JP4697195B2 - Biological signal processing device - Google Patents
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Description
本発明は、体動に伴う体動信号から呼吸及び心拍の少なくとも一方に伴う生体信号を抽出して、抽出した生体信号の処理を行う生体信号処理装置に関するものである。 The present invention relates to a biological signal processing apparatus that extracts a biological signal associated with at least one of respiration and heartbeat from a body movement signal associated with body movement and processes the extracted biological signal.
従来より、呼吸及び心拍の少なくとも一方に伴う生体信号を処理する生体信号処理装置が知られている。この種の生体信号処理装置では、例えば振動センサを用いて被験者の体動に伴う体動信号を検出して、例えばデジタルフィルタを用いて体動信号から生体信号を抽出している。この種の生体信号処理装置が特許文献１に開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a biological signal processing apparatus that processes a biological signal associated with at least one of respiration and heartbeat is known. In this type of biological signal processing apparatus, for example, a body motion signal associated with the body motion of the subject is detected using a vibration sensor, and the biological signal is extracted from the body motion signal using, for example, a digital filter. This type of biological signal processing apparatus is disclosed in Patent Document 1.
具体的に、特許文献１には、生体信号を処理した値を用いて生体が存在するか否かを判定する生体検出装置が開示されている。この生体検出装置では、生体信号検出手段によって生体信号が抽出されている。そして、最小値検出手段によって所定時間における生体信号の最小値が検出されている。判定手段は、所定時間における生体信号の最小値から生体が存在するか否かを判定している。
ところで、この種の生体信号処理装置では、被験者の体動に伴う体動信号を出力する体動検出手段が、呼吸や心拍に伴う体動だけを検出することが望ましい。しかし、体動検出手段には、被験者の手足などの動きや、扉の開閉などの振動が伝達される場合がある。このような場合には、体動検出手段からの体動信号に、呼吸や心拍以外の振動がノイズとして含まれてしまう。 By the way, in this type of biological signal processing apparatus, it is desirable that the body motion detecting means for outputting the body motion signal accompanying the body motion of the subject detects only the body motion associated with respiration and heartbeat. However, there are cases where the movement of the subject's limbs and vibrations such as opening and closing of the door are transmitted to the body motion detection means. In such a case, vibrations other than breathing and heartbeat are included as noise in the body motion signal from the body motion detection means.
体動信号にノイズが含まれていると、ノイズの周波数スペクトルは幅広い周波数帯域に広がっているので、体動信号から抽出される生体信号にもノイズが含まれてしまう。そして、所定時間分の生体信号を出力する場合には、所定時間分の生体信号がノイズを含むものになってしまう。 If noise is included in the body motion signal, the frequency spectrum of the noise spreads over a wide frequency band, so that the biological signal extracted from the body motion signal also includes noise. And when outputting the biological signal for predetermined time, the biological signal for predetermined time will contain a noise.
ここで、特許文献１の生体検出装置では、所定時間分の生体信号の最小値を用いることで、所定時間の生体信号にノイズが含まれている場合であっても、ノイズの影響が排除されるようにしている。しかし、例えば被験者が体動検出手段に対して適正な位置にいない場合など体動信号を検出しにくい状態では、生体信号の値が小さくなることがある。このため、最小値による判定では、生体が存在しているのに、最小値が生体が存在していると判定されるレベルに到達せずに、生体の存否を正確に判定することができないおそれがある。すなわち、ノイズを含む所定時間分の生体信号を用いる限りは、ノイズの影響を排除することができたとしても、他の弊害が生じるおそれがある。 Here, in the living body detection device of Patent Document 1, even when the biological signal for a predetermined time includes noise, the influence of the noise is eliminated by using the minimum value of the biological signal for a predetermined time. I try to do it. However, in a state where it is difficult to detect a body motion signal, for example, when the subject is not in an appropriate position with respect to the body motion detection means, the value of the biological signal may be small. For this reason, in the determination based on the minimum value, there is a possibility that the presence or absence of the living body cannot be accurately determined without reaching the level at which the minimum value is determined to be present even though the living body exists. There is. In other words, as long as a biological signal for a predetermined time including noise is used, even if the influence of noise can be eliminated, other adverse effects may occur.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、体動信号から抽出した生体信号を処理して所定時間分の生体信号を出力する生体信号処理装置において、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響を軽減させることにある。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to process a biological signal extracted from a body motion signal and output a biological signal for a predetermined time in a biological signal processing apparatus. The object is to reduce the influence of noise in the biological signal.
第１の発明は、被験者の体動に伴う体動信号を出力する体動検出手段（20）と、上記体動検出手段（20）から入力された体動信号から、呼吸及び心拍の少なくとも一方に伴う生体信号を抽出する信号抽出手段（31）と、上記信号抽出手段（31）から入力された生体信号を順次記憶して、所定時間分の生体信号が蓄積された場合に該所定時間分の生体信号を出力する蓄積動作を行う信号蓄積手段（32）とを備え、上記信号蓄積手段（32）は、上記所定時間分の生体信号を出力すると次の蓄積動作を開始する生体信号処理装置（15）を対象とする。 According to a first aspect of the present invention, body motion detection means (20) for outputting a body motion signal associated with body motion of a subject, and body motion signals input from the body motion detection means (20), at least one of respiration and heartbeat. The signal extraction means (31) for extracting the biological signal associated with the signal and the biological signal input from the signal extraction means (31) are sequentially stored, and when the biological signal for a predetermined time is accumulated, the predetermined time And a signal storage means (32) for performing a storage operation for outputting the biological signal, and the signal storage means (32) starts the next storage operation when the biological signal for the predetermined time is output. Target (15).
そして、この生体信号処理装置（15）は、上記体動検出手段（20）から出力された体動信号にノイズが含まれている否かを検出するノイズ検出手段（33）を備え、上記信号蓄積手段（32）は、上記信号抽出手段（31）から生体信号が入力される毎に、該生体信号にノイズが含まれていると上記ノイズ検出手段（33）が判断したか否かを判断し、該生体信号にノイズが含まれていないと上記ノイズ検出手段（33）が判断した場合には、該生体信号を記憶し、該生体信号にノイズが含まれていると上記ノイズ検出手段（33）が判断した場合には、上記蓄積動作を中断して該蓄積動作中に蓄積された生体信号を無効にし、次の蓄積動作を開始して所定時間分の生体信号の蓄積を最初からやり直す。 The biological signal processing device (15) includes noise detection means (33) for detecting whether or not noise is included in the body motion signal output from the body motion detection means (20), and the signal Every time a biological signal is input from the signal extraction means (31) , the storage means (32) determines whether or not the noise detection means (33) determines that the biological signal contains noise. When the noise detection means (33) determines that the biological signal does not contain noise, the biological signal is stored, and when the biological signal contains noise, the noise detection means ( 33), the accumulation operation is interrupted, the biological signal accumulated during the accumulation operation is invalidated, the next accumulation operation is started, and accumulation of the biological signal for a predetermined time is restarted from the beginning. .
第１の発明では、体動検出手段（20）から体動信号が出力され、信号抽出手段（31）において体動信号から生体信号が抽出される。信号抽出手段（31）で抽出された生体信号は、信号蓄積手段（32）に入力される。信号蓄積手段（32）では、生体信号を順次記憶して、所定時間分の生体信号が蓄積された場合に所定時間分の生体信号を出力する蓄積動作が行われる。信号蓄積手段（32）では、所定時間分の生体信号が出力されると次の蓄積動作が開始される。 In the first invention, a body motion signal is output from the body motion detection means (20), and a biological signal is extracted from the body motion signal in the signal extraction means (31). The biological signal extracted by the signal extraction means (31) is input to the signal storage means (32). In the signal storage means (32), a biological signal is sequentially stored, and when a biological signal for a predetermined time is stored, a storage operation for outputting the biological signal for a predetermined time is performed. In the signal storage means (32), when a biological signal for a predetermined time is output, the next storage operation is started.
一方、ノイズ検出手段（33）は、体動検出手段（20）から出力された体動信号にノイズが含まれている否かを、すなわち、信号蓄積手段（32）に入力される生体信号にノイズが含まれているか否かを検出している。そして、生体信号にノイズが含まれていることが検出された場合には、信号蓄積手段（32）は、蓄積動作を中断し、それまでに蓄積した生体信号を無効にして、次の蓄積動作を開始する。信号蓄積手段（32）では、例えばノイズ直後の生体信号（ノイズ直後の体動信号と同じ時刻の生体信号）から次の蓄積動作が開始される。そして、生体信号にノイズが含まれていることが検出されることなく、所定時間分の生体信号が蓄積されると、所定時間分の生体信号が出力される。この第１の発明では、信号蓄積手段（32）に所定時間分の生体信号が蓄積されるまでに、ノイズを含む生体信号が検出されない場合に限って、所定時間分の生体信号が信号蓄積手段（32）から出力されるようにしている。 On the other hand, the noise detection means (33) determines whether or not the body motion signal output from the body motion detection means (20) contains noise, that is, the biological signal input to the signal storage means (32). Whether noise is included or not is detected. Then, when it is detected that the biological signal contains noise, the signal storage means (32) interrupts the storage operation, invalidates the biological signal stored so far, and performs the next storage operation. To start. In the signal storage means (32), for example, the next storage operation is started from a biological signal immediately after noise (a biological signal at the same time as the body motion signal immediately after noise). When the biological signal for a predetermined time is accumulated without detecting that the biological signal contains noise, the biological signal for the predetermined time is output. In the first aspect of the invention, only when a biological signal including noise is not detected until the biological signal for a predetermined time is stored in the signal storage means (32), the biological signal for the predetermined time is stored in the signal storage means. (32) is output.
なお、本願明細書では、ノイズを含む体動信号と同じ時刻の生体信号を、「ノイズを含む生体信号」と表現している。ここで、体動信号から生体信号を抽出するのに例えばデジタルフィルタ（42）を用いる場合には、例えば移動平均などの演算処理によって体動信号から生体信号を算出するので、「ノイズを含む生体信号」に近い時刻の生体信号にもノイズの影響が出てしまう。本願明細書では、このような生体信号を、「ノイズを含む生体信号」と識別するために、「ノイズの影響を受けている生体信号」と表現する。 In the present specification, a biological signal at the same time as a body motion signal including noise is expressed as a “biological signal including noise”. Here, when the digital filter (42) is used to extract the biological signal from the body motion signal, for example, the biological signal is calculated from the body motion signal by an arithmetic process such as a moving average. The biological signal at the time close to the “signal” is also affected by noise. In this specification, such a biological signal is expressed as a “biological signal affected by noise” in order to distinguish it from “a biological signal including noise”.
第２の発明は、上記第１の発明において、上記信号抽出手段（31）が、上記体動信号を演算処理することによって上記生体信号を抽出するデジタルフィルタ（42）を備える一方、上記ノイズ検出手段（33）が体動信号にノイズが含まれていることを検出した場合に、初期状態からの体動信号の演算処理によって生体信号を抽出するようにデジタルフィルタ（42）を初期化するフィルタ初期化部（38）を備えている。 In a second aspect based on the first aspect, the signal extraction means (31) includes a digital filter (42) that extracts the biological signal by performing arithmetic processing on the body motion signal, while the noise detection is performed. A filter that initializes the digital filter (42) so that the biological signal is extracted by the calculation process of the body motion signal from the initial state when the means (33) detects that the body motion signal includes noise. An initialization unit (38) is provided.
第２の発明では、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合に、デジタルフィルタ（42）が初期化される。デジタルフィルタ（42）では、初期状態からの体動信号の演算処理によって次の生体信号が抽出される。 In the second invention, the digital filter (42) is initialized when it is detected that noise is included in the body motion signal. In the digital filter (42), the next biological signal is extracted by the calculation process of the body motion signal from the initial state.
ここで、デジタルフィルタ（42）は、ある時刻の生体信号を抽出するのに、その時刻の体動信号だけでなく、その時刻よりも前の時刻の体動信号も用いて演算処理を行う。このため、体動信号にノイズが含まれていてもデジタルフィルタ（42）を初期化しない場合には、ノイズから暫くの間の生体信号の抽出に、ノイズを含む体動信号が用いられてしまい、ノイズからの暫くの間の生体信号がノイズの影響を受けたものになってしまう。 Here, in order to extract a biological signal at a certain time, the digital filter (42) performs an arithmetic process using not only the body motion signal at that time but also the body motion signal at a time before that time. For this reason, if the digital filter (42) is not initialized even if the body motion signal includes noise, the body motion signal including noise is used to extract the biological signal for a while from the noise. The biological signal from noise for a while will be affected by the noise.
これに対して、この第２の発明では、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合にデジタルフィルタ（42）が初期化される。このため、ノイズからの暫くの間の生体信号の抽出にノイズを含む体動信号を用いないので、検出されたノイズの影響が、そのノイズ以降の生体信号から排除される。 On the other hand, in the second invention, the digital filter (42) is initialized when it is detected that the body motion signal includes noise. For this reason, since the body motion signal including noise is not used for extraction of the biological signal for a while from the noise, the influence of the detected noise is excluded from the biological signal after the noise.
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記ノイズ検出手段（33）が、上記体動信号又は該体動信号を処理した信号がノイズを識別するための判定値よりも大きい場合に該体動信号にノイズが含まれていると判断する。 According to a third invention, in the first or second invention, the noise detection means (33) is larger than a determination value for identifying the body motion signal or a signal obtained by processing the body motion signal to identify noise. In this case, it is determined that the body motion signal includes noise.
第３の発明では、体動信号にノイズが含まれているか否かを検出するのに、ノイズを識別するための判定値が用いられる。ノイズ検出手段（33）は、体動信号又は体動信号を処理した信号が判定値よりも大きい場合に体動信号にノイズが含まれていると判断する。 In the third invention, a determination value for identifying noise is used to detect whether or not noise is included in the body motion signal. The noise detection means (33) determines that the body motion signal includes noise when the body motion signal or the signal obtained by processing the body motion signal is larger than the determination value.
第４の発明は、上記第３の発明において、上記ノイズ検出手段（33）では、上記信号抽出手段（31）によって抽出済みの生体信号に基づいて上記判定値が調節される。 In a fourth aspect based on the third aspect, the noise detection means (33) adjusts the determination value based on the biological signal already extracted by the signal extraction means (31).
第４の発明では、信号抽出手段（31）によって抽出済みの生体信号に基づいて判定値を調節している。ここで、体動検出手段（20）によって検出される、心拍や呼吸に伴う信号の大きさは、被験者によって異なる場合があり、被験者と体動検出手段（20）との接触状態によっても異なる場合がある。このため、判定値が一定である場合には、生体信号とノイズとの識別を正確に行うことができない場合がある。これに対して、この第４の発明では、信号抽出手段（31）によって抽出済みの生体信号、つまり実際に抽出された生体信号に基づいて判定値が調節される。従って、被験者の個体差や、被験者と体動検出手段（20）との接触状態によらず、生体信号とノイズとを確実に識別することができるので、体動信号にノイズが含まれているか否かがさらに正確に検出される。 In the fourth invention, the determination value is adjusted based on the biological signal already extracted by the signal extraction means (31). Here, the magnitude of the signal accompanying the heartbeat or respiration detected by the body motion detection means (20) may vary depending on the subject, and also varies depending on the contact state between the subject and the body motion detection means (20). There is. For this reason, when the determination value is constant, there is a case where the biological signal and the noise cannot be accurately identified. In contrast, in the fourth aspect of the invention, the determination value is adjusted based on the biological signal already extracted by the signal extraction means (31), that is, the biological signal actually extracted. Therefore, since the biological signal and the noise can be reliably discriminated regardless of the individual difference of the subject and the contact state between the subject and the body motion detecting means (20), does the body motion signal include noise? Whether or not is detected more accurately.
第５の発明は、上記第１乃至第４の何れか１つの発明において、上記信号蓄積手段（32）から入力された所定時間分の生体信号を高速フーリエ変換することによって該生体信号の周波数スペクトルを求める周波数分析手段（35）を備えている。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, a frequency spectrum of the biological signal is obtained by performing a fast Fourier transform on the biological signal for a predetermined time input from the signal storage means (32). Frequency analysis means (35) for obtaining
第５の発明では、信号蓄積手段（32）から出力された所定時間分の生体信号が、周波数分析手段（35）に入力される。そして、周波数分析手段（35）では、所定時間分の生体信号を高速フーリエ変換することによって生体信号の周波数スペクトルが求められる。高速フーリエ変換では、比較的長い時間分の生体信号の周波数スペクトルが求められる。 In the fifth invention, the biological signal for a predetermined time output from the signal storage means (32) is input to the frequency analysis means (35). Then, the frequency analysis means (35) obtains the frequency spectrum of the biological signal by performing a fast Fourier transform on the biological signal for a predetermined time. In the fast Fourier transform, a frequency spectrum of a biological signal for a relatively long time is obtained.
本発明によれば、信号蓄積手段（32）に所定時間分の生体信号が蓄積されるまでに、ノイズを含む生体信号が検出されない場合に限って、所定時間分の生体信号が信号蓄積手段（32）から出力される。このため、信号蓄積手段（32）から出力される所定時間分の生体信号に、ノイズを含むと検出された生体信号が含まれることがないので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響を軽減させることができる。 According to the present invention, only when a biological signal including noise is not detected until the biological signal for a predetermined time is stored in the signal storage means (32), the biological signal for the predetermined time is stored in the signal storage means ( 32) is output. For this reason, the biological signal detected from the signal accumulation means (32) for a predetermined time does not include the detected biological signal, so that the influence of the noise on the biological signal for the predetermined time is reduced. Can be made.
また、本発明によれば、図５（Ａ）に示すように、ノイズの発生間隔が所定時間よりも長い場合に、ノイズを含まない所定時間分の生体信号（図５における斜線の部分）が得られる。ここで、ノイズの発生タイミングは予測することができない。このため、図５（Ｂ）に示すように、生体信号にノイズが含まれていても所定時間分の生体信号が蓄積されるまで生体信号の蓄積を継続する場合には、ノイズの発生間隔が所定時間よりも長い場合であっても、ノイズを含まない所定時間分の生体信号が得られない場合があり得る。これに対して、本発明によれば、ノイズの発生間隔が所定時間よりも長ければ、ノイズを含まない所定時間分の生体信号が確実に得られる。従って、ノイズを含まない所定時間分の生体信号をより多く得ることが可能になる。 Further, according to the present invention, as shown in FIG. 5A, when the noise generation interval is longer than the predetermined time, the biological signal for a predetermined time not including the noise (the hatched portion in FIG. 5). can get. Here, the noise generation timing cannot be predicted. For this reason, as shown in FIG. 5B, when the biosignal is continuously accumulated until the biosignal for a predetermined time is accumulated even if the biosignal includes noise, the noise generation interval is set. Even if it is longer than the predetermined time, there may be a case where a biological signal for a predetermined time not including noise cannot be obtained. On the other hand, according to the present invention, if the noise generation interval is longer than the predetermined time, a biological signal for a predetermined time that does not include noise can be reliably obtained. Therefore, it is possible to obtain more biological signals for a predetermined time without noise.
また、上記第２の発明では、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合にデジタルフィルタ（42）を初期化することで、検出されたノイズの影響が、そのノイズ以降の生体信号から排除されるようにしている。このため、信号蓄積手段（32）から出力される所定時間分の生体信号は、検出されたノイズの影響を受けている生体信号を含まないものになるので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響をさらに軽減させることができる。 In the second aspect of the invention, when the presence of noise is detected in the body motion signal, the digital filter (42) is initialized so that the influence of the detected noise can be reduced to that after the noise. Excluded from biological signals. For this reason, the biological signal for a predetermined time output from the signal storage means (32) does not include the biological signal affected by the detected noise. The impact can be further reduced.
また、上記第４の発明によれば、信号抽出手段（31）によって抽出済みの生体信号に基づいて判定値を調節することで、体動信号にノイズが含まれているか否かがさらに正確に検出されるようにしている。このため、生体信号との差が小さいノイズであっても検出することが可能になる。従って、信号蓄積手段（32）から出力される所定時間分の生体信号に、小さなノイズを含む生体信号が含まれることを抑制することができるので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響をさらに軽減させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the determination value is adjusted based on the biological signal that has been extracted by the signal extraction means (31), thereby more accurately determining whether or not the body motion signal contains noise. It is supposed to be detected. For this reason, even a noise having a small difference from a biological signal can be detected. Therefore, it is possible to suppress the biological signal including small noise from being included in the biological signal for a predetermined time output from the signal storage means (32). It can be reduced.
また、上記第５の発明では、比較的長い時間分の生体信号の周波数スペクトルを求める生体信号処理装置（15）において、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響が軽減されるようにしている。このため、比較的長い時間分の生体信号の周波数スペクトルが、ノイズによって無駄になるおそれが小さく、ほとんどの生体信号の周波数スペクトルを有効利用することが可能になる。 In the fifth aspect of the invention, in the biological signal processing device (15) for obtaining the frequency spectrum of the biological signal for a relatively long time, the influence of noise in the biological signal for a predetermined time is reduced. For this reason, the frequency spectrum of the biological signal for a relatively long time is less likely to be wasted due to noise, and the frequency spectrum of most biological signals can be effectively used.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態は、本発明に係る生体信号処理装置（15）を備える睡眠状態検出装置（10）である。この睡眠状態検出装置（10）は、体動検出手段である体動センサ（20）と、回路ユニット（30）とを備えている。回路ユニット（30）には、信号抽出手段である信号抽出部（31）と、信号蓄積手段である信号蓄積部（32）と、ノイズ検出手段であるノイズ検出部（33）と、周波数分析手段である周波数分析部（35）と、離床判定部（36）と、睡眠状態検出部（37）とが設けられている。この睡眠状態検出装置（10）のうち、体動センサ（20）と信号抽出部（31）と信号蓄積部（32）とノイズ検出部（33）と周波数分析部（35）とは、本発明に係る生体信号処理装置（15）が構成している。 This embodiment is a sleep state detection device (10) provided with a biological signal processing device (15) according to the present invention. This sleep state detection device (10) includes a body motion sensor (20) which is a body motion detection means, and a circuit unit (30). The circuit unit (30) includes a signal extraction unit (31) that is a signal extraction unit, a signal accumulation unit (32) that is a signal accumulation unit, a noise detection unit (33) that is a noise detection unit, and a frequency analysis unit. A frequency analysis unit (35), a bed leaving determination unit (36), and a sleep state detection unit (37) are provided. Of the sleep state detection device (10), the body motion sensor (20), the signal extraction unit (31), the signal accumulation unit (32), the noise detection unit (33), and the frequency analysis unit (35) The biological signal processing device (15) according to FIG.
体動センサ（20）は、被験者としての就寝者の体動を検出して体動信号を出力するように構成されている。この体動センサ（20）は、感圧部（21）と受圧部（22）とを備えている。 The body motion sensor (20) is configured to detect a body motion of a sleeping person as a subject and output a body motion signal. The body motion sensor (20) includes a pressure sensitive part (21) and a pressure receiving part (22).
図１及び図２に示すように、本実施形態の感圧部（21）は、ベッドなどの寝具の寝台に敷かれたマットレス上に敷設されるものである。この感圧部（21）は、細長で中空状のチューブで構成され、その内側に空間が形成されている。そして、就寝者がベッドに横臥すると、就寝者の体動に伴い感圧部（21）に圧力・振動が伝達され、感圧部（21）の内圧が受圧部（22）に作用する。 As shown in FIG.1 and FIG.2, the pressure sensitive part (21) of this embodiment is laid on the mattress laid on the bed of bedclothes, such as a bed. This pressure-sensitive part (21) is comprised by the elongate and hollow tube, and the space is formed in the inner side. When the sleeping person lies on the bed, pressure / vibration is transmitted to the pressure sensing part (21) along with the body movement of the sleeping person, and the internal pressure of the pressure sensing part (21) acts on the pressure receiving part (22).
受圧部（22）は、ケーシング（23）と、このケーシング（23）に収納されるセンサ部（24）とで構成されている。センサ部（24）は、マイクロフォンや圧力センサなどで構成される。このセンサ部（24）は、上記感圧部（21）より作用した内圧を受け、この内圧を体動信号としてリード線（25）を介して回路ユニット（30）に出力する。なお、本実施形態では、感圧部（21）と受圧部（22）との接続位置に微小なリーク溝（26）が形成されている。このため、例えば就寝者がベッドに強い衝撃を与えた際、センサ部（24）に対して急激に上昇した内圧が作用し、その結果、センサ部（24）が故障してしまったり、体動信号が飽和状態となってしまったりすることを抑制している。 The pressure receiving part (22) includes a casing (23) and a sensor part (24) accommodated in the casing (23). A sensor part (24) is comprised by a microphone, a pressure sensor, etc. The sensor unit (24) receives the internal pressure applied from the pressure sensing unit (21), and outputs the internal pressure as a body motion signal to the circuit unit (30) via the lead wire (25). In the present embodiment, a minute leak groove (26) is formed at the connection position between the pressure sensitive part (21) and the pressure receiving part (22). For this reason, for example, when a sleeping person gives a strong impact to the bed, a sudden rise in internal pressure acts on the sensor unit (24), resulting in a malfunction of the sensor unit (24) or body movement. This prevents the signal from becoming saturated.
図３に示すように、信号抽出部（31）は、信号増幅部（40）とデジタル変換部（41）とデジタルフィルタ（42）とを備えている。信号抽出部（31）では、体動センサ（20）から入力された体動信号が、信号増幅部（40）とデジタル変換部（41）とデジタルフィルタ（42）とで順次処理されて、信号蓄積部（32）に出力される。 As shown in FIG. 3, the signal extraction unit (31) includes a signal amplification unit (40), a digital conversion unit (41), and a digital filter (42). In the signal extraction unit (31), the body motion signal input from the body motion sensor (20) is sequentially processed by the signal amplification unit (40), the digital conversion unit (41), and the digital filter (42) to obtain a signal. Output to the storage unit (32).
信号増幅部（40）は、増幅器として構成されている。信号増幅部（40）は、体動センサ（20）に直流結合で接続されている。信号増幅部（40）は、低域通過特性を有しており、エリアシングを防ぐためのアンチエリアシングフィルタを兼ねている。信号増幅部（40）では、体動センサ（20）からの体動信号のうち高周波数成分が除かれたものが増幅される。信号増幅部（40）から出力されたアナログ信号は、デジタル変換部（41）に入力される。 The signal amplifier (40) is configured as an amplifier. The signal amplifying unit (40) is connected to the body motion sensor (20) by DC coupling. The signal amplifying unit (40) has a low-pass characteristic and also serves as an anti-aliasing filter for preventing aliasing. The signal amplifying unit (40) amplifies the body motion signal from the body motion sensor (20) from which the high frequency component has been removed. The analog signal output from the signal amplification unit (40) is input to the digital conversion unit (41).
デジタル変換部（41）は、オーバーサンプリング型のＡＤ変換器として構成されている。デジタル変換部（41）では、信号増幅部（40）から入力されたアナログ信号が、そのアナログ信号の周波数よりも大きな周波数でサンプリングされて、デジタル信号に変換される。デジタル変換部（41）から出力されたデジタル信号は、デジタルフィルタ（42）に入力される。 The digital conversion unit (41) is configured as an oversampling AD converter. In the digital conversion unit (41), the analog signal input from the signal amplification unit (40) is sampled at a frequency larger than the frequency of the analog signal and converted into a digital signal. The digital signal output from the digital conversion unit (41) is input to the digital filter (42).
デジタルフィルタ（42）は、バンドパスフィルタとして構成されている。デジタルフィルタ（42）には、成人が安静にしている時の心拍の周波数帯域に対応する通過帯域（０．８〜２．０Ｈｚ）のバンドパスフィルタが用いられている。デジタルフィルタ（42）には、例えばＩＩＲフィルタ（チェビシェフ特性、４次）が用いられている。なお、デジタルフィルタ（42）にＦＩＲフィルタを用いてもよい。 The digital filter (42) is configured as a bandpass filter. As the digital filter (42), a bandpass filter having a passband (0.8 to 2.0 Hz) corresponding to the frequency band of the heartbeat when an adult is at rest is used. For example, an IIR filter (Chebyshev characteristic, fourth order) is used as the digital filter (42). An FIR filter may be used for the digital filter (42).
デジタルフィルタ（42）では、デジタル変換部（41）から入力された信号から心拍に伴う生体信号が抽出される。デジタルフィルタ（42）では、生体信号を抽出するにあたって、抽出する生体信号と同じ時刻の体動信号だけでなく、その体動信号の直前からの複数の体動信号を用いて演算処理を行っている。この演算処理には、デジタルフィルタ（42）の入力値である体動信号やデジタルフィルタ（42）の内部状態を保持する内部変数が用いられている。デジタルフィルタ（42）から出力された生体信号は、信号蓄積部（32）とノイズ検出部（33）とにそれぞれ入力される。 In the digital filter (42), a biological signal associated with a heartbeat is extracted from the signal input from the digital conversion unit (41). In extracting the biological signal, the digital filter (42) performs not only the body motion signal at the same time as the biological signal to be extracted but also a plurality of body motion signals immediately before the body motion signal. Yes. In this calculation processing, a body motion signal that is an input value of the digital filter (42) and an internal variable that holds the internal state of the digital filter (42) are used. The biological signal output from the digital filter (42) is input to the signal storage unit (32) and the noise detection unit (33), respectively.
ノイズ検出部（33）は、体動センサ（20）から出力された体動信号にノイズが含まれている否かを検出するように構成されている。ノイズ検出部（33）は、体動信号を処理した信号である生体信号に基づいて、体動信号にノイズが含まれている否かを検出する。 The noise detection unit (33) is configured to detect whether noise is included in the body motion signal output from the body motion sensor (20). The noise detection unit (33) detects whether or not noise is included in the body motion signal based on a biological signal that is a signal obtained by processing the body motion signal.
具体的に、ノイズ検出部（33）には、ノイズを識別するための判定値が予め設定されている。判定値は、心拍に伴う信号の瞬時値として想定される範囲の上限値と等しくなっている。判定値は、体動センサのバラツキや、想定される利用者の寝具等の状態を考慮して設定されている。なお、心拍に伴う信号の瞬時値として想定される範囲の上限値に、１よりも大きい係数を掛けたものを判定値としてもよい。 Specifically, a determination value for identifying noise is preset in the noise detection unit (33). The determination value is equal to the upper limit value of the range assumed as the instantaneous value of the signal accompanying the heartbeat. The determination value is set in consideration of variations in body motion sensors and assumed user bedding. The determination value may be obtained by multiplying the upper limit value of the range assumed as the instantaneous value of the signal accompanying the heartbeat by a coefficient larger than 1.
ノイズ検出部（33）は、生体信号の瞬時絶対値が判定値を上回る場合に、体動信号にノイズが含まれていると判断する。体動信号にノイズが含まれていると判断すると、生体信号にもノイズが含まれているので、ノイズ検出部（33）は、信号蓄積部（32）に入力された生体信号にノイズが含まれていることを、後述する動作制御部（39）に伝達する。 The noise detection unit (33) determines that noise is included in the body motion signal when the instantaneous absolute value of the biological signal exceeds the determination value. If it is determined that the body motion signal includes noise, the biological signal also includes noise, so the noise detection unit (33) includes the noise in the biological signal input to the signal storage unit (32). This is transmitted to an operation control unit (39) described later.
一方、ノイズ検出部（33）は、生体信号の瞬時絶対値が判定値以下になる場合に、体動信号にノイズが含まれていないと判断する。体動信号にノイズが含まれていないと判断すると、ノイズ検出部（33）は、ノイズが含まれていないと判断した体動信号と同じ時刻の生体信号を、後述する信号記憶部（34）に書き込ませる。 On the other hand, the noise detection unit (33) determines that noise is not included in the body motion signal when the instantaneous absolute value of the biological signal is equal to or less than the determination value. When it is determined that the body motion signal does not contain noise, the noise detection unit (33) uses a biological signal at the same time as the body motion signal determined to contain no noise as a signal storage unit (34) described later. To write to.
信号蓄積部（32）は、信号記憶部（34）と動作制御部（39）とを備えている。信号記憶部（34）は、フラッシュメモリ等で構成された、２ｎサイズのデータバッファとして構成されている。信号記憶部（34）は、所定時間分（例えば１０秒）の生体信号を一時的に蓄積するように構成されている。生体信号として心拍に伴う信号を抽出する場合には、少なくとも２．５秒以上の生体信号を蓄積可能なデータバッファを使用する。なお、生体信号として呼吸に伴う信号を抽出する場合には、少なくとも１０秒以上の生体信号を蓄積可能なデータバッファを使用する。 The signal storage unit (32) includes a signal storage unit (34) and an operation control unit (39). The signal storage unit (34) is configured as a 2n size data buffer including a flash memory or the like. The signal storage unit (34) is configured to temporarily accumulate biological signals for a predetermined time (for example, 10 seconds). When extracting a signal associated with a heartbeat as a biological signal, a data buffer capable of storing a biological signal of at least 2.5 seconds or more is used. In addition, when extracting the signal accompanying respiration as a biological signal, a data buffer capable of storing a biological signal of at least 10 seconds or more is used.
信号記憶部（34）では、信号抽出部（31）から入力された生体信号を順次記憶して、所定時間分の生体信号が蓄積された場合に該所定時間分の生体信号を出力する蓄積動作が繰り返し行われる。具体的に、蓄積動作では、生体信号がデータの書込領域の先頭から末尾に向かって順に書き込まれてゆく。信号記憶部（34）には、ノイズ検出部（33）でノイズを含んでいないと判断された生体信号のみが書き込まれる。信号記憶部（34）では、生体信号が書き込まれるたびに、データの書込領域の位置を表す書込ポインタが更新される。そして、書込ポインタがデータの書込領域の末尾に到達すると、データの蓄積が完了し、所定時間分の生体信号が周波数分析部（35）に出力される。信号記憶部（34）では、所定時間分の生体信号が出力されると、書込ポインタがデータの書込領域の先頭に移動する。そして、次に入力された生体信号から次の蓄積動作が開始される。 The signal storage unit (34) sequentially stores the biological signals input from the signal extraction unit (31), and outputs a biological signal for a predetermined time when the biological signal for a predetermined time is accumulated. Is repeated. Specifically, in the accumulation operation, biological signals are sequentially written from the beginning to the end of the data writing area. Only the biological signal determined to contain no noise by the noise detection unit (33) is written in the signal storage unit (34). In the signal storage unit (34), each time a biological signal is written, a write pointer indicating the position of the data write area is updated. When the write pointer reaches the end of the data writing area, data accumulation is completed, and a biological signal for a predetermined time is output to the frequency analysis unit (35). In the signal storage unit (34), when a biological signal for a predetermined time is output, the write pointer moves to the head of the data writing area. Then, the next accumulation operation is started from the next input biological signal.
動作制御部（39）は、ノイズ検出部（33）が体動信号にノイズが含まれていることを検出した場合に、信号記憶部（34）における蓄積動作を中断させ、それまでに信号記憶部（34）に蓄積された生体信号を無効にして、ノイズ直後の生体信号から次の蓄積動作を該信号記憶部（34）に行わせるように構成されている。 When the noise detection unit (33) detects that the body motion signal includes noise, the motion control unit (39) interrupts the accumulation operation in the signal storage unit (34) and stores the signal until then. The biological signal accumulated in the unit (34) is invalidated, and the next storage operation is performed on the signal storage unit (34) from the biological signal immediately after the noise.
具体的に、動作制御部（39）は、信号記憶部（34）に入力された生体信号にノイズが含まれていることをノイズ検出部（33）から受信した場合に、ノイズが含まれていると判断された生体信号を信号記憶部（34）に書き込ませることなく、信号記憶部（34）を初期化する。信号記憶部（34）は初期化されると、蓄積中の生体信号が消去されると共に、書込ポインタがデータの書込領域の先頭に移動する。そして、信号記憶部（34）では、新たに次の蓄積動作が開始される。次の蓄積動作では、ノイズを含むと判断された生体信号の直後に入力された生体信号から、生体信号がデータの書込領域の先頭から書き込まれてゆく。 Specifically, when the operation control unit (39) receives from the noise detection unit (33) that the biological signal input to the signal storage unit (34) includes noise, the operation control unit (39) includes noise. The signal storage unit (34) is initialized without writing the biological signal determined to be present in the signal storage unit (34). When the signal storage unit (34) is initialized, the stored biological signal is erased and the write pointer moves to the head of the data write area. Then, in the signal storage unit (34), the next accumulation operation is newly started. In the next accumulation operation, the biological signal is written from the beginning of the data writing area from the biological signal input immediately after the biological signal determined to contain noise.
なお、動作制御部（39）は、信号記憶部（34）に入力された生体信号にノイズが含まれていることをノイズ検出部（33）から受信した場合に、信号記憶部（34）を初期化せずに、書込ポインタをデータの書込領域の先頭に移動させるだけでもよい。この場合、ノイズを含むと判断された生体信号の直後に入力された生体信号から、生体信号が前回の蓄積動作で記憶された生体信号に上書きされてゆく。 When the operation control unit (39) receives from the noise detection unit (33) that the biological signal input to the signal storage unit (34) includes noise, the operation control unit (39) displays the signal storage unit (34). It is also possible to move the write pointer to the beginning of the data write area without initialization. In this case, the biological signal input immediately after the biological signal determined to contain noise is overwritten on the biological signal stored in the previous accumulation operation.
周波数分析部（35）は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって生体信号の周波数スペクトルを求めるように構成されている。周波数分析部（35）では、信号記憶部（34）から入力される所定時間分の生体信号から、その所定時間分の生体信号の周波数スペクトルが求められる。 The frequency analysis unit (35) is configured to obtain the frequency spectrum of the biological signal by fast Fourier transform (FFT). The frequency analysis unit (35) obtains the frequency spectrum of the biological signal for the predetermined time from the biological signal for the predetermined time input from the signal storage unit (34).
離床判定部（36）は、寝具上に人間がいるか否かの在床／離床判定を行うように構成されている。離床判定部（36）は、周波数分析部（35）で求められた生体信号の周波数スペクトルに基づいて在床／離床判定を行う。離床判定部（36）は、生体信号の周波数スペクトルに心拍に対応するスペクトル成分が含まれている場合に「在床」と判定し、生体信号の周波数スペクトルに心拍に対応するスペクトル成分が含まれていない場合に「離床」と判定する。 The bed leaving determination unit (36) is configured to make a bed / bed determination as to whether or not there is a person on the bedding. The bed leaving determination unit (36) performs bed / bed determination based on the frequency spectrum of the biological signal obtained by the frequency analysis unit (35). The bed leaving determination unit (36) determines “being in bed” when a spectrum component corresponding to the heartbeat is included in the frequency spectrum of the biological signal, and the spectrum component corresponding to the heartbeat is included in the frequency spectrum of the biological signal. If not, it is determined as “getting out of bed”.
睡眠状態検出部（37）は、離床判定部（36）が「在床」と判定した場合に、寝具上の人間の睡眠状態を検出するように構成されている。睡眠状態検出部（37）は、例えば周波数分析部（35）で求められた生体信号の周波数スペクトルに基づいて、就寝者が睡眠状態であるか覚醒状態であるかを判定する。 The sleep state detection unit (37) is configured to detect a human sleep state on the bedding when the bed leaving determination unit (36) determines that the user is “in bed”. A sleep state detection part (37) determines whether a sleeper is a sleep state or a wake state based on the frequency spectrum of the biological signal calculated | required by the frequency analysis part (35), for example.
なお、この実施形態では、体動信号にノイズが含まれている場合に、信号記憶部（34）から生体信号が出力されない時間帯が出てくる。この時間帯は、生体信号の周波数スペクトルも出力されないので、直接、在床／離床判定や、睡眠状態の検出を行うことができない。このため、この実施形態では、生体信号が出力されない時間帯の在床／離床の判定結果を、直近に在床／離床判定が行われた時間帯の判定結果と同じとしている。また、生体信号が出力されない時間帯の睡眠状態の検出結果を、直近に睡眠状態の検出が行われた時間帯の検出結果と同じとしている。 In this embodiment, when the body motion signal includes noise, a time period in which no biological signal is output from the signal storage unit (34) appears. In this time zone, since the frequency spectrum of the biological signal is not output, it is not possible to directly determine whether the user is in bed or to get out of bed or to detect the sleep state. For this reason, in this embodiment, the determination result of the presence / absence of bed in the time zone in which no biological signal is output is the same as the determination result of the time zone in which the presence / absence determination was performed most recently. Moreover, the detection result of the sleep state in the time zone when the biological signal is not output is the same as the detection result of the time zone in which the sleep state was detected most recently.
−回路ユニットの動作−
回路ユニット（30）において所定時間分の生体信号を出力するまでの動作を、以下に説明する。
-Circuit unit operation-
The operation until the biological signal for a predetermined time is output in the circuit unit (30) will be described below.
本実施形態の睡眠状態検出装置（10）は、寝具の寝台上に就寝者が横臥した状態で電源がＯＮの状態に設定されると、就寝者の体動に伴って体動センサ（20）から体動信号から出力される。回路ユニット（30）は、体動センサ（20）からの体動信号が入力されると、その動作を開始する。 When the sleeper is lying on the bed of the bedding and the power source is set to the ON state, the sleep state detection device (10) of the present embodiment is associated with the body motion of the sleeper (20). Is output from the body motion signal. When the body motion signal from the body motion sensor (20) is input, the circuit unit (30) starts its operation.
回路ユニット（30）では、まず体動信号の前処理が、信号増幅部（40）とデジタル変換部（41）とで行われる。体動信号の前処理では、信号増幅部（40）において、高周波数成分が除かれた体動信号が増幅される。そして、デジタル変換部（41）において、信号増幅部（40）の出力がオーバーサンプリングされてデジタル信号に変換される。 In the circuit unit (30), the pre-processing of the body motion signal is first performed by the signal amplification unit (40) and the digital conversion unit (41). In the preprocessing of the body motion signal, the body motion signal from which the high frequency component has been removed is amplified in the signal amplification unit (40). Then, in the digital conversion unit (41), the output of the signal amplification unit (40) is oversampled and converted into a digital signal.
続いて、体動信号の前処理が終了すると、デジタルフィルタ（42）において生体信号の抽出が行われる。デジタルフィルタ（42）では、デジタル変換部（41）の出力されたデジタル信号から所定の周波数帯域（０．８〜２．０Ｈｚ）の生体信号が抽出される。デジタルフィルタ（42）で抽出された生体信号は、信号記憶部（34）とノイズ検出部（33）とにそれぞれ入力される。 Subsequently, when the preprocessing of the body motion signal is finished, the biological signal is extracted in the digital filter (42). In the digital filter (42), a biological signal in a predetermined frequency band (0.8 to 2.0 Hz) is extracted from the digital signal output from the digital converter (41). The biological signal extracted by the digital filter (42) is input to the signal storage unit (34) and the noise detection unit (33), respectively.
続いて、回路ユニット（30）では、信号記憶部（34）において蓄積動作が行われる。蓄積動作については、図４に示すフローチャートを用いて説明する。 Subsequently, in the circuit unit (30), an accumulation operation is performed in the signal storage unit (34). The accumulation operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
蓄積動作では、ステップ１（ＳＴ１）において、デジタルフィルタ（42）から入力された生体信号を、信号記憶部（34）のデータの書込領域に書き込むか否かの判断が行われる。信号記憶部（34）は、ノイズ検出部（33）が体動信号にノイズが含まれていないと判断した場合には、ステップ２（ＳＴ２）に移行して、入力された生体信号の書き込みを行う。 In the accumulation operation, in step 1 (ST1), it is determined whether or not the biological signal input from the digital filter (42) is written in the data writing area of the signal storage unit (34). When the noise storage unit (33) determines that the body motion signal does not contain noise, the signal storage unit (34) proceeds to step 2 (ST2) and writes the input biological signal. Do.
一方、信号記憶部（34）は、ノイズ検出部（33）が体動信号にノイズが含まれていると判断した場合には、生体信号の書き込みを行わない。この場合は、ステップ３（ＳＴ３）において、信号記憶部（34）が動作制御部（39）によって初期化される。信号記憶部（34）が初期化されると、蓄積動作は終了する。蓄積動作が終了すると、スタートに戻って、ノイズを含む生体信号の次の生体信号から次の蓄積動作が新たに行われる。 On the other hand, the signal storage unit (34) does not write the biological signal when the noise detection unit (33) determines that the body motion signal includes noise. In this case, in step 3 (ST3), the signal storage unit (34) is initialized by the operation control unit (39). When the signal storage unit (34) is initialized, the accumulation operation ends. When the accumulation operation ends, the process returns to the start, and the next accumulation operation is newly performed from the next biological signal of the biological signal including noise.
ステップ２（ＳＴ２）において生体信号の書き込みを行うと、ステップ４（ＳＴ４）に移行する。ステップ４（ＳＴ４）では、信号記憶部（34）において、所定時間分の生体信号が蓄積されているか否かの判断が行われる。書込ポインタがデータの書込領域の末尾に到達している場合には、所定時間分の生体信号が蓄積されていると判断して、ステップ５（ＳＴ５）に移行する。ステップ５（ＳＴ５）では、信号記憶部（34）に蓄積された所定時間分の生体信号が出力される。所定時間分の生体信号が出力されると、蓄積動作は終了する。蓄積動作が終了すると、スタートに戻って、次の生体信号から新たな蓄積動作が行われる。 When the biological signal is written in step 2 (ST2), the process proceeds to step 4 (ST4). In step 4 (ST4), it is determined in the signal storage unit (34) whether or not biological signals for a predetermined time have been accumulated. If the write pointer has reached the end of the data writing area, it is determined that a biological signal for a predetermined time has been accumulated, and the process proceeds to step 5 (ST5). In step 5 (ST5), biological signals for a predetermined time accumulated in the signal storage unit (34) are output. When a biological signal for a predetermined time is output, the accumulation operation ends. When the accumulation operation ends, the process returns to the start, and a new accumulation operation is performed from the next biological signal.
一方、書込ポインタがデータの書込領域の末尾に到達していない場合には、所定時間分の生体信号が蓄積されていないと判断して、ステップ１（ＳＴ１）に移行する。信号記憶部（34）では、所定時間分の生体信号が蓄積されるか、ノイズ検出部（33）が体動信号にノイズが含まれていると判断するまで蓄積動作が行われる。 On the other hand, if the write pointer has not reached the end of the data write area, it is determined that a biological signal for a predetermined time has not been accumulated, and the process proceeds to step 1 (ST1). In the signal storage unit (34), the accumulation operation is performed until a biological signal for a predetermined time is accumulated or the noise detection unit (33) determines that the body motion signal includes noise.
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、信号記憶部（34）に所定時間分の生体信号が蓄積されるまでに、ノイズを含む生体信号が検出されない場合に限って、所定時間分の生体信号が信号記憶部（34）から出力される。このため、信号記憶部（34）から出力される所定時間分の生体信号に、ノイズを含むと検出された生体信号が含まれることがないので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響を軽減させることができる。
-Effect of the embodiment-
According to this embodiment, only when a biological signal including noise is not detected until the biological signal for a predetermined time is accumulated in the signal storage unit (34), the biological signal for the predetermined time is stored in the signal storage unit. Is output from (34). For this reason, since the biological signal detected as including noise is not included in the biological signal for a predetermined time output from the signal storage unit (34), the influence of the noise on the biological signal for the predetermined time is reduced. Can be made.
また、本実施形態では、比較的長い時間分の生体信号の周波数スペクトルを求める生体信号処理装置（15）において、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響が軽減されるようにしている。このため、比較的長い時間分の生体信号の周波数スペクトルが、ノイズによって無駄になるおそれが小さく、ほとんどの生体信号の周波数スペクトルを有効利用することが可能になる。 In this embodiment, in the biological signal processing device (15) for obtaining the frequency spectrum of the biological signal for a relatively long time, the influence of noise in the biological signal for a predetermined time is reduced. For this reason, the frequency spectrum of the biological signal for a relatively long time is less likely to be wasted due to noise, and the frequency spectrum of most biological signals can be effectively used.
−実施形態の変形例−
実施形態の変形例について説明する。この変形例では、図５に示すように、回路ユニット（30）にフィルタ初期化部（38）が設けられている。フィルタ初期化部（38）は、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合に、デジタルフィルタ（42）を初期化するように構成されている。デジタルフィルタ（42）の初期化では、デジタルフィルタ（42）の内部変数が初期化される。
-Modification of the embodiment-
A modification of the embodiment will be described. In this modification, as shown in FIG. 5, the circuit unit (30) is provided with a filter initialization unit (38). The filter initialization unit (38) is configured to initialize the digital filter (42) when it is detected that noise is included in the body motion signal. In the initialization of the digital filter (42), the internal variables of the digital filter (42) are initialized.
デジタルフィルタ（42）では、内部変数が初期化されると、初期状態からの体動信号の演算処理によって次の生体信号が抽出される。このため、ノイズからの暫くの間の生体信号の抽出に、ノイズを含む体動信号が用いられることがない。 In the digital filter (42), when the internal variable is initialized, the next biological signal is extracted by the calculation process of the body motion signal from the initial state. For this reason, a body motion signal including noise is not used for extracting a biological signal from noise for a while.
この変形例では、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合にデジタルフィルタ（42）を初期化することで、検出されたノイズの影響が、そのノイズ以降の生体信号から排除されるようにしている。このため、信号記憶部（34）から出力される所定時間分の生体信号は、検出されたノイズの影響を受けている生体信号を含まないものになるので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響をさらに軽減させることができる。 In this modification, the digital filter (42) is initialized when it is detected that the body motion signal contains noise, so that the influence of the detected noise is excluded from the biological signal after that noise. To be. For this reason, the biological signal for a predetermined time output from the signal storage unit (34) does not include the biological signal affected by the detected noise. The impact can be further reduced.
なお、デジタルフィルタ（42）は、急峻な周波数特性を持つ高次のものを使用するほど、時間応答が長くなる傾向がある。すなわち、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合にデジタルフィルタ（42）を初期化しなければ、ノイズ直後の生体信号からノイズの影響が排除されるまでの長い時間を要する。この変形例では、高次のデジタルフィルタ（42）であっても、体動信号にノイズが含まれていることが検出された場合にデジタルフィルタ（42）を初期化することで、検出されたノイズの影響が、そのノイズ以降の生体信号から排除されるようにしている。 The digital filter (42) tends to have a longer time response as a higher-order filter having a steep frequency characteristic is used. That is, if the digital filter (42) is not initialized when it is detected that noise is included in the body motion signal, it takes a long time until the influence of the noise is eliminated from the biological signal immediately after the noise. In this modification, even the higher-order digital filter (42) is detected by initializing the digital filter (42) when it is detected that the body motion signal includes noise. The influence of noise is excluded from biological signals after the noise.
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
About the said embodiment, it is good also as the following structures.
上記実施形態について、生体信号として呼吸に伴う信号を抽出してもよい。この場合、デジタルフィルタ（42）には、呼吸運動の固有振動帯域に対応する通過帯域（０．１〜０．３Ｈｚ）のバンドパスフィルタを用いる。 About the said embodiment, you may extract the signal accompanying respiration as a biological signal. In this case, a band pass filter having a pass band (0.1 to 0.3 Hz) corresponding to the natural vibration band of the respiratory motion is used as the digital filter (42).
また、上記実施形態について、心拍に伴う生体信号と呼吸に伴う生体信号との両方を抽出してもよい。 Moreover, about the said embodiment, you may extract both the biological signal accompanying a heartbeat and the biological signal accompanying respiration.
また、上記実施形態について、ノイズ検出部（33）が、信号抽出部（31）によって抽出済みの生体信号に基づいて判定値を調節してもよい。この場合、ノイズ検出部（33）は、例えば、体動信号にノイズが含まれているか否かを検出する時点までの生体信号の平均値に基づいて、判定値を決定してもよいし、体動信号にノイズが含まれているか否かを検出する時点から所定の時間前までの平均値に基づいて、判定値を決定してもよい。また、平均値ではなく最小値や最大値に基づいて判定値を決定してもよい。 Moreover, about the said embodiment, a noise detection part (33) may adjust a determination value based on the biosignal extracted by the signal extraction part (31). In this case, the noise detection unit (33) may determine the determination value based on, for example, the average value of the biological signal up to the time point when detecting whether or not the body motion signal includes noise, The determination value may be determined based on an average value from a time point when it is detected whether or not noise is included in the body motion signal to a predetermined time before. Further, the determination value may be determined based on the minimum value or the maximum value instead of the average value.
このように、実際に抽出された生体信号に基づいて判定値を調節することで、被験者の個体差や、被験者と体動検出手段（20）との接触状態によらず、生体信号とノイズとを確実に識別することができるので、体動信号にノイズが含まれているか否かがさらに正確に検出される。このため、生体信号との差が小さいノイズであっても検出することが可能になる。従って、信号記憶部（34）から出力される所定時間分の生体信号に、小さなノイズを含む生体信号が含まれることを抑制することができるので、所定時間分の生体信号におけるノイズの影響をさらに軽減させることができる。 In this way, by adjusting the determination value based on the actually extracted biological signal, the biological signal and the noise are not affected by the individual difference of the subject or the contact state between the subject and the body motion detecting means (20). Therefore, it is possible to more accurately detect whether or not noise is included in the body motion signal. For this reason, even a noise having a small difference from a biological signal can be detected. Therefore, it is possible to suppress a biological signal including small noise from being included in the biological signal for a predetermined time output from the signal storage unit (34). It can be reduced.
また、上記実施形態について、生体信号を個別に判定値と比較するのではなく、複数の生体信号の平均値を判定値と比較することによって、体動信号にノイズが含まれているか否かを検出してもよい。この場合、ノイズ周期以上の時間分の生体信号を用いて平均値を算出することが望ましい。また、平均値は、単純平均で求めてもよいし、移動平均で求めてもよい。また、平均値の絶対値を用いてもよいし、平均値の自乗値を用いてもよい。 In the above embodiment, whether or not the body motion signal includes noise is determined by comparing the average value of the plurality of biological signals with the determination value instead of individually comparing the biological signal with the determination value. It may be detected. In this case, it is desirable to calculate an average value using biological signals for a time equal to or longer than the noise period. The average value may be obtained by a simple average or a moving average. Further, an absolute value of the average value may be used, or a square value of the average value may be used.
また、上記実施形態について、判定値との比較に生体信号の瞬時絶対値を用いずに、適当な減衰時定数の信号ピークホールド値を用いてもよい。 In the above embodiment, a signal peak hold value having an appropriate decay time constant may be used instead of using the instantaneous absolute value of the biological signal for comparison with the determination value.
また、上記実施形態について、ノイズ検出部（33）が、体動信号を所定の判定値と比較することによって、体動信号にノイズが含まれているか否かを検出してもよい。また、判定値との比較に、信号増幅部（40）の出力を用いてもよいし、デジタル変換部（41）の出力を用いてもよい。 Moreover, about the said embodiment, a noise detection part (33) may detect whether noise is contained in a body motion signal by comparing a body motion signal with a predetermined determination value. In addition, the output of the signal amplification unit (40) may be used for comparison with the determination value, or the output of the digital conversion unit (41) may be used.
また、上記実施形態について、離床判定部（36）において、信号記憶部（34）から出力される所定時間分の生体信号よりも長い時間区分（例えば１分）毎に、在床／離床の判定を行うようにしてもよい。離床判定部（36）は、例えば、１０秒間の生体信号の周波数スペクトル毎に在床か離床かを判定して、１分間ではその結果の多数決によって在床か離床かを判定する。また、離床判定部（36）は、例えば、生体信号の周波数スペクトルの１分間の平均値によって、在床か離床かを判定してもよい。 In addition, in the above embodiment, in the bed leaving determination unit (36), the determination of bed / bed leaving is performed for each time segment (for example, 1 minute) longer than the biological signal for a predetermined time output from the signal storage unit (34). May be performed. For example, the bed leaving determination unit (36) determines whether the user is in bed or out of bed for each frequency spectrum of the biological signal for 10 seconds, and determines whether the user is in bed or out of bed by the majority of the results in one minute. Further, the bed leaving determination unit (36) may determine whether the user is in bed or out of bed based on, for example, an average value of the frequency spectrum of the biological signal for one minute.
また、上記実施形態について、睡眠状態検出部（37）において、信号記憶部（34）から出力される所定時間分の生体信号よりも長い時間区分（例えば１分）毎に、睡眠状態の検出を行うようにしてもよい。睡眠状態検出部（37）は、例えば、１０秒間の生体信号の周波数スペクトル毎に睡眠状態の検出を行い、１分間ではその結果の多数決によって睡眠状態を決定する。また、睡眠状態検出部（37）は、例えば、生体信号の周波数スペクトルの１分間の平均値によって、睡眠状態の検出を行ってもよい。 Moreover, about the said embodiment, in a sleep state detection part (37), a sleep state is detected for every time division (for example, 1 minute) longer than the biosignal for predetermined time output from a signal storage part (34). You may make it perform. A sleep state detection part (37) detects a sleep state for every frequency spectrum of a biological signal for 10 seconds, for example, and determines a sleep state by the majority of the result in 1 minute. Moreover, a sleep state detection part (37) may detect a sleep state by the average value for 1 minute of the frequency spectrum of a biological signal, for example.
また、上記実施形態について、体動センサ（20）は、感圧部（21）がエアマットであってもよいし、感圧部（21）が静電容量や圧電を利用した感圧シートであってもよい。 In the embodiment, the body motion sensor (20) may be such that the pressure-sensitive part (21) is an air mat, or the pressure-sensitive part (21) is a pressure-sensitive sheet using capacitance or piezoelectricity. May be.
また、上記実施形態について、例えば体動センサ（20）を椅子の着座部に配設して、着座した者を被験者としてもよい。 Moreover, about the said embodiment, a body motion sensor (20) is arrange | positioned in the seating part of a chair, and it is good also considering the person who seated as a test subject.
また、上記実施形態について、蓄積動作の終了に、ノイズを含む生体信号の次の生体信号から新たな蓄積動作を開始せずに、ノイズを含む生体信号から所定の数の信号を飛ばしてから新たな蓄積動作を開始してもよい。 Further, in the above embodiment, at the end of the accumulation operation, a new number of signals are skipped from the biological signal including noise without starting a new accumulation operation from the biological signal next to the biological signal including noise. May be started.
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、体動に伴う体動信号から呼吸及び心拍の少なくとも一方に伴う生体信号を抽出して、抽出した生体信号の処理を行う生体信号処理装置（15）について有用である。 As described above, the present invention is useful for a biological signal processing device (15) that extracts a biological signal accompanying at least one of respiration and heartbeat from a body motion signal accompanying body motion and processes the extracted biological signal. It is.
15 生体信号処理装置
20 体動検出部（体動検出手段）
31 信号抽出部（信号抽出手段）
32 信号蓄積部（信号蓄積手段）
33 ノイズ検出部（ノイズ検出手段）
35 周波数分析部（周波数分析手段）
38 フィルタ初期化手段（フィルタ初期化部）
42 デジタルフィルタ
15 Biological signal processor
20 Body motion detector (body motion detection means)
31 Signal extraction unit (signal extraction means)
32 Signal storage unit (Signal storage means)
33 Noise detector (noise detection means)
35 Frequency analysis section (frequency analysis means)
38 Filter initialization means (filter initialization section)
42 Digital filter
Claims (5)
上記体動検出手段（20）から入力された体動信号から、呼吸及び心拍の少なくとも一方に伴う生体信号を抽出する信号抽出手段（31）と、
上記信号抽出手段（31）から入力された生体信号を順次記憶して、所定時間分の生体信号が蓄積された場合に該所定時間分の生体信号を出力する蓄積動作を行う信号蓄積手段（32）とを備え、
上記信号蓄積手段（32）は、上記所定時間分の生体信号を出力すると次の蓄積動作を開始する生体信号処理装置であって、
上記体動検出手段（20）から出力された体動信号にノイズが含まれている否かを検出するノイズ検出手段（33）を備え、
上記信号蓄積手段（32）は、
上記信号抽出手段（31）から生体信号が入力される毎に、該生体信号にノイズが含まれていると上記ノイズ検出手段（33）が判断したか否かを判断し、
該生体信号にノイズが含まれていないと上記ノイズ検出手段（33）が判断した場合には、該生体信号を記憶し、
該生体信号にノイズが含まれていると上記ノイズ検出手段（33）が判断した場合には、上記蓄積動作を中断して該蓄積動作中に蓄積された生体信号を無効にし、次の蓄積動作を開始して所定時間分の生体信号の蓄積を最初からやり直すことを特徴とする生体信号処理装置。 Body motion detection means (20) for outputting a body motion signal accompanying the body motion of the subject;
Signal extraction means (31) for extracting a biological signal associated with at least one of respiration and heartbeat from the body movement signal input from the body movement detection means (20)
Signal storage means (32) for sequentially storing the biological signals input from the signal extraction means (31) and outputting the biological signals for the predetermined time when the biological signals for the predetermined time are stored. )
The signal accumulation means (32) is a biological signal processing device that starts a next accumulation operation when outputting the biological signal for the predetermined time,
A noise detection means (33) for detecting whether or not the body movement signal output from the body movement detection means (20) contains noise;
The signal storage means (32)
Each time a biological signal is input from the signal extraction means (31), it is determined whether the noise detection means (33) has determined that the biological signal contains noise,
If the noise detection means (33) determines that the biological signal does not contain noise, the biological signal is stored,
When the noise detection means (33) determines that the biological signal contains noise, the storage operation is interrupted to invalidate the biological signal stored during the storage operation , and the next storage operation The biosignal processing apparatus is characterized in that accumulation of biosignals for a predetermined time is started again from the beginning .
上記信号抽出手段（31）は、上記体動信号を演算処理することによって上記生体信号を抽出するデジタルフィルタ（42）を備える一方、
上記ノイズ検出手段（33）が体動信号にノイズが含まれていることを検出した場合に、初期状態からの体動信号の演算処理によって生体信号を抽出するようにデジタルフィルタ（42）を初期化するフィルタ初期化部（38）を備えていることを特徴とする生体信号処理装置。 In claim 1,
While the signal extraction means (31) includes a digital filter (42) that extracts the biological signal by calculating the body motion signal,
When the noise detection means (33) detects that the body motion signal includes noise, the digital filter (42) is initially set so as to extract the biological signal by the body motion signal calculation process from the initial state. A biological signal processing apparatus comprising a filter initialization unit (38) for converting to a normal signal.
上記ノイズ検出手段（33）は、上記体動信号又は該体動信号を処理した信号がノイズを識別するための判定値よりも大きい場合に該体動信号にノイズが含まれていると判断することを特徴とする生体信号処理装置。 In claim 1 or 2,
The noise detection means (33) determines that noise is included in the body motion signal when the body motion signal or a signal obtained by processing the body motion signal is larger than a determination value for identifying noise. A biological signal processing apparatus.
上記ノイズ検出手段（33）では、上記信号抽出手段（31）によって抽出済みの生体信号に基づいて上記判定値が調節されることを特徴とする生体信号処理装置。 In claim 3,
In the noise detection means (33), the determination value is adjusted based on the biological signal extracted by the signal extraction means (31).
上記信号蓄積手段（32）から入力された所定時間分の生体信号を高速フーリエ変換することによって該生体信号の周波数スペクトルを求める周波数分析手段（35）を備えていることを特徴とする生体信号処理装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
Biological signal processing comprising frequency analysis means (35) for obtaining a frequency spectrum of the biological signal by performing a fast Fourier transform on the biological signal for a predetermined time input from the signal storage means (32) apparatus.
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