JPH05168604A - 常時心拍モニタシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外部の電磁ノイズの影響を受けやすい電磁誘導
による心拍信号の伝送の途中で生じるエラーを訂正し、
安定した状態で心拍数を算出し、異常を検出する。 【構成】モニタ対象者の身体に直接取付けられる検出器
1 においてセンサで検知した心拍信号を予め特定される
パターンに従って規則化してから送信し、この検出器1
から送信されてくる心拍信号を受信する受信器2 におい
て心拍信号を上記パターンに従ってノイズ除去、補間等
のエラー訂正を行なった後に異常検出等の必要な処理を
実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、モニタ対象者の心拍
を常時モニタリングし、心拍に異常があった場合にこれ
を検知してしかるべき報知を行なう常時心拍モニタシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より例えば心臓疾患のある人をモニ
タ対象者として、心臓近傍に心拍を検出する心拍検出器
を直接装着し、この検出器で検出した心拍信号を電磁誘
導を利用したワイヤレス信号伝送方式により送信し、こ
の送信された心拍信号を例えば手首に装着した腕時計型
の受信器で受信し、心拍に同期した一定期間のパルス信
号に変換して搬送周波数に重畳し、管理装置に対して送
信する常時心拍モニタシステムが使用されていた。この
種のモニタシステムでは、心拍を検出する検出器と検出
した心拍信号を受信する受信器との間、該受信器と管理
装置との間の接続がそれぞれワイヤレス方式であるが故
に、特定された範囲内であればモニタ対象者の行動を拘
束することなく、有効に使用することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような常時心拍モニタシステムでは、心拍を検出する検
出器と検出した心拍信号を受信する受信器との間を電磁
誘導で接続しているため、外部の電磁ノイズの影響を受
けやすく、受信器側で心拍値を間違えてしまうという不
具合が多発していた。

【０００４】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、心拍信号の伝送
途中で生じるエラーを訂正して安定した状態での心拍数
の算出を行なうことが可能な常時心拍モニタシステムを
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】すなわちこの発
明は、モニタ対象者の身体に直接取付けられる検出器に
おいてセンサで検知した心拍信号を予め特定されるパタ
ーンに従って規則化してから送信し、この検出器から送
信されてくる心拍信号を受信する受信器において心拍信
号を上記パターンに従ってノイズ除去、補間等のエラー
訂正を行なった後に必要な処理を実行するようにしたも
ので、外部の電磁ノイズの影響を受けやすい電磁誘導に
よる心拍信号の伝送の途中で生じるエラーを訂正し、安
定した状態で心拍数の算出や異常の検出を行なうことが
できる。

【０００６】

【実施例】以下図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。

【０００７】図１はその外観構成を示すもので、 1がモ
ニタ対象者の身体で心拍の検出を確実に行なうことがで
きる部位、例えば左胸下部に直接取付けられ、検出した
心拍信号を電磁誘導（図では「ＥＭ」と示す）により送
信する検出器、 2が同じくモニタ対象者の例えば左手首
に装着され、上記検出器1 からの電磁誘導による心拍信
号を受けてその心拍数を表示すると共に、該心拍信号の
エラー訂正を行なって安定化させた後に心拍の異常判断
を行ない、異常があれば異常が発生したことを示す信号
を搬送周波数（図では「ＲＦ」と示す）に重畳して無線
送信する受信器、 3は例えば電話機4 に接続され、１
台、または複数台の受信器2 から送られてくる搬送周波
数に重畳された異常発生信号を受信して医師や看護婦に
通電、報知する管理装置であり、これら検出器1 、受信
器2 及び管理装置3 より本発明の一実施例に係る常時心
拍モニタシステムが構成される。

【０００８】図２は上記検出器1 と受信器2 のモニタ対
象者5 への装着状態を示すもので有る。同図に示すよう
に、検出器1 はバンド6 等によりモニタ対象者5 の身体
で心拍の検出を確実に行なうことができる部位である左
胸下部に固定して装着され、その表面に突出した一対の
電極1a，1bが心臓直上部の皮膚に接触するようになって
いる。この検出器1 で検出された心拍は予め特定された
パターンに信号化され、電磁誘導により例えば７０〜８
０cmの有効範囲内に送信されるもので、この電磁誘導に
よる信号が同モニタ対象者5 の左腕手首に装着された腕
時計状の受信器2 で受信される。

【０００９】受信器2 は、受信した電磁誘導による心拍
信号を上記パターンに従ってノイズ除去、補間のエラー
訂正を行ない、その後に上記パターンと逆のパターン化
により元の心拍信号に戻してから心拍数の算出、不整脈
等の異常の有無を判断し、異常があれば、ここでは図示
しない管理装置3 に対して異常が発生したことを示す信
号を無線送信する。

【００１０】次いで図３により上記検出器1 内に設けら
れる電子回路の構成を示す。図中、11は心拍検出部であ
り、モニタ対象者5 の該当部位に当接された上記一対の
電極1a，1bから得られる人体の筋電位差を増幅し、フィ
ルタリングして心拍信号ａを生成し、ＥＭ送信制御部12
に出力する。

【００１１】このＥＭ送信制御部12は、内部に発振回路
12ａを備え、また外付けでコンデンサ13と抵抗14とが直
列接続されるもので、心拍検出部11からの心拍信号ａを
パターン化した心拍信号ｂに変換し、抵抗15を介してＮ
ＰＮ型のトランジスタ16のベース電極に送出する。

【００１２】このトランジスタ16のコレクタ電極とエミ
ッタ電極間にはコンデンサ17が接続され、該コレクタ電
極が電磁誘導コイル18の一端に接続されると共に、該エ
ミッタ電極がＥＭ送信制御部12と接続される。電磁誘導
コイル18の他端とコンデンサ20の一端に抵抗19を介して
電圧ＶCCが印加され、コンデンサ20の他端が上記トラン
ジスタ16のエミッタ電極に接続される。

【００１３】さらに、上記ＥＭ送信制御部12内の回路構
成を図４で示す。同図で心拍検出部11からの心拍信号ａ
は心拍パルスカウンタ21のクロック端子ＣＫ、２個のノ
ア回路で構成されるフリップフロップ（以下「Ｆ／Ｆ」
と略称する）22のリセット端子、クロックカウンタ23の
リセット端子Ｒに入力される。また、基本クロックｃが
アンド回路24，25にそれぞれ入力される。

【００１４】心拍パルスカウンタ21は、心拍信号ａのパ
ルスを順次カウントするｎ進カウンタであり、ここでは
３進カウンタとして（ｎ＝３）動作するもので、そのカ
ウント値ｇは一致回路26に読出される。上記Ｆ／Ｆ22の
セット端子には上記一致回路26からの一致信号ｄが入力
され、その反転出力が上記アンド回路24にゲート制御の
ための信号として入力される。アンド回路24はクロック
ゲートとして動作するもので、その出力は上記クロック
カウンタ23のクロック端子ＣＫに入力される。

【００１５】クロックカウンタ23は、心拍信号ａにより
リセットされた後にアンド回路24を介して入力される基
本クロックｃをカウントする４ビットカウンタであり、
その上位２ビットがカウント値ｆとして上記一致回路26
に読出される。

【００１６】一致回路26は、心拍パルスカウンタ21から
のカウント値ｇとクロックカウンタ23からのカウント値
ｆとの一致比較を行ない、一致した際には一致信号ｄを
上記Ｆ／Ｆ22のセット端子とインバータ27を介して反転
して上記アンド回路25へ送出する。しかして、アンド回
路25の出力が心拍信号ｂとして上記抵抗15を介してトラ
ンジスタ16のベース電極に送られる。

【００１７】次いで上記受信器2 内部の回路構成を図５
に示す。同図で、検出器1 の電磁誘導コイル18による電
磁誘導はＥＭ受信部31にコンデンサ33と並列接続された
電磁誘導コイル32により周波数選択されて受信され、Ｅ
Ｍ受信部31でパルス信号化されてＣＰＵ34へ送られる。

【００１８】ＣＰＵ34は、ＥＭ受信部31からの信号によ
り受信器2 内の他の各回路の動作制御を行なうもので、
心拍数の演算等を行なう演算部35、計時動作を行なう計
時部36、心拍数を保持する心拍数レジスタ（図では「Ｈ
Ｒ」と示す）37、ＥＭ受信部31からのパルス信号数をカ
ウントするパルスカウンタ38、ＥＭ受信部31からの信号
を逆パターン化するためのｔn レジスタ39ａ、ｐn レジ
スタ39ｂ、ｔn-1 レジスタ39ｃ及びｐn-1 レジスタ39ｄ
を備えたレジスタ部39と接続され、また液晶表示素子で
構成される表示部40に時刻や心拍数等の表示データを、
ＲＦ送信部41に異常発生信号をそれぞれ出力する。ＲＦ
送信部41は、ＣＰＵ34から送られてきた異常発生信号を
搬送周波数に重畳してここでは図示しない管理装置3 に
送信する。次に上記実施例の動作について述べる。まず
検出器1 のＥＭ送信制御部12において心拍信号ａからパ
ターン化した心拍信号ｂを作成する際の動作について図
６を用いて説明する。

【００１９】まず、図６（１）に示すように心拍検出部
11から与えられる心拍信号ａのパルスは、ＥＭ送信制御
部12内において３進カウンタである心拍パルスカウンタ
21でカウントされて図６（４）に示すようにそのカウン
ト値を初期値である「１」とすると共に、Ｆ／Ｆ22とク
ロックカウンタ23とをリセットする。

【００２０】Ｆ／Ｆ22がリセットされることによりアン
ド回路24のゲートが開状態となり、図６（２）に示す基
本クロックｃがこのアンド回路24を介して図６（３）に
示すようにクロックカウンタ23でカウントされる。

【００２１】このクロックカウンタ23は上述した如く４
ビットカウンタであり、その上位２ビットが上記一致回
路26にカウント値ｆとして一致回路26に送出されている
もので、そのカウント値が「０（００００）」〜「３
（００１１）」である間、上位２ビットの値は「００」
となる。したがって、一致回路26においては心拍パルス
カウンタ21のカウント値「１」とクロックカウンタ23の
カウント値が一致しないと判断し、図６（５）に示すよ
うにその一致信号ｄを“Ｌ”レベルとする。この一致信
号ｄがインバータ27で反転されて“Ｈ”レベルとされ、
アンド回路25のゲートを開状態とするため、図６（６）
に示すように基本クロックｃがアンド回路25を介してそ
のまま心拍信号ｂとしてパルス４発分だけ出力されるこ
ととなる。

【００２２】その後、クロックカウンタ23に基本クロッ
クｃが入力されてそのカウント値が「４（０１００）」
となった時点で、クロックカウンタ23の上位２ビットの
値が「０１」となると、これが心拍パルスカウンタ21の
カウント値「１」と一致すると一致回路26で判断され、
一致回路26の出力する一致信号ｄが図６（５）に示すよ
うに“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに上げられる。この
一致信号ｄがＦ／Ｆ22をセットしてアンド回路24のゲー
トを閉状態とし、クロックカウンタ23のカウント動作が
停止される一方、インバータ27で反転されて“Ｌ”レベ
ルとなり、アンド回路25のゲートも閉状態とし、結果と
して心拍信号ｂは基本クロックｃのパルスが４発連続し
て出力された後、次に心拍信号ａのパルスが入力される
まで“Ｌ”レベルとなる。

【００２３】その後、次に心拍信号ａのパルスが入力さ
れると、心拍パルスカウンタ21のカウント値が「２（１
０）」となると共に、再びＦ／Ｆ22とクロックカウンタ
23とをリセットする。

【００２４】以下、上記と同様にして今度はクロックカ
ウンタ23のカウント値が「０（００００）」〜「７（０
１１１）」である間、一致回路26においては心拍パルス
カウンタ21のカウント値「２（１０）」とクロックカウ
ンタ23のカウント値が一致しないと判断し、図６（５）
に示すようにその一致信号ｄを“Ｌ”レベルとする。こ
の一致信号ｄがインバータ27で反転されて“Ｈ”レベル
とされ、アンド回路25のゲートを開状態とするため、図
６（６）に示すように基本クロックｃがアンド回路25を
介してそのまま心拍信号ｂとしてパルス８発分だけ出力
されることとなる。

【００２５】その後、クロックカウンタ23に基本クロッ
クｃが入力されてそのカウント値が「８（１０００）」
となった時点で、クロックカウンタ23の上位２ビットの
値が「１０」となると、これが心拍パルスカウンタ21の
カウント値「２（１０）」と一致すると一致回路26で判
断され、一致回路26の出力する一致信号ｄが図６（５）
に示すように“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに上げられ
る。この一致信号ｄがＦ／Ｆ22をセットしてアンド回路
24のゲートを閉状態とし、クロックカウンタ23のカウン
ト動作が停止される一方、インバータ27で反転されて
“Ｌ”レベルとなり、アンド回路25のゲートも閉状態と
し、結果として心拍信号ｂは基本クロックｃのパルスが
８発連続して出力された後、次に心拍信号ａのパルスが
入力されるまで“Ｌ”レベルとなる。

【００２６】さらに、次に心拍信号ａのパルスが入力さ
れると、心拍パルスカウンタ21のカウント値が「３（１
１）」となると共に、再びＦ／Ｆ22とクロックカウンタ
23とをリセットする。

【００２７】再度、上記と同様にして今度はクロックカ
ウンタ23のカウント値が「０（００００）」〜「１１
（１０１１）」である間、一致回路26においては心拍パ
ルスカウンタ21のカウント値「３（１１）」とクロック
カウンタ23のカウント値が一致しないと判断し、図６
（５）に示すようにその一致信号ｄを“Ｌ”レベルとす
る。この一致信号ｄがインバータ27で反転されて“Ｈ”
レベルとされ、アンド回路25のゲートを開状態とするた
め、図６（６）に示すように基本クロックｃがアンド回
路25を介してそのまま心拍信号ｂとしてパルス１２発分
だけ出力されることとなる。

【００２８】その後、クロックカウンタ23に基本クロッ
クｃが入力されてそのカウント値が「１２（１１０
０）」となった時点で、クロックカウンタ23の上位２ビ
ットの値が「１１」となると、これが心拍パルスカウン
タ21のカウント値「３（１１）」と一致すると一致回路
26で判断され、一致回路26の出力する一致信号ｄが図６
（５）に示すように“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに上
げられる。この一致信号ｄがＦ／Ｆ22をセットしてアン
ド回路24のゲートを閉状態とし、クロックカウンタ23の
カウント動作が停止される一方、インバータ27で反転さ
れて“Ｌ”レベルとなり、アンド回路25のゲートも閉状
態とし、結果として心拍信号ｂは基本クロックｃのパル
スが１２発連続して出力された後、次に心拍信号ａのパ
ルスが入力されるまで“Ｌ”レベルとなる。

【００２９】このようにして、ＥＭ送信制御部12では心
拍信号ａのパルスが入力される毎に心拍信号ｂとして基
本クロックｃを「４発」「８発」「１２発」「４発」
「８発」「１２発」…と一定のパターンをもって出力す
ることとなる。この心拍信号ｂによりトランジスタ16が
スイッチング制御され、電磁誘導コイル18が電圧ＶCCに
よって励振されて電磁誘導による信号を発することとな
る。

【００３０】一方、受信器2 においては、上記のように
検出器1 から発信された電磁誘導による信号に対してＣ
ＰＵ34が図示しない内部ＲＯＭに記憶されるプログラム
に従って図７に示すような受信処理を行なう。

【００３１】同図はＥＭ受信部31が電磁誘導コイル32で
受信した信号をパルス化してＣＰＵ34に送出することに
より行なわれるもので、ＣＰＵ34はまずステップＳ１で
ＥＭ受信部31から入力される連続したパルス数をパルス
カウンタ38によりカウントさせ、そのパルス数をレジス
タ部39のｐn レジスタ39ｂに保持させると共に、カウン
トをの開始した時点での時刻データを計時部36より読出
し、レジスタ部39のｔn レジスタ39ａに保持させる。

【００３２】その後、ＣＰＵ34はステップＳ２において
ｐn レジスタ39ｂに保持されるパルス数を「＋１」した
値「ｐn ＋１」を定数「４」で除算した余りの数値が定
数「２」より大きくなるか否かを演算部35により判断さ
せる。これは、上記「４発」「８発」「１２発」…とい
う一定のパターンで送信される信号に対して「±１」の
誤差を認め、「３〜５発」「７〜９発」「１１〜１３
発」の連続したパルスが受信されたか否かを判断するた
めのもので、余りの数が「２」より大きい、すなわち
「３」であると判断した場合には、その受信信号は電磁
ノイズであるものとして、次にステップＳ１０で再度の
パルス受信を待機し、パルスが受信されたら再び上記ス
テップＳ１からの処理を繰返す。

【００３３】また、ステップＳ２で「ｐn ＋１」を定数
「４」で除算した余りの数値が定数「２」以下であると
判断した場合には、次にステップＳ３に進んで「ｐn ＋
１」を定数「４」で除算した商の整数部をあらためてレ
ジスタ部39のｐn レジスタ39ｂに保持させる。

【００３４】このｐn レジスタ39ｂに保持される数値
は、検出器1 側の上記ＥＭ送信制御部12の心拍パルスカ
ウンタ21のカウント値「１」「２」「３」のいずれかと
一致するはずの数値となるもので、続くステップＳ４で
ｐn レジスタ39ｂに保持した数値が「０」と等しいか、
あるいは定数「３」より大きいか否かを判断する。

【００３５】ｐn レジスタ39ｂに保持した数値が「０」
と等しいか、あるいは定数「３」より大きい数値であっ
た場合、上記心拍パルスカウンタ21でとり得る数値では
ないため、この受信パルスも電磁ノイズによるものとし
て、次に上記ステップＳ１０で再度のパルス受信を待機
し、パルスが受信されたら再び上記ステップＳ１からの
処理を繰返す。

【００３６】上記ステップＳ４でｐn レジスタ39ｂに保
持した数値が「１」「２」「３」のいずれかであると判
断した場合にＣＰＵ34は、受信したパルスが検出器1 か
ら発信された正しいものであると認識し、次にレジスタ
部39のｔn レジスタ39ａ、ｐn レジスタ39ｂ、ｔn-1 レ
ジスタ39ｃ及びｐn-1 レジスタ39ｄに保持される数値を
用いて演算 （６０／（ｔn −ｔn-1 ））・｜ｐn −ｐn-1 ｜ …(1)

【００３７】を演算部35で行なわせ、その演算結果を心
拍数として心拍数レジスタ37に保持させる。上記(1) 式
中、「６０／（ｔn −ｔn-1 ）」は今回のパルス受信時
の時刻データ「ｔn 」と前回のパルス受信時の時刻デー
タ「ｔn-1 」との時間差をもって定数「６０」除算する
ことで心拍パルスの周期を求め、これを「｜ｐn −ｐn-
1 ｜」の数値にて乗算することで、受信パルスがなんら
かの理由での１回分間欠していた場合の補間を行なうよ
うにしたものであり、得られた演算結果は１分間当たり
の心拍数に換算した数値として心拍数レジスタ37に保持
される。その後、この心拍数レジスタ37に保持した数値
が通常健康であるといわれている同数値の範囲「３０〜
２００」の中にあるか否かをステップＳ６で判断する。

【００３８】この範囲内にないと判断した場合は、モニ
タ対象者5 の心拍が異常であると判断して、ステップＳ
９でＲＦ送信部41により異常発生信号を管理装置3 に発
信させ、必要な報知を行なわせた後、次に上記ステップ
Ｓ１０で再度のパルス受信を待機し、パルスが受信され
たら再び上記ステップＳ１からの処理を繰返す。

【００３９】また、上記ステップＳ６で心拍数レジスタ
37に保持した数値が「３０〜２００」の範囲内にないと
判断した場合は、その時点では心拍に異常なしと判断
し、次いでステップＳ７に進んで次のパルス受信に備え
てｔn レジスタ39ａ、ｐn レジスタ39ｂに保持している
今回のデータを前回のものとしてｔn-1 レジスタ39ｃ、
ｐn-1 レジスタ39ｄにそれぞれ転送させ、その後にステ
ップＳ８で心拍数レジスタ37に保持している心拍数を表
示部40により表示出力させた後に、ステップＳ１０で次
のパルス受信を待機する。

【００４０】なお、上記実施例ではＥＭ送信制御部12の
心拍パルスカウンタ21を３進カウンタとすることで、上
記(1) 式中の「｜ｐn −ｐn-1 ｜」に示したように受信
器2でのパルス受信が１回抜けたとしてもこれを補間す
るようにしたが、ｎ進カウンタ（ｎ＞４）カウンタとす
ることで、「ｎ−２」回のパルス受信の抜けを補間する
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳記した如くこの発明によれば、モ
ニタ対象者の身体に直接取付けられる検出器においてセ
ンサで検知した心拍信号を予め特定されるパターンに従
って規則化してから送信し、この検出器から送信されて
くる心拍信号を受信する受信器において心拍信号を上記
パターンに従ってノイズ除去、補間等のエラー訂正を行
なった後に必要な処理を実行するようにしたので、外部
の電磁ノイズの影響を受けやすい電磁誘導による心拍信
号の伝送の途中で生じるエラーを訂正し、安定した状態
で心拍数の算出や異常の検出を行なうことが可能な常時
心拍モニタシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る外観構成を示す図。

【図２】図１の検出器と受信器のモニタ対象者への装着
状態を示す図。

【図３】検出器の内部回路構成を示すブロック図。

【図４】図３のＥＭ送信制御部の内部回路構成を示すブ
ロック図。

【図５】受信器の内部回路構成を示すブロック図。

【図６】図４のＥＭ送信制御部各部での信号処理状態を
示すタイミングチャート。

【図７】図５のＣＰＵによる受信処理の内容を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

1 …検出器、1a，1b…電極、2 …受信器、3 …管理装
置、4 …電話機、5 …モニタ対象者、6 …バンド、11…
心拍検出部、12…ＥＭ送信制御部、12ａ…発振回路、1
8，32…電磁誘導コイル、21…心拍パルスカウンタ、22
…フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）、23…クロックカウン
タ、26…一致回路、31…ＥＭ受信部、34…ＣＰＵ、35…
演算部、36…計時部、37…心拍数レジスタ、38…パルス
カウンタ、39…レジスタ部、39ａ…ｔn レジスタ、39ｂ
…ｐn レジスタ、39ｃ…ｔn-1 レジスタ、39ｄ…ｐn-1
レジスタ、40…表示部、41…ＲＦ送信部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モニタ対象者の身体に直接取付けられ、
   その心拍を検知する検知手段と、この検知手段で得た心
   拍信号を予め特定されるパターンに従って規則化して送
   信出力する送信制御手段とを備えた心拍検出器と、 この心拍検出器から送信されてくる心拍信号を受信する
   受信手段と、この受信手段で受信された心拍信号を上記
   パターンに従ってエラー訂正するエラー訂正手段と、こ
   のエラー訂正手段で得られた心拍信号により上記モニタ
   対象者の心拍異常を判断する判断手段と、この判断手段
   でモニタ対象者の心拍異常と判断した際に報知を行なう
   報知手段とを備えた受信器とを有することを特徴とする
   常時心拍モニタシステム。