JP5192904B2

JP5192904B2 - 心拍呼吸計測装置

Info

Publication number: JP5192904B2
Application number: JP2008133356A
Authority: JP
Inventors: 章寺澤; 雅一山本; 崇浩栗原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: JP2009279143A

Description

本発明は、就寝者等の心拍及び呼吸を非接触で計測する心拍呼吸計測装置に関する。

近年、就寝者の眠りの質を劣化させずに就寝者の状態を知るためにベッド台の上に非接触センサを取り付けて就寝者の振動を検出し、その検出結果から心拍や体動等を抽出する技術の開発が盛んに進められており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１に記載の従来例は、就寝者の心拍や呼吸等の振動を検出するセンサとチューブを介して接続された複数のエアマットをマットレス及び枕上に配設し、各エアマットを介して各センサで検出された複数の生体情報信号から適正な信号を信号選択手段によって選択して表示するものである。而して、仮に就寝者が寝返り等をして動くことによってノイズ信号のみを検出するセンサがあったとしても、他のセンサのうち少なくとも何れか１つのセンサでは適正な就寝者の生体情報信号を検出していることから、常時心拍や呼吸の適正な生体情報を把握できるようになっている。
特開２００７−１７５３８８号公報

しかしながら、上記従来例では、生体情報信号の検出範囲を広げる目的で複数のエアマットの寸法をベッド台の幅寸法に合わせているため、例えばマットレス及びベッド台の振動等による周囲環境に応じた振動の影響を受け易く、信号対雑音比が小さくなるという問題があった。また、複数のセンサから得られた生体情報信号のうち適正な信号を選択する構成となっているものの、適正な信号にも周囲環境に応じたノイズ信号が含まれており、正確に心拍及び呼吸を計測することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、周囲環境に応じた振動を受け難く且つ正確に心拍及び呼吸を計測することのできる心拍呼吸計測装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、ベッド台とベッド台に載置されるマットレスとの間に配設されてマットレス上の就寝者の心拍及び呼吸等に起因する振動に応じて電荷を発生する複数の第１のセンサ素子をマットレスの幅方向に沿って並設したセンサ部と、各第１のセンサ素子で発生した電荷をそれぞれ電気信号に変換して出力する複数の第１の変換部と、各第１の変換部の出力信号のうち心拍の周波数帯域及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力の平均値をそれぞれ算出するノイズ算出部と、各第１の変換部の出力信号からノイズ算出部で得られた平均値をそれぞれ減算して個別に出力するノイズ減算部と、ノイズ減算部の出力信号のうち最も出力が大きい信号から心拍の周波数帯域の振動成分及び呼吸の周波数帯域の振動成分を抽出する計測部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、センサ部は、ベッド台の就寝者が横臥する側と反対側に配設された第２のセンサ素子を有し、第２のセンサ素子で発生した電荷を電気信号に変換して出力する第２の変換部を備え、ノイズ減算部は、各第１の変換部の出力信号からノイズ算出部で得られた平均値及び第２の変換部の出力信号を減算して個別に出力することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、センサ部は、少なくとも第１のセンサ素子が個別に配設される複数のセンサ台を有し、各センサ台の間には、それぞれを互いに回動自在に接続する接続部が設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、マットレスの幅方向に沿って複数の第１のセンサ素子を並設したので、個々の第１のセンサ素子の寸法を従来例と比較して小さくすることができ、各第１のセンサ素子において周囲環境に応じた振動を拾い難くすることができる。また、心拍の周波数帯域及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力の平均値を減算することで、各第１の変換部の出力信号から周囲環境に依るノイズ成分を除去することができ、正確に心拍及び呼吸を計測することができる。

請求項２の発明によれば、就寝者の振動に依らずマットレス及びベッド台等の振動のみを第２のセンサ素子で検出してノイズ減算部において減算できるので、周囲環境に依るノイズの影響を更に低減することができる。

請求項３の発明によれば、センサ部を折り畳むことができるので、装置を持ち運ぶ際に梱包を小さくすることができることから容易に持ち運ぶことができ、また、装置を収納する際に収納空間に折り畳んで収納することができるので、収納性を向上させることができる。

以下、本発明に係る心拍呼吸計測装置の実施形態について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、ベッド台Ａとベッド台Ａに載置されるマットレスＢとの間に配設されてマットレスＢ上の就寝者（図示せず）の心拍及び呼吸等に起因する振動に応じて電荷を発生する複数（図示では３つ）の第１のセンサ素子１０、及びベッド台Ａの就寝者が横臥する側と反対側（床面側）に配設された第２のセンサ素子１１を有するセンサ部１と、各第１のセンサ素子１０で発生した電荷をそれぞれ電気信号に変換する複数（図示では３つ）の第１の変換部２０と、第２のセンサ素子１１で発生した電荷を電気信号に変換する第２の変換部２１と、各第１の変換部２０の出力信号のうち心拍の周波数帯域及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力の平均値をそれぞれ算出するノイズ算出部３と、各第１の変換部２０の出力信号からノイズ算出部３で得られた平均値及び第２の変換部２１で得られた出力信号をそれぞれ減算して個別に出力するノイズ減算部４と、ノイズ減算部４の出力信号のうち最も出力が大きい信号から心拍の周波数帯域の成分及び呼吸の周波数帯域の振動成分を抽出する計測部５とから構成される。

第１のセンサ素子１０は、それぞれ例えばＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−Ｓｔｙｒｅｎｅｒｅｓｉｎ）等の樹脂材料やＭＤＦ（ＭｅｄｉｕｍＤｅｎｓｉｔｙＦｉｂｅｒｂｏａｒｄ）等の木材から成る平板状のセンサ台１２上に固定され、ベッド台ＡとマットレスＢとの間に配設される。ここで、各第１のセンサ素子１０は、就寝者が横臥する際の頭部の位置から約３０ｃｍ〜４０ｃｍだけ脚側に寄った位置において、それぞれベッド台Ａの幅方向に沿って等間隔に配設される。また、第２のセンサ素子１１も平板状のセンサ台１２上に固定され、第２のセンサ素子１１が床面と対向するようにベッド台Ａの下面に配設される。尚、ベッド台Ａの種類は特に限定される必要は無く、すのこ型や木板型、マットレス型の何れであっても構わない。

第１のセンサ素子１０及び第２のセンサ素子１１は、何れも例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料から成る圧電素子から構成され、就寝者の心拍や呼吸等による微小な生体振動に応じて電荷を発生する。各センサ素子１０，１１で発生した電荷はそれぞれ第１の変換部２０，第２の変換部２１に入力されて電気信号に変換される。尚、本実施形態では各センサ素子１０，１１を圧電素子で構成しているが、例えば曲げ変動によって電荷を発生する素子で構成しても構わない。この場合、センサ台１２は各センサ素子１０，１１が曲がる程度の弾力性を有しているのが望ましい。

ここで、図２（ａ）に示すように、互いに隣り合う第１のセンサ素子１０が固定されるセンサ台１２間は蝶番から成る接続部１３によって接続されている。互いに隣り合うセンサ台１２は接続部１３を軸として互いに回動自在となっており、例えば図２（ｂ）に示すように三つ折りに折り畳むことができるようになっている。而して、装置を持ち運ぶ際にセンサ部１を包む梱包を小さくすることができることから容易に持ち運ぶことができ、また、装置を収納する際にセンサ部１を折り畳んで収納空間に収納することができるので、収納性を向上させることができる。尚、各センサ素子１０にはそれぞれ対応する第１の変換部２０と電気的に接続するためのケーブルＣが接続されており、本実施形態では図２（ａ）に示すようにセンサ台１２の外側に配線する構造となっているが、センサ台１２の内部を通して配線する構造、若しくは接続部１３の内部を通して配線する構造であっても構わない。

各第１の変換部２０の出力信号は、それぞれノイズ算出部３において例えばＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数解析手法によって時間領域から周波数領域に変換され、得られた周波数スペクトル分布のうち心拍の周波数帯域（約０．５〜１．５Ｈｚ）及び呼吸の周波数帯域（約０．２〜０．５Ｈｚ）以外の周波数帯域のパワースペクトルの値を平均化してノイズ減算部４に出力される。ノイズ算出部３の出力信号は、ノイズ減算部４において各第１の変換部２０の出力信号からそれぞれ減算される。

一般に、第１のセンサ素子１０は、心拍及び呼吸の周波数帯域の振動成分だけではなく広範囲の周波数帯域の振動成分を検出するため、心拍及び呼吸の周波数帯域以外の周囲環境に依るノイズによって心拍や呼吸の計測に悪影響を与える虞がある。そこで、上述のように心拍及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力を平均化することで周囲環境に依るノイズを推定し、該ノイズ成分を各第１の変換部２０の出力信号からそれぞれ減算することで周囲環境に依るノイズを除去することができる。尚、平均化する際には、各第１の変換部２０の出力信号の大きさに応じて重み付けを行って平均化しても構わない。

ここで、本実施形態では、ベッド台Ａの床面側に第２のセンサ素子１１を配設しており、第２のセンサ素子１１では、就寝者との間に硬質なベッド台Ａ及びセンサ台１２が介在していることから、就寝者の心拍及び呼吸等に起因する振動が伝わらず、ベッド台Ａの振動等の周囲環境に応じた振動のみに依る電荷が発生する。而して、第２のセンサ素子１１で発生した電荷を第２の変換部２１において電気信号に変換してノイズ減算部４に出力し、ノイズ減算部４において各第１の変換部２０の出力信号から更に第２の変換部２１の出力信号を減算して計測部５に出力することで、周囲環境に依るノイズの影響を更に低減することができる。

計測部５では、ノイズ減算部４の出力信号から心拍及び呼吸の周波数帯域の振動成分を抽出して就寝者の心拍及び呼吸を計測する。ここで、就寝者は寝返り等によってその位置を変える場合があり、各第１のセンサ素子１０で得られる電荷の大きさにも差が生じ、結果としてノイズ減算部４の各出力信号にも差が生じる。そこで、本実施形態では、計測部５においてノイズ減算部４の各出力信号のうち最も出力の大きい信号から心拍及び呼吸の周波数帯域の振動成分を抽出するようにしている。而して、計測するのに必要な大きさの心拍及び呼吸の周波数帯域の振動成分を確保することができる。尚、計測部５において心拍及び呼吸の周波数帯域の振動成分を計測する際には、上記の方法の他に例えばノイズ減算部４の各出力信号の大きさに応じて重み付けを行って平均化した平均値を採用しても構わない。

上述のように、心拍の周波数帯域及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力の平均値を減算することで、各第１の変換部２０の出力信号から周囲環境に依るノイズ成分を除去することができ、正確に心拍及び呼吸を計測することができる。また、マットレスＢの幅方向に沿って複数の第１のセンサ素子１０を並設したので、個々の第１のセンサ素子１０の寸法を従来例と比較して小さくすることができ、各第１のセンサ素子１０において周囲環境に応じた振動を拾い難くすることができる。

本発明に係る心拍呼吸計測装置の実施形態１を示す概略図である。同上の第１のセンサ素子側のセンサ部を示す図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は折り畳んだ状態の側面図である。

符号の説明

１センサ部
１０第１のセンサ素子
１１第２のセンサ素子
１２センサ台
１３接続部
２０第１の変換部
２１第２の変換部
３ノイズ算出部
４ノイズ減算部
５計測部
Ａベッド台
Ｂマットレス

Claims

ベッド台とベッド台に載置されるマットレスとの間に配設されてマットレス上の就寝者の心拍及び呼吸等に起因する振動に応じて電荷を発生する複数の第１のセンサ素子をマットレスの幅方向に沿って並設したセンサ部と、各第１のセンサ素子で発生した電荷をそれぞれ電気信号に変換して出力する複数の第１の変換部と、各第１の変換部の出力信号のうち心拍の周波数帯域及び呼吸の周波数帯域を除いた周波数帯域の出力の平均値をそれぞれ算出するノイズ算出部と、各第１の変換部の出力信号からノイズ算出部で得られた平均値をそれぞれ減算して個別に出力するノイズ減算部と、ノイズ減算部の出力信号のうち最も出力が大きい信号から心拍の周波数帯域の振動成分及び呼吸の周波数帯域の振動成分を抽出する計測部とを備えたことを特徴とする心拍呼吸計測装置。
前記センサ部は、ベッド台の就寝者が横臥する側と反対側に配設された第２のセンサ素子を有し、第２のセンサ素子で発生した電荷を電気信号に変換して出力する第２の変換部を備え、ノイズ減算部は、各第１の変換部の出力信号からノイズ算出部で得られた平均値及び第２の変換部の出力信号を減算して個別に出力することを特徴とする請求項１記載の心拍呼吸計測装置。
前記センサ部は、少なくとも第１のセンサ素子が個別に配設される複数のセンサ台を有し、各センサ台の間には、それぞれを互いに回動自在に接続する接続部が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の心拍呼吸計測装置。