(57)【要約】【課題】圧電フィルムセンサ及び／または導電性線維センサを用い長時間にわたって高精度の信号が得られる心肺機能計測装置とする。【解決手段】圧電フィルムセンサを用いるものとしては、電源、筋電、静電気などによるノイズをカットするローパスフィルタ、ベースライン変動と高周波ノイズを防ぐバンドパスフィルタ、飽和状態を解消するコンパレータ及びショート回路を含む回路構成とし、導電性線維センサを用いるものとしては、ローパスフィルタ、ベースライン変動と高周波ノイズを防ぐ第１のバンドパスフィルタ、電源ノイズをカットするノッチフィルタ、第２のバンドパスフィルタを含む回路構成とする。ベルトにより身に付けて用いる形態とすることもできる。【選択図】図１０
2007094464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された信号を処理する信号処理回路とからなり、前記信号処理理回路は前記圧電フィルムセンサで取得された圧力変動を示す信号に対し低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回路及びショート回路とを含んで構成されていることを特徴とする圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項２】
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記バンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから３０Ｈｚとしたことを特徴とする請求項１に記載の圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項３】
前記圧電フィルムセンサで取得される圧力変動を示す信号は呼吸信号と心拍信号であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の心肺機能計測装置において、前記圧電フィルムセンサで取得された信号をベースライン変動に影響する低周波数と呼吸信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、ローパスフィルタにより呼吸信号を抽出し、時間遅れ補償を行い、ゼロクロース点を算出し、吸気間隔及び呼気間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、圧電フィルムセンサで得られた信号から呼吸情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載の心肺機能計測装置において、前記圧電フィルムセンサで取得された信号を呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、バンドパスフィルタにより心拍信号を抽出し、ピークを検出しやすくするためにローパスフィルタに通し、ピーク間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、圧電フィルムセンサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項６】
２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された信号を処理する信号処理回路とからなり、前記信号処理回路は前記導電性線維センサで取得された生体電気を示す信号に対し低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタとを含んで構成されていることを特徴とする導電性線維センサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項７】
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記第１のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１５０Ｈｚ、前記第２のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１２０Ｈｚとしたことを特徴とする請求項６に記載の導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項８】
前記導電性線維センサで取得される生体電気を示す信号は心電信号と心拍信号であることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項９】
請求項８に記載の心肺機能計測装置において、導電性繊維センで取得された信号を呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、電源ノイズを取り除くノッチフィルタを通し、バンドパスフィルタにより心拍信号を抽出し、ピークを検出しやすくするためにローパスフィルタを通し、ピーク間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、導電性線維センサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項１０】
ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された信号を収集し処理する圧電フィルムセンサ用信号収集回路と、２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された信号を収集し処理する導電性線維センサ用信号収集回路とを備えてなり、前記圧電フィルムセンサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回及びショート回路とを含んで構成され、前記導電性線維センサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタとを含んで構成されていることを特徴とする併用型の心肺機能計測装置。
【請求項１１】
心肺機能の計測を行えるように身体に装着するための装着手段を備えてなることを特徴とする請求項１，２，３，６，７，８、１０のいずれか１項に記載の心肺機能計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心肺機能計測装置に関し、特に、圧電フィルムセンサ及び／または導電性繊維センサを用い、長時間にわたって高精度の信号を得られるようにする信号処理回路及びアルゴリズムを備えた心肺機能計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、飛行機、高速列車、長距離高速バス等で、運転者の操作ミスにより多くの事故が発生している。これらの事故の多くは、運転者の高い精神的ストレスや居眠り運転がその原因とされ、そのうちいくつかは睡眠時無呼吸症候群によるものと診断されている。また、幼児の突然死、睡眠時無呼吸症候群は、大部分が睡眠中もしくは無意識の状態で発生している。【０００３】
これらの病気に対しては、医者が診察する際に患者が健康状態にあるか否かを同定する助けとなる正確で継続的な観察手法が切望されている。また、このような健康状態にあるか否かを同定するための手法は、医療技術の発達によって人間の寿命が延びるという状況において、家庭での健康管理に対する新たな要求ともなっている。【０００４】
特許文献１には、第１のポリマー圧電体フィルムを２枚の電気伝導性布帛で挟んで構成された第１の生体電極と、第２のポリマー圧電体フィルムを２枚の電気伝導性布帛で挟んで構成された第２の生体電極と、圧力変動と生体電気とを計測するようにした電気信号線を有する生体信号計測センサからの信号を受ける圧力変動計測部、生体電気計測部、生体信号処理部を備えた生体信号計測装置について記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８４６９７号公報
【０００５】
しかしながら、このような生体信号計測センサを人体に付けてデータを採集する際に、センサ回路に絶対のアースが取れないこと、体温や生体微弱電流によって圧電フィルムセンサに電荷が溜まっていくことによる出力電圧の上昇、さらに体の動きや筋電などによりノイズが発生する。【０００６】
一方、電気伝導性布帛を電極として心拍情報の計測、心電図作成などを行う場合には３電極が用いられることが普通であるが、装着性などを考慮して特許文献１では２電極法を用いている。しかも、電気伝導性布帛によるセンサが参照電極をとっていないため、採集した信号が微弱であると同時に、人体の影響（例えば、体温や静電気など）によるノイズが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、圧電体フィルムと電気伝導性布帛とで構成された圧力変動計測センサ、電気伝導性布帛で構成された生体電気センサにより得られた信号を処理する従来の計測装置において、採集した信号が微弱であり、センサ回路に絶対のアースが取れないという事情や、体温や静電気など人体からの影響で圧電フィルムセンサに電荷が溜まっていくことによる出力電圧の上昇、さらに体の動きや筋電などによりノイズが発生することが避けられないため、計測精度を高めることができないものであった。そのため、圧力変動、生体電気を計測するセンサからの信号を処理する計測装置において発生するノイズを抑制し、長時間にわたって高精度の計測信号を得られるようにすることが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前述した課題を解決すべくなしたものであり、請求項１に係る発明は、ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された信号を処理する信号処理回路とからなり、前記信号処理理回路は前記圧電フィルムセンサで取得された圧力変動を示す信号に対し低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回路及びショート回路とを含んで構成されていることを特徴とする圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置である。【０００９】
請求項１に係る発明を引用する請求項２に係る発明は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記バンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから３０Ｈｚとしたことを特徴とする圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置である。【００１０】
請求項１または請求項２のいずれか１項に係る発明を引用する請求項３に係る発明は、前記圧電フィルムセンサで取得される圧力変動を示す信号は呼吸信号と心拍信号であることを特徴とする圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置である。【００１１】
請求項３に係る発明を引用する請求項４に係る発明は、前記圧電フィルムセンサで取得された信号をベースライン変動に影響する低周波数と呼吸信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、ローパスフィルタにより呼吸信号を抽出し、時間遅れ補償を行い、ゼロクロース点を算出し、吸気間隔及び呼気間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、圧電フィルムセンサで得られた信号から呼吸情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置である。【００１２】
請求項３に係る発明を引用する請求項５に係る発明は、前記圧電フィルムセンサで取得された信号を呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、バンドパスフィルタにより心拍信号を抽出し、ピークを検出しやすくするためにローパスフィルタに通し、ピーク間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、圧電フィルムセンサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置である。【００１３】
また、請求項６に係る発明は、２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された信号を処理する信号処理回路とからなり、前記信号処理回路は前記導電性線維センサで取得された生体電気を示す信号に対し低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタとを含んで構成されていることを特徴とする導電性線維センサを用いた心肺機能計測装置である。【００１４】
請求項６に係る発明を引用する請求項７に係る発明は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記第１のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１５０Ｈｚ、前記第２のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１２０Ｈｚとしたことを特徴とする導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置である。【００１５】
請求項６または請求項７のいずれか１項に係る発明を引用する請求項８に係る発明は、前記導電性線維センサで取得される生体電気を示す信号は心電信号と心拍信号であることを特徴とする導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置である。【００１６】
請求項８に係る発明を引用する請求項９に係る発明は、導電性繊維センで取得された信号を呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分をカットするバンドパスフィルタに通し、電源ノイズを取り除くノッチフィルタを通し、バンドパスフィルタにより心拍信号を抽出し、ピークを検出しやすくするためにローパスフィルタを通し、ピーク間隔を算出する処理を行う信号処理部をさらに備え、導電性線維センサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置である。【００１７】
請求項１０に係る発明は、ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された信号を収集し処理する圧電フィルムセンサ用信号収集回路と、２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された信号を収集し処理する導電性線維センサ用信号収集回路とを備えてなり、前記圧電フィルムセンサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回及びショート回路とを含んで構成され、前記導電性線維センサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタとを含んで構成されていることを特徴とする併用型の心肺機能計測装置である。【００１８】
請求項１，２，３，６，７，８，１０のいずれか１項に係る発明を引用する請求項１１に係る発明は、心肺機能の計測を行えるように身体に装着するための装着手段を備えてなることを特徴とする心肺機能計測装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧電フィルムセンサ及び／または導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置において、圧電フィルムセンサで取得された信号に対してはローパスフィルタ、バンドパスフィルタによりノイズをカットするとともにコンパレータ及びショート回路によりセンサにおける飽和状態を解消し、また、導電性線維センサで取得された信号に対してはローパスフィルタ、第１及び第２のバンドパスフィルタ、ノッチフィルタによりノイズをカットするようにしたので、長時間にわたって高精度の信号を得ることができ、また一般の者が睡眠中等日常生活において利用可能な形態の心肺機能計測装置とすることができる。
【発明の実施に最良の形態】
【００２０】
本発明による心肺機能計測においては、生体センサとして、呼吸と心拍などの生体信号を取得する圧電フィルムセンサを用いる形態、心電図と心拍情報を計測するための導電性繊維センサを用いる形態、圧電フィルムセンサ及び導電性線維センサを用いる形態がある。
【００２１】
そこでまず、圧電フィルムセンサを用いた圧電フィルムセンサ型心肺機能計測装置について説明する。図１に圧電フィルムセンサ型心肺機能計測装置の構成を示す。圧電フィルムセンサ１は、圧電体であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムを挟む第１の薄層状の生体電極及び第２の薄層状の生体電極で構成されたものであり、各電極からの信号は、ＲＣローパスフィルタ２，３を通り、アンプ４で増幅されバンドパスフィルタ５を経て出力され、また並列的にショート回路６、コンパレータ７が設けられている。圧電フィルムセンサ型心肺機能検出装置は、図１のような圧電フィルムセンサ１、ＲＣローパスフィルタ２、アンプ４、バンドパスフィルタ５、ショート回路６、コンパレータ７からなる圧電フィルムセンサ型ユニットを含んで構成される。
【００２２】
図２に、ＲＣローパスフィルタの一例を示すが、生体信号計測時に必ず発生する高周波数ノイズをカットしてからアンプで増幅するために設けるもので、より高品質の信号を得ることが出来る。前記ＲＣローパスフィルタのカットオフ周波数は５００Ｈｚ以下でよい。
【００２３】
ショート回路６及びコンパレータ７は、長時間の計測をするときに圧電フィルムセンサに溜まっている電荷を放電させ、センサのオーバーフローを防ぐためのものである。バンドパスフィルタ５は、より高質な呼吸信号と心拍信号を出力するために設けられるものである。呼吸と心拍信号を採集することを例に取れば、バンドパスフィルタのカットオフ周波数は０．０１〜３０Ｈｚでよい。また、前記バンドパスフィルタの次数は２次以上が好ましい。
【００２４】
図３に圧電フィルムセンサで得られた信号から抽出された呼吸情報を示す。図３（ａ）は圧電フィルムセンサから得られた本来の信号を示し、呼吸情報及び心拍情報を同時に含んでいる。図３（ｂ）は、後述する図５に示すアルゴリズムにより抽出された結果として得られた信号を示す。比較のために、図３（ｃ）には市販の呼吸曲線記録センサから得られた信号を示す。いずれのグラフも横軸は時間である。なお、図３（ｂ）中、隣接の白丸の時間−黒丸の時間＝吸気の時間間隔、隣接の黒丸の時間−白丸の時間＝呼気の時間間隔である。
【００２５】
図４に圧電フィルムセンサで得られた信号から抽出された心拍情報を示す。図４（ａ）は圧電フィルムセンサから得られた本来の信号を示し、図３（ａ）と同様に呼吸情報及び心拍情報を同時に含んでいる。図４（ｂ）は、後述するアルゴリズムにより抽出された結果として得られた信号を示す。比較のために、図４（ｃ）には３電極型ＥＣＧ（心電図：Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）から得られた信号を示す。なお、図４（ｂ）中、白丸間の時間間隔は心拍Ｒ−Ｒ間隔である。
【００２６】
図５に、図３（ａ）に示す如き圧電フィルムセンサで得られた信号から呼吸情報を抽出するアルゴリズムを示す。圧電フィルムセンサで得られた信号はセンサ信号ｘ（ｎ）として出力され（ステップ１）、次に、ウェーブレット（ｗａｖｅｌｅｔ）・フィルタなど、ベースライン変動に影響する低周波数と呼吸信号に必要のない高周波成分を有効に取り除くためのソフトウエアフィルタ（０．０１〜４Ｈｚ）を通す（ステップ２）。次に、デジタルローパスフィルタ（０．３Ｈｚ）を利用して呼吸信号を抽出する（ステップ３）。その後時間遅れ補償（ステップ４）を行った後、ゼロクロース点を算出する（ステップ５）。その結果は先に図３（ｂ）に示したとおりである。得られたゼロクロース点の間隔を測定することで、吸気間隔及び呼気間隔が算出できる（ステップ６）。
【００２７】
このように圧電フィルムセンサで得られた信号から呼吸情報を抽出できるようにする心肺機能計測装置は、ステップ１〜６の処理を行うための信号処理回路を備えるものとすればよく、そのための専用回路を備える形態としてもよいが、そのためのソフトウエアを有するコンピュータにより信号処理を行う形態としてもよい。
【００２８】
図６に、図４（ａ）に示す如き圧電フィルムセンサで得られた信号から心拍情報を抽出するアルゴリズムを示す。圧電フィルムセンサで得られた信号はセンサ信号ｘ（ｎ）として出力され（ステップ１）、次に、ウェーブレット・フィルタなど、呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分を有効に取り除くためのソフトウエアフィルタ（８〜１２０Ｈｚ）を通す（ステップ２）。次に、デジタルバンドパスフィルタ（１３〜２５Ｈｚ）を利用して、心拍情報を抽出する（ステップ３）。そしてピーク値を検出しやすくするためにステップ３で得られたデータの絶対値を取った後ローパスフィルタ（５Ｈｚ）を通し（ステップ４）、ピーク値を検出する（ステップ５）。得られたピーク値間の間隔が心拍Ｒ−Ｒ間隔である（ステップ６）。
【００２９】
このように圧電フィルムセンサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにする心肺機能計測装置は、ステップ１〜６の処理を行うための信号処理回路を備えるものとすればよく、そのための専用回路を備える形態としてもよいが、そのためのソフトウエアを有するコンピュータにより信号処理を行う形態としてもよい。
【００３０】
次に、導電性繊維センサ型心肺機能計測装置について説明する。図７に導電性繊維センサ型心肺機能計測装置の構成を示す。導電性繊維センサ１１は導電性繊維からなる第１の生体電極及び第２の生体電極で構成され、各電極からの信号は電源や筋電、静電気などによるノイズ信号を除去するＲＣローパスフィルタ１２，１３を通り、アンプ１４で増幅され、ベースライン変動と高周波数ノイズを防ぐための第１のバンドパスフィルタ１５を通り、電源のノイズをカットするノッチフィルタ１６を経て、さらに第２のバンドパスフィルタ１７を経て出力される。前記ＲＣローパスフィルタ１２，１３のカットオフ周波数は５００Ｈｚ以下でよい。また、前記バンドパスフィルタ１５，１７の次数はいずれも２次以上が好ましい。そして、前記第１のバンドパスフィルタ１５は、０．０１〜１５０Ｈｚ、前記第２のバンドパスフィルタ１７は、０．０１〜１２０Ｈｚのカットオフ周波数とすることが好ましい。６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの交流ノイズはノッチフィルタ１６を用いて除去される。導電性繊維センサ１１から適切な出力信号を得るためには、前記第１のバンドパスフィルタ１５、ノッチフィルタ１６、前記第２のバンドパスフィルタ１７というように、この順序で配置したものとすることが重要である。導電性線維センサ型心肺機能検出装置は、図７のような導電性線維センサ１１、ＲＣローパスフィルタ１２，１３、アンプ１４、第１のバンドパスフィルタ１５、ノッチフィルタ１６、第２のバンドパスフィルタ１７からなる導電性線維センサ型ユニットを含んで構成される。
【００３１】
図８に、導電性繊維センサ型心肺機能計測装置から抽出された心拍情報を示す。左側のグラフは正常に信号が得られた場合であり、右側のグラフは筋肉ノイズが入った場合である。最上段は導電繊維センサ型心肺機能計測装置で得られた本来の信号を示し、中段は抽出された心拍情報を示す。比較のために、下段には市販の３電極型ＥＣＧで得られた信号を示す。
【００３２】
図９に、導電性線維センサで得られた信号から心拍情報を抽出するアルゴリズムを示す。導電性線維センサで得られた信号がセンサ信号ｘ（ｎ）として出力され（ステップ１）、次に、ウェーブレット・フィルタなど、呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波成分を有効に取り除くためのソフトウエアフィルタ（０．０３〜１２５Ｈｚ）を通す（ステップ２）。次に、ノッチフィルタを用いて電源ノイズ（６０Ｈｚまたは５０Ｈｚ）を取り除く（ステップ３）。次に、デジタルバンドパスフィルタ（１３〜２５Ｈｚ）を利用して、心拍情報を抽出する（ステップ４）。そしてピーク値を検出しやすくするためにステップ４で得られたデータの絶対値を取った後ローパスフィルタ（５Ｈｚ）を通し（ステップ５）、ピーク値を検出する（ステップ６）。得られたピーク値間の間隔が心拍Ｒ−Ｒ間隔である（ステップ７）。
【００３３】
この導電性線維センサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにする心肺機能計測装置は、ステップ１〜７の処理を行うための信号処理回路を備えるものとすればよく、そのための専用回路を備える形態としてもよいが、そのためのソフトウエアを有するコンピュータにより信号処理を行う形態としてもよい。
【００３４】
次に、圧電フィルムセンサ及び導電性繊維センサを組み合わせた併用型の心肺機能計測装置について説明する。導電性繊維センサは、圧電フィルムセンサに比べ、心電・心拍信号の計測に適している。しかし、普通の睡眠状況と日常生活下で用いた場合、導電性繊維センサが体とうまく接触できない状況は頻繁に発生することが考えられる。その場合、導電性繊維センサから心電・心拍信号を計測することができなくなる。
【００３５】
一方、圧電フィルムセンサは、センサ自信が体と接触しなくても、呼吸や心拍による体動が該圧電フィルムセンサに伸び縮みを与えれば、圧電フィルムセンサからその信号を検出することは可能である。しかし、圧電フィルムセンサの信号からよりも導電性繊維センサの信号からの方が心拍情報をより正確に抽出できる。したがって、より精度の高い心肺機能計測装置とする場合には、導電性繊維センサと圧電フィルムセンサとの両方を備えるのがよく、このような両方のセンサを備える併用型の心肺機能計測装置では、両センサを同時に使用し互いに補間することでより高性能の心肺機能計測装置を実現できる。
【００３６】
図１０に導電性線維センサと圧電フィルムセンサとを備える併用型の心肺機能計測装置の構成を示しており、この心肺機能計測装置においては、導電性繊維センサ２１からの信号を先に述べた導電性線維センサ型ユニットを含んで構成される導電繊維センサ信号収集回路２３を通して収集し、Ａ／Ｄ変換後マイコン２５で処理する。同時に圧電フィルムセンサ２２からの信号も先に述べた圧電フィルムセンサ型ユニットを含んで構成される圧電フィルムセンサ信号収集回路２４を通して収集し、Ａ／Ｄ変換後マイコン２５で処理する。さらに、収集された信号、あるいはそれを処理して得られたデータを例えばＵＳＢ２６で接続されたコンピュータ２７に給送しデータの表示・保存・解析を行う。
【００３７】
導電性繊維センサと圧電フィルムセンサとの両方を備えた心肺機能計測装置の形態として、これをベルトタイプ等、身体に装着可能な装置形態とすることが考えられる。図１１にベルトタイプの心肺機能計測装置３１の構成の例を示す。ベルトタイプの心肺機能計測装置３１は２枚の導電性繊維シート３４，３５と圧電フィルムセンサ３６とをクッション材または可撓性板材に取り付けて構成されるセンサヘッド３２にベルト３３が取り付けられ、ウエストの周りに着用されるようにしてある。センサヘッド３２は例えば９０ｍｍの幅、１８５．５ｍｍの長さで、２枚の導電性繊維シート３４，３５は心拍情報を抽出するためＥＣＧを測定するために用いられる。また、圧電フィルムセンサ３６は腹部の上下動から呼吸のサイクルを測定すると共に心拍も測定する。
【００３８】
図１２に、導電性繊維センサの出力波形と心拍信号を示す。図中（ａ）は導電性繊維センサが体と接触不良か乾燥している場合に測定された波形で、（ｂ）は図９のアルゴリズムを適用して抽出した心拍信号であり、うまく抽出できなかったことが分かる。
【００３９】
図１３に、図１２に示した導電性繊維センサの測定時と同時刻における圧電フィルムセンサの出力信号と抽出した心拍信号を示す。図中（ｃ）は圧電フィルムセンサからの出力信号、（ｄ）は図６のアルゴリズムを適用して得られた心拍信号であり、心拍情報がうまく抽出されたことが分かる。
【００４０】
導電性繊維センサを用いる際は、常時皮膚に接触しており、皮膚が湿っていることが必要である。実際、皮膚が乾燥してくると重要なノイズが発生する。図１２に示した例では、Ｒ−Ｒ間隔は正確に測定できないことは明らかである。
【００４１】
これに対して、前記導電性繊維センサを用いた測定と同時期に圧電フィルムセンサから得られる出力信号を図１３（ｃ）に示す。図１３（ｄ）には図６のアルゴリズムにより抽出した心拍信号を示す。導電性繊維センサを用いた測定ではできないが、圧電フィルムセンサから得られる出力信号からＲ−Ｒ間隔は計算できることは明らかである。それゆえ、導電性繊維センサと圧電フィルムセンサを同時に使用し、互いに補間することで、より高性能の心肺機能センサを実現できる。
【００４２】
上述したように、圧電フィルムセンサ及びその信号処理アルゴリズムは有効に呼吸情報の抽出を行うことができるものであり、心拍情報の抽出にも高い潜在力を有するものである。しかしながら、圧電フィルムセンサはいつも有効ではないかもしれない。例えば体の動きで前記ベルトセンサがずれたり、動くことで、睡眠中に一定時間その機能を失ってしまうかも知れない。
【００４３】
図１４には、圧電フィルムセンサがうまく動作せず、導電性繊維センサがうまく動作した場合の結果を示す。（ａ）は圧電フィルムセンサからの出力信号であるが、信号が非常に小さく、（ｂ）に図６のアルゴリズムにより抽出した心拍信号を示すが、心拍情報あるいは呼吸情報の抽出が困難である。しかしながら、この時間帯では、（ｃ）に示すように導電性繊維センサは正常に機能しているようであり、心拍信号が抽出できていることは明白である。
それゆえ、導電性繊維センサと圧電フィルムセンサを同時に使用し、互いに補間することで、より高性能の心肺機能センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の１つの形態としての圧電フィルムセンサ型心肺機能計測装置の構成を示す図である。
【図２】ＲＣローパスフィルタの一例を示す図である。
【図３】圧電フィルムセンサから得られた信号から抽出された呼吸情報を示す図である。
【図４】圧電フィルムセンサから得られた信号から抽出された心拍情報を示す図である。
【図５】圧電フィルムセンサ信号から呼吸情報を抽出するアルゴリズムを示す図である。
【図６】圧電フィルムセンサ信号から心拍情報を抽出するアルゴリズムを示す図である。
【図７】本発明の他の形態としての導電性繊維センサ型心肺機能計測装置の構成を示す図である。
【図８】導電性繊維センサから心拍情報を抽出した２つの場合を示す図であり、            左欄は正常に信号が得られた場合、右欄は筋肉のノイズが入った場合をそれぞれ示す。
【図９】導電性繊維センサ信号から心拍情報を抽出するアルゴリズムである。
【図１０】本発明のさらに他の形態としての導電性繊維センサと圧電フィルムセンサとの両方を備える併用型の心肺機能計測装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明による心肺機能計測装置をベルトタイプとした構成を示す図である。
【図１２】導電性繊維センサの出力信号と心拍信号を示す図である。
【図１３】圧電フィルムセンサの出力信号と抽出した心拍信号を示す図である。
【図１４】圧電フィルムセンサがうまく動作せず、導電性繊維センサがうまく動作した場合の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      圧電フィルムセンサ
２      ＲＣローパスフィルタ
３      ＲＣローパスフィルタ
４      アンプ
５      ＲＣローパスフィルタ
６      ショート回路
７      コンパレータ
１１    導電性繊維センサ
１２    ＲＣローパスフィルタ
１３    ＲＣローパスフィルタ
１４    アンプ
１５    第１のバンドパスフィルタ
１６    ノッチフィルタ
１７    第２のバンドパスフィルタ
２１    導電性繊維センサ
２２    圧電フィルムセンサ
２３    導電性繊維センサ用信号収集回路
２４    圧電フィルムセンサ用信号収集回路
２５    マイコン
３１    ベルトセンサ
３２    センサヘッド
３３    ベルト
３４、３５    導電性繊維シート
３６    圧電フィルムセンサ
【図１】
2007094464.tif 000003
【図２】
2007094464.tif 000004
【図３】
2007094464.tif 000005
【図４】
2007094464.tif 000006
【図５】
2007094464.tif 000007
【図６】
2007094464.tif 000008
【図７】
2007094464.tif 000009
【図８】
2007094464.tif 000010
【図９】
2007094464.tif 000011
【図１０】
2007094464.tif 000012
【図１１】
2007094464.tif 000013
【図１２】
2007094464.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月27日(2007.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された呼吸信号と心拍信号との圧力変動を示す信号に対し高周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回路及びショート回路と、前記圧電フィルムセンサで取得された信号に対しベースライン変動に影響する低周波数成分と呼吸信号に必要のない高周波数成分をカットしデジタルローパスフィルタにより呼吸信号を抽出し時間遅れ補償を行った後にゼロクロース点を求め該ゼロクロース点の間隔から吸気間隔及び呼気間隔を算出する信号処理部とを備え、圧電フィルムセンサで取得された信号から呼吸情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項２】
ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された呼吸信号と心拍信号との圧力変動を示す信号に対し高周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回路及びショート回路と、前記圧電フィルムセンサで取得された信号に対し呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波数成分をカットして心拍信号を抽出しローパスフィルタによりピーク信号を検出しやすくしてからピーク間隔を求める信号処理部を備え、圧電フィルムセンサで取得された信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記バンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから３０Ｈｚとしたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の圧電フィルムセンサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された心電信号と心拍信号との生体電気を示す信号に対し高周波数ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタと、前記導電性繊維センで取得された信号に対し呼吸信号の影響と心拍信号に必要のない高周波数成分をカットしデジタルバンドパスフィルタにより心拍信号を抽出しローパスフィルタによりピークを検出しやすくしてからピーク間隔を算出する信号処理部とを備え、導電性線維センサで得られた信号から心拍情報を抽出できるようにしたことを特徴とする心肺機能計測装置。
【請求項７】
前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を５００Ｈｚ以下、前記第１のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１５０Ｈｚ、前記第２のバンドパスフィルタのカットオフ周波数を０．０１Ｈｚから１２０Ｈｚとしたことを特徴とする請求項６に記載の導電性繊維センサを用いた心肺機能計測装置。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
ポリマー圧電体フィルムを２枚の薄層状の生体電極で挟んで構成された圧電フィルムセンサと、該圧電フィルムセンサで取得された信号を収集し処理する圧電フィルムセンサ用信号収集回路と、２枚の導電性繊維からなる生体電極で構成される導電性線維センサと、該導電性線維センサで取得された信号を収集し処理する導電性線維センサ用信号収集回路とを備えてなり、前記圧電フィルムセンサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットするバンドパスフィルタと、前記圧電フィルムセンサにおける飽和状態を解消するように接続されたコンパレータ回路及びショート回路とを含んで構成され、前記導電性線維センサ用信号収集回路は低周波ノイズをカットするローパスフィルタと、該ローパスフィルタを通った後に増幅された信号に対しベースライン変動及び高周波数ノイズをカットする第１のバンドパスフィルタと、電源のノイズをカットするノッチフィルタと、第２のバンドパスフィルタとを含んで構成されていることを特徴とする併用型の心肺機能計測装置。
【請求項１１】
心肺機能の計測を行えるように身体に装着するための装着手段を備えてなることを特徴とする請求項１，２，６，１０のいずれか１項に記載の心肺機能計測装置。
【国際調査報告】
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2007094464.tif 000019
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