JP6566513B2 - Estimator for cardiac volume and cardiac output - Google Patents

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

本発明は、非接触かつ非拘束で心容積及び心拍出量の変化を検出することができる心容積及び心拍出量の推定装置に関する。   The present invention relates to a heart volume and cardiac output estimation device capable of detecting changes in cardiac volume and cardiac output in a non-contact and non-constrained manner.

従来、心不全の診断、予後における治療効果又は投薬効果を確認するために、一回拍出量及び心拍出量を計測することが行われている。具体的な計測方法としては、Fick法、色素希釈法、スワンガンツカテーテルによる熱希釈法などに代表される観血式が挙げられる。非観血式の計測方法は、キュビチェクの四電極法や超音波エコーによる診断が提案されている。   Conventionally, stroke volume and cardiac output have been measured in order to confirm heart failure diagnosis, prognostic treatment effect or medication effect. As a specific measurement method, there is an open type represented by a Fick method, a dye dilution method, a thermodilution method using a Swanganz catheter, and the like. Non-invasive measurement methods have been proposed for diagnosis using the Cuvicek's four-electrode method or ultrasonic echo.

しかし、これらの計測方法は、測定対象者を拘束する必要があったり、十分な精度がでないなどの問題があり、現在では使用されていない。   However, these measurement methods are not used at present because of problems such as the need to restrain the person to be measured and insufficient accuracy.

一方、本発明者は、心臓を透過したマイクロ波は、心臓の収縮、拡張の動きに応じて振幅や位相が変化することを発見し、このような発見に基づいて、心臓を透過したマイクロ波を解析することで心拍を得ることができる心拍検知装置を提案した(特許文献1参照)。   On the other hand, the present inventor has discovered that the microwave transmitted through the heart changes in amplitude and phase in accordance with the movement of the contraction and expansion of the heart, and based on such discovery, the microwave transmitted through the heart. A heartbeat detection device capable of obtaining a heartbeat by analyzing the above has been proposed (see Patent Document 1).

この特許文献1に係る心拍検知装置によれば、非接触かつ非拘束で測定対象者の心拍を得ることができる。しかしながら、心拍を得ることはできるものの、一回拍出量及び心拍出量やそれらの時系列変化を得ることについては検討されていなかった。   According to the heartbeat detection device according to Patent Document 1, the heartbeat of the measurement subject can be obtained in a non-contact and non-constrained manner. However, although the heart rate can be obtained, it has not been studied to obtain the stroke volume and the cardiac output and their time series changes.

また、心不全の診断等の目的で、心臓の容積(以下、心容積)の変化を測定することも行われているが、非接触かつ非拘束で行うものは提案されていなかった。   In addition, for the purpose of diagnosing heart failure or the like, changes in the volume of the heart (hereinafter referred to as heart volume) are also measured, but no non-contact and non-restraining methods have been proposed.

特開2013−153783号公報JP 2013-153783 A

本発明は、このような事情に鑑み、非接触かつ非拘束で測定対象者の心容積及び心拍出量の時系列変化を検出することができる心容積及び心拍出量の推定装置を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides an estimation device for cardiac volume and cardiac output that can detect time-series changes in the cardiac volume and cardiac output of a measurement subject without contact and without restraint. The purpose is to do.

上記目的を達成するための第1の態様は、測定対象者の心臓に向けて電波を照射する電波送信手段と、前記測定対象者の心臓を透過した電波を受信する電波受信手段と、前記電波受信手段で受信した心臓を透過した電波を検波して検波信号を検出する検波手段と、電波が心臓を透過して減衰することによって生じた前記検波信号の振幅又は位相の変化に基づいて心容積及び心拍出量の変化を推定する推定手段と、を備え、前記電波送信手段と前記電波受信手段とは、前記心臓を電波が透過するように対向して設置されていることを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。 A first aspect for achieving the above object includes: a radio wave transmission unit that radiates radio waves toward the heart of the measurement subject; a radio wave reception unit that receives radio waves that have passed through the heart of the measurement subject; Detection means for detecting a detection signal by detecting a radio wave transmitted through the heart received by the reception means, and a cardiac volume based on a change in amplitude or phase of the detection signal caused by the radio wave passing through the heart and attenuated And an estimation means for estimating a change in cardiac output , wherein the radio wave transmission means and the radio wave reception means are disposed to face each other so that radio waves can pass through the heart. It is in an estimation device for cardiac volume and cardiac output.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、前記推定手段は、前記電波送信手段により送信された電波の強度をE0とし、前記検波信号の強度をEとし、心臓を透過する電波の減衰定数をαとし、心容積をVとし、以下の数式1により推定された心容積Vの時系列変化を心容積の変化と推定することを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。

According to a second aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device described in the first aspect, the estimation means sets the intensity of the radio wave transmitted by the radio wave transmission means to E0, and the detection The intensity of the signal is E, the attenuation constant of the radio wave transmitted through the heart is α, the heart volume is V, and the time series change of the heart volume V estimated by the following Equation 1 is estimated as the change of the heart volume. It is in the estimation device of the characteristic heart volume and cardiac output.

第2の態様では、心臓の形状を球体と仮定し、上記式を用いることで心容積の変化を推定することができる。   In the second mode, assuming that the shape of the heart is a sphere, the change in the heart volume can be estimated by using the above formula.

本発明の第3の態様は、第1の態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、前記推定手段は、前記検波信号のうち所定周期内の最大値及び最小値を含む範囲を一回の心臓の鼓動に対応する心拍信号とし、前記最大値の時系列変化を一回拍出量の変化と推定することを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a third aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to the first aspect, the estimation means includes a range including a maximum value and a minimum value within a predetermined period of the detection signal. Is a heart rate signal corresponding to one heartbeat, and the time-series change of the maximum value is estimated as a change in stroke volume.

本発明の第4の態様は、第3の態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、所定期間分の心拍信号の前記最大値を積算して心拍出量推定値とし、当該心拍出量推定値の時系列変化を心拍出量の変化と推定することを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimating device described in the third aspect, the maximum values of the heartbeat signals for a predetermined period are integrated to obtain a cardiac output estimated value, A time volume change of the estimated cardiac output value is estimated as a change in cardiac output.

本発明の第5の態様は、第1の態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、前記推定手段は、前記検波信号のうち所定周期内の最大値及び最小値を含む範囲を一回の心臓の鼓動に対応する心拍信号とし、前記最大値及び前記最小値の差分値の時系列変化を一回拍出量の変化と推定することを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a fifth aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to the first aspect, the estimation means includes a range including a maximum value and a minimum value within a predetermined period of the detection signal. Is a heartbeat signal corresponding to one heartbeat, and a time-series change of the difference value between the maximum value and the minimum value is estimated as a change in stroke volume, and the cardiac volume and cardiac output In the quantity estimation device.

本発明の第6の態様は、第5の態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、所定期間分の心拍信号の前記差分値を積算して心拍出量推定値とし、当該心拍出量推定値の時系列変化を心拍出量の変化と推定することを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a sixth aspect of the present invention, in the cardiac volume and cardiac output estimating device described in the fifth aspect, the difference values of the heartbeat signals for a predetermined period are integrated to obtain a cardiac output estimated value, A time volume change of the estimated cardiac output value is estimated as a change in cardiac output.

本発明の第7の態様は、第1〜第6の何れか一つの態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、前記電波送信手段は、垂直偏波を心臓に向けて照射し、前記電波受信手段は、心臓の右心室及び右心房又は左心室及び左心房を透過した垂直偏波を受信するように配置されていることを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a seventh aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to any one of the first to sixth aspects, the radio wave transmitting means irradiates vertically polarized waves toward the heart. The radio wave receiving means is arranged to receive vertically polarized waves transmitted through the right ventricle and right atrium or the left ventricle and left atrium of the heart, and estimates the cardiac volume and cardiac output. In the device.

本発明の第8の態様は、第1〜第6の何れか一つの態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、前記電波送信手段は、水平偏波を心臓に向けて照射し、前記電波受信手段は、心臓の右心室及び左心室又は右心房及び左心房を透過した水平偏波を受信するように配置されていることを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to an eighth aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to any one of the first to sixth aspects, the radio wave transmitting means irradiates a horizontally polarized wave toward the heart. The radio wave receiving means is arranged to receive horizontally polarized waves transmitted through the right ventricle and the left ventricle or the right atrium and the left atrium of the heart, and estimates the cardiac volume and cardiac output. In the device.

本発明の第9の態様は、第1〜第8の何れか一つの態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、人体の胸回りに装着される筒状部材を備え、前記筒状部材には、前記電波送信手段及び前記電波受信手段が対向するように取り付けられていることを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a ninth aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to any one of the first to eighth aspects, the device includes a cylindrical member that is worn around the chest of a human body, In the apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, the cylindrical member is attached so that the radio wave transmitting means and the radio wave receiving means are opposed to each other.

本発明の第10の態様は、第1〜第8の何れか一つの態様に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、寝具を備え、前記寝具の床面側に、前記電波送信手段及び前記電波受信手段の一方を配置し、前記寝具の上方に、前記電波送信手段及び前記電波受信手段の他方を配置したことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置にある。   According to a tenth aspect of the present invention, in the heart volume and cardiac output estimation device according to any one of the first to eighth aspects, a bedding is provided, and the radio wave transmission is performed on a floor surface side of the bedding. One of the means and the radio wave receiving means is disposed, and the other of the radio wave transmitting means and the radio wave receiving means is disposed above the bedding.

本発明によれば、非接触かつ非拘束で測定対象者の心容積及び心拍出量の時系列変化を検出することができる心容積及び心拍出量の推定装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the estimation apparatus of the cardiac volume and cardiac output which can detect the time-sequential change of a measurement subject's cardiac volume and cardiac output without contact and non-restraint is provided.

実施形態1に係る推定装置の外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the external appearance of the estimation apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る推定装置の機能を示した図である。It is the figure which showed the function of the estimation apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 人体を透過する前後のマイクロ波を示す図である。It is a figure which shows the microwave before and behind permeate | transmitting a human body. 心臓を透過するマイクロ波の電界強度と心臓の大きさの関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the electric field strength of the microwave which permeate | transmits the heart, and the magnitude | size of the heart. 心臓を透過したマイクロ波を検波して得られた検波信号の一例である。It is an example of the detection signal obtained by detecting the microwave which permeate | transmitted the heart. 実施形態3に係る推定装置の概略図である。It is the schematic of the estimation apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係る推定装置の概略図である。It is the schematic of the estimation apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG.

〈実施形態1〉
本実施形態に係る心容積及び心拍出量の推定装置(以下、単に推定装置とも称する)について説明する。推定装置は、電波(マイクロ波)により測定対象者の心臓の心容積及び心拍出量の変化を推定する装置である。測定対象者としては、人間以外の動物などについても適用可能であるが、本実施形態では測定対象を人間の心臓として説明する。
<Embodiment 1>
A heart volume and cardiac output estimation device (hereinafter also simply referred to as an estimation device) according to the present embodiment will be described. The estimation device is a device that estimates changes in the heart volume and cardiac output of the measurement subject using radio waves (microwaves). Although the measurement subject can be applied to animals other than humans, in this embodiment, the measurement subject is described as a human heart.

[装置構成]
図1は本実施形態に係る推定装置の外観を示す概略図であり、図2は本実施形態に係る推定装置の機能を示した図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an appearance of an estimation apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating functions of the estimation apparatus according to the present embodiment.

推定装置10は、推定手段として推定部11と、電波送信手段として送信部12及び送信アンテナ13と、電波受信手段として受信部15及び受信アンテナ14と、検波手段として検波部16と、サンプリング部17とを備えている。   The estimation apparatus 10 includes an estimation unit 11 as an estimation unit, a transmission unit 12 and a transmission antenna 13 as radio wave transmission units, a reception unit 15 and a reception antenna 14 as radio wave reception units, a detection unit 16 as a detection unit, and a sampling unit 17. And.

送信部12は、高周波、好ましくは連続するマイクロ波を人体1に対して送信するための装置である。マイクロ波は、人体1の体内を透過して受信することができれば、どのような周波数帯が用いられてもよい。本実施形態では、例えば、サブギガ帯を含む1GHz前後の周波数を用いている。送信出力は、受信側にて十分な電力が検出できる程度でよい。本実施形態では、数m〜数十mWとした。送信部12は、図示しないマイクロ波発振器によって生成された高周波信号を送信アンテナ13へ供給する。   The transmitter 12 is a device for transmitting a high frequency, preferably a continuous microwave, to the human body 1. Any frequency band may be used as long as the microwave can be received through the body of the human body 1. In the present embodiment, for example, a frequency around 1 GHz including a sub-giga band is used. The transmission output may be such that sufficient power can be detected on the receiving side. In this embodiment, it is set to several m to several tens mW. The transmission unit 12 supplies a high-frequency signal generated by a microwave oscillator (not shown) to the transmission antenna 13.

送信アンテナ13は、送信部12によって送信されたマイクロ波を人体1の心臓へ向けて照射する機器である。受信アンテナ14は、送信アンテナ13から放射されたマイクロ波を受信するための機器である。具体的には、送信アンテナ13及び受信アンテナ14は、無指向のダイポールアンテナである。送信アンテナ13及び受信アンテナ14は、人体1の心臓2をマイクロ波が透過するように対向して設置され、信号を取得するために最適な間隔で保持されている。偏波については水平偏波、垂直偏波のどちらを使用してもよい。   The transmission antenna 13 is a device that irradiates the microwave transmitted by the transmission unit 12 toward the heart of the human body 1. The reception antenna 14 is a device for receiving the microwave radiated from the transmission antenna 13. Specifically, the transmission antenna 13 and the reception antenna 14 are omnidirectional dipole antennas. The transmitting antenna 13 and the receiving antenna 14 are placed facing each other so that the microwaves pass through the heart 2 of the human body 1, and are held at an optimal interval for acquiring a signal. For polarization, either horizontal polarization or vertical polarization may be used.

なお、本実施形態では、送信アンテナ13は人体1の前面、受信アンテナ14は人体1の背面に設置した構成を例示したが、逆でもよい。また、送信アンテナ13及び受信アンテナ14はダイポールアンテナを用いたが、アンテナの形式は特に限定はなく、また、指向性のあるアンテナを用いてもよい。さらに、受信アンテナ14は、一つに限らず、複数個用いてもよい。無指向性の送信アンテナ13を一つ、複数の受信アンテナ14を用いる場合は、ダイポールアンテナを用いることが好ましい。   In the present embodiment, the transmission antenna 13 is installed on the front surface of the human body 1 and the reception antenna 14 is installed on the rear surface of the human body 1. Moreover, although the dipole antenna was used for the transmission antenna 13 and the reception antenna 14, the type of the antenna is not particularly limited, and a directional antenna may be used. Furthermore, the number of receiving antennas 14 is not limited to one, and a plurality of receiving antennas 14 may be used. When one omnidirectional transmitting antenna 13 and a plurality of receiving antennas 14 are used, it is preferable to use a dipole antenna.

受信部15は、受信アンテナ14によって送信されたマイクロ波を受信した信号を、検波部16が必要とする信号へ変換する手段である。検波部16は、受信部15によって受信したマイクロ波の検波を行う手段である。検波部16は、包絡線検波(振幅検波)もしくは位相検波によってマイクロ波の復調を行う。   The receiving unit 15 is means for converting a signal received by the microwave transmitted by the receiving antenna 14 into a signal required by the detecting unit 16. The detector 16 is means for detecting the microwave received by the receiver 15. The detection unit 16 demodulates the microwave by envelope detection (amplitude detection) or phase detection.

サンプリング部17は、検波信号を既定の周波数によってサンプリングし、デジタル信号列に変換する手段である。   The sampling unit 17 is a means for sampling the detection signal at a predetermined frequency and converting it into a digital signal sequence.

推定部11は、送信部12に対してマイクロ波の出力を指示したのち、サンプリング部17から受信したデジタル信号列を解析し、心容積及び心拍出量の変化を推定するための手段である。詳細な動作については後述する。   The estimation unit 11 is a means for instructing the transmission unit 12 to output a microwave and then analyzing the digital signal sequence received from the sampling unit 17 to estimate changes in cardiac volume and cardiac output. . Detailed operation will be described later.

なお、本実施形態では、推定部11は、一般的なパーソナルコンピュータなどの情報処理装置により実行されるプログラムの機能として実装されている。また、送信部12、受信部15、検波部16及びサンプリング部17は当該情報処理装置に搭載された電子回路(ハードウェア)として実装され、推定部11により制御が可能となっている。もちろん、推定部11、送信部12、受信部15、検波部16及びサンプリング部17のそれぞれはプログラムで実装されてもよいし、電子回路で実装されていてもよい。   In the present embodiment, the estimation unit 11 is implemented as a function of a program executed by an information processing apparatus such as a general personal computer. The transmission unit 12, the reception unit 15, the detection unit 16, and the sampling unit 17 are mounted as electronic circuits (hardware) mounted on the information processing apparatus, and can be controlled by the estimation unit 11. Of course, each of the estimation unit 11, the transmission unit 12, the reception unit 15, the detection unit 16, and the sampling unit 17 may be implemented by a program, or may be implemented by an electronic circuit.

[マイクロ波の変化]
ここで、図3を用いて、人体1を透過したマイクロ波が変化することについて説明する。
[Changes in microwaves]
Here, the change of the microwave transmitted through the human body 1 will be described with reference to FIG.

図3は、人体1を透過する前後のマイクロ波を示す図である。図3の横軸は時間、縦軸は電界強度を示している。図3(a)は送信アンテナ13により放射されるマイクロ波の電界強度を時系列で示すものであり、その電界強度は一定のEである。図3(b)は人体1を透過したマイクロ波を受信アンテナ14により受信し、検波部16で検波した検波信号の電界強度を時系列で示すものである。 FIG. 3 is a diagram illustrating the microwaves before and after passing through the human body 1. In FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents electric field strength. 3 (a) is intended to indicate a time-series electric field intensity of the microwave radiated by the transmission antenna 13, the electric field strength is constant E 0. FIG. 3B shows, in time series, the electric field strength of the detection signal received by the receiving antenna 14 from the microwave transmitted through the human body 1 and detected by the detection unit 16.

特許文献1にも記載されているように、マイクロ波を人体1に照射すると、誘電率が高い箇所では、誘電率が低い箇所と比較して信号の減衰率が大きくなる。心臓は、周辺の器官と比較して誘電率が高いため、収縮期と比較すると、拡張期においてより大きく信号が減衰、すなわち受信したマイクロ波の振幅が小さくなる。このように、マイクロ波が透過する経路上に心臓があり、体内での動きに変動がある場合、マイクロ波の伝搬特性が体内器官の変位で変動する。   As described in Patent Document 1, when the human body 1 is irradiated with microwaves, a signal attenuation rate increases at a location where the dielectric constant is high compared to a location where the dielectric constant is low. Since the heart has a higher dielectric constant than the surrounding organs, the signal is attenuated more in the diastole than the systole, that is, the amplitude of the received microwave is reduced. As described above, when the heart is on a path through which the microwave passes and the movement in the body varies, the propagation characteristic of the microwave varies due to the displacement of the internal organs.

例えば、図3(a)には電界強度Eで一定のマイクロ波が放射されたことが示されているが、人体を透過した後は、図3(b)に示すように、心臓の収縮・拡張に合わせて電界強度(振幅)が変化したマイクロ波が観測される。この例では、電界強度の変化であるが、心臓の収縮・拡張によりマイクロ波の位相にも変化が生じる。 For example, FIG. 3A shows that a constant microwave is emitted with an electric field intensity E 0 , but after passing through the human body, as shown in FIG.・ Microwaves whose electric field strength (amplitude) changes with expansion are observed. In this example, the electric field strength changes, but the phase of the microwave also changes due to the contraction and expansion of the heart.

このように、検波信号の電界強度や位相の変化は、心臓の収縮・拡張に密接に関連した情報であると考えられるので、これを解析することで、心容積や心拍出量の変化を推定することができる。   In this way, changes in the electric field strength and phase of the detection signal are considered to be information closely related to the contraction and expansion of the heart. By analyzing this, changes in the cardiac volume and cardiac output can be analyzed. Can be estimated.

[心容積の変化の推定]
ここで、検波信号に基づいて心容積の変化を推定する処理について説明する。図4は、心臓を透過するマイクロ波の電界強度と心臓の大きさの関係を表す図である。
[Estimation of changes in heart volume]
Here, a process for estimating a change in heart volume based on the detection signal will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the electric field intensity of the microwave passing through the heart and the size of the heart.

心臓の形状が球体であると仮定し、その直径をl[m]、その容積をV[m]とする。また、送信アンテナ13から放射されたマイクロ波の電界強度をE[V]とする。検波部16で受信された検波信号の電界強度をE[V]とする。 Assuming that the shape of the heart is a sphere, its diameter is l [m], and its volume is V [m 3 ]. Further, the electric field intensity of the microwave radiated from the transmission antenna 13 is assumed to be E 0 [V]. The electric field strength of the detection signal received by the detection unit 16 is E [V].

上述したように、マイクロ波は心臓を透過すると電界強度が減衰する。この減衰は、心臓を透過する距離に依存する。つまり、心臓が拡張して直径lが大きくなれば電界強度の減衰は大きく、心臓が収縮して直径lが小さくなれば電界強度の減衰は小さい。心臓を透過する前後の電界強度EとEの関係は次の数式1で表される。 As described above, when the microwave passes through the heart, the electric field strength attenuates. This attenuation depends on the distance penetrating the heart. That is, the attenuation of the electric field strength is large when the heart is expanded and the diameter l is large, and the attenuation of the electric field strength is small when the heart is contracted and the diameter l is small. The relationship between the electric field strengths E 0 and E before and after passing through the heart is expressed by the following mathematical formula 1.

ここでαは、マイクロ波が心臓を透過するときの減衰定数である。減衰定数αは、例えば、数式2に示すものを用いることができる。   Here, α is an attenuation constant when the microwave passes through the heart. As the attenuation constant α, for example, the one shown in Formula 2 can be used.


減衰定数αの単位は[Np/m]であり、ωはマイクロ波の角周波数[rad/s]であり、ε、σ、μはそれぞれ心臓の誘電率、導電率、透磁率である。

The unit of the attenuation constant α is [Np / m], ω is the angular frequency [rad / s] of the microwave, and ε, σ, and μ are the dielectric constant, conductivity, and magnetic permeability of the heart, respectively.

心臓が球形であると仮定して式1を直径lについて書き直すと、数式3となる。   Rewriting equation 1 for diameter l assuming that the heart is spherical, equation 3 is obtained.

つまり、心臓の直径lは、心臓を透過する前後の電界強度EとEの比率に依存していることが分かる。ここで、心臓は球体であると仮定したので、心臓の半径をrとすると、心容積Vは数式4で表すことができる。そして、数式4に数式3を代入すると数式5が得られる。 That is, it can be seen that the heart diameter l depends on the ratio of the electric field strengths E 0 and E before and after passing through the heart. Here, since it is assumed that the heart is a sphere, if the radius of the heart is r, the heart volume V can be expressed by Equation 4. Then, when Formula 3 is substituted into Formula 4, Formula 5 is obtained.

このように、心容積Vは、心臓を透過する前後の電界強度EとEの比率の3乗に依存しており、電界強度EとEとから心容積Vを得ることができる。 Thus, the heart volume V depends on the third power of the ratio of the electric field strengths E 0 and E before and after passing through the heart, and the heart volume V can be obtained from the electric field strengths E 0 and E.

上述した原理に基づき、推定部11は、心容積Vの変化を推定する。すなわち、電界強度に基づいて計算された時系列の心容積Vを得る。具体的には以下のように処理する。   Based on the principle described above, the estimation unit 11 estimates a change in the cardiac volume V. That is, the time-series heart volume V calculated based on the electric field strength is obtained. Specifically, the processing is as follows.

まず、誘電率ε、導電率σ、透磁率μについてのデータをメモリ等に予め記憶させておく。   First, data on dielectric constant ε, conductivity σ, and magnetic permeability μ are stored in advance in a memory or the like.

次に、推定部11は、送信アンテナ13から電界強度E、角周波数ωでマイクロ波を放射するように送信部12を制御する。推定部11により制御された送信部12は、電界強度E、角周波数ωでマイクロ波を送信アンテナ13から照射させる。 Next, the estimation unit 11 controls the transmission unit 12 so that microwaves are radiated from the transmission antenna 13 at the electric field intensity E 0 and the angular frequency ω. The transmission unit 12 controlled by the estimation unit 11 irradiates the microwave from the transmission antenna 13 with the electric field intensity E 0 and the angular frequency ω.

送信アンテナ13から照射されたマイクロ波は人体1の心臓2を透過し、受信アンテナ14を介して受信部15に受信される。   The microwave irradiated from the transmitting antenna 13 passes through the heart 2 of the human body 1 and is received by the receiving unit 15 via the receiving antenna 14.

受信部15により受信された信号は、検波部16により検波される。検波の方法は振幅検波(包絡線検波)を用いることができる。検波部16により検波された検波信号は、サンプリング部17によりサンプリングされる。   The signal received by the receiver 15 is detected by the detector 16. As a detection method, amplitude detection (envelope detection) can be used. The detection signal detected by the detection unit 16 is sampled by the sampling unit 17.

サンプリング処理は、A/D変換器やソフトウェアによる処理により行われる。サンプリング部17の処理により、時間と電界強度Eで心臓の収縮・拡張を表したデジタル信号列を得ることができる(図3(b)参照)。i番目のサンプリング周期における電界強度EをE(i)と表す。   Sampling processing is performed by processing using an A / D converter or software. The processing of the sampling unit 17 can obtain a digital signal sequence representing the contraction / expansion of the heart with time and electric field intensity E (see FIG. 3B). The electric field intensity E in the i-th sampling period is represented as E (i).

次に、推定部11は、サンプリング部17から取得したデジタル信号列を用いて、心容積Vを計算する。具体的には、メモリに記憶した誘電率ε、導電率σ、透磁率μから上記数式2に基づいて減衰定数αを計算する。   Next, the estimation unit 11 calculates the cardiac volume V using the digital signal sequence acquired from the sampling unit 17. Specifically, the attenuation constant α is calculated based on the above formula 2 from the dielectric constant ε, conductivity σ, and magnetic permeability μ stored in the memory.

次に、送信部12に設定した電界強度Eと、各E(i)と、減衰定数αから上記数式5を用いて心容積Vを計算する。i番目のサンプリング周期における心容積VをV(i)と表す。以降、サンプリングした電界強度E(i)の全てについて心容積V(i)を計算する。このようにして、推定装置10によれば、心容積V(i)の時系列データを得ることができる。 Next, the cardiac volume V is calculated from the electric field intensity E 0 set in the transmission unit 12, each E (i), and the attenuation constant α using the above formula 5. The heart volume V in the i-th sampling period is represented as V (i). Thereafter, the cardiac volume V (i) is calculated for all the sampled electric field strengths E (i). Thus, according to the estimation apparatus 10, time series data of the cardiac volume V (i) can be obtained.

以上に説明したように、推定装置10によれば、人体に対して非接触であり、かつ人体を非拘束で心容積Vの変化を推定することができる。つまり、心容積Vの時系列の推移をみることで、心臓がどの程度の早さ、どの程度の幅で収縮・拡張をしているかなど心臓の鼓動の状態を把握することができる。このように心臓の鼓動の状態を把握できるので、測定対象者を拘束して負担を強いることなく、例えば心不全の診断、予後における治療効果又は投薬効果を確認することができる。   As described above, according to the estimation device 10, it is possible to estimate a change in the heart volume V without contact with the human body and without restraining the human body. That is, by looking at the time series transition of the heart volume V, it is possible to grasp the state of the heartbeat such as how fast the heart is contracting / expanding. Thus, since the state of the heartbeat can be grasped, it is possible to confirm, for example, diagnosis of heart failure, therapeutic effect or medication effect in prognosis without restraining the measurement subject and forcing a burden.

なお、心容積Vの変化は例えば、基準となる心容積Vを決め、それに対する比率を求めてもよい。つまり、サンプリング周期毎にV(i)/Vを計算してもよい。これにより、心容積Vを基準とした相対的な心容積を時系列で把握できる。 For example, the change in the cardiac volume V may be determined by determining a reference cardiac volume V 0 and determining the ratio thereto. That is, V (i) / V 0 may be calculated for each sampling period. Thereby, the relative heart volume based on the heart volume V 0 can be grasped in time series.

[心拍出量の変化の推定]
ここで、検波信号に基づいて一回拍出量及び心拍出量の変化を推定する処理について説明する。一回拍出量とは、心臓が一回の収縮によって動脈へ拍出する血液の量[mL]であり、拍出量とは、一回拍出量に単位時間あたりの心拍数を乗じた量[mL/分]である。
[Estimation of changes in cardiac output]
Here, a process for estimating changes in stroke volume and cardiac output based on the detection signal will be described. Stroke volume is the amount of blood [mL] that the heart pumps into the artery due to a single contraction, and stroke volume is the stroke volume multiplied by the heart rate per unit time. Amount [mL / min].

図5は、心臓を透過したマイクロ波を検波して得られた検波信号の一例である。縦軸は電界強度[V]であり、横軸は時間であり、検波信号が時系列に表示されている。   FIG. 5 is an example of a detection signal obtained by detecting a microwave transmitted through the heart. The vertical axis represents electric field strength [V], the horizontal axis represents time, and the detection signals are displayed in time series.

検波信号には、心臓の収縮・拡大に対応して電界強度が変化した周期的な信号が含まれている。この検波信号に含まれる所定周期内の最大値及び最小値を含む範囲を一回の心臓の鼓動に対応する心拍信号とする。検波信号からは時系列の心拍信号が得られるが、i番目の心拍信号をS(i)とし、その心拍信号の最大値をMax(i)、最小値をMin(i)と表記する。   The detection signal includes a periodic signal in which the electric field strength changes corresponding to the contraction / expansion of the heart. A range including the maximum value and the minimum value within a predetermined period included in the detection signal is set as a heartbeat signal corresponding to one heartbeat. A time-series heartbeat signal is obtained from the detection signal, and the i-th heartbeat signal is represented by S (i), the maximum value of the heartbeat signal is represented by Max (i), and the minimum value is represented by Min (i).

例えば、同図には、1番目の心拍信号として最大値Max(1)と最小値Min(1)とを含む心拍信号S1、2番目の心拍信号として最大値Max(2)と最小値Min(2)とを含む心拍信号S(2)が例示されている。   For example, in the figure, the heart rate signal S including the maximum value Max (1) and the minimum value Min (1) as the first heart rate signal 1, and the maximum value Max (2) and the minimum value Min ( 2), the heartbeat signal S (2) is illustrated.

本発明者は、本発明により得た検波信号に、別途に取得した心電図を重ねて検討したところ、心拍信号が増加する範囲は心臓の収縮に対応し、心拍信号が減少する範囲は心臓の拡張に対応していることを確認した。   The inventor examined the detection signal obtained according to the present invention by superimposing a separately acquired electrocardiogram. As a result, the range in which the heartbeat signal increases corresponds to the contraction of the heart, and the range in which the heartbeat signal decreases corresponds to the dilation of the heart. It was confirmed that it corresponds to.

心拍信号は最小値から最大値に増加する範囲が心臓の収縮に対応している、という知見と、心臓の収縮に伴い血流が心臓から動脈に拍出されているということからすれば、心拍信号の最大値は、一回拍出量に相関すると考えられる。すなわち、心拍信号の最大値が大きいほど、一回拍出量が多いと考えられる。   Given that the heart rate signal increases from the minimum value to the maximum value corresponds to the contraction of the heart and that the blood flow is pumped from the heart to the artery as the heart contracts, The maximum value of the signal is considered to correlate with the stroke volume. That is, it is considered that the stroke volume increases as the maximum value of the heartbeat signal increases.

したがって、心拍信号が心臓の左心室を透過して得られたものであるならば、時系列の心拍信号の最大値の推移を一回拍出量の変化と捉えることができる。例えば、Max(i)が略一定であれば、一回拍出量は安定していると判断できる。Max(i)が減少・増加を繰り返していれば、一回拍出量は不安定であると判断できる。このように、一回拍出量の変化は、Max(i)の時系列変化により捉えることができる。なお、心拍信号が心臓の左心室を透過して得られたものとまでは言えない場合は、時系列の心拍信号の最大値の推移を心容積の変化と捉える。以降の例では、心拍信号が左心室を透過したものであると仮定し、一回拍出量の変化について説明するが、一回拍出量を心容積と読み替えることで、心拍信号から心容積の変化を得ることができる。   Therefore, if the heartbeat signal is obtained by passing through the left ventricle of the heart, the transition of the maximum value of the time-series heartbeat signal can be regarded as a change in stroke volume. For example, if Max (i) is substantially constant, it can be determined that the stroke volume is stable. If Max (i) repeats decreasing and increasing, it can be determined that the stroke volume is unstable. Thus, the change in stroke volume can be grasped by the time series change of Max (i). In addition, when it cannot be said that the heartbeat signal is obtained through the left ventricle of the heart, the transition of the maximum value of the time-series heartbeat signal is regarded as the change of the heart volume. In the following examples, it is assumed that the heartbeat signal is transmitted through the left ventricle, and the change in stroke volume is described. However, by replacing the stroke volume with the heart volume, Change.

なお、一回拍出量の変化は、例えば、基準となる最大値Maxを決め、それに対する比率を求めてもよい。つまり、Max’(i)=Max(i)/Maxを計算してもよい。これにより、Maxを基準とした相対的な最大値を時系列で把握できる。 Note that the change in stroke volume may be determined, for example, by determining a maximum value Max 0 serving as a reference and determining the ratio thereto. That is, Max ′ (i) = Max (i) / Max 0 may be calculated. Thereby, the relative maximum value based on Max 0 can be grasped in time series.

また、一回拍出量の変化は、心拍信号の最大値の推移以外にも推定することができる。例えば、心拍信号に含まれる最大値と最小値の差分をとる。この差分を差分値と称する。   The change in stroke volume can be estimated in addition to the transition of the maximum value of the heartbeat signal. For example, the difference between the maximum value and the minimum value included in the heartbeat signal is taken. This difference is referred to as a difference value.

心拍信号が最小値であるときの心臓の状態は、最も拡張したときであり、最大値であるときの心臓の状態は最も収縮したときである。したがって、差分値も一回拍出量に相関すると考えられる。すなわち、差分値が大きいほど、一回拍出量が多いと考えられる。   The state of the heart when the heartbeat signal is the minimum value is when it is most expanded, and the state of the heart when it is the maximum value is when it is most contracted. Therefore, the difference value is also considered to correlate with the stroke volume. That is, the larger the difference value, the greater the stroke volume.

したがって、時系列の差分値の推移を一回拍出量の変化と捉えることができる。i番目の心拍信号の差分値をA(i)とすると、例えば、A(i)が略一定であれば、一回拍出量は安定していると判断できる。A(i)が減少・増加を繰り返していれば、一回拍出量は不安定であると判断できる。このように、一回拍出量の変化は、A(i)の時系列変化により捉えることができる。   Therefore, the transition of the time-series difference value can be regarded as a change in stroke volume. If the difference value of the i-th heartbeat signal is A (i), for example, if A (i) is substantially constant, it can be determined that the stroke volume is stable. If A (i) repeatedly decreases and increases, it can be determined that the stroke volume is unstable. Thus, the change in stroke volume can be grasped by the time series change of A (i).

ここで、最大値の変化を一回拍出量の変化と推定する場合、例えば、Max(i)とMax(j)とが同じ値である場合、一回拍出量に変化がないとも判断できる。しかし、Min(i)とMin(j)とが異なる場合、一回拍出量には変化が生じている可能性が高い。一方、差分値は、最大値と最小値との差分であるため、上記の場合はA(i)とA(j)が異なる値となり、一回拍出量に変化があると判断できる。   Here, when estimating a change in the maximum value as a change in stroke volume, for example, when Max (i) and Max (j) are the same value, it is also determined that there is no change in stroke volume. it can. However, if Min (i) and Min (j) are different, there is a high possibility that the stroke volume has changed. On the other hand, since the difference value is the difference between the maximum value and the minimum value, in the above case, A (i) and A (j) are different values, and it can be determined that the stroke volume has changed.

このように、差分値は、最大値と最小値との差分であるため、一回拍出量の変化をより正確に推定することができる。   Thus, since the difference value is the difference between the maximum value and the minimum value, the change in stroke volume can be estimated more accurately.

なお、一回拍出量の変化は、例えば、基準となる差分値Aを決め、それに対する比率を求めてもよい。つまり、A’(i)=A(i)/Aを計算してもよい。これにより、Aを基準とした相対的な差分値を時系列で把握できる。 The change in stroke volume, for example, determines the difference value A 0 as a reference, it may be determined the ratio it. That is, A ′ (i) = A (i) / A 0 may be calculated. Thus, it can be grasped in time series relative difference value relative to the A 0.

また、一回拍出量の変化のみならず、心拍出量の変化も推定することができる。例えば、ある時点を基準として1分間前までの心拍信号の最大値を積算した値を心拍出量推定値とする。この心拍出量推定値を時系列で生成することで心拍出量の変化を推定することができる。例えば、心拍出量推定値が略一定であれば心拍出量は安定していると判断できるし、増減していれば不安定であると判断することができる。   Moreover, not only the change in stroke volume but also the change in cardiac output can be estimated. For example, a value obtained by integrating the maximum value of the heartbeat signal up to one minute before a certain point in time is set as the cardiac output estimated value. A change in cardiac output can be estimated by generating this cardiac output estimated value in time series. For example, if the estimated cardiac output is substantially constant, it can be determined that the cardiac output is stable, and if it is increased or decreased, it can be determined that it is unstable.

心拍出量推定値は、心拍信号の最大値を積算する場合のみならず、上述した差分値を積算することにより得てもよい。この場合でも最大値を積算した場合と同様に心拍出量の変化を推定することができる。   The estimated cardiac output may be obtained not only by integrating the maximum value of the heartbeat signal but also by integrating the above-described difference values. Even in this case, a change in cardiac output can be estimated as in the case where the maximum values are integrated.

また、この心拍出量推定値についても、基準となる心拍出量推定値を定めておき、それに対する比率を求めてもよい。これにより、基準となる心拍出量推定値に対する相対的な心拍出量推定値を時系列で把握できる。   Also, with respect to the estimated cardiac output value, a standard cardiac output estimated value may be determined and a ratio to the estimated cardiac output estimated value may be obtained. Thereby, the relative cardiac output estimated value with respect to the reference cardiac output estimated value can be grasped in time series.

上述した原理に基づき、推定部11は、一回拍出量の変化を推定する。すなわち、心拍信号を抽出し、その最大値の変化、または最大値及び最小値の差分値の変化を得る。具体的には以下のように処理する。なお、検波信号を得るまでの処理は心容積を得る場合の処理と同様であるので説明は省略する。   Based on the principle described above, the estimation unit 11 estimates a change in stroke volume. That is, a heartbeat signal is extracted, and a change in the maximum value or a difference value between the maximum value and the minimum value is obtained. Specifically, the processing is as follows. Note that the processing until obtaining the detection signal is the same as the processing for obtaining the heart volume, and therefore the description thereof is omitted.

推定部11は、サンプリング部17から取得したデジタル信号列を用いて、心拍信号を抽出する。これは、予め定められた所定周期内に存在する最大値と最小値とを検出し、最初の最小値から次の最小値までの間を一つの心拍信号とする。この処理を得られたデジタル信号列に適用することで心拍信号S(i)が得られる。   The estimation unit 11 extracts a heartbeat signal using the digital signal sequence acquired from the sampling unit 17. This detects a maximum value and a minimum value that exist within a predetermined cycle, and sets a single heartbeat signal from the first minimum value to the next minimum value. A heartbeat signal S (i) is obtained by applying this processing to the obtained digital signal sequence.

次に、各心拍信号S(i)の最大値Max(i)を抽出する。又は、各心拍信号S(i)について最大値と最小値との差分値A(i)を計算する。このようにして、推定装置10によれば、心拍信号の最大値の時系列データ、又は差分値の時系列データを得ることができる。   Next, the maximum value Max (i) of each heartbeat signal S (i) is extracted. Alternatively, the difference value A (i) between the maximum value and the minimum value is calculated for each heartbeat signal S (i). In this way, according to the estimation device 10, it is possible to obtain time series data of the maximum value of the heartbeat signal or time series data of the difference value.

以上に説明したように、推定装置10によれば、人体に対して非接触であり、かつ人体を非拘束で一回拍出量及び心拍出量の変化を推定することができる。つまり、心拍信号の最大値又は差分値について時系列の推移をみることで、心臓の一回拍出量及び心拍出量の変化を把握することができる。このように心臓の一回拍出量及び心拍出量を把握できるので、測定対象者を拘束して負担を強いることなく、例えば心不全の診断、予後における治療効果又は投薬効果を確認することができる。   As described above, according to the estimation device 10, it is possible to estimate changes in stroke volume and cardiac output without contact with the human body and without restraining the human body. That is, the change in the stroke volume and the cardiac output of the heart can be grasped by observing the time series transition of the maximum value or the difference value of the heartbeat signal. Thus, since the stroke volume and cardiac output of the heart can be grasped, it is possible to confirm, for example, diagnosis of heart failure, therapeutic effect or medication effect in prognosis without restraining the subject of measurement and imposing a burden. it can.

〈実施形態2〉
実施形態1に係る推定装置10は、人体1の心臓2全体にマイクロ波を照射するものであったが、このような態様に限定されない。
<Embodiment 2>
Although the estimation apparatus 10 according to the first embodiment irradiates the entire heart 2 of the human body 1 with microwaves, the estimation apparatus 10 is not limited to such an aspect.

水平偏波又は垂直偏波を使い分けることで、心臓の右心室、右心房、左心室又は左心房の何れかにマイクロ波を照射し、各心室・心房における心容積及び一回拍出量を推定することも可能である。   Using either horizontal polarization or vertical polarization properly, microwaves are applied to the right ventricle, right atrium, left ventricle, or left atrium of the heart to estimate the cardiac volume and stroke volume in each ventricle / atrium. It is also possible to do.

例えば、送信アンテナ13は、垂直偏波を心臓に向けて照射し、受信アンテナ14は、心臓の右心室及び右心房を透過した垂直偏波を受信するように配置してもよい。これにより、右心室及び右心房の心容積又は一回拍出量を推定することができる。もちろん、左心室及び左心房についても同様である。   For example, the transmitting antenna 13 may irradiate vertically polarized waves toward the heart, and the receiving antenna 14 may be arranged to receive vertically polarized waves transmitted through the right ventricle and right atrium of the heart. Thereby, the cardiac volume or stroke volume of the right ventricle and the right atrium can be estimated. Of course, the same applies to the left ventricle and the left atrium.

また、送信アンテナ13は、水平偏波を心臓に向けて照射し、受信アンテナ14は、心臓の右心室及び左心室を透過した水平偏波を受信するように配置してもよい。これにより、右心室及び左心室の心容積又は一回拍出量を推定することができる。もちろん、右心房及び左心房についても同様である。   The transmitting antenna 13 may be arranged so as to irradiate the horizontally polarized wave toward the heart, and the receiving antenna 14 may be arranged so as to receive the horizontally polarized wave transmitted through the right ventricle and the left ventricle of the heart. Thereby, the cardiac volume or stroke volume of the right ventricle and the left ventricle can be estimated. Of course, the same applies to the right atrium and the left atrium.

〈実施形態3〉
本発明に係る推定装置は、装置構成としてはマイクロ波の送受信が行えるアンテナと、受信した電波を検波し、検波信号を処理する計算能力を備えた装置であればよい。したがって、推定装置は、様々な利用環境に適応した形状とすることができる。
<Embodiment 3>
The estimation apparatus according to the present invention may be any apparatus having an antenna capable of transmitting and receiving microwaves and a calculation capability for detecting received radio waves and processing detected signals. Therefore, the estimation device can have a shape adapted to various usage environments.

図6は、本実施形態に係る推定装置の概略図である。同図に示すように、本実施形態に係る推定装置10は、人体の胸回りに装着される筒状部材20を備えている。   FIG. 6 is a schematic diagram of the estimation apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the estimation apparatus 10 according to the present embodiment includes a cylindrical member 20 that is mounted around the chest of a human body.

筒状部材20は、例えば、伸縮性のある繊維で形成された、いわゆる腹巻きのような部材である。もちろん、筒状部材20は、このような態様に限定されず、天然又は人工の繊維で形成された帯状の部材を、筒状に丸めて固定したものであってもよい。筒状部材20には、送信アンテナ13及び受信アンテナ14が対向するように取り付けられている。   The cylindrical member 20 is a member such as a so-called belly wrap formed of stretchable fibers, for example. Of course, the cylindrical member 20 is not limited to such an embodiment, and a belt-like member formed of natural or artificial fibers may be rolled into a cylindrical shape and fixed. The cylindrical member 20 is attached so that the transmission antenna 13 and the reception antenna 14 face each other.

このような筒状部材20は、人体の胸回りに装着され、心臓を透過するように送信アンテナ13と受信アンテナ14間で電波の送受信がなされる。   Such a cylindrical member 20 is attached around the chest of a human body, and radio waves are transmitted and received between the transmitting antenna 13 and the receiving antenna 14 so as to pass through the heart.

そして、送信アンテナ13及び受信アンテナ14は、スマートフォン3に接続されている。スマートフォン3は、実施形態1で説明した推定装置10の推定部11、送信部12、受信部15、検波部16、及びサンプリング部17を電子回路又はソフトウェアの機能として有する。   The transmission antenna 13 and the reception antenna 14 are connected to the smartphone 3. The smartphone 3 includes the estimation unit 11, the transmission unit 12, the reception unit 15, the detection unit 16, and the sampling unit 17 of the estimation device 10 described in the first embodiment as functions of an electronic circuit or software.

スマートフォン3においては、推定部11により、心容積や一回拍出量及び心拍出量が時系列で計算されて蓄積されるので、家庭などで心臓の状態を記録することができる。そして、スマートフォン3に記録されたデータを専門家が判断することができる。このような態様の推定装置10によれば、専門家を介在させずに、家庭などで心臓の心容積や一回拍出量及び心拍出量を把握することができ、後日に専門家による診断を行うことができる。   In the smartphone 3, the estimation unit 11 calculates and accumulates the heart volume, stroke volume, and cardiac output in time series, so that the state of the heart can be recorded at home and the like. And the expert can judge the data recorded on the smart phone 3. According to the estimation apparatus 10 of such an aspect, the heart volume, stroke volume, and cardiac output can be grasped at home or the like without intervention of an expert. Diagnosis can be made.

また、腹巻きのように防寒具として機能するので、装着者に拘束されているという感覚を生じさせないことができる。   Moreover, since it functions as a cold protection like a stomach wrap, it can prevent the sense of being restrained by the wearer.

〈実施形態4〉
図7は、本実施形態に係る推定装置の概略図である。同図に示すように、本実施形態に係る推定装置10は、人が就寝する寝具30を備えている。
<Embodiment 4>
FIG. 7 is a schematic diagram of the estimation apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the estimation apparatus 10 according to the present embodiment includes a bedding 30 on which a person goes to sleep.

寝具の床面側、ここでは寝具30の内部に、送信アンテナ13を配置し、寝具30の上方に受信アンテナ14を配置してある。もちろん、送信アンテナ13と受信アンテナ14とは逆の配置であってもよい。   The transmitting antenna 13 is disposed on the floor side of the bedding, here the bedding 30, and the receiving antenna 14 is disposed above the bedding 30. Of course, the transmitting antenna 13 and the receiving antenna 14 may be disposed in reverse.

このような態様の推定装置10によれば、人体が寝具30に横になった状態で、拘束されることなく、心臓の心容積や一回拍出量及び心拍出量を把握することができる。   According to the estimation apparatus 10 of such an aspect, it is possible to grasp the cardiac volume, stroke volume, and cardiac output without being restrained in a state where the human body lies on the bedding 30. it can.

1 人体
2 心臓
10 推定装置
11 推定部
12 送信部
13 送信アンテナ
14 受信アンテナ
15 受信部
16 検波部
17 サンプリング部
20 筒状部材
30 寝具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Human body 2 Heart 10 Estimation apparatus 11 Estimation part 12 Transmission part 13 Transmission antenna 14 Reception antenna 15 Reception part 16 Detection part 17 Sampling part 20 Cylindrical member 30 Bedding

Claims (10)

測定対象者の心臓に向けて電波を照射する電波送信手段と、
前記測定対象者の心臓を透過した電波を受信する電波受信手段と、
前記電波受信手段で受信した心臓を透過した電波を検波して検波信号を検出する検波手段と、
電波が心臓を透過して減衰することによって生じた前記検波信号の振幅又は位相の変化に基づいて心容積及び心拍出量の変化を推定する推定手段と、を備え
前記電波送信手段と前記電波受信手段とは、前記心臓を電波が透過するように対向して設置されている
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves toward the heart of the measurement subject;
Radio wave receiving means for receiving radio waves transmitted through the heart of the measurement subject;
Detection means for detecting a detection signal by detecting a radio wave transmitted through the heart received by the radio wave reception means;
Estimating means for estimating a change in cardiac volume and cardiac output based on a change in amplitude or phase of the detection signal generated by attenuation of radio waves transmitted through the heart , and
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, wherein the radio wave transmitting means and the radio wave receiving means are disposed so as to face each other so that radio waves pass through the heart.
請求項1に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
前記推定手段は、
前記電波送信手段により送信された電波の強度をE0とし、
前記検波信号の強度をEとし、
心臓を透過する電波の減衰定数をαとし、
心容積をVとし、
以下の数式1により推定された心容積Vの時系列変化を心容積の変化と推定する
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output according to claim 1,
The estimation means includes
E0 is the intensity of the radio wave transmitted by the radio wave transmission means,
The intensity of the detection signal is E,
Let α be the attenuation constant of radio waves that pass through the heart,
Let the heart volume be V,
A time volume change of the heart volume V estimated by the following mathematical formula 1 is estimated as a change in heart volume. An estimation apparatus for heart volume and cardiac output.
請求項1に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
前記推定手段は、前記検波信号のうち所定周期内の最大値及び最小値を含む範囲を一回の心臓の鼓動に対応する心拍信号とし、前記最大値の時系列変化を一回拍出量の変化と推定する
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output according to claim 1,
The estimation means sets a range including a maximum value and a minimum value within a predetermined period in the detection signal as a heartbeat signal corresponding to one heart beat, and a time series change of the maximum value as a stroke volume. An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, characterized by estimating changes.
請求項3に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
所定期間分の心拍信号の前記最大値を積算して心拍出量推定値とし、
当該心拍出量推定値の時系列変化を心拍出量の変化と推定する
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output according to claim 3,
Accumulate the maximum value of the heart rate signal for a predetermined period to obtain an estimated cardiac output,
An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, wherein the time series change of the cardiac output estimated value is estimated as a change in cardiac output.
請求項1に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
前記推定手段は、前記検波信号のうち所定周期内の最大値及び最小値を含む範囲を一回の心臓の鼓動に対応する心拍信号とし、前記最大値及び前記最小値の差分値の時系列変化を一回拍出量の変化と推定する
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output according to claim 1,
The estimation means uses a range including a maximum value and a minimum value within a predetermined period of the detection signal as a heartbeat signal corresponding to one heartbeat, and a time-series change of a difference value between the maximum value and the minimum value An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, characterized by estimating a stroke volume as a change in stroke volume.
請求項5に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
所定期間分の心拍信号の前記差分値を積算して心拍出量推定値とし、
当該心拍出量推定値の時系列変化を心拍出量の変化と推定する
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output according to claim 5,
The difference value of the heartbeat signal for a predetermined period is integrated to obtain an estimated cardiac output value,
An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, wherein the time series change of the cardiac output estimated value is estimated as a change in cardiac output.
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
前記電波送信手段は、垂直偏波を心臓に向けて照射し、
前記電波受信手段は、心臓の右心室及び右心房又は左心室及び左心房を透過した垂直偏波を受信するように配置されている
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
In the estimation apparatus of the cardiac volume and cardiac output as described in any one of Claims 1-6,
The radio wave transmitting means irradiates vertically polarized waves toward the heart,
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output is characterized in that the radio wave receiving means is arranged to receive vertically polarized waves transmitted through the right ventricle and right atrium or the left ventricle and left atrium of the heart.
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
前記電波送信手段は、水平偏波を心臓に向けて照射し、
前記電波受信手段は、心臓の右心室及び左心室又は右心房及び左心房を透過した水平偏波を受信するように配置されている
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
In the estimation apparatus of the cardiac volume and cardiac output as described in any one of Claims 1-6,
The radio wave transmitting means irradiates horizontally polarized waves toward the heart,
The apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output is characterized in that the radio wave receiving means is arranged to receive horizontally polarized waves transmitted through the right ventricle and left ventricle of the heart or the right atrium and left atrium.
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
人体の胸回りに装着される筒状部材を備え、
前記筒状部材には、前記電波送信手段及び前記電波受信手段が対向するように取り付けられている
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
In the cardiac volume and cardiac output estimation device according to any one of claims 1 to 8,
A cylindrical member that is worn around the chest of the human body,
An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, wherein the tubular member is attached so that the radio wave transmission means and the radio wave reception means face each other.
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載する心容積及び心拍出量の推定装置において、
寝具を備え、
前記寝具の床面側に、前記電波送信手段及び前記電波受信手段の一方を配置し、
前記寝具の上方に、前記電波送信手段及び前記電波受信手段の他方を配置した
ことを特徴とする心容積及び心拍出量の推定装置。
In the cardiac volume and cardiac output estimation device according to any one of claims 1 to 8,
Equipped with bedding,
Place one of the radio wave transmitting means and the radio wave receiving means on the floor side of the bedding,
An apparatus for estimating cardiac volume and cardiac output, wherein the other of the radio wave transmitting means and the radio wave receiving means is disposed above the bedding.
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