JP2010119822A - Biological information detector - Google Patents
Biological information detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010119822A JP2010119822A JP2009004619A JP2009004619A JP2010119822A JP 2010119822 A JP2010119822 A JP 2010119822A JP 2009004619 A JP2009004619 A JP 2009004619A JP 2009004619 A JP2009004619 A JP 2009004619A JP 2010119822 A JP2010119822 A JP 2010119822A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- patient
- signal
- acceleration sensor
- axis
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
本発明は、患者の呼吸、心音及び姿勢を検知するため生体情報検出装置に関する。 The present invention relates to a biological information detection apparatus for detecting a patient's breathing, heart sounds, and posture.
患者(高齢者等の病弱者を含む)の体の一部に加速度センサを装着して患者の心拍、呼吸等の生体情報を取得する装置は従来より知られている。例えば特開2002−17693号公報には、人体の心拍、呼吸等の生体情報に異変が発見されたら、第三者に自動的に連絡し重大事故を未然に防ぐ携帯無線電話型バイタルチェッカーについて開示され、心拍、呼吸を検知する素子として加速度センサが使用できる旨記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for acquiring biological information such as a heartbeat and respiration of a patient by attaching an acceleration sensor to a part of a patient (including a disabled person such as an elderly person) has been known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-17693 discloses a portable radio telephone type vital checker that automatically contacts a third party to prevent a serious accident when an abnormality is detected in the biological information such as heartbeat and respiration of a human body. It is described that an acceleration sensor can be used as an element for detecting heartbeat and respiration.
また睡眠検査、睡眠時無呼吸症候群の診断のために使用される装置として、例えば特許第3809847号公報開示の構成が知られている。この公報には3次元の加速度センサを用いてX,Y、Z方向の生体情報信号を出力し、X,Z方向のDC成分から患者の寝姿勢を検出し、X,Y、Z方向のAC成分取り出し、そのAC成分から呼吸数を検出し、Z方向のAC成分から心拍数を検出する旨記載されている。 Further, as a device used for sleep tests and sleep apnea syndrome diagnosis, for example, a configuration disclosed in Japanese Patent No. 3809847 is known. This publication uses a three-dimensional acceleration sensor to output biological information signals in the X, Y, and Z directions, detects a patient's sleeping posture from DC components in the X and Z directions, and ACs in the X, Y, and Z directions. It is described that the component is extracted, the respiratory rate is detected from the AC component, and the heart rate is detected from the AC component in the Z direction.
特許文献1は、人体の心拍、呼吸を検知する素子として加速度センサを使用することを開示しているものの、その検出信号から心拍、呼吸数を精度よく測定するための具体的な手法については何ら説明されていない。
特許文献2に開示の構成では、3軸加速度センサからのX,Y、Zの3種類の信号を用いて、それらの組み合わせにより寝姿変化、心拍数、呼吸数を検出するものであり、信号処理が複雑になるという問題がある。またこの文献に開示の構成では心拍信号からR−R間隔情報を得られるものの、心雑音については検出できないないという問題がある。
In the configuration disclosed in
本発明の目的は、加速度センサの出力信号のうちX,Y方向の2種類の信号から患者の呼吸、心音、姿勢、行動情報を得ることができると同時に、特に心音情報については心雑音の検出も可能とした生体情報検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to obtain patient respiration, heart sound, posture, and behavior information from two types of signals in the X and Y directions among the output signals of the acceleration sensor. It is another object of the present invention to provide a biological information detection apparatus that can also be used.
本発明に係る生体情報検出装置は、患者の胸部に装着される加速度センサと、患者の左右方向をX軸とし、前後方向をY軸としたとき、前記加速度センサから得られる前記患者のY軸方向の動的加速度信号から前記患者の呼吸及び心音情報を検出する第1信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のX軸方向の静的加速度信号とY軸方向の静的加速度信号とから前記患者の姿勢情報を検出する第2信号処理手段と、前記加速度センサから得られる前記患者のX軸方向の動的加速度信号とY軸方向の動的加速度信号とから前記患者の行動情報を検出する第3信号処理手段と、前記第1、第2及び第3信号処理手段から得られる呼吸、心音、姿勢及び行動情報を表示する表示手段とを含む。 The biological information detection apparatus according to the present invention includes an acceleration sensor mounted on a patient's chest, and the patient's Y-axis obtained from the acceleration sensor when the patient's left-right direction is the X-axis and the front-rear direction is the Y-axis. First signal processing means for detecting respiratory and heart sound information of the patient from dynamic acceleration signals in the direction, static acceleration signals in the X-axis direction and static acceleration signals in the Y-axis direction obtained from the acceleration sensor Second patient signal processing means for detecting posture information of the patient from the above, and the patient behavior information from the dynamic acceleration signal in the X-axis direction and the dynamic acceleration signal in the Y-axis direction obtained from the acceleration sensor And a display means for displaying respiration, heart sound, posture and action information obtained from the first, second and third signal processing means.
また本発明に係る生体情報検出装置においては、前記第1信号処理手段が、前記加速度センサ信号から呼吸の周波数成分を取り出す第1バンドパスフィルタと、前記加速度センサ信号から心音の周波数成分を取り出す第2バンドパスフィルタとを含み、前記第2信号処理手段が、前記加速度センサからのX軸方向及びY軸方向の静的加速度信号から前記患者の体の傾き等姿勢に関連する周波数成分を取り出すローパスフィルタとを含み、前記第3信号処理手段が、前記加速度センサからのX軸方向及びY軸方向の動的加速度信号から前記患者の体の動き等行動に関連する周波数成分を取り出すハイパスフィルタとを含むものである。 In the biological information detecting apparatus according to the present invention, the first signal processing means includes a first bandpass filter that extracts a respiration frequency component from the acceleration sensor signal, and a first bandpass filter that extracts a heart sound frequency component from the acceleration sensor signal. A low-pass filter, wherein the second signal processing means extracts a frequency component related to the posture of the patient's body, such as the tilt of the patient's body, from the X-axis direction and Y-axis direction static acceleration signals from the acceleration sensor. A high-pass filter that extracts a frequency component related to behavior such as movement of the patient's body from the dynamic acceleration signals in the X-axis direction and the Y-axis direction from the acceleration sensor. Is included.
かかる構成において、第1バンドパスフィルタからは呼吸情報信号のみが、また第2バンドパスフィルタからは心音情報信号のみが取り出される。これにより、呼吸情報信号及び心音情報信号が高精度で得られる。 In such a configuration, only the respiratory information signal is extracted from the first bandpass filter, and only the heart sound information signal is extracted from the second bandpass filter. Thereby, a respiration information signal and a heart sound information signal can be obtained with high accuracy.
また本発明に係る生体情報検出装置においては、前記第1バンドパスフィルタが低域遮断周波数0.01〜0.1Hzから高域遮断周波数0.3〜3Hzの通過周波数帯域を有し、前記第2バンドパスフィルタが低域遮断周波数10〜50Hzから高域遮断周波数100〜1000Hzの通過周波数帯域を有し、前記ローパスフィルタが加速度センサ1からのX軸及びY軸信号を入力とし0.5Hz以下の周波数信号を通過させるものであり、前記ハイパスフィルタが1Hz以上の周波数信号を通過させるものである。
In the biological information detecting apparatus according to the present invention, the first bandpass filter has a pass frequency band from a low cut-off frequency of 0.01 to 0.1 Hz to a high cut-off frequency of 0.3 to 3 Hz. The two-band pass filter has a pass frequency band from a low cut-off frequency of 10 to 50 Hz to a high cut-off frequency of 100 to 1000 Hz, and the low-pass filter receives the X-axis and Y-axis signals from the
かかる構成において、第1バンドパスフィルタからは、呼吸に対応する信号のみが出力され、第2バンドパスフィルタから心電図波形のうちR波及びT波に対応する心音信号が出力され、ローパスフィルタから体の傾き等姿勢に関連する信号のみが出力され、さらにハイパスフィルタから体の動き等行動に関する信号のみが出力される。第2バンドパスフィルタからの房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する2種類の心音信号及び心雑音を検知することができる。 In such a configuration, only the signal corresponding to respiration is output from the first band pass filter, the heart sound signal corresponding to the R wave and T wave in the electrocardiogram waveform is output from the second band pass filter, and the body sound is output from the low pass filter. Only a signal related to posture such as tilt is output, and only a signal related to behavior such as body movement is output from the high-pass filter. Two types of heart sound signals and heart noise corresponding to the closure of the atrioventricular valve and the arterial valve from the second band pass filter can be detected.
本発明によれば、加速度センサのX方向及びY方向の2種類の信号から、呼吸、心音及び患者の体動等姿勢変化に関する情報を得ることができる。それゆえ2軸の加速度センサにて3軸の加速度センサを用いた場合と同様の情報を得ることができ、かつ信号の種類が3軸の加速度センサより少ないことからその処理がしやすくなるという効果がある。 According to the present invention, it is possible to obtain information related to posture changes such as breathing, heart sounds, and patient body movement from two types of signals in the X and Y directions of the acceleration sensor. Therefore, it is possible to obtain the same information as in the case of using a triaxial acceleration sensor with a biaxial acceleration sensor, and since the types of signals are smaller than those of the triaxial acceleration sensor, the processing can be easily performed. There is.
また本発明によれば、心音情報として心電図波形R波信号に加えてT波信号に対応する信号を得ることができる。すなわち房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する2種類の心音信号及び心雑音を知ることができ、これより心臓異常の発見が可能となる。 According to the present invention, a signal corresponding to a T wave signal can be obtained as heart sound information in addition to an electrocardiogram waveform R wave signal. That is, two types of heart sound signals and heart noise corresponding to the closure of the atrioventricular valve and the arterial valve can be known, and thereby the heart abnormality can be found.
図1において、1は2軸の加速度センサで、患者の胸部であって心臓に近い部位に装着される。この加速度センサ1は、直交する2種類の方向(X及びY)の加速度の変化を検知するものであり、本実施の形態では、患者の左右方向をX軸とし、前後方向(体の厚み方向)をY軸とする。なお2軸の加速度センサに変えて3軸の加速度センサを使用することもでき、この場合前記2種の信号が使用される。
In FIG. 1,
2は、加速度センサ1からのY軸信号を入力とする第1バンドパスフィルタで、0.1Hzから0.7Hzの通過周波数帯域を有し、呼吸の周波数成分を取り出す作用をなす。3は、同様に加速度センサ1からのY軸信号を入力とする第2バンドパスフィルタで、50Hzから100Hzの通過周波数帯域を有し、心音の周波数成分を取り出す作用をなす。Y軸信号は、これら第1及び第2バンドパスフィルタ2,3を通過することにより、呼吸に関する動的加速度信号及び心音に関する動的加速度信号が得られる。
4及び5は、第1及び第2バンドパスフィルタ2、3の出力信号をそれぞれ入力するゲイン40dbの増幅器である。これら第1及び第2バンドパスフィルタ2,3と増幅器4,5にて第1信号処理手段6が構成される。
7は、加速度センサ1からのY軸信号を入力とするローパスフィルタ、8は、加速度センサ1からのX軸信号を入力とし0.5Hz以下の周波数信号を通過させるローパスフィルタで、これらローパスフィルタ7,8から得られる2種のX軸方向,Y軸方向の静的加速度信号により身体傾斜角度を測定することができ、姿勢変化を検知することができる。これら2つのローパスフィルタ7,8にて第2信号処理手段9が構成される。
7 is a low-pass filter that receives the Y-axis signal from the
10は、加速度センサ1からのY軸信号を入力とするハイパスフィルタ、11は、加速度センサ1からのX軸信号を入力とし1Hz以上の周波数信号を通過させるハイパスフィルタで、これらハイパスフィルタ10,11から得られる2種のX軸方向,Y軸方向の動的加速度信号により体動量を測定することができ、行動を検知することができる。これら2つのハイパスフィルタ10,11にて第3信号処理手段12が構成される。
マイクロコントローラ13は、増幅器4,5、ローパスフィルタ7,8及びハイパスフィルタ10,11からの出力信号AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6を入力するマイクロコントローラで、ADコンバータを含み、サンプリング周波数200Hzでディジタル信号へ変換する。信号送信部14は、マイクロコントローラ13からの6種類の信号AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6を送信する信号送信部で、アンテナ部分を備えて単独で信号送信する構成とすることができる。またこの信号は、携帯電話、PHS等を介して送信することもできる。15は、携帯電話等信号送信部からの信号を受信し演算処理して呼吸、心音、姿勢、行動情報をモニター等表示手段に表示する信号処理部で、マイクロコンピュータよりなる。また信号処理部15をセンサ部16内に組み込むこともできる。
The microcontroller 13 is a microcontroller that receives the output signals AD1, AD2, AD3, AD4, AD5, and AD6 from the
図2において、16は、加速度センサ1、第1、第2、第3信号処理部6,9,12、マイクロコントローラ13及び信号送信部15を一体化したセンサ部で、約3cm平方、厚さ約1cmの大きさ、重量約20gとすることができる。17はこのセンサ部16を中間位置に固定したバンドであり、両端部に面状ファスナー18が形成されている。
In FIG. 2,
図3に示すように、バンド17はセンサ部16内側とした状態で被験者(患者)19の胸部に巻かれ、装着される。このときセンサ部16が、心臓の上に位置するよう配置される。センサ部16の装着は、下着等衣服の上からでもよく、センサ部16と被験者(患者)19の身体との間に隙間が開いていなければよい。かかる構成とすることにより患者に対する負担を軽くすることができる。
As shown in FIG. 3, the
図4は、ローパスフィルタ7,8から出力された信号AD3,AD4より、5秒ごとに患者の身体傾斜角度と姿勢を測定した結果であり、小円にて測定値を示す。「前」が患者の前面、「後」が背面である。図より、伏臥位、左右側臥位置、仰臥位、座位及び立位が正確に検知されることが判る。
FIG. 4 shows the results of measuring the patient's body tilt angle and posture every 5 seconds from the signals AD3 and AD4 output from the low-
図5は、ハイパスフィルタ10,11から出力された信号AD5,AD6より、5秒ごとに患者の体動量を測定した結果である。図より、安静時、歩行及び走行の行動状態が正確に検知できる。
FIG. 5 shows the results of measuring the amount of body movement of the patient every 5 seconds from the signals AD5 and AD6 output from the high-
図6は、椅子に座った安静状態の22歳男性被験者19(図3)の胸部にセンサ部16を装着して呼吸を測定した結果を示す。波形Aは、第1バンドパスフィルタ2及び増幅器4を介して得られた信号AD1に基づく呼吸波形を示し、波形Bは比較例として呼吸波形の正確な検出が可能な方法として知られている胸部圧電フィルムを同じ被験者19に貼り付けて同時に測定した結果を示す。本発明により得られる波形信号Aは、比較信号Bに比べて周期にずれが存在するもののピーク間隔、周波数は同一であり、正確な呼吸検知がなされていることが判る。
FIG. 6 shows the result of measuring respiration with the
図7は同様の被験者19において、心音図波形を測定した結果を示す。波形Aは、第2バンドパスフィルタ3及び増幅器5を介して得られた信号AD2に基づく波形を示し、波形Bは比較例として同時に測定した心電図波形を示す。心電図波形のうち最も大きいピークを示すR波は、心臓の房室弁が閉鎖するとき発せられる音信号に対応し、これに続くT波は、心臓の動脈弁が閉鎖するとき発せられる音信号に対応する。本発明により得られる波形信号は、これらのR波及びT波に対応する2種の信号を出力している。それゆえ心拍数、R−R間隔の測定に加えて、房室弁及び動脈弁の閉鎖に対応する2種類の心音信号及び心雑音を知ることができ、これより心臓異常の発見が可能となる。
FIG. 7 shows the results of measuring the heart sound waveform in the
本発明にかかる生体情報検出装置は、病院において入院患者に適用すれば、看護センターにて患者の正常、異常及び就寝状態にあるか、起床しているか等を把握することができる。また携帯電話を利用して信号を送信することにより離隔地において在宅医療を続けている高齢者の看護にも有用である。 When the biological information detection apparatus according to the present invention is applied to an inpatient in a hospital, the nursing center can grasp whether the patient is normal, abnormal, sleeping or whether he / she is awake. It is also useful for nursing elderly people who continue home medical care in remote areas by transmitting signals using mobile phones.
1 加速度センサ
2 第1バンドパスフィルタ
3 第2バンドパスフィルタ
4、5 増幅器
6 第1信号処理手段
7、8 ローパスフィルタ
9 第2信号処理手段
10、11 ハイパスフィルタ
12 第3信号処理手段
13 マイクロコントローラ
14 信号送信部
15 信号処理部
16 センサ部
17 バンド
18 ファスナー部
19 被験者(患者)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009004619A JP2010119822A (en) | 2008-10-22 | 2009-01-13 | Biological information detector |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008272160 | 2008-10-22 | ||
JP2009004619A JP2010119822A (en) | 2008-10-22 | 2009-01-13 | Biological information detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010119822A true JP2010119822A (en) | 2010-06-03 |
Family
ID=42321679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009004619A Pending JP2010119822A (en) | 2008-10-22 | 2009-01-13 | Biological information detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010119822A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012059167A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Mitsubishi Chemicals Corp | Information processing method, information processing system, information processor, display device, information processing program and recording medium capable of reading computer which records the program |
JP2014097216A (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Seiko Epson Corp | Biological information measurement circuit, device, program and method |
CN104434064A (en) * | 2014-11-26 | 2015-03-25 | 中国科学院计算技术研究所 | Method for processing and tracking heart rate and respiration rate signals and a system thereof |
JP2015103042A (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 国立大学法人鳥取大学 | Fall risk calculation system and notification system |
JP2015119967A (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-02 | アナログ デバイシス テクノロジー | System and method for measuring respiration with accelerometers |
JP2015181841A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | フクダ電子株式会社 | Biological signal processing device and control method thereof |
JP2016172144A (en) * | 2016-07-06 | 2016-09-29 | セイコーエプソン株式会社 | Biological information measurement apparatus, biological information measurement method, and biological information measurement system |
JP2018503446A (en) * | 2015-01-28 | 2018-02-08 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for determining and / or monitoring a subject's respiratory effort |
CN109891251A (en) * | 2016-11-11 | 2019-06-14 | 索尼公司 | Information processing equipment |
CN114732383A (en) * | 2022-06-13 | 2022-07-12 | 深圳市华屹医疗科技有限公司 | Physical sign index monitoring method, physical sign index monitoring device, physical sign index monitoring equipment, storage medium and program product |
-
2009
- 2009-01-13 JP JP2009004619A patent/JP2010119822A/en active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012059167A (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Mitsubishi Chemicals Corp | Information processing method, information processing system, information processor, display device, information processing program and recording medium capable of reading computer which records the program |
JP2014097216A (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Seiko Epson Corp | Biological information measurement circuit, device, program and method |
JP2015103042A (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 国立大学法人鳥取大学 | Fall risk calculation system and notification system |
JP2015119967A (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-02 | アナログ デバイシス テクノロジー | System and method for measuring respiration with accelerometers |
JP2015181841A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | フクダ電子株式会社 | Biological signal processing device and control method thereof |
CN104434064A (en) * | 2014-11-26 | 2015-03-25 | 中国科学院计算技术研究所 | Method for processing and tracking heart rate and respiration rate signals and a system thereof |
JP2018503446A (en) * | 2015-01-28 | 2018-02-08 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for determining and / or monitoring a subject's respiratory effort |
JP2016172144A (en) * | 2016-07-06 | 2016-09-29 | セイコーエプソン株式会社 | Biological information measurement apparatus, biological information measurement method, and biological information measurement system |
CN109891251A (en) * | 2016-11-11 | 2019-06-14 | 索尼公司 | Information processing equipment |
US11243228B2 (en) | 2016-11-11 | 2022-02-08 | Sony Corporation | Information processing apparatus |
CN114732383A (en) * | 2022-06-13 | 2022-07-12 | 深圳市华屹医疗科技有限公司 | Physical sign index monitoring method, physical sign index monitoring device, physical sign index monitoring equipment, storage medium and program product |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010119822A (en) | Biological information detector | |
JP6947875B2 (en) | Biological information output device | |
US20200054246A1 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
US9173594B2 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
US9173593B2 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
EP3451901B1 (en) | A method and apparatus for determining at least one of a position and an orientation of a wearable device on a subject | |
US8888700B2 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
US8747330B2 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
US8979765B2 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
EP2560550B1 (en) | Body-worn monitor for measuring respiratory rate | |
EP2533692B1 (en) | Method and apparatus for determining a respiration signal | |
CN101883518B (en) | Apparatus for detecting syncope | |
US20070191742A1 (en) | Apparatus for analyzing a sleep structure according to non-constrained weight detection | |
Yamana et al. | A sensor for monitoring pulse rate, respiration rhythm, and body movement in bed | |
EP2413801A1 (en) | Health monitoring method and system | |
JP2000000214A (en) | Sleeping monitor device | |
WO2017113377A1 (en) | Body surface-based noninvasive physical health comprehensive testing system | |
Watanabe et al. | In-bed biosignal acquisition from conventional differential pressure sensor based on thermal flow principle | |
Mansour et al. | Monitoring of various breathing rate with an accelerometer | |
Huang et al. | Development and verification of an accelerometer-based respiratory detection algorithm with wearable instrumented smart clothes | |
Kuo et al. | Using ECG surface electrodes in measurement of respiration rate for preterm infants | |
JPH042331A (en) | Respiration measuring apparatus | |
Kim et al. | Development of ECG and BCG measuring system on moving wheelchair using CDMA network | |
JP4540784B2 (en) | Blood pressure measurement method and blood pressure monitor | |
JP3682254B2 (en) | Heart rate measurement device |