JP2012105762A - バイタルサイン計測装置及び体動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定者に拘束感を与えることなく心拍数や呼吸数などを計測可能なバイタルサイン計測装置、及び、被測定者に拘束感を与えることなく体動を検出可能な体動検出装置を提供すること。
【解決手段】バイタルサイン計測装置１は、被測定者の所定部位の動きを検出するセンサー端末１０（加速度センサー３００）と、センサー端末１０（加速度センサー３００）の出力信号から得られるセンサー端末１０（加速度センサー３００）の姿勢変化の情報に基づいて、所定時間における被測定者の心拍数、呼吸数及び脈拍数の少なくとも１つのバイタルサインの計測処理を行う計測部（マイクロプロセッサー４００）と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイタルサイン計測装置及び体動検出装置に関する。

医療現場では、患者の状態を示す数値としてバイタルサイン（Vital Signs）を測定することがある。バイタルサインとは主に心拍数、呼吸数、血圧、体温を指し、患者の安全を確認するために常時測定したいという要求がある。例えば、乳幼児では乳幼児突然死症候群（ＳＩＤＳ：sudden infant death syndrome）の監視のために、心拍数を常時測定したいという要望があるが、従来の心電計は電極を直接皮膚に貼る必要があり、肌の弱い乳幼児には適用できないという問題がある。また、成人患者に対しても、心電計は電極を皮膚に装着する必要があるから、拘束感を与えてしまうという問題がある。

これに対し、例えば、特許文献１の加速度心拍計や特許文献２の心拍動計測装置では、加速度センサーを使って、そこから得られた加速度信号に信号処理を施して心拍数を算出することで、非拘束に心拍数を計測することができる。

特許第２８４９７１１号公報 特許第３６８２２５４号公報

しかし、特許文献１の加速度心拍計や特許文献２の心拍動計測装置では拍動によって発生した振動加速度を直接測定しているため、振動加速度と重力加速度が混在してしまい、うまく拍動の情報を取り出せないという問題がある。

さらに、もう一つのバイタルサインである呼吸数について、呼吸によって発生する胸部の加速度から呼吸数を計測することは原理的には不可能でないが、現実には呼吸のようなゆっくりとした動きが発生する加速度は微小であり、加速度センサーで呼吸による加速度を直接測定し、そこから呼吸数を測定するのは困難である。また、例えば、患者の体動をモニターするような、心拍数や呼吸数のような数値的な情報を得る必要がない場合でも、加速度センサーにより直接的に測定する手法では、ゆっくりとした動きが検知しにくいという同様の問題があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、被測定者に拘束感を与えることなく心拍数や呼吸数などを計測可能なバイタルサイン計測装置、及び、被測定者に拘束感を与えることなく体動を検出可能な体動検出装置を提供することができる。

（１）本発明は、被測定者の所定部位の動きを検出する慣性センサーと、前記慣性センサーの姿勢変化の情報に基づいて、所定時間における前記被測定者の心拍数、呼吸数及び脈拍数の少なくとも１つのバイタルサインの計測処理を行う計測部と、を含む、バイタルサイン計測装置である。

所定部位は、計測対象に応じて決定される。例えば、心拍数を計測するには胸部が望ましく、呼吸数を計測するには胸部や腹部が望ましく、脈拍数を計測するには動脈付近の部位が望ましい。

本発明によれば、ゆっくりとした動きに対しても慣性センサーの姿勢変化は精度よく計測できることを利用し、被測定者の所定部位の動きを慣性センサーの姿勢変化で捉えることで、呼吸のようなゆっくりとした動きも捉えることができる。また、本発明によれば、慣性センサーは被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずにバイタルサインを計測することができる。

（２）このバイタルサイン計測装置において、前記慣性センサーは、加速度センサーを含み、前記加速度センサーの出力信号に基づいて、前記加速度センサーの検出軸に対する傾斜角を算出する姿勢角算出部をさらに含み、前記計測部は、前記姿勢角算出部が算出した前記傾斜角の時間変化に基づいて前記計測処理を行うようにしてもよい。

心拍、呼吸、脈拍による体の動きに伴って生じる加速度は重力加速度に比べてはるかに小さい。このバイタルサイン計測装置によれば、加速度センサーが検出した加速度から重力方向を基準とする加速度センサーの検出軸の傾斜角を算出し、被測定者の所定部位の動きをこの傾斜角の変化で捉えることで、呼吸のようなゆっくりとした動きも捉えることができる。

（３）このバイタルサイン計測装置において、前記加速度センサーは、複数の異なる検出軸を有し、前記姿勢角算出部は、前記加速度センサーの前記複数の検出軸の各々に対して前記傾斜角を算出し、前記計測部は、前記姿勢角算出部が算出した少なくとも１つの前記傾斜角の時間変化に基づいて前記計測処理を行うようにしてもよい。

加速度センサーの検出軸の方向が重力方向と平行になると、傾斜角の変化が小さくなるため捉えにくくなる。このバイタルサイン計測装置によれば、複数の検出軸を有する加速度センサーを使用することで、被測定者がどのように動いても、重力方向と平行にならない検出軸が存在するので、その検出軸の傾斜角の変化を高い分解能で確実に捉えることができる。

（４）このバイタルサイン計測装置は、前記姿勢角算出部が算出した前記傾斜角の信号から、前記バイタルサインに対応する信号を抽出するフィルター部をさらに含み、前記計測部は、前記フィルター部の出力信号に基づいて、所定時間における前記被測定者の前記バイタルサインの計測処理を行うようにしてもよい。

例えば、慣性センサーを被測定者の胸部に取り付けた場合、姿勢角算出部が算出した傾斜角の信号には心拍に対応する信号と呼吸に対応する信号が含まれる。このバイタルサイン計測装置によれば、そのような場合でも例えば呼吸数を確実に計測することができる。

（５）このバイタルサイン計測装置において、前記慣性センサーは、角速度センサーを含み、前記計測部は、前記角速度センサーの出力信号に基づいて、前記角速度センサーの検出軸回りの角速度又は角度の時間変化の情報を取得して前記計測処理を行うようにしてもよい。

角速度センサーが検出する角速度の時間変化や角速度の積分処理により得られる角度の時間変化はそれ自体が姿勢変化を表す。従って、このバイタルサイン計測装置によれば、被測定者の所定部位の動きを角速度又は角度の変化で捉えることで、呼吸のようなゆっくりとした動きも捉えることができる。

（６）このバイタルサイン計測装置は、前記角速度センサーの出力信号から、前記バイタルサインに対応する信号を抽出するフィルター部をさらに含み、前記計測部は、前記フィルター部の出力信号に基づいて、所定時間における前記被測定者の前記バイタルサインの計測処理を行うようにしてもよい。

例えば、慣性センサーを被測定者の胸部に取り付けた場合、角速度センサーの出力信号には心拍に対応する信号と呼吸に対応する信号が含まれる。このバイタルサイン計測装置によれば、そのような場合でも例えば呼吸数を確実に計測することができる。

また、例えば、前記計測部は、前記計測処理として、前記姿勢変化の情報の信号と所与の閾値との比較処理を行って前記姿勢変化の情報の信号が前記所定時間に前記閾値を所定方向に横切る数を計測する処理を行い、前記姿勢変化の情報の信号が前記所定方向に横切ってから所定時間は前記比較処理を行わないようにしてもよい。

このようにすれば、閾値との比較処理を行わない不感時間を設けることで、ノイズに起因する計測誤差を無くすことができる。

（７）このバイタルサイン計測装置は、不揮発性の記憶部をさらに含み、前記計測部は、前記計測処理の結果を前記記憶部に記憶させるようにしてもよい。

このようにすれば、計測結果を記録して保存することができるので、例えば、呼吸数の計測結果の記録を後から調べることで睡眠時無呼吸症候群の検査を行うことができる。

（８）本発明は、被測定者の所定部位の動きを検出する慣性センサーと、前記慣性センサーの姿勢変化の情報に基づいて、前記被測定者の体動を検出する体動検出部と、を含む、体動検出装置である。

本発明によれば、ゆっくりとした動きに対しても慣性センサーの姿勢が精度よく変化することを利用し、被測定者の所定部位の動きを慣性センサーの姿勢変化で捉えることで、ゆっくりとした動きも捉えることができる。これにより、被測定者の体動を検出することができる。また、本発明によれば、慣性センサーは被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずに体動を検出することができる。

図１（Ａ）は第１実施形態のバイタルサイン計測装置の外観図であり、図１（Ｂ）は第１実施形態のバイタルサイン計測装置の構成を示す図。 センサー端末の取り付け例を示す図。 マイクロプロセッサーの信号処理の機能ブロック図の一例。 センサー端末の水平面に対する傾斜角について説明するための図。 加速度データの一例を示す図。 傾斜角データの一例を示す図。 フィルター処理後の傾斜角データの一例を示す図。 図８（Ａ）は第２実施形態のバイタルサイン計測装置の外観図であり、図８（Ｂ）は第２実施形態のバイタルサイン計測装置の構成を示す図。 センサー端末の取り付け例を示す図。 マイクロプロセッサーにおける信号処理の機能ブロック図の一例。 角速度データの一例を示す図。 フィルター処理後の角速度データの一例を示す図。 角速度データの拡大図。 図１４（Ａ）は第１実施形態の体動検出装置の外観図であり、図１４（Ｂ）は第１実施形態の体動検出装置の構成を示す図。 マイクロプロセッサーにおける信号処理の機能ブロック図の一例。 図１６（Ａ）は第２実施形態の体動検出装置の外観図であり、図１６（Ｂ）は第２実施形態の体動検出装置の構成を示す図。 マイクロプロセッサーにおける信号処理の機能ブロック図の一例。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．バイタルサイン計測装置
１−１．第１実施形態
図１（Ａ）は、第１実施形態のバイタルサイン計測装置の外観図であり、図１（Ｂ）は、第１実施形態のバイタルサイン計測装置の構成を示す図である。

本実施形態のバイタルサイン計測装置１は、小型の無線端末であるセンサー端末１０とセンサー端末１０からの無線信号を受信して処理するホスト端末２０を含んで構成されている。センサー端末１０とホスト端末２０との結線がないことで、被測定者（患者）の負担を少なくすることができる。ただし、データの信頼性が要求される場合などはセンサー端末１０とホスト端末２０とを有線で接続しても構わない。

センサー端末１０は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサー１００、ＡＤ変換器１１０、マイクロコントローラー１２０、無線ユニット１３０、電源回路１４０を含んで構成されており、電池１５０で駆動する。加速度センサー１００から出力された３軸分の加速度データは、ＡＤ変換器１１０でディジタル化され、マイクロコントローラー１２０でヘッダーなどを付加され、無線ユニット１３０を介してホスト端末２０に送信される。

センサー端末１０は、被測定者（患者）の衣服の胸部（例えば胸骨、肋軟骨、肋骨上）または腹部（例えば臍付近、横隔膜付近、剣状突起付近）に取り付けられる。センサー端末１０を取り付ける位置は、心拍数を取りたいときは胸部（心臓）付近が望ましく、呼吸数を取りたいときは胸部でも腹部でも構わない。センサー端末１０を衣服に縫い付けても良いし、ベルクロテープなどで貼り付けてもよい。また、センサー端末１０にクリップがついていて、クリップで服に取り付けられるようにしてもよい。なお、センサー端末１０は、複数設けられていることが望ましい。これにより、心拍数、呼吸数など計測目的に応じて計測しやすいセンサー端末を選んで使ったり、複数のセンサー端末の情報を総合して測定精度を上げたりすることができる。例えば、心拍数は胸部に近いセンサー端末で計測し、呼吸数は腹部に近いセンサー端末で計測することで、安定した測定ができる。

ホスト端末２０は、無線ユニット２００、マイクロプロセッサー２１０、メモリー２２０、表示装置２３０を含んで構成されている。また、ホスト端末２０は、不揮発メモリー２４０を備えていてもよい。ホスト端末２０では、センサー端末１０から無線ユニット２００を介して受け取ったデータに対し、メモリー２２０を作業領域としてマイクロプロセッサー２１０で姿勢角演算や計数処理などを施し、結果をディスプレイ（表示装置２３０）に表示する。

図２に示すように、例えば、センサー端末１０を被測定者（患者）の衣服の胸部に取り付けた場合、被測定者（患者）が仰向けに横になった状態で呼吸をする毎に腹部が上下し、これにより胸部に取り付けられたセンサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢角（傾斜角）が呼吸周期に合わせて変化する。同様に、被測定者（患者）の心拍に合わせてセンサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢角（傾斜角）が変化する。マイクロプロセッサー２１０は、センサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢角（傾斜角）を演算して計数処理を施すことで、被測定者（患者）の心拍数や呼吸数のデータを得る。

図３に、マイクロプロセッサー２１０の信号処理の機能ブロック図の一例を示す。図３に示すように、マイクロプロセッサー２１０は、姿勢角演算部２１２、フィルター部２１４、計測部２１６を含んで構成されている。

姿勢角演算部２１２は、３軸分の加速度データからセンサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢角（傾斜角）を演算する処理を行う。例えば、図４のように加速度センサー１００の検出軸を定義し、Ｘ軸の水平面に対する傾斜角をφ、Ｙ軸の水平面に対する傾斜角をρと定義すると、φ、ρはそれぞれ以下の式（１）、（２）で計算できる。式（１）、（２）において、ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚは、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度データである。

ただし、他の式を用いてセンサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢角（傾斜角）を求めてもよい。例えば、上の例でφはＸ軸の加速度出力ａ_ｘのみから単純にφ＝ａｒｃｓｉｎ（ａ_ｘ）と計算してもよい。この場合、被測定者（患者）の姿勢が変わり、Ｘ軸が重力軸と重なってしまうと、姿勢角（傾斜角）の変化をうまく捉えることができない。つまり、ａ_ｘ≒１になり、ａ_ｘの変化に対してφの変化が小さくなってしまう。しかし、３軸の加速度センサーであれば重力軸と重ならない検出軸の加速度データを使用することで、高い分解能で姿勢角変化を検出することができる。

フィルター部２１４は、姿勢角演算部２１２で算出された傾斜角φ、ρに対して、適切なフィルタリング（ローパス、ＤＣカットなど）の処理を行う。

計測部２１６は、フィルター処理された波形に対して、ある閾値に対して比較を行い、所定時間中の波数をカウントし、あるいは波の周期を測定することで、被測定者（患者）の心拍数あるいは呼吸数を求める処理を行う。計測部２１６の計数処理で得られた心拍数や呼吸数のデータは、不揮発メモリー２４０に記録するようにしてもよい。

センサー端末１０の取り付け位置によっては、被測定者（患者）の心拍数と呼吸数の両方を計測することができる。例えば、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、それぞれ、被測定者の胸骨体−剣状突起付近にＸ軸がほぼ体幹に沿う軸となるように３軸加速度センサーを配置して取得したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚ）を示す図である。また、図６は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示した加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚ）を用いて、式（１）に従って計算した傾斜角φを示す図である。

図６の波形には、呼吸に相当する信号と心拍に相当する信号が含まれている。一般的には、呼吸の周波数は相対的に低い周波数であり、心拍の周波数は相対的に高い周波数であると考えられる。そこで、例えば、心拍数を計測する場合はフィルター部２１４でＤＣカットを行ってから計測部２１６で計測し、呼吸数を計測する場合はフィルター部２１４でＤＣカットとローパスフィルター処理を行ってから計測部２１６で計測すればよい。

図７は、図６に示す傾斜角φのデータに直流成分除去用のハイパスフィルターと雑音除去用のローパスフィルターとを適用（実質的にバンドパスフィルターを適用したのと同等）した波形を示す図である。図７を見ると、呼吸に相当する低い周波数の信号が得られていることがわかる。図７の波形に対して、たとえば、所定期間内に波の中央値（０）を閾値として比較処理を行い、波形が閾値を上向きにクロスする数を数えれば呼吸数が得られる。図７の例では、１０秒で３回クロスするので、呼吸数は１分間で１８回と算出される。あるいは、一波長の時間を計測し、その逆数を計算してもよい。

なお、図７に示すように、信号が上向きに変化するときの閾値（ＴＨＵ）と下向きに変化するときの閾値（ＴＨＤ）を異なるレベルに設定するヒステリシス比較を使うことで雑音耐性を上げることができる。

以上に説明したように、本実施形態のバイタルサイン計測装置によれば、センサー端末１０（加速度センサー１００）が検出した加速度からＸ軸とＹ軸の水平面に対する傾斜角φ，ρの少なくとも一方の変化を捉えることで、呼吸のようなゆっくりとした動きも捉えることができる。これにより、心拍数や呼吸数を安定して計測することができる。また、センサー端末１０を被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずに心拍数や呼吸数を計測することができる。

なお、本実施形態のバイタルサイン計測装置は、呼吸数を計測することができるから、睡眠時無呼吸症候群の検査に使うことができる。すなわち、呼吸数のデータを不揮発メモリー２４０に保存し、この呼吸数のデータを医師が見ることで、睡眠時無呼吸症候群の検査を行うことができる。

１−２．第２実施形態
図８（Ａ）は、第２実施形態のバイタルサイン計測装置の外観図であり、図８（Ｂ）は、第２実施形態のバイタルサイン計測装置の構成を示す図である。

本実施形態のバイタルサイン計測装置１は、センサー端末３０、ホスト端末４０、呼び出し器５０を含んで構成されている。

センサー端末３０は、３軸回りの角速度を検出する角速度センサー３００（ジャイロスコープ）とＡＤ変換器３１０を含んで構成されている。角速度センサー３００から出力された３軸分の角速度データは、ＡＤ変換器３１０でディジタル化され、ホスト端末４０に送信される。

センサー端末３０は、例えば、被測定者（患者）の寝具の中に埋め込まれる。センサー端末は、胸部、腹部に対応する位置に複数設けられていることが望ましい。これにより、心拍数、呼吸数など計測目的に応じて計測しやすいセンサー端末を選んで使ったり、複数のセンサー端末の情報を総合して測定精度を上げたりすることができる。例えば、心拍数は胸部に近いセンサー端末で計測し、呼吸数は腹部に近いセンサー端末で計測することで、安定した測定ができる。また、センサー端末から得られる信号の振幅を検出し、最も大きな信号が得られるセンサー端末を選択的に使用することで、被測定者（患者）が寝具内で動いた場合でも安定して測定が行なえる。なお、センサー端末３０は掛け具（掛け布団、毛布など）に埋め込まれていてもよいし、敷き具（敷布団、マットなど）に埋め込まれていてもよい。また、第１実施形態と同様に、センサー端末３０を被測定者（患者）の衣服に取り付けてもよい。センサー端末３０を寝具に埋め込む場合、センサー端末３０とホスト端末４０を有線で接続してもさほど問題が無い。この場合、センサーの断線、不良を検出する機能があるとなお良い。勿論、センサー端末３０とホスト端末４０を無線で接続しても構わない。

ホスト端末４０は、マイクロプロセッサー４００、メモリー４１０、表示装置４２０、無線ユニット４３０を含んで構成されている。また、ホスト端末４０は、不揮発メモリー４４０を備えていてもよい。ホスト端末４０では、センサー端末３０から受け取ったデータに対し、メモリー４１０を作業領域としてマイクロプロセッサー４００でフィルター処理や計数処理などを施し、結果をディスプレイ（表示装置４２０）に表示する。

ホスト端末４０は、心拍数や呼吸数に異常が見られた場合、ディスプレイ（表示装置４２０）に警告を表示するとともに、無線ユニット４３０を介して看護士が携帯する呼び出し器５０に警告情報のデータを送信するようにしても良い。

呼び出し器５０は、無線ユニット５００、マイクロプロセッサー５１０、メモリー５２０、表示装置５３０を含んで構成されている。呼び出し器５０では、ホスト端末４０から無線ユニット５００を介して受け取ったデータを、メモリー５２０を作業領域としてマイクロプロセッサー５１０で処理し、ディスプレイ（表示装置５３０）に警告情報を表示する。このように、呼び出し器５０に警告情報を表示することで、看護士が患者の異常にいち早く気付くことができる。

図９に示すように、例えば、センサー端末３０を被測定者（患者）の寝具の中に埋め込んだ場合、被測定者（患者）が仰向けに横になった状態で呼吸をする毎に腹部が上下し、これにより寝具の中に埋め込まれたセンサー端末３０からの角速度データが呼吸周期に合わせて変化する。同様に、被測定者（患者）の心拍に合わせてセンサー端末３０からの角速度データが変化する。マイクロプロセッサー４００は、センサー端末３０からの角速度データに対してフィルター処理や計数処理を施すことで、被測定者（患者）の心拍数や呼吸数のデータを得る。

図１０（Ａ）に、マイクロプロセッサー４００における信号処理の機能ブロック図の一例を示す。図１０（Ａ）の例では、マイクロプロセッサー４００は、フィルター部４０４と計測部４０６を含んで構成されている。

フィルター部４０４は、センサー端末３０からの角速度データに対して、適切なフィルタリング（ＤＣカット、ローパス、バンドパスなど）の処理を行う。

計測部４０６は、フィルター処理された波形に対して、閾値処理を行い、波数のカウントまたは波の周期の計測を行い、心拍数または呼吸数として出力する。

図１０（Ｂ）に、マイクロプロセッサー４００における信号処理の機能ブロック図の他の一例を示す。図１０（Ｂ）の例では、マイクロプロセッサー４００は、積分処理部４０２、フィルター部４０４、計測部４０６を含んで構成されている。

積分処理部４０２は、センサー端末３０からの角速度データを積分して角度データ（姿勢角データ）を生成する処理を行う。

フィルター部４０４は、積分処理部４０２で生成された角度データ（姿勢角データ）に対して、適切なフィルタリング（ＤＣカット、ローパス、バンドパスなど）の処理を行う。

計測部４０６は、フィルター処理された波形に対して、閾値処理を行い、波数のカウントまたは波の周期の計測を行い、心拍数または呼吸数として出力する。計測部４０６の計数処理で得られた心拍数や呼吸数のデータは、不揮発メモリー４４０に記録するようにしてもよい。

センサー端末の取り付け位置によっては、被測定者（患者）の心拍数と呼吸数の両方を計測することができる。例えば、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、それぞれ、被測定者の胸骨体−剣状突起付近にＸ軸がほぼ体幹に沿う軸となるように３軸角速度センサーを配置して取得したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの角速度データを示す図である。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）の波形には、呼吸に相当する信号と心拍に相当する信号が含まれている。特に図１１（Ａ）には心拍に相当する信号が強いピークとなって計測されている。一般的には、呼吸の周波数は相対的に低い周波数であり、心拍の周波数は相対的に高い周波数であると考えられる。そこで、例えば、心拍数を計測する場合はフィルター部４０４でＤＣカットを行ってから計測部４０６で計測し、呼吸数を計測する場合はフィルター部４０４でＤＣカットとローパスフィルター処理を行ってから計測部４０６で計測すればよい。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示すＸ軸回りの角速度データと図１１（Ｂ）に示したＹ軸回りの角速度データに、それぞれ直流成分除去用のハイパスフィルターと雑音除去用のローパスフィルターとを適用（実質的にバンドパスフィルターを適用したのと同等）した波形を示す図である。図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）を見ると、呼吸に相当する低い周波数の信号が得られていることがわかる。例えば、図１２（Ｂ）の波形に対して、たとえば、所定期間内に波の中央値（０）を閾値として比較処理を行い、波形が閾値を上向きにクロスする数を数えれば呼吸数が得られる。図１２（Ｂ）の例では、１０秒で３回クロスするので、呼吸数は１分間で１８回と算出される。あるいは、一波長の時間を計測し、その逆数を計算してもよい。

なお、図１２（Ｂ）に示すように、信号が上向きに変化するときの閾値（ＴＨＵ）と下向きに変化するときの閾値（ＴＨＤ）を異なるレベルに設定するヒステリシス比較を使うことで雑音耐性を上げることができる。

また、例えば、図１１（Ａ）に示すＸ軸回りの角速度データに対して、所定期間内の波のピークの数を数えれば心拍数が得られる。この場合、閾値処理においてはヒステリシス比較を使ったり、判定後に不感時間を設けたりすることで不要なカウントを排除できる。例えば、図１３は、図１１（Ａ）の一部を拡大した図であり、上向きの閾値ＴＨＵと下向きの閾値ＴＨＤを心拍に相当する大きなピークよりも少し低い値に設定し、ヒステリシス比較を行う。さらに、閾値ＴＨＵを上向きにクロスした時点（ｔ１やｔ２）から不感時間Ｔを設定し、不感時間Ｔでは閾値処理を行わないようにする。この例では、心拍に相当する大きなピークの後に信号が暴れているが、閾値処理を行なわない不感時間を設けることで不要な閾値判定が行なわれることを防いでいる。

以上に説明したように、本実施形態のバイタルサイン計測装置によれば、センサー端末３０（角速度センサー３００）が検出した角速度又はこれを積分した角度の変化を捉えることで、呼吸吸のようなゆっくりとした動きも捉えることができる。これにより、心拍数や呼吸数を安定して計測することができる。角速度センサーは、加速度センサーと異なり運動加速度の影響を受けず、純粋に姿勢の変化を捉えることができるから、特に呼吸のような低い周波数の動きをより正確に捉えることができる。また、センサー端末３０を被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずに心拍数や呼吸数を計測することができる。

なお、本実施形態のバイタルサイン計測装置は、呼吸数を計測することができるから、睡眠時無呼吸症候群の検査に使うことができる。すなわち、呼吸数のデータを不揮発メモリー４４０に保存し、この呼吸数のデータを医師が見ることで、睡眠時無呼吸症候群の検査を行うことができる。

２．体動検出装置
２−１．第１実施形態
図１４（Ａ）は、第１実施形態の体動検出装置の外観図であり、図１４（Ｂ）は、第１実施形態の体動検出装置の構成を示す図である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）において、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。

本実施形態の体動検出装置２は、小型の無線端末であるセンサー端末１０とセンサー端末１０からの無線信号を受信して処理するホスト端末２２を含んで構成されている。センサー端末１０の構成は、図１（Ｂ）と同じである。ただし、心拍数や呼吸数の計測処理は不要であるため、センサー端末１０の配置は、被測定者の胸部付近又は腹部付近でなくても構わない。ホスト端末２２の構成は、図１（Ｂ）と同様であるが、心拍数や呼吸数の計測処理は不要であるため、マイクロプロセッサー２５０の機能が図１（Ｂ）のマイクロプロセッサー２１０と異なる。

図１５に、マイクロプロセッサー２５０における信号処理の機能ブロック図の一例を示す。図１５の例では、マイクロプロセッサー２５０は、姿勢角演算部２５２、フィルター部２５４、姿勢角変化監視部２５６を含んで構成されている。

姿勢角演算部２５２及びフィルター部２５４の機能は、それぞれ、図３の姿勢角演算部２１２及びフィルター部２１４と同様である。

姿勢角変化監視部２５６は、フィルター処理された波形に対して、姿勢角が変化しているか否かを監視する。例えば、姿勢角変化監視部２５６は、一定期間内に閾値を超える大きさの姿勢角変化があるか否かを判定し、大きな変化がなければ体動が無いとして警告を発生する。この警告情報は、例えば表示装置２３０に表示される。これにより、被測定者（患者）の異常を知らせることができる。

本実施形態の体動検出装置によれば、被測定者（患者）の所定部位の動きをセンサー端末１０（加速度センサー１００）の姿勢変化で捉えることで、ゆっくりとした動きも捉えることができる。これにより、被測定者（患者）の体動を検出することができる。また、センサー端末１０を被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずに体動を検出することができる。

２−２．第２実施形態
図１６（Ａ）は、第２実施形態の体動検出装置の外観図であり、図１６（Ｂ）は、第２実施形態の体動検出装置の構成を示す図である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。

本実施形態の体動検出装置２は、センサー端末３０、ホスト端末４２、呼び出し器５０を含んで構成されている。センサー端末３０及び呼び出し器５０の構成は、図８（Ｂ）と同じである。ただし、心拍数や呼吸数の計測処理は不要であるため、センサー端末３０の配置は、被測定者の胸部付近又は腹部付近でなくても構わない。ホスト端末４２の構成は、図８（Ｂ）と同様であるが、心拍数や呼吸数の計測処理は不要であるため、マイクロプロセッサー４５０の機能が図１（Ｂ）のマイクロプロセッサー４００と異なる。

図１７に、マイクロプロセッサー４５０における信号処理の機能ブロック図の一例を示す。図１７の例では、マイクロプロセッサー４５０は、フィルター部４５４と角速度変化監視部４５６を含んで構成されている。

フィルター部４５４の機能は、図１０（Ａ）のフィルター部４０４と同様である。

角速度変化監視部４５６は、フィルター処理された波形に対して、角速度が変化しているか否かを監視する。例えば、角速度変化監視部４５６は、一定期間内に閾値を超える大きさの角速度変化があるか否かを判定し、大きな変化がなければ体動が無いとして警告を発生する。この警告情報は、例えば表示装置４２０に表示されるとともに、無線ユニット４３０を介して呼び出し器５０に送信される。これにより、被測定者（患者）の異常を知らせることができる。

本実施形態の体動検出装置によれば、被測定者（患者）の所定部位の動きをセンサー端末３０（角速度センサー３００）の姿勢変化で捉えることで、ゆっくりとした動きも捉えることができる。これにより、被測定者（患者）の体動を検出することができる。また、センサー端末３０を被測定者の皮膚に装着する必要がないから、被測定者に拘束感を与えずに体動を検出することができる。

３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本実施形態では、臥位にある被測定者の心拍数や呼吸数を計測していたが、座位にある被測定者に対しても、例えば、センサー端末をシャツの胸ポケットに入れて信号を測定することで同様に心拍数、呼吸数を計測することができる。

また、本実施形態では心拍数や呼吸数を計測していたが、被測定者の動脈付近にセンサー端末を配置し、本実施形態と同様の処理を行うことで、脈拍数を計測することもできる。また、被測定者の顎の動きを捉えられる位置にセンサー端末を配置し、本実施形態と同様の処理を行うことで、咀嚼回数を計測することもできる。

また、例えば、本実施形態では、３軸の加速度センサーや３軸の角速度センサーを使う例を示したが、１軸又は２軸の加速度センサーや１軸又は２軸の角速度センサーを使っても良い。これらの場合、検出軸が重力軸と重なってしまうと、センサー端末（加速度センサー）の姿勢角（傾斜角）の変化をうまく捉えることができないので、センサーの検出軸を重力軸からずらすように設置するのが望ましい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１ バイタルサイン計測装置、２ 体動検出装置、１０ センサー端末、２０，２２ ホスト端末、３０ センサー端末、４０，４２ ホスト端末、５０ 呼び出し器、１００ 加速度センサー、１１０ ＡＤ変換器、１２０ マイクロコントローラー、１３０ 無線ユニット、１４０ 電源回路、１５０ 電池、２００ 無線ユニット、２１０ マイクロプロセッサー、２１２ 姿勢角演算部、２１４ フィルター部、２１６ 計測部、２２０ メモリー、２３０ 表示装置、２４０ 不揮発性メモリー、２５０ マイクロプロセッサー、２５２ 姿勢角演算部、２５４ フィルター部、２５６ 姿勢角変化監視部、３００ 角速度センサー（ジャイロスコープ）、３１０ ＡＤ変換器、４００ マイクロプロセッサー、４０２ 積分処理部、４０４ フィルター部、４０６ 計測部、４１０ メモリー、４２０ 表示装置、４３０ 無線ユニット、４４０ 不揮発メモリー、４５０ マイクロプロセッサー、４５４ フィルター部、４５６ 角速度変化監視部、５００ 無線ユニット、５１０ マイクロプロセッサー、５２０ メモリー、５３０ 表示装置

Claims (8)

1. 被測定者の所定部位の動きを検出する慣性センサーと、
   前記慣性センサーの姿勢変化の情報に基づいて、所定時間における前記被測定者の心拍数、呼吸数及び脈拍数の少なくとも１つのバイタルサインの計測処理を行う計測部と、を含む、バイタルサイン計測装置。
2. 請求項１において、
   前記慣性センサーは、加速度センサーを含み、
   前記加速度センサーの出力信号に基づいて、前記加速度センサーの検出軸に対する傾斜角を算出する姿勢角算出部をさらに含み、
   前記計測部は、
   前記姿勢角算出部が算出した前記傾斜角の時間変化に基づいて前記計測処理を行う、バイタルサイン計測装置。
3. 請求項２において、
   前記加速度センサーは、複数の異なる検出軸を有し、
   前記姿勢角算出部は、
   前記加速度センサーの前記複数の検出軸の各々に対して前記傾斜角を算出し、
   前記計測部は、
   前記姿勢角算出部が算出した少なくとも１つの前記傾斜角の時間変化に基づいて前記計測処理を行う、バイタルサイン計測装置。
4. 請求項２又は３において、
   前記姿勢角算出部が算出した前記傾斜角の信号から、前記バイタルサインに対応する信号を抽出するフィルター部をさらに含み、
   前記計測部は、
   前記フィルター部の出力信号に基づいて、所定時間における前記被測定者の前記バイタルサインの計測処理を行う、バイタルサイン計測装置。
5. 請求項１において、
   前記慣性センサーは、角速度センサーを含み、
   前記計測部は、
   前記角速度センサーの出力信号に基づいて、前記角速度センサーの検出軸回りの角速度又は角度の時間変化の情報を取得して前記計測処理を行う、バイタルサイン計測装置。
6. 請求項５において、
   前記角速度センサーの出力信号から、前記バイタルサインに対応する信号を抽出するフィルター部をさらに含み、
   前記計測部は、
   前記フィルター部の出力信号に基づいて、所定時間における前記被測定者の前記バイタルサインの計測処理を行う、バイタルサイン計測装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   不揮発性の記憶部をさらに含み、
   前記計測部は、
   前記計測処理の結果を前記記憶部に記憶させる、バイタルサイン計測装置。
8. 被測定者の所定部位の動きを検出する慣性センサーと、
   前記慣性センサーの姿勢変化の情報に基づいて、前記被測定者の体動を検出する体動検出部と、を含む、体動検出装置。

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