(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、
前記電極によって検出された心電信号を差動増幅する差動増幅回路と、
前記電極によって検出された心電信号の基準レベルを、所定のレベルに維持する基準レベル安定化手段とを備え、
前記基準レベル安定化手段は、前記差動増幅回路の出力から、負積分回路を介して、心電信号よりも低い周波数成分を符号を反転した状態で入力側に負帰還をかける負帰還回路によって構成されており、
前記負帰還回路には、前記差動増幅回路から出力される心電信号の減衰を防止する電圧緩衝回路が設けられており、
前記負積分回路は、前記差動増幅回路から出力される心電信号が、前記電圧緩衝回路を介して、反転入力端子に入力される演算増幅器を備えており、この演算増幅器の非反転入力端子は、抵抗を介してシグナルグランドに接続されていると共に、前記演算増幅器の出力が、並列配置された２つのコンデンサ及び抵抗を介して、反転入力端子に負帰還されていることを特徴とする心電信号処理装置。
【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等の心拍情報を報知する心拍情報報知システムが開発されており、この種の心拍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】
この心拍情報報知システム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、浴槽内のお湯を介して検出する電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、この電極５１ａ、５１ｂ間の電位差（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（心電信号）を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、上述したように、浴槽に固定設置されている電極５１ａ、５１ｂ、５１ｃによって、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お湯を介して間接的に検出する場合、浴槽内で入浴者が動いたり、入浴者が動くことによって浴槽内のお湯が波打ったりすると、図５（ａ）に示すように、検出された心電信号の基線（基準レベル）ＢＬが変動する、所謂、基線動揺が発生する。
【０００５】
このように、浴槽に浸かっている入浴者の動きによって、心電信号に大きな基線動揺が発生すると、増幅率の大きい増幅回路５５から出力される増幅後の心電信号の基線自体が検出レベルを超えてしまい、その後に演算回路５７で行わなければならない心拍数の算出処理等を実質的に実行することができなくなるといった問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、検出された心電信号に基線動揺が発生している場合であっても、心拍数算出処理等の所定の処理を確実に行うことができる心電信号処理装置を提供することにある。
【０００７】
【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、前記電極によって検出された心電信号を差動増幅する差動増幅回路と、前記電極によって検出された心電信号の基準レベルを、所定のレベルに維持する基準レベル安定化手段とを備え、前記基準レベル安定化手段は、前記差動増幅回路の出力から、負積分回路を介して、心電信号よりも低い周波数成分を符号を反転した状態で入力側に負帰還をかける負帰還回路によって構成されており、前記負帰還回路には、前記差動増幅回路から出力される心電信号の減衰を防止する電圧緩衝回路が設けられており、前記負積分回路は、前記差動増幅回路から出力される心電信号が、前記電圧緩衝回路を介して、反転入力端子に入力される演算増幅器を備えており、この演算増幅器の非反転入力端子は、抵抗を介してシグナルグランドに接続されていると共に、前記演算増幅器の出力が、並列配置された２つのコンデンサ及び抵抗を介して、反転入力端子に負帰還され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。
【０００８】
以上のように、この心電信号処理装置は、電極によって検出された心電信号の基準レベルを、所定のレベルに維持する基準レベル安定化手段を備えているので、基線動揺が発生している場合でも、基準レベル安定化手段によって、その基線動揺がキャンセルされ、所定の信号処理を確実に実行することができる。
【０００９】
特に、この心電信号処理装置では、電極間の電位差（心電信号）を差動増幅する差動増幅回路を備えているので、基準レベル安定化手段を、差動増幅回路の出力から、負積分回路を介して、心電信号よりも低い周波数成分を符号を反転した状態で入力側に負帰還をかける負帰還回路によって構成することにより、基線動揺をキャンセルすることができる。
【００１１】
【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は、本発明の心電信号処理装置を使用した心拍情報報知システムを示している。同図に示すように、この心拍情報報知システム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給湯器１０と、この風呂給湯器１０を操作するための操作手段として、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分間当りの心拍数に数値化された心拍データを作成する、本発明にかかる心電信号処理装置である心拍数演算ユニット４０とを備えており、この心拍数演算ユニット４０には、前記風呂給湯器１０から電源の供給が行われるようになっている。なお、図１では、通信系統を破線で、電源系統を実線で表示してある。
【００１２】
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。
【００１３】
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拍関連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拍関連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。
【００１４】
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に貯留されたお湯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。
【００１５】
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によって作成された心拍データ（１分間当りの心拍数）が、所定の時間間隔（例えば、２秒間隔）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。
【００１６】
この心拍数演算ユニット４０は、図２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に基づいて、１分間当りの心拍数に数値化された心拍データを作成し、この心拍データ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に送信するマイクロコンピュータ４５とを備えており、前記差動増幅回路４２には、入力される心電信号に発生した基線動揺をキャンセルする基準レベル安定化回路４７が接続されている。
【００１７】
前記差動増幅回路４２は、図３に示すように、前段に設けられた２つの演算増幅器４２１、４２２と、後段に設けられた１つの演算増幅器４２３とを備えており、後段の演算増幅器４２３に、上述した基準レベル安定化回路４７が接続されている。
【００１８】
前段の２つの演算増幅器４２１、４２２は、それぞれの非反転入力端子（＋）に、心拍検出電極３１、３２からの検出信号が第１フィルタ回路４１を介して入力されると共に、それぞれの演算増幅器４２１、４２２の出力が、抵抗４２４、４２５を介して他方の演算増幅器４２２、４２１の反転入力端子（−）に入力されるようになっており、それぞれの演算増幅器４２１、４２２の出力から負帰還抵抗４２６、４２７を介してそれぞれの反転入力端子（−）に負帰還がかけられている。従って、心拍検出電極３１、３２によって検出された心電信号は、信号基準レベル（２．５Ｖ）に対するオフセットがキャンセルされた状態で、２つの演算増幅器４２１、４２２から出力される。
【００１９】
また、後段の演算増幅器４２３には、その非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）に、前段の演算増幅器４２１、４２２の出力がそれぞれ入力されるようになっており、この演算増幅器４２３の出力から負帰還抵抗４２８を介して反転入力端子（−）に負帰還がかけられている。
【００２０】
従って、第１フィルタ回路４１を介して出力される心拍検出電極３１、３２間の電位差（心電信号）が、この差動増幅回路４２によって増幅され、第２フィルタ回路４３に出力される。
【００２１】
前記基準レベル安定化回路４７は、図３に示すように、差動増幅回路４２を構成している演算増幅器４２３の出力から、負積分回路４７１を介して演算増幅器４２３の非反転入力端子（＋）に負帰還をかける負帰還回路によって構成されており、負積分回路４７１は、入力信号に対して周波数の高い心電信号を減衰させるような特性を有している。なお、この負帰還回路には、差動増幅回路４２から第２フィルタ回路４３に出力される心電信号の減衰を防止するために電圧緩衝回路４７７が設けられている。
【００２２】
前記負積分回路４７１は、演算増幅器４２３からの出力信号が、電圧緩衝回路４７７を介して、反転入力端子（−）に入力される演算増幅器４７２を備えており、この演算増幅器４７２の非反転入力端子（＋）は、抵抗４７３を介してシグナルグランド（２．５Ｖ）に接続されていると共に、演算増幅器４７２の出力がコンデンサ４７４、４７５、抵抗４７６を介して反転入力端子（−）に負帰還されている。
【００２３】
この負積分回路４７１は、心電信号以上の周波数が高い入力を減衰させるように構成されているので、差動増幅回路４２の演算増幅器４２３から出力される信号のうち、心電信号より低い周波数成分のみが符号反転された状態で演算増幅器４２３の非反転入力端子（＋）に帰還されることになる。従って、図５（ａ）に示すように、差動増幅回路４２の入力に基線動揺が発生している場合であっても、心電信号より低い周波数成分である基線動揺がキャンセルされ、同図（ｂ）に示すように、心電信号の基準レベルが所定のレベル（２．５Ｖ）に保持された状態で、第２フィルタ回路４３に出力されるようになっている。
【００２４】
以上のように構成された心拍情報報知システム１では、浴室用操作リモコン２０ａまたは台所用操作リモコン２０ｂの運転スイッチをＯＮすると、浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂの表示部２２ａ、２２ｂに、風呂設定温度や給湯設定温度等の風呂給湯器関連情報が自動的に表示されるが、浴槽Ｂに浸かった入浴者または入浴者以外の家族の人が、浴室用操作リモコン２０ａまたは台所用操作リモコン２０ｂを操作することによって、報知モード切替（選択）用のメニュースイッチを表示させ、このメニュースイッチによって心拍関連情報の報知モードに切り替えると、浴室用操作リモコン２０ａ及び台所用操作リモコン２０ｂの表示部２２ａ、２２ｂに入浴者の心拍数が表示される。
【００２５】
以上のように、この心拍情報報知システム１に使用されている心拍数演算ユニット４０は、心拍検出電極３１、３２間の電圧を増幅する差動増幅回路４２の出力から、心電信号よりも低い周波数成分を符号を反転した状態で出力する負積分回路４７１を介して入力側に負帰還をかける負帰還回路によって構成された基準レベル安定化回路４７を備えているので、浴槽Ｂに浸かった入浴者の動きに伴って心電信号に発生する基線動揺が確実にキャンセルされ、増幅率の大きい後段の増幅回路４４から出力される心電信号が検出レベルを越えることがなく、その心電信号に基づいて、マイクロコンピュータ４５が入浴者の心拍数を確実に求めることができる。
【００２６】
なお、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を使用した心拍情報報知システム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拍情報報知システムを示す概略構成図である。
【図２】同上の心拍数演算ユニットを示すブロック図である。
【図３】同上の心拍数演算ユニットを構成している差動増幅回路及び基準レベル安定化回路の詳細を示す回路図である。
【図４】従来の心電信号処理装置を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は基線動揺が発生している状態の心電波形を示す図、（ｂ）は基線動揺がキャンセルされた状態の心電波形を示す図である。
【符号の説明】
１  心拍情報報知システム
１０  風呂給湯器
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
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
４７  基準レベル安定化回路（基準レベル安定化手段）
４７１  負積分回路
４７２  演算増幅器
４７３、４７６  抵抗
４７４、４７５  コンデンサ
４７７  電圧緩衝回路
Ｂ  浴槽
Ｒ  浴室
【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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