JP6847643B2 - 圧迫深度算出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、圧迫深度算出装置に関する。
CPR(CardioPulmorary Resuscitation:心肺蘇生法)は、救急医療では重要な手技であり、その適否が被救助者(患者)の生死に関わり得る。CPRを行う場合、救助者は患者の胸部の胸骨を圧迫する。これにより患者の心臓の代わりに血液を生体の全身に循環させることができる。
例えば、「JRC蘇生ガイドライン2015(日本蘇生協議会)」に依ると、標準的な体格の成人に対する用手胸骨圧迫は、6cmを超える過剰な圧迫を避けつつ、約5cmの深さ(小児の場合は胸の厚さの1/3の深さ)で行うことが推奨されている。
この圧迫の深さと外傷の関連について、さらにその関連が体や胸の大きさ、胸壁のコンプライアンス、成人・小児によってどのような影響を受けるかについてさらなる研究が必要である。さらに、胸骨圧迫のテンポと深さの相互作用の関連についてもさらなる研究が必要である。
CPRの際に救助者をガイドするため、被救助者の胸部と救助者の手の間に配置されて胸骨圧迫を補助する装置が開発されている。これらの装置は、胸部に適切な時間間隔や圧迫深度で適切な力が加わっているかを検知し、検知に応じて救助者に対して適切な報知(「力や圧迫深度が十分ではない」、「圧迫のタイミングが遅すぎる」等)を行う。
例えば、従来の装置は加速度センサを有しており、胸骨圧迫の圧迫深度の算出には、加速度の二階積分が距離であるという物理上の法則が用いられている。しかし、加速度の二階積分から求められる圧迫深度は、意図しない振動等により誤差成分を多く含んでしまう。そこで、振動等の誤差成分の影響を低減させて圧迫深度の精度を向上させるために、複数回の圧迫動作の圧迫深度の平均値を用いる構成が考えられるが、この構成では、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度が急激に変化した場合、急激に変化した圧迫深度を精度良く算出することができない。
そこで、患者の胸部を物理的にモデル化して、圧迫深度を算出する方法が提案されている(特許文献1参照)。
特許第5508545号公報
しかしながら、特許文献1の技術は、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつく場合、圧迫深度の算出精度が低下してしまうものであった。
本発明は、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつく場合であっても、圧迫深度を精度良く算出することが可能な圧迫深度算出装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる圧迫深度算出装置は、
圧迫された対象物の凹みの大きさである圧迫深度を算出する圧迫深度算出装置であって、
前記対象物における圧迫動作による圧迫部分の動きの加速度を検出する第一センサと、
前記対象物における圧迫動作による圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力する第二センサと、
前記第一センサから取得した加速度情報の二階積分に基づいて算出した圧迫深度と、前記第二センサから取得した前記圧迫の大きさに応じた情報と、の相関関係を求める第一計算部と、
前記相関関係が算出された後の圧迫動作の際、前記第二センサから取得される圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報と前記相関関係とに基づいて、前記相関関係が算出された後の圧迫動作の圧迫深度を算出する、第二計算部と、
を備える。
上記構成の圧迫深度算出装置によれば、第一センサから取得した加速度情報の二階積分に基づいて算出した圧迫深度と、第二センサから取得した圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報と、の相関関係に対して、第二センサから取得される圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報を入力する構成である。このため、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度が急激に変化した場合であっても、第二センサから取得される情報を相関関係に当てはめることで、圧迫深度が精度良く算出される。
このように、上記構成によれば、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつく場合であっても、圧迫深度を精度良く算出することができる。
本実施形態に係る圧迫深度算出装置を備えた心肺蘇生アシスト装置の測定装置の断面図である。 本実施形態の圧迫深度算出装置の全体構成図である。 測定装置の構成などを示す図である。 圧迫力と圧迫深度との関係を示すグラフである。 異なる被救助者における圧迫力と圧迫深度との関係を示すグラフである。 コイル間距離と圧迫深度との相関関係を示すグラフである。 圧迫動作時の圧迫深度を示すグラフである。 複数の相関関係からなる平均相関関係を示す模式図である。 平均相関関係を用いた圧迫深度の求め方を示すグラフである。
以下、本発明に係る圧迫深度算出装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1において、符号1は、心肺蘇生アシスト装置の測定装置である。測定装置1は、被救助者の胸部(好適には胸骨の直上)と救助者の手の間に配置されて胸骨圧迫をアシストする装置である。なお被救助者とは、人間の傷病者(または患者とも表現される)に加えてマネキン等も含む概念である。すなわち心肺蘇生アシスト装置は、実際の心肺蘇生の場面で用いられてもよく、心肺蘇生のトレーニング時に用いられてもよい。心肺蘇生アシスト装置は、押圧された場合と押圧解放された場合にセンサが検出する変位を用いて胸骨圧迫の圧迫深度や回数を検出する。そのため心肺蘇生アシスト装置は、押圧時に変位が生じるばね的性質を有する必要がある。
心肺蘇生アシスト装置の測定装置1の筐体は、固定部15と可動部14とから構成される。固定部15と可動部14は、互いに嵌め合わせるようにして筐体を構成する。
以降の説明において、図1に示すように方向軸(X軸、Z軸)を定める。また、Z軸の正方向(+Z方向)は、救助者と心肺蘇生アシスト装置が接触する面であるため、「救助者側」とも呼称する。同様にZ軸の負方向(−Z方向)は、被救助者と心肺蘇生アシスト装置が接触する面であるため、「被救助者側」とも呼称する。
心肺蘇生アシスト装置の測定装置1は、被救助者の胸部(好適には胸骨の直上)に対して固定部15が下側となるように載置される。救助者は、可動部14の平面箇所を押圧するようにして胸骨圧迫を行う。救助者が押圧を行った場合、固定部15の底面方向から圧力が被救助者の胸部に伝わる。心肺蘇生アシスト装置の測定装置1は、主に成人の救助者が手で固定して押圧を行うため、成人の手のひらの大きさに合わせた大きさであることが好ましい。
ここで胸骨圧迫について簡単に説明する。胸骨圧迫は、(1)回数、(2)深さ(圧迫深度)、(3)もどり、の適切さがその救助効果に大きな影響を与える。胸骨圧迫の回数は約100〜120回/分以上であることが好ましいとされている。また胸骨圧迫の圧迫深度については、標準的な体格の成人に対する用手胸骨圧迫は、6cmを超える過剰な圧迫を避けつつ、約5cmの深さ(小児の場合は胸の厚さの1/3の深さ)で行うことが推奨されている。圧迫深度が小さすぎると心臓へのマッサージ効果が十分ではなく、圧迫深度が大きすぎると胸骨等を損傷するおそれがある。また救助者の手技による圧迫の直後毎に、胸部を十分開放する必要がある。この解放が十分でない場合、血液の循環が不十分となる。心肺蘇生アシスト装置は、実際の圧迫深度や圧迫回数(圧迫速度)を測定し、これらの値と指標(5〜6cm、100〜120回/分)との比較を行う。
可動部14は、救助者の手技により直接圧力が加えられる部材であり、非反発性の部材(ばね的性質を有さない部材)である。可動部14は、固定部15及びプリント基板60と物理的に接続している。
プリント基板60には、救助者による胸骨圧迫の強さや胸骨圧迫の頻度を検出、測定する各種の回路やソフトウェアが実装されている。
固定部15は、ばね的性質を有する部材(反発部材)である。換言すると固定部15は、胸骨圧迫の押圧時に+Z方向(救助者側)にたわみ、押圧の解除時に−Z方向(被救助者側)に向かって復元するバネ16(図3参照)を有する構成とみなすことができる。
心肺蘇生アシスト装置の測定装置1には、可動部14に受信コイル(磁界検知部)11が設けられ、固定部15に発信コイル(磁界発生部)12が設けられている。また、心肺蘇生アシスト装置には、固定部15に、加速度センサ(第一センサ)13が設けられている。
図2に示すように、心肺蘇生アシスト装置は、圧迫深度算出装置1000を備えている。圧迫深度算出装置1000は、測定装置1と計算装置2とを備えて構成される。
図3に示すように、測定装置1は、受信コイル11(磁界検知部)、発信コイル12(磁界発生部)、加速度センサ13、可動部14、および固定部15を備えて構成される。ここでは、説明上、固定部15のバネ的性質をバネ16(弾性体)として抽出して明記している。なお、受信コイル11と発信コイル12とを合わせて磁気センサ(第二センサ)19と称する。
発信コイル12と加速度センサ13は、固定部15に配置される。固定部15は、被救助者の胴体Bに固定される。固定方法は、例えば、滑り止めの有るシート上に胴体Bを配置する方法が考えられる。ここで、胴体Bはバネ的性質とダンパー的性質を有するが、バネ的性質のほうが支配的であるので、近似的に、胴体Bをバネ定数がK1のバネ17であると考える。なお、このバネ定数K1は、二次以上でも良い。
受信コイル11は、発信コイル12と対向するように、可動部14に配置される。可動部14と固定部15の間には、バネ定数がK2の固定部15からなるバネ16が配置される。なお、K2>K1の関係が成立するように、バネ16となる固定部15を選択する。そうしないと、可動部14に圧迫の力Fが加えられたときに、バネ16が最短の長さにまで収縮してしまい可動域が制限されるため、磁気センサ19としての役割が損なわれるからである。なお、可動部14と固定部15との間の距離は、例えば5mm程度が望ましい。
次に、図3を参照して、磁気センサ19および周辺部品の動作について説明する。まず、交流発振源31は、特定の周波数(例えば、20kHz)を持つ交流電圧を生成する。その交流電圧はアンプ32によって特定の周波数を持つ交流電流に変換され、その変換された交流電流が発信コイル12に流れる。発信コイル12を流れる交流電流によって発生した磁界は、受信コイル11に誘起起電力を発生させる。
誘起起電力によって受信コイル11に発生した交流電流(周波数は交流発振源31によって生成された交流電圧の周波数と同じ)は、プリアンプ33によって増幅され、増幅後の信号が検波回路34に入力される。検波回路34では、交流発振源31によって生成された特定の周波数又は2倍周波数によって、前記した増幅後の信号の検波を行う。そのため、交流発振源31の出力を、参照信号35として検波回路34の参照信号入力端子に導入する。なお、検波回路34や参照信号35を用いずに全波整流回路を用いることで、回路で動作するようにしてもよく、全波整流回路の構成により小型化・低格化が実現できる。検波回路34(または全波整流回路)からの電圧情報(出力信号)は、ローパスフィルタ36を通過した後、計算装置2の駆動回路21(図2参照)に導入される。
図2に示すように、計算装置2は、コンピュータ装置であり、駆動回路21,22、処理部23、記憶部24、音声発生部25、表示部26、電源部27および入力部28を備えて構成される。また、計算装置2は、外部機器と通信するための通信部を有していても良い。
駆動回路21は、測定装置1の受信コイル11からローパスフィルタ36(図3参照)などを経由して受信した電圧情報を、処理部23に伝える。
駆動回路22は、測定装置1の加速度センサ13から受信した加速度情報を電圧に変換し、処理部23に伝える。
処理部23は、例えばCPU(Central Processing Unit)によって実現され、計算部233および判定部234を備える。
計算部233は各種の計算を行い、判定部234は各種の判定を行う。計算部233は、第一計算部233A、第二計算部233B及び第三計算部233Cを備えている。記憶部24は、各種情報を記憶する手段であり、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Dive)などによって実現される。音声発生部25は、音声を発生させる手段であり、例えばスピーカによって実現される。表示部26は、各種表示を行う手段であり、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube) Displayによって実現される。表示部26には、波形261、回数262、インジケータ263などが表示される。波形261は、圧迫深度の経時的変化の様子を表す。回数262は、圧迫した回数を表す。インジケータ263は、圧迫深度の大きさを表す。電源部27は、圧迫深度計算装置2における電源供給手段である。入力部28は、各種情報入力のためにユーザによって操作される手段であり、例えば、キーボードやマウス、スイッチ等によって実現される。
ところで、一回のCPRで、救助者は、例えば一分間に120回の頻度で圧迫動作を行う。この際、各圧迫動作において、例えば5cm以上の一定の圧迫変位を患者の胸部に与え続けることが好ましい。しかし、一定のペースで一定の強度の圧迫動作を繰り返すことは救助者にとってはかなりの負荷がかかるため、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつくことがある。また、負荷を分散させるために手技の途中で救助者が交代する場合もあるが、その場合も、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつくことがある。
このように、実際の手技の際には、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつくことは十分に想定される。このため、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつく場合であっても、圧迫深度を精度良く算出できる装置のニーズが高まっている。
一方、従来の特許文献1の技術では、被救助者の胸部をバネ定数が一定であることを前提として線形でモデル化している。この線形モデルは、各圧迫動作において圧迫深度が一定の範囲に収まるときは、精度良く圧迫深度を算出することができる。しかし、図4に示すように、圧迫深度を線形でモデル化したもの(符号S1で示すもの)に対して、実際の胸部は、圧迫深度に応じてバネ定数が変化し得るものであり、非線形(符号S2で示すもの)となる。したがって、圧迫深度と圧迫力の関係は非線形な関係でモデル化されるべきものである。
そして、非線形な胸部を線形にモデル化したことの影響が、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度が急激に変化した場合に特に大きく出現し、無視できないものとなることを本発明者は認識した。例えば、圧迫力が弱い場合(図4中Fsの場合)線形モデルS1と非線形モデルS2とでは、圧迫深度に大きな乖離が生じてしまう。また、患者の体格は個人差があるため、図5に示すように、圧迫力に対する圧迫深度の変化の関係は、各患者によって様々である。
このため、本発明の圧迫深度算出装置1000の計算部233では、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度が急激に変化した場合であっても精度良く圧迫深度を算出する。
以下、圧迫深度算出装置1000の計算装置2の計算部233による圧迫深度の算出の仕方について説明する。
(相関関係の抽出)
計算部233では、第一計算部233Aが、加速度センサ13から取得した加速度を二階積分して圧迫深度Daを算出する。そして、第一計算部233Aは、この加速度センサ13から取得した加速度情報の二階積分に基づいて算出した圧迫深度Daと、磁気センサ19から取得した受信コイル11と発信コイル12との距離であるコイル間距離ADとの相関関係Rを求める。このコイル間距離ADは、圧迫の大きさに応じた情報の一例である。
図6に示すように、この相関関係Rは、コイル間距離ADに対する加速度センサ13から取得した加速度を二階積分して求めた圧迫深度Daの変化量を示しており、実際の胸部が圧迫深度に応じてバネ定数が変化するため非線形となる場合がある。なお、胸骨圧迫の練習用の人形では、線形のバネが使用されていて、バネ定数が線形の場合もある。
ここで、図7は、被救助者の胸部を圧迫した際の実際の胸部の圧迫深度の変化を示している。この圧迫深度の変化において、第一計算部233Aは、コイル間距離ADの変化に基づいて判定される押し検出(ts)と戻り検出(te)との間における押し検出時(ts)から圧迫深度ピーク時(tp)までの間の相関関係Rを求める。
なお、この相関関係Rとは、必ずしも、数学的な式で表されるものに限らず、データAとデータBとの関係を二次元座標上にプロットした分散図や表等のデータの集合体を含む概念である。なお、プロットされたデータ間は、線形補完等で補っても良く、また、収集されたデータに最小二乗法を用いて関係式を数学的に求めて相関関係Rとして扱っても良い。
(平均相関関係の抽出)
計算部233では、第三計算部233Cが、図8に示すように、第一計算部233Aにおいて求めた複数(本例では16回分)の相関関係Rを用い、複数の相関関係Rの平均である平均相関関係Raveを求める。加速度センサ13からの加速度を二階積分した値はノイズが含まれることがあるが、複数の相関関係Rの平均である平均相関関係Raveを求めることで、ノイズの影響を低減させることができる。
ここで、計算部233の第三計算部233Cは、常に圧迫動作の直前の所定数(例えば、16回分)の相関関係Rを用いて平均相関関係Raveを求める。ただし、圧迫開始から間もない場合で、圧迫動作の直前の相関関係Rが所定数に満たない場合は、所定数に満たない複数の相関関係Rを用いて平均相関関係Raveを求める。
(圧迫深度の算出)
計算部233では、第二計算部233Bが、図9に示すように、平均相関関係Raveが算出された後の圧迫動作の際、磁気センサ19から取得される受信コイル11と発信コイル12との距離であるコイル間距離ADと平均相関関係Raveとに基づいて、平均相関関係Raveが算出された後の圧迫動作時の圧迫深度Drを算出する。
なお、圧迫動作の開始後の二回目の圧迫動作においては、第二計算部233Bは、コイル間距離ADと一回目の圧迫動作時の相関関係Rとに基づいて、次の圧迫動作の圧迫深度Drを算出する。
そして、圧迫深度算出装置1000は、平均相関関係Raveに当てはめて求めた圧迫深度Drの過不足を判定し、音声発生部25から救助者に指示を出す。例えば、圧迫深度Drが小さすぎると判定した場合は、音声発生部25から「もっと強く押してください」という音声ガイダンスを発生させ、圧迫深度Drが大きすぎると判定した場合は、音声発生部25から「もっと弱く押してください」という音声ガイダンスを発生させたりする。なお、音声ガイダンスに加えて、またはその代わりに、表示部26に前述の音声メッセージを文字で表示させても良い。
以上、説明したように、本実施形態に係る圧迫深度算出装置1000によれば、加速度センサ13から取得した加速度情報の二階積分に基づいて算出した圧迫深度Daと、磁気センサ19から取得した圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報であるコイル間距離ADと、の相関関係Rの平均である平均相関関係Raveに対して、磁気センサ19から取得されるコイル間距離ADを入力する構成のため、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度が急激に変化した場合であっても、磁気センサ19から取得される情報を平均相関関係Raveに当てはめることで、被検者毎に圧迫深度Drが精度良く算出される。また、加速度センサ13の二階積分の値はノイズが多く含まれるが、複数個の相関関係Rの平均である平均相関関係Raveを用いているため、ノイズの影響を低減させることができる。このように、上記構成によれば、圧迫動作毎に圧迫変位がバラつく場合であっても、圧迫深度Drを精度良く算出することができる。
そして、圧迫深度算出装置1000は、圧迫深度Drを高精度に算出することができるので、判定部234は、圧迫深度Drの過不足を高精度に判断し、音声発生部25から救助者に的確な指示を出すことができる。
なお、上記の実施形態では、第二計算部233Bによって圧迫動作の圧迫深度Drを算出する際に、第三計算部233Cが求めた複数の相関関係Rの平均である平均相関関係Raveを用いたが、必ずしも平均相関関係Raveを用いなくても良い。例えば、第二計算部233Bによって圧迫動作の圧迫深度Drを算出する際に、その前の圧迫動作時に求めた相関関係Rを用いてもよい。
この場合も、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度Drが急激に変化しても、磁気センサ19から取得される情報を相関関係Rに当てはめることで、圧迫深度Dを精度良く算出することができる。
また、本実施形態によれば、圧迫動作による圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を取得するセンサとして磁気センサ19を用いているので、圧迫の大きさに応じた情報として、この磁気センサ19から発信コイル12と受信コイル11との間のコイル間距離ADを精度良く得ることができる。このコイル間距離ADの情報を上述の平均相関関係Raveまたは相関関係Rに当てはめることで、複数回の圧迫動作中の一回の圧迫動作において圧迫深度Drが急激に変化した場合であっても、圧迫深度Drを精度良く算出することができる。
なお、圧迫深度Drの算出に用いる相関関係Rとしては、加速度センサ13から取得した加速度情報と、磁気センサ19からのコイル間距離ADの二階微分と、の相関関係を用いることも可能である。
本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
11:受信コイル(磁界検知部)、12:発信コイル(磁界発生部)、13:加速度センサ(第一センサ)、14:可動部、15:固定部、19:磁気センサ(第二センサ)、233A:第一計算部、233B:第二計算部、233C:第三計算部、1000:圧迫深度算出装置、Da,Dr:圧迫深度、R:相関関係、Rave:平均相関関係

Claims (3)

  1. 圧迫された対象物の凹みの大きさである圧迫深度を算出する圧迫深度算出装置であって、
    前記対象物における圧迫動作による圧迫部分の動きの加速度を検出する第一センサと、
    前記対象物における圧迫動作による圧迫部分に対する圧迫の大きさに応じた情報を出力する第二センサと、
    前記第一センサから取得した加速度情報の二階積分に基づいて算出した圧迫深度と、前記第二センサから取得した前記圧迫の大きさに応じた情報と、の相関関係を求める第一計算部と、
    前記相関関係が算出された後の圧迫動作の際、前記第二センサから取得される圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報と前記相関関係とに基づいて、前記相関関係が算出された後の圧迫動作の圧迫深度を算出する、第二計算部と、
    を備える、
    圧迫深度算出装置。
  2. 前記第一計算部で求められた複数の前記相関関係の平均である平均相関関係を求める第三計算部を備え、
    前記第二計算部は、前記平均相関関係が算出された後の圧迫動作の際、前記第二センサから取得される圧迫動作の圧迫の大きさに応じた情報と前記平均相関関係とに基づいて、前記平均相関関係が算出された後の圧迫動作の圧迫深度を算出する、
    請求項1に記載の圧迫深度算出装置。
  3. 前記第二センサは、磁気センサであり、
    前記磁気センサは、
    前記対象物における圧迫部分に対して固定される固定部と、
    前記固定部と対向する位置に、前記圧迫の方向に移動可能に設けられる可動部と、
    磁界を発生させる磁界発生部と、
    磁界を検知する磁界検知部と、
    を備え、
    前記固定部及び前記可動部には、一方に前記磁界発生部が設けられ、他方に前記磁界検知部が設けられ、
    前記第一センサは、前記固定部に配置され、
    前記磁界発生部と、前記磁界検知部と、前記固定部に配置された前記第一センサとが、前記圧迫の方向に並んで配置されている、
    請求項1または請求項2に記載の圧迫深度算出装置。
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