JP2010158517A

JP2010158517A - 超音波式生体監視装置

Info

Publication number: JP2010158517A
Application number: JP2009280057A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Tanaka; 義克田中
Original assignee: HOKUSHIN ELECTRONICS KK
Current assignee: HOKUSHIN ELECTRONICS KK
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】生体の呼吸や心拍を測定するとき、非接触でリアルタイムに測定できる超音波式生体監視装置を提供する。
【解決手段】
発信と受信の超音波センサを設け、保育器や新生児用ベッドを使用する生体の呼吸・心拍を非接触で検知する。超音波センサから発信した超音波信号が生体の測定部で反射し、その超音波信号が受信センサへ届くまでの時間を距離として計算する。生体の胸部は呼吸や鼓動の影響で、微細に動いている。その結果、送信センサ・受信センサと測定部との距離が微細に変動する事が、これを連続して測定を行ったデータ波形としてとらえ、そこで得られた呼吸と心拍の波形を電子回路上でアルゴリズムを用いて分離・計算したものをリアルタイムに表示する。この時、生体が移動したことにより変位を検知できなかったり動きを止めた場合、アラームが鳴るなどして周知させる事ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス状の超音波を利用し、その反射波を検知するセンサを用いて、生体の呼吸と心拍を、監視・測定することに関するものである。

保育器や新生児用ベッドを使用する未熟児や新生児の呼吸や心拍の測定は、医療機器や医師・看護士が目視や聴診器などで、一定時間の周期で行っている。

従来、人体の心拍を検知するときは、光のセンサを人体に接触させて測定するものがあり、これにより生体の心拍を測定し、異常を検知する事が出来る。（特許文献１参照）

さらに、超音波を発するセンサとしては圧電センサとして、圧電体を用いてこれに電圧を加えることによって超音波を発したり検知するものである。これによって、生体の動きを検知する事が出来る。また、生体の移動距離を検知する事が出来る。

これらの方法は、粘着物などを利用しているので、生体の皮膚が痛む問題がある。皮膚の弱い未熟児などの新生児に対し、粘着性のあるものを直接皮膚に使用して心拍を測定するには、皮膚が痛むリスクを背負わなければならない。

特開平１１−３３２３３８号公報

従来、医療現場では人手不足による問題が多くある。患者の状態を把握する為に呼吸や心拍の測定は欠かせないもので、周期的に看護担当者が目視や、聴診器などを使用して呼吸や心拍を測定しており、その高度な経験を要する労力を必要としている。

本発明は、未熟児などの生体に非接触でも高精度な計測ができ、測定値をリアルタイムに測定・表示できる超音波式生体監視装置を提供する事を課題としている。

これは、医師、看護士、医療機器の補助となるためになされたものである。

従来の方法は、未熟児や低体重児など保育器に入る新生児にとって、心拍を測定する為に粘着性のあるものが皮膚に直接触れるのは、肌の表面が傷んでしまう原因となる。

しかしながら皮膚が痛むことがあっても、生命の維持を随時確認することが最優先であることから、やむを得なく皮膚に接触する機器での測定が行われている。

生体に非接触で呼吸・心拍を測定し、かつ高精度に変位を確認できれば、生体に負担がかからない。

保育器や新生児用ベッドを使用する生体を監視することにおいて、超音波を使用して受信と発信について各１個以上の超音波センサを備え、この超音波センサには、前記生体の上方向に配置されパルス状の超音波を発信し、前記生体が呼吸した時と心臓の鼓動の複数の僅かな変位を読み取ることが可能である。それをもとに読み取られた生体の情報をモニタに表示する事を特徴とする。

この場合の生体の変位の測定は、呼吸・鼓動により生ずる胸部の動きを、アルゴリズムを用いて、呼吸の波形の中に含まれる心拍の小さな波形を分ける処理をする。

このような構造の超音波センサは、受信センサを測定部位の上方上部になるように、保育器の内壁又は新生児用ベッドの上部に設置する。
本発明は、以上の構成からなる超音波式生体監視装置である。

本発明の超音波式生体監視装置では生体の上部に超音波センサを設置するようにしたので、未熟児などの新生児が動くことによる超音波の変位を測定することができ、それにより情報をリアルタイムに表示することができる。また、表示部を見ただけで呼吸・心拍の状態が容易に確認できる。また、医師、看護士の目視で呼吸を数える事や、鼓動を数える事など周期的に測定する手間を省こくとができる。さらに、生体の動きが確認できない場合は警告音で知らせることにより、測定時間外に起こりうる生体の変化も見逃すことなく認識することもできる。

本発明の使用例である。本発明の１個の受信センサを備えた変位測定ユニットの横から見た断面図（ａ）と、下側から見た図（ｂ）である。本発明の変位測定ユニットの角度を表した図である。本発明の複数個の受信センサを備えた変位測定ユニットの横から見た断面図（ｃ）と、下側から見た図（ｄ）である。本発明の変位測定ユニットの角度を表した図である。本発明の表示ユニットの図である。本発明の変位測定ユニット・表示ユニットを一体化した図である。生体から得られる呼吸・心拍の波形である。保育器に本発明の超音波式生体監視装置を取り付けた場合（ｅ）と、新生児用ベッドに本発明の超音波式生体監視装置を取り付けた場合（ｆ）の超音波伝搬経路を表したものである。

図１は、本発明の超音波式生体監視装置の構成の利用例である。この超音波式生体監視装置は、この保育器２の測定位置の上部に発信センサ５・受信センサ６を１個以上設けた超音波センサ３を備えている。生体１は、未熟児などの新生児である。生体１は、例えば保育器２の内部に寝かされており、超音波センサ３は、生体１の情報であって、保育器の内壁に取り付けられている。超音波センサ３には測定された情報を表示可能なモニタ４が接続されている。
変位測定ユニットの形状として、ほぼ平らな表面の測定個所に対しては、図２の発信センサ５一つ、受信センサ６が一つの簡易的なもので対応できる。

受信センサ６の角度は図３で示したように、発信センサ５の発信部位が対象物に対しほぼ平行に設置された場合に、受信センサ６を内側に向け平行方向に対して０度から３０度が好ましい。この範囲の角度が、生体１を非接触で測定するのに適した角度である。

このときの超音波センサ３及び表示モニタ４は、測定部位の上方上部になるよう、超音波センサ３及び表示モニタ４は、例えば保育器２の内部に、落下しないように設置する。

図４は、超音波センサ３の他の形状を表したものの１例である。この超音波センサ３は、曲面が多く移動する生体１に対して、測定面に対する向きや凹凸の変化が起きている場合でも測定できるような構造にしたものである。

この超音波センサ３には、受信センサ６が複数設けられており、生体１の測定面が前後左右に傾いていても、図５の中央部にある発信センサ５が超音波を発信し生体で反射した超音波を、複数の受信センサ６のいずれかに到達しその移動量で変位を測定する事が可能な配置となっている。尚、受信センサ６の数は限定されていないが２〜６個が好ましい。

また、図５について発信センサ５の外側に設置されている受信センサ６は、発信用センサ５の発信面に対して内側に０度〜３０度までの複数とも同じ角度に調整が可能である。

図６について、超音波センサ３に接続されているモニタ４には、アナログ回路７とデジタル回路８が組み込まれている。この回路から、超音波信号の発信を行い、その信号が受信センサ６へ届いた時間を計算して、表示画面９に表す。

超音波センサ３及びモニタ４の材質は、ＡＢＳ・アクリル樹脂・ポリカーボネート・スチロール、ガラス等が挙げられる。

次に、超音波信号の伝搬について説明する。図９に示すように、まず発信センサ５から、測定部位に向かい超音波信号１４を発する。測定部位に届いた超音波信号１４は、生体１の測定部位から受信センサ６へ到達する。

この時の超音波は、超音波を生体１の測定部位に向かって発信し、測定部位からの超音波の反射を受信センサ６に受信するまでの時間を距離に置き換えてその変動を測定部位の動きとしてとらえたものである。

発信センサ３から発信し反射して受信するまでにかかった時間を専用アルゴリズムを用いた計算で生体１の情報とし、その測定内容をリアルタイムでモニタ４に表示し続ける。

超音波信号は、測定部位で反射し伝搬されるが、凹凸や移動がある場合、測定部位から反射される超音波信号がどの方向に反射しても何れかの受信センサ６へ到達され、非接触でもごく微量な変位を検知する事ができる。

また、未熟児などの生体１の皮膚が心拍あるいは呼吸による皮膚の表面の変位は非常に小さく、その動きをリアルタイムに検知する事が必要になるので、高い分解能と応答性が必要になる。

次に図９に基づいて、信号処理について説明する。はじめに、発信センサ５が、発信回路により超音波信号が発信し、受信センサ６により受信される。その信号により、呼吸・心拍の検波を行う。

次に、図８に基づいて、呼吸・心拍の信号について説明する。図８の実線で示された呼吸波形１２・心拍波形１３は、超音波センサ３を測定対象の上方上部に取り付けた時に得られるものである。この波形には呼吸と心拍の情報が混在しており、それぞれの波形を分離・数値化してモニタ４に表示する事ができる。

これは、時間分解能５ｎｓｅｃでサンプリング周期が３ｍｓｅｃの測定ができ、ミクロン単位の位置変位が検出できる。尚、アルゴリズムと超音波センサ３の組み合わせが重要となる。

以上のことから、図１の箱状の保育器２や新生児用ベッドを使用する生体１への距離を位置変位として測定でき、かつミクロン単位までの変位が検出できる周波数２００ｋＨｚの超音波が最適な周波数である事が確認できた。

以上の過程で、生体１の僅かな動きを読み、装置の表示部４には生体１の微細な表面の動きを呼吸、心拍としてリアルタイムで表示される。

そこで、生体の動きが止まった場合や生体が移動したことにより測定対象となる生体１がおらず、モニタ４に反応が見られない場合、外部に知らせたりすることで、迅速に異常状態を認識することができ、その後的確な行動をすることによって、人体検知に対する利便性、正確性、信頼性を向上させることができる。

また、図７について、発信センサ５と受信センサ６が設けられた超音波センサ３に表示画面及び回路が設けられたモニタ４を設ける事により、超音波センサ３とモニタ４をケーブルなどで別々に設置しなくてもよくなり、保育器２以外の新生児用ベッドへの取付も容易になる。

本発明にかかる超音波式生体監視装置を説明したが、他の変形例も可能である。例えば、上記実施の形態では、保育器２を用いて説明したが、新生児用ベッドの場合では、アーム１１を付ける事によって同様の効果が得られる。

本発明は、医療機器の簡易的、補助的役割としても使用できる。また、超音波の反射波を正確に検知し、それらの反射波を時間から距離に変換することから、医療機器のみならず、水やガラスなどの光の変位計では測定できない物質でも、ミクロン単位で測定することが可能である。

１生体
２保育器
３超音波センサ
４モニタ
５発信センサ
６受信センサ
７アナログ回路
８デジタル回路
９心拍と呼吸の表示画面
１０超音波センサと表示モニタの一体型ユニット
１１アーム
１２呼吸波形
１３心拍波形
１４超音波伝搬経路
１５新生児用ベッド

Claims

保育器や新生児用ベッドを使用する生体を監視することにおいて、超音波を使用して受信と発信について各１個以上の超音波センサを備え、この超音波センサには、前記生体の上方向に配置されパルス状の超音波を発信し、前記生体が呼吸した時と心臓の鼓動の複数の僅かな変位を読み取ることが可能であり、それをもとに読みとられた生体の情報をモニタに表示する事を特徴とした、超音波式生体監視装置。