JP6608460B2

JP6608460B2 - 生体信号処理装置

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Publication number: JP6608460B2
Application number: JP2017563757A
Authority: JP
Inventors: 友一渡来; 英治末松; 啓介佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: US20190029547A1; JPWO2017130646A1; WO2017130646A1

Description

本発明は生体信号処理装置に関し、特に、被験者の生体信号を検出して処理する生体信号処理装置に関する。本出願は、２０１６年１月２７日に出願した日本特許出願である特願２０１６−０１３０４３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

従来、電磁波を測定対象物に照射し、当該測定対象物で反射する反射波のドップラーシフトを利用して、測定対象物の振動状態や変位を求める手法が広く知られている。また、マイクロ波―ミリ波帯の電磁波は、誘電体等の媒質を透過する性質も有していることから、この電磁波を利用して、人体（被験者）において振動として現れる心臓の拍動や呼吸を、被験者へのマイクロ波照射で検出しようとする試みが近年提案されている。マイクロ波を用いることで、人体に非接触、かつ、被験者が衣服を着たままでの測定が可能となり、センシング時の被験者の負担を軽減することができる。このようなマイクロ波を用いてセンシングする装置の一例としては、特許文献１（特開２０１０−１２０４９３号）に開示された生体信号検知装置がある。

特開２０１０−１２０４９３号公報

従来のマイクロ波センサ装置には、次のような解決すべき課題があった。
まず、被験者と測定装置の位置関係などの測定環境により、心拍数、呼吸数、体動の有無などに代表される生体情報がノイズの影響を受けて検知精度が劣化する。

このような検知精度の劣化とは、実際の数値に対して通常は心拍数±１０％、呼吸数±５％程度の精度であるが、被験者と測定装置の距離や位置関係により、該精度から大きくはずれた数値が瞬時に出力されることがある。また、体動の検知においては、信号がノイズに埋もれ、体動の有無が検知できないことがある。

次に、従来のマイクロ波センサ装置は、単体の平面アンテナを用いたセンシングであるため、検知範囲が狭く、範囲の調整が困難であった。

従来の単体アンテナでは、心拍・呼吸の検知範囲は回転(アジマス)と仰角(エレベーション)方向ともに３０度、距離１メートル程度（体動は１０メートル程度検知可）であるので、アンテナの設置場所、角度の調整に必要な検知範囲を確保する必要がある。こうした検知範囲が小さいことは、上記の検知精度の劣化を引き起こす要因にもなっている。

本発明の目的は、生体信号の検出精度に優れる生体信号処理装置を提供することである。

本開示のある局面に従う生体信号処理装置は、被験者の生体信号を検出するための複数の生体信号検出部と、複数の生体信号検出部により検出された生体信号を処理し、生体に現れる動きである生体現象を示す生体情報を取得するための信号処理部と、を備える。複数の生体信号検出部のそれぞれは、生体に照射する電波を送信する送信部と、生体で反射された電波を受信する受信部と、を含み、受信部による受信信号から生体信号を検出するよう構成される。

好ましくは、生体信号は、心拍を示す心拍信号または呼吸を示す呼吸信号を、含み、生体情報は、心拍数または呼吸数を含み、信号処理部は、各生体信号から取得される心拍数または呼吸数のうち、閾値を超える心拍数または呼吸数を破棄するよう構成される。

好ましくは、信号処理部は、各生体信号から取得される心拍数または呼吸数の代表値を算出するよう構成される。

好ましくは、信号処理部は、被験者の生体情報の予め定められた変化のパターンを表すパターン情報と、検出される生体信号から取得される生体情報とを比較し、比較に基づき被験者の身体の動きである体動を判断するよう構成される。

好ましくは、生体信号検出部は、生体信号を時系列に検出し、信号処理部は、比較に基づき、時系列において体動が生じた時間を判断するよう構成される。

好ましくは、複数の生体信号検出部は、信号処理部と無線または有線で通信する。

本開示によれば、複数の生体信号検出部により検出された生体信号を用いることにより生体信号の検出精度を向上させている。

実施の形態１に係る生体信号処理装置１００の配置態様を模式的に示す図である。実施の形態１に係る生体信号処理装置１００の配置態様を模式的に示す図である。図１の生体信号処理装置１００の筐体１０１内の構成を模式的に示す図である。実施の形態２に係る複数の生体信号検出部を備える生体信号処理装置の取付け態様を模式的に示す図である。図４の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅによる電波の照射範囲（図中の斜線部を参照）を模式的に示す図である。生体信号処理装置１００と表示部９０の接続態様を模式的に示す図である。実施の形態３に係る生体信号検出部３０の内部構成を、周辺部と関連付けて示す図である。図７の信号処理部４０の構成図である。実施の形態４に係る体動波形信号７１ｂの一例を示すグラフである。実施の形態５に係る信号処理部４０のブロック構成を周辺部と関連付けて示す図である。実施の形態５に係る信号処理部４０による処理のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の生体信号処理装置を説明する。なお、以下参照される図面において同一の符号が付されている部位は、同一の機能を果たすものであるため、特に必要がない限り、その説明は繰り返さない。

[概要]
実施の形態では、生体信号処理装置１００は、複数の生体信号検出部と、複数の生体信号検出部により検出された生体信号を処理し、生体に現れる動きである生体現象を示す生体情報を取得するための信号処理部４０と、を備える。複数の生体信号検出部のそれぞれは、生体に電波を照射し、その反射波を受信し、その受信信号から生体信号を検出する。

したがって、生体信号は、複数の生体信号検出部が個別に受信する複数の受信信号に基づき検出されるので、ノイズにより生体信号が検出できない事態を回避可能である。また複数の電波を照射することにより広い検出範囲を確保することができる。

各実施の形態では、生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅは同様の構成を有するので、これらを総称する場合は、生体信号検出部３０と呼ぶ。また、生体現象は、心臓の拍動（心拍）または呼吸等の生体に現れる動きを表し、生体信号は、センサ等により生体現象を測定することにより得られる信号であり、例えば、波形等の数値化可能な信号を含む。また、体動は、被験者の身体の動きを示し、例えば、身体の胸の動き、寝返り等を含む。

［実施の形態１］
実施の形態１に係る生体信号処理装置１００は、筐体内に複数の生体信号検出部を内蔵した構成を有する。

図１と図２は、実施の形態１に係る生体信号処理装置１００の配置態様を模式的に示す図である。図１を参照して、寝床であるベッドの表面上には被験者（生体）がおり、ベッドの背面には生体信号処理装置１００が配置されている。図１のベッドを上方から見た状態が図２に示される。生体信号処理装置１００は、ベッド上の被験者の真下に位置するように（図２参照）取付けられる。なお、生体信号処理装置１００は、着脱自在にベッドに取付け可能であってもよい。

生体信号処理装置１００は、当該装置に電源を供給するために交換可能または充電可能なバッテリのパック（図示せず）を有する。これにより、外部電源への接続が不要となり、設置場所の自由度が上がる。また、生体信号処理装置１００の構成をバッテリーパックが交換可能なものにすることで、電源が切れた場合でもバッテリーパックの交換のみで再度使用することでできる。

図３は、図１の生体信号処理装置１００の筐体１０１内の構成を模式的に示す図である。図３を参照して、生体信号処理装置１００は、筐体１０１内に複数の生体信号検出部３０、すなわち生体信号検出部３０Ａと３０Ｂ、信号処理部４０、および生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂと信号処理部４０とを有線接続するためのケーブル１２２を含む。ケーブル１２２は、その一端に信号処理部４０が接続され、他端に生体信号検出部３０Ａまたは３０Ｂが接続され得る、伸縮自在の通信ケーブルである。したがって、ケーブル１２２の引き回しにより、信号処理部４０と生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂとの間の距離Ｌを自在に変化させることができる。また信号処理部４０と生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂとの相対的な位置関係および生体信号検出部３０Ａと３０Ｂの相対的な位置関係を自在に変化させることができる。ユーザは、生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂの筐体１０１内における取付け角度θ１，θ２（姿勢）を自在に変更することができる。これによっても、上記に述べた相対的な位置関係の調整が可能となる。

上述した距離Ｌおよび角度θ１，θ２の調整により、生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂを、各種のベッド（シングル、ダブル、リクライニングベッド等）に取付けることができる。これにより、ベッドの形状に合わせて生体信号検出部３０Ａ，３０Ｂの後述するアンテナ方向を調整することが可能となる。

なお、図３では、筐体１０１内の生体信号検出部３０は２台としたが、３台以上であってもよい。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る生体信号処理装置１００は、筐体１０１内に信号処理部４０を備え、筐体１０１の外部に複数の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅを備える。複数の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅを、筐体１０１の外部に設置することで、実施の形態１に比較して、取付けの自由度が向上する。

図４は、実施の形態２に係る複数の生体信号検出部を備える生体信号処理装置の取付け態様を模式的に示す図である。図５は、図４の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅによる電波の照射範囲（図中の斜線部を参照）を模式的に示す図である。図５の円ＣＲは、生体信号検出部３０Ａによる電波の照射範囲を示す。

図４を参照して、ベッドの大きさなどに応じて生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅが数か所に分けて、すなわち生体（被験者）の真下にあたるベッド下部に加えて、頭部上方への設置やベッドの四隅に設置されている。

このように、ベッドの大きさなど部屋の状況に合わせて生体信号検出部３０を設置することが可能であり、電波が照射される範囲（図５参照）を広げる、すなわち生体信号の検出範囲を広げることができる。

実施の形態２では、アンテナを含む複数の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅは、ケーブル等の有線または無線により、信号処理部４０と通信する。生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅおよび信号処理部４０は、無線通信部（図示せず）を有する。無線通信には、例えばｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による通信、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｚ−ＷＡＶＥ（登録商標）などを用いることができるが、適用する通信方式（またはプロトコル）は、これらに限定されない。無線接続は、有線によるケーブル接続に比較して、配線が不要なため生体信号検出部３０の設置に自由度がある。

またケーブルによる有線接続では、生体信号検出部３０と信号処理部４０との間の検出信号を含む通信信号に対するノイズの影響を排除することができる。また、生体信号検出部３０に無線送信機能を設ける必要がないので、無線接続と比較し、コストを軽減することができる。

[実施の形態３]
実施の形態３は、生体信号検出部３０の構成および信号処理部４０の構成を説明する。図６は、生体信号処理装置１００と表示部９０の接続態様を模式的に示す図である。表示部９０は、液晶ディスプレイ等を含んで構成される。ここでは、表示部９０を、生体信号処理装置１００とは別の装置として示しているが、生体信号処理装置１００に一体的に備えられてもよい。

表示部９０は、信号処理部４０から出力された生体情報を表示する。生体情報としては、例えば生体（被験者）の心拍数、呼吸数、および体動の有無等を含む。なお、生体情報の出力先は、表示部９０に限定されず、印刷装置、スピーカ等の音声出力装置、記憶装置、サーバ装置（クラウドサーバを含む）、携帯端末等の通信端末を含み得る。

図７は、実施の形態３に係る生体信号検出部３０の内部構成を、周辺部と関連付けて示す図である。信号処理部４０には、複数の生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅが接続されるが、説明を簡単にするために、図７では、信号処理部４０に１台の生体信号検出部３０が接続された態様を示している。

（生体信号検出部３０の構成）
図７を参照して、生体信号検出部３０は、アンテナ送受信部１０と検出部２０を含む。アンテナ送受信部１０は、生体に照射する電波（送信信号１１）を送信する送信アンテナ２５（送信部）と、生体で反射された電波（反射信号１２）を受信する受信アンテナ２６（受信部）と、を含む。検出部２０は、受信アンテナ２６による反射信号１２に相当する受信信号から上述の生体信号を検出するために、発振器２１、増幅器２２、低雑音アンプ３１、位相器３８、Ｉミキサ３２ｉ、Ｑミキサ３２ｑ、およびＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）３３ｉ，３３ｑを含む。

図７の生体信号検出部３０の送信側では、発振器２１の出力信号は増幅器２２で増幅された後に送信アンテナ２５から送信信号１１として送信される。増幅器２２の出力であるアナログ信号２２ｓは分配器を介してＩ側の局部発振信号２２ｉｓとＱ側の局部発振信号２２ｑｓとに分離される。なお、発振器２１は、例えば、レーザ電波に相当する２４Ｇヘルツ帯の周波数を有した信号を出力する。

生体信号検出部３０の受信側では、生体における送信信号１１の反射成分である反射信号１２は、受信アンテナ２６を介して低雑音アンプ３１（ノイズを抑制するアンプ）で増幅された後に、分配器でＩアナログ信号３１ｉｓとＱアナログ信号３１ｑｓに分離される。位相器３８はＩアナログ信号３１ｉｓを入力し、位相を９０度ずらしたアナログ信号を、ミキサ３２ｉに出力する。また、ミキサ３２ｑは信号３１ｑｓを入力する。位相器３８により、Ｉアナログ信号３１ｉｓとＱアナログ信号３１ｑｓに位相差が生じる。これらミキサと次段のＬＰＦ３３ｉと３３ｑにより、受信信号（反射信号１２に相当する）のベースバンド成分のみを含む実数部の信号３３ｉｓと虚数部の信号３３ｑｓが生成される。信号３３ｉｓと信号３３ｑｓは、生体信号に相当し、いずれも信号処理部４０に出力される。

なお、ミキサ３２ｉにＩ側の局部発振信号２２ｉｓとＩアナログ信号３１ｉｓを入力して得られる出力信号（生体信号）には心拍、呼吸、体動などの周波数成分のみが含まれる。同様に、ミキサ３２ｑにＱ側の局部発振信号２２ｑｓとＱアナログ信号３１ｑｓを入力して得られる出力信号（生体信号）にも心拍、呼吸、体動などの周波数成分が含まれ得る。

検出部２０は、反射波に含まれるドップラーシフト成分を検出（抽出）して生体信号を得ている。そのため、他の生体信号検出部３０から送信される電波を受信したとしても、検出する生体信号に対する当該他の生体信号検出部３０からの送信電波による影響を小さくすることができる。

（信号処理部４０の構成）
図８は、図７の信号処理部４０の構成図である。図８を参照して、信号処理部４０は、主に生体信号検出部３０から入力するアナログの生体信号をデジタル量の信号（以下、データと称する）に変換する変換部５０と、変換後のデータを演算して生体情報を取得し表示部９０に出力する情報取得部５１とを含む。

信号処理部４０は、生体信号検出部３０からの信号３３ｉｓ（生体信号）を、入力ノード５２ｉを介して入力し、また、信号３３ｑｓ（生体信号）を、入力ノード５２ｑを介して入力する。

信号処理部４０は、入力信号３３ｉｓを受けて、第１〜第３のＩデジタル信号５８ａｉ、５８ｂｉおよび５８ｃｉに分配して出力する分配器５９ｉ、および入力信号３３ｑｓを受けて、第１と第２のＱデジタル信号５８ａｑと５８ｂｑに分配して出力する分配器５９ｑを備える。信号処理部４０は、さらに、第１および第２心拍信号抽出部５３ｉと５３ｑ、第１および第２呼吸信号抽出部６３ｉおよび６３ｑ、ならびに第１および第２心拍自己相関関数処理部５４ｉおよび５４ｑ、第１および第２呼吸自己相関関数処理部６４ｉおよび６４ｑを備える。

第１心拍信号抽出部５３ｉは、Ｉデジタル信号５８ａｉを入力し、入力信号に重畳した心拍成分の信号（心拍波形信号７１ａ）を抽出するためのフィルタ定数を有したＨＰＦ（ＨｉｇｈＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）５３ｉａおよびＬＰＦ５３ｉｂを有する。同様に、第２心拍信号抽出部５３ｑは、Ｑデジタル信号５８ａｑを入力し、入力信号に重畳した心拍成分の信号を抽出するためのフィルタ定数を有したＨＰＦ５３ｑａおよびＬＰＦ５３ｑｂを有する。

第１呼吸信号抽出部６３ｉは、Ｉデジタル信号５８ｃｉを入力し、入力信号に重畳した呼吸成分の信号（呼吸波形信号７１ｃ）を抽出するためのフィルタ定数を有したＬＰＦ６３ｉａを有する。同様に、第２呼吸信号抽出部６３ｑは、Ｑデジタル信号５８ｂｑを入力し、入力信号に重畳した呼吸成分の信号を抽出するためのフィルタ定数を有したＬＰＦ６３ｑｂを有する。

第１心拍自己相関関数処理部５４ｉは、第１心拍信号抽出部５３ｉから出力される心拍波形信号をデジタルのデータに変換するために、所定のサンプリング周波数Ｎ１を有したサンプリング処理部５４ｉａ、第１心拍自己相関関数演算部５４ｉｂおよびサンプリング値のピーク値を検出するピーク検出部５４ｉｃを有する。第２心拍自己相関関数処理部５４ｑは、第２心拍信号抽出部５３ｑから出力される心拍波形信号をデジタルのデータに変換するために、所定のサンプリング周波数Ｎ１を有したサンプリング処理部５４ｑａ、第２心拍自己相関関数演算部５４ｑｂおよびサンプリング値のピーク値を検出するピーク検出部５４ｑｃを有する。

第１呼吸自己相関関数処理部６４ｉは、第１呼吸信号抽出部６３ｉから出力される呼吸波形信号をデジタルのデータに変換するために、所定のサンプリング周波数Ｎ２を有したサンプリング処理部５４ｉａ、第１呼吸自己相関関数演算部６４ｉｂおよびサンプリング値のピーク値を検出するピーク検出部６４ｉｃを有する。第２呼吸自己相関関数処理部６４ｑは、第２呼吸信号抽出部６３ｑから出力される呼吸波形信号をデジタルのデータに変換するために、所定のサンプリング周波数Ｎ２を有したサンプリング処理部６４ｑａ、第２呼吸自己相関関数演算部６４ｑｂおよびサンプリング値のピーク値を検出するピーク検出部６４ｑｃを有する。

上記に述べた変換部５０は、生体信号検出部３０のそれぞれに対応して個別に設けられる。したがって、生体信号検出部３０Ａ〜３０Ｅが設置される場合には、各生体信号検出部３０に対応して、同様の構成を有した変換部５０が備えられる。

情報取得部５１は、心拍数決定部５５ａと呼吸数決定部６５ａを有する。心拍数決定部５５ａは、第１および第２心拍数決定部５５ｉおよび５５ｑ、ならびに表示心拍数決定部５５ｂを含む。また、呼吸数決定部６５ａは、第１および第２呼吸数決定部６５ｉおよび６５ｑ、ならびに表示呼吸数決定部６５ｂを含む。

第１心拍数決定部５５ｉは、ピーク検出部５４ｉｃにより、例えば連続して検出された複数個（Ｍ個）のピーク値の代表値を算出する。同様に、第２心拍数決定部５５ｑは、ピーク検出部５４ｑｃにより、連続して検出された複数個（Ｍ個）のピーク値の代表値を算出する。第１呼吸数決定部６５ｉは、ピーク検出部６４ｉｃにより、連続して検出された複数個（Ｍ個）のピーク値の代表値を算出する。同様に、第２呼吸数決定部６５ｑは、ピーク検出部６４ｑｃにより、連続して検出された複数個（Ｍ個）のピーク値の代表値を算出する。上記に述べた代表値は、例えばＭ個の値の中央値、最大値、最小値、最頻値等を含む。

表示心拍数決定部５５ｂは、第１および第２心拍数決定部５５ｉおよび５５ｑからの代表値を、所定演算し、演算結果の値を、心拍数９０ａの表示データとして表示部９０に出力する。同様に、表示呼吸数決定部６５ｂは、第１および第２呼吸数決定部６５ｉおよび６５ｑからの代表値を、所定演算し、演算結果の値を、呼吸数９０ｅの表示データとして表示部９０に出力する。また、表示部９０には、第１心拍信号抽出部５３ｉからの出力信号である心拍波形信号７１ａ、分配器５９ｉにより分配された信号のうちの１つである体動波形信号７１ｂ、および第１呼吸信号抽出部６３ｉからの出力信号である呼吸波形信号７１ｃが与えられる。

表示心拍数決定部５５ｂで実施される所定演算は、第１および第２心拍数決定部５５ｉおよび５５ｑで決定された心拍数の代表値として、平均値の算出処理を含むが、代表値演算の種類は平均値算出に限定されない。例えば、２つの心拍数の差が閾値を超える場合には、予め定めた正常値に近い方を、心拍数９０ａとして決定するとしてもよい。または、心拍数９０ａに代えて、または心拍数９０ａとともにエラー表示のデータを出力するとしてもよい。この演算は、表示呼吸数決定部６５ｂでも呼吸数９０ｅについて同様に実施される。

上記に述べた生体信号検出部３０および信号処理部４０においては、反射信号１２（受信信号）を、実数部と虚数部に分けて信号処理し両方の処理結果を用いて生体情報を取得する。これにより、生体信号処理装置１００の使用環境によっては、実数部のみ（虚数部のみ）でしか生体信号が抽出できない環境であっても、生体情報を取得して表示することができる。

[実施の形態４]
実施の形態４では、生体信号処理装置１００は、心拍数、呼吸数、体動といった生体情報だけでなく、ベッド上での被験者の体動を検出する装置としても使用することができる。

具体的には、動き検出のために、生体情報の予め定めた変化パターンを表すパターン情報がメモリ（図示せず）に格納されている。検出時には、信号処理部４０は、取得された生体情報とメモリのパターン情報とを比較し、比較に基づき体動の変化を判断する。その判断結果は、表示部９０により表示される。

図９は、実施の形態４に係る体動波形信号７１ｂの一例を示すグラフである。グラフの横軸は時間経過を示し、縦軸は振幅の値を示す。

信号処理部４０は、生体信号検出部３０からの図９に示される時系列の生体信号を、メモリに格納された予め定められたパターン情報と比較する。このパターン情報には、被験者のベッド上での寝返り時、例えば仰向けから横向きとなる寝返りをした場合に検出される生体信号の振幅の大きさの変化を含む。信号処理部４０は、時系列に検出される体動波形信号７１ｂにおいてパターン情報にマッチングしたが部分信号が検出されたとき、寝返りがあったと判断する。また、時系列において当該部分信号が検出された時間に基づき、被験者がいつ寝返りをしたかの時間を検出することができる。また、図９のように、被験者がベッド上である姿勢（仰向け、横向き等）でいた時間も特定することができる。

変形例として、パターン情報は、ベッド上に被験者が居るか否かを示す体動信号のパターン情報を含み得る。その場合には、上記と同様に、被験者がベッドから離れた（または、居る）かの動き検出と、ベッドから離れた時間、またはベッドに居た時間を検出することができる。また、パターン情報は、被験者毎に、且つ動き（体動）の種類（寝返り、ベッドから離れた、ベッドに居る等）毎に予め測定してメモリに格納しておくことにより、動きの種類毎に、被験者に固有の判断が可能となる。

なお、実施の形態では、信号処理部４０は、上記に述べた体動検出のために、体動波形信号７１ｂを用いたが、用いる生体信号は体動波形信号７１ｂに限定されない。例えば、心拍波形信号７１ａ，呼吸波形信号７１ｃは、生体の胸，鼻，口の位置（動き）によって変化することに着目すれば、被験者がベッド上に居るか否か、すなわちベッドから離れた、または戻ってきた等の動きを、心拍波形信号７１ａ，呼吸波形信号７１ｃの有無により判断することができる。

さらに、心拍波形信号７１ａ，体動波形信号７１ｂおよび呼吸波形信号７１ｃを組み合わせて、ベッド上に被験者の姿勢・動きの判断を行う場合には、判断の精度を高めることができる。

[実施の形態５]
上記に述べた信号処理部４０は、ハードウェア回路、または実施の形態５に示すようにプロセッサが実行するプログラムにより実現することができる。または、両方を組み合わせて構成することもできる。

図１０は、実施の形態５に係る信号処理部４０のブロック構成を周辺部と関連付けて示す図である。図１０を参照して、信号処理部４０は、プロセッサを含むコンピュータを含んで構成される。具体的には、信号処理部４０は、信号処理部４０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１１１、メモリ１１２およびタイマ１１３を含む。信号処理部４０は、プログラムおよびデータなどを格納するための記憶部１０２、ユーザによる信号処理部４０に対する入力を受付けるための操作パネル１０３、生体信号検出部３０を含む外部の装置と通信するための通信部１０７、外部から記録媒体１０８が着脱自在に装着され、装着された記録媒体１０８についてデータを読み書きするためのメモリドライバ１０９、プリンタ１１０、および表示部９０を制御する表示制御部１２０を接続する。なお、表示部９０と操作パネル１０３は一体的に構成されたタブレット装置として提供されてもよい。

図１１は、実施の形態５に係る信号処理部４０による処理のフローチャートである。処理フローチャートは、プログラムとして図１０のメモリ１１２または記録媒体１０８に格納される。ＣＰＵ１１１は、これら記憶部からプログラムを読出し、読出されたプログラムを実行する。図１１では、信号処理部４０は、ｎ個の生体信号検出部３０と通信すると想定する。また、実施の形態４で説明したパターン情報は、メモリ１１２または記録媒体１０８に格納されている。

図１１を参照して、生体信号処理装置１００は、被験者の就寝時に起動されたと想定する。まず、ＣＰＵ１１１は、ｎ個の生体信号検出部３０のそれぞれから、生体信号を入力する（ステップＳ１）。これにより、ｎ個の生体信号が取得される。

ＣＰＵ１１１は、ｎ個の生体信号により、心拍数９０ａの取得処理（ステップＳ３１〜ステップＳ６１）、呼吸数９０ｅの取得処理（ステップＳ３２〜ステップＳ６２）、および実施の形態４で示した体動の判断処理（ステップＳ３３〜ステップＳ６３）を並行して実施する。

具体的には、心拍数９０ａの取得処理では、第１および第２心拍数決定部５５ｉおよび５５ｑと同様に心拍数が算出される（ステップＳ３１）。ＣＰＵ１１１は、算出された心拍数に含まれる異常値を除去し（ステップＳ４１）、その後、心拍数のデータから、表示心拍数決定部５５ｂと同様の平均処理により、表示のための心拍数を決定し（ステップＳ５１）、決定後の心拍数９０ａを、表示制御部１２０を介して表示部９０に出力する。

また、呼吸数９０ｅの取得処理では、第１および第２呼吸数決定部６５ｉおよび６５ｑと同様に呼吸数が算出される（ステップＳ３２）。ＣＰＵ１１１は、算出された呼吸数に含まれる異常値を除去し（ステップＳ４２）、その後、呼吸数のデータから、表示呼吸数決定部６５ｂと同様の平均処理により表示のための呼吸数を決定し（ステップＳ６１）、決定後の呼吸数９０ｅを、表示制御部１２０を介して表示部９０に出力する。

また、体動の判断処理のためにＣＰＵ１１１は、体動判断処理部を備える。体動判断処理部は、実施の形態４で示された処理を実施する。ここでは、ｎ個の生体信号検出部３０からの体動波形信号７１ｂに基づく判断処理を説明する。ます、波形が時系列に連続したｎ個の体動波形信号７１ｂのそれぞれについて、波形の振幅を検出し（ステップＳ３３）、検出された振幅の時系列変動を検出する（ステップＳ４３）。次に、体動判断処理部は、各体動波形信号７１ｂについて検出された時系列の振幅変動（図９参照）の情報と、メモリ１１２等に格納されている寝返りの振幅変化のパターンを示すパターン情報とを比較し、比較結果に基づき、時系列の振幅変動に当該寝返りの振幅変動のパターン（図９参照）が含まれているか否かを判断する（ステップＳ５３）。体動判断処理部は、例えば、ｎ個の体動振幅のうち過半数で寝返りを示すパターン情報が検出された場合に、寝返り有りの判断結果を、表示制御部１２０を介して表示部９０に出力する。

ここで、ステップＳ４１と４２の異常値の除去を説明する。異常値が除去されることで、心拍数・呼吸数の算出（取得）のための生体信号として、精度の高い信号を選択することができる。

異常値を除去する方法として、例えば、心拍数，呼吸数のそれぞれに対応した閾値（例えば、正常値）を登録しておき、ＣＰＵ１１１は、各生体信号検出部３０を介して取得さｎ個の心拍数（またはｎ個の呼吸数）と、対応する閾値とを比較する。そして、比較の結果に基づき、ｎ個の心拍数（またはｎ個の呼吸数）のうちから、平均化処理の対象とする（対象から除外する）値を判断する。例えば、閾値を超える心拍数（または呼吸数）を平均化処理の対象から外し、破棄する。なお、閾値を超えるとは、正常値を上回る、または下回ることを意味する。

または、ＣＰＵ１１１は、ｎ個の心拍数（またはｎ個の呼吸数）の値のうち、他の値とは大きく異なる場合は、平均化処理の対象から除外する。なお、閾値は、被験者毎に登録されることが望ましい。

異常値は、生体信号検出部３０において生体信号に混入し得るノイズに起因する。具体的には、Ｉミキサ３２ｉおよびＱミキサ３２qにおいて生体信号を抽出する際に、必要な生体信号成分に加えて、高調波成分が発生する。高調波の周波数によっては、次段のフィルタ（ＬＰＦ３３ｉ，３３ｑ）では除去できず、当該周波数成分が生体信号にノイズとして混入する。例えば体動が小さい場合、検出される心拍波形信号７１ａは２倍波、３倍波といった倍波を多く含むことになり、これら倍波が上記のノイズとなり得る。

ステップＳ４１では、複数の受信アンテナ２６の受信信号から抽出した複数の生体信号のうち、倍波を含まない生体信号から得られた生体情報を用いて平均化処理を実施することで、心拍数，呼吸数の算出精度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３０，３０Ａ〜３０Ｅ生体信号検出部、４０信号処理部、９０表示部、１００生体信号処理装置。

Claims

被験者のベッドの下部に設置され、前記被験者の生体信号を検出するための複数の生体信号検出部と、
前記複数の生体信号検出部により検出された前記生体信号を処理し、生体に現れる動きである生体現象を示す生体情報を取得するための信号処理部と、を備え、
前記複数の生体信号検出部のそれぞれは、
生体に照射する電波を送信する送信部と、
生体で反射された電波を受信する受信部と、を含み、
前記受信部による受信信号から前記生体信号を検出するよう構成され、
前記複数の生体信号検出部の間の距離を調整可能とする距離調整手段を備えることを特徴とする、生体信号処理装置。
前記複数の生体信号検出部の取り付け角度を調整可能とする角度調整手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の生体信号処理装置。
前記距離調整手段は、前記複数の生体信号検出部と前記信号処理部との間に接続される伸縮自在のケーブルであることを特徴とする、請求項１に記載の生体信号処理装置。