JP5578683B2 - 身体情報測定装置及び身体情報測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、身体情報測定装置及び身体情報測定方法に関する。

人間や動物等の被検体の心拍数や呼吸数等の身体情報を測定する身体情報測定装置が従来から知られている。このような身体情報測定装置に関する技術として、例えば、ベッドに内蔵されたマイクロ波送受信センサから、ベッドに横たわる被験者の胸部に向けて電磁波としてのマイクロ波を照射し、反射電磁波、すなわち、被験者から反射したマイクロ波を受信し、これに基づいて、被験者の心拍数や呼吸数等の身体状態を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）

ドップラ式のマイクロ波レーダーによる計測では、受信信号として、In-phaseチャネル（Ｉチャネル）及びQuadrature-phaseチャネル（Ｑチャネル）の２つの直交する信号成分を得るＩ／Ｑ検波方式が一般に用いられる。この方式では、受信波とローカル波をそれぞれ２分配することにより、受信波とローカル波の組み合わせを２組用意し、それぞれの組み合わせについて、ミキサを用いて混合することにより、２チャネルの受信信号を得る。

この際、脈波により振動している体表面部位がレーダーの方向と直交し、かつその距離が短く、かつ所謂ヌルポイント（Null Detection Point）から外れている場合に、そのレーダーの出力信号にターゲットとする心拍信号や呼吸信号が最も良好に含まれている。そこで、心拍数や呼吸数を算出する際には、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）周波数解析を行い、抽出精度を向上させるためにＩチャネル信号とＱチャネル信号とを合成したり、又は、ヌルポイントから離れているチャネル信号を抽出したりして、各信号の規則性（一定周波数）を検出し、複数の入力信号が混在する中から心拍数や呼吸数に相当するターゲット信号の周波数を検出している。

特開２０００−１０２５１５号公報

しかしながら、上記従来の身体情報測定装置のように、Ｉチャネル信号とＱチャネル信号とを合成したり、ヌルポイントから離れているチャンネル信号を抽出したりしても、振動する体表面に対するレーダーの対向性や距離等が時々刻々と変化する計測環境下では、ターゲットとする周期的な心拍信号及び呼吸信号を精度よく抽出することが困難である。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、検出対象に対するレーダーの対向性や距離等が時々刻々と変化する計測環境下であっても、検出対象が有する周期的な検出対象生体信号を精度よく抽出することができる身体情報測定装置及び身体情報測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る身体情報測定装置は、異なる位置から検出対象に向けて電波がそれぞれ照射され、周期性を有する検出対象生体信号を含んで前記検出対象からそれぞれ反射してなる第一入力信号及び第二入力信号から、所定の身体情報を検出する身体情報測定装置であって、前記第一入力信号から互いに直交する第一Ｉチャネル信号と第一Ｑチャネル信号とを生成する第一複素信号形成部と、前記第二入力信号から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する第二複素信号形成部と、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号のスペクトル密度をそれぞれ算出する周波数変換部と、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号から、前記検出対象生体信号の主要帯域内で同一時刻における各前記スペクトル密度の突出したピークの数が最少の信号を選択するピーク数選択部と、選択された信号から前記身体情報を抽出する信号解析部と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る身体情報測定方法は、異なる位置から検出対象に向けて電波がそれぞれ照射され、周期性を有する検出対象生体信号を含んで前記検出対象からそれぞれ反射してなる第一入力信号及び第二入力信号から、所定の身体情報を検出する身体情報測定方法であって、前記第一入力信号から互いに直交する第一Ｉチャネル信号と第一Ｑチャネル信号とを生成する第一複素信号形成ステップと、前記第二入力信号から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する第二複素信号形成ステップと、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号のスペクトル密度をそれぞれ算出する周波数変換ステップと、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号から、前記検出対象生体信号が含まれる周波数領域内で同一時刻における各前記スペクトル密度の突出したピークの数が最少の信号を選択するピーク数選択ステップと、選択された信号から前記身体情報を抽出する信号解析ステップと、を備えていることを特徴とする。

ここで、同一のスペクトル密度分布図上において、ピーク値の大きい順番にピークを並べたときに、予め決められた数値α（例えば３．０）に対して、ｎ番目のピークがｎ＋１番目のピークよりもα倍大きくなる最小の整数ｎがある場合に、そのｎを「突出したピークの数」とする。また、ｎがある一定の整数（例えば５）を越える場合にはピークの数は５とする。

この発明は、スペクトル密度の突出したピークの数が少ない入力信号ほど、体動による擾乱、そして高調波及び相互変調波の発生が少なく、結果として検出対象生体信号を精度高く検出できることから、突出したピーク数が最少となるスペクトル密度の信号に基づいて検出対象生体信号の解析を行うことによって、精度の高い身体情報を抽出しようとするものである。

また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記スペクトル密度の突出したピークの数が１となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第一評価指数と、前記スペクトル密度の突出したピークの数が２となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第二評価指数と、前記スペクトル密度の突出したピークの数が３となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第三評価指数と、を備え、前記第一評価指数、前記第二評価指数、及び前記第三評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択する最良形状選択部を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る身体情報測定方法は、前記身体情報測定方法であって、前記スペクトル密度の突出したピークの数が１となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第一評価指数と、前記スペクトル密度の突出したピークの数が２となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第二評価指数と、前記スペクトル密度の突出したピークの数が３となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第三評価指数と、を備え、前記第一評価指数、前記第二評価指数、及び前記第三評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択する最良形状選択ステップと、を備えていることを特徴とする。

ここで、「スペクトル密度の分布形状が最良」とは、突出したピークの数が同じスペクトル密度をもつ入力信号でも、スペクトル密度のピークがより急峻であるとか、最大のピーク値が２番目の大きさのピーク値と比較してよりピーク間の差が大きいピークが存在する分布状態のことをいう。

また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記スペクトル密度の突出したピークの数が４以上となる複数の前記チャネル信号に対して設定される第四評価指数を備え、前記最良形状選択部が、前記第一評価指数、前記第二評価指数、前記第三評価指数、及び前記第四評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択することを特徴とする。

また、本発明に係る身体情報測定方法は、前記身体情報測定方法であって、前記スペクトル密度の突出したピークの数が４以上となる複数の前記チャネル信号に対して設定される第四評価指数を備え、前記最良形状選択ステップが、前記第一評価指数、前記第二評価指数、前記第三評価指数、及び前記第四評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択することを特徴とする。

この発明は、このようなスペクトル密度の分布形状が最良の入力信号のほうが、より高い精度の検出対象生体信号を含むことから、突出したピークの数に応じた評価指数に基づき、スペクトル密度の分布形状が最良の入力信号を選択するとともに、このような信号を利用してさらに好適な身体情報を抽出しようとするものである。

また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合、前記最良形状選択部が、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号、前記第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択することを特徴とする。

また、本発明に係る身体情報測定方法は、前記身体情報測定方法であって、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合、前記最良形状ステップで、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号、前記第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択することを特徴とする。

この発明は、ピークの数が最少かつ評価指数が最小となる信号が、例えば、第一Ｑチャネル信号と第二Ｑチャネル信号と複数あった場合に、どれか一つのチャネル信号を選択する際の優先順位を決めるものである（この場合は第一Ｑチャネル信号を選択する。）。そして、このように優先順位を決めることにより、システムの整合性（ここでは同じ入力信号群に対して結果が常に同じ結果となるという意味でのシステムの整合性インテグリティIntegrity）を確保することができる。

また、本発明に係る身体情報測定装置は、前記身体情報測定装置であって、前記検出対象に対する前記電波の前記照射方向を変更する駆動部を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る身体情報測定方法は、前記身体情報測定方法であって、前記検出対象に対する前記電波の前記照射方向を変更する調節ステップを備えている特徴とする。

この発明は、検出対象の動きが活発で、例えば、振動する検出対象の表面がレーダーの照射範囲から外れた場合や、レーダーが検出できない方向にマイクロ波が反射して検出対象信号を精度よく検出できない場合であっても、検出対象生体信号を受信できるように検出対象に対するマイクロ波の照射方向を変えることで再び計測することができ、可能な限り継続した計測を行うことができる。

本発明によれば、検出対象に対するレーダーの対向性や距離等が時々刻々と変化する計測環境下であっても、検出対象が有する周期的な検出対象生体信号を精度よく抽出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る身体情報測定装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る身体情報測定装置による測定方法を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係る身体情報測定装置による（ａ）突出したピーク数が１つのスペクトル密度、（ｂ）突出したピーク数が２つのスペクトル密度、（ｃ）突出したピーク数が３つのスペクトル密度、（ｄ）突出したピーク数が４以上のスペクトル密度を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る身体情報測定装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る身体情報測定装置による測定方法を示すフロー図である。 本発明の第３の実施形態に係る身体情報測定装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る身体情報測定装置による測定方法を示すフロー図である。 （ａ）心拍数のＨｏｌｔｅｒ心電計による心拍数の測定結果、（ｂ）本発明に係る身体情報測定装置による心拍数の測定結果、（ｃ）同一時刻における体動発生状況をそれぞれ示すグラフである。

（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係る身体情報測定装置１は、図１に示すように、被験者（検査対象）Ｕが横たわるベッドＢ内の異なる位置に配された第一レーダー２（第一マイクロ波送受信部材又は第一レーダーアンテナとも称する。以下、同じ。）及び第二レーダー３（第二マイクロ波送受信部材又は第二レーダーアンテナとも称する。以下、同じ。）と、これらから被験者Ｕに向けて送信されるマイクロ波（電波）を供給及び制御するとともに、被験者Ｕから反射した入力信号の受信処理を行う送受信制御部５と、受信処理された入力信号を増幅するとともにデジタル処理を行う増幅変換装置６と、入力信号から必要な身体情報を検出するためのコンピュータ７と、を備えている。これらは、信号伝送可能に接続されている。

なお、ベッドＢの上面には、ベッドＢ上で横たわる被験者Ｕを検知する被検体検知部材（不図示）が配されていてもよい。この被検体検知部材は、例えば、被検者Ｕの重量（体重）に基づいて、被検者ＵがベッドＢから離れているか否かを検知するシート状のセンサ、いわゆる、離床センサ（徘徊センサ）によって構成されている。なお、離床センサについては、例えば、公知の製品（“株式会社テクノスジャパン│転倒・転落対策に！ベッドコール”、「online」、２００３年９月９日、株式会社テクノスジャパン、「２００９年１月１６日検索」、ＵＲＬ：http://www.technosj.co.jp/alarm/bc.html）を使用することが可能である。

第一レーダー２及び第二レーダー３は、さらに、マイクロ波を照射する不図示の照射部と、被験者Ｕからの反射波を受信する不図示の受信部と、をそれぞれ備えている。つまり、第一レーダー２の照射部から照射された送信用のマイクロ波は、被験者Ｕに当たって被験者Ｕの生体信号を含んだ第一入力信号（反射波）となって第一レーダー２の受信部に受信される。また、第二レーダー３の照射部から照射された送信用のマイクロ波は、被験者Ｕに当たって被験者Ｕの生体信号を含んだ第二入力信号となって第二レーダー３の受信部に受信される。なお、図１（図４及び図６）は、上述の第一レーダー２と第二レーダー３とが、ベッドＢ上の被検者Ｕが仰向けになった状態で、被検者Ｕの心拍数（の情報）を得るために、被検者Ｕの胸部の左右両側を測定可能な位置にあらかじめ設置されていることを示している。

送受信制御部５は、第一レーダー２と第二レーダー３とがマイクロ波を送信すること及び反射波を受信することを制御するためのものである。送受信制御部５は、必要な処理を行うためのプログラム及びデータ等が記憶された不図示のＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、信号データを一時的に保存するための不図示のＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）、ＲＯＭ等に記憶された所定の処理を行う不図示のＣＰＵ（中央演算処理装置）と、を備えている。そして、第一レーダー２及び第二レーダー３が受信した被験者Ｕからの第一入力信号及び第二入力信号を検波するための機能手段として不図示のハードウェア回路及びソフトウェア等によって構成される第一複素信号形成部８及び第二複素信号形成部１０を備えている。

第一複素信号形成部８は、第一入力信号（反射波）から、上述したIn-phaseチャネル（Ｉチャネル）及びQuadrature-phaseチャネル（Ｑチャネル）の２つの直交する信号成分を得るためのもので、第一入力信号をＩＦ信号(Intermediate Frequency)として復調するための不図示の位相検波回路と、不図示の局部発信機と、を備えている。そして、第一入力信号（受信波）と局部発信機の基準信号（ローカル波）との差分をＩＦ信号として周波数ミキサにより抽出する。この際、第一入力信号と同相の信号と９０度位相を遅らせた信号との２つの信号を生成する。ここで、第一入力信号の同相成分を第一Ｉチャネル信号、直交成分を第一Ｑチャネル信号とする。Ｉチャネル信号、Ｑ
チャネル信号は、それぞれ出力信号の複素信号表現における実数成分、虚数成分となる。第二複素信号形成部１０も第一複素信号形成部８と同様の構成を備えており、第一複素信号形成部８と同様に第二入力信号（反射波）から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する。

増幅変換装置６は、直流増幅部１１と、Ａ／Ｄ変換部１２とを備えている（例えば、特許第４６５２２８号公報など）。直流増幅部１１は、上述の第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号及び第二Ｑチャネル信号を増幅させるものである。また、Ａ／Ｄ変換部１２は、直流増幅部１１で増幅された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するものである。例えば、増幅変換装置６は、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号のそれぞれから、例えば、サンプリング周波数１００Ｈｚでサンプリングした信号値をコンピュータ７へ出力する。換言すれば、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号及び第二Ｑチャネル信号は、増幅変換装置６の直流増幅部１１とＡ／Ｄ変換部１２とにより所定の処理（増幅及び変換）をされ、この所定の処理をされた信号がコンピュータ７へ出力される。なお、送受信制御部５や増幅変換装置６の一部又は全てがコンピュータに内蔵されていても構わない。

コンピュータ７は、必要な処理を行うためのプログラム及びデータ等が記憶された不図示のＲＯＭ、信号データを一時的に保存するための不図示のＲＡＭ、ＲＯＭ等に記憶された身体情報測定プログラムに応じた処理を行う不図示のＣＰＵと、算出された身体情報を表示する不図示の表示部と、を備えている。

コンピュータ７は、複数の生体信号が混在する第一入力信号（反射波）及び第二入力信号（反射波）から所定の身体情報を検出する機能手段として、周波数選択部１３と、振幅圧縮部１５と、周波数変換部１６と、ピーク数選択部１７と、信号解析部１８と、を含むプログラムを備えている。これらは不図示のハードウェア回路及びソフトウェア等によって実現される。

周波数選択部１３は、増幅変換装置６からの信号に対して、心拍信号（検出対象生体信号）又は呼吸信号（検出対象生体信号）の主要帯域以外の信号強度を低減させるものである。そして、周波数選択部１３は、いわゆるフィルタリング（バンドパスフィルタリング）（例えば、特許４０４５３９４号公報参照）を実行する。例えば、心拍用通過帯域として、心拍用最小周波数に、０．５［Ｈｚ］、心拍用最大周波数に、３．０［Ｈｚ］が予め設定されている。また、呼吸用最小周波数に、０．０１５［Ｈｚ］、呼吸用最大周波数に、０．５［Ｈｚ］が予め設定されている。

振幅圧縮部１５は、複数の生体信号が混在する第一入力信号（反射波）及び第二入力信号（反射波）から心拍信号や呼吸信号を抽出しやすくするために、不図示のＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を備え、心拍信号や呼吸信号に応じて予め決められた閾値を超える強度の入力信号の個々の波の振幅のみを圧縮処理する一方、閾値内の強度の波の振幅はそのままの状態とする処理を行う機能手段である。例えば心拍信号の場合、振幅の大きさを電圧表示させた場合で、閾値を±０．０３［Ｖ］とする。

ＡＧＣ回路による圧縮処理としては、閾値を入力信号の波の山波形の最大値又は波の谷波形の最小値で除した係数を、山波形又は谷波形に乗じて波形を縮小する。

周波数変換部１６は、圧縮処理されたそれぞれの信号から、例えば、特開２００１−２５７６１１号公報や、特開２００６−２５８７８６号公報等に記載された公知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を介して、スペクトル密度を演算する機能手段である。なお、ＦＦＴとは、離散フーリエ変換 (Discrete Fourier Transform, DFT) を計算機上で高速に計算するアルゴリズムである。

ピーク数選択部１７は、同一時刻における第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号の各スペクトル密度の波形から、心拍信号又は呼吸信号の主要帯域内における突出したピークの数が最少となる信号を選択する機能手段である。図３で示すようなスペクトル密度の波形の軌跡は、コンピュータ７の不図示の表示部に表示される。ここで、「突出したピークの数」は、同一のスペクトル密度分布図上において、所定の周波数刻み幅内における出力の最大値を「ピーク」としたのち、上述のように、ピーク値の大きい順番にピークを並べたときに、予め決められた数値α（例えば３．０）に対して、ｎ番目のピークがｎ＋１番目のピークよりもα倍大きくなる最小の整数ｎがある場合に、そのｎを「突出したピークの数」とする。

信号解析部１８は、例えば、特開２０１０−１７８９３３号公報の段落番号［００４３］から［００４８］に記載された公知の処理を行い、選択した信号のスペクトル密度から心拍数や呼吸数を算出する。

次に、本実施形態に係る身体情報測定装置１による身体情報測定方法について説明する。

この身体情報測定方法は、図２に示すように、照射ステップ（Ｓ０１）と、受信ステップ（Ｓ０２）と、第一複素信号形成ステップ（Ｓ０３）と、第二複素信号形成ステップ（Ｓ０４）と、周波数選択ステップ（Ｓ０５）と、振幅圧縮ステップ（Ｓ０６）と、周波数変換ステップ（Ｓ０７）と、ピーク数選択ステップ（Ｓ０８）と、信号解析ステップ（Ｓ０９）と、を備えている。

照射ステップ（Ｓ０１）では、第一レーダー２及び第二レーダー３からベッドＢに横たわる被験者Ｕに向けて、送受信制御部５によって決められた所定の強度のマイクロ波を照射する。

受信ステップ（Ｓ０２）では、上述のマイクロ波が被験者Ｕに当たって反射した第一入力信号（反射波）及び第二入力信号（反射波）をそれぞれ第一レーダー２及び第二レーダー３にて受信する。

第一複素信号形成ステップ（Ｓ０３）では、第一複素信号形成部８により、第一入力信号から互いに直交する第一Ｉチャネル信号と第一Ｑチャネル信号とを生成する。また、第二複素信号形成ステップ（Ｓ０４）では、第二複素信号形成部１０により、第二入力信号から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する。そして、ここで作成された第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号をそれぞれ増幅変換装置６によって所定の大きさに増幅、Ａ／Ｄ変換してその結果をコンピュータ７に出力する。

周波数選択ステップ（Ｓ０５）では、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、そして第二Ｑチャネル信号に対して、心拍信号又は呼吸信号の主要帯域以外の信号強度を低減する。これは、コンピュータ７内の周波数選択部１３にて処理される。

振幅圧縮ステップ（Ｓ０６）では、振幅圧縮部１５にて、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、そして第二Ｑチャネル信号に対して、心拍信号や呼吸信号に応じて予め決められた閾値を超える強度の入力信号の個々の波の振幅のみを圧縮処理する一方、閾値内の強度の波の振幅はそのままの状態とする。

なお、呼吸信号の出力は、心拍信号の１００倍程度なので、受信ステップ（Ｓ０２）の後、振幅圧縮ステップ（Ｓ０６）の体動信号の除去を先に行い、続いて周波数選択ステップ（Ｓ０３）を実施しても構わない。

周波数変換ステップ（Ｓ０７）では、周波数変換部１６にて、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号のそれぞれのスペクトル密度を算出する。

ピーク数選択ステップ（Ｓ０８）では、ピーク数選択部１７にて、同一時刻における第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号の各スペクトル密度の分布から、心拍信号又は呼吸信号の主要帯域内における突出したピークの数が最少となる信号を選択する。例えば、図３（ａ）〜（ｄ）に示すようなスペクトル密度が得られた場合、突出したピークの数が最も少ない１つの図３（ａ）に示す信号を選択する。

信号解析ステップ（Ｓ０９）では、信号解析部１８にて、選択したスペクトル密度を有する信号に基づき、信号解析部１８にて心拍数や呼吸数を算出する。

この身体情報測定装置１及び身体情報測定方法によれば、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号の４つの信号のそれぞれのスペクトル密度を比較して、これらのうち突出したピークの数が最少となるスペクトル密度の信号を選択し、この信号に基づいて解析を行うことができる。

したがって、被験者Ｕの体動によって被験者Ｕに対する第一レーダー２及び第二レーダー３の対向性や被験者Ｕとの距離等が時々刻々と変化する計測環境下であっても、変化の影響を低減して心拍数や呼吸数を精度よく抽出することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図４及び図５を参照しながら説明する。
なお、上述した第一実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る身体情報測定装置２０のコンピュータ２１が、図４に示すように、最良形状選択部２２をさらに備えているとした点である。

最良形状選択部２２は、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、及び第二Ｑチャネル信号の各信号間にてスペクトル密度の突出したピークの数が同一の場合、突出したピークの数に応じて適用される第一評価指数、第二評価指数、又は第三評価指数を算出して、突出したピークの数が同一の信号同士から、さらにスペクトル密度分布の形状が最良となるスペクトル密度を有する信号を選択する。

ここで、第一評価指数は、０以上１以下の範囲のなかで、スペクトル密度の突出したピークの数が１つの複数の信号からスペクトル密度分布の形状が最良となる信号を選択するため、例えば、突出した１つのピークの電力量が心拍信号又は呼吸信号の主要帯域全体の電力総量の値に近づくほど、０に近づく（スペクトル密度分布の形状が最良になる）ように設定されている。第二評価指数は、１以上２以下の範囲のなかで、スペクトル密度の突出したピークの数が２つの複数の信号からスペクトル密度分布の形状が最良となる信号を選択するため、例えば、最も突出したピーク値に対して２番目に突出したピーク値の大きさが小さいものほど１に近づく（スペクトル密度分布の形状が最良になる）ように設定されている。

第三評価指数は、２以上４以下の範囲のなかで、スペクトル密度の突出したピークの数が３つの複数の信号からスペクトル密度分布の形状が最良となる信号を選択するため、例えば、最も突出したピーク値に対して２番目に突出したピーク値の大きさが小さいほど、かつ最も突出したピーク値に対して３番目に突出したピーク値の大きさが小さいほど２に近づく（スペクトル密度分布の形状が最良になる）ように設定されている。そして、最良形状選択部２２は、これら評価指数が最も小さくなるスペクトル密度分布を有する信号を選択する。

なお、スペクトル密度の突出したピークの数が４以上となる信号に対し、上述のように突出した各ピーク値の大きさの比較により算出され、又は、予め一定の値に設定される第四評価指数をさらに備えていてもよい。そして、最良形状選択部２２は、第一評価指数、第二評価指数、第三評価指数、及び第四評価指数のうち、評価指数が最も小さくなるスペクトル密度分布を有する信号を選択してもよい。以降、コンピュータ２１が第四評価指数まで備えている場合について説明する。

この際、ピークの数が最少かつ評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合、最良形状選択部２２は、一の信号を選択するための優先順位を規定している。すなわち、最良形状選択部２２は、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択する。例えば、ピークの数が最少かつ評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が第一Ｑチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とである場合には、第一Ｑチャネル信号を選択する。

次に、本実施形態に係る身体情報測定装置２０による身体情報測定方法について説明する。

この身体情報測定方法は、図５に示すように、照射ステップ（Ｓ０１）と、受信ステップ（Ｓ０２）と、第一複素信号形成ステップ（Ｓ０３）と、第二複素信号形成ステップ（Ｓ０４）と、周波数選択ステップ（Ｓ０５）と、振幅圧縮ステップ（Ｓ０６）と、周波数変換ステップ（Ｓ０７）と、ピーク数選択ステップ（Ｓ０８）と、最良形状選択ステップ（Ｓ２０）と、信号解析ステップ（Ｓ０９）と、を備えている。

最良形状選択ステップ（Ｓ２０）では、最良形状選択部２２にて、スペクトル密度の突出したピークの数に応じて第一評価指数、第二評価指数、第三評価指数、又は第四評価指数を算出して、ピーク数が同一となる信号間から、スペクトル密度の分布形状が最良となる信号を選択する。

ここで、第一評価指数は、図３（ａ）に示すスペクトル密度に対して、例えば、Ｖ＝１−（Ｐ１／Ｐｔ）（Ｐ１はピーク値、Ｐｔは心拍信号又は呼吸信号の主要帯域全体の電力総量）で表される。すなわち、Ｐ１がＰｔに近づくほど（該当帯域に他のピークがなく、１つの突出したピークが急峻な形状であるほど）、評価指数Ｖは０に近づく。

第二評価指数は、図３（ｂ）に示すスペクトル密度に対して、例えば、Ｖ＝１＋（Ｐ２／Ｐ１）（Ｐ１は２つの突出したピークのうち大きい方のピーク値、Ｐ２は小さい方のピーク値）で表される。すなわち、２つのピーク値の差が大きいほど評価指数Ｖは１に近づく。

第三評価指数は、図３（ｃ）に示すスペクトル密度に対して、例えば、Ｖ＝２＋（Ｐ２／Ｐ１）＋（Ｐ３／Ｐ１）（Ｐ１は３つの突出したピークのうち、最も大きいピーク値、Ｐ２は２番目に大きいピーク値、Ｐ３は３番目に大きいピーク値）で表される。すなわち、最も突出したピーク値が他のピーク値よりも大きいほど、評価指数Ｖは２に近づく。

第四評価指数は、図３（ｄ）に示すスペクトル密度のように突出したピークの数が４以上のスペクトル密度に対するもので、ここでは５の一定の値に設定されている。
そして、スペクトル密度の突出したピークの数に応じた各評価指数Ｖを算出し、Ｖの値が最も小さい信号を信号解析ステップ（Ｓ０９）へ送り出す。

この際、ピークの数が最少かつ評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合には、第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択する。

この身体情報測定装置２０及び身体情報測定方法によれば、突出したピークの数が同じスペクトル密度の入力信号同士でも、スペクトル密度の分布形状がより良い（より急峻なピーク、または他のピーク値間の値の差が大きい）入力信号を選択することが可能となり、その結果としてより好適な心拍信号や呼吸信号を含む信号を選択することができ、より高い精度で心拍数や呼吸数を抽出することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図６及び図７を参照しながら説明する。
なお、上述した第一実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第２の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る身体情報測定装置３０が、図６に示すように、駆動部３１をさらに備えているとした点である。

駆動部３１は、第一レーダー２及び第二レーダー３の近傍にそれぞれ配された駆動機構部３２と、コンピュータ３３に配された駆動制御部３５とをさらに備えている。駆動機構部３２は、不図示の公知の駆動源及びこの駆動源からの駆動力を伝達する機構部をさらに備えている。

駆動制御部３５は、被験者Ｕからの反射波から生成される第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、そして第二Ｑチャネル信号において心拍信号又は呼吸信号が検出可能なレベルで入力されない場合に、各信号が検出可能なレベルになるまでに必要な、第一レーダー２及び第二レーダー３の被験者Ｕに対する移動角度を算出して駆動源を制御する。

駆動部３１は、ターゲットとなる心拍信号又は呼吸信号が検出可能レベルで第一レーダー２及び第二レーダー３へ入力されない状態のときだけでなく、上記第２の実施形態においてスペクトル密度の突出したピークの数が３以下の信号がなく、４以上の突出したピークの数が一定時間以上続く場合に稼働するようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る身体情報測定装置３０による身体情報測定方法について説明する。

この身体情報測定方法は、図７に示すように、照射ステップ（Ｓ０１）と、受信ステップ（Ｓ０２）と、第一複素信号形成ステップ（Ｓ０３）と、第二複素信号形成ステップ（Ｓ０４）と、周波数選択ステップ（Ｓ０５）と、振幅圧縮ステップ（Ｓ０６）と、周波数変換ステップ（Ｓ０７）と、ピーク数選択ステップ（Ｓ０８）と、最良形状選択ステップ（Ｓ２０）と、調節ステップ（Ｓ３０）と、信号解析ステップ（Ｓ０９）と、を備えている。

調節ステップ（Ｓ３０）は、受信ステップ（Ｓ０２）にて第一Ｉチャネル信号、第一Ｑチャネル信号、第二Ｉチャネル信号、そして第二Ｑチャネル信号において心拍信号又は呼吸信号が検出可能なレベルで入力されない場合に、又は上記第２の実施形態においてスペクトル密度の突出したピークの数が３以下の信号がなく、４以上の突出したピークの数が一定時間以上続く場合に実施される。このとき、駆動部３１により、第一レーダー２及び第二レーダー３の被験者Ｕへの照射角度を調節して、受信状態の改善を行う。

この身体情報測定装置３０及び身体情報測定方法によれば、被験者Ｕの体の位置が移動して脈波により振動している体表面、あるいは呼吸動により周期的に動いている体表面が第一レーダー２及び第二レーダー３の照射範囲から外れたときに、第一レーダー２及び第二レーダー３の照射角度を変えて再び検出できるようにしてから再度計測を行うことができ、可能な限り継続した計測を行うことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態における各ステップでの評価指数等の判断基準は、例示したものに限定されることはない。また、生体信号も、上述した信号に限定されることはない。また、被験者はベッドのみに横たわった状態である必要はなく、マッサージチェア等、他の手段を用いて測定しても構わない。

本発明に係る身体情報測定装置を用いて心拍数を測定した。結果を図８（ｂ）に示す。心拍数測定の定番であるＨｏｌｔｅｒ心電計（図８（ａ））と比較して大きな差異もなく計測することができた。また、図８（ｃ）に示すように、高頻度の体動があっても微弱な脈波振動のデータも検出することができた。

本発明は、医師や看護士等が、診察室やナースステーション等の病院内や、外出・帰宅時の病院外において、病室内の入院患者の安否確認する場合等に有用である。また、例えば、在宅介護者が、自宅内の別室や外出時の遠隔地において、被介護者（要介護者）の安否確認する場合にも有用である。また、例えば、動物園で冬眠中の熊等の動物の生態の研究のため、非接触状態において観察する場合等にも有用である。

１，２０，３０ 身体情報測定装置
８ 第一複素信号形成部
１０ 第二複素信号形成部
１６ 周波数変換部
１７ ピーク数選択部
１８ 信号解析部
２２ 最良形状選択部
３１ 駆動部

Claims (10)

1. 異なる位置から検出対象に向けて同じ周波数帯域の電波がそれぞれ照射され、周期性を有する検出対象生体信号を含んで前記検出対象からそれぞれ反射してなる第一入力信号及び第二入力信号から、所定の身体情報を検出する身体情報測定装置であって、
   前記第一入力信号から互いに直交する第一Ｉチャネル信号と第一Ｑチャネル信号とを生成する第一複素信号形成部と、
   前記第二入力信号から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する第二複素信号形成部と、
   前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号のスペクトル密度をそれぞれ算出する周波数変換部と、
   前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号から、前記検出対象生体信号の主要帯域内で同一時刻における各前記スペクトル密度の突出したピークの数が最少の信号を選択するピーク数選択部と、
   選択された信号から前記身体情報を抽出する信号解析部と、
   を備えていることを特徴とする身体情報測定装置。
2. 前記スペクトル密度の突出したピークの数が１となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第一評価指数と、
   前記スペクトル密度の突出したピークの数が２となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第二評価指数と、
   前記スペクトル密度の突出したピークの数が３となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第三評価指数と、
   を備え、
   前記第一評価指数、前記第二評価指数、及び前記第三評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択する最良形状選択部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の身体情報測定装置。
3. 前記スペクトル密度の突出したピークの数が４以上となる複数の前記チャネル信号に対して設定される第四評価指数を備え、
   前記最良形状選択部が、前記第一評価指数、前記第二評価指数、前記第三評価指数、及び前記第四評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択することを特徴とする請求項２に記載の身体情報測定装置。
4. 前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合、前記最良形状選択部が、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号、前記第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択することを特徴とする請求項２又は３に記載の身体情報計測装置。
5. 前記検出対象に対する前記電波の前記照射方向を変更する駆動部を備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の身体情報測定装置。
6. 異なる位置から検出対象に向けて同じ周波数帯域の電波がそれぞれ照射され、周期性を有する検出対象生体信号を含んで前記検出対象からそれぞれ反射してなる第一入力信号及び第二入力信号から、所定の身体情報を検出する身体情報測定方法であって、
   前記第一入力信号から互いに直交する第一Ｉチャネル信号と第一Ｑチャネル信号とを生成する第一複素信号形成ステップと、
   前記第二入力信号から互いに直交する第二Ｉチャネル信号と第二Ｑチャネル信号とを生成する第二複素信号形成ステップと、
   前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号のスペクトル密度をそれぞれ算出する周波数変換ステップと、
   前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号及び前記第二Ｑチャネル信号から、前記検出対象生体信号が含まれる周波数領域内で同一時刻における各前記スペクトル密度の突出したピークの数が最少の信号を選択するピーク数選択ステップと、
   選択された信号から前記身体情報を抽出する信号解析ステップと、
   を備えていることを特徴とする身体情報測定方法。
7. 前記スペクトル密度の突出したピークの数が１となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第一評価指数と、
   前記スペクトル密度の突出したピークの数が２となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第二評価指数と、
   前記スペクトル密度の突出したピークの数が３となる複数の前記チャネル信号から、前記スペクトル密度の分布形状が最良の信号を選択するための第三評価指数と、
   を備え、
   前記第一評価指数、前記第二評価指数、及び前記第三評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択する最良形状選択ステップを備えていることを特徴とする請求項６に記載の身体情報測定方法。
8. 前記スペクトル密度の突出したピークの数が４以上となる複数の前記チャネル信号に対して設定される第四評価指数を備え、
   前記最良形状選択ステップが、前記第一評価指数、前記第二評価指数、前記第三評価指数、及び前記第四評価指数を比較して、前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号を選択することを特徴とする請求項７に記載の身体情報測定方法。
9. 前記ピークの数が最少かつ前記評価指数が最小となるスペクトル密度を有する信号が複数の場合、前記最良形状選択ステップで、前記第一Ｉチャネル信号、前記第一Ｑチャネル信号、前記第二Ｉチャネル信号、前記第二Ｑチャネル信号の順に一の信号を選択することを特徴とする請求項７又は８に記載の身体情報測定方法。
10. 前記検出対象に対する前記電波の前記照射方向を変更する調節ステップを備えていることを特徴とする請求項６から９の何れか一つに記載の身体情報測定方法。
    
    

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