JP2019020318A - 生体情報計測装置及び生体情報計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサを身体から離れた位置で視界から外れた位置に簡易に設けることを可能としつつ、空気圧で身体を支持する袋体からの不要振動の影響をなくして感度を高めた構成の生体情報計測装置及び生体情報計測方法を提供する。【解決手段】生体情報計測装置１は、空気圧で身体を支持する袋体４に設けられた外部接続用の管路４２に接続する分岐管７と、分岐管７に接続されて袋体４の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサ２と、センサ２からの電気信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ３と、バンドパスフィルタ３からの電気信号を生体情報としてデータ処理するコントローラ９とを備えた構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報を計測する生体情報計測装置及び生体情報計測方法に関する。

人の生体情報を安定して継続的に計測することは、患者のバイタルサインのデータ収集、健常者の健康チェック、高齢者の見守り等において重要である。

心電計や血圧計等の医療機器は構造上、電極やカフ等を人体に装着して計測する。電極やカフ等を装着した場合、人は拘束感や違和感を覚える。また、電極やカフ等を長時間装着するとリラックスできず、肉体的な負担や精神的な負担になることも多い。そこで、無拘束で、人の生体情報を計測する取り組みがなされてきた。

従来、生体に電磁波を送信し、その反射波をドップラーレーダセンサによって検波することで生体情報を取得する装置が知られている（特許文献１：特開２０１１−０１５８８７号公報参照）。また、マットレスの上に設けた圧電センサによって体動を検知して室内の空調機を制御する就寝装置が知られている（特許文献２：特開平５−０９２０４０号公報参照）。

さらに、エアマットの一端に接続されたエアチューブを介して取り付けられている微差圧センサによってエアマット内の圧力変動を検出し、前記エアチューブを介して取り付けられている圧力センサによってエアマット内の圧力を検出することで就寝中の無呼吸症状を検出する無呼吸検出装置が知られている（特許文献３：特開２０００−２７１１０３号公報参照）。また、水マットの一端に接続されたチューブの他端を受圧膜で仕切って空気室を設け、前記空気室を挟んで前記受圧膜と対向する位置に圧力変動検出部を設け、前記圧力変動検出部に圧電効果を利用した各種圧力センサを用いた構成の生体信号処理装置が知られている（特許文献４：特開２００８−２５９７４５号公報）。

特開２０１１−０１５８８７号公報 特開平５−０９２０４０号公報 特開２０００−２７１１０３号公報 特開２００８−２５９７４５号公報

特許文献１記載の電磁波方式は、人から見える高所にポールやセンサ等送受信機が設置されているため、人は監視されていることがはっきりとわかり、精神的な圧迫感がある。特許文献２記載の圧電方式は、身体にセンサを接触させるため、肉体的な負担となる。

一方、特許文献３記載のエアマット内の圧力変動を検出する方式と特許文献４記載の水マット内の圧力変動を検出する方式は、センサを身体から離れた位置で視界から外れた位置に設けることが可能な構成である。しかし、特許文献３記載の方式や特許文献４記載の方式は、いずれも主流路となるチューブにセンサを接続している構造上、エアマットや水マットなどのマットからの不要振動（ノイズ）の影響が大きい。より具体的には、特許文献３の図１は主流路となるチューブにセンサを直接固定しており、また、特許文献４の図２は主流路となるチューブにハウジングを直接固定し前記ハウジングにセンサを直接固定している。

前記マットからの不要振動（ノイズ）は固体振動である。前記固体振動には、前記マット固有の振動と、前記マットが設けられている部屋等の固有の振動が前記マットを介して伝わる振動と、周囲環境による比較的高周波の振動が挙げられる。不要振動（ノイズ）のうち、比較的高周波の振動はバンドパスフィルタやハイパスフィルタを用いたフィルタリングによりある程度取り除くことが可能である。しかし、前記マット等の物体は、体積が大きくなるほど固有振動のピーク周波数が２０[Ｈｚ]以下の超低周波域に近づく。前記固体振動は主流路となるチューブ上を伝搬してセンサに伝わるため、前記マットからの不要振動はセンサにダイレクトに伝わる。前記マットからの不要振動をセンサが受信すると、前記固有振動のピーク周波数が超低周波域に近いため、生体の心拍や呼吸との区別がつき難い。この結果、主流路となるチューブから取り出された圧力変動信号は不要振動（ノイズ）の影響を受けて感度が小さくなり、正確な計測が困難となるという問題点がある。

本明細書では、マットレス、ベッド、マット、ストレッチャー、枕、ソファ、椅子、または座席等の一部ないしは全部を構成し、内部空間の空気圧で身体を支持するもの全般を袋体と定義する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、センサを身体から離れた位置で視界から外れた位置に簡易に設けることを可能としつつ、空気圧で身体を支持する袋体からの不要振動（ノイズ）の影響をなくして感度を高めた構成の生体情報計測装置及び生体情報計測方法を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明の生体情報計測装置は、空気圧で身体を支持する袋体に設けられた外部接続用の管路に接続される分岐管と、前記分岐管に接続されて前記袋体の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサと、前記センサからの電気信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタからの電気信号を生体情報としてデータ処理するコントローラとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、主流路となる外部接続用の管路に分岐管が接続され、前記分岐管にセンサが接続される構成であるので、前記袋体の固有振動や前記袋体が構成されるマットレス、ベッド、マット、ストレッチャー、枕、ソファ、椅子、座席等の固有振動からの振動を含む不要振動（ノイズ）は、前記分岐管にて減衰する。よって、感度を高めた構成となる。尚且つ、前記分岐管にセンサが接続される構成によってセンサを身体から離れた位置で視界から外れた位置に設ける設置の自由度が高くなる。

本発明は、前記センサは、筒状の圧力導入口が設けられたハウジングと、前記ハウジング内で弾性体を介して支持されたコンデンサマイクロフォンとを備え、前記圧力導入口と前記分岐管とが接続されて前記コンデンサマイクロフォンが気密されることが好ましい。この構成によれば、不要振動（ノイズ）が抑えられ、感度を高めた構成となる。つまり、感度を高めるには、前記袋体内の圧力変動を漏れなく検出する必要がある。そのために、前記分岐管と接続管、および接続管と前記圧力導入口のそれぞれの接続部は、カプラ、テープ、接着剤等の接続部材で気密性が保たれている必要がある。ただし、前記ハウジング内で前記コンデンサマイクロフォンが剛体で固定されていると、上述の不要振動（ノイズ）を検出してしまう。そこで、前記コンデンサマイクロフォンは前記ハウジング内で弾性体を介して支持（固定）された構成とし、上述の不要振動（ノイズ）を除振（振動吸収）する。これにより不要振動（ノイズ）が抑えられ、その結果、感度を高めた構成となる。

本発明の生体情報計測方法は、空気圧で身体を支持する袋体に設けられた外部接続用の管路に分岐管を接続し、前記分岐管に前記袋体の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサを接続し、前記センサからの電気信号をバンドパスフィルタにてフィルタリングし、前記バンドパスフィルタからの電気信号をコントローラにて生体情報としてデータ処理することを特徴とする。

本発明によれば、既存のマットレス、ベッド、マット、ストレッチャー、枕、ソファ、椅子、座席等に設けられた前記袋体を介して生体情報を計測することが簡単にできる。

本発明によれば、外部接続用の管路に分岐管を接続する構成によって、前記袋体からの不要振動（ノイズ）の影響をなくして感度を高めるとともに、センサを身体から離れた位置で視界から外れた位置に簡易に設けることで、被検者に拘束感や違和感を与えることなく、リラックスした状態で、安定して継続的に生体情報を計測することができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る生体情報計測装置の例を示す概略構成図である。 図２は上記実施形態の生体情報計測装置のセンサの例を示す概略図であり、図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は平面図である。 図３は上記実施形態の生体情報計測装置のセンサの概略構造を示す正面から見た片側断面図であり、図３（ａ）は第１の例であり、図３（ｂ）は第２の例である。 図４（ａ）は電極式心電計による心拍信号の時系列グラフ図であり、図４（ｂ）は上記実施形態の生体情報計測装置によって抽出された心拍相当信号の時系列グラフ図である。 図５（ａ）は電極式心電計による心拍信号の時系列グラフ図であり、図５（ｂ）は上記実施形態の生体情報計測装置によって抽出された心拍相当信号の時系列グラフ図である。 図６（ａ）は上記実施形態の生体情報計測装置によって抽出された心拍間隔の時系列グラフ図であり、図６（ｂ）は心拍間隔の周波数解析グラフ図である。 図７（ａ）は電極式呼吸計による呼吸信号の時系列グラフ図であり、図７（ｂ）は上記実施形態の生体情報計測装置によって抽出された呼吸相当信号の時系列グラフ図である。 図８は上記実施形態の生体情報計測装置によって抽出された体動相当信号の時系列グラフ図である。 図９は上記実施形態の生体情報計測装置の他の例を示す概略構成図である。 図１０は上記実施形態の生体情報計測装置の他の例を示す概略構成図である。 図１１は本発明の第２の実施形態に係る生体情報計測装置の例を示す概略構成図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態の生体情報計測装置１を寝具に適用した例を示す概略構成図である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

図１に示すように、寝具は、エアマットレス４、マットレスカバー４１、敷き布団４４、掛け布団４５を備える。このエアマットレスは、空気圧で身体を支持する袋体４である。エアマットレス４には外部接続用の管路４２が設けられる。管路４２は、給気および排気を行うポンプ８に接続するためのものである。管路４２は、例えばポリウレタン、ナイロン、ポリオレフィン、フッ素樹脂等の樹脂材料、または、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等の金属材料、或いは樹脂材料と金属材料の複合材料からなり、その構成部品の一部にエラストマー、樹脂材料、金属材料を含む場合がある。管路４２は、いわゆるチューブである。

本実施形態の生体情報計測装置１は、エアマットレス４に設けられた外部接続用の管路４２に接続する分岐管７と、分岐管７に接続管４３を介して接続されてエアマットレス４内の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサ２と、センサ２からの電気信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ３と、バンドパスフィルタ３からの電気信号を生体情報としてデータ処理するコントローラ９と、コントローラ９によって駆動制御され、エアマットレス４に給気および排気を行うポンプ８とを備える。

分岐管７は、例えばＰＢＴ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ポリウレタン、ナイロン、ポリオレフィン、フッ素樹脂等の樹脂材料、または、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等の金属材料、或いは樹脂材料と金属材料の複合材料からなり、その構成部品の一部にエラストマー、樹脂材料、金属材料を含む場合がある。図１の例では、分岐管７はＴ型となっている。なお、分岐管７はＴ型には限定されず、管路が分岐できれば分岐管７の形状や型式は問わない。例えば分岐管７はＹ型とする場合がある。

接続管４３は、例えばポリウレタン、ナイロン、ポリオレフィン、フッ素樹脂等の樹脂材料、または、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム、銅、黄銅等の金属材料、或いは樹脂材料と金属材料の複合材料からなり、その構成部品の一部にエラストマー、樹脂材料、金属材料を含む場合がある。接続管４３は、いわゆるチューブである。

本実施形態では、生体情報計測装置１は、エアマットレス４に組み込んで一体化されており、ポンプ８は、エアマットレス４に付設のポンプ８が適用できる。

例えば、エアマットレス４に付設の操作部にコントローラ９を内蔵させて、コントローラ９によってポンプ８を駆動制御し、さらに、エアマットレス４に付設の姿勢制御部等を制御することが可能である（不図示）。また例えば、既存のエアマットレス４に、オプション仕様等で生体情報計測装置１を追加取り付けし、エアマットレス４に付設の操作部の外部制御端子にコントローラ９を配線接続してポンプ８を駆動制御することが可能である。

上記いずれの場合においても、エアマットレス４に設けられた外部接続用の管路４２に分岐管７を接続するだけの簡単な作業でセンサ２を身体から離れた位置で視界から外れた位置に設けることができる。センサ２は、例えばバンドパスフィルタ３およびコントローラ９と共に筐体に内蔵される。

図２は本実施形態の生体情報計測装置１におけるセンサ２の例を示す概略構造図であり、図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は平面図である。図３はセンサ２の概略構造を示す正面から見た片側断面図であり、図３（ａ）は第１の例であり、図３（ｂ）は第２の例である。本実施形態のセンサ２は、コンデンサマイクロフォン２１が環状シール部材２２に弾性支持され、筒状の圧力導入口２４が設けられたフロントハウジング２５とバックハウジング２６とに環状シール部材２２が狭持されて構成される。コンデンサマイクロフォン２１は、ハウジング２５，２６に内蔵されており、ハウジング２６の側から信号線２３が引き出される。

コンデンサマイクロフォン２１は、薄膜ダイヤフラムと金属板を対向配置させたコンデンサ型であり、動電型や圧電型と比較して、広い周波数帯域に渡ってフラットな周波数特性を持ち、安定性がきわめて高い特徴がある。コンデンサマイクロフォン２１は、例えば、インピーダンス変換素子として電界効果トランジスタを内蔵したエレクトレットコンデンサマイクロフォンである。本実施形態では、０．１[Ｈｚ]を含む超低周波域の微小圧力変動が検出可能なコンデンサマイクロフォン２１を採用している。コンデンサマイクロフォン２１は、例えば、周波数が０．１[Ｈｚ]〜２０[Ｈｚ]の空気の微小圧力変動を検出する。この構成によって、生体５の呼吸情報および心拍情報を検出することが可能となる。生体５は、人である。

環状シール部材２２は、弾性体からなる。前記弾性体としては、ニトリルブタジエンゴムやシリコーンゴム等のゴム、エラストマー、ウレタンフォーム、粘着テープ、天然ゴム、木材、これらの複合材料等が挙げられる。前記弾性体は、成形体や接着剤等の形態で適用される。

環状シール部材２２は、例えば図３（ａ）に示すように正面から見た断面形状が円形または楕円形である。環状シール部材２２は、平面側および底面側の両方向から押されて縮むことで、内側および外側の両方向に膨らむように変形してコンデンサマイクロフォン２１およびハウジング２５，２６に密着してコンデンサマイクロフォン２１を支持する。環状シール部材２２は、例えばＯリングが適用される。環状シール部材２２は、この例に限られず、正面から見た断面形状が四角形や角丸四角形の場合がある。環状シール部材２２をＯリングをとする場合、コンデンサマイクロフォン２１がハウジング２５，２６に接触しないように位置決めすることが好ましい。位置決めの方法としては、例えば、治具を用いてコンデンサマイクロフォン２１とハウジング２５，２６との隙間を保った状態でハウジング２５，２６を組み合わせて固定し環状シール部材２２にてコンデンサマイクロフォン２１を支持する方法がある。また例えば、ウレタンゴムやウレタンフォームをシート状として、コンデンサマイクロフォン２１とハウジング２５，２６との隙間にスペーサとして配設した状態でハウジング２５，２６を組み合わせて固定し環状シール部材２２にてコンデンサマイクロフォン２１を支持する方法がある。この場合、前記スペーサとＯリングとが組み合わさって環状シール部材２２が構成される。

環状シール部材２２は、例えば図３（ｂ）に示すように正面から見た断面形状が四角形や角丸四角形であって内側に溝部が形成されている。環状シール部材２２は、前記溝部にてコンデンサマイクロフォン２１の外周部を挟持した状態で、平面側および底面側の両方向から押されて縮むことで、内側および外側の両方向に膨らむように変形してコンデンサマイクロフォン２１およびハウジング２５，２６に密着してコンデンサマイクロフォン２１を支持する。環状シール部材２２は、例えば溝付きパッキンが適用される。環状シール部材２２は、この例に限られず、複数のパッキンやＯリングを組み合わせて構成する場合がある。

図３（ａ）と図３（ｂ）の例では、コンデンサマイクロフォン２１は、ハウジング２５，２６内で環状シール部材２２のみによって支持されている。つまり、上述の不要振動がハウジング２５，２６に固体振動として伝わったとしても、コンデンサマイクロフォン２１はハウジング２５，２６とは接しておらず、環状シール部材２２のみによって支持されているので、コンデンサマイクロフォン２１が不要振動を検出することを防止できる。

そして、環状シール部材２２によって、圧力導入口２４からの空気が外部に漏れない構造となっている。つまり、圧力導入口２４と分岐管７とが接続管４３を介して接続されてコンデンサマイクロフォン２１が気密される構造である。また、環状シール部材２２によって、ハウジング２５，２６からの不要振動がコンデンサマイクロフォン２１に伝わらないようになっているので、エアマットレス４内の微小圧力変動を検出することができる。センサ２は、エアマットレス４内の微小圧力変動を検出し、電気信号に変換して出力する。本実施形態により不要振動（ノイズ）が抑えられ、感度を高めた構成となる。

本実施形態では、圧力導入口２４の内径は、接続管４３の内径よりも小さい径に設定される。ただし、コンデンサマイクロフォン２１の受信面の穴２７を塞がない大きさの径とする。また、圧力導入口２４は内径が徐々に細くなるテーパ構造としてもよい。本構造によって、エアマットレス４内の微小圧力変動が、内径比に応じて増幅され感度が高くなる。

バンドパスフィルタ３は、アナログ回路からなるアナログフィルタ、若しくはデジタル回路からなるデジタルフィルタである。感度を高くする観点からはアナログフィルタが好ましい。一方、フィルタ特性を都度調整する観点からはコンピュータ上で動作するプログラムによって調整可能なデジタルフィルタが好ましい。ここでは、所定周波数帯の周波数を通過させるアナログ回路からなるバンドパスフィルタ３が、通過させる周波数帯に応じて複数設けられている。

バンドパスフィルタ３は、センサ２から出力された電気信号のうち、生体５の生体情報と対応する電気信号を信号波形としてフィルタリングして、コントローラ９に信号送出する。

コントローラ９は、バンドパスフィルタ３からの電気信号を生体情報としてデータ処理する機能を有しており、ＣＰＵ、メモリおよびＩ／Ｏポートを備えたマイコンが適用される。また、コントローラ９として、いわゆるパーソナルコンピュータや、データ処理及び画像処理に機能特化したコンピュータ等を適用して、生体情報のグラフを画面表示させる構成とする場合がある。

本実施形態では、ポンプ８が作動するとセンサ２の電源はオフとなるか、センサ２からの電気信号は回路途中で遮断されてコントローラ９が受信しない。ポンプ８からの給排気による圧力変動は、生体５の生体情報に係る微小圧力変動に対して過大であり、キャンセルする必要がある。そして、ポンプ８が停止してポンプ８からの給排気による圧力変動がなくなると、センサ２の電源はオンとなるか、センサ２からの電気信号はバンドパスフィルタ３を介してコントローラ９が受信する。この構成によって、ポンプ８からの給排気による圧力変動を予めキャンセルして、より高精度の計測を可能とする。

本実施形態は、バンドパスフィルタ３にて生体５（被検者）の心拍相当の周波数成分を第１信号波形として抽出し、コントローラ９にて所定時間あたりの前記第１信号波形のピーク数を前記生体情報のうち心拍数としてデータ処理する構成である。また本実施形態は、バンドパスフィルタ３にて生体５（被検者）の呼吸相当の周波数成分を第２信号波形として抽出し、コントローラ９にて所定時間あたりの前記第２信号波形のピーク数を前記生体情報のうち呼吸数としてデータ処理する構成である。前記第１信号波形や前記第２信号波形等を抽出する抽出周波数は、計測目的により適宜調整可能である。

例えば、生体５（被検者）が成人の健常者の場合、一般的な成人の安静時心拍数および呼吸数を参考にバンドパスフィルタ３によって抽出する周波数を設定する。例えば心拍数が４８[回／分]以上８４[回／分]以下であるとすると、バンドパスフィルタ３は、周波数が０．８[Ｈｚ]以上１．４[Ｈｚ]以下の成分を第１信号波形として抽出する。例えば呼吸数が６[回／分]以上３０[回／分]以下であるとすると、バンドパスフィルタ３は、周波数が０．１[Ｈｚ]以上０．５[Ｈｚ]以下の成分を第２信号波形として抽出する。例えば、生体５（被検者）が乳幼児の健常者の場合、乳幼児の心拍数および呼吸数は成人と比べて数値が高くなるので、抽出周波数もより高い値に設定する必要がある。

図４〜図８は、生体５（被検者）を成人の健常者として、生体情報を取得したデータまたは取得した生体情報の解析データを示している。

図４（ａ）は電極式心電計による心拍信号の時系列グラフ図であり、グラフの縦軸は心拍信号の出力電圧Ｅ１であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。図４（ｂ）は生体情報計測装置１によって抽出された心拍相当信号の時系列グラフ図であり、グラフの縦軸はバンドパスフィルタ３によって抽出された心拍相当信号の出力電圧Ｖ１であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。これら生体情報は同期して取得された同期データである。

バンドパスフィルタ３は、センサ２から出力された電気信号のうち、周波数が０．８[Ｈｚ]以上かつ１．４[Ｈｚ]以下の成分を第１信号波形Ｓ１として抽出する。第１信号波形Ｓ１は心拍相当信号である。そして、コントローラ９にて１[分間]あたりの第１信号波形Ｓ１の正電圧側のピーク数を心拍数としてデータ処理する。図４（ｂ）の例では、ピーク数（心拍数）が７５[回／分]となる。ここで、図４（ａ）の電極式心電計による心拍信号波形Ｕ１のピーク数（心拍数）は７５[回／分]である。したがって、電極式心電計による心拍数と生体情報計測装置１による心拍数とが一致することが確認された。

図５（ａ）は、図４（ａ）の心拍信号波形Ｕ１を拡大して示すグラフ図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）の第１信号波形Ｓ１を拡大して示すグラフ図である。このグラフ図によれば、心拍信号波形Ｕ１のピッチと第１信号波形Ｓ１のピッチとが一致していることが読み取れる。

図６は、図４(ｂ)に示す心拍相当信号の時系列データに対して、コントローラ９に組み込んだ解析ソフトを用いて心拍変動解析を行った結果を示すグラフ図である。

図６（ａ）は心拍間隔の時系列グラフ図である。グラフの縦軸は心拍間隔ＲＲＩ(R-R Interval)であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。本実施形態によれば、心拍間隔の時間変動（心拍間隔のゆらぎ）を算出することが可能となる。

また、図６（ｂ）は心拍間隔の周波数解析グラフ図である。グラフの縦軸はパワーＰであり、グラフの横軸は周波数Ｆである。本実施形態によれば、パワースペクトルのＬＦ成分の周波数領域である０．０５[Ｈｚ]以上０．２０[Ｈｚ]未満のパワーの積分値Ｓ_LFと、パワースペクトルのＨＦ成分の周波数領域である０．２０[Ｈｚ]以上０．３５[Ｈｚ]未満のパワーの積分値Ｓ_HFを算出して、自律神経機能のバランスを計測するストレス指標（Ｓ_LF／Ｓ_HF）を算出することが可能となる。図６（ｂ）の例では、Ｓ_LF＝０．２１５、Ｓ_HF＝０．３５２となり、ストレス指標（Ｓ_LF／Ｓ_HF）は０．６１１となる。

図７（ａ）は電極式呼吸計による呼吸信号の時系列グラフ図であり、グラフの縦軸は呼吸信号の出力電圧Ｅ２であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。図７（ｂ）は生体情報計測装置１によって抽出された呼吸相当信号の時系列グラフ図であり、グラフの縦軸はバンドパスフィルタ３によって抽出された呼吸相当信号の出力電圧Ｖ２であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。これら生体情報は同期して取得された同期データである。

バンドパスフィルタ３は、センサ２から出力された電気信号のうち、周波数が０．１[Ｈｚ]以上かつ０．５[Ｈｚ]以下の成分を第２信号波形Ｓ２として抽出する。第２信号波形Ｓ２は呼吸相当信号である。そして、コントローラ９にて１[分間]あたりの第２信号波形Ｓ２の正電圧側のピーク数を呼吸数としてデータ処理する。図７（ｂ）の例では、ピーク数（呼吸数）が１０[回／分]となる。ここで、図７（ａ）の電極式呼吸計による呼吸信号波形Ｕ２のピーク数（呼吸数）は１０[回／分]である。したがって、電極式呼吸計による呼吸数と生体情報計測装置１による呼吸数とが一致することが確認された。

エアマットレス４内の微小圧力変動は、正圧側と負圧側とに交互に振れるため、センサ２から出力された電気信号は、正電圧側と負電圧側とに交互に振れる。よって、上記以外のデータ処理方法として、負電圧側のピーク数を心拍数や呼吸数としてデータ処理することも可能である。

本実施形態では、センサ２から出力された電気信号のうち、一例として、周波数が０．８[Ｈｚ]以上かつ１．４[Ｈｚ]以下の成分を第１信号波形Ｓ１として抽出し、且つ、周波数が０．１[Ｈｚ]以上かつ０．５[Ｈｚ]以下の成分を第２信号波形Ｓ２として抽出する。これにより、第１信号波形Ｓ１と第２信号波形Ｓ２とは、それぞれの周波数帯が重複しない設定となるので、互いに異なる生体情報である心拍と呼吸とを別々に抽出し、且つ、感度を高めて抽出することが可能となる。

本実施形態では、例えば、毎分あたりの体動数をコントローラ９から出力することができる。図８は生体情報計測装置１によって抽出された体動相当信号の時系列グラフ図であり、グラフの縦軸は体動相当信号の出力電圧Ｖ３であり、グラフの横軸は経過時間Ｔである。本実施例では、センサ２の出力信号（コンデンサマイクロフォン２１の出力信号）の２乗値を出力電圧Ｖ３とする。第３信号波形Ｓ３は体動相当信号である。定点観察カメラによって、生体５（被検者）は、約２０秒後と約４０秒後に寝返りを行っていることが確認された。第３信号波形Ｓ３のグラフから、約２０秒後と約４０秒後に大きな信号が検出されている。この大きな信号は安静時とは異なる。この体動相当信号を示すデータにしきい値を設け、また必要に応じてピークをトレースするような補間を行い、所定時間あたりの体動数を算出してコントローラ９から出力する。図８の例では、体動数は２[回／分]となる。

図９は、本実施形態の生体情報計測装置１の他の例を示す概略構成図である。本実施例では、袋体４は複数設けられており、袋体４と管路４２との接続をそれぞれ切り替える切替弁１２をさらに備える。例えば、褥瘡予防を目的としたエアマットレスやエアクッションの場合、１つのポンプ８および切替バルブ１２により、複数の袋体４の内圧を制御する構成となっており、本実施形態が適用される。図８の例では、袋体４（エアセル）は４つ設けられており、各袋体４に外部接続用の管路４２がそれぞれ設けられており、切替バルブ１２の一方側に接続される。切替バルブ１２の他方側に１つの管路４２が接続され、管路４２に分岐管７が接続され、分岐管７に接続管４３を介してセンサ２が接続される。そして、バンドパスフィルタ３と、バンドパスフィルタ３からの電気信号を生体情報としてデータ処理するコントローラ９とを備える。袋体４に給気および排気を行うポンプ８および切替バルブ１２は、コントローラ９によって駆動制御される。

本実施例によれば、袋体４が複数設けられている場合であっても、１つのセンサ２によって生体情報が計測できる。よって、簡単な構成の生体情報計測装置１で複数の袋体４からの生体情報を、感度を高めて抽出することができる。

図１０は、本実施形態の生体情報計測装置１の他の例を示す概略構成図である。本実施例では、ポンプを有していない。図１０の例では、分岐管７と切替バルブ１２が管路４２を介して接続され、分岐管７とバルブ１３が管路４２を介して接続される。例えば、最初に袋体４に空気を入れるために管路４２とポンプを接続する。空気を入れ終わったらポンプと管路４２を取り外して袋体４のみで使用することもある製品に対しては、生体情報計測装置１の分岐管７を管路４２に接続し、更に分岐管7の接続管４３が接続されていない側に管路４２とバルブ１３を取り付けておき、生体情報計測装置１を動作させる。そして、この状態で袋体４に空気を入れる必要がある際には、バルブ１３の先にポンプを取り付けて袋体４に空気を入れる。なお、この例に限られず、バルブ１３に代えて、管端キャップや栓等の空気を止める部材を管路４２に取り付ける場合がある。

本実施例によれば、袋体４のみで使用することもある製品に対しても、生体情報が計測できる。よって、簡単な構成の生体情報計測装置１で単純な構成の袋体４からの生体情報を、感度を高めて抽出することができる。

本実施形態の生体情報計測装置１の活用事例としては、上記以外に、複数の応用例が挙げられる。例えば、エア枕やエアベッドに生体情報計測装置１を組み込むことで、高齢者の見守り、健常者の日常の健康チェック、入院患者の健康状態のモニタリングができる。例えば、認知症の患者の場合、身体に付けた計測器を外してしまうという従来技術の問題点も解消され、安心した見守りが継続的にできる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態の生体情報計測装置１を椅子に適用した例を示す概略構成図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。

椅子４７は、背もたれ部にエアクッション４を設けたオフィスチェアである。このエアクッションは、空気圧で身体を支持する袋体４である。袋体４には外部接続用の管路４２が設けられる。管路４２は、給気を行うための手動式のポンプ８に接続される。管路４２の途中部分は切断されて分岐管７が接続される。センサ２は、分岐管７の３つのポートのうちの１つのポートと接続されて、椅子４７の背後や下部等の見えにくい位置に設けられる。図１１の例では、分岐管７はＹ型となっている。なお、分岐管７は任意の形状や型式に設計変更可能である。

本実施形態の生体情報計測装置１は、椅子４７の背面や座席下に設けられて、着席した人の生体情報を検出して日常の健康チェックやモニタリングを行う。例えば、図６（ｂ）に示すような交感神経の指標を用いて、デスクワーク時のストレスチェックに活用できる。

本実施例では手動式のポンプ８を設ける例を示したが、この例に限定されず、電動ポンプ８を接続して、コントローラ９がポンプ８を駆動制御する構成とする場合がある。また、本実施例では背もたれ部にエアクッション４を設ける例を示したが、この例に限定されず、生体５の両肩にエアクッション４を設ける場合や、生体５の臀部にエアクッション４を設ける場合がある。エアクッション４は複数設ける場合がある。いずれの場合においても、センサ２を身体から離れた位置で視界から外れた位置に設けることができる。

本実施形態の生体情報計測装置１の活用事例としては、上記以外に、複数の応用例が挙げられる。例えば、マッサージチェアに生体情報計測装置１を組み込んで、マッサージを受けながら健康チェックができる。よって、マッサージ効果の定量的評価を示すことができる。加えて、自律神経のバランス指標をマッサージチェアの空気圧調整にフィードバックすることで、自動で最適なマッサージを受けることができる。例えば、自動車シートに生体情報計測装置１を組み込んで、副交感神経の指標を用いることで、運転時の居眠り防止に活用できる。さらに、生体情報計測装置１を自動運転支援システムと連携させて安全運転の維持を図ることができる。また、飛行機の座席に生体情報計測装置１を組み込んで、心拍波形の強度指標を用いることで、エコノミークラス症候群の防止に活用できる。

上述の説明では、生体５は人（被検者）であるとして説明したが、この例に限られない。計測目的により、生体情報を抽出する抽出周波数は、適宜調整可能である。よって、本発明は、患者、健常者、高齢者、乳幼児のみならず、犬、猫等の愛玩動物や牛、馬等の家畜等に適用することも可能である。

本発明は、以上かつ説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、上述の説明では、分岐管７は外部接続用の管路４２に追加接続する構成例を説明したが、この例に限られず、管路４２に分岐管７が既設されている場合を含んでいる。また、上述の説明では、外部接続用の管路４２は袋体４に既設されている構成例を説明したが、この例に限られず、外部接続用の管路４２は袋体４に追加接続することが可能である。外部接続用の管路４２および分岐管７は、既存のエアクッション、エア枕、エアベッド、エアマットレス、マット、ストレッチャー、マッサージチェア、椅子の仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。

１ 生体情報計測装置
２ センサ
３ バンドパスフィルタ
４ 袋体（エアマットレス、エアクッション）
５ 生体（被検者）
７ 分岐管
８ ポンプ
９ コントローラ
１２ 切替弁
２１ コンデンサマイクロフォン
２２ 環状シール部材
２５、２６ ハウジング
４２ 外部接続用の管路
４３ 接続管
４７ 椅子

Claims (9)

1. 空気圧で身体を支持する袋体に設けられた外部接続用の管路に接続される分岐管と、
   前記分岐管に接続されて前記袋体の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサと、
   前記センサからの電気信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタからの電気信号を生体情報としてデータ処理するコントローラと、
   を備えること
   を特徴とする生体情報計測装置。
2. 前記センサは、筒状の圧力導入口が設けられたハウジングと、前記ハウジング内で弾性体を介して支持されたコンデンサマイクロフォンと、を備え、
   前記圧力導入口と前記分岐管とが接続されて前記コンデンサマイクロフォンが気密されること
   を特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
3. 前記分岐管と前記センサとは接続管を介して接続されており、
   前記圧力導入口の内径は前記接続管の内径よりも小さいこと
   を特徴とする請求項２記載の生体情報計測装置。
4. 前記管路に接続されて前記袋体に給気または排気するポンプをさらに備え、
   前記コントローラは前記生体情報に基づいて前記ポンプを駆動制御し前記袋体の内圧を調整する構成であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の生体情報計測装置。
5. 前記袋体は複数設けられており、前記袋体と前記管路との接続をそれぞれ切り替える切替弁をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の生体情報計測装置。
6. 前記袋体はマットレス、ベッド、マット、ストレッチャー、枕、ソファ、椅子、または座席を構成すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の生体情報計測装置。
7. 空気圧で身体を支持する袋体に設けられた外部接続用の管路に分岐管を接続し、
   前記分岐管に前記袋体の圧力変動を検知し電気信号に変換するセンサを接続し、
   前記センサからの電気信号をバンドパスフィルタにてフィルタリングし、
   前記バンドパスフィルタからの電気信号をコントローラにて生体情報としてデータ処理すること
   を特徴とする生体情報計測方法。
8. 前記センサとして、筒状の圧力導入口が設けられたハウジング内で弾性体を介して支持されたコンデンサマイクロフォンを用いて、前記圧力導入口と前記分岐管とを接続して前記コンデンサマイクロフォンを気密すること
   を特徴とする請求項７記載の生体情報計測方法。
9. 前記バンドパスフィルタにて被検者の心拍相当の周波数成分を第１信号波形として抽出し、前記コントローラにて所定時間あたりの前記第１信号波形のピーク数を前記生体情報のうち心拍数として前記データ処理し、且つ、
   前記バンドパスフィルタにて前記被検者の呼吸相当の周波数成分を第２信号波形として抽出し、前記コントローラにて所定時間あたりの前記第２信号波形のピーク数を前記生体情報のうち呼吸数として前記データ処理すること
   を特徴とする請求項７または８記載の生体情報計測方法。