JP6955406B2

JP6955406B2 - 生体運動測定方法、生体運動測定プログラム及び生体運動測定装置

Info

Publication number: JP6955406B2
Application number: JP2017175175A
Authority: JP
Inventors: 景子松本; 洋一富木
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: JP2019050859A

Description

本開示は、呼吸及び心拍等による生体表面の運動周期を測定する技術に関する。

生体表面へと照射され生体表面から反射されたレーダ信号の時間変化に基づいて、呼吸及び心拍等による生体表面の運動周期を測定する技術がある。例えば、生体表面がレーダ装置に対して近づく又は遠ざかることにより、レーダ照射信号の位相を基準とするレーダ反射信号の位相が変化することに基づいて、生体表面の運動周期を測定する。或いは、生体表面がレーダ装置に対して近づく又は遠ざかることにより、レーダ反射信号の振幅が増加する又は減少することに基づいて、生体表面の運動周期を測定する。

従来技術の生体運動測定方法の原理を図１に示す。図１では、生体運動の測定期間において、生体はほぼ静止している。すると、生体運動の測定期間の全体において、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、重心位置（静止した壁及びベッド等の効果を反映する。）を中心として、ほぼ円弧状の軌跡上（周期運動する生体表面の効果を反映する。）を往復する。このように、生体運動の測定期間の全体に渡って、レーダ反射信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出することができ、レーダ反射信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅を算出することができ、生体表面の運動周期を測定することができる。

特開２０１５−０９７６３８号公報

従来技術の生体運動測定方法の課題を図２に示す。図２では、生体運動の測定期間において、生体は大きく揺れている。すると、生体運動の測定期間の全体において、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、ランダムな軌跡上（周期運動する生体表面の効果、静止した壁及びベッド等の効果、並びに、大きく揺れる生体の効果を反映する。）を移動する。このように、生体運動の測定期間の全体に渡って、レーダ反射信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出することができず、レーダ反射信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅を算出することができず、生体表面の運動周期を測定することができない。

特許文献１では、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、生体表面の運動周期を測定することができる。まず、レーダ反射信号を多項式近似し、多項式近似信号を高階微分し、周期性のないノイズ成分を除去する。次に、高階微分信号をウェーブレット変換の局所的周期関数と相関処理し、残ったノイズ成分も除去する。このように、複雑な処理を必要とするため、生体表面の運動周期を容易に測定することができない。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することを目的とする。

生体表面の膨らみ中（又はへこみ中）では、生体表面の運動速度がより速い一方で、生体表面の運動方向があまり時間変化しない。よって、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより速い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向があまり時間変化しない。

生体表面の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）からへこみ始め（又は膨らみ始め）にかけては、生体表面の運動速度がより遅い一方で、生体表面の運動方向が大きく時間変化する。よって、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより遅い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向が大きく時間変化する。

前記課題を解決するために、上記の原理を用いて、生体表面の運動周期より短い周期毎において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定することとした。

具体的には、本開示は、生体表面へと照射され生体表面から反射されたレーダ信号のＩＱ平面での時間変化に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定方法であって、生体表面の運動周期より短い所定周期毎において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離及び移動方向を算出し、時間的に隣接する前記所定周期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度を算出するレーダ信号算出ステップと、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定ステップと、を順に備えることを特徴とする生体運動測定方法である。

この構成によれば、生体表面の運動周期より短い周期毎において、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を算出するのみである。つまり、生体表面の運動周期より長い期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出するわけではない。そして、レーダ信号に対する多項式近似、高階微分及び相関処理を行うわけでもない。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

また、本開示は、前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなすとともに前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が２個の谷（又は２個の山）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定することを特徴とする生体運動測定方法である。

この構成によれば、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、を相補的に利用する。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、生体表面の運動周期をより確実に測定することができる。

また、本開示は、前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が谷をなす期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の増幅度を高くし、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が山をなす期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の増幅度を低くし、増幅された前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定することを特徴とする生体運動測定方法である。

この構成によれば、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離に対して、長距離と短距離との間のコントラストを増強する。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、生体表面の運動周期をより確実に測定することができる。

また、本開示は、前記レーダ信号算出ステップでは、生体表面の運動周期より長い所定期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出し、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つを算出し、前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、生体表面の運動周期を測定し、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、生体表面の運動周期の所定基準より長いほど、かつ、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、前記所定期間において低いほど、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくし、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、生体表面の運動周期の所定基準より短いほど、かつ、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、前記所定期間において高いほど、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくすることを特徴とする生体運動測定方法である。

生体表面の膨らみ中（又はへこみ中）において、生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止することがあり得る。すると、膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ（又はへこみ）の一時停止までを、膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までと誤認識することがあり得る。そして、膨らみ（又はへこみ）の一時停止から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までを、膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までと誤認識することがあり得る。

このような一時停止があるときには、生体が大きく揺れない限りは、本開示の生体運動測定方法を適用することなく、図１に示した生体運動測定方法を適用することができる。このような一時停止がないときには、生体が大きく揺れるならば、図１に示した生体運動測定方法を適用することなく、本開示の生体運動測定方法を適用することができる。

また、本開示は、上記の生体運動測定方法の前記レーダ信号算出ステップ及び前記生体運動測定ステップをコンピュータに順に実行させる生体運動測定プログラムである。

このプログラムによれば、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

また、本開示は、上記の生体運動測定プログラムを格納し、前記レーダ信号算出ステップ及び前記生体運動測定ステップを順に実行することを特徴とする生体運動測定装置である。

この装置によれば、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

このように、本開示は、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

従来技術の生体運動測定方法の原理を示す図である。従来技術の生体運動測定方法の課題を示す図である。本開示の生体運動測定方法の原理を示す図である。本開示の生体運動測定システムの構成を示す図である。本開示の生体運動測定処理の手順を示す図である。本開示の生体運動測定処理の手順を示す図である。本開示の生体運動測定処理の手順を示す図である。本開示の生体運動測定処理の結果を示す図である。本開示の生体運動測定処理の結果を示す図である。本開示の生体運動測定処理の結果を示す図である。本開示の生体運動測定処理の結果を示す図である。本開示の生体運動測定方法の改良を示す図である。本開示の生体運動測定方法の改良を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（本開示の生体運動測定方法の原理）
本開示では、生体表面へと照射され生体表面から反射されたレーダ信号のＩＱ平面での時間変化に基づいて、呼吸及び心拍等による生体表面の運動周期を測定する。

本開示の生体運動測定方法の原理を図３に示す。図３では、生体運動の測定期間において、生体は大きく揺れている。すると、生体運動の測定期間の全体において、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、ランダムな軌跡上（周期運動する生体表面の効果、静止した壁及びベッド等の効果、並びに、大きく揺れる生体の効果を反映する。）を移動する。ただし、生体運動の１周期のみを見れば、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、ほぼ円弧状の軌跡上（周期運動する生体表面の効果を主に反映する。）を往復する。

本開示では、上記の原理を用いて、生体表面の運動周期より短い周期毎（図３に示した隣接する黒丸間）において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する。

このように、生体表面の運動周期より短い周期毎において、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を算出するのみである。つまり、生体表面の運動周期より長い期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出するわけではない。そして、レーダ信号に対する多項式近似、高階微分及び相関処理を行うわけでもない。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

（本開示の生体運動測定システムの構成）
本開示の生体運動測定システムの構成を図４に示す。生体運動測定システムは、レーダ装置１及び生体運動測定装置２から構成される。レーダ装置１は、レーダ送受信部１１、ＩＱ検波部１２及びＡＤ変換部１３から構成される。レーダ送受信部１１は、人間又は動物の生体表面へとレーダ照射信号を送信し、人間又は動物の生体表面からレーダ反射信号を受信する。ＩＱ検波部１２は、受信されたレーダ反射信号に対して、ＩＱ検波を行う。ＡＤ変換部１３は、ＩＱ検波されたレーダ反射信号に対して、ＡＤ変換を行う。

生体運動測定装置２は、バンドパスフィルタ２１、移動距離算出部２２、移動方向算出部２３、変化角度算出部２４、生体運動測定部２５、移動距離増幅部２６、生体運動測定部２７、重心位置算出部２８、ＩＱ変位抽出部２９、Ｉ成分算出部３０、Ｑ成分算出部３１、位相算出部３２、振幅算出部３３、生体運動測定部３４〜３７及び生体運動総合判定部３８から構成される。生体運動測定装置２は、図５〜７に示した生体運動測定処理手順を規定する生体運動測定プログラムを格納するコンピュータである。

本開示の生体運動測定処理の手順を図５〜７に示す。図３に示した原理を利用した生体運動測定方法の概要については、図５、８〜１１を用いて説明する。図３に示した原理を改良した生体運動測定方法の改良については、図６、７、１２、１３を用いて説明する。

（本開示の生体運動測定方法の概要）
バンドパスフィルタ２１は、レーダ信号をフィルタ処理する（ステップＳ１）。ここで、１秒間の呼吸数は多くとも２回程度であることを考慮して、呼吸検出用の通過帯域を設定する。そして、１秒間の心拍数は多くとも３回程度であることを考慮して、心拍検出用の通過帯域を設定する。なお、レーダ信号をフィルタ処理することに代えて、レーダ信号を移動平均処理してもよく、レーダ信号を平滑化処理してもよい。

移動距離算出部２２は、生体表面の運動周期より短い所定周期毎において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離を算出する（ステップＳ２）。例えば、移動距離算出部２２は、図３に示した隣接する黒丸間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離を算出する。

移動方向算出部２３は、生体表面の運動周期より短い所定周期毎において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向を算出する（ステップＳ３）。例えば、移動方向算出部２３は、図３に示した隣接する黒丸間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向を算出する。

変化角度算出部２４は、時間的に隣接する上記所定周期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度を算出する（ステップＳ４）。例えば、変化角度算出部２４は、図３に示した隣接する黒丸ペア間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向のベクトル差分として、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度を算出する。

レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する方法として、第１の方法を説明する。

生体運動測定部２５は、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化において、山（又は谷）を検出する（ステップＳ５）。ここで、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化の１個の山をなす期間は、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）からその次の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までの期間に対応する。そして、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化の１個の谷をなす期間は、生体表面の膨らみ中（へこみ中）からその次のへこみ中（膨らみ中）までの期間に対応する。

生体運動測定部２５は、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化において、谷（又は山）を検出する（ステップＳ６）。ここで、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化の１個の谷をなす期間は、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）からその次の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までの期間に対応する。そして、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化の１個の山をなす期間は、生体表面の膨らみ中（へこみ中）からその次のへこみ中（膨らみ中）までの期間に対応する。

生体運動測定部２５は、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなすとともに、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が２個の谷（又は２個の山）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定する（ステップＳ７）。

本開示の生体運動測定処理の結果を図８に示す。図８の上段では、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化を示す。図８の下段では、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化を示す。レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山をなす期間と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が２個の谷をなす期間と、が生体表面の運動周期として対応している。なお、約１０〜１４秒及び約２０〜２４秒において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の２個の谷と、が明確に見えておらず、生体の揺れが大きいと考えられる。

そして、約０〜２秒及び約１７〜２０秒において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山が明確に見えていない。しかし、この期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の２個の谷は明確に見えている。

一方で、約２４〜２８秒、約２８〜３２秒及び約３２〜３５秒において、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の２個の谷が明確に見えていない。しかし、この期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山は明確に見えている。

このように、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、を相補的に利用する。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、生体表面の運動周期をより確実に測定することができる。

レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する方法として、第２の方法を説明する。

移動距離増幅部２６は、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化において、谷及び山を検出する（ステップＳ８）。ここで、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化の１個の谷をなす期間は、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）からその次の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までの期間に対応する。そして、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度の時間変化の１個の山をなす期間は、生体表面の膨らみ中（へこみ中）からその次のへこみ中（膨らみ中）までの期間に対応する。

移動距離増幅部２６は、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が谷（山）をなす期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の増幅度を高く（低く）する（ステップＳ９）。例えば、移動距離増幅部２６は、図９に示すような計算を行う：増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離＝増幅前のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離＊（３．１４（ｒａｄ）−レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度（ｒａｄ））。

生体運動測定部２７は、増幅されたレーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定する（ステップＳ１０）。

本開示の生体運動測定処理の結果を図９に示す。図９では、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化を示す。増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山をなす期間が、生体表面の運動周期として測定されている。なお、約１０〜１４秒及び約２０〜２４秒において、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山が明確に見えておらず、生体の揺れが大きいと考えられる。

そして、約０〜２秒及び約１７〜２０秒において、増幅前のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山が明確に見えていない（図９の上段を参照。）。しかし、この期間において、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の２個の山は明確に見えている。

このように、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離に対して、長距離と短距離との間のコントラストを増強する。よって、生体運動の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、生体表面の運動周期をより確実に測定することができる。

本開示の生体運動測定処理の結果を図１０に示す。図１０の上段では、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を示す。ここで、生体運動の測定期間において、生体はほぼ静止している。すると、生体運動の測定期間の全体において、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、重心位置を中心として、ほぼ円弧状の軌跡上を往復する。

図１０の下段では、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化を示す。生体はほぼ静止しているため、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山をなす期間が、生体表面の運動周期（前半が約４秒、後半が約６秒。）として測定されている。

本開示の生体運動測定処理の結果を図１１に示す。図１１の上段では、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を示す。ここで、生体運動の測定期間において、生体は大きく揺れている。すると、生体運動の測定期間の全体において、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、ランダムな軌跡上を移動する。ただし、生体運動の１周期のみを見れば、レーダ反射信号は、ＩＱ平面において、ほぼ円弧状の軌跡上を往復する。

図１１の下段では、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離の時間変化を示す。生体は大きく揺れているが、増幅後のレーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山をなす期間が、生体表面の運動周期（前半が約４秒、後半が約６秒。）として測定されている。

（本開示の生体運動測定方法の改良）
本開示の生体運動測定方法の改良を図１２、１３に示す。生体表面の膨らみ中（又はへこみ中）において、生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止することがあり得る。

図１２の左欄では、生体表面の膨らみ（又はへこみ）の一時停止がないときでの、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を示す。図３で示したように、生体表面の膨らみ中（又はへこみ中）では、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより速い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向があまり時間変化しない。反対に、生体表面の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）からへこみ始め（又は膨らみ始め）にかけては、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより遅い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向が大きく時間変化する。

図１３の左欄では、生体表面の膨らみ（又はへこみ）の一時停止があるときでの、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡を示す。図３で示したように、生体表面の膨らみ中（又はへこみ中）では、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより速い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向があまり時間変化しない。反対に、生体表面の膨らみ終わり（又はへこみ終わり）からへこみ始め（又は膨らみ始め）にかけては、そして、生体表面の膨らみ（へこみ）の一時停止においては、レーダ信号のＩＱ平面での移動速度がより遅い一方で、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向が大きく時間変化する。

すると、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ（又はへこみ）の一時停止までを、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までと誤認識することがあり得る。そして、生体表面の膨らみ（又はへこみ）の一時停止から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までを、生体表面の膨らみ始め（又はへこみ始め）から膨らみ終わり（又はへこみ終わり）までと誤認識することがあり得る。

そこで、このような一時停止があるときには、生体が大きく揺れない限りは、本開示の生体運動測定方法を適用することなく、図１に示した生体運動測定方法を適用する。一方で、このような一時停止がないときには、生体が大きく揺れるならば、図１に示した生体運動測定方法を適用することなく、本開示の生体運動測定方法を適用する。

重心位置算出部２８は、生体表面の運動周期より長い所定期間において、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出する（ステップＳ１１）。ＩＱ変位抽出部２９は、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡について、ＩＱ原点としての重心位置からの変位量を抽出する。この変位量からＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅が算出される。

Ｉ成分算出部３０は、レーダ信号のＩＱ平面でのＩ成分を算出する（ステップＳ１２）。Ｑ成分算出部３１は、レーダ信号のＩＱ平面でのＱ成分を算出する（ステップＳ１３）。位相算出部３２は、レーダ信号のＩＱ平面での位相を算出する（ステップＳ１４）。振幅算出部３３は、レーダ信号のＩＱ平面での振幅を算出する（ステップＳ１５）。なお、Ｉ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうち、少なくともいずれか一つを算出してもよい。

生体運動測定部３４は、レーダ信号のＩＱ平面でのＩ成分に基づいて、生体表面の運動周期を測定する（ステップＳ１６）。生体運動測定部３５は、レーダ信号のＩＱ平面でのＱ成分に基づいて、生体表面の運動周期を測定する（ステップＳ１７）。生体運動測定部３６は、レーダ信号のＩＱ平面での位相に基づいて、生体表面の運動周期を測定する（ステップＳ１８）。生体運動測定部３７は、レーダ信号のＩＱ平面での振幅に基づいて、生体表面の運動周期を測定する（ステップＳ１９）。なお、Ｉ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうち、少なくともいずれか一つに基づいて、生体表面の運動周期を測定してもよい。

生体運動総合判定部３８は、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、生体表面の運動周期の所定基準より長いかどうかを判定する（ステップＳ２０）。

ここで、１秒間の呼吸数は、多くとも２回程度である。すると、図１２の左欄で示したように、呼吸による生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止しないときには、ステップＳ７、１０で測定した生体表面の運動周期は、０．５秒より長くなると考えられる。一方で、図１３の左欄で示したように、呼吸による生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止するときには、ステップＳ７、１０で測定した生体表面の運動周期は、０．５秒より短くなると考えられる。そこで、呼吸周期に対する上記所定基準を０．５秒に設定する。

そして、１秒間の心拍数は、多くとも３回程度である。すると、図１２の左欄で示したように、心拍による生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止しないときには、ステップＳ７、１０で測定した生体表面の運動周期は、０．３秒より長くなると考えられる。一方で、図１３の左欄で示したように、心拍による生体表面の膨らみ（又はへこみ）が一時停止するときには、ステップＳ７、１０で測定した生体表面の運動周期は、０．３秒より短くなると考えられる。そこで、心拍周期に対する上記所定基準を０．３秒に設定する。

以下の（１）〜（４）の場合について、生体運動総合判定部３８の処理を説明する。

（１）レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、上記所定基準より長く（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、上記所定期間において低い（ステップＳ２１においてＹＥＳ）場合。
生体運動総合判定部３８は、図１２に示したように、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅に基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくする（ステップＳ２２）。

（２）レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、上記所定基準より長く（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、上記所定期間において高い（ステップＳ２１においてＮＯ）場合。
生体運動総合判定部３８は、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期と、レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅に基づいて測定した生体表面の運動周期と、を適切に重み付けする（ステップＳ２３）。例えば、重み付けを半々にすればよい。

（３）レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、上記所定基準より短く（ステップＳ２０においてＮＯ）、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、上記所定期間において高い（ステップＳ２４においてＹＥＳ）場合。
生体運動総合判定部３８は、図１３に示したように、レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅に基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくする（ステップＳ２５）。

（４）レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、上記所定基準より短く（ステップＳ２０においてＮＯ）、レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、上記所定期間において低い（ステップＳ２４においてＮＯ）場合。
生体運動総合判定部３８は、レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期と、レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅に基づいて測定した生体表面の運動周期と、をいずれも採用しない（ステップＳ２６）。ただし、生体運動の測定期間の一部において、生体表面の運動周期を測定できなくても、生体運動の測定期間の残りにおいて、生体表面の運動周期を測定できるならば、呼吸及び心拍等の正常又は異常を判定することは可能である。

本開示の生体運動測定方法、生体運動測定プログラム及び生体運動測定装置は、呼吸及び心拍等による生体表面の運動周期の測定期間において、生体が大きく揺れるときでも、複雑な処理を必要としないで、生体表面の運動周期を容易に測定することができる。

１：レーダ装置
２：生体運動測定装置
１１：レーダ送受信部
１２：ＩＱ検波部
１３：ＡＤ変換部
２１：バンドパスフィルタ
２２：移動距離算出部
２３：移動方向算出部
２４：変化角度算出部
２５：生体運動測定部
２６：移動距離増幅部
２７：生体運動測定部
２８：重心位置算出部
２９：ＩＱ変位抽出部
３０：Ｉ成分算出部
３１：Ｑ成分算出部
３２：位相算出部
３３：振幅算出部
３４〜３７：生体運動測定部
３８：生体運動総合判定部

Claims

生体表面へと照射され生体表面から反射されたレーダ信号のＩＱ平面での時間変化に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定方法であって、
生体表面の運動周期より短い所定周期毎において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離及び移動方向を算出し、時間的に隣接する前記所定周期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度を算出するレーダ信号算出ステップと、
前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定ステップと、
を順に備え、
前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなすとともに前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が２個の谷（又は２個の山）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定する
ことを特徴とする生体運動測定方法。
生体表面へと照射され生体表面から反射されたレーダ信号のＩＱ平面での時間変化に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定方法であって、
生体表面の運動周期より短い所定周期毎において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離及び移動方向を算出し、時間的に隣接する前記所定周期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度を算出するレーダ信号算出ステップと、
前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて、生体表面の運動周期を測定する生体運動測定ステップと、
を順に備え、
前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が谷をなす期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の増幅度を高くし、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度が山をなす期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離の増幅度を低くし、増幅された前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離が２個の山（又は２個の谷）をなす期間を、生体表面の運動周期として測定する
ことを特徴とする生体運動測定方法。
前記レーダ信号算出ステップでは、生体表面の運動周期より長い所定期間において、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置をＩＱ原点として算出し、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つを算出し、
前記生体運動測定ステップでは、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、生体表面の運動周期を測定し、
前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、生体表面の運動周期の所定基準より長いほど、かつ、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、前記所定期間において低いほど、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくし、
前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期が、生体表面の運動周期の所定基準より短いほど、かつ、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動軌跡の重心位置の算出精度が、前記所定期間において高いほど、前記レーダ信号のＩ成分、Ｑ成分、位相及び振幅のうちの少なくともいずれか一つに基づいて測定した生体表面の運動周期に対して、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動距離と、前記レーダ信号のＩＱ平面での移動方向の変化角度と、に基づいて測定した生体表面の運動周期よりも、重み付けを大きくする
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の生体運動測定方法。
請求項１から３のいずれかに記載の生体運動測定方法の前記レーダ信号算出ステップ及び前記生体運動測定ステップをコンピュータに順に実行させる生体運動測定プログラム。
請求項４に記載の生体運動測定プログラムを格納し、前記レーダ信号算出ステップ及び前記生体運動測定ステップを順に実行することを特徴とする生体運動測定装置。