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JP6970526B2 - Measuring equipment, measuring methods, and measuring programs - Google Patents
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JP6970526B2 - Measuring equipment, measuring methods, and measuring programs - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

本開示は、生体の心拍数を非接触に計測するための技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for measuring the heart rate of a living body in a non-contact manner.

生体の心拍数を非接触に計測するための技術が知られている。心拍数とは、一定時間(たとえば、1分)内において心臓が拍動する回数のことをいう。心拍数が非接触に計測されることで、生体の負担が軽減される。 Techniques for measuring the heart rate of a living body in a non-contact manner are known. Heart rate refers to the number of times the heart beats within a certain period of time (for example, 1 minute). By measuring the heart rate in a non-contact manner, the burden on the living body is reduced.

非接触での心拍数の計測技術に関し、特開2010−120493号公報(特許文献1)は、運転手の心拍数や呼吸数を非接触に検知するための生体信号検知装置を開示している。当該生体信号検知装置は、ドップラセンサを用いて運転手の心拍数や呼吸などを計測している。 Regarding the technique for measuring the heart rate in a non-contact manner, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-12049 (Patent Document 1) discloses a biological signal detection device for detecting the heart rate and the respiratory rate of a driver in a non-contact manner. .. The biological signal detection device measures the driver's heart rate, respiration, etc. using a Doppler sensor.

より具体的には、ドップラセンサは、運転手にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信する。生体がドップラセンサに近付くと当該反射波の周波数は高くなり、生体がドップラセンサから遠ざかると当該反射波の周波数は低くなる。すなわち、生体とドップラセンサとの間隔が動くと、照射したマイクロ波とその反射波との間で周波数差または位相差(所謂ドップラシフト)が生じる。ドップラセンサは、当該位相差に相関する信号(以下、「ドップラ信号」ともいう。)を出力する。特許文献1に開示される生体信号検知装置は、検知されたドップラ信号の周波数成分に基づいて、運転手の心拍数や呼吸などを計測する。 More specifically, the Doppler sensor irradiates the driver with microwaves and receives the reflected waves of the microwaves. When the living body approaches the Doppler sensor, the frequency of the reflected wave becomes high, and when the living body moves away from the Doppler sensor, the frequency of the reflected wave becomes low. That is, when the distance between the living body and the Doppler sensor moves, a frequency difference or a phase difference (so-called Doppler shift) occurs between the irradiated microwave and its reflected wave. The Doppler sensor outputs a signal (hereinafter, also referred to as “Doppler signal”) that correlates with the phase difference. The biological signal detection device disclosed in Patent Document 1 measures the driver's heart rate, respiration, and the like based on the detected frequency component of the Doppler signal.

特開2010−120493号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-120493

生体には、心拍数や呼吸など様々な動きが生じる。そのため、ドップラセンサによって検知されたドップラ信号には、生体の心拍に起因する信号成分(以下、「心拍信号」ともいう。)だけでなく、生体の呼吸に起因する信号成分(以下、「呼吸信号」ともいう。)も含まれる。そのため、ドップラ信号から心拍数を計測するためには、ドップラ信号から呼吸信号の成分を除去する必要がある。 Various movements such as heart rate and respiration occur in the living body. Therefore, the Doppler signal detected by the Doppler sensor includes not only the signal component caused by the heartbeat of the living body (hereinafter, also referred to as “heartbeat signal”) but also the signal component caused by the breathing of the living body (hereinafter, “respiratory signal”). It is also called.). Therefore, in order to measure the heart rate from the Doppler signal, it is necessary to remove the component of the respiratory signal from the Doppler signal.

呼吸信号の波形は三角波に近いため、呼吸信号の周波数成分には、呼吸数に相当する周波数成分だけでなく、呼吸数の整数倍(典型的には、3倍以上の奇数倍)に相当する周波数成分が含まれる。すなわち、呼吸信号をフーリエ変換した場合には、呼吸周期において振幅が大きくなるだけでなく、当該呼吸周期の整数倍においても振幅が大きくなる。以下では、当該呼吸周期の整数倍(典型的には、3倍以上の奇数倍)における周波数成分を「高次周波数成分」ともいう。 Since the waveform of the respiratory signal is close to a triangular wave, the frequency component of the respiratory signal corresponds not only to the frequency component corresponding to the respiratory rate but also to an integral multiple (typically, an odd multiple of 3 times or more) of the respiratory rate. Contains frequency components. That is, when the respiratory signal is Fourier transformed, not only the amplitude increases in the respiratory cycle, but also the amplitude increases in an integral multiple of the respiratory cycle. Hereinafter, the frequency component at an integral multiple (typically, an odd multiple of 3 times or more) of the respiratory cycle is also referred to as a “higher frequency component”.

特許文献1に開示される生体信号検知装置は、ドップラ信号の信号成分から呼吸の高次周波数成分を除去していないため、心拍数を正確に検知することができない。したがって、生体の心拍数を従来よりも正確に計測するための技術が望まれている。 Since the biological signal detection device disclosed in Patent Document 1 does not remove the high-order frequency component of respiration from the signal component of the Doppler signal, the heart rate cannot be accurately detected. Therefore, a technique for measuring the heart rate of a living body more accurately than before is desired.

本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、生体の心拍数を従来よりも正確に計測することが可能な計測装置を提供することである。他の局面における目的は、生体の心拍数を従来よりも正確に計測することが可能な計測方法を提供することである。さらに他の局面における目的は、生体の心拍数を従来よりも正確に計測することが可能な計測プログラムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object in a certain aspect is to provide a measuring device capable of measuring the heart rate of a living body more accurately than before. be. An object in another aspect is to provide a measuring method capable of measuring the heart rate of a living body more accurately than before. Still another aspect is to provide a measurement program capable of measuring the heart rate of a living body more accurately than before.

ある局面に従うと、生体の心拍数を計測するための計測装置は、上記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するためのドップラセンサーと、設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去するためのハイパスフィルタと、上記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において上記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を上記カットオフ帯域として設定するための設定部と、上記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、上記生体の心拍数を決定するための心拍抽出部とを備える。 According to a certain aspect, the measuring device for measuring the heart rate of the living body irradiates the living body with a microwave, receives the reflected wave of the microwave, and has a frequency between the microwave and the reflected wave. A Doppler sensor for outputting a Doppler signal representing a difference or phase difference, a high-pass filter for removing low frequency components in the set cutoff band from the Doppler signal, and a reference heart rate that may include the heart rate of the living body. In order to acquire the range, acquire the heartbeat information in which the frequency band is associated with each heartbeat range of the living body, and set the frequency band associated with the reference heartbeat range in the heartbeat information as the cutoff band. And a heart rate extraction unit for determining the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal. To prepare for.

好ましくは、上記設定部は、上記基準心拍レンジが変更されたことに基づいて、変更後の基準心拍レンジに対応する周波数帯域を上記心拍情報から新たに特定し、当該周波数帯域を上記ハイパスフィルタのカットオフ帯域として再設定する。 Preferably, the setting unit newly identifies a frequency band corresponding to the changed reference heart rate range from the heart rate information based on the change of the reference heart rate range, and determines the frequency band of the high-pass filter. Reset as the cutoff band.

好ましくは、上記計測装置は、上記カットオフ帯域よりも高周域の高周波成分を上記ドップラ信号から除去するためのローパスフィルタと、上記ドップラ信号から上記高周波成分を除去して得られた呼吸信号の周波数成分に基づいて、上記生体の呼吸数を決定するための呼吸抽出部とを備える。上記心拍抽出部は、上記呼吸数の整数倍に相当する周期の信号成分を上記心拍信号から除去し、当該除去後の心拍信号に基づいて、上記生体の心拍数を決定する。 Preferably, the measuring device is a low-pass filter for removing a high frequency component in a frequency higher than the cutoff band from the Doppler signal, and a respiratory signal obtained by removing the high frequency component from the Doppler signal. It is provided with a respiration extraction unit for determining the respiration rate of the living body based on the frequency component. The heart rate extraction unit removes a signal component having a cycle corresponding to an integral multiple of the respiratory rate from the heart rate signal, and determines the heart rate of the living body based on the heart rate signal after the removal.

好ましくは、上記設定部は、上記心拍抽出部が予め定められた条件を満たした場合に、上記ハイパスフィルタに設定されているカットオフ帯域を所定パーセント低域側にシフトする。 Preferably, the setting unit shifts the cutoff band set in the high-pass filter to a predetermined percentage low frequency side when the heart rate extraction unit satisfies a predetermined condition.

好ましくは、上記設定部は、上記生体の心拍数が予め定められた条件を満たした場合に、上記心拍情報に規定されている心拍レンジの内から上記基準心拍レンジの次に狭い心拍レンジを特定し、当該心拍レンジを新たな基準心拍レンジとして取得する。 Preferably, when the heart rate of the living body satisfies a predetermined condition, the setting unit specifies a heart rate range next to the reference heart rate range from the heart rate ranges defined in the heart rate information. Then, the heart rate range is acquired as a new reference heart rate range.

好ましくは、上記心拍抽出部によって決定された心拍数が、上記心拍情報に規定されている心拍レンジであって上記基準心拍レンジよりも高周域の心拍レンジに属する場合、または、上記心拍抽出部が上記生体の心拍数を抽出できなかった場合に、上記予め定められた条件は満たされる。 Preferably, the heart rate determined by the heart rate extraction unit belongs to the heart rate range defined in the heart rate information and has a higher peripheral range than the reference heart rate range, or the heart rate extraction unit. If the heart rate of the living body cannot be extracted, the predetermined condition is satisfied.

他の局面に従うと、生体の心拍数を計測するための計測方法は、上記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するステップと、設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去するステップと、上記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において上記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を上記カットオフ帯域として設定するステップと、上記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、上記生体の心拍数を計測するステップとを備える。 According to another aspect, the measuring method for measuring the heart rate of a living body is to irradiate the living body with a microwave, receive the reflected wave of the microwave, and obtain the reflected wave between the microwave and the reflected wave. A step of outputting a Doppler signal representing a frequency difference or a phase difference, a step of removing a low frequency component of a set cutoff band from the Doppler signal, and a reference heart rate range that can include the heart rate of the living body are acquired. , The step of acquiring the heartbeat information in which the frequency band is associated with each heartbeat range of the living body and setting the frequency band associated with the reference heartbeat range in the heartbeat information as the cutoff band, and the above setting. It is provided with a step of measuring the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the cutoff band from the Doppler signal.

他の局面に従うと、生体の心拍数を計測するための計測プログラムは、計測装置に、上記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するステップと、設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去するステップと、上記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において上記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を上記カットオフ帯域として設定するステップと、上記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を上記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、上記生体の心拍数を計測するステップとを実行させる。 According to another aspect, the measurement program for measuring the heart rate of a living body irradiates the living body with a microwave, receives the reflected wave of the microwave, and receives the microwave and the reflected wave. A step of outputting a Doppler signal representing a frequency difference or a phase difference between the two, a step of removing a low frequency component of a set cutoff band from the Doppler signal, and a reference heart rate range that may include the heart rate of the living body. And the step of acquiring the heartbeat information in which the frequency band is associated with each heartbeat range of the living body and setting the frequency band associated with the reference heartbeat range in the heartbeat information as the cutoff band. , The step of measuring the heart rate of the living body is executed based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal.

ある局面において、生体の心拍数を従来よりも正確に計測することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
In a certain aspect, the heart rate of a living body can be measured more accurately than before.
The above and other objects, features, aspects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of the invention as understood in connection with the accompanying drawings.

第1の実施の形態に従う計測装置の主な構成を示す図である。It is a figure which shows the main structure of the measuring apparatus according to 1st Embodiment. HPFのカットオフ帯域を決定する原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle which determines the cut-off band of HPF. 心拍情報のデータ構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data structure of the heartbeat information. 第1の実施の形態に従う計測システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the measurement system according to 1st Embodiment. 第1の実施の形態に従う制御回路の詳細な構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed structure of the control circuit according to 1st Embodiment. 第1の実施の形態に従うアナログ信号処理回路の詳細な構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed structure of the analog signal processing circuit according to 1st Embodiment. 第1の実施の形態における心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows the heart rate measurement processing in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における呼吸数の計測処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement process of the respiratory rate in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における体動検出処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows the body movement detection processing in 1st Embodiment. 第2の実施の形態における心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows the heart rate measurement processing in 2nd Embodiment. 第3の実施の形態における心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart which shows the heart rate measurement processing in 3rd Embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts and components are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, the detailed description of these will not be repeated. In addition, each modification described below may be selectively combined as appropriate.

<第1の実施の形態>
[心拍数の計測処理の概要]
図1〜図3を参照して、計測装置100による生体の心拍数の計測方法について説明する。図1は、生体の心拍数を計測するための計測装置100の主な構成を示す図である。
<First Embodiment>
[Overview of heart rate measurement processing]
A method of measuring the heart rate of a living body by the measuring device 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a measuring device 100 for measuring a heart rate of a living body.

図1に示されるように、計測装置100は、ドップラセンサ40と、ハイパスフィルタ(HPF)64と、基本波検出部66と、設定部67と、心拍抽出部68とを含む。 As shown in FIG. 1, the measuring device 100 includes a Doppler sensor 40, a high-pass filter (HPF) 64, a fundamental wave detection unit 66, a setting unit 67, and a heart rate extraction unit 68.

ドップラセンサ40は、計測対象の生体Pにマイクロ波を照射し、生体Pからマイクロ波の反射波を受信する。生体Pは、たとえば、人物などの動物である。生体Pがドップラセンサ40に近付くと反射波の周波数は高くなり、生体Pがドップラセンサから遠ざかると反射波の周波数は低くなる。すなわち、生体Pの呼吸や心拍によりドップラ信号の位相が変化する。そのため、照射したマイクロ波とその反射波との間で位相差(所謂ドップラシフト)が生じる。ドップラセンサ40は、当該位相差に相関するドップラ信号を出力する。ドップラ信号は、HPF64に出力される。 The Doppler sensor 40 irradiates the living body P to be measured with microwaves, and receives the reflected waves of the microwaves from the living body P. The living body P is, for example, an animal such as a person. When the living body P approaches the Doppler sensor 40, the frequency of the reflected wave becomes high, and when the living body P moves away from the Doppler sensor, the frequency of the reflected wave becomes low. That is, the phase of the Doppler signal changes depending on the respiration and heartbeat of the living body P. Therefore, a phase difference (so-called Doppler shift) occurs between the irradiated microwave and its reflected wave. The Doppler sensor 40 outputs a Doppler signal that correlates with the phase difference. The Doppler signal is output to HPF64.

HPF64は、設定されたカットオフ帯域の低周波成分をドップラ信号から除去する。HPF64のカットオフ帯域は、設定部67によって設定される。一例として、カットオフ帯域の上限値が設定部67によって設定され、当該上限値以下の周波数帯域の信号成分がドップラ信号から除去される。 The HPF64 removes low frequency components in the set cutoff band from the Doppler signal. The cutoff band of the HPF 64 is set by the setting unit 67. As an example, the upper limit value of the cutoff band is set by the setting unit 67, and the signal component of the frequency band equal to or lower than the upper limit value is removed from the Doppler signal.

図2は、HPF64のカットオフ帯域を決定する原理を説明するための図である。図2を参照して、その原理について説明する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of determining the cutoff band of HPF64. The principle will be described with reference to FIG.

図2には、グラフG1〜G3が示されている。グラフG1〜G3は、ドップラ信号のスペクトルを示す。すなわち、グラフG1〜G3は、各周波数帯域についてのドップラ信号の信号強度を示す。 FIG. 2 shows graphs G1 to G3. Graphs G1 to G3 show spectra of Doppler signals. That is, the graphs G1 to G3 show the signal strength of the Doppler signal for each frequency band.

より具体的には、グラフG1〜G3の横軸は、周波数を表わす。当該横軸の単位は、Hzで表わされる。周波数に「60」を掛けると1分間辺りの生体の振動数となり、当該振動数は、生体の心拍数や呼吸数を表わす。心拍数や呼吸数の単位は、「bpm(Beats Per Minute)」で表わされるため、グラフG1〜G3の横軸は、「bpm」で表わされもよい。グラフG1〜G3の縦軸は、信号強度を示す。 More specifically, the horizontal axis of the graphs G1 to G3 represents the frequency. The unit on the horizontal axis is expressed in Hz. Multiplying the frequency by "60" gives the frequency of the living body per minute, and the frequency represents the heart rate or the respiratory rate of the living body. Since the unit of heart rate and respiratory rate is represented by "bpm (Beats Per Minute)", the horizontal axis of the graphs G1 to G3 may be represented by "bpm". The vertical axis of the graphs G1 to G3 indicates the signal strength.

グラフG1〜G3に示されるように、ドップラ信号は、生体の心拍に起因して生じる心拍成分A1〜A3と、生体の呼吸に起因して生じる呼吸成分B1〜B3,B5とを含み得る。呼吸信号の波形は三角波に近く、三角波のスペクトルには、当該三角波の周波数に相当する信号成分だけでなく、当該三角波の周期の奇数倍に相当する高次周波数成分が含まれる。そのため、ドップラ信号の周波数成分には、実際の生体の呼吸数に相当する呼吸成分B1だけでなく、呼吸数の整数倍に相当する周波数成分も含まれ得る。特に、呼吸数の3倍に相当する呼吸成分B3の信号強度が強くなる。呼吸信号の振幅は、心拍信号の振幅の約10倍以上であるため、呼吸成分B3は、心拍数を抽出する上で大きなノイズとなる。そこで、本実施の形態に従う計測装置100は、呼吸成分B1だけでなく、高次周波数成分の呼吸成分B3を除去した上で生体の心拍数を抽出する。 As shown in graphs G1 to G3, the Doppler signal may include heartbeat components A1 to A3 caused by the heartbeat of the living body and respiratory components B1 to B3 and B5 caused by the respiration of the living body. The waveform of the respiration signal is close to that of a triangular wave, and the spectrum of the triangular wave contains not only a signal component corresponding to the frequency of the triangular wave but also a high-order frequency component corresponding to an odd multiple of the period of the triangular wave. Therefore, the frequency component of the Doppler signal may include not only the respiratory component B1 corresponding to the actual respiratory rate of the living body but also the frequency component corresponding to an integral multiple of the respiratory rate. In particular, the signal intensity of the respiratory component B3, which corresponds to three times the respiratory rate, becomes stronger. Since the amplitude of the respiratory signal is about 10 times or more the amplitude of the heart rate signal, the respiratory component B3 becomes a large noise in extracting the heart rate. Therefore, the measuring device 100 according to the present embodiment extracts the heart rate of the living body after removing not only the respiratory component B1 but also the respiratory component B3 of the higher frequency component.

一例として、設定部67は、予め準備されているカットオフ帯域HR1〜HR3のいずれかを選択し、当該選択したカットオフ帯域をHPF64に設定する。 As an example, the setting unit 67 selects one of the cutoff bands HR1 to HR3 prepared in advance, and sets the selected cutoff band to HPF64.

カットオフ帯域HR1がHPF64に設定された場合には、0.8Hz以下(48bpm以下)の信号成分がドップラ信号から除去される。この場合、呼吸成分B1,B2はドップラ信号から除去されるが、呼吸成分B3はドップラ信号から除去されない。 When the cutoff band HR1 is set to HPF64, the signal component of 0.8 Hz or less (48 bpm or less) is removed from the Doppler signal. In this case, the respiratory components B1 and B2 are removed from the Doppler signal, but the respiratory components B3 are not removed from the Doppler signal.

カットオフ帯域HR2がHPF64に設定された場合には、1.1Hz以下(66bpm以下)の信号成分がドップラ信号から除去される。この場合、呼吸成分B1〜B3はドップラ信号から除去される。 When the cutoff band HR2 is set to HPF64, the signal component of 1.1 Hz or less (66 bpm or less) is removed from the Doppler signal. In this case, the respiratory components B1 to B3 are removed from the Doppler signal.

カットオフ帯域HR3がHPF64に設定された場合には、1.4Hz以下(84bpm以下)の信号成分がドップラ信号から除去される。この場合、呼吸成分B1〜B3が除去されるだけでなく、心拍成分A1が除去される。 When the cutoff band HR3 is set to HPF64, the signal component of 1.4 Hz or less (84 bpm or less) is removed from the Doppler signal. In this case, not only the respiratory components B1 to B3 are removed, but also the heart rate component A1 is removed.

このような好適なカットオフ帯域は、生体の心拍数によって決定することができる。そのため、生体の心拍数とHPF64のカットオフ帯域との対応関係は、実験などによって心拍情報122として予め規定され得る。設定部67は、心拍情報122に基づいて、HPF64のカットオフ帯域を決定する。 Such a suitable cutoff band can be determined by the heart rate of the living body. Therefore, the correspondence between the heart rate of the living body and the cutoff band of HPF64 can be predetermined as the heart rate information 122 by an experiment or the like. The setting unit 67 determines the cutoff band of the HPF 64 based on the heart rate information 122.

図3は、心拍情報122のデータ構造の一例を示す図である。図3に示されるように、心拍情報122において、心拍数の範囲を表わす心拍レンジごとにHPF64のカットオフ帯域が規定される。好ましくは、さらに、後述のローパスフィルタのカットオフ帯域が心拍情報122に規定される。ローパスフィルタのカットオフ帯域については後述する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the data structure of the heart rate information 122. As shown in FIG. 3, in the heart rate information 122, the cutoff band of HPF 64 is defined for each heart rate range representing the range of the heart rate. Preferably, the cutoff band of the low-pass filter described later is further defined in the heart rate information 122. The cutoff band of the low-pass filter will be described later.

ユーザは、心拍情報122に規定されている心拍レンジの中から、自身の心拍数を含む心拍レンジを選択し、当該心拍レンジを基準心拍レンジとして計測装置100に予め設定しておく。設定部67は、心拍数の計測指示を受け付けると、心拍情報122に規定されているカットオフ帯域の中から、基準心拍レンジに対応付けられているカットオフ帯域を特定し、当該カットオフ帯域をHPF64に設定する。HPF64は、設定されたカットオフ帯域の低周波成分を除去し、その除去後の心拍信号を基本波検出部66に出力する。 The user selects a heart rate range including his / her heart rate from the heart rate ranges defined in the heart rate information 122, and sets the heart rate range as a reference heart rate range in the measuring device 100 in advance. Upon receiving the heart rate measurement instruction, the setting unit 67 identifies the cutoff band associated with the reference heart rate range from the cutoff bands defined in the heart rate information 122, and sets the cutoff band. Set to HPF64. The HPF 64 removes a low frequency component in the set cutoff band, and outputs the heartbeat signal after the removal to the fundamental wave detection unit 66.

心拍抽出部68は、HPF64から得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、生体の心拍数を抽出する。より具体的には、基本波検出部66は、心拍信号に対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を実行し、周波数帯域ごとの信号強度を表わす周波数分布データ(すなわち、スペクトルデータ)を作成する。基本波検出部66は、その周波数分布データの中から最も信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。なお、基本波検出部66は、自己相関関数やウェーブレット変換を用いて基本波データを検出してもよい。心拍抽出部68は、基本波データを60倍することで、生体の心拍数を算出する。 The heart rate extraction unit 68 extracts the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained from the HPF64. More specifically, the fundamental wave detection unit 66 executes a fast Fourier transform (FFT) on the heartbeat signal, and obtains frequency distribution data (that is, spectral data) representing the signal strength for each frequency band. create. The fundamental wave detection unit 66 detects the frequency component having the highest signal intensity (peak) from the frequency distribution data as the fundamental wave data. The fundamental wave detection unit 66 may detect fundamental wave data by using an autocorrelation function or a wavelet transform. The heart rate extraction unit 68 calculates the heart rate of the living body by multiplying the fundamental wave data by 60.

このように、計測装置100は、HPF64において呼吸成分B1だけでなく、高次周波数成分である呼吸成分B3をドップラ信号から除去し、当該除去後の心拍信号に基づいて生体の心拍数を抽出する。高次周波数成分である呼吸成分B3が除去されることで、生体の心拍数がよりも正確に計測される。 As described above, the measuring device 100 removes not only the respiratory component B1 but also the respiratory component B3, which is a high-order frequency component, from the Doppler signal in the HPF 64, and extracts the heart rate of the living body based on the heart rate signal after the removal. .. By removing the respiratory component B3, which is a high-order frequency component, the heart rate of the living body is measured more accurately.

このような非接触での心拍数の計測装置100は、様々なシチュエーションにおいて利用される。一例として、計測装置100は、車の運転時における運転者の心拍数を計測するために利用される。あるいは、計測装置100は、介護施設または医療施設における患者の心拍数を計測するために利用される。 Such a non-contact heart rate measuring device 100 is used in various situations. As an example, the measuring device 100 is used to measure the driver's heart rate when driving a car. Alternatively, the measuring device 100 is used to measure the heart rate of a patient in a nursing facility or a medical facility.

好ましくは、設定部67は、基準心拍レンジが変更されたことに基づいて、変更後の基準心拍レンジに対応する周波数帯域を心拍情報122から新たに特定し、当該周波数帯域をHPF64のカットオフ帯域として再設定する。すなわち、HPF64に設定されるカットオフ帯域は、基準心拍レンジ124の設定に連動して切り替えられる。 Preferably, the setting unit 67 newly identifies a frequency band corresponding to the changed reference heart rate range from the heart rate information 122 based on the change of the reference heart rate range, and sets the frequency band as the cutoff band of HPF 64. Reset as. That is, the cutoff band set in the HPF 64 is switched in conjunction with the setting of the reference heart rate range 124.

なお、上述では、基準心拍レンジがユーザによって予め設定されている例について説明を行ったが、基準心拍レンジは、「第3の実施の形態」で説明するように自動で設定されてもよい。 In the above description, an example in which the reference heart rate range is preset by the user has been described, but the reference heart rate range may be automatically set as described in the "third embodiment".

また、図3の心拍情報122では、心拍レンジが3つに分けられて規定されている例について説明を行ったが、心拍レンジは、2つに分けられて規定されていてもよいし、4つ以上に分けられて規定されていてもよい。 Further, in the heart rate information 122 of FIG. 3, an example in which the heart rate range is divided into three and defined is described, but the heart rate range may be divided into two and defined. It may be divided into two or more.

[計測システム1000]
図4は、第1の実施の形態に従う計測システム1000の全体構成を示す図である。図4を参照して、計測システム1000は、被検者を監視するための計測装置100と、端末装置200とを含む。端末装置200は、計測装置100による計測結果を受信するための端末であり、たとえば、スマートフォンである。ただし、端末装置200は、折り畳み式携帯電話、タブレット端末装置、PC(personal computer)などのような他の機器であってもよい。
[Measurement system 1000]
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of the measurement system 1000 according to the first embodiment. With reference to FIG. 4, the measurement system 1000 includes a measurement device 100 for monitoring a subject and a terminal device 200. The terminal device 200 is a terminal for receiving the measurement result by the measuring device 100, and is, for example, a smartphone. However, the terminal device 200 may be another device such as a foldable mobile phone, a tablet terminal device, or a PC (personal computer).

計測装置100と、端末装置200とを互いに接続するためのネットワーク55は、インターネットなどの各種ネットワークを含む。ネットワーク55は、これに限られず、有線通信方式を採用してもよいし、無線LAN(local area network)などのその他の無線通信方式を採用してもよい。 The network 55 for connecting the measuring device 100 and the terminal device 200 to each other includes various networks such as the Internet. The network 55 is not limited to this, and a wired communication method may be adopted, or another wireless communication method such as a wireless LAN (local area network) may be adopted.

計測装置100は、主な構成要素として、ドップラセンサ40と、制御回路152と、メモリ154と、スピーカ156と、通信インターフェイス158とを含む。なお、計測装置100は、各種情報を表示するためのディスプレイと、ユーザからの各種入力を受け付けるボタンなどの入力装置とを含んでいてもよい。 The measuring device 100 includes a Doppler sensor 40, a control circuit 152, a memory 154, a speaker 156, and a communication interface 158 as main components. The measuring device 100 may include a display for displaying various information and an input device such as a button for receiving various inputs from the user.

制御回路152は、典型的には、CPUなどを含むマイクロプロセッサと、ドップラセンサ40からのアナログ信号を処理するアナログ信号処理回路と、AD(Analog to Digital)コンバータとを含む。制御回路152の詳細な構成については後述する。マイクロプロセッサは、メモリ154に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、計測装置100の各部の動作を制御する制御部として機能する。たとえば、マイクロプロセッサは、当該プログラムを実行することによって、後述する制御回路152の処理を実現する。 The control circuit 152 typically includes a microprocessor including a CPU and the like, an analog signal processing circuit for processing an analog signal from the Doppler sensor 40, and an AD (Analog to Digital) converter. The detailed configuration of the control circuit 152 will be described later. The microprocessor reads and executes the program stored in the memory 154, and functions as a control unit that controls the operation of each unit of the measuring device 100. For example, the microprocessor realizes the processing of the control circuit 152 described later by executing the program.

メモリ154は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read-Only Memory)などによって実現される。メモリ154は、マイクロプロセッサによって実行されるプログラム、またはマイクロプロセッサによって用いられるデータなどを記憶する。 The memory 154 is realized by a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read-Only Memory), or the like. The memory 154 stores a program executed by the microprocessor, data used by the microprocessor, and the like.

スピーカ156は、マイクロプロセッサから与えられる音声信号を音声に変換して計測装置100の外部へ出力する。通信インターフェイス158は、マイクロプロセッサからの通信データを符号化し通信信号に変換し、通信信号を端末装置200へ送信する。また、端末装置200から受信信号を復号化して通信データに変換しマイクロプロセッサに出力する。通信方式は、無線LANなどによる無線通信方式であってもよいし、USB(Universal Serial Bus)などを利用した有線通信方式であってもよい。 The speaker 156 converts the voice signal given from the microprocessor into voice and outputs it to the outside of the measuring device 100. The communication interface 158 encodes the communication data from the microprocessor, converts it into a communication signal, and transmits the communication signal to the terminal device 200. Further, the received signal is decoded from the terminal device 200, converted into communication data, and output to the microprocessor. The communication method may be a wireless communication method using a wireless LAN or the like, or a wired communication method using USB (Universal Serial Bus) or the like.

ドップラセンサ40は、生体Pにマイクロ波を照射し、反射してきたマイクロ波から、生体Pの身体の動きなどを反映する信号を制御回路152に出力する。また、ドップラセンサ40は、入力された反射信号から、互いに直交するIチャネル信号およびQチャネル信号を生成する。 The Doppler sensor 40 irradiates the living body P with microwaves, and outputs a signal reflecting the movement of the body of the living body P to the control circuit 152 from the reflected microwaves. Further, the Doppler sensor 40 generates an I-channel signal and a Q-channel signal orthogonal to each other from the input reflected signal.

具体的には、ドップラセンサ40は、発振回路21と、増幅器22A,22Bと、送信アンテナ25と、受信アンテナ30と、ミキサ32I,32Qと、LPF33I,33Qと、90度移相器38とを含む。送信アンテナ25および受信アンテナ30は、平面アンテナで構成されている。なお、送信アンテナ25および受信アンテナ30は、導波管アンテナ、あるいは、誘電体アンテナで構成されていてもよい。 Specifically, the Doppler sensor 40 includes an oscillation circuit 21, amplifiers 22A and 22B, a transmitting antenna 25, a receiving antenna 30, mixers 32I and 32Q, LPF33I and 33Q, and a 90-degree phase shifter 38. include. The transmitting antenna 25 and the receiving antenna 30 are composed of a planar antenna. The transmitting antenna 25 and the receiving antenna 30 may be composed of a waveguide antenna or a dielectric antenna.

発振回路21から出力されたマイクロ波正弦波信号は、増幅器22Aによって増幅され、送信アンテナ25から照射される。空間に照射されたマイクロ波Mtは、対象物である生体Pの体表(たとえば、胸部)で反射される。照射されたマイクロ波の反射波Mrには、生体Pの身体の動き(体動)と、呼吸動作および心拍動作とに対応したドップラシフトが生じている。そのため、受信アンテナ30に入力される反射波Mrの信号(反射信号)は、生体Pの体動、呼吸動作および心拍動作に対応した信号となる。 The microwave sine wave signal output from the oscillation circuit 21 is amplified by the amplifier 22A and irradiated from the transmitting antenna 25. The microwave Mt irradiated to the space is reflected by the body surface (for example, the chest) of the living body P, which is an object. In the reflected wave Mr of the irradiated microwave, a Doppler shift corresponding to the body movement (body movement) of the living body P and the respiratory movement and the heartbeat movement occurs. Therefore, the signal (reflected signal) of the reflected wave Mr input to the receiving antenna 30 becomes a signal corresponding to the body movement, the respiratory movement, and the heartbeat movement of the living body P.

受信アンテナ30により受信された反射信号は、増幅器22Bによって増幅される。当該増幅後の信号Drは、Iチャネル側のミキサ32IおよびQチャネル側のミキサ32Qに入力される。ここでは、Iチャネル側に入力される信号Drを便宜上「Dri」と称し、Qチャネル側に入力される信号Drを便宜上「Drq」と称する。 The reflected signal received by the receiving antenna 30 is amplified by the amplifier 22B. The amplified signal Dr is input to the mixer 32I on the I channel side and the mixer 32Q on the Q channel side. Here, the signal Dr input to the I channel side is referred to as "Dri" for convenience, and the signal Dr input to the Q channel side is referred to as "Drq" for convenience.

増幅器22Aによって増幅された信号Dtは、Iチャネル側のミキサ32Iと、90度移相器38を介してミキサ32Qとに入力される。ここでは、Iチャネル側に入力される信号Dtを便宜上「Dti」と称し、Qチャネル側に入力される信号Dtを便宜上「Dtq」と称する。なお、本実施の形態では、90度移相器38を用いることにより、信号Dtiに対する信号Dtqの位相を90度ずらす構成について説明するが、当該構成に限られない。たとえば、90度移相器38を用いることにより、信号Driに対する信号Drqの位相を90度ずらす構成であってもよい。 The signal Dt amplified by the amplifier 22A is input to the mixer 32I on the I channel side and the mixer 32Q via the 90-degree phase shifter 38. Here, the signal Dt input to the I channel side is referred to as "Dti" for convenience, and the signal Dt input to the Q channel side is referred to as "Dtq" for convenience. In the present embodiment, a configuration in which the phase of the signal Dtq with respect to the signal Dti is shifted by 90 degrees by using the 90-degree phase shifter 38 will be described, but the configuration is not limited to this. For example, by using the 90-degree phase shifter 38, the phase of the signal Drq with respect to the signal Dri may be shifted by 90 degrees.

ミキサ32Iにより周波数変換(ダウンコンバージョン)された信号は、LPF33Iに入力される。LPF33Iは、当該信号から比較的高い周波数成分を除去した信号を、Iチャネル側のベースバンド信号Dbiとしてアナログ信号処理回路41に出力する。また、ミキサ32Qにより周波数変換された信号は、LPF33Qに入力される。LPF33Qは、当該信号から比較的高い周波数成分を除去した信号を、Qチャネル側のベースバンド信号Dbqとして制御回路152に出力する。当該ベースバンド信号Dbi,Dbqは、それぞれ、生体Pの体動によって、ドップラシフトを受けたドップラ信号として出力される。 The frequency-converted (down-converted) signal by the mixer 32I is input to the LPF33I. The LPF33I outputs a signal obtained by removing a relatively high frequency component from the signal to the analog signal processing circuit 41 as a baseband signal Dbi on the I channel side. Further, the signal frequency-converted by the mixer 32Q is input to the LPF33Q. The LPF33Q outputs a signal obtained by removing a relatively high frequency component from the signal to the control circuit 152 as a baseband signal Dbq on the Q channel side. The baseband signals Dbi and Dbq are output as Doppler signals that have undergone Doppler shift due to the body movement of the living body P, respectively.

受信アンテナ30に入力される反射信号の速度および振幅は、時間とともに変化する。そのため、Iチャネル側の信号およびQチャネル側の信号は、瞬時的には90度位相が異なっているものの、信号の速度および方向に応じて、ベースバンド信号Dbiに対するベースバンド信号Dbqの位相の進み方は、一定でなく常に時間変動することになる。 The speed and amplitude of the reflected signal input to the receiving antenna 30 changes with time. Therefore, although the I-channel side signal and the Q-channel side signal are instantaneously 90 degrees out of phase, the phase advance of the baseband signal Dbq with respect to the baseband signal Dbi depends on the speed and direction of the signal. The one is not constant and always fluctuates with time.

[制御回路152]
図5は、第1の実施の形態に従う制御回路152の詳細な構成を説明するためのブロック図である。図5を参照して、制御回路152は、アナログ信号処理回路41と、ADコンバータ43と、マイクロプロセッサ45とを含む。典型的には、マイクロプロセッサ45は、デジタル信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ(digital signal processor:DSP)である。
[Control circuit 152]
FIG. 5 is a block diagram for explaining a detailed configuration of the control circuit 152 according to the first embodiment. With reference to FIG. 5, the control circuit 152 includes an analog signal processing circuit 41, an AD converter 43, and a microprocessor 45. Typically, the microprocessor 45 is a digital signal processor (DSP) specialized in digital signal processing.

アナログ信号処理回路41は、ドップラセンサ40から入力された信号のうちの不要な周波数帯域の成分を除去して、ADコンバータ43に出力する。具体的には、アナログ信号処理回路41は、心拍成分の帯域(0.7Hz〜20Hz)のIチャネルのアナログ信号ShiおよびQチャネルのアナログ信号Shqを出力し、体動成分の帯域(0.1Hz〜40Hz)のIチャネルのアナログ信号StiおよびQチャネルのアナログ信号Stqを出力する。なお、体動成分の帯域には、呼吸成分の帯域も含まれる。 The analog signal processing circuit 41 removes unnecessary frequency band components from the signal input from the Doppler sensor 40 and outputs the signal to the AD converter 43. Specifically, the analog signal processing circuit 41 outputs the I-channel analog signal Shi and the Q-channel analog signal Shq in the heartbeat component band (0.7 Hz to 20 Hz), and outputs the body movement component band (0.1 Hz). ~ 40Hz) I-channel analog signal Sti and Q-channel analog signal Stq are output. The band of the body movement component also includes the band of the respiratory component.

ADコンバータ43は、入力された信号を16ビット(または、12ビット)AD変換する。具体的には、ADコンバータ43は、アナログ信号Shi,Shq,Sti,Stqの入力を受け付け、所定のサンプリングレート(たとえば、10msec)にて、アナログ信号Shi,Shq,Sti,Stqをデジタル信号に変換してマイクロプロセッサ45に出力する。なお、各デジタル信号Shi,Shq,Sti,Stqは、電圧振幅に応じた±の信号として、適宜オフセット調整される。 The AD converter 43 performs 16-bit (or 12-bit) AD conversion of the input signal. Specifically, the AD converter 43 receives the inputs of the analog signals Shi, Shq, Sti, and Stq, and converts the analog signals Shi, Shq, Sti, and Stq into digital signals at a predetermined sampling rate (for example, 10 msec). And output to the microprocessor 45. The digital signals Shi, Shq, Ti, and Stq are appropriately offset-adjusted as ± signals according to the voltage amplitude.

マイクロプロセッサ45は、各デジタル信号Shi,Shq,Sti,Stqを用いて各種の処理を実行する。具体的には、マイクロプロセッサ45は、主な機能構成として、体動検出部50と、出力制御部52と、心拍演算部60と、呼吸演算部70とを含む。 The microprocessor 45 executes various processes using each digital signal Shi, Shq, Ti, Stq. Specifically, the microprocessor 45 includes a body motion detection unit 50, an output control unit 52, a heart rate calculation unit 60, and a respiration calculation unit 70 as main functional configurations.

心拍演算部60は、各デジタル信号Shi,Shqの入力を受け付けて、各種処理を実行する。具体的には、心拍演算部60は、Iチャネル側のハイパスフィルタ(HPF)64Iと、Qチャネル側のHPF64Qと、Iチャネル側のLPF65Iと、Qチャネル側のLPF65Qと、Iチャネル側の基本波検出部66Iと、Qチャネル側の基本波検出部66Qと、設定部67と、心拍抽出部68とを含む。 The heart rate calculation unit 60 receives the inputs of the digital signals Shi and Shq and executes various processes. Specifically, the heart rate calculation unit 60 includes a high-pass filter (HPF) 64I on the I channel side, HPF64Q on the Q channel side, LPF65I on the I channel side, LPF65Q on the Q channel side, and a fundamental wave on the I channel side. It includes a detection unit 66I, a fundamental wave detection unit 66Q on the Q channel side, a setting unit 67, and a heartbeat extraction unit 68.

HPF64I,64Qは、それぞれデジタル信号Shi,Shqの低周波成分(特に、呼吸成分の帯域)を除去することにより、デジタル信号Hai,Haqを生成する。以下では、HPF64I,64Qの少なくとも一方をHPF64とも称する。 The HPF64I and 64Q generate digital signals Hai and Haq by removing the low frequency components (particularly, the band of the respiratory component) of the digital signals Shi and Shq, respectively. Hereinafter, at least one of HPF64I and 64Q is also referred to as HPF64.

HPF64のカットオフ帯域は、上述したように、設定部67によって設定される。より具体的には、設定部67は、心拍情報122に規定されている心拍レンジの中から、計測対象者の心拍数が属する基準心拍レンジ124に一致または略一致するものを特定し、当該特定された心拍レンジに対応付けられている周波数帯域をHPF64のカットオフ帯域として設定する。基準心拍レンジ124は、ユーザによって予め設定されていてもよいし、自動で設定されてもよい。 The cutoff band of the HPF 64 is set by the setting unit 67 as described above. More specifically, the setting unit 67 identifies from among the heart rate ranges defined in the heart rate information 122, those that match or substantially match the reference heart rate range 124 to which the heart rate of the measurement target belongs, and specify the specific heart rate. The frequency band associated with the assigned heart rate range is set as the cutoff band of HPF64. The reference heart rate range 124 may be preset by the user or may be set automatically.

LPF65I,65Qは、それぞれデジタル信号Hai,Haqの高周波成分を除去することにより、デジタル信号Hbi,Hbqを生成する。以下では、LPF65I,65Qの少なくとも一方をLPF65とも称する。LPF65のカットオフ帯域は、設定部67によって設定される。より具体的には、設定部67は、心拍情報122に規定されている心拍レンジの中から、基準心拍レンジ124に一致または略一致するものを特定し、当該特定された心拍レンジに対応付けられている周波数帯域をLPF65のカットオフ帯域として設定する。LPF65Iは、デジタル信号Hbiを基本波検出部66Iに出力し、LPF65Qは、デジタル信号Hbqを基本波検出部66Qに出力する。 The LPF65I and 65Q generate digital signals Hbi and Hbq by removing high frequency components of the digital signals Hai and Haq, respectively. Hereinafter, at least one of LPF65I and 65Q is also referred to as LPF65. The cutoff band of the LPF 65 is set by the setting unit 67. More specifically, the setting unit 67 identifies a heart rate range defined in the heart rate information 122 that matches or substantially matches the reference heart rate range 124, and is associated with the specified heart rate range. The frequency band is set as the cutoff band of LPF65. The LPF65I outputs the digital signal Hbi to the fundamental wave detection unit 66I, and the LPF65Q outputs the digital signal Hbq to the fundamental wave detection unit 66Q.

基本波検出部66I,66Qは、それぞれデジタル信号Hbi,Hbqを用いて心拍数を演算する。具体的には、基本波検出部66Iは、所定時間(たとえば、30秒)蓄積されたデジタル信号Hbiを高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)し、個々の信号成分に分解した後、各成分を周波数スペクトラム上に表わす処理を行ない、周波数分布データを作成する。基本波検出部66Iは、周波数分布データのうち、最も強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。なお、基本波検出部66I,66Qは、自己相関関数やウェーブレット変換を用いて基本波データを検出してもよい。 The fundamental wave detection units 66I and 66Q calculate the heart rate using the digital signals Hbi and Hbq, respectively. Specifically, the fundamental wave detection unit 66I performs a fast Fourier transform (FFT) on the digital signal Hbi accumulated for a predetermined time (for example, 30 seconds), decomposes it into individual signal components, and then decomposes each component. Is performed on the frequency spectrum to create frequency distribution data. The fundamental wave detection unit 66I detects the frequency component having the highest intensity (peak) among the frequency distribution data as the fundamental wave data. The fundamental wave detection units 66I and 66Q may detect fundamental wave data by using an autocorrelation function or a wavelet transform.

基本波検出部66Iは、基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの心拍の数である心拍数Hiを算出する。同様に、基本波検出部66Qは、デジタル信号Hbqを用いて心拍数Hqを算出する。 The fundamental wave detection unit 66I calculates the heart rate Hi, which is the number of heartbeats per unit time (that is, one minute), by multiplying the fundamental wave data by 60. Similarly, the fundamental wave detection unit 66Q calculates the heart rate Hq using the digital signal Hbq.

心拍抽出部68は、心拍数Hiおよび心拍数Hqを平均化して心拍数Hnを算出する。なお、心拍抽出部68は、デジタル信号Hbi,Hbqを統合して、適宜閾値を設けることにより、ノイズレベルの強度の小さい信号や周期性の乏しい信号を除去してもよい。 The heart rate extraction unit 68 averages the heart rate Hi and the heart rate Hq to calculate the heart rate Hn. The heart rate extraction unit 68 may integrate the digital signals Hbi and Hbq and appropriately set a threshold value to remove a signal having a low noise level intensity or a signal having poor periodicity.

呼吸演算部70は、各デジタル信号Sti,Stqの入力を受け付けて、各種処理を実行する。具体的には、呼吸演算部70は、Iチャネル側のLPF71Iと、Qチャネル側のLPF71Qと、Iチャネル側の基本波検出部72Iと、Qチャネル側の基本波検出部72Qと、呼吸抽出部73とを含む。 The respiration calculation unit 70 receives the inputs of the digital signals Sti and Stq and executes various processes. Specifically, the respiration calculation unit 70 includes the LPF71I on the I channel side, the LPF71Q on the Q channel side, the fundamental wave detection unit 72I on the I channel side, the fundamental wave detection unit 72Q on the Q channel side, and the respiration extraction unit. 73 and is included.

LPF71I,71Qは、それぞれデジタル信号Sti,Stqの高周波成分を除去することにより、デジタル信号Bai,Baqを生成する。LPF71Iは、デジタル信号Baiを基本波検出部72Iに出力し、LPF71Qは、デジタル信号Baqを基本波検出部72Qに出力する。典型的には、LPF71I,71Qは、0.75Hz以上(すなわち、45bpmに相当)の周波数成分を除去する。 The LPF71I and 71Q generate digital signals Bai and Baq by removing high frequency components of the digital signals Sti and Stq, respectively. The LPF71I outputs the digital signal Bai to the fundamental wave detection unit 72I, and the LPF71Q outputs the digital signal Baq to the fundamental wave detection unit 72Q. Typically, the LPF71I, 71Q removes frequency components above 0.75 Hz (ie, corresponding to 45 bpm).

基本波検出部72I,72Qは、それぞれデジタル信号Bai,Baqを用いて呼吸数を演算する。基本波検出部72Iは、基本波検出部66Iによる演算方式と同様の演算方式により呼吸数を算出する。具体的には、基本波検出部72Iは、所定時間蓄積されたデジタル信号Baiを高速フーリエ変換することにより、周波数分布データを作成する。基本波検出部72Iは、周波数分布データのうち、最も強度の高い周波数成分を基本波データとして検出する。基本波検出部72Iは、基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの呼吸の数である呼吸数Biを算出する。同様に、基本波検出部72Qは、デジタル信号Baqを用いて呼吸数Bqを算出する。 The fundamental wave detection units 72I and 72Q calculate the respiratory rate using the digital signals Bai and Baq, respectively. The fundamental wave detection unit 72I calculates the respiratory rate by the same calculation method as the calculation method by the fundamental wave detection unit 66I. Specifically, the fundamental wave detection unit 72I creates frequency distribution data by performing a high-speed Fourier transform on the digital signal Bai accumulated for a predetermined time. The fundamental wave detection unit 72I detects the frequency component having the highest intensity among the frequency distribution data as the fundamental wave data. The fundamental wave detection unit 72I calculates the respiratory rate Bi, which is the number of respirations per unit time (that is, one minute), by multiplying the fundamental wave data by 60. Similarly, the fundamental wave detection unit 72Q calculates the respiratory rate Bq using the digital signal Baq.

呼吸抽出部73は、呼吸数Biおよび呼吸数Bqを平均化して呼吸数Bnを算出する。なお、呼吸抽出部73は、デジタル信号Bai,Baqを統合して、適宜閾値を設けることにより、ノイズレベルの強度の小さい信号や周期性の乏しい信号を除去してもよい。 The respiratory extraction unit 73 averages the respiratory rate Bi and the respiratory rate Bq to calculate the respiratory rate Bn. The breathing extraction unit 73 may integrate the digital signals Bai and Baq and appropriately set a threshold value to remove a signal having a low noise level intensity or a signal having poor periodicity.

体動検出部50は、所定の閾値と、反射信号(具体的には、各デジタル信号Sti,Stq)とに基づいて、生体Pの体動を検出する。閾値は、アナログ信号Sti,Stqの振幅値(電圧0V〜3.3V)をAD変換した場合のデジタル値である。 The body motion detection unit 50 detects the body motion of the living body P based on a predetermined threshold value and a reflected signal (specifically, each digital signal Sti, Stq). The threshold value is a digital value when the amplitude values (voltage 0V to 3.3V) of the analog signals Sti and Stq are AD-converted.

具体的には、体動検出部50は、デジタル信号Sti,Stqの各々について、当該信号の振幅の大きさ(絶対値)を一定時間(たとえば、0.2秒)ごとに算出する。たとえば、サンプリング周波数が100Hzの場合には、体動検出部50は、デジタル信号Sti,Stqの各々について、当該デジタル信号を10ミリ秒ごとにサンプリングし、20個分のサンプリングデータの絶対値の平均値(平均絶対値)を算出する。体動検出部50は、算出された平均絶対値を一定時間ごとに算出し、算出結果を時間と関連付けて順次記憶する。 Specifically, the body motion detection unit 50 calculates the magnitude (absolute value) of the amplitude of each of the digital signals Sti and Stq at regular time intervals (for example, 0.2 seconds). For example, when the sampling frequency is 100 Hz, the body motion detection unit 50 samples the digital signals for each of the digital signals Sti and Stq every 10 milliseconds, and averages the absolute values of 20 sampling data. Calculate the value (average absolute value). The body movement detection unit 50 calculates the calculated average absolute value at regular time intervals, and sequentially stores the calculated result in association with the time.

体動検出部50は、たとえば、生体の起き上がりなどの体動を検出する。より具体的には、体動検出部50は、デジタル信号Stiについての平均絶対値と、デジタル信号Stqについての平均絶対値との両方が所定閾値以上になった場合に、生体Pが寝具から起き上がったと判定する。また、体動検出部50は、デジタル信号StiおよびStqのうちの少なくとも一方についての平均絶対値が所定閾値以上になった場合に、生体Pが寝具から起き上がったと判定してもよい。あるいは、体動検出部50は、デジタル信号StiおよびStqの合成信号を算出し、当該合成成分についての平均絶対値が所定閾値以上になった場合に、生体Pが寝具から起き上がったと判定してもよい。 The body movement detection unit 50 detects body movements such as getting up of a living body, for example. More specifically, the body motion detection unit 50 raises the living body P from the bedding when both the average absolute value for the digital signal Sti and the average absolute value for the digital signal Stq are equal to or higher than a predetermined threshold value. Judged as Further, the body movement detection unit 50 may determine that the living body P has risen from the bedding when the average absolute value for at least one of the digital signals Sti and Stq becomes a predetermined threshold value or more. Alternatively, the body movement detection unit 50 may calculate the synthetic signals of the digital signals Sti and Stq and determine that the living body P has risen from the bedding when the average absolute value for the synthetic components becomes equal to or higher than a predetermined threshold value. good.

出力制御部52は、体動検出部50による体動検出結果、心拍演算部60による心拍数の計測結果、および、呼吸演算部70による呼吸数の計測結果などを出力する。これらの計測結果の出力態様は、任意である。ある局面において、出力制御部52は、体動異常、心拍異常または呼吸異常との判定結果を受けた場合に、警告情報を出力する。出力制御部52は、スピーカ156を介して、警告情報を音声出力してもよいし、ディスプレイに警告情報を表示してもよい。また、出力制御部52は、通信インターフェイス158を介して、端末装置200に警告情報を送信してもよい。他の局面において、これらの計測結果は、たとえば、予め定められたフォーマットに合わせてデータ化された上で通信インターフェイス158(図4参照)を介して端末装置200に送信される。端末装置200は、計測装置100から受信した計測結果を表示する。 The output control unit 52 outputs a body movement detection result by the body movement detection unit 50, a heart rate measurement result by the heart rate calculation unit 60, a respiration rate measurement result by the respiration calculation unit 70, and the like. The output mode of these measurement results is arbitrary. In a certain aspect, the output control unit 52 outputs warning information when it receives a determination result of a body movement abnormality, a heartbeat abnormality, or a respiratory abnormality. The output control unit 52 may output the warning information by voice via the speaker 156, or may display the warning information on the display. Further, the output control unit 52 may transmit warning information to the terminal device 200 via the communication interface 158. In another aspect, these measurement results are, for example, digitized according to a predetermined format and then transmitted to the terminal device 200 via the communication interface 158 (see FIG. 4). The terminal device 200 displays the measurement result received from the measuring device 100.

[アナログ信号処理回路41]
図6は、第1の実施の形態に従うアナログ信号処理回路41の詳細な構成を説明するためのブロック図である。
[Analog signal processing circuit 41]
FIG. 6 is a block diagram for explaining a detailed configuration of the analog signal processing circuit 41 according to the first embodiment.

図6を参照して、アナログ信号処理回路41は、ドップラセンサ40から出力されるIチャネル側のベースバンド信号Dbiと、ドップラセンサ40から出力されるQチャネル側のベースバンド信号Dbqとを入力として受ける。ベースバンド信号Dbiは、アナログ信号Dbia,Dbibに分配される。ベースバンド信号Dbqは、アナログ信号Dbqa,Dbqbに分配される。 With reference to FIG. 6, the analog signal processing circuit 41 receives the I-channel side baseband signal Dbi output from the Doppler sensor 40 and the Q-channel side baseband signal Dbq output from the Doppler sensor 40 as inputs. receive. The baseband signal Dbi is distributed to the analog signals Dbia and Dbib. The baseband signal Dbq is distributed to the analog signals Dbqa and Dbqb.

アナログ信号処理回路41は、信号処理回路149A〜149Dを含む。アナログ信号Dbiaは、心拍計測用の信号処理回路149Aに出力される。信号処理回路149Aは、HPF143Aと、LFP144Aと、増幅器145Aとを含む。 The analog signal processing circuit 41 includes signal processing circuits 149A to 149D. The analog signal Dbia is output to the signal processing circuit 149A for heart rate measurement. The signal processing circuit 149A includes HPF143A, LFP144A, and an amplifier 145A.

HPF143Aは、アナログ信号Dbiaの低周波成分を除去する。一例として、HPF143Aは、0.8Hz以下の信号成分を除去する。除去後の信号は、LFP144Aに出力される。 HPF143A removes the low frequency component of the analog signal Dbia. As an example, HPF143A removes signal components below 0.8 Hz. The removed signal is output to the LFP144A.

LFP144Aは、HPF143Aから出力されたアナログ信号Dbiaの高周波成分を除去する。一例として、LFP144Aは、20Hz以上の信号成分を除去する。除去後の信号は、増幅器145Aに出力される。 The LFP144A removes the high frequency component of the analog signal Dbia output from the HPF143A. As an example, LFP144A removes signal components above 20 Hz. The removed signal is output to the amplifier 145A.

増幅器145Aは、LFP144Aから出力されるアナログ信号Dbiaを所定倍(たとえば、400倍)に増幅し、アナログ信号Shiを生成する。アナログ信号Shiは、上述のADコンバータ43(図5参照)に出力される。 The amplifier 145A amplifies the analog signal Dbia output from the LFP 144A by a predetermined time (for example, 400 times) to generate the analog signal Shi. The analog signal Shi is output to the AD converter 43 (see FIG. 5) described above.

アナログ信号Dbibは、呼吸計測用の信号処理回路149Bに出力される。信号処理回路149Bは、HPF143Bと、LFP144Bと、増幅器145Bとを含む。 The analog signal Dbib is output to the signal processing circuit 149B for respiration measurement. The signal processing circuit 149B includes HPF143B, LFP144B, and an amplifier 145B.

HPF143Bは、アナログ信号Dbibの低周波成分を除去する。一例として、HPF143Bは、0.1Hz以下の信号成分を除去する。除去後の信号は、LFP144Bに出力される。 HPF143B removes the low frequency component of the analog signal Dbib. As an example, HPF143B removes signal components below 0.1 Hz. The removed signal is output to LFP144B.

LFP144Bは、HPF143Bから出力されたアナログ信号Dbibの高周波成分を除去する。一例として、LFP144Bは、20Hz以上の信号成分を除去する。除去後の信号は、増幅器145Bに出力される。 The LFP144B removes the high frequency component of the analog signal Dbib output from the HPF143B. As an example, LFP144B removes signal components above 20 Hz. The removed signal is output to the amplifier 145B.

増幅器145Bは、LFP144Bから出力されるアナログ信号Dbibを所定倍(たとえば、100倍)に増幅し、アナログ信号Stiを生成する。アナログ信号Stiは、上述のADコンバータ43(図5参照)に出力される。 The amplifier 145B amplifies the analog signal Dbib output from the LFP144B by a predetermined time (for example, 100 times) to generate the analog signal Sti. The analog signal Sti is output to the AD converter 43 (see FIG. 5) described above.

心拍信号の振幅は、呼吸信号の振幅と比較べて約1/10以下であるので、心拍計測用の増幅器145Aの増幅率が、呼吸計測用の増幅器145Bの増幅率よりも大きくなるように、増幅器145A,145Bが設計される。一例として、増幅器145Aの増幅率は400倍であり、増幅器145Bの増幅率は100倍である。 Since the amplitude of the heartbeat signal is about 1/10 or less of the amplitude of the respiration signal, the amplification factor of the heartbeat measurement amplifier 145A is larger than the amplification factor of the respiration measurement amplifier 145B. Amplitudes 145A and 145B are designed. As an example, the amplification factor of the amplifier 145A is 400 times, and the amplification factor of the amplifier 145B is 100 times.

アナログ信号Dbqaは、心拍計測用の信号処理回路149Cに出力される。信号処理回路149Cは、HPF143Cと、LFP144Cと、増幅器145Cとを含む。 The analog signal Dbqa is output to the signal processing circuit 149C for heart rate measurement. The signal processing circuit 149C includes an HPF143C, an LFP144C, and an amplifier 145C.

HPF143Cは、アナログ信号Dbqaの低周波成分を除去する。一例として、HPF143Cは、0.8Hz以下の信号成分を除去する。除去後の信号は、LFP144Cに出力される。 HPF143C removes the low frequency component of the analog signal Dbqa. As an example, HPF143C removes signal components below 0.8 Hz. The removed signal is output to the LFP144C.

LFP144Cは、HPF143Cから出力されたアナログ信号Dbqaの高周波成分を除去する。一例として、LFP144Cは、20Hz以上の信号成分を除去する。除去後の信号は、増幅器145Cに出力される。 The LFP144C removes the high frequency component of the analog signal Dbqa output from the HPF143C. As an example, LFP144C removes signal components above 20 Hz. The removed signal is output to the amplifier 145C.

増幅器145Cは、LFP144Cから出力されるアナログ信号Dbqaを所定倍(たとえば、400倍)に増幅し、アナログ信号Shqを生成する。アナログ信号Shqは、上述のADコンバータ43(図5参照)に出力される。 The amplifier 145C amplifies the analog signal Dbqa output from the LFP 144C by a predetermined time (for example, 400 times) to generate the analog signal Shq. The analog signal Shq is output to the AD converter 43 (see FIG. 5) described above.

アナログ信号Dbqbは、呼吸計測用の信号処理回路149Dに出力される。信号処理回路149Dは、HPF143Dと、LFP144Dと、増幅器145Dとを含む。 The analog signal Dbqb is output to the signal processing circuit 149D for respiration measurement. The signal processing circuit 149D includes HPF143D, LFP144D, and an amplifier 145D.

HPF143Dは、アナログ信号Dbqbの低周波成分を除去する。一例として、HPF143Dは、0.1Hz以下の信号成分を除去する。除去後の信号は、LFP144Dに出力される。 HPF143D removes the low frequency component of the analog signal Dbqb. As an example, HPF143D removes signal components below 0.1 Hz. The removed signal is output to the LFP144D.

LFP144Dは、HPF143Dから出力されたアナログ信号Dbqbの高周波成分を除去する。一例として、LFP144Dは、20Hz以上の信号成分を除去する。除去後の信号は、増幅器145Dに出力される。 The LFP144D removes the high frequency component of the analog signal Dbqb output from the HPF143D. As an example, LFP144D removes signal components above 20 Hz. The removed signal is output to the amplifier 145D.

増幅器145Dは、LFP144Dから出力されるアナログ信号Dbqbを所定倍(たとえば、100倍)に増幅し、アナログ信号Stqを生成する。アナログ信号Stqは、上述のADコンバータ43(図5参照)に出力される。 The amplifier 145D amplifies the analog signal Dbqb output from the LFP 144D by a predetermined time (for example, 100 times) to generate the analog signal Stq. The analog signal Stq is output to the AD converter 43 (see FIG. 5) described above.

心拍信号の振幅は、呼吸信号の振幅と比較べて約1/10以下であるので、心拍計測用の増幅器145Cの増幅率が、呼吸計測用の増幅器145Dの増幅率よりも大きくなるように、増幅器145C,145Dが設計される。一例として、増幅器145Cの増幅率は400倍であり、増幅器145Dの増幅率は100倍である。 Since the amplitude of the heartbeat signal is about 1/10 or less of the amplitude of the respiration signal, the amplification factor of the heartbeat measurement amplifier 145C is larger than the amplification factor of the respiration measurement amplifier 145D. Amplitudes 145C and 145D are designed. As an example, the amplification factor of the amplifier 145C is 400 times, and the amplification factor of the amplifier 145D is 100 times.

HPF143A〜143DおよびLFP144A〜144Dは、たとえば、オペアンプを用いたアクティブフィルタである。あるいは、HPF143A〜143Dは、コイルL、コンデンサC、抵抗Rを用いた受動素子であってもよい。 HPF143A to 143D and LFP144A to 144D are, for example, active filters using operational amplifiers. Alternatively, the HPFs 143A to 143D may be passive elements using the coil L, the capacitor C, and the resistor R.

以上のようにして、振幅計測用および呼吸計測用に独立して帯域制限および増幅を行うことにより、心拍域と呼吸域とでSN(Signal Noise)比の高い良質なアナログ信号が抽出される。なお、LFP144A〜144Dは、上述のADコンバータ43のためのアンチエイリアスフィルタとしても機能している。 As described above, by independently performing band limitation and amplification for amplitude measurement and respiration measurement, a high-quality analog signal having a high SN (Signal Noise) ratio is extracted in the heartbeat range and the respiration range. The LFPs 144A to 144D also function as an antialiasing filter for the AD converter 43 described above.

[計測装置100の制御構造]
図7〜図9を参照して、計測装置100の制御構造について説明する。図7は、心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。図8は、呼吸数の計測処理を表わすフローチャートである。図9は、体動検出処理を表わすフローチャートである。図7〜図9の処理は、計測装置100のマイクロプロセッサ45がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
[Control structure of measuring device 100]
The control structure of the measuring device 100 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. 7 is a flowchart showing the heart rate measurement process. FIG. 8 is a flowchart showing a respiratory rate measurement process. FIG. 9 is a flowchart showing the body movement detection process. The processes of FIGS. 7 to 9 are realized by executing the program by the microprocessor 45 of the measuring device 100. In other aspects, some or all of the processing may be performed by circuit elements or other hardware.

以下では、心拍数の計測処理のフロー、呼吸数の計測処理のフロー、および体動検出処理のフローについて順に説明する。 Below, the flow of the heart rate measurement process, the flow of the respiratory rate measurement process, and the flow of the body movement detection process will be described in order.

(心拍数の計測処理)
まず、図7を参照して、心拍数の計測処理のフローについて説明する。
(Heart rate measurement processing)
First, the flow of the heart rate measurement process will be described with reference to FIG. 7.

ステップS110において、マイクロプロセッサ45は、ドップラセンサ40を介して、マイクロ波を照射する。その後、マイクロプロセッサ45は、照射したマイクロ波の反射波を受信して、反射波の信号からIチャネル側のドップラ信号とQチャネル側のドップラ信号とを生成する。 In step S110, the microprocessor 45 irradiates microwaves via the Doppler sensor 40. After that, the microprocessor 45 receives the reflected wave of the irradiated microwave and generates a Doppler signal on the I channel side and a Doppler signal on the Q channel side from the reflected wave signal.

ステップS120において、マイクロプロセッサ45は、計測対象の生体の周波数が含まれる周波数帯域(すなわち、基準心拍レンジ)を取得する。本実施の形態においては、基準心拍レンジは、予め設定されているものとする。ある局面において、ユーザによって下限値が設定され、当該下限値以上の範囲が基準心拍レンジとして設定される。他の局面において、ユーザによって下限値および上限値が設定され、当該下限値以上であって当該上限値未満の範囲が基準心拍レンジとして設定される。他の局面において、ユーザは、心拍情報122(図3参照)に規定されている心拍レンジのいずれかを基準心拍レンジとして設定する。 In step S120, the microprocessor 45 acquires a frequency band (that is, a reference heart rate range) including the frequency of the living body to be measured. In the present embodiment, it is assumed that the reference heart rate range is set in advance. In a certain aspect, a lower limit value is set by the user, and a range above the lower limit value is set as a reference heart rate range. In another aspect, the lower limit value and the upper limit value are set by the user, and the range of the lower limit value or more and less than the upper limit value is set as the reference heart rate range. In another aspect, the user sets one of the heart rate ranges defined in the heart rate information 122 (see FIG. 3) as the reference heart rate range.

ステップS130において、マイクロプロセッサ45は、心拍情報122を参照して、基準心拍レンジに対応付けられているHPF用のカットオフ帯域を取得し、当該カットオフ帯域をHPF64I,64Q(図5参照)に設定する。同様に、マイクロプロセッサ45は、心拍情報122を参照して、基準心拍レンジに対応付けられているLPF用のカットオフ帯域を取得し、当該カットオフ帯域をLPF65I,65Q(図5参照)に設定する。 In step S130, the microprocessor 45 refers to the heart rate information 122, acquires a cutoff band for the HPF associated with the reference heart rate range, and sets the cutoff band to the HPF64I, 64Q (see FIG. 5). Set. Similarly, the microprocessor 45 refers to the heart rate information 122, acquires a cutoff band for the LPF associated with the reference heart rate range, and sets the cutoff band to LPF65I, 65Q (see FIG. 5). do.

ステップS140において、マイクロプロセッサ45は、HPF64Iに設定されたカットオフ帯域に含まれる信号成分をIチャネル側のドップラ信号から除去する。一例として、図3に示される心拍レンジ「45bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、HPF64Iは、「0.7〜0.8Hz以下」の信号成分を除去する。他の例として、図3に示される心拍レンジ「63bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、HPF64Iは、「1.0〜1.1Hz以下」の信号成分を除去する。他の例として、図3に示される心拍レンジ「81bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、HPF64Iは、「1.3〜1.4Hz以下」の信号成分を除去する。HPF64Iと同様に、マイクロプロセッサ45は、HPF64Qに設定されたカットオフ帯域に含まれる信号成分をQチャネル側のドップラ信号から除去する。 In step S140, the microprocessor 45 removes the signal component included in the cutoff band set in the HPF64I from the Doppler signal on the I channel side. As an example, when the heart rate range "45 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, HPF64I removes the signal component of "0.7 to 0.8 Hz or less". As another example, when the heart rate range "63 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, HPF64I removes the signal component of "1.0 to 1.1 Hz or less". As another example, when the heart rate range "81 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, HPF64I removes the signal component of "1.3 to 1.4 Hz or less". Similar to the HPF64I, the microprocessor 45 removes the signal component included in the cutoff band set in the HPF64Q from the Doppler signal on the Q channel side.

ステップS150において、マイクロプロセッサ45は、LPF65Iに設定されたカットオフ帯域に含まれる信号成分をIチャネル側のドップラ信号から除去する。一例として、図3に示される心拍レンジ「45bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、LPF65Iは、「7Hz以上」の信号成分を除去する。他の例として、図3に示される心拍レンジ「63bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、LPF65Iは、「10Hz以上」の信号成分を除去する。他の例として、図3に示される心拍レンジ「81bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されている場合、LPF65Iは、「20Hz以上」の信号成分を除去する。LPF65Iと同様に、マイクロプロセッサ45は、LPF65Qに設定されたカットオフ帯域に含まれる信号成分をQチャネル側のドップラ信号から除去する。 In step S150, the microprocessor 45 removes the signal component included in the cutoff band set in the LPF65I from the Doppler signal on the I channel side. As an example, when the heart rate range "45 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, the LPF65I removes the signal component of "7 Hz or higher". As another example, when the heart rate range "63 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, the LPF65I removes the signal component of "10 Hz or higher". As another example, when the heart rate range "81 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range, the LPF65I removes the signal component of "20 Hz or higher". Similar to the LPF65I, the microprocessor 45 removes the signal component included in the cutoff band set in the LPF65Q from the Doppler signal on the Q channel side.

ステップS151において、マイクロプロセッサ45は、HPF64IおよびLPF65Iを通過したIチャネル側のドップラ信号の周期性を検出する。典型的には、マイクロプロセッサ45は、HPF64IおよびLPF65Iを通過したIチャネル側のドップラ信号を高速フーリエ変換することで周波数分布データを生成し、当該周波数分布データから信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。同様に、HPF64QおよびLPF65Qを通過したQチャネル側のドップラ信号を高速フーリエ変換することで周波数分布データを生成し、当該周波数分布データから信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。なお、マイクロプロセッサ45は、自己相関関数やウェーブレット変換を用いて基本波データを検出してもよい。 In step S151, the microprocessor 45 detects the periodicity of the Doppler signal on the I channel side that has passed through the HPF64I and LPF65I. Typically, the microprocessor 45 generates frequency distribution data by performing a fast Fourier transform on the Doppler signal on the I channel side that has passed through HPF64I and LPF65I, and the frequency component having a high signal intensity (peak) is generated from the frequency distribution data. Is detected as fundamental wave data. Similarly, frequency distribution data is generated by fast Fourier transform of the Doppler signal on the Q channel side that has passed through HPF64Q and LPF65Q, and the frequency component with high signal intensity (peak) is detected as fundamental wave data from the frequency distribution data. .. The microprocessor 45 may detect fundamental wave data by using an autocorrelation function or a wavelet transform.

ステップS160において、マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの心拍数を算出する。同様に、マイクロプロセッサ45は、Qチャネル側の基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの心拍数を算出する。マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の心拍数とQチャネル側の心拍数を平均化して計測結果としての心拍数を算出する。 In step S160, the microprocessor 45 calculates the heart rate per unit time (that is, one minute) by multiplying the fundamental wave data on the I channel side by 60. Similarly, the microprocessor 45 calculates the heart rate per unit time (that is, one minute) by multiplying the fundamental wave data on the Q channel side by 60. The microprocessor 45 averages the heart rate on the I-channel side and the heart rate on the Q-channel side to calculate the heart rate as a measurement result.

なお、マイクロプロセッサ45は、心拍数の算出過程において予め定められた条件が満たされ場合、心拍数の計測ができなかったものとして計測エラーを出力してもよい。一例として、心拍周期が所定閾値を下回った場合に、当該予め定められた条件が満たされる。の場合、図7に示される処理は終了してもよいし、再度実行されてもよい。 If the predetermined conditions are satisfied in the process of calculating the heart rate, the microprocessor 45 may output a measurement error as if the heart rate could not be measured. As an example, when the heart rate cycle falls below a predetermined threshold value, the predetermined condition is satisfied. In the case of, the process shown in FIG. 7 may be terminated or may be executed again.

ステップS170において、マイクロプロセッサ45は、ステップS160での心拍数の計測結果を出力する。計測結果の出力態様は、任意である。ある局面において、マイクロプロセッサ45は、心拍数が所定下限値以下または所定上限値以上のときに心拍異常として判定し、警告情報を出力する。当該警告情報は、スピーカ156を介して音声出力されてもよいし、ディスプレイを介して出力されてもよい。また、マイクロプロセッサ45は、通信インターフェイス158を介して、端末装置200に警告情報を送信してもよい。 In step S170, the microprocessor 45 outputs the measurement result of the heart rate in step S160. The output mode of the measurement result is arbitrary. In a certain aspect, the microprocessor 45 determines that the heart rate is abnormal when the heart rate is equal to or less than a predetermined lower limit value or is greater than or equal to a predetermined upper limit value, and outputs warning information. The warning information may be output by voice via the speaker 156 or may be output via the display. Further, the microprocessor 45 may transmit warning information to the terminal device 200 via the communication interface 158.

(呼吸数の計測処理)
次に、図8を参照して、呼吸数の計測処理のフローについて説明する。
(Respiratory rate measurement processing)
Next, with reference to FIG. 8, the flow of the respiratory rate measurement process will be described.

ステップS210において、マイクロプロセッサ45は、ドップラセンサ40を介して、マイクロ波を照射する。その後、マイクロプロセッサ45は、照射したマイクロ波の反射波を受信して、反射波の信号からIチャネル側のドップラ信号とQチャネル側のドップラ信号とを生成する。 In step S210, the microprocessor 45 irradiates microwaves via the Doppler sensor 40. After that, the microprocessor 45 receives the reflected wave of the irradiated microwave and generates a Doppler signal on the I channel side and a Doppler signal on the Q channel side from the reflected wave signal.

ステップS220において、マイクロプロセッサ45は、呼吸計測用のLPF71I(図5参照)を用いて、Iチャネル側のドップラ信号から所定周波数の信号成分を除去する。同様に、マイクロプロセッサ45は、呼吸計測用のLPF71Q(図5参照)を用いて、Qチャネル側のドップラ信号から所定周波数の信号成分を除去する。一例として、LPF71I,71Qのカットオフ帯域は、0.75Hz以上である。 In step S220, the microprocessor 45 uses the LPF71I for respiration measurement (see FIG. 5) to remove a signal component of a predetermined frequency from the Doppler signal on the I channel side. Similarly, the microprocessor 45 uses the LPF71Q for respiration measurement (see FIG. 5) to remove a signal component of a predetermined frequency from the Doppler signal on the Q channel side. As an example, the cutoff band of LPF71I, 71Q is 0.75 Hz or more.

ステップS221において、マイクロプロセッサ45は、LPF71Iを通過したIチャネル側のドップラ信号の周期性を検出する。典型的には、マイクロプロセッサ45は、LPF71Iを通過したIチャネル側のドップラ信号を高速フーリエ変換することで周波数分布データを生成し、当該周波数分布データから信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。同様に、マイクロプロセッサ45は、LPF71Qを通過したQチャネル側のドップラ信号を高速フーリエ変換することで周波数分布データを生成し、当該周波数分布データから信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。なお、マイクロプロセッサ45は、自己相関関数やウェーブレット変換を用いて基本波データを検出してもよい。 In step S221, the microprocessor 45 detects the periodicity of the Doppler signal on the I channel side that has passed through the LPF71I. Typically, the microprocessor 45 generates frequency distribution data by performing a high-speed Fourier transform on the Doppler signal on the I channel side that has passed through the LPF71I, and basically uses the frequency component having a high signal strength (peak) from the frequency distribution data. Detect as wave data. Similarly, the microprocessor 45 generates frequency distribution data by performing a high-speed Fourier transform on the Doppler signal on the Q channel side that has passed through the LPF71Q, and from the frequency distribution data, the frequency component having a high signal intensity (peak) is the fundamental wave data. Detect as. The microprocessor 45 may detect fundamental wave data by using an autocorrelation function or a wavelet transform.

ステップS230において、マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの呼吸数を算出する。同様に、マイクロプロセッサ45は、Qチャネル側の基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの呼吸数を算出する。マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の呼吸数とQチャネル側の呼吸数を平均化して計測結果としての呼吸数を算出する。なお、マイクロプロセッサ45は、適宜閾値を設けることにより、ノイズレベルの強度の小さい信号や周期性の乏しい信号を除去してもよい。 In step S230, the microprocessor 45 calculates the respiratory rate per unit time (that is, 1 minute) by multiplying the fundamental wave data on the I channel side by 60. Similarly, the microprocessor 45 calculates the respiratory rate per unit time (that is, one minute) by multiplying the fundamental wave data on the Q channel side by 60. The microprocessor 45 averages the respiratory rate on the I-channel side and the respiratory rate on the Q-channel side to calculate the respiratory rate as a measurement result. The microprocessor 45 may remove a signal having a low noise level intensity or a signal having poor periodicity by appropriately setting a threshold value.

ステップS240において、マイクロプロセッサ45は、ステップS230での呼吸数の計測結果を出力する。計測結果の出力態様は、任意である。ある局面において、マイクロプロセッサ45は、呼吸数が所定下限値以下または所定上限値以上のときに呼吸以上として判定し、警告情報を出力する。当該警告情報は、スピーカ156を介して音声出力されてもよいし、ディスプレイを介して出力されてもよい。また、マイクロプロセッサ45は、通信インターフェイス158を介して、端末装置200に警告情報を送信してもよい。 In step S240, the microprocessor 45 outputs the measurement result of the respiratory rate in step S230. The output mode of the measurement result is arbitrary. In a certain aspect, the microprocessor 45 determines that the respiratory rate is equal to or higher than the predetermined lower limit value or is greater than or equal to the predetermined upper limit value, and outputs warning information. The warning information may be output by voice via the speaker 156 or may be output via the display. Further, the microprocessor 45 may transmit warning information to the terminal device 200 via the communication interface 158.

(体動検出処理)
次に、図9を参照して、体動検出処理のフローについて説明する。
(Body movement detection process)
Next, the flow of the body movement detection process will be described with reference to FIG.

ステップS310において、マイクロプロセッサ45は、ドップラセンサ40を介して、マイクロ波を照射する。その後、マイクロプロセッサ45は、照射したマイクロ波の反射波を受信して、反射波の信号からIチャネル側のドップラ信号とQチャネル側のドップラ信号とを生成する。 In step S310, the microprocessor 45 irradiates microwaves via the Doppler sensor 40. After that, the microprocessor 45 receives the reflected wave of the irradiated microwave and generates a Doppler signal on the I channel side and a Doppler signal on the Q channel side from the reflected wave signal.

ステップS320において、マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側のドップラ信号とQチャネル側のドップラ信号と所定閾値とに基づいて、生体Pの体動を検出する。一例として、マイクロプロセッサ45は、生体の起き上がりなどを検出する。生体の起き上がりの検出方法は上述の通りであるので、その説明については繰り返さない。 In step S320, the microprocessor 45 detects the body movement of the living body P based on the Doppler signal on the I channel side, the Doppler signal on the Q channel side, and a predetermined threshold value. As an example, the microprocessor 45 detects the rising of a living body and the like. Since the method for detecting the rise of a living body is as described above, the explanation thereof will not be repeated.

ステップS330において、マイクロプロセッサ45は、ステップS320での体動の検出結果を出力する。検出結果の出力態様は、任意である。ある局面において、計測装置100が患者の監視装置として利用される場合には、マイクロプロセッサ45は、患者の起き上がりを検出したことを出力する。このことは、スピーカ156を介して音声出力されてもよいし、ディスプレイを介して出力されてもよい。また、マイクロプロセッサ45は、通信インターフェイス158を介して、端末装置200に警告情報を送信してもよい。 In step S330, the microprocessor 45 outputs the detection result of the body movement in step S320. The output mode of the detection result is arbitrary. In a certain aspect, when the measuring device 100 is used as a patient monitoring device, the microprocessor 45 outputs that the patient has risen up. This may be output via the speaker 156 or may be output via the display. Further, the microprocessor 45 may transmit warning information to the terminal device 200 via the communication interface 158.

[第1の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う計測装置100は、計測対象の生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、生体の呼吸に起因する信号成分を含む周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報122(図3参照)を取得する。計測装置100は、心拍情報122において基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域をカットオフ帯域として心拍計測用のHPF64に設定する。このように、HPF64のカットオフ帯域が基準心拍レンジに応じて適宜設定されることにより、生体の呼吸数に相当する周波数成分だけでなく、当該呼吸数の高次周波数成分も除去することができる。当該高次周波数成分が除去された上で心拍数が抽出されることにより、計測装置100は、生体の心拍数をより正確に計測することができる。
[Summary of the first embodiment]
As described above, the measuring device 100 according to the present embodiment acquires the reference heart rate range that can include the heart rate of the living body to be measured, and sets the frequency band including the signal component caused by the respiration of the living body to the heart rate of the living body. The heart rate information 122 (see FIG. 3) associated with each range is acquired. The measuring device 100 sets the frequency band associated with the reference heart rate range in the heart rate information 122 as the cutoff band in the HPF 64 for heart rate measurement. In this way, by appropriately setting the cutoff band of HPF64 according to the reference heart rate range, it is possible to remove not only the frequency component corresponding to the respiratory rate of the living body but also the higher frequency component of the respiratory rate. .. By extracting the heart rate after removing the high-order frequency component, the measuring device 100 can measure the heart rate of the living body more accurately.

<第2の実施の形態>
[概要]
第1の実施の形態に従う計測装置100は、呼吸の高次周波数成分を除去するようにHPF64(図1参照)にカットオフ帯域を設定していた。これにより、計測装置100は、ドップラ信号から呼吸の高次周波数成分(主に、三次高周波数成分)を除去していた。しかしながら、HPF64に設定されたカットオフ帯域が呼吸の三次周波数成分と近い場合には、当該三次周波数成分を完全には除去できない可能性がある。そこで、第2の実施の形態に従う計測装置100は、ドップラ信号を周波数分解して得られた周波数分布データから呼吸の三次周波数成分を除去し、その上で周波数分布データに基づいて、生体の心拍数を抽出する。これにより、計測装置100は、呼吸の三次周波数成分の影響を受けなくなり、生体の心拍数をさらに正確に計測することができる。
<Second embodiment>
[Overview]
The measuring device 100 according to the first embodiment sets a cutoff band in the HPF 64 (see FIG. 1) so as to remove the higher frequency component of respiration. As a result, the measuring device 100 removed the high-order frequency component of respiration (mainly the third-order high frequency component) from the Doppler signal. However, if the cutoff band set in HPF64 is close to the third-order frequency component of respiration, it may not be possible to completely remove the third-order frequency component. Therefore, the measuring device 100 according to the second embodiment removes the tertiary frequency component of respiration from the frequency distribution data obtained by frequency-decomposing the Doppler signal, and then based on the frequency distribution data, the heartbeat of the living body. Extract the number. As a result, the measuring device 100 is not affected by the tertiary frequency component of respiration, and the heart rate of the living body can be measured more accurately.

なお、第2の実施の形態に従う計測装置100のハードウェア構成などその他の点については第1の実施の形態に従う計測装置100と同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。 Since the other points such as the hardware configuration of the measuring device 100 according to the second embodiment are the same as those of the measuring device 100 according to the first embodiment, the description thereof will not be repeated below.

[計測装置100の制御構造]
図10を参照して、計測装置100の制御構造について説明する。図10は、第2の実施の形態における心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。図10の処理は、計測装置100のマイクロプロセッサ45がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
[Control structure of measuring device 100]
The control structure of the measuring device 100 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing a heart rate measurement process according to the second embodiment. The process of FIG. 10 is realized by executing a program by the microprocessor 45 of the measuring device 100. In other aspects, some or all of the processing may be performed by circuit elements or other hardware.

なお、ステップS152,S160A以外の処理については、図7で説明した通りであるので、それらの説明については繰り返さない。 Since the processes other than steps S152 and S160A are as described in FIG. 7, the description thereof will not be repeated.

ステップS152において、マイクロプロセッサ45は、計測対象の生体の呼吸数を取得する。呼吸数の計測方法については、図8で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。 In step S152, the microprocessor 45 acquires the respiratory rate of the living body to be measured. Since the method of measuring the respiratory rate is as described in FIG. 8, the description will not be repeated.

ステップS160Aにおいて、マイクロプロセッサ45は、HPF64およびLPF65を通過したIチャネル側のドップラ信号を高速フーリエ変換する。マイクロプロセッサ45は、個々の信号成分に分解した後、各成分を周波数スペクトラム上に表わす処理を行ない、周波数分布データを作成する。マイクロプロセッサ45は、作成した周波数分布データに基づいて、生体の心拍数を計測する。このとき、マイクロプロセッサ45は、設定されている基準心拍レンジに応じて心拍数の計測処理を変える。 In step S160A, the microprocessor 45 performs a fast Fourier transform on the Doppler signal on the I channel side that has passed through the HPF64 and LPF65. After decomposing into individual signal components, the microprocessor 45 performs a process of expressing each component on a frequency spectrum to create frequency distribution data. The microprocessor 45 measures the heart rate of a living body based on the created frequency distribution data. At this time, the microprocessor 45 changes the heart rate measurement process according to the set reference heart rate range.

一例として、図3に示される心拍レンジ「63bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されているとする。この場合、マイクロプロセッサ45は、呼吸数の整数倍に相当する周期の高次高周波成分を周波数分布データ(心拍信号)から除去し、当該除去後の周波数分布データに基づいて、生体の心拍数を抽出する。好ましくは、呼吸数の3倍に相当する周期の高次高周波成分が周波数分布データから除去される。その後、マイクロプロセッサ45は、周波数分布データの中から最も信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。マイクロプロセッサ45は、基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの心拍数を算出する。同様に、マイクロプロセッサ45は、Qチャネル側のドップラ信号からも心拍数を算出する。マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の心拍数とQチャネル側の心拍数を平均化して計測結果としての心拍数を算出する。 As an example, it is assumed that the heart rate range "63 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range. In this case, the microprocessor 45 removes a high-order high-frequency component having a period corresponding to an integral multiple of the respiratory rate from the frequency distribution data (heartbeat signal), and determines the heart rate of the living body based on the frequency distribution data after the removal. Extract. Preferably, higher frequency components with a period corresponding to three times the respiratory rate are removed from the frequency distribution data. After that, the microprocessor 45 detects the frequency component having the highest signal intensity (peak) from the frequency distribution data as the fundamental wave data. The microprocessor 45 calculates the heart rate per unit time (that is, one minute) by multiplying the fundamental wave data by 60. Similarly, the microprocessor 45 also calculates the heart rate from the Doppler signal on the Q channel side. The microprocessor 45 averages the heart rate on the I-channel side and the heart rate on the Q-channel side to calculate the heart rate as a measurement result.

他の例として、図3に示される心拍レンジ「81bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されているとする。この場合、心拍レンジ「63bpm〜260bpm」が設定されている場合と同様の処理で生体の心拍数を抽出する。 As another example, it is assumed that the heart rate range "81 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range. In this case, the heart rate of the living body is extracted by the same process as when the heart rate range "63 bpm to 260 bpm" is set.

他の例として、図3に示される心拍レンジ「45bpm〜260bpm」が基準心拍レンジとして設定されているとする。この場合、心拍数と呼吸の高周波周波数との区別が難しいため、マイクロプロセッサ45は、呼吸数に基づいた三次高周波成分の除去処理を無効にする。 As another example, it is assumed that the heart rate range "45 bpm to 260 bpm" shown in FIG. 3 is set as the reference heart rate range. In this case, since it is difficult to distinguish between the heart rate and the high frequency frequency of respiration, the microprocessor 45 disables the process of removing the tertiary high frequency component based on the respiration rate.

このように無効化された場合であっても、呼吸数が小さい場合には、呼吸の三次高周波成分は、HPF64によって除去される。しかしながら、呼吸数が大きい場合には、呼吸の三次高周波成分は、HPF64によって除去できない可能性がある。なぜならば、呼吸数が大きい場合には、呼吸の三次高周波成分の周波数が大きくなり、HPF64のカットオフ帯域から外れてしまうためである。そのため、呼吸数が小さいときの検出信号に基づいて心拍数が計測されることが好ましい。 Even when disabled in this way, if the respiratory rate is low, the third-order high frequency component of the respiration is removed by HPF64. However, if the respiratory rate is high, the third-order high frequency component of the respiration may not be removed by HPF64. This is because when the respiratory rate is large, the frequency of the third-order high-frequency component of the respiration becomes large, and the frequency deviates from the cutoff band of HPF64. Therefore, it is preferable that the heart rate is measured based on the detection signal when the respiratory rate is small.

一例として、呼吸数が14bpmであるときには、呼吸の三次高周波成分は、42bpm(=0.7Hz)となる。そのため、心拍レンジ「45bpm〜260bpm」に対応するカットオフ帯域「0.8Hz以下」がHPF64に設定された場合には、42bpm(=0.7Hz)の三次高周波成分がHPF64によって除去される。このように、呼吸数が所定値よりも小さい場合や、呼吸の振幅が所定値よりも小さい場合などには、HPF64によって呼吸の三次高周波成分が除去されるため、このときの検出信号に基づいて心拍数の計測される。 As an example, when the respiratory rate is 14 bpm, the tertiary high frequency component of the respiration is 42 bpm (= 0.7 Hz). Therefore, when the cutoff band "0.8 Hz or less" corresponding to the heart rate range "45 bpm to 260 bpm" is set to HPF64, the tertiary high frequency component of 42 bpm (= 0.7 Hz) is removed by HPF64. In this way, when the respiratory rate is smaller than the predetermined value, or when the amplitude of the respiration is smaller than the predetermined value, the third-order high-frequency component of the respiration is removed by the HPF64, and therefore, based on the detection signal at this time. The heart rate is measured.

マイクロプロセッサ45は、呼吸数が小さいときの検出信号から生成された周波数分布データの中から最も信号強度(ピーク)の高い周波数成分を基本波データとして検出する。その後、マイクロプロセッサ45は、基本波データを60倍することで、単位時間(すなわち、1分間)当りの心拍数を算出する。同様に、マイクロプロセッサ45は、Qチャネル側のドップラ信号からも心拍数を算出する。マイクロプロセッサ45は、Iチャネル側の心拍数とQチャネル側の心拍数を平均化して計測結果としての心拍数を算出する。 The microprocessor 45 detects the frequency component having the highest signal intensity (peak) from the frequency distribution data generated from the detection signal when the respiratory rate is low as the fundamental wave data. After that, the microprocessor 45 calculates the heart rate per unit time (that is, one minute) by multiplying the fundamental wave data by 60. Similarly, the microprocessor 45 also calculates the heart rate from the Doppler signal on the Q channel side. The microprocessor 45 averages the heart rate on the I-channel side and the heart rate on the Q-channel side to calculate the heart rate as a measurement result.

[第2の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う計測装置100は、ドップラ信号を周波数分解して得られた信号成分から、呼吸数の整数倍(たとえば、3倍以上)に相当する周波数成分を除去した上で生体の心拍数を計測する。これにより、計測装置100は、呼吸の三次周波数成分の影響を受けなくなり、生体の心拍数をさらに正確に抽出することができる。
[Summary of the second embodiment]
As described above, the measuring device 100 according to the present embodiment removes the frequency component corresponding to an integral multiple (for example, 3 times or more) of the respiratory rate from the signal component obtained by frequency-decomposing the Doppler signal. Measure the heart rate of the living body above. As a result, the measuring device 100 is not affected by the tertiary frequency component of respiration, and the heart rate of the living body can be extracted more accurately.

<第3の実施の形態>
[概要]
第1,第2の実施の形態に従う計測装置100は、基準心拍レンジがユーザによって予め設定されていた。これに対して、第3の実施の形態に従う計測装置100は、基準心拍レンジが自動で設定される。これにより、心拍数を正確に計測できるだけでなく、計測装置100の操作性が改善される。
<Third embodiment>
[Overview]
In the measuring device 100 according to the first and second embodiments, the reference heart rate range is preset by the user. On the other hand, in the measuring device 100 according to the third embodiment, the reference heart rate range is automatically set. As a result, not only the heart rate can be accurately measured, but also the operability of the measuring device 100 is improved.

なお、第3の実施の形態に従う計測装置100のハードウェア構成などその他の点については第1,第2の実施の形態に従う計測装置100と同じであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。 Since the other points such as the hardware configuration of the measuring device 100 according to the third embodiment are the same as those of the measuring device 100 according to the first and second embodiments, the description thereof will not be repeated below. ..

[計測装置100の制御構造]
図11を参照して、計測装置100の制御構造について説明する。図11は、第3の実施の形態における心拍数の計測処理を表わすフローチャートである。図11の処理は、計測装置100のマイクロプロセッサ45がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
[Control structure of measuring device 100]
The control structure of the measuring device 100 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing a heart rate measurement process according to the third embodiment. The process of FIG. 11 is realized by executing a program by the microprocessor 45 of the measuring device 100. In other aspects, some or all of the processing may be performed by circuit elements or other hardware.

なお、ステップS162,S164以外の処理については、図7および図10で説明した通りであるので、それらの説明については繰り返さない。 Since the processes other than steps S162 and S164 are as described in FIGS. 7 and 10, the description thereof will not be repeated.

ステップS162において、マイクロプロセッサ45は、心拍数が予め定められた条件を満たしたか否かを判断する。一例として、計測された心拍数が心拍情報122(図3参照)に規定されている心拍レンジであって基準心拍レンジよりも高周域の心拍レンジに属する場合に、当該予め定められた条件が満たされる。あるいは、計測された心拍数が心拍情報122に規定されている心拍レンジであって基準心拍レンジよりも低周域の心拍レンジに属する場合に、当該予め定められた条件が満たされる。あるいは、心拍数が所定下限値を下回った場合や、心拍数が所定上限値を上回った場合などに、心拍数が計測できなかったものとして、当該予め定められた条件が満たされる。 In step S162, the microprocessor 45 determines whether or not the heart rate meets a predetermined condition. As an example, when the measured heart rate is the heart rate range specified in the heart rate information 122 (see FIG. 3) and belongs to the heart rate range higher than the reference heart rate range, the predetermined condition is satisfied. It is filled. Alternatively, when the measured heart rate is the heart rate range defined in the heart rate information 122 and belongs to the heart rate range in the lower peripheral range than the reference heart rate range, the predetermined condition is satisfied. Alternatively, when the heart rate falls below the predetermined lower limit value, or when the heart rate exceeds the predetermined upper limit value, it is assumed that the heart rate cannot be measured, and the predetermined condition is satisfied.

ステップS162において、マイクロプロセッサ45は、心拍数が予め定められた条件を満たしたと判断した場合(ステップS162においてYES)、制御をステップS170に切り替える。そうでない場合には(ステップS162においてNO)、マイクロプロセッサ45は、制御をステップS164に切り替える。 In step S162, if the microprocessor 45 determines that the heart rate meets a predetermined condition (YES in step S162), the microprocessor 45 switches control to step S170. Otherwise (NO in step S162), the microprocessor 45 switches control to step S164.

ステップS164において、マイクロプロセッサ45は、予め設定されているルールに従って基準心拍レンジを変更する。新たな基準心拍レンジの決定方法は、任意である。以下では、新たな基準心拍レンジの決定方法について説明する。なお、以下では、説明の便宜のために、心拍情報122(図3参照)に規定されている心拍レンジ「45bpm〜260bpm」を第1基準心拍レンジとも称する。心拍情報122に規定されている心拍レンジ「63bpm〜260bpm」を第2基準心拍レンジとも称する。心拍情報122に規定されている心拍レンジ「81bpm〜260bpm」を第3基準心拍レンジとも称する。 In step S164, the microprocessor 45 changes the reference heart rate range according to a preset rule. The method of determining the new reference heart rate range is arbitrary. In the following, a method for determining a new reference heart rate range will be described. In the following, for convenience of explanation, the heart rate range “45 bpm to 260 bpm” defined in the heart rate information 122 (see FIG. 3) is also referred to as a first reference heart rate range. The heart rate range "63 bpm to 260 bpm" defined in the heart rate information 122 is also referred to as a second reference heart rate range. The heart rate range "81 bpm to 260 bpm" defined in the heart rate information 122 is also referred to as a third reference heart rate range.

一例として、第1基準心拍レンジが現在の設定値として選択されているとする。この場合において、所定周期で計測された心拍数が所定回数(たとえば、3回)第2基準心拍レンジまたは第3基準心拍レンジに含まれるとき、マイクロプロセッサ45は、第2基準心拍レンジまたは第3基準心拍レンジを新たな設定値として選択する。好ましくは、第2,第3基準心拍レンジの内、第2基準心拍レンジが新たな設定値として選択される。なぜならば、基準心拍レンジが第1基準心拍レンジから第3基準心拍レンジに大きく変更されると、HPF64のカットオフ帯域が大きく変化し、心拍数の一次高周波成分がHPF64によって除去される可能性があるためである。 As an example, it is assumed that the first reference heart rate range is selected as the current set value. In this case, when the heart rate measured in a predetermined cycle is included in the second reference heart rate range or the third reference heart rate range a predetermined number of times (for example, three times), the microprocessor 45 determines the second reference heart rate range or the third reference heart rate range. Select the reference heart rate range as the new setting. Preferably, among the second and third reference heart rate ranges, the second reference heart rate range is selected as a new set value. This is because if the reference heart rate range is significantly changed from the first reference heart rate range to the third reference heart rate range, the cutoff band of HPF64 may change significantly and the primary high frequency component of the heart rate may be removed by HPF64. Because there is.

他の例として、第2基準心拍レンジが現在の設定値として選択されているとする。この場合において、所定周期で計測された心拍数が所定回数(たとえば、3回)第3基準心拍レンジに含まれるとき、マイクロプロセッサ45は、第2基準心拍レンジの次に狭い第3基準心拍レンジを新たな設定値として選択する。このように、マイクロプロセッサ45は、心拍情報122に規定されている心拍レンジの内から現在設定されている基準心拍レンジの次に狭い心拍レンジを特定し、当該心拍レンジを新たな基準心拍レンジとして設定する。 As another example, it is assumed that the second reference heart rate range is selected as the current setting value. In this case, when the heart rate measured in a predetermined cycle is included in the third reference heart rate range for a predetermined number of times (for example, three times), the microprocessor 45 has a third reference heart rate range that is the next narrowest to the second reference heart rate range. Is selected as the new setting value. In this way, the microprocessor 45 identifies the narrowest heart rate range next to the currently set reference heart rate range from the heart rate ranges defined in the heart rate information 122, and uses the heart rate range as a new reference heart rate range. Set.

他の例として、第2基準心拍レンジが現在の設定値として選択されているとする。この場合において、所定周期で計測された心拍数が所定回数(たとえば、3回)第1基準心拍レンジに含まれるとき、マイクロプロセッサ45は、第2基準心拍レンジの次に広い第1基準心拍レンジを新たな設定値として選択する。 As another example, it is assumed that the second reference heart rate range is selected as the current setting value. In this case, when the heart rate measured in a predetermined cycle is included in the first reference heart rate range for a predetermined number of times (for example, three times), the microprocessor 45 has a first reference heart rate range that is the next widest to the second reference heart rate range. Is selected as the new setting value.

他の例として、第3基準心拍レンジが現在の設定値として選択されているとする。この場合において、所定周期で計測された心拍数が所定回数(たとえば、3回)第1基準心拍レンジまたは第2基準心拍レンジに含まれるとき、マイクロプロセッサ45は、第1基準心拍レンジまたは第2基準心拍レンジを新たな設定値として選択する。ドップラセンサ40では、生体の不要な動きを検出しやすく、これにより、計測結果としての心拍数が高くなってしまう可能性がある。このような場合であっても、基準心拍レンジを適宜狭くできる機能が実装されているので、心拍数が正確に計測され得る。 As another example, it is assumed that the third reference heart rate range is selected as the current setting value. In this case, when the heart rate measured in a predetermined cycle is included in the first reference heart rate range or the second reference heart rate range a predetermined number of times (for example, three times), the microprocessor 45 determines the first reference heart rate range or the second reference heart rate range. Select the reference heart rate range as the new setting. The Doppler sensor 40 can easily detect unnecessary movements of the living body, which may increase the heart rate as a measurement result. Even in such a case, since the function that can appropriately narrow the reference heart rate range is implemented, the heart rate can be accurately measured.

なお、上述では、HPF64に設定されるカットオフ帯域が心拍情報122(図3参照)に基づいて変更される例について説明を行ったが、HPF64のカットオフ帯域の変更方法は、これに限定されない。たとえば、マイクロプロセッサ45は、HPF64に設定されているカットオフ帯域を所定パーセント低域側にシフトさせてもよい。当該所定パーセントは、たとえば、0%よりも大きく20%以下の数値である。HPF64のカットオフ帯域を、低域側に少しずらすことにより、低域側と高域側とで心拍レンジが重なる範囲が大きくなり、心拍レンジの切り替えがよりスムーズとなる。 In the above description, an example in which the cutoff band set in the HPF64 is changed based on the heart rate information 122 (see FIG. 3) has been described, but the method of changing the cutoff band of the HPF64 is not limited to this. .. For example, the microprocessor 45 may shift the cutoff band set in the HPF 64 to a predetermined percentage low frequency side. The predetermined percentage is, for example, a value larger than 0% and 20% or less. By slightly shifting the cutoff band of the HPF64 to the low frequency side, the range in which the heart rate ranges overlap between the low frequency side and the high frequency side becomes large, and the switching of the heart rate range becomes smoother.

また、上述のHPF64には、IIR(Infinite Impulse Response)型フィルタおよびFIR(Finite Impulse Response)型のデジタルフィルタのいずれもが採用され得るが、好ましくは、IIR型フィルタが採用される。これにより、サンプリング周期および演算速度が高速化され、HPF64のカットオフ帯域の切り替えがスムーズとなる。その結果、安定して心拍数が計測され、かつ、より速いサンプリングレートで心拍数が計測され得る。 Further, for the above-mentioned HPF64, either an IIR (Infinite Impulse Response) type filter or an FIR (Finite Impulse Response) type digital filter can be adopted, but an IIR type filter is preferably adopted. As a result, the sampling cycle and the calculation speed are increased, and the switching of the cutoff band of the HPF64 becomes smooth. As a result, the heart rate can be measured stably and the heart rate can be measured at a faster sampling rate.

また、HPF64について説明した上述の処理は、LPF65にも適用することができる。 Further, the above-mentioned processing described for HPF64 can also be applied to LPF65.

[第3の実施の形態のまとめ]
以上のようにして、本実施の形態に従う計測装置100は、HPF64のカットオフ帯域を自動で切り替える。これにより、心拍数を正確に計測できるだけでなく、計測装置100の操作性が改善される。
[Summary of the third embodiment]
As described above, the measuring device 100 according to the present embodiment automatically switches the cutoff band of the HPF64. As a result, not only the heart rate can be accurately measured, but also the operability of the measuring device 100 is improved.

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

21 発振回路、22A,22B,145A,145B,145C,145D 増幅器、25 送信アンテナ、30 受信アンテナ、32I,32Q ミキサ、33I,33Q,65,65I,65Q,71I,71Q LPF、38 90度移相器、40 ドップラセンサ、41 アナログ信号処理回路、43 コンバータ、45 マイクロプロセッサ、50 体動検出部、52 出力制御部、55 ネットワーク、60 心拍演算部、64,64I,64Q,143A,143B,143C,143D HPF、66I,66Q,72I,72Q 基本波検出部、67 設定部、68 心拍抽出部、70 呼吸演算部、73 呼吸抽出部、100 計測装置、122 心拍情報、124 基準心拍レンジ、149A,149B,149C,149D 信号処理回路、152 制御回路、154 メモリ、156 スピーカ、158 通信インターフェイス、200 端末装置、1000 計測システム。 21 Oscillator, 22A, 22B, 145A, 145B, 145C, 145D Amplifier, 25 Transmit Antenna, 30 Receive Antenna, 32I, 32Q Mixer, 33I, 33Q, 65, 65I, 65Q, 71I, 71Q LPF, 38 90 Degree Phase Shift Instrument, 40 Doppler sensor, 41 analog signal processing circuit, 43 converter, 45 microprocessor, 50 body motion detector, 52 output control unit, 55 network, 60 heart rate calculation unit, 64, 64I, 64Q, 143A, 143B, 143C, 143D HPF, 66I, 66Q, 72I, 72Q fundamental wave detection unit, 67 setting unit, 68 heart rate extraction unit, 70 breath calculation unit, 73 breath extraction unit, 100 measuring device, 122 heart rate information, 124 reference heart rate range, 149A, 149B , 149C, 149D signal processing circuit, 152 control circuit, 154 memory, 156 speaker, 158 communication interface, 200 terminal device, 1000 measurement system.

Claims (7)

生体の心拍数を計測するための計測装置であって、
前記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するためのドップラセンサーと、
設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去するためのハイパスフィルタと、
前記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において前記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を前記カットオフ帯域として設定するための設定部と、
前記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、前記生体の心拍数を決定するための心拍抽出部と
前記カットオフ帯域よりも高周域の高周波成分を前記ドップラ信号から除去するためのローパスフィルタと、
前記ドップラ信号から前記高周波成分を除去して得られた呼吸信号の周波数成分に基づいて、前記生体の呼吸数を決定するための呼吸抽出部とを備え、
前記心拍抽出部は、前記呼吸数の整数倍に相当する周期の信号成分を前記心拍信号から除去し、当該除去後の心拍信号に基づいて、前記生体の心拍数を決定する、計測装置。
It is a measuring device for measuring the heart rate of a living body.
A Doppler sensor for irradiating the living body with microwaves, receiving the reflected waves of the microwaves, and outputting a Doppler signal indicating a frequency difference or a phase difference between the microwaves and the reflected waves.
A high-pass filter for removing low-frequency components in the set cutoff band from the Doppler signal, and
A reference heart rate range that can include the heart rate of the living body is acquired, and heart rate information that associates a frequency band with each heart rate range of the living body is acquired, and the frequency associated with the reference heart rate range in the heart rate information. A setting unit for setting the band as the cutoff band,
A heart rate extraction unit for determining the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal .
A low-pass filter for removing high-frequency components in a frequency higher than the cutoff band from the Doppler signal,
A respiratory extraction unit for determining the respiratory rate of the living body is provided based on the frequency component of the respiratory signal obtained by removing the high frequency component from the Doppler signal.
The heart rate extraction unit is a measuring device that removes a signal component having a cycle corresponding to an integral multiple of the respiratory rate from the heart rate signal and determines the heart rate of the living body based on the removed heart rate signal.
前記設定部は、前記基準心拍レンジが変更されたことに基づいて、変更後の基準心拍レンジに対応する周波数帯域を前記心拍情報から新たに特定し、当該周波数帯域を前記ハイパスフィルタのカットオフ帯域として再設定する、請求項1に記載の計測装置。 Based on the change of the reference heart rate range, the setting unit newly identifies a frequency band corresponding to the changed reference heart rate range from the heart rate information, and sets the frequency band as the cutoff band of the high-pass filter. The measuring device according to claim 1, which is reset as. 前記設定部は、前記心拍抽出部によって決定された心拍数が予め定められた条件を満たした場合に、前記ハイパスフィルタに設定されているカットオフ帯域を所定パーセント低域側にシフトする、請求項1または請求項2に記載の計測装置。 The setting unit shifts the cutoff band set in the high-pass filter to a predetermined percentage low frequency side when the heart rate determined by the heart rate extraction unit satisfies a predetermined condition. 1 or the measuring device according to claim 2. 前記設定部は、前記生体の心拍数が予め定められた条件を満たした場合に、前記心拍情報に規定されている心拍レンジの内から前記基準心拍レンジの次に狭い心拍レンジを特定し、当該心拍レンジを新たな基準心拍レンジとして取得する、請求項1または請求項2に記載の計測装置。 When the heart rate of the living body satisfies a predetermined condition, the setting unit identifies a heart rate range next to the reference heart rate range from the heart rate ranges specified in the heart rate information, and the heart rate range is the narrowest. The measuring device according to claim 1 or 2, wherein the heart rate range is acquired as a new reference heart rate range. 前記心拍抽出部によって決定された心拍数が、前記心拍情報に規定されている心拍レンジであって前記基準心拍レンジよりも高周域の心拍レンジに属する場合、または、前記心拍抽出部が前記生体の心拍数を抽出できなかった場合に、前記予め定められた条件は満たされる、請求項または請求項4に記載の計測装置。 Heart rate determined by the heartbeat extraction unit, wherein if a heartbeat range defined in the heartbeat information belonging to the heartbeat range of high-frequency range than the reference heartbeat range, or the heartbeat extractor is the The measuring device according to claim 3 or 4, wherein the predetermined condition is satisfied when the heart rate of the living body cannot be extracted. 生体の心拍数を計測するための計測方法であって、
前記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するステップと、
設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去するステップと、
前記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において前記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を前記カットオフ帯域として設定するステップと、
前記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、前記生体の心拍数を計測するステップと、
前記カットオフ帯域よりも高周域の高周波成分を前記ドップラ信号から除去するステップと、
前記ドップラ信号から前記高周波成分を除去して得られた呼吸信号の周波数成分に基づいて、前記生体の呼吸数を決定するステップとを備え、
前記生体の心拍数を計測するステップは、前記呼吸数の整数倍に相当する周期の信号成分を前記心拍信号から除去し、当該除去後の心拍信号に基づいて、前記生体の心拍数を決定するステップを含む、計測方法。
It is a measurement method for measuring the heart rate of a living body.
A step of irradiating the living body with a microwave, receiving the reflected wave of the microwave, and outputting a Doppler signal representing a frequency difference or a phase difference between the microwave and the reflected wave.
The step of removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal, and
A reference heart rate range that can include the heart rate of the living body is acquired, and heart rate information that associates a frequency band with each heart rate range of the living body is acquired, and the frequency associated with the reference heart rate range in the heart rate information. The step of setting the band as the cutoff band,
A step of measuring the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal .
A step of removing a high frequency component in a frequency higher than the cutoff band from the Doppler signal,
A step of determining the respiratory rate of the living body based on the frequency component of the respiratory signal obtained by removing the high frequency component from the Doppler signal is provided.
In the step of measuring the heart rate of the living body, a signal component having a cycle corresponding to an integral multiple of the respiratory rate is removed from the heart rate signal, and the heart rate of the living body is determined based on the heart rate signal after the removal. Measurement method , including steps.
生体の心拍数を計測するための計測プログラムであって、
前記計測プログラムは、計測装置に、
前記生体にマイクロ波を照射し、当該マイクロ波の反射波を受信するとともに、当該マイクロ波と当該反射波との間の周波数差または位相差を表わすドップラ信号を出力するステップと、
設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去するステップと、
前記生体の心拍数を含み得る基準心拍レンジを取得するとともに、周波数帯域を生体の心拍レンジごとに対応付けている心拍情報を取得し、当該心拍情報において前記基準心拍レンジに対応付けられている周波数帯域を前記カットオフ帯域として設定するステップと、
前記設定されたカットオフ帯域の低周波成分を前記ドップラ信号から除去して得られた心拍信号の周波数成分に基づいて、前記生体の心拍数を計測するステップと
前記カットオフ帯域よりも高周域の高周波成分を前記ドップラ信号から除去するステップと、
前記ドップラ信号から前記高周波成分を除去して得られた呼吸信号の周波数成分に基づいて、前記生体の呼吸数を決定するステップとを実行させ、
前記生体の心拍数を計測するステップは、前記呼吸数の整数倍に相当する周期の信号成分を前記心拍信号から除去し、当該除去後の心拍信号に基づいて、前記生体の心拍数を決定することを含むステップを含む、計測プログラム。
It is a measurement program for measuring the heart rate of a living body.
The measurement program is applied to the measuring device.
A step of irradiating the living body with a microwave, receiving the reflected wave of the microwave, and outputting a Doppler signal representing a frequency difference or a phase difference between the microwave and the reflected wave.
The step of removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal, and
A reference heart rate range that can include the heart rate of the living body is acquired, and heart rate information that associates a frequency band with each heart rate range of the living body is acquired, and the frequency associated with the reference heart rate range in the heart rate information. The step of setting the band as the cutoff band,
A step of measuring the heart rate of the living body based on the frequency component of the heart rate signal obtained by removing the low frequency component of the set cutoff band from the Doppler signal .
A step of removing a high frequency component in a frequency higher than the cutoff band from the Doppler signal,
Based on the frequency component of the respiratory signal obtained by removing the high frequency component from the Doppler signal, the step of determining the respiratory rate of the living body is performed .
In the step of measuring the heart rate of the living body, a signal component having a cycle corresponding to an integral multiple of the respiratory rate is removed from the heart rate signal, and the heart rate of the living body is determined based on the heart rate signal after the removal. A measurement program that includes steps that include.
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