JP7840168B2 - インピーダンス呼吸測定装置およびインピーダンス呼吸測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期検波方式を用いて呼吸による電極間のインピーダンス変化を検出し、その変化に基づいて呼吸を測定する、インピーダンス呼吸測定装置およびインピーダンス呼吸測定方法に関する。

インピーダンス呼吸測定装置は、例えば新生児などの呼気ガスに基づいて呼吸を測定することが困難な被検者の呼吸を測定する装置として広く使用されている。

従来のインピーダンス呼吸測定装置に関する技術は、例えば特許文献１で開示されている。インピーダンス呼吸測定装置は、被検者の胸部に貼着された一対の電極に例えば３３ｋＨｚの検査信号を印加する。そのときに電極で得られる検出信号（以下「呼吸検出信号」と呼ぶことがある）に基づいて、被検者の呼吸による電気インピーダンス変化を検出する。この際、インピーダンス呼吸測定装置は、呼吸検出信号を例えば３３ｋＨｚの基準信号（検波信号）で同期検波することで、呼吸による変動成分（呼吸波形）を抽出する。インピーダンス呼吸測定装置は、この変動成分に基づいて、被検者の呼吸数などを測定する。

特開２０１３－０６３１８６号公報

ところで、生体（被検者）の個体差や電極などの機器の状態に起因して、呼吸検出信号の検波時に、呼吸検出信号、基準信号（検波信号）およびマスク信号（インヒビット信号）の間で位相ずれが生じることがある。この位相ずれが生じると、検波による利得が十分に得られず、呼吸によるインピーダンスの変化を十分に捉えることができなくなる。その結果、実際には呼吸しているにも関わらず、無呼吸であるといった誤った測定結果が得られるおそれがある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、呼吸検出信号の検波時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止できる、インピーダンス呼吸測定装置およびインピーダンス呼吸測定方法を提供する。

本発明のインピーダンス呼吸測定装置の一つの態様は、
生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定装置であって、
所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成する検査信号形成部と、
前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出する検出部と、
マスク信号としてのインヒビット信号を発生するマスク信号発生部と、
マルチプレクサによって構成されており、前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波部と、
前記検波部に入力される前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御部と、
を備える。

本発明のインピーダンス呼吸測定方法の一つの態様は、
生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定方法であって、
所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成するステップと、
前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出するステップと、
マスク信号としてのインヒビット信号を発生するステップと、
前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波ステップと、
前記検波ステップで用いる前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御ステップと、
を含む。

本発明によれば、呼吸検出信号の検波時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止できる、インピーダンス呼吸測定装置およびインピーダンス呼吸測定方法を実現できる。

実施の形態に係るインピーダンス呼吸測定装置が搭載される生体情報モニター（ベッドサイドモニター）の外観構成を示す斜視図 生体情報モニターの構成を示すブロック図 インピーダンス呼吸測定部の回路構成を示すブロック図 インピーダンス呼吸測定に用いられる電極の貼着位置の例を示す図 被検者（つまり生体）の電気的等価回路と、検査信号が当該等価回路を通過することにより呼吸検出信号へと変化する様子を示した図 インピーダンス呼吸測定部の基本動作の説明に供する図であり（インピーダンス呼吸測定部が位相制御部を有さない場合の動作例を示す図であり）、図６Ａは検波回路に入力される各信号波形を示す図、図６Ｂは検波回路からの出力波形を示す図、図６Ｃはローパスフィルターを通過させることにより得られる包絡線を示す図、図６Ｄは最終的に得られる呼吸波形を示す図 インヒビット信号によってマスクされるマスク領域を示す図 インヒビット信号によるマスク処理が良好に行われなかった例を示す図 インヒビット信号によるマスク処理が良好に行われなかった例を示す図 位相制御部によってインヒビット信号の位相を９０°シフトさせて検波回路に入力させた例を示す図 基準信号（検波信号）の位相は変えずに、インヒビット信号の位相を９０°早めた例を示す図 インヒビット信号の位相は変えずに、基準信号（検波信号）の位相を９０°遅らせた例を示す図 基準信号（検波信号）とインヒビット信号の両方の位相を９０°遅らせた例を示す図 図１４Ａは実施の形態による位相制御を行う前の呼吸波形を示す図、図１４Ｂは実施の形態による位相制御を行った後の呼吸波形を示す図 インピーダンス呼吸測定部の他の回路構成例を示すブロック図 インヒビット信号のデューティー比を変更した例を示す図 インピーダンス呼吸測定部の他の回路構成例を示すブロック図 呼吸波形のベクトル合成の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜１＞生体情報モニターの全体構成
図１は、本実施の形態に係るインピーダンス呼吸測定装置が搭載される生体情報モニター（ベッドサイドモニター）１０の外観構成を示す斜視図である。

生体情報モニター１０は、前面に表示部１０１が設けられている。また、生体情報モニター１０の前面には、スタンバイスイッチ１１およびアラームインジケーター１２などが設けられている。

生体情報モニター１０の一側面には、生体情報の測定にかかわるコネクター群が設けられている。具体的には、ＥＣＧ（Electrocardiogram）コネクター１３ａ、ＮＩＢＰ（Non-Invasive Blood Pressure）コネクター１３ｂおよびＳｐＯ２コネクター１３ｃなどが設けられている。また、コネクター群の下方位置には、オプションの生体情報測定処理を実現するためのモジュールが取り付け可能なモジュール接続部１４が設けられている。ちなみに、生体情報モニター１０の他方の側面（図示せず）には、ＵＳＢコネクター、ＬＡＮ接続コネクターおよびレコーダーなどが設けられている。

図２は、生体情報モニター１０の構成を示すブロック図である。生体情報モニター１０は、コネクター部１１０を介して、心電図およびインピーダンス呼吸を検出するための心電電極１１１、血圧を検出するための血圧測定用カフ１１２、体温を検出するための体温センサー１１３、ＳｐＯ２を検出するためのＳｐＯ２センサー１１４、および心拍出量を検出するための心拍出量センサー１１５などの生体情報検出部が接続されている。コネクター部１１０は、生体情報検出部と計測処理部１０４との間のインタフェースとして機能する。なお、コネクター部１１０には、図１で示したＥＣＧコネクター１３ａ、ＮＩＢＰコネクター１３ｂおよびＳｐＯ２コネクター１３ｃが含まれる。

計測処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されたプログラムを実行することで、所定の計測処理を実行する。この計測処理によって、計測処理部１０４は、コネクター部１１０に接続された生体情報検出部（心電電極１１１、血圧測定用カフ１１２、体温センサー１１３、ＳｐＯ２センサー１１４および心拍出量センサー１１５）を用いて被検者の生体情報を計測する。なお、上記生体情報検出部を用いた各種生体情報の計測方法については従来周知のものを適用可能であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

また、計測処理部１０４は、過去に計測した生体情報を記憶部１０５に記憶させる動作、および、記憶部１０５に記憶されている生体情報を読み出す動作を行うことができるようになっている。さらに、計測処理部１０４によって得られた生体情報は、表示制御部１０２を介して表示部１０１に計測値または波形の形式で表示される。

表示部１０１は、例えばタッチパネル付き液晶表示器であり、生体情報を表示する表示機能を有するだけでなく、ユーザーによる入力操作を受け付ける入力部としての機能も有する。具体的には、ユーザーによる表示部１０１のタッチ操作によって、表示制御部１０２による表示部１０１の表示や計測処理部１０４の処理が変更される。なお、本実施の形態では、表示部１０１をタッチ操作することで各種設定などのユーザー操作を受け付けるようになっているが、例えばキーボードやマウス、専用のボタンなどを使ってユーザー操作を受け付けるようにしてもよい。

また、計測処理部１０４には、インピーダンス呼吸測定部２００が含まれる。インピーダンス呼吸測定部２００は、心電電極１１１により検出されるインピーダンス変化に基づいて被検者の呼吸を測定するようになっている。

＜２＞インピーダンス呼吸測定部２００の構成
図３は、インピーダンス呼吸測定部２００の回路構成を示すブロック図である。

インピーダンス呼吸測定部２００は基準信号発生回路２０１を有し、基準信号発生回路２０１は基準信号（以下これを「呼吸ドライブ信号」と呼ぶことがある）として例えば３３．３ｋＨｚの矩形波を発生する。本実施の形態の場合、基準信号発生回路２０１は基準信号として正相および逆相の基準信号Ｓ１１、Ｓ１２を発生して出力する。

なお、基準信号発生回路２０１が発生する基準信号Ｓ１１、Ｓ１２の周波数は、これに限らず、例えば数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度であってもよし、それ以上であってもよい。

基準信号Ｓ１１、Ｓ１２はそれぞれ、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２０２およびアンプ（ＡＭＰ）２０３を介して検査信号Ｓ１、Ｓ２とされ、これが被検者（生体）Ｂ０に貼着された電極（本実施の形態の場合には、心電電極１１１）に印加される。

また、インピーダンス呼吸測定部２００は検波回路２０５を有する。検波回路２０５は、アンプ（ＡＭＰ）２０４を介して、被検者（生体）Ｂ０に貼着された電極（心電電極１１１）に接続されている。これにより、検波回路２０５には検査信号Ｓ１、Ｓ２に被検者の呼吸に起因する低周波変動成分（インピーダンス変化成分と言ってもよい）が重畳された呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′が入力される。

また、基準信号発生回路２０１から出力された基準信号Ｓ１２は、位相制御部２３０に入力される。そして、位相制御後の基準信号Ｓ３０が検波回路２０５に入力される。以下では、検波回路２０５に入力される基準信号を「検波信号」と呼ぶことがある。なお、位相制御部２３０に基準信号Ｓ１２に代えて基準信号Ｓ１１を入力させ、基準信号Ｓ１１を位相制御することで、位相制御後の基準信号Ｓ３０を形成するようにしてもよい。

また、マスク信号発生回路２２０から出力されたマスク信号としてのインヒビット信号Ｓ２０は、位相制御部２３０に入力され、当該位相制御部２３０によって位相制御され、位相制御後のインヒビット信号Ｓ４０が検波回路２０５に入力される。

ここで、インヒビット信号Ｓ２０は、基準信号Ｓ１１、Ｓ１２に対して周期が１／２の信号である。

図３の例においては、位相制御部２３０は、ユーザー操作により設定される操作設定情報に基づいて基準信号Ｓ１２（またはＳ１１）およびインヒビット信号Ｓ２０の位相を制御する。この位相制御については、後で詳しく説明する。

検波回路２０５は、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′を位相制御後の基準信号Ｓ３０で検波することにより呼吸による変動成分を抽出するとともに、不要部分を位相制御後のインヒビット信号Ｓ４０によってマスクする。

検波回路２０５の出力信号Ｓ１”、Ｓ２”はそれぞれ、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２０６を介して差動増幅器２０７に入力される。差動増幅器２０７の出力は、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）２０８、アンプ（ＡＭＰ）２０９、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２１０およびアナログディジタル変換回路２１１を通過することで、呼吸の周波数に対応する周波数成分（例えば０．１～１．５Ｈｚ）のみが通過され増幅されディジタル化され、呼吸波形データＳ３とされる。

呼吸波形データＳ３によって示される呼吸波形は、表示制御部１０２を介して表示部１０１に表示され得る。また、計測処理部１０４は、呼吸波形データＳ３に基づいて呼吸数を計測する。計測処理部１０４は、呼吸数が下限閾値未満となった場合あるいは上限閾値以上になった場合には、アラームインジケーター１０３をアラームを出力するように制御する。

＜３＞インピーダンス呼吸測定部２００の動作
次に、インピーダンス呼吸測定部２００の動作について説明する。

図４は、インピーダンス呼吸測定に用いられる電極の貼着位置の例を示す図である。本実施の形態の例では、被検者の右鎖骨下部に貼着された電極Ｅ１に正相の検査信号Ｓ１を印加するとともに、左下腹部に貼着された電極Ｅ２に逆相の検査信号Ｓ２を印加する。

なお、逆相の検査信号Ｓ２は、左鎖骨下部に貼着された電極Ｅ３に印加されてもよい。さらに、検査信号Ｓ１、Ｓ２の印加位置は、これに限らず、要は呼吸に起因する生体Ｂ０のインピーダンス変化を検出可能な位置であればよい。

また、本実施の形態の例では、被検者の右鎖骨下部に貼着された電極Ｅ１を介して検査信号Ｓ１についての呼吸検出信号Ｓ１′を得るとともに、左下腹部に貼着された電極Ｅ２を介して検査信号Ｓ２についての呼吸検出信号Ｓ２′を得る。

図５は、被検者（つまり生体Ｂ０）の電気的等価回路と、検査信号Ｓ１、Ｓ２が当該等価回路を通過することにより呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′へと変化する様子を示した図である。図中の記号Ｚｂは生体Ｂ０や電極Ｅ１、Ｅ２の接触抵抗を含む抵抗を示し、記号ΔＺは呼吸によるインピーダンス変化を示すものである。このインピーダンス変化ΔＺに応じて、検査信号Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′へと変化する。なお、図５では、信号波形を分かり易く示すために、便宜上、周波数を実際の周波数よりも低く示している。

図６は、インピーダンス呼吸測定部２００の基本動作の説明に供する図である。図６は、インピーダンス呼吸測定部２００が位相制御部２３０を有さない場合の動作例である。図６Ａは検波回路２０５に入力される各信号波形を示す図であり、図６Ｂは検波回路２０５からの出力波形を示す図であり、図６Ｃはローパスフィルター２０６を通過させることにより得られる包絡線を示す図であり、図６Ｄは最終的に得られる呼吸波形を示す図である。

検波回路２０５は、例えばマルチプレクサ等のアナログスイッチにより構成されている。検波回路２０５は、入力された呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′を、基準信号Ｓ１２に基づいて切り換えながら出力する。これにより、図６Ｂから分かるように、検波回路２０５は、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の頂点近傍のみを出力する。

さらに、検波回路２０５は、インヒビット信号Ｓ２０によって出力を止めることで検波出力の所定領域をマスクする。図７は、インヒビット信号Ｓ２０によってマスクされるマスク領域を示す図である。図７からも分かるように、検波回路２０５は、インヒビット信号Ｓ２０に基づき、マルチプレクスの出力信号の切替部分をマスクする。

具体的には、検波回路２０５は、インヒビット信号Ｓ２０がＨｉｇｈのときに出力を止める。換言すれば、検波回路２０５は、入力した呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′を、基準信号Ｓ１２がＨｉｇｈの状態のときに出力するとともに、基準信号Ｓ１２がＨｉｇｈの状態であってもインヒビット信号Ｓ２０がＨｉｇｈの状態のときには出力を停止する。

これにより、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の頂点近傍のみを残すことができるので、続くローパスフィルタリングにより得られる包絡線（図６Ｃ）の形状を整えることができるようになる。換言すれば、包絡線の形状を、呼吸による変動を良く反映したものとすることができる。

ここで、図６に示した例は、インヒビット信号Ｓ２０によるマスク処理が良好に行われた例である。一方、図８および図９は、インヒビット信号Ｓ２０によるマスク処理が良好に行われなかった例である。

図８の例では、インヒビット信号Ｓ２０のＨｉｇｈの部分がマルチプレクスの切替を制御する基準信号（検波信号）Ｓ１２の立ち上がりおよび立ち下がり部分からずれているので、検波回路２０５から出力される呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅の半分程度がマスクされてしまっている。

図９の例では、インヒビット信号Ｓ２０のＨｉｇｈの部分が、マルチプレクスの切替を制御する基準信号（検波信号）Ｓ１２の立ち上がりおよび立ち下がり部分に一致してはいるものの、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′のピーク部分と重なってしまっているので、検波回路２０５から出力される呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅部分がマスクされてしまっている。

このように、インヒビット信号Ｓ２０と基準信号（検波信号）Ｓ１２との位相関係が不適切である場合（図８）、あるいは、インヒビット信号Ｓ２０と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相関係が不適切である場合（図９）には、検波回路２０５からの出力信号において、マスク処理が良好に行われずに、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅近傍が削られてしまうので、十分な利得が得られず、結果として、呼吸波形（図６Ｄ）の振幅が小さくなってしまう不都合が生じる。すると、上述した発明を解決しようとする課題の項でも説明したように、実際には被検者が呼吸しているにも関わらず、無呼吸であるといった誤った測定結果が得られるおそれがある。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、インピーダンス呼吸測定部２００に位相制御部２３０を設け、当該位相制御部２３０によって検波回路２０５に入力する基準信号Ｓ１２および／またはインヒビット信号Ｓ２０の位相を適切に制御することにより、インヒビット信号Ｓ４０によって呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅近傍をマスクせずに、十分な振幅の呼吸波形（図６Ｄ）を得ることができるようになっている。

図１０は、図８に示したような不適切な位相関係から、位相制御部２３０によってインヒビット信号Ｓ２０の位相を９０°シフトさせてインヒビット信号Ｓ４０として検波回路２０５に入力させた例を示す。このようにすることで、インヒビット信号Ｓ４０が呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅近傍をマスクしなくなり、マルチプレクスの切替部分を良好にマスクできるようになる。

なお、図１０の例では、位相制御部２３０がインヒビット信号Ｓ２０の位相を９０°シフトさせてインヒビット信号Ｓ４０として検波回路２０５に入力させた例を示したが、位相制御部２３０による位相制御はこれに限らない。位相制御部２３０が行うべき位相制御のパターンは、以下の通りである。

・パターン１： 図１１に示したように、基準信号（検波信号）Ｓ３０の位相は変えずに、インヒビット信号Ｓ４０の位相を９０°早める。このパターン１は、上述した図１０と同じである。

・パターン２： 図１２に示したように、インヒビット信号Ｓ４０の位相は変えずに、基準信号（検波信号）Ｓ３０の位相を９０°遅らせる。

・パターン３： 図１３に示したように、基準信号（検波信号）Ｓ３０とインヒビット信号Ｓ４０の両方の位相を９０°遅らせる。

パターン１の位相制御を行うことにより、インヒビット信号Ｓ２０と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係が、インヒビット信号Ｓ２０により呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅近傍をマスクしてしまうような関係である場合に、これを回避できるようになる。

また、パターン２の位相制御を行うことにより、基準信号（検波信号）Ｓ１２と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係が、検波の同期が外れてしまうような関係である場合に、これを回避できるようになる。

また、パターン３の位相制御を行うことにより、インヒビット信号Ｓ２０と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係が、インヒビット信号Ｓ２０により呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の最大振幅近傍をマスクしてしまうような関係であり、かつ、基準信号（検波信号）Ｓ１２と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係が、検波の同期が外れてしまうような関係である場合に、これらを回避できるようになる。

上記パターン１～３のいずれの位相制御を行うかは、インヒビット信号Ｓ２０と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係、および、基準信号（検波信号）Ｓ１２と呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′との位相の相対関係を考慮して行うことが好ましい。

図１４は、上記パターン１～３の位相制御を行う前（図１４Ａ）と、上記パターン１～３の位相制御を行った後（図１４Ｂ）の呼吸波形を示した図である。具体的に説明すると、図１４Ａは、インヒビット信号Ｓ２０および/または基準信号（検波信号）Ｓ１２の位相ずれに起因して、呼吸波形の振幅が小さくなってしまっている状態を示す。図１４Ａのように、呼吸波形の振幅が小さくなると、実際には被検者が呼吸しているにも関わらず、無呼吸であるといった誤った測定結果が得られるおそれがある。

これに対して、本実施の形態によれば、パターン１～３の位相制御を行うことで、インヒビット信号Ｓ２０および/または基準信号（検波信号）Ｓ１２の位相ずれを解消して、図１４Ｂに示したような本来の呼吸波形を得ることができるので、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の復調時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止できるようになる。

ここで、位相制御部２３０による上記パターン１～３の位相制御の実現の仕方については、例えば以下のような方法を採用することができる。

・方法１： ユーザーが手動でパターン１～３における位相切り替えを行う。この場合、図３に示したように、位相制御部２３０にユーザー操作に応じた操作設定情報を入力し、位相制御部２３０がユーザー操作に応じて上述のパターン１～３のいずれかの位相制御を行う。具体的に説明すると、ユーザーは表示部１０１に表示された呼吸波形を見ながら、呼吸波形の振幅が小さいと判断した場合には、位相制御部２３０に上述のパターン１～３のいずれかの制御を行うことを指示するための操作を行う。例えば、ユーザーはタッチパネル構成である表示部１０１に所定の操作画面が表示された際に、所定位置をタッチ操作することで上記制御を行うことを指示するための操作を行う。この操作に応じて位相制御部２３０がパターン１～３のいずれかの位相制御を行う。これにより、インヒビット信号Ｓ２０および/または基準信号（検波信号）Ｓ１２の位相ずれに起因する呼吸波形の振幅の低下を抑制できるようになる。

・方法２： 図３との対応部分に同一符号を付した図１５に示したように、位相制御部２３０が、検波回路２０５から出力される呼吸波形の振幅に基づいて基準信号Ｓ３０および／またはインヒビット信号Ｓ４０の位相を制御する。具体的には、図１５のインピーダンス呼吸測定部３００は、位相制御部２３０に呼吸波形データＳ３を入力する。位相制御部２３０は、呼吸波形の振幅が大きくなるように、上記パターン１～３の位相制御を適宜行う。このようにすることで、インヒビット信号Ｓ４０および基準信号（検波信号）Ｓ３０の位相が最適化される。なお、図１５では位相制御部２３０に呼吸波形データＳ３を入力させた場合について述べたが、ＣＰＵ（図示せず）などの他の演算制御部に呼吸波形データＳ３を入力させ、ＣＰＵが呼吸波形の振幅が大きくなるように位相制御部２３０を制御してもよい。

＜４＞まとめ
以上説明したように、本実施の形態によれば、インピーダンス呼吸測定装置（インピーダンス呼吸測定部２００、３００、４００）は、生体Ｂ０の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極Ｅ１～Ｅ３に検査信号Ｓ１、Ｓ２を印加したときに得られる検出信号（呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′）に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定装置（インピーダンス呼吸測定部２００、３００、４００）であって、所定周期をもつ基準信号Ｓ１１、Ｓ１２から電極Ｅ１～Ｅ３に印加する検査信号Ｓ１、Ｓ２を形成する検査信号形成部（ローパスフィルター２０２、アンプ２０３）と、生体Ｂ０に電極Ｅ１～Ｅ３を介して検査信号Ｓ１、Ｓ２が印加されたときに電極Ｅ１～Ｅ３に現れる電位差を呼吸検出信号として検出する検出部（抵抗Ｒ、アンプ２０４）と、マスク信号としてのインヒビット信号Ｓ２０を発生するマスク信号発生部（マスク信号発生回路２２０）と、マルチプレクサによって構成されており、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′を基準信号Ｓ１２（Ｓ１１）およびインヒビット信号Ｓ２０を用いて検波することにより、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′に含まれる呼吸波形（呼吸波形データＳ３）を抽出する検波部（検波回路２０５）と、検波部（検波回路２０５）に入力される基準信号Ｓ３０および／またはインヒビット信号Ｓ４０の位相を制御する位相制御部２３０、２４０と、有する。

これにより、位相制御部２３０、２４０によって検波部（検波回路２０５）に入力される基準信号Ｓ３０および／またはインヒビット信号Ｓ４０の位相が制御されるので、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の検波時において、呼吸波形（呼吸波形データＳ３）の振幅が小さくなってしまうような、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′、基準信号（検波信号）Ｓ３０およびマスク信号（インヒビット信号）Ｓ４０の間での位相ずれを解消できるようになる。この結果、呼吸検出信号Ｓ１′、Ｓ２′の検波時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止できる、インピーダンス呼吸測定装置（インピーダンス呼吸測定部２００、３００、４００）およびインピーダンス呼吸測定方法を実現できる。

ちなみに、従来のインピーダンス呼吸測定装置の使用時において、ユーザーは、被検者が呼吸をしているにも関わらず呼吸波形の振幅が小さいと判断した場合には、電極Ｅ１～Ｅ３を呼吸が取れる位置（つまり呼吸波形の振幅が大きくなる位置）に貼り替えることで対処していた。本実施の形態によれば、このようなユーザーの判断に委ねて電極Ｅ１～Ｅ３の位置を変更することなしに、検波時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止できるようになる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、基準信号発生回路２０１が正相および逆相の基準信号Ｓ１１、Ｓ１２を発生し、生体Ｂ０に正相および逆相の検査信号Ｓ１、Ｓ２を印加した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、基準信号発生回路２０１が正相または逆相の基準信号Ｓ１１またはＳ１２のいずれか一方を発生し、生体Ｂ０に正相または逆相のいずれか一方の検査信号Ｓ１またはＳ２を印加した場合にも上述の実施の形態と同様に実施できる。ただし、上述の実施の形態のように正相および逆相の検査信号Ｓ１、Ｓ２を印加すると、差動増幅器２０７で大きなゲインを得ることができるので、呼吸の検出精度を向上させることができる。

上述の実施の形態では、インヒビット信号を全体的に位相シフトさせることで、基準信号の立ち上りおよび立ち下り位置において、インヒビット信号がＨｉｇｈの状態となるように、インヒビット信号の位相を制御する場合について述べたが、これに限らない。例えば、図１６に示したように、インヒビット信号のデューティー比を、インヒビット信号の中央位置と、基準信号（検波信号）の立ち上りおよび立ち下がり位置とが一致するように変更してもよい。このようにすれば、例えば、位相制御によるマスク処理だけでは位相関係を最適化できなかった場合でも、位相制御を補ってマスク処理を最適化することができるようになる。

上述の実施の形態では、呼吸検出信号の検波時の位相ずれに起因する呼吸の未検出を防止するための構成例として、位相制御部２３０がユーザー操作に基づいて位相制御を行う例（図３）、および、位相制御部２３０が呼吸波形データＳ１３に基づいて位相制御を行う例（図１５）について説明した。本発明は、図３および図１５の構成例に限らず、図１７のような構成を採用することもできる。

図３との対応部分に同一符号を付した図１７のインピーダンス呼吸測定部４００は、ベクトル合成部４１０を有する。インピーダンス呼吸測定部４００の位相制御部２４０は、基準信号Ｓ１２およびインヒビット信号Ｓ２０の位相を９０°シフトすることで９０°位相がシフトされた基準信号Ｓ３０´およびインヒビット信号Ｓ４０´を形成する。

インピーダンス呼吸測定部４００は、第１および第２の検波回路２０５－１、２０５－２を有し、第１の検波回路２０５－１は位相シフトされない基準信号Ｓ１２およびインヒビット信号Ｓ２０を用いて検波を行い、第２の検波回路２０５－２は９０°位相シフトされた基準信号Ｓ３０´およびインヒビット信号Ｓ４０´を用いて検波を行う。

検波回路２０５－１、２０５－２の検波により得られた呼吸波形データＳ３－１、Ｓ３－２は、ベクトル合成部４１０によってベクトル合成される。そして、ベクトル合成後の呼吸波形データＳ４がインピーダンス呼吸測定部４００による測定結果として出力される。

図１８は、ベクトル合成部４１０による呼吸波形のベクトル合成の説明に供する図である。図１８からも分かるように、位相シフトしない、基準信号Ｓ１２およびインヒビット信号Ｓ２０を用いて得られた呼吸波形データＳ３－１と、９０°位相シフトした、基準信号Ｓ３０´およびインヒビット信号Ｓ４０´を用いて得られた呼吸波形データＳ３－２とをベクトル合成することにより、生体（被検者）Ｂ０の個体差や電極などの機器の状態に起因して、呼吸検出信号、基準信号（検波信号）およびマスク信号（インヒビット信号）の間でどのような位相ずれが生じても、十分な振幅の呼吸波形データＳ４を得ることができるようになる。

上述の実施の形態では、本発明のインピーダンス呼吸測定装置（インピーダンス呼吸測定部２００、３００、４００）を生体情報モニターに適用した場合について述べたが、本発明のインピーダンス呼吸測定装置は生体情報モニターに限らず、単独で用いられてもよく、他の医療機器に組み込まれて用いられてもよい。

上述の実施の形態では、Ｈｉｇｈの状態の基準信号（検波信号）およびインヒビット信号が入力されたときに検波回路２０５の出力およびマスクがアクティブになる場合、換言すれば、信号がＨｉｇｈの状態が、その信号がアクティブな状態である場合ついて述べた。しかし、勿論、これとは逆に、Ｌｏｗの状態の基準信号（検波信号）およびインヒビット信号が入力されたときに検波回路２０５の出力およびマスクがアクティブになる場合にも、本発明を適用可能である。この場合には、信号がＬｏｗの状態が、その信号がアクティブな状態である。

本発明は、生体の呼吸によるインピーダンス変化を同期検波方式を用いて検出することで、生体の呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定装置およびインピーダンス呼吸測定方法に広く適用可能である。

１０ 生体情報モニター
２００、３００、４００ インピーダンス呼吸測定部
２０１ 基準信号発生回路
２０５ 検波回路（マルチプレクサ）
Ｂ０ 生体
Ｓ１、Ｓ２ 検査信号
Ｓ１´、Ｓ２´ 呼吸検出信号
Ｓ３、Ｓ３－１、Ｓ３－２、Ｓ４ 呼吸波形データ
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ３０ 基準信号（検波信号）
Ｓ２０、Ｓ４０ インヒビット信号

Claims (10)

1. 生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定装置であって、
   所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成する検査信号形成部と、
   前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出する検出部と、
   マスク信号として、周期が前記基準信号の周期に対して１／２のインヒビット信号を発生するマスク信号発生部と、
   前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波部と、
   前記検波部に入力される前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御部と、
   を備え、
   前記位相制御部は、前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を９０°シフトするモードを有する、
   インピーダンス呼吸測定装置。
2. 前記位相制御部は、ユーザー操作による操作信号に基づいて、前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を９０°シフトする、
   請求項１に記載のインピーダンス呼吸測定装置。
3. 前記検波部は、入力した前記呼吸検出信号を、前記基準信号がアクティブの状態のときに出力するとともに、前記基準信号がアクティブの状態であっても前記インヒビット信号がアクティブの状態のときには出力を停止する、
   請求項１または２に記載のインピーダンス呼吸測定装置。
4. 前記位相制御部は、前記検波部から出力される前記呼吸波形の振幅に基づいて、前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のインピーダンス呼吸測定装置。
5. 前記位相制御部は、前記基準信号の立ち上りおよび立ち下り位置において、前記インヒビット信号がアクティブの状態となるように、前記インヒビット信号の位相を制御する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のインピーダンス呼吸測定装置。
6. 前記マスク信号発生部は、さらに、前記インヒビット信号のデューティー比を変更する、
   請求項５に記載のインピーダンス呼吸測定装置。
7. 生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定装置であって、
   所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成する検査信号形成部と、
   前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出する検出部と、
   マスク信号として、周期が前記基準信号の周期に対して１／２のインヒビット信号を発生するマスク信号発生部と、
   前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波部と、
   前記検波部に入力される前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御部と、
   を備え、
   前記位相制御部は、前記基準信号および前記インヒビット信号の位相を９０°シフトすることで９０°位相がシフトされた前記基準信号および前記インヒビット信号を形成し、
   前記検波部は、それぞれ、位相が９０°異なる前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて前記呼吸検出信号を検波することにより第１および第２の呼吸波形を得る第１および第２の検波部を備え、
   前記インピーダンス呼吸測定装置は、さらに、前記第１および第２の呼吸波形をベクトル合成するベクトル合成部を備える、
   インピーダンス呼吸測定装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のインピーダンス呼吸測定装置を備える、
   生体情報モニター。
9. 生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定方法であって、
   所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成するステップと、
   前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出するステップと、
   マスク信号として、周期が前記基準信号の周期に対して１／２のインヒビット信号を発生するステップと、
   前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波ステップと、
   前記検波ステップで用いる前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御ステップと、
   を含み、
   前記位相制御ステップは、前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を９０°シフトするモードを有する、
   インピーダンス呼吸測定方法。
10. 生体の呼吸器官近傍の体表に取り付けられた電極に検査信号を印加したときに得られる検出信号に基づいて呼吸に伴う電極間のインピーダンス変化を検出し、当該インピーダンス変化に基づいて呼吸を測定するインピーダンス呼吸測定方法であって、
    所定周期をもつ基準信号から前記電極に印加する検査信号を形成するステップと、
    前記生体に前記電極を介して前記検査信号が印加されたときに前記電極に現れる電位差を呼吸検出信号として検出するステップと、
    マスク信号として、周期が前記基準信号の周期に対して１／２のインヒビット信号を発生するステップと、
    前記呼吸検出信号を前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて検波することにより、前記呼吸検出信号に含まれる呼吸波形を抽出する検波ステップと、
    前記検波ステップで用いる前記基準信号および／または前記インヒビット信号の位相を制御する位相制御ステップと、
    を含み、
    前記位相制御ステップでは、前記基準信号および前記インヒビット信号の位相を９０°シフトすることで９０°位相がシフトされた前記基準信号および前記インヒビット信号を形成し、
    前記検波ステップでは、それぞれ、位相が９０°異なる前記基準信号および前記インヒビット信号を用いて前記呼吸検出信号を検波することにより第１および第２の呼吸波形を得、
    前記インピーダンス呼吸測定方法は、さらに、前記第１および第２の呼吸波形をベクトル合成するステップを含む、
    インピーダンス呼吸測定方法。