JP6009466B2 - 動物の呼吸及び/又は心拍の変動監視方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、立位(横臥以外の姿勢で座った姿勢を含む)の人体、特に運動中の人体の呼吸あるいは心拍の変動を監視する場合には、人体の動きを妨げないように、人体に接触させるセンサ部分は小型にすることが望まれる。また、犬や猫などの人間以外の動物の呼吸及び/又は心拍の変動を監視しようとする場合にも、これら動物の動きを妨げないようにセンサ部分は小型にすることが望まれる。しかしながら、これまでに知られている圧電トランスデューサ(圧電振動子)の厚みの変動を検知して人体の呼吸あるいは心拍の変動を監視する方法では充分な感度が得られないため、センサの小型化に限界がある。
(1)動物が人間、または犬、猫、馬、牛、猿あるいはその他の家庭もしくは動物園にて飼育されている動物である。
(3)さらに、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する上記(2)に記載の方法。
(6)さらに、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する上記(5)に記載の方法。
(9)圧電振動子が、運動中の動物の体表面に配置されている。
(10)圧電振動子が、就寝中の動物の荷重を受ける位置に配置されている。
振動状態の圧電振動子が動物の呼吸や心拍などの振動を受けることによって生じるインピーダンスの変動は、従来の監視方法で利用されている、圧電振動子が動物の呼吸や心拍などの振動を受けることによって生じる電気振動の変動よりも遙かに大きい。従って、本発明の方法及び装置は感度が高く、このため動物に接する圧電振動子(センサ)のサイズの小型化が可能になる。
インピーダンス測定回路40の発振器41にて一定の周波数の交流電圧を発生させ、リード線90a、90bを介して、圧電振動子10に交流電圧を印加する。交流電圧の印加と共に、電圧計42は、圧電振動子10に印加された交流電圧の電圧値(V1)を測定する。電圧計44は、抵抗(抵抗値:R)43の両端に生じる電圧(V2)を測定して、圧電振動子10を流れた電流値(I)を式:I=V2/Rより算出する。そして、圧電振動子10に印加された交流電圧の電圧値(V1)と圧電振動子10を流れる電流値(I)とから、圧電振動子からののインピーダンス値(Z)を式:Z=V1/Iより算出する。
図4において、監視装置は、人体100に固定されている、圧電振動子10が収容されているケース110、リード線90a、90bを介して圧電振動子10と電気的に接続しているデータ発信装置130、そしてデータ発信装置130から送られたデータを受信するデータ受信装置140からなる。圧電振動子10が収容されているケース110は、ベルトや粘着テープなどの固定具120によって人体100に固定されている。データ発信装置130は、リード線90a、90bに接続するインピーダンス測定回路40、インピーダンス測定回路40に電気的に接続している、インピーダンス測定回路40にて測定されたインピーダンスの変動を検出する演算回路50、演算回路50に電気的に接続している、演算回路50にて検出されたインピーダンスの経時的な変動をデータ受信装置140に発信する発信器150、そしてインピーダンス測定回路40、演算回路50及び発信器150のそれぞれに電気エネルギーを供給する電源80を備える。データ発信装置130は、通常は、人体に固定される、あるいは人体の着衣のポケットに収容される。圧電振動子10とデータ発信装置130とを一体化して、一つのケース内に収容してもよい。データ受信装置140は、発信器150が発信したインピーダンスの経時的な変動を受信する受信器160、受信器160に電気的に接続している、受信器160が受信したインピーダンスの経時的な変動を呼吸及び/又は心拍の変動として表示するディスプレイ60、そして受信器160とディスプレイ60とに電気エネルギーを供給する電源80を備える。データ受信装置140は、通常は、監視者が常駐する監視室に設置される。データ発信装置130とデータ受信装置140とを送受信可能とし、データ受信装置140から送られた信号をデータ発信装置130が受信したときに、データ発信装置130が、インピーダンスの経時的な変動をデータ受信装置140に発信するようにしてもよい。
データ発信装置130のインピーダンス測定回路40は、圧電振動子10のインピーダンス値を測定し、これを演算回路50に送る。演算回路50は、受け取ったインピーダンス値から、人体100の呼吸及び/又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を検出し、これを発信器150に送る。発信器150は、受け取ったインピーダンスの経時的な変動を監視室に設置されたデータ受信装置140に発信する。
図5のグラフにおいて、横軸は時間(単位:秒)、縦軸は圧電振動子のインピーダンス(単位:Ω)である。黒丸を付したピークの周期は約4.5秒/回であり、人体の呼吸の周期と一致している。黒丸を付したピークとピークとの間にある相対的に小さなピークの(黒三角で示した)周期は約1秒/回であり、人体の心拍の周期と一致している。
11 シート状圧電体
12 電極
20 シート
21 切換器
30 データ処理装置
40 インピーダンス測定回路
41 発振器
42 電圧計
43 抵抗
44 電圧計
50 演算回路
60 ディスプレイ
70 警告器
80 電源
90a、90b リード線
100 人体
110 ケース
120 固定具
130 データ発信装置
140 データ受信装置
150 発信器
160 受信器
Claims (5)
- 下記の工程を含む動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する方法:
圧電振動子を動物の体表面に加圧下に直接あるいは間接的に接触配置した状態にて、その圧電振動子に、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を継続的もしくは間欠的に印加することにより圧電振動子を振動させる工程、
振動状態にある圧電振動子が発生する電流を取り出す工程、そして
上記の電流の電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスの経時的な変動を継続的もしくは間欠的に検出する工程。 - 監視対象が動物の呼吸の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間の時間間隔を呼吸の周期として、その周期の変動を監視する請求項1に記載の方法。
- 監視対象が動物の呼吸の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を呼吸の強さの変動として、その強さの変動を監視する請求項1に記載の方法。
- 監視対象が動物の心拍の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が2番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間の時間間隔を心拍の周期として、その周期の変動を監視する請求項1に記載の方法。
- 監視対象が動物の心拍の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が2番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を心拍の強さの変動として、その強さの変動を検出する請求項1に記載の方法。
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