JP6084361B2 - Breath sensor - Google Patents

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本発明は、呼吸センサに関する。詳しくは、計測対象者の呼吸を低侵襲で計測できる呼吸センサに関する。   The present invention relates to a respiration sensor. More specifically, the present invention relates to a respiration sensor that can measure respiration of a measurement subject with minimal invasiveness.

医療や健康分野では、様々な体の状態を計測するニーズがある。このため、体の信号を計測する試みは、従来から多く行われてきた。例えば心電図は、心臓の筋肉が拡張と収縮を繰り返して心臓循環を生み出すときに発生する、微弱な活動電流を計測したものである。また、呼吸は心臓循環と同様に生命活動にとって欠かせない生理機能であり、運動中の自然な状態における呼吸計測は、実際の生活の中での呼吸器官の機能を診断する上で重要である。
従来、計測対象者の呼吸を低侵襲で計測する場合、スパイロメータが広く用いられてきた。このスパイロメータでは、計測対象者の口元にマウスピースを装着し、このマウスピースから伸びるパイプ類に計測対象者の呼気または吸気を通して、この呼気または吸気をセンサにより計測する。
In the medical and health fields, there is a need to measure various body conditions. For this reason, many attempts have been made to measure body signals. For example, an electrocardiogram is a measurement of a faint active current that occurs when the heart muscle repeatedly expands and contracts to produce cardiac circulation. In addition, breathing is a vital physiological function for vital activities, as is cardiac circulation. Respiration measurement in a natural state during exercise is important for diagnosing the function of the respiratory tract in actual life. .
Conventionally, a spirometer has been widely used to measure the respiration of a measurement subject with minimal invasiveness. In this spirometer, a mouthpiece is attached to the mouth of a measurement subject, the expiration or inspiration of the measurement subject is passed through pipes extending from the mouthpiece, and the expiration or inspiration is measured by a sensor.

上記スパイロメータでは、マウスピースから伸びるパイプ類が計測対象者の運動を妨げるために、計測対象者の運動中の呼吸計測を行うことが難しい。このため、計測対象者の運動を妨げることなく呼吸計測ができる呼吸センサが望まれている。
計測対象者の運動を妨げることなく呼吸計測ができる呼吸センサとしては、例えば特許文献1に記載された発明が知られている。この発明では、計測対象者の胴体に密着して、横および縦方向に伸びるベストに、歪みゲージを有する圧電フィルムを設けている。そして、上記ベストの胸部および腹部の領域において、計測対象者の呼吸パターンおよび心臓の圧力に伴う胴体の変形によってベストが伸縮すると、それぞれの伸縮に歪みゲージが反応して、上記呼吸パターンおよび心臓の圧力を求めるようになっている。
In the spirometer, since pipes extending from the mouthpiece hinder the movement of the measurement target person, it is difficult to measure the respiration during the movement of the measurement target person. For this reason, a respiration sensor that can measure respiration without interfering with the movement of the measurement subject is desired.
As a respiration sensor that can measure respiration without hindering the movement of the measurement subject, for example, the invention described in Patent Document 1 is known. In this invention, a piezoelectric film having a strain gauge is provided on a vest that is in close contact with the body of the measurement subject and extends in the horizontal and vertical directions. In the chest and abdominal regions of the vest, when the vest expands and contracts due to the torsional deformation caused by the measurement subject's breathing pattern and heart pressure, a strain gauge reacts to each expansion and contraction, and the breathing pattern and the heart The pressure is to be calculated.

特許3609404号公報Japanese Patent No. 3609404

ところで、呼吸は心臓循環機能と比べて随意的にも制御される側面があるため、計測対象者に与えられるストレスは呼吸の計測結果に影響を及ぼす。ここで、上述したスパイロメータにおいては、計測対象者はマウスピースの装着によりストレスを感じる。また、特許文献1の発明においては、計測対象者の胴体に密着させたベストの伸縮から計測対象者の呼吸パターンおよび心臓の圧力を求めるため、計測対象者はベストから締め付けられる力を受けてストレスを感じる。すなわち、上述した各呼吸計測の技術には、計測対象者に与えられるストレスのため、計測対象者の自然な状態における呼吸計測ができないという問題があった。
本発明は、上記した問題を解決するものとして創案されたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、計測対象者の呼吸を静電容量の変化により検知して計測することで、呼吸計測の際に計測対象者にかかるストレスをなくして、計測対象者の自然な状態での呼吸計測を実現することである。
By the way, since there is an aspect in which respiration is arbitrarily controlled as compared with the cardiac circulation function, stress applied to the measurement subject affects the measurement result of respiration. Here, in the spirometer described above, the measurement subject feels stress by wearing the mouthpiece. In addition, in the invention of Patent Document 1, since the measurement target person's breathing pattern and heart pressure are obtained from the expansion and contraction of the vest in close contact with the measurement subject's torso, Feel. In other words, each of the respiratory measurement techniques described above has a problem that it is impossible to perform a respiration measurement in a natural state of the measurement target person due to stress applied to the measurement target person.
The present invention has been devised to solve the above problems. That is, the problem to be solved by the present invention is to detect and measure the respiration of the measurement target person based on a change in capacitance, thereby eliminating the stress applied to the measurement target person at the time of respiration measurement. It is to realize the respiration measurement in the natural state.

上記課題を解決するために、本発明の呼吸センサは次の手段をとる。
まず、第1の発明は、計測対象者の呼吸を低侵襲で計測できる呼吸センサである。この呼吸センサは、計測対象者の胴体を挟み込む電気伝導体の対と、この電気伝導体の対の間における静電容量の変化を求め、この静電容量の変化から計測対象者の呼吸を検知する検知手段と、を備えている。
ヒトを含む肺呼吸の動物は、呼吸の際に肺の膨張および収縮を繰り返し、併せて周辺の体内組織を大きく動かす。この肺および体内組織の動きは、計測対象者の胴体の各部位における静電容量の変化として現れる。
ここで、上記第1の発明によれば、電気伝導体の対が計測対象者の胴体を挟んで配置される。このため、電気伝導体の対の間に計測対象者の胴体の内部を通るように電場を印加して、その部位における静電容量の変化を求め、この静電容量の変化から計測対象者の呼吸を検知することができる。すなわち、計測対象者に対してマウスピースの装着やベストによる締め付けを行うことなく、計測対象者の呼吸を計測することができる。これにより、呼吸計測の際に計測対象者にかかるストレスをなくして、計測対象者の自然な状態での呼吸計測を行うことができる。
In order to solve the above problems, the respiration sensor of the present invention takes the following means.
First, the first invention is a respiration sensor that can measure respiration of a measurement subject with minimal invasiveness. This respiration sensor obtains the change in capacitance between the pair of electrical conductors that sandwich the measurement subject's body and the pair of electrical conductors, and detects the respiration of the measurement subject from this change in capacitance. Detecting means.
Pulmonary breathing animals, including humans, repeatedly expand and contract the lungs during breathing, and also move surrounding body tissues greatly. This movement of the lungs and body tissues appears as a change in capacitance at each part of the body of the measurement subject.
Here, according to the said 1st invention, a pair of electrical conductors are arrange | positioned on both sides of a measurement subject's torso. For this reason, an electric field is applied between the pair of electrical conductors so as to pass through the inside of the measurement subject's torso, and a change in capacitance at the site is obtained. Respiration can be detected. That is, the respiration of the measurement subject can be measured without attaching the mouthpiece or tightening the vest with the vest. Accordingly, it is possible to eliminate the stress applied to the measurement target person during the respiration measurement and perform the respiration measurement in the natural state of the measurement target person.

ついで、第2の発明は、上述した第1の発明において、電気伝導体の対のうち少なくとも1対が計測対象者の胸部を挟み込み、検知手段は、計測対象者の胸部を挟み込む電気伝導体の対に対して、この電気伝導体の間における静電容量の減少を検知したときに計測対象者が息を吸い込み、上記電気伝導体の間における静電容量の増加を検知したときに計測対象者が息を吐き出したと判定するものである。
電気伝導体間の静電容量は、この電気伝導体間で電場が通る領域の誘電率に比例する。なお、ある領域における誘電率は、その領域内の物質の比誘電率(物質により変化する値)に真空の誘電率(定数)をかけることで求められる。ここで、ヒトを含む肺呼吸の動物の肉体(および水)の比誘電率は80程度であるのに対して、この肺呼吸の動物の肺に出入する空気の比誘電率はほぼ1であり、その比誘電率には大きな差がある。このため、計測対象者の胸部における静電容量は、計測対象者が息を吸い込んで肺内部における空気量が増加すると減少し、計測対象者が息を吐き出して肺内部における空気量が減少すると増加する。
すなわち、上記第2の発明によれば、動物の肉体(および水)と空気との比誘電率の違いを利用して、計測対象者の肺内部における空気量の変化を静電容量の変化により検知し、計測対象者の呼吸を計測することができる。
Next, the second invention is the electric conductor according to the first invention, wherein at least one of the pair of electrical conductors sandwiches the chest of the measurement subject, and the detection means is the electrical conductor that sandwiches the chest of the measurement subject. The measurement subject inhales when detecting a decrease in capacitance between the electrical conductors for the pair, and the measurement subject when detecting an increase in capacitance between the electrical conductors. Is determined to exhale.
The capacitance between electrical conductors is proportional to the dielectric constant of the region through which the electric field passes between the electrical conductors. Note that the dielectric constant in a certain region can be obtained by multiplying the relative dielectric constant (a value that varies depending on the substance) of a substance in the region by a vacuum dielectric constant (constant). Here, the relative permittivity of the body (and water) of lung-breathing animals including humans is about 80, whereas the relative permittivity of air entering and leaving the lungs of the lung-breathing animals is approximately 1. There is a large difference in the relative dielectric constant. Therefore, the capacitance of the measurement subject's chest decreases when the measurement subject inhales and the air volume inside the lung increases, and increases when the measurement subject exhales and the air volume inside the lung decreases. To do.
That is, according to the second aspect of the invention, the change in the amount of air in the lungs of the measurement subject is caused by the change in the capacitance by utilizing the difference in relative permittivity between the animal body (and water) and the air. It is possible to detect and measure the respiration of the measurement subject.

さらに、第3の発明は、上述した第1または第2の発明において、電気伝導体の対のうち少なくとも1対が計測対象者の腹部を挟み込み、検知手段は、計測対象者の腹部を挟み込む電気伝導体の対に対して、この電気伝導体の間における静電容量の増加を検知したときに計測対象者が息を吸い込み、上記電気伝導体の間における静電容量の減少を検知したときに計測対象者が息を吐き出したと判定するものである。
ヒトを含む動物の肉体は、通常は接地状態または所定の電位を有する物質と接触しており、その物質と等しい電位を有している。このため、計測対象者の腹部を電気伝導体の対で挟み込んで静電容量を計測する場合、計測される静電容量は計測対象者の腹部による静電遮蔽の影響のために小さくなる。ここで、上記腹部は横隔膜を隔てて肺と隣接する部位であるため、計測対象者が息を吸い込んで肺が膨張すると、この肺内部の空気により上記腹部による静電遮蔽が弱められる。このため、計測対象者の腹部における静電容量は、計測対象者が息を吸い込んで腹部による静電遮蔽の効果が弱められると増加し、計測対象者が息を吐き出して腹部による静電遮蔽の効果が元に戻ると減少する。
すなわち、上記第3の発明によれば、動物の肉体による静電遮蔽が肺内部の空気により弱められるという性質を利用して、計測対象者の呼吸を静電容量の変化により検知して計測することができる。
Furthermore, in the first or second invention described above, a third aspect of the present invention relates to the first or second aspect of the invention, wherein at least one of the pair of electrical conductors sandwiches the abdomen of the measurement subject, and the detection means When a measurement subject inhales and detects a decrease in capacitance between the electrical conductors when detecting an increase in capacitance between the electrical conductors for a pair of conductors It is determined that the measurement subject exhales.
Animal bodies, including humans, are usually in contact with a grounded material or a substance having a predetermined potential, and have a potential equal to that substance. For this reason, when the electrostatic capacity is measured by sandwiching the abdomen of the measurement subject with a pair of electrical conductors, the measured capacitance is reduced due to the influence of electrostatic shielding by the abdomen of the measurement subject. Here, since the abdomen is a part adjacent to the lungs across the diaphragm, when the measurement subject inhales and the lungs expand, the electrostatic shielding by the abdomen is weakened by the air inside the lungs. For this reason, the capacitance of the measurement subject's abdomen increases when the measurement subject inhales and the effect of electrostatic shielding by the abdomen is weakened. Decreases when effect returns.
That is, according to the third aspect of the invention, utilizing the property that the electrostatic shielding by the animal's body is weakened by the air inside the lungs, the measurement subject's breathing is detected and measured by the change in capacitance. be able to.

さらに、第4の発明は、上述した第1から第3の発明のいずれかにおいて、検知手段は、電気伝導体の対の間に、血液などの電解液を良導体とみなすことができるほど高い一定の周波数を有する交流電圧を印加して、この交流電圧に対する電気伝導体の対の間における容量性リアクタンスを計測し、この容量性リアクタンスから静電容量を算定して求めるものである。
ここで、「容量性リアクタンス」とは、静電容量を有する電気伝導体間に交流電圧を印加する際に、この交流電圧に対して作用する擬似的な抵抗のことである。このため、例えば静電容量を有する電気伝導体の対と他部材とを直列接続した回路においては、回路に印加する電圧と上記他部材にかかる電圧との関係から、上記電気伝導体の対の容量性リアクタンスを簡単に求めることができる。ここで、容量性リアクタンスには、印加した交流電圧の周期(周波数の逆数)を電気伝導体間の静電容量で割った値に比例するという性質がある。また、血液などの電解液には高い周波数を有する交流電圧に対して良導体のように振る舞う性質がある。このため、測定対象者の静電容量には、この測定対象者の呼吸に伴う血流分布の変化によって電気力線の通り方が変化することの影響が、上述した肺内部における空気量の変化の影響に追加されて反映される。
すなわち、上記第4の発明によれば、電気伝導体の対の間に交流電圧を印加することで、電気伝導体の対の容量性リアクタンスを簡単に計測して、電気伝導体の対における静電容量の変化を簡単に求めることができる。また、交流電圧の周波数が一定であることから、計測対象者の肉体(および水)の交流電場に対する周波数特性が混入する影響を無くすことができる。また、上記交流電圧の周波数を高くすることで、電気伝導体の対における静電容量の変化に、測定対象者の呼吸に伴う血流分布の変化の影響を追加して反映させることができる。このため、電気伝導体の対における静電容量の算定精度を向上させることができる。
Furthermore, a fourth aspect of the invention is any one of the first to third aspects of the invention described above, wherein the detection means is constant so high that an electrolytic solution such as blood can be regarded as a good conductor between a pair of electrical conductors. A capacitive reactance between a pair of electrical conductors with respect to the alternating voltage is measured by applying an alternating voltage having a frequency of ## EQU2 ## and a capacitance is calculated from the capacitive reactance.
Here, “capacitive reactance” refers to a pseudo resistance that acts on an AC voltage when an AC voltage is applied between electric conductors having electrostatic capacity. For this reason, for example, in a circuit in which a pair of electric conductors having electrostatic capacity and other members are connected in series, the relationship between the voltage applied to the circuit and the voltage applied to the other members is Capacitive reactance can be easily determined. Here, the capacitive reactance has a property that it is proportional to a value obtained by dividing the period of the applied AC voltage (the reciprocal of the frequency) by the capacitance between the electric conductors. In addition, electrolytes such as blood have the property of behaving like a good conductor against an alternating voltage having a high frequency. For this reason, the measurement subject's capacitance is affected by the change in the direction of the lines of electric force due to the change in blood flow distribution accompanying the measurement subject's breathing. It is reflected in addition to the influence.
That is, according to the fourth aspect of the invention, by applying an AC voltage between the pair of electrical conductors, the capacitive reactance of the pair of electrical conductors can be easily measured, and the static electricity in the pair of electrical conductors can be measured. The change in capacitance can be easily determined. In addition, since the frequency of the AC voltage is constant, it is possible to eliminate the influence of the mixing of the frequency characteristics on the AC electric field of the measurement subject's body (and water). Further, by increasing the frequency of the AC voltage, it is possible to add and reflect the influence of the change in the blood flow distribution accompanying the breathing of the measurement subject to the change in the capacitance of the pair of electrical conductors. For this reason, the calculation precision of the electrostatic capacitance in the pair of electrical conductors can be improved.

さらに、第5の発明は、上述した第1から第4の発明のいずれかにおいて、上記交流電圧の周波数は、交流電圧が発生させる交流電磁場が計測対象者に及ぼす生物学的影響を小さくするように設定されているものである。
電気伝導体間に交流電圧を印加すると、この電気伝導体間には印加された交流電圧の周波数と等しい周波数を有する交流電磁場が発生する。ここで、ヒトを含む動物は、交流電磁場の曝露により様々な生物学的影響を受ける。この生物学的影響は、交流電磁場の周波数によりその影響の種類および程度が変わることが知られている。
すなわち、上記第5の発明によれば、電気伝導体間に印加する交流電圧の周波数の設定により、計測対象者が受ける生物学的影響を小さくして、計測対象者のより自然な状態での呼吸計測を行うことができる。
Furthermore, in a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects described above, the frequency of the AC voltage is such that the AC electromagnetic field generated by the AC voltage reduces the biological influence on the measurement subject. Is set to.
When an AC voltage is applied between the electrical conductors, an AC electromagnetic field having a frequency equal to the frequency of the applied AC voltage is generated between the electrical conductors. Here, animals including humans are affected by various biological effects by exposure to alternating electromagnetic fields. It is known that the type and degree of this biological effect varies depending on the frequency of the alternating electromagnetic field.
That is, according to the fifth aspect of the present invention, by setting the frequency of the alternating voltage applied between the electrical conductors, the biological influence on the measurement subject is reduced, and the measurement subject is in a more natural state. Respiratory measurement can be performed.

さらに、第6の発明は、上述した第1から第5の発明のいずれかにおいて、計測対象者に着せられた着用状態とされることで、計測対象者の胴体を少なくとも互いに対向する2方向から覆う計測着を備え、電気伝導体の対は、計測着の着用状態において計測対象者の胴体を挟み込むように、計測着に取り付けられているものである。
この第6の発明によれば、本発明の呼吸センサにおいて電気伝導体の対を計測着に取り付けることで、電気伝導体の対を計測対象者から外れにくくすることができる。また、計測着の着脱により呼吸センサを容易に着脱することができる。
Furthermore, a sixth aspect of the present invention is the device according to any one of the first to fifth aspects described above, wherein the body of the measurement subject is at least from two directions facing each other by being put on the measurement subject. The measurement clothes are covered, and the pair of electric conductors is attached to the measurement clothes so as to sandwich the body of the measurement subject in the wearing state of the measurement clothes.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to make it difficult for the pair of electric conductors to be detached from the measurement subject by attaching the pair of electric conductors to the measurement clothes in the respiration sensor of the present invention. Further, the breathing sensor can be easily attached / detached by attaching / detaching the measurement clothes.

さらに、第7の発明は、上述した第1から第6の発明のいずれかにおいて、電気伝導体を少なくとも2対備え、この電気伝導体の対のうち少なくとも1対が計測対象者の胸部を挟み込み、かつ、電気伝導体の対のうち少なくとも1対が計測対象者の腹部を挟み込むものである。
ヒトを含む哺乳類は、胸部の肋骨の間に位置する肋間筋を動かして行う胸式呼吸と、腹腔の胸腔と隣接する部分に位置する横隔膜を動かして行う腹式呼吸と、を組み合わせて呼吸を行う。この胸式呼吸および腹式呼吸の組み合わせ方は運動状態および姿勢によって変わるので、運動中の呼吸計測においては胸式呼吸および腹式呼吸のそれぞれを区別して計測することが重要となる。ここで、胸部および腹部のそれぞれにおいて各体組織の動きを計測することで、胸式呼吸と腹式呼吸とを区別して計測できることが一部で知られている。
すなわち、上記第7の発明によれば、計測対象者の胸部および腹部のそれぞれを電気伝導体の対で挟み込むことで、計測対象者の胸部および腹部のそれぞれにおいて肺内部における空気量の変化を検知することができる。これにより、計測対象者の胸式呼吸と腹式呼吸とを区別して計測することができる。
Furthermore, a seventh invention is the method according to any one of the first to sixth inventions, wherein at least two pairs of electrical conductors are provided, and at least one of the pairs of electrical conductors sandwiches the chest of the measurement subject. In addition, at least one of the pairs of electrical conductors sandwiches the abdomen of the measurement subject.
Mammals, including humans, breathe by combining thoracic breathing performed by moving the intercostal muscles located between the ribs of the chest and abdominal breathing performed by moving the diaphragm located adjacent to the chest cavity of the abdominal cavity. Do. Since the combination of the chest breathing and the abdominal breathing changes depending on the exercise state and posture, it is important to separately measure the chest breathing and the abdominal breathing in the respiratory measurement during the exercise. Here, it is known in part that it is possible to distinguish and measure chest respiration and abdominal respiration by measuring the movement of each body tissue in each of the chest and abdomen.
That is, according to the seventh aspect of the present invention, the change in the air volume inside the lung is detected in each of the measurement subject's chest and abdomen by sandwiching each of the chest and abdomen of the measurement subject with a pair of electrical conductors. can do. Thereby, the measurement subject's chest respiration and abdominal respiration can be distinguished and measured.

さらに、第8の発明は、上述した第1から第7の発明のいずれかにおいて、計測対象者の運動に伴う角速度を計測して検知手段に伝達するジャイロセンサを備え、このジャイロセンサから伝達された角速度データに基づいて、検知手段の検知結果を補正するものである。
計測対象者の運動中における呼吸計測を行う場合、計測対象者の運動または姿勢の変化に伴う角速度によって、この計測対象者に対する呼吸センサの相対位置が変化する。ここで、上記呼吸計測を静電容量の変化を検知することで行う場合、電気伝導体間の静電容量は電気伝導体間の距離に反比例するため、上述した相対位置の変化は、検知結果に対するノイズとして現れる。
すなわち、上記第8の発明によれば、検知手段の検知結果をジャイロセンサによって計測した計測対象者の角速度に基づいて補正することで、この角速度によって発生するノイズを情報処理により除去または減少させることができる。これにより、計測対象者の運動中における呼吸計測の精度を向上させることができる。
Furthermore, an eighth invention includes any one of the first to seventh inventions described above, further comprising a gyro sensor that measures an angular velocity associated with the movement of the measurement subject and transmits the angular velocity to the detection means, and is transmitted from the gyro sensor. The detection result of the detection means is corrected based on the angular velocity data.
When performing respiration measurement during the movement of the measurement target person, the relative position of the respiration sensor with respect to the measurement target person changes depending on the angular velocity associated with the movement or posture change of the measurement target person. Here, when the respiration measurement is performed by detecting a change in capacitance, the capacitance between the electrical conductors is inversely proportional to the distance between the electrical conductors. Appears as noise against.
That is, according to the eighth aspect of the invention, by correcting the detection result of the detection means based on the angular velocity of the measurement subject measured by the gyro sensor, noise generated by the angular velocity is removed or reduced by information processing. Can do. Thereby, the precision of the respiration measurement during a measurement subject's exercise | movement can be improved.

さらに、第9の発明は、上述した第1から第8の発明のいずれかにおいて、計測対象者の運動に伴う加速度を計測して検知手段に伝達する加速度センサを備え、この加速度センサから伝達された加速度データに基づいて、検知手段の検知結果を補正するものである。
計測対象者の運動中における呼吸計測を行う場合、計測対象者の運動に伴う速度変化(加速度)によって、この計測対象者に対する呼吸センサの相対位置が変化する。ここで、上記呼吸計測を静電容量の変化を検知することで行う場合、電気伝導体間の静電容量は電気伝導体間の距離に反比例するため、上述した相対位置の変化は、検知結果に対するノイズとして現れる。
すなわち、上記第9の発明によれば、検知手段の検知結果を加速度センサによって計測した計測対象者の加速度に基づいて補正することで、この加速度によって発生するノイズを情報処理により除去または減少させることができる。これにより、計測対象者の運動中における呼吸計測の精度を向上させることができる。
Furthermore, a ninth invention includes any one of the first to eighth inventions described above, further comprising an acceleration sensor that measures an acceleration accompanying the movement of the measurement subject and transmits the acceleration to the detection means, and is transmitted from the acceleration sensor. The detection result of the detection means is corrected based on the acceleration data.
When performing respiration measurement during exercise of the measurement target person, the relative position of the respiration sensor with respect to the measurement target person changes due to a speed change (acceleration) accompanying the movement of the measurement target person. Here, when the respiration measurement is performed by detecting a change in capacitance, the capacitance between the electrical conductors is inversely proportional to the distance between the electrical conductors. Appears as noise against.
That is, according to the ninth aspect of the invention, by correcting the detection result of the detection means based on the acceleration of the measurement subject measured by the acceleration sensor, noise generated by the acceleration is removed or reduced by information processing. Can do. Thereby, the precision of the respiration measurement during a measurement subject's exercise | movement can be improved.

さらに、第10の発明は、上述した第1から第9の発明のいずれかにおいて、計測対象者の体温を計測して検知手段に伝達する温度計を備え、この温度計から伝達された温度データに基づいて、検知手段の検知結果を補正するものである。
ヒトを含む動物の肉体(および水)の比誘電率は、温度により変化する値であることが一般的に知られている。このため、計測対象者の呼吸計測を静電容量の変化として検知することで行う場合、運動などにより計測対象者の体温が変化すると、その体温の変化に合わせて呼吸の計測結果も変化する。
すなわち、上記第10の発明によれば、検知手段の検知結果を温度計によって計測した計測対象者の体温に基づいて補正することで、この体温の変化の影響を呼吸の計測結果から情報処理により除去または減少させることができる。これにより、計測対象者の呼吸の計測結果を容易に比較することができるようになるとともに、呼吸計測の精度を向上させることができる。
Furthermore, a tenth aspect of the invention includes any one of the first to ninth aspects of the invention described above, further comprising a thermometer that measures the body temperature of the measurement subject and transmits the temperature to the detection means, and the temperature data transmitted from the thermometer Based on the above, the detection result of the detection means is corrected.
It is generally known that the relative permittivity of animal bodies including humans (and water) varies with temperature. For this reason, when the measurement subject's respiration measurement is detected as a change in capacitance, if the measurement subject's body temperature changes due to exercise or the like, the respiration measurement result also changes in accordance with the change in the body temperature.
That is, according to the tenth aspect of the present invention, by correcting the detection result of the detection means based on the body temperature of the measurement subject measured by the thermometer, the effect of the change in body temperature can be processed by information processing from the measurement result of respiration. Can be removed or reduced. Thereby, while being able to compare easily the measurement result of a measurement subject's respiration, the precision of respiration measurement can be improved.

さらに、第11の発明は、上述した第1から第10の発明のいずれかの呼吸センサを用いた呼吸計測システムである。この呼吸計測システムは、呼吸センサの出力を無線送信する無線送信装置と、この無線送信装置からの無線送信を受信する無線受信装置と、を備えている。
この第11の発明によれば、呼吸センサの出力を外部に無線送信するので、計測対象者の呼吸を、この計測対象者の行動範囲および運動状態に制限を設けることなく、外部の計測者が静止した状態で計測することができる。
Furthermore, an eleventh invention is a respiratory measurement system using the respiratory sensor according to any one of the first to tenth inventions described above. The respiration measurement system includes a wireless transmission device that wirelessly transmits the output of the respiration sensor, and a wireless reception device that receives wireless transmission from the wireless transmission device.
According to the eleventh aspect, since the output of the respiration sensor is wirelessly transmitted to the outside, an external measurer can restrict the respiration of the measurement subject without limiting the action range and the exercise state of the measurement subject. It can be measured in a stationary state.

本発明の第1の実施形態に係る呼吸センサを表した正面図である。It is a front view showing the respiration sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 上記呼吸センサの使用状態を表した模式図である。It is the schematic diagram showing the use condition of the said respiration sensor. 上記使用状態における計測対象者の体内の様子を表した模式図であり、計測対象者が息を吸い込んだ状態を表す。It is a schematic diagram showing the inside of a measurement subject's body in the above-mentioned use state, and represents the state where the measurement subject inhaled. 上記使用状態における計測対象者の体内の様子を表した模式図であり、計測対象者が息を吐き出した状態を表す。It is a schematic diagram showing the inside of a measurement subject's body in the above-mentioned use state, and represents the state where the measurement subject exhaled. 上記呼吸センサの検知手段の概略構成を表したブロック図である。It is a block diagram showing schematic structure of the detection means of the said respiration sensor. 上記検知手段の交流発振回路および交流―直流変換回路の回路図である。It is a circuit diagram of an AC oscillation circuit and an AC-DC conversion circuit of the detection means. 上記検知手段の交流―直流変換回路における出力電圧の時間変化を表した折れ線グラフである。It is a line graph showing the time change of the output voltage in the AC-DC conversion circuit of the detection means. 上記呼吸センサの電極対間における静電容量の時間変化を表した折れ線グラフである。It is a line graph showing the time change of the electrostatic capacitance between the electrode pairs of the respiration sensor. 従来のスパイロメータにおける呼吸の換気量の時間変化を表した折れ線グラフである。It is a line graph showing the time change of the respiration volume in the conventional spirometer. 本発明の第2の実施形態に係る呼吸センサの使用状態を表した模式図である。It is the schematic diagram showing the use condition of the respiration sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。なお、以下において、電池およびコネクタなどの付随的な構成については、その図示および詳細な説明を省略する。
〈第1の実施形態〉
始めに、第1の実施形態に係る呼吸センサ10の構成について、図1ないし図6を用いて説明する。この呼吸センサ10は、図2に示すように、ヒトを計測対象者Pとして、この計測対象者Pの日常生活における呼吸を、計測対象者Pに対して負担をかけることなく(すなわち低侵襲の状態で)計測するための着用型の呼吸センサである。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. In the following, the illustration and detailed description of the incidental configurations such as the battery and the connector are omitted.
<First Embodiment>
First, the configuration of the respiratory sensor 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. As shown in FIG. 2, the respiration sensor 10 uses a human as a measurement target P, and does not place a burden on the measurement target P for breathing in the daily life of the measurement target P (that is, a minimally invasive). It is a wearable respiratory sensor for measurement.

上記呼吸センサ10は、図1および図2に示すように、計測着13(本実施形態ではTシャツ)に1対の電極11を取り付けて、この各電極11から伸びるケーブル11Cに検知手段12を接続した構成となっている。計測着13は、計測対象者Pに着せられた着用状態(図2参照)において、計測対象者Pの体幹上部を前方および後方から覆うように構成されている。また、検知手段12は、上記着用状態において、計測対象者Pにより携帯されるようになっている。
ここで、各電極11は計測着13に対してボタン(図示省略)により着脱自在に取り付けられる。また、ケーブル11Cは、各電極11および検知手段12に対してコネクタ(図示省略)を介して着脱自在に接続される。このため、呼吸センサ10は、その計測着13を他部材から分離することで、呼吸センサ10の不使用時の収納性が向上されるとともに、計測着13が洗濯可能となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the respiration sensor 10 has a pair of electrodes 11 attached to a measurement jacket 13 (T-shirt in the present embodiment), and a detection means 12 is attached to a cable 11 </ b> C extending from each electrode 11. It has a connected configuration. The measurement clothing 13 is configured to cover the trunk upper part of the measurement subject P from the front and the rear in the wearing state (see FIG. 2) worn by the measurement subject P. Moreover, the detection means 12 is carried by the measurement subject P in the wearing state.
Here, each electrode 11 is detachably attached to the measurement ring 13 by a button (not shown). The cable 11C is detachably connected to each electrode 11 and the detection means 12 via a connector (not shown). For this reason, the breathing sensor 10 separates the measurement clothing 13 from other members, thereby improving the storage property when the breathing sensor 10 is not used and making the measurement clothing 13 washable.

上記各電極11は、導電性繊維を芯部とし、絶縁繊維を鞘部とした二層構造糸により形成された布を長方形に裁断し、その裁断部を導電性の接着剤(図示省略)で固めて上記導電性繊維を短絡させることで形成される。ここで、導電性繊維を用いた布により各電極11を形成することで、この各電極11が取り付けられた計測着13の着心地の良さが確保されている。また、各電極11において導電性繊維を絶縁繊維により覆った二層構造糸を用いることで、各電極11間に電場をかけながら、この各電極11から外部への漏電を防ぐことができる。
なお、本実施形態では、上記二層構造糸として直径0.04[mm]のステンレス線を綿繊維で覆ったものを、上記導電性の接着剤として藤倉化成株式会社製のDOTITEXA-910(DOTITEは登録商標)をそれぞれ使用した。
Each of the electrodes 11 is formed by cutting a cloth formed of a two-layer structure yarn having a conductive fiber as a core portion and an insulating fiber as a sheath portion into a rectangular shape, and cutting the cut portion with a conductive adhesive (not shown). It is formed by hardening and short-circuiting the conductive fibers. Here, by forming each electrode 11 with a cloth using a conductive fiber, the comfort of the measurement clothes 13 to which each electrode 11 is attached is ensured. Further, by using a two-layer structure yarn in which conductive fibers are covered with insulating fibers in each electrode 11, it is possible to prevent electric leakage from each electrode 11 to the outside while applying an electric field between the electrodes 11.
In the present embodiment, a stainless steel wire having a diameter of 0.04 [mm] covered with a cotton fiber as the two-layer structured yarn is used as the conductive adhesive, and DOITEXA-910 (DOTITE) manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. is used. Are registered trademarks).

各電極11は、図2に示すように、計測着13が計測対象者Pに着せられた着用状態において、腹部電極11Aと腰部電極11Bとで計測対象者Pの腹部を挟み込むようになっている。そして、検知手段12は、腹部電極11Aと腰部電極11Bとの間の静電容量Cの変化(図8参照)を求め、この静電容量Cの変化から計測対象者Pの呼吸を検知する。すなわち、各電極11は、本発明における「電気伝導体」に相当する。なお、検知手段12が検知した呼吸は、検知手段12のモニタ12F(図1参照)に換気量の時間変化を示す波形として出力されるようになっている。
上記各構成によれば、計測対象者Pに対してマウスピースの装着やベストによる締め付けを行うことなく、各電極11間の静電容量Cの変化から計測対象者Pの呼吸を計測することができる。これにより、呼吸計測の際に計測対象者Pにかかるストレスをなくして、計測対象者Pの自然な状態での呼吸計測を行うことができる。また、各電極11を計測着13に取り付けることで、各電極11を計測対象者Pから外れにくくするとともに、計測着13の着脱により呼吸センサ10を容易に着脱することができる。
なお、呼吸センサ10は、計測対象者Pに対して計測着13の着丈が短く各電極11が計測対象者Pの腹部に届かない場合のために、各電極11で計測対象者Pの胸部を挟んだ状態(本実施形態では胸骨の周辺を前後方向から挟んだ状態)でも呼吸の計測を行うことができるようになっている。すなわち、検知手段12は、切り替えスイッチ(図示省略)によりその計測モードが手動で切り替えられることで、計測対象者Pの胸部を挟む腹部電極11Aと腰部電極11Bとの間の静電容量の変化から計測対象者Pの呼吸を検知することができるようになっている。
As shown in FIG. 2, each electrode 11 sandwiches the abdomen of the measurement subject P between the abdominal electrode 11 </ b> A and the waist electrode 11 </ b> B in the wearing state where the measurement clothing 13 is worn on the measurement subject P. . And the detection means 12 calculates | requires the change (refer FIG. 8) of the electrostatic capacitance C between 11 A of abdominal electrodes, and the waist electrode 11B, and detects the measurement subject's P respiration from this change of the electrostatic capacitance C. FIG. That is, each electrode 11 corresponds to an “electric conductor” in the present invention. The respiration detected by the detection means 12 is output to the monitor 12F (see FIG. 1) of the detection means 12 as a waveform indicating the temporal change in the ventilation amount.
According to each configuration described above, the respiration of the measurement subject P can be measured from the change in the capacitance C between the electrodes 11 without attaching the mouthpiece or tightening the vest with the measurement subject P. it can. Thereby, it is possible to eliminate the stress applied to the measurement target person P during the respiration measurement and perform the respiration measurement in the natural state of the measurement target person P. Moreover, attaching each electrode 11 to the measurement clothing 13 makes it difficult to remove each electrode 11 from the measurement subject P, and allows the breathing sensor 10 to be easily attached and detached by attaching and detaching the measurement clothing 13.
Note that the respiration sensor 10 is configured so that the measurement target person P has a short measurement dress 13 and the electrodes 11 do not reach the abdomen of the measurement target person P. Respiration can be measured even in a pinched state (in this embodiment, a state where the periphery of the sternum is pinched from the front-rear direction). That is, the detection means 12 is switched from the change in capacitance between the abdominal electrode 11A and the waist electrode 11B sandwiching the chest of the measurement subject P by manually switching the measurement mode by a changeover switch (not shown). It is possible to detect the respiration of the measurement subject P.

続いて、上述した呼吸センサ10の計測の原理について説明する。計測対象者Pの肺P3は、図3および図4に示すように、計測対象者Pの呼吸による空気の出入りに伴って膨張と収縮とを繰り返す。また、計測対象者Pの体内組織(例えば図3および図4に示す横隔膜P2)は、上記肺P3の膨張および収縮に併せて大きく動く。
なお、肺P3の膨張および収縮における肺P3の体積の変化(すなわち肺活量)は、健康な成人男性の場合で2000[cm3]〜3000[cm3]である。この肺P3および上述した体内組織の動きは、計測対象者Pの胴体の各部位における静電容量の変化として現れるため、この静電容量の変化から計測対象者Pの呼吸を検知して計測することができる。
Subsequently, the principle of measurement of the respiration sensor 10 described above will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the lung P <b> 3 of the measurement target person P repeats expansion and contraction as the measurement target person P breathes in and out of the air. Further, the body tissue of the measurement subject P (for example, the diaphragm P2 shown in FIGS. 3 and 4) moves greatly in accordance with the expansion and contraction of the lung P3.
Incidentally, the expansion and volume change (i.e., vital capacity) of the lungs P3 in contraction of lung P3 is in the case of healthy adult males 2000 [cm 3] ~3000 [cm 3]. Since the movement of the lung P3 and the above-described tissue in the body appear as a change in capacitance in each part of the body of the measurement subject P, the measurement subject P is detected from the change in capacitance and measured. be able to.

さて、計測対象者Pの腹部において、電極11の腹部電極11Aを前側(へそ側)に、腰部電極11Bを後側(腰側)に位置させて、この各電極11間に交流電圧を印加すると、計測対象者Pの横隔膜P2周辺を前後方向に通過するように交流電場Eが発生する。ここで、計測対象者Pが息を吸い込んだときは、図3に示すように、肺P3の下側(足側)への膨張とともに肺P3の下側に位置する横隔膜P2が下方に移動する。
このため、上記交流電場Eは、上記肺P3およびこの肺P3に入り込んだ空気をより多く通過する。一方、計測対象者Pが息を吐き出したときは、図4に示すように、肺P3の上側(頭側)への収縮とともに横隔膜P2が上方に移動する。このため、交流電場Eは、横隔膜P2よりも下側に位置する計測対象者Pの胴体P1内の組織をより多く通過する。
Now, in the abdomen of the measurement subject P, when the abdominal electrode 11A of the electrode 11 is located on the front side (navel side) and the waist electrode 11B is located on the rear side (waist side), an AC voltage is applied between the electrodes 11. The AC electric field E is generated so as to pass around the diaphragm P2 of the measurement subject P in the front-rear direction. Here, when the measurement subject P inhales, as shown in FIG. 3, the diaphragm P2 located below the lung P3 moves downward as the lung P3 expands to the lower side (foot side). .
For this reason, the AC electric field E passes through the lung P3 and more air that has entered the lung P3. On the other hand, when the measurement subject P exhales, as shown in FIG. 4, the diaphragm P2 moves upward as the lung P3 contracts upward (head side). For this reason, the AC electric field E passes through more tissues in the body P1 of the measurement subject P located below the diaphragm P2.

ところで、計測対象者Pは、通常は接地状態または所定の電位を有する物質と接触して、その物質と等しい電位を有している。このため、各電極11で計測対象者Pの腹部を挟んで、この電極11間に交流電場Eを印加して電極11間の静電容量Cを計測する場合、計測される静電容量Cは計測対象者Pの腹部による静電遮蔽の影響のために小さくなる。ここで、上記腹部は横隔膜P2を隔てて肺P3と隣接する部位であるため、計測対象者Pが息を吸い込んで肺P3が膨張すると、この肺P3内部の空気により上記腹部による静電遮蔽が弱められる。このため、計測対象者Pの腹部における静電容量Cは、計測対象者Pが息を吸い込んで腹部による静電遮蔽の効果が弱められると増加し、計測対象者Pが息を吐き出して腹部による静電遮蔽の効果が元に戻ると減少する。
そして、この静電容量Cの変化(図8参照)を検知手段12により求めることで、計測対象者Pの呼吸を計測することができる。すなわち、検知手段12は、電極11間における静電容量Cの増加を検知したときに計測対象者Pが息を吸い込み、電極11間における静電容量Cの減少を検知したときに計測対象者Pが息を吐き出したと判定することで、計測対象者Pの呼吸を計測することができる。
By the way, the person to be measured P is usually in a grounded state or in contact with a substance having a predetermined potential and has a potential equal to that substance. For this reason, when the capacitance C between the electrodes 11 is measured by applying the alternating electric field E between the electrodes 11 with the electrodes 11 sandwiching the abdomen of the measurement subject P, the measured capacitance C is It becomes small due to the influence of electrostatic shielding by the abdomen of the measurement subject P. Here, since the abdomen is a part adjacent to the lung P3 across the diaphragm P2, when the measurement subject P inhales and the lung P3 expands, electrostatic shielding by the abdomen is performed by the air inside the lung P3. Be weakened. For this reason, the capacitance C in the abdomen of the measurement target person P increases when the measurement target person P inhales and the effect of electrostatic shielding by the abdomen is weakened, and the measurement target person P exhales and breathes out. It decreases when the effect of electrostatic shielding is restored.
The respiration of the measurement subject P can be measured by obtaining the change in the capacitance C (see FIG. 8) by the detection means 12. That is, the detecting means 12 inhales the measurement subject P when detecting an increase in the capacitance C between the electrodes 11 and detects the decrease in the capacitance C between the electrodes 11. Therefore, it is possible to measure the respiration of the measurement subject P.

一方、各電極11で計測対象者Pの胸部を挟んで、この電極11間に交流電場Eを印加して電極11間の静電容量Cを計測する場合、交流電場Eは空気が入り込んだ肺P3を多く通過する。このため、計測される静電容量Cには上述した静電遮蔽の影響よりも計測対象者Pの肉体(および水)と空気との比誘電率の違いの影響が大きく反映される。すなわち、ヒトの肉体(および水)の比誘電率は80程度であるのに対して、その肺に出入する空気の比誘電率はほぼ1であり、その比誘電率には大きな差がある。このため、交流電場Eが計測対象者Pの肺P3に入り込んだ空気をより多く通過するほど(すなわち、計測対象者Pが息を吸い込むほど)、電極11間の静電容量Cが小さくなる。また、交流電場Eが計測対象者Pの肺P3に入り込んだ空気を通過する範囲が狭くなるほど(すなわち、計測対象者Pが息を吐き出すほど)、電極11間の静電容量Cが大きくなる。
そして、この静電容量Cの変化を検知手段12により求めることで、計測対象者Pの肺P3内部における空気量の変化を検知することができる。すなわち、検知手段12は、電極11間における静電容量Cの減少を検知したときに計測対象者Pが息を吸い込み、電極11間における静電容量Cの増加を検知したときに計測対象者Pが息を吐き出したと判定することで、計測対象者Pの呼吸を計測することができる。
On the other hand, when measuring the electrostatic capacitance C between the electrodes 11 by applying the alternating electric field E between the electrodes 11 with the electrodes 11 sandwiching the chest of the measurement subject P, the alternating electric field E is in the lungs in which air has entered. Pass a lot through P3. For this reason, the influence of the difference in relative dielectric constant between the body (and water) of the measurement subject P and air is more largely reflected in the measured capacitance C than the influence of the electrostatic shielding described above. That is, the relative permittivity of the human body (and water) is about 80, whereas the relative permittivity of air entering and exiting the lung is approximately 1, and there is a large difference in the relative permittivity. For this reason, the more the AC electric field E passes through the air that has entered the lung P3 of the measurement subject P (that is, the more the measurement subject P inhales), the smaller the capacitance C between the electrodes 11. In addition, the capacitance C between the electrodes 11 increases as the range in which the AC electric field E passes through the air that has entered the lungs P3 of the measurement subject P becomes narrower (that is, the measurement subject P exhales).
And the change of the electrostatic capacity C is calculated | required by the detection means 12, and the change of the air quantity in the lung P3 of the measurement subject P can be detected. That is, the detection means 12 inhales the measurement target person P when detecting a decrease in the capacitance C between the electrodes 11, and detects the increase in the capacitance C between the electrodes 11. Therefore, it is possible to measure the respiration of the measurement subject P.

上記検知手段12は、図5に示すように、各電極11間に一定の周波数の交流電圧を印加した際の容量性リアクタンスを計測し、その計測結果から各電極11間における静電容量Cの変化を算定して求めるように構成されている。以下、検知手段12が静電容量Cの変化を求める原理について説明する。なお、以下において、検知手段12の各構成の電圧値は、特に宣言した場合を除き、検知手段12の筐体(図示省略)の電位を基準(すなわち0[V])とした値を記載する。
検知手段12は、図5および図6に示すように、上記電極11の対に、固定容量のコンデンサ12Dと、交流発振回路12Bと、を直列に接続した構成となっている。上記コンデンサ12Dには、出力端子12Eを備えた交流―直流変換回路12Cが並列に接続されている。交流―直流変換回路12Cの出力端子12Eには、図5に示すように、データ処理装置12Aが接続されている。なお、上記データ処理装置12A、交流発振回路12B、交流―直流変換回路12C、コンデンサ12Dは、それぞれ検知手段12の筐体(図示省略)に筐体設置されている。
As shown in FIG. 5, the detection means 12 measures the capacitive reactance when an AC voltage having a constant frequency is applied between the electrodes 11, and the capacitance C between the electrodes 11 is measured based on the measurement result. It is configured to calculate and determine the change. Hereinafter, the principle by which the detection unit 12 calculates the change in the capacitance C will be described. In the following description, the voltage value of each component of the detection means 12 is a value based on the potential of the casing (not shown) of the detection means 12 (that is, 0 [V]) unless otherwise specified. .
As shown in FIGS. 5 and 6, the detection means 12 has a configuration in which a fixed capacitor 12 </ b> D and an AC oscillation circuit 12 </ b> B are connected in series to the pair of electrodes 11. An AC-DC conversion circuit 12C having an output terminal 12E is connected in parallel to the capacitor 12D. As shown in FIG. 5, a data processing device 12A is connected to the output terminal 12E of the AC-DC conversion circuit 12C. The data processing device 12A, the AC oscillation circuit 12B, the AC-DC conversion circuit 12C, and the capacitor 12D are each installed in a casing (not shown) of the detecting means 12.

上記交流発振回路12Bは、電極11の対と、コンデンサ12Dと、の直列の並びに周波数および電圧が一定の交流電圧を印加して、各電極11間に印加した交流電圧と同じ周波数を有する交流電場E(図3および図4参照)を発生させる。ここで、正弦波電圧の周波数は、呼吸計測における十分な時間分解能を確保でき、かつ、血液などの電解液を良導体とみなすことができるほど高い一定の値に設定される。これにより、計測対象者Pの静電容量Cには、測定対象者Pの呼吸に伴う血流分布の変化によって電気力線の通り方が変化することの影響が、上述した肺P3内部における空気量の変化の影響に追加されて反映される。
また、上記正弦波電圧の周波数は、正弦波電圧が発生させる交流電場Eが計測対象者Pに及ぼす生物学的影響を小さくすることができる値に設定される。上記生物学的影響としては、例えば計測対象者Pの体内に発生する誘導電流または計測対象者Pが感じる被加熱感が挙げられる。なお、前者は正弦波電圧の周波数が100[kHz]以下の場合において、後者は正弦波電圧の周波数が10[MHz]以上の場合において、その影響が大きくなる。
なお、本実施形態では、交流発振回路12Bとして、図6に示すクアドラチャ発振回路を用いた。このクアドラチャ発振回路は、周波数が400[kHz](周期が2.5[μs])でピーク・ツー・ピーク電圧(すなわち、正弦波電圧における最大電圧と最低電圧との差)が6[V]の正弦波電圧を発生させる。
The AC oscillation circuit 12B applies an AC voltage having a constant frequency and voltage in series between a pair of electrodes 11 and a capacitor 12D, and has an AC electric field having the same frequency as the AC voltage applied between the electrodes 11. E (see FIGS. 3 and 4) is generated. Here, the frequency of the sine wave voltage is set to a constant value high enough to ensure sufficient time resolution in respiration measurement and to be able to consider an electrolyte such as blood as a good conductor. As a result, the influence of the change in the direction of the electric lines of force due to the change in the blood flow distribution accompanying the measurement subject P's breathing on the capacitance C of the measurement subject P is due to the air inside the lung P3 described above. Added to the effect of changes in quantity.
Further, the frequency of the sine wave voltage is set to a value that can reduce the biological influence of the AC electric field E generated by the sine wave voltage on the measurement subject P. Examples of the biological effect include an induced current generated in the body of the measurement subject P or a feeling of being heated that is felt by the measurement subject P. The influence of the former increases when the frequency of the sine wave voltage is 100 [kHz] or less, and the latter increases when the frequency of the sine wave voltage is 10 [MHz] or more.
In the present embodiment, the quadrature oscillation circuit shown in FIG. 6 is used as the AC oscillation circuit 12B. This quadrature oscillation circuit has a frequency of 400 [kHz] (period is 2.5 [μs]) and a peak-to-peak voltage (that is, a difference between the maximum voltage and the minimum voltage in a sine wave voltage) of 6 [V]. Generate a sine wave voltage.

このとき、計測対象者Pの呼吸によって電極11間の静電容量Cが小さくなると、電極11間の容量リアクタンスが大きくなって、コンデンサ12Dにかかる交流電圧が小さくなる。一方、計測対象者Pの呼吸によって電極11間の静電容量Cが大きくなると、電極11間の容量リアクタンスが小さくなって、コンデンサ12Dにかかる交流電圧が大きくなる。
ここで、交流発振回路12Bは、コンデンサ12Dにかかる交流電圧と同じ交流電圧をコンデンサ12Dに対して並列に接続された交流―直流変換回路12Cにも印加する。そして、交流―直流変換回路12Cは、交流発振回路12Bから印加された交流電圧を直流の出力電圧V1(図7参照)に変換し、出力端子12Eからデータ処理装置12Aに出力する。
At this time, when the electrostatic capacitance C between the electrodes 11 decreases due to the respiration of the measurement subject P, the capacitive reactance between the electrodes 11 increases, and the AC voltage applied to the capacitor 12D decreases. On the other hand, when the electrostatic capacitance C between the electrodes 11 increases due to the respiration of the measurement subject P, the capacitive reactance between the electrodes 11 decreases, and the AC voltage applied to the capacitor 12D increases.
Here, the AC oscillation circuit 12B applies the same AC voltage as the AC voltage applied to the capacitor 12D to the AC-DC conversion circuit 12C connected in parallel to the capacitor 12D. Then, the AC-DC conversion circuit 12C converts the AC voltage applied from the AC oscillation circuit 12B into a DC output voltage V1 (see FIG. 7), and outputs it from the output terminal 12E to the data processing device 12A.

上記データ処理装置12Aは、出力端子12Eの出力電圧V1から各電極11間の容量性リアクタンスを計算し、この容量性リアクタンスで交流電圧の周期(2.5[μs])を割って所定の係数(定数)をかけることで各電極11間の静電容量Cを求める。そして、データ処理装置12Aは、各電極11間の静電容量Cの変化を計測対象者Pの肺P3(図3および図4参照)内部における空気量の変化としてモニタ12F(図1参照)に表示させる。
上記各構成によれば、交流発振回路12Bが各電極11間に周波数が一定の交流電圧を印加することで、計測対象者の肉体(および水)の交流電場に対する周波数特性の影響を無視して、各電極11間の容量性リアクタンスおよび静電容量Cを簡単に求めることができる。また、交流電圧の周波数の設定により、測定対象者Pの呼吸に伴う血流分布の変化の影響を追加して反映させて静電容量Cの算定精度を向上させることができ、さらに、計測対象者Pが受ける生物学的影響を小さくして、計測対象者Pのより自然な状態での呼吸計測を行うことができる。
The data processing device 12A calculates the capacitive reactance between the electrodes 11 from the output voltage V1 of the output terminal 12E, and divides the period of AC voltage (2.5 [μs]) by this capacitive reactance to give a predetermined coefficient. The capacitance C between the electrodes 11 is obtained by applying (constant). Then, the data processing device 12A sets the change in the capacitance C between the electrodes 11 as a change in the air amount inside the lung P3 (see FIGS. 3 and 4) of the measurement subject P on the monitor 12F (see FIG. 1). Display.
According to each of the above configurations, the AC oscillation circuit 12B applies an AC voltage having a constant frequency between the electrodes 11, so that the influence of the frequency characteristics on the AC electric field of the measurement subject's body (and water) is ignored. The capacitive reactance between each electrode 11 and the capacitance C can be easily obtained. In addition, by setting the frequency of the AC voltage, the calculation accuracy of the capacitance C can be improved by adding and reflecting the influence of the change in the blood flow distribution accompanying the breathing of the measurement subject P. The biological influence on the person P can be reduced, and the respiration measurement of the measurement person P in a more natural state can be performed.

本発明者らは、上述した呼吸センサ10の計測結果と実際の呼吸との対応関係を調べるために実験を行った。以下、この実験の実験結果について、図7ないし図9を用いて説明する。
なお、以下の実験においては、計測対象者Pは座った状態で、呼吸停止B1、安静時呼吸B2、深呼吸B3、過呼吸(ペースの速い激しい呼吸)B4のそれぞれを行った。また、計測対象者Pは呼吸センサ10の計測着13を十分なゆとりを持った状態に着たため、計測対象者Pが計測着13に対して着心地の悪さを感じることはなかった。また、上記計測着13の各電極11は、計測対象者Pのみぞおちの下部周辺を前後方向から挟み込んでいた。
The present inventors conducted an experiment to examine the correspondence between the measurement result of the above-described respiration sensor 10 and actual respiration. Hereinafter, experimental results of this experiment will be described with reference to FIGS.
In the following experiment, the measurement subject P performed breathing stop B1, resting breathing B2, deep breathing B3, and hyperventilation (rapid breathing at a rapid pace) B4 while sitting. In addition, since the measurement target person P puts the measurement clothes 13 of the respiration sensor 10 in a state having a sufficient space, the measurement target person P did not feel uncomfortable with the measurement clothes 13. In addition, each electrode 11 of the measurement clothes 13 sandwiches the lower periphery of the measurement target person P from the front-rear direction.

まず、交流―直流変換回路12Cがデータ処理装置12Aに出力する出力電圧V1の時間変化を、計測対象者Pの呼吸を計測しながら記録した。この実験によれば、図7に示すように、計測対象者Pが息を吸い込むときに出力電圧V1が大きくなり、計測対象者Pが息を吐き出すときに出力電圧V1が小さくなることで、計測対象者Pの呼吸の回数に対応した出力電圧V1の繰り返し信号が得られた。この繰り返し信号は、出力電圧V1のノイズ成分の大きさ(約0.01[V])よりも明らかに大きく、かつ、計測対象者Pの呼吸状態によって変化することが確認された。すなわち、安静時呼吸B2における繰り返し信号と比べて、深呼吸B3における繰り返し信号は信号の振幅がより大きく、過呼吸B4における繰り返し信号は信号の周期がより短く記録された。また、呼吸停止B1の際には、繰り返し信号が停止することが確認された。   First, the time change of the output voltage V1 output from the AC-DC conversion circuit 12C to the data processing device 12A was recorded while measuring the respiration of the measurement subject P. According to this experiment, as shown in FIG. 7, the output voltage V1 increases when the measurement subject P inhales, and the output voltage V1 decreases when the measurement subject P exhales. A repetitive signal of the output voltage V1 corresponding to the number of breaths of the subject P was obtained. It was confirmed that this repetitive signal is clearly larger than the magnitude of the noise component of the output voltage V1 (about 0.01 [V]) and changes depending on the respiratory state of the measurement subject P. That is, as compared with the repetitive signal in the resting breath B2, the repetitive signal in the deep breath B3 has a larger signal amplitude, and the repetitive signal in the hyperbreathing B4 is recorded with a shorter signal cycle. In addition, it was confirmed that the repetitive signal stopped during the breathing stop B1.

ついで、計測対象者Pに本発明の呼吸センサ10および公知のスパイロメータの両方を装着させて同時に呼吸計測を行い、その各計測結果を比較する実験を行った。なお、今回の実験では、公知のスパイロメータとして、ミナト医科学株式会社製のRF-Hを使用した。このスパイロメータは、計測対象者の口元にマウスピースを装着して計測対象者の息を取り込み、その換気量を熱線式流速計により計測して出力電圧V2(図9参照)として出力する。
上記実験によれば、図8および図9に示すように、スパイロメータから得られた出力電圧V2の波形と、呼吸センサ10から得られた静電容量Cの波形とは、その波形、周期、および、振幅の変化幅において類似していることが確認できた。このため、本発明の呼吸センサ10が計測する静電容量Cの変化は、計測対象者Pの呼吸における換気量の変化を観察するために用いることができると推定される。
Next, an experiment was performed in which both the respiratory sensor 10 of the present invention and a known spirometer were attached to the measurement subject P, and respiratory measurement was performed simultaneously, and the measurement results were compared. In this experiment, RF-H manufactured by Minato Medical Science Co., Ltd. was used as a known spirometer. This spirometer attaches a mouthpiece to the measurement subject's mouth, takes in the breath of the measurement subject, measures the ventilation volume with a hot-wire velocimeter, and outputs it as an output voltage V2 (see FIG. 9).
According to the above experiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the waveform of the output voltage V2 obtained from the spirometer and the waveform of the capacitance C obtained from the respiration sensor 10 are the waveform, period, It was also confirmed that the amplitude variation range was similar. For this reason, it is estimated that the change of the capacitance C measured by the respiration sensor 10 of the present invention can be used to observe the change of the ventilation amount in the respiration of the measurement subject P.

〈第2の実施形態〉
続いて、第2の実施形態に係る呼吸センサ20の構成について、図10を用いて説明する。第2の実施形態に係る呼吸センサ20は、第1の実施形態に係る呼吸センサ10を変形した実施形態である。したがって、上記第1の実施形態に係る呼吸センサ10の各構成と共通する構成については、第1の実施形態に係る呼吸センサ10の各構成に付した符号から、その十の位の数字を「2」に置き換えた符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。
第2の実施形態の呼吸センサ20は、図10に示すように、複数の計測対象者Pの呼吸を、各計測対象者Pに負担をかけることなく(すなわち低侵襲の状態で)計測するための呼吸計測システムの一部である。この呼吸センサ20の計測着23には、第1の実施形態の呼吸センサ10における1対の電極11の代わりに、2対の電極21が面ファスナー(図示省略)により着脱可能に取り付けられている。
<Second Embodiment>
Then, the structure of the respiration sensor 20 which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. The respiration sensor 20 according to the second embodiment is an embodiment obtained by modifying the respiration sensor 10 according to the first embodiment. Therefore, for the configuration that is common to each configuration of the respiration sensor 10 according to the first embodiment, the tenth digit is represented by “10” from the reference numerals attached to each configuration of the respiration sensor 10 according to the first embodiment. The reference numerals replaced with “2” are assigned to correspond, and detailed description thereof is omitted.
As shown in FIG. 10, the respiration sensor 20 of the second embodiment measures the respiration of a plurality of measurement subjects P without burdening each measurement subject P (that is, in a minimally invasive state). Is part of the respiratory measurement system. Instead of the pair of electrodes 11 in the breathing sensor 10 of the first embodiment, two pairs of electrodes 21 are detachably attached to the measurement clothes 23 of the breathing sensor 20 by hook-and-loop fasteners (not shown). .

上記各電極21は、計測着23が計測対象者Pに着せられた着用状態において、腹部電極21Aと腰部電極21Bとで計測対象者Pの腹部を、胸部電極21Dと背部電極21Eとで計測対象者Pの胸部を、それぞれ前後方向から挟み込むようになっている。このため、呼吸センサ20は、計測対象者Pの胸部および腹部のそれぞれにおいて静電容量の変化を肺内部における空気量の変化として検知することができる。
なお、呼吸センサ20の検知結果のうち、腹部の静電容量の変化からは計測対象者Pの腹式呼吸の情報が多く得られ、胸部の静電容量の変化からは計測対象者Pの胸式呼吸の情報が多く得られる。これにより、計測対象者Pの胸式呼吸と腹式呼吸とを区別して計測することができる。
Each of the electrodes 21 is a measurement target of the measurement subject P with the abdominal electrode 21A and the waist electrode 21B and the chest electrode 21D and the back electrode 21E in the wearing state in which the measurement clothing 23 is worn on the measurement subject P. The chest of the person P is sandwiched from the front-rear direction. For this reason, the respiration sensor 20 can detect a change in capacitance as a change in the amount of air in the lungs in each of the chest and abdomen of the measurement subject P.
Of the detection results of the respiration sensor 20, a lot of information on the abdominal breathing of the measurement subject P is obtained from the change in the capacitance of the abdomen, and the chest of the measurement subject P is obtained from the change in the capacitance of the chest. A lot of information on expression respiration is obtained. Thereby, the measurement subject person P's chest respiration and abdominal respiration can be distinguished and measured.

上記計測着23には、各電極21に加えて、右肩部分に検知手段22が、左肩部分に運動状態計測装置24が、腹部電極21Aと胸部電極21Dとの間に温度計25が、それぞれ着脱可能に取り付けられている。上記検知手段22には、無線送信装置26(本実施形態では市販のZIGBEE(登録商標)製品)が組み付けられた状態で接続され、上述した各電極21がケーブル21Cを介して接続されている。また、上記運動状態計測装置24および温度計25は、それぞれケーブル24A、25Aを介して無線送信装置26に接続されている。
検知手段22は、腹部電極21Aと腰部電極21Bとの間の静電容量を求め、計測対象者Pの腹部の静電容量として無線送信装置26に出力する。また、検知手段22は、胸部電極21Dと背部電極21Eとの間の静電容量を求め、計測対象者Pの胸部の静電容量として無線送信装置26に出力する。また、運動状態計測装置24は、3軸の加速度センサ(図示省略)を備えて計測対象者Pの運動によってかかる加速度(速度変化)を3軸で検出し、加速度データとして無線送信装置26に出力する。また、運動状態計測装置24は、3軸のジャイロセンサ(図示省略)を備えて計測対象者Pの運動または姿勢の変化に伴う角速度を3軸で検出し、角速度データとして無線送信装置26に出力する。また、温度計25は、計測対象者Pの体温を計測し、この計測結果を温度データとして無線送信装置26に出力する。そして、無線送信装置26は、計測対象者Pの腹部および胸部の各静電容量のデータに、上述した加速度データ、温度データ、および、角速度データを同期させて付加し、さらに呼吸センサ20の識別符号を付加して電波Rとして無線送信する。
In the measurement clothes 23, in addition to the electrodes 21, the detection means 22 is provided on the right shoulder, the motion state measuring device 24 is provided on the left shoulder, and the thermometer 25 is provided between the abdominal electrode 21A and the chest electrode 21D. Removably attached. The detection means 22 is connected in a state where a wireless transmission device 26 (in the present embodiment, a commercially available ZIGBEE (registered trademark) product) is assembled, and each electrode 21 described above is connected via a cable 21C. The exercise state measuring device 24 and the thermometer 25 are connected to the wireless transmission device 26 via cables 24A and 25A, respectively.
The detection means 22 calculates | requires the electrostatic capacitance between 21 A of abdominal electrodes, and the waist electrode 21B, and outputs it to the wireless transmission apparatus 26 as a capacitance of the measurement subject's P abdomen. Moreover, the detection means 22 calculates | requires the electrostatic capacitance between the chest electrode 21D and the back electrode 21E, and outputs it to the wireless transmission device 26 as the electrostatic capacitance of the chest of the measurement subject P. In addition, the motion state measuring device 24 includes a triaxial acceleration sensor (not shown), detects the acceleration (speed change) caused by the motion of the measurement subject P, and outputs the acceleration data to the wireless transmission device 26 as acceleration data. To do. In addition, the motion state measuring device 24 includes a triaxial gyro sensor (not shown), detects an angular velocity associated with a change in the motion or posture of the measurement subject P, and outputs the angular velocity data to the wireless transmission device 26 as angular velocity data. To do. The thermometer 25 measures the body temperature of the measurement subject P, and outputs the measurement result to the wireless transmission device 26 as temperature data. Then, the wireless transmission device 26 adds the acceleration data, temperature data, and angular velocity data described above to the capacitance data of the abdomen and chest of the measurement subject P in synchronization with each other, and further identifies the respiration sensor 20. A radio wave R is added and wirelessly transmitted.

無線送信装置26から無線送信された電波Rは、図10に示すように、モニタ27Aを備えた無線受信装置27により受信される。この無線受信装置27は、上記電波Rから、計測対象者Pの腹部および胸部の各静電容量のデータ、加速度データ、角速度データ、温度データ、および、呼吸センサ20の識別符号を抽出する。ついで、無線受信装置27は、抽出した加速度データ、角速度データ、および、温度データに基づいて、抽出した各静電容量のデータから加速度、角速度、および、温度変化の影響を取り除く補正を行う。
上記構成によれば、検知手段22の検知結果を運動状態計測装置24によって計測した計測対象者Pの加速度および角速度に基づいて補正することで、この加速度または角速度によって発生するノイズを情報処理により除去または減少させることができる。これにより、計測対象者Pの運動中における呼吸計測の精度を向上させることができる。また、検知手段22の検知結果を温度計25によって計測した計測対象者Pの体温に基づいて補正することで、この体温の変化の影響を呼吸の計測結果から情報処理により除去または減少させることができる。これにより、計測対象者Pの呼吸の計測結果を容易に比較することができるようになるとともに、呼吸計測の精度を向上させることができる。
The radio wave R wirelessly transmitted from the wireless transmission device 26 is received by the wireless reception device 27 including the monitor 27A as shown in FIG. The wireless receiving device 27 extracts the capacitance data, acceleration data, angular velocity data, temperature data, and the identification code of the respiration sensor 20 from the radio wave R, respectively, of the abdomen and chest of the measurement subject P. Next, the wireless reception device 27 performs correction to remove the influence of acceleration, angular velocity, and temperature change from the extracted capacitance data based on the extracted acceleration data, angular velocity data, and temperature data.
According to the above configuration, by correcting the detection result of the detection unit 22 based on the acceleration and angular velocity of the measurement target person P measured by the motion state measuring device 24, noise generated by the acceleration or angular velocity is removed by information processing. Or it can be reduced. Thereby, the precision of the respiration measurement during the exercise | movement of the measurement object person P can be improved. Further, by correcting the detection result of the detection means 22 based on the body temperature of the measurement subject P measured by the thermometer 25, the influence of this change in body temperature can be removed or reduced by information processing from the measurement result of respiration. it can. Thereby, while being able to compare easily the measurement result of the respiration of the measurement object person P, the precision of respiration measurement can be improved.

上記補正の後、無線受信装置27は、補正後の計測対象者Pの腹部および胸部の各静電容量をそれぞれ計測対象者Pの肺内部における空気量の変化として呼吸センサ20の識別符号とともにモニタ27Aに表示させる。このモニタ27Aは、外部の計測者または自動監視装置(図示省略)により監視することができ、計測対象者Pの呼吸を長期間にわたって計測することができるようになっている。これにより、計測対象者Pの健康状態を診断することができる。
上記構成によれば、呼吸センサ20からの出力は、無線送信により外部のモニタ27Aに表示される。このため、計測対象者Pの呼吸を、この計測対象者Pの行動範囲および運動状態に制限を設けることなく、外部の計測者(図示省略)が静止した状態で計測することができる。また、呼吸センサ20からの出力を呼吸センサ20の識別符号とともに表示することで、複数の計測対象者Pの呼吸をそれぞれ計測する場合に、計測結果の取り違えを防ぐことができる。
After the correction, the wireless receiver 27 monitors the corrected capacitance of the abdomen and chest of the measurement subject P together with the identification code of the respiratory sensor 20 as a change in the air amount inside the lung of the measurement subject P. 27A is displayed. The monitor 27A can be monitored by an external measurer or an automatic monitoring device (not shown), and can measure the respiration of the measurement subject P over a long period of time. Thereby, the health condition of the measurement subject P can be diagnosed.
According to the above configuration, the output from the respiration sensor 20 is displayed on the external monitor 27A by wireless transmission. Therefore, the respiration of the measurement subject P can be measured in a state where an external measurer (not shown) is stationary without limiting the action range and the motion state of the measurement subject P. Further, by displaying the output from the respiration sensor 20 together with the identification code of the respiration sensor 20, it is possible to prevent the measurement results from being mixed up when measuring the respiration of the plurality of measurement subjects P.

本発明は、上述した第1および第2の実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。
(1)上述した第2の実施形態の呼吸センサにおいて、運動状態計測装置および温度計の配設箇所は適宜変更することができる。すなわち、例えば運動状態計測装置をベルトにより計測対象者の腰部に固定した構成や、温度計を電極と一体に配設した構成を用いることができる。また、運動状態計測装置は計測対象者の角速度および加速度をそれぞれ3軸で検出する構成である必要はなく、角速度および加速度の検出軸数は適宜減らすことができる。また、運動状態計測装置から角速度または加速度のいずれかの検出機能を省略することもできる。
(2)上述した第2の実施形態の呼吸センサにおいて、計測対象者Pの静電容量のデータを、検知手段のデータ処理装置により補正してから無線送信装置により出力する構成を用いることができる。
(3)検知手段が電極の対の間における容量性リアクタンスを計測するための構成は、この電極の対に固定容量のコンデンサを直列接続した構成に限定されない。すなわち、例えば電極の対に抵抗を直列接続し、この抵抗にかかる電圧から電極間の容量性リアクタンスを求める構成を用いることができる。また、検知手段が電極間に印加される交流電圧の実効値と電気伝導体間に流れる交流電流の実効値とを求め、この交流電流の実効値に上記交流電圧の周期をかけて、この交流電圧の実効値で割って所定の係数(定数)をかけることで、電気伝導体間の静電容量を算定する構成を用いることもできる。
(4)検知手段が電極の対の間における静電容量を求める構成は、この電極の対に交流電圧を印加した際の容量性リアクタンスを計測する構成に限定されない。すなわち、例えば電極の対に所定量の電荷を帯電させて、この電極の対の間に発生する電位差から電極の対の間における静電容量を求める構成を用いることができる。
(5)電極は、計測対象者の腹部または胸部を前後方向から挟み込むように配置されたものに限定されない。すなわち、例えば肋間筋による肺の前後方向への膨張および収縮を感知するために計測対象者の両腋窩部に電極を配置するなど、電極の配置を適宜変更することができる。また、電極は真正面から対向するように配設されたものに限定されず、電極の配設角度は適宜調整することができる。
(6)電極を形成する布は、ステンレス線を綿繊維で覆った二層構造糸により形成されたものに限定されない。すなわち、電極を形成するための二層構造糸において、その芯部の素材を銅、アルミニウム、鉄、ニクロム、金、銀、チタンニッケル合金などの金属やPAN系、ピッチ系などの炭素を素材とした良導体繊維、金属や炭素などの良導体を配合することで導電性を持たせた繊維、または、絶縁繊維に、CuS、Cu2S、Cu9S5などの硫化銅、または、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、金、黒鉛、カーボンナノチューブなどの良導体を被覆することで導電性を持たせた繊維とすることができる。また、電極を形成するための二層構造糸において、その鞘部の素材をシルク、ウールなどの絶縁性の天然繊維、または、ポリエステル、ポリアクロニトリル、ナイロン、レーヨン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリウレタンなどの絶縁性の合成繊維とすることができる。また、二層構造糸の代わりに上記芯部の素材として挙げられた繊維と絶縁繊維とを撚り合わせた糸、上記芯部の素材として挙げられた繊維を絶縁性の樹脂でコーティングした糸を用いることもできる。
(7)電極を形成する布を短絡させる構成は導電性の接着剤に限定されず、例えば導電性のインク、塗料、コーティング剤など、適宜変更することができる。なお、良導体が糸の表面に存在する場合、導電性の接着剤を用いることなく電極の布全体を短絡させることができるが、外部への漏電を防ぐために電極の布を絶縁材で覆う必要がある。この絶縁材としてはポリエステル、ポリウレタン、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンなどの合成樹脂を用いることができる。また、絶縁材で電極の布を覆う方法としては、フィルムラミネートまたはコーティングなどの方法を用いることができる。
(8)呼吸センサの各電極の導電性繊維を有する布は、織物や不織布、編物など、任意の構造の布とすることができる。また、上記各電極は導電性繊維を有する布に限定されない。すなわち、各電極は、導電性を有して全体が導通されていればよく、例えば各電極を金属などの良導体によって形成された箔または網とすることができ、その形状は適宜設定することができる。ただし、各電極は、柔軟性を備えて、呼吸計測時において計測対象者に不快感やストレスを与えないものであることが望ましい。
(9)呼吸センサの測定着に電極を着脱自在に取り付ける構成はボタンまたは面ファスナーに限定されず、例えば点ファスナー、線ファスナー、フックなど、適宜変更することができる。
(10)呼吸センサは測定着に電極を着脱自在に取り付けた構成に限定されない。すなわち、例えば測定着に電極を縫い付けや熱融着または接着による貼り付けにより固着させた構成や、測定着の一部に導電性を持たせて電気伝導体とし、この電気伝導体で計測対象者を挟み込んで計測対象者の静電容量を求める構成を用いることもできる。また、呼吸センサから測定着を省略して、計測対象者に電気伝導体を直接取り付ける構成を用いることもできる。
The present invention is not limited to the appearance and configuration described in the first and second embodiments described above, and various modifications, additions, and deletions can be made without changing the gist of the present invention. For example, the following various forms can be implemented.
(1) In the respiration sensor of the second embodiment described above, the location of the motion state measuring device and the thermometer can be changed as appropriate. That is, for example, a configuration in which the motion state measuring device is fixed to the waist of the measurement subject by a belt, or a configuration in which the thermometer is integrated with the electrode can be used. In addition, the motion state measurement device does not need to be configured to detect the angular velocity and acceleration of the measurement subject with three axes, and the number of detection axes of angular velocity and acceleration can be appropriately reduced. Also, the detection function of either angular velocity or acceleration can be omitted from the motion state measuring device.
(2) In the respiration sensor according to the second embodiment described above, it is possible to use a configuration in which the capacitance data of the measurement subject P is corrected by the data processing device of the detection means and then output by the wireless transmission device. .
(3) The configuration for the sensing means to measure the capacitive reactance between the pair of electrodes is not limited to the configuration in which a fixed-capacitance capacitor is connected in series to the pair of electrodes. That is, for example, it is possible to use a configuration in which a resistor is connected in series to a pair of electrodes and the capacitive reactance between the electrodes is obtained from the voltage applied to the resistor. Further, the detection means obtains an effective value of the alternating voltage applied between the electrodes and an effective value of the alternating current flowing between the electric conductors, and multiplies the effective value of the alternating current by the period of the alternating voltage to obtain the alternating current. It is also possible to use a configuration for calculating the capacitance between the electric conductors by dividing the effective value of the voltage and applying a predetermined coefficient (constant).
(4) The configuration in which the detection means obtains the capacitance between the electrode pair is not limited to the configuration that measures the capacitive reactance when an AC voltage is applied to the electrode pair. That is, for example, it is possible to use a configuration in which a predetermined amount of electric charge is charged in a pair of electrodes and a capacitance between the pair of electrodes is obtained from a potential difference generated between the pair of electrodes.
(5) An electrode is not limited to what is arrange | positioned so that a measurement subject's abdomen or a chest may be inserted | pinched from the front-back direction. That is, the electrode arrangement can be changed as appropriate, for example, by arranging electrodes on both axilla portions of the measurement subject in order to sense the expansion and contraction of the lung in the front-rear direction due to the intercostal muscles. Further, the electrodes are not limited to those arranged so as to face each other from the front, and the arrangement angle of the electrodes can be adjusted as appropriate.
(6) The cloth which forms an electrode is not limited to what was formed with the two-layer structure yarn which covered the stainless steel wire with the cotton fiber. That is, in the double-layer structure yarn for forming the electrode, the core material is made of metal such as copper, aluminum, iron, nichrome, gold, silver, titanium nickel alloy, or carbon such as PAN or pitch. The good conductor fiber, the fiber made conductive by blending the good conductor such as metal and carbon, or the insulating fiber, copper sulfide such as CuS, Cu 2 S, Cu 9 S 5 or silver, copper, By coating a good conductor such as nickel, aluminum, gold, graphite, or carbon nanotube, a fiber having conductivity can be obtained. In addition, in the two-layer structure yarn for forming the electrode, the material of the sheath part is an insulating natural fiber such as silk, wool, or polyester, polyacrylonitrile, nylon, rayon, polypropylene, polyvinyl alcohol, polyethylene, An insulating synthetic fiber such as polyurethane can be used. In place of the two-layer structure yarn, a yarn obtained by twisting the fibers mentioned as the core material and insulating fibers, and a yarn obtained by coating the fibers mentioned as the core material with an insulating resin are used. You can also
(7) The structure which short-circuits the cloth which forms an electrode is not limited to an electroconductive adhesive agent, For example, electroconductive ink, a coating material, a coating agent, etc. can be changed suitably. When the good conductor is present on the surface of the yarn, the entire electrode cloth can be short-circuited without using a conductive adhesive, but it is necessary to cover the electrode cloth with an insulating material to prevent leakage to the outside. is there. As this insulating material, synthetic resins such as polyester, polyurethane, fluororesin, acrylic resin, polycarbonate, polypropylene, polyvinyl alcohol, and polyethylene can be used. As a method of covering the electrode cloth with an insulating material, a method such as film lamination or coating can be used.
(8) The cloth having conductive fibers for each electrode of the respiration sensor can be a cloth having an arbitrary structure such as a woven fabric, a non-woven fabric, or a knitted fabric. Moreover, each said electrode is not limited to the cloth which has a conductive fiber. That is, each electrode only needs to be conductive and conductive as a whole. For example, each electrode can be a foil or a net formed of a good conductor such as metal, and the shape thereof can be set as appropriate. it can. However, it is desirable that each electrode has flexibility and does not cause discomfort or stress to the measurement subject during respiration measurement.
(9) The configuration in which the electrode is detachably attached to the measurement clothes of the respiration sensor is not limited to the button or the hook-and-loop fastener, and can be appropriately changed, for example, a point fastener, a wire fastener, a hook, or the like.
(10) The respiration sensor is not limited to the configuration in which the electrode is detachably attached to the measurement clothes. That is, for example, a structure in which electrodes are fixed to measurement clothes by sewing, heat fusion or adhesion, or a part of the measurement clothes is made to be an electric conductor, and this electric conductor is used for measurement. It is also possible to use a configuration for obtaining the capacitance of the measurement target person with the person in between. It is also possible to use a configuration in which the measurement conductor is omitted from the respiration sensor and the electric conductor is directly attached to the measurement subject.

10 呼吸センサ
11 電極(電気伝導体)
11A 腹部電極
11B 腰部電極
11C ケーブル
12 検知手段
12A データ処理装置
12B 交流発振回路
12C 交流―直流変換回路
12D コンデンサ
12E 出力端子
12F モニタ
13 計測着
20 呼吸センサ
21 電極(電気伝導体)
21A 腹部電極
21B 腰部電極
21C ケーブル
21D 胸部電極
21E 背部電極
22 検知手段
22A データ処理装置
23 計測着
24 運動状態計測装置
24A ケーブル
25 温度計
25A ケーブル
26 無線送信装置
27 無線受信装置
27A モニタ
B1 呼吸停止
B2 安静時呼吸
B3 深呼吸
B4 過呼吸
C 静電容量
E 交流電場
P 計測対象者
P1 胴体
P2 横隔膜
P3 肺
R 電波
V1 出力電圧
V2 出力電圧
10 Respiration sensor 11 Electrode (electrical conductor)
11A Abdominal electrode 11B Lumbar electrode 11C Cable 12 Detection means 12A Data processing device 12B AC oscillation circuit 12C AC-DC conversion circuit 12D Capacitor 12E Output terminal 12F Monitor 13 Measurement clothes 20 Respiration sensor 21 Electrode (electric conductor)
21A Abdominal electrode 21B Lumbar electrode 21C Cable 21D Chest electrode 21E Back electrode 22 Detection means 22A Data processing device 23 Measurement clothes 24 Movement state measurement device 24A Cable 25 Thermometer 25A Cable 26 Wireless transmission device 27 Wireless reception device 27A Monitor B1 Breathing stop B2 Resting breath B3 Deep breathing B4 Hyperbreathing C Capacitance E AC electric field P Measurement subject P1 Body P2 Diaphragm P3 Lung R Radio wave V1 Output voltage V2 Output voltage

Claims (10)

計測対象者の呼吸を低侵襲で計測できる呼吸センサであって、
前記計測対象者に対して計測着が省略された状態で直接取り付けられて、前記計測対象者の胴体を挟み込む電気伝導体の対と、
前記電気伝導体の対の間となる前記計測対象者の胴体の部位における静電容量の変化を求め、当該静電容量の変化から前記計測対象者の呼吸を検知する検知手段と、を備えていることを特徴とする呼吸センサ。
A respiration sensor that can measure respiration of a measurement subject in a minimally invasive manner,
Directly attached in a state where measurement clothes are omitted for the measurement subject, and a pair of electrical conductors that sandwich the measurement subject's torso,
Detection means for obtaining a change in capacitance at a body part of the measurement subject between the pair of electrical conductors, and detecting respiration of the measurement subject from the change in capacitance. A respiration sensor.
計測対象者の呼吸を低侵襲で計測できる呼吸センサであって、
前記計測対象者に着せられた着用状態とされることで、前記計測対象者の胴体を少なくとも互いに対向する2方向から覆う計測着と、
前記計測着の前記着用状態において前記計測対象者の胴体を挟み込むように、前記計測着に取り付けられた電気伝導体の対と、
前記計測着の前記着用状態において前記電気伝導体の対の間となる前記計測対象者の胴体の部位における静電容量の変化を求め、当該静電容量の変化から前記計測対象者の呼吸を検知する検知手段と、を備えていることを特徴とする呼吸センサ。
A respiration sensor that can measure respiration of a measurement subject in a minimally invasive manner,
By being in a wearing state worn by the measurement subject, measurement clothing covering the measurement subject's body from at least two directions facing each other;
Said As in the worn state of the measuring wearing sandwich torso of the measured person, said pair of measuring electrostatic attached to clothes care conductor,
A change in capacitance in the body part of the measurement subject between the pair of electrical conductors in the wearing state of the measurement clothing is obtained, and respiration of the measurement subject is detected from the change in capacitance. A respiration sensor.
請求項1または請求項2に記載の呼吸センサであって、
前記電気伝導体の対のうち少なくとも1対が前記計測対象者の胸部を挟み込み、前記検知手段は、前記計測対象者の前記胸部を挟み込む前記電気伝導体の対に対して、当該電気伝導体の間における静電容量の減少を検知したときに前記計測対象者が息を吸い込み、前記電気伝導体の間における静電容量の増加を検知したときに前記計測対象者が息を吐き出したと判定することを特徴とする呼吸センサ。
The respiration sensor according to claim 1 or 2,
At least one pair of the pair of electrical conductors sandwiches the chest of the measurement subject, and the detection means includes the electrical conductor with respect to the pair of electrical conductors that sandwich the chest of the measurement subject. Determining that the measurement subject inhales when detecting a decrease in capacitance between them, and that the measurement subject exhales when detecting an increase in capacitance between the electrical conductors Respiratory sensor characterized by.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の呼吸センサであって、
前記電気伝導体の対のうち少なくとも1対が、前記計測対象者において横隔膜を隔てて肺と隣接する部位である前記計測対象者の腹部を挟み込み、前記検知手段は、前記計測対象者の前記腹部を挟み込む前記電気伝導体の対に対して、当該電気伝導体の間における静電容量の増加を検知したときに前記計測対象者が息を吸い込み、前記電気伝導体の間における静電容量の減少を検知したときに前記計測対象者が息を吐き出したと判定することを特徴とする呼吸センサ。
The respiratory sensor according to any one of claims 1 to 3,
At least one of the pair of electrical conductors sandwiches the abdomen of the measurement subject, which is a part adjacent to the lung across the diaphragm in the measurement subject, and the detection means is configured to include the abdomen of the measurement subject. For the pair of electric conductors that sandwich the gap, the measurement subject inhales when detecting an increase in the capacitance between the electric conductors, and the capacitance decreases between the electric conductors. A respiration sensor characterized by determining that the person to be measured has exhaled when detecting a breath.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の呼吸センサであって、
前記検知手段は、前記電気伝導体の対の間に、血液などの電解液を良導体とみなすことができるほど高い一定の周波数を有する交流電圧を印加して、当該交流電圧に対する前記電気伝導体の対の間における容量性リアクタンスを計測し、当該容量性リアクタンスから前記静電容量を算定して求めることを特徴とする呼吸センサ。
The respiration sensor according to any one of claims 1 to 4,
The detection means applies an alternating voltage having a constant frequency high enough to allow an electrolyte such as blood to be regarded as a good conductor between the pair of electrical conductors, and the electrical conductors with respect to the alternating voltage are applied. A respiratory sensor characterized by measuring a capacitive reactance between a pair and calculating the capacitance from the capacitive reactance.
請求項5に記載の呼吸センサであって、
前記交流電圧の前記周波数は、前記交流電圧が発生させる交流電磁場が前記計測対象者に及ぼす生物学的影響を小さくするように設定されていることを特徴とする呼吸センサ。
The respiratory sensor according to claim 5, wherein
The respiratory sensor according to claim 1, wherein the frequency of the AC voltage is set so as to reduce a biological influence exerted on the measurement subject by an AC electromagnetic field generated by the AC voltage.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の呼吸センサであって、
前記電気伝導体を少なくとも2対備え、当該電気伝導体の対のうち少なくとも1対が前記計測対象者の胸部を挟み込み、かつ、前記電気伝導体の対のうち少なくとも1対が前記計測対象者の腹部を挟み込むことを特徴とする呼吸センサ。
The respiration sensor according to any one of claims 1 to 6,
The electric conductor is provided with at least two pairs, at least one of the electric conductor pairs sandwiches the chest of the measurement subject, and at least one of the electric conductor pairs is the measurement subject's chest. A respiratory sensor characterized by sandwiching the abdomen.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の呼吸センサであって、
前記計測対象者の運動に伴う角速度を計測して前記検知手段に伝達するジャイロセンサを備え、当該ジャイロセンサから伝達された角速度データに基づいて、前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする呼吸センサ。
A respiration sensor according to any one of claims 1 to 7,
A gyro sensor that measures an angular velocity associated with the movement of the measurement subject and transmits the angular velocity to the detection unit is provided, and the detection result of the detection unit is corrected based on angular velocity data transmitted from the gyro sensor. Breathing sensor.
請求項1から請求項8のいずれかに記載の呼吸センサであって、
前記計測対象者の運動に伴う加速度を計測して前記検知手段に伝達する加速度センサを備え、当該加速度センサから伝達された加速度データに基づいて、前記検知手段の検知結果を補正することを特徴とする呼吸センサ。
The respiration sensor according to any one of claims 1 to 8,
An acceleration sensor that measures acceleration associated with the measurement subject's movement and transmits the acceleration to the detection unit is provided, and the detection result of the detection unit is corrected based on acceleration data transmitted from the acceleration sensor. Breathing sensor.
計測対象者の呼吸を低侵襲で計測できる呼吸センサであって、
前記計測対象者の胴体を挟み込む電気伝導体の対と、
前記電気伝導体の対の間における静電容量の変化を求め、当該静電容量の変化から前記計測対象者の呼吸を検知する検知手段と、
前記計測対象者の体温を計測して前記検知手段に伝達する温度計と、を備え、当該温度計から伝達された温度データに基づいて、前記検知手段の前記検知結果を補正することを特徴とする呼吸センサ。
A respiration sensor that can measure respiration of a measurement subject in a minimally invasive manner,
A pair of electrical conductors sandwiching the measurement subject's torso,
A detecting means for obtaining a change in capacitance between the pair of electrical conductors, and detecting respiration of the measurement subject from the change in capacitance.
A thermometer that measures the body temperature of the measurement subject and transmits the temperature to the detection means, and corrects the detection result of the detection means based on temperature data transmitted from the thermometer. Breathing sensor.
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