JP2007151617A - Biological information monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサを用いて被検体の生体情報をモニタする生体情報モニタシステムに関する。 The present invention relates to a biological information monitoring system that monitors biological information of a subject using an acceleration sensor.
被検体の身体の一部に加速度センサを装着して該被検体に関する生体情報を取得する生体情報モニタシステムが従来より知られている。例えば、特開2002−17693号公報は、携帯無線電話型バイタルチェッカーに関して、生体情報としての心拍・呼吸が検知できるセンサを人体に装着し、心拍・呼吸その他の生体情報を検知して異常解析を行い、もし異常が判断された場合には第三者に通報して重大事故を未然に防ぐことを開示している。また、人体の心拍・呼吸を検知する素子として加速度センサを使用することを記載している。
上記した従来技術は人体の心拍・呼吸を検知する素子として加速度センサを使用することを開示しているが、検出された加速度データから生体情報を精度良く測定するための具体的な手法については何ら開示していない。 The above prior art discloses that an acceleration sensor is used as an element for detecting a heartbeat / respiration of a human body, but there is no specific method for accurately measuring biological information from detected acceleration data. Not disclosed.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、検出された加速度データから簡単な構成でかつ精度良く生体情報を取得することができる生体情報システムを提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a biological information system that can acquire biological information with high accuracy and simple configuration from detected acceleration data. It is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、生体情報モニタシステムであって、被検体に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからの加速度データに基づいて前記被検体の生体情報をモニタするセンタ装置と、を具備し、前記センサユニットは、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、前記センタ装置は、前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から特定の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する周波数帯域データ抽出部と、前記周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて前記被検体の生体情報を測定する生体情報測定部と、を具備する。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a biological information monitoring system, comprising: a sensor unit mounted on a subject; and a communicably connected to the sensor unit. A center device that monitors biological information of the subject based on the acceleration data of the subject, and the sensor unit is acquired by an acceleration sensor that detects an acceleration caused by the movement of the subject, and the acceleration sensor. A transmission unit for transmitting the acceleration data, wherein the center device receives the acceleration data transmitted from the sensor unit, and the frequency of fluctuation of the acceleration data received via the reception unit. A frequency band data extraction unit for extracting a frequency component of acceleration data belonging to a specific frequency band from the components, and the frequency band data extraction Converting the frequency component of the acceleration data extracted in
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記周波数帯域データ抽出部の前段に配置され、前記受信部を介して受信した加速度データの変動を周波数成分のデータに変換する周波数成分変換部と、前記周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する時間成分変換部と、をさらに具備する。 Further, a second aspect of the present invention is the frequency in the first aspect, which is arranged in a preceding stage of the frequency band data extracting unit, and converts a change in acceleration data received through the receiving unit into frequency component data. A component conversion unit; and a time component conversion unit that is arranged at a subsequent stage of the frequency band data extraction unit and converts acceleration data extracted by the frequency band data extraction unit into time component data.
また、本発明の第3の態様は、生体情報モニタシステムであって、被検体に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからの加速度データに基づいて前記被検体の生体情報を取得するセンタ装置と、を具備し、前記センサユニットは、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、前記センタ装置は、前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から第1の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する第1の周波数帯域データ抽出部と、前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から第2の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する第2の周波数帯域データ抽出部と、前記第1の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて第1の生体情報を測定する第1の生体情報測定部と、前記第2の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて第2の生体情報を測定する第2の生体情報測定部と、を具備する。 A third aspect of the present invention is a biological information monitoring system, which is connected to a sensor unit mounted on a subject and is communicably connected to the sensor unit, and is based on acceleration data from the sensor unit. A center device that acquires biological information of the subject, and the sensor unit transmits an acceleration sensor that detects an acceleration caused by the movement of the subject, and acceleration data acquired by the acceleration sensor. A transmission unit, wherein the center device receives the acceleration data transmitted from the sensor unit, and a first frequency band from a frequency component of fluctuation of the acceleration data received via the reception unit. A first frequency band data extracting unit that extracts a frequency component of acceleration data belonging to the data, and a change in acceleration data received via the receiving unit. A second frequency band data extracting unit for extracting a frequency component of acceleration data belonging to the second frequency band from the frequency component of the first frequency band, and a time component for the frequency component of the acceleration data extracted by the first frequency band data extracting unit. In the first biological information measuring unit for obtaining the peak value interval on the time axis and measuring the first biological information based on the peak value interval, and the second frequency band data extracting unit A second biological information measuring unit that converts the frequency component of the extracted acceleration data into time component data, obtains a peak value interval on the time axis, and measures the second biological information based on the peak value interval; Are provided.
また、本発明の第4の態様は、第3の態様において、前記第1及び第2の周波数帯域データ抽出部の前段に配置され、前記受信部を介して受信した加速度データの変動を周波数成分のデータに変換する周波数成分変換部と、前記第1の周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該第1の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する第1の時間成分変換部と、前記第2の周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該第2の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する第2の時間成分変換部と、を具備する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, a change in acceleration data, which is arranged before the first and second frequency band data extraction units and is received via the reception unit, is a frequency component. A frequency component converting unit that converts the data into the first frequency band data extracting unit, and a first component that converts the acceleration data extracted by the first frequency band data extracting unit into time component data. A first time component converting unit and a second time period arranged after the second frequency band data extracting unit to convert acceleration data extracted by the second frequency band data extracting unit into time component data A component conversion unit.
また、本発明の第5の態様は、第3または第4の態様において、前記第1の生体情報は前記被検体の呼吸数であり、前記第2の生体情報は前記被検体の心拍数である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, the first biological information is a respiratory rate of the subject, and the second biological information is a heart rate of the subject. is there.
また、本発明の第6の態様は、第1から第5の態様において、前記センタ装置は、前記センサユニットの動作を制御するための制御信号を前記センサユニットに対して送信する送信部を有し、前記センサユニットは、前記センタ装置からの制御信号を受信する受信部を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects, the center device includes a transmission unit that transmits a control signal for controlling the operation of the sensor unit to the sensor unit. The sensor unit includes a receiving unit that receives a control signal from the center device.
また、本発明の第7の態様は、生体情報モニタシステムであって、被検体に装着され、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより検出された加速度データを蓄積する加速度データ蓄積部と、を備えたセンサユニットと、前記センサユニットとは別個に設けられたセンタ装置とを具備し、前記センタ装置は、前記加速度データ蓄積部に蓄積された加速度データを取り込んで、加速度データの変動の周波数成分から特定の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する周波数帯域データ抽出部と、前記周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて前記被検体の生体情報を測定する生体情報測定部と、を具備する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a biological information monitoring system, an acceleration sensor that is attached to a subject and detects an acceleration caused by the movement of the subject, and an acceleration detected by the acceleration sensor. An acceleration data storage unit for storing data; and a center device provided separately from the sensor unit, wherein the center device stores acceleration data stored in the acceleration data storage unit. And extracting the frequency component of the acceleration data belonging to the specific frequency band from the frequency component of the fluctuation of the acceleration data, and the frequency component of the acceleration data extracted by the frequency band data extracting unit as time Converted into component data, a peak value interval on the time axis is obtained, and the biological information of the subject is calculated based on the peak value interval. Comprising a biological information measuring unit that measures.
また、本発明の第8の態様は、第1から第7のいずれか1つの態様において、前記センサユニットは、前記被検体の皮膚に直接装着されるかあるいは前記被検体の衣服に装着される。 In addition, according to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the sensor unit is directly attached to the skin of the subject or attached to the clothing of the subject. .
本発明によれば、加速度センサにより検出された加速度データから簡単な構成でかつ精度良く生体情報を取得することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, biometric information is acquirable with a simple structure and accuracy from the acceleration data detected by the acceleration sensor.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
第1実施形態の生体情報モニタシステムは、被検体の動き(被検体が呼吸するときの肺の動きや、被検体の心臓の拍動(収縮及び拡張))を、被検体の皮膚に直接装着されたセンサユニットに内蔵された加速度センサにより検出し、後述するデータ処理により被検体の呼吸数や心拍数などの生体情報を取得することを特徴とする。
(First embodiment)
The biological information monitoring system according to the first embodiment directly attaches the movement of the subject (the movement of the lungs when the subject breathes and the heartbeat (contraction and expansion) of the subject) to the skin of the subject. It is detected by an acceleration sensor built in the sensor unit, and biological information such as a respiratory rate and a heart rate of the subject is acquired by data processing to be described later.
図1は、本発明の第1実施形態にかかる生体情報モニタシステムの概略構成を示す図である。センサユニット2はモジュール化されており、監視対象としての被検体4の胸部の皮膚に直接装着される。センサユニット2は後述する加速度センサを備えている。ここでの加速度センサは法線方向(被検体4の皮膚面に垂直な方向)、長軸方向(被検体4の身長方向)、短軸方向(被検体4の身長方向に対して横方向)の3方向の加速度を検出することができる3軸の加速度センサである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a biological information monitoring system according to the first embodiment of the present invention. The
センサユニット2内部の加速度センサにより検出された加速度データは無線ネットワーク3を介して、医療施設や介護施設などに設置されるセンタ装置1に送信される。
The acceleration data detected by the acceleration sensor inside the
ここで、無線ネットワーク3としては、例えばBlueTooth(登録商標)等の近距離データ通信システムや、無線LAN(Local Area Network)、PHS(Personal Handyphone System)(登録商標)、携帯電話システム等が使用される。
Here, as the
なお、センタ装置1とセンサユニット2との間は必ずしも直接接続する必要はなく、無線中継器を介して接続するようにしてもよい。この場合、センサユニット2と無線中継器との問、無線中継器とセンタ装置1との間の無線通信方式としてはBTや無線LAN等の微弱又は小電力型の方式が、一方、無線中継器とセンタ装置1との問の無線通信方式として携帯電話システム等の長距離通信が可能な方式がそれぞれ使用される。
Note that the
センタ装置1は、アンテナ部11と、信号分配部12と、受信部13と、送信部14と、センサデータ収集処理部15と、センサ制御部16とから構成される。アンテナ部11は、センサ制御部16で生成された制御信号を送信する送信アンテナ機能と、センサユニット2からの加速度データを受信するアンテナ機能とを有し、この機能の切替はアンテナ部11に接続されたサーキュレータ等の信号分配部12により行われる。
The
受信部13は、センサユニット2から無線ネットワーク3、アンテナ部11を介して送信された無線信号を受信したのち復調し、この復調により得られる加速度データをセンサデータ収集処理部15へ出力する。送信部14は、センサ制御部16で生成された制御信号を変調したのち無線信号に変換し、この無線信号をアンテナ部11からセンサユニット2に向けて送信する。
The
センサ制御部16は、例えばCPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)を備えたもので、センサユニット2の動作を制御するための制御信号を生成する。該制御信号としては、加速度センサによる測定の開始、終了タイミング及び測定周期などの指令を含む。
The
センサデータ収集処理部15は、センサユニット2からの加速度データに基づいて被検体4の生体情報としての呼吸及び心拍数を測定する部分であるが、詳細な機能については後述する。
The sensor data
図2は、センサユニット2を被検体4に装着したようすを示す図である。図2に示すように、本実施形態のセンサユニット2は、心電図センサなどを装着するための導電性の接着テープを使用することなく、通常の接着テープで被検体4の皮膚に直接装着される。すなわち、心電図センサなどを装着する接着テープは導電性であることが必要であり、皮膚のかぶれが生じたり、被検体4の発汗で剥がれやすいという問題点があった。しかし、センサユニット2には加速度センサが内蔵されており、被検体4への装着は導電性の接着テープである必要がない。そのため、皮膚のかぶれが少なく、発汗しても剥がれないという利点がある。
FIG. 2 is a diagram showing the
図3はセンサユニット2の概略構成を示しており、アンテナ部21と、加速度データ送信部22と、センサ駆動信号受信部23と、センサ駆動制御部24と、センサ本体25と、バッテリ26とを備えている。図4は、図3に示すセンサユニット2のセンサ本体25とセンサ駆動制御部24の構成を示し、図5は、図3に示すセンサユニット2の加速度データ送信部22とセンサ駆動信号受信部23の構成を示している。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the
図4に示すように、センサ本体25は被検体4の動き(被検体4が呼吸するときの肺の動きや、被検体4の心臓の拍動(収縮及び拡張))を検出する加速度センサ251から構成される。また、センサ駆動制御部24は、CPU(中央処理装置)243と、記憶部242と、クロック信号発生部245と、AD変換部241と、SPI(サーバ・プログラミング・インターフェース)244とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
クロック信号発生部245は、CPU243のクロック制御信号に基づいて所定周期のクロック信号を発生する。記憶部242は、CPU243により実行されるプログラムを記憶している。CPU243は、センサ本体25の加速度センサ251を始めとして、図3の加速度データ送信部22、センサ駆動信号受信部23を駆動制御するもので、上述したセンタ装置1から送られてくるセンシング開始や終了さらにセンシング周期等の指令の内容を図示せぬメモリに記憶する。そして、以後この保存された指令と記憶部242に記憶された設定データに基づいてクロック制御信号を生成してクロック信号発生部245に出力する。クロック信号発生部245より発生されるクロック信号により、駆動信号として、センシング開始や終了及びセンシング周期に関する信号を生成する。
The clock signal generator 245 generates a clock signal having a predetermined period based on the clock control signal of the CPU 243. The
AD変換部241は、CPU243からの制御信号により駆動される加速度センサ251からの検出データをデジタル信号に変換するもので、CPU243よりSPI244を介して加速度データとして出力する。
The
なお、CPU243から加速度センサ251に供給する駆動信号としてはスタンバイ信号が用いられる。加速度センサ251は、スタンバイ信号が“H”レベルになるとセンシングを行う動作状態となり、”L“レベルになると非動作状態、つまり電力消費量の少ないスタンバイ状態となる。
Note that a standby signal is used as a drive signal supplied from the CPU 243 to the
バッテリ26は、例えばボタン型リチウム電池からなるもので、このバッテリ26から発生するDC電圧を、センサ本体25、センサ駆動制御部24、加速度データ送信部22およびセンサ駆動信号受信部23に駆動電源として供給するようになっている。
The
また、図5に示すように、加速度データ送信部22は、SPI221と、デジタル信号制御部222と、信号変調部223と、混合部224と、電力増幅部225と、送受信信号分配部226とを備えている。また、センサ駆動信号受信部23は、水晶発振器232と、位相安定化回路234と、電圧制御形発振器236と、低雑音増幅部238と、混合部237と、信号復調部235と、デジタル信号制御部233と、SPI231とを備えている。
As shown in FIG. 5, the acceleration
加速度データ送信部22は、センサ駆動制御部24からの加速度データをSPI221を介してデジタル信号制御部222に取り込み、さらに信号変調部223でデジタル変調、例えばQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調し、混合部224を介して所定のフォーマットに変換して加速度データを作成し、この作成された加速度データを電力増幅部225で電力増幅し、送受信信号分配部226よりアンテナ部21を介して、センタ装置1に向け送信させる。
The acceleration
一方、センサ駆動信号受信部23は、センタ装置1から送られた無線信号をアンテナ部21で受信すると、送受信信号分配部226、低雑音増幅部238を介して混合部237に取り込む。ここで無線信号を電圧制御形発振器236の出力と混合した所定周波数に変換した後、信号復調部235でデジタル復調し、このデジタル復調により得られた制御信号をデジタル信号制御部233よりSPI231を介してセンサ駆動制御部24に供給する。
On the other hand, when the sensor drive
図6は、センタ装置1において、特にセンサデータ収集処理部15の構成を示す図であり、加速度データ記憶部110と、FFT(Fast Fourier Transform)処理部111と、周波数帯域Aデータ抽出部112と、逆FFT処理部113と、呼吸データ測定部114と、周波数帯域Bデータ抽出部115と、逆FFT処理部116と、心拍データ測定部117とから構成される。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the sensor data
加速度データ記憶部110は、センサユニット2から送信され、受信部13で受信された加速度データを所定の時間間隔に区切り、その所定の時間間隔の加速度データ毎に記憶するものである。FFT処理部111は、所定の時間間隔の加速度データに対してFFT処理を行い、周波数成分のデータに変換する周波数成分変換部である。周波数帯域Aのデータ抽出部112は、帯域通過フィルタから構成され、FFT処理された加速度データの周波数軸上で呼吸データが含まれる周波数帯域Aに属する加速度データを抽出する部分である。逆FFT処理部113は、抽出した周波数帯域Aに属する加速度データに対して逆FFT処理を行い、時間成分のデータに変換する時間成分変換部である。呼吸データ測定部10は、逆FFT処理された加速度データの時間軸上でのピーク値間隔を求め、該ピーク値間隔から呼吸数を測定する部分である。
The acceleration
一方、周波数帯域Bのデータ抽出部115は、帯域通過フィルタから構成され、FFT処理された加速度データの周波数軸上で心拍データが含まれる周波数帯域Bに属する加速度データを抽出する部分である。逆FFT処理部116は、抽出した周波数帯域Bに属する加速度データに対して逆FFT処理を行い、時間成分のデータに変換する時間成分変換部である。心拍データ測定部117は、逆FFT処理された加速度データの時間軸上でのピーク値間隔を求め、該ピーク値間隔から心拍数を測定する部分である。なお、本実施形態ではFFT処理の場合について説明したが、この他に時間軸上のデータを周波数軸上のデータに変換する方法としてはフーリエ変換処理、ウェーブレット変換処理なども使用可能である。
On the other hand, the
図7は、センサユニット2を被検体4の皮膚に直接装着して検出された法線方向の加速度データの一例を示している。センタ装置1の受信部13には図7に示すような加速度データが受信される。
FIG. 7 shows an example of normal direction acceleration data detected by mounting the
図8は、センサユニット2を被検体4の皮膚に直接装着したときに検出された長軸方向の加速度データの一例を示している。
FIG. 8 shows an example of long-axis acceleration data detected when the
図9は、センサユニット2を被検体4の皮膚に直接装着したときに検出された短軸方向の加速度データの一例を示している。
FIG. 9 shows an example of acceleration data in the short axis direction detected when the
図7から図9を比較すると分かるように、センサユニット2を被検体4の皮膚に直接接着した場合には、当該皮膚の法線方向の検出感度が良好である。
As can be seen by comparing FIG. 7 to FIG. 9, when the
図10は、被検体4の皮膚に直接接着したときに検出された法線方向の加速度データ(図7)の一部を拡大した拡大図である。図10からわかるように、加速度センサにより検出される加速度データには、心拍データ200と呼吸データ300とが含まれていることがわかる。すなわち、呼吸データ300は、法線方向の加速度データの基線の周期の長い緩やかな変動成分として示され、心拍データ200は法線方向の加速度データの周期の短い変動成分として示されている。
FIG. 10 is an enlarged view of a part of the acceleration data in the normal direction (FIG. 7) detected when directly adhered to the skin of the
図11は、図7に示すような法線方向の加速度データに対して周波数帯域Aのデータ抽出部112でデータ抽出を行い、さらに逆FFT処理部113で処理された呼吸データを示している。
FIG. 11 shows respiratory data obtained by performing data extraction on the acceleration data in the normal direction as shown in FIG. 7 by the
図12は、図7に示すような法線方向の加速度データに対して周波数帯域Bのデータ抽出部115でデータ抽出を行い、さらに逆FFT処理部116で処理された心拍データを示している。
FIG. 12 shows heart rate data obtained by performing data extraction on the acceleration data in the normal direction as shown in FIG. 7 by the
以下に、図13のフローチャートを参照して、センサデータ収集処理部15の動作を説明する。
The operation of the sensor data
まず、センサユニット2から送信され、受信部13で受信された加速度データを所定の時間間隔に区切り、その所定の時間間隔の加速度データ毎に加速度データ記憶部110にいったん記憶する(ステップS1)。次に、記憶されている所定の時間間隔の加速度データを加速度データ記憶部110から適宜読み出し(ステップS2)、FFT処理部111において読み出した加速度データに対してFFT処理を行う(ステップS3)。
First, the acceleration data transmitted from the
その後、被検体4の呼吸数と心拍数を求める処理を同時に行う。まず、呼吸数を求める処理の手順を説明する。周波数帯域Aのデータ抽出部112において、FFT処理された加速度データから周波数軸上で、周波数帯域Aに属する加速度データを抽出する(ステップS4)。次に、逆FFT処理部113において、抽出した周波数帯域Aの加速度データについて逆FFT処理を行う(ステップS5)。次に、呼吸データ測定部114において、時間軸上における加速度データのピーク値間隔を求め、そのピーク値間隔から呼吸数を測定する(ステップS6)。例えば、図11に示す呼吸データにおいて、加速度データの2つのピーク値P1、P2を例にとると、1回の呼吸に相当するP1とP2間の時間は略2秒となっている。これより、1分あたりの呼吸数を求めると、60(秒)÷2(秒)=30回となる。
Thereafter, processing for obtaining the respiration rate and heart rate of the subject 4 is simultaneously performed. First, the procedure of the process for obtaining the respiration rate will be described. The frequency band A
次に、心拍数を求める処理の手順を説明する。周波数帯域Bのデータ抽出部115において、FFT処理された加速度データから周波数軸上で、周波数帯域Bに属する加速度データを抽出する(ステップS7)。次に、逆FFT処理部116において、抽出した周波数帯域Bの加速度データについて逆FFT処理を行う(ステップS8)。次に、心拍データ測定部117において、時間軸上における加速度データのピーク値間隔を求め、そのピーク値間隔から心拍数を測定する(ステップS9)。例えば、図12に示す心拍データにおいて、加速度データの2つのピーク値P1’、P2’を例にとると、P1’とP2’間の時間は略0.36秒となっている。心臓の拍動には収縮と拡張があるので、加速度センサは一回の拍動、すなわち1回の心拍で2回変動することになる。そのため、1回の心拍の時間間隔は、2×0.36=0.72秒となる。これより、1分あたりの心拍数を求めると、60(秒)÷0.72(秒)=83回となる。
Next, a procedure for obtaining the heart rate will be described. The frequency band B
なお、本実施形態では、被検体4の呼吸数と心拍数とを同時に求めるシステム構成を想定したが、このような構成に限定されず、呼吸数と心拍数のうちどちらか一方を求めるシステム構成としても良い。すなわち、例えば被検体4の呼吸数のみを求める場合には、図6の構成において、周波数帯域Bのデータ抽出部115、逆FFT処理部116、心拍データ測定部117は不要となる。また、図13のフローチャートに関して言えば、ステップS7、S8、S9が不要となる。また、被検体4の心拍数のみを求める場合には、図6の構成において、周波数帯域Aのデータ抽出部112、逆FFT処理部113、呼吸データ測定部114は不要となる。また、図13のフローチャートに関して言えば、ステップS4、S5、S6が不要となる。
In the present embodiment, a system configuration is assumed in which the respiratory rate and heart rate of the subject 4 are obtained simultaneously. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the system configuration for obtaining either the respiratory rate or the heart rate is not limited thereto. It is also good. That is, for example, when only the respiration rate of the subject 4 is obtained, the
上記した第1実施形態によれば、加速度センサにより検出された加速度データから簡単な構成でかつ精度良く生体情報を取得することができる。 According to the first embodiment described above, biological information can be obtained with high accuracy and with a simple configuration from the acceleration data detected by the acceleration sensor.
(第2実施形態)
以下に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態の生体情報モニタシステムは、被検体が呼吸するときの肺の動きや、被検体の心臓の拍動(収縮及び拡張)を、被検体の衣服に装着されたセンサユニットに内蔵された加速度センサにより検出し、後述するデータ処理により被検体の呼吸数や心拍数などの生体情報を取得することを特徴とする。第2実施形態では、センサユニット2が被検体4の皮膚ではなく被検体4が着用している衣服に装着される点、すなわち、加速度データが取得される環境が異なるのみであり、第1実施形態と同様のシステム構成により実現できる。すなわち、センサユニット2内部の加速度センサによって検出された加速度データをセンタ装置に送信し、センタ装置は当該加速度データを受信して第1実施形態と同様の処理を行って被検体4の呼吸数と心拍数とを測定する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below. The biological information monitoring system according to the second embodiment incorporates the movement of the lungs when the subject breathes and the pulsation (contraction and expansion) of the heart of the subject in a sensor unit attached to the subject's clothes. And detecting biological information such as the respiratory rate and heart rate of the subject by data processing described later. In the second embodiment, the
図14は、第2実施形態のシステム構成を示している。図14に示すように、被検体4が着用している衣服4−1の胸部に対応する部分にはセンタユニット2が装着されている。
FIG. 14 shows the system configuration of the second embodiment. As shown in FIG. 14, the
図15は、被検体4の衣服4−1にセンサユニット2を装着したときに検出された法線方向の加速度データを示している。
FIG. 15 shows acceleration data in the normal direction detected when the
図16は、被検体4の衣服4−1にセンサユニット2を装着したときに検出された長軸方向の加速度データを示している。
FIG. 16 shows acceleration data in the long axis direction detected when the
図17は、被検体4の衣服4−1にセンサユニット2を装着したときに検出された短軸方向の加速度データを示している。
FIG. 17 shows acceleration data in the short axis direction detected when the
図15〜図17からわかるように、センサユニット2を被検体4の衣服4−1に装着した場合には、必ずしも法線方向の検出感度が良好であるとはかぎらず、長軸方向あるいは短軸方向の検出感度の方が良い場合がしばしばある。したがって、そのときに得られた3方向の加速度データの中から最も良いデータを選択することになる。
As can be seen from FIGS. 15 to 17, when the
上記した第2実施形態によれば、加速度センサにより検出された加速度データから簡単な構成でかつ精度良く生体情報を取得することができる。 According to the second embodiment described above, biological information can be obtained with high accuracy and with a simple configuration from the acceleration data detected by the acceleration sensor.
(第3実施形態)
第1及び第2実施形態では、センシング開始や終了及びセンシング周期はセンタ装置1からの指令により与えられたが、このような方法に限定されることはない。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the start and end of sensing and the sensing cycle are given by commands from the
図18は、センシング開始や終了及びセンシング周期に関する設定機能をセンサユニット2内のセンサ駆動制御部24に設ける第3実施形態の構成を示している。この場合、センサ本体25内の加速度センサは、センサ駆動制御部24からの指令に従って、センシング動作を開始し、検出された加速度データはアンテナ部21を介してセンタ装置1に送信される。このような構成によれば、センサユニット2内部のセンサ駆動信号受信部を省略することができる。さらに、センタ装置1内部の信号分配部12、送信部14、センサ制御部16を省略することができる。
FIG. 18 shows a configuration of a third embodiment in which setting functions related to sensing start and end and sensing cycle are provided in the sensor
図19は、本発明の第3実施形態の変形例の構成である。ここでは、センサ駆動制御部24からの指定に基づいて加速度センサにより検出された加速度データは加速度データ蓄積部27にいったん蓄積される。その後、加速度データは記録媒体等に格納されてセンタ装置1に届けられる。このような構成によれば、センサユニット2内部の加速度データ送信部及びセンサ駆動信号受信部を省略することができる。さらに、センタ装置1内部のアンテナ部11、信号分配部12、受信部13、送信部14、センサ制御部16を省略することができる。
FIG. 19 shows a configuration of a modification of the third embodiment of the present invention. Here, the acceleration data detected by the acceleration sensor based on the designation from the sensor
なお、センタ装置1及びセンサユニット2の構成、センシング対象物の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。要するに本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
The configurations of the
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
1 センタ装置
2 センサユニット
3 無線ネットワーク
4 被検体
11 アンテナ部
12 信号分配器
13 受信部
14 送信部
15 センサデータ収集処理部
16 センサ制御部
21 アンテナ部
22 加速度データ送信部
23 センサ駆動信号受信部
24 センサ駆動制御部
25 センサ本体
26 バッテリ
110 加速度データ記憶部
111 FFT処理部
112 周波数帯域Aのデータ抽出部
113 逆FFT処理部
114 呼吸データ測定部
115 周波数帯域Bのデータ抽出部
116 逆FFT処理部
117 心拍データ測定部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記センサユニットは、
該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、
前記センタ装置は、
前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、
前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から特定の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する周波数帯域データ抽出部と、
前記周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて前記被検体の生体情報を測定する生体情報測定部と、
を具備することを特徴とする生体情報モニタシステム。 A biological information monitoring system, a sensor unit mounted on a subject, a center device connected to the sensor unit so as to be communicable, and monitoring biological information of the subject based on acceleration data from the sensor unit; , And
The sensor unit is
An acceleration sensor for detecting an acceleration caused by the movement of the subject;
A transmission unit for transmitting acceleration data acquired by the acceleration sensor,
The center device is
A receiving unit for receiving acceleration data transmitted from the sensor unit;
A frequency band data extracting unit that extracts a frequency component of acceleration data belonging to a specific frequency band from a frequency component of fluctuation of acceleration data received via the receiving unit;
The frequency component of the acceleration data extracted by the frequency band data extraction unit is converted into time component data, the peak value interval on the time axis is obtained, and the biological information of the subject is measured based on the peak value interval. A biological information measuring unit;
A biological information monitoring system comprising:
前記周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する時間成分変換部と、
をさらに具備する請求項1記載の生体情報モニタシステム。 A frequency component conversion unit that is arranged in a preceding stage of the frequency band data extraction unit and converts fluctuations in acceleration data received via the reception unit into frequency component data;
A time component conversion unit that is arranged at a subsequent stage of the frequency band data extraction unit and converts acceleration data extracted by the frequency band data extraction unit into time component data;
The biological information monitoring system according to claim 1, further comprising:
前記センサユニットは、
該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、
前記センタ装置は、
前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、
前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から第1の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する第1の周波数帯域データ抽出部と、
前記受信部を介して受信した加速度データの変動の周波数成分から第2の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する第2の周波数帯域データ抽出部と、
前記第1の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて第1の生体情報を測定する第1の生体情報測定部と、
前記第2の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて第2の生体情報を測定する第2の生体情報測定部と、
を具備することを特徴とする生体情報モニタシステム。 A biological information monitoring system, a sensor unit mounted on a subject, and a center device that is communicably connected to the sensor unit and acquires biological information of the subject based on acceleration data from the sensor unit; , And
The sensor unit is
An acceleration sensor for detecting an acceleration caused by the movement of the subject;
A transmission unit for transmitting acceleration data acquired by the acceleration sensor,
The center device is
A receiving unit for receiving acceleration data transmitted from the sensor unit;
A first frequency band data extracting unit that extracts a frequency component of acceleration data belonging to the first frequency band from a frequency component of fluctuation of acceleration data received via the receiving unit;
A second frequency band data extracting unit that extracts a frequency component of acceleration data belonging to the second frequency band from a frequency component of fluctuation of acceleration data received via the receiving unit;
The frequency component of the acceleration data extracted by the first frequency band data extraction unit is converted into time component data, a peak value interval on the time axis is obtained, and the first biological information is obtained based on the peak value interval. A first biological information measuring unit for measuring;
The frequency component of the acceleration data extracted by the second frequency band data extraction unit is converted into time component data, the peak value interval on the time axis is obtained, and the second biological information is obtained based on the peak value interval. A second biological information measuring unit for measuring;
A biological information monitoring system comprising:
前記第1の周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該第1の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する第1の時間成分変換部と、
前記第2の周波数帯域データ抽出部の後段に配置され、当該第2の周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データを時間成分のデータに変換する第2の時間成分変換部と、
を具備することを特徴とする請求項3記載の生体情報モニタシステム。 A frequency component conversion unit that is arranged in front of the first and second frequency band data extraction units, and converts fluctuations in acceleration data received through the reception unit into frequency component data;
A first time component conversion unit that is arranged at a subsequent stage of the first frequency band data extraction unit and converts acceleration data extracted by the first frequency band data extraction unit into time component data;
A second time component conversion unit that is arranged at a subsequent stage of the second frequency band data extraction unit and converts acceleration data extracted by the second frequency band data extraction unit into time component data;
The biological information monitor system according to claim 3, further comprising:
前記加速度データ蓄積部に蓄積された加速度データを取り込んで、加速度データの変動の周波数成分から特定の周波数帯域に属する加速度データの周波数成分を抽出する周波数帯域データ抽出部と、
前記周波数帯域データ抽出部において抽出された加速度データの周波数成分を時間成分のデータに変換し、時間軸上のピーク値間隔を求め、当該ピーク値間隔に基づいて前記被検体の生体情報を測定する生体情報測定部と、
を具備することを特徴とする生体情報モニタシステム。 A biological information monitoring system, comprising: an acceleration sensor that is attached to a subject and detects an acceleration caused by the movement of the subject; and an acceleration data accumulation unit that accumulates acceleration data detected by the acceleration sensor. Provided with a sensor unit and a center device provided separately from the sensor unit,
A frequency band data extraction unit that takes in acceleration data stored in the acceleration data storage unit and extracts a frequency component of acceleration data belonging to a specific frequency band from a frequency component of fluctuations in acceleration data;
The frequency component of the acceleration data extracted by the frequency band data extraction unit is converted into time component data, the peak value interval on the time axis is obtained, and the biological information of the subject is measured based on the peak value interval. A biological information measuring unit;
A biological information monitoring system comprising:
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