JP2021023491A - Radio wave type moisture meter and biological information measurement device - Google Patents

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radio wave
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信幸 寺田
Nobuyuki Terada
信幸 寺田
俊成 秋元
Toshinari Akimoto
俊成 秋元
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Abstract

To provide a radio wave type moisture meter less likely to be affected by its surrounding factors such as vibration, and a biological information measurement device related with it.SOLUTION: The radio wave type moisture meter comprises: a radio transmission unit for transmitting a radio wave; a first radio reception unit and a second radio reception unit at least one of which receives a radio wave that has been transmitted by the radio transmission unit and has passed through a measurement target; a phase difference detection unit for detecting the phase difference between the radio waves received respectively by the first radio reception unit and the second radio reception unit; and a moisture detection unit for detecting the moisture content of the measurement target on the basis of the phase difference detected by the phase difference detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本発明は、電波型水分計及び生体情報計測装置に関する。 The present invention relates to a radio wave type moisture meter and a biological information measuring device.

近年、日常生活の中で無侵襲、無拘束で無意識的に生体情報を計測し、健康管理を行うシステムが注目されている。
とりわけ、高齢者の介護中のモニタリングや、乳幼児のモニタリング等でも、無拘束での生体情報計測技術が必要とされている。
また、自動運転中のドライバーモニタリングは、自動運転の実現に向けた重要な基盤技術の1つである。
生体情報計測装置として、腕時計のような身体に装着するタイプの計測装置が多く開発されている。
In recent years, attention has been paid to a system that unconsciously measures biological information and manages health in daily life without invasiveness and without restraint.
In particular, unrestrained biometric information measurement technology is required for monitoring of elderly people during long-term care and monitoring of infants.
In addition, driver monitoring during autonomous driving is one of the important basic technologies for the realization of autonomous driving.
As a biological information measuring device, many types of measuring devices worn on the body such as a wristwatch have been developed.

しかしながら、身体に装着するタイプの計測装置では、身体への装着にわずらわしさがある。また、バッテリー駆動が必要となるため長時間のモニタリングには適さない。加えて、自動運転/安全運転などの要素技術であるドライバーモニタリングのような、操作者が随時変更する可能性があるようなシステムでの利用には向かない。
ドライバーモニタリングの技術等としては、現在、「接触式の圧力変動を計測するセンサ」(特許文献1)、「マイクロ波の反射を利用したドップラー型のセンサ」(特許文献2)、「容量結合型電極による手法」(非特許文献1)などが提案されている。
また、マイクロ波(電波)を利用した水分量センサとしては、「マイクロ波水分計」(特許文献3)、「マイクロ波濃度計」(特許文献4)などが提案されている。
However, in the type of measuring device worn on the body, it is troublesome to wear it on the body. In addition, it is not suitable for long-term monitoring because it requires battery operation. In addition, it is not suitable for use in systems that the operator may change at any time, such as driver monitoring, which is an elemental technology such as automatic driving / safe driving.
Currently, driver monitoring technologies include "contact-type sensor for measuring pressure fluctuation" (Patent Document 1), "Doppler-type sensor using microwave reflection" (Patent Document 2), and "capacitive coupling type". A method using electrodes ”(Non-Patent Document 1) has been proposed.
Further, as a moisture content sensor using a microwave (radio wave), a "microwave moisture meter" (Patent Document 3), a "microwave densitometer" (Patent Document 4), and the like have been proposed.

特開2018−23618号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-23618 国際特許出願公開WO2013−118398号公報Publication of International Patent Application WO2013-118398 特開平11−223611号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-2236111 特開平9−243575号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-2435575

牧川他、“非接地容量結合型電極による心電図計測,”生体医工学, 2006, 44 巻, 1 号, p. 177-183.Makikawa et al., “Electrocardiogram measurement with non-grounded capacitively coupled electrodes,” Biomedical Engineering, 2006, Vol. 44, No. 1, p. 177-183.

現在、研究開発されている生体情報の計測技術は、いずれも、路面からの振動や加減速などに伴うノイズに弱いという欠点がある。
特許文献1等に開示される接触式計測技術は振動により接触の圧力に変化があり、ノイズ元の振動には心拍・呼吸と同じ周波数成分が含まれているため大きなノイズとなり、また、データ処理によるノイズ除去には限界がある。
All of the biometric information measurement technologies currently being researched and developed have the drawback of being vulnerable to noise caused by vibration from the road surface and acceleration / deceleration.
In the contact measurement technology disclosed in Patent Document 1 and the like, the contact pressure changes due to vibration, and the vibration of the noise source contains the same frequency components as the heartbeat and respiration, resulting in large noise and data processing. There is a limit to the noise removal by.

特許文献2から4までや非特許文献1のように、マイクロ波の反射を利用するセンサ、電解共振を利用した計測手法、容量結合電極による手法なども、同様に体が振動することにより生体情報等の信号に大きなノイズが乗ってしまうという問題がある。 Similar to Patent Documents 2 to 4 and Non-Patent Document 1, sensors using microwave reflection, measurement methods using electrolytic resonance, methods using capacitive coupling electrodes, etc. also use biological information due to body vibration. There is a problem that a large noise is added to the signal such as.

本発明は、振動などの周囲の影響を受けにくい電波型水分計及びそれに関連する生体情報計測装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a radio wave type moisture meter which is not easily affected by ambient influences such as vibration and a biometric information measuring device related thereto.

本発明は、以下の特徴を有する。
1)電波の透過を生体情報の計測に利用した点。
2)透過率の異なる部位を透過する電波の位相差に基づいて、水分量を求める点。
3)透過率の異なる部位を透過する電波の位相差の時間変化に基づいて、水分量の時間変化を求める点。
4)位相差に基づく水分量の変化に加えて、受信信号強度変化に基づく水分量の変化を考慮することで、水分量の変化の広い範囲に亘って水分量の変化を推定できる点。
5)受信アンテナを複数にして、各受信アンテナ間の位相差、受信信号強度の差を計測することで部位による電波の透過率の違いを推定し、部位の水分量等のセンシングを精度良く行うことができる点。
The present invention has the following features.
1) The point that the transmission of radio waves was used for the measurement of biological information.
2) The point at which the amount of water is determined based on the phase difference of radio waves transmitted through parts with different transmittances.
3) The point of obtaining the time change of the water content based on the time change of the phase difference of the radio waves transmitted through the parts having different transmittances.
4) By considering the change in water content based on the change in received signal intensity in addition to the change in water content based on the phase difference, the change in water content can be estimated over a wide range of changes in water content.
5) By using multiple receiving antennas and measuring the phase difference between each receiving antenna and the difference in received signal intensity, the difference in radio wave transmittance depending on the part is estimated, and the water content of the part is sensed accurately. The point that can be done.

本発明の一観点によれば、電波を送信する電波送信部と、前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び第2の電波受信部と、前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出部と、を有する電波型水分計が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first radio wave receiving unit that receives at least one of a radio wave transmitting unit that transmits radio waves and a transmitted wave that the radio waves transmitted from the radio wave transmitting unit have passed through a measurement target. And the second radio wave receiving unit, the phase difference detecting unit that detects the phase difference of the radio waves received by each of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and the phase difference detecting unit detects. Provided is a radio wave type moisture meter having a moisture content detecting unit for detecting the moisture content of the measurement target based on the phase difference.

電波の透過波は、第1の電波受信部と第2の電波受信部の少なくともいずれか一方は受信する位置に設けられる。両方で受信できるようにしても良いが、両方の透過波には、それぞれの透過対象の透過率の差に依存する差分(位相差)が生じるような位置に設ける。このように、電波の位相差を利用することで計測装置の構造が簡単になる。
システムでは、アンテナ2つの受信した電波でその差を計測するシステムにすることで、送信側と受信側とを分けることができる。このように送信側と受信側を分けることができるため、電波受信部を含む装置の配置の自由度が増す。
2つのアンテナからの計測結果を比較することで、両方のアンテナで発生した同じ変化を除去することが可能になる。
これにより体とセンサの位置関係等の変化が除去され、よりノイズに強いシステムを構築することができるようになる。尚、受信部とその後の信号処理部との間は無線等で接続しても良い。
The transmitted wave of the radio wave is provided at a position where at least one of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit is received. Although it may be possible to receive both waves, both transmitted waves are provided at positions where a difference (phase difference) depending on the difference in transmittance of each transmitted object occurs. In this way, the structure of the measuring device is simplified by using the phase difference of the radio waves.
In the system, the transmitting side and the receiving side can be separated by making a system that measures the difference between the received radio waves of the two antennas. Since the transmitting side and the receiving side can be separated in this way, the degree of freedom in arranging the device including the radio wave receiving unit is increased.
By comparing the measurement results from the two antennas, it is possible to eliminate the same changes that occur in both antennas.
As a result, changes in the positional relationship between the body and the sensor are eliminated, and a system that is more resistant to noise can be constructed. The receiving unit and the subsequent signal processing unit may be connected wirelessly or the like.

前記水分量検出部は、前記位相差の時間変化に基づいて水分量の時間変化を求めるようにしても良い。
位相差の時間変化を計測することで、体水分量を求めることに加えて、心拍変動、呼吸変動などの生体情報の時間変化を計測することができる。
The water content detection unit may obtain the time change of the water content based on the time change of the phase difference.
By measuring the time change of the phase difference, it is possible to measure the time change of biological information such as heart rate variability and respiratory variability in addition to obtaining the body water content.

前記水分量検出部は、前記位相差検出部により検出された位相差を積算することにより水分量を推定するようにしても良い。 The water content detection unit may estimate the water content by integrating the phase difference detected by the phase difference detection unit.

前記水分量検出部は、前記位相差検出部により検出された位相差を異なる周波数で測定し、異なる周波数で求められた水分量の候補の積をとることで水分量を推定するようにしても良い。 The water content detection unit may estimate the water content by measuring the phase difference detected by the phase difference detection unit at different frequencies and taking the product of the water content candidates obtained at different frequencies. good.

さらに、受信した電波の電界強度を検出する信号強度検出部を備え、前記水分量検出部は、前記位相差検出部の検出結果と前記信号強度検出部の検出結果に基づいて、前記測定対象の水分量を推定するようにしても良い。 Further, a signal strength detection unit for detecting the electric field strength of the received radio wave is provided, and the water content detection unit is the measurement target based on the detection result of the phase difference detection unit and the detection result of the signal strength detection unit. The water content may be estimated.

位相差に基づく水分量は、高い分解能で検出することができるが、水分量の検出範囲は最大でも1波長分の変化しか計測することができない。
そこで、水分量による検出範囲は広いが信号のばらつきが大きく分解能が低い信号強度も計測しておき、位相差と両者を統合することで、高分解能で水分量の計測ができる。また、水分量の時間変化を時間軸において広範囲に求めることができる。
The water content based on the phase difference can be detected with high resolution, but the water content detection range can measure only a change of one wavelength at the maximum.
Therefore, it is possible to measure the water content with high resolution by measuring the signal strength, which has a wide detection range depending on the water content but has a large signal variation and low resolution, and integrates the phase difference and the two. In addition, the time change of the water content can be obtained in a wide range on the time axis.

また、上記において、前記第1の電波受信部と前記位相差検出部との間に第1のバンドパスフィルタを設け、前記第2の電波受信部と前記位相差検出部との間に前記第1のバンドパスフィルタと同じフィルタ特性を有する第2のバンドパスフィルタを設け、前記第1のバンドパスフィルタ及び第2のバンドパスフィルタのフィルタリング周波数を、送信周波数に合わせて設定することにより、前記電波送信部からの電波以外を除去するようにすると良い。 Further, in the above, a first bandpass filter is provided between the first radio wave receiving unit and the phase difference detecting unit, and the first bandpass filter is provided between the second radio wave receiving unit and the phase difference detecting unit. By providing a second bandpass filter having the same filter characteristics as the first bandpass filter and setting the filtering frequencies of the first bandpass filter and the second bandpass filter according to the transmission frequency, the above It is advisable to remove other than the radio waves from the radio wave transmitter.

さらに、前記位相差検出部により検出された位相差に基づいて生体情報の信号を検出する生体情報検出部を有し、前記生体情報検出部の出力に対して、検出対象項目とする生体情報に応じて周波数分離する第3のバンドパスフィルタを備えることが好ましい。
第3のバンドパスフィルタにより検出項目(呼吸検出、脈拍検出など)に適した周波数を検出することができる。
Further, it has a biological information detection unit that detects a signal of biological information based on the phase difference detected by the phase difference detection unit, and the output of the biological information detection unit is used as a detection target item for biological information. It is preferable to provide a third bandpass filter that separates frequencies accordingly.
The frequency suitable for the detection item (breathing detection, pulse detection, etc.) can be detected by the third bandpass filter.

本発明は、上記のいずれか1に記載の電波型水分計を用いた生体情報計測装置である。
生体における水分量変化は、血液量の変化・尿量・体液量等に起因して起きる場合が多いため、生体の水分量を精度良く計測することで、生体情報及びその時間変化を得ることができるため、医療分野への活用が期待できる。
前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのいずれか一方を、透過波が被験者の臓器(測定対象臓器)を透過する位置に配置することが好ましい。
The present invention is a biometric information measuring device using the radio wave type moisture meter according to any one of the above.
Since changes in water content in a living body are often caused by changes in blood volume, urine volume, body fluid volume, etc., it is possible to obtain biological information and its temporal changes by accurately measuring the water content in the living body. Since it can be used, it can be expected to be used in the medical field.
It is preferable that either one of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit is arranged at a position where the transmitted wave penetrates the subject's organ (measurement target organ).

また、本発明は、電波を送信する電波送信部と、前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか1の電波受信部で受信する複数の電波受信部を異なる位置に配置し、前記複数の電波受信部において受信した電波の位相差をそれぞれ検出する位相差検出部と、前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を前記位置毎に検出する水分量検出部と、を有する電波型水分計である。
生体の位置に依存する生体情報を把握するために、電波受信部をアレイ状に配置するようにしても良い。
より多くのセンサ(受信部)を配置することで、複数個所の水分量の計測を同時に行うことができる。例えば、2次元的な画像のように水分量などの生体情報を得ることができる。
Further, the present invention includes a radio wave transmitting unit for transmitting radio waves and a plurality of radio wave receiving units for receiving a transmitted wave transmitted from the radio wave transmitting unit through a measurement target by at least one radio wave receiving unit. The amount of water to be measured based on the phase difference detection unit that is arranged at different positions and detects the phase difference of the radio waves received by the plurality of radio wave receiving units and the phase difference detected by the phase difference detection unit. This is a radio wave type moisture meter having a moisture amount detecting unit for detecting the above position for each position.
In order to grasp the biological information depending on the position of the living body, the radio wave receiving units may be arranged in an array.
By arranging more sensors (receivers), it is possible to measure the water content at a plurality of locations at the same time. For example, biological information such as water content can be obtained like a two-dimensional image.

また、本発明は、電波を送信する電波送信部から発信された電波が測定対象から透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び前記第1の電波受信部と異なる位置に設けた第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波により電波の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出部と、を有する電波型水分計の信号処理回路である。
本発明は、電波を送信する電波送信部と、前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び第2の電波受信部と、前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の生体情報を検出する生体情報検出部と、を有する生体情報検出装置である。
Further, the present invention includes a first radio wave receiving unit and the first radio wave receiving unit that receive at least one of the transmitted waves transmitted from the radio wave transmitting unit that transmits radio waves and transmitted from the measurement target. The measurement target is based on a phase difference detection unit that detects the phase difference of radio waves by radio waves received by each of the second radio wave receiving units provided at different positions and a phase difference detected by the phase difference detection unit. It is a signal processing circuit of a radio wave type moisture meter having a moisture content detection unit for detecting the moisture content of.
The present invention is a first radio wave receiving unit and a second radio wave that receive at least one of a radio wave transmitting unit that transmits radio waves and a transmitted wave that the radio waves transmitted from the radio wave transmitting unit have passed through a measurement target. The phase difference detection unit that detects the phase difference of the radio waves received by the receiving unit, the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and the phase difference detected by the phase difference detecting unit. Based on this, it is a biometric information detection device having a biometric information detection unit that detects the biometric information of the measurement target.

本発明の他の観点によれば、電波を送信する電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を、第1の電波受信部及び第2の電波受信部のうちの少なくともいずれか一方で受信するステップと、前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出ステップと、前記位相差検出ステップにおいて検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出ステップと、を有する電波型水分計測方法が提供される。
本発明は、上記に記載の電波型水分計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
According to another aspect of the present invention, the transmitted wave transmitted from the radio wave transmitting unit that transmits the radio wave passes through the measurement target, and the transmitted wave is transmitted to at least one of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit. On the other hand, it is detected in the step of receiving, the phase difference detection step of detecting the phase difference of the radio waves received by each of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and the phase difference detecting step. Provided is a radio wave type moisture measurement method including a moisture content detection step for detecting the moisture content of the measurement target based on the phase difference.
The present invention is a program for causing a computer to execute the radio wave type moisture measurement method described above.

本発明によれば、周囲の影響を受けにくい電波型水分計及び生体情報計測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a radio wave type moisture meter and a biological information measuring device that are not easily affected by the surroundings.

本発明の実施の形態による電波水分計の原理図である。It is a principle figure of the radio wave moisture meter by embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態による電波水分計を用いた生体情報計測装置の一構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one configuration example of the biological information measuring apparatus using the radio wave moisture meter according to 1st Embodiment of this invention. 本実施の形態による生体情報検出処理の流れの一例を示すフローチャート図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of the biological information detection processing by this embodiment. 図2Aの変形例であり、位相差と信号強度との両方を考慮して生体情報を得る生体情報検出処理の流れの一例を示すフローチャート図である。It is a modification of FIG. 2A, and is a flowchart showing an example of the flow of the biological information detection process for obtaining biological information in consideration of both the phase difference and the signal strength. 生体情報検出処理の流れに沿って得られる電波の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the radio wave obtained along the flow of the biological information detection processing. 生体情報検出処理の流れに沿って得られる電波の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the radio wave obtained along the flow of the biological information detection processing. 位相差と水分量(水位)との関係を実測した図である。It is the figure which measured the relationship between the phase difference and the water content (water level). 図4Aの水位と遅延時間との関係を示す図の計測結果と理論値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement result and the theoretical value of the figure which shows the relationship between the water level and the delay time of FIG. 4A. 複数周波数のうちの第1の周波数で水分量を推定した例を示す図である。It is a figure which shows the example which estimated the water content at the 1st frequency of a plurality of frequencies. 複数周波数にうちの第2の周波数で水分量を推定した例を示す図である。It is a figure which shows the example which estimated the water content in the 2nd frequency of a plurality of frequencies. 水位と受信信号強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the water level and the received signal strength. 水位と受信信号との関係の傾向に沿って、位相差の値を合成した図である。It is the figure which combined the value of the phase difference along the tendency of the relationship between a water level and a received signal. 図7Aの作図のベースとなる位相差と水位との関係を示す図である(図4A上図に対応する図である)。It is a figure which shows the relationship between the phase difference which becomes the base of drawing of FIG. 7A, and the water level (the figure corresponding to the figure 4A above). 本発明の第2の実施の形態による電波水分計を用いた生体情報計測装置により心拍計測を行う例を示す図である。図8(a)は、被験者がイスに座っている状態を示す図である。図8(b)は、被験者がイスから離れた状態を示す図である。It is a figure which shows the example of performing the heart rate measurement by the biological information measuring apparatus using the radio wave moisture meter by the 2nd Embodiment of this invention. FIG. 8A is a diagram showing a state in which the subject is sitting on a chair. FIG. 8B is a diagram showing a state in which the subject is away from the chair. 図8(a)において、電波送信部と第1の電波受信部、第2の電波受信部と、被験者の心臓との位置関係を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the positional relationship between the radio wave transmitting unit, the first radio wave receiving unit, the second radio wave receiving unit, and the heart of the subject. 図9のより詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the more detailed configuration example of FIG. 本発明の第3の実施の形態による生体情報計測装置を用いた心拍、呼吸計測の一例を示す図であり、併せて、本実施の形態による心拍、呼吸計測技術の精度を確認するために、パルストランスデューサによる同時計測結果も参照している図である。It is a figure which shows an example of the heartbeat, respiration measurement using the biological information measuring apparatus by the 3rd Embodiment of this invention, and also, in order to confirm the accuracy of the heartbeat, respiration measurement technique by this embodiment, in order to confirm. It is a figure which also refers to the simultaneous measurement result by a pulse transducer. パルストランスデューサによる同時計測の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the simultaneous measurement by a pulse transducer. 本発明の第3の実施の形態による排尿時の腹部を計測対象とした計測結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result which made the abdomen at the time of urination a measurement target by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態によるカフリリース時(太ももに圧力をかけると、戻らないようになる)の脚部(ふくらはぎ)を計測対象とした計測結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result which made the leg (calf) at the time of cuff release by the 4th Embodiment of this invention (it does not return when pressure is applied to a thigh) as a measurement target. 本発明の第5の実施の形態による生体情報計測装置の一例を示す図であり、ヘッドアップ/ヘッドダウン時の脚部の水分量を計測する様子を示す図である。It is a figure which shows an example of the biological information measuring apparatus by 5th Embodiment of this invention, and is the figure which shows the state of measuring the water content of a leg part at the time of head-up / head-down. ヘッドアップ/ヘッドダウン時の脚部の水分量の計測結果を示す図であり、位相差に基づく波形、受信信号強度に基づく波形、ストレインゲージによる足の太さの変化を対応させて時間変化を示した図である。It is a figure which shows the measurement result of the water content of a leg at the time of head up / head down, and changes with time by corresponding the waveform based on a phase difference, the waveform based on the received signal strength, and the change of the foot thickness by a strain gauge. It is a figure shown. 本発明の第6の実施の形態による生体情報計測装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the biological information measuring apparatus by the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態による生体情報計測装置を備えた自動車などの移動手段を示す図である。It is a figure which shows the transportation means such as the automobile provided with the biological information measuring apparatus according to 7th Embodiment of this invention.

本明細書において、「電波」とは、電磁波の中で、光よりも周波数が低い(波長の長い)ものを指し、より具体的には、周波数が3THz以下の電磁波、特に、50Hzの極超長波から3THz程度のサブミリ波までの電磁波を指す。マイクロ波とは、周波数が300MHzから300GHz程度の電磁波を指す。
また、本明細書においては、電磁波の周波数範囲のうち、3THz以上では生体をほぼ透過しないこと、50Hz以下では指向性が得られないことから、50Hzから3THzまでの周波数帯域の電磁波(電波)を用いるのが好ましく、さらに、より好ましくは、300MHzから300GHzの範囲の電磁波(マイクロ波)を用いるのが好ましい。
以下においては、電波としてマイクロ波を利用した例について説明するが、それ以外の周波数帯域の電波を利用することができ、マイクロ波に限定する趣旨ではない。
生体情報の計測技術におけるノイズの影響は、計測している部位が体表面であることに由来していると考えられる。接触式のセンサを用いると、体の動きに大きく影響されてしまうため、振動している車の中などにおける生体情報の計測が難しい。また、マイクロ波の反射、電解共振、容量結合を利用する技術は非接触計測にはなっているが、センサと体の間の距離が変化することで計測結果に大きな変化が出てしまう。従って、振動する環境での計測においては、大きなノイズが乗ってしまうという問題が生じる。
現在、開発されている非接触式センサによる生体情報計測技術では、振動に伴うノイズに弱いという欠点に加えて、計測できる項目も心拍数、呼吸数のみになっている。
以下において説明する本実施の形態による生体情報計測技術では、安定して心拍・呼吸が計測できるだけでなく、体水分量・体水分の分布・心拍出量・膀胱尿量・脳血流量等の体内の水分変化が計測できるようにしている。
In the present specification, the term "radio wave" refers to an electromagnetic wave having a lower frequency (longer wavelength) than light, and more specifically, an electromagnetic wave having a frequency of 3 THz or less, particularly an extremely low frequency of 50 Hz. It refers to electromagnetic waves from long waves to submillimeter waves of about 3 THz. Microwave refers to an electromagnetic wave having a frequency of about 300 MHz to 300 GHz.
Further, in the present specification, in the frequency range of electromagnetic waves, electromagnetic waves (radio waves) in the frequency band from 50 Hz to 3 THz are used because they hardly transmit the living body at 3 THz or higher and directivity cannot be obtained at 50 Hz or lower. It is preferable to use it, and more preferably, an electromagnetic wave (microwave) in the range of 300 MHz to 300 GHz is used.
In the following, an example in which microwaves are used as radio waves will be described, but radio waves in other frequency bands can be used, and the purpose is not limited to microwaves.
It is considered that the influence of noise in the measurement technology of biological information is derived from the fact that the part to be measured is the body surface. When a contact-type sensor is used, it is difficult to measure biological information in a vibrating car because it is greatly affected by the movement of the body. In addition, although the technology using microwave reflection, electrolytic resonance, and capacitive coupling is non-contact measurement, the measurement result changes greatly due to the change in the distance between the sensor and the body. Therefore, in the measurement in a vibrating environment, there arises a problem that a large noise is added.
Currently, the biometric information measurement technology using a non-contact sensor that is being developed has the drawback of being vulnerable to noise caused by vibration, and the only items that can be measured are heart rate and respiratory rate.
The biological information measurement technique according to the present embodiment described below can not only stably measure heartbeat and respiration, but also determine body water content, body water distribution, cardiac output, bladder urine volume, cerebral blood flow, etc. It makes it possible to measure changes in water content in the body.

まず、本実施の形態による非接触式センサによる生体情報計測技術の特徴点について説明する。
1)マイクロ波の透過を生体情報の計測に利用した点
マイクロ波の反射を利用したシステムは知られているが、反射波の多くは体表面での反射のため、呼吸や心拍で変動する体表面の計測を行うものである。
これに対し、透過したマイクロ波を利用することにより、体表面ではなく体内の状態を計測することができるため、体内の情報を含むより多くの情報を計測可能である。
First, the features of the biometric information measurement technique using the non-contact sensor according to the present embodiment will be described.
1) Points where the transmission of microwaves is used to measure biological information Systems using microwave reflections are known, but most of the reflected waves are reflected on the body surface, so the body fluctuates with respiration and heartbeat. It measures the surface.
On the other hand, by using the transmitted microwave, it is possible to measure the state inside the body instead of the surface of the body, so that more information including the information inside the body can be measured.

2)マイクロ波の透過を2つのアンテナで計測し、位相差を計測するシステムにした点
生体情報の計測技術とは異なるが、マイクロ波の透過を利用した計測システムが存在している。これらのマイクロ波の透過を利用した生体情報の計測システムにおいては、送信しているマイクロ波と受信したマイクロ波の透過時間や位相差を計測する手法が用いられている。
これに対して、本実施の形態による生体情報の計測技術では、少なくとも2つのアンテナにおいて受信したマイクロ波の位相差を計測することで、送信側と受信側とを分けることが可能である。
送信側と受信側とを分けることにより、生体情報の計測装置の配置をより自由にすることができる。
2) A system that measures the transmission of microwaves with two antennas and measures the phase difference Although it is different from the measurement technology of biological information, there is a measurement system that uses the transmission of microwaves. In the biometric information measurement system using the transmission of these microwaves, a method of measuring the transmission time and the phase difference between the transmitted microwave and the received microwave is used.
On the other hand, in the biometric information measurement technique according to the present embodiment, it is possible to separate the transmitting side and the receiving side by measuring the phase difference of the microwaves received by at least two antennas.
By separating the transmitting side and the receiving side, the arrangement of the biometric information measuring device can be made more free.

2つの受信アンテナによるマイクロ波の計測結果を比較することにより、両方のアンテナで発生した同じ変化を除去することが可能である。これにより、測定対象(身体)とセンサとの位置関係等に起因する変化を除去することができ、よりノイズに強いシステムとすることができる。
加えて、位相差の時間変化を計測することで、体水分量の時間変化が精度良く測定できるとともに、加えて、心拍変動、呼吸変動などの生体における重要な測定項目の時間変化を精度良く計測することができる。
By comparing the microwave measurement results of the two receiving antennas, it is possible to eliminate the same changes that occur in both antennas. As a result, changes due to the positional relationship between the measurement target (body) and the sensor can be removed, and the system can be made more resistant to noise.
In addition, by measuring the time change of the phase difference, the time change of the body water content can be accurately measured, and in addition, the time change of important measurement items in the living body such as heart rate variability and respiratory variability can be accurately measured. can do.

3)マイクロ波の位相差と合わせて信号強度(の低下)も計測するシステムにした点
位相差は分解能が高く計測できるが、最大でも1波長分の変化しか計測できない。そこで、変化の計測範囲は広いがばらつきが多く分解能が低い信号強度も同時に計測し、位相差の計測結果と統合することで、広範囲において高分解能で生体情報の計測が可能となる。
3) A system that measures the signal strength (decrease) in addition to the microwave phase difference The phase difference can be measured with high resolution, but only one wavelength change can be measured at the maximum. Therefore, by simultaneously measuring the signal strength having a wide measurement range of change but having a large variation and low resolution and integrating it with the measurement result of the phase difference, it is possible to measure the biological information in a wide range with high resolution.

以下において、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1Aは、本実施の形態による電波水分計の原理図である。本実施の形態では、電波が水分によって伝播速度が減速するという性質に着目している。図1Aに示すように、電波が空気中のみを伝播し受信した場合(上図: t0-t1)と、水中を介して伝播(透過)した場合(下図: t0-t1)とでは、送信してから受信するまでに要する時間に差(上図のt1と下図のt1)が生じる。このように、それぞれの異なる受信部間の受信信号の位相を比較して位相差を求め、位相差、すなわち遅延した時間から水分量を計測することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1A is a principle diagram of a radio wave moisture meter according to the present embodiment. In this embodiment, attention is paid to the property that the propagation speed of radio waves is reduced by moisture. As shown in FIG. 1A, radio waves are transmitted when they propagate and receive only in the air (upper figure: t0-t1) and when they propagate (transmit) through water (lower figure: t0-t1). There is a difference in the time required from reception to reception (t1 in the upper figure and t1 in the lower figure). In this way, the phase difference can be obtained by comparing the phases of the received signals between the different receiving units, and the water content can be measured from the phase difference, that is, the delayed time.

(第1の実施の形態)
図1Bは、本発明の一実施の形態による電波水分計を用いた生体情報計測装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
図1Bに示すように、本実施の形態による電波水分計Aは、マイクロ波を送信する電波送信部(発信部)1と、電波送信部1から送信されたマイクロ波が人間などの測定対象Hを透過した透過波をそれぞれ受信する、第1の電波受信部3及び第2の電波受信部5を有する。例えば、第1の電波受信部3は人体の臓器H1を透過しない電波を受信する位置に配置され、第2の電波受信部5は人体の臓器H1を透過する電波を受信する位置に配置されている。臓器H1と臓器がない部分とでは、マイクロ波の透磁率が異なることを利用している。
(First Embodiment)
FIG. 1B is a functional block diagram showing a configuration example of a biological information measuring device using a radio wave moisture meter according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1B, in the radio wave moisture meter A according to the present embodiment, the radio wave transmitting unit (transmitting unit) 1 that transmits microwaves and the microwave transmitted from the radio wave transmitting unit 1 are measurement targets H such as humans. It has a first radio wave receiving unit 3 and a second radio wave receiving unit 5 for receiving the transmitted waves transmitted through the above. For example, the first radio wave receiving unit 3 is arranged at a position where it receives radio waves that do not pass through the human organ H1, and the second radio wave receiving unit 5 is arranged at a position where it receives radio waves that pass through the human body organ H1. There is. Utilizing the fact that the magnetic permeability of microwaves differs between the organ H1 and the portion without an organ.

透過波は、第1の電波受信部3と第2の電波受信部5の少なくともいずれか一方は受信する位置に設けられる。両方で受信できるようにしても良いが、両方の透過波には差分(位相差)が生じるように異なる位置に設ける。第1の電波受信部3と第2の電波受信部5は、それぞれ、アンテナ部又は電極などを有していても良い。
さらに、第1の電波受信部3及び第2の電波受信部5の出力のうち、電波送信部1から送信されるマイクロ波の波長領域以外のマイクロ波を除去する第1のバンドパスフィルタ7および第2のバンドパスフィルタ11を有する。第1のバンドパスフィルタ7と第2のバンドパスフィルタ11とは、同じフィルタリング特性を有するもので良い。
The transmitted wave is provided at a position where at least one of the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5 is received. It may be possible to receive both, but both transmitted waves are provided at different positions so that a difference (phase difference) occurs. The first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5 may each have an antenna unit, electrodes, or the like.
Further, among the outputs of the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5, the first bandpass filter 7 and the first bandpass filter 7 for removing microwaves other than the wavelength region of the microwave transmitted from the radio wave transmitting unit 1 It has a second bandpass filter 11. The first bandpass filter 7 and the second bandpass filter 11 may have the same filtering characteristics.

第1のバンドパスフィルタ7と第2のバンドパスフィルタ11とのそれぞれからの出力に基づいて、位相差を検出する位相差検出部15と、信号強度を検出する信号強度検出部17とを有する。
さらに、位相差検出部15により検出された位相差信号、信号強度検出部17により検出された信号強度をそれぞれA/D変換するA/D変換部21と、A/D変換部21からの出力に基づいて生体情報を検出する生体情報検出部23を有する。生体情報には、水分量が含まれる。また、水分量に関連する後述する各種の生体情報を検出することが可能である。
It has a phase difference detecting unit 15 for detecting a phase difference and a signal strength detecting unit 17 for detecting a signal strength based on the outputs from each of the first bandpass filter 7 and the second bandpass filter 11. ..
Further, the A / D conversion unit 21 that A / D-converts the phase difference signal detected by the phase difference detection unit 15 and the signal strength detected by the signal strength detection unit 17, and the output from the A / D conversion unit 21. It has a biometric information detection unit 23 that detects biometric information based on the above. Biological information includes the amount of water. In addition, it is possible to detect various kinds of biological information related to the amount of water, which will be described later.

図2Aは、本実施の形態による生体情報検出処理の流れの一例を示すフローチャート図である。図2Bは、図2Aの変形例であり、位相差と信号強度との両方を考慮して生体情報を得る生体情報検出処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
図3Aおよび図3Bは、処理の流れに沿って得られるマイクロ波の波形の一例を示す図である。横軸は時間、縦軸は信号強度である。
図2Aに示すように、生体情報取得処理が開始され(Start)、ステップS1において、電波送信部1からマイクロ波が送信される。図3Aの1)Sg1が、送信されたマイクロ波の波形の一例であり、例えば、正弦波が送信される。ステップS2において、第1の電波受信部3と第2の電波受信部5とにより、マイクロ波を個別に受信する。図3Aの2)Sg2と図3Aの3)Sg3とが、得られたマイクロ波の一例を示す。図に示すように、ノイズが乗っている。
FIG. 2A is a flowchart showing an example of the flow of the biological information detection process according to the present embodiment. FIG. 2B is a modification of FIG. 2A, and is a flowchart showing an example of a flow of biometric information detection processing for obtaining biometric information in consideration of both a phase difference and a signal strength.
3A and 3B are diagrams showing an example of a microwave waveform obtained along the processing flow. The horizontal axis is time and the vertical axis is signal strength.
As shown in FIG. 2A, the biological information acquisition process is started (Start), and in step S1, microwaves are transmitted from the radio wave transmission unit 1. 1) Sg1 in FIG. 3A is an example of the transmitted microwave waveform, and for example, a sine wave is transmitted. In step S2, the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5 receive microwaves individually. 2) Sg2 in FIG. 3A and 3) Sg3 in FIG. 3A show an example of the obtained microwave. As shown in the figure, there is noise.

次いで、ステップS3において、第1のバンドパスフィルタ7と第2のバンドパスフィルタ11とによりパンドパスフィルタ処理が行われる。すると、図3Bの4)Sg4と図3Bの5)のSg5とに示すように、ノイズを除去してきれいな波形が得られる。
ステップS4において、位相差検出部15により図3Bの4)Sg4と図3Bの5)のSg5との位相差を得る。すると、図3Bに示すように、位相差信号Sg6が得られる。位相差は1波長分の信号である。この位相差は、送信波の透過に基づいて得られるものであり、例えば、生体の位置に基づく水分量の差異に基づく。従って、本実施の形態によれば、水分量の差異を得ることができる(図1Aも参照)。
次いで、ステップS5において、A/D変換部21により位相差をA/D変換し、ステップS6において、生体情報検出部23により生体情報を検出することができる。これにより、処理が終了する(End)。
尚、位相差に基づいて生体情報を検出する際には、例えば、過去の検出結果に基づいて検量線を求めておき、検量線に基づいて、位相差を生体情報に変換する方法を用いることができる。
Next, in step S3, the pandapass filter process is performed by the first bandpass filter 7 and the second bandpass filter 11. Then, as shown in 4) Sg4 of FIG. 3B and Sg5 of 5) of FIG. 3B, noise is removed and a clean waveform is obtained.
In step S4, the phase difference detection unit 15 obtains the phase difference between 4) Sg4 in FIG. 3B and Sg5 in 5) in FIG. 3B. Then, as shown in FIG. 3B, the phase difference signal Sg6 is obtained. The phase difference is a signal for one wavelength. This phase difference is obtained based on the transmission of the transmitted wave, and is based on, for example, the difference in the amount of water based on the position of the living body. Therefore, according to the present embodiment, a difference in water content can be obtained (see also FIG. 1A).
Next, in step S5, the phase difference can be A / D converted by the A / D conversion unit 21, and the biological information can be detected by the biological information detection unit 23 in step S6. As a result, the process ends (End).
When detecting biological information based on the phase difference, for example, a method of obtaining a calibration curve based on past detection results and converting the phase difference into biological information based on the calibration curve is used. Can be done.

或いは、図2Bに示すフローチャート図のように、図2AのステップS4から、ステップS11において、信号強度検出部17により信号強度を検出し(図3Bの5)Sg5、7)Sg7)、ステップS12において、位相差と信号強度に基づいて、生体情報を検出するようにしても良い。その他の例示的な方法についても以下において説明する。 Alternatively, as shown in the flowchart shown in FIG. 2B, the signal strength is detected by the signal strength detection unit 17 (5 in FIG. 3B) Sg5, 7) Sg7) in step S11 from step S4 in FIG. 2A, and in step S12. , Biometric information may be detected based on the phase difference and the signal strength. Other exemplary methods will also be described below.

図4Aは、位相差と水分量(水位)との関係を実測した図である。図4Aに示すように、位相差は1波長分であるため、位相差は水位に対して精度の良い値を示すが、周期的な値で示される。従って、位相差のみからでは、ある水位の範囲に対しては、相対的な変化のみが得られることになる。そこで、例えば、以下のような水分量の推定方法を用いることができる。 FIG. 4A is a diagram in which the relationship between the phase difference and the water content (water level) is actually measured. As shown in FIG. 4A, since the phase difference is for one wavelength, the phase difference shows an accurate value with respect to the water level, but is shown as a periodic value. Therefore, only the relative change can be obtained for a certain water level range from the phase difference alone. Therefore, for example, the following method for estimating the amount of water can be used.

第1の水分量の推定方法として、水分量を位相差の積算処理により求めることができる(図4Aの下図参照)。図4Bは、図4Aの水位と遅延時間との関係を示す図の計測結果と理論値との関係を示す図である。図4Bに示すように、位相差の積算処理により、ある程度の水位までは、理論値と同様の値が得られることがわかる。このように、位相差を求め、それを積算することで、理論値に近い水分量を得ることができることがわかる。 As the first method for estimating the water content, the water content can be obtained by the phase difference integration process (see the lower figure of FIG. 4A). FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the measurement result and the theoretical value of the diagram showing the relationship between the water level and the delay time in FIG. 4A. As shown in FIG. 4B, it can be seen that a value similar to the theoretical value can be obtained up to a certain water level by the phase difference integration process. In this way, it can be seen that the water content close to the theoretical value can be obtained by obtaining the phase difference and integrating it.

第2の水分量の推定方法として、位相差の積算に代えて、複数周波数の合成をすることによって水分量を得ることもできる。すなわち、異なる周波数で位相差を得ることで、1つの周波数からは複数の水分量が推定されるが、複数の周波数から得られた水分量の候補を掛け合わせることでどちらの周波数でも推定される候補を選定することが出来る。 As a second method for estimating the water content, the water content can be obtained by synthesizing a plurality of frequencies instead of integrating the phase differences. That is, by obtaining the phase difference at different frequencies, a plurality of water amounts can be estimated from one frequency, but by multiplying the candidates for the water content obtained from a plurality of frequencies, both frequencies can be estimated. Candidates can be selected.

図5A、図5Bは、複数周波数による水分量の推定原理の一例を示す図である。例えば図5Aに示す第1の周波数(第1の波長)で測定した場合に、水位が18mmであったとすると、第1の波長では位相差75度程度で交点が現れる(矢印参照)。交点により計測された位相差75度から求めると、水分量(水位)としては、18mm,38mm,58mm,78mm,98mmと複数の候補(ここでは5つの候補)が得られる。
一方、図5Bに示すように、第1の周波数とは異なる第2の周波数(第2の波長)で測定した場合には、位相差は0度程度で交点が現れる(矢印参照)。交点により計測された位相差0度から求めると、水分量(水位)としては、18mm,51mm,84mmの候補(ここでは3つの候補)が得られる。
これらの2つの波長から得られた候補を合わせると(両者の積(AND)を取ると)、水分量(水位)は18mmであると推定することができる。
5A and 5B are diagrams showing an example of the principle of estimating the amount of water by a plurality of frequencies. For example, if the water level is 18 mm when measured at the first frequency (first wavelength) shown in FIG. 5A, an intersection appears at the first wavelength with a phase difference of about 75 degrees (see arrow). When calculated from the phase difference of 75 degrees measured at the intersection, a plurality of candidates (here, five candidates) can be obtained as the water content (water level) of 18 mm, 38 mm, 58 mm, 78 mm, and 98 mm.
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when measured at a second frequency (second wavelength) different from the first frequency, an intersection appears when the phase difference is about 0 degrees (see the arrow). When calculated from the phase difference of 0 degrees measured at the intersection, candidates (here, three candidates) of 18 mm, 51 mm, and 84 mm can be obtained as the water content (water level).
When the candidates obtained from these two wavelengths are combined (when the product (AND) of the two is taken), the water content (water level) can be estimated to be 18 mm.

第3の水分量の推定方法として、電界強度と位相差による合成により水分量を得ることもできる。
図6は、水位と受信信号強度との関係を示す図である。図6に示すように、受信信号強度は、水位の広い範囲に亘って理論値に近い値を得ることができる。但し、値の精度自体は、位相差により求めた方が良い。
As a third method for estimating the water content, the water content can also be obtained by synthesis based on the electric field strength and the phase difference.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the water level and the received signal strength. As shown in FIG. 6, the received signal strength can be obtained to be close to the theoretical value over a wide range of the water level. However, the accuracy of the value itself should be obtained from the phase difference.

そこで、図7A,図7Bに示すように、水位と受信強度との関係の傾向に沿って、かつ、位相差の値を合成して、受信強度のみによる計測より精度の良い生体情報を検出することができる。
図7Aは、水位と受信信号との関係の傾向に沿って、かつ、位相差の値を合成した図である。図7Bは、図7Aの作図のベースとなる位相差と水位との関係を示す図である(図4Aに対応する図である)。
Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, biometric information that is more accurate than the measurement based on the reception intensity alone is detected by synthesizing the phase difference values along the tendency of the relationship between the water level and the reception intensity. be able to.
FIG. 7A is a diagram in which the values of the phase difference are combined along with the tendency of the relationship between the water level and the received signal. FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the phase difference and the water level, which is the basis of the drawing of FIG. 7A (the diagram corresponding to FIG. 4A).

より詳細に処理内容を説明すると、ステップ1で受信信号強度から大まかな水位を選択する(A1,B1,C1)。
ステップ2で、位相差からA1,B1、C1の範囲で水位を選択する。
例えば、受信信号強度が、−40dbmであればB1,位相差が50度の時、水位が18mm,32mm,48mmと複数の水位が推定されるが、受信信号強度からA1,B1,C1が選べているため、−40dbmであれば、水位はB1の32mmであると推定することができる。
このようにして、位相差の信号は水分量を細かく計測できる一方で大きな変化で振り切れてしまう。そこで、受信強度から大まかな変化を計測し、その範囲を位相差により細かく計測することで、幅広く高精度に検出することができる。
以上に説明したように、本実施の形態によれば、水分量を精度良く求めることができる。従って、水分量に依存する生体情報に関する精度の良い測定が可能である。
例えば、臓器のわずかな病変なども検出できる可能性がある。
Explaining the processing contents in more detail, in step 1, a rough water level is selected from the received signal strength (A1, B1, C1).
In step 2, the water level is selected in the range of A1, B1 and C1 from the phase difference.
For example, if the received signal strength is -40dbm, B1, when the phase difference is 50 degrees, multiple water levels are estimated as 18mm, 32mm, 48mm, but A1, B1, C1 can be selected from the received signal strength. Therefore, if it is −40 dBm, the water level can be estimated to be 32 mm of B1.
In this way, the phase difference signal can measure the water content in detail, but it is shaken off by a large change. Therefore, by measuring a rough change from the reception intensity and finely measuring the range by the phase difference, it is possible to detect a wide range with high accuracy.
As described above, according to the present embodiment, the water content can be accurately determined. Therefore, accurate measurement of biological information depending on the amount of water is possible.
For example, it may be possible to detect even a slight lesion of an organ.

尚、電波送信部と電波受信部との位置関係の例について説明する。
1)基本例:1つの電波送信部と2つ以上の電波受信部を有する構成。
2)応用例1:電波送信部の信号を2つに分けて、第1の送信信号と電波受信部で受信した受信信号とを比較する例。
3)応用例2:1つの電波送信部と1つの電波受信部、電波送信部と同一周波数の信号を生成する信号生成部とを、有する構成例、電波送信部と信号生成部との信号を比較することで、水分量を検出することができる。
4)周波数の異なるマイクロ波を送信する複数の電波送信部と、電波受信部と信号生成部とを有する。信号生成部において、電波送信部から送信される異なる周波数の信号と合わせた信号を信号生成部で生成することで、複数経路の透過に基づく位相差を求め、水分量を検出する。尚、この場合には、マイクロ波よりも帯域が広い電波の波長域の電磁波(例えば、50Hz〜3THz帯)を利用するようにしても良い。
その他、電波送信部を複数として、送信のタイミングを切り換えることで複数経路の比較をすることができる。
An example of the positional relationship between the radio wave transmitting unit and the radio wave receiving unit will be described.
1) Basic example: A configuration having one radio wave transmitting unit and two or more radio wave receiving units.
2) Application example 1: An example in which the signal of the radio wave transmitting unit is divided into two and the first transmitting signal and the received signal received by the radio wave receiving unit are compared.
3) Application example 2: A configuration example having one radio wave transmitting unit, one radio wave receiving unit, and a signal generating unit that generates a signal having the same frequency as the radio wave transmitting unit, a signal between the radio wave transmitting unit and the signal generating unit. By comparing, the amount of water can be detected.
4) It has a plurality of radio wave transmitting units for transmitting microwaves having different frequencies, a radio wave receiving unit, and a signal generating unit. In the signal generation unit, the signal generation unit generates a signal combined with signals of different frequencies transmitted from the radio wave transmission unit to obtain a phase difference based on the transmission of a plurality of paths and detect the water content. In this case, an electromagnetic wave in a wavelength range of a radio wave having a band wider than that of a microwave (for example, 50 Hz to 3 THz band) may be used.
In addition, it is possible to compare a plurality of routes by switching the transmission timing with a plurality of radio wave transmission units.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図8は、心拍計測を行う例を示す図である。図8(a)は、被験者Hがイス22に座っている状態を示す図である。電波送信部1が被験者の前方に配置され、第1の電波受信部3と第2の電波受信部5とが、被験者Hの背面の異なる位置に配置されている。図8(b)は、被験者Hがイス22から離れた状態を示す図である。図9は、図8(a)において、電波送信部1と第1の電波受信部3、第2の電波受信部5と、被験者Hの心臓31との位置関係を示す図である。図10は、図9のより詳細な構成例を示す図である。
例えば、座りながら着衣の状態での心拍計測の実験を行うことができる。安静時(普通に呼吸をしている状態)で計測することができる。
(Second Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 8 is a diagram showing an example of performing heart rate measurement. FIG. 8A is a diagram showing a state in which the subject H is sitting on the chair 22. The radio wave transmitting unit 1 is arranged in front of the subject, and the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5 are arranged at different positions on the back surface of the subject H. FIG. 8B is a diagram showing a state in which the subject H is separated from the chair 22. FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the radio wave transmitting unit 1, the first radio wave receiving unit 3, the second radio wave receiving unit 5, and the heart 31 of the subject H in FIG. 8A. FIG. 10 is a diagram showing a more detailed configuration example of FIG.
For example, a heart rate measurement experiment can be performed while sitting and wearing clothes. It can be measured at rest (when breathing normally).

図9に示すように、電波送信部1と第1の電波受信部3、第2の電波受信部5との間に被験者Hの胴部が配置されている。特に、電波送信部1と第1の電波受信部3との間には、心臓31は配置されておらず、電波送信部1と第2の電波受信部5との間には、心臓31が配置されている。図10に示すように、電波送信部1は、数GHz程度、例えば、2300〜2500MHzの周波数で、4dBmの出力を有する。電波送信部1と第1の電波受信部3、第2の電波受信部5との間の距離は、400mmである。
第1の電波受信部3と第2の電波受信部5の受信信号の位相差から、生体情報検出回路23により、生体情報を得ることができる。
図11Aは、心拍、呼吸計測の一例を示す図であり、併せて、本実施の形態による心拍、呼吸計測技術の精度を確認するために、パルストランスデューサによる同時計測結果も参照している。図11Bは、パルストランスデューサによる同時計測の様子を示す図である。
As shown in FIG. 9, the body of the subject H is arranged between the radio wave transmitting unit 1, the first radio wave receiving unit 3, and the second radio wave receiving unit 5. In particular, the heart 31 is not arranged between the radio wave transmitting unit 1 and the first radio wave receiving unit 3, and the heart 31 is located between the radio wave transmitting unit 1 and the second radio wave receiving unit 5. Have been placed. As shown in FIG. 10, the radio wave transmitting unit 1 has an output of 4 dBm at a frequency of about several GHz, for example, 2300 to 2500 MHz. The distance between the radio wave transmitting unit 1, the first radio wave receiving unit 3, and the second radio wave receiving unit 5 is 400 mm.
Biological information can be obtained by the biological information detection circuit 23 from the phase difference between the received signals of the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5.
FIG. 11A is a diagram showing an example of heart rate and respiration measurement, and also refers to the result of simultaneous measurement by a pulse transducer in order to confirm the accuracy of the heart rate and respiration measurement technique according to the present embodiment. FIG. 11B is a diagram showing a state of simultaneous measurement by the pulse transducer.

本実施の形態において、計測対象とする体水分量は、心拍出量と尿量である。心拍出量は一分間に心臓から排出される血液量である。現在、心拍出量を計測する方法として、生体電気インピーダンス法が実用化されている。
しかしながら、生体電気インピーダンス法は、身体に電極を貼る必要があるため接触が伴っているという問題がある。
尿量については、超音波センサを用いた計測方法が実用化されている。
しかしながら、超音波センサを用いた計測方法においては、超音波計測特有のジェルを介して肌に接触させる必要がある上に、こちらも接触が伴う。
上記のような接触が伴う計測方法においては、被計測者の不快感や計測環境の縛りが生じる。
これらを解決するために、本実施の形態において、体水分量の非接触計測技術を利用して、心拍出量と尿量とを計測する技術について説明する。
In the present embodiment, the body water content to be measured is the cardiac output and the urine volume. Cardiac output is the amount of blood that is expelled from the heart in one minute. Currently, the bioelectrical impedance method has been put into practical use as a method for measuring cardiac output.
However, the bioelectrical impedance method has a problem that it involves contact because it is necessary to attach an electrode to the body.
Regarding the amount of urine, a measurement method using an ultrasonic sensor has been put into practical use.
However, in the measurement method using the ultrasonic sensor, it is necessary to make contact with the skin via a gel peculiar to ultrasonic measurement, and this also involves contact.
In the measurement method involving contact as described above, the person to be measured is uncomfortable and the measurement environment is restricted.
In order to solve these problems, a technique for measuring cardiac output and urine volume will be described in the present embodiment by using a non-contact measurement technique for body water content.

図11A(a)に示す波形は、図1Bに示す電波水分計Aの生体情報検出部23において検出された生データ(波形)である。この生データは、位相差を積算する図5に示す手法等に基づいて、得られた水分量に基づくマイクロ波の遅延時間(任意単位)の時間変化を示す図である。
位相差の時間変化を計測することで、体水分量だけでなく、心拍変動、呼吸変動などの時間変化を計測できるようになる。
図11A(b)は、図11A(a)に示す生データを心拍抽出に適した心拍抽出用バンドパスフィルタ(0.4〜10Hz)を介して得られた波形の一例を示す図である。
図11A(c)は、図11A(a)に示す生データを呼吸抽出に適した呼吸抽出バンドパスフィルタ(0.2〜0.4Hz)を介して得られた波形の一例を示す図である。
図11A(d)に示すように、本実施の形態による体水分量の非接触計測技術に基づいて得られた心拍波形は、比較用のパルストランスデューサの波形と良い一致を示していることがわかる。
The waveform shown in FIG. 11A (a) is raw data (waveform) detected by the biological information detection unit 23 of the radio wave moisture meter A shown in FIG. 1B. This raw data is a diagram showing the time change of the delay time (arbitrary unit) of the microwave based on the obtained water content based on the method and the like shown in FIG. 5 for integrating the phase difference.
By measuring the time change of the phase difference, it becomes possible to measure not only the amount of body water but also the time change such as heart rate variability and respiratory variability.
FIG. 11A (b) is a diagram showing an example of a waveform obtained by passing the raw data shown in FIG. 11A (a) through a heartbeat extraction bandpass filter (0.4 to 10 Hz) suitable for heartbeat extraction.
FIG. 11A (c) is a diagram showing an example of a waveform obtained by passing the raw data shown in FIG. 11A (a) through a respiratory extraction bandpass filter (0.2 to 0.4 Hz) suitable for respiratory extraction. ..
As shown in FIG. 11A (d), it can be seen that the heartbeat waveform obtained based on the non-contact measurement technique for body water content according to the present embodiment shows good agreement with the waveform of the pulse transducer for comparison. ..

また、図11A(c)に示すように、1分間に15回程度と、12〜18回の範囲に入っており、良い精度で抽出できることがわかる。
このように、第1の電波受信部3と第2の電波受信部5との位相差を取り出すことで、心臓に起因する水分量の変化、すなわち、心拍出量の変化を調べることができる。
また、呼吸の波形を抽出することも可能である。
また、バンドパスフィルタを用いることで、生体情報の測定対象を絞り込むことができる。
以上に説明したように、本実施の形態によれば、従来の接触型の生体情報検出技術を用いた場合に問題であった被計測者の不快感や計測環境の縛りを抑制し、体水分量の非接触計測技術に基づいた非接触での生体情報の計測が可能であることがわかる。
Further, as shown in FIG. 11A (c), it is within the range of 12 to 18 times, which is about 15 times per minute, and it can be seen that extraction can be performed with good accuracy.
By taking out the phase difference between the first radio wave receiving unit 3 and the second radio wave receiving unit 5 in this way, it is possible to investigate the change in the amount of water caused by the heart, that is, the change in the cardiac output. ..
It is also possible to extract the respiratory waveform.
Further, by using a bandpass filter, it is possible to narrow down the measurement target of biological information.
As described above, according to the present embodiment, the discomfort of the person to be measured and the binding of the measurement environment, which have been problems when the conventional contact-type biometric information detection technology is used, are suppressed, and the body moisture is suppressed. It can be seen that it is possible to measure biological information in a non-contact manner based on the non-contact measurement technology for quantity.

(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態による生体情報検出技術の対象は、尿量である。図12は、本実施の形態による排尿時の腹部を計測対象とした計測結果の一例を示す図である。図12において、信号Sg6は、位相差の積算に基づいて得られた水分量の(遅延時間)の時間変化を示す図である。
(Third Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The target of the biological information detection technique according to this embodiment is the amount of urine. FIG. 12 is a diagram showing an example of measurement results in which the abdomen during urination according to the present embodiment is measured. In FIG. 12, the signal Sg6 is a diagram showing the time change of the (delay time) of the water content obtained based on the integration of the phase difference.

また、図12において、信号Sg7は、受信信号強度に基づいて得られた水分量の(遅延時間)の時間変化を示す図である。
図12に示すように、本実施の形態においては、受信強度に基づく信号Sg7と位相差に基づく信号Sg6とは大まかな時間変化の傾向としては同様であることがわかる。但し、位相差に基づく信号Sg6の方が、細かい変化も表しているため、より精度の良い生体情報を得ることができる。
このように、計測部位を腹部にすることで、膀胱に溜まった水分を計測し排尿を促すように利用することもできる。
Further, in FIG. 12, the signal Sg7 is a diagram showing the time change of the (delay time) of the water content obtained based on the received signal strength.
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, it can be seen that the signal Sg7 based on the reception intensity and the signal Sg6 based on the phase difference have the same general tendency of time change. However, since the signal Sg6 based on the phase difference also represents a fine change, more accurate biological information can be obtained.
In this way, by setting the measurement site to the abdomen, it is possible to measure the water accumulated in the bladder and use it to promote urination.

(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態による生体情報検出技術の対象は、ふくらはぎの水分量である。
図13は、本実施の形態によるカフリリース時(太ももに圧力をかけると、戻らないようになる)の脚部(ふくらはぎ)を計測対象とした計測結果の一例を示す図である。図13において、信号Sg6は、位相差の積算に基づいて得られた水分量の(遅延時間)の時間変化を示す図である。
また、図13において、信号Sg7は、受信信号強度に基づいて得られた水分量の(遅延時間)の時間変化を示す図である。
(Fourth Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The target of the biological information detection technique according to this embodiment is the water content of the calf.
FIG. 13 is a diagram showing an example of measurement results for the legs (calves) at the time of cuff release according to the present embodiment (when pressure is applied to the thighs, the legs do not return). In FIG. 13, the signal Sg6 is a diagram showing the time change of the (delay time) of the water content obtained based on the integration of the phase difference.
Further, in FIG. 13, the signal Sg7 is a diagram showing the time change of the (delay time) of the water content obtained based on the received signal strength.

さらに、図13において、信号Sg11は、足の太さの変化(ストレインゲージによる)を示す図である。
時間t=5分間は、大腿部のカフによる阻血期間を示す。
図13に示すように、ストレインゲージによる足の太さの変化は、受信信号強度に基づく変化よりも、位相差に基づく水分量の検出結果と良く一致している。このことから、ふくらはぎの水分変化は、本実施の形態による位相差に基づく水分量の検出技術において精度良く計測できることがわかる。この技術を用いて、エコノミー症候群などのモニタリングを行うことも可能である。
Further, in FIG. 13, the signal Sg11 is a diagram showing a change in the thickness of the foot (depending on the strain gauge).
Time t = 5 minutes indicates the period of ischemia by the thigh cuff.
As shown in FIG. 13, the change in the foot thickness by the strain gauge is in good agreement with the detection result of the water content based on the phase difference rather than the change based on the received signal strength. From this, it can be seen that the change in calf water content can be accurately measured by the water content detection technique based on the phase difference according to the present embodiment. Using this technology, it is also possible to monitor economy syndrome and the like.

(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図14は、本実施の形態による生体情報計測装置の一例を示す図であり、ヘッドアップ/ヘッドダウン時の脚部の水分量を計測する様子を示す図である。符号53は水平線(基準線)である。図14の左図は、被験者Hが水平なベッド51に仰向けに寝ている様子を示す図であり、被験者の脚部に、本発明の第1から第4までの実施の形態による水分量計測装置55が配置されている例を示す図である。図14の右上図は、ヘッドアップした様子を、図14の右下図はヘッドダウンした様子を示す図である。
(Fifth Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 14 is a diagram showing an example of the biological information measuring device according to the present embodiment, and is a diagram showing how the water content of the leg portion at the time of head-up / head-down is measured. Reference numeral 53 is a horizontal line (reference line). The left figure of FIG. 14 is a view showing a state in which the subject H is lying on the horizontal bed 51, and the water content is measured on the legs of the subject according to the first to fourth embodiments of the present invention. It is a figure which shows the example in which the apparatus 55 is arranged. The upper right view of FIG. 14 shows the head-up state, and the lower right figure of FIG. 14 shows the head-down state.

図15は、ヘッドアップ/ヘッドダウン時の脚部の水分量の計測結果を示す図であり、位相差に基づく波形Sg6,受信信号強度に基づく波形Sg7、ストレインゲージによる足の太さの変化Sg11を対応させて時間変化を示した図である。
時間軸(横軸)において、動作1)ヘッドアップ15度、5分、動作2)ヘッドアップ30度、5分、動作3)ヘッドダウン5度、5分のように変化させて、信号の変化を調べた。
FIG. 15 is a diagram showing the measurement results of the water content of the legs during head-up / head-down. Waveform Sg7 based on the phase difference, waveform Sg7 based on the received signal strength, and change in foot thickness Sg11 by the strain gauge. It is a figure which showed the time change corresponding to.
On the time axis (horizontal axis), the signal changes by changing the motion 1) head up 15 degrees, 5 minutes, motion 2) head up 30 degrees, 5 minutes, motion 3) head down 5 degrees, 5 minutes. I checked.

すると、ヘッドアップの角度が高いほどSg6,Sg7ともに、大きな変化を示すこと、ヘッドダウンでも、水分量の変化が検出されていることがわかる。
このように、本実施の形態によれば、体液(血液)の重力による変化(体液シフト)を計測することができることがわかる。
このことから、本実施の形態による生体情報検出技術を用いることで、静脈の状態モニタに活用できることがわかる。計測部位を脚部にすることで、静脈血の脚部への溜まりを計測し、エコノミー症候群の対策に利用することも可能である。
Then, it can be seen that the higher the head-up angle, the larger the change in both Sg6 and Sg7, and that the change in the water content is detected even in the head-down.
As described above, according to the present embodiment, it can be seen that the change (body fluid shift) due to gravity of the body fluid (blood) can be measured.
From this, it can be seen that by using the biological information detection technique according to the present embodiment, it can be utilized for venous condition monitoring. By using the leg as the measurement site, it is possible to measure the accumulation of venous blood in the leg and use it as a countermeasure for economy syndrome.

(第6の実施の形態)
次に、本発明の第6の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
(Sixth Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図16は、本実施の形態による生体情報計測装置の一例を示す図であり、被験者Hが、ベッド81に水平に寝ており、その上方に電波送信部1が配置され、ベッド81の下に、第1及び第2の電波受信部3,5が配置されている。被験者の胴部内に心臓などの臓器31の下に第1の電波受信部3を、臓器が無い位置に第2の電波受信部5を配置することで、心臓の血流の変化等を測定することができる。
また、ベッド81を水平方向に移動させることで、測定対象となる臓器を切り換えるようにしても良い。
尚、受信側のセンサである第1又は第2の電波受信部をアレイ状に配置することで、より多くのセンサを配置し複数個所の計測を同時に行うシステムにすることもできる。
FIG. 16 is a diagram showing an example of the biological information measuring device according to the present embodiment, in which the subject H is lying horizontally on the bed 81, the radio wave transmitting unit 1 is arranged above the bed 81, and the subject H is under the bed 81. , 1st and 2nd radio wave receiving units 3 and 5 are arranged. By arranging the first radio wave receiving unit 3 under the organ 31 such as the heart in the body of the subject and the second radio wave receiving unit 5 at a position where there is no organ, changes in the blood flow of the heart and the like are measured. be able to.
Further, the organ to be measured may be switched by moving the bed 81 in the horizontal direction.
By arranging the first or second radio wave receiving units, which are the sensors on the receiving side, in an array, it is possible to make a system in which more sensors are arranged and measurements are performed at a plurality of locations at the same time.

(第7の実施の形態)
次に、本発明の第7の実施の形態による生体情報計測装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図17は、本実施の形態による生体情報計測装置を備えた自動車71などの移動手段を示す図である。自動車71の操縦席において、上部に電波送信部1を配置し、例えば、シートの背面の異なる位置に第1及び第2の電波受信部3,5が配置されている。被験者の胴部内に心臓などの臓器31をマイクロ波が透過する位置に第1の電波受信部3を配置し、第2の電波受信部5を心臓などの臓器31をマイクロ波が透過しない位置に配置しておく。
(7th Embodiment)
Next, the biological information measuring device according to the seventh embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 17 is a diagram showing a means of transportation such as an automobile 71 equipped with a biological information measuring device according to the present embodiment. In the driver's seat of the automobile 71, the radio wave transmitting unit 1 is arranged at the upper part, and for example, the first and second radio wave receiving units 3 and 5 are arranged at different positions on the back surface of the seat. The first radio wave receiving unit 3 is placed in the body of the subject at a position where microwaves pass through the organ 31 such as the heart, and the second radio wave receiving unit 5 is placed at a position where microwaves do not pass through the organ 31 such as the heart. Place it.

例えば、心拍の異常な上昇又は下降を検出すると、自動的に速度を下げる、又は停車するようにしても良い。
このように、本実施の形態による生体情報検出技術を、自動運転のためのセンサとしてとして用いることができる。その際、接触型のセンサとは異なり、運転者が変更になっても、センサ部分を変更せずにそのまま利用することができる。
For example, when an abnormal increase or decrease in heart rate is detected, the speed may be automatically reduced or the vehicle may be stopped.
As described above, the biological information detection technique according to the present embodiment can be used as a sensor for automatic driving. At that time, unlike the contact type sensor, even if the driver changes, the sensor portion can be used as it is without changing.

本発明による電波型水分計の応用例として、自動運転中のドライバーの生体情報のモニタリング技術、病院などでの健康診断や病気に関する検査、病院や介護施設、自宅などを含むベッドでの被験者の状態のモニタリング技術、車いすや座席に設置することによる被験者の状態のモニタリング技術などに応用可能である。
また、計測部位を腹部、胸部、頭部、脚部などと変更することで、各部に存在する臓器などの情報を非接触でモニタリングすることができる。
本発明は、肺水腫、肺出血、水頭症、胸水貯留、腹水貯留の検出等にも利用可能である。
加えて、本実施の形態による水分計を生体情報検出とは異なる分野に応用することも可能である。例えば、農地などにおける土壌水分量のモニタリングに利用することもできる。すなわち、水分計測が容易に行えるとともに、非接触であるため、接点が錆びたりすることもない。従って、農地等での土壌水分量の長期間モニタリングにも適している。
また、農作物の水分量を計測することで、農作物自体の水分状態のモニタリングにも応用が可能である。
As an application example of the radio wave type moisture meter according to the present invention, a technology for monitoring the biological information of a driver during automatic driving, a medical examination at a hospital or an examination related to a disease, a state of a subject in a bed including a hospital, a nursing facility, or a home. It can be applied to the monitoring technology of the subject and the monitoring technology of the subject's condition by installing it in a wheelchair or a seat.
In addition, by changing the measurement site to the abdomen, chest, head, legs, etc., it is possible to monitor information such as organs existing in each part in a non-contact manner.
The present invention can also be used for detecting pulmonary edema, pulmonary hemorrhage, hydrocephalus, pleural effusion, ascites, and the like.
In addition, the moisture meter according to the present embodiment can be applied to a field different from the biological information detection. For example, it can be used for monitoring soil moisture content in agricultural land. That is, the moisture can be easily measured and the contacts do not rust because they are non-contact. Therefore, it is also suitable for long-term monitoring of soil moisture content on agricultural land.
In addition, by measuring the water content of the crop, it can be applied to the monitoring of the water condition of the crop itself.

(まとめ)
マイクロ波の反射を利用した従来の生体情報計測手法では、計測箇所の限定が困難であり、周りにある様々な物体の移動等も計測してしまう問題がある。また、振動等のノイズに弱いといった課題が存在する。
これに対し、本発明の水分量計測技術によれば、透過経路を限定することができるため、測定部位の限定が容易である。
マイクロ波の送信機1つに対し受信アンテナを2以上に増やすことで、複数の部位での計測も可能である。複数のセンサでの計測が容易であるため、センサの故障も容易に検出することができる。
(Summary)
With the conventional biological information measurement method using microwave reflection, it is difficult to limit the measurement location, and there is a problem that the movement of various objects around the measurement is also measured. In addition, there is a problem that it is vulnerable to noise such as vibration.
On the other hand, according to the water content measurement technique of the present invention, the permeation path can be limited, so that the measurement site can be easily limited.
By increasing the number of receiving antennas to two or more for one microwave transmitter, it is possible to measure at a plurality of parts. Since it is easy to measure with a plurality of sensors, it is possible to easily detect a sensor failure.

本発明は、マイクロ波の透過を利用したシステムであるため、各測定対象部位の水分量変化を非接触で計測することが可能である。例えば、生体における水分量変化は、血液量の変化・尿量・体液量等の項目に起因する。本発明によれば、これらの項目に関する非接触計測が可能である。
本発明で利用するマイクロ波は、例えば1〜2GHz帯であり、現在、普及している電波帯であるため、その送信機、受信機共に非常に安価に入手することが可能である。また、位相差の検出機もICを1つ組込むことで計測を実現できることから、非常に小型で、かつ、安価なシステムとして実現可能である。
Since the present invention is a system that utilizes the transmission of microwaves, it is possible to measure changes in the amount of water in each measurement target site in a non-contact manner. For example, changes in water content in a living body are caused by items such as changes in blood volume, urine volume, and body fluid volume. According to the present invention, non-contact measurement for these items is possible.
The microwave used in the present invention is, for example, a 1 to 2 GHz band, which is a radio wave band that is currently in widespread use, so that both the transmitter and the receiver can be obtained at a very low cost. Further, since the phase difference detector can also be measured by incorporating one IC, it can be realized as a very small and inexpensive system.

今後、人工知能(AI)を活用した病気予測・予防が実現されてくると、日常生活での生体情報計測がより求められるようになる。この際、より多くの情報を計測することができるため、病気の予測精度が大幅に向上する。従って、日常生活における生体情報の計測にはより多くの種類の情報を計測できる。
尚、本発明は、透磁率の異なる2以上の測定対象が存在すれば計測が可能であるという利点がある。
In the future, when disease prediction / prevention utilizing artificial intelligence (AI) is realized, biological information measurement in daily life will be required more. At this time, since more information can be measured, the accuracy of disease prediction is greatly improved. Therefore, more kinds of information can be measured for measuring biological information in daily life.
The present invention has an advantage that measurement is possible if there are two or more measurement targets having different magnetic permeability.

処理および制御は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)によるソフトウェア処理、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)によるハードウェア処理によって実現することができる。
また、上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
Processing and control can be performed by software processing by CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Hardware).
Further, in the above-described embodiment, the configurations and the like shown in the drawings are not limited to these, and can be appropriately changed within the range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
In addition, each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having the selected configuration is also included in the present invention.
Further, the program for realizing the function described in the present embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system and executed to process each part. May be done. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い。
In addition, the "computer system" includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. In that case, it also includes the one that holds the program for a certain period of time, such as the volatile memory inside the computer system that becomes the server or client. Further, the program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized by combining the above-mentioned functions with a program already recorded in the computer system. At least some of the functions may be realized by hardware such as integrated circuits.

本発明は、生体情報検出装置に利用可能である。 The present invention can be used for a biological information detection device.

A 電波水分計
H 測定対象(被験者)
H1 臓器
1 電波送信部
3 第1の電波受信部
5 第2の電波受信部
7 第1のバンドパスフィルタ
11 第2のバンドパスフィルタ
15 位相差検出部
17 信号強度検出部
21 A/D変換部
23 生体情報検出部
A Radio Moisture Analyzer H Measurement target (subject)
H1 Organ 1 Radio wave transmission unit 3 First radio wave reception unit 5 Second radio wave reception unit 7 First bandpass filter 11 Second bandpass filter 15 Phase difference detection unit 17 Signal strength detection unit 21 A / D conversion unit 23 Biometric information detector

Claims (14)

電波を送信する電波送信部と、
前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び第2の電波受信部と、
前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出部と
を有する電波型水分計。
A radio wave transmitter that transmits radio waves and
A first radio wave receiving unit and a second radio wave receiving unit, in which the radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit receives at least one of the transmitted waves transmitted through the measurement target,
A phase difference detection unit that detects the phase difference of the radio waves received by each of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and
A radio wave type moisture meter having a moisture content detection unit that detects the moisture content of the measurement target based on the phase difference detected by the phase difference detection unit.
前記水分量検出部は、
前記位相差の時間変化に基づいて水分量の時間変化を求める
請求項1に記載の電波型水分計。
The water content detection unit
The radio wave type moisture meter according to claim 1, wherein the time change of the water content is obtained based on the time change of the phase difference.
前記水分量検出部は、
前記位相差検出部により検出された位相差を積算することにより水分量を推定する
請求項1又は2に記載の電波型水分計。
The water content detection unit
The radio wave type moisture meter according to claim 1 or 2, wherein the moisture content is estimated by integrating the phase difference detected by the phase difference detecting unit.
前記水分量検出部は、
前記位相差検出部により検出された位相差を異なる周波数で測定し、異なる周波数で求められた水分量の候補の積をとることで水分量を推定する
請求項1又は2に記載の電波型水分計。
The water content detection unit
The radio wave type moisture according to claim 1 or 2, wherein the phase difference detected by the phase difference detection unit is measured at different frequencies, and the moisture content is estimated by taking the product of the candidates for the moisture content obtained at different frequencies. Total.
さらに、受信した電波の信号強度を検出する信号強度検出部を備え、
前記水分量検出部は、
前記位相差検出部の検出結果と前記信号強度検出部の検出結果に基づいて、前記測定対象の水分量を推定する
請求項1又は2に記載の電波型水分計。
Furthermore, it is equipped with a signal strength detector that detects the signal strength of the received radio wave.
The water content detection unit
The radio wave type moisture meter according to claim 1 or 2, which estimates the water content of the measurement target based on the detection result of the phase difference detection unit and the detection result of the signal strength detection unit.
前記第1の電波受信部と前記位相差検出部との間に第1のバンドパスフィルタを設け、
前記第2の電波受信部と前記位相差検出部との間に前記第1のバンドパスフィルタと同じフィルタ特性を有する第2のバンドパスフィルタを設け、
前記第1のバンドパスフィルタ及び第2のバンドパスフィルタのフィルタリング周波数を、送信周波数に合わせて設定することにより、前記電波送信部からの電波以外を除去する
請求項1から5までのいずれか1項に記載の電波型水分計。
A first bandpass filter is provided between the first radio wave receiving unit and the phase difference detecting unit.
A second bandpass filter having the same filter characteristics as the first bandpass filter is provided between the second radio wave receiving unit and the phase difference detecting unit.
Any one of claims 1 to 5 that removes radio waves other than radio waves from the radio wave transmitting unit by setting the filtering frequencies of the first bandpass filter and the second bandpass filter according to the transmission frequency. The radio wave type moisture meter described in the section.
さらに、前記位相差検出部により検出された位相差に基づいて生体情報の信号を検出する生体情報検出部を有し、
前記生体情報検出部の出力に対して、検出対象項目とする生体情報に応じて周波数分離する第3のバンドパスフィルタを備える
請求項1から6までのいずれか1項に記載の電波型水分計。
Further, it has a biometric information detection unit that detects a biometric information signal based on the phase difference detected by the phase difference detection unit.
The radio wave type moisture meter according to any one of claims 1 to 6, further comprising a third bandpass filter that frequency-separates the output of the biological information detection unit according to the biological information to be detected. ..
請求項1から7までのいずれか1項に記載の電波型水分計を用いた生体情報計測装置。 A biometric information measuring device using the radio wave type moisture meter according to any one of claims 1 to 7. 前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのいずれか一方を、透過波が臓器を透過する位置に配置することを特徴とする請求項8に記載の生体情報計測装置。 The biometric information measuring device according to claim 8, wherein either one of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit is arranged at a position where the transmitted wave passes through the organ. 電波を送信する電波送信部と、
前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか1の電波受信部で受信する複数の電波受信部を異なる位置に配置し、
前記複数の電波受信部において受信した電波の位相差をそれぞれ検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を前記位置毎に検出する水分量検出部と
を有する電波型水分計。
A radio wave transmitter that transmits radio waves and
A plurality of radio wave receiving units for receiving the transmitted wave transmitted from the radio wave transmitting unit through the measurement target by at least one of the radio wave receiving units are arranged at different positions.
A phase difference detection unit that detects the phase difference of the radio waves received by the plurality of radio wave reception units, and a phase difference detection unit.
A radio wave type moisture meter having a moisture content detecting unit that detects the moisture content of the measurement target for each position based on the phase difference detected by the phase difference detecting unit.
電波を送信する電波送信部から発信された電波が測定対象から透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び前記第1の電波受信部と異なる位置に設けた第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波により電波の位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出部と
を有する電波型水分計の信号処理回路。
A first radio wave receiving unit and a position different from the first radio wave receiving unit, which receives at least one of the transmitted waves transmitted from the radio wave transmitting unit that transmits radio waves transmitted from the measurement target. A phase difference detection unit that detects the phase difference of radio waves based on the radio waves received by each of the two radio wave reception units,
A signal processing circuit of a radio wave type moisture meter including a moisture content detecting unit that detects the moisture content of the measurement target based on the phase difference detected by the phase difference detecting unit.
電波を送信する電波送信部と、
前記電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を少なくともいずれか一方で受信する、第1の電波受信部及び第2の電波受信部と、
前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部において検出された位相差に基づいて、前記測定対象の生体情報を検出する生体情報検出部と
を有する生体情報検出装置。
A radio wave transmitter that transmits radio waves and
A first radio wave receiving unit and a second radio wave receiving unit, in which the radio wave transmitted from the radio wave transmitting unit receives at least one of the transmitted waves transmitted through the measurement target,
A phase difference detection unit that detects the phase difference of the radio waves received by each of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and
A biological information detection device including a biological information detection unit that detects biological information of a measurement target based on the phase difference detected by the phase difference detection unit.
電波を送信する電波送信部から送信された電波が測定対象を透過した透過波を、第1の電波受信部及び第2の電波受信部のうちの少なくともいずれか一方で受信するステップと、
前記第1の電波受信部と前記第2の電波受信部とのそれぞれにおいて受信した電波の位相差を検出する位相差検出ステップと、
前記位相差検出ステップにおいて検出された位相差に基づいて、前記測定対象の水分量を検出する水分量検出ステップと
を有する電波型水分計測方法 。
A step of receiving a transmitted wave in which a radio wave transmitted from a radio wave transmitting unit that transmits radio waves has passed through a measurement target is received by at least one of a first radio wave receiving unit and a second radio wave receiving unit.
A phase difference detection step for detecting the phase difference of the radio waves received by each of the first radio wave receiving unit and the second radio wave receiving unit, and
A radio wave type moisture measurement method including a moisture amount detection step for detecting the moisture amount of the measurement target based on the phase difference detected in the phase difference detection step.
請求項13に記載の電波型水分計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute the radio wave type moisture measurement method according to claim 13.
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