JP2023094447A - 見守りシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズを低減して被測定者の生体情報を精度よく取得できる見守りシステムを実現すること。【解決手段】見守りシステムは、建物に取り付けられ、被測定者４４に向けられる第１ドップラセンサ１０と、前記建物に取り付けられ、被測定者４４以外に向けられる第２ドップラセンサ２０と、第１ドップラセンサ１０から出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第１解析結果を取得するとともに、第２ドップラセンサ２０から出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第２解析結果を取得する周波数解析手段と、第１解析結果と第２解析結果の相違に基づいて被測定者４４の生体情報を取得する生体情報取得手段と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は見守りシステムに関し、特にドップラセンサにより被測定者の生体情報を測定する見守りシステムに関する。

被測定者の生体情報を測定する各種の見守りシステムが検討されている。被測定者に電極を接触させて心電位を計測する従来のシステムでは被測定者の負担が大きいことから、マイクロ波ドップラセンサによって非接触で生体情報を測定するシステムが有力視されている（特許文献１参照）。マイクロ波ドップラセンサによれば、被測定者の体表面や体内の動きを測定することにより、呼吸数や心拍数といった生体情報を取得できる。

特開２０１７－１３４７９５号公報

しかし、マイクロ波ドップラセンサは非接触でセンサ前方に存在する物体との微小な距離変動を広範囲に検出するものであることから、ノイズを拾いやすいという課題がある。特に、本願発明者らはマイクロ波ドップラセンサを住宅等の建物内に配置することを検討していることから、建物の揺れ等、予期しない動きをドップラセンサが検出してしまうことが懸念される。こうしたノイズをドップラセンサが検出してしまうと、被測定者の生体情報の検出精度が悪化してしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ノイズレベルを低減して被測定者の生体情報を精度よく取得できる見守りシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る見守りシステムは、建物に取り付けられ、被測定者に向けられる第１のドップラセンサと、前記建物に取り付けられ、前記被測定者以外に向けられる第２のドップラセンサと、前記第１のドップラセンサから出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第１の解析結果を取得するとともに、前記第２のドップラセンサから出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第２の解析結果を取得する周波数解析手段と、前記第１の解析結果と前記第２の解析結果の相違に基づいて、前記被測定者の生体情報を取得する生体情報取得手段と、を含む。

ここで、前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは同一の部屋に設けられてよい。また、前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋の共通の面に設けられてよい。さらに、前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋における前記共通の面とは異なる面に向けられてよい。

例えば、前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋の天井に設けられてよく、前記第２のドップラセンサは前記部屋の床に向けられてよい。

また、前記第１及び第２の解析結果は、周波数ごとの信号強度を示してよい。前記生体情報取得手段は、前記第１の解析結果により示される信号強度と前記第２の解析結果により示される信号強度との差が所定条件を満たす周波数を特定してよい。

本発明によれば、前記第１の解析結果と前記第２の解析結果の相違に基づいて、前記被測定者の生体情報を取得するので、ノイズレベルを低減し、被測定者の生体情報を精度よく取得できる。

本発明の実施形態に係る見守りシステムの構成図である。 ドップラセンサの構成図である。 第１ドップラセンサから出力されるドップラ信号の周波数スペクトル例を示す図である。 第２ドップラセンサから出力されるドップラ信号の周波数スペクトル例を示す図である。 図３及び図４に示される周波数スペクトルの差分を示す図である。 本発明の実施形態に係る見守りシステムの動作フロー図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る見守りシステムの構成図である。本実施形態に係る見守りシステムは、例えば建物、主に住宅に設置されるものであり、住宅内の部屋４０の天井４１には第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０が取り付けられる。第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０は有線又は無線によりコンピュータ３０に接続されている。コンピュータ３０はＣＰＵ、メモリ、通信カードを備えており、プログラムに従って動作する。コンピュータ３０は部屋４０内に設置されてもよいし、他の部屋に設けられてもよい。また、コンピュータ３０はクラウドその他の住宅外のコンピュータ資源であってよい。この場合には第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０はインターネット等の通信ネットワークを介してコンピュータ３０に接続される。

部屋４０の床４２にはベッド４３が置かれており、ベッド４３の上で居住者である被測定者４４が就寝する。第１ドップラセンサ１０はベッド４３の上方に取り付けられ、真下、すなわち被測定者４４に向けられている。好ましくは、第１ドップラセンサ１０は被測定者４４の胸部に向けられている。一方、第２ドップラセンサ２０は被測定者４４以外、好ましくはベッド４３が置かれていない床４２の部分に向けて設けられており、第２ドップラセンサ２０の検出範囲内にはベッド４３が存在しない。なお、ここでは被測定者４４がベッド４３の上で寝るものとしたが、被測定者４４が和式寝具の上で寝る場合にも本発明は適用可能である。また、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０は床や壁に取り付けられてもよい。

図２は、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０の構成図である。第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０は、いずれも発振部１１、送信アンテナ１５、受信アンテナ１６、Ｉ／Ｑ検波部１２、フィルタ１３、Ａ／Ｄ変換部１４を含む。発振部１１は例えば２４ＧＨｚ帯の正弦波信号を発振し、送信アンテナ１５より微弱なマイクロ波が下方に向けて出射される。被測定者４４、ベッド４３、床４２等の物体により反射されたマイクロ波は受信アンテナ１６により受信され、受信信号はＩ／Ｑ検波部１２に入力される。Ｉ／Ｑ検波部１２には発振部１２から出力される正弦波信号も入力されている。発振部１２からの正弦波信号は位相差が９０度の２つの信号に分配され、それぞれ受信信号とミキシングされ、これによりドップラ信号のＩ成分及びＱ成分が生成される。Ｉ成分及びＱ成分からはフィルタ１３によりそれぞれ高周波成分が除去され、Ａ／Ｄ変換部１４によりデジタル形式に変換される。デジタル形式のＩ成分及びＱ成分は図示しない通信モジュール等を介してコンピュータ３０に送信される。ここで、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０の発振部１１は、相互干渉を防止するため、十分に離れた周波数の正弦波信号を発振することが望ましい。

コンピュータ３０では、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０に係るドップラ信号のＩ成分及びＱ成分データを一定期間にわたって受信すると、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などの周波数解析処理を適用し、周波数ごとの信号強度を算出する。周波数解析処理を適用するのは、例えばＩ成分を実部、Ｑ成分を虚部とする一定期間の複素信号であってもよいし、Ｉ成分とＱ成分のうち信号強度が高い方の一定期間のデータであってよい。

図３は、コンピュータ３０により生成される、第１ドップラセンサ１０に係る周波数スペクトル（解析結果）を示す図である。同図に示されるように呼吸数に対応するピークＰ１が０．２Ｈｚあたりに表れており、心拍数に対応するピークＰ２が１．１Ｈｚあたりに表れている。しかし、それらピークＰ１及びＰ２の周囲にはノイズを有しており、Ｓ／Ｎ比は十分とは言えない。

図４は、コンピュータ３０により生成される、第２ドップラセンサ２０に係る周波数スペクトル（解析結果）を示す図である。図３に示されるようなピークＰ１及びＰ２は表れていない。第２ドップラセンサ２０の測定範囲に被測定者４４は存在していないからである。図４には、図３に示されるノイズと同等の周波数スペクトルだけが表れている。

コンピュータ３０では、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０のそれぞれに係る周波数スペクトルを取得すると、それらの差分を演算する。図５は、周波数スペクトルの差分を示す図である。同図に示す差分スペクトルにも、図３に示されるピークＰ１及びＰ２と同じ位置（周波数）にピークＰ１及びＰ２が表れている。また、図３の周波数スペクトルに比して、ピークＰ１及びＰ２の周囲のノイズは信号強度が低くなっている。このため、差分スペクトルではＳ／Ｎ比が向上している。このため、心拍数及び呼吸数を正確に抽出することができる。なお、第１ドップラセンサ１０と第２ドップラセンサ２０とで取得するノイズをできるだけ近づけるため、第１ドップラセンサ１０と第２ドップラセンサ２０は同じ部屋の共通の面、すなわち、同じ面（ここでは天井４１）に取り付けられることが望ましい。また第１ドップラセンサ１０と第２ドップラセンサ２０は、取付面（共通の面）とは異なる面（ここでは対向する面である床）を向くように設けられることが望ましい。これに限られることなく、第２ドップラセンサ２０は、第１ドップラセンサ１０が取り付けられる部屋とは別の部屋等に取り付けることもできる。

図７は、コンピュータ３０における処理フロー図である。同図に示される処理はコンピュータ３０が本発明の実施形態に係る生体情報抽出プログラムを実行することにより実現されるものである。同図に示される処理は例えば一定時間ごとに行われる。

まず、コンピュータ３０は第１ドップラセンサ１０から送信される一定期間のドップラ信号（第１ドップラ信号）を取得する（Ｓ１０１）。例えば現在時刻から所定時間前の時刻までの間に第１ドップラセンサ１０から送信されるドップラ信号を取得する。さらに、コンピュータ３０は第２ドップラセンサ２０から送信される一定期間のドップラ信号（第２ドップラ信号）も取得する（Ｓ１０２）。Ｓ１０１とＳ１０２の処理は逆順でもよい。例えば、現在時刻から前記所定時間前の時刻までの間に第２ドップラセンサ１０から送信されるドップラ信号を取得する。すなわち、Ｓ１０１で取得されるドップラ信号の受信期間とＳ１０２で取得されるドップラ信号の受信期間は重複しており、好ましくは同一である。

次にコンピュータ３０は第１ドップラ信号に対してＦＦＴその他の周波数解析処理を施す（Ｓ１０３）。さらに、コンピュータ３０は第２ドップラ信号に対してもＦＦＴその他の周波数解析処理を施す（Ｓ１０４）。Ｓ１０３とＳ１０４の処理は逆順でもよい。その後、Ｓ１０３及びＳ１０４の結果の差分を演算する（Ｓ１０５）。すなわち、周波数ごとに信号強度の差分を演算する。そして、Ｓ１０５の差分が所定条件を満足する周波数を特定する（Ｓ１０６）。例えば、Ｓ１０５の差分が最も大きな周波数、Ｓ１０５の差分が２番目に大きな周波数を特定してよい。この場合、例えば高い方の周波数を心拍数に対応するものとし、低い方の周波数を呼吸数に対応するものとしてよい。

コンピュータ３０は、その後Ｓ１０６で特定された周波数の逆数を演算することにより、呼吸数及び心拍数を算出する（Ｓ１０７）。算出される呼吸数及び心拍数が正常値範囲にない場合には遠隔の看護者に通知したり、住宅内で警報を発したりしてもよい。

以上説明した見守りシステムによれば、被測定者４４以外に向けられる第２ドップラセンサ２０を設けて、この第２ドップラセンサ２０に係る周波数スペクトルを用いることで、被測定者４４に向けられる第１ドップラセンサ１０のＳ／Ｎ比を向上させることができる。それ故、ノイズを低減して被測定者の生体情報を精度よく取得できるようになる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、以上の説明では、第１ドップラセンサ１０及び第２ドップラセンサ２０として、マイクロ波を用いるものを採用したが、ミリ波等の他の波長の電磁波を用いるものを採用してもよい。

また、以上の説明では、見守りシステムは主に住宅に設置されるものとしたが、クリニック、介護施設等の非住宅の建物に設置することもできる。

また、以上の説明では図６のＳ１０１～Ｓ１０７に係る処理が一定時間おきに行われるとしたが、部屋４１に振動センサを設けておき、該振動センサにより閾値以上の振動が検知された場合にのみ、Ｓ１０３～Ｓ１０７の処理を実行してもよい。こうすれば、コンピュータ３０の処理負荷を低減できる。

１０ 第１ドップラセンサ、１１ 発振部、１２ Ｉ／Ｑ検波部、１３ フィルタ、１４ Ａ／Ｄ変換部、１５ 送信アンテナ、１６ 受信アンテナ、２０ 第２ドップラセンサ、３０ コンピュータ、４０ 部屋、４３ ベッド、４４ 被測定者、Ｐ１ （呼吸数）ピーク、Ｐ２ （心拍数）ピーク。

Claims (6)

1. 建物に取り付けられ、被測定者に向けられる第１のドップラセンサと、
   前記建物に取り付けられ、前記被測定者以外に向けられる第２のドップラセンサと、
   前記第１のドップラセンサから出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第１の解析結果を取得するとともに、前記第２のドップラセンサから出力されるドップラ信号に周波数解析を施し、第２の解析結果を取得する周波数解析手段と、
   前記第１の解析結果と前記第２の解析結果の相違に基づいて、前記被測定者の生体情報を取得する生体情報取得手段と、
   を含む見守りシステム。
2. 請求項１に記載の見守りシステムにおいて、
   前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは同一の部屋に設けられる、
   見守りシステム。
3. 請求項２に記載の見守りシステムにおいて、
   前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋の共通の面に設けられる、
   見守りシステム。
4. 請求項３に記載の見守りシステムにおいて、
   前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋における前記共通の面とは異なる面に向けられる、
   見守りシステム。
5. 請求項４に記載の見守りシステムにおいて、
   前記第１のドップラセンサと前記第２のドップラセンサは前記部屋の天井に設けられ、前記第２のドップラセンサは前記部屋の床に向けられる、
   見守りシステム。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の見守りシステムにおいて、
   前記第１及び第２の解析結果は、周波数ごとの信号強度を示し、
   前記生体情報取得手段は、前記第１の解析結果により示される信号強度と前記第２の解析結果により示される信号強度との差が所定条件を満たす周波数を特定する、
   見守りシステム。
   
   

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