JP6787679B2 - Cardiopulmonary function measuring device - Google Patents
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Description
本発明は心肺機能測定装置、特にマイクロ波を利用したドップラーセンサを用いて、心拍数、呼吸数を測定する心肺機能測定装置に関する。 The present invention relates to a cardiopulmonary function measuring device, particularly a cardiopulmonary function measuring device that measures heart rate and respiratory rate by using a Doppler sensor using microwaves.
図8に、従来のマイクロ波ドップラーセンサを使って心肺機能を測定する装置の1例が示されており、図8において、符号の1はドップラーセンサ、2はLPF(ローパスフィルタ)、3はAD(アナログ/デジタル)コンバータ、31は呼吸の周波数範囲を通過帯域とするLPF(例えば図5の呼吸の周波数範囲Brを通過させる周波数特性45を持つローパスフィルタ)、32は呼吸測定部、33は心拍の周波数範囲を通過帯域とするLPF/BPF(ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタで、このローパスフィルタは、例えば図5の心拍の周波数範囲Hrを通過させる周波数特性44を持ち、バンドパスフィルタは、図6の心拍の周波数範囲Hrだけを通過させる周波数特性46を持つ)、34は心拍測定部である。
FIG. 8 shows an example of a device for measuring cardiopulmonary function using a conventional microwave Doppler sensor. In FIG. 8, reference numeral 1 is a Doppler sensor, 2 is an LPF (low-pass filter), and 3 is an AD. The (analog / digital) converter, 31 is an LPF having a breathing frequency range as a passing band (for example, a low-pass filter having a
この心肺機能測定装置で心拍を測定しようとする場合、図8のように、ドップラーセンサ1の出力をAD変換し、このAD変換後の信号を、図6のような心拍の周波数範囲Hrだけを通過させる周波数特性46を持つBPF33に通し、その後、心拍測定部34にて周波数変換(フーリエ変換)すること、又はパルスをカウントすることにより心拍数が測定される。
また、呼吸を測定する場合には、上記ADコンバータ3の出力を、図5のような呼吸の周波数範囲Brだけを通過する周波数特性45を持つLPF31に通し、その後、呼吸測定部32にて周波数変換(フーリエ変換)すること、又はパルスをカウントすることにより呼吸数が測定される。
When trying to measure the heartbeat with this cardiopulmonary function measuring device, as shown in FIG. 8, the output of the Doppler sensor 1 is AD-converted, and the signal after the AD conversion is obtained only in the heartbeat frequency range Hr as shown in FIG. The heart rate is measured by passing it through a
When measuring respiration, the output of the
従来には、I,Qの2つ信号を出力するドップラーセンサも用いられており、このドップラーセンサの場合には、I,Qの一方の信号を選択し、上記と同じように処理する方法、I,Qの両方の信号を上記と同じように処理し、I,Qの一方の結果を選ぶ方法等で測定が行われている。 Conventionally, a Doppler sensor that outputs two signals, I and Q, has also been used. In the case of this Doppler sensor, one of the signals I and Q is selected and processed in the same manner as described above. The measurement is performed by processing both the I and Q signals in the same manner as described above and selecting one of the I and Q results.
しかしながら、ドップラーセンサを用いる従来の心肺機能測定装置では、呼吸によるドップラーセンサの出力信号の振幅レベルは、微小な体動によるドップラーセンサの出力信号の振幅よりも小さく、心拍によるドップラーセンサの出力信号の振幅レベルは呼吸によるドップラーセンサの出力信号の振幅レベルよりも更に小さいために、安定して心拍、呼吸を測定することが困難である。 However, in the conventional cardiopulmonary function measuring device using the Doppler sensor, the amplitude level of the output signal of the Doppler sensor due to breathing is smaller than the amplitude of the output signal of the Doppler sensor due to minute body movements, and the output signal of the Doppler sensor due to heartbeat Since the amplitude level is even smaller than the amplitude level of the output signal of the Doppler sensor due to breathing, it is difficult to stably measure the heartbeat and breathing.
また、心拍、呼吸の2次、3次などの比較的次数の低い高調波は、心拍、呼吸それぞれの周波数範囲内にとどまることが多く、それが心拍数、呼吸数の基本波として測定されてしまうこともある。
例えば、図7に示されるように、呼吸の周波数範囲Brにある呼吸の信号(基本波)a0の高調波a1が心拍の周波数範囲Hrに出現すると、心拍の信号(基本波)b0と混在することになり、心拍の信号を正確に捉えることができない。
加えて、心拍に比べ呼吸によるドップラーセンサの出力の振幅レベルが大きい(a0>b0)ため、基本波よりも減衰している呼吸の高調波であっても、その周波数が心拍の周波数範囲と重なったときには、心拍と区別することが難しいという問題があった。
In addition, relatively low-order harmonics such as the second and third orders of heart rate and respiration often stay within the frequency ranges of heart rate and respiration, which are measured as the fundamental waves of heart rate and respiration rate. It may end up.
For example, as shown in Figure 7, the harmonic a1 signal (fundamental) a 0 respiration in the frequency range Br breath appears in the frequency range Hr heartbeat, heart beat signal (fundamental) b 0 and It will be mixed and the heartbeat signal cannot be captured accurately.
In addition, since the amplitude level of the output of the Doppler sensor due to respiration is larger than that of the heartbeat (a 0 > b 0 ), even if the harmonics of respiration are attenuated from the fundamental wave, the frequency is in the frequency range of the heartbeat. When it overlapped with, there was a problem that it was difficult to distinguish it from the heartbeat.
更に、I,Qの2つの信号を出力するドップラーセンサを使用する場合は、上述のように、I,Qの一方の信号を選択し、1出力のドップラーセンサの場合と同様に処理するか、I,Qの両方の信号を1出力のドップラーセンサの場合と同様に処理した後、いずれか一方の結果を選択していたが、前者の場合には、処理する信号をI,Qの2つから選ぶ手法、後者の場合には処理後の2つの結果から最終的な値を決める手法が必要となり、処理が煩雑になるという問題があった。 Further, when using a Doppler sensor that outputs two signals of I and Q, as described above, one of the signals of I and Q is selected and processed in the same manner as in the case of the one-output Doppler sensor. After processing both the I and Q signals in the same way as in the case of the one-output Doppler sensor, one of the results was selected, but in the former case, the two signals to be processed are I and Q. In the latter case, a method of selecting from the above, and a method of determining the final value from the two results after the processing are required, which causes a problem that the processing becomes complicated.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、呼吸、心拍を安定してかつ確実に測定すると共に、I,Qの2つの信号を出力するドップラーセンサを使用する場合は、安定・確実な測定に加えて、I,Q信号を一緒に処理することにより、呼吸、心拍の測定を簡素にすることができる心肺機能測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a Doppler sensor that stably and surely measures respiration and heartbeat and outputs two signals, I and Q. It is an object of the present invention to provide a cardiopulmonary function measuring device capable of simplifying the measurement of respiration and heartbeat by processing I and Q signals together in addition to stable and reliable measurement.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、ドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、上記ドップラーセンサの出力信号を入力し、心拍の周波数範囲よりも高い周波数帯域を通過させ、心拍の高調波を取り出すバンドパスフィルタからなる第1のフィルタと、この第1のフィルタの出力信号の絶対値又は自乗値を演算する心拍用第1演算部と、この心拍用第1演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より心拍数を測定する心拍測定部と、を設けることを特徴とする。
請求項2の発明は、位相差の異なる2つのI,Q信号を出力するドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、上記ドップラーセンサから出力されたI,Q信号を入力し、心拍の周波数範囲よりも高い周波数帯域を通過させ、心拍の高調波を取り出すバンドパスフィルタからなる第1のフィルタと、この第1のフィルタから出力されたI,Q信号のそれぞれの自乗値を加算しその平方根の値を演算する心拍用第2演算部と、この心拍用第2演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より心拍数を測定する心拍測定部と、を設けることを特徴とする。
請求項3の発明は、上記心拍用第1演算部又は心拍用第2演算部の出力信号を入力し、上記第1のフィルタの低い周波数側の通過帯域よりも低い心拍の周波数範囲を通過させる第2のフィルタを設け、この第2のフィルタの出力信号を上記心拍測定部へ入力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a cardiopulmonary function measuring device for measuring cardiopulmonary function by a Doppler sensor, in which an output signal of the Doppler sensor is input to obtain a frequency band higher than the frequency range of the heartbeat. A first filter composed of a bandpass filter that is passed through and extracts the harmonics of the heartbeat, a first calculation unit for heartbeat that calculates the absolute value or the square value of the output signal of the first filter, and the first calculation unit for heartbeat. The output signal of the calculation unit is frequency-analyzed and pulse-counted from the frequency of the peak value or the heart rate is measured from the count value .
The invention of
According to the third aspect of the present invention, the output signal of the first calculation unit for heartbeat or the second calculation unit for heartbeat is input to pass the heartbeat frequency range lower than the passband on the lower frequency side of the first filter. A second filter is provided, and the output signal of the second filter is input to the heart rate measuring unit.
請求項4の発明は、ドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、上記ドップラーセンサの出力信号を入力し、呼吸の周波数よりも高い周波数までを通過帯域とし、呼吸の高調波を取り出す第3のフィルタと、この第3のフィルタの出力信号の絶対値又は自乗値を演算する呼吸用第1演算部と、この呼吸用第1演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より呼吸数を測定する呼吸測定部と、を設けることを特徴とする。
請求項5の発明は、位相差の異なる2つのI,Q信号を出力するドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、上記ドップラーセンサから出力されたI,Q信号を入力し、呼吸の周波数よりも高い周波数までを通過帯域とし、呼吸の高調波を取り出す第3のフィルタと、この第3のフィルタから出力されたI,Q信号のそれぞれの自乗値を加算しその平方根の値を演算する呼吸用第2演算部と、この呼吸用第2演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より呼吸数を測定する呼吸測定部と、を設けることを特徴とする。
請求項6の発明は、上記呼吸用第1演算部又は呼吸用第2演算部の出力信号を入力し、高い周波数側の通過帯域を上記第3のフィルタの高い周波数側の通過帯域よりも低くし、呼吸の周波数範囲を通過させる第4のフィルタを設け、この第4のフィルタの出力信号を上記呼吸測定部へ入力することを特徴とする。
請求項7の発明は、上記心拍数測定用の第1のフィルタの低い周波数側の周波数特性を、呼吸数が低く測定された場合は低く、呼吸数が高く測定された場合は高く設定することを特徴とする。
The invention of
The invention of
In the invention of
According to the invention of
上記の構成によれば、第1のフィルタにより心拍の高調波が得られ、この高調波は心拍用第1演算部で絶対値や自乗値が演算されることになり、この心拍用第1演算部の出力を、例えば第2のフィルタに通した後、FFT(高速フーリエ変換)等の周波数解析をすること、或いは単にパルスをカウントすることにより、心拍数が測定される。IQ出力のドップラーセンサを使用する場合も、同様にして得られた高調波に基づき、心拍用第2演算部でI,Q信号の自乗値を加算し、その平方根値を演算することで、心拍数が測定される。 According to the above structure, the first harmonic of the heart rate is obtained by the filter, the harmonics are absolute values or square values calculated by the first calculation unit for heartbeat becomes Rukoto, first calculating the heartbeat The heart rate is measured by passing the output of the unit through, for example, a second filter and then performing frequency analysis such as FFT (Fast Fourier Transform), or simply counting the pulses. Even when using a Doppler sensor IQ output based on the harmonic obtained in the same manner, by adding I, the square value of the Q signal at a second arithmetic unit for heart rate, by calculating the square root value, heart rate number of Ru is measured.
また、第3のフィルタにより呼吸の高調波が得られ、この高調波は呼吸用第1演算部で絶対値や自乗値が演算され、この呼吸用第1演算部の出力を、例えば第4のフィルタに通した後、FFT等の周波数解析、或いはパルスカウントすることにより、呼吸数が測定される。IQ出力のドップラーセンサを使用する場合も、同様にして得られた高調波に基づき、呼吸用第2演算部でI,Q信号の自乗値を加算し、その平方根値を演算することで、呼吸数が測定される。 Further, a respiration harmonic is obtained by the third filter , and the absolute value and the square value of this harmonic are calculated by the respiration first calculation unit, and the output of the respiration first calculation unit is, for example, the fourth. After passing through a filter, the respiratory rate is measured by frequency analysis such as FFT or pulse counting. When using the IQ output Doppler sensor, the square root value of the I and Q signals is added by the second calculation unit for respiration based on the harmonics obtained in the same manner, and the respiration is performed. number of Ru is measured.
更に、心拍測定において、呼吸の測定結果により呼吸数が呼吸の周波数範囲の低い所に検出された時は、心拍の高調波を取り出す第1のフィルタの低い周波数側の特性を低い位置に設定し、呼吸数が呼吸の周波数範囲の高い所に検出された時は、第1のフィルタの低い周波数側の特性を高い位置に可変設定することにより、呼吸の高調波が第1のフィルタの周波数範囲に現れることを回避することが可能となる。 Furthermore, in heart rate measurement, when the respiratory rate is detected in a place where the respiratory frequency range is low, the characteristics on the low frequency side of the first filter that extracts the harmonics of the heartbeat are set to a low position. When the respiratory rate is detected in a high frequency range of the breath, the harmonics of the breath are set in the frequency range of the first filter by variably setting the characteristics of the low frequency side of the first filter to a high position. It is possible to avoid appearing in.
本発明の構成によれば、心拍や呼吸による微弱な振幅レベルのドップラーセンサの出力信号において、心拍、呼吸の低次の高調波がそれぞれの周波数範囲にあった場合、呼吸の高調波が心拍の周波数範囲と重なった場合においても、心拍又は呼吸の測定を安定して確実に行うことが可能となる。
また、I,Qの2つの信号を出力するドップラーセンサを使用する場合は、上記の利点に加え、I,Q信号の選択、又はI,Q信号の測定結果の選択をする必要がなく、処理が簡素化できるという効果がある。
更に、本発明は、非接触で心拍数、呼吸数を測定する装置として利用することができる。
According to the configuration of the present invention, when the low-order harmonics of heartbeat and respiration are in the respective frequency ranges in the output signal of the Doppler sensor having a weak amplitude level due to heartbeat and respiration, the harmonics of respiration are the heartbeat. Even when it overlaps with the frequency range, it is possible to stably and surely measure the heartbeat or respiration.
Further, when using a Doppler sensor that outputs two signals of I and Q, in addition to the above advantages, it is not necessary to select the I and Q signals or the measurement result of the I and Q signals, and the processing is performed. Has the effect of being simplified.
Further, the present invention can be used as a device for measuring heart rate and respiratory rate without contact.
図1に、第1実施例の心肺機能測定装置(心拍を測定する場合)の構成が示され、図4〜図6には、各実施例で使用されるフィルタの特性が示されている。図1の第1実施例において、符号の1はドップラーセンサ、2はアンチエイリアシングフィルタであるLPF(ローパスフィルタ)、3はAD(アナログ/デジタル)コンバータ、4は心拍の周波数範囲よりも高い周波数範囲を通過帯域とするBPF(バンドパスフィルタ)からなる第1のフィルタである。この第1のフィルタ4は、図4の周波数特性(実線)43を持ち、心拍の周波数範囲Hrを含まずそれよりも高い範囲の周波数を通過させることで、心拍の高調波を抽出する。
FIG. 1 shows the configuration of the cardiopulmonary function measuring device (when measuring the heartbeat) of the first embodiment, and FIGS. 4 to 6 show the characteristics of the filter used in each embodiment. In the first embodiment of FIG. 1, reference numeral 1 is a Doppler sensor, 2 is an anti-aliasing filter LPF (low-pass filter), 3 is an AD (analog / digital) converter, and 4 is a frequency range higher than the heartbeat frequency range. This is a first filter composed of a BPF (bandpass filter) having a pass band. The
5は、第1のフィルタ4の出力信号の絶対値又は自乗値を演算する心拍用第1演算部、6は心拍の周波数範囲を通過帯域とするLPF/BPF(ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ)からなる第2のフィルタで、この第2のフィルタ6は、図5の周波数特性44を持つLPF、又は図4の周波数特性42を持つBPFからなり、心拍の信号を通過させる。7は心拍測定部であり、この心拍測定部7は、高速フーリエ変換(FFT)等の周波数変換を行うこと、又は単にパルス(波形)をカウントすることにより心拍数を計数する。
5 is from the first calculation unit for heartbeat that calculates the absolute value or the square value of the output signal of the
第1実施例は以上の構成からなり、ドップラーセンサ1から出力された信号は、LPF(アンチエイリアシングフィルタ)2を通った後、AD(アナログ−デジタル)コンバータ3でAD変換され、このAD変換された信号は、図4に示されるように、心拍の周波数範囲Hrよりも高い周波数を通過帯域とする第1のフィルタ4(特性43のBPF)に入力され、心拍の高調波が取り出される。次の心拍用第1演算部5では、第1のフィルタ4を通した信号の絶対値又は自乗値が演算され、その出力が心拍の周波数範囲Hrを通過帯域とする第2のフィルタ(特性44のLPF又は特性42のBPF)6に入力される。
The first embodiment has the above configuration, and the signal output from the Doppler sensor 1 is AD-converted by the AD (analog-digital)
次に、上記第2のフィルタ6を通った信号は、心拍測定部7に入力され、この心拍測定部7にて周波数解析か、又はパルスがカウントされる。上記の周波数解析の場合は、その結果から計算したパワー(振幅)のピーク値の周波数から心拍数が求められる。ここで、心拍よりも高い周波数にもピークが出ることを考慮している場合は、第2のフィルタ6を省略することも可能である。一方、心拍測定部7にてパルスをカウントする場合は、そのカウント値から心拍数が求められる。
Next, the signal that has passed through the
図2に、第2実施例の心肺機能測定装置の構成が示されており、この第2実施例は、心拍だけでなく呼吸の測定も行い、更には呼吸の測定結果を心拍測定用の第1のフィルタ4の周波数特性に反映するものである。
図2において、ドップラーセンサ1から心拍測定部7については、図1と同様であり、呼吸のための構成として、符号9から12の回路部を設けている。9は第3のフィルタで、この第3のフィルタ9は、図4の特性41のように、呼吸の周波数範囲Brよりも高い周波数範囲までを通過帯域とするLPFか、特性42のように、呼吸の周波数範囲Brよりも高い範囲の周波数までを通過帯域とするBPFであり、呼吸の高調波を取り出す役目をする。次段の10は呼吸用第1演算部で、第3のフィルタ9の出力の絶対値又は自乗値を演算する。11は第4のフィルタであり、この第4のフィルタ11は、図5の特性45のように、呼吸の周波数範囲Brを通過させるLPFである。12は呼吸測定部で、高速フーリエ変換(FFT)等の周波数変換を行うこと、又は単にパルス(波形)をカウントすることにより呼吸数を測定する。
FIG. 2 shows the configuration of the cardiopulmonary function measuring device of the second embodiment. In this second embodiment, not only the heartbeat but also the respiration is measured, and the measurement result of the respiration is used for measuring the heartbeat. This is reflected in the frequency characteristics of the
In FIG. 2, the Doppler sensor 1 to the heart
また、第2実施例の心拍測定用の第1のフィルタ4では、上記呼吸測定部12で得られた呼吸数に基づき、その呼吸数が低い場合には、図4の特性47のように、通過帯域の低い周波数側の特性を特性43より低くなるように設定し、呼吸数が高い場合には、図4の特性48のように、通過帯域の低い周波数側の特性を特性43より高くなるように設定する。
Further, in the
第2実施例は、以上の構成からなり、まず呼吸の測定について説明する。
図2のADコンバータ3からの信号は、呼吸の周波数範囲よりも高い周波数を通過帯域に持つ第3のフィルタ(LPF/BPF)9に入力され、呼吸の高調波が抽出される。次の呼吸用第1演算部10では、絶対値又は自乗値が演算され、この呼吸用第1演算部10の出力は、呼吸の周波数範囲Brを通過帯域とする第4のフィルタ(LPF)11に入力される。次の呼吸測定部12では、第4のフィルタ11を通った信号が周波数解析されるか、又はパルスがカウントされることにより、呼吸数が測定される。周波数解析の場合は、その結果から計算したパワーのピーク値の周波数から呼吸数が求められる。このとき、呼吸よりも高い周波数にもピークが出ることを考慮している場合には、第4のフィルタ11を省略することが可能である。また、パルスをカウントする場合には、そのカウント値から呼吸数が求められる。
The second embodiment has the above configuration, and first, the measurement of respiration will be described.
The signal from the
一方、心拍の測定は、基本的に図1の場合と同様に行われるが、第1のフィルタ4では、上述のように、低い周波数側の特性を呼吸数が低いときは図4の特性47のように低く、高いときは図4の特性48のように高く設定されている。これによれば、低い設定となる場合(特性47)は、広い範囲で心拍の高調波を良好に取り出すことができ、高い設定となる場合(特性47)は、呼吸の高調波が第1のフィルタ4に入ることが抑制されることで、心拍の高調波を確実に取り出すことができるという利点がある。
On the other hand, the measurement of the heart rate is basically performed in the same manner as in the case of FIG. 1, but in the
図3に、第3実施例の心肺機能測定装置の構成が示されており、この第3実施例は、I,Qの2つの信号を出力するドップラーセンサを使用したものである。
図3に示されるように、この例では、I,Qの2つの信号に対応して、アンチエイリアシングフィルタからなるLPF2a,2b、ADコンバータ3a,3bが設けられ、呼吸の測定については、上記第2実施例と同様に、LPF又はBPFからなる第3のフィルタ9a,9bが配置されると共に、自乗計算回路13a,13b、加算回路14a及び平方根計算回路15aからなる呼吸用第2演算部が設けられる。
FIG. 3 shows the configuration of the cardiopulmonary function measuring device of the third embodiment, and this third embodiment uses a Doppler sensor that outputs two signals of I and Q.
As shown in FIG. 3, in this example, LPF2a, 2b and
また、心拍の測定については、I,Qの2つの信号に対応して、BPFからなる第1のフィルタ4a,4bが配置されると共に、自乗計算回路13c,13d、加算回路14b及び平方根計算回路15bからなる心拍用第2演算部が設けられる。
Regarding the measurement of heartbeat, the
この第3実施例によれば、ドップラーセンサ1から出力されたI,Qの2つの信号は、それぞれLPF2a,2bを通り、AD変換された後、それぞれが呼吸測定と心拍測定の2系統に分かれ、呼吸測定の方のI,Q信号は、呼吸の周波数範囲Brよりも高い周波数を通過帯域に持つ第3のフィルタ(LPF又はBPF)9a,9bに入力され、呼吸の高調波が取り出される。
そして、この第3のフィルタ9a,9bから出力されたI,Qそれぞれの信号は、呼吸用第2演算部の自乗計算回路13a,13bで自乗値が計算され、その自乗値が加算回路14aで加算された後、平方根計算回路15aで平方根が計算される。その後は、図2の場合と同様に、第4のフィルタ(LPF)11を通って呼吸測定部12に入力され、ここで周波数解析又はパルスカウントを行うことにより呼吸数が測定される。
According to this third embodiment, the two signals I and Q output from the Doppler sensor 1 pass through the LPF2a and 2b, respectively, and after being AD-converted, they are divided into two systems, respiratory measurement and heart rate measurement. The I and Q signals for the breath measurement are input to the third filters (LPF or BPF) 9a and 9b having a frequency higher than the breath frequency range Br in the pass band, and the breath harmonics are extracted.
Then, the square values of the I and Q signals output from the
一方、ADコンバータ3a,3bから出力された心拍測定の方のI,Q信号は、心拍の周波数範囲を含まずそれよりも高い周波数を通過帯域に持つ、第1実施例と同様の特性の第1のフィルタ(BPF)4a,4bに入力され、高調波が取り出される。
そして、この第1のフィルタ4a,4bから出力されたI,Qそれぞれの信号は、心拍用第2演算部の自乗計算回路13c,13dで自乗値が計算され、その自乗値が加算回路14bにて加算された後、平方根計算回路15bで平方根が計算される。その後は、図1,2の場合と同様に、第2のフィルタ(LPF又はBPF)6を通って心拍測定部7に入力され、ここで周波数解析又はパルスカウントを行うことにより心拍数が測定される。
On the other hand, the I and Q signals of the heartbeat measurement output from the
Then, the squared values of the I and Q signals output from the
また、呼吸の測定結果を心拍測定の第1のフィルタ(BPF)4a,4bへフィードバックし、上述したように、呼吸数の大小に応じてBPF(4a,4b)の低い周波数側の周波数特性(47,48)をシフトさせることで、呼吸の高調波の影響が避けられ、心拍の高調波を安定して取り出せることになる。なお、上記呼吸用第2演算部の出力において、呼吸よりも高い周波数にもピークが出ることを考慮している場合は、第4のフィルタ11を省略すること、上記心拍用第2演算部の出力において、心拍よりも高い周波数にもピークが出ることを考慮している場合は、第2のフィルタ6を省略することも可能である。
Further, the measurement result of respiration is fed back to the first filters (BPF) 4a and 4b of the heart rate measurement, and as described above, the frequency characteristics on the low frequency side of the BPF (4a, 4b) according to the magnitude of the respiratory rate ( By shifting 47 and 48), the influence of respiratory harmonics can be avoided, and the heartbeat harmonics can be stably extracted. If the output of the second calculation unit for respiration is considered to have a peak even at a frequency higher than that of respiration, omit the
1…ドップラーセンサ、 2…LPF(アンチエイリアシングフィルタ)、
3…ADコンバータ、 4,4a,4b…第1のフィルタ(BPF)、
5…心拍用第1演算部、 6…第2のフィルタ(LPF又はBPF)、
7,34…心拍測定部、 9,9a,9b…第3のフィルタ(LPF又はBPF)、
10…呼吸用第1演算部、 11…第4のフィルタ(LPF)、
12,32…呼吸測定部、 13a〜13d…自乗計算回路、
14a,14b…加算回路、15a,15b…平方根計算回路、
13a,13b,14a,15a…呼吸用第2演算部、
13c,13d,14b,15b…心拍用第2演算部。
1 ... Doppler sensor, 2 ... LPF (anti-aliasing filter),
3 ... AD converter, 4, 4a, 4b ... First filter (BPF),
5 ... 1st calculation unit for heartbeat, 6 ... 2nd filter (LPF or BPF),
7,34 ... Heart rate measuring unit, 9,9a, 9b ... Third filter (LPF or BPF),
10 ... 1st calculation unit for breathing, 11 ... 4th filter (LPF),
12, 32 ... Respiration measurement unit, 13a to 13d ... Square calculation circuit,
14a, 14b ... Addition circuit, 15a, 15b ... Square root calculation circuit,
13a, 13b, 14a, 15a ... Second calculation unit for respiration,
13c, 13d, 14b, 15b ... Second calculation unit for heartbeat.
Claims (7)
上記ドップラーセンサの出力信号を入力し、心拍の周波数範囲よりも高い周波数帯域を通過させ、心拍の高調波を取り出すバンドパスフィルタからなる第1のフィルタと、
この第1のフィルタの出力信号の絶対値又は自乗値を演算する心拍用第1演算部と、
この心拍用第1演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より心拍数を測定する心拍測定部と、を設けることを特徴とする心肺機能測定装置。 In a cardiopulmonary function measuring device that measures cardiopulmonary function with a Doppler sensor
A first filter consisting of a bandpass filter that inputs the output signal of the Doppler sensor, passes through a frequency band higher than the frequency range of the heartbeat, and extracts harmonics of the heartbeat, and
A first calculation unit for heartbeat that calculates the absolute value or square value of the output signal of this first filter, and
A cardiopulmonary function measuring device comprising: a heart rate measuring unit that analyzes the output signal of the first calculation unit for heart rate and measures the heart rate from the frequency of the peak value or the pulse count and the count value .
上記ドップラーセンサから出力されたI,Q信号を入力し、心拍の周波数範囲よりも高い周波数帯域を通過させ、心拍の高調波を取り出すバンドパスフィルタからなる第1のフィルタと、
この第1のフィルタから出力されたI,Q信号のそれぞれの自乗値を加算しその平方根の値を演算する心拍用第2演算部と、
この心拍用第2演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より心拍数を測定する心拍測定部と、を設けることを特徴とする心肺機能測定装置。 In a cardiopulmonary function measuring device that measures cardiopulmonary function by a Doppler sensor that outputs two I and Q signals with different phase differences.
A first filter consisting of a bandpass filter that inputs the I and Q signals output from the Doppler sensor, passes through a frequency band higher than the heartbeat frequency range, and extracts the heartbeat harmonics.
The second calculation unit for heartbeat, which adds the square values of the I and Q signals output from the first filter and calculates the value of the square root,
A cardiopulmonary function measuring device comprising: a heart rate measuring unit that analyzes the output signal of the second calculation unit for heart rate and measures the heart rate from the frequency of the peak value or the pulse count and the count value .
上記ドップラーセンサの出力信号を入力し、呼吸の周波数よりも高い周波数までを通過帯域とし、呼吸の高調波を取り出す第3のフィルタと、
この第3のフィルタの出力信号の絶対値又は自乗値を演算する呼吸用第1演算部と、
この呼吸用第1演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より呼吸数を測定する呼吸測定部と、を設けることを特徴とする心肺機能測定装置。 In a cardiopulmonary function measuring device that measures cardiopulmonary function with a Doppler sensor
A third filter that inputs the output signal of the Doppler sensor, sets the passband up to a frequency higher than the respiration frequency, and extracts the respiration harmonics.
The first calculation unit for respiration that calculates the absolute value or square value of the output signal of this third filter, and
A cardiopulmonary function measuring device comprising: a respiration measuring unit that frequency-analyzes the output signal of the first respirating calculation unit, counts pulses from the frequency of the peak value, and measures the respiratory rate from the count value .
上記ドップラーセンサから出力されたI,Q信号を入力し、呼吸の周波数よりも高い周波数までを通過帯域とし、呼吸の高調波を取り出す第3のフィルタと、
この第3のフィルタから出力されたI,Q信号のそれぞれの自乗値を加算しその平方根の値を演算する呼吸用第2演算部と、
この呼吸用第2演算部の出力信号を周波数解析しそのピーク値の周波数より又はパルスカウントしそのカウント値より呼吸数を測定する呼吸測定部と、を設けることを特徴とする心肺機能測定装置。 In a cardiopulmonary function measuring device that measures cardiopulmonary function by a Doppler sensor that outputs two I and Q signals with different phase differences.
The I output from the Doppler sensor, enter the Q signal, and pass band up to a frequency higher than the frequency of breathing, and a third filter to eject the harmonics of breathing,
A second calculation unit for respiration that adds the square values of the I and Q signals output from this third filter and calculates the value of the square root.
A cardiopulmonary function measuring device comprising: a respiration measuring unit that frequency-analyzes the output signal of the second respiration unit, counts pulses from the frequency of the peak value, and measures the respiratory rate from the count value .
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