JPH04136207U - 呼吸数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脈波のうねりに基づいて呼吸数を一層正確に
測定し得る呼吸数測定装置を提供する。 【構成】 ステップＳ３にて逐次検出される脈波の上ピ
ーク値からステップＳ４にて脈波のうねりを決定し、そ
のうねりの第１，第２区間の平均値をステップＳ６にて
それぞれ算出し且つ第１，第２，第３区間の中央値をス
テップＳ７にてそれぞれ算出する。ステップＳ８にて第
１，第２区間の平均中央値差ΔＡＭ_1,ΔＡＭ₂ をそれぞ
れ算出し、ステップＳ９にて第１，第２区間同士、第
２，第３区間同士の中央値差ΔＭＩ_12, ΔＭＩ₂₃をそれ
ぞれ算出する。ステップＳ１０にてΔＭＩ₁₂の絶対値が
平均中央値差ΔＡＭ₁ の絶対値より小さく且つステップ
Ｓ１１にてΔＭＩ₂₃の絶対値がΔＡＭ₂ の絶対値より小
さい場合における傾斜の小さな第１〜第３区間の脈波の
うねりを用いて呼吸数を決定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、脈波のうねりに基づいて呼吸数を測定する呼吸数測定装置に関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

手術中や手術後などにおける患者の状態を的確に把握するためにその患者の呼 吸数を測定して監視することが行われている。この呼吸数の測定に際しては、通 常、胸郭の変動を電気的に検出する方法などが採用されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のような方法により呼吸数を測定する装置においては、通 常、その装置の生体への装着部分が比較的大型となったり或いはその装着部分の 生体への装着箇所が多くなったりして、扱いが面倒であるとともに長時間装着さ れると患者に不快感を与えるなどの欠点があった。

【０００４】 これに対し、たとえば本出願人が先に出願して公開された実開平２−１２１０ ０６号公報に記載されているように、脈波の低周波変動成分であるうねりに基づ いて呼吸数を測定するようにすれば、比較的小型の脈波センサを生体の一箇所に 装着するだけでよいため、扱い易くなるとともに患者に与える不快感が軽減され ると考えられる。しかし、この場合においても、未だ解決すべき問題を有してい る。すなわち、患者の実際の血圧値の変動により脈波のうねりが比較的大きく傾 斜してそのうねりにピークの無い部分を生ずると、呼吸数を正確に測定できなく なるという問題があったのである。

【０００５】 本考案は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするとこ ろは、脈波のうねりに基づいて呼吸数を一層正確に測定し得る呼吸数測定装置を 提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案の要旨とするところは、生体の動脈上に装着 された脈波センサにより逐次検出される脈波の低周波変動成分であるうねりに基 づいて、その生体の単位時間当たりの呼吸数を測定する呼吸数測定装置であって 、図１のクレーム対応図に示すように、(a) 前記脈波のうねりを検出するうねり 検出手段と、(b) そのうねり検出手段により検出された脈波のうねりの予め定め られた第１期間内の平均値を算出する平均値算出手段と、(c) 前記第１期間内お よびその第１期間に続く予め定められた第２期間内において、前記脈波のうねり の最大値と最小値との間の中央値をそれぞれ算出する中央値算出手段と、(d) 前 記第１期間における平均値とその第１期間における中央値との間の差である平均 中央値差を算出する平均中央値差算出手段と、(e) 前記第１期間および第２期間 における中央値間の差である中央値差を算出する中央値差算出手段と、(f) 前記 中央値差の絶対値が前記平均中央値差の絶対値より小さい場合において、前記第 １期間および前記第２期間の少なくとも一方の期間内の脈波のうねりを用いて前 記単位時間当たりの呼吸数を決定する呼吸数決定手段とを含むことにある。

【０００７】

【作用および考案の効果】

かかる構成の呼吸数測定装置においては、脈波センサにより逐次検出される脈 波の低周波変動成分であるうねりがうねり検出手段により検出され、その脈波の うねりの予め定められた第１期間内の平均値が平均値算出手段により算出される とともに、その第１期間内およびその第１期間に続く第２期間内において脈波の うねりの最大値と最小値との間の中央値が中央値算出手段によりそれぞれ算出さ れる。また、第１期間における平均値とその第１期間における中央値との間の差 である平均中央値差が平均中央値差算出手段により算出されるとともに、第１期 間および第２期間における中央値間の差である中央値差が中央値差算出手段によ り算出され、呼吸数決定手段により、中央値差の絶対値が平均中央値差の絶対値 より小さい場合において第１期間および第２期間の少なくとも一方の期間内の脈 波のうねりを用いて単位時間当たりの呼吸数が決定される。この場合において、 第１期間と第２期間との間の中央値差の絶対値が第１期間の平均中央値差の絶対 値より小さいということは、第１期間および第２期間における脈波のうねりが殆 ど傾斜していないこと等を示していると考えられるため、それら第１期間および 第２期間の少なくとも一方の期間内における傾斜の小さい脈波のうねりを用いて 呼吸数を一層正確に測定することができるのである。

【０００８】 なお、第１期間と第２期間との間の中央値差を求めるのに替えて両期間の間の 平均値差を求め、その平均値差の絶対値が前記平均中央値差の絶対値より小さい 場合の脈波のうねりを用いて呼吸数を決定することも考えられるが、この場合に おいては、平均値差は中央値差に比べてノイズの影響が少ないことから、比較的 大きなノイズが混入しても平均値差の絶対値が平均中央値差の絶対値より小さく なって呼吸数が決定されることにより、測定された呼吸数が不正確となる場合が ある。これに対し、本考案の呼吸数測定装置によれば、ノイズの影響の大きい中 央値差の絶対値が平均中央値差の絶対値より小さい場合において呼吸数が決定さ れるので、脈波のうねりが殆ど傾斜していなくても比較的大きなノイズが混入し た場合には中央値差の絶対値が平均中央値差の絶対値より大きくなって呼吸数の 決定が行われないため、ノイズの影響を好適に回避し得て呼吸数を一層正確に測 定することができるのである。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１０】 図２は本考案が適用された呼吸数測定装置の一構成例を示す図である。図にお いて、１０は容器状を成すハウジングであり、その開口端が患者の体表面１２に 対向する状態でバンド１４により手首１６に着脱可能に取り付けられるようにな っている。ハウジング１０の内部には、ダイヤフラム１８を介して脈波センサ２ ０が相対移動可能かつハウジング１０の開口端からの突出し可能に設けられてお り、これらハウジング１０およびダイヤフラム１８等によって圧力室２２が形成 されている。この圧力室２２内には、流体供給源２４から調圧弁２６を経て圧力 エア等の圧力流体が供給されるようになっており、これにより、脈波センサ２０ は圧力室２２内の圧力に応じた押圧力で体表面１２に押圧される。

【００１１】 上記脈波センサ２０は、たとえば、単結晶シリコン等から成る半導体チップの 押圧面２８に感圧ダイオード等の感圧素子（図示せず）が設けられて成るもので あって、橈骨動脈３２から発生して体表面１２に伝達される圧力振動波である脈 波を検出し、その脈波を表す脈波信号ＳＭを制御装置３４に供給する。上記圧力 室２２と調圧弁２６との間には圧力センサ３６が設けられており、圧力センサ３ ６は圧力室２２内の圧力を表す圧力信号ＳＰを制御装置３４へ供給する。本実施 例においては、上記橈骨動脈３２がクレームにおける動脈に相当している。

【００１２】 制御装置３４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から成る所謂マイクロコンピュー タを有して構成されており、ＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従 ってＲＡＭの記憶機能を利用しつつ信号処理を実行し、調圧弁２６を駆動して圧 力室２２内の圧力を調節し、その圧力の変化過程で得られる脈波信号ＳＭに基づ いて脈波センサ２０の押圧力を決定し且つその決定された押圧力にホールドする とともに、その押圧力において脈波を検出し且つその検出した脈波の低周波変動 成分であるうねりを検出して、その脈波のうねりに基づいて患者の呼吸数を決定 し且つその決定した呼吸数を表示器３８に逐次表示させる。

【００１３】 次に、以上のように構成された呼吸数測定装置の作動を図３のフローチャート に従って説明する。

【００１４】 まず、電源が投入されて図示しない起動スイッチがＯＮ操作されると、ステッ プＳ１が実行されて、脈波センサ２０の好適な押圧力が決定され且つその決定さ れた押圧力にホールドされる。すなわち、たとえば、圧力室２２内を比較的緩や かな一定速度で昇圧し、その昇圧過程で逐次採取された脈波信号ＳＭが表す脈波 の振幅をそれぞれ算出して最大振幅の脈波が採取されたときの圧力室２２内の圧 力を決定し、その決定された圧力に圧力室２２内の圧力を設定するのである。

【００１５】 次に、ステップＳ２が実行されて、呼吸数を測定するために脈波信号ＳＭが読 み込まれる。次いで、ステップＳ３の上ピーク値検出ルーチンが実行されて、ス テップＳ２にて読み込まれた脈波信号ＳＭが表す脈波の上ピーク値を決定するた めに良く知られた上ピーク値検出アルゴリズムが実行されるとともに、ステップ Ｓ４が実行されることにより、ステップＳ３にて検出された上ピーク値が、前記 ＲＡＭの所定の格納場所に順次格納されることにより、脈波の低周波変動成分を 表すうねりが決定される。続くステップＳ５においては、今回の呼吸数測定のた めの脈波信号ＳＭの読込みが開始されてから予め設定された一定時間、たとえば ３０秒間経過したか否かが判断される。未だ一定時間経過していない場合には、 ステップＳ２乃至ステップＳ５が繰り返し実行されるが、一定時間経過すると続 くステップＳ６が実行される。図４および図６は、以上のようにして決定された 脈波のうねりの一例を示す図であって、たとえば、１０秒間毎に、第１区間，第 ２区間，および第３区間の３つに区分される。なお、図４および図６においては 、脈波のうねりは、便宜上、各上ピーク値データを結ぶ包絡線として描かれてい る。本実施例においては、上記ステップＳ３およびステップＳ４がうねり検出手 段に対応する。

【００１６】 上記ステップＳ６においては、第１区間における脈波のうねりデータの平均値 ＡＶ₁ 、および第２区間における脈波のうねりデータの平均値ＡＶ₂ がそれぞれ 算出されるとともに、続くステップＳ７においては、第１区間，第２区間，およ び第３区間における脈波のうねりデータの中央値（最大値データと最小値データ との平均値）ＭＩ₁ ，ＭＩ₂ ，ＭＩ₃ がそれぞれ算出される。次に、ステップＳ ８が実行されることにより、第１区間の平均値ＡＶ₁ と中央値ＭＩ₁ との間の差 である平均中央値差ΔＡＭ₁ が算出されるとともに、第２区間の平均値ＡＶ₂ と 中央値ＭＩ₂ との間の差である平均中央値差ΔＡＭ₂ が算出される。次いで、ス テップＳ９が実行されることにより、第１区間の中央値ＭＩ₁ と第２区間の中央 値ＭＩ₂ との差である中央値差ΔＭＩ₁₂が算出されるとともに、第２区間の中央 値ＭＩ₂ と第３区間の中央値ＭＩ₃ との差である中央値差ΔＭＩ₂₃が算出される 。したがって、本実施例においては、上記ステップＳ６が平均値算出手段に、上 記ステップＳ７が中央値算出手段に、上記ステップＳ８が平均中央値差算出手段 に、上記ステップＳ９が中央値差算出手段にそれぞれ対応するとともに、上記第 １区間を第１期間とすると上記第２区間が第２期間に相当し、その第２区間を第 １期間とすると上記第３区間が第２期間に相当する。

【００１７】 次のステップＳ１０においては、第１区間と第２区間との中央値差ΔＭＩ₁₂の 絶対値が第１区間の平均中央値差ΔＡＭ₁ の絶対値より小さいか否かが判断され る。この判断が肯定された場合には、続くステップＳ１１が実行されることによ り、第２区間と第３区間との間の中央値差ΔＭＩ₂₃の絶対値が第２区間の平均中 央値差ΔＡＭ₂ の絶対値より小さいか否かが判断される。この判断が肯定された 場合、すなわちステップＳ１０およびステップＳ１１の判断が共に肯定された場 合には、たとえば図４に示すように脈波のうねりが殆ど傾斜していないと考えら れるため、続くステップＳ１２が実行されて、今回検出された脈波のうねりに基 づいて呼吸数が決定されるが、ステップＳ１０の判断が否定された場合およびス テップＳ１１の判断が否定された場合には、たとえば図６に示すように脈波のう ねりが大きく傾斜してそのうねりにピークが無い場合が考えられるため、今回の 脈波のうねりに基づいて呼吸数を決定することなくステップＳ２に戻される。し たがって、本実施例においては、ステップＳ１０乃至ステップＳ１２が呼吸数決 定手段に対応する。

【００１８】 上記ステップＳ１２の呼吸数決定ルーチンにおいては、図５に示すように、ま ずステップＳＳ１が実行されることにより、上記ステップＳ４にて決定された脈 波のうねりについて下ピーク値の検出が開始されて、検出された下ピーク値が標 準下ピーク値Ｐｄ^* として決定され、その後ステップＳＳ２が実行されることに より、上ピーク値の検出が開始されて、検出された上ピーク値が標準上ピーク値 Ｐｕ^* として決定される。標準下ピーク値Ｐｄ^* および標準上ピーク値Ｐｕ^* が 決定された後、ステップＳＳ３が実行されて次の下ピーク値Ｐｄが決定される。 次のステップＳＳ４においては、標準下ピーク値Ｐｄ^* と下ピーク値Ｐｄとの差 の絶対値が標準下ピーク値Ｐｄ^* の２０％以内にあるか否かが判断される。この 判断が否定された場合には、ノイズを避けるために、ステップＳＳ５が実行され て前記標準下ピーク値Ｐｄ^* と下ピーク値Ｐｄとの平均値に標準下ピーク値Ｐｄ ^* が更新された後、ステップＳＳ２以下が再び実行される。

【００１９】 上記ステップＳＳ４の判断が肯定された場合には、ステップＳＳ６が実行され て、下ピーク値Ｐｄに続く上ピーク値Ｐｕが決定される。次に、ステップＳＳ７ が実行されて、標準上ピーク値Ｐｕ^* と上ピーク値Ｐｕとの差の絶対値が標準上 ピーク値Ｐｕ^* の２０％以内にあるか否かが判断される。この判断が肯定された 場合には、ステップＳＳ８が実行されて、標準上ピーク値Ｐｕ^* と、ステップＳ Ｓ６にて上ピーク値Ｐｕが決定された際のその上ピーク値Ｐｕの次に位置するデ ータ値Ｄｐとの差の絶対値が標準上ピーク値Ｐｕ^* の２０％以内にあるか否かが 判断される。この判断が肯定された場合、すなわち、ステップＳＳ７およびステ ップＳＳ８の判断が共に肯定された場合には、ステップＳＳ９が実行されて、ス テップＳＳ６にて決定された上ピーク値Ｐｕが２個目であるか否かが判断される 。ステップＳＳ９の判断が否定された場合には、決定された上ピーク値Ｐｕは１ 個目であるため、ステップＳＳ６にて２個目の上ピーク値Ｐｕが決定された後ス テップＳＳ７乃至ステップＳＳ９が再び実行される。このときには、ステップＳ Ｓ９の判断は肯定されるので、ステップＳＳ１０が実行されることにより、一対 の上ピーク値Ｐｕ間の時間（秒）が呼吸周期Ｔとして求められ且つその呼吸周期 Ｔで単位時間たとえば６０秒を除することにより１分間当たりの呼吸数が算出さ れる。なお、図示はしないが、上記ステップＳＳ２，ステップＳＳ３，ステップ ＳＳ６において、脈波のうねりデータが足りなくなって予め定められた一定時間 （たとえば１０秒間）経過しても標準上ピーク値Ｐｕ^* ，下ピーク値Ｐｄ，上ピ ーク値Ｐｕが決定されない場合には、呼吸数決定ルーチンが終了させられるよう になっている。

【００２０】 このようにして呼吸数が算出されてステップＳ１２の呼吸数決定ルーチンが終 了すると、続くステップＳ１３が実行されて、表示器３８に表示される呼吸数の 表示値がステップＳ１２にて決定された値に更新された後、再びステップＳ２以 下が実行されて、同様にして呼吸数の測定が続行されることとなる。

【００２１】 このように本実施例の呼吸数測定装置によれば、脈波のうねりの第１区間と第 ２区間との間の中央値差ΔＭＩ₁₂の絶対値が第１区間の平均中央値差ΔＡＭ₁ の 絶対値より小さく且つ第２区間と第３区間との間の中央値差ΔＭＩ₂₃の絶対値が 第２区間の平均中央値差ΔＡＭ₂ の絶対値より小さい場合において、第１区間乃 至第３区間内の脈波のうねりを用いて単位時間当たりの呼吸数が決定されるよう に構成されており、このように中央値差ΔＭＩ₁₂の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ ₁ の絶対値より小さく且つ中央値差ΔＭＩ₂₃の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ₂ の 絶対値より小さい場合には、前述のように、第１区間乃至第３区間内の脈波のう ねりは実際の血圧値の変動に基づいて殆ど傾斜していないと考えられるため、そ の脈波のうねりを用いて呼吸数を一層正確に測定することができる。

【００２２】 因みに、従来においては、脈波のうねりが比較的大きく傾斜してその脈波のう ねりにピークの無い部分が存在する場合においても、その脈波のうねりを用いて 呼吸数の測定が行われるため、たとえば図７に示すように、決定される呼吸周期 Ｔが実際より大幅に大きくなって呼吸数の測定値が実際より大幅に小さくなり、 呼吸数の測定が不正確となる場合があるのである。これに対し、本実施例によれ ば、大きく傾斜してピークの無い脈波のうねりにおいては、たとえば図６に示す ように、中央値差ΔＭＩ₁₂の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ₁ の絶対値より大きく なり且つ中央値差ΔＭＩ₂₃の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ₂ の絶対値より大きく なるため、大きく傾斜してピークの無い脈波のうねりは呼吸数の測定対象から除 外されて、殆ど傾斜していない脈波のうねりに基づいてだけ呼吸数の測定が行わ れることとなり、これにより、呼吸数の測定が一層正確となるのである。

【００２３】 また、本実施例によれば、中央値差ΔＭＩ₁₂の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ₁ の絶対値より小さく且つ中央値差ΔＭＩ₂₃の絶対値が平均中央値差ΔＡＭ₂ の絶 対値より小さい場合の脈波のうねりに基づいて呼吸数が算出されるため、ノイズ の影響を好適に回避することができる利点がある。すなわち、中央値差ΔＭＩ₁₂ ，ΔＭＩ₂₃に替えて第１区間と第２区間との間の平均値差および第２区間と第３ 区間との間の平均値差を用いることもできるが、中央値差は平均値差に比べてノ イズの影響が大きいことから、比較的大きなノイズが混入した場合においては、 中央値差の絶対値が平均中央値差の絶対値より大きくなって呼吸数が決定されな いため、ノイズの影響を好適に回避し得て呼吸数を一層正確に測定することがで きるのである。

【００２４】 また、本実施例によれば、呼吸数を測定するのに好適な脈波のうねりが決定さ れた後、その脈波のうねりから下ピーク値Ｐｄや一対の上ピーク値Ｐｕを求めて 呼吸数を決定するに際し、ステップＳＳ４，ステップＳＳ７，およびステップＳ Ｓ８においてそれら下ピーク値Ｐｄおよび上ピーク値Ｐｕがノイズでないか否か が判断されることとなるので、呼吸数の測定が更に正確となる。

【００２５】 なお、前記実施例では、脈波の上ピーク値に基づいてうねりが検出されている が、脈波の下ピーク値などに基づいてうねりを検出するようにしてもよい。

【００２６】 また、前記実施例では、ステップＳ５において、今回の呼吸数測定に際して脈 波信号ＳＭの読込みが開始されてから一定時間経過したか否かが判断されている が、脈波の上ピーク値あるいは下ピーク値が予め定められた一定数検出されたか 否かを判断するように構成することもできる。

【００２７】 また、前記実施例では、決定された一定時間の脈波のうねりが３つの区間に区 分されているとともに、それら３つの区間の脈波のうねりを用いて呼吸数が決定 されるように構成されているが、必ずしもその必要はなく、たとえば、クレーム における第１期間および第２期間に相当する２つの区間に区分して両区間あるい は何れか一方の区間のうねりを用いて呼吸数を決定するように構成することもで きるし、４つ以上の区間に区分しても差し支えない。

【００２８】 また、前記実施例では、１周期の呼吸周期に基づいて呼吸数が算出されている が、呼吸周期を複数求めてそれらを平均した平均呼吸周期に基づいて呼吸数を算 出するように構成することも可能である。

【００２９】 また、前記実施例において、単位時間当たりの脈拍数を求めて、脈拍数と呼吸 数との間の予め定められた関係から、ステップＳ１２の呼吸数決定ルーチンにて 決定された呼吸数が異常値であるか否かを推定するように構成してもよい。

【００３０】 また、前記実施例では、表示器３８には呼吸数のみが表示されるが、それに加 えて脈波の波形や脈拍数などを表示するようにしてもよい。

【００３１】 また、前記実施例では、脈波センサ２０は橈骨動脈３２上に装着されているが 、足背動脈や頸動脈などの他の動脈に装着されるものであってもよいことは勿論 である。

【００３２】 その他、本考案はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得る ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図である。

【図２】本考案が適用された呼吸数測定装置の一例を示
す図であって、その構成を示す図である。

【図３】図２の装置の作動を説明するためのフローチャ
ートである。

【図４】図３のフローチャートで検出された脈波のうね
りの一例を示す図であって、呼吸数の測定対象となるう
ねりの一例を示す図である。

【図５】図３の呼吸数決定ルーチンを説明するためのフ
ローチャートである。

【図６】図３のフローチャートで検出された脈波のうね
りの他の例を示す図であって、呼吸数の測定対象から除
外される傾斜の大きなうねりの一例を示す図である。

【図７】従来の呼吸数測定装置を用いて傾斜の大きな脈
波のうねりから決定される呼吸周期の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０ 脈波センサ ３２ 橈骨動脈（動脈）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の動脈上に装着された脈波センサに
   より逐次検出される脈波の低周波変動成分であるうねり
   に基づいて、該生体の単位時間当たりの呼吸数を測定す
   る呼吸数測定装置であって、前記脈波のうねりを検出す
   るうねり検出手段と、該うねり検出手段により検出され
   た脈波のうねりの予め定められた第１期間内の平均値を
   算出する平均値算出手段と、前記第１期間内および該第
   １期間に続く予め定められた第２期間内において、前記
   脈波のうねりの最大値と最小値との間の中央値をそれぞ
   れ算出する中央値算出手段と、前記第１期間における平
   均値と該第１期間における中央値との間の差である平均
   中央値差を算出する平均中央値差算出手段と、前記第１
   期間および第２期間における中央値間の差である中央値
   差を算出する中央値差算出手段と、前記中央値差の絶対
   値が前記平均中央値差の絶対値より小さい場合におい
   て、前記第１期間および前記第２期間の少なくとも一方
   の期間内の脈波のうねりを用いて前記単位時間当たりの
   呼吸数を決定する呼吸数決定手段とを含むことを特徴と
   する呼吸数測定装置。