(57)【要約】      （修正有）【課題】加速度センサによる検知信号から患者の呼吸、心音、姿勢情報信号を得る生体情報検出装置を提供する。【解決手段】患者の胸部に装着される加速度センサと、患者の左右方向をＸ軸とし、前後方向をＹ軸としたとき、加速度センサから得られる患者のＹ軸方向の動的加速度信号から患者の呼吸及び心音情報を検出する第１信号処理手段と、加速度センサから得られる患者のＸ軸方向の静的加速度信号とＹ軸方向の動的加速度信号とから患者の姿勢情報を検出する第２信号処理手段と、第１、第２及び第３信号処理手段から得られる呼吸、心音、姿勢及び行動情報を表示する表示手段とを備え、Ｘ，Ｙ軸信号から呼吸、心音情報のほか姿勢、行動情報を検知するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の胸部に装着される加速度センサと、患者の左右方向をＸ軸とし、前後方向をＹ軸としたとき、前記加速度センサから得られる前記患者のＹ軸方向の動的加速度信号から前記患者の呼吸及び心音情報を検出する第１信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のＸ軸方向の静的加速度信号とＹ軸方向の静的加速度信号とから前記患者の姿勢情報を検出する第２信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のＸ軸方向の動的加速度信号とＹ軸方向の動的加速度信号とから前記患者の行動情報を検出する第３信号処理手段と、前記第１、第２及び第３信号処理手段から得られる呼吸、心音、姿勢及び行動情報を表示する表示手段とを含むことを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
前記第１信号処理手段は、前記加速度センサ信号から呼吸の周波数成分を取り出す第１バンドパスフィルタと、前記加速度センサ信号から心音の周波数成分を取り出す第２バンドパスフィルタとを含み、前記第２信号処理手段は、前記加速度センサからのＸ軸方向及びＹ軸方向の静的加速度信号から前記患者の体の傾き等姿勢に関連する周波数成分を取り出すローパスフィルタとを含み、前記第３信号処理手段は、前記加速度センサからのＸ軸方向及びＹ軸方向の動的加速度信号から前記患者の体の動き等行動に関連する周波数成分を取り出すハイパスフィルタとを含むことを特徴とする請求項１記載の生体情報検出装置。
【請求項３】
前記第１バンドパスフィルタが低域遮断周波数０．０１〜０．１Ｈｚから高域遮断周波数０．３〜３Ｈｚの通過周波数帯域を有し、前記第２バンドパスフィルタが低域遮断周波数１０〜５０Ｈｚから高域遮断周波数１００〜１０００Ｈｚの通過周波数帯域を有し、前記ローパスフィルタが加速度センサ１からのＸ軸及びＹ軸信号を入力とし０．５Ｈｚ以下の周波数信号を通過させるフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の生体情報検出装置。
【請求項４】
前記加速度センサが２軸又は３軸の加速度センサよりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の呼吸、心音及び姿勢を検知するため生体情報検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者（高齢者等の病弱者を含む）の体の一部に加速度センサを装着して患者の心拍、呼吸等の生体情報を取得する装置は従来より知られている。例えば特開２００２−１７６９３号公報には、人体の心拍、呼吸等の生体情報に異変が発見されたら、第三者に自動的に連絡し重大事故を未然に防ぐ携帯無線電話型バイタルチェッカーについて開示され、心拍、呼吸を検知する素子として加速度センサが使用できる旨記載されている。
【０００３】
また睡眠検査、睡眠時無呼吸症候群の診断のために使用される装置として、例えば特許第３８０９８４７号公報開示の構成が知られている。この公報には３次元の加速度センサを用いてＸ，Ｙ、Ｚ方向の生体情報信号を出力し、Ｘ，Ｚ方向のＤＣ成分から患者の寝姿勢を検出し、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向のＡＣ成分取り出し、そのＡＣ成分から呼吸数を検出し、Ｚ方向のＡＣ成分から心拍数を検出する旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７６９３号公報
【特許文献２】特許第３８０９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、人体の心拍、呼吸を検知する素子として加速度センサを使用することを開示しているものの、その検出信号から心拍、呼吸数を精度よく測定するための具体的な手法については何ら説明されていない。
【０００６】
特許文献２に開示の構成では、３軸加速度センサからのＸ，Ｙ、Ｚの３種類の信号を用いて、それらの組み合わせにより寝姿変化、心拍数、呼吸数を検出するものであり、信号処理が複雑になるという問題がある。またこの文献に開示の構成では心拍信号からＲ−Ｒ間隔情報を得られるものの、心雑音については検出できないないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、加速度センサの出力信号のうちＸ，Ｙ方向の２種類の信号から患者の呼吸、心音、姿勢、行動情報を得ることができると同時に、特に心音情報については心雑音の検出も可能とした生体情報検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る生体情報検出装置は、患者の胸部に装着される加速度センサと、患者の左右方向をＸ軸とし、前後方向をＹ軸としたとき、前記加速度センサから得られる前記患者のＹ軸方向の動的加速度信号から前記患者の呼吸及び心音情報を検出する第１信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のＸ軸方向の静的加速度信号とＹ軸方向の静的加速度信号とから前記患者の姿勢情報を検出する第２信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のＸ軸方向の動的加速度信号とＹ軸方向の動的加速度信号とから前記患者の行動情報を検出する第３信号処理手段と、前記第１、第２及び第３信号処理手段から得られる呼吸、心音、姿勢及び行動情報を表示する表示手段とを含む。
【０００９】
また本発明に係る生体情報検出装置においては、前記第１信号処理手段が、前記加速度センサ信号から呼吸の周波数成分を取り出す第１バンドパスフィルタと、前記加速度センサ信号から心音の周波数成分を取り出す第２バンドパスフィルタとを含み、前記第２信号処理手段が、前記加速度センサからのＸ軸方向及びＹ軸方向の静的加速度信号から前記患者の体の傾き等姿勢に関連する周波数成分を取り出すローパスフィルタとを含み、前記第３信号処理手段が、前記加速度センサからのＸ軸方向及びＹ軸方向の動的加速度信号から前記患者の体の動き等行動に関連する周波数成分を取り出すハイパスフィルタとを含むものである。
【００１０】
かかる構成において、第１バンドパスフィルタからは呼吸情報信号のみが、また第２バンドパスフィルタからは心音情報信号のみが取り出される。これにより、呼吸情報信号及び心音情報信号が高精度で得られる。
【００１１】
また本発明に係る生体情報検出装置においては、前記第１バンドパスフィルタが低域遮断周波数０．０１〜０．１Ｈｚから高域遮断周波数０．３〜３Ｈｚの通過周波数帯域を有し、前記第２バンドパスフィルタが低域遮断周波数１０〜５０Ｈｚから高域遮断周波数１００〜１０００Ｈｚの通過周波数帯域を有し、前記ローパスフィルタが加速度センサ１からのＸ軸及びＹ軸信号を入力とし０．５Ｈｚ以下の周波数信号を通過させるものであり、前記ハイパスフィルタが１Ｈｚ以上の周波数信号を通過させるものである。
【００１２】
かかる構成において、第１バンドパスフィルタからは、呼吸に対応する信号のみが出力され、第２バンドパスフィルタから心電図波形のうちＲ波及びＴ波に対応する心音信号が出力され、ローパスフィルタから体の傾き等姿勢に関連する信号のみが出力され、さらにハイパスフィルタから体の動き等行動に関する信号のみが出力される。第２バンドパスフィルタからの房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する２種類の心音信号及び心雑音を検知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加速度センサのＸ方向及びＹ方向の２種類の信号から、呼吸、心音及び患者の体動等姿勢変化に関する情報を得ることができる。それゆえ２軸の加速度センサにて３軸の加速度センサを用いた場合と同様の情報を得ることができ、かつ信号の種類が３軸の加速度センサより少ないことからその処理がしやすくなるという効果がある。
【００１４】
また本発明によれば、心音情報として心電図波形Ｒ波信号に加えてＴ波信号に対応する信号を得ることができる。すなわち房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する２種類の心音信号及び心雑音を知ることができ、これより心臓異常の発見が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る生体情報検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】センサ部をバンドに固定した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る生体情報検出装置を患者に装着した状態を示す正面図である。
【図４】被験者（患者）の身体傾斜角度と姿勢の関係を示す図である。
【図５】被験者（患者）の体動量と行動状態の関係を示す図である。
【図６】呼吸測定信号を示す波形図である。
【図７】心音図測定信号を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１において、１は２軸の加速度センサで、患者の胸部であって心臓に近い部位に装着される。この加速度センサ１は、直交する２種類の方向（Ｘ及びＹ）の加速度の変化を検知するものであり、本実施の形態では、患者の左右方向をＸ軸とし、前後方向（体の厚み方向）をＹ軸とする。なお２軸の加速度センサに変えて３軸の加速度センサを使用することもでき、この場合前記２種の信号が使用される。
【００１７】
２は、加速度センサ１からのＹ軸信号を入力とする第１バンドパスフィルタで、０．１Ｈｚから０．７Ｈｚの通過周波数帯域を有し、呼吸の周波数成分を取り出す作用をなす。３は、同様に加速度センサ１からのＹ軸信号を入力とする第２バンドパスフィルタで、５０Ｈｚから１００Ｈｚの通過周波数帯域を有し、心音の周波数成分を取り出す作用をなす。Ｙ軸信号は、これら第１及び第２バンドパスフィルタ２，３を通過することにより、呼吸に関する動的加速度信号及び心音に関する動的加速度信号が得られる。
【００１８】
４及び５は、第１及び第２バンドパスフィルタ２、３の出力信号をそれぞれ入力するゲイン４０ｄｂの増幅器である。これら第１及び第２バンドパスフィルタ２，３と増幅器４，５にて第１信号処理手段６が構成される。
【００１９】
７は、加速度センサ１からのＹ軸信号を入力とするローパスフィルタ、８は、加速度センサ１からのＸ軸信号を入力とし０．５Ｈｚ以下の周波数信号を通過させるローパスフィルタで、これらローパスフィルタ７，８から得られる２種のＸ軸方向，Ｙ軸方向の静的加速度信号により身体傾斜角度を測定することができ、姿勢変化を検知することができる。これら２つのローパスフィルタ７，８にて第２信号処理手段９が構成される。
【００２０】
１０は、加速度センサ１からのＹ軸信号を入力とするハイパスフィルタ、１１は、加速度センサ１からのＸ軸信号を入力とし１Ｈｚ以上の周波数信号を通過させるハイパスフィルタで、これらハイパスフィルタ１０，１１から得られる２種のＸ軸方向，Ｙ軸方向の動的加速度信号により体動量を測定することができ、行動を検知することができる。これら２つのハイパスフィルタ１０，１１にて第３信号処理手段１２が構成される。
【００２１】
マイクロコントローラ１３は、増幅器４，５、ローパスフィルタ７，８及びハイパスフィルタ１０，１１からの出力信号ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４，ＡＤ５，ＡＤ６を入力するマイクロコントローラで、ＡＤコンバータを含み、サンプリング周波数２００Ｈｚでディジタル信号へ変換する。信号送信部１４は、マイクロコントローラ１３からの６種類の信号ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３，ＡＤ４，ＡＤ５，ＡＤ６を送信する信号送信部で、アンテナ部分を備えて単独で信号送信する構成とすることができる。またこの信号は、携帯電話、ＰＨＳ等を介して送信することもできる。１５は、携帯電話等信号送信部からの信号を受信し演算処理して呼吸、心音、姿勢、行動情報をモニター等表示手段に表示する信号処理部で、マイクロコンピュータよりなる。また信号処理部１５をセンサ部１６内に組み込むこともできる。
【００２２】
図２において、１６は、加速度センサ１、第１、第２、第３信号処理部６，９，１２、マイクロコントローラ１３及び信号送信部１５を一体化したセンサ部で、約３ｃｍ平方、厚さ約１ｃｍの大きさ、重量約２０ｇとすることができる。１７はこのセンサ部１６を中間位置に固定したバンドであり、両端部に面状ファスナー１８が形成されている。
【００２３】
図３に示すように、バンド１７はセンサ部１６内側とした状態で被験者（患者）１９の胸部に巻かれ、装着される。このときセンサ部１６が、心臓の上に位置するよう配置される。センサ部１６の装着は、下着等衣服の上からでもよく、センサ部１６と被験者（患者）１９の身体との間に隙間が開いていなければよい。かかる構成とすることにより患者に対する負担を軽くすることができる。
【００２４】
図４は、ローパスフィルタ７，８から出力された信号ＡＤ３，ＡＤ４より、５秒ごとに患者の身体傾斜角度と姿勢を測定した結果であり、小円にて測定値を示す。「前」が患者の前面、「後」が背面である。図より、伏臥位、左右側臥位置、仰臥位、座位及び立位が正確に検知されることが判る。
【００２５】
図５は、ハイパスフィルタ１０，１１から出力された信号ＡＤ５，ＡＤ６より、５秒ごとに患者の体動量を測定した結果である。図より、安静時、歩行及び走行の行動状態が正確に検知できる。
【００２６】
図６は、椅子に座った安静状態の２２歳男性被験者１９（図３）の胸部にセンサ部１６を装着して呼吸を測定した結果を示す。波形Ａは、第１バンドパスフィルタ２及び増幅器４を介して得られた信号ＡＤ１に基づく呼吸波形を示し、波形Ｂは比較例として呼吸波形の正確な検出が可能な方法として知られている胸部圧電フィルムを同じ被験者１９に貼り付けて同時に測定した結果を示す。本発明により得られる波形信号Ａは、比較信号Ｂに比べて周期にずれが存在するもののピーク間隔、周波数は同一であり、正確な呼吸検知がなされていることが判る。
【００２７】
図７は同様の被験者１９において、心音図波形を測定した結果を示す。波形Ａは、第２バンドパスフィルタ３及び増幅器５を介して得られた信号ＡＤ２に基づく波形を示し、波形Ｂは比較例として同時に測定した心電図波形を示す。心電図波形のうち最も大きいピークを示すＲ波は、心臓の房室弁が閉鎖するとき発せられる音信号に対応し、これに続くＴ波は、心臓の動脈弁が閉鎖するとき発せられる音信号に対応する。本発明により得られる波形信号は、これらのＲ波及びＴ波に対応する２種の信号を出力している。それゆえ心拍数、Ｒ−Ｒ間隔の測定に加えて、房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する２種類の心音信号及び心雑音を知ることができ、これより心臓異常の発見が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる生体情報検出装置は、病院において入院患者に適用すれば、看護センターにて患者の正常、異常及び就寝状態にあるか、起床しているか等を把握することができる。また携帯電話を利用して信号を送信することにより離隔地において在宅医療を続けている高齢者の看護にも有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１          加速度センサ
２          第１バンドパスフィルタ
３          第２バンドパスフィルタ
４、５      増幅器
６          第１信号処理手段
７、８      ローパスフィルタ
９          第２信号処理手段
１０、１１  ハイパスフィルタ
１２        第３信号処理手段
１３        マイクロコントローラ
１４        信号送信部
１５        信号処理部
１６        センサ部
１７        バンド
１８        ファスナー部
１９        被験者（患者）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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