JP7065807B2 - バイタルサイン検出システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バイタルサイン検出（ｖｉｔａｌ－ｓｉｇｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）に関し、より詳しくは、被験者の身元を識別可能なバイタルサイン検出システム及び方法に関する。
体温（ｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＢＴ）、血圧（ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＢＰ）、心拍数（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ，ＨＲ）、及び呼吸数（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｒａｔｅ，ＲＲ）は４つの主要なバイタルサイン（ｖｉｔａｌ ｓｉｇｎｓ）である。バイタルサインを検出または測定することで身体の健康状態を評価し、且つ疾病の兆候を捉える。
従来の非接触式バイタルサイン検出システムは被験者のバイタルサインを遠隔測定するために用いられ、例えば、心拍数や呼吸数の遠隔測定に用いられる。検出システムはコストが高いため、通常１つの検出システムを使用して複数の被験者の測定を行っている。
しかしながら、複数の被験者の対応する信号同士が干渉し合うことで測定精度が低下してしまう。また、複数の被験者が互いに近い位置に居る場合、検出システムによって個別の被験者を識別するのが困難になり、往々にして識別ミスが発生した。
このため、被験者の身元を識別可能なバイタルサイン検出メカニズムを提供し、従来のバイタルサイン検出システムの欠点を早急に改善する必要があった。
以上の実情に鑑みて、本発明は、バイタルサイン検出システム及び方法を提供することを目的とする。これにより、被験者の身元を識別し、検出精度を向上させる。
上記課題を解決するための本発明のある態様のバイタルサイン検出システムは、複数のＲＦタグ及び少なくとも１つのＲＦレーダーを備える。ＲＦタグは被験者にそれぞれ取り付けられ、且つ相異する既定周波数の入射ＲＦ信号を生成させて対応する被験者に投射させ、対応する反射ＲＦ信号を生成させる。ＲＦレーダーは反射ＲＦ信号を復調させて対応する被験者のバイタルサインを取得させ、且つ反射ＲＦ信号の対応する周波数に基づいて被験者を識別させる。
本発明の第１実施形態によるバイタルサイン検出システムを示したブロック図である。 図１の検出システムの詳細なブロック図である。 本発明の第１実施形態によるバイタルサイン検出方法を示したフローチャートである。 図３Ａに対応する検出システムを示したブロック図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例による検出システムを示したブロック図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例による検出システムを示したブロック図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例による検出システムを示したブロック図である。 本発明の第２実施形態によるバイタルサイン検出システムを示したブロック図である。 本発明の第２実施形態によるバイタルサイン検出方法を示したブロック図である。 図８Ａに対応する検出システムを示したブロック図である。 本発明の第２実施形態の第１変形例による検出システムを示したブロック図である。 本発明の第２実施形態の第２変形例による検出システムを示したブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
[第１実施形態]
図１は本発明の第１実施形態によるバイタルサイン検出システム１００（以下、検出システムと略称する）を示したブロック図である。本実施例では、検出システム１００はＲＦレーダー１１を備え、送信アンテナ１１１から複数の既定周波数のＲＦ信号を送信させる。検出システム１００は、被験者１３にそれぞれ取り付けられ（例えば被験者１３の胸元に装着される）、（相異する）既定周波数のＲＦ信号に基づいて対応する入射高調波（ＲＦ）信号をそれぞれ生成させる複数の高調波ＲＦタグ（ｈａｒｍｏｎｉｃ ＲＦ ｔａｇ）１２（以下、タグと略称する）を含む。例えば、送信アンテナ１１１から送信されたＲＦ信号Ｆ１をタグ１（１２）が受信させると、対応する入射高調波信号ＦＨ１を生成させ、例えば、第二次高調波信号を発生させる（ＦＨ１の周波数はＦ１の２倍）。
入射高調波信号ＦＨ１が被験者１３に投射されると反射高調波（ＲＦ）信号ＦＮ１が生成され、ＲＦレーダー１１の受信アンテナ１１２により受信される。被験者１３の身体が移動（ｍｏｔｉｏｎ）すると入射高調波信号が変調されてその位相が改変され、これによりＲＦレーダー１１が反射高調波信号を復調させることで被験者１３の呼吸数や心拍数等のバイタルサインを取得させる。各タグ１２が検知させるＲＦ信号の周波数は同じではなく、生成される入射高調波信号の周波数も同じではない。これにより、ＲＦレーダー１１が受信させた反射高調波信号に対応する被験者１３を識別可能となる。
図２は図１の検出システム１００の詳細なブロック図である。１人の被験者１３及び対応するタグ１２のみを示す。本実施例では、ＲＦレーダー１１は、例えば、共振回路のインダクタンス及び／或いは静電容量を改変させることにより既定周波数範囲内で複数の既定周波数のうちの１つのＲＦ信号Ｆｘを生成させる周波数可変トランスミッタ１１３を備える。生成されたＲＦ信号Ｆｘは送信アンテナ１１１によりタグ１２に送信される。
本実施形態に係るタグ１２は高調波送信アンテナユニット１２１を備える。その共振周波数が（送信アンテナ１１１の）ＲＦ信号Ｆｘの周波数と同じ場合に共振反応を生成させることにより、対応する入射高調波信号ＦＨｘを生成させ、例えば、第二次高調波信号を生成させる。
本実施形態に係るＲＦレーダー１１は受信アンテナ１１２により反射高調波信号ＦＮｘを受信させる高調波受信機１１４を備える。その周波数は入射高調波信号ＦＨｘと同じであるが、位相は被験者１３の身体の移動によって変調する。
本実施形態に係るＲＦレーダー１１は高調波復調器１１５を備え、（高調波受信機１１４により）受信された反射高調波信号ＦＮｘに対する復調を行い、位相変化情報を含むベースバンド（Ｂａｓｅｂａｎｄ）信号を取得させる。ＲＦレーダー１１はプロセッサ１１６を備え、プロセッサ１１６はアナログ－デジタル変換器及びデジタル信号プロセッサを含む。プロセッサ１１６は（高調波復調器１１５により出力された）ベースバンド信号に対するアナログ－デジタル変換を行い、且つ高周波成分を除去し、演算後に被験者１３の呼吸数や心拍数等のバイタルサインを取得させる。
前記高周波成分の除去操作は前記デジタル信号プロセッサにより実行され、これは呼吸に関する不要な高調波の除去、ノイズの除去等を含むがこれらに限られない。本実施形態に係るＲＦレーダー１１は、周波数可変トランスミッタ１１３、高調波受信機１１４、高調波復調器１１５、及びプロセッサ１１６の操作の制御を行うためのコントローラ１１７を具備する。本実施形態では、図２に示されるように、周波数可変トランスミッタ１１３は送信アンテナ１１１に接続されてＲＦ信号Ｆｘを送信させ、高調波受信機１１４は受信アンテナ１１２に接続されて反射高調波信号ＦＮｘを受信させ、高調波復調器１１５は高調波受信機１１４に接続されて反射高調波信号ＦＮｘを復調させ、プロセッサ１１６は高調波復調器１１５に接続されてベースバンド信号の処理を行う。
図３Ａは本発明の第１実施形態によるバイタルサイン検出方法３００（以下、検出方法と略称する）を示したフローチャートである。図３Ｂは図３Ａに対応する検出システム１００を示したブロック図である。
ステップ３１では、時間Ｔ１において、ＲＦレーダー１１の周波数可変トランスミッタ１１３が送信アンテナ１１１によりタグ１２に対して既定周波数のＲＦ信号Ｆ１を送信させる。タグ１（１２）の高調波送信アンテナユニット１２１はＲＦ信号Ｆ１との共振反応を生成させることで、対応する被験者１３に対して対応する入射高調波信号ＦＨ１を生成させる（ステップ３２）。ちなみに、他のタグ（１２）の高調波送信アンテナユニット１２１はＲＦ信号Ｆ１との共振反応を生成させず、対応する被験者１３に対する対応する入射高調波信号ＦＨｘも生成させない。
ステップ３３では、被験者１３の身体の移動によって入射高調波信号ＦＨ１が変調されることによりその位相が改変され、これにより反射高調波信号ＦＮ１が生成される。ステップ３４では、ＲＦレーダー１１の高調波受信機１１４が反射高調波信号ＦＮ１を受信させる。次いで、ＲＦレーダー１１の高調波復調器１１５が反射高調波信号ＦＮ１に対する復調を行い、位相変化情報を含むベースバンド信号を取得させる。そして、ＲＦレーダー１１のプロセッサ１１６が位相変化情報を含むベースバンド信号に対するアナログ－デジタル変換を行うと共に高周波成分を除去させ、演算処理後に被験者１３の呼吸数や心拍数等のバイタルサインを取得させる。
ステップ３５において、取得されたバイタルサインと対応するタグ１２及び被験者１３とが統合される。そのうちの対応する（タグ１２の）高調波送信アンテナユニット１２１及びＲＦ信号Ｆ１は同じ共振周波数を有するため、身元（ＩＤ）の識別に用いられる。
次いで、ＲＦレーダー１１による検出を待つ他の被験者１３が居る場合（ステップ３６）、ＲＦレーダー１１が次の身元の共振周波数を選択させる（ステップ３７参照）。次いで、時間Ｔ２においてステップ３１乃至３５が重複実行される。すなわち、時間Ｔ２においてタグ１２に対して既定周波数のＲＦ信号Ｆ２が送信され（ステップ３１参照）、対応する被験者１３に対して対応する入射高調波信号ＦＨ２が生成され（ステップ３２参照）、反射高調波信号ＦＮ２が生成され（ステップ３３参照）、被験者１３のバイタルサインが取得される（ステップ３４参照）。また、取得されたバイタルサインと対応するタグ１２及び被験者１３とが統合される（ステップ３５参照）。ステップ３６においてＲＦレーダー１１による検出を待つ他の被験者１３が居ないと判定された場合、検出方法３００のフローチャートが終了する。
図４は本発明の第１実施形態の第１変形例による検出システム１００Ｂを示したブロック図である。図３Ｂに示される検出システム１００との違いは、本実施形態（図４参照）では複数の（例えば、２つ）ＲＦレーダー１１Ａ、１１Ｂが使用され、異なるタグ１２及び被験者１３にそれぞれ対応する。これにより、これら前記ＲＦレーダー１１Ａ、１１Ｂが同時に別々の身元の識別を行うが、第１実施形態（図３Ｂ参照）では、ある１つの時間においては単一の身元の識別しかできない。
図５は本発明の第１実施形態の第２変形例による検出システム１００Ｃを示したブロック図である。図３Ｂに示される検出システム１００との違いは、本実施形態（図５参照）では単一の被験者１３に取り付けられる複数の（例えば２つの）タグ１２Ａ、１２Ｂが使用され、これら前記タグ１２Ａ、１２Ｂは異なる共振周波数を有する。これにより、ＲＦレーダー１１が単一の被験者１３の複数のバイタルサインを検出可能となる。
図６は本発明の第１実施形態の第３変形例による検出システム１００Ｄを示したブロック図である。図２に示される検出システム１００との違いは、本実施形態（図６参照）に係るＲＦレーダー１１にはデュアルバンド（ｄｕａｌ ｂａｎｄ）受信器１１４Ｂが使用されて高調波受信機１１４を代替させる。そのうちの１つのバンドは図２と同じであり、反射高調波信号ＦＮ１を受信させるために用いられる。また、もう１つのバンドは、ＲＦ信号ＦＮ１が被験者１３に送信されて（但し、タグ１２を経ない）から反射されて戻ってきた反射ＲＦ信号ＦＲ１を受信させるために用いられ、次いで、復調器１１５Ｂにより復調が行われる。これにより、ＲＦレーダー１１は同一時間周期内で時分割多重化により単一の被験者１３の複数のバイタルサインを検出可能となる。
[第２実施形態]
図７は本発明の第２実施形態によるバイタルサイン検出システム７００（以下、検出システムと略称する）を示したブロック図である。第２実施形態は第１実施形態に類似し、以下では相異点について説明する。
本実施例では、ＲＦタグ１２（以下、タグと略称する）は、既定周波数の入射ＲＦ信号ＦＨｘを送信させるＲＦトランスミッタ１２２を備え、異なるタグ１２が異なる周波数の入射ＲＦ信号ＦＨｘを送信させる。入射ＲＦ信号ＦＨｘが被験者１３に投射されて反射ＲＦ信号ＦＮｘが生成され、これはＲＦレーダー１１が受信アンテナ１１２により受信させる。被験者１３の身体の移動によって入射ＲＦ信号ＦＨｘが変調されてその位相が改変され、且つ反射高調波信號ＦＮｘとして反射される。よって、ＲＦレーダー１１は反射ＲＦ信号ＦＮｘを復調させることにより被験者１３の呼吸数や心拍数等のバイタルサインを取得させる。
本実施形態に係るＲＦレーダー１１は周波数可変受信機１１４Ｃ（第１実施形態の高調波受信機１１４を代替させる）を備え、既定周波数範囲内で複数の反射ＲＦ信号ＦＮｘを受信させる。本実施形態に係るＲＦレーダー１１には（第１実施形態の）周波数可変トランスミッタ１１３及び送信アンテナ１１１が不要である。本実施形態に係るＲＦレーダー１１は周波数可変復調器１１５Ｃを含み、既定周波数範囲内で受信された反射ＲＦ信号ＦＮｘに対する復調を行う。
図８Ａは本発明の第２実施形態によるバイタルサイン検出方法８００（以下、検出方法と略称する）を示したブロック図である。図８Ｂは図８Ａに対応する検出システム７００を示したブロック図である。
ステップ７１において、これら前記タグ１２は対応する被験者１３に対して（相異する）既定周波数の入射ＲＦ信号ＦＨｘ（ｘは１乃至ｎ）をそれぞれ送信させる。ステップ７２において、ＲＦレーダー１１は何れか１つのタグ１２の周波数を選択させる。被験者１３の身体の移動によって入射ＲＦ信号ＦＨｘが変調することによりその位相が改変され、これにより反射ＲＦ信号ＦＮｘ（ｘは１乃至ｎ）が生成される。
ステップ７３において、ＲＦレーダー１１の周波数可変受信機１１４Ｃが反射ＲＦ信号ＦＮｘを受信させる。次いで、ステップ７４において、ＲＦレーダー１１の周波数可変復調器１１５Ｃは反射ＲＦ信号ＦＮｘに対する復調を行い、位相変化情報を含むベースバンド信号を取得させる。ステップ７５において、ＲＦレーダー１１のプロセッサ１１６はベースバンド信号に対するアナログ－デジタル変換を行うと共に高周波成分を除去し、演算処理後に被験者１３の呼吸数や心拍数等のバイタルサインを取得させる。
最後に、ステップ７６において、取得されたバイタルサインと対応するタグ１２及び被験者１３とが統合される。対応する（タグ１２の）ＲＦトランスミッタ１２２及び（ＲＦレーダー１１の）周波数可変受信機１１４Ｃは同じ周波数を有し、身元（ＩＤ）の識別に用いられる。
次いで、ＲＦレーダー１１による検出を待つ他の被験者１３が居る場合（ステップ７７）、ＲＦレーダー１１（の周波数可変受信機１１４Ｃ）は次の身元の周波数を選択させ（ステップ７８参照）、次いで、ステップ７１乃至７６が重複実行される。ステップ７７において、ＲＦレーダー１１による検出を待つ他の被験者１３が居ないと判定された場合、検出方法８００のフローチャートが終了する。
図９は本発明の第２実施形態の第１変形例による検出システム７００Ｂを示したブロック図である。図８Ｂに示される検出システム７００との違いは、本実施形態（図９参照）では複数の（例えば２つの）ＲＦレーダー１１Ａ、１１Ｂが使用され、異なるタグ１２及び被験者１３にそれぞれ対応する。これにより、これら前記ＲＦレーダー１１Ａ、１１Ｂが同時に異なる身元に対する識別を行うが、第２実施形態（図８Ｂ参照）では、ある１つの時間には単一の身元の識別しか行えない。
図１０は本発明の第２実施形態の第２変形例による検出システム７００Ｃを示したブロック図である。図７に示される検出システム７００との違いは、本実施形態（図１０参照）では単一の被験者１３に取り付けられた複数の（例えば２つの）タグ１２Ａ、１２Ｂが使用され、これら前記タグ１２Ａ、１２Ｂは異なる周波数を有する。これにより、ＲＦレーダー１１が単一の被験者１３の複数のバイタルサインを検出可能となる。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
１００ バイタルサイン検出システム
１００Ｂ バイタルサイン検出システム
１００Ｃ バイタルサイン検出システム
１００Ｄ バイタルサイン検出システム
７００ バイタルサイン検出システム
７００Ｂ バイタルサイン検出システム
７００Ｃ バイタルサイン検出システム
１１ ＲＦレーダー
１１Ａ ＲＦレーダー
１１Ｂ ＲＦレーダー
１１１ 送信アンテナ
１１２ 受信アンテナ
１１３ 周波数可変トランスミッタ
１１４ 高調波受信機
１１４Ｂ デュアルバンド受信機
１１４Ｃ 周波数可変受信機
１１５ 高調波復調器
１１５Ｂ 復調器
１１５Ｃ 周波数可変復調器
１１６ プロセッサ
１１７ コントローラ
１２ タグ
１２Ａ タグ
１２Ｂ タグ
１２１ 高調波送信アンテナユニット
１２２ ＲＦトランスミッタ
１３ 被験者
３００ バイタルサイン検出方法
３１ ステップ
３２ ステップ
３３ ステップ
３４ ステップ
３５ ステップ
３６ ステップ
３７ ステップ
８００ バイタルサイン検出方法
７１ ステップ
７２ ステップ
７３ ステップ
７４ ステップ
７５ ステップ
７６ ステップ
７７ ステップ
７８ ステップ
Ｆ１ ＲＦ信号
Ｆ２ ＲＦ信号
Ｆｎ ＲＦ信号
Ｆｘ ＲＦ信号
ＦＨ１ 入射高調波信号
ＦＨ２ 入射高調波信号
ＦＨｎ 入射高調波信号
ＦＨｘ 入射高調波信号
ＦＮ１ 反射高調波（ＲＦ）信号
ＦＮ２ 反射高調波（ＲＦ）信号
ＦＮｎ 反射高調波（ＲＦ）信号
ＦＮｘ 反射高調波（ＲＦ）信号
ＦＲ１ 反射ＲＦ信号
Ｔ１ 時間
Ｔ２ 時間
Ｔｎ 時間

Claims (3)

  1. 被験者にそれぞれ取り付けられ、相異する既定周波数の入射ＲＦ信号を生成させて対応する被験者に投射させ、対応する反射ＲＦ信号を生成させる複数のＲＦタグと、
    前記反射ＲＦ信号を復調させて対応する被験者のバイタルサインを取得させ、且つ前記反射ＲＦ信号の対応する周波数に基づいて被験者を識別させるための少なくとも１つのＲＦレーダーと、を備え、
    前記ＲＦレーダーは、前記ＲＦタグに送信されるＲＦ信号を生成しないことを特徴とする、
    バイタルサイン検出システム。
  2. 前記ＲＦレーダーは、既定周波数範囲内の周波数を有する前記反射ＲＦ信号を受信させる周波数可変受信機と、前記反射ＲＦ信号を復調させてベースバンド信号を取得させるための周波数可変復調器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイタルサイン検出システム。
  3. 複数のＲＦタグのうち何れか１つのＲＦタグから複数の相異する既定周波数のうちの１つの入射ＲＦ信号を生成させるステップと、
    前記入射ＲＦ信号を対応する被験者に投射させて対応する反射ＲＦ信号を生成させるステップと、
    少なくとも１つのＲＦレーダーにより、前記反射ＲＦ信号を復調させて対応する被験者のバイタルサインを取得させるステップと、
    前記反射ＲＦ信号の対応する周波数に基づいて被験者を識別させるステップと、を含み、
    前記ＲＦレーダーは、前記ＲＦタグに送信されるＲＦ信号を生成しないことを特徴とする、
    バイタルサイン検出方法。
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