JP5527277B2 - Signal processing apparatus, signal processing method, and biological information measuring apparatus - Google Patents

Signal processing apparatus, signal processing method, and biological information measuring apparatus Download PDF

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Description

本発明は、時系列信号からノイズ成分を除去する信号処理装置、信号処理方法および生体情報測定装置に関する。   The present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a biological information measurement device that remove noise components from a time-series signal.

従来、ノイズ成分が重畳した時系列データからノイズ成分を除去する信号処理に関する技術が、様々な信号処理装置に応用されてきた。特に時系列データが生体情報に関する情報を含んでいる場合には、上記の信号処理装置は、生体情報測定装置と呼ばれている。生体情報測定装置は、生体組織から生体情報を非侵襲で検出する装置であり、具体的には光電脈波計と呼ばれる生体の脈波波形および脈拍数を測定する測定装置や、パルスオキシメータと呼ばれる動脈血中酸素飽和濃度を測定する測定装置等である。これらの測定装置の原理は、生体組織を透過または反射した光を受光することによって得られる、生体組織の脈動による変動分に対応した信号成分に基づいて、血中における吸光物質の濃度等の生体情報を求めるものである。   Conventionally, techniques relating to signal processing for removing noise components from time-series data on which noise components are superimposed have been applied to various signal processing apparatuses. In particular, when the time-series data includes information related to biological information, the above signal processing device is called a biological information measuring device. The biological information measuring device is a device that non-invasively detects biological information from biological tissue, specifically, a measuring device called a pulse wave meter and a pulse oximeter that measures the pulse waveform and pulse rate of a living body called a photoelectric pulse wave meter. It is a measuring device or the like that measures the arterial blood oxygen saturation concentration. The principle of these measuring devices is that a living body such as the concentration of a light-absorbing substance in blood is obtained based on a signal component obtained by receiving light transmitted or reflected through a living tissue and corresponding to fluctuations due to pulsation of the living tissue. It seeks information.

一般に、生体組織を透過または反射した光を受光することによって得られる、生体情報の検出に必要なデータには様々なノイズ成分が重畳されている。ノイズ成分は、主に、生体情報測定装置を使用している際に、生体が体を動かす等の体動を行うことによるものである。ノイズ成分が信号成分に重畳すると生体情報の算出において誤差要因となるため、ノイズ成分を除去することが望まれている。   In general, various noise components are superimposed on data necessary for detection of biological information, which is obtained by receiving light transmitted or reflected through biological tissue. The noise component is mainly due to body movement such as movement of the body when the biological information measuring device is used. If the noise component is superimposed on the signal component, it causes an error in the calculation of biological information, and therefore it is desired to remove the noise component.

そこで、互いに波長の異なる複数の光を生体にそれぞれ照射した場合に、生体組織を透過または反射した光の強度における直流交流比に基づいて、生体情報を算出する技術が提案されてきた。   In view of this, a technique has been proposed for calculating biological information based on a direct-current alternating current ratio in the intensity of light transmitted or reflected through a living tissue when a living body is irradiated with a plurality of lights having different wavelengths.

国際公開第2010/073908号明細書International Publication No. 2010/073908 Specification

ここで、信号成分にノイズ成分が重畳している場合には、各波長についての直流交流比は、信号成分とノイズ成分とで表される。   Here, when the noise component is superimposed on the signal component, the DC / AC ratio for each wavelength is represented by the signal component and the noise component.

このように表されたノイズ成分を除去する技術として、例えば、信号成分とノイズ成分との相互相関を用いた技術が提案されている。ある技術では、ノイズ成分の除去にあたって、各波長についての直流交流比が求められ、所定周波数以上にはノイズ成分が含まれるとともに全周波数領域にわたってノイズ成分の波長による比は一定であるという仮定の下に、ノイズ成分の波長による比が算出され、信号成分とノイズ成分との相互相関を用いることによってノイズ成分除去波形が算出されている。また、他の技術では、信号成分とノイズ成分との相関が小さいという条件の下に、信号成分のパワーが最大になるような信号成分の波長による比およびノイズ成分の波長による比を求めることによってノイズ成分が除去されている。また、他の技術では、測定されたデータに基づいて生成された周期性を有する信号成分を含むデータから、周期性を用いることによって信号成分を抽出し、データからノイズ成分を除去する技術が提案されている(特許文献1等参照)。   As a technique for removing the noise component represented in this way, for example, a technique using a cross-correlation between a signal component and a noise component has been proposed. In a certain technique, the DC component ratio for each wavelength is obtained when removing the noise component. Under the assumption that the noise component is included above a predetermined frequency and the ratio of the noise component to the wavelength is constant over the entire frequency range. Further, the ratio of the noise component depending on the wavelength is calculated, and the noise component removal waveform is calculated by using the cross-correlation between the signal component and the noise component. In another technique, on the condition that the correlation between the signal component and the noise component is small, the ratio by the wavelength of the signal component and the ratio by the wavelength of the noise component that maximize the power of the signal component are obtained. Noise component is removed. In another technique, a technique is proposed in which a signal component is extracted by using periodicity from data including a signal component having periodicity generated based on measured data, and a noise component is removed from the data. (See Patent Document 1 etc.).

このように、ノイズ成分を除去する技術として複数の技術が提案されているが、それぞれ一長一短があることから、技術のバリエーションが要望されている。   As described above, a plurality of techniques have been proposed as techniques for removing noise components. However, since each technique has advantages and disadvantages, variations in the technique are desired.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、ノイズ成分を除去する新たな技術を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a new technique for removing noise components.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。   As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below.

本発明の一態様に係る信号処理装置は、周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分とを含む第1時系列信号と、前記第1信号成分と所定の第1関係を有する第2信号成分、および、前記第1ノイズ成分と所定の第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2時系列信号とから、前記第1信号成分の周期と推定される時間である遅延時間分前記第1時系列信号を遅延させた第1遅延信号と、前記第2時系列信号を前記遅延時間分遅延させた第2遅延信号とを生成する信号生成部と、第1の所定時間範囲での前記第1時系列信号および前記第2時系列信号と、前記信号生成部で生成した前記第1遅延信号および前記第2遅延信号とを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記所定の第2関係を推定する推定部と
を備えることを特徴とする。
A signal processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a first time-series signal including a first signal component having periodicity and a first noise component, and a first relationship having a predetermined first relationship with the first signal component. A delay time that is a time estimated as a period of the first signal component from two signal components and a second time-series signal including a second noise component having a second relationship with the first noise component. A signal generator for generating a first delayed signal obtained by delaying the first time-series signal and a second delayed signal obtained by delaying the second time-series signal by the delay time; and a first predetermined time range. Using the first time-series signal and the second time-series signal and the first delay signal and the second delay signal generated by the signal generation unit, the predetermined time range in the first predetermined time range. And an estimation unit for estimating the second relationship.

そして、本発明の他の一態様に係る信号処理方法は、信号処理方法であって、周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分とを含む第1時系列信号と、前記第1信号成分と第1関係を有する第2信号成分、および、前記第1ノイズ成分と第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2時系列信号とから、前記第1信号成分の周期と推定される時間である遅延時間分前記第1時系列信号を遅延させた第1遅延信号と、前記第2時系列信号を前記遅延時間分遅延させた第2遅延信号とを生成する信号生成ステップと、第1の所定時間範囲での前記第1時系列信号および前記第2時系列信号と、前記信号生成部で生成した前記第1遅延信号および前記第2遅延信号とを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記第2関係を推定する推定ステップとを備えることを特徴とする。   A signal processing method according to another aspect of the present invention is a signal processing method, the first time-series signal including a first signal component having periodicity and a first noise component, and the first The period of the first signal component is estimated from the second signal component having the first relationship with the signal component and the second time-series signal including the second noise component having the second relationship with the first noise component. A signal generation step of generating a first delay signal obtained by delaying the first time series signal by a delay time that is a delay time and a second delay signal obtained by delaying the second time series signal by the delay time; Using the first time-series signal and the second time-series signal in a first predetermined time range, and the first delay signal and the second delay signal generated by the signal generation unit, An estimating step for estimating the second relationship in a predetermined time range; Characterized in that it comprises.

このような構成の信号処理装置では、遅延信号を用いて第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係を求めることができる。   In the signal processing apparatus having such a configuration, a predetermined second relationship between the first noise component and the second noise component can be obtained using the delay signal.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部は、第1時系列信号に含まれる第1信号成分と第1遅延信号に含まれる第1信号成分とが略等しいことを前提として、前記第1時系列信号自身の相関と、前記第1時系列信号と前記第1遅延信号との相関との第1差分と、前記第2時系列信号自身の相関と、前記第2時系列信号と前記第2遅延信号との相関との第2差分と、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とに基づく信号のそれ自身の相関と、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とに基づく信号と、前記第1遅延信号と前記第2遅延信号に基づく遅延信号との相関との第3差分とを用いて、前記所定の第2関係を推定することを特徴とする。   Further, in the above-described signal processing device, the estimation unit assumes that the first signal component included in the first time-series signal and the first signal component included in the first delay signal are substantially equal to each other. A correlation between the time-series signal itself, a first difference between the correlation between the first time-series signal and the first delayed signal, a correlation between the second time-series signal itself, the second time-series signal, and the first A second difference from the correlation with the two delayed signals, a correlation of the signal itself based on the first time series signal and the second time series signal, the first time series signal and the second time series signal And the third difference between the correlation between the first delay signal and the delay signal based on the second delay signal is used to estimate the predetermined second relationship.

従来技術では、ノイズ成分を除去するための演算処理量が比較的多いため、消費電力が大きくなってしまう。このことは、特に、携帯用の生体情報測定装置では、通常、電池で駆動されるため、消費電力の点で重大な問題となる。このような構成の信号処理装置では、第1信号成分はその周期分遅延させたとしても同じ波形を有すると想定されることから、時系列信号と遅延信号との差分を用いて前記所定の第2関係を求める演算式を、簡略化することができる。すなわち、演算処理量を低減することが可能となるので、必要とされるCPU性能を低く抑えることが可能となり、また、ノイズ成分除去の演算に伴う消費電力も抑制することが可能となる。具体的には、後述の式(23)、式(24)、式(25)、式(26)、式(27)の何れかで、第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係を求めることができる。なお、第1時系列信号の相関および第2時系列信号の相関とは、自乗平均をいう。   In the conventional technology, the amount of processing for removing the noise component is relatively large, and thus power consumption increases. This is a serious problem in terms of power consumption, especially in portable biological information measuring devices, which are usually driven by batteries. In the signal processing apparatus having such a configuration, since the first signal component is assumed to have the same waveform even if delayed by the period thereof, the difference between the time-series signal and the delayed signal is used. The arithmetic expression for obtaining the two relations can be simplified. That is, since the amount of calculation processing can be reduced, the required CPU performance can be kept low, and the power consumption associated with the calculation of noise component removal can be suppressed. Specifically, a predetermined first of the first noise component and the second noise component is obtained by any one of Expression (23), Expression (24), Expression (25), Expression (26), and Expression (27) described later. Two relationships can be obtained. Note that the correlation of the first time-series signal and the correlation of the second time-series signal refer to the mean square.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部は、第1時系列信号に含まれる前記第1信号成分と前記第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分との信号ノイズ相関が十分小さく、前記第1時系列信号に含まれる前記第1信号成分と前記第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分の遅延成分との信号ノイズ遅延相関も十分小さく、第1時系列信号に含まれる第1信号成分の遅延成分と第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分とのノイズ信号遅延相関も十分小さいこと、または、前記信号ノイズ遅延相関とノイズ信号遅延相関との平均と信号ノイズ相関とが略等しいことを更に前提として、前記第1差分、前記第2差分および前記第3差分のうちの何れか二つを用いて、前記第2関係を推定することを特徴とする。   In the above signal processing device, the estimation unit has a sufficiently small signal noise correlation between the first signal component included in the first time series signal and the first noise component included in the first time series signal, The signal noise delay correlation between the first signal component included in the first time-series signal and the delay component of the first noise component included in the first time-series signal is also sufficiently small, and is included in the first time-series signal. The noise signal delay correlation between the delay component of one signal component and the first noise component included in the first time series signal is also sufficiently small, or the average of the signal noise delay correlation and the noise signal delay correlation and the signal noise correlation Is further premised on that the second relation is estimated using any two of the first difference, the second difference, and the third difference.

すなわち、信号ノイズ相関(第1時系列信号に含まれる第1信号成分と第1ノイズ成分との相関)、信号ノイズ遅延相関(第1時系信号に含まれる第1信号成分と第1遅延信号に含まれる第1ノイズ成分の遅延成分との相関)、ノイズ信号遅延相関(第1遅延信号に含まれる第1信号成分の遅延成分と第1時系信号に含まれる第1ノイズ成分との相関)がすべて0(ゼロ)と見なせるか、または、信号ノイズ遅延相関とノイズ信号遅延相関の平均と信号ノイズ相関の差がほぼ0(ゼロ)であることを更に前提として、第2関係を推定する。   That is, signal noise correlation (correlation between the first signal component and the first noise component included in the first time series signal), signal noise delay correlation (the first signal component and the first delay signal included in the first time system signal) (Correlation with the delay component of the first noise component included), noise signal delay correlation (correlation between the delay component of the first signal component included in the first delay signal and the first noise component included in the first time-series signal) ) Are all assumed to be 0 (zero), or the second relation is estimated on the premise that the difference between the signal noise delay correlation and the average of the noise signal delay correlation and the signal noise correlation is approximately 0 (zero). .

このような構成の信号処理装置では、第1ノイズ成分および第2ノイズ成分とそれらを第1信号成分の周期分遅延させた信号との相関は十分小さいと想定されるので、時系列信号と遅延信号との差分を用いて前記所定の第2関係を求める演算式を、より簡略化することができる。すなわち、演算処理量を低減できるので、必要とされるCPU性能を低く抑えることが可能となり、また、ノイズ成分除去の演算に伴う消費電力も抑制することが可能となる。具体的には、後述の式(25)、式(26)、式(27)の何れかで、第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係を求めることができる。   In the signal processing device having such a configuration, the correlation between the first noise component and the second noise component and a signal obtained by delaying them by the period of the first signal component is assumed to be sufficiently small. An arithmetic expression for obtaining the predetermined second relationship using a difference with a signal can be further simplified. That is, since the amount of calculation processing can be reduced, the required CPU performance can be kept low, and the power consumption accompanying the calculation of noise component removal can also be suppressed. Specifically, the predetermined second relationship between the first noise component and the second noise component can be obtained by any one of Equation (25), Equation (26), and Equation (27) described later.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部は、推定した前記第2関係と、前記第1時系列信号または前記第1遅延信号と前記第2時系列信号または前記第2遅延信号とから前記第1関係を推定することを特徴とする。   Further, in the above-described signal processing device, the estimator includes the estimated second relationship, the first time-series signal or the first delay signal, and the second time-series signal or the second delay signal. The first relationship is estimated.

このような構成の信号処理装置によれば、所定の第2関係を容易に求めることができるので、所定の第1関係も容易に求めることが可能となる。   According to the signal processing device having such a configuration, the predetermined second relationship can be easily obtained, and thus the predetermined first relationship can also be easily obtained.

また、上述の信号処理装置において、前記信号生成部は、前記推定部が推定した前記第2関係と、前記第1時系列信号と、前記第2時系列信号とに基づいて、前記第1信号成分の周期と同じ周期を有すると推定される周期判定信号を生成し、当該周期判定信号の周期から、前記第1信号成分の周期または前記第2信号成分の周期を求め、求めた周期を前記遅延時間とすることを特徴とする。   Moreover, in the above-described signal processing device, the signal generation unit is configured to generate the first signal based on the second relationship estimated by the estimation unit, the first time series signal, and the second time series signal. A period determination signal that is estimated to have the same period as the period of the component is generated, the period of the first signal component or the period of the second signal component is obtained from the period of the period determination signal, and the obtained period is It is characterized by a delay time.

このような構成の信号処理装置によれば、適正な遅延時間によって遅延信号を生成するので、より正確な第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係を求めることが可能となる。   According to the signal processing device having such a configuration, the delay signal is generated with an appropriate delay time, and therefore it is possible to obtain a more accurate predetermined second relationship between the first noise component and the second noise component. .

また、上述の信号処理装置において、前記信号生成部は、第1の所定時間範囲での、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲内にある場合に、当該周期判定信号の周期から求めた時間を前記遅延時間とすることを特徴とする。   Further, in the above-described signal processing device, the signal generation unit may calculate from the period of the period determination signal when the degree of fluctuation of the period of the period determination signal is within the predetermined range in the first predetermined time range. The obtained time is set as the delay time.

このような構成の信号処理装置によれば、より信頼性のおける遅延時間によって遅延信号を生成するので、より正確な第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係を求めることが可能となる。   According to the signal processing device having such a configuration, the delay signal is generated with a more reliable delay time, and therefore, a more accurate predetermined second relationship between the first noise component and the second noise component can be obtained. It becomes possible.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部は、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲から外れた場合、請求項1乃至3の何れかに記載の方法とは異なる方法で前記第2関係を算出することを特徴とする。   Moreover, in the above-described signal processing device, the estimation unit may perform the method different from the method according to any one of claims 1 to 3 when the degree of fluctuation of the period of the period determination signal is out of a predetermined range. The second relationship is calculated.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部は、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲から外れた場合、前記第2関係および/または第1関係の信頼性が低いことを示す警告を出力することを特徴とする。   Moreover, in the above-described signal processing device, the estimation unit indicates that the reliability of the second relationship and / or the first relationship is low when the degree of fluctuation of the cycle of the cycle determination signal is out of a predetermined range. A warning is output.

このような構成の信号処理装置によれば、前記周期性判定信号の周期の変動の度合いが所定の範囲内にない場合は遅延時間が適正に設定できていない可能性が高く、そのため第2関係も適正に推定できていない可能性が高いので、計算量は多少増えるが正確に第2関係を推定できる特許文献1の方法など、従来技術の方法で第2関係を推定し、更には推定した第2関係と第1時系列信号と第2時系列信号から第1信号成分の周期を推定して適正な遅延時間を決定することが可能となる。また、警告を行うことが可能となる。   According to the signal processing apparatus having such a configuration, when the degree of fluctuation of the period of the periodicity determination signal is not within a predetermined range, there is a high possibility that the delay time cannot be set appropriately, and therefore the second relationship However, there is a high possibility that the second relationship is not properly estimated. Therefore, the second relationship is estimated by a conventional method such as the method of Patent Document 1 in which the second relationship can be accurately estimated although the calculation amount is slightly increased. An appropriate delay time can be determined by estimating the period of the first signal component from the second relationship, the first time series signal, and the second time series signal. Also, a warning can be performed.

また、上述の信号処理装置において、前記推定部が、前記第2関係を算出するか否かを判定するための指標として、前記第1ノイズ成分と前記第1信号成分との比に関する情報を有する指標を算出し、前記指標と所定の閾値とを比較して、前記第1ノイズ成分が小さいと判定した場合には、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とで直接表される関係式を用いて前記第1関係を推定することを特徴とする。   Moreover, in the above-described signal processing device, the estimation unit includes information on a ratio between the first noise component and the first signal component as an index for determining whether to calculate the second relationship. An index is calculated, and when the index is compared with a predetermined threshold and it is determined that the first noise component is small, the index is directly expressed by the first time-series signal and the second time-series signal. The first relationship is estimated using a relational expression.

このような構成の信号処理装置によれば、第1信号成分または第2信号成分の大きさに対して第1ノイズ成分または第2ノイズ成分の大きさが小さい場合は、第1関係を決定するために第2関係を決定する必要がないことを判断できるので、その場合は計算量の少ない公知の従来法により第1関係を直接決定することが可能となる。この所定の第1関係から生体情報である酸素飽和度を求めることができる。尚、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とで直接表される関係式とは、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とを要素とする1つの計算式をいい(後述する式(31)等参照)、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とを要素とした複数の計算式を用いて間接的に導き出される計算式を除く意味である。   According to the signal processing apparatus having such a configuration, when the magnitude of the first noise component or the second noise component is smaller than the magnitude of the first signal component or the second signal component, the first relationship is determined. Therefore, it can be determined that it is not necessary to determine the second relationship. In this case, the first relationship can be directly determined by a known conventional method with a small amount of calculation. From this predetermined first relationship, the oxygen saturation, which is biological information, can be obtained. Note that the relational expression directly expressed by the first time series signal and the second time series signal is one calculation formula having the first time series signal and the second time series signal as elements. (Refer to formula (31) and the like to be described later), which means that the calculation formula derived indirectly using a plurality of calculation formulas having the first time series signal and the second time series signal as elements is excluded.

また、上述の信号処理装置において、信頼度を出力する出力部を更に備え、前記推定部が、前記第2関係に含まれる誤差の度合いを表すノイズ信頼度をさらに算出し、前記ノイズ信頼度が所定の閾値を超えた場合には、前記出力部が前記ノイズ信頼度が所定の閾値を超えたことを示す警告を出力することを特徴とする。   The signal processing apparatus may further include an output unit that outputs a reliability level, and the estimation unit further calculates a noise reliability level indicating an error level included in the second relationship, and the noise reliability level is calculated. When a predetermined threshold value is exceeded, the output unit outputs a warning indicating that the noise reliability has exceeded a predetermined threshold value.

このような構成の信号処理装置によれば、推定した第1ノイズ成分と第2ノイズ成分との所定の第2関係の信頼度を判断するので、信頼度が劣る場合は警告を出力することができる。また、別の方法で所定の第2関係を求めることが可能となる。   According to the signal processing device having such a configuration, since the reliability of the predetermined second relationship between the estimated first noise component and second noise component is determined, a warning may be output if the reliability is inferior. it can. In addition, the predetermined second relationship can be obtained by another method.

また、本発明の一態様に係る生体情報測定装置は、互いに波長の異なる複数の光を生体へそれぞれ照射して前記生体を透過または反射した各光をそれぞれ受光することによって得られた少なくとも第1測定データまたは第2測定データに基づいて、前記生体の生体情報を測定する生体情報測定装置であって、周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分からなる第1測定データを測定する第1測定部と、前記第1信号成分と所定の第1関係を有する第2信号成分、および、第1ノイズ成分と所定の第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2測定データを測定する第2測定部と、前記生体の動脈血の拍動の間隔を取得する拍動間隔取得部と、前記第1測定データと前記第2測定データとから、前記間隔を遅延時間として当該遅延時間分遅延させた前記第1測定データである第1遅延データと、前記遅延時間分遅延させた前記第2測定データである第2遅延データとを生成する信号生成部と、第1の所定時間範囲での前記第1測定データおよび前記第2測定データと、前記信号生成部で生成した前記第1遅延データおよび前記第2遅延データとを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記所定の第2関係を推定する推定部とを備えたことを特徴とする。   In addition, the biological information measuring device according to one aspect of the present invention is obtained by irradiating a living body with a plurality of lights having different wavelengths and receiving each of the lights transmitted or reflected through the living body. A biological information measuring apparatus for measuring biological information of the living body based on measurement data or second measurement data, and measuring first measurement data including a first signal component having periodicity and a first noise component. Measure second measurement data including a first measurement unit, a second signal component having a predetermined first relationship with the first signal component, and a second noise component having a predetermined second relationship with the first noise component. A second measurement unit, a pulsation interval obtaining unit for obtaining an interval between pulsations of arterial blood of the living body, and the first measurement data and the second measurement data as the delay time. Late A signal generation unit that generates the first delay data that is the first measurement data and the second delay data that is the second measurement data delayed by the delay time; and a first predetermined time range. Using the first measurement data and the second measurement data, and the first delay data and the second delay data generated by the signal generation unit, the predetermined second in the first predetermined time range. And an estimation unit for estimating the relationship.

このような構成の生体情報測定装置によれば、遅延信号を用いた、生体の血中酸素飽和度を測定する生体情報測定装置を提供することができる。   According to the biological information measuring apparatus having such a configuration, it is possible to provide a biological information measuring apparatus that measures the blood oxygen saturation of the living body using the delay signal.

また、遅延信号を用いることで計算式を簡略化することができるので、演算処理量を低減して消費電力を抑制した生体の血中酸素飽和度を測定する生体情報測定装置を提供することができる。また、演算処理量が低減されていることから、高性能な処理機能を備える必要が少なくなり、低価格化、小型化、軽量化の実現が可能となる。従って、生体情報測定装置が、手術室、集中治療室等の病棟のみならず、呼吸不全患者、在宅酸素療法患者の日常生活中の呼吸状態のデータ収集や管理、睡眠時無呼吸症候群のスクリーニング、登山等のスポーツ分野等常時身に着ける用途にまで用いられつつある現状に対応した小型化、軽量化、省電力化および低価格化等を実現した生体情報測定装置を提供することが可能となる。   In addition, since the calculation formula can be simplified by using the delay signal, it is possible to provide a biological information measuring apparatus that measures the blood oxygen saturation of a living body with reduced calculation processing amount and reduced power consumption. it can. In addition, since the amount of calculation processing is reduced, it is less necessary to provide a high-performance processing function, and it is possible to realize a reduction in price, size, and weight. Therefore, the biological information measuring device is not only for operating rooms, intensive care units, etc., but also for respiratory failure patients, home oxygen therapy patients in daily life respiratory data collection and management, sleep apnea syndrome screening, It is possible to provide a biological information measuring device that realizes downsizing, weight reduction, power saving, price reduction, etc. corresponding to the current situation that is being used even for sports wear such as mountain climbing. .

また、上述の生体情報測定装置において、前記拍動間隔取得部は、自装置の外部から取得したデータに基づいて前記生体の動脈血の拍動の間隔を求めることを特徴とする。   Further, in the above-described biological information measuring device, the pulsation interval obtaining unit obtains the pulsation interval of arterial blood of the living body based on data obtained from the outside of the own device.

このような構成の生体情報測定装置では、より正確な心拍周期を外部から取得できるので、適正な遅延時間によって遅延信号を生成することが可能となる。   In the biological information measuring apparatus having such a configuration, a more accurate heartbeat cycle can be acquired from the outside, so that a delay signal can be generated with an appropriate delay time.

また、上述の生体情報測定装置において、信頼度を出力する出力部を備え、前記信号生成部は、前記推定部が推定した前記第2関係と、前記第1測定データと、前記第2測定データとに基づいて前記第1信号成分の周期と同じ周期を有すると推定される周期判定信号を生成し、当該周期判定信号の周期から、前記第1信号成分の周期を求め、前記拍動間隔取得部が求めた間隔と前記周期判定信号の周期との差が所定の値以上である場合は、前記出力部が前記差が所定の値を超えたことを示す警告を出力することを特徴とする。   The biological information measuring apparatus may further include an output unit that outputs reliability, and the signal generation unit may include the second relationship estimated by the estimation unit, the first measurement data, and the second measurement data. And generating a period determination signal estimated to have the same period as the period of the first signal component, obtaining the period of the first signal component from the period of the period determination signal, and acquiring the beat interval When the difference between the interval obtained by the unit and the cycle of the cycle determination signal is greater than or equal to a predetermined value, the output unit outputs a warning indicating that the difference has exceeded a predetermined value .

このような構成の生体情報測定装置では、周期に差がある場合は、推定部が推定した所定の第2関係が適正でないと判断できるので、適正が劣る場合は警告を出力することができる。また、別の方法で所定の第2関係を求めることが可能となる。   In the biological information measuring device having such a configuration, when there is a difference in period, it can be determined that the predetermined second relationship estimated by the estimation unit is not appropriate, and thus a warning can be output when the appropriateness is inferior. In addition, the predetermined second relationship can be obtained by another method.

本発明に係る信号処理装置、信号処理方法および生体情報測定装置は、ノイズ成分を除去する新たな技術を用いた装置であり、ノイズ成分除去のために必要な信号処理量を低減することができ、これにより、ノイズ成分除去の信号処理に伴う消費電力を抑制することが可能となる。   The signal processing device, the signal processing method, and the biological information measurement device according to the present invention are devices using a new technology for removing noise components, and can reduce the amount of signal processing necessary for noise component removal. Thus, it is possible to suppress power consumption accompanying signal processing for noise component removal.

実施形態における生体情報測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the biological information measuring device in embodiment. 実施形態の生体情報測定装置における、外部から脈拍周期を取得する生体情報測定処理を示すフローチャート(その1)である。It is a flowchart (the 1) which shows the biometric information measurement process which acquires the pulse cycle from the outside in the biometric information measuring apparatus of embodiment. 実施形態の生体情報測定装置における、外部から脈拍周期を取得する生体情報測定処理を示すフローチャート(その2)である。It is a flowchart (the 2) which shows the biometric information measurement process which acquires the pulse cycle from the outside in the biometric information measuring apparatus of embodiment. 実施形態の生体情報測定装置における、脈波信号から脈拍周期を取得する生体情報測定処理を示すフローチャート(その1)である。It is a flowchart (the 1) which shows the biometric information measurement process which acquires the pulse period from a pulse wave signal in the biometric information measuring apparatus of embodiment. 実施形態の生体情報測定装置における、脈波信号から脈拍周期を取得する生体情報測定処理を示すフローチャート(その2)である。It is a flowchart (the 2) which shows the biometric information measurement process which acquires the pulse period from a pulse wave signal in the biometric information measuring apparatus of embodiment.

以下に、本発明の前提となる従来技術および実施形態について述べる。なお、便宜上、信号処理装置のうち、特に生体情報測定装置を例として取りあげるが、生体情報測定装置のみならず、ノイズ成分を除去する信号処理装置にも本発明は適用可能である。
<本発明の原理>
まず、本発明の原理について説明する。この説明をするにあたり、一例として、互いに波長IR、Rの異なる複数の光を生体へそれぞれ照射して前記生体を透過または反射した各光をそれぞれ受光することによって得られた各測定データに基づいて前記生体の生体情報として血中酸素飽和度を測定する場合について説明する。
The prior art and embodiments that are the premise of the present invention will be described below. For convenience, a biological information measuring device is taken as an example of signal processing devices, but the present invention is applicable not only to a biological information measuring device but also to a signal processing device that removes noise components.
<Principle of the present invention>
First, the principle of the present invention will be described. In this description, as an example, based on measurement data obtained by irradiating a living body with a plurality of lights having different wavelengths IR and R, respectively, and receiving or transmitting each light transmitted or reflected by the living body. A case where blood oxygen saturation is measured as the biological information of the living body will be described.

ランバート・ベールの法則によって、生体組織を透過または反射したある波長の光の強度における交流成分と直流成分との比は、その波長での生体組織の吸光度の変化分に等しいと近似される。   According to Lambert-Beer's law, the ratio of the alternating current component to the direct current component in the intensity of light having a certain wavelength transmitted or reflected through living tissue is approximated to be equal to the change in absorbance of the living tissue at that wavelength.

上記ランバート・ベールの法則による近似を用いることによって、赤外波長IRについての、透過光または反射光の強度の直流成分と交流成分との比である赤外直交比IR_signalは、波長IRについての生体組織の吸光度の変化分と等しいと見なすことができる。同様に、赤色波長Rについての、透過光または反射光の強度の直流成分と交流成分との比である赤色直交比R_signalも、波長Rについての生体組織の吸光度の変化分と等しいと見なすことができる。   By using the Lambert-Beer law approximation described above, the infrared orthogonal ratio IR_signal, which is the ratio of the direct current component and the alternating current component of the transmitted or reflected light intensity for the infrared wavelength IR, It can be regarded as equal to the change in the absorbance of the tissue. Similarly, the red orthogonal ratio R_signal, which is the ratio of the direct current component to the alternating current component of the intensity of transmitted light or reflected light for the red wavelength R, may also be regarded as equal to the change in the absorbance of the living tissue for the wavelength R. it can.

前記赤外直交比IR_signalは、式(1)のように表される。   The infrared orthogonal ratio IR_signal is expressed as shown in Equation (1).

Figure 0005527277
Figure 0005527277

ここで、sは、吸光度の変化分の信号成分で、nは、信号成分に重畳しているノイズ成分である。 Here, s is a signal component corresponding to a change in absorbance, and n is a noise component superimposed on the signal component.

そして、前記赤色直交比R_signalは、式(2)で表される。   The red orthogonal ratio R_signal is expressed by Expression (2).

Figure 0005527277
Figure 0005527277

ここで、k_aは、波長IRにおける吸光度の変化分の信号成分sと波長Rの吸光度の変化分の信号成分との比であり、k_vは、波長IRの信号成分に重畳したノイズ成分nと波長Rの信号成分に重畳したノイズ成分との比である。 Where k_a is the ratio of the signal component s of the absorbance change at the wavelength IR to the signal component of the absorbance change at the wavelength R, and k_v is the noise component n and the wavelength superimposed on the signal component of the wavelength IR. This is the ratio of the noise component superimposed on the R signal component.

この式(2)のk_aと動脈血中酸素飽和度とは、一対一に対応することが知られており、k_aを求めることによって、動脈血中酸素飽和度を求めることができる。   It is known that k_a and arterial blood oxygen saturation in the formula (2) correspond one-to-one, and the arterial oxygen saturation can be obtained by obtaining k_a.

また、式(1)にk_vを乗算することによって式(3)が得られ、式(3)から式(2)を減算することによって、以下の式(4)が得られる。   Further, the equation (3) is obtained by multiplying the equation (1) by k_v, and the following equation (4) is obtained by subtracting the equation (2) from the equation (3).

Figure 0005527277
Figure 0005527277

Figure 0005527277
Figure 0005527277

同様に、上の式(1)にk_aを乗算することによって式(5)が得られ、式(5)から式(2)を減算することによって、以下の式(6)が得られる。   Similarly, equation (5) is obtained by multiplying the above equation (1) by k_a, and the following equation (6) is obtained by subtracting equation (2) from equation (5).

Figure 0005527277
Figure 0005527277

Figure 0005527277
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ここで、信号成分sとノイズ成分nは、独立であるという関係、すなわち以下の関係式(7)を用い、かつ、短い時間内では、k_aおよびk_vが一定という条件の下で、上の(4)式と(6)式の相関をとることによって、式(8)が得られる。 Here, the relationship that the signal component s and the noise component n are independent, that is, the following relational expression (7) is used, and under the condition that k_a and k_v are constant within a short time ( Equation (8) is obtained by correlating equations 4) and (6).

Figure 0005527277
Figure 0005527277

Figure 0005527277
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ここで、Σは、k_aおよびk_vが一定であるような短い時間に関しての総和である。iは、光の強度の変化分の時系列データIR_signal、R_signalのデータ番号であり、データの測定時間間隔をΔt、測定開始時刻をt0として、t=Δt*i+t0という関係で時間tと結ばれている。
式(8)にはk_vとk_aという未知数が2つ含まれているため、式(8)のみからk_aとk_vとを求めることができない。
Here, Σ is the sum for a short time such that k_a and k_v are constant. i is the data number of the time-series data IR_signal and R_signal corresponding to the change in the intensity of light, and the measurement time interval of the data is Δt, the measurement start time is t0, and t = Δt * i + t0 Tied.
Since Equation (8) contains two unknowns k_v and k_a, k_a and k_v cannot be obtained from Equation (8) alone.

ここで、k_vを求めることができれば、求められたk_vを式(8)に代入して、式(8)を満たす場合のk_aを求め、このk_aに基づいて、ノイズ成分を低減した血中酸素飽和度を求めることができる。
<実施形態>
本実施形態は、IR_signal、R_signalの遅延信号を用いてk_vを求め、その際の演算処理量を従来に比べて大幅に削減するものである。
Here, if k_v can be obtained, the obtained k_v is substituted into the equation (8) to obtain k_a when the equation (8) is satisfied, and based on this k_a, blood oxygen with reduced noise components is obtained. Saturation can be determined.
<Embodiment>
In the present embodiment, k_v is obtained by using delayed signals of IR_signal and R_signal, and the amount of calculation processing at that time is greatly reduced as compared with the prior art.

ここで、k_vの求め方について説明する。本実施形態では、2つの求め方を示す。   Here, how to obtain k_v will be described. In this embodiment, two ways of obtaining are shown.

まず、1つ目の求め方を説明する。以下、式においては、IR_signal、R_signalをそれぞれIR、Rと記載する。   First, the first method of obtaining will be described. Hereinafter, in the formula, IR_signal and R_signal are described as IR and R, respectively.

ある時刻Tにおける、V_IR、V_R、V_R_IRを次のように定義する。これらは、ある信号と、その信号自身または他の信号とで所定の演算を行ったものである。Nは、酸素飽和度の算出に必要なデータ数、例えば200等の値であり、時刻Tから遡った所定期間、例えば6秒間で測定したデータの数である。尚、Tは、連続して測定している測定データのインデックスである。また、Σはjに関して1からNまで取られる総和であり、添え字jは、N個の測定データのうちのj番目の測定データであることを表している。以下、V_IR、V_R、V_R_IRを総称して、相関データというものとする。   V_IR, V_R, and V_R_IR at a certain time T are defined as follows. These are obtained by performing a predetermined calculation on a certain signal and the signal itself or another signal. N is the number of data necessary for the calculation of the oxygen saturation, for example, a value of 200 or the like, and is the number of data measured for a predetermined period, for example, 6 seconds, going back from the time T. T is an index of measurement data measured continuously. Further, Σ is a sum taken from 1 to N with respect to j, and the subscript j represents the j-th measurement data among N pieces of measurement data. Hereinafter, V_IR, V_R, and V_R_IR are collectively referred to as correlation data.

V_IR=ΣIR(j)2 …(11’)
=Σs(j)2+Σn(j)2+2*Σs(j)*n(j) …(11)
V_R=ΣR(j)2 …(12’)
=ka2*Σs(j)2+kv2*Σn(j)2+2*ka*kvΣs(j)*n(j) …(12)
V_R_IR=ΣR(j)*IR(j) …(13’)
=ka*Σs(j)2+kv*Σn(j)2+(ka+kv)*Σs(j)*n(j) …(13)
次に、時刻Tにおける、V_IR_τ、V_R_τ、V_R_IR_τを次のように定義する。これらは、ある信号と、その信号自身または他の信号をτ時間遅延させた信号とで所定の演算を行ったものである。遅延時間τは、脈拍の周期に相当し、測定データのインデックスの個数で示すものとする。具体的には、時刻Tから遡ったN個のデータと、時刻(T-τ)から遡ったN個のデータとで演算を行う。以下、V_IR_τ、V_R_τ、V_R_IR_τを総称して、遅延相関データというものとする。
V_IR = ΣIR (j) 2 (11 ′)
= Σs (j) 2 + Σn (j) 2 + 2 * Σs (j) * n (j) (11)
V_R = ΣR (j) 2 (12 ′)
= ka 2 * Σs (j) 2 + kv 2 * Σn (j) 2 + 2 * ka * kvΣs (j) * n (j) (12)
V_R_IR = ΣR (j) * IR (j) (13 ′)
= ka * Σs (j) 2 + kv * Σn (j) 2 + (ka + kv) * Σs (j) * n (j) (13)
Next, V_IR_τ, V_R_τ, and V_R_IR_τ at time T are defined as follows. These are obtained by performing a predetermined calculation on a certain signal and a signal obtained by delaying the signal itself or another signal by τ time. The delay time τ corresponds to the pulse period and is indicated by the number of indexes of the measurement data. Specifically, the calculation is performed using N data retroactive from time T and N data retroactive from time (T-τ). Hereinafter, V_IR_τ, V_R_τ, and V_R_IR_τ are collectively referred to as delayed correlation data.

V_IR_τ=ΣIR(j)*IR(j-τ) …(14’)
=Σs(j)*s(j-τ)+Σn(j)*n(j-τ)
+2*{Σs(j)*n(j-τ)+Σn(j)*s(j-τ)}/2 …(14)
V_R_τ=ΣR(j)*R(j-τ) …(15’)
=ka2*Σs(j)*s(j-τ)+kv2*Σn(j)*n(j-τ)
+2*ka*kv*{Σs(j)*n(j-τ)+Σn(j)*s(j-τ)}/2 …(15)
V_R_IR_τ={ΣR(j)*IR(j-τ)+ΣIR(j)*R(j-τ)}/2 …(16’)
=ka*Σs(j)*s(j-τ)+kv*Σn(j)*n(j-τ)
+(ka+kv)*{Σs(j)*n(j-τ)+Σn(j)*s(j-τ)}/2 …(16)
ここで、
Vs=Σs(j)
Vn=Σn(j)
Csn=Σs(j)*n(j)
Vs_τ=Σs(j)*s(j-τ)
Vn_τ=Σn(j)*n(j-τ)
Csn_τ={Σs(j)*n(j-τ)+Σn(j)*s(j-τ)}/2
と表わすとすると、式(11)〜(16)は以下のように表すことができる。
V_IR_τ = ΣIR (j) * IR (j−τ) (14 ′)
= Σs (j) * s (j-τ) + Σn (j) * n (j-τ)
+ 2 * {Σs (j) * n (j−τ) + Σn (j) * s (j−τ)} / 2 (14)
V_R_τ = ΣR (j) * R (j−τ) (15 ′)
= ka 2 * Σs (j) * s (j-τ) + kv 2 * Σn (j) * n (j-τ)
+ 2 * ka * kv * {Σs (j) * n (j-τ) + Σn (j) * s (j-τ)} / 2 (15)
V_R_IR_τ = {ΣR (j) * IR (j−τ) + ΣIR (j) * R (j−τ)} / 2 (16 ′)
= ka * Σs (j) * s (j-τ) + kv * Σn (j) * n (j-τ)
+ (ka + kv) * {Σs (j) * n (j−τ) + Σn (j) * s (j−τ)} / 2 (16)
here,
Vs = Σs (j) 2
Vn = Σn (j) 2
Csn = Σs (j) * n (j)
Vs_τ = Σs (j) * s (j-τ)
Vn_τ = Σn (j) * n (j-τ)
Csn_τ = {Σs (j) * n (j-τ) + Σn (j) * s (j-τ)} / 2
Is expressed as follows: (11) to (16) can be expressed as follows.

V_IR=Vs+Vn+2*Csn …(11A)
V_R=ka2*Vs+kv2*Vn+2*ka*kv*Csn …(12A)
V_R_IR=ka*Vs+kv*Vn+(ka+kv)*Csn …(13A)
V_IR_τ=Vs_t+Vn_τ+2*Csn_τ …(14A)
V_R_τ=ka2*Vs_τ+kv2*Vn_τ+2*ka*kv*Csn_τ …(15A)
V_R_IR_τ=ka*Vs_τ+kv*Vn_τ+(ka+kv)*Csn_τ …(16A)
次に、相関データと遅延相関データとの差分を求める。
V_IR = Vs + Vn + 2 * Csn (11A)
V_R = ka 2 * Vs + kv 2 * Vn + 2 * ka * kv * Csn (12A)
V_R_IR = ka * Vs + kv * Vn + (ka + kv) * Csn (13A)
V_IR_τ = Vs_t + Vn_τ + 2 * Csn_τ (14A)
V_R_τ = ka 2 * Vs_τ + kv 2 * Vn_τ + 2 * ka * kv * Csn_τ (15A)
V_R_IR_τ = ka * Vs_τ + kv * Vn_τ + (ka + kv) * Csn_τ (16A)
Next, the difference between the correlation data and the delayed correlation data is obtained.

V_IR-V_IR_τ={Vs-Vs_τ}+{Vn-Vn_τ}+2*{Csn-Csn_τ} …(17)
V_R-V_R_τ=ka2*{Vs-Vs_τ}+kv2*{Vn-Vn_τ}+2*ka*kv*{Csn-Csn_τ} …(18)
V_R_IR-V_R_IR_τ=ka*{Vs-Vs_τ}+kv*{Vn-Vn_τ}+(ka+kv)*{Csn-Csn_τ} …(19)
ここで、τがsの周期にほぼ等しく積和時間が周期のほぼ整数倍のときは、心拍動による信号成分sは、脈拍の周期分ずらした信号成分とほぼ同じ波形となるので、以下の関係が成り立つ。
V_IR-V_IR_τ = {Vs-Vs_τ} + {Vn-Vn_τ} + 2 * {Csn-Csn_τ} (17)
V_R-V_R_τ = ka 2 * {Vs-Vs_τ} + kv 2 * {Vn-Vn_τ} + 2 * ka * kv * {Csn-Csn_τ}… (18)
V_R_IR-V_R_IR_τ = ka * {Vs-Vs_τ} + kv * {Vn-Vn_τ} + (ka + kv) * {Csn-Csn_τ}… (19)
Here, when τ is approximately equal to the period of s and the product-sum time is approximately an integral multiple of the period, the signal component s due to the heartbeat has substantially the same waveform as the signal component shifted by the period of the pulse, so that A relationship is established.

Vs-Vs_τ≒0
この関係を、式(17)、式(18)および式(19)に適用すると、以下のようになる。
Vs-Vs_τ ≒ 0
Applying this relationship to Equation (17), Equation (18), and Equation (19) gives the following.

V_IR-V_IR_τ≒{Vn-Vn_τ}+2*{Csn-Csn_τ} …(17A)
V_R-V_R_τ≒kv2*{Vn-Vn_τ}+2*ka*kv*{Csn-{Csn_τ} …(18A)
V_R_IR-V_R_IR_τ≒kv*{Vn-Vn_τ}+(ka+kv)*{Csn-Csn_τ} …(19A)
ここで、
V_IR-V_IR_τ=dV_IR
V_R-V_R_τ=dV_R
V_R_IR-V_R_IR_τ=dV_R_IR
と表すとし、式(17A)、式(18A)および式(19A)を用いた、次の2つの式(20)と式(21)とを考える。
V_IR-V_IR_τ≈ {Vn-Vn_τ} + 2 * {Csn-Csn_τ} (17A)
V_R-V_R_τ≈kv 2 * {Vn-Vn_τ} + 2 * ka * kv * {Csn- {Csn_τ} (18A)
V_R_IR-V_R_IR_τ≈kv * {Vn-Vn_τ} + (ka + kv) * {Csn-Csn_τ} (19A)
here,
V_IR-V_IR_τ = dV_IR
V_R-V_R_τ = dV_R
V_R_IR-V_R_IR_τ = dV_R_IR
The following two equations (20) and (21) using the equations (17A), (18A), and (19A) are considered.

(18A)-kv*(19A)=dV_R-kv*dV_R_IR …(20)
=(2*ka*kv-ka*kv-kv2)*{Csn-Csn_τ}
=-kv*(kv-ka)*{Csn-Csn_τ}
(19A)-kv*(17A)=dV_R_IR-kv*dV_IR …(21)
=(ka+kv-2*kv)*{Csn-Csn_τ}
=-(kv-ka)*{Csn-Csn_τ}
式(20)および式(21)より、以下の式が導き出され、
(dV_R-kv*dV_R_IR)/(dV_R_IR-kv*dV_IR)=kv
(kv*dV_IR-dV_R_IR)*kv-kv*dV_R_IR+dV_R=0
となり、次の方程式(22)が導かれる。
(18A) -kv * (19A) = dV_R-kv * dV_R_IR (20)
= (2 * ka * kv-ka * kv-kv 2 ) * {Csn-Csn_τ}
= -kv * (kv-ka) * {Csn-Csn_τ}
(19A) -kv * (17A) = dV_R_IR-kv * dV_IR (21)
= (ka + kv-2 * kv) * {Csn-Csn_τ}
=-(kv-ka) * {Csn-Csn_τ}
From the equations (20) and (21), the following equations are derived:
(dV_R-kv * dV_R_IR) / (dV_R_IR-kv * dV_IR) = kv
(kv * dV_IR-dV_R_IR) * kv-kv * dV_R_IR + dV_R = 0
Thus, the following equation (22) is derived.

kv2*dV_IR-2*kv*dV_R_IR+dV_R=0 …(22)
この方程式(22)を解くと、
kv={dV_R_IR±(dV_R_IR2-dV_IR*dV_R)0.5}/dV_IR
が得られる。この2つの解をkv_m、kv_pとする。
kv 2 * dV_IR-2 * kv * dV_R_IR + dV_R = 0 (22)
Solving this equation (22)
kv = {dV_R_IR ± (dV_R_IR 2 -dV_IR * dV_R) 0.5 } / dV_IR
Is obtained. Let these two solutions be kv_m and kv_p.

{dV_R_IR-(dV_R_IR2-dV_IR*dV_R)0.5}/dV_IR=kv_m …(23)
{dV_R_IR+(dV_R_IR2-dV_IR*dV_R)0.5}/dV_IR=kv_p …(24)
これらの誤差は同程度なので、ka推定値が正の誤差になるようkv_p、kv_mの大きい方をk_vの推定値kv_esとする。
{dV_R_IR- (dV_R_IR 2 -dV_IR * dV_R) 0.5 } / dV_IR = kv_m (23)
{dV_R_IR + (dV_R_IR 2 -dV_IR * dV_R) 0.5 } / dV_IR = kv_p (24)
Since these errors are approximately the same, the larger kv_p and kv_m are used as the estimated value kv_es of k_v so that the ka estimated value becomes a positive error.

次に、2つ目の求め方について説明する。   Next, the second method of obtaining will be described.

Vs-Vs_τ=dVs
Csn-Csn_τ=dCsn
Vn-Vn_τ=dVn
とする。上述した式(17)、式(18)、式(19)において、dCsnが無視できる場合は
dV_IR≒dVn …(17B)
dV_R≒kv2*dVn …(18B)
dV_R_IR≒kv*dVn …(19B)
となる。これら式(17B)、式(18B)、式(19B)より、3通りのk_v、すなわち、kv_1、kv_2、kv_3を求めることができる。
Vs-Vs_τ = dVs
Csn-Csn_τ = dCsn
Vn-Vn_τ = dVn
And When dCsn is negligible in the above formula (17), formula (18), and formula (19)
dV_IR≈dVn (17B)
dV_R≈kv 2 * dVn (18B)
dV_R_IR≈kv * dVn (19B)
It becomes. From these equations (17B), (18B), and (19B), three types of k_v, that is, kv_1, kv_2, and kv_3 can be obtained.

kv_1=dV_R/dV_R_IR …(25)
kv_2=dV_R_IR/dV_IR …(26)
kv_3={dV_R/dV_IR}0.5 …(27)
この3つのうちkv_1が誤差が小さいので、これを実施形態におけるk_vの推定値kv_esとする。
kv_1 = dV_R / dV_R_IR (25)
kv_2 = dV_R_IR / dV_IR (26)
kv_3 = {dV_R / dV_IR} 0.5 (27)
Of these three, kv_1 has a small error, and this is used as an estimated value kv_es of k_v in the embodiment.

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably.

<構成>
図1は、実施形態における生体情報測定装置の構成を示す図である。図中の実線は、後述する脈派の時系列データに相当する電気信号成分の各ブロック間での流れのうち、主なものを表す。
<Configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a biological information measurement device according to an embodiment. The solid line in the figure represents the main flow among the blocks of electric signal components corresponding to the pulse-series time-series data described later.

実施形態における生体情報測定装置100は、測定対象である生体の生理的現象を測定することによって生体に関する生体情報を測定する装置である。生体情報は、例えば、脈拍数や血中酸素飽和度等である。このような生体情報は、動脈血の脈動により生ずる生体組織の透過または反射光量における変動成分を利用することによって求めることができ、その基本原理は、上述の<本発明の原理>の項で述べた通りである。   The biological information measuring apparatus 100 in the embodiment is an apparatus that measures biological information related to a living body by measuring a physiological phenomenon of the living body that is a measurement target. The biological information is, for example, a pulse rate and blood oxygen saturation. Such biological information can be obtained by using a fluctuation component in the amount of transmitted or reflected light of biological tissue caused by pulsation of arterial blood, and the basic principle is described in the above section <Principle of the present invention>. Street.

このような生体情報測定装置100は、例えば、図1に示すように、生体の所定の生理的現象を測定して測定データを出力するセンサ部40と、センサ部40で測定された測定データに基づいて例えば脈拍数や血中酸素飽和度等の生体情報を算出する演算制御部10と、演算制御部10で算出された生体情報を外部から認識可能に表示する表示部30とを備えて構成される。   For example, as shown in FIG. 1, such a biological information measuring apparatus 100 measures a predetermined physiological phenomenon of a living body and outputs measurement data, and the measurement data measured by the sensor unit 40. Based on, for example, a calculation control unit 10 that calculates biological information such as a pulse rate and blood oxygen saturation, and a display unit 30 that displays the biological information calculated by the calculation control unit 10 so as to be recognized from the outside. Is done.

センサ部40は、演算制御部10に接続され、本実施形態では、生体の生理的現象として生体組織中の血液に関する情報を測定する装置である。より具体的には、センサ部40は、生体の生理的現象として、心拍による動脈血の脈動により生ずる生体組織の透過または反射光量における変動成分を測定する装置である。   The sensor unit 40 is connected to the arithmetic control unit 10, and in this embodiment, is a device that measures information related to blood in a living tissue as a physiological phenomenon of the living body. More specifically, the sensor unit 40 is a device that measures, as a physiological phenomenon of a living body, a fluctuation component in the amount of transmitted or reflected light of a living tissue caused by pulsation of arterial blood due to a heartbeat.

このような生体の生理的現象を測定する方法は、例えば、生体組織のヘモグロビンの吸光特性を利用する方法を挙げることができる。酸素は、ヘモグロビンによって生体の各細胞に運ばれるが、ヘモグロビンは、肺で酸素と結合して酸化ヘモグロビンとなり、生体の細胞で酸素が消費されるとヘモグロビン(還元ヘモグロビン)に戻る。血中酸素飽和度は、血中(血液中)の酸化ヘモグロビンの割合として定義される。これらヘモグロビンおよび酸化ヘモグロビンの各吸光度は、波長依存性を有しており、ヘモグロビンは、例えば赤色光(赤色波長領域の光)に対し酸化ヘモグロビンより光を多く吸収し、一方、赤外光(赤外線波長領域の光)に対して酸化ヘモグロビンより光の吸収が少ない。すなわち、ヘモグロビンは、酸化されて酸化ヘモグロビンになると赤色光の吸収が減少して赤外光の吸収が増加し、逆に還元されてヘモグロビンに戻ると赤色光の吸収が増加して赤外光の吸収が減少するという光学的特性を有している。本実施形態の生体情報測定装置100は、このようなヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとの赤色光と赤外光とに対する吸光特性の違いを利用することによって、例えば脈拍数や血中酸素飽和度等の生体情報を求めるものである。   As a method for measuring the physiological phenomenon of the living body, for example, a method using the light absorption characteristic of hemoglobin in the living tissue can be mentioned. Oxygen is transported to each cell of the living body by hemoglobin, but hemoglobin combines with oxygen in the lung to become oxygenated hemoglobin, and returns to hemoglobin (reduced hemoglobin) when oxygen is consumed in the cells of the living body. Blood oxygen saturation is defined as the percentage of oxyhemoglobin in the blood (in the blood). The absorbance of each of these hemoglobin and oxyhemoglobin has a wavelength dependency, and hemoglobin absorbs more light than oxyhemoglobin for red light (red wavelength region light), for example, while infrared light (infrared light) Less light is absorbed than oxyhemoglobin. In other words, when hemoglobin is oxidized to oxygenated hemoglobin, the absorption of red light decreases and the absorption of infrared light increases. Conversely, when it is reduced to return to hemoglobin, the absorption of red light increases and the absorption of infrared light increases. It has an optical property that absorption is reduced. The biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment uses such a difference in light absorption characteristics of hemoglobin and oxyhemoglobin with respect to red light and infrared light, for example, a living body such as a pulse rate and blood oxygen saturation. It seeks information.

このような方法によるため、本実施形態のセンサ部40は、例えば、赤色光に対する生体組織における吸光特性を測定するセンサ(R)部41と、赤外光に対する前記生体組織における吸光特性を測定するセンサ(IR)部42とを備えて構成され、演算制御部10に接続される。このセンサ(R)部41は、例えば、波長λ1の赤色光を前記生体組織に照射する例えば発光ダイオード等のR発光素子と、前記R発光素子で照射され前記生体組織を透過または反射した赤色光を受光する例えばシリコンホトダイオード等のR受光素子とを備えて構成され、このセンサ(IR)部42は、例えば、前記波長λ1と異なる波長λ2の赤外色光を前記生体組織に照射する例えば発光ダイオード等のIR発光素子と、前記IR発光素子で照射され前記生体組織を透過または反射した赤外光を受光する例えばシリコンホトダイオード等のIR受光素子とを備えて構成される。センサ部40は、このような透過型または反射型のセンサを用いることができる。   Because of such a method, the sensor unit 40 of the present embodiment measures, for example, a sensor (R) unit 41 that measures the light absorption characteristics in the biological tissue with respect to red light, and the light absorption characteristics in the biological tissue with respect to infrared light. A sensor (IR) unit 42 is provided, and is connected to the calculation control unit 10. The sensor (R) unit 41 includes, for example, an R light emitting element such as a light emitting diode that irradiates the biological tissue with red light having a wavelength λ1, and a red light that is irradiated with the R light emitting element and transmitted or reflected by the biological tissue. For example, the sensor (IR) unit 42 irradiates the living tissue with infrared light having a wavelength λ2 different from the wavelength λ1, for example, a light emitting diode. And an IR light receiving element such as a silicon photodiode that receives infrared light that is irradiated by the IR light emitting element and transmitted or reflected by the biological tissue. The sensor unit 40 can use such a transmission type or reflection type sensor.

センサ部40は、例えば、手指や耳朶等や、乳幼児の場合の手の甲、手首、足の甲等の、所定の生体組織にセットされ、センサ(R)部41およびセンサ(IR)部42で測定された測定データを演算制御部10へ出力する。より具体的には、このような構成のセンサ(R)部41では、前記R発光素子は、前記生体組織に対し赤色光を照射し、前記R受光素子は、このR発光素子によって前記生体組織に照射された赤色光の前記生体組織を透過または反射した赤色光Rを受光し、この受光した赤色光を光電変換することによって、その受光量に応じた電気信号を前記測定データとして演算制御部10へ出力する。同様に、センサ(IR)部42では、前記IR発光素子は、前記生体組織に対し赤外光を照射し、前記IR受光素子は、このIR発光素子によって前記生体組織に照射された赤外光の前記生体組織を透過または反射した赤外光を受光し、この受光した赤外光を光電変換することによって、その受光量に応じた電気信号を前記測定データとして演算制御部10へ出力する。   The sensor unit 40 is set in a predetermined living tissue such as a finger, an earlobe, or the back of the hand, wrist, or foot of an infant, and measured by the sensor (R) unit 41 and the sensor (IR) unit 42. The measured data is output to the calculation control unit 10. More specifically, in the sensor (R) unit 41 having such a configuration, the R light emitting element irradiates the biological tissue with red light, and the R light receiving element uses the R light emitting element to transmit the biological tissue. The red light R that is transmitted or reflected through the biological tissue of the red light irradiated on the light is received, and the received red light is photoelectrically converted, so that an electric signal corresponding to the amount of the received light is used as the measurement data as an arithmetic control unit. 10 is output. Similarly, in the sensor (IR) unit 42, the IR light emitting element irradiates the biological tissue with infrared light, and the IR light receiving element irradiates the biological tissue with the infrared light. Infrared light transmitted or reflected through the living tissue is received, and the received infrared light is photoelectrically converted to output an electrical signal corresponding to the received light amount to the arithmetic control unit 10 as the measurement data.

演算制御部10は、表示部30に接続され、センサ部40で測定された測定データに基づいて生体情報を求めるとともに、生体情報測定装置100全体の制御を司る装置である。演算制御部10は、例えば、センサ部40で測定された測定データを所定のサンプリング周期(例えば周波数37.5Hz等)でサンプリングすることによって測定データの時系列データをセンサ部40から取得するものである。また例えば、演算制御部10は、所定の周期でセンサ部40を駆動、すなわち、発光および受光の各動作を行わせることによって、時系列データとして測定データをセンサ部40から取得するものである。また例えば、センサ部40が所定のサンプリング周期でサンプリングすることによって前記生体組織から時系列データとして測定データを測定し、この時系列データの測定データを演算制御部10へ出力するものである。この測定データは、アナログデータであってもよいが、本実施形態では、ディジタルデータであり、アナログデータからディジタルデータへの変換(AD変換)は、センサ部40または演算制御部10で行われ、また、必要に応じて、前記AD変換前の測定データを増幅する増幅部をセンサ部40または演算制御部10にさらに備えてよい。   The arithmetic control unit 10 is connected to the display unit 30 and is a device that obtains biological information based on measurement data measured by the sensor unit 40 and controls the entire biological information measuring device 100. The arithmetic control unit 10 acquires time-series data of measurement data from the sensor unit 40 by, for example, sampling measurement data measured by the sensor unit 40 at a predetermined sampling period (for example, a frequency of 37.5 Hz). is there. Further, for example, the arithmetic control unit 10 acquires measurement data from the sensor unit 40 as time series data by driving the sensor unit 40 at a predetermined cycle, that is, by causing each operation of light emission and light reception to be performed. Further, for example, the sensor unit 40 samples the measurement data as time-series data by sampling at a predetermined sampling period, and outputs the measurement data of the time-series data to the arithmetic control unit 10. The measurement data may be analog data. However, in the present embodiment, the measurement data is digital data. Conversion from analog data to digital data (AD conversion) is performed by the sensor unit 40 or the arithmetic control unit 10. Further, if necessary, the sensor unit 40 or the calculation control unit 10 may further include an amplification unit that amplifies the measurement data before AD conversion.

より具体的には、この演算制御部10は、センサ部40によって測定された測定データに基づいて、測定対象の生体に関する所定の生体情報を求めるものであり、例えば、マイクロプロセッサ、メモリおよびその周辺回路を備えるマイクロコンピュータによって構成される。前記メモリは、センサ部40で測定された測定データに基づいて生体情報を求めるための生体情報演算プログラムや、生体情報測定装置100全体を制御するための制御プログラム等の各種のプログラムや、センサ部40で測定された前記測定データや前記プログラムの実行に必要なデータ等の各種のデータを記憶する例えば書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)や不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)、および、前記マイクロプロセッサのいわゆるワーキングメモリとなる例えば揮発性の記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等を備えて構成され、前記マイクロプロセッサは、いわゆるCPU(Central Processing Unit)等であり、前記プログラムを実行することにより、機能的に、例えば、AC/DC(R)部11と、AC/DC(IR)部12と、BPF(R)部13と、BPF(IR)部14と、R相関算出部15と、IR相関算出部16と、相互相関算出部17と、R遅延相関算出部18と、IR遅延相関算出部19と、相互遅延相関算出部20と、kv初期値算出部21と、kv算出部22と、SpO2算出部23と、脈拍数算出部24と、τ算出部25と、周期安定性判別部26と、信頼度算出部27と、減算部28A、28B、28Cを備える。   More specifically, the arithmetic control unit 10 obtains predetermined biological information related to the measurement target biological body based on the measurement data measured by the sensor unit 40, and includes, for example, a microprocessor, a memory, and its surroundings. It is comprised by the microcomputer provided with a circuit. The memory includes various programs such as a biological information calculation program for obtaining biological information based on measurement data measured by the sensor unit 40, a control program for controlling the entire biological information measuring device 100, and a sensor unit. For example, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), which is a rewritable non-volatile memory element, or a non-volatile memory that stores various data such as the measurement data measured at 40 and data necessary for the execution of the program. A ROM (Read Only Memory) which is an element, and a RAM (Random Access Memory) which is a so-called working memory of the microprocessor, for example, which is a volatile storage element, is configured. Central Processing Unit) etc., by executing the program Functionally, for example, an AC / DC (R) unit 11, an AC / DC (IR) unit 12, a BPF (R) unit 13, a BPF (IR) unit 14, an R correlation calculation unit 15, and an IR Correlation calculator 16, cross-correlation calculator 17, R delay correlation calculator 18, IR delay correlation calculator 19, cross delay correlation calculator 20, kv initial value calculator 21, kv calculator 22 , An SpO2 calculating unit 23, a pulse rate calculating unit 24, a τ calculating unit 25, a periodic stability determining unit 26, a reliability calculating unit 27, and subtracting units 28A, 28B, and 28C.

AC/DC(R)部11およびAC/DC(IR)部12は、センサ部40から入力された測定データに対し、所定の前処理を行うものである。より具体的には、AC/DC(R)部11は、センサ(R)部41から入力された赤色光に係わる測定データに対し、前記R受光素子での暗電流を補正するためのいわゆるダーク処理を行い、そして、直流成分RDCに対する交流成分RACの第1比(赤色光交直比)R(=RAC/RDC)を算出し、この第1比RをBPF(R)部13へ通知(出力)する。 The AC / DC (R) unit 11 and the AC / DC (IR) unit 12 perform predetermined preprocessing on the measurement data input from the sensor unit 40. More specifically, the AC / DC (R) unit 11 corrects the dark current in the R light receiving element with respect to the measurement data related to the red light input from the sensor (R) unit 41, so-called dark. Then, a first ratio (red light AC / DC ratio) R (= R AC / R DC ) of the AC component R AC with respect to the DC component R DC is calculated, and this first ratio R is calculated by the BPF (R) unit 13. Notification (output).

また、AC/DC(IR)部12は、センサ(IR)部42から入力された赤外光に係わる測定データに対し、前記IR受光素子での暗電流を補正するためのいわゆるダーク処理を行い、そして、直流成分IRDCに対する交流成分IRACの第2比(赤外光交直比)IR(=IRAC/IRDC)を算出し、この第2比IRをBPF(IR)部14へ通知(出力)する。前記ダーク処理は、公知の方法が用いられ、例えば、前記赤色光に係わる測定データから遮光状態のR受光素子から出力される出力値(暗電流値)Rdarkを減算するとともに、前記赤外光に係わる測定データから遮光状態のIR受光素子から出力される出力値(暗電流値)IRdarkを減算することによって行われる。これら遮光状態のR受光素子およびIR受光素子から出力される各出力値Rdark、IRdarkは、予め測定される。 The AC / DC (IR) unit 12 performs so-called dark processing for correcting dark current in the IR light receiving element on the measurement data related to infrared light input from the sensor (IR) unit 42. Then, a second ratio (infrared light AC / DC ratio) IR (= IR AC / IR DC ) of the AC component IR AC with respect to the DC component IR DC is calculated, and the second ratio IR is notified to the BPF (IR) unit 14. (Output. For the dark process, a known method is used. For example, an output value (dark current value) Rdark output from the R light receiving element in a light-shielded state is subtracted from the measurement data related to the red light, and the infrared light is subtracted from the infrared light. This is performed by subtracting the output value (dark current value) IRdark output from the IR light receiving element in the light shielding state from the measurement data concerned. The output values Rdark and IRdark output from the light-receiving R light-receiving element and the IR light-receiving element are measured in advance.

BPF(R)部13およびBPF(IR)部14は、センサ部40によって測定された測定データから所定のノイズ成分を除去するフィルタであり、動脈血の脈動により生ずる生体組織の透過または反射光量における変動成分として通常含まれる周波数成分以外の周波数成分を除去するものである。   The BPF (R) unit 13 and the BPF (IR) unit 14 are filters for removing predetermined noise components from the measurement data measured by the sensor unit 40, and fluctuations in the amount of transmitted or reflected light in the living tissue caused by pulsation of arterial blood. It removes frequency components other than the frequency components normally included as components.

BPF(R)部13は、赤色光に対する、動脈血の脈動により生ずる生体組織の透過または反射光量における変動成分として通常含まれる周波数成分を含む所定の周波数帯域を通過帯域とするフィルタであり、第1比Rをフィルタ処理(フィルタリング)し、このフィルタ処理した後の第1比R時系列データであるR_signalとしてR相関算出部15〜kv初期値算出部21および脈拍数算出部24の各部へ通知する。   The BPF (R) unit 13 is a filter having a predetermined frequency band including a frequency component normally included as a variation component in the amount of transmitted or reflected light of biological tissue caused by arterial blood pulsation with respect to red light as a pass band. The ratio R is filtered (filtered), and R_signal which is the first ratio R time-series data after the filtering is notified to each of the R correlation calculating unit 15 to kv initial value calculating unit 21 and the pulse rate calculating unit 24. .

BPF(IR)部14は、赤外光に対する、動脈血の脈動により生ずる生体組織の透過または反射光量における変動成分として通常含まれる周波数成分を含む所定の周波数帯域を通過帯域とするフィルタであり、第2比IRをフィルタ処理(フィルタリング)し、このフィルタ処理した後の第2比IRを時系列データIR_signalとしてR相関算出部15〜kv初期値算出部21および脈拍数算出部24の各部へ通知する。   The BPF (IR) unit 14 is a filter having a predetermined frequency band including a frequency component that is normally included as a fluctuation component in the amount of transmitted or reflected light of living tissue caused by pulsation of arterial blood with respect to infrared light as a pass band. 2 ratio IR is filtered (filtered), and the second ratio IR after the filtering is notified to each of the R correlation calculating unit 15 to kv initial value calculating unit 21 and the pulse rate calculating unit 24 as time series data IR_signal. .

R相関算出部15は、赤色光に係わるR_signalの相関データV_Rを式(12’)を用いて算出し、この算出した相関データV_IRを、減算部28A、kv初期値算出部21および信頼度算出部27の各部へ通知するものである。   The R correlation calculation unit 15 calculates the correlation data V_R of R_signal related to red light using the equation (12 ′), and uses the calculated correlation data V_IR as the subtraction unit 28A, the kv initial value calculation unit 21, and the reliability calculation. This is notified to each unit of the unit 27.

IR相関算出部16は、赤外光に係わるIR_signalの相関データV_IRを式(11’)を用いて算出し、この算出した相関データV_IRを、減算部28B、kv初期値算出部21および信頼度算出部27の各部へ通知するものである。   The IR correlation calculation unit 16 calculates IR_signal correlation data V_IR related to infrared light using the equation (11 ′), and uses the calculated correlation data V_IR as the subtraction unit 28B, the kv initial value calculation unit 21, and the reliability. This is notified to each unit of the calculation unit 27.

相互相関算出部17は、赤色光に係わるR_signalと赤外光に係わるIR_signalとの相関データV_R_IRを式(13’)を用いて算出し、この算出した相関データV_R_IRを、減算部28C、kv初期値算出部21および信頼度算出部27の各部へ通知するものである。   The cross-correlation calculation unit 17 calculates correlation data V_R_IR between R_signal related to red light and IR_signal related to infrared light using Expression (13 ′), and the calculated correlation data V_R_IR is subtracted by the subtraction unit 28C, kv initial This is notified to each of the value calculation unit 21 and the reliability calculation unit 27.

R遅延相関算出部18は、R_signalの遅延相関データV_R_τを式(15’)を用いて算出し、この算出した遅延相関データV_R_τを、減算部28Aへ通知するものである。   The R delay correlation calculation unit 18 calculates the delay correlation data V_R_τ of R_signal using the equation (15 ′), and notifies the calculated delay correlation data V_R_τ to the subtraction unit 28A.

IR遅延相関算出部19は、IR_signalの遅延相関データV_IR_τを式(14’)を用いて算出し、この算出した遅延相関データV_IR_τを、減算部28Bへ通知するものである。   The IR delay correlation calculation unit 19 calculates the delay correlation data V_IR_τ of IR_signal using the equation (14 ′), and notifies the subtraction unit 28B of the calculated delay correlation data V_IR_τ.

相互遅延相関算出部20は、R_signalとIR_signalとの遅延相関データV_R_IR_τを式(16’)を用いて算出し、この算出した遅延相関データV_R_IR_τを、減算部28Cへ通知するものである。   The cross delay correlation calculation unit 20 calculates the delay correlation data V_R_IR_τ between R_signal and IR_signal using the equation (16 ′), and notifies the subtraction unit 28C of the calculated delay correlation data V_R_IR_τ.

なお、BPF(R)部13〜相互遅延相関算出部20が算出したIR_signal、R_signal、相関データ、遅延相関データは、メモリに記憶され、他の機能部から参照できるものとする。   The IR_signal, R_signal, correlation data, and delay correlation data calculated by the BPF (R) unit 13 to the cross delay correlation calculation unit 20 are stored in the memory and can be referred to from other functional units.

減算部28Aは、R相関算出部15によって算出された相関データV_Rから、R遅延相関算出部18によって算出された遅延相関データV_R_τを減算した結果dV_Rを算出し(式(18)の左辺参照)、この算出した差分dV_Rをkv算出部22へ通知するものである。   The subtractor 28A calculates a result dV_R obtained by subtracting the delayed correlation data V_R_τ calculated by the R delay correlation calculator 18 from the correlation data V_R calculated by the R correlation calculator 15 (see the left side of Expression (18)). The calculated difference dV_R is notified to the kv calculation unit 22.

減算部28Bは、IR相関算出部16よって算出された相関データV_IRから、IR遅延相関算出部19によって算出された遅延相関データV_IR_τを減算した結果dV_IRを算出し(式(17)の左辺参照)、この算出した差分dV_IRをkv算出部22へ通知するものである。   The subtractor 28B calculates a result dV_IR obtained by subtracting the delayed correlation data V_IR_τ calculated by the IR delayed correlation calculator 19 from the correlation data V_IR calculated by the IR correlation calculator 16 (see the left side of Expression (17)). The calculated difference dV_IR is notified to the kv calculation unit 22.

減算部28Cは、相互相関算出部17よって算出された相関データV_R_IRから、相互遅延相関算出部20によって算出された遅延相関データV_R_IR_τを減算した結果dV_R_IRを算出し(式(19)の左辺参照)、この算出した差分dV_R_IRをkv算出部22へ通知するものである。   The subtractor 28C calculates a result dV_R_IR obtained by subtracting the delayed correlation data V_R_IR_τ calculated by the cross delay correlation calculator 20 from the correlation data V_R_IR calculated by the cross correlation calculator 17 (see the left side of Expression (19)). The calculated difference dV_R_IR is notified to the kv calculation unit 22.

kv算出部22は、減算部28Aが算出した差分dV_R、減算部28Bが算出した差分dV_IR、減算部28Cが算出した差分dV_R_IRから、式(25)、式(26)、式(27)のうちのいずれかを用いてkv_esを算出し、この算出したkv_esをSpO2算出部23へ通知するものである。本実施形態では、式(25)を用いる。   The kv calculation unit 22 uses the difference dV_R calculated by the subtraction unit 28A, the difference dV_IR calculated by the subtraction unit 28B, and the difference dV_R_IR calculated by the subtraction unit 28C, among the equations (25), (26), and (27). Kv_es is calculated using any one of the above, and the calculated kv_es is notified to the SpO2 calculation unit 23. In this embodiment, Formula (25) is used.

kv初期値算出部21は、BPF(R)部13が算出したR_signal、BPF(IR)部14が算出したIR_signal、R相関算出部15が算出したR_signalの相関データV_R、IR相関算出部16が算出したIR_signalの相関データV_IR、相互相関算出部17が算出したR_signalとIR_signalとの相関データV_R_IRから、従来の技術を用いて、k_vの推定値kv_esを算出するものである。例えば、以下の式を用いてkv_esを算出する。   The kv initial value calculation unit 21 includes an R_signal calculated by the BPF (R) unit 13, an IR_signal calculated by the BPF (IR) unit 14, an R_signal correlation data V_R calculated by the R correlation calculation unit 15, and an IR correlation calculation unit 16 Based on the calculated correlation data V_IR of IR_signal and the correlation data V_R_IR between R_signal and IR_signal calculated by the cross-correlation calculation unit 17, an estimated value kv_es of k_v is calculated using a conventional technique. For example, kv_es is calculated using the following equation.

P(ω)=P[{IR_signal*k_v - R_signal}2- (1/N)Σ{IR_signal*k_v - R_signal}2]
ここで、Pは、フーリエ変換、ωは、周波数である。P(ω)のピーク高さ/ピーク幅を指標としてそれを最大にするωからk_vを求めて、kv_esとする。また、その他の方法で算出してもよい。例えば、以下の式(31)、式(32)、式(33)の何れかを用いて、R_signalとIR_signalの自己相関と相互相関との比からk_aを求め、k_aからk_vを求めてもよい。
P (ω) = P [{IR_signal * k_v-R_signal} 2- (1 / N) Σ {IR_signal * k_v-R_signal} 2 ]
Here, P is a Fourier transform, and ω is a frequency. Using the peak height / peak width of P (ω) as an index, k_v is obtained from ω that maximizes the peak height and set as kv_es. Moreover, you may calculate by another method. For example, k_a may be obtained from the ratio of the autocorrelation and cross-correlation of R_signal and IR_signal using any one of the following equations (31), (32), and (33), and k_v may be obtained from k_a. .

Figure 0005527277
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SpO2算出部23は、kv算出部22が求めたkv_esから、以下の式(28)または式(29)を用いて、k_aの推定値ka_esを算出する。   The SpO2 calculation unit 23 calculates the estimated value ka_es of k_a from the kv_es obtained by the kv calculation unit 22 using the following formula (28) or formula (29).

ka_es={kv*V_R_IR-V_R}/{kv*V_IR-V_R_IR} …(28)
ka_es={kv*V_R_IR_τ-V_R_τ}/{kv*V_IR_τ-V_R_IR_τ} …(29)
そして、ka_esから、静脈血の酸素飽和度SpOを求めて、この求めた酸素飽和度SpOを、表示部30へ通知するものである。なお、脈波信号は原波形として説明しているが、時間差分波形でもよい。
ka_es = {kv * V_R_IR-V_R} / {kv * V_IR-V_R_IR}… (28)
ka_es = {kv * V_R_IR_τ-V_R_τ} / {kv * V_IR_τ-V_R_IR_τ}… (29)
Then, the oxygen saturation SpO 2 of venous blood is obtained from ka_es, and the obtained oxygen saturation SpO 2 is notified to the display unit 30. Although the pulse wave signal is described as an original waveform, it may be a time difference waveform.

また、SpO2算出部23は、周期安定性判別部26から周期が安定していない旨の通知を受けると、式(13)及び式(14)を用いて算出したkv_mとkv_pのうち、大きい方をkv_esとして求め、k_aの推定値ka_esを算出し、静脈血の酸素飽和度SpOを算出する。 Further, when the SpO2 calculation unit 23 receives a notification from the cycle stability determination unit 26 that the cycle is not stable, the larger of kv_m and kv_p calculated using the equations (13) and (14) Is calculated as kv_es, an estimated value ka_es of k_a is calculated, and oxygen saturation SpO 2 of venous blood is calculated.

脈拍数算出部24は、BPF(R)部13が算出したR_signal、BPF(IR)部14が算出したIR_signal、kv算出部22またはkv初期値算出部21が算出したkv_esから、脈拍数を求め、表示部30へ通知し、また、脈拍数と周期判定信号(以下の式(30)の左辺で表される信号)とを周期安定性判別部26へ出力するものである。より具体的には、以下の式(30)(式(4)と同じ)が成り立つことから、脈拍数算出部24は、R(j)-kv_es*IR(j)の所定時間内の周期の平均値を算出する。   The pulse rate calculation unit 24 obtains the pulse rate from R_signal calculated by the BPF (R) unit 13, IR_signal calculated by the BPF (IR) unit 14, and kv_es calculated by the kv calculation unit 22 or the kv initial value calculation unit 21. The display unit 30 is notified, and the pulse rate and the cycle determination signal (the signal represented by the left side of the following equation (30)) are output to the cycle stability determination unit 26. More specifically, since the following equation (30) (same as equation (4)) holds, the pulse rate calculation unit 24 calculates the period of R (j) -kv_es * IR (j) within a predetermined time. The average value is calculated.

R(j)-kv_es*IR(j)≒(ka-kv)*s(j) (j=i-(N-1)〜i) …(30)
そして、前記周期の逆数として脈拍数を求める。なお、周期の算出では、差分波形、原波形いずれも用いることができるが原波形が望ましい。
R (j) -kv_es * IR (j) ≈ (ka-kv) * s (j) (j = i- (N-1) to i) (30)
Then, the pulse rate is obtained as the reciprocal of the cycle. In calculating the period, either the differential waveform or the original waveform can be used, but the original waveform is desirable.

なお、後述する<第1の動作>では、外部から心電信号等を取得し、心電信号等から脈拍周期を求め、求めた脈拍周期から求めた脈拍数をτ算出部25に出力するものとする(図1に点線で示す)。   In <first operation> described later, an electrocardiogram signal or the like is acquired from the outside, a pulse cycle is obtained from the electrocardiogram signal or the like, and the pulse rate obtained from the obtained pulse cycle is output to the τ calculator 25. (Indicated by a dotted line in FIG. 1).

周期安定性判別部26は、脈拍数算出部24から脈拍数と周期判定信号とを受け取ると、周期判定信号の周期の安定性を判断し、許容できる安定度であれば、脈拍数算出部24から受け取った脈拍数をτ算出部25へ通知し、許容できる安定度でない場合は、その旨をSpO2算出部23へ通知するものである。安定度の判断は、周期判定信号の各周期のバラツキが所定範囲内、例えば、所定時間(T_PR)内での周期の最大値から最小値を引いた値が所定値以下で、且つ、平均周期の前回平均周期からの偏差が所定範囲内である場合に、安定していると判断する。周期が安定しているということは、kv_esが適正に推定できていると判断できることになる。   When the cycle stability determination unit 26 receives the pulse rate and the cycle determination signal from the pulse rate calculation unit 24, the cycle stability determination unit 26 determines the stability of the cycle of the cycle determination signal. Is notified to the τ calculation unit 25, and if the stability is not acceptable, the SpO2 calculation unit 23 is notified of this. The determination of the stability is based on the variation of each cycle of the cycle determination signal within a predetermined range, for example, a value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the cycle within a predetermined time (T_PR) is equal to or less than the predetermined value, and the average cycle Is determined to be stable when the deviation from the previous average period is within a predetermined range. If the period is stable, it can be determined that kv_es can be properly estimated.

また、外部からの心電信号等から心拍周期を求めることができる場合に、生体情報測定装置100が脈拍数算出部24から取得した信号の周期との差が所定値以上である場合は、安定していない、すなわち、kv_esが適正に推定できていないと判断することとしてもよい。また、周期安定性判別部26は、周期が安定していない場合は、表示部30に警告等を表示することとしてもよい。   In addition, when the heartbeat cycle can be obtained from an external electrocardiogram signal or the like, if the difference from the cycle of the signal acquired by the biological information measuring device 100 from the pulse rate calculation unit 24 is equal to or greater than a predetermined value, the stable In other words, it may be determined that kv_es has not been properly estimated. Moreover, the period stability determination part 26 is good also as displaying a warning etc. on the display part 30, when a period is not stable.

τ算出部25は、周期安定性判別部26(後述する<第1の動作>では脈拍数算出部24)が算出した脈拍数と、測定データのサンプリング周期とからτ、すなわち、測定データのインデックスの個数を算出し、この算出したτをR遅延相関算出部18、IR遅延相関算出部19、相互遅延相関算出部20の各部へ通知するものである。   The τ calculating unit 25 calculates τ, that is, an index of measurement data, from the pulse rate calculated by the periodic stability determination unit 26 (pulse rate calculating unit 24 in <first operation> described later) and the sampling period of the measurement data. And the calculated τ is notified to each of the R delay correlation calculation unit 18, the IR delay correlation calculation unit 19, and the mutual delay correlation calculation unit 20.

信頼度算出部27は、SpO2算出部23によって算出された酸素飽和度、R相関算出部15によって算出された相関データV_R、IR相関算出部16によって算出された相関データV_IR、相互相関算出部17によって算出されたV_R_IRに基づいて所定の信頼度を算出し、この算出した信頼度を表示部30へ出力するものである。   The reliability calculation unit 27 includes the oxygen saturation calculated by the SpO2 calculation unit 23, the correlation data V_R calculated by the R correlation calculation unit 15, the correlation data V_IR calculated by the IR correlation calculation unit 16, and the cross correlation calculation unit 17 A predetermined reliability is calculated based on V_R_IR calculated by the above, and the calculated reliability is output to the display unit 30.

信頼度は、生体情報に係わる算出値がどの程度信頼することができる値であるかを表す指標(度合い)である。このような信頼度は、例えば、次の式(B1)〜式(B6)のいずれかによって求めることができる。このような式によって得られる信頼度zでは、その値zの絶対値が大きいほど血中酸素飽和度の信頼度が低くなる。   The reliability is an index (degree) indicating how reliable the calculated value related to biological information is. Such reliability can be obtained by any of the following formulas (B1) to (B6), for example. In the reliability z obtained by such an equation, the reliability of the blood oxygen saturation level decreases as the absolute value of the value z increases.

z=(ΣR(j)*IR(j))/(Σ{IR(j)}2)-(Σ{R(j)})/(ΣR(j)*IR(j)) ・・・(B1)
z=(Σ{IR(j)})/(ΣR(j)*IR(j))-[(Σ{R(j)})/(Σ{IR(j)})] ・・・(B2)
z=(Σ{R(j)})/(Σ{IR(j)})-[(ΣR(j)*IR(j))/(Σ{IR(j)})] ・・・(B3)
z=[(1/N)*ΣR(j)/IR(j)]-(Σ{R(j)})/(Σ{IR(j)}) ・・・(B4)
z=(ΣR(j)*IR(j))/(Σ{IR(j)})-(1/N)*ΣR(j)/IR(j) ・・・(B5)
z=(Σ{R(j)})/(ΣR(j)*IR(j))-(1/N)*ΣR(j)/IR(j) ・・・(B6)
また、信頼度算出部27は、適時、k_aの信頼度又はk_vの信頼度を算出することとしてもよい。k_aの信頼度とは、k_aに含まれる誤差の度合いを表す値であり、同様に、k_vの信頼度とは、k_vに含まれる誤差の度合いを表す値である。
z = (ΣR (j) * IR (j)) / (Σ {IR (j)} 2 )-(Σ {R (j)} 2 ) / (ΣR (j) * IR (j)) ・ ・ ・(B1)
z = (Σ {IR (j)} 2 ) / (ΣR (j) * IR (j))-[(Σ {R (j)} 2 ) / (Σ {IR (j)} 2 )] 2. .. (B2)
z = (Σ {R (j)} 2 ) / (Σ {IR (j)} 2 )-[(ΣR (j) * IR (j)) / (Σ {IR (j)} 2 )] 2・.. (B3)
z = [(1 / N) * ΣR (j) / IR (j)] 2 − (Σ {R (j)} 2 ) / (Σ {IR (j)} 2 ) (B4)
z = (ΣR (j) * IR (j)) / (Σ {IR (j)} 2 )-(1 / N) * ΣR (j) / IR (j) (B5)
z = (Σ {R (j)} 2 ) / (ΣR (j) * IR (j))-(1 / N) * ΣR (j) / IR (j) (B6)
In addition, the reliability calculation unit 27 may calculate the reliability of k_a or the reliability of k_v as appropriate. The reliability of k_a is a value that represents the degree of error included in k_a, and similarly, the reliability of k_v is a value that represents the degree of error included in k_v.

表示部30は、この生体情報測定装置100の動作状態や演算制御部10によって求められた生体情報等を表示(出力)する装置であり、例えば、液晶表示装置(LCD)や有機EL表示装置、プリンタ等である。表示部30は、例えば、本実施形態では、脈拍数算出部24で算出された脈拍数を表示する脈拍数出力部32と、SpO2算出部23で算出された酸素飽和度を表示するSpO2出力部31と、信頼度算出部27で算出された信頼度を表示する信頼度出力部33とを備えている。信頼度出力部33は、信頼度算出部27が算出した信頼度、例えば、k_aの信頼度やk_vの信頼度が、それぞれの閾値を超えた場合に、警告を出力する。   The display unit 30 is a device that displays (outputs) the operating state of the biological information measuring device 100, biological information obtained by the arithmetic control unit 10, and the like, for example, a liquid crystal display device (LCD), an organic EL display device, A printer or the like. In this embodiment, for example, the display unit 30 includes a pulse rate output unit 32 that displays the pulse rate calculated by the pulse rate calculation unit 24, and an SpO2 output unit that displays the oxygen saturation calculated by the SpO2 calculation unit 23. 31 and a reliability output unit 33 that displays the reliability calculated by the reliability calculation unit 27. The reliability output unit 33 outputs a warning when the reliability calculated by the reliability calculation unit 27, for example, the reliability of k_a or the reliability of k_v exceeds the respective thresholds.

なお、R遅延相関算出部18、IR遅延相関算出部19、相互遅延相関算出部20、SpO2算出部23、τ算出部25、周期安定性判別部26、減算部28等によって、課題を解決するための手段で開示した信号生成部が実現され、kv初期値算出部21、kv算出部22、SpO2算出部23、周期安定性判別部26、信頼度算出部27等によって、推定部が実現される。   The R delay correlation calculation unit 18, the IR delay correlation calculation unit 19, the cross delay correlation calculation unit 20, the SpO2 calculation unit 23, the τ calculation unit 25, the periodic stability determination unit 26, the subtraction unit 28, and the like solve the problem. The signal generation unit disclosed in the means for realizing the above is realized, and the estimation unit is realized by the kv initial value calculation unit 21, the kv calculation unit 22, the SpO2 calculation unit 23, the periodic stability determination unit 26, the reliability calculation unit 27, and the like. The

<動作>
次に、実施形態の生体情報測定装置100の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the biological information measuring apparatus 100 of the embodiment will be described.

ここでは、2通りの動作について説明する。脈拍周期を、生体情報測定装置100の外部からの心電信号等の情報を基に取得できる場合と、できない場合である。言い換えれば、外部からの情報を基に正確な脈拍周期を取得できる場合は、遅延時間τは容易に求めることができるが、取得できない場合には、脈拍周期を算出する必要がある。   Here, two operations will be described. There are cases where the pulse cycle can be acquired based on information such as an electrocardiogram signal from the outside of the biological information measuring apparatus 100 and when it cannot. In other words, when an accurate pulse period can be acquired based on information from the outside, the delay time τ can be easily obtained, but when it cannot be acquired, it is necessary to calculate the pulse period.

<第1の動作>
まず、外部からの情報を基に脈拍周期を取得できる場合について説明する。この場合、演算制御部10の脈拍数算出部24は、上述のように式(30)を用いて算出するのではなく、心電信号から心拍周期を算出するものとする。
<First operation>
First, the case where a pulse cycle can be acquired based on information from the outside will be described. In this case, the pulse rate calculation unit 24 of the arithmetic control unit 10 does not calculate using the equation (30) as described above, but calculates the heartbeat cycle from the electrocardiogram signal.

図2および図3は、生体情報のうち酸素飽和度および脈拍数を求める処理を示すフローチャートである。   2 and 3 are flowcharts showing processing for obtaining oxygen saturation and pulse rate in the biological information.

生体情報測定装置100では、例えば、電源スイッチ(不図示)の投入、または、電源スイッチの投入後の測定開始スイッチ(不図示)の投入によって、測定対象である生体の生体情報の測定が開始される。   In the biological information measuring apparatus 100, for example, measurement of biological information of a living body to be measured is started by turning on a power switch (not shown) or turning on a measurement start switch (not shown) after turning on the power switch. The

演算制御部10は、センサ部40で測定された測定データを所定のサンプリング周期でのサンプリングを開始し、測定データの時系列データをセンサ部40から取得する。   The arithmetic control unit 10 starts sampling the measurement data measured by the sensor unit 40 at a predetermined sampling period, and acquires time-series data of the measurement data from the sensor unit 40.

具体的には、センサ部40のセンサ(R)部41によって、赤色光に係わる測定データRsignalanddark(暗電流を含む)およびその暗電流Rdarkが測定され、アナログ信号からディジタル信号へ変換されるとともに、センサ(IR)部42によって、赤外光に係わる測定データIRsignalanddark(暗電流を含む)およびその暗電流IRdarkが測定され、アナログ信号からディジタル信号へ変換される。   Specifically, the sensor (R) unit 41 of the sensor unit 40 measures the measurement data Rsignallanddark (including dark current) related to red light and the dark current Rdark, and converts the analog signal into a digital signal. The sensor (IR) section 42 measures the measurement data IR signal (including dark current) related to infrared light and the dark current IR dark and converts the analog signal into a digital signal.

続いて、表示部30のAC/DC(R)部11によって、センサ(R)部41から入力された赤色光に係わる測定データRsignalanddarkに対し、ダーク処理(Rsignalanddark−Rdark)が実行され、R_signal(図2では、R_s(j)と記載する。)が算出されるとともに、AC/DC(IR)部12によって、センサ(IR)部42から入力された赤外光に係わる測定データIRsignalanddarkに対し、ダーク処理(Rsignalanddark−Rdark)が実行され、IR_signal(図2では、IR_s(j)と記載する。)が算出される。続いて、BPF(R)部13によって、AC/DC(R)部11から出力されたR_signalがフィルタリングされるとともに、BPF(IR)部14によって、AC/DC(IR)部12から出力されたIR_signalがフィルタリングされ、R相関算出部15〜相互遅延相関算出部20等に出力される。   Subsequently, the AC / DC (R) unit 11 of the display unit 30 performs dark processing (Rsignalland-Rdark) on the measurement data Rsignallandmark related to the red light input from the sensor (R) unit 41, and R_signal ( In FIG. 2, R_s (j) is calculated), and the AC / DC (IR) unit 12 calculates the IR measurement signal IRsignallandmark related to the infrared light input from the sensor (IR) unit 42. Dark processing (Rsignalland-Rdark) is executed, and IR_signal (indicated as IR_s (j) in FIG. 2) is calculated. Subsequently, the R_signal output from the AC / DC (R) unit 11 is filtered by the BPF (R) unit 13 and output from the AC / DC (IR) unit 12 by the BPF (IR) unit 14. The IR_signal is filtered and output to the R correlation calculation unit 15 to the mutual delay correlation calculation unit 20 and the like.

演算制御部10は、サンプリングを開始すると同時に、処理で用いる変数の初期化を行う。具体的には、V_R_int、V_IR_int、V_R_IR_int、V_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intそれぞれに、0(ゼロ)を設定する(ステップS10)。V_R_int、V_IR_int、V_R_IR_intは、上述の相関データV_IR、V_R、V_R_IRにそれぞれ相当し、V_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intは、遅延相関データV_IR_τ、V_R_τ、V_R_IR_τにそれぞれ相当する。また、m=0〜N-1の配列V_R(m)、V_IR(m)、V_R_IR(m)、V_R_τ(m)、V_IR_τ(m)、V_R_IR_τ(m)に0(ゼロ)を設定する(ステップS11)。これらの配列は、それぞれV_R_int、V_IR_int、V_R_IR_int、V_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intを算出する基となるデータを記憶するものである。   The arithmetic control unit 10 initializes variables used in the process at the same time as starting sampling. Specifically, 0 (zero) is set in each of V_R_int, V_IR_int, V_R_IR_int, V_IR_τ_int, V_R_τ_int, and V_R_IR_τ_int (step S10). V_R_int, V_IR_int, and V_R_IR_int correspond to the correlation data V_IR, V_R, and V_R_IR, respectively. V_IR_τ_int, V_R_τ_int, and V_R_IR_τ_int correspond to the delayed correlation data V_IR_τ, V_R_τ, and V_R_IR_τ, respectively. Further, 0 (zero) is set to the arrays V_R (m), V_IR (m), V_R_IR (m), V_R_τ (m), V_IR_τ (m), and V_R_IR_τ (m) of m = 0 to N−1 (step) S11). These arrays store data serving as a basis for calculating V_R_int, V_IR_int, V_R_IR_int, V_IR_τ_int, V_R_τ_int, and V_R_IR_τ_int, respectively.

初期化が終了すると、脈拍数算出部24は心電信号から脈拍数を算出し、算出した脈拍数をτ算出部25に出力する。また、脈拍数算出部24は、算出した脈拍数を表示部30の脈拍数出力部32に出力する(ステップS12)。脈拍数出力部32は、取得した脈拍数を表示する。   When the initialization is completed, the pulse rate calculation unit 24 calculates the pulse rate from the electrocardiogram signal, and outputs the calculated pulse rate to the τ calculation unit 25. In addition, the pulse rate calculation unit 24 outputs the calculated pulse rate to the pulse rate output unit 32 of the display unit 30 (step S12). The pulse rate output unit 32 displays the acquired pulse rate.

脈拍数を取得したτ算出部25は、脈拍周期から遅延時間τ、すなわち、測定データのインデックスの個数を算出し、R遅延相関算出部18、IR遅延相関算出部19および相互遅延相関算出部20に出力する(ステップS13)。   The τ calculation unit 25 that has acquired the pulse rate calculates the delay time τ, that is, the number of indexes of the measurement data, from the pulse period, and the R delay correlation calculation unit 18, the IR delay correlation calculation unit 19, and the mutual delay correlation calculation unit 20 (Step S13).

R相関算出部15〜相互遅延相関算出部20は、BPF(R)部13またはBPF(IR)部14からのR_signalまたはIR_signalを取得し(ステップS14)、各相関値および遅延相関値を演算する(ステップS15)。すなわち、R相関算出部15によってR_signal(j)2が算出されてV_R(j)に設定され、IR相関算出部16によってIR_signal(j)2が算出されてV_IR(j)に設定され、IR相関算出部16によってR_signal(j)*IR_signal(j)が算出されてV_R _IR(j)に設定される。また、R遅延相関算出部18によってR_signal(j)*R_signal(j-τ)が算出されてV_R_τ(j)に設定され、IR遅延相関算出部19によってIR_signal(j)*IR_signal(j-τ)が算出されてV_IR_τ(j)に設定され、相互遅延相関算出部20によって(R_signal(j)*IR_signal(j-τ)+R_signal(j-τ)*IR_signal(j))/2が算出されてV_R_IR_τ(j)に設定される。 The R correlation calculation unit 15 to the cross delay correlation calculation unit 20 obtain R_signal or IR_signal from the BPF (R) unit 13 or the BPF (IR) unit 14 (step S14), and calculate each correlation value and delay correlation value. (Step S15). That, is calculated by R correlation calculating section 15 R_signal (j) 2 is set to V_R (j), is set is calculated by IR correlation calculating unit 16 IR_signal (j) 2 is the V_IR (j), IR correlation R_signal (j) * IR_signal (j) is calculated by the calculation unit 16 and set to V_R_IR (j). Also, R_signal (j) * R_signal (j-τ) is calculated by the R delay correlation calculation unit 18 and set to V_R_τ (j), and IR_signal (j) * IR_signal (j-τ) is set by the IR delay correlation calculation unit 19. Is set to V_IR_τ (j), and (R_signal (j) * IR_signal (j-τ) + R_signal (j-τ) * IR_signal (j)) / 2 is calculated by the mutual delay correlation calculation unit 20 Set to V_R_IR_τ (j).

所定数のデータ(N個)の取得が完了するまで(ステップS16:No)、ステップS14〜ステップS16が実行され、所定数のデータが取得されると(ステップS16:Yes)、m=0〜N-1でV_R(m)、V_IR(m)、V_R_IR(m)、V_R_τ(m)、V_IR_τ(m)、V_R_IR_τ(m)のそれぞれを積算して、V_R_int、V_IR_int、V_R_IR_int、V_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intを算出する(ステップS17)。R相関算出部15〜相互遅延相関算出部20で算出されたデータは、減算部28A〜Cによって差分dV_R、dV_IR、dV_R_IRが算出されて、kv算出部22へ出力される。kv算出部22は、式(25)を用いて、kv_esを算出する。   Until acquisition of the predetermined number of data (N) is completed (step S16: No), step S14 to step S16 are executed. When the predetermined number of data is acquired (step S16: Yes), m = 0 to N_1 adds V_R (m), V_IR (m), V_R_IR (m), V_R_τ (m), V_IR_τ (m), V_R_IR_τ (m), V_R_int, V_IR_int, V_R_IR_int, V_IR_τ_int, V_R_τ_int, V_R_IR_τ_int is calculated (step S17). Differences dV_R, dV_IR, and dV_R_IR are calculated by the subtraction units 28 </ b> A to 28 </ b> C and output to the kv calculation unit 22 from the data calculated by the R correlation calculation unit 15 to the cross delay correlation calculation unit 20. The kv calculation unit 22 calculates kv_es using Expression (25).

続いて、SpO2算出部23は、kv_es_b、または、ka_es_bが不定であるか否か、すなわち、1度でも信頼できるkv_es、または、ka_esが測定されたか否かを判断する(ステップS18)。この判断は、例えば、フラグを設定したり、初期値としてkv_es等にありえない値を設定しておき、あり得ない値の場合は不定であると判断する、または、kv_es等に測定されたものを設定した場合にはフラグを立て、フラグが立っていない場合は不定であると判断する等で行う。   Subsequently, the SpO2 calculating unit 23 determines whether or not kv_es_b or ka_es_b is indefinite, that is, whether or not kv_es or ka_es that is reliable even once has been measured (step S18). This determination can be made, for example, by setting a flag, or setting an initial value that cannot be in kv_es, etc., and determining that the value is indeterminate if it is not possible, or using a value measured in kv_es, etc. If it is set, a flag is set. If the flag is not set, it is determined that the flag is indefinite.

不定であると判断された場合は(ステップS18:Yes)、SpO2算出部23は、kv初期値算出部21が式(31)等を用いて算出したkv_esをkv_es_bとし、ka_esを算出してka_es_bとする(ステップS19)。不定でないと判断された場合は(ステップS18:No)、kv_es_bには、前回算出されたkv_esが設定されており、ka_es_bには、前回算出されたka_esが設定されている。   If determined to be indefinite (step S18: Yes), the SpO2 calculation unit 23 sets kv_es calculated by the kv initial value calculation unit 21 using equation (31) or the like as kv_es_b, calculates ka_es, and ka_es_b (Step S19). When it is determined that it is not indefinite (step S18: No), kv_es calculated in the previous time is set in kv_es_b, and ka_es calculated in the previous time is set in ka_es_b.

続いて、SpO2算出部23は、V_R_IR_int、V_IR_int、kv_es_bおよびka_es_bから、心拍動による信号成分と体動によるノイズ成分の比であるSN比を推定する(ステップS20)。   Subsequently, the SpO2 calculation unit 23 estimates an SN ratio that is a ratio of a signal component due to heartbeat and a noise component due to body motion from V_R_IR_int, V_IR_int, kv_es_b, and ka_es_b (step S20).

ここで、SN比は、ノイズ成分の強度と信号成分の強度との比等で表され、例えば、式(34)のように表される。SN比をk_snとする。   Here, the S / N ratio is represented by the ratio between the intensity of the noise component and the intensity of the signal component, for example, as shown in Expression (34). Let the SN ratio be k_sn.

Figure 0005527277
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ノイズ成分の強度に関する値であるn_squareと信号成分の強度に関する値であるs_squareは、k_vおよびk_aにそれぞれkv_es_bおよびka_es_bを代入して、以下の式35および式36を用いて算出する。 N_square, which is a value related to the intensity of the noise component, and s_square, which is a value related to the intensity of the signal component, are calculated by substituting kv_es_b and ka_es_b for k_v and k_a, respectively, using Expressions 35 and 36 below.

Figure 0005527277
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Figure 0005527277
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SN比が所定値以下である場合(ステップS21:Yes)、すなわち、ノイズの影響が大きい場合は、SpO2算出部23は、kv算出部22が式(25)、または式(23)、または式(24)を用いて算出したkv_esを取得し(ステップS23)、取得したkv_esから式(28)または式(29)を用いてka_esを求め(ステップS24)、酸素飽和度SpO2を算出する(ステップS25)。   When the S / N ratio is equal to or smaller than the predetermined value (step S21: Yes), that is, when the influence of noise is large, the SpO2 calculation unit 23 is configured such that the kv calculation unit 22 is represented by the formula (25), the formula (23), or the formula Kv_es calculated using (24) is acquired (step S23), ka_es is obtained from the acquired kv_es using equation (28) or equation (29) (step S24), and oxygen saturation SpO2 is calculated (step) S25).

一方、SN比が所定値を上回る場合(ステップS21:No)、すなわち、ノイズの影響が小さい場合、SpO2算出部23は、式(31)、式(32)、式(33)など従来公知の方法によってka_esを算出して(ステップS22)、動脈血酸素飽和度SpO2を算出する(ステップS25)。また、ka_esとの所定関係α(ka_es)からkv_esを算出する(ステップS22)。α(ka_es)は静脈血の酸素飽和度が動脈血の酸素飽和度より例えば10%低いことから関係づけられる式である。   On the other hand, when the S / N ratio exceeds a predetermined value (step S21: No), that is, when the influence of noise is small, the SpO2 calculation unit 23 uses a conventionally known formula such as formula (31), formula (32), and formula (33). The ka_es is calculated by the method (step S22), and the arterial oxygen saturation SpO2 is calculated (step S25). Further, kv_es is calculated from the predetermined relationship α (ka_es) with ka_es (step S22). α (ka_es) is an equation related to the fact that the oxygen saturation of venous blood is, for example, 10% lower than the oxygen saturation of arterial blood.

酸素飽和度SpO2を算出したSpO2算出部23は、算出した酸素飽和度SpO2をSpO2出力部31に出力し、SpO2出力部31は取得した酸素飽和度SpO2を表示する(ステップS25)。   The SpO2 calculating unit 23 that has calculated the oxygen saturation SpO2 outputs the calculated oxygen saturation SpO2 to the SpO2 output unit 31, and the SpO2 output unit 31 displays the acquired oxygen saturation SpO2 (step S25).

SpO2算出部23は、算出したkv_es、ka_esを、それぞれkv_es_b、ka_es_bに設定する(ステップS26)。   The SpO2 calculation unit 23 sets the calculated kv_es and ka_es to kv_es_b and ka_es_b, respectively (step S26).

続いて、信頼度算出部27は、所定の信頼度を算出し、この算出された信頼度が信頼度出力部33へ出力され、信頼度出力部33は取得した信頼度を表示または警告する(ステップS27)。信頼度は心電信号に基づく心拍周期とR_signal-kv_es*IR_signalの周期から求めた脈拍周期の差に対応した量であってもよいし、式(B1)から式(B6)などに対応した量であってもよい。なお、kv_es、ka_esの信頼度が、それぞれの閾値を超える場合は、kv_es、ka_esを従来の方法で算出しなおすこととしてもよい。また、信頼度の算出は、kv_es、ka_esを算出する毎に行うこととしてもよい。   Subsequently, the reliability calculation unit 27 calculates a predetermined reliability, and the calculated reliability is output to the reliability output unit 33. The reliability output unit 33 displays or warns the acquired reliability ( Step S27). The reliability may be an amount corresponding to the difference between the heartbeat cycle based on the electrocardiogram signal and the pulse cycle obtained from the cycle of R_signal-kv_es * IR_signal, or an amount corresponding to equations (B1) to (B6), etc. It may be. In addition, when the reliability of kv_es and ka_es exceeds each threshold value, kv_es and ka_es may be recalculated by a conventional method. Further, the reliability may be calculated every time kv_es and ka_es are calculated.

<第2の動作>
次に、脈拍周期を求めるための情報を外部から取得できない場合について説明する。
<Second operation>
Next, a case where information for obtaining the pulse cycle cannot be acquired from the outside will be described.

図4および図5は、生体情報のうち酸素飽和度および脈拍数を求める処理を示すフローチャートである。図4および図5のフローチャートの処理うち、図2および図3のフローチャートのステップ番号と同じ番号の処理は、図2および図3のフローチャートの該当する処理と同じである。   4 and 5 are flowcharts showing processing for obtaining oxygen saturation and pulse rate in the biological information. Of the processes in the flowcharts of FIGS. 4 and 5, the process having the same number as the step number in the flowcharts of FIGS. 2 and 3 is the same as the corresponding process in the flowcharts of FIGS.

生体情報測定装置100で測定対象である生体の生体情報の測定が開始されると、演算制御部10は、センサ部40で測定された測定データを所定のサンプリング周期でのサンプリングを開始し、測定データの時系列データをセンサ部40から取得し、AC/DC(R)部11およびBPF(R)部13で処理されたR_signalと、AC/DC(IR)部12およびBPF(IR)部14で処理されたIR_signalをR相関算出部15〜相互遅延相関算出部20等に出力する。   When the biological information measuring apparatus 100 starts measuring biological information of a living body that is a measurement target, the arithmetic control unit 10 starts sampling the measurement data measured by the sensor unit 40 at a predetermined sampling period, and measures the measurement data. R_signal acquired from the sensor unit 40 and processed by the AC / DC (R) unit 11 and the BPF (R) unit 13, and the AC / DC (IR) unit 12 and the BPF (IR) unit 14 are acquired from the sensor unit 40. The IR_signal processed in step 1 is output to the R correlation calculating unit 15 to the mutual delay correlation calculating unit 20 and the like.

演算制御部10は、サンプリングと同時に、処理で用いる変数の初期化を行う(ステップS10、ステップS11)。   The arithmetic control unit 10 initializes variables used in the process simultaneously with sampling (step S10, step S11).

初期化が終了すると、R相関算出部15〜相互遅延相関算出部20は、BPF(R)部13またはBPF(IR)部14からのR_signalまたはIR_signalを取得し(ステップS14)、各相関値を演算する(ステップS15)。すなわち、R相関算出部15によってR_signal(j)2が算出されてV_R(j)に設定され、IR相関算出部16によってIR_signal(j)2が算出されてV_IR(j)に設定され、IR相関算出部16によってR_signal(j)*IR_signal(j)が算出されてV_R_IR(j)に設定される(ステップS30)。 When the initialization is completed, the R correlation calculation unit 15 to the cross delay correlation calculation unit 20 acquire R_signal or IR_signal from the BPF (R) unit 13 or the BPF (IR) unit 14 (step S14), and obtain each correlation value. Calculation is performed (step S15). That, is calculated by R correlation calculating section 15 R_signal (j) 2 is set to V_R (j), is set is calculated by IR correlation calculating unit 16 IR_signal (j) 2 is the V_IR (j), IR correlation R_signal (j) * IR_signal (j) is calculated by the calculation unit 16 and set to V_R_IR (j) (step S30).

続いて、遅延時間τが不定でない場合は(ステップS31:No)、R遅延相関算出部18によってR_signal(j)*R_signal(j-τ)が算出されてV_R_τ(j)に設定され、IR遅延相関算出部19によってIR_signal(j)*IR_signal(j-τ)が算出されてV_IR_τ(j)に設定され、相互遅延相関算出部20によって(R_signal(j)*IR_signal(j-τ)+R_signal(j-τ)*IR_signal(j))/2が算出されてV_R_IR_τ(j)に設定される(ステップS32)。   Subsequently, if the delay time τ is not indefinite (step S31: No), R_signal (j) * R_signal (j−τ) is calculated by the R delay correlation calculating unit 18 and set to V_R_τ (j), and the IR delay IR_signal (j) * IR_signal (j-τ) is calculated by the correlation calculation unit 19 and set to V_IR_τ (j), and (R_signal (j) * IR_signal (j-τ) + R_signal () is calculated by the cross delay correlation calculation unit 20. j-τ) * IR_signal (j)) / 2 is calculated and set to V_R_IR_τ (j) (step S32).

一方、遅延時間τが不定である場合は(ステップS31:Yes)、V_R_τ(j)、V_IR_τ(j)およびV_IR_τ(j)を無効として扱う。または、R遅延相関算出部18、IR遅延相関算出部19および相互遅延相関算出部20にV_R_τ(j)、V_IR_τ(j)およびV_IR_τ(j)を算出しないように制御してもよい。遅延時間τが不定であるか否かは、初期値やフラグ等を用いて判断するものとする。   On the other hand, when the delay time τ is indefinite (step S31: Yes), V_R_τ (j), V_IR_τ (j), and V_IR_τ (j) are treated as invalid. Alternatively, the R delay correlation calculation unit 18, the IR delay correlation calculation unit 19, and the cross delay correlation calculation unit 20 may be controlled not to calculate V_R_τ (j), V_IR_τ (j), and V_IR_τ (j). Whether or not the delay time τ is indeterminate is determined using an initial value, a flag, or the like.

所定数のデータ(N個)の取得が完了するまで(ステップS16:No)、ステップS14〜ステップS16が実行され、所定数のデータが取得されると(ステップS16:Yes)、m=0〜N-1でV_R(m)、V_IR(m)、V_R_IR(m)のそれぞれを積算して、V_R_int、V_IR_int、V_R_IR_intを算出する(ステップS33)。   Until acquisition of the predetermined number of data (N) is completed (step S16: No), step S14 to step S16 are executed. When the predetermined number of data is acquired (step S16: Yes), m = 0 to Each of V_R (m), V_IR (m), and V_R_IR (m) is integrated by N-1 to calculate V_R_int, V_IR_int, and V_R_IR_int (step S33).

続いて、遅延時間τが不定でない場合は(ステップS34:No)、m=0〜N-1でV_R_τ(m)、V_IR_τ(m)、V_R_IR_τ(m)のそれぞれを積算してV_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intを算出する(ステップS35)。   Subsequently, when the delay time τ is not indefinite (step S34: No), V_R_τ (m), V_IR_τ (m), and V_R_IR_τ (m) are integrated by m = 0 to N−1, and V_IR_τ_int, V_R_τ_int V_R_IR_τ_int is calculated (step S35).

一方、遅延時間τが不定である場合は(ステップS34:Yes)、V_R_τ(m)、V_IR_τ(m)、V_R_IR_τ(m)のそれぞれを積算結果であるV_IR_τ_int、V_R_τ_int、V_R_IR_τ_intを無効として扱う。   On the other hand, when the delay time τ is indefinite (step S34: Yes), V_R_τ (m), V_IR_τ (m), and V_R_IR_τ (m) are treated as V_IR_τ_int, V_R_τ_int, and V_R_IR_τ_int, which are integration results, as invalid.

R相関算出部15〜相互遅延相関算出部20で算出されたデータは、減算部28A〜Cによって差分dV_R、dV_IR、dV_R_IRが算出されて、kv算出部22へ出力される。kv算出部22は、式(25)を用いて、kv_esを算出する。   Differences dV_R, dV_IR, and dV_R_IR are calculated by the subtraction units 28 </ b> A to 28 </ b> C and output to the kv calculation unit 22 from the data calculated by the R correlation calculation unit 15 to the cross delay correlation calculation unit 20. The kv calculation unit 22 calculates kv_es using Expression (25).

続いて、SpO2算出部23は、kv_es_b、または、ka_es_bが不定であるか否かを判断する(ステップS18)。   Subsequently, the SpO2 calculation unit 23 determines whether kv_es_b or ka_es_b is indefinite (step S18).

不定であると判断された場合は(ステップS18:Yes)、SpO2算出部23は、kv初期値算出部21が式(31)等を用いて算出したkv_esをkv_es_bとし、ka_esを算出してka_es_bとする(ステップS19)。   If determined to be indefinite (step S18: Yes), the SpO2 calculation unit 23 sets kv_es calculated by the kv initial value calculation unit 21 using equation (31) or the like as kv_es_b, calculates ka_es, and ka_es_b (Step S19).

続いて、SpO2算出部23は、V_R_IR_int、V_IR_int、kv_es_bおよびka_es_bからSN比を推定する(ステップS20)。   Subsequently, the SpO2 calculation unit 23 estimates the SN ratio from V_R_IR_int, V_IR_int, kv_es_b, and ka_es_b (step S20).

SN比が所定値以下である場合(ステップS21:Yes)、SpO2算出部23は、遅延時間τが不定か否かを判断し、不定でない場合は(ステップS36:No)、kv算出部22が算出したkv_esを取得する(ステップS23)。   If the SN ratio is less than or equal to the predetermined value (step S21: Yes), the SpO2 calculation unit 23 determines whether or not the delay time τ is indefinite, and if not (step S36: No), the kv calculation unit 22 The calculated kv_es is acquired (step S23).

また、脈拍数算出部24は、kv算出部22から取得したkv_esとメモリに記憶されているIR_signalおよびR_signalとから、脈拍数を求め(ステップS37)、表示部30へ通知し、また、脈拍数と周期判定信号(式(30)の左辺で表される信号)とを周期安定性判別部26へ通知する。   The pulse rate calculation unit 24 obtains the pulse rate from the kv_es acquired from the kv calculation unit 22 and the IR_signal and R_signal stored in the memory (step S37), notifies the display unit 30, and the pulse rate. And the period determination signal (signal represented by the left side of Expression (30)) are notified to the period stability determination unit 26.

周期安定性判別部26は、周期判定信号の所定期間(T_PR)の周期の安定性を判断し、安定していると判断した場合(ステップS38:Yes)、すなわち、kv_esが適正に推定できていると判断できる場合は、脈拍数算出部24から受け取った脈拍数をτ算出部25に出力し、τ算出部25は取得した周期から遅延時間τを算出する(ステップS41)。   The periodic stability determination unit 26 determines the stability of the period of the predetermined period (T_PR) of the periodic determination signal, and determines that it is stable (step S38: Yes), that is, kv_es can be properly estimated. If it can be determined, the pulse rate received from the pulse rate calculation unit 24 is output to the τ calculation unit 25, and the τ calculation unit 25 calculates the delay time τ from the acquired period (step S41).

一方、周期が安定していないと判断した場合(ステップS38:No)、周期安定性判別部26は、その旨をSpO2算出部23に通知する。   On the other hand, when it is determined that the cycle is not stable (step S38: No), the cycle stability determination unit 26 notifies the SpO2 calculation unit 23 accordingly.

安定していない旨の通知を受けたSpO2算出部23は、周期が安定していないということは、kv算出部22が算出したkv_esの信頼性が低いということなので、計算量は多少増えるが特許文献1の方法など、従来技術の方法でkv_es算出し、脈拍数算出部24に出力する(ステップS39)。なお、周期が安定していないと判断した周期安定性判別部26は、表示部30にその旨または警告を表示することとしてもよい。   The SpO2 calculation unit 23 that has received the notification that it is not stable means that the period is not stable because the reliability of kv_es calculated by the kv calculation unit 22 is low, so the amount of calculation increases slightly, but the patent Kv_es is calculated by a method of the prior art such as the method of Document 1 and output to the pulse rate calculator 24 (step S39). Note that the cycle stability determination unit 26 that has determined that the cycle is not stable may display a message to that effect or a warning on the display unit 30.

脈拍数算出部24は、SpO2算出部23から取得したkv_esから、脈拍数を求め(ステップS40)、表示部30へ通知し、また、脈拍数と周期判定信号とを周期安定性判別部26を介してτ算出部25に出力する。τ算出部25は取得した脈拍数から遅延時間τを算出する(ステップS41)。この場合は、kv_esの信頼性が高いことから、周期安定性判別部26は周期が安定していると判断する可能性が高い。   The pulse rate calculation unit 24 obtains the pulse rate from kv_es acquired from the SpO2 calculation unit 23 (step S40), notifies the display unit 30 of the pulse rate and the cycle determination signal. To the τ calculation unit 25. The τ calculation unit 25 calculates the delay time τ from the acquired pulse rate (step S41). In this case, since the reliability of kv_es is high, there is a high possibility that the periodic stability determination unit 26 determines that the period is stable.

ステップS36において、遅延時間τが不定である場合(ステップS36:Yes)、ステップS38において周期安定性判別部26から周期が安定していない旨の判断を取得した時と同様に、SpO2算出部23は、式(23)および式(24)を用いてkv_esを算出し、脈拍数算出部24に出力し(ステップS39)、ステップS40が行われる。すなわち、測定が開始された当初は、遅延時間τはまだ算出されていないので、ステップS39のように計算量の多い算出方法でkv_esを求めるが、τが算出されてしまえばステップS23のように計算量の少ない方法でkv_esを求めることが可能となる。   In step S36, when the delay time τ is indefinite (step S36: Yes), the SpO2 calculation unit 23 is obtained in the same manner as when the determination that the cycle is not stable is acquired from the cycle stability determination unit 26 in step S38. Calculates kv_es using Equation (23) and Equation (24), and outputs them to the pulse rate calculator 24 (Step S39), and Step S40 is performed. That is, since the delay time τ has not yet been calculated at the beginning of the measurement, kv_es is obtained by a calculation method with a large amount of calculation as in step S39. If τ is calculated, as in step S23. Kv_es can be obtained by a method with a small amount of calculation.

また、ステップS21において、SN比が所定値を上回る場合(ステップS21:No)、SpO2算出部23は、式(31)、式(32)、式(33)など従来公知の方法によってka_esを算出して(ステップS22)動脈血酸素飽和度SpO2を算出する(ステップS25)。また、ka_esとの所定関係α(ka_es)からkv_esを算出する(ステップS22)。算出したkv_esを脈拍数算出部24に出力する。脈拍数算出部24は、取得したkv_esから、脈拍数を求める(ステップS40)。   In step S21, when the SN ratio exceeds a predetermined value (step S21: No), the SpO2 calculation unit 23 calculates ka_es by a conventionally known method such as formula (31), formula (32), or formula (33). (Step S22) The arterial blood oxygen saturation SpO2 is calculated (Step S25). Further, kv_es is calculated from the predetermined relationship α (ka_es) with ka_es (step S22). The calculated kv_es is output to the pulse rate calculation unit 24. The pulse rate calculation unit 24 obtains the pulse rate from the acquired kv_es (step S40).

続いて、SpO2算出部23は、ka_esを求め(ステップS24)、酸素飽和度SpO2を算出し、SpO2出力部31に出力する(ステップS25)。   Subsequently, the SpO2 calculating unit 23 obtains ka_es (step S24), calculates the oxygen saturation SpO2, and outputs it to the SpO2 output unit 31 (step S25).

SpO2出力部31は、SpO2算出部23から取得した酸素飽和度を表示し、脈拍数出力部32は、脈拍数算出部24から取得した脈拍数を表示する(ステップS42)。   The SpO2 output unit 31 displays the oxygen saturation acquired from the SpO2 calculation unit 23, and the pulse rate output unit 32 displays the pulse rate acquired from the pulse rate calculation unit 24 (step S42).

SpO2算出部23は、算出したkv_es、ka_esを、それぞれkv_es_b、ka_es_bに設定する(ステップS26)。   The SpO2 calculation unit 23 sets the calculated kv_es and ka_es to kv_es_b and ka_es_b, respectively (step S26).

続いて、信頼度算出部27は、所定の信頼度を算出し、この算出された信頼度が信頼度出力部33へ出力され、信頼度出力部33は取得した信頼度を表示または警告する(ステップS27)。   Subsequently, the reliability calculation unit 27 calculates a predetermined reliability, and the calculated reliability is output to the reliability output unit 33. The reliability output unit 33 displays or warns the acquired reliability ( Step S27).

このように動作するので、実施形態の生体情報測定装置100は、例えば生体の体動等によってノイズが生じた場合でもより精度よく例えば脈拍数や酸素飽和度等の生体情報を迅速に測定することができる。   Since it operates in this way, the biological information measuring apparatus 100 according to the embodiment can quickly measure biological information such as a pulse rate and oxygen saturation more accurately even when noise occurs due to, for example, body movement of the living body. Can do.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

10 測定部
11 AC/DC(R)変換部
12 AC/DC(IR)変換部
13 BPF(R)部
14 BPF(IR)部
15 R相関算出部
16 IR相関算出部
17 相互相関算出部
18 R遅延相関算出部
19 IR遅延相関算出部
20 相互遅延相関算出部
21 kv初期値算出部
22 kv算出部
23 SpO2算出部
24 脈拍数算出部
25 τ算出部
26 周期安定性判別部
27 信頼度算出部
28 減算部
30 出力部
31 SpO2出力部
32 脈拍数出力部
33 信頼度出力部
40 センサ部
41 センサ(R)部
42 センサ(IR)部
100 生体情報測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement part 11 AC / DC (R) conversion part 12 AC / DC (IR) conversion part 13 BPF (R) part 14 BPF (IR) part 15 R correlation calculation part 16 IR correlation calculation part 17 Cross correlation calculation part 18 R Delay correlation calculation unit 19 IR delay correlation calculation unit 20 Cross delay correlation calculation unit 21 kv initial value calculation unit 22 kv calculation unit 23 SpO2 calculation unit 24 Pulse rate calculation unit 25 τ calculation unit 26 Periodic stability determination unit 27 Reliability calculation unit 28 subtraction unit 30 output unit 31 SpO2 output unit 32 pulse rate output unit 33 reliability output unit 40 sensor unit 41 sensor (R) unit 42 sensor (IR) unit 100 biological information measuring device

Claims (14)

周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分とを含む第1時系列信号と、前記第1信号成分と所定の第1関係を有する第2信号成分、および、前記第1ノイズ成分と所定の第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2時系列信号とから、前記第1信号成分の周期と推定される時間である遅延時間分前記第1時系列信号を遅延させた第1遅延信号と、前記第2時系列信号を前記遅延時間分遅延させた第2遅延信号とを生成する信号生成部と、
第1の所定時間範囲での前記第1時系列信号および前記第2時系列信号と、前記信号生成部で生成した前記第1遅延信号および前記第2遅延信号とを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記所定の第2関係を推定する推定部と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
A first time-series signal including a first signal component having periodicity and a first noise component; a second signal component having a predetermined first relationship with the first signal component; and the first noise component; A first time-series signal delayed by a delay time that is a time estimated as a period of the first signal component from a second time-series signal including a second noise component having a predetermined second relationship. A signal generator that generates a delayed signal and a second delayed signal obtained by delaying the second time-series signal by the delay time;
Using the first time-series signal and the second time-series signal in a first predetermined time range, and the first delay signal and the second delay signal generated by the signal generation unit, A signal processing apparatus comprising: an estimation unit configured to estimate the predetermined second relationship in a predetermined time range.
請求項1において、
前記推定部は、第1時系列信号に含まれる第1信号成分と第1遅延信号に含まれる第1信号成分とが略等しいことを前提として、前記第1時系列信号自身の相関と、前記第1時系列信号と前記第1遅延信号との相関との第1差分と、前記第2時系列信号自身の相関と、前記第2時系列信号と前記第2遅延信号との相関との第2差分と、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とに基づく信号のそれ自身の相関と、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とに基づく信号と、前記第1遅延信号と前記第2遅延信号に基づく遅延信号との相関との第3差分とを用いて、前記所定の第2関係を推定すること
を特徴とする信号処理装置。
In claim 1,
The estimation unit assumes that the first signal component included in the first time-series signal and the first signal component included in the first delayed signal are substantially equal, and the correlation of the first time-series signal itself, The first difference between the correlation between the first time series signal and the first delayed signal, the correlation between the second time series signal itself, and the correlation between the second time series signal and the second delayed signal. Two differences, a signal correlation based on the first time-series signal and the second time-series signal, a signal based on the first time-series signal and the second time-series signal, and the first The signal processing apparatus, wherein the predetermined second relationship is estimated using a third difference between a delayed signal and a correlation between the delayed signal based on the second delayed signal.
請求項2において、
前記推定部は、第1時系列信号に含まれる前記第1信号成分と前記第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分との信号ノイズ相関が十分小さく、前記第1時系列信号に含まれる前記第1信号成分と前記第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分の遅延成分との信号ノイズ遅延相関も十分小さく、第1時系列信号に含まれる第1信号成分の遅延成分と第1時系列信号に含まれる第1ノイズ成分とのノイズ信号遅延相関も十分小さいこと、
または、前記信号ノイズ遅延相関とノイズ信号遅延相関との平均と信号ノイズ相関とが略等しいことを更に前提として、
前記第1差分、前記第2差分および前記第3差分のうちの何れか二つを用いて、前記第2関係を推定すること
を特徴とする信号処理装置。
In claim 2,
The estimation unit has a sufficiently small signal noise correlation between the first signal component included in the first time series signal and the first noise component included in the first time series signal, and is included in the first time series signal. The signal noise delay correlation between the first signal component and the delay component of the first noise component included in the first time-series signal is also sufficiently small, and the delay component of the first signal component included in the first time-series signal and the first delay component. The noise signal delay correlation with the first noise component included in the time series signal is also sufficiently small,
Or, further assuming that the average of the signal noise delay correlation and the noise signal delay correlation and the signal noise correlation are substantially equal,
The signal processing apparatus, wherein the second relation is estimated using any two of the first difference, the second difference, and the third difference.
請求項1乃至請求項3の何れか1項において、
前記推定部は、推定した前記第2関係と、前記第1時系列信号または前記第1遅延信号と前記第2時系列信号または前記第2遅延信号とから前記第1関係を推定すること
を特徴とする信号処理装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The estimation unit estimates the first relationship from the estimated second relationship, the first time series signal or the first delay signal, and the second time series signal or the second delay signal. A signal processing device.
請求項1乃至請求項4の何れか1項において、
前記信号生成部は、前記推定部が推定した前記第2関係と、前記第1時系列信号と、前記第2時系列信号とに基づいて、前記第1信号成分の周期と同じ周期を有すると推定される周期判定信号を生成し、当該周期判定信号の周期から、前記第1信号成分の周期または前記第2信号成分の周期を求め、求めた周期を前記遅延時間とすること
を特徴とする信号処理装置。
In any one of Claims 1 to 4,
The signal generation unit has the same period as the period of the first signal component based on the second relationship estimated by the estimation unit, the first time series signal, and the second time series signal. An estimated period determination signal is generated, the period of the first signal component or the period of the second signal component is obtained from the period of the period determination signal, and the obtained period is set as the delay time. Signal processing device.
請求項5において、
前記信号生成部は、第1の所定時間範囲での、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲内にある場合に、当該周期判定信号の周期から求めた時間を前記遅延時間とすること
を特徴とする信号処理装置。
In claim 5,
The signal generation unit uses the time obtained from the period of the period determination signal as the delay time when the degree of fluctuation of the period of the period determination signal is within the predetermined range in the first predetermined time range. A signal processing device characterized by the above.
請求項5または請求項6において、
前記推定部は、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲から外れた場合、請求項1乃至3の何れかに記載の方法とは異なる方法で前記第2関係を算出すること
を特徴とする信号処理装置。
In claim 5 or claim 6,
The said estimation part calculates the said 2nd relationship by the method different from the method in any one of Claim 1 thru | or 3, when the degree of the fluctuation | variation of the period of the said period determination signal remove | deviates from the predetermined range. A signal processing device.
請求項5または請求項6において、
前記推定部は、前記周期判定信号の周期の変動の度合いが所定範囲から外れた場合、前記第2関係および/または第1関係の信頼性が低いことを示す警告を出力すること
を特徴とする信号処理装置。
In claim 5 or claim 6,
The estimation unit outputs a warning indicating that the reliability of the second relationship and / or the first relationship is low when the degree of fluctuation of the cycle of the cycle determination signal is out of a predetermined range. Signal processing device.
請求項1乃至請求項8の何れか1項において、
前記推定部が、前記第2関係を算出するか否かを判定するための指標として、前記第1ノイズ成分と前記第1信号成分との比に関する情報を有する指標を算出し、前記指標と所定の閾値とを比較して、前記第1ノイズ成分が小さいと判定した場合には、前記第1時系列信号と前記第2時系列信号とで直接表される関係式を用いて前記第1関係を推定すること
を特徴とする信号処理装置。
In any one of Claims 1 to 8,
The estimation unit calculates an index having information on a ratio between the first noise component and the first signal component as an index for determining whether to calculate the second relationship, When the first noise component is determined to be small by comparing with the threshold value of the first time series signal, the first relation is expressed using a relational expression directly expressed by the first time series signal and the second time series signal. A signal processing device characterized by estimating.
請求項1乃至請求項9の何れか1項において、
信頼度を出力する出力部を更に備え、
前記推定部が、前記第2関係に含まれる誤差の度合いを表すノイズ信頼度をさらに算出し、前記ノイズ信頼度が所定の閾値を超えた場合には、
前記出力部が前記ノイズ信頼度が所定の閾値を超えたことを示す警告を出力すること
を特徴とする信号処理装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
It further includes an output unit for outputting the reliability,
When the estimation unit further calculates a noise reliability indicating the degree of error included in the second relationship, and the noise reliability exceeds a predetermined threshold,
The signal processing apparatus, wherein the output unit outputs a warning indicating that the noise reliability exceeds a predetermined threshold.
信号処理方法であって、
周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分とを含む第1時系列信号と、前記第1信号成分と第1関係を有する第2信号成分、および、前記第1ノイズ成分と第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2時系列信号とから、前記第1信号成分の周期と推定される時間である遅延時間分前記第1時系列信号を遅延させた第1遅延信号と、前記第2時系列信号を前記遅延時間分遅延させた第2遅延信号とを生成する信号生成ステップと、
第1の所定時間範囲での前記第1時系列信号および前記第2時系列信号と、前記信号生成部で生成した前記第1遅延信号および前記第2遅延信号とを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記第2関係を推定する推定ステップと
を備えることを特徴とする信号処理方法。
A signal processing method comprising:
A first time-series signal including a first signal component having periodicity and a first noise component; a second signal component having a first relationship with the first signal component; and the first noise component and second A first delay signal obtained by delaying the first time series signal by a delay time that is a time estimated as a period of the first signal component from a second time series signal including a second noise component having a relationship; A signal generation step of generating a second delay signal obtained by delaying the second time-series signal by the delay time;
Using the first time-series signal and the second time-series signal in a first predetermined time range, and the first delay signal and the second delay signal generated by the signal generation unit, An estimation step for estimating the second relationship in a predetermined time range.
互いに波長の異なる複数の光を生体へそれぞれ照射して前記生体を透過または反射した各光をそれぞれ受光することによって得られた少なくとも第1測定データまたは第2測定データに基づいて、前記生体の生体情報を測定する生体情報測定装置であって、
周期性を有する第1信号成分と、第1ノイズ成分からなる第1測定データを測定する第1測定部と、
前記第1信号成分と所定の第1関係を有する第2信号成分、および、第1ノイズ成分と所定の第2関係を有する第2ノイズ成分を含む第2測定データを測定する第2測定部と、
前記生体の動脈血の拍動の間隔を取得する拍動間隔取得部と、
前記第1測定データと前記第2測定データとから、前記間隔を遅延時間として当該遅延時間分遅延させた前記第1測定データである第1遅延データと、前記遅延時間分遅延させた前記第2測定データである第2遅延データとを生成する信号生成部と、
第1の所定時間範囲での前記第1測定データおよび前記第2測定データと、前記信号生成部で生成した前記第1遅延データおよび前記第2遅延データとを用いて、前記第1の所定時間範囲での前記所定の第2関係を推定する推定部と
を備えたことを特徴とする生体情報測定装置。
Based on at least the first measurement data or the second measurement data obtained by irradiating the living body with a plurality of lights having different wavelengths and receiving the light transmitted or reflected through the living body, respectively, the living body of the living body A biological information measuring device for measuring information,
A first measurement unit that measures first measurement data including a first signal component having periodicity and a first noise component;
A second measuring unit for measuring second measurement data including a second signal component having a predetermined first relationship with the first signal component and a second noise component having a predetermined second relationship with the first noise component; ,
A pulsation interval obtaining unit for obtaining an interval between pulsations of arterial blood of the living body;
From the first measurement data and the second measurement data, the first delay data which is the first measurement data delayed by the delay time as the delay time and the second delay delayed by the delay time A signal generator for generating second delay data as measurement data;
Using the first measurement data and the second measurement data in a first predetermined time range, and the first delay data and the second delay data generated by the signal generator, the first predetermined time A biological information measurement device comprising: an estimation unit that estimates the predetermined second relationship in a range.
請求項12において、
前記拍動間隔取得部は、自装置の外部から取得したデータに基づいて前記生体の動脈血の拍動の間隔を求めること
を特徴とする生体情報測定装置。
In claim 12,
The pulsation interval obtaining unit obtains the pulsation interval of arterial blood of the living body based on data obtained from the outside of the own device.
請求項12において、
信頼度を出力する出力部を備え、
前記信号生成部は、前記推定部が推定した前記第2関係と、前記第1測定データと、前記第2測定データとに基づいて前記第1信号成分の周期と同じ周期を有すると推定される周期判定信号を生成し、当該周期判定信号の周期から、前記第1信号成分の周期を求め、前記拍動間隔取得部が求めた間隔と前記周期判定信号の周期との差が所定の値以上である場合は、
前記出力部が前記差が所定の値を超えたことを示す警告を出力すること
を特徴とする生体情報測定装置。
In claim 12,
It has an output unit that outputs reliability,
The signal generation unit is estimated to have the same cycle as the cycle of the first signal component based on the second relationship estimated by the estimation unit, the first measurement data, and the second measurement data. A period determination signal is generated, the period of the first signal component is determined from the period of the period determination signal, and the difference between the interval obtained by the beat interval acquisition unit and the period of the period determination signal is equal to or greater than a predetermined value If
The biological information measuring device, wherein the output unit outputs a warning indicating that the difference exceeds a predetermined value.
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