JP7217011B2 - 生体信号処理装置、及び生体信号処理プログラム - Google Patents
生体信号処理装置、及び生体信号処理プログラム Download PDFInfo
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Description
本発明は、生体信号処理装置、及び生体信号処理プログラムに関し、例えば、生体信号を解析するものに関する。
日々の健康状態を把握したり病気の予兆を発見したりするために、脈波の測定などのバイタル測定（生体測定）は、非常に重要である。
特に日常的に手軽に測定したいとの要望から非侵襲（針を刺したりしない）・非接触（装置を装着しない）で手軽に実施できるバイタル測定の需要があり、盛んに研究開発されている。
特に日常的に手軽に測定したいとの要望から非侵襲（針を刺したりしない）・非接触（装置を装着しない）で手軽に実施できるバイタル測定の需要があり、盛んに研究開発されている。
このような非侵襲・非接触でバイタル測定を行う技術に、マイクロ波レーダを用いるものがある。
当該レーダによって人体にマイクロ波を照射すると、その反射波は、呼吸・心拍・体動などによりドップラーシフト（周波数が遷移）するため、これを検波することによって呼吸・心拍・体動情報が含まれたベースバンドを検出することができる。
当該レーダによって人体にマイクロ波を照射すると、その反射波は、呼吸・心拍・体動などによりドップラーシフト（周波数が遷移）するため、これを検波することによって呼吸・心拍・体動情報が含まれたベースバンドを検出することができる。
ところで、単にマイクロ波を照射してその反射波を検波した場合、レーダと人体の距離が、使用するマイクロ波の波長の整数倍の位置（ヌル検出位置）にあるとドップラー信号強度が低下するという現象がある。
この現象を改善するため、非特許文献１の技術では、ＩＱ復調による生体信号の検出を行っている。
この現象を改善するため、非特許文献１の技術では、ＩＱ復調による生体信号の検出を行っている。
ＩＱ復調は、反射波からＩ信号とこれと直交するＱ信号を検出するものであり、Ｉ信号とＱ信号のうち、一方のドップラー信号強度が最低の時、他方が最適となり、一方が中間状態の時、他方も中間状態となるため、相互に補完しあって感度の低下を緩和することができる。
このようにＩＱチャネル信号を組み合わせてバイタルの周波数変化分を検出する手法は各種提案されており、例えば、主成分分析などを利用してＩＱチャネルを選択する方法、アークタンジェント複合法、複素信号複合法などが提案されている。
これらドップラーレーダを用いて人体からバイタル成分を検出する技術では、反射の位相成分を、フィルタなどを用いて再生し、更に、周波数成分によって分離して、呼吸や心拍などの生体信号を得ている。
これらドップラーレーダを用いて人体からバイタル成分を検出する技術では、反射の位相成分を、フィルタなどを用いて再生し、更に、周波数成分によって分離して、呼吸や心拍などの生体信号を得ている。
しかし、反射波には、人体によるもののほか、壁や家具などの周辺の固定物からの成分も含まれており、従来技術では、それらも位相成分として再生されて誤差が生じるという問題があった。
従来技術によっても呼吸数や心拍数を検出することが可能であり利用価値はあるが、より高精度に信号を解析することによって、より良いサービスを提供したいとの要望があった。
従来技術によっても呼吸数や心拍数を検出することが可能であり利用価値はあるが、より高精度に信号を解析することによって、より良いサービスを提供したいとの要望があった。
「呼吸・心拍の非接触モニタリングシステムの開発」東京都立産業技術研究センター研究報告、第９号、２０１４年、ｐ６～ｐ９
本発明は、高精度に生体信号を検出することを目的とする。
（１）本発明は、前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では 生体に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナから送信されたマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した前記反射波の同相信号と直交信号から成る複素信号を取得する複素信号取得手段と、前記取得した複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、前記複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定手段と、前記取得した複素信号から、前記推定した固定成分を除去することにより前記取得した複素信号を補正する補正手段と、前記補正した複素信号から前記生体の生体信号を取得する生体信号取得手段と、前記取得した生体信号を出力する出力手段と、を具備し、前記受信アンテナは、前記送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信し、前記複素信号取得手段は、前記受信アンテナが受信した前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、前記推定手段は、前記取得した複素信号毎に、前記固定成分を推定し、前記補正手段は、前記複素信号毎に、前記推定した固定成分を除去し、前記生体信号取得手段は、前記補正した全複素信号の時間領域における振幅の波形を足し合せた振幅波形から、前記生体の脈波に対応する生体信号を取得する、ことを特徴とする生体信号処理装置を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記送信アンテナは、生体に向けてマイクロ波を送信する複数素子パッチアレーアンテナを備え、前記受信アンテナは、前記送信アンテナにおける前記複数素子パッチアレーアンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する複数素子パッチアレーアンテナを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号処理装置を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記補正手段は、前記特定した中心位置に対する前記複素平面の原点の位置をオフセット量とし、前記複素信号を前記オフセット量だけ前記複素平面でオフセットすることにより、前記取得した複素信号を補正することを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の生体信号処理装置を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記生体信号取得手段は、前記振幅波形の移動平均を微分することにより前記脈波に対応する信号を取得することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の生体信号処理装置を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、生体に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する受信アンテナで受信した前記反射波の同相信号と直交信号から成る複素信号を取得する複素信号取得機能と、前記取得した複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、前記複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定機能と、前記取得した複素信号から、前記推定した固定成分を除去することにより前記取得した複素信号を補正する補正機能と、前記補正した複素信号から前記生体の生体信号を取得する生体信号取得機能と、前記取得した生体信号を出力する出力機能と、をコンピュータで実現するプログラムであって、前記複素信号取得機能は、前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、前記複素信号取得機能は、前記受信アンテナが受信した前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、前記推定機能は、前記取得した複素信号毎に、前記固定成分を推定し、前記補正機能は、前記複素信号毎に、前記推定した固定成分を除去し、前記生体信号取得機能は、前記補正した全複素信号の振幅の波形を足し合せた振幅波形から、前記生体の脈波に対応する生体信号を取得する、ことを特徴とする生体信号処理プログラムを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記送信アンテナは、生体に向けてマイクロ波を送信する複数素子パッチアレーアンテナを備え、前記受信アンテナは、前記送信アンテナにおける前記複数素子パッチアレーアンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する複数素子パッチアレーアンテナを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号処理装置を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記補正手段は、前記特定した中心位置に対する前記複素平面の原点の位置をオフセット量とし、前記複素信号を前記オフセット量だけ前記複素平面でオフセットすることにより、前記取得した複素信号を補正することを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の生体信号処理装置を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記生体信号取得手段は、前記振幅波形の移動平均を微分することにより前記脈波に対応する信号を取得することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の生体信号処理装置を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、生体に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する受信アンテナで受信した前記反射波の同相信号と直交信号から成る複素信号を取得する複素信号取得機能と、前記取得した複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、前記複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定機能と、前記取得した複素信号から、前記推定した固定成分を除去することにより前記取得した複素信号を補正する補正機能と、前記補正した複素信号から前記生体の生体信号を取得する生体信号取得機能と、前記取得した生体信号を出力する出力機能と、をコンピュータで実現するプログラムであって、前記複素信号取得機能は、前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、前記複素信号取得機能は、前記受信アンテナが受信した前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、前記推定機能は、前記取得した複素信号毎に、前記固定成分を推定し、前記補正機能は、前記複素信号毎に、前記推定した固定成分を除去し、前記生体信号取得機能は、前記補正した全複素信号の振幅の波形を足し合せた振幅波形から、前記生体の脈波に対応する生体信号を取得する、ことを特徴とする生体信号処理プログラムを提供する。
本発明によれば、反射波から固定成分を除くことによって、高精度に生体信号を検出することができる。
（１）実施形態の概要
図１に示したように、生体に照射したマイクロ波の反射応答には、振幅成分と位相成分があり、理想的には生体からの反射成分ｈｖ（ｔ）を解析すればよい。
しかし、反射応答成分ｈ（ｔ）は、生体からの反射成分ｈｖ（ｔ）のほか、生体以外の壁や家具などからの反射成分ｈｆ（ｔ）を含んでいる。これによって解析するための原点が原点Ｏからずれ、これが信号誤差となって検出精度に影響する。
そこで信号処理装置４は、得られた信号を解析してｈｖ（ｔ）を解析する基準となる仮想原点Ｏ’を求め、当該仮想原点Ｏ’からの位相、振幅成分を求めることで従来のフィルタを用いる方式よりも現象にあった信号を得ることができる。
図１に示したように、生体に照射したマイクロ波の反射応答には、振幅成分と位相成分があり、理想的には生体からの反射成分ｈｖ（ｔ）を解析すればよい。
しかし、反射応答成分ｈ（ｔ）は、生体からの反射成分ｈｖ（ｔ）のほか、生体以外の壁や家具などからの反射成分ｈｆ（ｔ）を含んでいる。これによって解析するための原点が原点Ｏからずれ、これが信号誤差となって検出精度に影響する。
そこで信号処理装置４は、得られた信号を解析してｈｖ（ｔ）を解析する基準となる仮想原点Ｏ’を求め、当該仮想原点Ｏ’からの位相、振幅成分を求めることで従来のフィルタを用いる方式よりも現象にあった信号を得ることができる。
より具体的には、仮想原点Ｏ’からの位相、振幅を求めるために、信号処理装置４は、原点Ｏと仮想原点Ｏ’の差をオフセット量とし、ｈ（ｔ）をこれによってオフセットする。
これによって、仮想原点Ｏ’が原点Ｏに一致するため、仮想原点Ｏ’からの位相、振幅成分の解析を原点Ｏを基準とした位相、振幅成分によって行うことができる。
これによって、仮想原点Ｏ’が原点Ｏに一致するため、仮想原点Ｏ’からの位相、振幅成分の解析を原点Ｏを基準とした位相、振幅成分によって行うことができる。
（２）実施形態の詳細
図１は、生体信号（バイタルサイン、バイタル信号）を測定する測定装置１の構成を説明するための図である。本実施の形態では、生体信号として呼吸と脈波を測定する。
測定装置１は、マイクロ波回路２、制御装置３、信号処理装置４などから構成されている。
更に、マイクロ波回路２は、発信器２１、分配移相部２４、混合器（ミキサ）２６、２７、送信アンテナ２３、受信アンテナ２５などから構成されている。
また、図示しないがマイクロ波回路２によるマイクロ波照射方向には、生体信号計測の対象者７が着座するための椅子が設置されている。
図１は、生体信号（バイタルサイン、バイタル信号）を測定する測定装置１の構成を説明するための図である。本実施の形態では、生体信号として呼吸と脈波を測定する。
測定装置１は、マイクロ波回路２、制御装置３、信号処理装置４などから構成されている。
更に、マイクロ波回路２は、発信器２１、分配移相部２４、混合器（ミキサ）２６、２７、送信アンテナ２３、受信アンテナ２５などから構成されている。
また、図示しないがマイクロ波回路２によるマイクロ波照射方向には、生体信号計測の対象者７が着座するための椅子が設置されている。
なお、本実施の形態では、測定装置１を実験室で使用したため、対象者７を椅子に着座させたが、これは一例であって、例えば、車両に搭載してドライバの生体信号を検出したり、病院や介護施設でこれらの利用者の生体信号を検出したり、あるいは、家庭の洗面台に設置して洗面者の生体信号を検出したりなど、各種の利用シーンで広く活用することができる。
制御装置３は、発信器２１の駆動を制御する制御装置である。
制御装置３は、発信器２１に電力を供給すると共にこれを駆動してマイクロ波を発生させる。
発信器２１は、マイクロ波発振用のデバイスを備えており、所定の周波数のマイクロ波（本実施の形態では、５．０１８［ＧＨｚ］のマイクロ波を使用した）を生成して送信する。
発信器２１が送信したマイクロ波は、送信経路を経由して送信アンテナ２３に送出されるほか、一部は参照波として分配移相部２４に分配送出される。
制御装置３は、発信器２１に電力を供給すると共にこれを駆動してマイクロ波を発生させる。
発信器２１は、マイクロ波発振用のデバイスを備えており、所定の周波数のマイクロ波（本実施の形態では、５．０１８［ＧＨｚ］のマイクロ波を使用した）を生成して送信する。
発信器２１が送信したマイクロ波は、送信経路を経由して送信アンテナ２３に送出されるほか、一部は参照波として分配移相部２４に分配送出される。
分配移相部２４は、分配機能と移相機能を有しており（例えば、分配器と移相器を組み合わせて構成してある）、参照波を２波に分配すると共に、一方を参照波と同相で混合器２６に入力し、他方を９０°の位相量だけ移相して混合器２７に入力する。
このようにして分配移相部２４は、送信アンテナ２３が出力するマイクロ波と同相の参照波と、これと位相が直交する参照波を生成し、それぞれ、混合器２６と混合器２７に入力する。
このようにして分配移相部２４は、送信アンテナ２３が出力するマイクロ波と同相の参照波と、これと位相が直交する参照波を生成し、それぞれ、混合器２６と混合器２７に入力する。
送信アンテナ２３は、１６素子パッチアレーアンテナで構成されており、発信器２１が発生したマイクロ波を対象者７に向けて照射する。
受信アンテナ２５は、８素子パッチアレーアンテナで構成されており、送信アンテナ２３が送信したマイクロ波の反射波を受信して、これを分配して混合器２６、２７に送出する。
受信アンテナ２５は、８素子パッチアレーアンテナで構成されており、送信アンテナ２３が送信したマイクロ波の反射波を受信して、これを分配して混合器２６、２７に送出する。
なお、実験では、送信アンテナ２３を０．７１９ｍの高さに設置し、受信アンテナ２５を０．９７５ｍの高さに設置した。
また、これらパッチアレーアンテナから対象者７までの距離を０．３ｍとし、パッチアレーアンテナの素子間の間隔を、発信器２１が発信するマイクロ波の０．５波長とした。
このように測定装置１は、複数のアンテナで送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）を採用しているが、図ではこれらのうちの１セットを示している。
また、これらパッチアレーアンテナから対象者７までの距離を０．３ｍとし、パッチアレーアンテナの素子間の間隔を、発信器２１が発信するマイクロ波の０．５波長とした。
このように測定装置１は、複数のアンテナで送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）を採用しているが、図ではこれらのうちの１セットを示している。
ＭＩＭＯにより、マイクロ波の指向性を鋭くすることができるほか、マイクロ波の方向を微調整して、脈波がよく検出できる部位（発明者の実験によると対象者７の心臓部あたり）にマイクロ波を照射することができる。
なお、対象者７が着衣していたり、病院や介護施設で布団をかけている場合でもマイクロ波はこれらを透過するため、対象者７に対して送信アンテナ２３からマイクロ波を照射し、対象者７の体表面で反射した反射波を受信アンテナ２５で受信することができる。
なお、対象者７が着衣していたり、病院や介護施設で布団をかけている場合でもマイクロ波はこれらを透過するため、対象者７に対して送信アンテナ２３からマイクロ波を照射し、対象者７の体表面で反射した反射波を受信アンテナ２５で受信することができる。
対象者７の胸付近の体表面は、測定装置１に対して矢線６０に示したように呼吸で前後運動しているため、マイクロ波の反射波は、これによりドプラーシフトする。
また、対象者７の体表面は、脈拍によって膨張と縮小を繰り返し、これによってもドプラーシフトが生じる。
このように、受信アンテナ２５が受信する反射波には、呼吸と脈波の情報が含まれている。
また、対象者７の体表面は、脈拍によって膨張と縮小を繰り返し、これによってもドプラーシフトが生じる。
このように、受信アンテナ２５が受信する反射波には、呼吸と脈波の情報が含まれている。
混合器２６は、受信アンテナ２５が受信した反射波を発信器２１による同相の参照波と混合し、これによって、うなり（ビート、混合波）を発生させて信号処理装置４に出力する。
混合器２７は、受信アンテナ２５が受信した反射波を９０°だけ移相した参照波と混合し、これによって、うなりを発生させて信号処理装置４に出力する。
混合器２７は、受信アンテナ２５が受信した反射波を９０°だけ移相した参照波と混合し、これによって、うなりを発生させて信号処理装置４に出力する。
信号処理装置４は、生体信号処理装置として機能する装置である。信号処理装置４は、混合器２６と混合器２７が出力する混合波をそれぞれ検波する検波装置を備えており、混合器２６が出力する同相成分のＩ信号、混合器２７が出力する直交成分のＱ信号から式２２で示した複素数の信号（複素信号）ｈ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）＋ｊＱ（ｔ）を生成する。ここで、ｊは、虚数単位であり、ｔは時間を表している。
このように、信号処理装置４は、生体に向けて送信されたマイクロ波の反射波の同相信号（Ｉ信号）と直交信号（Ｑ信号）から成る複素信号を取得する複素信号取得手段を備えている。
これにより測定装置１は、ヌル検出位置による感度の低下を抑止することができ、対象者７は、測定装置１との位置関係を気にせずに測定装置１を利用することができる。
これにより測定装置１は、ヌル検出位置による感度の低下を抑止することができ、対象者７は、測定装置１との位置関係を気にせずに測定装置１を利用することができる。
ｈ（ｔ）には、対象者７からの反射による成分ｈｖ（ｔ）のほか、家具や壁などの環境に固定された物体５０からの反射による成分ｈｆ（ｔ）が重畳されている。
本来はｈｖ（ｔ）から生体信号を抽出したいが、ｈ（ｔ）にはｈｆ（ｔ）が重畳されているため、ｈｖ（ｔ）を用いた精密測定を行う場合、何らかの方法によりこれを除去する必要がある。
そこで、信号処理装置４は、以下のようにしてｈｆ（ｔ）を推定し、これをｈ（ｔ）から除く補正を行ってｈ（ｔ）からｈｖ（ｔ）を再生する。
本来はｈｖ（ｔ）から生体信号を抽出したいが、ｈ（ｔ）にはｈｆ（ｔ）が重畳されているため、ｈｖ（ｔ）を用いた精密測定を行う場合、何らかの方法によりこれを除去する必要がある。
そこで、信号処理装置４は、以下のようにしてｈｆ（ｔ）を推定し、これをｈ（ｔ）から除く補正を行ってｈ（ｔ）からｈｖ（ｔ）を再生する。
図１（ｂ）に示したように、ｈ（ｔ）は、複素平面上で表すと、物体５０からの反射によるｈｆ（ｔ）と、対象者７からの反射によるｈｖ（ｔ）を足したものとなっている。
なお、この複素平面は、実軸である横軸を搬送波と同じ位相（同相成分）の軸とし（Ｉ軸とも呼ばれる）、虚軸である縦軸を搬送波と直交する位相（直交位相成分）の軸とする（Ｑ軸とも呼ばれる）ものである。
なお、この複素平面は、実軸である横軸を搬送波と同じ位相（同相成分）の軸とし（Ｉ軸とも呼ばれる）、虚軸である縦軸を搬送波と直交する位相（直交位相成分）の軸とする（Ｑ軸とも呼ばれる）ものである。
ｈｆ（ｔ）は、環境に固定した物体５０によるものなので固定しており、固定成分（直流成分、ＤＣ成分）となっている。
一方、ｈｖ（ｔ）は、対象者７の呼吸によって周期的に変化し、仮想原点Ｏ’（後述するようにこの点は推定されるため仮想と呼ぶことにした）を中心とする円弧６１上を対象者７の呼吸に同期して時計方向と反時計方向に行ったり来たりの周期運動を行う。
一方、ｈｖ（ｔ）は、対象者７の呼吸によって周期的に変化し、仮想原点Ｏ’（後述するようにこの点は推定されるため仮想と呼ぶことにした）を中心とする円弧６１上を対象者７の呼吸に同期して時計方向と反時計方向に行ったり来たりの周期運動を行う。
ｈｆ（ｔ）にｈｖ（ｔ）を加えたものがｈ（ｔ）として複素平面上で観測されるため、ｈ（ｔ）の軌跡は、ｈｆ（ｔ）の周期運動の中心が仮想原点Ｏ’にずれたものとなる。
このようにｈ（ｔ）は、原点Ｏを中心として振動していないため、生体信号の波形が歪んで検出される。
このようにｈ（ｔ）は、原点Ｏを中心として振動していないため、生体信号の波形が歪んで検出される。
そこで、本実施の形態では、対象者７からの反射波であるｈｖ（ｔ）が円弧を描くという性質があることに着目し、円弧６１の位置と形状からｈｖ（ｔ）の周期運動の中心点である仮想原点Ｏ’の位置を推定することにより特定する。これによって原点Ｏから仮想原点Ｏ’に至るｈｆ（ｔ）を推定することができる。
このように、信号処理装置４は、複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、当該複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定手段を備えている。
このように、信号処理装置４は、複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、当該複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定手段を備えている。
そして、信号処理装置４は、図１（ｃ）に示したように、仮想原点Ｏ’が原点Ｏと一致するようにｈ（ｔ）をオフセットすることによりｈ（ｔ）からｈｆ（ｔ）を除去する補正を行う。
このように、信号処理装置４は、複素信号から、推定した固定成分を除去することにより当該複素信号を補正する補正手段を備えている。
そして、当該補正手段は、特定した中心位置に対する複素平面の原点の位置をオフセット量とし、複素信号を当該オフセット量だけ複素平面でオフセットすることにより、複素信号を補正している。
このように、信号処理装置４は、複素信号から、推定した固定成分を除去することにより当該複素信号を補正する補正手段を備えている。
そして、当該補正手段は、特定した中心位置に対する複素平面の原点の位置をオフセット量とし、複素信号を当該オフセット量だけ複素平面でオフセットすることにより、複素信号を補正している。
これによってｈｖ（ｔ）（補正後のｈ（ｔ））が原点Ｏを中心として円弧６２を描くため、原点Ｏを基準として位相や振幅を測定することができ、より精密な生体信号を検出することができる。
後述するように振幅からは生体信号として脈波を抽出することができ、信号処理装置４は、これをディスプレイなどに出力することができる。
このように、信号処理装置４は、補正した複素信号から生体の生体信号を取得する生体信号取得手段と、当該生体信号を出力する出力手段と、を備えている。
後述するように振幅からは生体信号として脈波を抽出することができ、信号処理装置４は、これをディスプレイなどに出力することができる。
このように、信号処理装置４は、補正した複素信号から生体の生体信号を取得する生体信号取得手段と、当該生体信号を出力する出力手段と、を備えている。
図２は、仮想原点Ｏ’を求める方法を説明するための図である。
図２は、複素平面を表しており、信号処理装置４は、複素平面上に仮想原点Ｏ’の候補となる探索点７５、７５、・・・を所定間隔で多数配置している。
信号６５は、ｈ（ｔ）をサンプリングした点を複素平面上にプロットしたものであって、ｈ（ｔ）のＩチャネルとＱチャネルを足し合わせた（合成した）ものとなっている。そして、信号６５の点の軌跡は、上述したように円弧状となる。
なお、本実験では、サンプリング周波数は、２００Ｈｚとし、７０秒間測定した。
横軸を同相とし、縦軸を直交する相とする複素平面に信号をプロットした図は、コンスタレーションと呼ばれる。
図２は、複素平面を表しており、信号処理装置４は、複素平面上に仮想原点Ｏ’の候補となる探索点７５、７５、・・・を所定間隔で多数配置している。
信号６５は、ｈ（ｔ）をサンプリングした点を複素平面上にプロットしたものであって、ｈ（ｔ）のＩチャネルとＱチャネルを足し合わせた（合成した）ものとなっている。そして、信号６５の点の軌跡は、上述したように円弧状となる。
なお、本実験では、サンプリング周波数は、２００Ｈｚとし、７０秒間測定した。
横軸を同相とし、縦軸を直交する相とする複素平面に信号をプロットした図は、コンスタレーションと呼ばれる。
信号処理装置４は、このように配置した探索点７５、７５、・・・において、信号６５の全ての点（即ち、ｈ（ｔ）をサンプリングした点）から各探索点７５までの距離ｒを計算する。そして、ｒの分散が最小となる探索点７５を仮想原点Ｏ’に設定する。
このように分散が最小となる探索点７５は、信号６５の各点からの距離が概略等しいため、円弧の中心点として最もふさわしい点となっている。
このように分散が最小となる探索点７５は、信号６５の各点からの距離が概略等しいため、円弧の中心点として最もふさわしい点となっている。
図３は、チャネルの補正を説明するための図である。
図３（ａ）は、補正前のｈ（ｔ）による信号６６を表しており、仮想原点Ｏ’は、複素平面の原点Ｏから離れた位置にある。このオフセットされた成分がｈｆ（ｔ）によるものと推定される。
なお、この図は、図示したようにパッチアレーアンテナ９０の２番目の送信アンテナ２３と１番目の受信アンテナ２５のパスによるものである。
図３（ａ）は、補正前のｈ（ｔ）による信号６６を表しており、仮想原点Ｏ’は、複素平面の原点Ｏから離れた位置にある。このオフセットされた成分がｈｆ（ｔ）によるものと推定される。
なお、この図は、図示したようにパッチアレーアンテナ９０の２番目の送信アンテナ２３と１番目の受信アンテナ２５のパスによるものである。
信号処理装置４は、図３（ｂ）に示したように、仮想原点Ｏ’と原点Ｏの差分だけ信号６６をオフセットして（移動して）信号６７を計算する。
この補正により、信号６７による円弧の仮想原点Ｏ’が原点Ｏとなり、これがｈ（ｔ）からｈｆ（ｔ）を除いたｈｖ（ｔ）の成分となる。
信号処理装置４は、以上のようにしてｈ（ｔ）による信号６６の各点について、上記オフセットを行う補正を行うことにより、ｈｖ（ｔ）による信号６７を計算する。
即ち、信号処理装置４は、信号６６で表される補正前の伝搬チャネルを信号６７で表される補正後の伝搬チャネルに変換する。
この補正により、信号６７による円弧の仮想原点Ｏ’が原点Ｏとなり、これがｈ（ｔ）からｈｆ（ｔ）を除いたｈｖ（ｔ）の成分となる。
信号処理装置４は、以上のようにしてｈ（ｔ）による信号６６の各点について、上記オフセットを行う補正を行うことにより、ｈｖ（ｔ）による信号６７を計算する。
即ち、信号処理装置４は、信号６６で表される補正前の伝搬チャネルを信号６７で表される補正後の伝搬チャネルに変換する。
生体信号は、ｈ（ｔ）の位相、振幅として現れるため、これらが補正の前後でどのように改善するか説明する。
図４は、補正前の信号（ｈ（ｔ））による位相波形を説明するための図である。
図４（ａ）で示すように、ｈ（ｔ）の信号６６が示す円弧は、原点Ｏを中心としておらず、これから離れた仮想原点Ｏ’を中心としている。
原点Ｏの周りの位相は、図の矢線で示した原点Ｏの周りの角度方向に計測されるが、信号６６の円弧の中心は原点Ｏから固定成分だけずれているため、信号６６の原点Ｏに対する位相の時間変化をグラフにすると図４（ｂ）のように、きれいなサインカーブとはならずに、サインカーブの頂点が扁平となった歪んだものとなる。
図４は、補正前の信号（ｈ（ｔ））による位相波形を説明するための図である。
図４（ａ）で示すように、ｈ（ｔ）の信号６６が示す円弧は、原点Ｏを中心としておらず、これから離れた仮想原点Ｏ’を中心としている。
原点Ｏの周りの位相は、図の矢線で示した原点Ｏの周りの角度方向に計測されるが、信号６６の円弧の中心は原点Ｏから固定成分だけずれているため、信号６６の原点Ｏに対する位相の時間変化をグラフにすると図４（ｂ）のように、きれいなサインカーブとはならずに、サインカーブの頂点が扁平となった歪んだものとなる。
なお、このグラフは、測定開始後２５秒から３５秒までの１０秒間を表している。以下、同様である。
このように、補正前の信号６６は、固定成分の分だけ歪んでいるため、精密な生体信号を検出するのには不向きである。
このように、補正前の信号６６は、固定成分の分だけ歪んでいるため、精密な生体信号を検出するのには不向きである。
図５は、補正後の信号（ｈｖ（ｔ））による位相波形を説明するための図である。
図５（ａ）で示すように、オフセットによって固定成分を除去して信号６６を補正することにより、ｈｖ（ｔ）による信号６７が複素平面上に再生される。
原点Ｏと仮想原点Ｏ’が一致するため、信号６７が示す円弧は、原点Ｏを中心とする円弧となる。
これにより、原点Ｏの周りの位相の時間変化は、図５（ｂ）に示したように、きれいなサインカーブとなる。
このように補正後の信号は、歪みがとれて正常な波形となるため、これから生体信号（例えば、呼吸）を好適に抽出することができる。
図５（ａ）で示すように、オフセットによって固定成分を除去して信号６６を補正することにより、ｈｖ（ｔ）による信号６７が複素平面上に再生される。
原点Ｏと仮想原点Ｏ’が一致するため、信号６７が示す円弧は、原点Ｏを中心とする円弧となる。
これにより、原点Ｏの周りの位相の時間変化は、図５（ｂ）に示したように、きれいなサインカーブとなる。
このように補正後の信号は、歪みがとれて正常な波形となるため、これから生体信号（例えば、呼吸）を好適に抽出することができる。
図６は、補正前の信号（ｈ（ｔ））による振幅波形を説明するための図である。
図６（ａ）で示すようにｈ（ｔ）の信号６６が示す円弧は、原点Ｏを中心としておらず、これから離れた仮想原点Ｏ’を中心としている。
そのため、矢線で示したように原点Ｏから信号６６の各点までの距離によって振幅を計測すると、その時間変化は、図６（ｂ）のグラフに示したように、呼吸の影響が優位に現れるものの歪なサインカーブとなる。
図６（ａ）で示すようにｈ（ｔ）の信号６６が示す円弧は、原点Ｏを中心としておらず、これから離れた仮想原点Ｏ’を中心としている。
そのため、矢線で示したように原点Ｏから信号６６の各点までの距離によって振幅を計測すると、その時間変化は、図６（ｂ）のグラフに示したように、呼吸の影響が優位に現れるものの歪なサインカーブとなる。
図７は、補正後の信号（ｈｖ（ｔ））による振幅波形を説明するための図である。
図７（ａ）で示すように、原点Ｏと仮想原点Ｏ’が一致するため、原点Ｏに対する振幅方向が信号６７の示す円弧の中心方向を向いている。
これから信号６７の振幅の時間変化をグラフにすると、図７（ｂ）のように補正前の信号６６では歪みによって隠れていた微細な構造が振幅変化として現れた。
図に示したように、破線で囲った領域８３、８３、・・・には、脈波とみられる成分が確認された。
図７（ａ）で示すように、原点Ｏと仮想原点Ｏ’が一致するため、原点Ｏに対する振幅方向が信号６７の示す円弧の中心方向を向いている。
これから信号６７の振幅の時間変化をグラフにすると、図７（ｂ）のように補正前の信号６６では歪みによって隠れていた微細な構造が振幅変化として現れた。
図に示したように、破線で囲った領域８３、８３、・・・には、脈波とみられる成分が確認された。
図８は、脈波と振幅波形の関係を説明するための図である。
本願発明者は、対象者７の指に血圧センサを装着し、これによって脈波を測定しながら同時にマイクロ波によって対象者７の体表に対するｈ（ｔ）を計測した。
図８（ａ）は、血圧センサによって検出した実験開始後４５秒から５５秒までの対象者７の脈波である。
図では、脈波を破線で示してある。図に示したように、きれいな波形が計測された。脈波のピークの後に小さいピークが現れるのは、若者の弾力のある血管によくみられる波形である。
本願発明者は、対象者７の指に血圧センサを装着し、これによって脈波を測定しながら同時にマイクロ波によって対象者７の体表に対するｈ（ｔ）を計測した。
図８（ａ）は、血圧センサによって検出した実験開始後４５秒から５５秒までの対象者７の脈波である。
図では、脈波を破線で示してある。図に示したように、きれいな波形が計測された。脈波のピークの後に小さいピークが現れるのは、若者の弾力のある血管によくみられる波形である。
図８（ｂ）は、信号６７の振幅波形を移動平均によって平均化した後、時間で微分した波形を表している。
図から分かるように、脈波のピークの付近にピークが現れている。
図８（ｃ）は、脈波と、振幅移動平均微分波形を重ねて表したものである。
図から明らかなように、脈波のピークと、振幅移動平均微分波形のピークが一致している。このため信号６７には、脈波が現れていると考えられる。
なお、本願発明者の実験によると、補正後の振幅波形を全てのパスで足し合わせると脈波（心拍）の成分が強められることが分かった。
図から分かるように、脈波のピークの付近にピークが現れている。
図８（ｃ）は、脈波と、振幅移動平均微分波形を重ねて表したものである。
図から明らかなように、脈波のピークと、振幅移動平均微分波形のピークが一致している。このため信号６７には、脈波が現れていると考えられる。
なお、本願発明者の実験によると、補正後の振幅波形を全てのパスで足し合わせると脈波（心拍）の成分が強められることが分かった。
このように、信号６６を原点移動により補正することにより、歪みの中に埋もれていた脈波を複素信号から取り出すことができた。
なお、本実施の形態では、振幅波形から脈波を検出したが、これは、振幅波形に脈波が顕著に表れるためであり、位相波形にも脈波による成分は含まれている。
なお、本実施の形態では、振幅波形から脈波を検出したが、これは、振幅波形に脈波が顕著に表れるためであり、位相波形にも脈波による成分は含まれている。
このように、信号処理装置４が備える生体信号取得手段は、複素信号の時間領域における振幅、又は位相から生体の脈波に対応する信号を取得している。
そして、当該生体信号取得手段は、振幅の波形の移動平均を微分することにより脈波に対応する信号を取得している。
更に、複素信号取得手段は、複数のパスを伝搬してきた反射波から複素信号を取得することにより脈波の成分を強めることができる。
そして、当該生体信号取得手段は、振幅の波形の移動平均を微分することにより脈波に対応する信号を取得している。
更に、複素信号取得手段は、複数のパスを伝搬してきた反射波から複素信号を取得することにより脈波の成分を強めることができる。
図９は、信号処理装置４のハードウェア的な構成を説明するための図である。
信号処理装置４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４３、検波装置４４、入力装置４５、出力装置４６、記憶装置４７などを用いて構成されている。
ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２や記憶装置４７が記憶する信号処理プログラムに従ってｈ（ｔ）の補正処理や、補正後のｈ（ｔ）（即ち、ｈｖ（ｔ））から生体信号を抽出したりなどする。
ＲＯＭ４２は、信号処理装置４を動作させる基本的なプログラムやパラメータなどを記憶している読み取り専用のメモリである。
ＲＯＭ４２は、信号処理装置４を動作させる基本的なプログラムやパラメータなどを記憶している読み取り専用のメモリである。
ＲＡＭ４３は、読み書きが可能なメモリであって、ＣＰＵ４１が信号処理プログラムに従って動作する際のワーキングメモリを提供する。
より詳細には、Ｉ信号とＱ信号からのｈ（ｔ）の生成、探索点７５からの仮想原点Ｏ’の計算、補正前の信号６６のオフセットによる信号６７への補正、信号６７からの位相波形や振幅波形の生成などを行う際の計算のためのメモリを提供する。
より詳細には、Ｉ信号とＱ信号からのｈ（ｔ）の生成、探索点７５からの仮想原点Ｏ’の計算、補正前の信号６６のオフセットによる信号６７への補正、信号６７からの位相波形や振幅波形の生成などを行う際の計算のためのメモリを提供する。
検波装置４４は、混合器２６、２７が出力する混合波を検波してＩ信号とＱ信号を出力する。
入力装置４５は、例えば、タッチパネル、キーボード、マウスなどの入力デバイスを備えており、信号処理装置４のユーザからの操作を受け付けるなどする。
出力装置４６は、例えば、ディスプレイ、スピーカ、プリンタなどの出力デバイスを備えており、信号処理装置４の操作画面をディスプレイに表示したり、解析した生体信号をこれら出力デバイスに出力する。
入力装置４５は、例えば、タッチパネル、キーボード、マウスなどの入力デバイスを備えており、信号処理装置４のユーザからの操作を受け付けるなどする。
出力装置４６は、例えば、ディスプレイ、スピーカ、プリンタなどの出力デバイスを備えており、信号処理装置４の操作画面をディスプレイに表示したり、解析した生体信号をこれら出力デバイスに出力する。
記憶装置４７は、例えば、半導体記憶装置やハードディスクなどの大容量の媒体を備えており、検波装置４４が検波したＩ信号とＱ信号から脈波などの生体信号を抽出するための信号処理プログラムや、その他のプログラム、及び過去の測定値のデータなどを記憶している。
図１０は、信号処理装置４が行う信号処理の手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、ＣＰＵ４１が信号処理プログラムに従って行うものである。
まず、ＣＰＵ４１は、解析に必要なデータを取得する（ステップ５）。
ＣＰＵ４１は、この処理を検波装置４４が検波したＩ信号とＱ信号をＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
以下の処理は、ＣＰＵ４１が信号処理プログラムに従って行うものである。
まず、ＣＰＵ４１は、解析に必要なデータを取得する（ステップ５）。
ＣＰＵ４１は、この処理を検波装置４４が検波したＩ信号とＱ信号をＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
次に、ＣＰＵ４１は、原点補正演算を行う（ステップ１０）。
ＣＰＵ４１は、この処理を、ｈ（ｔ）を生成して信号６６の点列をＲＡＭ４３に記憶し、信号６６の全ての点について、各探索点７５に対する距離ｒの分散を計算してＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
ＣＰＵ４１は、この処理を、ｈ（ｔ）を生成して信号６６の点列をＲＡＭ４３に記憶し、信号６６の全ての点について、各探索点７５に対する距離ｒの分散を計算してＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
次に、ＣＰＵ４１は、仮想原点Ｏ’を取得する（ステップ１５）。
ＣＰＵ４１は、この処理をＲＡＭ４３に記憶した分散が最も小さくなる探索点７５を仮想原点Ｏ’に設定して、これをＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
ＣＰＵ４１は、この処理をＲＡＭ４３に記憶した分散が最も小さくなる探索点７５を仮想原点Ｏ’に設定して、これをＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
次に、ＣＰＵ４１は、原点補正を行う（ステップ２０）。
ＣＰＵ４１は、この処理を原点Ｏに対する仮想原点Ｏ’の変位から固定成分であるｈｆ（ｔ）を推定し、－ｈｆ（ｔ）だけ信号６６の各点をオフセットすることにより補正後の信号６７を計算してＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
ＣＰＵ４１は、この処理を原点Ｏに対する仮想原点Ｏ’の変位から固定成分であるｈｆ（ｔ）を推定し、－ｈｆ（ｔ）だけ信号６６の各点をオフセットすることにより補正後の信号６７を計算してＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
次に、ＣＰＵ４１は、脈波を検出する（ステップ２５）。
ＣＰＵ４１は、この処理をＲＡＭ４３に記憶した信号６７から振幅波形を計算し、これを移動平均して更に微分し、そのピークの時刻や振幅をＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
ＣＰＵ４１は、この処理をＲＡＭ４３に記憶した信号６７から振幅波形を計算し、これを移動平均して更に微分し、そのピークの時刻や振幅をＲＡＭ４３に記憶することにより行う。
次に、ＣＰＵ４１は、例えば、１分間に７０回など、脈波に関する情報を出力装置４６のディスプレイに表示するなどして出力する（ステップ３０）。
以上で、信号処理装置４が行う信号処理は終わりであるが、仮想原点Ｏ’は、周囲環境によって変化するので、ＣＰＵ４１は、所定時間ごとに上記の処理を繰り返し、仮想原点Ｏ’の更新、及び脈波の更新を行っていく。
以上で、信号処理装置４が行う信号処理は終わりであるが、仮想原点Ｏ’は、周囲環境によって変化するので、ＣＰＵ４１は、所定時間ごとに上記の処理を繰り返し、仮想原点Ｏ’の更新、及び脈波の更新を行っていく。
以上に説明した実施の形態では、仮想原点Ｏ’を原点Ｏに移動することにより仮想原点Ｏ’を基準とする位相・振幅の測定を原点Ｏを基準とする位相・振幅の測定で行ったが、これは、一例であって、複素平面上での仮想原点Ｏ’の位置が分かるため、直接仮想原点Ｏ’を基準としてｈｖ（ｔ）の位相・振幅を測定してもよい。
以上に説明した実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
（１）生体信号が複素平面上で円弧を描くことを利用して、複素チャネルに含まれる生体信号成分の原点を推定することができる。
（２）推定した生体信号成分の原点を基準として生体信号から位相と振幅を計測することができる。
（３）生体の反射波から変動部分以外の固定反射波による固定成分を除くことにより、原点のずれから生じる位相と振幅の歪みを除いて正しい波形を復元することができる。
（４）非侵襲・非接触で脈波測定と同等な情報を含んだ波形を計測することができる。
（５）反射波の振幅は、補正前は呼吸成分と考えられるものが支配的であったが、補正後は脈波が顕著化し、従来方法よりも情報量の多い波形が得られる。
（１）生体信号が複素平面上で円弧を描くことを利用して、複素チャネルに含まれる生体信号成分の原点を推定することができる。
（２）推定した生体信号成分の原点を基準として生体信号から位相と振幅を計測することができる。
（３）生体の反射波から変動部分以外の固定反射波による固定成分を除くことにより、原点のずれから生じる位相と振幅の歪みを除いて正しい波形を復元することができる。
（４）非侵襲・非接触で脈波測定と同等な情報を含んだ波形を計測することができる。
（５）反射波の振幅は、補正前は呼吸成分と考えられるものが支配的であったが、補正後は脈波が顕著化し、従来方法よりも情報量の多い波形が得られる。
１ 測定装置
２ マイクロ波回路
３ 制御装置
４ 信号処理装置
７ 対象者
２１ 発信器
２２ 式
２３ 送信アンテナ
２４ 分配移相部
２５ 受信アンテナ
２６、２７ 混合器
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ 検波装置
４５ 入力装置
４６ 出力装置
４７ 記憶装置
６０ 矢線
６１、６２ 円弧
６５、６６、６７ 信号
７５ 探索点
８３ 領域
９０ パッチアレーアンテナ
２ マイクロ波回路
３ 制御装置
４ 信号処理装置
７ 対象者
２１ 発信器
２２ 式
２３ 送信アンテナ
２４ 分配移相部
２５ 受信アンテナ
２６、２７ 混合器
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ 検波装置
４５ 入力装置
４６ 出力装置
４７ 記憶装置
６０ 矢線
６１、６２ 円弧
６５、６６、６７ 信号
７５ 探索点
８３ 領域
９０ パッチアレーアンテナ
Claims (5)
- 生体に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信されたマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信した前記反射波の同相信号と直交信号から成る複素信号を取得する複素信号取得手段と、
前記取得した複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、前記複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定手段と、
前記取得した複素信号から、前記推定した固定成分を除去することにより前記取得した複素信号を補正する補正手段と、
前記補正した複素信号から前記生体の生体信号を取得する生体信号取得手段と、
前記取得した生体信号を出力する出力手段と、を具備し、
前記受信アンテナは、前記送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信し、
前記複素信号取得手段は、前記受信アンテナが受信した前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、
前記推定手段は、前記取得した複素信号毎に、前記固定成分を推定し、
前記補正手段は、前記複素信号毎に、前記推定した固定成分を除去し、
前記生体信号取得手段は、前記補正した全複素信号の時間領域における振幅の波形を足し合せた振幅波形から、前記生体の脈波に対応する生体信号を取得する、
ことを特徴とする生体信号処理装置。 - 前記送信アンテナは、生体に向けてマイクロ波を送信する複数素子パッチアレーアンテナを備え、
前記受信アンテナは、前記送信アンテナにおける前記複数素子パッチアレーアンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する複数素子パッチアレーアンテナを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号処理装置。 - 前記補正手段は、前記特定した中心位置に対する前記複素平面の原点の位置をオフセット量とし、前記複素信号を前記オフセット量だけ前記複素平面でオフセットすることにより、前記取得した複素信号を補正することを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の生体信号処理装置。
- 前記生体信号取得手段は、前記振幅波形の移動平均を微分することにより前記脈波に対応する信号を取得することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の生体信号処理装置。
- 生体に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナから送信されたマイクロ波による複数パスの反射波を受信する受信アンテナで受信した前記反射波の同相信号と直交信号から成る複素信号を取得する複素信号取得機能と、
前記取得した複素信号が複素平面上で描く円弧状の軌跡の中心位置を特定し、当該中心位置により、前記複素信号に含まれる固定物からの反射による固定成分を推定する推定機能と、
前記取得した複素信号から、前記推定した固定成分を除去することにより前記取得した複素信号を補正する補正機能と、
前記補正した複素信号から前記生体の生体信号を取得する生体信号取得機能と、
前記取得した生体信号を出力する出力機能と、をコンピュータで実現するプログラムであって、
前記複素信号取得機能は、前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、
前記複素信号取得機能は、前記受信アンテナが受信した前記複数パスの反射波毎に前記複素信号を取得し、
前記推定機能は、前記取得した複素信号毎に、前記固定成分を推定し、
前記補正機能は、前記複素信号毎に、前記推定した固定成分を除去し、
前記生体信号取得機能は、前記補正した全複素信号の振幅の波形を足し合せた振幅波形から、前記生体の脈波に対応する生体信号を取得する、
ことを特徴とする生体信号処理プログラム。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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