JP2022072436A - 心拍情報取得システム、及びベッドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単且つ正確に心拍情報を取得することのできる心拍情報取得システムを提供する。【解決手段】ベッド上の被験者の心拍情報を取得する心拍情報取得システムは、ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、前記複数の荷重検出器の出力に基づいて、該複数の荷重検出器にそれぞれ対応する複数の心拍波形を取得する波形取得部と、前記複数の心拍波形から、該複数の心拍波形のうちで最も振幅が大きい心拍波形である最大振幅波形を選択する波形選択部と、前記複数の荷重検出器のうちの、前記最大振幅波形に対応する荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の心拍情報を取得する心拍情報取得部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、心拍情報取得システム、及びベッドシステムに関する。

医療や介護の分野において、荷重検出器を介してベッド上の被験者の荷重を検出し、検出した荷重に基づいて被験者の呼吸数、心拍数等の生体情報を取得することが提案されている。

特許文献１は、複数の検出部（例えば圧力センサ）を備える生体情報検出装置を開示している。特許文献１の生体情報検出装置は、複数の検出部の各々からの信号について、検出対象となる生体の振動による信号の強度値と、検出対象となる生体の振動による信号以外の信号の強度値との比（信号雑音比）を演算する演算部と、信号雑音比の大きい検出部を１つ又は複数選択する選択部とを備え、選択部により選択された検出部を用いて生体の呼吸、心拍、体動などによる振動を検出する。

特開２０１１－１９４０５０号

本発明は、より簡単且つ正確に心拍情報を取得することのできる心拍情報取得システム、及びベッドシステム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心拍情報を取得する心拍情報取得システムであって、
ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
前記複数の荷重検出器の出力に基づいて、該複数の荷重検出器にそれぞれ対応する複数の心拍波形を取得する波形取得部と、
前記複数の心拍波形から、該複数の心拍波形のうちで最も振幅が大きい心拍波形である最大振幅波形を選択する波形選択部と、
前記複数の荷重検出器のうちの、前記最大振幅波形に対応する荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の心拍情報を取得する心拍情報取得部とを備える心拍情報取得システムが提供される。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記波形選択部は、前記複数の心拍波形の各々について所定期間における振幅の積算値を求めてもよく、前記複数の心拍波形のうちで前記積算値が最も大きい波形を前記最大振幅波形として選択してもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記積算値は、前記複数の心拍波形の各々の移動平均値の積算値であってもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記波形選択部は、前記複数の心拍波形の各々の振幅の前記積算値の算出において、前記複数の心拍波形の各々の振幅の正値のみを用いてもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムは、前記複数の荷重検出器の少なくとも１つの出力に基づいて前記被験者に体動が生じているか否かを判定する体動判定部を更に備えてもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記波形選択部は、前記体動判定部が前記被験者に体動が生じていると判定した期間においては、前記最大振幅波形の選択を行わなくてもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記波形選択部は、前記体動判定部が前記被験者に体動が生じていると判定した場合は、当該体動が終了したのちに、前記最大振幅波形の再選択を行ってもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記波形選択部は、所定の周期で前記最大振幅波形の選択を行ってもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形の自己相関に基づいて前記被験者の心拍数を算出してもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形に対するピーク検出を行い、検出されたピークに基づいて前記被験者の心拍数を算出してもよい。

第１の態様の心拍情報取得システムにおいて、前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形に対応する荷重検出器の出力の周波数解析に基づいて前記被験者の心拍数を算出してもよい。

本発明の第２の態様に従えば、
ベッドと、
第１の態様の心拍情報取得システムとを備えるベッドシステムが提供される。

本発明の心拍情報取得システム、及びベッドシステムは、より簡単且つ正確に心拍情報を取得することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る心拍情報取得システムの構成を示すブロック図である。 図２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３は、心拍情報取得システムを用いて被験者の心拍情報を取得する方法を示すフローチャートである。 図４は、荷重検出器により検出された荷重値の変動の様子を、被験者が呼吸のみを行っている安静期間と、被験者が体動を行っている体動期間の両方について示す概略的なグラフである。 図５は、心拍情報取得工程の詳細を示すフローチャートである。 図６は、心拍情報取得部の具体的な構成を示すブロック図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）はそれぞれ、ベッドの脚の下に配置された４つの荷重検出器からの出力に基づく心拍波形の一例を示すグラフである。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）はそれぞれ、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示す心拍波形に対してクリップ処理を施して得られたクリップ済波形を示すグラフである。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）はそれぞれ、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すクリップ済波形に基づいて１０秒間の移動平均値を算出する様子を示すグラフである。 図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）はそれぞれ、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）に示す移動平均値を含む複数の移動平均値を積算して移動平均積算値を算出する様子を示すグラフである。 図１１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。

＜実施形態＞
本発明の実施形態の心拍情報取得システム１００（図１）について、これをベッドＢＤ（図２）と共に使用して、ベッドＢＤ上の被験者Ｓの心拍数を算出（推定）する場合を例として説明する。

図１に示す通り、本実施形態の心拍情報取得システム１００は、荷重検出部１、制御部３、記憶部４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には更に表示部５、報知部６、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、配線又は無線によりＡ／Ｄ変換部２に接続されている。

図２に示す通り、荷重検出部１の４つの荷重検出器１１～１４は、被験者Ｓが使用するベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１、ＢＬ_２、ＢＬ_３、ＢＬ_４の下端部に取り付けられたキャスターＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３、Ｃ_４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にそれぞれ配線又は無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、内部に体動判定部３１、心拍情報取得部３２が構築されている。

記憶部４は、心拍情報取得システム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心拍情報取得システム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。

このような心拍情報取得システム１００を使用して、ベッド上の被験者の心拍情報（本実施形態では心拍数）を取得する動作について説明する。

心拍情報取得システム１００を使用した被験者の心拍情報の取得は、図３のフローチャートに示す通り、荷重検出工程Ｓ１、体動判定工程Ｓ２、心拍情報取得工程Ｓ３、及び表示工程Ｓ４を含む。

概略として、荷重検出工程Ｓ１では荷重検出器１１～１４を用いて被験者の荷重を検出する。体動判定工程Ｓ２では、荷重検出器１１～１４の少なくとも１つにより検出した荷重（荷重値）に基づいて被験者の体動の有無を判定する。心拍情報取得工程Ｓ３では、荷重検出器１１～１４により検出した荷重（荷重値）を用いて被験者の心拍情報を求める。表示工程Ｓ４では、求めた心拍情報を表示部５に表示する。

［荷重検出工程］
荷重検出工程Ｓ１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。ベッドＢＤ上の被験者Ｓの荷重は、ベッドＢＤの四隅の脚ＢＬ_１～ＢＬ_４の下に配置された荷重検出器１１～１４に分散して付与され、これらによって分散して検出される。

荷重検出器１１～１４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。以下では、荷重検出器１１、１２、１３、１４から出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部２においてデジタル変換して得られる荷重信号を、それぞれ荷重信号ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４と呼ぶ。

[体動判定工程]
体動判定工程Ｓ２では、体動判定部３１が、荷重信号ｓ_１～ｓ_４の少なくとも１つを用いて、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定する。

ここで「体動」とは、被験者の頭部、胴部（体幹）、四肢の移動を意味する。呼吸や心拍等に伴う臓器、血管等の移動は体動には含まれない。体動は、一例として、被験者Ｓの胴部（体幹）の移動を伴う大きな体動と、被験者の四肢や頭部の移動のみを伴う小さな体動とに分類し得る。大きな体動の一例は、寝返りや起き上がり等であり、小さな体動の一例は、睡眠中の手足や頭部の移動等である。

体動判定部３１は、次の原理に基づいて、被験者Ｓに体動が生じているか否かの判定を行う。

図４に、時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２を含む所定期間に得られた、荷重検出器１１からの荷重信号ｓ_１の概略的な波形を示す。

図４に示す波形が得られた所定期間のうち、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの期間（期間Ｐ_１）においては、被験者Ｓに体動は生じていない。そのため、この期間の荷重信号ｓ_１は、被験者Ｓの呼吸及び心拍に応じた被験者の臓器や血管の移動を反映してわずかに振動するのみであり、その変動量は小さい。換言すると、被験者Ｓに体動が生じていない期間Ｐ_１においては、荷重信号ｓ_１のサンプリング値のばらつきは小さい。

一方で、図４に示す波形が得られた所定期間のうち、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間（期間Ｐ_２）においては、被験者Ｓに体動が生じている。具体的には、被験者Ｓは右腕を動かしている。そのため、この期間の荷重信号ｓ_１は、被験者Ｓの右腕の移動を反映して大きく変動している。換言すると、被験者Ｓに体動が生じている期間Ｐ_２においては、荷重信号ｓ_１のサンプリング値のばらつきは大きい。

このように、荷重検出器１１からの荷重信号ｓ_１のサンプリング値のばらつきは、被験者Ｓに体動が生じていない期間において小さくなり、被験者Ｓに体動が生じている期間において大きくなる。荷重検出器１２、１３、１４からの荷重信号ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４についても同様である。

そのため、体動判定部３１は、荷重検出器１１～１４からの荷重信号ｓ_１～ｓ_４の少なくとも１つについて、所定期間（一例として５秒間）に含まれるサンプリング値のばらつきの大きさを表わす標準偏差σを算出し、算出した標準偏差σと所定の閾値σ_ｔｈとの比較に基づいて、被験者Ｓに体動が生じているか否かを判定する。

具体的には例えば、所定期間について算出した標準偏差σの値が所定の閾値σ_ｔｈよりも小さければ、当該期間においては被験者Ｓに体動は生じていないと判定する。一方で、所定のサンプリング期間について算出した標準偏差σの値が所定の閾値σ_ｔｈよりも大きければ、当該期間において被験者Ｓに体動が生じていると判定する。なお、標準偏差σに代えて、分散σ^２を所定の閾値σ^２ _ｔｈと比較して、被験者Ｓの体動の有無を判定してもよい。

[心拍情報取得工程]
心拍情報取得工程Ｓ３では、心拍情報取得部３２が、荷重信号ｓ_１～ｓ_４を用いて、被験者Ｓの心拍情報を取得する。心拍情報は、本実施形態では心拍数である。

心拍情報取得工程Ｓ３は、図５に示す通り、心拍波形取得工程Ｓ３１と、最大振幅波形選択工程Ｓ３２と、心拍数算出工程Ｓ３３とを含む。

心拍情報取得部３２は、図６に示す通り、心拍波形取得部３２１と、波形選択部３２２と、心拍数算出部３２３とを含む。波形選択部３２２は、移動平均積算部３２２ａと、選択実行部３２２ｂとを含む。

心拍波形取得工程Ｓ３１では、心拍波形取得部３２１が、荷重信号ｓ_１～ｓ_４の各々から、被験者Ｓの心拍波形を取得する。

本明細書及び本発明において、「心拍波形」とは、被験者の心拍に応じた荷重値の時間的変動を示す波形を意味する。心拍波形の１周期が心拍の１周期に対応する。心拍波形の振幅は一回の拍動により流れる血液の量と相関関係を有する。他の条件が同一であれば、拍動により流れる血液量が多いほど心拍波形の振幅が大きくなる。

心拍波形取得部３２１は、具体的には例えば、次の方法により心拍波形を取得する。

人間の心拍は１分間に３０～２００回程度行われるため、人間の心拍の周波数は０．５～３．３Ｈｚ程度（以下、「心拍帯域」と呼ぶ）である。したがって心拍波形取得部３２１は、荷重信号ｓ_１～ｓ_４の各々から、心拍帯域の周波数を有する成分をバンドパスフィルタにより抽出し、抽出された成分を心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４とする。

荷重信号ｓ_１、ｓ_２、ｓ_３、ｓ_４に基づいて取得された心拍波形ＨＷ１、ＨＷ２、ＨＷ３、ＨＷ４の一例を図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）にそれぞれ示す。図７（ａ）～図７（ｄ）に示す心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４は、時刻１０ｓ～時刻４０ｓの期間における、被験者Ｓの心拍波形である。

最大振幅波形選択工程Ｓ３２では、波形選択部３２２が、心拍波形取得工程Ｓ３１において取得された４つの心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４から、最も振幅の大きい波形（以下、「最大振幅波形」と呼ぶ）を選択する。

波形選択部３２は、具体的には例えば、次の手順により最大振幅波形を選択する。

（１）クリップ処理
波形選択部３２は、まず、移動平均積算部３２２ａにより、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の各々について、ゼロ未満の振幅を切り取るクリップ処理を行う。移動平均積算部３２２ａは、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の各々について、ゼロ未満の振幅値をゼロに置き換える。

図７（ａ）～図７（ｄ）に示す心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４に対してクリップ処理を施して得られたクリップ済波形ＨＷ１’～ＨＷ４’は、図８（ａ）～図８（ｄ）にそれぞれ示す通りである。

（２）移動平均値ＭＡの算出
波形選択部３２は、次に、移動平均積算部３３２ａにより、クリップ済波形ＨＷ１’～ＨＷ４’の振幅の、１０秒間の移動平均値ＭＡを逐次算出する。

図９（ａ）は、図８（ａ）に示すクリップ済波形ＨＷ１’に基づいて、クリップ済波形ＨＷ１’の振幅の１０秒間の移動平均値を逐次算出する様子を示す。

具体的には図９（ａ）は、時刻１０ｓ～時刻２０ｓの期間について、分母を「１０」、分子を当該期間内のクリップ済波形ＨＷ１’の振幅の積算値とした計算を行い、時刻１０ｓ～時刻２０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．３を得る様子を示している。また図９（ｂ）は、同様の計算により、時刻２０ｓ～時刻３０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．３、時刻３０ｓ～時刻４０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．４を得る様子を示している。

図９（ｂ）は、図８（ｂ）に示すクリップ済波形ＨＷ２’に基づいて同様の計算を行い、時刻１０ｓ～時刻２０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．８、時刻２０ｓ～時刻３０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．８、時刻３０ｓ～時刻４０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．８を得る様子を示している。

図９（ｃ）は、図８（ｃ）に示すクリップ済波形ＨＷ３’に基づいて同様の計算を行い、時刻１０ｓ～時刻２０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．２、時刻２０ｓ～時刻３０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．１、時刻３０ｓ～時刻４０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．０を得る様子を示している。

図９（ｄ）は、図８（ｄ）に示すクリップ済波形ＨＷ４’に基づいて同様の計算を行い、時刻１０ｓ～時刻２０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．１、時刻２０ｓ～時刻３０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．１、時刻３０ｓ～時刻４０ｓの期間における移動平均値ＭＡ＝１．２を得る様子を示している。

（３）移動平均値ＭＡの積算
波形選択部３２は、次に、移動平均積算部３３２ａにより、１０秒ごとに算出される移動平均値ＭＡを逐次積算して移動平均積算値ＭＡＩを求める。そして、移動平均値ＭＡが６つ（６０秒間分）積算された時点で、当該時点の移動平均積算値ＭＡＩを基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆとして記憶し、移動平均積算値ＭＡＩをリセットする。

図１０（ａ）～図１０（ｄ）はそれぞれ、クリップ済波形ＨＷ１’～ＨＷ４’に基づいて１０秒ごとに算出される移動平均値ＭＡを積算し、時刻６０ｓ、時刻１２０ｓ、及び時刻１８０ｓに基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆを取得する様子を示す。取得された基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの値は、各図に示す通りである。

（４）最大振幅波形の選択
波形選択部３２は、次に、選択実行部３２２ｂにより、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の内の１つを最大振幅波形として選択する。

選択実行部３２２ｂは、具体的には、６０秒ごとに、直前に取得された心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のそれぞれに基づく４つの基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆを比較し、基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの値が最も大きい波形を、最大振幅波形として選択する。

図７～図１０に示す例に関しては、時刻６０ｓ、時刻１２０ｓ、及び時刻１８０ｓのいずれにおいても心拍波形ＨＷ２に基づく基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの値が、心拍波形ＨＷ１、ＨＷ３、ＨＷ４に基づく基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの値よりも大きい。したがって選択実行部３２２ｂは、時刻６０ｓの直後、時刻１２０ｓの直後、及び時刻１８０ｓの直後に、心拍波形ＨＷ２を最大振幅波形として選択する。

心拍数算出工程Ｓ３３では、心拍数算出部３２３が、最大振幅波形選択工程Ｓ３２において選択された最大振幅波形に基づいて、被験者Ｓの心拍数を算出する。

心拍数算出部３２３は、具体的には例えば、次の方法により被験者Ｓの心拍数を算出する。

心拍数算出部３２３は、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のうち、最大振幅波形として選択された心拍波形について、時間領域での自己相関値を算出する。

算出される自己相関値は、心拍波形と、当該心拍波形を時間軸方向にラグ（遅れ）Ｌだけシフトさせた波形との一致の度合いを示す。ある波形と当該波形を時間軸方向にラグＬだけシフトさせた波形とは、ラグＬが波形の周期に等しい場合に最も一致の度合いが高くなるため、自己相関値のピークに対応するラグＬの値が、心拍波形の周期を示す。

したがって、心拍数算出部３２３は、自己相関値のピークを検出し、ピークに対応するラグＬを心拍波形の周期であると決定する。

なお、心拍数算出部３２３は、心拍の周期に対応する範囲（ここでは、約０．３ｓ＜Ｌ＜約２．０ｓ）の範囲に複数のピークが存在する場合は、より高いピークに対応するラグＬを心拍波形の周期Ｔであると決定する。

その後、心拍数算出部３２３は、下記の（式１）を用いて、心拍数ＨＲ[ｂｐｍ]を算出する。

心拍情報取得部３２は、心拍情報取得システム１００の起動後、体動判定部３１による被験者Ｓの体動判定の結果が「体動なし」となった時点で、移動平均積算部３２２ａによる、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の各々についての移動平均値ＭＡ及び移動平均積算値ＭＡＩの算出を開始する。そして、その後６０秒ごとに、移動平均積算部３２２ａにより心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の各々の基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆを算出し、選択実行部３２２ｂにより、最大振幅波形を選択する。

心拍数算出部３２３は、新たな最大振幅波形が選択されるたびに、新たな最大振幅波形を用いた心拍数の算出に切り替える。

心拍数算出部３２３は、ある時刻に心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のいずれか１つが最大振幅波形として選択されたのち、当該時刻の後に取得される最大振幅波形に基づいて心拍数の算出を行ってもよい。この場合は、被験者Ｓの心拍数をより高精度に算出、表示することができる。あるいは、心拍数算出部３２３は、ある時刻に心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のいずれか１つが最大振幅波形として選択されたのち、当該時刻よりも前の心拍波形（即ち基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの算出に関与した心拍波形）に基づいて心拍数の算出を行ってもよい。この場合も、最大心拍波形であることが計算により確認された波形に基づいて被験者Ｓの心拍数をより高精度に算出できる。

心拍情報取得部３２は、基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの算出、及び最大振幅波形の選択を周期的に（本実施形態では６０秒ごとに）行っている状態において、体動判定部３１の判定結果が「体動あり」となった場合には、移動平均積算部３２２ａによる移動平均値ＭＡの算出を停止し、移動平均積算値ＭＡＩをリセットする。また、最大選択波形の選択も解除し（即ち、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のいずれかに対する最大振幅波形としての指定も解除し）、心拍数の算出も中止する。

これは、被験者Ｓに体動が生じている期間においては、体動の影響により心拍波形が乱れ、最大振幅波形の選択、及び心拍数の算出を高い精度で行うことが容易ではなくなるためである。

心拍情報取得部３２は、体動判定部３１の判定結果が「体動あり」である期間については、移動平均値ＭＡ、及び移動平均積算値ＭＡＩの算出、及び心拍数の算出を行わない。心拍情報取得部３２は、体動判定部３１の判定結果が再度「体動なし」に戻った場合は、再び、移動平均積算部３２２ａによる移動平均値ＭＡ、及び移動平均積算値ＭＡＩの算出を開始する。移動平均積算値ＭＡＩは体動前の値を引き継がず、新たにゼロから積算される。そして、体動終了の約６０秒後に基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆが算出された時点で最大振幅波形を選択し、選択された最大振幅波形を用いた心拍数の算出を再開する。

被験者Ｓの体動に応じて被験者Ｓのベッド上での位置や姿勢が変化すると、最大振幅波形が他の波形に切り替わる場合が多い。したがって、被験者Ｓの体動をきっかけとして再度最大振幅波形の選択を行うことは好ましい。

［表示工程］
表示工程Ｓ４においては、制御部３が、心拍数算出工程Ｓ３３の算出結果を、表示部５に表示する。また表示工程Ｓ４では、表示部５を用いた表示に加えて、又はこれに代えて、報知部６を用いた報知を行っても良い。この場合は例えば、被験者Ｓの心拍数が所定の範囲から逸脱した場合に報知音を発し、心拍状態の異常を心拍情報取得システム１００の使用者である看護師や介護士等に報せる。

本実施形態の心拍情報取得システム１００の効果を以下にまとめる。

本実施形態の心拍情報取得システム１００は、４つの荷重検出器１１～１４から得られる４つの心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の中から、最も振幅が大きい波形である最大振幅波形を選択し、選択された最大振幅波形を用いて心拍数の算出を行う。このように、振幅の大きい波形を用いて心拍数の算出を行うことで、算出される心拍数の精度を高めることができる。

特許文献１は、複数の検出部の検出信号から、信号対雑音比が大きい信号を選択して後段の処理に供することを開示しているが、荷重検出器からの出力信号の信号対雑音比の大きさに基づいて心拍数の算出に用いる出力信号を選択しても、必ずしも適切な出力信号を選択することはできない。雑音（ノイズ）の影響が小さい荷重検出器については、当該荷重検出器の出力信号に基づく心拍波形の振幅が小さくても信号雑音比が大きくなるためである。

これに対し、本実施形態の心拍情報取得システム１００は、荷重検出器の出力からまず心拍波形を取得してある程度ノイズを除去し、その上で、心拍数算出の精度に影響する要因である心拍波形の振幅に直接着目して、心拍数算出に用いる波形の選択を行っている。したがって、心拍数の算出に適した心拍波形を的確に選択して、心拍数の算出を高い精度で行うことができる。

また、本実施形態の心拍情報取得システム１００は、信号雑音比を算出する場合に比較して、波形の選択に要する信号処理の負荷が小さい。このように、信号処理の負荷が小さいことは、心拍情報取得システム１００をマイクロコンピュータ（マイコン）の組み込みプログラムとして実装する際において特に有利である。

本実施形態の心拍情報取得システム１００は、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の振幅の移動平均値の積算値に基づいて最大振幅波形を選択している。このように、振幅の移動平均値を用いることで、振幅の瞬間的な変動（即ちノイズ）の影響を抑制して、最大振幅波形の選択をより適切に行うことができる。また、振幅の積算値を用いることで、振幅の微小な差を拡大して、最大振幅波形の選択をより適切に行うことができる。

本実施形態の心拍情報取得システム１００は、体動判定部３１を備えており、心拍情報取得部３２は、体動判定部３１が被験者に体動が生じていると判定した期間においては、最大振幅波形の選択、及び心拍数の算出を停止する。したがって、体動の影響が抑制されており、選択された最大振幅波形、算出された心拍数の信頼性が高い。

本実施形態の心拍情報取得システム１００は、周期的に最大振幅波形を選択し直すとともに、被験者Ｓに体動が生じた場合も、体動終了後に最大振幅波形を選択し直す。したがって、逐次選択される最大振幅波形に基づいて、精度の高い心拍数算出を継続することができる。

＜変形例＞
上記実施形態の心拍情報取得システム１００において、次の変形態様を採用することもできる。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００においては、波形選択部３２２は、心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４の振幅の１０秒間の移動平均値ＭＡの算出、移動平均積算値ＭＡＩの算出、及び６０秒分の移動平均値のＭＡの積算値である基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆの算出に基づいて最大振幅波形を選択しているが、これには限られない。

移動平均値ＭＡを算出する期間は１０秒間に限らず任意であり、基準積算値ＭＡＩ_Ｒｅｆも６０秒間に限らず任意の期間における移動平均値ＭＡの積算値とし得る。

波形選択部３２２は、移動平均積算値ＭＡＩを算出することなく、所定の期間における移動平均値ＭＡが最大である心拍波形を最大振幅波形として選択してもよい。

波形選択部３２２は、移動平均値ＭＡを算出することなく、所定の期間における振幅の積算値が最大である心拍波形を最大振幅波形として選択してもよい。

波形選択部３２２は、所定の時刻における１つの振幅の大小関係のみに基づいて最大振幅波形を選択してもよい。心拍波形の振幅は、ピーク検出により心拍波形のピークを特定することにより行うことができる。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００においては、波形選択部３２２は、移動平均値ＭＡの算出に先立ってクリップ処理を行っているが、これには限られない。

クリップ処理を行わなくてもよい。また、例えばクリップ処理に変えて、振幅の負値の負号を正号に置き換える処理をおこなってもよい。あるいは、心拍波形を振幅の正方向に所定量だけシフトさせてもよい。これらの処理により、振幅の正値のみを用いて移動平均値ＭＡを算出することで算出の精度を高めることができる。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００においては、波形選択部３２２が最大振幅波形を選択した後に、選択された最大振幅波形を用いて心拍数の算出を行っているが、これには限られない。

例えば、心拍数算出部３２３には、常に心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のそれぞれに基づいた心拍数の算出を予め行わせておき、波形選択部３２２が最大選択波形を選択した後に、選択された最大振幅波形（即ち心拍波形ＨＷ１～ＨＷ４のいずれか）に基づいて予め算出されていた心拍数を表示部５に表示してもよい。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００においては、心拍数算出部３２３は自己相関値の計算に基づいて心拍数を算出しているが、これには限られない。心拍波形に基づく心拍数の算出には、様々な方法を用い得る。

具体的には例えば、最大振幅波形に対してピーク検出を行い、ピーク間距離に基づいて最大振幅波形の周期を特定する。そして、特定された周期を上記の（式１）に適用して、心拍数ＨＲ[ｂｐｍ]を算出することができる。

心拍数算出部３２３は、一定期間の最大振幅波形に対してピーク検出を行い、ピークの個数から心拍数ＨＲ[ｂｐｍ]を算出してもよい。

心拍数算出部３２３は、心拍波形を用いずに被験者Ｓの心拍数を算出してもよい。具体的には例えば、最大振幅波形が選択されたのち、当該最大振幅波形に対応する荷重検出器からの荷重信号のフーリエ解析を行い、心拍帯域に現れるピーク周波数を特定する。そして、当該ピーク周波数を心拍の周波数とみなして、心拍数を算出する。フーリエ解析に変えて、その他の周波数解析を用いて心拍数を算出することもできる。

上記実施形態の心拍情報取得システム１０００において、心拍情報取得部３２は、心拍数算出部３２３に加えて、又は心拍数算出部３２３に変えて、心拍出量等の所望の心拍情報を取得するユニットを備え得る。

上記実施形態の心拍情報取得システム１０００は、体動判定部３１を有さなくてもよい。

上記においては、心拍情報取得システム１０００を独立したシステムとして説明した。しかしながら、心拍情報取得システム１０００は、被験者の呼吸数等の様々な生体情報を取得（モニタリング）する生体状態取得（モニタリング）システムの一部であってよい。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００は、必ずしも荷重検出器１１～１４の全てを備える必要はなく、このいずれか複数を備えるのみでもよい。また、荷重検出器は、必ずしもベッドの四隅に配置される必要はなく、ベッド上の被験者の荷重及びその変動を検出しうるように、任意の位置に配置し得る。また、荷重検出器１１～１４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。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００においては、荷重検出器１１～１４の各々は、ベッドＢＤの脚の下端に取り付けられたキャスターＣの下に配置されていたがこれには限られない。荷重検出器１１～１４の各々は、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１１～１４をベッドＢＤと一体に又は着脱可能に組み合わせて、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１１）。

上記実施形態の心拍情報取得システム１００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。

上記実施形態の心拍状態モニタリングシステム１００において、表示部５は、モニターに代えて、又はこれに加えて、心拍情報を表わす情報を印字して出力するプリンタや、心拍情報を表示するランプ等の簡易な視覚表示手段を備えてもよい。報知部６はスピーカーに代えて、又はこれに加えて、振動により報知を行う振動発生部を備えてもよい。

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。

本発明の心拍情報取得システムによれば、被験者の心拍情報をより正確に取得することができ、医療、介護等の質の向上に資することができる。

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 体動判定部、３２ 心拍情報取得部、３２１ 心拍波形取得部、３２２ 波形選択部、３２２ａ 移動平均積算部、３２２ｂ 選択実行部、３２３ 心拍数算出部、４ 記憶部、５ 表示部、６ 報知部、７ 入力部、１００ 心拍情報取得システム、ＢＤ ベッド、ＢＤＳ ベッドシステム

Claims (12)

1. ベッド上の被験者の心拍情報を取得する心拍情報取得システムであって、
   ベッド上の被験者の荷重を検出する複数の荷重検出器と、
   前記複数の荷重検出器の出力に基づいて、該複数の荷重検出器にそれぞれ対応する複数の心拍波形を取得する波形取得部と、
   前記複数の心拍波形から、該複数の心拍波形のうちで最も振幅が大きい心拍波形である最大振幅波形を選択する波形選択部と、
   前記複数の荷重検出器のうちの、前記最大振幅波形に対応する荷重検出器の出力に基づいて前記被験者の心拍情報を取得する心拍情報取得部とを備える心拍情報取得システム。
2. 前記波形選択部は、前記複数の心拍波形の各々について所定期間における振幅の積算値を求め、前記複数の心拍波形のうちで前記積算値が最も大きい波形を前記最大振幅波形として選択する請求項１に記載の心拍情報取得システム。
3. 前記積算値は、前記複数の心拍波形の各々の移動平均値の積算値である請求項２に記載の心拍情報取得システム。
4. 前記波形選択部は、前記複数の心拍波形の各々の振幅の前記積算値の算出において、前記複数の心拍波形の各々の振幅の正値のみを用いる請求項２又は３に記載の心拍情報取得システム。
5. 前記複数の荷重検出器の少なくとも１つの出力に基づいて前記被験者に体動が生じているか否かを判定する体動判定部を更に備える請求項１～４のいずれか一項に記載の心拍情報取得システム。
6. 前記波形選択部は、前記体動判定部が前記被験者に体動が生じていると判定した期間においては、前記最大振幅波形の選択を行わない請求項５に記載の心拍情報取得システム。
7. 前記波形選択部は、前記体動判定部が前記被験者に体動が生じていると判定した場合は、当該体動が終了したのちに、前記最大振幅波形の再選択を行う請求項５又は６に記載の心拍情報取得システム。
8. 前記波形選択部は、所定の周期で前記最大振幅波形の選択を行う請求項１～７のいずれか一項に記載の心拍情報取得システム。
9. 前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形の自己相関に基づいて前記被験者の心拍数を算出する請求項１～８のいずれか一項に記載の心拍情報取得システム。
10. 前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形に対するピーク検出を行い、検出されたピークに基づいて前記被験者の心拍数を算出する請求項１～８のいずれか一項に記載の心拍情報取得システム。
11. 前記心拍情報取得部は、前記最大振幅波形に対応する荷重検出器の出力の周波数解析に基づいて前記被験者の心拍数を算出する請求項１～８のいずれか一項に記載の心拍情報取得システム。
12. ベッドと、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の心拍情報取得システムとを備えるベッドシステム。

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