非接触ミリ波バイタルセンサーの小型・高感度化技術を開発 パナソニックと京大が、複数人の心拍間隔のリアルタイム同時計測の実証に成功

• 2017/09/26
• Motor Fan illustrated編集部

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京都大学のCenter of Innovation(COI)とパナソニック株式会社は共同で、離れたところから高精度に心拍数と心拍間隔を計測できる生体情報センシングセンサーの小型化、高感度化に成功した。

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京大のCOIとパナソニックが共同で研究開発したこの装置については、以下のプレスリリースに詳しいが、自動運転時代のドライバーモニタリングのひとつの手段としても有効だろう。この生体情報センシングセンサーと近赤外線のドライバーモニタリングカメラを使えば、ドライバーの状態（覚醒状態、疲労状態など）をかなり正確に把握できるはずだ。

（以下プレスリリースより）


今回開発した「非接触ミリ波バイタルセンサー」は、2016年1月20日に発表したものに比べ1/10（昨年発表の60 GHzプロトタイプとの体積比）に小型化した。また、複数の人物を同時に計測する場合、互いに離れる必要がある距離を7.5cm程度と従来比1/8まで縮めることができた。その結果、本センサーではこれまで不可能だった複数の人物の心拍間隔を同時に計測することも可能になった。

本センサーは、高感度なスペクトラム拡散ミリ波レーダー技術と、特徴点ベースの心拍推定アルゴリズムによって、心電計相当の精度で心拍間隔をリアルタイムに計測できる。小型化、高感度化により、天井や機器などにセンサーを埋め込み、利用者が測定時にストレスを感じない、カジュアルな生体情報センシングを可能にする。具体的には、日常の健康管理や母子・高齢者の見守りなどのシステムの進化と普及に貢献できる。

1. 背景

近年、生活習慣病の予防や日々の健康増進のために、さまざまな生体情報を常時モニターし、管理したいという要望が高まり、小型で高感度なセンサーをネットワーク経由でクラウド情報管理する多様なセンサーシステムが提案されている。
しかし、従来のセンサーは身体に接触・装着する必要があり、測定時にストレスを感じさせないカジュアルな生体情報センシングが強く求められていた。例えば、保育園や介護施設等では、プライバシーに配慮しつつ、子供や高齢者にストレスを感じさせずに見守るセンサーシステムへの期待が高まっている。
こうした背景の下、京都大学とパナソニックは、高感度なスペクトラム拡散レーダーをセンサーとして用い、独自の信号処理技術を組み合わせることによって、心電計と同程度の高感度な心拍および心拍間隔の測定に取り組んできた。

2. 研究手法・成果

呼吸や心臓の鼓動による人体表面のわずかな動きを、パナソニックのスペクトラム拡散ミリ波レーダー技術によって高感度に捉え、京都大学が有する独自のアルゴリズムによって、レーダー信号から、呼吸信号、心拍信号を分離し、平均心拍数だけでなく心拍間隔までリアルタイムで推定できる。
昨年1月に、この技術を搭載した60 GHz帯のプロトタイプ機を用いて原理検証を行なった。今回、さらに広帯域な79 GHz帯を利用し、ミリ波レーダーをCMOS半導体技術5により1チップ化することで、測定感度の向上と、レーダーシステムの大幅な小型化（従来比1/10）を同時に実現した。79 GHz帯の広帯域レーダーを用いることで、従来は約60 cm間隔で信号を捉えていたのが7.5 cm幅（従来比1/8）と細かく分解することが可能になった。その結果、1台のレーダーでノイズが少なく複数人の心拍間隔を同時計測できるようになった。

3. 波及効果

ミリ波レーダーの電波は衣服等を透過するため、着衣時や就寝時にかかわらず、呼吸や心拍、心拍間隔を常時モニターできる。生理学分野の研究では心拍間隔の変動と自律神経機能の関係が以前から示されており、本技術を利用することで、日常生活や仕事の作業を妨げることなく、人々の自律神経の状態を推定することが可能になった。この結果、家庭やオフィスにおいて、人々を自然な状態でストレス測定することが可能になり、測定データを用いたさまざまな新しい応用サービス・システムの展開が期待される。
また、1チップ化により、レーダーセンサーの大幅な小型化が可能となり、天井や壁等への埋め込み、あるいは、エアコンや照明器具等の電気器具への組み込みも可能になった。さらに、量産時の大幅な低コスト化も可能になる。

4. 今後の予定

今回の小型プロトタイプ機を用い、2018年度に保育施設などで予定されている実証実験を経て、さまざまなアプリケーションの検討を進めていく。さらに、複数のレーダーを用いた家まるごと、施設まるごとのトータルシステムの研究・実証を進め、本技術の社会実装を加速し、誰もが安心して暮らすことができる社会の実現を目指す。

なお、本研究成果は、国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）の研究成果展開事業「センター・オブ・イノベーション（COI）プログラム」の支援を受け、「活力ある生涯のためのLast 5Xイノベーション拠点」の事業・研究プロジェクトによるものである。

＜今回の成果＞