JP7230385B2 - Biological information detector - Google Patents

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Description

本発明は、心拍等の生体情報を検出する生体情報検出装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biological information detection device for detecting biological information such as heartbeat.

現在開発が進められている自動運転システムにおいて、所定の指標レベル以下(例えばNHTSAの指標レベル3以下)では、ドライバの監視下で作動し、運転責任はドライバが負うものとされている。一方、自動運転システムによりドライバの心理的負担が減り、ドライバの覚醒度が低下することが多くの学会で報告されている。そのため、近年、ドライバの覚醒度を検出し、その結果に応じて警告表示等を行うシステムの開発が進められている。 Autonomous driving systems currently under development operate under the supervision of the driver below a predetermined index level (for example, NHTSA index level 3 or lower), and the driver is responsible for driving. On the other hand, many academic societies report that automatic driving systems reduce the psychological burden on drivers and reduce their arousal. Therefore, in recent years, development of a system that detects the degree of alertness of the driver and displays a warning or the like according to the result has been advanced.

ドライバの覚醒度を検出するために、心拍数や呼吸数を計測する場合、「運転の妨げにならないこと」「常時計測が必要であること」といった制約から、ドライバの体に対して非接触式の手法による計測が望まれる。非接触式の手法として、一般的には、超音波式、電波式、圧電センサ式等があるが、いずれも外部からのノイズ成分によりSN(signal-to-noise)比が低下するといった問題がある。 When measuring the heart rate and breathing rate to detect the driver's arousal level, due to constraints such as "does not interfere with driving" and "must be constantly measured" It is desirable to measure by the method of As non-contact methods, there are generally ultrasonic methods, radio wave methods, and piezoelectric sensor methods. be.

特許文献1には、人体から検出される元信号に含まれるノイズ成分を除去する手法として、心拍に関する統計値を用いてフィルタ回路を設計する技術が記載されている。この技術は、人体から検出される元信号に含まれる心拍近傍の周波数帯よりも高周波領域および低周波領域のノイズ成分をフィルタ回路によって除去し、元信号に含まれる生体情報を検出するものである。 Patent Literature 1 describes a technique of designing a filter circuit using statistical values relating to heartbeats as a method of removing noise components contained in an original signal detected from the human body. This technology uses a filter circuit to remove noise components in the high-frequency and low-frequency ranges from the frequency band near the heartbeat contained in the original signal detected from the human body, and detects biological information contained in the original signal. .

特開2013-153782号公報JP 2013-153782 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ドライバ個人毎に心拍数がばらつくために、ノイズ成分を除去するための高周波領域および低周波領域を絞り込むことができないといった問題がある。そのため、この技術では、心拍数近傍の周波数帯のノイズをフィルタ回路によって除去することが困難であり、生体情報の検出精度が悪化するおそれがある。 However, the technique described in Patent Literature 1 has a problem that it is impossible to narrow down the high frequency region and the low frequency region for removing noise components because the heart rate varies for each individual driver. Therefore, with this technique, it is difficult for the filter circuit to remove noise in the frequency band near the heart rate, and the detection accuracy of biometric information may deteriorate.

本発明は上記点に鑑みて、生体情報の検出精度を向上することの可能な生体情報検出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a biometric information detection apparatus capable of improving biometric information detection accuracy.

上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、
生体情報を含む元信号を人体から取得する信号取得部(3)と、
信号取得部で取得した元信号から生体情報を算出する演算部(7)と、を備える生体情報検出装置において、
演算部は、
元信号を周波数特性に変換するとともに、
遅延時間を複数の時間に設定し、その設定した複数の遅延時間それぞれで元信号の位相をずらした複数の遅延信号を生成した上で、元信号と複数の遅延信号とから複数のノイズの周波数特性を算出し、
元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性から生体情報を算出する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1,
a signal acquisition unit (3) that acquires an original signal containing biological information from a human body;
A biometric information detection device comprising a calculation unit (7) that calculates biometric information from the original signal acquired by the signal acquisition unit,
The calculation part is
While converting the original signal into frequency characteristics,
After setting the delay time to a plurality of times and generating a plurality of delayed signals in which the phase of the original signal is shifted by each of the set delay times, a plurality of noise frequencies are obtained from the original signal and the plurality of delayed signals. Calculate the characteristics,
Biological information is calculated from a plurality of noise-removed frequency characteristics obtained by removing a plurality of noise frequency characteristics from the frequency characteristics of the original signal.

これによれば、生体情報検出装置は、元信号を周波数特性に変換し、その元信号の周波数特性からノイズの周波数特性を除去することで、生体情報に対応する周波数を有する周波数特性を得る。その生体情報が例えば心拍や呼吸数であれば、その生体情報の周波数(Hz)を60倍して、1分間の心拍数または呼吸数を算出することが可能である。このように、生体情報検出装置は、元信号の周波数特性とノイズの周波数特性との差に基づいて生体情報を算出することで、生体情報の検出精度を向上することができる。なお、ノイズの周波数特性は、後述するように生体情報の周期性を利用して元信号から算出してもよく、または、車速などに応じたものを予めメモリに記憶しておいてもよい。 According to this, the biological information detection apparatus converts the original signal into frequency characteristics, and removes the frequency characteristics of noise from the frequency characteristics of the original signal, thereby obtaining frequency characteristics having frequencies corresponding to biological information. If the biometric information is, for example, a heartbeat or a respiration rate, the frequency (Hz) of the biometric information can be multiplied by 60 to calculate the heartbeat rate or respiration rate per minute. In this manner, the biometric information detection apparatus can improve the detection accuracy of biometric information by calculating biometric information based on the difference between the frequency characteristics of the original signal and the frequency characteristics of noise. The frequency characteristic of the noise may be calculated from the original signal using the periodicity of biological information, as will be described later, or may be stored in memory in advance according to the vehicle speed or the like.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence relationship between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments described later.

第1実施形態に係る生体情報検出装置の構成を示すブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the structure of the biometric information detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る生体情報検出装置の機能を説明するための説明図である。It is an explanatory view for explaining a function of a living body information detecting device concerning a 1st embodiment. 第1実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an algorithm for biometric information detection according to the first embodiment; 元信号、遅延信号、及びそれらの差分信号を説明するためのグラフである。4 is a graph for explaining an original signal, a delayed signal, and a difference signal between them; ノイズの周波数特性を説明するためのグラフである。5 is a graph for explaining frequency characteristics of noise; 元信号の周波数特性を説明するためのグラフである。4 is a graph for explaining frequency characteristics of an original signal; ノイズ除去後の周波数特性を説明するためのグラフである。7 is a graph for explaining frequency characteristics after noise removal; 第2実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows the algorithm of living body information detection of a 2nd embodiment. ノイズ除去後の周波数特性を説明するためのグラフである。7 is a graph for explaining frequency characteristics after noise removal; 第3実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an algorithm of living body information detection of a 3rd embodiment. 第4実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを示すフローチャートである。FIG. 12 is a flow chart showing an algorithm for biometric information detection according to the fourth embodiment; FIG. 一般的な生体情報検出のアルゴリズムを示すフローチャートである。2 is a flow chart showing a general biometric information detection algorithm. 生体センサから出力される元信号を示すグラフである。It is a graph which shows the original signal output from a biosensor. 元信号をフィルタ回路に通した信号を示すグラフである。4 is a graph showing a signal obtained by passing an original signal through a filter circuit; 元信号をフィルタ回路に通した信号の周波数特性を示すグラフである。4 is a graph showing frequency characteristics of a signal obtained by passing an original signal through a filter circuit; 図15の周波数特性から心拍数を算出する方法を説明するための説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating a heart rate from the frequency characteristics of FIG. 15;

(一般的な生体情報の検出のアルゴリズム)
生体情報検出装置は、人体に設けられた生体センサから出力される生体信号(以下、元信号という)の処理を行い、心拍または呼吸数などの生体情報を検出するように構成されたものである。なお、生体情報検出装置は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成されている。
(General biometric information detection algorithm)
A biological information detection device is configured to process a biological signal (hereinafter referred to as an original signal) output from a biological sensor provided on the human body and detect biological information such as heartbeat or respiratory rate. . The biometric information detection device is composed of a well-known microcomputer having a CPU, ROM, RAM, I/O, and the like.

本発明の複数の実施形態に係る生体情報検出装置について説明する前に、まず、一般的な生体情報検出装置が行う生体情報の検出のアルゴリズムについて、図12のフローチャート、および図13~図16のグラフを参照して説明する。ここでは、生体情報として心拍を例にして説明する。なお、以下の説明において、生体情報検出装置を、単に「検出装置」ということがある。 Before describing biometric information detection devices according to a plurality of embodiments of the present invention, first, the biometric information detection algorithm performed by a general biometric information detection device will be described with reference to the flow chart of FIG. 12 and FIGS. Description will be made with reference to the graph. Here, heartbeat will be described as an example of biological information. In addition, in the following description, the biological information detection device may be simply referred to as a "detection device".

一般的な生体情報の検出のアルゴリズムでは、まず、図12のフローチャートのステップS1において、検出装置は、生体センサから出力される元信号を取得する。図13に示すように、この元信号は、心拍とノイズを含む時間波形である。 In a general biometric information detection algorithm, first, in step S1 of the flowchart in FIG. 12, the detection device acquires the original signal output from the biosensor. As shown in FIG. 13, this original signal is a time waveform containing heartbeats and noise.

次に、ステップS2において、検出装置は、元信号を所定のフィルタ回路に通す。このフィルタ回路は、生体情報の周波数近傍の周波数帯よりも高周波領域および低周波領域のノイズ成分を除去し、生体情報の周波数近傍の周波数帯のみを通過させる、いわゆる周波数フィルタである。これにより、図14に示すように、元信号は、生体情報の周波数近傍の周波数帯に絞られる。 Next, in step S2, the detector passes the original signal through a predetermined filter circuit. This filter circuit is a so-called frequency filter that removes noise components in high-frequency and low-frequency regions from the frequency band near the frequency of the biometric information and passes only the frequency band near the frequency of the biometric information. As a result, as shown in FIG. 14, the original signal is narrowed down to a frequency band near the frequency of the biological information.

続いて、ステップS3において、検出装置は、上記のフィルタ回路を通過した時間波形に対しフーリエ変換等の処理を行い、周波数特性に変換する。これにより、図15に示すように、周波数特性に変換される。なお、周波数特性とは、時間波形に含まれる複数の周波数ごとの強度を示したものである。 Subsequently, in step S3, the detection device performs processing such as Fourier transform on the time waveform that has passed through the filter circuit to convert it into frequency characteristics. Thereby, as shown in FIG. 15, it is converted into a frequency characteristic. Note that the frequency characteristic indicates the intensity for each of a plurality of frequencies included in the time waveform.

次に、ステップS4において、検出装置は、周波数特性のうち強度(dB)が最も大きい箇所の周波数を抽出する。図16では、その箇所に符号Pを付して示している。
続いて、ステップS5において、検出装置は、その符号Pを付した箇所の周波数(Hz)に60を掛けることにより、心拍数、すなわち1分間の拍動の数を算出する。
Next, in step S4, the detection device extracts the frequency at which the intensity (dB) is the largest among the frequency characteristics. In FIG. 16, that portion is indicated by P. As shown in FIG.
Subsequently, in step S5, the detection device multiplies the frequency (Hz) at the point marked with P by 60 to calculate the heart rate, that is, the number of beats per minute.

以上説明した一般的な生体情報の検出のアルゴリズムでは、ステップS2の処理でフィルタ回路を通過した時間波形にノイズが殆ど含まれていない場合、ステップS4の処理で抽出される周波数が心拍数に対応したものとなる。 In the general biological information detection algorithm described above, if the temporal waveform that has passed through the filter circuit in the process of step S2 contains almost no noise, the frequency extracted in the process of step S4 corresponds to the heart rate. It will be

しかし、一般的な生体情報の検出のアルゴリズムでは、ステップS2の処理でフィルタ回路を通過した時間波形に、心拍近傍の周波数帯のノイズが含まれることがある。そのため、ステップS3の処理後の周波数特性では、心拍数に対応した周波数とは異なる周波数が抽出されることがある。その場合、ステップS4の処理で抽出される周波数が、心拍数に対応した周波数とは異なるものとなり、ステップS5で算出される心拍数の精度が悪化するおそれがある。 However, in a general biometric information detection algorithm, the time waveform that has passed through the filter circuit in the process of step S2 may contain noise in a frequency band near the heartbeat. Therefore, in the frequency characteristic after the processing in step S3, a frequency different from the frequency corresponding to the heart rate may be extracted. In that case, the frequency extracted in the process of step S4 may differ from the frequency corresponding to the heart rate, and the accuracy of the heart rate calculated in step S5 may deteriorate.

以上、一般的な生体情報の検出のアルゴリズムについて説明した。これに対し、以下に説明する本発明の複数の実施形態に係る生体情報検出装置は、生体情報の検出精度を向上することの可能なものである。 The general algorithm for detection of biometric information has been described above. On the other hand, biometric information detection devices according to a plurality of embodiments of the present invention described below are capable of improving biometric information detection accuracy.

(第1実施形態)
次に、本発明の第1実施形態について、図1~図7を参照して説明する。第1実施形態に係る生体情報検出装置1は、例えば自動運転車に搭載され、ドライバの心拍等の生体情報を検出することに用いられるものである。
(First embodiment)
Next, a first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. A biological information detection device 1 according to the first embodiment is mounted, for example, in an automatic driving vehicle, and is used to detect biological information such as the driver's heartbeat.

図1に示すように、生体情報検出装置1は、生体センサ2から出力される元信号を取得し、その元信号を処理することにより、生体情報を検出するように構成されている。本実施形態では、生体情報検出装置1は、生体情報の一例として心拍を検出するものとして説明する。なお、心拍は、所定の周波数範囲で変化する周期的な信号である。 As shown in FIG. 1, the biometric information detection device 1 is configured to detect biometric information by acquiring an original signal output from a biosensor 2 and processing the original signal. In the present embodiment, the biometric information detecting device 1 detects a heartbeat as an example of biometric information. Note that the heartbeat is a periodic signal that varies within a predetermined frequency range.

生体センサ2は、人体に接触または非接触で設けられ、心拍などの生体情報を含む元信号を出力するセンサである。このような生体センサ2として、例えば、超音波式センサ、電波式センサ、圧電センサなどがある。 The biosensor 2 is a sensor that is provided in contact or non-contact with the human body and that outputs an original signal including biometric information such as heartbeat. Examples of such a biosensor 2 include an ultrasonic sensor, a radio wave sensor, a piezoelectric sensor, and the like.

生体情報検出装置1は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROM等に記憶されたプログラムに従って信号の処理を行うように構成されている。そして、生体情報検出装置1は、信号の処理を行う機能部として、信号取得部3、遅延信号生成部4、ノイズ周波数特性算出部5、および生体信号周波数特性算出部6などを備えている。 The biological information detecting device 1 is composed of a well-known microcomputer having a CPU, ROM, RAM, I/O, etc., and is configured to process signals according to a program stored in the ROM or the like. The biological information detection device 1 includes a signal acquisition unit 3, a delay signal generation unit 4, a noise frequency characteristic calculation unit 5, a biological signal frequency characteristic calculation unit 6, and the like as functional units that process signals.

信号取得部3は、生体センサ2から出力される元信号を取得する機能を有している。遅延信号生成部4、ノイズ周波数特性算出部5および生体信号周波数特性算出部6は、信号取得部3で取得した元信号から生体情報を算出するための演算部7を構成している。 The signal acquisition unit 3 has a function of acquiring the original signal output from the biosensor 2 . The delay signal generator 4 , noise frequency characteristic calculator 5 , and biological signal frequency characteristic calculator 6 constitute a calculator 7 for calculating biological information from the original signal acquired by the signal acquirer 3 .

図1および図2を参照しつつ、演算部7を構成する遅延信号生成部4、ノイズ周波数特性算出部5および生体信号周波数特性算出部6の機能について説明する。なお、図2では、信号取得部3で取得した元信号を、「時間波形」として表記している。 The functions of the delay signal generator 4, the noise frequency characteristic calculator 5, and the biological signal frequency characteristic calculator 6, which constitute the calculator 7, will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. In addition, in FIG. 2, the original signal acquired by the signal acquisition part 3 is described as a "time waveform."

遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらした遅延信号を生成する機能を有している。なお、遅延信号生成部4は、遅延時間を、心拍の1周期に自然数を掛けた時間、またはそれに近い時間とすることが好ましい。 The delay signal generator 4 has a function of generating a delay signal in which the phase of the original signal is shifted. The delay signal generator 4 preferably sets the delay time to a time obtained by multiplying one heartbeat cycle by a natural number, or a time close thereto.

ノイズ周波数特性算出部5は、元信号と遅延信号とを差分することでノイズの時間波形を生成する機能を有している。さらに、ノイズ周波数特性算出部5は、そのノイズの時間波形にフーリエ変換等の処理を行うことで、ノイズの周波数特性を算出する機能を有している。 The noise frequency characteristic calculator 5 has a function of generating a time waveform of noise by subtracting the original signal and the delayed signal. Further, the noise frequency characteristic calculator 5 has a function of calculating the frequency characteristic of noise by performing processing such as Fourier transform on the time waveform of the noise.

生体信号周波数特性算出部6は、元信号にフーリエ変換等の処理を行うことで、元信号の周波数特性を算出する機能を有している。そして、生体信号周波数特性算出部6は、元信号の周波数特性からノイズの周波数特性を除去して得られるノイズ除去後の周波数特性の抽出値により生体情報を算出する機能を有している。 The biological signal frequency characteristic calculator 6 has a function of calculating the frequency characteristic of the original signal by performing processing such as Fourier transform on the original signal. The biosignal frequency characteristic calculator 6 has a function of calculating biometric information from the extracted value of the frequency characteristic after noise removal, which is obtained by removing the frequency characteristic of noise from the frequency characteristic of the original signal.

続いて、第1実施形態の生体情報検出装置1が行う生体情報の検出のアルゴリズムについて、図3のフローチャート、および図4~図7のグラフを参照して説明する。 Next, the biometric information detection algorithm performed by the biometric information detection apparatus 1 of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the graphs of FIGS. 4 to 7. FIG.

まず、図3のフローチャートのステップS10で信号取得部3は、生体センサ2から出力される元信号を取得する。この元信号は、心拍とノイズを含む時間波形である。図4(A)ではその元信号の時間波形に関し、説明のため、元信号に含まれる心拍信号とノイズ信号を分けて示している。すなわち、元信号に含まれる心拍信号を太線Hで示し、ノイズ信号を細線Nで示している。但し、信号取得部3で取得される元信号は、上述の一般的な生体情報の検出のアルゴリズムの説明にて図13のグラフに示したように、心拍信号とノイズ信号を含む一つの時間波形として取得される。 First, the signal acquisition unit 3 acquires the original signal output from the biosensor 2 in step S10 of the flowchart of FIG. This original signal is a time waveform containing heartbeats and noise. FIG. 4A shows the time waveform of the original signal separately for the heartbeat signal and the noise signal included in the original signal for explanation. That is, the thick line H indicates the heartbeat signal contained in the original signal, and the thin line N indicates the noise signal. However, the original signal acquired by the signal acquisition unit 3 is a single time waveform containing a heartbeat signal and a noise signal, as shown in the graph of FIG. is obtained as

次に、ステップS20で遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらした遅延信号を生成する。この元信号も、心拍信号とノイズ信号を含む時間波形である。図4(B)は、元信号に含まれる心拍の1周期分をずらした遅延信号を示している。このように、元信号の位相をずらすための遅延時間は、心拍の1周期、または、心拍の1周期に自然数を掛けた時間、または、それに近い時間であることが好ましい。 Next, in step S20, the delay signal generator 4 generates a delay signal by shifting the phase of the original signal. This original signal is also a time waveform containing a heartbeat signal and a noise signal. FIG. 4B shows a delayed signal that is shifted by one heartbeat period included in the original signal. Thus, the delay time for shifting the phase of the original signal is preferably one cycle of heartbeat, a time obtained by multiplying one cycle of heartbeat by a natural number, or a time close thereto.

具体的には、遅延信号生成部4は、その複数の遅延時間を0.5~1秒の間で設定する。一般的に、平常時の人の心拍数は、120回/分(すなわち2Hz)~60回/分(すなわち1Hz)である可能性が高い。この範囲は、心拍数に関する統計上、標準偏差3σの範囲内である。そのため、遅延信号生成部4は、複数の遅延時間を0.5~1秒の間で設定することで、遅延信号と元信号との位相のずれを心拍の周期またはそれに近いものとすることが可能である。 Specifically, the delay signal generator 4 sets the plurality of delay times between 0.5 and 1 second. In general, a normal human heart rate is likely to be between 120 beats/minute (ie 2 Hz) and 60 beats/minute (ie 1 Hz). This range is statistically within the standard deviation of 3σ for heart rate. Therefore, by setting a plurality of delay times between 0.5 and 1 second, the delay signal generator 4 can make the phase shift between the delay signal and the original signal equal to or close to the heartbeat cycle. It is possible.

続いて、ステップS30で演算部7は、元信号と遅延信号とを差分した信号を生成する。図4(C)は、図4(A)で示した元信号と、図4(B)で示した遅延信号とを差分した信号、すなわちノイズの時間波形を示している。遅延信号と元信号との位相のずれが心拍の周期と同一であれば、このノイズの時間波形は、ノイズのみの時間波形となる。なお、遅延信号と元信号との位相のずれが心拍の周期とは異なる場合、ノイズのみの周波数特性に対して心拍信号同士のずれに起因する周波数が付加されることになる。しかし、遅延信号と元信号との位相のずれが心拍の周期に近い場合、ノイズのみの周波数特性に対して心拍信号同士のずれに起因して付加される周波数の信号強度は小さいものとなる。 Subsequently, in step S30, the calculator 7 generates a signal obtained by subtracting the original signal and the delayed signal. FIG. 4(C) shows a time waveform of a signal obtained by subtracting the original signal shown in FIG. 4(A) and the delayed signal shown in FIG. 4(B), that is, noise. If the phase shift between the delayed signal and the original signal is the same as the heartbeat cycle, the time waveform of this noise will be the time waveform of only noise. Note that if the phase shift between the delayed signal and the original signal is different from the heartbeat period, the frequency due to the shift between the heartbeat signals will be added to the frequency characteristics of only the noise. However, when the phase shift between the delayed signal and the original signal is close to the heartbeat cycle, the signal strength of the frequency added due to the shift between the heartbeat signals is small with respect to the frequency characteristics of only noise.

続いて、ステップS40でノイズ周波数特性算出部5は、元信号と遅延信号とを差分した信号、すなわちノイズの時間波形に対しフーリエ変換等の処理を行うことで、ノイズの周波数特性を算出する。図5は、図4(C)で示したノイズの時間波形に対しフーリエ変換等の処理を行うことで算出したノイズの周波数特性を示している。 Subsequently, in step S40, the noise frequency characteristic calculator 5 calculates the frequency characteristic of the noise by performing processing such as Fourier transform on the signal obtained by subtracting the original signal and the delayed signal, that is, the time waveform of the noise. FIG. 5 shows the frequency characteristics of noise calculated by performing processing such as Fourier transform on the time waveform of noise shown in FIG. 4(C).

一方、ステップS50で演算部7は、元信号に対してもフーリエ変換等の処理を行うことで、元信号の周波数特性を算出する。図6は、図4(A)で示した元信号の時間波形に対しフーリエ変換等の処理を行うことで算出した元信号の周波数特性を示している。 On the other hand, in step S50, the calculation unit 7 calculates the frequency characteristics of the original signal by performing processing such as Fourier transform on the original signal. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the original signal calculated by performing processing such as Fourier transform on the time waveform of the original signal shown in FIG. 4(A).

次に、ステップS60で生体信号周波数特性算出部6は、元信号の周波数特性からノイズの周波数特性を除去した周波数特性を算出する。図7は、図6で示した元信号の周波数特性から、図5で示したノイズの周波数特性を除去して算出された周波数特性を示している。この周波数特性を、ノイズ除去後の周波数特性ということとする。
そして、生体信号周波数特性算出部6は、そのノイズ除去後の周波数特性のうち強度が最も大きい箇所の周波数を抽出する。図7では、その箇所に符号Pを付して示している。
Next, in step S60, the biological signal frequency characteristic calculator 6 calculates the frequency characteristic by removing the frequency characteristic of noise from the frequency characteristic of the original signal. FIG. 7 shows frequency characteristics calculated by removing the noise frequency characteristics shown in FIG. 5 from the frequency characteristics of the original signal shown in FIG. This frequency characteristic is referred to as the frequency characteristic after noise removal.
Then, the biosignal frequency characteristic calculator 6 extracts the frequency at which the strength is the highest among the frequency characteristics after the noise removal. In FIG. 7, that portion is indicated by P. As shown in FIG.

続いて、ステップS70で演算部7は、その符号Pを付した箇所の周波数(Hz)に60を掛けることにより、心拍数、すなわち1分間の拍動の数を算出する。 Subsequently, in step S70, the calculation unit 7 multiplies the frequency (Hz) at the point marked with P by 60 to calculate the heart rate, that is, the number of beats per minute.

以上説明した第1実施形態の生体情報検出装置1は、次の作用効果を奏するものである。
(1)第1実施形態では、生体情報検出装置1は、信号取得部3で取得した元信号を周波数特性に変換し、その元信号の周波数特性からノイズの周波数特性を除去する。すなわち、元信号の時間波形とノイズの時間波形を共に周波数特性に変換した上で、両者の周波数特性の差分を算出することで、生体情報の周波数を有するノイズ除去後の周波数特性を得るものである。その生体情報が例えば心拍であれば、その生体情報の周波数(Hz)を60倍して、1分間の心拍数を算出することが可能である。このように、生体情報検出装置1は、元信号の周波数特性とノイズの周波数特性との差分に基づいて生体情報を算出することで、生体情報の検出精度を向上することができる。
The biological information detection device 1 of the first embodiment described above has the following effects.
(1) In the first embodiment, the biological information detection device 1 converts the original signal acquired by the signal acquisition unit 3 into frequency characteristics, and removes the frequency characteristics of noise from the frequency characteristics of the original signal. That is, both the time waveform of the original signal and the time waveform of the noise are converted into frequency characteristics, and the difference between the two frequency characteristics is calculated to obtain the frequency characteristics after noise removal having the frequency of biological information. be. For example, if the biological information is a heartbeat, the frequency (Hz) of the biological information can be multiplied by 60 to calculate the heart rate per minute. In this manner, the biometric information detection device 1 can improve the detection accuracy of biometric information by calculating the biometric information based on the difference between the frequency characteristics of the original signal and the frequency characteristics of the noise.

(2)第1実施形態では、演算部7は、元信号の位相を所定の遅延時間ずらした遅延信号を生成し、その遅延信号と元信号とを差分した信号を周波数特性に変換してノイズの周波数特性とする。
これによれば、心拍等の生体情報は所定の周期性を有する。そのため、遅延信号を生成するための遅延時間を、生体情報の周期に自然数を掛けたもの、またはそれに近いものにすることで、遅延信号と元信号とを差分した信号は、ノイズの時間波形となる。そのため、そのノイズの時間波形を周波数特性に変換したノイズの周波数特性を、元信号の周波数特性から除去すれば、生体情報の周波数を有するノイズ除去後の周波数特性を得ることが可能である。
(2) In the first embodiment, the computing unit 7 generates a delayed signal obtained by shifting the phase of the original signal by a predetermined delay time, converts the difference between the delayed signal and the original signal into a frequency characteristic, and converts the noise into noise. frequency characteristics.
According to this, biological information such as heartbeat has a predetermined periodicity. Therefore, by setting the delay time for generating the delayed signal to the period of the biological information multiplied by a natural number or to something close to it, the signal obtained by subtracting the delayed signal from the original signal is the time waveform of the noise. Become. Therefore, by removing the frequency characteristic of the noise obtained by converting the time waveform of the noise into the frequency characteristic from the frequency characteristic of the original signal, it is possible to obtain the frequency characteristic after removing the noise having the frequency of the biological information.

(3)第1実施形態では、演算部7が算出する生体情報は、所定の周波数の範囲内で変化する周期的な信号である。第1実施形態では、生体情報検出装置1が検出する生体情報を心拍として説明したが、それ以外の周期的な生体情報として、例えば呼吸数、脈拍などが挙げられる。その場合、遅延信号を生成するための遅延時間は、その生体情報に関する一般的な周期の範囲で設定される。なお、生体情報に関する一般的な周期の範囲として、例えば、生体情報に関する周期の統計上、標準偏差3σの範囲内とすることが可能である。 (3) In the first embodiment, the biological information calculated by the calculator 7 is a periodic signal that changes within a predetermined frequency range. In the first embodiment, the biometric information detected by the biometric information detection device 1 is described as heartbeat, but other periodic biometric information includes, for example, respiration rate and pulse rate. In that case, the delay time for generating the delay signal is set within a general cycle range for the biological information. It should be noted that, as a general range of cycles related to biometric information, for example, it is possible to set the range within a standard deviation of 3σ in terms of statistics of cycles related to biometric information.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して、生体情報の検出のアルゴリズムの一部を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. 2nd Embodiment changes a part of algorithm of detection of biometric information with respect to 1st Embodiment, Since it is the same as that of 1st Embodiment about others, it differs from 1st Embodiment. Only about

第2実施形態の生体情報検出装置1が行う生体情報検出のアルゴリズムについて、図8のフローチャートを参照して説明する。なお、以下に説明する複数の実施形態で参照する各図面に記載のフローチャートにおいて、上述した第1実施形態の説明で参照した図3のフローチャートと実質的に同一のステップには、同一の符号を付している。 The biometric information detection algorithm performed by the biometric information detection device 1 of the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. It should be noted that in the flowcharts described in the drawings referred to in the multiple embodiments described below, the steps that are substantially the same as those in the flowchart of FIG. attached.

まず、図8のフローチャートのステップS10は、第1実施形態と同様に、信号取得部3が、生体センサ2から出力される元信号を取得する。この元信号は、心拍とノイズを含む時間波形である。 First, in step S10 of the flowchart of FIG. 8, the signal acquisition unit 3 acquires the original signal output from the biosensor 2, as in the first embodiment. This original signal is a time waveform containing heartbeats and noise.

次に、ステップS21で遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらした複数の遅延信号を生成する。第2実施形態では、遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらすための遅延時間を、複数の時間に設定し、複数の遅延信号を生成する。その際、遅延信号生成部4は、その複数の遅延時間を、第1実施形態と同様に、0.5~1秒の間で設定する。これにより、遅延信号と元信号との位相のずれを心拍の周期またはそれに近いものとすることが可能である。 Next, in step S21, the delay signal generator 4 generates a plurality of delay signals by shifting the phase of the original signal. In the second embodiment, the delay signal generator 4 sets a plurality of delay times for shifting the phase of the original signal, and generates a plurality of delay signals. At that time, the delay signal generator 4 sets the plurality of delay times between 0.5 and 1 second, as in the first embodiment. This makes it possible to set the phase shift between the delayed signal and the original signal to the heartbeat cycle or close to it.

続いて、ステップS31で演算部7は、元信号と遅延信号とを差分した信号、すなわちノイズの時間波形を生成する。なお、上述したステップS21で遅延信号生成部4は複数の遅延信号を生成するので、ステップS31で演算部7は複数のノイズの時間波形を生成する。 Subsequently, in step S31, the computing unit 7 generates a signal obtained by subtracting the original signal and the delayed signal, that is, a temporal waveform of noise. Since the delay signal generator 4 generates a plurality of delay signals in step S21 described above, the calculator 7 generates a plurality of time waveforms of noise in step S31.

続いて、ステップS41でノイズ周波数特性算出部5は、複数のノイズの時間波形に対してそれぞれフーリエ変換等の処理を行うことで、複数のノイズ周波数特性を算出する。 Subsequently, in step S41, the noise frequency characteristic calculator 5 calculates a plurality of noise frequency characteristics by performing processing such as Fourier transform on each of the plurality of time waveforms of noise.

一方、ステップS50で演算部7は、第1実施形態と同様に、元信号に対してもフーリエ変換等の処理を行うことで、元信号の周波数特性を算出する。 On the other hand, in step S50, the calculation unit 7 calculates the frequency characteristics of the original signal by performing processing such as Fourier transform on the original signal as in the first embodiment.

そして、ステップS61で生体信号周波数特性算出部6は、元信号の周波数特性から、ステップS41で算出した複数のノイズ周波数特性をそれぞれ除去し、複数のノイズ除去後の周波数特性を算出する。そして、その複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれにおいて、心拍に関する周波数を抽出する。この処理で、ノイズ除去後の周波数特性から抽出された値を抽出値ということとする。抽出値は、ノイズ除去後の周波数特性の中で強度(dB)が最も大きいピーク周波数とされることもあり、または、ピークから少しずれた周波数帯とされることもある。 Then, in step S61, the biological signal frequency characteristic calculator 6 removes the plurality of noise frequency characteristics calculated in step S41 from the frequency characteristics of the original signal, and calculates the plurality of frequency characteristics after noise removal. Then, in each of the plurality of frequency characteristics after noise removal, frequencies related to heartbeats are extracted. A value extracted from the frequency characteristic after noise removal in this process is referred to as an extracted value. The extracted value may be the peak frequency with the largest strength (dB) in the frequency characteristics after noise removal, or may be the frequency band slightly shifted from the peak.

次に、ステップS65で演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれに抽出された複数の抽出値の中から代表値を算出する。第2実施形態では、代表値を算出する方法の一例として、複数のノイズ除去後の周波数特性のうち「抽出値を除く各周波数の強度の平均値」に対する「抽出値の強度」の比が最も大きいものから算出する。 Next, in step S65, the calculation unit 7 calculates a representative value from among a plurality of extraction values extracted for each of the plurality of frequency characteristics after noise removal. In the second embodiment, as an example of a method of calculating the representative value, the ratio of the "intensity of the extracted value" to the "average value of the intensity of each frequency excluding the extracted value" among the frequency characteristics after noise removal is the highest. Calculate from the largest.

図9では、所定のノイズ除去後の周波数特性において、抽出値の強度を符号B1で示し、抽出値を除く各周波数の強度の平均値を符号B2で示している。演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性においてB1/B2の値をそれぞれ算出し、その中でB1/B2の値が最も大きいものを抽出する。そして、その抽出されたノイズ除去後の周波数特性の抽出値を代表値とする。 In FIG. 9, in the frequency characteristics after predetermined noise removal, the strength of the extracted value is indicated by B1, and the average value of the strength of each frequency excluding the extracted value is indicated by B2. The calculation unit 7 calculates the values of B1/B2 for each of the frequency characteristics after noise removal, and extracts the one with the largest B1/B2 value. Then, the extracted value of the frequency characteristic after noise removal is set as a representative value.

続いて、ステップS70で演算部7は、代表値とされた抽出値の周波数に60を掛けることにより、心拍数を算出する。 Subsequently, in step S70, the calculation unit 7 calculates the heart rate by multiplying the frequency of the extraction value, which is the representative value, by 60. FIG.

以上説明した第2実施形態の生体情報検出装置1は、次の作用効果を奏するものである。
(1)第2実施形態では、演算部7は、元信号の位相をずらすための遅延時間を複数の時間に設定して複数の遅延信号を生成した上で、複数のノイズの周波数特性を算出する。そして、演算部7は、元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値の代表値から生体情報を算出する。
The biological information detection device 1 of the second embodiment described above has the following effects.
(1) In the second embodiment, the computing unit 7 generates a plurality of delayed signals by setting the delay time for shifting the phase of the original signal to a plurality of times, and then calculates the frequency characteristics of the plurality of noises. do. Then, the calculation unit 7 calculates biometric information from representative values of the extraction values of the plurality of noise-removed frequency characteristics obtained by removing the frequency characteristics of a plurality of noises from the frequency characteristics of the original signal.

これによれば、遅延時間を複数の時間に設定することで、生体情報の周期性が変化する場合でも、その生体情報を算出することが可能である。そのため、この生体情報検出装置1は、個人ごとの生体情報の周期性の変化、または、個人の体調の変化等による生体情報の周期性の変化等に対するロバスト性を向上することができる。 According to this, by setting the delay time to a plurality of times, it is possible to calculate the biometric information even when the periodicity of the biometric information changes. Therefore, the biometric information detecting apparatus 1 can improve robustness against changes in the periodicity of biometric information for each individual, or changes in the periodicity of biometric information due to changes in physical conditions of individuals.

(2)第2実施形態では、演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値から生体情報を算出するための代表値を抽出する。その代表値は、複数のノイズ除去後の周波数特性のうち、「抽出値を除く各周波数の強度の平均値」に対する「抽出値の強度」の比が最も大きいノイズ除去後の周波数特性の抽出値とされる。 (2) In the second embodiment, the computing unit 7 extracts a representative value for calculating biological information from each of the extracted values of the frequency characteristics after noise removal. The representative value is the extraction value of the frequency characteristics after noise removal that has the largest ratio of the "intensity of the extraction value" to the "average value of the intensity of each frequency excluding the extraction value" among the multiple frequency characteristics after noise removal. It is said that

これによれば、生体情報を算出するための代表値は、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値のうち、最も信頼度の高い値となる。そのため、この方法により、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値にばらつきがある場合にも、生体情報の検出精度を高めることができる。 According to this, the representative value for calculating the biometric information is the most reliable value among the extracted values of the respective frequency characteristics after noise removal. Therefore, with this method, it is possible to improve the detection accuracy of biometric information even when there are variations in the extracted values of the frequency characteristics after noise removal.

(3)第2実施形態では、演算部7は、複数の遅延時間を0.5~1秒の間で設定する。
これにより、一般的な人の心拍の周期の範囲で複数の時間に遅延時間を設定することで、遅延信号と元信号との位相のずれを心拍の周期またはそれに近いものとすることが可能である。そのため、ノイズのみの周波数特性に対して心拍信号同士のずれに起因して付加される周波数の信号強度が小さいものとなる。したがって、生体情報検出装置1は、ノイズ除去後の周波数特性の抽出値を心拍に関するものとして得られるので、検出精度を向上することができる。
(3) In the second embodiment, the calculator 7 sets a plurality of delay times between 0.5 and 1 second.
As a result, it is possible to set the delay time to a plurality of times within the range of a general human heartbeat cycle, thereby making the phase shift between the delayed signal and the original signal equal to or close to the heartbeat cycle. be. Therefore, the signal strength of the frequency added due to the deviation between the heartbeat signals is small with respect to the frequency characteristic of only noise. Therefore, the biometric information detecting device 1 can obtain the extraction value of the frequency characteristic after removing the noise as the value related to the heartbeat, so that the detection accuracy can be improved.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第2実施形態で説明した生体情報検出のアルゴリズムの一部を変更したものであり、その他については第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. 3rd Embodiment changes a part of algorithm of the biometric information detection demonstrated in 2nd Embodiment, Since it is the same as that of 2nd Embodiment about others, only a part different from 2nd Embodiment explain.

第3実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを図10のフローチャートに示す。第3実施形態でも、ステップS66で演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれにおいて抽出された複数の抽出値の中から代表値を算出する。ただし、第3実施形態では、代表値を算出する方法の一例として、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれから抽出された複数の抽出値の平均値を、生体情報を算出するための代表値とする。 The biometric information detection algorithm of the third embodiment is shown in the flow chart of FIG. Also in the third embodiment, in step S66, the calculation unit 7 calculates a representative value from among a plurality of extraction values extracted from each of the plurality of frequency characteristics after noise removal. However, in the third embodiment, as an example of a method of calculating a representative value, the average value of a plurality of extraction values extracted from each of a plurality of frequency characteristics after noise removal is used as a representative value for calculating biometric information. do.

これにより、第3実施形態では、複数の周波数特性それぞれの抽出値の平均値を代表値とすることで、複数の周波数特性それぞれの抽出値にばらつきがある場合にも、生体情報の検出精度を高めることができる。 As a result, in the third embodiment, by using the average value of the extracted values of each of the plurality of frequency characteristics as the representative value, even when there is variation in the extracted values of each of the plurality of frequency characteristics, the detection accuracy of biometric information can be improved. can be enhanced.

(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第1~第3実施形態等で説明した生体情報検出のアルゴリズムの一部を変更したものであり、その他については第1~第3実施形態と同様であるため、第1~第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is obtained by partially changing the biometric information detection algorithm described in the first to third embodiments, etc., and is otherwise the same as the first to third embodiments. Only parts different from the third embodiment will be described.

第4実施形態の生体情報検出のアルゴリズムを図11のフローチャートに示す。第4実施形態では、ステップS15で元信号を所定のフィルタ回路に通す。このフィルタ回路は、生体情報の周波数近傍の周波数帯よりも高周波領域および低周波領域のノイズ成分を減衰させ、生体情報の周波数近傍の周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタである。これにより、元信号は、生体情報の周波数近傍の周波数帯に絞られる。 The biometric information detection algorithm of the fourth embodiment is shown in the flow chart of FIG. In the fourth embodiment, the original signal is passed through a predetermined filter circuit in step S15. This filter circuit is a band-pass filter that attenuates noise components in high-frequency and low-frequency regions more than the frequency band near the frequency of the biological information and passes only the frequency band near the frequency of the biological information. As a result, the original signal is narrowed down to a frequency band near the frequency of the biological information.

ステップS20で遅延信号生成部4は、フィルタ回路に元信号を通した信号の位相を所定の遅延時間ずらした遅延信号を生成する。ステップS30でノイズ周波数特性算出部5は、フィルタ回路に元信号を通した信号と遅延信号とを差分した信号に対しフーリエ変換等の処理を行うことで、ノイズの周波数特性を算出する。ステップS50で演算部7は、フィルタ回路に元信号を通した信号に対しフーリエ変換等の処理を行うことで、元信号の周波数特性を算出する。 In step S20, the delay signal generator 4 generates a delay signal by shifting the phase of the original signal passed through the filter circuit by a predetermined delay time. In step S30, the noise frequency characteristic calculator 5 calculates the frequency characteristic of noise by performing processing such as Fourier transform on the signal obtained by subtracting the original signal passed through the filter circuit and the delayed signal. In step S50, the calculation unit 7 calculates the frequency characteristics of the original signal by performing processing such as Fourier transform on the signal passed through the filter circuit.

以上説明した第4実施形態では、フィルタ回路により、元信号の周波数帯を生体情報の周波数近傍の周波数帯に絞ることで、生体情報の検出精度を高めることができる。 In the fourth embodiment described above, by narrowing down the frequency band of the original signal to a frequency band near the frequency of the biometric information using the filter circuit, the biometric information detection accuracy can be improved.

(第5実施形態)
第5実施形態について説明する。上述した第1実施形態等では、生体情報検出装置1は生体情報の一例として心拍を検出するものとして説明した。これに対し、第5実施形態では、生体情報検出装置1は生体情報の一例として呼吸数を検出するものである。なお、呼吸数も、所定の周波数範囲で変化する周期的な信号である。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. In the above-described first embodiment and the like, the biological information detecting device 1 detects heartbeats as an example of biological information. On the other hand, in the fifth embodiment, the biological information detecting device 1 detects the respiratory rate as an example of biological information. Note that the respiratory rate is also a periodic signal that varies within a predetermined frequency range.

第5実施形態においても、生体情報検出装置1の遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらした遅延信号を生成する機能を有している。上述したように、遅延信号生成部4は、元信号の位相をずらすための遅延時間を、呼吸の1周期に自然数を掛けた時間、またはそれに近い時間とすることが好ましい。 Also in the fifth embodiment, the delay signal generator 4 of the biological information detection device 1 has a function of generating a delay signal in which the phase of the original signal is shifted. As described above, the delay signal generator 4 preferably sets the delay time for shifting the phase of the original signal to the time obtained by multiplying one respiratory cycle by a natural number, or a time close thereto.

第5実施形態では、遅延信号生成部4は、その複数の遅延時間を5~3秒の間で設定する。一般的に、平常時の人の呼吸数は、12回/分~20回/分である可能性が高い。この範囲は、呼吸数に関する統計上、標準偏差3σの範囲内である。そのため、遅延信号生成部4は、複数の遅延時間を5~3秒の間で設定することで、遅延信号と元信号との位相のずれを呼吸の周期またはそれに近いものとすることが可能である。そのため、ノイズのみの周波数特性に対して呼吸信号同士のずれに起因して付加される周波数の信号強度が小さいものとなる。したがって、生体情報検出装置1は、ノイズ除去後の周波数特性の抽出値を呼吸に関するものとして得られるので、検出精度を向上することができる。 In the fifth embodiment, the delay signal generator 4 sets the plurality of delay times between 5 and 3 seconds. In general, the normal breathing rate of a person is likely to be 12 to 20 breaths/minute. This range is statistically within a standard deviation of 3σ for respiratory rate. Therefore, by setting a plurality of delay times between 5 and 3 seconds, the delayed signal generation unit 4 can set the phase shift between the delayed signal and the original signal to be the respiratory cycle or close to it. be. Therefore, the signal strength of the frequency added due to the difference between the respiratory signals is small with respect to the frequency characteristic of only noise. Therefore, the biological information detection device 1 can obtain the extraction value of the frequency characteristic after noise removal as the value related to respiration, so that the detection accuracy can be improved.

(第6実施形態)
第6実施形態について説明する。第6実施形態では、生体情報検出装置1が備える遅延信号生成部4は、予めメモリに記憶された遅延時間に基づいて遅延信号を生成するものである。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described. In the sixth embodiment, the delay signal generation unit 4 included in the biological information detection device 1 generates delay signals based on delay times stored in advance in a memory.

生体情報検出装置1が測定対象とするドライバが同一人物である場合、心拍や呼吸数などは一定の範囲内のものとなる。そのため、演算部7は、過去に設定されてメモリに格納されている遅延時間に基づいて遅延時間を設定する。これにより、生体情報検出装置1は、演算部7の計算量を少なくし、処理時間を短縮することができる。 When the driver to be measured by the biological information detection device 1 is the same person, the heartbeat, respiration rate, and the like are within a certain range. Therefore, the calculation unit 7 sets the delay time based on the delay time set in the past and stored in the memory. Thereby, the biological information detection device 1 can reduce the amount of calculation of the calculation unit 7 and shorten the processing time.

(第7実施形態)
第7実施形態について説明する。上述した第1~第6実施形態等では、生体情報検出装置1は、信号取得部3が取得した元信号から生体情報の周期性を利用してノイズの周波数特性を算出するものとして説明した。これに対し、第7実施形態では、生体情報検出装置1は、予めメモリに記憶されたノイズの周波数特性の統計値を使用して生体情報を検出するものである。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment will be described. In the first to sixth embodiments and the like described above, the biometric information detection device 1 is described as calculating the frequency characteristics of noise from the original signal acquired by the signal acquisition unit 3 using the periodicity of the biometric information. On the other hand, in the seventh embodiment, the biometric information detecting apparatus 1 detects biometric information using statistical values of frequency characteristics of noise stored in advance in a memory.

生体情報検出装置1が車両等に搭載される場合、ノイズの周波数特性は車速などに応じたものになることがある。そのため、第7実施形態では、生体情報検出装置1の演算部7は、過去に算出されてメモリに格納されているノイズの周波数特性の統計値を、生体情報を算出するためのノイズの周波数特性として用いる。これにより、生体情報検出装置1は、演算部7の計算量を少なくし、処理時間を短縮することができる。 When the biological information detection device 1 is mounted on a vehicle or the like, the frequency characteristics of noise may vary depending on the vehicle speed or the like. Therefore, in the seventh embodiment, the computing unit 7 of the biological information detection device 1 uses the statistical values of the noise frequency characteristics calculated in the past and stored in the memory as the frequency characteristics of the noise for calculating the biological information. used as Thereby, the biological information detection device 1 can reduce the amount of calculation of the calculation unit 7 and shorten the processing time.

(第8実施形態)
第8実施形態について説明する。上述した第2実施形態等では、生体情報検出装置1は、元信号の位相をずらすための遅延時間を複数の時間に設定して複数のノイズの周波数特性を算出した。そして、演算部7は、元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値の代表値から生体情報を算出した。
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment will be described. In the above-described second embodiment and the like, the biological information detecting device 1 calculates the frequency characteristics of a plurality of noises by setting the delay time for shifting the phase of the original signal to a plurality of times. Then, the computing unit 7 calculates the biometric information from the representative value of each of the extracted values of the frequency characteristics after removing the noise obtained by removing the frequency characteristics of the noise from the frequency characteristics of the original signal.

しかし、複数のノイズ除去後の周波数特性において抽出値のばらつきが大きい場合、代表値から算出される生体情報の信頼性が低い可能性がある。 However, if there is a large variation in extracted values in frequency characteristics after noise removal, biometric information calculated from representative values may be less reliable.

そこで、第8実施形態では、第2実施形態の説明で参照した図8のフローチャートのステップS65において、次の処理を追加する。すなわち、演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれにおいて「抽出値を除く各周波数の強度の平均値」に対する「抽出値の強度」の比がいずれも所定の閾値より低い場合、代表値により算出された生体情報を異常値であると判定する。 Therefore, in the eighth embodiment, the following processing is added to step S65 of the flowchart of FIG. 8 referred to in the description of the second embodiment. That is, if the ratio of the "intensity of the extracted value" to the "average value of the intensity of each frequency excluding the extracted value" in each of the plurality of frequency characteristics after noise removal is lower than a predetermined threshold, the calculation unit 7 determines the representative The biometric information calculated from the value is determined to be an abnormal value.

具体的には、第2実施形態の説明で参照した図9を再び参照すると、演算部7は、複数のノイズ除去後の周波数特性においてB1/B2の値をそれぞれ算出し、その中でB1/B2の値が最も大きいものを抽出する。その際、複数のノイズ除去後の周波数特性において算出されたB1/B2の値がいずれも所定の閾値より低い場合、演算部7は、代表値により算出された生体情報を異常値であると判定する。なお、所定の閾値は、生体情報検出装置1から出力される生体情報に信頼性が得られるよう、実験などにより適宜設定される。これにより、生体情報検出装置1は、信頼性の低い生体情報が出力されることを防ぐことができる。 Specifically, referring again to FIG. 9 referred to in the description of the second embodiment, the calculation unit 7 calculates values of B1/B2 in a plurality of frequency characteristics after noise removal. The one with the largest B2 value is extracted. At that time, if the values of B1/B2 calculated in the frequency characteristics after noise removal are all lower than a predetermined threshold value, the calculation unit 7 determines that the biological information calculated from the representative value is an abnormal value. do. It should be noted that the predetermined threshold value is appropriately set through experiments or the like so that the reliability of the biological information output from the biological information detection device 1 can be obtained. Thereby, the biometric information detecting device 1 can prevent the biometric information having low reliability from being output.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the claims. Moreover, the above-described embodiments are not unrelated to each other, and can be appropriately combined unless the combination is clearly impossible. Further, in each of the above-described embodiments, it goes without saying that the elements constituting the embodiment are not necessarily essential, unless it is explicitly stated that they are essential, or they are clearly considered essential in principle. stomach. In addition, in each of the above-described embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, amount, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is explicitly stated that they are particularly essential, and when they are clearly limited to a specific number in principle It is not limited to that specific number, except when In addition, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, the shape, It is not limited to the positional relationship or the like.

例えば、上記各実施形態では、生体情報検出装置1は車両に搭載されるものとして説明したが、これに限られるものではない。生体情報検出装置1は、例えば医療用などに用いられるものであってもよい。 For example, in each of the embodiments described above, the biological information detection device 1 has been described as being mounted on a vehicle, but it is not limited to this. The biological information detection device 1 may be used for medical purposes, for example.

1 生体情報検出装置
3 信号取得部
7 演算部
1 biological information detection device 3 signal acquisition unit 7 calculation unit

Claims (9)

生体情報を含む元信号を人体から取得する信号取得部(3)と、
前記信号取得部で取得した元信号から生体情報を算出する演算部(7)と、を備える生体情報検出装置において、
前記演算部は、
元信号を周波数特性に変換するとともに、
遅延時間を複数の時間に設定し、その設定した複数の遅延時間それぞれで元信号の位相をずらした複数の遅延信号を生成した上で、元信号と複数の遅延信号とから複数のノイズの周波数特性を算出し、
元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性から生体情報を算出する、生体情報検出装置。
a signal acquisition unit (3) that acquires an original signal containing biological information from a human body;
A biometric information detection device comprising a calculation unit (7) that calculates biometric information from the original signal acquired by the signal acquisition unit,
The calculation unit is
While converting the original signal into frequency characteristics,
After setting the delay time to a plurality of times and generating a plurality of delayed signals in which the phase of the original signal is shifted by each of the set delay times, a plurality of noise frequencies are obtained from the original signal and the plurality of delayed signals. Calculate the characteristics,
A biometric information detection apparatus that calculates biometric information from a plurality of frequency characteristics after noise removal obtained by removing frequency characteristics of a plurality of noises from the frequency characteristics of an original signal.
前記演算部は、元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの平均値を、生体情報を算出するための代表値とする、請求項に記載の生体情報検出装置。 wherein the calculating unit uses an average value of each of a plurality of noise-removed frequency characteristics obtained by removing a plurality of noise frequency characteristics from the frequency characteristics of the original signal as a representative value for calculating the biological information. Item 1. The biological information detection device according to item 1 . 前記演算部は、元信号の周波数特性から複数のノイズの周波数特性を除去して得られる複数のノイズ除去後の周波数特性それぞれの抽出値から生体情報を算出するための代表値を抽出し、
前記代表値は、複数のノイズ除去後の周波数特性のうち、「抽出値を除く各周波数の強度の平均値」に対する「抽出値の強度」の比が最も大きいノイズ除去後の周波数特性の抽出値とされる、請求項に記載の生体情報検出装置。
The computing unit extracts a representative value for calculating biological information from each of the extracted values of a plurality of noise-removed frequency characteristics obtained by removing the frequency characteristics of a plurality of noises from the frequency characteristics of the original signal,
The representative value is the extracted value of the frequency characteristic after noise removal, which has the highest ratio of the "intensity of the extracted value" to the "average value of the intensity of each frequency excluding the extracted value" among the multiple frequency characteristics after noise removal. The biological information detection device according to claim 1 , wherein
複数のノイズ除去後の周波数特性において「抽出値を除く各周波数の強度の平均値」に対する「抽出値の強度」の比がいずれも所定の閾値より低い場合、算出された生体情報を異常値であると判定する、請求項ないしのいずれか1つに記載の生体情報検出装置。 If the ratio of the "intensity of the extracted value" to the "average value of the intensity of each frequency excluding the extracted value" in multiple frequency characteristics after noise removal is lower than a predetermined threshold, the calculated biological information is an abnormal value. 4. The biological information detecting device according to any one of claims 1 to 3 , which determines that there is. 前記演算部が算出する生体情報は、所定の周波数範囲で変化する周期的な信号であり、
前記遅延時間は、その生体情報に関する一般的な周期の範囲で設定される、請求項1ないしのいずれか1つに記載の生体情報検出装置。
The biological information calculated by the computing unit is a periodic signal that changes within a predetermined frequency range,
5. The biometric information detecting device according to claim 1 , wherein said delay time is set within a general cycle range for said biometric information.
前記演算部が算出する生体情報が心拍の場合、前記遅延時間は、0.5~1秒の間で設定される、請求項に記載の生体情報検出装置。 6. The biometric information detecting device according to claim 5 , wherein when the biometric information calculated by said calculation unit is a heartbeat, said delay time is set between 0.5 and 1 second. 前記演算部が算出する生体情報が呼吸数の場合、前記遅延時間は、3~5秒の間で設定される、請求項に記載の生体情報検出装置。 6. The biological information detecting device according to claim 5 , wherein the delay time is set between 3 and 5 seconds when the biological information calculated by the computing unit is a respiratory rate. 前記演算部は、元信号の位相をずらして遅延信号を生成するための前記遅延時間を、過去に設定した時間に基づいて設定する、請求項1ないしのいずれか1つに記載の生体情報検出装置。 8. The biological information according to any one of claims 1 to 7 , wherein said calculator sets said delay time for generating a delayed signal by shifting the phase of said original signal based on a time set in the past. detection device. 前記演算部は、
生体情報の周波数近傍の周波数帯のみを通過させるフィルタ回路に元信号を通した信号を周波数特性に変換して元信号の周波数特性とし、
前記フィルタ回路に元信号を通した信号の位相を所定の遅延時間ずらした遅延信号を生成し、
前記フィルタ回路に元信号を通した信号と遅延信号とを差分した信号を周波数特性に変換してノイズの周波数特性とする、請求項1ないしのいずれか1つに記載の生体情報検出装置。
The calculation unit is
converting a signal passed through a filter circuit that passes only a frequency band near the frequency of biological information into a frequency characteristic to obtain the frequency characteristic of the original signal;
generating a delayed signal by shifting the phase of the original signal passed through the filter circuit by a predetermined delay time;
9. The biometric information detection device according to claim 1 , wherein a signal obtained by subtracting a signal obtained by passing an original signal through said filter circuit and a delayed signal is converted into a frequency characteristic and used as a frequency characteristic of noise.
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