(57)【要約】    【課題】  磁気コアを用いなくとも生体信号を検出でき、回路が簡単で高感度の生体信号検出装置を提供する。    【解決手段】  被測定者の背中が例えば心拍動や呼吸などにより僅かに動くとそれが導電シート52に伝わる。導電シート52とコイル１との間隔が僅かに変化すると、導電シート52とコイル１との間に存在する浮遊容量が僅かに変化し、検出部30の発振周波数と発振振幅が僅かに変化する。この発振振幅の変化をＡＭ検波部33で検出し、演算増幅器35により１００倍増幅すると、被測定者の心拍動や呼吸などの生体信号が検出される。【選択図】  図１
2007029388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号を電気的に検出する検出部を備えた生体信号検出装置において、検出コイルを用いたＬＣ発振器から前記検出部を構成したことを特徴とする生体信号検出装置。
【請求項２】
前記ＬＣ発振器からの出力をＡＭ検波し、増幅することを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置。
【請求項３】
前記検出コイルを導電シートで覆ったことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の生体信号検出装置。
【請求項４】
前記検出コイルに水晶振動子を直列接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の生体信号検出装置。
【請求項５】
前記検出コイルを複数設け、複数箇所に設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の生体信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば呼吸及び心拍動などの生体信号を電気的に検出する生体信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体信号検出装置としては、例えば特許文献１のように、磁気センサを利用したものがある。この生体信号検出装置では、被測定者が静養するベッドの下などに設置することで、被測定者の微動によって磁気センサと軟磁性部材との間の間隔が変化し、磁気センサから当該間隔の変化に対応する微動信号が出力されることにより、被測定者の心拍数や呼吸数等の生体信号を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−４５３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の生体信号検出装置では、磁気コアを用いていたが、感度が低く多くの増幅段を必要とした。また、最近では特殊コアが入手できなくなったので、製品自体を作るのが困難になってきた。
【０００４】
その他、発振周波数の変動を用いたものがあったが、ｆ−ｖ変換器（周波数−電圧変換器）を用いる必要があり、回路が複雑で高価であり量産には向かなかった。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、磁気コアを用いなくとも生体信号を検出でき、回路が簡単で高感度の生体信号検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における請求項１では、生体信号を電気的に検出する検出部を備えた生体信号検出装置において、検出コイルを用いたＬＣ発振器から前記検出部を構成している。
【０００７】
このようにすると、被測定者の生体活動に伴う動きにより、人体とコイル１との間に存在する浮遊容量が変化し、ひいては検出部を構成するＬＣ発振器の発振周波数と発振振幅が変化する。当該変化を監視することにより、人体に何も取り付けることなく心拍動や呼吸パターンなどの生体信号を容易に検出することができる。
【０００８】
本発明における請求項２の生体信号検出装置では、前記ＬＣ発振器からの出力をＡＭ検波し、増幅している。ここでいうＡＭ検波は、例えば教科書等に記載されるような一般的な用語と同じ意味で使用されている。
【０００９】
このようにすると、発振器の出力をＡＭ検波する事で、回路が簡単化できる。
【００１０】
本発明における請求項３の生体信号検出装置では、前記検出コイルを導電シートで覆っている。
【００１１】
このようにすると、被測定者が発する汗が検出コイルに付着することを防げるため、長時間使用時の感度の低下を防ぐことができる。また、生体の微動で導電シートも動くので導電シートと前記検出コイルの間に存在する静電容量が変化し、発振周波数及び発振振幅が変化する。
【００１２】
本発明における請求項４の生体信号検出装置では、前記検出コイルに水晶振動子を直列接続している。
【００１３】
このようにすると、検出部にＱの高い水晶振動子を用いることで、ノイズが減りきれいな波形の生体信号が取り出せるようになる。検出コイルと水晶振動子とを直列接続することにより、検出コイルを生体信号検出用と水晶振動子の周波数変動用とで兼用することができ、更に振幅変動を利用することができる。
【００１４】
本発明における請求項５の生体信号検出装置では、前記検出コイルを複数設け、複数箇所に設置している。
【００１５】
このようにすると、複数の検出コイルそれぞれで生体信号の検出が可能となるため、それらを複数箇所に設置することで、被測定者が位置を変えても問題なく生体信号を検出できるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１によると、検出部にＬＣ発振器を用いることで回路が簡単化できる。
【００１７】
本発明の請求項２によると、ＡＭ検波で信号を取り出すので回路が簡単になる。
【００１８】
本発明の請求項３によると、検出コイルの汚れを防止し、検出感度を保つことができる。
【００１９】
本発明の請求項４によると、ノイズが減りきれいな波形の生体信号が取り出せるようになる。
【００２０】
本発明の請求項５によると、複数の検出コイルを複数箇所に設置することで、被測定者が位置を変えることによる測定不可となる事態に対して費用を掛けずに対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における生体信号検出装置の好ましい各実施例を説明する。なお、同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【実施例１】
【００２２】
第１実施例における生体信号検出装置の回路を図１に示す。本実施例は検出部30として、検出コイルとしてのコイル１と例えばＪＦＥＴ（接合形電界効果トランジスタ）などのＦＥＴ３とコンデンサ２，５，６とでコルピッツ発振回路を形成している。当該発振周波数は数ＭＨｚで、周波数は適当な値とすればよい。もちろん、ＦＥＴ３には例えばＭＯＳ型ＦＥＴやバイポーラトランジスタなどを用いることができ、バイポーラトランジスタの場合は、以下の説明中、ソースがエミッタ、ドレインがコレクタ、ゲートがベースに対応し、これらを読み替えればよい。なお、後述するＦＥＴ14についても同様である。検出部30の具体的な接続について説明する。コイル１の一端は、コンデンサ２を介してＦＥＴ３のゲートに接続され、コイル１の他端は接地されている（ＧＮＤラインに接続されている）。ＦＥＴ３のゲートは、コンデンサ２と接続される他にも、抵抗４を介して接地されている。すなわち、コイル１とコンデンサ２との直列回路に対して抵抗４が並列に接続されている。ＦＥＴ３のソースはコンデンサ５を介して接地され、ＦＥＴ３のゲート−ソース間にはコンデンサ６が接続されている。ＦＥＴ３のドレインは、抵抗７を介して電源Ｖccに接続される（Ｖccラインに接続される）一方で、コンデンサ８を介して接地されている。
【００２３】
検出部30の検出信号出力となるＦＥＴ３のソースには、インダクタンス素子９と抵抗10との直列回路を介して接地されると共に、コンデンサ11の一端が接続されており、これらにより検出部30での検出信号を増幅するためのピーキング回路（広帯域増幅回路）からなる増幅部31が形成されている。
【００２４】
増幅部31の後段には例えばＪＦＥＴなどのＦＥＴ14を用いたバッファ回路からなるバッファ部32が接続されている。ＦＥＴ14のゲートは、増幅部31を構成するコンデンサ11の他端が接続されている。また、ＦＥＴ14のゲートは、抵抗12を介して電源に接続される一方で、抵抗13を介して接地されている。すなわち、ＦＥＴ14のゲートは、抵抗12，13により電源Ｖccの分圧電圧でバイアスされ、前記検出信号が入力されている。ＦＥＴ14のドレインは、電源Ｖccに接続されると共に、コンデンサ15を介して接地されている。ＦＥＴ14のソースは、抵抗16を介して接地されている。
【００２５】
バッファ部32の出力となるＦＥＴ14のソースは、直流成分カット用のコンデンサ17を介してＡＭ検波部33に接続されている。ＡＭ検波部33は、コンデンサ17がダイオード18（コンデンサ17側がアノード、抵抗21側がカソードとなる）と抵抗21を介して検出信号端子Ｖａに接続されると共に、抵抗21の両端がそれぞれコンデンサ20又はコンデンサ22を介して接地されることにより形成されている。このＡＭ検波部33により前記検出信号のエンベロープ（包絡線）抽出が行われる。
【００２６】
以上説明したように、図１の回路では、検出部30から出力される検出信号を増幅部31で増幅し、バッファ部32に通した後、ＡＭ検波部33でＡＭ検波して低周波信号としている。これを図４に示す演算増幅器35の反転増幅回路に入力し１００倍程度に増幅する。図４において、演算増幅器35の非反転入力端子は接地される一方、反転入力端子は抵抗36を介して検出信号端子Ｖａに接続されると共に、抵抗37を介して演算増幅器35の出力端子と、最終的に検出した生体信号を取り出すための出力端子Ｖoutとに接続されている。なお、演算増幅器35の電源端子には正の電圧Ｖccと負の電圧−Ｖddが供給され、これらの各電源にバイパスコンデンサ38，39が接続されている。
【００２７】
以下、上記構成を有する回路を実際に生体信号検出装置として用いる場合の、具体的な構成と検出部30の作用について説明する。
【００２８】
図５に当該生体信号検出装置をベッド上に置いた場合の断面を示す。コイル１は所謂スパイダーコイルと言われる蜘蛛の巣の形状にする。本実施例では、コイル１の直径は約３ｃｍに作製し、図１及び図４に示す回路を搭載した回路基板53と一緒に１．５ｃｍ厚の発泡スチロール板51に埋め込み、それをベッド50の上に置き、薄い導電シート52を被せてその上に毛布等を敷いた。生体信号の検出に際しては、例えば被測定者の心臓などできるだけ動きが大きな箇所がコイル１の上に来るようにするのが好ましい。
【００２９】
被測定者の背中が例えば心拍動や呼吸などにより僅かに動くとそれが導電シート52に伝わる。導電シート52とコイル１との間隔が僅かに変化すると、導電シート52とコイル１との間に存在する浮遊容量が僅かに変化し、検出部30の発振周波数と発振振幅が僅かに変化する。この発振振幅の変化をＡＭ検波部33で検出し、演算増幅器35により１００倍増幅すると、図６に示すように、被測定者の心拍動や呼吸などの生体信号が検出される。もちろん、導電シート52がなくても人体とコイル１との間に浮遊容量が発生し生体信号を検出可能であるが、被測定者の人体とコイル１との間に導電シート52を挿入したことで、生体信号の安定した検出が可能になると共に、被測定者の発する汗を遮断できるため、汗がコイル１に付くことによる検出感度の低下の心配もなく長時間安定して動作させることができる。
【００３０】
以上のように本実施例では、生体信号を電気的に検出する検出部30を備えた生体信号検出装置において、検出コイルとしてのコイル１を用いたＬＣ発振器から前記検出部30を構成している。
【００３１】
このようにすると、被測定者の生体活動に伴う動きにより、人体とコイル１との間に存在する浮遊容量が変化し、ひいては検出部30を構成するＬＣ発振器の発振周波数と発振振幅が変化する。当該変化を監視することにより、人体に何も取り付けることなく心拍動や呼吸パターンなどの生体信号を容易に検出することができる。以上より、検出部30にＬＣ発振器を用いることで回路が簡単化できる。
【００３２】
また本実施例の生体信号検出装置では、ＬＣ発振器からなる検出部30からの出力をＡＭ検波部33でＡＭ検波し、増幅している。
【００３３】
このようにすると、発振器の出力をＡＭ検波する事で、回路が簡単化できる。
【００３４】
さらに本実施例の生体信号検出装置では、コイル１を導電シート52で覆っている。
【００３５】
このようにすると、被測定者が発する汗がコイル１に付着することを防げるため、長時間使用時の感度の低下を防ぐことができる。従って、コイル１の汚れを防止し、検出感度を保つことができる。また、生体の微動で導電シート52も動くので導電シート52とコイル１の間に存在する静電容量が変化し、発振周波数及び発振振幅が変化する。
【実施例２】
【００３６】
第２実施例における生体信号検出装置の回路を図２に示す。本第２実施例では、検出部30において、コイル１単体に代えて、水晶振動子40，可変コンデンサ41（固定でも良い），及びコイル１の直列回路を用いている。その他の構成については第１実施例と同様である。第１実施例の場合、コイル１のみを使っているので、回路のＱ（共振の鋭さ）は高くない。そのため不安定で、外部からの作用がなくても発振周波数や発振振幅が僅かに変化する。これがノイズとして表れ、きれいな記録ができない場合がある。これの対策として、本実施例の検出部30ではＱの高い水晶振動子40を用いている。ただ水晶振動子40は高安定であるので、普通では周波数は動かない。そこでコイル１を直列に挿入して周波数が動くようにする。更にこのコイル１を生体信号検出用にも用いている。本実施例の生体信号検出装置では、コイル１を生体信号検出用と水晶振動子40の周波数変動用とで兼用している点が特徴であり、更に振幅変動を利用していることが特徴である。
【００３７】
以上のように本実施例の生体信号検出装置では、コイル１に水晶振動子40を直列接続している。
【００３８】
このようにすると、検出部30にＱの高い水晶振動子40を用いることで、ノイズが減りきれいな波形の生体信号が取り出せるようになる。コイル１と水晶振動子40とを直列接続することにより、コイル１を生体信号検出用と水晶振動子40の周波数変動用とで兼用することができ、更に振幅変動を利用することができる。
【実施例３】
【００３９】
第３実施例における生体信号検出装置の回路を図３に示す。本第３実施例では、第２実施例のコイル１に更にコイル42を直列接続したものである。例えば、被測定者がベッド50上で寝ている時に寝返りを打つなどして、被測定者がベッドの左右に位置を変える場合がある。このとき、検出コイル（例えばコイル１）が１個だけでは、人体が検出コイルから離れてしまい、被測定者の生体信号を検出できなくなる虞がある。そのため、複数個の検出回路を設置することが考えられるが、これでは費用がかさんでしまう。ところが、検出部30に検出コイルだけを複数設置して、それらを直列或いは並列に接続しても生体信号の検出は可能である。検出コイルだけの増設であれば費用の増加は僅かである。検出部30にコイル１，42の複数の検出コイルを設けることによって、被測定者がベッド50の上で左右に位置を変えても問題なく生体信号を検出できるようになる。
【００４０】
以上のように本実施例の生体信号検出装置では、コイル１，42など検出コイルを複数設け、複数箇所に設置している。
【００４１】
このようにすると、複数のコイル１，42それぞれで生体信号の検出が可能となるため、それらを複数箇所に設置することで、被測定者が位置を変えても問題なく生体信号を検出できるようになる。従って、複数の検出コイルを複数箇所に設置することで、被測定者が位置を変えることによる測定不可となる事態に対して費用を掛けずに対応できる。
【実施例４】
【００４２】
第４実施例における生体信号検出装置の回路を図７に示す。本第４実施例では、バッファ部32以降を並列に二個設け、一方のＡＭ検波部33ａには心拍動検出に適した値のコンデンサ17ａを用い、他方のＡＭ検波部33ｂには呼吸検出に適した値のコンデンサ17ｂを用いている。すなわち、コンデンサ17の値ひいてはＡＭ検波の対象となる周波数帯域を変えたＡＭ検波部33を複数並列に設けることにより、異なる複数の生体信号を同時に検出することができる。
【００４３】
以下、具体的な回路構成について説明する。検出部30と増幅部31の構成については図１に示した第１実施例の回路と同じである。増幅部31の出力はバッファ部32ａ，32ｂに接続されており、これ以降のバッファ部32ａ及びＡＭ検波部33ａと、バッファ部32ｂ及びＡＭ検波部33ｂとは、前述のコンデンサ17ａ，17ｂの値が異なる以外は略同様の回路構成となっている。従って、主にバッファ部32ａ及びＡＭ検波部33ａについて説明し、バッファ部32ｂ及びＡＭ検波部33ｂについては極力説明を省略する。
【００４４】
増幅部31の後段にはＦＥＴ14を用いたバッファ回路からなるバッファ部32ａが接続されている。ＦＥＴ14のゲートは、増幅部31を構成するコンデンサ11の他端が接続されている。図中、コンデンサ11は二個のコンデンサを並列接続したものを使用している。また、ＦＥＴ14のゲートは、抵抗45を介して接地されている。ＦＥＴ14のドレインは、抵抗46を介して電源Ｖccに接続されると共に、コンデンサ15を介して接地されている。ＦＥＴ14のソースは、抵抗16を介して接地されている。
【００４５】
バッファ部32ａの出力となるＦＥＴ14のソースは、心拍動検出に適した値のコンデンサ17ａを介してＡＭ検波部33ａに接続されている。ＡＭ検波部33ａは、コンデンサ17ａがダイオード18（コンデンサ17ａ側がアノード、抵抗21側がカソードとなる）と抵抗21を介して心拍検出信号端子Ｖｈに接続されると共に、抵抗21の両端がそれぞれコンデンサ20又はコンデンサ22と抵抗47との並列回路を介して接地されることにより形成されている。一方、バッファ部32ｂの出力となるＦＥＴ14のソースは、呼吸検出に適した値のコンデンサ17ｂを介してＡＭ検波部33ｂに接続されている。また、ＡＭ検波部33ｂの出力は、呼吸検出信号端子Ｖｂとなる。
【００４６】
そして、心拍検出信号端子Ｖｈから出力される心拍動信号と、呼吸検出信号端子Ｖｂから出力される呼吸信号とを、それぞれ図４に示す演算増幅器35で１００倍程度に増幅することにより、被測定者の心拍動と呼吸を示す生体信号を同時に検出することができる。図８は、当該検出結果となる呼吸波形50と心拍動波形51を表した波形図である。なお、同図は、フィルタを通す前の信号を観測したものである。（ａ）の図では、呼吸波形50が被測定者の呼吸に応じて大きく揺らいでおり、心拍動波形51が被測定者の心拍動に応じてその振幅が大きく変化している。一方、（ｂ）の図は被測定者が息を止めた時の検出結果であり、息を止めたことにより呼吸波形50から大きな揺らぎが無くなっているのがわかる。
【００４７】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。上記各実施例ではコイル１が１個のコルピッツ発振回路で説明したが、例えばハートレイ回路等の各種発振回路を利用することが可能である。ハートレイ回路ではコイルを２個用いるが、この場合は、どちらか１個のコイルを検出用として用いても良く、２個のそれぞれを検出用として用いても良い。また、コイル１の設置態様としても種々の態様とすることができ、例えばバンド等を用いて被測定者に直接装着することも可能であることは言うまでも無い。図４の演算増幅回路は、反転入力端子（マイナス入力端子）から信号を加えているが、非反転入力端子（プラス端子）から入力信号を加えてもよい。又、増幅度を必要に応じて変える事ができる。検出した信号或いは検出増幅した信号をローパスフィルタ或いはハイパスフィルタを通す事によって、希望する呼吸波形或いは心拍動波形をよりきれいに取り出す事が可能な事は言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
高齢化社会で老人の健康状態の管理が問題になっている。住宅医療等において患者の状態を遠隔地からモニターする場合に利用可能であり、生体に何も取り付ける必要が無く、ただベッド上に横になるだけで例えば呼吸及び心拍動などの生体信号が検出できる点が特徴である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施例における生体信号検出装置の検出部周辺の回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施例における生体信号検出装置の検出部周辺の回路構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施例における生体信号検出装置の検出部周辺の回路構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１〜３実施例における生体信号検出装置を構成する反転増幅回路を示す回路図である。
【図５】本発明の生体信号検出装置の使用態様を示す説明図である。
【図６】本発明の第１〜３実施例における生体信号検出装置により検出した生体信号を表す波形図である。
【図７】本発明の第４実施例における生体信号検出装置の検出部周辺の回路構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第４実施例における生体信号検出装置により検出した生体信号を表す波形図である。
【００５０】
【符号の説明】
【００５１】
１  コイル（検出コイル）
30  検出部
40  水晶振動子
42  コイル（検出コイル）
52  導電シート
【図１】
2007029388.tif 000003
【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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