JP2005124903A - 生体情報モニタ、セントラルモニタ及び患者監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】 生体情報モニタにおいて、心電図信号に重畳するハムノイズを防ぐために設定するハムフィルタが、電源周波数と異なる周波数に設定されたり、あるいはまったく設定されなかったりして、ハムフィルタの用をなさなくなってしまうことを防ぐ。
【解決手段】 患者の生体信号を検出し、所定の処理を行う生体情報モニタであって、生体信号を検出する生体信号検出手段と、生体情報モニタを駆動する交流電源と、交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、電源周波数検出手段で検出した周波数に対応するハムフィルタを生体信号に設定するフィルタ手段とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明はハムフィルタを自動設定可能な生体情報モニタ及びセントラルモニタに関する。本発明はまた、生体情報モニタとセントラルモニタからなる患者監視システムに関する。

例えば集中治療室などで治療を受けている患者など、状態を監視する必要のある患者に用いる患者監視用装置として、生体情報モニタが知られている。生体情報モニタは、心電図や呼吸、血圧、体温、血中酸素飽和度（Ｓｐ０２）等、様々な生体情報を患者に取り付けたセンサ等から取得し、記録したり、測定値の異常を検出してセントラルモニタなどに通知する等の機能を有している。

生体情報モニタを使用する患者は常時監視が必要な患者であり、一般に症状が重く、身体を暖めるために電気毛布を用いていることが多い。しかしながら、電気毛布からはハムノイズが発生し、心電図などの生体情報に影響を与えてしまう。また、電気毛布以外にも、電動ベッドを始め様々なハムノイズ源が患者環境には存在する。

そのため、従来から生体情報モニタにおいては、電気毛布などが出力するハムノイズの影響を防ぐために、電源周波数に同期したハムフィルタを設定できるようになっている。このハムフィルタとしては、患者から得られた心電図信号に電源周波数成分を減衰させるためのバンド・エリミネーション・フィルタ（ＢＥＦ）、あるいは入力信号に重畳する交流成分の逆相の波形を加算してフィルタリングするアクティブ・ノッチ・フィルタ（ＡＮＦ）などが知られており、これらはソフトウェア的なディジタルフィルタとして実現される場合が多い。

いずれのフィルタを用いる場合も、従来の生体情報モニタにおいては、ディップスイッチなど機器外部から操作可能なスイッチや、操作パネルやＧＵＩなどを介して、電源周波数をあらかじめ５０ヘルツか６０ヘルツに設定しておくか、ハムフィルタの使用有無及び周波数の設定を行う必要があった。

実際には、工場出荷時にあらかじめ電源周波数を５０ヘルツに設定しておき、電源周波数が６０ヘルツの地域で使用する場合には６０ヘルツに切り換えて使う機種、あるいはメニュー操作でハムフィルタオフ・５０ヘルツ・６０ヘルツを切り換える機種といったものが存在している。

また、複数の生体情報モニタが取得した情報を一括して管理するためのセントラルモニタの中には、ハムフィルタを設定することのできるものも存在するが、やはり生体情報モニタ同様、手動による設定を行うものであった。

しかしこのような従来の生体情報モニタ及びセントラルモニタでは、スイッチやメニューの操作を誤ると、異なる電源周波数に対応したハムフィルタが設定されたり、あるいはまったく設定されなかったりして、ハムフィルタを正しく利用できないという問題があった。

特にセントラルモニタは複数の生体情報モニタからの信号を受信するため、ある生体情報モニタからの信号に対してハムフィルタを設定すべきところを、他の生体情報モニタからの信号に対して設定してしまう虞があった。
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものである。

すなわち、本発明の要旨は、患者の生体信号を検出し、所定の処理を行う生体情報モニタであって、生体信号を検出する生体信号検出手段と、生体情報モニタを駆動する交流電源と、交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、電源周波数検出手段で検出した周波数に対応するハムフィルタを生体信号に設定するフィルタ手段とを有することを特徴とする生体情報モニタに存する。

また、本発明の別の要旨は、複数の外部装置から、当複数の外部装置が検出した生体信号を受信可能なセントラルモニタであって、セントラルモニタを駆動する交流電源と、交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、電源周波数検出手段で検出した周波数に対応するハムフィルタを、複数の生体信号の各々について個別に設定可能なフィルタ手段とを有することを特徴とするセントラルモニタに存する。

また、本発明の別の要旨は、本発明の生体情報モニタと、本発明のセントラルモニタの少なくとも一方を用いた患者監視システムに存する。

本発明による生体情報モニタ及びセントラルモニタは、電源回路から周波数情報を取得し、適切にハムフィルタの設定を行うので、ハムフィルタの設定し忘れや設定周波数の誤りがなくなるため、つねに良好な心電図波形を得ることができる。

以下、本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る患者監視システムの構成例を示す図である。図１に示す患者監視システムは、外部装置としての、患者のベッドサイドに置かれる据え置き型生体情報モニタ（ベッドサイドモニタ）１００及びと、携帯型テレメータ送信機１１１と、外部装置が検出した生体信号を受信するセントラルモニタ１２０とから構成されている。

電気毛布１１５をかけて臥床中の患者Ｐの側には、ベッドサイドモニタ１００が置かれ、患者Ｐの各種生体信号を取得し、セントラルモニタ１２０に送信する。本実施形態において、ベッドサイドモニタ１００はモジュール構成を有し、本体１０６に接続されたモジュールケース１０２に各種モジュールを装着することで、様々な生体情報の取得を可能にしている。図１においては、心電モジュール１０３がモジュールケース１０２に装着され、心電モジュール１０３に接続される心電ケーブル１０１が患者Ｐに装着されている。

患者Ｐから心電ケーブル１０１を介して採取された心電図は心電モジュール１０３内の回路によってデジタル信号に変換され、モジュール接続ケーブル１０４を介してベッドサイドモニタ本体１０６に送られる。モジュールケース１０２には取得した心電図波形や、心拍数、ＲＲ間隔など、一般に心電計で測定される各種項目をプリントアウトするためのレコーダ１０５も装填されている。

ベッドサイドモニタ本体１０６に送られたデジタル信号は、テレメータ送信機接続ケーブル１０７を介して接続される据え置き型テレメータ送信機１０８に送られる。据え置き型テレメータ送信機１０８はベッドサイドモニタ本体１０６からのデジタル化された心電図信号を所定の方法で変調し、無線送信する。なお、ベッドサイドモニタ本体１０６とセントラルモニタ本体１２３との間で送受信される情報には心電図信号のみならず、他の生体信号や、装置間での通信に必要な制御情報や機種情報などが含まれる。ベッドサイドモニタ本体１０６には他にディスプレイ接続ケーブル１０９を介してディスプレイ１１０が接続されており、ここで心電図をはじめとする患者Ｐの生体情報をベッドサイドで表示する。ディスプレイ１１０はタッチパネルを装備しており、表示だけでなくメニュー操作など画面上からの入力も可能となっている。

なお、図１においては、説明を簡略化するため患者Ｐに装着する生体信号取得手段として心電ケーブル１０１を、またモジュールケース１０２に装填するモジュールとして心電モジュール１０３のみを示したが、実際には血圧測定や血中酸素飽和度測定など各種生体信号測定用のモジュール及びセンサが用いられる。

一方、ベッドを離れることのできる別の患者Ｑには、携帯型テレメータ送信機１１１に接続された不図示の心電ケーブルが装着されており、ベッドサイドモニタ１００と同様に、心電図信号を検出し、デジタル化及び変調して無線送信している。このように、本明細書において、携帯型テレメータ送信機１１１は据え置き型テレメータ送信機１０８と異なり、心電図信号の検出及び信号処理機能を有している。

据え置き型テレメータ送信機１０８および携帯型テレメータ送信機１１１から送信された無線信号は、セントラルモニタ１２０が有するテレメータ受信機１２１によって受信および検波され、ふたたび元の心電図情報としてテレメータ受信機接続ケーブル１２２を介してセントラルモニタ本体１２３に送られる。

セントラルモニタ本体１２３はＣＤ−ＲＯＭドライブやレコーダ１２４などを内蔵しており、複数のテレメータ送信機（患者）から送られてきた心電図をはじめとする生体情報や、他の情報を処理し、ディスプレイ接続ケーブル１２５を介してナースステーション等に置かれているディスプレイ１２６に表示する。ディスプレイ１２５もディスプレイ１０８と同様にタッチパネルを装備しており、表示だけでなくメニュー操作などの入力も可能となっている。

次に、図２を参照して、ベッドサイドモニタ本体１０６におけるハムノイズ除去に関する構成について詳細に説明する。図２に示すように、ベッドサイドモニタ本体１０６の内部は、電源ブロック２１と制御ブロック２２とに大別される。

交流電源２０１から不図示の電源ケーブルを介して電源ブロック２１のインレット２０２に入力された交流電圧は、トランス２０３およびそれに続く二次側回路（図示せず）によって各回路ブロックで使用する直流電圧に変換されると共に、コネクタ２０２、２０５および電流制限抵抗２０６を介してフォトカプラ２０７にも入力される。なお、図２において、本実施形態の説明に無関係なヒューズや相間コンデンサなどは省略してある。フォトカプラ２０７は逆並列接続されたＬＥＤ（発光ダイオード）２０８および２０９、フォトトランジスタ２１０を内蔵しており、入出力回路を電気的に絶縁しつつ電圧レベルを変換する。

フォトトランジスタ２１０の出力は、負荷抵抗２１１によって電圧レベルを定められてコンパレータ２１２の反転入力端子に入力される。コンパレータ２１２の非反転入力端子には、分圧抵抗２１３および２１４によって所定の電圧レベルが入力されている。コンパレータ２１２はこれら２つの入力端子の電位を比較し、その結果を出力端子に出力する。

図３に電源ブロック２１の入力電源波形（コネクタ２０５の位置で見た波形）とコンパレータ２１２の出力波形（コネクタ２１５の位置で見た波形）の関係を示す。図３の左端では電源電圧は０Ｖ、コンパレータは”Ｌ”レベルを出力している。電源電圧が０Ｖから正方向に増加していくと、順バイアスされているＬＥＤ２０８に流れる電流が徐々に増加し、ＬＥＤ２０８は光り始める。電源電圧がＶＴＨ＋を超えると、フォトトランジスタ２１０がオンし、反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位よりも下がり、コンパレータ２１２は”Ｈ”レベルを出力する。電源電圧が最高電圧を過ぎて減少に転じるとＬＥＤ２０８は暗くなりはじめ、電源電圧がＶＴＨ＋を下回るとフォトトランジスタ２１０がオフし、反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位よりも上がり、コンパレータ２１２は”Ｌ”レベルを出力する。

電源電圧が正の半周期を終えて０Ｖ以下に下がると、今度はＬＥＤ２０９が順バイアスとなり、上と同様にしてＶＴＨ−以下になる期間コンパレータ２１２は”Ｈ”レベルを出力する。ＶＴＨ＋とＶＴＨ−は絶対値が等しく極性が異なる電圧で、その値は電流制限抵抗２０６によって一意に決定される。またフォトカプラ２０７の応答時間は悪くても数百マイクロ秒で、電源電圧の周期に対して十分に小さいので図３には示していない。

このようにして電源電圧はその倍の周波数を有するパルス列に変換される。コンパレータ２１２の出力パルスはコネクタ２１５および２１６を通して制御ブロック２２の中のＣＰＵ（中央演算装置）２１７の入力ポートに導かれる。このＣＰＵ２１７にはあらかじめプログラムや後述する機種ＩＤなどのデータを保持しているＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２１８、ＣＰＵ２１７のワークエリアやデータの一時記憶を行うためのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２１９とが接続されている。ＣＰＵ２１７は単位時間あたりにいくつの出力パルスが検出されたかを計数し、たとえば５００ミリ秒あたり５０パルスであれば５０ヘルツ、６０パルスであれば６０ヘルツというように電源周波数を算出する。

こうして電源周波数が明らかになると、ＣＰＵ２１７は心電モジュール１０３からモジュール接続ケーブル１０４および通信インタフェース回路２２１を介して得られた心電図信号に対し、電源周波数成分をキャンセルするフィルタ処理を施す。この場合、フィルタをＣＰＵ２１７によるソフトウェア的なデジタルフィルタとして構成する場合には、心電図信号を予め定めた周波数でサンプリングしてデジタル化した後でフィルタ処理を行う。このようにフィルタ処理された心電図信号はディスプレイインタフェース回路２２０およびディスプレイ接続ケーブル１０９を通じてディスプレイ１１０に出力されると共に、必要に応じて通信インタフェース回路２２１およびモジュール接続ケーブル１０４を通じてレコーダ１０５にも記録する。また、上述したように、据え置き型のテレメータ送信機１０８（図示せず）にも供給される。

またＣＰＵ２１７には、例えば生体信号の検出が正常に行えなくなった場合や、電源異常が発生したと思われる場合などに、音声メッセージや警告音等によって外部に対し注意および警告を行なうためのアンプ２２２およびスピーカ２２３も接続されている。

なお、図２においてはベッドサイドモニタ本体１０６に対して本発明に係るフィルタ構成を適用した例を示すが、セントラルモニタ本体１２３の内部回路も同様の電源ブロック及び制御ブロックを有しているため、上述の構成を同様に適用可能である。すなわち、ベッドサイドモニタ本体とまったく同様に、電源ブロックで処理された信号に基づいて交流電源の周波数を算出し、対応する周波数成分をキャンセルするフィルタ処理をテレメータ受信機経由で入力された心電図信号に施すことが可能である。

次に本実施形態におけるベッドサイドモニタ本体１０６及びセントラルモニタ本体１２３における、ハムフィルタ設定処理動作の流れを図４および図５のフローチャートに従って説明する。なお、ここでは、ベッドサイドモニタ本体１０６が交流駆動であり、かつベッドサイドモニタ１００によって情報を収集する患者Ｐは電気毛布を使用しているものとする。また、携帯型テレメータ送信機１１１は電池駆動であり、また携帯型テレメータ送信機１１１を用いている患者Ｑは電気毛布を使用しているものとする。

図４はベッドサイドモニタ本体１０６におけるハムフィルタ設定ルーチンである。このルーチンは他のすべてのルーチンと同様、あらかじめＲＯＭ２１８にプログラムとして保持されており、原則として起動時の初期化処理の中でコールされる。このルーチンがコールされるとＣＰＵ２１７は入力ポートからコンパレータ２１２の出力パルスを５００ミリ秒にわたって計数する。この結果、５０±１回のパルスが計数されれば電源周波数を５０ヘルツ、６０±１回のパルスが計数されれば電源周波数を６０ヘルツと判断し（Ｓ４０１）、あらかじめＲＡＭ２１９の所定領域に変数の形で確保されたハムフィルタの減衰周波数にその値を設定して（Ｓ４０２）、ハムフィルタ設定処理を終了する。

図５はセントラルモニタ本体１２３におけるハムフィルタ設定ルーチンである。このルーチンは原則として起動時の初期化処理およびモニタ中の各床に入退床や送信中断などの変化があった場合にコールされる。

このルーチンがコールされるとセントラルモニタに内蔵されている不図示のＣＰＵはベッドサイドモニタ本体１０６のＣＰＵ２１７と同様の方法で電源周波数を算出し（Ｓ５０１）、続いて図示しないＲＡＭ上の所定領域に確保されている変数ｉを１に設定する（Ｓ５０２）。次に第ｉ床の送信元がハムフィルタを設定可能な生体情報モニタ（例えばベッドサイドモニタ１００のように自動設定可能な生体情報モニタ）であるかどうかを無線を通じて送られてくる送信情報の中の機器ＩＤによって判断し（Ｓ５０３）、ハムフィルタ設定可能な生体情報モニタであれば重複設定を避けるためハムフィルタの設定を禁止し（Ｓ５０４）、ハムフィルタ設定機能のない生体情報モニタ（例えばテレメータ送信機１１１）であればハムフィルタを設定する（Ｓ５０５）。次に変数ｉを増分し（Ｓ５０６）、全床の設定が終わっていなければＳ５０３にジャンプして次の床を設定し（Ｓ５０７）、全床に対する設定が終われば設定処理を終了する。

なお、セントラルモニタで管理している外部装置（生体情報モニタ及び携帯型テレメータ）の各々について、ハムフィルタを設定するか否かをどのように判定するかは、他にも様々な方法を取ることが可能である。例えば、より正確さを要求する場合には、生体情報モニタからセントラルモニタに対して送信する機器情報として、ハムフィルタを設定しているか否かを示す情報を含ませ、セントラルモニタ側では、ハムフィルタを設定していない生体情報モニタからの生体信号に対してのみハムフィルタを設定するようにすることも可能である。

また、生体情報モニタの種類ではなく、駆動電源の種別を用いても良い。例えば、予め機器ＩＤと機器種別（ベッドサイドモニタ、携帯型テレメータ、他）、及び駆動方式（電池、交流）とを対応付けたテーブルをセントラルモニタ本体１２３に記憶しておき、送信側機器の駆動方式によってハムフィルタの設定を行うか行わないかを決定するようにしても良い。すなわち、電池駆動の生体情報モニタや携帯型テレメータからの信号にはハムフィルタを設定し、交流駆動の生体情報モニタからの信号にはハムフィルタを設定しないようにする。また、判断基準を複数組み合わせても良い。

本実施形態に係るベッドサイドモニタ１００とセントラルモニタ１２０とを組み合わせた患者監視システムでは、最も簡便に、生体情報モニタがベッドサイドモニタであるか、無いかを判別して、セントラルモニタ側でのハムフィルタ設定有無を決定することが可能である。

本実施形態では電源電圧の検出に、絶縁性能の高いフォトカプラを用いているが、システムの安全性が損なわれない他の方法にて検出してもよい。また、ハムフィルタはソフトウェアに限るものではなく、ハードウェアで実現してもよい。さらにハムフィルタは必ず入れるものとしているが、明らかにハムノイズの影響を受けないことがわかっている場合に、メニュー操作によってハムフィルタをオフする設定を生体情報モニタ、セントラルモニタ双方に追加してもよい。

また本実施形態では生体情報モニタとセントラルモニタとを無線で接続する構成の患者監視システムであったが、他のネットワーク、たとえば有線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）で構成した場合や、有線・無線ネットワークが混在するような場合でも同様に実施可能である。

さらに本実施形態では周波数を取得する目的でコンパレータ２１２の出力を検出しているが、これを連続的に行ない、電源の瞬断および瞬低（瞬時電圧低下）のような異常が生じた場合にスピーカ２２３を駆動し警告音を発することもできる。さらにパルス列を計数するのではなく、Ｆ／Ｖ（周波数−電圧）変換回路を通し、周波数に応じたアナログ電圧に変換して電源周波数を計測する方法も考えられる。いずれも本発明の思想の範囲内で自由に変更が可能である。

図６は、本実施形態に適用可能なＦ／Ｖ変換回路１０の構成例を示す回路図である。本回路に例えばコンパレータ２１２の出力パルス列を入力する。
入力パルス列は電源周波数が５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかによってそのパルス幅が異なるため、まず、パルス信号化の幅が周波数によらず一定となるよう整形する。図６においては、タイマＩＣ１２を用いて一定幅のパルス信号に整形している。そして、整形されたパルス信号を用い、定電流源１１に接続されたスイッチ１３をオン・オフ制御する。一定時間に積分器１４の反転入力に定電流源１１からの流入する電荷の量は整形されたパルス信号の周波数に比例する。積分器１４の反転入力と出力にコンデンサを接続して積分器１４の出力電圧を平滑化し、その電圧値をコンパレータ１５で予め設定した閾値と比較することで、コンパレータ１５の出力信号から入力パルス信号５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるか、すなわち電源周波数が５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかが判別できる。

このように、本実施形態によれば、生体情報モニタ及びセントラルモニタにおいて、電源周波数を自動検出し、電源周波数にあったハムフィルタを自動設定することが可能となる。さらに、セントラルモニタにおいては、接続された生体情報モニタ毎に、セントラルモニタでのハムフィルタ設定有無を自動設定可能となる。

本発明の実施形態に係る患者監視システムの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るベッドサイドモニタ及びセントラルモニタにおける電源周波数の検出に係る構成を示す回路図である。 図２の回路を用いた電源周波数検出の原理を説明する図である。 本発明の実施形態に係るベッドサイドモニタにおけるハムフィルタ設定処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係るセントラルモニタにおけるハムフィルタ設定処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に適用可能なＦ／Ｖ変換回路の構成例を示す図である。

符号の説明

２１ 電源ブロック
２２ 制御ブロック
２０１ 交流電源
２０７ フォトカプラ
２１２ コンパレータ
２１７ ＣＰＵ
１０３ 心電モジュール
１１０ ディスプレイ
１０５ レコーダ
２２３ スピーカ

Claims (9)

1. 患者の生体信号を検出し、所定の処理を行う生体情報モニタであって、
   生体信号を検出する生体信号検出手段と、
   前記生体情報モニタを駆動する交流電源と、
   前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、
   前記電源周波数検出手段で検出した周波数に対応するハムフィルタを前記生体信号に設定するフィルタ手段とを有することを特徴とする生体情報モニタ。
2. 前記電源周波数検出手段が、
   前記交流電源の電圧波形からパルス列を生成するパルス列生成手段と、
   所定時間内に前記パルス列生成手段が生成したパルス列をカウントし、カウント結果から前記交流電源の周波数を決定するカウント手段とを有することを特徴とする請求項１記載の生体情報モニタ。
3. 前記パルス列生成手段が、
   前記交流電源の電圧値が所定値以上の期間及び所定値以下の期間に発光する発光手段と、
   前記発光手段が発光している期間に第１のレベル、それ以外の期間に第２のレベルを出力する光電変換手段とを有することを特徴とする請求項２記載の生体情報モニタ。
4. 複数の外部装置が検出した生体信号を受信可能なセントラルモニタであって、
   前記セントラルモニタを駆動する交流電源と、
   前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、
   前記電源周波数検出手段で検出した周波数に対応するハムフィルタを、前記複数の生体信号の各々について個別に設定可能なフィルタ手段とを有することを特徴とするセントラルモニタ。
5. 前記外部装置の種類を検出する種別検出手段を更に有し、
   前記フィルタ手段が、ハムフィルタを設定可能な外部装置から送信された生体信号に対しては前記周波数に対応するハムフィルタを設定せず、他の外部装置からの生体信号に対して前記周波数に対応するハムフィルタを設定することを特徴とする請求項４記載のセントラルモニタ。
6. 前記外部装置の駆動電源種別を検出する電源検出手段を更に有し、
   前記フィルタ手段が、交流駆動の外部装置から送信された生体信号に対しては前記周波数に対応するハムフィルタを設定せず、直流駆動の外部装置からの生体信号に対して前記周波数に対応するハムフィルタを設定することを特徴とする請求項４記載のセントラルモニタ。
7. 前記電源周波数検出手段が、
   前記交流電源の電圧波形からパルス列を生成するパルス列生成手段と、
   所定時間内に前記パルス列生成手段が生成したパルス列をカウントし、カウント結果から前記交流電源の周波数を決定するカウント手段とを有することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のセントラルモニタ。
8. 前記パルス列生成手段が、
   前記交流電源の電圧値が所定値以上の期間及び所定値以下の期間に発光する発光手段と、
   前記発光手段が発光している期間に第１のレベル、それ以外の期間に第２のレベルを出力する光電変換手段とを有することを特徴とする請求項７記載のセントラルモニタ。
9. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体情報モニタと、請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載のセントラルモニタの少なくとも一方を用いた患者監視システム。

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