JP6675228B2 - 生体活動表示装置、生体活動表示方法及び歩行試験システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば呼吸リハビリテーションの効果確認のための歩行試験に用いられる生体活動表示装置、生体活動表示方法及び歩行試験システムに関する。

呼吸リハビリテーションの効果を確認するテストとして、時間内歩行試験及びシャトルウォーキングテストなどがある。

時間内歩行試験は、被検者に例えば３０ｍの距離を一定時間に可能な限り往復歩行させ、このときの、歩行距離、ボルグスケール（最大呼吸困難感又は主観的運動強度と呼ばれる被検者の息苦しさ及び下肢の疲労の指標）、ＳｐＯ_２（動脈血酸素飽和度）、脈拍数を測定する。

シャトルウォーキングテストは、被検者に、例えば１０ｍのコースの両端に置かれたコーンの間を往復歩行させる。被検者は、スピーカから出力される発信音に合わせて歩行する。この発信音の間隔は、歩行スピードが例えば１０ｍ／ｍｉｎずつ増加するように、１分毎に短くされる。このときの、歩行距離、ボルグスケール、ＳｐＯ_２、脈拍を測定する。シャトルウォーキングテストは、被検者がペースについていけなくなったときや、呼吸困難などの臨床症状が出現したときに中止される。なお、コーンの間隔や、歩行スピードの変化量、変化間隔は、これに限らず適宜変更される。

このような呼吸リハビリテーションの効果確認テストに、パルスオキシメータが用いられる。パルスオキシメータは、被検者の所定の生体部位に装着され、当該生体部位に向けて光を出力し、生体部位を透過又は反射した光の光量変化をパルス信号として測定することで、ＳｐＯ_２を求める。また、パルスオキシメータは、一般に、ＳｐＯ_２に加えて、脈拍も測定できるようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２８９４６２号公報

金澤實、桑平一郎、他２０名、「Ｑ＆Ａパルスオキシメータハンドブック」、６頁、［online］、平成２６年４月、日本呼吸器学会、［平成２８年２月２６日検索］、インターネット〈URL：https://www.jrs.or.jp/uploads/uploads/files/guidelines/pulse-oximeter_medical.pdf〉

ところで、従来の歩行試験では、歩数や歩行距離、歩行速度、ボルグスケールと、ＳｐＯ_２及び脈拍とを、関連付けて時系列で表示及び記録するようになっている。

しかしながら、患者が行った運動と、ＳｐＯ_２及び脈拍とを十分に配慮した表示及び記録がなされているとは言えず、この結果、運動とＳｐＯ_２及び脈拍との関係を的確に把握することは困難であった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、運動とＳｐＯ_２及び脈拍数との関係を的確に把握することができる生体活動表示装置、生体活動表示方法及び歩行試験システムを提供する。

本発明の生体活動表示装置の一つの態様は、
被検者のＳｐＯ_２を取得するＳｐＯ_２取得部と、
前記被検者の運動強度を取得する運動強度取得部と、
前記ＳｐＯ_２を、そのＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度と共に表示する表示部と、
を具備し、
前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である。

本発明の生体活動表示方法の一つの態様は、
ＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度を算出し、
前記測定時点の前記ＳｐＯ_２の数値と、前記期間内の前記最大の運動強度の数値とを、同一画面に表示し、
前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である。

本発明の歩行試験システムの一つの態様は、
被検者のＳｐＯ_２を測定するパルスオキシメータと、
測定された前記ＳｐＯ_２及び前記被検者が行った運動の運動強度を入力し、前記ＳｐＯ_２を、そのＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度と共に表示する端末と、
を具備し、
前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である。

本発明によれば、運動とＳｐＯ_２及び脈拍数との関係を的確に把握することができるようになる。

本発明の生体活動表示装置を適用した歩行試験システムの全体構成を示す概略図 パルスオキシメータの要部構成を示すブロック図 タブレット端末の要部構成を示すブロック図 実施の形態による、測定結果の表示の原理を説明するための図であり、図４ＡはＳｐＯ_２の変化の様子を示す図、図４Ｂは運動強度（ＭＥＴｓ）の変化の様子を示す図、図４Ｃは実施の形態による表示例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜構成＞
図１は、本発明の生体活動表示装置を適用した歩行試験システムの全体構成を示す概略図である。

歩行試験システム１は、パルスオキシメータ１００と、タブレット端末２００とから構成されている。パルスオキシメータ１００とタブレット端末２００は、互いに無線通信可能な機能を有する。本実施の形態の場合には、パルスオキシメータ１００とタブレット端末２００はBluetooth（登録商標）規格に準拠した近距離通信が可能とされている。パルスオキシメータ１００は、測定データを無線によりタブレット端末２００に送信する。タブレット端末２００は、パルスオキシメータ１００から受信した測定データを収集して測定結果を表示するとともに、歩行試験レポートを作成する。

パルスオキシメータ１００は、本体部１１０と、プローブ部１２０とを有する。本体部１１０とプローブ部１２０とはケーブル１３０を介して接続されている。本体部１１０は図示しないベルトを用いて被検者の手首付近に装着可能とされており、プローブ部１２０は被検者の指に装着可能とされている。

図２は、パルスオキシメータ１００の要部構成を示すブロック図である。パルスオキシメータ１００のプローブ部１２０には、発光部１２１及び受光部１２２が設けられている。発光部１２１は、動脈血酸素飽和度の変化に対する感度が高い赤色光（例えば、波長６６０［ｎｍ］）で発光する第１の発光ダイオードと、動脈血酸素飽和度による影響が少ない赤外光（例えば、波長９４０［ｎｍ］）で発光する第２の発光ダイオードと、から構成されている。受光部１２２は、フォトダイオードにより構成されており、指を透過した発光部１２１の光を検出する。なお、受光部１２２を、指からの光の透過経路ではなく、指からの光の反射経路に配置し、受光部１２２によって指からの反射光を検出するようにしてもよい。

本体部１１０は、プローブ部１２０によって得られた検出光に基づいて、被検者のＳｐＯ_２及び脈拍を求める。具体的に説明する。発光回路１１１は、発光部１２１の第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードを所定の間隔で交互に発光させる。そのときの指からの透過光又は反射光が受光部１２２によって検出され、光電変換されて受光回路１１２に入力される。受光回路１１２は、プローブ部１２０の受光部１２２から入力された電流信号を電圧信号に変換する。また、受光回路１１２は、変換した電圧信号を、上述した赤色光及び赤外光の波長に対応する各成分に分離して２つの観測信号を復調する。また、受光回路１１２は、復調した観測信号に対して増幅やアナログディジタル変換などの処理を施し、処理後の観測信号をＣＰＵ１１３に出力する。

ＣＰＵ１１３は、所定のプログラムを実行することで、観測信号からＳｐＯ_２及び脈拍を算出する。この算出方法については、例えば特許文献１にも記載されているように既知の技術なので、ここでの説明は省略する。また、ＣＰＵ１１３は、パルスオキシメータ１００の各部の制御を行う。具体的には、ＣＰＵ１１３は、操作部１１７から入力される操作信号に基づいて、各種の設定を行う。また、ＣＰＵ１１３は、発光回路１１１の動作制御、表示部１１５の表示制御、通信部１１６の通信制御などを行う。

かかる構成に加えて、パルスオキシメータ１００の本体部１１０には、加速度センサ１１８が設けられている。ＣＰＵ１１３は、加速度センサ１１８の出力に基づいて、被検者の歩数を算出する。

パルスオキシメータ１００は、測定したＳｐＯ_２、脈拍及び歩数を、通信部１１６によってタブレット端末２００にリアルタイムで送信する。

図３に示すように、タブレット端末２００は、タッチパネル付き液晶表示器からなる表示部２１０を有すると共に、パルスオキシメータ１００から送信された測定データを無線受信する通信部２１１を有する。通信部２１１は、被検者のＳｐＯ_２を取得するＳｐＯ_２取得部、及び、被検者の脈拍を取得する脈拍取得部としての機能を有する。タブレット端末２００は、パルスオキシメータ１００から受信した情報のうち、歩数を歩行速度算出部２１２に入力する。

歩行速度算出部２１２は、入力した歩数と、歩幅とから、被検者の歩行速度を算出する。具体的には、歩行速度算出部２１２は、次式により歩行速度を算出する。
歩行速度［ｍ／ｍｉｎ］＝歩幅［ｍ］×ピッチ［歩／ｍｉｎ］ ……… （１）

ここで、記憶部２１４には、ユーザによって予め被検者の氏名とともに、被検者の身長、年齢が記憶されており、歩行速度算出部２１２は、被検者の身長及び年齢から被検者の歩幅を推定により求め、その歩幅を用いて（１）式を実行することで被検者の歩行速度を算出するようになっている。歩幅は、例えば以下の式により求める。
歩幅＝身長×０．３７ ……… （２）
なお、歩幅は（２）式以外の式を用いて求めてもよい。また、歩幅は高齢になるほど短くなる傾向にあることを考慮して、年齢によって歩幅を補正してもよい。

運動強度算出部２１３は、歩行速度算出部２１２によって求められた歩行速度を用いて、運動強度を算出する。本実施の形態の場合、運動強度算出部２１３は、次式により運動強度（ＭＥＴｓ（Metabolic Equivalents））を算出する。因みに、（３）式はアメリカスポーツ医学会より提唱されているＭＥＴｓ計算式である。
ＭＥＴｓ＝（３．５＋歩行速度×歩行速度に応じた係数）÷３．５ ……… （３）

なお、本発明は運動強度をどのような式によって求めるかに限定されるものではなく、運動強度算出部２１３は（３）式以外の式を用いて運動強度を算出してもよい。

ＣＰＵ２１５は、記憶部２１４に格納された歩行試験を行うためのアプリケーションプログラムに従って、表示部２１０への測定結果の表示及びレポートの作成を行うようになっている。

なお、本実施の形態では、歩数をパルスオキシメータ１００の加速度センサ１１８により取得したが、例えば、タブレット端末２００に、医療従事者によって目視にてカウントされた歩数を入力するモードを設けることにより歩数を取得するようにしてもよい。

＜測定結果の表示＞
次に、本実施の形態による測定結果の表示について説明する。

本実施の形態の場合、歩行試験の測定結果の表示及び歩行試験レポートの作成は、タブレット端末２００によって行われる。つまり、タブレット端末２００は、歩行試験を行うためのアプリケーションソフトウェアに従って、パルスオキシステムメータ１００からの測定データの受信、表示部２１０への測定結果の表示及びレポートの作成を行うようになっている。

図４は、本実施の形態による、測定結果の表示の原理を説明するための図である。図４ＡはＳｐＯ_２の変化の様子を示し、図４Ｂは運動強度（ＭＥＴｓ）の変化の様子を示し、図４Ｃは本実施の形態による表示例を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは時間軸を合わせて示されている。

本発明の発明者らは、以下の２つの点に着目して本発明に至った。

着目点１） 図４Ａ及び図４Ｂから分かるように、ＳｐＯ_２を測定する部位にもよるが、指でＳｐＯ_２を測定した場合には、運動による影響がＳｐＯ_２に現れるのは、その運動が行われてから１０〜３０秒後である場合が多い。このような遅延が起こる要因については、例えば非特許文献１に記載されている。

着目点２） ＳｐＯ_２の値は、強度の高い運動に支配される傾向にある。

これらを考慮して、本発明では、現時点のＳｐＯ_２の値と、現時点の運動強度とを表示するのではなく、現時点のＳｐＯ_２の値と、現時点から過去のある時点までの所定期間内での運動強度の最大値とを表示する。これにより、現時点のＳｐＯ_２の値と、その値に支配的な影響を及ぼした運動強度とを同時に表示させることができるので、医療従事者又はユーザはＳｐＯ_２の値と運動強度との因果関係を正しく認識できるようになる。

図４を参照して具体的に説明する。

時点ｔ−０において得られたＳｐＯ_２及び脈拍数はそれぞれ８５％、８０ｂｐｍであり、運動強度は１．５ＭＥＴｓである。その１０秒前の時点ｔ−１において得られたＳｐＯ_２及び脈拍数はそれぞれ９０％、９０ｂｐｍであり、運動強度は１．５ＭＥＴｓである。その１０秒前の時点ｔ−２において得られたＳｐＯ_２及び脈拍数はそれぞれ９７％、１００ｂｐｍであり、運動強度は４．０ＭＥＴｓである。その２０秒前の時点ｔ−４において得られたＳｐＯ_２及び脈拍数はそれぞれ９７％、６５ｂｐｍであり、運動強度は１．５ＭＥＴｓである。さらに、時点ｔ−０の１０秒後において得られたＳｐＯ_２及び脈拍数はそれぞれ９７％、６５ｂｐｍであり、運動強度は１．５ＭＥＴｓである。

本実施の形態による表示画像の例は、図４Ｃに示されている。タブレット端末２００の表示部２１０には、順次、画像Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５が表示される。時点ｔ−４では画像Ｆ１が表示され、時点ｔ−２では画像Ｆ２が表示され、時点ｔ−１では画像Ｆ３が表示され、時点ｔ−０では画像Ｆ４が表示され、時点ｔ＋１では画像Ｆ５が表示される。

各画像Ｆ１〜Ｆ５には、測定時点のＳｐＯ_２及び脈拍数の値と、その測定時点から過去のある時点までの所定期間内での運動強度の最大値とが表示される。例えば時点ｔ−０の表示画像Ｆ４では、測定時点のＳｐＯ_２及び脈拍数「８５％、８０ｂｐｍ」と共に過去３０秒間での最大運動強度「４．０ＭＥＴｓ」が表示されている。同様に、時点ｔ−１の表示画像Ｆ３では、測定時点のＳｐＯ_２及び脈拍数「８５％、８０ｂｐｍ」と共に過去３０秒間での最大運動強度「４．０ＭＥＴｓ」が表示されている。

このように本実施の形態の表示では、ＳｐＯ_２及び脈拍数の表示値は随時更新されるが、運動強度の表示値は過去３０秒間の最大運動強度に固定される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳｐＯ_２及び脈拍数を、そのＳｐＯ_２及び脈拍数の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度と共に表示するようにしたことにより、現時点のＳｐＯ_２の値と、その値に支配的な影響を及ぼした運動強度とを同時に表示させることができるので、医療従事者又はユーザは、ＳｐＯ_２の低下がみられたときの、ＳｐＯ_２の値と運動強度との因果関係を正しく認識できるようになる。

なお上述の実施の形態では、ＳｐＯ_２及び脈拍数の数値と共に、そのＳｐＯ_２及び脈拍数を測定した時点から過去３０秒以内の最大運動強度を表示する場合について述べたが、これに限らず、ＳｐＯ_２及び脈拍数と共に表示する最大運動強度は、表示するＳｐＯ_２及び脈拍数を測定した時点から過去１０秒以上の期間内の最大運動強度とすればよい。

また表示するＳｐＯ_２及び脈拍数を測定した時点から過去の所定期間内の最大運動強度は除外するようにしてもよい。これにより、未だＳｐＯ_２及び脈拍数に影響を及ぼしていない運動強度がＳｐＯ_２及び脈拍数と一緒に表示されることを防止できる。例えば、図４の時点ｔ−２の画像Ｆ２は、最大運動強度として「４．０ＭＥＴｓ」が表示されているが、この時点ｔ−２のＳｐＯ_２及び脈拍数「９７％、１００ｂｐｍ」にはこの最大運動強度「４．０ＭＥＴｓ」の運動の影響が未だ現れていないと考えられる。よって、ＳｐＯ_２及び脈拍数に影響が現れない直近期間の最大運動強度を除外すれば、ＳｐＯ_２の値と運動強度との因果関係をより正しく認識できるようになる。

また上述の実施の形態では、タブレット端末２００が本発明による生体活動表示装置として機能する場合について述べたが、パルスオキシメータ１００を本発明による生体活動表示装置として機能させることもできる。つまり、歩行速度算出部２１２、運動強度算出部２１３及び記憶部２１４をパルスオキシメータ１００に設けて、パルスオキシメータ１００の表示部１１５に、上述の実施の形態の同様の表示を行わせればよい。

また上述の実施の形態では、本発明を歩行試験システム１に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば携帯タイプの活動量計などに適用してもよい。

さらに上述の実施の形態では、最大運動強度と一緒にＳｐＯ_２及び脈拍数を表示した場合について述べたが、脈拍数は表示せずに、最大運動強度と一緒にＳｐＯ_２を表示させた場合でも上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本発明は、例えば歩行試験システムに適用し得る。

１ 歩行試験システム
１００ パルスオキシメータ
１１０ 本体部
１１１ 発光回路
１１２ 受光回路
１１３、２１５ ＣＰＵ
１１４、２１４ 記憶部
１１５、２１０ 表示部
１１６、２１１ 通信部
１１７ 操作部
１１８ 加速度センサ
１２０ プローブ部
１２１ 発光部
１２２ 受光部
１３０ ケーブル
２００ タブレット端末
２１１ 通信部
２１２ 歩行速度算出部
２１３ 運動強度算出部

Claims (7)

1. 被検者のＳｐＯ_２を取得するＳｐＯ_２取得部と、
   前記被検者の運動強度を取得する運動強度取得部と、
   前記ＳｐＯ_２を、そのＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度と共に表示する表示部と、
   を具備し、
   前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である、
   生体活動表示装置。
2. 前記表示部は、
   前記測定時点の前記ＳｐＯ_２の数値と、前記期間内の前記最大の運動強度の数値とを、同一画面に表示する、
   請求項１に記載の生体活動表示装置。
3. 前記第２の時点は、前記第１の時点よりも１０秒以上過去の時点である、
   請求項１又は請求項２に記載の生体活動表示装置。
4. 前記運動強度は、前記被検者の単位時間あたりの歩数を用いて求められたものである、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体活動表示装置。
5. 前記最大の運動強度及びＳｐＯ_２と共に脈拍数を表示する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体活動表示装置。
6. ＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度を算出し、
   前記測定時点の前記ＳｐＯ_２の数値と、前記期間内の前記最大の運動強度の数値とを、同一画面に表示し、
   前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である、
   生体活動表示方法。
7. 被検者のＳｐＯ_２を測定するパルスオキシメータと、
   測定された前記ＳｐＯ_２及び前記被検者が行った運動の運動強度を入力し、前記ＳｐＯ_２を、そのＳｐＯ_２の測定時点である第１の時点から当該第１の時点よりも過去の第２の時点までの期間内の最大の運動強度と共に表示する端末と、
   を具備し、
   前記第１の時点から前記第２の時点までの前記期間は、運動による影響がＳｐＯ _２ に現れ得る期間である、
   歩行試験システム。

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