(57)【要約】【課題】被検体に負担をかけることなく、被検体の心拍や呼吸などの生体情報を、高い信頼性で安定に検出できるようにする。【解決手段】一実施形態の生体情報モニタ装置は、被検体に近接して配設される少なくとも１つのアンテナからなるアンテナ装置と、高周波信号を生成する信号生成部と、前記高周波信号を用いて、前記被検体と前記アンテナとの間の電界による近傍界結合の結合量を検出する結合量検出部と、前記近傍界結合の結合量の変化に基づき、前記被検体の物理的変位を検出する変位検出部と、を備える。【選択図】  図１
2020151458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に近接して配設される少なくとも１つのアンテナからなるアンテナ装置と、
高周波信号を生成する信号生成部と、
前記高周波信号を用いて、前記被検体と前記アンテナとの間の電界による近傍界結合の結合量を検出する結合量検出部と、
前記近傍界結合の結合量の変化に基づき、前記被検体の物理的変位を検出する変位検出部と、
を備える、生体情報モニタ装置。
【請求項２】
前記信号生成部で生成された前記高周波信号は前記アンテナの入力端に入力され、
前記結合量検出部は、前記アンテナの入力端に入力された前記高周波信号が前記入力端から反射されてくる反射信号を測定し、前記反射信号に基づいて前記近傍界結合の結合量を検出する、
請求項１に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項３】
前記結合量検出部は、前記アンテナの入力端からの反射信号の大きさを、前記アンテナの反射損失を示すＳ１１パラメータとして検出する、
請求項２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項４】
前記アンテナ装置は、第１のアンテナと第２のアンテナを具備し、
前記信号生成部で生成された前記高周波信号は前記第１のアンテナに入力され、
前記結合量検出部は、前記第１のアンテナに入力された前記高周波信号が前記第２のアンテナに透過する透過信号を測定し、前記透過信号に基づいて前記近傍界結合の結合量を検出する、
請求項１に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項５】
前記結合量検出部は、前記第１のアンテナから前記第２のアンテナに透過する前記透過信号の大きさを、前記第１のアンテナから前記第２のアンテナまでの挿入損失を示すＳ２１パラメータとして検出する、
請求項４に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項６】
前記変位検出部は、心臓の拍動、及び、呼吸による体動の少なくとも一方を、前記被検体の物理的変位として検出する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項７】
前記アンテナは、ダイポールアンテナとして構成される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項８】
前記アンテナはその電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０以上で５．０以下の範囲となるように構成される、
請求項２又は３に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項９】
前記第１のアンテナはその電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０以上で５．０以下の範囲となるように構成され、前記第２のアンテナはその電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０以下の範囲となるように構成される、
請求項４又は５に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１０】
前記アンテナの数が１の場合は、前記アンテナは前記被検体の心臓に近接して配設される、
請求項２又は３に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１１】
前記アンテナの数が２以上の場合は、前記被検体の背腹方向、左右方向、及び、頭足方向の少なくともいずれかの方向において、前記被検体の心臓を挟むように配設される、
請求項４又は５に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１２】
被検体に近接して配設される少なくとも１つのアンテナからなるアンテナ装置と、
高周波信号を生成する信号生成部と、
前記高周波信号を用いて、前記被検体と前記アンテナとの間の電界による近傍界結合の結合量を検出する結合量検出部と、
前記近傍界結合の結合量の変化に基づいて前記被検体の物理的変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記信号生成部は、前記被検体の体内における心臓の共振長に対応する共振周波数の前記高周波信号を生成する、
生体情報モニタ装置。
【請求項１３】
前記信号生成部は、前記心臓の大きさに対して基本モードで共振する基本モード周波数の高周波信号を生成し、
前記アンテナは、前記基本モード周波数で共振するように構成される、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１４】
前記信号生成部は、前記心臓の大きさに対して２倍モードで共振する２倍モード周波数の高周波信号を生成し、
前記アンテナは、前記２倍モード周波数で共振するように構成される、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１５】
前記信号生成部は、前記心臓の大きさに対して基本モードで共振する基本モード周波数の第１の高周波信号と、前記心臓の大きさに対して２倍モードで共振する２倍モード周波数の第２の高周波信号を生成とを生成し、
前記アンテナ装置は、前記基本モード周波数で共振するように構成される第１のアンテナと、前記２倍モード周波数で共振するように構成される第２のアンテナとを有し、
事前に行われる測定結果に基づいて、前記第１の高周波信号と前記第２の高周波信号のいずれか一方が選択される、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１６】
前記アンテナ装置は、複数の共振周波数を有する多共振アンテナとして構成され、
前記信号生成部は周波数可変型として構成され、前記複数の共振周波数のうち、磁気共鳴信号との相互干渉を避ける周波数の前記高周波信号を生成する、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１７】
前記アンテナ装置は、複数の共振周波数を有する多共振アンテナとして構成され、
前記信号生成部は周波数可変型として構成され、前記複数の共振周波数のうち、検出対象である前記被検体の心臓の大きさに基づく共振周波数に近い周波数を有する前記高周波信号を生成する、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１８】
前記アンテナは、心臓の大きさの個体間変化幅に基づく共振周波数の変化幅をカバーし得るような周波数帯域幅をもつ広帯域アンテナとして構成される、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項１９】
前記信号生成部は、前記被検体の心臓における１／２波長が、前記心臓の大きさ以下となるような周波数の前記高周波信号を生成する、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項２０】
前記信号生成器は、前記高周波信号の周波数を掃引できるように構成される、
請求項１２に記載の生体情報モニタ装置。
【請求項２１】
被検体に近接して配設される少なくとも１つのアンテナからなるアンテナ装置と、
高周波信号を生成する信号生成部と、
前記高周波信号を用いて、前記被検体と前記アンテナとの間の電界による近傍界結合の結合量を検出する結合量検出部と、
前記近傍界結合の結合量の変化に基づいて前記被検体の物理的変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記信号生成部は、前記被検体の心臓の大きさに比例する共振長によって定まる共振周波数を有する前記高周波信号を生成し、
前記アンテナ装置は、前記共振周波数に対応する第１の素子と、前記共振周波数から所定の周波数だけ離調した離調周波数に対応する少なくとも１つの第２の素子とを備える多素子アンテナとして構成される、
生体情報モニタ装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の生体情報モニタ装置を具備する、
磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２３】
前記変位検出部は、前記磁気共鳴イメージング装置が前記被検体に対してＲＦパルスを送信する期間、及び、前記磁気共鳴イメージング装置が前記被検体から磁気共鳴信号を受信する期間を避けて、前記被検体の物理的変位を検出する、
請求項２２に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２４】
前記変位検出部は、２５０ミリ秒以下の間隔で、前記被検体の物理的変位を検出する、
請求項２２又は２３に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２５】
前記信号生成部が生成する前記高周波信号の周波数は、前記磁気共鳴イメージング装置が使用するラーモア周波数よりも高く設定される、
請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【請求項２６】
前記アンテナは、前記磁気共鳴イメージング装置が具備する天板、又は、局所コイルの少なくとも一方に埋め込まれるように実装され、前記天板、又は、局所コイルの少なくとも一方には、埋め込まれた前記アンテナの位置が視認できるようにマーキングされる、
請求項２２乃至２５のいずれか１項に記載の磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、生体情報モニタ装置及び磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置を用いた撮像では、心臓の拍動（心拍）や呼吸などによる人体の動きによって収集するデータが変動する。そこで、例えば、心拍に関しては、人体に心電計の電極を貼り付け、心電計から出力される信号を用いて撮像タイミングを調整したり、収集したデータを心電計の信号に基づいて補正したりする手法が用いられている。
【０００３】
しかしながら、人体に電極を貼り付けることは患者にとって負担であり、また、撮像技師にとっても作業効率の低下の要因となる。
【０００４】
また、診断画像を生成するためのデータの収集とは別に、呼吸による体動をモニタするためのデータ（ナビゲーションデータと呼ばれる）を収集し、ナビゲーションデータを用いて、呼吸に起因する体動の影響を補正する技術も知られている。しかしながら、この手法では、ナビゲーションデータの収集に余分な時間がかかるため、撮像時間が長くなってしまう。このような観点から、患者に負担をかけることのない、非接触型の体動モニタ装置が要望されている。
【０００５】
非接触型の体動モニタ装置は、磁気共鳴イメージング装置を用いた撮像の場面のみならず、広くヘルスケアの分野でも要望されている。例えば、睡眠中や、車両の運転中における心拍数や呼吸の監視を、人体に負担をかけることなく非接触で行うことができるような体動モニタ装置も要望されている。
【０００６】
一方、従来から、電波を用いて被検体の動きを検出し、心拍数や呼吸数を検出する装置も提案されている。アンテナから被検体に向けて電波を送信し、被検体からの反射波の変動を検出して被検体の動きを検出しようというものである。
【０００７】
しかしながら、従来の電波を用いた検出装置では、被検体からの反射波だけではなく、被検体の周囲の種々の構造物からの反射波も同時に受信されるためにフェージングが発生し、被検体の心拍や呼吸を高い信頼性で安定に検出するのは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−５５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、被検体に負担をかけることなく、被検体の心拍や呼吸などの生体情報を、高い信頼性で安定に検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態の生体情報モニタ装置は、被検体に近接して配設される少なくとも１つのアンテナからなるアンテナ装置と、高周波信号を生成する信号生成部と、前記高周波信号を用いて、前記被検体と前記アンテナとの間の電界による近傍界結合の結合量を検出する結合量検出部と、前記近傍界結合の結合量の変化に基づき、前記被検体の物理的変位を検出する変位検出部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置の動作概念を説明する図。
【図３】（ａ）はアンテナからの反射信号の実測値の一例を示すグラフ、（ｂ）は反射信号から抽出された呼吸の波形を示すグラフ、（ｃ）は反射信号から抽出された心拍の波形を示すグラフ。
【図４】生体情報モニタ装置で使用するアンテナとして、ループアンテナとダイポールアンテナを比較した図。
【図５】第１の実施形態で使用されるアンテナの配置例を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る生体情報モニタ装置の全体構成を示すブロック図。
【図７】第２の実施形態に係る生体情報モニタ装置の動作概念を説明する図。
【図８】（ａ）は送信アンテナから受信アンテナへの透過信号の実測値の一例を示すグラフ、（ｂ）は透過信号から抽出された呼吸の波形を示すグラフ、（ｃ）は透過信号から抽出された心拍の波形を示すグラフ。
【図９】第２の実施形態で使用される送信アンテナと受信アンテナの配置例を示す図。
【図１０】第３の実施形態に係る生体情報モニタ装置の全体構成を示すブロック図。
【図１１】ダイバーシティ処理を行うための４つのアンテナの配置例を示す図。
【図１２】生体情報モニタ装置を備える磁気共鳴イメージング装置の構成例を示す図。
【図１３】（ａ）は、磁気共鳴イメージング装置で使用される生体情報モニタ装置の構成例を示す図、（ｂ）は、生体モニタ用の高周波信号の送受信期間の一例を示す図。
【図１４】アンテナの位置を示す局所コイルや天板のマーキングの一例を示す図。
【図１５】生体情報モニタ装置の使用周波数を決定する際の基本的なコンセプトを説明する図。
【図１６】心臓の拍動がより安定して明確に検出される周波数を探索する実験の結果を示すグラフ。
【図１７】生体情報モニタ装置での使用周波数を決定するための着想と実験結果とを検証する図。
【図１８】実施形態の生体情報モニタ装置で使用する各種のアンテナの例、及びＲＦ信号発生器の構成例を示す第１の図。
【図１９】実施形態の生体情報モニタ装置で使用する各種のアンテナの例、及びＲＦ信号発生器の構成例を示す第２の図。
【図２０】実施形態のマルチエレメントアンテナ及び従来のダイポールアンテナの構成例と、これらに対応するＳ１１パラメータの周波数特性グラフとを示す図。
【図２１】Ｓ１１パラメータの時間に対する変動を、実施形態のマルチエレメントアンテナと従来のダイポールアンテナとで比較した測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置１の全体構成を示すブロック図である。生体情報モニタ装置１は、アンテナ１０と生体情報モニタ装置本体２０（以下、単に本体２０と呼ぶ）とを備える。アンテナ１０はアンテナ装置（図示せず）の構成である。第１の実施形態では、生体情報モニタ装置本体２０は基本的には１つのアンテナを有する構成であるため、アンテナ装置は１つのアンテナから構成されることになる。一方、後述する他の実施形態では生体情報モニタ装置本体２０が複数のアンテナを有することがあり、その場合は、アンテナ装置は複数のアンテナから構成されることになる。
【００１３】
アンテナ１０は人体である被検体に近接して配設される。アンテナ１０は心電計の電極のように、被検体の肌に直接密着させて貼り付ける必要はなく、例えば、被検体の衣服の上に配置してもよい。また、図１では、寝台の天板５１０の上に横臥する被検体の胸部にアンテナ１０を配設している例を示しているが、アンテナ１０を配設する際の被検体の姿勢や、アンテナ１０を配設する被検体の部位は、図１の例示に限定されない。例えば、アンテナ１０を立位の被検体の胸部や背部に配設してもよいし、車両運転中の座位の被検体の胸部や背部に配設してもよい。
【００１４】
本体２０は、ＲＦ信号発生器３０、送信回路４０、結合量検出回路５０、及び、変位検出回路６０を備えている。
【００１５】
ＲＦ信号発生器３０は、連続波の高周波信号を生成する。高周波信号の周波数は特に限定するものではないが、アンテナの寸法等から、例えば、ＶＨＦ帯やＵＨＦ帯の周波数が選択される。
【００１６】
送信回路４０は、高周波信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１を通過させた後、電力増幅器（ＰＡ）４２によって所定の電力まで増幅し、方向性結合器（ＤＣ）４３を介してアンテナ１０に出力する。
【００１７】
結合量検出回路５０は、被検体とアンテナ１０との間の電界による近傍界結合の結合量を検出する機能を有しており、例えば、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１、自動利得調整機能付きの低雑音増幅器（ＬＮＡ／ＡＧＣ）５２、及び、検波回路５３を備えて構成されている。
【００１８】
ＲＦ信号発生器３０、送信回路４０、及び、結合量検出回路５０は、例えば、１つのケーシングに収納される印刷基板の上に実装することができる。
【００１９】
送信回路４０の方向性結合器４３から出力された高周波信号はアンテナ１０に入力されるが、この高周波信号の一部は被検体に向かわず、アンテナ１０の入力端で跳ね返されて（反射して）方向性結合器４３に戻り、結合量検出回路５０に分岐入力される。
【００２０】
結合量検出回路５０は、方向性結合器４３の分岐端から出力される信号を、検波回路５３で検波することにより、アンテナ１０からの反射信号の大きさを測定する。そして、反射信号の大きさに基づいて近傍界結合の結合量を検出している。
【００２１】
送信回路４０からアンテナ１０に出力される電力が一定値であることを考慮すると、結合量検出回路５０は、アンテナ１０の反射損失（即ち、リターンロス）を示すＳ１１パラメータを等価的に検出していることになる。
【００２２】
図２は、第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置１の動作概念を説明する図である。図２（ａ）は被検体とアンテナ１０との距離Ｄが小さい場合における動作、図２（ｂ）は被検体とアンテナ１０との距離Ｄが大きい場合における動作を模式的に説明する図である。被検体（人体）は、導電率を有する物体であるため、アンテナ１０が被検体に近づくと、アンテナ１０からのエネルギを吸収し易くなる。
【００２３】
したがって、図２（ａ）に示すように、被検体とアンテナ１０との距離Ｄが小さい場合は、被検体に吸収されるエネルギが大きくなる。このことは、被検体とアンテナ１０との近傍界結合の結合量が大きいことを意味している。アンテナ１０に入力される電力Ｓinは、主に、被検体に吸収される電力Ｓbと、アンテナ１０のアンテナ端１０ａから反射される電力Ｓrに分けられるが、距離Ｄが小さい場合は、被検体に吸収される電力Ｓbが大きくなり、その分だけ、アンテナ端１０ａから反射される電力Ｓrが小さくなる。例えば、アンテナ１０に入力される電力Ｓinを１００とした場合、被検体に吸収される電力Ｓbは７０で、アンテナ端１０ａから反射される電力Ｓrは３０となる。
【００２４】
このことは、被検体とアンテナ１０との距離Ｄが小さい場合は、アンテナ端１０ａからの反射信号が低下し、アンテナ１０の反射損失（リターンロス）も小さくなることを意味している。言い換えると、アンテナ１０の不整合の程度の指標である、Ｓ１１パラメータが小さな値を示すことになる。Ｓ１１パラメータは、アンテナ１０への入力電力に対する反射電力の比の平方根で表される指標である。
【００２５】
これに対して、図２（ｂ）に示すように、被検体とアンテナ１０との距離Ｄが大きい場合は、被検体に吸収されるエネルギが小さくなる。このことは、被検体とアンテナ１０との近傍界結合の結合量が小さいことを意味している。この結果、距離Ｄが大きい場合は、被検体に吸収される電力Ｓbは小さくなり、その分だけ、アンテナ端１０ａから反射される電力Ｓrが大きくなる。例えば、アンテナ１０に入力される電力Ｓinを１００とした場合、被検体に吸収される電力Ｓbは３０で、アンテナ端１０ａから反射される電力Ｓrは７０となる。
【００２６】
このことは、被検体とアンテナ１０との距離Ｄが大きい場合は、アンテナ端１０ａからの反射信号が増加し、アンテナ１０の反射損失（リターンロス）が大きくなることを意味している。言い換えると、アンテナ１０の不整合の程度の指標である、Ｓ１１パラメータが大きな値を示すことになる。
【００２７】
このように、アンテナ１０への入力電力を一定としたときのアンテナ端１０ａからの反射信号は、被検体とアンテナ１０との距離Ｄに依存して変化する。言い換えれば、アンテナ１０の不整合の程度、或いは、Ｓ１１パラメータの値も、被検体とアンテナ１０との距離Ｄに依存して変化する。そして、被検体とアンテナ１０との距離Ｄは、心拍や呼吸等の体動によって変化するため、アンテナ端１０ａからの反射信号の大きさ、或いは、Ｓ１１パラメータの値は、心拍や呼吸等の体動の変化に応じて変化することになる。
【００２８】
第１の実施形態の生体情報モニタ装置１は、このような特性を利用するものであり、被検体の近傍に配設したアンテナ１０からの反射信号の大きさ、或いは、Ｓ１１パラメータの値を検出することにより、心拍や呼吸等の体動を検出する。
【００２９】
図３（ａ）は、アンテナ１０からの反射信号の実測値の一例を示すグラフである。グラフの横軸は時間を、縦軸は反射信号の振幅である。図３（ａ）に示すように、アンテナ１０からの反射信号は、比較的長い周期の振動波形（呼吸の動きに相当する波形）の上に、短い周期の振動波形（心拍に相当する波形）が重畳された波形となっている。アンテナ１０からの反射信号は、結合量検出回路５０の検波回路５３で検出され、変位検出回路６０に出力される。
【００３０】
変位検出回路６０は、例えば、プロセッサを備えた専用の印刷基板として構成してもよいし、ディスプレイを備えたパーソナルコンピュータやタブレット端末装置などの情報処理装置として構成してもよい。
【００３１】
変位検出回路６０は、呼吸の動きに相当する周波数成分と、心拍に相当する周波数成分を夫々抽出するフィルタリング処理を、検波回路５３で検出された反射信号に対して施すことにより、図３（ｂ）に示す呼吸の波形や、図３（ｃ）に示す心拍の波形を生成する。或いは、変位検出回路６０は、アンテナ１０からの反射信号をフーリエ変換した後、呼吸の動きに相当する周波数成分と、心拍に相当する周波数成分とを周波数上で抽出し、抽出した夫々の周波数成分を逆フーリエ変換して、図３（ｂ）に示す呼吸の波形や、図３（ｃ）に示す心拍の波形を生成してもよい。
【００３２】
変位検出回路６０は、生成した呼吸波形や心拍波形を、適宜のディスプレイに表示させてもよいし、生成した呼吸波形や心拍波形を解析してもよい。例えば、変位検出回路６０は、呼吸波形や心拍波形を解析して、呼吸数や呼吸周期、或いは、心拍数や心拍周期等を求めてもよいし、呼吸数や心拍数等から、呼吸や心拍の異常の有無を検出してもよい。
【００３３】
図４は、生体情報モニタ装置１で使用するアンテナ１０として、ループアンテナとダイポールアンテナを比較した図である。
【００３４】
図４（ａ）は、ループ長が共振長のループアンテナ、即ち、１波長ループアンテナを示している。１波長ループアンテナは、対向する辺の電流分布が逆位相となるため、電界は打ち消されない。このため、近傍界は電界成分が磁界成分より大きくなる。使用する周波数にもよるが、アンテナ形状としては、比較的大型となる。
【００３５】
図４（ｂ）は、ループ長が共振長より短いループアンテナを示している。このタイプのループアンテナは対応する辺の電流分布が逆位相にならないため、電界の打消しが発生する。このため、近傍界では磁界成分が電界成分より大きくなる。したがって、近傍界における人体との結合は磁界結合となる。磁界結合は、体の内部を通り易い傾向を示す。
【００３６】
図４（ｃ）は、半波長ダイポールアンテナを示している。半波長ダイポールアンテナは、電界の打消しがないため、近傍界では電界成分が大きい。
【００３７】
図４（ｄ）は、素子長が共振長よりも短いダイポールアンテナを示している。素子長が共振長（即ち、半波長）よりも短くても、電流分布形状は変化しない。したがって、半波長ダイポールアンテナと同様に、近傍界では電界成分が大きい。また、当然、半波長ダイポールアンテナよりも小型化が可能である。近傍界では電界成分が大きくなるため、近傍界における人体との結合は電界結合となる。電界結合は、体の表面を伝搬し易い傾向を示す。
【００３８】
小型化の観点からは、ループ長が共振長より短いループアンテナ（図４（ｂ））や、半波長より短いダイポールアンテナ（図４（ｄ））が好ましく、生体情報モニタ装置１は、どちらのタイプのアンテナも使用することができる。ただし、ループアンテナと対比した場合、ダイポールアンテナの方が、より細かな心電波形を抽出することができる傾向が認められる。
【００３９】
通信などの用いられる通常のアンテナは、アンテナからの反射信号をできるだけ少なくし、空間に出ていく電力をできるだけ多くすることが求められる。このため、アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）はできるだけ１．０に近い値が良いとされている。これに対して、第１の実施形態の生体情報モニタ装置１では、アンテナ１０からの反射信号を検出することにより、心拍や呼吸の動きを検出している。このため、アンテナ１０からの反射信号がある程度有った方がむしろ好ましい。そこで、第１の実施形態の生体情報モニタ装置１で使用されるアンテナ１０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、例えば、２．０から５．０に設定するのが好ましい。
【００４０】
図５は、第１の実施形態の生体情報モニタ装置１で使用されるアンテナ１０の配置例を示す図である。第１の実施形態で使用するアンテナ１０の数は、原則、１つであるが、その配置や、アンテナ１０の向きに関しては、種々のバリエーションが考えられる。基本的な考え方としては、体動の動きがなるべく顕著に現れる部位に配設するのが好ましく、心拍を検出する場合には、なるべく心臓に近い場所に配設するのが好ましい。
【００４１】
図５はアンテナ１０の種類としては、いずれもダイポールアンテナを例示している。心臓は、被検体の左右方向よりも頭足方向の方が動きの幅が大きいと言われている。そこで、図５（a）では、ダイポールアンテナの長手方向が被検体の頭足方向となるように、かつ、被検体の背腹方向については腹側において、心臓の近傍にアンテナ１０を配置している。一方、図５（ｂ）では、被検体の背側の心臓の近傍にアンテナ１０を配置している（ダイポールアンテナの長手方向が被検体の頭足方向）。
【００４２】
アンテナ１０の配置に関しては、何らかの物理的な制約を受ける場合が考えられる。例えは、磁気共鳴イメージング装置での被検体の撮像時に、生体情報モニタ装置１を用いて心拍を測定する場合には、磁気共鳴イメージング装置１００の局所コイル２００が被検体の上に載置される。局所コイル２００が胸部コイルである場合、例えば、図５（ｃ）に示すように、胸部コイルを避けた位置で、かつ、なるべく心臓に近い位置にアンテナ１０が配置される。また、例えば、アンテナ１０を背側に配置する場合であって、局所コイル２００がスパインコイルである場合、例えば、図５（ｄ）に示すように、スパインコイルを避けた位置で、かつ、なるべく心臓に近い位置にアンテナ１０が配置される。
【００４３】
上述したように、第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置１では、心拍や呼吸等の体動を、アンテナ１０と人体との間の近傍界結合の結合量の変化として検出している。そして、この近傍界結合の結合量の変化を、アンテナ１０の入力端から反射される反射信号の変化、或いは、アンテナ１０の反射損失であるＳ１１パラメータの値の変化として測定している。このため、第１の実施形態に係る生体情報モニタ装置１は、電波を用いた非接触な検出方法でありながら、被検体の周囲の構造物、例えば、磁気共鳴イメージング装置のガントリ構造物や検査室内の種々の装置からの反射波によるフェージングの影響を受けにくく、心拍や呼吸の動きを高い信頼性で検出することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る生体情報モニタ装置１の全体構成を示すブロック図である。第１の実施形態の生体情報モニタ装置１は原則１つのアンテナ１０を具備する形態であるのに対して、第２の実施形態の生体情報モニタ装置１は、送信アンテナ１０（第１のアンテナ）と、受信アンテナ１１（第２のアンテナ）の少なくとも２つのアンテナを有している。
【００４５】
生体情報モニタ装置本体２０に関しては第１の実施形態とほぼ同様の構成であり、ＲＦ信号発生器３０、送信回路４０、結合量検出回路５０、及び、変位検出回路６０を備えている。
【００４６】
本体２０における第１の実施形態との相違点は、第２の実施形態の送信回路２０が方向性結合器（ＤＣ）４３を有していない点である。送信回路２０の電力増幅器（ＰＡ）４２と送信アンテナ１０とは、方向性結合器（ＤＣ）４３を介することなく直接接続され、結合量検出回路５０のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１と受信アンテナ１１も、方向性結合器（ＤＣ）４３を介することなく直接接続されている。
【００４７】
第２の実施形態の結合量検出回路５０は、ＲＦ信号発生器３０から出力された高周波信号が、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１に透過する透過信号を、検波回路５３で検波することにより、透過信号の大きさに基づいて近傍界結合の結合量を検出している。
【００４８】
送信回路４０から送信アンテナ１０に出力される電力が一定値であることを考慮すると、結合量検出回路５０は、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１までの挿入損失（即ち、インサーションロス）を示すＳ２１パラメータを等価的に検出していることになる。
【００４９】
図７は、第２の実施形態に係る生体情報モニタ装置１の動作概念を説明する図である。図７（ａ）は被検体とアンテナ１０との距離Ｄが小さい場合における動作、図７（ｂ）は被検体とアンテナ１０との距離Ｄが大きい場合における動作を模式的に説明する図である。前述したように、被検体（人体）は、導電率を有する物体であるため、送信アンテナ１０と被検体との距離が小さいと、送信アンテナ１０からのエネルギを吸収し易くなる。このため、送信アンテナ１０から被検体に吸収されるエネルギは大きくなる。このことは、被検体と送信アンテナ１０との近傍界結合の結合量が大きいことを意味している。
【００５０】
また、同様に、受信アンテナ１１が被検体に近づくと、被検体から受信アンテナ１１へ入力されるエネルギも大きくなり、このことは、被検体と受信アンテナ１１との近傍界結合の結合量が大きいことを意味している。アンテナ１０に入力された電力Ｓinは、電力Ｓb１として被検体に吸収され、被検体の内部及び表面を伝搬し、電力Ｓb２として受信アンテナ１１に透過する。距離Ｄが小さい場合は、送信アンテナ１０から被検体に吸収される電力Ｓb１が大きくなり、その分だけ、被検体から入力アンテナ１１へ透過する電力Ｓb２も大きくなる。例えば、送信アンテナ１０に入力される電力Ｓinを１００とした場合、送信アンテナ１０から被検体に吸収される電力Ｓbは７０、被検体から受信アンテナ１１に放出される電力Ｓb２は６０、したがって、受信アンテナ１１から出てゆく電力Ｓtも６０となる。
【００５１】
このことは、被検体と送信アンテナ１０、受信アンテナ１１との距離Ｄが小さい場合は、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への透過信号が増加し、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への挿入損失が小さくなることを意味している。言い換えると、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への挿入損失の指標である、Ｓ２１パラメータ（真数値）が大きな値を示すことになる。
【００５２】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、送信アンテナ１０と被検体との距離Ｄが大きくなると、送信アンテナ１０からのエネルギを被検体が吸収しにくくなる。このため、送信アンテナ１０から被検体に吸収されるエネルギは小さくなる。このことは、被検体と受信アンテナ１１との近傍界結合の結合量が小さくなることを意味している。また、同様に、受信アンテナ１１と被検体との距離Ｄが大きくなると、被検体から受信アンテナ１１へ入力されるエネルギも小さくなる。このことは、被検体と受信アンテナ１１との近傍界結合の結合量も小さくなることを意味している。例えば、送信アンテナ１０に入力される電力Ｓinを１００とした場合、送信アンテナ１０から被検体に吸収される電力Ｓbは３０、被検体から受信アンテナ１１に放出される電力Ｓb２は２０、したがって、受信アンテナ１１から出てゆく電力Ｓtも２０となる。
【００５３】
このことは、被検体と送信アンテナ１０との距離Ｄ、或いは、被検体と受信アンテナ１１との距離Ｄが大きい場合は、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への透過信号が減少し、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への挿入損失が大きくなることを意味している。言い換えると、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への挿入損失の指標である、Ｓ２１パラメータ（真数値）が小さな値を示すことになる。
【００５４】
図８（ａ）は、送信アンテナ１０から受信アンテナ１１への透過信号の実測値の一例を示すグラフである。グラフの横軸は時間を、縦軸は透過信号の振幅である。第２の実施形態における透過信号は、第１の実施形態における反射信号（図３（ａ））に類似しており、比較的長い周期の振動波形（呼吸の動きに相当する波形）の上に、短い周期の振動波形（心拍に相当する波形）が重畳された波形となっている。この透過信号も、結合量検出回路５０の検波回路５３で検出され、変位検出回路６０に出力される。
【００５５】
変位検出回路６０は、第１の実施形態と同様に、呼吸の動きに相当する周波数成分と、心拍に相当する周波数成分を夫々抽出するフィルタリング処理やフーリエ変換処理を、検波回路５３で検出された反射信号に対して施すことにより、図８（ｂ）に示す呼吸の波形や、図８（ｃ）に示す心拍の波形を生成する。
【００５６】
図９は、第２の実施形態の生体情報モニタ装置１で使用される送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の配置例を示す図である。第２の実施形態で使用する送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の配置や、向きに関しては、種々のバリエーションが考えられる。基本的な考え方としては、体動の動きがなるべく顕著に現れる部位を挟むように送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を夫々配設するのが好ましい。例えば、心拍を検出する場合には、心臓を、被検体の背腹方向、左右方向、或いは、頭足方向のいずれかの方向に挟むように配設するのが好ましい。
【００５７】
図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）はアンテナの種類としてダイポールアンテナを例示し、図９（ｄ）はモノポールアンテナを例示している。図９（ａ）は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１によって、心臓を被検体の背腹方向から挟む配置例を示している。
【００５８】
図９（ｂ）は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１によって、心臓を被検体の左右方向から挟む配置例を示している。図９（ｃ）は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１によって、心臓を被検体の頭足方向から挟む配置例を示している。図９（ｄ）は、ものポールアンテナである送信アンテナ１０と受信アンテナ１１によって、心臓を被検体の頭足方向から挟む配置例を示している。
【００５９】
なお、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１とを特に区別する必要はなく、図９（a）〜図９（ｄ）のいずれの例においても、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１とを入れ替えた配置とすることができる。
【００６０】
第２の実施形態の生体情報モニタ装置１で使用される送信アンテナ１０の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）も、第１の実施形態のアンテナ１０と同様に、例えば、２．０から５．０に設定するのが好ましい。但し、受信アンテナ１１に関しては、例えば、２．０以下のＶＳＷＲが好ましい。
【００６１】
（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る生体情報モニタ装置１の全体構成を示すブロック図である。第３の実施形態の生体情報モニタ装置１は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた実施形態である。具体的には、第１の実施形態に対応する第１モードと、第２の実施形態に対応する第２モードとを選択可能に構成した実施形態である。
【００６２】
第１モードでは、アンテナ１１に高周波信号を入力し、アンテナ１１からの反射信号（或いは、アンテナ１１のＳ１１パラメータ）に基づいて被検体の心拍や呼吸の動き等を測定する。一方、第２モードでは、アンテナ１０に高周波信号を入力し、アンテナ１０からアンテナ１１への透過信号（或いは、アンテナ１０からアンテナ１１へのＳ２１パラメータ）に基づいて被検体の心拍や呼吸の動き等を測定する。
【００６３】
ＲＦ信号発生器３０と第１送信回路４０は、第１モードにおける高周波信号の発生機能に対応する構成である。ＲＦ信号発生器３０ａと第２送信回路４０ａは、第２モードにおける高周波信号の発生機能に対応する構成である。結合量検出回路５０は第１モードと第２モードの双方に共通に用いられる構成である。
【００６４】
ダイバーシティ判定回路７０は、第１モードで検出される反射信号と、第２モードで検出される透過信号をモニタし、第１モードと第２モードのどちらかを選択する。第１モードで反射信号をモニタするときには、ダイバーシティ判定回路７０は、図１０に示している状態、即ち、第１送信回路４０のスイッチ４４と、結合量検出回路５０のスイッチ５４をどちらも方向性結合器４３側に切り替える。第２モードで透過信号をモニタするときには、スイッチ４４とスイッチ５４とを、図１０に示している状態の反対側に切り替える。
【００６５】
ダイバーシティ判定回路７０は、反射信号の変動幅と透過信号の変動幅とを比較し、変化幅の大きい方のモードを選択する。例えば、反射信号の変動幅の方が透過信号の変動幅よりも大きいと判定された場合は、ダイバーシティ判定回路７０は第１モードを選択する。また、例えば、ダイバーシティ判定回路７０は、反射信号と透過信号を夫々フーリエ変換し、心拍に対応する周波数成分が大きい方のモードを選択してもよいし、呼吸に対応する周波数成分が大きい方のモードを選択してもよい。
【００６６】
ダイバーシティ判定回路７０は、第１モードと第２モードのずれかを選択した後は、選択したモードに対応する状態にスイッチ４４、スイッチ５４を設定し、選択したモードを用いて、反射信号或いは透過信号を測定し、心拍や呼吸動等の体動信号を検出する。
（第３の実施形態の変形例）
【００６７】
第３の実施形態の変形例の生体情報モニタ装置１は、２つ以上のアンテナ１０、１１を用いて、ダイバーシティ処理を行う。このダイバーシティ処理では、最も良好に体動信号を検出することができる１つのアンテナを選択する、或いは、最も良好に体動信号を検出することができる２以上のアンテナの組み合わせを選択する。
【００６８】
図１１は、ダイバーシティ処理を行うための４つのアンテナの配置例を示す図である。この場合、例えば、図１１（ａ）に示すように、４つのダイポールアンテナ１０、１１を、心臓を囲むように配置してもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、ダイポールアンテナを中央で略直角に折り曲げたタイプのアンテナ１０、１１を、を用いて心臓を囲むように配置してもよい。
【００６９】
第１の実施形態の生体情報モニタ装置１でダイバーシティ処理を行う場合や、第３の実施形態の第１モードでダイバーシティ処理を行う場合には、最も良好に体動信号を検出することができる１つのアンテナを、４つのアンテナの中から選択する。
【００７０】
また、第２の実施形態の生体情報モニタ装置１でダイバーシティ処理を行う場合や、第３の実施形態の第２モードでダイバーシティ処理を行う場合には、例えば、１つの送信アンテナ１０を選択し、残りの３つの受信アンテナ１１の中から、最も良好に体動信号を検出することができる１つのアンテナを選択する、或いは、残りの３つの受信アンテナ１１を任意の組み合わせで合成処理を行う。
【００７１】
第３の実施形態の変形例では、例えば、図１０に示したダイバーシティ判定回路７０と類似の機能を有する回路を設ければよい。そして、この回路が、上述したアンテナの選択処理やアンテナの合成処理を行う。
【００７２】
（磁気共鳴イメージング装置）
図１２は、上述した各実施形態に係る生体情報モニタ装置１を具備する磁気共鳴イメージング装置１００の構成例を示す図である。
【００７３】
磁気共鳴イメージング装置１００は、静磁場磁石１１２、傾斜磁場コイル１１０、ＷＢ（Whole Body）コイル１２０等を有しており、これらの構成品は円筒状の筐体に収納されている。また、磁気共鳴イメージング装置１００は、寝台本体５２０と天板５１０とを具備する寝台５００、及び、被検体に近接して配設される局所コイル２００を有している。
【００７４】
さらに、磁気共鳴イメージング装置１００は、傾斜磁場電源３１０、ＲＦ受信器３２０、ＲＦ送信器３３０、及びシーケンスコントローラ３４０を備えている。また、磁気共鳴イメージング装置１００は、処理回路４００、記憶回路４１０、ディスプレイ４２０、及び入力デバイス４３０を有するコンピュータ、即ち、コンソールを有している。
【００７５】
生体情報モニタ装置１は、図１、図６、図１０に示す本体２０に加えて、アンテナ１０、１１を有している。アンテナ１０、１１は、被検体に近接して配設されるが、被検体の肌に直接貼付する必要はない。アンテナ１０、１１は、それぞれ単独に被検体の近傍に配設してもよいが、図１２に示すように、局所コイル２００の中に内蔵させることもできるし、天板５１０の中に内蔵させてもよい。
【００７６】
図１３（ａ）は、磁気共鳴イメージング装置１００で使用される生体情報モニタ装置１の構成例を示す図である。磁気共鳴イメージング装置１００は、上述した各実施形態のいずれでも使用可能であるが、図１３は、一例として、第２の実施形態の生体情報モニタ装置１を図示している。磁気共鳴イメージング装置１００では、ＲＦ送信器３３０から非常に大きな電力のＭＲ用ＲＦパルスが出力され、このＲＦパルスがＷＢコイル１２０から被検体にむけて放射される。このため、非常に大きなＲＦ電力がアンテナ１０、１１を介して、生体情報モニタ装置１の本体２０に入力される。
【００７７】
そこで、磁気共鳴イメージング装置１００で使用される生体情報モニタ装置１は、保護用のスイッチ４５とスイッチ５５が、送信回路４０の出力端と、結合量検出回路５０の入力端に夫々設けられている。保護用のスイッチ４５とスイッチ５５は、磁気共鳴イメージング装置１００の本体側から送られてくる制御信号を用いて、オンオフされる。
【００７８】
図１３（ｂ）は、生体モニタ用の高周波信号の送受信期間の一例を示す図である。図１３（ｂ）に示すように、生体モニタ用の高周波信号は、磁気共鳴イメージング装置１００と生体情報モニタ装置１の互いの干渉を回避するため、ＭＲ用ＲＦパルスの送信期間と、ＭＲ信号の受信期間を避けた期間に送受信される。
【００７９】
生体モニタ用の高周波信号の送受信期間の繰り返し周期Ｔは、心拍の周期と呼吸の周期から規定することができる。心拍の周波数は概ね２Ｈｚ又はそれ以下と想定でき、また、呼吸の周波数は概ね０．５Ｈｚ又はそれ以下と想定することができる。サンプリング定理から、高い方の周波数の２倍、即ち、４Ｈｚ以上の周波数でサンプリングすれば、心拍の波形と呼吸の波形を測定することができる。したがって、繰り返し周期Ｔを２５０ｍｓ（＝１／４Ｈｚ）以下に設定すればよい。
【００８０】
生体モニタ用の高周波信号の周波数は、磁気共鳴イメージング装置１００で使用するラーモア周波数より高い周波数が好ましい。生体モニタ用の高周波信号の周波数をラーモア周波数よりも高く設定することにより、生体モニタ用の高周波信号自体のみならずその高調波が、磁気共鳴イメージング装置１００のＭＲ信号の受信帯域に入りこむことを避けることができる。
【００８１】
図１４は、アンテナ１０、１１の位置を示す局所コイル２００や天板５１０のマーキングの一例を示す図である。前述したように、生体情報モニタ装置１のアンテナ１０、１１は局所コイル２００や寝台５００の天板５１０に埋め込んで実装することができる。心拍を測定する場合、アンテナ１０、１１は、被検体の心臓の近傍に配設するのが好ましい。そこで、ユーザが、局所コイル２００や天板５１０に埋め込まれたアンテナ１０、１１を容易に視認できるようにマーキングを付し、このマーキングが被検体の心臓の近傍となるように、被検体の位置や局所コイル２００の位置を調整すればよい。
【００８２】
（生体情報モニタ装置の使用周波数）
前述したように、生体情報モニタ装置１の使用周波数は、磁気共鳴イメージング装置１００で使用するラーモア周波数より高い周波数が好ましい。以下、生体情報モニタ装置１で使用する周波数について、より具体的に述べる。
【００８３】
前述したように、生体情報モニタ装置１は、被検体と、生体情報モニタ装置１のアンテナ１０との間の電界による近傍界結合の結合量を検出し、近傍界結合の結合量の変化に基づいて被検体の物理的変位を検出する。ここで、被検体の物理的変位の典型的な例の１つは、被検体の心臓の拍動である。
【００８４】
そこで、本発明者らは、被検体の心臓の拍動を高感度で検出することができる周波数という観点から、生体情報モニタ装置１の使用周波数を決定しようと考えた。さらに、本発明者らは、心臓の拍動を高感度で検出することができる周波数は、被検体の体内における心臓の共振長に対応する周波数（即ち、共振周波数）であろうという着想を得た。そして、さらに、その着想を確認するための実験を行い、その着想を肯定する実験結果を得た。
【００８５】
図１５は、生体情報モニタ装置１の使用周波数を決定する際の基本的なコンセプトを説明する図である。図１５に示すように、被検体の心臓の大きさ、例えば、心臓の頭足方向の長さを、心臓の等価長Ｌｃｒと考える。この場合、この等価長Ｌｃｒに対して共振する周波数の波長λｂの１／２（即ち、λｂ／２）が、被検体の体内における心臓の共振長となる。ここでの共振長は、基本モード共振に対応するものであり、等価長Ｌｃｒと波長λｂは、Ｌｃｒ＝λｂ／２、によって関係づけられる。
なお、同じ等価長Ｌｃｒ（即ち、同じ心臓の大きさ）に対して、ｎ倍モード共振も存在する。この場合、等価長Ｌｃｒとｎ倍モード共振の波長λｂとは、
Ｌｃｒ＝（ｎ）・λｂ／２                      （式１）
によって関係づけられる。つまり、共振モードの次数ｎが高くなるほど、共振する波長λｂは短くなり、この逆数である共振周波数は高くなる。
【００８６】
一方、被検体の体内での波長λｂは、体外での波長λ（即ち、空気中での波長λ）よりも短くなる。体内の比誘電率をεｒ（＞１）で表記すると、体内での波長λｂは、
λｂ＝λ・（１／√εｒ）                      （式２）
で表される。（１／√εｒ）は、一般に、波長短縮率と呼ばれている指標である。空気中の波長λと周波数ｆは、ｆ＝ｃ／λ、の関係があるので（ｃは光速）、（式１）、（式２）より、ｎ倍モード共振における共振周波数ｆｎと心臓の等価長Ｌｃｒとの間には、
ｆｎ＝ｃ／λ＝ｃ／（λｂ・√εｒ）
＝ｎ・ｃ／（２Ｌｃｒ・√εｒ）                  （式３）
の関係がある。
【００８７】
ここで、人体の比誘電率εｒが脂肪の比誘電率で近似できるものとし、脂肪の比誘電率εｒを、εｒ＝１１、と仮定する。そして、共振周波数の単位をＭＨｚとし、心臓の等価長Ｌｃｒの単位をｃｍ（センチメートル）とすると（式３）は以下のようになる。
ｆｎ（ＭＨｚ）＝ｎ・（４５２０）／Ｌｃｒ（ｃｍ）      （式４）
したがって、基本モード共振（ｎ＝１）での共振周波数ｆ１と、２倍モード共振（ｎ＝２）での共振周波数ｆ２は、それぞれ以下のようになる。
ｆ１（ＭＨｚ）＝（４５２０）／Ｌｃｒ（ｃｍ）    基本モード共振    （式５）
ｆ２（ＭＨｚ）＝（９０４０）／Ｌｃｒ（ｃｍ）    ２倍モード共振    （式６）
【００８８】
成人の心臓の大きさは、横方向（被検体の左右方向）で９〜１１ｃｍ、縦方向（被検体の頭足方向）で１２〜１５ｃｍ程度であると言われている。そこで、（式５）、（式６）における心臓の等価長Ｌｃｒを１４ｃｍであると仮設定すると、基本モード共振での共振周波数ｆ１は３２２ＭＨｚとなり、２倍モード共振での共振周波数ｆ２は６４４ＭＨｚとなる。
【００８９】
そこで、本発明者らは、約３００ＭＨｚから約６５０ＭＨｚに亘って、生体情報モニタ装置１の周波数を変化させて、心臓の拍動がより安定して明確に検出される周波数を探索する実験を行った。この実験では、図１に示す第１の実施形態の構成を用いて、リターンロス（Ｓ１１パラメータ）を測定した。
【００９０】
図１６は、実験結果を示す１２個のグラフを配列した図である。各グラフの横軸は時間であり数字は秒に対応している。また、各グラフの縦軸は、相対値で示したＳ１１パラメータの値である。Ｓ１１パラメータの変動周期は概ね１秒強であり、拍動周期に対応していることが明らかである。
【００９１】
この実験では、ボランティアＡ、ボランティアＢ、ボランティアＣの３名の被検体に対して、基準周波数の異なる４つのアンテナ（３００ＭＨｚ用、４００ＭＨｚ用、５００ＭＨｚ用、６００ＭＨｚ用の４つのアンテナ）を用いて測定を行った。図１６の第１列は、３００ＭＨｚ用のアンテナを用いて、ボランティアＡ、ボランティアＢ、ボランティアＣの夫々に対して、Ｓ１１パラメータの変化が最も顕著に表れるような周波数を３００ＭＨｚ近傍で微調して測定したグラフを示している。各グラフの上部に示す周波数は、微調後の周波数である。同様に、図１６の第２列は４００ＭＨｚ用のアンテナを用いて測定した結果を、第３列は５００ＭＨｚ用のアンテナを用いて測定した結果を、第４列は６００ＭＨｚ用のアンテナを用いて測定した結果を夫々示している。
【００９２】
いずれの測定結果においても、心臓の拍動に対応するＳ１１パラメータの変化が読み取れるものの、第１列の３００ＭＨｚ帯と、第２列の５００ＭＨｚ帯では、一部の測定結果に波形の乱れ（例えば、ボランティアＢの３００ＭＨｚ帯と５００ＭＨｚ帯における測定結果の波形の乱れ等）がみられる。また、ボランティアＣの３００ＭＨｚ帯の測定結果では、Ｓ１１パラメータの変動振幅が、他の周波数帯に比べて明らかに小さい。
【００９３】
これに対して、４００ＭＨｚ帯及び６５０ＭＨｚ帯では、どのボランティアに対しても、Ｓ１１パラメータの変化は比較的安定しており、特に、ボランティアＢとボランティアＣに対しては、変動振幅が大きく、かつ、測定期間中にほぼ一定の変動振幅を示す良好な測定結果が得られた。
【００９４】
これらの実験結果から、生体情報モニタ装置１において、４００ＭＨｚ帯及び６５０ＭＨｚ帯が、心臓の拍動を検出するための使用周波数として好適であると考えられる。
【００９５】
前述したように、本発明者らは、心臓の拍動を高感度で検出することができる周波数は、被検体の体内における心臓の共振長に対応する周波数（即ち、共振周波数）であろうという着想の下、上記の実験を行った。図１７は、上記の実験結果と、本発明者らの着想を検証する図である。
【００９６】
実験結果で得られた第１の好適な周波数である４００ＭＨｚ帯を、基本モード共振に対応する（式５）に当てはめると、心臓の等価長Ｌｃｒ（＝基本モード共振における心臓の共振長λｂ／２）は、１１．３ｃｍとなる。この大きさは、前述した成人の心臓の大きさを矛盾しない範囲であると考えられる。
【００９７】
また、実験結果で得られた第２の好適な周波数である６５０ＭＨｚ帯を、２倍モード共振に対応する（式６）に当てはめると、心臓の等価長Ｌｃｒ（＝２倍モード共振における心臓の共振長λｂ）は、１３．９ｃｍとなる。この大きさも、前述した成人の心臓の大きさを矛盾しない範囲であると考えられる。
【００９８】
上記のように、実施形態の生体情報モニタ装置１では、被検体の体内における心臓の共振長に対応する共振周波数を有する高周波信号を使用するのが好適であると考える。さらには、心臓の大きさに対して基本モードで共振する基本モード周波数を有する高周波信号、或いは、心臓の大きさに対して２倍モードで共振する２倍モード周波数を有する高周波信号を使用するのがより好適であると考える。
図１８及び図１９は、実施形態の生体情報モニタ装置１で使用する各種のアンテナ１０の例、及びＲＦ信号発生器３０の構成例を示す図である。
【００９９】
図１８（ａ）は、心臓の大きさに対して基本モードで共振する基本モード周波数ｆ１の高周波信号（例えば、約４００ＭＨｚの高周波信号）を生成するＲＦ信号発生器３０と、基本モード周波数ｆ１で共振するアンテナ１０（例えば、半波長ダイポールアンテナ）を示している。
【０１００】
図１８（ｂ）は、心臓の大きさに対して２倍モードで共振する２倍モード周波数ｆ２の高周波信号（例えば、約６５０ＭＨｚの高周波信号）を生成するＲＦ信号発生器３０と、２倍モード周波数ｆ２で共振するアンテナ１０（例えば、半波長ダイポールアンテナ）を示している。
【０１０１】
図１８（ｃ）は、心臓の大きさに対して基本モードで共振する基本モード周波数ｆ１の高周波信号（例えば、約４００ＭＨｚの高周波信号）を生成するＲＦ信号発生器３０と、心臓の大きさに対して２倍モードで共振する２倍モード周波数ｆ２の高周波信号（例えば、約６５０ＭＨｚの高周波信号）を生成するＲＦ信号発生器３０と、基本モード周波数ｆ１で共振するように構成される第１のアンテナ３０と、２倍モード周波数で共振するように構成される第２のアンテナ３０と、基本モード周波数ｆ１の高周波信号と２倍モード周波数ｆ２の高周波信号とを選択するスイッチＳＷ１、ＳＷ２を備える構成を例示している。基本モード周波数ｆ１の高周波信号と２倍モード周波数ｆ２の高周波信号のうち、どちらの信号を選択するかは、例えば、事前に行われる測定結果に基づく。例えば、Ｓ１１パラメータの変動振幅の大きい方の信号が選択される。
【０１０２】
また、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示した構成において、いくつかの変形例が考えられる。例えば、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示した各構成のＲＦ信号発生器３０において、被検体の心臓における１／２波長が、心臓の大きさ以下となるような周波数の高周波信号を生成するようにしてもよい。
【０１０３】
また、前述したように、心臓の大きさは成人であっても個体間でばらつきをもっている。そこで、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示した各アンテナを、心臓の大きさの個体間変化幅に基づく共振周波数の変化幅をカバーし得るような周波数帯域幅をもつ広帯域アンテナとして構成してもよい。
【０１０４】
また、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示した各構成のＲＦ信号発生器３０を、心臓の大きさの個体間変化幅に基づく共振周波数の変化幅をカバーし得るように、高周波信号の周波数を掃引可能な信号発生器として構成してもよい。
【０１０５】
一方、成人と幼児のように心臓の大きさが大きく異なる場合には、心臓の共振長に対応する共振周波数も大きく異なってくるため、図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）に示した単共振型のアンテナでは双方の共振周波数をカバーしきれない場合も考えられる。
【０１０６】
このような場合には、図１９に例示するような、多共振アンテナ１０と、周波数可変型のＲＦ信号発生器３０とを有する構成が好適である。多共振アンテナ１０は、例えば、複数の共振周波数にそれぞれ対応する複数の異なる長さの素子を有するアンテナとして構成される。このような構成により、成人と幼児のように心臓の共振長が大きく異なる場合であって、検出対象である特定の被検体に対して、その心臓の大きさに合わせた適切な周波数を選択し、使用することが可能となる。また、このような構成は、当然ながら、成人における心臓の共振長の個体間のばらつきや、測定時における心臓の向きのばらつきにも対応可能である。
【０１０７】
さらに、図１９に示した多共振アンテナ１０と、周波数可変型のＲＦ信号発生器３０とを有する構成では、磁気共鳴信号との相互干渉を避ける周波数の高周波信号を使用することが可能である。仮に、基本モード周波数と２倍モード周波数のどちらかが、磁気共鳴イメージング装置１のラーモア周波数と相互干渉したとしても、基本モード周波数と２倍モード周波数のうち、相互干渉のない方の周波数を選択することができる。
【０１０８】
ここまでは、心臓の拍動を良好に検出するという観点から、図１５乃至図１９を用いて、生体情報モニタ装置１の使用周波数を選択し、この使用周波数に対応するアンテナ構成の説明を行ってきた。
【０１０９】
これに対して、以下では、図２０及び図２１を用いて、心臓の拍動を良好に検出できる同時に、呼吸動を十分に抑制することができるアンテナ構成について説明する。図２０は、実施形態の生体情報モニタ装置１で使用するマルチエレメントアンテナの構成例（図２０（ａ））と、この構成例に対応するＳ１１パラメータの周波数特性を示すグラフ（図２０（ｂ））とを示している。図２０（ａ）に示すマルチエレメントアンテナは、例えば、６００ＭＨｚに対応する長さＬｂを有するダイポールアンテナと、この長さと異なる長さＬａ（例えば、Ｌａ＝０．８Ｌｂ）を有するダイポールアンテナの２つのダイポールアンテナを組み合わせたアンテナとして構成されている。
【０１１０】
また、図２０には、マルチエレメントアンテナに対する比較例として、従来のダイポールアンテナ（図２０（ｃ））と、これに対応するＳ１１パラメータ特性の周波数特性を示すグラフ（図２０（ｄ））とを示している。
【０１１１】
ふたつのグラフは、いずれも、横軸が周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸は、相対値で示したＳ１１パラメータの値である。また、２つのグラフにおいて、実線は、最大呼気位（息を最大限まで吐いた状態）でのＳ１１パラメータの値を示し、破線は、最大吸気位（息を最大限まで吸った状態）でのＳ１１パラメータの値を示している。
【０１１２】
２つのグラフから容易に判るように、Ｓ１１パラメータの最大呼気位における値と最大吸気位における値との差（即ち、同一周波数における実線と破線との差）は、従来のダイポールアンテナに対して、マルチエレメントアンテナの方が小さい。このことは、マルチエレメントアンテナの方が従来のダイポールアンテナに対して呼吸動の影響を受けにくいことを意味している。
【０１１３】
図２１は、Ｓ１１パラメータの時間に対する変動を、実施形態のマルチエレメントアンテナ（実線）と、従来のダイポールアンテナ（破線）とで比較した測定結果を示すグラフである。従来のダイポールアンテナでは、呼吸動による変動（周期が５秒程度の変動）が大きく出現している一方、心臓の拍動による変動が呼吸動による変動に埋もれてしまう場合があり得る。これに対して、実施形態のマルチエレメントアンテナでは、呼吸動による変動が抑制されるため、呼吸動による緩やかな変動に重畳されて、心臓の拍動による変動（周期が１秒弱程度の変動）も明確に観測されている。
【０１１４】
このように、マルチエレメントアンテナを用いた生体情報モニタ装置１では、呼吸動の影響を抑制しつつ、心臓の拍動を検出するという効果を得ることができる。
【０１１５】
以上説明してきた各実施形態の生体情報モニタ装置１によれば、被検体に負担をかけることなく、被検体の心拍や呼吸などの生体情報を、高い信頼性で安定に検出できる。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１  生体情報モニタ装置
１０  アンテナ、送信アンテナ
１１  受信アンテナ
２０  生体情報モニタ装置本体（本体）
３０、３０ａ  ＲＦ信号発生器
４０  送信回路、第１送信回路
４０ａ  第２送信回路
４３  方向性結合器
５０  結合量検出回路
５３  検波回路
６０  変位検出回路
７０  ダイバーシティ判定回路
１００  磁気共鳴イメージング装置
２００  局所コイル
３３０  ＲＦ送信器
５１０  天板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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