CN104602595B - 脉搏测定装置和脉搏测定方法 - Google Patents

脉搏测定装置和脉搏测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供脉搏测定装置和脉搏测定方法。本发明一个方式的脉搏测定装置包括：数据取得部(31)，利用脉搏波传感器(15)检测脉搏波，以取得脉搏波信号；运动强度取得部(31)，利用体动传感器(33)检测动作，以取得运动强度信号；存储部(32)，存储脉搏波信号；频率转换部(31)，将时间区域的脉搏波信号转换为频率区域，并且求出脉搏波信号的频谱；搜索范围设定部(31)，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围；峰值抽出部(31)，在搜索频率范围内抽出强度峰值；以及脉搏数计算部(31)，根据抽出的强度峰值的频率求出被测定者的脉搏数，其中，搜索范围设定部根据运动强度信号所表示的运动强度改变搜索频率范围。

Description

脉搏测定装置和脉搏测定方法
技术领域
本发明涉及一种脉搏测定装置，更具体地说，涉及一种检测被测定者的血管脉动来测定脉搏数的脉搏测定装置。
此外，本发明涉及脉搏测定方法和脉搏测定程序，更具体地说，涉及用于检测被测定者的血管脉动来测定脉搏数的脉搏测定方法和脉搏测定程序。
背景技术
以往，作为用于测定被测定者脉搏的装置具有如下装置：通过将安装有心电传感器的带卷绕于被测定者的胸部，以心电方式测定被测定者的心脏跳动来测定被测定者的脉搏数(心率)。
此外，相对于上述装置以心电方式检测被测定者的心率，还具有一种通过非心电方式检测被测定者的血管脉动来测定脉搏数的装置。
后者的装置例如利用光电传感器以光电方式检测被测定者的皮下血管的脉动，来测定被测定者的脉搏数(例如参照专利文献1(日本专利公开公报特开平10-234684号))。
在这种后者的装置中，取得表示被测定者的皮下血管脉动的信号(脉搏波信号)，并且基于该脉搏波信号的时间变动的周期性来测定脉搏数。
专利文献1：日本专利公开公报特开平10-234684号
但是，在采用以非心电方式、例如以光电方式检测被测定者皮下血管的脉动来测定被测定者脉搏数的方法的装置中，例如在被测定者运动时，难以准确地测定被测定者的脉搏数。
这是因为如果测定时被测定者进行运动，则血管因运动而产生加速度，并且伴随于此血流产生紊乱。紊乱作为干扰成分叠加在脉搏波信号上。因此，难以从脉搏波信号中抽出由脉动引起的时间变动的周期。
此外，因被测定者正在进行运动，所以安装于被测定者的身体部位上的传感器装置也产生加速度，发生传感器装置相对于身体部位产生位置偏移、或者是传感器装置暂时离开身体部位的现象。这些现象也作为干扰成分叠加在脉搏波信号上。这种现象也是难以从脉搏波信号抽出由脉动引起的时间变动的周期的原因之一。
在脉搏波信号中，很难准确地区别由血管的脉动引起的信号强度的变动和由上述干扰成分引起的信号强度的变动。因此，采用以非心电方式、例如以光电方式检测被测定者的皮下血管脉动来测定被测定者的脉搏数的方法时，为了避免上述干扰成分叠加在脉搏波信号上，被测定者需要在测定期间保持安静状态。
上述情况是限制脉搏测定装置的便利性以及测定条件、测定环境多样性的主要原因。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种脉搏测定装置，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地测定该被测定者的脉搏数。
此外，本发明的课题在于提供一种脉搏测定方法，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地测定该被测定者的脉搏数，并且提供一种脉搏测定程序，能够使计算机执行上述脉搏测定方法。
为了解决上述课题，本发明一种方式的脉搏测定装置包括：数据取得部，利用脉搏波传感器检测被测定者的脉搏波，以取得表示脉搏的脉搏波信号；运动强度取得部，利用体动传感器检测所述被测定者的动作，以取得表示所述被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号；存储部，存储所述脉搏波信号；频率转换部，将存储在所述存储部内的时间区域的所述脉搏波信号转换为频率区域，并且求出所述脉搏波信号的频谱；搜索范围设定部，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围；峰值抽出部，在所述频谱的所述设定的搜索频率范围内抽出强度峰值；以及脉搏数计算部，根据抽出的所述强度峰值的频率求出所述被测定者的脉搏数，其中，所述搜索范围设定部根据所述运动强度信号所表示的运动强度，改变所述搜索频率范围。
另外，在本说明书中，数据取得部可以直接从脉搏波传感器取得脉搏波信号，代替于此，也可以从脉搏波传感器将脉搏波信号暂时存储于服务器(具有存储部)等，并且从上述服务器等取得(间接取得)该脉搏波信号。此外，运动强度取得部可以直接从体动传感器取得运动强度信号，代替于此，也可以从体动传感器将运动强度信号暂时存储于服务器(具有存储部)等，并且从上述服务器等取得(间接取得)该运动强度信号。
此外，“脉搏数”是指每单位时间的脉搏次数(例如作为每分钟脉搏数的每分钟心跳次数(BPM))。
在本发明的一种方式的脉搏测定装置中，数据取得部利用脉搏波传感器检测被测定者的脉搏波，以取得表示脉搏的脉搏波信号。运动强度取得部利用体动传感器检测被测定者的动作，以取得表示被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号。存储部存储脉搏波信号。频率转换部将存储在存储部内的时间区域的脉搏波信号转换为频率区域，以求出脉搏波信号的频谱。搜索范围设定部在上述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围。峰值抽出部在频谱的设定的上述搜索频率范围内抽出强度峰值。脉搏数计算部根据抽出的强度峰值的频率求出被测定者的脉搏数。并且，搜索范围设定部根据上述运动强度信号所表示的运动强度，改变搜索频率范围。
在此，搜索范围设定部在频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围是指：将由被测定者进行的运动引起的频率成分、高次谐波成分从由峰值抽出部进行强度峰值抽出的频率范围排除。此外，被测定者进行的运动也影响自身的脉搏。例如被测定者进行剧烈的运动，则其脉搏数呈现增加的倾向。此外，如果被测定者的运动强度下降，则其脉搏数呈现减少的倾向。因此，通过根据运动强度信号所表示的运动强度，预测脉搏数的变动倾向来改变搜索频率范围，确保脉搏波信号中的由被测定者的血管脉动引起的频率成分(的基本频率成分)包含在搜索频率范围内。因此，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地计算出该被测定者的脉搏数。
在一种实施方式的脉搏测定装置中，所述频率转换部、所述运动强度取得部、所述搜索范围设定部、所述峰值抽出部和所述脉搏数计算部在预先确定的周期反复进行处理，当所述脉搏数计算部在第一周期中计算出作为所述被测定者的脉搏数的第一值时，所述搜索范围设定部将相对于所述第一值包含在预先确定的比率范围内的值设定为用于所述第一周期后续的第二周期的所述搜索频率范围。
在上述方式的脉搏测定装置中，在第一周期中，当作为被测定者的脉搏数计算出第一值时，设定相对于第一值包含在预先确定的比率范围内的值，作为用于第一周期后续的第二周期的搜索频率范围。因此，即使在第二周期中，也能够更可靠地在搜索频率范围内使由被测定者的血管的脉动引起的频率成分(的基本频率成分)包含在搜索频率范围内。因此，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地计算出该被测定者的脉搏数。
在一种实施方式的脉搏测定装置中，当所述运动强度取得部在第三周期后续的第四周期中取得的运动强度比在所述第三周期中取得的运动强度大时，所述搜索范围设定部将相比于用于所述第三周期的所述搜索频率范围向高频率侧移动的频率范围，设定为用于所述第四周期的所述搜索频率范围。
在这种方式的脉搏测定装置中，当第四周期中取得的运动强度比第三周期中取得的运动强度大时，将与用于第三周期的搜索频率范围相比向高频率侧移动的频率范围，设定为用于第四周期的搜索频率范围。由此，即使在第四周期中，也能够更可靠地在搜索频率范围内使由被测定者的血管脉动引起的频率成分(的基本频率成分)包含在搜索频率范围内。因此，即使被测定者的运动强度变化时，也能够准确地计算出该脉搏数。
在一种实施方式的脉搏测定装置中，所述搜索范围设定部将用于所述第四周期的所述搜索频率范围设定为具有与用于所述第三周期的所述搜索频率范围的频宽相同的频宽。
另外，在本说明书中，“搜索频率范围的频宽”是指与搜索频率范围的上限相当的频率和与下限相当的频率之差的绝对值。此处的频率的单位可以是BPM等。
在上述方式的脉搏测定装置中，减轻了装置进行的处理的负荷。
本发明另一方式的脉搏数测定方法利用脉搏测定装置测定被测定者的脉搏数，其包括：数据取得步骤，利用脉搏波传感器取得表示所述被测定者的脉搏的脉搏波信号；存储步骤，将所述脉搏波信号存储在存储部内；频率转换步骤，将存储在所述存储部内的时间区域的所述脉搏波信号转换为频率区域，并且求出所述脉搏波信号的频谱；运动强度取得步骤，利用体动传感器取得表示所述被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号；搜索范围设定步骤，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围；峰值抽出步骤，在所述频谱的所述设定的搜索频率范围内抽出强度峰值；以及脉搏数计算步骤，根据抽出的所述强度峰值的频率求出所述被测定者的脉搏数，其中，所述搜索范围设定步骤包含根据所述运动强度信号所表示的运动强度而改变所述搜索频率范围的步骤。
按照本发明另一方式的脉搏数测定方法，通过根据运动强度信号所表示的运动强度来改变搜索频率范围，可靠地使脉搏波信号中的由被测定者的血管脉动引起的频率成分(基本频率成分)包含在搜索频率范围内。因此，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地计算出该被测定者的脉搏数。
本发明又一方式的脉搏数测定用计算机程序用于使计算机执行上述脉搏数测定方法。
按照本发明又一方式的脉搏数测定用计算机程序，可以使计算机执行上述脉搏测定方法。
如上所述，按照本发明各方式的脉搏测定装置和脉搏数测定方法，通过根据运动强度信号所表示的运动强度来改变搜索频率范围，能够可靠地使脉搏波信号中的由被测定者的血管脉动引起的频率成分(基本频率成分)包含在搜索频率范围内。因此，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地计算出该被测定者的脉搏数。
此外，按照本发明一种方式的脉搏数测定用计算机程序，能够使计算机执行上述脉搏数测定方法。
附图说明
图1A是本发明一种实施方式的脉搏测定装置的外观的立体示意图。
图1B是本发明一种实施方式的脉搏测定装置的断面示意图。
图2是表示所述脉搏测定装置的功能结构的框图。
图3是举例说明所述脉搏测定装置的用于测定脉搏波信号的脉搏波传感器部的电路结构的图。
图4是表示所述脉搏测定装置的动作流程的图。
图5A是表示脉搏波信号(时间区域)的一个例子的图。
图5B是表示脉搏波信号(时间区域)的AC成分的一个例子的图。
图6是表示脉搏波信号AC成分(频率区域)的一个例子的图。
图7的(a)是表示被测定者的运动强度随时间变化的例子的图。(b)是表示脉搏数计算时机与各时机中用于脉搏数计算的脉搏波信号AC成分的时间范围之间关系的图。
图8是表示根据运动强度而改变的搜索频率范围的例子的图。
附图标记说明
1 脉搏测定装置
10 主体
15 脉搏波传感器部
16 发光元件
17 受光元件
31 CPU
32 存储部
33 体动传感器部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1A和图1B示意性表示一种实施方式的脉搏测定装置的结构。图1A是一种实施方式的脉搏测定装置的外观的立体示意图，图1B是同一脉搏测定装置的断面示意图。另外，为了便于说明，将未图示的被测定部位侧作为主体10的“下表面侧”，将被测定部位的相反侧作为主体10的“上表面侧”。
上述脉搏测定装置1包括主体10和带20。如图1A和图1B所示，脉搏测定装置1通过像手表那样将带20卷绕于被测定者的被测定部位3(例如手腕)，可以将主体固定在被测定者的手腕上。
脉搏测定装置1的主体10具有：下表面13，形成有接触被测定部位的接触面，配置成与被测定者的被测定部位3紧密接触；以及上表面11，位于该下表面13的相反侧。主体10具有缩颈形状w，在沿下表面13的平面方向上使主体10的尺寸变小而构成该缩颈形状w(图1B)。
脉搏测定装置1的主体10包括：作为脉搏波传感器的测定部15(以下也成为脉搏波传感器部15)，配置在下表面13侧，用于测定被测定者的脉搏；以及显示部14，配置在上表面11侧，显示与由测定部15测定的脉搏相关的信息。配置在下表面13侧的测定部15是光学式传感器，其包括发出测定光(例如红外光或近红外光)的像发光二极管那样的发光元件16和像光电二极管或光敏晶体三极管那样的受光元件17。发光元件16作为发光部动作，朝向被测定部位以某种发光强度照射光。此外，受光元件17作为受光部动作，接收来自被测定部位的反射光或透射光。
在主体10与被测定部位3紧密接触配置的状态下，如果使发光元件16发出的测定光(例如红外光或近红外光)向位于被测定部位皮下的血管(例如动脉)照射，则照射光被动脉中流动的红血球反射，由受光元件17接收上述反射光。由受光元件17接收的反射光的光量根据动脉的脉动而变化。因此，可以利用该测定部15检测脉搏波信息来测量脉搏数。另外，在图1B中，测定部15配置成与下表面13接触，但是也可以将测定部15配置在主体10的内部，并且具有空间部，该空间部连通配置在主体10内部的测定部15和主体10的下表面13。此外，图1A和图1B所示的脉搏测定装置1举例说明了如下类型：测定部15由发光元件16和配置在发光元件16附近的受光元件17构成，并检测来自被测定部位3的反射光，但是也可以是如下类型：测定部15由发光元件16和与发光元件16相对配置的受光元件17构成，检测透射被测定部位3的透射光。
由于上述脉搏测定装置1具有由光电式传感器构成的测定部15作为脉搏波传感器，所以能够通过简单的结构，高精度地检测包含脉搏的脉搏波信息。
显示部14配置在主体10的上表面11侧、即头部。显示部14包括显示画面(例如LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)或EL(Electroluminescence电致发光)显示器等)。显示部14在显示画面上显示与被测定者的脉搏相关的信息(例如脉搏数)等。由作为显示控制部发挥功能的后述的控制部31(CPU)控制该显示画面。
用于将主体10安装在被测定者的被测定部位3上的带20具有：主体保持部21，用于以紧密接触的方式保持主体10；以及卷绕部25，用于卷绕被测定部位。
在主体保持部21上以与主体10的缩颈形状w的外形尺寸大体一致的方式形成有开口部，由此，主体10和带20在缩颈形状w的部分处卡合。
在主体保持部21的一端部安装有弯曲成大体矩形的带扣构件22。卷绕部25的端部24通过带扣构件22的孔23，从被测定部位3向外穿过并折返。
在卷绕部25中的端部24以外的部分的外侧面(与被测定部位3接触的内侧面相反的面)上设置有沿长边方向延伸的长的阴侧面扣件，阴侧面扣件装拆自如地与安装在端部24上的阳侧面扣件26卡合。
由此，利用带20以与被测定部位3紧密接触的方式保持主体10。
图2表示脉搏测定装置1的功能框图构成。上述脉搏测定装置1的主体10包括控制部(CPU)31、存储部32、显示部14、操作部34、脉搏波传感器部15和体动传感器部33。脉搏测定装置1还可以包括未图示的通信部。在这种情况下，脉搏测定装置1能够与未图示的外部装置之间进行数据通信。
控制部31包括CPU(Central Processing Unit；中央运算处理装置)及其辅助电路，用于控制构成脉搏测定装置1的各部分，并且按照存储在存储部32内的程序和数据来执行各种处理。即，控制部(CPU)31处理从操作部34、脉搏波传感器部15、体动传感器部33和未图示的通信部输入的数据，并且将处理后的数据存储在存储部32内、由显示部14显示或从通信部输出。
存储部32包括：RAM(Random Access Memory随机存取存储器)，用作由控制部(CPU)31执行程序所需要的作业区域；以及ROM(Read Only Memory只读存储器)，用于存储由控制部(CPU)31执行的基本程序。此外，可以使用半导体存储器(存储卡、SSD(SolidState Drive固态驱动器))等，作为辅助存储部32的存储区域的辅助存储装置的存储介质。上述存储部32可以针对每名被测定者，以时间序列存储由脉搏波传感器部15检测出的表示被测定者的脉搏的脉搏波信号(特别是脉搏波信号的AC成分)。
操作部34包括：电源开关，例如用于操作而使脉搏测定装置1的电源导通或断开；以及操作开关，进行操作以便为了将每名被测定者的测定结果存储在存储部32内而选择是哪一名被测定者，或选择进行哪种测定。另外，操作部34可以设置于主体10的上表面11(图1A)一侧或侧面12(图1A)。
由此，脉搏测定装置1能够构成为单独的装置。但是，通过具有未图示的通信部，也能够在网络上使用。
上述通信部用于通过有线或无线网络，将由控制部(CPU)31生成的数据或存储在存储部32内的数据向服务器发送，或者是接收由服务器的控制部(未图示)生成的数据或存储在服务器的存储部(未图示)的数据。在此，服务器是指以下广泛的概念：在通常的服务器的基础上，还包含例如像个人计算机那样的固定终端；手机、智能手机、PDA(个人数字助理)、平板电脑(tablet)；电视机等AV设备的遥控器那样的便携终端；以及内置于电视机等AV设备的计算机。
另外，与用户对操作部34的电源开关进行的操作对应，从未图示的电源向脉搏测定装置1的各部分供电。
图3举例说明上述脉搏测定装置1的脉搏波传感器部15的电路结构。上述脉搏波传感器部15具有脉搏波传感器控制器41，该脉搏波传感器控制器41通过在CPU31的控制下动作来控制脉搏波传感器部15的动作。
脉搏波传感器控制器41控制脉冲驱动电路42从而脉冲驱动发光元件16。即，脉冲驱动电路42根据从脉搏波传感器控制器41提供的驱动脉冲而使npn型晶体管开关，来控制发光元件16的发光状态(频率和占空比)。
此外，脉搏波传感器控制器41控制发光强度控制电路43从而控制发光元件16的发光强度(即驱动电流)。即，发光强度控制电路43根据来自由CPU31控制的脉搏波传感器控制器41的发光强度控制信号，来改变可变电阻的电阻值，以由该电阻值确定的驱动电流来驱动发光元件16，从而控制发光元件16的发光强度。即，流过发光元件16的驱动电流越大，发光元件16的发光强度(即发光光量)越大。
受光元件17输出与接收到的光的强度对应的光电输出。脉搏波传感器控制器41以上述方式控制发光元件16，并且控制受光灵敏度调整电路44来控制受光元件17的受光灵敏度(即光电输出的增益)。受光灵敏度调整电路44根据来自由CPU31控制的脉搏波传感器控制器41的光电输出控制信号，而使上述可变电阻的电阻值增减，从而调整来自受光元件17的光电输出(图5A的脉搏波DC成分PDC)的大小。
另外，在此将来自受光元件17的光电输出称为脉搏波DC成分PDC。实际上从受光元件17输出的光电输出是在固定电平(DC成分)上叠加AC成分的脉动流，但是由于与光电输出的大小相比，上述脉动的大小极小，所以在此将来自受光元件17的光电输出也称为脉搏波DC成分PDC。
来自受光元件17的光电输出(图5A的脉搏波DC成分PDC)分路为两路，一方输入带通滤波器(BPF)45，另一方输入A/D转换电路(DC成分用ADC)47D。
BPF45具有从来自受光元件17的光电输出PDC中抽出AC成分的作用，放大器46具有放大来自BPF45的输出的作用。BPF45的通过频带只要包含与人的一般脉搏数范围(30BPM～300BPM)对应的频带(0.5Hz～5Hz)即可。从放大器46输出光电输出PDC的AC成分(图5B中的脉搏波AC成分PS(t))，该输出被输入A/D转换电路(AC成分用ADC)47A。
从受光元件17输出的光电信号PDC经由A/D转换器47D，从模拟信号转换为数字信号，并从ADC47A的输出中将脉搏波AC成分PS(t)的数字信号输入CPU31。脉搏波AC成分PS(t)的数字信号如后所述用于计算被测定者的脉搏数。从ADC47D的输出中将光电信号(脉搏波DC成分PDC)输入CPU31，并且在用于控制发光强度的参数等的运算处理中使用。
另外，在本例中，从ADC47A(AC成分用ADC)和ADC转换电路47D(DC成分用ADC)输出的数字信号被输入CPU31，但是也可以是将ADC47A、47D内置于CPU31的方式。
体动传感器部33具有加速度传感器48。加速度传感器48测定作用于被测定部位的加速度的大小，并将测定结果向放大器49输出。放大器49的输出被输入A/D转换电路(ADC)50，从ADC50将包含加速度信息的数字信号输入CPU31。在此，考虑到作用于加速度传感器48的加速度的大小与被测定者正在进行的运动的强度良好对应，所以将加速度传感器48的输出用作表示被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号。
上述脉搏测定装置1整体按照图4所示的脉搏测定方法的流程进行动作。
简单地说，首先在测定开始时，脉搏测定装置1计算处于安静状态的被测定者的脉搏数(安静时脉搏数)。并且，在下次的测定周期中，脉搏测定装置1基于安静时脉搏数，确定应当对由频率区域所表示的脉搏波信号(更具体地说，是脉搏波AC成分)中的谱强度峰值进行搜索的频率范围(搜索频率范围)，并且抽出存在于搜索频率范围内的谱强度的峰值，基于抽出的强度峰值的频率来计算被测定者的脉搏数。在此后的测定周期中，脉搏测定装置1通过根据从体动传感器部33输出的表示被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号，使搜索频率范围偏离上次测定中使用的搜索频率范围并在该范围内抽出谱强度的峰值，以追踪脉搏数相对于上次测定周期中计算出的脉搏数的变化的方式，计算本次测定周期中的脉搏数。
i)首先，如步骤S1所示，为了测定安静状态下的脉搏数，CPU31基于从体动传感器部33输出的运动强度信号来判断被测定者是否处于安静状态。当CPU31判断被测定者处于安静状态时(步骤S1中为“是”)，使处理前进至步骤S2。如果为“否”，则CPU31使步骤S1在预先设定的周期内反复进行。另外，在步骤S1中，CPU31也可以求出从脉搏波传感器部取得的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的频谱，并且根据谱强度分布的形状来判断被测定者是否处于安静状态。
ii)接着，如步骤S2所示，CPU31作为数据取得部动作，从脉搏波传感器部15取得表示被测定者脉搏的安静时的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t)。更具体地说，作为数据取得部动作的CPU31取得包含在光电信号PDC中的AC成分PS(t)(参照图5A和图5B)。
图5A是表示从受光元件17输出的光电信号(脉搏波DC成分PDC)一个例子的图。图5A中，横轴表示时间(秒)，纵轴表示脉搏波DC成分PDC的强度(任意单位)。如上所述，光电信号(脉搏波DC成分PDC)是包含微小的AC成分的脉动流。即，脉搏波DC成分PDC作为脉动流输出，该脉动流是在因被组织或滞留的血液等吸收和散射的光所引起的未周期性变动的固定电平成分(直流成分)上叠加有反映生物体脉动(即血液的脉波)而周期性变动的成分(交流成分)PS(t)。另外，通常与固定电平的成分(直流成分)的大小相比，周期性变动的脉搏波AC成分PS(t)的大小(振幅)小两位数左右。因此，优选的是，从光电信号(脉搏波DC成分PDC)中抽出脉搏波AC成分PS(t)，并且将脉搏波AC成分PS(t)放大成可以作为数据进行处理。本例中，放大器46包括运算放大器，在CPU31的控制下，通过调整输入电阻和反馈电阻的电阻比，来控制脉搏波AC成分的放大增益。从放大器46输出的脉搏波AC成分PS(t)经由ADC47A，成为数字信号的脉搏波AC成分PS(t)并输入CPU31。
图5B举例说明输入CPU31的脉搏波AC成分PS(t)的波形。另外，图5B中，横轴表示时间(秒)，纵轴表示脉搏波AC成分PS(t)的强度(任意单位)。脉搏波AC成分PS(t)与生物体的脉动(即血液的脉波)对应而周期性变化。即，脉搏波AC成分PS(t)是表示被测定者的脉搏的脉搏波信号。上述脉搏波AC成分PS(t)以时间序列存储在图2所示的存储部32内。
iii)接着，如图4的步骤S3所示，CPU31作为频率转换部动作，将存储在存储部32内的时间区域的安静时的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))转换为频率区域，以求出脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的频谱(PS(f))。更具体地说，作为频率转换部动作的CPU31将存储在存储部32内的时间区域的安静时的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))转换为频率区域，并求出安静时的脉搏波AC成分的频谱PS(f)。本例中，CPU31通过作为频率转换部动作，对安静时的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))进行高速傅里叶变换(FFT)。如图7的(b)所示，CPU31求出以时间序列存储在存储部32内的安静时的脉搏波AC成分PS(t)的包含在预定长度的期间Td(例如16秒、8秒、4秒等)内的安静时的AC成分PS(t)的频谱PS(f)。
图6是表示转换为频率区域的安静时的脉搏波AC成分PS(f)一个例子的图。图6中，横轴表示脉搏数(单位BPM(30BPM与0.5Hz相当))，纵轴表示谱强度(任意单位)。本例中，在转换为频率区域的安静时的AC成分PS(f)中，在大约60BPM处能够看到大的峰值。在大约120BPM、大约180BPM处出现了高次谐波成分。
iv)接着，如图4的步骤S4所示，CPU31作为峰值抽出部动作，在频谱的设定的搜索频率范围内抽出强度峰值。测定开始时(求出处于安静状态的被测定者的脉搏数(安静时脉搏数)时)，搜索频率范围可以是全频范围(例如30BPM～300BPM、即0.5Hz～5Hz)。图6的例子中，CPU31在大约60BPM处抽出频谱PS(f)的强度峰值。CPU31将大约120BPM、大约180BPM处的比较小的强度峰值看作在大约60BPM处出现的强度峰值的高次谐波成分并舍去。接着，CPU31作为脉搏数计算部动作，该脉搏数计算部根据抽出的强度峰值的频率而求出被测定者的安静时的脉搏数，由此，根据抽出的强度峰值的频率(图6的情况下为1Hz)，判断被测定者的安静时脉搏数为大约60BPM。
v)接着，如图4的步骤S5所示，CPU31作为搜索范围设定部动作，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围。具体地说，作为搜索范围设定部动作的CPU31将相对于上次测定中计算出的脉搏数(在此为安静时的脉搏数(大约60BPM))在预先确定的比率范围(例如正负20％以内)所含的值，设定为用于下次测定周期的所述搜索频率范围。例如CPU31将相对于上次测定周期中计算出的脉搏数(安静时脉搏数)处于正负20％以内的值的范围设定为用于下次测定周期的搜索频率范围。如图6所示，如果上次测定周期中计算出的脉搏数为60BPM，则将48BPM～72BPM的范围设定为用于下次测定周期的搜索频率范围。
以下，图4的步骤S6～步骤S13的处理循环是从测定开始时数第二次以后的脉搏数测定的处理流程。从步骤S6到步骤S13的一系列处理在一次脉搏数测定中实施。上述一系列处理直到测定结束为止以规定的测定周期(例如5秒间隔(图7中的时间间隔Ts))实施。在从测定开始时数第二次以后的脉搏数测定中，脉搏测定装置1基于从体动传感器部33输出的运动强度信号，根据需要使搜索频率范围以偏离上次搜索频率范围的方式变化，并在该搜索频率范围内抽出谱强度的峰值来计算脉搏数。
vi)如图4的步骤S6所示，CPU31作为运动强度取得部动作，从体动传感器部33取得表示被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号。
vii)接着，如步骤S7所示，作为搜索范围设定部动作的CPU31基于运动强度信号比较上次测定周期的被测定者的运动强度和本次测定周期的被测定者的运动强度，判断与上次测定周期的运动强度相比，本次测定周期的运动强度是增大、未变化还是减少。
图7的(a)是表示运动强度随时间变化的例子(三例)与测定周期之间的关系的图。横轴表示时刻，纵轴是基于运动强度信号而确定的被测定者的运动强度。另外，在此的运动强度可以是体动传感器部33(加速度传感器48)输出的加速度的各时刻的值。或者运动强度可以是通过以预先确定的时间间隔对加速度传感器48的输出进行积分而得到的值，也可以是通过其他预先确定的计算方法，对体动传感器部33输出的运动强度信号进行处理而得到的值。例如，可以根据体动传感器部33(加速度传感器48)的输出，求出被测定者的步行间距(行走间距)，并将该间距作为运动强度。
第一运动强度时间变化例WLa表示与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期的运动强度增大的情况。第一运动强度时间变化例WLa中，相对于上次测定周期(时刻t1)中的运动强度是la1，在本次测定周期(时刻t2)中的运动强度是la2(la2：la2＞la1)。在这种情况下，在图4的步骤S7中，CPU31判断与之前周期的运动强度相比本周期的运动强度以增大的方式变化(步骤S7中为“是”)。因此，处理前进至步骤S8。
第二运动强度时间变化例WLb表示上次测定周期中的运动强度和本次测定周期的运动强度之间没有变化的情况。第二运动强度时间变化例WLb中，在上次测定周期(时刻t1)中的运动强度是lb1，本次测定周期(时刻t2)中的运动强度是lb2(lb2：lb2＝lb1)。在这种情况下，在图4的步骤S7中，CPU31判断与之前周期的运动强度相比本周期的运动强度没有变化(步骤S7中为“否”)。因此，处理前进至步骤S9。
第三运动强度时间变化例WLc表示与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期的运动强度降低的情况。第三运动强度时间变化例WLc中，相对于上次测定周期(时刻t1)中的运动强度是lc1，本次测定周期(时刻t2)中的运动强度是lc2(lc2：lc2＜lc1)。在这种情况下，在图4的步骤S7中，CPU31判断与之前周期的运动强度相比本周期的运动强度以降低的方式变化(步骤S7中为“是”)。因此，处理前进至步骤S8。
viii)如图4的步骤S8所示，CPU31作为搜索范围设定部动作，与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期中的运动强度大时(图7的(a)的运动强度WLa时)，使搜索频率范围相比于上次搜索频率范围向高频率侧(高BPM侧)偏移(移动)。
相反，当本次测定周期中的运动强度比上次测定周期中的运动强度小时(图7的(a)的运动强度WLc时)，CPU31使搜索频率范围相比于上次搜索频率范围向低频率侧(低BPM侧)偏移(移动)。
如步骤S9所示，当与上次测定周期的运动强度相比本次测定周期中的运动强度没有变化时(图7的(a)的运动强度WLb时)，CPU31使搜索频率范围与上次搜索频率范围相比没有变化。
图8是表示利用图4的步骤S8和步骤S9使搜索频率范围改变(维持)的状态的图。横轴表示脉搏数(BPM)，纵轴表示谱强度(任意单位)。将图7的(b)所示的时间区域的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))中的从t＝t2-Td到t＝t2为止的脉搏波信号PS(t)转换为频率区域，而形成图8中的频谱PS(f)。
在图8的例子中，上次测定周期的搜索频率范围是频率范围SR1。频率范围SR1是由下限频率fL1和上限频率fH1规定的频宽(fH1-fL1)的频率范围，并且在上次脉搏测定中在该范围中进行了强度峰值的抽出。
在图4的步骤S8中，当与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期中的运动强度大时(图7的(a)的运动强度WLa时)，CPU31使搜索频率范围相比于上次搜索频率范围SR1向高频率侧(高BPM侧)的频率范围SR2a偏移(移动)。由此，本次测定周期中的搜索频率范围成为由下限频率fL2a(fL2a＝fL1+dPb)和上限频率fH2a(fH2a＝fH1+dPt)规定的频宽(fH2a-fL2a)的频率范围。在此，可以是dPb＝dPt，在这种情况下，本次搜索频率范围的频宽与上次搜索频率范围的频宽相同。此外，本次测定周期中的运动强度与上次测定周期中的运动强度之差(图7的(a)中的运动强度之差(la2-la1))越大，CPU31可以使搜索频率范围的移动量(图8中的dPt和dPb)越大。由此，能够更可靠地追踪伴随运动负荷增大而增加的脉搏数。
相反，当与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期中的运动强度小时(图7的(a)的运动强度WLc时)，CPU31使搜索频率范围相比于上次搜索频率范围SR1向低频率侧(低BPM侧)的频率范围SR2c偏移(移动)。由此，本次测定周期中的搜索频率范围成为由下限频率fL2c(fL2c＝fL1-dMb)和上限频率fH2c(fH2c＝fH1-dMt)规定的频宽(fH2c-fL2c)的频率范围。在此，可以是dMb＝dMt，在这种情况下，本次搜索频率范围的频宽与上次搜索频率范围的频宽相同。此外，本次测定周期中的运动强度与上次测定周期中的运动强度之差(图7的(a)中的运动强度之差(lc1-lc2)越大，CPU31可以使搜索频率范围的移动量(图8中的dMt和dMb)越大。由此，能够更可靠地追踪伴随运动负荷的减少而下降的脉搏数。
在图4的步骤S9中，当与上次测定周期中的运动强度相比本次测定周期中的运动强度没有变化时(图7的(a)的运动强度WLb时)，CPU31使搜索频率范围与上次搜索频率范围SR1相比没有变化。
ix)如图4的步骤S10所示，CPU31通过作为数据取得部动作，从存储部32取得用于本次测定周期的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的时间序列数据。例如，当将图7的(b)所示的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的时间序列数据存储在存储部32内时，CPU31从存储部32取得从时刻t2-Td到本次测定周期的时刻t2为止的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的时间序列数据。
x)接着，如图4的步骤S11所示，CPU31通过作为频率转换部动作，将存储在存储部32内的时间区域的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))转换为频率区域，以求出脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的频谱(PS(f))。例如，CPU31对在步骤S10中取得的预先确定的期间Td的脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的时间序列数据进行高速傅里叶变换(FFT)，导出图8所示的脉搏波信号的频谱PS(f)。
xi)并且，如图4的步骤S12所示，CPU31通过作为峰值抽出部动作，在步骤S8或步骤S9中设定的本次测定周期的搜索频率范围(SR2a、SR2b或SR2c)内，抽出频谱的强度峰值(极大值)。接着，CPU31通过作为脉搏数计算部动作，根据抽出的强度峰值的频率计算被测定者的安静时脉搏数。
xii)在步骤S13中，CPU31判断脉搏测定是否结束，当判断继续进行脉搏测定时，返回步骤S6并进行用于下次的测定周期的处理。
如上所述，一种实施方式的脉搏测定装置1基于被测定者正在进行的运动的强度来预测脉搏的变动倾向，并考虑到预测的脉搏变动的方向性，使上次搜索频率范围向高频率侧或低频率侧偏移、或者是原状保持上次搜索频率范围，从而从频率区域的脉搏波信号中抽出由脉搏引起的谱强度的峰值。由此，即使例如因被测定者进行运动而使干扰成分叠加在脉搏波信号上时，也不会将由干扰成分引起的谱强度的峰值误识别为由脉搏引起的谱强度的峰值(至少降低了误识别的频度)，即使被测定者未处于安静状态，也能够准确地测定该被测定者的脉搏数。
一种实施方式的脉搏测定装置1基于非心电方式取得的脉搏波信号的谱强度分布，计算被测定者的脉搏数。非心电方式例如是指光电方式，但是并不限于此。非心电的方法除了包含光电方式以外，还包含压电方式等。
一种实施方式的脉搏测定装置1将光电输出PDC中的假定为被测定者的脉搏数的范围(30BPM～300BPM)的周期中变动的成分抽出并用作脉搏波信号。但是，也可以将光电输出PDC直接用作脉搏波信号。
此外，可以将上述脉搏测定方法构筑为用于由计算机执行的程序。
此外，可以将这种程序(脉搏测定程序)存储在CD-ROM等计算机可读取的储存介质中且可分配。通过将上述脉搏测定程序安装在通用计算机中，能够使通用计算机执行上述脉搏测定方法。
此外，可以在存储器以及其他的非易失性的计算机可读取的储存介质(存储器、硬盘驱动器、光盘等)中，对存储在存储部32内的程序预先进行编码，并由通用计算机执行上述脉搏测定方法。此外，程序可以通过网络等来发送。
此外，在上述例子中，作为向频率区域的转换，CPU31进行高速傅里叶变换(FFT)，但是并不限于此。只要能够将时间区域的光电信号PDC转换为频率区域，也可以采用其他转换方式。
此外，CPU31可以采用执行上述脉搏测定方法的专用硬件逻辑电路。即，数据取得部、运动强度取得部、搜索范围设定部、峰值抽出部和脉搏数计算部中的至少一个可以由专用硬件电路实现。
此外，在上述例子中，当图4的步骤S1中判断被测定者处于安静状态时，在图4的步骤S4中，将包含在脉搏波信号的频谱中的最大强度峰值所示的频率作为被测定者的安静状态的脉搏数求出。但是并不限于此。可以对脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))的峰或谷的数量进行计数，并且根据脉搏波信号(脉搏波AC成分PS(t))变动的反复次数求出每分钟的变动次数，并且基于此求出被测定者的安静状态的脉搏数。
以上的实施方式为举例说明，只要不脱离本发明的范围，能够进行各种变形。

Claims (5)

1.一种脉搏测定装置，其特征在于包括：
数据取得部，利用脉搏波传感器检测被测定者的脉搏波，以取得表示脉搏的脉搏波信号；
运动强度取得部，利用体动传感器检测所述被测定者的动作，以取得表示所述被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号；
存储部，存储所述脉搏波信号；
频率转换部，将存储在所述存储部内的时间区域的所述脉搏波信号转换为频率区域，并且求出所述脉搏波信号的频谱；
搜索范围设定部，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围；
峰值抽出部，在所述频谱的所述设定的搜索频率范围内抽出强度峰值；以及
脉搏数计算部，根据抽出的所述强度峰值的频率求出所述被测定者的脉搏数，其中，
所述搜索范围设定部根据所述运动强度信号所表示的运动强度，改变所述搜索频率范围。
2.根据权利要求1所述的脉搏测定装置，其特征在于，
所述频率转换部、所述运动强度取得部、所述搜索范围设定部、所述峰值抽出部和所述脉搏数计算部在预先确定的周期反复进行处理，
当所述脉搏数计算部在第一周期中计算出作为所述被测定者的脉搏数的第一值时，所述搜索范围设定部将相对于所述第一值处于预先确定的比率范围内的值的范围，设定为用于所述第一周期后续的第二周期的所述搜索频率范围。
3.根据权利要求1或2所述的脉搏测定装置，其特征在于，当所述运动强度取得部在第三周期后续的第四周期中取得的运动强度比在所述第三周期中取得的运动强度大时，所述搜索范围设定部将相比于用于所述第三周期的所述搜索频率范围向高频率侧移动的频率范围，设定为用于所述第四周期的所述搜索频率范围。
4.根据权利要求3所述的脉搏测定装置，其特征在于，所述搜索范围设定部将用于所述第四周期的所述搜索频率范围设定为具有与用于所述第三周期的所述搜索频率范围的频宽相同的频宽。
5.一种脉搏数测定方法，利用脉搏测定装置测定被测定者的脉搏数，其特征在于包括：
数据取得步骤，利用脉搏波传感器取得表示所述被测定者的脉搏的脉搏波信号；
存储步骤，将所述脉搏波信号存储在存储部内；
频率转换步骤，将存储在所述存储部内的时间区域的所述脉搏波信号转换为频率区域，并且求出所述脉搏波信号的频谱；
运动强度取得步骤，利用体动传感器取得表示所述被测定者正在进行的运动的强度的运动强度信号；
搜索范围设定步骤，在所述频谱的频率轴中设定用于搜索强度峰值的搜索频率范围；
峰值抽出步骤，在所述频谱的所述设定的搜索频率范围内抽出强度峰值；以及
脉搏数计算步骤，根据抽出的所述强度峰值的频率求出所述被测定者的脉搏数，其中，
所述搜索范围设定步骤包含根据所述运动强度信号所表示的运动强度而改变所述搜索频率范围的步骤。
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