(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象に対して送信される無線周波信号を生成するための無線周波信号生成部と、
前記無線周波信号生成部へ無線周波信号生成処理実行を指示する情報を与えるとともに、前記無線周波信号生成部が生成する無線周波信号の周波数を所定の範囲に渡り所定のパターンで変化させるための信号制御部と、
前記無線周波信号生成部が生成した無線周波信号を所定の変調方式によって変調するための変調部と、
変調された前記無線周波信号について、送信系統に存在する影響因子による影響を低減して送信させるための送信校正部と、
送信され前記計測対象を透過した透過波、及び送信され前記計測対象によって反射された反射波を受信し、前記透過波及び反射波について、受信系統に存在する影響因子による影響を低減するための受信校正部と、
前記受信校正部からの校正済み透過波信号及び反射波信号を、前記所定の変調方式に対応する方式で復調するための復調部と、
復調された前記透過波信号及び前記反射波信号から所定の周波数成分を抽出し透過波波形データまたは反射波波形データに変換する波形データ抽出部と、
前記透過波波形データと、前記反射波波形データとをコンピュータ読み出し可能に格納するための生体情報データ格納部と、
を備え、
前記計測対象を挟んで対向するように設けられている無線周波信号送受信部と無線周波信号透過波受信部とからなる組を複数備え、
前記無線周波信号送受信部は、前記無線周波信号生成部と、前記信号制御部と、前記変調部と、前記送信校正部と、前記反射波を処理するための前記受信校正部と、前記復調部とを備え、
前記無線周波信号透過波受信部は、前記透過波を処理するための前記受信校正部と、前記復調部とを備えている、
生体情報計測システム。
【請求項２】
前記無線周波信号の周波数帯域が３０〜３００ＧＨｚである、請求項１に記載の生体情報計測システム。
【請求項３】
前記無線周波信号送受信部と前記無線周波信号透過波受信部とからなる複数の組がそれぞれ有する前記信号制御部に対して、前記無線周波信号送受信処理の実行を所定の順序で送信する送信制御部を備えている、請求項１に記載の生体情報計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報計測システム、生体情報計測装置、及び生体情報計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体各部の疾病、障害を早期に発見することを目的として、Ｘ線等の電磁波を利用して生体内部の画像を取得するシステムが種々開発され使用されている。例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置を用いると、生体の任意の断面画像を取得したり、多数の断面画像を組合せて生体内の三次元画像を生成したりすることが可能である。また、核磁気共鳴（ＭＲＩ）現象を利用して生体内の水素原子核スピンの変化の状況から様々な生体情報を取得するＭＲＩ装置も広く利用されるようになっている。ＭＲＩ装置では、Ｘ線ＣＴ装置と比較して、生体を構成する組織の種類によるコントラストがより高い鮮明な画像を得ることができる特徴がある。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ装置にしてもＭＲＩ装置にしても、Ｘ線の放射源、強磁場の生成のため大容量の電源装置が必要であり、可搬性は期待することができない。また鮮明な画像を得るために計測対象となる生体を装置に対して適宜な治具で固定する必要がある。さらにいずれの装置によっても、連続的に生体内の情報を動画像として得ることは容易ではない。ＭＲＩ装置の場合、シネＭＲＩ（cine MRI）により心臓の動画像を撮影することが可能であるが、いずれにしても計測対象の生体を装置に対して拘束することが必要となる。このような生体情報計測に関する要求条件は、馬、牛等の大型動物について画像診断を実施しようとした場合、特に問題となる。
【０００４】
この点、例えば特許文献１は、「撮影時間を短縮化することで、動きを止めにくい動物などの被検体に対しても検査を行うことができ」るＣＴ装置を得ることを課題として、「透過線を面状に撮影する撮影部」を設ける構成を提案している。しかし、特許文献１の構成によっても、Ｘ線や電磁波の遮蔽等の特殊な設備を要する装置が必要であり、また計測対象の動物を短時間であっても拘束する必要が有ることには変わりなく、厩舎などで手軽に使用できるものではないし、まして牛馬等の大型動物に対しては、たとえばＣＴ装置の場合には、大型のＣＴ装置が必要であり、コストの面から専用の大型ＣＴ装置を用意することは事実上不可能である。
【０００５】
一方、特許文献２では、「非接触かつ非拘束で測定対象者の心拍を確実に検知することができる心拍検知装置を提供することを目的」として、「測定対象者の所定の部位に無線周波信号を送信する無線送信手段と、前記測定対象者の体内を透過した前記無線周波信号を受信する無線受信手段と、前記受信した無線周波信号を位相もしくは振幅によって検波する検波手段と、前記検波された信号から、前記測定対象者の心拍を検出する心拍検知手段と、を有する」構成を提案している。特許文献２の構成によれば、計測対象に対して非接触、非拘束の状態で心拍を検出することができるので、対象が動物であっても簡易に計測することができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１６１０１７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５３７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示されている構成は、体内を透過した無線周波信号のみを用いて測定しているため、心拍といった単純な生体情報の取得には有効であっても、より詳細な生体内の情報を取得することは困難であった。さらに、特許文献２では心拍計測のための特定の波長の信号を使用しているため、多様な生体情報を取得することができないという問題もあった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、非接触状態での計測により生体内の詳細な情報を取得することを可能とする生体情報計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、
計測対象に対して送信される無線周波信号を生成するための無線周波信号生成部と、
前記無線周波信号生成部が生成する無線周波信号の周波数を所定の範囲に渡り所定のパターンで変化させるための信号制御部と、
前記無線周波信号生成部が生成した無線周波信号を所定の変調方式によって変調するための変調部と、
変調された前記無線周波信号について、送信系統に存在する影響因子による影響を低減して送信させるための送信校正部と、
送信され前記計測対象を透過した透過波、又は送信され前記計測対象によって反射された反射波を受信し、前記透過波または反射波について、受信系統に存在する影響因子による影響を低減するための受信校正部と、
前記受信校正部からの校正済み透過波信号または反射波信号を、前記所定の変調方式に対応する方式で復調するための復調部と、
復調された前記透過波信号または前記反射波信号から所定の周波数成分を抽出し透過波波形データまたは反射波波形データに変換する波形データ抽出部と、
前記透過波波形データと、前記反射波波形データとをコンピュータ読み出し可能に格納するための生体情報データ格納部と、
を備えている生体情報計測システム
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非接触状態での計測により生体内の詳細な情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による生体情報計測システム１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、生体情報計測システム１が備える生体情報計測装置１０の構成例を示す図である。
【図３】図３は、生体情報計測システム１が備える生体情報計測装置１０の模式平面図の例を示す図である。
【図４】図４は、生体情報計測システム１が備える生体情報計測装置１０の送受信ユニット１００及び透過波受信ユニット２００の配置例を示す模式図である。
【図５】図５は、生体情報計測装置１０によるデータ処理フローの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、本発明の一実施形態に係る生体情報計測システム１の構成について説明する。図１に、生体情報計測システム１のシステム構成例を示している。生体情報計測システム１は、生体情報計測装置１０、通信端末２０、ストレージシステム３０、及び診断端末４０を備える。通信端末２０とストレージシステム３０とは適宜の通信ネットワーク５０により通信可能に接続されている。通信ネットワーク５０は、インターネット、専用線、ＬＡＮ（Local Area Network）等の適宜の通信回線を含む。
【００１３】
生体情報計測装置１０は、計測対象５００である人、動物等の生体に向けて無線周波信号を送信し、その生体からの反射波と生体を透過する透過波とを受信して生体情報データを取り出す装置である。通信端末２０は生体情報計測装置１０からの生体情報データを受信してこれを通信ネットワーク５０に送出する中継機能を提供する。通信端末２０としてはスマートフォン、タブレット端末等の任意の通信デバイスを採用することができ、生体情報計測装置１０との間を近距離無線通信（ＮＦＣ）等の適宜の通信回線により接続してデータの送受信を行うことができる。なお、通信端末２０を別体として設けることなく生体情報計測装置１０に通信ネットワーク５０との通信機能を組み込んでもよい。
【００１４】
ストレージシステム３０は生体情報計測装置１０から通信ネットワーク５０を通じて転送されてくる生体情報データを格納する記憶デバイスである。図１では便宜的に通信ネットワーク５０と別個の構成として示しているが、通信ネットワーク５０内に多数のストレージを分散配置してなる、いわゆるクラウドストレージの形態をとることができる。ストレージを構成する記憶媒体としては、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、半導体ドライブ（ＳＳＤ）等を適宜採用することができる。
【００１５】
診断端末４０は通信機能を備えた一般的なコンピュータであり、通信ネットワーク５０を介してストレージシステム３０と通信可能に接続されている。診断端末４０は、例えば病院、大学、各種研究機関等に設置され、ストレージシステム３０に格納されている生体情報データを読み出して画像として表示する機能を有する。
【００１６】
なお、図１では生体情報計測装置１０を１台のみ図示しているが、これに制約されることなく各地の病院、診療所、動物病院、厩舎、牧場などに多数が配備されて通信ネットワーク５０に接続される。
【００１７】
次に、生体情報計測システム１に用いられる生体情報計測装置１０について説明する。図２に、本発明の一実施形態による生体情報計測装置１０の構成例を示している。図２は計測対象５００が馬の脚である例を示している。例えば屈腱炎等の競走馬の脚部の故障はその馬のレース生命を左右するため早期の発見が重要であるが、生体情報計測システム１はそのような用途に極めて適している。
【００１８】
生体情報計測装置１０は、送受信ユニット１００、透過波受信ユニット２００、及び制御ユニット３００を備える。送受信ユニット１００は、生体情報計測のために所定の無線周波信号を発生して送出し、その反射波を受信する機能を有する。透過波受信ユニット２００は、送受信ユニット１００から送出されて計測対象５００内部を透過した無線周波信号を受信する機能を有する。制御ユニット３００は、送受信ユニット１００からの無線周波信号の送信制御、送受信ユニット１００による反射波の受信制御、透過波受信ユニット２００による透過波の受信制御、反射波、透過波受信データのデジタル化処理等のデータ処理を実行する。なお、送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００とは、これらを一体的に含むユニットとして構成してもよい。
【００１９】
送受信ユニット１００は、信号発生器１１０、信号制御部１２０、変調部１３０、送信校正部１４０、送信アンテナ１５０、反射波受信アンテナ１６０、受信校正部１７０、復調部１８０、及び検波部１９０を備える。信号発生器１１０は、計測対象に向けて送信する送信波の基準となる標準無線周波信号を生成する機能を有し、具体的には発振器、波形整形回路等を有して構成される。信号制御部１２０は、信号発生器１１０に対して標準無線周波信号発生を指示するとともに、信号発生器１１０が発生する標準無線周波信号の周波数について、経時的に所定のパターンで連続的にあるいは不連続に変化させる機能を有する。変調部１３０は、信号発生器１１０からの標準無線周波信号を所定の変調方式で変調する機能を有する。変調方式は設計仕様上の要求に応じて適宜決定すればよい。送信校正部１４０は、変調後の無線周波信号に対して、送信系統に含まれるケーブル、コネクタ、フィクスチャー（電磁波を加えるためのアンテナ等）により生じる誤差を補正するための処理を実行するとともに、送信アンテナ１４０から計測対象５００に向けて送出する機能を有する。なお、信号発生器１１０が生成する標準無線周波信号としては、ミリ波帯の信号、周波数にして３０〜３００Ｇｈｚの無線周波信号が好適に用いられるが、この波長帯域に限定されることなくこの帯域外の信号としてもよい。また、標準無線周波信号の波形はパルス波、三角波等の適宜の波形とすることができる。送信アンテナ１５０からの送信出力は計測対象５００に応じて必要な受信電力、安全性を勘案して決定すればよいが、一例としては数ｍＷ〜数１０ｍＷ程度である。無線周波数の送信タイミング、及び信号制御部１２０による周波数変化パターンは、制御ユニット３００によって制御される。
【００２０】
計測対象５００によって反射された反射波は、受信アンテナ１６０によって受信される。受信校正部１７０は、受信アンテナ１６０によって受信された計測対象５００からの反射波を受け取って、受信系統に含まれるケーブル、コネクタ、フィクスチャー（電磁波を加えるためのアンテナ等）により生じる誤差を補正するための処理を実行するとともに増幅処理等を行い復調部１８０へ転送する。復調部１８０は、受信した反射は信号を変調方式に対応する方式で復調処理して制御ユニット３００へ送出する。
【００２１】
一方、透過波受信ユニット２００は、受信校正部２１０、復調部２２０、及び透過波受信アンテナ２３０を備える。受信校正部２１０は、受信アンテナ２４０によって受信された計測対象５００内部を通過した透過波を受け取って、受信系統に含まれるケーブル、コネクタ、フィクスチャー（電磁波を加えるためのアンテナ等）により生じる誤差を補正するための処理を実行するとともに増幅処理等を行い復調部２２０へ転送する。復調部２２０は、受信した透過波信号を変調方式に対応する方式で復調処理して制御ユニット３００へ送出する。透過波は、通過してきた生体内の誘電率の分布に応じた情報を含んでいるため、例えば馬の脚の場合であれば、筋肉組織の炎症、腱の断裂などの異常を画像として可視化することができる。送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００のペアは、計測対象５００、あるいは計測対象５００について取得すべき生体情報の性質（臓器の状態、筋、骨の状態、部位等）に応じて設置数を調整することができ、また幾何学的な配置も適宜調整することが可能である。
【００２２】
制御ユニット３００はサンプリング部３１０と制御部３２０とを備えている。サンプリング部３１０は送受信ユニット１００の復調部１８０、透過波受信ユニット２００の復調部２２０からそれぞれ受信する復調済反射波信号及び透過波信号を所定のサンプリング周波数によりデジタル信号に変換する処理を行う。サンプリング部３１０によりデジタル化された信号は、下記の制御部３２０により生体情報データとして通信端末２０へ送出される。
【００２３】
制御部３２０は、前記のように送受信ユニット１００及び透過波受信ユニット２００における無線周波信号の送受信処理を制御するとともに、サンプリング部３１０が生成した生体情報データを通信端末２０へ送信する処理等を実行する。制御部３２０は、一般的なＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを備えたコンピュータとして構成することができ、その場合、前記したデータ処理はメモリに記憶されるプログラムを実行することにより実現される。
【００２４】
図２に、計測対象５００に対する送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００の配置状況を模式的に示している。図２の例では、送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００のペアが計測対象５００である馬の脚を挟んで向き合うように設けられるとともに、馬の脚に沿ってユニット１からユニット６４まで６４段階設けられている。また図３に示す平面図では、送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００のペアは、計測対象５００を取り囲むように４組設けられている。したがって、本実施形態では総計４×６４＝２５６組の送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００のペアが略円筒状に設けられていることとなる。制御ユニット３００の制御部３２０は、これらの各ユニットペアについて無線周波信号の送受信を切り替えながら計測処理を実行することになるので、１回のスキャンで４スライスの生体情報データが軸方向に６４ステップにわたり取得できることになる。また、各ユニットペアについて無線周波信号の送受信処理はごく短時間で行われるので、計測対象５００を長時間拘束する必要はない。図４には、略円筒状に配置された図３の送受信ユニット１００及び透過波受信ユニット２００を周方向に展開して模式的に示している。図４に示すように、送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００とは、周方向８×軸方向６４のマトリクス状に配置され、例えば制御ユニット３００の制御部３２０は、左上隅の送受信ユニット１００（１，１）から中央下部の（４，６４）まで順に送受信処理を反復することにより、４スライス６４ステップの生体情報データを取得することができる。なお、このような送受信処理は、無線周波信号の周波数を適宜のパターンにより可変させて複数回繰り返すことにより異なる特性の生体情報データを短時間で収集することが可能である。また、各送受信処理において、無線周波信号の周波数を所定のパターンで連続的に変化させて生体情報データを収集してもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の生体情報計測装置１０によるデータ収集処理について説明する。図５に、生体情報計測装置１０によるデータ収集処理フロー例を示している。図５のデータ収集処理は、制御部３２０により実行される。まず、制御部３２０は、外部からの計測開始指令に基づいて処理を開始し（Ｓ６００）、生体情報計測装置１０に設けられている送受信ユニット１００と透過波受信ユニット２００のペアを一つ選択して送受信ユニット１００から無線周波信号を送信させる（Ｓ６１０）。具体的には、制御部３２０が選択された送受信ユニット１００の信号制御部１２０に送信命令を送信し、それを受信した信号制御部１２０が信号発生器１１０に送信命令に基づく周波数あるいは周波数変化パターンに従った標準無線周波信号を発生する。信号発生器１１０が発生した標準無線周波信号は、変調部１３０によって所定の変調方式で変調処理がされた後、さらに送信校正部１４０による校正処理を経て送信アンテナ１５０から送信される。
【００２６】
次いで制御部３２０は、当該送受信ユニット１００の反射波受信アンテナ１６０により反射波を受信させ、受信校正部１７０による校正処理、復調部１８０による復調処理を実行させるとともに（Ｓ６２０，Ｓ６２２）、ペアを形成している透過波受信ユニット２００の透過波受信アンテナ２３０により透過波を受信させて、受信校正部２１０による校正処理、復調部２２０による復調処理を実行させる（Ｓ６３０，Ｓ６３２）。
【００２７】
次に、制御部３２０は、サンプリング部３１０に受信した反射波信号と透過波信号とをサンプリング処理させてデジタル化し、生体情報データとする（Ｓ６４０）。ここで、制御部３２０は、設置されているすべてのペアについてデータ収集処理を実行したか判定し（Ｓ６５０）、実行したと判定した場合（Ｓ６５０，Ｙｅｓ）、取得した生体情報データを通信端末へ送信して処理を終了する（Ｓ６７０，Ｓ６９０）。Ｓ６５０で全ペアについて処理が完了していないと判定した場合（Ｓ６５０，Ｎｏ）、制御部３２０は未処理ユニットの中から１のペアを選択してＳ６１０の無線周波信号送信ステップに戻る（Ｓ６８０）。
【００２８】
以上のデータ収集処理によって取得された生体情報データは、通信端末２０から通信ネットワーク５０を経由してストレージシステム３０に格納される。本実施形態の場合、図２に関して前記したように、１回の計測によって、計測対象５００について、４スライス×６４ステップ＝２５６個の生体情報データが、特定の周波数について、あるいは特定の周波数範囲について得られることになる。各生体情報データのセットには、収集した生体情報計測装置１０の識別ＩＤ、収集日時を組合せておくことで、診断端末４０から特定して呼び出すことができる。生体情報計測装置１０にＧＰＳ（Global Positioning System）信号受信機能を設けておけば、データ収集地点の情報を付加しておくことも可能である。
【００２９】
以上説明した生体情報計測装置１０のデータ収集処理によれば、計測対象５００に関する生体情報を短時間で大量に収集して蓄積しておくことが可能である。蓄積した生体情報は診断端末４０から呼び出して画像として表示させることができるので、計測対象５００の体内の状況などを簡便かつ迅速に診断することが可能である。
【００３０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば，上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  生体情報計測システム
１０  生体情報計測装置
２０  通信端末
３０  ストレージシステム
４０  診断端末
５０  通信ネットワーク
１００  送受信ユニット
１１０  信号発生器
１２０  信号制御部
１３０  変調部
１４０  送信校正部
１５０  送信アンテナ
１６０，２３０  受信アンテナ
１７０  受信校正部
１８０，２２０  復調部
３００  制御ユニット
３１０  サンプリング部
３２０  制御部
【図２】
0005950364.tif 000002
【図３】
0005950364.tif 000003
【図４】
0005950364.tif 000004
【図５】
0005950364.tif 000005
【図１】
0005950364.tif 000006