JPH034209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検者に電極等を取付けることな
く、体表面変位を基に非接触式に呼吸数もしくは
心拍数又はこれらの双方を検出する非接触式体表
面変位検出装置に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕

臨床において手術に際し或はCCU等の装置で
呼吸数もしくは心拍数を長期間にわたりモニタす
ることは重要である。また、未熟児に対しても呼
吸・循環系の常時監視のため、或は最近周産期死
亡の最大の原因になりつつある突然死症候群等の
スクリーニングのために重要である。

このための典型的な計測方法としては、被検者
に電極又はトランスデユーサを取付けてリード線
を導出することにより接触式で行つている。この
場合、導出されたリード線が看護の妨げになり、
また被検者に対する負担も大きい。

そこで、最近では非接触式の計測方法として、
超音波を体表面に照射し、マイクロフオンで検出
した反射信号の位相変化から体表面変位として呼
吸波もしくは心拍波を検出するのが周知である。
しかしながら、この方法では空気のゆらぎに起因
する雑音が発生し、また体表面の不均一な動きに
起因する反射波の干渉のために高精度の測定が難
しいと云う問題がある。その外、マイクロ波を照
射する方法も周知であるが、同様に不均一な動き
による反射波の干渉のために誤差を生じ、装着も
複雑になる。

よつて、本発明は非接触式の簡単な構成で呼吸
数もしくは心拍動数を高精度に計測する体表面変
位検出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、この目的を達成するために、被検者
の体表面１にくり返しパルス状の光ビームを照射
する光源２と、その反射した散乱光を集光レンズ
４を通して入射させた光スポツトの位置を検出す
る光スポツト位置センサ１０と、このセンサの検
出信号を各パルスに同期して保持することにより
連続波信号に変換する同期検波回路９と、このセ
ンサの同期検波された検出信号から体表面変位波
形を検出する体表面変位波形検出回路１４，１７
と、所定時間に対するこの体表面変位波形を計数
する体表面変位回数計数回路２０，２５とより構
成した。

尚、（ ）内の符号は、後述する実施例のもの
を引用してある。

〔作用〕

被検者の腹部、胸部もしくは背部の体表面１で
反射された光ビームの散乱光は集光して光スポツ
トとして光スポツト位置センサ１０へパルス状に
入射する。この光スポツトの入射位置は、呼吸又
は心拍動による体表面変位に応じて光ビームの反
射位置が変動することにより変位し、したがつ
て、同期検波回路９が各光パルスの発生時に入射
する各検出信号を同期的に保持することにより、
光スポツト位置センサ１０からその変位に対応し
た連続波状の検出信号が出力される。体表面変位
波形検出回路１４，１７は、この同期検波された
検出信号から雑音を含まない所望の体表面変位波
形を検出し、所定時間についてその出力信号を体
表面変位回数計数回路２０，２５に計数させる。

〔発明の実施例〕

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すも
ので、第１図において２はクロツクコントロール
部５から周期２ｍｓ、パルス幅100μsのパルスを
供給されて尖頭値２ｍＷ程度のパルス状の光ビー
ムを発射するレーザー光源であり、例えば焦点距
離５cmのフオーカスレンズ３を通して胸部１に向
けて例えば10cm離れた位置から光照射する。その
反射散乱光は集光レンズ４を通してスポツトとし
て集光され、光スポツト位置センサ１０へ入射す
る。このセンサは、中心位置からのＸ、Ｙ軸方向
の変位に応じた光電流をそれぞれ出力する対称位
置に配置された２対の電極を備えたそれ自体周知
の半導体位置検出素子（PSD）１１と、その内
の例えばＹ軸方向の１対の端子Ｙ，Y′の光電流
を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路１２と、双
方の端子の電圧信号を光スポツトの入射位置に対
応して電圧レベルの変化する位置信号に変換する
補正回路１３とより構成されている。

この補正回路及びＩ／Ｖ変換回路１２間には、
同期検波回路９が介在することにより、Ｉ／Ｖ変
換回路１２から２ｍｓごとに発生するＹ，Y′端
子の100μs幅の出力信号を次の光パルス発生時ま
で保持して、連続波状の出力信号を補正回路１３
に供給する。これらの光学系２〜４，１１は、例
えばスタンドに取付けておき、インキユベータ内
の未熟児に対しては透明ケースを通して或は成人
の場合には直接光を照射する。

１４は呼吸波検出回路であり、補正回路１３の
出力信号に含まれる雑音を除去するために通過帯
域が0.08〜２Hzのバンドパスフイルタ１５と、こ
のフイルタを通つて入力する信号から呼吸波を検
出する呼吸波検出回路本体１６とより構成されて
いる。この回路本体は、例えばそれ自体周知の第
３図に示す回路より構成する。１７は心拍波検出
回路であり、同様に補正回路１３の出力信号に含
まれる雑音を除去するために通過帯域が10〜20Hz
のバンドパスフイルタ１８と、その出力信号をパ
ルス化する波形整形回路１９より構成されてい
る。

２０は所定時間についての呼吸数を計数する呼
吸数計数回路であり、呼吸波検出回路本体１６の
出力信号を計数するカウンタ２１と、その計数値
を保持するデータ保持回路２２とより構成され、
クロツクコントロール部５を共用することによ
り、所定時間ごとに発生するクロツクでカウンタ
２１のリセツト及びデータ保持回路２２のラツチ
を行わせる。２５は所定時間についての心拍数を
計数する心拍数計数回路であり、カウンタ２６
と、その計数値を保持するデータ保持回路２７と
より構成され、同様にクロツクコントロール部５
を共用している。

２８はデータ保持回路２２，２７に保持された
呼吸数及び心拍数データを表示する表示部、２９
はその記録を行う記録部である。

このように構成された体表面変位検出装置の動
作は、次の通りである。

胸部１は、レーザー光源２からフオーカスレン
ズ３を通して収束性の良い光ビームを２ｍｓ間隔
で照射されている。入射した光ビームは胸部１で
散乱し、その反射散乱光は集光レンズ４で収束さ
れてPSD１１に入射する。これにより、PSD１
１からは胸壁の呼吸及び心拍動による光スポツト
の入射位置の変位に対応し、かつ連続光照射に比
べてパルス尖頭値を増加させた分だけ室内照明
光、外乱光の影響が軽減された電流信号がＹ，
Y′端子で出力され、Ｉ／Ｖ変換回路１２におい
てパルス状の電圧信号に変換される。同期検波回
路９では、第２図に示すように、実線で示すその
双方の入力信号をクロツクコントロール部５から
の光パルスに同期したクロツクパルスで同期・保
持することにより、点線で示す連続波状の信号に
変換する。したがつて、補正回路１３からは胸壁
変位に応じて電圧レベルの変化する１個の連続波
状の信号が出力される。

呼吸波検出回路１４に入力した補正回路１３の
出力信号は、バンドパスフイルタ１５において心
拍成分等を低減され、第３図に示す呼吸波検出回
路本体１６に入力信号Ｖ１として供給される。

同図において、Ａ１，Ａ２は演算増幅器、Ａ３
はコンパレータ、Ａ４はインバータである。コン
パレータＡ３の出力信号Ｖ５が“１”のときにオ
ンになるアナログスイツチSW１、ダイオードＤ
１及びコンデンサＣ１でピークホールド回路を構
成し、出力信号Ｖ５が“０”のときにオンになる
アナログスイツチSW２、ダイオードＤ２及びコ
ンデンサＣ１でボトムホールド回路を構成してい
る。動作は周知の通りであるが、期間Ａについて
説明すると、その直前に第４図に示すように、コ
ンパレータＡ３の出力信号Ｖ５が“１”になつて
いてピーク検出が行われていたとする。入力信号
Ｖ１を演算増幅器Ａ１で反転させた反転信号Ｖ２
が、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて演算増幅器Ａ２
に入力し、そのピーク値がコンパレータＡ３の−
入力信号Ｖ４となる。コンパレータＡ３の＋入力
信号Ｖ３は、反転信号Ｖ２と出力信号Ｖ５とが抵
抗Ｒ６，Ｒ７で分圧されて入力するために、反転
信号Ｖ２の降下によりコンパレータＡ３が反転し
て出力信号Ｖ５は“０”になる。これにより、ア
ナログスイツチSW２がオンになつてボトム検出
が行われる。コンパレータＡ３の＋入力信号Ｖ３
は、反転信号Ｖ２と出力信号Ｖ５とが抵抗Ｒ６，
Ｒ７にて分圧され、ボトムレベルである−入力信
号を下廻る。反転信号Ｖ２が上昇すると、コンパ
レータＡ３が反転して出力信号Ｖ５は再び“１”
になる。これにより、コンパレータＡ３からは呼
吸波周期に対応した論理信号である出力信号Ｖ５
が出力される。

同様に、補正回路１３の出力信号は心拍波検出
回路１７にも入力し、バンドパスフイルタ１８に
おいて呼吸波成分等の雑音を除去して心拍波のみ
を検出し、波形整形回路１９で心拍周期に対応し
たパルスに変換される。

クロツクコントロール部５は１分ごとにクロツ
クを発生し、カウンタ２１，２６にその間の呼吸
波信号及び心拍波信号を計数させ、データ保持回
路２２，２７に１分ごとに更新される呼吸数及び
心拍数データを保持させる。表示部２８はその呼
吸数及び心拍数を数値表示し、記録部２９は記録
紙にその連続記録を行う。

尚、前述の実施例において、同期検波回路９は
補正回路１３の後に配置することができる。回路
部分１４〜１６，２１〜２２又は回路部分１７，
２５を廃止することにより、心拍数検出装置又は
呼吸数検出装置のみとして構成することもでき
る。光スポツト位置センサ１０としては、CCD
型等のイメージセンサを用い、その撮像面の読出
し走査を行うことにより撮像面における光スポツ
ト位置の変位を検出しても良い。イメージセンサ
の読出し走査をパルス状光照射に同期して歩進さ
せることにより同期検波回路を兼用させることも
考えられる。光ビームの光源としてはLEDを用
いることも考えられる。

〔発明の効果〕

以上、本発明により体表面変位に応動する反射
光スポツトの変位を検出することにより、非接触
式のあらゆる利点を保持し得ると共に、光式であ
るためにスポツト径を容易に小さくすることがで
き、したがつて超音波及びマイクロ波に比べて干
渉が少なくなるために測定精度が向上する。同様
に、スポツト径が小さくできることから、衣服を
身に付けていてその表面形状が不規則であつたと
しても、干渉を生じ難いので衣服を介しても確実
に体表面変位を検出できる。また、光を利用する
ことから周辺機器へ妨害を与える問題も一掃され
る。さらに、パルス状光ビーム照射により尖頭パ
ワーを増大させても光出力の平均値を軽減するこ
とができ被検者の安全性を高められると同時に、
その入射光信号を同期検波することにより、連続
的な光ビーム照射に比べて外乱光に対するＳ／Ｎ
比も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による非接触式体表
面変位検出装置の光学系及び付属回路の構成を示
す図、第２図は同実施例の同期検波回路の動作説
明図、第３図は同実施例の呼吸波検出回路本体の
回路構成を例示する図及び第４図は第３図の各部
の電圧関係を示す図である。 １……胸部、４……集光レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検者の体表面にくり返しパルス状の光ビー
   ムを照射する光源と、その反射した散乱光を集光
   レンズを通して形成された光スポツトの位置を検
   出する光スポツト位置センサと、このセンサの検
   出信号を前記各パルスに同期して保持することに
   より連続波信号に変換する同期検波回路と、前記
   変換された前記検出信号から体表面変位波形を検
   出する体表面変位波形検出回路と、所定時間に対
   する前記体表面変位波形検出回路の出力信号を計
   数する体表面変位回数計数回路とを備えて成る非
   接触式体表面変位検出装置。