JP2020092980A - Respiratory disease discrimination device - Google Patents

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JP2020092980A JP2018234811A JP2018234811A JP2020092980A JP 2020092980 A JP2020092980 A JP 2020092980A JP 2018234811 A JP2018234811 A JP 2018234811A JP 2018234811 A JP2018234811 A JP 2018234811A JP 2020092980 A JP2020092980 A JP 2020092980A
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岳巳 松井
Takemi Matsui
岳巳 松井
裕紀 高本
Yuki Takamoto
裕紀 高本
光鎬 孫
Guanghao Sun
光鎬 孫
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Abstract

To discriminate a respiratory disease without use of a mouthpiece.SOLUTION: A respiratory disease discrimination device (S) comprises: first detection means (6) for detecting a distance from the body surface of a subject (3); second detection means (8) which is disposed at a position different from the first detection means (6) and detects a distance from the body surface of the subject (3); respiration measuring means (C3) which measures the respiration (Ac(t)) of the subject except a body motion, on the basis of a result of the detection by the first detection means (6) and a result of the detection by the second detection means (8); and disease discrimination means (C4) which discriminates a respiratory disease of the subject (3), on the basis of a result of a detection by the respiration measuring means (C3).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、COPD(慢性閉塞性肺疾患)等の呼吸器系の疾患に罹患した被検者を判別する呼吸器系疾患判別装置に関する。 The present invention relates to a respiratory disease determining apparatus for determining a subject suffering from a respiratory disease such as COPD (chronic obstructive pulmonary disease).

近年、新興国において、経済発展に伴って急激な大気汚染が進行している国がある。そのような国では、呼吸器系の疾患が問題となっており、特に、呼吸器系の疾患の一例としての慢性閉塞性呼吸器症候群(=COPD:Chronic Obstructive Pulmonary Disease)の患者が増加傾向にある。また、喫煙者の中にもCOPDの患者がみられる。COPDには、現在のところ根本的な治療法は確立されておらず、早期に発見し病気の進行を止める必要がある。 In recent years, some emerging countries are undergoing rapid air pollution due to economic development. In such countries, respiratory diseases have become a problem, and in particular, the number of patients with chronic obstructive respiratory syndrome (= COPD: Chronic Obstructive Pulmonary Disease) as an example of respiratory diseases is on the rise. is there. Also, some smokers have COPD. No fundamental cure has been established for COPD at present, and it is necessary to detect COPD at an early stage and stop the progression of the disease.

現在、COPDの診断には、スパイロメータと呼ばれる機器を使用することが一般的である。スパイロメータは、筒状のマウスピースを被検者が口で咥えて、息を吹き込む機器である。スパイロメータを使用して、1秒間の呼気の換気量の大きさ(=一秒率)を求め、一秒率の大きさが小さい場合にCOPDか否かを診断することが行われている。他にも、スパイロメータを使用して、最大呼吸時の換気量(=F)と呼気流速(=V)の関係(=FV−カーブ)を求めて、その形からCOPDか否かを診断することも公知である(非特許文献1)。 At present, a device called a spirometer is generally used for diagnosing COPD. A spirometer is a device in which a subject holds a tubular mouthpiece with his mouth and blows his breath. A spirometer is used to determine the magnitude of the expiratory volume of breath for one second (=one-second rate), and when the magnitude of the one-second rate is small, it is diagnosed whether or not it is COPD. In addition, a spirometer is used to obtain the relationship (=FV-curve) between the ventilation volume (=F) and the expiratory flow rate (=V) at the time of maximum breathing, and whether COPD or not is diagnosed from the shape. It is also known (Non-Patent Document 1).

O’Donnell DE et.al. “Pathophysiology of dyspnea in chronic obstructive pulmonary disease: a roundtable”, Proc Am Thorac Soc ,2007,4(2):145-68O'Donnell DE et.al. “Pathophysiology of dyspnea in chronic obstructive pulmonary disease: a roundtable”, Proc Am Thorac Soc ,2007,4(2):145-68

(従来技術の問題点)
従来技術のようにスパイロメータを使用する場合、マウスピースを使用するため、医師や臨床検査技師の立ち合いが必須である。したがって、スパイロメータでの診断や検診は、病院でしか行うことが難しく、家庭や職場では使用が困難である。家や職場で簡易的にCOPDのスクリーニングができれば、呼吸器内科の受診を勧めることもできるが、病院に来院して診断を行う場合は、既に自覚症状があるくらいまで症状が進行してから来院することになりかねない。すなわち、COPD等の呼吸器系の疾患を早期に発見するには、家庭や職場等で使用可能な機器が求められている。
(Problems of conventional technology)
When the spirometer is used as in the prior art, a mouthpiece is used, and therefore it is essential to have a doctor or a clinical technologist. Therefore, it is difficult to carry out diagnosis and examination with a spirometer only in a hospital, and it is difficult to use it at home or at work. If COPD can be easily screened at home or in the workplace, it may be advisable to have a medical examination for respiratory medicine. It could be done. That is, in order to detect respiratory diseases such as COPD in an early stage, a device that can be used at home, at work, etc. is required.

本発明は、マウスピースを使用しなくても呼吸器系の疾患を判別可能にすることを技術的課題とする。 An object of the present invention is to make it possible to identify a respiratory disease without using a mouthpiece.

前記技術的課題を解決するために、請求項1に記載の発明の呼吸器系疾患判別装置は、
被検者の体表からの距離を検出する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段とは異なる位置に配置され、被検者の体表からの距離を検出する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段の検出結果と前記第2の検出手段の検出結果に基づいて、体動を除いた被検者の呼吸を計測する呼吸計測手段と、
前記呼吸計測手段の検出結果に基づいて、被検者の呼吸器系の疾患を判別する疾患判別手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the respiratory disease determining device according to the invention of claim 1 is
First detection means for detecting a distance from the body surface of the subject;
Second detecting means arranged at a position different from that of the first detecting means and detecting a distance from the body surface of the subject;
Respiration measurement means for measuring the respiration of the subject excluding body movements based on the detection result of the first detection means and the detection result of the second detection means,
Based on the detection result of the respiratory measurement means, a disease determination means for determining a respiratory system disease of the subject,
It is characterized by having.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の呼吸器系疾患判別装置において、
前記被検者の身体を挟んで対向して配置された前記第1の検出手段および第2の検出手段、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the respiratory system disease determining device according to claim 1,
The first detection means and the second detection means arranged to face each other with the body of the subject in between.
It is characterized by having.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の呼吸器系疾患判別装置において、
一度の呼吸における努力性肺活量に対して最初の一秒間に吐き出せた空気の量の割合に基づいて、被検者の呼吸器系の疾患を判別する前記疾患判別手段、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the respiratory system disease discrimination device according to claim 1 or 2,
Based on the ratio of the amount of air exhaled in the first second to the forced vital capacity in one breath, the disease determination means for determining the respiratory system disease of the subject,
It is characterized by having.

請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の呼吸器系疾患判別装置において、
呼吸における換気量と換気速度とが描く軌跡のパターン認識により、被検者の呼吸器系の疾患を判別する前記疾患判別手段、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the respiratory system disease determining device according to claim 1 or 2,
By the pattern recognition of the trajectory drawn by the ventilation volume and ventilation rate in breathing, the disease discrimination means for discriminating the respiratory system disease of the subject,
It is characterized by having.

請求項1に記載の発明によれば、マウスピースを使用しなくても呼吸器系の疾患を判別できる。
請求項2に記載の発明によれば、第1の検出手段および第2の検出手段が被検者の体を挟んで対向して配置されていない場合に比べて、体動を除去する際の演算を容易に行うことができる。
請求項3に記載の発明によれば、一秒率に基づいて呼吸器系の疾患を判別できる。
請求項4に記載の発明によれば、FVカーブのパターン認識で呼吸器系の疾患を判別できる。
According to the invention described in claim 1, it is possible to determine a respiratory disease without using a mouthpiece.
According to the second aspect of the present invention, when the body movement is removed as compared with the case where the first detection means and the second detection means are not arranged facing each other with the body of the subject interposed therebetween. The calculation can be easily performed.
According to the third aspect of the present invention, the respiratory system disease can be discriminated based on the one second rate.
According to the invention described in claim 4, the respiratory system disease can be identified by the pattern recognition of the FV curve.

図1は本発明の実施例1の呼吸器系疾患判別装置の全体説明図である。1 is an overall explanatory diagram of a respiratory disease determining apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は本発明の実施例1の本体部の制御部が備えている各機能をブロック図(機能ブロック図)で示した図である。FIG. 2 is a block diagram (functional block diagram) showing each function of the control unit of the main body according to the first embodiment of the present invention. 図3は実施例1の波形の一例の説明図であり、図3Aは逆正接復調処理前の波形の説明図、図3Bは逆正接復調処理後の波形の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of the waveform of the first embodiment, FIG. 3A is an explanatory diagram of the waveform before the arctangent demodulation process, and FIG. 3B is an explanatory diagram of the waveform after the arctangent demodulation process. 図4は実施例の体動の除去の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of body movement removal according to the embodiment. 図5は一秒率の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the one second rate. 図6は実験例の実験結果の説明図であり、横軸に実施例1の装置での測定結果、縦軸に従来のスパイロメータでの測定結果を取ったグラフである。FIG. 6 is an explanatory diagram of the experimental result of the experimental example, and is a graph in which the horizontal axis shows the measurement result by the apparatus of Example 1 and the vertical axis shows the measurement result by the conventional spirometer. 図7は変更例の説明図であり、図7Aは健常者の一例のFVカーブの説明図、図7BはCOPD患者の一例のFVカーブの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a modified example, FIG. 7A is an explanatory diagram of an FV curve of an example of a healthy person, and FIG. 7B is an explanatory diagram of an FV curve of an example of a COPD patient.

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(以下、実施例と記載する)を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples of the embodiments of the present invention (hereinafter referred to as examples) will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples.
In the following description using the drawings, illustrations other than the members necessary for the description are appropriately omitted for easy understanding.

図1は本発明の実施例1の呼吸器系疾患判別装置の全体説明図である。
図1において、本発明の実施例1の呼吸器系疾患判別装置Sは、被検体の一例としての人間(被検者)の生体情報を測定する測定装置1を有する。測定装置1は、内部に図示しない電源装置や電気回路等からなる情報処理装置(=コンピュータ装置)を内蔵する本体部2を有する。
1 is an overall explanatory diagram of a respiratory disease determining apparatus according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a respiratory disease determining apparatus S according to a first embodiment of the present invention includes a measuring apparatus 1 that measures biological information of a human (subject) as an example of a subject. The measuring device 1 has a main body 2 in which an information processing device (=computer device) including a power supply device, an electric circuit, and the like (not shown) is incorporated.

本体部2の前面には、表示手段の一例としてのディスプレイ4が設けられている。実施例1のディスプレイ4は、一例として、指で触れて入力が可能なタッチパネルで構成されており、ディスプレイ4は情報の表示手段と入力手段とを兼用している。したがって、ディスプレイ4は、市販のタブレット端末を使用可能である。 A display 4 as an example of a display unit is provided on the front surface of the main body 2. As an example, the display 4 of the first embodiment is configured by a touch panel that can be touched with a finger for input, and the display 4 serves both as an information display unit and an input unit. Therefore, the display 4 can use a commercially available tablet terminal.

本体部2の前面の下部には、被検者3の胸部に対面する位置に、第1の検出手段の一例としての第1ドップラーレーダ6が配置されている。また、被検者3が座る椅子7の背もたれ7aには、第2の検出手段の一例としての第2ドップラーレーダ8が配置されている。実施例1では、第1ドップラーレーダ6と第2ドップラーレーダ8とは同じ高さに配置されており、被検者3が椅子7に座ってディスプレイ4に正対した状態では、第1ドップラーレーダ6と第2ドップラーレーダ8とが対向するように配置されている。 A first Doppler radar 6 as an example of a first detecting unit is arranged at a position facing the chest of the subject 3 on the lower portion of the front surface of the main body 2. A second Doppler radar 8 as an example of a second detecting unit is arranged on the backrest 7a of the chair 7 on which the subject 3 sits. In the first embodiment, the first Doppler radar 6 and the second Doppler radar 8 are arranged at the same height, and when the subject 3 sits on the chair 7 and faces the display 4, the first Doppler radar 6 6 and the second Doppler radar 8 are arranged so as to face each other.

実施例1の各ドップラーレーダ6,8は、一例として、波長λ=12.5mm、24GHz、10mWのドップラーセンサーが使用されている。また、各ドップラーレーダ6,8は、互いに直交するIチャネルとQチャネルの信号を検出可能なものを使用している。したがって、各ドップラーレーダ6,8は、被検者3の胸部に対してマイクロ波を照射して、胸部からの反射波を測定することで、被検者3の呼吸に応じた胸部の変動を検出可能に構成されている。なお、周波数帯やセンサは、例示した構成に限定されず、胸部の変動が取得可能な任意の構成に変更可能である。例えば、TOF(=Time of Flight)センサ等の画像から距離を測定するセンサを使用して、胸部までのセンサからの距離を測定することで呼吸に応じた胸部の変動を測定することも可能である。また、2つの検出手段をドップラーレーダ6,8で構成する場合に限定されず、一方をドップラーレーダで構成し、他方をTOFセンサで構成するといった変更も可能である。 As an example, each of the Doppler radars 6 and 8 of the first embodiment uses a Doppler sensor having a wavelength λ=12.5 mm, 24 GHz, and 10 mW. Further, the Doppler radars 6 and 8 use those capable of detecting I channel and Q channel signals which are orthogonal to each other. Therefore, each of the Doppler radars 6 and 8 irradiates the chest of the subject 3 with microwaves and measures the reflected wave from the chest to measure the fluctuation of the chest according to the breath of the subject 3. It is configured to be discoverable. In addition, the frequency band and the sensor are not limited to the illustrated configuration, and can be changed to any configuration capable of acquiring the fluctuation of the chest. For example, by using a sensor such as a TOF (=Time of Flight) sensor that measures a distance from an image, it is possible to measure the fluctuation of the chest according to respiration by measuring the distance from the sensor to the chest. is there. Further, it is not limited to the case where the two detection means are configured by the Doppler radars 6 and 8, and one change may be configured by the Doppler radar and the other may be configured by the TOF sensor.

(実施例1の本体部2の制御部の説明)
図2は本発明の実施例1の本体部の制御部が備えている各機能をブロック図(機能ブロック図)で示した図である。
図2において、本体部2に内蔵されたコンピュータ装置の制御部は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うI/O(入出力インターフェース)、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたROM(リードオンリーメモリ)、必要なデータを一時的に記憶するためのRAM(ランダムアクセスメモリ)、ハードディスクやフラッシュメモリ、ROM等の記憶媒体に記憶されたプログラムに応じた処理を行うCPU(中央演算処理装置)、ならびにクロック発振器等を有している。
前記構成のコンピュータ装置は、ハードディスクやフラッシュメモリ、ROM等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
(Explanation of the control unit of the main body unit 2 of the first embodiment)
FIG. 2 is a block diagram (functional block diagram) showing each function of the control unit of the main body according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the control unit of the computer device built in the main unit 2 is an I/O (input/output interface) for inputting/outputting signals to/from the outside and adjusting the input/output signal level, and for performing necessary processing. ROM (Read Only Memory) in which the programs and data are stored, RAM (Random Access Memory) for temporarily storing necessary data, programs stored in storage media such as hard disk, flash memory, ROM, etc. It has a CPU (central processing unit) for performing the corresponding processing, a clock oscillator, and the like.
The computer device configured as described above can realize various functions by executing a program stored in a hard disk, a flash memory, a ROM, or the like.

(コンピュータ装置に接続された信号出力要素)
コンピュータ装置には、ディスプレイ4やドップラーレーダ6,8等の信号出力要素からの出力信号が入力されている。
(Signal output element connected to computer device)
Output signals from signal output elements such as the display 4 and the Doppler radars 6 and 8 are input to the computer device.

(コンピュータ装置に接続された被制御要素)
コンピュータ装置は、ディスプレイ4、その他の図示しない制御要素に接続され、各制御要素へ制御信号を出力している。
(Controlled element connected to computer device)
The computer device is connected to the display 4 and other control elements (not shown) and outputs a control signal to each control element.

(呼吸器系疾患判別プログラムAP1の機能)
呼吸器系疾患判別プログラムAP1は、下記の機能手段(プログラムモジュール)を有する。
C1:第1変動測定手段
第1変動測定手段C1は、第1ドップラーレーダ6の測定結果に基づいて、被検者3の呼吸に伴う胸部の変動を測定する。実施例1の第1変動測定手段C1は、フィルタ処理手段C1Aと、逆正接復調処理手段C1Bとを有する。実施例1の第1変動測定手段C1は、第1ドップラーレーダ6の入力信号において測定結果の時間的な変動(いわゆるプロファイル)の波形を測定する。
(Function of Respiratory Disease Discrimination Program AP1)
The respiratory disease determination program AP1 has the following functional means (program module).
C1: First Fluctuation Measuring Means The first fluctuation measuring means C1 measures the fluctuation of the chest due to the breathing of the subject 3 based on the measurement result of the first Doppler radar 6. The first variation measuring means C1 of the first embodiment has a filter processing means C1A and an arctangent demodulation processing means C1B. The first variation measuring means C1 of the first embodiment measures the waveform of the temporal variation (so-called profile) of the measurement result in the input signal of the first Doppler radar 6.

C1A:フィルタ処理手段
フィルタ処理手段C1Aは、第1ドップラーレーダ6の入力信号の波形から、0.015〜40Hzの信号を通過させるバンドパスフィルタの処理を行う。すなわち、0.015Hz未満の低周波と、40Hzより大きな高周波のノイズを除去する。
C1A: Filter Processing Means The filter processing means C1A performs processing of a bandpass filter that passes a signal of 0.015 to 40 Hz from the waveform of the input signal of the first Doppler radar 6. That is, low-frequency noise of less than 0.015 Hz and high-frequency noise of greater than 40 Hz are removed.

図3は実施例1の波形の一例の説明図であり、図3Aは逆正接復調処理前の波形の説明図、図3Bは逆正接復調処理後の波形の説明図である。
C1B:逆正接復調処理手段
逆正接復調処理手段C1Bは、フィルタ処理手段C1Aで処理された波形の信号に対して、逆正接復調処理を行う。図3Aに示すように、被検者3が、意識的に最大限努力して呼吸を行った時(=努力呼吸時)に、第1ドップラーレーダ6で観測されるレーダー波形において、複数の山、すなわち、複数回呼吸を行ったような波形が観測されることがある。これは、被検者3が第1ドップラーレーダ6の波長λ=12.5mmと同じ動きをすると、呼吸時の変動をViとし、対象の動きをz(=λ)、固定位相をθ1とすると、以下の式のように、2周期分の波形となることがわかる。
Vi=sin(4π×z/λ+θ1)
=sin(4π+θ1)
特に、努力呼吸時、いわゆる深呼吸時には、空気を吸い込む動き(のけぞる方向の動き)や吐き出す動き(かがむ方向の動き)のような体動が自然と伴いやすく、被検者3が動かないように努力しても、被検者3が動いてしまいがちである。したがって、1回の呼吸で図3Aに示すように複数の山が計測されてしまう場合がある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of the waveform of the first embodiment, FIG. 3A is an explanatory diagram of the waveform before the arctangent demodulation process, and FIG. 3B is an explanatory diagram of the waveform after the arctangent demodulation process.
C1B: Arc tangent demodulation processing means The arc tangent demodulation processing means C1B performs arc tangent demodulation processing on the signal of the waveform processed by the filter processing means C1A. As shown in FIG. 3A, when the subject 3 consciously breathes with maximum effort (=during forced breathing), a plurality of peaks are included in the radar waveform observed by the first Doppler radar 6. That is, a waveform as if breathing multiple times may be observed. When the subject 3 makes the same movement as the wavelength λ=12.5 mm of the first Doppler radar 6, the fluctuation during breathing is Vi, the movement of the object is z(=λ), and the fixed phase is θ1. It can be seen that the waveform has two cycles as shown in the following equation.
Vi=sin(4π×z/λ+θ1)
=sin(4π+θ1)
In particular, during effort breathing, so-called deep breathing, body movements such as inhaling air (moving backward) and exhaling air (moving downward) are likely to be naturally accompanied, and the subject 3 should try not to move. However, the subject 3 tends to move. Therefore, a plurality of peaks may be measured in one breath as shown in FIG. 3A.

実施例1の逆正接復調処理手段C1Bは、第1ドップラーレーダ6で検出されるIチャネルとQチャネルの信号を使用して逆正接復調処理を行う。実施例1では、Iチャネルの出力信号をBI(t)とし、Qチャネルの出力信号をBQ(t)とし、センサからの距離をp1(t)とした場合に、以下の式(1)から逆正接処理を行う。
A(t)=arctan(BQ(t)/BI(t))
=arctan(sin(θ1+p1(t))/cos(θ1+p1(t))
=θ1+p1(t) …式(1)
なお、p1(t)=4πvt/λとなる。したがって、式(1)は、図3Bのようなグラフとなり、対象である被検者3の胸部の動きのみが抽出可能となる。
The arctangent demodulation processing means C1B of the first embodiment uses the I-channel and Q-channel signals detected by the first Doppler radar 6 to perform arctangent demodulation processing. In the first embodiment, when the output signal of the I channel is BI(t), the output signal of the Q channel is BQ(t), and the distance from the sensor is p1(t), the following formula (1) is used. Performs arctangent processing.
A(t)=arctan(BQ(t)/BI(t))
=arctan(sin(θ1+p1(t))/cos(θ1+p1(t))
=θ1+p1(t) Equation (1)
Note that p1(t)=4πvt/λ. Therefore, the formula (1) becomes a graph as shown in FIG. 3B, and only the movement of the chest of the subject 3 who is the target can be extracted.

C2:第2変動測定手段
第2変動測定手段C2は、第2ドップラーレーダ8の測定結果に基づいて、被検者3の呼吸に伴う胸部の変動を測定する。第2変動測定手段C2も、第1変動測定手段C1と同様に、フィルタ処理手段C2Aと、逆正接復調処理手段C2Bとを有する。なお、第2変動測定手段C2は、第1変動測定手段C1と比べて、入力される信号が第1ドップラーレーダ6からのものであるか第2ドップラーレーダ8からのものであるかが異なるだけであり同様の処理が実行されるので、詳細な説明は省略する。
C2: Second fluctuation measuring means The second fluctuation measuring means C2 measures the fluctuation of the chest due to the breathing of the subject 3 based on the measurement result of the second Doppler radar 8. The second fluctuation measuring means C2 also has a filter processing means C2A and an arctangent demodulation processing means C2B, like the first fluctuation measuring means C1. It should be noted that the second fluctuation measuring means C2 differs from the first fluctuation measuring means C1 only in whether the input signal is from the first Doppler radar 6 or the second Doppler radar 8. Since the same processing is performed, detailed description will be omitted.

図4は実施例の体動の除去の説明図である。
C3:体動除去手段
呼吸計測手段の一例としての体動除去手段C3は、第1変動測定手段C1と第2変動測定手段C2での検出結果に基づいて、体動を除去した呼吸を計測する。実施例1の体動除去手段C3は、各変動測定手段C1,C2で算出された胸部の動きA1(t),A2(t)から、呼吸による動きを導出する。ここで、対象(=被検者3)の動きの各ドップラーレーダ6,8での測定結果z1(t),z2(t)において、呼吸による動きをx1(t),x2(t)とし、体動による動きをy(t)とすると、以下の式(2)から呼吸成分Ac(t)が導出される。
A1(t)=4πx1(t)/λ+4πy(t)/λ+θ1
A2(t)=4πx2(t)/λ−4πy(t)/λ+θ1
Ac(t)=A1(t)+A2(t)
=4π{x1(t)+x2(t)}/λ+θ1+θ2 …式(2)
FIG. 4 is an explanatory diagram of body movement removal according to the embodiment.
C3: Body Movement Removing Means A body movement removing means C3, which is an example of a respiration measuring means, measures respiration from which body movements have been removed based on the detection results of the first variation measuring means C1 and the second variation measuring means C2. .. The body movement removing means C3 of the first embodiment derives the movement due to respiration from the chest movements A1(t) and A2(t) calculated by the fluctuation measuring means C1 and C2. Here, in the measurement results z1(t) and z2(t) of the movement of the target (=subject 3) by the Doppler radars 6 and 8, the movements due to respiration are x1(t) and x2(t), If the movement due to body movement is y(t), the respiratory component Ac(t) is derived from the following equation (2).
A1(t)=4πx1(t)/λ+4πy(t)/λ+θ1
A2(t)=4πx2(t)/λ-4πy(t)/λ+θ1
Ac(t)=A1(t)+A2(t)
=4π{x1(t)+x2(t)}/λ+θ1+θ2 Equation (2)

すなわち、呼吸時には、肺に空気を取り込んだり吐き出したりする動きになるため、被検者3の体が、いわば膨らんだり萎んだりする形となる。したがって、膨らむときには、両ドップラーレーダ6,8と胸部や背中との距離が近づき、萎むときには両ドップラーレーダ6,8との距離が遠くなる。したがって、2つのドップラーレーダ6,8での測定結果A1(t),A2(t)において、測定結果に含まれる呼吸成分x1(t),x2(t)は同相となる。
一方で、体動時には、被検者3の体が屈んだり仰け反ったりする動きとなる。したがって、屈むときには、第1ドップラーレーダ6と胸部とが近づき且つ第2ドップラーレーダ8と背中とが遠くなり、仰け反る際には逆の関係になる。したがって、2つのドップラーレーダ6,8での測定結果A1(t),A2(t)において、体動成分y(t)は逆相となる。
したがって、2つのドップラーレーダ6,8の観測結果を合成することで、体動成分を打ち消すことができ、呼吸成分Ac(t)のみを導出することが可能である。
That is, during breathing, the lungs take air into and out of the lungs, so that the body of the subject 3 is inflated and deflated. Therefore, when inflated, the distances between the both Doppler radars 6, 8 are close to the chest and the back, and when deflated, the distances between the both Doppler radars 6, 8 are long. Therefore, in the measurement results A1(t) and A2(t) obtained by the two Doppler radars 6 and 8, the respiratory components x1(t) and x2(t) included in the measurement results are in phase.
On the other hand, during the body movement, the body of the subject 3 bends or leans back. Therefore, when bending down, the first Doppler radar 6 approaches the chest and the second Doppler radar 8 moves farther away from the back. Therefore, in the measurement results A1(t) and A2(t) by the two Doppler radars 6 and 8, the body movement component y(t) has an opposite phase.
Therefore, by combining the observation results of the two Doppler radars 6 and 8, the body motion component can be canceled and only the respiratory component Ac(t) can be derived.

C4:疾患判別手段
疾患判別手段C4は、平滑化手段C4Aと、一秒率算出手段C4Bとを有し、体動除去手段C3で導出された呼吸成分Ac(t)に基づいて、被検者3の呼吸器系の疾患を判別する。平滑化手段C4Aは、波形の移動平均から波形の平滑化を行う。
C4: Disease Discriminating Means The disease discriminating means C4 has a smoothing means C4A and a one-second rate calculating means C4B, and is based on the respiratory component Ac(t) derived by the body movement removing means C3. 3. Respiratory diseases are identified. The smoothing means C4A smoothes the waveform from the moving average of the waveform.

図5は一秒率の説明図である。
一秒率算出手段C4Bは、一度の呼吸における努力性肺活量に対して最初の一秒間に吐き出せた空気の量の割合である一秒率を導出する。図5において、実施例1の一秒率算出手段C4Bは、呼吸成分Ac(t)の波形において、最もピーク間の幅が大きなものを努力性肺活量(=FVC)とし、頂点から最初の一秒間に吐き出させた空気の量(=FEV1.0)を演算して、FEV1.0%=FEV1.0/FVCを、一秒率として導出する。
そして、実施例1の疾患判別手段C4は、一秒率FEV1.0%が、一例として、70%未満の場合をCOPDと診断する。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the one second rate.
The one-second rate calculating means C4B derives the one-second rate, which is the ratio of the amount of air exhaled in the first second to the forced vital capacity in one breath. In FIG. 5, the one-second rate calculating unit C4B of the first embodiment sets the one having the largest peak-to-peak width in the waveform of the respiratory component Ac(t) as the forced vital capacity (=FVC), and the first one second from the apex. The amount of air discharged (=FEV1.0) is calculated, and FEV1.0%=FEV1.0/FVC is derived as a one-second rate.
Then, the disease determining means C4 of the first embodiment diagnoses COPD when the one-second rate FEV1.0% is, for example, less than 70%.

(実施例1の作用)
前記構成を備えた実施例1の呼吸器系疾患判別装置Sは、被検者3の前方の第1ドップラーレーダ6と、椅子7の背もたれ7aに設置された第2ドップラーレーダ8とで被検者3の動きを非接触で検出する。そして、体動成分が除去されて呼吸成分Ac(t)が導出され、COPDの診断が行われる。したがって、マウスピースを咥える従来のスパイロメータを使用する場合に比べて、簡便にCOPDの診断を行うことができる。したがって、医師や臨床検査技師の立ち合いも必要なく、家庭や職場等にも設置可能である。よって、病院までいかなくても家庭や職場で気軽にCOPD等の呼吸器系の疾患の診察を行うことができ、疾患の早期発見にもつながる。
また、椅子7に座るだけで非接触で診断可能であるため、マウスピースを咥えるスパイロメータに比べて、被検者3への物理的負担も心理的負担も少ない。
(Operation of Example 1)
The respiratory disease determining apparatus S according to the first embodiment having the above configuration is tested by the first Doppler radar 6 in front of the subject 3 and the second Doppler radar 8 installed on the backrest 7a of the chair 7. The movement of the person 3 is detected without contact. Then, the body motion component is removed, the respiratory component Ac(t) is derived, and the diagnosis of COPD is performed. Therefore, COPD can be diagnosed more easily than when a conventional spirometer that holds a mouthpiece is used. Therefore, it is not necessary to have a doctor or a clinical laboratory technician to meet with each other, and can be installed in a home or a workplace. Therefore, it is possible to easily examine respiratory diseases such as COPD at home or in the office without going to the hospital, which leads to early detection of diseases.
Further, since it is possible to make a contactless diagnosis by simply sitting on the chair 7, the physical and psychological burden on the subject 3 is less than that of the spirometer holding the mouthpiece.

(実験例)
次に実施例1の効果を確認するための実験を行った。
実験は、健常な男子大学生5名に、スパイロメータを咥えた状態で20秒間をかけて努力呼吸を一度行ってもらって、スパイロメータで一秒率を測定しつつ、同時に、実施例1の呼吸器系疾患判別装置Sでの一秒率の測定も行った。この測定を、各自2回行った。
また、COPD患者を疑似的に再現するために、スパイロメータのマウスピース部分にストローを装着して密閉し、ストローを咥えた状態とした以外は、同様である。すなわち、COPD患者は気管支炎により軌道が狭くなるので、ストローを使用することで、COPD患者を模擬することが可能である。結果を図6に示す。
(Experimental example)
Next, an experiment was conducted to confirm the effect of Example 1.
In the experiment, five healthy male university students were forced to breathe once for 20 seconds while holding the spirometer, and while measuring the 1-second rate with the spirometer, at the same time, the respirator of Example 1 was used. The one-second rate was also measured by the system disease determination device S. This measurement was performed twice each.
In addition, in order to reproduce a COPD patient in a pseudo manner, the straw is attached to the mouthpiece portion of the spirometer and sealed, and the straw is held. That is, since the trajectory of the COPD patient becomes narrow due to bronchitis, it is possible to simulate the COPD patient by using a straw. Results are shown in FIG.

図6は実験例の実験結果の説明図であり、横軸に実施例1の装置での測定結果、縦軸に従来のスパイロメータでの測定結果を取ったグラフである。
図6に示すように、健常者と疑似COPDモデルでは、強い相関が得られ、相関係数は0.93であった。したがって、実施例1の呼吸器系疾患判別装置Sは、従来のスパイロメータと同等の精度でCOPD患者の診断を行えることが確認された。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the experimental results of the experimental example, and is a graph in which the horizontal axis represents the measurement result of the apparatus of Example 1 and the vertical axis represents the measurement result of the conventional spirometer.
As shown in FIG. 6, a strong correlation was obtained between the healthy person and the pseudo COPD model, and the correlation coefficient was 0.93. Therefore, it was confirmed that the respiratory disease determining apparatus S of Example 1 can diagnose a COPD patient with the same accuracy as that of the conventional spirometer.

(変更例)
図7は変更例の説明図であり、図7Aは健常者の一例のFVカーブの説明図、図7BはCOPD患者の一例のFVカーブの説明図である。
実施例1では、疾患判別手段C4では、一秒率を使用して、疾患の判別を行ったが、これに限定されない。呼吸成分Ac(t)の波形、すなわち、換気量の時間変化に対して、換気量を時間で微分した換気速度を導出して、縦軸に換気速度をとり、横軸に換気量をとると、図7に示すような呼吸における換気量(=Volume)と換気速度(=Flow)とが描く軌跡であるFlow−Volumeカーブ(FVカーブ)が導出される。図7に示すように、FVカーブは、健常者とCOPD患者では顕著な違いがある。すなわち、健常者は比較的円形に近いが、COPD患者は、末端の気管が閉塞するなどして、同じ流量でも気管の断面積が狭くなって流速が早くなりがちであるため、比較的縦長あるいは、換気量が大きい側に片寄った形状になる傾向がある。よって、このFVカーブを導出して、FVカーブのパターン認識により、被検者3の呼吸器系の疾患を判別することも可能である。なお、一秒率とFVカーブのパターン認識の両方を利用して疾患の判別を行うことも可能である。
(Example of change)
FIG. 7 is an explanatory diagram of a modified example, FIG. 7A is an explanatory diagram of an FV curve of an example of a healthy person, and FIG. 7B is an explanatory diagram of an FV curve of an example of a COPD patient.
In the first embodiment, the disease discrimination means C4 discriminates the disease using the one-second rate, but the present invention is not limited to this. With respect to the waveform of the respiratory component Ac(t), that is, the ventilation rate obtained by differentiating the ventilation rate with respect to the change over time of the ventilation rate is derived, and the vertical axis indicates the ventilation rate and the horizontal axis indicates the ventilation rate. A Flow-Volume curve (FV curve) that is a locus drawn by the ventilation volume (=Volume) and the ventilation rate (=Flow) in breathing as shown in FIG. 7 is derived. As shown in FIG. 7, the FV curve has a remarkable difference between a healthy person and a COPD patient. That is, although a healthy person is relatively close to a circle, a COPD patient tends to have a small cross-sectional area of the trachea and a high flow rate even at the same flow rate due to the obstruction of the trachea at the end. , The shape tends to be biased toward the side with large ventilation. Therefore, it is also possible to determine the disease of the respiratory system of the subject 3 by deriving the FV curve and recognizing the pattern of the FV curve. Note that it is also possible to discriminate the disease by using both the one second rate and the pattern recognition of the FV curve.

(そのほかの変更例)
以上、本発明の実施例や変更例を詳述したが、本発明は、前記実施例や変更例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H05)を下記に例示する。
(H01)前記実施例では、被検者を人間としたが、これに限定されず、例えば、その他の動物等の生体についても本発明を適用可能である。
(H02)前記実施例において、例示した具体的な数値は、機器の個体差や測定環境、設計や仕様等に応じて適宜変更可能である。
(Other modifications)
Although the embodiments and modifications of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and modifications, and within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It is possible to make various changes. Modifications (H01) to (H05) of the present invention are exemplified below.
(H01) In the above-described embodiment, the subject is a human, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to other living bodies such as animals.
(H02) The specific numerical values exemplified in the above embodiment can be appropriately changed according to the individual difference of the equipment, the measurement environment, the design, the specifications, and the like.

(H03)前記実施例において、2つのドップラーレーダ6,8を被検者3の前後に対向して配置、すなわち、上方から見た場合に、被検者3を中心として180°ずれた位置に配置することが望ましいが、これに限定されない。被検者3を中心として90°や45°ずれた位置等とすることが可能である。このとき、式(2)は、単純に足し合わせるのではなく、設置された2つのドップラーレーダ6,8の角度に応じて、合成する必要がある。 (H03) In the above embodiment, the two Doppler radars 6 and 8 are arranged in front of and behind the subject 3, that is, at a position shifted by 180° about the subject 3 when viewed from above. It is desirable, but not limited to this. It is possible to set the position to be displaced by 90° or 45° with respect to the subject 3. At this time, the equation (2) needs to be synthesized not according to the simple addition but according to the angles of the two installed Doppler radars 6 and 8.

(H04)前記実施例において、ドップラーレーダ6,8は2つ設置する場合を例示したが、これに限定されず、3つ以上とすることも可能である。
(H05)前記実施例において、診断を行う疾患としてCOPDを例示したが、これに限定されない。例えば、疾患時に呼吸が苦しくなる等の呼吸で診断が可能な気管支炎や気管支喘息等の診断にも活用が期待される。
(H04) In the above-described embodiment, the case where two Doppler radars 6 and 8 are installed has been exemplified, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to provide three or more.
(H05) Although COPD is exemplified as the disease to be diagnosed in the above-mentioned examples, the present invention is not limited to this. For example, it is expected to be utilized for the diagnosis of bronchitis, bronchial asthma, etc., which can be diagnosed by respiration such as difficulty breathing during illness.

3…被検者、
6…第1の検出手段、
8…第2の検出手段、
Ac(t)…呼吸、
C3…呼吸計測手段、
C4…疾患判別手段、
S…呼吸器系疾患判別装置。
3... Examinee,
6... First detecting means,
8...Second detecting means,
Ac(t)... breathing,
C3... Respiratory measurement means,
C4... Disease discrimination means,
S... Respiratory disease determination device.

Claims (4)

被検者の体表からの距離を検出する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段とは異なる位置に配置され、被検者の体表からの距離を検出する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段の検出結果と前記第2の検出手段の検出結果に基づいて、体動を除いた被検者の呼吸を計測する呼吸計測手段と、
前記呼吸計測手段の検出結果に基づいて、被検者の呼吸器系の疾患を判別する疾患判別手段と、
を備えたことを特徴とする呼吸器系疾患判別装置。
First detection means for detecting a distance from the body surface of the subject;
Second detecting means arranged at a position different from that of the first detecting means and detecting a distance from the body surface of the subject;
Respiration measurement means for measuring the respiration of the subject excluding body movements based on the detection result of the first detection means and the detection result of the second detection means,
Based on the detection result of the respiratory measurement means, a disease determination means for determining a respiratory system disease of the subject,
A respiratory system disease discriminating apparatus comprising:
前記被検者の身体を挟んで対向して配置された前記第1の検出手段および第2の検出手段、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の呼吸器系疾患判別装置。
The first detection means and the second detection means arranged to face each other with the body of the subject in between.
The respiratory system disease discrimination device according to claim 1, further comprising:
一度の呼吸における努力性肺活量に対して最初の一秒間に吐き出せた空気の量の割合に基づいて、被検者の呼吸器系の疾患を判別する前記疾患判別手段、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の呼吸器系疾患判別装置。
Based on the ratio of the amount of air exhaled in the first second to the forced vital capacity in one breath, the disease determination means for determining the respiratory system disease of the subject,
The respiratory system disease discriminating apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
呼吸における換気量と換気速度とが描く軌跡のパターン認識により、被検者の呼吸器系の疾患を判別する前記疾患判別手段、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の呼吸器系疾患判別装置。
By the pattern recognition of the trajectory drawn by the ventilation volume and ventilation rate in breathing, the disease discrimination means for discriminating the respiratory system disease of the subject,
The respiratory system disease discriminating apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023249098A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 東京都公立大学法人 Thoracic motion measurement device, thoracic motion measurement program, and non-transitory storage medium

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