WO2017199945A1 - 呼吸波形描画システム及び生体情報モニタリングシステム - Google Patents

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WO2017199945A1
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waveform
vibration
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bed
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浩之 赤津
徳仁 飯田
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ミネベアミツミ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a respiratory waveform drawing system that draws a respiratory waveform of a subject based on a change in the position of the center of gravity of the subject, and a biological information monitoring system that monitors the biological information of the subject based on a change in the position of the center of gravity of the subject.
  • the biological information of the subject is one of important information for knowing the physical condition of the patient and the cared person in the medical or nursing care field. For example, it is possible to grasp the respiratory state of the subject, to grasp symptoms such as sleep apnea syndrome and snoring, and to improve these symptoms.
  • Patent Document 1 It has been proposed to place a load sensor under the leg of the bed and measure the breathing state of the subject based on the measurement value of the load sensor (Patent Document 1). Furthermore, a load detector is arranged under the leg of the bed to determine the movement of the center of gravity of the test organism on the bed, and based on the movement of the center of gravity, the respiratory motion and heartbeat motion of the test organism can be determined. It has been proposed (Patent Document 2).
  • an object of the present invention is to provide a respiration waveform drawing system and a respiration waveform drawing method capable of presenting a waveform indicating respiration of a subject almost in real time.
  • a respiratory waveform drawing system for drawing a respiratory waveform of a subject on a bed, A plurality of load detectors that are provided under the bed or under the legs of the bed and detect the load of the subject and output as a load signal; A subject number determination unit for determining the number of subjects on the bed based on the frequency spectrum of the load signal; When it is determined that the number of subjects on the bed is plural, a waveform separation unit that separates the load components of each subject for each load signal output from each load detector; Based on the separated load component, a center-of-gravity position calculation unit that calculates the center-of-gravity position of each subject; A respiratory waveform drawing system is provided that includes a waveform drawing unit that draws a respiratory waveform of each subject based on temporal variation of the center of gravity position of each subject.
  • the subject number determination unit may determine the number of peak frequencies appearing in the frequency spectrum of the load signal as the number of subjects on the bed.
  • the respiratory waveform drawing system may further include a vibration coordinate setting unit that sets a vibration origin and a vibration axis of each subject's respiration waveform, and the vibration coordinate setting unit has a certain time for each subject.
  • the first extreme point that is the position where the distance between the initial center and the center of gravity displaced from the initial origin is the maximum is obtained using the center of gravity position at the initial origin, and is opposite to the first extreme point of the initial origin
  • a second extreme point which is a position where the distance between the center of gravity that appears on the side and is displaced from the first extreme point and the initial origin is maximum is obtained, and the first extreme point and the second extreme point May be set as the temporary vibration axis, and the midpoint of the first extreme value point and the second extreme value point may be set as the temporary vibration origin, and the waveform drawing unit is projected onto the temporary vibration axis.
  • the respiratory waveform drawing system may further include a drawing compensation unit that compensates a drawing state of each subject's respiratory waveform, and the drawing compensation unit predicts each subject based on a past respiratory waveform.
  • a prediction waveform generation unit that generates a waveform and a correction distance calculation unit that calculates a distance between the respiration waveform and the prediction waveform at a predetermined sampling time for each subject may be provided, and drawing of the respiration waveform of each subject The state may be compensated according to the distance.
  • a biological information monitoring system for monitoring biological information of a subject on a bed, A plurality of load detectors that are provided under the bed or under the legs of the bed and detect the load of the subject and output as a load signal; A subject number determination unit for determining the number of subjects on the bed based on the frequency spectrum of the load signal; When it is determined that the number of subjects on the bed is plural, a waveform separation unit that separates the load component of each subject for each load signal output from each load detector, The separated load component is provided with a biological information monitoring system that is used to monitor biological information of each subject.
  • the biological information monitoring system may monitor a waveform representing the heartbeat of each subject as the biological information of each subject.
  • the respiratory waveform drawing system and the respiratory waveform drawing method of the present invention it is possible to present a waveform indicating the breathing of the subject almost in real time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a biological information monitoring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the center of gravity locus calculation method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of the load detector with respect to the bed.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the arrangement of four load detection areas defined on the upper surface of the bed.
  • FIG. 5 shows an example of a load signal from the load detector.
  • FIG. 6 shows an example of the subject's center of gravity locus.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a waveform drawing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows another example of the subject's center of gravity locus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a biological information monitoring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the center of gravity locus calculation method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is an enlarged view of the center of gravity locus shown in FIG.
  • FIG. 9B is an enlarged view of the center of gravity locus shown in FIG.
  • FIG. 9C is an enlarged view of the center of gravity locus shown in FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the vibration coordinate setting process.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the set first temporary vibration origin.
  • FIG. 11B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG.
  • FIG. 12A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the distance between the first temporary vibration origin and the center of gravity.
  • FIG. 12B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG. Fig.13 (a) is explanatory drawing for demonstrating the determination method of a vibration origin and a vibration axis, and shows an example of the set 1st extreme value point.
  • FIG. 13B shows a state of a temporary respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG.
  • FIG. 14A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the set first temporary vibration axis.
  • FIG. 14B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG. FIG.
  • FIG. 15A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis. The distance between the first provisional vibration origin and the leg of the perpendicular line drawn from the center of gravity to the first provisional vibration axis. An example is shown.
  • FIG. 15B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG.
  • FIG. 16A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the set second extreme value point.
  • FIG. 16B shows a state of a temporary respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG. FIG.
  • FIG. 17A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the set second temporary vibration origin and the second temporary vibration axis.
  • FIG. 17B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG.
  • FIG. 18A is an explanatory diagram for explaining a method of determining the vibration origin and the vibration axis, and shows an example of the set vibration origin and vibration axis.
  • FIG. 18B shows a provisional respiratory waveform drawn by the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG. FIG.
  • FIG. 19A is an explanatory diagram for explaining a method of drawing a respiration waveform using the determined vibration origin and vibration axis, and the vibration origin and a perpendicular foot drawn from the center of gravity to the vibration axis. An example of the distance is shown.
  • FIG. 19B shows the state of the temporary respiratory waveform and the normal respiratory waveform drawn in the waveform drawing unit up to the time corresponding to FIG.
  • FIG. 20 is a graph showing an example of the breathing waveform of the subject, and the respiratory waveform before the body motion and the breathing waveform after the body motion are in the vibration axis direction due to the shift of the center of gravity of the subject due to the body motion of the subject.
  • Fig. 2 shows a state where the drawing is shifted.
  • FIG. 21 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the drawing compensation unit.
  • FIG. 22 is a flowchart showing the procedure of the drawing compensation process.
  • FIG. 23 is an explanatory diagram for explaining a drawing compensation method.
  • FIG. 24 is an example of a frequency spectrum in a frequency band corresponding to the frequency of respiration of the load signal.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining another method of drawing compensation.
  • FIG. 26 shows an example of the frequency profile of the subject.
  • FIG. 27 is a block diagram illustrating an overall configuration of a bed system according to a modification.
  • the biological information monitoring system 100 performs observation and measurement in order to grasp the biological state of the subject on the bed, and detects the load.
  • Unit 1 control unit 3, storage unit 4, and display unit 5 are mainly included.
  • the load detection unit 1 and the control unit 3 are connected via an A / D conversion unit 2.
  • a notification unit 6 and an input unit 7 are connected to the control unit 3.
  • the load detector 1 includes four load detectors 11, 12, 13, and 14. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is a load detector that detects a load using, for example, a beam-type load cell. Such a load detector is described in, for example, Japanese Patent No. 4829020 and Japanese Patent No. 4002905. Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 is connected to the A / D converter 2 by wiring.
  • the four load detectors 11, 12, 13, and 14 of the load detection unit 1 are arranged under the legs of the bed used by the subject. Specifically, as shown in FIG. 3, the load detectors 11, 12, 13, and 14 are below the casters C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 attached to the lower ends of the legs at the four corners of the bed BD. Each is arranged.
  • the A / D converter 2 includes an A / D converter that converts an analog signal from the load detector 1 into a digital signal, and is connected to the load detector 1 and the controller 3 by wiring.
  • the control unit 3 is a dedicated or general-purpose computer, and includes a center-of-gravity position calculation unit 31, a body motion detection unit (body motion determination unit) 32, a waveform separation unit (load separation unit) 33, a vibration coordinate setting unit 34, and a waveform.
  • a drawing unit 35 and a drawing compensation unit 36 are constructed.
  • the storage unit 4 is a storage device that stores data used in the biological information monitoring system 100.
  • a hard disk magnetic disk
  • the display unit 5 is a monitor such as a liquid crystal monitor that displays information output from the control unit 3 to a user of the biological information monitoring system 100.
  • the notification unit 6 includes a device that performs predetermined notification visually or audibly based on information from the control unit 3, for example, a speaker.
  • the input unit 7 is an interface for performing a predetermined input to the control unit 3 and can be a keyboard and a mouse.
  • a biological information monitoring system 100 it is possible to detect and monitor various biological information including the respiratory state of the subject on the bed. Acquisition and monitoring of various types of biological information are performed based on changes in the position of the center of gravity of the subject on the bed.
  • the calculation of the center of gravity position of the subject using the biological information monitoring system 100 includes a load detection step (S01) for detecting the load of the subject, and temporal variation of the center of gravity position of the subject based on the detected load. And a gravity center locus calculation step (S02) for calculating (center of gravity locus).
  • the load of the subject S on the bed BD is detected using the load detectors 11, 12, 13, and 14. Since the load detectors 11, 12, 13, and 14 are respectively disposed below the casters C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 as described above, loads applied to the upper surface of the bed BD are four loads.
  • the detectors 11, 12, 13, and 14 are dispersed and detected. Specifically, as shown in FIG. 4, the rectangular upper surface of the bed BD is equally divided into four rectangular areas I to IV by being divided into two parts vertically and horizontally.
  • the load applied to the region I where the lower left half of the subject S lying on the bed BD is mainly detected by the load detector 11, and the lower right half of the subject S in the same state is detected.
  • the load applied to the region II where the is located is mainly detected by the load detector 12.
  • the load applied to the region III where the upper right half of the subject S lying on the bed BD is located is mainly detected by the load detector 13, and the region IV where the upper left half of the subject S in the same state is located.
  • the load applied to is mainly detected by the load detector 14.
  • the total output from the load detectors 11, 12, 13, and 14 represents the weight of the bed alone
  • the load Since the total output from the detectors 11, 12, 13, and 14 represents the weight of the bed alone and the weight of the subject S, the subject S can store the weight of the bed alone in the storage unit 4 in advance.
  • the weight of the subject S can be measured when he is in bed. If the weight of the bed is not uniform in the four areas, the difference is stored as the bed weight corresponding to the load detector.
  • the load detectors 11, 12, 13, and 14 each detect a load (load change) and output it to the A / D converter 2 as an analog signal.
  • the A / D conversion unit 2 converts the analog signal into a digital signal with a sampling period of, for example, 5 milliseconds, and outputs the digital signal to the control unit 3 as a digital signal (hereinafter “load signal”).
  • FIG. 5 shows load signals s 1 (solid line), s 2 (dashed line), and s 3 (dashed line) output from the load detectors 11, 12, 13, and 14 output from time t 10 to time t 14.
  • S 4 two-dot chain line.
  • the subject S lies on the center of the bed BD as shown in FIG. 4 from time t 10 to time t 11 (period P 11 ), and from time t 11 to time t 12 ( During the period P 12 ), the bed BD moves to the areas I and IV of the bed BD, and during the period from the time t 12 to the time t 13 (period P 13 ), is slightly closer to the center of the bed BD than the period P 12. It has been observed that during the period from time t 13 to time t 14 (period P 14 ), he was lying on the center of the bed BD.
  • the signals s 1 and s 4 of FIG. 4 indicate smaller load values than the period P 12
  • the signals s 2 and s 3 from the load detectors 12 and 13 arranged in the regions II and III are larger than the period P 12.
  • the load value is shown.
  • the center-of-gravity position calculation unit 31 determines the position G (X, Y) of the center of gravity G of the subject S on the bed BD based on the load signals s 1 to s 4 from the load detectors 11 to 14. Calculation is performed at a predetermined period T (for example, equal to the above sampling period of 5 milliseconds), and a temporal variation (center of gravity locus GT) of the position of the center of gravity G of the subject S is obtained.
  • T for example, equal to the above sampling period of 5 milliseconds
  • GT center of gravity locus GT
  • (X, Y) indicates coordinates on the XY coordinate plane, where X is taken in the longitudinal direction and Y is taken in the lateral direction with the center of the bed BD as the origin (FIG. 6).
  • G (X, Y) represents the coordinates of the load detectors 11, 12, 13, 14 as (X 11 , Y 11 ), (X 12 , Y 12 ), (X 13 , Y 13 ), (X 14 ), respectively. , Y 14 ), and the detected load values of the load detectors 11 , 12 , 13 , and 14 are respectively calculated as W 11 , W 12 , W 13 , and W 14 according to the following equations.
  • the center-of-gravity position calculation unit 31 calculates the time G of the position G (X, Y) of the center of gravity G while calculating the position G (X, Y) of the center of gravity G at a predetermined sampling period T based on the above formulas 1 and 2.
  • Change, that is, the center-of-gravity locus GT is obtained and stored in, for example, the storage unit 4.
  • FIG. 6 shows the position G (X P11 , Y P11 ) of the center of gravity G of the subject S on the bed BD at any time t 110 , t 120 , t 130 within the periods P 11 , P 12 , P 13 of FIG.
  • G (X P12 , Y P12 ), G (X P13 , Y P13 ), and the one-dot chain line arrow connecting P 11 , P 12 , P 13 is G from the position G (X P11 , Y P11 ) to G
  • the center of gravity locus GT of the center of gravity G of the subject S moving to (X P13 , Y P13 ) is shown.
  • the inventor of the present invention finds that the center-of-gravity locus GT of the subject S calculated by the center-of-gravity position calculation unit 31 mainly includes a locus of center-of-gravity movement caused by the three types of biological activities of the subject S. It was.
  • the first is a locus of center of gravity movement caused by a relatively large body movement accompanying the movement of the trunk (trunk) of the subject S such as turning over.
  • a relatively large body movement is referred to as “large body movement”.
  • Specific body movements are, for example, turning over and getting up.
  • a large body movement can be defined as a movement of the center of gravity of a relatively long distance that is greater than or equal to a predetermined distance that occurs within a predetermined period.
  • the center of gravity is larger than about a predetermined multiple compared to the movement distance of the center of gravity by small body movement.
  • the body movement to be moved can also be defined as a large body movement. Further, it may be defined by comparison with the amplitude of respiratory vibration described later.
  • the second is a locus of center of gravity movement caused by a relatively small body movement that does not involve movement of the torso (trunk) of subject S, such as movement of limbs and face.
  • a relatively small body movement is called “small body movement”.
  • the small body movement is, for example, movement of only the limbs and the head.
  • “large body movement” and “small body movement” are collectively referred to as “body movement”.
  • small body movement is defined from the viewpoint of the temporal variation of the position of the center of gravity, it can be generally defined that the small body movement is a movement of the center of gravity at a relatively short distance within a predetermined time. Further, it may be defined by comparison with the amplitude of respiratory vibration described later. Also, a body motion that causes a center of gravity movement that is a movement of the center of gravity for a relatively short distance within a predetermined time and that is not vibration in a certain direction may be defined as a small body motion. According to this definition, when focusing on the movement of the center of gravity, small body movements and breathing can be more clearly distinguished.
  • the third is the locus of gravity center movement caused by the subject's breathing.
  • Human breathing is performed by moving the thorax and diaphragm to expand and contract the lungs.
  • inhaling that is, when the lungs expand
  • the diaphragm descends downward
  • the internal organs also move downward.
  • exhaling that is, when the lungs contract
  • the diaphragm rises upward and the internal organs also move upward.
  • the inventor of the present invention has found through research that the center of gravity G vibrates substantially along the extending direction (body axis direction) of the spine as the internal organs move.
  • breathing vibration reciprocation along the body axis direction of the subject's center of gravity caused by the subject's breathing
  • breathing vibration trajectory the trajectory of breathing vibration
  • a waveform showing respiratory vibration in the time domain for example, a waveform showing the body axis direction as the vertical axis and time as the horizontal axis is called a “respiration waveform” of the subject.
  • stable body period a period in which the subject does not perform a large body movement
  • stable body period a period in which the subject does not perform a large body movement
  • stable body period a period in which the subject does not perform a large body movement
  • the body motion detection unit 32 detects whether or not body motion (large body motion, small body motion) is occurring in the subject S on the bed.
  • body motion large body motion, small body motion
  • the body movement determination step S1 is repeated again.
  • body movement has not occurred (S1: No)
  • the process proceeds to the subject number determination step S2.
  • the control unit 3 determines the number of subjects S on the bed BD.
  • the control unit 3 causes the vibration coordinate setting unit 34 to set vibration coordinates (details will be described later) of the subject S in the vibration coordinate setting unit 34 in the vibration coordinate setting step S3.
  • the control unit 3 causes the waveform separation unit 33 to perform the waveform separation step S6.
  • the waveform separation step S6 the vibration in which the respiratory vibrations of the plurality of subjects S are superimposed is separated, and the respiratory vibrations of each of the plurality of subjects S are taken out.
  • the control unit 3 causes the vibration coordinate setting unit 34 to perform the vibration coordinate setting step S3 for each of the respiratory vibrations separated and taken out, and sets the vibration coordinates of the respiratory vibrations of the plurality of subjects S.
  • the waveform drawing unit 35 respirates the subject S based on the vibration coordinates set in the vibration coordinate setting step S3 (if there are a plurality of subjects S, each breathing waveform of the subject S). Is drawn and displayed on the display unit 5.
  • the control unit 3 causes the drawing compensation unit 36 to execute the drawing compensation step S5 as necessary so that the display of the respiratory waveform on the display unit 5 is reliably continued during the execution of the waveform drawing step S4.
  • the drawing compensation unit 36 first determines whether or not the drawing state can be compensated. Compensate for the condition. On the other hand, if the drawing state cannot be compensated, the control unit 3 is informed accordingly. In this case, the control unit 3 stops drawing the respiration waveform and returns the process to the body movement determination process S1.
  • the number of the subject S existing on the bed BD is one, and the subject S is shown in FIGS.
  • An example will be described in which the breathing waveform of the subject S is drawn during the period in which the center of gravity movement indicating the locus is performed in 9 (c).
  • the center of gravity locus GT shown in FIG. 8 indicates the locus of center of gravity movement of the subject S for about 2 minutes calculated by the center of gravity position calculating unit 31.
  • the arrow indicates the direction in which the center of gravity G has moved.
  • the trajectory of movement of the center of gravity G from the area A to the area B and the trajectory of movement of the center of gravity G from the area B to the area C are trajectories of movement of the center of gravity due to large body movement accompanying the movement of the body of the subject S.
  • the center of gravity locus GT vibrates in the vertical direction (x direction) in the remaining section (period) in which the locus of gravity center movement due to these large body movements and the locus of gravity center movement due to small body movements are not recorded.
  • this section (period) it was observed that the subject S was sleeping at a fixed position without performing large body movements and small body movements. Therefore, the reciprocating motion (vibration) of the center of gravity G during these periods is a respiratory vibration along the body axis direction of the subject S, and the trajectory is a respiratory vibration trajectory.
  • the period in which the center of gravity locus GT in the section of point a to point b, point d to point s, and point t to point w is recorded Is the stable posture period, of which the center of gravity locus GT (ie, the respiratory vibration locus) of the sections from point a to point b, point d to point l, point m to point s, point t to point u, point v to point w ) Is the stable breathing period.
  • the center of gravity locus GT ie, the respiratory vibration locus
  • the body motion detection unit 32 detects whether body motion (large body motion, small body motion) is occurring in the subject S on the bed. Specifically, for example, the following method is used.
  • the movement of the body that occurs when the subject S performs a large body movement or a small body movement is accompanied by a much larger variation in the position of the center of gravity than the movement of the internal organs caused by the breathing of the subject S.
  • the movement speed (movement amount per unit time) of the center of gravity G caused by the large body movement or the small body movement is much higher than the movement speed of the center of gravity position movement caused by the breathing of the subject S.
  • the moving speed of the movement of the center of gravity G caused by the large body movement is larger than the moving speed of the movement of the center of gravity G caused by the small body movement.
  • the body motion detection unit 32 calculates the moving speed of the center of gravity G based on the change in the position of the center of gravity G of the subject S at each time stored in the storage unit 4, and the calculated speed exceeds a predetermined threshold. In this case, it is determined that the subject S is performing body movement, and if the calculated speed is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined that the subject S is not performing body movement.
  • the body motion detection unit 32 determines that there is a body motion, and the control unit 3 returns the process to the body motion detection step S1.
  • the body motion detection unit 32 determines that there is no body motion in the body motion detection step S1, and the control unit 3 advances the process to the subject number determination step S2.
  • the presence or absence of body movement may be determined by other methods based on the definition of large body movement or small body movement.
  • the control unit (subject number determination unit) 3 determines whether or not the subject S on the bed BD is one person. Specifically, for example, the following method is used.
  • the position of the center of gravity G of the subject S vibrates on the bed BD according to the breathing of the subject S, and is from the load detectors 11 to 14 respectively disposed under the four legs of the bed BD.
  • Each of the load signals s 1 to s 4 also fluctuates at a period corresponding to the breathing of the subject S on the bed. Therefore, if Fourier transform is performed on at least one of the load signals s 1 to s 4 to obtain a frequency spectrum of a frequency band corresponding to respiration (about 0.2 Hz to about 0.33 Hz, hereinafter referred to as a respiration band).
  • the peak frequency appears at a position corresponding to the breathing frequency of the subject S.
  • the respiratory cycle varies depending on the sex, physique, vital capacity, etc. of the subject S. Therefore, when there are a plurality of subjects S on the bed BD, as many different peak frequencies as the number of subjects S appear in the frequency spectrum of the breathing band.
  • the control unit 3 causes the waveform separation unit 33 to perform Fourier analysis on at least one of the load signals s 1 to s 4 sent from the load detection unit 1 to calculate the frequency spectrum of the respiratory band, and the peak frequency that appears is calculated. If there is one, it is determined that there is one subject S, and if there are a plurality of peak frequencies that appear, it is determined that there are a plurality of subjects S.
  • the control unit 3 determines that the subject S is one (S2). : Yes).
  • the vibration coordinate setting unit 34 sets the vibration coordinates of the respiration vibration included in the center of gravity locus GT of the subject S, and calculates the displacement necessary for drawing the respiration waveform based on the set vibration coordinates.
  • the waveform drawing unit 35 draws the breathing waveform of the subject S based on the displacement calculated by the vibration coordinate setting unit 34.
  • the setting of the vibration coordinates means the “vibration origin” indicating the vibration center of the respiratory vibration and the direction of the vibration axis indicating the vibration direction of the respiratory vibration (the direction in which the body axis of the subject S extends). Means to set.
  • the vibration coordinate setting step S3 mainly includes a first temporary vibration coordinate setting step S301, a second temporary vibration coordinate setting step S302, a temporary vibration origin comparison step S303, and a vibration coordinate determination step S304.
  • the waveform drawing step S4 is performed partially in parallel with the vibration coordinate setting step S3.
  • the waveform drawing unit 35 uses the distance information output from the vibration coordinate setting unit 34 in the first temporary vibration coordinate setting step S301 and the second temporary vibration coordinate setting step S302 to perform temporary breathing of the subject S.
  • a waveform is drawn and displayed on the display unit 5.
  • the waveform drawing unit 35 draws the normal respiratory waveform of the subject S using the displacement information output from the vibration coordinate setting unit 34 based on the vibration coordinates determined in the vibration coordinate determination step S304. And displayed on the display unit 5.
  • the “temporary respiratory waveform” means the temporary vibration coordinates, that is, the temporary vibration origin and the temporary vibration axis before the vibration coordinates, that is, the vibration origin O and the vibration axis A are determined in the vibration coordinate determination step S304.
  • the “normal respiratory waveform” is a respiratory waveform drawn on the basis of the vibration origin O and the vibration axis A after the vibration coordinates are determined in the vibration coordinate determination step S304. means.
  • First provisional vibration coordinate setting step S301 As shown in FIG. 11A, the vibration coordinate setting unit 34 sets a point determined to have no body movement in the body movement determination step S1 as a first temporary vibration origin TO1 (an example of an initial origin). This point corresponds to the point d in the center of gravity locus GT illustrated in FIG. At this time, the waveform drawing unit 35 has not started drawing a respiratory waveform (FIG. 11B).
  • the vibration coordinate setting unit 34 sets a linear distance D 0 between the first temporary vibration origin TO1 and the center of gravity G moving from the first temporary vibration origin TO1 (FIGS. 12A and 13). (A)) is sequentially calculated, and the calculated value is output to the waveform drawing unit 35.
  • the waveform drawing unit 35 plots the value of the received linear distance D 0 in a graph in which the horizontal axis is the time axis (t axis) and the vertical axis is the distance axis (D 0 axis).
  • a respiration waveform is drawn (FIGS. 12B and 13B) and displayed on the display unit 5.
  • the vibration coordinate setting unit 34 observes the value of the distance D 0 between the first temporary vibration origin TO1 and the center of gravity G, obtains a point where the distance D 0 is maximum, and determines this point as the first extreme point EP1. (FIG. 13A). In the first extreme point EP1, change in the distance D 0 is turned from increasing to decreasing. The first extreme value point EP1 corresponds to the point e in the center-of-gravity locus GT illustrated in FIG.
  • the vibration coordinate setting unit 34 calculates an axis connecting the first temporary vibration origin TO1 and the first extreme value point EP1, and sets this as the first temporary vibration axis TA1,
  • One temporary vibration origin TO1 is set as the origin of the first temporary vibration axis TA1. That is, the vibration direction of the respiratory vibration started from the first temporary vibration origin TO1, that is, the direction of the vibration axis (the direction of the body axis) is provisionally determined to be the direction of the first temporary vibration axis TA1, and the vibration origin of the respiratory vibration is determined. Is temporarily determined to be the first temporary vibration origin TO1.
  • first extreme value point EP1 side of the first temporary vibration origin TO1 is set as the positive side of the first temporary vibration axis TA1, and the other side is set as the negative side of the first temporary vibration axis TA1.
  • the vibration coordinate setting unit 34 includes a perpendicular foot FP1 and a first provisional vibration origin TO1 extending from the center of gravity G moving from the first extreme value point EP1 to the first provisional vibration axis TA1. successively calculating a distance D 1 of the between, and sends the calculated value to the waveform drawing unit 35.
  • the waveform drawing unit 35 draws a temporary respiratory waveform of the subject S based on the received calculated value (FIG. 15B, FIG. 16B) and displays it on the display unit 5.
  • the vibration coordinate setting unit 34 a distance D 1 (FIG. 15 (a), the FIG. 15 (b), the FIG. 16 (a), the to FIG. 16 (b)) was observed, and the maximum that distance D 1 is the negative side This point is obtained, and this point is set as the second extreme point EP2.
  • change in the distance D 1 is turned from increasing to decreasing.
  • the first extreme value point EP2 corresponds to the point f in the center-of-gravity locus GT illustrated in FIG.
  • the center of gravity G and the first temporary vibration point are identified.
  • the second extreme point may be specified using a linear distance from the vibration origin TO1.
  • the vibration coordinate setting unit 34 calculates an axis connecting the first extreme value point EP1 and the second extreme value point EP2, and uses this as the second temporary vibration axis (temporary vibration).
  • Axis TA2 and an intermediate point between the first extreme value point EP1 and the second extreme value point EP2 is a second temporary vibration origin (temporary vibration origin) TO2. That is, the direction of the vibration axis of the respiratory vibration (the direction of the body axis) started from the first temporary vibration origin TO1 is tentatively determined to be the direction of the second temporary vibration axis TA2, and the vibration origin of the respiratory vibration is determined as the second temporary vibration origin. Temporarily re-determine that the vibration origin is TO2.
  • one side of the second temporary vibration origin TO2 is set as the positive side of the second temporary vibration axis TA2, and the other side of the second temporary vibration origin TO2 is set.
  • the side is set as the negative side of the second temporary vibration axis TA2.
  • the vibration coordinate setting unit 34 is between the first temporary vibration origin TO1 set in the first temporary vibration coordinate setting step S301 and the second temporary vibration origin TO2 set in the second temporary vibration coordinate setting step S302. Is determined, and it is determined whether or not the calculated distance is equal to or less than a predetermined value.
  • the predetermined value may be 10% of the distance between the first extreme value point EP1 and the second extreme value point EP2.
  • the vibration coordinate setting unit 34 is illustrated in FIG.
  • the second temporary vibration origin TO2 is determined as the vibration origin O of respiratory vibration
  • the second temporary vibration axis TA2 is determined as the vibration axis A of respiratory vibration
  • the vibration coordinates are determined. That is, it is determined that the center of gravity G of the subject S with the body axis direction in the direction of the vibration axis A is oscillating along the vibration axis A with the vibration origin O as the vibration center by the breathing of the subject S.
  • the vibration coordinate setting unit 34 determines whether the distance between the first temporary vibration origin TO1 and the second temporary vibration origin TO2 exceeds a predetermined distance as a result of the comparison (S303: No). If the distance between the first temporary vibration origin TO1 and the second temporary vibration origin TO2 exceeds a predetermined distance as a result of the comparison (S303: No), the vibration coordinate setting unit 34 The vibration coordinate setting step S305 and the temporary vibration origin comparison step S306 are executed.
  • the vibration coordinate setting unit 34 calculates an axis connecting the second extreme value point EP2 and the third extreme value point, and sets this as the third temporary vibration axis, and the second extreme value point EP2 and the third extreme value.
  • An intermediate point with the point is defined as a third temporary vibration origin TO3.
  • the vibration coordinate setting unit 34 sets the second temporary vibration origin TO2 set in the second temporary vibration coordinate setting step S302 and the third temporary vibration coordinate setting.
  • a distance from the third temporary vibration origin TO3 set in step S305 is calculated, and it is determined whether or not the calculated distance is equal to or less than a predetermined value.
  • the third temporary vibration origin TO3 is set as the respiratory vibration oscillation origin O.
  • the third provisional vibration axis TA3 is determined as the vibration axis A for respiratory vibration (vibration coordinate determination step S304).
  • the vibration coordinate setting unit 34 After determining the vibration origin O and the vibration axis A in the vibration coordinate determination step S304, the vibration coordinate setting unit 34, as shown in FIG.
  • the distance D to O is sequentially calculated, and the calculated value is sent to the waveform drawing unit 35 as the displacement of the respiratory waveform.
  • the waveform drawing unit 35 draws a normal respiration waveform based on the received displacement value (FIG. 19B) and displays it on the display unit 5.
  • the position of the vibration origin is different between the determined vibration coordinate and the temporary vibration coordinate set immediately before. Therefore, when drawing of the respiration waveform based on the determined vibration coordinates is started, as shown in FIG. 19B, the newly drawn normal respiration waveform and the temporary respiration that has been drawn so far are displayed. There may be a slight deviation from the waveform. Based on the difference between the temporary vibration coordinates and the determined vibration coordinates, the drawn temporary breathing waveform may be corrected and redrawn to eliminate this deviation.
  • the drawing compensation unit 36 corrects the drawing position by the following method.
  • the drawing compensation unit 36 includes a predicted waveform generation unit 361 and a correction distance calculation unit 362. Then, in the drawing compensation step S5, the drawing compensation unit 36 executes a predicted waveform generation step S501 and a correction distance calculation step S502 as shown in FIG.
  • the predicted waveform generation step S501 and the correction distance calculation step S502 executed by the drawing compensation unit 36 will be described.
  • Estimated waveform generation unit 361 of the drawing compensator 36 generates the estimated waveform generation step S501, for example, already the most recent one period of the respiratory waveform W 1 that is drawn on the display unit 5 as the estimated waveform W S, the estimated waveform W S is drawn on the display unit 5 so as to be continuous with the respiratory waveform W 1 (FIG. 23. However, the predicted waveform W S may not be drawn on the display unit 5).
  • the respiratory waveform W 1 drawn with solid lines, by drawing a predicted waveform W S in dashed lines, are distinguished respiration waveform W 1 and the estimated waveform W S.
  • the values of the first threshold value Th 1 and the second threshold value Th 2 may be appropriately set according to the size of the display area of the display unit 5.
  • the control unit 3 determines that no body movement has occurred, and executes the waveform drawing step S4. Then, in the waveform drawing step S4, the waveform drawing unit 35 continues drawing the respiratory waveform based on the actual measurement point D (t 0 ) without correcting the drawing position.
  • the control unit 3 determines that a small body movement has occurred, and performs the following compensation operation while performing the waveform drawing step S4. Execute.
  • the waveform drawing unit 35 draws the measured point D (t 0 ) by moving (offset) the distance d (t 0 ) in the direction of the vibration axis A. That is, the distance d (t 0 ) is used as the correction distance as it is.
  • the control unit 3 determines that a large body movement has occurred and executes the body movement determination step S1 again.
  • the drawing compensation step S5 even if a small body motion occurs during drawing of the respiratory waveform, the respiratory waveform before and after the small body motion is continuously drawn within the display range of the display unit 5. can do.
  • the vibration coordinates can be set again, and the waveform drawing can be performed through the above process.
  • the step of drawing the respiratory waveforms of a plurality of (two) subjects S on the bed BD focuses on the difference from the step of drawing the respiratory waveform of the single subject S described above.
  • the body movement determination step S1 determines the presence or absence of body movement of the subject S based on the moving speed of the center of gravity G on the bed BD, as in the case where the subject S is alone.
  • the control unit 3 determines that the body movement of the subject S has been lost when all of the body movements of the plurality of subjects S have stopped.
  • the waveform separation unit 33 performs a Fourier transform on at least one of the load signals s 1 to s 4 to obtain a breathing band (about 0.2 Hz to about 0.33 Hz). Obtain the frequency spectrum.
  • the control unit 3 determines that there are a plurality of subjects S (S2: No).
  • the waveform separation unit 33 obtains a load component of each load signal for each identified frequency when a plurality of peak frequencies are identified in the subject number determination step S2.
  • These load components can be obtained, for example, by bandpass filter processing for each of the load signals s 1 to s 4 .
  • four load components s 11 , s 21 , s 31 , and s 41 corresponding to the peak frequency ⁇ 1 and the peak frequency ⁇ are obtained.
  • the waveform separation unit 33 outputs four load components corresponding to the peak frequencies ⁇ 1 and ⁇ 2 to the gravity center position calculation unit 31.
  • the center-of-gravity position calculation unit 31 calculates the center-of-gravity position and the center-of-gravity locus corresponding to each of the peak frequencies ⁇ 1 and ⁇ 2 (that is, each of the subjects S). Calculation is performed in the same manner as in the gravity center locus calculation step S02.
  • the vibration coordinate setting step S3 After the center of gravity locus for each of the plurality of subjects S is obtained in the waveform separation step S6, the vibration coordinate setting step S3, the waveform drawing step S4, and the drawing compensation step S5 based on the center of gravity locus of each of the plurality of subjects S. Is executed. The details are as described above by taking the case where the subject S is alone as an example.
  • the respiratory waveform of the subject can be presented in almost real time.
  • the vibration coordinate setting unit 34 sets a temporary vibration origin immediately after the subject S enters the stable breathing period, and then the distance D 0 of the center of gravity position therefrom. start the calculation, before setting the vibration coordinates, waveform drawing unit 35, to start drawing of the respiratory waveform on the temporary coordinate system based on the calculated value of the distance D 0. Therefore, the respiratory waveform can be displayed on the display unit 5 almost immediately after the large body movement or the small body movement is finished.
  • the drawing compensation step S5 generates the estimated waveform W S based on past respiratory waveform, the measured points D at the current sampling time t 0 (t 0) and the predicted point W
  • the drawing position of the actual measurement point D (t 0 ) is corrected according to the distance d (t 0 ) between S (t 0 ). Therefore, even if the actual measurement point D (t 0) is deviated from the prediction point W S (t 0), immediately to correct the drawing position of the measured point G (t 0), the display unit 5 to continue the respiratory waveform Can be displayed.
  • the number of subjects S on the bed BD is determined in the subject number determination step S2.
  • the respiratory vibrations of the subjects S can be separated in the waveform separation step S6, and the respiratory waveforms of the subjects S can be drawn. For this reason, for example, even if the patient's family is lying on the bed BD on which one patient lies, the patient's respiratory waveform can be reliably monitored.
  • the biological information monitoring system 100 calculates the respiratory rate of the subject S using the load detectors 11 to 14 disposed under the legs of the bed BD. Therefore, it is not necessary to attach a measuring device to the body of the subject S, and the subject S does not feel uncomfortable or uncomfortable. ⁇ Modification>
  • the vibration coordinate setting step S3 is started regardless of whether or not the subject S is alone.
  • the number-of-subjects determination step S2 and the waveform separation step S6 are executed in parallel with the vibration coordinate setting step 3, and if there are a plurality of subjects S, a plurality of peak frequencies specified in the number-of-subjects determination step S2 (that is, a plurality of subjects) Based on the subject S), the center of gravity locus of each of the plurality of subjects S is separated in the waveform separation step S6, and based on this, the vibration coordinate setting step S3, the waveform drawing step S4, and the drawing compensation step S5 are executed.
  • the vibration coordinate setting unit 34 of the biological information monitoring system 100 calculates the distance between the temporary vibration origin set last and the temporary vibration origin set immediately before it in the temporary vibration origin comparison steps S303, S306, and the like. Although it has been determined whether or not the vibration origin A can be set by comparing with a predetermined value, the present invention is not limited to this.
  • the vibration coordinate setting unit 34 sets the provisional vibration origin and the provisional vibration axis a predetermined number of times, and determines the last provisional vibration origin and provisional vibration axis as the vibration origin O and the vibration axis A. Also good.
  • the vibration coordinate setting unit 34 may set the temporary vibration origin and the temporary vibration axis for a predetermined number of times, and determine the average of them as the vibration origin O and the vibration axis A.
  • the waveform drawing unit 35 of the biological information monitoring system 100 of the above embodiment receives information on the coordinates of the Nth extreme value point EPN, the inclination of the Nth temporary coordinate axis TAN, and the like from the vibration coordinate setting unit 34, and based on these information You may adjust the scale of a graph area suitably. For example, a distance in the second temporary vibration axis TA2 direction between the first extreme value point EP1 and the second extreme value point EP2 or a distance D (displacement) calculated using the determined vibration origin O and vibration axis A.
  • the scale of the vertical axis (distance DN axis, displacement axis) of the graph area can be adjusted based on the maximum value (amplitude). Thereby, the respiration waveform of the optimal scale suitable for observation can always be displayed on the display part 5.
  • the drawing compensation step S5 is performed on the respiration waveform drawn through the vibration coordinate setting step S3 and the waveform drawing step S4.
  • the present invention is not limited to this, and the respiration waveform drawn by other methods is used.
  • the drawing compensation step S5 may be applied.
  • the drawing compensation unit 36 detects the occurrence of a small body motion or a large body motion based on the distance between the predicted point W S (t 0 ) and the actual measurement point D (t 0 ). Is not limited. For example, when the vibration coordinate setting unit 34 determines that the distance between the determined position of the vibration origin O and the position of the center of gravity G of the subject S exceeds a predetermined value, a small body movement or a large body movement occurs. It may be determined that the stable breathing period has ended, and the controller 3 may return the process to the body movement determination step S1 when a large body movement occurs.
  • the predetermined value can be set based on the distance between the first extreme value point EP1 and the second extreme value point EP2, for example.
  • the estimated waveform generation step S501 but the most recent one period of the respiratory waveform W 1 is drawn as a predicted waveform W S, not limited to this, the model of the past two cycles or more respiratory waveform
  • the modeled waveform may be used as the predicted waveform W S.
  • the estimated waveform W S may if already distinguished from the respiratory waveform W 1 that is drawn on the display unit 5, for example, may be drawn respiratory waveform W 1 and the estimated waveform W S in different colors.
  • the control unit 3 causes a small body movement.
  • the average value of the distances d (t n ) may be used as the correction distance. That is, the actual measurement points D (t n ) may be drawn by moving in the direction of the vibration axis A by the average value of the distance d (t n ). According to this method, it is possible to improve the accuracy of determination of small body movements.
  • the predetermined time for example, 1/4 period predicted waveform W S
  • the distance d (t n ) is calculated and the distance d (t n ) is a constant value and is not less than the first threshold Th 1 and not more than the second threshold Th 2
  • the control unit 3 has a small body movement. It may be determined that the distance has occurred, and the distance d (t n ) may be used as the correction distance.
  • the measured points D (t n ) may be drawn by moving the measured points D (t n ) in the direction of the vibration axis A by the distance d (t n ). According to this method, the accuracy of determination of small body movement can be further increased.
  • the correction distance calculation unit 362 sets ⁇ x such that the integral value expressed by the following (Equation 3) is minimized.
  • a value may be calculated, and the ⁇ x may be used as a further correction distance.
  • T means the period of the predicted waveform W S
  • W S (t) is an equation indicating the fluctuation of the prediction point as a function of time t
  • D (t) is the fluctuation of the actual measurement point as a function of time t. It is a formula.
  • ⁇ x means a further correction distance.
  • each respiration waveform is calculated from the load component corresponding to one specific frequency. Therefore, it becomes a substantially sine wave.
  • an actual respiration waveform is obtained by superimposing a plurality of frequency components such as a frequency component resulting from a difference in inspiratory and expiratory speeds and a difference in hold period in each. Therefore, when the breathing pattern of each subject S is modeled in advance, a plurality of peak frequencies are selected from the frequency profile as shown in FIG. 26, and the load component corresponding to the selected peak is actually obtained. A respiration waveform closer to the respiration waveform may be drawn.
  • the respiratory waveform of each subject S may be made to follow the changing frequency of the subject S by specifying a frequency at regular time intervals and calculating a load component corresponding to the specified frequency.
  • the Fourier integration time is dynamically changed from a time that is back by a predetermined time length ⁇ t from the present to the present.
  • the coefficient peak that is seen from the time that is a predetermined time length ⁇ t to the present is calculated.
  • the change from the already specified frequency to the current frequency can be captured in time series.
  • the respiration waveform of each subject S can be made to follow the change of the frequency of the subject S.
  • the number of subjects S on the bed and the respiration waveform of each subject S are obtained by determining the number of peak frequencies in the respiration band.
  • various biological information of each subject S can be separated. For example, by identifying a frequency peak in the range of about 0.5 to about 3.3 Hz in the subject number determination step S2, in the waveform separation step S6, waveforms representing the heartbeats of a plurality of subjects S are separated and monitored. You can also.
  • the waveform separation step S6 has been described on the assumption that the plurality of subjects S are all humans.
  • the present invention is not limited to this.
  • one subject S and a device that generates periodic vibrations on a bed Even if there is such a case, the respiratory vibration of one subject S can be separated from the periodic vibration by the apparatus.
  • Control part 3 of living body information monitoring system 100 of the above-mentioned embodiment can also ask for subject's S respiration rate by the following methods. Specifically, for example, after the vibration origin O and the vibration axis A are determined, the vibration coordinate setting unit 34 continues to specify the extreme points, and the control unit 3 determines the extreme points identified per unit time. The respiration rate of the subject S can be obtained based on the number of.
  • the biological information monitoring system 100 according to the above embodiment may not include at least one of the vibration coordinate setting unit 34, the drawing compensation unit 36, and the subject number determination unit in the control unit 3.
  • the load detectors 11, 12, 13, and 14 are not limited to load sensors using beam-type load cells, and for example, force sensors can also be used.
  • the number of load detectors is not limited to four. Five or more load detectors may be used with additional legs on the bed BD. Or you may arrange
  • the load detector 11, 12, 13 and 14 are arranged under the bed casters C 1 attached to the lower end of the leg of the BD, C 2, C 3, C 4
  • Each of the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD, or the four legs of the bed BD can be divided vertically. For example, it may be provided between the upper leg and the lower leg.
  • the load detectors 11, 12, 13, and 14 may be integrated with the bed BD, and a bed system BDS including the bed BD and the biological information monitoring system 100 of the present embodiment may be configured (FIG. 27).
  • the load detector provided on the bed means a load detector provided between the four legs of the bed BD and the floor plate of the bed BD as described above, an upper leg, It means a load detector provided between the lower leg.
  • a signal amplification unit that amplifies the load signal from the load detection unit 1 and a filtering unit that removes noise from the load signal are provided between the load detection unit 1 and the A / D conversion unit 2. May be.
  • the display unit 5 is not limited to displaying information on the monitor so that the user can visually recognize it.
  • the display unit 5 may be a printer that periodically prints and outputs the breathing state (respiration rate, respiratory ventilation), heartbeat state, and physical condition of the subject S, or if the sleep state is on, the blue lamp is lit, the awakening state In this case, a simple visual expression such as lighting of a yellow lamp and lighting of a red lamp in an apnea state may be used.
  • the display unit 5 may convey the breathing state and physical state of the subject S to the user by voice.
  • the biological information monitoring system 100 may not have the display unit 5 and may only have an output terminal for outputting information.
  • a monitor (display device) or the like for performing display is connected to the biological information monitoring system 100 via the output terminal.
  • reporting part 6 of the said embodiment performed alerting
  • reporting part 6 may be the structure which alert
  • the biological information monitoring system 100 according to the above embodiment may not have the notification unit 6.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
  • the breathing vibration of the subject can be presented to the user in a good state with little interruption or time lag
  • data suitable for observation is mainly provided by the user who is a doctor.

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Abstract

ベッド（ＢＤ）上の被験者（Ｓ）の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システム（１００）は、ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器（１１、１２、１３、１４）と、前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部（３）と、ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部（３３）と、前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部（３１）と、各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部（３５）とを備える。

Description

呼吸波形描画システム及び生体情報モニタリングシステム
　本発明は、被験者の重心位置の変動に基づいて被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システム、及び被験者の重心位置の変動に基づいて被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムに関する。
　被験者の生体情報は、医療や介護の現場において患者や被介護者の身体状態を知るための重要な情報の一つである。例えば被験者の呼吸状態を把握して、睡眠時無呼吸症候群やいびきなどの症状の把握、及びこれらの症状の改善に役立てることができる。
　ベッドの脚部の下に荷重センサを配置して、荷重センサの計測値に基づいて被験者の呼吸状態を計測することが提案されている（特許文献１）。更に、ベッドの脚部の下に荷重検出器を配置してベッド上の被検生体の重心の移動を求め、この重心の移動に基づいて被検生体の呼吸運動と心拍運動とを求めることも提案されている（特許文献２）。
特許第４８８３３８０号 特公昭６１－２４０１０号
　医療現場では、被験者の呼吸状態を示す波形をリアルタイムで提示することが望まれているが、特許文献１、２に記載の発明は、このような現場の要望に応えることはできない。
　そこで本発明は、被験者の呼吸を示す波形を、ほぼリアルタイムで提示することのできる呼吸波形描画システム及び呼吸波形描画方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に従えば、
　ベッド上の被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システムであって、
　ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
　前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
　ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、
　前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
　各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部とを備える呼吸波形描画システムが提供される。
　第１の態様の呼吸波形描画システムにおいて、前記被験者数判定部は、前記荷重信号の周波数スペクトルに現れるピーク周波数の数をベッド上の被験者の数と判定してもよい。
　第１の態様の呼吸波形描画システムは、各被験者の呼吸波形の振動原点及び振動軸を設定する振動座標設定部をさらに備えてもよく、前記振動座標設定部は、各被験者ごとに、ある時刻における重心位置を初期原点として、初期原点から変位する重心位置と該初期原点との間の距離が最大となる位置である第１極値点を求め、前記初期原点の第１極値点と反対側に現れ且つ第１極値点から変位する重心位置と前記初期原点との間の距離が最大になる位置である第２極値点を求め、第１極値点と第２極値点とを結ぶ方向を仮振動軸と設定し、第１極値点と第２極値点の中点を仮振動原点と設定してもよく、前記波形描画部は、前記仮振動軸上に投影した重心位置の前記仮振動原点からの変位を時間に対して表すことによって、各被験者の呼吸波形を描画してもよい。
　第１の態様の呼吸波形描画システムは、各被験者の呼吸波形の描画状態を補償する描画補償部をさらに備えてもよく、前記描画補償部は、各被験者ごとに過去の呼吸波形に基づいて予測波形を生成する予測波形生成部と、各被験者ごとに所定のサンプリング時刻における呼吸波形と予測波形との間の距離を算出する補正距離算出部とを備えてもよく、各被験者の呼吸波形の描画状態を前記距離に応じて補償してもよい。
　本発明の第２の態様に従えば、
　ベッド上の被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムであって、
　ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
　前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
　ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、を備え、
　前記分離された荷重成分は、各被験者の生体情報をモニタリングするのに供される生体情報モニタリングシステムが提供される。
　第２の態様の生体情報モニタリングシステムは、各被験者の生体情報として、各被験者の心拍を表す波形をモニタリングしてもよい。
　本発明の呼吸波形描画システム及び呼吸波形描画方法によれば、被験者の呼吸を示す波形をほぼリアルタイムで提示することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る生体情報モニタリングシステムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係る重心軌跡算出方法を示すフローチャートである。 図３は、荷重検出器のベッドに対する配置を示す説明図である。 図４は、ベッド上面に画成される４つの荷重検出領域の配置を示す説明図である。 図５は、荷重検出器からの荷重信号の一例を示す。 図６は、被験者の重心軌跡の一例を示す。 図７は、本発明の実施形態に係る波形描画方法を示すフローチャートである。 図８は、被験者の重心軌跡の他の例を示す。 図９（ａ）は、図８に示す重心軌跡の、領域Ａにおける拡大図である。図９（ｂ）は、図８に示す重心軌跡の、領域Ｂにおける拡大図である。図９（ｃ）は、図８に示す重心軌跡の、領域Ｃにおける拡大図である。 図１０は、振動座標設定工程の手順を示すフローチャートである。 図１１（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１仮振動原点の一例を示す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１２（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、第１仮振動原点と重心との距離の一例を示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１３（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１極値点の一例を示す。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１４（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第１仮振動軸の一例を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１５（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、第１仮振動原点と、重心から第１仮振動軸に下された垂線の足との距離の一例を示す。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１６（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第２極値点の一例を示す。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１７（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された第２仮振動原点及び第２仮振動軸の一例を示す。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１８（ａ）は、振動原点及び振動軸の決定方法を説明するための説明図であり、設定された振動原点及び振動軸の一例を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に対応する時点までに波形描画部が描画した仮の呼吸波形の様子を示す。 図１９（ａ）は、決定された振動原点及び振動軸を用いて呼吸波形を描画する方法を説明するための説明図であり、振動原点と、重心から振動軸に下された垂線の足との距離の一例を示す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に対応する時点までに波形描画部に描画された仮の呼吸波形及び正規の呼吸波形の様子を示す。 図２０は、被験者の呼吸波形の一例を示すグラフであり、被験者の体動による被験者の重心位置のシフトに起因して、体動前の呼吸波形と体動後の呼吸波形とが振動軸方向にシフトして描画されている様子を示す。 図２１は、描画補償部の詳細な構成を示すブロック図である。 図２２は、描画補償工程の手順を示すフローチャートである。 図２３は、描画補償の方法を説明するための説明図である。 図２４は、荷重信号の呼吸の周波数に相当する周波数帯域における周波数スペクトルの一例である。 図２５は、描画補償の他の方法を説明するための説明図である。 図２６は、被験者の周波数プロファイルの一例を示す。 図２７は、変形例に係るベッドシステムの全体構成を示すブロック図である。
＜第１実施形態＞
　図１～図２４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
　図１に示す通り、本実施形態の生体情報モニタリングシステム（呼吸波形描画システム、呼吸情報取得システム）１００は、ベッド上の被験者の生体状態を把握するために観測や測定を行うもので、荷重検出部１、制御部３、記憶部４、表示部５を主に有する。荷重検出部１と制御部３とは、Ａ／Ｄ変換部２を介して接続されている。制御部３には更に、報知部６及び入力部７が接続されている。
　荷重検出部１は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４を備える。荷重検出器１１、１２、１３、１４のそれぞれは、例えばビーム形のロードセルを用いて荷重を検出する荷重検出器である。このような荷重検出器は例えば、特許第４８２９０２０号や特許第４００２９０５号に記載されている。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、配線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。
　荷重検出部１の４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４は、被験者が使用するベッドの脚の下に配置される。具体的には荷重検出器１１、１２、１３、１４は、図３に示す通り、ベッドＢＤの四隅の脚の下端部に取り付けられたキャスターＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の下にそれぞれ配置される。
　Ａ／Ｄ変換部２は、荷重検出部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、荷重検出部１と制御部３にそれぞれ配線で接続されている。
　制御部３は、専用又は汎用のコンピュータであり、内部に重心位置算出部３１、体動検出部（体動判定部）３２、波形分離部（荷重分離部）３３、振動座標設定部３４、波形描画部３５、描画補償部３６が構築されている。
　記憶部４は、生体情報モニタリングシステム１００において使用されるデータを記憶する記憶装置であり、例えばハードディスク（磁気ディスク）を用いることができる。表示部５は、制御部３から出力される情報を生体情報モニタリングシステム１００の使用者に表示する液晶モニター等のモニターである。
　報知部６は、制御部３からの情報に基づいて所定の報知を視覚的又は聴覚的に行う装置、例えばスピーカを備える。入力部７は、制御部３に対して所定の入力を行うためのインターフェイスであり、キーボード及びマウスにし得る。
　このような生体情報モニタリングシステム１００を使用して、ベッド上の被験者の呼吸状態を始めとした各種生体情報を検知しモニターすることができる。各種生体情報の取得及びモニターは、ベッド上の被験者の重心位置の変動に基づいて行われる。
　生体情報モニタリングシステム１００を使用して、ベッド上の被験者の重心位置を算出する動作について説明する。生体情報モニタリングシステム１００を使用した被験者の重心位置の算出は、図２に示す通り、被験者の荷重を検出する荷重検出工程（Ｓ０１）と、検出した荷重に基づいて被験者の重心位置の時間的変動（重心軌跡）を算出する重心軌跡算出工程（Ｓ０２）とを含む。
　荷重検出工程Ｓ０１では、荷重検出器１１、１２、１３、１４を用いてベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重を検出する。荷重検出器１１、１２、１３、１４は、上記の通りキャスターＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の下にそれぞれ配置されているため、ベッドＢＤの上面に加えられる荷重は、４つの荷重検出器１１、１２、１３、１４に分散して検知される。具体的には、図４に示す通りベッドＢＤの矩形状の上面は、縦及び横にそれぞれ２分割されて４つの矩形領域Ｉ～ＩＶに均等に分割される。
　これにより、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する（仰向けに寝る）被験者Ｓの左下半身が位置する領域Ｉに加えられる荷重は主に荷重検出器１１により検出され、同状態の被験者Ｓの右下半身が位置する領域ＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１２により検出される。同様に、ベッドＢＤ上の中央部で仰臥する被験者Ｓの右上半身が位置する領域ＩＩＩに加えられる荷重は主に荷重検出器１３により検出され、同状態の被験者Ｓの左上半身が位置する領域ＩＶに加えられる荷重は主に荷重検出器１４により検出される。なお、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っていない場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量を表わし、ベッドＢＤ上に被験者Ｓが乗っている場合、荷重検出器１１、１２、１３、１４からの出力の合計はベッド単体の重量と被験者Ｓの体重を表わしているため、予め記憶部４にベッド単体の重量を記憶しておくことにより、被験者Ｓが在床した時に被験者Ｓの体重を測定することが出来る。なお、ベッドの重量が４つの領域で均一でない場合には、その相違を荷重検出器に対応するベッド重量として記憶させておく。また、実際の計測中の被験者Ｓ以外の重量をもたらす状況、例えば、布団や荷物等が置かれたことをベッド重量に反映させるようにすることが望ましい。
　荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、荷重（荷重変化）を検出してアナログ信号としてＡ／Ｄ変換部２に出力する。Ａ／Ｄ変換部２は、サンプリング周期を例えば５ミリ秒として、アナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号（以下「荷重信号」）として制御部３に出力する。
　荷重信号の一例を図５に示す。図５は、時刻ｔ１０～時刻ｔ１４までの間に出力された荷重検出器１１、１２、１３、１４からの荷重信号ｓ１（実線）、ｓ２（破線）、ｓ３（一点鎖線）、ｓ４（二点鎖線）の様子を示している。被検者Ｓは、時刻ｔ１０～時刻ｔ１１までの間（期間Ｐ１１）には図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥しており、時刻ｔ１１～時刻ｔ１２までの間（期間Ｐ１２）にはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動しており、時刻ｔ１２～時刻ｔ１３までの間（期間Ｐ１３）には期間Ｐ１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動しており、時刻ｔ１３～時刻ｔ１４までの間（期間Ｐ１４）にはベッドＢＤの中央部に仰臥していたことが観察されている。
　期間Ｐ１１には、被験者Ｓは図４に示す通りベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ１１では、被験者Ｓの頭側に配置された荷重検出器１３、１４からの信号ｓ３、ｓ４がほぼ等しく、被験者Ｓの脚側に配置された荷重検出器１１、１２からの信号ｓ１、ｓ２がほぼ等しい。
　期間Ｐ１２には、被験者ＳはベッドＢＤの領域Ｉ、ＩＶ側に移動していたので、この期間Ｐ１２では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ１、ｓ４が期間Ｐ１１に比べて大きな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ２、ｓ３は期間Ｐ１１に比べて小さな荷重値を示している。
　期間Ｐ１３には、被験者Ｓは、期間Ｐ１２と比べてややベッドＢＤの中央側に移動していたので、この期間Ｐ１３では、領域Ｉ、ＩＶに配置された荷重検出器１１、１４からの信号ｓ１、ｓ４は期間Ｐ１２に比べて小さな荷重値を示し、領域ＩＩ、ＩＩＩに配置された荷重検出器１２、１３からの信号ｓ２、ｓ３は期間Ｐ１２に比べて大きな荷重値を示している。
　期間Ｐ１４には、被験者Ｓは、期間Ｐ１１と同じくベッドＢＤの中央部に仰臥していたので、この期間Ｐ１４における信号ｓ１～ｓ４は、期間Ｐ１１における信号ｓ１～ｓ４と同じである。
　重心軌跡算出工程Ｓ０２では、重心位置算出部３１が、荷重検出器１１～１４からの荷重信号ｓ１～ｓ４に基づいてベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定の周期Ｔ（例えば上記のサンプリング周期５ミリ秒に等しい）で算出し、被験者Ｓの重心Ｇの位置の時間的変動（重心軌跡ＧＴ）を求める。ここで、（Ｘ、Ｙ）は、ベッドＢＤの中心部を原点として長手方向にＸを、短手方向にＹを取ったＸＹ座標面上における座標を示す（図６）。
　重心位置算出部３１による重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の算出は、次の演算により行われる。すなわちＧ（Ｘ、Ｙ）は、荷重検出器１１、１２、１３、１４の座標をそれぞれ（Ｘ１１、Ｙ１１）、（Ｘ１２、Ｙ１２）、（Ｘ１３、Ｙ１３）、（Ｘ１４、Ｙ１４）、荷重検出器１１、１２、１３、１４の荷重の検出値をそれぞれＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４として、次式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　重心位置算出部３１は、上記の数式１、数式２に基づいて重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）を所定のサンプリング周期Ｔで算出しながら、重心Ｇの位置Ｇ（Ｘ、Ｙ）の時間的変動、即ち重心軌跡ＧＴを求め、例えば記憶部４に記憶させる。
　重心位置算出部３１で算出された重心軌跡ＧＴの一例を図６に示す。図６は、図５の期間Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３内の任意の時刻ｔ１１０、ｔ１２０、ｔ１３０における、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの重心Ｇの位置Ｇ（ＸＰ１１、ＹＰ１１）、Ｇ（ＸＰ１２、ＹＰ１２）、Ｇ（ＸＰ１３、ＹＰ１３）を示しており、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を繋ぐ一点鎖線の矢印は、位置Ｇ（ＸＰ１１、ＹＰ１１）からＧ（ＸＰ１３、ＹＰ１３）まで移動する被験者Ｓの重心Ｇの重心軌跡ＧＴを示している。
　本発明の発明者は、重心位置算出部３１で算出される被験者Ｓの重心軌跡ＧＴには、主に被験者Ｓの３種類の生体活動に起因する重心移動の軌跡が含まれていることを見出した。
　第１は、寝返りなど、被験者Ｓの胴部（体幹）の移動を伴う比較的大きな身体の移動に起因する重心移動の軌跡である。本発明においては、このような比較的大きな身体の移動を「大きな体動」と呼ぶ。大きな体動は、具体的には寝返りや起き上がり等である。被験者に大きな体動が生じた時には、一般的に、被験者の体軸の向き（被験者の背骨の延びる向き）が変化する。
　大きな体動を重心の位置の時間的変動の様子という観点から定義すると、一般的に大きな体動は、所定期間内に生じる所定距離以上の比較的長い距離の重心の移動であると定義できる。あるいは、後述する小さな体動により生じる重心の位置の時間的変動との相違に基づき、例えば、所定時間内に、小さな体動による重心の移動距離と比較して、所定倍程度よりも大きく重心を移動させる体動を大きな体動と定義することもできる。また、後述する呼吸振動の振幅との比較により定義してもよい。
　第２は、手足や顔の移動など、被験者Ｓの胴部（体幹）の移動を伴わない比較的小さな身体の移動に起因する重心移動の軌跡である。本発明においては、このような比較的小さな身体の移動を「小さな体動」と呼ぶ。小さな体動は、具体的には例えば、手足や頭部のみの運動等である。なお、本明細書及び本発明では、「大きな体動」と「小さな体動」をまとめて「体動」と呼ぶ。
　小さな体動を重心の位置の時間的変動の様子という観点から定義すると、一般的に小さな体動は、所定時間内の比較的短い距離の重心の移動であると定義できる。また、後述する呼吸振動の振幅との比較により定義してもよい。また、所定時間内の比較的短い距離の重心の移動であって一定方向の振動ではない重心移動を生じる体動を小さな体動と定義してもよい。この定義によれば、重心移動に着目した際に、小さな体動と呼吸とをより一層明確に区別することができる。
　第３は、被験者の呼吸に起因する重心移動の軌跡である。人間の呼吸は、胸郭及び横隔膜を移動させて、肺を膨張及び収縮させることにより行われる。ここで吸気時、すなわち肺が膨張する時には横隔膜は下方に下がり、内臓も下方に移動する。一方で呼気時、すなわち肺が収縮する時には横隔膜は上方に上がり、内臓も上方に移動する。本発明の発明者は、研究により、この内臓移動に伴って、重心Ｇが、背骨の延在方向（体軸方向）にほぼ沿って振動することを見出した。
　なお、本明細書及び本発明においては、被験者の呼吸に起因して生じる被験者の重心の体軸方向に沿った往復動を「呼吸振動」と呼び、呼吸振動の軌跡を「呼吸振動軌跡」と呼ぶ。また、呼吸振動を時間領域で示した波形、例えば体軸方向を縦軸とし時間を横軸として示した波形を被験者の「呼吸波形」と呼ぶ。
　本明細書及び本発明においては、被験者が大きな体動を行っていない期間を「安定体位期間」と呼び、安定体位期間のうち、被験者が小さな体動も行わず一定の位置で呼吸のみを行っている期間を「安定呼吸期間」と呼ぶ。
　次に、図７のフローチャートを参照して、重心位置算出部３１で算出された被験者Ｓの重心位置に基づいて被験者Ｓの呼吸波形を描画する方法を述べる。まず、工程全体の概略を説明する。各工程の詳細は後述する。
　体動判定工程Ｓ１では、体動検出部３２が、ベッド上の被験者Ｓに体動（大きな体動、小さな体動）が生じているか否かを検出する。ベッド上の被験者に体動が生じている場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）は、再度体動判定工程Ｓ１を繰り返す。体動が生じていない場合（Ｓ１：Ｎｏ）は、被験者数判定工程Ｓ２に進む。
　被験者数判定工程Ｓ２では、制御部３がベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数を判定する。被験者Ｓが一人である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）は、制御部３は、振動座標設定工程Ｓ３において、振動座標設定部３４に被験者Ｓの呼吸振動の振動座標（詳細は後述）を設定させる。
　被験者Ｓが複数人である場合（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部３は、波形分離部３３に、波形分離工程Ｓ６を行わせる。波形分離工程Ｓ６では、複数の被験者Ｓの呼吸振動が重畳された振動が分離され、複数の被験者Ｓの各々の呼吸振動が取り出される。制御部３は、分離されて取り出された呼吸振動の各々について、振動座標設定部３４に振動座標設定工程Ｓ３を行わせ、複数の被験者Ｓの各々の呼吸振動の振動座標を設定する。
　波形描画工程Ｓ４では、波形描画部３５が、振動座標設定工程Ｓ３で設定された振動座標に基づいて被験者Ｓの呼吸波形（被験者Ｓが複数人である場合は、被験者Ｓの各々の呼吸波形）を描画し、表示部５に表示する。
　制御部３は、波形描画工程Ｓ４の実行中に、表示部５による呼吸波形の表示が確実に継続されるよう、必要に応じて、描画補償部３６に描画補償工程Ｓ５を実行させる。描画補償部３６は、波形描画工程Ｓ４において描画される呼吸波形が連続性を失った場合に、まず描画状態の補償が可能であるか否かを判断し、補償が可能である場合には描画状態の補償を行う。一方で、描画状態の補償が可能でない場合には、その旨を制御部３に知らせる。この場合、制御部３は呼吸波形の描画を中止して、工程を体動判定工程Ｓ１に戻す。
　次に、図７のフローチャートに従って被験者Ｓの呼吸波形を描画するための各工程について、ベッドＢＤ上に存在する被験者Ｓの数が一人であり、被験者Ｓが図８、図９（ａ）～図９（ｃ）に軌跡を示す重心移動を行っている期間において、被験者Ｓの呼吸波形を描画する場合を例として説明する。
　図８に示す重心軌跡ＧＴは、重心位置算出部３１により算出された、被験者Ｓの約２分間の重心移動の軌跡を示している。なお、矢印は重心Ｇの移動した方向を示す。
　図８、図９（ａ）、図９（ｂ）の点ｂから点ｄに向かう重心Ｇの移動が記録された期間において、被験者Ｓは寝返りをうち、ベッドの中央付近からベッドの左側（仰向けに寝た被験者Ｓから見た左側）端部付近に移動したことが観察されている。また図８、図９（ｂ）、図９（ｃ）の点ｓから点ｔに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは寝返りをうち、ベッドの左端付近からベッドの中央付近に移動したことが観察されている。領域Ａから領域Ｂに向かう重心Ｇの移動の軌跡及び領域Ｂから領域Ｃに向かう重心Ｇの移動の軌跡は、被験者Ｓの胴体の移動を伴う大きな体動による重心移動の軌跡である。
　図８の領域Ｂの拡大図である図９（ｂ）の、点ｌから点ｍに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは、ベッドの左端に伏臥した（うつ伏せに寝た）状態で右腕を斜め下に移動させたことが観察されていた。また図８の領域Ｃの拡大図である図９（ｃ）の、点ｕから点ｖに向かう重心Ｇの軌跡が記録された期間において、被験者Ｓは、仰臥した状態で胴体を移動することなく右腕を曲げて手を上方に移動させたことが観察されていた。これらの期間における重心Ｇの斜め上方への移動の軌跡及び上方への移動の軌跡は、被験者Ｓの腕部の移動を伴う小さな体動による重心移動の軌跡である。
　これらの大きな体動による重心移動の軌跡及び小さな体動による重心移動の軌跡が記録されていない残りの区間（期間）においては、重心軌跡ＧＴは上下方向（ｘ方向）に振動している。この区間（期間）においては、被験者Ｓは大きな体動、小さな体動を行うことなく、一定位置で睡眠していることが観察されていた。したがって、これらの期間における重心Ｇの往復動（振動）は被験者Ｓの体軸方向に沿った呼吸振動であり、その軌跡は呼吸振動軌跡である。
　なお、呼吸振動は被験者Ｓの体軸方向に沿って生じるため、呼吸振動軌跡は、実際にはほぼ一軸上に重複して現れるが、図９（ａ）～図９（ｃ）においては、説明のため、呼吸振動軌跡を体軸方向に直交する方向にずらして描いている。
　図８、図９（ａ）～図９（ｃ）に示す重心軌跡ＧＴにおいては、点ａ～点ｂ、点ｄ～点ｓ、点ｔ～点ｗの区間の重心軌跡ＧＴが記録された期間が安定体位期間であり、その内の点ａ～点ｂ、点ｄ～点ｌ、点ｍ～点ｓ、点ｔ～点ｕ、点ｖ～点ｗの区間の重心軌跡ＧＴ（即ち呼吸振動軌跡）が記録された期間が安定呼吸期間である。
［体動判定工程］
　体動判定工程Ｓ１では、上述の通り、体動検出部３２が、ベッド上の被験者Ｓに体動（大きな体動、小さな体動）が生じているか否かを検出する。具体的には例えば、次の方法を用いる。
　被験者Ｓが大きな体動又は小さな体動を行った際に生じる身体の移動は、被験者Ｓの呼吸により生じる内臓の移動よりも、はるかに大きな重心位置の変動を伴っている。換言すれば、大きな体動又は小さな体動により生じる重心Ｇの移動の移動速度（単位時間当たりの移動量）は、被験者Ｓの呼吸により生じる重心位置の移動の移動速度よりもはるかに大きい。また、大きな体動により生じる重心Ｇの移動の移動速度は、小さな体動によって生じる重心Ｇの移動の移動速度よりも大きい。なお、図８、図９（ａ）～図９（ｃ）は、説明のため呼吸振動軌跡を拡大して描いている。
　したがって体動検出部３２は、記憶部４に記憶される各時刻における被験者Ｓの重心Ｇの位置の変化に基づいて重心Ｇの移動速度を算出し、算出した速度が所定の閾値を越えている場合には、被験者Ｓは体動を行っていると判断し、算出した速度が所定の閾値以下であれば、被験者Ｓは体動を行っていないと判断する。
　被験者Ｓの重心Ｇが、図９（ｂ）の点ｃにある時点では、被験者Ｓは大きな体動を行っており、重心Ｇの移動速度は所定の閾値を越えている。したがって、体動検出工程Ｓ１において体動検出部３２は体動ありと判断し、制御部３は工程を体動検出工程Ｓ１に戻す。
　次いで被験者Ｓの重心Ｇが図８、図９（ｂ）の点ｄに至ると、被験者Ｓの大きな体動は終了しており、重心Ｇの移動速度は所定の閾値以下となっている。したがって、体動検出工程Ｓ１において体動検出部３２は体動なしと判断し、制御部３は工程を被験者数判定工程Ｓ２に進める。なお、大きな体動、小さな体動の定義に基づくその他の方法によって、体動の有無を判定してもよい。
［被験者数判定工程］            
　被験者数判定工程Ｓ２においては、制御部（被験者数判定部）３がベッドＢＤ上の被験者Ｓが一人であるか否かを判定する。具体的には例えば、次の方法が用いられる。
　上述の通り、被験者Ｓの重心Ｇの位置は、被験者Ｓの呼吸に応じてベッドＢＤ上で振動しており、ベッドＢＤの４つの脚の下にそれぞれ配置された荷重検出器１１～１４からの荷重信号ｓ１～ｓ４も、それぞれ、ベッド上の被験者Ｓの呼吸に応じた周期で変動している。したがって、荷重信号ｓ１～ｓ４の少なくとも一つについてフーリエ変換を行い、呼吸に相当する周波数帯域（約０．２Ｈｚ～約０．３３Ｈｚ。以下、呼吸帯域と呼ぶ。）の周波数スペクトルを求めれば、被験者Ｓの呼吸の周波数に対応する位置にピーク周波数が現れる。
　ここで、呼吸の周期は被験者Ｓの性別や体格、肺活量等によって異なる。そのため、ベッドＢＤ上に複数人の被験者Ｓが存在する場合には、呼吸帯域の周波数スペクトルには、被験者Ｓの数だけ、異なるピーク周波数が現れる。
　したがって制御部３は、荷重検出部１から送られる荷重信号ｓ１～ｓ４の少なくとも１つについて、波形分離部３３にフーリエ解析を行わせて呼吸帯域の周波数スペクトルを算出し、現れるピーク周波数が１つであれば被験者Ｓは一人であると判定し、現れるピーク周波数が複数であれば被験者Ｓは複数人であると判定する。ここでは、上述の通り、ベッドＢＤ上に存在する被験者Ｓの数は一人であるため、現れるピーク周波数の数は１つであり、制御部３は、被験者Ｓが一人であると判定する（Ｓ２：Ｙｅｓ）。
［振動座標設定工程、波形描画工程］
　振動座標設定工程Ｓ３では、振動座標設定部３４が、被験者Ｓの重心軌跡ＧＴに含まれる呼吸振動の振動座標を設定し、設定した振動座標に基づいて呼吸波形の描画に必要な変位を算出する。波形描画工程Ｓ４では、波形描画部３５が、振動座標設定部３４で算出された変位に基づいて被験者Ｓの呼吸波形を描画する。
　本明細書及び本発明において、振動座標の設定とは、呼吸振動の振動中心を示す「振動原点」、及び呼吸振動の振動方向（被験者Ｓの体軸の延びる方向）を示す振動軸の方向を設定することを意味する。
　振動座標設定工程Ｓ３は、図１０に示す通り、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２、仮振動原点比較工程Ｓ３０３、振動座標決定工程Ｓ３０４を主に含む。
　波形描画工程Ｓ４は、振動座標設定工程Ｓ３と一部並行して行われる。波形描画工程Ｓ４では、波形描画部３５は、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１及び第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２において振動座標設定部３４から出力される距離情報を用いて被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画して表示部５に表示する。また、波形描画工程Ｓ４において波形描画部３５は、振動座標決定工程Ｓ３０４で決定された振動座標に基づいて振動座標設定部３４から出力される変位情報を用いて被験者Ｓの正規の呼吸波形を描画して表示部５に表示する。
　なお、本明細書において「仮の呼吸波形」とは、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動座標、即ち振動原点Ｏ及び振動軸Ａが決定される前に仮振動座標、即ち仮振動原点及び仮振動軸に基づいて描かれる呼吸波形を意味し、「正規の呼吸波形」とは、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動座標が決定された後に、振動原点Ｏと振動軸Ａとに基づいて描かれる呼吸波形を意味する。
　以下、振動座標設定部３４による被験者Ｓの振動座標の設定、及び波形描画部３５による被験者Ｓの呼吸波形の描画について、図１０のフローチャートに沿って説明する。
（第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１）
　振動座標設定部３４は、図１１（ａ）に示すように、体動判定工程Ｓ１で体動がなくなったと判定した点を第１仮振動原点ＴＯ１（初期原点の一例）と置く。この点は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｄに相当する。この時点において、波形描画部３５は呼吸波形の描画を開始していない（図１１（ｂ））。
　振動座標設定部３４は、第１仮振動原点ＴＯ１を設定した後は、第１仮振動原点ＴＯ１と、そこから移動する重心Ｇとの間の直線距離Ｄ０（図１２（ａ）、図１３（ａ））を逐次算出し、算出した値を波形描画部３５に出力する。
　波形描画部３５は、受け取った直線距離Ｄ０の値を、横軸を時間軸（ｔ軸）とし縦軸を距離軸（Ｄ０軸）としたグラフ内にプロットして、被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画し（図１２（ｂ）、図１３（ｂ））、表示部５に表示する。
　振動座標設定部３４は、第１仮振動原点ＴＯ１と重心Ｇとの間の距離Ｄ０の値を観察し、その距離Ｄ０が最大となる点を求め、この点を第１極値点ＥＰ１とする（図１３（ａ））。第１極値点ＥＰ１では、距離Ｄ０の変化が増加から減少に転じている。第１極値点ＥＰ１は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｅに相当する。
　次いで、振動座標設定部３４は、図１４（ａ）に示す通り、第１仮振動原点ＴＯ１と第１極値点ＥＰ１とを結ぶ軸を算出してこれを第１仮振動軸ＴＡ１とし、第１仮振動原点ＴＯ１を第１仮振動軸ＴＡ１の原点とする。すなわち、第１仮振動原点ＴＯ１から開始した呼吸振動の振動方向、即ち振動軸の方向（体軸の方向）を第１仮振動軸ＴＡ１の方向であると仮決めし、当該呼吸振動の振動原点を第１仮振動原点ＴＯ１であると仮決めする。
　また、第１仮振動原点ＴＯ１の第１極値点ＥＰ１側を第１仮振動軸ＴＡ１の正側と設定し、他方側を第１仮振動軸ＴＡ１の負側と設定する。
（第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２）
　第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２において、振動座標設定部３４は、第１極値点ＥＰ１から移動する重心Ｇから第１仮振動軸ＴＡ１に下した垂線の足ＦＰ１と第１仮振動原点ＴＯ１との間の距離Ｄ１を逐次算出し、算出した値を波形描画部３５に送る。波形描画部３５は、受け取った算出値に基づいて被験者Ｓの仮の呼吸波形を描画し（図１５（ｂ）、図１６（ｂ））、表示部５に表示する。
　また、振動座標設定部３４は距離Ｄ１（図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１６（ａ）、図１６（ｂ））を観察し、その距離Ｄ１が負側において最大となる点を求め、この点を第２極値点ＥＰ２とする。第２極値点ＥＰ２では、距離Ｄ１の変化が増加から減少に転じている。第１極値点ＥＰ２は、図９（ｂ）に例示する重心軌跡ＧＴにおいては点ｆに相当する。なお、このように重心Ｇと第１仮振動原点ＴＯ１との間の距離の第１振動軸ＴＡ１への投影成分を使って第２極値点の特定を行う代わりに、重心Ｇと第１仮振動原点ＴＯ１との間の直線距離を使って第２極値点の特定を行っても良い。
　次に、振動座標設定部３４は、図１７（ａ）に示す通り、第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２とを結ぶ軸を算出してこれを第２仮振動軸（仮振動軸）ＴＡ２とし、第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との中間点を第２仮振動原点（仮振動原点）ＴＯ２とする。すなわち、第１仮振動原点ＴＯ１から開始した呼吸振動の振動軸の方向（体軸の方向）を第２仮振動軸ＴＡ２の方向であると仮に決め直し、当該呼吸振動の振動原点を第２仮振動原点ＴＯ２であると仮に決め直す。また、第１仮振動軸ＴＡ１の正方向、負方向を参照して、第２仮振動原点ＴＯ２の一方側を第２仮振動軸ＴＡ２の正側と設定し、第２仮振動原点ＴＯ２の他方側を第２仮振動軸ＴＡ２の負側と設定する。
（仮振動原点比較工程Ｓ３０３）
　次に、振動座標設定部３４は、第１仮振動座標設定工程Ｓ３０１で設定された第１仮振動原点ＴＯ１と、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２で設定した第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離を算出し、算出した距離が所定の値以下であるか否かを判定する。所定の値は、一例として第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との間の距離の１０％とすることができる。
（振動座標決定工程Ｓ３０４）
　振動座標設定部３４は、比較の結果、第１仮振動原点ＴＯ１と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離が所定の値以下であれば（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、図１８（ａ）に示す通り、第２仮振動原点ＴＯ２を呼吸振動の振動原点Ｏと決定し、第２仮振動軸ＴＡ２を呼吸振動の振動軸Ａと決定して振動座標を決定する。すなわち、体軸方向を振動軸Ａの方向に向けた被験者Ｓの重心Ｇが、被験者Ｓの呼吸により、振動原点Ｏを振動中心として振動軸Ａに沿って振動していると決定する。
　一方で、振動座標設定部３４は、比較の結果、第１仮振動原点ＴＯ１と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離が所定の距離を越えていれば（Ｓ３０３：Ｎｏ）、第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５及び仮振動原点比較工程Ｓ３０６を実行する。
　第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５では、振動座標設定部３４は、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２と同様に、重心Ｇから第２仮振動軸ＴＡ２に下した垂線の足と第２仮振動原点ＴＯ２との間の距離を観察して、その距離が正側において最大となる点を求め、この点を第３極値点とする。次に、振動座標設定部３４は、第２極値点ＥＰ２と第３極値点とを結ぶ軸を算出してこれを第３仮振動軸とし、第２極値点ＥＰ２と第３極値点との中間点を第３仮振動原点ＴＯ３とする。
　仮振動原点比較工程Ｓ３０６では、振動座標設定部３４は、仮振動原点比較工程Ｓ３０３と同様に、第２仮振動座標設定工程Ｓ３０２で設定した第２仮振動原点ＴＯ２と、第３仮振動座標設定工程Ｓ３０５で設定した第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離を算出し、算出した距離が所定の値以下であるか否かを判定する。比較の結果、第２仮振動原点ＴＯ２と第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離が所定の値以下であれば（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、第３仮振動原点ＴＯ３を呼吸振動の振動原点Ｏと決定し、第３仮振動軸ＴＡ３を呼吸振動の振動軸Ａと決定する（振動座標決定工程Ｓ３０４）。第２仮振動原点ＴＯ２と第３仮振動原点ＴＯ３との間の距離が所定の値を越えていれば（Ｓ３０６：Ｎｏ）、第Ｎ仮振動座標設定工程（Ｎ＝４、５、６・・・）及び仮振動原点比較工程を、振動座標が決定されるまで、同様に繰りかえす。
　振動座標設定部３４は、振動座標決定工程Ｓ３０４において振動原点Ｏ及び振動軸Ａを決定した後は、図１９（ａ）に示す通り、重心Ｇから振動軸Ａに下した垂線の足と振動原点Ｏとの間の距離Ｄを逐次算出し、算出した値を呼吸波形の変位として波形描画部３５に送る。波形描画部３５は、受け取った変位の値に基づいて正規の呼吸波形を描画し（図１９（ｂ））、表示部５に表示する。
　決定された振動座標とその直前に設定されていた仮振動座標とは、多くの場合、振動原点の位置が異なっている。したがって、決定された振動座標に基づいた呼吸波形の描画を開始する時には、図１９（ｂ）に示すように、新たに描画される正規の呼吸波形と、それまでに描画されていた仮の呼吸波形との間に、わずかなずれが生じ得る。仮振動座標と決定された振動座標との差に基づいて描画済みの仮呼吸波形を補正して描画し直し、このずれを解消してもよい。
[描画補償工程]
　ここで、波形描画工程Ｓ４において呼吸波形を描画している最中にベッド上の被験者Ｓに小さな体動が生じた場合、この小さな体動により、呼吸波形は振動軸方向にシフトする。例えば、図９（ｂ）に示すように、点ｄ～点ｌの安定呼吸期間の後に小さな体動が生じ、その後点ｍ～点ｓの安定呼吸期間が続いた場合、図２０に示すように、小さな体動前の呼吸波形Ｗ１に対して、小さな体動後の呼吸波形Ｗ２が、振動座標設定工程Ｓ３で設定した振動軸Ａ方向にシフトする。そして、シフトの幅によっては、小さな体動後の呼吸波形Ｗ２を、表示部５の表示範囲内に描画できないことも起こり得る。このような場合には、本発明では描画補償部３６により、以下のような方法で描画位置を補正する。
　図２１に示すように、描画補償部３６は、予測波形生成部３６１、及び補正距離算出部３６２を有する。そして、描画補償部３６は、描画補償工程Ｓ５において、図２２に示すように、予測波形生成工程Ｓ５０１、及び補正距離算出工程Ｓ５０２を実行する。以下、描画補償部３６が実行する予測波形生成工程Ｓ５０１と補正距離算出工程Ｓ５０２について説明する。
　描画補償部３６の予測波形生成部３６１は、予測波形生成工程Ｓ５０１において、例えば既に表示部５に描画されている呼吸波形Ｗ１の直近の１周期分を予測波形ＷＳとして生成し、予測波形ＷＳを、呼吸波形Ｗ１に連続するように表示部５に描画する（図２３。但し、予測波形ＷＳを表示部５に描画しなくても良い）。なお、本実施形態では、呼吸波形Ｗ１を実線で描画し、予測波形ＷＳを点線で描画することにより、呼吸波形Ｗ１と予測波形ＷＳとを区別している。
　次いで、描画補償部３６の補正距離算出部３６２は、補正距離算出工程Ｓ５０２において、図２３に示すように、現在のサンプリング時刻ｔ０における、予測波形ＷＳ上の点（以下、予測点ＷＳ（ｔ０）と表す）と、現在のサンプリング時刻ｔ０における距離Ｄのプロット点（以下、実測点Ｄ（ｔ０）と表す）との間の距離ｄ（ｔ０）を算出する。そして、補正距離算出部３６２は、距離ｄ（ｔ０）が、第一の閾値Ｔｈ１、又は第一の閾値Ｔｈ１よりも大きい第二の閾値Ｔｈ２を超えているか否かを判断する。ここで、第一の閾値Ｔｈ１、及び第二の閾値Ｔｈ２の値は、表示部５の表示領域のサイズに応じて適宜設定すればよい。距離ｄ（ｔ０）が第一の閾値Ｔｈ１よりも小さい場合、制御部３は体動が生じていないものと判断し、波形描画工程Ｓ４を実行する。そして、波形描画工程Ｓ４において波形描画部３５は、描画位置の補正は行わずに、実測点Ｄ（ｔ０）に基づく呼吸波形の描画を継続する。距離ｄ（ｔ０）が第一の閾値Ｔｈ１以上第二の閾値Ｔｈ２以下の場合、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、次のような補償動作を行いつつ波形描画工程Ｓ４を実行する。即ち、波形描画部３５は、実測点Ｄ（ｔ０）を、振動軸Ａの方向に距離ｄ（ｔ０）だけ移動（オフセット）させて描画する。つまり、距離ｄ（ｔ０）がそのまま補正距離として用いられる。距離ｄ（ｔ０）が第二の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合、制御部３は大きな体動が生じたと判断し、体動判定工程Ｓ１を再び実行する。
　このようにして、描画補償工程Ｓ５では、呼吸波形を描画している最中に小さな体動が生じたとしても、小さな体動前後の呼吸波形を表示部５の表示範囲内に継続的に描画することができる。また、大きな体動が生じた場合には、再度、振動座標の設定を行い、上記のようなプロセスを経て波形描画を行うことができる。
　次に、図７のフローチャートに従って、ベッドＢＤ上の複数（二人）の被験者Ｓの呼吸波形を描画する工程について、上述した単一の被験者Ｓの呼吸波形を描画する工程との相違点を中心に説明する。
　体動判定工程Ｓ１は、被験者Ｓが一人の場合と同様に、ベッドＢＤ上の重心Ｇの移動速度に基づいて、被験者Ｓの体動の有無を判定する。ここで、被験者Ｓが複数の場合には、重心Ｇの位置は、複数の被験者Ｓ全体の重心位置として１つのみ現れる。したがって、制御部３は、複数の被験者Ｓの全員の体動がなくなった時に、被験者Ｓの体動がなくなったと判定する。
　次いで、被験者数判定工程Ｓ２においては、上記の通り、波形分離部３３が荷重信号ｓ１～ｓ４の少なくとも一つについてフーリエ変換を行い、呼吸帯域（約０．２Ｈｚ～約０．３３Ｈｚ）の周波数スペクトルを求める。
　被験者Ｓが二人の場合には、現れるピーク周波数の数は２つとなり、例えば図２４に示すとおり、周波数ν１と周波数ν２にピークが現れる。これに基づき、制御部３は被験者Ｓは複数であると判定する（Ｓ２：Ｎｏ）。
［波形分離工程］
　波形分離工程Ｓ６において、波形分離部３３は、被験者数判定工程Ｓ２において複数のピーク周波数が特定された場合に、特定された各周波数に対して、各荷重信号の荷重成分を求める。これらの荷重成分は、例えば、荷重信号ｓ１～ｓ４の各々に対するバンドパスフィルタ処理によって求めることができる。例えば、被験者数判定工程Ｓ２において２つのピーク周波数ν１、ν２が特定された場合、ピーク周波数ν１に対応した４つの荷重成分ｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１と、ピーク周波数ν２に対応した４つの荷重成分ｓ１２、ｓ２２、ｓ３２、ｓ４２とを求める。そして、波形分離部３３は、ピーク周波数ν１、ν２の各々に対応する４つの荷重成分を重心位置算出部３１に出力する。重心位置算出部３１は、波形分離部３３から入力された４つの荷重成分に基づいて、ピーク周波数ν１、ν２の各々（即ち、被験者Ｓの各々）に対応する重心位置及び重心軌跡を、重心軌跡算出工程Ｓ０２と同様に算出する。
　波形分離工程Ｓ６において、複数の被験者Ｓの各々についての重心軌跡が求められた後は、複数の被験者Ｓの各々の重心軌跡に基づいて振動座標設定工程Ｓ３、波形描画工程Ｓ４、描画補償工程Ｓ５が実行される。その詳細は、被験者Ｓが一人の場合を例として上述した通りである。
　本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の効果を以下にまとめる。
　本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００においては、被験者Ｓの重心位置の時間的変動に基づいて呼吸波形を描いているので、被験者の呼吸波形をほぼリアルタイムで提示することができる。
　また、本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００においては、被験者Ｓが安定呼吸期間に入った直後に振動座標設定部３４が仮の振動原点を設定した上で、そこからの重心位置の距離Ｄ０の算出を開始し、振動座標を設定する前に、波形描画部３５が、距離Ｄ０の算出値に基づいて仮の座標系上で呼吸波形の描画を開始する。したがって、大きな体動や小さな体動が終了した略直後に、呼吸波形を表示部５に表示することができる。
　それゆえ、安定呼吸期間において相当数の重心位置情報（複数の振動周期分）をサンプリングしてからそれらの軌跡を計算処理することで振動軸及び振動原点を決定してから呼吸波形の描画を開始する場合に比べて、より早く呼吸波形を提示することができる。よって、タイムラグの抑制されたリアルタイムの呼吸波形を観察することができる。
　本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、描画補償工程Ｓ５において、過去の呼吸波形に基づいて予測波形ＷＳを生成し、現在のサンプリング時刻ｔ０における実測点Ｄ（ｔ０）と予測点ＷＳ（ｔ０）との間の距離ｄ（ｔ０）に応じて、実測点Ｄ（ｔ０）の描画位置を補正する。したがって、実測点Ｄ（ｔ０）が予測点ＷＳ（ｔ０）から乖離したとしても、実測点Ｇ（ｔ０）の描画位置を即座に補正し、呼吸波形を継続して表示部５に表示させることができる。
　本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００では、被験者数判定工程Ｓ２においてベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数を判定する。また、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの人数が複数の場合、波形分離工程Ｓ６において複数の被験者Ｓの呼吸振動を分離し、各被験者Ｓの呼吸波形を描画することができる。このため、例えば、一人の患者が横たわるベッドＢＤ上で、患者の家族が添い寝をしているような状況であっても、患者の呼吸波形を確実にモニターすることができる。
　本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、ベッドＢＤの脚の下に配置した荷重検出器１１～１４を用いて被験者Ｓの呼吸数を算出している。したがって、被験者Ｓの身体に計測装置を取り付ける必要がなく、被験者Ｓに不快感や違和感を与えることがない。
＜変形例＞
　上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００において、次の変形態様を採用することもできる。
　上記実施形態においては、被験者数判定工程Ｓ２を、振動座標設定工程Ｓ３及び波形分離工程Ｓ６の前段にて実行する場合を例にとって説明したが、これには限られず、被験者数判定工程Ｓ２と波形分離工程Ｓ６とを、振動座標設定工程Ｓ３と並列に実行してもよい。この変形例においては、体動判定工程Ｓ１において被験者Ｓの体動がないと判定されたら、被験者Ｓが一人であるか否かを問わず、振動座標設定工程Ｓ３が開始される。そして、振動座標設定工程３と並列に被験者数判定工程Ｓ２及び波形分離工程Ｓ６が実行され、被験者Ｓが複数であれば、被験者数判定工程Ｓ２で特定された複数のピーク周波数(すなわち、複数の被験者Ｓ)に基づいて波形分離工程Ｓ６で複数の被験者Ｓの各々の重心軌跡を分離し、これに基づいて振動座標設定工程Ｓ３、波形描画工程Ｓ４、描画補償工程Ｓ５が実行される。
　上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の振動座標設定部３４は、仮振動原点比較工程Ｓ３０３、Ｓ３０６等において、最後に設定した仮振動原点とその直前に設定した仮振動原点との間の距離を所定値と比較することにより、振動原点Ａの設定可否を判断していたが、これには限られない。
　一例として、振動座標設定部３４は、仮振動原点及び仮振動軸を予め決められた回数だけ設定し、最後に設定した仮振動原点及び仮振動軸を振動原点Ｏ及び振動軸Ａと決定してもよい。または、振動座標設定部３４は、仮振動原点及び仮振動軸を予め決められた回数だけ設定し、それらの平均を振動原点Ｏ及び振動軸Ａと決定してもよい。
　上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の波形描画部３５は、振動座標設定部３４から第Ｎ極値点ＥＰＮの座標、第Ｎ仮座標軸ＴＡＮの傾き等に関する情報を受け取り、これらの情報に基づいてグラフエリアのスケールを適宜調整してもよい。例えば第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２の間の第２仮振動軸ＴＡ２方向の距離や、決定された振動原点Ｏ及び振動軸Ａを用いて算出される距離Ｄ（変位）の最大値（振幅）に基づいてグラフエリアの縦軸（距離ＤＮ軸。変位軸）のスケールを調整することができる。これにより、表示部５に、常に、観察に適した最適なスケールの呼吸波形を表示することができる。
　上記実施形態では、振動座標設定工程Ｓ３及び波形描画工程Ｓ４を経て描画された呼吸波形に対し、描画補償工程Ｓ５を実行しているが、これに限らず、他の方法で描画された呼吸波形に対して、描画補償工程Ｓ５を適用してもよい。
　上記実施形態では、描画補償部３６が、予測点ＷＳ（ｔ０）と実測点Ｄ（ｔ０）との距離に基づいて小さな体動、大きな体動の発生を検出していたがこれには限られない。例えば、振動座標設定部３４が、決定した振動原点Ｏの位置と被験者Ｓの重心Ｇの位置との間の距離が所定値を超えたことに基づいて、小さな体動又は大きな体動が生じて安定呼吸期間が終了したと判定してよく、制御部３は、大きな体動が生じた時は工程を体動判定工程Ｓ１に戻しても良い。所定値は、例えば第１極値点ＥＰ１と第２極値点ＥＰ２との間の距離に基づいて設定し得る。
　上記実施形態では、予測波形生成工程Ｓ５０１において、呼吸波形Ｗ１の直近の１周期分を予測波形ＷＳとして描画しているが、これに限らず、過去の２周期分以上の呼吸波形をモデル化し、モデル化した波形を予測波形ＷＳとしてもよい。また、予測波形ＷＳは、既に表示部５に描画されている呼吸波形Ｗ１と区別できればよく、例えば、呼吸波形Ｗ１と予測波形ＷＳとを異なる色で描画してもよい。
　上記実施形態の補正距離算出工程Ｓ５０２では、サンプリング時刻ｔ０における距離ｄ（ｔ０）が第一の閾値Ｔｈ１以上第二の閾値Ｔｈ２以下である場合、上記実施形態では小さな体動と判断される。しかしながら、例えば、その後のサンプリング時刻ｔ１、ｔ２における距離ｄ（ｔ１）、ｄ（ｔ２）が、距離ｄ（ｔ０）よりもはるかに大きいか小さい場合、サンプリング時刻ｔ０～ｔ２では、サンプリング時刻ｔ０以前の呼吸波形の周期性が保たれていないと判断し、呼吸波形の描画を中断するのが妥当である。そこで、図２５に示すように、複数のサンプリング時刻ｔｎ（図２５の例では、ｎ＝０、１、２）においてそれぞれ、予測点ＷＳ（ｔｎ）と実測点Ｄ（ｔｎ）との間の距離ｄ（ｔｎ）を算出し、距離ｄ（ｔｎ）の平均値が第一の閾値Ｔｈ１以上第二の閾値Ｔｈ２以下の場合に、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、距離ｄ（ｔｎ）の平均値を補正距離として用いてもよい。つまり、実測点Ｄ（ｔｎ）をそれぞれ、振動軸Ａの方向に、距離ｄ（ｔｎ）の平均値だけ移動させて描画してもよい。この方法によれば、小さな体動の判断の精度を高めることができる。
　或いは、所定時間（例えば、予測波形ＷＳの１／４周期）内に含まれる複数のサンプリング時刻ｔｎにおいてそれぞれ、予測点ＷＳ（ｔｎ）と実測点Ｄ（ｔｎ）との間の距離ｄ（ｔｎ）を算出し、距離ｄ（ｔｎ）が一定値であり、且つ、第一の閾値Ｔｈ１以上第二の閾値Ｔｈ２以下の場合に、制御部３は小さな体動が生じたと判断し、距離ｄ（ｔｎ）を補正距離として用いてもよい。つまり、実測点Ｄ（ｔｎ）をそれぞれ、振動軸Ａの方向に、距離ｄ（ｔｎ）だけ移動させて描画してもよい。この方法によれば、小さな体動の判断の精度をより高めることができる。
　さらに、上記いずれかの方法により実測点Ｄ（ｔｎ）の描画位置を補正した後、補正距離算出部３６２は、次の（数式３）で表される積分値が最小となるようなΔｘの値を算出し、そのΔｘを更なる補正距離としてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ここで、Ｔは予測波形ＷＳの周期を意味し、ＷＳ（ｔ）は予測点の変動を時刻ｔの関数として示す式、Ｄ（ｔ）は実測点の変動を時刻ｔの関数として示す式である。そして、Δｘは、更なる補正距離を意味する。これにより、描画位置を補正した後の実際の呼吸波形と予測波形ＷＳとを、より精密に比較することができる。
　なお、上記波形分離工程Ｓ６で算出された各周波数に対応する重心軌跡に基づいて各被験者Ｓの呼吸波形を描画する場合、呼吸波形の各々は、特定の１つの周波数に対応する荷重成分から算出されているため、略正弦波となる。しかしながら、実際の呼吸波形は、例えば、吸気と呼気の速度差異やその各々でのホールド期間の差異に起因する周波数成分など、複数の周波数成分が重畳したものである。そこで、各被験者Ｓの呼吸パターンが予めモデル化されている場合、図２６に示されるようなその周波数プロファイルから複数のピーク周波数を選択し、選択したピークに対応する荷重成分を求めることにより、実際の呼吸波形により近い呼吸波形を描画してもよい。
　また、上記波形分離工程Ｓ６では、被験者数判定工程Ｓ２において特定されたピーク周波数に対応する荷重成分を算出したが、被験者数判定工程Ｓ２で特定されたピーク周波数は被験者Ｓの生体情報であり、変化するものである。そこで、一定時間ごとに周波数を特定し、特定した周波数に対応する荷重成分を算出することにより、各被験者Ｓの呼吸波形を、その被験者Ｓの変化する周波数に追従させてもよい。具体的には、既に特定されている周波数を分離可能な所定時間長Δｔを用いて、フーリエ積分時間を、現在から所定時間長Δｔだけ遡った時間から現在まで動的に変化させることにより、現在から所定時間長Δｔだけ遡った時間から現在までの間で見られる係数ピークを計算する。これにより、既に特定されている周波数から現在の周波数までの変化を時系列に捕らえることができる。そして、現在の周波数に基づいて、波形分離工程Ｓ６以降の処理を実行することにより、各被験者Ｓの呼吸波形を、その被験者Ｓの周波数の変化に追従させることができる。
　上記被験者数判定工程Ｓ２及び波形分離工程Ｓ６では、呼吸帯域におけるピーク周波数の数を判定することにより、ベッド上の被験者Ｓの人数や各被験者Ｓの呼吸波形を求めていたが、帯域を変えることにより、各被験者Ｓの様々な生体情報を分離することができる。例えば、被験者数判定工程Ｓ２において約０．５～約３．３Ｈｚ程度の範囲で周波数ピークを特定することにより、波形分離工程Ｓ６において、複数の被験者Ｓの心拍を表す波形を分離し、モニタリングすることもできる。
　上記波形分離工程Ｓ６では、複数の被験者Ｓがいずれも人間であることを前提として説明したが、これには限られず、例えばベッド上に、一人の被験者Ｓと、周期的な振動を発生する装置が存在するような場合であっても、一人の被験者Ｓの呼吸振動と装置による周期的な振動とを分離することができる。
　上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００の制御部３は、以下のような方法で被験者Ｓの呼吸数を求めることもできる。具体的には例えば、振動座標設定部３４に、振動原点Ｏ及び振動軸Ａを決定した後も引き続き極値点の特定を継続させ、制御部３は、単位時間当たりに特定される極値点の数に基づいて被験者Ｓの呼吸数を求めることができる。
　上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、振動座標設定部３４、描画補償部３６、制御部３内の被験者数判定部の少なくとも一つを有さなくてもよい。
　なお、上記の実施形態において、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ビーム形ロードセルを用いた荷重センサに限られず、例えばフォースセンサを使用することもできる。
　なお、上記の実施形態において、荷重検出器は４つに限られない。ベッドＢＤに追加の脚を設けて５つ以上の荷重検出器を使用してもよい。又はベッドＢＤの脚のうち３つのみに荷重検出器を配置してもよい。荷重検出器が３つの場合でも、これを一直線に配置しなければ、ベッドＢＤ面上での被験者Ｓの重心位置Ｇを検出できる。
　なお、上記の実施形態においては、荷重検出器１１、１２、１３、１４は、ベッドＢＤの脚の下端に取り付けられたキャスターＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の下にそれぞれ配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１、１２、１３、１４はそれぞれ、ベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられてもよいし、ベッドＢＤの４本の脚が上下に分割可能であれば、上部脚と下部脚との間に設けられても良い。また、荷重検出器１１、１２、１３、１４をベッドＢＤと一体型とし、ベッドＢＤと本実施形態の生体情報モニタリングシステム１００とからなるベッドシステムＢＤＳを構成してもよい（図２７）。なお、本明細書において「ベッドに設けられた荷重検出器」とは、上述のようにベッドＢＤの４本の脚とベッドＢＤの床板との間に設けられた荷重検出器や、上部脚と下部脚との間に設けられた荷重検出器を意味する。
　なお、上記の実施形態において、荷重検出部１とＡ／Ｄ変換部２との間に、荷重検出部１からの荷重信号を増幅する信号増幅部や、荷重信号からノイズを取り除くフィルタリング部を設けても良い。
　なお、上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００において、表示部５は、使用者が視覚的に認識できるようにモニター上に情報を表示するものには限られない。例えば表示部５は、被験者Ｓの呼吸状態（呼吸数、呼吸換気量）、心拍の状態や身体状況を定期的に印字して出力するプリンタでもよく、又は睡眠状態なら青ランプの点灯、覚醒状態なら黄色ランプの点灯、無呼吸状態なら赤ランプの点灯といった簡易な視覚的表現を用いて表示するものであってもよい。または表示部５は、被験者Ｓの呼吸状態や身体状態を使用者に音声で伝えるものであってもよい。さらに、生体情報モニタリングシステム１００は表示部５を有さなくてもよく、情報を出力する出力端子を有するのみであってもよい。表示を行うためのモニター（ディスプレイ装置）等は、当該出力端子を介して生体情報モニタリングシステム１００に接続される。
　なお、上記実施形態の報知部６は聴覚的に報知を行っていたが、報知部６は、光の点滅等によって視覚的に報知を行う構成であってもよく、振動により報知を行う構成であってもよい。また、上記実施形態の生体情報モニタリングシステム１００は、報知部６を有さなくても良い。
　本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
　本発明の生体情報モニタリングシステムによれば、被験者の呼吸振動を、途切れやタイムラグの少ない良好な状態で使用者に提示できるため、主に医者である使用者により観察に適したデータを提供して、医療の質の向上に寄与することができる。
１　荷重検出部，１１、１２、１３、１４　荷重検出器，２　Ａ／Ｄ変換部，３　制御部，３１　重心位置算出部，３２　体動検出部，３３　波形分離部，３４　振動座標設定部，３５　波形描画部，３６　描画補償部，４　記憶部，５　表示部，６　報知部，７　入力部，１００　生体情報モニタリングシステム，ＢＤ　ベッド，ＢＤＳ　ベッドシステム，ＧＴ　重心軌跡，Ｓ　被験者

Claims (6)

  1. 　ベッド上の被験者の呼吸波形を描画する呼吸波形描画システムであって、
    　ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
    　前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
    　ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部と、
    　前記分離された荷重成分に基づいて、各被験者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
    　各被験者の重心位置の時間的変動に基づいて各被験者の呼吸波形を描画する波形描画部とを備える呼吸波形描画システム。
  2. 　前記被験者数判定部は、前記荷重信号の周波数スペクトルに現れるピーク周波数の数をベッド上の被験者の数と判定する請求項１に記載の呼吸波形描画システム。
  3. 　各被験者の呼吸波形の振動原点及び振動軸を設定する振動座標設定部をさらに備え、
    　前記振動座標設定部は、各被験者ごとに、ある時刻における重心位置を初期原点として、該初期原点から変位する重心位置と該初期原点との間の距離が最大となる位置である第１極値点を求め、前記初期原点の第１極値点と反対側に現れ且つ第１極値点から変位する重心位置と前記初期原点との間の距離が最大になる位置である第２極値点を求め、第１極値点と第２極値点とを結ぶ方向を仮振動軸と設定し、第１極値点と第２極値点の中点を仮振動原点と設定し、
    　前記波形描画部は、前記仮振動軸上に投影した重心位置の前記仮振動原点からの変位を時間に対して表すことによって、各被験者の呼吸波形を描画する請求項１又は２に記載の呼吸波形描画システム。
  4. 　各被験者の呼吸波形の描画状態を補償する描画補償部をさらに備え、
    　前記描画補償部は、各被験者ごとに過去の呼吸波形に基づいて予測波形を生成する予測波形生成部と、各被験者ごとに所定のサンプリング時刻における呼吸波形と予測波形との間の距離を算出する補正距離算出部とを備え、各被験者の呼吸波形の描画状態を前記距離に応じて補償する請求項１～３のいずれか一項に記載の呼吸波形描画システム。
  5. 　ベッド上の被験者の生体情報をモニタリングする生体情報モニタリングシステムであって、
    　ベッド又はベッドの脚下に設けられ、被験者の荷重を検出し荷重信号として出力する複数の荷重検出器と、
    　前記荷重信号の周波数スペクトルに基づいてベッド上の被験者の数を判定する被験者数判定部と、
    　ベッド上の被験者の数が複数であると判定された場合、各被験者の荷重成分を、各荷重検出器から出力された荷重信号ごとに分離する波形分離部とを備え、
    　前記分離された荷重成分は、各被験者の生体情報をモニタリングするのに供される生体情報モニタリングシステム。
  6. 　各被験者の生体情報として、各被験者の心拍を表す波形がモニタリングされる請求項５に記載の生体情報モニタリングシステム。
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