JP2001112728A

JP2001112728A - 脈拍計

Info

Publication number: JP2001112728A
Application number: JP32861299A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Yanaga; 秋彦彌永
Original assignee: Advanced Medical Inc
Current assignee: Advanced Medical Inc
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】体動時の脈動波形認識を正確に行い、脈拍数を
正確に算出する。【解決手段】異なる波長の光を発光する脈動＋体動信号
用の発光素子と、体動信号用の発光素子で体表面より反
射もしくは透過する異なる波長の光を受光し、電流信号
を出力する受光素子と、電流信号を電圧信号に変換する
電流電圧変換回路と、電圧信号をデジタル化するＡＤ変
換器１０と、２つの発光素子の発光タイミングを制御し
且つＡＤ変換器によるＡＤ変換を２つの発光素子の発光
タイミングと発光していない外光タイミングに対応させ
るマイクロコンピューター２０とを備え、マイクロコン
ピューターにはＡＤ変換器で変換されたデジタル信号Ａ
Ｄ１、ＡＤ２、ＡＤＯから、高周波領域の雑音成分およ
び低周波領域の雑音成分をそれぞれ除去するデジタルフ
ィルター２１が内蔵される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，生体信号の脈拍数
を体動等の雑音がある環境で、光電センサーで脈動信号
を検出するセンシング方法及びその信号より脈信号のみ
抽出するアルゴリズムである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、脈拍数を無侵襲且つ連続的に
測定するには透過型または反射型の光電脈波センサーで
指尖脈波、耳朶若しくは反射型の場合には体表面で動脈
血の脈動により生ずる組織通過光の脈動を利用するもの
で、血液の脈動分により光経路長の変化を測定して脈波
にしてその得られた脈波波形より特徴波形を抽出して脈
波間隔を求めて脈拍数に換算するものである。

【０００３】このような脈拍計は図１１に示すように、
人体の一部Ｈに装着されるセンサー部５１と、センサー
部５１からの信号が入力され演算処理する測定部５２と
から成る。センサー部５１は人体の一部Ｈ内に光を発光
する第１光発光素子５３と、人体の一部Ｈを反射する光
を受光し、第１光発光素子５３の光強度に対応した電流
信号若しくは電圧信号を出力する受光素子５５とを備
え、この第１光発光素子５３と受光素子５５とは、人体
の一部Ｈを介し互いに同一面内もしくは互いに対向する
ように配置される。第１光発光素子５３は第１光駆動回
路５４に接続され、この第１光駆動回路は後述するマイ
クロコンピューター６１に内蔵されたタイミング回路６
２により作られるタイミングにより制御される。

【０００４】測定部５２は受光素子５５から入力される
光強度に対応した電流信号もしくは電圧信号（以下、電
流信号の場合にのみ記述する。）を所定の電圧まで増幅
する増幅回路５６と、増幅回路５６で増幅された光信号
に対応する電圧信号を第１光駆動回路５４の駆動タイミ
ングにより第１光受光素子５５の受光強度に対してサン
プルホールドするサンプルホールド回路５６と、サンプ
ルホールド回路５６の出力の該電圧信号に重畳された低
周波領域の雑音成分（以下、「低周波雑音成分」とい
う。）を除去する第１光ＨＰＦ回路５８と、第１光ＨＰ
Ｆ回路５８で低周雑音波成分が除去された第１光の電圧
信号に重畳された高周波領域の雑音成分（以下、「高周
波雑音成分」という。）を除去する第１光ＬＰＦ回路５
９と、第１光ＬＰＦ回路５９から入力されるアナログの
電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器６０およ
びタイミング回路６２を制御するＣＰＵ６１が内蔵され
たマイクロコンピューター６５と、結果を表示する表示
器６３および外部への通信機能を行うための通信回路６
４を備えている。

【０００５】第１光ＨＰＦ回路５８は、電圧信号を増幅
する増幅器と、増幅器で増幅された電圧信号から低周波
雑音成分を除去するハイパスフィルターとを、有してい
る。（ハイパスフィルターのみ有している場合もあ
る。）また、第１光ＬＰＦ回路５９でＡＣ処理されｂた
電圧信号に重畳された高周波雑音成分を除去するローパ
スフィルターを有している。

【０００６】このように構成された脈拍計５０の測定動
作について、図１２に示すタイミングチャートを用いて
説明する。人体の一部Ｈにセンサー部５１を装着する
と、ＣＰＵ６１はタイミング回路６２により作られるタ
イミングによって第１光発光駆動回路５４を制御して、
第１光発光素子５３を駆動させる。第１光発光素子５３
から発光された第１光は人体表面より入射して反射する
ことにより減衰され且つ脈動信号を含む光信号を受光素
子５５に受光される。受光素子５５はこの減衰された第
１光の強度に対応した電流または電圧を出力し、この出
力は増幅器５６により増幅され、タイミング回路６２に
より制御された発光タイミングでサンプルホールド回路
５７によりサンプルホールドされる。

【０００７】第１光ＨＰＦ回路５８に接続された第１光
の電圧信号は、第１光ＨＰＦ回路５８で該電圧信号に重
畳された低周波雑音成分が除去される。この低周波雑音
成分が除去された第１光の電圧信号は、第１光ＬＰＦ回
路５９で第１光に重畳された高周波雑音成分が除去され
る。

【０００８】このように、ＨＰＦ処理、ＬＰＦ処理され
た第１光電圧信号は、ＣＰＵ６１による制御で駆動され
たＡＤ変換器６０によって、第１光ＬＰＦ回路５９から
入力される電圧信号をデジタル信号に変換される。

【０００９】得られたデジタル信号は、ＣＰＵ６１によ
って所定のデジタル演算処理が行われ、脈拍数が算出さ
れ、表示器６３により結果表示され、通信回路６４によ
り外部にたいして結果が通信される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】測定が安静に行なわれ
ている場合には第１光ＨＰＦ回路５８及び、第１光ＬＰ
Ｆ回路５９で得られる電圧出力は、脈動波形成分が良く
見られる波形である。しかしながら、運動している場合
や動いている場合には、図４の（ａ）に示すように、第
１光ＨＰＦ回路５８及び、第１光ＬＰＦ回路５９で得ら
れる電圧出力は運動中や動いている場合の体動周波数成
分が脈動成分と殆ど同じような成分も含まれているため
第１光ＨＰＦ回路５８及び、第１光ＬＰＦ回路５９では
除去できないで雑音成分が重畳された電圧信号である為
に、運動中や体動がある場合にはＣＰＵ６１が雑音成分
で間違った脈拍数を算出してしまう問題があった。

【００１１】また、現在用いられている反射式の脈動セ
ンサーは、生体より得られる脈動信号強度が透過式の脈
動センサーより極端に小さく、全体の増幅率を大きくす
る必要がある為に、一寸した体動でも雑音成分でＣＰＵ
６１が雑音成分で脈拍数を算出してしまう問題があっ
た。

【００１２】本発明は、このような従来の難点を解決す
るためになされたもので、運動中や体動での雑音成分を
除去し、雑音成分が大きい環境（信号）でも脈拍数を測
定できることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】このような目的を達成する
本発明の脈拍計は、生体の表面及び表皮に脈動＋体動
（雑音）検出用の波長が短い発光素子と、体動（雑音）
検出用の波長が長い発光素子と２つの異なる波長の光を
発光する２つ以上の発光素子（以下、２つの場合のみ記
述する。）と、反射する異なる波長の光を受光し、それ
ぞれの波長の光強度に対応した電流信号または、電圧信
号を出力する受光素子と、受光素子から出力される電流
信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電流電
圧変換回路から出力される電圧信号をデジタル化するＡ
Ｄ変換器と、２つの発光素子の発光タイミングを制御し
且つＡＤ変換器によるＡＤ変換を２つの発光素子の発光
タイミングに対応させるマイクロコンピューターとを備
えた脈拍計であって、マイクロコンピューターにはＡＤ
変換器で変換されたデジタル信号から高周波領域の雑音
成分および低周波領域の雑音成分をそれぞれ除去するデ
ジタルフィルターが内蔵され、雑音成分をある程度除去
した、脈動と体動をセンシングする波長が短い発光素子
により受光された脈動＋体動信号（以下、「脈動＋体動
信号」という。）と体動のみをセンシングする波長が長
い発光素子により受光された体動信号（以下、「体動信
号」という。）の２つの信号で、２つのセンサーより得
られた信号は殆ど同じ時間の波形であるために、２つの
信号の位相および振幅が同じであれば、脈動＋体動信号
と体動信号を差動を取る（以下、「適応化差動演算」と
いう。）ことにより脈動のみを抽出できるＣＰＵ処理が
内蔵されたものである。

【００１４】また、本発明においてのデジタルフィルタ
ーは、直線位相特性であるＦＩＲ型若しくはＣＩＣ型を
用いる。このように構成された本発明の脈拍計は電流電
圧変換回路から出力された電圧信号をＡＤ変換器でデジ
タル化させ、ＡＤ変換器でデジタル化されたデジタル電
圧信号はマイクロコンピューターに内蔵されたデジタル
フィルターによって低周波領域の雑音成分および高周波
領域の雑音成分がそれぞれ除去され、脈動＋体動信号と
体動信号のそれぞれの信号を適応化差動演算することに
より脈動成分のみ抽出された信号を、適応化差動演算す
ることで発生する雑音成分（演算誤差、データー長によ
る誤差、位相誤差、振幅誤差が演算およびＡＤ変換精度
により発生する場合がある）除去が必要があればもう一
度デジタルフィルターによって低周波領域の雑音成分お
よび高周波領域の雑音成分を除去される。これにより、
マイクロコンピューターで脈拍数を求めるための所定の
演算処理を行うことが可能になるので、体動中でも脈拍
数を算出することが可能になる。

【００１５】このように、ＡＤ変換後に高周波領域の雑
音成分および低周波領域の雑音成分を除去することがで
き、脈動＋体動信号と体動信号をデジタル的に適応化差
動演算することにより体動信号を除去することができる
ので、体動等がある環境でも脈拍数測定が可能になる。
また、デジタル的に処理しているためにＩＣ化が容易に
なり。これにより、小型化、省電力化が図れるようにな
る。

【００１６】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の脈拍計の実施の
一形態について図面を参照して説明する。本発明の脈拍
計は図１に示すように、人体の一部Ｈ、例えば指、手
首、腕、首、耳朶等に装着されるセンサー部２と、セン
サー部２からの信号が入力され演算処理する測定部３と
から成る。センサー部２は生体の表面、組織内に異なる
波長の光を発光する第１光発光素子５および第２光発光
素子６と、組織または表面から反射するまたは透過する
（以下、反射の場合について記述する。）異なる波長の
光を受光し、第１光発光素子５および第２光発光素子６
の各波長の光強度に対応した電流信号を出力する受光素
子４とを備え、この第１光発光素子５および第２光発光
素子６と受光素子４とは組織、表面、例えば手首Ｈに互
いに同一面に配置される。第１光発光素子５は第１光駆
動回路８、第２光発光素子６は第２光駆動回路９にそれ
ぞれ接続され、この第１光駆動回路５および第２光駆動
回路６は後述するマイクロコンピューター２０に内蔵さ
れたタイミング回路２７により作られるタイミングによ
って制御される。

【００１７】測定部３は受光素子４から入力される光強
度に対応した電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変
換回路７と、受光素子４が電圧信号で出力される場合に
は電流電圧変換回路７の代わりに電圧増幅器を配置す
る。（以下、電流電圧変換回路７の場合について記述す
る。）電流電圧変換回路７から出力される電圧信号をデ
ジタル化するＡＤ変換器１０と、デジタルフィルターで
ある帯域通過型フィルター２１、タイミング回路２７お
よびＣＰＵ２４が内蔵され第１光駆動回路８、第２光駆
動回路９およびＡＤ変換器１０を制御するマイクロコン
ピューター２０と、マイクロコンピューター２０のＣＰ
Ｕ２４からの演算データーを表示する表示部２５とＣＰ
Ｕ２４と外部との通信を行う通信部２６とを備えてい
る。

【００１８】マイクロコンピューター２０に内蔵された
帯域通過型フィルター２１の周波数特性は図２に示すよ
うに脈動の周波数帯域を通過させる特性となっている、
例えば脈拍数３０拍／分の場合には０．５Ｈｚであり、
脈拍数２４０拍／分の場合には４Ｈｚである、この例は
余裕をみて０．２５〜１２．５Ｈｚの帯域通過型フィル
ターの設計になっている。したがって、図３の（ａ）に
示すように、直流成分（ＤＣ）および５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚの商用電源ノイズ（ハムノイズ）が重畳した波形
を図３の（ｂ）に示すように除去できる。このことか
ら、ＡＤ変換器１０から出力されるデジタル信号から高
周波領域の雑音成分および低周波領域の雑音成分を同時
に除去することができる。

【００１９】また、マイクロコンピューター２０に内蔵
されたタイミング回路２７はＣＰＵ２４からの制御に基
づき、第１光発光素子５および第２光発光素子６の発光
タイミングを第１光駆動回路８および第２光駆動回路９
を介して制御させる。さらに、ＣＰＵ２４はこの発光タ
イミングに対応させてＡＤ変換器１０によるＡＤ変換を
制御すると共に、高周波領域の雑音成分および低周波領
域の雑音成分が除去されたデジタル信号から脈動成分の
み抽出するために脈動信号＋体動信号ＡＤＦ１と体動信
号ＡＤＦ２の差動演算を行いその出力を最小にする最小
２乗法により出力結果の総和が最小になるように脈動信
号＋体動信号ＡＤＦ１と体動信号ＡＤＦ２の大きさの比
を調整する、例えば図４の（ａ）に示す脈動信号＋体動
信号ＡＤＦ１と（ｂ）に示す体動信号ＡＤＦ２は波形の
大きさが異なる、これは２つの波長が異なるために生体
表面での反射係数、生体組織での吸光度、受光素子の波
長に対する感度が異なるためである。図５の（ａ）に示
すように、このために単純に脈動信号＋体動信号ＡＤＦ
１から体動信号ＡＤＦ２の差分を取っただけでは図５の
（ｂ）に示すように本来の大きさが異なるために、差分
のみ示されて本来の脈動成分が体動成分より小さくな
り、見つけることができない。

【００２０】しかしながら、差分を取るために、例えば
体動信号ＡＤＦ２を、図４の（ｃ）に示すように、ある
倍率にして差動を行えば、差動の結果の２乗和が図４の
（ｂ）より小さくなる。このように結果の２乗和が最小
になるようになるある倍率を変化させていけば２乗和が
最小になるところが判る。この事を最小２乗法と呼ぶ。
このように最小２乗法を用いて結果が最小になったとこ
ろで、脈動成分を抽出する方法を適応化差動演算と呼
び、その演算を実施するところを適応化差動演算器２２
とする。適応化差動演算を適応化差動演算器２２で行う
ことにより、２つの信号の異なる成分のみを抽出する。
この際、脈動信号＋体動信号ＡＤＦ１と体動信号ＡＤＦ
２のデジタル信号の質（振幅、ＡＤ変換分解能、演算分
解能および帯域通過型フィルターの特性）により、適応
化差動演算器２２の出力に演算雑音成分が重畳する場合
には、必要に応じてもう一度適応化差動演算器２２の出
力を帯域通過型フィルター２３に通して高周波領域の雑
音成分および低周波領域の雑音成分を除去する。適応化
差動演算器２２の出力波形を図５の（ｂ）に示し、適応
化差動演算器２２の出力波形を帯域通過型フィルター２
３を通した波形を図６に示す。適応化差動演算器２２の
出力は波形はＡＤ変換器の量子化誤差、適応化差動演算
による演算の丸め誤差および適応化差動演算のたたみこ
み誤差を含んだ雑音成分を、より一層の波形整形が必要
な場合には、このように適応化差動演算器２２で発生し
た雑音成分を帯域通過型フィルター２３を通すことによ
り除去できる。

【００２１】このようにして、雑音成分の中から脈動成
分が抽出された波形を図７に示す。このような波形から
脈拍数を脈波間隔Ｔｍｍから内蔵するマイクロコンピュ
ーター２０により求める１例を示す。

【００２２】帯域通過型フィルター２３の出力より脈動
波形のボトムおよびピークを求め、同様に次の脈動波形
よりボトムおよびピークを求め、前脈動のピークとの間
隔Ｔｍｍを求める。このようにして求めたＴｍｍより、
脈動間隔が３０拍／分は脈動間隔では２０００ｍｓであ
りそれ以上の脈動間隔および脈動間隔が２２０拍／分は
脈動間隔は２７３ｍｓでありそれ以下の脈動間隔は脈動
間隔として採用せず、２０００ｍｓから２７３ｍｓの範
囲にある脈動間隔採用する。この脈動間隔を用いて脈動
間隔のヒストグラム（頻度表）を、横軸２７３ｍｓから
４９９ｍｓ、５００ｍｓから９９９ｍｓおよび１０００
ｍｓから２０００ｍｓの時間間隔でヒストグラムを８拍
分の脈動間隔より図８のように作成する。図８のように
得られた脈動間隔ヒストグラムより脈動数の最大頻度の
範囲を選ぶ。この最大頻度の総脈動数（ｉ）と最大頻度
の総脈動間隔ΣＴｍｍ（ｉ）の総和と脈動数を除して式
（１）により平均脈動間隔Ｔ（ａ）を算出する。Ｔ（ａ）＝ΣＴｍｍ（ｉ）／（ｉ） ―――式（１）得られたＴ（ａ）より、分時の脈拍数（ＰＲ）は式
（２）より求めれる。ＰＲ＝６０×１０００／Ｔ（ａ） ―――式（２）

【００２３】このように構成された脈拍計１の測定動作
について、図９にタイミングチャートおよび図１０に示
すフローチャートを用いて説明する。なお、ＡＤ変換器
は、マイクロコンピューターに内蔵されていないものを
使用する場合について説明する。

【００２４】例えば手首表面Ｈにセンサー部２を装着す
ると、ＣＰＵ２４はタイミング回路２７により作られる
タイミングによって第１光駆動回路８を制御して第１光
発光素子５を駆動させる。第１光発光素子５から発光さ
れた第１光は手首表面Ｈの表面および近深組織で反射す
ることにより減衰され受光素子４に受光される（ステッ
プ１０１、１０２、１０３、１０４）。受光素子４は、
この減衰された第１光の強度に対応した信号電流を出力
し、この出力電流は電流電圧変換回路７により電圧信号
に変換される。ＣＰＵ２４は第１光発光素子５が発光し
ている間に、ＡＤ変換器１０によってこの電圧信号をデ
ジタル電圧信号（以下、「第１光デジタル信号」とい
う。）ＡＤ１に変換させ、この第１光デジタル信号ＡＤ
１を帯域通過型フィルター２１に通過させる。これによ
り第１光デジタル信号ＡＤ１から高周波領域の雑音成分
および低周波領域の雑音成分を同時に除去することがで
きる（ステップ１１１）。

【００２５】この後、ＣＰＵ２４はタイミング回路２７
により作られるタイミングによって第２光発駆動回路９
を制御して、第２光発光素子６を駆動させる。第２光発
光素子６から発光された第２光は手首表面Ｈの表面およ
び近深組織で反射することにより減衰され受光素子４に
受光される（ステップ１０５、１０６、１０７、１０
８）。受光素子４は、この減衰された第２光の強度に対
応した信号電流を出力し、この出力電流は電流電圧変換
回路７により電圧信号に変換される。ＣＰＵ２４は第２
光発光素子６が発光している間に、ＡＤ変換器１０によ
ってこの電圧信号をデジタル電圧信号（以下、「第２光
デジタル信号」という。）ＡＤ２に変換させ、この第１
光デジタル信号ＡＤ２を帯域通過型フィルター２１に通
過させる。これにより第２光デジタル信号ＡＤ２から高
周波領域の雑音成分および低周波領域の雑音成分を同時
に除去することができる（ステップ１１１）。

【００２６】更に、ＣＰＵ２４はタイミング回路２７に
より作られるタイミングによって第１光および第２光の
発光終了後に発光が無い手首表面での環境（信号）の光
量を測定するために、第１光発光および第２光発が無い
場合の光強度を受光素子４に受光させる（ステップ１０
９、１１０）。受光素子４は、この外光の強度に対応し
た信号電流を出力し、この出力電流は電流電圧変換回路
７により電圧信号に変換される。ＣＰＵ２４は第２光発
光素子６の発光終了および第２光発のＡＤ変換後に、Ａ
Ｄ変換器１０によってこの電圧信号をデジタル電圧信号
（以下、「外光光デジタル信号」という。）ＡＤＯに変
換させ、この第１光デジタル信号ＡＤＯを帯域通過型フ
ィルター２１に通過させる。これにより外光デジタル信
号ＡＤＯから高周波領域の雑音成分および低周波領域の
雑音成分を同時に除去することができる（ステップ１１
１）。

【００２７】高周波領域の雑音成分および低周波領域の
雑音成分が除去された第１光デジタル信号ＡＤＣ１、第
２光デジタル信号ＡＤＣ２および外光デジタル信号ＡＤ
ＣＯはそれぞれＣＰＵ２４にて体動等の雑音成分を取り
除き脈動の信号成分を抽出させるために、第１光デジタ
ル信号ＡＤＣ１、第２光デジタル信号ＡＤＣ２の２つの
デジタル信号を適応化差動演算を行う適応化差動演算器
２２を通過させ脈動の信号号成分Ｃを得る。これにより
第１光デジタル信号ＡＤＣ１の中に含まれている脈動の
信号成分を抽出することができる。この時に外光デジタ
ル信号ＡＤＣＯは適応化差動演算器２２内で適応化差動
演算の際の、第１光デジタル信号ＡＤＣ１および第２光
デジタル信号ＡＤＣ２の基線補正用のデータとして用い
る（ステップ１１２、１１３）。

【００２８】更に、第１光デジタル信号ＡＤＣ１、第２
光デジタル信号ＡＤＣ２および外光デジタル信号ＡＤＣ
Ｏのより適応化差動演算器２２内で適応化差動演算を通
過させ、脈動の信号成分Ｃに演算による丸め誤差、ＡＤ
変換器の分解能誤差、位相誤差が多く含まれている場合
には、必要に応じて、帯域通過型フィルター２３を通過
させる。これにより脈動の信号成分Ｃから高周波領域の
雑音成分および低周波領域の雑音成分を同時に除去する
ことができる（ステップ１１４）。

【００２９】高周波領域の雑音成分および低周波領域の
雑音成分が除去された脈動の信号成分ＦＣＯはＣＰＵ２
４にて、自己相関演算（Ａ−ＣＯＲ）が実施されて自己
相関波形のピークおよび波形のボトムも検出され、更
に、次の波形のピークおよびボトムは検出され、波形の
間隔Ｔｍｍが演算される（ステップ１１５、１１６）。

【００３０】波形の間隔Ｔｍｍが演算されると、図８に
示すように８拍毎に、Ｔｍｍが２７３ｍｓから４９９ｍ
ｓ、５００ｍｓから９９９ｍｓおよび１０００ｍｓから
２０００ｍｓのどれかにＴｍｍが入るかのヒストグラム
を作成し、このヒストグラム間隔で波形の間隔の脈拍数
の総和を作成し、このヒストグラムで１番頻度が高い間
隔のＴｍｍを用いて脈拍数を演算する（ステップ１１
７）。

【００３１】また、本実施の一形態においてはデジタル
フィルターとして帯域通過型フィルターを使用したが、
これに限らず、高周波領域の雑音成分を除去するローパ
スフィルターおよび低周波領域の雑音成分を除去するハ
イパスフィルター、電源のハム雑音成分を除去する櫛形
フィルターのいずれか一方および両方を使用しても良
い。また、本実施の一形態においてはＡＤ変換器はマイ
クロコンピューターに内蔵しないタイプを使用していた
が、マイクロコンピューターに内蔵されているものも使
用しても良い。また、本実施の一形態においては受光素
子に電流出力のものを使用したが、これに限らず、電圧
出力のものも使用しても良い。また、本実施の一形態に
おいては脈動の信号を抽出後に、雑音成分を除去する帯
域通過型フィルターを使用したが、これに限らず、高周
波領域の雑音成分を除去するローパスフィルターおよび
低周波領域の雑音成分を除去するハイパスフィルター、
電源のハム雑音成分を除去する櫛形フィルターのいずれ
か一方および両方を使用しても良い。また、本実施の一
形態においては脈動の信号を抽出後に、雑音成分を除去
する帯域通過型フィルターを使用したが、雑音成分が少
ない演算器を用いた場合には、この帯域通過フィルター
の処理を省略しても良い。また、本実施の一形態におい
ては外光の信号による雑音成分を除去するために光によ
る信号成分を外光により補正して使用したが、外光の信
号成分を使用しないでも良い。

【００３２】さらに、本実施の一形態においてタイミン
グ回路、デジタルフィルターおよび適応化差動演算器を
マイクロコンピューターに内蔵したが、ＣＰＵコアに構
築しても良い。

【００３３】最適化差動演算を実施する場合に差動結果
の評価関数として最小２乗法を用いているが、評価関数
として絶対値の総和をもちいても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の脈拍計
によれば、２つの異なる波長での信号をＡＤ変換器でＡ
Ｄ変換されたデジタル信号を、マイクロコンピューター
に内蔵されたデジタルフィルターによって高周波領域の
雑音成分および低周波領域の雑音成分をそれぞれ除去
し、外光による２つの異なるデジタル信号を補正し、２
つの異なるデジタル信号の適応化差動演算を行うことに
よって、体動成分の除去をおこなうことにより、体動時
でも体動による雑音成分による誤測定されることなく測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脈拍計の実施の一形態を示すブロック
図。

【図２】図１に示す脈拍計に使用される帯域通過型フィ
ルターの一形態の伝達特性を示すグラフ。

【図３】図１に示す脈拍計に使用される帯域通過型フィ
ルターによる処理を示す図で、（ａ）は帯域通過型フィ
ルターに入力する入力波形図、（ｂ）は通過後の波形
図。

【図４】図１に示す脈拍計で、体動がある場合の、
（ａ）は脈動＋体動センサーの図３に示される帯域通過
型フィルター通過後のデジタル信号波形図、（ｂ）は体
動センサーの図３に示される帯域通過型フィルター通過
後のデジタル信号波形図。

【図５】図１に示す脈拍計で、（ａ）は図４に示される
（ａ）の脈動＋体動センサーのデジタル信号波形と
（ｂ）の体動センサーデジタル信号波形を単純差動演算
する模式図、（ｂ）は単純差動演算後のデジタル信号波
形図。（ｃ）は前記デジタル信号波形を適応化差動演算
する模式図、（ｄ）は適応化差動演算後のデジタル信号
波形。

【図６】図１に示す脈拍計で、図５に示される（ｂ）の
波形を帯域通過型フィルター通過後の波形図。

【図７】図１に示す脈拍計の動作タイミングチャート
図。

【図８】図１に示す脈拍計の脈拍数演算のためのヒスト
グラム図

【図９】図１に示す脈拍計のマイクロコンピュータによ
る動作タイミングチャート図。

【図１０】図１に示す脈拍計のフローチャート図

【図１１】従来の脈拍計の実施の一形態を示すブロック
図。

【図１２】従来の脈拍計の動作タイミングチャート図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体表面の反射により脈動信号と体動信号
の合成された信号を検出する反射型光電脈波センサーで
６００ｎｍ未満の波長の発光素子と、前記発光素子の駆
動回路と、生活ので体動や運動時等の体動除去を目的と
する６００ｎｍ以上の波長の発光素子の光電センサー
と、前記発光素子の駆動回路と、前記発光素子を受光す
る受光素子と、前記受光素子の電流出力を電圧に変換す
る電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路よりの出
力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、ＡＤ変換器
よりのデジタル信号を高周波領域の雑音成分および低周
波領域の雑音成分を除去するデジタルフィルターと、前
記デジタルフィルターの出力から脈動成分を抽出する適
応化差動演算器と、前記適応化差動演算器の出力の雑音
成分を除去するデジタルフィルターと、前記発光素子の
駆動回路と、前記ＡＤ変換器と、前記デジタルフィルタ
ーと、前記適応化差動演算器と、前記デジタルフィルタ
ーとを制御し且つ前記デジタルフィルター出力より脈拍
数を演算するＣＰＵと、前記測定結果を表示する表示器
と、前記測定結果を通信する通信回路を有した脈拍計。
【請求項２】前記、請求項１で得られた２波長以上のセ
ンサー信号より体動成分を除去し，脈波成分を抽出する
適応化差動演算方法。
【請求項３】前記、請求項１，２で得られた雑音を含む
脈波信号より脈拍数を算出するアルゴリズムおよび装
置。
【請求項４】スポーツ用または緊急通報用の脈拍計およ
びパルスオキシメータ等に用いる事を特長とする請求項
１，２，３及び請求項単体の要素技術として用いる装
置。