JPH03500974A - 人間の呼吸を監視する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人澗の・　−°および装−闇 ［技術分野］ この発明は、特に乳幼児や寝たきり患者の睡眠中の呼吸不全や呼吸停止または呼 吸困難等を検知する目的で個人の呼吸を監視する方法および装置に関するもので ある。

［背景技術］ 多くの場合、呼吸の自動性の機能不全に基く生後数週間から２歳位迄の年令の乳 幼児や新生児の急死が記録されている。これら呼吸停止の場合の約７５％は同等 注意の兆候が無い。

この様な場合の早期の検知は新生児等の正常な呼吸の恒久的な監視を従って必要 とする。このために、２つの範喘に分類できる種々な装置が提案されている。

第１の型の検知装置は人体との直接的な接触を必要としている。これら装置は、 胸部拡張の変化（伸長計、ホール効果センサー等）や、新生児を支持するマツト レスの下の圧力の分布の変化（容量、抵抗、誘導効果センサーや部分圧力測定セ ンサー）を記録する変換トランスデユーサを必要とする。第１の装置は使用が特 別に便宜ではなく、眠っている新生児と検知装置の間に行われねばならない恒久 的な接続に起因する事故の発生が見られ、他方、第２の装置は新生児のベットに センサーの網を取り付ける必要性のなめに高価であり、非常に高い感度のセンサ ーに頼るよう造られても信頼性が乏しい。

第２の型の装置は人体との直接接触を必要としないので、新生児や乳幼児等の睡 眠中の動きに煩わされない利点がある。これらの装置は呼吸の検知（サーミスタ ー、赤外線光検知器等）に基くよう出来るが、これら装置は人体の重要な動き（ 前後または横方向の回転）の場合に失敗を生じるようになる。他の装置は超音波 、赤外線または他の容量測定センサーを使用しており、これらセンサーは状態が 比較的静かな時、すなわち人体の動きだけが新生児等の呼吸に基いている時、に 良好に取り付けられるが、新生児等が供給する情報は人体が観察分野内にて動く 時に使用するのが一層困難である。

接触なく検知する装置の中で、個人の人体がマイクロ波放射を受ける監視装置が フランス国特許願第２，１４１．０４．７号明細書にて知られている。

個人の呼吸における様に、反射した放射の周波数が胸部殻壁の動きのために入射 放射の周波数と各々の場合に異なり、照射されたマイクロ波と受けたマイクロ波 との間の周波数の違いは各々の場合の呼吸サイクルにおける胸部の動きの電流量 を表す信号に変換される。

もし、この信号の値が一定限度以下に低下したり、この状態が予定された時間間 隔を越えて続くならば、警報が発せられて呼吸停止を合図する。

従って、装置は非常に狭い周波数範囲内にて作動して指示して放射するマイクロ 波放射源を有している。

マイクロ波技術に頼ることは比較的高価で且つ多量の電気エネルギを消費する空 気、電気供給回路および電子処理回路等の装置を必要とする。

使用が困難で、相当な注意を取るよう所要されるので、得られる結果は監視の下 での個人の回りを動く人々の動きによって偽わられることがなく、且つ過度な値 の放射エネルギを受けない、更に、マイクロ波放射に対する延長された露出の結 果が特に幼児に関しては十分に理解されない。

［発明の開示〕 この発明は、従来技術の欠点を解決することが出来る、個人の呼吸を監視する方 法と装置を提供するよう意図している。

上述した呼吸の場合に含まれる危険の要因が知られていないので、誕生後の非常 に大きなスケールにおける幼児の監視だけが有効な防止を確実にしている。従っ て、病院と家庭の両方にて監視すべき乳幼児の呼吸を可能にし、呼吸不全や呼吸 停止または呼吸困難を早期に検出し、この様な検出に応答した警報を発生する装 置が必要である。この様な装置は総ての寝台機構に適合できて、調節を必要とせ ずに、使用が容易で且つ安価でなければならない。

このために、この発明は、各人の体が分野にて少なくとも受けることに従って、 各人の動きにより分野に生じる乱れが検出されて、分野を乱す動きの度合が予定 値よりも大きな期間に予定制限以下に低下する時に警報が発せられる各人の呼吸 を監視する方法に関するもので、各人の体を光束に少なくとも部分的に露呈して 、光束に露呈される空間の少なくとも１つの領域の像を一組の光感知部材に形成 し、光感知部材に関連した光学装置の観察視野に含まれ、呼吸に関連した疑似周 期的動きを表すようし易い個人の体の少なくとも・一部を該領域に含み、該て構 成される像の点の灰色値を測定記録し、該領域の連続した像を記録すべく予定さ れた循環や読取り周波数にて該測定と記録を繰返し、連続する像の対応する点の 灰色値を比較して、十分な変化の無い或は比較された連続する像の点の灰色値の 空間分布の異常な変化の有る個人の呼吸不全や呼吸停止や呼吸困難を検出するこ とから成ることを特徴としている。

この発明に従った方法は、発光光束の存在の元で監視される個人の観察から構成 されている。この光束は存在する光線から成ることが出来るし、或は可視または 非可視範囲の非常に幅広いスペクトルを有し且つ観察分野が重要なだけなので必 然的に支配されない発光源によって発生できる。

この発明に従った監視方法は周期的および連続的（フランス国特許第２，１４７ ，０４７号におけるように連続しない）で、個人の体の一部の発光像が一組の光 感知部材に受けられてこの像の点の灰色値の記録によって標準時間間隔で読取ら れる。

一連の記録された像が従って得られ、灰色値の空間分布が一組になって比較され 、もし空間分布が同じならば、これは個人が動かず最早呼吸していないことを意 味している。組毎に行われる像の灰色値の空間分布のこの比較特性はフランス国 特許第２，１４７，０４７号からは完全に知られていない。

この発明に従った方法によって、個人を照射する発光光束の輝度の変化を解決す るように出来、この様な変化は絶対値に影響するが相対値、従って灰色値の空間 分布には影響しないことを注意するのが重要である。これら変化は従って従前は 無視出来たし、平均灰色値の必要な修正を技術的に行うためにこの様な変化を測 定出来る。

両者の場合に、比較される２つの像の間の場面の照明状態にて起こる変化に拘わ らず、個人の動きの無いことを“受動的”検出するよう従って出来る。

この発明の１つの特徴に従えば、方法は、個人が動くように出来る決められた空 間′の幾つかの決められた観察領域の像の重なりが有る複合像を一組の光感知部 材に形成してこれら複合像を比較することから成っている。

別の特徴に依れば、観察領域は、この空間内の個人のいがな位置にても呼吸に関 連した動きを示すよう出来る体の一部が観察領域の少なくとも１つに位置される ような具合に空間内に分布される。

問題の空間は幼児が寝ているベッドとすることが出来る。観察される領域の賢明 な分布の選択と一組の光感頬部材上のこれら異なった領域の像の重ねによって、 観察分野と監視装置の費用が制限されると共に、ベッド内の幼児の位置に拘わら ず呼吸不全や呼吸停止が検出できることを確実にしている。

像が形成される個人の部分は、照明状態の変化に基く灰色値変化を避けるために はゾ実質的な一定の照明の元が好適である。

また、この発明は決められた空間内を動くよう出来る個人の呼吸を監視する装置 に関するもので、−組の光感頬部材上に該空間の少なくとも１つの領域の像を形 成するレンズと、光感知部材を制御および読取る回路と、光感知部材により連続 的に供給される信号を比較して個人の呼吸に基く信号の十分または異常な変化を 決めるマイクロプロセッサ−の様な情報処理装置と、十分な変化の不在または異 常な変化の存在の決定に応答して情報処理装置によって作動される警報装置とを 備えたことを特徴としている。

推奨実施例に従って、監視装置は、空間の幾っがの決められた領域の像の重ねを 成す複合像を一組の光感知部材に形成するプリズムの様な光学装置を備えている 。

更に別の特徴に従えば、監視装置は非可視範囲の赤外線放射の発光源を備えてい る。幼児が寝ている室が暗くなる時に、この解決法は幼児の睡眠を妨げることな く監視装置の観察分野のはり一定な照明を確実にする。

メゾイカｌし・アンド・バイオロジカル・エンジニアリング・アンド・コンピユ ーテイングの１９８６年３月号、第１９３−１９６頁、ＩＦＭＢＥのスティーブ エネッジ・ハーブとエッチ・ティクタール等の“試験管内の毛様体の鼓動の測定 、伝達された光波術のテレビジョン−ビデオ変換”の記事から、ビデオカメラや 顕微鏡とビデオを用いてビデオスクリーンに見られる拡大された像の毛様体細胞 の動きを観察する毛様体細胞の鼓動を測定することが既に知られているのが注意 される。

併し乍ら、これは、記事に与えられた例に従って、観察される細胞が０．２ミク ロン幅と６ミクロン長さであるので、高性！顕微鏡の使用を必要とする実験室技 術である。

この発明に到達するために、ティクタール等による記事や７ランス国特許第２． １４ｉ、０４７号明細書における様にこの様な異なった技術を組合せるよう医学 用監視装置の熟練者に明らかでなく、いずれの場合にも、この組合せは、監視下 の個人の体の一部の連続した像の灰色値の空間分布を比較することを教えていな い。

この発明の他の特徴と利点は、単に例示されるのみで添付図面により図示される 実施例に就いての以下の詳細な説明から明らかになろう。

［図面の簡単な説明］ 第１図は簡易寝台上のこの発明に従った監視装置の概要図、 第２図はこの発明に従った監視装置の主構成部材を示す概要図、 第３図は第１図は監視装置の観察領域の分布を示す概要図、 第４ａおよび４ｂ図はこの発明に従った監視方法の主工程の時間経過を示すグラ フ、 である。

［発明を実施するための最良の形Ｒ］ 第１図を先ず参照するに、この発明に従った監視装置１０は、例えば監視すべき 新生児１３が寝かされるべ・７ド１２の上方に・−組の脚１１によって配置され る。もし。

ベッドの特性が許すならば、この監視装置１０がベッドの傍に配置できることは 言うまでもない、実際の監視装置１０に関連して部分的光線や音警報装置１４と 遠隔警報装置１５が反対側に配置される。監視装置１０と遠隔警報装置１５との 間の接続は、例えばインターホーンや特別な或は通常の情報伝達チャンネル（例 えば、電気網を介して）の様な適宜な装置によって設けることが出来る。

監視装置１０の主な構成部材が第２図に関連して説明されよう、監視装置１０は 、新生児１３が寝ているベッド１２が置かれる観察視野内にカメラレンズの様な レンズ１６を有している。

レンズ１６は、例えば５１２または１０２４とすることが出来る充填転換光検出 器の様な光感細部材１９のバーまたは列１７から好適に成る一組の光感知素子す なわち光感細部材と関連している。

レンズ１６は光感細部材１９の列１７の上に監視視野内に含まれる空間の平面の 像を形成し、この平面は第２図の図面の平面に一致している。レンズ１６と列１ ７の位置は互いに且つベッド１２に関連して、胸部や腹部の呼吸に関連した動き を示すよう出来る新生児１３の身体の一部が置かれるベッドの領域内のベッド１ ２のマツトレスの表面によって区画される平面と観察空所の平面が交差するよう な具合に選ばれる。

併し乍ら、新生児は睡眠中にベッド上を動き易いので、ベッド上の新生児のどん な位置にても胸部や腹部の一部の像が列１７上に形成される様な具合に配分され るベッド１２の幾つかの異なった領域の像を形成するのが好適である。従って、 第３図の実施例に従って、ベッド１２の長さに関連して横方向に延びる３つの平 面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に沿って像を形成するためにプリズム１８の様な補足的光学 装置がレンズ１６と関連している。３つのバンド２１．２２．２３の像が挿入さ れて、光検出器の列１７上に複合像を生じる様な具合にレンズ１６、】８が設け られる。

勿論、これは、観察される空間の平面の数と、互いに且つ新生児が寝ているマツ トレスの平面Ｐに対するこれら平面の方向との両方に関して多くの変形例が可能 である特別な実施例である。これら種々のパラメータは、ベッド１２内の乳幼児 のどんな位置においても乳幼児の胸部または腹部の一部の少なくとも１つの像が 光検出器のバー１７の上に形成されることを確実にするために乳幼児等における ベッド１２の寸法の関数として省略できる。

併し乍ら、この結果、重要な像（呼吸に関連した動きを示す子供の身体の一部） と重要でない像（幼児の身体の一部も無かったり或は呼吸と関連した動きを示さ ない幼児の体の部分のあるベッドの領域の観察）の重ね位置によって装置の感度 の過度な減少の危険を為すので、バー１７上の重なった像の数を過度に増大する 何の理由もない、実際に、バー１７の各光検出器は異なった平面の観察にて形成 される重なった像の平均の一致点に感応する。

バー１７の光検出器１９は符号２０によって示される回路と関連しており、光検 出器１９の充填を測定または読取る回路と、光検出器１９の積分時間または読取 周波数を決定する少なくとも１つの時計とを有している。読取回路は、光検出器 １９からの出力信号の処理と回路２０の制御とを行うマイクロプロセッサ−２２ にアナログ・デジタル変換器２１を介して接続される。

このマイクロプロセッサ−２２は回路２０によってバンド２１の実質的に一定な 照射を為す照明装置２３と、バー１７上に形成される像とをまた制御する。照明 装置２３は、可視範囲内に無いが光検出器１９の感応範囲内にある波長で上述し た領域を照射する一組の光照射ダイオードから好適に成っている。非可視赤外線 による照明は、光検出器の感度によって要求される強度にて幼児を損傷せず、幼 児１３を覆うことが出来る多種類の材料に相当な量の反射を有する利点を持って いる。照明装置がもし交流電圧源によって電圧供給され１ば、光検出器の読取周 波数は電圧源の周波数に等しいか或は２の約数としなければならないので、光検 出器の灰色値は電源位相と無関係である０例として、２０ヘルツの読取周波数は ５０ヘルツおよび６０ヘルツの電圧源と両立できる。

照明装置２３または発光源は光検出器のバー１７の直ぐ近くに配置できるし、或 はまた幼児の呼吸サイクル中に形成される１つの像と同一領域の像との間の輝度 の相違の増大に対して観察領域の影の形成によって比較するために異なった観察 領域Ｚｌ、Ｚ２、Ｚ３を斜めに照明するような具合に光検出器から僅かな即離に 出来る。幼児の呼吸と関連した幼児の体の動きを感知できないように為す毛布や 衣服によって幼児が成るべく覆われない点に注意されるべきである。幼児は、例 えば密着した衣服を纏うことが出来る。他方、特別な照明装置が無い時には、発 光源は自然光とすることが出来る。この場合に、感度制御装置は、光検出器によ って見られる平均灰色値が実質的に一定で光状態と無関係であるよううに設ける ことが出来る。

更に、マイクロプロセッサ−２２は監視装置に関連した光または音警報装置１４ と遠隔警報装置１５とに接続される。これら部分警報または遠隔警報装置は最早 呼吸を検出しない時にマイクロプロセッサ−２２によって作動される。

この発明に従った方法の主工程と装置の機能が第４Ａ、４Ｂ図を参照して説明さ れよう。

第４Ａ、４Ｂ図の曲線ａ、ｂは、予定された時間間隔によって隔てられる２つの 瞬間のバー１７の基本的光検出器１９の読取りによって得られるビデオ信号を示 す。

各自１ｉａ、ｂは光検出器１９の組によって見られる灰色値を示す、観察される 場面が２つの観察時間の間は変化しない時には、照明が実質的に一定であるとす れば、曲線ａ、ｂは同一（第４Ｂ図）である、対照するに、呼吸の動きがある時 には、対応する光検出器（第４Ａ図）によって見られる灰色値の空間的分布内の 変化によって反射される。従って、光検出器によって観察される灰色値の空間的 分布内の変化の検出は呼吸に関連した体の動きを強調するように出来、従って、 この様な動きや異常な特性が無ければ警報装置の作動に起因する。

光検出器１９によって供給されるビデオ信号の処理は大体以下の通りである。

曲１１ａ、ｂによって示される様な２つの連続信号が比較されて、その差が曲線 Ｃによって示される信号を表す。

この信号が曲線ｄに増幅され、従って直線化されて、光検出器１９の残留ノイズ の除去を許す予定の限界との比較によって２進信号に変換される０曲線ｅによっ て示される結果的な信号は相対的に相当な幅の第１のノツチすなわちエコー２４ （第４Ａ図）と遥かに狭い幅の第２のノツチすなわちエコー２５と比較される。

この信号は従って呼吸に関連した動きに対応する第１のエコー２４（曲線ｆ）だ けを維持すると共に、観察分野内の幼児の動きの場合の様な動きに対応するよう 波長が非常に短い第２のエコー２５を除去するためにフィルターに供給される。

詳細には、この発明に従った方法での種々な作用の時間経過は以下の通りである 。

光検出器１９のバー１７上に形成される像は予定の周波数で読取られ、連続走査 される光検出器１９の組が第４Ａ、４Ｂ図のビデオ信号ａ、ｂを発生する０回路 ２０によって読取られて変換器２１によってデジタル化されるこれら信号は、読 取周波数に最も等しくてこの読取周波数の約数を度々なす周波数でマイクロプロ セッサ−２２によって記録される。

例えば、この時間間隔が３秒で、記録がいつも０．５秒得られる様な記録周波数 であると仮定する。言い換えれば、０時間で記録される第１信号が３秒後に丁度 記録された信号と比較されて、時間ｔ＝３秒で記録された信号を与えるように増 幅、直線化、連続信号への変換、ろ過等を第４図に就いて説明された様に、信号 の差が達成される１時間ｔ＝０．５秒で記録された信号が時間ｔ＝３．５秒で記 録された信号と比較される。

結果が負（呼吸していない）である時に、次の工程は次の結果を予定された回数 または予定された時間を蓄積すること、無呼吸が呼吸阻止でなく呼吸停止に対応 しないことを示す予定された連続した数の負の結果の後に警報を与えることから 成っている。この累積された数の静的像が経験的に決められてマイクロプロセッ サ２２に蓄積されるか、或は監視装置１０に設けられた手動セレクタ２４（第１ 図）によって設定されるかいずれかの受容される呼吸停止の期間に対応する。

説明された実施例は単に例示だけで、この発明の範囲から逸脱することなく同等 の技術の置換によって特に変更できることは言うまでもない。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　２年　５月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、個人の体が観察分野にて少なくとも部分的に照射を受けることに従って、個 人の動きにより照射分野に生じられる乱れが検出されて観察分野を乱す動く度合 が予定値以上に長い時間の制限値以下に低下した時に警報が発生される個人の呼 吸を監視する方法において、発光光束に少なくとも部分的に個人の体を露呈し、 呼吸に関連した準周期的動きを示して予定された循環または読取周波数によって 像の点の灰色値を測定するよう出来る個人（１３）の体の少なくとも一部の像を 一組の光感知部材（１７）に形成し、連続した像の対応する点の灰色値を比較し 、十分な変化の不在または比較される連続した像の点の灰色値の空間分布の異常 な変化の存在の下にて個人の呼吸不全や呼吸停止または呼吸困難を検出すること から成ることを特徴とする呼吸を監視する方法。 ２、個人が動くことが出来る決められた空間（１２）の幾つかの決められた観察 領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の像の重なりを成す複合像を一組の光感知部材（１７ ）上に形成し、該複合像を比較することを特徴とする請求項１記載の監視方法。 ３．空間内の個人（１３）の如何な位置にても呼吸に関連した動きを示すように 出来る体の一部が少なくとも領域の１つに位置されるような具合に領域（Ｐ１、 Ｐ２、Ｐ３）が空間（１２）内に配分されることを特徴とする請求項１記載の監 視方法。 ４、読取周波数の約数である周波数にて連続する像を記録し、決められた数の記 録された像により互いに分離された連続記録された像を組にて比較することから 成る請求項１〜３いずれか１つ記載の監視方法。 ５、記録された各像の総ての点の灰色値を示すアナログ電気信号を形成し、２つ の記録された連続した像の電気信号を比較し、比較される信号の大きさの間の十 分な相違の不在にて呼吸不全を検知することから成るのを特徴とする請求項４記 載の監視方法。 ６、比較される信号間に相違を達成し、得られた信号の差を決められた制限値で の比較によって増幅および直線化して数字に変換し、呼吸の動きに対応するよう 大きさの小さ過ぎる信号を除去するために該選択信号をろ波することから成るの を特徴とする請求項５記載の監視方法。 ７、個人の呼吸サイクルの休止に特に基く誤った結果値を除去するために決めら れた数の連続比較値を比較することから成るのを特徴とする請求項４〜６項いず れか１つ記載の監視方法。 ８、個人の各呼吸サイクル中の幾つかの連続した像を比較することから成るのを 特徴とする請求項４〜７いずれか１つ記載の監視方法。 ９、像が形成される個人の部分の実質的に一定な照明を設けることから成るのを 特徴とする請求項１〜８いずれか１つ記載の監視方法。 １０、照明が交流電圧源により供給される発光源によって設けられる場合に、読 取周波数が交流電圧源の周波数に等しいか或は２倍の積分約数であることを特徴 とする請求項９記載の監視方法。 １１、一組（１７）の光感知部材（１９）の上に決められた空間の少なくとも１ つの領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の像を形成するレンズ（１６）、光感知部材を制 御および読取るための回路（２０）、アナログ・デジタル変換器（２１）、光感 知部材（１９）によって連続的に供給される信号を比較して個人の呼吸に基いて いる信号の十分な或は異常な変化を検知するためのマイクロプロセッサーの様な 情報処理装置（２２）、十分な変化の不在または異常な変化の存在の検知に応答 して情報処理装置により作動される警報装置（１４、１５）から成ることを特徴 とする、決められた空間内を動くよう為す個人の呼吸を監視する装置。 １２、光感知部材の読取周波数の約数である周波数にて光感知部材により供給さ れる信号を読取る装置、決められた数の信号により互いに分離される連続記録信 号を組にて比較する装置を備えたことを特徴とする請求項１１記載の監視装置。 １３、比較された信号の差の２進信号に変換する回路、不十分な差を除去するた めのろ波器網を備えたことを特徴とする請求項１２記載の監視装置。 １４、得られた決められた数の連続値を比較すると共に誤った値を除去するため の装置を備えたことを特徴とする請求項１１〜１３項いずれか１つ記載の監視装 置。 １５、決められた空間の幾つかの決められた領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の像の重 なりを成す複合像を一組（１７）の感知部材上に形成するための光学装置（１８ ）を備えたことを特徴とする請求項１１〜１４いずれか１つ記載の監視装置。 １６、光学装置がプリズム（１８）から成ることを特徴とする請求項１５記載の 監視装置。 １７、非可視範囲の赤外線照射の発光源（２３）を備えたことを特徴とする請求 項１１〜１７いずれか１つ記載の監視装置。