JP4588423B2 - State analysis device and software program - Google Patents

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JP4588423B2 JP2004347730A JP2004347730A JP4588423B2 JP 4588423 B2 JP4588423 B2 JP 4588423B2 JP 2004347730 A JP2004347730 A JP 2004347730A JP 2004347730 A JP2004347730 A JP 2004347730A JP 4588423 B2 JP4588423 B2 JP 4588423B2
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Description

本発明は、状態解析装置及びソフトウエアプログラムに関し、特に対象物の状態をより確実に判別することのできる状態解析装置及びソフトウエアプログラムに関するものである。   The present invention relates to a state analysis device and a software program, and more particularly to a state analysis device and a software program that can more reliably determine the state of an object.

空間内、例えば風呂場やトイレ等での対象物、例えば人物の動きを検出する動き検出装置として、従来から、動き検出センサが提案されている。代表的な例としては、ベッド上の就寝者にパターンを投影し、投影されたパターンを連続的に撮像した画像からパターンの移動量を算出することで、就寝者の呼吸を監視する監視装置があった。(例えば、特許文献1参照。)。
特開2002−175582号公報 (第5−9頁、第1−13図)
2. Description of the Related Art Conventionally, a motion detection sensor has been proposed as a motion detection device that detects a motion of an object in a space, for example, a bathroom or a toilet, for example, a person. As a typical example, there is a monitoring device that monitors a sleeper's breathing by calculating a pattern movement amount from an image obtained by continuously projecting the projected pattern onto a sleeper on the bed. there were. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2002-175582 A (page 5-9, FIG. 1-13)

以上のような従来の装置では、例えば患者の呼吸運動の増減やその量を計測・モニタリングしたり、呼吸の有無等を検出することが可能である。   In the conventional apparatus as described above, for example, it is possible to measure and monitor the increase and decrease of the respiratory motion of the patient and the amount thereof, and to detect the presence or absence of respiration.

しかしながら、例えば、人工呼吸器によって人工呼吸を行っている患者の呼吸を監視する際、特に、自発呼吸やコミュニケーション能力の低い患者の呼吸を監視する際には、より正確に患者の呼吸の状態を判別することのできる装置が望まれていた。例えば、自発呼吸がほとんど無い患者において人工呼吸回路の切断などにより呼吸ができなくなった場合、すなわち、患者の呼吸が停止した場合や、一定の自発呼吸がある患者において人工呼吸が実質的に働かなくなった場合など、人工呼吸のトラブルが直接重大な事故に結びつくことを最大限防止するために、できる限り正確に、より迅速かつ確実に対象物の状態を判別することができる装置が望まれていた。このような要請に対して、特許文献1に記載の監視装置では、最も簡易には、生成された呼吸運動に関する信号と、固定的なある一定の閾値とを比較して、呼吸運動の停止や低下を判定することが可能であるが、患者の姿勢や上掛けの状態、その他の環境要因によって呼吸運動の検出の感度やノイズレベルが変動することがあり、状態判定が必ずしも正確に行われないことがあった。   However, for example, when monitoring the breathing of a patient who is ventilating with a ventilator, especially when monitoring the spontaneous breathing or the breathing of a patient with poor communication ability, An apparatus capable of discriminating was desired. For example, if a patient has almost no spontaneous breathing and cannot breathe due to disconnection of the artificial respiration circuit, that is, if the patient's breathing has stopped, or if the patient has certain spontaneous breathing, artificial ventilation will not work substantially In order to prevent the problem of artificial respiration directly leading to a serious accident such as in the case of an accident, there has been a demand for a device that can determine the state of an object as accurately and as quickly as possible. . In response to such a request, in the monitoring device described in Patent Document 1, the simplest method is to compare the generated respiratory motion signal with a certain fixed threshold value to stop the respiratory motion. Although it is possible to determine the decrease, the sensitivity and noise level of respiratory motion detection may vary depending on the posture of the patient, the state of the top, and other environmental factors, so the state determination is not always performed accurately There was a thing.

そこで本発明は、対象物の状態をより確実に判別することのできる状態解析装置及びソフトウエアプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a state analysis apparatus and a software program that can more reliably determine the state of an object.

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による状態解析装置は、例えば図1に示すように、周期的な動きのある対象物2の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出するスペクトル算出手段24と;スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較するスペクトル比較手段25と;スペクトル比較手段25の比較結果に基づいて、対象物2の異常を判別する状態判別手段26とを備えるように構成される。   In order to achieve the above object, the state analysis apparatus according to the first aspect of the present invention is based on the measurement data indicating the state of the object 2 having a periodic movement, as shown in FIG. A spectrum calculating unit 24 for calculating a spectrum for a predetermined period; a spectrum comparing unit 25 for comparing a low frequency component and a high frequency component of the spectrum based on the spectrum; and an object based on a comparison result of the spectrum comparing unit 25 And a state determining means 26 for determining two abnormalities.

このように構成すると、スペクトル算出手段は、周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいてスペクトルを算出し、スペクトル比較手段はスペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較する。状態判別手段は、当該比較結果に基づいて、対象物の異常を判別するので、対象物の状態をより確実に判別することのできる状態解析装置を提供することができる。   If comprised in this way, a spectrum calculation means will calculate a spectrum based on the measurement data which show the state of the target object with a periodic motion, and a spectrum comparison means will compare the low frequency component and high frequency component of a spectrum. Since the state determination means determines the abnormality of the object based on the comparison result, it is possible to provide a state analysis device that can more reliably determine the state of the object.

また請求項2に記載のように、請求項1に記載の状態解析装置では、状態判別手段26は、低周波成分のスペクトルの総和が高周波成分のスペクトルの総和を第2の所定期間連続的に下まわった場合に、対象物2が異常であると判別するように構成してもよい。   Further, as described in claim 2, in the state analysis apparatus according to claim 1, the state determination unit 26 continuously adds the spectrum of the low-frequency component to the spectrum of the high-frequency component for a second predetermined period. It may be configured to determine that the object 2 is abnormal when it falls.

このように構成すると、状態判別手段は、低周波成分のスペクトルの総和が高周波成分のスペクトルの総和を第2の所定期間連続的に下まわった場合に、対象物が異常であると判別するので、さらに確実に対象物の状態を判別することができる。例えば、対象物が呼吸をしている人物である場合、低周波成分は呼吸に近い周波数の成分、高周波成分は呼吸以外、典型的にはノイズの周波数の成分である。   If comprised in this way, since a state discrimination | determination means will discriminate | determine that a target object is abnormal when the sum total of the spectrum of a low frequency component falls below the sum total of the spectrum of a high frequency component continuously for the 2nd predetermined period. In addition, the state of the object can be determined more reliably. For example, when the object is a person who is breathing, the low frequency component is a component having a frequency close to respiration, and the high frequency component is typically a component having a noise frequency other than breathing.

また請求項3に記載のように、請求項1に記載の状態解析装置では、状態判別手段26は、低周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均が高周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均を下まわった場合に、対象物2が異常であると判別するように構成してもよい。   Further, as described in claim 3, in the state analysis apparatus according to claim 1, the state determination unit 26 determines that the average of the total sum of the low-frequency component spectrum is equal to the sum of the high-frequency component spectrum. When the average of the third predetermined period falls below, the object 2 may be determined to be abnormal.

このように構成すると、低周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均が高周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均を下まわった場合に、対象物が異常であると判別するので、確実、迅速に対象物の状態を判別することができる。   If comprised in this way, when the average of the 3rd predetermined period of the sum total of the spectrum of a low frequency component will fall below the average of the 3rd predetermined period of the sum total of the spectrum of a high frequency component, it will be said that a target object is abnormal. Since the determination is made, the state of the object can be determined reliably and quickly.

また請求項4に記載のように、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の状態解析装置では、例えば図1に示すように、測定データに基づいて、周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出する非周期的動き検出手段28を備え;状態判別手段26は、判定対象時点の動きが非周期的動き検出手段28により非周期的動きであると判定されたとき、対象物2が異常であると判別しないように構成してもよい。   Further, as described in claim 4, in the state analysis apparatus according to any one of claims 1 to 3, for example, as shown in FIG. 1, it occurs with periodic movement based on measurement data. A non-periodic motion detecting means 28 for determining and detecting an aperiodic movement; the state determining means 26 is determined by the aperiodic motion detecting means 28 to determine that the motion at the determination target time point is an aperiodic movement. In this case, it may be configured not to determine that the object 2 is abnormal.

このように構成すると、非周期的動き検出手段は、測定データに基づいて周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出し、状態判別手段は、判定対象時点の動きが非周期的動き検出手段により非周期的動きであると判定されたとき、対象物が異常であると判別しないので、誤った判別をすることを防止することができる。例えば、対象物が呼吸をしている人物である場合、非周期的動きは寝返り等の体動である。   With this configuration, the non-periodic motion detection unit determines and detects a non-periodic motion that occurs along with the periodic motion based on the measurement data, and the state determination unit detects that the motion at the determination target time point is aperiodic. Since it is not determined that the object is abnormal when it is determined by the target movement detection means that the movement is aperiodic, it is possible to prevent erroneous determination. For example, when the object is a breathing person, the non-periodic movement is a body movement such as turning over.

上記目的を達成するために、請求項5に係る発明による状態解析装置は、例えば図1に示すように、周期的な動きのある対象物2の状態を示す測定データに基づいて、周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出する非周期的動き検出手段28と;判定対象時点の前後の期間のうち非周期的動き検出手段28で非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を算出する閾値算出手段29と;判定対象時点の動きが非周期的動き検出手段28により非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の周期的な動きの大きさを閾値と比較することにより、判定対象物2の異常を判別する状態判別手段27とを備えるように構成される。   In order to achieve the above object, a state analysis apparatus according to a fifth aspect of the present invention is a periodic analysis based on measurement data indicating the state of an object 2 having a periodic motion, as shown in FIG. Aperiodic motion detection means 28 for determining and detecting aperiodic movement that occurs with movement; and a period in which aperiodic motion is detected by the aperiodic motion detection means 28 among periods before and after the determination target time point. A threshold value calculating unit 29 for calculating a threshold value for determining whether or not there is a modulation in the periodic motion based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding; a motion at the determination target time point is an aperiodic motion detecting unit 28 And a state discriminating means 27 for discriminating an abnormality of the judgment target object 2 by comparing the magnitude of the periodic motion at the judgment target time point with a threshold when it is judged that the movement is not aperiodic movement. Configured.

このように構成すると、非周期的動き検出手段は、測定データに基づいて周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出し、閾値算出手段は、周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を、非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて算出する。状態判別手段は、判定対象時点の動きが非周期的動き検出手段により非周期的動きではないと判定されたとき、当該閾値と該判定対象時点の周期的な動きの大きさとを比較することにより、判定対象物の異常を判別するので、誤った判別をすることなく、対象物の状態をより確実に判別することのできる状態解析装置を提供することができる。例えば、対象物が呼吸をしている人物である場合、非周期的動きは寝返り等の体動である。   If comprised in this way, an aperiodic motion detection means will determine and detect the aperiodic motion which arises with a periodic motion based on measurement data, and a threshold value calculation means has modulation in a periodic motion. The threshold value for determining whether or not is calculated based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the period in which the aperiodic motion is detected. When the state determination unit determines that the movement at the determination target time point is not a non-periodic movement by the non-periodic movement detection unit, the state determination unit compares the threshold value with the magnitude of the periodic movement at the determination target time point. Since the abnormality of the determination target is determined, it is possible to provide a state analysis apparatus that can more reliably determine the state of the target without making an erroneous determination. For example, when the object is a breathing person, the non-periodic movement is a body movement such as turning over.

また請求項6に記載のように、請求項5に記載の状態解析装置では、例えば図2に示すように、判定対象時点の周期的な動きの大きさは、判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまでの測定データを積分することにより得られる値を用いるように構成してもよい。   Further, as described in claim 6, in the state analysis device according to claim 5, as shown in FIG. 2, for example, the magnitude of the periodic movement at the determination target time is changed from zero cross before the determination target time to zero cross. You may comprise so that the value obtained by integrating the measurement data until may be used.

このように構成すると、判定対象時点の周期的な動きの大きさに、判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまでの測定データを積分することにより得られる値を用いるので、測定データの振幅、周期の両方の変化を、周期的な動きの大きさに反映させることができ、状態判別手段による判別をより精度よく行うことができる。ここで、判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまでとは、典型的には、判定対象時点直前のゼロクロスからゼロクロスまでのことをいう。   With this configuration, the value obtained by integrating the measurement data from the zero cross to the zero cross before the determination target time is used for the periodic motion magnitude at the determination target time, so the amplitude and period of the measurement data Both changes can be reflected in the magnitude of the periodic movement, and the determination by the state determination means can be performed with higher accuracy. Here, “from zero cross to zero cross before the determination target time” typically means from zero cross to zero cross just before the determination target time.

また請求項7に記載のように、請求項5又は請求項6に記載の状態解析装置では、閾値は、代表値に基づいて定められ、代表値は、第5の所定期間内の周期的な動きの大きさの平均値、又は調整平均値であるように構成してもよい。   Further, as described in claim 7, in the state analysis device according to claim 5 or 6, the threshold value is determined based on the representative value, and the representative value is a periodic value within a fifth predetermined period. You may comprise so that it may be the average value of a magnitude | size of movement, or an adjustment average value.

このように構成すると、状態の判別は過去一定期間の呼吸の大きさに基づいて行われるので、対象物の状態をより確実に判別することができる。なお、特に調整平均値を用いた場合には、例えば、エラーや外乱などにより、特異的なデータが含まれる可能性がある時に、その影響を軽減することができる。   If comprised in this way, since the determination of a state will be performed based on the magnitude | size of the respiration of a past fixed period, the state of a target object can be determined more reliably. In particular, when the adjusted average value is used, for example, when there is a possibility that specific data is included due to an error or a disturbance, the influence can be reduced.

また請求項8に記載のように、請求項5又は請求項6に記載の状態解析装置では、閾値は、代表値に基づいて定められ、代表値は、第6の所定期間内の周期的な動きの大きさの、大きい方から複数個の平均値であるように構成してもよい。   Further, as described in claim 8, in the state analysis device according to claim 5 or 6, the threshold value is determined based on the representative value, and the representative value is a periodic value within a sixth predetermined period. You may comprise so that it may be a several average value from the larger magnitude | size of a motion.

このように構成すると、例えば、周期的な動きに変調があるときでも、当該変調がないときの本来の周期的な動きの大きさの平均値を求めることができ、当該平均値に基づいて閾値を定めることができるので、状態判別手段による判別をより確実に行うことができる。   With this configuration, for example, even when there is modulation in the periodic motion, an average value of the magnitude of the original periodic motion when there is no modulation can be obtained, and a threshold value is based on the average value. Therefore, the determination by the state determination unit can be performed more reliably.

また請求項9に記載のように、請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の状態解析装置では、例えば図1に示すように、状態判別手段27は、判定対象時点の周期的な動きの大きさが、閾値を下まわった場合に、対象物2が変調したと判別するように構成してもよい。   Further, as described in claim 9, in the state analysis device according to any one of claims 5 to 8, for example, as shown in FIG. It may be configured to discriminate that the object 2 has been modulated when the magnitude of a small movement falls below a threshold value.

このように構成すると、状態判別手段は、まず判定対象時点の周期的な動きの大きさが、閾値を下まわった場合に、対象物が変調したと判別し、例えば、直ちに対象物を異常とは判断しないので誤った判断を防止することができる。   With this configuration, the state determination unit first determines that the object has been modulated when the magnitude of the periodic movement at the determination target time falls below a threshold, and for example, immediately determines that the object is abnormal. Since no judgment is made, erroneous judgments can be prevented.

また請求項10に記載のように、請求項9に記載の状態解析装置では、例えば図1に示すように、状態判別手段27は、対象物が変調したと判別した後、閾値を固定し、判定対象時点の周期的な動きの大きさが、当該固定した閾値を、第7の所定期間連続的に下まわった場合に、対象物2が異常であると判別するように構成してもよい。   Further, as described in claim 10, in the state analysis device according to claim 9, as illustrated in FIG. 1, for example, the state determination unit 27 determines that the object is modulated, and then fixes the threshold value. The magnitude of the periodic motion at the determination target time point may be configured to determine that the target object 2 is abnormal when the fixed threshold value continuously falls below the seventh predetermined period. .

このように構成すると、状態判別手段は、対象物が変調したと判別した後、判定対象時点の周期的な動きの大きさが閾値を第7の所定期間連続的に下まわった場合に、対象物が異常であると判別し、当該第7の所定期間に、例えば、実際に対象物が異常な状態になり、それによって測定データが変動するような、閾値を算出するのに不適切な状態が含まれていた場合に、閾値がその影響を受けることを回避することができるので、対象物の異常をより確実に判別することのができる。   With this configuration, the state determination unit determines that the object has been modulated, and then the target is detected when the magnitude of the periodic movement at the determination target time point continuously falls below the threshold for the seventh predetermined period. A state that is inappropriate for calculating a threshold value that determines that an object is abnormal and that the target object actually becomes abnormal and the measurement data fluctuates in the seventh predetermined period. Since the threshold value can be avoided from being influenced by the above-described case, it is possible to more reliably determine the abnormality of the object.

また請求項11に記載のように、請求項9に記載の状態解析装置では、例えば図1に示すように、状態判別手段27は、対象物を変調したものと判別し、さらに、判定対象時点の周期的な動きの周期が変動した場合に、対象物2が異常であると判別するように構成してもよい。   Further, as described in claim 11, in the state analysis apparatus according to claim 9, for example, as shown in FIG. 1, the state determination unit 27 determines that the target is modulated, and further determines the determination target time point. It may be configured to determine that the target object 2 is abnormal when the period of the periodic movement of fluctuates.

このように構成すると、状態判別手段27は、対象物2が変調したと判別した後、さらに、判定対象時点の周期的な動きの周期が変動した場合に、対象物が異常であると判別するので、誤った判別を防止することができ、対象物の異常をより確実に判別することができる。   With this configuration, after determining that the object 2 has been modulated, the state determination unit 27 further determines that the object is abnormal when the period of periodic movement at the determination target time fluctuates. Therefore, erroneous determination can be prevented, and abnormality of the object can be determined more reliably.

また請求項12に記載のように、請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の状態解析装置では、例えば図9に示すように、測定データを取得する測定装置10を備え;測定装置10は、対象領域3(例えば図8参照)に複数の輝点11b(例えば図8参照)を投影する投影装置11と、複数の輝点11b(例えば図8参照)が投影された対象領域3(例えば図8参照)を撮像する撮像装置12と、撮像装置12により異なる時点に取得された2フレームの画像から複数の輝点11b(例えば図8参照)の2フレーム間の移動量を算出する移動量算出手段141と、移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成する移動量波形生成手段142とを有するように構成してもよい。   Further, as described in claim 12, the state analysis apparatus according to any one of claims 1 to 11 includes a measurement apparatus 10 that acquires measurement data, for example, as shown in FIG. The apparatus 10 projects a plurality of bright spots 11b (see, for example, FIG. 8) onto the target area 3 (see, for example, FIG. 8), and a target area in which the plurality of bright spots 11b (see, for example, FIG. 8) are projected. 3 (for example, see FIG. 8), and the amount of movement between two frames of a plurality of bright spots 11b (for example, see FIG. 8) is calculated from two frames of images acquired at different time points by the imaging device 12. The movement amount calculation unit 141 may be configured to include the movement amount waveform generation unit 142 that generates movement amount waveform data in which the movement amounts are arranged in time series.

このように構成すると、測定装置を備え、測定データは、測定装置から取得されたものであるので、正確に対象物の状態を測定できる。また、測定装置は、投影装置と、撮像装置と、移動量算出手段と、移動量波形生成手段とを含んで構成されるので、例えば非接触で対象物の状態を正確に測定できる。   If comprised in this way, since a measuring apparatus is provided and measurement data are acquired from the measuring apparatus, the state of a target object can be measured correctly. Further, since the measuring device is configured to include the projection device, the imaging device, the movement amount calculating means, and the movement amount waveform generating means, it is possible to accurately measure the state of the object without contact, for example.

上記目的を達成するために、請求項13に係る発明によるソフトウエアプログラムは、例えば図13に示すように、コンピュータにインストールして該コンピュータを状態解析装置として作動させるソフトウエアプログラムであって;周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出し(S108);スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較し(S110);当該比較結果に基づいて、対象物の異常を判別する(S110、S114)ように構成される。   In order to achieve the above object, a software program according to a thirteenth aspect of the present invention is a software program that is installed in a computer and operates as a state analysis device, for example, as shown in FIG. A spectrum for the first predetermined period is calculated based on the measurement data indicating the state of the target object having a typical movement (S108); based on the spectrum, the low frequency component and the high frequency component of the spectrum are compared ( S110); based on the comparison result, an abnormality of the object is determined (S110, S114).

このように構成すると、周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいてスペクトルを算出し、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較する。さらに、当該比較結果に基づいて、対象物の異常を判別するので、対象物の状態をより確実に判別することのできるソフトウエアプログラムを提供することができる。   If comprised in this way, a spectrum will be calculated based on the measurement data which show the state of the target object with a periodic motion, and the low frequency component and high frequency component of the spectrum concerned are compared. Further, since the abnormality of the object is determined based on the comparison result, a software program that can more reliably determine the state of the object can be provided.

上記目的を達成するために、請求項14に係る発明によるソフトウエアプログラムは、例えば図13に示すように、コンピュータにインストールして該コンピュータを状態解析装置として作動させるソフトウエアプログラムであって;周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出し(S106、S104);判定対象時点前後の期間のうち非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を算出し(S120);判定対象時点の動きが非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の周期的な動きの大きさを閾値と比較することにより、判定対象物の異常を判別する(S112、S116)ように構成される。   In order to achieve the above object, the software program according to the fourteenth aspect of the present invention is a software program for installing in a computer and operating the computer as a state analysis device, for example, as shown in FIG. Based on the measurement data indicating the state of the target object having a typical movement, the non-periodic movement that occurs with the periodic movement is determined and detected (S106, S104); Based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the period in which the target movement is detected, a threshold value for determining whether or not the periodic movement is modulated is calculated (S120); When it is determined that the movement is not a periodic movement, an abnormality of the determination target is determined by comparing the magnitude of the periodic movement at the determination target time point with a threshold (S 12, S116) as configured.

このように構成すると、測定データに基づいて周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出し、周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を、非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて算出する。さらに、判定対象時点の動きが非周期的動きではないと判定されたとき、当該閾値と該判定対象時点の周期的な動きの大きさとを比較することにより、判定対象物の異常を判別するので、誤った判別をすることなく、対象物の状態をより確実に判別することのできるソフトウエアプログラムを提供することができる。   With this configuration, the non-periodic motion that occurs along with the periodic motion is determined and detected based on the measurement data, and a threshold value for determining whether the periodic motion is modulated is determined as the aperiodic motion. Is calculated based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the detected period. Furthermore, when it is determined that the movement at the determination target time point is not an aperiodic movement, the abnormality of the determination target object is determined by comparing the threshold value with the magnitude of the periodic movement at the determination target time point. It is possible to provide a software program that can more reliably determine the state of an object without making an incorrect determination.

以上のように本発明によれば、周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較するスペクトル比較手段と、スペクトル比較手段の比較結果に基づいて、対象物の異常を判別する状態判別手段とを備えるように構成されるので、対象物の状態をより確実に判別することのできる状態解析装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the spectrum calculation means for calculating the spectrum for the first predetermined period based on the measurement data indicating the state of the object having a periodic motion, and the spectrum based on the spectrum. The state of the object is configured to include a spectrum comparison unit that compares the low-frequency component and the high-frequency component, and a state determination unit that determines abnormality of the object based on the comparison result of the spectrum comparison unit. It is possible to provide a state analysis apparatus that can more reliably discriminate.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は本発明の実施の形態に係る状態解析装置としての呼吸モニタ1の構成例を示すブロック図である。呼吸モニタ1は、演算装置20と、測定装置としてのFGセンサ10とを含んで構成される。演算装置20は、例えば、パソコンやマイコンといったコンピュータである。また演算装置20は、呼吸モニタ1を操作するための情報を入力する入力装置35と、呼吸モニタ1の処理状態を表示するディスプレイ40とを有している。入力装置35は、例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスである。ディスプレイ40は、典型的にはLCD(Liquid Crystal Displays、液晶表示装置)である。ディスプレイ40に表示される呼吸モニタ1の処理状態は、例えば後述のFGセンサ10によって取得される測定データ、後述のスペクトル比較部25によって比較されるスペクトル、後述の第1状態判別部26、第2の状態判別部27による対象物2の状態の判別結果等である。本図では、入力装置35とディスプレイ40は、演算装置20に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。なおFGセンサ10については図9で詳述する。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a respiration monitor 1 as a state analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. The respiration monitor 1 is configured to include an arithmetic device 20 and an FG sensor 10 as a measuring device. The arithmetic unit 20 is, for example, a computer such as a personal computer or a microcomputer. The computing device 20 also has an input device 35 for inputting information for operating the respiration monitor 1 and a display 40 for displaying the processing state of the respiration monitor 1. The input device 35 is, for example, a touch panel, a keyboard, or a mouse. The display 40 is typically an LCD (Liquid Crystal Display, liquid crystal display device). The processing state of the respiration monitor 1 displayed on the display 40 includes, for example, measurement data acquired by an FG sensor 10 described later, a spectrum compared by a spectrum comparison unit 25 described later, a first state determination unit 26 described below, and a second state. The state determination unit 27 determines the state of the object 2. In this figure, the input device 35 and the display 40 are illustrated as being externally attached to the arithmetic device 20, but may be incorporated. The FG sensor 10 will be described in detail with reference to FIG.

演算装置20は、周期的な動きのある対象物2の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出するスペクトル算出手段としてのスペクトル算出部24と、スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較するスペクトル比較手段としてのスペクトル比較部25と、スペクトル比較部25の比較結果に基づいて、対象物2の異常を判別する状態判別手段としての第1の状態判別部26とを備える。   The computing device 20 is based on the spectrum calculation unit 24 as a spectrum calculation unit that calculates the spectrum of the first predetermined period based on the measurement data indicating the state of the object 2 having a periodic motion, and on the basis of the spectrum. A spectrum comparison unit 25 as a spectrum comparison unit that compares the low-frequency component and the high-frequency component of the spectrum, and a first state determination unit as a state determination unit that determines abnormality of the object 2 based on the comparison result of the spectrum comparison unit 25. The state discriminating unit 26 is provided.

さらに、演算装置20は、周期的な動きのある対象物2の状態を示す測定データに基づいて、前記周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出する非周期的動き検出手段としての体動検出部28と、判定対象時点の前後の期間のうち体動検出部28で非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、前記周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を算出する閾値算出手段としての閾値算出部29と、判定対象時点の対象物2の動きが、体動検出部28により非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の周期的な動きの大きさを閾値と比較することにより、判定対象物2の異常を判別する状態判別手段としての第2の状態判別部27とを備える。   Furthermore, the arithmetic unit 20 determines and detects the non-periodic movement that occurs together with the periodic movement based on the measurement data indicating the state of the object 2 having the periodic movement. Based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the period in which the non-periodic motion is detected by the body movement detection unit 28 among the periods before and after the determination target time point The threshold value calculation unit 29 as a threshold value calculation unit for calculating a threshold value for determining whether there is modulation in the movement and the movement of the target object 2 at the determination target time are not non-periodic movements by the body movement detection unit 28. A second state discriminating unit 27 as a state discriminating unit for discriminating an abnormality of the judgment target object 2 by comparing the magnitude of the periodic movement at the judgment target time point with a threshold value. .

なお、本実施の形態の主な所定期間には、第1の所定期間から第11所定期間までがある。これらの所定期間については、順次後述で説明していく(ただし、順番は必ずしも番号順ではない)。また、図7に、第1の所定期間から第10の所定期間についてまとめた図を示す。以下の説明では、適宜図7を参照する。   The main predetermined period of this embodiment includes the first predetermined period to the eleventh predetermined period. These predetermined periods will be sequentially described later (however, the order is not necessarily the number order). FIG. 7 shows a summary of the first predetermined period to the tenth predetermined period. In the following description, FIG. 7 will be referred to as appropriate.

また、ここでは、スペクトル比較部25の比較結果に基づいて、前記対象物2の異常を判別する第1の状態判別部26と、判定対象時点の対象物2の動きが、体動検出部28により非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の周期的な動きの大きさを、閾値算出部29によって算出される閾値と比較することにより、判定対象物2の異常を判別する第2の状態判別部27とは、それぞれ別個に構成されるものとして説明するが、一体に構成してもよい。   Further, here, based on the comparison result of the spectrum comparison unit 25, the first state determination unit 26 that determines abnormality of the object 2 and the movement of the object 2 at the determination target time point are the body movement detection unit 28. When it is determined that the movement is not aperiodic movement, the magnitude of the periodic movement at the determination target time point is compared with the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 29, thereby determining the abnormality of the determination target object 2. The second state determination unit 27 is described as being configured separately, but may be configured integrally.

ここで、対象物は、本実施の形態では、人物2であるものとして説明するが、牛やブタ等の家畜であってもよい。なお家畜はネコやイヌ等のペットも含むものとする。以下対象物は人物2として説明する。ここでは人物2はベッド3上で人工呼吸を行っている場合で説明する。ここで、周期的な動きとは、例えば、人間2の呼吸運動であり、非周期的な動きとは、例えば、人間2の呼吸運動以外の体動(以下特に断りのない限り単に「体動」という。)である。なお、人間2の呼吸運動は、実際にはその周期や振幅等、呼吸運動を示す後述の波形データに不安定性があり、極端な場合には振幅が失われることもあるが、多少の不安定性であれば、無視して解析することができる。人物2の体動とは、例えば寝返りといった呼吸より周期性に乏しく、呼吸より大きい人物2の動きである。さらに呼吸より大きい人物2の動きとは、例えば動きの大きさ、あるいは動きの変化の大きさで呼吸に対して特徴づけられるものである。   Here, although the target object is described as being the person 2 in the present embodiment, it may be a domestic animal such as a cow or a pig. Livestock includes pets such as cats and dogs. Hereinafter, the object is described as a person 2. Here, the case where the person 2 is performing artificial respiration on the bed 3 will be described. Here, the periodic motion is, for example, the respiratory motion of the human 2, and the non-periodic motion is, for example, a body motion other than the respiratory motion of the human 2 (hereinafter referred to as “body motion unless otherwise noted”). "). It should be noted that the respiratory motion of the human 2 is actually unstable in later-described waveform data indicating the respiratory motion, such as its period and amplitude. In extreme cases, the amplitude may be lost, but there is some instability. If so, it can be ignored and analyzed. The body movement of the person 2 is a movement of the person 2 that is less periodic than breathing, such as turning over, and is larger than the breathing. Further, the movement of the person 2 larger than the respiration is characterized by respiration, for example, by the magnitude of the movement or the magnitude of the change in movement.

ここで、人物2が異常であるとは、本実施の形態では、人工呼吸を行っている人物2の人工呼吸回路が異常である状態、典型的には、実質的に人工呼吸が働かない状態をいう。すなわち、呼吸モニタ1は、人工呼吸を行っている人物2の人工呼吸回路の異常を検出する装置であり、例えば、筋ジストロフィー患者や筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者などの人工呼吸を監視し、人工呼吸の事故を防止することを目的とした装置である。   Here, the person 2 is abnormal in the present embodiment, a state in which the artificial respiration circuit of the person 2 performing artificial respiration is abnormal, typically a state in which artificial respiration does not substantially work. Say. That is, the respiration monitor 1 is a device that detects an abnormality in the artificial respiration circuit of the person 2 who is performing artificial respiration, and monitors artificial respiration such as a muscular dystrophy patient or an amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patient. However, the device is intended to prevent accidents of artificial respiration.

人工呼吸は、筋ジストロフィー患者や筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者の延命に重要な役割を担っているが、その一方で、人工呼吸のトラブルも頻繁に起こっている。特に、自発呼吸やコミュニケーション能力の低い患者の場合、人工呼吸のトラブルは直接重大な事故に結びつくので、人工呼吸器(不図示)の警報機能に頼るだけでなく、二重、三重の安全措置が必要である。   Although artificial respiration plays an important role in prolonging the lives of patients with muscular dystrophy and amyotrophic lateral sclerosis (ALS), troubles of artificial respiration frequently occur. Especially for patients with low spontaneous breathing and communication ability, ventilator troubles directly lead to serious accidents, so not only rely on the ventilator (not shown) alarm function, but also double and triple safety measures. is necessary.

そこで人工呼吸の監視を行う呼吸モニタ1では、幾つかの異常、危険の検出が必要である。例えば、1つ目は、気管切開による人工呼吸をしている患者など、自発呼吸がほとんど無い患者において人工呼吸回路の切断などにより呼吸ができなくなった場合、すなわち呼吸停止の検出である。この場合、後述のFGセンサ10が取得する呼吸運動波形がほぼ消失し、一刻も早い発見、通報が求められる。2つ目は、一定の自発呼吸がある患者において、人工呼吸が実質的に働かなくなった場合である。この場合、患者の呼吸の状態が変わること、言い換えれば、呼吸の変調が予想されるが、呼吸停止ほど明確でなく、発見が難しい。その代わり、なるべく早期に見つけることが望ましいが、発見に少々時間がかかってもすぐに重篤な事故になることはない。   Therefore, the respiratory monitor 1 that monitors artificial respiration needs to detect some abnormalities and dangers. For example, the first is detection of respiratory stop when a patient who has little spontaneous breathing, such as a patient undergoing artificial respiration by tracheostomy, becomes unable to breathe due to disconnection of an artificial respiration circuit or the like. In this case, a respiratory motion waveform acquired by the FG sensor 10 to be described later disappears, and discovery and notification are required as soon as possible. The second is a case where artificial respiration substantially fails in a patient with a certain spontaneous breathing. In this case, the patient's breathing state changes, in other words, modulation of breathing is expected, but is not as clear and difficult to detect as breathing arrest. Instead, it is desirable to find it as early as possible, but even if it takes a little time to find it, it will not cause a serious accident immediately.

本実施の形態では、人物2が異常であるとは、さらに具体的に言えば、例えば、自発呼吸のない人物2の人工呼吸器が外れて呼吸が停止した状態、多少の自発呼吸のある人物2の人工呼吸器が外れて呼吸の変調が一定時間続いた状態等の人工呼吸が実質的に働かなくなった状態、言い換えれば、人物2の人工呼吸にトラブルがある状態をいう。   More specifically, in the present embodiment, the person 2 is abnormal, for example, a state in which the respirator of the person 2 without spontaneous breathing has been removed and the breathing has stopped, or a person with some spontaneous breathing This is a state in which the artificial respiration of the person 2 is in trouble, in other words, a state in which the artificial respiration of the person 2 has a trouble.

また本実施の形態では、測定データは、FGセンサ10で測定されたデータである。人物2の状態を示す測定データとは、人物2の測定範囲(例えば人物2の胸部や腹部を含む範囲)での一定時間内の動きに関する量、さらに具体的には、体表面の上下方向移動速度に関する量である。また、人物2の状態を示す測定データは、人物2の動きを複数の点で測定した測定結果に基づいたデータであり、複数の点での各測定値の総和に基づく第1の測定データとしての呼吸データと、複数の点での各測定値の絶対値の総和のデータである第2の測定データとしての体動データとの両方またはいずれか一方を含んでいる。なお絶対値の総和は各測定値の二乗の値の総和を含む概念である。ここでは、測定データは呼吸データと体動データとの両方を含んでいる。また、呼吸データ及び体動データは、さらに各々測定点の数又は測定値に一定以上の変動があった測定点の数で除算したデータとしてもよい。   In the present embodiment, the measurement data is data measured by the FG sensor 10. The measurement data indicating the state of the person 2 is the amount related to the movement of the person 2 within a certain time within the measurement range (for example, the range including the chest and abdomen of the person 2), more specifically, the vertical movement of the body surface. It is a quantity related to speed. The measurement data indicating the state of the person 2 is data based on the measurement results obtained by measuring the movement of the person 2 at a plurality of points, and is the first measurement data based on the sum of the measurement values at the plurality of points. And / or body motion data as second measurement data, which is data of the sum of absolute values of measurement values at a plurality of points. The sum of absolute values is a concept including the sum of the squares of the measured values. Here, the measurement data includes both respiration data and body movement data. Further, the respiration data and the body movement data may be data obtained by further dividing the number of measurement points or the number of measurement points in which the measurement value has changed more than a certain value.

図2は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタに用いる、呼吸データ及び体動データが形成する波形パターンの例について示した概要図である。測定データは、例えば図2に示すような波形パターンを形成する。なお(a)は、人物2の正常呼吸を測定した場合の呼吸データを単純化した一例である。また、(b)は体動を示すデータを含む呼吸データの典型例であり、(c)は体動を示すデータを含む体動データの典型例である。(b)、(c)に示すように、呼吸以外の身体の動き(体動)がある場合には、体動データは大きい値の分布を持ち、同時に呼吸データの振れ幅も大きくなり周期性を失う。またここでは測定データのサンプリング間隔(1データの取得間隔)は例えば0.1〜0.25秒である。またここでは、人物2の動きを複数の点で測定した各測定値は、一定時間内の人物2の動き、言い換えれば人物2の動きの速度に関する値である。従って、各測定点の測定値を加え合わせれば、一定期間内の一定方向への全体的な平均的位置変化に関するデータを得ることができる(呼吸データ)。また各測定値の絶対値を加え合わせれば、全体の動きの総量に関するデータを得ることができる(体動データ)。なおここでは、呼吸データと体動データとの両方を用いる場合で説明するが、例えば呼吸データのみでも以下で説明する全てのプロセスを行うことができる。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a waveform pattern formed by respiration data and body motion data used in the respiration monitor according to the embodiment of the present invention. For example, the measurement data forms a waveform pattern as shown in FIG. In addition, (a) is an example which simplified the respiration data at the time of measuring the normal respiration of the person 2. FIG. Further, (b) is a typical example of respiratory data including data indicating body movement, and (c) is a typical example of body movement data including data indicating body movement. As shown in (b) and (c), when there is a body motion other than breathing (body motion), the body motion data has a large value distribution, and at the same time, the fluctuation width of the breathing data becomes large and the periodicity is increased. Lose. Here, the sampling interval of measurement data (acquisition interval of one data) is, for example, 0.1 to 0.25 seconds. Further, here, each measurement value obtained by measuring the movement of the person 2 at a plurality of points is a value related to the movement of the person 2 within a predetermined time, in other words, the movement speed of the person 2. Therefore, by adding the measurement values at each measurement point, it is possible to obtain data relating to the overall average position change in a certain direction within a certain period (breathing data). Further, if the absolute values of the respective measured values are added together, data relating to the total amount of the entire movement can be obtained (body movement data). Here, the case where both respiration data and body motion data are used will be described. However, for example, all processes described below can be performed using only respiration data.

FGセンサ10から取得される測定データは、一定期間の測定データをまとめて取得してもよいし、人物2の状態推移に伴ってリアルタイムに取得してもよい。本実施の形態では、上述したように、呼吸モニタ1が人工呼吸を行っている人物2の人工呼吸回路の異常を検出する装置であるから、人物2の状態推移に伴ってリアルタイムに取得する場合で説明する。
以下、再び図1を参照して上記各構成について詳細に説明する。
The measurement data acquired from the FG sensor 10 may be acquired collectively for a certain period, or may be acquired in real time as the state of the person 2 changes. In the present embodiment, as described above, since the respiratory monitor 1 is a device that detects an abnormality in the artificial respiration circuit of the person 2 who is performing artificial respiration, when it is acquired in real time with the state transition of the person 2 I will explain it.
Hereinafter, each of the above-described configurations will be described in detail with reference to FIG. 1 again.

スペクトル算出部24は、呼吸の動きのある人物2の状態を示す測定データ、ここでは呼吸データ(図2(a))に基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出する。ここで、スペクトルは、振幅スペクトルでもよいし、パワースペクトルでもよい。本実施の形態では、スペクトルは、振幅スペクトルを2乗した値に相当するパワースペクトルを用いる。パワースペクトルは、振幅スペクトルよりも周波数分布が強調されるので、スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較して、人物2の異常を判別する際には好適である。   The spectrum calculation unit 24 calculates the spectrum for the first predetermined period based on the measurement data indicating the state of the person 2 in motion of breathing, here, the breathing data (FIG. 2A). Here, the spectrum may be an amplitude spectrum or a power spectrum. In the present embodiment, the spectrum uses a power spectrum corresponding to a value obtained by squaring the amplitude spectrum. Since the frequency distribution of the power spectrum is emphasized more than the amplitude spectrum, it is suitable for determining an abnormality of the person 2 by comparing the low frequency component and the high frequency component of the spectrum.

具体的には、スペクトル算出部24は、判定対象時点直前の第1の所定期間の呼吸データ(図2(a))を離散フーリエ変換すること、典型的にはFFT(Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換)によって判定対象時点のパワースペクトルを算出する。   Specifically, the spectrum calculation unit 24 performs discrete Fourier transform on the respiration data (FIG. 2A) for the first predetermined period immediately before the determination target time, typically FFT (Fast Fourier Transform, Fast Fourier Transform). The power spectrum at the determination target time is calculated by conversion.

ここで、判定対象時点とは、人物2の異常を判別する時点のことであり、当該時点は時間経過とともに順次移動していく。判定対象時点の間隔は、例えば、測定データのサンプリング間隔等に合わせて、適宜決めればよい。すなわち、ここでは判定対象時点の間隔は、(1データの取得間隔)は例えば0.1〜0.25秒程度である。   Here, the determination target time point is a time point at which the abnormality of the person 2 is determined, and the time point sequentially moves with time. The interval between the determination target points may be appropriately determined according to, for example, the sampling interval of the measurement data. That is, here, the interval of the determination target time points (1 data acquisition interval) is, for example, about 0.1 to 0.25 seconds.

また、第1の所定期間は、FFTを実行するための呼吸データ(図2(a))を蓄積するための時間であり、例えば、判定対象時点より以前の少なくとも1周期分を含む期間、例えば5〜30秒、好ましくは5秒〜15秒、ここでは判定対象時点直前の8秒である。   Further, the first predetermined period is a time for accumulating respiratory data (FIG. 2A) for executing FFT, for example, a period including at least one cycle before the determination target time point, for example, 5 to 30 seconds, preferably 5 to 15 seconds, here 8 seconds immediately before the determination target time point.

図3は、本実施の形態に係る呼吸モニタ1のスペクトル算出部24によって算出されるパワースペクトルの一例を示した図である。実際に正常な呼吸運動がある場合には、正常な呼吸回数に近い範囲の周波数のパワースペクトルが大きくなり、正常な呼吸運動がなくなると、当該パワースペクトルが小さくなる。一方、呼吸運動にはない範囲、すなわち、ノイズ範囲の周波数のパワースペクトルは、正常な呼吸運動の有無にかかわらずその変化は小さい。ここで、正常な呼吸回数に近い範囲の周波数とは、例えば、10〜50回/分の周波数成分であり、それ以外のノイズ成分の範囲の周波数は、典型的には、正常な呼吸回数に近い周波数成分よりも高い範囲の周波数成分となる。したがって、パワースペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較することによって対象物2の異常、すなわち、ここでは、人物2の正常な呼吸の有無を判別することができる。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a power spectrum calculated by the spectrum calculation unit 24 of the respiratory monitor 1 according to the present embodiment. When there is actually normal breathing motion, the power spectrum of the frequency in the range close to the normal number of breathing increases, and when there is no normal breathing motion, the power spectrum decreases. On the other hand, the change in the power spectrum of the frequency that is not in the respiratory motion, that is, the frequency in the noise range is small regardless of the presence or absence of normal respiratory motion. Here, the frequency in the range close to the normal number of breaths is, for example, a frequency component of 10 to 50 times / minute, and the frequency in the range of other noise components is typically the number of normal breaths. It becomes a frequency component of a range higher than a near frequency component. Therefore, by comparing the low frequency component and the high frequency component of the power spectrum, it is possible to determine the abnormality of the object 2, that is, here, the presence or absence of normal breathing of the person 2.

ここで、典型的には、低周波成分の範囲は60回/分以下、高周波成分の範囲は60回/分以上であり、本実施の形態では、低周波成分の範囲は上述のように10〜50回/分、高周波成分の範囲は80〜120回/分とする。なお、低周波成分の範囲と高周波成分の範囲とは、一部が重複するようにしてもよく、例えば、低周波成分の範囲を10〜70回/分、高周波成分の範囲を60〜120回/分としてもよい。   Here, typically, the range of the low frequency component is 60 times / minute or less, and the range of the high frequency component is 60 times / minute or more. In the present embodiment, the range of the low frequency component is 10 as described above. -50 times / minute, and the range of the high frequency component is 80-120 times / minute. The range of the low frequency component and the range of the high frequency component may partially overlap. For example, the range of the low frequency component is 10 to 70 times / minute, and the range of the high frequency component is 60 to 120 times. / Min.

スペクトル比較部25は、具体的には、低周波成分のパワースペクトルの総和(以下、特に断りのない限り「信号成分」という)と、高周波成分のパワースペクトルの総和(以下、特に断りのない限り「ノイズ成分」という)を算出する。各成分のパワースペクトルの総和は、各成分のパワースペクトルをそれぞれ単純に足し合わせてもよいし、各成分のパワースペクトルを周波数について積分して算出してもよい。スペクトル比較部25は、算出した信号成分とノイズ成分を比較する。スペクトル比較部25は、当該比較結果の信号をディスプレイ40に送信し、当該比較結果をディスプレイ40に表示する。   Specifically, the spectrum comparison unit 25 sums the power spectrum of the low-frequency components (hereinafter referred to as “signal component” unless otherwise specified) and the sum of the power spectra of the high-frequency components (hereinafter, unless otherwise specified). (Referred to as “noise component”). The sum of the power spectrum of each component may be simply added up from the power spectrum of each component or may be calculated by integrating the power spectrum of each component with respect to the frequency. The spectrum comparison unit 25 compares the calculated signal component with the noise component. The spectrum comparison unit 25 transmits a signal of the comparison result to the display 40 and displays the comparison result on the display 40.

図4は、本実施の形態に係る呼吸モニタ1の実際の測定により取得した呼吸データ、スペクトル比較部25によって比較される信号成分、ノイズ成分のデータの波形パターンの一定時間分(6分程度)の例を示したものである。   FIG. 4 shows a predetermined time (about 6 minutes) of the waveform pattern of the respiratory data acquired by the actual measurement of the respiratory monitor 1 according to the present embodiment, the signal component compared by the spectrum comparison unit 25, and the noise component data. This is an example.

第1の状態判別部26は、スペクトル比較部25により比較される信号成分と、ノイズ成分との比較結果に基づいて、信号成分がノイズ成分を第2の所定期間連続的に下まわった場合に、対象物2が異常である、ここでは、人物2の呼吸が停止したと判別するように構成される。   The first state determination unit 26, when the signal component continuously falls below the noise component for a second predetermined period based on the comparison result between the signal component compared by the spectrum comparison unit 25 and the noise component. The object 2 is abnormal. Here, the object 2 is configured to be determined as having stopped breathing.

第2の所定期間は、呼吸の停止を評価するのに十分な期間であり、典型的には、少なくとも判定対象時点より以前の1周期分を含む期間、例えば5〜30秒、好ましくは5秒〜15秒、ここでは8秒である。なお、ここで、第2の所定期間連続的に下まわるとは、必ずしも一度もその条件から外れてはいけないという意味ではなく、実質的に連続していればよく、瞬間的に外れても判別に影響がなければよい。以下の説明でも、特に断りのない限り同様である。   The second predetermined period is a period sufficient to evaluate the cessation of breathing. Typically, the period includes at least one cycle before the determination target time, for example, 5 to 30 seconds, preferably 5 seconds. ~ 15 seconds, here 8 seconds. It should be noted that, here, continuously falling for the second predetermined period does not necessarily mean that the condition must not be deviated from once, but it may be substantially continuous, and even if it deviates instantaneously. If there is no effect on The same applies to the following description unless otherwise specified.

以上のように、第1の状態判別部26は、例えば、1つの固定された閾値を用いずに、信号成分とノイズ成分との相対的な比較結果に基づいて呼吸の停止を判別することで、人物2の姿勢や上掛けの状況、外乱光の状況等、環境条件により、後述するFGセンサ10により取得される測定データの検出感度やノイズレベルが変化する場合でも、当該変化に適切に対応した、より正確な判別を下すことができる。また、信号成分とノイズ成分との相対的な比較結果によって第1の状態判別部26による判別を行うので、例えば、人工呼吸回路が人物2の体位変換時に外れた場合や、介護時に外して付け忘れた場合、寝返り等の体動により人物2の体勢が変わった場合等に、改めてある程度の時間をかけて閾値を設定し直す必要がなく、人物2の呼吸停止を迅速に検出することができる。   As described above, the first state determination unit 26 determines, for example, the stop of breathing based on the relative comparison result between the signal component and the noise component without using one fixed threshold value. Even when the detection sensitivity and noise level of measurement data acquired by the FG sensor 10 to be described later change due to environmental conditions such as the posture of the person 2, the situation of the top cover, the situation of ambient light, etc., the change is appropriately handled. More accurate discrimination can be made. In addition, since the first state determination unit 26 performs the determination based on the relative comparison result between the signal component and the noise component, for example, when the artificial respiration circuit is disconnected at the time of the posture change of the person 2 or removed at the time of care If the person 2 forgets or the posture of the person 2 changes due to body movement such as turning over, it is not necessary to set a threshold again over a certain amount of time, and the respiratory stop of the person 2 can be detected quickly. .

なお、以上の説明では、第1の状態判別部26は、信号成分がノイズ成分を第2の所定期間連続的下まわった場合に、人物2の呼吸が異常であると判別したが、信号成分とノイズ成分の大きさを単純に比較する方法以外にも、差や比を用いる等、種々の比較の方法が選択可能である。信号成分とノイズ成分との相対的な関係は、パワースペクトルの低周波数成分の範囲と高周波数成分の範囲の選び方などによって異なることがある。そこで、例えば、当該各範囲の選び方等に応じて、差や比を用いることで、信号成分がノイズ成分を下まわる前に人物2の呼吸の異常を判別する構成にすることができる。   In the above description, the first state determination unit 26 determines that the respiration of the person 2 is abnormal when the signal component continuously falls below the noise component for the second predetermined period. In addition to the method of simply comparing the magnitude of the noise component, various comparison methods such as using a difference or a ratio can be selected. The relative relationship between the signal component and the noise component may differ depending on how to select the range of the low frequency component and the range of the high frequency component of the power spectrum. Therefore, for example, by using a difference or a ratio according to how to select each of the ranges, it is possible to determine a breathing abnormality of the person 2 before the signal component falls below the noise component.

なお、以上の説明では、呼吸データから離散フーリエ変換によりパワースペクトルを算出するための第1の所定期間(データ蓄積時間)は、8秒程度であるものとして説明した。図3で示したように、8秒間の呼吸データのサンプリングによりパワースペクトルを求めた場合、パワースペクトルは、7.5回/分程度の呼吸数分解能で得ることができる。より精密な呼吸数を知りたい場合は、データのサンプリング時間を長くとる必要があり、このような短いサンプリング時間では細かい精密な呼吸数は分からないが、ここでは大まかな高周波成分と低周波成分の量が分かれば良いので、短時間のサンプリングで得られるデータで十分に呼吸の異常の判別が可能である。従って結果として、より迅速に呼吸の異常の判別をすることができることになる。以上で説明した実施の形態では、第1の所定期間(データ蓄積時間)として8秒程度、第2の所定期間(判別評価期間)として8秒程度、合計の16秒程度で呼吸の停止の判別が可能である。   In the above description, the first predetermined period (data accumulation time) for calculating the power spectrum from the respiration data by discrete Fourier transform is about 8 seconds. As shown in FIG. 3, when a power spectrum is obtained by sampling respiratory data for 8 seconds, the power spectrum can be obtained with a respiration rate resolution of about 7.5 times / minute. If you want to know more precise breathing rate, it is necessary to take a long sampling time of data, and with such a short sampling time, you can not know the precise precise breathing rate, but here the rough high frequency component and low frequency component Since it is sufficient to know the amount, it is possible to sufficiently determine respiration abnormality with data obtained by short-time sampling. Therefore, as a result, it is possible to more quickly determine abnormalities in breathing. In the embodiment described above, the first predetermined period (data accumulation time) is about 8 seconds, the second predetermined period (discriminating evaluation period) is about 8 seconds, and the stoppage of breathing is determined in about 16 seconds in total. Is possible.

なお、第1の状態判別部26は、低周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均が前記高周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均を下まわった場合に、対象物2が異常であると判別するように構成してもよい。   In addition, the first state determination unit 26 applies the target when the average of the third predetermined period of the sum of the low-frequency component spectra falls below the average of the third predetermined period of the sum of the high-frequency component spectra. You may comprise so that it may discriminate | determine that the thing 2 is abnormal.

すなわち、この場合、スペクトル比較部25は、判定対象時点の信号成分、ノイズ成分を算出し、さらに、判定対象時点直前の第3の所定期間内の信号成分、ノイズ成分を用いて、各々の平均値を算出する。判定対象時点直前の第3の所定期間内の信号成分、ノイズ成分は、過去の判定対象時点で算出した信号成分、ノイズ成分である。スペクトル比較部25は、当該算出した信号成分の平均値とノイズ成分の平均値を比較する。   That is, in this case, the spectrum comparison unit 25 calculates the signal component and the noise component at the determination target time point, and further uses the signal component and the noise component within the third predetermined period immediately before the determination target time point to calculate the respective averages. Calculate the value. The signal component and noise component within the third predetermined period immediately before the determination target time point are signal components and noise components calculated at the past determination target time point. The spectrum comparison unit 25 compares the calculated average value of the signal components with the average value of the noise components.

ここで、第3の所定期間は、過去の判定対象時点が複数含まれていればよく、例えば第2の所定期間と同様に5〜30秒、好ましくは5秒〜15秒、典型的には8秒である。さらに好ましくは、呼吸モニタ1による人物2のリアルタイムな監視に差し支えのない時間であるとよい。   Here, the third predetermined period only needs to include a plurality of past determination target time points, for example, 5 to 30 seconds, preferably 5 to 15 seconds, typically the same as the second predetermined period. 8 seconds. More preferably, it is a time that does not interfere with real-time monitoring of the person 2 by the respiratory monitor 1.

このようにすることで、第1の状態判別部26は、第3の所定期間の長さにもよるが、上述した第2の所定期間を短くしたり、極端な場合には第2の所定期間を0秒とし、信号成分の平均値がノイズ成分の平均値を下まわった時点で、第2の所定期間(判別評価期間)の経過を待たずに、人物2が異常であると判別するように構成することができる。   By doing in this way, the first state determination unit 26 shortens the second predetermined period described above depending on the length of the third predetermined period or, in an extreme case, the second predetermined period. When the period is set to 0 second and the average value of the signal components falls below the average value of the noise components, it is determined that the person 2 is abnormal without waiting for the second predetermined period (discrimination evaluation period) to elapse. It can be constituted as follows.

また、図4の図中破線で囲んだ部分には、上述した体動を示すデータ(図2参照)が現れている。例えば、体位変換や介護等により体動があった場合には、図中破線で囲んだ部分に示すように、ノイズ成分が大きくなることがある。この際、ノイズ成分が信号成分を上回ることもあり得るので、誤って呼吸の停止があったと判別してしまう場合がある。そこで、第1の状態判別部26は、判定対象時点の動きが後述する体動検出部28(図1参照)によって体動であると判定された場合、すなわち、判定対象時点が後述する体動期間である場合は、呼吸停止の判別を行わないようにしてもよい。これにより、誤った判別を防止することができる。またその際、一度体動が検出されたら、それが収まるまで、体動が検出されなくなってから一定期間(例えば3〜5秒間)、呼吸停止の判別を行わないようにしてもよい。   Moreover, the data (refer FIG. 2) which show the body movement mentioned above appear in the part enclosed with the broken line in the figure of FIG. For example, when there is body movement due to body posture change or nursing care, the noise component may increase as shown by the portion surrounded by a broken line in the figure. At this time, since the noise component may exceed the signal component, it may be erroneously determined that breathing has stopped. Therefore, the first state determination unit 26 determines that the movement at the determination target time point is the body movement by the body movement detection unit 28 (see FIG. 1) described later, that is, the body movement described later. If it is a period, it may not be determined whether to stop breathing. Thereby, erroneous determination can be prevented. At that time, once body movement is detected, it may not be determined whether or not to stop breathing for a certain period (for example, 3 to 5 seconds) after the body movement is not detected until it is settled.

なお、人物2が睡眠時無呼吸など、人工呼吸に起因しない呼吸異常を持っている患者である場合には、その呼吸異常によって、人物2の呼吸停止を誤って判別しないように、第2の所定期間(判別評価期間)をその患者の最も長い無呼吸時間より長くするとよい。すなわち、第2の所定期間(判別評価期間)は、入力装置35(図1参照)を操作して、対象物2の特性等に応じて任意に調節すればよい。また、信号成分がノイズ成分を下まわっている期間が第2の所定期間連続しても、連続した期間が最も長い無呼吸時間より短い場合には、第1の状態判別部26による判別を行わないようにしてもよい。これにより、同様に、第1の状態判別部26による判別の誤りを防止することができる。なお、この場合、上述した第3の所定期間も同様に最も長い無呼吸時間より少し長くするとよい。   When the person 2 is a patient having a respiratory abnormality that is not caused by artificial respiration, such as sleep apnea, the second stop is performed so that the respiratory stop of the person 2 is not erroneously determined due to the respiratory abnormality. The predetermined period (discriminant evaluation period) may be longer than the longest apnea time of the patient. That is, the second predetermined period (discriminant evaluation period) may be arbitrarily adjusted according to the characteristics of the object 2 by operating the input device 35 (see FIG. 1). In addition, even if the period during which the signal component is below the noise component continues for the second predetermined period, if the continuous period is shorter than the longest apnea time, the determination by the first state determination unit 26 is performed. It may not be possible. Thereby, similarly, it is possible to prevent an error in determination by the first state determination unit 26. In this case, the third predetermined period described above is also preferably slightly longer than the longest apnea time.

図1に戻って、体動検出部28は、上述したように周期的な動きのある対象物、すなわち呼吸運動のある人物2の状態を示す測定データに基づいて、呼吸運動とともに起こる非周期的な動き、すなわち体動を判定して検出し、さらに、当該測定データ中から対象物の体動を示すデータの存在する期間である体動期間を検出するように構成される。   Returning to FIG. 1, the body motion detection unit 28, as described above, is based on the measurement data indicating the state of the object having a periodic motion, that is, the state of the person 2 having the respiratory motion, and the non-periodic motion that occurs with the respiratory motion. The body movement period, which is a period in which data indicating the body movement of the object exists, is further detected from the measurement data.

本実施の形態では、体動検出部28は、判定対象時点直前の第8の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)の分布状況に基づいて体動基準値を算出するように構成する。第8の所定期間は、体動基準値を算出するための期間であり、例えば、判定対象時点直前の1〜2分程度とするとよい。   In the present embodiment, the body motion detection unit 28 is configured to calculate the body motion reference value based on the distribution state of measurement data (for example, body motion data) within an eighth predetermined period immediately before the determination target time point. . The eighth predetermined period is a period for calculating the body movement reference value, and may be, for example, about 1 to 2 minutes immediately before the determination target time point.

ここで体動データの分布状況は、例えば、第8の所定期間の体動データ(測定値)の平均値+標準偏差×aにより算出し、これを体動基準値とする。ここでaは定数である。このaを例えば3とすればデータがガウス分布をしている場合、体動データ(測定値)の99.85%は、この式により算出した値の範囲に入るので、そこから外れたものは、通常の分布ではなく、体動であると判定できる。すなわち、体動検出部28は、判定対象時点の体動データ(測定値)が上記のようにして算出する体動基準値を超えた場合に、判定対象時点での動きが体動であると判定する。   Here, the distribution state of the body motion data is calculated by, for example, the average value of the body motion data (measured value) in the eighth predetermined period + standard deviation × a, and this is used as the body motion reference value. Here, a is a constant. If this a is 3, for example, and the data has a Gaussian distribution, 99.85% of the body movement data (measured value) falls within the range of values calculated by this equation. It can be determined that the body motion is not a normal distribution. That is, when the body motion data (measured value) at the determination target time exceeds the body motion reference value calculated as described above, the body motion detection unit 28 determines that the motion at the determination target time is a body motion. judge.

体動検出部28は、判定対象時点の人物2の動きが体動であると判定した場合、さらに、当該測定データ中から人物2の体動を示すデータの存在する期間である体動期間を検出するように構成される。体動期間は、実際に体動があると判定された期間でよいが、体動が検出された期間の前後数秒は、測定データ(例えば呼吸データ)が多少不安定となることが予め予測できるので、実際に体動があると判定された期間に、当該期間の前後数秒を加えた期間を、体動期間とすることが好適である。なお、体動検出部28が上述のように、判定対象時点の動きが体動であるか否かを検出することは、言い換えれば、判定対象時点が体動期間であるか否かを判定することでもある。   When the body motion detection unit 28 determines that the motion of the person 2 at the determination target time point is a body motion, the body motion detection unit 28 further determines a body motion period that is a period in which data indicating the body motion of the person 2 exists from the measurement data. Configured to detect. The body movement period may be a period in which it is determined that there is actually body movement, but it can be predicted in advance that measurement data (for example, respiratory data) becomes somewhat unstable for several seconds before and after the period in which body movement is detected. Therefore, it is preferable that a period obtained by adding several seconds before and after the period to a period in which it is determined that there is actually body movement is a body movement period. Note that, as described above, the body motion detection unit 28 detects whether or not the movement at the determination target time point is a body motion, in other words, determines whether or not the determination target time point is a body motion period. It is also a thing.

なお、リアルタイムに推移していく判定対象時点のデータから順次この作業を行っていけば、過去の判定対象時点が体動であるかが次の判定対象時点で判っているので、体動である時点、すなわち体動を示す期間は、次に説明する第4の所定期間と同様に、第8の所定期間から除外することが好ましい。すなわち、体動を示す測定データは以降の体動基準値の計算に入れないようにすることが好ましい。このようにすることでより正確に体動を検出することができるようになる。また、体動検出部28は、体動データ(測定値)が上記のようにして算出する体動基準値を、例えば1〜5秒程度連続的に超えた場合に、体動であると判定するように構成してもよい。   In addition, if this work is carried out sequentially from the data of the determination target time points that change in real time, it is known that the previous determination target time point is a body movement, so it is known at the next determination target time point. It is preferable to exclude the time point, that is, the period indicating the body movement, from the eighth predetermined period as in the fourth predetermined period described below. That is, it is preferable that measurement data indicating body movement is not included in the subsequent calculation of the body movement reference value. By doing so, body movement can be detected more accurately. The body motion detection unit 28 determines that the body motion is detected when the body motion data (measured value) continuously exceeds the body motion reference value calculated as described above, for example, for about 1 to 5 seconds. You may comprise.

またここで、本実施の形態の呼吸モニタ1はリアルタイムに人物2を監視するものであるため、判定対象時点に用いる体動基準値は、判定対象時点にすでに算定されていることが好ましい。本実施の形態では、判定対象時点に実際に用いる体動基準値には、1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)までの第8の所定期間内のデータを用いて算出した体動基準値を用いる。すなわち、言い換えれば、判定対象時点に用いる体動基準値と、判定対象時点までの第8の所定期間内のデータを用いて算出した体動基準値とは異なるものである。   Here, since the respiratory monitor 1 according to the present embodiment monitors the person 2 in real time, it is preferable that the body motion reference value used for the determination target time has already been calculated at the determination target time. In the present embodiment, the body motion reference value that is actually used at the determination target time point is calculated using data within the eighth predetermined period up to the previous time point (the determination target time point that goes back one point in the past). The body movement reference value is used. That is, in other words, the body motion reference value used at the determination target time point is different from the body motion reference value calculated using the data within the eighth predetermined period until the determination target time point.

なお、体動検出部28は、第9の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)に基づいて、判定対象時点の人物2の体動を判定するための体動判定値を算出し、算出した体動判定値と、体動の判定の基準となる体動基準値とを比較し、その比較結果に基づいて人物2の体動を判定するように構成してもよい。   The body motion detection unit 28 calculates a body motion determination value for determining the body motion of the person 2 at the determination target time point based on measurement data (for example, body motion data) within the ninth predetermined period, The calculated body movement determination value may be compared with a body movement reference value that is a reference for body movement determination, and the body movement of the person 2 may be determined based on the comparison result.

この場合、第9の所定期間は、人物2の動きが周期的か非周期的かを判定することのできるに十分なある幅をもった時間帯内であり、例えば、体動判定値の算出に後述のように情報エントロピーやCV値を使うような場合には、5〜10秒程度とするとよい。さらに、第9の所定期間は、本実施の形態に係る呼吸モニタ1が人物2の状態推移をリアルタイムに監視する装置であるから、典型的には、判定対象時点直前期間とするとよい。体動判定値は、測定データ(例えば体動データ)から求める各時点での2次パラメータである。   In this case, the ninth predetermined period is in a time zone having a certain width enough to determine whether the movement of the person 2 is periodic or aperiodic. For example, calculation of a body movement determination value In the case where information entropy or CV value is used as will be described later, it may be set to about 5 to 10 seconds. Furthermore, since the ninth predetermined period is an apparatus in which the respiratory monitor 1 according to the present embodiment monitors the state transition of the person 2 in real time, typically, the ninth predetermined period may be a period immediately before the determination target time point. The body movement determination value is a secondary parameter at each time point obtained from measurement data (for example, body movement data).

さらにこの場合、体動判定値は第9の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)のバラツキに関する量とするとよい。バラツキに関する量とは、例えば情報エントロピーや変動係数(CV値)である。まずCV値とは、「CV値=標準偏差/平均値」で算出できるものであり、変動の大きさをバイアスレベルで正規化する意味を持つ。従って、測定データのバイアスレベルの変動や、計算期間と比較してゆっくりした変化に対しては大きく反応せず、バイアスの状態に比較して大きい急な変動に反応することになる。   Further, in this case, the body movement determination value may be an amount related to variation in measurement data (for example, body movement data) within the ninth predetermined period. The amount related to variation is, for example, information entropy or variation coefficient (CV value). First, the CV value can be calculated by “CV value = standard deviation / average value”, and has the meaning of normalizing the magnitude of the fluctuation with the bias level. Therefore, it does not react greatly to fluctuations in the bias level of the measurement data or slow changes compared to the calculation period, but reacts to sudden fluctuations that are large compared to the bias state.

また情報エントロピーとは、物理学で用いられるエントロピーを事象の不確かさとして考え、ある情報による不確かさの減少分が、その情報の情報量であるとすると、情報を受け取る前後の不確かさの相対値である。例えば、サイコロを振ったとき、結果を見る前はどの目が出たかまったく分からないので、不確かさ即ち情報エントロピーは最大である。奇数の目が出たという情報を受け取ると、情報エントロピーは減少する。1の目が出たことを知れば、結果は一意に確定し、情報エントロピーは最小となる。また情報量は確率に対して単調減少関数である。珍しい事象が起きたことを知れば、その情報量は大きいが、珍しい事象は当然めったに起こらない。それほど珍しくはないが多少変わったことが起きたということをそのたびに知れば、長い間観察した総情報量は大きくなる場合もある。このような観点から見た長い間の平均的な情報量が情報エントロピーである。具体的には情報エントロピーH(X)は例えば次式(1)で算出される。ここで、p(x)は、複数の事象の集合Xの中で、事象xが起こる確率を示す。
Information entropy refers to the entropy used in physics as the uncertainty of an event, and if the decrease in uncertainty due to certain information is the amount of information, the relative value of uncertainty before and after receiving the information. It is. For example, when rolling a dice, the uncertainty or information entropy is maximal since it is not known at all what the eye came out before looking at the result. Upon receiving the information that an odd number of eyes have appeared, the information entropy decreases. If it is known that the first eye has come out, the result is uniquely determined and the information entropy is minimized. The amount of information is a monotonically decreasing function with respect to the probability. Knowing that an unusual event has occurred, the amount of information is large, but of course an unusual event rarely occurs. Each time you know that something unusual has happened, but it is not unusual, the total amount of information observed over time can be large. From this point of view, the average amount of information for a long time is information entropy. Specifically, the information entropy H (X) is calculated by the following equation (1), for example. Here, p (x) indicates the probability that the event x will occur in the set X of a plurality of events.

なお、情報エントロピーは測定データのヒストグラムから求めることができる。ヒストグラムは例えば図5に示すようなものである。図5では縦軸を度数、横軸をクラス(階級)としている。なお、クラスは例えば測定データの出力の大きさに対応するものであり、図示では測定データの分布に基づいて、等間隔に設定されている。具体的にはクラスの幅は、全測定データの平均値と標準偏差を基準として、0から平均値+標準偏差×2までをN分割してもよい。ここでNは全データ数により決定するとよい。例えば通常10〜数十である。あるいは、暫定的に設定したクラスの幅で求めた再頻値の4倍を50分割する等でもよい。ここで、あるクラスのxの生起確率p(x)=クラスの度数/全データ数となる。なお、図中一番右のクラス(Nクラス)は、Nクラス以上のデータがすべてカウントされているため、度数が大きくなっている。   Information entropy can be obtained from a histogram of measurement data. The histogram is, for example, as shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents frequency, and the horizontal axis represents class (class). The class corresponds to, for example, the magnitude of the output of measurement data, and is set at equal intervals based on the distribution of measurement data in the drawing. Specifically, the class width may be divided into N from 0 to the average value + standard deviation × 2 based on the average value and standard deviation of all measurement data. Here, N may be determined based on the total number of data. For example, it is usually 10 to several tens. Alternatively, it may be possible to divide 50 times by 4 times the frequent value obtained by the provisionally set class width. Here, the occurrence probability p (x) of x of a certain class = frequency of class / total number of data. In the rightmost class (N class) in the figure, since all data of N class or more are counted, the frequency is large.

またこの際には、図5のように縦軸を度数、横軸をクラス(階級)としたヒストグラムを求める場合、クラスの幅(横軸)をLogスケールにしたヒストグラムとするとよい。それによって、クラスの幅がクラスの中心値に比例して変化することになり、信号(例えば測定データ)の感度の変動に対して不変な情報エントロピーを求めることができる。なお、ヒストグラムのクラスの幅は、第9の所定期間内のデータ数や、予め計測しておいた一晩(7〜10時間程度)での体動データの分布範囲、バラツキ等から求めることができる。   In this case, as shown in FIG. 5, when obtaining a histogram with the vertical axis representing the frequency and the horizontal axis representing the class (class), the class width (horizontal axis) is preferably a log scale histogram. As a result, the class width changes in proportion to the center value of the class, and information entropy that is invariant to fluctuations in the sensitivity of the signal (for example, measurement data) can be obtained. The width of the class of the histogram can be obtained from the number of data in the ninth predetermined period, the distribution range of body motion data in the overnight (about 7 to 10 hours), variation, and the like. it can.

なお、体動判定値は、判定対象時点の周囲の周波数分布から算出してもよい。ここで、判定対象時点の周囲とは、例えば、判定対象時点を含む、又は隣接する第9の所定期間のことであり、典型的には、判定対象時点直前の第9の所定期間である。周波数分布は、例えば、ハイパスフィルタを通した出力、フーリエ変換による周波数成分の分布、ウェーブレット変換によるスケールに対する出力の分布に反映されるものである。これにより取出された測定データ(例えば体動データ)の大きさ(出力値等)の分布に基づいて体動判定値を算出するようにしてもよい。   The body movement determination value may be calculated from the frequency distribution around the determination target time point. Here, the periphery of the determination target time point is, for example, a ninth predetermined period including or adjacent to the determination target time point, and is typically the ninth predetermined period immediately before the determination target time point. The frequency distribution is reflected in, for example, an output through a high-pass filter, a distribution of frequency components by Fourier transform, and an output distribution with respect to a scale by wavelet transform. The body motion determination value may be calculated based on the distribution of the magnitude (output value or the like) of the measurement data (for example, body motion data) thus extracted.

また、上記のようにして体動判定値を算出し、比較する場合の基準となる体動基準値は、個々の測定データ(例えば体動データ)に関係なく、基準となる値を1つの値に決めても良いし、リアルタイムに推移していく判定対象時点毎の複数の体動判定値の分布や、予め計測しておいた一晩(7〜10時間程度)分の体動判定値の分布から決めてもよい。また、体動検出部28は、判定対象時点以前の第8の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)に基づいて、人物2の体動の判定の基準となる体動基準値を算出し、判定対象時点の体動判定値と体動基準値とを比較して、その比較結果に基づいて人物2の体動を判定するように構成してもよい。   In addition, the body motion reference value used as a reference when calculating and comparing the body motion determination value as described above is a single value as a reference value regardless of individual measurement data (for example, body motion data). The distribution of a plurality of body movement determination values for each determination target time point that changes in real time, or the body movement determination values for one night (about 7 to 10 hours) measured in advance. It may be determined from the distribution. In addition, the body motion detection unit 28 calculates a body motion reference value that is a reference for determining the body motion of the person 2 based on measurement data (for example, body motion data) within an eighth predetermined period before the determination target time point. Then, the body motion determination value at the determination target time point may be compared with the body motion reference value, and the body motion of the person 2 may be determined based on the comparison result.

また、体動検出部28による体動の判定は、例えば第8の所定期間での測定データ(例えば体動データ)の分布から体動閾値を設定して体動基準値とし、この体動閾値と判定対象時点の体動データとの比較により判定してもよい。ここで上記の体動閾値Thm(図5に図示)は、例えば図5のヒストグラムの最頻値の度数の一定割合(例えば60%(即ちe―1/2))となる位置までの最頻値からの距離の一定倍(例えば3倍)を最頻値に加えた位置として決定できる。なお、図中ヒストグラムのピークの右側は、体動による影響を受けているので、左側でピークに対する度数の割合を評価するとよい。   The determination of body movement by the body movement detection unit 28 is, for example, by setting a body movement threshold value from the distribution of measurement data (for example, body movement data) in the eighth predetermined period and setting it as a body movement reference value. And may be determined by comparison with body motion data at the determination target time point. Here, the body motion threshold value Thm (shown in FIG. 5) is, for example, the mode up to a position where the frequency of the mode value in the histogram of FIG. 5 becomes a certain percentage (for example, 60% (ie, e−1 / 2)). It is possible to determine a position obtained by adding a certain multiple (for example, three times) of the distance from the value to the mode value. In addition, since the right side of the peak of the histogram in the figure is affected by body movement, the ratio of the frequency to the peak may be evaluated on the left side.

つぎに、閾値算出部29は、呼吸モニタ1が人物2の状態推移をリアルタイムに監視する装置であるから、典型的には、判定対象時点以前の期間のうち体動検出部28で体動の検出された期間である体動期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、呼吸の動きに変調があるか否かを判定するための閾値を算出する。   Next, the threshold value calculation unit 29 is a device in which the respiration monitor 1 monitors the state transition of the person 2 in real time. Therefore, typically, the body motion detection unit 28 performs body motion detection in a period before the determination target time point. Based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the body movement period that is the detected period, a threshold value for determining whether or not there is modulation in the movement of breathing is calculated.

なおここでも、体動基準値と同様に、判定対象時点に実際に判定に用いる閾値と、判定対象時点に算出する閾値とは異なるものである。すなわち、後述する第2の状態判別部27が、判定対象時点に実際に用いる閾値には、1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)で算出した閾値を用いる。   Also here, as with the body movement reference value, the threshold value actually used for determination at the determination target time point is different from the threshold value calculated at the determination target time point. That is, the second state determination unit 27 described later uses a threshold value calculated at a previous time point (a determination target time point that goes back one time point) as a threshold value that is actually used at the determination time point.

第4の所定期間は、例えば1分でもよいし1時間でもよく、閾値を算出するのに充分な時間であればよい。好ましくは、第4の所定期間は、人物2の直近の状態を表すため、1分〜数分程度が適当であり、さらに好ましくは、呼吸モニタ1による人物2のリアルタイムな監視に差し支えのない時間であるとよい。本実施の形態では、第4の所定期間は、例えば2分とする。ここで、図6(a)に示すように、体動検出部28により検出された体動期間と、第4の所定期間とが重なる場合には、体動期間の測定データを除いた残りの測定データに、前記除いた期間に相当する期間の測定データを加えて、第4の所定期間の測定データとする。具体的には、例えば第4の所定期間に体動期間が重なる場合には、第4の所定期間(2分)のさらに過去側の測定データから、前記除いた期間に相当する期間の測定データを加えるようにするとよい(図6(b)参照)。なお、人物2の監視がリアルタイムではない場合等で同様に第4の所定期間に体動期間が重なる際に、第4の所定期間(2分)の判定対象時点に続く未来側の測定データから、前記除いた期間に相当する期間の測定データを加えるようにしてもよい(図6(c))。即ち、体動期間を含まない連続した2分間(第4の所定期間)の測定データを確保できるようにする。   The fourth predetermined period may be, for example, one minute or one hour, and may be a time sufficient for calculating the threshold value. Preferably, the fourth predetermined period represents the most recent state of the person 2, and is preferably about 1 minute to several minutes, and more preferably a time that does not interfere with real-time monitoring of the person 2 by the breathing monitor 1. It is good to be. In the present embodiment, the fourth predetermined period is, for example, 2 minutes. Here, as shown in FIG. 6A, when the body motion period detected by the body motion detection unit 28 overlaps with the fourth predetermined period, the remaining data excluding the measurement data of the body motion period. Measurement data for a period corresponding to the excluded period is added to the measurement data to obtain measurement data for the fourth predetermined period. Specifically, for example, when the body movement period overlaps with the fourth predetermined period, the measurement data of the period corresponding to the period excluded from the further past measurement data of the fourth predetermined period (2 minutes) Is preferably added (see FIG. 6B). Similarly, when the body movement period overlaps the fourth predetermined period, such as when monitoring of the person 2 is not in real time, from the measurement data on the future side following the determination target time of the fourth predetermined period (2 minutes). Measurement data for a period corresponding to the excluded period may be added (FIG. 6C). That is, measurement data for two consecutive minutes (fourth predetermined period) not including the body movement period can be secured.

再び、図1に戻って、閾値算出部29によって算出され、呼吸運動に変調があるか否かを判定する閾値は、後述する代表値に基づき定められる。言い換えれば、閾値算出部29は、測定データ、ここでは呼吸データに基づいて代表値を算定し、当該代表値に基づいて閾値を算出する。第2の状態判別部27は、上述したように、判定対象時点の人物2の動きが、体動検出部28により体動ではないと判定されたとき、すなわち、判定対象時点が体動期間ではないと判定されたとき、判定対象時点の周期的な動きの大きさ、すなわち、判定対象時点の人物2の呼吸の動きの大きさを、1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)で算出した閾値、すなわち1つ前の判定対象時点までの第4の所定期間の測定データで算出した閾値と比較することにより、人物2の異常を判別する。   Referring back to FIG. 1, the threshold value calculated by the threshold value calculation unit 29 and used to determine whether there is a modulation in the respiratory motion is determined based on a representative value described later. In other words, the threshold value calculation unit 29 calculates a representative value based on measurement data, here, respiration data, and calculates a threshold value based on the representative value. As described above, the second state determination unit 27 determines that the movement of the person 2 at the determination target time point is not a body movement by the body movement detection unit 28, that is, the determination target time point is a body movement period. If it is determined that there is not, the magnitude of the periodic movement at the determination target time point, that is, the magnitude of the respiratory movement of the person 2 at the determination target time point is determined as the previous time point The abnormality of the person 2 is determined by comparing with the threshold value calculated at the time point), that is, the threshold value calculated with the measurement data of the fourth predetermined period until the previous determination target time point.

ここで、判定対象時点の人物2の呼吸の動きの大きさは、例えば、少なくても1周期分の期間を含む一定期間内(例えば、5〜15秒)の呼吸データ(図2(a)参照)の振幅、ピーク値、ボトム値、一回換気量に相当する量等を用いることができる。なお、ここで、ピークとは測定データが形成する波形パターンの山の部分であり、ボトムは谷の部分である(図2(a)参照)。またここでは振幅とはピークとボトムの差である。   Here, the magnitude of the breathing motion of the person 2 at the determination target time is, for example, respiratory data within a certain period (for example, 5 to 15 seconds) including a period of at least one cycle (FIG. 2A). Amplitude), peak value, bottom value, amount corresponding to tidal volume, etc. can be used. Here, the peak is the peak portion of the waveform pattern formed by the measurement data, and the bottom is the valley portion (see FIG. 2A). Here, the amplitude is the difference between the peak and the bottom.

本実施の形態では、判定対象時点の人物2の呼吸の動きの大きさは、判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまでの測定データ、ここでは呼吸データ(図2(a)参照)を積分することにより得られる値(以下特に断りのない限り単に「疑似一回換気量」という。)を用いる。ここでは、「ゼロクロスからゼロクロスまで」とは、連続する2回のゼロクロスの間で、測定データが予め決められた正又は負のいずれかの符号を持った期間のことをいう。また、ここでは、「判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまで」とは、典型的には「判定対象時点の直前のゼロクロスからゼロクロスまで」であり、さらに具体的に言えば、判定対象時点を基準として、判定対象時点の直前のゼロクロスのさらに1つ前のゼロクロスから、判定対象時点の直前のゼロクロスまでをいう。なお、連続する3回のゼロクロスの間で、測定データの符号が異なる前半2回のゼロクロスの間と後半2回のゼロクロスの間で、それぞれ測定データを積分し、その絶対値の平均値をとって疑似一回換気量としても良い。   In the present embodiment, the magnitude of the respiratory movement of the person 2 at the determination target time is obtained by integrating measurement data from the zero cross to the zero cross before the determination target time, in this case, the respiration data (see FIG. 2A). (Hereinafter simply referred to as “pseudo tidal volume” unless otherwise specified). Here, “from zero cross to zero cross” means a period in which measurement data has a predetermined positive or negative sign between two consecutive zero crosses. In addition, here, “from the zero cross before the determination target time to the zero cross” is typically “from the zero cross immediately before the determination target time to the zero cross”, and more specifically, the determination target time is the reference. As described above, it means from the zero cross just before the zero cross just before the determination target time to the zero cross just before the determination target time. It should be noted that, during three consecutive zero crossings, the measurement data is integrated between the first two zero crosses and the second half zero crosses, which have different signs of the measurement data, and the average of the absolute values is taken. It is good also as pseudo tidal volume.

判定対象時点の人物2の呼吸の動きの大きさとして疑似一回換気量を用いることで、呼吸データの振幅とインターバルの両方の変化を反映することができる。すなわち、振幅が小さくなり、インターバルが短くなれば、疑似一回換気量はより小さくなり、振幅のみよりも精度よく変化を反映するということができる。   By using the pseudo tidal volume as the magnitude of the respiratory movement of the person 2 at the determination target time point, changes in both the amplitude and interval of the respiratory data can be reflected. That is, if the amplitude becomes smaller and the interval becomes shorter, the pseudo tidal volume becomes smaller and it can be said that the change is reflected more accurately than the amplitude alone.

第2の状態判別部27は、判定対象時点直前のゼロクロスからゼロクロスまでの、測定データ、ここでは呼吸データ(図2参照)を積分することにより得られる疑似一回換気量を算出するように構成される。   The second state determination unit 27 is configured to calculate a pseudo tidal volume obtained by integrating measurement data from the zero cross immediately before the determination target time point to the zero cross, in this case, respiration data (see FIG. 2). Is done.

なお、第2の状態判別部27は、判定対象時点が体動期間ではないと判定されたものの、疑似一回換気量計算期間内、すなわち、判定対象時点の2つ前のゼロクロスから判定対象時点の直前のゼロクロスまでの期間内に体動期間を含んでる場合には、疑似一回換気量の算出を行わず、当該判定対象時点では異常の判別を行わないように構成するとよい。このように構成することで、判定対象時点の人物2の呼吸の動きの大きさを精度よく算出するができ、第2の状態判別部27による状態の判別をより正確に行うことができる。
以下の説明では、特に断りのない限り、人物2の呼吸の動きの大きさは、疑似一回換気量の場合で説明する。
Note that the second state determination unit 27 determines that the determination target time point is not the body movement period, but is within the pseudo tidal volume calculation period, that is, the determination target time point from the zero cross two times before the determination target time point. When the body movement period is included in the period up to the zero crossing immediately before, it is preferable that the pseudo tidal volume is not calculated and abnormality is not determined at the determination target time point. With this configuration, the magnitude of the respiratory motion of the person 2 at the determination target time point can be calculated with high accuracy, and the state determination by the second state determination unit 27 can be performed more accurately.
In the following description, unless otherwise specified, the magnitude of the breathing motion of the person 2 will be described in the case of a pseudo tidal volume.

上述した代表値は、対象物2の周期的な動きの大きさ、すなわち人物2の呼吸の動きの大きさに基づいて算出される。具体的には、閾値算出部29は、代表値を第5の所定期間内の人物2の呼吸の動きの大きさの平均値、又は調整平均値として算出するとよい。   The representative value described above is calculated based on the magnitude of the periodic movement of the object 2, that is, the magnitude of the movement of the person 2 breathing. Specifically, the threshold value calculation unit 29 may calculate the representative value as an average value of the magnitude of respiratory motion of the person 2 within the fifth predetermined period or an adjusted average value.

第5の所定期間は、典型的には、第4の所定期間と同様の期間であり、例えば1分でもよいし1時間でもよく、過去の判定対象時点が複数含まれていればよい。好ましくは、第5の所定期間は、人物2の直近の状態を表すため、1分〜数分程度が適当であり、本実施の形態では、第5の所定期間は、第4の所定期間と同様の2分とする。本実施の形態では、第5の所定期間は、上述した第4の所定期間と同じく、期間内に体動期間を含んでる場合には体動期間を除き、当該除いた期間に相当する期間を加えて第5の所定期間とするので、閾値算出部29は、代表値としての人物2の呼吸の動きの大きさの平均値、又は調整平均値を精度よく算出することができ、第2の状態判別部27による状態の判別をより正確に行うことができる。   The fifth predetermined period is typically the same period as the fourth predetermined period, and may be, for example, one minute or one hour, as long as a plurality of past determination target time points are included. Preferably, since the fifth predetermined period represents the most recent state of the person 2, approximately one minute to several minutes is appropriate. In the present embodiment, the fifth predetermined period is the fourth predetermined period. The same 2 minutes. In the present embodiment, the fifth predetermined period is the same as the above-described fourth predetermined period, except when the body movement period is included in the period, the period corresponding to the excluded period is excluded. In addition, since the fifth predetermined period is set, the threshold value calculation unit 29 can calculate the average value of the respiratory motion of the person 2 as the representative value or the adjusted average value with high accuracy. The state determination by the state determination unit 27 can be performed more accurately.

また、ここでは第5の所定期間には、過去の判定対象時点が複数含まれており、言い換えれば、第5の所定期間の呼吸データから、複数の疑似一回換気量を得ることができる。閾値算出部29は、第5の所定期間内の当該複数の疑似一回換気量の平均値、又は調整平均値を計算することで、代表値を算出する。   Here, the fifth predetermined period includes a plurality of past determination target time points. In other words, a plurality of pseudo tidal volumes can be obtained from the respiration data of the fifth predetermined period. The threshold value calculation unit 29 calculates a representative value by calculating an average value or an adjusted average value of the plurality of pseudo tidal volumes within the fifth predetermined period.

ここで、調整平均値とは、第5の所定期間内の複数の疑似一回換気量から、最大値、最小値となる各疑似一回換気量、及び最大値、最小値に近い値の一定割合又は一定個数の疑似一回換気量を除いた残りの疑似一回換気量から求める平均値のことをいう。このようにすることで、エラーや外乱などにより、特異的なデータが含まれる可能性があるときに、その影響を軽減することができる。   Here, the adjusted average value is a plurality of pseudo tidal volumes within the fifth predetermined period, each pseudo tidal volume that becomes the maximum value and minimum value, and a constant value that is close to the maximum value and the minimum value. It means the average value obtained from the remaining pseudo tidal volume excluding the proportion or a certain number of pseudo tidal volumes. In this way, when there is a possibility that specific data is included due to an error or disturbance, the influence can be reduced.

なお、閾値算出部29は、代表値を第6の所定期間内の人物2の呼吸の動きの大きさの、大きい方から複数個の平均値として算出してもよい。すなわち、代表値は、第4の所定期間内の疑似一回換気量の値が大きい方から一定個数、例えば、3個乃至5個の疑似一回換気量の平均をとることもできる。このようにすることで、呼吸が不安定なときに、本来人工呼吸で得られる疑似一回換気量を求めようとする場合に有効である。ただし、特異的なノイズが入ることを考慮して、大きい方から3個乃至5個の疑似一回換気量の平均値とすることも可能である。また、上述のように、最大値に近い値の一定割合又は一定個数の疑似一回換気量を除いた残りの疑似一回換気量の大きい方から3個乃至5個を用いてもよい。   Note that the threshold value calculation unit 29 may calculate the representative value as a plurality of average values from the larger one of the respiratory motion magnitudes of the person 2 within the sixth predetermined period. That is, the representative value can be an average of a certain number, for example, 3 to 5 pseudo tidal volumes, from the one with the larger value of the pseudo tidal volume within the fourth predetermined period. By doing so, it is effective when the pseudo tidal volume originally obtained by artificial respiration is to be obtained when breathing is unstable. However, it is also possible to set the average value of 3 to 5 pseudo tidal volumes from the largest in consideration of specific noise. Further, as described above, 3 to 5 may be used from the larger one of the remaining pseudo tidal volumes excluding a certain ratio of a value close to the maximum value or a certain number of pseudo tidal volumes.

第6の所定期間は、第5の所定期間と同様に、典型的には、第4の所定期間と同様の期間であり、例えば1分でもよいし1時間でもよく、過去の判定対象時点が複数含まれていればよい。好ましくは、第6の所定期間は、人物2の直近の状態を表すため、1分〜数分程度が適当であり、本実施の形態では、第6の所定期間は、第4の所定期間と同様の2分とする。本実施の形態では、第6の所定期間は、上述した第4の所定期間と同じく、期間内に体動期間を含んでる場合には体動期間を除き、当該除いた期間に相当する期間を加えて第6の所定期間とするので、閾値算出部29は、代表値としての人物2の呼吸の動きの大きい方から複数個の平均値を精度よく算出するができ、第2の状態判別部27による状態の判別をより正確に行うことができる。   Similar to the fifth predetermined period, the sixth predetermined period is typically the same period as the fourth predetermined period, and may be, for example, one minute or one hour. It only has to be included. Preferably, since the sixth predetermined period represents the most recent state of the person 2, approximately one minute to several minutes is appropriate. In the present embodiment, the sixth predetermined period is the fourth predetermined period. The same 2 minutes. In the present embodiment, the sixth predetermined period is the same as the above-described fourth predetermined period, except for the body movement period when the period includes the body movement period, and a period corresponding to the excluded period. In addition, since the sixth predetermined period is set, the threshold value calculation unit 29 can accurately calculate a plurality of average values from the larger one of the respiratory movements of the person 2 as the representative value, and the second state determination unit 27 can be more accurately determined.

なお、人物2の呼吸の動きの大きさに、呼吸データ(図2(a)参照)の振幅、ピーク値、ボトム値を用いる場合には、閾値算出部29は、適宜上述と同様に、対応する代表値を算出すればよい。   When the amplitude, peak value, and bottom value of the respiration data (see FIG. 2A) are used as the magnitude of the respiration movement of the person 2, the threshold value calculation unit 29 responds appropriately as described above. The representative value to be calculated may be calculated.

閾値算出部29は、求めた代表値に一定の係数をかけて、閾値を算出する。例えば、閾値算出部29は、求めた代表値の20%〜80%程度の値を、判定対象時点の閾値として算出する。本実施の形態では、閾値は、算出した代表値の60%程度の値とする。第2の状態判別部27は、判定対象時点が体動期間ではないと判定されたとき、当該第2の状態判別部27によって算出される判定対象時点の疑似一回換気量と、閾値算出部29によって算出される1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)で算出した閾値とを比較することにより、人物2の異常を判別する。   The threshold value calculation unit 29 calculates a threshold value by multiplying the obtained representative value by a certain coefficient. For example, the threshold value calculation unit 29 calculates a value of about 20% to 80% of the obtained representative value as the threshold value at the determination target time point. In the present embodiment, the threshold value is a value that is about 60% of the calculated representative value. When it is determined that the determination target time point is not a body movement period, the second state determination unit 27 calculates a pseudo tidal volume at the determination target time point calculated by the second state determination unit 27 and a threshold value calculation unit. The abnormality of the person 2 is discriminated by comparing with the threshold value calculated at the previous time point calculated by 29 (the determination target time point going back one time point).

具体的には、第2の状態判別部27は、判定対象時点の疑似一回換気量が、閾値を下まわった場合に、人物2が変調したと判別する。さらに、第2の状態判別部27は、人物2が変調したと判別した後、疑似一回換気量が閾値を下まわった際の閾値を固定し、判定対象時点の疑似一回換気量が、当該固定した閾値を、第7の所定期間連続的に下まわった場合に、人物2が異常であると判別する。   Specifically, the second state determination unit 27 determines that the person 2 has been modulated when the pseudo tidal volume at the determination target time falls below a threshold value. Furthermore, after determining that the person 2 has been modulated, the second state determination unit 27 fixes the threshold value when the pseudo tidal volume falls below the threshold value, and the pseudo tidal volume at the determination target time point is When the fixed threshold value continuously falls for the seventh predetermined period, it is determined that the person 2 is abnormal.

第7の所定期間は、人物2の異常を判別するのに充分な時間であればよく、例えば、呼吸1回分程度(5〜15秒)から数分程度である。本実施の形態では、第7の所定期間は、60秒程度とする。   The seventh predetermined period may be a time sufficient for determining the abnormality of the person 2, and is, for example, about one breath (5 to 15 seconds) to several minutes. In the present embodiment, the seventh predetermined period is about 60 seconds.

ここで、第2の状態判別部27は、人物2が変調したと判別した後、疑似一回換気量が閾値を下まわった際の当該閾値を固定することで、第7の所定期間に、例えば、実際に人物2が異常な状態になり、それによって測定データが変動するような、代表値を算出するのに不適切な状態が含まれていた場合に、閾値がその影響を受けることを回避することができる。例えば、実際に人物2に異常が起こった場合に、呼吸の大きさが低下し、当該呼吸の低下した際の測定データが、上述した第4の所定期間内の測定データとして順次入ってきて、次第に代表値も低下し、閾値が下がり異常が検出できなくなってしまうことがない。   Here, after determining that the person 2 has been modulated, the second state determination unit 27 fixes the threshold value when the pseudo tidal volume falls below the threshold value, so that in the seventh predetermined period, For example, if the person 2 is actually in an abnormal state and the measurement data fluctuates thereby, a state inappropriate for calculating the representative value is included. It can be avoided. For example, when an abnormality actually occurs in the person 2, the magnitude of respiration decreases, and the measurement data when the respiration decreases are sequentially entered as measurement data within the above-described fourth predetermined period. The representative value gradually decreases, the threshold value does not decrease, and an abnormality cannot be detected.

鼻マスク人工呼吸の患者の呼吸は、人工呼吸器の動作モードにも拠るが、その吸気タイミングを患者がコントロールし、また吸気量も患者により何らかのコントロールがなされているため、一回換気量等にかなりの変調がある。この変調は、覚醒時に意識的にコントロールされているものもあるが、無意識的なものもあり、特に睡眠時には、無呼吸を伴う呼吸異常も発見される。これらの変調が存在する中で、人工呼吸が働かなくなり、自発呼吸による呼吸に移行したことを検出する必要がある。   Although nasal mask ventilation depends on the ventilator's mode of operation, the patient controls the timing of inspiration and the intake volume is controlled by the patient. There is considerable modulation. Some of these modulations are consciously controlled during arousal, while others are unconscious, and especially during sleep, respiratory abnormalities with apnea are also found. In the presence of these modulations, it is necessary to detect that artificial respiration has stopped working and has shifted to spontaneous breathing.

例えば、人工呼吸を行っている患者の鼻マスクが外れたり、人工呼吸器のチューブが外れたりして、患者に十分な空気が送られなくなったときには、自発呼吸のある患者は自発呼吸を開始するが、概ねその自発呼吸は弱いため、人工呼吸の際に比較して一回換気量が低下する。   For example, a patient with spontaneous breathing begins spontaneous breathing when the patient's nasal mask is being ventilated or the ventilator tube is disconnected and sufficient air is not being delivered to the patient. However, since the spontaneous respiration is generally weak, the tidal volume is lower than that during artificial respiration.

また、正常に人工呼吸が働いている状態では、患者のコントロールにより、一時的に呼吸が小さくなることが頻繁に起こるが、平均してみれば一定の換気量を確保するため、小さい呼吸のままで一定時間継続することは稀である。すなわち、小さい呼吸の中にある程度大きな呼吸が混ざることが通常予測される。それに対して、上記のように人工呼吸器が外れたり不正となったときは、患者自身には大きい呼吸をする能力がないので、小さい呼吸が連続することになる。したがって、上述のように、判定対象時点の疑似一回換気量が閾値を、第7の所定期間連続的に下まわった場合、すなわち、小さい呼吸が一定期間連続した際に、正常に人工呼吸が行われているか、人工呼吸が外れて自発呼吸になっているかを判別することができ、患者の呼吸に異常があると判別することができる。   In addition, under normal artificial respiration, the patient's control frequently results in a temporary decrease in respiration. However, on average, a constant respiration rate is secured to maintain a small respiration rate. It is rare to continue for a certain time. That is, it is usually predicted that a large amount of respiration will be mixed with a small amount of respiration. On the other hand, when the ventilator is removed or becomes illegal as described above, the patient himself / herself does not have the ability to take a large breath, so that small breaths continue. Therefore, as described above, when the artificial tidal volume at the determination target time point continuously falls below the threshold for the seventh predetermined period, that is, when a small breath continues for a certain period, the artificial respiration is normally performed. It is possible to determine whether the breathing is being performed or whether the artificial breath is removed and the patient is spontaneously breathing, and it is possible to determine that the patient's breathing is abnormal.

また、上述のように、患者に十分な空気が送られなくなったときには、自発呼吸のある患者は、自発呼吸を開始するが、概ねその自発呼吸は弱いため、呼吸回数が上がる。すなわち、判定対象時点の呼吸の周期が短くなる傾向にある。   Further, as described above, when sufficient air cannot be sent to the patient, a patient with spontaneous breathing starts spontaneous breathing, but since the spontaneous breathing is generally weak, the number of breathing increases. That is, the respiratory cycle at the determination target time tends to be short.

そこで、第2の状態判別部27は、判定対象時点の疑似一回換気量が閾値を下まわり、変調したと判別し、さらに、判定対象時点の呼吸の周期(呼吸インターバル)が変動した場合に、人物2が異常であると判別するように構成してもよい。判定対象時点の呼吸の周期(呼吸インターバル)は、判定対象時点直前の第10の所定期間の呼吸データ(図2(a)参照)から算出すればよい。なお、呼吸の周期(呼吸インターバル)の代わりに、呼吸の周期の逆数、すなわち、呼吸回数(呼吸レート)が変動した場合に、人物2が異常であると判別するように構成してもよい。   Therefore, the second state determination unit 27 determines that the pseudo tidal volume at the determination target time is below the threshold and has been modulated, and further, when the respiration cycle (respiration interval) at the determination target time fluctuates. The person 2 may be determined to be abnormal. The respiration cycle (breathing interval) at the determination target time point may be calculated from the respiration data (see FIG. 2A) for the tenth predetermined period immediately before the determination target time point. Instead of the breathing cycle (breathing interval), the person 2 may be determined to be abnormal when the reciprocal of the breathing cycle, that is, the number of breathing (breathing rate) fluctuates.

第10の所定期間は、典型的には、少なくとも通常の呼吸一周期分を含む期間とすればよく、例えば、5〜60秒程度とするとよい。ここでは、第10の所定期間は、15秒程度とする。ちなみに、大人の場合の通常な呼吸の範囲は、呼吸の周期(呼吸インターバル)であれば2秒〜6秒程度、呼吸回数(呼吸レート)であれば1分間に10〜30回程度である。   The tenth predetermined period may typically be a period including at least one normal breathing cycle, for example, about 5 to 60 seconds. Here, the tenth predetermined period is about 15 seconds. Incidentally, the range of normal breathing for an adult is about 2 to 6 seconds for a breathing cycle (breathing interval) and about 10 to 30 times per minute for a breathing rate (breathing rate).

また、第2の状態判別部27は、判定対象時点の呼吸の周期(呼吸インターバル)が、1つ前の判定対象時点の呼吸の周期(呼吸インターバル)に対して、例えば、±20%程度以上ずれた場合に変動したと判断するように構成する。   The second state determination unit 27 has a breathing cycle (breathing interval) at the determination target time point that is, for example, about ± 20% or more with respect to the breathing cycle (breathing interval) at the previous determination target time point. It is configured so that it is determined that there has been a change when it deviates.

第2の状態判別部27を、変調を検出し、さらに、判定対象時点の呼吸の周期(呼吸インターバル)が変動した場合に、人物2が異常であると判別するように構成することで、当該変動がない場合には、人工呼吸が正常に行われている証拠になるので、仮に疑似一回換気量だけが変動しても、人工呼吸の異常は起こっていないと判別することができる。これにより、疑似一回換気量が閾値を下まわったか否かだけでは、呼吸の異常を判別しにくいような場合、例えば、正常な人工呼吸をしているにもかかわらず呼吸の大きさが下がってしまうことがあるような場合に、誤った判別を防止することができる。   The second state discriminating unit 27 is configured to detect the modulation and further discriminate that the person 2 is abnormal when the respiratory cycle (respiration interval) at the determination target time point fluctuates. If there is no change, it is evidence that the artificial respiration is normally performed. Therefore, even if only the pseudo tidal volume is changed, it can be determined that no abnormality of the artificial respiration has occurred. As a result, if it is difficult to determine abnormalities in breathing based on whether or not the pseudo tidal volume has fallen below the threshold, for example, the amount of breathing is reduced despite normal artificial respiration. In such a case, erroneous discrimination can be prevented.

以上のように、第2の状態判別部27は、例えば、1つの固定された閾値を用いずに、判定対象時点に応じて適宜算出される閾値を用いることで、人物2の姿勢や上掛けの状況、外乱光の状況等、環境条件により、後述するFGセンサ10により取得される測定データの検出感度やノイズレベルが変化する場合でも、当該変化に適切に対応した、より正確な判別を下すことができる。また、判定対象時点の各閾値を算出している分、第1の状態判別部26での判別に比較して、体勢の変化の後、判別が可能となるまでの期間は長くなるが、呼吸停止ほど明確でなく発見が難しい、自発呼吸がある患者の人工呼吸が実質的に働かなくなった異常(例えば、人工呼吸器が外れてしまったような状態)も確実に判別することができるできる。   As described above, the second state determination unit 27 does not use one fixed threshold value, for example, but uses a threshold value that is appropriately calculated according to the determination target time point. Even when the detection sensitivity and noise level of measurement data acquired by the FG sensor 10 to be described later change due to environmental conditions such as the situation of ambient light, the situation of ambient light, etc., a more accurate discrimination that appropriately corresponds to the change is made. be able to. In addition, since each threshold value at the determination target time point is calculated, the period until the determination becomes possible after the change of the posture is longer than the determination in the first state determination unit 26, It is possible to reliably discriminate abnormalities (for example, a state in which the ventilator has been removed) in which the artificial respiration of a patient with spontaneous breathing does not substantially work, which is not clear and difficult to detect as being stopped.

なお、ここでも、人物2が睡眠時無呼吸など、人工呼吸に起因しない呼吸障害を持っている患者である場合には、上述した第2の所定期間(判別評価期間)と同様に、第7の所定期間(判別評価期間)をその患者の最も長い呼吸低下(無呼吸を含む)時間より長くするとよい。すなわち、第7の所定期間(判別評価期間)は、対象物2の特性等に応じて任意に調節すればよい。また、疑似一回換気量が閾値を下まわる期間が第7の所定期間(判別評価期間)連続しても、連続した期間が最も長い呼吸低下時間より短い場合には、第2の状態判別部27による判別を行わないようにしてもよい。これにより、同様に、第2の状態判別部27による判別の誤りを防止することができる。   In this case as well, in the case where the person 2 is a patient having a respiratory disorder that is not caused by artificial respiration, such as sleep apnea, as in the second predetermined period (discriminant evaluation period) described above, The predetermined period (discriminant evaluation period) of the patient may be longer than the longest respiratory depression (including apnea) time of the patient. That is, the seventh predetermined period (discriminant evaluation period) may be arbitrarily adjusted according to the characteristics of the object 2 and the like. In addition, when the period during which the pseudo tidal volume falls below the threshold continues for the seventh predetermined period (discrimination evaluation period), and the continuous period is shorter than the longest respiratory decrease time, the second state determination unit The determination by 27 may not be performed. Thereby, similarly, the determination error by the second state determination unit 27 can be prevented.

なお、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1は、人物2が、第1の状態判別部26、又は第2の状態判別部27によって異常であると判別された際に、警報を発する警報装置36を備えるとよい。警報装置36(図1参照)は、例えば、スピーカ等の警報音を発する手段を有し、人物2が異常であると判別された際に、当該警報音を発し、医師や看護士等に人物2の異常を知らせる。   The respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention is an alarm that issues an alarm when the person 2 is determined to be abnormal by the first state determination unit 26 or the second state determination unit 27. A device 36 may be provided. The alarm device 36 (see FIG. 1) has means for emitting an alarm sound such as a speaker, for example. When the person 2 is determined to be abnormal, the alarm device 36 (see FIG. 1) emits the alarm sound and informs a doctor, nurse, or the like. Notify 2 abnormalities.

この場合、第1の状態判別部26は、スペクトル比較部25による比較される信号成分と、ノイズ成分との比較結果に基づいて、信号成分がノイズ成分を第2の所定期間連続的に下まわり人物2が異常、例えば、自発呼吸のない人物2の呼吸が停止した状態、すなわち、人工呼吸が実質的に働かなくなった状態であると判別した際に、警報信号を警報装置36(図1参照)に送信するように構成するとよい。また第2の状態判別部27は、上述したように、判定対象時点の疑似一回換気量が閾値を、第7の所定期間連続的に下まわり人物2が異常、例えば、多少の自発呼吸のある人物2の人工呼吸器が外れて呼吸の変調し呼吸が低下した状態、すなわち、人工呼吸が実質的に働かなくなった状態であると判別した際に、警報信号を警報装置36(図1参照)に送信しするように構成するとよい。警報装置36(図1参照)は、警報信号を受信すると警報音を発する。   In this case, the first state determination unit 26 continuously reduces the noise component below the noise component for the second predetermined period based on the comparison result between the signal component compared by the spectrum comparison unit 25 and the noise component. When it is determined that the person 2 is abnormal, for example, the person 2 who does not breathe spontaneously has stopped breathing, that is, the state in which the artificial respiration does not substantially work, the warning signal is sent to the warning device 36 (see FIG. 1). ). In addition, as described above, the second state determination unit 27 determines that the pseudo tidal volume at the determination target time point is a threshold value, and the person 2 is continuously abnormal for a seventh predetermined period, for example, some spontaneous breathing. When it is determined that the ventilator of a person 2 is detached and the respiration is modulated and the respiration is reduced, that is, the respiration is substantially not working, the alarm signal is sent to the alarm device 36 (see FIG. 1). ). The alarm device 36 (see FIG. 1) emits an alarm sound when receiving an alarm signal.

また、この場合、第1の状態判別部26、第2の状態判別部27が警報信号を生成する構成でなくても、第1の状態判別部26、第2の状態判別部27とは別体の不図示の警報手段によって警報信号を生成する構成としてもよい。すなわち、呼吸モニタ1は、第1の状態判別部26又は第2の状態判別部27により人物2が異常であると判別された際に、当該異常の判別に基づいて警報信号を生成し、該警報信号を警報装置36(図1参照)に送信する警報手段を備える構成としてもよい。また、図1では、警報装置36は外付けとして図示してあるが内蔵としてもよい。   In this case, even if the first state determination unit 26 and the second state determination unit 27 are not configured to generate an alarm signal, they are different from the first state determination unit 26 and the second state determination unit 27. It is good also as a structure which produces | generates an alarm signal by the alarm means not shown of a body. That is, when the first state determination unit 26 or the second state determination unit 27 determines that the person 2 is abnormal, the respiratory monitor 1 generates an alarm signal based on the determination of the abnormality, It is good also as a structure provided with the alarm means which transmits an alarm signal to the alarm device 36 (refer FIG. 1). In FIG. 1, the alarm device 36 is illustrated as being externally attached, but may be provided internally.

また、演算装置20(図1参照)は、警報装置36(図1参照)が作動した場合に、インターフェイス(不図示)を介して、警報の発生を外部に通報するように構成してもよい。通報は、例えば音声、文字、記号、室内照明を含む光の強弱又は、振動などによるものである。またインターフェイス(不図示)は、一般電話回線、ISDN回線、PHS回線、または、携帯電話回線などの通信回線に対して接続する機能を備えている。   Further, the arithmetic unit 20 (see FIG. 1) may be configured to notify the occurrence of an alarm to the outside via an interface (not shown) when the alarm device 36 (see FIG. 1) is activated. . The notification is based on, for example, the intensity of light including voice, characters, symbols, and indoor lighting, or vibration. The interface (not shown) has a function of connecting to a communication line such as a general telephone line, an ISDN line, a PHS line, or a mobile phone line.

図7は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1の第1の所定期間から第10の所定期間についてまとめた図である。ここで本図を参照して、上述した主な所定期間についてまとめておく。第1の所定期間は、スペクトル算出部24がパワースペクトを算出するための期間(データ蓄積時間)であり、例えば5〜30秒である。第2の所定期間は、信号成分がノイズ成分を下まわった際に、第1の状態判別部26が人物の異常(呼吸停止)を判別するための期間であり、例えば5〜30秒である。第3の所定期間は、スペクトル比較部25が各周波数成分の総和の平均値を算出するための期間であり、例えば5〜30秒である。第4の所定期間は、閾値算出部29が閾値を算出するための期間であり、例えば1〜数分である。第5の所定期間は、閾値算出部29が代表値として、呼吸の動きの大きさ(疑似一回換気量)の平均値、又は調整平均値を算出するための期間(典型的には、第4の所定期間と同じ期間)であり、例えば1〜数分である。第6の所定期間は、閾値算出部29が代表値として、呼吸の動きの大きさ(疑似一回換気量)の大きい方から複数個の平均値を算出するための期間(典型的には、第4の所定期間と同じ期間)であり、例えば1〜数分である。第7の所定期間は、疑似一回換気量が閾値を下まわった際に、第2の状態判別部27が人物の異常を判別するための期間であり、例えば呼吸1回分程度(5〜15秒)から数分程度である。第8の所定期間は、体動検出部28が体動基準値を算出するための期間であり、例えば1〜2分である。第9の所定期間は、体動検出部28が判定対象時点の体動判定値を算出する場合に用いられる期間であり、例えば5〜10秒である。第10の所定期間は、第2の状態判別部27が判定対象時点の呼吸の周期を算出するための期間であり、例えば5〜60秒程度である。   FIG. 7 is a diagram summarizing the first predetermined period to the tenth predetermined period of the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. Here, the main predetermined periods described above will be summarized with reference to FIG. The first predetermined period is a period (data accumulation time) for the spectrum calculation unit 24 to calculate the power spectrum, and is, for example, 5 to 30 seconds. The second predetermined period is a period for the first state determination unit 26 to determine a person's abnormality (breathing stop) when the signal component falls below the noise component, for example, 5 to 30 seconds. . The third predetermined period is a period for the spectrum comparison unit 25 to calculate the average value of the sum total of the frequency components, and is, for example, 5 to 30 seconds. The fourth predetermined period is a period for the threshold value calculation unit 29 to calculate the threshold value, and is, for example, 1 to several minutes. The fifth predetermined period is a period for calculating the average value of the respiratory movement (pseudo tidal volume) or the adjusted average value as a representative value by the threshold calculation unit 29 (typically, the first 4 is the same period as the predetermined period of 4), for example, 1 to several minutes. The sixth predetermined period is a period (typically, for calculating a plurality of average values from the larger respiratory movement (pseudo tidal volume) as a representative value by the threshold calculation unit 29. The same period as the fourth predetermined period), for example, one to several minutes. The seventh predetermined period is a period for the second state determination unit 27 to determine a person's abnormality when the pseudo tidal volume falls below a threshold, for example, about one breath (5-15) Seconds) to several minutes. The eighth predetermined period is a period for the body motion detection unit 28 to calculate the body motion reference value, and is, for example, 1 to 2 minutes. The ninth predetermined period is a period used when the body motion detection unit 28 calculates the body motion determination value at the determination target time point, and is, for example, 5 to 10 seconds. The tenth predetermined period is a period for the second state determination unit 27 to calculate the respiration cycle at the determination target time, and is, for example, about 5 to 60 seconds.

図8は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1のFGセンサ10の模式的斜視図である。本図を参照して、呼吸モニタ1に適した測定装置であるFGセンサ10について説明する。FGセンサ10は、対象領域としてのベッド3に所定の照明パターン11a、言い換えれば複数の輝点11bを投影する投影装置11と、投影装置11により投光された光、すなわち、複数の輝点11bが投影されたベッド3を撮像する撮像装置12と、撮像装置12により撮像された画像に基づいて、人物2の状態を示す測定データを生成する測定部14とを含んで構成される。なお、本実施の形態では測定部14は演算装置20と一体に構成されている場合で説明する。   FIG. 8 is a schematic perspective view of the FG sensor 10 of the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. With reference to this figure, the FG sensor 10 which is a measuring apparatus suitable for the respiration monitor 1 is demonstrated. The FG sensor 10 includes a projection device 11 that projects a predetermined illumination pattern 11a, in other words, a plurality of bright spots 11b, on the bed 3 as a target area, and light projected by the projection apparatus 11, that is, a plurality of bright spots 11b. Is configured to include an imaging device 12 that images the bed 3 on which the image is projected, and a measurement unit 14 that generates measurement data indicating the state of the person 2 based on an image captured by the imaging device 12. In the present embodiment, the measurement unit 14 is described as being configured integrally with the arithmetic device 20.

図9は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1のFGセンサ10の概略構成を示すブロック図である。測定部14は、撮像装置12により異なる2時点に取得された2フレームの画像から、複数の輝点の前記2フレーム間の移動量を算出する移動量算出手段としての移動量算出部141と、移動量算出部141により算出された移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成する移動量波形生成手段としての移動量波形生成部142とを備えている。   FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the FG sensor 10 of the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. The measurement unit 14 includes a movement amount calculation unit 141 serving as a movement amount calculation unit that calculates a movement amount between the two frames of a plurality of bright spots from two frames of images acquired at two different times by the imaging device 12; A movement amount waveform generation unit 142 is provided as movement amount waveform generation means for generating movement amount waveform data in which movement amounts calculated by the movement amount calculation unit 141 are arranged in time series.

ここで、異なる2時点の像に基づく、輝点の移動の測定について説明する。異なる2時点の像は、任意の時点とそのわずかに前の時点とするとよい。わずかに前とは、人物2の動きを検出するのに十分な時間間隔だけ前であればよい。この場合、人物2のわずかな動きも検出したいときは短く、例えば人物2の動きが大きくなり過ぎず、実質的にはほぼ動き無しとみなせる程度の時間、例えば0.1秒程度とすればよい。あるいはテレビ周期の1〜10周期(1/30〜1/3)とするとよい。また、人物2の大まかな動きを検出したいときは長く、例えば10秒程度としてもよい。但し、本実施の形態のように、人物2の呼吸も検出する場合では長くし過ぎると、正確な呼吸の検出が行えなくなるので、例えば1分などにするのは適切でない。以下、任意の時点(現在)で取得した像を取得像、取得像よりわずかに前(過去)に取得した像を参照像として説明する。なお、参照像は、記憶部(不図示)内に保存される。   Here, the measurement of the movement of the bright spot based on the images at two different time points will be described. The images at two different time points may be an arbitrary time point and a slightly previous time point. “Slightly before” only needs to be a time interval sufficient to detect the movement of the person 2. In this case, when a slight movement of the person 2 is desired to be detected, the time is short, for example, the movement of the person 2 does not become too large, and the time can be regarded as substantially no movement, for example, about 0.1 seconds. . Or it is good to set it as the 1-10 period (1 / 30-1 / 3) of a television period. Further, when it is desired to detect a rough movement of the person 2, it may be long, for example, about 10 seconds. However, in the case of detecting the respiration of the person 2 as in the present embodiment, if it is too long, accurate detection of respiration cannot be performed. Hereinafter, an image acquired at an arbitrary time (current) is described as an acquired image, and an image acquired slightly before (past) the acquired image is described as a reference image. The reference image is stored in a storage unit (not shown).

さらに、本実施の形態では、異なる2時点の像は、取得像(Nフレーム)と、取得像の1つ前に取得した像(N−1フレーム)とする。すなわち参照像は、取得像の1つ前に取得した像である。また、像の取得間隔は、例えば装置の処理速度や、上述のように検出したい動きの内容により適宜決めるとよいが、例えば0.1〜3秒、好ましくは0.1〜0.5秒程度とするとよい。ここでは0.1〜0.25秒とする。また、より短い時間間隔で像を取得し、平均化またはフィルタリングの処理を行うことで、例えばランダムノイズの影響を低減できるので有効である。なお、測定部14については後で詳しく説明する。   Further, in the present embodiment, the images at two different time points are an acquired image (N frame) and an image acquired immediately before the acquired image (N-1 frame). That is, the reference image is an image acquired immediately before the acquired image. The image acquisition interval may be appropriately determined depending on, for example, the processing speed of the apparatus and the content of the motion to be detected as described above. For example, the interval is 0.1 to 3 seconds, preferably about 0.1 to 0.5 seconds. It is good to do. Here, it is set to 0.1 to 0.25 seconds. In addition, it is effective to acquire images at shorter time intervals and perform averaging or filtering to reduce the influence of random noise, for example. The measuring unit 14 will be described in detail later.

図8に戻って、FGセンサ10の設置例について説明する。図中ベッド3上に、人物2が睡眠状態で横たわって存在している。ここでは、人物2の上には、さらに寝具4がかけられており、人物2の一部と、ベッド3の一部とを覆っている。この場合には、FGセンサ10は、寝具4の上面の高さ方向の一定時間内の動きに関する量を測定している。また寝具4を使用しない場合には、FGセンサ10は、人物2そのものの高さ方向の一定時間内の動きに関する量を測定する。なお、人物2の高さ方向の動きは、例えば人物2の呼吸や体動に伴う動きである。   Returning to FIG. 8, an installation example of the FG sensor 10 will be described. On the bed 3 in the figure, the person 2 lies in a sleeping state. Here, the bedding 4 is further hung on the person 2 and covers a part of the person 2 and a part of the bed 3. In this case, the FG sensor 10 measures the amount related to the movement of the upper surface of the bedding 4 in the height direction within a certain time. When the bedding 4 is not used, the FG sensor 10 measures an amount related to the movement of the person 2 in the height direction within a certain time. Note that the movement of the person 2 in the height direction is, for example, movement accompanying the breathing or body movement of the person 2.

FGセンサ10を構成している投影装置11と、撮像装置12は、測定範囲であるベッド3の鉛直方向上方に配置されている。なお測定範囲は、人物2の胸部や腹部を含む範囲に設定されている。図示では、人物2のおよそ頭部上方に投影装置11が、ベッド3のおよそ中央部、または中央部よりやや頭部寄り上方に撮像装置12が配置されている。投影装置11は、ベッド3上に照明パターンとしてのパターン11aを投光している。パターン11aは複数の輝点光である。また、撮像装置12の画角は、人物2の上半身に相当する部分を含むベッド3のおよそ中央部分を撮像できるように設定される。撮像装置12はほぼ垂直にベッド3を見下ろすように設置されていが、ある程度傾けて設置してもよい。なおここでは、撮像装置12により撮像できる人物2上に投光された複数の輝点11bの各位置が各測定点に対応する。   The projection device 11 and the imaging device 12 constituting the FG sensor 10 are arranged above the bed 3 that is the measurement range in the vertical direction. The measurement range is set to a range including the chest and abdomen of the person 2. In the drawing, the projection device 11 is disposed approximately above the head of the person 2, and the imaging device 12 is disposed approximately at the center of the bed 3 or slightly above the head from the center. The projection device 11 projects a pattern 11 a as an illumination pattern on the bed 3. The pattern 11a is a plurality of bright spot lights. In addition, the angle of view of the imaging device 12 is set so that an approximately central portion of the bed 3 including a portion corresponding to the upper half of the person 2 can be captured. The imaging device 12 is installed so as to look down on the bed 3 substantially vertically, but may be installed with a certain degree of inclination. Here, each position of the plurality of bright spots 11b projected on the person 2 that can be imaged by the imaging device 12 corresponds to each measurement point.

投影装置11と撮像装置12とは、ある程度距離を離して設置するとよい。このようにすることで、距離d(基線長d、図11参照)が長くなるので、変化を敏感に検出できるようになる(検出感度がよくなる)。なお、基線長は長く取ることが好ましいが、短くてもよい。但しこの場合には、呼吸等の小さな動きを検出しにくくなるが、後述のように、輝点の重心位置を検出するようにすれば、小さな動き(呼吸)の検出も可能である。   The projection device 11 and the imaging device 12 may be installed with a certain distance. By doing so, the distance d (baseline length d, see FIG. 11) becomes long, so that changes can be detected sensitively (detection sensitivity is improved). The base line length is preferably long, but may be short. However, in this case, it is difficult to detect small movements such as respiration, but small movements (breathing) can be detected by detecting the barycentric position of the bright spot as described later.

ここで基線長d(図11参照)について説明する。ここでは、FGセンサ10は、図11で後述するように、パターンを形成する輝点の移動を測定するものである。この際に、例えば、対象物(ここでは人物2)の高さ又は高さ方向の動きが大きくなればなるほど、輝点の移動量も大きくなる。このため、図11で後述する概念によると、輝点の移動量が大きいと、比較すべき輝点の隣の輝点を飛び越してしまう現象が起こることがある。この場合、隣の輝点から移動したと判断され、測定される輝点の移動量は小さくなってしまうことがある。すなわち、正確に輝点の移動量を測定できない。基線長が短い場合には、輝点の移動量は小さく、上記の飛び越えが起こりにくいが、微小な動きに対してはノイズとの区別が難しくなる。また、基線長d(図11参照)が長い場合には、例えば対象物の僅かな動きであっても、輝点の移動量に大きく反映されるので、微小な高さ又は高さ方向の動きを測定することができるが、例えば大きな動きがあった場合に飛び越えが起きることがある。   Here, the baseline length d (see FIG. 11) will be described. Here, as will be described later with reference to FIG. 11, the FG sensor 10 measures the movement of bright spots forming a pattern. At this time, for example, the greater the movement of the object (here, the person 2) in the height or height direction, the greater the movement amount of the bright spot. For this reason, according to the concept described later with reference to FIG. 11, if the amount of movement of the bright spot is large, a phenomenon may occur in which the bright spot adjacent to the bright spot to be compared is skipped. In this case, it is determined that the light has moved from the adjacent bright spot, and the amount of movement of the bright spot to be measured may be small. That is, the movement amount of the bright spot cannot be measured accurately. When the base line length is short, the amount of movement of the bright spot is small and the above jump is unlikely to occur, but it is difficult to distinguish it from noise for minute movements. Further, when the base line length d (see FIG. 11) is long, for example, even a slight movement of the object is greatly reflected in the amount of movement of the bright spot. Can be measured, but jumping may occur, for example, when there is a large movement.

図10は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1の投影装置11を説明する模式的斜視図である。本図を参照して、呼吸モニタ1に適した投影装置11について説明する。なおここでは、説明のために、測定範囲を平面102とし、後述のレーザ光束L1を平面102に対して垂直に投射する場合で説明する。投影装置11は、可干渉性の光束を発生する光束発生手段としての光束発生部105と、ファイバーグレーティング120(以下、単にグレーティング120という)とを備えている。光束発生部105により投射される可干渉性の光束は、典型的には赤外光レーザである。光束発生部105は、平行光束を発生するように構成されている。光束発生部105は、典型的には不図示のコリメータレンズを含んで構成される半導体レーザ装置であり、発生される平行光束は、レーザ光束L1である。そしてレーザ光束L1は、断面が略円形状の光束である。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。なお、略円形状とは略楕円形状を含む。   FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining the projection device 11 of the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. With reference to this figure, the projection apparatus 11 suitable for the respiration monitor 1 is demonstrated. Here, for the sake of explanation, a case where the measurement range is the plane 102 and a laser beam L1 described later is projected perpendicularly to the plane 102 will be described. The projection apparatus 11 includes a light beam generation unit 105 serving as a light beam generation unit that generates a coherent light beam, and a fiber grating 120 (hereinafter simply referred to as a grating 120). The coherent light beam projected by the light beam generation unit 105 is typically an infrared laser. The light beam generation unit 105 is configured to generate a parallel light beam. The light flux generation unit 105 is typically a semiconductor laser device including a collimator lens (not shown), and the generated parallel light flux is a laser light flux L1. The laser light beam L1 is a light beam having a substantially circular cross section. Here, the parallel light flux only needs to be substantially parallel, and includes a nearly parallel light flux. The substantially circular shape includes a substantially elliptical shape.

またここでは、グレーティング120は、平面102に平行に(Z軸に直角に)配置される。グレーティング120に、レーザ光L1を、Z軸方向に入射させる。するとレーザ光L1は、個々の光ファイバー121により、そのレンズ効果を持つ面内で集光したのち、発散波となって広がって行き、干渉して、投光面である平面102に複数の輝点アレイであるパターン11aが投光される。なお、グレーティング120を平面102に平行に配置するとは、例えば、グレーティング120を構成するFG素子122の各光ファイバー121の軸線を含む平面と、平面102とが平行になるように配置することである。   Further, here, the grating 120 is disposed in parallel to the plane 102 (perpendicular to the Z axis). Laser light L1 is incident on the grating 120 in the Z-axis direction. Then, the laser light L1 is collected in a plane having the lens effect by each optical fiber 121, then spreads as a diverging wave, interferes, and a plurality of bright spots on the plane 102 which is a light projecting surface. The pattern 11a which is an array is projected. Note that the arrangement of the grating 120 in parallel with the plane 102 means, for example, that the plane including the axis of each optical fiber 121 of the FG element 122 constituting the grating 120 and the plane 102 are parallel.

また、グレーティング120は、2つのFG素子122を含んで構成される。本実施の形態では、各FG素子122の平面は、互いに平行である。以下、各FG素子122の平面を素子平面という。また、本実施の形態では、2つのFG素子122の光ファイバー121の軸線は、互いにほぼ直交している。   The grating 120 includes two FG elements 122. In the present embodiment, the planes of the FG elements 122 are parallel to each other. Hereinafter, the plane of each FG element 122 is referred to as an element plane. In the present embodiment, the axes of the optical fibers 121 of the two FG elements 122 are substantially orthogonal to each other.

FG素子122は、例えば、直径が数10ミクロン、長さ10mm程度の光ファイバー121を数10〜数100本程度、平行にシート状に並べて構成したものである。また、2つのFG素子122は、接触して配置してもよいし、それぞれの素子平面の法線方向に距離を空けて配置してもよい。この場合には、2つのFG素子122の互いの距離は、パターン11aの投光に差支えない程度とする。レーザ光束L1は、典型的には、グレーティング122の素子平面に対して垂直に入射させる。   The FG element 122 is configured by arranging, for example, several tens to several hundreds of optical fibers 121 having a diameter of several tens of microns and a length of about 10 mm in parallel in a sheet shape. Further, the two FG elements 122 may be arranged in contact with each other, or may be arranged at a distance from each other in the normal direction of the element plane. In this case, the distance between the two FG elements 122 is set so as not to interfere with the projection of the pattern 11a. The laser beam L1 is typically incident perpendicular to the element plane of the grating 122.

このように、投影装置11は、2つのFG素子122を含んで構成されたグレーティング120が光学系となるので、複雑な光学系を必要とすることなく、光学筐体を小型化できる。さらに投影装置11は、グレーティング120を用いることで、単純な構成で、複数の輝点11bをパターン11aとして対象領域に投光できる。なお、パターン11aは、典型的には正方格子状に配列された複数の輝点11bである。また、輝点の形状は楕円形を含む略円形である。   Thus, since the grating 120 configured to include the two FG elements 122 serves as an optical system, the optical housing can be downsized without requiring a complicated optical system. Furthermore, by using the grating 120, the projection device 11 can project a plurality of bright spots 11b as patterns 11a onto the target area with a simple configuration. The pattern 11a is typically a plurality of bright spots 11b arranged in a square lattice pattern. The bright spot has a substantially circular shape including an ellipse.

図11は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1の輝点の移動の概念について説明する概念的斜視図である。本図を参照して撮像装置12について説明する。撮像装置12は、結像光学系12aと撮像素子15を有するものである。撮像素子15は、典型的にはCCD撮像素子である。また、撮像素子15として、CCDの他にCMOS構造の素子が最近盛んに発表されており、それらも当然使用可能である。特にこれらの中には、素子自体にフレーム間差算や二値化の機能を備えたものがあり、これらの素子の使用は好適である。   FIG. 11 is a conceptual perspective view for explaining the concept of movement of the bright spot of the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. The imaging device 12 will be described with reference to this figure. The imaging device 12 has an imaging optical system 12 a and an imaging element 15. The image sensor 15 is typically a CCD image sensor. In addition to the CCD, an element having a CMOS structure has recently been actively announced as the image pickup element 15, and these can naturally be used. In particular, some of the elements themselves have inter-frame difference calculation and binarization functions, and it is preferable to use these elements.

また、撮像装置12は、前述の光束発生部105(図10参照)により発生されるレーザ光束L1の波長の周辺部以外の波長の光を減光するフィルタ12bを備えるとよい。フィルタ12bは、典型的には干渉フィルタ等の光学フィルタであり、結像光学系12aの光軸上に配置するとよい。このようにすると、撮像装置12は、撮像素子15に受光する光のうち、投影装置11より投影されたパターン11aの光の強度が相対的にあがるので、外乱光による影響を軽減できる。また、光束発生部105(図10参照)により発生されるレーザ光束L1(図10参照)は、典型的には赤外光レーザの光束である。また、レーザ光L1(図10参照)は、継続的に照射してもよいし、断続的に照射してもよい。断続的に照射する場合には、撮像装置12による撮像を、照射のタイミングに同期させて行うようにする。   In addition, the imaging device 12 may include a filter 12b that attenuates light having a wavelength other than the peripheral portion of the wavelength of the laser light beam L1 generated by the light beam generation unit 105 (see FIG. 10). The filter 12b is typically an optical filter such as an interference filter, and may be disposed on the optical axis of the imaging optical system 12a. In this way, the imaging device 12 can reduce the influence of disturbance light because the light intensity of the pattern 11a projected from the projection device 11 out of the light received by the imaging device 15 is relatively increased. Further, the laser light beam L1 (see FIG. 10) generated by the light beam generation unit 105 (see FIG. 10) is typically a light beam of an infrared laser. Further, the laser beam L1 (see FIG. 10) may be irradiated continuously or may be irradiated intermittently. When irradiating intermittently, imaging by the imaging device 12 is performed in synchronization with the timing of irradiation.

ここで、輝点の移動の概念について説明する。ここでは、判りやすく、測定範囲を平面102、対象物を物体103として説明する。さらにここでは、説明のために、参照像は、物体103が平面102に存在しないときのパターン11aの像であり、取得像は、物体103が平面102に存在しているときのパターン11aとして説明する。   Here, the concept of bright spot movement will be described. Here, it is easy to understand, and the measurement range will be described as the plane 102 and the object as the object 103. Further, here, for description, the reference image is an image of the pattern 11a when the object 103 is not present on the plane 102, and the acquired image is described as the pattern 11a when the object 103 is present on the plane 102. To do.

図中物体103が、平面102上に載置されている。またXY軸を平面102内に置くように、直交座標系XYZがとられており、物体103はXY座標系の第1象限に置かれている。一方、図中Z軸上で平面102の上方には、投影装置11と、撮像装置12とが配置されている。撮像装置12は、投影装置11によりパターン11aが投光された平面102を撮像する。即ち平面102上に載置された物体103を撮像する。   In the figure, an object 103 is placed on the plane 102. Further, the orthogonal coordinate system XYZ is taken so that the XY axis is placed in the plane 102, and the object 103 is placed in the first quadrant of the XY coordinate system. On the other hand, a projection device 11 and an imaging device 12 are arranged above the plane 102 on the Z axis in the drawing. The imaging device 12 images the plane 102 on which the pattern 11 a is projected by the projection device 11. In other words, the object 103 placed on the plane 102 is imaged.

撮像装置12の結像光学系としての結像レンズ12aは、ここでは、その光軸がZ軸に一致するように配置されている。そして、結像レンズ12aは、平面102あるいは物体103上のパターン11aの像を、撮像装置12の撮像素子15の結像面15’(イメージプレーン)に結像する。結像面15’は、典型的にはZ軸に直交する面である。さらに、結像面15’内にxy直交座標系をとり、Z軸が、xy座標系の原点を通るようにする。平面102から結像レンズ12aと等距離で、結像レンズ12aからY軸の負の方向に距離d(基線長d)だけ離れたところに、投影装置11が配置されている。物体103と平面102には、投影装置11により複数の輝点11bが形成するパターン11aが投光される。   Here, the imaging lens 12a as the imaging optical system of the imaging device 12 is disposed so that its optical axis coincides with the Z-axis. The imaging lens 12 a forms an image of the pattern 11 a on the plane 102 or the object 103 on the imaging surface 15 ′ (image plane) of the imaging device 15 of the imaging device 12. The image plane 15 'is typically a plane orthogonal to the Z axis. Further, an xy orthogonal coordinate system is taken in the image plane 15 'so that the Z axis passes through the origin of the xy coordinate system. The projection device 11 is arranged at a distance equal to the imaging lens 12a from the plane 102 and a distance d (baseline length d) from the imaging lens 12a in the negative direction of the Y axis. A pattern 11 a formed by a plurality of bright spots 11 b is projected onto the object 103 and the plane 102 by the projection device 11.

投影装置11により平面102に投光されたパターン11aは、物体103が存在する部分では、物体103に遮られ平面102には到達しない。ここで物体103が存在していれば、平面102上の点102aに投射されるべき輝点11bは、物体103上の点103aに投射される。輝点11bが点102aから点103aに移動したことにより、また結像レンズ12aと投影装置11とが距離d(基線長d)だけ離れているところから、結像面15’上では、点102a’(x,y)に結像すべきところが点103a’(x,y+δ)に結像する。即ち、物体103が存在しない時点と物体103が存在する時点とは、輝点11bの像がy軸方向に距離δだけ移動することになる。   The pattern 11 a projected onto the plane 102 by the projection device 11 is blocked by the object 103 and does not reach the plane 102 in a portion where the object 103 exists. Here, if the object 103 exists, the bright spot 11 b to be projected onto the point 102 a on the plane 102 is projected onto the point 103 a on the object 103. Since the bright spot 11b has moved from the point 102a to the point 103a and the imaging lens 12a and the projection device 11 are separated by a distance d (baseline length d), the point 102a is formed on the imaging plane 15 ′. An image to be imaged at '(x, y) is imaged at a point 103a' (x, y + δ). That is, when the object 103 does not exist and when the object 103 exists, the image of the bright spot 11b moves by a distance δ in the y-axis direction.

これは、例えば図12に示すように、撮像素子15の結像面15’に結像した輝点は、高さのある物体103により、δだけy軸方向に移動することになる。   For example, as shown in FIG. 12, the bright spot imaged on the imaging surface 15 ′ of the image sensor 15 is moved in the y-axis direction by δ by the object 103 having a height.

このように、この輝点の移動量δを算出することにより、物体103上の点103aの位置が三次元的に特定できる。即ち、例えば点103aの高さがわかる。このように、ある点が、物体103が存在しなければ結像面15’上に結像すべき点と、結像面15’上の実際の結像位置との差を算出することにより、物体103の高さの分布、言い換えれば三次元形状が測定できる。あるいは物体103の三次元座標が測定できる。また、輝点11bの対応関係が不明にならない程度に、パターン11aのピッチ、即ち輝点11bのピッチを細かくすれば、物体103の高さの分布はそれだけ詳細に測定できることになる。   Thus, by calculating the moving amount δ of the bright spot, the position of the point 103a on the object 103 can be specified three-dimensionally. That is, for example, the height of the point 103a is known. Thus, by calculating the difference between a point that should be imaged on the imaging plane 15 ′ if the object 103 is not present and the actual imaging position on the imaging plane 15 ′, The height distribution of the object 103, in other words, the three-dimensional shape can be measured. Alternatively, the three-dimensional coordinates of the object 103 can be measured. Further, if the pitch of the pattern 11a, that is, the pitch of the bright spot 11b is made fine enough that the correspondence relationship of the bright spot 11b is not unknown, the height distribution of the object 103 can be measured in detail.

以上のような概念に基づいて、輝点の移動量を算出することで対象物の高さが測定できる。但しここでは、取得像と、取得像の1つ前に取得した像即ち参照像に基づいて、高さ方向の動きを測定するので、輝点の移動量を見ることになる。このため、例えば人物2の絶対的な高さは測定できなくなるが、人物2の高さ方向の動きを検出することが目的であるので問題は無い。   Based on the above concept, the height of the object can be measured by calculating the movement amount of the bright spot. However, here, since the movement in the height direction is measured based on the acquired image and the image acquired immediately before the acquired image, that is, the reference image, the movement amount of the bright spot is observed. For this reason, for example, the absolute height of the person 2 cannot be measured, but there is no problem because the purpose is to detect the movement of the person 2 in the height direction.

再び図9に戻って、測定部14について詳述する。移動量算出部141は、図12で説明したように、輝点の移動量を算出するものである。移動量算出部141は、以上のような、輝点の移動量の算出を、パターン11aを形成する複数の各輝点毎に行うように構成される。即ち、複数の輝点の位置がそれぞれ測定点となる。移動量算出部141は、パターン11aを形成する複数の各輝点毎に算出した輝点の移動量を移動量波形生成部142へ出力する。即ち、算出した各輝点の移動量が、各測定点での測定値となる。言い換えればここでは人物2の動きを複数の点で測定した各測定値は、各輝点の移動量に対応する。   Returning to FIG. 9 again, the measurement unit 14 will be described in detail. The movement amount calculation unit 141 calculates the movement amount of the bright spot as described with reference to FIG. The movement amount calculation unit 141 is configured to calculate the movement amount of the bright spot as described above for each of the plurality of bright spots forming the pattern 11a. That is, the positions of a plurality of bright spots are measurement points. The movement amount calculation unit 141 outputs the movement amount of the bright spot calculated for each of the plurality of bright spots forming the pattern 11 a to the movement amount waveform generation unit 142. That is, the calculated movement amount of each bright spot becomes a measurement value at each measurement point. In other words, here, each measured value obtained by measuring the movement of the person 2 at a plurality of points corresponds to the amount of movement of each bright spot.

ここで、取得像と参照像は、例えば撮像装置12により撮像された像であるが、それぞれの像上での、輝点の位置情報も含む概念である。即ち、取得像と参照像は、各々の時点で、投影装置11の投光により形成されたパターン11aの像である。なお、本実施の形態では、参照像は、例えば、いわゆる像としてではなく、各輝点の位置に関する、座標等の位置情報の形で不図示の記憶手段に保存される。このようにすると、後述する輝点の移動量を算出する際に、例えば輝点の座標や方向を比較するだけで済むので処理が単純になる。さらに、ここでは、輝点の位置は、輝点の重心位置とする。このようにすることで、僅かな輝点の移動も計測することができる。   Here, the acquired image and the reference image are images picked up by the image pickup device 12, for example, and are concepts including the position information of the bright spot on each image. In other words, the acquired image and the reference image are images of the pattern 11a formed by the projection of the projection device 11 at each time point. In the present embodiment, the reference image is not stored as a so-called image, for example, but is stored in a storage unit (not shown) in the form of positional information such as coordinates regarding the position of each bright spot. In this way, when calculating the amount of movement of the bright spot, which will be described later, for example, it is only necessary to compare the coordinates and direction of the bright spot, so the processing becomes simple. Further, here, the position of the bright spot is the barycentric position of the bright spot. By doing so, a slight movement of the bright spot can be measured.

また、輝点の移動量は、参照像上の各輝点の位置情報と、取得像上の各輝点の位置情報とを比較することで、輝点の移動量を算出できる。なお、それぞれの移動量は、例えば、輝点の位置が移動した画素数(何画素移動したか)を計数することで求められる。但し、輝点の位置を重心位置として求めれば、1画素より小さい単位で移動量を算出することが可能である。算出される輝点の移動量は、輝点の移動方向を含む概念である。即ち、計測される輝点の移動量には、移動した方向の情報も含まれる。このようにすると、後述のように、差分像を生成しないで済むので処理を単純化できる。   Further, the movement amount of the bright spot can be calculated by comparing the position information of each bright spot on the reference image with the position information of each bright spot on the acquired image. Each amount of movement can be obtained, for example, by counting the number of pixels to which the position of the bright spot has moved (how many pixels have moved). However, if the position of the bright spot is obtained as the position of the center of gravity, the movement amount can be calculated in units smaller than one pixel. The calculated moving amount of the bright spot is a concept including the moving direction of the bright spot. In other words, the measured moving amount of the bright spot includes information on the moving direction. In this way, as will be described later, it is not necessary to generate a difference image, so that the processing can be simplified.

なお上記では、輝点の位置情報を比較する場合で説明したが、参照像と取得像との差分像を作成してもよい。この場合、この差分像から対応する輝点の位置に基づいて、輝点の移動量を算出する。このようにすると、移動した輝点のみが差分像上に残るので、処理量を減らすことができる。   In the above description, the position information of the bright spots is compared. However, a difference image between the reference image and the acquired image may be created. In this case, the movement amount of the bright spot is calculated from the difference image based on the position of the corresponding bright spot. In this way, since only the moved bright spot remains on the difference image, the processing amount can be reduced.

また移動量波形生成部142は、移動量算出部141で算出された各輝点の移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成するものである。なおここでは、移動量算出部141で算出された輝点の移動量は、上述のように、取得像(Nフレーム)と、取得像の1つ前に取得した像(N−1フレーム)との異なる時点に取得された2フレームの画像に基づいて算出されている。言い換えれば任意の時点とそのわずかに前の時点の異なる2時点の像に基づいて算出されている。このため、生成する移動量波形データは、(例えば各輝点の移動量の総和をとった場合)は、単位時間あたりの体積変動波形、あるいはおおまかな単位時間あたりの平均的高さの変動波形、即ち体積変動の推移あるいは平均的高さの変動の推移を表す波形になる。また例えば、高さの推移を表すような波形を得たいときは、前記波形を積分すれば距離の波形、即ち高さ推移を示す波形になる。   The movement amount waveform generation unit 142 generates movement amount waveform data in which the movement amounts of the bright spots calculated by the movement amount calculation unit 141 are arranged in time series. Here, as described above, the movement amount of the bright spot calculated by the movement amount calculation unit 141 includes the acquired image (N frame) and the image acquired immediately before the acquired image (N-1 frame). Are calculated on the basis of images of two frames acquired at different points in time. In other words, the calculation is made based on images of two time points, which are different from an arbitrary time point and a slightly previous time point. For this reason, the generated movement amount waveform data (for example, when the total movement amount of each bright spot is taken) is a volume fluctuation waveform per unit time or a rough fluctuation waveform of average height per unit time. That is, the waveform represents a change in volume fluctuation or a change in average height. For example, when it is desired to obtain a waveform representing the transition of the height, the waveform of the distance, that is, the waveform indicating the transition of the height is obtained by integrating the waveform.

ここで、移動量の総和をとった場合は、概ね、単位時間あたりの体積変動量を示す。各輝点の移動が個々の高さ変動を示しているため総和を取ることで体積変動となる。また各輝点の移動量は、各輝点位置での単位時間あたりの輝点位置の変化(即ち輝点移動速度)であり、単位時間での高さ変化に概ね相当する。   Here, when the total amount of movement is taken, the volume fluctuation amount per unit time is generally shown. Since the movement of each bright spot indicates individual height fluctuations, taking the summation results in volume fluctuations. The amount of movement of each bright spot is a change in the bright spot position per unit time at each bright spot position (ie, bright spot moving speed), and roughly corresponds to a height change in unit time.

移動量波形生成部142は、以上のように生成された移動量波形データを測定データとして演算装置20のスペクトル算出部24(図1参照)、第2の状態判別部27(図1参照)、体動検出部28(図1参照)、閾値算出部29(図1参照)等へ出力するものである。即ち、移動量波形生成部142は、少なくとも上述した輝点の移動量の総和の移動量波形データである呼吸データと、例えば輝点の移動量の絶対値の総和の移動量波形データである体動データとの両方の波形データを含む測定データを出力するものである。   The movement amount waveform generation unit 142 uses the movement amount waveform data generated as described above as measurement data, the spectrum calculation unit 24 (see FIG. 1) of the computing device 20, the second state determination unit 27 (see FIG. 1), This is output to the body motion detection unit 28 (see FIG. 1), the threshold calculation unit 29 (see FIG. 1), and the like. That is, the movement amount waveform generation unit 142 is a body that is movement data waveform data that is at least the above-mentioned movement amount waveform data that is the sum of movement amounts of bright spots and the sum of absolute values of movement amounts of bright spots, for example. Measurement data including both waveform data and dynamic data is output.

なお、FGセンサで取得される測定データの検出感度やノイズレベルは、外乱光の状況等の環境条件やベッド3上での人物2の姿勢や位置等に影響されることがある。ベッド3上での人物2の姿勢や位置等に影響される場合としては、例えば、基線長d(図11参照)を長くするため投影装置11(図8参照)をベッド3(図8参照)の中心から外して設置した際に、パターン11a(図8参照)の投影が斜めに行われることになり、ベッド3上での輝点の密度、言い換えれば、輝点の間隔が投影装置11から離れるにしたがって広くなり、結果的に投影装置11に近い位置と遠い位置とでは、検出感度やノイズレベルが異なることになる場合がある。   Note that the detection sensitivity and noise level of the measurement data acquired by the FG sensor may be affected by environmental conditions such as ambient light conditions and the posture and position of the person 2 on the bed 3. As a case where the posture or position of the person 2 on the bed 3 is affected, for example, the projection device 11 (see FIG. 8) is placed in the bed 3 (see FIG. 8) in order to increase the base line length d (see FIG. 11). The projection of the pattern 11a (see FIG. 8) is performed obliquely when installed off the center of the screen, and the density of bright spots on the bed 3, in other words, the bright spot interval is As the distance increases, the detection sensitivity and noise level may differ between a position close to and far from the projection device 11.

図13は、本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1による処理工程の概略を示すフロー図である。本図を参照して呼吸モニタ1による人物2の異常の監視方法について説明する。なお、呼吸モニタ1の構成については適宜図1又は図9を、主な所定期間の説明については適宜図7を参照する。   FIG. 13 is a flowchart showing an outline of processing steps by the respiratory monitor 1 according to the embodiment of the present invention. A method for monitoring an abnormality of the person 2 by the respiratory monitor 1 will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 or FIG. 9 is appropriately referred to for the configuration of the respiratory monitor 1, and FIG. 7 is appropriately referred to for explanation of the main predetermined period.

まず、輝点移動量取得工程として、移動量算出部141によりベッド3上に投影される複数の各輝点11b(図8参照)毎に、撮像装置12により異なる時点に取得された2フレームの画像から、複数の輝点11b(図8参照)の前記2フレーム間の輝点移動量を算出する(S100)。次に、測定データ生成工程として、移動量波形生成部142によって、移動量算出部141により算出された輝点移動量を時系列に並べてなる移動量波形データとして測定データを生成する(S102)。具体的には、移動量波形生成部142は、輝点移動量の総和の移動量波形データである呼吸データと、例えば輝点の移動量の絶対値の総和の移動量波形データである体動データとを生成する。   First, as the bright spot movement amount acquisition step, two frames acquired by the imaging device 12 at different times for each of the plurality of bright spots 11b (see FIG. 8) projected on the bed 3 by the movement amount calculation unit 141. The amount of bright spot movement between the two frames of the plurality of bright spots 11b (see FIG. 8) is calculated from the image (S100). Next, as a measurement data generation step, the movement amount waveform generation unit 142 generates measurement data as movement amount waveform data in which the bright spot movement amounts calculated by the movement amount calculation unit 141 are arranged in time series (S102). Specifically, the movement amount waveform generation unit 142 generates respiratory data that is movement amount waveform data of the sum of bright spot movement amounts and body movement that is movement amount waveform data of the sum of absolute values of movement amounts of bright spots, for example. Generate data and.

次に、体動検出部28により、1つ前の判断対象時点までの第8の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)に基づいて算出される体動基準値と判断対象時点の体動データ(測定値)とを比較して、判定対象時点の動きが体動であるか否か、すなわち、判定対象時点が体動期間に含まれるか否かを判定する(S104)。ここで、判定対象時点が体動期間である場合(S104;YES)には、現時点での呼吸モニタ1による人物2の異常の判定は行わず、続けて、監視を継続するか否かを判定する(S122)。監視を継続する場合(S122;YES)には、輝点移動量取得工程(S100)に戻って、以降の各処理を繰り返し実行する。監視を継続しない場合(S122;NO)には、監視を終了する。判定対象時点が体動期間でない場合(S104;NO)には、次段の体動基準値算出工程(S106)に移行する。   Next, the body motion reference value calculated by the body motion detection unit 28 based on measurement data (for example, body motion data) within an eighth predetermined period until the previous determination target time point and the body at the determination target time point The movement data (measured value) is compared to determine whether or not the movement at the determination target time point is a body movement, that is, whether or not the determination target time point is included in the body movement period (S104). Here, when the determination target time point is the body movement period (S104; YES), it is determined whether or not the monitoring of the person 2 is continued without determining the abnormality of the person 2 by the respiration monitor 1 at the present time. (S122). When monitoring is continued (S122; YES), the process returns to the bright spot movement amount acquisition step (S100), and the subsequent processes are repeatedly executed. If the monitoring is not continued (S122; NO), the monitoring is terminated. When the determination target time point is not the body movement period (S104; NO), the process proceeds to the next stage body movement reference value calculation step (S106).

なお、呼吸モニタ1による監視の開始直後の場合には、次段の体動基準値算出工程(S106)は未だ実行されておらず体動基準値は算出されていないので、現在の判定対象時点は体動期間でないと擬制して体動基準値算出工程(S106)に移行してもよいし、開始直後の場合にのみ用いる体動基準値を予め設定しておいてもよい。   In the case immediately after the start of monitoring by the respiratory monitor 1, the next body motion reference value calculation step (S106) has not been executed yet, and the body motion reference value has not been calculated. May assume that the period is not a body movement period, and may proceed to the body movement reference value calculation step (S106), or a body movement reference value used only immediately after the start may be set in advance.

体動基準値算出工程では、体動検出部28により判定対象時点までの第8の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)に基づいて、体動基準値を算出する(S106)。現在の判定対象時点までのデータ(判定対象時点のデータを含む)を用いて算出された体動基準値は、次の判定対象時点での体動の検出に用いられる。なお、体動検出部28は、第8の所定期間には既に体動期間であると判別されている期間を含めずに体動基準値を算出する。なお、体動基準値算出工程(S106)は、判定対象時点が体動期間であるか否かを判断する工程(S104)の前に行ってもよい。この場合、判定対象時点に実際に用いる体動基準値として、1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)で算出した体動基準値を用いるのではなく、判定対象時点直前(判定対象時点のデータを含まない)の第8の所定期間内の測定データ(例えば体動データ)に基づいて体動基準値を算出し、そのまま当該判定対象時点に用いる体動基準値とすればよい。これは、判定対象時点の測定データが体動であるか否かは次段で判断されるので、ここでは判定対象時点の測定データを体動基準値の算出に用いてもよいか否かが分からないからである。   In the body movement reference value calculation step, the body movement reference value is calculated by the body movement detection unit 28 based on measurement data (for example, body movement data) within an eighth predetermined period until the determination target time point (S106). The body movement reference value calculated using data up to the current determination target time (including data at the determination target time) is used for detection of body movement at the next determination target time. The body motion detection unit 28 calculates the body motion reference value without including the period that has already been determined to be the body motion period in the eighth predetermined period. The body movement reference value calculation step (S106) may be performed before the step (S104) of determining whether or not the determination target time point is a body movement period. In this case, instead of using the body motion reference value calculated at the previous time point (determination target time point that goes back one point in time) as the body motion reference value actually used at the determination target time point, immediately before the determination target time point ( If the body motion reference value is calculated based on the measurement data (for example, body motion data) within the eighth predetermined period of time (not including the data at the determination target time) and used as the body motion reference value as it is at the determination target time Good. This is because it is determined in the next stage whether or not the measurement data at the determination target time point is body movement. Here, whether or not the measurement data at the determination target time point may be used for calculation of the body movement reference value. I don't know.

次に、パワースペクトル算出工程として、具体的には、スペクトル算出部24により判定対象時点直前の第1の所定期間(ここでは、8秒程度)の呼吸データから、FFTを用いて判定対象時点のパワースペクトルを算出する(S108)。次に、スペクトル比較部25は、低周波成分のパワースペクトルの総和を取って信号成分を、高周波成分のパワースペクトルの総和を取ってノイズ成分を算出し、比較する。   Next, as the power spectrum calculation step, specifically, the spectrum calculation unit 24 uses the FFT to calculate the determination target time point from the first predetermined period (here, about 8 seconds) immediately before the determination target time point. A power spectrum is calculated (S108). Next, the spectrum comparison unit 25 calculates and compares the signal component by taking the sum of the power spectra of the low frequency components and the noise component by taking the sum of the power spectra of the high frequency components.

第1の状態判別部26は、呼吸停止判定工程として、スペクトル比較部25による信号成分とノイズ成分との比較結果に基づいて信号成分がノイズ成分を下まわっているか否かを判断し(S110)、信号成分がノイズ成分を下まわっていない場合(S110;NO)は、次のS112に移行する。信号成分がノイズ成分を下まわっている場合(S110;YES)には、第1の状態判別部26は、信号成分がノイズ成分を下まわっている期間が第2の所定期間(ここでは、8秒程度)連続的に経過したか否かを判定する(S114)。第2の所定期間経過していない場合(S114;NO)にはS112に移行し、第2の所定期間経過している場合(S114;YES)には、第1の状態判別部26は、人物2の状態が異常である、ここでは、呼吸停止の状態であると判断し、警報信号を警報装置36に送信し、警報装置36は警報を発する(S118)。   The first state determination unit 26 determines whether or not the signal component falls below the noise component based on the comparison result between the signal component and the noise component by the spectrum comparison unit 25 as a breathing stop determination step (S110). When the signal component does not fall below the noise component (S110; NO), the process proceeds to the next S112. When the signal component falls below the noise component (S110; YES), the first state determination unit 26 determines that the period during which the signal component falls below the noise component is the second predetermined period (here, 8). It is determined whether or not the time has elapsed (S114). When the second predetermined period has not elapsed (S114; NO), the process proceeds to S112. When the second predetermined period has elapsed (S114; YES), the first state determination unit 26 2 is abnormal, here, it is determined that it is a state of respiratory stop, and an alarm signal is transmitted to the alarm device 36, and the alarm device 36 issues an alarm (S118).

S112では、呼吸低下判定工程として、第2の状態判別部27は、判定対象時点直前のゼロクロスからゼロクロスまで(例えば1回の呼吸、1回の呼気あるいは1回の吸気)の呼吸データを積分し疑似一回換気量を算出する。さらに第2の状態判別部27は、判定対象時点の疑似一回換気量が、閾値算出部29によって1つ前の判定対象時点まで(判定対象時点のデータを含む)のデータにより算出される閾値を下まわっているか否かを判断する(S112)。なお、本実施の形態のように呼吸の動きの大きさとして疑似一回換気量を用いる場合には、新しくゼロクロスが出現した直後の判定対象時点にだけ疑似一回換気量を求め、以降、次のゼロクロスが出現するまでは、判定対象時点の直近に算出された疑似一回換気量を用いるように構成してもよい。このようにすることで、呼吸モニタ1での計算量を減らすことができる。なお、呼吸の動きの大きさとして振幅を用いる場合も同様である。また、呼吸データそのもの(測定値)は、毎回データが更新されるので、呼吸データ(測定値)と例えば、ピークの平均値やボトムの平均値とを毎回比較して異常を判別してもいよい。   In S112, the second state determination unit 27 integrates respiration data from the zero cross to the zero cross just before the determination target time (for example, one breath, one exhalation, or one inspiration) as a breath reduction determination step. Calculate pseudo tidal volume. Further, the second state determination unit 27 calculates a threshold value at which the pseudo tidal volume at the determination target time point is calculated from data up to the previous determination target time point (including data at the determination target time point) by the threshold value calculation unit 29. It is determined whether or not it falls below (S112). In addition, when using the pseudo tidal volume as the magnitude of the movement of breathing as in the present embodiment, the pseudo tidal volume is obtained only at the determination target time immediately after the appearance of a new zero cross. Until the zero cross appears, the pseudo tidal volume calculated immediately before the determination target time point may be used. By doing in this way, the calculation amount in the respiration monitor 1 can be reduced. The same applies when the amplitude is used as the magnitude of the respiratory motion. Further, since the respiratory data itself (measured value) is updated every time, abnormality may be determined by comparing the respiratory data (measured value) with, for example, the average value of the peak and the average value of the bottom each time. .

判定対象時点の疑似一回換気量が閾値を下まわっていない場合(S112;NO)には、次の、代表値、閾値算出工程(S120)に移行する。下まわっている場合(S112;YES)には、第2の状態判別部27は、疑似一回換気量が閾値を下まわっている期間が第7の所定期間(ここでは、60秒程度)連続的に経過したか否かを判定する(S116)。第7の所定期間経過していない場合(S116;NO)には代表値、閾値算出工程(S120)に移行する。第7の所定期間経過している場合(S116;YES)には、第2の状態判別部27は、人物2の状態が異常である、ここでは、呼吸が低下した状態であると判断し、警報信号を警報装置36に送信し、警報装置36は警報を発する(S118)。   When the pseudo tidal volume at the determination target time point does not fall below the threshold value (S112; NO), the process proceeds to the next representative value / threshold value calculation step (S120). If it has fallen (S112; YES), the second state determination unit 27 continues the period during which the pseudo tidal volume falls below the threshold for a seventh predetermined period (here, about 60 seconds). It is determined whether or not the time has elapsed (S116). If the seventh predetermined period has not elapsed (S116; NO), the process proceeds to the representative value / threshold value calculation step (S120). When the seventh predetermined period has elapsed (S116; YES), the second state determination unit 27 determines that the state of the person 2 is abnormal, in this case, the state in which breathing has decreased, The alarm signal is transmitted to the alarm device 36, and the alarm device 36 issues an alarm (S118).

なお、呼吸モニタ1による監視の開始直後の場合には、代表値、閾値算出工程(S120)は未だ実行されておらず、呼吸に変調があるか否かを判定する閾値は算出されていないので、現在の判定対象時点では変調がないと擬制して代表値、閾値算出工程(S120)に移行してもよいし、開始直後の場合にのみ用いる閾値を予め設定しておいてもよい。上述したように、一定の自発呼吸がある患者において、人工呼吸が実質的に働かなくなった場合、なるべく早期に見つけることが望ましいが、発見に少々時間がかかってもすぐに重篤な事故になることはない。万一、開始直後に人物2の呼吸の異常が起こった場合、呼吸が停止、あるいは停止に近いレベルまで低下すれば、上述の呼吸停止判定工程(S110)により発見されるので、生命に危険を及ぼす事態は避けることができる。   In the case of immediately after the start of monitoring by the respiration monitor 1, the representative value and threshold value calculation step (S120) has not yet been executed, and the threshold value for determining whether there is a modulation in respiration has not been calculated. The representative value / threshold value calculation step (S120) may be presumed that there is no modulation at the current determination target time point, or a threshold value used only immediately after the start may be set in advance. As mentioned above, it is desirable to detect as early as possible when artificial ventilation stops working in a patient with a certain spontaneous breathing, but it will soon become a serious accident even if it takes a little time to detect There is nothing. If an abnormality in breathing of the person 2 occurs immediately after the start, if the breathing stops or falls to a level close to the stop, it is detected by the above-described breathing stop determination step (S110), so there is a risk to life. This can be avoided.

S120では、代表値、閾値算出工程として、閾値算出部29により判定対象時点まで(判定対象時点のデータを含む)の第4の所定期間内の測定データ、例えば呼吸データに基づいて、代表値を算出し、さらに代表値に所定の係数を掛けて閾値を算出する(S120)。現在の判定対象時点で算出された閾値は、次の判定対象時点での判別に用いられる。なお、閾値算出部29は、判定対象時点以前の期間のうち体動期間をを除く第4の所定期間の測定データに基づいて、呼吸に変調があるか否かを判定するための閾値を算出する。なお、代表値、閾値算出工程(S120)は、疑似一回換気量が閾値を下まわっているか否かを判断する工程(S112)の前に行ってもよい。この場合、判定対象時点に実際に用いる閾値として、1つ前の時点(1時点過去に遡った判定対象時点)までのデータによって算出した閾値を用いるのではなく、判定対象時点直前(判定対象時点のデータを含まない)の第4の所定期間内の測定データ(例えば呼吸データ)に基づいて閾値を算出し、そのまま当該判定対象時点に用いる閾値とすればよい。   In S120, as a representative value and threshold value calculation step, the threshold value calculation unit 29 calculates a representative value based on measurement data, for example, respiratory data, within a fourth predetermined period until the determination target time point (including data at the determination target time point). The threshold value is calculated by multiplying the representative value by a predetermined coefficient (S120). The threshold value calculated at the current determination target time point is used for determination at the next determination target time point. Note that the threshold value calculation unit 29 calculates a threshold value for determining whether or not there is modulation in respiration based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the body movement period among the period before the determination target time point. To do. The representative value / threshold value calculation step (S120) may be performed before the step (S112) of determining whether or not the pseudo tidal volume is below the threshold value. In this case, instead of using the threshold calculated based on the data up to the previous time point (determination target time pointed back one point in time) as the threshold value actually used for the determination target time point, The threshold value may be calculated based on the measurement data (for example, respiratory data) within the fourth predetermined period of time and used as the threshold value for the determination target time point.

次に監視を継続するか否かを判定し(S122)、監視を継続する場合(S122;YES)には、輝点移動量取得工程(S100)に戻って、以降の各処理を繰り返し実行する。監視を継続しない場合(S122;NO)には、監視を終了する。なお、輝点移動量取得工程(S100)、測定データ生成工程(S102)により測定データを取得する工程を行う毎に、判定対象時点が体動期間であるか否かを判断する工程(S104)及び呼吸異常の判定の各工程(S110乃至S116)を行うのではなく、上記の判定を行う間に複数回のデータ取得が行われる場合には、判定の直後に次回の閾値を計算するのではなく、所要の回数のデータ取得後、次の判定までの間に、その判定で評価するデータの前のデータまでを用いて閾値を計算するとよい。 Next, it is determined whether or not the monitoring is continued (S122). When the monitoring is continued (S122; YES), the process returns to the bright spot moving amount acquisition step (S100) and the subsequent processes are repeatedly executed. . If the monitoring is not continued (S122; NO), the monitoring is terminated. Each time the measurement data is acquired in the bright spot movement amount acquisition step (S100) and the measurement data generation step (S102), it is determined whether or not the determination target time is the body movement period (S104). In addition, when the data acquisition is performed a plurality of times during the above determination, instead of performing each step of determination of respiratory abnormalities (S110 to S116), the next threshold value is calculated immediately after the determination. Instead, the threshold value may be calculated using the data before the data to be evaluated in the determination after the required number of times of data acquisition until the next determination.

なお、ここで、演算装置20の各部での各処理、上述の方法は、コンピュータにインストールされ、実行させるソフトウエアプログラムとして実現することが可能であり、係るソフトウエアプログラムを記録する記録媒体としても実現可能である。ソフトウエアプログラムはコンピュータ内蔵のプログラム部(不図示)に記録されて使用されても良く、外付けの記憶装置やCD−ROMに記録され、プログラム部(不図示)に読み出されて使用されても良く、またインターネットからプログラム部(不図示)にダウンロードされて使用されても良い。   Here, each process in each unit of the arithmetic unit 20 and the above-described method can be realized as a software program that is installed and executed in a computer, and can also be used as a recording medium for recording the software program. It is feasible. The software program may be recorded and used in a program unit (not shown) built in the computer, recorded in an external storage device or CD-ROM, and read and used by the program unit (not shown). Alternatively, it may be downloaded from the Internet to a program unit (not shown) and used.

以上で説明した本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1又はソフトウエアプログラムによれば、例えば、固定された閾値を用いずに、第1の状態判別部26により信号成分とノイズ成分との相対的な比較結果に基づいて呼吸の停止を判別することで、人物2の姿勢や上掛けの状況、外乱光の状況等、環境条件により、FGセンサ10により取得される測定データの検出感度やノイズレベルが変化する場合でも、当該変化に適切に対応した、より正確で確実な判別を下すことができる。また、信号成分とノイズ成分との相対的な比較結果によって第1の状態判別部26による判別を行うので、例えば、人工呼吸回路が人物2の体位変換時に外れた場合や、介護時に外して付け忘れた場合、寝返り等の体動により人物2の体勢が変わった場合等に、改めてある程度の時間をかけて閾値を設定し直す必要がなく、人物2の呼吸停止を迅速に検出することができる。   According to the respiratory monitor 1 or the software program according to the embodiment of the present invention described above, for example, without using a fixed threshold value, the first state determination unit 26 uses the relative relationship between the signal component and the noise component. By determining the stoppage of breathing based on the comparison result, the detection sensitivity and noise of the measurement data acquired by the FG sensor 10 depending on the environmental conditions such as the posture of the person 2, the top situation, the ambient light situation, etc. Even when the level changes, it is possible to make a more accurate and reliable determination appropriately corresponding to the change. In addition, since the first state determination unit 26 performs the determination based on the relative comparison result between the signal component and the noise component, for example, when the artificial respiration circuit is disconnected at the time of the posture change of the person 2 or removed at the time of care If the person 2 forgets or the posture of the person 2 changes due to body movement such as turning over, it is not necessary to set a threshold again over a certain amount of time, and the respiratory stop of the person 2 can be detected quickly. .

さらに、以上で説明した本発明の実施の形態に係る呼吸モニタ1又はソフトウエアプログラムによれば、第2の状態判別部27は、例えば、1つの固定された閾値を用いずに、判定対象時点に応じて適宜算出される閾値を用いて人物2の状態を判別することで、人物2の姿勢や上掛けの状況、外乱光の状況等、環境条件により、FGセンサ10により取得される測定データの検出感度やノイズレベルが変化する場合でも、当該変化に適切に対応した、より正確な判別を下すことができる。また、呼吸停止ほど明確でなく発見が難しい、自発呼吸がある患者の人工呼吸が実質的に働かなくなった異常(例えば、工呼吸器が外れてしまったような状態)も確実に判別することができるできる。   Furthermore, according to the respiratory monitor 1 or the software program according to the embodiment of the present invention described above, the second state determination unit 27 does not use one fixed threshold value, for example, the determination target time point. Measurement data acquired by the FG sensor 10 according to environmental conditions such as the posture of the person 2, the state of the top cover, the situation of ambient light, etc. by determining the state of the person 2 using a threshold value that is appropriately calculated according to Even when the detection sensitivity and noise level of the sensor change, it is possible to make a more accurate determination appropriately corresponding to the change. In addition, it is possible to reliably determine abnormalities in which artificial respiration of a patient with spontaneous breathing does not work substantially (for example, a state in which the ventilator is disconnected), which is not as clear and difficult to detect as respiratory arrest. I can do it.

さらに、判定対象時点が体動期間である場合には人物2の状態の判別を行わないことで、誤った判断を防止することができ、また、代表値や閾値の算出に体動を示すデータを用いないことで、より正確な判別をすることができる。   Further, when the determination target time point is the body movement period, it is possible to prevent erroneous determination by not determining the state of the person 2, and data indicating body movement in calculating the representative value and the threshold value. By not using, more accurate discrimination can be made.

したがって、例えば、自発呼吸がほとんど無い患者において人工呼吸回路の切断などにより呼吸ができなくなった場合、すなわち、患者の呼吸が停止した場合や、一定の自発呼吸がある患者において人工呼吸が実質的に働かなくなった場合など、人工呼吸のトラブルが直接重大な事故に結びつくことを最大限防止することができる。   Therefore, for example, when a patient who has little spontaneous breathing cannot breathe due to disconnection of the artificial respiration circuit, that is, when the patient's breathing stops or when there is a certain spontaneous breathing, It is possible to prevent the trouble of artificial respiration directly leading to a serious accident when it stops working.

また、呼吸モニタ1は、測定装置としてFGセンサ10を用いるので、人物2の状態を示す測定データを人物2に接触することなく取得できるので、人物2に負担をかけることが無いので、健常人の就寝時呼吸監視や入院患者の呼吸監視に加えて、常時人工呼吸を行っている筋ジストロフィやALSの患者の人工呼吸監視に最適である。さらに、呼吸のような人物2の小さな動きでも正確に測定できる。   In addition, since the respiratory monitor 1 uses the FG sensor 10 as a measuring device, the measurement data indicating the state of the person 2 can be acquired without touching the person 2, so that the person 2 is not burdened, so that a healthy person In addition to bedtime respiratory monitoring and in-patient respiratory monitoring, it is ideal for monitoring muscular dystrophy and ALS patients who are constantly ventilating. Furthermore, even small movements of the person 2 such as breathing can be accurately measured.

なお、以上の説明では、呼吸モニタ1は、人工呼吸を行っている人物2の人工呼吸回路の異常を検出する装置であり、例えば、人工呼吸の事故を防止することを目的とした装置であるものとして説明した。しかしながらこれに限らず、人工呼吸の事故を防止する目的でなくても、例えば、単に呼吸が停止した状態、呼吸が低下した状態を判別する装置としてもよいことはいうまでもない。すなわち、この場合は、人物2が異常であるとは、単に呼吸が停止した状態、呼吸が低下した状態等の危険な呼吸の状態をいう。   In the above description, the respiration monitor 1 is a device that detects an abnormality in the artificial respiration circuit of the person 2 who is performing artificial respiration, and is, for example, a device intended to prevent an accident of artificial respiration. Explained as a thing. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that, for example, an apparatus that simply discriminates a state where breathing has stopped or a state where breathing has fallen may be used, even if the purpose is not to prevent an accident of artificial respiration. That is, in this case, that the person 2 is abnormal means a dangerous breathing state such as a state where the breathing is stopped or a state where the breathing is lowered.

本発明の実施の形態に係る呼吸モニタの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタに用いる、呼吸データ及び体動データが形成する波形パターンの例について示した概要図である。It is the schematic shown about the example of the waveform pattern which the respiration data and body motion data which are used for the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention form. 本実施の形態に係る呼吸モニタのスペクトル算出部によって算出されるパワースペクトルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the power spectrum calculated by the spectrum calculation part of the respiration monitor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る呼吸モニタの実際の測定により取得した呼吸データ、スペクトル比較部によって比較される信号成分、ノイズ成分のデータについて説明する線図である。It is a diagram explaining the respiration data acquired by the actual measurement of the respiration monitor which concerns on this Embodiment, the signal component compared with a spectrum comparison part, and the data of a noise component. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタに用いる、測定データのヒストグラムの例を示す線図である。It is a diagram which shows the example of the histogram of measurement data used for the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタで第4の所定期間に体動期間が重なった場合について説明する図である。It is a figure explaining the case where a body movement period overlaps in the 4th predetermined period with the respiration monitor concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタの第1の所定期間から第10の所定期間についてまとめた図である。It is the figure put together about the 1st predetermined period to the 10th predetermined period of the respiration monitor concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタのFGセンサの模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the FG sensor of the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタのFGセンサの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the FG sensor of the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタの投影装置を説明する模式的斜視図である。It is a typical perspective view explaining the projection apparatus of the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタの輝点の移動の概念について説明する概念的斜視図である。It is a conceptual perspective view explaining the concept of the movement of the bright spot of the respiratory monitor according to the embodiment of the present invention. 図11の場合での受像面に結像した輝点について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the bright spot imaged on the image receiving surface in the case of FIG. 本発明の実施の形態に係る呼吸モニタによる処理工程の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the process process by the respiration monitor which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 呼吸モニタ
2 人物
3 ベッド
10 FGセンサ
11 投影装置
11a パターン
11b 輝点
12 撮像装置
14 測定部
20 演算装置
24 スペクトル算出部
25 スペクトル比較部
26 第1の状態判別部
27 第2の状態判別部
28 体動検出部
29 閾値酸算出部
36 警報装置
141 移動量算出部
142 移動量波形生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Respiration monitor 2 Person 3 Bed 10 FG sensor 11 Projection apparatus 11a Pattern 11b Bright spot 12 Imaging device 14 Measurement part 20 Calculation apparatus 24 Spectrum calculation part 25 Spectrum comparison part 26 1st state determination part 27 2nd state determination part 28 Body motion detection unit 29 Threshold acid calculation unit 36 Alarm device 141 Movement amount calculation unit 142 Movement amount waveform generation unit

Claims (13)

呼吸による周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と;
前記スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較するスペクトル比較手段と;
前記スペクトル比較手段の比較結果に基づいて、前記対象物の異常を判別する状態判別手段と;
前記測定データを取得する測定装置を備え;
前記測定装置は、対象領域に複数の輝点を投影する投影装置と、前記複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により異なる時点に取得された2フレームの画像から前記複数の輝点の前記2フレーム間の移動量を算出する移動量算出手段と、前記移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成する移動量波形生成手段とを有し、
前記状態判別手段は、前記低周波成分のスペクトルの総和が前記高周波成分のスペクトルの総和を第2の所定期間連続的に下まわった場合に、前記対象物が異常であると判別する、
態解析装置。
Spectrum calculating means for calculating a spectrum for a first predetermined period based on measurement data indicating a state of an object having a periodic movement due to respiration;
Spectrum comparison means for comparing a low frequency component and a high frequency component of the spectrum based on the spectrum;
State determination means for determining abnormality of the object based on the comparison result of the spectrum comparison means;
A measuring device for acquiring the measurement data;
The measurement apparatus includes: a projection apparatus that projects a plurality of bright spots on a target area; an imaging apparatus that captures a target area on which the plurality of bright spots are projected; and two frames acquired at different times by the imaging apparatus. A movement amount calculating means for calculating a movement amount between the two frames of the plurality of bright spots from an image; and a movement amount waveform generating means for generating movement amount waveform data in which the movement amounts are arranged in time series,
The state determination means determines that the object is abnormal when the sum of the spectrum of the low-frequency components continuously falls below the sum of the spectrum of the high-frequency components for a second predetermined period.
State analysis apparatus.
呼吸による周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と;
前記スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較するスペクトル比較手段と;
前記スペクトル比較手段の比較結果に基づいて、前記対象物の異常を判別する状態判別手段と;
前記測定データを取得する測定装置を備え;
前記測定装置は、対象領域に複数の輝点を投影する投影装置と、前記複数の輝点が投影された対象領域を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により異なる時点に取得された2フレームの画像から前記複数の輝点の前記2フレーム間の移動量を算出する移動量算出手段と、前記移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成する移動量波形生成手段とを有し、
前記状態判別手段は、前記低周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均が前記高周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均を下まわった場合に、前記対象物が異常であると判別する、
態解析装置。
Spectrum calculating means for calculating a spectrum for a first predetermined period based on measurement data indicating a state of an object having a periodic movement due to respiration;
Spectrum comparison means for comparing a low frequency component and a high frequency component of the spectrum based on the spectrum;
State determination means for determining abnormality of the object based on the comparison result of the spectrum comparison means;
A measuring device for acquiring the measurement data;
The measurement apparatus includes: a projection apparatus that projects a plurality of bright spots on a target area; an imaging apparatus that captures a target area on which the plurality of bright spots are projected; and two frames acquired at different times by the imaging apparatus. A movement amount calculating means for calculating a movement amount between the two frames of the plurality of bright spots from an image; and a movement amount waveform generating means for generating movement amount waveform data in which the movement amounts are arranged in time series,
The state determining means detects that the object is abnormal when the average of the third predetermined period of the sum of the spectrum of the low frequency components falls below the average of the third sum of the spectrum of the high frequency components. It is determined that
State analysis apparatus.
前記状態判別手段は、前記低周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均が前記高周波成分のスペクトルの総和の第3の所定期間の平均を下まわった場合に、前記対象物が異常であると判別する、The state determining means detects that the object is abnormal when the average of the third predetermined period of the sum of the spectrum of the low frequency components falls below the average of the third sum of the spectrum of the high frequency components. It is determined that
請求項1に記載の状態解析装置。The state analysis apparatus according to claim 1.
前記測定データに基づいて、前記周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出する非周期的動き検出手段を備え;
前記状態判別手段は、判定対象時点の動きが前記非周期的動き検出手段により非周期的動きであると判定されたとき、前記対象物が異常であると判別しない、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の状態解析装置。
Aperiodic motion detection means for determining and detecting aperiodic motion that occurs with the periodic motion based on the measurement data;
The state determination means does not determine that the object is abnormal when the movement at the determination target time is determined to be aperiodic movement by the aperiodic movement detection means,
The state analysis apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記測定データに基づいて、前記周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出する非周期的動き検出手段と;
判定対象時点の前後の期間のうち前記非周期的動き検出手段で非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、前記周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を算出する閾値算出手段と;
前記判定対象時点の動きが前記非周期的動き検出手段により非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の前記周期的な動きの大きさを前記閾値と比較することにより、前記判定対象物の異常を判別する状態判別手段とを備える;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の状態解析装置。
Based on the measured data, and the non-periodic motion detecting means for detecting to determine the non-cyclic movements occur with the periodic motion;
Whether the periodic motion is modulated based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the period in which the non-periodic motion detecting unit detects the non-periodic motion among the periods before and after the determination target time point Threshold calculating means for calculating a threshold for determining whether or not;
When the movement at the determination target time point is determined not to be a non-periodic movement by the aperiodic movement detection unit, the magnitude of the periodic movement at the determination target time point is compared with the threshold value, thereby State discriminating means for discriminating abnormality of the judgment object;
The state analysis apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
前記判定対象時点の前記周期的な動きの大きさは、前記判定対象時点以前のゼロクロスからゼロクロスまでの前記測定データを積分することにより得られる値を用いる、
請求項5に記載の状態解析装置。
The magnitude of the periodic movement at the determination target time point uses a value obtained by integrating the measurement data from zero cross to zero cross before the determination target time point.
The state analysis apparatus according to claim 5.
前記閾値は、代表値に基づいて定められ、
前記代表値は、第5の所定期間内の前記周期的な動きの大きさの平均値、又は調整平均値である、
請求項5又は請求項6に記載の状態解析装置。
The threshold is determined based on a representative value,
The representative value is an average value of the magnitude of the periodic movement within a fifth predetermined period, or an adjusted average value.
The state analysis apparatus according to claim 5 or 6.
前記閾値は、代表値に基づいて定められ、
前記代表値は、第6の所定期間内の前記周期的な動きの大きさの、大きい方から複数個の平均値である、
請求項5又は請求項6に記載の状態解析装置。
The threshold is determined based on a representative value,
The representative value is a plurality of average values from the larger one of the magnitudes of the periodic movements within a sixth predetermined period.
The state analysis apparatus according to claim 5 or 6.
前記状態判別手段は、前記判定対象時点の前記周期的な動きの大きさが、前記閾値を下まわった場合に、前記対象物が変調したと判別する、
請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の状態解析装置。
The state determining means determines that the object is modulated when the magnitude of the periodic movement at the determination target time falls below the threshold.
The state analysis apparatus according to any one of claims 5 to 8.
前記状態判別手段は、前記対象物が変調したと判別した後、前記閾値を固定し、前記判定対象時点の前記周期的な動きの大きさが、当該固定した閾値を、第7の所定期間連続的に下まわった場合に、前記対象物が異常であると判別する、
請求項9に記載の状態解析装置。
After determining that the object has been modulated, the state determination unit fixes the threshold value, and the magnitude of the periodic movement at the determination target time point continues the fixed threshold value for a seventh predetermined period. When the target falls down, it is determined that the object is abnormal.
The state analysis apparatus according to claim 9.
前記状態判別手段は、前記対象物を変調したものと判別し、さらに、前記判定対象時点の前記周期的な動きの周期が変動した場合に、前記対象物が異常であると判別する、
請求項9に記載の状態解析装置。
The state determination means determines that the object is modulated, and further determines that the object is abnormal when the period of the periodic movement at the determination target time fluctuates.
The state analysis apparatus according to claim 9.
コンピュータにインストールして該コンピュータを状態解析装置として作動させるソフトウエアプログラムであって;
呼吸による周期的な動きのある対象物の状態を示す測定データに基づいて、第1の所定期間のスペクトルを算出し;
前記スペクトルに基づいて、当該スペクトルの低周波成分と高周波成分とを比較し;
前記比較結果に基づいて、前記対象物の異常を判別
前記測定データを取得し;
前記測定データの取得では、対象領域に複数の輝点を投影し、前記複数の輝点が投影された対象領域を撮像し、前記対象領域の撮像により異なる時点に取得された2フレームの画像から前記複数の輝点の前記2フレーム間の移動量を算出し、前記移動量を時系列に並べてなる移動量波形データを生成し、
前記対象物の異常の判別では、前記低周波成分のスペクトルの総和が前記高周波成分のスペクトルの総和を第2の所定期間連続的に下まわった場合に、前記対象物が異常であると判別する、
ソフトウエアプログラム。
A software program installed on a computer and operating the computer as a state analysis device;
Calculating a spectrum for a first predetermined period based on measurement data indicative of the state of an object with periodic movement due to respiration ;
Based on the spectrum, comparing the low frequency component and the high frequency component of the spectrum;
Based on the comparison result, it determines an abnormality of the object;
Obtaining said measurement data;
In the acquisition of the measurement data, a plurality of bright spots are projected onto the target area, the target area on which the plurality of bright spots are projected is imaged, and two frames of images acquired at different time points by imaging the target area are used. Calculating a movement amount of the plurality of bright spots between the two frames, and generating movement amount waveform data in which the movement amounts are arranged in time series;
In the determination of the abnormality of the object, it is determined that the object is abnormal when the sum of the spectra of the low frequency components continuously falls below the sum of the spectra of the high frequency components for a second predetermined period. ,
Software program.
前記測定データに基づいて、前記周期的な動きとともに起こる非周期的な動きを判定して検出し;
判定対象時点前後の期間のうち非周期的動きの検出された期間を除く第4の所定期間の測定データに基づいて、前記周期的な動きに変調があるか否かを判定する閾値を算出し;
前記判定対象時点の動きが非周期的動きではないと判定されたとき、該判定対象時点の前記周期的な動きの大きさを前記閾値と比較することにより、前記判定対象物の異常を判別する;
請求項12に記載のソフトウエアプログラム。
Based on the measured data, it detected to determine the non-periodic motion which occurs with the periodic motion;
Based on the measurement data of the fourth predetermined period excluding the period in which the non-periodic motion is detected among the periods before and after the determination target time point, a threshold for determining whether or not the periodic motion is modulated is calculated. ;
When it is determined that the movement at the determination target time point is not an aperiodic movement, an abnormality of the determination target object is determined by comparing the magnitude of the periodic movement at the determination target time point with the threshold value. ;
The software program according to claim 12 .
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