(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽内に設置された電極によって検知された入浴者の心電信号に基づいて、所定の信号処理を行う心電信号処理装置において、
前記心電信号から電源周波数以上のノイズを除去するノイズフィルタを備え、
前記ノイズフィルタは、バンドエリミネーションフィルタと、カットオフ周波数が前記バンドエリミネーションフィルタの中心周波数より低い所定の周波数帯域に設定されている２次または４次のローパスフィルタとから構成されており、
前記バンドエリミネーションフィルタは、その中心周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数との間の周波数帯域において急激な減衰を示す周波数特性を有しており、
前記ローパスフィルタは、通過域におけるカットオフ周波数の近傍のＱ値が高くなっていることを特徴とする心電信号処理装置。
【請求項２】
前記バンドエリミネーションフィルタは、その中心周波数が電源周波数より高い所定の周波数帯域に設定されており、
前記ローパスフィルタは、そのカットオフ周波数が心電信号の周波数帯域より高い所定の周波数帯域に設定されている請求項１に記載の心電信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浴槽内に設置された電極によって検知された入浴者の心電信号に基づいて、入浴者の心拍数を算出する心拍数算出処理等の所定の信号処理を行う心電信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入浴時に心拍を測定する浴槽においては、心臓に負担をかけずに入浴を行うことができるように、従来から、浴槽に浸かっている入浴者の心拍数や心電波形等の心電情報を報知する心電情報報知システムが開発されており、この種の心電情報報知システムとしては、例えば、図４に示すようなものがある。
【０００３】
この心電情報報知システム５０は、同図に示すように、浴槽に浸かっている入浴者が発する心電信号を、浴槽内の湯水を介して検出する電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、この電極５１ａ、５１ｂによって検出された心電信号に基づいて、単位時間当りの心拍数を算出する心拍数算出処理を行う心電信号処理装置５２と、この心電信号処理装置５２によって算出された単位時間当りの心拍数を表示する表示装置５８とから構成されており、心電信号処理装置５２は、電極５１ａ、５１ｂ間の電位差を心電信号として増幅する差動増幅回路５３と、この差動増幅回路５３によって増幅された心電信号からノイズ成分を除去するフィルタ回路５４と、このフィルタ回路５４によってノイズ成分が除去された心電信号を増幅する増幅回路５５と、この増幅回路５５によって増幅された心電信号の波形を整形する波形整形回路５６と、この波形整形回路５６によって波形整形された心電信号に基づいて、単位時間当りの心拍数を算出する演算回路５７とを備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、人間の心電信号は、その周波数帯域が１０〜３０Ｈｚであり、しかも、上述したように、浴槽内の湯水を介して心電信号を検出する場合は、人間の肌に心拍検出電極を直接接触させた状態で心電信号を検出する場合に比べて、湯水の抵抗分だけ信号強度が小さくなるが、電源周波数同期ノイズの強度は変化しないので、心電信号と電源周波数同期ノイズの信号強度の比（Ｓ／Ｎ比）が悪くなる。このため、上述したような心電信号処理装置５２に搭載されるフィルタ回路５４としては、電源周波数以上のノイズを除去することができるように、通常、カットオフ周波数が４５Ｈｚ付近に設定されたローパスフィルタが使用されることになる。
【０００５】
しかしながら、上述したように、心電信号の周波数帯域は、電源周波数に接近しているため、遷移帯における減衰が緩やかな周波数特性を有する低次のローパスフィルタを使用したのでは、電源周波数同期ノイズを確実に減衰させることができず、適正に心拍数を算出することができない場合がある。
【０００６】
このため、上述したような心電信号処理装置５２では、遷移域において急激な減衰を示す周波数特性を有する６次または８次のローパスフィルタを使用する必要があるが、高次のローパスフィルタは、部品コストが高くなると共に、回路自体が大きくなるので、それに伴って基板面積が大きくなり、逆に、輻射ノイズの影響を受けやすくなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、高次のローパスフィルタを使用することなく、電源周波数同期ノイズを確実に除去することができる、小型かつ安価なノイズフィルタを備えた心電信号処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、浴槽内に設置された電極によって検知された入浴者の心電信号に基づいて、所定の信号処理を行う心電信号処理装置において、前記心電信号から電源周波数以上のノイズを除去するノイズフィルタを備え、前記ノイズフィルタは、バンドエリミネーションフィルタと、カットオフ周波数が前記バンドエリミネーションフィルタの中心周波数より低い所定の周波数帯域に設定されている２次または４次のローパスフィルタとから構成されており、前記バンドエリミネーションフィルタは、その中心周波数と前記ローパスフィルタのカットオフ周波数との間の周波数帯域において急激な減衰を示す周波数特性を有しており、前記ローパスフィルタは、通過域におけるカットオフ周波数の近傍のＱ値が高くなっていることを特徴とする心電信号処理装置を提供するものである。
【０００９】
以上のように、この心電信号処理装置では、心電信号から電源周波数以上のノイズを除去するノイズフィルタを、通常使用される安価な２次または４次のローパスフィルタと、部品点数が少なく、安価に製造することができる、中心周波数とローパスフィルタのカットオフ周波数との間の周波数帯域において急激な減衰を示す周波数特性を有しているバンドエリミネーションフィルタとによって構成しているので、遷移域において急激な減衰を示す周波数特性を有する高次のローパスフィルタと同等の性能を、小型かつ安価に実現することができ、しかも、高次のローパスフィルタとは異なり、輻射ノイズの影響を受けにくいという効果が得られる。
【００１０】
特に、この心電信号処理装置では、ローパスフィルタとして、通過域におけるカットオフ周波数の近傍のＱ値が高くなっているものを使用しているので、ローパスフィルタのカットオフ周波数より低い周波数帯域におけるバンドエリミネーションフィルタの減衰を抑えることができる。従って、ローパスフィルタのカットオフ周波数より低い周波数帯域においてほとんど減衰しない高価なバンドエリミネーションフィルタを使用しなくても、心電信号の減衰を簡単かつ確実に抑えることができる。
【００１１】
具体的には、請求項２にかかる発明の心電信号処理装置のように、中心周波数が電源周波数より高い所定の周波数帯域に設定されたバンドエリミネーションフィルタと、カットオフ周波数が心電信号の周波数帯域より高い所定の周波数帯域に設定されたローパスフィルタとから構成されたノイズフィルタを使用することによって、電源周波数同期ノイズを確実に減衰させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この心電情報報知システム１は、浴室Ｒ内に設置された浴槽Ｂに対する自動注湯機能や追焚機能の他、シャワーやカラン等への給湯機能を備えた風呂追焚機能付給湯器（以下、風呂給湯器という）１０と、この風呂給湯器１０を操作するために浴室Ｒ及び台所に設置される浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂと、浴槽Ｂに浸かっている入浴者の心電信号を検出するために浴槽Ｂ内に設置される心拍検出電極３１、３２、３３と、これらの心拍検出電極３１、３２、３３がそれぞれ接続され、心拍検出電極３１、３２、３３によって検出された心電信号に基づいて、１分間当りの心拍数を算出する心拍数演算ユニット４０とを備えており、心拍数演算ユニット４０と浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂとが、風呂給湯器１０の端子台を介して、直流電圧に信号を重畳して伝送する２芯線によって接続されている。
【００１３】
前記風呂給湯器１０、前記浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂには、通信手段であるシリアルインターフェースを介して相互に通信可能なコントローラ１１、２１ａ、２１ｂがそれぞれ搭載されており、これらのコントローラ１１、２１ａ、２１ｂが相互に連携をとりながら、風呂給湯器１０の運転動作を統括的に制御している。
【００１４】
また、浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂは、風呂設定温度、給湯設定温度等の風呂給湯器関連情報や入浴者の心拍数等の心電情報等を表示する表示部２２ａ、２２ｂをそれぞれ備えており、これらの表示部２２ａ、２２ｂには、風呂給湯器関連情報または心電情報のいずれを表示させるのかを切り替える（選択する）ための報知モード切替（選択）用のメニュースイッチ（図示せず）が表示されるようになっている。
【００１５】
一対の心拍検出電極３１、３２は、浴槽Ｂに浸かった入浴者の心臓を挟むように、浴槽Ｂにおける一端側の左右両側壁に、残りの心拍検出電極（中性点）３３は、浴槽Ｂに浸かった入浴者の足元側（他端側）における浴槽Ｂの側壁にそれぞれ設置されており、各心拍検出電極３１、３２、３３は、浴槽Ｂに貯留された湯水を介して入浴者の心電信号が検出されるように、所定の高さ位置に設置されている。
【００１６】
前記心拍数演算ユニット４０は、通信手段であるシリアルインターフェースを介して、浴室用操作リモコン２０ａや台所用操作リモコン２０ｂに通信可能に接続されており、この心拍数演算ユニット４０によって、所定の時間間隔（例えば、２秒間隔）毎に算出された、１分間当りの心拍数が、同様の時間間隔で浴室用操作リモコン２０ａや台所用操作リモコン２０ｂのコントローラ２１ａ、２１ｂに送信されるようになっている。
【００１７】
この心拍数演算ユニット４０は、図２（ａ）に示すように、心拍検出電極３１、３２、３３がそれぞれ接続され、心拍検出電極３１、３２、３３によって検出された心電信号から周波数の高いインパルスノイズを除去する第１フィルタ回路４１と、この第１フィルタ回路４１によってノイズが除去された心電信号を増幅する差動増幅回路４２と、この差動増幅回路４２によって増幅された心電信号から電源周波数以上のノイズを除去する第２フィルタ回路４３と、この第２フィルタ回路４３によってノイズが除去された心電信号を再度増幅する増幅回路４４と、この増幅回路４４によって増幅された心電信号が入力されるマイクロコンピュータ４５とを備えており、このマイクロコンピュータ４５が、入力された心電信号に基づいて１分間当りの心拍数を算出し、この心拍数をシリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）４６を介して浴室用操作リモコン２０ａや台所用操作リモコン２０ｂのコントローラ２１ａ、２１ｂに送信するようになっている。
【００１８】
前記第２フィルタ回路４３は、同図（ｂ）に示すように、バンドエリミネーションフィルタ４３ａと、２次のローパスフィルタ４３ｂとから構成されており、バンドエリミネーションフィルタ４３ａは、その中心周波数が８０Ｈｚに、ローパスフィルタ４３ｂは、そのカットオフ周波数が４５Ｈｚにそれぞれ設定されている。
【００１９】
前記バンドエリミネーションフィルタ４３ａは、抵抗及びコンデンサを組み合わせたパッシブフィルタであり、図３（ａ）に示すように、ローパスフィルタ４３ｂのカットオフ周波数（４５Ｈｚ）より低い周波数帯域においてある程度の減衰を示し、ローパスフィルタ４３ｂのカットオフ周波数（４５Ｈｚ）と中心周波数（８０Ｈｚ）との間の周波数帯域において急激な減衰を示す周波数特性を有している。
【００２０】
前記ローパスフィルタ４３ｂは、オペレーショナルアンプ、抵抗及びコンデンサを組み合わせたアクティブフィルタであり、同図（ｂ）に示すように、カットオフ周波数（４５Ｈｚ）より低い周波数帯域のＱ値を高くすることによって、その周波数帯域において信号を強調する周波数特性を有している。
【００２１】
従って、上述したバンドエリミネーションフィルタ４３ａとローパスフィルタ４３ｂとを組み合わせた第２フィルタ回路４３では、バンドエリミネーションフィルタ４３ａの４５Ｈｚより低い周波数帯域における減衰域が、ローパスフィルタ４３ｂの増幅域によって補われ、同図（ｃ）に示すように、４５Ｈｚより低い周波数帯域では、ほとんど減衰を示さず、４５〜８０Ｈｚの周波数帯域では、急激に減衰を示す周波数特性を有することになり、１０〜３０Ｈｚの周波数帯域にある心電信号を減衰させることなく、電源周波数同期ノイズのみを確実に減衰させることができる。
【００２２】
以上のように、この心拍数演算ユニット４０では、心電信号から電源周波数以上のノイズを除去する第２フィルタ回路４３を、部品点数が少なく、安価に製造することができる、８０Ｈｚと４５Ｈｚとの間の周波数帯域において急激に減衰を示す周波数特性を有しているバンドエリミネーションフィルタ４３ａと、カットオフ周波数が４５Ｈｚに設定された、通常使用される安価な２次のローパスフィルタ４３ａとによって構成することで、カットオフ周波数が４５Ｈｚに設定された、遷移域において急激な減衰を示す周波数特性を有する高次のローパスフィルタと同等の性能を、小型かつ安価に実現することができ、しかも、高次のローパスフィルタを使用する場合とは異なり、輻射ノイズの影響を受けにくいという効果が得られる。
【００２３】
また、この第２フィルタ回路４３では、カットオフ周波数（４５Ｈｚ）より低い周波数帯域のＱ値を高くしたローパスフィルタ４３ｂを使用することによって、バンドエリミネーションフィルタ４３ａの４５Ｈｚより低い周波数帯域における減衰を抑えるようにしているので、部品点数が多く、構成が複雑になる、４５Ｈｚより低い周波数帯域においてほとんど減衰を示さないバンドエリミネーションフィルタを使用する場合に比べて、同等の性能を低コストで実現することができる。
【００２４】
なお、上述した実施形態では、ローパスフィルタ４３ｂにおけるカットオフ周波数（４５Ｈｚ）より低い周波数帯域のＱ値を高くすることによって、バンドエリミネーションフィルタ４３ａにおける４５Ｈｚより低い周波数帯域の減衰を抑えるようにしているが、これに限定されるものではなく、４５Ｈｚより低い周波数帯域においてほとんど減衰を示さないバンドエリミネーションフィルタを使用することも可能である。
【００２５】
また、上述した実施形態では、中心周波数が８０Ｈｚに設定されたバンドエリミネーションフィルタ４３ａと、カットオフ周波数が４５Ｈｚに設定されたローパスフィルタ４３ｂとによって第２フィルタ回路４３を構成しているが、これに限定されるものではなく、バンドエリミネーションフィルタ４３ａの中心周波数は、７０〜９０Ｈｚの周波数帯域内、より好ましくは、７５〜８５Ｈｚの周波数帯域内で適宜設定すればよく、ローパスフィルタ４３ｂのカットオフ周波数は、３０〜４５Ｈｚの周波数帯域内、より好ましくは、３５〜４５Ｈｚの周波数帯域内で適宜設定すればよい。
【００２６】
また、上述した実施形態では、第２フィルタ回路４３を構成しているローパスフィルタ４３ｂとして、２次のローパスフィルタを使用しているが、これに限定されるものではなく、４次のローパスフィルタを使用することも可能である。
【００２７】
また、上述した実施形態では、心電信号の入力側にバンドエリミネーションフィルタ４３ａを設け、心電信号の出力側にローパスフィルタ４３ｂを設けているが、これに限定されるものではなく、両者を逆に設けることも可能である。
【００２８】
また、上述した実施形態では、パッシブフィルタであるバンドエリミネーションフィルタ４３ａと、アクティブフィルタであるローパスフィルタ４３ｂとを組み合わせることによって、第２フィルタ回路４３を構成しているが、これに限定されるものではなく、バンドエリミネーションフィルタ４３ａ及びローパスフィルタ４３ｂを、パッシブフィルタまたはアクティブフィルタのいずれによって構成することも可能である。
【００２９】
また、上述した実施形態では、本発明にかかる心電信号処理装置の一例である心拍数演算ユニット４０を使用した心電情報報知システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の心電信号処理装置は、浴槽内に設置された電極によって間接的に検知された入浴者の心電信号に基づいて、種々の信号処理を行う場合に適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる心電信号処理装置の一実施形態である心拍数演算ユニットが使用されている心電情報報知システムを示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は同上の心拍数演算ユニットを示すブロック図、（ｂ）は同上の心拍数演算ユニットを構成している第２フィルタ回路を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は同上の第２フィルタ回路を構成しているバンドエリミネーションフィルタの周波数特性を示す図、（ｂ）は同上の第２フィルタ回路を構成しているローパスフィルタの周波数特性を示す図、（ｃ）は同上の第２フィルタ回路全体の周波数特性を示す図である。
【図４】従来の心電信号処理装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  心電情報報知システム
１０  風呂追焚機能付給湯器
２０ａ  浴室用操作リモコン
２０ｂ  台所用操作リモコン
３１、３２、３３  心拍検出電極（電極）
４０  心拍数演算ユニット（心電信号処理装置）
４１  第１フィルタ回路
４２  差動増幅回路
４３  第２フィルタ回路（ノイズフィルタ）
４３ａ  バンドエリミネーションフィルタ
４３ｂ  ローパスフィルタ
４４  増幅回路
４５  マイクロコンピュータ
４６  シリアルインターフェース
Ｂ  浴槽
Ｒ  浴室
【図１】
0003871592.tif 000002
【図２】
0003871592.tif 000003
【図３】
0003871592.tif 000004
【図４】
0003871592.tif 000005