JPS63281625A - 非接触式体表面変位検出装置 - 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】 （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。

（突来の技術と発明が解決しようとする問題点）臨床に
おいて手術に際し或はｃｃＵ等の装置で呼１！！に数も
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
のため、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
。

このための典型的な計測方法としては、被検者に電極又
はトランスデユーサを取付けてリード線を導出すること
により接触式で行っている。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。

そこで、最近ては非接触式の計測方法として、超音波を
体表面に照射し、マイクロフォ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かあ
る。その外、マイクロ波を照射する方法も周知であるか
、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、装置も複雑になる。

よって、本発明は、非接触式の筒車な構成で呼吸数もし
くは心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。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、この目的を達成するために、被検者の体表面
（１）にくり返しパルス状の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ットの位置を検出する光スポット位
数センサ（１０）と、このセンサの検出信号を各パルス
に同期して保持することにより連続波信号に変換する同
期検波回路（９）と、このセンサの同期検波された検出
信号から体表面変位波形を検出する体表面変位波形検出
回路（１４，１７）と、所定時間に対するこの体表面変
位波形を計数する体表面変位回数計数回路（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で
ある。

（作用） 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ットとして光
スポット位置センサ（１０）へパルス状に入射する。こ
の光スポットの入射位置は、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、したがって、同期検波回路（９）が各光パル
スの発生時に入射する各検出信号を同期的に保持するこ
とにより、光スポット位養センサ（１０）からその変位
に対応した連続波状の検出信号が出力される。体表面変
位波形検出回路（１４，１７）は、この同期検波された
検出信号から雑音を含まない所望の体表面変位波形を検
出し、所定時間についてその出力信号を体表面変位回数
計数回路（２０，２５）に計数させる。

（発明の実施例） 第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図において２はクロックコントロール部５から周期２
■Ｓ、パルス幅１００ｇ５のパルスを供給されて尖頭値
２ｍＷ程度のパルス状の光ビームを発射するレーザー光
源であり、例えば焦点距離５ｃ■のフォーカスレンズ３
を通して胸部１に向けて例えば１０ｃｍ離れた位置から
光照射する。その反射散乱光は集光レンズ４を通してス
ポットとして集光され、光スポット位置センサｌＯへ入
射する。

このセンサは、中心位置からのＸ、Ｙ軸方向の変位に応
じた光電流をそれぞれ出力する対称位とに配近された２
対の電極を備えたそれ自体周知の半導体装置検出素子（
ＰＳＤ）１１と、その内の例えばＹ軸方向の１対の端子
Ｙ、Ｙ”の光電流を電圧信号に変換するｌ／Ｖ変挽変格
回路１２双方の端子の電圧信号を光スポットの入射位置
に対応して電圧レベルの変化するｌ信号に変換する補正
回路１３とより構成されている。

この補正回路及びｌ／Ｖ変挽変格回路１２１１１、同期
検波回路９が介在することにより、Ｉ／Ｖ変換回路１２
から２１Ｓごとに発生するＹ、Ｙ’端子の　１００ｕＬ
ｓ幅の出力信号を次の光パルス発生時まで保持して、連
続波状の出力信号を補正回路１３に供給する。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
、インキュ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。

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のバンドパスフィルタ１５と、このフィルタを通
っ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ＩＳ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３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１０〜２
０Ｈｚのバンドパスフィルタ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。

２θ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Ｉｓ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とより構成され、クロックコントロール部５を
共用することにより、所定時間ごとに発生するクロッつ
てカウンタ２１のリセット及びデータ保持回路２２のラ
ッチを行わせる。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、同
様にクロックコントロール部５を共用している。

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。

このように構成された体表面変位検出装置の動作は、次
の通りである。

胸部ｌは、レーザー光源２からフォーカスレンズ３を通
して収束性の良い光ビームを２ｍｓ間隔で照射されてい
る。入射した光ビームは胸部ｌで散乱し、その反射散乱
光は集光レンズ４で収束されてＰＳＤＩＩに入射する。

これにより、ＰＳＤＩＩからは胸壁の呼吸及び心拍動に
よる光スポットの入射位置の変位に対応し、かつ連続光
照射に比べてパルス尖頭値を増加させた分だけ室内照明
光、外乱光の影響が軽減された電流信号がＹ、Ｙ’端子
て出力され、Ｉ／Ｖ変挽変格回路１２いてパルス状の電
圧信号に変換される。同期検波回路９では、第２図に示
すように、実線で示すその双方の入力信号をクロックコ
ントロール部５からの光パルスに同期したクロックパル
スで同期・保持することにより、点線で示す連続波状の
信号に変換する。したがって、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１個の連続波状の信
号か出力される。

呼吸波検出回路１４に入力した補正回路１３の出力信号
は、バンドパスフィルタ１５において心拍成分等を低減
され、第３図に示す呼吸波検出回路本体１６に入力信号
Ｖｔとして供給される。

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
ッチ３１１、ダイオードＤＩ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ッチ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か、期間Ａについて説明す
、ると、その直前に第４図に示すように、コンパレータ
Ａ３の出力信号ｖ５が”１”になっ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の一人力信号ｖ４となる。コンパレータＡ３の手
入力信号ｖ３は、反転信号ｖ２と出力信号■５とが抵抗
Ｒ１ｉ、　Ｒ７で分圧されて入力するために１反転値号
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、アナログスイッチＳＷ
２がオンになってボトム検出が行われる。コンパレータ
Ａ３の手入力信号ｖ３は、反転信号ｖ２と出力信号ｖ５
とか抵抗Ｒ６、Ｒ７にて分圧され、ボトムレベルである
一人力信号を下層る０反転値号■２か上昇すると、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。

同様に、補正回路１３の出力信号は心拍数検出装置１７
にも入力し、バンドパスフィルタ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、波形整形回
路１９で心拍周期に対応したパルスに変換される。

クロックコントロール部５は１分ごとにクロックを発生
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２２．２７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０
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。

尚、前述の実施例において、同期検波回路９は補正回路
１３の後に配置することができる。回路部分１４〜１６
．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とのみとして構
成することもできる。光スポット位置センサ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ット
位との変位を検出しても良い、イメージセンサの読出し
走査をパルス状光照射に同期して歩進させることにより
同期検波回路を兼用させることも考えられる。光ビーム
の光源としてはＬＥＤを用いることも考えられる。

（発明の効果） 以上、本発明により体表面変位に応動する反射光スポッ
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ット径を
容易に小さくすることができ、したかって超音波及びマ
イクロ波に比べて干渉か少なくなるために測定精度が向
上する。同様に、スポッ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ったと
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。さらに、パルス
状光ビーム照射により尖頭パワーを増大させても光出力
の平均値を軽減することかでき被検者の安全性を高めら
れると同時に、その入射光信号を同期検波することによ
り、連続的な光ビーム照射に比べて外乱光に対するＳ／
Ｎ比も向上する。

【図面の簡単な説明】

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
同実施例の同期検波回路の動作説明図、第３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
４図は第３図の各部の電圧関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検者の体表面にくり返しパルス状の光ビームを照射す
   る光源と、その反射した散乱光を集光レンズを通して形
   成された光スポットの位置を検出する光スポット位置セ
   ンサと、このセンサの検出信号を前記各パルスに同期し
   て保持することにより連続波信号に変換する同期検波回
   路と、前記変換された前記検出信号から体表面変位波形
   を検出する体表面変位波形検出回路と、所定時間に対す
   る前記体表面変位波形検出回路の出力信号を計数する体
   表面変位回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。