JP2014057719A - Organism action measuring apparatus and organism action measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体動作計測装置および生体動作計測方法に関し、特に、光ファイバに加わる圧力による伝送光の変化に基づいて生体の動きを計測する生体動作計測装置および生体動作計測方法に関する。 The present invention relates to a living body motion measuring apparatus and a living body motion measuring method, and more particularly to a living body motion measuring apparatus and a living body motion measuring method for measuring a movement of a living body based on a change in transmitted light due to pressure applied to an optical fiber.
睡眠時の呼吸による寝具への圧力変化を、寝具の上と人体との間に敷きつめられた光ファイバにより検知し、無呼吸睡眠状態等の測定を行なうセンサが開発されている。 Sensors have been developed that detect changes in pressure on the bedding due to breathing during sleep using an optical fiber laid between the top of the bedding and the human body, and measure apnea sleep conditions and the like.
このようなセンサの一例として、たとえば、特開2007−144070号公報(特許文献1)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、光ファイバに加わる側圧により発生する過剰損失による伝送光信号の変化または反射光の変化を計測する。さらには、この側圧により発生する過剰損失による伝送光信号の変化または反射光の変化がより大きくなる光ファイバとしてプラスチック光ファイバを用いる。 As an example of such a sensor, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-144070 (Patent Document 1) discloses the following technique. That is, a change in the transmission optical signal or a change in the reflected light due to excess loss caused by the side pressure applied to the optical fiber is measured. Furthermore, a plastic optical fiber is used as an optical fiber in which the change in the transmission optical signal or the change in the reflected light due to the excess loss caused by the lateral pressure becomes larger.
また、特開2010−131340号公報(特許文献2)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、通気性のあるスポンジ構造あるいはメッシュ構造の中敷きマット上にあるいはその両方を用いたものの間に光ファイバを蛇行配線して、光ファイバに加
わる側圧により発生する過剰損失による伝送光信号の変化を計測可能とする。
Japanese Patent Laid-Open No. 2010-131340 (Patent Document 2) discloses the following technique. That is, optical fiber meanders between those using a breathable sponge structure or mesh structure insole mat, or both, and changes in the transmitted optical signal due to excess loss caused by side pressure applied to the optical fiber Enable measurement.
このような光ファイバを用いたセンサでは、光ファイバの伝送光の品質が劣化すると、測定精度が落ち、生体の動きを正確に計測することが困難となるため、伝送光の品質の向上が要求される。特に、呼吸だけでなく、呼吸よりも周期の短い心拍を計測しようとした場合、さらに高い測定精度が要求される。 In such a sensor using an optical fiber, if the quality of the transmitted light of the optical fiber deteriorates, the measurement accuracy decreases and it becomes difficult to accurately measure the movement of the living body. Is done. In particular, higher measurement accuracy is required when attempting to measure not only breathing but also heartbeats that have a shorter cycle than breathing.
また、上記のような光ファイバを用いたセンサ等、生体の動きを検知するためのセンサにおいて、生体の動きとして、たとえば、呼吸だけでなく、呼吸よりも周期の短い心拍を計測しようとした場合、センサの出力信号を適切に解析する手法が望まれる。 In addition, in a sensor for detecting the movement of a living body, such as a sensor using an optical fiber as described above, as a movement of the living body, for example, not only respiration but also a heartbeat with a shorter cycle than respiration is measured. Therefore, a technique for appropriately analyzing the output signal of the sensor is desired.
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、測定精度の向上または解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることが可能な生体動作計測装置および生体動作計測方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a biological motion measuring device capable of accurately obtaining a movement of a biological body by improving measurement accuracy or analysis accuracy. And a biological motion measurement method.
(1)この発明のある局面に係わる生体動作計測装置は、光ファイバ内を伝送する光の、上記光ファイバに加わる圧力による変化に基づいて生体の動きを計測するための生体動作計測装置であって、上記光ファイバへ光を出力するための発光体と、上記発光体の発光強度を設定するための設定部とを備え、上記設定部における上記発光強度の設定値は変更可能である。 (1) A living body motion measuring apparatus according to an aspect of the present invention is a living body motion measuring apparatus for measuring movement of a living body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber. A light emitter for outputting light to the optical fiber and a setting unit for setting the light emission intensity of the light emitter, and the setting value of the light emission intensity in the setting unit can be changed.
このように、発光体の発光強度を設定変更可能とする構成により、発光体、受光体および光ファイバ等のばらつきに応じた発光信号の調整が可能となる。すなわち、各生体動作計測装置における受光信号の強度を最大化および均一化することができるため、伝送光の品質を向上させ、測定精度を向上させることができる。したがって、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 As described above, the configuration in which the light emission intensity of the light emitter can be set and changed makes it possible to adjust the light emission signal according to variations in the light emitter, the light receiver, the optical fiber, and the like. That is, since the intensity of the received light signal in each living body motion measurement device can be maximized and uniform, the quality of the transmitted light can be improved and the measurement accuracy can be improved. Therefore, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
(2)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記設定値に従って上記発光体を駆動するための駆動部を備え、上記駆動部は、上記発光体に駆動電流として直流電流を供給する。 (2) Preferably, the biological movement measuring device further includes a drive unit for driving the light emitter according to the set value, and the drive unit supplies a direct current as a drive current to the light emitter.
このような構成により、光ファイバ内を伝送した光の強度、すなわち受光量を示す受光信号に対してフィルタ処理を行なうことが容易となるため、たとえば受光信号から発光体、受光体および光ファイバ等の長中期的な特性変動に伴うドリフト等の低周波成分を除去することが可能となり、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。 Such a configuration makes it easy to perform filter processing on the intensity of light transmitted through the optical fiber, that is, the received light signal indicating the amount of received light. For example, from the received light signal to the light emitter, light receiver, optical fiber, etc. It is possible to remove low-frequency components such as drift associated with long- and medium-term characteristic fluctuations, and it is possible to obtain more accurate results in the analysis of biological motion.
(3)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記設定値に従って上記発光体を駆動するための駆動部を備え、上記駆動部は、上記発光体に駆動電流としてパルス状の電流を供給する。 (3) Preferably, the living body motion measurement apparatus further includes a drive unit for driving the light emitter according to the set value, and the drive unit supplies a pulsed current as a drive current to the light emitter. To do.
このように、パルス状の電流を用いる構成により、発光体の発光量の瞬時最大値を、光を連続的に出力する場合と比べて大きい値まで許容することが可能となり、伝送光の品質を向上させ、測定精度を向上させることができる。 As described above, the configuration using the pulsed current allows the maximum instantaneous value of the light emission amount of the light emitter to be allowed to be larger than that in the case where light is continuously output, thereby improving the quality of the transmitted light. The measurement accuracy can be improved.
(4)より好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記駆動電流の大きさを制限するための制限部を備える。 (4) More preferably, the biological movement measuring device further includes a limiting unit for limiting the magnitude of the driving current.
このような構成により、発光体に過大な電流が流れることを防ぐことができるため、生体動作計測装置の信頼性を向上させることができる。 With such a configuration, it is possible to prevent an excessive current from flowing through the light emitter, so that the reliability of the biological motion measuring device can be improved.
(5)またこの発明の別の局面に係わる生体動作計測装置は、光ファイバ内を伝送する光の、上記光ファイバに加わる圧力による変化に基づいて生体の動きを計測するための生体動作計測装置であって、上記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するための受光体と、上記受光体の出力電流または出力電圧に基づく受光信号の周波数成分のうち、所定の周波数以下の成分を減衰させるとともに、上記受光信号を増幅するための増幅部と、上記増幅部を通過した上記受光信号をデジタル信号に変換するための第1のアナログ/デジタル変換器とを備える。 (5) A biological motion measuring apparatus according to another aspect of the present invention is a biological motion measuring apparatus for measuring movement of a living body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber. A light receiving body for outputting a current or voltage corresponding to the intensity of light received from the optical fiber, and a predetermined frequency among frequency components of a light receiving signal based on the output current or output voltage of the light receiving body. In addition to attenuating the following components, an amplification unit for amplifying the light reception signal and a first analog / digital converter for converting the light reception signal that has passed through the amplification unit into a digital signal are provided.
このように、デジタル信号の処理部ではなく、その前段のアナログ信号回路において受光信号を増幅する構成により、微少なレベルの受光信号を増幅し、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。また、受光強度を示す受光信号に対してフィルタ処理を行なうことにより、たとえば受光信号から発光体、受光体および光ファイバ等の長中期的な特性変動に伴うドリフト等の低周波成分を除去することが可能となり、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。したがって、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 In this way, the light reception signal is amplified not by the digital signal processing unit but by the analog signal circuit in the preceding stage, so that the light reception signal at a minute level can be amplified and a more accurate result can be obtained in the analysis of the biological operation. it can. Also, by filtering the received light signal indicating the received light intensity, for example, low-frequency components such as drifts associated with long- and medium-term characteristic fluctuations of the light emitter, light receiver, and optical fiber are removed from the received light signal. Therefore, a more accurate result can be obtained in the analysis of the living body motion. Therefore, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
(6)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記受光信号をデジタル信号に変換するための第2のアナログ/デジタル変換器とを備える。 (6) Preferably, the biological movement measuring device further includes a second analog / digital converter for converting the received light signal into a digital signal.
このような構成により、たとえば、生体の呼吸および心拍に加えて、フィルタによって除去されてしまう生体の動作を計測することができるため、生体動作計測装置の機能を向上させることができる。 With such a configuration, for example, in addition to respiration and heartbeat of the living body, it is possible to measure the movement of the living body that is removed by the filter, so that the function of the living body operation measuring apparatus can be improved.
(7)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記受光体と上記第1のアナログ/デジタル変換器との間に接続され、上記受光信号の直流レベルをシフトさせるためのシフト部を備える。 (7) Preferably, the living body motion measurement apparatus further includes a shift unit connected between the light receiver and the first analog / digital converter for shifting the direct current level of the light reception signal. .
このような構成により、アナログ/デジタル変換器のダイナミックレンジを確保し、受光体の出力電流または出力電圧を正確に表すデジタル信号を得ることができる。 With such a configuration, it is possible to secure a dynamic range of the analog / digital converter and obtain a digital signal that accurately represents the output current or output voltage of the photoreceptor.
(8)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記デジタル信号に対してデジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を行なうことにより、上記デジタル信号の高周波成分を生体の心拍成分として抽出し、かつ上記デジタル信号の低周波成分を生体の呼吸成分として抽出するための解析部を備える。 (8) Preferably, the living body motion measuring device further extracts a high frequency component of the digital signal as a heartbeat component of the living body by performing digital filter processing and discrete Fourier transform processing on the digital signal, And the analysis part for extracting the low frequency component of the said digital signal as a respiration component of a biological body is provided.
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
(9)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記デジタル信号を用いてウェーブレット変換による解析を行なうことにより、上記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するための解析部を備える。 (9) Preferably, the living body motion measurement apparatus further includes an analysis unit for extracting a respiratory component and a heart rate component of the living body from the digital signal by performing analysis by wavelet transform using the digital signal. .
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
(10)好ましくは、上記生体動作計測装置は、さらに、上記デジタル信号の変動幅が所定の閾値未満である状態が所定時間以上継続した場合に警報信号を出力するための異常検知部を備える。 (10) Preferably, the living body motion measurement apparatus further includes an abnormality detection unit for outputting an alarm signal when a state where the fluctuation range of the digital signal is less than a predetermined threshold continues for a predetermined time or more.
このような構成により、生体の異常を検知し、異常の発生を通知したり、異常の発生を信号処理に用いたりすることができるため、生体動作計測装置の機能を向上させることができる。 With such a configuration, it is possible to detect an abnormality of the living body, notify the occurrence of the abnormality, or use the occurrence of the abnormality for signal processing, so that the function of the living body motion measuring apparatus can be improved.
(11)またこの発明の別の局面に係わる生体動作計測装置は、生体と接触させるセンシング部に加わる圧力の変化に基づいて生体の動きを計測するための生体動作計測装置であって、上記センシング部に対応して設けられ、対応の上記センシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号を生成するための複数の信号生成部と、各上記信号生成部によって生成された上記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、上記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するための解析部とを備える。 (11) A living body motion measuring apparatus according to another aspect of the present invention is a living body motion measuring apparatus for measuring a movement of a living body based on a change in pressure applied to a sensing unit to be brought into contact with the living body. And a plurality of signal generation units for generating digital signals indicating changes in pressure applied to the corresponding sensing units, and independent using the digital signals generated by the signal generation units. An analysis unit for extracting a respiratory component and a heartbeat component of the living body from the digital signal by performing component analysis;
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に得ることができる。したがって、解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately obtain the respiration and heartbeat of the living body using an appropriate analysis method. Therefore, the movement of the living body can be accurately measured by improving the analysis accuracy.
(12)好ましくは、上記生体動作計測装置は、上記信号生成部を3つ以上備え、上記解析部は、各上記信号生成部によって生成された上記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、上記デジタル信号から生体の呼吸成分、心拍成分およびその他の体動成分を抽出する。 (12) Preferably, the biological motion measurement device includes three or more signal generation units, and the analysis unit performs independent component analysis using the digital signals generated by the signal generation units. Then, the respiratory component, heart rate component and other body motion components of the living body are extracted from the digital signal.
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍に加えて、生体の他の動作を正確に計測することができる。 With such a configuration, in addition to respiration and heartbeat of the living body, other actions of the living body can be accurately measured using an appropriate analysis method.
(13)好ましくは、上記生体動作計測装置は、光ファイバ内を伝送する光の、上記光ファイバに加わる圧力による変化に基づいて生体の動きを計測し、上記信号生成部は、上記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するための受光体と、上記受光体の出力電流または出力電圧に基づく受光信号をデジタル信号に変換するためのアナログ/デジタル変換器とを含む。 (13) Preferably, the living body motion measuring device measures the movement of the living body based on a change in light transmitted through the optical fiber due to pressure applied to the optical fiber, and the signal generation unit is connected to the optical fiber. A light receiving body for outputting a current or voltage corresponding to the intensity of received light, and an analog / digital converter for converting a light receiving signal based on the output current or output voltage of the light receiving body into a digital signal.
このような構成により、特に、光ファイバを用いた接触型の圧力センサにおいて、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, in particular, in a contact-type pressure sensor using an optical fiber, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
(14)この発明のある局面に係わる生体動作計測方法は、光ファイバ内を伝送する光の、上記光ファイバに加わる圧力による変化に基づいて生体の動きを計測する生体動作計測装置における生体動作計測方法であって、上記光ファイバへ光を出力するための発光体の発光強度の設定を受け付けるステップと、受け付けた設定値に従って上記発光体を駆動するステップとを含む。 (14) A biological motion measurement method according to a certain aspect of the present invention is a biological motion measurement in a biological motion measurement device that measures movement of a biological body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber. A method comprising: receiving a setting of light emission intensity of a light emitter for outputting light to the optical fiber; and driving the light emitter according to the received set value.
このように、発光体の発光強度を設定変更可能とする構成により、発光体、受光体および光ファイバ等のばらつきに応じた発光信号の調整が可能となる。すなわち、各生体動作計測装置における受光信号の強度を最大化および均一化することができるため、伝送光の品質を向上させ、測定精度を向上させることができる。したがって、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 As described above, the configuration in which the light emission intensity of the light emitter can be set and changed makes it possible to adjust the light emission signal according to variations in the light emitter, the light receiver, the optical fiber, and the like. That is, since the intensity of the received light signal in each living body motion measurement device can be maximized and uniform, the quality of the transmitted light can be improved and the measurement accuracy can be improved. Therefore, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
(15)またこの発明の別の局面に係わる生体動作計測方法は、光ファイバ内を伝送する光の、上記光ファイバに加わる圧力による変化に基づいて生体の動きを計測する生体動作計測装置における生体動作計測方法であって、上記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するステップと、出力した電流または電圧に基づく受光信号の周波数成分のうち、所定の周波数以下の成分を減衰させるとともに、上記受光信号を増幅するステップと、上記所定の周波数以下の成分の減衰、および増幅を行った上記受光信号をデジタル信号に変換するステップとを含む。 (15) According to another aspect of the present invention, there is provided a biological motion measurement method in which a biological motion is measured in a biological motion measurement apparatus that measures movement of a biological body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber. An operation measurement method comprising: outputting a current or voltage corresponding to the intensity of light received from the optical fiber; and a component having a frequency equal to or lower than a predetermined frequency among frequency components of a received light signal based on the output current or voltage. Attenuating and amplifying the received light signal; and attenuating components below the predetermined frequency and converting the amplified received light signal into a digital signal.
このように、デジタル信号の処理部ではなく、その前段のアナログ信号回路において受光信号を増幅する構成により、微少なレベルの受光信号を増幅し、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。また、受光強度を示す受光信号に対してフィルタ処理を行なうことにより、たとえば受光信号から発光体、受光体および光ファイバ等の長中期的な特性変動に伴うドリフト等の低周波成分を除去することが可能となり、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。したがって、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 In this way, the light reception signal is amplified not by the digital signal processing unit but by the analog signal circuit in the preceding stage, so that the light reception signal at a minute level can be amplified and a more accurate result can be obtained in the analysis of the biological operation. it can. Also, by filtering the received light signal indicating the received light intensity, for example, low-frequency components such as drifts associated with long- and medium-term characteristic fluctuations of the light emitter, light receiver, and optical fiber are removed from the received light signal. Therefore, a more accurate result can be obtained in the analysis of the living body motion. Therefore, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
(16)またこの発明の別の局面に係わる生体動作計測方法は、生体と接触させるセンシング部に加わる圧力の変化に基づいて生体の動きを計測するための生体動作計測装置における生体動作計測方法であって、複数の上記センシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号をそれぞれ生成するステップと、生成した各上記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、上記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するステップとを含む。 (16) A living body motion measuring method according to another aspect of the present invention is a living body motion measuring method in a living body motion measuring device for measuring a motion of a living body based on a change in pressure applied to a sensing unit to be brought into contact with the living body. Each of generating a digital signal indicating a change in pressure applied to the plurality of sensing units, and performing an independent component analysis using each of the generated digital signals, thereby generating a respiratory component of the living body and Extracting a heart rate component.
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に得ることができる。したがって、解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately obtain the respiration and heartbeat of the living body using an appropriate analysis method. Therefore, the movement of the living body can be accurately measured by improving the analysis accuracy.
本発明によれば、測定精度の向上または解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 According to the present invention, the movement of a living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy or the analysis accuracy.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[構成および基本動作]
図1は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置の使用例を示す図である。
[Configuration and basic operation]
FIG. 1 is a diagram illustrating a usage example of the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention.
図1を参照して、生体動作計測装置101は、光ファイバ3内を伝送する光の、光ファイバ3に加わる圧力による変化に基づいて人間等の生体の動きを計測する。
With reference to FIG. 1, the living body
より詳細には、光ファイバシート2内で光ファイバ3が蛇行配置され、光ファイバシート2を経由して生体動作計測装置101および光ファイバシート2間を往復する光伝送路が形成されている。
More specifically, the
光ファイバシート2は、たとえばベッド1上に配置される。生体動作計測装置101は、光ファイバ3へ光を出力し、光ファイバシート2を経由した光ファイバ3の伝送光を測定する。生体動作計測装置101は、この測定結果に基づいて、対象者がベッド1に横たわっている状態における当該対象者の動きを計測し、計測結果をたとえばディスプレイ112に表示する。
The
生体動作計測装置101および光ファイバシート2により、生体動作計測システム201が構成される。
The living body
図2は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the biological motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
図2を参照して、生体動作計測装置101は、発光部11と、受光部13と、解析部14とを備える。
With reference to FIG. 2, the biological
発光部11は、光ファイバ3へ光を出力する。受光部13は、光ファイバ3および光ファイバシート2経由で光を受けて、たとえば受光量を示すデジタル信号を生成し、解析部14へ出力する。
The
解析部14は、受光部13から受けたデジタル信号を解析することにより、たとえば、光ファイバシート2上の対象者の呼吸、心拍およびその他の動作を計測し、計測結果を提示部15へ出力する。
The
提示部15は、たとえばディスプレイであり、解析部14から受けた計測結果をユーザに提示する。
The
なお、解析部14は、受光信号のデジタル信号の変動幅が所定の閾値未満である状態が所定時間以上継続した場合に警報信号を出力する構成であってもよい。この場合、たとえば、提示部15は、解析部14から警報信号を受けて、警告表示を行なう。
The
図3は、本発明の実施の形態に係る光ファイバシートの分解構造の一例を示す図である。図4は、本発明の実施の形態に係る光ファイバシートの断面構造の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of an exploded structure of the optical fiber sheet according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of the optical fiber sheet according to the embodiment of the present invention.
図3および図4を参照して、光ファイバシート2は、光ファイバ3と、平面状態80とを含む。光ファイバ3は、たとえば石英系光ファイバまたはプラスチック光ファイバである。平面状態80は、光ファイバ3を支持する。光ファイバシート2は、スポンジシート81と、布カバー83と、光ファイバ3を含むメッシュ構造体84とにより構成される。
With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the
スポンジシート81は、多数の空孔を有する通気性のシートである。メッシュ構造体84において、光ファイバ3が網布82に編み込まれている。布カバー83は、黒色のカバーであり、遮光性を有する。スポンジシート81と布カバー83との間にメッシュ構造体84が挟まれている。スポンジシート81と布カバー83の周縁とが縫い合わされることにより、光ファイバシート2が作製される。光ファイバ3は、光ファイバシート2の短辺と平行な配設部分を6列有する一筆書き状に配設されている。
The
図5は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置の構成を詳細に示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing in detail the configuration of the biological movement measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
図5を参照して、生体動作計測装置101において、発光部11は、発光体21と、駆動部22と、設定部23と、制限部36とを含む。受光部13は、受光体24と、オペアンプ25,28,32と、抵抗26と、デジタル/アナログ変換器(DAC)30,31,34と、アナログ/デジタル変換器(ADC)29,33と、増幅部27とを含む。増幅部27は、フィルタ41と、オペアンプ42とを含む。
Referring to FIG. 5, in living body
発光部11において、発光体21は、たとえばLEDまたは白熱体であり、光ファイバ3へ光を出力する。
In the
駆動部22は、発光体21にたとえば電流を供給することにより、発光体21を駆動する。たとえば、駆動部22は、発光体21に駆動電流として直流電流を供給する。
The
設定部23は、発光体21の発光強度を設定する。駆動部22は、設定部23による設定値に従って発光体21を駆動する。ここで、設定部23における発光体21の発光強度の設定値が変更可能である。具体的には、たとえば、設定部23は、デジタル/アナログ変換器を含み、ユーザは、当該デジタル/アナログ変換器の入力デジタル値を設定することが可能である。また、この設定値は、たとえば発光体21の最大許容発光量よりも少し小さい値である。
The setting
制限部36は、駆動部22から発光体21に供給される駆動電流の大きさを制限する。制限部36は、たとえばダイオードを含むリミッタ回路である。なお、制限部36は、設定部23の設定値を制限するデジタル回路であってもよい。
The limiting
受光部13において、受光体24は、たとえばフォトダイオードであり、光ファイバ3から受けた光の強度に応じた電流を出力する。なお、受光体24は、光ファイバ3から受けた光の強度に応じた電圧を出力するものであってもよい。
In the
オペアンプ25は、入出力間に抵抗26が接続され、受光体24の出力電流を受光電圧Vpd1に変換し、受光信号として出力する。抵抗26の抵抗値をRとし、受光体24の出力電流をiとすると、受光電圧Vpd1は、i×Rで表される。
The
デジタル/アナログ変換器34は、入力デジタル値に基づくアナログ電圧をオペアンプ32へ出力する。オペアンプ32は、デジタル/アナログ変換器34から受けたアナログ電圧に基づいて、オペアンプ25から受けた受光電圧Vpd1の直流レベルをシフトさせ、アナログ/デジタル変換器33へ出力する。デジタル/アナログ変換器34に与えるデジタル値を変更することにより、受光電圧Vpd1のオフセット調整を行い、アナログ/デジタル変換器33のダイナミックレンジを確保することができる。
The digital /
アナログ/デジタル変換器33は、オペアンプ32から受けた受光電圧Vpd1をデジタル信号に変換し、解析部14の一例であるCPU35へ出力する。
The analog / digital converter 33 converts the received light voltage Vpd1 received from the
増幅部27は、たとえばACアンプであり、受光電圧Vpd1を、直流成分が減衰され、かつ生体の動きを示す信号の成分が増幅された受光電圧Vpd2に変換する。増幅部27において、フィルタ41は、オペアンプ25から受けた受光電圧Vpd1のうち、直流成分を含む所定周波数以下の成分を減衰させる。フィルタ41は、直流成分を含む低周波成分を減衰させる構成であればよく、たとえばバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタである。
The amplifying
デジタル/アナログ変換器30は、入力デジタル値に基づくアナログ電圧をオペアンプ42へ出力する。オペアンプ42は、デジタル/アナログ変換器30から受けたアナログ電圧に基づいて、フィルタ41を通過した受光電圧Vpd1の直流レベルをシフトさせる。また、オペアンプ42は、フィルタ41を通過した受光電圧Vpd1を増幅する。なお、フィルタ41およびオペアンプ42の配置順序は逆であってもよい。
The digital /
図6は、本発明の実施の形態に係る受光部の増幅部における受光電圧Vpd1の入力波形を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an input waveform of the light reception voltage Vpd1 in the amplification unit of the light reception unit according to the embodiment of the present invention.
図6を参照して、受光電圧Vpd1は、光ファイバシート2上に対象者が存在しない状態では、ほぼ一定の直流レベルを有する。そして、光ファイバシート2上に対象者が横たわると、対象者による光ファイバシート2への圧力により、光ファイバシート2における光伝送において過剰損失が発生し、受光電圧Vpd1のレベルが低下する。その後、受光電圧Vpd1は、対象者の体動によって微少なレベルで変動する。そして、対象者が光ファイバシート2から離れると、受光電圧Vpd1は、元の上記直流レベルに戻る。
Referring to FIG. 6, light reception voltage Vpd <b> 1 has a substantially constant DC level in a state where no subject exists on
図7は、本発明の実施の形態に係る受光部の増幅部における受光電圧Vpd2の出力波形を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an output waveform of the light reception voltage Vpd2 in the amplification section of the light reception section according to the embodiment of the present invention.
図7を参照して、増幅部27では、受光電圧Vpd1は、フィルタ41によって低周波成分が減衰され、かつオペアンプ42によって増幅されて受光電圧Vpd2に変換される。図7に示す波形における最初のピーク部分および最後のピーク部分は、それぞれアンダーシュートおよびオーバーシュートである。
Referring to FIG. 7, in the amplifying
増幅部27によってこのような波形の受光電圧Vpd2を得ることにより、受光信号が微少なレベルで変動する場合でも、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。
By obtaining the light reception voltage Vpd2 having such a waveform by the amplifying
再び図5を参照して、デジタル/アナログ変換器31は、入力デジタル値に基づくアナログ電圧をオペアンプ28へ出力する。オペアンプ28は、デジタル/アナログ変換器31から受けたアナログ電圧に基づいて、増幅部27から受けた受光電圧Vpd2の直流レベルをシフトさせ、アナログ/デジタル変換器29へ出力する。
Referring to FIG. 5 again, the digital /
デジタル/アナログ変換器30および31に与えるデジタル値を変更することにより、受光電圧Vpd1およびVpd2のオフセット調整を行い、アナログ/デジタル変換器29のダイナミックレンジを確保することができる。なお、オフセット調整がオペアンプ42および28のいずれか一方で足りる場合は、他方のオフセット調整機能を搭載しなくてもよい。
By changing the digital value applied to the digital /
アナログ/デジタル変換器29は、オペアンプ28から受けた受光電圧Vpd2をデジタル信号に変換し、解析部14の一例であるCPU35へ出力する。
The analog /
CPU35は、アナログ/デジタル変換器29から受けたデジタル信号を解析することにより、たとえば、光ファイバシート2上の対象者の呼吸および心拍等を計測する。
The
また、CPU35は、アナログ/デジタル変換器33から受けたデジタル信号に基づいて、たとえば、光ファイバシート2上の対象者の呼吸および心拍以外の体動を計測する。
Further, the
なお、発光部11における駆動部22、設定部23および制限部36の一部または全部が、CPU35によって実現されてもよい。
Note that some or all of the
また、オペアンプ32,28の増幅率は、1であってもよいし、1より大きくてもよい。たとえば、オペアンプ25の増幅率が十分である場合、オペアンプ32,28の増幅率は1に設定される。
The amplification factors of the
また、発光部11は、光ファイバ3へ光を連続的に出力する構成に限らず、光ファイバ3へ光を断続的に出力する構成であってもよい。この場合、駆動部22は、発光体21に駆動電流としてパルス状の電流を供給する。
Further, the
この場合、受光部13は、たとえば、受光体24の出力電流のピーク値を保持するためのサンプル/ホールド回路を含み、各タイミングにおけるピーク値をつなぐ波形を示すデジタル信号を生成して解析部14へ出力する。
In this case, the
このように、パルス状の電流を用いる構成により、発光体21の発光量の瞬時最大値を、光を連続的に出力する場合と比べて大きい値まで許容することができる。
As described above, the configuration using the pulsed current allows the instantaneous maximum value of the light emission amount of the
次に、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置による受光信号の解析手法について説明する。 Next, a method for analyzing a received light signal by the biological motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
[ICAを用いた解析手法]
解析部14は、複数の受光部13によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出する。
[Analysis method using ICA]
The
図8は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置によるICAを用いた解析における入力波形を示す図である。図8において、横軸は時間、詳細にはサンプリング間隔一定の下でのサンプル数であり、縦軸は受光電圧Vpd2のレベルすなわち受光部13の受光量である。
FIG. 8 is a diagram showing an input waveform in an analysis using ICA by the biological motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 8, the horizontal axis represents time, specifically, the number of samples under a constant sampling interval, and the vertical axis represents the level of the light reception voltage Vpd2, that is, the amount of light received by the
図8を参照して、ICAを用いた解析手法では、たとえば光ファイバシート2および受光部13の組を2つ準備し、2つの光ファイバシート2を重ね合わせ、これらの光ファイバシート2上の対象者の動きを計測する。その他、対象者の胸部および腹部にそれぞれ別の小型の光ファイバシート2を配置し、対象者の動きを計測することは、それぞれの光ファイバシート2から得られる計測信号の心拍由来成分および呼吸由来成分の比率が大きく異なることから有用である。具体的には、腹部に配置したセンシング部では呼吸由来成分の比率が高く、胸部に配置したセンシング部では心拍由来成分の比率が高いと推測される。
Referring to FIG. 8, in the analysis method using ICA, for example, two sets of
ここでは、2つの受光部13からそれぞれ図8に示すような計測波形1および2が得られたとする。
Here, it is assumed that
図9は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置によるICAを用いた解析における出力波形を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an output waveform in the analysis using the ICA by the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention.
図9を参照して、解析部14は、計測波形1および2を用いてICAを行なうことにより、図9に示すようなICA後波形1および2を生成する。ICA後波形1は、受光電圧Vpd2の高周波成分であり、対象者の心拍に由来する。ICA後波形2は、受光電圧Vpd2の低周波成分であり、対象者の呼吸に由来する。
Referring to FIG. 9,
なお、生体の呼吸および心拍に加えて、生体のその他の体動を計測する場合には、上記組を3つ以上用意すればよい。 In addition to the respiration and heartbeat of the living body, when measuring other body movements of the living body, three or more sets may be prepared.
すなわち、解析部14は、3つ以上の受光部13によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分、心拍成分およびその他の体動成分を抽出する。
That is, the
また、ICAを用いた解析手法は、上記のような光ファイバを用いた生体動作計測装置に限らず、他の接触型圧力センサ、すなわち対象者にセンシング部が接触した状態で対象者の動きを計測するセンサに有効に適用可能である。この接触型圧力センサとしては、たとえば、圧電フィルムをセンシング部とするセンサ、および液体が充填されたチューブをセンシング部とするセンサ等が考えられる。 In addition, the analysis method using ICA is not limited to the biological motion measurement device using the optical fiber as described above, and other contact pressure sensors, that is, the movement of the subject in a state where the sensing unit is in contact with the subject. It can be effectively applied to a sensor to be measured. As this contact-type pressure sensor, for example, a sensor using a piezoelectric film as a sensing unit, a sensor using a tube filled with liquid as a sensing unit, and the like can be considered.
この場合、生体動作計測装置において、複数の信号生成部は、センシング部に対応して設けられ、対応のセンシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号を生成する。 In this case, in the biological motion measurement device, the plurality of signal generation units are provided corresponding to the sensing units, and generate digital signals indicating changes in pressure applied to the corresponding sensing units.
そして、解析部14は、各信号生成部によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分等を抽出する。
And the
[デジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を用いた解析手法]
解析部14は、受光信号のデジタル信号に対してフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を行なうことにより、当該デジタル信号の高周波成分を生体の心拍成分として抽出し、かつ当該デジタル信号の低周波成分を生体の呼吸成分として抽出する。
[Analysis method using digital filter processing and discrete Fourier transform processing]
The
デジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を用いた解析手法では、光ファイバシート2および受光部13の組を1つ準備すればよい。
In the analysis method using the digital filter process and the discrete Fourier transform process, one set of the
図10は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置によるデジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を用いた生体の呼吸の解析結果を示す図である。図10において、上段の波形は、生体動作計測装置101の解析処理によって得られる波形であり、下段の波形は、通常の呼吸計測装置によって得られる波形である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of analysis of respiration of a living body using digital filter processing and discrete Fourier transform processing by the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 10, the upper waveform is a waveform obtained by the analysis processing of the biological
図10を参照して、解析部14は、受光部13から受けたデジタル信号が示す波形a1の低周波成分を抽出することにより、光ファイバシート2上の対象者の呼吸を表す波形c1を得る。波形b1および波形d1は、波形a1および波形c1に対して離散的フーリエ変換処理を行った波形である。たとえば、解析部14は、波形d1におけるピーク部分の拍動数すなわち周波数を求める。
Referring to FIG. 10, the
また、通常の呼吸計測装置によって得られた波形a2の低周波成分を抽出することにより、波形c2が得られる。波形b2および波形d2は、波形a2および波形c2に対して離散的フーリエ変換処理を行った波形である。 Moreover, the waveform c2 is obtained by extracting the low frequency component of the waveform a2 obtained by the normal respiratory measurement apparatus. The waveform b2 and the waveform d2 are waveforms obtained by performing a discrete Fourier transform process on the waveform a2 and the waveform c2.
生体動作計測装置101および通常の呼吸計測装置の両方を用いて対象者の計測を行った結果、図10に示す波形d1におけるピーク部分の拍動数(周波数)は、15.68bpm(約0.261Hz)であり、波形d2におけるピーク部分の拍動数(周波数)は、15.82bpm(約0.264Hz)であった。この結果から、生体動作計測装置101を用いて、生体の呼吸を正確に計測できたことが分かる。ここで、「bpm」は、1分間当たりの拍動数である。
As a result of measuring the subject using both the biological
図11は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置によるデジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を用いた生体の心拍の解析結果を示す図である。図11において、上段の波形は、生体動作計測装置101の解析処理によって得られる波形であり、下段の波形は、通常の心拍計測装置によって得られる波形である。
FIG. 11 is a diagram showing the analysis result of the heartbeat of the living body using the digital filter processing and the discrete Fourier transform processing by the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 11, the upper waveform is a waveform obtained by the analysis processing of the biological
図11を参照して、解析部14は、受光部13から受けたデジタル信号が示す波形a3の高周波成分を抽出することにより、光ファイバシート2上の対象者の心拍を表す波形c3を得る。波形b3および波形d3は、波形a3および波形c3に対して離散的フーリエ変換処理を行った波形である。たとえば、解析部14は、波形d3におけるピーク部分の拍動数すなわち周波数を求める。
With reference to FIG. 11, the
また、通常の心拍計測装置によって得られた波形a4の低周波成分を抽出することにより、波形c4が得られる。波形b4および波形d4は、波形a4および波形c4に対して離散的フーリエ変換処理を行った波形である。 Moreover, the waveform c4 is obtained by extracting the low frequency component of the waveform a4 obtained by the normal heartbeat measuring device. The waveform b4 and the waveform d4 are waveforms obtained by performing a discrete Fourier transform process on the waveform a4 and the waveform c4.
生体動作計測装置101および通常の心拍計測装置の両方を用いて対象者の計測を行った結果、図11に示す波形d3におけるピーク部分の拍動数(周波数)は、81.32bpm(約1.355Hz)であり、波形d4におけるピーク部分の周波数は、81.69bpm(約1.362Hz)であった。この結果から、生体動作計測装置101を用いて、生体の心拍を正確に計測できたことが分かる。
As a result of measuring the subject using both the biological
なお、生体動作計測装置101は、上記のような解析手法に限らず、解析部14が、受光信号のデジタル信号を用いてウェーブレット変換による解析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出する構成であってもよい。ウェーブレット変換を用いた解析手法の一例としては、たとえば、特許第4863047号公報の段落[0032]〜[0051]等に記載された計算手法がある。
The living body
また、生体動作計測装置101は、上記のような各解析手法を用いて、アナログ/デジタル変換器29から出力されるデジタル信号の代わりに、またはこれに加えて、アナログ/デジタル変換器33から出力されるデジタル信号を解析し、生体の呼吸および心拍を計測する構成であってもよい。
In addition, the biological
図12は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測方法の手順を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing a procedure of the biological motion measurement method according to the embodiment of the present invention.
図12を参照して、まず、生体動作計測装置101は、発光体21の発光強度の設定を受け付ける(ステップS1)。たとえば、CPU35は、生体動作計測の直前に、設定部23を制御することにより、受光信号を計測しながら発光強度を変化させ、適当な発光量を求め、これを発光体21の発光強度の設定値とする。CPU35は、たとえば通常の受光量の計測範囲の上限より少し発光量が小さくなる発光強度を、発光体21の設定値とする。
With reference to FIG. 12, first, the biological body
次に、生体動作計測装置101は、設定された値に従って発光体21に駆動電流を供給し(ステップS2)、光ファイバ3へ光を出力する(ステップS3)。
Next, the biological
図13は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測方法の手順を示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing a procedure of the biological motion measurement method according to the embodiment of the present invention.
図13を参照して、まず、生体動作計測装置101は、光ファイバ3の伝送光を受光する(ステップS11)。
With reference to FIG. 13, first, the biological
次に、生体動作計測装置101は、当該伝送光の受光量を示す受光信号を生成する(ステップS12)。
Next, the biological
次に、生体動作計測装置101は、受光信号の直流成分を含む所定周波数以下の成分を減衰させる(ステップS13)。
Next, the biological
次に、生体動作計測装置101は、直流成分の減衰した受光信号を増幅する(ステップS14)。なお、ステップS13のフィルタリング処理およびステップS14の増幅処理の順序は逆であってもよい。
Next, the living body
次に、生体動作計測装置101は、増幅後の受光信号をデジタル信号に変換する(ステップS15)。
Next, the biological
次に、生体動作計測装置101は、変換したデジタル信号を種々の手法を用いて解析し、光ファイバシート2上の対象者の動きを求める(ステップS16)。
Next, the biological
次に、生体動作計測装置101は、光ファイバシート2上の対象者の計測結果をディスプレイ等に表示する(ステップS17)。
Next, the biological
図14は、本発明の実施の形態に係る生体動作計測方法の手順を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the biological motion measurement method according to the embodiment of the present invention.
図14を参照して、まず、センシング部および信号生成部を2つ以上、たとえば光ファイバ3、光ファイバシート2および受光部13の組を2つ以上準備し、生体動作計測装置101が、各センシング部に加わる圧力を示すデジタル信号を生成する(ステップS21)。
Referring to FIG. 14, first, two or more sensing units and signal generation units, for example, two or more sets of
次に、生体動作計測装置101は、生成した各デジタル信号を用いてICAを行なうことにより、センシング部に接触する生体の呼吸および心拍等を求める(ステップS22)。
Next, the living body
生体動作計測装置101は、小型かつ静音で、たとえば、布団を覆うシーツの下に光ファイバシート2を敷いて対象者を横たえるだけで計測を行なうことができる。すなわち、対象者の身体には一切何も付けずに簡易な操作で生体の動きを計測することができる。生体動作計測装置101を用いることにより、通常の生活環境に近い状態で対象者の呼吸等を観測することができる。
The living body
ここで、特許文献1に記載の光ファイバシート用計測システムは、光ファイバセンサ用光源を、He−Neレーザー、光チョッパー、および集光レンズにて構成し、受光システムを、フォトダイオード、ロックインアンプ、データロガー、およびPCから構成している。このため、送信側装置および受信側装置が分散しており、家庭内で簡易に使用できる形態とはなっていない。また、送信側装置および受信側装置を1つの筐体に収納する場合、相当大きな装置となってしまう。
Here, in the optical fiber sheet measuring system described in
また、特許文献2に記載の計測システムは、光源としてUSBタイプのLEDおよびノートPCを用いて構成しており、また、受光システムを光パワーメータ、および光源と兼用のノートPCを用いて構成している。このため、家庭内で使用するのに十分に簡易化された形態には至っていない。さらには、小型の光マルチメータでは、受光データのサンプリング間隔は0.1秒すなわち10Hzが一般的であり、0.8Hz〜3.3Hz(50bpm〜200bpm)の心拍信号に依存する体動を検出するには性能が不十分である。
In addition, the measurement system described in
これに対して、生体動作計測装置101では、呼吸に起因するおよそ0.2Hz〜0.8Hz(10bpm〜50bpm)の長周期の体動のみならず、心拍等に起因する短周期の体動を精度良く計測することができる。また、生体動作計測装置101は、小型軽量な装置に構成することが容易であり、測定精度が高く、使用する光ファイバシートのばらつきに対する適合性が高い。また、主に電子部品で構成されるため、低コスト化が容易である。
On the other hand, in the biological
ところで、光ファイバを用いたセンサでは、光ファイバ内を伝送した光の品質が劣化すると、測定精度が落ち、生体の動きを正確に計測することが困難となるため、伝送光の品質の向上が要求される。特に、呼吸だけでなく、呼吸よりも周期の短い心拍を計測しようとした場合、さらに高い測定精度が要求される。 By the way, in the sensor using the optical fiber, if the quality of the light transmitted through the optical fiber is deteriorated, the measurement accuracy is lowered, and it is difficult to accurately measure the movement of the living body. Required. In particular, higher measurement accuracy is required when attempting to measure not only breathing but also heartbeats that have a shorter cycle than breathing.
これに対して、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、発光体21は、光ファイバ3へ光を出力する。設定部23は、発光体21の発光強度を設定する。そして、設定部23における発光強度の設定値は変更可能である。
On the other hand, in the biological movement measuring device according to the embodiment of the present invention, the
このように、発光体21の発光強度を設定変更可能とする構成により、発光体21および光ファイバシート2等のばらつきに応じた発光信号の調整が可能となる。すなわち、各生体動作計測装置101における受光信号の強度を最大化および均一化することができるため、伝送光の品質を向上させ、測定精度を向上させることができる。
As described above, the configuration in which the light emission intensity of the
したがって、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 Therefore, in the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、駆動部22は、発光体21に駆動電流として直流電流を供給する。
In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、光ファイバ3内を伝送した光の強度、すなわち受光量を示す受光信号に対してフィルタ処理を行なうことが容易となるため、たとえば受光信号から発光体、受光体および光ファイバ等の長中期的な特性変動に伴うドリフト等の低周波成分を除去することが可能となり、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。
With such a configuration, it becomes easy to perform filter processing on the received light signal indicating the intensity of light transmitted through the
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、駆動部22は、発光体21に駆動電流としてパルス状の電流を供給する。
In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the
このように、パルス状の電流を用いる構成により、発光体21の発光量の瞬時最大値を、光を連続的に出力する場合と比べて大きい値まで許容することが可能となり、伝送光の品質を向上させ、測定精度を向上させることができる。
As described above, the configuration using the pulse-like current allows the instantaneous maximum value of the light emission amount of the
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、制限部36は、駆動電流の大きさを制限する。
In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the limiting
このような構成により、発光体21に過大な電流が流れることを防ぐことができるため、生体動作計測装置101の信頼性を向上させることができる。
With such a configuration, it is possible to prevent an excessive current from flowing through the
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、受光体24は、光ファイバ3から受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力する。増幅部27は、受光体24の出力電流または出力電圧に基づく受光信号の周波数成分のうち、所定の周波数以下の成分を減衰させるとともに、受光信号を増幅する。そして、アナログ/デジタル変換器29は、増幅部27を通過した受光信号をデジタル信号に変換する。
In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the
このように、デジタル信号の処理部ではなく、その前段のアナログ信号回路において受光信号を増幅する構成により、微少なレベルの受光信号を増幅し、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。また、受光強度を示す受光信号に対してフィルタ処理を行なうことにより、たとえば受光信号から発光体、受光体および光ファイバ等の長中期的な特性変動に伴うドリフト等の低周波成分を除去することが可能となり、生体動作の解析においてより正確な結果を得ることができる。 In this way, the light reception signal is amplified not by the digital signal processing unit but by the analog signal circuit in the preceding stage, so that the light reception signal at a minute level can be amplified and a more accurate result can be obtained in the analysis of the biological operation. it can. Also, by filtering the received light signal indicating the received light intensity, for example, low-frequency components such as drifts associated with long- and medium-term characteristic fluctuations of the light emitter, light receiver, and optical fiber are removed from the received light signal. Therefore, a more accurate result can be obtained in the analysis of the living body motion.
したがって、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、測定精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得ることができる。 Therefore, in the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the movement of the living body can be accurately obtained by improving the measurement accuracy.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、アナログ/デジタル変換器33は、受光信号をデジタル信号に変換する。 In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the analog / digital converter 33 converts the received light signal into a digital signal.
このような構成により、たとえば、生体の呼吸および心拍に加えて、フィルタによって除去されてしまう生体の動作を計測することができるため、生体動作計測装置101の機能を向上させることができる。
With such a configuration, for example, in addition to the respiration and heartbeat of the living body, it is possible to measure the movement of the living body that is removed by the filter, so that the function of the living body
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、オペアンプ28または42は、受光体24とアナログ/デジタル変換器29との間に接続され、受光信号の直流レベルをシフトさせる。
In the living body motion measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、アナログ/デジタル変換器のダイナミックレンジを確保し、受光体24の出力電流または出力電圧を正確に表すデジタル信号を得ることができる。
With such a configuration, the dynamic range of the analog / digital converter can be secured, and a digital signal that accurately represents the output current or output voltage of the
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、解析部14は、受光信号のデジタル信号に対してデジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を行なうことにより、当該デジタル信号の高周波成分を生体の心拍成分として抽出し、かつ当該デジタル信号の低周波成分を生体の呼吸成分として抽出する。
Further, in the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、解析部14は、受光信号のデジタル信号を用いてウェーブレット変換による解析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出する。
Further, in the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、解析部14は、受光信号のデジタル信号の変動幅が所定の閾値未満である状態が所定時間以上継続した場合に警報信号を出力する。
Moreover, in the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、生体の異常を検知し、異常の発生を通知したり、異常の発生を信号処理に用いたりすることができるため、生体動作計測装置101の機能を向上させることができる。
With such a configuration, it is possible to detect an abnormality of the living body, notify the occurrence of the abnormality, or use the occurrence of the abnormality for signal processing. Therefore, it is possible to improve the function of the living body
また、光ファイバを用いたセンサ等、生体の動きを検知するためのセンサにおいて、生体の動きとして、たとえば、呼吸だけでなく、呼吸よりも周期の短い心拍を計測しようとした場合、センサの出力信号を適切に解析する手法が望まれる。 In addition, in a sensor for detecting the movement of a living body, such as a sensor using an optical fiber, as an example of a movement of a living body, when it is attempted to measure not only breathing but also a heartbeat with a shorter cycle than breathing, A technique for appropriately analyzing signals is desired.
これに対して、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、複数の信号生成部は、生体と接触させるセンシング部に対応して設けられ、対応のセンシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号を生成する。そして、解析部14は、各信号生成部によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出する。
On the other hand, in the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention, the plurality of signal generation units are provided corresponding to the sensing units that are brought into contact with the living body, and show changes in pressure applied to the corresponding sensing units. Generate a digital signal. And the
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に得ることができる。したがって、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に計測することができる。 With such a configuration, it is possible to accurately obtain the respiration and heartbeat of the living body using an appropriate analysis method. Therefore, in the living body motion measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the movement of the living body can be accurately measured by improving the analysis accuracy.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、生体動作計測装置は、信号生成部を3つ以上備える。そして、解析部14は、各信号生成部によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分、心拍成分およびその他の体動成分を抽出する。
Moreover, in the biological motion measurement device according to the embodiment of the present invention, the biological motion measurement device includes three or more signal generation units. And the
このような構成により、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍に加えて、生体の他の動作を正確に計測することができる。 With such a configuration, in addition to respiration and heartbeat of the living body, other actions of the living body can be accurately measured using an appropriate analysis method.
また、本発明の実施の形態に係る生体動作計測装置では、解析部14は、複数の受光部13によって生成されたデジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、当該デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分等を抽出する。
Moreover, in the biological motion measuring device according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、特に、光ファイバを用いた接触型の圧力センサにおいて、適切な解析手法を用いて、生体の呼吸および心拍を正確に計測することができる。 With such a configuration, in particular, in a contact-type pressure sensor using an optical fiber, it is possible to accurately measure the respiration and heartbeat of a living body using an appropriate analysis method.
なお、生体動作計測装置101は、発光部11と、受光部13および解析部14とのいずれか一方を備える構成であっても、測定精度の向上または解析精度の向上を図ることにより、生体の動きを正確に得るという本発明の目的を達成することが可能である。
In addition, even if the living body
上記実施の形態は、すべ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、上記説明ではなく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すべての変更が含まれることが意図される。 The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ベッド
2 光ファイバシート
3 光ファイバ
11 発光部
12 ディスプレイ
13 受光部
14 解析部
15 提示部
21 発光体
22 駆動部
23 設定部
24 受光体
25,28,32,42 オペアンプ
26 抵抗
27 増幅部
29,33 アナログ/デジタル変換器
30,31,34 デジタル/アナログ変換器
36 制限部
41 フィルタ
80 平面状態
81 スポンジシート
82 網布
83 布カバー
84 メッシュ構造体
101 生体動作計測装置
201 生体動作計測システム
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記光ファイバへ光を出力するための発光体と、
前記発光体の発光強度を設定するための設定部とを備え、
前記設定部における前記発光強度の設定値は変更可能である、生体動作計測装置。 A biological motion measuring device for measuring movement of a living body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber,
A light emitter for outputting light to the optical fiber;
A setting unit for setting the light emission intensity of the light emitter,
The biological movement measuring device, wherein the set value of the emission intensity in the setting unit is changeable.
前記設定値に従って前記発光体を駆動するための駆動部を備え、
前記駆動部は、前記発光体に駆動電流として直流電流を供給する、請求項1に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
A drive unit for driving the light emitter according to the set value;
The living body motion measuring apparatus according to claim 1, wherein the driving unit supplies a direct current as a driving current to the light emitter.
前記設定値に従って前記発光体を駆動するための駆動部を備え、
前記駆動部は、前記発光体に駆動電流としてパルス状の電流を供給する、請求項1に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
A drive unit for driving the light emitter according to the set value;
The biological movement measuring device according to claim 1, wherein the driving unit supplies a pulsed current as a driving current to the light emitter.
前記駆動電流の大きさを制限するための制限部を備える、請求項2または請求項3に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
The biological movement measuring device according to claim 2 or 3, further comprising a limiting unit for limiting the magnitude of the driving current.
前記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するための受光体と、
前記受光体の出力電流または出力電圧に基づく受光信号の周波数成分のうち、所定の周波数以下の成分を減衰させるとともに、前記受光信号を増幅するための増幅部と、
前記増幅部を通過した前記受光信号をデジタル信号に変換するための第1のアナログ/デジタル変換器とを備える、生体動作計測装置。 A biological motion measuring device for measuring movement of a living body based on a change in light transmitted through an optical fiber due to pressure applied to the optical fiber,
A photoreceptor for outputting a current or voltage according to the intensity of light received from the optical fiber;
Among the frequency components of the received light signal based on the output current or output voltage of the photoreceptor, an amplifying unit for amplifying the received light signal while attenuating a component below a predetermined frequency;
A biological movement measuring device comprising: a first analog / digital converter for converting the received light signal that has passed through the amplifying unit into a digital signal.
前記受光信号をデジタル信号に変換するための第2のアナログ/デジタル変換器とを備える、請求項5に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
The biological movement measuring device according to claim 5, further comprising a second analog / digital converter for converting the received light signal into a digital signal.
前記受光体と前記第1のアナログ/デジタル変換器との間に接続され、前記受光信号の直流レベルをシフトさせるためのシフト部を備える、請求項5または請求項6に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
The biological movement measuring device according to claim 5, further comprising a shift unit that is connected between the light receiver and the first analog / digital converter and shifts a direct current level of the light reception signal. .
前記デジタル信号に対してデジタルフィルタ処理および離散的フーリエ変換処理を行なうことにより、前記デジタル信号の高周波成分を生体の心拍成分として抽出し、かつ前記デジタル信号の低周波成分を生体の呼吸成分として抽出するための解析部を備える、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
By performing digital filter processing and discrete Fourier transform processing on the digital signal, a high frequency component of the digital signal is extracted as a heartbeat component of the living body, and a low frequency component of the digital signal is extracted as a breathing component of the living body. The biological movement measuring device according to any one of claims 5 to 7, further comprising an analysis unit for performing the operation.
前記デジタル信号を用いてウェーブレット変換による解析を行なうことにより、前記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するための解析部を備える、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
8. The apparatus according to claim 5, further comprising an analysis unit configured to extract a respiratory component and a heartbeat component of a living body from the digital signal by performing analysis by wavelet transform using the digital signal. Biological movement measuring device.
前記デジタル信号の変動幅が所定の閾値未満である状態が所定時間以上継続した場合に警報信号を出力するための異常検知部を備える、請求項5から請求項9のいずれか1項に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device further includes:
10. The abnormality detection unit according to claim 5, further comprising an abnormality detection unit configured to output an alarm signal when a state where the fluctuation range of the digital signal is less than a predetermined threshold continues for a predetermined time or more. Biological motion measurement device.
前記センシング部に対応して設けられ、対応の前記センシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号を生成するための複数の信号生成部と、
各前記信号生成部によって生成された前記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、前記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するための解析部とを備える、生体動作計測装置。 A biological motion measuring device for measuring movement of a living body based on a change in pressure applied to a sensing unit to be brought into contact with the living body,
A plurality of signal generation units provided corresponding to the sensing units, for generating a digital signal indicating a change in pressure applied to the corresponding sensing unit;
A biological movement measurement device comprising: an analysis unit for extracting a respiratory component and a heartbeat component of a living body from the digital signal by performing independent component analysis using the digital signal generated by each of the signal generation units.
前記解析部は、各前記信号生成部によって生成された前記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、前記デジタル信号から生体の呼吸成分、心拍成分およびその他の体動成分を抽出する、請求項11に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measurement device includes three or more signal generation units,
The analysis unit extracts a respiratory component, a heartbeat component, and other body motion components of a living body from the digital signal by performing independent component analysis using the digital signals generated by the signal generation units. Item 12. The biological motion measurement device according to Item 11.
前記信号生成部は、
前記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するための受光体と、
前記受光体の出力電流または出力電圧に基づく受光信号をデジタル信号に変換するためのアナログ/デジタル変換器とを含む、請求項11または請求項12に記載の生体動作計測装置。 The biological movement measuring device measures the movement of the living body based on the change of the light transmitted through the optical fiber due to the pressure applied to the optical fiber,
The signal generator is
A photoreceptor for outputting a current or voltage according to the intensity of light received from the optical fiber;
The biological movement measuring device according to claim 11 or 12, comprising an analog / digital converter for converting a received light signal based on an output current or an output voltage of the photoreceptor into a digital signal.
前記光ファイバへ光を出力するための発光体の発光強度の設定を受け付けるステップと、
受け付けた設定値に従って前記発光体を駆動するステップとを含む、生体動作計測方法。 A biological motion measuring method in a biological motion measuring device that measures the movement of a living body based on a change caused by pressure applied to the optical fiber of light transmitted through an optical fiber,
Receiving a setting of the light emission intensity of the light emitter for outputting light to the optical fiber;
And a step of driving the light emitter according to the received set value.
前記光ファイバから受けた光の強度に応じた電流または電圧を出力するステップと、
出力した電流または電圧に基づく受光信号の周波数成分のうち、所定の周波数以下の成分を減衰させるとともに、前記受光信号を増幅するステップと、
前記所定の周波数以下の成分の減衰、および増幅を行った前記受光信号をデジタル信号に変換するステップとを含む、生体動作計測方法。 A biological motion measuring method in a biological motion measuring device that measures the movement of a living body based on a change caused by pressure applied to the optical fiber of light transmitted through an optical fiber,
Outputting a current or voltage according to the intensity of light received from the optical fiber;
Among the frequency components of the received light signal based on the output current or voltage, attenuating a component below a predetermined frequency and amplifying the received light signal;
And a step of attenuating the component below the predetermined frequency and converting the received light signal subjected to amplification into a digital signal.
複数の前記センシング部に加わる圧力の変化を示すデジタル信号をそれぞれ生成するステップと、
生成した各前記デジタル信号を用いて独立成分分析を行なうことにより、前記デジタル信号から生体の呼吸成分および心拍成分を抽出するステップとを含む、生体動作計測方法。 A biological motion measuring method in a biological motion measuring device for measuring a movement of a living body based on a change in pressure applied to a sensing unit to be brought into contact with the living body,
Generating digital signals each indicating a change in pressure applied to the plurality of sensing units;
Extracting the respiratory component and the heartbeat component of the living body from the digital signal by performing independent component analysis using each of the generated digital signals.
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