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特開2022-154291心拍出量計測センサーおよび心拍出量計測センサーの制御プログラム
(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】P2022154291
(43)【公開日】2022-10-13
(54)【発明の名称】心拍出量計測センサーおよび心拍出量計測センサーの制御プログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/029 20060101AFI20221005BHJP
A61B 5/026 20060101ALI20221005BHJP
【ＦＩ】
A61B5/029
A61B5/026 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021057242
(22)【出願日】2021-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000109543
【氏名又は名称】テルモ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】矢部 滝太郎
(72)【発明者】
【氏名】本田 圭
(72)【発明者】
【氏名】須田 信一郎
(72)【発明者】
【氏名】曽根 淳
【テーマコード（参考）】
4C017
【Ｆターム（参考）】
4C017AA03
4C017AA11
4C017AB04
4C017AB05
4C017AC40
4C017BC01
4C017BC11
(57)【要約】
【課題】測定対象者の個体差に応じて心拍出量の推定を行うことのできる、心拍出量計測センサーを提供する。
【解決手段】電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナ１１と、生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナ１２と、受信アンテナ１２が受信した電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する１次分布作成部２１１と、波形データから心拍出量を推定する心拍出量推定部２１４と、生体に向けて送信された電磁波を受信することで得られる信号から生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部４１７と、生体特徴データから生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部４１８と、心拍出量推定部２１４による心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部４１９と、を有する、心拍出量計測センサー。
【選択図】図２
【解決手段】電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナ１１と、生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナ１２と、受信アンテナ１２が受信した電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する１次分布作成部２１１と、波形データから心拍出量を推定する心拍出量推定部２１４と、生体に向けて送信された電磁波を受信することで得られる信号から生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部４１７と、生体特徴データから生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部４１８と、心拍出量推定部２１４による心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部４１９と、を有する、心拍出量計測センサー。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する波形データ作成部と、
前記波形データから、心拍出量を推定する心拍出量推定部と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部と、
前記心拍出量推定部による前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部と、
を有する、心拍出量計測センサー。
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する波形データ作成部と、
前記波形データから、心拍出量を推定する心拍出量推定部と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部と、
前記心拍出量推定部による前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部と、
を有する、心拍出量計測センサー。
【請求項2】
前記生体特徴データ抽出部は、前記生体を透過した前記電磁波の信号強度の変化量、および前記生体から反射した前記電磁波から得られる反射係数のうち、少なくともいずれか一つを前記生体特徴データとして抽出する、請求項１に記載の心拍出量計測センサー。
【請求項3】
前記補正実行部は、前記算出過程において、前記波形データから得られる前記心拍出量の変化に由来する信号強度を、前記生体パターンに基づき補正する、請求項１または２に記載の心拍出量計測センサー。
【請求項4】
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの少なくとも一方は、前記生体に対する位置が異なる複数のアンテナ素子を含み、
前記波形データ作成部は、前記アンテナ素子ごとに前記波形データを作成する、請求項１～３のいずれか一つに記載の心拍出量計測センサー。
前記波形データ作成部は、前記アンテナ素子ごとに前記波形データを作成する、請求項１～３のいずれか一つに記載の心拍出量計測センサー。
【請求項5】
前記生体特徴データ抽出部は、前記アンテナ素子ごとの信号強度の変化量の違いを、前記生体特徴データとして抽出する、請求項４に記載の心拍出量計測センサー。
【請求項6】
複数の前記アンテナ素子ごとに、それぞれのＯＮ／ＯＦＦを所定の周期で順次切り替える高速切替部と、
前記波形データ作成部は、前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度から、前記高速切替部によりＯＮとなった前記アンテナ素子それぞれに対応する前記波形データを作成する、請求項４または５に記載の心拍出量計測センサー。
前記波形データ作成部は、前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度から、前記高速切替部によりＯＮとなった前記アンテナ素子それぞれに対応する前記波形データを作成する、請求項４または５に記載の心拍出量計測センサー。
【請求項7】
前記所定の周期は、複数の前記アンテナ素子へのＯＮが一巡する１サイクル時間が、心周期よりも短い、請求項６に記載の心拍出量計測センサー。
【請求項8】
複数の前記アンテナ素子は、同一平面上に格子状に配置されたアンテナアレイである、請求項４～７のいずれか一つに記載の心拍出量計測センサー。
【請求項9】
前記生体ごとに計測された体型データを取得する体型データ取得部と、
前記体型データと前記生体特徴データとの対応関係から補正値があらかじめ決められた補正データテーブルを記憶する記憶部と、をさらに有し、
前記補正実行部は、前記補正データテーブルを用いて前記算出過程に対して補正を実行する、請求項１～８のいずれか一つに記載の心拍出量計測センサー。
前記体型データと前記生体特徴データとの対応関係から補正値があらかじめ決められた補正データテーブルを記憶する記憶部と、をさらに有し、
前記補正実行部は、前記補正データテーブルを用いて前記算出過程に対して補正を実行する、請求項１～８のいずれか一つに記載の心拍出量計測センサー。
【請求項10】
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、を有し、
前記受信アンテナで受信した、前記生体を透過した前記電磁波を用いて、心拍出量を推定する心拍出量計測センサーを制御するコンピューターで実行される制御プログラムであって、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する段階（ａ）と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する段階（ｂ）と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する段階（ｃ）と、
前記波形データを用いて前記心拍出量を推定する段階であって、前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正しつつ、前記心拍出量を推定する段階（ｄ）と、
を有する、制御プログラム。
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、を有し、
前記受信アンテナで受信した、前記生体を透過した前記電磁波を用いて、心拍出量を推定する心拍出量計測センサーを制御するコンピューターで実行される制御プログラムであって、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する段階（ａ）と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する段階（ｂ）と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する段階（ｃ）と、
前記波形データを用いて前記心拍出量を推定する段階であって、前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正しつつ、前記心拍出量を推定する段階（ｄ）と、
を有する、制御プログラム。
【請求項11】
前記段階（ｂ）は、前記生体を透過した前記電磁波の信号強度の変化量、および前記生体から反射した前記電磁波から得られる反射係数のうち、少なくともいずれか一つを前記生体特徴データとして抽出する、請求項１０に記載の制御プログラム。
【請求項12】
前記段階（ｄ）は、前記算出過程において、前記波形データから得られる前記心拍出量の変化に由来する信号強度を、前記生体パターンに基づき補正する、請求項１０または１１に記載の制御プログラム。
【請求項13】
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの少なくとも一方は、前記生体に対する位置が異なる複数のアンテナ素子を含み、
前記段階（ａ）は、前記アンテナ素子ごとに前記波形データを作成する、請求項１０～１２のいずれか一つに記載の制御プログラム。
前記段階（ａ）は、前記アンテナ素子ごとに前記波形データを作成する、請求項１０～１２のいずれか一つに記載の制御プログラム。
【請求項14】
前記段階（ｂ）は、前記アンテナ素子ごとの受信強度の変化量の違いを、前記生体特徴データとして抽出する、請求項１３に記載の制御プログラム。
【請求項15】
前記段階（ｄ）より前に、前記生体ごとに計測された体型データを取得する段階（ｅ）を、さらに有し、
前記体型データと前記生体特徴データとの対応関係から補正値があらかじめ決められた補正データテーブルが、前記コンピューター内に記憶されており、
前記段階（ｄ）は、前記補正データテーブルを用いて、前記算出過程に対して補正を実行する、請求項１０～１４のいずれか一つに記載の制御プログラム。
前記体型データと前記生体特徴データとの対応関係から補正値があらかじめ決められた補正データテーブルが、前記コンピューター内に記憶されており、
前記段階（ｄ）は、前記補正データテーブルを用いて、前記算出過程に対して補正を実行する、請求項１０～１４のいずれか一つに記載の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、心拍出量計測センサーおよび心拍出量計測センサーの制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
心拍出量の検出に関する従来技術には送信アンテナと、受信アンテナと、推定部と、を備えた特許文献１に記載の装置等がある。上記装置において送信アンテナは患者の胸部にマイクロ波等を送信し、受信アンテナは送信アンテナから送信され、生体を透過したマイクロ波等を受信し、推定部は、受信アンテナが受信したマイクロ波の位相または信号強度に基づいて、測定対象者の心拍出量を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１８／１９４０９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の技術は、心臓の収縮、拡張による、生体を透過したマイクロ波の変化から、心拍出量を推定している。生体を透過したマイクロ波の信号強度は、測定対象者の個体差、たとえば、体型や、体脂肪率の違いなどによって異なる。
【0005】
しかしながら、従来の技術は、心拍出量を推定する際に、測定対象者の個体差について考慮されていないため、心拍出量の推定精度が低下することとなっていた。
【0006】
そこで、本発明は、測定対象者の個体差に応じて心拍出量の推定を行うことのできる、心拍出量計測センサーおよび心拍出量計測センサーの制御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】
【0007】
上記目的を達成する本発明は、
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する波形データ作成部と、
前記波形データから、心拍出量を推定する心拍出量推定部と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部と、
前記心拍出量推定部による前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部と、
を有する、心拍出量計測センサーである。
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する波形データ作成部と、
前記波形データから、心拍出量を推定する心拍出量推定部と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する生体特徴データ抽出部と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する分類判定部と、
前記心拍出量推定部による前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正を実行する補正実行部と、
を有する、心拍出量計測センサーである。
【0008】
また、上記目的を達成する本発明は、
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、を有し、
前記受信アンテナで受信した、前記生体を透過した前記電磁波を用いて、心拍出量を推定する心拍出量計測センサーを制御するコンピューターで実行される制御プログラムであって、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する段階（ａ）と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる前記信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する段階（ｂ）と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する段階（ｃ）と、
前記波形データを用いて前記心拍出量を推定する段階であって、前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正しつつ、前記心拍出量を推定する段階（ｄ）と、
を有する、制御プログラムである。
電磁波を生体に向けて送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナに対して、前記生体の心臓を挟んで対向するように配置された受信アンテナと、を有し、
前記受信アンテナで受信した、前記生体を透過した前記電磁波を用いて、心拍出量を推定する心拍出量計測センサーを制御するコンピューターで実行される制御プログラムであって、
前記受信アンテナが受信した前記電磁波の信号強度の経時的変化を表す波形データを作成する段階（ａ）と、
前記生体に向けて送信された前記電磁波を受信することで得られる前記信号から前記生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する段階（ｂ）と、
前記生体特徴データから前記生体の特徴を生体パターンに分類する段階（ｃ）と、
前記波形データを用いて前記心拍出量を推定する段階であって、前記心拍出量の推定の算出過程に対して、分類された前記生体パターンに基づき補正しつつ、前記心拍出量を推定する段階（ｄ）と、
を有する、制御プログラムである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、生体に電磁波を照射して得られた信号から、生体の特徴を表す生体特徴データ抽出して、これをさらに生体パターンに分類し、分類した生体パターンに合わせて、心拍出量の算出過程を補正することとした。これにより、本発明は、測定対象者の個体差に応じた精度の高い心拍出量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施形態における心拍出量計測センサー全体を示す概略斜視図である。
【図2】第１の実施形態に係る心拍出量計測センサーの構成を示すブロック図である。
【図3】第１の実施形態における送受信アンテナの構成例を示す図である。
【図4A】変形例における送受信アンテナの構成例を示す図である。
【図4B】別の変形例における送受信アンテナの構成例を示す図である。
【図5A】素子走査処理における各アンテナ素子の高速切り替え処理を示す模式図である。
【図6】アンテナ素子決定処理から心拍出量測定処理を示すメインルーチンフローチャートである。
【図8】波形分布データ（１次分布データ）の例を示す模式図である。
【図9】各種の評価値の例を示す表である。
【図10A】ピークタイミングの差分時間を説明する模式図である。
【図10B】位置による差分時間の違いを説明するための模式図である。
【図11】第１の実施形態における、評価値を各アンテナ素子の位置に対応付けて並べて作成した２次分布データの例を示す模式図である。
【図13】呼吸性振幅の一例を示すグラフである。
【図14】分布分散性の分類の例を示す図である。
【図15】分布分散性の一例を示すグラフである。
【図16】第１の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。
【図17】体型データの例を示す体型データテーブルである。
【図18】第１の実施形態における生体パターンと体型データの組み合わせから決められた補正値の例を示す補正データテーブルである。
【図19】変形例を説明するためのグラフであって、ある一つのアンテナ素子ｒに対応して、受信されたマイクロ波の信号の波形データを示すグラフである。
【図20】第１の実施形態の変形例の補正値として、フィルター係数および電界強度補正係数の例を示す補正データテーブルである。
【図21】第２の実施形態に係る心拍出量計測センサーの構成を示すブロック図である。
【図23】生体に対する反射係数の傾向を説明するための模式図である。
【図24】第２の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。
【図25】第２の実施形態における生体パターンと体型データの組み合わせから決められた補正値の例を示す補正データテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本発明の技術的範囲は、以下に説明する実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々形態を変更して実施することができる。
【0012】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る心拍出量計測センサー１０００全体を示す概略図である。図２は、第１の実施形態に係る心拍出量計測センサー１０００の構成を示すブロック図であり、図３は、第１の実施形態における送受信アンテナの構成例を示す図である。
【0013】
図１では、ベッド９５上に患者９０（生体または被検者ともいう）が横たわっている状態（仰臥位）を示している。心拍出量計測センサー１０００により患者９０の心拍出量等の心臓から拍出される血液量を測定（推定）する。たとえば、心拍出量計測センサー１０００は、心不全の検査、心臓手術後の経過観察、心臓病の投薬効果・副作用等の検証、等で用いられる。
【0014】
測定時には、看護師、医師等のユーザーにより、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２の中心を結ぶ線が、心臓９１に対応するように、両アンテナユニット（以下、単に「送受信アンテナ」ともいう）は、心臓９１を挟んで互いに対向するように配置される。なお、外部電波による影響を減少させるために、測定中は、布製の電波シールドで、患者９０の胸部および送受信アンテナ全体を覆うようにしてもよい。たとえば、受信アンテナ１２は、患者９０の下に配置され、送信アンテナ１１は、患者９０の上方に配置される。具体的には、受信アンテナ１２はベッド９５の上に配置され、その上に患者９０が仰向けに寝る。上方の送信アンテナ１１は、側面視でコの字型の移動式の固定台（図示せず）に取り付けられる。この固定台は、手動で送信アンテナ１１の高さを調整可能である。送信アンテナ１１は、固定台により、患者９０からわずかに離間した状態で、患者９０の上方に配置される。離間させるのは、患者９０の呼吸動作を妨げないことと、患者９０との接触による、意図しない送信アンテナ１１の移動を防止するためである。なお、送受信アンテナの配置は、図１等の配置に限定されない。送信および受信アンテナの配置は、たとえば、上下を逆にし、送信アンテナ１１を患者９０の下方（背面側）に配置し、受信アンテナ１２を患者９０の上方側（前面側）に配置してもよい。
【0015】
図２に示すように、心拍出量計測センサー１０００は、送信アンテナ１１、受信アンテナ１２、および装置本体２０を含む。装置本体２０は、移動式の架台（図示せず）に載せられてベッド９５の脇に配置される。装置本体２０は、内蔵バッテリまたは、商用電源から供給された電力により動作する。また、両アンテナユニットは、信号ケーブル１３を通じて、装置本体２０と接続されており、この信号ケーブル１３を通じて、データ信号の送受信および電力供給が行われる。送受信アンテナに関しては、後述する。
【0016】
（装置本体２０）
装置本体２０は、送受信コントローラー１４、制御部２１、記憶部２２、入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）２３、および通信Ｉ／Ｆ２４を備える。
装置本体２０は、送受信コントローラー１４、制御部２１、記憶部２２、入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）２３、および通信Ｉ／Ｆ２４を備える。
【0017】
（送受信コントローラー１４）
送受信コントローラー１４は、信号ケーブル１３を介して、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２と電気的に接続される。制御部２１の制御の下で、送受信コントローラー１４は、両アンテナユニット間の送受信のタイミングを制御したり、受信アンテナ１２からの計測値（受信信号）を取得したりする。
送受信コントローラー１４は、信号ケーブル１３を介して、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２と電気的に接続される。制御部２１の制御の下で、送受信コントローラー１４は、両アンテナユニット間の送受信のタイミングを制御したり、受信アンテナ１２からの計測値（受信信号）を取得したりする。
【0018】
（制御部２１）
制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ等を含み、ＲＯＭまたは記憶部２２に記憶されたプログラムにしたがって、装置内の各部の制御を行う。制御部２１は、プログラムを実行することにより、１次分布作成部２１１、２次分布作成部２１２、素子決定部２１３、心拍出量推定部２１４、設置状態判定部２１５、指示部２１６、生体特徴データ抽出部４１７、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０として機能する。また、１次分布作成部２１１には、点データ記録部３０１、および波形データ生成部３０２が含まれる。
制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ等を含み、ＲＯＭまたは記憶部２２に記憶されたプログラムにしたがって、装置内の各部の制御を行う。制御部２１は、プログラムを実行することにより、１次分布作成部２１１、２次分布作成部２１２、素子決定部２１３、心拍出量推定部２１４、設置状態判定部２１５、指示部２１６、生体特徴データ抽出部４１７、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０として機能する。また、１次分布作成部２１１には、点データ記録部３０１、および波形データ生成部３０２が含まれる。
【0019】
１次分布作成部２１１は、点データ記録部３０１と波形データ生成部３０２の機能によりアンテナ素子それぞれに関して計測された計測値の経時的変化を表す波形データを作成する（以下、「前段処理」という）。また１次分布作成部２１１は、この波形データをアンテナ素子それぞれと対応付けた波形分布データを作成する（以下、「後段処理」という）。
【0020】
２次分布作成部２１２は、評価値（後述）を算出するとともに、アンテナ素子の位置に応じた評価値の分布データを作成する。
【0021】
素子決定部２１３は、１次分布作成部２１１が作成した波形分布データに基づいて、心拍出量の推定の際に用いるアンテナ素子を決定する。すなわち、素子決定部２１３は、１次分布作成部が作成した波形分布データに基づいて、２次分布作成部２１２により作成された評価値の分布データに基づいて、心拍出量の推定の際に用いるアンテナ素子を決定する。また、素子決定部２１３は、１次分布作成部２１１が作成した波形分布データに基づいて、算出された評価値に基づいて、心拍出量の推定の際に用いるアンテナ素子を決定してもよい。
【0022】
心拍出量推定部２１４は、患者９０の心拍出量、すなわち心臓９１から拍出される血液量を推定（算出）する。
【0023】
設置状態判定部２１５は、送受信アンテナ（アンテナアレイ）の設置状態の適否を判定する。
【0024】
指示部２１６は、第１指示部として機能し、設置状態判定部２１５の判定結果に応じて、再計測または再配置の指示を出力する。また、指示部２１６は第２指示部として機能し、再配置の移動方向を指示する。
【0025】
生体特徴データ抽出部４１７は、１次分布作成部２１１（波形データ作成部）によって作成されたアンテナ素子ごとの波形データから、生体の特徴を表す生体特徴データを抽出する。
【0026】
分類判定部４１８は、生体特徴データ抽出部４１７によって取得された生体特徴データから、あらかじめ決められた生体ごとの特徴を生体パラメータとして分類する。
【0027】
補正実行部４１９は、心拍出量推定部２１４による心拍出量を推定（算出）する算出過程に対して、分類された生体パターンごとに補正を実行する。この補正実行部４１９による補正が行われることで、心拍出量推定部２１４は、体型に合わせて補正された心拍出量を推定（算出）することができる。
【0028】
体型データ取得部４２０は、測定対象者の体型データを取得する。
【0029】
これらの制御部２１内各部の機能についての詳細は後述する。
【0030】
（記憶部２２）
記憶部２２は、あらかじめ各種プログラムや各種データを格納しておく半導体メモリや、ハードディスク等の磁気メモリから構成される。また、記憶部２２には、点データ、波形データ、波形分布データ、比較分布パターン、心拍出特徴データの設定範囲、ＦＦＴデータおよびノイズ成分である周波数成分等（いずれも後述）が記憶される。また、記憶部２２には、アンテナアレイにおけるアンテナ素子（後述のアンテナ素子ｒ１～ｒｘ、またはｔ１～ｔｘ）の位置情報が記憶されている。位置情報は、たとえば、基板上のＸＹ座標や、相対的な位置関係（距離、方向）の情報である。
記憶部２２は、あらかじめ各種プログラムや各種データを格納しておく半導体メモリや、ハードディスク等の磁気メモリから構成される。また、記憶部２２には、点データ、波形データ、波形分布データ、比較分布パターン、心拍出特徴データの設定範囲、ＦＦＴデータおよびノイズ成分である周波数成分等（いずれも後述）が記憶される。また、記憶部２２には、アンテナアレイにおけるアンテナ素子（後述のアンテナ素子ｒ１～ｒｘ、またはｔ１～ｔｘ）の位置情報が記憶されている。位置情報は、たとえば、基板上のＸＹ座標や、相対的な位置関係（距離、方向）の情報である。
【0031】
（入出力Ｉ／Ｆ２３）
入出力Ｉ／Ｆ２３は、入出力部として機能し、ＵＳＢ、ＤＶＩの規格等に準拠した入出力端子を備え、キーボード、マウス、マイク等の入力装置およびディスプレイ、スピーカ、プリンタ等の出力装置と接続するインターフェースである。図１、図３に示す例では、入出力Ｉ／Ｆ２３には、タッチパネル５１が接続されている。また、ＸＹステージ５２が接続されていてもよい。タッチパネル５１は、液晶パネルおよびこれに重畳させたタッチパッドで構成され、これを介して、ユーザーからアンテナ素子決定処理、および心拍出量測定の開始指示を受け付ける。ＸＹステージ５２は、指示部２１６の再配置の指示におじて、両アンテナユニットの少なくとも一方を移動させ、配置位置を変更する。なお、タッチパネル５１、ＸＹステージ５２等の入出力装置を、装置本体２０または心拍出量計測センサー１０００の構成に含めてもよい。
入出力Ｉ／Ｆ２３は、入出力部として機能し、ＵＳＢ、ＤＶＩの規格等に準拠した入出力端子を備え、キーボード、マウス、マイク等の入力装置およびディスプレイ、スピーカ、プリンタ等の出力装置と接続するインターフェースである。図１、図３に示す例では、入出力Ｉ／Ｆ２３には、タッチパネル５１が接続されている。また、ＸＹステージ５２が接続されていてもよい。タッチパネル５１は、液晶パネルおよびこれに重畳させたタッチパッドで構成され、これを介して、ユーザーからアンテナ素子決定処理、および心拍出量測定の開始指示を受け付ける。ＸＹステージ５２は、指示部２１６の再配置の指示におじて、両アンテナユニットの少なくとも一方を移動させ、配置位置を変更する。なお、タッチパネル５１、ＸＹステージ５２等の入出力装置を、装置本体２０または心拍出量計測センサー１０００の構成に含めてもよい。
【0032】
（通信Ｉ／Ｆ２４）
通信Ｉ／Ｆ２４は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タブレット端末、等の外部の端末装置とネットワーク経由、またはピアツーピアで、有線または無線通信によるデータの送受信を行うインターフェースである。有線通信では、イーサネット（登録商標）、ＳＡＴＡ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＩＥＥＥ１３９４、等の規格によるネットワークインターフェースを用いてもよく、無線通信では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１、４Ｇなどの無線通信インターフェースを用いてもよい。図１、図３に示す例では、通信Ｉ／Ｆ２４には、ＰＣ６１が接続されている。
通信Ｉ／Ｆ２４は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タブレット端末、等の外部の端末装置とネットワーク経由、またはピアツーピアで、有線または無線通信によるデータの送受信を行うインターフェースである。有線通信では、イーサネット（登録商標）、ＳＡＴＡ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＩＥＥＥ１３９４、等の規格によるネットワークインターフェースを用いてもよく、無線通信では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１１、４Ｇなどの無線通信インターフェースを用いてもよい。図１、図３に示す例では、通信Ｉ／Ｆ２４には、ＰＣ６１が接続されている。
【0033】
（送信アンテナ１１）
図２、図３に示すように送信アンテナ１１は、基板１１０、送信波形生成部１１１、およびアンテナ素子ｔ１で構成される。図３に示す第１の実施形態では、後述の変形例（図４Ａ等）とは異なり、送信アンテナ１１は、単一のアンテナ素子ｔ１を備え、受信側は複数のアンテナ素子を備える（１対多の構成）。
図２、図３に示すように送信アンテナ１１は、基板１１０、送信波形生成部１１１、およびアンテナ素子ｔ１で構成される。図３に示す第１の実施形態では、後述の変形例（図４Ａ等）とは異なり、送信アンテナ１１は、単一のアンテナ素子ｔ１を備え、受信側は複数のアンテナ素子を備える（１対多の構成）。
【0034】
送信アンテナ１１は、生体を透過する電磁波（電波）を送信する。基板１１０は、各辺が数十ｍｍ～二百数十ｍｍの全体が矩形板状の部材であり、この基板１１０上に送信波形生成部１１１、およびアンテナ素子ｔ１が配置される。アンテナ素子ｔ１として、一辺または直径が数十ｍｍから百数十ｍｍのパッチアンテナ、ダイポール形式の線状アンテナ、またはループアンテナを適用できる。たとえば、アンテナ素子ｔ１は、パッチアンテナである。
【0035】
送信波形生成部１１１は、電波生成器を含む。生成する電磁波の周波数は、生体の心臓９１を電離作用なく透過することができれば特に限定されない。たとえば、周波数３００ＭＨｚから３０ＧＨｚのマイクロ波が好ましく、より好ましくは４００Ｍ～１．０ＧＨｚのマイクロ波である。マイクロ波は、生体透過性と、心臓９１の収縮、拡張における損失変化による感度（電界強度の変化率）が高いため、心拍出量の測定に好適である。生成する電波の電力は、受信アンテナ１２において十分な電力が検出できれば特に限定されないが、たとえば、数ｍＷ～数十ｍＷとしてもよい。また、生成する電波は、連続波、パルス波、または位相変調もしくは周波数変調を施した電波のいずれでもよい。
【0036】
（受信アンテナ１２）
図２、図３に示すように受信アンテナ１２は、基板１２０、アンテナアレイ１２１、高速切替部１２２、およびサンプリング部１２３を含む。アンテナアレイ１２１、高速切替部１２２、およびサンプリング部１２３は、各辺が数十ｍｍ～二百数十ｍｍの全体が矩形板状の基板１２０上に形成される。
図２、図３に示すように受信アンテナ１２は、基板１２０、アンテナアレイ１２１、高速切替部１２２、およびサンプリング部１２３を含む。アンテナアレイ１２１、高速切替部１２２、およびサンプリング部１２３は、各辺が数十ｍｍ～二百数十ｍｍの全体が矩形板状の基板１２０上に形成される。
【0037】
アンテナアレイ１２１は、複数のアンテナ素子ｒ１～ｒｘ（以下、これらを総称して、「アンテナ素子ｒ」ともいう（アンテナ素子ｔも同じ）。また図面においては「素子」と記載する）で構成され、これらは平面状の基板１２０の表面に、同一平面上で格子状に配置される。送信側を単一のアンテナ素子ｔ、受信側を複数のアンテナ素子ｒで構成することで、電界を作る送信アンテナの位置が一定となり、電磁波による電界が安定する。
【0038】
図３に示す第１の実施形態においては、各アンテナ素子ｒとして、ダイポール形式の線状アンテナ、または微小ループアンテナを適用できる。アンテナ素子ｒは、たとえばそれぞれが、一辺または直径が数ｍｍ～十数ｍｍのループアンテナである。隣接するアンテナ素子ｒ同士は、密着することなく配置している。アンテナアレイ１２１全体のサイズとしては、生体の背面側から視たときの心臓９１のサイズよりも大きいサイズに設定している。アンテナアレイ１２１全体のサイズとしては、具体的には、たとえば、１辺が１００～５００ｍｍの矩形形状であり、一般的な成人男性の胸部の幅と同等か、それより大きくしてもよい。
【0039】
また、アンテナ素子ｒの総個数は、好ましくは４０個以上１００個以下である。後述の使用するアンテナ素子ｒを決定する際の位置精度（位置解像度）の観点から、４０個以上とすることが好ましい。上限個数は、周期ｔｓと総個数を乗じることで算出される１サイクル時間ｔｃ（サンプリングレート）の観点や、コストの観点から１００個以下が好ましい。たとえば図３に示す例では、アンテナ素子ｒそれぞれは１２ｍｍの略矩形のループアンテナであり、アンテナアレイ１２１は、縦横７個ずつの総数４９個のアンテナ素子ｒ１～ｒ４９で構成される。そして、隣接するアンテナ素子ｒ同士の間隔は２ｍｍ程度で配置され、アンテナアレイ１２１全体のサイズは約１００ｍｍ角である。以下においては、横軸（後述の行Ａ－Ｇの行方向）をＸ方向、縦軸（後述の列１－７の列方向）をＹ方向ともいう。これらのアンテナ素子ｒそれぞれの位置情報（ＸＹ座標）は、上述のように記憶部２２に記憶されており、２次分布作成部２１２の処理に用いられる。
【0040】
アンテナアレイ１２１全体のサイズおよび個数は、上記のサイズおよび個数とすることで、確実に、狙いとする心臓の部分に、少なくとも一つのアンテナ素子を対応させることができる。アンテナアレイ１２１全体のサイズや個数は、上記のサイズや個数に限定されない。
【0041】
高速切替部１２２は、各アンテナ素子ｒ１～ｒｘに対応した複数のスイッチング素子ｓ１～ｓｘ（以下、これらを総称して、「スイッチング素子ｓ」ともいう）で構成される。高速切替部１２２では、いずれか１個のスイッチング素子ｓ（たとえば素子ｓ１（図２参照））のみをＯＮ状態にし、その他のスイッチング素子ｓ（たとえば素子ｓ２～ｓｘ）はすべてＯＦＦにする。複数のアンテナ素子を同時にＯＮ状態で動作させた場合、アンテナ同士が結合し、一つのアンテナとして動作してしまい、所望の計測値が得られない虞がある。このような現象を避けるため、高速切替部１２２では、一つのアンテナ素子ｒ（および図４Ａ等の例では送信アンテナ素子ｔ）のみをＯＮ状態にする。
【0042】
また、高速切替部１２２は、ＯＦＦ状態のアンテナ素子ｒの終端条件を制御する、すなわち、ＯＦＦ状態のアンテナ素子ｒを、高周波的に接地する。このようにすることで、ＯＦＦ状態のアンテナ素子による誘導障害等の影響を減らせる。
【0043】
サンプリング部１２３は、サンプリング回路と、ＡＤ変換回路、バッファー回路を含む。サンプリング部１２３は、ＯＮ状態のアンテナ素子ｒ（たとえば素子ｒ１）が受信した電波信号をサンプリングし、電界強度をデジタル信号（計測値）に変換する。各アンテナ素子ｒに対応したデジタル化した計測値は、逐次、または所定単位（たとえば、１サイクル周期）でまとめて、装置本体２０の送受信コントローラー１４に送られる。
【0044】
【0045】
上述した図３に示す第１の実施形態（１対多）では、受信アンテナ１２側に複数のアンテナ素子を配置した。すなわち、受信アンテナ１２がアンテナアレイ１２１、およびこれをスイッチング制御する高速切替部１２２を備えた。しかしながら、図４Ａに示す変形例のように、送信アンテナ１１ｂ側にも複数のアンテナ素子ｔ１～ｔｘを配置してもよい。すなわち、図４Ａに示すように、送信アンテナ１１ｂが、送信波形生成部１１１とともに、アンテナアレイ１１３、およびこれをスイッチング制御する高速切替部１１２を備えてもよい。なお、アンテナアレイ１１３および高速切替部１１２は、受信アンテナ１２のアンテナアレイ１２１および高速切替部１２２と同様の構成を備えるため、説明を省略する。
【0046】
また、図４Ｂに示す別の変形例（多対１）のように、受信アンテナ１２ｂ側を一つのアンテナ素子としてもよい。図４Ｂに示す受信アンテナ１２ｂは、一つの受信アンテナｒ１とこれに接続したサンプリング部１２３で構成される。なお、図３、図４Ａ、図４Ｂの実施形態でのアンテナアレイを構成する送受信アンテナ素子の数は、あくまでも例示であり、４９個よりも少なくともよく、多くてもよい。たとえば、送信アンテナアレイ１１３のアンテナ素子ｔの個数を数個にしてもよく、１００個以上にしてもよく、受信アンテナアレイ１２１のアンテナ素子ｒの個数を数個にしてもよく、１００個以上にしてもよい。これらの数の下限はアンテナ素子の配置の位置精度に影響し、上限は、サンプリングレートに影響する。数を多くすると、１サイクル時間ｔｃが長くなり、サンプリングレートが低くなり、正しい波形データ（後述の図５Ｃ参照）が得られなくなる。
【0047】
図４Ａに示した変形例（多対多）の場合も、図４Ｂに示した変形例（多対１）の場合も、送信アンテナアレイ１１３のサイズは、たとえば、１辺が１００～５００ｍｍの矩形形状であり、患者９０の胸部の幅と同等か、それより大きくすることがより好ましい。
【0048】
なお、図３に示した受信アンテナ１２側をアレイにする構成と、図４Ｂに示した送信アンテナ１１ｂ側をアレイにする構成を比較すると、受信アンテナ１２側をアレイにする構成の方が、送信アンテナ１１ｂ側をアレイにする構成よりも、心拍出量の測定に好適なアンテナ素子をより正確に選定できる。
【0049】
（１次分布作成部２１１の前段処理）
次に、図５Ａ～図５Ｃを参照し、１次分布作成部２１１による、波形データ作成までの前段処理について説明する。この前段処理は、以下に説明するように、主に点データ記録部３０１、および波形データ生成部３０２により行われる。なお、以下の説明においては、送受信アンテナの構成は、図３に示した第１の実施形態のような構成例であるとして説明する（図６以降も同様）。この場合、以下に説明するように点データ記録部３０１は、高速切替部１２２によりＯＮとなったアンテナ素子ｒそれぞれに関して計測された計測値を、アンテナ素子ｒそれぞれと紐付けて点データとして記録する。
次に、図５Ａ～図５Ｃを参照し、１次分布作成部２１１による、波形データ作成までの前段処理について説明する。この前段処理は、以下に説明するように、主に点データ記録部３０１、および波形データ生成部３０２により行われる。なお、以下の説明においては、送受信アンテナの構成は、図３に示した第１の実施形態のような構成例であるとして説明する（図６以降も同様）。この場合、以下に説明するように点データ記録部３０１は、高速切替部１２２によりＯＮとなったアンテナ素子ｒそれぞれに関して計測された計測値を、アンテナ素子ｒそれぞれと紐付けて点データとして記録する。
【0050】
なお、図４Ａに示した変形例（多対多）を適用する場合には、送信側のアンテナ素子ｔ、および受信側のアンテナ素子ｒを順次、高速切替部１１２、１２２により切り替える。すなわち、ある時刻では、同時に１系統のアンテナ素子ｔ、ｒの伝播経路のみが作動するように、両アンテナユニットを同期させながら高速で切り替える。この場合、点データ記録部３０１は、高速切替部１１２、１２２によりＯＮとなったアンテナ素子ｔ、ｒそれぞれに関する計測値を、アンテナ素子ｔ、ｒそれぞれと紐付けて点データとして記録する。たとえば、ある時刻では、送信のアンテナ素子ｔｘと受信のアンテナ素子ｒｘの伝播経路で送受信された受信信号を、これらの送受信のアンテナｔｘ、ｒｘに紐付けて、点データとして記録される。図４Ｂに示した別の変形例（多対１）でも同様の処理により、それぞれのアンテナ素子ｔｘ（と一つのアンテナ素子ｒ１）に紐付けて、点データとして記録される。
【0051】
図５Ａは、素子走査処理における各アンテナ素子の高速切り替え処理を示す模式図である。送受信コントローラー１４は、素子走査処理時（後述の図６のステップＳ１０１～Ｓ１０７に対応）には、高速切替部１２２を制御する。図５Ａでは、巡回モードが「全巡回モード」で、所定の周期ｔｓが１００μｓｅｃに設定された例を示している。素子走査処理時においては、高速切替部１２２は巡回モードと周期の設定に応じて、アンテナ素子ｒ１～ｒ４９まで、それぞれのＯＮ／ＯＦＦを周期ｔｓで順次切り替える。なお、他の巡回モードとしては、「一部巡回モード」がある。この一部巡回モードでは、アンテナアレイ１２１のうち一部のアンテナ素子ｒのみを間引いて一巡させる。たとえば、アンテナ素子ｒ１、ｒ３，ｒ５……ｒ４７、ｒ４９のように一つ置きのアンテナ素子ｒを使用したり、奇数列のアンテナ素子ｒのみを使用したりする。
【0052】
また、周期ｔｓおよび／または１サイクル時間ｔｃは、任意の値に設定できる。たとえば周期ｔｓは、１０μｓｅｃ～１ｍｓｅｃの間で任意の値を設定できる。また、１サイクル時間ｔｃは、周期ｔｓの設定に伴い１ｍｓｅｃ～１００ｍｓｅｃの間で任意の値に設定したり、周期ｔｓによらず、たとえば周期ｔｓを固定（たとえば１００μｓｅｃ固定）で、ウェイト時間を調整することで、１サイクル時間ｔｃを５～１００ｍｓｅｃの間で任意の設定にしたりしてもよい。この巡回モードと周期／１サイクル時間の設定は、ユーザーにより行われてもよく、制御部２１側で自動に行ってもよい。この巡回モードと周期の設定は、ユーザーにより行われてもよく、制御部２１側で自動に行ってもよい。
【0053】
制御部２１により自動で行う場合には、走査時間の短縮、および必要なメモリ容量を低減させるという観点から、たとえば、多段階で変更する。この多段階の変更は、一連の素子走査処理（図６参照）で行ってもよく、再計測（後述の１２Ｂ等）する際に、変更するようにしてもよい。たとえば、最初は、半分または１／４間引きの一部巡回モードで動作させ、粗くアンテナ素子の候補を決定し、次にその周辺のアンテナ素子の周辺を動作させ、より細かく、アンテナ素子の受信特性を判定する。また、最初は周期ｔｓを短くして、粗くアンテナ素子の候補を決定し、次に、減じた個数の（たとえば半分の）アンテナ素子に対して周期ｔｓをその逆数分（たとえば２倍）長くして、より詳細に候補のアンテナ素子の受信特性を判定する。
【0054】
サンプリング部１２３はＯＮ状態にあるアンテナ素子ｒが受信した電界強度に応じた受信信号を取得する。点データ記録部３０１は、送受信コントローラー１４を介して、この受信信号を取得し、各素子ｒと紐付けて、記憶部２２またはＲＡＭに一時的に記録する。
【0055】
図５Ｂは、図５Ａの処理で得られた点データを示す模式図である。隣接するアンテナ素子ｒでは、一つの周期ｔｓ（１００μｓｅｃ）分だけ、取得タイミングがずれる。たとえば、素子ｒ２の点データｐ１２の取得時刻は、素子ｒ１の点データｐ１１の取得時刻よりも周期ｔｓ分だけ遅れた時刻になる。同様に最後のアンテナ素子ｒ４９の点データｐ１４９は、素子ｒ１の点データｐ１１よりも、４８の周期ｔｓ分（４．８ｍｓｅｃ）遅れることになる。また、一つの素子においては、隣接する点データは、１サイクル時間ｔｃ分の間隔となる。たとえば、素子ｒ１の点データｐ１１よりも１サイクル時間ｔｃ後に点データｐ２１が取得されることになる。１サイクル時間ｔｃは、総個数（多対多の場合は組み合わせ数）に周期ｔｓを乗じることにより算出できる。たとえば図５Ｂでは、１サイクル時間ｔｃは４．９ｍｓｅｃ（＝４９×１００μｓｅｃ）となる。なお、図５Ｂおよび以下においては、数値を丸めて４．９ｍｓｅｃを５ｍｓｅｃで表記する。
【0056】
図５Ｃは、図５Ｂの点データにより生成した波形データを示す模式図である。この波形データは、波形データ生成部３０２が、点データ記録部３０１が記録した点データを、素子ｒごとに収集して、経時的に並べたものである。図５Ｃでは、心拍出量による信号強度の変化をとらえている、一つの素子ｒの波形データｗ１を代表として示している。この波形データは、この素子ｒに紐付けられた多数の点データｐ１１、ｐ２１、ｐ２３等で構成される。
【0057】
（所定の周期ｔｓの範囲）
周期ｔｓの上限は、複数のアンテナ素子ｒへのＯＮが一巡する１サイクル時間ｔｃが、心周期よりも十分に短くなるような周期である。具体的には、心拍数の最大値は、心疾患を考慮して最大１８０回／分、すなわち３Ｈｚとする。一般に、精度よく波形を生成するためのサンプリングレートは、その１０倍以上が好ましく３０Ｈｚ（３３ｍｓｅｃ）となる。これをアンテナ素子ｒの総個数の好ましい範囲４０～１００個の下限個数の４０で除すると０．８ｍｓｅｃとなる。周期ｔｓの上限としては、これよりも少し広めの１．０ｍｓｅｃ（サンプリングレートを８倍程度想定）とした。なお周期ｔｓの下限は、回路構成に依存するサンプリングの安定性により適宜決定される。たとえば周期ｔｓの下限は数十μｓｅｃである。特に、１サイクル時間ｔｃは、心周期よりも十分に短くなるような周期、たとえば１ｍｓｅｃ以下に設定されることで、十分なサンプリングレートを確保でき、波形を精度よく生成できる。
周期ｔｓの上限は、複数のアンテナ素子ｒへのＯＮが一巡する１サイクル時間ｔｃが、心周期よりも十分に短くなるような周期である。具体的には、心拍数の最大値は、心疾患を考慮して最大１８０回／分、すなわち３Ｈｚとする。一般に、精度よく波形を生成するためのサンプリングレートは、その１０倍以上が好ましく３０Ｈｚ（３３ｍｓｅｃ）となる。これをアンテナ素子ｒの総個数の好ましい範囲４０～１００個の下限個数の４０で除すると０．８ｍｓｅｃとなる。周期ｔｓの上限としては、これよりも少し広めの１．０ｍｓｅｃ（サンプリングレートを８倍程度想定）とした。なお周期ｔｓの下限は、回路構成に依存するサンプリングの安定性により適宜決定される。たとえば周期ｔｓの下限は数十μｓｅｃである。特に、１サイクル時間ｔｃは、心周期よりも十分に短くなるような周期、たとえば１ｍｓｅｃ以下に設定されることで、十分なサンプリングレートを確保でき、波形を精度よく生成できる。
【0058】
（アンテナ素子決定処理から心拍出量測定処理）
図６は、アンテナ素子決定処理から心拍出量測定処理を示すメインルーチンフローチャートである。
図６は、アンテナ素子決定処理から心拍出量測定処理を示すメインルーチンフローチャートである。
【0059】
（ステップＳ１１）
制御部２１は、ユーザーの測定開始指示により送受信アンテナによる送受信を開始させる。具体的には、ユーザーは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２を互いに、心臓９１を挟んだ状態で対向させて配置する。その後、ユーザーは、タッチパネル５１やキーボード等により、測定開始の指示を入力する。この時に、ユーザーは、巡回モードと周期ｔｓの設定を行ってもよい。以下においては、図５Ａ～図５Ｃと同様に、巡回モードは全巡回モードで、素子数は４９個で、周期ｔｓが１００μｓｅｃ、１サイクル時間ｔｃが５ｍｓｅｃとして説明する。
制御部２１は、ユーザーの測定開始指示により送受信アンテナによる送受信を開始させる。具体的には、ユーザーは、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２を互いに、心臓９１を挟んだ状態で対向させて配置する。その後、ユーザーは、タッチパネル５１やキーボード等により、測定開始の指示を入力する。この時に、ユーザーは、巡回モードと周期ｔｓの設定を行ってもよい。以下においては、図５Ａ～図５Ｃと同様に、巡回モードは全巡回モードで、素子数は４９個で、周期ｔｓが１００μｓｅｃ、１サイクル時間ｔｃが５ｍｓｅｃとして説明する。
【0060】
（素子走査処理（Ｓ１２からＳ１７））
このステップＳ１２からＳ１７の処理は素子走査処理である。この素子走査処理では、複数のアンテナ素子の中から心拍出量の測定に好適な、すなわち、心臓９１に対する配置位置が最もよいアンテナ素子ｒを決定するために、各アンテナ素子ｒを順に走査して、計測信号を収集する。なお、素子走査処理の実行中は、送信アンテナ１１では、マイクロ波を送信し続ける、または、受信側のアンテナ素子ｒの切り替えタイミングに合わせた、パルス波を送信する。
このステップＳ１２からＳ１７の処理は素子走査処理である。この素子走査処理では、複数のアンテナ素子の中から心拍出量の測定に好適な、すなわち、心臓９１に対する配置位置が最もよいアンテナ素子ｒを決定するために、各アンテナ素子ｒを順に走査して、計測信号を収集する。なお、素子走査処理の実行中は、送信アンテナ１１では、マイクロ波を送信し続ける、または、受信側のアンテナ素子ｒの切り替えタイミングに合わせた、パルス波を送信する。
【0061】
（ステップＳ１２）
ステップＳ１２では、制御部２１は、ステップＳ１６との間でループａの処理を行う。このループａでは、全巡回モードの設定に応じて、アンテナ素子ｒ１から最後のアンテナ素子ｒｘ（ｒ４９）まで一つずつ順々に対象のアンテナ素子ｒを切り替える。
ステップＳ１２では、制御部２１は、ステップＳ１６との間でループａの処理を行う。このループａでは、全巡回モードの設定に応じて、アンテナ素子ｒ１から最後のアンテナ素子ｒｘ（ｒ４９）まで一つずつ順々に対象のアンテナ素子ｒを切り替える。
【0062】
（ステップＳ１３）
高速切替部１２２により、対象となるアンテナ素子ｒをＯＮ状態に切り替える。たとえば、アンテナ素子ｒ１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更し、他のＯＮ状態のアンテナ素子ｒがあればこれをＯＦＦ状態に変更する。
高速切替部１２２により、対象となるアンテナ素子ｒをＯＮ状態に切り替える。たとえば、アンテナ素子ｒ１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更し、他のＯＮ状態のアンテナ素子ｒがあればこれをＯＦＦ状態に変更する。
【0063】
（ステップＳ１４）
サンプリング部１２３は、ＯＮ状態のアンテナ素子ｒでの計測値を取得する。
サンプリング部１２３は、ＯＮ状態のアンテナ素子ｒでの計測値を取得する。
【0064】
（ステップＳ１５）
点データ記録部３０１は、ステップＳ１４で取得した計測値を、対象のアンテナ素子ｒと紐付けて点データとして記録する。なお、このステップＳ１５は所定単位（たとえば１サイクル周期の４９個分）でまとめて処理するようにしてもよい。たとえば、サンプリング部１２３のバッファーで所定単位のデータを保持しておく。そして点データ記録部３０１では、この所定単位のデータをまとめて取得し、一括して処理する。
点データ記録部３０１は、ステップＳ１４で取得した計測値を、対象のアンテナ素子ｒと紐付けて点データとして記録する。なお、このステップＳ１５は所定単位（たとえば１サイクル周期の４９個分）でまとめて処理するようにしてもよい。たとえば、サンプリング部１２３のバッファーで所定単位のデータを保持しておく。そして点データ記録部３０１では、この所定単位のデータをまとめて取得し、一括して処理する。
【0065】
（ステップＳ１６）
最後のアンテナ素子ｒｘでなければ、所定周期ｔｓで、対象のアンテナ素子ｒを次に変更して、ステップＳ１２以下のループ処理を繰り返す。最後のアンテナ素子ｒｘであればループを抜けて処理をステップＳ１７に進める。
最後のアンテナ素子ｒｘでなければ、所定周期ｔｓで、対象のアンテナ素子ｒを次に変更して、ステップＳ１２以下のループ処理を繰り返す。最後のアンテナ素子ｒｘであればループを抜けて処理をステップＳ１７に進める。
【0066】
（ステップＳ１７）
制御部２１は、終了条件を満たしているか判定し、満たしていれば（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１８に進め、満たしていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１２以下のループ処理を繰り返す。終了条件としては、たとえば１～数回の心拍相当の時間（たとえば数秒から十数秒）が経過した場合、または繰り返し回数（数百～千回）に到達した場合である。
制御部２１は、終了条件を満たしているか判定し、満たしていれば（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１８に進め、満たしていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１２以下のループ処理を繰り返す。終了条件としては、たとえば１～数回の心拍相当の時間（たとえば数秒から十数秒）が経過した場合、または繰り返し回数（数百～千回）に到達した場合である。
【0067】
（ステップＳ１８）
波形データ生成部３０２は、点データから素子ｒ１～素子ｒｘの波形データを生成する。たとえば図５Ｃのような波形データを生成する。ここまでが１次分布作成部２１１による前段処理である。
波形データ生成部３０２は、点データから素子ｒ１～素子ｒｘの波形データを生成する。たとえば図５Ｃのような波形データを生成する。ここまでが１次分布作成部２１１による前段処理である。
【0068】
（ステップＳ１９）
ここでは、１次分布作成部２１１、２次分布作成部２１２、および素子決定部２１３が協働することで、最も特性がよいアンテナ素子ｒを決定する。図７は、このステップＳ１９の処理を示すサブルーチンフローチャートである。
ここでは、１次分布作成部２１１、２次分布作成部２１２、および素子決定部２１３が協働することで、最も特性がよいアンテナ素子ｒを決定する。図７は、このステップＳ１９の処理を示すサブルーチンフローチャートである。
【0069】
（ステップＳ５１１）
ここでは、１次分布作成部２１１は後段処理を行う。すなわち、１次分布作成部２１１は、ステップＳ１８で作成した、各アンテナ素子ｒの波形データを、アンテナ素子ｒそれぞれと対応付けた波形分布データを作成する。図８は、ステップＳ５１１で作成した波形分布データの例を示す模式図である。波形分布データは、各アンテナ素子ｒに対応付けて波形データを並べたものである。以下においては、波形分布データを１次分布データともいう。
ここでは、１次分布作成部２１１は後段処理を行う。すなわち、１次分布作成部２１１は、ステップＳ１８で作成した、各アンテナ素子ｒの波形データを、アンテナ素子ｒそれぞれと対応付けた波形分布データを作成する。図８は、ステップＳ５１１で作成した波形分布データの例を示す模式図である。波形分布データは、各アンテナ素子ｒに対応付けて波形データを並べたものである。以下においては、波形分布データを１次分布データともいう。
【0070】
（ステップＳ５１２）
２次分布作成部２１２は、１次分布に基づいて各アンテナ素子ｒに対応する波形の評価を行い、評価値を算定する。そして、アンテナ素子ｒの位置に応じた評価値の分布データ（以下、「２次分布データ」ともいう）を作成する。図９は、各種の評価値の例を示す表である。２次分布作成部２１２が算出する評価値の指標としては、同図に示すように指標１～６のいずれを用いてもよく、これらを組み合わせて用いてもよい。
２次分布作成部２１２は、１次分布に基づいて各アンテナ素子ｒに対応する波形の評価を行い、評価値を算定する。そして、アンテナ素子ｒの位置に応じた評価値の分布データ（以下、「２次分布データ」ともいう）を作成する。図９は、各種の評価値の例を示す表である。２次分布作成部２１２が算出する評価値の指標としては、同図に示すように指標１～６のいずれを用いてもよく、これらを組み合わせて用いてもよい。
【0071】
（１）指標１の「波形データの振幅」は、波形データに含まれる１波形の振幅である。通常の心周期に近い周波数の波形を抽出し、その波形の振幅を指標１の評価値として求める。波形データに数個の波形が含まれていれば、振幅の平均値を用いてもよい。この評価値を求める際の前処理として、通常の心周期の範囲（３０～１８０回／分）に対応した特定周波数（０．５～３Ｈｚ）よりも、外側の周波数を除外するようにバンドパスフィルターによるノイズ除去処理を行ってもよい。波形データの振幅の大きさからアンテナ素子と心臓の位置関係を推定可能である。なお、ここでいう「振幅」とは、マイクロ波の振幅ではなく、心拍に伴うマイクロ波の受信強度の変動幅である（以下、特に断りのない限り同様である）。
【0072】
（２）指標２の「フーリエ変換後の特定周波数における強度」は、波形データに関してＦＦＴ処理を行い、心周期に対応する周波数およびその整数倍（２～４倍）までの範囲の特定周波数（０．５～１０Ｈｚ）における強度を指標２の評価値として求める。特定周波数における強度分布によって心臓との位置関係を推定できる。
【0073】
（３）指標３は、「波形データの変曲点時間」である。変曲点時間は、波形データを２階微分することにより算出できる。この指標３の評価値は、波形の形状を表す評価値である。アンテナ素子と心臓の位置関係によって波形の形状が変化する傾向があるため、この指標３の評価値から心臓との位置関係を推定できる。
【0074】
（４）指標４は、「波形データの時間積分値」であり、１波形を時間積分することにより算出できる。
【0075】
（５）指標５は、「自己相関係数」であり、複数の波形が含まれる波形データから算出できる。自己相関係数は、連続する波形の類似性を表す評価値である。安定して波形取得ができているアンテナ素子の波形は変化が少ないと考えられるため、連続するアンテナ素子の波形の類似性が高い（自己相関係数が大きい）アンテナ素子を心拍出量推定に用いる。
【0076】
（６）指標６は、「ピークのタイミングの差分時間」である。２次分布作成部２１２は、最初に、心臓９１の収縮（または拡張）に伴う信号強度が最大（または最小）となるピークのタイミングを算出する。次に、このピークタイミングを、基準波形と比較することで差分時間を算出する。基準波形とは、あらかじめ定められたいずれかのアンテナ素子ｒの波形データである。たとえば、アンテナアレイ１２１の中央付近のアンテナ素子ｒ（たとえばアンテナ素子ｒ２５）の波形データである。ピークのタイミングが進んでいるアンテナ素子ｒの近くに心臓がある傾向がある。その理由は、心臓から拍出される血流のピークは、心臓から離れるほど遅れて到達すると考えられるからである。
【0077】
ここで、指標６について、図１０Ａ、図１０Ｂを参照し、より詳細に説明する。図１０Ａは、ピークタイミングの差分時間を説明する模式図である。図１０Ｂは、位置による差分時間の違いを示す模式図である。図１０Ａでは、対象となるアンテナ素子ｒｘ（たとえば素子ｒ１）における波形と、基準波形を示している。基準波形は、上述したように中心のアンテナ素子ｒ２５から得られた波形データである。
【0078】
２次分布作成部２１２は、同時、または略同時に計測した２つの対象アンテナ素子ｒ１と基準アンテナ素子ｒ２５の点データから作成した波形データのピークタイミングの差分時間を算出し、この差分時間から評価値を算出する。ここで略同時に計測した点データから作成した波形データとは、図５Ａ等で説明したように、１サイクル時間ｔｃが、心周期よりも十分に短くなるような周期で、計測した点データから作成した波形データである。同時とは、文字通り一つの送信アンテナ素子ｔから送信された電磁波を、複数のアンテナ素子ｒで同時に計測した点データから作成した波形データである。この場合、アンテナ同士が結合し、一つのアンテナとして動作しないように、互いにある程度、距離が離れた、アンテナ素子ｒｘで計測された点データを用いる。
【0079】
図１０Ｂでは、あるアンテナ素子ｒのＸ方向の位置を変位させながら測定させた際の波形データの差分時間の変化を示している。図１０Ｂの実験においては、実施形態と異なり差分時間の算出時は、基準波形として心電図の波形を用いる。図１０Ｂに示すように、差分時間（遅延時間）は、左端で最も（絶対値が）大きく、Ｘ方向のプラス方向に移動させることで徐々に小さくなり、－１０～－３０ｍｍの範囲で最小となり、－４０でまた増加傾向を示すことがわかる。この遅延時間は、心臓の各位置（左心室、右心室、またはこの各部分）による動きの違いにより生じると考えられる。このようなことから、アンテナ素子ｒの心臓９１との相対位置が離れる程、すなわち、受信アンテナ１２のアンテナ素子ｔと、アンテナ素子ｒとの間の電波の伝播経路が、心臓９１の中心（特に左心室）から離れる程、ピークの遅延時間が長くなる。つまり、指標６の評価値においては、２次分布作成部２１２は、差分時間が少ない（または、ピークタイミングが最も早い）程、高い評価値を算出する。そして、素子決定部２１３は、複数のアンテナ素子ｒから、最も評価値が高い位置にあるアンテナ素子ｒを選択する。
【0080】
２次分布作成部２１２は、このような指標１～６の少なくともいずれかにより、２次分布データを作成する。２次分布データは、各アンテナ素子ｒの位置（ＸＹ座標）と、そのアンテナ素子ｒの波形データから算出した評価値の分布を表したものである。
【0081】
（ステップＳ５１３）
素子決定部２１３は、ステップＳ５１２で作成された２次分布データから心拍出量の推定に用いるアンテナ素子を決定する。図１１は、第１の実施形態における、評価値を各アンテナ素子ｒの位置に対応付けて並べて作成した２次分布データの例を示す模式図である。図１１に示す例では、模式的に、評価値の高低に応じてレベル０～５の６段階の濃淡で示している。レベルが高い程、最も評価値が高く、最も特性が好適なアンテナ素子ｒである。通常は、心臓９１（特に左心室）との位置関係が良好なアンテナ素子ｒほど、評価値が高くなる。
素子決定部２１３は、ステップＳ５１２で作成された２次分布データから心拍出量の推定に用いるアンテナ素子を決定する。図１１は、第１の実施形態における、評価値を各アンテナ素子ｒの位置に対応付けて並べて作成した２次分布データの例を示す模式図である。図１１に示す例では、模式的に、評価値の高低に応じてレベル０～５の６段階の濃淡で示している。レベルが高い程、最も評価値が高く、最も特性が好適なアンテナ素子ｒである。通常は、心臓９１（特に左心室）との位置関係が良好なアンテナ素子ｒほど、評価値が高くなる。
【0082】
素子決定部２１３は、図１１に示す２次分布データの例では、評価値が最も高い位置Ｅ４（列４、行Ｅ）にあるアンテナ素子ｒ３２を決定する。
【0083】
なお、評価値のレベルは、図１１に示すようにある位置（たとえば図１１では位置Ｅ４）が最も高く、その位置から離れるにしたがって、評価値が変化するという特性を示す。このようなことから、素子決定部２１３は、２次分布データを、Ｘ軸、Ｙ軸、またはＸＹ平面上で、多項式近似することによりピーク位置を算出し、そのピーク位置に最も近い位置にあるアンテナ素子ｒを、心拍出量測定用のアンテナ素子ｒとして選択（決定）するようにしてもよい。また、素子決定部２１３は、記憶部２２に記憶してある比較分布パターンと比較することで、心拍出量測定用のアンテナ素子ｒを決定するようにしてもよい。また、別の例として、素子決定部２１３は、（２次分布データの生成を経由せずに）、２次分布作成部２１２により算出された評価値（たとえば指標１～５）から、心拍出量測定用のアンテナ素子ｒを決定するようにしてもよい。以上により、図７のサブルーチンフローチャートでの処理を終了し、図６の処理に戻る。
【0084】
（ステップＳ２０）
ここでは、生体特徴データ抽出部４１７、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０が協働することで、波形データから生体特徴データを抽出して、生体パターンを分類し、さらに補正値を決定する。図１２は、ステップＳ２０の処理を示すサブルーチンフローチャートである。
ここでは、生体特徴データ抽出部４１７、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０が協働することで、波形データから生体特徴データを抽出して、生体パターンを分類し、さらに補正値を決定する。図１２は、ステップＳ２０の処理を示すサブルーチンフローチャートである。
【0085】
（ステップＳ８１１）
まず、生体特徴データ抽出部４１７は、ステップＳ１８で作成されたアンテナ素子ｒごとの波形データから、生体特徴データを抽出する。波形データから抽出される生体特徴データは、たとえば、呼吸に伴うマイクロ波の信号強度の変化（呼吸性振幅）と分布分散性である。
まず、生体特徴データ抽出部４１７は、ステップＳ１８で作成されたアンテナ素子ｒごとの波形データから、生体特徴データを抽出する。波形データから抽出される生体特徴データは、たとえば、呼吸に伴うマイクロ波の信号強度の変化（呼吸性振幅）と分布分散性である。
【0086】
呼吸に伴うマイクロ波の信号強度の変化は、たとえば、各アンテナ素子の波形データから、呼吸のタイミングに同期している波形を抽出することで得られる。また、呼吸に伴うマイクロ波の信号強度の変化は、たとえば、アンテナ素子ｒごとに波形データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、その周波数が、呼吸タイミングの周波数に近い周波数成分を抽出することでも得られる。この場合、信号強度は、抽出された周波数成分の強度を使用することができる。また、呼吸に伴う信号強度の変化は、心拍出量に伴う信号強度の変化よりも、多くのアンテナ素子に分布している。したがって、呼吸に伴う信号強度の変化は、より多くのアンテナ素子ｒに分布が広がっている信号強度の変化があれば、それを呼吸に伴うものと判断してもよい。
【0087】
【0088】
図１３に示すように、呼吸性振幅は、測定対象者の体型によって異なり、第１体型の人の振幅ａの方が、第２体型の人の振幅ｂよりも大きい。これは、第１体型の人の方が、第２体型の人よりも、呼吸による胸部の動き、特にアンテナによって挟まれた方向の変化が大きい。生体に対するマイクロ波の損失は、生体の変化が大きいほど大きくなる傾向がある。このため、胸部の変化が大きい第１体型の人の振幅ａの方が、第２体型の人の振幅ｂよりも大きくなる。
【0089】
分布分散性は、呼吸に起因したマイクロ波の信号強度の変化（すなわち振幅）が、どの程度に広がっているかを示す。たとえば、分布分散性は、最大振幅に対して、所定振幅以上となっているアンテナ素子ｒの個数とその広がりである。より具体的には、分類判定部４１８は、まず、すべてのアンテナ素子ｒの中から最大振幅を求める。続いて、分類判定部４１８は、求めた最大振幅に対する所定振幅以上となっているアンテナ素子ｒを抽出し、その位置を求める。所定振幅は、たとえば、最大振幅に対して８０％以上などとする。
【0090】
本実施形態では、この分布分散性をアンテナアレイのマトリックスにおける配置と個数から分類した。図１４は、分布分散性の分類の例を示す図である。図１４（ａ）は、呼吸による信号の振幅が最大振幅に対して８０％以上となっているアンテナ素子の広がりが、３行３列の合計９個のアンテナ素子の範囲の場合分散性「１」とする。図１４（ｂ）は、同様に、５行５列の合計２５個のアンテナ素子の範囲の場合、分散性「２」とする。図１４（ｃ）は、同様に、７行７列の合計４９個のアンテナ素子の範囲場合、分散性「３」とする。なお、分布分散性とアンテナ素子の個数の関係は、任意に決定すればよく、この例に限定されない。また、アンテナアレイのマトリックスを用いずに、単純に所定振幅以上となっているアンテナ素子の個数から分布分散性を分類してもよい。
【0091】
【0092】
図１５に示すように、呼吸の分布分散性は、測定対象者の体型によって異なる。呼吸によるマイクロ波の信号が、最大振幅に対して８０％以上となっているアンテナ素子ｒは、は、図１５（ｂ）に示した第２体型の方が、図１５（ａ）に示した第１体型よりも多く分布している。これは、第２体型の人の方が、第１体型の人よりも、胸部の幅が大きいためである。なお、図１４の分類に照らして、図１５（ａ）に示した第１体型の分布分散性＝１であり、図１５（ｂ）に示した第２体型の分布分散性＝３である。
【0093】
（ステップＳ８１２）
分類判定部４１８は、生体特徴データを生体パターンに分類する。図１６は、第１の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。生体パターンは、図１６に示すように、ステップＳ８１１で説明した生体特徴データ、すなわち、呼吸性振幅と分布分散性の組み合わせから分類される。たとえば、呼吸性振幅が１．０ｄｂで、分布分散性が２であれば、生体パターンは、生体パターンＮｏ．５に分類される。このような生体パターンテーブルは、あらかじめ記憶部２２に記憶させておくとよい。
分類判定部４１８は、生体特徴データを生体パターンに分類する。図１６は、第１の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。生体パターンは、図１６に示すように、ステップＳ８１１で説明した生体特徴データ、すなわち、呼吸性振幅と分布分散性の組み合わせから分類される。たとえば、呼吸性振幅が１．０ｄｂで、分布分散性が２であれば、生体パターンは、生体パターンＮｏ．５に分類される。このような生体パターンテーブルは、あらかじめ記憶部２２に記憶させておくとよい。
【0094】
（ステップＳ８１３）
体型データ取得部４２０は、体型データを、たとえば、ＰＣ６１などから取得して記憶部２２へ記憶する。図１７は、体型データの例を示す体型データテーブルである。体型データは、図１７に示すように、たとえば、測定対象者の体重、体脂肪率、性別などである。このような体型データは、あらかじめ体重体脂肪計などを用いて、測定対象者を測定し、ＰＣ６１に記憶しておく。なお、体型データは、ＰＣ６１以外にも、外部のサーバーから取得してもよいし、心拍出量の測定前に、体重体脂肪計などを用いて、測定対象者を測定し、測定結果を入力して、記憶部２２へ記憶してもよい。
体型データ取得部４２０は、体型データを、たとえば、ＰＣ６１などから取得して記憶部２２へ記憶する。図１７は、体型データの例を示す体型データテーブルである。体型データは、図１７に示すように、たとえば、測定対象者の体重、体脂肪率、性別などである。このような体型データは、あらかじめ体重体脂肪計などを用いて、測定対象者を測定し、ＰＣ６１に記憶しておく。なお、体型データは、ＰＣ６１以外にも、外部のサーバーから取得してもよいし、心拍出量の測定前に、体重体脂肪計などを用いて、測定対象者を測定し、測定結果を入力して、記憶部２２へ記憶してもよい。
【0095】
（ステップＳ８１４）
補正実行部４１９は、生体パターンと体型データの組み合わせから補正値を求める。本実施形態では、あらかじめ生体パターンと体型データの組み合わせから決められた補正値を補正データテーブルとして記憶部２２に記憶させている。
補正実行部４１９は、生体パターンと体型データの組み合わせから補正値を求める。本実施形態では、あらかじめ生体パターンと体型データの組み合わせから決められた補正値を補正データテーブルとして記憶部２２に記憶させている。
【0096】
図１８は、生体パターンと体型データの組み合わせから決められた補正値の例を示す補正データテーブルである。図１８に示す補正データテーブルにおいて、補正値の強度係数は、後述する（２）式において、定数β（後述）を補正するための補正係数であり、振幅係数は振幅ｈ（後述）を補正するための補正係数である。
【0097】
補正実行部４１９は、図１８に示す補正データテーブルを参照して補正値を決定する。補正実行部４１９は、たとえば、分類された生体パターンＮｏ．が「１」で、取得された体型Ｎｏ．が「Ａ」であれば、補正Ｎｏ．Ａ１として、補正値を強度係数＝１．２、振幅係数０．８とする。
【0098】
そして、補正実行部４１９は、後述のステップＳ２１において、心拍出量推定部２１４による心拍出量の推定（算出過程）に対して補正を実行する。
【0099】
【0100】
（ステップＳ２１）
心拍出量推定部２１４は、ステップＳ１９で決定されたアンテナ素子ｒの波形データを用いて、心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。この時、補正実行部４１９による補正が実行される。図５Ｃに示したような心拍波形において、心臓が収縮期にあるときと、拡張期にあるときの信号強度の差分を振幅ｈとし、患者９０の心臓９１の心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。心臓９１は、収縮期に比べて拡張期においては、マイクロ波の損失がより大きくなり、信号の減衰が大きくなる。すなわち収縮期の受信信号の強度は、ベース強度ｂより小さくなり、拡張期の受信信号の強度は、ベース強度ｂより大きくなる。そして、波形ｗ１の山の頂点と谷の底の差が振幅ｈである。なお、ベース強度ｂは、すべてのアンテナ素子ｒで受信したマイクロ波の電界強度の平均値である。
心拍出量推定部２１４は、ステップＳ１９で決定されたアンテナ素子ｒの波形データを用いて、心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。この時、補正実行部４１９による補正が実行される。図５Ｃに示したような心拍波形において、心臓が収縮期にあるときと、拡張期にあるときの信号強度の差分を振幅ｈとし、患者９０の心臓９１の心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。心臓９１は、収縮期に比べて拡張期においては、マイクロ波の損失がより大きくなり、信号の減衰が大きくなる。すなわち収縮期の受信信号の強度は、ベース強度ｂより小さくなり、拡張期の受信信号の強度は、ベース強度ｂより大きくなる。そして、波形ｗ１の山の頂点と谷の底の差が振幅ｈである。なお、ベース強度ｂは、すべてのアンテナ素子ｒで受信したマイクロ波の電界強度の平均値である。
【0101】
このような信号強度の変化である振幅ｈは、心臓の大きさの変化、すなわち１拍出量に比例するので、振幅ｈにより心拍出量を推定（算出）できる。具体的には、たとえば、下記（１）式により算出される。
【0102】
心拍出量＝振幅ｈ×定数α－定数β （１）
（１）式中、定数αおよびβの項は、受信信号の電界強度から求めた値を心臓から拍出される血液量としてのｍＬ（またはＬ）の値に変換するための定数である。このような定数αおよびβに代えて、電界強度による心拍出量の数値を血液量の数値に換算するための検量線などを用いて変換してもよい。
（１）式中、定数αおよびβの項は、受信信号の電界強度から求めた値を心臓から拍出される血液量としてのｍＬ（またはＬ）の値に変換するための定数である。このような定数αおよびβに代えて、電界強度による心拍出量の数値を血液量の数値に換算するための検量線などを用いて変換してもよい。
【0103】
そして、本実施形態では、このような心拍出量の算出過程において、定数βおよび振幅ｈをステップＳ２０において求めた補正値による補正する。したがって、補正する場合の心拍出量は、下記（２）式による算出される。
【0104】
心拍出量＝振幅ｈ×振幅係数×定数α－定数β×強度係数 （２）
心拍出量推定部２１４は、この（２）式を用いて、心拍出量を推定する。
心拍出量推定部２１４は、この（２）式を用いて、心拍出量を推定する。
【0105】
以上説明した第１の実施形態は、以下の効果を奏する。
【0106】
心拍出量計測センサー１０００は、生態を透過して、受信された信号の波形データから、測定対象者の生体特徴を抽出し、それを生体パターンとして分類し、分類ごとに決められた補正値により心拍出量の算出過程を補正することとした。
【0107】
これにより本実施形態は、計測目的である心拍出量を、測定対象者の個体差に応じて高い精度で推定することができる。
【0108】
また、本実施形態においては、別途測定された体型データも、生体パターンの分類と合わせて使用することで、心拍出量の推定精度を一層向上させることができる。
【0109】
また、本実施形態においては、生体特徴データの抽出に、呼吸による受信強度の変動（振幅）を用いた。呼吸による受信強度の変動は、体型の大きさに依存するため、生体パターンの分類精度が向上する。
【0110】
また、本実施形態においては、同時または略同時に、各アンテナ素子で計測された計測値を用い、得られた計測値から波形データを作成する。このように同時または略同時に計測された計測値を用いることにより、指標１～６のいずれかの評価値を用いた２次分布データを用いた心拍出特徴データを抽出する際の精度が向上する。
【0111】
また、本実施形態においては、高速切替部１２２（または高速切替部１１２）を含み、１次分布作成部２１１は、点データ記録部３０１および波形データ生成部３０２を含む。これにより、略同時に複数のアンテナ素子での計測を行え、ひいては上述の精度向上を図れる。
【0112】
なお、ピークのタイミングの差分時間（指標６の評価値）以外を用いる場合においては、各アンテナ素子で異なる時刻に計測した計測値を用いてもよい。たとえば、一つの送信側アンテナ素子ｔと一つの受信側アンテナ素子ｒとの間の伝播経路での受信信号の計測を数秒周期で順次切り替えながら行い、これをアンテナ素子ｒ全数分繰り返すことにより、計測値を取得するようにしてもよい。
【0113】
また、本実施形態では電磁波としてマイクロ波を用いる。マイクロ波は、人体を透過する際の減衰が他の周波数よりも少なく、また心臓の拡張／収縮の動きに応じた損失変化に伴う信号の変化の感度（振幅の増減率）が他の周波数よりも大きく、心拍出量の測定に好適である。
【0114】
なお、第１の実施形態においては、呼吸性振幅のデータを用いず、分布分散性のみを生体特徴データとして用いてもよい。分布分散性のみ用いた場合、生体における胸部（特に心臓周辺）の筋肉や脂肪の広がり方などの違いを判別できる。筋肉や脂肪の広がり方が違うと、電磁波の通りやすさ（損失の違い）が異なるので、それによる生体パターンの分類ができる。そして、分類した生体パターンに基づき、補正を行うことで心拍出量の推定精度を向上させることができる。
【0115】
また、第１の実施形態においては、分布分散性のデータを用いず、呼吸性振幅のみを生体特徴データとして用いてもよい。呼吸性振幅のみ用いた場合でも、生体に対する電磁波の通りやすさ（損失の違い）を判別できるので、生体パターンの分類ができる。そして、分類した生体パターンに基づき、補正を行うことで心拍出量の推定精度を向上させることができる。この場合、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２は、いずれも１個のアンテナ素子からなるように構成してもよい。送信アンテナ１１および受信アンテナ１２をともに１個のアンテナ素子とする場合、可能な限り、心臓、特に左心室を挟むように設置することが望まれる。また、この場合、ステップＳ１１～Ｓ１７およびＳ１９の処理は不要であり、一つのアンテナ素子における波形データを作成して、用いることになる。
【0116】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態による、生体の違いによる補正は、受信したマイクロ波の信号の波形生成過程にも適用することができる。
第１の実施形態による、生体の違いによる補正は、受信したマイクロ波の信号の波形生成過程にも適用することができる。
【0117】
図１９は、変形例を説明するためのグラフであって、ある一つのアンテナ素子ｒに対応して、受信されたマイクロ波の信号の波形データを示すグラフである。
ある一つのアンテナ素子ｒに対応して、受信されたマイクロ波の信号の波形データを示すグラフであって、図１９（ａ）はフィルターリング前を示し、図１９（ｂ）はフィルターリング後を示している。ここでのフィルターリングとは、平滑化フィルターを適用し、高周波成分を除去する処理である。具体的には、図１９（ａ）に示したグラフ中の高周波成分を、図１９（ｂ）に示すように、平滑化フィルターによって除去する。
ある一つのアンテナ素子ｒに対応して、受信されたマイクロ波の信号の波形データを示すグラフであって、図１９（ａ）はフィルターリング前を示し、図１９（ｂ）はフィルターリング後を示している。ここでのフィルターリングとは、平滑化フィルターを適用し、高周波成分を除去する処理である。具体的には、図１９（ａ）に示したグラフ中の高周波成分を、図１９（ｂ）に示すように、平滑化フィルターによって除去する。
【0118】
本変形例では、このような平滑化フィルターで使用するフィルター係数および電界強度補正係数を、分類された生体パターンごとに設定する。
【0119】
図２０は、第１の実施形態の変形例の補正値として、フィルター係数および電界強度補正係数の例を示す補正データテーブルである。
【0120】
図２０に示す補正データテーブルにおいて、補正値は、第１の実施形態同様に、生体パターンと体型データの組み合わせから決められている。なお、生体パターンの分類、および体型データは第１の実施形態において説明したとおりである。
【0121】
補正値となるフィルター係数は、高周波成分を除去する際の係数であり、強度係数は、信号強度の低い値を高くして、信号強度を均等化するために用いる補正係数である。
【0122】
補正実行部４１９は、図２０に示す補正データテーブルを参照して補正値を決定する。補正実行部４１９は、たとえば、分類された生体パターンＮｏ．が「１」で、取得された体型Ｎｏ．が「Ａ」であれば、補正Ｎｏ．Ａ１として、その補正値をフィルター係数＝１．２、電界強度補正係数０．８とする。
【0123】
そして、ステップＳ２１において、心拍出量推定部２１４は、補正値によって補正された平滑化フィルターによって、平滑化処理された波形データを用いて心拍出量の推定（算出過程）を実行する。
【0124】
（第２の実施形態）
図２１は、第２の実施形態に係る心拍出量計測センサーの構成を示すブロック図である。
図２１は、第２の実施形態に係る心拍出量計測センサーの構成を示すブロック図である。
【0125】
第２の実施形態は、生体特徴データとして、生体の反射係数を用いる。このために、第２の実施形態の心拍出量計測センサー１０００は、ネットワークアナライザー６００を有する。ネットワークアナライザー６００は、送受信コントローラー１４を介して、送信アンテナ１１から、生体へ向けて電磁波を照射させ、送信アンテナ１１を受信アンテナとして機能させて、生体からの反射波を受信させる。そして、ネットワークアナライザー６００が反射係数を求め、生体特徴データ抽出部４１７が反射係数を生体特徴データとして抽出する。
【0126】
【0127】
その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。また、第２の実施形態は、制御部２１における、生体特徴データ抽出部４１７、分類判定部４１８、および補正実行部４１９の一部の機能が、第１の実施形態と異なる。ここでは、これら各部の機能のうち、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。
【0128】
【0129】
（ステップＳ２０）
ここでは、生体特徴データ抽出部４１７、ネットワークアナライザー６００、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０が協働することで、反射係数を測定して、生体特徴データとし、生体パターンを分類し、さらに補正値を決定する。
ここでは、生体特徴データ抽出部４１７、ネットワークアナライザー６００、分類判定部４１８、補正実行部４１９、および体型データ取得部４２０が協働することで、反射係数を測定して、生体特徴データとし、生体パターンを分類し、さらに補正値を決定する。
【0130】
（ステップＳ９１１）
まず、生体特徴データ抽出部４１７は、ネットワークアナライザー６００を起動して、生体に向けて電磁波を照射させる。使用する電磁波は、心拍出量を推定するために用いるマイクロ波と同じでよい。これにより、ネットワークアナライザー６００は、生体の反射係数を測定する。なお、反射係数の測定には、専用の電磁波が使用されてもよい。その場合、生体特徴データ抽出部４１７は、送受信コントローラー１４を介することなく、ネットワークアナライザー６００から送信アンテナ１１へ直接アクセスさせて、専用の電磁波を送信させてもよい。専用の電磁波は、マイクロ波であってもよいし、マイクロ波以外であってもよいが、生体に対して影響がない、または極めて少ない（安全基準をクリアしている）電磁波を用いる。
まず、生体特徴データ抽出部４１７は、ネットワークアナライザー６００を起動して、生体に向けて電磁波を照射させる。使用する電磁波は、心拍出量を推定するために用いるマイクロ波と同じでよい。これにより、ネットワークアナライザー６００は、生体の反射係数を測定する。なお、反射係数の測定には、専用の電磁波が使用されてもよい。その場合、生体特徴データ抽出部４１７は、送受信コントローラー１４を介することなく、ネットワークアナライザー６００から送信アンテナ１１へ直接アクセスさせて、専用の電磁波を送信させてもよい。専用の電磁波は、マイクロ波であってもよいし、マイクロ波以外であってもよいが、生体に対して影響がない、または極めて少ない（安全基準をクリアしている）電磁波を用いる。
【0131】
反射係数は、入射波に対する反射波の比であり、Ｓ１１パラメータと称されており、下記（３）式のように表されている。入射波は生体に向けて照射される電磁波であり、反射波は、生体からの反射である。
【0132】
反射係数（Ｓ１１）＝（反射波の電界強度）／（入射波の電界強度） （３）
ネットワークアナライザー６００によって計測された反射係数は、接触面、すなわち生体表面の電気定数によって変化する。そして、生体表面の電気定数が変化すると、生体を透過するマイクロ波の損失も変化する。
ネットワークアナライザー６００によって計測された反射係数は、接触面、すなわち生体表面の電気定数によって変化する。そして、生体表面の電気定数が変化すると、生体を透過するマイクロ波の損失も変化する。
【0133】
ネットワークアナライザー６００によって計測された反射係数は、生体特徴データ抽出部４１７によって生体特徴データとして抽出される。
【0134】
図２３は、生体に対する反射係数の傾向を説明するための模式図である。図２３（ａ）の第３体型の人は、図２３（ｂ）の第４体型の人より、筋肉が多い（逆にいうと、第４体型の人の方が第３体型の人より脂肪が多い）。
【0135】
生体に対する反射係数（Ｓ１１パラメータ）は、図２３（ａ）に示した第３体型のように筋肉量の多い人の方が、脂肪が多い人よりも高くなる傾向がある。
【0136】
したがって、本実施形態は、反射係数を測定し、これを生体特徴データとすることで、似たような体型（たとえば、胸囲が同じ）であっても、筋肉のよく発達した人とそうでない人のマイクロ波の損失の違いを見分けられるようになる。
【0137】
（ステップＳ９１２）
分類判定部４１８は、反射係数（生体特徴データ）を生体パターンに分類する。図２４は、第２の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。第２の実施形態における生体パターンは、図２４に示すように、ネットワークアナライザー６００によって測定された反射係数ごとに分類される。
分類判定部４１８は、反射係数（生体特徴データ）を生体パターンに分類する。図２４は、第２の実施形態における生体パターンの分類の例を示す生体パターンテーブルである。第２の実施形態における生体パターンは、図２４に示すように、ネットワークアナライザー６００によって測定された反射係数ごとに分類される。
【0138】
（ステップＳ９１３）
体型データ取得部４２０は、第１の実施形態と同様であり、体型データを、たとえば、ＰＣ６１などから取得して記憶部２２へ記憶する。
体型データ取得部４２０は、第１の実施形態と同様であり、体型データを、たとえば、ＰＣ６１などから取得して記憶部２２へ記憶する。
【0139】
（ステップＳ９１４）
補正実行部４１９は、生体パターンと体型データの組み合わせから補正値を求める。図２５は、第２の実施形態における生体パターンと、体型データの組み合わせから決められた補正値の例を示す補正データテーブルである。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、補正値としては振幅係数のみが決定される。第２の実施形態においても、補正値は、図２５に示すように、あらかじめ生体パターンと体型データの組み合わせから決められている。このような補正データテーブルは記憶部２２に記憶させておく。補正実行部４１９は、この補正データテーブルを参照して、補正値を決定する。
補正実行部４１９は、生体パターンと体型データの組み合わせから補正値を求める。図２５は、第２の実施形態における生体パターンと、体型データの組み合わせから決められた補正値の例を示す補正データテーブルである。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、補正値としては振幅係数のみが決定される。第２の実施形態においても、補正値は、図２５に示すように、あらかじめ生体パターンと体型データの組み合わせから決められている。このような補正データテーブルは記憶部２２に記憶させておく。補正実行部４１９は、この補正データテーブルを参照して、補正値を決定する。
【0140】
そして、補正実行部４１９は、後述のステップＳ２１において、心拍出量推定部２１４による心拍出量の推定（算出過程）に対して補正を実行する。
【0141】
【0142】
（ステップＳ２１）
心拍出量推定部２１４は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１９で決定されたアンテナ素子ｒの波形データを用いて、心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。この時、補正実行部４１９による補正が実行される。ここでの補正は、振幅ｈに対する補正である。したがって、補正する場合の心拍出量は、下記（４）式による算出される。
心拍出量推定部２１４は、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１９で決定されたアンテナ素子ｒの波形データを用いて、心拍出量、または心臓から拍出される血液量を推定する。この時、補正実行部４１９による補正が実行される。ここでの補正は、振幅ｈに対する補正である。したがって、補正する場合の心拍出量は、下記（４）式による算出される。
【0143】
心拍出量＝振幅ｈ×振幅係数×定数α－定数β （４）
心拍出量推定部２１４は、この（４）式を用いて、心拍出量を推定する。なお、（４）式においても、定数αおよびβは、（１）式と同様である。
心拍出量推定部２１４は、この（４）式を用いて、心拍出量を推定する。なお、（４）式においても、定数αおよびβは、（１）式と同様である。
【0144】
以上説明した第２の実施形態は、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【0145】
本実施形態では、生体特徴データとして反射係数を測定することとしたので、生体内の筋肉量や脂肪量の違いによる電磁波の損失の違いを見分けることができる。したがって、本実施形態では、見た目の体型が同じであっても、実際には電磁波の損失量が異なるような場合にも、正確に心拍出量を推定できるようになる。これにより本実施形態は、計測目的である心拍出量を、測定対象者の個体差に応じて高い精度で推定することができる。
【0146】
なお、第２の実施形態においては、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２は、いずれも１個のアンテナ素子からなるように構成してもよい。なぜなら、反射係数を生体特徴データとする場合は、第１の実施形態のように、その分布分散性を用いない。このため反射係数の測定だけであれば、生体に対して１ポイントで電磁波を照射し、その反射を受信すればよいからである。送信アンテナ１１および受信アンテナ１２をともに１個のアンテナ素子とする場合、心拍出量測定の際に、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２は、可能な限り、心臓、特に左心室を挟むように設置することが望まれる。また、この場合、ステップＳ１１～Ｓ１７およびＳ１９の処理は不要であり、一つのアンテナ素子における波形データを作成して、用いることになる。
【0147】
また、第２の実施形態では、ネットワークアナライザー６００を心拍出量計測センサー１０００に組み込み、制御部２１から制御することで、反射係数を求めることとした。しかし、本第２の実施形態は、ネットワークアナライザー６００を単独で用いて、あらかじめ反射係数を求めたのち、第１実施形態による心拍出量計測センサーにより心拍出量の推定を実施することとしてもよい。その場合、ネットワークアナライザー６００を単独で用いて計測した反射係数の値は、心拍出量計測センサーに入力して生体特徴データとして使用する。生体パターンの分類、および補正は、心拍出量計測センサーによって実行させる。また、生体パターンの分類、および補正は、別途、コンピューター（ＰＣ）などによって実行して、補正値を心拍出量計測センサーに提供して、心拍出量を推定させることとしてもよい。
【0148】
以上に説明した実施形態は、上述の構成に限られず、特許請求の範囲内において、種種改変することができる。
【0149】
上述した各実施形態では、体型データを取得して、生体パターンの分類と合わせて使用することとしたが、体型データを用いることなく、生体パターンの分類を用いるだけでも、心拍出量の推定精度を向上させることができる。体型データを使用しない場合、体型データ取得部４２０はなくてもよい。また、ステップＳ８１３およびＳ９１３は不要である。
【0150】
また、補正値については、第１の実施形態においては、強度係数と振幅係数の両方を用いるとしたが、補正値は、いずれか一方だけでもよい。すなわち、補正値は、強度係数のみ用いたり、振幅係数のみ用いたりしてもよい。変形例においても同様であり、フィルター係数のみ用いたり、電界強度補正係数のみ用いたりしてもよい。また、第２の実施形態においては、振幅係数による振幅の補正だけでなく、反射係数の違いによる、透過したマイクロ波の受信強度の違いから、信号強度に対する補正（強度係数）を用いることとしてもよい。
【0151】
また、上述した心拍出量計測センサー１０００における各種処理を行う手段および方法は、専用のハードウェア回路、またはプログラムされたコンピューターのいずれによっても実現することが可能である。上記プログラムは、たとえば、ＵＳＢメモリやＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、ハードディスク等の記憶部に転送され記憶される。また、上記プログラムは、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、一機能として装置のソフトウエアに組み込まれてもよい。
【符号の説明】
【0152】
１０００ 心拍出量計測センサー
１１、１１ｂ 送信アンテナユニット
１１０ 基板
１１１ 送信波形生成部
１１２ 高速切替部
１１３ アンテナアレイ（送信側）
ｔ１～ｔｘ アンテナ素子（送信側）
１２、１２ｂ 受信アンテナユニット
１２０ 基板
１２１ アンテナアレイ（受信側）
１２２ 高速切替部
１２３ サンプリング部
１３ 信号ケーブル
１４ 送受信コントローラー
２０ 装置本体
２１ 制御部
２１１ １次分布作成部
３０１ 点データ記録部
３０２ 波形データ生成部
２１２ ２次分布作成部
２１３ 素子決定部
２１４ 心拍出量推定部
２１５ 設置状態判定部
２１６ 指示部
２１７ 生体特徴データ抽出部
２１８ 分類判定部
２１９ 補正実行部
６００ ネットワークアナライザー
２２ 記憶部
２３ 入出力Ｉ／Ｆ
２４ 通信Ｉ／Ｆ
５１ タッチパネル
５２ ＸＹステージ
６１ ＰＣ
１１、１１ｂ 送信アンテナユニット
１１０ 基板
１１１ 送信波形生成部
１１２ 高速切替部
１１３ アンテナアレイ（送信側）
ｔ１～ｔｘ アンテナ素子（送信側）
１２、１２ｂ 受信アンテナユニット
１２０ 基板
１２１ アンテナアレイ（受信側）
１２２ 高速切替部
１２３ サンプリング部
１３ 信号ケーブル
１４ 送受信コントローラー
２０ 装置本体
２１ 制御部
２１１ １次分布作成部
３０１ 点データ記録部
３０２ 波形データ生成部
２１２ ２次分布作成部
２１３ 素子決定部
２１４ 心拍出量推定部
２１５ 設置状態判定部
２１６ 指示部
２１７ 生体特徴データ抽出部
２１８ 分類判定部
２１９ 補正実行部
６００ ネットワークアナライザー
２２ 記憶部
２３ 入出力Ｉ／Ｆ
２４ 通信Ｉ／Ｆ
５１ タッチパネル
５２ ＸＹステージ
６１ ＰＣ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
