JP5508545B2

JP5508545B2 - 圧迫深度計算システムおよび圧迫深度計算方法

Info

Publication number: JP5508545B2
Application number: JP2012546864A
Authority: JP
Inventors: 明彦神鳥; 邦臣緒方; 龍三川畑; 佑子佐野; 崇子溝口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: JPWO2012073900A1; EP2647365A1; EP2647365A4; US9468581B2; EP2647365B1; WO2012073900A1; US20130226049A1

Description

本発明は、圧迫（加力）された対象物の凹みの大きさ（深さ）である圧迫深度を計算（算出）する技術に関する。

近年、ＣＰＲ（Cardio-Pulmonary Resuscitation：心肺蘇生法）の重要性が注目されている。ＣＰＲとは、傷病者が心肺機能の停止あるいはそれに近い状態に陥ったときに、その心肺機能の蘇生を行う手法をいう。具体的には、人工呼吸、胸部圧迫による心臓マッサージ（以下、単に「胸部圧迫」と称する。）、ＡＥＤ（Automated External Defibrillator：自動体外式除細動器）による心臓の除細動などがある。

１００億個以上の脳細胞からなる人間の脳が正常な活動をするには、大量の酸素が必要となる。脳への酸素の供給が４分以上途絶えると、多くの脳細胞が死滅し、たとえその傷病者の生命を維持できたとしても、深刻な脳障害が残ることになる。したがって、心肺機能が停止した傷病者に対しては、心肺機能を蘇生して脳への酸素供給をいち早く再開させるＣＰＲが非常に重要である。

ここで、ＣＰＲにおける前記した複数の具体的な手法のうち、胸部圧迫に着目する。胸部圧迫については、重要なポイントがいくつかある。その１つは、圧迫者（胸部圧迫を行う者）の両手による圧迫の直後ごとに、胸部を充分に解放することである。この解放が充分でないと、血液の循環が不充分となる。例えば、特許文献１の技術では、ＣＰＲにおける胸部圧迫に関し、力センサや加速度センサによる出力と所定の閾値との比較により、胸部が充分に解放されているか否かを判断している。

また、胸部圧迫に関する他の重要なポイントとして、圧迫深度が適切であることが挙げられる。この圧迫深度については、日本国内外の関係当局により、傷病者が成年の場合であれば、例えば、３．８〜５．１ｃｍ程度がよいとされている。圧迫深度が小さすぎると、心臓へのマッサージ効果が弱い。また、圧迫深度が大きすぎると、胸骨などが損傷する可能性がある。

特開２００５−４６６０９号公報

しかしながら、前記した特許文献１の技術を含めた従来技術では、圧迫深度を高精度で求めることができない。なぜなら、従来技術では、圧迫動作の加速度を２階積分したり、速度を１階積分したりすることで圧迫深度を求めており、そのような積分を用いた方法では、誤差が大きくなってしまうからである。

また、その点、前記した特許文献１には、「ＣＰＲ時の圧迫深度は、推定伸展度を用いて力センサの出力を推定圧迫深度に変換することによって推定し得る。」という記載があるが（特許文献１の段落００１６参照）、具体的な記載はなく、圧迫深度を高精度で求める手がかりにはならない。

また、人体の胸部の構造や骨の強度などには個人差があるため、胸部圧迫の力の大きさと圧迫深度の関係は一定ではなく、そのような個人差も考慮しなければ、圧迫深度を高精度で求めることはできない。

そこで、本発明は、前記した問題に鑑みてなされたものであり、簡易かつ高精度に圧迫深度を計算することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、圧迫された対象物の前記圧迫による凹みの大きさである圧迫深度を計算する圧迫深度計算システムであって、前記圧迫深度計算システムは、前記対象物に取り付けられる測定装置と、前記測定装置からの情報に基づいて前記圧迫深度を計算する圧迫深度計算装置と、を備える。
測定装置は、前記対象物における圧迫部分の動きの加速度を検出する加速度センサと、前記対象物における圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力する磁気センサまたは圧力センサと、を備える。
圧迫深度計算装置は、情報を記憶する記憶部と、前記磁気センサまたは圧力センサから取得した情報について２階微分を行うことにより、前記圧迫部分の動きの加速度の波形である２階微分波形を作成する２階微分波形作成部と、前記作成された２階微分波形と、前記加速度センサから取得した加速度情報に基づく加速度波形とを比較し、比較結果を出力する波形比較部と、前記出力された比較結果に基づいて、前記作成された２階微分波形に対する、前記加速度情報に基づく加速度波形の比を、変換係数として計算し、前記取得した情報に、前記計算した変換係数を乗算することで、前記圧迫部分の動きの変位の波形である変位波形を作成し、前記作成した変位波形に基づいて、前記圧迫深度を計算する計算部と、を備える。
その他の手段については後記する。

本発明によれば、簡易かつ高精度に圧迫深度を計算することができる。

本実施形態の圧迫深度計算システムの全体構成図である。測定装置の構成などを示す図である。（ａ）は磁気センサ電圧を示す図であり、（ｂ）において（ｂ１）は２階微分波形を示す図で（ｂ２）は加速度センサ出力に基づく加速度波形を示す図であり、（ｃ）は胸部変位を示す図である。受信コイル側の出力電圧と圧迫による圧力の関係を示す図である。バネ定数が０．９３５ｋｇｆ／ｍｍのバネを用いた場合において、（ａ）は加速度センサによる出力を示す図であり、（ｂ）は磁気センサによる出力を示す図であり、（ｃ）は圧力センサによる出力を示す図であり、（ｄ）は変位センサによる出力を示す図である。バネ定数が０．９３５ｋｇｆ／ｍｍのバネを用いた場合の加速度センサの２階積分値を示す図である。バネ定数が０．９３５ｋｇｆ／ｍｍのバネを用いた場合において、（ａ）は磁気センサ出力に基づいて算出した変位を示す図であり、（ｂ）は変位センサの出力を示す図である。ＣＰＲ訓練用マネキンを用いた場合において、（ａ）は加速度センサによる出力を示す図であり、（ｂ）は磁気センサによる出力を示す図であり、（ｃ）は圧力センサによる出力を示す図であり、（ｄ）は変位センサによる出力を示す図である。ＣＰＲ訓練用マネキンを用いた場合の加速度センサの２階積分値を示す図である。ＣＰＲ訓練用マネキンを用いた場合において、（ａ）は磁気センサ出力に基づいて算出した変位を示す図であり、（ｂ）は変位センサの出力を示す図である。圧迫深度計算装置による処理の流れを示すフローチャートである。圧迫深度計算装置による処理の流れを示すフローチャートである。測定装置の変形例について、（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ方向に見た場合の断面図であり、（ｃ）は平面図（音声発生部、表示部、ＬＥＤの図示は省略）である。（ａ）はベルトとカムを用いて対象物の圧迫深度を計算する場合の様子を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の状態からカムが反時計回りに９０度回転した様子を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る圧迫深度計算システム１０００は、測定装置１と圧迫深度計算装置２とを備えて構成される。
ここで、図２も参照しながら、測定装置１の構成について説明する。測定装置１は、受信コイル１１（磁場検知手段）、発信コイル１２（磁場発生手段）、加速度センサ１３、可動部１４、固定部１５およびバネ１６（弾性体）を備えて構成される。なお、受信コイル１１と発信コイル１２とを合わせて磁気センサ１９と称する。

発信コイル１２と加速度センサ１３は、固定部１５に配置される。固定部１５は、傷病者の胴体Ｂに固定される。固定方法は、例えば両面テープを用いた方法が考えられる。ここで、胴体Ｂはバネ的性質とダンパー的性質を有するが、バネ的性質のほうが支配的であるので、近似的に、胴体Ｂをバネ定数がＫ１のバネ１７であると考える。

受信コイル１１は、発信コイル１２と対向するように、可動部１４に配置される。可動部１４と固定部１５の間には、バネ定数がＫ２のバネ１６が配置される。なお、Ｋ２＞Ｋ１の関係が成立するように、バネ１６を選択する。そうしないと、可動部１４に圧迫の力Ｆが加えられたときに（図２参照）、バネ１６が最短の長さにまで収縮してしまい可動域が制限されるため、磁気センサ１９としての役割が損なわれるからである。

なお、可動部１４と固定部１５との間の距離Ｄは、例えば２ｍｍ程度が望ましい。また、可動部１４に圧迫の力Ｆが加えられたときの、バネ１６の縮み量をＸ２とし、バネ１７の縮み量をＸ１とすると、次の式（１）、式（２）が成立する。
Ｆ≒Ｋ１×Ｘ１・・・式（１）
Ｆ≒Ｋ２×Ｘ２・・・式（２）
なお、距離Ｄが２ｍｍ程度であれば、Ｘ２が０．５ｍｍ程度となるのが好ましい。

次に、図２を参照して、磁気センサ１９および周辺部品の動作について説明する。まず、交流発振源３１は、特定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）を持つ交流電圧を生成する。その交流電圧はアンプ３２によって特定の周波数を持つ交流電流に変換され、その変換された交流電流が発信コイル１２に流れる。発信コイル１２を流れる交流電流によって発生した磁場は、受信コイル１１に誘起起電力を発生させる。

誘起起電力によって受信コイル１１に発生した交流電流（周波数は交流発振源３１によって生成された交流電圧の周波数と同じ。）は、プリアンプ３３によって増幅され、増幅後の信号が検波回路３４に入力される。検波回路３４では、交流発振源３１によって生成された特定の周波数又は２倍周波数によって、前記した増幅後の信号の検波を行う。そのため、交流発振源３１の出力を、参照信号３５として検波回路３４の参照信号入力端子に導入する。なお、検波回路３４や参照信号３５を用いずに全波整流回路を用いることで、回路で動作するようにしてもよく、全波整流回路の構成により小型化・低格化が実現できる。検波回路３４（または全波整流回路）からの電圧情報（出力信号）は、ローパスフィルタ３６を通過した後、圧迫深度計算装置２の駆動回路２１（図１参照）に導入される。

なお、可動部１４に加えられる圧力（力Ｆ）と、ローパスフィルタ３６から駆動回路２１に導入される出力信号によって表される電圧の大きさとの関係は、図４の線４ａ（破線）に示す通りである。磁場の強さは距離の２乗で減衰していく特性があるが、線４ａが直線的であるのは、バネ１６のバネ定数Ｋ２が大きく、可動部１４への圧力に対するバネ１６の縮み量が小さいためであり、これにより、線形の特性として取り扱うことができる。この線４ａを、圧力が０のときに電圧が０になるように補正して線４ｂ（実線）とすることで、圧力と電圧との関係を、原点を通る比例関係にすることができる。この補正は、例えば、後記する処理部２３によって行うことができる。

次に、図１に戻って、圧迫深度計算装置２について説明する。圧迫深度計算装置２は、コンピュータ装置であり、駆動回路２１，２２、処理部２３、記憶部２４、音声発生部２５、表示部２６、電源部２７および入力部２８を備えて構成される。

駆動回路２１では、測定装置１の受信コイル１１からローパスフィルタ３６（図２参照）などを経由して受信した電圧情報を、処理部２３に伝える。
駆動回路２２では、測定装置１の加速度センサ１３から受信した加速度情報を電圧に変換し、処理部２３に伝える。

処理部２３は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)によって実現され、２階微分波形作成部２３１、波形比較部２３２、計算部２３３および判定部２３４を備える。以下、それらの処理について、図３、図５、図６も参照しながら説明する。

図５に示すように、バネ定数が０．９３５ｋｇｆ／ｍｍのバネを用いた場合において、加速度センサ１３による出力は（ａ）に示すようになり、磁気センサ１９による出力は（ｂ）に示すようになり、磁気センサ１９の代わりに圧力センサ（不図示）を用いた場合の出力は（ｃ）に示すようになり、リファレンスとしてのレーザセンサなどの変位センサ（不図示）による出力（変位の真値（正しい値））は（ｄ）のようになる。

ここで、目標は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す出力の情報のうち少なくとも１つ以上を用いて、（ｄ）に示す情報に極力近い情報を得ることである。つまり、心肺機能が停止あるいはそれに近い状態の傷病者に対して胸部圧迫を行う場合の圧迫深度を、レーザセンサなどの変位センサを用いて測定するのは極めて困難であるので、その代わりに、加速度センサ１３、磁気センサ１９、圧力センサによる出力の情報を用いて圧迫深度を高精度で求めたいのである。なお、例えば、従来技術で行っていたように、加速度センサ１３の出力を２階積分すると、図６に示すように、２階積分値の誤差が時間の経過とともに大きくなり、実用に耐えない。

これに対して、図５において、（ｂ）に示す磁気センサ１９による出力の波形は、（ｄ）に示す変位センサの出力による波形とよく似ている。したがって、（ｂ）に示す磁気センサ１９による出力の波形に所定の変換係数を乗算してやれば、（ｄ）に示す変位センサの出力による波形と近似することができる。なお、（ｃ）に示す圧力センサによる出力の波形についても同様である。

前記した変換係数を求めるために、まず、２階微分波形作成部２３１が、駆動回路２１から取得した電圧情報に基づいて２階微分波形を作成する。具体的には、図３に示すように、（ａ）に示す磁気センサ１９の出力電圧を２階微分処理することで、（ｂ）の（ｂ１）に示す２階微分波形を作成する。

波形比較部２３２は、図３の（ｂ１）に示す２階微分波形と、（ｂ２）に示す加速度センサ１３の出力に基づく加速度波形（図５（ａ）に示す波形と同様）とを比較する。
図１に戻って、計算部２３３は各種の計算を行い、判定部２３４は各種の判定を行うが、それらの詳細は図１１、図１２のフローチャートの説明のところで後記する。

記憶部２４は、各種情報を記憶する手段であり、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などによって実現される。

記憶される情報のうち、変換係数初期値は、適正な変換係数が計算されるまで使用される変換係数の初期値であり、実験などによってユーザにより予め求められ入力される。
第１係数と第２係数は、それぞれ、適正な変換係数の値の範囲の下限値と上限値であり、実験などによってユーザによって予め求められ入力される。

第１距離と第２距離は、それぞれ、適正な圧迫深度の範囲の下限値と上限値であり、ユーザによって予め入力される。例えば、第１距離を「３．８ｃｍ」とし、第２距離を「５．１ｃｍ」とすればよい。
第１時間幅と第２時間幅は、それぞれ、適正なインターバル（図３（ｃ）参照）の範囲の下限値と上限値であり、実験などによってユーザによって予め求められ入力される。

音声発生部２５は、音声を発生させる手段であり、例えばスピーカによって実現される。
表示部２６は、各種表示を行う手段であり、例えば、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)やＣＲＴ(Cathode Ray Tube) Displayによって実現される。表示部２６には、波形２６１、回数２６２、インジケータ２６３などが表示される。波形２６１は、圧迫深度の経時的変化の様子を表す。回数２６２は、圧迫した回数を表す。インジケータ２６３は、圧迫深度の大きさを表す。

電源部２７は、圧迫深度計算装置２における電源供給手段である。
入力部２８は、各種情報入力のためにユーザによって操作される手段であり、例えば、キーボードやマウス等によって実現される。

なお、図８〜図１０については、図５〜図７と比較して、バネの代わりにＣＰＲ訓練用マネキンを用いた以外は同様である。つまり、図８に示すように、（ｂ）に示す磁気センサ１９による出力の波形は、（ｄ）に示す変位センサの出力による波形とよく似ている。また、図９に示すように、加速度センサ１３の出力を２階積分すると、２階積分値の誤差が時間の経過とともに大きくなり、実用に耐えない。また、図１０に示すように、（ａ）に示す磁気センサ１９の出力に基づいて算出した（変位）波形と、（ｂ）に示す変位センサの出力（変位の真値）が示す変位とは近似している。その他の詳細な説明については省略する。

次に、図１１、図１２のフローチャートを参照して（適宜他図参照）、圧迫深度計算装置２の処理について説明する。
まず、駆動回路２１は受信コイル１１の出力に基づく電圧情報をローパスフィルタ３６から取得し、駆動回路２２は加速度センサ１３から加速度情報を取得する（ステップＳ１）。

次に、２階微分波形作成部２３１は、受信コイル１１の出力に基づく電圧情報から２階微分波形（図３（ｂ）（ｂ１）参照）を作成する（ステップＳ２）。
次に、波形比較部２３２は、その２階微分波形（図３（ｂ）（ｂ１）参照）と加速度センサ１３に基づく加速度波形（図３（ｂ）（ｂ２）参照）とを比較する（ステップＳ３）。

なお、加速度センサ１３からの出力には、重力場（加速度１Ｇ（gravity））による直流成分（オフセット）が出る。一方、磁気センサ１９からの出力の２階微分波形にはそのようなオフセットが出ない。したがって、ステップＳ３での比較の際は、そのオフセットによる誤差をなくすため（あるいは減らすため）、例えば、（１）オフセットをとるように加速度センサ１３からの出力をハイパスフィルタに通す、（２）加速度センサ１３からの出力に対して、オフセットの平均値を計算して減算する、などを実施するのが望ましい。また、両方のデータを、カットオフ周波数を低くした同じローパスフィルタ（例えばカットオフ周波数が３０Ｈｚ程度)に通すことによっても、そのような誤差を減らすことができる。

次に、計算部２３３は、ステップＳ３における比較結果に基づいて、変換係数を計算する（ステップＳ４）。具体的には、例えば、次の式（３）を用いて変換係数αを計算することができる（図３（ｂ）参照）。ここで、Amは２階微分波形を示し、Aａは加速度（センサ）波形を示す。また、tはある時間幅を意味し、一定時間範囲の積分値の比をαとしている。つまり、変換係数αとは、２階微分波形（図３（ｂ）（ｂ１）参照）の大きさに対する、加速度センサ１３に基づく加速度波形（図３（ｂ）（ｂ２）参照）の大きさの比である。したがって、これらの大きさの比は、式（３）以外でも振幅や信号のパワーなどの比率によって計算ができる。

次に、判定部２３４は、ステップＳ４で計算した変換係数αが不等式である次の式（４）を満たすか否かを判定し（ステップＳ５）、満たす場合は（Ｙｅｓ）以下の計算で変換係数αとしてその計算された値を使用することとし（ステップＳ６）、満たさない場合は（Ｎｏ）以下の計算で記憶部２４に記憶されている変換係数初期値を変換係数αとして使用することとする（ステップＳ７）。
第１係数＜変換係数α＜第２係数・・・式（４）

次に、計算部２３３は、磁気センサ１９による出力波形と変換係数αとを用いて、波形を作成する。具体的には、図３に示すように、（ａ）に示す波形（Ｖ_ｍ）と変換係数αを用いて、次の式（５）に基づいて波形Ｄ_ｍを作成する（ステップＳ８）。
Ｄ_ｍ＝α・Ｖ_ｍ・・・式（５）

ここで、図７を参照して、ステップＳ８で作成する波形が高精度であることについて説明する。図７に示すように、（ａ）に示すステップＳ８で作成した（変位）波形と、（ｂ）に示す変位センサの出力（変位の真値）が示す変位とは近似しており、ステップＳ８で作成する波形が高精度であることがわかる。

図１１に戻って、次に、計算部２３３は、ステップＳ８で作成した波形Ｄ_ｍに基づいて、圧迫深度とインターバルを計算する（ステップＳ９，１０）。この計算は従来手法によって実現できる。

次に、判定部２３４は、記憶部２４を参照し、ステップＳ９で計算した圧迫深度が前記した第１距離よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ１１）、小さければ（Ｙｅｓ）音声発生部２５に「もっと強く押してください」という音声ガイダンスを発生させるように指示して（ステップＳ１２）ステップＳ１５に移り、小さくなければ（Ｎｏ）ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１３で、判定部２３４は、記憶部２４を参照し、ステップＳ９で計算した圧迫深度が前記した第２距離よりも大きいか否かを判定し、大きければ（Ｙｅｓ）音声発生部２５に「もっと弱く押してください」という音声ガイダンスを発生させるように指示して（ステップＳ１４）ステップＳ１５に移り、大きくなければ（Ｎｏ）ステップＳ１５に移る。

ステップＳ１５で、判定部２３４は、記憶部２４を参照し、ステップＳ１０で計算したインターバルが第１時間幅よりも小さいか否かを判定し、小さければ（Ｙｅｓ）音声発生部２５に「もっとゆっくり押してください」という音声ガイダンスを発生させるように指示して（ステップＳ１６）ステップＳ１９に移り、小さくなければ（Ｎｏ）ステップＳ１７に移る。

ステップＳ１７で、判定部２３４は、記憶部２４を参照し、ステップＳ１０で計算したインターバルが第２時間幅よりも大きいか否かを判定し、大きければ（Ｙｅｓ）音声発生部２５に「もっと速く押してください」という音声ガイダンスを発生させるように指示して（ステップＳ１８）ステップＳ１９に移り、大きくなければ（Ｎｏ）ステップＳ１９に移る。

ステップＳ１９で、判定部２３４は、圧迫が終了したか否かを判定し、圧迫が終了していれば（Ｙｅｓ）処理を終了し、圧迫が終了していなければ（Ｎｏ）ステップＳ２０に移る。ステップＳ１９では、具体的には、例えば、磁気センサ１９や加速度センサ１３による出力が所定時間（例えば２０秒）なかったときに、「圧迫が終了した」と判定すればよい。

ステップＳ２０で、判定部２３４は、変換係数αとして、変換係数初期値を使用しているか否かを判定する。変換係数初期値を使用していない場合（ステップＳ２０でＮｏ）、計算部２３３は、磁気センサ１９に基づく電圧情報を取得して（ステップＳ２１）、その後、変換係数αを新たに計算する必要がないのでステップＳ８に移る。変換係数初期値を使用している場合（ステップＳ２０でＹｅｓ）、計算部２３３は、変換係数αを計算する必要があるので、ステップＳ１に戻る。

このように、本実施形態の圧迫深度計算システム１０００によれば、磁気センサ１９から取得した電圧情報に基づいて作成した２階微分波形と、加速度センサ１３から取得した加速度情報に基づく加速度波形とを比較して変換係数を計算し、前記取得した電圧情報にその変換係数を乗算することで圧迫部分の動きの変位波形を作成し、その変位波形に基づいて圧迫深度を計算することで、簡易かつ高精度に圧迫深度を計算することができる。特に、加速度センサの出力を２階積分する従来技術に比べて、大きく精度を上げることができる。

また、計算された変換係数が適正な変換係数の値の範囲に収まっていない場合は変換係数初期値を使用することで、特に圧迫開始から間もない時間帯などにおいても、ある程度の精度で圧迫深度を計算することができる。

また、計算された圧迫深度が第１距離よりも小さい場合、音声発生部２５から圧迫者に対して圧迫強度アップを促す音声ガイダンスを発生させることで、圧迫者に対して適切な誘導を行うことができる。

また、計算された圧迫深度が第２距離よりも大きい場合、音声発生部２５から圧迫者に対して圧迫強度ダウンを促す音声ガイダンスを発生させることで、圧迫者に対して適切な誘導を行うことができる。

次に、図１３（ａ）〜（ｃ）を参照して、測定装置１の変形例について説明する。なお、図１３（ａ）〜（ｃ）において、図２における構成と同じ構成については、同じ符号を付して、説明を適宜省略する。測定装置１ａにおいて、固定部１５ａに対して、電池９３が配置され、また、加速度センサ１３を搭載した基板９１が４本の柱９４を介して取り付けられ、また、発信コイル１２を搭載した台座９２が４本の柱９５を介して取り付けられている。

可動部１４ａは、中空の直方体形状で、底面部分のみ開放しており、４つのバネ１６ａ〜１６ｄ（弾性体）を介して固定部１５に対し可動に接続されている。可動部１４ａには、発信コイル１２と対向する位置に受信コイル１１が配置されている。また、図１３（ａ）に示すように、可動部１４ａの上面には、スピーカである音声発生部２５、表示部２６およびＬＥＤ（Light Emitting Diode）２６ａが配置されている。ＬＥＤ２６ａは、例えば、電源スイッチ（不図示）がオンのときに点灯し、オフのときに消灯する。

このような測定装置１ａの場合、各バネ１６ａ〜１６ｄは、図２に示すバネ１６に比べて、弾性力が１／４程度のものを使用することができる。また、このように、受信コイル１１、発信コイル１２および加速度センサ１３を圧迫（力Ｆ）の方向に（同軸上に）並べて配置していることで、それらに作用する力が同じになり、それらのセンシング精度を向上させることができる。

上記に述べた手法を用いて推定（計算）された圧迫変位の波形（図７（ａ），図１０（ａ））を、ＣＰＲ装置にデータ送信することにより、心電図波形に混入する胸部圧迫に伴う雑音信号を除去する参照信号として使用することができる。例えば、圧迫変位波形を用いてＬＭＳ(Least Mean Square)アルゴリズムなどでリアルタイムにノイズを除去する手法で胸部圧迫に伴う雑音信号を除去することが可能である。

次に、図１４を参照して、測定装置１の他の使用方法について説明する。上述した手法では、手による圧迫での圧迫変位検出手法を述べてきたが、圧迫を小型の振動装置（ピエゾ素子や機械的振動装置など）で行い、圧迫変位検出または硬度（バネ定数）を推定することが可能である。ここでは、小型機械装置を用いた圧迫手法を適用する対象物Ｏとして、人体の臓器や、人体のほかに工業製品（タイヤなど）や食品（青果物など）などが考えられる。対象物Ｏの圧迫深度を計算することで、間接的に、対象物Ｏの硬度を把握することができる。

図１４（ａ）に示すように、対象物Ｏに対して測定装置１を図のように配置し、可動部１４に接するようにカム１３０１を配置する。カム１３０１は、長半径１３０３を有する形状となっており、軸１３０２を中心に反時計回りに回転する。ベルト１３０４は、対象物Ｏおよびカム１３０１の周りに巻きつけられている。

図１４（ａ）の状態からカム１３０１が反時計回りに９０度回転すると、図１４（ｂ）の状態となる。図１４（ｂ）の状態では、図１４（ａ）の状態に比べて、カム１３０１が可動部１４を押す分、可動部１４と固定部１５が少し接近し、対象物Ｏも少し凹む。なお、ベルト１３０４の長さは一定である。また、可動部１４と固定部１５が接しないように、カム１３０１の形状やバネ１６のバネ定数を選択しておくことが必要である。

このようにすれば、レーザセンサなどの変位センサを適用できない対象物Ｏに対しても、その圧迫深度を計算することで、間接的に、その硬度を把握することができる。具体的には、例えば、妊婦の腹部の張り具合を検査する分娩監視装置に応用できる。その場合、押す量を少なくし、また、胎児の心拍などを確認する超音波装置などと組み合わせて使用してもよい。

さらに、ピエゾ素子などの小型機械圧迫装置と磁気センサ部が指先に取りつけられるほどの小型化をすれば、触診中の体の硬さ（例えば乳がん検診など）の計測の用途や、手術中の臓器の硬さ計測などに使うことができる。以上のように、図１に示す圧迫深度計算システム１０００と小型機械圧迫装置との組み合わせによって、超小型の圧迫変位検出または硬度（バネ定数）推定の装置を構成できる。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、磁気センサの代わりに圧力センサを用いてもよいが、その圧力センサは、ピエゾ圧電素子を使用したものや、歪ゲージを使用したものなど、どのようなタイプのものであってもよい。

また、磁気センサ１９の出力波形を２階微分した２階微分波形と、加速度センサ１３の出力波形とを比較する代わりに、両方のデータをさらに１階微分してそれぞれの躍度を計算し、それらを比較することで変換係数を計算してもよい。そうすれば、加速度センサ１３からの出力における重力場による直流成分（オフセット）に起因する誤差をなくすことができる。

また、検波回路３４の代わりに整流回路を用いてもよい。
また、音声発生部２５によって、圧迫者に対する音声ガイダンスのほかに、適切な圧迫タイミングを知らせる「ピッピッピッ」という連続音を発生させるようにしてもよい。

また、第１係数、第２係数、第１距離、第２距離、第１時間幅、第２時間幅については、乳児と大人、性別、身長、体重などによって、別々の値を使用するようにしてもよい。その場合、圧迫深度計算装置２にそのような選択をするためのボタンなどを設けておけばよい。また、測定装置１におけるバネ１６についても、バネ定数の異なる複数種類を用意しておき、乳児用と大人用などで使い分けてもよい。

また、測定装置１における弾性体の例としてバネ１６を用いたが、それ以外に、ゴムなどの他の弾性体を用いてもよい。
その他、具体的な構成や処理について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１，１ａ測定装置
２圧迫深度計算装置
１１受信コイル（磁場検知手段）
１２発信コイル（磁場発生手段）
１３加速度センサ
１４，１４ａ可動部
１５，１５ａ固定部
１６，１６ａバネ（弾性体）
１７バネ
１９磁気センサ
２１駆動回路
２２駆動回路
２３処理部
２４記憶部
２５音声発生部
２６表示部
２６ａＬＥＤ
２７電源部
２８入力部
３１交流発振源
３２アンプ
３３プリアンプ
３４検波回路
３５参照信号
３６ローパスフィルタ
９１基板
９２台座
９３電池
９４柱
９５柱
２３１２階微分波形作成部
２３２波形比較部
２３３計算部
２３４判定部
２６１波形
２６２回数
２６３インジケータ
１０００圧迫深度計算システム
１３０１カム
１３０２軸
１３０３長半径
Ｂ胴体
Ｏ対象物

Claims

圧迫された対象物の前記圧迫による凹みの大きさである圧迫深度を計算する圧迫深度計算システムであって、
前記圧迫深度計算システムは、前記対象物に取り付けられる測定装置と、前記測定装置からの情報に基づいて前記圧迫深度を計算する圧迫深度計算装置と、を備えており、
前記測定装置は、
前記対象物における圧迫部分の動きの加速度を検出する加速度センサと、
前記対象物における圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力する磁気センサまたは圧力センサと、を備えており、
前記圧迫深度計算装置は、
情報を記憶する記憶部と、
前記磁気センサまたは圧力センサから取得した情報について２階微分を行うことにより、前記圧迫部分の動きの加速度の波形である２階微分波形を作成する２階微分波形作成部と、
前記作成された２階微分波形と、前記加速度センサから取得した加速度情報に基づく加速度波形とを比較し、比較結果を出力する波形比較部と、
前記出力された比較結果に基づいて、前記作成された２階微分波形に対する、前記加速度情報に基づく加速度波形の比を、変換係数として計算し、
前記取得した情報に、前記計算した変換係数を乗算することで、前記圧迫部分の動きの変位の波形である変位波形を作成し、
前記作成した変位波形に基づいて、前記圧迫深度を計算する計算部と、
を備えることを特徴とする圧迫深度計算システム。
前記記憶部は、予め入力された適正な変換係数の値の範囲と、予め入力された変換係数初期値と、を記憶しており、
前記圧迫深度計算装置は、
前記計算された変換係数が前記範囲に収まっているか否かを判定し、収まっていないと判定したときは、前記変換係数として前記変換係数初期値を使用すると決定する判定部をさらに備える
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の圧迫深度計算システム。
前記記憶部は、予め入力され、適正な圧迫深度の下限値である第１距離を記憶しており、
前記圧迫深度計算装置は、音声を発生させる音声発生部をさらに備えており、
前記判定部は、前記計算された圧迫深度が前記第１距離よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定したときは、前記音声発生部から、前記対象物の圧迫者に対して圧迫強度アップを促す音声ガイダンスを発生させる
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の圧迫深度計算システム。
前記記憶部は、予め入力され、適正な圧迫深度の上限値である第２距離を記憶しており、
前記圧迫深度計算装置は、音声を発生させる音声発生部をさらに備えており、
前記判定部は、前記計算された圧迫深度が前記第２距離よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定したときは、前記音声発生部から、前記対象物の圧迫者に対して圧迫強度ダウンを促す音声ガイダンスを発生させる
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の圧迫深度計算システム。
前記測定装置は、
前記対象物における圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力するセンサとして、磁気センサを備えており、
前記磁気センサは、
前記対象物における圧迫部分に対して固定される固定部と、
前記固定部に配置され、磁場を発生させる磁場発生手段と、
前記固定部と対向する位置に、前記圧迫の方向に移動可能に設けられる可動部と、
前記可動部に配置され、磁場を検知する磁場検知手段と、
両端がそれぞれ前記固定部と前記可動部とに取り付けられ、前記対象物よりも剛性が大きい弾性体と、を備えており、
前記磁場発生手段と、前記磁場検知手段と、前記固定部に配置される前記加速度センサとが、前記圧迫の方向に並んで配置されている
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の圧迫深度計算システム。
圧迫された対象物の前記圧迫による凹みの大きさである圧迫深度を計算する圧迫深度計算システムによる圧迫深度計算方法であって、
前記圧迫深度計算システムは、前記対象物に取り付けられる測定装置と、前記測定装置からの情報に基づいて前記圧迫深度を計算する圧迫深度計算装置と、を備えており、
前記測定装置は、
前記対象物における圧迫部分の動きの加速度を検出する加速度センサと、
前記対象物における圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力する磁気センサまたは圧力センサと、を備えており、
前記圧迫深度計算装置は、
情報を記憶する記憶部と、２階微分波形作成部と、波形比較部と、計算部と、を備えており、
前記２階微分波形作成部は、
前記磁気センサまたは圧力センサから取得した情報について２階微分を行うことにより、前記圧迫部分の動きの加速度の波形である２階微分波形を作成し、
前記波形比較部は、
前記作成された２階微分波形と、前記加速度センサから取得した加速度情報に基づく加速度波形とを比較し、比較結果を出力し、
前記計算部は、
前記出力された比較結果に基づいて、前記作成された２階微分波形の大きさに対する、前記加速度情報に基づく加速度波形の大きさの比を、変換係数として計算し、
前記取得した情報に、前記計算した変換係数を乗算することで、前記圧迫部分の動きの変位の波形である変位波形を作成し、
前記作成した変位波形に基づいて、前記圧迫深度を計算する
ことを特徴とする圧迫深度計算方法。