび下限付近以上をカットするフィルタであれば採用することができる。
【００４４】
図５に示すフローに従って図４に示すステップＳ３を実行したら、呼吸信号の生成に必要な荷重信号が得られる感圧素子２２１の選択を行なう（ステップＳ４）。ステップＳ２で抽出された感圧素子２２１には、就寝者等による荷重の印加はあるものの、呼吸に伴なう荷重変化（呼吸成分）をあまり検出していないものもある。
【００４５】
ステップＳ４において、後述するステップで荷重信号に基づいて呼吸信号等の生成を行なう前に、呼吸成分を多く含む荷重信号を出力している感圧素子２２１を選択することで、呼吸状態の検出精度を向上することが可能となる。図７に呼吸検出センサ（感圧素子）選択処理のフローを示す。
【００４６】
ステップＳ４を実行するときには、図７に示すように、まず、ステップＳ３により得られたバイアス成分が除去された荷重信号に対して周波数解析を行なう（ステップＳ４１）。周波数解析は、ステップＳ２において抽出された感圧素子２２１から出力された荷重信号に対してそれぞれ行なわれる。
【００４７】
図８（ａ）に示すグラフは、感圧素子２２１から出力されバイアス成分が除去された荷重信号の一例であり、この荷重信号に対しステップＳ４１を実行した結果が図８（ｂ）に示すパワースペクトルのグラフである。
【００４８】
ステップＳ４１を実行したら、次に、呼吸周波数（呼吸数に対応する周波数であり、本例では前述したように０．２〜０．５Ｈｚ）範囲のパワースペクトル値（信号強度）の平均値αを算出する（ステップＳ４２）。これに合わせて、呼吸周波数より高い周波数（本例では０．５Ｈｚより高い周波数）範囲のパワースペクトル値の平均値βを算出する（ステップＳ４３）。
【００４９】
ステップＳ４３を実行したら、パワースペクトルの呼吸周波数範囲のピーク値が大きいパワースペクトルを上位から１０個選び（ステップＳ４４）、この１０個のパワースペクトルのそれぞれについて平均値αと平均値βとを比較して、αがβに対し１０倍以上のパワースペクトルを選択する。そして、この選択されたパワースペクトルに対応する感圧素子２２１を呼吸信号を検出するセンサの候補とする（ステップＳ４５）。
【００５０】
ステップＳ４４、Ｓ４５では、図８（ｃ）に例示するように、平均値αと平均値βとの関係およびピーク値を算出し、これに基づいて感圧素子２２１を絞り込む。
【００５１】
ステップＳ４５を実行したら、ステップＳ４５で選択されたパワースペクトルのそれぞれについて、呼吸周波数より低い周波数（本例では０．２Ｈｚより低い周波数）範囲のパワースペクトル値の平均値γを算出する（ステップＳ４６）。
【００５２】
ステップＳ４６を実行したら、パワースペクトルのそれぞれについて平均値αと平均値γとを比較して、αがγに対し５倍以上のパワースペクトルを選択する。そして、この選択されたパワースペクトルに対応する感圧素子２２１を呼吸信号を検出するセンサとする（ステップＳ４７）。
【００５３】
ステップ４５およびステップＳ４７において選択されなかった感圧素子２２１は、呼吸以外の体動等の影響を受け呼吸信号の算出には好ましくないセンサとして除外される。ステップＳ４７では、図８（ｄ）に例示するように、平均値αと平均値γとの関係を算出し、これに基づいて感圧素子２２１をさらに絞り込む。
【００５４】
ステップＳ４７を実行したら、ステップＳ４７において選択された感圧素子２２１（センサ番号）とその荷重信号をメモリ３３に記憶する（ステップＳ４８）。また、ステップＳ４７において選択された感圧素子２２１の内で、パワースペクトルのピーク値が最大のものを選択し、後述する呼吸曲線算出時の基準センサとする（ステップＳ４９）。
【００５５】
なお、図７にフローを示した図４のステップＳ４は、本実施形態における荷重センサ選択手段である。
【００５６】
図７に示すフローに従って図４に示すステップＳ４を実行したら、次に、呼吸信号である呼吸曲線の算出を行なう（ステップＳ５）。図９に呼吸曲線算出処理のフローを示す。
【００５７】
ステップＳ５を実行するときには、図９に示すように、まず、ステップＳ４において選択された基準センサである感圧素子と他の感圧素子のバイアス成分除去後の荷重信号に関する相互相関関数を算出して、他の感圧素子が出力する荷重信号の基準センサが出力する荷重信号に対する位相差を算出する（ステップＳ５１）。
【００５８】
ステップＳ５１を実行したら、次に、基準センサと略逆位相の荷重信号であるかどうか判断する。具体的には、位相差が９／２０〜１１／２０周期（π±π／１０）の範囲であるかどうか判断する（ステップＳ５２）。位相差がこの範囲にある場合には、逆位相を検出する感圧素子としてメモリ３３に記憶する（ステップＳ５３）。
【００５９】
ステップＳ５２において位相差が上記範囲にないと判断された場合には、基準センサと略同位相の荷重信号であるかどうか判断する。具体的には、位相差が±１／２０周期（０±π／１０）の範囲であるかどうか判断する（ステップＳ５４）。位相差がこの範囲にある場合には、同位相を検出する感圧素子としてメモリ３３に記憶する（ステップＳ５５）。
【００６０】
以上の位相差による感圧素子選別のステップを、ステップＳ４において選択された全ての感圧素子２２１に対し実行し、これを終了したら（ステップＳ５６）、呼吸曲線の演算を行なう（ステップＳ５７）。
【００６１】
ステップＳ５７では、逆位相を検出する感圧素子から出力された荷重信号のバイアス成分除去後のＡＤ値に−１を乗じた後加算するとともに、同位相を検出する感圧素子から出力された荷重信号のバイアス成分除去後のＡＤ値を加算し、これらの総和を逆位相あるいは同位相を検出するとされた感圧素子の数で除したものを呼吸曲線の値とする。
【００６２】
なお、図９にフローを示した図４のステップＳ５は、本実施形態における呼吸信号生成手段である。
【００６３】
図９に示すフローに従って図４に示すステップＳ５を実行したら、ステップＳ５において算出した呼吸曲線の振幅が所定値以下の状態が所定時間（例えば３０秒）以上継続したかどうか判断する（ステップＳ６）。
【００６４】
上述のステップＳ４までのフローにより選択された感圧素子２２１に、呼吸に伴なう荷重変動があまり印加されていない場合（例えば、センサシート２２のいずれの感圧素子２２１にも呼吸に伴なう荷重変動があまり印加されていないような場合）には、一般的に、ステップＳ５において算出された呼吸曲線の値（振幅）は極めて小さくなる。
【００６５】
したがって、ステップＳ６において、呼吸曲線の振幅が所定値以下の状態が所定時間以上継続したと判断した場合には、ステップＳ１にリターンする。すなわち、新しい荷重信号を入力し、この荷重信号に基づいて呼吸曲線の算出を再度行なう（呼吸曲線の算出をやり直す）。
【００６６】
ステップＳ６において否と判断した場合には、呼吸曲線強度を表示部３４に出力し（ステップＳ７）、表示部３４においてこれを表示する。
【００６７】
ステップＳ７を実行したら、次に、制御部３内に設けられた図示しないブザーを呼吸曲線に同期して鳴動させ就寝者等への報知を行なう（ステップＳ８）。ステップＳ８において、呼吸曲線に同期したブザー鳴動を行なうことにより、寝具環境が好ましくないときや、本呼吸モニタ装置を施設する位置が好ましくない等の不具合があった場合には、この不具合を改善するように促すことができる。図１０に呼吸曲線の報知処理のフローを示す。
【００６８】
ステップＳ８を実行するときには、図１０に示すように、まず、計測開始から所定時間（本例では呼吸の１０周期の時間）以内であるかどうか判断する（ステップＳ８１）。計測開始とは、ステップＳ６において最初に否と判断され、正常に呼吸曲線が生成されはじめた時点をいう。
【００６９】
ステップＳ８１において否と判断された場合には、以降のステップは実行しない。これは、計測開始から所定時間を超えた場合には、就寝者が睡眠に入っている可能性が高く、ブザーの鳴動により就寝者の睡眠を妨げることを防止するためである。
【００７０】
ステップＳ８１において計測開始から所定時間以内であると判断した場合には、呼吸曲線の値が正か負か判断し（ステップＳ８２）、正のときのみブザーを鳴動させる（ステップＳ８３）。ステップＳ８２、Ｓ８３により、呼吸曲線が正のときのみブザー鳴動することで呼吸曲線（呼吸信号）に同期した報知を行なうことができる。
【００７１】
本例では、ブザー鳴動により報知を行なっているが、ＬＥＤの点滅等により報知を行なうものであってもよい。なお、図１０にフローを示した図４のステップＳ８は、本実施形態における報知手段である。
【００７２】
上述の構成および作動によれば、ステップＳ４、Ｓ５において、就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度が、周波数帯域外の信号強度に対して十分に大きな感圧素子２２１を選択し、この感圧素子から出力される荷重信号により呼吸信号（呼吸曲線）を生成することが可能である。すなわち、呼吸以外の要因による印加荷重変動が少ない感圧素子２２１の荷重信号により呼吸信号を生成することが可能である。
【００７３】
また、ステップＳ３において、荷重信号からバイアス成分を除去することができる。したがって、バイアス成分を除去した荷重信号から呼吸信号を生成することが可能である。
【００７４】
さらに、ステップＳ６において、荷重信号に呼吸に起因する成分がそれほど含まれていない感圧素子をステップＳ４で選択してしまったと判断した場合には、感圧素子から出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことができる。
【００７５】
これに加えて、ステップＳ８において、呼吸信号に同期した報知を就寝者等に行なうことにより、呼吸信号の測定環境が好ましくないときには、測定環境を改善することを促すことが可能である。
【００７６】
これらにより、呼吸信号の精度が向上され、信頼性の高い呼吸信号を得ることができる。
【００７７】
また、ステップＳ３以降のフローを実行する前に、ステップＳ２において、就寝者の略下方にある（就寝者が上に乗っている）感圧素子２２１を抽出している。そして、これにより絞り込まれた感圧素子の荷重信号についてのみ以降のフローを実行している。したがって、処理速度を向上することが可能である。
【００７８】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、ステップＳ４１での周波数解析により導出したパワースペクトルの平均値αおよびβの算出（ステップＳ４２、Ｓ４３）をした後に、ピーク値が上位１０個のパワースペクトルを選択（ステップＳ４４）したが、ステップ４４を実行した後にステップＳ４２およびＳ４３を実行するものであってもよい。
【００７９】
また、上記一実施形態では、ステップＳ４において、平均値αの平均値βに対する比率および平均値αの平均値γに対する比率から感圧素子を選択したが、前記比率のいずれか片方のみから選択するものであってもよい。
【００８０】
また、上記一実施形態において、１０個、５倍、１０倍、±１／２０周期等の実数値は例示であって、感圧素子２２１の特性やセンサシート２２の構成等、呼吸モニタ装置Ａの諸特性に応じて適宜設定し得るものである。
【００８１】
また、上記一実施形態では、基準センサの呼吸体動信号と略同位相および略逆位相の荷重信号を出力する感圧素子を選定し、それらの荷重信号に基づいて呼吸曲線を算出したが、略同位相の荷重信号を出力する感圧素子のみを選定、もしくは略逆位相の荷重信号を出力する感圧素子のみを選定し、これらのいずれかの荷重信号に基づいて呼吸曲線を算出するものであってもよい。
【００８２】
また、荷重センサは、感圧方式に限定されるものではなく、例えば静電容量式センサや歪みゲージ等、寝具の複数箇所の局所荷重が検出できるセンサであれば使用可能である。また、センサの個数も１６２個に限定されず、任意に増減可能である。
【００８３】
また、上記一実施形態では、算出した呼吸強度を表示部３４に表示する例について説明したが、例えばテレビ画面に専用のウインドウを設定して、そのウインドウ内に表示する等、既存の製品を利用して表示を行っても良い。また、呼吸信号を記憶媒体に記憶させておき、医師による診断データとして利用しても良い。さらに、その診断データを公衆回線等を利用して病院等に送信するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における呼吸モニタ装置Ａの設置状態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態における呼吸モニタ装置Ａの概略構成図である。
【図３】呼吸モニタ装置Ａの概略回路構成を示すブロック図である。
【図４】マイコン３２の概略処理動作を示すフローチャートである。
【図５】マイコン３２のバイアス成分除去処理動作を示すフローチャートである。
【図６】バイアス成分除去処理を説明する処理手順別のグラフである。
【図７】マイコン３２の呼吸検出センサ選択処理動作を示すフローチャートである。
【図８】呼吸検出センサ選択処理を説明する処理手順別のグラフである。
【図９】マイコン３２の呼吸曲線算出処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】マイコン３２の呼吸曲線の報知処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ 呼吸モニタ装置
２ シート部
３ 制御部
２２ センサシート
３２ マイコン
３４ 表示部
２２１ 感圧素子（荷重センサ）
Claims (10)
- 寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より高い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である前記荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
前記呼吸信号生成手段は、前記荷重センサ選択手段が選択する前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、前記呼吸信号を生成することを特徴とする呼吸モニタ装置。 - 前記荷重センサ選択手段は、前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である前記荷重センサを選択することを特徴とする請求項１に記載の呼吸モニタ装置。
- 寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の平均値が、前記周波数帯域より低い周波数の帯域の信号強度の平均値に対し、所定倍率以上である前記荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
前記呼吸信号生成手段は、前記荷重センサ選択手段が選択する前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、前記呼吸信号を生成することを特徴とする呼吸モニタ装置。 - 寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、前記荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
前記荷重センサ選択手段が前記荷重センサを選択する前に、前記荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段とを備え、
前記呼吸信号生成手段は、前記荷重センサ選択手段が選択する前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、前記呼吸信号を生成することを特徴とする呼吸モニタ装置。 - 寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯域外の信号強度に対する比に基づいて、前記荷重センサを選択する荷重センサ選択手段と、
前記荷重センサ選択手段が前記荷重センサを選択する前に、前記荷重信号に基づいて、前記就寝者の略下方にある前記荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段とを備え、
前記呼吸信号生成手段は、前記荷重センサ選択手段が選択する前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、前記呼吸信号を生成することを特徴とする呼吸モニタ装置。 - 寝具の下、内部もしくは表面に所定の分布で設置され、印加荷重に対応した荷重信号を出力する複数の荷重センサと、
前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、就寝者の呼吸状態に対応した呼吸信号を生成する呼吸信号生成手段とを備える呼吸モニタ装置において、
前記荷重信号の前記就寝者の呼吸数に対応する周波数帯域の信号強度の、前記周波数帯 域外の信号強度に対する比に基づいて、前記荷重センサを選択する荷重センサ選択手段を備え、
前記呼吸信号生成手段は、前記荷重センサ選択手段が選択する前記荷重センサから出力される荷重信号に基づいて、前記呼吸信号を生成し、
前記呼吸信号生成手段が生成した前記呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、前記荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴とする呼吸モニタ装置。 - 前記荷重センサ選択手段が前記荷重センサを選択する前に、前記荷重信号からバイアス成分を除去するバイアス成分除去手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の呼吸モニタ装置。
- 前記荷重センサ選択手段が前記荷重センサを選択する前に、前記荷重信号に基づいて、前記就寝者の略下方にある前記荷重センサを抽出する荷重センサ抽出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４および請求項７のいずれか１つに記載の呼吸モニタ装置。
- 前記呼吸信号生成手段が生成した前記呼吸信号の振幅が、所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、前記荷重センサから出力される新たな荷重信号に基づいて、呼吸信号を生成し直すことを特徴とする請求項１ないし請求項５、請求項７および請求項８のいずれか１つに記載の呼吸モニタ装置。
- 前記呼吸信号生成手段が生成した前記呼吸信号に同期して報知を行なう報知手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の呼吸モニタ装置。
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