JP2017158635A - 体動波分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安静状態での体動波から日常の体調管理と健康指標を得るために脈体動波や呼吸体動波などの個々の体動波を正確に分析すること。【解決手段】体動波に基づく圧力信号を体動波検出回路４０で電気信号に変換し、この体動波検出回路４０の体動波原信号検出器４６に特定体動波検出器を結合し、前記体動波検出回路４０に、検出された体動波から体調を計測する体調計測装置４１の動作体動波処理回路４２を結合し、この動作体動波処理回路４２は、検出された体動波信号から動作体動波成分を検出する動作体動波検出器５３と、前記体動波原信号検出器４６で検出された体動波原信号及び／又は前記特定体動波検出器で検出された特定体動波信号から前記動作体動波検出器５３で検出された動作体動波成分を除去する動作体動波除去器を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、睡眠中、横臥中など安静な状態で所定時間の体動波を計測し、分析することにより日常の体調管理と病気予防のための健康指標を得るための体動波分析装置に関するものである。
さらに詳しくは、病気を自覚している場合はもちろんのこと、病気であると自覚しないような軽度の機能異常状態、病気が発症していない予備群であるかどうかなどの健康指標を得るための１つの方法として、呼吸体動波、脈体動波、動作体動波、微動体動波、いびき体動波など、安静状態での個々の体動波を正確に分析し、その推移（時間的変化）を観察することが望まれる。本発明は、この目的を達成するための体動波分析装置に関するものである。

日常生活で不整脈や狭心症が起きるかどうかを検出するのにホルター心電計がある。これは、胸に電極を取り付け、小型の心電計を腰に固定し、症状に自覚があったときにボタンを押して自覚の無かったときのデータと比較して解析するものである。
また、ズボンのベルトに装着して体動を検出する体動センサーが提案されている（特許文献１）。

図１０及び図１１に示すような生体情報を収集し伝達する装置がすでに知られている（特許文献２）。
図１０において、この装置は、ベッド１１に、生体情報（体動波）を圧力変動として検出するための圧力センサー１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を有するエアマット１３を敷設し、この圧力センサー１４の検出信号を電気信号に変換して論理判断回路１７に送り、この論理判断回路１７で生体情報が異常かどうかを判断して出力するようことを基本構成としている。

前記論理判断回路１７は、呼吸情報を検出して処理する手段と、心拍情報を検出して処理する手段と、被検者の離床等を検出する手段とを具備している。前記呼吸情報を検出して処理する手段は、前記圧力センサー１４で検出された生体情報から呼吸波形を通過させるＢＰＦ回路２３と、呼吸由来体動波から呼吸回数を演算する呼吸数演算回路２６とからなり、前記心拍情報を検出して処理する手段は、前記圧力センサー１４で検出された生体情報から心拍波形を通過させるＢＰＦ回路２４と、心拍波形を増幅し、時間軸を拡大する増幅・拡大回路２７と、心拍由来体動パルスから心拍回数を演算する心拍数演算回路２８とからなり、被検者１０の離床等を検出する手段は、前記圧力センサー１４で検出された生体情報から被検者が離床したかどうかを判断するための最低体動電圧と離床時間を設定する離床等判断回路３１と、前記呼吸数演算回路２６、心拍数演算回路２８及び離床等判断回路３１の少なくともいずれか１つの出力で警報信号を出力する警報回路２９とからなる。

このような構成により、次の作用効果を有する。
術後者や独居・要介護者など身動きすることが不自由な患者の呼吸数・呼吸変動、心拍数・心拍変動を含む体動波が持つ生体異常情報を人体の自由を損なうことなく計測し、患者の身体異常を誤情報なく看護者や遠隔者に情報の伝達を可能にする。また、看護者が患者等の現状を知りたい時に知ることができる。
さらに、人体の呼吸由来の体動電圧波形や心拍由来の体動電圧波形が異常かどうかは、一義的に決定できるものではなく、個人差があるが、判断基準となる閾値を、被検者の個人差に応じてより実際的な値に設定できる。

特開２００９−２７９２１１号公報 特開２０１０−２８４４９８号公報

ホルター心電計は、不整脈や狭心症などの突発的な病状を発見するのに役立つが、心拍や呼吸のリズムの推移の詳細などを毎日発見するための情報にはなりえない。
特許文献１に示される装置は、ズボンのベルトに装着して体動を検出するものであるから、呼吸数、心拍数など簡易型の計測器としては機能するが、人が動いているときの動作体動がノイズとして混入し、正確な体動波を得ることができないし、また、これらの体動波が時間的に推移する動向を観察するデータとはなりえない。

特許文献２に示される装置は、第１のＢＰＦ２２から出力した図１２に示す体動波から、第２のＢＰＦ２３を通して図１３に示すような呼吸波が得られ、また、第３のＢＰＦ２４を通して心拍波が得られるものであるが、これらの呼吸波や心拍波には、微動体動波、いびき体動波、体位変換に伴う動作体動波などの体動波がノイズとして含み、呼吸波や心拍波などの正確な体動波が得られないという問題があった。

本発明は、安静状態での個々の体動波を正確に分析し、機能異常状態や健康指標発見のために個々の体動波の推移を観察するためのデータを得ることを目的とするものである。

本発明による体動波分析装置は、図１に示すように、体動波検出センサーを有するマットを敷設し、前記体動波検出センサーの検出圧力信号を体動波検出回路４０で電気信号に変換し、この体動波検出回路４０を構成する体動波原信号検出器４６に、特定の体動波を検出する検出器を結合してなる体動波分析装置において、
前記体動波検出回路４０に、検出された体動波信号から体調判断の指標となる種々の信号を計測し分析する体調計測装置４１を結合し、この体調計測装置４１の一部を構成する動作体動波処理回路４２は、検出された体動波信号から動作体動波成分を検出する動作体動波検出器５３と、前記体動波原信号検出器４６で検出された体動波原信号及び／又は前記特定体動波検出器で検出された特定体動波信号から前記動作体動波検出器５３で検出された動作体動波成分を除去する動作体動波除去器を具備したことを特徴とする。

前記特定体動波検出器は、脈体動波検出器４７と呼吸体動波検出器４８を含み、動作体動波検出器５３は、前記脈体動波検出器４７で検出した脈体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器５６と、前記呼吸体動波検出器４８で検出した呼吸体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器５７に結合したことを特徴とする。また、前記動作体動波検出器５３は、前記体動波原信号検出器４６で検出した体動波原信号から動作体動波成分を除去する原信号の動作体動波除去器５５を結合することが出来る。

前記特定体動波検出器は、脈体動波と呼吸体動波以外のその他の体動波検出器５４を含み、動作体動波除去器５３は、前記その他の体動波検出器５４で検出したその他の体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器５８に結合したことを特徴とする。

前記動作体動波検出器５３は、望ましくは、脈体動波検出器４７の出力側に結合し、この脈体動波検出器４７で検出した脈体動波信号から動作体動波成分を検出するようにしたことを特徴とする。

前記体調計測装置４１は、特定の体動波信号から動作体動波を除去する動作体動波処理回路４２に加えて、体動波原信号から動作体動波成分を除去した波形パターンと動作体動波の計測数から寝相情報を検出する寝相情報検出回路４３と、脈体動波信号から動作体動波成分を除去した波形に基づき脈拍数を計数する脈拍数の計数器６１と呼吸体動波信号から動作体動波成分を除去した波形に基づき呼吸数を計数する呼吸数の計数器６２とその他の体動波信号から動作体動波成分を除去した波形に基づきその他の情報数を計数するその他の情報計数器６３からなる呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４を具備したことを特徴とする。

前記体調計測装置４１は、寝相様態分析、脈拍様態分析、呼吸様態分析及びその他の情報の分析に基づき睡眠様態分析をする睡眠リズム検出回路４５を具備したことを特徴とする．

前記動作体動波検出器５３は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号を包絡線で表した波形に成形する波形整形回路７１と、この波形整形回路７１の出力信号から脈体動波を除去し振幅の大きな信号を得るための脈体動波の除去回路７２と、この脈体動波の除去回路７２の出力信号からマイナス成分をなくすための絶対値回路７３と、この絶対値回路７３の包絡線波形に閾値を設定し、矩形波とする矩形波作成回路７５とからなることを特徴とする。

また、前記動作体動波検出器５３は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号から２乗平均平方根値を算出する２乗平均値の算出回路７７と、この２乗平均値の算出回路７７の出力を所定時間ずつずらして移動平均値を求めて包絡線で表した波形に成形する移動平均処理回路７８と、この移動平均処理回路７８の２乗平均平方根値と２乗平均平方根値の所定時間の平均値との関係から指数関数・対数関数を求める動作体動指数の算出回路７９と、この動作体動指数の算出回路７９で処理された波形に閾値を設定する閾値の算出回路８０と、この閾値の算出回路８０の閾値に基づき矩形波を作成する矩形波の作成回路８０とからなることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、体動波を圧力信号として検出する体動波検出センサーと、この体動波検出センサーに結合され、検出圧力信号を電気信号に変換する体動波検出回路と、この体動波検出回路を構成する体動波原信号検出器と、この体動波原信号検出器に結合された特定体動波検出器とを具備してなる体動波分析装置において、
前記体動波検出回路に結合され、この体動波検出回路で検出された体動波信号から動作体動波を処理する動作体動波処理回路を具備し、この動作体動波処理回路は、検出された体動波信号から動作体動波成分を検出する動作体動波検出器と、前記体動波原信号検出器で検出された体動波原信号及び／又は前記特定体動波検出器で検出された特定体動波信号から前記動作体動波検出器で検出された動作体動波成分を除去する動作体動波除去器を具備したので、体位変換時などの人が動いているときの動作体動波がノイズとして混入せずに、正確な体動波を得ることができ、また、これらの体動波が時間的に推移する動向を観察するデータとして用いることができ、心拍や呼吸のリズムの推移の詳細などを発見するための情報となる。

請求項２記載の発明によれば、特定体動波検出器は、脈体動波検出器と呼吸体動波検出器を含み、動作体動波除去器は、前記脈体動波検出器で検出した脈体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器と、前記呼吸体動波検出器で検出した呼吸体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器に結合したので、特に、脈体動波と呼吸体動波を精度良く検出でき、病気であると自覚しないような軽度の機能異常状態、病気が発症していない予備群であるかどうかの健康指標となり得る。

請求項３記載の発明によれば、特定体動波検出器は、その他の体動波検出器を含み、動作体動波除去器は、前記その他の体動波検出器で検出したその他の体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去する動作体動波除去器に結合したので、微動体動波、いびき体動波なども精度良く検出できる。

請求項４記載の発明によれば、特定体動波検出器は、その他の体動波検出器を含み、動作体動波除去器は、前記その他の体動波検出器で検出したその他の体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器に結合したので、微弱で周期性のある脈体動波から振幅が大きく、周期性の無い動作体動波を明白に区別して検出することができる。

請求項５記載の発明によれば、体動波検出回路に、検出された体動波信号から体調判断の指標となる種々の信号を計測し分析する体調計測装置を結合し、この体調計測装置は、特定の作動波信号から動作作動波を除去する動作体動波処理回路に加えて、体動波原信号から動作体動波成分を除去した波形パターンと動作体動波の計測数から寝相情報を検出する寝相情報検出回路と、脈拍数の計数、呼吸数の計数、その他の情報計数をする呼吸・脈拍・その他の情報検出回路とを具備したので、睡眠時の寝返りなどの体動波の発生回数や時間的推移、脈拍数の計数の変化、呼吸数の計数の変化、いびきなどのその他の体動波の推移と回数が極めて正確に出力することができる。

請求項６記載の発明によれば、体調計測装置は、寝相様態分析、脈拍様態分析、呼吸様態分析及びその他の情報の分析に基づき睡眠様態分析をする睡眠リズム検出回路を具備したので、体調計測装置は、寝相様態分析、脈拍様態分析、呼吸様態分析及びその他の情報の分析に基づき睡眠様態分析に基づき睡眠リズムを検出することができる。

請求項７記載の発明によれば、動作体動波検出器は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号を包絡線で表した波形に成形する波形整形回路と、この波形整形回路の出力信号から脈体動波を除去し振幅の大きな信号を得るための脈体動波の除去回路と、この脈体動波の除去回路の出力信号からマイナス成分をなくすための絶対値回路と、この絶対値回路の包絡線波形に閾値を設定し、矩形波とする矩形波作成回路とからなる構成としたので、簡便な回路で動作体動波に基づく矩形波を作り、動作体動波に基づくノイズ成分を除去したより正確に特定体動波を得ることが出来る。また、動作体動波に基づく矩形波を健康指標を示す有効な情報として用いることが出来る。

請求項８記載の発明によれば、動作体動波検出器５３は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号から２乗平均平方根値を算出する２乗平均値の算出回路７７と、この２乗平均値の算出回路７７の出力を所定時間ずつずらして移動平均値を求めて包絡線で表した波形に成形する移動平均処理回路７８と、この移動平均処理回路７８の２乗平均平方根値と２乗平均平方根値の所定時間の平均値との関係から指数関数・対数関数を求める動作体動指数の算出回路７９と、この動作体動指数の算出回路７９で処理された波形に閾値を設定する閾値の算出回路８０と、この閾値の算出回路８０の閾値に基づき矩形波を作成する矩形波の作成回路８０とからなる構成としたので、体動波の特性を生かして動作体動波に基づく矩形波を作り、動作体動波に基づくノイズ成分を除去したより正確に特定体動波を得ることが出来る。また、動作体動波に基づく矩形波を健康指標を示す有効な情報として用いることが出来る。

本発明による体動波分析装置の実施例１を示すブロック図である。 図１における各部の波形図で、（ａ）は、原信号中に動作体動波を包含する例を示す波形図、（ｂ）は、呼吸体動波中に動作体動波を包含する例を示す波形図、（ｃ）は、脈体動波中に動作体動波を包含する例を示す波形図、（ｄ）は、呼吸体動波中にいびき動作体動波を包含する例を示す波形図である。 図１における動作体動波処理回路４２の実施例１の詳細なブロック図である。 図３に示す実施例１の動作体動波処理回路４２の各部の波形図である。 図１における動作体動波処理回路４２の実施例２の詳細なブロック図である。 図５に示す実施例２の動作体動波処理回路４２の各部の波形図である。 （ａ）は、原信号から動作体動波を除去した波形図、（ｂ）は、呼吸体動波から動作体動波を除去した４つの出力波形例１,２,３,４を示す波形図である。 （ａ）は、脈拍様態分析器６５の複数の出力波形例を示す波形図、（ｂ）は、呼吸様態分析器６６の複数の出力波形例を示す波形図である。 動作体動波計数器６０の出力である動作体動数が睡眠時間の経過に応じて変化する推移を示すもので、（ａ）は、増加パターン、（ｂ）は、減少パターン、（ｃ）は、一定パターンを表している。 特許文献２に示されている生体情報を収集し伝達する装置のブロック図である。 図１０における生体情報を収集し伝達する装置の論理判断回路のブロック図である。 図１１の第１のＢＰＦ２２を通過した原信号波形図である。 図１１の第２のＢＰＦ２３を通過した呼吸波形図である。

本発明は、体動波検出センサーを有するマットを敷設し、前記体動波検出センサーの検出圧力信号を体動波検出回路４０で電気信号に変換し、この体動波検出回路４０の体動波原信号検出器４６に特定体動波検出器を結合してなる体動波分析装置において、前記体動波検出回路４０に、検出された体動波信号から体調を計測する体調計測装置４１の動作体動波処理回路４２を結合する。この動作体動波処理回路４２は、検出された体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を検出する動作体動波検出器５３と、前記体動波原信号検出器４６で検出された体動波原信号及び／又は前記特定体動波検出器で検出された特定体動波信号から前記動作体動波検出器５３で検出された動作体動波に基づくノイズ成分を除去する動作体動波除去器を具備する。

特定体動波検出器は、脈体動波検出器４７と呼吸体動波検出器４８を含み、動作体動波除去器５３は、前記脈体動波検出器４７で検出した脈体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去する動作体動波除去器５６と、前記呼吸体動波検出器４８で検出した呼吸体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去する動作体動波除去器５７に結合する。

特定体動波検出器は、その他の体動波検出器５４を含み、動作体動波除去器は、前記その他の体動波検出器５４で検出したその他の体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去する動作体動波除去器５８に結合する。

動作体動波検出器５３は、脈体動波検出器４７の出力側に結合し、この脈体動波検出器４７で検出した脈体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を検出する。

体調計測装置４１は、特定の作動波信号から動作作動波を除去する動作体動波処理回路４２に加えて、体動波原信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去した波形パターンと動作体動波の計測数から寝相情報を検出する寝相情報検出回路４３と、脈体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去した脈拍数の計数器６１と呼吸体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去した呼吸数の計数器６２とその他の体動波信号から動作体動波に基づくノイズ成分を除去したその他の情報計数器６３からなる呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４を具備する。

動作体動波検出器５３は、実施例１として、動作体動波信号を包含する脈体動波信号を包絡線で表した波形に成形する波形整形回路７１と、この波形整形回路７１の出力信号から脈体動波を除去し振幅の大きな信号を得るための脈体動波の除去回路７２と、この脈体動波の除去回路７２の出力信号からマイナス成分をなくすための絶対値回路７３と、この絶対値回路７３の包絡線波形に閾値を設定し、矩形波とする矩形波作成回路７５とにより構成する。

動作体動波検出器５３は、実施例２として、動作体動波信号を包含する脈体動波信号から２乗平均平方根値を算出する２乗平均値の算出回路７７と、この２乗平均値の算出回路７７の出力を所定時間ずつずらして移動平均値を求めて包絡線で表した波形に成形する移動平均処理回路７８と、この移動平均処理回路７８の２乗平均平方根値と２乗平均平方根値の所定時間の平均値との関係から指数関数・対数関数を求める動作体動指数の算出回路７９と、この動作体動指数の算出回路７９で処理された波形に閾値を設定する閾値の算出回路８０と、この閾値の算出回路８０の閾値に基づき矩形波を作成する矩形波の作成回路８０とにより構成する。

本発明による体動波分析装置の実施例１を図１に基づき説明する。
本発明で対象とする体動波は、手足、体幹部、頭部等の人間の大小の動きを示す波形である。他人が見て確認できる動きも確認できないレベルの動きも含む。さらに、人間が歩く、起きる、座るなどの意識動作から生じる体動も、睡眠中に無意識のうちに生じる微妙な体動や体位変換による体動も含む。このような本人の動いたという自覚の有無も問わず、動いた現象の全てを指すものとする。人体では、呼吸や心臓の鼓動によっても体動が生じている。
具体的には、呼吸体動波とは、肉眼では見えないレベルと肉眼で見えるレベルを含む体動波の中に含まれ、呼吸活動が呼気相、吸気相をもつ呼吸波形として現れるものを指すものとする。
また、脈体動波とは、肉眼では見えないレベルの体動波の中に含まれ、心臓の脈動が駆動源となって生じ体表に伝わる弾性波を指すものとする。

前記体動波は、脈拍による脈体動波、呼吸による呼吸体動波、体位変換、寝返りなどによる動作体動波、ぴくぴく動く程度の微動体動波、いびきによるいびき体動波などがあり、これらの体動波のうち、脈体動波、呼吸体動波、いびき体動波は、約１秒から５秒の短時間の周期性を有する。しかし、動作体動波は、周期性の無い場合が多いが、数１０分又はそれ以上の長時間の周期性を有する場合もあり、振幅も大きい場合が多い。このような動作体動波は、それ自体が重要な健康指標となり得るが、振幅が小さく周期性を有する脈体動波や呼吸体動波などにとっては、ノイズとなって、正確な情報を得るのに邪魔になることが多い。
本発明は、それぞれの体動波の特質を正確に捉えて分析するものである。
本発明の装置は、人間を対象とするが、人間以外の動物であっても同様に利用することができる。

前記体動波は、圧力信号として検出し、この圧力信号を電気信号に変換して出力される。
さらに詳しくは、体動波原信号は、図１０に示す特許文献２に記載と同様の方法で検出される。すなわち、ベッド１１の上に、敷布団（又はマットレス）１２ａを敷き、その上に枕１２ｂを置き、被検者１０が安静して横臥しているものとする。前記敷布団１２ａと枕１２ｂとの間には、頭部用エアマット１３ａが挿入され、また、敷布団１２ａとベッド１１の間であって、被検者１０の胸部に位置して胸部用エアマット１３ｂが挿入されるとともに、被検者１０の臀部に位置して腰部用エアマット１３ｃが挿入される。これらの頭部用エアマット１３ａ、胸部用エアマット１３ｂ、腰部用エアマット１３ｃには、それぞれ頭部用圧力センサー１４ａ，胸部用圧力センサー１４ｂ，腰部用圧力センサー１４ｃが結合されている。

これらエアマット１３は、必ずしも３個所ではなく、いずれか１又は２個所でもよいし、４個所以上でもよい。また、エアマット１３は、被検者１０の体動を検知し易い頭部、胸部、臀部の下の寝具１２に挿入したが、人の呼吸、心臓の鼓動などの身体の動きの圧力変化を体動波として測定できる場所であれば、上記例に限られず、また、敷布団１２ａや枕１２ｂなどの寝具１２を介在させずに被検者１０に直接接するように設置し、取り付けてもよい。

前記エアマット１３は、公知のものを用いることができる。例えば、気密な空気袋の内部に圧力センサー１４を取り付け、この圧力センサー１４の動圧発生部で被検者１０の微細な生体振動や動きを圧変動として捉え、この圧変動を動圧検出部の圧電素子により電圧に変換してリード線１６から生体情報信号を出力するものである。この他に、気密な空気袋に外部へ空気を導出するエアチューブ１５を結合し、このエアチューブ１５に圧力センサー１４を結合してリード線１６で生体情報信号を出力するものであってもよい。
前記空気袋は、内部の空気室が気密構造に構成され、内部に入れられた弾性のある支持材で形状が保たれており、圧力が加わると凹んで空気を排出するが、上下の隙間が完全に密着することは無く、圧力が開放されると支持材の弾性で膨らみ、外部の空気を吸い込み、元の厚さに復元するように構成されている。元の厚さに復元するための弾性のある支持材は、圧搾空気、封入液体、弾性素材などを用いることができる。

本発明による装置は、図１に示すように、大別して体動波検出回路４０と、体調計測装置４１からなり、前記体調計測装置４１は、動作体動波処理回路４２と、寝相情報検出回路４３と、呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４と、睡眠リズム検出回路４５とからなる。
前記体動波検出回路４０は、図１１に示す特許文献２と略同一の従来の構成とすることができ、図１に示す前記体動波原信号検出器４６は、図１１の第１のＢＰＦ２２に相当し、例えば、０．１５〜２００Ｈｚ程度の体動波を検出できるものとする。同様に、図１に示す脈体動波検出器４７は、図１１の第３のＢＰＦ２４に相当し、例えば、３〜４１Ｈｚ程度の体動波を検出できるものとする。図１に示す呼吸体動波検出器４８は、図１１の第２のＢＰＦ２３に相当し、例えば、０．１５〜０．４７Ｈｚ程度の体動波を検出できるものとする。さらに、図１に示す簡易脈拍数検出器４９は、図１１の心拍数演算回路２８に、図１に示す簡易呼吸数検出器５０は、図１１の呼吸数演算回路２６に、図１に示す脈拍数出力端子５１は、図１１の心拍数出力端子３５に、図１に示す脈拍数出力端子５１は、図１１の呼吸数出力端子３３にそれぞれ相当する。
また、その他の体動波検出器５４は、いびき体動波、微動体動波等を検出する。

前記体動波原信号検出器４６の出力波形は、例えば、図１２に示した波形又は図２（ａ）の波形（Ｏ）となる。前記脈体動波検出器４７の出力波形は、例えば、図２（ｃ）の波形（Ｐ）となり、また、前記呼吸体動波検出器４８の出力波形は、例えば、図１３に示した波形又は図２（ｂ）の波形（Ｒ）となる。
さらに、その他の体動波検出器５４の出力波形は、例えば、いびき体動波を検出するものとすると、図２（ｄ）に示す波形（Ｓ）となる。

図１における体調計測装置４１は、検出された体動波信号から体調判断の指標となる種々の信号を計測し分析する本発明特有の回路であり、前記動作体動波処理回路４２と寝相情報検出回路４３と呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４と睡眠リズム検出回路４５とからなる。
前記動作体動波処理回路４２は、前記脈体動波検出器４７の出力から寝返り・体位変換時などの動作時の動作体動波（Ａ）を、有効な生体情報信号として又は不要なノイズとして検出する動作体動波検出器５３と、前記体動波原信号検出器４６からぴくぴく動く程度の微動体動波（Ｔ）、いびきによるいびき体動波（Ｓ）などのその他の体動波を検出するその他の体動波検出器５４と、前記体動波原信号検出器４６の体動波原信号（Ｏ）から動作体動波（Ａ）を除去する原信号の動作体動波除去器５５と、前記脈体動波検出器４７の脈体動波（Ｐ）から動作体動波（Ａ）をノイズとして除去する脈体動波の動作体動波除去器５６と、前記呼吸体動波検出器４８の呼吸体動波（Ｒ）から動作体動波（Ａ）をノイズとして除去する呼吸体動波の動作体動波除去器５７と、前記その他の体動波検出器５４から動作体動波（Ａ）をノイズとして除去するその他の動作体動波除去器５８とからなる。
なお、本発明では、前記脈体動波検出器４７と呼吸体動波検出器４８とその他の体動波検出器５４を包含する上位概念として特定体動波検出器というものとする。

前記寝相情報検出回路４３は、前記原信号の動作体動波除去器５５から波形パターンを検出する波形パターン検出器５９と、前記動作体動波検出器５３から有効な生体情報としての動作体動波を計数する動作体動波計数器６０とからなる。
前記呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４は、前記脈体動波の動作体動波除去器５６から正確な脈拍数を計数する脈拍数計数器６１と、前記呼吸体動波の動作体動波除去器５７から正確な呼吸数を計数する呼吸数計数器６２と、前記その他の動作体動波除去器５８から正確なその他の情報を計数するその他の情報の計数器６３とからなる。

前記睡眠リズム検出回路４５は、前記波形パターン検出器５９と動作体動波計数器６０から寝相様態を分析する寝相様態分析器６４と、前記脈拍数計数器６１から脈拍様態を分析する脈拍様態分析器６５と、前記呼吸数計数器６２から呼吸様態を分析する呼吸様態分析器６６と、前記その他情報の計数器６３からその他情報を分析するその他情報の分析器６７と、前記寝相様態分析器６４と脈拍様態分析器６５と呼吸様態分析器６６とその他情報の分析器６７から睡眠様態を分析する睡眠様態分析器６８とからなる。睡眠様態信号出力端子６９は、この睡眠様態分析器６８の出力端子である。

前記動作体動波検出器５３の具体的実施例１が図３及び図４に示される。
図３において、脈体動波検出器４７から図４（ａ）に示す脈体動波信号が入力したものとする。すると、動作体動波検出器５３の強調回路７０により動作微動体動波を２乗して強調する。強調回路７０で強調された信号は、波形整形回路７１で脈体動波の脈拍周期よりやや長い、例えば２秒毎（２秒あれば脈拍を最低１回検出するので）に最大値を取得し動作体動波の包絡線で表した波形を安定化し、図４（ｂ）に示す信号となる。この波形整形回路７１の出力信号は、脈体動波の除去回路７２で最大値が求められた脈体動波の前後（例えば２秒毎）で差分を取る（微分する）ことにより振幅の大きな動作体動波に基づく信号が得られる。この脈体動波の除去回路７２の出力信号は、絶対値回路７３でマイナス成分をなくす。この絶対値回路７３の出力信号は、脈体動波の除去回路７４でさらに動作微動体動波の前後（裾部分）に生じる大振幅の波形を除去してノイズとしてのゲート幅の精度をさらに上げる。矩形波作成回路７５では、包絡線で表した波形から矩形波波形とするための閾値を設定し、この矩形波作成回路７５でノイズ幅を矩形波とする。矩形波の幅が短く所定時間（例えば８秒）以内であれば動作の安定のため結合回路７６で結合して図４（ｃ）に示す１つの矩形波とし、動作体動波検出器５３により体動波の除去すべき区間を示す矩形波信号が出力する。
そして、脈体動波の動作体動波除去器５６にて前記体動波原信号検出器４６の出力から体動波が除去され、図４（ｄ）に示すノイズの無い脈体動波信号が得られる。
同様に、原信号の動作体動波除去器５５、呼吸体動波の動作体動波除去器５７及びその他の動作体動波除去器５８でそれぞれ動作体動波が除去され、ノイズの無い特定体動波信号が得られる。

前記動作体動波検出器５３の他の具体的実施例２が図５及び図６に示される。
図５において、脈体動波検出器４７から図６（ａ）に示す脈体動波信号が入力したものとする。すると、動作体動波検出器５３の２乗平均値の算出回路７７により動作体動波の２秒間を１区間とした２乗平均平方根値（ＲＭＳ）を１秒ずつずらしながら算出し、図６（ｂ）に示す１秒毎のデータを得る。この２乗平均値の算出回路７７の出力を移動平均処理回路７８により３秒１区間として１秒ずつずらして移動平均値を求める。これにより、動作体動波の包絡線がさらに広がる。移動平均処理回路７８の２乗平均平方根値（ＲＭＳ）と２乗平均平方根値（ＲＭＳ）の所定時間（例えば１分）の平均値の関係は、指数関数対数関数的に変化することが経験値から判明しているので、動作体動指数の算出回路７９で指数関数を求める。この動作体動指数の算出回路７９で処理された図６（ｃ）に示す波形に、閾値の算出回路８０で設定した閾値を当てはめる。閾値は、センサー１４の位置、体位変換によるエアマット１３に対する当たりの異なるもの等をキャンセルして常に安定した計測値を得るために、一定時間（例えば１分間）毎に設定することが望ましい。
そして、矩形波の作成回路８０で矩形波を作成する。
前記脈体動波の動作体動波除去器５６にて脈体動波検出器４７の出力から体動波が除去され、図６（ｄ）に示すノイズの無い脈体動波信号が得られる。
同様に、動作体動波除去器５５、呼吸体動波の動作体動波除去器５７及びその他の動作体動波除去器５８でそれぞれ動作体動波が除去され、ノイズの無い特定体動波信号が得られる。

以上のように構成された本発明による体動波分析装置の作用を説明する。
（１）体動波検出回路４０の体動波原信号検出器４６では、図２（ａ）に示すような例えば０．１５〜２００Ｈｚの体動波原信号（Ｏ）が検出されて出力される。この原信号（Ｏ）には、脈体動波（Ｐ）、呼吸体動波（Ｒ）、寝返りその他の体位変換時の動作体動波（Ａ）、ぴくぴく動いたときの微動体動波（Ｔ）、いびき体動波（Ｓ）などが含まれる。

（２）前記体動波原信号検出器４６の出力から脈体動波検出器４７で脈体動波（Ｐ）が検出され、呼吸体動波検出器４８で呼吸体動波（Ｒ）が検出される。その他の体動波検出器５４の出力波形は、例えば、いびき体動波（Ｓ）が検出される。
前記脈体動波検出器４７と呼吸体動波検出器４８の出力は、従来の体動波検出回路４０では、それぞれ簡易脈拍数検出器４９と簡易呼吸数検出器５０に送られ、ノイズ除去などの処理をすることなく脈拍数出力端子５１と呼吸数出力端子５２から出力される。

（３）これに対して、本発明では、前記体動波原信号検出器４６と脈体動波検出器４７と呼吸体動波検出器４８とその他の体動波検出器５４からの出力は、本発明による体調計測装置４１へ送られて本発明特有の処理が行われる。
図２において、前記脈体動波検出器４７から動作体動波検出器５３に入力した波形に、図２（ｃ）、図４（ａ）及び図６（ａ）に示すように脈体動波（Ｐ）に動作体動波（Ａ）を含むものとする。
前記動作体動波検出器５３は、図３及び図４の実施例１又は図５及び図６の実施例２に示す回路に基づき矩形波を出力する。

この矩形波信号が前記原信号の動作体動波除去器５５に送られ、前記体動波原信号検出器４６の出力から体動波が除去され、図７（ａ）に示すようにノイズとしての動作体動波が除去された体動波信号が出力する。
同様に、脈体動波の動作体動波除去器５６からは、脈体動波からノイズとしての動作体動波を除去した純粋な脈体動波信号が出力し、前記動作体動波除去器５７からは、呼吸体動波からノイズとしての動作体動波を除去した純粋な呼吸体動波信号が出力し、その他の動作体動波除去器５８からは、その他の体動波からノイズとしての動作体動波を除去したその他の体動波信号が出力する。
前記動作体動波除去器５７からは、呼吸体動波からノイズとしての動作体動波を除去した呼吸体動波信号が出力し、その出力波の例が図７（ｂ）に示される。出力例１は、吸気ｔ１と呼気ｔ２が略同一の穏やかなサインカーブの例を示し、出力例２は、吸気ｔ１が短く、呼気ｔ２が長い後延び形の例を示し、出力例３は、吸気ｔ１が長く、呼気ｔ２が短い前延び形の例を示し、出力例４は、吸気ｔ１がサインカーブのように上昇し、呼気ｔ２が２段階に下降する例を示している。これらの特性の相違に基づき体調の変化、寝相の変化等が推測される。

前記原信号の動作体動波除去器５５から図７（ａ）に示すような出力波形が、寝相情報検出回路４３の波形パターン検出器５９に送られる。また、動作体動波計数器６０でノイズとしての動作体動波の回数が計数される。この動作体動波計数器６０の出力が図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような動作体動波パターンとして表示される。（ａ）は、増加パターン、（ｂ）は、減少パターン、（ｃ）は、一定パターンを表しており、これらのパターンの相違に基づき体調の変化等が推測される。
前記波形パターン検出器５９と動作体動波計数器６０の出力が寝相様態分析器６４に送られて、寝相様態が分析される。

呼吸・脈拍・その他の情報検出回路４４において、脈拍数計数器６１では、ノイズの除去された正確な脈拍数が計数され、呼吸数計数器６２では、ノイズの除去された正確な呼吸数が計数され、さらに、その他情報の計数器６３では、ノイズの除去された正確ないびき数など、その他の情報が計数される。
呼吸数・脈拍数・その他の情報数は、それぞれ脈拍様態分析器６５、呼吸様態分析器６６、その他情報の分析器６７に送られる。

前記脈拍様態分析器６５では、正確な脈拍数の計数に基づき例えば、図８（ａ）に示すような脈拍様態が分析される。この図８（ａ）において、特性線（１）は、時間の経過にかかわらず高い値で一定値であることを示し、特性線（２）は、脈拍数が時間の経過とともに下降していることを示し、特性線（３）は、脈拍数が周期的に波を打って下降していることを示し、特性線（４）は、極端に低い値で一定していることを示している。
これらの特性線（１）（２）（３）（４）の推移から体調の良し悪し、健康指標を示す情報等が得られる。

前記呼吸様態分析器６６では、正確な呼吸数の計数に基づき例えば、図８（ｂ）に示すような呼吸様態が分析される。この図８（ｂ）において、特性線（１）は、呼吸数が時間の経過とともに上昇していることを示し、特性線（２）は、呼吸数が時間の経過とともに低下していることを示し、特性線（３）は、呼吸数が周期的に波を打って下降していることを示している。
これらの特性線（１）（２）（３）の推移から体調の良し悪し、健康指標を示す情報等が得られる。

前記睡眠様態分析器６８では、前記寝相様態分析器６４と脈拍様態分析器６５と呼吸様態分析器６６とその他情報の分析器６７に基づき睡眠様態が分析され、睡眠様態信号出力端子６９から出力される。

前記実施例では、動作体動波検出器５３における動作体動波の検出を、脈体動波検出器４７からの脈体動波信号に基づき検出した。
しかし、これに限られるものではなく、動作体動波は、原信号に包含しているものであるから、体動波原信号検出器４６の出力側に動作体動波検出器５３を結合し、体動波の原信号に基づき検出するようにしてもよい。また、動作体動波の検出を、脈体動波検出器４７からの脈体動波信号に基づき検出するとともに、体動波原信号検出器４６からの体動波の原信号に基づき検出し、目的に応じて使い分けるようにしてもよい。

１０…被検者、１１…ベッド、１２…寝具、１３…マット、１４…センサー、１５…エアチューブ、１６…リード線、１７…論理判断回路、１８…ネットワーク、１９…中央サーバ、２０…端末装置、２１…増幅器、２２…第１のＢＰＦ、２３…第２のＢＰＦ、２４…第３のＢＰＦ、２６…呼吸数演算回路、２７…増幅拡大回路、２８…心拍数演算回路、２９…警報回路、３０…離床等判断回路、３１…閾値入力端子、３３…呼吸数出力端子、３５…心拍数出力端子、３６…警報出力端子、４０…体動波検出回路、４１…体調計測装置、４２…動作体動波処理回路、４３…寝相情報検出回路、４４…呼吸・脈拍・その他の情報検出回路、４５…睡眠リズム検出回路、４６…体動波原信号検出器、４７…脈体動波検出器、４８…呼吸体動波検出器、４９…簡易脈拍数検出器、５０…簡易呼吸数検出器、５１…脈拍数出力端子、５２…呼吸数出力端子、５３…動作体動波検出器、５４…その他の体動波検出器、５５…原信号の動作体動波除去器、５６…脈体動波の動作体動波除去器、５７…呼吸体動波の動作体動波除去器、５８…その他の動作体動波除去器、５９…波形パターン検出器、６０…動作体動波計数器、６１…脈拍数計数器、６２…呼吸数計数器、６３…その他情報の計数器、６４…寝相様態分析器、６５…脈拍様態分析器、６６…呼吸様態分析器、６７…その他情報の分析器、６８…睡眠様態分析器、６９…睡眠様態信号出力端子、７０…動作体動波の強調回路、７１…波形整形回路、７２…体動波の除去回路、７３…絶対値回路、７４…体動波の除去回路、７５…矩形波作成回路、７６…結合回路、７７…２乗平均値の算出回路、７８…移動平均処理回路、７９…動作体動指数の算出回路、８０…閾値の算出回路、８１…矩形波の作成回路。

Claims (8)

1. 体動波を圧力信号として検出する体動波検出センサーと、この体動波検出センサーに結合され、検出圧力信号を電気信号に変換する体動波検出回路と、この体動波検出回路を構成する体動波原信号検出器と、この体動波原信号検出器に結合された特定体動波検出器とを具備してなる体動波分析装置において、
   前記体動波検出回路に結合され、この体動波検出回路で検出された体動波信号から動作体動波を処理する動作体動波処理回路を具備し、この動作体動波処理回路は、検出された体動波信号から動作体動波成分を検出する動作体動波検出器と、前記体動波原信号検出器で検出された体動波原信号及び／又は前記特定体動波検出器で検出された特定体動波信号から前記動作体動波検出器で検出された動作体動波成分を除去する動作体動波除去器を具備したことを特徴とする体動波分析装置。
2. 特定体動波検出器は、脈体動波検出器と呼吸体動波検出器を含み、動作体動波除去器は、前記脈体動波検出器で検出した脈体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器と、前記呼吸体動波検出器で検出した呼吸体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器に結合したことを特徴とする請求項１記載の体動波分析装置。
3. 特定体動波検出器は、その他の体動波検出器を含み、動作体動波除去器は、前記その他の体動波検出器で検出したその他の体動波信号から動作体動波成分を除去する動作体動波除去器に結合したことを特徴とする請求項１又は２記載の体動波分析装置。
4. 動作体動波検出器は、脈体動波検出器の出力側に結合され、この脈体動波検出器で検出した脈体動波信号から動作体動波成分を検出するようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の体動波分析装置。
5. 体動波検出回路に、検出された体動波信号から体調判断の指標となる種々の信号を計測し分析する体調計測装置を結合し、この体調計測装置は、特定の作動波信号から動作作動波を除去する動作体動波処理回路に加えて、体動波原信号から動作体動波成分を除去した波形パターンと動作体動波の計測数から寝相情報を検出する寝相情報検出回路と、脈拍数の計数、呼吸数の計数、その他の情報計数をする呼吸・脈拍・その他の情報検出回路とを具備したことを特徴とする請求項１，２、３又は４記載の体動波分析装置。
6. 体調計測装置は、寝相様態分析、脈拍様態分析、呼吸様態分析及びその他の情報の分析に基づき睡眠様態分析をする睡眠リズム検出回路を具備したことを特徴とする請求項５記載の体動波分析装置。
7. 動作体動波検出器は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号を包絡線で表した波形に成形する波形整形回路と、この波形整形回路の出力信号から脈体動波を除去し振幅の大きな信号を得るための脈体動波の除去回路と、この脈体動波の除去回路の出力信号からマイナス成分をなくすための絶対値回路と、この絶対値回路の包絡線波形に閾値を設定し、矩形波とする矩形波作成回路とからなることを特徴とする請求項１，２，３，４、５又は６記載の体動波分析装置。
8. 動作体動波検出器は、動作体動波信号を包含する脈体動波信号から２乗平均平方根値を算出する２乗平均値の算出回路と、この２乗平均値の算出回路の出力を所定時間ずつずらして移動平均値を求めて包絡線で表した波形に成形する移動平均処理回路と、この移動平均処理回路の２乗平均平方根値と２乗平均平方根値の所定時間の平均値との関係から指数関数・対数関数を求める動作体動指数の算出回路と、この動作体動指数の算出回路で処理された波形に閾値を設定する閾値の算出回路と、この閾値の算出回路の閾値に基づき矩形波を作成する矩形波の作成回路とからなることを特徴とする請求項１，２，３，４、５又は６記載の体動波分析装置。

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