JP2001046347A - 呼吸数及び心拍数の同時計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性及び精度が高く、被検者を無拘束の状
態で、同時計測が可能な、呼吸数及び心拍数の同時計測
装置を提供する。 【解決手段】 身体に直接又は間接的に当接して身体か
らの振動を検出する振動検出センサー１２と、振動検出
センサー１２からの時系列出力信号ｙ_i に、ローパスフ
ィルタ１４をかけ、得られた時系列出力信号ｘ_i のピー
ク間隔から呼吸数を計測し、振動検出センサー１２から
の時系列出力信号ｙ_i に、ハイパスフィルタ１６をか
け、得られた時系列出力信号ｗ_i に対し、自己相関関数
の所定レベル以上の最初の極大値を与える０以外の時間
を求めて心拍数を計測する信号処理手段１３とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検者身体からの
振動を検出して、呼吸数と心拍数を同時計測できる呼吸
数及び心拍数の同時計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、心機能のモニターについて
は、心電図計測を行う方法が採られている。しかしなが
ら、電極を体に直接貼りつけなければならない煩わしさ
が伴い、被検者に心理的、肉体的苦痛を与える。かつ、
長期的な計測には適さない。一方、呼吸機能のモニター
に関しては、鼻の先に息の流れを検知するサーミスタ型
呼吸センサーを取付けたり、歪ゲージを感知部に有する
ワイヤ状の検出部を体に巻き付け、呼吸運動に伴う体の
振動を検出して、呼吸数を計測するワイヤ状呼吸センサ
ーが用いられ、すでに製品化されている。しかし、これ
らの呼吸センサーに関する方法はいずれも、被検者に対
しては拘束型の計測であり、正常な就寝を妨げるという
問題点を有するだけでなく、特に、後者の計測方法で
は、巻き方が正しい位置でない場合、あるいはワイヤの
張力が十分でない場合は、計測ができなくなるという問
題を有していた。このため、最近では、被検者が寝たと
きの掛け布団の動きを画像でとらえたり、圧電センサー
を敷きつめたシートをベッドの上に敷きこの上に被検者
を寝かせたりして、無拘束の状態で呼吸数を計測する方
法が検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被検者
を寝かしたときの掛け布団の動きを画像でとらえる方法
では、掛け布団が呼吸と共に動く保証がないこと、周辺
機器が高コストにつくこと、カメラに監視されていると
いう心理的圧迫感がぬぐい難いこと等の問題がある。ま
た、圧電サンサーを敷きつめたシートをベッドの上に敷
き、この上に被検者を寝かせる方法では、計測システム
が大掛かりとなり、コストが高くなるという問題があ
る。さらに、従来の心機能と呼吸機能を同時にモニター
する場合、心機能計測、呼吸機能計測という異なった二
つの計測を同時に行う必要があり、多数のセンサーの感
知部を被検者に取付けねばならず、被検者に与える負担
も大きくなるという問題があった。本発明は、かかる事
情に鑑みなされたもので、信頼性及び精度が高く、被検
者を無拘束の状態で同時計測が可能な、呼吸数及び心拍
数の同時計測装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る呼吸数及び心拍数の同時計測装置は、身体に直接又
は間接的に当接して該身体からの振動を検出する振動検
出センサーと、前記振動検出センサーからの時系列出力
信号ｙ_i に、ローパスフィルタをかけ、得られた時系列
出力信号ｘ_i のピーク間隔から呼吸数を計測し、前記振
動検出センサーからの時系列出力信号ｙ_i に、ハイパス
フィルタをかけ、得られた時系列出力信号ｗ_i に対し、
自己相関関数の所定レベル以上の最初の極大値を与える
０以外の時間を求めて心拍数を計測する信号処理手段と
を有する。これによって、雑音を除去して、必要な信号
のみを取り出し、信号処理することができるので、一つ
の計測により、呼吸数と心拍数の同時計測が可能とな
る。

【０００５】また、本発明に係る呼吸数及び心拍数の同
時計測装置において、前記振動検出センサーは、水や空
気等の流体を封入した袋体の外表面又は内部に配置さ
れ、感知部に歪ゲージを有することができる。これによ
って、被検者に直接電極等の検出端子を固定することな
く、無拘束の状態で呼吸数と心拍数を計測することが可
能となる。更に、本発明に係る呼吸数及び心拍数の同時
計測装置において、前記自己相関関数は以下の式で求め
てもよい。これによって、雑音が混ざった複雑な繰り返
し振動波形から、正確な周期を検出することができ、信
頼性、精度の高い心拍数の計測が可能となる。

【０００６】

【数２】

【０００７】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る呼吸数及び心拍数の同時計測装置の概略図、図
２は同呼吸数及び心拍数の同時計測装置における信号処
理のブロック図、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同呼吸
数及び心拍数の同時計測装置と、従来法による計測で得
られた呼吸に係わる時系列出力信号を示すグラフ、図４
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同呼吸数及び心拍数
の同時計測装置による各部位からの呼吸に係わる時系列
出力信号を示すグラフ、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
それぞれ車のハンドル、シートベルト、椅子に振動検出
センサーを配置した場合の概念図、図６（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）はそれぞれへその部位を計測位置とした
同呼吸数及び心拍数の同時計測装置による呼吸に係わる
時系列出力信号、従来法による計測で得られた呼吸に係
わる時系列出力信号及び両手法による呼吸周期長の時間
的変化を示すグラフ、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそ
れぞれ首の部位を計測位置とした同呼吸数及び心拍数の
同時計測装置による呼吸に係わる時系列出力信号と、従
来法による計測で得られた呼吸に係わる時系列出力信号
及び両手法による呼吸周期長の時間的変化を示すグラ
フ、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ首の部位を
計測位置とした同呼吸数及び心拍数の同時計測装置によ
る心拍に係わる時系列出力信号と、従来法による計測で
得られた心拍に係わる時系列出力信号つまり心電図のこ
と及び本発明の計測に対する規格化自己相関関数を示す
グラフ、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ体動が
存在するときの胸の部位を計測位置とした同呼吸数及び
心拍数の同時計測装置による呼吸に係わる時系列出力信
号と、従来法による計測で得られた呼吸に係わる時系列
出力信号及び両手法による呼吸周期長の時間的変化を示
すグラフ。

【０００８】図１に示すように、本発明の一実施の形態
に係る呼吸数及び心拍数の同時計測装置（以下、同時計
測装置という）１０は、被検者２０が載せられるベッド
２１上の所定位置に敷かれた、水や空気等の流体を封入
した袋体の一例であるエアマット１１と、エアマット１
１の外表面又は内部に配置される、振動検出センサーの
一例であるワイヤ状呼吸センサー１２と、ワイヤ状呼吸
センサー１２の出力ケーブルと接続されて、ベッド２１
に取付けられた信号処理手段の一例である処理・伝送・
電源装置１３とを有している。以下、これらについて詳
しく説明する。

【０００９】エアマット１１は、天然ゴム又は人造ゴム
と繊維から構成される通常市販されているエアマットで
あって、図示しないがバルブが設けられている内部には
所定の空気が充填されている。なお、エアマット１１の
代わりに内部に水等の液体を充填したウォーターマット
であってもよい。この場合は、人がその上に乗ると冷た
く感じるので、上に毛布をあてがうか、又は内部にヒー
ターを備え最適保温するようにしてもよい。また、エア
マットの形状は、計測部位の体形に応じて適宜変えるこ
とが好ましく、例えば、首の位置を計測部位とする場合
は、枕状の形状とすることができる。

【００１０】ワイヤ状呼吸センサー１２は、身体からの
振動を検出して機械振動を電気信号に変換する機能を有
し、その感知部には歪ゲージを有している。なお、振動
検出センサーとして、空気伝導を利用した集音マイク等
も使用でき、これは空気を封入したエアマットに取付け
て計測するのに適している。また、ワイヤ状呼吸センサ
ー１２は所定の広さの金属板や樹脂板を介在させてエア
マット１１に取付けることが好ましい。この場合には、
寝返り等の体動に対してワイヤ状呼吸センサー１２の位
置を安定的に維持させることができ、余分な雑音を拾う
ことなく、検出感度を高めることができる。

【００１１】処理・伝送・電源装置１３は、図２に示す
ように、呼吸数計測に関しては、ワイヤ状呼吸センサー
１２の感知部に設けられた歪ゲージからの時系列出力信
号ｙ_iに対して、高周波成分を除去するローパスフィル
タ１４と、ローパスフィルタ１４を通過した時系列出力
信号ｘ_i から呼吸数を計測するためのピーク間隔計測回
路１５を備え、心拍数計測に関しては、ワイヤ状呼吸セ
ンサー１２の歪ゲージからの時系列出力信号ｙ_i に対し
て、低周波成分を除去するハイパスフィルタ１６と、ハ
イパスフィルタ１６を通過した時系列出力信号ｗ_i から
心拍数を計測するための自己相関関数を求める自己相関
関数処理回路１７を備え、かつ計測された呼吸数、心拍
数等の諸データを表示する表示器１８、呼吸数、心拍数
等の諸データを有線又は無線で伝送するデータ伝送器１
９、及び図示していない前記各機器への電源供給装置を
有している。以下、呼吸数計測の部分、心拍数計測の部
分、表示器・データ伝送器・電源供給装置に分けて、更
に詳しく説明する。

【００１２】（１）呼吸数計測の部分 呼吸数の計測を行う場合、歪ゲージが内臓されているワ
イヤ状呼吸センサー１２が配置されたエアマット１１
を、被検者２０の計測部位にセットするが、セットする
部位によっては得られる時系列出力信号ｙ_i 中の呼吸の
データに心拍のデータが高周波リップル波形として、重
畳することがある。このため、得られた時系列出力信号
ｙ_i をローパスフィルタ１４に入力し、心拍データであ
る高周波成分が除去された時系列出力信号ｘ_i に変換
し、この時系列出力信号ｘ_i をピーク間隔計測回路１５
に入力する。ピーク間隔計測回路１５では、隣り合うピ
ーク間の時間を計測して、得られたピーク間隔を呼吸周
期として計測すると共に、これらを統合して、一定時間
当たりの呼吸数等のデータを出力する。ローパスフィル
タ１４としては種々のアナログ型、デジタル型のフィル
タが考えられるが、ここでは演算装置に以下の式（２）
で表現されるデジタルフィルタを２回使用したものを用
いた。これは、高周波成分をできるだけ多く除去し、出
力を滑らかにするためである。なお、αはフィルタ性能
を規定する数値定数で、０＜α＜１である。

【００１３】

【数３】

【００１４】また、ピーク間隔計測回路１５では、ロー
パスフィルタ１４の出力である時系列出力信号ｘ_i のサ
ンプリング時間ごとの変化から、コンピュータを用いて
ピーク位置を検出し、検出したピーク位置からピーク間
隔時間を求めている。

【００１５】（２）心拍数計測の部分 得られた時系列出力信号ｙ_i を、呼吸に関する低周波成
分を除去するために、ハイパスフィルタ１６に入力す
る。ハイパスフィルタ１６としても種々のアナログ型、
デジタル型のフィルタが考えられるが、ここでは演算装
置に以下の式（３）、（４）で表現されるデジタルフィ
ルタを２回使用したものを用いた。ここで、βはフィル
タ性能を規定する数値定数で、０＜β＜１である。

【００１６】

【数４】

【００１７】ハイパスフィルタ１６を通過した時系列出
力信号ｗ_i は、心拍に合わせて周期的な波形を示すが、
データ採取時の種々の雑音等が混入しているため、繰り
返し波形は時間的に複雑に変化している。このため、ハ
イパスフィルタ１６を通過した時系列出力信号ｗ_i を、
以下の式（１）で定義された自己相関関数を求めるコン
ピュータを含む自己相関関数処理回路１７に入力する。
ここで、Ｌは現時刻を表し、Ｍは心拍の周期長に相当す
るサンプリング数に対して十分に大きな数値であればよ
く、例えば、サンプリング周期を５ｍｓとすればＭとし
ては３００を考えれば十分である。自己相関関数処理回
路１７では、自己相関関数が大きな極大値をとる０以外
の最初の時間を求め、この時間を心拍の平均周期とし、
これから一定時間当たりの心拍数等のデータを出力す
る。なお、平均心拍周期、心拍数のみでなく、ハイパス
フィルタ１６を通過した時系列出力信号ｗ_i を全波整流
回路及び適切なローパスフィルタに通すことにより得ら
れる滑らかな出力波形のピーク間隔を、ピーク間隔計測
回路１５により求めるようにすれば、時間的に変化する
心拍周期も計測できる。

【００１８】

【数５】

【００１９】（３）表示器・データ伝送器・電源供給装
置 表示器１８は、ピーク間隔計測回路１５、自己相関関数
処理回路１７で得られた呼吸数や心拍数等の必要データ
を表示するもので、ピーク間隔計測回路１５、自己相関
関数処理回路１７をコンピュータによりデジタル処理す
る場合では、コンピュータの表示装置を利用してもよ
い。また、表示器１８に、アラーム機能を付加しておく
と、異常時の警報出力が得られる。データ伝送器１９
は、ピーク間隔計測回路１５、自己相関関数処理回路１
７で得られた呼吸数や心拍数等の必要データを、有線又
は無線で伝送するものである。電源供給装置は、各機器
へ動作用の電力を供給するものであるが、呼吸数及び心
拍数の同時計測装置の可搬性を高めるために、乾電池等
のバッテリー方式による電力供給方式を採用することも
できる。

【００２０】続いて、本発明の一実施の形態に係る呼吸
数及び心拍数の同時計測装置１０を用いた、呼吸数及び
心拍数の同時計測方法について述べる。ワイヤ状呼吸セ
ンサー１２を、若干の張力を与えて、エアマット１１に
貼りつけ、ベッド２１上の被検者２０の下に敷く。敷く
位置は、へそから首までのどの位置でもよい。被検者２
０の呼吸によるワイヤ状呼吸センサー１２への力学的作
用により、ワイヤ状呼吸センサー１２からは呼吸に応じ
た時系列出力信号ｙ_i が出力される。時系列出力信号ｙ
_i をローパスフィルタ１４に入力して高周波成分を除去
し、出力された時系列出力信号ｘ_i をピーク間隔計測回
路１５に入力すると、時系列出力信号ｘ_i のピーク間隔
が得られ、このピーク間隔より呼吸周期、得られた呼吸
周期より一定時間当たりの呼吸数が計測される。また、
時系列出力信号ｙ_i をハイパスフィルタ１６に入力して
低周波成分を除去し、出力された時系列出力信号ｗ_i を
自己相関関数処理回路１７に入力すると、時系列出力信
号ｗ_i に対する自己相関関数が求まり、この自己相関関
数に現れる極大値の間隔、あるいは０以外の最初の極大
値の箇所までの時間より心拍周期が、得られた心拍周期
より一定時間当たりの心拍数が計測される。なお、ハイ
パスフィルタ１６を通過した時系列出力信号ｗ_i を全波
整流回路及び適切なローパスフィルタに入力して滑らか
な出力波形に変換し、得られた滑らかな出力波形をピー
ク間隔計測回路１５に入力すると、ピーク間隔より時間
的に変化する心拍周期も計測できる。計測された呼吸
数、心拍数等のデータを表示器１８によりリアルタイム
で表示することができる。また、呼吸数、心拍数等の諸
データを、必要に応じて有線又は無線で中央管理センタ
ーへ、データ伝送器１９を介して伝送することができ
る。

【００２１】本発明の一実施の形態に係る呼吸数及び心
拍数の同時計測装置１０による計測が、安定的にかつ高
精度にできることを確認するため、被検者２０のへその
部位にエアマット１１を敷いたときのワイヤ状呼吸セン
サー１２による時系列出力信号ｙ_i の波形を、従来の計
測方法であるサーミスタ型呼吸センサー（ピックアッ
プ）により得られた時系列出力信号の波形と比較した。
その結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。いずれの計測方
法においても、１００秒当たり２０回の呼吸数が計測さ
れており、本発明の呼吸数及び心拍数の同時計測装置１
０を用いた計測方法により、被検者２０に対して無拘束
の状態で、呼吸数が正確に計測できることが確認でき
た。なお、本発明の方法であるワイヤ状呼吸センサー１
２による計測で、７５秒付近に出力信号が一時的に大き
くなっている部分が検出されたが、これは被検者２０が
体を動かしたことによるものである。

【００２２】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、本発明の
呼吸数及び心拍数の同時計測装置１０を用いた、被検者
２０の身体の胸、へそ、首の部位からの時系列出力信号
ｙ_i を示す。どの部位においても、略同じような振動波
形が得られ同一の呼吸数が計測されていることがわか
る。なお、首の部位において得られた波形には、高周波
リップル波形が大きく重畳しており、これは心拍に起因
するものである。したがって、呼吸数の計測では、エア
マット１１は、被検者２０の胸やへその部位に置いた方
が良く、呼吸数と心拍数を同時に計測する場合では、エ
アマット１１を被検者２０の首の部位に置くのがよい。

【００２３】以上、本発明の呼吸数及び心拍数の同時計
測装置１０による呼吸数と心拍数の計測を、被検者２０
がベッド２１上に寝ている状態を想定して説明したが、
被検者２０は必ずしも計測中に寝ている必要はなく、被
検者２０の身体に対して、振動検出センサーを直接的又
は間接的に当接可能な状態であれば、作業中の状態であ
っても、呼吸数や心拍数の計測が可能となる。例えば、
図５（ａ）に示すように、振動検出センサー１２ａをハ
ンドル握り部に装着することで、運転者の指や掌から、
呼吸数や心拍数の計測が可能となる。また、図５（ｂ）
に示すように、着用者と間接的に当接するシートベルト
部分に振動検出センサー１２ｂあるいは振動検出センサ
ー１２ｂが配置された帯状のエアマット１１ａを取付け
ると、運転者、添乗者、乗務員、乗客等の自動車等輸送
機関に乗用中の人の呼吸数や心拍数の計測が可能とな
る。さらに、図５（ｃ）に示すように、椅子の背もたれ
部分や救急用等のベッドに振動検出センサー１２ｃが配
置されたエアマット１１ｂを埋め込むと、かなり広範囲
の種類の作業に従事している人や救急患者に対しても、
本発明の呼吸数及び心拍数の同時計測装置１０による呼
吸数と心拍数の計測が可能となる。

【００２４】

【実施例】（１）呼吸数の計測 ワイヤ状呼吸センサー１２が配置されたエアマット１１
を、ベッド２１上の被検者２０のへその部位の下に敷
き、計測を開始した。ワイヤ状呼吸センサー１２から得
られる時系列出力信号ｙ_i を、式（２）で定義されるデ
ジタルフィルタにおいてα＝０．９９３とした一次フィ
ルタを２回使用したローパスフィルタ１４に入力した。
ローパスフィルタ１４を通過後の時系列出力信号ｘ_i
を、図６（ａ）に示す。また、図６（ｂ）には、同時に
採取したサーミスタ型呼吸センサーによる時系列出力信
号を示している。共に同一の呼吸数が計測されているこ
とが確認できた。また、図６（ａ）、（ｂ）の時系列出
力信号ｘ_i を、ピーク間隔計測回路１５に入力し、時系
列出力信号ｘ_i のピーク間隔、すなわち周期を出力し
た。この周期と呼吸ステップ（時系列のピーク間隔の順
序番号）との関係を呼吸周期長の時間的変化として、図
６（ｃ）に示す。ワイヤ状呼吸センサー１２による計測
結果と、従来法であるサーミスタ型呼吸センサーによる
計測結果は、非常によく一致していることがわかった。

【００２５】次に、ワイヤ状呼吸センサー１２が配置さ
れた枕状のエアマット１１を、ベッド２１上の被検者２
０の首の部位の下に敷き、計測を開始した。ワイヤ状呼
吸センサー１２から得られる時系列出力信号ｙ_i を、式
（２）で定義されるデジタルフィルタにおいてα＝０．
９９３とした一次フィルタを２回使用したローパスフィ
ルタ１４に入力したときの時系列出力信号ｘ_i をピーク
間隔計測回路１５に入力し、時系列出力信号ｘ_i の周期
を出力した。図７（ａ）にローパスフィルタ１４を通過
して出力された時系列出力信号ｘ_i を、図７（ｂ）に同
時に採取したサーミスタ型呼吸センサーによる時系列出
力信号を、図７（ｃ）に呼吸周期長の時間的変化を示
す。周期長の時間的変化においては、ワイヤ状呼吸セン
サー１２による計測結果と、サーミスタ型呼吸センサー
による計測結果では、若干の差が存在したが、呼吸数の
計測では、２１回／１１０秒と両者は完全に一致した。

【００２６】（２）心拍数の計測 ワイヤ状呼吸センサー１２が配置されたエアマット１１
を、ベッド２１上の被検者２０の首の部位の下に敷き、
計測を開始した。ワイヤ状呼吸センサー１２から得られ
る時系列出力信号ｙ_i を、数（３）、（４）で定義され
るデジタルフィルタにおいてβ＝０．９６７とした一次
フィルタを２回使用したハイパスフィルタ１６に入力し
た。ハイパスフィルタ１６を通過させて出力された時系
列出力信号ｗ_i を、図８（ａ）に示す。また、図８
（ｂ）には、同時に採取した心電図の結果を示してい
る。図８（ａ）と（ｂ）では、ピークの数が共通で、共
に同一の心拍数が計測されていることが確認できた。ま
た、図８（ａ）の時系列出力信号を、式（１）で定義し
た自己相関関数においてＭ＝３００とした、自己相関関
数処理回路１７に入力し、自己相関関数を求めた。得ら
れた自己相関関数を、時間０秒の最大値で割って得られ
る規格化自己相関関数を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）
より、規格化自己相関関数を極大とする、０以外の最初
の時間は、０．７８０秒と求まり、この値は、心電図よ
り求めた周期長０．７８０秒と完全に一致する。したが
って、エアマット１１を適切な位置におけば、心拍数も
高精度で計測することが確認できた。

【００２７】（３）体動の影響 ワイヤ状呼吸センサー１２が配置されたエアマット１１
を、ベッド２１上の被検者２０の胸の部位の下に敷き、
計測を開始した。ワイヤ状呼吸センサー１２から得られ
る時系列出力信号ｙ_i を、式（２）で定義されるデジタ
ルフィルタにおいてα＝０．９９３とした一次フィルタ
を２回使用したローパスフィルタ１４に入力し、その時
系列出力信号ｘ_i をピーク間隔計測回路１５に入力し、
時系列出力信号ｘ_i の周期を出力した。ワイヤ状呼吸セ
ンサー１２から得られる時系列出力信号ｙ_i を、このロ
ーパスフィルタ１４を通過させて出力された、***変更
前後の時系列出力信号ｘ_i を図９（ａ）に、また同時に
採取したサーミスタ型呼吸センサーによる時系列出力信
号を図９（ｂ）に示す。***変動により、ワイヤ状呼吸
センサー１２に大きな圧力変動が生じ、一時的に振幅の
大きな信号が得られるが、直ちに回復し、移動後の***
で、また落ちついた周期的信号が得られ、正確な呼吸数
が計測できることがわかった。また、ワイヤ状呼吸セン
サー１２とサーミスタ型呼吸センサーによる計測から求
めた呼吸周期長の変化を図９（ｃ）に示す。図９（ｃ）
より、***変更時の４５秒間を除き呼吸周期長が正確に
計測できることがわかった。

【００２８】

【発明の効果】請求項１〜３記載の呼吸数及び心拍数の
同時計測装置においては、身体に直接又は間接的に当接
して身体からの振動を検出する振動検出センサーと、振
動検出センサーからの時系列出力信号ｙ_i に、ローパス
フィルタをかけ、得られた時系列出力信号ｘ_i のピーク
間隔から呼吸数を計測し、振動検出センサーからの時系
列出力信号ｙ_i に、ハイパスフィルタをかけ、得られた
時系列出力信号ｗ_i に対し、自己相関関数の所定レベル
以上の最初の極大値を与える０以外の時間を求めて心拍
数を計測する信号処理手段とを有するので、雑音を除去
して、必要な信号のみを取り出し、信号処理することが
でき、一つの計測により、呼吸数、呼吸周期、心拍数の
同時計測が可能となる。また、請求項２記載の呼吸数及
び心拍数の同時計測装置においては、振動検出センサー
は、水や空気等の流体を封入した袋体の外表面又は内部
に配置され、感知部に歪ゲージを有しているので、被検
者に直接電極等の検出端子を固定することなく、無拘束
の状態で呼吸数、呼吸周期、心拍数を計測することが可
能となる。更に、請求項３記載の呼吸数及び心拍数の同
時計測装置においては、所定の式によって自己相関関数
を求めるようにしているので、雑音が混ざった複雑な繰
り返し振動波形に対して正確な周期を検出することがで
き、高信頼性、高精度の心拍数の計測が可能となる。な
お、ハイパスフィルタを通過した時系列出力信号ｗ_i を
全波整流回路及び適切なローパスフィルタに入力して滑
らかな出力波形に変換し、得られた滑らかな出力波形を
ピーク間隔計測回路に入力すると、ピーク間隔より時間
的に変化する心拍周期も計測できる。更に、振動検出セ
ンサーをハンドル握り部、着用者と間接的に当接するシ
ートベルト部分、着席者と間接的に当接する座席の背も
たれ部分、あるいは救急車両等におけるベッドに配置す
ると、運転者、添乗者、乗務員、乗客、救急患者等の呼
吸数、呼吸周期、心拍数、心拍周期の計測が可能とな
り、計測された呼吸数や心拍数等のデータに異常が検知
されれば、自動車のナビゲーターシステムと連動させ
て、その位置を確認し、最寄りの救急センターへ通報す
ることも可能となる。したがって、高齢化するドライバ
ーや長距離輸送機関の乗務員、乗客への救急対策が、本
発明の呼吸数及び心拍数の同時計測装置を用いて可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る呼吸数及び心拍数
の同時計測装置の概略図である。

【図２】同呼吸数及び心拍数の同時計測装置における、
信号処理のブロック図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同呼吸数及び心拍数
の同時計測装置と、従来法による計測で得られた呼吸に
係わる時系列出力信号を示すグラフである。

【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同呼吸数及
び心拍数の同時計測装置による各部位からの呼吸に係わ
る時系列出力信号を示すグラフである。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ車のハンド
ル、シートベルト、椅子に振動検出センサーを配置した
場合の概念図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれへその部位
を計測位置とした同呼吸数及び心拍数の同時計測装置に
よる呼吸に係わる時系列出力信号、従来法による計測で
得られた呼吸に係わる時系列出力信号及び両手法による
呼吸周期長の時間的変化を示すグラフである。

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ首の部位を
計測位置とした同呼吸数及び心拍数の同時計測装置によ
る呼吸に係わる時系列出力信号と、従来法による計測で
得られた呼吸に係わる時系列出力信号及び両手法による
呼吸周期長の時間的変化を示すグラフである。

【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ首の部位を
計測位置とした同呼吸数及び心拍数の同時計測装置によ
る心拍に係わる時系列出力信号と、従来法による計測で
得られた心拍に係わる時系列出力信号つまり、心電図の
こと及び本発明の計測に対する規格化自己相関関数を示
すグラフである。

【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ体動が存在
するときの胸の部位を計測位置とした同呼吸数及び心拍
数の同時計測装置による呼吸に係わる時系列出力信号
と、従来法による計測で得られた呼吸に係わる時系列出
力信号及び両手法による呼吸周期長の時間的変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０：呼吸数及び心拍数の同時計測装置、１１、１１
ａ、１１ｂ：エアマット（流体を封入した袋体）、１
２：ワイヤ状呼吸センサー（振動検出センサー）、１２
ａ、１２ｂ、１２ｃ：振動検出センサー、１３：処理・
電送・電源装置（信号処理手段）、１４：ローパスフィ
ルタ、１５：ピーク間隔計測回路、１６：ハイパスフィ
ルタ、１７：自己相関関数処理回路、１８：表示器、１
９：データ伝送器、２０：被検者、２１：ベッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C017 AA02 AA14 AC05 AC20 BC07 BD02 4C038 SS08 SV01 VA16 VB33

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 身体に直接又は間接的に当接して該身体
   からの振動を検出する振動検出センサーと、前記振動検
   出センサーからの時系列出力信号ｙ_i に、ローパスフィ
   ルタをかけ、得られた時系列出力信号ｘ_i のピーク間隔
   から呼吸数を計測し、前記振動検出センサーからの時系
   列出力信号ｙ_i に、ハイパスフィルタをかけ、得られた
   時系列出力信号ｗ_i に対し、自己相関関数の所定レベル
   以上の最初の極大値を与える０以外の時間を求めて心拍
   数を計測する信号処理手段とを有することを特徴とする
   呼吸数及び心拍数の同時計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の呼吸数及び心拍数の同時
   計測装置において、前記振動検出センサーは、水や空気
   等の流体を封入した袋体の外表面又は内部に配置され、
   感知部に歪ゲージを有することを特徴とする呼吸数及び
   心拍数の同時計測装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の呼吸数及び心拍数
   の同時計測装置において、前記自己相関関数は以下の式
   で求めることを特徴とする呼吸数及び心拍数の同時計測
   装置。 【数１】