JP2017144035A - センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム - Google Patents

センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2017144035A
JP2017144035A JP2016027971A JP2016027971A JP2017144035A JP 2017144035 A JP2017144035 A JP 2017144035A JP 2016027971 A JP2016027971 A JP 2016027971A JP 2016027971 A JP2016027971 A JP 2016027971A JP 2017144035 A JP2017144035 A JP 2017144035A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
frequency
information processing
radio wave
heart rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016027971A
Other languages
English (en)
Inventor
隆行 山地
Takayuki Yamaji
隆行 山地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2016027971A priority Critical patent/JP2017144035A/ja
Priority to US15/415,421 priority patent/US20170231576A1/en
Priority to EP17153710.3A priority patent/EP3207864A1/en
Priority to CN201710071056.XA priority patent/CN107088060A/zh
Publication of JP2017144035A publication Critical patent/JP2017144035A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • A61B5/721Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts using a separate sensor to detect motion or using motion information derived from signals other than the physiological signal to be measured
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/0205Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02444Details of sensor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/0245Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate by using sensing means generating electric signals, i.e. ECG signals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/0816Measuring devices for examining respiratory frequency
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
    • A61B5/222Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus combined with detection or measurement of physiological parameters, e.g. heart rate
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/725Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs

Abstract

【課題】電波センサの検出信号において、呼吸由来の周波数成分の高調波成分を抑圧して、心拍成分の検出精度を向上する。【解決手段】電波センサ21の検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、フィルタを通過した信号において、被観測者の心拍成分を検出する。【選択図】図7

Description

本明細書に記載する技術は、センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラムに関する。
電波センサを用いて生体の心拍を検出する技術がある。電波センサの検出信号から心拍に応じた信号成分を検出するために、電波センサの検出信号にバンドパスフィルタ(BPF)が適用されることがある。
特開2014−39666号公報 特開平1−115344号公報 特開2011−115459号公報 特開2008−125595号公報
生体の一例である人体は、心拍数が高くなるほど呼吸数も高くなる傾向にある。呼吸数が高くなると、呼吸に伴う人体の例えば胸部の動きも大きくなる傾向にある。
そのため、電波センサの検出信号には、人体の心拍に応じた信号成分とは別に、胸部の動きに応じた信号成分が混入し易い。
胸部の動きに応じた信号成分は、電波センサの検出信号において検出対象である心拍由来の信号成分(「心拍成分」あるいは「心拍信号」と称してもよい。)に対するノイズ成分になる。
当該ノイズ成分は、BPFの適用によって抑圧することが可能ではあるものの、呼吸数が高くなると、電波センサの検出信号において、呼吸由来の周波数成分の高調波成分がBPFの通過帯域に混入することがある。
当該高調波成分も、心拍成分に対するノイズ成分となるから、呼吸数が高くなるほど、心拍成分の検出精度が低下し得る。
1つの側面では、本明細書の記載する技術の目的の1つは、電波センサの検出信号において、少なくとも呼吸由来の周波数成分の高調波成分を抑圧して、心拍成分の検出精度を向上することにある。
1つの側面において、センサ情報処理装置は、受信部と、処理部と、を備えてよい。受信部は、電波センサの検出信号を受信してよい。処理部は、前記検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出してよい。
また、1つの側面において、センサ情報処理装置は、受信部と、処理部と、を備えてよい。受信部は、電波センサの検出信号と、慣性センサの検出信号と、を受信してよい。処理部は、前記電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、前記慣性センサの検出信号に応じて制御し、前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出してよい。
更に、1つの側面において、センサユニットは、電波センサと、処理部と、を備えてよい。処理部は、前記電波センサの検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出してよい。
また、1つの側面において、センサユニットは、電波センサと、慣性センサと、処理部と、を備えてよい。処理部は、前記電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、前記慣性センサの検出信号に応じて制御し、前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出してよい。
更に、1つの側面において、センサ情報処理プログラムは、電波センサの検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出する処理を、コンピュータに実行させてよい。
また、1つの側面において、センサ情報処理プログラムは、電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、前記慣性センサの検出信号に応じて制御し、前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出する、処理を、コンピュータに実行させてよい。
1つの側面として、電波センサの検出信号において、少なくとも呼吸由来の周波数成分の高調波成分を抑圧して、心拍成分の検出精度を向上することができる。
一実施形態に係るセンサシステムの一例を示すブロック図である。 一実施形態に係るバイタルセンサの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係るバイタルセンサの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る情報処理装置の構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る電波センサ値を周波数解析した結果の一例を示す図である。 一実施形態に係るハイパスフィルタ(HPF)の特性例を示す図である。 第1実施例に係るセンサシステムの動作例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る心拍数の計測結果の一例を示す図である。 一実施形態に係る、電波センサ値にHPFを適用した場合と適用しない場合とにおける電波センサ値の周波数領域における信号波形の一例を示す図である。 第2実施例に係るセンサシステムの動作例を示すフローチャートである。 第3実施例に係るセンサシステムの動作例を示すフローチャートである。 図11に例示した心拍数推定処理の第1例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る歩行率と心拍数との関係の一例を示す図である。 図11に例示した心拍数推定処理の第2例を示すフローチャートである。 一実施形態に係る歩行率と歩行速度との関係の一例を示す図である。 一実施形態に係る歩行速度と運動強度(METs値)との関係の一例を示す図である。 一実施形態に係る歩行速度に応じた心拍数及び呼吸数の一例を示す図である。 一実施形態に係る心拍数と呼吸数との関係の一例を示す図である。 一実施形態に係るBPFの設定例を説明するための図である。 一実施形態に係るBPFの通過帯域例を説明するための図である。 一実施形態に係るBPFの帯域幅設定例を説明するための図である。 一実施形態に係る心拍数分布の一例を示す図である。 一実施形態に係る心拍数分布の一例を示す図である。 一実施形態に係る心拍数の統計処理例を示す図である。 一実施形態に係る心拍数の統計処理例を示す図である。 一実施形態に係るBPFの帯域幅設定例を説明するための図である。 一実施形態に係るBPFの帯域幅設定例を説明するための図である。 一実施形態に係るBPF帯域幅情報の一例を示す図である。
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。また、以下に説明する各種の例示的態様は、適宜に組み合わせて実施しても構わない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。
図1は、一実施形態に係るセンサシステムの一例を示すブロック図である。図1に示すセンサシステム1は、例示的に、バイタルセンサ2、情報処理装置3、及び、ネットワーク(NW)4を備えてよい。
バイタルセンサ2は、例示的に、通信機器6を介してネットワーク4に接続されて、ネットワーク4経由で情報処理装置3と通信することが可能であってよい。
バイタルセンサ2は、例示的に、センシング対象の一例である生体の情報(「バイタル情報」と称してよい。)をセンシングすることが可能である。「センシング」は、「検出」あるいは「測定」と言い換えてもよい。
「バイタル情報」の非限定的な一例は、生体の心拍や、呼吸、動き等を示す情報である。「生体」には、生体の「臓器」が含まれてよい。「心拍」は、「臓器」の一例である「心臓」の動きを示す情報と捉えてもよい。
生体の「動き」(「位置変化」と言い換えてもよい。)は、便宜的に、「体動」と略称してよい。「体動」には、例示的に、生体の活動中の動きに限らず、生体の睡眠時等の安静時の心拍や呼吸に応じた生体表面(例えば、皮膚)の動きが含まれてよい。
生体表面の動きは、生体の臓器の動きに応じて生じる、と捉えてよい。例えば、心臓の鼓動に応じて皮膚に動きが生じる。また、呼吸に伴う肺臓の伸縮に応じて皮膚に動きが生じる。なお、心拍に応じて生体の血管が脈動するから、心拍を示す情報は、脈拍を示す情報と等価的に扱ってもよい場合がある。
バイタルセンサ2は、例示的に、マイクロ波等の電波をセンシング対象に照射し、センシング対象で反射して受信される反射波の変化を基に、生体の「動き」を非接触で検出することができる。そのため、バイタルセンサ2は、便宜的に、「非接触バイタルセンサ2」と称してもよい。
例えば、バイタルセンサ2(以下、単に「センサ2」と略称することがある。)とセンシング対象との間の距離が変化すると、ドップラー効果によって、反射波に変化が生じる。反射波の変化は、例示的に、反射波の振幅及び周波数の一方又は双方の変化として捉えることができる。
センサ2は、生体の一例である人体に取り付けられてよい。人体へのセンサ2の取り付け位置は、例示的に、人体の胸部であってよい。人体に取り付けられたセンサ2は、例えば、人体の鼓動に伴って人体の皮膚と心臓との間の距離が変化する。
したがって、当該距離変化に応じた変化が、センサ2が照射した電波の反射波に現われる。当該反射波の変化を基に、例えば、人体の心拍や脈拍を測定することができる。
心拍を計測可能なセンサ2は、「心拍センサ」あるいは「心拍計」と称してよい。既述のように、「心拍」を示す情報は、「脈拍」を示す情報と等価的に扱ってよい場合があるから、「心拍センサ」あるいは「心拍計」は、「脈拍センサ」あるいは「脈拍計」と称してよいこともある。
センサ2は、例示的に、人体の皮膚に接するように取り付けられてもよいし、人体の着衣に取り付けられてもよい。センサ2の人体への取り付けは、厳密に固定(「拘束」と称してもよい。)される態様である必要は無い。着衣と人体表面との動きのずれに応じて、バイタルセンサ2と人体との間に相対的な動きが生じることが許容されてよい。
例えば、センサ2は、人体に対して3次元方向のいずれかに相対的な動きが生じ得る態様で、人体に取り付けられてよい。例示的に、センサ2は、着衣のポケット、例えば上着の胸部ポケットに収容されてもよいし、ハーネス等の取り付け器具を用いて、着衣の上から取り付けられてもよい。
次に、図1に例示した通信機器6は、バイタルセンサ2のセンシング結果(例えば、心拍を示す情報)を、例えば、ネットワーク4経由で情報処理装置3へ送信することが可能である。そのため、通信機器6は、有線又は無線にてネットワーク4と接続可能であってよい。
別言すると、通信機器6は、無線及び有線の一方又は双方による通信をサポートする通信インタフェース(IF)を備えていてよい。通信機器6の無線による通信には、例示的に、3GPP(3rd Generation Partnership Project)のLTE(Long Term Evolution)やLTE−Advancedに準拠した通信方式が適用されてよい。
また、通信機器6の無線による通信には、衛星通信が適用されてもよい。衛星通信を利用する場合、通信機器6は、ネットワーク4を経由せずに情報処理装置3と通信衛星経由で通信可能であってよい。
バイタルセンサ2のセンシング結果には、バイタル情報に限らず、バイタル情報を基にして得られた、演算や判定の結果を示す情報が含まれてもよい。センシング結果は、便宜的に、「センサ情報」又は「センサデータ」と称してもよい。
通信機器6は、図1に例示するようにバイタルセンサ2に外付けであってもよいし、バイタルセンサ2に内蔵されていてもよい。バイタルセンサ2に外付けの通信機器6は、例えば、バイタルセンサ2を装着した人が携帯する機器であってよい。バイタルセンサ2を装着した人は、便宜的に、「利用者」、「被験者」あるいは「被観測者」と称してよい。
利用者が携帯する通信機器6は、例示的に、携帯電話(スマートフォンが含まれてよい。)や、ノートPC、タブレットPC等であってよい。「PC」は、「パーソナルコンピュータ」の略称である。
バイタルセンサ2と通信機器6との接続には、有線接続を適用してもよいし、無線接続を適用してもよい。別言すると、バイタルセンサ2は、無線及び有線の一方又は双方による通信をサポートする通信IFを備えていてよい。無線接続には、例示的に、「WiFi(Wireless Fidelity)」(登録商標)や「Bluetooth」(登録商標)が用いられてよい。
なお、バイタルセンサ2に外付けの通信機器6は、ルータやネットワークスイッチであってもよい。通信機器6には、図1に例示するように、空調機7や照明器具8が、ネットワーク4経由で情報処理装置3と通信可能に接続されてもよい。
ネットワーク4は、例示的に、WAN(Wide Area Network)や、LAN(Local Area Network)、インターネット等であってよい。また、ネットワーク4には、無線アクセス網が含まれてもよい。無線アクセス網は、既述のLTEやLTE−Advancedに準拠した無線アクセス網であってよい。
情報処理装置3は、バイタルセンサ2のセンサ情報を、ネットワーク4(又は、通信衛星でもよい。)経由で受信し、受信したセンサ情報を処理する。そのため、情報処理装置3は、センサ情報処理装置3と称してもよい。
センサ情報を処理することには、センサ情報を記憶、管理したり、センサ情報を基に利用者の心拍数を推定したりすることが含まれてよい。したがって、情報処理装置3は、例えば、利用者の活動状況をモニタすることができる。別言すると、センサシステム1は、利用者の「見守り機能」を提供できる。
センサ情報の管理には、センサ情報をデータベース(DB)化することが含まれてよい。DB化されたデータは、「クラウドデータ」や「ビッグデータ」等と称されてよい。
情報処理装置3は、例示的に、1又は複数のサーバによって実現されてよい。別言すると、バイタルセンサ2によって得られたセンサ情報は、情報処理装置3において、1つのサーバによって処理又は管理されてもよいし、複数のサーバによって分散的に処理又は管理されてもよい。サーバは、例えば、クラウドデータセンタに備えられたクラウドサーバに該当してもよい。
なお、情報処理装置3は、ネットワーク4を経由せずに、バイタルセンサ2と通信可能に接続されてもよい。例えば、情報処理装置3は、有線又は無線によりセンサ情報をバイタルセンサ2からダイレクトに受信することが可能であってよい。
(バイタルセンサ2の構成例)
次に、図2及び図3を参照して、バイタルセンサ2の構成例について説明する。図2及び図3に示すように、バイタルセンサ2は、例示的に、電波センサ21、プロセッサ23、メモリ24、及び、通信IF25を備えてよい。
なお、バイタルセンサ2には、図2及び図3において点線で例示するように、オプションの慣性センサ22が追加で備えられてもよい。バイタルセンサ2は、センサユニット2と称してもよい。以下、便宜的に、バイタルセンサ2あるいはセンサユニット2を、単に「センサ2」と略称することがある。
図3に例示するように、電波センサ21、プロセッサ23、メモリ24、及び、通信IF25は、例示的に、バス26によって、互いにプロセッサ23を介した通信が可能に接続されてよい。オプションの慣性センサ22も、バス26に接続されてよい。
電波センサ21は、ドップラー効果を利用して心拍を計測することが可能な心拍センサの一例である。「電波センサ」は、「マイクロ波センサ」、「RF(Radio Frequency)センサ」、あるいは、「ドップラーセンサ」と称されてもよい。電波センサ21は、空間へ送信した電波と、当該送信電波の反射波と、を位相検波してビート信号を生成してよい。ビート信号が電波センサ21の出力信号としてプロセッサ23に与えられてよい。
例えば図2に示すように、電波センサ21は、アンテナ211、ローカル発振器(Oscillator, OSC)212、MCU(Micro Control Unit)213、検波回路214、オペアンプ(OP)215、及び、電源部(又は電源回路)216を備えてよい。
アンテナ211は、OSC212で生成された発振周波数をもつ電波を空間へ送信し、また、当該送信電波が空間に位置する利用者で反射した電波(反射波)を受信する。なお、図2の例において、アンテナ211は、送受信に共用であるが、送受信に個別であってもよい。
OSC212は、例示的に、MCU213の制御に応じて発振動作して、所定周波数の信号(便宜的に「ローカル信号」と称してよい。)を出力する。ローカル信号は、アンテナ211から送信電波として送信されると共に、検波回路214に入力される。
OSC212の発振周波数(別言すると、電波センサ21が送信する電波の周波数)は、例示的に、マイクロ波帯の周波数であってよい。マイクロ波帯は、例示的に、2.4GHz帯でもよいし、24GHz帯でもよい。
これらの周波数帯は、日本の電波法で屋内での使用が認められている周波数帯の一例である。電波法の規制を受けない周波数帯を、電波センサ21の送信電波に用いても構わない。
MCU213は、例示的に、プロセッサ23の制御に応じてOSC212の発振動作を制御する。
検波回路214は、例示的に、アンテナ211で受信された反射波と、OSC212からのローカル信号(別言すると、送信電波)と、を位相検波してビート信号を出力する。なお、検波回路214は、送信電波と反射波とをミキシングするミキサに置換されてもよい。ミキサによるミキシングは、位相検波と等価であると捉えてよい。
ここで、検波回路214によって得られるビート信号には、利用者の心拍に応じて、ドップラー効果によって、振幅変化と周波数変化とが現われる。別言すると、ビート信号には、利用者の心拍を示す情報が含まれる。
オペアンプ215は、例示的に、検波回路214から出力されるビート信号を増幅する。増幅されたビート信号は、プロセッサ23に入力される。
電源部216は、例示的に、MCU213、検波回路214及びオペアンプ215に駆動電力を供給する。
オプションの慣性センサ22は、例示的に、センサユニット2の動きを検出してよい。慣性センサ22は、加速度センサでもよいし、ジャイロスコープでもよい。加速度センサには、例示的に、圧電式及び静電容量式のいずれのセンサを適用してもよい。ジャイロスコープには、回転機械(コマ)式、光学式、及び、振動式のいずれのセンサを適用してもよい。
慣性センサ22は、1又は複数の検出軸を有していてよい。検出軸に沿う方向の重力成分が例えば「加速度」として検出されてよい。慣性センサ22の検出信号は、プロセッサ23に入力されてよい。
プロセッサ23は、演算処理能力を備えた演算処理装置の一例である。演算処理装置は、演算処理デバイス又は演算処理回路と称されてもよい。演算処理装置の一例であるプロセッサ23には、例示的に、MPU(Micro Processing Unit)等の集積回路(Integrated Circuit, IC)や、DSP(Digital Signal Processor)が適用されてよい。なお、「プロセッサ」は、「処理部」、「制御部」あるいは「コンピュータ」と称してもよい。
プロセッサ23は、電波センサ21の検出信号に基づいて、利用者の心拍を検出することができる。電波センサ21の検出信号から心拍由来の信号成分(「心拍成分」又は「心拍信号」と称してよい。)を検出するために、電波センサ21の検出信号には、例示的に、フィルタが適用されてよい。
フィルタには、非限定的な一例として、ハイパスフィルタ(HPF)とバンドパスフィルタ(BPF)とを用いてよい。HPFは、「ローカットフィルタ(LCF)」と称されてもよい。ただし、BPFは、オプションであってよい。
なお、プロセッサ23は、検出した心拍に基づいて、利用者の睡眠に関する状態を判定してもよい。
センサ2に慣性センサ22が備えられる場合、慣性センサ22の検出信号は、HPFやBPFのフィルタ特性を制御するために用いられてよい。HPFのフィルタ特性は、便宜的に、「HPF特性」と称してよく、BPFのフィルタ特性は、便宜的に、「BPF特性」と称してよい。
HPF特性を制御することは、例示的に、遮断周波数(「カットオフ周波数」と称してもよい。)を制御することであってよい。カットオフ周波数よりも低い周波数の信号は、逓減あるいは抑圧され、カットオフ周波数よりも高い周波数の信号は、ほとんど減衰されない。カットオフ周波数よりも低い周波数帯域を、便宜的に、HPFの「遮断帯域」と称することがある。
BPF特性を制御することは、例示的に、BPFの通過中心周波数及び通過帯域幅の少なくとも一方を制御することであってよい。なお、BPFの「通過中心周波数」及び「通過帯域幅」は、それぞれ、単に「中心周波数」及び「帯域幅」と略称されてもよい。
HPF特性やBPF特性を制御することは、電波センサ21の検出信号において処理対象とする周波数帯(あるいは処理対象から除外する周波数帯)を制御すること、と捉えてもよい。フィルタ特性の制御の一例については後述する。
電波センサ21の検出信号及び慣性センサ22の検出信号は、いずれも、「検出値」あるいは「出力値」と称してもよい。また、電波センサ21の検出値は、便宜的に、「電波センサ値」と称してよく、慣性センサ22の検出値は、便宜的に、「慣性センサ値」と称してよい。
また、上述した心拍の検出及びフィルタ特性の制御は、センサユニット2のプロセッサ23に代えて、情報処理装置3のプロセッサ31(図4にて後述)において実施されてもよい。
次に、図3において、メモリ24は、センサユニット2に備えられた記憶部又は記憶媒体の一例であり、RAM(Random Access Memory)やフラッシュメモリ等であってよい。
メモリ24には、プロセッサ23が読み取って動作するために用いられる、プログラムやデータが記憶されてよい。「プログラム」は、「ソフトウェア」あるいは「アプリケーション」と称されてもよい。「データ」には、プロセッサ23の動作に応じて生成されたデータが含まれてよい。
通信IF25は、センサユニット2に備えられた通信部の一例であり、例示的に、通信機器6(図1参照)と接続されてネットワーク4経由で情報処理装置3との通信を可能にする。
例えば、通信IF25は、電波センサ21の検出信号、あるいは、電波センサ21及び慣性センサ22の各検出信号を情報処理装置3宛に送信してよい。情報処理装置3宛に送信する信号や情報は、検出信号に限られず、検出信号を基にして得られた情報であってもよい。
別言すると、バイタルセンサ2から情報処理装置3宛に送信されるセンサ情報には、電波センサ21による測定値(あるいは電波センサ21及び慣性センサ22による各測定値)が含まれてよいし、測定値を基にして得られた情報が含まれてもよい。
なお、通信IF25は、通信機器6やネットワーク4を経由せずに、情報処理装置3と接続されて、ダイレクトに情報処理装置3と通信することが可能であってよい。
(情報処理装置3の構成例)
次に、図4を参照して、図1に例示した情報処理装置3の構成例について説明する。図4に示すように、情報処理装置3は、例示的に、プロセッサ31、メモリ32、記憶装置33、通信インタフェース(IF)34、及び、ペリフェラルIF35を備えてよい。
プロセッサ31、メモリ32、記憶装置33、通信IF34、及び、ペリフェラルIF35は、例示的に、バス36によって、互いにプロセッサ31を介した通信が可能に接続されてよい。
プロセッサ31は、演算処理能力を備えた演算処理装置の一例である。演算処理装置は、演算処理デバイス又は演算処理回路と称されてもよい。演算処理装置の一例であるプロセッサ31には、例示的に、CPUやMPU等のIC、DSPが適用されてよい。なお、「プロセッサ」は、「処理部」、「制御部」あるいは「コンピュータ」と称してもよい。
プロセッサ31は、例示的に、情報処理装置3の全体的な動作を制御する。プロセッサ31による制御には、ネットワーク4を経由した通信を制御することが含まれてよい。通信の制御によって、ネットワーク4経由で例えば空調機7や照明器具8が遠隔制御されてよい。
例示的に、プロセッサ31は、通信IF34で受信された、バイタルセンサ2のセンサ情報を基に、既述の心拍の検出やフィルタ特性の制御を実施してよい。
また、プロセッサ31は、例示的に、バイタルセンサ2の利用者が位置する空間の環境を制御するための制御信号、例えば、空調機7や照明器具8の動作を制御する制御信号を生成してよい。
当該制御信号は、例示的に、バイタルセンサ2から取得したセンサ情報を基に検出された利用者の心拍数や、心拍数を基に推定又は判定した利用者の睡眠に関する状態等に基づいて生成されてよい。
プロセッサ31にて生成された制御信号は、例示的に、通信IF34を介して、空調機7や照明器具8等に宛てて送信されてよい。
メモリ32は、記憶媒体の一例であり、RAMやフラッシュメモリ等であってよい。メモリ32には、プロセッサ31が読み取って動作するために用いられる、プログラムやデータが記憶されてよい。
記憶装置33は、種々のデータやプログラムを記憶してよい。記憶装置33には、ハードディスクドライブ(HDD)や、ソリッドステートドライブ(SSD)、フラッシュメモリ等が用いられてよい。
記憶装置33に記憶されるデータには、例示的に、通信IF34で受信された、センサ2のセンサ情報や、センサ情報を基に検出された心拍数、心拍数を基に推定又は判定された、利用者の睡眠に関する状態等が含まれてよい。
記憶装置33に記憶されたデータは、適宜に、データベース(DB)化されてよい。DB化されたデータは、「クラウドデータ」や「ビッグデータ」等と称されてよい。なお、記憶装置33及びメモリ32は、情報処理装置3における「記憶部30」と総称してもよい。
記憶装置33に記憶されるプログラムには、図7や図10、図11にて後述する処理を実行するプログラムが含まれてよい。
図7や図10、図11にて後述する処理を実行するプログラムは、便宜的に、「センサ情報処理プログラム」と称してよい。
プログラムを成すプログラムコードの全部又は一部は、記憶部に記憶されてもよいし、オペレーティングシステム(OS)の一部として記述されてもよい。
プログラムやデータは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供されてよい。記録媒体の一例としては、フレキシブルディスク、CD−ROM,CD−R,CD−RW,MO,DVD、ブルーレイディスク、ポータブルハードディスク等が上げられる。また、USB(Universal Serial Bus)メモリ等の半導体メモリも記録媒体の一例である。
あるいは、プログラムやデータは、サーバ等からネットワーク4経由で情報処理装置3に提供(ダウンロード)されてもよい。例えば、通信IF34を通じてプログラムやデータが情報処理装置3に提供されてよい。また、プログラムやデータは、ペリフェラルIF35に接続された、後述の入力機器等から情報処理装置3に入力されてもよい。
通信IF34は、情報処理装置3に備えられた通信部の一例であり、例示的に、ネットワーク4に接続されて、ネットワーク4を経由した通信を可能にする。
通信IF34は、受信処理に着目すれば、バイタルセンサ2が情報処理装置3宛に送信した情報を受信する受信部(「取得部」と称してもよい。)の一例である。
一方、送信処理に着目すれば、通信IF34は、例えば、プロセッサ31が生成した制御信号をバイタルセンサ2や空調機7、照明器具8宛に送信する送信部の一例である。通信IF34には、例示的に、イーサネット(登録商標)カードが適用されてよい。
なお、通信IF34は、ネットワーク4を経由せずに、バイタルセンサ2の通信IF25と接続されて、バイタルセンサ2とダイレクトに通信することが可能であってもよい。
ペリフェラルIF35は、例示的に、情報処理装置3に周辺機器を接続するためのインタフェースである。
周辺機器には、情報処理装置3に情報を入力するための入力機器や、情報処理装置3が生成した情報を出力する出力機器が含まれてよい。
入力機器には、キーボードやマウス、タッチパネル等が含まれてよい。出力機器には、ディスプレイやプリンタ等が含まれてよい。
ところで、利用者が運動直後等で心拍数が安静時よりも高い場合、当該利用者の呼吸数も高い(別言すると、利用者の呼吸活動が活発である)傾向にあるため、呼吸活動に伴う胸部の動きも大きくなる傾向にある。
そのため、利用者の心拍数が高いほど、電波センサ21の検出信号には、当該利用者の呼吸活動に伴う動きに応じた信号成分(例えば周波数成分)が、当該利用者の心拍に伴う動きに応じた信号成分(例えば周波数成分)に対するノイズ成分として混入し易くなる。
その結果、呼吸由来の信号成分(「呼吸成分」と略称してよい。)を心拍由来の信号成分(「心拍成分」と称してよい。)と誤検出してしまう確率が高くなり、電波センサ21の検出信号から心拍成分を検出しにくくなる。別言すれば、利用者の心拍数が高いほど、呼吸成分によって心拍成分の検出精度が低下し得る。
例えば、電波センサ21の検出信号において、安静時の人体の心拍成分が現われると想定される平均的な周波数帯域(便宜的に「心拍出現帯域」と称してよい。)は、非限定的な一例として、0.7Hz〜4.0Hz程度である。
これに対し、電波センサ21の検出信号において、安静時の人体の呼吸成分が現われると想定される平均的な周波数帯域(便宜的に「呼吸出現帯域」と称してよい。)は、非限定的な一例として、0.1Hz〜0.5Hz程度である。
したがって、安静時のように利用者の心拍及び呼吸が安定している状態において、心拍出現帯域と呼吸出現帯域とは重ならない傾向にあり、呼吸成分が心拍成分と誤って検出される確率は低いと云える。
しかし、人体の呼吸活動が活発になると、呼吸成分に相当する基準周波数のN倍(Nは2以上の整数)の高調波(N倍波)成分が、心拍出現帯域に現われることがある。心拍出現帯域に呼吸成分の高調波成分が現われると、呼吸成分の高調波成分を心拍成分と誤検出してしまう可能性がある。
例えば図5に示すように、電波センサ値を周波数解析すると、0.1Hz〜0.5Hz程度の呼吸出現帯域Aに現われる呼吸成分の1次のピーク周波数に対して、当該ピーク周波数の2倍波〜5倍波といった高調波成分が高周波数帯域側に現われることがある。なお、呼吸成分の高調波成分が出現し得る帯域を、便宜的に、「高調波出現帯域」と称することがある(図5の符号C参照)。また、「N倍波成分」は、「N次の高調波成分」と称されてもよい。
呼吸成分のピーク周波数は、被観測者の呼吸数が高いほど高周波数側にシフトする傾向にあるから、当該シフトに応じて高調波出現帯域Cも高周波数側にシフトすると捉えてよい(図5の点線矢印C1参照)。
高調波出現帯域Cの上限周波数が高周波数側にシフトすると、心拍出現帯域Bの低周波数側に、高調波出現帯域Cの高周波数側の少なくとも一部が重なることがある。
心拍出現帯域Bに高調波出現帯域Cの少なくとも一部が重なると、心拍出現帯域Bにおいて呼吸成分の高調波成分が現われ易くなる。
呼吸成分の高調波成分は、心拍成分に対するノイズ成分となるから、呼吸成分の高調波成分を心拍成分と誤検出してしまい易くなる。
そこで、本実施形態では、電波センサ21の検出信号において、高調波出現帯域Cの信号成分を例えばフィルタによって抑圧する。フィルタには、例示的に、HPFが適用されてよい。
図6に、HPF特性の一例を示す。図6には、非限定的な一例として、カットオフ周波数が0.8Hz、1.0Hz、及び、1.3Hzの3種類のHPF特性が例示されている。電波センサ値に適用するHPF特性は、例示的に、当該3種類のHPF特性から選択、決定されてよい。
なお、高調波出現帯域Cは、既述のように呼吸数の変化に応じて周波数領域においてシフトし得るから、HPF特性(例えば、カットオフ周波数)も、呼吸数の変化に応じて可変されてよい。
HPF特性の可変制御は、例示的に、心拍出現帯域Bにおける心拍成分が遮断されないように、心拍出現帯域Bを含まない周波数レンジで実施されてよい。別言すると、HPFの遮断帯域が、心拍出現帯域Bに重ならないように、HPF特性が可変制御されてよい。
ここで、被観測者の心拍数が高いほど呼吸数も高い傾向にあるから、呼吸成分のピーク周波数が高周波数側にシフトすることに応じて、心拍出現帯域Bも高周波数側にシフトすると捉えてよい(図5の点線矢印B1)。
したがって、心拍出現帯域Bが高周波数側にシフトすることに応じて、HPFの遮断帯域の上限周波数を心拍出現帯域Bに重ならない周波数レンジで高く設定することで、呼吸成分の高調波成分を効果的に抑圧することができる。
例えば、図6に例示した、3種類のHPF特性のうちのいずれかが、被観測者の呼吸数に応じて適応的に選定されてよい。非限定的な一例として、被観測者の呼吸数が高いほど、カットオフ周波数の高いHPF特性が選定されてよい。
なお、被観測者の呼吸数は、後述するように、電波センサ21の検出信号を周波数解析した結果、あるいは、慣性センサ22の検出信号に基づいて、検出又は推定することが可能である。
電波センサ21の検出信号に上述したHPFを適用することで、心拍出現帯域Bに現われる呼吸成分の高調波成分を効果的に抑圧できるから、心拍信号の検出精度を向上することができる。心拍信号の検出精度が向上することで、例えば、被観測者が位置する空間の環境制御の精度や効率も向上できる。
(動作例)
以下、本実施形態のセンサシステム1の幾つかの動作例について説明する。なお、以下では、バイタルセンサ2の電波センサ値が、情報処理装置3(例えば、プロセッサ31)にて処理される例について説明する。ただし、当該処理の一部又は全部がバイタルセンサ2(例えば、プロセッサ23)にて実施されてもよい。
(第1実施例)
図7は、第1実施例に係るセンサシステム1の動作例を示すフローチャートである。図7に例示するように、情報処理装置3は、センサ2から電波センサ値を受信する(処理P11)。受信した電波センサ値は、記憶部30に記憶されてよい。
情報処理装置30は、電波センサ値にHPFを適用してよい(処理P12)。HPFを適用する電波センサ値は、記憶部30から読み出した電波センサ値でもよいし、処理P11で受信した電波センサ値でもよい。
電波センサ値に適用するHPF特性は、図6に例示したカットオフ周波数のいずれかを有する特性に設定されてよい。なお、第1実施例において、HPF特性の設定は、静的な設定で構わない。HPF特性の動的な設定については、第2実施例及び第3実施例にて後述する。
HPFの適用によって、電波センサ値において、呼吸成分の高調波出現帯域Cの信号成分が抑圧され、心拍出現帯域Bの信号成分は抑圧されずにHPFを通過する。情報処理装置3は、HPFを通過した信号成分を周波数解析してよい(処理P13)。
周波数解析には、高速フーリエ変換(fast Fourier transform, FFT)や離散フーリエ変換(discrete Fourier transform, DFT)が用いられてよい。FFTやDFTによって、電波センサ値は、時間領域の信号から周波数領域の信号(便宜的に「周波数信号」と称してよい。)に変換される。
情報処理装置3は、周波数解析によって得られた周波数信号の心拍出現帯域Bにおいて、例えば、ピーク値を有する周波数(「ピーク周波数」と称してよい。)を検出してよい。当該ピーク周波数は、心拍成分のピーク周波数に相当する。
心拍成分のピーク周波数に例えば60(秒)乗じると、周波数を心拍数に変換できる。検出した心拍成分のピーク周波数(又は心拍数)を基に、情報処理装置3は、HPFを通過した信号成分に適用するBPF特性を決定してよい(処理P14)。
ここで、例えば図8に示すように、1拍ごとの心拍が有する時間長(又は時間間隔)は、単位時間あたりの心拍数の高低に応じてばらつく傾向にある。なお、図8において、横軸は、ある時点での心拍数x(n)(nは、正の整数)、縦軸は、次の心拍数x(n+1)を表す。図8における符号122、符号124、符号126、及び、「d」の意味については後述する。
例えば、単位時間あたりの心拍数が高いほど、1拍ごとの時間長のばらつきは小さくなる傾向にある。逆に云えば、単位時間あたりの心拍数が低いほど、1拍ごとの時間長のばらつきは大きくなる傾向にある。
例示的に、心拍出現帯域B(非限定的な一例として、0.7〜4.0Hz)において、単位時間(例えば、1分)あたり50拍では、±20%程度のばらつきが1拍ごとの時間長に生じ得る。一方、50拍よりも高い120拍では、±5%程度のばらつきが1拍ごとの時間長に生じ得る。このような「ばらつき」は、生体がもつ「心拍特性」と捉えてよい。
したがって、BPFの通過帯域幅を、例えば60拍や120拍といった或る特定の心拍数に合わせて静的に設定すると、心拍数の高低によって、心拍成分が欠落したり、ノイズ成分を十分に除去仕切れなかったりする。結果として、心拍数の検出精度が低下し得る。
そこで、本実施形態では、BPFの通過帯域幅(以下「BPF帯域幅」と略称することがある。)を、心拍数の高低、別言すると、心拍成分のピーク周波数の高低に応じて、適応的に変化させてよい。
例えば、単位時間あたりの心拍数が高いほど、BPF帯域幅を狭く設定し、単位時間あたりの心拍数が低いほど、BPF帯域幅を広く設定してよい。なお、BPF帯域幅の可変設定例については、図19〜図28にて後述する。
このようなBPF帯域幅の可変設定によれば、心拍出現帯域Bにおいて、心拍成分の取りこぼしを低減し、心拍成分とは異なるノイズ成分の抑圧度を高めることができる。
例えば、心拍出現帯域Bに、HPFによって抑圧仕切れなかった呼吸成分の高調波成分が含まれていても、当該高調波成分がBPF帯域幅外にあれば抑圧できる。
また、心拍出現帯域Bに、被観測者の活動に伴う動きに起因するノイズ成分が含まれていても、当該ノイズ成分がBPF帯域幅外にあれば同様に抑圧できる。
なお、心拍数の高低は、例示的に、電波センサ値を周波数解析した結果において、ピーク周波数の高低によって判定できる。
BPF特性の決定(図7の処理P14)に応じて、情報処理装置3は、決定したBPF特性のBPFを、HPF適用後の周波数信号に適用してよい(処理P15)。
BPF適用後の周波数信号を基に、情報処理装置3は、心拍出現帯域Bにおいて心拍成分を探索、検出してよい。例えば、情報処理装置3は、心拍出現帯域Bにおいて、被観測者の心拍に応じた特徴的な変化を示す心拍成分を「特徴点」として検出してよい(処理P16)。
「特徴点」は、例えば、BPF適用後の電波センサ値の信号波形において、一次微分がゼロになる点(別言すると、ピーク値)であってよい。「特徴点」の検出に応じて、情報処理装置3は、例えば、「特徴点」の時間間隔(例えば「秒」を求め、求めた時間間隔で1分(=60秒)を除することにより、1分あたりの心拍数を算出できる(処理P17)。
算出された心拍数は、被観測者が位置する空間の環境を制御するパラメータとして用いられてよい(処理P18)。また、算出された心拍数の情報は、図7に点線で例示するように、適宜に、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に出力されてよい(処理P19)。
なお、処理P13の周波数解析結果、処理P14で決定したBPF特性の情報、及び、処理P16で検出された特徴点の情報の少なくとも1つが、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に適宜に出力されてもよい。この場合、例えば、出力機器において、周波数解析結果や、BPF特性の設定状況、設定の適否等を確認できる。
以上のように、第1実施例によれば、電波センサ値に、呼吸成分と呼吸成分の高調波成分とを抑圧可能な遮断帯域を有するHPFを適用することで、電波センサ値において心拍出現帯域Bに混入し得る呼吸由来のノイズ成分を抑圧できる。
したがって、心拍出現帯域Bにおいて呼吸由来のノイズ成分を心拍成分と誤って検出してしまう確率を低減でき、電波センサ値に基づく心拍成分の検出精度を向上できる。
例えば、被観測者の運動後等、心拍数が高く呼吸数も高いような場合であっても、心拍出現帯域Bにおいて呼吸由来のノイズ成分を抑圧できる。よって、運動後の被観測者のように呼吸活動が活発な状態においても、当該被観測者の心拍数の検出精度を向上できる。
なお、図9に、電波センサ値にHPF(カットオフ周波数0.8kHz)を適用した場合と適用しない場合とにおける電波センサ値の周波数領域における信号波形の一例を示す。
図9において、点線で示す信号波形がHPFを適用しない場合の信号波形の一例を示し、実線で示す信号波形がHPFを適用した場合の信号波形の一例を示す。図9において、点線で示すHPF適用無しの信号波形は、図5に例示した信号波形に対応する。
図9に例示するように、HPF適用有りの信号波形では、HPF適用無しの信号波形に比して、呼吸成分、及び、呼吸成分の2倍波〜5倍波の高調波成分が抑圧されていることが分かる。
なお、心拍出現帯域Bには、呼吸由来のノイズ成分とは異なるノイズ成分が含まれることがある。例えば、被観測者の歩行等の活動に伴う動きに起因するノイズ成分が、心拍出現帯域Bに含まれることもある。
呼吸由来のノイズ成分とは異なるノイズ成分が心拍出現帯域Bに含まれていたとしても、当該ノイズ成分がHPFの遮断帯域に含まれる限り、呼吸由来のノイズ成分と併せて抑圧できる。
(第2実施例)
図10は、第2実施例に係るセンサシステム1の動作例を示すフローチャートである。第2実施例では、HPF特性を被観測者の呼吸数に応じて適応的に制御する例について説明する。
図10に例示するように、情報処理装置3は、バイタルセンサ2から電波センサ値を受信すると(処理P11)、受信した電波センサ値を、FFTやDFTによって周波数解析してよい(処理P21)。なお、受信した電波センサ値は、記憶部30に記憶されてよい。
周波数解析によって得られた周波数信号において、情報処理装置3は、例えば、呼吸出現帯域A(非限定的な一例として、0.1Hz〜0.5Hz程度)においてピーク周波数を探索、検出してよい。検出したピーク周波数は、呼吸成分の1次のピーク周波数に相当する。
当該呼吸成分のピーク周波数を基に、情報処理装置3は、HPF特性を決定してよい(処理P22)。
例えば、情報処理装置3は、呼吸成分のピーク周波数が含まれる呼吸出現帯域Aと、呼吸成分のピーク周波数に対してN倍波相当の高調波成分が現われる高調波出現帯域Cと、の各信号成分が抑圧されるように、HPF特性を決定してよい。
ここで、例えば、被観測者の呼吸数が高いほど、呼吸成分のピーク周波数も高くなる(別言すると、ピーク周波数が高周波数側にシフトする)傾向にある。
呼吸成分のピーク周波数が高周波数側にシフトすることに応じて、呼吸成分のピーク周波数に対する高調波成分が心拍出現帯域Bに現われ易くなる。
したがって、情報処理装置3は、呼吸成分のピーク周波数の高低に応じて、電波センサ値に適用するHPFのカットオフ周波数を適応制御してよい。例えば、情報処理装置3は、呼吸成分のピーク周波数が高いほど、電波センサ値に適用するHPFのカットオフ周波数を高い周波数に制御、設定してよい。
図6の例であれば、呼吸成分のピーク周波数が高いほど、情報処理装置3は、0.8Hz、1.0Hz、及び、1.3Hzの3種類のカットオフ周波数のうち、より高いカットオフ周波数をHPF特性に選択、決定してよい。
HPF特性の決定に応じて、情報処理装置3は、決定したHPF特性のHPFを電波センサ値に適用してよい(処理P12)。HPFを適用する電波センサ値は、記憶部30から読み出されてよい。
以降、情報処理装置3は、第1実施例(例えば図7)と同様に、処理P13〜P19を実施してよい。
例えば、情報処理装置3は、HPF適用後の電波センサ値に対して、心拍成分のピーク周波数に応じた中心周波数及び帯域幅を有するBPFを適用し、BPF適用後の電波センサ値を基に心拍数を算出してよい。算出された心拍数の情報は、空間環境制御に用いられてもよいし、ディスプレイやプリンタ等の外部機器に出力されてもよい。
以上のように、第2実施形態によれば、電波センサ値を周波数解析した結果において検出された呼吸成分のピーク周波数に応じて、電波センサ値に適用するHPF特性を適応的に可変する。
したがって、第1実施例と同様の作用効果が得られるほか、第1実施例に比して、より強力に、呼吸由来のノイズ成分を心拍出現帯域Bにおいて抑圧できる。よって、電波センサ値に基づく心拍成分の検出精度を更に向上できる。心拍成分の検出精度が向上するから、被観測者の心拍数の検出精度も向上する。
(第3実施例)
既述の第2実施例では、情報処理装置3において、電波センサ値を周波数解析した結果を基に被観測者の呼吸成分のピーク周波数を検出し、検出したピーク周波数に応じてHPF特性を適応的に決定した。
第3実施例では、バイタルセンサ2に慣性センサ22が備えられ、情報処理装置3において、慣性センサ値を基にHPF特性を適応的に決定する例について説明する。
例えば、情報処理装置3は、慣性センサ値を基に被観測者の心拍数を推定し、推定した心拍数を基に呼吸数を推定し、推定した呼吸数に応じてHPF特性を適応的に決定してよい。
図11は、第3実施例に係るセンサシステム1の動作例を示すフローチャートである。図11に例示するように、情報処理装置3は、バイタルセンサ2から電波センサ値と慣性センサ値とを受信する(処理P11及びP31)。
慣性センサ値の受信に応じて、情報処理装置3は、慣性センサ値を基に被観測者の心拍数を推定してよい(処理P32)。図12及び図13に、心拍数推定処理の第1例を示し、図14〜図16に、心拍数推定処理の第2例を示す。
(心拍推定処理の第1例)
図12に例示するように、情報処理装置3は、慣性センサ値を基に、利用者の単位時間(例示的に、1秒)あたりの歩数(「歩行率」と称してよい。)を算出してよい(処理P321)。歩数は、一般的な歩数計と同様に、例えば、慣性センサ値が或る閾値を超えた回数を、例えばプロセッサ31にてカウントすることで得ることができる。
ここで、歩行率と心拍数とは、或る関係式によって関係付けることができる。関係式は、例示的に、複数の実測値を用いて、カーブフィッティング(別言すると、曲線あてはめ)によって導出されてよい。
非限定的な一例として、歩行率と心拍数との関係式は、図13に例示するように、下記の多項式(1)で表すことができる。
y=8E−05x−0.0011x−0.0855x+61.597…(1)
なお、図13の横軸「x」が歩行率[歩数/秒]を表し、図13の縦軸「y」が単位時間(例示的に、1分)あたりの心拍数[beats per minute, bpm]を表す。また、「8E−05」は、「8×10−5」を表す。
情報処理装置3は、処理P321において算出した歩行率から、式(1)を演算することによって、心拍数を算出してよい(図12の処理P324)。算出された心拍数は、便宜的に、「推定心拍数」と称してよい。
なお、図13に例示した関係は、例えばテーブル形式のデータ(「テーブルデータ」と略称してよい。)で表されてもよい。当該テーブルデータは、例えば、情報処理装置3の記憶部30(図4参照)に記憶されてよい。情報処理装置3(例えば、プロセッサ31)は、当該テーブルデータを参照することで、歩行率に対する推定心拍数を演算によらずに求めてもよい。
(心拍推定処理の第2例)
次に、図11の心拍推定処理(P32)の第2例ついて、図14〜図16を参照して説明する。上述した第1例は、被観測者の歩行率から心拍数を求める例である。第2例では、被観測者の運動強度から心拍数を求めてよい。
図14に例示するように、情報処理装置3は、第1例(図12)と同様にして、電波センサ値から利用者の歩行率を算出してよい(処理P321)。
歩行率の算出に応じて、情報処理装置3は、歩行率から歩行速度を算出してよい(処理P322)。
ここで、歩行率と歩行速度とは、或る関係式によって関係付けることができる。関係式は、例示的に、複数の実測値を用いて、カーブフィッティングによって導出されてよい。
非限定的な一例として、歩行率と歩行速度との関係式は、図15に例示するように、下記の多項式(2)で表すことができる。
y=1E−05x−0.0014x+0.0725x−0.0119…(2)
図15の横軸「x」が歩行率[歩数/秒]を表し、図15の縦軸「y」が単位時間(例示的に、1時間)あたりの歩行速度[km/h]を表す。また、「1E−05」は、「1×10−5」を表す。
なお、単位時間あたりの歩行距離が増えるほど、1歩あたりの距離である歩幅、及び、歩数も増加する傾向にある。例えば、分速70m(=時速4.2km)で歩行する場合は、歩幅=身長×0.37となり、分速90m(=時速5.4km)では、歩幅=身長×0.45、分速110m(=時速6.6km)では、歩幅=身長×0.5となる、といわれている。このような歩幅と、歩行率と、を基に、単位時間あたりの歩行距離である歩行速度を概算することができる。
情報処理装置3は、処理P321において算出した歩行率から、式(2)を演算することによって、歩行速度を算出してよい。
なお、図15に例示した関係は、図13に例示した関係と同様に、例えばテーブルデータで表されて、記憶部30(図4参照)に記憶されてよい。情報処理装置3は、当該テーブルデータを参照することで、歩行率に対する歩行速度を演算によらずに求めてもよい。
歩行速度の算出に応じて、情報処理装置3は、歩行速度を基に利用者の運動強度を算出してよい(図14の処理P323)。運動強度は、人の活動量等を表す指標値であり、METs値(メッツ値)によって表されてよい。
METsは、「Metabolic equivalents」の略称である。メッツ値は、人の活動時の代謝量(あるいは「カロリー消費量」)を安静時の代謝量に対する相対値(例えば、倍数)として表した数値であってよい。人の活動の別にメッツ値を対応付けた表は、「メッツ表」と称され、例えば、国立健康・栄養研究所によって発行されている。
図16に、歩行速度とメッツ値との関係の一例を示す。歩行速度=0[km/h]の場合がメッツ値=1に対応し、基準となる安静時の運動強度に対応する。図11に例示するように、歩行速度が速くなるほどメッツ値も大きくなる。
例えば、歩行速度=2.5[km/h]では、メッツ値は基準メッツ値(=1)の3倍となり、歩行速度=4[km/h]では、メッツ値は基準メッツ値の5倍となる。
メッツ値が求まると、例示的に、利用者の年齢と安静時の心拍数とを基に、現在の心拍数を求めることができる。例えば、メッツ値は、以下の式(3)によって表すことができる。
メッツ値=(心拍数−安静時心拍数)÷(最大心拍数−安静時心拍数)×10…(3)
式(3)における「最大心拍数」は、「220−年齢」として簡易的に求めることができる。
したがって、情報処理装置3は、メッツ値から現在の心拍数を式(3)によって求めることができる(図14の処理P324)。別言すると、利用者の運動中や活動中に心拍数を精度良く検出することが難しい場合であっても、式(3)によって、メッツ値から心拍数を推定することが可能である。
ここで、推定心拍数によっては、HPFを電波センサ値に適用しなくてもよいことがある。例えば、慣性センサ値を基に推定した心拍数(又はメッツ値)が高いと呼吸数も高い傾向にある。
情報処理装置3は、図11において、推定心拍数(又はメッツ値)が閾値を超えていれば(処理P33でYES)、推定心拍数を基に呼吸数を推定し(処理P35)、推定した呼吸数に応じて、電波センサ値に適用するHPF特性を決定してよい(処理P36)。
推定された心拍数が高いほど呼吸数も高いと推定され、呼吸数が高いほど呼吸成分の高調波成分が心拍出現帯域Bに混入し易いから、第1及び第2実施例と同様に、電波センサ値に対するHPFの適用が決定される。
推定心拍数に基づく呼吸数の推定は、図17及び図18に例示するような心拍数と呼吸数との関係を基に行なわれてよい。なお、図17には、歩行速度(又は、運動強度の指標であるメッツ値でもよい。)に応じた心拍数と呼吸数との関係が例示されている。
例えば図17に示すような複数の心拍数及び呼吸数のデータを用いて、カーブフィッティング(別言すると、曲線あてはめ)することで、図18に例示するような、呼吸数と心拍数との関係式を導出することができる。
当該関係式は、例示的に、下記の多項式(4)で表すことができる。
y=0.0415x+0.8894x+58.035…(4)
なお、図18の横軸「x」が単位時間(例示的に1分)あたりの呼吸数[f/min]を表し、図18の縦軸「y」が単位時間(例示的に1分)あたりの心拍数[beats per minute, bpm]を表す。
情報処理装置3は、推定心拍数を式(4)の「y」に代入して式(4)を「x」について解くことで、呼吸数「x」を求めることができる。求めた呼吸数は、便宜的に、「推定呼吸数」と称してよい。
なお、図18に例示した関係は、例えばテーブル形式のデータ(「テーブルデータ」と略称してよい。)で表されてもよい。当該テーブルデータは、例えば、情報処理装置3の記憶部30(図4参照)に記憶されてよい。情報処理装置3(例えば、プロセッサ31)は、当該テーブルデータを参照することで、推定心拍数に対する推定呼吸数を演算によらずに求めてもよい。
また、図18の縦軸(心拍数)は、歩行速度(又はメッツ値)に置き換えられてもよい。別言すると、心拍数は、図17に例示したように、歩行速度(又はメッツ値)が高くなるほど高くなる傾向にある(別言すると、相関がある)から、呼吸数は、歩行速度(又はメッツ値)との関係で推定されてもよい。
推定呼吸数が求まると、情報処理装置3は、第2実施例と同様に、推定呼吸数に応じて電波センサ値に適用するHPFのカットオフ周波数を制御してよい。
図6の例であれば、呼吸成分のピーク周波数が高いほど、情報処理装置3は、0.8Hz、1.0Hz、及び、1.3Hzの3種類のカットオフ周波数のうち、より高いカットオフ周波数をHPF特性に選択、決定してよい。
HPF特性の決定に応じて、情報処理装置3は、決定したHPF特性のHPFを電波センサ値に適用してよい(図11の処理P12)。HPFを適用する電波センサ値は、記憶部30から読み出されてよい。
以降、情報処理装置3は、第1実施例(例えば図7)と同様に、図11の処理P13〜P19を実施してよい。
例えば、情報処理装置3は、HPF適用後の電波センサ値に対して、心拍成分のピーク周波数に応じた中心周波数及び帯域幅を有するBPFを適用し、BPF適用後の電波センサ値を基に心拍数を算出してよい。算出された心拍数の情報は、空間環境制御に用いられてもよいし、ディスプレイやプリンタ等の外部機器に出力されてもよい。
一方、図11の処理P33において、慣性センサ値を基に推定した心拍数(又はメッツ値)が閾値以下(NO)の場合、情報処理装置3は、電波センサ値にHPFは適用せずにBPFを適用するだけでも、心拍出現帯域Bに現われるノイズ成分を十分に抑圧できることがある。
別言すると、慣性センサ値を基に推定した心拍数(又はメッツ値)が閾値以下であれば、呼吸成分の高調波成分による心拍成分検出に対する影響が小さいと扱ってよい場合がある。
したがって、推定心拍数(又はメッツ値)が閾値以下であれば(処理P33でNO)、情報処理装置3は、推定心拍数を基に、電波センサ値に適用するBPF特性を決定してよい(処理P34)。
例えば、情報処理装置3は、推定心拍数を周波数に変換し、変換した周波数を電波センサ値に適用するBPFの中心周波数に設定してよい。なお、心拍数は、例示的に、60(秒)で除することにより周波数に変換できる。また、情報処理装置3は、推定心拍数が高いほど狭い帯域幅をBPFに設定してよい。当該BPF特性の詳細な決定例については後述する。
情報処理装置3は、決定したBPF特性のBPFを、電波センサ値に適用して、電波センサ値をフィルタリングしてよい(処理P15)。処理P15にてBPFを適用する電波センサ値は、記憶部30から読み出されてよい。
以降、情報処理装置3は、第1実施例(例えば図7)と同様に、図11の処理P16〜P19を実施してよい。
以上のように、第3実施例によれば、慣性センサ値を基に被観測者の心拍数を推定し、推定した心拍数を基に呼吸数を推定し、推定した呼吸数に応じて、電波センサ値に適用するHPF特性を適応的に決定する。
慣性センサ値には、被観測者の活動に応じた「動き」を示す情報が含まれるから、「動き」に応じた心拍数を推定でき、心拍数が推定できれば、呼吸数を推定できる。要するに、慣性センサ値を基に活動中の被観測者の呼吸数を推定できる。
被観測者が活動中の場合、第2実施例のように、電波センサ値を周波数解析しても、被観測者の活動に伴う動きに起因したノイズ成分によって、呼吸成分の検出精度が低下したり、場合によっては呼吸成分が検出不能になったりする可能性がある。
しかし、第3実施例によれば、慣性センサ値を基に呼吸数を推定できるから、電波センサ値の周波数解析に拠らずに、電波センサ値に適用するHPF特性を適正な特性に決定できる。
したがって、被観測者が活動中であっても、HPF特性を適正化することができ、呼吸由来のノイズ成分を心拍出現帯域Bにおいて抑圧できる。よって、被観測者が活動中であっても、当該被観測者の心拍成分の検出精度を向上できる。心拍成分の検出精度が向上するから、被観測者の心拍数の検出精度も向上する。
また、第3実施例によれば、慣性センサ値を基に推定された心拍数(又はメッツ値)が閾値以下であるために、呼吸由来のノイズ成分が心拍出現帯域Bに出現しにくい状態であると判定できる場合には、電波センサ値にHPFを適用しなくてよい。
したがって、慣性センサ値を基に推定した心拍数やメッツ値の高低に関わらずに、一律にHPF特性を適応的に決定する場合に比して、情報処理装置3の処理量、別言すると、処理負荷を低減できる。
なお、上述した第3実施例では、慣性センサ値と心拍数(又はメッツ値)との関係から被観測者の呼吸数を推定したが、呼吸数は、慣性センサ値との関係で推定されてもよい。例えば、或る単位時間あたりの慣性センサ値の平均値が大きいほど被観測者の動き量が大きいと云えるため、慣性センサ値の高低に応じて呼吸数の高低が推定されても構わない。
(BPF特性の決定例)
次に、図8及び図19〜図28を参照して、既述のBPF特性を決定(又は設定)する処理(例えば、図7、図10及び図11の処理P14、並びに、図11の処理P34)の一例について説明する。
以下に説明するBPF特性の決定例は、第1〜第3実施例に共通でよい。ただし、以下の説明において、「基準心拍数」は、図7、図10及び図11の処理P14については、電波センサ値にHPFを適した後の周波数解析結果を基に検出された、心拍成分のピーク周波数に応じた心拍数に相当する。
これに対し、図11の処理P34については、「基準心拍数」は、慣性センサ値を基に推定された心拍数に相当する。例えば、第3実施例において、図11の閾値判定処理P33でNOと判定された場合の「基準心拍数」は、処理P32において慣性センサ値を基に推定された心拍数に相当する。
既述のとおり、図8は、単位時間あたりの心拍数と心拍毎の時間長のばらつきとの関係を例示しており、符号122は、心拍数の計測データ(x(n),x(n+1))を表し、直線124は、各計測データ122の中心値を表している。
中心値124を表す直線は、例示的に、各計測データ122に関して例えば最小二乗法で求められた直線であり、ax(n)+bx(n+1)+c=0で表されると仮定する。ただし、係数a、b、cは、実数である。
ここで、各計測データ122(x(n)、x(n+1))から直線124に下す垂線の長さdは、下記の式(5)で表すことができる。
Figure 2017144035
長さdの最大値を有する計測点が、座標(x(m),x(m+1))で表される最大距離点126であると仮定する。ただし、「m」は、m≦nを満たす正の整数である。
当該最大距離点126と、例えば心拍周波数=2Hzの時に、「−0.1Hz」に相当する座標(図8の例では、座標(120,114))と、を通る直線を、帯域幅の下限を示す直線とする。
帯域幅の上限を示す直線は、例えば、点(120、126)を通り、任意の周波数で、帯域幅の下限と同一の幅を持つ点を通る直線としてよい。なお、心拍周波数=2Hzの時の帯域幅は、例えば、図8の計測データ122において心拍数x(n)=120の時の次の心拍の最高値および最低値を参照して決定するようにしてもよい。
次に、図19は、BPF特性の設定例を説明するための図である。図19には、例示的に、予め設けた式に基準心拍数を代入することにより算出された、BPFの帯域の上限及び下限の一例が示されている。
図19において、横軸は、基準心拍数[Hz]を表し、縦軸は、帯域幅の上限及び下限に相当する心拍数[Hz]を表す。図19において、帯域幅の上限は、帯域上限値132で表され、帯域幅の下限は、帯域下限値134で表されている。図19には、幾つかの基準心拍数における帯域幅の上限値及び下限値が例示されている。
なお、既述の「予め設けた式」は、例えば、図8に例示した、最大距離点126、並びに、計測データ122を基にして決定された基準座標(120,126)及び(120,114)等に基づき、内挿や外挿によって決定されてもよい。
次に、図20は、BPFの通過帯域の一例を示す図である。図20において、横軸は、BPFの中心周波数、縦軸は、BPFの帯域幅を示している。また、図20において、固定最小心拍141又は可変最小心拍144は、或る中心周波数に対して対応する帯域幅を採用した際の帯域の下限に対応する心拍数を表す。
また、図20において、固定最大心拍142又は可変最大心拍145は、或る中心周波数に対して対応する帯域幅を採用した際の帯域の下限に対応する心拍数を表す。
なお、固定最小心拍141及び固定最大心拍142は、本実施形態においてBPFの帯域幅が可変であることとの比較のために、心拍数に応じて帯域幅が変化しない場合の例を示している。
可変最小心拍144及び可変最大心拍145より、例えば、心拍数=1Hz近傍においては、BPFの帯域幅は、符号148で示す帯域幅であり、心拍数=4Hz近傍においては、帯域幅148よりも狭い帯域幅149である。このように、より低い心拍数ではより広い帯域幅148が設定され、より高い心拍数では、より狭い帯域幅149が設定される。
図21は、BPFの帯域幅の設定例を示す図である。図21において、横軸は、中心周波数を表し、縦軸は、帯域幅を表す。図21において、直線152は、中心周波数に対する帯域幅の設定値の一例を示す。例えば、図8や図20を参照して説明した例では、帯域幅152は、中心周波数の増加に対し、線形的に減少するように設定されてよい。
中心周波数と帯域幅との関係は、中心周波数が低いほど帯域幅が広くなる関係にあればよく、必ずしも直線で表される関係でなくてもよい。例えば、図21において符号154に示すように、中心周波数に対して段階的に帯域幅が変化するように帯域幅が設定されてもよい。なお、帯域幅と中心周波数との関係は、例えば、実測値を基にして決定された、或る2点以上の点に基づき、単調増加の好適な1つ以上の関数にて内挿及び外挿することで決定されてもよい。
次に、図22〜図25は、帯域幅の他の設定例を示す図である。図22及び図23は、心拍数分布の一例を示す図であり、図24及び図25は、心拍数の統計処理例を示す図である。図22及び図23において、横軸は、或る時点での心拍間隔に対する次の心拍間隔の差を示す時間を表し、縦軸は、計測数を表す。
図22は、心拍数が55〜60付近の心拍数分布を例示しており、図23は、心拍数が75〜80付近の心拍数分布を例示している。図22及び図23の比較により、心拍数が55〜60付近よりも、心拍数が75〜80付近の方が、計測データは縦軸付近に集中しており、心拍数のばらつきが小さい。なお、統計処理に用いる計測データは、例えば電極を生体に接触させて心拍を計測する心電計等で計測したデータであってよい。
図24及び図25は、心拍数が60付近と心拍数が120付近とのそれぞれの実測データの統計処理の一例を示す。図24及び図25に例示する統計処理例においては、532個のデータの確率分布を求め、計測データが一定以上の確率である範囲に入るように、BPFの帯域幅を計算している。
図24の統計処理例では、心拍数が60付近において、算出された確率分布の8σ及びCP値=1.33となるように範囲を決定すると、帯域幅は、±0.165Hzである。なお、σは、標準偏差を表し、「CP」は、「Process Capability」を表す。心拍数が120付近で、当該帯域幅と同じ帯域幅をもつには、CP値=2.16である。
同様に、図25の統計処理例では、心拍数が120付近において、算出された確率分布の8σ及びCP値=1.33になる範囲を決定すると、帯域幅は、±0.1015Hzである。心拍数が60付近で、当該帯域幅と同じ帯域幅をもつには、CP値=0.82である。
以上のように実測値の統計処理を行ない、或る確率以上でデータ検出が可能なBPFの帯域幅を設定する。このとき、帯域幅と基準心拍数に相当する中心周波数との関係は、或る2点に基づいて線形的に決定されてもよいし、より細かい間隔の中心周波数について上記統計処理を行ない、内挿することで決定されてもよい。
あるいは、帯域幅と中心周波数との関係は、或る2点以上が決定された場合に、各点に基づき、単調増加の好適な1つ以上の関数にて内挿及び外挿することで決定されてもよいし、中心周波数に対して段階的に帯域幅が変化するように設定されてもよい。
図26及び図27は、帯域幅の設定例を説明するための図である。図26及び図27において、横軸は、周波数[Hz]を表し、縦軸は、ゲイン[dB]を表す。図26及び図27において、符号162は、心拍出現帯域を表し、例えば、0.8〜4.0Hzである。
図26に例示する、電波センサ値の周波数解析結果(例えば、FFT結果)160では、心拍出現帯域162に、符号163で示すピークゲインが存在している。当該ピークゲイン163に対応する周波数が、BPFの中心周波数に設定され、例えば符号164で例示する帯域幅がBPFの帯域幅に設定される。
一方、図27に例示する、FFT結果165では、心拍出現帯域162に符号168で示すピークゲインが存在している。当該ピークゲイン168に対応する周波数が、BPFの中心周波数に設定される。
ここで、ピークゲイン168に対応する中心周波数は、図26におけるピークゲイン163に対応する周波数よりも高いため、BPFの帯域幅には、図26における帯域幅164よりも狭い帯域幅166が設定される。
このように、BPFの中心周波数を基準心拍数に対応する周波数に設定し、かつ、帯域幅を当該中心周波数の高低に応じて適応的に可変制御することで、心拍出現帯域に現われたノイズ成分を効率的に抑圧することができる。
別言すると、生体の心拍特性に応じた可変の中心周波数及び帯域幅を有するBPFを用いることにより、心拍数の高低に依存せずに、心拍出現帯域における不要な信号成分を効率的に抑圧することができる。したがって、心拍出現帯域における心拍信号の検出精度を向上できる。
図28は、帯域幅情報の一例を示す図である。図28に例示する帯域幅情報170は、例えば、情報処理装置3の記憶部30に記憶されてよい。帯域幅情報170には、非限定的な一例として、基準心拍数情報171、BPF幅下限情報172、及び、BPF幅上限情報173が含まれてよい。
情報処理装置3のプロセッサ31が、当該帯域幅情報170を参照することで、基準心拍数に対応するBPFの帯域を決定、設定できる。
(その他)
なお、上述した各実施例において、電波センサ値に対するBPFの適用、及び、BPF特性の可変制御は、オプションであってよい。電波センサ値に少なくとも既述のHPFを適用すれば、BPFを適用しなくても、心拍成分の検出精度向上が見込める。
また、上述した第3実施例では、電波センサ21と慣性センサ22とが、センサユニット2に一体化されている例について説明したが、電波センサ21と慣性センサ22とは、同一利用者に取り付けられるのであれば、別体であってもよい。別言すると、電波センサ21と慣性センサ22とは、同一利用者をセンシング対象にするのであれば、一体化されているか別体であるかは問わなくてよい。
電波センサ21と慣性センサ22とがセンサユニット2として一体化されていれば、電波センサ21と慣性センサ22とを個別的に管理したり利用者に取り付けたりする手間が省けるから、扱い易さや利便性が向上する。また、電波センサ21及び慣性センサ22の一方の取り付け忘れや紛失等を防止あるいは抑制できる。
一方、電波センサ21と慣性センサ22とが別体の場合は、利用者に対する各センサ21及び22の取り付け位置を個別的に調整でき、取り付け位置の自由度向上が期待できる。
1 センサシステム
2 バイタルセンサ(センサユニット)
21 電波センサ
211 アンテナ
212 ローカル発振器(Oscillator, OSC)
213 MCU(Micro Control Unit)
214 検波回路
215 オペアンプ(OP)
216 電源部
22 慣性センサ
23 プロセッサ
26 バス
3 情報処理装置
31 プロセッサ
32 メモリ
33 記憶装置
34 通信インタフェース(IF)
35 ペリフェラルIF
36 バス
4 ネットワーク
6 通信機器
7 空調機
8 照明器具

Claims (16)

  1. 電波センサの検出信号を受信する受信部と、
    前記検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出する処理部と、
    を備えた、センサ情報処理装置。
  2. 前記処理部は、
    前記電波センサの前記検出信号を周波数解析した結果において、前記心拍成分が出現すると想定される周波数帯域よりも低い周波数帯域において、ピーク値を有するピーク周波数を検出し、
    前記ピーク周波数と、前記ピーク周波数のN倍波(Nは2以上の整数)相当の周波数と、を含む周波数帯域を前記フィルタの遮断帯域に設定する、請求項1に記載のセンサ情報処理装置。
  3. 前記処理部は、
    前記検出信号において前記心拍成分が出現すると想定される周波数帯域と重ならない帯域に前記フィルタの前記遮断帯域を設定する、請求項1または2に記載のセンサ情報処理装置。
  4. 前記フィルタは、ハイパスフィルタであり、
    前記処理部は、
    前記ピーク周波数が高いほど、前記ハイパスフィルタの遮断周波数を高く設定する、請求項2又は3に記載のセンサ情報処理装置。
  5. 電波センサの検出信号と、慣性センサの検出信号と、を受信する受信部と、
    前記電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、前記慣性センサの検出信号に応じて制御し、前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出する処理部と、
    を備えた、センサ情報処理装置。
  6. 前記処理部は、
    前記慣性センサの検出信号を基に前記被観測者の呼吸数を推定し、推定した呼吸数に応じた周波数に、前記ハイパスフィルタの前記遮断周波数を設定する、請求項5に記載のセンサ情報処理装置。
  7. 前記処理部は、
    前記慣性センサの検出信号を基に前記被観測者の心拍数又は運動強度を推定し、推定した心拍数又は運動強度を基に前記呼吸数を推定する、請求項6に記載のセンサ情報処理装置。
  8. 前記処理部は、
    前記推定した呼吸数が高いほど、前記ハイパスフィルタの前記遮断周波数を高く設定する、請求項6又は7に記載のセンサ情報処理装置。
  9. 前記遮断周波数に応じた前記ハイパスフィルタの遮断帯域に、前記被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分が少なくとも含まれる、請求項5〜8のいずれか1項に記載のセンサ情報処理装置。
  10. 前記処理部は、
    前記電波センサの検出信号において前記心拍成分が出現すると想定される周波数帯域と重ならない帯域に、前記遮断帯域を設定する、請求項9に記載のセンサ情報処理装置。
  11. 前記処理部は、
    前記推定した心拍数又は運動強度が閾値以下の場合、前記ハイパスフィルタを適用せずに前記電波センサの検出信号において前記心拍成分を検出する、請求項7に記載のセンサ情報処理装置。
  12. 前記電波センサ及び前記慣性センサは、センサユニットに備えられた、請求項5〜11のいずれか1項に記載のセンサ情報処理装置。
  13. 電波センサと、
    前記電波センサの検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出する処理部と、
    を備えた、
    センサユニット。
  14. 電波センサと、
    慣性センサと、
    前記電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、前記慣性センサの検出信号に応じて制御し、前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出する処理部と、
    を備えた、センサユニット。
  15. 電波センサの検出信号に、被観測者の呼吸由来の周波数成分の高調波成分を少なくとも遮断するフィルタを適用し、前記フィルタを通過した信号において、前記被観測者の心拍成分を検出する処理を、コンピュータに実行させる、センサ情報処理プログラム。
  16. 電波センサの検出信号に適用するハイパスフィルタの遮断周波数を、慣性センサの検出信号に応じて制御し、
    前記ハイパスフィルタを通過した信号において被観測者の心拍成分を検出する
    処理を、コンピュータに実行させる、センサ情報処理プログラム。
JP2016027971A 2016-02-17 2016-02-17 センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム Pending JP2017144035A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016027971A JP2017144035A (ja) 2016-02-17 2016-02-17 センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
US15/415,421 US20170231576A1 (en) 2016-02-17 2017-01-25 Sensor information processing apparatus
EP17153710.3A EP3207864A1 (en) 2016-02-17 2017-01-30 Sensor information processing apparatus
CN201710071056.XA CN107088060A (zh) 2016-02-17 2017-02-09 传感器信息处理设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016027971A JP2017144035A (ja) 2016-02-17 2016-02-17 センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017144035A true JP2017144035A (ja) 2017-08-24

Family

ID=57914887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016027971A Pending JP2017144035A (ja) 2016-02-17 2016-02-17 センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170231576A1 (ja)
EP (1) EP3207864A1 (ja)
JP (1) JP2017144035A (ja)
CN (1) CN107088060A (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201700078138A1 (it) * 2017-07-11 2019-01-11 Milano Politecnico Dispositivo indossabile per il monitoraggio continuo della frequenza respiratoria
KR102547612B1 (ko) * 2018-02-07 2023-06-26 삼성전자주식회사 복수의 필터를 이용하여 외부 객체와 관련된 심박변이도 정보를 생성하기 위한 방법 및 이를 위한 장치
IT202000014500A1 (it) * 2020-06-17 2021-12-17 Paco Adriano Di Metodo per fornire in tempo reale informazioni relative alle prestazioni cardiache e/o respiratorie di un individuo e relativo dispositivo

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090278728A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Lucent Technologies, Inc. Doppler Radar Cardiopulmonary Sensor and Signal Processing System and Method for Use Therewith
US20120029375A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 Welch Allyn, Inc. Respirations Activity and Motion Measurement Using Accelerometers
JP2013153782A (ja) * 2012-01-26 2013-08-15 Toyota Infotechnology Center Co Ltd 心拍信号処理装置および心拍信号処理方法
US20150265161A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Massachusetts Institute Of Technology Methods and Apparatus for Physiological Parameter Estimation

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0669444B2 (ja) 1987-10-29 1994-09-07 日産自動車株式会社 車両乗員の状態検出装置
US20070118054A1 (en) * 2005-11-01 2007-05-24 Earlysense Ltd. Methods and systems for monitoring patients for clinical episodes
JP4915568B2 (ja) 2006-11-17 2012-04-11 パナソニック株式会社 生体情報検出装置及び睡眠環境制御システム
US20080300499A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Richard Ellis Strube Portable Apnea and Cardiac Monitor
US8491487B2 (en) * 2009-02-11 2013-07-23 Edwards Lifesciences Corporation Detection of parameters in cardiac output related waveforms
JP2011115459A (ja) 2009-12-04 2011-06-16 Nippon Soken Inc 生体情報検出装置及び生体情報検出方法
CA2826866A1 (en) * 2011-02-09 2012-08-16 Massachusetts Institute Of Technology Wearable vital signs monitor
JP5935593B2 (ja) * 2012-08-22 2016-06-15 富士通株式会社 心拍推定装置及び方法、並びにプログラム
CN103479349B (zh) * 2013-09-25 2017-02-01 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 心电信号数据获取及处理方法和系统
US20150223701A1 (en) * 2014-02-10 2015-08-13 California Institute Of Technology Breathing and heartbeat feature extraction and victim detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090278728A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Lucent Technologies, Inc. Doppler Radar Cardiopulmonary Sensor and Signal Processing System and Method for Use Therewith
US20120029375A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 Welch Allyn, Inc. Respirations Activity and Motion Measurement Using Accelerometers
JP2013153782A (ja) * 2012-01-26 2013-08-15 Toyota Infotechnology Center Co Ltd 心拍信号処理装置および心拍信号処理方法
US20150265161A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Massachusetts Institute Of Technology Methods and Apparatus for Physiological Parameter Estimation

Also Published As

Publication number Publication date
EP3207864A1 (en) 2017-08-23
US20170231576A1 (en) 2017-08-17
CN107088060A (zh) 2017-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017136164A (ja) センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
JP2017136165A (ja) センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
Wang et al. SonarBeat: Sonar phase for breathing beat monitoring with smartphones
US10746852B2 (en) Vital signs monitoring via radio reflections
US10582877B2 (en) High-frequency device
JP6716951B2 (ja) センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
CN109414203B (zh) 基于光学测量的在线心率估计
JP6056389B2 (ja) 心拍推定装置、心拍推定方法及びプログラム
JP2017144035A (ja) センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
WO2018042512A1 (ja) 活動量処理装置、活動量処理方法、及び、活動量処理プログラム
US20230091163A1 (en) Heart activity monitoring during physical exercise
JP6642055B2 (ja) センサ情報処理装置、センサユニット、及び、センサ情報処理プログラム
JP2018187129A (ja) 計測装置、計測方法、および計測プログラム
JP6440137B1 (ja) 呼吸状態推定装置、呼吸状態推定方法、及び、プログラム記録媒体
JP6536038B2 (ja) 周期推定装置、周期推定方法及びプログラム。
JP6642591B2 (ja) センサユニット、センサ制御装置、センサデータ処理装置、センサ制御プログラム、センサデータ処理プログラム
Chara et al. Respiratory biofeedback using acoustic sensing with smartphones
JP6365248B2 (ja) 電子機器、および健康状態管理プログラム
Wang et al. Received power-based vital signs monitoring
Yuan et al. A study on the effect of measurement distance on the accuracy of millimeter-wave radar sensing for heartbeat measurement
US20230014336A1 (en) Heart beat measurements using a mobile device
KR20180035511A (ko) 임펄스 레이더를 이용한 타겟의 생체 정보 결정 장치 및 방법
JP2016123733A (ja) 携帯機器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181011

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190607

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191003

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200107