JP5614827B2 - 携帯電話端末及び健康状態監視システム - Google Patents

Description

本発明は、内蔵されるマイクロフォンを用いて低周波領域の圧力変動を検出する携帯電話端末とこれを用いた健康状態監視システムに関する。

深夜労働や不規則な就業体制で作業する人は、良好な睡眠をとれないことが多く、健康であるとされている人であってもその平均睡眠時間はこの２０年間で約１時間程度減少している。また精神的なストレスが原因で良好な睡眠をとれないという悩みを持つ人も多い。良好な睡眠は、健康を維持する上で重要であることは良く知られており、睡眠深度を含む睡眠中の身体の状態を知ることにより健康管理に役立てようとする試みが多く提案されている。

また、無呼吸症候群などによる睡眠障害など様々な症例や加齢に起因する睡眠障害に対しても、睡眠深度を含む睡眠中の身体の状態を知ることは、これらの症状の治療において不可欠であると考えられている。

睡眠深度は大きく「覚醒」、「レム睡眠」及び「ノンレム睡眠」に分類され、さらにノンレム睡眠は睡眠深度の深さに応じて第１段階から第３段階あるいは第１段階から第４段階までに分類されている。これらの睡眠深度の分類は脳波におけるデルタ波の出現頻度、スピンドル波の出現、急速眼球運動、顎筋電から判定されるが、その判定を行うには高価なポリグラムが必要であり、日常的に使用できる方法ではない。また脳波等の検出には、頭部、瞼、顎に電極を貼り付ける必要があり、日常生活の睡眠時に適用することは困難である。

上記の問題点を解決する手段として、睡眠中における体動や心拍変動あるいは呼吸変動から睡眠深度を判定する方法が提案されている。体動や心拍変動あるいは呼吸変動は睡眠深度と深い相関があることが知られており、体動や心拍変動あるいは呼吸変動を高感度圧力センサあるいは光センサでもって測定することにより、睡眠深度を判定することが可能である。

睡眠中における体動や心拍変動あるいは呼吸変動から睡眠状態（段階）を判定する方法で従来から知られているものは、一定の場所で使用することを想定しているために、ベッドなどにセットする形式のものが大半であり、そのサイズも大きいものが多く、睡眠中における体動や心拍変動あるいは呼吸変動を測定する専用の検出器の携帯性について考慮がなされていない。この結果、旅行や出張などのように日常的に生活している所から離れた場所での睡眠状態の測定が困難であるという問題がある。

また、上記の睡眠中における体動や心拍変動あるいは呼吸変動を検出するセンサの設置に当たってその位置関する調整が必要であり、使用場所が変更された場合にセンサを設置するのに手間がかかるという問題がある。

上記のように従来の睡眠中の体動や心拍変動あるいは呼吸変動などの生体信号を検出する装置は、所定の場所で使用することを想定して構成されており、任意の場所において適用することは困難であるという問題がある。また、測定された検出データの遠隔地への信手段についても携帯性が考慮されているものは皆無である。

本発明は、睡眠中の体動や心拍変動あるいは呼吸変動など生体信号及びその他の低周波領域の圧力変動を検出することができる検出手段であって携帯性に優れるとともに使い勝手の良い検出手段を提供することを目的とする。

さらに本発明は、睡眠中の体動や心拍変動あるいは呼吸変動などの生体信号を任意の場所で検出することが可能であり、さらに測定データを遠隔地への送信が可能であり、これらの測定データから健康監視に必要な情報を得ることができる生体信号の検出手段及び健康監視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、本発明の携帯電話端末は、携帯電話端末に内蔵されたマイクロフォンを、音声帯域以下の低周波領域の圧力変化が検出できるように形成し、生体信号などの低周波領域用の圧力変動検出手段として用いることを特徴とする。

上記の第１の解決手段によれば、携帯電話端末に内蔵されたマイクロフォンが音声帯域以下の低周波領域の圧力変動（差圧）が検出できるように形成されているので、心拍、呼吸、体動及び鼾などの生体信号を検出する手段として用いることができる。また、密閉された室内あるいは自動車内の空間におけるドアの開閉などの圧力変化を検出する手段として用いることができる。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の携帯電話端末であって、可撓性を有する密閉ケースに前記携帯電話端末を収容して用いるか、又は前記携帯電話端末の外気との流通部に栓をして密閉状態で用いることを特徴としており、内蔵マイクロフォンに低周波の圧力変動を確実に伝えることができる。

本発明の第３の解決手段は、第１の解決手段の携帯電話端末であって、携帯電話端末としての機能と圧力変動検出機能との切替手段を備えることを特徴としており、携帯電話として使用するか、低周波領域における圧力変動を検出するセンサとして使用するかを選択することができる。

本発明の第４の解決手段は、第１の解決手段の携帯電話端末であって、圧力変動検出機能による検出信号を外部に送信できる信号送信手段を備えることを特徴としており、携帯電話端末により検出されたデータをから外部機器に送信することが可能であり、高度な解析や分析及び処理などを外部機器によって行うことができる。

本発明の第５の解決手段は、第４の解決手段の携帯電話端末であって、前記信号送信手段は携帯電話端末に設けられた端子を経由して外部に送信することを特徴としており、携帯電話端末により検出されたデータを通信ケーブルを用いて外部機器に送信することができる。

本発明の第６の解決手段は、第４の解決手段の携帯電話端末であって、前記信号送信手段は無線通信によって外部に送信することを特徴としており、遠隔地にある外部機器であっても検出データを送信することが可能である。

本発明の第７の解決手段は、第１の解決手段の携帯電話端末であって、検出する生体信号が脈波、呼吸、体動、鼾のうち少なくとも１つであることを特徴としており、携帯電話端末内で検出した身体から発する複合した信号から、脈波、呼吸、体動、鼾などの生体信号を検出することにより、健康状態を明確に知ることができる。

本発明の第８の解決手段は、携帯電話端末を備えた健康状態監視システムであって、第１の解決手段乃至第７の解決手段に記載された携帯電話端末と、前記携帯電話端末の圧力変動検出手段により検出された生体信号を前記携帯電話端末の外部で受信する受信手段と、前記圧力変動検出手段による検出データから健康管理に必要な情報処理を行う健康状態監視部とから成ることを特徴とする。

上記の第８の解決手段の携帯電話端末を備えた健康状態監視システムによれば、生体信号の圧力変動を検出する携帯電話端末と、検出された生体信号を受信する受信部と、検出データを用いて健康状態を監視する健康状態監視部とから構成されるので、生体信号を検出する場所を選ばず、任意の場所で測定を行い、健康状態を監視することが可能である。

本発明の携帯電話端末は、内蔵されたマイクロフォンが音声帯域以下の低周波領域の圧力変動（差圧）を検出できるように形成されていて、マイクロフォンが密閉状態で収容されているように構成されていれば僅かな振動でも検出可能であり、この携帯電話端末を就寝中の身体の下側に配置すれば心拍、呼吸、体動及び鼾などの生体信号を検出する手段として用いることができる。また、密閉された空間、例えば室内あるいは自動車なに配置すればおけるドアの開閉などの圧力変化を検出することが可能である。

また、本発明の携帯電話端末を備えた健康状態監視システムは、上述した携帯電話端末の圧力変動検出手段により検出された生体信号を前記携帯電話端末の外部で受信する受信手段と、前記圧力変動検出手段による検出データから健康管理に必要な情報処理を行う健康状態監視部とから成るので、心拍、呼吸、体動及び鼾などの生体信号について携帯電話端末を用いて任意の場所で検出することができる。また、遠隔地であっても携帯電話端末の通信機能により、検出データを送信できるので、使用する場所を選ばない健康状態監視システムを構成することができる。

以上説明したように、本発明の携帯電話端末は、低周波領域の圧力変動を任意の場所で検出することが可能であり、密閉された空間で用いれば防犯機器として使用可能であり、就寝中の身体の下側に配置すれば心拍、呼吸、体動及び鼾などの生体信号を検出することができる。さらに本発明の携帯電話端末を用いて健康状態監視システムを構成すれば、いつでも、いずれの場所でも睡眠中の健康状態を把握できる健康状態監視装置を構成することができる。

図をもって本発明の携帯電話端末及び携帯電話端末を備えた健康状態監視システムについて詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。

図１は本発明の携帯電話端末の第１の実施例の構成を示すブロック図である。図１に示すように携帯電話端末１は音声信号を検出するマイクロフォン２と、携帯電話として使用する場合と生体信号の検出に用いる場合の切替手段１１と、生体信号を増幅及び不要な帯域をカットする増幅手段１２と、生体信号を記憶し、必要に応じて携帯電話１の外部に送信する記憶・送信手段１３と電話通信機能部１４とから構成される。

マイクロフォン２は携帯電話端末１に内蔵される音声信号の検出装置である。本実施例の携帯電話端末１においては、内蔵されるマイクロフォン２は音声領域の下限である２０Ｈｚ以下の低周波領域が検出可能であって、０．１Ｈｚ程度の周波数領域まで測定可能に形成されている。その結果、音声信号に加えて室内や自動車内の圧力変化や心拍、呼吸、体動及び鼾などの生体信号の低周波圧力変動も検出することができる。

図２に本実施例で用いる低周波対応コンデンサマイクロフォンの構造を示す。ケーシング２０は一端に開口部２１を備え、他端は密閉された筒状の形状であり、圧力の受圧面であるスクリーン２２と、スクリーン２２に対向して設けられた対向電極２３及び増幅回路２４とを備えており、スクリーン２２と対向電極２３との間の静電容量の変化を検出する。さらに対向電極２３とケーシング２０の密閉端との間に通孔２６を有する区画壁２５により形成された後方チャンバー２７を備えることで、入力された低周波領域における振動を後方チャンバー２７で反射させ共振させて振幅を大きくすることで低周波領域の圧力変動の検出を容易に且つ確実なものにしている。

低周波圧力変動の検出に用いるマイクロフォンはコンデンサマイクロフォンに限るものではなく、低周波領域の圧力変動を検出することができる低周波対応シリコンマイクロフォンなどを用いてもよい。

上記のマイクロフォン２を用いて低周波領域の圧力変動を検出する場合、圧力変動が確実にマイクロフォン２に伝わるようにするために、マイクロフォン２が密閉ケースに収容されていて、検出する圧力振動が密閉ケースに伝わるように構成する。前記密閉ケースに圧力変動が伝わることにより密閉ケース中の圧力が変化し、密閉ケースに収納されているマイクロフォン２により生体信号を検出することができる。

一般的に携帯電話端末に内蔵されるマイクロフォンには空気が流通する開口部が必要であり、マイクロフォンが収容されている携帯電話端末は密閉された空間ではない。そこで低周波領域の圧力変動を検出するには、携帯電話端末１を密閉ケース（図示せず）に収容した状態で使用する。

また携帯電話端末１でマイクロフォン２用の開口部以外に空気の流通する経路がない場合では、携帯電話端末１の開口部に栓をしてマイクロフォン２を密閉状態に保った状態で低周波領域の圧力変動を検出してもよい。

さらに、携帯電話端末１に設けられているマイクロフォン２用の開口部に指を押し付けることでマイクロフォン２を密閉状態にすることにより指先の脈波の振動を検出することも可能である。

切替手段１１は、携帯電話として使用する場合と生体信号の検出に用いる場合とを切り替える手段であり、どちらの用途で使用するかは、携帯電話端末１に設けられているキー（ボタン）により切替操作ができるように設定される。

増幅手段１２は、マイクロフォン２で検出した生体信号の圧力変動信号からノイズ成分を除いた後に圧力変動信号を所定のレベルまで高めるものであり、その出力信号は記憶・送信手段１３に送られる。

記憶・送信手段１３は、増幅手段１２から送られてきた圧力変動の信号を記憶するメモリーを備えており、外部送信のリクエストがあれば、携帯電話端末１の外部にデータを送信する。出力端子１５を用いて外部機器に接続することで送信することも可能であり、携帯電話の無線通信機能を用いてアンテナ１６から送信することも可能である。

図３に携帯電話端末１と健康モニタ３とから構成される健康監視システムのブロック図を示す。図３では無線通信によって携帯電話端末１と健康モニタ３との間のデータ送信が行われる場合を示しているが、出力端子１５を用いて送信する方法を用いてもよい。健康モニタ３で得られた指標値やデータは表示装置４に表示される。

携帯電話端末１から送信された生体信号の検出データは、健康モニタ３の受信部３１を経て生体信号抽出部３２において、心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号が抽出される。抽出された心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号を用いて健康状態監視部３３で健康状態の判定がなされる。

健康状態監視部３３には心拍信号と呼吸信号のうちの少なくとも一つを用いて睡眠深度を判定する機能を備えており、この機能を用いて検出した睡眠深度の推移から睡眠状態の良否を判定することが可能である。また、心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号の平常値を予め記憶しておき、測定されたデータと比較することで、異常な状態を判定することができる。さらに、呼吸信号および鼾信号から無呼吸状態の判定が可能であり、無呼吸状態が長く続いて危険な場合には警報信号を出すことができる。なお、以上の健康状態の監視方法はこれに限るものではなく、検出された生体信号から健康状態に関する様々な指標値を導き出して監視することが可能である。

図４は第２の実施例の携帯電話端末５を示すものであり、携帯電話端末５は図１の携帯電話端末１が備えるマイクロフォン２、切替手段１１、増幅手段１２、記憶・送信手段１３と電話通信機能部１４に加えて生体信号抽出手段１７を備えている。なお、その他の構成、使用方法及び特徴は携帯電話端末１と同じであり、その説明は省略する。

生体信号抽出手段１７はマイクロフォン２で検出された振動の信号から心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号等の生体信号を抽出する手段であり、抽出された生体信号は記憶・送信手段１３のメモリーに保管され、外部送信のリクエストがあれば、記憶・送信手段１３を経由して携帯電話端末５の外部にデータを送信する。

また、携帯電話端末５内の記憶・送信手段１３のメモリーに保管されている心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号のデータを携帯電話端末５の画面で見るように構成することも可能である。

図５に携帯電話端末５と健康モニタ６とから構成される健康監視システムのブロック図を示す。健康モニタ６で得られた指標値やデータは表示装置４に表示される。図５では無線通信によって携帯電話端末５と健康モニタ６との間のデータ送信が行われる場合を示しているが、携帯電話端末５の出力端子１５を用いて送信する方法を用いてもよい。

携帯電話端末５から送信された生体信号の検出データは、健康モニタ６の受信部３１を経て健康状態監視部３３に送られ、健康状態の判定がなされる。健康状態監視部３３には心拍信号と呼吸信号のうちの少なくとも一つを用いて睡眠深度を判定する機能を備えており、この機能を用いて検出した睡眠深度の推移から睡眠状態の良否を判定することが可能である。また、心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号の平常値を予め記憶しておき、測定されたデータと比較することで、異常な状態を判定することができる。さらに、呼吸信号および鼾信号から無呼吸状態の判定が可能であり、無呼吸状態が長く続いて危険な場合には警報信号を出すことができる。なお、以上の健康状態の監視方法はこれに限るものではない。

上述の説明では、就寝中に身体の下に配置して身体から発する振動による圧力変化を検出する場合について記載したが、指先をマイクロフォン部に押し当てて脈波の振動を検出することも可能である。

本発明の携帯電話端末について主として生体信号を検出する事例でもって説明したが、低周波領域の圧力変化を検出することの適用はこれに限るものではなく、例えば自動車内に配置することによりドアを無断で開けられた際の圧力変化を検出することで、盗難防止センサの役割も果たすものであり、室内の配置することにより、無断侵入の警報にも使用することが可能である。

従来の心拍信号、呼吸信号、体動信号及び鼾信号などの生体信号を検出して健康管理に用いる健康状態監視装置は、専用の装置が必要であり、多くは据え置きで使用されることが多く、異なる場所で使用するのは困難であるという問題があった。

本発明の健康状態監視装置は、生体信号の検出端末として低周波領域の圧力変化を検出することが可能なマイクロフォンを内蔵した携帯電話端末を用いることを特徴としており、携帯性に優れているとともに、遠隔地であっても測定したデータを送信することが可能である。

本発明の携帯電話端末及び携帯電話端末を備えた健康状態監視システムは、任意の場所で身体から発する生体信号を検出することができるために従来のシステムに較べて容易に採用できるものであり、また本発明の携帯電話端末を密閉された空間に配置すれば防犯機器として使用することも可能であり、健康増進への寄与及び産業への寄与は大なるものがある。

本発明の第１の実施例の携帯電話端末の構成を示すブロック図である。 携帯電話端末に内蔵するマイクロフォンの構造を説明する断面図である。 本発明の第１の実施例の携帯電話端末を備えた健康状態監視システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例の携帯電話端末の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例の携帯電話端末を備えた健康状態監視システムの構成を示すブロック図である。

１ 携帯電話端末
２ マイクロフォン
３ 健康モニタ
４ 表示装置
５ 携帯電話端末
６ 健康モニタ
１１ 切替手段
１２ 増幅手段
１３ 記憶・送信手段
１４ 電話通信機能部
１５ 出力端子
１６ アンテナ
１７ 生体信号抽出手段
３１ 受信部
３２ 生体信号抽出部
３３ 健康状態監視部

Claims (5)

1. 脈波、呼吸、体動、鼾のうち少なくともいずれかの生体信号を検出する携帯電話端末であって、
   携帯電話端末に内蔵され、0.1Hｚ〜20Hzの周波数領域の圧力変動を検出可能な、圧力変動検出手段としてのマイクロフォンと、
   携帯電話としての機能と圧力変動検出機能との切替手段と、
   マイクロフォンで検出した生体信号の圧力変動の信号からノイズ成分を除き、生体信号を増幅させる増幅手段と、
   増幅手段から送られた圧力変動の信号を記憶し、かつ、外部にデータを送信可能な記憶・送信手段と、
   電話通信機能部と、
   マイクロフォンで検出された圧力変動の信号から心拍信号、呼吸信号、体動信号、鼾信号のうちの少なくともいずれかの生体信号を抽出する生体信号抽出手段と、
   を備え、可撓性を有する密閉ケースに収容されているか、または、外気との流通部に栓をして密閉可能とされていることを特徴とする携帯電話端末。
2. 前記記憶・送信手段は携帯電話端末に設けられた端子を経由して外部に送信することを特徴とする請求項１の携帯電話端末。
3. 前記記憶・送信手段は無線通信によって外部に送信することを特徴とする請求項１または２の携帯電話端末。
4. 検出された生体信号に基づいて睡眠深度および睡眠時の無呼吸状態を判定可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの携帯電話端末。
5. 請求項１から４のいずれかの携帯電話端末と、
   前記携帯電話端末の圧力変動手段により検出された生体信号を前記携帯電話端末の外部で受信する受信手段と、
   前記圧力変動検出手段による検出データから健康管理に必要な情報処理を行い、健康状態を監視する健康状態監視部と
   を備えることを特徴とする健康状態監視システム。

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