特開 2022-87093 警報発出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022087093

(43)【公開日】2022-06-09

(54)【発明の名称】警報発出システム

(51)【国際特許分類】

   G08B 21/02 20060101AFI20220602BHJP

   A61B 5/0245 20060101ALI20220602BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20220602BHJP

   A61B 5/113 20060101ALI20220602BHJP

   A61B 5/08 20060101ALI20220602BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

G08B21/02

A61B5/0245 100E

A61B5/11 100

A61B5/113

A61B5/08

A61B5/00 102A

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022024189

(22)【出願日】2022-02-18

(62)【分割の表示】P 2018019367の分割

【原出願日】2018-02-06

(31)【優先権主張番号】P 2017020466

(32)【優先日】2017-02-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 公益社団法人計測自動制御学会が２０１６年１１月２６日に発行した「第２５回計測自動制御学会中国支部学術講演会論文集」において発表

(71)【出願人】

【識別番号】520081949

【氏名又は名称】中村 浩士

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】特許業務法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 幹也

(72)【発明者】

【氏名】中島 翔太

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩士

(57)【要約】      （修正有）

【課題】体導音センサを被検者に容易に装着できるようにし、かつ、体導音センサが体導音以外の音を拾いにくくすること、体導音センサと加速度センサを併用して、被検者の状態によらず、心拍数及び呼吸数の計測を高精度で行えるようにする。
【解決手段】体導音センサが設けてある棒状体と、体導音センサによって取得された音響信号を音響心拍数計測部及び音響呼吸数計測部で処理して被検者の音響心拍数及び音響呼吸数を求める体導音信号処理手段と、音響心拍数のデータ及び音響呼吸数のデータに基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常がある場合に警報を発する警報発出システム。加速度センサをさらに備え、取得された加速度信号を加速度心拍数計測部及び加速度呼吸数計測部で処理して被検者の加速度心拍数及び加速度呼吸数を求める加速度信号処理手段を追加することにより、２つのセンサを併用した高精度の計測を行うようにしても良い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

血流音若しくは心音及び呼吸音を検知し音響信号を取得する体導音センサと、
被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し該先端部に前記体導音センサを設けてある棒状体と、
前記体導音センサにより取得された音響信号に基づいて音響心拍数を計測する音響心拍数計測部及び音響呼吸数を計測する音響呼吸数計測部を有する体導音信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数のデータ及び前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数のデータを、所定のインターバルで送信するデータ送信手段と、
前記データ送信手段から送信された音響心拍数のデータ及び音響呼吸数のデータを受信するデータ収集手段と、
前記データ収集装置が受信した音響心拍数のデータ及び音響呼吸数のデータに基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発する警報手段を備える
ことを特徴とする警報発出システム。

【請求項2】

前記警報発出システムは、少なくともＺ軸方向における被検者の体動の加速度を検知し加速度信号を取得する加速度センサと、
該加速度センサにより取得された加速度信号に基づいて加速度心拍数を計測する加速度心拍数計測部及び加速度呼吸数を計測する加速度呼吸数計測部を有する加速度信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記加速度心拍数計測部で計測された加速度心拍数に基づいて、修正心拍数を演算する修正心拍数演算部と、
前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数及び前記加速度呼吸数計測部で計測された加速度呼吸数に基づいて、修正呼吸数を演算する修正呼吸数演算部を有し、
前記警報手段は、修正心拍数のデータ及び修正呼吸数のデータに基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発する
ことを特徴とする請求項１に記載の警報発出システム。

【請求項3】

前記加速度信号処理手段は、前記加速度センサにより取得された加速度信号をフーリエ変換する加速度信号変換部を有し、
前記加速度心拍数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から低周波成分を除去する第２の低周波除去部と、該第２の低周波除去部で得られた第２の低周波除去信号に基づいて加速度心拍数を演算する加速度心拍数演算部を有し、
前記加速度呼吸数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から高周波成分を除去する第２の高周波除去部と、該第２の高周波除去部で得られた第２の高周波除去信号に基づいて加速度呼吸数を演算する加速度呼吸数演算部を有している
ことを特徴とする請求項２に記載の警報発出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、被検者の脇の下にセットされる体導音センサを用いて、被検者の血流音、心音、呼吸音等を検出し、検出された音響信号に基づいて音響心拍数及び音響呼吸数を計測し、計測された音響心拍数及び音響呼吸数に基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発する警報発出システムに関するものである。
また、この発明は、被検者の胸部又は腹部にセットされる加速度センサを用いて、被検者の胸部又は腹部における加速度を検出し、検出された加速度信号に基づいて加速度心拍数及び加速度呼吸数を計測し、計測された加速度心拍数及び加速度呼吸数に基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発する警報発出システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、呼吸器や循環器系疾患の早期発見を目的として、体導音（例えば、血流音、心音、呼吸音等）や加速度信号に基づく診断システムの研究・開発が進められている。
そして、血流音は手首の近く、心音は胸部又は腹部の近く、呼吸音は頬の近くで採取すれば明瞭な信号を取得し易い。
しかし、３箇所にマイクロホンを装着し、それぞれの体導音を採取することは、時間、コスト、手間がかかり、被検者の負担も大きい。

【0003】

そこで、特許文献１（特開２０１５－３１８８９号公報）に記載されるように、１箇所で採取された混合音響信号から特定の成分を高精度に分離することのできる音響信号分離装置が提案されている（特に、段落０００６～０００７を参照）。
また、特許文献２（特許第３８０９８４７号公報）に記載されるように、１つの加速度センサで被検者の生体情報を得て、呼吸数や心拍数を検出する睡眠診断装置も提案されている（特に、段落０００６～０００７を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－３１８８９号公報

【特許文献2】特許第３８０９８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１の音響信号分離装置においては、音響センサ１１（超低周波収録用のマイクロホン）が頸動脈上皮部に装着されているため、装着に手間がかかり、体導音以外の音を拾いやすいという欠点があった。
また、特許文献２の睡眠診断装置においては、寝姿変化、呼吸数及び心拍数以外の情報は導出できないという問題があった。
さらに、特許文献１の音響信号分離装置及び特許文献２の睡眠診断装置は、いずれも被検者の状態によっては、心拍数又は呼吸数の計測結果に誤差が生じるおそれがあった。
この発明は、体導音センサを被検者に容易に装着できるようにし、かつ、体導音センサが体導音以外の音を拾いにくくすることを第１の目的としてなされたものである。
そして、体導音センサと加速度センサを併用して、被検者の状態によらず、心拍数及び呼吸数の計測を高精度で行えるようにすることを第２の目的とし、１つの加速度センサで得た被検者の体動に関する情報に基づいて、呼気・吸気の識別及び呼吸の強弱も計測可能とすることを第３の目的としてなされたものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る発明の警報発出システムは、
血流音若しくは心音及び呼吸音を検知し音響信号を取得する体導音センサと、
被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し該先端部に前記体導音センサを設けてある棒状体と、
前記体導音センサにより取得された音響信号に基づいて音響心拍数を計測する音響心拍数計測部及び音響呼吸数を計測する音響呼吸数計測部を有する体導音信号処理手段と、
前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数のデータ及び前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数のデータを、所定のインターバルで送信するデータ送信手段と、
前記データ送信手段から送信された音響心拍数のデータ及び音響呼吸数のデータを受信するデータ収集手段と、
前記データ収集装置が受信した音響心拍数のデータ及び音響呼吸数のデータに基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発する警報手段を備える
ことを特徴とする警報発出システム。

【0007】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の警報発出システムにおいて、
前記警報発出システムは、少なくともＺ軸方向における被検者の体動の加速度を検知し加速度信号を取得する加速度センサと、該加速度センサにより取得された加速度信号に基づいて加速度心拍数を計測する加速度心拍数計測部及び加速度呼吸数を計測する加速度呼吸数計測部を有する加速度信号処理手段と、前記音響心拍数計測部で計測された音響心拍数及び前記加速度心拍数計測部で計測された加速度心拍数に基づいて、修正心拍数を演算する修正心拍数演算部と、前記音響呼吸数計測部で計測された音響呼吸数及び前記加速度呼吸数計測部で計測された加速度呼吸数に基づいて、修正呼吸数を演算する修正呼吸数演算部を有し、
前記警報手段は、修正心拍数のデータ及び修正呼吸数のデータに基づいて、心拍数及び呼吸数のいずれかに異常があるか否か判定し、異常があると判定した場合に警報を発することを特徴とする。

【0008】

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の警報発出システムにおいて、
前記加速度信号処理手段は、前記加速度センサにより取得された加速度信号をフーリエ変換する加速度信号変換部を有し、
前記加速度心拍数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から低周波成分を除去する第２の低周波除去部と、該第２の低周波除去部で得られた第２の低周波除去信号に基づいて加速度心拍数を演算する加速度心拍数演算部を有し、
前記加速度呼吸数計測部は、前記加速度信号変換部で得られた加速度変換信号から高周波成分を除去する第２の高周波除去部と、該第２の高周波除去部で得られた第２の高周波除去信号に基づいて加速度呼吸数を演算する加速度呼吸数演算部を有していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

請求項１に係る発明の警報発出システムによれば、体導音センサが、被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有する棒状体の先端部に設けてあるので、棒状体の先端部を脇の下に差し込むだけで体導音センサを被検者に装着することができ、しかも体導音センサが体導音以外の音を拾いにくい。
そのため、手軽に被検者の心拍数及び呼吸数を計測することができ、しかも比較的高い精度で心拍数及び呼吸数を同時に計測することができる。
また、在宅患者の遠隔診断システムを実現したり、心拍数や呼吸数に異常のある被災者を的確に把握して警報を発したり、居眠り運転を検知して運転者や同乗者に対して警報を発したりすることができる。

【0010】

請求項２に係る発明の警報発出システムによれば、請求項１に係る発明の効果に加え、体導音センサと加速度センサを併用して被検者の心拍数及び呼吸数の計測を行うので、被検者の状態によらず、その計測精度を高めることができる。

【0011】

請求項３に係る発明の警報発出システムによれば、請求項２に係る発明の効果に加え、加速度センサにより取得された加速度信号をフーリエ変換して加速度変換信号を得た上で、加速度変換信号から低周波成分を除去した第２の低周波除去信号に基づいて加速度心拍数を演算するとともに、加速度変換信号から高周波成分を除去した第２の高周波除去信号に基づいて加速度呼吸数を演算することができるので、被検者の心拍数及び呼吸数を簡素な構成によって精度良く計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図。

【図2】実施例１に係る棒状体の側面図、体導音センサの拡大断面図及び平面図。

【図3】実施例１に係る体導音信号処理手段のブロック図。

【図4】体導音センサで計測された音響信号の一例。

【図5】図４の音響信号をフーリエ変換して得られた音響変換信号のグラフ。

【図6】実施例２に係る第２の体導音信号処理手段のブロック図。

【図7】実施例２に係る第２の体導音信号処理手段の処理フロー。

【図8】体導音センサで計測された音響信号の他の例。

【図9】図８の音響信号をフーリエ変換して得られた音響変換信号のグラフ。

【図10】図９に示す音響変換信号から心音及び呼吸音に近い周波数成分を抽出した信号のグラフ。

【図11】図１０に示す信号を逆フーリエ変換して得られた逆変換信号のグラフ。

【図12】実施例３に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図。

【図13】実施例３に係る加速度センサの斜視図。

【図14】実施例３に係る加速度信号処理手段のブロック図。

【図15】加速度センサで計測された加速度信号の一例。

【図16】図１５の加速度信号をフーリエ変換して得られた加速度変換信号のグラフ。

【図17】図１６に示す加速度変換信号から高周波成分を除去した信号のグラフ。

【図18】図１７に示す信号を逆フーリエ変換して得られた逆変換信号のグラフ。

【図19】強呼吸、弱呼吸、無呼吸の状態における逆変換信号のグラフ。

【図20】実施例４に係る第２の加速度信号処理手段のブロック図。

【図21】実施例４に係る第２の加速度信号処理手段の呼吸数に関する処理フロー。

【図22】実施例４に係る第２の加速度信号処理手段の心拍数に関する処理フロー。

【図23】加速度センサで計測されたＹ軸方向加速度信号の一例。

【図24】図２３のＹ軸方向加速度信号をフーリエ変換して得られたＹ軸方向加速度変換信号のグラフ。

【図25】図２４に示すＹ軸方向加速度変換信号から呼吸数に近い周波数成分を抽出した高周波除去信号のグラフ。

【図26】図２５に示す高周波除去信号を逆フーリエ変換して得られた呼吸波形信号のグラフ。

【図27】加速度センサで計測されたＺ軸方向加速度信号の一例。

【図28】図２７のＺ軸方向加速度信号から呼吸波形信号を差し引いて得られたＺ軸方向差分加速度信号のグラフ。

【図29】変形例（１）に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施例によって本発明の実施形態を説明する。

【実施例0014】

図１は実施例１に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図である。
棒状体１は、被検者の脇の下に挿入可能な先端部を有し、その先端部に体導音センサ２が設けてある。
体導音センサ２を用いて被検者の心拍数及び呼吸数を計測する場合には、棒状体１の先端部を被検者の脇の下に挿入し、体導音センサ２の上面を被検者の胸側に向けて腕で挟むか棒状体１の中央部等をテープやベルトで固定する。
そして、被検者が落ち着いてから体導音センサ２によって取得された音響信号を体導音信号処理手段３で受信し、音響心拍数計測部４及び音響呼吸数計測部５で処理して、被検者の音響心拍数及び音響呼吸数を演算して求める。
報知手段６は、音響心拍数計測部４及び音響呼吸数計測部５から音響心拍数及び音響呼吸数に関する情報を受信し、表示部７に音響心拍数及び音響呼吸数を表示して、検査者又は被検者に知らせる。

【0015】

図２（ａ）は実施例１に係る棒状体１の側面図であり、図２（ｂ）は棒状体１の先端部に設けてある体導音センサ２の拡大断面図及び平面図である。
体導音センサ２は、図２（ｂ）に示すように全体の形状は円柱状であり、中央部に段差のある凹部８を有する円柱状のアクリル製ケース９と、凹部８の中心部に嵌め込まれているエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）１０と、凹部８の開口側を閉塞するウレタンゲル充填材１１とからなっている。

【0016】

図３は実施例１に係る体導音信号処理手段３のブロック図である。
体導音信号処理手段３は、体導音センサ２からの音響信号を受けると、所定時間（例えば３０秒間）における音響信号を音響信号変換部１２によりフーリエ変換し音響変換信号を得て、音響心拍数計測部４及び音響呼吸数計測部５に送信する。
そして、音響心拍数計測部４においては、低周波除去部１３（具体的にはハイパスフィルタ）によって、受信した音響変換信号から周波数０．８Ｈｚ未満の信号を除去し、音響心拍数演算部１４では低周波除去部１３から送られた低周波除去信号がピークとなる周波数を判定して音響心拍数を演算する。
また、音響呼吸数計測部５においては、高周波除去部１５（具体的にはローパスフィルタ）によって、受信した音響変換信号から周波数０．５Ｈｚ以上の信号を除去し、音響呼吸数演算部１６では高周波除去部１５から送られた高周波除去信号がピークとなる周波数を判定して音響呼吸数を演算する。

【0017】

図４は体導音センサ２を用いて、被検者の左脇の下において３０秒間にわたって計測された音響信号の一例であり、図５は図４の音響信号をフーリエ変換して得られた音響変換信号のグラフである。
この例によれば、周波数が０．８Ｈｚ以上の信号は、周波数１．１Ｈｚにおいてピークとなっているので、音響心拍数は６６［ｂｐｍ］となり、周波数が０．５Ｈｚ未満の信号は、周波数０．３３Ｈｚにおいてピークとなっているので、音響呼吸数は２０［回／分］となっていることが分かる。

【実施例0018】

図６は実施例２に係る第２の体導音信号処理手段１７のブロック図である。
また、実施例２に係る心拍数及び呼吸数計測装置の概念図は実施例１（図１）と同様であり、実施例１に係る心拍数及び呼吸数計測装置と相違しているのは、音響心拍数計測部４に低周波除去信号逆変換部２０が追加されて第２の音響心拍数計測部１８となっている点及び音響呼吸数計測部５に高周波除去信号逆変換部２１が追加されて第２の音響呼吸数計測部１９となっている点である。
そして、棒状体１、体導音センサ２、報知手段６、表示部７、音響信号変換部１２、低周波除去部１３及び高周波除去部１５については、実施例１と同じなので説明は省略する。

【0019】

実施例２に係る第２の体導音信号処理手段１７においては、図７の処理フロー図に示すように、体導音センサ２で取得した生体音を音響信号変換部１２によりフーリエ変換し、低周波除去部１３によって低周波除去信号（心音に近い信号）を抽出するとともに、高周波除去部１５によって高周波除去信号（呼吸音に近い信号）を抽出する。
その後、低周波除去信号が、低周波除去信号逆変換部２０によって逆フーリエ変換され、得られた逆変換信号に対して音響心拍数演算部１４で自己相関関数処理して周期を導出し、導出した周期に基づいて音響心拍数を演算する。
また、高周波除去信号が、高周波除去信号逆変換部２１によって逆フーリエ変換され、得られた逆変換信号について音響呼吸数演算部１６で周期を導出し、導出した周期に基づいて音響呼吸数を演算する。

【0020】

図８は体導音センサ２を用いて、被検者の左脇の下において３０秒間にわたって計測された音響信号の他の例であり、図９は図８の音響信号をフーリエ変換して得られた音響変換信号のグラフである。
そして、図１０は図９に示す音響変換信号から心音及び呼吸音に近い周波数成分を抽出した信号のグラフであり、心音については０．９～２Ｈｚ、呼吸音については０．５Ｈｚ未満の信号を抽出している。
また、図１１は図１０に示す信号を、それぞれ逆フーリエ変換して得られた逆変換信号のグラフであり、この例によれば、心音の周期は０．７９秒、呼吸音の周期は２．５５秒となっているので、音響心拍数は７５．９［ｂｐｍ］、音響呼吸数は２３．５［回／分］と演算される。