JPS6124010B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は被検生体の呼吸運動及び心臓運動の
状態を測定する呼吸及び心臓運動測定装置に関す
る。

「従来の技術」 被検生体の健康状態の目安を知るために被検生
体の呼吸の回数及び呼吸量、即ち肺内での空気の
換気量を測定したり、又心拍数いわゆる脈はく数
を測定することが行われている。

これ等は被検生体の健康状態のパロメータとし
て測定するのみならず、例えば大きな手術を行な
つた被検生体についてこれ等呼吸数や心拍数を測
定してその被検生体が生命を保持しているか、或
は危篤状態になつたかなどを監視するために２，
３日連続して測定し、同様に未熟状態の被検生体
についても呼吸や心臓運動を始終測定することが
行われている。

ところで従来の呼吸や心臓の運動測定として
は、呼吸については鼻の孔の入口に感温素子、例
えばサーミスタを取付け、呼吸に応じて発生する
空気の流れによりその感温素子の電気抵抗値が変
化することを電気的に検出して呼吸の回数を検出
する方式が用いられている。或は胸に導電性ゴム
バンドを取付け、その呼吸に伴う胸の運動によつ
てゴムバンドが伸縮する事によつてそのゴムバン
ドの抵抗値が変化する事を利用して呼吸の回数を
測定する方式のもの、更には口もとに口より出入
する空気の流れを電気信号に変換する変換器を取
付けて呼吸の回数を測定する方式のもの、又肺の
両側に電極を取付けてその電極間のインピーダン
スを測定する方式のものなどが使用されていた。

又心臓の運動については、いわゆる心電図から
その心拍数を測定していた。

「発明の解決すべき問題点」 このように従来のものは何れも被検生体に検出
器や変換器など何等かの物体を取付け、又その取
付けたものにリード線が接続されるものであつ
た。このような物体やリード線を例えば手術をし
た被検生体に対して取付ける事は被検生体にとつ
ては煩わしいものであり、しかもこれを２，３日
も取付けた状態にすることは、被検生体の健康上
も望ましいものではない。例えばその電極等の接
触部分において被検生体の皮膚にいわゆるかぶれ
が生じる事がある。

又これ等の被検生体に取付けられた検出器や変
換器などの物体やそれ等に対するリード線は被検
生体のみならず測定操作をする者にとつても邪魔
となる。

またこのような検出器や変換器などの物体やそ
れ等に対するリード線などを、被検生体に取付け
て測定を行なうと、平常時とは異なる測定結果が
得られることがある。即ち検出器や変換器などの
物体やそれらに対するリード線などの取付けのた
めに、被検生体に対して平常時とは異なる精神的
影響を与え、平常状態における呼吸や脈はくと異
なつた測定結果が得られるおそれがある。

この発明は従来のこの種の呼吸及び心臓運動測
定装置の現状に鑑みてなされたものであり、その
目的は被検生体に対して無接触状態で、つまり検
出器や変換器などの物体やリード線などを取付け
る事なくその呼吸運動や心臓運動を測定すること
ができる呼吸及び心臓運動測定装置を提供するも
のである。

「発明の構成」 この発明では、被検生体がほぼ水平状態に載置
される測定台が設けられ、被検生体の心臓運動及
び呼吸運動で生ずる重心位置の変動に対応して変
化する被検生体の荷重値を検出する荷重検出器が
測定台の周縁部に設けられている。

この発明においては、演算器により測定台の基
準位置から荷重検出器までの距離、荷重検出器に
より検出される荷重値及び被検生体の体重に基づ
いて、モーメントの釣合により被検生体の重心位
置の変動出力が演算される。

一方、この発明の呼吸及び心臓運動測定装置に
は濾波器が設けられ、この濾波器によつて演算器
で得られる被検生体の重心位置の変動出力の高い
周波数成分から被検生体の心臓運動が検出され
る。また、この濾波器によつて、演算器で得られ
る被検生体の重心位置の変動出力の低い周波数成
分から被検生体の呼吸運動が検出される。

このようにして、この発明の呼吸及び心臓運動
測定装置によると、被検生体に対して、無接触状
態でその呼吸運動や心臓運動を測定することが可
能であり、被検生体に煩わしさを感じさせず、ま
た検出器や変換器或いはリード線などの取付けに
より、被検生体の健康を害することもない。

さらに、呼吸及び心臓運動測定装置の操作を行
なう者も無接触状態での測定のために煩わしさを
感ぜずに円滑に測定を行なうことが出来る。

また、無接触状態での測定であるために、測定
に際して、被検生体に対して平常時と異なる精神
的影響を与えることが極めて少なくなり、被検生
体の平常時における呼吸運動及び心臓運動の高精
度の測定が可能となる。

「実施例」 以下にこの発明の呼吸及び心臓運動測定装置を
図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、この発明の実施例の構成を示すもの
で、例えば板状の測定台１１はその一端１２を支
点として回動できるように水平に配され、他端は
荷重検出器としてのばね１３にて保持される。こ
の測定台１１上に被検生体１４が水平に、例えば
仰むけに載置される。

被検生体１４の心臓運動及び呼吸運動で生ずる
被検生体１４の重心位置の変動に対応して変化す
る被検生体１４の荷重値が、荷重検出器で検出さ
れる。

被検生体１４の重心１５から測定台１１の基準
位置である支点１２迄の距離をｘ、被検生体１４
の体重をＰとすると、支点１２のまわりにモーメ
ントｘが作用する。一方基準位置である支点１２
からばね１３迄の距離をとし、ばね１３が受け
る力をＦとすると、支点１２に対してモーメント
Ｆが作用する。

この発明では、演算器により測定台１１の基準
位置である支点１２から荷重変換器であるばね１
３までの距離、荷重変換器により検出される荷
重値Ｆ及び被検生体１４の体重Ｐとから、モーメ
ントの釣合により被検生体１４の重心位置の変動
出力が演算される。

即ち、支点１２に対するモーメントの釣合いか
ら、ｘ・Ｐ＝・Ｆが得られ、支点１２から被検
生体１４の重心１５までの距離ｘは、次式で得ら
れる。

ｘ＝／Ｐ・Ｆ ……(1) (1)式から、体重Ｐ及び距離は一定であるか
ら、荷重変換器であるばね１３が受ける力Ｆを測
定することにより、被検生体１４の重心位置ｘが
測定される。被検生体１４の心臓運動及び呼吸運
動により、基準位置である支点１２から被検生体
１４の重心１５までの距離ｘが僅かに変化する。
この距離ｘとの変化により、(1)式で示される荷重
検出器であるばね１３で検出される荷重値Ｆが変
化する。従つてばね１３により荷重値Ｆを検出す
ることにより、演算器によつて、被検生体１４の
重心位置の変動出力ｘが(1)式に基づいて演算され
る。

第２図にこの発明の実施例における演算器が示
され、実施例では荷重変換器１６と増幅器１７と
で演算器が構成されている。荷重検出器であるば
ね１３により検出された力Ｆは、荷重変換器１６
にて電気信号に変換され、その出力は増幅器１７
にて増幅されると共に(1)式に基づく演算が行なわ
れる。

演算器で得られた変動出力の高い周波数成分か
ら被検生体１４の心臓運動を検出し、変動出力の
低い周波数成分から被検生体１４の呼吸運動を検
出する濾波器が設けられる。

即ち第２図に示すように、濾波器として低域通
過濾波器１８と高域通過濾波器１９とが、増幅器
１７の出力端子に対して互に並列に接続される。

演算器の増幅器１７の出力中の低周波数成分は
低域通過濾波器１８より取出され、高周波数成分
は高域通過濾波器１９を通じて取出される。また
増幅器１７の出力端子には、この濾波器に並列に
記録計２１が接続され、この記録計２１にて増幅
器１７の出力信号が記録紙に記録される。この記
録計２１で記録される増幅器１７の出力信号は例
えば第３図Ａで示すようになる。

この記録計２１の記録紙に記録される増幅器１
７の出力信号の波形を見ると、出力信号の波形は
低周波成分２２に対してパルス状の高周波成分２
３が重畳していることがわかる。低周波成分２２
は被検生体１４の呼吸に対応する重心位置の変動
を示すものである。これは被検生体１４が呼吸す
るごとにその胸郭が広がり、これによつて被検生
体の重心１５の位置が変動するために生ずるもの
であり、この変動は特に被検生体１４の体長方向
において大きい。発明者等の実験の結果、増幅器
１７の出力信号を記録計２１に記録すると同時
に、従来の呼吸測定手段により呼吸を測定記録し
て両者を比較した所、従来の呼吸測定手段による
呼吸の記録波形と低周波成分２２の波形とが一致
していることが確認され、第３図における低周波
成分２２が呼吸運動に対応している事が認められ
た。

又発明者等は、この測定と同時に心電図の測定
も行い、その心電図と第３図Ａの高周波成分２３
の波形とが良く一致していることを確認し、高周
波パルス２３は心拍と対応している事が示され
た。即ち、被検生体１４の心拍ごとに心臓が運動
するため被検生体の重心が移動し、これが高周波
成分２３となつて現われるものである。

従つて、濾波器中の低域通過濾波器１８により
低周波成分２２を取り出すと被検生体１４の呼吸
運動が検出され、濾波器中の高域通過濾波器１９
より高周波成分２３を取り出すと被検生体の心臓
運動が検出される。低域通過濾波器１８の出力の
記録波形を第４図Ａに示し、高域通過濾波器１９
の出力の記録波形を第５図Ａに示す。これらの場
合において低域通過濾波器１８及び高域通過濾波
器１９は共にその遮断周波数を２ヘルツとし、記
録紙の移動速度を12.5mm／秒とした場合である。

呼吸数を計数するには低域通過濾波器１８の出
力信号を例えば第６図に示すように整形回路２４
にて波形整形して方形波とし、その方形波を計数
回路２５にて計数する事によつて呼吸数を測定す
る事ができる。又高域通過濾波器１９の出力を波
形整形回路２６にて方形波に変換し、計数回路２
７にて計数することによつて被検生体１４の心拍
数を測定する事ができる。或は低域通過濾波器１
８及び高域通過濾波器１９の出力をそれぞれ自己
相関器に供給してその自己相関の大きな周波数と
して低周波成分２２の周波数及び高周波数成分２
３の周波数をそれぞれ測定する事もできる。

或は増幅器１７の出力信号をいわゆるピリオド
グラムと呼ばれるものに供給する事によつて低周
波成分、高周波成分のそれぞれの自己相関を検出
してこれ等の周波数を測定する事ができる。この
発明はこのように測定するのみならず、第３図或
は第４図及び第５図に示すように得られる記録波
形を見てそのピーク値を数える事によつて、被検
生体１４の呼吸数や心拍数を知る事も可能であ
る。

更に、低周波成分２２或いは高周波成分２３の
各レベルを測定し、低周波成分２２についてはそ
の大きさは被検生体の呼吸量、即ち肺内の換気量
と対応するものとしてその大きさが測定され、同
様に高周波成分２３のピークレベルは被検生体の
心拍出量と対応するものとし、このピークレベル
を測定することにより、被検生体の心拍出量を測
定する事ができる。

これ等の測定はそれぞれ低域通過濾波器１８、
及び高域通過濾波器１９の各出力をそれぞれレベ
ル計にて測定しても良く、或は記録計２１の記録
紙に記録し波形の目盛から振幅を読んで測定する
事も可能である。

ところでこのように被検生体の重心の移動は上
述したように呼吸や心臓の運動に基ずくものであ
り、これ等の運動により被検生体の垂直方向にも
重心の移動が生じ、従つてこの移動により体重が
変動する。よつて正確に測定するには体重変動に
よる影響を補償する必要がある。

このような点より、例えば第７図及び第８図に
他の実施例として示すように、測定台１１の一点
における荷重変化を測定するだけでなく測定台１
１をその４角において、それぞれ荷重変換器３１
乃至３４にて受ける構成としてもよい。この他の
実施例は、荷重検出器として荷重変換器を使用し
たものであり、荷重変換器から直接電気信号に変
換された荷重信号が得られる。

これ等荷重変換器３１〜３４が受ける各荷重を
P₁〜P₄、荷重変換器３１及び３４間と重変換器３
２及び３３間のそれぞれの距離をｍ、荷重変換器
３１，３２間と荷重変換器３４，３３間のそれぞ
れの距離をとする。さらに、被検生体１４の身
長方向、つまり荷重変換器３１，３２の配列方向
をＸ軸、これと直角な水平面内の方向、即ち荷重
変換器３１，３４の配列方向をＹ軸とし、重心１
５の位置のＸ成分をｘ，Ｙ成分をｙとすると、モ
ーメントの釣合から次式が得られる。

Ｐ・ｘ＝（P₂＋P₃） …(2) Ｐ・ｙ＝（P₃＋P₄）ｍ …(3) これ等(2)及び(3)式より次式が得られる。

ｘ＝Ｐ_２＋Ｐ_３／Ｐ・ …(4) ｙ＝Ｐ_３＋Ｐ_４／Ｐ・ｍ …(5) またP₁〜P₄とＰとの間には式が成立する。

Ｐ＝P₁＋P₂＋P₃＋P₄ …(6) また垂直方向、即ちＺ軸方向の荷重、つまり被
検生体１４の体重Ｐの変化分△Ｐを２回積分する
ことによりＺ方向での重心１５の位置が求まる。

この他の実施例では例えば第９図に示すように
加算回路３５〜３７、割算回路３８，３９及びＺ
検出回路４１で演算器が構成される。

荷重変換器３１〜３４の各出力信号は加算回路
３５にて全体が加算され、つまり体重Ｐが得られ
る。また荷重変換器３２，３３の出力信号は、加
算回路３６で加算されてP₂＋P₃が得られ、荷重変
換器３３及び３４の出力信号は、加算器３７にて
加算されてP₃＋P₄が得られる。

割算回路３８にてＰ_２＋Ｐ_３／Ｐが演算されて重心１
５ の位置のｘ座標が求まり、割算回路３９にて
Ｐ_２＋Ｐ_４／Ｐが演算されて重心１５位置のｙ座標ｙが
得 られる。又加算回路３５の出力Ｐの変動分がＺ検
出回路４１にて２回積分されてＺが得られる。

このようにして得られた割算回路３８の出力を
記録した所第３図Ａの記録と全く同様の波形が得
られた。割算回路３９の出力の記録は第３図Ｂと
なり、ほとんど変化がなくＺ検出回路４１の出力
の記録は第３図Ｃとなり、これは第３図Ａと似た
ものとなつていることが確認される。

従つて割算回路３８の出力はもつとも好ましい
出力となり、この出力を記録し濾波器で低周波成
分と高周波成分とに分離する事によつて、被検生
体１４の呼吸数、心拍数や呼吸量（換気量）や心
拍出量を得る事ができる。

この発明による呼吸及び心臓運動測定装置によ
れば、被検生体に対して何等検出器や変換器など
の物体やリード線を取付けたりする事なしに被検
生体１４の呼吸及び心臓運動を測定する事ができ
る。例えばこの発明を人体に適用する場合には、
測定台１１として患者のベツドを使用しても良く
或は安楽椅子のように僅かに斜目となつた椅子状
のものを使用しても良い。何れにしてもこの測定
のために被検生体に対して検出器や変換器などの
物体をリード線を取付ける事なく、従つて物を取
付けることによる精神的影響を受けることなく正
しい測定が得られ、かつ手術を受けた被検生体や
未熟児に対して物を取りつけて煩わしさを感じさ
せる事がない。

従つて、被検生体を安静な状態として測定する
事が可能であり、しかも長時間測定しても被検生
体に何等影響を与えない。又被検生体に物体やリ
ード線を取り付けないので、例えば被検生体が電
極によりかぶれが生じるような事がなく、更にリ
ード線が被検生体に接続されないため、取扱いも
便利である。また被検生体に対して呼吸数、、心
拍数のみならず呼吸量や心拍出量を測定する事が
可能である。

尚上述の実施例において被検生体を仰むけとし
て測定したものを説明したが、腹這いにしても良
く或いは横向きに寝ている状態で測定してもよ
い、更に実施例においては、被検生体の心臓運動
と呼吸運動の両者を測定する場合について説明し
たが、その一方のみが測定可能でもよく、例えば
心電図を同時に測定する必要がある場合は呼吸運
動のみを測定しても良い。又第７図及び第８図に
示した他の実施例においては、上述したように高
い精度の測定が得られ、特に心拍出量を測定する
ことができ、従来得ることが出来なかつた心拍出
量の高精度の測定を行なうことが可能となる。な
お、第７図及び第８図に示した他の実施例のもの
によれば、被検生体の体重変化をも検出する事が
可能であり、例えば脱水症の患者を被検生体とし
て、その呼吸運動、心臓運動の測定と同時に体重
変化を監視することもできる。更には、この発明
の呼吸及び心臓運動測定装置によつて例えば患者
の寝返りの回数、喘息の患者が咳込んだ回数等を
重心位置の変化によつて測定する事が可能であ
る。またこの発明の呼吸及び心臓運動測定装置に
おいて、被検生体の呼吸運動や心臓運動が危険な
状態になつたことを検出して警報装置を付ける事
も可能である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明による
と、被検生体に検出器などの物体やリード線など
を取り付けず、被検生体の煩わしさを感じさせな
い無接触状態で心臓運動や呼吸運動を精度よく測
定検出することが可能である。

被検生体に対して平常時と同様の精神状態での
測定が可能なので、得られる心臓運動や呼吸運動
のデータは極めて信頼度の高いものとなり、被検
生体に検出器や変換器或いはリード線などを取り
付ける必要がないので、測定操作も極めて円滑に
行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の呼吸及び心臓運動測定装置
の実施例の構成を示す側面図、第２図はこの発明
の実施例の構成を示す電気的ブロツク図、第３図
乃至第５図は、それぞれのこの発明の呼吸及び心
臓運動測定装置で測定して得られた記録波形図、
第６図はこの発明の呼吸及び心臓運動測定装置の
出力信号の具体的処理回路の例を示す図、第７図
はこの発明の呼吸及び心臓運動測定装置の他の実
施例の構成を示す平面図、第８図は第７図の側面
図、第９図は第７図及び第８図に示す他の実施例
における荷重検出器、演算器及び濾波器の構成を
示す回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検生体がほぼ水平状態に載置される測定台
   と、この測定台の周縁部に設けられ、前記被検生
   体の心臓運動及び呼吸運動で生ずる前記被検生体
   の重心位置の変動に対応して変化する前記被検生
   体の荷重値を検出する荷重検出器、 前記測定台の基準位置から前記荷重検出器まで
   の距離、前記荷重検出器により検出される荷重値
   及び前記被検生体の体重とから、モーメントの釣
   合により前記被検生体の重心位置の変動出力を演
   算する演算器と、 この演算器で得られた変動出力の高い周波数成
   分から前記被検生体の心臓運動を検出し、前記変
   動出力の低い周波数成分から前記被検生体の呼吸
   運動を検出する濾波器とを有することを特徴とす
   る呼吸及び心臓運動測定装置。