JP7044225B2 - 心拍数及び呼吸数計測装置 - Google Patents
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Description
また、この発明は、被検者の胸部又は腹部にセットされる加速度センサを用いて、被検者の胸部又は腹部における加速度を検出し、検出された加速度信号に基づいて加速度心拍数及び加速度呼吸数を計測し、計測された加速度心拍数及び加速度呼吸数を報知する心拍数及び呼吸数計測装置に関するものである。
そして、血流音は手首の近く、心音は胸部又は腹部の近く、呼吸音は頬の近くで採取すれば明瞭な信号を取得し易い。
しかし、3箇所にマイクロホンを装着し、それぞれの体導音を採取することは、時間、コスト、手間がかかり、被検者の負担も大きい。
また、特許文献2(特許第3809847号公報)に記載されるように、1つの加速度センサで被検者の生体情報を得て、呼吸数や心拍数を検出する睡眠診断装置も提案されている(特に、段落0006~0007を参照)。
また、特許文献2の睡眠診断装置においては、寝姿変化、呼吸数及び心拍数以外の情報は導出できないという問題があった。
さらに、特許文献1の音響信号分離装置及び特許文献2の睡眠診断装置は、いずれも被検者の状態によっては、心拍数又は呼吸数の計測結果に誤差が生じるおそれがあった。
この発明は、体導音センサを被検者に容易に装着できるようにし、かつ、体導音センサが体導音以外の音を拾いにくくすることを第1の目的としてなされたものである。
そして、体導音センサと加速度センサを併用して、被検者の状態によらず、心拍数及び呼吸数の計測を高精度で行えるようにすることを第2の目的とし、1つの加速度センサで得た被検者の体動に関する情報に基づいて、呼気・吸気の識別及び呼吸の強弱も計測可能とすることを第3の目的としてなされたものである。
血流音若しくは心音及び呼吸音を検知し音響信号を取得する体導音センサと、
被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し該先端部に前記体導音センサを設けてある棒状体と、
前記体導音センサにより取得された音響信号に基づいて音響心拍数を計測する音響心拍数計測部及び音響呼吸数を計測する音響呼吸数計測部を有する体導音信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数を報知する報知手段を備え、
前記体導音センサは、中央部に段差のある凹部を有するケースと、前記凹部の中心部に嵌め込まれているマイクロホンと、前記凹部の開口側を閉塞する充填材からなり、
前記充填材は、人体の皮膚と同等の音響インピーダンス特性をもつ疎水性の樹脂製であり、
前記充填材の外側の表面は、前記棒状体の長手方向の軸に対して平行な平面であることを特徴とする。
前記体導音信号処理手段は、前記体導音センサにより取得された音響信号をフーリエ変換する音響信号変換部を有し、
前記音響心拍数計測部は、前記音響信号変換部で得られた音響変換信号から低周波成分を除去する低周波除去部と、該低周波除去部で得られた低周波除去信号に基づいて音響心拍数を演算する音響心拍数演算部を有し、
前記音響呼吸数計測部は、前記音響信号変換部で得られた音響変換信号から高周波成分を除去する高周波除去部と、該高周波除去部で得られた高周波除去信号に基づいて音響呼吸数を演算する音響呼吸数演算部を有していることを特徴とする。
前記心拍数及び呼吸数計測装置は、少なくともZ軸方向における被検者の体動の加速度を検知し加速度信号を取得する加速度センサと、該加速度センサにより取得された加速度信号に基づいて加速度心拍数を計測する加速度心拍数計測部及び加速度呼吸数を計測する加速度呼吸数計測部を有する加速度信号処理手段と、前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記加速度心拍数計測部で計測された加速度心拍数に基づいて、修正心拍数を演算する修正心拍数演算部と、前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数及び前記加速度呼吸数計測部で計測された加速度呼吸数に基づいて、修正呼吸数を演算する修正呼吸数演算部を有し、
前記報知手段は、修正心拍数及び修正呼吸数を報知するか、これらに代えて又は加えて音響心拍数、加速度心拍数、音響呼吸数及び加速度呼吸数を報知することを特徴とする。
前記加速度信号処理手段は、前記加速度センサにより取得された加速度信号をフーリエ変換する加速度信号変換部を有し、
前記加速度心拍数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から低周波成分を除去する第2の低周波除去部と、該第2の低周波除去部で得られた第2の低周波除去信号に基づいて加速度心拍数を演算する加速度心拍数演算部を有し、
前記加速度呼吸数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から高周波成分を除去する第2の高周波除去部と、該第2の高周波除去部で得られた第2の高周波除去信号に基づいて加速度呼吸数を演算する加速度呼吸数演算部を有していることを特徴とする。
そのため、手軽に被検者の心拍数及び呼吸数を計測することができ、しかも比較的高い精度で心拍数及び呼吸数を同時に計測することができる。
棒状体1は、被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し、その先端部に体導音センサ2が設けてある。
体導音センサ2を用いて被検者の心拍数及び呼吸数を計測する場合には、棒状体1の先端部を被検者の脇の下に挿入し、体導音センサ2の上面を被検者の胸側に向けて腕で挟むか棒状体1の中央部等をテープやベルトで固定する。
そして、被検者が落ち着いてから体導音センサ2によって取得された音響信号を体導音信号処理手段3で受信し、音響心拍数計測部4及び音響呼吸数計測部5で処理して、被検者の音響心拍数及び音響呼吸数を演算して求める。
報知手段6は、音響心拍数計測部4及び音響呼吸数計測部5から音響心拍数及び音響呼吸数に関する情報を受信し、表示部7に音響心拍数及び音響呼吸数を表示して、検査者又は被検者に知らせる。
体導音センサ2は、図2(b)に示すように全体の形状は円柱状であり、中央部に段差のある凹部8を有する円柱状のアクリル製ケース9と、凹部8の中心部に嵌め込まれているエレクトレットコンデンサマイクロホン(ECM)10と、凹部8の開口側を閉塞するウレタンゲル充填材11とからなっている。
体導音信号処理手段3は、体導音センサ2からの音響信号を受けると、所定時間(例えば30秒間)における音響信号を音響信号変換部12によりフーリエ変換し音響変換信号を得て、音響心拍数計測部4及び音響呼吸数計測部5に送信する。
そして、音響心拍数計測部4においては、低周波除去部13(具体的にはハイパスフィルタ)によって、受信した音響変換信号から周波数0.8Hz未満の信号を除去し、音響心拍数演算部14では低周波除去部13から送られた低周波除去信号がピークとなる周波数を判定して音響心拍数を演算する。
また、音響呼吸数計測部5においては、高周波除去部15(具体的にはローパスフィルタ)によって、受信した音響変換信号から周波数0.5Hz以上の信号を除去し、音響呼吸数演算部16では高周波除去部15から送られた高周波除去信号がピークとなる周波数を判定して音響呼吸数を演算する。
この例によれば、周波数が0.8Hz以上の信号は、周波数1.1Hzにおいてピークとなっているので、音響心拍数は66[bpm]となり、周波数が0.5Hz未満の信号は、周波数0.33Hzにおいてピークとなっているので、音響呼吸数は20[回/分]となっていることが分かる。
また、実施例2に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図は実施例1(図1)と同様であり、実施例1に係る心拍数及び呼吸数計測装置と相違しているのは、音響心拍数計測部4に低周波除去信号逆変換部20が追加されて第2の音響心拍数計測部18となっている点及び音響呼吸数計測部5に高周波除去信号逆変換部21が追加されて第2の音響呼吸数計測部19となっている点である。
そして、棒状体1、体導音センサ2、報知手段6、表示部7、音響信号変換部12、低周波除去部13及び高周波除去部15については、実施例1と同じなので説明は省略する。
その後、低周波除去信号が、低周波除去信号逆変換部20によって逆フーリエ変換され、得られた逆変換信号に対して音響心拍数演算部14で自己相関関数処理して周期を導出し、導出した周期に基づいて音響心拍数を演算する。
また、高周波除去信号が、高周波除去信号逆変換部21によって逆フーリエ変換され、得られた逆変換信号について音響呼吸数演算部16で周期を導出し、導出した周期に基づいて音響呼吸数を演算する。
そして、図10は図9に示す音響変換信号から心音及び呼吸音に近い周波数成分を抽出した信号のグラフであり、心音については0.9~2Hz、呼吸音については0.5Hz未満の信号を抽出している。
また、図11は図10に示す信号を、それぞれ逆フーリエ変換して得られた逆変換信号のグラフであり、この例によれば、心音の周期は0.79秒、呼吸音の周期は2.55秒となっているので、音響心拍数は75.9[bpm]、音響呼吸数は23.5[回/分]と演算される。
棒状体1、体導音センサ2、体導音信号処理手段3、音響心拍数計測部4及び音響呼吸数計測部5については、実施例1と同じなので説明は省略する。
実施例3では、体導音センサ2に加えて加速度センサ22を用いて被検者の加速度心拍数及び加速度呼吸数を計測し、両センサによる心拍数及び呼吸数の演算結果を総合することにより、精度の高い心拍数及び呼吸数を求めている。
なお、加速度センサ22にはスマートフォンに内蔵されている3軸方向の加速度を検知できる加速度計(LIS2DH)を利用し、図13に示すように、スマートフォンの短辺に平行な軸をX軸、長辺に平行な軸をY軸、X軸及びY軸に直交する軸をZ軸とし、下向きをZ軸の正方向としている。
そして、被検者が落ち着いてから加速度センサ22によって取得された加速度信号を加速度信号処理手段23で受信し、加速度心拍数計測部24及び加速度呼吸数計測部25で処理して、加速度心拍数及び加速度呼吸数を演算して求める。
なお、加速度センサ22から加速度信号処理手段23に加速度信号を送信するには、スマートフォンに搭載されている有線又は無線通信手段を適宜利用すれば良い。
また、修正呼吸数演算部27は、音響呼吸数計測部5及び加速度呼吸数計測部25で演算された音響呼吸数及び加速度呼吸数に基づいて、精度の高い修正呼吸数を演算する。
一例としては、音響心拍数と加速度心拍数の単純平均又は加重平均を演算するとともに、音響呼吸数と加速度呼吸数の単純平均又は加重平均を演算する。
報知手段6は、修正心拍数演算部26及び修正呼吸数演算部27から修正心拍数及び修正呼吸数に関する情報を受信し、表示部7に修正心拍数及び修正呼吸数を表示して、検査者又は被検者に知らせる。
加速度信号処理手段23は、加速度センサ22からの加速度信号を受けると、所定時間(例えば40秒間)における加速度信号を、加速度信号変換部28によりフーリエ変換し加速度変換信号を得て、加速度心拍数計測部24及び加速度呼吸数計測部25に送信する。
そして、加速度心拍数計測部24においては、第2の低周波除去部29(具体的にはバンドパスフィルタ)によって受信した加速度変換信号から周波数0.8Hz未満及び2Hz以上の信号を除去し、第2の低周波除去信号逆変換部30によって得られた低周波除去信号を逆フーリエ変換し、得られた逆変換信号について加速度心拍数演算部31で周期を導出し、導出した周期に基づいて加速度心拍数を演算する。
また、加速度呼吸数計測部25においては、第2の高周波除去部32(具体的にはローパスフィルタ)によって受信した加速度変換信号から周波数0.5Hz以上の信号を除去し、第2の高周波除去部32によって得られた高周波除去信号を逆フーリエ変換し、得られた逆変換信号について加速度呼吸数演算部34で周期を導出し、導出した周期に基づいて加速度呼吸数を演算する。
また、図16は図15の加速度信号をフーリエ変換して得られた加速度変換信号のグラフである。
さらに、図17は図16に示す加速度変換信号から高周波成分を除去した信号のグラフであり、図18は図17に示す信号を逆フーリエ変換して得られた逆変換信号のグラフである。
そして、図18のグラフからは、40秒間のうち前半の20秒間に9回(27[回/分])の呼吸が行われ、後半の20秒間に6回の呼吸が行われていたことが分かる。
なお、低周波除去信号を逆フーリエ変換して得られた逆変換信号についてのグラフは示していないが、図15の例では、前半20秒間における加速度心拍数は84[bpm]、後半20秒間における加速度心拍数は54[bpm]であった。
すなわち、逆変換信号を解析すれば、心拍数や呼吸数が途中で変化した場合においても、それぞれの期間における心拍数や呼吸数を演算し報知することができる。
この例では、逆変換信号のグラフが右上がりの期間(加速度が増加する期間)は呼気(息を吐いている期間)であり、右下がりの期間(加速度が減少する期間)は吸気(息をすっている期間)であると判別することができる。
また、図18の逆変換信号から呼吸の強弱も判定できる。
図19は、強呼吸、弱呼吸、無呼吸の状態における逆変換信号のグラフであるが、加速度の振幅幅が概ね0.06[m/s2]以上であれば強呼吸の状態、0.03~0.06[m/s2]の範囲であれば弱呼吸の状態、0.03[m/s2]以下であれば無呼吸の状態であると判定することができる。
このように、高周波除去信号を逆フーリエ変換することにより、呼吸数変化の解析、呼気と吸気の判別及び呼吸の強弱の判定を行えることが分かる。
また、実施例4に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図は実施例3(図12)と同様であり、実施例3に係る心拍数及び呼吸数計測装置と相違しているのは、加速度信号変換部28がY軸方向加速度信号変換部36とZ軸方向加速度信号抽出部37に分けてある点、加速度呼吸数計測部25が第2の加速度呼吸数演算部40、第2の高周波除去部32及び第2の高周波除去信号逆変換部33からなる第2の加速度呼吸数計測部38となっている点並びに加速度心拍数計測部24が差分演算部42及び第2の加速度心拍数演算部43からなる第2の加速度心拍数計測部38となっている点である。
そして、棒状体1、体導音センサ2、体導音信号処理手段3、音響心拍数計測部4、音響呼吸数計測部5、報知手段6、表示部7、加速度センサ22、修正心拍数演算部26及び修正呼吸数演算部27については、実施例1又は3と同じなので説明は省略する。
すると、第2の加速度呼吸数演算部40は、最大振幅が閾値(例えば40)を超えているか判別し、超えていなければ無呼吸と判定し、超えていれば最大振幅の周波数に基づいて加速度呼吸数を導出する。
また、Y軸方向加速度信号変換部36で得られたY軸方向加速度変換信号から第2の高周波除去部32によって高周波除去信号(呼吸音に近い信号)を抽出し、第2の高周波除去信号逆変換部33によって高周波除去信号が逆フーリエ変換され、逆変換信号(呼吸波形信号41)を導出する。
すると、差分演算部42は所定時間におけるZ軸方向加速度信号から第2の高周波除去信号逆変換部33で得られた呼吸波形信号41を差し引き、Z軸方向差分加速度信号を得て第2の加速度心拍数演算部43に送信する。
そして、第2の加速度心拍数演算部43においては、パルス振幅が閾値(例えば0.2m/s2以上又は-0.2m/s2以下)となっているか判別し、なっていなければ心拍なしと判定し、なっていれば心拍パルスの時間間隔(周期)に基づいて加速度心拍数を導出する。
また、図24は図23のY軸方向加速度信号をフーリエ変換して得られたY軸方向加速度変換信号のグラフである。
そして、このグラフから最大振幅の周波数は0.24Hzであることが分かり、計測時間である33秒間では約8回(14.4回/分)の加速度呼吸数と演算される。
さらに、図25は図24に示すY軸方向加速度変換信号から高周波成分を除去した信号のグラフであり、図26は図25に示す高周波除去信号を逆フーリエ変換して得られた逆変換信号(呼吸波形信号41)のグラフである。
また、図28は図27のZ軸方向加速度信号から図26の逆変換信号(呼吸波形信号)を差し引いた信号のグラフである。
そして、図28のグラフからは、パルス振幅が閾値(例えば0.2m/s2以上又は-0.2m/s2以下)となっていることが分かるとともに、33秒間に36回(周期0.912秒=65.5回/分)の心拍が行われていたことが分かる。
(1)実施例4では体導音センサ2及び加速度センサ22を用いて心拍数及び呼吸数を計測し、表示部7に計測され演算された修正心拍数及び修正呼吸数を表示したが、図29に示すように、加速度センサ22のみを用いて加速度心拍数及び加速度呼吸数を計測し、表示部7に計測された加速度心拍数及び加速度呼吸数を表示するようにしても良い。
そうした場合、発明の構成は次のとおりとなる。
「 少なくともY軸方向及びZ軸方向における被検者の体動の加速度を検知し、Y軸方向加速度信号及びZ軸方向加速度信号を取得する加速度センサと、
該加速度センサにより取得されたY軸方向加速度信号に基づいて加速度呼吸数を計測する加速度呼吸数計測部と、前記加速度センサにより取得されたZ軸方向加速度信号に基づいて加速度心拍数を計測する加速度心拍数計測部を有する加速度信号処理手段と、
前記加速度呼吸数計測部で計測された加速度呼吸数及び前記加速度心拍数計測部で計測された加速度心拍数を報知する報知手段を備える
ことを特徴とする心拍数及び呼吸数計測装置。」
また、表示部7に代えて又は加えてスピーカを設け、音声で心拍数及び呼吸数を報知するようにしても良い。
(3)実施例3及び4の報知手段6は、表示部7に修正心拍数及び修正呼吸数を表示して検査者又は被検者に知らせるものであったが、表示部7に修正心拍数及び修正呼吸数を表示するのに代えて又は加えて、体導音センサ2を用いて計測された音響心拍数及び音響呼吸数並びに加速度センサ22を用いて計測された加速度心拍数及び加速度呼吸数を表示する表示部を設けても良い。
また、ECMに代えて通常のコンデンサ型、可動コイル型、圧電型などのマイクロホンを用いても良く、充填材としてはウレタンゲルに限らず、硬化後の状態で人体の皮膚と同等の音響インピーダンス特性をもつ疎水性の樹脂であれば、適宜の弾性高分子材料が採用可能である。
(5)実施例3及び4では加速度センサ22としてスマートフォンに内蔵されている3軸方向の加速度を検知できる加速度計(LIS2DH)を利用したが、実施例3においては少なくともZ軸方向(鉛直方向)における加速度を検知できるものであれば、どんなものでも良く、実施例4においては少なくともY軸方向(長手方向)及びZ軸方向(鉛直方向)における加速度を検知できるものであれば、どんなものでも良い。
また、実施例2の第2の音響心拍数計測部18においては、低周波除去部13によって、受信した音響変換信号から0.9~2Hzの信号を抽出し、第2の音響呼吸数計測部19においては、高周波除去部15によって、0.5Hz未満の信号を抽出した。
しかし、どの範囲の信号を除去し又は抽出するかについては、個人差や計測時の被検者の状態に応じて適宜変化させても良い。
例えば、被検者の心拍数や呼吸数が低い場合(心拍数が45程度、呼吸数が20程度)、低周波除去部13によって周波数0.6Hz未満の信号を除去し、高周波除去部15によって周波数0.4Hz以上の信号を除去するようにし、逆に被検者の心拍数や呼吸数が高い場合(心拍数が80程度、呼吸数が50程度)、低周波除去部13によって周波数1.1Hz未満の信号を除去し、高周波除去部15によって周波数1.0Hz以上の信号を除去するようにすれば良い。
また、実施例3の加速度心拍数計測部24においては、第2の低周波除去部29によって受信した加速度変換信号から周波数0.8Hz未満及び2Hz以上の信号を除去し、加速度呼吸数計測部25においては、第2の高周波除去部32によって受信した加速度変換信号から周波数0.5Hz以上の信号を除去したが、上記と同様に個人差や計測時の被検者の状態に応じて、除去する信号の周波数帯を変化させても良い。
例えば、心拍数が90[bpm]を超えることはないと仮定した場合、第2の低周波除去部29によって受信した加速度変換信号から周波数0.8Hz未満の信号及び1.5Hz超の信号を除去するようにすれば良く、呼吸数が9[回/分]を下回ることはないと仮定した場合、第2の高周波除去部32によって受信した加速度変換信号から周波数0.15Hz未満の信号及び0.5Hz以上の信号を除去するようにすれば良い。
(6)実施例3においては、第2の低周波除去信号逆変換部30及び第2の高周波除去信号逆変換部33を備えているが、いずれか一方の逆変換部だけを備えるようにしても良く、心拍数及び呼吸数の変化を解析したり、呼気と吸気の判別や心拍及び呼吸の強弱の判定を行ったりする必要がなければ、これらの逆変換部は備えなくても良い。
(A)被検者への装着が容易であり、しかも心拍数と呼吸数を同時に計測できるため、心筋細胞又は冠状動脈硬化巣に中性脂肪が蓄積する難病で“心臓の肥満”と呼ばれることもある中性脂肪蓄積心筋血管症(TGCV)の医学研究用生体量計測装置として病院での治験用として好適に利用できる。
なお、TGCVの医学研究用に限らず、各種の呼吸器や循環器系疾患に関する研究や治験用としても利用できる。
(B)加速度センサ22を内蔵しているスマートフォン(実施例1又は2の場合には加速度センサ22を内蔵していなくても良い)に専用のアプリを搭載することにより、体導音信号処理手段3、報知手段6、加速度信号処理手段23、修正心拍数演算部26、修正呼吸数演算部27等の機能を持たせるとともに、心拍数や呼吸数等の各種データをインターネット回線経由で病院にあるサーバやクラウドサーバに送信できるようにして、在宅患者の遠隔診断システムを実現することができる。
特に、ぜんそく、睡眠時無呼吸症候群又は心疾患等、呼吸器や循環器系の病気に罹患している通院患者に適用するのに適している。
また、呼吸器や循環器系の病気に罹患していなくても、そのような病気にかかる可能性の高い中高齢者等に適用して健康管理を行う健康管理システムに利用できる。
さらに、睡眠不足がアルツハイマー病の原因になることに鑑み、心拍数や呼吸数等の各種データに基づいて睡眠状態を監視し、睡眠不足の解消に向けてアドバイスしたり環境を整えたりすることで認知症の予防に役立てることもできる。
(D)実施例1~4の心拍数及び呼吸数計測装置から得た心拍数や呼吸数のデータに基づいて居眠り運転を検知し、運転者や同乗者に対して警報を発する装置を車に搭載するか運転者が所持するようにすれば、居眠り運転検知システムを構築できる。
この居眠り運転検知及び警報機能も、上記(B)の応用例と同様、各種スマートフォンに専用のアプリを搭載することにより実現可能である。
(E)実施例1~4の心拍数及び呼吸数計測装置では、一つの体導音センサ2で取得した生体音又は一つの加速度センサ22で取得した加速度信号に基づいて、同時に心拍数及び呼吸数のデータを得ることができるので、これらのデータに基づいて心拍数と呼吸数の同期の程度(以下「ゆらぎ」という。)を数値化することができ、ゆらぎの数値によって被検者が安定状態か不安定状態かを見極めることができる。
具体的には、一定時間中(例えば1分間)における単位時間中(例えば5秒間)の呼吸数群についての標準偏差である呼吸変動(Respiratory rate variability:RRV)を、一定時間中(例えば1分間)における単位時間中(例えば5秒間)の心拍数群についての標準偏差である心拍変動(Heart rate variability:HRV)で除した値によりゆらぎを数値化し、この数値が小さくなる時には被検者が安定状態から不安定状態に向かっていると判定し、この数値が大きくなる時には被検者が不安定状態から安定状態に向かっていると判定する。
この被検者状態判定機能も、上記(B)の応用例と同様、各種スマートフォンに専用のアプリを搭載することにより実現可能である。
包括的不安定指数は、被検者が安定状態に向かっているか不安定状態に向かっているかを判定できるだけではなく、痛み刺激の大きさの判定にも使うことができる。
その理由は、「痛み」は生体にとって包括的不安定状態であり、脳は「痛み」を感じると原始的反射を使って優先的に、かつ、可能な限り速やかに、この包括的不安定状態から脱しようとするからである。
すなわち、脳は自分(脳)自身の維持の為に、心臓と肺のサイクルをゆらぎによって調整し、脳内の酸素濃度と持続時間を確保しようとしていると考えられる。
よって、包括的不安定指数を痛み指数と読み替えれば、痛みの数値化が可能となる。
なお、包括的不安定指数は絶対的不安定指数と呼んでも良く、包括的(絶対的)安定指数の逆数ということもできる。
また、不安定定数Kは生体によってそれぞれ異なる固定値であり、生体固有値といえる。
そして、包括的不安定指数=1/包括的安定指数=K×呼吸変動/心拍変動という関係があるので、Kの値は絶対的不安定状態又は絶対的安定状態において、呼吸変動と心拍変動をモニターできれば計算できる。
ただし、絶対的不安定状態や絶対的安定状態といった理想的な状況は簡単には作り出せないため、今後その計算手法を開発する必要がある。
4 音響心拍数計測部 5 音響呼吸数計測部 6 報知手段
7 表示部 8 凹部 9 アクリル製ケース
10 エレクトレットコンデンサマイクロホン(ECM)
11 ウレタンゲル充填材
12 音響信号変換部 13 低周波除去部
14 音響心拍数演算部 15 高周波除去部
16 音響呼吸数演算部 17 第2の体導音信号処理手段
18 第2の音響心拍数計測部 19 第2の音響呼吸数計測部
20 低周波除去信号逆変換部 21 高周波除去信号逆変換部
22 加速度センサ 23 加速度信号処理手段
24 加速度心拍数計測部 25 加速度呼吸数計測部
26 修正心拍数演算部 27 修正呼吸数演算部
28 加速度信号変換部 29 第2の低周波除去部
30 第2の低周波除去信号逆変換部 31 加速度心拍数演算部
32 第2の高周波除去部 33 第2の高周波除去信号逆変換部
34 加速度呼吸数演算部 35 第2の加速度信号処理手段
36 Y軸方向加速度信号変換部 37 Z軸方向加速度信号抽出部
38 第2の加速度呼吸数計測部 39 第2の加速度心拍数計測部
40 第2の加速度心拍数演算部 41 呼吸波形信号
42 差分演算部 43 第2の加速度心拍数演算部
K 不安定定数
Claims (4)
- 血流音若しくは心音及び呼吸音を検知し音響信号を取得する体導音センサと、
被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し該先端部に前記体導音センサを設けてある棒状体と、
前記体導音センサにより取得された音響信号に基づいて音響心拍数を計測する音響心拍数計測部及び音響呼吸数を計測する音響呼吸数計測部を有する体導音信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数を報知する報知手段を備え、
前記体導音センサは、中央部に段差のある凹部を有するケースと、前記凹部の中心部に嵌め込まれているマイクロホンと、前記凹部の開口側を閉塞する充填材からなり、
前記充填材は、人体の皮膚と同等の音響インピーダンス特性をもつ疎水性の樹脂製であり、
前記充填材の外側の表面は、前記棒状体の長手方向の軸に対して平行な平面である
ことを特徴とする心拍数及び呼吸数計測装置。 - 前記体導音信号処理手段は、前記体導音センサにより取得された音響信号をフーリエ変換する音響信号変換部を有し、
前記音響心拍数計測部は、前記音響信号変換部で得られた音響変換信号から低周波成分を除去する低周波除去部と、該低周波除去部で得られた低周波除去信号に基づいて音響心拍数を演算する音響心拍数演算部を有し、
前記音響呼吸数計測部は、前記音響信号変換部で得られた音響変換信号から高周波成分を除去する高周波除去部と、該高周波除去部で得られた高周波除去信号に基づいて音響呼吸数を演算する音響呼吸数演算部を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の心拍数及び呼吸数計測装置。 - 前記心拍数及び呼吸数計測装置は、少なくともZ軸方向における被検者の体動の加速度を検知し加速度信号を取得する加速度センサと、
該加速度センサにより取得された加速度信号に基づいて加速度心拍数を計測する加速度心拍数計測部及び加速度呼吸数を計測する加速度呼吸数計測部を有する加速度信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記加速度心拍数計測部で計測された加速度心拍数に基づいて、修正心拍数を演算する修正心拍数演算部と、
前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数及び前記加速度呼吸数計測部で計測された加速度呼吸数に基づいて、修正呼吸数を演算する修正呼吸数演算部を有し、
前記報知手段は、修正心拍数及び修正呼吸数を報知するか、これらに代えて又は加えて音響心拍数、加速度心拍数、音響呼吸数及び加速度呼吸数を報知する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の心拍数及び呼吸数計測装置。 - 前記加速度信号処理手段は、前記加速度センサにより取得された加速度信号をフーリエ変換する加速度信号変換部を有し、
前記加速度心拍数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から低周波成分を除去する第2の低周波除去部と、該第2の低周波除去部で得られた第2の低周波除去信号に基づいて加速度心拍数を演算する加速度心拍数演算部を有し、
前記加速度呼吸数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から高周波成分を除去する第2の高周波除去部と、該第2の高周波除去部で得られた第2の高周波除去信号に基づいて加速度呼吸数を演算する加速度呼吸数演算部を有している
ことを特徴とする請求項3に記載の心拍数及び呼吸数計測装置。
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