(57)【要約】【課題】浴槽内の電極から得られる信号に基づいて呼吸情報を得ることができる浴槽心電・呼吸計測装置を提供する。【解決手段】浴槽の内面に設けた複数の検知電極によって入浴者の身体状況に基因する電位を検知する。ついで、各検知電極によって検知された信号どうしの電位差（誘導）を演算する（図３（ａ））。この各部位の信号どうしの電位差信号を０.１〜１Ｈｚの通過帯域を有するフィルタと１〜１００Ｈｚの通過帯域を有するフィルタに通過させることにより呼吸による電位変化（図３（ｃ））と心電位（図３（ｂ））とに分離させる。そして、呼吸による電位変化から取得した呼吸変化の波形や１分間あたりの呼吸数をリモコンに表示させる。【選択図】図３
2008093100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽内に設置された複数個の電極と、前記電極から電位信号を取得する信号処理装置とを有する浴槽心電・呼吸計測装置であって、
前記信号処理装置は、
前記電極のうち少なくとも２つの電極から得た電位信号どうしの電位差を演算して電位差信号を生成する電位差演算手段と、
前記電位差演算手段により生成された前記電位差信号から人の呼吸運動の周波数域の信号成分を抽出する呼吸情報抽出手段と
を備えていることを特徴とする浴槽心電・呼吸計測装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記電位差演算手段で演算された複数の前記電位差信号を加算することによって前記呼吸情報抽出手段で抽出された信号成分を増幅する呼吸情報増幅手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の浴槽心電・呼吸計測装置。
【請求項３】
前記呼吸情報抽出手段は、１Ｈｚ以上の周波数の信号をカットするフィルタであることを特徴とする、請求項１または２に記載の浴槽心電・呼吸計測装置。
【請求項４】
前記呼吸情報抽出手段により抽出された呼吸成分から、呼吸変化の波形と単位時間あたりの呼吸数のうち少なくとも一方を生成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の浴槽心電・呼吸計測装置。
【請求項５】
前記電極は、浴槽内の左右各側面に設けられた検知電極と、浴槽内の底面に設けられた検知電極と、浴槽内に設けられた共通電極であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の浴槽心電・呼吸計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浴槽内に設けた電極から得られる信号を検出し、その信号から入浴者の心電図や呼吸情報を得ることができる浴槽心電・呼吸計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、浴槽の湯に浸かっている入浴者の心電位を計測して心電図や心拍数を表示できるようにした浴槽心電計が提案されている（例えば、特許文献１、２）。これらの浴槽心電計は、浴槽の内面に設けた電極によって入浴者に基因する電位信号の変化を検出し、各電極から得られる信号を信号処理することによって心電位を抽出して心電図や心拍数を取得し、これを表示させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９５９２３号公報
【特許文献２】特開平１０−１２７５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の浴槽心電計では、あくまで心電図や心拍数などの心臓の活動状態を検査するものに過ぎなかった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは浴槽内の電極から得られる信号に基づいて呼吸情報を得ることができる浴槽心電・呼吸計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる浴槽心電・呼吸計測装置は、浴槽内に設置された複数個の電極と、前記電極から電位信号を取得する信号処理装置とを有する浴槽心電・呼吸計測装置であって、前記信号処理装置は、前記電極のうち少なくとも２つの電極から得た電位信号どうしの電位差を演算して電位差信号を生成する電位差演算手段と、前記電位差演算手段により生成された前記電位差信号から人の呼吸運動の周波数域の信号成分を抽出する呼吸情報抽出手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の浴槽心電・呼吸計測装置にあっては、浴槽に設置した電極から得た信号から呼吸情報を得ることができるので、入浴者の生体情報をより詳しく得ることができ、心電位情報や呼吸情報を複合的に組み合わせることにより入浴者の状況を詳細に判断することができる。また、入浴しながら心電位情報や呼吸情報を得ることができるので、循環器系や気管支系の疾病を有する者が入浴する場合には、入浴中に異常が起きないか監視することができる。さらに、浴槽内の湯に水没して呼吸できなくなると呼吸変化が検知されなくなるので、高齢者等が入浴する場合には、高齢者等の水没事故を監視することもできる。
【０００８】
本発明の請求項２の実施態様における前記信号処理装置は、前記電位差演算手段で演算された複数の前記電位差信号を加算することによって前記呼吸情報抽出手段で抽出された信号成分を増幅する呼吸情報増幅手段をさらに備えている。なお、呼吸情報増幅手段は、前記呼吸情報抽出手段よりも前段側に設けられていてもよく、後段側に設けられていてもよい。かかる実施態様によれば、より強い呼吸情報の信号を得ることができ、計測精度が向上する。
【０００９】
本発明の請求項３の実施態様における前記呼吸情報抽出手段は、１Ｈｚ以上の周波数の信号をカットするフィルタであることを特徴としている。心臓の活動電位の周波数帯域は１〜１００Ｈｚであるのに対し、呼吸変化の周波数帯域は０.１〜１Ｈｚであるから、心電位電極から得た信号から１Ｈｚ以上の周波数の信号を除去すれば、心臓の活動電位を除いて呼吸情報だけを取り出すことができる。
【００１０】
本発明の請求項４の実施態様は、前記呼吸情報抽出手段により抽出された呼吸成分から、呼吸変化の波形と単位時間あたりの呼吸数のうち少なくとも一方を生成する。よって、この実施態様によれば、呼吸変化の波形又は呼吸数によって具体的に入浴者の呼吸状態を知ることができる。
【００１１】
本発明の請求項５の実施態様における前記電極は、浴槽内の左右各側面に設けられた検知電極と、浴槽内の底面に設けられた検知電極と、浴槽内に設けられた共通電極であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、共通電極を基準として各検知電極の電位を検知することができるので、信号のノイズを低減して浴槽心電・呼吸計測装置の計測精度を向上させることができ、また、検知電極を電源回路系から浮かせることで浴槽心電・呼吸計測装置の安全性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は浴槽１２に設置された本発明の浴槽心電・呼吸計測装置１１を示す斜視図である。この浴槽心電・呼吸計測装置１１は、４つの電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、信号処理装置１４、リモコン１５によって構成されており、各電極１３ａ〜１３ｄと信号処理装置１４は接続コード１６によって接続され、信号処理装置１４とリモコン１５は接続コード１７によって接続されている。
【００１４】
前記電極１３ａ〜１３ｃは、入浴者の身体状況に基因する電位を検知するための電極となっている。従って、電極１３ａ〜１３ｄを、以下においては検知電極と称する。検知電極１３ａは、入浴者から見て、浴槽１２の左側側面に設けられている。この検知電極１３ａは、Einthovenの三角形でいうところの左肩（または、左上肢）の心電位（後述するように、この信号は心電位以外に呼吸運動に伴う電位の変化を含んでいる。）を浴槽１２の湯を介して検知するための電極である。検知電極１３ｂは、入浴者から見て、浴槽１２の右側側面に設けられている。この検知電極１３ｂは、Einthovenの三角形でいうところの右肩（または、右上肢）の心電位（後述するように、この信号も心電位以外に呼吸運動に伴う電位の変化を含んでいる。）を浴槽１２の湯を介して検知するための電極である。検知電極１３ｃは、浴槽１２底面における入浴者の足側の位置に設けられている。この検知電極１３ｃは、Einthovenの三角形でいうところの心臓の下（または、臍のあたり）の心電位（後述するように、この信号も心電位以外に呼吸運動に伴う電位の変化を含んでいる。）を浴槽１２の湯を介して検知するための電極である。
【００１５】
電極１３ｄは、共通電極となっており（電極１３ｄを以下においては共通電極と称する。）、心電位や呼吸運動に伴う電位変化に対して感度を持たない位置、例えば浴槽１２の入浴者にとって足側となる内壁面に設けられている。この共通電極１３ｄは、主として２つの働きを有している。第１の働きはノイズ除去効果であり、後述のように、検知電極１３ａ〜１３ｃと共通電極１３ｄとの差を取った後、この信号を増幅器２１（図２参照）で増幅することによってノイズを除去することができ、Ｓ／Ｎ比の良好な増幅信号を得ることができ、浴槽心電・呼吸計測装置１１の計測精度向上を図ることができる。第２の働きは安全性を高めることであり、検知電極１３ａ〜１３ｃと共通電極１３ｄとの差を取ることで電極１３ａ〜１３ｄが電源回路系から浮遊した状態を作り出すことができる。電極１３ａ〜１３ｄが電源回路系から浮遊した状態となっていることにより、浴槽心電・呼吸計測装置１１に何らかの電気的な事故が発生した場合でも、入浴者の体に電流が流れる恐れが無く、浴槽心電・呼吸計測装置１１の安全性を確保することができる。
【００１６】
信号処理装置１４は、各検知電極１３ａ〜１３ｃから得た信号に基づいて心電図を生成し、その心電図をリモコン１５に表示させる。同じように、各検知電極１３ａ〜１３ｃから得た信号に基づいて呼吸の変化を示す波形を生成し、その呼吸の変化もリモコン１５に表示させる。また、信号処理装置１４は、各検知電極１３ａ〜１３ｃから得た信号に基づいて心拍数や１分間あたりの呼吸数を計測し、心拍数や呼吸数をリモコン１５に表示させる。
【００１７】
リモコン１５は、浴室内の壁面などに設置されており、入浴者が操作できるようになっている。また、２台以上のリモコン１５が信号処理装置１４につながれている場合には、浴室以外の場所（例えば、台所など）にもリモコン１５が設置されていてもよい。リモコン１５は、電源スイッチ１８、測定開始スイッチ１９、液晶表示装置などからなる表示画面２０を備えている。
【００１８】
しかして、この浴槽心電・呼吸計測装置１１を使用するにあたっては、電源スイッチ１８をオンにしておき、浴槽１２内の湯に浸かって測定開始スイッチ１９を押す。測定開始スイッチ１９を押すと、心電図や心拍数、呼吸の変化、呼吸数の計測が開始され、計測された心電図や心拍数、呼吸の変化、呼吸数などがリモコン１５の表示画面２０に表示される。
【００１９】
図２は信号処理装置１４の機能を示すブロック図である。図３（ａ）は検知電極１３ａ〜１３ｃから得た信号どうしの差として演算される誘導の一例を示す波形図、図３（ｂ）は図３（ａ）の誘導から抽出された心電位の変化を表わす波形図（心電図）、図３（ｃ）は図３（ａ）の誘導から抽出された呼吸の波形を示す図である。なお、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の波形図においては、縦軸は電位を表わし、横軸は時間を表わしている。また、誘導とは、一般的には、所定の人体部位における心電位どうしの差を指すが、本明細書においては呼吸運動に伴う電極電位どうしの差を含むものとして用いる。
【００２０】
信号処理装置１４は、増幅器２１、Ａ／Ｄ変換回路２２、誘導演算部２３（電位差演算手段）、第１フィルタ２４、第２フィルタ２５（呼吸情報抽出手段）、心電位情報増幅部２６、心電図生成部２７、心拍数演算部２８、呼吸情報増幅部２９（呼吸情報増幅手段）、呼吸波形生成部３０、呼吸数演算部３１によって構成されている。浴槽１２に設置された各検知電極１３ａ〜１３ｃは、共通電極１３ｄの電位を基準として入浴者の左肩、右肩、心臓の下の各心電位に呼吸運動に伴う電位変化の加わった低周波信号を検知しており、増幅器２１は検知電極１３ａ〜１３ｃから得た信号をそれぞれ増幅する。Ａ／Ｄ変換回路２２は、２００Ｈｚのサンプリング周波数で各信号をサンプリング（０.１Ｈｚ以上のＡＣ成分を記録）すると共に各信号を量子化してアナログ信号からデジタル信号に変換する。誘導演算部２３は、各部位の信号どうしの電位差（以下、誘導という。）を演算して出力する。ここで、検知電極１３ａで取得した信号から検知電極１３ｂで取得した信号を減算した電位差は、Einthovenの三角形でいう第Ｉ誘導に相当するものである。検知電極１３ｃで取得した信号から検知電極１３ｂで取得した信号を減算した電位差は、Einthovenの三角形でいう第II誘導に相当するものである。また、検知電極１３ｃで取得した信号から検知電極１３ａで取得した信号を減算した電位差は、Einthovenの三角形でいう第III誘導に相当するものである。
【００２１】
誘導演算部２３の出力は２つに分岐して第１フィルタ２４と第２フィルタ２５に導かれる。第１フィルタ２４は通過帯域が１〜１００Ｈｚのバンドパスフィルタ（あるいは、通過帯域が１Ｈｚ以上のハイパスフィルタ）であり、第２フィルタ２５は通過帯域が０.１〜１Ｈｚのバンドパスフィルタ（あるいは、通過帯域が１Ｈｚ以下のローパスフィルタ）である。
【００２２】
前記第Ｉ〜III誘導は、心電位と共に呼吸運動に伴って生じる電位の変化を含んでいる。呼吸運動による電位変化（以下、呼吸変化という。）の周波数は心臓の活動による電位変化の周波数よりも低く、心臓の活動による電位変化の周波数帯域が１〜１００Ｈｚであるのに対し、呼吸変化の周波数帯域は０.１〜１Ｈｚである。従って、誘導演算部２３から出力された第Ｉ〜III誘導をそれぞれ第１フィルタ２４と第２フィルタ２５に導くことによって心電位と呼吸変化とに分離することができる。図３により説明すると、図３（ａ）は第II誘導の波形を例示しており、この波形は呼吸変化の波形に心電位の波形が重畳している。この第II誘導を第１フィルタ２４と第２フィルタ２５によって分離させると、第１フィルタ２４を通過した信号は、図３（ｂ）に示すように、心電位を示す信号となり、第２フィルタ２５を通過した信号は、図３（ｃ）に示すように、呼吸変化を示す信号となる。
【００２３】
第１フィルタ２４を通過した心電位は、心電位情報増幅部２６へ出力される。第Ｉ〜第III誘導の間には、第Ｉ誘導＋第III誘導＝第II誘導の関係があるとされるが、実際には各検知電極１３ａ〜１３ｃの位置や入浴者の姿勢によって各検知電極１３ａ〜１３ｃで検知する信号の強さは変化する。従って、心電位情報増幅部２６では、各誘導から抽出した心電位に基づき、より大きな心電位を生成して出力する。そのために、第Ｉ〜III誘導から抽出した３つの心電位を加算して心電位情報増幅部２６から出力させる。あるいは、第Ｉ〜III誘導から抽出した３つの心電位を比較し、大きなものから２つの心電位を加算して心電位情報増幅部２６から出力させてもよい。
【００２４】
心電図生成部２７は、心電位情報増幅部２６から出力された心電位をリモコン１５へ送信し、心電図として表示画面２０に表示させる。この心電図は、一定時間毎に更新されるので、表示画面２０にはリアルタイムで心電図が表示される。また、心拍数演算部２８は、心電位情報増幅部２６から出力された心電位（心電図）に基づき、そのピーク位置からピーク位置までの時間から周期Ｔｈを求め（図３（ｂ）参照）、この周期Ｔｈから心拍数を演算し、求めた心拍数を表示画面２０に表示させる。
【００２５】
また、第２フィルタ２５を通過した呼吸変化は、呼吸情報増幅部２９へ出力される。呼吸変化を示す信号の強さも、各検知電極１３ａ〜１３ｃの位置や入浴者の姿勢によって変化するので、呼吸情報増幅部２９では、各誘導から抽出した呼吸変化に基づき、より大きな電位変化を生成して出力する。そのために、第Ｉ〜III誘導から抽出した３つの呼吸変化を加算して呼吸情報増幅部２９から出力させる。あるいは、第Ｉ〜III誘導から抽出した３つの呼吸変化を比較し、大きなものから２つの電位変化を加算して呼吸情報増幅部２９から出力させてもよい。
【００２６】
呼吸波形生成部３０は、呼吸情報増幅部２９から出力された呼吸変化をリモコン１５へ送信し、呼吸変化の波形を表示画面２０に表示させる。この呼吸変化は、一定時間毎に更新されるので、表示画面２０にはリアルタイムで呼吸変化が表示される。また、呼吸数演算部３１は、呼吸情報増幅部２９から出力された呼吸変化に基づき、そのピーク位置からピーク位置までの時間から周期Ｔｂを求め（図３（ｃ）参照）、この周期Ｔｂから１分あたりの呼吸数を演算し、求めた呼吸数を表示画面２０に表示させる。
【００２７】
このように本発明の浴槽心電・呼吸計測装置１１によれば、入浴時に心電図や心拍数、呼吸変化、呼吸数を計測することができるので、被検者の体に電極を取付けることなく簡便にこれらの検査を行なうことができる。また、心電図や心拍数だけでなく、呼吸変化の波形や呼吸数も計測することができるので、入浴者の生体情報をより詳しく得ることができ、心電位情報や呼吸情報を複合的に組み合わせることにより入浴者の状況を詳細に判断することができる。また、入浴しながら心電図や心拍数、呼吸変化、呼吸数を計測することができるので、循環器系や気管支系の疾病を有する者が入浴する場合には、入浴中に異常が起きないか監視することができる。さらに、浴槽内の湯に水没して呼吸できなくなると呼吸変化が検知されなくなるので、高齢者等が入浴する場合には、高齢者等の水没事故を監視するためにも用いることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、浴槽の左側側面と右側側面と底面にそれぞれ１つずつ検知電極を設けたが、それぞれ複数個ずつ検知電極を設けてもよい。その場合には、複数個の検知電極のうち最も検知感度の高い検知電極からの心電位信号だけを用いるようにすればよい。
【００２９】
また、心電位情報増幅部２６及び呼吸情報増幅部２９はそれぞれ第１フィルタ２４、第２フィルタ２５よりも前段に配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】浴槽に設置された本発明の浴槽心電・呼吸計測装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の浴槽心電・呼吸計測装置に用いられている信号処理装置の機能ブロック図である。
【図３】（ａ）は検知電極で検出した心電位どうしの差（誘導）の一例を示す波形図、（ｂ）は（ａ）の誘導から抽出された心臓の活性電位の変化を表わす波形図（心電図）、（ｃ）は（ａ）の誘導から抽出された呼吸波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１      浴槽心電・呼吸計測装置
１２      浴槽
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ      検知電極
１３ｄ      共通電極
１４      信号処理装置
１５      リモコン
２０      表示画面
２１      増幅器
２２      Ａ／Ｄ変換回路
２３      誘導演算部
２４      第１フィルタ
２５      第２フィルタ
２６      心電位情報増幅部
２７      心電図生成部
２８      心拍数演算部
２９      呼吸情報増幅部
３０      呼吸波形生成部
３１      呼吸数演算部
Ｔｈ      心臓の活性電位の周期
Ｔｂ      呼吸による電位変化の周期
【図１】
2008093100.tif 000003
【図２】
2008093100.tif 000004
【図３】
2008093100.tif 000005