JP2013211779A - Safety supervision device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は安否監視装置に関し、特に総合的な身体状態を監視する安否監視装置に関する。 The present invention relates to a safety monitoring device, and more particularly to a safety monitoring device that monitors a comprehensive physical condition.
近年、社会構造が複雑化し、一人住まいの高齢者など単独で生活を営む人が増えている。単独で生活を営む人は、直近でその人の状態を把握できる人がいないため、身体状態等の安否監視が遅れる可能性がある。このため、センサを用いて身体状態を確認する安否監視装置の重要性が増加している。 In recent years, the social structure has become complicated, and an increasing number of people living alone, such as elderly people living alone. A person who lives alone may not be able to grasp the person's state most recently, and thus there is a possibility that safety monitoring such as physical condition may be delayed. For this reason, the importance of the safety monitoring apparatus which checks a physical state using a sensor is increasing.
そこで、部屋内における人体の移動を赤外線センサによって検出し、検出された情報を通信機を介して情報出力端末に出力することで、安否を確認することを可能とするシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a system is known that can confirm the safety by detecting the movement of a human body in a room by an infrared sensor and outputting the detected information to an information output terminal via a communication device ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、赤外線を利用して検出することができるのは、主に人体の移動であって、例えば、何の問題もなく移動せずに静かに音楽を聴いているような状態と、身体状態に異常を生じ動けない状態との区別をつけることが困難であるという不具合があった。 However, it is mainly the movement of the human body that can be detected using infrared rays.For example, the state of listening to music without moving without any problems, and the physical state There was a problem that it was difficult to distinguish from a state in which an abnormality occurred and it could not move.
また、1台の親機からマイクロ波を出力し、複数の子機からの反射を当該親機で検出することによるドップラセンサが知られている(例えば、特許文献2参照)。前記のドップラセンサでは、子機毎に反射波の振幅が異なるように設定し、親機で受信した反射波によって生成されるIF信号の周波数を子機毎に異なるように設定して、子機毎の信号レベルの変化を個別に監視できるようにしている。 In addition, a Doppler sensor is known in which microwaves are output from one master unit and reflections from a plurality of slave units are detected by the master unit (see, for example, Patent Document 2). In the Doppler sensor, the amplitude of the reflected wave is set to be different for each slave unit, and the frequency of the IF signal generated by the reflected wave received by the master unit is set to be different for each slave unit. Each signal level change can be monitored individually.
さらに、無線LANシステムに接続された電子レンジによる干渉電波が生じないようにする無線LANシステムが知られている(例えば、特許文献3参照)。上記のシステムでは、電子レンジの調理に応じて異なる電波干渉モデルパターンを利用し、干渉電波ノイズを除去して、干渉電波が生じないようにしている。 Furthermore, a wireless LAN system that prevents interference radio waves from being generated by a microwave oven connected to the wireless LAN system is known (see, for example, Patent Document 3). In the above-described system, different radio wave interference model patterns are used according to cooking of the microwave oven to remove the interference radio wave noise so that no interference radio wave is generated.
電波法による規制が緩和され、2.4GHz近辺の電波周波数帯は、無線の免許がなくても利用できるように開放されている。IEEE802.11b/gに準拠する無線LANは、上記の2.4GHz近辺の電波周波数帯を利用しており、広く一般に認知され、大量に関連製品が製造されていることから、低コストでIEEE802.11b/gに準拠する無線LANシステムの導入を図ることが可能である。 Regulations by the Radio Law are relaxed, and the radio frequency band around 2.4 GHz is open so that it can be used without a radio license. A wireless LAN compliant with IEEE802.11b / g uses the above-described radio frequency band around 2.4 GHz, and is widely recognized and a large number of related products are manufactured. It is possible to introduce a wireless LAN system compliant with 11b / g.
マイクロ波とは、大よそ3〜30GHz帯の電磁波を指すが、同様な理由によって、2.4GHz近辺の電波周波数帯を利用したマイクロ波ドップラセンサを容易に導入することが可能である。しかしながら、類似する電波周波数帯を利用する無線LANとマイクロ波ドップラセンサを利用した安否監視装置は提案されていなかった。 A microwave refers to an electromagnetic wave in a band of approximately 3 to 30 GHz. For the same reason, a microwave Doppler sensor using a radio frequency band in the vicinity of 2.4 GHz can be easily introduced. However, a safety monitoring device using a wireless LAN using a similar radio frequency band and a microwave Doppler sensor has not been proposed.
そこで、本発明は、類似する電波周波数帯を利用する無線LANとマイクロ波ドップラセンサを利用した場合に、電波干渉が生じないように構成された安否監視装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a safety monitoring device configured to prevent radio wave interference when a wireless LAN using a similar radio frequency band and a microwave Doppler sensor are used.
本発明に係る安否監視装置は、マイクロ波ドップラセンサと、マイクロ波ドップラセンサで使用するマイクロ波の周波数を切替える周波数切替部と、マイクロ波を被検者に照射し反射波を受信することによって被検者の安否情報を取得する安否情報取得部と、アクセスポイントとの間で無線通信を行い安否情報を送信する無線送信部と、無線送信部がアクセスポイントとの無線通信を行うための周波数チャネルを検出する検出部を有し、周波数切替部は検出部が検出した周波数チャネルに基づいて無線送信部による無線通信との干渉が生じないように前記マイクロ波の周波数を切替えることを特徴とする。 A safety monitoring apparatus according to the present invention includes a microwave Doppler sensor, a frequency switching unit that switches a frequency of a microwave used in the microwave Doppler sensor, and a reflected wave received by irradiating the subject with the microwave. A safety information acquisition unit that acquires the safety information of the examiner, a wireless transmission unit that performs wireless communication with the access point and transmits the safety information, and a frequency channel for the wireless transmission unit to perform wireless communication with the access point The frequency switching unit switches the frequency of the microwave based on the frequency channel detected by the detection unit so as not to cause interference with radio communication by the radio transmission unit.
さらに、本発明に係る安否監視装置では、ノイズを除去するためのノイズフィルタを更に有し、検出部は無線送信部がアクセスポイントとの無線通信を行う際の転送レートを更に検出し、ノイズフィルタによるノイズ除去帯域が転送レートに基づいて設定されることが好ましい。 Furthermore, the safety monitoring device according to the present invention further includes a noise filter for removing noise, and the detection unit further detects a transfer rate when the wireless transmission unit performs wireless communication with the access point, and the noise filter It is preferable that the noise removal band by is set based on the transfer rate.
さらに、本発明に係る安否監視装置では、検出部は、アクセスポイントから出力されるビーコンを受信して、周波数チャネルを検出することが好ましい。 Furthermore, in the safety monitoring apparatus according to the present invention, it is preferable that the detection unit receives a beacon output from an access point and detects a frequency channel.
さらに、本発明に係る安否監視装置では、安否情報は、被検者の体動数又は呼吸数、又はマイクロ波ドップラセンサからのマイクロ波ドップラシフト信号であることが好ましい。 Furthermore, in the safety monitoring apparatus according to the present invention, the safety information is preferably a body motion number or respiratory rate of a subject, or a microwave Doppler shift signal from a microwave Doppler sensor.
本発明に係る安否監視装置では、類似する電波周波数帯を利用する無線LANとマイクロ波ドップラセンサを利用した場合にも、電波干渉が生じないように動作させることが可能となった。これによって、無線LANにおける無線通信が不能な状態に陥ることもなく、マイクロ波ドップラセンサのセンサ出力にノイズが重畳して検知が不能な状態に陥ることもなくなった。 The safety monitoring apparatus according to the present invention can be operated so as not to cause radio wave interference even when a wireless LAN using a similar radio frequency band and a microwave Doppler sensor are used. As a result, wireless communication in the wireless LAN is not disabled, and noise is not superimposed on the sensor output of the microwave Doppler sensor so that detection is not possible.
以下図面を参照して、安否監視装置について説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。 The safety monitoring device will be described below with reference to the drawings. However, it should be understood that the invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.
図1は、本発明に係る安否監視装置20を含む安否監視システム1の概略構成ブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a
安否監視システム1は、安否監視装置20、無線受信部70、LAN、インターネット等のネットワーク80、安否サーバ90、報知端末110、及び通信端末120等を含んで構成されている。
The
安否監視装置20は、被検者10に対してマイクロ波Mを照射し且つ反射波を受信するマイクロ波ドップラセンサ30、マイクロ波ドップラセンサ30からの信号を処理する信号処理部40、信号処理部40からの出力に基づいて体動数検知及び呼吸数検知を行う検出部50、検出部50が検出した体動数及び呼吸数に関するデータを送信するための無線送信部60、検出部50が検出した体動数及び呼吸数を記憶する第1記憶部21、計時部22、及び、バッテリ(不図示)等を含んで構成されている。
The
また、安否監視装置20は、例えば、天井付近に取り付けられるボックス形状の小型部品として構成されており、内蔵するバッテリで動作し、後述するように無線LANを利用して通信を行えることから結線を行う必要がなく、設置が容易である。
The
計時部22は、水晶振動子を利用して生成された所定の周波数のクロック信号を分周して、信号処理部40へ出力するための第1計時信号T1(10m秒周期のパルス信号)、検出部50へ出力するための第2計時信号T2(30秒周期のパルス信号)及び無線送信部60へ出力するための第3計時信号T3(3分周期のパルス信号)を生成する。なお、第1計時信号T1、第2計時信号T2及び第3計時信号T3の値は一例であって、他の値を用いることも可能である。
The
マイクロ波ドップラセンサ30は、マイクロ波Mを被検者10へ向けて発信するマイクロ波発信器31、被検者10からの反射波を受信するマイクロ波受信器32、発信したマイクロ波及び受信したマイクロ波に基づいてマイクロ波ドップラシフト信号Maを出力するマイクロ波復調器33、及び使用周波数切替部34を含んで構成されている。
The
マイクロ波受信器32は、バックプレーンによって、±60°のコーン角の検知指向性を有している。使用周波数切替部34は、無線情報取得部61からの周波数CN情報に基づいて、マイクロ波発信器31から発信するマイクロ波の周波数を2.403GHz(第1周波数)と2.475GHz(第2周波数)との間で切替えるように制御している。マイクロ波受信器32は上記の2つに対応した2つの発信子を内蔵しており、使用周波数切替部34は、利用する発信子を選択することによって、周波数を切替えている。
The
信号処理部40は、帯域制限回路41、A/D変換回路42、及びデジタルフィルタ43を含んで構成されている。
The
帯域制限回路41は、マイクロ波復調器33から出力されるマイクロ波ドップラシフト信号Maの内の不必要な周波数帯域の成分を除去するためのバンドパスフィルタを含んで構成され、マイクロ波帯域制限信号Msを出力する。A/D変換回路42は、計時部22からの第1計時信号T1(10m秒周期のパルス信号)を利用してサンプリングを行い、マイクロ波帯域制限信号Msをデジタル信号であるマイクロ波デジタルデータMdに変換して出力する。
The
デジタルフィルタ43は、転送レートの情報を無線情報取得部61から取得し、その周波数を中心とする所定周波数帯域の信号を除去するように機能する。無線送信部60が無線送信を行う際の転送レートに相当する周波数にノイズが乗ることが多いので、デジタルフィルタ43は、そのようなノイズをマイクロ波デジタルデータMdから除去するように機能する。なお、デジタルフィルタ43は転送レートに起因するノイズが小さい場合には、必ずしも必要ではない。
The
検出部50は、マイクロ波デジタルデータMdに基づいて体動数を検出するための体動数検出部51、及びマイクロ波デジタルデータMdに基づいて呼吸数を検出するための呼吸数検出部52を有している。
The
体動数検出部51は、マイクロ波デジタルデータMdを時間微分してマイクロ波時間変化率データDdを生成する時間微分回路511、マイクロ波時間変化率データDdと所定の閾値と比較して有効体動信号Cdを出力する閾値比較回路512、有効体動信号Cd及び計時部22からの第2計時信号T2(30秒周期のパルス信号)を利用して被検者10が単位時間(30秒)当たりに体を動かした数に対応する体動数Tdを計数して出力する体動計数回路513を含んで構成されている。詳しい体動数Tdの検出方法については後述する。
The body motion
呼吸数検出部52は、マイクロ波デジタルデータMdに対してFFT処理を行い周波数分布データFsを出力するFFT回路521、周波数分布データFsから基本波データRfを検出する基本波検出回路522、検出された基本波データRfから1分間当たりの呼吸数Rrを検出する呼吸計数回路523を含んで構成されている。詳しい呼吸数Rrの検出方法については後述する。
The respiration
無線送信部60は、第1記憶部21に記憶された体動数Td及び呼吸数Rrを、無線受信部70へ無線信号データとして送信する。また、無線送信部60は、無線情報取得部61を有している。無線情報取得部61は、送受信に使用する周波数CH及び転送レートの情報を取得し、取得した周波数CH及び転送レートの情報を、マイクロ波ドップラセンサ30及び信号処理部40へ転送する。
The
無線送信部60及び無線受信部70は、IEEE802.11b/gに準拠した、2.4GHz近辺の電波周波数帯を利用する無線LANシステムを構成している。無線受信部70は、ネットワーク80へのネットワークインタフェース71等を含み、無線送信部60に対する無線中継器に相当するアクセスポイントとして機能する。無線受信部70は、無線送信部60から受信した体動数Td及び呼吸数Rrに関するデータを、ネットワークインタフェース71を利用してネットワーク80を介し、安否サーバ90へ送信する。
The
安否サーバ90は、ネットワーク80を介して体動数Td及び呼吸数Rrに関するデータを受信するデータ送受信部91、体動数Td及び呼吸数Rrに関するデータに基づいて安否判定を行う安否判定部92、及び安否判定の結果を報知する報知部100等を含んで構成されている。なお、安否監視システム1では、1つの安否サーバ90に対して、複数の安否監視装置20が通信を行うようにしても良い。
The
安否判定部92は、安否監視装置20から受信した体動数Td及び呼吸数Rrに関するデータに基づいて、安否パターンAsを作成して出力する。安否パターンAsについては後述する。
The
報知部100は、安否判定部92が出力する安否パターンAsを記憶する第2記憶部101、第2記憶部101に記憶された安否パターンAsに基づいて通報を行うか否かの判断を行う通報判断部102、及び通報判断部102が通報を行うと判断した場合に報知端末110に対して通報を行う通信部103等を含んで構成されている。
The alerting | reporting
報知端末110は、安否サーバ90と無線又は有線によって接続されている情報端末であり、報知部100による通報の内容を表示部に表示又はスピーカから出力する。通信端末120は、安否サーバ90とネットワーク80を介して接続されている情報端末であって、携帯電話、PC等が相当する。安否監視システム1では、報知端末110及び通信端末120を、必ずしも両方有する必要はない。また、安否監視システム1では、1つの安否サーバ90は、複数の報知端末110及び/又は複数の通信端末120に対して、通報動作を行うようにすることができる。
The
図2は、安否監視システム1における全体処理フローの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the entire processing flow in the
図2に示す処理フローは、不図示のスイッチによって安否監視装置20が起動された後の処理フローを示すものである。最初に、マイクロ波ドップラセンサ30からのマイクロ波Mの照射が停止される(S10)。
The processing flow shown in FIG. 2 shows the processing flow after the
次に、無線送信部60は、予め定められたSSIDを有する無線受信部70(アクセスポイント)をサーチする(S11)。SSIDは、無線受信部70から出力されているビーコンから取得することができる。なお、安否監視装置20側では、ビーコン情報を受け取るまで、無線受信部70(アクセスポイント)側で使用する周波数CHは不明である。
Next, the
次に、無線情報取得部61は、予め定められたSSIDを有する無線受信部70から出力されるビーコンから送受信に使用する周波数CH情報及び転送レート情報を取得する(S12)。また、無線情報取得部61は、取得した周波数CH情報及び転送レート情報で無線通信が行われるように無線送信部60の設定を行う。さらに、無線情報取得部61は、取得した周波数CH情報及び転送レート情報を、マイクロ波ドップラセンサ30及び信号処理部40へ転送する。
Next, the wireless
次に、使用周波数切替部34は、無線情報取得部61から転送された周波数CH情報に基づいて、無線送信部60が使用する無線LAN用の電波と干渉が生じない様に、使用するマイクロ波Mの周波数を選択する(S13)。使用するマイクロ波Mの周波数の選択については後述する。
Next, based on the frequency CH information transferred from the wireless
次に、デジタルフィルタ43は、無線情報取得部61から転送された転送レートに基づいて、ノイズ除去のための周波数帯域を設定する(S14)。信号処理部40は、設定されたデジタルフィルタにより、マイクロ波デジタルデータMdからノイズを除去するように設定される。
Next, the
次に、マイクロ波ドップラセンサ30は、選択された周波数によるマイクロ波Mの照射を開始し(S15)、照射したマイクロ波M及び受信した反射波を利用してマイクロ波ドップラシフト信号Maを生成し、信号処理部40へ出力する。
Next, the
次に、体動検知部51は、信号処理部40から出力されたマイクロ波デジタルデータMdに基づいて体動数Tdを検出し(S16)、呼吸数検知部52は、信号処理部40から出力されたマイクロ波デジタルデータMdに基づいて呼吸数Rrを検出する(S17)。なお、体動数Tdと呼吸数Rrの検出順序は、逆でも良いし、並行して求めるようにしても良い。体動数検出部51による体動数Tdの検出は図6を用いて後述する。また、呼吸数検出部52による呼吸数Rrの検出は図7を用いて後述する。
Next, the body
次に、体動数検出部51が検出した体動数Td及び呼吸数検出部52が検出した呼吸数Rrを第1記憶部21に記憶する(S18)。
Next, the body motion number Td detected by the body motion
次に、無線送信部60は、一定間隔毎(3分毎)に、第1記憶部21に記憶された一定間隔毎の体動数Td及び呼吸数Rrをまとめて、無線受信部70へ無線信号データとして送信して(S19)、安否監視装置20一連の動作が終了する。後述する様に、体動数Tdは30秒毎に検出され、呼吸数Rrは1分毎に検出される。しかしながら、無線送信部60では、計時部22からの第3計時信号T3(3分周期のパルス信号)を利用して、第1記憶部21に記憶された一定間隔毎(3分毎)の体動数Td及び呼吸数Rrをまとめて、一度に安否サーバ40へ送信するように制御している。
Next, the
また、安否監視装置20では、S10〜S19が繰り返し実行され、一定間隔毎(3分毎)に、一定間隔分の体動数Td及び呼吸数Rrが安否サーバ40へ送信されるように制御されている。即ち、安否監視装置20と無線受信部70との間で利用する電波の周波数チャンネルについても適宜確認され、必要であれば干渉が生じないように再設定される。これは、無線受信部70(アクセスポイント)側で、周囲の状況に応じて、使用する周波数チャンネルを変更する場合があるからである。
In the
次に、安否サーバ90は、ネットワーク80を介して、安否監視装置20から体動数Td及び呼吸数Rrを受信する(S20)。
Next, the
次に、安否判定部92は、受信した体動数Td及び呼吸数Rrに基づいて安否パターンデータAsを作成して出力する(S21)。
Next, the
次に、通報判定部102は、安否パターンデータAsに基づいて通報が必要か否かの判断を行う(S22)。通報が必要と判断された場合には、通信部103によって報知端末110へ通報が行われ(S23)、安否サーバ90における一連の処理が終了する。なお、通報判断部102が通報を行うと判断した場合には、データ送受信部91が、ネットワーク80を介して通信端末120に対して電子メール等を利用して通報を行うようにしても良い。安否サーバ90では、安否監視装置20から体動数Td及び呼吸数Rrを受信したタイミングで、S20〜S23を繰り返し実行する。
Next, the
図3は、集合住宅における電波干渉について説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining radio wave interference in an apartment house.
図3の例では、集合住宅2の住居1に図1に示す安否監視装置20及び無線受信部70が設置され、住居4に図1に示す安否監視装置20と同様な他の安否監視装置20´及び他の無線受信部70´が設置されているものとする。
In the example of FIG. 3, the
無線受信部70へは、安否監視装置20からのマイクロ波M及び安否監視装置20の無線送信部60との間の無線LANで用いられる電波Oが到達する可能性があり、マイクロ波Mと無線LANによる電波Oが同じ周波数帯にある場合には、電波干渉が生じる可能性がある。
There is a possibility that the radio wave O used in the wireless LAN between the microwave M from the
マイクロ波ドップラセンサ30で利用するマイクロ波M及び無線送信部60で利用する電波Oは、共に、空中線電力が10mW/MHz程度の出力を有している。即ち、見通しが良い状況で10m程度の通信距離が得られる出力である。安否監視装置20では、マイクロ波ドップラセンサ30及び無線送信部60が数10cm程度に近接することから、電波干渉が生じる可能性が高い。
Both the microwave M used by the
また、他の無線LANシステムを構成する他の安否監視装置20´と無線受信部70´で用いられる電波O´が、無線受信部70で到達する可能性があり、電波Oと電波O´間での電波干渉が生じる可能性もある。
In addition, there is a possibility that the radio wave O ′ used in the other
図4は、2.4GHz帯におけるチャンネル分布等を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing channel distribution and the like in the 2.4 GHz band.
2.4GHz帯において、IEEE802.11b/gに準拠した無線LANで使用可能なCHは、CH1〜CH13の13のチャンネルであり、各CHの中心周波数は5MHz間隔で設定されている。例えば、CH1の中心周波数は2.412GHzであり、CH13の中心周波数は2.472GHzである。また、1つのチャンネルで利用する周波数帯域は22MHzである。したがって、3つの異なるチャンネルで電波干渉を生じさせずに利用することができる。例えば、図4に示すように、CH1、CH6及びCH11の3つを干渉なしで同時に通信に利用することができる。 In the 2.4 GHz band, CHs that can be used in a wireless LAN compliant with IEEE802.11b / g are 13 channels, CH1 to CH13, and the center frequency of each CH is set at intervals of 5 MHz. For example, the center frequency of CH1 is 2.412 GHz, and the center frequency of CH13 is 2.472 GHz. The frequency band used for one channel is 22 MHz. Therefore, it can be used without causing radio wave interference in three different channels. For example, as shown in FIG. 4, three of CH1, CH6, and CH11 can be used for communication at the same time without interference.
そこで、図3の住居1の無線受信部70における、電波Oと電波O´間の干渉は、それぞれが利用する周波数チャンネルを変更することによって防止することができる。例えば、安否監視装置20と無線受信部70との間で利用する電波OはCH1の周波数を利用し、安否監視装置20´と無線受信部70´との間で利用する電波O´はCH11の周波数を利用する。
Therefore, interference between the radio wave O and the radio wave O ′ in the
上述した理由に基づいて、電波干渉を防止するために、安否監視装置20と無線受信部70との間で利用する電波Oの周波数チャンネルがCH1〜CH13の間で変更される可能性がある。そこで、電波Oとマイクロ波Mが干渉しない様に、マイクロ波発信器31から発信するマイクロ波の周波数を2.403GHz(第1周波数)と2.475GHz(第2周波数)との間で切替え可能としている。具体的には、安否監視装置20と無線受信部70との間で利用する電波Oの周波数チャネルがCH7〜CH13の場合には、2.403GHz(第1周波数)を利用し、周波数チャネルがCH1〜CH6の場合には、2.475GHz(第2周波数)を利用する。マイクロ波Mの使用周波数は、前述したように、使用周波数切替部34が、無線情報取得部61からの周波数CN情報に基づいて選択する(図2のS13参照)。
Based on the above-described reason, the frequency channel of the radio wave O used between the
図5は、マイクロ波ドップラシフト信号Maの一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the microwave Doppler shift signal Ma.
マイクロ波Mは、壁や天井などは容易に通過するが、被検者10では反射する。また、被検者10で反射したマイクロ波Mには、被検者の体動と呼吸に伴う筋肉(呼吸筋)の動きに対応したドップラシフトが生じているので、マイクロ波ドップラシフト信号Maを用いて、被検者10の体動数と呼吸数を検出することができる。呼吸筋とは、呼吸を行うときに胸郭の拡大、縮小を行う筋肉の総称であり、例えば、横隔膜、内肋間筋、外肋間筋、胸鎖乳突筋、前斜角筋、中斜角筋、後斜角筋、腹直筋、内腹斜筋、外腹斜筋、腹横筋等が含まれる。 The microwave M easily passes through walls and ceilings, but is reflected by the subject 10. Further, since the Doppler shift corresponding to the body movement of the subject 10 and the movement of the muscle (breathing muscle) accompanying the breathing occurs in the microwave M reflected by the subject 10, the microwave Doppler shift signal Ma is obtained. It is possible to detect the number of body movements and the respiration rate of the subject 10. Respiratory muscle is a general term for muscles that expand and contract the rib cage when breathing. The posterior oblique muscle, rectus abdominis muscle, internal abdominal oblique muscle, external abdominal oblique muscle, lateral abdominal muscle and the like are included.
図5(a)はマイクロ波ドップラセンサ30と被検者10との距離が2mの場合(近距離)、図5(b)はマイクロ波ドップラセンサ30と被検者10との距離が5mの場合(遠距離)を示している。図5(a)に比べて図5(b)における振幅強度が低くなっているが、波形の変化の傾向には違いはない。
5A shows a case where the distance between the
図5に示す区間A〜Eは、被検者10の呼吸の状態を示すものである。区間Aは、被検者10が安静呼吸をしている状態を示している。したがって、区間Aでは、低周期のマイクロ波ドップラシフト信号Maが観測されている。区間Bは、被検者10が早い呼吸をしている状態を示している。したがって、区間Bでは、区間Aの信号に対して早い周期のマイクロ波ドップラシフト信号Maが観測されている。区間Cは、被検者10が呼吸を止めている状態を示している。したがって、区間Cでは、平坦なマイクロ波ドップラシフト信号Maが観測されている。区間Dは、被検者10が呼吸を止めていた状態から再び呼吸を開始した後に安静呼吸に戻る状態を示している。したがって、区間Dでは、区間Aと同様に、低周期のマイクロ波ドップラシフト信号Maが観測されている。区間Eは、呼吸中に体動が加わった状態を示している。したがって、区間Eでは、低周期成分にランダム成分が加わったマイクロ波ドップラシフト信号Maが観測されている。 Sections A to E shown in FIG. 5 show the breathing state of the subject 10. A section A shows a state in which the subject 10 is resting. Therefore, in the section A, the low-frequency microwave Doppler shift signal Ma is observed. Section B shows a state where the subject 10 is breathing quickly. Therefore, in the section B, the microwave Doppler shift signal Ma having an earlier period than the signal in the section A is observed. Section C shows a state where the subject 10 stops breathing. Accordingly, a flat microwave Doppler shift signal Ma is observed in section C. Section D shows a state in which the subject 10 returns to rest breathing after starting breathing again from a state where breathing has stopped. Therefore, in the section D, similarly to the section A, the low-frequency microwave Doppler shift signal Ma is observed. Section E shows a state in which body movement is applied during breathing. Therefore, in the section E, a microwave Doppler shift signal Ma in which a random component is added to a low-period component is observed.
図5に示す例では、安静呼吸をしている状態から呼吸が早くなり、一旦呼吸が停止したが、その後呼吸が再開され、体を動かした場合を模式的に示すものである。このように、マイクロ波ドップラシフト信号Maを用いて、体動数及び呼吸数を検出して、被検者10の安否監視を行うことができる。 In the example shown in FIG. 5, the breathing is accelerated from the state of resting breathing, and the breathing is temporarily stopped. After that, the breathing is resumed and the body is moved. Thus, the safety of the subject 10 can be monitored by detecting the body motion number and the respiratory rate using the microwave Doppler shift signal Ma.
図6は、体動数検出部51の動作を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the body motion
図6(a)は、時間微分回路511へ入力されるマイクロ波デジタルデータMdの一例と、閾値比較回路512へ入力されるマイクロ波時間変化率データDdの一例とを示している。また、図6(b)は、閾値比較回路512から出力される有効体動信号Cdの一例を示している。
FIG. 6A shows an example of the microwave digital data Md input to the
図6(a)に示す様に、時間微分回路511において、マイクロ波デジタルデータMdをサンプリング間隔10msecで微分すると、信号の変化率が現れる。したがって、マイクロ波デジタルデータMdを時間で微分したマイクロ波時間変化率データDdは、0(ゼロ)を中心にして、ある振幅範囲を増減するような波形となる。
As shown in FIG. 6A, when the time
閾値比較回路512では、図6(a)に示すような「+閾値」及び「−閾値」を設定し、マイクロ波時間変化率データDdが「+閾値」及び「−閾値」の何れかを越えた場合に、有効体動信号Cdが出力されるように設定されている。「+閾値」及び「−閾値」の値は、実験結果等によって予め定めらており、閾値以上の変化率が生じるほどの移動が生じていれば、体動があったと判断している。
In the
次に、体動計数回路513は、図6(b)に示すような有効体動信号Cdと、計時部22からの第2計時信号T2(30秒周期のパルス信号)に基づいて、単位時間毎(30秒毎)の体動数を計数し、体動数Tdとして出力する(図2のS16参照)。
Next, the body
図7は、呼吸数検出部52の動作を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the respiration
図7(a)は、被検者10に体動がない場合における、マイクロ波デジタルデータMd1と、マイクロ波デジタルデータMd1をFFT回路512で処理した周波数分布データFsを示している。また、図7(b)は、被検者10に体動がある場合における、マイクロ波デジタルデータMd2と、マイクロ波デジタルデータMd2をFFT回路512で処理した周波数分布データFs2を示している。さらに、図7(c)は、基本波検出回路522から出力される基本波データRfの一例を示す図である。
FIG. 7A shows the microwave digital data Md1 and the frequency distribution data Fs obtained by processing the microwave digital data Md1 by the
呼吸波形は単純な正弦波ではなく、個人固有の高調波を含み、さらに体動が含まれると波形毎の検出がより困難になる。そこで、呼吸数検出部52では、実波形を一定期間毎にまとめてFTT処理を行い、周波数毎のフーリエスペクトルに分解して呼吸数を検出する方式を採用している。
The respiratory waveform is not a simple sine wave, but includes individual harmonics, and if body motion is included, detection of each waveform becomes more difficult. Therefore, the respiration
基本波検出回路522は、周波数分布データFsのうち、呼吸に係る所定の範囲の周波数分布を選択し、その中から最も強度(ピーク)の高い周波数Pを含む周波数分布を基本波データRfとする。図7(a)では、周波数分布データFs1において区間Rとして示す周波数分布を基本波データRfとする。この区間を定める2つの周波数R1は0.2Hzであり、R2は0.5Hzである。なお、R1及びR2は、上記の値に限定されるわけではなく、適宜良好な値を用いることができる。なお、図7(a)の場合では、後述する区間Tにおける周波数成分が存在しないので、周波数分布データFs1を、そのまま、基本波データRfとして、呼吸計数回路523へ出力することとなる。
The fundamental
生体反応は正規分布性を持つので、区間Rのうち周波数R1側から順次成分を読み出して行き、最もピークの高い周波数Pを選択できれば、それが呼吸の基本波であると高い確率で予測できる。したがって、単発で最もピークの高い周波数を周波数Pとはせずに、2回連続で上昇傾向にあり且つノイズと区別するために所定の閾値以上であるという条件を満たすものを、周波数Pとすれば、より高い精度で基本波データRfを選択することができる。 Since the biological reaction has normal distribution, if the component P is sequentially read out from the frequency R1 side in the section R and the frequency P having the highest peak can be selected, it can be predicted with high probability that it is the fundamental wave of respiration. Therefore, the frequency having the highest peak in a single shot is not regarded as the frequency P, and the frequency P that satisfies the condition that it is in an upward trend twice consecutively and is equal to or higher than a predetermined threshold to be distinguished from noise. Thus, the fundamental wave data Rf can be selected with higher accuracy.
また、基本波検出回路522では、図7(b)に示す様に、算出された周波数分布データFs2のうち、区間Tにおける周波数分布を除去したデータ(図7(c)に示すデータ)を基本波データRfとして呼吸計数回路523へ出力する。図7(b)に示す区間Tが除去されるのは、その区間の周波数成分が、体動に係わる成分であるからである。区間Tを定めるR3は0.5Hz、R4は5.0Hzである。R3及びR4は、実験結果より導きだされたものであるが、上記の値に限定されるものではなく、適宜良好な値を用いることができる。
Further, in the fundamental
通常、体動に関する周波数分布は、呼吸に関する周波数分布より大きい。したがって、R3はR2より大きいことが必要である。また、体動には明確な周期性がないので、FFT処理した周波数分布データFsには、体動は明確な周波数成分として現れない。そこで、基本波検出回路522では、区間Tとして体動の周波数範囲を規定することで、体動成分を呼吸成分から除去している。
Usually, the frequency distribution related to body movement is larger than the frequency distribution related to respiration. Therefore, R3 needs to be larger than R2. Further, since there is no clear periodicity in the body motion, the body motion does not appear as a clear frequency component in the frequency distribution data Fs subjected to the FFT processing. Therefore, in the fundamental
呼吸計数回路523は、基本波検出回路522が検出した基本波データRfのピーク周波数Pを60倍とすることで、単位時間(1分間)当たりの呼吸数Rrを算出する(図2のS17参照)。例えば、ピーク周波数Pが1Hzであれば、1分間当たりの呼吸数Rrは60回となる。
The
図8は、安否判定部92で生成する安否パターンAs等を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the safety pattern As and the like generated by the
図8(a)は安否判定部92で生成する安否パターンAsの一例を示す図である。図8(b)は図8(b)に示す安否パターンAsに基づいて報知部100が通報を行う目安を示した図である。
FIG. 8A is a diagram illustrating an example of the safety pattern As generated by the
安否パターンAsを判定するに当たり、体動数Tdの判断基準の一例を以下に示す。
体動数Td<=10の場合: 「体動無し」
500=>体動数Td>10の場合: 「体動あり」
体動数Td>500の場合: 「体動異常」
In determining the safety pattern As, an example of criteria for determining the number of body movements Td is shown below.
When the number of body movements Td <= 10: “No body movement”
500 => Number of body movements Td> 10: “There is body movement”
When the number of body movements Td> 500: “Body movement abnormality”
同様に、呼吸数Rrの判断基準の一例を以下に示す。
30=>呼吸数Rr>0: 「呼吸あり」
呼吸数Rr>30: 「呼吸異常」
呼吸数=0: 「呼吸未検出」
Similarly, an example of criteria for determining the respiratory rate Rr is shown below.
30 => respiration rate Rr> 0: “With respiration”
Respiration rate Rr> 30: “Respiratory abnormality”
Respiration rate = 0: “No breath detected”
以下に安否パターンAsに含まれる安否パターン「A」〜「E」を示す。上記の体動数Tdの判断基準、呼吸数Rrの判断基準、及び安否パターン「A」〜「E」の該当基準は、回数や所定時間の設定を含めて、全て一例であって、それらに限定されるものではない。 The safety patterns “A” to “E” included in the safety pattern As are shown below. The criteria for determining the number of body movements Td, the criteria for determining the respiratory rate Rr, and the corresponding criteria for the safety patterns “A” to “E” are all examples, including the number of times and the setting of the predetermined time. It is not limited.
安否パターン「A」:日中(AM6〜PM9)で、「体動異常」が10分以上連続した場合に該当。なお、就寝時間帯(PM10〜AM6)では、「体動異常」が5分以上連続した場合に該当するものとする。安否パターン「A」は、高齢者など、通常、室内で一定時間激しい運動をし続けることが異常であると判断するパターンである。 Safety pattern “A”: Applicable when “abnormal body movement” continues for 10 minutes or more in the daytime (AM6 to PM9). In the bedtime period (PM10 to AM6), it is assumed that “abnormal body movement” continues for 5 minutes or more. The safety pattern “A” is a pattern for determining that it is abnormal for an elderly person or the like to continue intense exercise in a room for a certain period of time.
安否パターン「B」:日中(AM6〜PM9)で、「呼吸異常」が10分以上連続した場合に該当。なお、就寝時間帯(PM10〜AM6)では、「呼吸異常」が3分以上連続した場合に該当するものとする。安否パターン「B」は、高齢者など、通常、室内で一定時間早い呼吸をし続けることが異常であると判断するパターンである。 Safety pattern “B”: Applicable when “abnormal breathing” continues for 10 minutes or more in the daytime (AM6 to PM9). In the bedtime period (PM10 to AM6), “abnormal breathing” corresponds to a case in which 3 or more minutes continue. The safety pattern “B” is a pattern for determining that it is abnormal for an elderly person or the like to normally keep breathing early in a room for a certain period of time.
安否パターン「C」:日中(AM6〜PM9)で、「体動あり」が60分以上連続した場合に該当。なお、就寝時間帯(PM10〜AM6)では、「体動あり」が10分以上連続した場合に該当するものとする。安否パターン「C」は、高齢者など、通常、室内で一定時間体を動かし続けることが異常であると判断するパターンである。 Safety pattern “C”: Applicable when “with body movement” continues for 60 minutes or more in the daytime (AM6 to PM9). In the bedtime period (PM10 to AM6), “with body movement” corresponds to a case where 10 minutes or more continue. The safety pattern “C” is a pattern for determining that it is abnormal for an elderly person or the like to keep moving a body for a certain period of time in a room.
安否パターン「D」:日中(AM6〜PM9)で、「体動なし」且つ「呼吸あり」又は「呼吸異常」が5分以上連続した状態から、「体動なし」且つ「呼吸未検出」が5分以上連続した場合に該当。なお、就寝時間帯(PM10〜AM6)では、「体動なし」且つ「呼吸あり」又は「呼吸異常」が3分以上連続した状態から、「体動なし」且つ「呼吸未検出」が3分以上連続した場合に該当。安否パターン「D」は、被検者10が室外に移動した場合と混同することなく、被検者10の異常(突然の呼吸停止)を判断するパターンである。上記の判断は、被検者10が室外へ移動して「呼吸未検出」となる場合には、必ず、一旦「体動あり」又は「体動異常」が検知されるはずとの認識に基づいている。 Safety pattern “D”: “no body movement” and “with breathing” or “breathing abnormality” for 5 minutes or more in the daytime (AM6 to PM9), “no body movement” and “no breathing detected” Applicable when the duration is 5 minutes or more. In the bedtime (PM10 to AM6), “no body movement” and “with breathing” or “abnormal breathing” continue for 3 minutes or more, and “no body movement” and “no breathing detection” take 3 minutes. Applicable when consecutive. The safety pattern “D” is a pattern for determining the abnormality (sudden breathing stop) of the subject 10 without being confused with the case where the subject 10 has moved outside the room. The above judgment is based on the recognition that when the subject 10 moves out of the room and becomes “respiration not detected”, “with body motion” or “body motion abnormality” should be detected. ing.
安否パターン「E」:日中(AM6〜PM9)で、「体動あり」又は「体動異常」の後、2分以内から、60分の間連続して、「体動なし」及び「呼吸未検出」となった場合に該当。なお、就寝時間帯(PM10〜AM6)では、「体動あり」又は「体動異常」の後、2分以内から、20分の間連続して、「体動なし」及び「呼吸未検出」となった場合に該当。安否パターン「E」は、被検者10が室外に移動した後、所定時間以内に室内に戻らない場合に、異常と判断するパターンである。 Safety pattern “E”: During the day (AM6 to PM9), after “with body movement” or “abnormal body movement”, “no body movement” and “breathing” continuously for 60 minutes from within 2 minutes. Applicable when "Not detected". In the bedtime period (PM10 to AM6), after “with body movement” or “body movement abnormality”, “no body movement” and “no breathing detection” continuously for 20 minutes from within 2 minutes. Applicable if The safety pattern “E” is a pattern that is determined to be abnormal when the subject 10 does not return to the room within a predetermined time after moving to the outside of the room.
報知部100の通報判断部102は、図8(a)に示すように、各安否パターン「A」〜「E」に安否ポイントを設定し、図8(b)に示すようなポイントの累計に応じて、安否レベルを設定し、各安否レベル(低〜高)に応じた対応を管理者に取らせるように報知動作を行う。
As shown in FIG. 8A, the
安否レベル「低」の場合、例えば、図9に示すように、報知端末110の画面に所定のメッセージを表示させ、被検者10自身による確認を行うように促す。安否レベル「中」の場合、例えば、管理者が所持している通信端末120へ電子メールを送信し、電話で直接被検者10へ会話確認を行うように促す。安否レベル「高」の場合、管理者が所持している通信端末120へ電子メールを送信し、例えば、直接被検者10を訪問して確認を行うように促す。
When the safety level is “low”, for example, as shown in FIG. 9, a predetermined message is displayed on the screen of the
図9は、報知端末110の一例を示す外観図である。
FIG. 9 is an external view showing an example of the
報知端末110は、表示部111、スピーカ112、操作スイッチ113及び114を有し、安否サーバ90からの通報を受けて、通報内容を報知することができるように構成されている。
The
例えば、図8(b)において、安否サーバ90の通報判断部102が安否レベル「低」であると判断した場合、報知端末110は、通信部103からの通報を受けて、表示部111に、図9に示すような表示を行うように制御することが可能である。
For example, in FIG. 8B, when the
さらに、「異常ありませんか?」の問いに対して、被検者10が所定時間以内に操作スイッチ113又は114を操作しない場合には、安否監視システム1の管理者が有する通信端末120へ、所定の電子メールを送信して、管理者に注意を促すようにすることもできる。
Further, when the subject 10 does not operate the
以上述べた安否監視装置20を含む安否監視システム1では、同じ周波数帯に属する無線LANとマイクロ波を干渉が生じることなしに利用できるため、マイクロ波ドップラセンサ30を含む安否監視装置20の設置場所を選ぶこともなく、安否監視の自由度を増加させることが可能となった。
In the
また、上記の説明では、2.4GHzの通信帯域を利用した例で示したが、通信帯域はこれに限定することなく、他の通信帯域に本発明を適用することも可能である。重要な点は、同じ通信周波数帯域に存在する無線LAN用の電波と、被検者の体動及び/又は呼吸数を検出するためのマイクロ波が干渉しないようにする点である。 In the above description, the example using the 2.4 GHz communication band is shown, but the communication band is not limited to this, and the present invention can be applied to other communication bands. The important point is to prevent radio waves for wireless LAN existing in the same communication frequency band from interfering with microwaves for detecting body movement and / or respiration rate of the subject.
また、上述した安否監視システム1では、安否監視装置20が、安否情報である体動数及び呼吸数を検出して安否サーバ90へ送信し、安否サーバ90側でどのように通報するかを判断するようにしている。しかしながら、安否監視装置20側で、どのように通報するかを判断し、通報を指示する情報のみを安否サーバ90に送信しても良いし、直接報知端末110又は通信端末120へ通報するようにしても良い。さらに、安否監視装置20では、体動数及び呼吸数の検出を行わず、安否情報として、マイクロ波ドップラシフト信号Maのみを、安否サーバ90へ送信し、安否サーバ90側で体動数及び呼吸数を検出した上で、どのように通報するかを判断するようにしても良い。
In the
1 安否監視システム
20 安否監視装置
30 マイクロ波ドップラセンサ
34 使用周波数切替部
40 信号処理部
50 検出部
51 体動数検出部
52 呼吸数検出部
60 無線送信部
61 無線情報取得部
70 無線受信部
80 ネットワーク
90 安否サーバ
110 報知端末
120 通信端末
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記マイクロ波ドップラセンサで使用するマイクロ波の周波数を切替える周波数切替部と、
前記マイクロ波を被検者に照射し、反射波を受信することによって、被検者の安否情報を取得する安否情報取得部と、
アクセスポイントとの間で無線通信を行い、前記安否情報を送信する無線送信部と、
前記無線送信部がアクセスポイントとの無線通信を行うための周波数チャネルを検出する検出部と、を有し、
前記周波数切替部は、前記検出部が検出した前記周波数チャネルに基づいて、前記無線送信部による無線通信との干渉が生じないように前記マイクロ波の周波数を切替える、
ことを特徴とする安否監視装置。 A microwave Doppler sensor,
A frequency switching unit for switching the frequency of the microwave used in the microwave Doppler sensor;
A safety information acquisition unit that acquires safety information of the subject by irradiating the subject with the microwave and receiving a reflected wave;
A wireless transmission unit that performs wireless communication with an access point and transmits the safety information;
A detection unit that detects a frequency channel for the wireless transmission unit to perform wireless communication with an access point; and
The frequency switching unit switches the frequency of the microwave based on the frequency channel detected by the detection unit so that interference with radio communication by the radio transmission unit does not occur.
A safety monitoring device characterized by that.
前記検出部は、前記無線送信部がアクセスポイントとの無線通信を行う際の転送レートを更に検出し、
前記ノイズフィルタによるノイズ除去帯域が前記転送レートに基づいて設定される、請求項2に記載の安否監視装置。 A noise filter for removing noise;
The detection unit further detects a transfer rate when the wireless transmission unit performs wireless communication with an access point,
The safety monitoring device according to claim 2, wherein a noise removal band by the noise filter is set based on the transfer rate.
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