JP5152954B2 - 生体情報検知システム - Google Patents

Description

本発明は、水中に浸かっている被験者、例えば浴槽の湯に浸かっている被験者の生体情報を非接触で検知するシステムに関するものである。

入浴は、体表面を清浄化したりリラックス感を与えたりする効果がある一方で、急激な疾病を誘発する危険性も孕んでいる。通常、浴室は閉じられた空間であり、同居人がいるとしても、入浴者の挙動が常時把握されるものではない。このため、突然の脳疾患や心臓停止等により、同居人が異常を察知する前に入浴者が絶命に至るケースが少なくない。このような事象は、とりわけ高齢者に多く見られ、今後到来するさらなる高齢化社会では、問題が一層顕在化することが予想される。

そこで、入浴中の被験者の健康状態を何らかの方法でモニターすることが考えられる。人体の種々の生体機能を計測するためには、電極等を被験者の体表面に取り付けることが手早い。しかし、電極等を体に付した状態での入浴は、本来のリラクライゼーション効果を損なうため望ましくない。この点に鑑み、特許文献１には、浴槽の底面に電極を設け、入浴者の臀部における脈波を電気的に測定するようにした脈波計測装置が開示されている。この装置によれば、入浴者の脈波をリアルタイムで非侵襲的に測定できることから、入浴者において万一心拍停止等が発生しても、これを検知することが可能である。
特開２００３−２６００３２号公報

しかしながら、特許文献１の手法は、浴槽の底部に設置された電極上に座ることを被験者に求める手法であり、電極に素肌が接触することから被験者が違和感を与え、快適な入浴を阻害してしまう懸念がある。さらに、心臓の心拍停止が検出された時点では、脳が深刻なダメージを受けるなどして、もはや手遅れというケースが少なくない。このため、リアルタイムで入浴者の脈波をモニターし心拍停止を検出したとしても、その入浴者に十分な救護を施与できないという問題があった。そこで、心拍停止に至る前段階である呼吸停止の段階で入浴者の状態変化を知見することが望ましいと言えるが、入浴中の被験者の呼吸状態を非接触で検知する有用な方法は実現されていないのが現状である。

本発明は上記のような実情に鑑みて為されたもので、入浴中の被験者に違和感を与えることなく、心拍や呼吸状態のような生体情報を非接触で検知することができる生体情報検知システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一の局面に係る生体情報検知システムは、浴槽内に入浴した被験者の生体情報を検知するためのシステムであって、浴槽の内周壁に配置される一対の電極と、前記電極間に、周波数が６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの交流電圧を印加する電源と、電極間のインピーダンス値を測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス値の時間変化を解析すると共に、被験者の吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が発生しているか否かを判定する処理を行う演算手段と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、電源で発生される周波数が６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの交流電圧が電極を介して被験者が入浴している浴槽内に印加される。そして、電極間のインピーダンス値がインピーダンス測定手段により求められ、演算手段により被験者の吸気と呼気と起因する生体情報を把握するための演算処理が行われる。例えば演算手段は、インピーダンス値の時間変化から、被験者が正常な状態にあるか否かの判定処理、生体情報パラメータの算出処理等を行う。

上述の通り、正常な呼吸が行われている状態では、上記インピーダンス値の変化は呼吸に応じて周期的に現れるが、心肺機能の低減や停止が発生した場合は周期的なインピーダンス値の変化は生じない。かかる知見に基づき、演算手段は、インピーダンス値の時間解析を行うことで、入浴中における被験者の呼吸状態が正常であるか否かを判定する。

上記構成において、前記演算手段は、前記インピーダンス値の変動サイクルに基づいて、被験者の呼吸数を検知することが望ましい。この構成によれば、被験者の呼吸数を検知するので、一層定量的に被験者の呼吸状態を把握できるようになる。

また、上記構成において、前記演算手段は、前記インピーダンス値を実部と虚部とに分けて評価することが可能とされていることが望ましい。例えば、被験者の吸気と呼気とに伴う前記インピーダンス値の変動要因としては、呼吸に伴い肺中の空気量が変動し電極間の静電容量が変化することと、呼吸に伴い体表面が膨張収縮し比較的低抵抗の体表面部分の電極間における長さが変動して抵抗値が変化することとが挙げられる。このような虚部及び実部の変化がインピーダンス値の変化として表出するのであるが、各々を単独で評価した方が明瞭に呼吸状態を評価できる場合がある。従って、インピーダンス値を実部と虚部とに分けて評価可能にしておくことで、一層的確に呼吸状態（生体情報）を評価することが可能となる。

上記構成において、前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、所定の警報信号を発生する警報手段を備えることが望ましい。この構成によれば、前記吸気と呼気とに起因するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、警報信号が発生されるので、同居者等は直ちに入浴者において異常が発生したことを知見できるようになる。

また、上記構成において、前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、所定の表示情報を表示する表示手段を備えることが望ましい。この構成によれば、例えば呼吸に相当するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、所定の表示情報が表示手段に表示されるので、同居者等は直ちに入浴者において異常が発生したことを知見できるようになる。

上記いずれかの構成において、前記浴槽に、所定の制御信号を受けて浴槽内の水を排水させる排水手段が付設され、前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、前記排水手段に前記制御信号を与えて排水動作を行わせる排水制御手段を備える構成とすることができる。この構成によれば、例えば呼吸に相当するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、浴槽内の水が自動的に排水されるようになる。従って、入浴者が浴槽内で溺れてしまうことを未然に抑止できるようになる。

また、上記いずれかの構成において、所定の通信ネットワークに接続された通信手段を備え、該通信手段は、前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、前記通信ネットワークに接続された所定の端末装置に通報信号を送信可能とされている構成とすることができる。この構成によれば、例えば呼吸に相当するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、通信ネットワークに接続された所定の端末装置に対して通報を行うことができる。従って、入浴者の異常発生を在外者に速やかに報知できるようになる。

本発明の水中における生体情報検知システムによれば、被験者の前記吸気と呼気とに起因するインピーダンス値の変動に基づいて、水中に浸かっている被験者、例えば浴槽の湯に浸かっている被験者の呼吸状態を把握することができ、心拍停止後ではなく、心拍停止に至る前段階である呼吸停止の段階で入浴者の状態変化を知見することが可能となる。しかも、被験者に電極を直接取り付ける必要も、被験者が電極に接する必要もない。従って、入浴時のリラクライゼーション効果を損なうことなく、浴槽内で急に発病した場合でも、その異常を検知することができる。このため、浴室内における高齢者等に対する安全性を高めることができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［実施形態１］
実施形態１では、被験者の吸気と呼気とに起因するインピーダンス値の変動を検知し、被験者の呼吸状態を把握する実施形態を例示する。

図１は、実施形態１に係る呼吸状態検知システムＳ１の構成を示すブロック図である。この呼吸状態検知システムＳ１は、浴槽１０の内部に配置される一対の電極２１、２２、電源３１、スイッチング素子３２、インピーダンス測定装置３３（インピーダンス測定手段）、制御装置４０（演算手段）、警報スピーカ５１（警報手段）及び表示装置５２（表示手段）を備えて構成されている。

一対の電極２１、２２は、導電性金属からなる平板電極であって、浴槽１０の一方の側内壁１１に一方の電極２１が、前記側内壁１１と対向する他方の側内壁１２に他方の電極２２がそれぞれ固着され、測定領域としての浴槽内空間を挟んで対向配置されている。浴槽１０には湯Ｗが張られ、被験者Ｈが入浴するのであるが、一対の電極２１、２２はこの被験者Ｈを挟むように配置されることとなる。かかる配置により、電極２１、２２間には湯Ｗ及び被験者Ｈを経由する電流経路が形成され、電圧が印加されると湯Ｗ及び被験者Ｈのインピーダンス値に応じた電流が電極２１、２２間に流れるようになる。

電極２１、２２の配置態様は適宜に定めることができるが、図１に示すように電極同士を互いに正対させて配置することが、被験者Ｈの呼吸に伴うインピーダンス値の変動を検知し易くする点で望ましい。特に、浴槽１０が上面視で長方形を呈するものである場合は、感度を上げるために、その短辺側の浴槽内空間を挟んで電極２１、２２を対向配置させることが望ましい。

電源３１は、一対の電極２１、２２間に交流電圧を印加するための電源である。この電源３１としては、４０Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度の交流電圧を発生する交流電源を用いることができる。スイッチング素子３２は、電極２１、２２に対する電圧印加のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うためのもので、制御装置４０によりそのＯＮ−ＯＦＦ動作が制御される。

インピーダンス測定装置３３は、電極２１、２２間に印加されている電圧値と、電極２１、２２間を流れる電流値とから、電極２１、２２間のインピーダンス値を求めるものである。このインピーダンス測定装置３３は、インピーダンス値に加え、インピーダンス値の実部である抵抗成分と、虚部であるキャパシタンス成分及びリアクタンス成分とを求めることができる測定装置（ＬＣＲメータ等）を用いることが望ましい。

制御装置４０は、電極２１、２２間への電圧印加制御、インピーダンス測定装置３３による電極２１、２２間のインピーダンスの測定制御、測定されたインピーダンス値の解析処理、被験者Ｈの吸気と呼気とに起因して前記インピーダンス値の変動が発生しているか否かを判定する演算処理等を行う。この制御装置４０の具体的構成については、図６に基づいて後記で詳述する。

警報スピーカ５１は、制御装置４０において呼吸動作に相当するインピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、制御装置４０から所定の警報音信号が与えられ、当該警報音信号に応じた音声を発生する。表示装置５２は、液晶ディスプレイ等からなり、同じく制御装置４０において呼吸動作に相当するインピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、制御装置４０から所定の表示信号が与えられ、当該表示信号に応じた表示情報を表示する。

次に、被験者Ｈの吸気と呼気とに起因するインピーダンス値の変動について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、呼気時において測定されるインピーダンス値を説明するための模式図である。図２（ａ）に示すように、呼気時においては被験者Ｈ（ここでは被験者Ｈを電極対向方向の断面として簡略的に描いている）の肺に吸引されている空気の容積である胸部容積Ｌは、比較的少ないＶ１となる。また、肺に存在している空気量が少ない分、身体も膨張していない状態である。

この場合、湯Ｗの部分のインピーダンスを除いて考えると、図２（ｂ）に示すように、電極２１、２２間のインピーダンスＺ１は、被験者Ｈの体表面周囲長に応じた抵抗Ｒ１と、胸部容積Ｌ＝Ｖ１に相当するキャパシタンスＣ１との合成値（Ｚ１＝Ｒ１＋Ｃ１）となる。図２（ｃ）は、この合成値をベクトル的に示した図である。呼気時においては、身体が膨張していないことから、湯Ｗよりも抵抗値が低い体表面が電極２１、２２間において占める割合が、後述する吸気時に比べて比較的少なくなる。このため、抵抗Ｒ１は比較的大きい値となる。一方、胸部容積Ｌが少ないことに起因して、キャパシタンスＣ１は比較的小さい値となる。従って、実部の成分が大きいことから、このときのインピーダンスＺ１の位相角θ１は、比較的小さくなる。

これに対し、図３は、吸気時において測定されるインピーダンス値を説明するための模式図である。図３（ａ）に示すように、吸気時においては被験者Ｈの胸部容積Ｌは、呼気時のＶ１よりも大きいＶ２となる。また、肺に存在している空気量が大きい分、身体も膨張している状態となる。

この場合、図３（ｂ）に示すように、電極２１、２２間のインピーダンスＺ２は、被験者Ｈの膨張した体表面周囲長に応じた抵抗Ｒ２と、胸部容積Ｌ＝Ｖ２に相当するキャパシタンスＣ２との合成値（Ｚ２＝Ｒ２＋Ｃ２）となる。図３（ｃ）は、この合成値をベクトル的に示した図である。吸気時においては、身体が膨張していることから、湯Ｗよりも抵抗値が低い体表面が電極２１、２２間において占める割合が、上記吸気時に比べて比較的大きくなる。このため、抵抗Ｒ２は呼気時の抵抗Ｒ１に比べて小さい値となる。一方、胸部容積Ｌが大きいことに起因して、キャパシタンスＣ２は比較的大きい値となる。従って、虚部の成分が大きいことから、このときのインピーダンスＺ２の位相角θ２は、呼気時の位相角θ１に比べて大きくなる。

一方、浴槽１０内に被験者Ｈが入浴していない無人状態である場合、電極２１、２２間のインピーダンスＺ０は専ら湯Ｗの抵抗値に依存することになる。以上のように、電極２１、２２間において、無人時、呼気時及び吸気時に各々状態変化が生ずることから、その状態変化を電極２１、２２間インピーダンスの変化として把握することが可能となる。なお、インピーダンス値のみの比較では状態に応じた顕著な相違が観測されない場合も有り得るので、実部（抵抗）の変化度合い、或いは虚部の変化度合いを参照して呼吸状態を把握するようにしても良い。

図４は、無人時、呼気時及び吸気時のインピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２と電源３１の周波数との関係を実験的に求めたグラフである。また、図５は、上記インピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２の位相Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２を示すグラフである。実験条件は次の通りである。
浴槽：ステンレス製、７９ｃｍ×６０ｃｍ×５８ｃｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）
湯温：４０℃
被験者：４３歳の男性、身長１７２ｃｍ、体重６８ｋｇ、吸気時最大胸囲＝１００ｃｍ、呼気時最小胸囲９０ｃｍ、肺活量約４．５リットル
電極：２５ｃｍ×２５ｃｍサイズのアルミホイル電極、電極間距離３０ｃｍ

図４から明らかなように、無人時、呼気時及び吸気時のインピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２には、顕著な相違が観測されている。例えば、電源周波数が１０００Ｈｚのとき、無人時インピーダンスＺ０は約２１５オーム、呼気時インピーダンスＺ１は約１７５オーム、吸気時インピーダンスＺ２は約１４５オームである。従って、電極に交流電圧を印加する電源の周波数として１０００Ｈｚを選んだ場合、当該被験者の呼吸動作に応じて概ね１７５オーム〜１４５オームの間で変動する電極間インピーダンスが検出されるようになる。なお、Ｚ１、Ｚ２は、被験者において呼気状態及び吸気状態でそれぞれ息を止めさせている間に、電源周波数を４０Ｈｚ〜１０ＭＨｚの間で掃引して測定したものである。

このようなインピーダンス変動が、人間の通常の呼吸ペースに合わせて観測されているか否かにより、被験者の呼吸動作が正常であるか否かを把握することができる。もし、１７５オーム〜１４５オームの間で略一定のインピーダンス値が連続的に検知され続けている場合は、被験者が入浴中に呼吸停止状態に至った可能性が有ることを検出することができる。なお、電源周波数が１０００Ｈｚの付近（６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ程度）では、図４に示すように無人時、呼気時及び吸気時のインピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２の差が大きく、また図５に示すように位相Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の差も大きいことから、状態識別の精度を向上させる観点から、この付近の周波数を電源周波数として選ぶことが望ましい。

続いて、制御装置４０の詳細構成について説明する。図６は、制御装置４０の機能構成を示す機能ブロック図である。この制御装置４０は、演算処理部４１と、出力処理部４２と、全体制御部４３とを備えて構成されている。また、演算処理部４１は、インピーダンス解析部４１１と、呼吸判定部４１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４１３とを含んでいる。

インピーダンス解析部４１１は、インピーダンス測定装置３３により計測される電極２１、２２間のインピーダンス値を所定のサンプリング周期で取り込み、これを時間軸に展開して時間解析が可能なデータを生成する。図７は、電極２１、２２間のインピーダンス値の時間変化であるインピーダンス波形Ｚｗを示すグラフである。インピーダンス解析部４１１は、インピーダンスの計測値に基づきこのインピーダンス波形Ｚｗに相当するデータを生成する。

なお、図７には、実際の呼吸に伴う胸部の動きを示す呼吸波形Ｃｗを併記している。この呼吸波形Ｃｗとインピーダンス波形Ｚｗとを対比すると明らかな通り、両者の波動周期はほぼ一致しており、インピーダンスの時間変化が呼吸動作と良くマッチングしていることが分かる。なお、図７の矢印Ｂ．Ｈで示した期間は、被験者に意図的に呼吸を停止させた期間である。万一、被験者において入浴中に呼吸停止が生じた場合、この矢印Ｂ．Ｈで示した期間のように、波高値が脈動的にしか変化しないインピーダンス波形が検出されるようになる。この呼吸一時停止期間に検出されているインピーダンス値の時間変化は、平常呼吸の期間のものとは明らかに相違するため、被験者の呼吸動作の異常を速やかに検知することが可能となる。

呼吸判定部４１２は、インピーダンス解析部４１１により生成されたインピーダンス波形Ｚｗに相当するデータを解析することで、被験者Ｈの吸気と呼気とに起因する電極２１、２２間のインピーダンス値の変動が発生しているか否かを判定する処理を行う。例えば呼吸判定部４１２は、インピーダンス波形Ｚｗの生データにフィルタ処理を施して近似曲線波形を求めた上で、その近似曲線波形のピーク値を検出する。そして、所定の時間内に所定回数のピーク値（例えば１分間に１０数回程度）が表れているか否かに基づいて、つまりインピーダンス波形Ｚｗの変動サイクルに基づいて被験者Ｈの呼吸数を検知することで、被験者Ｈの呼吸異常の有無を判定する。もし、正常範囲の呼吸数が検出されなかった場合、呼吸判定部４１２は、異常判定信号を生成して出力処理部４２に与える。なお、浴槽１０内が無人であることを示すインピーダンス値が観測されている場合は、この異常判定信号は生成されない。

ＲＡＭ４１３は、インピーダンス解析部４１１から所定のサンプリング周期毎に与えられるインピーダンス値を一時的に格納する。上記インピーダンス解析部４１１及び呼吸判定部４１２は、このＲＡＭ４１３に格納されたデータを読み出して、各々所定の演算を行う。

出力処理部４２は、呼吸判定部４１２から異常判定信号が与えられたときに、その異常を報知するための出力信号を生成する。具体的には、警報音を発生させるための警報音声信号を生成して、警報スピーカ５１へ出力する。また、異常発生を報知する画像情報を生成して、表示装置５２へ出力する。このような警報音や画像情報が発生されることで、同居人等は入浴者の異常を速やかに知見できるようになる。

全体制御部４３は、ユーザから操作部４４を介して与えられる操作信号を受けて、スイッチング素子３２をＯＮ−ＯＦＦ制御し一対の電極２１、２２への通電制御を行うと共に、インピーダンス測定装置３３によるインピーダンス測定動作を制御して、所定のサンプリング周期毎にインピーダンス測定値を演算処理部４１へ出力させる。さらに全体制御部４３は、上記の動作を行う演算処理部４１及び出力処理部４２を適時に動作させる全体制御を行う。

以上の通り構成された呼吸状態検知システムＳ１の動作について、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。システムの動作が開始されると、全体制御部４３によりサンプリング周期であるか否かが確認される（ステップＳ１）。サンプリング周期が到来すると（ステップＳ１でＹＥＳ）、全体制御部４３は、スイッチング素子３２をＯＮに制御して、電源３１から一対の電極２１、２２へ交流電圧を印加させる（ステップＳ２）。

続いて全体制御部４３は、インピーダンス測定装置３３を動作させて、電極２１、２２間のインピーダンスを測定させる（ステップＳ３）。このインピーダンス測定値は、演算処理部４１のＲＡＭ４１３に一時的に格納される（ステップＳ４）。そして、インピーダンス解析部４１１により前記インピーダンス測定値が読み出され、これを時間軸に展開して時間解析が可能なデータ（例えば図７に示したインピーダンス波形Ｚｗ）が生成される。

次いで、呼吸判定部４１２により、上記インピーダンス波形Ｚｗの変動サイクルに基づいて被験者Ｈの呼吸数を検知することで、被験者Ｈの呼吸異常の有無が判定される（ステップＳ６）。所定の呼吸数が検出されなかった場合（ステップＳ６でＮＯ）、呼吸判定部４１２は、異常判定信号を生成して出力処理部４２に与える。出力処理部４２は、かかる異常判定信号を受けて、警報スピーカ５１及び表示装置５２に向けた警報出力信号を生成して出力する（ステップＳ７）。

一方、所定の呼吸数が検出されている場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、上記の警報出力信号は生成されず、ステップＳ７はスキップされる。そして、システムの動作を終了するか否かが引き続き確認され（ステップＳ８）、動作が継続される場合（ステップＳ８でＮＯ）は、前記ステップＳ１に戻って処理が繰り返される。一方、操作部４４から動作終了指示が与えられたような場合は（ステップＳ８でＹＥＳ）、ここで呼吸状態検知システムＳ１の動作は終了する。

以上説明した本実施形態に係る呼吸状態検知システムＳ１によれば、被験者Ｈの吸気と呼気とに起因するインピーダンス値の変動に基づいて、浴槽１０の湯Ｗに浸かっている被験者Ｈの呼吸状態を把握できる。すなわち、心拍停止後ではなく、心拍停止に至る前段階である呼吸停止の段階で被験者Ｈの呼吸状態の変化を知見することが可能となる。しかも、被験者Ｈに電極を直接取り付ける必要もない。従って、入浴時のリラクライゼーション効果を損なうことなく、浴槽１０内で急に発病した場合でも、脳に深刻なダメージを与える心拍停止前に、その異常を同居人等に対して警報スピーカ５１及び表示装置５２からの報知により知見させることができる。

［実施形態２］
実施形態２では、被験者の心臓の鼓動に起因するインピーダンス値の変動を検知し、被験者の心拍を把握する実施形態を例示する。この場合も、システム構成は先に図１に示した実施形態１のものと同様である。重複を避けるため、ここでは説明を省略する。

図９は、実施形態２に係る呼吸状態検知システムＳ２において用いられる制御装置４０Ａの機能構成を示すブロック図である。この機能構成も図６に示した実施形態１のものと略同等であり、相違する点は呼吸状態検知システムＳ２においては、呼吸判定部４１２に代えて心拍判定部４１４を備えている点である。

心拍判定部４１４は、インピーダンス解析部４１１により生成されたインピーダンス波形Ｚｗに相当するデータを解析することで、被験者Ｈの心臓の鼓動に起因する電極２１、２２間のインピーダンス値の変動が発生しているか否かを判定する処理を行う。例えば心拍判定部４１４は、インピーダンス波形の生データにフィルタ処理を施して近似曲線波形を求めた上で、その近似曲線波形のピーク値を検出する。そして、所定の時間内に所定回数のピーク値（例えば１０秒間に１０数回程度）が表れているか否かに基づいて、つまりインピーダンス波形Ｚｗの変動サイクルに基づいて被験者Ｈの心拍を検知することで、被験者Ｈの心拍異常の有無を判定する。もし、正常範囲の心拍数が検出されなかった場合、心拍判定部４１４は、異常判定信号を生成して出力処理部４２に与える。なお、浴槽１０内が無人であることを示すインピーダンス値が観測されている場合は、この異常判定信号は生成されない。

図１０及び図１１は、電極２１、２２間のインピーダンス値の変化と心電図（ＥＣＧ）との関係を求めた実験データである。図１０は、電源周波数＝１００ｋＨｚ、電極間電流＝１０ｍＡとしたときのインピーダンス波形Ｚｐ１と心電図波形Ｐｗとの関係を示すグラフ、図１１は、電源周波数＝１ＭＨｚ、電極間電流＝１０ｍＡとしたときのインピーダンス波形Ｚｐ２と心電図波形Ｐｗとの関係を示すグラフである。これらのグラフから明らかなように、心電図Ｒ波の出現間隔とインピーダンス波形Ｚｐ１、Ｚｐ２のピーク出現ピッチとが対応しており、インピーダンス波形Ｚｐ１、Ｚｐ２を監視することで心拍を把握できることがわかる。

実際のインピーダンス測定では、実施形態１で示した呼吸動作に伴う低周波数のインピーダンス波形変動が重畳される。このため、心拍のみを監視対象とする場合は、低周波成分を除くためのフィルタ機能を心拍判定部４１４に具備させれば良い。

［実施形態３］
上記実施形態１、２では、警報スピーカ５１及び表示装置５２により異常発生を報知させる例を示した。これに替えて、あるいは警報スピーカ５１及び表示装置５２による異常報知に加えて、呼吸状態の異常発生時に、浴槽１０の湯Ｗを自動的に排出させて被験者Ｈの沈溺を未然に防止し、安全性を確保するように構成しても良い。

図１２は、自動排水機能を備える実施形態３に係る呼吸状態検知システムＳ３の構成を示すブロック図である。この呼吸状態検知システムＳ３は、浴槽１０の内部に配置される一対の電極２１、２２、電源３１、スイッチング素子３２、インピーダンス測定装置３３及び制御装置４０Ｂを備えている点で先に図１に示した実施形態と同様であるが、浴槽１０の底部の排水口１３に電磁的に動作する排水弁１４（排水手段）が設けられている点で構成を異にする。

排水弁１４は、制御装置４０Ｂから与えられる制御信号により開閉制御される。制御装置４０Ｂは、入浴中の被験者について、吸気と呼気とに起因する電極２１、２２間のインピーダンス値の変動が生じていないと判定を行った場合に、排水弁１４を「開」とする制御信号を生成する。この構成によれば、呼吸に相当するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、つまり被験者の呼吸状態に異常が生じた場合に、浴槽１０内の湯Ｗが自動的に排水口１３から排水されるようになる。従って、被験者が気を失い浴槽１０内へ沈降したときでも、湯Ｗが気管内へ入水してしまうようなことを未然に抑止できる。

［実施形態４］
上記実施形態１、２では、警報スピーカ５１及び表示装置５２により、専ら被験者の同居人等に異常発生を報知させる例を示した。これに替えて、あるいは警報スピーカ５１及び表示装置５２による異常報知に加えて、インターネットやローカルネットワーク等の通信ネットワークを介して居宅の外部者に被験者についての異常発生を報知可能なように構成しても良い。

図１０は、外部への報知機能を備えた実施形態３に係る呼吸状態検知システムＳ４の構成を示すブロック図である。この呼吸状態検知システムＳ４は、基本構成は実施形態１、２と同様であるが、制御装置４０Ｃに通信装置６１（通信手段）が接続され、該通信装置６１が通信ネットワークＮを介して被験者の居宅の外部に存在する外部端末機６２と通信可能とされている点で構成を異にする。この外部端末機６２は、例えば医療機関や集合住宅の管理センターに配置される端末機である。

制御装置４０Ｃは、入浴中の被験者について、吸気と呼気とに起因する電極２１、２２間のインピーダンス値の変動が生じていないと判定を行った場合に、通信装置６１を介して通信ネットワークＮに接続された外部端末機６２に通報信号を送信する。この構成によれば、呼吸に相当するインピーダンス値の変動が検出されなかった場合に、つまり被験者の呼吸状態に異常が生じた場合に、外部端末機６２に対して通報を行うことができる。従って、入浴者の異常発生を在外者に速やかに報知できるようになる。

以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記［１］〜［５］の変形実施形態を取ることができる。

［１］上記実施形態１では、呼吸数を検出する例を示した。呼吸数に限らず、検出されたインピーダンス値の変動度合いから、例えば予備吸気量、予備呼気量、機能的残気量、全排気量、残気量、１回換気量、肺活量、最大吸気量などを求めるようにしても良い。この他、インピーダンス値の変動度合いに基づいて、酸素摂取量の推定値を求める演算機能を付加しても良い。

［２］上記実施形態２では、心拍数を検出する例を示した。心拍数に限らず、心拍出量や心拍波形そのものを評価対象としても良い。

［３］上記実施形態では、生体情報として呼吸、心拍を例示した。検出対象となる生体情報はこれらに限られるものではなく、例えば、入浴中における発汗量などの生体情報を検出するようにしても良い。

［４］上記実施形態では、浴槽１０内に配置する電極２１、２２として、一組の平板状電極を配置する例を示した。このような配置は一例に過ぎず、電極の配置位置、電極サイズ、電極材料、電極の組数等は、状況に応じて適宜設定すれば良い。

［５］本発明は浴槽に類する他の水槽にも適用可能であり、この場合でも、水中内に被験者が入水する領域として予定された領域を挟むように一対の電極を配置すればよい。

本発明の実施形態１に係る呼吸状態検知システムＳ１の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、呼気時において測定されるインピーダンス値を説明するための模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、吸気時において測定されるインピーダンス値を説明するための模式図である。 無人時、呼気時及び吸気時のインピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２と電源の周波数との関係を実験的に求めたグラフである。 上記インピーダンスＺ０、Ｚ１、Ｚ２の位相Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２を示すグラフである。 制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 電極間のインピーダンス値の時間変化であるインピーダンス波形Ｚｗを示すグラフである。 呼吸状態検知システムＳ１の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る呼吸状態検知システムＳ２に用いられる制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 電極間のインピーダンス値の変化と心電図（ＥＣＧ）との関係を求めた実験データを示すグラフである。 電極間のインピーダンス値の変化と心電図（ＥＣＧ）との関係を求めた実験データを示すグラフである。 自動排水機能を備えた実施形態３に係る呼吸状態検知システムＳ３の構成を示すブロック図である。 外部への報知機能を備えた実施形態４に係る呼吸状態検知システムＳ４の構成を示すブロック図である。

１０ 浴槽
１１、１２ 側内壁
１３ 排水口
１４ 排水弁（排水手段）
２１、２２ 電極
３１ 電源
３２ スイッチング素子
３３ インピーダンス測定装置（インピーダンス測定手段）
４０、４０Ａ、４０Ｂ 制御装置（演算手段）
４１ 演算処理部
４１１ インピーダンス解析部
４１２ 呼吸判定部
４２ 出力処理部
４３ 全体制御部
４４ 操作部
５１ 警報スピーカ（警報手段）
５２ 表示装置（表示手段）
６１ 通信装置（通信手段）
６２ 外部端末機
Ｈ 被験者
Ｎ 通信ネットワーク
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 呼吸状態検知システム
Ｗ 湯

Claims (7)

1. 浴槽内に入浴した被験者の生体情報を検知するためのシステムであって、
   浴槽の内周壁に配置される一対の電極と、
   前記電極間に、周波数が６００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの交流電圧を印加する電源と、
   電極間のインピーダンス値を測定するインピーダンス測定手段と、
   前記インピーダンス値の時間変化を解析すると共に、被験者の吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が発生しているか否かを判定する処理を行う演算手段と、
   を具備することを特徴とする生体情報検知システム。
2. 前記演算手段は、前記インピーダンス値の変動サイクルに基づいて、被験者の呼吸数を検知することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知システム。
3. 前記演算手段は、前記インピーダンス値を実部と虚部とに分けて評価することが可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知システム。
4. 前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、所定の警報信号を発生する警報手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知システム。
5. 前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、所定の表示情報を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検知システム。
6. 前記浴槽に、所定の制御信号を受けて浴槽内の水を排水させる排水手段が付設され、
   前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、前記排水手段に前記制御信号を与えて排水動作を行わせる排水制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生体情報検知システム。
7. 所定の通信ネットワークに接続された通信手段を備え、
   該通信手段は、前記演算手段により、前記吸気と呼気とに起因する前記インピーダンス値の変動が生じていないと判定された場合に、前記通信ネットワークに接続された所定の端末装置に通報信号を送信可能とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の生体情報検知システム。
   

Images