JP7428605B2 - Respiratory heart rate measuring device and respiratory heart rate measuring program - Google Patents

Respiratory heart rate measuring device and respiratory heart rate measuring program Download PDF

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JP7428605B2 JP2020114641A JP2020114641A JP7428605B2 JP 7428605 B2 JP7428605 B2 JP 7428605B2 JP 2020114641 A JP2020114641 A JP 2020114641A JP 2020114641 A JP2020114641 A JP 2020114641A JP 7428605 B2 JP7428605 B2 JP 7428605B2
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Description

本開示は、レーダを用いて被検体の呼吸数及び心拍数を計測する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for measuring a subject's breathing rate and heart rate using radar.

レーダを用いて被検体の呼吸数及び心拍数を計測する技術が、特許文献1等に開示されている。特許文献1等では、被検体の呼吸及び心拍に由来する被検体の体表面の位置の時間変化を、被検体から反射されたレーダ信号の振幅又は位相の時間変化として検出することにより、被検体と非接触で被検体の呼吸数及び心拍数を計測することができる。 A technique for measuring a subject's breathing rate and heart rate using a radar is disclosed in Patent Document 1 and the like. In Patent Document 1, etc., the subject is detected by detecting the time change in the position of the body surface of the subject resulting from the subject's breathing and heartbeat as the time change in the amplitude or phase of the radar signal reflected from the subject. The breathing rate and heart rate of the subject can be measured without contact with the subject.

特開2019-013479号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-013479

特許文献1の呼吸心拍計測処理を図1に示す。まず、一般的な呼吸数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、周波数fB1を有する電力Pの大きなレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができ、被検体の呼吸数を計測することができる。次に、一般的な心拍数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、周波数fH1を有する電力Pの小さなレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができ、被検体の心拍数を計測することができる。 FIG. 1 shows the respiratory heart rate measurement process of Patent Document 1. First, by applying a bandpass filter having a pass band corresponding to the general breathing rate to the radar signal, it is possible to extract the radar signal component having the frequency fB1 and the large power P from the radar signal. The breathing rate of the patient can be measured. Next, by applying a bandpass filter having a pass band corresponding to a general heart rate to the radar signal, it is possible to extract a radar signal component having a frequency fH1 and a small power P from the radar signal. The heart rate of the specimen can be measured.

ここで、被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分として、基本周波数fB1を有する電力Pの大きなレーダ信号成分のみならず、非正弦波信号又は非線形歪みに起因する高調波周波数fB2、fB3(更なる高調波周波数については省略している。)を有するレーダ信号成分が存在する。しかし、基本周波数fB1を有するレーダ信号成分は考慮されているが、高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分は考慮されていない。そして、被検体の心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数fH1を有する電力Pの小さなレーダ信号成分のみならず、非正弦波信号又は非線形歪みに起因する高調波周波数fH2、fH3を有するレーダ信号成分が存在する。しかし、基本周波数fH1を有するレーダ信号成分は考慮されているが、高調波周波数fH2、fH3を有するレーダ信号成分は考慮されていない。 Here, the radar signal component originating from the subject's respiration includes not only a radar signal component having a fundamental frequency f B1 and a large power P, but also harmonic frequencies f B2 and f B3 resulting from a non-sinusoidal signal or non-linear distortion. (further harmonic frequencies have been omitted). However, while the radar signal component with fundamental frequency f B1 is taken into account, the radar signal components with harmonic frequencies f B2 , f B3 are not taken into account. As the radar signal component derived from the heartbeat of the subject, not only the radar signal component with a small power P having the fundamental frequency f H1 but also harmonic frequencies f H2 and f H3 resulting from a non-sinusoidal signal or non-linear distortion are used. There is a radar signal component with However, while the radar signal component with the fundamental frequency f H1 is taken into account, the radar signal components with harmonic frequencies f H2 , f H3 are not taken into account.

図1の上段では、被検体の呼吸及び心拍は、通常と同等である。よって、一般的な呼吸数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができる。そして、一般的な心拍数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、基本周波数fH1及び高調波周波数fH2、fH3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができる。つまり、被検体の呼吸に由来する基本・高調波周波数fB1、fB2、fB3を有するレーダ信号成分と、被検体の心拍に由来する基本・高調波周波数fH1、fH2、fH3を有するレーダ信号成分と、を正しく分離することができる。そして、被検体の呼吸数及び心拍数を正確に計測することができる。 In the upper part of FIG. 1, the subject's breathing and heartbeat are normal. Therefore, by applying a bandpass filter having a pass band corresponding to the general breathing rate to the radar signal, radar signal components having the fundamental frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 are extracted from the radar signal. be able to. Then, by applying a bandpass filter having a passband corresponding to a general heart rate to the radar signal, radar signal components having a fundamental frequency f H1 and harmonic frequencies f H2 and f H3 are extracted from the radar signal. be able to. In other words, radar signal components having fundamental/harmonic frequencies f B1 , f B2 , f B3 derived from the subject's breathing, and fundamental/harmonic frequencies f H1 , f H2 , f H3 originating from the subject's heartbeat are combined. It is possible to correctly separate the radar signal components that have Then, the breathing rate and heart rate of the subject can be accurately measured.

図1の中段では、被検体の呼吸及び心拍は、通常と比べて遅い。よって、一般的な呼吸数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、基本周波数fB1及び高調波周波数fB2を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができるが、高調波周波数fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができない。そして、一般的な心拍数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、基本周波数fH1及び高調波周波数fH2、fH3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができるが、呼吸に由来する高調波周波数fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から除去することができない。つまり、被検体の呼吸に由来する高調波周波数fB3を有するレーダ信号成分を、被検体の心拍に由来する基本周波数を有するレーダ信号成分として誤って抽出してしまう。よって、被検体の呼吸数を正確に計測することはできるが、被検体の心拍数を正確に計測することができない。 In the middle part of FIG. 1, the subject's breathing and heartbeat are slower than normal. Therefore, by applying a bandpass filter having a passband corresponding to the general breathing rate to the radar signal, the radar signal component having the fundamental frequency f B1 and the harmonic frequency f B2 can be extracted from the radar signal. However, the radar signal component with harmonic frequency f B3 cannot be extracted from the radar signal. Then, by applying a bandpass filter having a passband corresponding to a general heart rate to the radar signal, radar signal components having a fundamental frequency f H1 and harmonic frequencies f H2 and f H3 are extracted from the radar signal. However, the radar signal component having the harmonic frequency f B3 originating from breathing cannot be removed from the radar signal. In other words, the radar signal component having the harmonic frequency fB3 derived from the subject's breathing is erroneously extracted as the radar signal component having the fundamental frequency originating from the subject's heartbeat. Therefore, although it is possible to accurately measure the respiratory rate of the subject, it is not possible to accurately measure the heart rate of the subject.

図1の下段では、被検体の呼吸及び心拍は、通常と比べて早い。よって、一般的な呼吸数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができるが、心拍に由来する基本周波数fH1を有するレーダ信号成分をレーダ信号から除去することができない。そして、一般的な心拍数に応じた通過帯域を有するバンドパスフィルタをレーダ信号に適用することにより、高調波周波数fH2、fH3を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができるが、基本周波数fH1を有するレーダ信号成分をレーダ信号から抽出することができない。つまり、被検体の心拍に由来する高調波周波数fH2を有するレーダ信号成分を、被検体の心拍に由来する基本周波数を有するレーダ信号成分として誤って抽出してしまう。よって、被検体の呼吸数を正確に計測することはできるが、被検体の心拍数を正確に計測することができない。 In the lower part of FIG. 1, the subject's breathing and heartbeat are faster than normal. Therefore, by applying a bandpass filter having a pass band corresponding to the general breathing rate to the radar signal, radar signal components having the fundamental frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 are extracted from the radar signal. However, the radar signal component with the fundamental frequency f H1 originating from the heartbeat cannot be removed from the radar signal. Then, by applying a bandpass filter having a pass band corresponding to a general heart rate to the radar signal, radar signal components having harmonic frequencies f H2 and f H3 can be extracted from the radar signal. The radar signal component with fundamental frequency f H1 cannot be extracted from the radar signal. That is, a radar signal component having a harmonic frequency f H2 derived from the subject's heartbeat is erroneously extracted as a radar signal component having a fundamental frequency originating from the subject's heartbeat. Therefore, although it is possible to accurately measure the respiratory rate of the subject, it is not possible to accurately measure the heart rate of the subject.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、レーダを用いて被検体の呼吸数及び心拍数を計測するにあたり、被検体の呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体の呼吸数及び心拍数を正確に計測することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure provides a radar having a fundamental frequency as a radar signal component derived from the breathing and heartbeat of the subject when measuring the breathing rate and heart rate of the subject using a radar. It is an object of the present invention to accurately measure the respiratory rate and heart rate of a subject even when not only signal components but also radar signal components having harmonic frequencies are present.

前記課題を解決するために、レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分を、被検体の呼吸に由来する基本周波数を有するレーダ信号成分として抽出することとした。すると、被検体の呼吸に由来する高調波周波数を有するレーダ信号成分を特定することができる。そして、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数を有するレーダ信号成分を、レーダ信号から除去することができる。さらに、残りのレーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分を、被検体の心拍に由来する基本周波数を有するレーダ信号成分として抽出することができる。 In order to solve the above problem, it was decided to extract the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal as the radar signal component having the fundamental frequency derived from the breathing of the subject. Then, a radar signal component having a harmonic frequency originating from the subject's breathing can be identified. Then, radar signal components having a fundamental frequency and harmonic frequencies derived from the subject's breathing can be removed from the radar signal. Furthermore, the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion results of the remaining radar signals can be extracted as the radar signal component having the fundamental frequency derived from the heartbeat of the subject.

具体的には、本開示は、被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測部と、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去部と、前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測部と、を備えることを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Specifically, the present disclosure provides a respiration rate measuring unit that frequency-converts a radar signal reflected from a subject and measures the respiratory rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal. and removing a radar signal component originating from the subject's respiration from the radar signal by removing from the radar signal a radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency. After that, a respiratory component removal unit generates a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject, and a respiratory component removal unit that converts the frequency of the heartbeat radar signal and detects the maximum peak of the frequency conversion result of the heartbeat radar signal. The respiratory heart rate measuring device is characterized by comprising: a heart rate measuring section that measures the heart rate of the subject based on frequency.

また、本開示は、被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測ステップと、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去ステップと、前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測ステップと、を順にコンピュータに実行させるための呼吸心拍計測プログラムである。 The present disclosure also provides a respiration rate measuring step of converting the frequency of a radar signal reflected from the subject and measuring the respiration rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal; By removing the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency from the radar signal, the radar signal component originating from the respiration of the subject is removed from the radar signal. , a step of removing a respiratory component to generate a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject, and converting the frequency of the heartbeat radar signal based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heartbeat radar signal. and a heart rate measuring step of measuring the heart rate of the subject.

これらの構成によれば、被検体の呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体の呼吸数及び心拍数を正確に計測することができる。 According to these configurations, even when there are not only radar signal components having a fundamental frequency but also radar signal components having harmonic frequencies as radar signal components derived from the subject's breathing and heartbeat, the subject's breathing and heartbeat can be detected. It is possible to accurately measure the number of heartbeats and heart rate.

また、本開示は、前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去した誤差値の絶対値が最小値となるようにすることを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Further, in the present disclosure, when calculating the amplitude and phase of a radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal, the respiratory component removal unit converts the frequency of the radar signal. The respiratory heart rate measuring device is characterized in that the absolute value of the error value obtained by removing the resulting radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency from the radar signal becomes a minimum value.

この構成によれば、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数でのバンド除去フィルタをレーダ信号に適用することなく、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数を有するレーダ信号成分を、容易にレーダ信号から除去することができる。 According to this configuration, the radar signal having the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the subject's breathing can be transmitted without applying a band removal filter at the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the subject's breathing to the radar signal. components can be easily removed from the radar signal.

また、本開示は、前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数での振幅及び位相を参照することを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Further, in the present disclosure, when calculating the amplitude and phase of a radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal, the respiratory component removal unit converts the frequency of the radar signal. The respiratory heart rate measuring device is characterized in that it refers to the maximum peak frequency of the result and the amplitude and phase at the harmonic frequency.

この構成によっても、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数でのバンド除去フィルタをレーダ信号に適用することなく、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数を有するレーダ信号成分を、容易にレーダ信号から除去することができる。 With this configuration as well, the radar signal component having the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the subject's breathing can be removed without applying a band removal filter at the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the subject's breathing to the radar signal. can be easily removed from the radar signal.

また、本開示は、前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数でのバンド除去フィルタを前記レーダ信号に適用するときに、前記バンド除去フィルタの周波数特性に起因する線形歪み信号成分を補償することを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Further, in the present disclosure, when applying a band removal filter at the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and the harmonic frequency to the radar signal, This is a respiratory heart rate measuring device characterized by compensating for linear distortion signal components caused by characteristics.

この構成によれば、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数でのバンド除去フィルタをレーダ信号に適用するときでも、被検体の呼吸に由来する基本周波数及び高調波周波数を有するレーダ信号成分を、確実にレーダ信号から除去することができる。 According to this configuration, even when applying a band removal filter at the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the breathing of the subject to the radar signal, the radar signal having the fundamental frequency and harmonic frequencies originating from the breathing of the subject components can be reliably removed from the radar signal.

また、本開示は、前記心拍数計測部は、前記心拍レーダ信号と、前記心拍レーダ信号を擬似的に模した基準心拍レーダ信号と、の間の相互相関結果を周波数変換し、前記相互相関結果の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測することを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Further, in the present disclosure, the heart rate measuring unit frequency-converts a cross-correlation result between the heartbeat radar signal and a reference heartbeat radar signal that pseudo-simulates the heartbeat radar signal, and The respiratory heart rate measuring device is characterized in that the heart rate of the subject is measured based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result.

この構成によれば、呼吸心拍計測装置に由来する高い周波数を有するノイズ成分や、被検体の呼吸に由来する低い周波数を有する信号成分が、心拍レーダ信号に重畳又は残留しているときでも、被検体の心拍数を正確に計測することができる。 According to this configuration, even when a noise component having a high frequency originating from the respiratory heart rate measuring device or a signal component having a low frequency originating from the subject's breathing is superimposed on or remains on the heart rate radar signal, the The heart rate of the sample can be measured accurately.

また、本開示は、前記呼吸数計測部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分が前記レーダ信号の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、前記被検体の呼吸数の計測結果の信頼度の高低を評価し、前記心拍数計測部は、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分が前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、前記被検体の心拍数の計測結果の信頼度の高低を評価することを特徴とする呼吸心拍計測装置である。 Further, in the present disclosure, the respiration rate measurement unit calculates the amount of weight that a radar signal component having a maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal occupies in the entire frequency conversion result of the radar signal. The heart rate measurement unit evaluates the degree of reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject, and determines whether the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal is the result of the frequency conversion of the heart rate radar signal. The respiration heart rate measuring device is characterized in that the degree of reliability of the measurement result of the heart rate of the subject is evaluated based on the magnitude of weighting in the whole.

この構成によれば、被検体の呼吸数及び心拍数の計測結果の信頼度を評価することができる。そして、計測結果の信頼度が閾値と比べて高い/低いときには、計測結果を採用/棄却することができる。さらに、計測結果の信頼度に対する閾値が高い/低いときには、正確性/リアルタイム性を重視して計測結果を出力することができる。 According to this configuration, the reliability of the measurement results of the breathing rate and heart rate of the subject can be evaluated. Then, when the reliability of the measurement result is higher/lower than the threshold value, the measurement result can be adopted/discarded. Furthermore, when the threshold value for the reliability of the measurement result is high/low, the measurement result can be output with emphasis on accuracy/real-time performance.

このように、本開示は、レーダを用いて被検体の呼吸数及び心拍数を計測するにあたり、被検体の呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体の呼吸数及び心拍数を正確に計測することができる。 As described above, the present disclosure provides that when measuring the respiration rate and heart rate of a subject using radar, not only the radar signal component having a fundamental frequency but also the radar signal component derived from the respiration and heartbeat of the subject are used. Even when radar signal components having harmonic frequencies are present, the respiratory rate and heart rate of the subject can be accurately measured.

従来技術の呼吸心拍計測処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a respiration heart rate measurement process of the prior art. 本開示の呼吸心拍計測システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a respiratory heart rate measurement system of the present disclosure. 本開示の呼吸心拍計測手順を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a respiratory heart rate measurement procedure of the present disclosure. 本開示の第1の呼吸計測処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a first respiration measurement process of the present disclosure. 本開示の第2の呼吸計測処理を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second respiration measurement process of the present disclosure. 本開示の第3の呼吸計測処理を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a third respiration measurement process of the present disclosure. 本開示の第3の呼吸計測処理を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a third respiration measurement process of the present disclosure. 本開示の第1の心拍計測処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a first heartbeat measurement process of the present disclosure. 本開示の第2の心拍計測処理を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second heartbeat measurement process of the present disclosure. 本開示の呼吸数評価処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a respiration rate evaluation process of the present disclosure. 本開示の心拍数評価処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating heart rate evaluation processing according to the present disclosure. 本開示の呼吸計測結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing respiration measurement results of the present disclosure.

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。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementation of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

本開示の呼吸心拍計測システムを図2に示す。本開示の呼吸心拍計測手順を図3に示す。呼吸心拍計測システムSは、レーダ送受信装置1、呼吸心拍計測装置2及び呼吸心拍表示装置3を備え、レーダ送受信装置1を用いて、被検体Tに照射されるレーダ信号を送信したうえで、被検体Tから反射されたレーダ信号を受信するとともに、呼吸心拍表示装置3を用いて、被検体Tの呼吸数及び心拍数を表示することができる。呼吸心拍計測装置2は、呼吸数計測部21、呼吸成分除去部22及び心拍数計測部23を備え、図3に示した呼吸心拍計測プログラムをコンピュータにインストールして実現することができる。 FIG. 2 shows a respiratory heart rate measurement system of the present disclosure. FIG. 3 shows the respiratory heart rate measurement procedure of the present disclosure. The respiratory heart rate measuring system S includes a radar transmitting/receiving device 1, a respiratory heart rate measuring device 2, and a respiratory heart rate display device 3, and uses the radar transmitting/receiving device 1 to transmit a radar signal to be irradiated to the subject T. In addition to receiving the radar signal reflected from the subject T, the respiratory rate and heart rate of the subject T can be displayed using the respiratory heart rate display device 3. The respiratory heart rate measuring device 2 includes a respiratory rate measuring section 21, a respiratory component removing section 22, and a heart rate measuring section 23, and can be realized by installing the respiratory heart rate measuring program shown in FIG. 3 into a computer.

本開示の第1の呼吸計測処理を図4に示す。図4では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。呼吸数計測部21は、被検体Tから反射されたレーダ信号S(t)を周波数変換し、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1に基づいて、被検体Tの呼吸数=60fB1/minを計測する(ステップS1)。つまり、呼吸数計測部21は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1を有するレーダ信号成分を、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1を有するレーダ信号成分として抽出する。そして、呼吸数計測部21は、被検体Tの呼吸に由来する高調波周波数fB2、fB3(更なる高調波周波数については省略している。)を有するレーダ信号成分を特定する。 FIG. 4 shows the first respiration measurement process of the present disclosure. In FIG. 4, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. The respiration rate measurement unit 21 frequency-converts the radar signal S(t) reflected from the subject T, and measures the respiration of the subject T based on the maximum peak frequency f B1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t). The number = 60f B1 /min is measured (step S1). That is, the respiration rate measurement unit 21 uses the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) as the radar signal component having the fundamental frequency f B1 derived from the breathing of the subject T. Extract. Then, the respiration rate measuring unit 21 identifies radar signal components having harmonic frequencies f B2 and f B3 (further harmonic frequencies are omitted) derived from the breathing of the subject T.

よって、被検体Tの呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数fB1、fH1を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数fB2、fB3、fH2、fH3を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体Tの呼吸数=60fB1/minを正確に計測することができる。なお、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を考慮してもよい。 Therefore, radar signal components derived from the breathing and heartbeat of the subject T include not only radar signal components having fundamental frequencies f B1 and f H1 but also radar signal components having harmonic frequencies f B2 , f B3 , f H2 , and f H3 . Even when a signal component exists, the respiratory rate of the subject T = 60 f B1 /min can be accurately measured. Note that as the radar signal component derived from the breathing of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be considered.

呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及びその高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去する(ステップS2)。つまり、呼吸成分除去部22は、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去したうえで、被検体Tの心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号S(t)を生成する(ステップS3)。 The respiratory component removing unit 22 removes the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) and its harmonic frequencies f B2 and f B3 from the radar signal S(t) (step S2). In other words, the respiratory component removal unit 22 removes the radar signal component derived from the breathing of the subject T from the radar signal S(t), and then extracts the radar signal component derived from the heartbeat of the subject T from the heartbeat radar signal. S H (t) is generated (step S3).

具体的には、呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去した誤差値の絶対値が最小値となるようにする。すると、心拍レーダ信号S(t)は、数1で表される。

Figure 0007428605000001
ここで、a+btは、トレンド成分を表し、a、bは、周波数fB1、fB2、fB3を有するレーダ信号成分のうちの、cos成分の振幅及びsin成分の振幅を表す。なお、トレンド成分として、a+bt+c+・・・を用いてもよい。 Specifically, when the respiratory component removing unit 22 calculates the amplitude and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t), , the absolute value of the error value obtained by removing the radar signal components having the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S (t) from the radar signal S (t) is the minimum value. Make it so that Then, the heartbeat radar signal S H (t) is expressed by Equation 1.
Figure 0007428605000001
Here, a 0 + b 0 t represents a trend component, and a i and b i represent the amplitude of the cos component and the amplitude of the sine component among the radar signal components having frequencies f B1 , f B2 , and f B3 . represent. Note that a 0 +b 0 t+c 0 t 2 +... may be used as the trend component.

よって、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3でのバンド除去フィルタをレーダ信号S(t)に適用することなく、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分を、容易にレーダ信号S(t)から除去することができる。なお、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を除去してもよい。 Therefore, without applying a band removal filter at the fundamental frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 originating from the breathing of the subject T to the radar signal S(t), the fundamental frequency originating from the breathing of the subject T can be removed. Radar signal components having frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 , f B3 can be easily removed from radar signal S(t). Note that as the radar signal component derived from the breathing of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be removed.

本開示の第2の呼吸計測処理を図5に示す。図5では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。ステップS1については、図5に示した第2の呼吸計測処理は、図4に示した第1の呼吸計測処理と同様である。 FIG. 5 shows the second respiration measurement process of the present disclosure. In FIG. 5, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. Regarding step S1, the second respiration measurement process shown in FIG. 5 is similar to the first respiration measurement process shown in FIG. 4.

呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及びその高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去する(ステップS2)。つまり、呼吸成分除去部22は、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去したうえで、被検体Tの心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号S(t)を生成する(ステップS3)。 The respiratory component removing unit 22 removes the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) and its harmonic frequencies f B2 and f B3 from the radar signal S(t) (step S2). In other words, the respiratory component removal unit 22 removes the radar signal component derived from the breathing of the subject T from the radar signal S(t), and then extracts the radar signal component derived from the heartbeat of the subject T from the heartbeat radar signal. S H (t) is generated (step S3).

具体的には、呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3での振幅及び位相を参照する。なお、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3について、振幅は図示されているが位相は図示されていない。心拍レーダ信号S(t)は、数2で表される。

Figure 0007428605000002
ここで、a+btは、トレンド成分を表し、a、bは、周波数fB1、fB2、fB3を有するレーダ信号成分のうちの、cos成分の振幅及びsin成分の振幅を表す。なお、トレンド成分として、a+bt+c+・・・を用いてもよい。 Specifically, when the respiratory component removing unit 22 calculates the amplitude and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t), , the amplitude and phase at the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) are referred to. Note that for the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t), the amplitude is shown, but the phase is not shown. The heartbeat radar signal S H (t) is expressed by Equation 2.
Figure 0007428605000002
Here, a 0 + b 0 t represents a trend component, and a i and b i represent the amplitude of the cos component and the amplitude of the sine component among the radar signal components having frequencies f B1 , f B2 , and f B3 . represent. Note that a 0 +b 0 t+c 0 t 2 +... may be used as the trend component.

よって、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3でのバンド除去フィルタをレーダ信号S(t)に適用することなく、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分を、容易にレーダ信号S(t)から除去することができる。なお、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を除去してもよい。 Therefore, without applying a band removal filter at the fundamental frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 originating from the breathing of the subject T to the radar signal S(t), the fundamental frequency originating from the breathing of the subject T can be removed. Radar signal components having frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 , f B3 can be easily removed from radar signal S(t). Note that as the radar signal component derived from the breathing of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be removed.

本開示の第3の呼吸計測処理を図6、7に示す。図6、7では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。ステップS1については、図6、7に示した第3の呼吸計測処理は、図4に示した第1の呼吸計測処理と同様である。 The third respiration measurement process of the present disclosure is shown in FIGS. 6 and 7. In FIGS. 6 and 7, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. Regarding step S1, the third respiration measurement process shown in FIGS. 6 and 7 is the same as the first respiration measurement process shown in FIG. 4.

呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及びその高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去する(ステップS2)。つまり、呼吸成分除去部22は、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分をレーダ信号S(t)から除去したうえで、被検体Tの心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号S(t)を生成する(ステップS3)。 The respiratory component removing unit 22 removes the radar signal component having the maximum peak frequency f B1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) and its harmonic frequencies f B2 and f B3 from the radar signal S(t) (step S2). In other words, the respiratory component removal unit 22 removes the radar signal component derived from the breathing of the subject T from the radar signal S(t), and then extracts the radar signal component derived from the heartbeat of the subject T from the heartbeat radar signal. S H (t) is generated (step S3).

具体的には、呼吸成分除去部22は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3でのバンド除去フィルタをレーダ信号S(t)に適用するときに、バンド除去フィルタの周波数特性に起因する線形歪み信号成分を補償する。なお、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3は特定されており、バンド除去フィルタの周波数特性は既知であるため、バンド除去フィルタの周波数特性に起因する線形歪み信号成分を計算することができる。 Specifically, the respiratory component removal unit 22 applies a band removal filter at the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) to the radar signal S(t). When applied, it compensates for linear distortion signal components due to the frequency characteristics of the band-rejection filter. Note that the maximum peak frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) are specified, and the frequency characteristics of the band removal filter are known, so the frequency of the band removal filter is The linear distortion signal component due to the characteristic can be calculated.

図6の第3段では、一括のバンド除去フィルタを適用しており、最大ピーク周波数fB1から高調波周波数fB3までの周波数を有するレーダ信号成分を一括に除去している。図7の第3段では、くし型のバンド除去フィルタを適用しており、最大ピーク周波数fB1、高調波周波数fB2及び高調波周波数fB3を有するレーダ信号成分を個別に除去している。 In the third stage of FIG. 6, a collective band removal filter is applied, and radar signal components having frequencies from the maximum peak frequency f B1 to the harmonic frequency f B3 are collectively removed. In the third stage of FIG. 7, a comb-shaped band rejection filter is applied, and radar signal components having maximum peak frequency f B1 , harmonic frequency f B2 and harmonic frequency f B3 are individually removed.

よって、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3でのバンド除去フィルタをレーダ信号S(t)に適用するときでも、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2、fB3を有するレーダ信号成分を、確実にレーダ信号S(t)から除去することができる。なお、被検体Tの呼吸に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を除去してもよい。 Therefore, even when applying a band removal filter at the fundamental frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 and f B3 derived from the breathing of the subject T to the radar signal S(t), the fundamental frequency f B1 originating from the breathing of the subject T is applied to the radar signal S(t). Radar signal components having frequency f B1 and harmonic frequencies f B2 , f B3 can be reliably removed from radar signal S(t). Note that as the radar signal component derived from the breathing of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be removed.

本開示の第1の心拍計測処理を図8に示す。図8では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。心拍数計測部23は、心拍レーダ信号S(t)を周波数変換し、心拍レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fH1に基づいて、被検体Tの心拍数=60fH1/minを計測する(ステップS4)。つまり、心拍数計測部23は、心拍レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fH1を有するレーダ信号成分を、被検体Tの心拍に由来する基本周波数fH1を有するレーダ信号成分として抽出する。そして、心拍数計測部23は、被検体Tの心拍に由来する高調波周波数fH2、fH3(更なる高調波周波数については省略している。)を有するレーダ信号成分を特定する。 FIG. 8 shows the first heart rate measurement process of the present disclosure. In FIG. 8, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. The heart rate measuring unit 23 frequency-converts the heart rate radar signal S H (t), and based on the maximum peak frequency f H1 of the frequency conversion result of the heart rate radar signal S H (t), the heart rate of the subject T = 60f. H1 /min is measured (step S4). That is, the heart rate measuring unit 23 converts the radar signal component having the maximum peak frequency f H1 of the frequency conversion result of the heart rate radar signal S H (t) into the radar signal component having the fundamental frequency f H1 derived from the heartbeat of the subject T. Extract as a component. Then, the heart rate measuring unit 23 identifies radar signal components having harmonic frequencies f H2 and f H3 (further harmonic frequencies are omitted) derived from the heartbeat of the subject T.

ここで、心拍レーダ信号S(t)の周波数変換結果では、被検体Tの呼吸に由来する基本周波数fB1及び高調波周波数fB2を有するレーダ信号成分が、若干残留しているが被検体Tの心拍に由来する基本周波数fH1を有するレーダ信号成分と比べて小さい。 Here, in the frequency conversion result of the heartbeat radar signal S H (t), some radar signal components having the fundamental frequency f B1 and harmonic frequency f B2 derived from the breathing of the subject T remain, but the is small compared to the radar signal component with fundamental frequency f H1 originating from the heartbeat of T.

よって、被検体Tの呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数fB1、fH1を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数fB2、fB3、fH2、fH3を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体Tの心拍数=60fH1/minを正確に計測することができる。なお、被検体Tの心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を考慮してもよい。 Therefore, radar signal components derived from the breathing and heartbeat of the subject T include not only radar signal components having fundamental frequencies f B1 and f H1 but also radar signal components having harmonic frequencies f B2 , f B3 , f H2 , and f H3 . Even when a signal component exists, the heart rate of the subject T = 60 f H1 /min can be accurately measured. Note that as the radar signal component derived from the heartbeat of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be considered.

本開示の第2の心拍計測処理を図9に示す。図9では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。心拍数計測部23は、心拍レーダ信号S(t)と、心拍レーダ信号S(t)を擬似的に模した基準心拍レーダ信号S(t)と、の間の相互相関結果S(t)を周波数変換し、相互相関結果S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fH1に基づいて、被検体Tの心拍数=60fH1/minを計測する(ステップS4)。つまり、心拍数計測部23は、相互相関結果S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fH1を有するレーダ信号成分を、被検体Tの心拍に由来する基本周波数fH1を有するレーダ信号成分として抽出する。そして、心拍数計測部23は、被検体Tの心拍に由来する高調波周波数fH2、fH3(更なる高調波周波数については省略している。)を有するレーダ信号成分を特定する。 FIG. 9 shows the second heart rate measurement process of the present disclosure. In FIG. 9, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. The heart rate measuring unit 23 calculates a cross-correlation result S C between the heart rate radar signal S H (t) and a reference heart rate radar signal S S ( t) which is a pseudo model of the heart rate radar signal S H (t). (t) is frequency-converted, and the heart rate of the subject T = 60 f H1 /min is measured based on the maximum peak frequency f H1 of the frequency conversion result of the cross-correlation result S C (t) (step S4). That is, the heart rate measuring unit 23 converts the radar signal component having the maximum peak frequency f H1 of the frequency conversion result of the cross-correlation result S C (t) into the radar signal component having the fundamental frequency f H1 derived from the heartbeat of the subject T. Extract as a component. Then, the heart rate measurement unit 23 identifies radar signal components having harmonic frequencies f H2 and f H3 (further harmonic frequencies are omitted) derived from the heartbeat of the subject T.

ここで、基準心拍レーダ信号S(t)として、cos基底である基準心拍レーダ信号SCOS(t)と、sin基底である基準心拍レーダ信号SSIN(t)と、を準備する。そして、相互相関結果S(t)として、数3に示す相互相関を計算する。

Figure 0007428605000003
ここで、Corrは、2個の引数の間の時間領域の相関関数を表す。 Here, as the reference heart rate radar signal S S (t), a reference heart rate radar signal S COS (t) which is a cos basis and a reference heart rate radar signal S SIN (t) which is a sin basis are prepared. Then, the cross-correlation shown in Equation 3 is calculated as the cross-correlation result S C (t).
Figure 0007428605000003
Here, Corr represents a time domain correlation function between two arguments.

よって、呼吸心拍計測装置2に由来する高い周波数を有するノイズ成分や、被検体Tの呼吸に由来する低い周波数fB1、fB2、fB3を有する信号成分が、心拍レーダ信号S(t)に重畳又は残留しているときでも、被検体Tの心拍数=60fH1/minを正確に計測することができる。なお、被検体Tの心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数の半分等の低調波周波数を有するレーダ信号成分を考慮してもよい。 Therefore, the noise component having a high frequency originating from the respiratory heart rate measuring device 2 and the signal component having low frequencies f B1 , f B2 , f B3 originating from the breathing of the subject T are the heart rate radar signal S H (t). Even when the heart rate of the subject T is superimposed or remains, the heart rate of the subject T = 60 f H1 /min can be accurately measured. Note that as the radar signal component derived from the heartbeat of the subject T, a radar signal component having a subharmonic frequency such as half of the fundamental frequency may be considered.

本開示の呼吸数評価処理を図10に示す。図10では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。呼吸数計測部21は、レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fB1を有するレーダ信号成分がレーダ信号S(t)の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、被検体Tの呼吸数=60fB1/minの計測結果の信頼度の高低を評価する(ステップS5)。 FIG. 10 shows the respiration rate evaluation process of the present disclosure. In FIG. 10, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. The respiration rate measurement unit 21 calculates the frequency of the radar signal S(t) based on the weighting that the radar signal component having the maximum peak frequency fB1 of the frequency conversion result of the radar signal S(t) occupies in the entire frequency conversion result of the radar signal S(t). , the reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject T = 60 f B1 /min is evaluated (step S5).

具体的には、呼吸数計測部21は、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度として、(最大ピーク周波数fB1の信号成分)/(全ピーク周波数又は上位ピーク周波数の信号成分和)を計算する。なお、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度として、(ピーク周波数fB1、fB2、fB3の信号成分和)/(全ピーク周波数又は上位ピーク周波数の信号成分和)を用いてもよい。そして、呼吸数計測部21は、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度が閾値と比べて高い/低いときには、被検体Tの呼吸数の計測結果を採用/棄却する。さらに、呼吸数計測部21は、被検体Tの呼吸数の計測結果に対する閾値が高い/低いときには、正確性/リアルタイム性を重視して被検体Tの呼吸数の計測結果を出力する。 Specifically, the respiration rate measurement unit 21 calculates the reliability of the measurement result of the respiration rate of the subject T as follows: (signal component of maximum peak frequency f B1 )/(sum of signal components of all peak frequencies or higher peak frequencies) Calculate. Furthermore, as the reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject T, it is also possible to use (sum of signal components of peak frequencies f B1 , f B2 , f B3 )/(sum of signal components of all peak frequencies or upper peak frequencies). good. Then, when the reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject T is higher/lower than the threshold value, the respiratory rate measurement unit 21 adopts/discards the measurement result of the respiratory rate of the subject T. Furthermore, when the threshold value for the measurement result of the respiratory rate of the subject T is high/low, the respiratory rate measurement unit 21 outputs the measurement result of the respiratory rate of the subject T with emphasis on accuracy/real-time performance.

本開示の心拍数評価処理を図11に示す。図11では、In-phase成分及びQuadrature-phase成分を重畳する。心拍数計測部23は、心拍レーダ信号S(t)の周波数変換結果の最大ピーク周波数fH1を有するレーダ信号成分が心拍レーダ信号S(t)の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、被検体Tの心拍数=60fH1/minの計測結果の信頼度の高低を評価する(ステップS6)。 FIG. 11 shows the heart rate evaluation process of the present disclosure. In FIG. 11, the In-phase component and the Quadrature-phase component are superimposed. The heart rate measuring unit 23 calculates the weight that the radar signal component having the maximum peak frequency f H1 of the frequency conversion result of the heartbeat radar signal S H (t) accounts for in the entire frequency conversion result of the heartbeat radar signal S H (t). Based on the magnitude, the reliability of the measurement result of the heart rate of the subject T = 60 f H1 /min is evaluated (step S6).

具体的には、心拍数計測部23は、被検体Tの心拍数の計測結果の信頼度として、(最大ピーク周波数fH1の信号成分)/(全ピーク周波数又は上位ピーク周波数の信号成分和)を計算する。なお、被検体Tの心拍数の計測結果の信頼度として、(ピーク周波数fH1、fH2、fH3の信号成分和)/(全ピーク周波数又は上位ピーク周波数の信号成分和)を用いてもよい。そして、心拍数計測部23は、被検体Tの心拍数の計測結果の信頼度が閾値と比べて高い/低いときには、被検体Tの心拍数の計測結果を採用/棄却する。さらに、心拍数計測部23は、被検体Tの心拍数の計測結果に対する閾値が高い/低いときには、正確性/リアルタイム性を重視して被検体Tの心拍数の計測結果を出力する。 Specifically, the heart rate measurement unit 23 calculates the reliability of the heart rate measurement result of the subject T by (signal component of maximum peak frequency f H1 )/(sum of signal components of all peak frequencies or higher peak frequencies). Calculate. Note that as the reliability of the measurement result of the heart rate of the subject T, (sum of signal components of peak frequencies f H1 , f H2 , f H3 )/(sum of signal components of all peak frequencies or upper peak frequencies) can also be used. good. Then, when the reliability of the measurement result of the heart rate of the subject T is higher/lower than the threshold value, the heart rate measurement unit 23 adopts/discards the measurement result of the heart rate of the subject T. Further, when the threshold value for the measurement result of the heart rate of the subject T is high/low, the heart rate measurement unit 23 outputs the measurement result of the heart rate of the subject T with emphasis on accuracy/real time.

本開示の呼吸計測結果を図12に示す。図12の上部の縦線は、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度が閾値と比べて低いため、被検体Tの呼吸数の計測結果が棄却されていることを示す。図12の下部の白丸は、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度が閾値と比べて高いため、被検体Tの呼吸数の計測結果が採用されていることを示す。なお、被検体Tの呼吸数の計測結果の信頼度が閾値と比べて高いときでも、被検体Tの呼吸数の計測結果が急激に変化したときには、被検体Tの呼吸数の計測結果を棄却してもよい。 The respiration measurement results of the present disclosure are shown in FIG. 12. The vertical line at the top of FIG. 12 indicates that the measurement result of the respiratory rate of the subject T is rejected because the reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject T is lower than the threshold value. The white circle at the bottom of FIG. 12 indicates that the measurement result of the respiratory rate of the subject T is adopted because the reliability of the measurement result of the respiratory rate of the subject T is higher than the threshold value. Furthermore, even when the reliability of the measurement result of the respiration rate of the subject T is high compared to the threshold value, if the measurement result of the respiration rate of the subject T changes suddenly, the measurement result of the respiration rate of the subject T may be rejected. You may.

本開示の呼吸心拍計測装置及び呼吸心拍計測プログラムは、レーダを用いて被検体の呼吸数及び心拍数を計測するにあたり、被検体の呼吸及び心拍に由来するレーダ信号成分として、基本周波数を有するレーダ信号成分のみならず、高調波周波数を有するレーダ信号成分が存在するときでも、被検体の呼吸数及び心拍数を正確に計測することができる。 The respiration heart rate measurement device and the respiration heart rate measurement program of the present disclosure use a radar having a fundamental frequency as a radar signal component derived from the respiration and heartbeat of the object when measuring the respiration rate and heart rate of the object using radar. Even when not only signal components but also radar signal components having harmonic frequencies are present, the respiratory rate and heart rate of the subject can be accurately measured.

S:呼吸心拍計測システム
T:被検体
1:レーダ送受信装置
2:呼吸心拍計測装置
3:呼吸心拍表示装置
21:呼吸数計測部
22:呼吸成分除去部
23:心拍数計測部
S: Respiratory heart rate measuring system T: Subject 1: Radar transmitting/receiving device 2: Respiratory heart rate measuring device 3: Respiratory heart rate display device 21: Respiratory rate measuring section 22: Respiratory component removing section 23: Heart rate measuring section

Claims (8)

被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測部と、
前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去部と、
前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測部と、を備え
前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去した誤差値の絶対値が最小値となるようにする
ことを特徴とする呼吸心拍計測装置。
a respiration rate measuring unit that converts the frequency of a radar signal reflected from the subject and measures the respiratory rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal;
By removing from the radar signal the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency, the radar signal component originating from the respiration of the subject is removed from the radar signal. a respiratory component removal unit that generates a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject;
a heart rate measuring unit that converts the frequency of the heart rate radar signal and measures the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal ,
The respiratory component removal unit calculates the maximum peak frequency and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal. The absolute value of the error value obtained by removing the radar signal component having the harmonic frequency from the radar signal is set to a minimum value.
A respiratory heart rate measuring device characterized by:
被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測部と、
前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去部と、
前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測部と、を備え
前記心拍数計測部は、前記心拍レーダ信号と、前記心拍レーダ信号を擬似的に模したマザーウェーブレット関数を使った基準心拍レーダ信号と、の間の相互相関結果を周波数変換し、前記相互相関結果の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する
ことを特徴とする呼吸心拍計測装置。
a respiration rate measuring unit that converts the frequency of a radar signal reflected from the subject and measures the respiratory rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal;
By removing from the radar signal the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency, the radar signal component originating from the respiration of the subject is removed from the radar signal. a respiratory component removing unit that generates a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject;
a heart rate measuring unit that converts the frequency of the heart rate radar signal and measures the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal ,
The heart rate measuring unit frequency-converts the cross-correlation result between the heartbeat radar signal and a reference heartbeat radar signal using a mother wavelet function that simulates the heartbeat radar signal, and converts the cross-correlation result. Measure the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result.
A respiratory heart rate measuring device characterized by:
前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去した誤差値の絶対値が最小値となるようにする
ことを特徴とする、請求項に記載の呼吸心拍計測装置。
The respiratory component removal unit calculates the maximum peak frequency and phase of the frequency conversion result of the radar signal when calculating the amplitude and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal. The respiratory heart rate measuring device according to claim 2 , wherein the absolute value of an error value obtained by removing the radar signal component having the harmonic frequency from the radar signal is a minimum value.
前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数での振幅及び位相を参照する
ことを特徴とする、請求項に記載の呼吸心拍計測装置。
The respiratory component removal unit calculates the maximum peak frequency and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal. The respiratory heart rate measuring device according to claim 2 , characterized in that the amplitude and phase at the harmonic frequency are referred to.
前記呼吸成分除去部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数でのバンド除去フィルタを前記レーダ信号に適用するときに、前記バンド除去フィルタの周波数特性に起因する線形歪み信号成分を補償する
ことを特徴とする、請求項に記載の呼吸心拍計測装置。
The respiratory component removing unit removes linear distortion due to frequency characteristics of the band removal filter when applying the band removal filter at the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and the harmonic frequency to the radar signal. The respiratory heart rate measuring device according to claim 2 , wherein the respiratory heart rate measuring device compensates for signal components.
前記呼吸数計測部は、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分が前記レーダ信号の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、前記被検体の呼吸数の計測結果の信頼度の高低を評価し、
前記心拍数計測部は、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数を有するレーダ信号成分が前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の全体中に占める重み付けの大小に基づいて、前記被検体の心拍数の計測結果の信頼度の高低を評価する
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の呼吸心拍計測装置。
The respiration rate measurement unit measures the respiration rate of the subject based on the weighting that a radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal occupies in the entire frequency conversion result of the radar signal. Evaluate the reliability of measurement results,
The heart rate measuring unit calculates the heart rate of the subject based on the weight that a radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal occupies in the entire frequency conversion result of the heart rate radar signal. The respiratory heart rate measuring device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the reliability level of the measurement result of the number of heartbeats is evaluated.
被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測ステップと、
前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去ステップと、
前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測ステップと、
を順にコンピュータに実行させ
前記呼吸成分除去ステップは、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分の振幅及び位相を算出するときに、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及び前記高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去した誤差値の絶対値が最小値となるようにする
ことを特徴とする呼吸心拍計測プログラム。
a respiration rate measuring step of converting the frequency of a radar signal reflected from the subject and measuring the respiration rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal;
By removing from the radar signal the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency, the radar signal component originating from the respiration of the subject is removed from the radar signal. a respiratory component removal step of generating a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject;
a heart rate measuring step of converting the frequency of the heart rate radar signal and measuring the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal;
have the computer execute the following in order ,
The respiratory component removing step includes calculating the maximum peak frequency and phase of the radar signal component having the maximum peak frequency and the harmonic frequency of the frequency conversion result of the radar signal. The absolute value of the error value obtained by removing the radar signal component having the harmonic frequency from the radar signal is set to a minimum value.
A respiratory heart rate measurement program.
被検体から反射されたレーダ信号を周波数変換し、前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の呼吸数を計測する呼吸数計測ステップと、
前記レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数及びその高調波周波数を有するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去することにより、前記被検体の呼吸に由来するレーダ信号成分を前記レーダ信号から除去したうえで、前記被検体の心拍に由来するレーダ信号成分を抽出した心拍レーダ信号を生成する呼吸成分除去ステップと、
前記心拍レーダ信号を周波数変換し、前記心拍レーダ信号の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する心拍数計測ステップと、
を順にコンピュータに実行させ
前記心拍数計測ステップは、前記心拍レーダ信号と、前記心拍レーダ信号を擬似的に模したマザーウェーブレット関数を使った基準心拍レーダ信号と、の間の相互相関結果を周波数変換し、前記相互相関結果の周波数変換結果の最大ピーク周波数に基づいて、前記被検体の心拍数を計測する
ことを特徴とする呼吸心拍計測プログラム。
a respiration rate measuring step of converting the frequency of a radar signal reflected from the subject and measuring the respiration rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal;
By removing from the radar signal the radar signal component having the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the radar signal and its harmonic frequency, the radar signal component originating from the respiration of the subject is removed from the radar signal. a respiratory component removal step of generating a heartbeat radar signal by extracting a radar signal component derived from the heartbeat of the subject;
a heart rate measuring step of converting the frequency of the heart rate radar signal and measuring the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result of the heart rate radar signal;
have the computer execute the following in order ,
The heart rate measuring step frequency-converts the cross-correlation result between the heartbeat radar signal and a reference heartbeat radar signal using a mother wavelet function that simulates the heartbeat radar signal, and converts the cross-correlation result. Measure the heart rate of the subject based on the maximum peak frequency of the frequency conversion result.
A respiratory heart rate measurement program.
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