JPH034207B2 - - Google Patents

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JPH034207B2
JPH034207B2 JP62045120A JP4512087A JPH034207B2 JP H034207 B2 JPH034207 B2 JP H034207B2 JP 62045120 A JP62045120 A JP 62045120A JP 4512087 A JP4512087 A JP 4512087A JP H034207 B2 JPH034207 B2 JP H034207B2
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JP
Japan
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body surface
circuit
signal
displacement
surface displacement
Prior art date
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JP62045120A
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Japanese (ja)
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JPS63212330A (en
Inventor
Goro Matsumoto
Koichi Shimizu
Masao Takahashi
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Nippon Koden Corp
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Nippon Koden Corp
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Publication date
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Publication of JPS63212330A publication Critical patent/JPS63212330A/en
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検者に電極等を取付けることな
く、体表面変位を基に非接触式に呼吸数もしくは
心拍数又はこれらの双方を検出する非接触式体表
面変位検出装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention detects respiration rate, heart rate, or both in a non-contact manner based on body surface displacement without attaching electrodes or the like to the subject. The present invention relates to a non-contact body surface displacement detection device.

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

臨床において手術に際し或はCCU等の装置で
呼吸数もしくは心拍数を長期間にわたりモニタす
ることは重要である。また、未熟児に対しても呼
吸・循環系の常時監視が行われ、或は最近周産期
死亡の最大の原因になりつつある突然死症候群等
のスクリーニングのために重要である。
In clinical practice, it is important to monitor respiratory rate or heart rate over a long period of time during surgery or with a device such as a CCU. In addition, constant monitoring of the respiratory and circulatory systems of premature infants is important, and screening for sudden death syndrome, which has recently become the largest cause of perinatal death, is important.

このための典型的な計測方法としては、被検者
に電極又はトランスジユーサを取付けてリード線
を導出することにより接触式で行つている。この
場合、導出されたリード線が看護の妨げになり、
また被検者に対する負担も大きい。
A typical measurement method for this purpose is a contact method in which an electrode or transducer is attached to the subject and a lead wire is led out. In this case, the lead wires may interfere with nursing care.
Moreover, the burden on the examinee is large.

そこで、最近では非接触式の計測方法として、
超音波を体表面に照射し、マイクロフオンで検出
した反射信号の位相変化から体表面変位として呼
吸波もしくは心拍波を検出するのが周知である。
しかしながら、この方法では空気のゆらぎに起因
する雑音が発生し、また体表面の不均一な動きに
起因する反射波の干渉のために高精度の測定が難
しいと云う問題がある。その他、マイクロ波を照
射する方法も周知であるが、同様に不均一な動き
による反射波の干渉のために誤差を生じ、装着も
複雑になる。
Therefore, recently, as a non-contact measurement method,
It is well known to irradiate the body surface with ultrasonic waves and detect respiratory waves or heartbeat waves as body surface displacement from the phase change of the reflected signal detected by a microphone.
However, this method has the problem that high-precision measurement is difficult due to noise caused by air fluctuations and interference of reflected waves caused by non-uniform movement of the body surface. In addition, a method of irradiating microwaves is well known, but similarly, errors occur due to interference of reflected waves due to non-uniform movement, and installation becomes complicated.

よつて、本発明は非接触式の簡単な構成で呼吸
数もしくは拍動数を高精度に計測する体表面変位
検出装置を提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a body surface displacement detection device that measures respiration rate or pulsation rate with high precision using a simple, non-contact configuration.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、この目的を達成するために、被検者
の体表面1に光ビームを照射する光源2と、その
反射した散乱光を集光レンズ4を通して入射させ
た光スポツトの位置を検出する光スポツト位置セ
ンサ10と、このセンサの検出信号から体表面変
位波を検出する体表面変位波検出回路14,17
と、所定時間に対するこの体表面変位波を計数す
る体表面変位数計数回路20,25とより構成し
た。尚、( )内の符号は、後述する実施例のも
のを引用してある。
In order to achieve this objective, the present invention detects the position of a light source 2 that irradiates a light beam onto the body surface 1 of a subject, and a light spot where the reflected scattered light is incident through a condenser lens 4. Optical spot position sensor 10 and body surface displacement wave detection circuits 14 and 17 that detect body surface displacement waves from the detection signal of this sensor.
and body surface displacement number counting circuits 20 and 25 that count the body surface displacement waves for a predetermined period of time. Note that the symbols in parentheses refer to those in the embodiment described later.

〔作用〕[Effect]

被検者の腹部、胸部もしくは背部の体表面1で
反射された光ビームの散乱光は集光して光スポツ
トとして光スポツト位置検出センサ10へ入射す
る。この光スポツトの入射位置は、呼吸又は心拍
動による体表面変位に応じて光ビームの反射位置
が変動することにより変位し、したがつて、光ス
ポツト位置検出センサ10は、その変位に対応し
た検出信号を出力する。体表面変位波検出回路1
4,17は、、この検出信号から雑音を含まない
所望の体表面変位波を検出し、所定時間について
その出力信号を体表面変位数計数回路20,25
に計数させる。
Scattered light of the light beam reflected by the body surface 1 of the abdomen, chest, or back of the subject is condensed and enters the light spot position detection sensor 10 as a light spot. The incident position of this light spot is displaced as the reflection position of the light beam changes according to body surface displacement due to respiration or heartbeat, and therefore the light spot position detection sensor 10 detects the position corresponding to the displacement. Output a signal. Body surface displacement wave detection circuit 1
4 and 17 detect a desired body surface displacement wave that does not include noise from this detection signal, and output the output signal for a predetermined time to body surface displacement number counting circuits 20 and 25.
count.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図乃至第3図は本発明の一実施例を示すも
ので、第1図において胸部1に向けて例えば10cm
離れた位置のレーザー光源2から例えば焦点距離
5cmフオーカスレンズ3を通して1mW程度の光
ビームを照射させる。その反射散乱光は集光レン
ズ4を通してスポツトとして集光され、光スポツ
ト位置センサ10へ入射する。このセンサは、中
心位置からの変位に応じた光電流をそれぞれ出力
する2個の電極を備えたそれ自体周知の半導体位
置検出素子(PSD)11と、それぞれの光電流
を電圧信号に変換するI/V変換回路12と、双
方の電極の電圧信号を光スポツトの入射位置に対
応して電圧レベルの変化する電圧信号に変換する
補正回路13とより構成されている。これらの光
学系2〜4,11は、例えばスタンドに取付けて
おき、インキユベータ内の未熟児に対しては透明
ケースを通して或は成人の場合には直接光を照射
する。
1 to 3 show an embodiment of the present invention. In FIG.
A light beam of approximately 1 mW is irradiated from a laser light source 2 located at a remote location through a focus lens 3 with a focal length of, for example, 5 cm. The reflected and scattered light is condensed into a spot through the condenser lens 4, and is incident on the optical spot position sensor 10. This sensor consists of a well-known semiconductor position sensing device (PSD) 11 having two electrodes each outputting a photocurrent depending on the displacement from the center position, and an I/O device that converts each photocurrent into a voltage signal. It is comprised of a /V conversion circuit 12 and a correction circuit 13 that converts the voltage signals of both electrodes into a voltage signal whose voltage level changes in accordance with the incident position of the light spot. These optical systems 2 to 4, 11 are mounted, for example, on a stand, and irradiate light through a transparent case to a premature baby in the incubator or directly to an adult baby.

14は呼吸波検出回路であり、補正回路13の
出力信号に含まれる雑音を除去するために通過帯
域が0.08〜2Hzのバンドパスフイルタ15と、こ
のフイルタを通つて入力する信号から呼吸波を検
出する呼吸波検出回路本体16とより構成されて
いる。この回路本体は、例えばそれ自体周知の第
2図に示す回路より構成する。17は心拍波検出
回路であり、同様に補正回路13の出力信号に含
まれる雑音を除去するために通過帯域が10〜20Hz
のバンドパスフイルタ18と、その出力信号をパ
ルス化する波形整形回路19より構成されてい
る。
Reference numeral 14 denotes a respiratory wave detection circuit, which includes a bandpass filter 15 with a pass band of 0.08 to 2 Hz to remove noise included in the output signal of the correction circuit 13, and detects respiratory waves from the signal input through this filter. The main body 16 is a respiratory wave detection circuit. This circuit body is constituted by, for example, the circuit shown in FIG. 2, which is well known per se. 17 is a heartbeat wave detection circuit, which also has a passband of 10 to 20Hz in order to remove noise included in the output signal of the correction circuit 13.
It is composed of a bandpass filter 18 and a waveform shaping circuit 19 that pulses its output signal.

20は所定時間についての呼吸数を計数する呼
吸数計数回路であり、呼吸波検出回路本体16の
出力信号を計数するカウンタ21と、その計数値
を保持するデータ保持回路22と、所定時間ごと
にクロツクを発生してカウンタ21のリセツト及
びデータ保持回路22のラツチを行わせるクロツ
ク発生回路23とより構成されている。25は所
定時間についての心拍数を計数する心拍数計数回
路であり、カウンタ26と、その計数値を保持す
るデータ保持回路27とより構成され、クロツク
発生回路23を共用している。
20 is a respiration rate counting circuit for counting the respiration rate for a predetermined period of time, which includes a counter 21 for counting the output signal of the respiratory wave detection circuit main body 16, a data holding circuit 22 for holding the counted value, and a respiration rate counting circuit for counting the respiration rate for a predetermined period of time. It consists of a clock generating circuit 23 which generates a clock to reset the counter 21 and latch the data holding circuit 22. A heart rate counting circuit 25 counts the heart rate for a predetermined period of time, and is composed of a counter 26 and a data holding circuit 27 that holds the counted value, and shares the clock generation circuit 23.

28はデータ保持回路22,27に保持された
呼吸数及び心拍数データを表示する表示部、29
はその記録を行う記録部である。
28 is a display section that displays the respiration rate and heart rate data held in the data holding circuits 22 and 27; 29;
is the recording section that performs the recording.

このように構成された呼吸数検出装置の動作
は、次の通りである。
The operation of the respiration rate detection device configured as described above is as follows.

胸部1は、レーザー光源2からフオーカスレン
ズ3を通して収束性の良い光ビームを連続的に照
射されている。入射した光ビームは胸部1で散乱
し、その反射散乱光は集光レンズ4で収束されて
PSD11に入射する。これにより、光スポツト
の入射位置は胸壁の呼吸及び心拍動による変位に
対応して変化する。したがつて、補正回路13か
らは胸壁変位に応じて電圧レベルの変化する信号
が出力される。
The chest 1 is continuously irradiated with a well-converged light beam from a laser light source 2 through a focus lens 3. The incident light beam is scattered by the chest 1, and the reflected and scattered light is converged by the condenser lens 4.
It enters PSD11. As a result, the incident position of the light spot changes in response to the displacement of the chest wall due to respiration and heartbeat. Therefore, the correction circuit 13 outputs a signal whose voltage level changes depending on the displacement of the chest wall.

呼吸波検出回路14に入力した補正回路13の
出力信号は、バンドパスフイルタ15において心
拍成分等を低減され、第2図に示す呼吸波検出回
路本体16に入力信号V1として供給される。
The output signal of the correction circuit 13 inputted to the respiratory wave detection circuit 14 has heartbeat components etc. reduced in a bandpass filter 15, and is supplied as an input signal V1 to the respiratory wave detection circuit main body 16 shown in FIG.

同図において、A1,A2は演算増幅器、A3
はコンパレータ、A4はインバータである。コン
パレータA3の出力信号V5が“1”のときにオ
ンになるアナログスイツチSW1、ダイオードD
1及びコンデンサC1でピークホールド回路を構
成し、出力信号V5が“0”のときにオンになる
アナログスイツチSW2、ダイオードD2及びコ
ンデンサC1でボトムホールド回路を構成してい
る。動作は周知の通りであるが、期間Aについて
説明すると、その直前に第3図に示すように、コ
ンパレータA3の出力信号V5が“1”になつて
いてピーク検出が行われていたとする。入力信号
V1を演算増幅器A1で反転させた反転信号V2
が、抵抗R3,R4で分圧されて演算増幅器A2
に入力し、そのピーク値がコンパレータA3の−
入力信号V4となる。コンパレータA3の+入力
信号V3は、反転信号V2と出力信号V5とが抵
抗R6,R7で分圧されて入力するために、反転
信号V2の降下によりコンパレータA3が反転し
て出力信号V5は“0”になる。これにより、ア
ナログスイツチSW2がオンになつてボトム検出
が行われる。コンパレータA3の+入力信号V3
は、反転信号V2と出力信号V5とが抵抗R6,
R7にて分圧され、ボトムレベルである−入力信
号を下廻る。反転信号V2が上昇すると、コンパ
レータA3が反転して出力信号V5は再び“1”
になる。これにより、コンパレータA3からは呼
吸波周期に対応した論理信号である出力信号V5
が出力される。
In the same figure, A1 and A2 are operational amplifiers, A3
is a comparator, and A4 is an inverter. Analog switch SW1 and diode D that are turned on when output signal V5 of comparator A3 is “1”
1 and capacitor C1 constitute a peak hold circuit, and analog switch SW2, which is turned on when output signal V5 is "0", diode D2 and capacitor C1 constitute a bottom hold circuit. The operation is well known, but to explain period A, it is assumed that just before that period, as shown in FIG. 3, the output signal V5 of comparator A3 had become "1" and peak detection was being performed. Inverted signal V2 obtained by inverting input signal V1 by operational amplifier A1
is divided by resistors R3 and R4, and the operational amplifier A2
and its peak value is input to comparator A3 -
This becomes the input signal V4. Since the +input signal V3 of the comparator A3 is inputted after the inverted signal V2 and the output signal V5 are divided by the resistors R6 and R7, the comparator A3 is inverted due to the fall of the inverted signal V2, and the output signal V5 is "0". "become. As a result, the analog switch SW2 is turned on and bottom detection is performed. +input signal V3 of comparator A3
In this case, the inverted signal V2 and the output signal V5 are connected to the resistor R6,
The voltage is divided at R7 and is at the bottom level - below the input signal. When the inverted signal V2 rises, the comparator A3 is inverted and the output signal V5 becomes "1" again.
become. As a result, comparator A3 outputs output signal V5, which is a logic signal corresponding to the respiratory wave cycle.
is output.

同様に、補正回路13の出力信号は心拍波検出
回路17にも入力し、バンドパスフイルタ18に
おいて呼吸波成分等の雑音を除去して心拍波のみ
を検出し、波形成形回路19で心拍周期に対応し
たパルスに変換される。
Similarly, the output signal of the correction circuit 13 is also input to the heartbeat wave detection circuit 17, and a bandpass filter 18 removes noise such as respiratory wave components to detect only the heartbeat wave. converted into corresponding pulses.

クロツク発生回路23は1分ごとにクロツクを
発生し、カウンタ21,26にその間の呼吸波信
号及び心拍波信号を計数させ、データ保持回路2
2,27に1分ごとに更新される呼吸数及び心拍
数データを保持させる。表示部28はその呼吸数
及び心拍数を数値表示し、記録部29は記録紙に
その連続記録を行う。
The clock generation circuit 23 generates a clock every minute, causes the counters 21 and 26 to count the respiratory wave signal and heartbeat wave signal during that time, and the data holding circuit 2
2, 27 to hold breathing rate and heart rate data that are updated every minute. The display section 28 numerically displays the breathing rate and heart rate, and the recording section 29 continuously records them on recording paper.

尚、前述の実施例において回路部分14〜1
6,21〜22又は回路部分17,25を廃止す
ることにより、心拍数検出装置又は呼吸数検出装
置のみとして構成することもできる。光スポツト
変位センサ10としては、CCD型等のイメージ
センサを用い、その撮像面の読出し走査を行うこ
とにより撮像面における光スポツト位置の変位を
検出しても良い。光ビームの光源としてはLED
を用いることも考えられる。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the circuit portions 14 to 1
By eliminating circuit portions 6, 21 to 22 or circuit portions 17, 25, it is also possible to configure only a heart rate detection device or a respiration rate detection device. As the optical spot displacement sensor 10, an image sensor such as a CCD type may be used, and the displacement of the optical spot position on the imaging surface may be detected by reading and scanning the imaging surface. LED as the light source of the light beam
It is also possible to use

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、本発明により体表面変位に応動する反射
光スポツトの変位を検出することにより、非接触
式のあらゆる利点を保持し得ると共に、光式であ
るためにスポツト径を容易に小さくすることがで
き、したがつて超音波及びマイクロ波に比べて干
渉が少なくなるために測定精度が向上する。同様
に、スポツト径が小さくできることから、衣服を
身に付けていてその表面形状が不規則であつたと
しても、干渉を生じ難いので衣服を介しても確実
に体表面変位を検出できる。また、光を利用する
ことから周辺機器へ妨害を与える問題も一掃され
る。
As described above, by detecting the displacement of the reflected light spot in response to body surface displacement according to the present invention, all the advantages of the non-contact type can be maintained, and since it is an optical type, the spot diameter can be easily reduced. , therefore, measurement accuracy is improved since there is less interference compared to ultrasonic waves and microwaves. Similarly, since the spot diameter can be made small, even if the person is wearing clothes and the surface shape is irregular, interference is unlikely to occur, so body surface displacement can be reliably detected even through the clothes. Furthermore, since light is used, the problem of interference with peripheral devices is eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による非接触式体表
面変位検出装置の光学系及び付属回路の構成を示
す図、第2図は同実施例の呼吸波検出回路本体の
回路構成を例示する図及び第3図は第2図の各部
の電圧関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the optical system and attached circuit of a non-contact body surface displacement detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the circuit configuration of the respiratory wave detection circuit main body of the same embodiment. The figure and FIG. 3 are diagrams showing the voltage relationship of each part in FIG. 2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被検者の体表面に光ビームを照射する光源
と、その反射した散乱光を集光レンズを通して形
成された光スポツトの位置を検出する光スポツト
位置センサと、このセンサの検出信号から体表面
変位波を検出する体表面変位波検出回路と、所定
時間に対する前記体表面変位波検出回路の出力信
号を計数する体表面変位数計数回路とを備えて成
る非接触式体表面変位検出装置。
1. A light source that irradiates a light beam onto the body surface of the subject, a light spot position sensor that detects the position of the light spot formed by passing the reflected scattered light through a condensing lens, and a detection signal from this sensor that detects the position of the body surface. A non-contact body surface displacement detection device comprising: a body surface displacement wave detection circuit that detects a displacement wave; and a body surface displacement number counting circuit that counts output signals of the body surface displacement wave detection circuit for a predetermined period of time.
JP62045120A 1987-03-02 1987-03-02 Non-contact type body surface potential detector Granted JPS63212330A (en)

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JPS63212330A JPS63212330A (en) 1988-09-05
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JP2010231663A (en) * 2009-03-27 2010-10-14 Taisei Denshi Seisakusho:Kk Human body abnormality discriminating device

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