JPWO2013111785A1 - 動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】就寝中や運動中などの様々な姿勢にある人間を含む各種動物の呼吸及び／又は心拍の変動を高い感度にて監視することができる新規な方法と装置の開発。【解決手段】圧電振動子を動物の体表面に加圧下に直接あるいは間接的に接触配置した状態にて、その圧電振動子に、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を継続的もしくは間欠的に印加することにより圧電振動子を振動させる工程、振動状態にある圧電振動子が発生する電流を取り出す工程、そして該電流の電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスの経時的な変動を継続的もしくは間欠的に検出する工程を含む、当該動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する方法およびこの監視方法の実施に用いられる装置。

Description

本発明は、人間に代表される動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視するための方法、そしてその方法の実施に有利に用いることができる動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視するための装置に関する。

医療施設では、入院中の患者の体調を常に把握し、管理する必要がある。特に患者の呼吸の状態あるいは心拍に異常が発生した際に早期に適切な処置が行なえるように、呼吸及び／又は心拍の変動を継続的に監視することが必要となる場合が多い。また、運動中の人間に呼吸あるいは心拍の異常が発生したときには、その人間にその異常の発生を即座に知らせ、速やかに運動の中止などの助言を与えて、さらに危険となる状態となることを防ぐことが望ましい。

人体の呼吸及び／又は心拍の変動を監視するための装置としては、次に述べるような装置が知られている。

特許文献１には、人体によって加圧される状態で配置される上下表面に電極を備える誘電体などのセンサと、該センサの出力から心拍数及び／又は呼吸数を計測する計測回路とから構成され、センサは、一対の導電部材の間に、厚さ方向に弾性変形可能な誘電体を挟み込んで構成され、計測回路は、センサを発振用コンデンサとする共振回路と、該共振回路の発振周波数の変化を検出し、該変化に含まれる心拍及び／又は呼吸の周波数成分に基づいて心拍数及び／又は呼吸数を算出する演算処理回路とを具えている心拍／呼吸計測装置が記載されている。この特許文献１によれば、上記装置のセンサを平面状に配置し、その上に人間が横臥した状態を続けると、その人間の心拍や呼吸に伴ってセンサへの加圧状態が僅かに周期的に変動することにより、センサの誘電体が厚み方向に弾性変形し、その結果、電極間の距離が変動してセンサの静電容量が変動する。そして、このセンサの静電容量の変動を、共振回路の発振周波数の変化として検知して、心拍数や呼吸数を算出することができるとされている。

特許文献２には、複数の通気孔が形成された可撓性を有する振動伝達板と、該振動伝達板に取り付けられた圧電トランスデューサとを有する心拍・呼吸センサを用いた装置が記載されている。この特許文献２によると、上記センサを保育機内で寝ている新生児の下に敷いたタオルとその下のベッド布団との間に設置すると、新生児の心音や呼吸音によって振動伝達板が振動し、その振動が圧電トランスデューサに伝達され、圧電トランスデューサがその振動によって自身に生じる歪みを電気信号に変換することで新生児の心音や呼吸音を検出することができるとされている。

特開２００３−３３９６５２号公報 特開２００６−１２９９３３号公報

特許文献１、２に記載されているように、人体の下にセンサを敷いて就寝中の人体の呼吸あるいは心拍の変動を監視する装置では、人体に接するセンサを大面積とするか、あるいは多数個配置する必要がある。
しかしながら、立位（横臥以外の姿勢で座った姿勢を含む）の人体、特に運動中の人体の呼吸あるいは心拍の変動を監視する場合には、人体の動きを妨げないように、人体に接触させるセンサ部分は小型にすることが望まれる。また、犬や猫などの人間以外の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視しようとする場合にも、これら動物の動きを妨げないようにセンサ部分は小型にすることが望まれる。しかしながら、これまでに知られている圧電トランスデューサ（圧電振動子）の厚みの変動を検知して人体の呼吸あるいは心拍の変動を監視する方法では充分な感度が得られないため、センサの小型化に限界がある。

本発明の目的は、就寝中や運動中などの様々な姿勢での人間を含む各種動物の呼吸あるいは心拍の変動を高感度で監視することができる新規な方法、特に、動物に接触させるセンサ部分を動物の動きを過度に妨げないように小型にすることが可能な方法、及び該方法の実施に有利に用いることができる装置を提供することにある。

本発明者は、人間に代表される動物の体表面に圧電振動子を加圧下に直接もしくは間接的に接触させた状態で、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を、該圧電振動子に継続的もしくは間欠的に印加して圧電振動子を振動させると、振動状態にある圧電振動子から取り出される電流の電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから算出される圧電振動子のインピーダンス（共振先鋭度Ｑ値の変化）が、動物の呼吸や心拍に起因する振動を受けることによって高感度に変動することを見出し、そして該圧電振動子のインピーダンスの変動を経時的に検出することによって、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を高い感度にて検知することが可能となることを見出し、本発明に到達した。

従って、本発明は、動物の体表面と圧電振動子とを加圧下に直接もしくは間接的に接触させた状態で配置し、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を、該圧電振動子に継続的に印加して圧電振動子を振動させながら、該圧電振動子にて発生する、動物の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を検出することからなる、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する方法にある。

なお、本発明は、圧電振動子を動物の体表面に加圧下に直接あるいは間接的に接触配置した状態にて、その圧電振動子に、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を継続的もしくは間欠的に印加することにより圧電振動子を振動させる工程、振動状態にある圧電振動子が発生する電流を取り出す工程、そして該電流の電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスの経時的な変動を継続的もしくは間欠的に検出する工程を含む、当該動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する方法にあるということもできる。

上記本発明の方法の好ましい態様は、次の通りである。
（１）動物が人間、または犬、猫、馬、牛、猿あるいはその他の家庭もしくは動物園にて飼育されている動物である。

（２）監視対象が動物の呼吸の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間の時間間隔を呼吸の周期として、その周期の変動を監視する方法。
（３）さらに、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する上記（２）に記載の方法。

（４）監視対象が動物の呼吸の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を呼吸の強さの変動として、その強さの変動を監視する方法。

（５）監視対象が動物の心拍の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が２番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間の時間間隔を心拍の周期として、その周期の変動を監視する方法。
（６）さらに、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する上記（５）に記載の方法。

（７）監視対象が動物の心拍の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が２番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を心拍の強さの変動として、その強さの変動を監視する方法。

（８）圧電振動子が、立位にある動物の体表面に配置されている。
（９）圧電振動子が、運動中の動物の体表面に配置されている。
（１０）圧電振動子が、就寝中の動物の荷重を受ける位置に配置されている。

本発明はまた、圧電振動子、該圧電振動子に電気的に接続している、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を該圧電振動子に継続的もしくは間欠的に印加し、その交流電圧の印加により振動状態とされた圧電振動子が発生する電流を取り出して、電流の電流値を測定し、その電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出するインピーダンス測定回路、そして該インピーダンス測定回路にて算出されたインピーダンスの経時的な変動を検出する演算回路を備える動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する装置にもある。この装置は、さらに、インピーダンスの変動をグラフとして表示するディスプレイを備えることができる。

本発明の方法及び装置を利用することによって、臥位（横に寝た姿勢）、すなわち就寝中の動物及び立位、特に運動中の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を高い精度で監視することができる。
振動状態の圧電振動子が動物の呼吸や心拍などの振動を受けることによって生じるインピーダンスの変動は、従来の監視方法で利用されている、圧電振動子が動物の呼吸や心拍などの振動を受けることによって生じる電気振動の変動よりも遙かに大きい。従って、本発明の方法及び装置は感度が高く、このため動物に接する圧電振動子（センサ）のサイズの小型化が可能になる。

就寝中での人体の呼吸及び／又は心拍の変動を監視することを想定した、本発明に従う、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する監視装置の構成を示す一例のブロック図である。 図１の監視装置で用いる複数個の圧電振動子が配列しているシートの一例の拡大断面図である。 図１の監視装置で用いる複数個の圧電振動子が配列しているシートの別の一例の拡大断面図である。 運動中での人体の呼吸及び／又は心拍の変動を監視することを想定した、本発明に従う、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する監視装置の構成を示す一例のブロック図である。 図４の監視装置を用いて測定された、人体の呼吸及び心拍のデータの経時的な変動を示すグラフである。

本発明の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する方法において、監視対象となる動物は主に人間であるが、人間以外の動物であってもよい。人間以外の動物としては、例えば、家庭で飼育されている動物（ペット）、牧場や動物園などで飼育されている動物を挙げることができる。人間以外の動物の具体例としては、犬、猫、馬、牛及び猿を挙げることができる。

本発明の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する方法では、動物の体表面と圧電振動子とを加圧下に直接もしくは間接的に接触させた状態で配置し、該圧電振動子に、一定の周波数の交流電圧を継続的に印加して圧電振動子を振動させ、該圧電振動子にて発生する、動物の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を検出する。圧電振動子は、動物の体表面の上に直接的に配置してもよいし、着衣を介して間接的に配置してもよい。また、動物の体表面と圧電振動子との間にシートを介在させてもよいし、圧電振動子をケースに入れて動物の体表面に接触させてもよい。シート及びケースの材料、形状、サイズは呼吸及び／又は心拍によって動物内で発生する振動の圧電振動子への伝搬を妨げないものであれば特には制限はない。一方、シート及びケースは圧電振動子にて発生する超音波を動物の生体に全くもしくは殆ど伝搬しないものであることが好ましい。シート及びケースの材料の例としては、各種の樹脂（例、エポキシ樹脂）、ゴム（例、硬質ゴム）、コルク及びベーク材を挙げることができる。これらの材料には、超音波を吸収もしくは反射する物質を分散させてもよい。なお、上記の「加圧下」との条件は、交流電圧を付与された圧電振動子から出力される電流が動物の呼吸や心拍により周期性のあるインピーダンスの変化をもたらす程度の圧力にて圧電振動子が体表面に接触していることを意味する。

就寝中の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する場合は、圧電振動子を動物の荷重を受ける位置に配置することが好ましい。さらに就寝中の動物の寝返りによって動物と圧電振動子とが離れないように、複数個の圧電振動子を配置しておくことが好ましい。一方、立位、特に運動中の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する場合は、ベルトや粘着テープなどの固定具を用いて、動物と圧電振動子とを固定することが好ましい。圧電振動子としては、水晶振動子、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウムなどの強誘電体セラミックを用いた電歪振動子を使用することが好ましい。圧電振動子の形状には特には制限はなく、角板状であっても、円板状であってもよい。圧電振動子のサイズは、一般には、直径が１〜５０ｍｍの範囲、好ましくは５〜１０ｍｍの範囲である。

圧電振動子に印加する交流電圧は、圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧である。圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数とは、共振周波数±１０％の範囲、好ましくは共振周波数±５％の範囲にある周波数を意味する。圧電振動子に印加する交流電圧の周波数は、一般に、２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲、好ましくは２０ｋＨｚ〜５ＭＨｚの範囲、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲、さらに好ましくは２０〜５００ｋＨｚの範囲、特に好ましくは２０〜１００ｋＨｚの範囲にある。圧電振動子に印加する交流電圧の電圧は、一般に実効値で５Ｖ以下、好ましくは１〜３Ｖの範囲である。圧電振動子を動物の体表面に接触させた状態で振動させると、動物の呼吸及び／又は心拍によって発生する振動が圧電振動子に伝搬することによって、圧電振動子のインピーダンスが変動する。本発明では、この圧電振動子にて発生するインピーダンスの経時的な変動を検出することよって、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する。インピーダンスの変動の周期から動物の呼吸及び／又は心拍の周期の変動を監視することができる。インピーダンスの変動の周期とは、インピーダンスの値が増加から減少に転換する時間もしくはインピーダンスの値が減少から増加に転換する時間の間隔を意味する。また、インピーダンスの変動する値の大きさから動物の呼吸及び／又は心拍の強さの変動を監視することができる。インピーダンスの変動する値の大きさとは、インピーダンスの値が増加から減少に転換したときのインピーダンスの値と、次いでインピーダンスの値が減少から増加に転換したときのインピーダンスの値の差分を意味する。

圧電振動子のインピーダンスの経時的な変動には、呼吸に起因するインピーダンスの変動と心拍に起因するインピーダンスの変動とが重なり合っているため、インピーダンスの経時的な変動を、呼吸に起因する変動と心拍に起因する変動とに分離して、呼吸と心拍の周期と強度を監視することが好ましい。呼吸に起因するインピーダンスの変動の範囲と心拍に起因するインピーダンスの変動の範囲とは通常は大きく異なるため、この変動の範囲の違いを利用して、インピーダンスの経時的な変動を、呼吸に起因する変動と心拍に起因する変動とに分離することができる。

圧電振動子のインピーダンス値（Ｚ）を算出（測定）する方法としては、圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値（Ｖ₁）と圧電振動子を流れた電流値（Ｉ）とから、式：Ｚ＝Ｖ₁／Ｉにより算出する方法が挙げられる。

本発明の動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する装置は、圧電振動子、該圧電振動子に電気的に接続している、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を該圧電振動子に継続的もしくは間欠的に印加し、その交流電圧の印加により振動状態とされた圧電振動子が発生する電流を取り出して、電流の電流値を測定し、その電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出するインピーダンス測定回路、そして該インピーダンス測定回路にて算出されたインピーダンスの経時的な変動を検出する演算回路を備える。圧電振動子、インピーダンス測定回路及び演算回路は、有線で接続していてもよいし、無線で接続していてもよい。インピーダンス測定回路で測定されたインピーダンス値あるいは演算回路にて検出されたインピーダンスの経時的な変動を、監視者（例、医師、看護師）が常駐している監視室に発信し、監視室にて動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視してもよい。また、登山者や海水浴をしている者に、圧電振動子と圧電振動子のインピーダンス値を発信するための無線発信器とが収容されたセンサを装着し、登山者や海水浴をしている者が遭難した場合には、そのセンサから発信されたインピーダンス値から遭難者の生死を確認することもできる。

本発明の監視装置は、さらに、インピーダンスの変動を呼吸及び／又は心拍の変動として表示するディスプレイが備えられていることが好ましい。また、監視装置は、インピーダンスの経時的な変動の正常範囲が記憶されていて、検出されたインピーダンスの経時的な変動が正常範囲の内もしくは外にあるか判断し、インピーダンスの経時的な変動が正常範囲の外にあると判断した場合には、動物（被験者)あるいは監視者に警告を発する機構を有していてもよい。監視装置は、インピーダンスの経時的な変動の正常範囲が書き換え可能になっていて、例えば、運動前の被験者の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を正常値として記憶し、運動中の被験者の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動が正常値から大きく外れた場合に警告を発するようになっていてもよい。さらに、監視装置は、検出されたインピーダンスの経時的な変動を、呼吸の変動と心拍の変動とに分離する機構を有していてもよい。

次に、本発明の監視装置を添付図面を参照しながら説明する。

図１は、就寝中での人体の呼吸及び／又は心拍の変動を監視することを想定した、本発明に従う、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する監視装置の構成を示す一例のブロック図である。図２及び３は、図１の監視装置で用いる複数個の圧電振動子１０が配列しているシート２０の一例の拡大断面図である。

図１において、監視装置は、人体１００の下に配置されている、複数個の圧電振動子１０が配列しているシート２０と、リード線９０ａ、９０ｂを介して圧電振動子１０と電気的に接続しているデータ処理装置３０とからなる。データ処理装置３０は、リード線９０ａ、９０ｂに電気的に接続しているインピーダンス測定回路４０、インピーダンス測定回路４０に電気的に接続している、インピーダンス測定回路４０にて測定されたインピーダンスの変動を検出する演算回路５０、演算回路５０に電気的に接続している、演算回路５０にて検出されたインピーダンスの経時的な変動を呼吸及び／又は心拍の変動として表示するディスプレイ６０、演算回路５０に電気的に接続している、演算回路５０の指示に従って警告を発生する警告器７０、そしてインピーダンス測定回路４０、演算回路５０、ディスプレイ６０及び警告器７０のそれぞれに電気エネルギーを供給する電源８０を備える。インピーダンス測定回路４０は、一定の周波数の交流電圧を発生させる発振器４１、リード線９０ａとリード線９０ｂとの間に生じる電圧（すなわち、圧電振動子１０に印加される電圧）を測定するための電圧計４２、リード線９０ａの間に挿入された抵抗４３、抵抗４３の両端に生じる電圧を測定するための電圧計４４を有する。

図２及び図３に示すように、圧電振動子１０は、上下表面に電極１２を有するシート状圧電体１１からなる。圧電振動子１０は、電極１２の表面とシート２０の表面とが並行になるようにシート２０内に配列されている。シート２０内に配列している複数個の圧電振動子１０は、図２に示すように、リード線９０ａ、９０ｂに並列に接続してもよい。また、図３に示すように、シート２０に切換器２１を配置して、リード線９０ａ、９０ｂと接続する圧電振動子１０を順次切り換えできるようにしてもよい。

図１の監視装置において、就寝中の人体１００の呼吸及び／又は心拍の監視は、次のようにして行われる。
インピーダンス測定回路４０の発振器４１にて一定の周波数の交流電圧を発生させ、リード線９０ａ、９０ｂを介して、圧電振動子１０に交流電圧を印加する。交流電圧の印加と共に、電圧計４２は、圧電振動子１０に印加された交流電圧の電圧値（Ｖ₁）を測定する。電圧計４４は、抵抗（抵抗値：Ｒ）４３の両端に生じる電圧（Ｖ₂）を測定して、圧電振動子１０を流れた電流値（Ｉ）を式：Ｉ＝Ｖ₂／Ｒより算出する。そして、圧電振動子１０に印加された交流電圧の電圧値（Ｖ₁）と圧電振動子１０を流れる電流値（Ｉ）とから、圧電振動子からののインピーダンス値（Ｚ）を式：Ｚ＝Ｖ₁／Ｉより算出する。

インピーダンス測定回路４０は測定したインピーダンス値を演算回路５０に送る。演算回路５０は、受け取ったインピーダンス値から、人体１００の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を検出し、これをディスプレイ６０に送る。ディスプレイ６０は、受け取ったインピーダンスの経時的な変動を人体１００の呼吸及び／又は心拍の変動として表示する。また、演算回路５０には、インピーダンスの経時的な変動の正常範囲が記憶されていて、検出されたインピーダンスの経時的な変動が正常範囲を超えたと判断した場合には、指示信号を警告器７０に送る。警告器７０は、受け取った指示信号に従って、音、光あるいは振動を発して、人体１００の呼吸及び／又は心拍に異常があることを人体１００あるいはその周囲に警告する。

図４は、運動中での人体の呼吸及び／又は心拍の変動を監視することを想定した、本発明に従う、動物の呼吸及び／又は心拍の変動を監視する監視装置の構成を示す一例のブロック図ある。図４において、図１の監視装置と同一の回路や部品については、同一の符号を付して説明を省略する。
図４において、監視装置は、人体１００に固定されている、圧電振動子１０が収容されているケース１１０、リード線９０ａ、９０ｂを介して圧電振動子１０と電気的に接続しているデータ発信装置１３０、そしてデータ発信装置１３０から送られたデータを受信するデータ受信装置１４０からなる。圧電振動子１０が収容されているケース１１０は、ベルトや粘着テープなどの固定具１２０によって人体１００に固定されている。データ発信装置１３０は、リード線９０ａ、９０ｂに接続するインピーダンス測定回路４０、インピーダンス測定回路４０に電気的に接続している、インピーダンス測定回路４０にて測定されたインピーダンスの変動を検出する演算回路５０、演算回路５０に電気的に接続している、演算回路５０にて検出されたインピーダンスの経時的な変動をデータ受信装置１４０に発信する発信器１５０、そしてインピーダンス測定回路４０、演算回路５０及び発信器１５０のそれぞれに電気エネルギーを供給する電源８０を備える。データ発信装置１３０は、通常は、人体に固定される、あるいは人体の着衣のポケットに収容される。圧電振動子１０とデータ発信装置１３０とを一体化して、一つのケース内に収容してもよい。データ受信装置１４０は、発信器１５０が発信したインピーダンスの経時的な変動を受信する受信器１６０、受信器１６０に電気的に接続している、受信器１６０が受信したインピーダンスの経時的な変動を呼吸及び／又は心拍の変動として表示するディスプレイ６０、そして受信器１６０とディスプレイ６０とに電気エネルギーを供給する電源８０を備える。データ受信装置１４０は、通常は、監視者が常駐する監視室に設置される。データ発信装置１３０とデータ受信装置１４０とを送受信可能とし、データ受信装置１４０から送られた信号をデータ発信装置１３０が受信したときに、データ発信装置１３０が、インピーダンスの経時的な変動をデータ受信装置１４０に発信するようにしてもよい。

図４の監視装置において、運動中の人体の呼吸及び／又は心拍の監視は、次のようにして行われる。
データ発信装置１３０のインピーダンス測定回路４０は、圧電振動子１０のインピーダンス値を測定し、これを演算回路５０に送る。演算回路５０は、受け取ったインピーダンス値から、人体１００の呼吸及び／又は心拍に起因するインピーダンスの経時的な変動を検出し、これを発信器１５０に送る。発信器１５０は、受け取ったインピーダンスの経時的な変動を監視室に設置されたデータ受信装置１４０に発信する。

データ受信装置１４０の受信器１６０は、発信器１５０が発信したインピーダンスの経時的な変動を受信して、これをディスプレイ６０に送る。ディスプレイ６０は、受け取ったインピーダンスの経時的な変動を人体１００の呼吸及び／又は心拍の変動として表示する。監視者はディスプレイ６０に表示された呼吸及び／又は心拍の変動を監視し、異常が発見された場合には、異常が発見された者の運動の中止などの助言を行なう。

図５は、図４の監視装置を用いて測定された、人体の呼吸及び心拍のデータの経時的な変動を示すグラフである。
図５のグラフにおいて、横軸は時間（単位：秒）、縦軸は圧電振動子のインピーダンス（単位：Ω）である。黒丸を付したピークの周期は約４．５秒／回であり、人体の呼吸の周期と一致している。黒丸を付したピークとピークとの間にある相対的に小さなピークの（黒三角で示した）周期は約１秒／回であり、人体の心拍の周期と一致している。

１０ 圧電振動子
１１ シート状圧電体
１２ 電極
２０ シート
２１ 切換器
３０ データ処理装置
４０ インピーダンス測定回路
４１ 発振器
４２ 電圧計
４３ 抵抗
４４ 電圧計
５０ 演算回路
６０ ディスプレイ
７０ 警告器
８０ 電源
９０ａ、９０ｂ リード線
１００ 人体
１１０ ケース
１２０ 固定具
１３０ データ発信装置
１４０ データ受信装置
１５０ 発信器
１６０ 受信器

Claims (14)

1. 圧電振動子を動物の体表面に加圧下に直接あるいは間接的に接触配置した状態にて、その圧電振動子に、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を継続的もしくは間欠的に印加することにより圧電振動子を振動させる工程、振動状態にある圧電振動子が発生する電流を取り出す工程、そして該電流の電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスの経時的な変動を継続的もしくは間欠的に検出する工程を含む、当該動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する方法。
2. 動物が人間である請求項１に記載の方法。
3. 動物が、犬、猫、馬、牛、猿あるいはその他の家庭もしくは動物園にて飼育されている動物である請求項１に記載の方法。
4. 監視対象が動物の呼吸の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間の時間間隔を呼吸の周期として、その周期の変動を監視する請求項１に記載の方法。
5. さらに、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する請求項４に記載の方法。
6. 監視対象が動物の呼吸の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数のピークを検出し、隣接するピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を呼吸の強さの変動として、その強さの変動を監視する請求項１に記載の方法。
7. 監視対象が動物の心拍の周期の変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が２番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間の時間間隔を心拍の周期として、その周期の変動を監視する請求項１に記載の方法。
8. さらに、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異の変動を監視する請求項７に記載の方法。
9. 監視対象が動物の心拍の強さの変動であって、インピーダンスの変動をグラフとして表した場合にグラフ上に周期的に現れるインピーダンスの最小値に対応する複数の第一のピークの間の領域に現れるインピーダンスの振幅が２番目に大きい複数の第二のピークを検出し、隣接する第二のピークの間でのピークの高さもしくは深さの差異を心拍の強さの変動として、その強さの変動を監視する請求項１に記載の方法。
10. 圧電振動子が、立位にある動物の体表面に配置されている請求項１に記載の方法。
11. 圧電振動子が、運動中の動物の体表面に配置されている請求項１に記載の方法。
12. 圧電振動子が、就寝中の動物の荷重を受ける位置に配置されている請求項１に記載の方法。
13. 圧電振動子、該圧電振動子に電気的に接続している、該圧電振動子に固有の共振周波数に相当する周波数の交流電圧を該圧電振動子に継続的もしくは間欠的に印加し、その交流電圧の印加により振動状態とされた圧電振動子が発生する電流を取り出して、電流の電流値を測定し、その電流値と圧電振動子に印加した交流電圧の電圧値とから圧電振動子のインピーダンスを算出するインピーダンス測定回路、そして該インピーダンス測定回路にて算出されたインピーダンスの経時的な変動を検出する演算回路を備える動物の呼吸および心拍のいずれか一方もしくは両方の変動を監視する装置。
14. さらに、インピーダンスの変動をグラフとして表示するディスプレイを備える請求項１３に記載の装置。

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