JP6589352B2 - Biological information measuring device, sensor unit, and biological information measuring system - Google Patents
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
本明細書に記載する技術は、生体情報測定装置、センサユニット、生体情報測定システムに関する。 The technology described in this specification relates to a biological information measuring device, a sensor unit, and a biological information measuring system.
人体の心拍や脈拍を心電計や脈拍計を用いて測定する技術が知られている。心電計や脈拍計は、人体の皮膚に電極等を直接に取り付けて測定を行なう「接触式」のものが多い。その一方で、例えば、ドップラーセンサを用いて心拍を非接触で測定する技術も知られている。 A technique for measuring the heart rate and pulse of a human body using an electrocardiograph or a pulse meter is known. Many of electrocardiographs and pulse meters are “contact type” in which electrodes are directly attached to the skin of a human body for measurement. On the other hand, for example, a technique for measuring a heartbeat in a non-contact manner using a Doppler sensor is also known.
ドップラーセンサを用いて心拍を非接触で計測する場合、ドップラーセンサが心拍とは異なる要因で人体に対して動いてしまうと、その動きに応じてドップラーセンサの検出値にノイズ成分が加わる。ドップラーセンサの検出値にノイズ成分が加わると、例えば、心拍の検出精度が低下する。なお、心拍や脈拍は生体情報の一例である。 When the heart rate is measured in a non-contact manner using the Doppler sensor, if the Doppler sensor moves relative to the human body due to a factor different from the heart rate, a noise component is added to the detection value of the Doppler sensor according to the movement. If a noise component is added to the detection value of the Doppler sensor, for example, the detection accuracy of the heartbeat decreases. The heartbeat and pulse are examples of biological information.
1つの側面では、本明細書に記載する技術の目的の1つは、心拍等の生体情報の測定精度を向上することにある。 In one aspect, one of the objects of the technology described in this specification is to improve the measurement accuracy of biological information such as a heartbeat.
1つの側面において、生体情報測定装置は、ドップラーセンサと、静電容量センサと、プロセッサと、を備えてよい。ドップラーセンサは、生体に電波を照射して反射波を受信する。静電容量センサは、前記生体との間の静電容量の変化を検出する。プロセッサは、前記静電容量センサの検出信号に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの検出信号から、前記生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出してよい。 In one aspect, the biological information measurement device may include a Doppler sensor, a capacitance sensor, and a processor. The Doppler sensor receives reflected waves by irradiating a living body with radio waves. The capacitance sensor detects a change in capacitance between the living body and the living body. The processor may detect a signal component whose frequency changes according to the movement of the living body from the detection signal of the Doppler sensor, based on the change of the frequency component included in the detection signal of the capacitance sensor.
また、1つの側面において、センサユニットは、ドップラーセンサと、静電容量センサと、プロセッサと、を備えてよい。静電容量センサは、前記ドップラーセンサが距離変化を検出可能な空間範囲と重なる空間範囲における静電容量変化を検出してよい。プロセッサは、前記静電容量センサの出力に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの出力から、生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出する演算を行なってよい。 In one aspect, the sensor unit may include a Doppler sensor, a capacitance sensor, and a processor. The capacitance sensor may detect a change in capacitance in a spatial range that overlaps a spatial range in which the Doppler sensor can detect a change in distance. Processor, before based on the change of the frequency components included in the output of Kiseiden capacitive sensor, the output of the Doppler sensor may perform the operation of detecting the signal component that changes the frequency in accordance with the movement of the living body.
更に、1つの側面において、生体情報測定システムは、センサユニットと、プロセッサと、を備えてよい。センサユニットは、ドップラーセンサと静電容量センサとを有してよい。プロセッサは、前記ドップラーセンサの検出信号と前記静電容量センサの検出信号とを受信し、前記静電容量センサの検出信号に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの検出信号から、前記生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出してよい。 Furthermore, in one aspect, the biological information measurement system may include a sensor unit and a processor. The sensor unit may include a Doppler sensor and a capacitance sensor. The processor receives the detection signal of the Doppler sensor and the detection signal of the capacitance sensor, and based on the change of the frequency component included in the detection signal of the capacitance sensor, from the detection signal of the Doppler sensor, You may detect the signal component from which a frequency changes according to the motion of the said biological body.
1つの側面として、生体情報の測定精度を向上できる。 As one aspect, the measurement accuracy of biological information can be improved.
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。また、以下に説明する各種の例示的態様は、適宜に組み合わせて実施しても構わない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described below. Various exemplary embodiments described below may be implemented in combination as appropriate. Note that, in the drawings used in the following embodiments, portions denoted by the same reference numerals represent the same or similar portions unless otherwise specified.
図1は、一実施形態に係るセンシングシステムの一例を示すブロック図である。図1に示すセンシングシステム1は、例示的に、非接触バイタルセンサ2、通信機器3、ネットワーク(NW)4、及び、管理システム5を備えてよい。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a sensing system according to an embodiment. The
非接触バイタルセンサ2は、例示的に、センシング対象の一例である生体の情報を非接触でセンシングすることが可能である。「生体の情報」は、「生体情報」と略称してもよいし、「バイタル情報」と言い換えてもよい。「センシング」は、「検出」あるいは「測定」と言い換えてもよい。したがって、「センシングシステム1」は、「生体情報測定システム1」と称してもよい。
The non-contact
「バイタル情報」の非限定的な一例は、生体の心拍や、呼吸、動き等を示す情報である。「生体」には、生体の「臓器」が含まれてよい。「心拍」は、「臓器」の一例である「心臓」の動きを示す情報と捉えてもよい。 A non-limiting example of “vital information” is information indicating a heartbeat, respiration, movement, and the like of a living body. The “living body” may include an “organ” of the living body. “Heartbeat” may be regarded as information indicating the movement of “heart” which is an example of “organ”.
生体の「動き」(「位置変化」と言い換えてもよい。)は、便宜的に、「体動」と略称してよい。「体動」には、例示的に、生体の活動中の動きに限らず、生体の睡眠時等の安静時の心拍や呼吸に応じた生体表面(例えば、皮膚)の動きが含まれてよい。 The “movement” (also referred to as “position change”) of the living body may be abbreviated as “body movement” for convenience. The “body movement” is not limited to the movement during the activity of the living body, and may include the movement of the living body surface (for example, the skin) according to the heartbeat or breathing at the time of rest such as sleeping of the living body. .
生体表面の動きは、生体の臓器の動きに応じて生じる、と捉えてよい。例えば、心臓の鼓動に応じて皮膚に動きが生じる。また、呼吸に伴う肺臓の伸縮に応じて皮膚に動きが生じる。 It may be considered that the movement of the living body surface occurs according to the movement of the organ of the living body. For example, the skin moves according to the heartbeat. In addition, the skin moves according to the expansion and contraction of the lungs accompanying breathing.
非接触バイタルセンサ2(単に「バイタルセンサ2」又は「センサ2」と略称することがある。)は、例示的に、マイクロ波等の電波をセンシング対象に照射し、センシング対象で反射して受信される反射波の変化を基に、生体の「動き」を検出することができる。
The non-contact vital sensor 2 (simply abbreviated as “
例えば、センサ2とセンシング対象との間の距離が変化すると、ドップラー効果によって、反射波に変化が生じる。反射波の変化は、例示的に、反射波の振幅及び周波数の一方又は双方の変化として捉えることができる。
For example, when the distance between the
ここで、センサ2を、生体の一例である人体に取り付けることを想定する。人体へのセンサ2の取り付け位置は、例示的に、人体の胸部であってよい。人体に取り付けられたセンサ2は、例えば、人体の鼓動に伴って人体の皮膚と心臓との間の距離が変化する。したがって、当該距離変化に応じた変化が、センサ2が照射した電波の反射波に現われる。当該反射の変化を基に、例えば、人体の心拍や脈拍を測定することができる。
Here, it is assumed that the
バイタルセンサ2は、例示的に、人体の皮膚に接するように取り付けられてもよいし、人体の着衣に取り付けられてもよい。ただし、バイタルセンサ2の人体への取り付けは、厳密に固定(「拘束」と称してもよい。)される態様である必要は無い。
For example, the
例えば、バイタルセンサ2は、3次元方向のいずれかに人体に対して相対的な動きが生じ得る態様で、人体に対して取り付けられてよい。そのような取り付け態様の一例としては、着衣のポケットに、バイタルセンサ2を収容する態様が挙げられる。着衣のポケットは、非限定的な一例として、ワイシャツ等の上着の胸部ポケットであってよい。
For example, the
別の取り付け態様として、バイタルセンサ2は、後述するように、ハーネス等の取り付け器具を用いて、人体に対して取り付けられてもよい。例えば、バイタルセンサ2を、着衣の上から、ハーネスによって人体に取り付けてよい。かかる取り付け態様であっても、着衣と人体表面との動きがずれると、バイタルセンサ2に、人体に対する相対的な動きが生じ得る。
As another attachment mode, the
次に、図1に例示した通信機器3は、バイタルセンサ2のセンシング結果を、例えば、ネットワーク4経由で管理システム5へ送信することが可能である。そのため、通信機器3は、有線又は無線にてネットワーク4と接続可能であってよい。
Next, the communication device 3 illustrated in FIG. 1 can transmit the sensing result of the
別言すると、通信機器3は、無線及び有線の一方又は双方による通信をサポートする通信インタフェース(IF)を備えていてよい。通信機器3の無線による通信には、例示的に、3GPP(3rd Generation Partnership Project)のLTE(Long Term Evolution)やLTE−Advancedに準拠した通信方式が適用されてよい。 In other words, the communication device 3 may include a communication interface (IF) that supports one or both of wireless and wired communication. For example, a communication method based on LTE (Long Term Evolution) of 3GPP (3rd Generation Partnership Project) or LTE-Advanced may be applied to wireless communication of the communication device 3.
また、通信機器3の無線による通信には、衛星通信が適用されてもよい。衛星通信を利用する場合、通信機器3は、ネットワーク4を経由せずに管理システム5と通信衛星経由で通信可能であってよい。
Further, satellite communication may be applied to wireless communication of the communication device 3. When using satellite communication, the communication device 3 may be able to communicate with the
バイタルセンサ2のセンシング結果には、バイタル情報に限らず、バイタル情報を基にして得られた演算や判定の結果を示す情報が含まれてもよい。センシング結果は、便宜的に、「センサ情報」と称してもよい。
The sensing result of the
通信機器3は、図1に例示するようにバイタルセンサ2に外付けであってもよいし、バイタルセンサ2に内蔵されていてもよい。バイタルセンサ2に外付けの通信機器3は、例えば、バイタルセンサ2を取り付けられた人物(「利用者」と称してもよい。)が携帯する機器であってよい。
As illustrated in FIG. 1, the communication device 3 may be external to the
利用者が携帯する通信機器3は、例示的に、携帯電話(スマートフォンが含まれてよい。)や、ノートPC、タブレットPC等であってよい。「PC」は、「パーソナルコンピュータ」の略称である。 The communication device 3 carried by the user may illustratively be a mobile phone (a smart phone may be included), a notebook PC, a tablet PC, or the like. “PC” is an abbreviation for “personal computer”.
バイタルセンサ2と通信機器3との接続には、有線接続を適用してもよいし、無線接続を適用してもよい。別言すると、バイタルセンサ2は、無線及び有線の一方又は双方による通信をサポートする通信IFを備えていてよい。無線接続には、例示的に、「WiFi(Wireless Fidelity)」(登録商標)や「Bluetooth」(登録商標)が用いられてよい。
For the connection between the
ネットワーク4は、例示的に、WAN(Wide Area Network)や、LAN(Local Area Network)、インターネット等であってよい。また、ネットワーク4には、無線アクセス網が含まれてもよい。無線アクセス網は、既述のLTEやLTE−Advancedに準拠した無線アクセス網であってよい。 For example, the network 4 may be a WAN (Wide Area Network), a LAN (Local Area Network), the Internet, or the like. The network 4 may include a radio access network. The radio access network may be a radio access network conforming to the above-described LTE or LTE-Advanced.
管理システム5は、通信機器3によって送信されたセンサ情報を、ネットワーク4(又は、通信衛星でもよい。)経由で受信し、受信したセンサ情報を記憶、管理する。センサ情報の管理には、センサ情報をデータベース(DB)化することが含まれてよい。DB化されたデータは、「クラウドデータ」や「ビッグデータ」等と称されてよい。
The
管理システム5は、受信したセンサ情報を基に、バイタルセンサ2を取り付けられた利用者の心拍や呼吸、動き等の体動をモニタできる。また、管理システム5は、体動のモニタ結果を、利用者の身体的あるいは精神的な状態変化の予測に役立ててもよい。
Based on the received sensor information, the
例えば、管理システム5は、体動のモニタ結果を基に、利用者の生命活動が安全あるいは安定した状態にあるか否かを判断してよい。また、管理システム5は、体動の傾向に応じて利用者の身体的あるいは精神的な状態が通常とは異なる状態になる可能性があるかを予測、判断してもよい。
For example, the
例えば、バイタルセンサ2を取り付けられた利用者の活動中、あるいは睡眠時等の安静時に、利用者の活動を管理システム5においてリアルタイムにモニタすることができる。また、モニタ結果を基に、利用者の身体的あるいは精神的な健康状態等を管理システム5において管理したり予測したりすることもできる。
For example, the user's activity can be monitored in real time by the
例えば、利用者の睡眠時に得られるバイタル情報を基に、利用者に身体的あるいは精神的な疾患の兆候があるか否かを、管理システム5において、予測、判断することも可能である。
For example, the
管理システム5は、例示的に、1又は複数のサーバによって実現されてよい。別言すると、バイタルセンサ2によって得られたセンサ情報は、管理システム5において、1つのサーバによって管理されてもよいし、複数のサーバによって分散的に管理されてもよい。サーバは、例えば、クラウドデータセンタに備えられたクラウドサーバに該当してもよい。
The
なお、バイタルセンサ2が取り付けられる利用者の非限定的な一例としては、警察官(機動隊員を含んでよい。)や、消防隊員、救助隊員、自衛隊員、軍隊の隊員、乗り物の乗員、工場作業員、スポーツ選手等が挙げられる。「乗り物の乗員」には、自動車のドライバーや、飛行機のパイロットや添乗員、船舶の船長や船員、宇宙飛行士等が含まれてよい。別言すると、バイタルセンサ2を取り付ける対象は、管理システム5において活動状態や健康状態等を管理したい生体であってよい。
Non-limiting examples of users to which the
(非接触バイタルセンサ2の構成例)
次に、図2を参照して、バイタルセンサ2の構成例について説明する。図2に示すように、バイタルセンサ2は、例示的に、ドップラーセンサ21、静電容量センサ22、プロセッサ24、メモリ25、及び、通信インタフェース(IF)26を備えてよい。なお、バイタルセンサ2には、慣性センサ23が追加的に備えられてもよい。慣性センサ23は、オプションであってよい。「バイタルセンサ2」は、「センサユニット2」と称してもよいし、「生体情報測定装置2」と称してもよい。
(Configuration example of non-contact vital sensor 2)
Next, a configuration example of the
ドップラーセンサ21、静電容量センサ22、プロセッサ24、メモリ25、及び、通信インタフェース(IF)26は、互いに通信可能にバス27に接続されてよい。慣性センサ23が備えられる場合には、慣性センサ23も、バス27に接続されてよい。
The
ドップラーセンサ21は、例示的に、センシング対象の一例である生体に向けて送信した電波と、当該送信電波の反射波と、を位相検波してビート信号を生成する。ビート信号がドップラーセンサ21の検出信号としてプロセッサ24に与えられてよい。ドップラーセンサ21の検出信号は、便宜的に、「検出値」又は「ドップラーセンサ値」と称してよい。
For example, the
例えば図3に示すように、ドップラーセンサ21は、アンテナ211、ローカル発振器(Oscillator, OSC)212、MCU(Micro Control Unit)213、検波回路214、オペアンプ(OP)215、及び、バッテリ216を備えてよい。
For example, as illustrated in FIG. 3, the
アンテナ211は、OSC212で生成された発振周波数をもつ電波を空調空間へ送信し、また、当該送信電波が空調空間に位置する利用者で反射した電波(反射波)を受信する。なお、図3の例において、アンテナ211は、送受信に共用であるが、送受信に個別であってもよい。
The
OSC212は、例示的に、MCU213の制御に応じて発振動作して、所定周波数の信号(便宜的に「ローカル信号」と称してよい。)を出力する。ローカル信号は、アンテナ211から送信電波として送信されると共に、検波回路214に入力される。
For example, the
OSC212の発振周波数(別言すると、ドップラーセンサ21が送信する電波の周波数)は、例示的に、マイクロ波帯の周波数であってよい。マイクロ波帯は、例示的に、2.4GHz帯でもよいし、24GHz帯でもよい。 The oscillation frequency of the OSC 212 (in other words, the frequency of the radio wave transmitted by the Doppler sensor 21) may be, for example, a frequency in the microwave band. For example, the microwave band may be a 2.4 GHz band or a 24 GHz band.
これらの周波数帯は、日本の電波法で屋内での使用が認められている周波数帯の一例である。電波法の規制を受けない周波数帯を、ドップラーセンサ21の送信電波に用いても構わない。
These frequency bands are examples of frequency bands that are allowed to be used indoors by the Japanese Radio Law. A frequency band not subject to regulations of the Radio Law may be used for the transmission radio wave of the
MCU213は、例示的に、プロセッサ24の制御に応じてOSC212の発振動作を制御する。
For example, the
検波回路214は、アンテナ211で受信された反射波と、OSC212からのローカル信号(別言すると、送信電波)と、を位相検波してビート信号を出力する。なお、検波回路214は、送信電波と反射波とをミキシングするミキサに置換されてもよい。ミキサによるミキシングは、位相検波と等価であると捉えてよい。
The
ここで、検波回路214によって得られるビート信号には、生体の心拍や、呼吸、体動等の身体的な変化に応じて、ドップラー効果によって、振幅変化と周波数変化とが現われる。
Here, in the beat signal obtained by the
例えば、生体の身体的な変化量(別言すると、ドップラーセンサ21に対する相対速度)が大きくなるほど、ビート信号の周波数及び振幅値は大きくなる傾向にある。別言すると、ビート信号には、生体の心拍や、呼吸、体動等の変化を示す情報が含まれる。 For example, the frequency and amplitude value of the beat signal tend to increase as the amount of physical change of the living body (in other words, the relative speed with respect to the Doppler sensor 21) increases. In other words, the beat signal includes information indicating changes in the heartbeat, respiration, and body movement of the living body.
オペアンプ215は、検波回路214から出力されるビート信号を増幅する。増幅されたビート信号は、例示的に、ドップラーセンサ値として、プロセッサ24に入力されてよい。
The
バッテリ216は、例示的に、MCU213、検波回路214及びオペアンプ215に駆動電力を供給する。
The
次に、図2に例示した静電容量センサ22は、例示的に、静電容量センサ22の検出面とセンシング対象(例えば、人体表面)との間の距離変化を静電容量値の変化として検出することが可能である。
Next, the
ドップラーセンサ21との関係では、静電容量センサ22は、ドップラーセンサ21からセンシング対象に向けて電波が照射される空間範囲と重なる空間範囲における、静電容量値の変化を検出可能に配置されればよい。
In relation to the
別言すると、静電容量センサ22は、静電容量値の変化を検出可能な検出軸が、ドップラー効果を利用して距離変化を検出可能なドップラーセンサ21の検出軸に沿うように配置されてよい。
In other words, the
図4に示すように、静電容量センサ22は、例示的に、検出電極221を備えてよい。検出電極221の検出面の面積をS[m2]、検出電極221の検出面とセンシング対象(例えば、人体)との間の間隔(距離)をd[m]で表し、検出電極221と人体との間に誘電率εの誘電体(例えば、空気)が均一に充填されていると仮定する。なお、検出電極221及び人体は、いずれも導体の一例である。
As shown in FIG. 4, the
検出電極221にグラウンド(GND)に対して正の電圧(V)を与えると、検出電極221には正の電荷(+Q)が生じ、検出電極221とGNDとの間に電界が生じる。当該電界中に人体が存在すると、人体は静電誘導を受けて、検出電極221の電荷(+Q)とは反対(負)の電荷(−Q)を人体表面に帯びる。このような現象は、「分極」と称されてよい。 When a positive voltage (V) is applied to the detection electrode 221 with respect to the ground (GND), a positive charge (+ Q) is generated in the detection electrode 221, and an electric field is generated between the detection electrode 221 and GND. When a human body is present in the electric field, the human body is subjected to electrostatic induction and has a negative charge (-Q) opposite to the charge (+ Q) of the detection electrode 221 on the human body surface. Such a phenomenon may be referred to as “polarization”.
人体が検出電極221に接近するほど電界が強くなるため、分極も大きくなる。分極が大きくなるにつれて、人体に生じた負の電荷(−Q)の誘導を受けて検出電極221の正の電荷(+Q)が増加する。 Since the electric field becomes stronger as the human body approaches the detection electrode 221, the polarization increases. As the polarization increases, the positive charge (+ Q) of the detection electrode 221 increases due to the induction of the negative charge (−Q) generated in the human body.
ここで、検出電極221と人体との間の電界(E)は、ガウスの法則より、E=Q/εSで表すことができる。また、検出電極221と人体との間の電圧(V)は、V=Qd/εSで表すことができる。 Here, the electric field (E) between the detection electrode 221 and the human body can be expressed by E = Q / εS according to Gauss's law. The voltage (V) between the detection electrode 221 and the human body can be expressed by V = Qd / εS.
静電容量値(C)は、C=Q/Vで表すことができるから、検出電極221と人体との間の間隔dは、d=εSV/Qによって求めることができる。したがって、検出電極221に人体が近づく(間隔dが小さくなる)ほど、電荷Qが増加して静電容量値Cは増加し、検出電極221から人体が離れる(間隔dが大きく)なるほど、電荷Qが減少して静電容量値Cは減少することが分かる。 Since the capacitance value (C) can be expressed by C = Q / V, the distance d between the detection electrode 221 and the human body can be obtained by d = εSV / Q. Accordingly, as the human body approaches the detection electrode 221 (the interval d decreases), the charge Q increases and the capacitance value C increases. As the human body moves away from the detection electrode 221 (the interval d increases), the charge Q increases. It can be seen that the capacitance value C decreases with the decrease.
なお、図4において、「Cg」は、人体がGNDとの間でもつ仮想的な容量を表し、「Cp」及び「Cq」は、それぞれ、検出電極221がGNDとの間でもつ仮想的な容量を表す。「Cp」及び「Cq」の一方は、検出の基準となる容量に対応してよい。検出電極221によって検出される静電容量値Cは、容量Cgと容量Cp(又はCq)との直列容量の変化に応じて変化する、と捉えてよい。 In FIG. 4, “Cg” represents a virtual capacitance that the human body has with GND, and “Cp” and “Cq” respectively represent the virtual capacitance that the detection electrode 221 has with GND. Represents capacity. One of “Cp” and “Cq” may correspond to a capacitance serving as a reference for detection. The capacitance value C detected by the detection electrode 221 may be regarded as changing according to a change in series capacitance of the capacitance Cg and the capacitance Cp (or Cq).
検出電極221の静電容量値Cの変化は、検出電極221に生じる電流の変化として現われる。検出電極221に生じた電流は、例示的に、増幅器222によって、電流値に応じた電圧値に変換増幅されてよい。
The change in the capacitance value C of the detection electrode 221 appears as a change in current generated in the detection electrode 221. For example, the current generated in the detection electrode 221 may be converted and amplified by the
増幅器222の出力電圧値が、静電容量センサ22の検出信号として例えばプロセッサ24に入力されてよい。静電容量センサ22の検出信号は、便宜的に、「検出値」又は「静電容量センサ値」と称してよい。
The output voltage value of the
図5に、静電容量センサ22の検出信号の時間変化の一例を示す。図5の横軸が時間(例示的に「秒」)を表し、図5の縦軸が電圧(V)を表す。なお、静電容量センサ22は、所謂「タッチパネル」であってよい。「タッチパネル」は、「液晶パネル」であってよい。
FIG. 5 shows an example of the time change of the detection signal of the
タッチパネル22は、バイタルセンサ2の例えばプロセッサ24に情報を入力することが可能な入力機器の一例である。別言すると、静電容量センサ22は、センシング機能と、情報入力機器の一例であるタッチパネル22としての機能と、を兼用してよい。
The
次に、図2に例示した、オプションであってよい慣性センサ23は、例示的に、バイタルセンサ2自体の「動き」をセンシングすることが可能である。別言すると、慣性センサ23は、バイタルセンサ2に含まれるドップラーセンサ21の「動き」をセンシング可能である。バイタルセンサ2の「動き」は、例えば、バイタルセンサ2を取り付けられた生体の体動に応じて生じ得る。
Next, the
慣性センサ23は、加速度センサでもよいし、ジャイロスコープでもよい。加速度センサには、例示的に、圧電式及び静電容量式のいずれのセンサを適用してもよい。ジャイロスコープには、回転機械(コマ)式、光学式、及び、振動式のいずれのセンサを適用してもよい。
The
慣性センサ23は、1又は複数の検出軸を有していてよい。例示的に、慣性センサ23は、検出軸が2軸又は3軸の慣性センサ23であってよい。検出軸に沿う方向の「動き」が例えば「加速度」として慣性センサ23によって検出されてよい。
The
慣性センサ23の少なくとも1つの検出軸(第1の検出軸)は、ドップラーセンサ21の送信電波が有する指向性の方向(便宜的に「電波送信方向」と称してよい。)に方向付けられていてよい。別言すると、慣性センサ23は、ドップラーセンサ21の電波送信方向についての、バイタルセンサ2の「動き」を検出可能に配置、設定されてよい。
At least one detection axis (first detection axis) of the
また、2軸の慣性センサ23では、第2の検出軸は第1の検出軸に直交していてよく、3軸の慣性センサ23では、第2及び第3の検出軸はそれぞれ第1の検出軸に直交し、かつ、第2及び第3の検出軸も互いに直交していてよい。
In the biaxial
慣性センサ23で検出された「動き」に応じた信号が、プロセッサ24に入力されてよい。なお、慣性センサ23は、ドップラーセンサ21の作動中に作動していればよい。慣性センサ23の検出信号は、便宜的に、「検出値」又は「慣性センサ値」と称してよい。
A signal corresponding to the “movement” detected by the
慣性センサ値は、後述するように、ドップラーセンサ値と静電容量センサ値とを基に生体の体動(例えば、心拍)を検出する際の、補助的な情報として用いられてよい。 As will be described later, the inertial sensor value may be used as auxiliary information when detecting body movement (for example, heartbeat) of the living body based on the Doppler sensor value and the capacitance sensor value.
次に、図2に例示したプロセッサ24は、ドップラーセンサ値及び静電容量センサ値(あるいは、ドップラーセンサ値、静電容量センサ値、及び、慣性センサ値)を、例えば通信IF26を通じて、管理システム5宛に送信することが可能である。
Next, the
あるいは、プロセッサ24は、上記の2種類(又は3種類)のセンサ値に基づいて、生体の心拍等の体動を示す情報を演算によってバイタル情報として検出してもよい。プロセッサ24は、各センサ値に代替して(あるいは追加で)、演算結果であるバイタル情報、あるいは、当該演算の過程で得られた情報を、通信IF26を通じて、管理システム5宛に送信してよい。
Alternatively, the
プロセッサ24は、演算能力を備えた演算装置の一例である。演算装置は、演算デバイス又は演算回路と称されてもよい。演算装置の一例であるプロセッサ24には、例示的に、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)が適用されてよい。
The
メモリ25は、記憶媒体の一例であり、RAM(Random Access Memory)やフラッシュメモリ等であってよい。メモリ25には、プロセッサ24が読み取って動作するために用いられる、プログラムやデータが記憶されてよい。「プログラム」は、「ソフトウェア」あるいは「アプリケーション」と称されてもよい。「データ」には、プロセッサ24の動作に応じて生成されたデータが含まれてよい。
The
通信IF26は、例示的に、図1に例示した通信機器3との接続インタフェースを提供し、通信機器3経由で、管理システム5との通信を可能にする。例えば、通信IF26は、センサ値やバイタル情報、バイタル情報の演算過程で得られた情報等を、通信機器3を介して管理システム5宛に送信してよい。したがって、通信IF26(又は、通信IF26及び通信機器3)は、送信処理に着目すれば、管理システム5宛に情報を送信する送信部の一例である。
The communication IF 26 exemplarily provides a connection interface with the communication device 3 illustrated in FIG. 1 and enables communication with the
図2に例示したバイタルセンサ2の各エレメントの一部又は全部は、IC(Integrated Circuit)や、LSI(Large Scale Integration)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等によって実現されてよい。
Some or all of the elements of the
(管理システム5の構成例)
図6は、図1に例示した管理システム5の構成例を示すブロック図である。図6に示す管理システム5は、例示的に、プロセッサ51、メモリ52、記憶装置53、通信IF54、及び、ペリフェラルIF55を備えてよい。プロセッサ51、メモリ52、記憶装置53、通信IF54、及び、ペリフェラルIF55は、互いに通信可能にバス56に接続されてよい。
(Configuration example of the management system 5)
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the
プロセッサ51は、演算能力を備えた演算装置の一例である。プロセッサ51には、例示的に、CPUやDSPが適用されてよい。
The
メモリ52は、記憶媒体の一例であり、例示的に、RAMやフラッシュメモリ等であってよい。メモリ52には、プロセッサ51が読み取って動作するために用いられる、プログラムやデータが記憶されてよい。「データ」には、プロセッサ51の動作に応じて生成されたデータが含まれてよい。
The
記憶装置53も、記憶媒体の一例であり、例示的に、ハードディスクドライブ(HDD)や、ソリッドステートドライブ(SSD)等であってよい。記憶装置53に、バイタルセンサ2が通信機器3を介して送信した情報が記憶されてよい。
The
また、記憶装置53に、プロセッサ51に用いられるプログラムやデータが記憶されてもよい。プロセッサ51は、記憶装置53に記憶されたプログラムやデータをメモリ52に展開して用いてよい。したがって、メモリ52は、プロセッサ51にとっての「ワークメモリ」であってよい。
Further, the
通信IF54は、例示的に、ネットワーク4との接続インタフェースを提供し、ネットワーク4に接続された通信機器3を経由してバイタルセンサ2と通信することが可能である。
The communication IF 54 exemplarily provides a connection interface with the network 4 and can communicate with the
管理システム5の通信IF54と、ネットワーク4及び通信機器3を経由したバイタルセンサ2との間の通信は、バイタルセンサ2から管理システム5に向かう方向の片方向通信であってよい。別言すると、管理システム5は、バイタルセンサ2が送信した情報を受信できればよく、バイタルセンサ2宛に制御情報等を送信してバイタルセンサ2の動作を制御することは行なわなくても構わない。ただし、双方向の通信が可能であってもよい。
Communication between the communication IF 54 of the
ペリフェラルIF55は、例示的に、管理システム5に周辺機器を接続するためのインタフェースである。周辺機器には、管理システム5に情報を入力するための入力機器や、管理システム5で得られた情報を出力する出力機器が含まれてよい。入力機器には、キーボードやマウス、タッチパネル等が含まれてよい。出力機器には、ディスプレイやプリンタ等が含まれてよい。
The peripheral IF 55 is an interface for connecting a peripheral device to the
ところで、バイタルセンサ2は、既述のように、ドップラーセンサ21から電波を人体に照射して反射波の変化を検出することで、例えば、人体の鼓動に応じた人体表面と臓器との間の距離変化を検出できる。当該距離変化を基に、人体の心拍数や呼吸数を検出することが可能である。
By the way, as described above, the
ここで、人体の心拍や呼吸は、予め大まかな周期を限定できるため、安静時のような安定した状態では、例えば、限定した周期に従ってドップラーセンサ値をフィルタリングすることで、ある程度のノイズ成分はキャンセルすることができる。 Here, since the heart rate and breathing of the human body can limit the rough cycle in advance, in a stable state such as at rest, for example, by filtering the Doppler sensor value according to the limited cycle, some noise components can be canceled can do.
しかし、人体が歩行中や走行中等の活動状態では、バイタルセンサ2も人体も動くため、バイタルセンサ2と人体表面との間の距離が心拍や呼吸以外の要因によって変化しやすくなる。
However, when the human body is in an active state such as walking or running, both the
そのため、人間活動に起因するノイズ成分がドップラーセンサ値に加わってしまう。また、活動中の人体の動きは、一定であるとは限らないし、予測することも難しいため、ドップラーセンサ値に加わるノイズ成分を定量化してキャンセルすることも難しい。 Therefore, a noise component resulting from human activity is added to the Doppler sensor value. In addition, since the movement of the human body during activity is not always constant and difficult to predict, it is difficult to quantify and cancel the noise component added to the Doppler sensor value.
人体表面(別言すると「皮膚」)に直接取り付けて固定するタイプの心電計や脈拍計であれば、人間活動に伴う人体表面と心電計や脈拍計との間の距離変化は、ある程度抑えられるから、ノイズ成分を低減できると考えられる。 In the case of an electrocardiograph or pulse meter that is directly attached to and fixed on the human body surface (in other words, “skin”), the distance change between the human body surface and the electrocardiograph or pulse meter due to human activities is somewhat Since it can be suppressed, it is considered that the noise component can be reduced.
しかし、バイタルセンサ2が人体表面に固定されておらず、バイタルセンサ2の動きと人体の動きとが同期しないことがある場合、人間活動に起因するノイズ成分が大きくなり、活動中の人体の心拍数や呼吸数の検出精度が低下することがある。
However, when the
非限定的な一例として、バイタルセンサ2を人体表面に固定するのではなく着衣の胸部ポケットに入れて、活動中の人体の心拍や呼吸の状態を検出することを想定してみる。
As a non-limiting example, assume that the
人体の腕の振りや上げ下ろし、歩行、走行等の人間活動や、着衣の種類や素材等によっては、人体の動きと着衣の動きとが同期しないことがある。そうすると、人体と、着衣の胸部ポケットに入れられたバイタルセンサ2と、の間の距離(便宜的に「センシング距離」と称してもよい。)が、心拍や呼吸とは異なる要因によって変化してしまうことがある。心拍や呼吸とは異なる要因は、便宜的に、「外乱」又は「非同期体動」と称してよい。
The movement of the human body and the movement of the clothes may not be synchronized depending on human activities such as swinging and raising / lowering the arm of the human body, walking and running, and the type and material of the clothes. Then, the distance between the human body and the
また、センシング距離は、例えば人体の大胸筋の動きによっても変化することがある。大胸筋は、例えば、歩行や走行時の腕の振りや荷物の上げ下ろしといった日常的な人間活動においても使われるし、腕立て伏せや腹ばいでの移動といったトレーニングや訓練においても使われる。 In addition, the sensing distance may change depending on, for example, the movement of the great pectoral muscle of the human body. The pectoralis major muscle is used, for example, in daily human activities such as swinging arms and raising and lowering luggage during walking and running, and also in training and training such as push-ups and movements on the stomach.
このように、人体が大胸筋を使って活動する場合も、センシング距離が変化してしまうことがある。更に、このようなセンシング距離の変化量は、大胸筋の筋肉量が多い(別言すると「胸部の厚さ」が厚い)ほど、大きくなり易い。 Thus, the sensing distance may change even when the human body is active using the great pectoral muscle. Furthermore, the amount of change in the sensing distance is likely to increase as the muscle mass of the greater pectoral muscle increases (in other words, the “thickness of the chest” increases).
人体の心拍や呼吸とは異なる外乱(非同期体動)に起因したセンシング距離の変化は、バイタルセンサ2と人体との間の、心拍や呼吸に応じた距離変化の検出値(別言すると、ドップラーセンサ値)に対するノイズ成分となる。
The change in sensing distance due to disturbance (asynchronous body motion) different from the heartbeat and breathing of the human body is the detection value (in other words, Doppler) of the distance change between the
このような外乱によってドップラーセンサ値に加わるノイズ成分は、人体との距離変化に応じて検出される静電容量値が変化する静電容量センサ22を用いてキャンセルあるいは低減することができる。例えば、ドップラーセンサ21と、着衣を介した人体と、の間の距離の変化は、静電容量値の変化として検出できる。
The noise component added to the Doppler sensor value due to such disturbance can be canceled or reduced by using the
静電容量センサ22では、距離変化そのものは検出できないが、静電容量値の変化を、静電容量センサ値の周波数の変化として検出できる。例えば、ドップラーセンサ21と着衣との間の距離や着衣と人体との間の距離が近づくほど静電容量値は大きくなる傾向にあり、逆に、当該距離が離れるほど静電容量値は小さくなる傾向にある。
The
したがって、静電容量センサ値を周波数解析すると、静電容量値の変化に応じた周波数変化が現われ、他に比べて相対的に大きな変化を示す周波数成分(便宜的に「ピーク周波数」と称してよい。)が現われる。 Therefore, when frequency analysis is performed on the capacitance sensor value, a frequency change corresponding to the change in the capacitance value appears, and a frequency component that shows a relatively large change compared to the other (referred to as “peak frequency” for convenience). Good) appears.
当該ピーク周波数は、時間領域において静電容量値が変化したタイミング(あるいは期間。以下、同様。)を示す、と捉えてよい。当該タイミングを基に、ドップラーセンサ値から、心拍や呼吸に応じた信号成分と、外乱に起因したノイズ成分と、を分離することが可能となる。 The peak frequency may be regarded as indicating the timing (or period; the same applies hereinafter) when the capacitance value changes in the time domain. Based on the timing, it is possible to separate from the Doppler sensor value a signal component corresponding to heartbeat or respiration and a noise component caused by disturbance.
例えば、ドップラーセンサ値及び静電容量センサ値をそれぞれFFT(Fast Fourier Transform)処理し、それぞれのFFT結果に現われるピーク周波数(便宜的に「FFTピーク周波数」と称してよい。)を比較する。なお、「FFT」は、「DFT(Discrete Fourier Transform」に代替されてもよい(以下、同様)。 For example, the Doppler sensor value and the capacitance sensor value are each subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing, and peak frequencies appearing in the respective FFT results (which may be referred to as “FFT peak frequency” for convenience) are compared. “FFT” may be replaced with “DFT (Discrete Fourier Transform)” (the same applies hereinafter).
静電容量センサ値のFFTピーク周波数とピーク周波数が一致する、ドップラーセンサ値のFFTピーク周波数は、ドップラーセンサ値において、人体活動に応じた非同期体動に起因したノイズ成分が加わっている周波数成分であると判定してよい。 The FFT peak frequency of the Doppler sensor value where the peak frequency matches the FFT peak frequency of the capacitance sensor value is a frequency component in which a noise component due to asynchronous body motion corresponding to human body activity is added to the Doppler sensor value. You may determine that there is.
これに対し、静電容量センサ値のFFTピーク周波数とピーク周波数が一致しない、ドップラーセンサ値のFFTピーク周波数は、ドップラーセンサ値において、心拍や呼吸に応じた変化が支配的な周波数成分であると判定してよい。 On the other hand, the FFT peak frequency of the Doppler sensor value in which the FFT peak frequency of the capacitance sensor value does not match the peak frequency is a frequency component in which the change according to the heartbeat or respiration is dominant in the Doppler sensor value. You may judge.
このようにして、静電容量センサ値を用いて、ドップラーセンサ値において、心拍や呼吸に応じた変化が支配的な周波数成分と、人体活動に応じた外乱(非同期体動)に起因するノイズ成分と、を切り分けることができる。 Thus, using the capacitance sensor value, in the Doppler sensor value, the frequency component in which the change according to the heartbeat or the respiration is dominant, and the noise component due to the disturbance (asynchronous body motion) according to the human body activity And can be separated.
したがって、ドップラーセンサ値から、人体活動に応じた非同期体動に起因するノイズ成分をキャンセル(あるいは「フィルタリング」と称してもよい。)又は低減することが可能となる。よって、バイタルセンサ2による、心拍数や呼吸数の検出精度の向上を図ることが可能となる。
Therefore, it is possible to cancel (or may be referred to as “filtering”) or reduce a noise component caused by asynchronous body motion according to human body activity from the Doppler sensor value. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the heart rate and the respiration rate by the
(動作例)
以下、図7〜図14を参照して、上述したセンシングシステムの動作例について説明する。なお、以下に説明する動作例は、静電容量センサ値を用いてドップラーセンサ値のノイズ成分をキャンセル又は低減する処理(便宜的に「ノイズキャンセリング」と総称してよい。)に着目した動作例である。
(Operation example)
Hereinafter, an operation example of the above-described sensing system will be described with reference to FIGS. Note that the operation example described below focuses on processing for canceling or reducing the noise component of the Doppler sensor value using the capacitance sensor value (may be collectively referred to as “noise canceling” for convenience). It is an example.
また、以下では、バイタルセンサ2に慣性センサ23が備えられており、慣性センサ値が「ノイズキャンセリング」に補助的に用いられ、「ノイズキャンセリング」が管理システム5(例えば、プロセッサ51)にて実施される例について説明する。ただし、慣性センサ値は「ノイズキャンセリング」に必須でなくてよく、また、「ノイズキャンセリング」は、バイタルセンサ2(例えば、プロセッサ24)にて実施されてもよい。
In the following, the
(第1実施例)
図7は、第1実施例に係るノイズキャンセリングに着目した動作例を説明するフローチャートである。
(First embodiment)
FIG. 7 is a flowchart for explaining an operation example focusing on noise canceling according to the first embodiment.
図7に例示するように、管理システム5は、バイタルセンサ2が管理システム5宛に送信したセンサ情報を受信する。センサ情報には、例示的に、ドップラーセンサ値、静電容量センサ値、及び、慣性センサ値が含まれる。これらのセンサ情報は、管理システム5の通信IF54にて受信され、管理システム5のプロセッサ51に入力される(処理P11a,P11b,P11c)。
As illustrated in FIG. 7, the
なお、図7に例示するように、静電容量センサ22は、バイタルセンサ2のプロセッサ24によって駆動が制御されてよい。プロセッサ24は、機能的に、ライン駆動部241と、タッチパネル制御部242と、を備えてよい。
Note that, as illustrated in FIG. 7, the drive of the
ライン駆動部241は、静電容量センサ22の一例であるタッチパネルに格子状に配置された電極(「ライン電極」と称してもよい。)に電圧を与えてタッチパネルを駆動してよい。タッチパネル制御部242は、ライン駆動部241によるタッチパネル22の駆動を制御してよい。ライン駆動部241及びタッチパネル制御部242は、プロセッサ24が、メモリ25からタッチパネルを駆動制御するためのプログラムやデータを読み取って動作することで具現されてよい。
The
プロセッサ51は、ドップラーセンサ値の受信に応じて、ドップラーセンサ値を周波数解析する(処理P12a)。周波数解析には、FFTを適用してよい。例えば、ドップラーセンサ値は、FFTによって時間領域の信号から周波数領域の信号(便宜的に「周波数信号」と称してよい。)に変換される。
In response to the reception of the Doppler sensor value, the
プロセッサ51は、ドップラーセンサ値の周波数信号から、FFTピーク周波数を検出(「抽出」と称してもよい。)する(処理P13a)。ドップラーセンサ値のFFTピーク周波数は、心拍や呼吸に応じた特徴的な変化を示す周波数成分の一例であり、便宜的に「特徴点」と称してもよい。
The
ドップラーセンサ値の「特徴点」は、単位時間あたりに複数検出されることもある。プロセッサ51は、単位時間あたりに複数の「特徴点」が検出されると、当該「特徴点」を、例えばメモリ52(又は、記憶装置53でもよい。)に、記憶してよい(処理P14aのYESルートから処理P15a)。なお、「単位時間」は、秒単位でもよいし分単位でもよい。また、「単位時間」は、可変であってよい。
A plurality of “feature points” of the Doppler sensor value may be detected per unit time. When a plurality of “feature points” are detected per unit time, the
一方、単位時間あたりの「特徴点」の検出数が1つであれば(処理P14aでNOの場合)、プロセッサ51は、記憶処理P15aをバイパスして、「特徴点」の比較処理を実施してよい(処理P16a)。
On the other hand, if the number of detected “feature points” per unit time is one (NO in process P14a), the
「特徴点の比較処理」は、例示的に、ドップラーセンサ値、静電容量センサ値、及び、慣性センサ値のそれぞれから得られた「特徴点」の比較処理であってよい。「比較処理」において、例えば、心拍や呼吸に応じた特徴的な変化を示す情報の候補から、静電容量センサ値や慣性センサ値から得られる、体動に応じた特徴的な変化を示す情報を、除外することが可能である。したがって、「比較処理」は、便宜的に、「フィルタリング」と称してもよい。 The “feature point comparison process” may be, for example, a “feature point” comparison process obtained from each of the Doppler sensor value, the capacitance sensor value, and the inertial sensor value. In the “comparison process”, for example, information indicating a characteristic change corresponding to body movement, obtained from a capacitance sensor value or an inertial sensor value from information candidates indicating a characteristic change corresponding to heartbeat or respiration. Can be excluded. Therefore, the “comparison process” may be referred to as “filtering” for convenience.
静電容量センサ値、及び、慣性センサ値についての「特徴点」は、ドップラーセンサ値と同様に、周波数解析によって求めてよい。例えば、プロセッサ51は、静電容量センサ値の受信(処理P11b)に応じて、静電容量値を算出し(処理P12b)、その算出結果を周波数解析してよい(処理P13b)。
“Characteristic points” for the capacitance sensor value and the inertial sensor value may be obtained by frequency analysis in the same manner as the Doppler sensor value. For example, the
静電容量値の周波数解析にも、FFTを適用してよい。プロセッサ51は、静電容量値のFFT結果から、ピーク周波数に相当する特徴点を抽出してよい(処理P14b)。静電容量センサ値についての特徴点は、心拍や呼吸とは異なる体動に応じた特徴的な変化を示す周波数成分の一例である。
You may apply FFT also to the frequency analysis of an electrostatic capacitance value. The
また、プロセッサ51は、慣性センサ値の受信(処理P11c)に応じて、慣性センサ値の振幅を算出し(処理P12c)、その算出結果が閾値以上であるか否かを判定してよい(処理P13c)。
Further, the
慣性センサ値の振幅が大きいほど体動が大きく、ドップラーセンサ値に大きなノイズ成分が加わり易いと捉えてよい。そのため、ドップラーセンサ値に加わるノイズ成分は、静電容量センサ値が示す体動に起因するノイズ成分よりも、慣性センサ値が示す体動に起因するノイズ成分の方が、支配的になることがある。したがって、静電容量センサ値を用いなくても、慣性センサ値を基にドップラーセンサ値のノイズ成分を効果的にキャンセルできることがある。 It may be considered that the larger the inertial sensor value, the greater the body movement, and the greater the noise component that is likely to be added to the Doppler sensor value. Therefore, the noise component added to the Doppler sensor value may be dominant in the noise component caused by the body movement indicated by the inertial sensor value, rather than the noise component caused by the body movement indicated by the capacitance sensor value. is there. Therefore, the noise component of the Doppler sensor value may be effectively canceled based on the inertial sensor value without using the capacitance sensor value.
逆に、慣性センサ値の振幅が小さくて、ドップラーセンサ値に加わるノイズ成分が、慣性センサ値が示す体動に起因するノイズ成分よりも、静電容量センサ値が示す体動に起因するノイズ成分の方が、支配的になることもある。したがって、慣性センサ値を用いなくても、静電容量センサ値を基にドップラーセンサ値のノイズ成分を効果的にキャンセルできることもある。 On the other hand, the noise component due to the body movement indicated by the capacitance sensor value is smaller than the noise component caused by the body movement indicated by the inertial sensor value when the amplitude of the inertial sensor value is small and the noise component added to the Doppler sensor value is May become more dominant. Therefore, the noise component of the Doppler sensor value may be effectively canceled based on the capacitance sensor value without using the inertial sensor value.
判定処理P13cに用いる閾値は、以上のように静電容量センサ値及び慣性センサ値のいずれを用いた方がノイズキャンセリングに効果的であるか、という基準あるいはポリシーに基づいて設定されてよい。閾値は、例えば図6に示したメモリ52又は記憶装置53に記憶、設定されてよい。閾値の具体例については後述する。
The threshold value used for the determination process P13c may be set based on a criterion or policy that which of the capacitance sensor value and the inertial sensor value is more effective for noise canceling as described above. The threshold value may be stored and set in, for example, the
閾値判定の結果、慣性センサ値の振幅が閾値以上であれば(処理P13cでYESの場合)、プロセッサ51は、慣性センサ値から算出した振幅を周波数解析してよい(処理P14c)。当該周波数解析にも、FFTを適用してよい。
If the amplitude of the inertial sensor value is greater than or equal to the threshold as a result of the threshold determination (YES in process P13c), the
プロセッサ51は、慣性センサ値の振幅のFFT結果から、ピーク周波数に相当する特徴点を抽出する(処理P15c)。慣性センサ値から得られた特徴点は、心拍や呼吸とは異なる非同期体動に応じた特徴的な変化を示す周波数成分の一例である。
The
上述したドップラーセンサ値、静電容量センサ値、及び、慣性センサ値から特徴点をそれぞれ抽出する処理は、プロセッサ51においてパラレルに実行されてよい。プロセッサ51は、各センサ値の特徴点を比較して、ドップラーセンサ値の、非同期体動に起因するノイズ成分をフィルタリングしてよい(処理P16a)。
The processing for extracting the feature points from the Doppler sensor value, the capacitance sensor value, and the inertial sensor value described above may be executed in parallel by the
例えば、ドップラーセンサ値のFFT結果において、人体の心拍成分は、0.7Hz〜3Hz程度の周波数レンジにおいてピーク周波数が現われる傾向にある。また、ドップラーセンサ値のFFT結果において、人体の呼吸成分は、0.1Hz〜0.3Hz程度の周波数レンジにおいてピーク周波数が現われる傾向にある。 For example, in the FFT result of the Doppler sensor value, the human heart rate component tends to have a peak frequency in a frequency range of about 0.7 Hz to 3 Hz. Further, in the FFT result of the Doppler sensor value, the respiratory component of the human body tends to have a peak frequency in a frequency range of about 0.1 Hz to 0.3 Hz.
したがって、プロセッサ51は、これらの周波数レンジにおいて、ドップラーセンサ値のFFTピーク周波数と、静電容量センサ値および慣性センサ値の一方又は双方のFFTピーク周波数と、を比較する。
Therefore, the
比較の結果、プロセッサ51は、FFTピーク周波数が一致する周波数成分は、心拍や呼吸に応じた変化ではなく非同期体動に応じたノイズ成分であると判定して、当該ノイズ成分をドップラーセンサ値のFFT結果から削除してよい。このようにして、プロセッサ51は、ドップラーセンサ値のFFT結果において、心拍成分や呼吸成分に相当する周波数成分を絞り込むことが可能となる。
As a result of the comparison, the
なお、上述した人体の心拍成分や呼吸成分等のセンシング対象の周波数成分が取り得るレンジが予め分かっている場合や容易に予測できる場合には、プロセッサ51は、上述したFFT前に、FFT対象の信号を予めフィルタリングしてもよい。例えば、上述した周波数レンジの一例において、プロセッサ51は、0.1Hz未満の周波数成分をFFT前にローパスフィルタリング(LPF)してもよい。
In addition, when the range which the frequency components of the sensing target such as the heart rate component and the respiratory component of the human body described above can be obtained in advance or can be easily predicted, the
図8に、ドップラーセンサ値の時間変化の一例を示し、図9に、図8に例示したドップラーセンサ値のFFT結果の一例を示す。図9に例示するように、ドップラーセンサ値のFFT結果には、低周波数側に呼吸成分に相当するピーク周波数が現われ、高周波側に心拍成分に相当するピーク周波数が現れる。 FIG. 8 shows an example of the temporal change of the Doppler sensor value, and FIG. 9 shows an example of the FFT result of the Doppler sensor value illustrated in FIG. As illustrated in FIG. 9, in the FFT result of the Doppler sensor value, a peak frequency corresponding to the respiratory component appears on the low frequency side, and a peak frequency corresponding to the heartbeat component appears on the high frequency side.
プロセッサ51は、このようにFFT結果に現われるピーク周波数を中心周波数として、図8に例示したドップラーセンサ値を例えば帯域通過フィルタリング(BPF)してよい。
The
当該BPFによって、図10及び図11に例示するように、図8に例示したドップラーセンサ値の信号波形から、呼吸成分に相当する信号波形と、心拍成分に相当する信号波形と、を分離できる。 As illustrated in FIGS. 10 and 11, the BPF can separate the signal waveform corresponding to the respiratory component and the signal waveform corresponding to the heartbeat component from the signal waveform of the Doppler sensor value illustrated in FIG. 8.
別言すると、プロセッサ51は、静電容量センサ値に含まれる周波数成分の変化を基に、ドップラーセンサ値から、人体の呼吸や鼓動に伴う「動き」に応じて周波数が変化する信号成分を検出できる。
In other words, the
処理P16aでのフィルタリングの非限定的な一例について、図20〜図22を参照して説明する。図20は、ドップラーセンサ値の周波数解析結果の一例を示し、図21は、慣性センサ値の周波数解析結果の一例を示し、図22は、静電容量センサ値の周波数解析結果の一例を示す。 A non-limiting example of filtering in the process P16a will be described with reference to FIGS. 20 shows an example of the frequency analysis result of the Doppler sensor value, FIG. 21 shows an example of the frequency analysis result of the inertial sensor value, and FIG. 22 shows an example of the frequency analysis result of the capacitance sensor value.
図20において、符号a1〜a5でそれぞれ示す周波数が、ドップラーセンサ値についての「特徴点」の一例であるFFTピーク周波数を表し、例えば、既述の特徴点抽出処理P13aによって得られる。なお、例示的に、a1<a2<a3<a4<a5である。 In FIG. 20, the frequencies indicated by reference signs a1 to a5 represent FFT peak frequencies, which are examples of “feature points” for Doppler sensor values, and are obtained, for example, by the feature point extraction process P13a described above. For example, a1 <a2 <a3 <a4 <a5.
同様に、図21において、符号b1〜b3でそれぞれ示す周波数が、慣性センサ値についての「特徴点」の一例であるFFTピーク周波数を表し、例えば、既述の特徴点抽出処理P15cによって得られる。なお、例示的に、b1<b2<b3である。 Similarly, in FIG. 21, the frequencies indicated by reference numerals b1 to b3 represent FFT peak frequencies, which are examples of “feature points” for the inertial sensor value, and are obtained, for example, by the feature point extraction process P15c described above. For example, b1 <b2 <b3.
また、図22において、符号c1〜c4でそれぞれ示す周波数が、静電容量センサ値についての「特徴点」の一例であるFFTピーク周波数を表し、例えば、既述の特徴点抽出処理P14bによって得られる。なお、例示的に、c1<c2<c3<c4である。 In FIG. 22, the frequencies indicated by reference numerals c1 to c4 represent FFT peak frequencies that are examples of “feature points” for the capacitance sensor value, and are obtained, for example, by the feature point extraction process P14b described above. . For example, c1 <c2 <c3 <c4.
比較処理P16aでは、例えば、ドップラーセンサ値について得られた「特徴点」と、慣性センサ値について得られた「特徴点」と、を比較する。特徴点a1〜a5の集合を「A」で現し、特徴点b1〜b3の集合を「B」で表すと、比較処理P16aでは、集合Aに含まれていて集合Bには含まれない(別言すると、「A\B」の関係を満たす)特徴点を求める。 In the comparison process P16a, for example, the “feature point” obtained for the Doppler sensor value is compared with the “feature point” obtained for the inertial sensor value. When a set of feature points a1 to a5 is represented by “A” and a set of feature points b1 to b3 is represented by “B”, in the comparison process P16a, it is included in the set A and not included in the set B (separately In other words, a feature point satisfying the relationship of “A \ B” is obtained.
図20及び図21の例において、仮に、a2=b2及びa5=b3であるとすると、ドップラーセンサ値ついての特徴点a1、a3、及び、a4が候補となる。 20 and 21, if a2 = b2 and a5 = b3, feature points a1, a3, and a4 for Doppler sensor values are candidates.
同様に、静電容量センサ値についての特徴点c1〜c4の集合を「C」で表すと、比較処理P16aでは、例えば、集合Aに含まれていて集合Cには含まれない(別言すると、「A\C」の関係を満たす)特徴点を求める。 Similarly, when the set of feature points c1 to c4 for the capacitance sensor value is represented by “C”, in the comparison process P16a, for example, it is included in the set A and not included in the set C (in other words, , A feature point satisfying the relationship of “A \ C” is obtained.
図20及び図22の例において、仮に、a2=c2、a4=c3、及び、a5=c4であるとすると、ドップラーセンサ値ついての特徴点a1及びa3が候補となる。 In the example of FIGS. 20 and 22, if a2 = c2, a4 = c3, and a5 = c4, feature points a1 and a3 for Doppler sensor values are candidates.
そして、集合Aに含まれていて集合Bには含まれていない特徴点と、集合Aに含まれていて集合Cには含まれていない特徴点と、は、(A\B)∩(A\C)と表現でき、例えば、特徴点a1及びa3が候補となる。 A feature point included in the set A and not included in the set B and a feature point included in the set A but not included in the set C are (A \ B) ∩ (A \ C), for example, feature points a1 and a3 are candidates.
比較処理P16aでは、以上のようにして絞り込まれた候補特徴点(別言すると、周波数)に基づいて、ドップラーセンサ値の原信号波形(例えば図8参照)にBPF処理を施す。これにより、図10や図11に例示したように、呼吸成分に相当する信号波形と、心拍成分に相当する信号波形と、を分離できる。 In the comparison process P16a, the BPF process is performed on the original signal waveform (see, for example, FIG. 8) of the Doppler sensor value based on the candidate feature points (in other words, the frequency) narrowed down as described above. Thereby, as illustrated in FIG. 10 and FIG. 11, the signal waveform corresponding to the respiratory component and the signal waveform corresponding to the heartbeat component can be separated.
プロセッサ51は、BPF処理によって得られた信号波形から心拍数や呼吸数を算出できる。例えば、心拍数であれば、プロセッサ51は、図11に例示した信号波形の特徴点(例えば、振幅のピーク)を識別し、特徴点の時間間隔(例えば「秒」)を求める。
The
プロセッサ51は、例えば、求めた時間間隔で1分(=60秒)を除することにより、1分あたりの心拍数を算出することができる(処理P17a)。呼吸数についても同様にしてプロセッサ51において算出できる。
For example, the
プロセッサ51が算出した心拍数や呼吸数は、ペリフェラルIF55を通じて、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に適宜に出力されてよい(処理P18a)。
The heart rate and respiration rate calculated by the
なお、処理P12bにおいてドップラーセンサ値から静電容量値を算出する処理は、既述の閾値判定処理P13cにおいて慣性センサ値の振幅が閾値未満であると判定された場合(NOの場合)に限ってイネーブルされる設定にしてもよい。これにより、プロセッサ51の消費電力の低減化を図ることができる。
The process of calculating the capacitance value from the Doppler sensor value in process P12b is limited to the case where the amplitude of the inertial sensor value is determined to be less than the threshold value in the above-described threshold determination process P13c (in the case of NO). The setting may be enabled. Thereby, the power consumption of the
例えば、慣性センサ値の振幅が閾値未満であれば、プロセッサ51は、ドップラーセンサ値に加わるノイズ成分において、静電容量センサ値の示す体動に起因するノイズ成分が支配的である、と判定してよい。
For example, if the amplitude of the inertial sensor value is less than the threshold, the
したがって、プロセッサ51は、静電容量センサ値に基づくノイズキャンセリングを有効として、既述のBPFを実施してよい。別言すると、プロセッサ51は、慣性センサ23の検出値の変化からは検知しきれない程度の体動に起因するノイズ成分を、静電容量センサ22の検出値の変化から検知してドップラーセンサ値からキャンセルしてよい。
Therefore, the
慣性センサ23の検出値の変化からは検知しきれない程度の体動に起因するノイズ成分を、静電容量センサ22の検出値の変化から検知することは、非同期体動の検出感度を上げることに相当する、と捉えてもよい。
Detecting a noise component caused by body movement that cannot be detected from a change in the detection value of the
このように、プロセッサ51は、ドップラーセンサ値のノイズキャンセリングに用いるセンサ値を、静電容量センサ値及び慣性センサ値のいずれかに、慣性センサ値が示す変化の大きさに応じて適応的に制御してよい。
In this way, the
(慣性センサ値の判定閾値の一例)
次に、図12及び図13を参照して、図7の処理P13cで用いる判定閾値の一例について説明する。図12(A)は、慣性センサ23の検出軸の一例を示し、図12(B)は、慣性センサ23(別言すると「バイタルセンサ2」)が人体に取り付けられた様子を模式的に示す側面図である。また、図13は、バイタルセンサ2が取り付けられた人体の姿勢に応じた判定閾値の設定例を示す図である。
(Example of determination threshold for inertial sensor value)
Next, an example of the determination threshold used in the process P13c of FIG. 7 will be described with reference to FIGS. FIG. 12A shows an example of the detection axis of the
図12(A)に例示する慣性センサ23は、3つの検出軸(X,Y及びZ)を有する3軸慣性センサである。慣性センサ23は、例示的に、幅W[cm]×高さH[cm]×厚さD[cm]のサイズを有する。非限定的な一例として、W=3[cm]、H=5[cm]、D=1[cm]であってよい。
An
慣性センサ23の幅(W)方向に第1の検出軸Xが設定され、高さ(H)方向に第2の検出軸Yが設定され、厚さ(D)方向に第3の検出軸Zが設定されてよい。慣性センサ23は、図12(B)に例示するように、検出軸X及びYが成す面が人体表面と平行な位置関係になるように、人体に取り付けられてよい。
A first detection axis X is set in the width (W) direction of the
例えば、バイタルセンサ2を人体の着衣の胸部ポケットに収容すると、人体に対する3つの検出軸X,Y及びZは、図12(B)に例示するような配置関係となる。当該配置関係において、検出軸Zは、人体胸部から離れる方向(又は近づく方向)の動きを例えば加速度として検出できる。
For example, when the
当該検出軸Zは、ドップラーセンサ21の送信電波が有する指向性の方向に方向付けられていてよい。ドップラーセンサ21の送信電波が有する指向性の方向は、ドップラーセンサ21の検出軸の方向に相当すると捉えてもよい。したがって、慣性センサ23は、ドップラーセンサ21の検出軸方向の加速度を検出可能に、いずれかの検出軸が方向付けられていてよい。
The detection axis Z may be oriented in the direction of directivity that the transmission radio wave of the
プロセッサ51は、図13に例示するように、慣性センサ23の検出軸X,Y及びZについての検出値に応じて、図7の判定処理P13cに用いる判定閾値を可変してよい。図13は、人体の姿勢に応じて検出軸X,Y及びZの検出値(重力加速度[G])が可変し得ることを示している。別言すると、検出軸X,Y及びZの検出値を基に、人体の姿勢を判定することができる。
As illustrated in FIG. 13, the
例えば図13に示すように、検出軸X,Y,Zについての検出値が、それぞれ、「0G,−1G,0G」であれば、人体が「立位」の姿勢にあると判定してよく、「0G,−0.8G,0.2G」であれば、人体が「中腰位」の姿勢にあると判定してよい。 For example, as shown in FIG. 13, if the detected values for the detection axes X, Y, and Z are “0G, −1G, and 0G”, respectively, it may be determined that the human body is in the “standing position”. If “0G, −0.8G, 0.2G”, it may be determined that the human body is in the “middle waist” posture.
また、検出軸X,Y,Zについての検出値が、それぞれ、「0G,0G,−1G」であれば、人体が「背臥位」(所謂「仰向け」)の姿勢にあると判定してよく、「0G,0G,1G」であれば、人体が「腹臥位」(所謂「腹ばい」)の姿勢にあると判定してよい。 Further, if the detection values for the detection axes X, Y, and Z are “0G, 0G, and −1G”, respectively, it is determined that the human body is in the “back-to-back” (so-called “backward”) posture. If it is “0G, 0G, 1G”, it may be determined that the human body is in the “prone position” (so-called “flank”) posture.
更に、検出軸X,Y,Zについての検出値が、それぞれ、「1G(又は−1G),0G,0G」であれば、人体が「側臥位」の姿勢にあると判定してよく、「±0.4G,±1.8G,0.7G」であれば、人体が「歩行中」の姿勢にあると判定してよい。 Furthermore, if the detection values for the detection axes X, Y, and Z are “1G (or −1G), 0G, and 0G”, respectively, it may be determined that the human body is in the “side-down position”. If “± 0.4G, ± 1.8G, 0.7G”, it may be determined that the human body is in the “walking” posture.
なお、図13に示す検出軸X,Y,Zについての検出値は、あくまでも例示である。また、人体がとり得る姿勢は、図13に示した例に限られない。図13には明記しない他の姿勢が、検出軸X,Y,Zについての検出値を基に判定されてよい。これらの人体の姿勢の相違に応じた判定閾値が、プロセッサ51に与えられてよい。
Note that the detection values for the detection axes X, Y, and Z shown in FIG. 13 are merely examples. Further, the posture that the human body can take is not limited to the example shown in FIG. Other postures not explicitly shown in FIG. 13 may be determined based on the detected values for the detection axes X, Y, and Z. A determination threshold value according to the difference in the posture of the human body may be given to the
例えば図13に例示するデータ(便宜的に「判定閾値データ」と称してよい。)は、メモリ52(図6参照)に記憶されてよい。メモリ52に記憶される判定閾値データの形式は、テーブル形式やリスト形式であってよいが、これらの形式に限定されない。
For example, data illustrated in FIG. 13 (may be referred to as “determination threshold data” for convenience) may be stored in the memory 52 (see FIG. 6). The format of the determination threshold data stored in the
プロセッサ51は、慣性センサ23の検出軸X,Y及びZ毎の検出値(例えば、振幅値)を基に、メモリ52の判定閾値データを参照して対応する判定閾値を選択的に読み出して、図7の判定処理P13cに用いてよい。
Based on the detection values (for example, amplitude values) for the detection axes X, Y, and Z of the
図13に例示するように、「立位」に比べて「中腰位」に対応する判定閾値は、絶対値として小さい値に設定されてよい。また、「中腰位」に比べて「背臥位」に対応する判定閾値は、絶対値として小さい値に設定されてよい。 As illustrated in FIG. 13, the determination threshold value corresponding to “middle hip position” compared to “standing position” may be set to a small value as an absolute value. Further, the determination threshold value corresponding to the “back position” compared to the “middle waist position” may be set to a smaller value as an absolute value.
更に、「腹臥位」及び「側臥位」に対応する判定閾値は、絶対値として「立位」の判定閾値よりも小さく且つ「背臥位」の判定閾値よりは大きい値に設定されてよい。また、「歩行中」に対応する判定閾値は、例示的に、「立位」と同じ判定閾値に設定されてよい。 Furthermore, the determination threshold values corresponding to “prone position” and “side position” may be set as absolute values that are smaller than the determination threshold value of “standing position” and larger than the determination threshold value of “back position”. . In addition, the determination threshold corresponding to “walking” may be set to the same determination threshold as “standing”, for example.
判定閾値が大きくなるほど、図7の処理P13cにおいて「NO」と判定される機会が増えるから、静電容量センサ値を用いたドップラーセンサ値のノイズキャンセリングが実施され易くなる。 As the determination threshold value increases, the chance of being determined as “NO” in the process P13c of FIG. 7 increases, so that noise cancellation of the Doppler sensor value using the capacitance sensor value is more easily performed.
別言すると、判定閾値を大きな値に変更することは、静電容量センサ22の検出値を基にした非同期体動の検出感度を上げることに相当する、と捉えてもよい。例えば、「背臥位」は、睡眠時等の安静時に人体がとる姿勢であることが多いと考えられるため、他の姿勢に比べて判定閾値を小さい値に設定して非同期体動の検出感度を下げておいてよい。
In other words, changing the determination threshold to a large value may be regarded as equivalent to increasing the detection sensitivity of asynchronous body motion based on the detection value of the
これに対し、「中腰位」や「腹臥位」、「側臥位」の姿勢では、ドップラーセンサ値に含まれる信号成分が、心拍や呼吸に応じた信号成分と、その他の非同期体動に応じた信号成分と、のいずれが支配的であるのかを区別しにくいと考えられる。なお、「中腰位」や「腹臥位」、「側臥位」の姿勢は、便宜的に、「中間姿勢」と称してもよい。 On the other hand, in the postures of “middle hip position”, “prone position”, and “lateral position”, the signal component included in the Doppler sensor value depends on the signal component corresponding to heartbeat and breathing and other asynchronous body movements. It is considered difficult to distinguish which signal component is dominant. Note that the postures of “middle hip position”, “prone position”, and “lateral position” may be referred to as “intermediate posture” for convenience.
そこで、プロセッサ51は、判定閾値を大きな値に変更して非同期体動の検出感度を上げてよい。これにより、静電容量センサ値を用いたドップラーセンサ値のノイズキャンセリングが、より実行され易くなる。
Therefore, the
したがって、「中間姿勢」において非同期体動(例えば、大胸筋の動き)に起因した、ドップラーセンサ値のノイズ成分を、効果的にキャンセルすることが可能になる。 Accordingly, it is possible to effectively cancel the noise component of the Doppler sensor value caused by asynchronous body movement (for example, movement of the great pectoral muscle) in the “intermediate posture”.
「立位」や「歩行中」の姿勢では、「中間姿勢」に比べて、更に、ドップラーセンサ値に含まれる信号成分が、心拍や呼吸に応じた信号成分と、その他の非同期体動に応じた信号成分と、のいずれが支配的であるのかを区別しにくいと考えられる。 Compared to the “intermediate posture”, the signal component included in the Doppler sensor value is more dependent on the signal component corresponding to the heartbeat and breathing and other asynchronous body movements in the “standing” and “walking” postures. It is considered difficult to distinguish which signal component is dominant.
そこで、プロセッサ51は、更に判定閾値を大きな値に変更して非同期体動の検出感度を更に上げてよい。これにより、「立位」や「歩行中」の姿勢で非同期体動(例えば、大胸筋の動き)があっても、当該非同期体動に起因したドップラーセンサ値のノイズ成分を、効果的にキャンセルすることが可能になる。
Therefore, the
なお、判定閾値は、慣性センサ23の検出軸の別に設定されてもよい。この場合、いずれの判定閾値による判定結果を優先するかを示す情報(「ポリシー」と称してよい。)が、予め設定されておいてよい。
Note that the determination threshold may be set separately for the detection axis of the
(第2実施例)
上述した第1実施例では、図7の比較処理P16aにおいて、「特徴点」の比較によって、心拍や呼吸に応じた周波数成分と、非同期体動に起因したノイズ成分と、を分離して、ドップラーセンサ値からノイズ成分をキャンセルする例について説明した。
(Second embodiment)
In the first embodiment described above, in the comparison process P16a of FIG. 7, by comparing the “feature points”, the frequency component corresponding to the heartbeat and respiration and the noise component caused by the asynchronous body motion are separated, and the Doppler is separated. The example of canceling the noise component from the sensor value has been described.
第2実施例では、「波形分離」によって、ドップラーセンサ値の信号波形に重畳されている、心拍や呼吸に応じた信号成分と非同期体動に起因したノイズ成分とを分離する例について、図14を参照して説明する。 In the second embodiment, an example of separating the signal component corresponding to the heartbeat or respiration and the noise component caused by the asynchronous body motion, which are superimposed on the signal waveform of the Doppler sensor value, by “waveform separation” is shown in FIG. Will be described with reference to FIG.
図14において、図7にて説明した、ドップラーセンサ値、静電容量センサ値、及び、慣性センサ値についての特徴点の抽出処理P13a、P14b、及び、P15cは、不要でよい。また、図14において、図7にて説明した、ドップラーセンサ値についての特徴点の候補判定処理P14aも不要でよい。更に、図14において、図7の比較処理P16aは、波形分離処理P21に代替されてよい。 In FIG. 14, the feature point extraction processes P13a, P14b, and P15c for the Doppler sensor value, the capacitance sensor value, and the inertial sensor value described in FIG. 7 may be unnecessary. In FIG. 14, the feature point candidate determination process P14a for the Doppler sensor value described in FIG. 7 may be unnecessary. Furthermore, in FIG. 14, the comparison process P16a of FIG. 7 may be replaced with the waveform separation process P21.
波形分離処理P21は、複数の信号成分が重畳(「合成」と称してもよい。)された信号から、各信号成分に対応する信号波形を周波数解析によって分離する処理の一例である。例えば、プロセッサ51は、ドップラーセンサ値の周波数解析結果と、静電容量センサ値及び慣性センサ値の一方又は双方の周波数解析結果と、を基に、ドップラーセンサ値に含まれる、心拍や呼吸に応じた信号成分に相当する波形と、非同期体動に起因したノイズ成分に相当する波形と、を分離できる。
The waveform separation process P21 is an example of a process for separating a signal waveform corresponding to each signal component from a signal on which a plurality of signal components are superimposed (also referred to as “synthesis”) by frequency analysis. For example, the
プロセッサ51は、ドップラーセンサ値から分離した、心拍や呼吸に応じた信号成分を基に、第1実施例と同様にして、心拍数や呼吸数を算出できる。算出結果は、ペリフェラルIF55を通じて、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に適宜に出力されてよい。
The
第2実施例によれば、第1実施例に比して、各センサ値の周波数解析結果から特徴点を求めなくてもよいので、プロセッサ51の演算能力にもよるが、演算処理の高速化を見込める。
According to the second embodiment, as compared with the first embodiment, since it is not necessary to obtain a feature point from the frequency analysis result of each sensor value, the calculation processing speed is increased depending on the calculation capability of the
なお、上述した第1実施例及び第2実施例では、慣性センサ値によっては静電容量センサ値を用いたノイズキャンセリングが実施されない場合があるが、静電容量センサ値は、慣性センサ値に関わらず、ノイズキャンセリングに用いられる設定であってもよい。 In the first embodiment and the second embodiment described above, noise cancellation using the capacitance sensor value may not be performed depending on the inertial sensor value. However, the capacitance sensor value is the same as the inertial sensor value. Regardless, it may be a setting used for noise canceling.
(バイタルセンサ2の外観例)
図15〜図18に、バイタルセンサ2の外観の一例を示す。図15には、バイタルセンサ2の本体の外観の一例が示されている。バイタルセンサ2本体には、図16に例示するように、ハーネスを取り付け可能にする冶具201が取り付けられてよい。
(Appearance example of vital sensor 2)
An example of the external appearance of the
冶具201は、例えば図17及び図18に模式的に示すように、バイタルセンサ2本体の長手方向端部と当該冶具201との間に、帯状のハーネス202を通すことが可能な空間が形成されるように、バイタルセンサ2本体に取り付けられてよい。冶具201のバイタルセンサ2本体への取り付けには、ねじ止めが適用されてよい。
For example, as schematically shown in FIGS. 17 and 18, the
ハーネス202によって、バイタルセンサ2の例えば人体への取り付け及び固定が容易になる。ただし、バイタルセンサ2は、既述のとおり、ハーネス202を用いずに着衣のポケット等に収容されても構わない。
The
例えば、冶具201付きのバイタルセンサ2が着衣のポケットに収容されてもよいし、冶具201無しのバイタルセンサ2本体が着衣のポケットに収容されてもよい。バイタルセンサ2は、図18に模式的に例示するように、静電容量センサ22の一例である液晶パネルの設けられた面が、人体表面と対向するように、人体に取り付けられてよい。
For example, the
別言すると、タッチパネルの面の法線が、図12(B)に例示した、慣性センサ23の検出軸Z(ドップラーセンサ21の検出軸でもある。)に沿う方向に向くように、人体にバイタルセンサ2が取り付けられてよい。
In other words, vitals are applied to the human body so that the normal of the surface of the touch panel faces the direction along the detection axis Z of the inertial sensor 23 (which is also the detection axis of the Doppler sensor 21) illustrated in FIG. A
なお、図19に模式的に例示するように、ドップラーセンサ21は、バイタルセンサ2本体の内部において、タッチパネル22の設けられた領域に対応する空間を避けた空間に配置されてよい。
Note that, as schematically illustrated in FIG. 19, the
例えば、バイタルセンサ2本体の内部において、タッチパネル22が設けられた領域に対応する空間に、図7に例示したプロセッサ24(ライン駆動部241及びタッチパネル制御部242)が配置されてよい。この場合、プロセッサ24が占める空間を避けた空間に、ドップラーセンサ21が配置されてよい。
For example, the processor 24 (
これにより、ドップラーセンサ21のアンテナ211から送信される電波が、タッチパネル22に吸収されて、ドップラーセンサ21の検出感度が低下することを防止あるいは抑制できる。なお、慣性センサ23も、ドップラーセンサ21と同様に、プロセッサ24が占める空間を避けた空間に配置されてよい。例えば、ドップラーセンサ21と慣性センサ23とは、セットでプロセッサ24が占める空間を避けた空間に配置されてよい。
Thereby, the radio wave transmitted from the
以上のように、上述した第1及び第2実施例を含む実施形態によれば、ドップラーセンサ値を静電容量センサ値(又は、静電容量センサ値及び慣性センサ値)に応じて補正するので、ドップラーセンサ値のノイズ成分をキャンセル又は低減できる。 As described above, according to the embodiment including the first and second examples described above, the Doppler sensor value is corrected according to the capacitance sensor value (or the capacitance sensor value and the inertial sensor value). The noise component of the Doppler sensor value can be canceled or reduced.
例えば、人体と、人体に取り付けられたバイタルセンサ2と、が人体の活動に応じて非同期に動くことがあっても、そのような非同期体動に起因したノイズ成分を、静電容量センサ22によって検出して、ドップラーセンサ値からキャンセル又は低減できる。
For example, even if the human body and the
静電容量センサ22の検出値は、人体に接近するほど大きくなるから、当該検出値を例えば周波数解析することで、静電容量センサ22と人体との間の距離変化を検出できる。したがって、検出した距離変化に応じてドップラーセンサ値に加わった、非同期体動に起因するノイズ成分をキャンセル又は低減することが可能となる。
Since the detection value of the
ドップラーセンサ値から非同期体動に起因したノイズ成分をキャンセル又は低減できることで、ドップラーセンサ値に基づく心拍数や呼吸数等の検出精度が向上する。したがって、人体の活動によってバイタルセンサ2と人体との間に距離変化が生じたとしても、人体の心拍数や呼吸数等を精度良く検出できる。
Since the noise component caused by asynchronous body motion can be canceled or reduced from the Doppler sensor value, the detection accuracy such as the heart rate and the respiration rate based on the Doppler sensor value is improved. Therefore, even if a distance change occurs between the
例えば、バイタルセンサ2が人体の着衣ポケットに収容されて人体に対して固定されない状況を想定してみる。かかる状況で人体が歩行や走行等の活動を行なうと、バイタルセンサ2(ドップラーセンサ21)が、人体の活動に応じて人体表面に近づいたり離れたりして、心拍や呼吸とは非同期の「動き」がドップラーセンサ21に生じ易くなる。
For example, assume that the
このような非同期の「動き」がドップラーセンサ21に生じてドップラーセンサ値にノイズ成分が加わったとしても、非同期の「動き」を静電容量センサ22によって検知して、ノイズ成分をキャンセル又は低減できる。したがって、活動中の人体の心拍数や呼吸数等を非接触で精度良く検出できる。
Even if such an asynchronous “movement” occurs in the
(その他)
なお、上述した各実施例を含む実施形態では、バイタルセンサ2が取り付けられる「生体」の一例として「人体」を例示したが、バイタルセンサ2が取り付けられる「生体」は、人体以外の動物であってもよい。
(Other)
In the embodiments including the above-described examples, the “human body” is illustrated as an example of the “living body” to which the
例えば、動物は、哺乳類、魚類、鳥類等であってよい。非限定的な一例として、犬や猫等のペット、あるいは、牛や馬等の家畜に、バイタルセンサ2を取り付けて、ペットや家畜の健康状態等を管理システム5において管理してもよい。
For example, the animal may be a mammal, fish, bird or the like. As a non-limiting example, a
1 センシングシステム
2 非接触バイタルセンサ
21 ドップラーセンサ
211 アンテナ
212 ローカル発振器(Oscillator, OSC)
213 MCU(Micro Control Unit)
214 検波回路
215 オペアンプ(OP)
216 バッテリ
22 静電容量センサ
221 検出電極
222 増幅器
23 慣性センサ
24 プロセッサ
241 ライン駆動部
242 タッチパネル制御部
25 メモリ
26 通信インタフェース(IF)
27 バス
3 通信機器
4 ネットワーク
5 管理システム
51 プロセッサ
52 メモリ
53 記憶装置
54 通信IF
55 ペリフェラルIF
56 バス
201 冶具
202 ハーネス
1
213 Micro Control Unit (MCU)
214
27 Bus 3 Communication device 4
55 Peripheral IF
56
Claims (7)
前記生体との間の静電容量の変化を検出する静電容量センサと、
前記静電容量センサの検出信号に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの検出信号から、前記生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出するプロセッサと、
を備えた、生体情報測定装置。 A Doppler sensor that irradiates a living body with radio waves and receives reflected waves;
A capacitance sensor that detects a change in capacitance between the living body and the living body;
A processor for detecting a signal component whose frequency changes according to the movement of the living body from the detection signal of the Doppler sensor, based on a change of the frequency component included in the detection signal of the capacitance sensor;
A biological information measuring device comprising:
前記ドップラーセンサの検出信号から、前記静電容量センサの検出信号に含まれる、前記静電容量の変化に応じた周波数成分を、除去することを含む、請求項1に記載の生体情報測定装置。 Detection of the signal component by the processor is:
The biological information measuring apparatus according to claim 1, comprising removing a frequency component corresponding to a change in the capacitance contained in the detection signal of the capacitance sensor from the detection signal of the Doppler sensor.
前記プロセッサは、
前記慣性センサの検出信号の振幅値が閾値以下である場合に、前記信号成分の検出を実施する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体情報測定装置。 An inertial sensor capable of detecting movement of the biological information measuring device;
The processor is
The biological information measuring device according to claim 1, wherein the signal component is detected when an amplitude value of a detection signal of the inertial sensor is equal to or less than a threshold value.
前記プロセッサは、前記生体の姿勢に応じて前記検出軸のそれぞれについて得られる検出信号の振幅値に基づいて前記閾値を可変する、請求項4に記載の生体情報測定装置。 The inertial sensor has a plurality of detection axes,
The biological information measuring apparatus according to claim 4, wherein the processor varies the threshold based on an amplitude value of a detection signal obtained for each of the detection axes in accordance with the posture of the biological body.
前記ドップラーセンサが距離変化を検出可能な空間範囲と重なる空間範囲における静電容量変化を検出する静電容量センサと、
前記静電容量センサの出力に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの出力から、生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出する演算を行なうプロセッサと、
を備えた、センサユニット。 A Doppler sensor,
A capacitance sensor that detects a capacitance change in a spatial range that overlaps a spatial range in which the Doppler sensor can detect a distance change;
Based on the change of the frequency components included in the output of the previous Kiseiden capacitive sensor, the output of the Doppler sensor, and a processor for performing operations for detecting a signal component which changes its frequency in accordance with the movement of the living body,
With a sensor unit.
前記ドップラーセンサの検出信号と前記静電容量センサの検出信号とを受信し、前記静電容量センサの検出信号に含まれる周波数成分の変化を基に、前記ドップラーセンサの検出信号から、前記センサユニットが取り付けられた生体の動きに応じて周波数が変化する信号成分を検出するプロセッサと、
を備えた、生体情報測定システム。 A sensor unit having a Doppler sensor and a capacitance sensor;
The sensor unit receives the detection signal of the Doppler sensor and the detection signal of the capacitance sensor, and based on the change of the frequency component contained in the detection signal of the capacitance sensor, from the detection signal of the Doppler sensor, the sensor unit A processor for detecting a signal component whose frequency changes according to the movement of a living body to which
A biological information measurement system comprising:
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