JP2023054458A - 心拍呼吸検出装置及び心拍呼吸検出プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の心拍呼吸検出装置の構成を図4に示す。本開示の心拍呼吸検出処理の概要を図5に示す。心拍呼吸検出装置Mは、心拍成分抽出部1、心拍成分乗算部2、心拍ピーク抽出部3、心拍数算出部4、呼吸位相抽出部5及び呼吸数算出部6を備え、図6及び図14に示す心拍呼吸検出プログラムをコンピュータにインストールし実現することができる。
本開示の心拍検出処理の手順を図6に示す。心拍成分抽出部1は、周波数成分(ri[n]、rq[n])、(li[n]、lq[n])又はb[n]を、所定の心拍観測時間窓に渡って抽出する(ステップS1)。心拍ピーク抽出部3は、周波数成分(ri[n]、rq[n])、(li[n]、lq[n])、b[n]又は(mi[n]、mq[n])から振幅ピークを抽出し、一回の心拍での複数の特徴的な微小振動のうちの一つの特徴的な微小振動を抽出する(ステップS2)。心拍数算出部4は、振幅ピークの時間間隔(本実施形態)又はあらかじめ定めた時間内の振幅ピークの抽出数(変形例)に基づいて、心拍数を算出する(ステップS3)。具体的には、図7から図13までの処理が実行される。
本開示の第1の心拍検出処理の具体例を図8から図10までに示す。心拍ピーク抽出部3は、所定のピーク検出時間窓W0、W1、W2、W3内において、周波数成分(ri[n]、rq[n])、(li[n]、lq[n])、b[n]又は(mi[n]、mq[n])から、振幅ピークのうちの最大振幅ピークを抽出する(ステップS2)。
本開示の第2の心拍検出処理の具体例を図11に示す。心拍ピーク抽出部3は、所定のピーク検出時間窓W0~W3より長い、所定のピーク検出時間窓Wにおいて、周波数成分(ri[n]、rq[n])、(li[n]、lq[n])、b[n]又は(mi[n]、mq[n])から、所定個数以内又は所定振幅以上の振幅ピークを抽出する(ステップS2)。
本開示の第3の心拍検出処理の具体例を図12及び図13に示す。心拍ピーク抽出部3は、所定のピーク検出時間窓W0、W1、W2、W3の両端近傍を除く時間領域において、最大振幅ピークを抽出するように、所定のピーク検出時間窓W0、W1、W2、W3を移動させる(ステップS2)。図10の短時間の心拍間隔τaを生じさせないためである。
本開示の呼吸検出処理の手順を図14に示す。心拍成分抽出部1は、周波数成分(ri[n]、rq[n])、(li[n]、lq[n])を抽出し、心拍成分乗算部2は、周波数成分(mi[n]、mq[n])を算出する(ステップS4)。呼吸位相抽出部5は、周波数成分(mi[n]、mq[n])から、心拍の微小振動による心拍位相変化が除去された、呼吸の微小振動による呼吸位相変化を抽出する(ステップS5)。呼吸数算出部6は、呼吸位相変化の周波数成分(例えば、フーリエ変換成分)に基づいて、呼吸数を算出する(ステップS6)。具体的には、図15から図18までの処理が実行される。
本開示の心拍検出処理の結果を図19及び図20に示す。図19の上段では、心拍の微小振動による振幅P[n]=√(mi[n]2+mq[n]2)の時間変化を示す。図19の下段では、心拍の微小振動による振幅P[n]=√(mi[n]2+mq[n]2)のピーク時刻を示す。ここで、図8及び図9に示した処理を実行している。
B:バンドパスフィルタ結果
P:患者
R:レーダ送受信装置、超音波送受信装置
M:心拍呼吸検出装置
Wa、Wb、Wc、Wd:心拍観測時間窓
W0、W1、W2、W3:ピーク検出時間窓
W:ピーク検出時間窓
1:心拍成分抽出部
2:心拍成分乗算部
3:心拍ピーク抽出部
4:心拍数算出部
5:呼吸位相抽出部
6:呼吸数算出部
Claims (11)
- 体表面で反射したレーダ信号又は超音波信号から、心拍の微小振動による周波数成分を所定の心拍観測時間窓に渡って抽出する心拍成分抽出部と、
前記心拍の微小振動による周波数成分から振幅ピークを抽出し、一回の心拍での複数の特徴的な微小振動のうちの一つの特徴的な微小振動を抽出する心拍ピーク抽出部と、
前記振幅ピークの時間間隔又はあらかじめ定めた時間内の前記振幅ピークの抽出数に基づいて、心拍数を算出する心拍数算出部と、
を備えることを特徴とする心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍成分抽出部は、一回の心拍での複数の特徴的な微小振動を含む前記所定の心拍観測時間窓に渡って、前記心拍の微小振動による周波数成分を抽出する
ことを特徴とする、請求項1に記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍ピーク抽出部は、所定のピーク検出時間窓において、前記心拍の微小振動による周波数成分から、前記振幅ピークのうちの最大振幅ピークを抽出する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍ピーク抽出部は、前記所定のピーク検出時間窓の両端近傍を除く時間領域において、前記最大振幅ピークを抽出するように、前記所定のピーク検出時間窓を移動させる
ことを特徴とする、請求項3に記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍数算出部は、隣接する又は非隣接の前記所定のピーク検出時間窓において抽出された前記最大振幅ピークの時間間隔に基づいて、心拍数を算出する
ことを特徴とする、請求項3又は4に記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍数算出部は、前記振幅ピークの振幅値が大きくなるほど、前記振幅ピークの時間間隔の重みを大きくしたうえで、平均的な心拍数を算出する
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記心拍数算出部は、前記振幅ピークの振幅値が大きくなるほど、前記振幅ピークの時間間隔の重みを高くしたうえで、前記振幅ピークの時間間隔と時間間隔の重みとからなる2次元データのクラスタリングに基づいて、心拍数を算出する
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の心拍呼吸検出装置。 - 体表面で反射したレーダ信号又は超音波信号から、心拍の微小振動による正及び負の周波数成分を抽出し、前記正及び負の周波数成分を複素乗算する心拍成分乗算部と、
複素乗算した前記正及び負の周波数成分から、心拍の微小振動による心拍位相変化が除去された、呼吸の微小振動による呼吸位相変化を抽出する呼吸位相抽出部と、
前記呼吸位相変化の周波数成分に基づいて、呼吸数を算出する呼吸数算出部と、
を備えることを特徴とする心拍呼吸検出装置。 - 前記呼吸位相抽出部は、複素乗算した前記正及び負の周波数成分から、心拍の微小振動による振幅ピークを抽出し、前記振幅ピークでは前記呼吸位相変化を抽出する一方で、前記振幅ピーク間では前記呼吸位相変化を抽出せずゼロパディングを適用する
ことを特徴とする、請求項8に記載の心拍呼吸検出装置。 - 前記呼吸数算出部は、前記呼吸位相変化の周波数成分の最大ピーク振幅が大きくなるほど、呼吸数の重みを大きくしたうえで、平均的な呼吸数を算出する
ことを特徴とする、請求項8又は9に記載の心拍呼吸検出装置。 - 請求項1から10のいずれかに記載の心拍呼吸検出装置の各処理部に対応する各処理ステップを、コンピュータに実行させるための心拍呼吸検出プログラム。
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