(57)【要約】【課題】簡易な構成により見守り対象の生体情報、姿勢変化、動き等を幅広く検出することができる生体情報検出装置及び生体情報検出方法の提供。【解決手段】所定周波数のマイクロ波を測定対象の近くを通過するように空間に送出するマイクロ波送信部と、前記マイクロ波送信部から送出されて前記測定対象の近くを伝播してきたマイクロ波である通過波を受信するマイクロ波受信部と、受信した前記通過波の信号である通過波受信信号を、前記マイクロ波送信部からのマイクロ波信号を用いて復調する復調部と、前記復調部から出力される復調信号の振幅及び位相を経時的に測定することにより、前記測定対象の状態を監視する解析部とを備える生体情報測定装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数のマイクロ波を測定対象の近くを通過するように空間に送出するマイクロ波送信部と、
前記マイクロ波送信部から送出されて前記測定対象の近くを伝播してきたマイクロ波である通過波を受信するマイクロ波受信部と、
受信した前記通過波の信号である通過波受信信号を、前記マイクロ波送信部からのマイクロ波信号を用いて復調する復調部と、
前記復調部から出力される復調信号の振幅及び位相を経時的に測定することにより、前記測定対象の状態を監視する解析部と、を備える
生体情報測定装置。
【請求項２】
前記解析部は、前記通過波受信信号の振幅及び位相をモニタし、当該振幅の変動が所定範囲を超えない状態が所定時間継続したと判定した場合、測定対象に異常が生じたと判定する、請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記解析部は、前記通過波受信信号に基づいて測定対象の呼吸状態を解析し、前記所定範囲は、前記振幅が測定対象の呼吸状態に異常がないか判定するための判定基準を与える、請求項２に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記解析部は、前記振幅の変動域が所定閾値を超えているか継続して監視し、前記所定閾値を超えていると判定した場合、前記通過波の伝播行路周辺に前記測定対象が存在しないと判定する、請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
所定周波数のマイクロ波を測定対象の近くを通過するように空間に送出し、
前記空間に送出され前記測定対象の近くを伝播してきたマイクロ波である通過波を受信し、
受信した前記通過波の信号である通過波受信信号を、空間に送出された前記マイクロ波信号を用いて復調し、
前記復調された信号の振幅及び位相を経時的に測定することにより、測定対象の状態を監視する、
生体情報測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報検出装置及び生体情報検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
病院、介護施設、家庭等での患者、家族等の世話をする上で、それらの人の見守りは重要な位置を占める。適切に見守りをすることで、患者等の容態、状況に異変があれば適時に対応をとることができ、また患者等が、転倒等の不慮の事故に遭うのを防ぐことができる。
【０００３】
しかし、一方で、特に病院、介護施設のように見守り対象の人が多い場合、看護師、介護士、家族等の関係者が個々の見守り対象者のベッド、居室等を巡回しつつ、継続して各見守り対象者の状況を把握することは、担当する関係者に緊張を伴う労働を要求する。少子高齢化が急速に進行しつつあるわが国では、このような労働環境で必要な労働力を確保することも難しいという問題もある。
【０００４】
そこで、このような見守りに関する省力化を実現すべく、種々の技術的提案がされている。例えば、特許文献１には、マイクロ波ドップラーレーダーを用いて、体動、呼吸、脈波を検出する検出部を備えた睡眠段階判定装置等が記載されている。また、特許文献２には、被検者にマイクロ波を照射し前記被検者から反射される反射波に基づき前記被検者の呼吸状態を判定する呼吸判定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１０７０９５号公報
【特許文献２】特許５７７６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２は、いずれも対象に向けてマイクロ波を照射して、その反射波を計測することによって、対象の呼吸の状態等の生体情報、あるいは対象の動きなどを非接触で検出する構成を採用している。これにより、見守り対象の世話をする看護師等は、各見守り対象のベッド等を巡回して目視でその状態を確認する必要がなくなると考えられる。
【０００７】
しかし、マイクロ波照射の反射波を利用する構成では、反射波を適切に受信するために、見守り対象の比較的狭い領域に、マイクロ波をスポット的に照射する必要があるため、見守り対象が姿勢を変えたり移動したりする場合に適切に反射波を受信するのが困難なことがある。また、一般に用いられる、１０ＧＨｚオーダーのマイクロ波送信機は、安定動作のために回路設計、使用部品に高い精度が求められるため、製品コストを抑えることが難しいという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記の及び他の課題を解決するためになされたもので、簡易な構成により見守り対象の生体情報、姿勢変化、動き等を幅広く検出することができる生体情報検出装置及び生体情報検出方法の提供を一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の及び他の目的を達成するための、本発明の一態様に係る生体情報検出装置は、所定周波数のマイクロ波を測定対象の近くを通過するように空間に送出するマイクロ波送信部と、前記マイクロ波送信部から送出されて前記測定対象の近くを伝播してきたマイクロ波である通過波を受信するマイクロ波受信部と、受信した前記通過波の信号である通過波受信信号を、前記マイクロ波送信部からのマイクロ波信号を用いて復調する復調部と、前記復調部から出力される復調信号の振幅及び位相を経時的に測定することにより、前記測定対象の状態を監視する解析部とを備える。
【００１０】
前記解析部は、前記通過波受信信号の振幅及び位相をモニタし、当該振幅の変動が所定範囲を超えない状態が所定時間継続したと判定した場合、測定対象に異常が生じたと判定するものとしてよい。
【００１１】
前記解析部はさらに、前記通過波受信信号に基づいて測定対象の呼吸状態を解析し、前記所定範囲は、前記振幅が測定対象の呼吸状態に異常がないか判定するための判定基準を与えるとすることができる。
【００１２】
また、前記解析部は、前記振幅の変動域が所定閾値を超えているか継続して監視し、前記所定閾値を超えていると判定した場合、前記通過波の伝播行路周辺に前記測定対象が存在しないと判定することができる。
【００１３】
前記の生体情報測定装置に対応する生体情報測定方法も、本願発明の一態様をなす。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、簡易な構成により見守り対象の生体情報、姿勢変化、動き等を幅広く検出することができる生体情報検出装置及び生体情報検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る呼吸計測システム１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る呼吸計測装置１００の構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、呼吸計測装置１００が備える解析部１６０の構成例を示す図である。
【図４】図４は、解析部１６０で実行されるデータ処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、解析部１６０が行う受信マイクロ波の解析原理を例示する模式図である。
【図６】図６は、解析部１６０が行う、受信マイクロ波による呼吸状態解析原理を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明につき、その一実施形態に即して図面を用いて説明する。
【００１７】
呼吸計測システムの構成
まず、本実施形態に係る呼吸計測システムの構成例について説明する。図１に、本実施形態に係る呼吸計測システム１の構成例を、図２に、図１の呼吸計測システム１が備える呼吸計測装置１００の構成例を、それぞれ模式的に示している。
【００１８】
本実施形態による呼吸計測システム１は、呼吸計測装置１００と、これに接続されている送信アンテナＴＡ及び受信アンテナＲＡとを備えている。呼吸計測装置１００は、本システム１の主要な機能を提供する電気・電子回路ユニットであり、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータも備えている。呼吸計測装置１００の具体的な構成例については後述する。
【００１９】
送信アンテナＴＡは、呼吸計測装置１００において発生される所定周波数、所定出力のマイクロ波を送出するためのアンテナである。送信アンテナＴＡとしては、単一型、八木型のほか、ホーンアンテナ、パラボラ型アンテナ、平面アンテナ等の、マイクロ波送出に適した形式のアンテナを用いることができる。受信アンテナＲＡは、送信アンテナＴＡから送出されたマイクロ波を受信するためのアンテナであり、送信アンテナＴＡと同様に、マイクロ波受信に適した適宜の形式のアンテナを用いることができる。
【００２０】
図１の呼吸計測システム１は、ベッドＢに横臥している人Ｈを見守り対象者として、その状態を継続してモニタするために設けられている。本システム１の一つの特徴は、人Ｈの状態をモニタするために、マイクロ波の反射波ではなく、送信アンテナＴＡから送出されて対象物（この場合は人Ｈ）の近傍を伝播して受信アンテナＲＡで受信されるマイクロ波（以下「通過波」という）を用いていることである。図１では、この通過波を模式的に破線矢印で図示し、符号ＲＷを付している。本システム１は、受信アンテナＲＡで受信される通過波を継続的にモニタして解析することにより、人ＨがベッドＢ上にいるかどうか、及び人Ｈの呼吸の状況についてデータを取得することができる。なお、通過波はベッドＢ上で横臥している人Ｈの近くを通過するように送信アンテナＴＡ、受信アンテナＲＡの位置関係を設定すればよい。この点、人Ｈ、送信アンテナＴＡ、受信アンテナＲＡの位置関係はそれほど厳密さを要求するものではない。また、本システム１は人Ｈの生体情報として呼吸状況を検出することが可能な構成としているが、後述する、受信した通過波の解析処理を調整することにより、心拍等の他の生体情報を計測するように構成することもできる。また、計測対象は、人Ｈに限らず、イヌ、ネコ等の他の生物であってもよい。
【００２１】
呼吸計測装置の構成
次に、図１の呼吸計測システム１に含まれる呼吸計測装置１００について説明する。呼吸計測装置１００は、マイクロ波（通過波）の生成、送出、受信、及び受信した通過波の解析の機能を果たす。図２に示すように、呼吸計測装置１００は、マイクロ波発振部１１０、分配器１２０、送信増幅部１３０、受信増幅部１４０、直交復調回路１５０（復調部）、解析部１６０、通信部１７０、及び電源部１８０を備えている。マイクロ波発振部１１０、分配器１２０、及び送信増幅部１３０はマイクロ波送信部、受信増幅部１４０はマイクロ波受信部と捉えることができる。
【００２２】
マイクロ波発振部１１０は、所定の周波数のマイクロ波を発生するための発振回路であり、電圧制御発振器（ＶＣＯ）等の適宜の形式の発振器を含む。本システム１では、周波数が２．４ＧＨｚの正弦波形を有するマイクロ波を使用しているが、これより低い周波数（１００ＭＨｚオーダー）のマイクロ波を使用することもできる。このような比較的低い周波数のマイクロ波を使用することができるのは、反射波を検出する形式の場合ほど高分解能を要求されないためである。比較的低い周波数のマイクロ波を使用することで、発振回路に要求される精度も抑えられ、製造コスト低減が可能となっている。
【００２３】
マイクロ波発振部１１０で生成されたマイクロ波信号（正弦波信号）は、分配器１２０に入力され、送信増幅部１３０と直交復調回路１５０とに分配されて出力される。分配器１２０としては、使用する周波数に応じた分配特性を有する高周波分配器を使用することができる。直交復調回路１５０に出力される信号については後述する。
【００２４】
分配器１２０からの出力の一方は、送信増幅部１３０に入力される。送信増幅部１３０では、分配器１２０からのマイクロ波信号の電力増幅が行われ、増幅されたマイクロ波信号は、送信アンテナＴＡから空間に送出される。以上が呼吸計測装置１００のマイクロ波送信側の構成である。
【００２５】
一方、空間を伝播したマイクロ波である通過波は、受信アンテナＲＡによって受信され、受信増幅部１４０に入力される。通過波の信号は、受信増幅部１４０で電力増幅され、直交復調回路１５０に入力される。電力増幅された通過波信号を、通過波受信信号と呼ぶ。直交復調回路１５０には、前記のように、分配器１２０の一方の出力信号が入力されている。
【００２６】
直交復調回路１５０では、通過波受信信号に対して分波器１２０から入力されるマイクロ波送信信号を乗算して直交復調処理を施し、同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とを抽出する。この直交復調処理には、分配器１２０からの送信信号そのものが使用されるので、受信信号と送信信号とを精度よく同期させることができ、その結果、Ｉ信号、Ｑ信号を正確に得ることができる。なお、直交復調回路１５０に限らず、通過波受信信号を包絡線検波することによって振幅を取り出すように構成することもできる。
【００２７】
図２の直交復調回路１５０から出力されたＩ信号、Ｑ信号は、解析部１６０に入力され、受信信号の振幅変動が継続的にモニタされる。図３に解析部１６０の構成例を示している。本実施形態の解析部１６０は、ＣＰＵ等のプロセッサ１６１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶デバイスである主記憶装置１６２とを有するコンピュータとして構成されている。主記憶装置１６２には、解析プログラム１６２１、解析用データ１６２２が記憶されている。解析プログラム１６２１は、プロセッサ１６１によって実行されることにより、解析部１６０の機能を実現する。解析用データ１６２２は、解析プログラム１６２１を実行する際に使用される数値データ等を含む。解析プログラム１６２１のデータ処理については後述する。
【００２８】
補助記憶装置１６３は、ハードディスクドライブ、半導体ドライブ、メモリカード等の記憶デバイスであり、解析プログラム１６２１による解析処理実行結果等のデータを記憶するのに用いることができる。入出力部１６４は、タッチパネル、キーパッド等の入力デバイス、液晶ディスプレイ、プリンタ等の出力デバイス等のデータ入出力デバイスを含む。なお、解析部１６０の構成は図３の例示に制約されるものではなく、例えばハードウェア論理回路等によって構成してもよい。
【００２９】
図３に戻ると、解析部１６０での解析結果データは、通信部１７０に入力される。通信部１７０は、ＬＡＮ、インターネット等の通信ネットワークとの通信制御を行うインタフェースを備え、例えばネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）等のハードウェアを含む。通信部１７０は、携帯端末、サーバコンピュータ等の外部装置とデータ通信を行い、それによって解析結果データ等を外部装置に送出することができる。電源部１８０は、ＡＣＤＣコンバータ、トランス等を含む電力変換回路であり、例えば商用交流電源から電力供給を受け、必要な電力変換を行った後、呼吸計測装置１００の各部に電力を供給する機能を有する。
【００３０】
解析部によるデータ処理
次に、呼吸計測装置１００の解析部１６０が実行するデータ処理について説明する。図４に、解析部１６０によるデータ処理例を示すフローチャートを示している。解析部１６０は、直交復調回路１５０の出力であるＩ信号とＱ信号とを用いて、通過波受信信号の振幅変動を経時的にモニタしている。図５に、通過波受信信号のＩＱ平面におけるベクトルを模式的に示している。送信アンテナＴＡから送出されて計測対象である人Ｈの近くを伝播するマイクロ波（通過波）は、人Ｈの身体によって一部散乱、偏向等の影響を受け、その振幅、位相が変化する。例えば、図５に模式的に示すように、ベッドＢ上に人Ｈがいない場合、ＩＱ平面におけるベクトルはＶ１であり、その大きさが受信信号強度を代表する。これに対して、ベッドＢ上に人Ｈがいる場合、ＩＱ平面におけるベクトルの大きさと向きはＶ２に変化し、受信信号強度は人Ｈの影響を受けて減少している。このＩＱ平面上のベクトルの大きさを、実験等を通じて設定可能な適宜の閾値によって判別することにより、解析部１６０は、ベッドＢ上に人Ｈがいるかどうかを判定することができる。
【００３１】
具体的には、図４において、解析部１６０は、Ｓ４００で処理を開始すると、直交復調回路１５０から入力される通過波受信信号のＩ信号，Ｑ信号をモニタし（Ｓ４０１）、ＩＱ平面上におけるベクトルの大きさが所定値以上であるかを判定する（Ｓ４０２）。ベクトルの大きさが所定値以上であると判定した場合（Ｓ４０２，Ｙｅｓ）、解析部１６０は、測定対象である人ＨはベッドＢ上にいない（離床状態である）と判定して（Ｓ４０３）、Ｓ４０１のＩ信号，Ｑ信号モニタステップに戻る。なお、Ｓ４０３において、解析部１６０は、入出力部１６４を通じて判定結果を表示したり、通信部１７０を介して外部装置に判定結果を送出したりするように構成してもよい。なお、Ｓ４０２のステップで使用する判定用閾値は、解析用データ１６２２として記憶させておけばよい。
【００３２】
Ｓ４０２でベクトルの大きさが所定値未満であると判定した場合（Ｓ４０２，Ｎｏ）、解析部１６０は、測定対象である人ＨはベッドＢ上にいる（就床状態である）と判定する（Ｓ４０４）。Ｓ４０３と同様に、Ｓ４０４において、解析部１６０は、入出力部１６４を通じて判定結果を表示したり、通信部１７０を介して外部装置に判定結果を送出したりするように構成してもよい。
【００３３】
人ＨがベッドＢ上にいると判定した場合は、解析部１６０はさらにＩ信号，Ｑ信号に基づいて、ベクトルの大きさの変化を経時的にモニタする（Ｓ４０５）。図６に、人Ｈが就床状態であると判定した場合におけるベクトルの大きさ（通過波受信信号の振幅）の変化の模様を模式的に示している。人Ｈが就床状態にあるときは、通過波受信信号の振幅及び位相を代表するベクトルの大きさには、就床時と離床時ほどの大きな差は生じない。その代わり、人Ｈの呼吸に伴う胸郭の変位を反映してベクトルの大きさの小さな経時変動を検出することができるため、適切に経時変動の判定範囲を設定してやることで、人Ｈの呼吸の状態を判定することが可能である。図６の模式図では、横軸に時間ｔを、縦軸に通過波受信信号の振幅Ａ（ＩＱ平面上のベクトルの大きさ）をとり、就床期間における呼吸状態を、振幅Ａの経時変化として示している。図６の例では、解析部１６０は、受信信号の振幅がΔＡの範囲を超えて変動している場合に人Ｈが正常に呼吸をしていると判定し、ΔＡの範囲内での小さな変動に留まる期間が時間ΔＴ継続したと判定した場合に、人Ｈの呼吸状態に変調が来したと判定する判定ロジックを採用している。もちろん呼吸状態の判定にはこれ以外の方法を適用してもさしつかえない。
【００３４】
図４のフローチャートに戻ると、人Ｈの就床状態と判定された場合、解析部１６０はさらに、通過波受信信号の振幅及び位相を代表するベクトルの大きさに所定の経時変化があるかを判定する（Ｓ４０６）。所定の経時変化があると判定した場合（Ｓ４０６，Ｙｅｓ）、解析部１６０は、人Ｈの呼吸状態に異常はないと判定して解析処理を終了する（Ｓ４０７，Ｓ４０８）。Ｓ４０７において、解析部１６０は、入出力部１６４を通じて判定結果を表示したり、通信部１７０を介して外部装置に判定結果を送出したりするように構成してもよい。
【００３５】
ベクトルの大きさに所定の経時変化がないと判定した場合（Ｓ４０６，Ｎｏ）、解析部１６０は、さらにその経時変化がない状態が所定時間継続したかを判定する（Ｓ４０９）。経時変化がない状態が所定時間継続していないと判定した場合（Ｓ４０９，Ｎｏ）、解析部１６０はＳ４０９の判定ステップを繰り返し、経時変化がない状態が所定時間継続したと判定した場合（Ｓ４０９，Ｙｅｓ）、解析部１６０は、人Ｈの呼吸状態に異常があると判定し（Ｓ４１０）、その旨を出力して処理を終了する（Ｓ４１１，Ｓ４０８）。
【００３６】
以上の解析部１６０のデータ処理により、本システム１を用いて、測定対象である人ＨがベッドＢ上にいるかどうか、またベッドＢ上にいる場合には、その呼吸状態が正常であるかを継続して監視することができる。そして、監視結果は、呼吸計測装置１００の入出力部に表示させたり、携帯端末等の外部装置に出力したりすることができる。したがって、入院患者や介護施設入居者等の見守りに本システム１を適用すれば、看護者や介護者は、入院患者等の状態を直接目視で確認する必要なく、離床、就床状態、及び呼吸の状態を継続して監視することができ、労力軽減を図ることができる。
【００３７】
なお、以上の実施形態では、本発明を呼吸計測システムとして実施した場合を例示して本発明を説明した。本発明では、呼吸計測に限らず、心拍、血流、四肢のけいれん等の生体情報、あるいは、見守り対象が就床状態にあるときの姿勢変化といった情報を、見守り対象のもとへ赴くことなく経時的に取得することができる。この際、生体情報や姿勢変化の検出については、あらかじめ通過波が受ける影響が通過波受信信号の振幅変化等としてどのように表れるかを、試験を通じて把握し、その結果を判定アルゴリズムや判定閾値として解析プログラムに組み込むことにより適宜実現することができるものである。
【００３８】
本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されることはなく、他の変形例、応用例等も、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１  呼吸計測システム
１００  呼吸計測装置
１１０  マイクロ波発振部
１２０  分配器
１３０  送信増幅部
１４０  受信増幅部
１５０  直交復調回路
１６０  解析部
１７０  通信部
１８０  電源部
１６２１  解析プログラム
ＴＡ  送信アンテナ
ＲＡ  受信アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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