(57)【要約】【課題】  超音波振動検知センサを用いて人の睡眠時や安静時の心拍や脈拍等の生体情報を高精度で検知し、これを遠隔地へ迅速且つ確実に無線又は有線方式により伝送できると共に、検出した生体情報を用いて環境調整装置等を遠隔制御できるようにする。【解決手段】  超音波振動検知センサと、超音波振動検知センサで検出した振動データを送信路を形成するＬＡＮ及びＰＨＳ回線を介して通信するＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム及びデータ通信基地局と、受信した超音波振動検知センサからのデータを処理して心拍数等の生体情報を演算するコンピュータとからシステムを構成する。【選択図】      図１
2007307309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド（１１）に取付けしたセンサ本体（５ｅ）と超音波送受信器（９）及び制御用マイコ（１０）から成る制御部（５ｆ）とを具備し、前記制御部（５ｆ）において一定時間間隔（ｔ1）毎のサンプリングにより振動データ（Ｘｏ）を得ると共に、当該振動データ（ＸO）から前記時間（ｔ1）より長い時間（ｔ2）毎のサンプリングにより得た振動データ（Ｘ1）の上部包路線（Ｕ）及び下部包路線（Ｄ）を演算して両者の振幅差（Ｐw）を出力する超音波振動検知センサ（５）と，前記超音波振動検知センサ（５）からの演算された振幅差（ＰW）を出力するＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム（４）と，前記ＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム（４）と通信をするデータ通信基地局（２）と，前記データ通信基地局（２）にＬＡＮ（３）を介して接続され、前記ＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム（４）を介して入力された前記時間（ｔ2）毎の振幅差（ＰW）を直線近似により時間（ｔ1）毎の振動データにリサンプリングすると共に、当該リサンプリングデータ（Ｒ）からＦ（ｎ）＝ＡO＋Ａ1＋Ａ2＋Ａn-1／ｎ（但し、ｎは適宜のポイント数、ＡO〜Ａnは各ポイントにおける振幅値）によるｎ個のポイント毎の移動平均によって振幅データを平滑化したあと、当該平滑化した振幅データ（Ｔ）に０Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施すると共に、当該デジタルフィルタを実施したデータ（Ｔｄ）から１０秒間における各ピーク点（Ｐ）間の時間の平均時間（Ｍ）を算出し、当該平均時間（Ｍ）から心拍数（Ｘａ）をＸａ＝６０／Ｍ（回／ｍｉｎ）として演算するコンピュータ（１）と，から構成したことを特徴とする超音波振動検知センサを用いた生体情報の検出装置。
【請求項２】
超音波振動検知センサ（５）におけるサンプリング時間（ｔ1）を２０ｍｓに及びサンプリング時間（ｔ2）を０．１ｓに夫々するようにした請求項１に記載の生体情報の検出装置。
【請求項３】
ポイントｎを１５とすると共に、バンドパスフィルタの周波数を０．５Ｈｚ〜１．８Ｈｚとするようにした請求項１に記載の生体情報の検出装置。
【請求項４】
ポイント数ｎを１１とすると共にバンドパスフィルタの周波数を０．９Ｈｚ〜２．０Ｈｚとするようにした請求項１に記載の生体情報の検出装置。
【請求項５】
請求項１の生体情報の検出装置を用いてベッド（１１）上で就寝中の人間の心拍数若しくは脈拍数を検出すると共に、当該心拍数若しくは脈拍数の検出値が８０回／分以上になれば生体情報検出装置のコンピュータ（１）から環境制御装置（７）へ制御信号を発信し、当該制御信号により環境制御装置（７）を介して室内の環境条件を調整することを特徴とする生体情報を用いた室内環境制御方法。
【請求項６】
ベッド（１１）に取付けしたセンサ本体（５ｅ）と超音波送受信器（９）及び制御用マイコ（１０）から成る制御部（５ｆ）とを具備し、前記制御部（５ｆ）において一定時間間隔（ｔ1）毎のサンプリングにより振動データ（Ｘｏ）を得ると共に、当該振動データ（ＸO）から前記時間（ｔ1）より長い時間（ｔ2）毎の前記振動データ（Ｘ1）の上部包路線（Ｕ）及び下部包路線（Ｄ）を演算して両者の振幅差（Ｐw）を出力する超音波振動検知センサ（５）と，前記超音波振動検知センサ（５）からの演算された振幅差（ＰW）を出力するＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム（４）と，前記ＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム（４）と通信をするデータ通信基地局（２）と，前記データ通信基地局（２）にＬＡＮ（３）を介して接続され、前記ＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム（４）を介して入力された前記時間（ｔ2）毎の振幅差（ＰW）を直線近似により時間（ｔ1）毎の振動データにリサンプリングすると共に、当該リサンプリングデータ（Ｒ）からＦ（ｎ）＝ＡO＋Ａ1＋Ａ2＋Ａn-1／ｎ（但し、ｎは適宜のポイント数、ＡO〜Ａnは各ポイントにおける振幅値）によるｎ個のポイント毎の移動平均によって振幅データを平滑化したあと、当該平滑化した振幅データ（Ｔ）に０Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施すると共に、当該デジタルフィルタを実施したデータ（Ｔｄ）から１０秒間における各ピーク点（Ｐ）間の時間の平均時間（Ｍ）を算出し、当該平均時間（Ｍ）から心拍数（Ｘａ）をＸａ＝６０／Ｍ（回／ｍｉｎ）として演算し、演算した前記心拍数（Ｘａ）が８０回／ｍｉｎを越えると環境制御信号（Ｅ）を発信するコンピュータ（１）と、前記ＬＡＮ（３）を介してコンピュータ（１）に接続され、環境制御信号（Ｅ）により環境装置の運転を調整する環境制御装置（７）とから構成したことを特徴とする生体情報を用いた室内環境制御装置。
【請求項７】
超音波振動検知センサ（５）におけるサンプリング時間（ｔ1）を２０ｍｓに及びサンプリング時間（ｔ2）を０．１ｓに、ポイント数ｎを１１に及びバンドパスフィルタの周波数を０．９Ｈｚ〜２．０Ｈｚとするようにした請求項６に記載の生体情報を用いた室内環境制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の脈拍数や心拍数等の生体情報を、ベッドに取り付けした超音波振動検知センサを用いて人に知覚されることなしに検出すると共に、検出した生体情報を用いて室内温度等の環境条件を、睡眠等に最適な環境に自動的に制御できるようにした超音波振動検知センサによる生体情報の検出装置と、生体情報を用いた室内環境制御方法及び環境制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、病院や高齢者施設等においては、患者の夜間における動静や脈拍数、心拍数等の生体情報を管理室等で集中的に検知並びに管理することにより、看護効率を高めたり、或いは看護の質を高めることが強く要望されている。
また、各病室等の夜間の睡眠環境等を患者の身体状態に応じた最適条件下に細かく調整・保持することにより、健康の回復及び増進をより一層促進させることが要望されている。
【０００３】
即ち、従前の病室等の睡眠環境は、一般に室温を検出して空調設備の運転制御を行い、室温や湿度を設定値に保持する方法が採られている。
しかし、人に最適な睡眠環境は患者毎に千差万別であり、予めプログラムされたスケジュールに従って空調設備の運転制御を行う方法では、所謂個室の病室であっても、最適な睡眠環境を確保することが困難である。何故なら、最適な睡眠環境は患者一人一人の生体条件によって時々刻々変化するものであり、単に温度や湿度に基づいて空調設備の運転制御を行うだけでは、生体条件の変化に対応することが出来ないからである。
【０００４】
而して、高度な睡眠に最適な環境を得るためには、人の体温や心拍数等の生体情報を検出し、検出した生体情報に基づいて空調設備等の運転制御を行うのが最良の方策である。何故なら、脈拍数や心拍数等の生体情報と温度や湿度等の睡眠環境との間には密接な関係が存在し、睡眠環境が悪化すると、心拍数等の生体情報に大きな変化が生ずることが判明しているからである。従って、心拍数等の生体情報に基づいて室内温度や温度の制御を行うのが、最も確実な最適睡眠環境の達成方法となる。
【０００５】
しかし、人の生態情報、例えば体温や心拍数等を検出するために、常時体温検出センサや心拍計を身体に装着することは、人に拘束感や圧迫感を与えることになり、外面的に最適な睡眠環境を得ることができても、心理的若しくは内面的には、睡眠環境が逆に大きく悪化若しくは阻害されると云う結果になる。
【０００６】
一方、本願発明者等は、先にベッド上における患者の状態を遠隔地において制御するため、超音波振動検知センサを用いた人の状態判別装置を開発し、これを特開２００４−２１６００６号として公開している。
即ち、当該装置は、図２２に示す如く、ベッドＡの適宜箇所に超音波振動感知センサのセンサ本体Ｂを取り付け、ベッドＡ上における患者Ｃの動作や呼吸、心拍数等に起因する微小振動を超音波振動感知センサのセンサ本体Ｂにより検出し、当該検出した振動信号を送受信制御装置Ｖにおいて解析することにより、患者Ｃの状態、例えば睡眠中であるとか安静中、何かの動作中、死亡等を判別して遠隔の管理室へ伝達するようにしたものである。
【０００７】
尚、図２２において、Ｖ1は超音波送受信部、Ｖ2はＡ／Ｄ変換部、Ｖ3はマイクロコンピュータである。
【０００８】
また、図２３は超音波感知センサのセンサ本体Ｂの基本構成を示すものであり、Ｂ1は容器本体、Ｂ2は水、Ｂ3は超音波振動子、Ｂ4はケーブル、ａは送信信号、ｂは受信信号、Ｂ５は水液面、ｃは送信超音波、ｄは受信超音波、ａｐ′、ａp、ｂ′、ｂｐは送受信制御装置Ｖ内の各種処理信号である。
【０００９】
前記特開２００４−２１６００６号に係る装置では、人（患者）ＣのベッドＡ上における動態（即ち、安静中、動作中、睡眠中或いは死亡）を比較的正確に判別することができると共に、その結果を遠隔地へ有線又は無線方式により正確に伝達することができ、優れた実用的効用を奏するものである。
【００１０】
しかし、上記特開２００４−２１６００６号の装置では、人（患者）Ｃの睡眠中や安静中に於けるより詳しい動態、例えば心拍数や脈拍数等を正確に検知することが困難であり、現実にも特開２００４−２１６００６号に於いては、患者の生・死やベッドにおける患者の在・不在を判別するのが、限度となっている。
【００１１】
このように、従前のこの種の人の生体判別装置には、睡眠中の人の心拍数等のような詳細な生体情報を検出することが不可能なうえ、検出した生体情報に基づいて室内温度や湿度等を個々の患者等の睡眠に最適な値に制御することが出来ないと云う問題が存在する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２１６００６
【特許文献２】特開２００３−３１５０３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従前の超音波振動感知センサを用いた人の状態判別装置における上述の如き問題、即ち、人が睡眠中か安静中か、或いは人の生・死等の判別は可能であるものの、人の心拍数等のような詳細な生体データの検知が困難なこと、及び人に不快感や不安感を与えることなしに心拍数等を検出する事が困難なこと、並びに検出した心拍数等を睡眠環境の制御基準として環境制御装置等を制御することがされていないと云う問題を解決せんとするものであり、構造が簡単で安価な超音波振動感知センサを用いて、人に不快感や違和感を全く与えることなしに、人の睡眠中の心拍数等を間接的に連続して高精度で検出すると共に、当該検出した生体情報を用いて人の睡眠環境をより最適な睡眠環境に制御することを可能にした超音波振動検知センサによる生体情報の検出装置と、生体情報を用いた室内環境制御方法及び室内環境制御装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記発明の課題を解決するため、本願請求項１の発明は、ベッド１１に取付けしたセンサ本体５ｅと超音波送受信器９及び制御用マイコ１０から成る制御部５ｆとを具備し、前記制御部５ｆにおいて一定時間間隔ｔ1毎のサンプリングにより振動データＸｏを得ると共に、当該振動データＸOから前記時間ｔ1より長い時間ｔ2毎のサンプリングにより得た振動データＸ1の上部包路線Ｕ及び下部包路線Ｄを演算して両者の振幅差Ｐwを出力する超音波振動検知センサ５と，前記超音波振動検知センサ５からの演算された振幅差ＰWを出力するＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム４と，前記ＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム４と通信をするデータ通信基地局２と，前記データ通信基地局２にＬＡＮ３を介して接続され、前記ＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム４を介して入力された前記時間ｔ2毎の振幅差ＰWを直線近似により時間ｔ1毎の振動データにリサンプリングすると共に、当該リサンプリングデータＲからＦｎ＝ＡO＋Ａ1＋Ａ2＋Ａn-1／ｎ但し、ｎは適宜のポイント数、ＡO〜Ａnは各ポイントにおける振幅値）によるｎ個のポイント毎の移動平均によって振幅データを平滑化したあと、当該平滑化した振幅データＴに０Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施すると共に、当該デジタルフィルタを実施したデータＴｄから１０秒間における各ピーク点Ｐ間の時間の平均時間Ｍを算出し、当該平均時間Ｍから心拍数ＸａをＸａ＝６０／Ｍ（回／ｍｉｎ）として演算するコンピュータ１と，から構成したことを発明の基本構成とするものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１の生体情報の検出装置を用いてベッド１１上で就寝中の人間の心拍数若しくは脈拍数を検出すると共に、当該心拍数若しくは脈拍数の検出値が８０回／分以上になれば生体情報検出装置のコンピュータ１から環境制御装置７へ制御信号を発信し、当該制御信号により環境制御装置７を介して室内の環境条件を調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、ベッド１１に取付けしたセンサ本体５ｅと超音波送受信器９及び制御用マイコ１０から成る制御部５ｆとを具備し、前記制御部５ｆにおいて一定時間間隔ｔ1毎のサンプリングにより振動データＸｏを得ると共に、当該振動データＸOから前記時間ｔ1より長い時間ｔ2毎の前記振動データＸ1の上部包路線Ｕ及び下部包路線Ｄを演算して両者の振幅差Ｐwを出力する超音波振動検知センサ５と，前記超音波振動検知センサ５からの演算された振幅差ＰWを出力するＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム４と，前記ＰＨＳモジュール若しくはＰＨＳモデム４と通信をするデータ通信基地局２と，前記データ通信基地局２にＬＡＮ３を介して接続され、前記ＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム４を介して入力された前記時間ｔ2毎の振幅差ＰWを直線近似により時間ｔ1毎の振動データにリサンプリングすると共に、当該リサンプリングデータＲからＦｎ＝ＡO＋Ａ1＋Ａ2＋Ａn-1／ｎ（但し、ｎは適宜のポイント数、ＡO〜Ａnは各ポイントにおける振幅値）によるｎ個のポイント毎の移動平均によって振幅データを平滑化したあと、当該平滑化した振幅データＴに０Ｈｚ〜１０Ｈｚのバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施すると共に、当該デジタルフィルタを実施したデータＴｄから１０秒間における各ピーク点Ｐ間の時間の平均時間Ｍを算出し、当該平均時間Ｍから心拍数ＸａをＸａ＝６０／Ｍ（回／ｍｉｎ）として演算し、演算した前記心拍数Ｘａが８０回／ｍｉｎを越えると環境制御信号Ｅを発信するコンピュータ１と、前記ＬＡＮ３を介してコンピュータ１に接続され、環境制御信号Ｅにより環境装置の運転を調整する環境制御装置７とから構成したことを発明の基本構成とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明では、ベッド１１に取付けしたセンサ本体５ｅにより検知したベッド上の被験者の生体活動に基づく振動を時間ｔ1毎にサンプリングし、このサンプリングした振動データＸOを時間ｔ2毎のサンプリングデータＸ1に変換すると共に、その上限包括線Ｕと下限包括線Ｄを求めて両者間の振幅差ＰWを出力する振動検知センサ５を用い、当該振動検知センサ５から前記検知した振幅差ＰWをコンピュータ１へ送信し、コンピュータ１において、前記振幅差ＰWを時間ｔ1毎の振動データＲにリサンプリングし、これにｎポイント数毎の移動平均を行って平滑化した振幅データＴを得ると共に、所定周波数のバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施してデータＴｄを求め、当該データＴｄからデータピーク間の平均時間Ｍを算出して、当該算出した平均時間Ｍに基づいて被験者の心拍数（又は脈拍数）を検出するようにしている。
【００１８】
その結果、心電計や脈拍計による検出値にほぼ近い値の心拍数等を、前記振動データＸOのデータ処理によって得ることができると共に、ＰＨＳ及びＬＡＮシステムとの組み合せにより各種データの受・発信を正確且つ確実に行うことができる。
【００１９】
また、得られた心拍数を基準にして、被験者の室内環境を睡眠に最適な環境条件に調整することが可能となり、被験者に心理的な圧迫感を全く与えることなしに、検知した心拍数等に基づく新規な環境調整システムを構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明で使用する生体情報検出システム及び生体情報を用いた室内環境制御システムの全体構成図である。また、図２は超音波振動検知センサ５のセンサ本体５ｅの斜面図であり、図３は受信波形の一例を示すものである。更に、図４はセンサ本体５ｅで検出したデータの処理方法の一部を示す説明図であり、図５は超音波振動検知センサの制御回路構成図である。
【００２１】
図１を参照して、本発明に係る生体情報検出システム及び生体情報を用いた室内環境制御システムは、後述する各種の演算処理やデータ処理を行うパソコン１と、Ｎｏ１データ通信基地局（生体情報検出関係）２Ａ及びＮｏ２データ通信基地局（汎用ＰＬＣ（シーケンサ）（室内環境調整関係））２Ｂと、前記パソコン１とデータ通信基地局２Ａ、２Ｂとを連絡するＬＡＮ３と、ＰＨＳモジュール４Ａ及び又はＰＨＳモデム４Ｂと、超音波振動検知センサ５Ａ、５Ｂと、ＰＨＳ回線６Ａと、制御回線６Ｂと、熱源、照明、空調、温度等の環境制御装置７、ケーブル８等から構成されている。
【００２２】
尚、ＰＨＳモジュール４Ａと超音波検知センサ５Ａとは、両者を所謂一体的に組付けした状態に形成されており、またＰＨＳモデム４Ｂと超音波検知センサ５Ｂとは別体として形成され、両者間をケーブル８により連結するようにしている。
また、図１では、３基の超音波検知センサ５の使用及び３基の環境制御装置７の制御を行うようにしているが、検知対象数に応じて、検知センサ数等が増加されることは勿論である。
更に、システムそのものの各構成部材は、パソコン１における超音波検知センサからの振動検出信号の処理方式を除いて何れも公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２３】
図２を参照して、超音波振動感知センサ５は、センサ本体５ｅと制御部５ｆとから構成されている。また、センサ本体５ｅは、本体容器５ａと、その底部に配置された超音波振動子５ｂと、本体容器５ａの中に液面５ｃを形成するように密封された水等の液体５ｄとから構成されている。液面５ｃの上側は空間部になっている。更に、前記制御部５ｆは超音波送受信器９と制御用マイコン１０とから形成されている。
超音波は、超音波送受信器９により超音波振動子５ｄを駆動（中心周波数：２ＭＨｚ）することにより発生され、水槽底面から水槽本体５ａ内に送信され、水面５ｃで反射した後、再び超音波振動子５ｂで受信される。図３は受信波形の一例を示すものであり、同図において、Ｓで示す波形は水面からの反射波であり、本発明ではその最大値を解析の対象とするものである。
【００２４】
前記反射波Ｓの最大振幅値は、公知のように同じ振動強さでも水面５ｃと振動子５ｂとの交又角によって変化し、交又角が大きくなるほど反射超音波Ｓの減衰が大となり、最大振幅値が低下する。また、水面５ｃが振動によって波打ち状態になると、受信波形Ｓの最大振幅値も大きく変動する。
換言すれば、当該超音波振動検知センサ５で取得するデータは、受信波形の最大振幅値の時間的変化であり、センサ５による受信波形の取得は、２ｍｓ〜１００ｍｓ間隔で行うことが可能である。また、所定の時間間隔例えば０．１ｓｅｃ毎に取得された受信波形の最大振幅値は、振動感知の時系列データＳ1としてプロットされ（図４（ａ））、その後引き続き各プロットデータＳ1を正規化することにより、解析データＳ2（図４（ｂ））が得られる。
【００２５】
図５は、本発明に係る超音波振動検知センサ５の制御系統のブロック構成図であり、超音波振動検知センサ５に付属する制御部５ｆのマイコン１０から超音波送受信器９の送信回路９ａへ、送信のタイミングで送信パルスａｏを発生する。また、送信パルスａｏの発生の後で、受信許可パルスｂｏを発生する。
これは、受信回路９ｂが送信パルスａｏで飽和することなく、受信信号ｂを受信出来るようにするためである。
次に、受信信号ｂの強度信号ｅをアナログ／デジタル変換してマイコン１０の内部に取り込むが、このとき、基準設定動作で受信信号ｂを規定値に合わせる動作を行う。具体的には、受信強度ｅを基準と比較して、その差で自動利得調整をして利得を変化させ、出力を基準に合わせる。尚、このための受信利得制御信号ｆは、マイコンのＤ／Ａ出力を利用して利得設定電圧として出力される。その結果微小な変化も確実に検出することが可能になる。
【００２６】
制御用マイコン１０のＡ／Ｄのポートを通して取り込んだ信号強度ｅは、予め決めたアルゴリズムに沿って制御用マイコン１０内で処理される。
この処理は、振動センサ５からの振動データを２０ｍｓごとに収集し、収集した２つのデータの平均を基に、下記の何れかのデータを求め、これを通信出力する。
１．振幅（ＡＤ）値（周期：２０ｍｓ）
２．最大−最小の差ＰW値（以降Ｐ−Ｐ平均）と平均値（周期：１００ｍｓ〜２ｓ指定（＊２０ｍｓ底とした量子的））。
また、処理の結果は、各種の信号としてＰＨＳモジュールにより外部へ出力されて行く。
【実施例１】
【００２７】
超音波振動検知センサ５として日本医療機器（株）製のＡＮＣ−０１型を２台（５Ｂ）及び日本医療機器（株）製のＡＮＣ−０１型にＰＨＳモジュール（ＰＳ）を一体化した新製品（５Ａ）１台を使用し、また、データ通信基地局２と各ＰＨＳモデム相互間６ＡをＴＣＰ／ＩＰ接続とし、更に、パソコン１とデータ通信基地局２間を１０ＢＡＳＥ−ＴにてＬＡＮ接続とした図１のシステムを構成し、パソコン１に於ける受信データのチェックを行った。
【００２８】
超音波振動検知センサ５のポーレート設定が３８４００ｂｐｓであって、１データが５ｂｙｔｅｓであることから、サンプリングデータ間隔は２ｍｓより短くすることができない。そのため、データ間隔２ｍｓで３台同時接続の最速条件下で、パソコン１に測定用のプログラムを作成してインストールし、超音波振動検知センサ５からの受信データの入手欠落の有無を調査した。表１〜表５は調査結果を示すものであり、この条件下で受信データの欠落を生ずることなく、図１のシステムを作動させ得ることが確認できた。
【００２９】
【表１】
2007307309.tif 000003
【００３０】
【表２】
2007307309.tif 000004
【００３１】
【表３】
2007307309.tif 000005
【００３２】
【表４】
2007307309.tif 000006
【００３３】
【表５】
2007307309.tif 000007
【００３４】
尚、前記表１乃至表５のデータ受信数から算出した装置１（ＰＨＳモジュール４Ａと超音波振動検知センサ５Ａとの一体型）のデータ受信数の誤差率の最大値は＋０．０７２％であり、十分に実用に耐えるものであることが判明した。
【００３５】
また、パソコン１側からの接続を行う場合、パソコン１上のアプリケーションをクライアントモードで動かし、接続要求を出す。この場合、要求の出されたＩＰアドレスに対応するＰＨＳモデム４をデータ通信基地局２が認識していれば、データ通信基地局２はＣｏｎｎｅｃｔを返す。この時点でアプリケーションは接続が完了したと認識する。
パソコン１側からは見えないが、実際にはその後、データ通信基地局２が対象になるＰＨＳモデム４に内線電話をかけ、回線がつながった後に通信が始まる。このため、アプリケーションが接続完了と認識してから実際の通信が始まるまで、数秒の誤差がある。今回のテストの結果、その誤差はおよそ５秒、遅くても１０秒に収まることが判明した。
今回の測定用プログラムでは、Ｃｏｎｎｅｃｔを認識した後ＭＯＤコマンドを発行、そのレスポンスを受信して、実際の接続の完了とした。図６は本発明に係るシステム作動用のＰＨＳ通信システムの制御フローを示すものである。
【００３６】
尚、図６の制御フローには、データ通信基地局２Ｂ及び環境制御装置７等の作動について記載されていないが、後述するように被験者（患者）の心拍数等が設定値以上になれば、パソコン１から空調設備の制御信号Ｅが送出され、各環境制御装置７の作動状況が調整される。
【実施例２】
【００３７】
図７は、超音波振動検知センサ５をベッド１１に取り付け、当該検知センサ５によってベッド１１上に就寝中の被験者（人１２）の生体活動によって生じた振動を検出し、得られたベッド１１の検知振動データから人の発する脈波（脈拍）を検出する状態を示すものであり、心拍計との相関関係を主として調査したものである。
【００３８】
図７において、５は超音波検知センサであり、ベッド１１の床面裏側に固定されている。また、９は超音波送受信器、１０は制御用マイコン１０であり、両部材９、１０で超音波振動検知センサ５の制御部５ｆが形成されている。更に１３は心拍計、１４は脈波計、１５は心拍計のＡＤ変換器、１６は心拍計の電極、１７は脈波検出用マイク、１８はケーブルである。
尚、本実施例２においては、超音波検知センサ５の制御用マイコン１０からの信号をＰＨＳモジュール４を通してパソコン１へ伝達するのではなしに、ケーブル１８を介して直接パソコン１へ伝達するようにしているが、ケーブル１８に替えてＬＡＮ３及びＰＨＳ回路６を用いてパソコン１と超音波振動検知センサ５間の通信が可能なことは勿論である。
また、心拍計１３には心電計（日本光電（株）、ＥＣＧ−９５５２）を、脈波計１４にはＣＣＩ（株）のバックス・ディテクターを、超音波検出センサ５には日本医療機器（株）のＡＮＣ−０１型センサを夫々使用しており、心電計は単極肢誘導の第２誘導方式により右手と左足の電位差を検出している。
【００３９】
被験者には、３５才の男子（１６３ｃｍ、５７ｋｇ）であり、安静時に２００ｓｅｃ間の測定を行い、各検出器５、１３、１４からのデータを直接パソコン１に収集した。尚、超音波振動検知センサ５においては、サンプリング間隔を２０ｍｓとしている。
【００４０】
試験の結果、安静時には心拍等の脈波の検出が可能であるが、被験者１２が会話等の体動状態にあるときには、脈波の検出が不可能であることが判明した。
【００４１】
尚、図８は、被験者１２の安静時における超音波振動検知センサ５の検出波形（ａ）、心電計１３の検出波形（ｂ）、脈波計１４の検出波形（ｃ）を夫々示すものである。
【００４２】
次に、本発明における超音波振動検知センサ５による検出データからの心拍数の演算について説明する。
先ず、本発明においては、前述の通り超音波振動検知センサ５からｔ1＝２０ｍｓ間隔のサンプリングにより振動データＸOが得られる（図９参照）。
【００４３】
次に、上記２０ｍｓ間隔のサンプリング原データＸOから、制御用マイコン１０において、ｔ2＝０．１ｓ間隔のサンプリング振動データＸ1の上限包括線Ｕと下限包括線Ｄが演算され（図１０）、その後上限包括線Ｕと下限包括線Ｄとの差分ＰW値（Ｐ−Ｐ平均）が演算され、０．１ｓ間隔のＰ−Ｐ値がＰＨＳモジュール４を介してパソコン１へ伝達される（図１１）。
【００４４】
一方、前記パソコン１に於いては、上記ＰＨＳモジュール４を介して入力された０．１ｓ間隔のデータＰW（Ｐ−Ｐ値）を用いて、０．１ｓ毎のデータＰW（Ｐ−Ｐ値）の間を直線近似によって２０ｍｓ毎の振動データにリサンプリングする処理が行われ、図１２に示す如きリサンプリングデータＲが求められる。
【００４５】
また、コンピュータ１では、上記図１２に示した２０ｍｓ毎のリサンプリングデータＲから、下記の（１）式を用いて１５ポイント毎の移動平均を実施することにより、リサンプリングデータＲの平滑化が行われる。
Ｆ（ｎ）＝ＡO＋Ａ1＋Ａ2＋Ａn-1／ｎ（但し、ｎは適宜のポイント数、ＡO〜Ａnは各ポイントにおける振幅値）                  ・・・・（１）
尚、図１３は、１５ポイント毎の移動平均により平滑化を行った結果であるデータＴを示すものである。
【００４６】
次に、移動平均により平滑化した振幅データ（Ｔ）に、周波数０．５Ｈｚ〜１．８Ｈｚのバンドパスフィルタに相当する積和演算によるデジタルフィルタを実施する。
図１４は、図１３の移動平均により平滑化した振幅データＴに積和演算によるデジタルフィルタを実施したデータＴｄを示すものである。
尚、図１５は、前記ディジタルフイルタの実施に使用したバンドパスフイルタの減衰特性を示すものであり、実質的には０〜１０Ｈｚの周波数を含有するものである。また、演算処理に於けるディジタルフイルタは、バンドパスフイルタの指定された周波数特性からフイルタの係数列を計算しておき、入力された信号に対して積和演算を行なうことで、実施したものである。
【００４７】
最後に、前記デジタルフィルタを実施したデータＴｄから、１０秒間における各ピーク点Ｐ間の時間の平均時間Ｍを算出し、心拍数Ｘａを６０／Ｍとして演算する。
図１６は、ピーク点Ｐの抽出状態を示す線図である。
【００４８】
尚、本実施例においては、同じ被験者１２について、超音波振動検知センサ５のセンサ本体５ｅの取付角度を３種類に変えて、夫々心拍数の算出を行った。即ち、安静時における２０ｍｓサンプリングの原波形のＰW（Ｐ−Ｐ値）（平均）が３５０、６００、８００とした場合（センサ本体５ｅの取付角度が０°（液面水平）の時のＰ−Ｐ値平均が最大となり、取付角度が大きくなると（液面の傾斜角大）ＰW（Ｐ−Ｐ値）が低下する）の夫々について、上記各演算処理により超音波振動検知センサ５の検知信号から演算した心拍数Ｘａと、心拍計（心電計Ｂ）からの検出値Ｙａとの対比を行った。
【００４９】
その結果、図１７及び図１８に示す如く、超音波振動検知センサ５のセンサ本体５ｅの液面５ｃに少しの傾斜を持たせ、被験者１２の安静時における原波形ＸOのＰW値（Ｐ−Ｐ平均）が６００レベルの時の心拍演算値Ｘａ2が、心拍計１３による検出値Ｙａに最も近くなり、誤差の少ない心拍測定が可能なことが判明した。
尚、図１７及び図１８においてＸは超音波振動検知センサの原波形、Ｙは心拍計の原波形、Ｘａは超音波振動検知センサによる心拍数、Ｙａは心拍計による心拍数、Ｘａ3はＰＷ（Ｐ−Ｐ平均値）レベル３５０の時の検出心拍数、Ｘａ2はＰW（Ｐ−Ｐ平均レベル）６００の時の検出心拍数、Ｘａ1はＰW（Ｐ−Ｐ平均値）レベル８００の時の検出心拍数である。
【００５０】
図１７及び図１８からも明らかなように、心電計から求めた心拍数と、超音波振動検知センサのデータから求めた心拍数の差において、角度を表すＰＰ平均レベルごとの平均誤差は、ＰＰ平均レベル３５０は３．６回／分、ＰＰ平均レベル６００は１．４回／分、ＰＰ平均レベル８００は３．６回／分であった。
このように、一時的に１０回／分以上の差が発生しているが、全体を通じてほぼ心電計と同期した結果が得られていることが判るだけでなく、超音波振動検知センサの取り付けは、液面５ｃに小さな傾斜角を持たせ、安静時の検出振動原波形ＸOのＰW値（Ｐ−Ｐ平均）が６００程度となるように取り付けするのが、最良であることが判明した。
【実施例３】
【００５１】
図１９は、本発明の第３実施例を示すものであり、ベッド１１上の被験者１２の脈拍の検知状態を示す説明図である。
図１９に於いて、使用する超音波振動検知センサ５（センサ本体５ｅや制御部５ｆを形成する超音波送受信器９及び制御用マイコン１０）は、前記図７の場合と同一であり、使用する心電計１３のみが日本電気（株）製のＢｉｏｍｕｌｔｉ１０００型に変更されている。また、電極１６は胸部に取付けされており、無線により送信器１３ｂから心電計１３の本体１３ａへデータが転送される型式となっている。
【００５２】
本第３実施例では、就寝中の２人の被験者１２について、夫々超音波振動検知センサ５と心電計１３とにより８時間連続して脈拍を検出し、検知センサ５と心電計１３の検出値の対比を行った。
尚、超音波振動検知センサ５による検知振動データからの心拍数の演算は、前記実施例２の場合と同一の方法により行っている。
【００５３】
試験の結果、２２時から６時まで、８時間に亘って熟睡の出来た一方の被験者については、超音波振動検知センサ５の振動データＸOから演算した心拍数（脈数）Ｘａと、心電計１３による脈拍数Ｙａの検出値とが２２時〜６時の間連続してほぼ一致することが判明した。
【００５４】
これに対して、室温が高いために２２時から６時までの８時間の間連続して熟睡することが出来ず、途中で目を醒ました他方の被験者の場合には、超音波振動検知センサ５による検出した振動データＸOのＰW値（Ｐ−Ｐ平均）の振幅が大きくなり、これによって原振動データＸOから算出した脈拍Ｘａと心電計から得られた脈拍Ｙａとの差が大きくなることが判明した。
【００５５】
図２０の（ａ）及び（ｂ）は、後者の被験者（暑さのために熟睡できなかった被験者）のＡＭ１時及び２時における脈拍の時間推移を示すものであり、就寝時に室温が上昇して被験者が所謂寝苦しい状態になると、超音波振動検知センサ５による検出拍数Ｘａが約７０〜８０回／ｍｉｎ以上の範囲に上昇すると共に、現実の心電計による拍数Ｙａも約９０〜１００回／ｍｉｎ以上になることが判明した。
【００５６】
即ち、超音波振動検知センサ５により検出したベッド１１上の被験者１２の脈拍数Ｘａが約７０〜８０回／ｍｉｎ以上になれば、室温の上昇によって被験者１２が寝苦しい状態に陥っていると云うことができ、当該脈拍数（若しくは心拍数）Ｘａを基準として室内用の環境制御装置７を作動させるための制御信号ＥをＰＨＳモジュールその他を介して発信し、必要とする環境制御装置７の作動状態が制御される。
【実施例４】
【００５７】
前記図２０からも判るように、脈拍数が約９０回／ｍｉｎ以上になると、超音波振動検知センサ５による脈拍検出値Ｘａと心電計１３による脈拍検出値Ｙａとの差が大きくなる。そのため、脈拍検出値Ｘａの演算によってこれを修正すべく、前記「移動平均１５及び周波数０．５Ｈｚ〜１．８Ｈｚのバンドパスフィルタ」の条件を、「移動平均１１及び周波数０．９Ｈｚ〜２．０Ｈｚのバンドパスフィルタ」に変更した。
【００５８】
上記新たな解析条件に基づいて算出した超音波振動検知センサ５による脈拍Ｘａと心電計１３による脈拍Ｙａとの１時間の平均差異は、表６の通りとなり、バンドパスフィルタの周波数を高くすると共に抽出条件を変更することで、高い脈拍領域に於ける両検出値Ｘａ、Ｙａの一致度を改善することができ、前記室温等の環境条件の制御をより高精度で行うことが可能となることが判明した。
【００５９】
【表６】
2007307309.tif 000008
【実施例５】
【００６０】
前記実施例３の２人の被験者１２について、昼間の覚醒時における超音波振動検知センサ５と心電計１３とによる５分毎の脈拍の平均差と、ベッド上での動作の大きさを示すPP値標準偏差との関係を調査した。その結果、PP値標準偏差が大きいほど、前記超音波振動検知センサ５と心電計１３とによる５分毎の脈拍の平均差が大きくなることが、判った。これは、被験者の少しの動きによる体動や呼吸による横隔膜の動き等の生理的な動きの影響で、心臓のみによる振動が阻害されるためであると考えられる。
【００６１】
そこで、ベッド上における被験者の動作等による影響、即ちPP値標準偏差の大きさによる影響を考慮して、PP値標準偏差を５０以下に限定した場合に於ける前記超音波振動検知センサ５と心電計１３とによる５分毎の脈拍の平均差を調査した。
図２１はその結果を示すものであり、PP値標準偏差を５０以下に限定した場合には、両者の脈拍の検出値に高い一致性の得られることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、病院及び老人介護施設等の人の睡眠設備を備えた施設全般に適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明で使用する生体情報検出システム及び生体情報を用いた室内環境制御システムの全体構成図である。
【図２】超音波振動検知センサの本体部の斜面図である。
【図３】超音波振動検知センサの受信波形の一例を示すものである。
【図４】超音波振動検知センサで検知したデータ処理説明図であり、（ａ）は０．１秒間隔で取得した各回のデータの最大振幅値を振動感知の時系列データとしてプットした場合を示すものであり、また（ｂ）は各プロットデータを正規化した場合の解析データを示すものである。
【図５】超音波振動検知センサの制御系統のブロック構成の一例を示すものである。
【図６】本発明に係るシステムの作動用のＰＨＳ通信システム制御フローの一例を示すものである。
【図７】超音波振動検知センサによるベッド上の人の脈波（心拍）の検出状態を示す説明図である。
【図８】図７の試験における被験者の安静時における各検出器の検波形を示すものであり、（ａ）は超音波振動検出センサの、（ｂ）は心電計（心拍計）の、（ｃ）は脈波計の出力波形を示すものである。
【図９】超音波振動検出センサからの振動検出信号（サンプリング間隔２０ｍｓ）の一例を示すものである。
【図１０】２０ｍｓ間隔のサンプリングデータから超音波振動検出センサの制御用マイコンにより０．１ｓ間隔サンプリングの上限包路線Ｕと下限包路線Ｄを示す図面である。
【図１１】図１０に基づいて演算した０．１ｓ間隔のＰW値（Ｐ−Ｐ平均）の演算値を示す図面である。
【図１２】図１１の０．１ｓ間隔のＰW値（Ｐ−Ｐ平均）を２０ｍｓｅ毎のデータにリサンプリングをした波形を示すものである。
【図１３】図１２のリサンプリングデータに、１５ポイント毎の移動平均により平滑化を行った結果を示す線図である。
【図１４】図１３のデータにデジタルフィルタ処理を行った結果を示す線図である。
【図１５】ディジタルフイルタ処理に用いたフイルタの減衰特性を示すものである。
【図１６】図１４に基づいて、そのピーク点Ｐの抽出状態を示す線図である。
【図１７】（ａ）は、ＰW値（Ｐ−Ｐ平均）が６００レベルの時の超音波振動検出センサの２０ｍｓサンプリングの原波形と心拍計波形とを示すものであり、（ｂ）は心拍数の対比を示すものである。
【図１８】超音波振動検出センサによる振動検出データのＰW値（Ｐ−Ｐ平均）レベルと心拍数の誤差との関係を示す線図である。
【図１９】本発明の第４実施例に係る脈拍の検知状態の説明図である。
【図２０】図１９の（ａ）及び（ｂ）は室温が上昇して被験者が寝苦しくなった場合の超音波振動検知センサによる脈拍数と心電計による脈拍数等の関係を示す線図（一方の被験者ＡＭ１時及びＡＭ２時における時間推移）である。
【図２１】PP値標準偏差を５０以下とした場合の超音波検知センサによる検知脈拍と、心電計による検知脈拍との差異を示すものである。
【図２２】従前の人の状態判別装置の説明図である。
【図２３】図２０で使用している従前の超音波振動検知センサの構成説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓは反射波形の最大値
Ｓ1は波形Ｓの時系列データ
Ｓ2は時系列データＳ1の解析データ
ａは送信信号
ａoは送信パルス
ｂは受信信号
ｂoは受信許可パルス
ｅは受信信号の強度信号
ｆは受信利得制御信号
ｔ1・ｔ2はサンプリング時間
ＸOは時間ｔ1毎のサンプリング振動データ
Ｘ1は時間ｔ2毎のサンプリング振動データ
Ｕは上部包路線
Ｄは下部包路線
Ｒはリサンプリングデータ
Ｐはピーク点
Ｔは平滑化した振幅値
Ｔｄはデジタルフィルタを実施したデータ
Ｘは超音波振動検知センサの原波形（振動データ）
Ｙは心拍計の原波形
Ｘａは超音波振動検知センサによる検出心拍数
Ｙａは心拍計の心拍数
Ｘａ1はレベル８００の時の検出心拍数
Ｘａ2はレベル６００の時の検出心拍数
Ｘａ3はレベル３５０の時の検出心拍数
ＰWは振幅差（Ｐ−Ｐ平均値）
Ｍはピーク間時間の平均値
Ｅは環境制御装置への制御信号
１はパソコン
２はデータ通信基地局
３はＬＡＮ回線
４はＰＨＳモジュール又はＰＨＳモデム
５は超音波振動検知センサ
５ａは容器本体
５ｂは超音波振動子
５ｃは液面
５ｄは液体（水）
５ｅはセンサ本体
５ｆは制御部
６はＰＨＳ回線
７は環境制御装置
８はケーブル
９は超音波送受信器
１０は制御用マイコン（超音波振動検知センサのマイコン）
１１はベッド
１２は被験者
１３は心拍計（心電計）
１４は脈波計
１５はＡＤ変換器
１６は電極
１７は脈波検出センサ
１８はケーブル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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