(57)【要約】【課題】製品コストを抑えることができると共に、Ｉ，Ｑのいずれか一方の信号を選択するアルゴリズム等を使用する煩雑さをなくし、安定的に心拍数や呼吸数を測定できるようにする。【解決手段】ドップラーセンサ１から出力されたＩ，Ｑ信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換後の信号を心拍測定の場合は心拍の周波数範囲を通すＢＰＦからなる第１のフィルタ５ａ，５ｂ（呼吸測定の場合は呼吸の周波数範囲を通過帯域とするＬＰＦ又はＢＰＦ）を通し、このＩ，Ｑ信号を心拍測定部６に入力し、例えばＩ信号を実部データ、Ｑ信号を虚部データとしてＦＦＴ変換演算を行うことで振幅を計算し、この振幅のピーク値の周波数から心拍数（呼吸測定部では呼吸数）を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差のある２つのＩ，Ｑ信号を出力するドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、
上記Ｉ，Ｑ信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
このＡ／Ｄ変換器の出力信号を入力し、心拍測定においては心拍の周波数範囲を通すバンドパスフィルタ、呼吸測定においては呼吸の周波数範囲を通すローパスフィルタ又はバンドパスフィルタからなる第１のフィルタと、
この第１のフィルタを通したＩ，Ｑ信号のいずれか一方を実部、他方を虚部とし、この実部及び虚部を用いたフーリエ変換演算を行うことにより振幅を求めるフーリエ変換演算部を含み、このフーリエ変換演算部からの出力振幅のピーク値の周波数から心拍数又は呼吸数を測定する測定部と、を設けたことを特徴とする心肺機能測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は心肺機能測定装置、特にマイクロ波を利用したドップラーセンサを用いて、心拍数、呼吸数を測定する心肺機能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５乃至図７に、従来のマイクロ波ドップラーセンサを使って心肺機能を測定する装置の各例が示されており、図５において、符号の１はドップラーセンサ、３はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、４はＡＤ（アナログ／デジタル）コンバータ、５は心拍の周波数範囲を通過帯域とするＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、２１はＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）演算部を有し心拍数を測定する心拍測定部、２２は虚部データとして０を設定するゼロ設定部である。
【０００３】
図５の装置では、ドップラーセンサ１の出力をＡＤ変換し、このＡＤ変換後の信号を、図３のような心拍の周波数範囲Ｈｒだけを通過させる周波数特性３１を持つＢＰＦ５に通し、その後、心拍測定部２１にてＦＦＴ演算（周波数変換）をすることにより、心拍数が測定される。即ち、心拍測定部２１では、ＢＰＦ５の出力を実部データとする一方、ゼロ設定部２２からの０出力を虚部データとしてＦＦＴ演算が実施され、この結果からパワー計算が行われ、そのピーク値から心拍数が求められる。
【０００４】
図６，図７は、Ｉ，Ｑ２つの出力信号を持つドップラーセンサを利用した心肺機能測定装置の例であり、図６において、ドップラーセンサ１から出力されたＩ，Ｑ信号のいずれかを選択するセレクタ２が設けられる。この例では、セレクタ２でＩ，Ｑのいずれかの信号が選択され、選択された信号に基づいて心拍数が測定される。
【０００５】
図７の例では、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれを処理する２系統の構成が配置されており、ＬＰＦ３ａ，３ｂ、ＡＤコンバータ４ａ，４ｂ、ＢＰＦ５ａ，５ｂ、心拍測定部２１ａ，２１ｂ、ゼロ設定部２２ａ，２２ｂが設けられ、最後に心拍測定部２１ａ，２１ｂのいずれかの出力を選択するセレクタ２が配置される。この例によれば、Ｉ，Ｑの両方の信号がＦＦＴ演算され、その２つの結果のいずれか一方の信号が心拍数として出力される。
なお、心肺機能測定装置では、呼吸数の測定も行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５７７６８１７号公報
【特許文献２】特許５４３２２５４号公報
【特許文献３】特許５３３３４２７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、図５のように、１（単一）出力のドップラーセンサ１を使った測定では、このセンサの出力信号が不安定になることがあり、Ｉ，Ｑの２つの信号を出力するドップラーセンサを使った図６のような構成の測定では、ＦＦＴ演算の前にＩ，Ｑのいずれかの安定した信号を選ぶためのアルゴリズムが必要となり、煩雑となっていた。図７のような構成では、Ｉ，Ｑのそれぞれの信号に対応して２つの測定部（ＦＦＴ演算部）２１ａ，２１ｂが必要となり、製品コストが２倍になると共に、２つのＦＦＴ演算の結果から、正しい値を導くアルゴリズムが必要となり、煩雑であるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｉ，Ｑ２つの出力信号を持つドップラーセンサを用いる場合でも、１回のＦＦＴ演算の処理とすることにより製品コストを抑えることができると共に、Ｉ，Ｑのいずれか一方の信号を選択するアルゴリズムや２つのＦＦＴ演算結果から正しい値を導くアルゴリズムを使用する煩雑さをなくし、安定的に心拍数や呼吸数を測定することが可能となる心肺機能測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、位相差のある２つのＩ，Ｑ信号を出力するドップラーセンサにより心肺機能を測定する心肺機能測定装置において、上記Ｉ，Ｑ信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力信号を入力し、心拍測定においては心拍の周波数範囲を通すバンドパスフィルタ、呼吸測定においては呼吸の周波数範囲を通すローパスフィルタ又はバンドパスフィルタからなる第１のフィルタと、この第１のフィルタを通したＩ，Ｑ信号のいずれか一方を実部、他方を虚部とし、この実部及び虚部を用いたフーリエ変換演算を行うことにより振幅を求めるフーリエ変換演算部を含み、このフーリエ変換演算部からの出力振幅のピーク値の周波数から心拍数又は呼吸数を測定する測定部と、を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、ドップラーセンサから位相の異なる（９０度位相差のある）Ｉ，Ｑ信号が出力されており、これらＩ，Ｑ信号がＡＤ変換され、心拍を測定する場合は、心拍の周波数範囲を通過帯域とするＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、呼吸を測定する場合は、呼吸の周波数範囲を通過帯域とするＬＰＦ（ローパスフィルタ）又はＢＰＦからなる第１のフィルタに通された後、Ｉ，Ｑ信号のいずれか一方を実部データ、他方を虚部データとして測定部に入力される。
この測定部では、実部、虚部を用いた複素関数に基づく高速フーリエ変換を行うことで、信号の振幅（パワー）が求められ、この振幅のピーク値の周波数から心拍数又は呼吸数が測定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構成によれば、Ｉ，Ｑ２つの出力信号を持つドップラーセンサを用いる場合でも、Ｉ，Ｑ信号の一方を実部、他方を虚部とする１回のＦＦＴ演算の処理で測定が行われるので、製品コストを抑えることができる。また、従来のように、Ｉ，Ｑのいずれか一方の信号を選択するアルゴリズムや２つのＦＦＴ演算結果から正しい値を導くアルゴリズムを使用する煩雑さもなく、安定的に心拍数や呼吸数を測定することが可能になるという効果がある。
更に、本発明は、非接触で心拍数、呼吸数を測定する装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施例の心肺機能測定装置において心拍数測定の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】実施例の心肺機能測定装置において呼吸数測定の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】実施例の心拍測定で用いられるＢＰＦのフィルタ特性を示すグラフ図である。
【図４】実施例の呼吸測定で用いられるＬＰＦとＢＰＦのフィルタ特性を示すグラフ図である。
【図５】従来の１出力ドップラーセンサを用いた心肺機能測定装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】従来のＩ，Ｑ出力のドップラーセンサを用いた心肺機能測定装置の１例を示す回路ブロック図である。
【図７】従来のＩ，Ｑ出力のドップラーセンサを用いた心肺機能測定装置の他の例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に、実施例の心肺機能測定装置で、心拍数を測定する場合の構成が示されており、この実施例において、符号の１はＩ，Ｑの２つの信号を出力するドップラーセンサ、３ａ，３ｂはアンチエイシングフィルタであるＬＰＦ（ローパスフィルタ）、４ａ，４ｂはＡＤ（アナログ／デジタル）コンバータ、５ａ，５ｂは心拍測定では心拍の周波数範囲を通すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）からなる第１のフィルタ、６は第１のフィルタ５ａのＩ信号出力を実部（実数部）データとし、第１のフィルタ５ｂのＱ信号出力を虚部（虚数部）データとして入力し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算を行うことにより心拍数を計数する測定部である。
図３には、上記第１のフィルタ５ａ，５ｂのＢＰＦの特性が示されており、このＢＰＦは、心拍の周波数範囲Ｈｒを通過帯域とするフィルタ特性３１を持つ。
【００１４】
以上の構成からなる心肺機能測定装置によれば、ドップラーセンサ１から出力されたＩ，Ｑ２つの信号は、それぞれのＬＰＦ（アンチエイリアシングフィルタ）３ａ，３ｂを通った後、ＡＤコンバータ４ａ，４ｂでＡＤ変換され、このＡＤ変換された信号は、心拍の周波数範囲Ｈｒを通過帯域とする第１のフィルタ（ＢＰＦ）５ａ，５ｂを通される。
そして、この第１のフィルタ５ａから出力されるＩ信号は、複素関数の実部データとして、第１のフィルタ５ｂから出力されるＱ信号は、複素関数の虚部データとして心拍測定部６へ入力される。この心拍測定部６では、ＦＦＴ演算を行うことで、信号の振幅（パワー）が計算され、そのピーク値の周波数から心拍数が求められる。
【００１５】
図２に、実施例の心肺機能測定装置で、呼吸数を測定する場合の構成が示されており、この例では、図１と同様に、ドップラーセンサ１、アンチエイシングフィルタであるＬＰＦ３ａ，３ｂ、ＡＤコンバータ４ａ，４ｂが設けられると共に、呼吸の周波数範囲を通すＬＰＦ又はＢＰＦからなる第１のフィルタ７ａ，７ｂと、この第１のフィルタ７ａのＩ信号出力を実部データとし、第１のフィルタ７ｂのＱ信号出力を虚部データとして入力し、ＦＦＴ演算を行うことにより呼吸数を計数する呼吸測定部８が設けられる。
図４には、上記第１のフィルタ７ａ，７ｂのＬＰＦ又はＢＰＦの特性が示されており、このＬＰＦは呼吸の周波数範囲Ｂｒまでを通過帯域とするフィルタ特性３２を持ち、上記ＢＰＦは呼吸の周波数範囲Ｂｒを通過帯域とするフィルタ特性３３を持つ。
【００１６】
以上の構成からなる心肺機能測定装置によれば、ＡＤコンバータ４ａ，４ｂから出力されたＩ，Ｑ信号は、呼吸の周波数範囲Ｂｒを通過帯域とする第１のフィルタ（ＬＰＦ／ＢＰＦ）７ａ，７ｂを通され、この第１のフィルタ７ａからのＩ信号が実部データとして、第１のフィルタ５ｂからのＱ信号が虚部データとして呼吸測定部８へ入力される。この呼吸測定部８では、ＦＦＴ演算（周波数変換）を行うことで、信号の振幅（パワー）が計算され、そのピーク値の周波数から呼吸数が求められる。
【００１７】
上記実施例では、Ｉ信号を実部データ、Ｑ信号を虚部データとしたが、その逆とし、Ｑ信号を実部データＩ、信号を虚部データとしてもよい。
また、心拍と呼吸を別々に測定する構成として説明したが、実際には、ドップラーセンサ１からＬＰＦ３ａ，３ｂ、ＡＤコンバータ４ａ，４ｂ等の共通の構成は、１系統でよいことになる。
【符号の説明】
【００１８】
１…ドップラーセンサ、      ２…セレクタ、
３，３ａ，３ｂ…ＬＰＦ（アンチエイリアシングフィルタ）、
４，４ａ，４ｂ…ＡＤコンバータ、
５，５ａ，５ｂ…心拍用第１のフィルタ（ＢＰＦ）、
６，２１，２１ａ，２１ｂ…心拍測定部、
７ａ，７ｂ…呼吸用第１のフィルタ（ＬＰＦ／ＢＰＦ）、
８…呼吸測定部。
【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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