JP6631783B2 - Measuring system and measuring method for measuring life activity caused by respiration of subject - Google Patents

Measuring system and measuring method for measuring life activity caused by respiration of subject Download PDF

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Description

本発明は、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測システムおよび計測方法に関する。   The present invention relates to a measurement system and a measurement method for measuring a biological activity caused by a subject's respiration.

従来、被験者の呼吸を計測するための呼吸計測手法として、例えば電極インピーダンス法およびサーミスタ法が知られていた。電極インピーダンス法では、被験者に電極が装着されて、呼吸に伴う電極間のインピーダンスの変化に応じた電圧が検出される。また、サーミスタ法では、サーミスタ(センサ)が被験者の鼻孔付近に装着されて、呼気の温度変化に伴って変化した抵抗値に応じた電圧が検出される。このような手法によると、電極やセンサを被験者に接触させて装着する必要があった。そのため、それらの装着やリード線の処理などが煩わしかった。この課題を解決するために、非侵襲・非接触型の生体計測装置が開発された。生体計測装置としては、例えば睡眠中の被験者の呼吸を計測する呼吸計測装置が知られている。   Conventionally, for example, an electrode impedance method and a thermistor method have been known as respiration measurement methods for measuring a subject's respiration. In the electrode impedance method, an electrode is attached to a subject, and a voltage corresponding to a change in impedance between the electrodes due to respiration is detected. In the thermistor method, a thermistor (sensor) is mounted near a nostril of a subject, and a voltage corresponding to a resistance value that changes with a change in temperature of exhalation is detected. According to such a method, it is necessary to bring the electrodes and sensors into contact with the subject and wear them. For this reason, the mounting and the processing of the lead wires are troublesome. In order to solve this problem, a non-invasive and non-contact type biometric device has been developed. As a living body measurement device, for example, a respiration measurement device that measures a subject's respiration during sleep is known.

特許文献1が、被験者の生体情報を非接触・非拘束で測定する生体情報センサを備える呼吸計測装置を開示している。生体情報センサとして、赤外線カメラが使用されている。被験者の鼻腔領域の体表面温度をサーモグラフィを用いて測定し、その温度の変化(温度差)を解析することで、呼吸の有無が検知される。息を吐くと、体内で温められた空気によって鼻腔付近の体表面温度が上昇し、息を吸うと、外気によって鼻腔付近の体表面温度は下降する。特許文献1の呼吸計測装置によると、呼吸による体表面温度の変化を利用して鼻腔からの呼吸状態を把握することができる。   Patent Literature 1 discloses a respiratory measurement device including a biological information sensor that measures biological information of a subject in a non-contact and non-restricted manner. An infrared camera is used as a biological information sensor. By measuring the body surface temperature of the subject's nasal cavity region using thermography and analyzing the change in temperature (temperature difference), the presence or absence of respiration is detected. When exhaling, the temperature of the body surface near the nasal cavity rises due to the warmed air inside the body, and when inhaling, the body surface temperature near the nasal cavity falls due to outside air. According to the respiratory measurement device of Patent Literature 1, it is possible to grasp a respiratory state from a nasal cavity by using a change in body surface temperature due to respiration.

特開2006−115865号公報JP 2006-115865 A

しかしながら、本願発明者の検討によると、計測室内の温度が高い場合など、計測環境によっては呼吸時の温度変化が小さくなり、ノイズが呼吸波形に影響する可能性がある。その場合、鼻腔からの呼吸状態を正確に把握することはできない。本明細書では、時間軸である横軸に対して、所定領域の温度を縦軸に時系列でプロットして得られる波形データを「呼吸波形」と呼ぶ。   However, according to the study by the present inventor, the temperature change during respiration is small depending on the measurement environment such as when the temperature in the measurement room is high, and noise may affect the respiration waveform. In that case, it is impossible to accurately grasp the respiratory state from the nasal cavity. In this specification, waveform data obtained by plotting the temperature in a predetermined region on the vertical axis in time series with respect to the horizontal axis as the time axis is referred to as a “respiratory waveform”.

具体的に説明すると、息を吐くと、体内で温められた空気が鼻腔から外に出ていくので、鼻腔付近の体表面温度が上昇する。一方、息を吸うと、体温よりも温度が低い外気が鼻腔から体内に入ってくるので、鼻腔付近の体表面温度は下降する。ただし、体内で温められた空気の温度は高々37℃程度であると考えられ、計測室内の温度が30℃程度であると、呼吸時に検出される温度差は小さくなると想定される。   More specifically, when the person exhales, the air heated inside the body goes out of the nasal cavity, so that the body surface temperature near the nasal cavity rises. On the other hand, when inhaling, outside air having a lower temperature than the body temperature enters the body from the nasal cavity, and the body surface temperature near the nasal cavity decreases. However, the temperature of the air heated in the body is considered to be at most about 37 ° C., and when the temperature in the measurement room is about 30 ° C., the temperature difference detected during respiration is assumed to be small.

被験者は当然に、鼻だけではなく口によっても呼吸する。例えば、鼻が詰まっている場合など、被験者は主として口で呼吸を行うので、鼻腔を介した空気の出入りは制限されて、空気の流れが生じない。そのため、温度情報を鼻腔から得ることは困難となる。特許文献1の呼吸計測装置は、鼻腔付近の体表面温度のみをモニタし、口からの呼気や吸気については何ら考慮していない。従って、被験者の呼吸状態を正確に把握することは困難となる。このように、従来の呼吸計測装置は、計測環境および被験者の体調の変化に影響され易くロバストであるとは決して言えない。   The subject naturally breathes not only through the nose but also through the mouth. For example, when the nose is obstructed, the subject mainly breathes by mouth, so that the inflow and outflow of air through the nasal cavity is restricted, and no airflow occurs. Therefore, it is difficult to obtain temperature information from the nasal cavity. The respiratory measurement device of Patent Literature 1 monitors only the body surface temperature in the vicinity of the nasal cavity and does not consider expiration or inhalation from the mouth at all. Therefore, it is difficult to accurately grasp the respiratory state of the subject. As described above, the conventional respiratory measurement device is easily affected by changes in the measurement environment and the physical condition of the subject, and cannot be said to be robust.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、計測環境および被験者の体調の変化に対してロバストな、被験者の呼吸に起因する生体活動を計測する計測方法(以下、単に「計測方法」と表記する。)を提供する。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and is a measurement method (hereinafter simply referred to as a “method for measuring a biological activity caused by respiration of a subject” that is robust against a change in a measurement environment and a physical condition of the subject. Measurement method ").

本発明の実施形態による計測方法は、サーモグラフィカメラと、サーモグラフィカメラからの動画像を処理する画像処理装置と、を備えた生体活動計測システムを用いて、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測方法であって、(a)素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されたマスクを、前記被験体の鼻孔および口を覆うように配置するステップと、(b)前記サーモグラフィカメラが、前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成された前記動画像を取得するステップと、(c)前記画像処理装置が、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測するステップと、を包含する。   A measurement method according to an embodiment of the present invention measures a life activity caused by a subject's respiration by using a life activity measurement system including a thermography camera and an image processing device that processes a moving image from the thermography camera. (A) a mask formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of the subject and whose temperature changes due to exhalation and inhalation of the subject, (B) the thermographic camera captures the mask placed on the subject to acquire the moving image composed of a plurality of frame images; c) the image processing device calculates a temperature change in the region of the mask that has occurred over the plurality of frame images, and calculates a temperature change caused by the respiration of the subject. Comprising the step of measuring on the basis of the biological activity to the temperature change, the.

ある実施形態において、前記マスクの素材は不織布であってもよい。   In one embodiment, the material of the mask may be a nonwoven fabric.

ある実施形態において、前記ステップ(a)は、前記被験体の鼻腔が拡張するように、鼻腔拡張テープを前記被験体の鼻に貼るステップをさらに包含してもよい。   In one embodiment, the step (a) may further include a step of applying a nasal cavity expanding tape to the subject's nose so that the subject's nasal cavity is expanded.

ある実施形態において、前記マスクは、形状を維持するための骨組み構造を有し、一部が前記鼻腔拡張テープによって前記被験体の鼻に貼着された部材によって前記被験体の顔面に接触しないように支持されていてもよい。   In one embodiment, the mask has a skeleton structure for maintaining its shape, and a part thereof is not in contact with the face of the subject by a member adhered to the nose of the subject by the nasal cavity expansion tape. May be supported.

ある実施形態において、前記マスクは下うけ型マスクであってもよい。   In one embodiment, the mask may be a bottom mask.

ある実施形態において、前記ステップ(a)において、前記マスクは、前記被験体の顎に接するように配置されてもよい。   In one embodiment, in the step (a), the mask may be arranged so as to contact a chin of the subject.

ある実施形態において、前記ステップ(c)において、前記画像処理装置は、前記複数のフレーム画像の各々に含まれる前記マスクの領域を特定し、前記マスクの領域における、前記複数のフレーム画像にわたって温度変化が生じた部分領域をさらに特定して、前記部分領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測してもよい。   In one embodiment, in the step (c), the image processing device specifies an area of the mask included in each of the plurality of frame images, and determines a temperature change over the plurality of frame images in the area of the mask. May be further specified, and the biological activity caused by the respiration of the subject may be measured based on the temperature change of the partial region.

ある実施形態において、前記画像処理装置は、フレーム画像毎に、前記マスクの領域に包含される複数の分割領域毎に温度変化を算出し、前記複数の分割領域のうち、温度変化が最も大きい分割領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測してもよい。   In one embodiment, the image processing apparatus calculates, for each frame image, a temperature change for each of a plurality of divided regions included in the region of the mask, and among the plurality of divided regions, a divided region having the largest temperature change. Based on the temperature change of the area, the biological activity due to the respiration of the subject may be measured.

本発明の実施形態による計測システムは、鼻孔および口を覆うようにマスクが配置された被験体の動画像を解析して、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測するシステムであって、前記マスクは、素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されており、前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成される前記動画像を生成するサーモグラフィカメラと、前記動画像を受け取り、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測する画像処理装置と、を備える。   A measurement system according to an embodiment of the present invention is a system that analyzes a moving image of a subject in which a mask is arranged so as to cover a nostril and a mouth, and measures a biological activity due to respiration of the subject, The mask has a material temperature lower than the body temperature of the subject, and is formed of a material whose temperature changes due to the subject's exhalation and inhalation, and images the mask placed on the subject, A thermographic camera that generates the moving image composed of a plurality of frame images, and receives the moving image, calculates a temperature change in the area of the mask generated over the plurality of frame images, and performs respiration of the subject. And an image processing device that measures the resulting life activity based on the temperature change.

本発明の一実施形態によれば、計測環境および被験者の体調の変化に対してロバストな計測方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, a measurement method that is robust against a change in a measurement environment and a physical condition of a subject is provided.

第1の実施形態による計測システム100のブロック構成図である。FIG. 1 is a block configuration diagram of a measurement system 100 according to a first embodiment. マスク30を装着した被験者40の顔面を真上から見た様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the face of a subject 40 wearing a mask 30 is viewed from directly above. 画像処理装置20のハードウェア構成図である。FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the image processing apparatus 20. 計測システム100の処理の手順の一例を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the measurement system 100. 複数の分割領域に分割されたフレーム画像を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the frame image divided | segmented into several division area. ある領域の時系列の温度分布の変化を示した呼吸波形である。7 is a respiratory waveform showing a change in a time-series temperature distribution in a certain region. マスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which air is ventilated by breathing from a nostril and a mouth in a space between a mask 30 and a face. 呼気によってマスク30の温度が上がる様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the temperature of the mask 30 rises by exhalation. 吸気によってマスク30の温度が下がる様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the temperature of a mask 30 is lowered by inhalation. 鼻腔拡張テープ31を被験者40に貼った状態における、マスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which air is ventilated by breathing from a nostril and a mouth in a space between a mask and a face in a state where a nasal cavity expansion tape is stuck to a subject. マスク30を装着し、かつ、鼻腔拡張テープ31を貼った被験者40の顔面を真上から見た様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a face of a subject 40 wearing a mask 30 and having attached a nasal cavity expansion tape 31 is viewed from directly above. 下うけ型のマスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the ventilation of the air by the respiration from a nostril and a mouth arises in the space between the mask 30 of a downward type and a face. 下うけ型のマスク30を装着した被験者40の顔面を真上から見た様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the face of a subject 40 wearing a downward receiving mask 30 is viewed from directly above.

本発明の実施形態による計測方法は、サーモグラフィカメラと、サーモグラフィカメラからの動画像を処理する画像処理装置と、を備えた生体活動計測システム(以下、「計測システム」と表記することがある。)に好適に用いられる。その計測方法は、(a)素材温度が被験体の体温よりも低く、かつ、被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されたマスクを、被験体の鼻孔および口を覆うように配置するステップと、(b)サーモグラフィカメラが、被験体に配置されたマスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成された動画像を取得するステップと、(c)画像処理装置が、複数のフレーム画像にわたって生じた、マスクの領域における温度変化を算出し、温度変化に基づいて、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測するステップと、を包含する。マスクの素材は通気性が良く、不織布であることが好ましい。なお、本明細書では、被験者は人であるとして説明するが、人以外の動物(犬や猫などのペット動物、豚やマウスなどの実験動物)であってもよい。計測対象としての動物(人を含む。)を総称して「被験体」と呼ぶことがある。   A measurement method according to an embodiment of the present invention includes a biological activity measurement system including a thermography camera and an image processing device that processes a moving image from the thermography camera (hereinafter, may be referred to as a “measurement system”). It is suitably used. The measurement method is as follows: (a) A mask formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of a subject and whose temperature changes by exhalation and inhalation of the subject is placed so as to cover the nostrils and mouth of the subject. Arranging; (b) a thermographic camera capturing a mask arranged on the subject to obtain a moving image composed of a plurality of frame images; and (c) an image processing apparatus comprising: Calculating a temperature change in a region of the mask that has occurred over the frame image and measuring a biological activity due to respiration of the subject based on the temperature change. The material of the mask has good air permeability and is preferably a nonwoven fabric. In this specification, the subject is described as a human, but may be an animal other than a human (a pet animal such as a dog or a cat, or an experimental animal such as a pig or a mouse). Animals (including humans) to be measured may be collectively referred to as “subjects”.

本発明の実施形態によると、被験体の呼吸に起因する生体活動を非侵襲で計測することができ、かつ、計測環境および被験者の体調の変化に対してロバストな計測が可能になる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to non-invasively measure a biological activity due to a subject's respiration, and to perform a measurement robust to a change in a measurement environment and a physical condition of the subject.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による計測方法を説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態による計測方法は、以下で例示するものに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。   Hereinafter, a measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or similar components are denoted by the same reference numerals. Note that the measurement method according to the embodiment of the present invention is not limited to the method illustrated below. For example, one embodiment can be combined with another embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態による計測システム100の構成を模式的に示す。計測システム100は、典型的には、サーモグラフィカメラ10と、画像処理装置20と、マスク30とを備えている。図1には被験者40が示されているが、被験者40は計測システム100に含まれないことは言うまでもない。
(1st Embodiment)
FIG. 1 schematically shows a configuration of a measurement system 100 according to the present embodiment. The measurement system 100 typically includes a thermographic camera 10, an image processing device 20, and a mask 30. Although the subject 40 is shown in FIG. 1, it is needless to say that the subject 40 is not included in the measurement system 100.

計測システム100は、被験者40の生体活動を観察するために利用される。本実施形態では、生体活動は被験者40の呼吸であるとし、計測システム100は所定期間内の呼吸数を計測する。   The measurement system 100 is used to observe the life activity of the subject 40. In the present embodiment, it is assumed that the life activity is the respiration of the subject 40, and the measurement system 100 measures the respiration rate within a predetermined period.

サーモグラフィカメラ10は、いわゆる、赤外線サーモグラフィであり、赤外線の放射エネルギーを映像化する撮像装置である。サーモグラフィカメラ10は、例えば60fpsのフレームレートで物体を撮像し、複数のフレーム画像から構成される動画像をリアルタイムで生成することができる。生成された複数のフレーム画像の各フレーム画像は、物体の温度分布を示す情報を含んでいる。   The thermography camera 10 is a so-called infrared thermography, and is an imaging device for imaging infrared radiation energy. The thermographic camera 10 can image an object at a frame rate of, for example, 60 fps, and generate a moving image including a plurality of frame images in real time. Each frame image of the plurality of generated frame images includes information indicating the temperature distribution of the object.

サーモグラフィカメラ10は、物体(例えば被験者40)から自然放射される赤外線のエネルギ―量を検出し、その検出量に基づいて面としての2次元的な温度分布の情報を生成する。物体の表面温度が高いほど、放射される赤外線のエネルギーは高くなる。例えば、サーモグラフィカメラ10は赤外線のエネルギー量に応じた表示色で温度分布を表示することができる。サーモグラフィカメラ10は、例えば波長が7.5μmから14.0μmまでの範囲にある遠赤外線を検知することができる。   The thermographic camera 10 detects the amount of energy of infrared rays naturally emitted from an object (for example, the subject 40), and generates two-dimensional temperature distribution information as a surface based on the detected amount. The higher the surface temperature of the object, the higher the energy of the emitted infrared radiation. For example, the thermographic camera 10 can display a temperature distribution with a display color corresponding to the amount of infrared energy. The thermographic camera 10 can detect far-infrared rays having a wavelength in the range of 7.5 μm to 14.0 μm, for example.

サーモグラフィカメラ10は、被験者40の顔に装着されたマスク30を捉えるように計測システム100において配置させる。サーモグラフィカメラ10は、有線または無線で画像処理装置20と電気的に接続され、動画像データ、つまり、温度分布の情報を画像処理装置20に送る。   The thermographic camera 10 is arranged in the measurement system 100 so as to capture the mask 30 attached to the face of the subject 40. The thermographic camera 10 is electrically connected to the image processing device 20 by wire or wirelessly, and sends moving image data, that is, information on temperature distribution to the image processing device 20.

図1に示すように、サーモグラフィカメラ11をさらに配置して、複数のカメラで被験者40の顔周辺を撮像することも可能である。複数のカメラを利用することで、1台のカメラが何かに遮られて映像が乱れた場合でも、他のカメラの映像を用いて測定を継続することができる。また、複数の被験者を同時に測定することも可能になる。   As shown in FIG. 1, it is possible to further arrange a thermographic camera 11 and image the periphery of the face of the subject 40 with a plurality of cameras. By using a plurality of cameras, even when one camera is blocked by something and the image is disturbed, the measurement can be continued using the image of another camera. It is also possible to measure a plurality of subjects at the same time.

画像処理装置20は、サーモグラフィカメラ10からの、温度分布の情報を含む動画像データを処理して、被験者40の呼吸に起因する生体活動を計測する。画像処理装置20は、典型的にはパーソナルコンピュータ(PC)である。画像処理装置20の構造および動作についての詳細は後述する。   The image processing device 20 processes the moving image data including the information on the temperature distribution from the thermographic camera 10 to measure the life activity caused by the respiration of the subject 40. The image processing device 20 is typically a personal computer (PC). Details of the structure and operation of the image processing device 20 will be described later.

図2は、マスク30を装着した被験者40の顔面を真上から見た様子を模式的に示している。   FIG. 2 schematically shows a state in which the face of the subject 40 wearing the mask 30 is viewed from directly above.

マスク30には、通気性の良い素材が好適に用いられる。具体的に説明すると、マスク30の素材は、素材温度が被験者40の体温よりも低く(例えば、室温と同程度の27℃)、かつ、被験者40の呼気および吸気によって温度が変化する(変化し易い)素材である。例えば素材温度は室温(27℃)と同程度であることが好ましい。そのような素材には、不織布が適している。本発明の実施形態には、薬局などで誰もが購入することが可能な不織布マスクを広く用いることができる。不織布以外にも、例えば一般の布やガーゼのマスク、またはティッシュを用いても被験者40の呼吸を測定することができる。   A material having good air permeability is suitably used for the mask 30. More specifically, the material of the mask 30 has a material temperature lower than the body temperature of the subject 40 (for example, 27 ° C. which is about the same as the room temperature), and the temperature of the material changes due to the exhalation and inspiration of the subject 40 (changes). Easy) material. For example, the material temperature is preferably about the same as room temperature (27 ° C.). Nonwoven fabrics are suitable for such materials. In the embodiment of the present invention, a nonwoven fabric mask that can be purchased by anyone at a pharmacy or the like can be widely used. In addition to the nonwoven fabric, the respiration of the subject 40 can be measured using, for example, a general cloth, a gauze mask, or a tissue.

本願発明者は、被験者40から十分な呼気および吸気が得られる状況下で、不織布を用いて実際に測定し、呼気および吸気に伴って不織布の温度が25.4℃から37.2℃の範囲で変化することを確認した。約10℃近い温度差が得られることが分かった。   The inventor of the present application actually measured using a nonwoven fabric under a condition where sufficient exhalation and inspiration were obtained from the subject 40, and the temperature of the nonwoven fabric was in a range of 25.4 ° C to 37.2 ° C with the exhalation and inhalation. Was confirmed to change. It was found that a temperature difference of about 10 ° C. was obtained.

図2に示すように、マスク30は典型的には、装着のために耳にかける紐を有しているが、紐の代わりに他の留め具(例えば、テープ)などで顔面に固定されても構わない。そのような紐なしのマスクの形態も本発明の範疇である。   As shown in FIG. 2, the mask 30 typically has a string to be worn on the ear for wearing, but is fixed to the face by other fasteners (for example, tape) instead of the string. No problem. Such a form of the mask without a string is also within the scope of the present invention.

ディスプレイ50は、主として、被験者40の呼吸に起因する生体活動の計測結果を表示するための装置である。ディスプレイ50は、例えば液晶ディスプレイや有機ELディスプレイである。なお、画像処理装置20とディスプレイ50とが一体化した装置を用いることも当然に可能である。図1には、そのような装置としてラップトップ型のPCを例示している。   The display 50 is a device mainly for displaying a measurement result of a life activity caused by the respiration of the subject 40. The display 50 is, for example, a liquid crystal display or an organic EL display. Note that it is naturally possible to use a device in which the image processing device 20 and the display 50 are integrated. FIG. 1 illustrates a laptop PC as such a device.

図3は、計測システム100の、主として画像処理装置20のハードウェア構成の例を示している。本実施形態では、画像処理装置20は、サーモグラフィカメラ10とディスプレイ50とに電気的に接続されている。画像処理装置20は、サーモグラフィカメラ10から、撮像された動画像データを受け取る。また、ディスプレイ50は、マスク30の温度分布の変化および呼吸数などを表示する。画像処理装置20は、サーモグラフィカメラ10の撮影方向が適切でないと測定結果に基づいて判断した場合には、ディスプレイ50に警告を表示してもよい。   FIG. 3 illustrates an example of a hardware configuration of the image processing apparatus 20 of the measurement system 100. In the present embodiment, the image processing device 20 is electrically connected to the thermographic camera 10 and the display 50. The image processing device 20 receives the captured moving image data from the thermography camera 10. Further, the display 50 displays a change in the temperature distribution of the mask 30, a respiratory rate, and the like. The image processing device 20 may display a warning on the display 50 when determining based on the measurement result that the imaging direction of the thermographic camera 10 is not appropriate.

画像処理装置20は、CPU201と、ROM202と、RAM203と、ハードディスクドライブ(HDD)204と、インタフェース(I/F)205と、画像処理回路206とを有する。CPU201は画像処理装置20の動作全体を制御する。ROM202は、コンピュータプログラムを格納している。コンピュータプログラムは、たとえば後述するフローチャートによって示される処理をCPU201および/または画像処理回路206に行わせるための命令群である。RAM203は、CPU201による実行にあたって、コンピュータプログラムを展開するためのワークメモリである。HDD204は、サーモグラフィカメラ10から受信した動画像データ、および計測された被験者40の呼吸数のデータなどを格納する記憶装置である。   The image processing device 20 includes a CPU 201, a ROM 202, a RAM 203, a hard disk drive (HDD) 204, an interface (I / F) 205, and an image processing circuit 206. The CPU 201 controls the entire operation of the image processing device 20. The ROM 202 stores a computer program. The computer program is, for example, a group of instructions for causing the CPU 201 and / or the image processing circuit 206 to perform a process shown by a flowchart described later. The RAM 203 is a work memory for expanding a computer program when the CPU 201 executes the program. The HDD 204 is a storage device that stores the moving image data received from the thermographic camera 10, the measured data of the respiration rate of the subject 40, and the like.

I/F205は、画像処理装置20がサーモグラフィカメラ10から、温度分布の情報を含む動画像データを受け取るためのインタフェースである。画像処理装置20が有線のネットワーク経由で動画像データを受け取る場合には、I/F205はたとえばイーサネット(登録商標)端子であり得る。画像処理装置20が無線のネットワーク経由で動画像のデータを受け取る場合には、I/F205はたとえばWi−Fi(登録商標)規格に準拠した通信を行う送受信回路であり得る。またはI/F205は、有線の映像入力端子であってもよい。   The I / F 205 is an interface for the image processing apparatus 20 to receive moving image data including temperature distribution information from the thermographic camera 10. When the image processing apparatus 20 receives moving image data via a wired network, the I / F 205 may be, for example, an Ethernet (registered trademark) terminal. When the image processing apparatus 20 receives moving image data via a wireless network, the I / F 205 may be, for example, a transmission / reception circuit that performs communication conforming to the Wi-Fi (registered trademark) standard. Alternatively, the I / F 205 may be a wired video input terminal.

画像処理回路206は、動画像データを解析する、いわゆるグラフィックスプロセッサである。画像処理回路206は、サーモグラフィカメラ10から動画像データを受け取り、複数のフレーム画像にわたって温度分布の変化を解析する。具体的に説明すると、画像処理回路206は、複数のフレーム画像にわたって、フレーム画像毎の温度分布の情報に基づいて、マスク30の領域における温度変化を算出し、その温度変化に基づいて被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する。   The image processing circuit 206 is a so-called graphics processor that analyzes moving image data. The image processing circuit 206 receives moving image data from the thermographic camera 10 and analyzes a change in temperature distribution over a plurality of frame images. More specifically, the image processing circuit 206 calculates a temperature change in the area of the mask 30 over a plurality of frame images based on temperature distribution information for each frame image, and based on the temperature changes, Measure the life activity caused by respiration.

本実施形態ではCPU201とは別に画像処理回路206を設けているが、これは一例である。CPU201と画像処理回路206とを統合した集積回路を用いてもよいし、画像処理回路206の処理の一部を、CPU201が行ってもよい。   In the present embodiment, the image processing circuit 206 is provided separately from the CPU 201, but this is an example. An integrated circuit in which the CPU 201 and the image processing circuit 206 are integrated may be used, or a part of the processing of the image processing circuit 206 may be performed by the CPU 201.

図4を参照して、計測システム100の全体の動作を説明し、主として呼吸数を計測する例を説明する。しかしながら、呼吸数は被験者40の呼吸に起因する生体活動の一例であり、被験者40の呼吸に起因する他の生体活動を計測してもよい。典型的には、呼吸波形を利用して評価可能な他の生体活動、例えば、呼吸の深さ、乱れ、無呼吸期間、無呼吸期間が発生する頻度などの生体活動は、本明細書において、計測対象である生体活動の範疇である。   With reference to FIG. 4, an overall operation of the measurement system 100 will be described, and an example of mainly measuring a respiration rate will be described. However, the respiratory rate is an example of the life activity caused by the respiration of the subject 40, and another life activity caused by the respiration of the subject 40 may be measured. Typically, other biological activities that can be evaluated using a respiratory waveform, for example, biological activities such as breathing depth, turbulence, apnea period, and the frequency of occurrence of the apnea period are referred to herein. This is the category of the biological activity to be measured.

図4は、計測システム100の処理の手順の一例を示している。図5は、複数の分割領域に分割されたフレーム画像を模式的に示している。図6は、ある領域の時系列の温度分布の変化を示した呼吸波形の例を示している。   FIG. 4 shows an example of a processing procedure of the measurement system 100. FIG. 5 schematically shows a frame image divided into a plurality of divided regions. FIG. 6 shows an example of a respiratory waveform showing a change in a time-series temperature distribution in a certain area.

(ステップS1)
観測者または被験者40は、被験者40の鼻孔および口を覆うように、呼吸による空気の換気が発生する位置にマスク30を配置する。
(Step S1)
The observer or the subject 40 places the mask 30 at a position where ventilation of air by respiration occurs so as to cover the nostrils and the mouth of the subject 40.

(ステップS2)
サーモグラフィカメラ10は、マスク30がフレームに収まるように被験者40を撮像する。サーモグラフィカメラ10は、例えば60fpsのフレームレートで1時間連続して被験者40を撮像し、動画像データを取得する。なお、サーモグラフィカメラ10はズーム機能を有していてもよく、主としてマスク30のみが画角に収まるようにズーム撮影してもよい。
(Step S2)
The thermographic camera 10 images the subject 40 so that the mask 30 fits in the frame. The thermography camera 10 continuously captures an image of the subject 40 for one hour at a frame rate of 60 fps, for example, and acquires moving image data. The thermographic camera 10 may have a zoom function, and may perform zoom photographing so that mainly the mask 30 only falls within the angle of view.

なお、サーモグラフィカメラ10は、動画像データを記録するHDDなどを内部に有していてもよい。動画像データのリアルタイム処理を特に必要としないときは、サーモグラフィカメラ10は、動画像データを内部のHDD、またはカメラ10の外部に設けられたHDDに一旦格納してもよい。その場合、CPU201が必要に応じて、一連の動画像データを送信するようにサーモグラフィカメラ10にコマンドを送信し、画像処理回路206は受け取った動画像データを事後的に処理するようにしてもよい。   The thermographic camera 10 may have an HDD or the like for recording moving image data therein. When the real-time processing of the moving image data is not particularly required, the thermographic camera 10 may temporarily store the moving image data in an internal HDD or an HDD provided outside the camera 10. In that case, the CPU 201 may transmit a command to the thermographic camera 10 to transmit a series of moving image data as needed, and the image processing circuit 206 may process the received moving image data after the fact. .

(ステップS3)
画像処理回路206は、サーモグラフィカメラ10から動画像データを受け取る。画像処理回路206は、図5に示すように、動画像を構成する複数のフレーム画像の各々を、複数の分割領域Pに分割する。なお「分割する」とは、実際の動作として分割する必要はない。たとえば画像を切り出す単位または処理を行う単位として分割領域Pのサイズを設定する、という動作も、ここで言う「分割する」動作に含まれ得る。
(Step S3)
The image processing circuit 206 receives moving image data from the thermographic camera 10. The image processing circuit 206 divides each of the plurality of frame images constituting the moving image into a plurality of divided regions P as shown in FIG. Note that “divide” does not require division as an actual operation. For example, an operation of setting the size of the divided region P as a unit for cutting out an image or a unit for performing processing may be included in the operation of “dividing” here.

複数の分割領域Pは、マスク30の領域を例えば3×3以上に分割するようにフレーム画像上に設定される。個々の分割領域Pのサイズは、サーモグラフィカメラ10の解像度や画角などに依存して決定され、例えば16×16画素とすることができる。   The plurality of divided areas P are set on the frame image so as to divide the area of the mask 30 into, for example, 3 × 3 or more. The size of each divided region P is determined depending on the resolution, the angle of view, and the like of the thermographic camera 10, and may be, for example, 16 × 16 pixels.

(ステップS4)
画像処理回路206は、公知のあらゆる手法を用いてフレーム画像においてマスク30の領域を特定することができる。例えば、画像処理回路206は、予め保持していたマスク30の特徴(例えば、矩形形状)を利用して、各フレーム画像にパターンマッチング処理を行うことで、マスク30の座標位置を特定する。マスク30の座標位置は、例えばマスク30の領域の各頂点、中心または重心の座標を意味する。サイズが比較的大きく、かつ、一定の形状を有するマスク30を用いることにより、パターンマッチング処理を簡素化することが可能となる。
(Step S4)
The image processing circuit 206 can specify the area of the mask 30 in the frame image using any known method. For example, the image processing circuit 206 specifies a coordinate position of the mask 30 by performing a pattern matching process on each frame image using a feature (for example, a rectangular shape) of the mask 30 that is stored in advance. The coordinate position of the mask 30 means, for example, the coordinates of each vertex, center, or center of gravity of the area of the mask 30. By using the mask 30 having a relatively large size and a fixed shape, the pattern matching process can be simplified.

(ステップS5)
鼻孔および/または口からの呼吸による空気の換気によって、マスク30の領域全体において温度変化を観測できると考えられる。ただし、観測場所によっては温度変化にムラが生じる可能性がある。そのため、本実施形態では、画像処理回路206は、マスク30の領域の中で温度変化が特に大きい領域(監視領域と呼ぶことがある。)をさらに特定する。
(Step S5)
It is believed that the ventilation of the air by respiration from the nostrils and / or mouth allows temperature changes to be observed throughout the area of the mask 30. However, there is a possibility that the temperature change may vary depending on the observation place. For this reason, in the present embodiment, the image processing circuit 206 further specifies an area where the temperature change is particularly large (may be referred to as a monitoring area) in the area of the mask 30.

画像処理回路206は、ステップS4で取得された座標位置に基づいて特定されるマスク30の領域において、分割領域P毎に温度分布の平均を算出して、所定期間(例えば過去の20秒間)の温度分布の平均の変化を示す時系列データに基づいて呼吸波形を生成する。または、画像処理回路206は、所定期間における分割領域Pの温度分布の積算値または代表値の変化を示す時系列データに基づいて呼吸波形を生成してもよい。本明細書では、ある領域の温度分布の平均、積算または代表値を「領域の温度」と呼ぶ場合がある。   The image processing circuit 206 calculates the average of the temperature distribution for each divided region P in the region of the mask 30 specified based on the coordinate position acquired in step S4, and calculates the average of the temperature distribution for a predetermined period (for example, the past 20 seconds). A respiratory waveform is generated based on time-series data indicating a change in the average of the temperature distribution. Alternatively, the image processing circuit 206 may generate a respiratory waveform based on time-series data indicating a change in an integrated value or a representative value of the temperature distribution of the divided region P during a predetermined period. In this specification, the average, integration, or representative value of the temperature distribution in a certain region may be referred to as “region temperature”.

呼吸波形は、ある領域の温度の時系列の変化を示している。図6に示すように、被験者40の呼吸状態を忠実に再現できる領域から得られた呼吸波形は歪みを含まず、滑らかな曲線によって描かれ、領域の温度は周期的に変化していることが分かる。呼吸波形における隣接する2つの極大点および極小点の間の温度差を、呼吸波形の振幅と定義する。   The respiratory waveform shows a time-series change in temperature in a certain area. As shown in FIG. 6, the respiratory waveform obtained from the region where the respiratory state of the subject 40 can be faithfully reproduced does not include distortion, is drawn by a smooth curve, and the temperature of the region periodically changes. I understand. The temperature difference between two adjacent maxima and minima in the respiratory waveform is defined as the amplitude of the respiratory waveform.

例えば所定期間20秒は被験者の一般的な呼吸数3bpmに相当する。その場合、画像処理回路206はRAM203やHDD204にアクセスしながら、現時点から遡って過去の20秒間(フレームレートが30fpsの場合、600フレームに相当)の時系列データに基づいて呼吸波形を生成する。   For example, a predetermined period of 20 seconds corresponds to a subject's general respiratory rate of 3 bpm. In that case, the image processing circuit 206 generates a respiratory waveform based on the time-series data of the past 20 seconds (equivalent to 600 frames when the frame rate is 30 fps) from the present time while accessing the RAM 203 and the HDD 204.

画像処理回路206は、呼吸波形において温度の最大値および最小値の差分(つまり、温度差)を分割領域P毎に算出する。換言すると、画像処理回路206は、分割領域P毎に呼吸波形の振幅を算出する。画像処理回路206は、複数の分割領域Pのうち、呼吸波形の振幅が最も大きい分割領域を監視領域として設定する。なお、マスク30の領域において略一様に温度変化を観測できるときは、ステップ5の処理を省略しても構わない。その場合、マスク30の領域内のいずれかの分割領域Pを監視領域として設定することができる。   The image processing circuit 206 calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the respiration waveform (that is, the temperature difference) for each of the divided regions P. In other words, the image processing circuit 206 calculates the amplitude of the respiratory waveform for each divided area P. The image processing circuit 206 sets a divided region having the largest amplitude of the respiratory waveform among the plurality of divided regions P as a monitoring region. If the temperature change can be observed substantially uniformly in the area of the mask 30, the processing in step 5 may be omitted. In that case, any of the divided areas P in the area of the mask 30 can be set as the monitoring area.

(ステップS6)
画像処理回路206は、監視領域の温度変化(つまり、呼吸波形)に基づいて、被験者40の呼吸数を計測する。図6に示すように、隣接する2つの極大点または極小点の間の時間差が被験者40の呼吸周期(s)に相当する。呼吸数(bpm)は、60/呼吸周期(s)で表すことができる。
(Step S6)
The image processing circuit 206 measures the respiratory rate of the subject 40 based on a change in the temperature of the monitoring area (that is, a respiratory waveform). As shown in FIG. 6, the time difference between two adjacent maximum points or minimum points corresponds to the respiration cycle (s) of the subject 40. The respiration rate (bpm) can be expressed as 60 / respiration cycle (s).

ディスプレイ50は、主として被験者40の呼吸数を表示する。ディスプレイ50は、呼吸数以外に、例えば呼吸数のトレンドおよびサーモグラフィカメラ10で撮像した動画像を表示することもできる。呼吸数のトレンドとは、呼吸数の時間的な変化を示す波形である。   The display 50 mainly displays the respiratory rate of the subject 40. In addition to the respiratory rate, the display 50 can also display, for example, a trend of the respiratory rate and a moving image captured by the thermographic camera 10. The respiratory rate trend is a waveform indicating a temporal change in the respiratory rate.

図7は、マスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を模式的に示している。鼻孔および口を覆うようにマスク30を配置することによって、マスク30の素材(つまり、不織布)の温度変化を利用して呼吸状態を把握することができる。その結果、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気を同時に計測することができ、鼻が詰まっている場合であっても、口からの呼吸による換気を計測することができる。また、マスク30の領域全体において温度変化を観測できるので、鼻孔で呼吸しているときであっても、口で呼吸しているときであっても、同じ領域で温度変化を観測することが可能である。   FIG. 7 schematically shows a state in which air is ventilated by breathing from a nostril and a mouth in a space between the mask 30 and the face. By arranging the mask 30 so as to cover the nostrils and the mouth, it is possible to grasp the respiratory state by using the temperature change of the material of the mask 30 (that is, the nonwoven fabric). As a result, it is possible to simultaneously measure the ventilation of air due to breathing from the nostrils and the mouth, and to measure the ventilation due to breathing from the mouth even when the nose is blocked. In addition, since the temperature change can be observed in the entire area of the mask 30, it is possible to observe the temperature change in the same area whether breathing through the nostrils or the mouth. It is.

図8Aは、呼気によってマスク30の温度が上がる様子を示している。被験者40が息を吐くと、体内で温められた空気によって、不織布が温められる。不織布自体の温度は、計測室内の温度(例えば27℃)に近く、体温よりも低いので、息を吐いているときの温度変化は大きくなる。   FIG. 8A shows a state where the temperature of the mask 30 is increased by exhalation. When the subject 40 exhales, the nonwoven fabric is warmed by the air warmed in the body. Since the temperature of the nonwoven fabric itself is close to the temperature in the measurement room (for example, 27 ° C.) and lower than the body temperature, the temperature change during exhalation is large.

図8Bは、吸気によってマスク30の温度が下がる様子を示している。被験者40が息を吸うと、呼気で温められた不織布の温度は、外気が不織布を通過するときに生じる気化熱によって下げられ易くなる。気化熱を利用することで、息を吸っているときの温度変化も大きくなる。このように、不織布マスクを用いることにより、呼吸時のマスク30の温度変化を大きくすることができる。   FIG. 8B shows a state where the temperature of the mask 30 is lowered by the intake air. When the subject 40 inhales, the temperature of the nonwoven fabric warmed by exhalation tends to be lowered by the heat of vaporization generated when outside air passes through the nonwoven fabric. By using the heat of vaporization, the temperature change during breathing increases. As described above, by using the nonwoven fabric mask, the temperature change of the mask 30 during breathing can be increased.

本実施形態によると、呼吸波形の振幅を、従来の呼吸計測装置で得られる呼吸波形の振幅よりも大きくすることができる。その結果、呼吸波形のSN比は向上し、被験者40の呼吸数をより正確に計測することができる。   According to the present embodiment, the amplitude of the respiratory waveform can be made larger than the amplitude of the respiratory waveform obtained by the conventional respiratory measurement device. As a result, the SN ratio of the respiratory waveform is improved, and the respiratory rate of the subject 40 can be measured more accurately.

(第2の実施形態)
第2の実施形態による計測方法は、被験者40の鼻腔が拡張するように、鼻腔拡張テープ31を被験者に貼って計測する点で、第1の実施形態による計測方法とは異なる。以下、第1の実施形態との差異点を中心に説明する。
(Second embodiment)
The measurement method according to the second embodiment differs from the measurement method according to the first embodiment in that measurement is performed by attaching a nasal cavity expansion tape 31 to a subject so that the nasal cavity of the subject 40 expands. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

第2の実施形態による計測方法を用いることが可能な計測システムの構成は、第1の実施形態による計測システム100と同じであるので、それらの説明は省略する。   The configuration of the measurement system that can use the measurement method according to the second embodiment is the same as that of the measurement system 100 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図9Aは、鼻腔拡張テープ31を被験者40に貼った状態における、マスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を模式的に示している。図9Bは、マスク30を装着し、かつ、鼻腔拡張テープ31を貼った被験者40の顔面を真上から見た様子を模式的に示している。   FIG. 9A schematically illustrates a state in which air is ventilated by breathing from a nostril and a mouth in a space between the mask 30 and the face in a state where the nasal cavity expansion tape 31 is stuck to the subject 40. . FIG. 9B schematically illustrates a state in which the face of the subject 40 wearing the mask 30 and attaching the nasal cavity expansion tape 31 is viewed from directly above.

本実施形態で用いられるマスク30には、一端に鼻腔拡張テープ31が貼着された部材32がぶら下がった状態で取り付けられている。鼻腔拡張テープ31を被験者40の鼻40Nに貼着することによって、マスク30は部材32により支持される。皮膚から伝導する熱は呼吸波形においてはノイズになり得る。そこで、部材32を介して皮膚からマスク30に熱が伝導することを防止するために、部材32の熱伝導率は低い方が好ましい。例えば、部材32の熱伝導率は、0.20から0.33(W/m・K)程度である。また、部材32は、マスク30を支持することができる程度の強度を有していることが好ましい。例えば、部材32の材料として、ポリエチレンテレフタラート(PET)樹脂を用いることができる。   A member 32 having one end to which a nasal cavity expansion tape 31 is adhered is attached to the mask 30 used in the present embodiment in a hanging state. The mask 30 is supported by the member 32 by attaching the nasal cavity expansion tape 31 to the nose 40N of the subject 40. Heat conducted from the skin can be a noise in the respiratory waveform. Therefore, in order to prevent heat from being conducted from the skin to the mask 30 through the member 32, it is preferable that the heat conductivity of the member 32 be low. For example, the thermal conductivity of the member 32 is about 0.20 to 0.33 (W / m · K). It is preferable that the member 32 has a strength that can support the mask 30. For example, a polyethylene terephthalate (PET) resin can be used as the material of the member 32.

被験者40には、鼻孔および口を覆うように、呼吸による空気の換気が発生する位置にマスク30が配置されると同時に、鼻腔が拡張するように、鼻腔拡張テープ60が貼られる。マスク30は、強度の高い部材32によって支持されるので、図示するように宙吊り状態になり得る。そのため、皮膚からの直接的な熱伝導を抑制することができる。また、宙吊り状態において、マスク30はその形状を維持する構造(例えば、骨組み)を備えていることが好ましい。さらに、鼻腔拡張テープ60を用いることで、鼻詰まりを改善することができ、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気状態をさらに改善することができる。   At the same time, the mask 30 is placed on the subject 40 at a position where ventilation of air by respiration occurs so as to cover the nostrils and the mouth, and at the same time, a nasal cavity expanding tape 60 is applied so that the nasal cavity is expanded. Since the mask 30 is supported by the high-strength member 32, the mask 30 may be suspended in the air as illustrated. Therefore, direct heat conduction from the skin can be suppressed. In the suspended state, the mask 30 preferably has a structure (for example, a skeleton) for maintaining the shape. Further, by using the nasal cavity expansion tape 60, the nasal congestion can be improved, and the ventilation state of air by breathing from the nostrils and the mouth can be further improved.

本実施形態によれば、呼吸波形のSN比のさらなる向上が期待される。   According to the present embodiment, a further improvement in the SN ratio of the respiratory waveform is expected.

(第3の実施形態)
第3の実施形態による計測方法は、下うけ型のマスク30を用いる点で、第1の実施形態による計測方法とは異なる。以下、第1の実施形態との差異点を中心に説明する。
(Third embodiment)
The measurement method according to the third embodiment is different from the measurement method according to the first embodiment in that an under mask 30 is used. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

第3の実施形態による計測方法を用いることが可能な計測システムの構成は、第1の実施形態による計測システム100と同じであるので、それらの説明は省略する。   The configuration of the measurement system that can use the measurement method according to the third embodiment is the same as the configuration of the measurement system 100 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

図10Aは、下うけ型のマスク30と顔面との間の空間内において、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気が生じる様子を模式的に示している。図10Bは、下うけ型のマスク30を装着した被験者40の顔面を真上から見た様子を模式的に示している。   FIG. 10A schematically illustrates a state in which air is ventilated by breathing from a nostril and a mouth in a space between the mask 30 and the face. FIG. 10B schematically shows a state in which the face of the subject 40 wearing the mask 30 of the downward receiving type is viewed from directly above.

本実施形態で用いられるマスク30は、いわゆる衛生透明マスクと同じ形状を有している。本明細書では、このような形状をしたマスクを「下うけ型のマスク」と呼ぶ。図10Bに示すように、マスク30の下端には、部材33が取り付けられている。部材33の熱伝導率は、第2の実施形態で説明した部材32と同様に、低い方が好ましく、例えば、部材33の材料として、PET樹脂を用いることができる。   The mask 30 used in the present embodiment has the same shape as a so-called sanitary transparent mask. In the present specification, a mask having such a shape is referred to as a “underlay mask”. As shown in FIG. 10B, a member 33 is attached to the lower end of the mask 30. The thermal conductivity of the member 33 is preferably low, like the member 32 described in the second embodiment. For example, a PET resin can be used as a material of the member 33.

マスク30は、部材33が被験者40の顎に接するように配置される。これにより、部材33を介して皮膚からマスク30に熱が伝導することを防止することができる。また、皮膚からの直接的な熱伝導を抑制するために、第2の実施形態と同様に、マスク30は宙吊り状態になるように部材33によって支持されることが好ましく、宙吊り状態において、マスク30はその形状を維持する構造(例えば、骨組み)を備えていることが好ましい。   The mask 30 is arranged so that the member 33 contacts the chin of the subject 40. This can prevent heat from being conducted from the skin to the mask 30 via the member 33. Further, in order to suppress direct heat conduction from the skin, the mask 30 is preferably supported by the member 33 so as to be suspended, as in the second embodiment. Preferably has a structure (for example, a skeleton) that maintains its shape.

本実施形態によれば、マスク30を被験者40に装着するときの閉塞感を低減することができる。   According to the present embodiment, the feeling of obstruction when the mask 30 is worn on the subject 40 can be reduced.

本明細書は、以下の項目に記載の被験体の呼吸に起因する生体活動の計測システムおよび計測方法を開示している。   The present specification discloses a measurement system and a measurement method of a biological activity caused by respiration of a subject described in the following items.

〔項目1〕
サーモグラフィカメラと、サーモグラフィカメラからの動画像を処理する画像処理装置と、を備えた生体活動計測システムを用いて、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測方法であって、
(a)素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されたマスクを、前記被験体の鼻孔および口を覆うように配置するステップと、
(b)前記サーモグラフィカメラが、前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成された前記動画像を取得するステップと、
(c)前記画像処理装置が、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測するステップと、
を包含する、計測方法。
[Item 1]
Thermography camera, and an image processing device that processes a moving image from the thermography camera, using a life activity measurement system including, a measurement method for measuring the life activity caused by the respiration of the subject,
(A) A mask formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of the subject and whose temperature changes by exhalation and inhalation of the subject is arranged so as to cover the nostrils and mouth of the subject. Steps and
(B) the thermographic camera takes an image of the mask placed on the subject, and obtains the moving image composed of a plurality of frame images;
(C) calculating, by the image processing device, a temperature change in the region of the mask, which has occurred over the plurality of frame images, and measures a biological activity due to respiration of the subject based on the temperature change; ,
A measurement method.

項目1に記載の計測方法によると、計測環境および被験体の体調の変化に対してロバストな、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測方法が提供される。   According to the measurement method described in Item 1, a measurement method for measuring a biological activity caused by respiration of a subject, which is robust to a change in a measurement environment and a physical condition of the subject, is provided.

〔項目2〕
前記マスクの素材は不織布である、項目1に記載の計測方法。
[Item 2]
2. The measuring method according to item 1, wherein the material of the mask is a nonwoven fabric.

項目2に記載の計測方法によると、容易に入手でき、かつ、安価な不織布マスクを用いて、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測することができる。   According to the measurement method described in Item 2, it is possible to measure the biological activity caused by the respiration of the subject by using an easily available and inexpensive nonwoven fabric mask.

〔項目3〕
前記ステップ(a)は、前記被験体の鼻腔が拡張するように、鼻腔拡張テープを前記被験体の鼻に貼るステップをさらに包含する、項目1または2に記載の計測方法。
[Item 3]
3. The measurement method according to item 1 or 2, wherein the step (a) further includes a step of applying a nasal cavity expansion tape to the subject's nose so that the subject's nasal cavity is expanded.

項目3に記載の計測方法によると、鼻詰まりを改善することができ、鼻孔と口とからの呼吸による空気の換気状態を改善することができる。   According to the measurement method described in Item 3, nasal congestion can be improved, and the state of air ventilation by breathing from the nostrils and the mouth can be improved.

〔項目4〕
前記マスクは、形状を維持するための骨組み構造を有し、一部が前記鼻腔拡張テープによって前記被験体の鼻に貼着された部材によって前記被験体の顔面に接触しないように支持されている、項目3に記載の計測方法。
[Item 4]
The mask has a skeleton structure for maintaining its shape, and is partially supported by a member attached to the nose of the subject by the nasal cavity expansion tape so as not to contact the face of the subject. , The measurement method according to item 3.

項目4に記載の計測方法によると、皮膚からの直接的な熱伝導を抑制することができる。   According to the measuring method described in Item 4, direct heat conduction from the skin can be suppressed.

〔項目5〕
前記マスクは下うけ型マスクである、項目1または2に記載の計測方法。
[Item 5]
3. The measurement method according to item 1 or 2, wherein the mask is a bottom mask.

項目5に記載の計測方法によると、マスクのバリエーションが提供される。   According to the measurement method described in the item 5, a variation of the mask is provided.

〔項目6〕
前記ステップ(a)において、前記マスクは、前記被験体の顎に接するように配置される、項目5に記載の計測方法。
[Item 6]
The measurement method according to item 5, wherein in the step (a), the mask is arranged so as to be in contact with a chin of the subject.

項目6に記載の計測方法によると、部材を介して皮膚からマスクに熱が伝導することを防止することができる。   According to the measurement method described in Item 6, it is possible to prevent heat from being transmitted from the skin to the mask via the member.

〔項目7〕
前記ステップ(c)において、前記画像処理装置は、前記複数のフレーム画像の各々に含まれる前記マスクの領域を特定し、前記マスクの領域における、前記複数のフレーム画像にわたって温度変化が生じた部分領域をさらに特定して、前記部分領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する、項目1から6のいずれかに記載の計測方法。
[Item 7]
In the step (c), the image processing apparatus specifies an area of the mask included in each of the plurality of frame images, and a partial area in the area of the mask where a temperature change occurs over the plurality of frame images. 7. The measurement method according to any one of items 1 to 6, further comprising: measuring a biological activity caused by respiration of the subject based on a temperature change in the partial region.

項目7に記載の計測方法によると、観測場所によって温度変化にムラが生じる可能性がある場合であっても、温度変化が生じた部分領域を特定することにより、被験体の呼吸に起因する生体活動を精度よく計測できる。   According to the measurement method described in Item 7, even when there is a possibility that unevenness may occur in the temperature change depending on the observation location, the partial area where the temperature change has occurred can be specified, and the living body caused by the respiration of the subject can be identified. Activity can be measured accurately.

〔項目8〕
前記画像処理装置は、フレーム画像毎に、前記マスクの領域に包含される複数の分割領域毎に温度変化を算出し、前記複数の分割領域のうち、温度変化が最も大きい分割領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する、項目1から6のいずれかに記載の計測方法。
[Item 8]
The image processing apparatus calculates a temperature change for each of a plurality of divided regions included in the region of the mask for each frame image, and calculates a temperature change of a divided region having the largest temperature change among the plurality of divided regions. 7. The measurement method according to any one of items 1 to 6, wherein a biological activity due to respiration of the subject is measured based on the subject.

項目8に記載の計測方法によると、処理単位として分割領域を利用することで演算処理の効率化が図れる。   According to the measurement method described in Item 8, the efficiency of the arithmetic processing can be improved by using the divided area as a processing unit.

〔項目9〕
鼻孔および口を覆うようにマスクが配置された被験体の動画像を解析して、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測システムであって、
前記マスクは、素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されており、
前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成される前記動画像を生成するサーモグラフィカメラと、
前記動画像を受け取り、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測する画像処理装置と、
を備える、計測システム。
[Item 9]
Analyze the moving image of the subject is placed a mask to cover the nostrils and mouth, a measurement system that measures the biological activity due to the subject's respiration,
The mask is formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of the subject, and whose temperature changes due to the subject's exhalation and inspiration.
An image of the mask placed on the subject, a thermography camera to generate the moving image composed of a plurality of frame images,
An image processing apparatus that receives the moving image, calculates a temperature change in the region of the mask that has occurred over the plurality of frame images, and measures a biological activity due to respiration of the subject based on the temperature change,
A measurement system comprising:

項目9に記載の計測方法によると、計測環境および被験体の体調の変化に対してロバストな、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測システムが提供される。   According to the measurement method described in Item 9, there is provided a measurement system for measuring a living activity caused by respiration of a subject, which is robust to a change in a measurement environment and a physical condition of the subject.

本発明は、被験体を撮影した動画像を解析して、被験体の生体活動、特に呼吸の数を非侵襲で計測する方法として利用することができる。また本発明は、そのような動画像の解析および生体活動の計測のための装置、システム、コンピュータプログラムとして利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a method for non-invasively measuring a living activity of a subject, particularly the number of respirations, by analyzing a moving image obtained by photographing the subject. Further, the present invention can be used as an apparatus, a system, and a computer program for such analysis of a moving image and measurement of life activity.

10、11 サーモグラフィカメラ
20 画像処理装置
30 不織布マスク
31 鼻腔拡張テープ
32、33 部材
40 被験者
50 ディスプレイ
100 計測システム
201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 HDD
205 I/F
206 画像処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 Thermography camera 20 Image processing apparatus 30 Nonwoven fabric mask 31 Nasal cavity expansion tape 32, 33 Member 40 Subject 50 Display 100 Measurement system 201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 HDD
205 I / F
206 Image processing circuit

Claims (3)

サーモグラフィカメラと、サーモグラフィカメラからの動画像を処理する画像処理装置と、を備えた生体活動計測システムを用いて、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測方法であって、
(a)素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されたマスクを、前記被験体の鼻孔および口を覆うように配置するステップと、
(b)前記サーモグラフィカメラが、前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成された前記動画像を取得するステップと、
(c)前記画像処理装置が、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測するステップと、
を包含し、
前記画像処理装置は、フレーム画像毎に、前記マスクの領域に包含される複数の分割領域毎に温度変化を算出し、前記複数の分割領域のうち、温度変化が最も大きい分割領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する、
計測方法。
Thermography camera, and an image processing device that processes a moving image from the thermography camera, using a life activity measurement system including, a measurement method for measuring the life activity caused by the respiration of the subject,
(A) A mask formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of the subject and whose temperature changes by exhalation and inhalation of the subject is arranged so as to cover the nostrils and mouth of the subject. Steps and
(B) the thermographic camera takes an image of the mask placed on the subject, and obtains the moving image composed of a plurality of frame images;
(C) calculating, by the image processing device, a temperature change in the region of the mask, which has occurred over the plurality of frame images, and measures a biological activity due to respiration of the subject based on the temperature change; ,
,
The image processing apparatus calculates a temperature change for each of a plurality of divided regions included in the region of the mask for each frame image, and calculates a temperature change of a divided region having the largest temperature change among the plurality of divided regions. Based on, to measure the biological activity due to the subject's breathing,
Measurement method.
前記ステップ(c)において、前記画像処理装置は、前記複数のフレーム画像の各々に含まれる前記マスクの領域を特定し、前記マスクの領域における、前記複数のフレーム画像にわたって温度変化が生じた部分領域をさらに特定して、前記部分領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する、請求項1に記載の計測方法。 In the step (c), the image processing apparatus specifies an area of the mask included in each of the plurality of frame images, and a partial area in the area of the mask where a temperature change occurs over the plurality of frame images. The measurement method according to claim 1, further comprising: measuring a biological activity caused by respiration of the subject based on a temperature change in the partial region. 鼻孔および口を覆うようにマスクが配置された被験体の動画像を解析して、被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する計測システムであって、
前記マスクは、素材温度が前記被験体の体温よりも低く、かつ、前記被験体の呼気および吸気によって温度が変化する素材で形成されており、
前記被験体に配置された前記マスクを撮像して、複数のフレーム画像から構成される前記動画像を生成するサーモグラフィカメラと、
前記動画像を受け取り、前記複数のフレーム画像にわたって生じた、前記マスクの領域における温度変化を算出し、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を前記温度変化に基づいて計測する画像処理装置と、
を備え
前記画像処理装置は、フレーム画像毎に、前記マスクの領域に包含される複数の分割領域毎に温度変化を算出し、前記複数の分割領域のうち、温度変化が最も大きい分割領域の温度変化に基づいて、前記被験体の呼吸に起因する生体活動を計測する、
計測システム。
Analyze the moving image of the subject is placed a mask to cover the nostrils and mouth, a measurement system that measures the biological activity due to the subject's respiration,
The mask is formed of a material whose material temperature is lower than the body temperature of the subject, and whose temperature changes due to the subject's exhalation and inspiration.
An image of the mask placed on the subject, a thermography camera to generate the moving image composed of a plurality of frame images,
An image processing apparatus that receives the moving image, calculates a temperature change in the region of the mask that has occurred over the plurality of frame images, and measures a biological activity due to respiration of the subject based on the temperature change,
Equipped with a,
The image processing apparatus calculates a temperature change for each of a plurality of divided regions included in the region of the mask for each frame image, and calculates a temperature change of a divided region having the largest temperature change among the plurality of divided regions. Based on, to measure the biological activity due to the subject's breathing,
Measurement system.
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