呼吸訓練装置および呼吸訓練システム

【課題】呼吸の訓練を行い易くすること。
【解決手段】生体測定装置１は、呼吸の能力に応じて定められた階級ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューとクリア条件とを記憶する第１記憶部１２０と、身体の特定部位の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部２００とを備える。ＣＰＵ１７０は、生体電気インピーダンス測定部２００を制御して被験者の体幹部の生体電気インピーダンスを測定し、測定結果に基づいて被験者の呼吸の能力を検出する。また、ＣＰＵ１７０は、第１記憶部１２０を参照して被験者の呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する訓練メニューに基づいて被験者の呼吸を訓練するための処理を行う。また、ＣＰＵ１７０は、特定した階級に対応するクリア条件が成立すると、被験者の階級を次の階級に移行させる。

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【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸の能力に応じて定められた階級ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューと、当該階級をクリアするためのクリア条件とを記憶する記憶部と、
被験者の体幹部の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部と、
前記生体電気インピーダンス測定部の測定結果に基づいて前記被験者の呼吸の能力を検出する呼吸能力検出部と、
前記記憶部を参照し、前記呼吸能力検出部が検出した呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する前記訓練メニューに基づいて前記被験者の呼吸を訓練するための処理を行い、前記特定した階級に対応する前記クリア条件が成立すると、前記被験者の階級を当該階級より上位の次の階級に移行させる訓練管理部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸訓練装置。
【請求項２】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記被験者の右肺を含む部位と、左肺を含む部位とについて生体電気インピーダンスを測定し、
前記呼吸能力検出部は、
前記被験者の呼吸の能力として、前記右肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記左肺を含む部位の生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項３】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記被験者の右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第１生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第２生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸能力検出部は、
前記被験者の呼吸の能力として、前記第１生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記右肺の上部の換気能力を示す第１の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第２生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記左肺の上部の換気能力を示す第１の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項４】
前記第１生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第１センタリング値、および前記第２生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第２センタリング値を生成する第１センタリング値生成部と、
前記第１生体電気インピーダンスの測定値の前記第１センタリング値に対する相対値である第１相対値を求める第１相対値算出部と、
前記第２生体電気インピーダンスの測定値の前記第２センタリング値に対する相対値である第２相対値を求める第２相対値算出部と、をさらに備え、
前記呼吸能力検出部は、前記第１相対値に基づいて前記第１の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第２相対値に基づいて前記第１の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項３に記載の呼吸訓練装置。
【請求項５】
前記呼吸能力検出部は、前記被験者の１呼吸ごとに、当該１呼吸における前記第１相対値の最大値と最小値との絶対値の和を前記第１の右肺呼吸レベルとして算出する一方、当該１呼吸における前記第２相対値の最大値と最小値との絶対値の和を前記第１の左肺呼吸レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の呼吸訓練装置。
【請求項６】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、前記第１生体電気インピーダンスおよび前記第２生体電気インピーダンスを測定し、
前記第１センタリング値生成部は、
所定数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第１生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第１センタリング値を生成する一方、前記各サンプリングタイミングにおける前記第２生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第２センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の呼吸訓練装置。
【請求項７】
前記第１センタリング値生成部は、
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、当該サンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第１生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第１センタリング値を生成する一方、前記センタリング期間内の複数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第２生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第２センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の呼吸訓練装置。
【請求項８】
前記センタリング期間の時間長は、前記被験者の呼吸速度に応じて可変に設定される、
ことを特徴とする請求項７に記載の呼吸訓練装置。
【請求項９】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記サンプリングタイミングに到達するたびに、前記被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第３生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第４生体電気インピーダンスとを測定し、
前記第３生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第３センタリング値、および前記第４生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第４センタリング値を生成する第２センタリング値生成部と、
前記第３生体電気インピーダンスの測定値の前記第３センタリング値に対する相対値である第３相対値を求める第３相対値算出部と、
前記第４生体電気インピーダンスの測定値の前記第４センタリング値に対する相対値である第４相対値を求める第４相対値算出部と、
前記第１生体電気インピーダンスの測定値と前記第１センタリング値とが等しくなる第１ゼロクロスタイミング、および前記第２生体電気インピーダンスの測定値と前記第２センタリング値とが等しくなる第２ゼロクロスタイミングを抽出する第１ゼロクロスタイミング抽出部と、をさらに備え、
前記第２センタリング値生成部は、
前記第１ゼロクロスタイミングにおける前記第３生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第３センタリング値を生成する一方、前記第２ゼロクロスタイミングにおける前記第４生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第４センタリング値を生成し、
前記呼吸能力検出部は、
前記第３相対値に基づいて前記右肺の中下部の換気能力を示す第２の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第４相対値に基づいて前記左肺の中下部の換気能力を示す第２の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項１０】
前記第２センタリング値生成部は、
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが前記第１ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが前記第１ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける前記第３生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第３センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが前記第１ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前の前記サンプリングタイミングで生成した前記第３センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける前記第３センタリング値として採用する、
ことを特徴とする請求項９に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１１】
前記第２センタリング値生成部は、
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが前記第２ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが前記第２ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける前記第４生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第４センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが前記第２ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前の前記サンプリングタイミングで生成した前記第４センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける前記第４センタリング値として採用する、
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１２】
前記呼吸能力検出部は、前記被験者の１呼吸ごとに、当該１呼吸における前記第３相対値の最大値と最小値との絶対値の和を前記第２の右肺呼吸レベルとして算出する一方、当該１呼吸における前記第４相対値の最大値と最小値との絶対値の和を前記第２の左肺呼吸レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項１３】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第３生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第４生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸能力検出部は、
前記被験者の呼吸の能力として、前記第３生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記右肺の中下部の換気能力を示す第２の右肺呼吸レベルを求める一方、前記第４生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記左肺の中下部の換気能力を示す第２の左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１４】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記被験者の肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部の第５生体電気インピーダンスと、前記被験者の肺の中下部および腹部を含む体幹中部の第６生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸能力検出部は、
前記被験者の呼吸の能力として、前記生体電気インピーダンス測定部の測定結果に基づいて、呼吸の種別と当該呼吸の大きさとを求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１５】
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第５センタリング値、および前記第６生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第６センタリング値を生成する第３センタリング値生成部と、
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の前記第５センタリング値に対する相対値である第５相対値を求める第５相対値算出部と、
前記第６生体電気インピーダンスの測定値の前記第６センタリング値に対する相対値である第６相対値を求める第６相対値算出部と、をさらに備え、
前記呼吸能力検出部は、前記第５相対値と前記第６相対値とに基づいて呼吸の種別と当該呼吸の大きさとを求める、
ことを特徴とする請求項１４に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１６】
前記第５生体電気インピーダンスの測定値と、前記第５センタリング値とが等しくなる第３ゼロクロスタイミングを抽出する第２ゼロクロスタイミング抽出部をさらに備え、
前記生体電気インピーダンス測定部は、
所定の周期でサンプリングタイミングに到達するたびに、前記第５生体電気インピーダンスおよび前記第６生体電気インピーダンスを測定し、
前記第３センタリング値生成部は、
所定数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第５生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第５センタリング値を生成する一方、前記第２ゼロクロスタイミング抽出部で抽出された前記第３ゼロクロスタイミングにおける前記第６生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記第６センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１７】
前記第３センタリング値生成部は、
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングよりも所定の時間長だけ前の時点を始点とし、当該サンプリングタイミングを終点とするセンタリング期間内の複数の前記サンプリングタイミングの各々における前記第５生体電気インピーダンスの測定値を用いて移動平均処理を行い、その結果に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第５センタリング値を生成する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１８】
前記センタリング期間の時間長は、前記被験者の呼吸速度に応じて可変に設定される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の呼吸訓練装置。
【請求項１９】
前記第３センタリング値生成部は、
前記サンプリングタイミングごとに、当該サンプリングタイミングが前記第３ゼロクロスタイミングであるか否かを判定し、当該サンプリングタイミングが前記第３ゼロクロスタイミングである場合は、当該サンプリングタイミングにおける前記第６生体電気インピーダンスの測定値に基づいて、当該サンプリングタイミングにおける前記第６センタリング値を生成する一方、当該サンプリングタイミングが前記第３ゼロクロスタイミングでない場合は、当該サンプリングタイミングの直前の前記サンプリングタイミングで生成した前記第６センタリング値を、当該サンプリングタイミングにおける前記第６センタリング値として採用する、
ことを特徴とする請求項１６から請求項１８の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２０】
互いに直交する２軸のうち、一方の軸を前記第５生体電気インピーダンス、他方の軸を前記第６生体電気インピーダンスとし、前記第５生体電気インピーダンスの測定値および前記第６生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示すリサージュ図形の表示データを生成する表示データ生成部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１４から請求項１９の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２１】
互いに直交する２軸のうち、一方の軸を前記第５生体電気インピーダンス、他方の軸を前記第６生体電気インピーダンスとし、前記第５生体電気インピーダンスの測定値および前記第６生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示すリサージュ図形の表示データを生成する表示データ生成部と、
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第５センタリング値と、前記第６生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第６センタリング値とを生成する第３センタリング値生成部と、をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記第５センタリング値および前記第６センタリング値によって定まる前記リサージュ図形上の位置が前記リサージュ図形を表示する表示領域の中心になるように、前記リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の呼吸訓練装置。
【請求項２２】
互いに直交する２軸のうち、一方の軸を前記第５生体電気インピーダンス、他方の軸を前記第６生体電気インピーダンスとし、前記第５生体電気インピーダンスの測定値および前記第６生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示すリサージュ図形の表示データを生成する表示データ生成部と、
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第５センタリング値と、前記第６生体電気インピーダンスの測定値の振幅基準レベルを示す第６センタリング値とを生成する第３センタリング値生成部と、をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記リサージュ図形の表示データを生成する場合に行う処理として、前記第５センタリング値に基づいて前記リサージュ図形の前記一方の軸方向のセンタリングを行う第１センタリング処理と、前記第６センタリング値に基づいて前記リサージュ図形の前記他方の軸方向のセンタリングを行う第２センタリング処理とを有し、
前記第２センタリング処理を行う頻度が前記第１センタリング処理を行う頻度より少ない、
ことを特徴とする請求項１４に記載の呼吸訓練装置。
【請求項２３】
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の振幅を示す第１振幅値と、前記第６生体電気インピーダンスの測定値の振幅を示す第２振幅値とを特定する振幅値特定部をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記第１振幅値および前記第２振幅値を用いて前記２軸のレンジを調整し、前記リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２２の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２４】
前記第５生体電気インピーダンスの測定値の振幅を示す第１振幅値と、前記第６生体電気インピーダンスの測定値の振幅を示す第２振幅値とを特定する振幅値特定部をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記リサージュ図形の表示データを生成する場合に行う処理として、前記第１振幅値を用いて前記一方の軸のレンジを調整する第１レンジ調整処理と、前記第２振幅値を用いて前記他方の軸のレンジを調整する第２レンジ調整処理とを有し、
前記第２レンジ調整処理を行う頻度が前記第１レンジ調整処理を行う頻度より少ない、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２２の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２５】
前記表示データ生成部は、前記リサージュ図形の軌跡の表示態様が最新の１呼吸とそれ以外の過去の呼吸とで異なるように前記リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２４の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２６】
前記表示データ生成部は、前記リサージュ図形の軌跡の表示態様が経過時間に応じて変化するように前記リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２４の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２７】
前記表示データ生成部は、前記リサージュ図形の表示データを生成するとともに、目標とする呼吸の種別と当該呼吸の大きさとに応じた呼吸指導用のリサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２６の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２８】
前記リサージュ図形の軌跡の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部が算出した傾斜角を予め定められた基準傾斜角と比較して、肺の換気能力の良否を判定する換気能力判定部と、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２０から請求項２７の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項２９】
前記被験者の１呼吸ごとに、当該１呼吸における呼吸深度を抽出する呼吸深度抽出部と、
前記呼吸深度抽出部が抽出した呼吸深度の経時的変化を示すグラフの表示データを生成するグラフ生成部と、をさらに備え、
前記グラフの時間軸は非線形であって、所定の時間幅を１区間としたとき、最新の１区間と最古の１区間では前記時間軸のレンジが異なり、前記最新の１区間の方が前記最古の１区間より時間分解能が高い、
ことを特徴とする請求項１５から請求項２８の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項３０】
前記生体電気インピーダンス測定部は、
前記被験者の右肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部右側の第１生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の上部を含み腹部を含まない体幹上部左側の第２生体電気インピーダンスと、前記被験者の右肺の中下部および腹部を含む体幹中部右側の第３生体電気インピーダンスと、前記被験者の左肺の中下部および腹部を含む体幹中部左側の第４生体電気インピーダンスとを測定し、
前記呼吸能力検出部は、
前記被験者の呼吸の能力として、前記第１生体電気インピーダンスの測定値と前記第３生体電気インピーダンスの測定値とに基づいて前記右肺の換気能力を示す右肺呼吸レベルを求める一方、前記第２生体電気インピーダンスの測定値と前記第４生体電気インピーダンスの測定値とに基づいて前記左肺の換気能力を示す左肺呼吸レベルを求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項３１】
互いに直交する２軸のうち、一方の軸を前記第１生体電気インピーダンス、他方の軸を前記第３生体電気インピーダンスとし、前記第１生体電気インピーダンスの測定値および前記第３生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示す第１リサージュ図形の表示データを生成するとともに、前記一方の軸を前記第２生体電気インピーダンス、前記他方の軸を前記第４生体電気インピーダンスとし、前記第２生体電気インピーダンスの測定値および前記第４生体電気インピーダンスの測定値の経時的変化を示す第２リサージュ図形の表示データを生成する表示データ生成部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項３０に記載の呼吸訓練装置。
【請求項３２】
前記表示データ生成部は、前記第１リサージュ図形と前記第２リサージュ図形とが重ねて表示されるように、前記第１リサージュ図形の表示データおよび前記第２リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項３１に記載の呼吸訓練装置。
【請求項３３】
前記表示データ生成部は、前記第１リサージュ図形の軌跡と前記第２リサージュ図形の軌跡との表示態様が異なるように、前記第１リサージュ図形の表示データおよび前記第２リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の呼吸訓練装置。
【請求項３４】
前記第１リサージュ図形の軌跡と前記第２リサージュ図形の軌跡との差異を検出する軌跡解析部をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記差異が強調して表示されるように前記第１リサージュ図形の表示データおよび前記第２リサージュ図形の表示データを生成する、
ことを特徴とする請求項３１から請求項３３の何れかに記載の呼吸訓練装置。
【請求項３５】
呼吸の能力に応じて定められた階級ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューと、当該階級をクリアするためのクリア条件とを記憶する記憶部と、
生体電気インピーダンス測定装置が測定した被験者の体幹部の生体電気インピーダンスを入力する入力部と、
前記入力部が入力した前記生体電気インピーダンスの測定値に基づいて前記被験者の呼吸の能力を検出する呼吸能力検出部と、
前記記憶部を参照し、前記呼吸能力検出部が検出した呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する前記訓練メニューに基づいて前記被験者の呼吸を訓練するための処理を行い、前記特定した階級に対応する前記クリア条件が成立すると、前記被験者の階級を当該階級より上位の次の階級に移行させる訓練管理部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸訓練装置。
【請求項３６】
呼吸の能力に応じて定められた階級ごとに、呼吸を訓練するための訓練メニューと、当該階級をクリアするためのクリア条件とを記憶する記憶部と、
被験者の体幹部の生体電気インピーダンスを測定する生体電気インピーダンス測定部と、
前記生体電気インピーダンス測定部の測定結果に基づいて前記被験者の呼吸の能力を検出する呼吸能力検出部と、
前記記憶部を参照し、前記呼吸能力検出部が検出した呼吸の能力に応じた階級を特定し、特定した階級に対応する前記訓練メニューに基づいて前記被験者の呼吸を訓練するための処理を行い、前記特定した階級に対応する前記クリア条件が成立すると、前記被験者の階級を当該階級より上位の次の階級に移行させる訓練管理部と、を備える、
ことを特徴とする呼吸訓練システム。

【図１】