(57)【要約】      （修正有）【課題】人体に接触せずに心肺機能を監視することができる心肺機能監視装置を提供する。【解決手段】心肺機能監視装置は、マイクロ波を生成する局部発振器１と、局部発振器１により生成されたマイクロ波を送信する送信アンテナ２と、監視対象者からの反射波を受信する受信アンテナ３と、局部発振器１により生成されたマイクロ波と反射波とを混合し、マイクロ波と反射波との差分に基づく信号を出力する混合器４と、混合器４から出力された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６と、Ａ／Ｄ変換器６から出力される信号をフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に対してフィルタ処理を施し、心拍数及び呼吸数を算出する演算制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を生成する発振器と、
前記発振器により生成されたマイクロ波を送信する送信アンテナと、
監視対象者からの反射波を受信する受信アンテナと、
前記発振器により生成されたマイクロ波と前記反射波とを混合し、前記マイクロ波と前記反射波との差分に基づく信号を出力する混合器と、
前記混合器から出力された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力される信号をフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に対してフィルタ処理を施し、心拍数及び呼吸数を算出する演算制御部と、
を備える心肺機能監視装置。
【請求項２】
前記演算制御部は、心拍に対応する第１フィルタを用いたフィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数に基づいて心拍数を算出し、呼吸に対応する第２フィルタを用いたフィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数に基づいて呼吸数を算出することを特徴とする請求項１に記載の心肺機能監視装置。
【請求項３】
異常発生を報知する報知部をさらに備え、
前記演算制御部は、算出した心拍数又は呼吸数と基準値との差分が所定値以上であった場合に、前記報知部に異常発生を報知するよう指示することを特徴とする請求項１又は２に記載の心肺機能監視装置。
【請求項４】
前記演算制御部が算出した心拍数及び呼吸数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記演算制御部は、前記記憶部に記憶されている心拍数又は呼吸数の平均値を前記基準値とすることを特徴とする請求項３に記載の心肺機能監視装置。
【請求項５】
前記発振器により生成されるマイクロ波の周波数は１０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の心肺機能監視装置。
【請求項６】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、前記監視対象者が臥位、座位または立位で過ごす空間の天井もしくは側面の壁面に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の心肺機能監視装置。
【請求項７】
前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、前記監視対象者が臥位、座位または立位で過ごす空間の天井または壁面に着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の心肺機能監視装置。
【請求項８】
少なくとも前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが別の設置器具に内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の心肺機能監視装置。
【請求項９】
少なくとも前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが携行可能な装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の心肺機能監視装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼吸や心拍などの心肺機能を監視する心肺機能監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入院患者の呼吸数や心拍数等の心肺機能を検出するために、人工呼吸器や心電計等の医療機器のセンサを患者に直接接触させ、センサと本体機器とをケーブルで接続していた。しかし、センサを患者に接触させる方式では、患者の動きを拘束し、圧迫感を与えることになる。また、睡眠中の寝返り等によりセンサが外れてしまった場合、心肺機能の検出が行えなくなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７４１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、人体に接触せずに心肺機能を監視することができる心肺機能監視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】
【０００５】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、マイクロ波を生成する発振器と、前記発振器により生成されたマイクロ波を送信する送信アンテナと、監視対象者からの反射波を受信する受信アンテナと、前記発振器により生成されたマイクロ波と前記反射波とを混合し、前記マイクロ波と前記反射波との差分に基づく信号を出力する混合器と、前記混合器から出力された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される信号をフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に対してフィルタ処理を施し、心拍数及び呼吸数を算出する演算制御部と、を備える。
【０００６】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、前記演算制御部が、心拍に対応する第１フィルタを用いたフィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数に基づいて心拍数を算出し、呼吸に対応する第２フィルタを用いたフィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数に基づいて呼吸数を算出することを特徴とする。
【０００７】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、異常発生を報知する報知部をさらに備え、前記演算制御部が、算出した心拍数又は呼吸数と基準値との差分が所定値以上であった場合に、前記報知部に異常発生を報知するよう指示することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、前記演算制御部が算出した心拍数及び呼吸数を記憶する記憶部をさらに備え、前記演算制御部が、前記記憶部に記憶されている心拍数又は呼吸数の平均値を前記基準値とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、前記発振器により生成されるマイクロ波の周波数が１０ＭＨｚであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが、前記監視対象者が臥位、座位または立位で過ごす空間の天井もしくは側面の壁面に取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが、前記監視対象者が臥位、座位または立位で過ごす空間の天井または壁面に着脱可能に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、少なくとも前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが別の設置器具に内蔵されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様による心肺機能監視装置は、少なくとも前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが、携行可能なサイズおよび形状の装置に内蔵されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、人体に接触せずに心肺機能を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る心肺機能監視装置の概略構成図である。
【図２】心肺の挙動を説明するグラフである。
【図３】本実施形態に係る心肺機能監視装置の送受信アンテナの設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に本実施形態に係る心肺機能監視装置の概略構成を示す。心肺機能監視装置は、局部発振器１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、混合器４、増幅器５、Ａ／Ｄ変換器６、演算制御部７、記憶部８、及び報知部９を備えている。
【００１８】
局部発振器１はマイクロ波を生成する。局部発振器１で生成されたマイクロ波は、送信アンテナ２から放射され、人体（対象物）Ｐで反射し、受信アンテナ３で受信される。ここで、人体Ｐは体全体だけでなく、心臓や肺などの臓器を含む。局部発振器１で生成されるマイクロ波は周波数が１０ＭＨｚ程度であることが好ましい。これにより、送信アンテナ２から放射されたマイクロ波が人体Ｐに進入し、心臓や肺などの臓器からの反射波を取得し易くなる。
【００１９】
受信アンテナ３で受信された反射波は、局部発振器１で生成された信号と混合器４で混合される。すなわち、局部発振器１で生成されるマイクロ波（ローカル信号）と、その反射波（受信信号）とを混合してドップラー信号を検波するホモダイン検波が行われる。局部発振器１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、及び混合器４はドップラーセンサであり、混合器４は検波器として機能する。
【００２０】
人体Ｐに動きが無い場合、局部発振器１で生成されたマイクロ波と、人体Ｐから反射してきたマイクロ波の周波数は同一周波数であるため、混合器４の出力には交流成分が含まれない。つまり、混合器４の出力は０Ｈｚ（直流）となる。
【００２１】
一方、人体Ｐが送信アンテナ２及び受信アンテナ３に対して接近あるいは離反した場合、ドップラー効果により反射波の成分が変化するため、混合器４の出力には、その差分の信号が表れる。この差分の信号には、心臓の動き（心拍）や肺の動き（呼吸）に対応する成分が含まれている。例えば、心臓の動きは図２（ａ）のような信号波形、肺の動きは図２（ｂ）のような信号波形となり、混合器４の出力信号はこれらを含むものとなる。
【００２２】
混合器４の出力は増幅器５により増幅され、Ａ／Ｄ変換器６によりアナログデジタル変換される。
【００２３】
演算制御部７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号を高速フーリエ変換し、変換後の信号に対してフィルタ処理を施し、心拍数及び呼吸数を算出する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、心臓と肺は異なる挙動を示すため、フィルタ処理によりこれらを分離して取り扱うことができる。
【００２４】
例えば、演算制御部７は、高速フーリエ変換後の信号に対して、心拍数の周波数帯域を通過帯域とするフィルタを用いてフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数から、心拍数を算出する。
【００２５】
また、例えば、演算制御部７は、高速フーリエ変換後の信号に対して、呼吸数の周波数帯域を通過帯域とするフィルタを用いてフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の周波数分布において振幅が最大となる周波数から、呼吸数を算出する。
【００２６】
記憶部８は、演算制御部７により算出された心拍数及び呼吸数を記憶する。
【００２７】
演算制御部７は、記憶部８に記憶されている過去の心拍数や呼吸数の平均値と、算出した最新の心拍数及び呼吸数とを比較し、差分が所定値以上であった場合に、報知部９に異常発生を報知するよう指示する。あるいはまた、演算制御部７は、記憶部８に記憶されている心拍数や呼吸数の基準値と、算出した心拍数及び呼吸数とを比較し、差分が所定値以上であった場合に、報知部９に異常発生を報知するよう指示してもよい。
【００２８】
報知部９は、演算制御部７からの指示に基づいて、心拍又は呼吸に異常が発生したことを報知する。例えば、報知部９は警報音を発生させたり、監視モニタに異常発生を表示させたりする。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、人体にセンサ等を直接接触させずに、心肺機能を監視することができる。また、心肺機能に異常が発生したことを速やかに検出し、報知することができる。
【００３０】
（実施例１）
上記実施形態に係る心肺機能監視装置の送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、人体から数メートル（例えば１〜２メートル程度）まで離して設置することができる。このため、例えば、図３に示すように、監視対象者が睡眠を行うベッド１０の上方の天井、もしくはベッド１０の側方の壁面に送信アンテナ２及び受信アンテナ３を設置し、ベッド１０に寝ている人間の心肺機能を監視することができる。
【００３１】
（実施例２）
前述のように、上記実施形態に係る心肺機能監視装置の送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、人体から数メートルまで離して設置することができる。このため、例えば、病院の待合室など、監視対象者が座位または立位で一定時間を過ごす部屋の天井もしくは壁面に、送信アンテナ２及び受信アンテナ３を設置してもよい。これにより、病院の待合室などの部屋で待機している人間の心肺機能を監視することができる。その結果、例えば、診察前に患者の心肺機能に関する情報を取得することができ、診察の効率を向上させることができる。
【００３２】
（実施例３）
前述のように、上記実施形態に係る心肺機能監視装置の送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、人体から数メートルまで離して設置することができる。このため、例えば、監視対象者の住居や職場の建物内の天井もしくは壁面に、送信アンテナ２及び受信アンテナ３を設置してもよい。これにより、監視対象者の日常生活における心肺機能を監視することができる。なお、複数組の送信アンテナ２及び受信アンテナ３を、部屋ごとに設置してもよい。
【００３３】
（実施例４）
前述のように、上記実施形態に係る心肺機能監視装置の送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、人体から数メートルまで離して設置することができる。このため、例えば、公共施設等（例えば、学校の教室、図書館、体育館）の天井もしくは壁面に送信アンテナ２および受信アンテナ３を設置してもよい。これにより、施設利用者の心肺機能を監視するインフラストラクチャとして活用することができる。
【００３４】
上記のように、本発明に係る心肺機能監視装置の送信アンテナ２及び受信アンテナ３を、自宅の寝室等の部屋、病院の病室もしくは待合室、職場のオフィス、公共施設など、およそ監視対象者が臥位、座位または立位で過ごす空間の天井もしくは壁面に設置することで、住人、患者、従業員および施設利用者等の監視対象者の心肺機能を監視することができる。
【００３５】
なお、本発明に係る心肺機能監視装置において、送信アンテナ２及び受信アンテナ３は天井や壁面に固定的に設置される形態に限られるものではない。送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、天井や壁等の固定面と係合可能な形状の係合部あるいは磁石を利用した固定手段などを備えることで、天井または壁面に着脱可能に構成されてもよい。これにより、本発明に係る心肺機能監視装置を単独で携行可能な装置とすることができる。
【００３６】
また、本発明に係る心肺機能監視装置のうち少なくとも送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、別の設置器具に内蔵されてもよい。ここで、別の設置器具とは、心肺機能監視以外の用途を有する器具のことであり、例えば、シーリングライト等の照明器具、オーディオ機器、テレビ等の家電製品、家具、装飾品等である。
なお、この設置器具に、心肺機能監視装置の他の構成要素（混合器４、増幅器５、Ａ／Ｄ変換器６、演算制御部７、記憶部８および報知部９の少なくとも何れか）を内蔵してもよい。
【００３７】
（実施例５）
上記実施形態に係る心肺機能監視装置のうち少なくとも送信アンテナ２及び受信アンテナ３を、使用者（監視対象者）が携行可能な装置（携行装置）に内蔵してもよい。この携行装置は、使用者（監視対象者）が携行可能なサイズや形状を有するものであり、例えばスマートフォンやタブレット端末などのモバイル電子機器であってもよい。これにより、外出先でも心肺機能を監視することができる。
【００３８】
なお、上記の携行装置と通信可能に接続されたサーバを設け、当該サーバに演算制御部７を配置してもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号が当該サーバに送信され、サーバの演算制御部７が心拍数および呼吸数を算出し、携行装置に送信する。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  局部発振器
２  送信アンテナ
３  受信アンテナ
４  混合器
５  増幅器
６  Ａ／Ｄ変換器
７  演算制御部
８  記憶部
９  報知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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