(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記従来の身体情報測定装置のように、マイクロ波の反射波によって検出するマイクロ波送受信センサのような、いわゆる、ドップラ式のマイクロ波レーダーによる計測では、被験者の体動による影響が大きくなる。
【0007】
すなわち、四肢の動き、体の移動、寝返り等の体動信号の振幅が、概ね呼吸信号の10倍、心拍信号の1000倍の大きさにもかかわらず、体動信号の周波数帯は概ね0〜10Hzの範囲にあり、呼吸および心拍の周波数領域と重なってしまい、周波数による目的信号の体動信号からの分離抽出は困難となる問題がある。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、検出の際に体動があっても、体動の影響を抑えて体動信号よりも弱い生体信号の検出を行うことができる身体情報測定装置及び身体情報測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る身体情報測定装置は、周期性を有する検出対象生体信号を含んで強度の異なる複数の生体信号が混在する入力信号から所定の身体情報を検出する身体情報測定装置であって、検出対象生体信号に応じて決められた閾値を超える強度の前記入力信号の個々の波の振幅のみを圧縮処理する一方、前記閾値内の強度の波の振幅はそのままの状態とする振幅圧縮部と、該振幅圧縮部からの出力信号を解析して所定の身体情報を出力する信号解析部と、を備えていることを特徴とする。
【0010】
この発明は、入力信号の周波数帯ごとに分離した信号のすべての振幅を検出対象生体信号に応じて決められた閾値内に収めるので、検出対象生体信号よりも強度の大きい生体信号が混在していても、検出対象生体信号と同等レベルにすることができ、信号解析部にて検出対象生体信号を好適に解析することができる。
【0011】
また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記振幅圧縮部の圧縮処理が、前記閾値を前記波の山波形の最大値又は前記波の谷波形の最小値で除した係数を、前記山波形又は前記谷波形に乗じて波形を縮小することを特徴とする。
【0012】
この発明は、ピーク値が閾値を超える山波形又は谷波形に対して、閾値を超えたところだけでなく、0から閾値までの部分も合わせて圧縮処理を行うので、好適な検出精度で処理を行うことができる。
【0013】
また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記検出対象生体信号の主要帯域以外の信号強度を低減させる周波数選択部を備えていることを特徴とする。
【0014】
この発明は、検出対象生体信号をノイズ等から分離してより明確に解析することができる。
【0015】
また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記入力信号の強度が、第一所定速度以上で増大したかどうかを判定する第一判定部と、前記第一判定部が条件を満たしたと判定したときに、前記入力信号の強度が、第一所定強度以上かつ第一所定時間以上で継続したかどうかを判定する第二判定部と、前記第二判定部が条件を満たしたと判定したときに、この継続期間分の前記信号解析部における信号処理を中断する計測除外処理部と、前記入力信号の強度が、第二所定速度以上で減少し、かつ第二所定強度以下かつ第二所定時間以上で継続したときに、前記計測除外処理部による中断処理を解除する計測再開処理部と、を備えていることを特徴とする。
【0016】
この発明は、入力信号の強度が大きすぎて検出対象生体信号の解析処理を十分に行えない時間帯を除外することによって、全体としての検出対象生体信号の解析信頼性をより向上することができる。
【0017】
また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記複数の生体信号の強度が第三所定強度以下かつ第三所定時間以上で継続したときに離床と判定する第三判定部を備え、該第三判定部が条件を満たしたと判定したときにも、前記計測除外処理部が前記信号解析部における離床継続時間分の信号処理を中断するとともに、条件を満たさなくなったと判定したときには、前記計測再開処理部が、前記計測除外処理部における中断処理を解除することを特徴とする。
【0018】
この発明は、離床時には取得すべき生体信号はなくノイズのみであるはずなので、ノイズを生体信号と誤判定する機会を減らして全体としての検出対象生体信号の解析信頼性をより向上することができる。
【0019】
本発明に係る身体情報測定プログラムは、コンピュータを本発明に係る身体情報測定装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、強度に差があるにもかかわらず周波数成分が近似する複数の生体信号が混在する入力信号を解析する際に、強度の相対的に強い生体信号に埋もれることなく強度の相対的に弱い生体信号を検出することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
(第1の実施形態)
本発明に係る第1の実施形態について、
図1から
図4を参照して説明する。
本実施形態に係る身体情報測定装置1は、
図1に示すように、被験者Uが横たわるベッドB内に配された第一マイクロ波送受信部2及び第二マイクロ波送受信部3と、これらから被験者Uに向けて送信されるマイクロ波を供給及び制御する照射制御部5と、第一マイクロ波送受信部2及び第二マイクロ波送受信部3が受信した被験者Uからの反射波を増幅するとともに、入力信号としてデジタル処理を行う増幅変換装置6と、入力信号から必要な身体情報を検出するためのコンピュータ7と、を備えている。これらは、信号伝送可能に接続されている。
【0023】
第一マイクロ波送受信部2及び第二マイクロ波送受信部3は、さらに、マイクロ波を照射する不図示の照射部と、被験者Uからの反射波を受信する不図示の受信部と、を備えている。
【0024】
増幅変換装置6は、直流増幅部8と、A/D変換部10とを備えている。そして、例えば、サンプリング周波数100Hzでサンプリングした信号値をコンピュータ7へ出力する。なお、これらの一部又は全てがコンピュータに内蔵されていても構わない。
【0025】
コンピュータ7は、必要な処理を行うためのプログラム及びデータ等が記憶された不図示のROM(リードオンリーメモリ)、信号データを一時的に保存するための不図示のRAM(ランダムアクセスメモリー)、ROM等に記憶された身体情報測定プログラムP1に応じた処理を行う不図示のCPU(中央演算処理装置)と、算出された身体情報を表示する不図示の表示部と、を備えている。
【0026】
身体情報測定プログラムP1は、複数の生体信号が混在する入力信号から所定の身体情報を検出する機能手段(プログラムモジュール)として、周波数選択部11と、振幅圧縮部12と、信号解析部13と、を備えている。
【0027】
周波数選択部11は、増幅変換装置6からの入力信号に対して、心拍信号(検出対象生体信号)又は呼吸信号(検出対象生体信号)の主要帯域以外の信号強度を低減させるもので、いわゆるフィルタリング(バンドパスフィルタリング)を実行する。例えば、心拍用通過帯域として、心拍用最小周波数に、0.5[Hz]、心拍用最大周波数に、3.0[Hz]が予め設定されている。また、呼吸用最小周波数に、0.015[Hz]、呼吸用最大周波数に、0.5[Hz]が予め設定されている。
【0028】
振幅圧縮部12は、心拍信号や呼吸信号に応じて予め決められた閾値を超える強度の入力信号の個々の波の振幅のみを圧縮処理する一方、閾値内の強度の波の振幅はそのままの状態とする処理を行う。例えば心拍信号の場合、振幅の大きさを電圧表示させた場合で、閾値を±0.03[V]とする。
【0029】
圧縮処理に際しては、AGC(Automatic Gain Control)方式を導入し、閾値を入力信号の波の山波形の最大値又は波の谷波形の最小値で除した係数を、山波形又は谷波形に乗じて波形を縮小する。
【0030】
信号解析部13は、圧縮処理された入力信号を、例えば、特開2001−257611号公報や、特開2006−258786号公報等に記載された公知の高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)により、周波数成分の強度を演算する。そして、例えば、特開2010−178933号公報の段落番号[0043]から[0048]に記載された公知の処理を行い、心拍数や呼吸数を算出する。
【0031】
次に、本実施形態に係る身体情報測定装置1による身体情報測定方法について、
図2を参照しながら説明する。
【0032】
この身体情報測定方法は、照射ステップ(S01)と、受信ステップ(S02)と、周波数選択ステップ(S03)と、振幅圧縮ステップ(S04)と、信号解析ステップ(S05)と、を備えている。
【0033】
照射ステップ(S01)では、被験者Uに向けてマイクロ波を照射する。例えば、照射制御部5によって決められた強度のマイクロ波を第一マイクロ波送受信部2及び第二マイクロ波送受信部3からベッドBに横たわる被験者Uに照射する。
【0034】
受信ステップ(S02)では、被験者Uから反射したマイクロ波を受信するとともに、デジタル処理を行う。例えば、反射したマイクロ波を第一マイクロ波送受信部2及び第二マイクロ波送受信部3で受信し、増幅変換装置6によって所定の大きさに増幅、A/D変換された入力信号をコンピュータ7に出力する。
【0035】
周波数選択ステップ(S03)では、入力信号に対して、心拍信号又は呼吸信号の主要帯域以外の信号強度を低減する。これは、コンピュータ7内の周波数選択部11にて処理される。
【0036】
振幅圧縮ステップ(S04)では、入力信号に対して、心拍信号や呼吸信号に応じて予め決められた閾値を超える強度の入力信号の個々の波の振幅のみを圧縮処理する一方、閾値内の強度の波の振幅はそのままの状態とする。例えば、振幅圧縮部12にて、
図3(a)にて実線で示すような入力信号に対して、
図3(a)にて破線で示すような処理を行う。
【0037】
すなわち、心拍信号の場合、
図4(a)に示すように、±0.03[V]という閾値に対して、これを超える入力信号の山波形、谷波形のそれぞれの振幅全体にわたって圧縮処理を行う。例えば、上記閾値を超える山波形のピーク値がPmax[V]の場合、0[V]からPmax[V]そして再び0[V]になるまでの間の山波形の振幅全体にわたって、0.03/Pmaxからなる係数を乗算する。これによって、
図4(a)に示すように、山波形が実線から破線のものへと圧縮される。
【0038】
一方、
図3(a)に示すように、振幅が閾値±0.03[V]以下の波形については、圧縮処理は行わない。そのため、この領域では、実線と破線の波形が一致している。
【0039】
なお、呼吸信号の出力は、心拍信号の100倍程度なので、受信ステップ(S02)の後、振幅圧縮ステップ(S04)を先に行い、続いて周波数選択ステップ(S03)を実施しても構わない。
【0040】
信号解析ステップ(S05)では、
図3(a)に示す破線で得られた信号値を用いて所定の解析を行う。こうして、例えば
図3(b)及び
図4(b)において破線で示すように、心拍のピーク周波数が算出される(実線は、振幅圧縮処理を行わない場合の周波数解析結果を示す。)。
【0041】
この身体情報測定装置1及び身体情報測定プログラムP1によれば、入力信号の周波数帯ごとに分離した信号のすべての振幅の大きさを心拍信号や呼吸信号に応じて決められた閾値内に収めるので、これらの生体信号よりも強度の大きい、例えば体動信号が入力信号に混在していても、心拍信号や呼吸信号と同等レベルにすることができ、信号解析部13にてこれらの信号を好適に解析することができる。
【0042】
したがって、強度に差があるにもかかわらず周波数成分が近似する複数の生体信号を解析する際に、体動信号のように強度の相対的に強い生体信号に埋もれることなく、心拍信号のような強度の相対的に弱い生体信号を好適に検出することができる。その結果、被験者Uに安静状態を強要しづらい就寝中のような場合であっても、生理的、精神的負荷をかけることなく、生体信号を長時間取得することができる。
【0043】
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について
図5から
図7を参照しながら説明する。
なお、上述した第一実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る身体情報測定装置20の身体情報測定プログラムP2が、複数の生体信号が混在する入力信号から所定の身体情報を検出する機能手段(プログラムモジュール)として、
図5に示すように、第一判定部21と、第二判定部22と、計測除外処理部23と、計測再開処理部25と、をさらに備えているとした点である。
【0044】
第一判定部21は、増幅変換装置6からの入力信号の強度が、第一所定速度以上で増大したかどうかを判定する。第二判定部22は、第一判定部21が条件を満たしたと判定したときに、入力信号の強度が、第一所定強度以上かつ第一所定時間以上で継続したかどうかを判定する。
【0045】
計測除外処理部23は、第二判定部22が条件を満たしたと判定したときに、この条件が継続される時間分の信号解析部13における信号処理を中断する。計測再開処理部25は、入力信号の強度が、第二所定速度以上で減少し、かつ第二所定強度以下かつ第二所定時間以上で継続したときに、計測除外処理部23における中断処理を解除して、信号解析部13における信号処理を再開する。なお、第一所定強度と第二所定強度とは同一でもよい。この場合、計測再開処理部25は、入力信号の強度が、第一所定強度未満かつ第二所定時間以上で継続したときに、計測除外処理部23における中断処理を解除する。
【0046】
これは、例えば体動信号がある程度継続する期間では、これよりも強度の小さい心拍信号等を精度よく検出することが難しいことから、信号解析の精度向上のため、この間の入力信号からは心拍信号等を解析しないようにするためのものである。同様に、心拍信号等よりも変動が大きい体動信号がある程度継続する期間では、これよりも変動の小さい心拍信号等を精度よく検出することが難しいことから、この間の入力信号からは心拍信号等を解析しないようにするためのものである。
【0047】
次に、本実施形態に係る身体情報測定装置20による身体情報測定方法について、
図6を参照しながら説明する。この身体情報測定方法は、照射ステップ(S11)と、受信ステップ(S12)と、周波数選択ステップ(S13)と、振幅圧縮ステップ(S14)と、判定ステップ(S15)と、信号解析ステップ(S16)と、を備えている。
【0048】
照射ステップ(S11)、受信ステップ(S12)、周波数選択ステップ(S13)、振幅圧縮ステップ(S14)は、それぞれ第1の実施形態に係る身体情報測定方法における照射ステップ(S01)、受信ステップ(S02)、周波数選択ステップ(S03)、振幅圧縮ステップ(S04)と同じなので、ともに説明を省略する。
【0049】
判定ステップ(S15)では、第一判定部21が、増幅変換装置6からの入力信号の強度が第一所定速度以上で増大したかどうかを判定する。そして、第一判定部21が条件を満たしたと判定したときに、第二判定部22は、入力信号の強度が、第一所定強度以上かつ第一所定時間以上で継続したかどうかを判定する。
【0050】
そして、第二判定部22が条件を満たしたと判定したときには、この間は体動が継続した、として、計測除外処理部23が、この期間の入力信号の解析を中断する。一方、入力信号の強度が、第二所定強度未満かつ第二所定時間以上で継続したときには、安静状態に戻った、として計測再開処理部25が、計測除外処理部23における中断処理を解除して信号解析部13における信号処理を再開する。
【0051】
例えば、
図7(a)に示すように、入力信号の強度を電力強度で表示したものを体動指標とし、第一所定強度を−65[dBm]としたとき、−65[dBm]以上の強度の場合には、この期間を体動継続期間としてその後の解析を中断する。これにより、
図7(b)に示すように、体動継続期間を除外しない場合と比べて、ホルター心電図に近い結果が得られる。
【0052】
一方、−65[dBm]未満の場合には、安静状態であるとして、信号解析ステップ(S16)に移行し、心拍数又は呼吸数を検出する。ここで、信号解析ステップ(S16)は、第1の実施形態に係る身体情報測定方法における信号解析ステップ(S05)と同じなので、説明を省略する。
【0053】
この身体情報測定装置20及び身体情報測定プログラムによれば、体動信号のように強度の大きい生体信号が所定時間継続した場合であっても、この間の解析を中断して除外することによって、全体として心拍信号や呼吸信号の解析信頼性をより向上することができる。
【0054】
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について
図8から
図10を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第3の実施形態と第2の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る身体情報測定装置30の身体情報測定プログラムP3が、複数の生体信号が混在する入力信号から所定の身体情報を検出する機能手段(プログラムモジュール)として、
図8に示すように、第三判定部31をさらに備えているとした点である。
【0055】
この第三判定部31は、複数の生体信号の強度が、第二所定強度よりもさらに小さい第三所定強度以下かつ第三所定時間以上で継続したときに、被験者UがベッドBから離床している、と判定する。
【0056】
例えば、被験者UがベッドBから離れて移動した期間は、体動信号が入力されない。そして、この間は心拍信号や呼吸信号も入力されない。したがって、信号解析の精度向上のため、この間を離床継続期間として心拍信号等の解析を中断する。
【0057】
次に、本実施形態に係る身体情報測定装置30による身体情報測定方法について、
図9を参照しながら説明する。この身体情報測定方法は、照射ステップ(S21)と、受信ステップ(S22)と、周波数選択ステップ(S23)と、振幅圧縮ステップ(S24)と、判定ステップ(S25)と、信号解析ステップ(S26)と、を備えている。
【0058】
照射ステップ(S21)、受信ステップ(S22)、周波数選択ステップ(S23)、振幅圧縮ステップ(S24)は、それぞれ第1の実施形態に係る身体情報測定方法における照射ステップ(S01)、受信ステップ(S02)、周波数選択ステップ(S03)、振幅圧縮ステップ(S04)と同じなので、ともに説明を省略する。
【0059】
判定ステップ(S25)では、第2の実施形態と同様に、入力信号の強度による体動判定及び安静判定だけでなく、さらに第三判定部31による判定も行う。そして、第三判定部31が条件を満たしたと判断したときには、計測除外処理部32がこの期間の入力信号の解析を中断する処理を行う。一方、この離床継続期間を脱したときには、計測除外処理部32における中断処理を解除して、計測再開処理部25が信号解析部13における信号処理を再開する。
【0060】
例えば、
図10(a)に示すように、入力信号の強度を電力強度で表示したものを体動指標とし、第三所定強度として−80[dBm]としたとき、−80[dBm]以下の強度の場合には、
図10(b)に示すように、この期間を離床継続期間として解析を中断する。
【0061】
こうして、信号解析ステップ(S26)を経て、心拍数又は呼吸数を検出する。ここで、信号解析ステップ(S26)は、第1の実施形態に係る身体情報測定方法における信号解析ステップ(S05)と同じなので、説明を省略する。
【0062】
この身体情報測定装置30及び身体情報測定プログラムによれば、体動信号のように強度の大きい生体信号が所定時間継続した場合だけでなく、被験者Uが離床してデータ取得できずにノイズのみが入力される期間の解析を中断して除外することによって、全体としての心拍信号や呼吸信号の解析信頼性をより向上することができる。
【0063】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態における各ステップでの閾値等の判断基準は、例示したものに限定されることはない。また、生体信号も、上述した信号に限定されることはない。