JP6035813B2 - Biological monitoring apparatus, apparatus control method, and apparatus control program - Google Patents

Biological monitoring apparatus, apparatus control method, and apparatus control program Download PDF

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

本発明は、生体をモニタリングする装置、装置の制御方法、及び装置の制御プログラムに関する。   The present invention relates to an apparatus for monitoring a living body, an apparatus control method, and an apparatus control program.

近年、被験者の健康状態を知る一つの指標として、呼吸の状態を把握することが注目されている。呼吸は、細胞レベルの呼吸と、肺呼吸に大別される。本明細書で用いる「呼吸」は、肺呼吸を意味する。肺呼吸は、外界から酸素を取り入れ、二酸化炭素を放出する生理的現象である。そして、呼吸は、自律神経活動にも密接に関連している。呼吸は、心の状態とも関連している。心身が緊張状態にあるときには、呼吸は浅くなり、呼吸の時間も短くなる傾向がある。逆に、リラックスした状態においては、呼吸は深くなり、1回の呼吸の時間も長くなる。   In recent years, attention has been focused on grasping the state of breathing as one index for knowing the health condition of a subject. Respiration is broadly divided into cellular respiration and pulmonary respiration. As used herein, “breathing” means lung breathing. Lung breathing is a physiological phenomenon that takes in oxygen from the outside world and releases carbon dioxide. Respiration is also closely related to autonomic nerve activity. Breathing is also related to the state of the heart. When the mind and body are in tension, breathing tends to be shallower and breathing time tends to be shorter. On the other hand, in a relaxed state, the breathing becomes deeper and the time for each breath becomes longer.

呼吸には、吸気時間と呼気時間とが含まれている。吸気時間と呼気時間との比は、E比と呼ばれる。E比は、通常では1対2が望ましいとの研究報告がある。また、E比は、気道内圧とも関連する。気道内圧を上昇させるには、E比を1対2から1対3にコントロールすることで可能となる。   The breath includes an inspiration time and an expiration time. The ratio of inspiratory time and expiratory time is called the E ratio. There is a research report that the E ratio is usually preferably 1 to 2. The E ratio is also related to the airway pressure. In order to increase the airway pressure, it is possible to control the E ratio from 1: 2 to 1: 3.

また、自立神経、特に副交感神経を正常な状態にコントロールするために、適切な呼吸を行うことが有効であるとも報告されている。また、心臓の虚血性心疾患患者などの運動指導にもE比を適正に保つことが有効であるとの報告がなされている。   It has also been reported that appropriate breathing is effective for controlling the autonomic nerve, particularly the parasympathetic nerve, to a normal state. In addition, it has been reported that it is effective to maintain an appropriate E ratio in exercise guidance for patients with ischemic heart disease of the heart.

また、睡眠時における呼吸の詳細な状態を把握することも重要視されてきている。   It has also been emphasized to grasp the detailed state of breathing during sleep.

呼気及び吸気の計測を行う装置としては、被験者にセンサを取り付ける接触型がある。接触型の装置としては、サーミスタ型(温度変化検出)や、フォロー型などがあり、専用のセンサが用いられている場合が多い。   As a device for measuring expiration and inspiration, there is a contact type in which a sensor is attached to a subject. As the contact type device, there are a thermistor type (temperature change detection) and a follow type, and a dedicated sensor is often used.

従来、マイクロ波に対する身体からの散乱特性の変化を取得し、この変化についてのパワースペクトラムを解析し、身体の呼吸速度等を検出する技術が知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, a technique is known in which a change in scattering characteristics from the body with respect to microwaves is acquired, a power spectrum for the change is analyzed, and a respiratory rate of the body is detected (see Patent Document 1).

また、運転者の胸部に照射したマイクロ波の反射波の波形信号に対して、ゼロクロスカウンタを用いることにより、運転者の呼吸周期を検出する技術が存在する(特許文献2参照)。   In addition, there is a technique for detecting the breathing cycle of the driver by using a zero cross counter with respect to the waveform signal of the reflected wave of the microwave irradiated to the chest of the driver (see Patent Document 2).

また、サーミスタ式鼻気流センサを用いて、吸気時間と呼気時間とを測定する技術が存在する(特許文献3参照)。   Further, there is a technique for measuring an inspiration time and an expiration time using a thermistor type nasal airflow sensor (see Patent Document 3).

また、インピーダンスモニタで取得した複数の呼吸波形を時間的に整列させ、呼吸波形の変曲点に基づいて呼気期間の開始と終了を特定する技術が存在する(特許文献4参照)。   In addition, there is a technique in which a plurality of respiratory waveforms acquired by an impedance monitor are temporally aligned, and the start and end of an expiration period are specified based on the inflection point of the respiratory waveform (see Patent Document 4).

特表2006−525831号公報JP 2006-525831 A 特公平6−69444号公報Japanese Patent Publication No. 6-69444 特開2008−68018号公報JP 2008-68018 A 特表2009−530047号公報Special table 2009-530047 gazette

一側面によれば、本発明は、生体モニタリング装置、装置の制御方法、及び装置の制御プログラムを提供することを目的とする。   According to one aspect, an object of the present invention is to provide a biological monitoring device, a device control method, and a device control program.

本発明の一つの側面によれば、生体をモニタリングする装置であって、受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信する受信部と、所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出する特徴抽出部と、前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間及び吸気時間を推定する呼気・吸気時間推定部と、 推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する出力部と、を有する装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided a device for monitoring a living body, and in order to obtain a received signal, a receiving unit that receives an electromagnetic wave reflected from the living body, and a waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule A feature extraction unit that extracts a plurality of features, an expiration / inspiration time estimation unit that estimates an expiration time and an inspiration time of a living body based on positions of the plurality of features on a time axis, and the estimated expiration And an output unit that outputs the intake time.

実施態様によれば、非接触で簡便に生体の情報のモニタリングができる。   According to the embodiment, it is possible to easily monitor biological information without contact.

本発明の一実施形態に従った装置のブロック図である。1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. 一実施形態の信号周期推定部の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the signal period estimation part of one Embodiment. 一実施形態の方法のフローチャートを示す図である。FIG. 3 is a flowchart of a method according to an embodiment. 一実施形態の別の方法のフローチャートを示す図である。FIG. 6 shows a flowchart of another method of an embodiment. 一実施形態の信号周期推定処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the signal period estimation process of one Embodiment. 図1における各信号と、吸気時間及び呼気時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between each signal in FIG. 1, inhalation time, and expiration time. 吸気・呼気の位置を認識するためのパターン認識規則を示す図である。It is a figure which shows the pattern recognition rule for recognizing the position of inspiration / expiration. 一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment. 一実施形態のハードウエア構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the hardware constitutions of one Embodiment.

以下に、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、発明を理解するためのものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない点に留意すべきである。また、以下の複数の実施形態は、相互に排他的なものではない。したがって、矛盾が生じない限り、実施形態の各要素を組み合わせることも意図されていることに留意すべきである。また、請求項に記載された方法やプログラムに係る発明は、矛盾のない限り処理の順番を入れ替えてもよく、あるいは、複数の処理を同時に実施してもよい。また、単純に分岐しているフローチャートにおいて、並列に置かれたステップは、どちらを先に処理してもよい。そして、これらの実施形態も、請求項に記載された発明の技術的範囲に包含されることは言うまでもない。なお、同じ構成要素については、複数の図において同じ参照符号が付されている点に留意すべきである。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments are for understanding the invention and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition, the following embodiments are not mutually exclusive. Therefore, it should be noted that the elements of the embodiments are also intended to be combined unless a contradiction arises. Further, in the invention according to the method and the program described in the claims, the order of the processes may be changed as long as there is no contradiction, or a plurality of processes may be performed simultaneously. Further, in the flowchart that is simply branched, either of the steps placed in parallel may be processed first. It goes without saying that these embodiments are also included in the technical scope of the invention described in the claims. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals in a plurality of drawings.

また、以下に説明する本発明の種々の実施形態では、電磁波としてマイクロ波を用いることを例にして説明するが、本発明は、マイクロ波の利用に限定されるものではない。また、本発明で用いる、「非接触」とは、本発明をインプリメントした機器が、被験者の身体から容易に分離できることを意味する。例えば、胸ポケットに機器を入れた場合や、身体に機器を直接接触させてもよい。あるいは、本実施形態をインプリメントした機器の一部または全部を身体の一部に接触させたまま利用したり、体内に設置して利用したりしてもよい。   Moreover, although various embodiment of this invention demonstrated below demonstrates using the microwave as an example for electromagnetic waves, this invention is not limited to utilization of a microwave. Further, “non-contact” used in the present invention means that a device implementing the present invention can be easily separated from the body of the subject. For example, when a device is placed in a breast pocket, or the device may be brought into direct contact with the body. Alternatively, a part or all of the device that implements the present embodiment may be used while being in contact with a part of the body, or may be used by being installed in the body.

図1は、本発明の一実施形態に従った装置のブロック図を示している。本装置は、マイクロ波送信部110、送信アンテナ112、受信部120、受信アンテナ122、特徴抽出部130、呼気・吸気時間推定部150、出力部160を含む。   FIG. 1 shows a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a microwave transmission unit 110, a transmission antenna 112, a reception unit 120, a reception antenna 122, a feature extraction unit 130, an expiration / inspiration time estimation unit 150, and an output unit 160.

ここで実施形態の動作概要について説明する。なお、各構成要素の詳細は後述する。   Here, an outline of the operation of the embodiment will be described. Details of each component will be described later.

まず、マイクロ波送信部110からマイクロ波が生成され、マイクロ波が送信アンテナ112から放射される。放射されたマイクロ波113は、モニタリングをする対象である被験者100(生体)の各組織に到達し、反射する。反射されたマイクロ波の一部は、受信アンテナ122に到達し、電気信号として受信部120に送られる。受信部は、受信されたマイクロ波を受信信号S1に変換する。受信信号S1は、特徴抽出部130に送られる。特徴抽出部130は、受信信号S1における複数の特徴を認識し、少なくとも呼気の開始と終了の時刻、吸気の開始と終了の時刻を含む情報を呼気・吸気時間推定部150に送る。呼気・吸気時間推定部150は、呼気の時間、吸気の時間に関するデータの記録を行うと共に、例えばこれらのデータの平均値を計算して、出力部160に出力する。また、特徴抽出部は、被験者100の心拍数を含む心拍の情報を出力部160に送ってもよい。   First, a microwave is generated from the microwave transmission unit 110, and the microwave is radiated from the transmission antenna 112. The emitted microwave 113 reaches each tissue of the subject 100 (living body) that is the object to be monitored and reflects. A part of the reflected microwave reaches the reception antenna 122 and is sent to the reception unit 120 as an electric signal. The reception unit converts the received microwave into a reception signal S1. The received signal S1 is sent to the feature extraction unit 130. The feature extraction unit 130 recognizes a plurality of features in the reception signal S1 and sends information including at least the start and end times of expiration and the start and end times of inspiration to the expiration / inspiration time estimation unit 150. The expiratory / inspiratory time estimating unit 150 records data related to the expiratory time and the inspiratory time, and calculates, for example, an average value of these data and outputs the data to the output unit 160. In addition, the feature extraction unit may send heart rate information including the heart rate of the subject 100 to the output unit 160.

被験者に微弱なマイクロ波を当てると、その反射波に呼吸、心拍、体動などの情報が含まれている。例えば、成人の場合、1回の呼吸で500ml程度の空気を吸い込む。このため、被験者の胸の表面が、1〜2cm程度移動する。また、呼吸によって、体内の骨や横隔膜等の移動が生じる。マイクロ波は、体内の臓器からも反射される。体表面や、臓器が動くことにより、マイクロ波の反射波の出力に変化が生じる。このため、反射されたマイクロ波は、体表面及び体内臓器の動きの情報を含んでいる。また、反射されたマイクロ波には、心臓の動きに関する情報や、体動の情報も含まれる。   When a weak microwave is applied to a subject, the reflected wave includes information such as breathing, heartbeat, and body movement. For example, in the case of an adult, about 500 ml of air is inhaled in one breath. For this reason, the surface of the subject's chest moves about 1 to 2 cm. In addition, movement of bones and diaphragms in the body occurs due to respiration. Microwaves are also reflected from internal organs. As the body surface and organs move, the output of the reflected wave of the microwave changes. For this reason, the reflected microwave contains information on the movement of the body surface and internal organs. In addition, the reflected microwave includes information on the movement of the heart and information on body movement.

図1において、特徴抽出部130は、信号周期推定部140(1)、波形整形部132,特徴認識部134を有する。波形整形部132は、受信信号S1に対して、例えば1次微分を適用して整形波形S2を出力する。整形波形S2は、特徴認識部134に入力され、所定のパターン認識規則に基づいて、整形波形S2の複数の特徴位置を時間軸上で特定する。なお、特徴認識部134は、信号周期推定部140(1)からの呼吸周期情報を利用してもよい。呼吸は、同様のパターンが呼吸周期で繰り返されるため、特徴認識部134で呼吸周期情報を用いることにより、呼吸に関する特徴認識の精度を向上させることができる。なお、特徴認識部134における、パターン認識規則の詳細については、図7を用いて後述する。   In FIG. 1, the feature extraction unit 130 includes a signal period estimation unit 140 (1), a waveform shaping unit 132, and a feature recognition unit 134. The waveform shaping unit 132 outputs, for example, a shaped waveform S2 by applying first-order differentiation to the received signal S1. The shaped waveform S2 is input to the feature recognition unit 134, and a plurality of feature positions of the shaped waveform S2 are specified on the time axis based on a predetermined pattern recognition rule. Note that the feature recognition unit 134 may use the respiratory cycle information from the signal cycle estimation unit 140 (1). Since the same pattern is repeated in the breathing cycle, the feature recognition unit 134 can use the breathing cycle information to improve the accuracy of feature recognition related to breathing. Details of the pattern recognition rules in the feature recognition unit 134 will be described later with reference to FIG.

図1において、信号周期推定部140(1)について以下に説明する。信号周期推定部140(1)は、パワースペクトル変換部142、ピーク周波数特定部144、フィルタ部146、心拍情報推定部148、呼吸周期推定部149を含む。パワースペクトル変換部142は、受信信号S1に対して、例えば、高速フーリエ変換(FFT)を適用し、受信信号S1をパワースペクトルS4に変換する。パワースペクトルへS4の変換は、MEM(最大エントロピー法)などを用いてもよい。得られたパワースペクトルS4は、ピーク周波数特定部144で、パワースペクトルS4の複数のピークのうちから、例えば呼吸に関連する周波数のピークを探索する。この探索によって、呼吸周波数が推定できる。推定された呼吸周波数は、フィルタ部146に送られる。或いは、後述するように、推定された呼吸周波数は、バイパス路147を介して呼吸周期推定部149に送られてもよい。フィルタ部146は、例えば、呼吸周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ(BPF)で実現されてもよい。あるいは、呼吸周波数がカットオフ周波数であるローパスフィルタで実現されてもよい。このフィルタ部146には、受信信号S1が入力される。従って、フィルタ部146を通過した周波数帯域の信号(S3)は、呼吸周波数の成分を非常に多く含む信号となる。この呼吸成分信号S3は、呼吸周期推定部149に伝達される。呼吸周期推定部149は、呼吸成分信号S3から、例えば直流成分を除去して、信号のゼロクロス位置を特定することにより、呼吸周期の推定値を取得することができる。この呼吸周期の推定値の情報は端子Cへの信号として特徴認識部134に伝達される。また、上述のように、ピーク周波数特定部144からバイパス路147を介して呼吸周期推定部149に、推定された呼吸周波数が入力される場合には、呼吸周期推定部149は、推定された呼吸周波数から、呼吸周期の推定値を求めてもよい。また、心拍情報推定部148は、ピーク周波数特定部144から、心拍周波数領域のパワースペクトルのピーク周波数の情報を受け取る。心拍情報推定部148は、受け取った心拍周波数領域のパワースペクトルのピーク周波数から、例えば、1分当たりの心拍数を求め、出力部160に伝送してもよい。   In FIG. 1, the signal period estimation unit 140 (1) will be described below. The signal cycle estimation unit 140 (1) includes a power spectrum conversion unit 142, a peak frequency identification unit 144, a filter unit 146, a heart rate information estimation unit 148, and a respiratory cycle estimation unit 149. The power spectrum conversion unit 142 applies, for example, a fast Fourier transform (FFT) to the reception signal S1, and converts the reception signal S1 into a power spectrum S4. For the conversion of S4 to a power spectrum, MEM (maximum entropy method) or the like may be used. In the obtained power spectrum S4, the peak frequency specifying unit 144 searches for a peak of a frequency related to respiration, for example, from among a plurality of peaks of the power spectrum S4. By this search, the respiratory frequency can be estimated. The estimated respiratory frequency is sent to the filter unit 146. Alternatively, as will be described later, the estimated respiration frequency may be sent to the respiration cycle estimation unit 149 via the bypass 147. The filter unit 146 may be realized by, for example, a band pass filter (BPF) having a respiratory frequency as a center frequency. Alternatively, it may be realized by a low-pass filter whose respiratory frequency is a cutoff frequency. The filter unit 146 receives the received signal S1. Therefore, the signal (S3) in the frequency band that has passed through the filter unit 146 is a signal that contains a very large amount of respiratory frequency components. The respiratory component signal S3 is transmitted to the respiratory cycle estimation unit 149. The respiratory cycle estimation unit 149 can obtain an estimated value of the respiratory cycle by removing, for example, a direct current component from the respiratory component signal S3 and specifying the zero-cross position of the signal. Information on the estimated value of the respiratory cycle is transmitted to the feature recognition unit 134 as a signal to the terminal C. Further, as described above, when the estimated respiratory frequency is input from the peak frequency specifying unit 144 to the respiratory cycle estimating unit 149 via the bypass 147, the respiratory cycle estimating unit 149 An estimated value of the respiratory cycle may be obtained from the frequency. The heart rate information estimation unit 148 also receives information on the peak frequency of the power spectrum in the heart rate frequency region from the peak frequency specifying unit 144. The heart rate information estimation unit 148 may obtain, for example, the heart rate per minute from the peak frequency of the power spectrum in the received heart rate frequency region, and transmit it to the output unit 160.

図2に信号周期推定部140(2)は、図1における信号周期推定部140(1)の変形例を示している。図2におけるA、B,及びCは、図1におけるA、B、及びCに対応している点に留意すべきである。信号周期推定部140(2)は、フェーズロックループ(PLL)の機能を含むPLL1(202)、呼吸周期情報処理部204、pっl2(206)、及び心拍情報処理部208を含む。入力端Aから受取られた受信信号S1は、PLL1(202)に入力される。PLL1(202)は、呼吸の周波数の帯域(通常、中心周波数0.2Hz)においてロックするPLLである。PLL1(202)によって、呼吸の周波数にロックした信号が得られ、その信号は呼吸周期情報処理部204に送られる。呼吸周期情報処理部204は、受け取った信号に基づいて、呼吸周期の推定値の情報を端子Cへの信号として特徴認識部134に送る。また、PLL2(206)は、鼓動の周波数(通常0.7Hzないし2Hz)にロックするPLLである。PLL2(206)によって、鼓動の周波数にロックした信号が得られ、その信号は心拍情報処理部208に送られる。心拍情報処理部208は、受け取った信号に基づいて、例えば1分当たりの心拍数を端子Bへの信号として出力部160に送ってもよい。   FIG. 2 shows a modification example of the signal period estimation unit 140 (2) of the signal period estimation unit 140 (1) in FIG. It should be noted that A, B, and C in FIG. 2 correspond to A, B, and C in FIG. The signal cycle estimation unit 140 (2) includes a PLL 1 (202) including a function of a phase lock loop (PLL), a respiratory cycle information processing unit 204, p1 2 (206), and a heartbeat information processing unit 208. The reception signal S1 received from the input terminal A is input to the PLL1 (202). The PLL1 (202) is a PLL that locks in a respiration frequency band (usually a center frequency of 0.2 Hz). A signal locked to the respiration frequency is obtained by the PLL 1 (202), and the signal is sent to the respiration cycle information processing unit 204. The respiratory cycle information processing unit 204 sends information on the estimated value of the respiratory cycle to the feature recognition unit 134 as a signal to the terminal C based on the received signal. Further, PLL2 (206) is a PLL that locks to the beat frequency (usually 0.7 Hz to 2 Hz). A signal locked to the beat frequency is obtained by the PLL 2 (206), and the signal is sent to the heartbeat information processing unit 208. The heart rate information processing unit 208 may send, for example, the heart rate per minute as a signal to the terminal B to the output unit 160 based on the received signal.

その他、図2に示される信号周期推定部の変形例以外にも、当業者であれば、種々の変形例を作ることができるであろう。   Other than the modifications of the signal cycle estimation unit shown in FIG. 2, those skilled in the art will be able to make various modifications.

図3は、本発明の一実施形態の装置の制御方法のフローチャートを示している。   FIG. 3 shows a flowchart of a method for controlling the apparatus according to the embodiment of the present invention.

ステップ310では、受信器で受信したマイクロ波から、受信信号S1を取得する。   In step 310, the reception signal S1 is acquired from the microwave received by the receiver.

ステップ320では、受信した受信信号S1の特徴が抽出される。特徴としては、呼気の開始及び終了時刻、吸気の開始及び終了時刻が含まれる。ステップ320は、さらにステップ322とステップ324を含む。   In step 320, the characteristics of the received reception signal S1 are extracted. Features include start and end times of exhalation and start and end times of inspiration. Step 320 further includes steps 322 and 324.

ステップ322では、受信信号S1に対して1次微分が適用される。なお、この実施形態では、1次微分を用いたが、一般的なN次微分(Nは整数)を適用してもよい。微分する次数によって、特徴抽出の手法は異なってもよい。   In step 322, a first derivative is applied to the received signal S1. In this embodiment, the first order differentiation is used, but a general Nth order differentiation (N is an integer) may be applied. Depending on the order of differentiation, the feature extraction method may be different.

ステップ324において、所定のパターン認識規則によって、特徴が抽出される。特徴には、呼気の開始及び終了時刻、吸気の開始及び終了時刻が含まれる。   In step 324, features are extracted according to predetermined pattern recognition rules. Features include exhalation start and end times and inspiration start and end times.

ステップ330では、抽出された特徴から、呼気の時間、吸気の時間を含む呼吸の情報が推定される。呼気の開始及び終了時刻から呼気の時間を求めることができる。吸気の時間についても同様の手法で求めることができる。   In step 330, respiration information including an expiration time and an inspiration time is estimated from the extracted features. The expiration time can be obtained from the start and end times of expiration. The intake time can also be obtained by the same method.

図4は、実施形態の別の方法のフローチャートを示す。図3において既に説明したステップについては、同じ参照符号が付されている点に留意すべきである。   FIG. 4 shows a flowchart of another method of the embodiment. It should be noted that the steps already described in FIG. 3 are given the same reference numerals.

ステップ400において、受信信号S1の信号周期が推定される。ここでは、特に呼吸周期が推定される。推定された呼吸周期は、ステップ324のパターン認識規則による特徴認識において利用される。受信信号S1及びその微分された信号は、呼吸の周期によって、近似したパターンが繰り返されることがほとんどである。したがって、ステップ400において、呼吸周期を取得することによって、ステップ324の特徴認識がより容易に行われ得る。   In step 400, the signal period of the received signal S1 is estimated. Here, in particular, the respiratory cycle is estimated. The estimated respiratory cycle is used in feature recognition by the pattern recognition rule in step 324. In most cases, the received signal S1 and its differentiated signal are repeated in an approximate pattern depending on the breathing cycle. Accordingly, in step 400, the feature recognition in step 324 can be performed more easily by obtaining the respiratory cycle.

図4におけるその他のステップについては、図3における各ステップと同様である。   Other steps in FIG. 4 are the same as those in FIG.

図5は、一実施形態の信号周期推定処理(ステップ400)に関するより具体的な処理方法のフローチャートを示す。図5におけるD及びEは、図4におけるD及びEに対応している点に留意すべきである。   FIG. 5 shows a flowchart of a more specific processing method related to the signal period estimation process (step 400) of the embodiment. It should be noted that D and E in FIG. 5 correspond to D and E in FIG.

ステップ510では、受信信号S1のパワースペクトルが取得される。上述のようにパワースペクトルの算出には、FFTやMEMなどが用いられてもよい。   In step 510, the power spectrum of the received signal S1 is acquired. As described above, FFT, MEM, or the like may be used for calculating the power spectrum.

ステップ520では、パワースペクトルの複数のピーク周波数を取り出す。   In step 520, a plurality of peak frequencies of the power spectrum are extracted.

ステップ530では、取り出されたピーク周波数のうちで、呼吸周波数に該当するものを取り出す。通常、呼吸の中心周波数は、0.2Hz前後である。したがって、この中心周波数の近傍においてパワースペクトルのピークを有する周波数を呼吸周波数として採用すればよい。   In step 530, the extracted peak frequency corresponding to the respiratory frequency is extracted. Usually, the center frequency of respiration is around 0.2 Hz. Therefore, a frequency having a power spectrum peak in the vicinity of the center frequency may be employed as the respiratory frequency.

ステップ540では、取得された呼吸周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ(又はカットオフ周波数とするローパスフィルタ)を用いて受信信号S1をフィルタリングし、フィルタリング信号を取り出す。   In step 540, the received signal S1 is filtered using a band pass filter (or a low pass filter having a cut-off frequency) having the acquired respiratory frequency as a center frequency, and a filtered signal is extracted.

ステップ550では、取り出されたフィルタリング信号から呼吸周期を取得する。そして、Eを経由して、図4のステップ322に続く。   In step 550, a respiratory cycle is obtained from the extracted filtered signal. Then, the process continues to step 322 in FIG.

なお、ステップ350では、経路532を介して、呼吸周波数をステップ550で直接処理するようにしてもよい。この経路532は、図1におけるバイパス路147に相当するしょりの流れを示している。   In step 350, the respiratory frequency may be directly processed in step 550 via the path 532. This path 532 shows a flow corresponding to the bypass path 147 in FIG.

また、ステップ580では、取り出されたピーク周波数のうちで、心拍周波数に該当するものを取り出す。通常、心拍周波数は、0.7Hzないし2Hzであるから、この範囲又は、この範囲の近傍に位置するパワースペクトルのピークを有する周波数を心拍周波数として採用すればよい。この心拍周波数は、例えば1分当たりの心拍数に変換されて、出力されてもよい。   In step 580, the peak frequency corresponding to the heartbeat frequency is extracted from the extracted peak frequencies. Usually, since the heartbeat frequency is 0.7 Hz to 2 Hz, a frequency having a peak of the power spectrum located in this range or in the vicinity of this range may be adopted as the heartbeat frequency. This heartbeat frequency may be converted into, for example, a heart rate per minute and output.

図6は、図1における各信号(S1、S2、S3、及びS4)の信号波形の例と、呼気時間、及び吸気時間との関係を示している。   FIG. 6 shows an example of the signal waveform of each signal (S1, S2, S3, and S4) in FIG. 1, and the relationship between the expiration time and the inspiration time.

図6において、(S1)は、受信信号S1の波形の例を示している。この波形は、例えば受信したマイクロ波の振幅変調信号であってもよい。また、必要に応じてノイズ等の除去のためにフィルタリング処理(例えばハイカットフィルタ処理)を施してもよい。   In FIG. 6, (S1) shows an example of the waveform of the received signal S1. This waveform may be, for example, a received microwave amplitude modulation signal. Moreover, you may perform a filtering process (for example, high cut filter process) for the removal of noise etc. as needed.

信号(S2)は、図1における波形整形部132の整形波形S2の例を示している。この例では、受信信号S1に1次微分を施した波形が示されている。この波形において、信号の各部分に示されたポイント(a1ないしe3)の詳細については、図7を用いて後述する。ここで、Ts1、Ts2、及びTs3は、それぞれ推定された吸気の時間を示している。そして、Tb1、Tb2、及びTb3は、それぞれ推定された呼気の時間を示している。   The signal (S2) shows an example of the shaped waveform S2 of the waveform shaping unit 132 in FIG. In this example, a waveform obtained by performing first-order differentiation on the received signal S1 is shown. Details of the points (a1 to e3) indicated in each part of the signal in this waveform will be described later with reference to FIG. Here, Ts1, Ts2, and Ts3 indicate the estimated intake time, respectively. Tb1, Tb2, and Tb3 indicate estimated expiration times, respectively.

信号(S3)は、図1におけるフィルタ部146の呼吸成分信号S3の例を示している。この例では、呼吸成分信号S3がマイナスからプラス方向へゼロクロスする点が、それぞれW1、W2、及びW3として示されている。そして、W1からW2までの期間T12、W2からW3までの期間T23は、それぞれ、1回の呼吸の時間に相当する。なお、呼吸成分信号S3は、バンドパスフィルタを通過しているため、受信信号S1及び整形波形S2とは、位相のズレが生じていることに留意すべきである。整形波形S2と呼吸成分信号S3を比較すると分かるように、例えば、呼吸期間T12には、1つの呼気の時間Tb1と1つの吸気の時間Ts2が含まれ、呼吸期間T23には、1つの呼気の時間Tb2と1つの吸気の時間Ts3が含まれていることが分かる。   The signal (S3) shows an example of the respiratory component signal S3 of the filter unit 146 in FIG. In this example, the points where the respiratory component signal S3 zero-crosses from minus to plus are indicated as W1, W2, and W3, respectively. A period T12 from W1 to W2 and a period T23 from W2 to W3 correspond to the time of one breath. It should be noted that since the respiratory component signal S3 passes through the bandpass filter, there is a phase shift between the reception signal S1 and the shaped waveform S2. As can be seen by comparing the shaped waveform S2 and the respiratory component signal S3, for example, the respiratory period T12 includes one expiration time Tb1 and one inspiration time Ts2, and the respiratory period T23 includes one expiration period. It can be seen that the time Tb2 and one intake time Ts3 are included.

グラフ(S4)は、図1におけるパワースペクトル変換部142において得られたパワースペクトルのグラフの例を示している。グラフを見ると分かるように、パワースペクトルに複数のピークが含まれている。周波数0から数えて、最初に現れるピークは、呼吸に関連するスペクトルに相当する。その周波数f1は、約0.25Hzである。三番目に現れるピークは、心臓の鼓動に関連するスペクトルに相当する。その周波数f2は、約0.8Hzである。この情報から、呼吸周期は約4秒、脈拍数は、毎分約48であることが分かる。   A graph (S4) shows an example of a graph of a power spectrum obtained in the power spectrum conversion unit 142 in FIG. As can be seen from the graph, the power spectrum includes a plurality of peaks. The first peak, counting from frequency 0, corresponds to the spectrum associated with respiration. The frequency f1 is about 0.25 Hz. The third peak that appears corresponds to the spectrum associated with the heartbeat. The frequency f2 is about 0.8 Hz. From this information, it can be seen that the respiratory cycle is about 4 seconds and the pulse rate is about 48 per minute.

図7は、吸気・呼気の時間軸上での位置を認識するためのパターン認識の規則の例を示す。図7には、受信信号S1の1次微分を適用した整形波形S2が示されており、その波形に符号a、b、c、d、e、及びhが示されている。   FIG. 7 shows an example of a pattern recognition rule for recognizing the position of the inspiration / expiration on the time axis. FIG. 7 shows a shaped waveform S2 to which the first-order differentiation of the received signal S1 is applied, and symbols a, b, c, d, e, and h are shown in the waveform.

まず、吸気の特徴は、a+c>|b|となる信号パターンを探索することにより発見できる。そして、a、b、及びcは、高いピーク(負のピークを含む)が連続して現れるという特徴を持っている。この特徴を探す際には、呼吸周期を有効に活用してもよい。すなわち、1つの呼吸周期の間隔に、a、b、及びcのパターンは、1回だけ現れることになる。1つの呼吸周期の開始または終了の部分にa、b、及びcのパターンが重なって、認識できない場合も考慮し、1つの呼吸周期の開始または終了の位置をずらして、a、b、及びcのパターンが見つかるかを確認してもよい。このようにしてa、b、及びcのパターンを複数見つけることができる。   First, the characteristics of inspiration can be found by searching for a signal pattern that satisfies a + c> | b |. And a, b, and c have the characteristic that a high peak (a negative peak is included) appears continuously. When searching for this feature, the respiratory cycle may be used effectively. That is, the patterns a, b, and c appear only once in one respiratory cycle interval. Considering the case where the pattern of a, b, and c overlaps with the start or end of one respiratory cycle and cannot be recognized, a, b, and c are shifted by shifting the position of the start or end of one respiratory cycle. It may be confirmed whether the pattern is found. In this way, a plurality of patterns a, b, and c can be found.

次に、呼気のパターンを見つけるパターン認識規則を説明する。呼気は、二つの隣り合う吸気の間に存在する。したがって、二つの吸気の間において、プラス側における高いピークeを探索する。eの時間的に手前に、hのマイナスの谷が存在する。そして更にhの時間的手前のゼロクロスの位置dを探索する。   Next, a pattern recognition rule for finding an expiration pattern will be described. Exhalation exists between two adjacent inspirations. Therefore, a high peak e on the plus side is searched between two intakes. There is a negative valley of h just before e. Further, the position d of the zero cross before time h is searched.

さらに、呼気の特徴は、d>h、d+e+|h|<a+c+|b|である。   Furthermore, the characteristics of exhalation are d> h, d + e + | h | <a + c + | b |.

以上のようにして、整形波形S2のa、b、c、d、e、及びhの位置が特定される。そして、吸気の時間Ts、及び呼気の時間Tbは以下の式から算出できる。   As described above, the positions of a, b, c, d, e, and h of the shaped waveform S2 are specified. The inspiration time Ts and the expiration time Tb can be calculated from the following equations.

吸気の時間Ts=cの時刻−aの時刻
呼気の時間Tb=eの時刻−dの時刻
以上のようにして、吸気の時間Ts、及び呼気の時間Tbが求まる。以上のパターン認識アルゴリズムは、例えば整形波形S2をサンプリングし、コンピュータプログラムを実行することによって実現することができる。
Inspiration time Ts = c time-a time Expiration time Tb = e time-d time Inspiration time Ts and expiration time Tb are obtained as described above. The above pattern recognition algorithm can be realized by, for example, sampling the shaped waveform S2 and executing a computer program.

図6に戻る。この図に示された整形波形S2のa1ないしe3は、図7に示したアルゴリズムに対応した波形の位置を示している。   Returning to FIG. A1 to e3 of the shaped waveform S2 shown in this figure indicate the positions of the waveforms corresponding to the algorithm shown in FIG.

図8は、一実施形態を示している。本発明の一実施形態の装置800が、被験者100の傍らに置かれている。装置800からは、マイクロ波が送信され、被験者100から反射したマイクロ波を装置800が受信する。装置800は、必ずしも胸の前に置く必要はなく、被験者の近傍に置くことで、被験者の呼気の時間及び吸気の時間等を計測することが可能である。また、装置800を被験者100の胸ポケット等に入れ、被験者100に接触させても(図示せず)、同様に装置800は機能する。   FIG. 8 illustrates one embodiment. An apparatus 800 according to an embodiment of the present invention is placed beside the subject 100. A microwave is transmitted from the device 800, and the device 800 receives the microwave reflected from the subject 100. The device 800 is not necessarily placed in front of the chest, and can be measured in the vicinity of the subject to measure the expiration time and the inspiration time of the subject. Further, even if the device 800 is placed in a breast pocket or the like of the subject 100 and brought into contact with the subject 100 (not shown), the device 800 functions similarly.

図9は、一実施形態のハードウエア構成を例示している。   FIG. 9 illustrates the hardware configuration of one embodiment.

本発明の各実施形態の複数の構成要素それぞれは、ハードウエア、ソフトウエア、または、ハードウエアとソフトウエアの組合せにより実現され得る。本発明がインプリメントされ得るハードウエアとしては、携帯型端末、タブレット端末、ラップトップコンピュータ、テレビなどのリモコン等の可搬型装置が挙げられる。本発明がインプリメントされ得るその他の形態としては、本実施形態をもっぱら実施する専用機器に組み込まれてもよい。また、これらの機器は、壁などの特定箇所に設置されてもよく、可搬型でもよい。また、壁掛け用の時計、目覚まし時計、卓上時計、腕時計、壁掛け用温度計などに、本実施形態がインプリメントされてもよい。また、本発明の実施形態は、テレビやコンピュータなどによるオーディオビジュアル配信、インターラクティブコンテンツ・プログラムなどにおいて利用されてもよい。また、本発明の実施形態の対象は、被験者に限定されるものではなく、呼吸活動を行う動物等の生物であってもよいことは言うまでもない。   Each of the plurality of components of each embodiment of the present invention can be realized by hardware, software, or a combination of hardware and software. Examples of hardware in which the present invention can be implemented include portable devices such as portable terminals, tablet terminals, laptop computers, and remote controls such as televisions. Other forms in which the present invention can be implemented may be incorporated in dedicated equipment that exclusively implements the present embodiment. Moreover, these apparatuses may be installed in specific places, such as a wall, and may be portable. Further, the present embodiment may be implemented in a wall-mounted clock, an alarm clock, a desk clock, a wristwatch, a wall-mounted thermometer, and the like. The embodiment of the present invention may be used in audio-visual distribution using a television or a computer, an interactive content program, or the like. Moreover, it cannot be overemphasized that the object of embodiment of this invention is not limited to a test subject, and living organisms, such as an animal which performs respiratory activity, may be sufficient.

本発明の一実施形態の装置は、CPU902、ROM904、RAM906、記録担体インタフェース910、表示制御部920、入出力制御部930、通信インタフェース940、バス950を含んでもよい。各コンポーネントは、バス950で相互に接続されてもよい。また、他の構成要素が含まれてもよい。   The apparatus according to an embodiment of the present invention may include a CPU 902, a ROM 904, a RAM 906, a record carrier interface 910, a display control unit 920, an input / output control unit 930, a communication interface 940, and a bus 950. Each component may be connected to each other by a bus 950. Other components may also be included.

記録担体インタフェース910は、プログラム等が格納されたメモリカード912を読み書きすることが可能である。なお、記録媒体は、メモリカードに限定されるものではない。メモリカード912には、プログラム及びデータが含まれる。メモリカード912記憶されたプログラムは、CPUが実行することができる。   The record carrier interface 910 can read and write the memory card 912 storing the program and the like. Note that the recording medium is not limited to a memory card. The memory card 912 includes programs and data. The program stored in the memory card 912 can be executed by the CPU.

CPUは、ROM904、RAM906、メモリカード912に格納されたプログラムとデータを利用してプログラムを実行することができる。   The CPU can execute a program using programs and data stored in the ROM 904, the RAM 906, and the memory card 912.

なお、本実施形態のプログラムは、メモリカード912などの記録担体に格納することができる。メモリカード912を含む記憶媒体とは、構造(structure)を有する1つ以上の非一時的(non−transitory)な、有形(tangible)な、記憶媒体を言う。例示として、可搬記録媒体としては、磁気記録媒体、光ディスク、光磁気記録媒体、不揮発性メモリなどがある。メモリカード912としては、USBメモリ、SDメモリカード等の各種のメモリカードが含まれる。磁気記録媒体には、HDD、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ(MT)などがある。光ディスクには、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM、CD−ROM(Compact Disc−Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)などがある。また、光磁気記録媒体には、MO(Magneto−Optical disk)などがある。   Note that the program of this embodiment can be stored in a record carrier such as the memory card 912. The storage medium including the memory card 912 refers to one or more non-transitory, tangible storage medium having a structure. Examples of portable recording media include magnetic recording media, optical discs, magneto-optical recording media, and nonvolatile memories. The memory card 912 includes various memory cards such as a USB memory and an SD memory card. Magnetic recording media include HDDs, flexible disks (FD), magnetic tapes (MT) and the like. Examples of the optical disk include a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM, a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), and a CD-R (Recordable) / RW (ReWriteable). Magneto-optical recording media include MO (Magneto-Optical disk).

入出力制御部930は、例えば、USBインタフェース932、タッチデバイス904、キーボード936、オーディオ入出力938等と、データの交換を行う。   The input / output control unit 930 exchanges data with, for example, the USB interface 932, the touch device 904, the keyboard 936, the audio input / output 938, and the like.

通信インタフェース940は、例えば、WI−FI用送受信器942、携帯電話用送受信器844、Bluetooth(登録商標)945、マイクロ波送信器946、マイクロ波受信器948とのインタフェース機能を持ってもよい。本発明の各種実施形態では、マイクロ波の送信及び受信を行う機能が含まれている。マイクロ波送信器946及びマイクロ波受信器948は、通信インタフェース940とは別個の専用インタフェースを用いてもよい。また、マイクロ波の送受信は、Bluetooth(登録商標)945等の、既存の無線インタフェースが用いられてもよい。また、本発明の各種実施形態は、マイクロ波の利用に限定されるものではなく、ミリ波などの他の帯域の電磁波が用いられてもよい。使用される電磁波の周波数に応じた送受信器を用意すればよい。   The communication interface 940 may have an interface function with, for example, a WI-FI transceiver 942, a cellular phone transceiver 844, Bluetooth (registered trademark) 945, a microwave transmitter 946, and a microwave receiver 948. Various embodiments of the present invention include functions for transmitting and receiving microwaves. The microwave transmitter 946 and the microwave receiver 948 may use a dedicated interface that is separate from the communication interface 940. In addition, an existing wireless interface such as Bluetooth (registered trademark) 945 may be used for microwave transmission / reception. The various embodiments of the present invention are not limited to the use of microwaves, and electromagnetic waves in other bands such as millimeter waves may be used. What is necessary is just to prepare the transmitter / receiver according to the frequency of the electromagnetic waves used.

以上の実施形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1)
生体をモニタリングする装置であって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信する受信部と、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出する特徴抽出部と、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間及び吸気時間を推定する呼気・吸気時間推定部と、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する出力部と、
を有する装置。
(付記2)
前記特徴抽出部は、
前記受信信号にN次微分(Nは整数)を適用して整形波形を取得する波形整形部と、
前記所定のパターン認識規則を、前記整形波形に適用して前記複数の特徴を認識する特徴認識部と、
を含む、付記1記載の装置。
(付記3)
前記特徴抽出部は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号うちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期を含む信号周期を推定する、信号周期推定部と、
を含み、
推定された前記呼吸周期は、前記複数の特徴を認識するために利用される、
付記1又は2記載の装置。
(付記4)
前記信号周期推定部は、
前記受信信号をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、
前記パワースペクトルから少なくとも1つのピーク周波数を特定するピーク周波数特定部と、
呼吸周期を推定する呼吸周期推定部と、
を含み、
前記呼吸周期推定部は、前記ピーク周波数に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記3記載の装置。
(付記5)
前記信号周期推定部は、
特定された前記ピーク周波数に従って、前記受信信号から所定の周波数帯域のフィルタリング信号を取り出すフィルタ部、を含み、
前記呼吸周期推定部は、前記フィルタリング信号に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記4記載の装置。
(付記6)
前記信号周期推定部は、心拍数を含む生体の心拍に関する情報を推定する心拍情報推定部、
を更に含み、
前記心拍情報推定部は、前記心拍に関する情報を前記出力部に与える、付記3ないし5のうちいずれか1項記載の装置。
(付記7)
生体をモニタリングする装置の制御方法であって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信し、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出し、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間及び吸気時間を推定し、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する、
処理を有する制御方法。
(付記8)
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号にN次微分(Nは整数)を適用して整形波形を取得し、
前記所定のパターン認識規則を、前記整形波形に適用して前記複数の特徴を認識する、
処理を含む、付記7記載の制御方法。
(付記9)
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号うちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期を含む信号周期を推定する、
処理を含み
推定された前記呼吸周期は、前記複数の特徴を認識するために利用される、
付記7又は8記載の制御方法。
(付記10)
前記信号周期を推定する処理は、
前記受信信号をパワースペクトルに変換し、
前記パワースペクトルから少なくとも1つのピーク周波数を特定し、
呼吸周期を推定する、
処理を含み、
前記呼吸周期を推定する処理は、前記ピーク周波数に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記9記載の制御方法。
(付記11)
前記信号周期を推定する処理は、
特定された前記ピーク周波数に従って、前記受信信号から所定の周波数帯域のフィルタリング信号を取り出す処理、を含み、
前記呼吸周期を推定する処理は、前記フィルタリング信号に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記10記載の制御方法。
(付記12)
前記信号周期を推定する処理は、心拍数を含む生体の心拍に関する情報を推定する処理、
を更に含み、
前記心拍に関する情報を推定する処理は、前記心拍に関する情報を前記出力する処理に与える、付記9ないし11のうちいずれか1項記載の制御方法。
(付記13)
生体から反射された電磁波を受信した受信信号を処理することにより、生体をモニタリングする装置を制御するためのプログラムであって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信し、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出し、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間及び吸気時間を推定し、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する、
処理をコンピュータに実行させるプログラム。
(付記14)
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号にN次微分(Nは整数)を適用して整形波形を取得し、
前記所定のパターン認識規則を、前記整形波形に適用して前記複数の特徴を認識する、
処理を含む、付記13記載のプログラム。
(付記15)
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号うちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期を含む信号周期を推定する、
処理を含み
推定された前記呼吸周期は、前記複数の特徴を認識するために利用される、
付記13又は14記載のプログラム。
(付記16)
前記信号周期を推定する処理は、
前記受信信号をパワースペクトルに変換し、
前記パワースペクトルから少なくとも1つのピーク周波数を特定し、
呼吸周期を推定する、
処理を含み、
前記呼吸周期を推定する処理は、前記ピーク周波数に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記15記載のプログラム。
(付記17)
前記信号周期を推定する処理は、
特定された前記ピーク周波数に従って、前記受信信号から所定の周波数帯域のフィルタリング信号を取り出す処理、を含み、
前記呼吸周期を推定する処理は、前記フィルタリング信号に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
付記16記載のプログラム。
(付記18)
前記信号周期を推定する処理は、心拍数を含む生体の心拍に関する情報を推定する処理、
を更に含み、
前記心拍に関する情報を推定する処理は、前記心拍に関する情報を前記出力する処理に与える、付記15ないし17のうちいずれか1項記載のプログラム。
The following notes are disclosed regarding the above embodiment.
(Appendix 1)
A device for monitoring a living body,
In order to obtain a received signal, a receiving unit that receives electromagnetic waves reflected from a living body,
A feature extraction unit that extracts a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
An expiration / inspiration time estimation unit for estimating the expiration time and inspiration time of the living body based on the position on the time axis of the plurality of features;
An output unit for outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
Having a device.
(Appendix 2)
The feature extraction unit includes:
A waveform shaping unit that obtains a shaped waveform by applying an Nth derivative (N is an integer) to the received signal;
A feature recognition unit that recognizes the plurality of features by applying the predetermined pattern recognition rule to the shaped waveform;
The apparatus of claim 1 comprising:
(Appendix 3)
The feature extraction unit includes:
A signal period estimator for estimating a signal period including at least a breathing period from a signal of one frequency band among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including
The estimated respiratory cycle is used to recognize the plurality of features.
The apparatus according to appendix 1 or 2.
(Appendix 4)
The signal period estimator is
A power spectrum converter for converting the received signal into a power spectrum;
A peak frequency specifying unit for specifying at least one peak frequency from the power spectrum;
A respiratory cycle estimator for estimating a respiratory cycle;
Including
The respiratory cycle estimator estimates the respiratory cycle based on the peak frequency;
The apparatus according to appendix 3.
(Appendix 5)
The signal period estimator is
A filter unit that extracts a filtered signal of a predetermined frequency band from the received signal according to the specified peak frequency,
The respiratory cycle estimation unit estimates the respiratory cycle based on the filtering signal.
The apparatus according to appendix 4.
(Appendix 6)
The signal period estimation unit is a heart rate information estimation unit that estimates information about a heart rate of a living body including a heart rate,
Further including
The apparatus according to any one of appendices 3 to 5, wherein the heartbeat information estimation unit provides information related to the heartbeat to the output unit.
(Appendix 7)
A control method for a device for monitoring a living body,
In order to obtain a received signal, the electromagnetic wave reflected from the living body is received,
Extracting a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
Based on the position of the plurality of features on the time axis, the expiration time and the inspiration time of the living body are estimated,
Outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
Control method with processing.
(Appendix 8)
The process of extracting the features includes:
Applying an Nth derivative (N is an integer) to the received signal to obtain a shaped waveform;
Applying the predetermined pattern recognition rule to the shaped waveform to recognize the plurality of features;
The control method according to appendix 7, including processing.
(Appendix 9)
The process of extracting the features includes:
Estimating a signal period including at least a respiratory cycle from a signal in one frequency band among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including the processing, the estimated respiratory cycle is used to recognize the plurality of features;
The control method according to appendix 7 or 8.
(Appendix 10)
The process of estimating the signal period includes
Converting the received signal into a power spectrum;
Identifying at least one peak frequency from the power spectrum;
Estimating the respiratory cycle,
Including processing,
The process of estimating the respiratory cycle estimates the respiratory cycle based on the peak frequency.
The control method according to appendix 9.
(Appendix 11)
The process of estimating the signal period includes
Processing to extract a filtered signal of a predetermined frequency band from the received signal according to the specified peak frequency,
The process of estimating the respiratory cycle estimates the respiratory cycle based on the filtering signal.
The control method according to appendix 10.
(Appendix 12)
The process of estimating the signal period is a process of estimating information related to a heartbeat of a living body including a heart rate,
Further including
The control method according to any one of appendices 9 to 11, wherein the process of estimating information related to the heartbeat gives the information related to the heartbeat to the output process.
(Appendix 13)
A program for controlling a device for monitoring a living body by processing a reception signal received from an electromagnetic wave reflected from the living body,
In order to obtain a received signal, the electromagnetic wave reflected from the living body is received,
Extracting a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
Based on the position of the plurality of features on the time axis, the expiration time and the inspiration time of the living body are estimated,
Outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
A program that causes a computer to execute processing.
(Appendix 14)
The process of extracting the features includes:
Applying an Nth derivative (N is an integer) to the received signal to obtain a shaped waveform;
Applying the predetermined pattern recognition rule to the shaped waveform to recognize the plurality of features;
The program according to appendix 13, including processing.
(Appendix 15)
The process of extracting the features includes:
Estimating a signal period including at least a respiratory cycle from a signal in one frequency band among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including the processing, the estimated respiratory cycle is used to recognize the plurality of features;
The program according to appendix 13 or 14.
(Appendix 16)
The process of estimating the signal period includes
Converting the received signal into a power spectrum;
Identifying at least one peak frequency from the power spectrum;
Estimating the respiratory cycle,
Including processing,
The process of estimating the respiratory cycle estimates the respiratory cycle based on the peak frequency.
The program according to appendix 15.
(Appendix 17)
The process of estimating the signal period includes
Processing to extract a filtered signal of a predetermined frequency band from the received signal according to the specified peak frequency,
The process of estimating the respiratory cycle estimates the respiratory cycle based on the filtering signal.
The program according to appendix 16.
(Appendix 18)
The process of estimating the signal period is a process of estimating information related to a heartbeat of a living body including a heart rate,
Further including
18. The program according to any one of appendices 15 to 17, wherein the process of estimating information relating to a heartbeat gives information relating to the heartbeat to the output process.

110 マイクロ波送信部
112 送信アンテナ
113 マイクロ波
120 受信部
122 受信アンテナ
130 特徴抽出部
132 波形整形部
134 特徴認識部
140 信号周期推定部
142 パワースペクトル変換部
144 ピーク周波数特定部
146 フィルタ部
148 心拍情報推定部
149 呼吸周期推定部
150 呼気・吸気時間推定部
160 出力部
110 microwave transmission unit 112 transmission antenna 113 microwave 120 reception unit 122 reception antenna 130 feature extraction unit 132 waveform shaping unit 134 feature recognition unit 140 signal period estimation unit 142 power spectrum conversion unit 144 peak frequency identification unit 146 filter unit 148 heart rate information Estimator 149 Respiratory cycle estimator 150 Expiratory / inspiratory time estimator 160 Output unit

Claims (7)

生体をモニタリングする装置であって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信する受信部と、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出する特徴抽出部と、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間(Tb)及び吸気時間(Ts)を推定する呼気・吸気時間推定部と、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する出力部と、
を有し、
前記特徴抽出部は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号のうちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期(T)を含む信号周期を推定する、信号周期推定部、
を含み、
推定された前記呼吸周期(T)は、
T>Tb+Tc
となるように、前記複数の特徴を認識するために利用される、
装置。
A device for monitoring a living body,
In order to obtain a received signal, a receiving unit that receives electromagnetic waves reflected from a living body,
A feature extraction unit that extracts a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
An expiratory / inspiratory time estimating unit that estimates the expiratory time (Tb) and the inspiratory time (Ts) of the living body based on the positions of the plurality of features on the time axis;
An output unit for outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
Have
The feature extraction unit includes:
A signal period estimator for estimating a signal period including at least a respiratory period (T) from one frequency band signal among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including
The estimated respiratory cycle (T) is
T> Tb + Tc
Used to recognize the plurality of features,
apparatus.
前記特徴抽出部は、
前記受信信号にN次微分(Nは整数)を適用して整形波形を取得する波形整形部と、
前記所定のパターン認識規則を、前記整形波形に適用して前記複数の特徴を認識する特徴認識部と、
を含む、請求項1記載の装置。
The feature extraction unit includes:
A waveform shaping unit that obtains a shaped waveform by applying an Nth derivative (N is an integer) to the received signal;
A feature recognition unit that recognizes the plurality of features by applying the predetermined pattern recognition rule to the shaped waveform;
The apparatus of claim 1, comprising:
前記信号周期推定部は、
前記受信信号をパワースペクトルに変換するパワースペクトル変換部と、
前記パワースペクトルから少なくとも1つのピーク周波数を特定するピーク周波数特定部と、
呼吸周期を推定する呼吸周期推定部と、
を含み、
前記呼吸周期推定部は、前記ピーク周波数に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
請求項1又は2に記載の装置。
The signal period estimator is
A power spectrum converter for converting the received signal into a power spectrum;
A peak frequency specifying unit for specifying at least one peak frequency from the power spectrum;
A respiratory cycle estimator for estimating a respiratory cycle;
Including
The respiratory cycle estimator estimates the respiratory cycle based on the peak frequency;
The apparatus according to claim 1 or 2 .
前記信号周期推定部は、
特定された前記ピーク周波数に従って、前記受信信号から所定の周波数帯域のフィルタリング信号を取り出すフィルタ部、を含み、
前記呼吸周期推定部は、前記フィルタリング信号に基づいて、前記呼吸周期を推定する、
請求項記載の装置。
The signal period estimator is
A filter unit that extracts a filtered signal of a predetermined frequency band from the received signal according to the specified peak frequency,
The respiratory cycle estimation unit estimates the respiratory cycle based on the filtering signal.
The apparatus according to claim 3 .
前記信号周期推定部は、心拍数を含む生体の心拍に関する情報を推定する心拍情報推定部、
を更に含み、
前記心拍情報推定部は、前記心拍に関する情報を前記出力部に与える、請求項ないしのうちいずれか1項記載の装置。
The signal period estimation unit is a heart rate information estimation unit that estimates information about a heart rate of a living body including a heart rate,
Further including
The apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the heartbeat information estimation unit provides information related to the heartbeat to the output unit.
生体をモニタリングする装置の制御方法であって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信し、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出し、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間(Tb)及び吸気時間(Ts)を推定し、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する、
処理を有し、
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号のうちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期(T)を含む信号周期を推定する、信号周期を推定する処理、
を含み、
推定された前記呼吸周期(T)は、
T>Tb+Tc
となるように、前記複数の特徴を認識するために利用される、
制御方法。
A control method for a device for monitoring a living body,
In order to obtain a received signal, the electromagnetic wave reflected from the living body is received,
Extracting a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
Based on the position of the plurality of features on the time axis, the expiration time (Tb) and the inspiration time (Ts) of the living body are estimated,
Outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
Have processing,
The process of extracting the features includes:
A process of estimating a signal period, estimating a signal period including at least a breathing period (T) from a signal of one frequency band among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including
The estimated respiratory cycle (T) is
T> Tb + Tc
Used to recognize the plurality of features,
Control method.
生体から反射された電磁波を受信した受信信号を処理することにより、生体をモニタリングする装置を制御するためのプログラムであって、
受信信号を得るために、生体から反射した電磁波を受信し、
所定のパターン認識規則に従って、前記受信信号の波形の複数の特徴を抽出し、
前記複数の特徴の時間軸上での位置に基づいて、生体の呼気時間(Tb)及び吸気時間(Ts)を推定し、
推定された前記呼気時間、及び前記吸気時間を出力する、
処理をコンピュータに実行させるプログラムであって
前記特徴を抽出する処理は、
前記受信信号に含まれる複数の周波数帯域の信号のうちの1つの周波数帯域の信号から、少なくとも呼吸周期(T)を含む信号周期を推定する、信号周期を推定する処理、
を含み、
推定された前記呼吸周期(T)は、
T>Tb+Tc
となるように、前記複数の特徴を認識するために利用される、
プログラム
A program for controlling a device for monitoring a living body by processing a reception signal received from an electromagnetic wave reflected from the living body,
In order to obtain a received signal, the electromagnetic wave reflected from the living body is received,
Extracting a plurality of features of the waveform of the received signal according to a predetermined pattern recognition rule;
Based on the position of the plurality of features on the time axis, the expiration time (Tb) and the inspiration time (Ts) of the living body are estimated,
Outputting the estimated exhalation time and the inhalation time;
A program for executing the process to the computer,
The process of extracting the features includes:
A process of estimating a signal period, estimating a signal period including at least a breathing period (T) from a signal of one frequency band among a plurality of frequency band signals included in the received signal;
Including
The estimated respiratory cycle (T) is
T> Tb + Tc
Used to recognize the plurality of features,
Program .
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