JP5012436B2

JP5012436B2 - 生体情報検出装置

Info

Publication number: JP5012436B2
Application number: JP2007290261A
Authority: JP
Inventors: 充宏安藤; 英二藤岡; 俊介小暮
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: JP2009112596A

Description

本発明は、呼吸、心拍、体動等の生体振動を検出する生体情報検出装置に関する。

従来、この種の生体情報検出装置として、生体としての人体の心拍に基づく微小な振動信号を振動センサにより検知して、生体の心拍情報を検出するものが提案されている。これは、心臓の拍出活動により人体がその共振振動数（約４〜７Ｈｚ）で微小振動し、心拍に同期したこの微小振動を振動センサで検知して心拍数等を演算、表示するもので、生体に電極等を装着せず、無拘束で検出できるという長所がある。但し、心拍に同期した振動信号が微小なため、外部からの振動ノイズがあると心拍に同期した振動信号が影響を受け、心拍が検出できないという課題があった。

この課題を解決するために、別にもう１つ振動センサを設け、２つの振動センサの出力信号の差分に基づいて心拍信号を検知するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、２つの振動センサの出力信号それぞれのパワースペクトルの差を周波数毎に演算し、予め設定した心拍の基本周波数領域でパワースペクトルの差が最大となる周波数を心拍情報として求めることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平４−５９５０号公報特開２００５−７４０５９号公報

しかしながら、従来の生体情報検出装置では、呼吸、心拍、体動等の微小な生体振動（生体情報）は、人体が動くと人体の動きの振動により埋もれてしまう問題がある。

また、生体振動には個人差があり、振動センサと人体の設置状態によっても影響を受け、振動センサからの振動波形も一定ではない。外部からの振動ノイズを除去するだけでは正確な検出が困難である。検出精度を上げるため、長期間のデータから算出する方法も考えられるが、検出遅れや、生体振動の一拍毎の間隔（周期）を検出できない問題がある。

また、パワースペクトルの差から生体情報を求める方法では、同様に生体振動の一拍毎の間隔（周期）を検出できない問題がある。

また、２つの振動センサによりノイズ成分を減算する方法では、振動センサに高い精度が求められる。振動センサの精度が低いと人体の動き以外のノイズの影響を受けて心拍等を検出する精度が低下する問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部からの振動ノイズがあっても、呼吸、心拍、体動といった微小な生体振動（生体情報）の一拍毎の間隔（周期）を検出できる生体情報検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、生体から発する振動を検知し前記振動に応じた信号を出力する少なくとも２つ以上の検知手段と、前記検知手段からの信号を受けて所定の振動波形に変換するフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理手段からの信号を受けて特徴点と前記特徴点の発生タイミングとを抽出する特徴点抽出手段と、夫々の前記検知手段から抽出した同じ発生タイミングの前記特徴点から評価得点を演算し、前記評価得点と閾値とから生体から発する振動タイミングを求める振動タイミング抽出手段と、から構成される。

また、請求項２に記載の発明は、前記閾値は変更可能に構成される。

また、請求項３に記載の発明は前記閾値は、前記評価得点の変化に応じて自動で更新されるように構成される。

また、請求項４に記載の発明は、前記検知手段は生体の荷重を受けて呼吸、心拍、体動の生体振動を検出可能な圧力センサにより構成される。

請求項１に記載の発明では、少なくとも２つ以上の検知手段により呼吸、心拍、体動といった微小な生体振動を検知する。生体振動は全ての検知手段で検知され、また振動ノイズも夫々の検知手段で異なる振動要素として重畳される。しかし呼吸、心拍、体動の生体振動は全ての検知手段で同じタイミングであるため、振動タイミング抽出手段で夫々の検知手段から抽出した同じタイミングの特徴点の評価得点の差異を見ることで、振動タイミングを精度良く抽出できる。また生体振動の特性は検知手段の設置位置により異なるが、共通情報である呼吸、心拍、体動の発生タイミングを見ることで、振動特性の違いによる振動タイミングの誤検出を防止できる。また、長期間のデータの算出を行うことなく、振動タイミングから一拍毎の間隔（周期）を検出できる。

また、請求項２に記載の発明では、評価得点の閾値は変更可能に構成されるため、個人差（例えば老人と若者）又は検知手段の設置位置の違いによる異った生体振動でも、閾値を変更することで正確な振動タイミングの検出が可能になる。

また、請求項３に記載の発明では、閾値は評価得点の変化に応じて自動で更新される。生体振動を検出途中で生体の状態が変化しても、自動で閾値を更新するため、正確な振動タイミングを検出できる。また、個人差のある生体振動を検出する場合でも、閾値は自動で更新されるため、個々に閾値を設定する手間が不要であり、使い勝手が向上する。

また、請求項４に記載の発明では、検知手段は生体の荷重を受けて呼吸、心拍、体動の振動を検出可能な圧力センサにより構成されるため、高い精度の振動センサを用いることなく心拍、呼吸、体動の振動タイミングの検出が可能になる。また、圧力センサは荷重を受ける場所であれば位置は特に限定されず、また生体に接触させる必要がないので、あらかじめベッドやイスに設置することが可能で、圧力センサの取付が容易である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の生体情報検出装置１の構成を示す説明図である。検出対象である人２（生体）がベッド３に非拘束の状態で横になっている状態である。生体情報検出装置１は、人２の心拍（生体情報）を検知する１ｃｈ〜６ｃｈの６つの圧力センサ１０（検知手段）と、圧力センサ１０からの信号１１を受けて所定の振動波形に変換するフィルタ処理部２０（フィルタ処理手段）と、フィルタ処理部２０からの信号２１を受けて特徴点３６（図３）を抽出する特徴点抽出部３０（特徴点抽出手段）と、特徴点抽出部３０の信号３１から振動タイミング４１（図４）を求める振動タイミング抽出部４０（振動タイミング抽出手段）とから構成される。

図２は、圧力センサ１０で検知した人２の心拍振動の波形１２である。心拍振動は微小な振動であるため、人２の動きや外部からの振動ノイズが重畳される。また、圧力センサ１０の夫々の設置位置によりｃｈ１〜ｃｈ６の波形１２の振幅は異なる。

図３は、圧力センサ１０で検知した人２の心拍振動の波形１２から特徴点３６を抽出するまでの流れを示す説明図である。圧力センサ１０で検知した人２の心拍振動の波形１２は、信号１１としてフィルタ処理部２０に送られる。

フィルタ処理部２０はバンドパスフィルタ２２（ＢＰＦ）と整流フィルタ２３とローパスフィルタ２４（ＬＰＦ）から構成される。心拍振動の波形１２はバンドパスフィルタ２２で波形２５に変換され、ローパスフィルタ２４で包落線２６となる。包絡線２６の信号２１は、特徴点抽出部３０に送られる。

特徴点抽出部３０は、ピーク検知３２と波高値検知３３とＡＮＤ素子３４とから構成され、包絡線２６を「１」、「０」のデジタル信号の波形３５に変換する。波形３５から特徴点３６（「１」）と特徴点３６の発生タイミング３７を抽出する。

図４は、振動タイミング抽出部４０における振動タイミング４１を求める方法を示す説明図である。ｃｈ１〜ｃｈ６の夫々の圧力センサ１０からの心拍振動は、図３で説明したようにデジタル信号の波形３５に変換されて、特徴点３６と特徴点３６の発生タイミング３７を抽出する。

評価得点は、同じ発生タイミング３７にある特徴点３６の合計数から演算される。発生タイミングＡでは、ｃｈ１〜ｃｈ４とｃｈ６に特徴点３６が検出されており、評価得点は「５」である。発生タイミングＢでは、ｃｈ１とｃｈ４に特徴点３６が検出されており、評価得点は「２」となる。同様に発生タイミングＣでは評価得点は「５」となる。

最大評価得点は圧力センサ１０の数により決まる。本実施例では６個の圧力センサ１０を用いるため、最大評価得点は「６」となる。

閾値は少なくとも１つの特徴点３６が検出される「１」から最大は最大評価得点と同じ「６」の間となる。閾値は任意に設定することが可能であるが、本実施例では最大評価得点から「２」を引いた「４」に設定した。尚、閾値は、評価得点の変化に応じて自動で更新されるようにしてもよい。例えば心拍は３０〜１００回／分が通常であるが、閾値が高いと（例えば本実施例では「６」）心拍回数を少なく検出する。心拍回数が通常の範囲内に入るように自動で閾値を更新することで、心拍の正検出が可能になる。

発生タイミングＡは、評価得点は「５」で閾値「４」より大きいため正検出である。発生タイミングＢは、評価得点は「２」で閾値「４」より小さいため誤検出である。発生タイミングＣは、評価得点は「５」で閾値「４」より大きいため正検出である。正検出である発生タイミングＡとタイミングＣから、振動タイミング４１を求めその間隔から一拍毎の周期が求まる。

本発明の生体情報検出装置１は、６個の圧力センサ１０により心拍振動を検知する。心拍振動は全ての圧力センサ１０で検知され、また振動ノイズも夫々の圧力センサ１０で異なる振動要素として重畳される。しかし心拍振動は全ての圧力センサ１０で同じタイミングであるため、振動タイミング抽出部４０で夫々の圧力センサ１０から抽出した同じ発生タイミング３７の特徴点３６から評価得点を演算して、振動タイミング４１を抽出できる。

また心拍振動の特性は圧力センサ１０の設置位置により異なるが、共通情報である心拍振動のタイミングを見ることで、振動特性の違いによる振動タイミング４１の誤検出を防止できる。また、長期間のデータの算出を行うことなく、心拍振動の一拍毎の間隔（周期）を検出できる。

また、評価得点の閾値は変更可能なため、個人差（例えば老人と若者）又は圧力センサ１０の設置位置の違いにより異なった心拍振動でも、閾値を変更することで正検出が可能になる。

また、閾値を評価得点の変化に応じて自動で更新する場合、心拍振動を検出途中で人２の生体状態が変化しても、自動で閾値を更新するため、正検出が可能になる。また、個人差のある心拍振動を検出する場合でも、閾値は自動で更新されるため、個々に閾値を設定する必要がなく、使い勝手が向上する。

また、圧力センサ１０の設置位置は人２の荷重を受ける場所であればよく、人体に接触させる必要がないので、あらかじめベッド３に設置することで、圧力センサ１０の取付が容易になる。

本実施例では「同じ発生タイミング」に１００ｍｓの幅を持たせてｃｈ１〜ｃｈ６の特徴点３６から評価得点を演算したが、１００ｍｓに限定されるものではなく、任意に変更可能である。１００ｍｓの間に複数の特徴点３６が検出された場合には、最初に検出された特徴点３６を正検出とするが、最後に検出された特徴点３６を正検出としてもよい。

また、本実施例では振動検知手段として圧力センサ１０を用いて心拍振動を検知したが、圧力センサ１０に限定されるものではなく、呼吸、心拍、体動等の生体振動を検知可能なセンサ（例えば加速度センサ等）であってもよい。

本発明の生体情報検出装置の構成を示す説明図である。圧力センサで検知した人の心拍振動の波形である。圧力センサで検知した人の心拍振動の波形から特徴点を抽出するまでの流れを示す説明図である。振動タイミング抽出部における振動タイミングを求める方法を示す説明図である。

符号の説明

１生体情報検出装置
２人（生体）
１０圧力センサ（検知手段）
２０フィルタ処理部（フィルタ処理手段）
３０特徴点抽出部（特徴点抽出手段）
３６特徴点
３７発生タイミング
４０振動タイミング抽出部（振動タイミング抽出手段）
４１振動タイミング

Claims

生体から発する振動を検知し前記振動に応じた信号を出力する少なくとも２つ以上の検知手段と、
前記検知手段からの信号を受けて所定の振動波形に変換するフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理手段からの信号を受けて特徴点と前記特徴点の発生タイミングとを抽出する特徴点抽出手段と、
夫々の前記検知手段から抽出した同じ発生タイミングの前記特徴点から評価得点を演算し、前記評価得点と閾値とから生体から発する振動タイミングを求める振動タイミング抽出手段と、を備えた生体情報検出装置。
前記閾値は、変更可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
前記閾値は、前記評価得点の変化に応じて自動で更新される、ことを特徴とする請求項２に記載の生体情報検出装置。
前記検知手段は生体の荷重を受けて呼吸、心拍、体動の生体振動を検出可能な圧力センサである、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体情報検出装置。