WO2021066028A1 - 推定装置及び推定方法 - Google Patents

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WO2021066028A1
WO2021066028A1 PCT/JP2020/037204 JP2020037204W WO2021066028A1 WO 2021066028 A1 WO2021066028 A1 WO 2021066028A1 JP 2020037204 W JP2020037204 W JP 2020037204W WO 2021066028 A1 WO2021066028 A1 WO 2021066028A1
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WO
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microwave
state
amount
body fluid
blood
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PCT/JP2020/037204
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English (en)
French (fr)
Inventor
筱薇 呂
信一郎 須田
圭 本田
鈴木　哲
Original Assignee
テルモ株式会社
学校法人 関西大学
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026—Measuring blood flow
    • A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body

Definitions

  • the present invention relates to an estimation device and an estimation method for estimating the amount of change in the volume of body fluid in a living organ.
  • Cardiac output is the amount of change in blood volume between the dilated state of the heart, which has the maximum volume of blood contained in the heart, and the contracted state of the heart, which has the minimum volume of blood.
  • Conventional techniques for estimating the amount of change in the volume of body fluid in a living organ such as cardiac output include the device described in Patent Document 1 including a transmitting antenna, a receiving antenna, and an estimation unit.
  • the transmitting antenna transmits microwaves and the like to the chest of the patient
  • the receiving antenna receives the microwaves and the like transmitted through the chest
  • the estimating unit estimates the cardiac output from the electric field strength of the received microwaves.
  • the capacity of the heart in the expanded (or contracted) state is the electric field strength in the expanded (or contracted) state of the heart, the specific absorption rate of the heart, the conductivity of the heart, and the like. It can be expressed by the mass of the heart, and the electric field strength in the expanded state and the electric field strength in the contracted state of the heart can be replaced by the minimum and maximum values of the electric field strength of the received microwave. Then, the estimation unit determines the expanded state and the contracted state from the measured maximum and minimum values of the electric field strength of the received microwave and the known values of the specific absorption rate of the heart, the conductivity of the heart, and the mass of the heart. The cardiac output is estimated as the amount of change in the capacity of the heart.
  • the mass of the heart is set to a constant value in the expanded state and the contracted state.
  • the mass M of the heart changes between the expanded state and the contracted state, it is required to more accurately estimate the amount of change in the volume of body fluid in the biological organ such as cardiac output.
  • an object of the present invention is to provide an estimation device and an estimation method capable of accurately estimating the amount of change in the volume of body fluid in a living organ.
  • the estimation device that achieves the above object includes a first state in which the body fluid contained in a biological organ in a living body has a first volume, and a second state in which the body fluid has a second volume.
  • An estimation device for estimating the amount of change in the volume of the body fluid between ⁇ V and the body fluid which is a transmission unit that transmits a microwave toward the biological organ in the first state and the second state, and the living body. It has a receiving unit that receives the microwave transmitted through the organ and an estimation unit that estimates the change amount ⁇ V body fluid, and the estimation unit absorbs energy absorbed by the body fluid in the amount of the change amount ⁇ V body fluid.
  • the change amount ⁇ V body fluid is estimated from the received microwaves in the first state and the second state.
  • the estimation method according to the present invention that achieves the above object is between a first state in which the body fluid contained in the living organ has a first volume and a second state in which the body fluid has a second volume.
  • This is an estimation method for estimating the amount of change in the volume of the body fluid ⁇ V body fluid, in which microwaves are transmitted toward the living organ in the first state and the second state, and the micro penetrates through the living organ.
  • the amount of change in the volume of body fluid in a living organ ⁇ V body fluid can be estimated accurately.
  • the estimation device 100 shown in FIG. 1 is a change in the volume of the heart in the living body of the patient (subject) and a beat from the heart in the examination of heart failure, follow-up after heart surgery, verification of the effect of medication for heart disease, and the like.
  • the output amount ⁇ V blood (corresponding to the change amount ⁇ V body fluid ) can be estimated.
  • the cardiac output ⁇ V blood is an expanded state (corresponding to the first volume) of the blood (corresponding to the body fluid) contained in the heart H1 (corresponding to a biological organ) having the maximum volume (corresponding to the first volume).
  • the cardiac output ⁇ V blood means the so-called stroke volume.
  • the estimation device 100 includes a transmitting antenna 111 (corresponding to a transmitting unit), a receiving antenna 112 (corresponding to a receiving unit), a transmitting waveform generating unit 113, and a receiving waveform preprocessing unit 114. ..
  • the estimation device 100 includes a control unit 120, a start switch 130, a notification unit 140, and an input unit 150.
  • the estimation device 100 is configured to be able to communicate with the external terminal 160. The details will be described below.
  • the transmitting antenna 111 is electrically connected to the transmitting waveform generating unit 113, and the patient's chest H (heart H1 and living tissue H2 other than the heart H2) in the expanded and contracted states of the heart H1.
  • (Including) is configured to be able to transmit microwaves.
  • the biological tissue H2 other than the heart H1 include skin, adipose tissue, and muscle.
  • the receiving antenna 112 is arranged so as to face the transmitting antenna 111.
  • the receiving antenna 112 is configured to be able to receive microwaves transmitted by the transmitting antenna 111 and transmitted through the patient's chest H.
  • the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112 can be configured by a dipole type linear antenna or the like.
  • the formats of the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112 are not particularly limited as long as microwaves can be transmitted and received.
  • the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112 may be a linear antenna of a microloop type or a helical type, or may be a flat antenna of a patch type or an inverted F type.
  • the transmission waveform generator 113 is composed of a microwave generator.
  • the frequency of the generated microwave is not particularly limited as long as it can pass through the human heart H1, but can be, for example, 0.4 to 1.0 GHz.
  • the power of the generated microwave is not particularly limited as long as sufficient power can be detected by the receiving antenna 112, but can be, for example, several mW to several tens of mW. Further, the generated microwave may be a continuous wave, a pulse wave, or an electromagnetic wave subjected to phase modulation or frequency modulation.
  • the reception waveform preprocessing unit 114 performs preprocessing such as AD conversion so that the control unit 120, which will be described later, can process the microwave received from the reception antenna 112.
  • the received waveform preprocessing unit 114 can be configured by, for example, an AD converter or the like.
  • control unit 120 includes a processor 121 such as a CPU, a storage unit 122, and a communication unit 123.
  • the processor 121, the storage unit 122, and the communication unit 123 are connected to each other by a bus (not shown).
  • the processor 121 has functions as an acquisition unit 124, a signal processing unit 125, and an estimation unit 126.
  • an acquisition unit 124 receives signals from the central processing unit 121 and processes signals.
  • a signal processing unit 125 receives signals from the central processing unit 121 and processes signals.
  • an estimation unit 126 receives signals from the central processing unit 121 and processes signals.
  • each function of the processor 121 will be described in detail.
  • the acquisition unit 124 controls the operation of the transmission waveform generation unit 113 so that the transmission antenna 111 transmits microwaves during a period in which the expansion and contraction cycle of the heart H1 is included at least once. Further, the acquisition unit 124 receives a microwave (transmitted microwave) transmitted by the transmitting antenna 111 and a microwave (received microwave) received by the receiving antenna during a period in which the expansion and contraction cycle of the heart H1 is included at least once. To get.
  • the transmitted microwave and received microwave data acquired by the acquisition unit 124 are stored in the storage unit 122.
  • the signal processing unit 125 performs processing such as filtering on the transmitted microwave and the received microwave acquired by the acquisition unit 124. Details of the processing of the signal processing unit 125 will be described later.
  • the estimation unit 126 estimates the electrical characteristic value of the chest H from the waveform difference between the transmitted microwave and the received microwave.
  • the estimation unit 126 estimates the energy absorption amount difference ⁇ P from the electrical characteristic value of the chest H and the received microwaves in the expanded state and the contracted state.
  • the energy absorption difference ⁇ P is the energy absorption amount P d chest (corresponding to the energy absorption amount P 1 ) absorbed by the chest H from the microwave in the expanded state and the energy absorption absorbed by the chest H from the microwave in the contracted state.
  • the difference from the amount P s chest (corresponding to the energy absorption amount P 2).
  • the estimation unit 126 estimates the cardiac output ⁇ V blood using the energy absorption amount difference ⁇ P.
  • the method of estimating each value of the estimation unit 126 will be described in detail.
  • Microwaves that have passed through a loss medium such as a dielectric have damping (reduction in amplitude) and phase lag with respect to the microwaves that have not passed through the loss medium due to electrical characteristics such as the dielectric properties of the loss medium. .. Since the living body is also a loss medium, the microwave (received microwave) transmitted through the chest H has a waveform difference such as attenuation or phase delay with respect to the transmitted microwave due to the electrical characteristics of the chest H. Utilizing such a principle, the estimation unit 126 determines the waveform of the transmitted microwave and the waveform of the received microwave based on the relationship between the waveform difference between the transmitted microwave and the received microwave and the electrical characteristic value of the chest H. The electrical characteristic value of the chest H is estimated from the waveform difference.
  • the estimation unit 126 estimates the dielectric loss tangent tan ⁇ and the dielectric constant ⁇ as the electrical characteristic values of the chest H.
  • the microwave transmitted by the transmitting antenna 111 is actually a spherical wave, but the microwave observed by the receiving antenna 112 installed at a point sufficiently distant from the transmitting antenna 111 has a spherical radius approaching infinity. Therefore, it can be regarded as a plane wave. From the solution of the wave equation of the plane wave propagating in the loss medium, the microwave Ez propagating from the transmitting antenna 111 toward the receiving antenna 112 (in the microwave transmitting direction z) is expressed by the following equation (1-1). Can be done.
  • the attenuation constant ⁇ can be expressed by the following equation (1-2), and the phase constant ⁇ can be expressed by the following equation (1-3).
  • the amplitude difference A (see FIG. 3) between the amplitude E 0 of the transmitted microwave and the amplitude E i of the received microwave can be expressed by the following equation (1-5).
  • the amplitude difference A means a quantity expressed by the logarithm (decibel) of the ratio of the amplitude E i of the lower received microwave and the amplitude E 0 of the transmitted microwave.
  • Equation (1-9) is obtained.
  • the estimation unit 126 estimates the dielectric loss tangent tan ⁇ of the chest H from the amplitude difference A based on the relational expression (1-9) between the amplitude difference A and the dielectric loss tangent tan ⁇ of the chest H.
  • the amplitude difference A between the transmitted microwave and the received microwave is a value calculated from the transmitted microwave and the received microwave measured by the estimation unit 126.
  • the speed of light c is a known value.
  • the frequency f of the transmitted microwave is a set value of the frequency of the microwave generated by the transmission waveform generation unit 113.
  • the thickness L of the chest H may be a value obtained by measuring the thickness L of the chest H of the patient by the estimation device 100 using a length measuring instrument or the like, or the user such as a doctor or a nurse may be the patient.
  • the thickness L of the chest H may be measured, and the thickness L of the chest H may be input to the estimation device 100 by the input unit 150.
  • equation (1-9) can be transformed as follows.
  • the estimation unit 126 uses the relational expression (1-10) between the estimated dielectric loss tangent tan ⁇ and the amplitude difference A and the magnetic permeability ⁇ and the permittivity ⁇ of the chest H, and the estimated dielectric loss tangent tan ⁇ and the phase difference ⁇ and the transparency of the chest H. Based on the relational expression (1-11) between the magnetic coefficient ⁇ and the dielectric constant ⁇ , the dielectric constant ⁇ of the chest H is estimated from the amplitude difference A and the phase difference ⁇ .
  • the estimation unit 126 includes the relational expressions (1-9) and (1-10) between the amplitude difference A and the electrical characteristic values of the chest H, and the electrical characteristic values of the phase difference ⁇ and the chest H.
  • the dielectric loss tang tan ⁇ and the permittivity ⁇ of the chest H are estimated from the amplitude difference A and the phase difference ⁇ based on the relational expression (1-11) of.
  • the electric field strength of the microwave transmitted through the heart H1 changes according to the blood volume of the heart H1 (that is, according to the expansion and contraction of the heart H1). Therefore, the received microwave not only causes an amplitude difference A and a phase difference ⁇ with respect to the transmitted microwave by passing through the chest H, which is a loss medium, but also has a periodic electric field strength due to the expansion and contraction of the heart H1. Changes also occur. Therefore, the estimation unit 126 excludes the periodic change in the electric field strength due to the expansion and contraction of the heart H1 when estimating the electrical characteristic value, and the amplitude difference A and the phase difference ⁇ of the transmitted microwave and the received microwave. It is desirable to calculate.
  • the amplitude difference A and the phase difference ⁇ of the received microwave generated by passing through the chest H, which is a loss medium, with respect to the transmitted microwave are extremely higher than the frequency of expansion contraction (GHz order). ) This is the waveform change in the nearby components. Therefore, the amplitude difference A and the phase difference ⁇ caused by passing through the chest H, which is a loss medium, and the periodic change in the electric field strength due to the expansion and contraction of the heart H1 can be clearly distinguished.
  • the estimation unit 126 extracts time-series data for a period in which the pumping state of the heart H1 can be regarded as substantially constant from the time-series data of the transmission microwave and the reception microwave, and extracts the time-series data from the extracted transmission microwave and the reception microwave.
  • Amplitude difference A and phase difference ⁇ may be calculated.
  • the signal processing unit 125 performs a filtering process such as a bandpass filter on the received microwave to exclude the fluctuation component due to the expansion contraction, and the estimation unit 126 extracts the received microwave and the received microwave after the filtering process.
  • the amplitude difference A and the phase difference ⁇ may be calculated.
  • the estimation unit 126 estimates the energy absorption amount difference ⁇ P using the electrical characteristic value of the chest H and the received microwaves in the expanded state and the contracted state.
  • the energy absorption difference ⁇ P between the energy absorption amount P d chest of the entire chest H in the expanded state and the energy absorption amount P s chest of the entire chest H in the contracted state can be expressed by the following equation (2-1). ..
  • the energy absorption amount p (power consumption or dielectric loss) absorbed by the dielectric per unit volume can be expressed by the following equation (2-3). it can.
  • the received microwave energy P d antenna in the expanded state and the received microwave energy P s antenna in the contracted state can be expressed as the following equations (2-4) and (2-5).
  • the electric field strength of the received microwave varies depending on the amount of blood in the heart H1. Therefore, it is possible to determine in which state the heart H1 is transmitted from the electric field strength of the received microwave.
  • the electric field strength Ed antenna in the expanded state of the received microwave corresponds to the minimum value (minimum value) within the period of one expansion contraction in the electric field strength of the received microwave.
  • the electric field strength Es antenna in the contracted state of the received microwave corresponds to the maximum value (maximum value) within the period of one expansion contraction in the electric field strength of the received microwave.
  • the Ed antenna may be used, and the average value obtained by averaging the maximum values in a plurality of extended contraction cycles may be used as the electric field strength Es antenna in the contracted state of the received microwave.
  • the signal processing unit 125 performs filtering processing such as a bandpass filter so that the estimation unit 126 removes components other than the fluctuation component due to expansion and contraction from the received microwave before calculating the maximum value and the minimum value. You may.
  • the volume V body of the portion of the chest H through which microwaves are transmitted can be calculated by, for example, (chest thickness L ⁇ antenna area S). Strictly speaking, the volume V body changes as the volume of blood in the heart H1 changes due to the expansion and contraction of the heart H1. However, since the volume that changes with the expansion and contraction of the heart H1 is sufficiently smaller than the volume that does not change with the expansion and contraction of the heart H1, the volume V body can be treated as a constant value.
  • the estimation unit 126 includes the electrical characteristic value of the chest H, the electric field strength Ed antenna of the received microwave in the expanded state, and the electric field of the received microwave in the contracted state.
  • the energy absorption difference ⁇ P is estimated from the intensity Es antenna , the frequency f of the transmitted microwave, the antenna area S, and the thickness L of the chest.
  • the electrical characteristic value of the chest H is an estimated value estimated by the estimation unit 126 as described above.
  • the field strength E s antenna reception microwave electric field strength E d antennas and contraction state of the reception microwave expanded state, a value estimating unit 126 has calculated from the received microwaves as described above.
  • the antenna area S means an area where microwaves are transmitted and received in the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112, and is a set value depending on the transmitting antenna 111 and the receiving antenna 112 incorporated in the estimation device 100.
  • the estimation unit 126 does not necessarily have to estimate the electrical characteristic value of the chest H.
  • the estimation unit 126 may estimate the energy absorption amount difference ⁇ P by using a known electric characteristic value of a living body or an electric characteristic value measured by another device.
  • the electrical characteristic value may change depending on the environment even for the same patient due to environmental conditions such as temperature and humidity.
  • the electrical characteristic value may differ from patient to patient due to differences in fat content, water content, and the like. In particular, patients with heart failure have a larger amount of water than normal people due to body congestion and the like, so the electrical characteristic values may differ significantly from normal people.
  • the estimation unit 126 it is better for the estimation unit 126 to estimate the electrical characteristic value for each patient each time the cardiac output ⁇ V blood is estimated, and to estimate the energy absorption amount difference ⁇ P using the estimated electrical characteristic value. This is preferable from the viewpoint of accurately estimating the difference ⁇ P.
  • the time interval between the diastole and the systole is short, for example, about 0.5 seconds. Therefore, it is considered that the electrical characteristic value does not change during that period, and the same electricity is used in the diastole and the systole. Characteristic values are used.
  • the estimation unit 126 estimates the electrical characteristic value in the expanded state from the waveform difference between the transmitted microwave and the received microwave in the expanded state, and the contracted state is derived from the waveform difference between the transmitted microwave and the received microwave in the contracted state. The electrical characteristic value may be estimated. As a result, a more accurate electrical characteristic value can be estimated according to each state.
  • the chest H total energy absorption Ps chest and chest H total energy absorption P d chest expanded state contracted state there is an energy absorption amount difference [Delta] P.
  • the components constituting the chest H include skin, muscle, fat, blood and the like.
  • the only component whose volume changes in the expanded state and the contracted state is blood, and it is considered that the volume of other components such as skin, muscle, and fat does not change.
  • the absorbed energy amount P blood absorbed by the blood in the amount of the heartbeat output amount ⁇ V blood is the specific absorption rate SAR indicating the energy absorption amount per unit mass of blood as shown in the following formula (3-2).
  • blood (corresponding to SAR body fluid) can be represented by the cardiac output [Delta] V blood, and the density of the blood [rho blood (corresponding to [rho body fluid).
  • the estimation unit 126 estimates the cardiac output ⁇ V blood from the energy absorption difference ⁇ P, the specific absorption rate SAR blood of blood , and the blood density ⁇ blood .
  • the energy absorption amount difference ⁇ P is an estimated value estimated by the estimation unit 126 from the electrical characteristic value and the received microwaves in the expanded state and the contracted state as described above.
  • the specific absorption rate of blood, SAR blood, and the density of blood, ⁇ blood are known values.
  • the estimation unit 126 receives the received microwaves in the expanded state and the contracted state based on the relationship that the absorbed energy amount P blood absorbed by the blood in the amount of the cardiac output ⁇ V blood is equal to the energy absorption amount difference ⁇ P. From this, the cardiac output ⁇ V blood can be estimated.
  • Estimation unit 126 the energy absorption amount difference ⁇ P caused by the amount of change in volume of blood (cardiac output [Delta] V blood), estimates cardiac output [Delta] V blood. Therefore, the estimation unit 126 can accurately estimate the cardiac output ⁇ V blood as compared with the conventional technique of estimating the cardiac output ⁇ V blood from the volume change of the heart H1 while keeping the mass M of the heart H1 constant.
  • the electric field strength of the heart H1 in each state is replaced with the electric field strength of the received microwave in each state, and the energy absorption amount of the heart H1 per unit volume in each state is set to ". It was estimated as "the electric field strength of the received microwave in each state x the conductivity of the heart". Moreover, a known value is used as the conductivity of the heart. However, since microwaves pass through not only the heart H1 but also living tissues H2 other than the heart H1, strictly speaking, the amount of energy absorbed by the heart H1 alone cannot be calculated from the electric field strength of the received microwaves. In addition, the electrical characteristics of the heart also differ from patient to patient.
  • the estimation unit 126 is based on the electrical characteristic values of the chest H including the heart H1 and the biological tissue H2 other than the heart H1 and the electric field strength of the received microwave, and the chest H in the expanded state and the contracted state
  • the energy absorption difference ⁇ P is estimated.
  • the estimation unit 126 the energy absorption amount difference ⁇ P caused by the amount of change in volume of blood in the heart H1 (cardiac output [Delta] V blood), estimates cardiac output [Delta] V blood.
  • the electrical characteristic values used for estimation are estimated for each patient. Therefore, the estimation unit 126 can accurately estimate the cardiac output ⁇ V blood even if there is an interposition of a biological tissue H2 other than the heart H1 between the heart H1 and the receiving antenna 112.
  • the storage unit 122 stores various data necessary for estimation by the estimation unit 126.
  • the storage unit 122 can be configured by a ROM, RAM, or the like.
  • the storage unit 122 stores data such as a waveform of the transmitted microwave and a waveform of the received microwave.
  • the storage unit 122 stores an input value such as a patient ID.
  • the storage unit 122 stores the measured values such as the thickness L of the chest H, the antenna area S, and the set values such as the frequency f of the transmitted microwave.
  • the storage unit 122 stores predetermined values such as the speed of light c, the blood absorption rate SAR blood, and the blood density ⁇ blood.
  • the storage unit 122 stores estimated values such as the dielectric constant ⁇ , the dielectric loss tangent tan ⁇ , the energy absorption amount difference ⁇ P, and the cardiac output ⁇ V blood.
  • the communication unit 123 enables data to be transmitted / received between the estimation device 100 such as the external terminal 160 and a device different from the estimation device 100.
  • the communication unit 123 is configured to enable wired or wireless communication with the external terminal 160.
  • the communication unit 123 can be configured by, for example, a network card or a port (interface) of a wired cable such as USB (Universal Serial Bus).
  • the start switch 130 is configured so that a user such as a medical worker such as a doctor or a nurse can instruct the start of estimation of the cardiac output ⁇ V blood.
  • the specific mode of the start switch 130 is not particularly limited as long as it can be switched on and off, and examples thereof include a toggle type switch and a button type switch.
  • the notification unit 140 notifies the cardiac output ⁇ V blood estimated by the estimation unit 126 by various means.
  • the specific mode of the notification unit 140 is not particularly limited as long as it can notify the user of the cardiac output ⁇ V blood , but it can be configured by, for example, a display unit such as a speaker that performs voice notification or a display that performs display notification.
  • the input unit 150 is configured so that a user such as a medical worker can input information about the patient to the estimation device 100.
  • the input unit 150 can be configured by any one of a push button, a keyboard, a pointing device such as a mouse, or a combination thereof in whole or in part.
  • the input unit 150 is a component of the estimation device 100 in the present embodiment, the estimation device does not include a configuration corresponding to the input unit 150 other than this, and the estimation device may be externally attached to other embodiments of the present invention. include.
  • the external terminal 160 is configured to enable communication of index data related to the heart with the estimation device 100 through the communication unit 116.
  • the external terminal 160 can be configured by a known tablet (type terminal), a personal computer, or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an estimation method according to the present embodiment.
  • S1 transmission / reception of microwaves
  • S2 signal processing
  • S3 estimation of electrical characteristic values (dielectric constant ⁇ and dielectric loss tangent tan ⁇ )
  • S4 absorption amount difference
  • S5 cardiac output ⁇ V blood
  • S6 cardiac output ⁇ V blood
  • the estimation device 100 receives an input from the input unit 150 by the user and acquires information about the patient such as a patient ID and the like.
  • the acquisition unit 124 controls the operation of each unit to transmit and receive microwaves (S1). Specifically, the transmission waveform generation unit 113 generates a microwave to irradiate the patient's chest H and transmits it from the transmission antenna 111. The microwave transmitted through the chest H is received by the receiving antenna 112. The reception waveform preprocessing unit 114 converts the microwave received by the reception antenna 112 from an analog signal to a digital signal. The acquisition unit 124 acquires the transmitted microwave and the received microwave during a period including at least one expansion / contraction cycle.
  • the signal processing unit 125 performs processing such as filtering on the transmitted microwave and the received microwave (S2).
  • the estimation unit 126 of the control unit 120 includes the relational expressions (1-9) and equations (1-10) between the amplitude difference A of the transmission microwave and the reception microwave and the electrical characteristic value of the chest H, and the transmission microwave. Based on the relational expression (1-11) between the phase difference ⁇ of the wave and the received microwave and the electrical characteristic value of the chest H, from the amplitude difference A and the phase difference ⁇ of the transmitted microwave and the received microwave, the chest H The dielectric constant ⁇ and the dielectric positive tangent tan ⁇ are estimated (S3).
  • the estimation unit 126 includes the dielectric constant ⁇ and the dielectric loss tangent tan ⁇ of the chest H estimated in step S3 based on the equations (2-2) to (2-5), and the electric field of the received microwave in the expanded state.
  • the energy absorption difference ⁇ P is calculated from the electric field strength E s chest of the received microwave in the chest and the contracted state and the volume V body of the portion of the chest H through which the microwave is transmitted (S4).
  • the estimation unit 126 determines the energy absorption amount based on the relational expression (3-3) that the energy absorption amount P blood absorbed by the blood in the amount of the cardiac output ⁇ V blood is equal to the energy absorption amount difference ⁇ P.
  • Cardiac output ⁇ V blood is estimated from the difference ⁇ P (S5).
  • the notification unit 140 notifies the user of the cardiac output ⁇ V blood estimated in step S5 (S6).
  • the estimation device 100 has a blood content between an expanded state in which the blood contained in the heart H1 in the chest H has a maximum volume and a contracted state in which the blood has a minimum volume. It is an estimation device that estimates the cardiac output ⁇ V blood , which is the amount of change in volume.
  • the estimation device 100 includes a transmission antenna 111, a reception antenna 112, and an estimation unit 126.
  • the transmitting antenna 111 transmits microwaves toward the heart H1 in the expanded and contracted states.
  • the receiving antenna 112 receives the microwave transmitted through the heart H1.
  • the estimation unit 126 estimates the cardiac output ⁇ V blood .
  • the estimation unit 126 the amount of energy absorbed by blood in the amount of heart rate ⁇ V blood P The amount of energy absorbed by the chest H from the microwave when the blood is expanded P d The amount of energy absorbed from the microwave to the chest H in the chest and contraction state Based on the relationship that the energy absorption amount P s is equal to the energy absorption amount difference ⁇ P from the chest, the heart rate output ⁇ V blood is estimated from the received microwaves in the expanded state and the contracted state.
  • the estimation method according to the present embodiment is based on the amount of change in blood volume between the dilated state in which the blood contained in the heart H1 in the chest H is the maximum volume and the contracted state in which the blood is the minimum volume. This is an estimation method for estimating a certain cardiac output ⁇ V blood.
  • the estimation method according to the present embodiment transmits microwaves toward the heart H1 in the expanded state and the contracted state. Receives microwaves that have passed through the heart H1.
  • the amount of energy absorbed by blood in the amount of heart rate ⁇ V blood P
  • the amount of energy absorbed by the chest H from the microwave in the chest and contraction state Based on the relationship that the amount P s is equal to the energy absorption difference ⁇ P from the chest, the heart rate output ⁇ V blood is estimated from the received microwaves in the expanded state and the contracted state.
  • the cardiac output ⁇ V blood is estimated based on the energy absorption difference ⁇ P caused by the change in the blood volume of the heart H1 (cardiac output ⁇ V blood).
  • the estimation device 100 and the estimation method can accurately estimate the cardiac output ⁇ V blood as compared with the conventional method assuming that the mass M of the heart H1 is constant. That is, according to the estimation device 100 and the estimation method, the user can more accurately grasp the absolute value of the cardiac output ⁇ V blood.
  • the cardiac output ⁇ V blood can be estimated without calculating the volume of the heart H1. Therefore, the cardiac output ⁇ V blood can be easily estimated as compared with the conventional method in which the volume of the ventricle needs to be calculated from the diameter of the ventricle or the like.
  • the estimation unit 126 is based on the above equation (3-3), regardless of the mass of the heart, from the energy absorption amount difference ⁇ P, the specific absorption rate SAR blood of blood, and the density ⁇ blood of blood. Estimate the stroke amount ⁇ V blood. Therefore, the estimation unit 126 can easily estimate the cardiac output ⁇ V blood.
  • the estimation unit 126 can easily estimate the energy absorption amount difference ⁇ P.
  • the electrical characteristic values are the permittivity and the dielectric loss tangent.
  • the estimation unit 126 describes the electrical characteristics based on the relationship between the amplitude difference A of the transmitted microwave and the received microwave and the electrical characteristic value, and the relationship between the phase difference ⁇ of the transmitted microwave and the received microwave and the electrical characteristic value. Estimate the value. Therefore, the estimation unit 126 can estimate the energy absorption amount difference ⁇ P based on the electrical characteristic value estimated for each patient. Therefore, the estimation unit 126 can estimate the energy absorption amount difference ⁇ P more accurately.
  • the frequency of the microwave is 0.4 to 1.0 GHz.
  • the higher the frequency the greater the attenuation of microwaves by living tissue. Therefore, in the method of estimating the cardiac output ⁇ V blood by replacing the electric field strength of the heart H1 with the electric field strength of the received microwave as in the above-mentioned conventional technique, the higher the frequency, the more the cardiac output ⁇ V blood. Is difficult to estimate accurately.
  • the cardiac output ⁇ V blood can be estimated accurately even if the frequency is high.
  • the estimation unit 126 determines the cardiac output ⁇ V blood , which is the amount of change in the blood volume between the expanded state in which the blood contained in the heart H1 is the maximum volume and the contracted state in which the blood is the minimum volume. presume. Therefore, a medical worker such as a doctor can appropriately and easily diagnose heart failure or the like by using the accurate cardiac output ⁇ V blood estimated by the estimation unit 126.
  • the so-called stroke volume is estimated as the cardiac output ⁇ V blood , but the so-called cardiac output is calculated by the sum of the ⁇ V blood in one minute.
  • the cardiac index may be estimated by estimating or further dividing by the body surface area.
  • the volume change of the blood volume contained in the heart has been described above, it can also be used for the volume change of only the left ventricle of the heart, not the volume change of the heart as a whole.
  • the observed microwave energy change is related to the capacity change of the left ventricle.
  • the volume change of the left ventricle it is possible to estimate the volume change of only the right ventricle of the heart, the volume change of only the right atrium of the heart, and the volume change of only the left atrium.
  • the amount of change in the volume of body fluid in the biological organ estimated by the present invention is not limited to the cardiac output.
  • the present invention may estimate the amount of change in the volume of body fluid in a living organ such as a lung or a bladder.
  • the microwave frequency is not particularly limited to a frequency of 0.4 GHz to 1.00 GHz.
  • the frequency of the microwave may be, for example, a frequency of 300 MHz to 300 GHz, or may be 3 GHz to 30 GHz.
  • electromagnetic waves such as short wave, very high frequency, and ultra high frequency may be used.
  • the electric specific value estimated by the present invention is not limited to the dielectric constant ⁇ and the dielectric loss tangent tan ⁇ .
  • conductivity ⁇ , magnetic permeability ⁇ , and the like may be estimated as electrical characteristic values.
  • the amount of energy absorbed by the living body is estimated from the electrical characteristic value, but the method of estimating the amount of energy absorbed by the living body is not particularly limited.
  • the amount of energy absorbed by the living body from the microwave in each state may be estimated from the power difference between the power of the received microwave in the first state and the power of the received microwave in the second state.
  • the cardiac output amount ⁇ V blood was estimated.
  • electrical property value, the electric field strength E s antenna receiving microwaves in the field strength E d antennas and contraction state of the reception microwave in the expanded state, the specific absorption rate SAR blood, etc. estimation of the energy absorption amount difference [Delta] P ( The heart rate output ⁇ V blood may be estimated directly without performing the calculation).
  • the amount of change ⁇ V body fluid is estimated based on the relationship that the amount of energy absorption P body fluid absorbed by the body fluid in the amount of the amount of change ⁇ V body fluid is equal to the difference in the amount of energy absorption ⁇ P.
  • the energy absorption amount difference ⁇ P is estimated and the change amount ⁇ V body fluid is estimated using the estimated energy absorption amount, but also the equations (2-4) and (2-) in the equation (3-3).
  • the case where the change amount ⁇ V body fluid is estimated without estimating the energy absorption amount difference ⁇ P by using the formula obtained by substituting 5) is also included.

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Abstract

推定装置（１００）は、胸部Ｈ内の心臓Ｈ１が含有する血液が最大容量である拡張状態と、血液が最小容量である収縮状態と、の間の血液の容量の変化量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する推定装置である。推定装置（１００）は、送信アンテナ（１１１）と、受信アンテナ（１１２）と、推定部（１２６）と、を有する。送信アンテナ（１１１）は、拡張状態及び収縮状態において心臓Ｈ１に向けてマイクロ波を送信する。受信アンテナ（１１２）は、心臓Ｈ１を透過したマイクロ波を受信する。推定部（１２６）は、変化量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。推定部（１２６）は、変化量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収するエネルギー吸収量Ｐｂｌｏｏｄが、拡張状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と収縮状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｓ胸部とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、拡張状態及び収縮状態における受信マイクロ波から、変化量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。

Description

推定装置及び推定方法
　本発明は、生体器官内の体液の容量の変化量を推定する推定装置及び推定方法に関する。
　心拍出量は、心臓が含有する血液が最大容量である心臓の拡張状態と、血液が最小容量である心臓の収縮状態との間の血液の容量の変化量である。心拍出量等の生体器官内の体液の容量の変化量を推定する従来技術には、送信アンテナと、受信アンテナと、推定部と、を備えた特許文献１に記載の装置等がある。上記装置において送信アンテナは患者の胸部にマイクロ波等を送信し、受信アンテナは胸部を透過したマイクロ波等を受信し、推定部は、受信マイクロ波の電界強度から心拍出量を推定する。
　具体的には、特許文献１では、拡張状態（または収縮状態）での心臓の容量は、心臓の拡張状態（または収縮状態）での電界強度、心臓の比吸収率、心臓の導電率、及び心臓の質量で表せ、心臓の拡張状態の電界強度及び収縮状態の電界強度は、受信マイクロ波の電界強度の最小値及び最大値で置換できるとしている。そして、推定部は、測定した受信マイクロ波の電界強度の最大値及び最小値と、公知の値である心臓の比吸収率、心臓の導電率、及び心臓の質量とから、拡張状態と収縮状態との心臓の容量の変化量として心拍出量を推定している。
国際公開第２０１８／１９４０９３号
　特許文献１では、拡張状態と収縮状態とで心臓の質量を一定値としている。しかしながら、心臓の質量Ｍは、拡張状態と収縮状態とで変化するため、より精度良く心拍出量等の生体器官内の体液の容量の変化量を推定することが求められている。
　そこで本発明は、生体器官内の体液の容量の変化量を精度よく推定できる推定装置及び推定方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明に係る推定装置は、生体内の生体器官が含有する体液が第１の容量である第１の状態と、前記体液が第２の容量である第２の状態と、の間の前記体液の容量の変化量ΔＶ体液を推定する推定装置であって、前記第１の状態及び前記第２の状態において前記生体器官に向けてマイクロ波を送信する送信部と、前記生体器官を透過した前記マイクロ波を受信する受信部と、前記変化量ΔＶ体液を推定する推定部と、を有し、前記推定部は、前記変化量ΔＶ体液の分量の前記体液が吸収するエネルギー吸収量Ｐ体液が、前記第１の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ１と前記第２の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ２とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、前記第１の状態及び前記第２の状態における受信マイクロ波から、前記変化量ΔＶ体液を推定する。
　上記目的を達成する本発明に係る推定方法は、生体器官が含有する体液が第１の容量である第１の状態と、前記体液が第２の容量である第２の状態と、の間の前記体液の容量の変化量ΔＶ体液を推定する推定方法であって、前記第１の状態及び前記第２の状態において前記生体器官に向けてマイクロ波を送信し、前記生体器官を透過した前記マイクロ波を受信し、前記変化量ΔＶ体液の分量の前記体液が吸収するエネルギー吸収量Ｐ体液が、前記第１の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ１と前記第２の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ２とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、前記第１の状態及び前記第２の状態における受信マイクロ波から、前記変化量ΔＶ体液を推定する。
　本発明に係る推定装置及び推定方法によれば、生体器官内の体液の容量の変化量ΔＶ体液を精度よく推定できる。
本発明の一実施形態に係る推定装置を示すブロック図である。 図１に示す推定装置が備える送信アンテナおよび受信アンテナを示す概略図である。 図１に示す推定装置の送信マイクロ波の電界強度および受信マイクロ波の電界強度の時間変化の一例を示すグラフである。 図１に示す推定装置による推定方法を示すフローチャートである。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
　（推定装置）
　図１に示す推定装置１００は、心不全の検査、心臓の手術後の経過観察、心臓病の投薬効果の検証等において、患者（被検者）の生体において心臓の容積変化であり心臓からの拍出量ΔＶｂｌｏｏｄ（変化量ΔＶ体液に相当）を推定可能に構成している。心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄは、本明細書では、心臓Ｈ１（生体器官に相当）が含有する血液（体液に相当）が最大容量（第１の容量に相当）である心臓Ｈ１の拡張状態（第１の状態に相当）と、血液が最小容量（第２の容量に相当）である心臓Ｈ１の収縮状態（第２の状態に相当）との間の血液の容量の変化量を意味する。すなわち、本明細書において心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄとは、所謂一回拍出量を意味する。
　推定装置１００は、図１に示すように送信アンテナ１１１（送信部に相当）と、受信アンテナ１１２（受信部に相当）と、送信波形生成部１１３と、受信波形前処理部１１４と、を有する。推定装置１００は、制御部１２０と、開始スイッチ１３０と、報知部１４０と、入力部１５０と、を有する。推定装置１００は、外部端末１６０と通信可能に構成している。以下、詳述する。
　（送信アンテナおよび受信アンテナ）
　送信アンテナ１１１は、図１および図２に示すように、送信波形生成部１１３に電気的に接続され、心臓Ｈ１の拡張状態及び収縮状態において患者の胸部Ｈ（心臓Ｈ１および心臓以外の生体組織Ｈ２を含む）にマイクロ波を送信可能に構成している。なお、心臓Ｈ１以外の生体組織Ｈ２としては、例えば、皮膚、脂肪、及び筋肉等が挙げられる。
　受信アンテナ１１２は、図２に示すように、送信アンテナ１１１と対向するように離間して配置している。受信アンテナ１１２は、送信アンテナ１１１が送信し、患者の胸部Ｈを透過したマイクロ波を受信可能に構成している。
　送信アンテナ１１１及び受信アンテナ１１２は、ダイポール形式の線状アンテナ等によって構成できる。ただし、マイクロ波の送受信ができれば送信アンテナ１１１及び受信アンテナ１１２の形式は特に限定されない。送信アンテナ１１１及び受信アンテナ１１２は、微小ループ形式やヘリカル形式の線状アンテナでもよく、パッチ形式や逆Ｆ型形式の平面アンテナであってもよい。
　（送信波形生成部）
　送信波形生成部１１３は、マイクロ波生成器によって構成している。生成するマイクロ波の周波数は、人体の心臓Ｈ１を透過することができれば特に限定されないが、例えば、０．４～１．０ＧＨｚとすることができる。生成するマイクロ波の電力は、受信アンテナ１１２において十分な電力が検出できれば特に限定されないが、例えば、数ｍＷ～数十ｍＷとすることができる。また、生成するマイクロ波は、連続波、パルス波、又は位相変調若しくは周波数変調を施した電磁波でもよい。
　（受信波形前処理部）
　受信波形前処理部１１４は、後述する制御部１２０が受信アンテナ１１２から受信したマイクロ波を処理できるように、ＡＤ変換等の前処理をする。受信波形前処理部１１４は、例えば、ＡＤ変換器等によって構成できる。
　（制御部）
　制御部１２０は、図１に示すように、ＣＰＵ等のプロセッサー１２１と、記憶部１２２と、通信部１２３と、を有する。プロセッサー１２１、記憶部１２２、および通信部１２３は、バス（図示省略）によって相互に接続されている。
　プロセッサー１２１は、本実施形態では、取得部１２４、信号処理部１２５及び推定部１２６としての機能を備える。以下、プロセッサー１２１の各機能について詳述する。
　取得部１２４は、少なくとも心臓Ｈ１の拡張収縮の周期が１回以上含まれる期間、送信アンテナ１１１がマイクロ波を送信するように送信波形生成部１１３の動作を制御する。また、取得部１２４は、少なくとも心臓Ｈ１の拡張収縮の周期が１回以上含まれる期間、送信アンテナ１１１の送信するマイクロ波（送信マイクロ波）及び受信アンテナで受信されるマイクロ波（受信マイクロ波）を取得する。取得部１２４が取得した送信マイクロ波及び受信マイクロ波のデータは、記憶部１２２に記憶される。
　信号処理部１２５は、取得部１２４が取得した送信マイクロ波及び受信マイクロ波にフィルタリング等の処理を施す。信号処理部１２５の処理についての詳細は後述する。
　推定部１２６は、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の波形差から、胸部Ｈの電気特性値を推定する。推定部１２６は、胸部Ｈの電気特性値と、拡張状態及び収縮状態の受信マイクロ波とから、エネルギー吸収量差ΔＰを推定する。ここで、エネルギー吸収量差ΔＰは、拡張状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収したエネルギー吸収量Ｐｄ胸部（エネルギー吸収量Ｐ１に相当）と収縮状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収したエネルギー吸収量Ｐｓ胸部（エネルギー吸収量Ｐ２に相当）との差である。また、推定部１２６は、エネルギー吸収量差ΔＰを用いて心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。以下、推定部１２６の各値の推定方法について詳述する。
　まず、推定部１２６が胸部Ｈの電気特性値を推定する方法について説明する。
　誘電体等の損失媒体を透過したマイクロ波には、損失媒体の誘電特性等の電気特性に起因して損失媒体を透過する前のマイクロ波に対して減衰（振幅の低減）や位相遅れが生じる。生体も損失媒体であるから、胸部Ｈを透過したマイクロ波（受信マイクロ波）には、胸部Ｈの電気特性に起因して、送信マイクロ波に対して減衰や位相遅れ等の波形差が生じる。このような原理を利用して、推定部１２６は、送信マイクロ波の波形及び受信マイクロ波の波形差と胸部Ｈの電気特性値との関係に基づいて、送信マイクロ波の波形及び受信マイクロ波の波形差から、胸部Ｈの電気特性値を推定する。
　以下では、推定部１２６が、胸部Ｈの電気特性値として誘電正接ｔａｎδ及び誘電率εを推定する例を説明する。
　送信アンテナ１１１が送信するマイクロ波は実際には球面波であるが、送信アンテナ１１１から十分に離れた地点に設置されている受信アンテナ１１２で観測されるマイクロ波は球面の半径が無限大に近づくため、平面波とみなすことができる。損失媒体を伝播する平面波の波動方程式の解から、送信アンテナ１１１から受信アンテナ１１２に向かって（マイクロ波の送信方向ｚに）伝播するマイクロ波Ｅｚは、下記の式（１－１）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、減衰定数αは、下記式（１－２）によって表すことができ、位相定数βは、下記式（１－３）によって表すことができることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　胸部Ｈの厚みをＬとすれば、胸部Ｈを透過した後の受信マイクロ波の振幅Ｅｉは上記式（１－１）の振幅部分にｚ＝Ｌを代入して、下記式（１－４）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　したがって、送信マイクロ波の振幅Ｅ０と受信マイクロ波の振幅Ｅｉとの振幅差Ａ（図３参照）は、下記式（１－５）のように表すことができる。なお、ここで、振幅差Ａは、下受信マイクロ波の振幅Ｅｉと送信マイクロ波の振幅Ｅ０との比の対数（デシベル）で表した量を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、一般的に下記の関係が成り立つことが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　式（１－６）～（１～８）を式（１－５）に代入することによって、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａと誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδとの関係を表す下記式（１－９）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　推定部１２６は、振幅差Ａと胸部Ｈの誘電正接ｔａｎδとの関係式（１－９）に基づいて、振幅差Ａから、胸部Ｈの誘電正接ｔａｎδを推定する。ここで、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａは、推定部１２６によって、測定された送信マイクロ波及び受信マイクロ波から算出される値である。また、光速ｃは公知の値である。また、送信マイクロ波の周波数ｆは、送信波形生成部１１３が発生するマイクロ波の周波数の設定値である。また、胸部Ｈの厚さＬは、推定装置１００が長さ計測器等によって患者の胸部Ｈの厚さＬを測定した値であってもよいし、医師や看護師等の使用者が患者の胸部Ｈの厚さＬを測定し、入力部１５０で胸部Ｈの厚さＬを推定装置１００に入力した値であってもよい。
　また、式（１－９）は、下記のように変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　また、式（１－１）から、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の位相差θ（図３参照）と誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδとの関係は、下記式（１－１１）のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　推定部１２６は、推定した誘電正接ｔａｎδ及び振幅差Ａと胸部Ｈの透磁率μ及び誘電率εとの関係式（１－１０）と、推定した誘電正接ｔａｎδ及び位相差θと胸部Ｈの透磁率μ及び誘電率εとの関係式（１－１１）と、に基づいて、振幅差Ａ及び位相差θから、胸部Ｈの誘電率εを推定する。
　以上説明したように、推定部１２６は、振幅差Ａと胸部Ｈの電気特性値との関係式（１－９）や式（１－１０）と、位相差θと胸部Ｈの電気特性値との関係式（１－１１）と、に基づいて、振幅差Ａ及び位相差θから、胸部Ｈの誘電正接ｔａｎδ及び誘電率εを推定する。
　なお、心臓Ｈ１を透過するマイクロ波の電界強度は、心臓Ｈ１の血液の容量に応じて（すなわち心臓Ｈ１の拡張収縮に応じて）変化する。したがって、受信マイクロ波には、損失媒体である胸部Ｈを透過したことによって送信マイクロ波に対して振幅差Ａ及び位相差θが生じるだけでなく、心臓Ｈ１の拡張収縮による電界強度の周期的な変化も生じる。そのため、推定部１２６は、電気特性値の推定の際に、心臓Ｈ１の拡張収縮による電界強度の周期的な変化を除外した状態で、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａ及び位相差θを算出することが望ましい。
　本実施形態では、損失媒体である胸部Ｈを透過したことによって生じる受信マイクロ波の送信マイクロ波に対する振幅差Ａ及び位相差θは、拡張収縮の周波数よりも極めて高い送信マイクロ波の周波数（ＧＨｚオーダー）付近の成分における波形変化である。したがって、損失媒体である胸部Ｈを透過したことによって生じる振幅差Ａ及び位相差θと、心臓Ｈ１の拡張収縮による電界強度の周期的な変化とは、明確に区別し得る。例えば、推定部１２６は、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の時系列データから、心臓Ｈ１の拍出状態が略一定とみなせる期間の時系列データを抽出し、抽出した送信マイクロ波及び受信マイクロ波から、振幅差Ａ及び位相差θを算出してもよい。また、例えば、信号処理部１２５が受信マイクロ波にバンドパスフィルタ等のフィルタリング処理を行って拡張収縮による変動成分を除外し、推定部１２６は、フィルタリング処理後の送信マイクロ波及び受信マイクロ波から、振幅差Ａ及び位相差θを算出してもよい。
　次に、推定部１２６が、胸部Ｈの電気特性値と、拡張状態及び収縮状態における受信マイクロ波と、を用いてエネルギー吸収量差ΔＰを推定する方法について説明する。
　拡張状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と、収縮状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｓ胸部と、のエネルギー吸収量差ΔＰは、下記式（２－１）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで、送信アンテナから供給されるマイクロ波の総エネルギー量は常に一定であるため、拡張状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｄ胸部及び拡張状態の受信マイクロ波のエネルギーＰｄアンテナの総和と、収縮状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｓ胸部及び収縮状態の受信マイクロ波のエネルギーＰｓアンテナの総和は、等しい。したがって、式（２－１）は下記式（２－２）のように変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ところで、誘電体が電界強度Ｅの中にある場合、単位体積あたりの誘電体に吸収されるエネルギー吸収量ｐ（消費電力または誘電損失）は、下記式（２－３）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　したがって、拡張状態の受信マイクロ波のエネルギーＰｄアンテナ及び収縮状態の受信マイクロ波のエネルギーＰｓアンテナは、下記式（２－４）及び（２－５）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　受信マイクロ波の電界強度は、心臓Ｈ１内の血液量に応じて変化する。そのため、受信マイクロ波の電界強度から、心臓Ｈ１がどの状態において透過したのかを判別できる。受信マイクロ波の拡張状態の電界強度Ｅｄアンテナは、受信マイクロ波の電界強度において、１回の拡張収縮の周期内の極小値（最小値）にあたる。受信マイクロ波の収縮状態の電界強度Ｅｓアンテナは、受信マイクロ波の電界強度において、１回の拡張収縮の周期内の極大値（最大値）にあたる。推定部１２６は、複数の拡張収縮の周期に亘って受信マイクロ波が取得された場合、複数の拡張収縮の周期内の極小値を平均化した平均値を、受信マイクロ波の拡張状態の電界強度Ｅｄアンテナとし、複数の拡張収縮の周期内の極大値を平均化した平均値を、受信マイクロ波の収縮状態の電界強度Ｅｓアンテナとしてもよい。なお、信号処理部１２５は、推定部１２６が極大値や極小値を算出する前に、受信マイクロ波から拡張収縮による変動成分以外の成分を除去するように、バンドパスフィルタ等のフィルタリング処理を施してもよい。
　なお、胸部Ｈにおいてマイクロ波が透過する部分の体積Ｖｂｏｄｙは、例えば、（胸部の厚みＬ×アンテナ面積Ｓ）によって算出できる。体積Ｖｂｏｄｙは、厳密には、心臓Ｈ１の拡張収縮によって心臓Ｈ１内の血液の容量が変化するのに応じて変化する。ただし、心臓Ｈ１の拡張収縮に伴って変化する体積は、心臓Ｈ１の拡張収縮に伴って変化しない体積よりも十分に小さいため、体積Ｖｂｏｄｙは、一定の値として扱うことができる。
　推定部１２６は、式（２－２）～式（２－５）に基づいて、胸部Ｈの電気特性値、拡張状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｄアンテナ及び収縮状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｓアンテナ、送信マイクロ波の周波数ｆ、アンテナ面積Ｓ、及び胸部の厚みＬ、からエネルギー吸収量差ΔＰを推定する。なお、胸部Ｈの電気特性値は、前述したように推定部１２６が推定した推定値である。また、拡張状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｄアンテナ及び収縮状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｓアンテナは、前述したように推定部１２６が受信マイクロ波から算出した値である。また、アンテナ面積Ｓは、送信アンテナ１１１及び受信アンテナ１１２においてマイクロ波が送受信される面積を意味し、推定装置１００に組み込む送信アンテナ１１１及び受信アンテナ１１２に依存する設定値である。
　なお、推定部１２６は、必ずしも、胸部Ｈの電気特性値の推定を行わなくてもよい。例えば、推定部１２６は、公知の生体の電気特性値や他の装置で測定された電気特性値を用いて、エネルギー吸収量差ΔＰを推定してもよい。ただし、電気特性値は、温度や湿度等の環境条件に起因して同一患者でも環境に応じて変化し得る。また、電気特性値は、患者によって脂肪量や水分量等が異なることに起因して、患者毎に異なる場合がある。特に心不全の患者は、体うっ血等によって正常人と比較して水分量が多いため、電気特性値は正常人と大きく異なる場合がある。したがって、推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの推定の度に患者毎の電気特性値を推定し、推定した電気特性値を用いてエネルギー吸収量差ΔＰを推定する方が、エネルギー吸収量差ΔＰを精度よく推定する観点から、好ましい。
　なお、本実施形態では、拡張期と収縮期の時間間隔は短く、例えば０．５秒程度であることから、その間に電気特性値は変化しないと考え、拡張状態と収縮状態とで同一の電気特性値を用いている。しかしながら、推定部１２６は、拡張状態における送信マイクロ波と受信マイクロ波の波形差から拡張状態の電気特性値を推定し、かつ、収縮状態における送信マイクロ波と受信マイクロ波の波形差から収縮状態の電気特性値を推定してもよい。これによって、各状態に応じたより正確な電気特性値を推定できる。
　次に、推定部１２６が、エネルギー吸収量差ΔＰを用いて、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する方法について説明する。
　前述したように、拡張状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と収縮状態の胸部Ｈ全体のエネルギー吸収量Ｐｓ胸部には、エネルギー吸収量差ΔＰがある。胸部Ｈを構成する成分としては、皮膚、筋肉、脂肪や血液等が挙げられる。マイクロ波が透過する部分において、拡張状態と収縮状態において容量が変化する成分は、血液のみであり、皮膚、筋肉、脂肪等の他の成分の容量は変化しないと考えられる。本発明者らは、この点に着目し、拡張状態と収縮状態の血液の容量が心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量だけ変化するが、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収する吸収エネルギー量Ｐｂｌｏｏｄ（Ｐ体液に相当）が、拡張状態の胸部全体のエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と収縮状態の胸部全体のエネルギー吸収量Ｐｓ胸部とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しい、という新規な着想を得た。この新規な着想は、具体的には、下記式（３－１）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ここで、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収する吸収エネルギー量Ｐｂｌｏｏｄは、下記式（３－２）に示すように、血液の単位質量あたりのエネルギー吸収量を示す比吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄ（ＳＡＲ体液に相当）と、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄと、血液の密度ρｂｌｏｏｄ（ρ体液に相当）と、で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　そのため、式（３－１）及び式（３－２）から、下記式（３－３）を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　推定部１２６は、上記式（３－３）に基づいて、エネルギー吸収量差ΔＰ、血液の比吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄ、及び血液の密度ρｂｌｏｏｄから、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。なお、エネルギー吸収量差ΔＰは、前述したように電気特性値及び拡張状態及び収縮状態の受信マイクロ波から推定部１２６が推定した推定値である。血液の比吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄ及び血液の密度ρｂｌｏｏｄは、公知の値である。このように、推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収する吸収エネルギー量Ｐｂｌｏｏｄが、エネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づき、拡張状態及び収縮状態の受信マイクロ波から、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定できる。
　本実施形態に係る推定部１２６は、血液の容量の変化量（心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄ）によって生じるエネルギー吸収量差ΔＰから、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定している。そのため、推定部１２６は、心臓Ｈ１の質量Ｍを一定として心臓Ｈ１の体積変化から心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する従来技術と比較して、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを精度よく推定できる。
　また、前述したように、従来技術では、各状態の心臓Ｈ１の電界強度を、各状態の受信マイクロ波の電界強度で置き換え、各状態での単位体積あたりの心臓Ｈ１のエネルギー吸収量を、「各状態の受信マイクロ波の電界強度×心臓の導電率」として推定していた。また、心臓の導電率として公知の値を用いている。しかしながら、マイクロ波は、心臓Ｈ１だけでなく心臓Ｈ１以外の生体組織Ｈ２も透過するため、厳密には、心臓Ｈ１のみのエネルギー吸収量を受信マイクロ波の電界強度から算出することはできない。また、心臓の電気特性値も患者によって異なる。これに対し、本実施形態に係る推定部１２６は、心臓Ｈ１及び心臓Ｈ１以外の生体組織Ｈ２を含む胸部Ｈの電気特性値及び受信マイクロ波の電界強度から、拡張状態と収縮状態の胸部Ｈのエネルギー吸収量差ΔＰを推定している。そして、推定部１２６は、心臓Ｈ１内の血液の容量の変化量（心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄ）によって生じるエネルギー吸収量差ΔＰから、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定している。また、推定に用いる電気特性値を患者毎に推定している。そのため、推定部１２６は、心臓Ｈ１と受信アンテナ１１２との間に心臓Ｈ１以外の生体組織Ｈ２の介在があっても、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを精度よく推定できる。
　記憶部１２２は、推定部１２６による推定に必要な各種データを記憶する。記憶部１２２は、ＲＯＭやＲＡＭ等によって構成することができる。
　記憶部１２２は、本実施形態では、送信マイクロ波の波形、受信マイクロ波の波形等のデータを記憶する。記憶部１２２は、本実施形態では、患者ＩＤ等の入力値を記憶する。記憶部１２２は、本実施形態では、胸部Ｈの厚みＬ等の測定値、アンテナ面積Ｓ及び送信マイクロ波の周波数ｆ等の設定値を記憶する。記憶部１２２は、本実施形態では、光速ｃ、血液の吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄ及び血液の密度ρｂｌｏｏｄ等の所定値を記憶する。記憶部１２２は、本実施形態では、誘電率ε、誘電正接ｔａｎδ、エネルギー吸収量差ΔＰ、及び心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄ等の推定値を記憶する。
　通信部１２３は、外部端末１６０等の推定装置１００と異なる装置との間でデータの送受信を可能にする。通信部１２３は、外部端末１６０との有線又は無線による通信が可能に構成している。通信部１２３は、例えばネットワークカード又はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）等の有線ケーブルのポート（インターフェース）によって構成できる。
　（開始スイッチ）
　開始スイッチ１３０は、医師、看護師等の医療従事者といった使用者によって心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの推定の開始が指示できるように構成している。開始スイッチ１３０は、オンオフの切り替えができれば具体的な態様は特に限定されないが、例えばトグルタイプやボタン式のスイッチを挙げることができる。
　（報知部）
　報知部１４０は、推定部１２６によって推定された心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを各種手段によって報知する。報知部１４０は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを使用者に報知できれば具体的な態様は特に限定されないが、例えば音声による報知を行うスピーカや表示による報知を行うディスプレイ等の表示部によって構成できる。
　（入力部）
　入力部１５０は、医療従事者等の使用者が推定装置１００に対して患者に関する情報の入力等を入力可能に構成している。入力部１５０は、押しボタン、キーボード、マウス等のポインティングデバイス等のいずれか一つ又はこれらの全部又は部分的な組み合わせによって構成できる。入力部１５０は、本実施形態において推定装置１００の構成要素としているが、これ以外にも入力部１５０に相当する構成が推定装置に含まれず、外付けとする場合も本発明の他の実施形態に含まれる。
　（外部端末）
　外部端末１６０は、通信部１１６を通じて推定装置１００と心臓に関する指標のデータの通信を可能に構成している。外部端末１６０は、公知のタブレット（型端末）やパーソナルコンピュータ等によって構成できる。
　（推定方法）
　次に本実施形態に係る推定方法について説明する。図４は本実施形態に係る推定方法について示すフローチャートである。図４を用いて本実施形態に係る推定方法について概説すれば、マイクロ波の送受信（Ｓ１）、信号処理（Ｓ２）、電気特性値（誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδ）の推定（Ｓ３）、エネルギー吸収量差ΔＰの推定（Ｓ４）、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの推定（Ｓ５）、及び、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの報知（Ｓ６）を行う。以下、詳述する。
　推定装置１００は、使用者による入力部１５０からの入力を受け、患者のＩＤ等のように患者に関する情報を取得する。
　次に、使用者によって開始スイッチ１３０が作動されると、取得部１２４は、各部の動作を制御して、マイクロ波の送受信を行う（Ｓ１）。具体的には、送信波形生成部１１３は、患者の胸部Ｈに照射するマイクロ波を生成し、送信アンテナ１１１から送信する。胸部Ｈを透過したマイクロ波は、受信アンテナ１１２によって受信される。受信波形前処理部１１４は、受信アンテナ１１２が受信したマイクロ波をアナログからデジタル信号に変換する。取得部１２４は、少なくとも拡張収縮の周期が１回以上含まれる期間、送信マイクロ波及び受信マイクロ波を取得する。
　次に、信号処理部１２５は、送信マイクロ波及び受信マイクロ波にフィルタリング等の処理を行う（Ｓ２）。
　次に、制御部１２０の推定部１２６は、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａと胸部Ｈの電気特性値との関係式（１－９）や式（１－１０）と、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の位相差θと胸部Ｈの電気特性値との関係式（１－１１）と、に基づいて、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａ及び位相差θから、胸部Ｈの誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδを推定する（Ｓ３）。
　次に、推定部１２６は、式（２－２）～式（２－５）に基づいて、ステップＳ３で推定した胸部Ｈの誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδと、拡張状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｄ胸部及び収縮状態の受信マイクロ波の電界強度Ｅｓ胸部と、胸部Ｈにおいてマイクロ波が透過する部分の体積Ｖｂｏｄｙと、から、エネルギー吸収量差ΔＰを算出する（Ｓ４）。
　次に、推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収するエネルギー吸収量Ｐｂｌｏｏｄは、エネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係式（３－３）に基づいて、エネルギー吸収量差ΔＰから、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する（Ｓ５）。
　次に、報知部１４０は、ステップＳ５で推定された心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを使用者に報知する（Ｓ６）。
　以上説明したように、本実施形態に係る推定装置１００は、胸部Ｈ内の心臓Ｈ１が含有する血液が最大容量である拡張状態と、血液が最小容量である収縮状態と、の間の血液の容量の変化量である心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する推定装置である。推定装置１００は、送信アンテナ１１１と、受信アンテナ１１２と、推定部１２６と、を有する。送信アンテナ１１１は、拡張状態及び収縮状態において心臓Ｈ１に向けてマイクロ波を送信する。受信アンテナ１１２は、心臓Ｈ１を透過したマイクロ波を受信する。推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収するエネルギー吸収量Ｐｂｌｏｏｄが拡張状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と収縮状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｓ胸部とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、拡張状態及び収縮状態における受信マイクロ波から、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。
　また、本実施形態に係る推定方法は、胸部Ｈ内の心臓Ｈ１が含有する血液が最大容量である拡張状態と、血液が最小容量である収縮状態と、の間の血液の容量の変化量である心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する推定方法である。本実施形態に係る推定方法は、拡張状態及び収縮状態において心臓Ｈ１に向けてマイクロ波を送信する。心臓Ｈ１を透過したマイクロ波を受信する。心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収するエネルギー吸収量Ｐｂｌｏｏｄが拡張状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｄ胸部と収縮状態においてマイクロ波から胸部Ｈが吸収するエネルギー吸収量Ｐｓ胸部とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、拡張状態及び収縮状態における受信マイクロ波から、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。
　上記推定装置１００及び推定方法によれば、心臓Ｈ１の血液の容量の変化量（心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄ）に伴い生じるエネルギー吸収量差ΔＰに基づいて、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定している。そのため、上記推定装置１００及び推定方法は、心臓Ｈ１の質量Ｍが一定と仮定する従来の手法に比べて、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを精度よく推定できる。すなわち、上記推定装置１００及び推定方法によれば、使用者は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの絶対値をより正確に把握できる。また、上記推定装置１００及び推定方法によれば、心臓Ｈ１の体積を算出しなくても、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定できる。そのため、心室の直径等から心室の体積を計算する必要のある従来の手法に比べて、簡便に心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定できる。
　また、推定部１２６は、心臓の質量に依らず、上式（３－３）に基づいて、エネルギー吸収量差ΔＰと、血液の比吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄと、血液の密度ρｂｌｏｏｄと、から心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。そのため、推定部１２６は、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを簡便に推定できる。
　また、推定部１２６は、胸部Ｈの電気特性値と、拡張状態における受信マイクロ波の電界強度Ｅｄアンテナ及び収縮状態における受信マイクロ波の電界強度Ｅｓアンテナと、から、エネルギー吸収量差ΔＰを推定する。そのため、推定部１２６は、エネルギー吸収量差ΔＰを簡便に推定できる。
　また、電気特性値は、誘電率及び誘電正接である。推定部１２６は、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の振幅差Ａと電気特性値との関係、及び、送信マイクロ波及び受信マイクロ波の位相差θと電気特性値との関係に基づいて、電気特性値を推定する。そのため、推定部１２６は、患者毎に推定した電気特性値に基づいてエネルギー吸収量差ΔＰを推定できる。したがって、推定部１２６は、エネルギー吸収量差ΔＰをより精度よく推定できる。
　また、マイクロ波の周波数は、０．４～１．０ＧＨｚである。周波数が高いほど、生体組織によるマイクロ波の減衰等は大きくなる。したがって、前述した従来技術のように、心臓Ｈ１の電界強度を受信マイクロ波の電界強度に置換して、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する方法では、周波数が高いほど、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを精度よく推定することが困難となる。これに対し、本実施形態に係る推定装置１００によれば、周波数が高くても、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを精度よく推定できる。
　また、推定部１２６は、心臓Ｈ１が含有する血液が最大容量である拡張状態と、血液が最小容量である収縮状態と、の間の血液の容量の変化量である心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する。そのため、医師等の医療従事者は、推定部１２６が推定した精度の良い心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを用いて、心不全等の診断を適切かつ簡便に行うことができる。
　なお、本実施形態は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。
　また、上記実施形態に係る推定装置および推定方法では、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄとして、所謂一回拍出量を推定することとしたが、１分間におけるΔＶｂｌｏｏｄの総和により所謂心拍出量を推定することや、更に体表面積で割ることによって心係数を推定することとしてもよい。
　また、上記では心臓が含有する血液量の容量変化について説明したが、心臓全体としての容量変化ではなく、心臓の左心室のみの容量変化に対して用いることもできる。この場合、送信アンテナ１１１および受信アンテナ１１２の設置位置を調整し、マイクロ波が左心室を透過するように調整することで、観測されるマイクロ波のエネルギー変化が左心室の容量変化と関連するようにして、左心室の容量変化を推定する。なお、同様にして、心臓の右心室のみの容量変化を推定することや、心臓の右心房のみの容量変化、および左心房のみの容量変化を推定することもできる。更には、左心室と左心室の総和など、心臓内に存在する４腔の組み合わせにおける容量変化を推定することもできる。
　また、本発明が推定する生体器官内の体液の容量の変化量は、心拍出量に限定されない。例えば、本発明は、肺、膀胱等の生体器官内の体液の容量の変化量を推定してもよい。
　また、マイクロ波の周波数は、０．４ＧＨｚ～１．００ＧＨｚの周波数に特に限定されない。マイクロ波の周波数は、例えば、３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚの周波数であってもよいし、３ＧＨｚ～３０ＧＨｚであってもよい。また、心拍出量を推定する場合は、波形が送信するマイクロ波の周波数を最も鮮明に得られる周波数に設定することが好ましい。また、マイクロ波は、短波、超短波、極超短波といった電磁波を用いてもよい。
　また、例えば、本発明が推定する電気特定値は、誘電率ε及び誘電正接ｔａｎδに限定されない。例えば、本発明は、導電率σや透磁率μ等を電気特性値として推定してもよい。
　また、例えば、本発明は、電気特性値から生体が吸収するエネルギー吸収量を推定したが、生体が吸収するエネルギー吸収量の推定方法は特に限定されない。例えば、第１の状態における受信マイクロ波の電力と第２の状態における受信マイクロ波の電力との電力差から、各状態において生体がマイクロ波から吸収するエネルギー吸収量を推定してもよい。
　また、例えば、上記実施形態では、エネルギー吸収量差ΔＰを推定（算出）した後に、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの推定を行った。しかし、例えば、電気特性値、拡張状態における受信マイクロ波の電界強度Ｅｄアンテナ及び収縮状態における受信マイクロ波の電界強度Ｅｓアンテナ、比吸収率ＳＡＲｂｌｏｏｄ等から、エネルギー吸収量差ΔＰの推定（算出）を行わずに、心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄの推定を直接行ってもよい。このように、本明細書において、「変化量ΔＶ体液の分量の体液が吸収するエネルギー吸収量Ｐ体液が、エネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、変化量ΔＶ体液を推定する」とは、エネルギー吸収量差ΔＰを推定して、推定したエネルギー吸収量を用いて変化量ΔＶ体液を推定する場合だけでなく、式（３－３）に式（２－４）及び式（２－５）を代入して得られる式を用いて、エネルギー吸収量差ΔＰを推定することなく変化量ΔＶ体液を推定する場合も含む。
　本出願は、２０１９年９月３０日に出願された日本国特許出願第２０１９－１７９４９５号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
１００　　　推定装置、
１１１　　　送信アンテナ（送信部）、
１１２　　　受信アンテナ（受信部）、
１２６　　　推定部、
Ｈ１　　　　心臓（生体器官）、
ΔＶｂｌｏｏｄ　心拍出量（ΔＶ体液）、
Ｐｂｌｏｏｄ　　ΔＶｂｌｏｏｄの分量の血液が吸収するエネルギー吸収量（Ｐ体液）、
Ｐｄ胸部　　　　拡張状態でマイクロ波から胸部が吸収するエネルギー吸収量（Ｐ１）、
Ｐｓ胸部　　　　収縮状態でマイクロ波から胸部が吸収するエネルギー吸収量（Ｐ２）、
ΔＰ　　　　エネルギー吸収量差
ＳＡＲｂｌｏｏｄ　血液の比吸収率（ＳＡＲ体液）、
ρｂｌｏｏｄ　　　血液の密度（ρ体液）。

Claims (7)

  1. 　生体内の生体器官が含有する体液が第１の容量である第１の状態と、前記体液が第２の容量である第２の状態と、の間の前記体液の容量の変化量ΔＶ体液を推定する推定装置であって、
    　前記第１の状態及び前記第２の状態において前記生体器官に向けてマイクロ波を送信する送信部と、
    　前記生体器官を透過した前記マイクロ波を受信する受信部と、
    　前記変化量ΔＶ体液を推定する推定部と、を有し、
    　前記推定部は、
    　前記変化量ΔＶ体液の分量の前記体液が吸収するエネルギー吸収量Ｐ体液が、前記第１の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ１と前記第２の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ２とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、前記第１の状態及び前記第２の状態における受信マイクロ波から、前記変化量ΔＶ体液を推定する推定装置。
  2. 　前記推定部は、次式（１）に基づいて、前記生体器官の質量に依らず、前記エネルギー吸収量差ΔＰと、前記体液の比吸収率ＳＡＲ体液と、前記体液の密度ρ体液と、から前記変化量ΔＶ体液を推定する、請求項１に記載の推定装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  3. 　前記推定部は、前記生体の電気特性値と、前記第１の状態における前記受信マイクロ波の電界強度及び前記第２の状態における前記受信マイクロ波の電界強度と、から、前記エネルギー吸収量差ΔＰを推定する請求項１または請求項２に記載の推定装置。
  4. 　前記電気特性値は、誘電率及び誘電正接であり、
    　前記推定部は、前記送信マイクロ波及び前記受信マイクロ波の振幅差と前記電気特性値との関係、及び、前記送信マイクロ波及び前記受信マイクロ波の位相差と前記電気特性値との関係に基づいて、前記電気特性値を推定する請求項３に記載の推定装置。
  5. 　前記マイクロ波の周波数は、０．４～１．０ＧＨｚである請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の推定装置。
  6. 　前記推定部は、前記変化量ΔＶ体液として、心臓が含有する血液が最大容量である拡張状態と、前記血液が最小容量である収縮状態と、の間の前記血液の容量の変化量である心拍出量ΔＶｂｌｏｏｄを推定する、請求項１～４のいずれか一項に記載の推定装置。
  7. 　生体内の生体器官が含有する体液が第１の容量である第１の状態と、前記体液が第２の容量である第２の状態と、の間の前記体液の容量の変化量ΔＶ体液を推定する推定方法であって、
    　前記第１の状態及び前記第２の状態において前記生体器官に向けてマイクロ波を送信し、
    　前記生体器官を透過した前記マイクロ波を受信し、
    　前記変化量ΔＶ体液の分量の前記体液が吸収するエネルギー吸収量Ｐ体液が、前記第１の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ１と前記第２の状態において前記マイクロ波から前記生体が吸収するエネルギー吸収量Ｐ２とのエネルギー吸収量差ΔＰに等しいという関係に基づいて、前記第１の状態及び前記第２の状態における受信マイクロ波から、前記変化量ΔＶ体液を推定する推定方法。
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