JP4131372B2

JP4131372B2 - 生体モニタ装置

Info

Publication number: JP4131372B2
Application number: JP2002083013A
Authority: JP
Inventors: 秋彦彌永
Original assignee: ADVANCED MECHICAL INC.
Current assignee: ADVANCED MECHICAL INC.
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003275185A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、下着等の衣類に装着し、心電図、呼吸数、体温、脈拍数、***検出、生体の活動度等の生体データを長時間検出することができると共に、これらのデータを電送することができる生体モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開２００１−２９９７１２号において、下着等に装着テープ、ホック、ポケットにより取付けることができ、長時間、心電図、呼吸、体温、***及び活動量をモニタリングできる装置を開示した。この装置は、本体ケースに、一対の心電図電極と、呼吸数及び脈拍数とを検出する静電容量検出部と、体温を検出する温度センサと、***を検出するセンサと、活動度を検出する加速度センサとを少なくとも具備し、さらに、これらによる測定データを電送する無線テレメータを具備するものである。特に、静電容量検出部は、生体に対して絶縁された電極を有し、呼吸・脈拍等に基づく生体の動きによって変動する生体・電極間の静電容量の変動を検出し、この信号から呼吸数・脈拍数を検出するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
本発明は、上記特開２００１−２９９７１２号に開示される発明をさらに改良し、生体モニタ装置の装着性及び装着感を向上させた生体モニタ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
したがって、この発明は、生体に接触する接触電極と、生体に対して所定の間隔で非接触である非接触電極と、生体に接触するコモン電極とを少なくとも具備し、さらに、本体ケース内に、前記接触電極から心電図信号を検出する心電図検出部と、前記非接触電極と生体との間に生じる静電容量の変化を検出して呼吸及び脈拍を検出する呼吸脈拍検出部と、前記心電図検出部によって検出された信号及び呼吸脈拍検出部によって検出された信号を変換して演算処理する信号処理部と、該信号処理部によって演算された信号を記憶する記憶部と、前記信号処理部によって演算された信号を出力する信号出力部と、信号出力部から出力される信号を発信する無線出力部とを少なくとも具備する生体モニタ装置において、前記本体ケースから所定の間隔で延出し、前記生体に直接装着する衣類の端部に跨って前記本体ケースを支持する複数の支持部と、該支持部の少なくとも一つから延出する電極アーム部とを具備すると共に、前記コモン電極は、少なくとも一つの支持部の生体と接触する部分に設けられ、前記接触電極は、前記電極アーム部の端部近傍の前記生体との接触部分に設けられることにある。これによって、生体モニタ装置を下着等の衣類の装着するだけで接触電極及びコモン電極を所定の位置において生体に接触させることができる。
【０００５】
さらに、この発明において、前記コモン電極は、複数の支持部の中央に位置する支持部に形成されることが望ましく、前記電極アーム部は、複数の支持部の両最外部に位置する支持部のそれぞれに形成されることが望ましい。
【０００６】
さらにまた、前記コモン電極と前記接触電極の距離は、５ｃｍ〜１５ｃｍの範囲内に設定されることが望ましい。
【０００７】
また、前記非接触電極は、前記本体ケースの生体側側面であって、前記支持部間に設けられると共に、前記支持部が跨る衣類によって前記生体と非接触であることが望ましい。また、前記非接触電極は、前記コモン電極が設けられる支持部と、前記接触電極が設けられる支持部との間に位置する支持部に設けられ、該接触電極と生体との間に非導電部が形成されるものであってもよい。
【０００８】
さらに、前記支持部の一つの生体と接触する部分には、温度センサが設けられルことが望ましい。さらにまた、前記本体ケースには、生体の３次元移動を検出する***検出手段が形成されることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示される生体モニタ装置１は、本体ケース２と、本体ケース２を衣類１０、特にパンツ等に下着に支持するための支持部３と、両外側に位置する支持部３から横方に延出する電極アーム部４とによって構成される。
【００１１】
前記支持部３は、前記本体ケース２の上端部から衣類１０の端部を跨るように形成されるもので、その先端部分が生体２０に接触することが望ましい。これによって、例えば、生体モニタ装置１をパンツに装着する場合、本体ケース２はパンツの外側に位置し、保持部３がパンツの端部を跨って、前記支持部３の先端側面及び電極アーム部４がパンツの内側に位置して生体２０と接触するものである。
【００１２】
また、それぞれの電極アーム部４の先端部近傍には心電図電極５が設けられ、それぞれの心電図電極５は前記電極アーム部４及び前記支持部３に貼り付けられた導電部（図示せず）又は電極アーム部４及び支持部３内部に埋め込まれた導電部（図示せず）を介して前記本体ケース２の内部に配設された電気回路３０と接続されるものである。この心電図電極５は、金属、導電ゴム又は導電性カーボンで形成されるものであるが、生体との接触感触の良好性から言えば、導電ゴムで形成されることが望ましい。また、前記心電図電極５とコモン電極６との間の距離Ｄ１，Ｄ２は、５ｃｍ〜１５ｃｍの間の距離に設定されることが望ましい。
【００１３】
コモン電極６は、中央に位置する支持部３の生体との接触面に形成され、前記心電図電極５と同質の材料で形成されることが望ましい。また、このコモン電極６は、支持部３に貼り付けられた導電部（図示せず）を介して前記本体ケース２に配設された電気回路３０と接続されるものである。
【００１４】
さらに、本体ケース２の生体側側面２ａには２つの非接触電極７が設けられ、本体ケース２を前記衣類１０に装着した場合、生体２０との間に所定の間隔ｄ１が形成される。
【００１５】
また、前記支持部３の一つの生体２０との接触面には、温度検出センサ８が設けられ、前記支持部３を介して前記電気回路３０と接続される。
【００１６】
前記本体ケース２の前面には、２つの押下スイッチ９が形成される。この押下スイッチ９の先端は、前記本体ケース２の前面よりも凹んでおり、上着やベルト等によって押下されることを防止するものである。また、この押下スイッチ９は心電図情報等の測定情報を緊急に電送するために設けられるもので、誤報を防止するために２つの押下スイッチ９が同時に押下された場合にのみ電送させるようになっているものである。
【００１７】
前記電気回路３０は、例えば図２に示すもので、前記心電図電極５からの信号から心電図信号をデジタル信号として出力する心電図検出部３５と、前記温度検出センサ８からの信号から体温信号をデジタル信号として出力する体温検出部３６と、加速度検出センサ３１からの信号から活動度信号をデジタル信号として出力する活動度検出部３７と、前記非接触電極７からの静電容量の変化に基づいて呼吸数及び脈拍数信号をデジタル信号として出力する呼吸数・脈拍数検出部３８と、体の傾きを検出する３つのセンサ３２，３３，３４からの信号から被験者の***を検出する***検出部３９と、上述した検出部３５，３６，３７，３８，３９からのデジタル信号を波形処理する波形処理部４０と、この波形処理部４０によってノイズ等が除去されたデジタル信号を生体測定データに加工する信号演算部４１と、この信号演算部４１によって演算加工された生体測定データを記憶して蓄積する記憶部４２と、この記憶部４２によって蓄積された記憶を所定時間毎に記録する記録部４３と、この記録部４３に記録された生体測定データを定期的に、また押下スイッチ９の押下によって前記信号演算部４１によって演算された最新の生体測定データを出力する信号出力部４４と、この信号出力部４４から出力された生体測定データを無線出力する無線出力部４５と、ボタン電池等から電力を供給する電源部４７と、アンテナ４６とによって少なくとも構成される。
【００１８】
前記心電図検出部３５では、前記心電図電極５で得られた信号が増幅及びフィルタ処理され、デジタル信号Ａに変換される。そして、このデジタル信号Ａは波形処理部４０において、例えば、図３（ａ）で示すように、ノイズフィルタ（低域除去フィルタ及び高域除去フィルタ、又はハムノイズ除去フィルタ）によってノイズ成分を除去し、明瞭な心電図信号Ｃを得ることができるものである。また、図３（ｂ）に示すように、心電図信号Ｂには筋電図信号が重畳している場合等には、筋電図フィルタ等によって心電図以外の周波数成分を除去し、明瞭な心電図信号Ｃが得られるものである。この心電図信号Ｃは、信号演算部４１を介して記憶部４２に一時的に記憶され、また信号演算部４１において実時間心電図解析処理がなされ、検出された心電図信号Ｃが正常心電図波形か異常波形かが判定され、異常波形と判定された場合には記憶部４２に記憶された心電図波形を異常波形として発生時間等を付加して記録部４３に記録する。
【００１９】
図４で示すように、非接触電極７は、生体２０の間で静電容量を構成する。この非接触電極７と生体２０との間の静電容量は、呼吸及び脈拍による生体の動きや微動によって変化する。したがって、呼吸数・脈拍数検出部３８では、この静電容量の変化による発振周波数の変化を発振回路４０を介して検出する。具体的には、呼気の場合、生体２０が破線から実線方向に移動することから胸郭の容積は小さくなり生体２０と非接触電極７の間の空隙は大きくなることから静電容量が減少するので、発振周波数は高くなる。また吸気の場合には、生体２０が実線から破線方向に移動することから胸郭の容積は大きくなり生体２０と非接触電極７の間の空隙は小さくなることから静電容量が増加するので、発振周波数は低くなる。この発振周波数の変動は、波形処理部４０において波形化されて、呼吸波形と脈拍波形に分離され、それぞれが信号演算部４１において処理されて、呼吸数及び脈拍数が演算され、記憶部４２に記憶する。必要に応じて、呼吸波形・脈拍波形を記憶部４２を介して記録部４３に保存するようにしても良いものである。尚、図５で示すように、発振周波数の変動を示す波形において、Ｂｔが呼吸周期であり、Ｐｔが脈拍周期である。
【００２０】
また、前記発振周波数の変動を、カウンタ回路によってカウントして呼吸及び脈波が重畳したデジタル信号として検出し、この信号を０．５秒（２Ｈｚ）から１０秒（０．１Ｈｚ）の範囲のデジタル信号が通過する第１のデジタルフィルタ及び１／３秒（３Ｈｚ）〜２秒（０．５Ｈｚ）の範囲のデジタル信号が通過する第２のデジタルフィルタをそれぞれ通過させて、第１のデジタルフィルタを通過したデジタル信号を呼吸成分として検出すると共に、第２のデジタルフィルタを通過したデジタル信号を脈拍成分として検出することができる。
【００２１】
前述した体の傾きを検出する３つのセンサ３２，３３，３４は、生体モニタ装置１の本体ケース２の重力に対する傾きを検出するためのもので、本発明の実施の形態では水銀スイッチが使用される。例えば、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、被験者が立位であるか否かを検出する第１のセンサ３２は、立位の対して所定の角度傾斜して配されており、立位及び座位ではオン状態となり、仰臥位、右又は左臥位でオフ状態となる。また、第２のセンサ３３は、生体の前方に対して所定の角度傾斜して配され、右臥位ではオン状態、仰臥位及び左臥位ではオフ状態となる。第３のセンサ３４は、前記第２のセンサ３３と線対称となるように配され、左臥位ではオン状態、仰臥位及び右臥位ではオフ状態となる。これを表に示すと以下のようになる。
【００２２】
【表１】

【００２３】
このような第１、第２及び第３のセンサ３２，３３，３４のオン／オフ状態を***検出部３９において判定すると共に前記信号演算部４１においてこの判定状況を判断し、被験者の現在の***を検出する。また、この情報を記憶部４２に保存することによって時系列的な変化を知ることができるようになるものである。
【００２４】
活動度検出部３７は、本体ケース２内の装着された加速度センサ３１からの信号を検出し、デジタル信号として出力する。このデジタル信号は、波形処理部４０を介して信号演算部４１に送られ、活動度が演算される。活動度の演算の方法としては、活動度に応じて変化する振幅の大きさを単位時間で積分する方法がある。そして、この活動度は時系列に記憶部４２に記憶され、活動度の指標とする。
【００２５】
温度検出センサ８からのアナログ出力信号は、体温検出部３６において検出されデジタル信号に変換される。そして、波形処理部４０を介して信号演算部４１に出力され、ここで体温信号に変換される。この体温信号は、時系列に記憶部４２に記憶される。
【００２６】
以上により検出された心電図、呼吸数、脈拍数、体温、***、活動度等の生体データは、無線出力部４５を介して定期的に、又は緊急の場合には押下スイッチ９の押下によって図示しない受信装置に送信される。基本的に、この無線出力部４５が出力される電波は微弱電波が使用されることが望ましく、このため、本体ケース近傍に受信装置が配されることが望ましい。この受信装置は、通信手段を有するパソコン、電話モデム装置、携帯電話、ＰＨＳ等に接続させることが望ましい。
【００２７】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）で示す生体モニタ装置１Ａは、本願発明の第２の実施の形態に係るものである。この生体モニタ装置１Ａは、コモン電極６が配された支持部３と電極アーム部４が形成された支持部３との間に、非接触電極７Ａが設けられた支持部３が形成されるもので、この非接触電極７Ａと生体２０との間には非導電部３Ａが形成されるものである。この実施の形態では、非接触電極７Ａが形成された支持部３は、合成樹脂等の絶縁部材によって形成され、前記非接触電極７Ａは、支持部３の生体２０とは反対側の側面に形成される。これによって支持部３によって非導電部３Ａが構成される。また、非接触電極７Ａを生体側側面に形成し、この表面に絶縁部材をコーティングすることによって非導電部３Ａを形成しても良いものである。尚、前述した実施の形態と同一の個所及び同一の効果を奏する個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、生体モニタ装置を下着等の衣類に簡単に装着することができると共に、生体モニタ装置を装着するだけで、心電図電極を最も適切な位置で生体に接触させることができ、且つ呼吸数・脈拍数を検出する非接触電極を所定の位置に配置することができるため、電極を装着する等のわずらわしい手間が省けるものである。
【００２９】
さらに、常時生体モニタ装置の装着が可能であることから、被験者の生活に密着した測定データを検出することができ、また長時間生体をモニタすることができ、且つ定期的にデータの送信ができるため、有益なデータを得ることができるものである。また、緊急時にはそのデータを即時に送信することもできるため、被験者の診療又は治療に非常に有効なデータを検出し送信できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１の実施の形態に係る生体モニタ装置の概略を示す図面であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は平面図を示す。
【図２】生体モニタ装置に内設される電気回路図の概略構成ブロック図である。
【図３】（ａ）は心電図信号からノイズを除去する状態を示した説明図であり、（ｂ）は心電図信号から筋電図信号を除去する状態を示した説明図である。
【図４】発振周波数を検出する回路の一例を示した説明図である。
【図５】発振周波数波形において呼吸及び心拍の周期を示した説明図である。
【図６】***検出センサの配置ついて説明した説明図である。
【図７】本願発明の第２の実施の形態に係る生体モニタ装置の概略を示す図面であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図を示す。
【符号の説明】
１，１Ａ生体モニタ装置
２本体ケース
３支持部
４電極アーム部
５心電図電極
６コモン電極
７，７Ａ非接触電極
８温度検出センサ
１０衣類
２０生体

Claims

生体に接触する接触電極と、生体に対して所定の間隔で非接触である非接触電極と、生体に接触するコモン電極とを少なくとも具備し、さらに、本体ケース内に、前記接触電極から心電図信号を検出する心電図検出部と、前記非接触電極と生体との間に生じる静電容量の変化を検出して呼吸及び脈拍を検出する呼吸脈拍検出部と、前記心電図検出部によって検出された信号及び呼吸脈拍検出部によって検出された信号を変換して演算処理する信号処理部と、該信号処理部によって演算された信号を記憶する記憶部と、前記信号処理部によって演算された信号を出力する信号出力部と、信号出力部から出力される信号を発信する無線出力部とを少なくとも具備する生体モニタ装置において、
前記本体ケースから所定の間隔で延出し、前記生体に直接装着する衣類の端部に跨って前記本体ケースを支持する複数の支持部と、該支持部の少なくとも一つから延出する電極アーム部とを具備すると共に、
前記コモン電極は、少なくとも一つの支持部の生体と接触する部分に設けられ、
前記接触電極は、前記電極アーム部の端部近傍の前記生体との接触部分に設けられることを特徴とする生体モニタ装置。
前記コモン電極は、複数の支持部の中央に位置する支持部に形成されることを特徴とする請求項１記載の生体モニタ装置。
前記電極アーム部は、複数の支持部の両最外部に位置する支持部のそれぞれに形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の生体モニタ装置。
前記コモン電極と前記接触電極の距離は、５ｃｍ〜１５ｃｍの範囲内に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の生体モニタ装置。
前記非接触電極は、前記本体ケースの生体側側面であって、前記支持部間に設けられると共に、前記支持部が跨る衣類によって前記生体と非接触であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の生体モニタ装置。
前記非接触電極は、前記コモン電極が設けられる支持部と、前記接触電極が設けられる支持部との間に位置する支持部に設けられ、該接触電極と生体との間に非導電部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の生体モニタ装置。
前記支持部の一つの生体と接触する部分には、温度センサが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の生体モニタ装置。
前記本体ケースには、生体の３次元移動を検出する***検出手段が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の生体モニタ装置。