JP2013153783A - Heartbeat detector and heartbeat detection method - Google Patents

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孝彦 岸
Junichi Takada
潤一 高田
Satoru Suzuki
哲 鈴木
Tomoyoshi Yasue
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heartbeat detector capable of reliably detecting a measurement object person's heartbeat in a noncontact and unrestrained state.SOLUTION: A heartbeat detector includes: a radio transmission means for transmitting a radio frequency signal to a measurement object person's predetermined region; a radio reception means for receiving the radio frequency signal transmitted through the measurement object person's body; a detection means for detecting the received radio frequency signal by a phase or amplitude; and a heartbeat detecting means for detecting the measurement object person's heartbeat from the detected signal. Preferably, the predetermined region is the chest.

Description

本発明は、心拍検知装置および心拍検知方法に関する。   The present invention relates to a heartbeat detection device and a heartbeat detection method.

従来から、生体の心拍を検知することによって、対象となる人の状態、特に覚醒状態を検出する技術が考案されている。当該技術は、医療分野だけでなく、日常生活における健康状態のモニタリングや居眠り運転の防止など、様々な分野での使用が模索されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique has been devised that detects the state of a target person, particularly an arousal state, by detecting a heartbeat of a living body. The technology is not only used in the medical field, but is being sought for use in various fields such as monitoring health conditions in daily life and preventing drowsy driving.

生体の心拍を外部から検知する方法の一つに、生体表面に接触するセンサを用いる方法がある。例えば、電極を人間の皮膚に接触させ、心電を取得することで心拍を検知することができる。特許文献１には、心拍を検知することにより車両運転者の眠気を判定する発明が開示されている。当該発明では、車両のステアリングに配置された電極を握ることによって、心筋の収縮時に発生するパルス状の電圧、すなわち心電位を検出し、運転者の心拍を計測している。   One method for detecting the heartbeat of a living body from the outside is a method using a sensor that contacts the surface of the living body. For example, a heartbeat can be detected by bringing an electrode into contact with human skin and acquiring an electrocardiogram. Patent Document 1 discloses an invention for determining sleepiness of a vehicle driver by detecting a heartbeat. In the present invention, a pulsed voltage generated when the myocardium contracts, that is, a cardiac potential, is detected by grasping an electrode disposed on the steering of the vehicle, and the heart rate of the driver is measured.

また、圧電センサ等を対象部位に密着させ、心拍に由来する生体表面の変位を検出する方法もある。この方法を用いる場合、振動による誤検出を防止するため、対象の部位にセンサを装着し、動かないように固定することが望ましい。   There is also a method of detecting a displacement of a living body surface derived from a heartbeat by bringing a piezoelectric sensor or the like into close contact with a target site. When using this method, in order to prevent erroneous detection due to vibration, it is desirable to attach a sensor to the target site and fix it so as not to move.

このように、生体表面に接触させるタイプのセンサを用いて心拍を検出しようとした場合、センサと生体表面との接触を維持しなければ心拍を正確に検出できないという問題があった。また、センサの種類によっては、接触を維持するために測定部位を固定しなければならず、測定対象者を拘束するという問題があった。   As described above, when trying to detect a heartbeat using a sensor that is in contact with the surface of a living body, there is a problem that the heartbeat cannot be detected accurately unless the contact between the sensor and the surface of the living body is maintained. In addition, depending on the type of sensor, there is a problem that the measurement site must be fixed in order to maintain contact, and the person to be measured is restrained.

この問題を解決するため、接触型のセンサ以外を用いて心拍を検出する技術が研究されている。非特許文献１には、車両用心拍検知装置に関する技術が記載されており、装置が有している一対の電極のうち片方を接触型電極、片方を非接触型電極とすることで、運転者が片手を離していても心拍を検出できるという特徴を持っている。   In order to solve this problem, a technique for detecting a heartbeat using a sensor other than a contact sensor has been studied. Non-Patent Document 1 describes a technique related to a vehicle heartbeat detection device. One of a pair of electrodes included in the device is a contact-type electrode, and the other is a non-contact-type electrode. Has a feature that heartbeat can be detected even if one hand is released.

また、電波を用いて心拍を検出する試みも行われている。特許文献２には、心拍周波数検出装置に関する発明が記載されており、測定対象者の所定の部位にマイクロ波を照射し、反射波を受信して検波することによって、測定対象者の呼吸信号成分と心拍信号成分を取得する技術が開示されている。   Attempts have also been made to detect heartbeats using radio waves. Patent Document 2 describes an invention relating to a heartbeat frequency detection device, which irradiates a predetermined part of a measurement subject with microwaves, receives a reflected wave, and detects the respiratory signal component of the measurement subject. And a technique for acquiring a heartbeat signal component.

特許文献２に記載の発明によると、マイクロ波を測定対象者の体表に照射して、その反射波を心拍の検出に利用するため、非拘束で心拍の検出ができるという利点がある。特許文献２に記載の発明では、周波数１０ＧＨｚのマイクロ波を測定対象者に照射し、その反射波から、脈拍については０．８Ｈｚ以上の信号を、呼吸については０．８Ｈｚ以下の信号をフィルタリングによって抽出する。この信号をフーリエ変換等の手段で周波数解析することで、呼吸および心拍数を取得することができる。   According to the invention described in Patent Document 2, since the microwave is irradiated on the body surface of the measurement subject and the reflected wave is used for detecting the heartbeat, there is an advantage that the heartbeat can be detected without restriction. In the invention described in Patent Document 2, a measurement subject is irradiated with a microwave having a frequency of 10 GHz, and a signal of 0.8 Hz or more is applied to the pulse and a signal of 0.8 Hz or less is filtered from the reflected wave. Extract. By performing frequency analysis of this signal using means such as Fourier transform, respiration and heart rate can be acquired.

また、マイクロ波を用いた他の技術としては、非特許文献２に示したように、生体内にマイクロ波を透過させることで、内部の画像を非侵襲で取得する技術が提案されており、実用化の研究が進められている。   In addition, as another technique using a microwave, as shown in Non-Patent Document 2, a technique for non-invasively acquiring an internal image by transmitting a microwave into a living body has been proposed, Research into practical application is ongoing.

特開２００８−１６１６６４号公報JP 2008-161664 A 特開２００９−０５５９９７号公報JP 2009-055997 A

冨森秀樹，“自動車運転中の心拍周期計測の信号処理に関する研究”，東京大学新領域創成科学研究科修士論文，Mar.2009Hideki Kashimori, “Study on signal processing for heart rate measurement while driving a car”, Master's thesis, Graduate School of Frontier Sciences, University of Tokyo, Mar. 2009 佐藤武志，“マイクロ波ＣＴ開発のための基礎研究” ，大分大学工学部，技術部報告書，pp51-55 ，Sep.2008Takeshi Sato, “Basic Research for Microwave CT Development”, Oita University, Faculty of Engineering, Technical Report, pp51-55, Sep.2008

特許文献１について述べた通り、心拍に由来する生体表面の変位をセンサによって検知しようとした場合、対象部位にセンサが接触していなければならず、また、場合によっては接触状態を維持するための拘束が必要であるという問題がある。   As described in Patent Document 1, when detecting the displacement of the living body surface derived from the heartbeat by the sensor, the sensor must be in contact with the target site, and in some cases, to maintain the contact state There is a problem that restraint is necessary.

これに対し、非特許文献１に記載の技術では、一対の電極のうち片方に非接触型電極を用いることで、心電の無検出状態を避けている。しかし、非接触型電極を用いた場合、測定対象者の体動や電荷の移動によって測定信号のベースラインが変動してしまうという問題がある。また、片方の電極は接触状態の維持が必要であるため、完全な非拘束状態を実現することができない。   On the other hand, in the technique described in Non-Patent Document 1, an electrocardiogram non-detection state is avoided by using a non-contact electrode for one of the pair of electrodes. However, when a non-contact type electrode is used, there is a problem that the baseline of the measurement signal fluctuates due to the body movement of the measurement subject or the movement of electric charge. Moreover, since one electrode needs to maintain a contact state, a complete unconstrained state cannot be realized.

特許文献２に記載の発明は、電波を用いるため非拘束で心拍を検出することができる。しかし、高周波を生体の表面にて反射させることによって体表の変位を検出する場合、測定誤差が発生しやすいという別の問題がある。高周波を用い、体表の変位を取得することで血管の動きを検知しようとした場合、１００μｍ程度の微細な変位を検出しなければならない。しかし、外部から測定対象者にマイクロ波を照射する場合、心拍による体表変位よりも大きな体動や、振動などの外部要因による体表の変位があると、ノイズとして観測結果に現れ、心拍による体表の変位を正確に検出できなくなる。測定対象者が動かない状態、たとえば寝台に横たわっている等の場合であればこのような影響は少ないが、測定対象者が活動中である場合、常に体が動いているため、このような問題が発生しやすくなる。   Since the invention described in Patent Document 2 uses radio waves, the heartbeat can be detected without restriction. However, when detecting the displacement of the body surface by reflecting the high frequency on the surface of the living body, there is another problem that a measurement error tends to occur. When trying to detect the movement of a blood vessel by acquiring the displacement of the body surface using high frequency, it is necessary to detect a minute displacement of about 100 μm. However, when the measurement subject is irradiated with microwaves from the outside, if there is body movement larger than the body surface displacement due to heartbeat or displacement of the body surface due to external factors such as vibration, it will appear in the observation result as noise, The displacement of the body surface cannot be detected accurately. If the measurement subject does not move, such as lying on a couch, this effect is small, but when the measurement subject is active, the body is always moving, so this problem Is likely to occur.

また、マイクロ波の透過を用いて生体内の情報を画像として取得する技術は考案されているが、心拍などの生体に特有な動きを検出するために簡易で安価に実現する技術については、これまで考案されていなかった。   In addition, a technique for acquiring in-vivo information as an image using transmission of microwaves has been devised. However, for a technique that is simple and inexpensive to detect a movement specific to a living body such as a heartbeat, It was not devised until.

本発明は上記の問題点を考慮してなされたものであり、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する。   The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and an object thereof is to provide a heartbeat detection device that can reliably detect the heartbeat of a measurement subject without contact and without restraint.

上記目的を達成するために、本発明に係る心拍検知装置では、以下の手段により測定対象者の心拍を測定する。   In order to achieve the above object, in the heartbeat detecting device according to the present invention, the heartbeat of the measurement subject is measured by the following means.

本発明に係る心拍検知装置は、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、を有することを特徴とする。   A heartbeat detection device according to the present invention includes a wireless transmission unit that transmits a radio frequency signal to a predetermined part of a measurement subject, a wireless reception unit that receives the radio frequency signal transmitted through the body of the measurement subject, It has a detection means for detecting the received radio frequency signal by phase or amplitude, and a heartbeat detection means for detecting the heartbeat of the measurement subject from the detected signal.

すなわち、無線周波信号を測定対象者の体内に送信し、透過した信号を受信、検波する
ことによって、体内器官の変位に由来する変動を検出する。この変位が心拍由来の変位であるとき、従来技術にて検出していた心拍と体表の変位と体動などのノイズに由来する変位とに比較して、心拍由来の変位が大きくなる。したがって、体表面の変位を計測する場合と比較して、ノイズによる影響が相対的に小さくなるため、心拍をより確実に検知することができる。 That is, by transmitting a radio frequency signal into the measurement subject's body, and receiving and detecting the transmitted signal, fluctuations resulting from the displacement of the internal organs are detected. When this displacement is a heartbeat-derived displacement, the heartbeat-derived displacement is larger than the heartbeat, the displacement of the body surface, and the displacement derived from noise such as body movement, which have been detected in the prior art. Therefore, compared to the case of measuring the displacement of the body surface, the influence of noise is relatively small, so that the heartbeat can be detected more reliably.

また、前記所定部位は、胸部であることが好ましい。血管などによる変位も検出可能であるが、血管よりも大きな変位を持つ心臓を対象とする方がより確実に心拍を検知できる。   The predetermined site is preferably the chest. Displacement due to blood vessels and the like can also be detected, but heartbeats can be detected more reliably by targeting a heart having a larger displacement than blood vessels.

本発明によれば、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ができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heartbeat detection apparatus which can detect the heartbeat of a measurement subject reliably without contact and non-restraint can be provided.

実施形態に係る心拍検知装置の機能構成図である。It is a functional lineblock diagram of a heart rate detection device concerning an embodiment. 送受信アンテナの配置形態を表す図である。It is a figure showing the arrangement | positioning form of a transmission / reception antenna. 実施形態に係る心拍検知方法を説明する図である。It is a figure explaining the heart rate detection method concerning an embodiment. 受信波を検波およびサンプリングした後の信号例を表す図である。It is a figure showing the example of a signal after detecting and sampling a received wave. 実施形態に係る心拍検知装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of the heart rate detection apparatus which concerns on embodiment. 取得した無線周波信号を検波した結果のエンベロープ図である。It is an envelope figure of the result of having detected the acquired radio frequency signal. 取得した無線周波信号を周波数変換した結果のスペクトル図である。It is a spectrum figure of the result of having frequency-converted the acquired radio frequency signal.

実施形態に係る心拍検知装置のシステム概要について説明する。本実施形態に係る心拍検知装置は、測定対象者の心拍をマイクロ波によって検知する心拍検知装置である。本装置は、人間以外の動物などの被検体についても適用可能であり、対象が体内で動く器官であれば心拍以外の検出も可能であるが、本実施形態においては測定対象を人間の心拍として説明する。   A system outline of the heartbeat detection device according to the embodiment will be described. The heartbeat detection device according to the present embodiment is a heartbeat detection device that detects a heartbeat of a measurement target person using a microwave. This apparatus can be applied to a subject such as an animal other than a human, and can detect other than the heartbeat if the target is an organ that moves in the body. In this embodiment, the measurement target is a human heartbeat. explain.

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る心拍検知装置の機能構成を示した図である。
送信部１２は、本発明における無線送信手段であり、高周波、好ましくは連続するマイクロ波を測定対象者に対して送信するための送信装置である。マイクロ波は、測定対象者の体内を透過して受信することができれば、どのような周波数帯が用いられてもよい。本発明に係る心拍検知装置は、例えばサブギガ帯を含む１ＧＨｚ前後の周波数を用いることで比較的容易に実現することができる。周波数が高くなると体内を透過する無線周波信号の減衰が大きくなるため、測定対象者の体動の影響を受けやすくなるといった問題が発生する。また、周波数が低いとアンテナが大きくなることで装置の実現に制約が生じたり体表での回り込みが発生しうるが、無線装置が簡略化できコストを抑えることができる。このように、求められる装置構成の条件などに応じて適宜周波数を選択することができる。なお、電波利用についての法規制がある場合は、利用可能である周波数のうち、最も好適な周波数を選択すればよい。送信出力は、受信側にて十分な電力が検出できる程度でよい。本実施形態では数ｍ〜数十ｍＷを想定する。送信部１２は、図示しないマイクロ波発振器によって生成された高周波信号をアンテナ１３へ供給する。 (System configuration)
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of the heartbeat detecting device according to the present embodiment.
The transmission unit 12 is a wireless transmission unit in the present invention, and is a transmission device for transmitting a high frequency, preferably a continuous microwave, to a measurement subject. Any frequency band may be used as long as the microwave can be received through the body of the measurement subject. The heartbeat detection device according to the present invention can be realized relatively easily by using a frequency around 1 GHz including, for example, a sub-giga band. As the frequency increases, the attenuation of the radio frequency signal transmitted through the body increases, which causes a problem that the measurement subject is easily influenced by the body movement. Further, when the frequency is low, the antenna becomes large, which may restrict the realization of the device or cause wraparound on the body surface. However, the wireless device can be simplified and the cost can be reduced. As described above, the frequency can be appropriately selected according to the required conditions of the apparatus configuration. If there are laws and regulations regarding the use of radio waves, the most suitable frequency may be selected from the available frequencies. The transmission output may be such that sufficient power can be detected on the receiving side. In this embodiment, several m to several tens mW are assumed. The transmitter 12 supplies a high-frequency signal generated by a microwave oscillator (not shown) to the antenna 13.

送信アンテナ１３は、送信部１２によって送信されたマイクロ波を測定対象者の体内に照射するための手段であり、受信アンテナ１４は、送信アンテナ１３から放射されたマイクロ波を受信するための手段である。両アンテナは、図２に示したように、測定対象者の心臓をマイクロ波が透過するような位置に設置され、信号を取得するのに最適な間隔で保
持される。たとえば、本発明に係る心拍検知装置を自動車に適用した場合、座席の両脇にアンテナを配置してもよいし、シートベルト上の、運転者の胸に位置する場所に送信アンテナ１３を内蔵し、運転席の背もたれに受信アンテナ１４を内蔵してもよい。偏波については水平偏波、垂直偏波のどちらを使用してもよい。 The transmission antenna 13 is a means for irradiating the body of the measurement subject with the microwave transmitted by the transmission unit 12, and the reception antenna 14 is a means for receiving the microwave radiated from the transmission antenna 13. is there. As shown in FIG. 2, both antennas are installed at a position where microwaves pass through the measurement subject's heart, and are held at an optimal interval for acquiring signals. For example, when the heartbeat detection device according to the present invention is applied to an automobile, antennas may be arranged on both sides of the seat, or the transmission antenna 13 is built in a place on the seat belt located on the chest of the driver. The reception antenna 14 may be built in the backrest of the driver's seat. For polarization, either horizontal polarization or vertical polarization may be used.

ここで、図３を参照しながら生体を通過したマイクロ波の変化について説明する。マイクロ波をはじめとする無線周波信号を生体の内部に照射すると、生体内の誘電率の差がある器官の境界面で反射や回析が発生する。受信アンテナで取得される信号は、器官を回り込んで反対側に到達する回折波と、器官の内部を透過した透過波であると考えられる。図３（ａ）は、心臓の拡張期においてマイクロ波が体内を通過する模様を表した図であり、図３（ｂ）は、心臓の収縮期においてマイクロ波が体内を通過する模様を表した図である。心臓を含む体内の器官は、それぞれ異なる誘電率と電波吸収率を持っているため、器官の大きさが変化することにより、観測される無線周波信号の位相や振幅に変化が生じる。   Here, the change of the microwave that has passed through the living body will be described with reference to FIG. When a living body is irradiated with a radio frequency signal such as a microwave, reflection and diffraction occur at the interface of an organ having a difference in dielectric constant in the living body. The signal acquired by the receiving antenna is considered to be a diffracted wave that goes around the organ and reaches the opposite side, and a transmitted wave that has passed through the inside of the organ. FIG. 3A is a diagram illustrating a pattern in which microwaves pass through the body during the diastole of the heart, and FIG. 3B illustrates a pattern in which microwaves pass through the body during the systole of the heart. FIG. Since internal organs including the heart have different dielectric constants and radio wave absorption rates, changes in the size of the organs cause changes in the phase and amplitude of the observed radio frequency signal.

例えば、図３の例でマイクロ波３１を体内に送波した場合は、心臓が拡張期である場合の受信波３２と、収縮期である場合の受信波３３との間に振幅の変化を観測することができる。誘電率が高い箇所では、誘電率が低い箇所と比較して信号の減衰率が大きくなる。心臓は、周辺の器官と比較して誘電率が高いため、収縮期と比較すると、拡張期においてより大きく信号が減衰、すなわち受信波の振幅が小さくなる。このように、マイクロ波が透過する経路上に器官があり、体内での動きの変動がある場合、マイクロ波の伝搬特性が体内器官の変位で変動する。検波した結果の変動の信号の大きさは、器官の変位の大きさに比例するため、当該器官を透過したマイクロ波を受信し、振幅によって検波することで、心拍を確実に検知することができる。   For example, when the microwave 31 is transmitted into the body in the example of FIG. 3, the change in amplitude is observed between the received wave 32 when the heart is in the diastole and the received wave 33 when the heart is in the systole. can do. In a portion where the dielectric constant is high, the attenuation factor of the signal is larger than in a portion where the dielectric constant is low. Since the heart has a higher dielectric constant than the surrounding organs, the signal is attenuated more in the diastole, that is, the amplitude of the received wave is smaller than in the systole. As described above, when there is an organ on a path through which microwaves pass and there is a change in movement in the body, the propagation characteristics of the microwave change due to the displacement of the body organ. Since the magnitude of the fluctuation signal as a result of detection is proportional to the magnitude of the displacement of the organ, it is possible to reliably detect the heartbeat by receiving the microwave transmitted through the organ and detecting it according to the amplitude. .

同様に、図３の例では、誘電率が異なる器官をマイクロ波が透過することで、マイクロ波の伝搬経路長が変化するため、受信波３２と受信波３３との間で伝搬時間の変化による位相の変化が発生する。よって、前記検波は位相によって行うこともできる。   Similarly, in the example of FIG. 3, the propagation path length of the microwave changes due to the transmission of the microwave through the organs having different dielectric constants. Therefore, the propagation time varies between the reception wave 32 and the reception wave 33. A phase change occurs. Therefore, the detection can also be performed by phase.

また、肺のように呼吸に伴う容積変化により平均誘電率が変化する組織においては、伝搬する器官の誘電率変化に伴って、マイクロ波の減衰量と伝搬時間とが共に変化するため、位相の変化が発生する。よって、この場合も、検波は位相によって行うことができる。   Also, in tissues where the average dielectric constant changes due to volume changes due to breathing, such as the lung, both the attenuation and propagation time of the microwave change as the dielectric constant of the propagating organ changes. Change occurs. Therefore, also in this case, detection can be performed by phase.

図１に戻り、システム構成の説明を続ける。受信部１５は、本発明における無線受信手段である。受信部１５は、アンテナ１４によって送信されたマイクロ波を受信した信号を、検波部１６が必要とする信号へ変換する手段である。   Returning to FIG. 1, the description of the system configuration will be continued. The receiving unit 15 is a wireless receiving unit in the present invention. The receiving unit 15 is means for converting a signal received by the microwave transmitted from the antenna 14 into a signal required by the detecting unit 16.

検波部１６は、受信部１５によって受信したマイクロ波の検波を行う手段である。検波部１６は、包絡線検波（振幅検波）もしくは位相検波によってマイクロ波の復調を行う。   The detector 16 is means for detecting the microwave received by the receiver 15. The detection unit 16 demodulates the microwave by envelope detection (amplitude detection) or phase detection.

サンプリング部１７は、検波信号を既定の周波数によってサンプリングし、デジタル信号列に変換する手段である。サンプリング間隔は、たとえば１０ミリ秒とすることができる。   The sampling unit 17 is a means for sampling the detection signal at a predetermined frequency and converting it into a digital signal sequence. The sampling interval can be 10 milliseconds, for example.

制御部１１は、送信部１２に対してマイクロ波の出力を指示したのち、サンプリング部１７から受信したデジタル信号列を解析し、心拍を検出するための手段である。詳細な動作については後述する。   The control unit 11 is a means for detecting a heartbeat by instructing the transmission unit 12 to output a microwave and then analyzing the digital signal sequence received from the sampling unit 17. Detailed operation will be described later.

（処理フロー）
次に、制御部１１の処理フローチャートである図５を参照しながら装置の動作を説明する。制御部１１は、装置の動作が開始されると、送信部１２に対してマイクロ波の出力を
指示する（Ｓ１１）。本実施形態に係る心拍検知装置を自動車に対して適用した場合、エンジン始動と同時に装置が動作を開始し、エンジン停止によって動作を終了してもよい。 (Processing flow)
Next, the operation of the apparatus will be described with reference to FIG. When the operation of the apparatus is started, the control unit 11 instructs the transmission unit 12 to output a microwave (S11). When the heartbeat detection device according to the present embodiment is applied to an automobile, the device may start operating simultaneously with the engine start, and may end when the engine stops.

続いて、受信部１５が、測定対象者の体内を透過したマイクロ波を受信する（Ｓ１２）。受信された信号は増幅され、中間周波数に変換されたのち、検波部１６によって検波が行われる（Ｓ１３）。検波の方法については、前述した通り、位相検波であってもよいし、包絡線検波（振幅検波）であってもよい。本実施形態においては、位相による検波を行う例を挙げる。   Subsequently, the receiving unit 15 receives the microwave transmitted through the body of the measurement subject (S12). The received signal is amplified, converted to an intermediate frequency, and then detected by the detector 16 (S13). As described above, the detection method may be phase detection or envelope detection (amplitude detection). In the present embodiment, an example of performing detection by phase is given.

続いて、検波信号をサンプリングする処理を実施する（Ｓ１４）。サンプリング処理は、サンプリング部１７が有するＡ／Ｄ変換器によって行ってもよいし、ソフトウェアにて処理を行ってもよい。ステップＳ１４を実行することにより、時間と位相のずれで心臓および血管の動きを表したデータを得ることができる。図４は、サンプリング処理をした後の心拍信号波形の例を示している。   Then, the process which samples a detection signal is implemented (S14). The sampling process may be performed by an A / D converter included in the sampling unit 17 or may be performed by software. By executing step S14, data representing the motion of the heart and blood vessels can be obtained with a time and phase shift. FIG. 4 shows an example of a heartbeat signal waveform after the sampling process.

ステップＳ１４によるサンプリング処理が終了すると、制御部１１は、サンプリング部１７から取得した心拍データの信号列を用いて心拍の検出を行う（Ｓ１５）。心拍の検出は、取得した心拍データのピークを検出することによって行うことができる。本ステップが、本発明を適用することができる心拍検知装置における心拍検知手段である。   When the sampling process in step S14 ends, the control unit 11 detects the heartbeat using the signal sequence of the heartbeat data acquired from the sampling unit 17 (S15). The heartbeat can be detected by detecting the peak of the acquired heartbeat data. This step is a heartbeat detecting means in the heartbeat detecting device to which the present invention can be applied.

次に、本実施形態に係る心拍検知装置を用いて測定を行った結果を説明する。図６は、マイクロ波による心拍検知の仕組みを検証するため、周波数９５０ＭＨｚのマイクロ波を用い、測定対象者の前部から背部への透過特性を計測した結果の一例を表した図である。なお、比較対象として、送信アンテナおよび受信アンテナを測定対象者の前部に配置し、身体前部でマイクロ波を反射させた場合、および、送信アンテナおよび受信アンテナを測定対象者の後部に配置し、身体後部でマイクロ波を反射させた場合のそれぞれについての計測結果も示した。   Next, the results of measurement using the heartbeat detection device according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram showing an example of a result of measuring transmission characteristics from the front part to the back part of the measurement subject using microwaves having a frequency of 950 MHz in order to verify the mechanism of heartbeat detection using microwaves. For comparison purposes, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged at the front of the measurement subject, and the microwave is reflected at the front of the body, and the transmission antenna and the receiving antenna are arranged at the rear of the measurement subject. Moreover, the measurement result about each when a microwave was reflected in the back part of the body was also shown.

計測は、測定対象者の前後から３つのパターンによってマイクロ波を照射し、測定することによって行った。図６のグラフのうち、グラフ３０１（実線）が、前方からマイクロ波を照射して後方で透過波を計測したパターン、グラフ３０２（点線）が、前方からマイクロ波を照射して前方で反射波を計測したパターン、グラフ３０３（破線）が、後方からマイクロ波を照射して後方で反射波を計測したパターンのそれぞれの結果を示している。   The measurement was performed by irradiating microwaves with three patterns from the front and rear of the measurement subject and measuring. In the graph of FIG. 6, a graph 301 (solid line) is a pattern in which a microwave is irradiated from the front and a transmitted wave is measured behind, and a graph 302 (dotted line) is a microwave that is irradiated from the front and reflected in the front. The graph 303 (broken line) shows the respective results of the pattern in which the microwave was irradiated from behind and the reflected wave was measured behind.

グラフ３０１〜３０３のピークを検出することにより、測定対象者の体内器官の動きを検出することができる。正面にて反射波を検出したグラフ３０２では、変位の周期が２秒前後であり、心拍よりも呼吸ないしは体動を大きく検出してしまっていることがうかがえる。また、背面にて反射波を検出したグラフ３０３では、大きな変位をとらえることができていない。これに対し、グラフ３０１では、適切な振幅と周期が得られていることがわかる。   By detecting the peaks of the graphs 301 to 303, the movement of the internal organs of the measurement subject can be detected. In the graph 302 in which the reflected wave is detected in the front, it can be seen that the displacement period is around 2 seconds, and that respiration or body movement has been detected larger than the heartbeat. Further, in the graph 303 in which the reflected wave is detected on the back surface, a large displacement cannot be captured. On the other hand, in the graph 301, it can be seen that appropriate amplitude and period are obtained.

図７は、ステップＳ１５にて得られた心拍（グラフ３０１）を、参考のために周波数スペクトルに置き換え、グラフ４０１によって表した図である。なお、測定すべき実際の心拍数は、測定対象者が装着したパルスオキシメータより取得し、図中の４０４にて表した。図７からわかるように、受信信号の周波数スペクトルには、心拍を表すピーク４０２と、呼吸を表すピーク４０３が現れており、心拍を表す信号が呼吸によって妨害されず、明瞭に現れていることがわかる。   FIG. 7 is a graph represented by a graph 401 in which the heartbeat (graph 301) obtained in step S15 is replaced with a frequency spectrum for reference. The actual heart rate to be measured was obtained from a pulse oximeter worn by the measurement subject and represented by 404 in the figure. As can be seen from FIG. 7, in the frequency spectrum of the received signal, a peak 402 representing the heartbeat and a peak 403 representing the respiration appear, and the signal representing the heartbeat appears clearly without being disturbed by the respiration. Recognize.

このように、測定対象者にマイクロ波を照射し、体内を透過させる本発明の測定方法では、測定対象者の体動の影響を受けにくいという利点を確認することができる。体表にて
マイクロ波を反射させた場合、測定対象者の体動や外的要因による体表の変位が、心拍に由来する体表の変位と同等もしくは大きいため、心拍信号との干渉を起こす原因となっていた。これに対し、マイクロ波を透過させる手法であれば、マイクロ波の伝送経路上にいる測定対象者に若干の体動があっても、体内器官の変位量と比較すると相対的に小さいため測定に影響を与えにくく、確実に心拍を検知できる。 As described above, in the measurement method of the present invention in which the measurement subject is irradiated with microwaves and transmitted through the body, an advantage that the measurement subject is hardly affected by the body movement of the measurement subject can be confirmed. When microwaves are reflected on the body surface, the displacement of the body surface due to the body movement of the measurement subject or external factors is equal to or greater than the displacement of the body surface derived from the heartbeat, causing interference with the heartbeat signal It was the cause. On the other hand, with a technique that transmits microwaves, even if there is some body movement in the measurement target on the microwave transmission path, it is relatively small compared to the amount of displacement of the internal organs. It is hard to affect and heartbeat can be detected reliably.

また、呼吸の高調波成分は、周波数が心拍の周波数と近接しており、従来技術による測定では心拍信号に対してレベルが相対的に大きかったため、心拍信号のレベルと同等ないしは心拍信号よりも大きくなり、呼吸の高調波成分による心拍信号への干渉が顕著であったが、測定対象者の体内にマイクロ波を透過させる本発明においては、体表での小さな変動に対して体内器官の比較的大きな変動を検出するようにしたことで、心拍信号への干渉を相対的に小さくすることができる。   In addition, since the harmonic component of respiration has a frequency close to that of the heartbeat, and the level measured by the conventional technology is relatively high with respect to the heartbeat signal, it is equal to or higher than the heartbeat signal level. However, in the present invention in which microwaves are transmitted through the body of the subject to be measured, relative to the small fluctuations in the body surface, By detecting large fluctuations, interference with the heartbeat signal can be made relatively small.

本発明によると、マイクロ波による生体測定技術の基本となる、マイクロ波の伝播特性変化の検出を応用することによって、生体内部の動きを確実に検出することができる。マイクロ波を用いる断層撮影装置が、生体内の組織に関する情報を非侵襲で取得できるという効果を有するのに対し、本発明は、体動をはじめとする雑音の影響を受けずに、単純な機器構成によって測定対象者の心拍を非侵襲で検出することができるという新しい効果を奏する。さらに、マイクロ波を用いる断層撮影装置のアンテナが生体に接することを必要とするのに対して、本発明ではアンテナを生体から離して設置することができる。   According to the present invention, the movement inside the living body can be reliably detected by applying the detection of the propagation characteristic change of the microwave, which is the basis of the living body measurement technique using the microwave. Whereas a tomography apparatus using a microwave has an effect that information on tissue in a living body can be acquired non-invasively, the present invention is a simple device that is not affected by noise such as body movement. The configuration has a new effect that the heartbeat of the measurement subject can be detected non-invasively. Furthermore, the antenna of the tomography apparatus using microwaves needs to be in contact with the living body, whereas in the present invention, the antenna can be installed away from the living body.

上記の実施形態はあくまでも一例であって、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施しうる。たとえば、送信アンテナ１３および受信アンテナ１４は、それぞれの位置を逆にしてもよい。実施形態で行った例示は、マイクロ波の透過方向を限定するものではない。   The above embodiment is merely an example, and the present invention can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist thereof. For example, the positions of the transmitting antenna 13 and the receiving antenna 14 may be reversed. The illustration performed in the embodiment does not limit the microwave transmission direction.

また、本実施形態においては、測定対象者の心拍を検出したが、生体内器官の変動を検出するものであれば、他の用途にも適用することができる。例えば、肺に空気を吸い込むことによって、肺の内部の誘電率が変化するため、測定対象者の肺の動きを検出することによって、呼吸を検出することが期待できる。呼吸を検出する場合は、アンテナ１３および１４は、マイクロ波が肺を透過するような位置に配置することが望ましい。また、この場合、フィルタ等の適切な手段によって心拍の信号と呼吸の信号とを分離することが望ましい。   In the present embodiment, the heartbeat of the measurement subject is detected. However, the present invention can be applied to other uses as long as it can detect a change in an in vivo organ. For example, since the dielectric constant inside the lung changes when air is sucked into the lung, it can be expected to detect respiration by detecting the movement of the measurement subject's lung. When detecting respiration, it is desirable to arrange the antennas 13 and 14 at positions where the microwaves pass through the lungs. In this case, it is desirable to separate the heartbeat signal and the respiration signal by an appropriate means such as a filter.

また、本発明を適用することができる心拍検知装置は、前述した実施形態の機能を実現するために、中央演算処理装置（ＣＰＵ）および主記憶装置（ＲＡＭ）、補助記憶装置（記憶媒体）を有していてもよい。このように構成した場合、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが補助記憶装置に格納され、当該プログラムコードをＣＰＵが読み出して実行することにより、前述した実施形態の機能が実現される。   In addition, the heartbeat detection device to which the present invention can be applied includes a central processing unit (CPU), a main storage device (RAM), and an auxiliary storage device (storage medium) in order to realize the functions of the above-described embodiments. You may have. In such a configuration, the program code corresponding to the flowchart described above is stored in the auxiliary storage device, and the CPU reads and executes the program code, thereby realizing the functions of the above-described embodiments.

１１ 制御部
１２ 送信部
１３ 送信アンテナ
１４ 受信アンテナ
１５ 受信部
１６ 検波部
１７ サンプリング部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Control part 12 Transmission part 13 Transmission antenna 14 Reception antenna 15 Reception part 16 Detection part 17 Sampling part

Claims (3)

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検波もしくは振幅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、
を有することを特徴とする、心拍検知装置。 Wireless transmission means for transmitting a radio frequency signal to a predetermined part of the measurement subject;
Wireless receiving means for receiving the radio frequency signal transmitted through the body of the measurement subject;
Detecting means for phase detection or amplitude detection of the received radio frequency signal;
A heartbeat detecting means for detecting a heartbeat of the measurement subject from the detected signal;
A heartbeat detection device comprising: 前記所定部位は、胸部である
ことを特徴とする、請求項１に記載の心拍検知装置。 The heartbeat detection device according to claim 1, wherein the predetermined part is a chest. 測定対象者の所定の部位に無線周波信号を送信するステップと、
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ステップと、
前記受信した無線周波信号を位相検波もしくは振幅検波するステップと、
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ステップと、
を含むことを特徴とする、心拍検知方法。 Transmitting a radio frequency signal to a predetermined part of the measurement subject;
Receiving the radio frequency signal transmitted through the body of the measurement subject;
Phase detecting or amplitude detecting the received radio frequency signal;
Detecting a heartbeat of the measurement subject from the detected signal;
A method for detecting a heartbeat, comprising:
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