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公開番号2025003350
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2024091707
出願日2024-06-05
発明の名称生体情報検出装置、および、生体情報検出方法
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類A61B 5/0245 20060101AFI20241226BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】被測定者の生体情報を高精度に検出可能な生体情報検出装置を提供する。
【解決手段】周波数推定部21は、人の一般的な心拍数に基づいて、生体信号取得部10が取得した信号から被測定者の心拍間隔の周波数を推定する。高調波特定部22は、周波数推定部21が推定した周波数を整数倍した高調波を特定する。フィルタ構築部23は、高調波特定部22が特定した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を生体信号取得部10が取得した信号から除去する周波数フィルタを構築する。特徴値抽出部24は、周波数フィルタを通過した信号から被測定者の心拍に対応する特徴値を抽出する。生体情報算出部25は、特徴値抽出部24が抽出した特徴値から得られる心拍間隔の変動に基づいて被測定者の生体情報を算出する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
被測定者（３）の生体情報を検出する生体情報検出装置において、
前記被測定者の心臓（４）の動きに関する信号を取得する生体信号取得部（１０）と、
前記生体信号取得部が取得した信号を処理する信号処理部（２０）と、を備え、
前記信号処理部は、
人の一般的な心拍数に基づいて、前記生体信号取得部が取得した信号から前記被測定者の心拍間隔の周波数を推定する周波数推定部（２１）と、
前記周波数推定部が推定した周波数を整数倍した高調波を特定する高調波特定部（２２）と、
前記高調波特定部が特定した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を前記生体信号取得部が取得した信号から除去する周波数フィルタを構築するフィルタ構築部（２３）と、
前記周波数フィルタを通過した信号から前記被測定者の心拍に対応する特徴値を抽出する特徴値抽出部（２４）と、
前記特徴値抽出部が抽出した特徴値から得られる心拍間隔の変動に基づいて前記被測定者の生体情報を算出する生体情報算出部（２５）と、を機能部として有する、生体情報検出装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記生体信号取得部は、
前記被測定者に向けて所定の周波数の電波を照射する送信アンテナ（１２）と、
前記送信アンテナに対し電波を生成するための電気信号を出力する送信機（１１）と、
前記送信アンテナから照射されて前記被測定者の身体を透過した電波を受信する受信アンテナ（１３）と、
前記受信アンテナが受信した電波の受信レベルに応じた信号を出力する受信機（１４）と、を有する、請求項１に記載の生体情報検出装置。
【請求項３】
前記生体情報算出部が算出する生体情報は、心拍変動の周波数特性の強度に関する値である、請求項１または２に記載の生体情報検出装置。
【請求項４】
前記心拍変動の周波数特性の強度に関する値は、０．０９５Ｈｚを含む所定の周波数帯域における強度に関する値と、０．２７５Ｈｚを含む所定の周波数帯域における強度に関する値を有している、請求項３に記載の生体情報検出装置。
【請求項５】
前記高調波特定部が特定する高調波は、前記周波数推定部が推定した周波数を２倍したものである、請求項１または２に記載の生体情報検出装置。
【請求項６】
前記特徴値抽出部は、前記周波数フィルタを通過した信号を時間波形に変換し、その時間波形において時間経過に伴い繰り返し現れる複数の特徴値の中から、前記高調波特定部が高調波を特定する際に用いた整数から１を減算した個数の特徴値を間に挟んで現れる特徴値を前記被測定者の心拍に対応する特徴値として特定する、請求項１または２に記載の生体情報検出装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記周波数フィルタを通過した信号を変換した時間波形において、時間経過に伴い繰り返し現れる複数の特徴値の中から前記被測定者の心拍に対応する特徴値を特定する際、前記送信アンテナまたは前記受信アンテナの位置に応じて選択する特徴値を変える特徴値選択部（２６）をさらに機能部として有している、請求項２に記載の生体情報検出装置。
【請求項８】
生体信号取得部が取得した被測定者の心臓の動きに関する信号から前記被測定者の生体情報を検出する生体情報検出方法において、
人の一般的な心拍数に基づいて、前記生体信号取得部が取得した信号から前記被測定者の心拍間隔の周波数を推定すること（Ｓ１０）と、
推定した周波数を整数倍した高調波を特定すること（Ｓ１０）と、
特定した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を前記生体信号取得部が取得した信号から除去する周波数フィルタを構築すること（Ｓ２０）と、
前記周波数フィルタを通過した信号から前記被測定者の心拍に対応する特徴値を抽出すること（Ｓ３０）と、
抽出した特徴値から得られる心拍間隔の変動に基づいて前記被測定者の生体情報を算出すること（Ｓ４０）を含む、生体情報検出方法。
【請求項９】
前記特徴値抽出部は、前記周波数フィルタを通過した信号を時間波形に変換し、その時間波形において時間経過に伴い繰り返し現れる高電力側のピーク値および低電力側のピーク値を特徴値として抽出する、請求項１または２に記載の生体情報検出装置。
【請求項１０】
前記信号処理部は、前記特徴値抽出部が抽出する前記高電力側のピーク値および前記低電力側のピーク値のどちらが前記被測定者の心拍に正しく対応するものであるかを判定する高低ピーク判定部（２８）をさらに機能部として有している、請求項９に記載の生体情報検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、被測定者を非拘束でモニタするセンサを用いて被測定者の生体情報を検出する生体情報検出装置、および、生体情報検出方法に関するものである。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、車両を運転するドライバの高齢化に伴い、ドライバの突発の体調異常で運転制御不能に陥った車両により引き起される重大事故が増加している。これを防ぐため、今後、走行時にドライバの心拍を常時モニタするセンサが車両に搭載されることが予測される。心拍情報は体調異常のみではなく、自律神経系の働きが分かり、ドライバのストレスも検知することが可能である。それらを利用しドライバの車両乗車中のストレスをモニタし、ストレス度に応じてエアコンの風量を変える、シートのマッサージ機能を動作させるなどリラックスを促すアクチュエーションをさせ、ドライバに対し快適な車内環境を提供することが可能となる。被測定者となるドライバのストレス度の算出には、心拍間隔の変動（以下、「心拍変動」という）に関する指標として、例えば低周波成分（以下、「ＬＦ」という）と高周波成分（以下「ＨＦ」という）の算出が必要となる。なお、ＬＦはLow Frequencyの略であり、例えば、心拍変動の周波数特性における０．０４～０．１５Ｈｚの強度積分値である。ＬＦは、交感神経および副交感神経の活動を反映する。一方、ＨＦはHi Frequencyの略であり、例えば、心拍変動の周波数特性における０．１５～０．４０Ｈｚの強度積分値である。ＨＦは、副交感神経の活動を反映する。ＬＦとＨＦの算出を時々刻々行い、そのＬＦ、ＨＦを比較し、その時間的な変動からドライバの体調異常およびストレス度を推定することが可能である。
【０００３】
一般に、心拍検出には腕時計型のウェアラブル式が主流であるが、被測定者がドライバの場合、「運転の妨げにならない」、「常時計測が必要」といった制約から非拘束式の心拍計測が求められる。非拘束式の手法としてはミリ波またはマイクロ波のような高周波の電波を人体に照射し、心拍による体表面の微小な変化を捉えるものがある。また、低周波の電波を人体に照射し体内を透過した電波で心臓の動きを捉え、心拍を算出するものがある。しかし、非拘束心拍センサを車両に搭載し、被測定者としてのドライバの心拍を測定する場合、走行時の車両振動下では体の動きがノイズとなるため、各手法で取得される生波形、即ち受信波形そのままでは心拍の判別が困難である。
【０００４】
特許文献１に記載の心拍検知装置は、被測定者の身体にマイクロ波を照射し、体表面で反射した反射波を受信し、その受信波形を信号処理することで被測定者の心拍特性を検出するものである。具体的に、特許文献１に記載の心拍検知装置は、受信波にローパスフィルタをかけて呼吸信号を取り出した後、その呼吸信号の高調波成分を算出する。一方で受信波にハイパスフィルタをかけて心拍信号を含む信号を取り出し、その信号から呼吸信号の高調波成分を取り除き、心拍信号を検出するものである。また、特許文献１では、受信波から、振動や音楽などに起因するノイズを取り除く手法についても検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５４５４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本開示の発明者らの検討により、特許文献１に記載の心拍検知装置のように心拍が存在する周期以外の信号はノイズと考えてノイズ除去フィルタを構築し、車両振動下での心拍精度を確保する技術は、次のような問題があることが分かった。
すなわち、特許文献１のようなノイズ除去フィルタを通過させた信号から算出した心拍変動の時系列データに基づいてＬＦおよびＨＦを算出すると、心電計を用いて計測したリファレンスに対し、ＬＦは略一致したものとなるが、ＨＦは傾向が合わないことが分かった。その原因は、ＬＦおよびＨＦの算出元となる心拍変動の時系列データにおいて、ＬＦに相当する１０ｓｅｃ程度（具体的には、０．０４～０．１５Ｈｚ）の変動は捉えられるが、ＨＦに相当する３ｓｅｃ程度（具体的には、０．１５～０．４０Ｈｚ）の変動が捉えられないことにある。したがって、非拘束式の心拍計測で取得した受信信号から心拍変動を算出する際に３ｓｅｃ程度（具体的には、０．０４～０．１５Ｈｚ）の細かな変動に対しても追従可能な精度を確保する技術が求められる。
【０００７】
本開示は上記点に鑑みて、被測定者の生体情報を高精度に検出可能な生体情報検出装置、および、生体情報検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の１つの観点によると、被測定者（３）の生体情報を検出する生体情報検出装置は、
被測定者の心臓（４）の動きに関する信号を取得する生体信号取得部（１０）と、
生体信号取得部が取得した信号を処理する信号処理部（２０）と、を備え、
信号処理部は、
人の一般的な心拍数に基づいて、生体信号取得部が取得した信号から被測定者の心拍間隔の周波数を推定する周波数推定部（２１）と、
周波数推定部が推定した周波数を整数倍した高調波を特定する高調波特定部（２２）と、
高調波特定部が特定した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を生体信号取得部が取得した信号から除去する周波数フィルタを構築するフィルタ構築部（２３）と、
周波数フィルタを通過した信号から被測定者の心拍に対応する特徴値を抽出する特徴値抽出部（２４）と、
特徴値抽出部が抽出した特徴値から得られる心拍間隔の変動に基づいて被測定者の生体情報を算出する生体情報算出部（２５）と、を機能部として有する。
【０００９】
これによれば、生体信号取得部が取得する信号には、心臓の動きに関連する信号と、その信号を取得するときの車両振動などの環境に起因するノイズが含まれる。心臓の動きに関連する信号には、心房の動きに関する信号と心室の動きに関する信号などが含まれる。一方、人の一般的な心拍数は、心室の動きに関する信号をいう。したがって、生体信号取得部が取得する信号において、心房の動きに関する信号と心室の動きに関する信号を含んだ周波数は、心拍の周波数の整数倍である。そこで、信号処理部は、人の一般的な心拍数に基づいて推定された被測定者の心拍間隔の周波数を整数倍した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を、生体信号取得部が取得した信号から除去する。これにより、生体信号取得部が取得した信号から、被測定者の心房の動きに関する信号と心室の動きに関する信号を残したままノイズを除去できる。したがって、生体情報検出装置は、周波数フィルタを通過した信号から、心室の動きに関する信号のみを被測定者の心拍変動として抽出することで、心拍変動を高精度に検出でき、その心拍変動から被測定者の生体情報を高精度に算出できる。
【００１０】
本開示の別の観点によると、生体情報検出方法は、生体信号取得部が取得した被測定者の心臓の動きに関する信号から被測定者の生体情報を検出するものであり、
人の一般的な心拍数に基づいて、生体信号取得部が取得した信号から被測定者の心拍間隔の周波数を推定すること（Ｓ１０）と、
推定した周波数を整数倍した高調波を特定すること（Ｓ１０）と、
特定した高調波を含む所定の周波数帯域を残しそれ以外の周波数成分を生体信号取得部が取得した信号から除去する周波数フィルタを構築すること（Ｓ２０）と、
周波数フィルタを通過した信号から被測定者の心拍に対応する特徴値を抽出すること（Ｓ３０）と、
抽出した特徴値から得られる心拍間隔の変動に基づいて被測定者の生体情報を算出すること（Ｓ４０）を含んでいる。
（【００１１】以降は省略されています）

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