JP2002330935A - 脈拍変動解析装置、脈拍変動解析方法、プログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易測定が可能な脈波を用いて、高精度の脈
拍変動解析が可能な脈拍変動解析装置、脈拍変動解析方
法、プログラム、及び記録媒体を提供すること。 【解決手段】 ステップ１００では、脈波の計測を行
う。ステップ１１０では、脈波信号をセグメントに分割
する。ステップ１７０では、１回目の複素復調解析を行
うために、第１のローパスフィルタのカットオフ周波数
Ｆｃを設定する。ステップ１８０では、２回目以降の解
析を行うために、複素復調解析で用いる第１のローパス
フィルタのカットオフ周波数Ｆｃを設定する。そして、
前記ステップ１７０又は１８０から進むステップ１９０
では、複素復調解析を実施する。ステップ２００では、
（ｎ−１）回目の中心周波数Ｆｒとｎ回目の中心周波数
とを比較し、それが一致するか否かを判定する。ステッ
プ２１０では、得られた演算結果の誤差を補正するため
に、第２のローパスフィルタを用いた補正処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体から計測され
た脈波に基づいて、生体の自律神経活動を表す脈拍変動
の解析を行う脈拍変動解析装置、脈拍変動解析方法、プ
ログラム、及び記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自律神経機能評価に役立つ指
標として、心拍変動が使われてきた。この心拍変動と
は、心臓の拍動の揺らぎのうち、洞結節に対する自律神
経入力の揺らぎを、その主な起源とするものをいう。

【０００３】このことを、図８を用いて説明する。ま
ず、図８（ａ）に示す様に、心電図のピークとピークの
時間間隔を心拍間隔とする。そして、心拍間隔を測定時
間に対してプロットすると、図８（ｂ）に示す様な揺ら
ぎが観察される。この揺らぎが心拍変動である。

【０００４】よって、通常は、心拍変動対して任意の周
波数帯の成分を取り出して、自律神経機能を評価する指
標として利用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、心電図による
心拍変動の測定は、電極を最低２箇所以上体に貼り付け
る必要があり、被験者の負担が大きく、長期間の連続測
定は困難である。そこで、近年では、脈波を使った脈拍
解析により、心電図と同様な自律神経機能評価を行おう
という試みがある。この脈波の計測は、電極が不要で装
置の小型化も可能であり、被験者に負担をかけないとい
う特長がある。

【０００６】ところが、脈波は、心電図ほど一拍毎の区
分点が明確でなく、雑音などに弱い等の問題がある。こ
の問題に対する対策として、脈波信号を複素復調解析
し、脈拍数を測定するというアイデアが学会で報告され
ている（医用電子と生体工学：No.３８ ２０００参
照）。この報告では、データをセグメント毎に分け、中
心周波数をセグメント毎に更新しながら、複素復調解析
を進めるという順応アルゴリズムを提唱している。

【０００７】しかしながら、この方法を実際に行ってみ
ると、測定値の誤差が大きく、脈拍数の測定は可能であ
るが、上述した一拍毎の脈拍変動解析への利用は困難で
あった。本発明は、前記課題を解決するためになされた
ものであり、その目的は、簡易測定が可能な脈波を用い
て、（心電図と同様な）高精度の脈拍変動解析が可能な
脈拍変動解析装置、脈拍変動解析方法、プログラム、及
び記録媒体を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】（１）請
求項１の発明では、第１手段により、第１の中心周波数
に対応する所定範囲（例えば複数の脈波を含む所定のセ
グメント）の脈波信号の複素復調解析を行って、瞬時周
波数を求め、第２手段により、瞬時周波数から第２の中
心周波数を求め、第３手段により、第１の中心周波数と
第２の中心周波数とを比較して、その収束の程度を判定
する。そして、前記収束の程度が所定となるまで、第２
の中心周波数を第１の中心周波数として設定して、第１
手段から第３手段の処理を繰り返す。

【０００９】通常、複素復調による解析を行う場合に
は、分析したい周波数領域を予め設定する必要がある。
また、脈拍変動を解析する場合には、脈拍に応じた周波
数を設定しなければならない。ところが、実際には、適
切な周波数（複素復調解析を行うための中心周波数）を
設定することは容易ではなく、適切でない中心周波数を
設定した場合には、それによって誤差が発生する。

【００１０】そこで、本発明では、所定範囲の脈波信号
（例えばあるセグメント）に対する複素復調解析を、前
回の中心周波数と今回の中心周波数との差が所定値内に
収束するまで繰り返す処理を行う。これにより、中心周
波数の差が収束した場合には、その様な処理を行わない
場合と比べて、より適切な中心周波数となると考えられ
る。よって、その中心周波数に基づく複素復調解析の演
算結果も適切なものとみなせるので、誤差の少ない瞬間
周波数を得ることができる。

【００１１】従って、本発明では、精度の高い瞬間周波
数から精度の高い（誤差の少ない）脈拍間隔を求めるこ
とができる。尚、後に詳述するが、前記複素復調解析と
は、図１に例示する様に、解析対象のデータ（脈波信号
の波形のデータ）に対して、脈波信号の波形に最も類似
した三角関数（分析したい周波数領域の中心周波数を持
つ複素三角関数）をフィッティングし（当てはめ）、そ
の三角関数（例えばｃｏｓ（φ＋ωｔ））の瞬時周波数
（ω）を、脈波の周波数ｆ（＝１／Ｔ）とするものであ
る。

【００１２】つまり、瞬時周波数（ω）は、各脈波のピ
ーク間の周波数ｆnを示すものであるので、周波数ｆnよ
り、（その周期Ｔnである）脈拍間隔を推定することが
できる。 （２）請求項２の発明では、第１の中心周波数として、
測定した脈波信号を、複数個の脈波がそれぞれ含まれる
ように複数のセグメントに分割し、複数のセグメントの
うちから選択したセグメントの中心周波数を用いる。

【００１３】本発明は、第１の中心周波数を設定するま
での処理を示している。ここでは、図２に例示する様
に、測定した脈波信号を、複数個の脈波がそれぞれ含ま
れるように複数のセグメントに分割し、複数のセグメン
トのうちから選択したセグメントの中心周波数を、第１
の中心周波数として用いる。

【００１４】尚、第１回目の演算においては、第１の中
心周波数として、選択されたセグメントにおける平均脈
波数（従って１秒単位の脈拍数）を用いることができ
る。 （３）請求項３の発明では、セグメントの分割を行う場
合には、隣合うセグメントの領域をオーバーラップさせ
る。

【００１５】これにより、各セグメントに対する複素復
調解析を行う際に、セグメントの境界近傍のデータが抜
け落ちることを防止できる。 （４）請求項４の発明では、収束の程度が所定となった
場合には、そのときの瞬時周波数に基づいて、脈波信号
の状態を推定する。

【００１６】本発明は、中心周波数が収束した後の処理
を示している。中心周波数が収束した場合には、その中
心周波数が適切なものであるとみなすことができるの
で、その中心周波数を用いた複素復調解析により、瞬時
周波数を求めることができる。よって、瞬時周波数か
ら、精度の高い脈拍間隔を求めることができる。

【００１７】（５）請求項５の発明では、推定した脈波
信号の状態に基づいて、脈波信号の変動の状態を解析す
る。本発明では、推定した脈波信号の状態、即ち脈拍間
隔により、脈波信号の変動の状態を解析することができ
る。

【００１８】例えば図３（ａ）に示す様な脈波センサか
らの信号に対して、その脈拍間隔（Ａ）を時系列データ
として並べたもの、即ち、測定開始からの経過時間にお
ける脈拍間隔を縦軸にとったものを図３（ｂ）に示す
が、同図から、グラフが絶えず微妙に上下に変動してい
ること、即ち、脈拍間隔が変動している（揺らいでい
る）ことが分かる。

【００１９】（６）請求項６の発明では、第１の中心周
波数に基づいて、第１のローパスフィルタのカットオフ
周波数を設定し、その第１のローパスフィルタを用いて
複素復調解析を行う。本発明は、複素復調解析で用いる
第１のローパスフィルタの特性の設定方法を示してい
る。

【００２０】ここでは、第１の中心周波数に基づいてカ
ットオフ周波数を設定するので、精度のよい解析を行う
ことが可能である。 （７）請求項７の発明では、カットオフ周波数を、１回
目の複素復調解析の場合よりも２回目以降を小さく設定
する。

【００２１】従って、１回目では、脈拍数の分析周波数
領域からの逸脱によるエラーを防止でき、２回目以降
は、高調波の影響を回避することができる。 （８）請求項８の発明では、複素復調解析によって得ら
れた瞬時周波数の平均値を、第２の中心周波数として設
定する。

【００２２】瞬時周波数は、脈波間隔に対応する値を示
すので、この平均を求めることにより、（次回の複素復
調解析に用いる）前回より好ましい第２の中心周波数を
設定することができる。 （９）請求項９の発明では、複素復調解析の結果を、第
２のローパスフィルタを用いて補正する。

【００２３】複素復調を用いて脈拍間隔を計算する際
に、平均脈波数を用いる場合には、平均脈拍数に依存す
る周波数特性のために誤差を生じる。よって、第２のロ
ーパスフィルタにより、その補正を行って誤差を低減す
ることができる。 （１０）請求項１０の発明では、第２のローパスフィル
タのカットオフ周波数を、平均脈拍数に基づいて設定す
る。

【００２４】つまり、第２のローパスフィルタのカット
オフ周波数を、平均脈拍数に基づいて設定することによ
り、フィルタ特性を好ましいものとし、前記誤差を低減
することができる。 （１１）請求項１１の発明では、第２のローパスフィル
タのフィルタ次数を、平均脈拍数に基づいて設定する。

【００２５】つまり、第２のローパスフィルタのフィル
タ次数を、平均脈拍数に基づいて設定することにより、
フィルタ特性を好ましいものとし、前記誤差を低減する
ことができる。 （１２）請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれ
かに記載の脈拍変動解析装置の機能を実現するための手
段を有するプログラムを示している。

【００２６】つまり、上述した脈拍変動解析装置の機能
を実現するための各手段は、コンピュータのプログラム
により実行される処理により実現することができる。 （１３）請求項１３の発明は、請求項１２に記載のプロ
グラムの機能を実現するための手段を記憶している記録
媒体を示している。

【００２７】つまり、上述した様なプログラムをコンピ
ュータシステムにて実現する機能は、例えば、コンピュ
ータシステム側で起動するプログラムとして備えること
ができる。このようなプログラムの場合、例えば、フロ
ッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−
ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能
な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステ
ムにロードして起動することにより用いることができ
る。この他、ＲＯＭやバックアップＲＡＭ等をコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記
録しておき、このＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭ等
をコンピュータシステムに組み込んで用いても良い。

【００２８】（１４）請求項１４の発明では、第１工程
にて、第１の中心周波数に対応する所定範囲の脈波信号
の複素復調解析を行って、瞬時周波数を求め、第２工程
にて、瞬時周波数から、第２の中心周波数を求め、第３
工程にて、第１の中心周波数と第２の中心周波数とを比
較して、その収束の程度を判定する。そして、収束の程
度が所定となるまで、第２の中心周波数を第１の中心周
波数として設定して、第１工程から第３工程の処理を繰
り返す。

【００２９】本発明の脈拍変動解析方法は、前記請求項
１の脈拍変動解析装置と同様な効果を奏する。 （１５）〜（２４）請求項１５〜２４の発明の脈拍変動
解析方法は、それぞれ前記請求項２〜１１と同様な作用
効果を奏する。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の脈拍変動解析装
置、脈拍変動解析方法、プログラム、及び記録媒体の実
施の形態の例（実施例）について、図面に基づいて説明
する。 （実施例） ａ）まず、本実施例の脈拍変動解析方法を実施する脈拍
変動解析装置の基本構成について、図４に基づいて説明
する。

【００３１】図４に示す様に、本実施例の脈拍変動解析
装置は、人体の例えば手首等に取り付けて使用される脈
波センサ１と、この脈波センサ１から出力される測定結
果に基づいて脈波を計測し、脈拍間隔等を算出するデー
タ処理装置３とを備えている。

【００３２】前記脈波センサ１は、発光素子（例えば発
光ダイオード：ＬＥＤ）５と、その駆動回路７と、受光
素子（例えばフォトダイオード：ＰＤ）９と、光を通過
させる透明な窓１１とを備える、周知の光学式反射型セ
ンサである。この脈波センサ１においては、発光素子５
から人体に向かって光が照射されると、光の一部が人体
の内部を通る毛細動脈に当たって、毛細動脈を流れる血
液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が毛細動脈で
反射して散乱し、その一部が受光素子９に入射する。こ
の時、血液の脈動により毛細動脈にあるヘモグロビンの
量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される
光も波動的に変化する。

【００３３】その結果、毛細動脈で反射して受光素子９
で検出される受光量が変化し、その受光量の変化を脈波
情報（例えば電圧信号）としてデータ処理装置３に出力
している。一方、前記データ処理装置３は、検出回路１
３と、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）１５と、マイクロコン
ピュータ１７とを内蔵している。

【００３４】このうち、検出回路１３では、脈波センサ
１から得られた電圧信号を増幅し、ＡＤＣ１５では、検
出回路１３から得られた電圧信号であるアナログ信号を
デジタル信号に変換する。また、マイクロコンピュータ
１７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子
回路であり、ＡＤＣ１５から得られたデジタル信号を処
理するためのプログラムが記憶されている。つまり、脈
波センサ１で検出された脈波信号を計測し、脈拍変動を
解析するためのアルゴリズムに基づいたプログラムが組
み込まれている。

【００３５】ｂ）次に、前記脈拍変動を解析するための
主要な手法について説明する。本実施例では、以下〜
に示す様に、測定された脈波信号のデータをオーバラ
ップしたセグメントに区切り、各セグメントについて、
（複素復調解析の）処理結果が収束するまで繰り返し複
素復調解析を行って瞬時周波数を求め、その後補正を行
って脈拍間隔を求める（推定する）ものである。

【００３６】＜セグメントの設定方法＞ 前記図２に示す様な脈波信号が得られる場合には、例え
ば２分間の脈波信号のデータを一つのセグメントとす
る。また、隣り合うセグメント同士は、データを処理す
る際に抜けが発生しない様に、僅かにオーバーラップさ
せる（領域が重なる）ようにする。

【００３７】＜複素復調解析＞ この複素復調解析とは、上述した様に、脈波信号に対し
て、脈波信号の波形に最も類似した三角関数をフィッテ
ィングし、その三角関数（例えばｃｏｓ（φ＋ωｔ））
の瞬時周波数（ω）を脈波の周波数ｆとして、脈波信号
の各周期Ｔ（脈拍間隔）を求めるものである。

【００３８】以下に、複素復調解析の代表的な手順を示
す。 (1)まず、分析したい周波数領域を設定し、その周波数
領域を０Ｈｚに周波数シフトする。そのためには、デー
タ（脈波信号）に、分析したい周波数領域の中心周波数
を持つ複素三角関数（例えば複素ｓｉｎ関数）をかけ
る。これにより、複素信号を得る。

【００３９】(2)次に、得られた複素信号を、例えば
（第１の）ローパスフィルタに通し、分析したい周波数
領域の成分のみを取り出す。 (3)次に、前記周波数領域の成分の実部と虚部を、極座
標系に変換し、振動の振幅と位相を時間の関数として得
る。

【００４０】(4)次に、前記位相の時間関数である位相
信号を微分することにより、周波数０Ｈｚからのずれの
時間関数を得る。この関数に、前記(1)の中心周波数を
加えることで、瞬時周波数を時間の関数として得る。 ＜収束のための繰り返しの演算方法＞ (1)１回目の複素復調解析の中心周波数は、直前のセグ
メントの平均脈拍数とする。

【００４１】尚、平均脈波数とは、ある範囲の脈数をそ
の時間で割った値であり、これは、中心周波数（Ｆｒ）
と一致する。 (2)２回目以降（ｎ回目）の複素復調解析に用いる中心
周波数は、その前の（ｎ−１）回目の平均脈拍数とす
る。

【００４２】(3)ｎ回目で得られた平均脈拍数が、（ｎ
−１）回目で得られた平均脈拍数と一致するまで（詳し
くは所定の範囲内となるまで）、複素復調解析を繰り返
す。尚、ここでは、脈拍数の分析周波数領域からの逸脱
によるエラーを避けるために、１回目の演算では、ロー
パスフィルタのカットオフ周波数を下記式の様に定め
る。即ち周波数帯が広くなる様に設定する。

【００４３】カットオフ周波数＝（（中心周波数＋ｗ）
／３）×１．５ 更に、２回目以降では、高調波の影響を回避し、かつ周
波数領域を最大にするように、ローパスフィルタのカッ
トオフ周波数を下記式の様に定める。 カットオフ周波数＝（中心周波数＋ｗ）／３ 但しｗ：ローパスフィルタの移行帯の幅の１／２ ＜補正方法＞ 複素復調解析を用いて脈拍間隔を計算する場合には、平
均脈拍数に依存する周波数特性のために誤差を生じるの
で、前記収束によって得られた脈拍間隔の結果の補正を
行う。

【００４４】具体的には、セグメント毎に、以下のカッ
トオフ周波数とフィルタ次数を持つフィルタ（例えば第
２のローパスフィルタ）を設計し、セグメント毎に計算
された脈拍間隔の結果に、前記第２のローパスフィルタ
をかける。 (1)カットオフ周波数＝平均脈拍数の関数 ＝max(0.346/Fs、0.3942×(平均脈拍数−0.1190477/Fs) (2)フィルタ次数 ＝平均脈拍数の関数 ＝min(41、1.785714(平均脈拍数−0.1190477/Fs)) Ｆｓ：サンプリング周波数 ｃ）次に、前記ｂ）に記載した手法を用いて行われる脈
拍変動を解析するための処理を、図５等に基づいて説明
する。尚、図５は、データ処理装置３にて行われる演算
処理を示すフローチャートである。

【００４５】図５に示す様に、まず、ステップ（Ｓ）１
００にて、脈波の計測を行う。具体的には、例えば前記
図３（ａ）に示す様な脈波センサ１からの信号を、デー
タ処理装置３内に取り込み、デジタル信号に変換してか
らマイクロコンピュータ１７に入力する。

【００４６】続くステップ１１０では、前記図２に示す
様に、脈波信号を所定の範囲（セグメント）に分割す
る。この場合、各セグメントには多数の脈波が存在する
様に、例えば１セグメントを２分間とするとともに、隣
合うセグメント同士が一部オーバーラップするようにす
る。

【００４７】続くステップ１２０では、セグメントのカ
ウンタＨを０に設定するとともに、中止周波数Ｆｒに初
期値を設定する。この初期値としては、最初のセグメン
トにおける平均脈拍数、即ち、２分（１２０秒）間内の
脈拍数÷１２０秒とする。

【００４８】続くステップ１３０では、Ｈに１を加算し
て、Ｈ番目のセグメントを設定する。従って、最初の処
理では、Ｈ＝０＋１＝１となる。続くステップ１４０で
は、複素復調解析の処理回数のカウンタｎを０に設定す
る。

【００４９】続くステップ１５０では、カウンタｎに１
を加算する。続くステップ１６０では、カウンタｎが１
であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステ
ップ１７０に進み、一方否定判断されるとステップ１８
０に進む。

【００５０】ステップ１７０では、最初のルーチンであ
るので、即ち１回目の複素復調解析を行うために、複素
復調解析で用いる（第１の）ローパスフィルタのカット
オフ周波数Ｆｃを設定する。ここでは、前記＜収束の
ための繰り返しの演算方法＞にて詳述した様に、脈拍数
の分析周波数領域からの逸脱によるエラーを避けるため
に、１回目のカットオフ周波数Ｆｃを下記式の様に定め
る。即ち周波数帯が広くなる様に設定する。

【００５１】カットオフ周波数Ｆｃ＝（（中心周波数Ｆ
ｒ＋ｗ）／３）×１．５ 一方、ステップ１８０では、２回目以降の複素復調解析
を行うために、複素復調解析で用いる（第１の）ローパ
スフィルタのカットオフ周波数Ｆｃを設定する。

【００５２】ここでは、上述した様に、高調波の影響を
回避し、かつ周波数領域を最大にするように、ローパス
フィルタのカットオフ周波数Ｆｃを下記式の様に定め
る。 カットオフ周波数Ｆｃ＝（中心周波数Ｆｒ＋ｗ）／３ そして、前記ステップ１７０又は１８０から進むステッ
プ１９０では、複素復調解析を実施する。

【００５３】即ち、前記＜複素復調解析＞にて詳述し
た様に、前記ステップ１７０又は１８０にてカットオフ
周波数Ｆｃを設定した（第１の）ローパスフィルタを用
い、前記瞬時周波数（ω）から脈波の各周波数ｆnを求
め、それらの平均値を新たな中心周波数Ｆｒとして更新
する。

【００５４】続くステップ２００では、（ｎ−１）回目
の中心周波数Ｆｒとｎ回目の中心周波数とを比較し、即
ち前回の中心周波数Ｆｒ_n-1と今回の中心周波数Ｆｒ_nと
を比較し、それが一致するか否かを判定する。尚、所定
の微小な違いの場合には、一致すると判定する。

【００５５】ここで肯定判断されるとステップ２１０に
進む。一方否定判断されると前記ステップ１５０に戻
り、ステップ２００にて肯定判断されるまで、ステップ
１５０〜２００の処理を繰り返し実施する。ステップ２
１０では、得られた演算結果の誤差を補正するために、
（第２の）ローパスフィルタを用いた補正処理を行う。

【００５６】具体的には、前記＜補正方法＞にて詳述
した様に、セグメント毎に、カットオフ周波数とフィル
タ次数を持つ（第２の）ローパスフィルタ（又はＦＩＲ
フィルタ）を設計し、セグメント毎に計算された脈拍間
隔の結果に、そのローパスフィルタをかける。

【００５７】これにより、正確な脈拍間隔が得られる。
ステップ２２０では、演算すべきセグメントが全て終了
したか否かを判定する。ここで肯定判断されると一旦本
処理を終了する。一方、否定判断されるとステップ１３
０に戻り、ステップ２２０にて肯定判断されるまで、ス
テップ１３０〜２２０の処理を繰り返す。

【００５８】ｄ）次に、本実施例の効果を確認するため
に行った実験例について説明する。まず、実験のため
に、図６（ａ）及び図７（ａ）に示す疑似信号を作成し
た。そして、この疑似信号に対して、本実施例の解析手
法を適用した結果を、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示
す。

【００５９】これによれば、図６（ａ）及び図７（ａ）
と図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、それぞれかなり正確に
一致しており、本実施例の解析手法が優れていることが
分かる。一方、前記疑似信号に対して、従来の解析手法
を適用した結果を、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す。

【００６０】これによれば、図６（ａ）及び図７（ａ）
と図６（ｃ）及び図７（ｃ）は、一致度が低く、解析手
法としては十分ではないことが分かる。 ｅ）この様に、本実施例では、測定された脈波信号のデ
ータをオーバラップしたセグメントに区切り、各セグメ
ントについて、（複素復調解析の）処理結果が収束する
まで繰り返し複素復調解析を行い、その後補正を行って
脈拍間隔を求めている。

【００６１】従って、従来と比べて誤差が少なく、正確
に脈拍変動を認識することができるという顕著な効果を
奏する。よって、この正確な脈拍変動の検出結果に基づ
いて、自立神経機能を精度良く評価することができる。
例えば脈拍変動の任意の周波数成分（０．１５Ｈｚ以
上）が、基準値より過小である場合には、自立神経機能
が低下していると判断することができる。

【００６２】また、本実施例では、複素復調解析に用い
る最初（１回目）の（第１の）ローパスフィルタのカッ
トオフ周波数を広めに設定しているので、脈拍数の分析
周波数領域からの逸脱によるエラーを避けることができ
る。更に、２回目以降のカットオフ周波数を１回目より
小さめに設定するとともに、周波数領域を最大とする様
に設定しているので、高調波の影響を回避することがで
きるとともに、可能な限り誤差を低減することができ
る。

【００６３】その上、本実施例では、前記収束によって
得られた脈拍間隔の結果の補正を行うために、（第２
の）ローパスフィルタのカットオフ周波数とフィルタ次
数を、平均脈拍数に応じて適切に設定しているので、平
均脈拍数に依存する周波数特性のための誤差を低減する
ことができる。

【００６４】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々
の態様で実施しうることはいうまでもない。 （１）例えば、前記実施例では、脈拍変動解析方法を実
施する脈拍変動解析装置について述べたが、本発明は、
それらに限らず、上述したアルゴリズムに基づく処理を
実行させるプログラムやそのプログラムを記憶している
記録媒体にも適用できる。

【００６５】この記録媒体としては、マイクロコンピュ
ータとして構成される電子制御装置、マイクロチップ、
フロッピィディスク、ハードディスク、光ディスク等の
各種の記録媒体が挙げられる。つまり、上述した脈拍変
動解析装置の処理を実行させることができるプログラム
を記憶したものであれば、特に限定はない。

【００６６】尚、前記プログラムは、単に記録媒体に記
憶されたものに限定されることなく、例えばインターネ
ットなどの通信ラインにて送受信されるプログラムにも
適用される。 （２）また、前記脈拍変動解析装置は、脈波センサから
得られた信号を、すぐそばにあるデータ処理装置に直接
に入力する場合だけでなく、脈波センサからの得られた
データを例えばパソコン等の装置に入力し、そのデータ
を例えばインターネット等を利用して遠隔地にあるデー
タ処理装置に送信にして、脈拍変動解析を行う場合に適
用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 脈波波形を例示する説明図である。

【図２】 セグメントの設定方法を示す説明図である。

【図３】 脈波に関する信号を示し、（ａ）は脈波を示
す信号のグラフ、（ｂ）は脈波間隔の時間変化を示すグ
ラフである。

【図４】 実施例の脈拍変動解析装置の概要を示す説明
図である。

【図５】 実施例の脈拍変動解析装置における処理を示
すフローチャートである。

【図６】 実験例を示し、（ａ）は疑似信号を示すグラ
フ、（ｂ）は本実施例による処理結果を示すグラフ、
（ｃ）は従来法による処理結果を示すグラフである。

【図７】 他の実験例を示し、（ａ）は疑似信号を示す
グラフ、（ｂ）は本実施例による処理結果を示すグラ
フ、（ｃ）は従来法による処理結果を示すグラフであ
る。

【図８】 従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１…脈波センサ ３…データ処理装置 ５…発光素子 ９…受光素子 １７…マイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西井 克昌 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 早野 順一郎 愛知県名古屋市瑞穂区瑞穂町字川澄１ 名 古屋市立大学内 Ｆターム(参考） 4C017 AA10 AB02 AC26 BC16 BC21 BD06 FF05 4C038 PP03

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の中心周波数に対応する所定範囲の
   脈波信号の複素復調解析を行って、瞬時周波数を求める
   第１手段と、 前記瞬時周波数から、第２の中心周波数を求める第２手
   段と、 前記第１の中心周波数と前記第２の中心周波数とを比較
   して、その収束の程度を判定する第３手段と、 を備え、 前記収束の程度が所定となるまで、前記第２の中心周波
   数を前記第１の中心周波数として設定して、前記第１手
   段から第３手段の処理を繰り返すことを特徴とする脈拍
   変動解析装置。
2. 【請求項２】 前記第１の中心周波数として、 測定した脈波信号を、複数個の脈波がそれぞれ含まれる
   ように複数のセグメントに分割し、前記複数のセグメン
   トのうちから選択したセグメントの中心周波数を用いる
   ことを特徴とする前記請求項１に記載の脈拍変動解析装
   置。
3. 【請求項３】 前記セグメントの分割を行う場合には、
   隣合うセグメントの領域をオーバーラップさせることを
   特徴とする前記請求項２に記載の脈拍変動解析装置。
4. 【請求項４】 前記収束の程度が所定となった場合に
   は、そのときの瞬時周波数に基づいて、前記脈波信号の
   状態を推定することを特徴とする前記請求項１〜３のい
   ずれかに記載の脈拍変動解析装置。
5. 【請求項５】 前記推定した脈波信号の状態に基づい
   て、前記脈波信号の変動の状態を解析することを特徴と
   する前記請求項４に記載の脈拍変動解析装置。
6. 【請求項６】 前記第１の中心周波数に基づいて、第１
   のローパスフィルタのカットオフ周波数を設定し、該第
   １のローパスフィルタを用いて複素復調解析を行うこと
   を特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の脈拍
   変動解析装置。
7. 【請求項７】 前記カットオフ周波数を、前記第１の中
   心周波数に基づいて設定することを特徴とする前記請求
   項６に記載の脈拍変動解析装置。
8. 【請求項８】 前記複素復調解析によって得られた瞬時
   周波数の平均値を、前記第２の中心周波数として設定す
   ることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載
   の脈拍変動解析装置。
9. 【請求項９】 前記複素復調解析の結果を、第２のロー
   パスフィルタを用いて補正することを特徴とする前記請
   求項１〜８のいずれかに記載の脈拍変動解析装置。
10. 【請求項１０】 前記第２のローパスフィルタのカット
    オフ周波数を、平均脈拍数に基づいて設定することを特
    徴とする前記請求項９に記載の脈拍変動解析装置。
11. 【請求項１１】 前記第２のローパスフィルタのフィル
    タ次数を、平均脈拍数に基づいて設定することを特徴と
    する前記請求項９又は１０に記載の脈拍変動解析装置。
12. 【請求項１２】 前記請求項１〜１１のいずれかに記載
    の脈拍変動解析装置の機能を実現するための手段を有す
    ることを特徴とするプログラム。
13. 【請求項１３】 前記請求項１２に記載のプログラムの
    機能を実現するための手段を記憶していることを特徴と
    する記録媒体。
14. 【請求項１４】 第１の中心周波数に対応する所定範囲
    の脈波信号の複素復調解析を行って、瞬時周波数を求め
    る第１工程と、 前記瞬時周波数から、第２の中心周波数を求める第２工
    程と、 前記第１の中心周波数と前記第２の中心周波数とを比較
    して、その収束の程度を判定する第３工程と、 を備え、 前記収束の程度が所定となるまで、前記第２の中心周波
    数を前記第１の中心周波数として設定して、前記第１工
    程から第３工程の処理を繰り返すことを特徴とする脈拍
    変動解析方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の中心周波数として、 測定した脈波信号を、複数個の脈波がそれぞれ含まれる
    ように複数のセグメントに分割し、前記複数のセグメン
    トのうちから選択したセグメントの中心周波数を用いる
    ことを特徴とする前記請求項１４に記載の脈拍変動解析
    方法。
16. 【請求項１６】 前記セグメントの分割を行う場合に
    は、隣合うセグメントの領域をオーバーラップさせるこ
    とを特徴とする前記請求項１５に記載の脈拍変動解析方
    法。
17. 【請求項１７】 前記収束の程度が所定となった場合に
    は、そのときの瞬時周波数に基づいて、前記脈波信号の
    状態を推定することを特徴とする前記請求項１４〜１６
    のいずれかに記載の脈拍変動解析方法。
18. 【請求項１８】 前記推定した脈波信号の状態に基づい
    て、前記脈波信号の変動の状態を解析することを特徴と
    する前記請求項１７に記載の脈拍変動解析方法。
19. 【請求項１９】 前記第１の中心周波数に基づいて、第
    １のローパスフィルタのカットオフ周波数を設定し、該
    第１のローパスフィルタを用いて複素復調解析を行うこ
    とを特徴とする前記請求項１４〜１８のいずれかに記載
    の脈拍変動解析方法。
20. 【請求項２０】 前記カットオフ周波数を、１回目の複
    素復調解析の場合よりも２回目以降を小さく設定するこ
    とを特徴とする前記請求項１９に記載の脈拍変動解析方
    法。
21. 【請求項２１】 前記複素復調解析によって得られた瞬
    時周波数の平均値を、前記第２の中心周波数として設定
    することを特徴とする前記請求項１４〜２０のいずれか
    に記載の脈拍変動解析方法。
22. 【請求項２２】 前記複素復調解析の結果を、第２のロ
    ーパスフィルタを用いて補正することを特徴とする前記
    請求項１４〜２１のいずれかに記載の脈拍変動解析方
    法。
23. 【請求項２３】 前記第２のローパスフィルタのカット
    オフ周波数を、平均脈拍数に基づいて設定することを特
    徴とする前記請求項２２に記載の脈拍変動解析方法。
24. 【請求項２４】 前記第２のローパスフィルタのフィル
    タ次数を、平均脈拍数に基づいて設定することを特徴と
    する前記請求項２２又は２３に記載の脈拍変動解析方
    法。