JP2004041481A

JP2004041481A - 携帯型脈波検出装置

Info

Publication number: JP2004041481A
Application number: JP2002203992A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 天野　和彦
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波波形を検出することができる携帯型脈波検出装置を提供すること。
【解決手段】携帯型脈波検出装置は、脈波検出部と低域遮断部とを有する。脈波検出部は、被験者に装着され、非侵襲的に末梢における脈波を検出する。低域遮断部は、検出された脈波から、自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）に起因した低域周波数成分を除去する。この低域周波数成分は、心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波の周波数成分ではなく、純粋な脈波中の周波数成分よりも低域の周波数成分である。脈波中に重畳された低域周波数成分は、低域遮断周波数を０．４〜０．６Ｈｚの範囲に設定した低域遮断部にて除去される。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者に装着される携帯型脈波検出装置に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
被験者に装着されて被験者の末梢の脈波を被侵襲的に検出する脈波検出装置の開発が進められている。被験者は、自身の健康状態等を、携帯型脈波検出装置にて検出された脈波から自ら知ることができる。
【０００３】
脈波を被侵襲的に検出するのに、脈波を光学的に検出したり、あるいは脈圧に基づいて脈波を検出することが知られている。
【０００４】
上記のようにして検出される脈波波形は、心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波波形とはならない。検出される脈波波形には、被験者の無意識でのさまざまな動きに起因した周波数成分がノイズとして重畳されているからである。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波波形を検出することができる携帯型脈波検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る携帯型脈波検出装置は、脈波検出部と低域遮断部とを有する。脈波検出部は、被験者に装着され、被験者の脈波を光学的に検出するか、あるいは脈圧から脈波を検出する等して、非侵襲的に末梢における脈波を検出する。低域遮断部は、検出された脈波から、自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）に起因した低域周波数成分を除去する。この低域周波数成分は、心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波の周波数成分ではなく、純粋な脈波中の周波数成分よりも低域の周波数成分である。この低域周波数成分が脈波中に重畳するノイズとなる。このノイズを除去することで、安定して脈波を検出できる。
【０００７】
低域遮断部は、被験者の静止時の体動に起因した低域周波数成分をさらに除去することができる。被験者は、静止した状態であったとしても、その静止状態を維持するため等により体の揺らぎ（体動）がある。この体動は、意識的に手足を速く動かした時のようなものでなく、比較的ゆったりとした動きである。よって、この体動に起因して脈波に低域周波数成分が重畳し、これもノイズとなるので除去している。
【０００８】
低域遮断部は、低域遮断周波数を０．４〜０．５Ｈｚの範囲中の値に設定することができる。低域遮断周波数を０．４〜０．５Ｈｚのいずれかの値に設定して低域周波数成分を除去すると、脈波波形固有の特徴を損なうことなく、ノイズを有効に除去できる。自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）に起因した低域周波数成分や、被験者の静止時の体動に起因した低域周波数成分は、０．４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの低域遮断周波数未満であり、しかもその低域遮断周波数未満の周波数成分には脈波固有の特徴は含まれていないからである。
【０００９】
以上のような低域遮断部は、交換神経系機能の活動に伴う変動、例えば１０秒に１回程度に生ずる筋ポンプ機能の変動等に起因した低域周波数成分（例えば０．１Ｈｚ程度）を除去することができる。
【００１０】
低域遮断部はさらに、副交感神経系機能の活動に伴う変動、例えば呼吸運動に起因した低域周波数成分（例えば０．１５Ｈｚ程度）を除去することができる。
【００１１】
低域遮断部は、高域遮断周波数を１６〜３０Ｈｚの範囲中の値とするバンドパスフィルタにて構成できる。これにより、高域遮断周波数を超える無駄な高域成分も除去できる。高域遮断周波数は、余裕を見ても３０Ｈｚとすれば十分であり、高域遮断周波数を２０Ｈｚ、あるいは１６Ｈｚとしてもよい。
【００１２】
本発明の一態様に係る携帯型脈波検出装置は、前記低域周波数成分が除去された脈波を一次微分する一次微分部と、一次微分された脈波を二次微分する二次微分部とをさらに有することができる。低域周波数成分が除去された脈波を二回微分することで、得られた脈波波形中に脈波固有の特徴が顕在化されるからである。
【００１３】
ここで、前記低域遮断部及び前記一次微分部を、アナログ微分回路にて形成することができる。このアナログ微分回路は、脈波検出部からのアナログ信号である脈波をアナログ微分し、かつハイパス特性を有するものとして構成できる。あるいは、このアナログ微分回路は、脈波検出部からのアナログ信号である脈波を微分し、かつバンドパス特性を有するものとして構成できる。
【００１４】
本発明の一態様では、前記脈波検出部の出力を量子化する量子化部をさらに有することができる。この場合、低域遮断部は、量子化データをフーリエ変換するフーリエ変換部と、低域遮断周波数未満の周波数スペクトルを除去するデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの出力を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部とを有することができる。さらにこの場合、一次微分部及び二次微分部の少なくとも一方を、時間軸上の各２つの離散値の傾きを求める量子化微分部にて形成することができる。
【００１５】
上述した量子化部を、ダイナミックレンジの範囲内で脈波が一定振幅レベル以上となるように増幅するオート・ゲイン・コントロールするアナログ−デジタル変換器にて形成することができる。
【００１６】
本発明の一態様では、二次微分された脈波中の指標を抽出する指標抽出部をさらに有することができる。二次微分された脈波中の指標を取り出すことで、被験者固有の情報を取り出すことができ、それに基づいて被験者を医学的に評価することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（携帯型脈波検出装置の外観構成）
本実施形態の携帯型脈波検出装置は、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すような外観的構成とすることができる。携帯型脈波検出装置１０は、腕時計状の構造を有する装置本体１２と、この装置本体１２のコネクタ部２０にコネクタピース５７を介して接続されるケーブル５８と、このケーブル５８の先端側に設けられた脈波検出部６０とを含んで構成されている。装置本体１２にはリストバンド５６が取り付けられ、リストバンド５６によって装置本体１２が被験者の手首に装着される。
【００１９】
装置本体１２はコネクタ部２０を備えており、コネクタ部２０にはケーブル５８の端部となっているコネクタピース５７が着脱自在に取り付けられている。
【００２０】
図１（Ｃ）は、このコネクタピース５７を取り外したコネクタ部２０を示しており、例えば、ケーブル５８との接続ピン２１や、データ転送を行うためのＬＥＤ２２、フォトトランジスタ２３を備えている。
【００２１】
また、装置本体１２の表面側には、液晶パネルからなる表示部５４が設けられている。表示部５４は、セグメント表示領域や、ドット表示領域などを有し、脈波中から得られる指標や解析結果など表示する。なお、表示部５４には液晶パネルではなく他の表示装置を用いてもよい。
【００２２】
装置本体１２の内部には、各種演算や変換などを制御するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）、ＣＰＵを動作させるプログラムその他を記憶するメモリを備え（図示省略）、装置本体１２の外周部には各種操作や入力を行うためのボタンスイッチ１４がそれぞれ設けられている。
【００２３】
一方、脈波検出部６０は、図１（Ｂ）に示すように、センサ固定用バンド６２によって遮光されながら、被験者の人差し指の根本付近に装着される。このように、脈波検出部６０を指の根本付近に装着すると、ケーブル５８が短くて済むので、装着しても邪魔にならない。また、指の根元付近は指先に比べると気温による血流量の変化が少ないため、検出した脈波波形に対する気温などの影響が比較的少ない。
【００２４】
（脈波検出部）
脈波検出部６０は、例えば図２に示すように、ＬＥＤ６４、フォトトランジスタ６５などを含み、非侵襲的すなわち皮膚を破ることなく末梢における脈波を検出できるように構成されている。この脈波検出部６０は、脈波波形が血流量の変動波形（容積脈波波形）とほぼ同様の波形となることを利用し、毛細血管網に対する光照射と、毛細血管内の血液による反射光量の変動または透過光量の変動の検出とを行うように形成された光センサを用いて脈波（容積脈波）を検出する。
【００２５】
さらに具体的には、脈波検出部６０は、スイッチＳＷがオン状態となり、電源電圧が印加されると、ＬＥＤ６４から光が照射される。この照射光は、被験者の血管や組織によって反射した後に、フォトトランジスタ６５によって受光される。したがって、フォトトランジスタ６５の光電流を電圧に変換したものが、脈波検出部６０の信号ＰＴＧとして出力される。
【００２６】
ここで、ＬＥＤ６４の発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長ピーク付近に選ばれる。このため、受光レベルは血流量に応じて変化する。したがって、受光レベルを検出することによって、脈波波形が検出されることとなる。例えば、ＬＥＤ６４としては、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが好適である。このＬＥＤの発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近を発光ピークとし、その発光波長域は、３５０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００２７】
このような発光特性を有するＬＥＤに対応するフォトトランジスタ６５として、本実施形態においては、例えばＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リン系）のものを用いることができる。このフォトトランジスタ６５の受光波長領域は、主要感度領域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とし、３００ｎｍ以下にも感度領域があるものとすることができる。
【００２８】
このような青色ＬＥＤ６４とフォトトランジスタ６５とを組み合わせると、その重なり領域である３００ｎｍから６００ｎｍまでの波長領域において、脈波を検出することができ、以下のような利点がある。
【００２９】
まず、外光に含まれる光のうち、波長領域が７００ｎｍ以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていない指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトトランジスタ６５まで到達せず、検出に影響を与えない波長領域の光のみがフォトトランジスタ６５に達する。一方、３００ｎｍより長い波長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域を７００ｎｍ以下としても、実質的な受光波長領域は、３００ｎｍ〜７００ｎｍとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくとも、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中のヘモグロビンは、波長が３００ｎｍから７００ｎｍまでの光に対する吸光係数が大きく、波長が８８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大きい。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域（３００ｎｍから７００ｎｍ）の光を検出光として用いると、その検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波波形のＳＮ比を高めることができる。
【００３０】
このように、脈波検出部６０は、血流量に対応して変化する脈波すなわち容積脈波を、皮膚付近に存在する毛細血管網における赤血球量の変動としてとらえ、皮膚に照射した光の透過量または反射量の変動として検出することができるため、センサを末梢動脈例えば橈骨動脈や側指動脈の位置に合わせることなく検出することができる。したがって、脈波検出部６０は、皮膚付近に存在する毛細血管における赤血球量の変動を、末梢動脈における脈波（容積脈波）として安定して検出することが可能である。なお、脈波検出部６０は、脈圧に基づいて脈波を検出するものであっても良い。
【００３１】
（基本機能ブロック構成及び低域遮断部）
図３は、実施形態に係る携帯型脈波検出装置の機能ブロック図である。図３では、携帯型脈波検出装置として必須の構成である脈波検出部６０及び低域遮断部７０に加えて、例えば一次・二次微分部８０，９０及び指標抽出部１００をさらに有するが、これに限定されない。ここで、脈波検出部６０にて検出された脈波を、低域遮断部７０より以降のいずれかのブロックにてデジタル処理する場合には、そのブロックの前段に量子化部としてのＡ／Ｄ変換部を設ければよい（図３では省略）。従って、低域遮断部７０以降のブロックは、アナログ処理またはデジタル処理のいずれでも良い。
【００３２】
なお、低域遮断部７０、一次・二次微分部８９，９０及び指標抽出部１００の具体的構成については後述するとして、先ず、低域遮断部７０の機能について説明しておく。
【００３３】
低域遮断部７０は、脈波検出部６０にて検出された脈波から、自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）に起因した低域周波数成分を除去するものである。この低域周波数成分は、心臓の伸収縮に基づき大動脈から末梢血管に血液が流れることで生ずる純粋な脈波の周波数成分ではなく、純粋な脈波中の周波数成分よりも低域の周波数成分である。この低域周波数成分が脈波中に重畳するノイズとなるので、このノイズを除去することで、安定して脈波を検出できる。
【００３４】
低域遮断部７０は、被験者の静止時の体動に起因した低域周波数成分をさらに除去することができる。被験者は、静止した状態であったとしても、その静止状態を維持するため等により体の揺らぎ（体動）がある。この体動は、意識的に手足を速く動かした時のようなものでなく、比較的ゆったりとした動きである。よって、この体動に起因して脈波に低域周波数成分が重畳し、これもノイズとなるので除去している。
【００３５】
低域遮断部７０は、自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）及び体動に起因した低域周波数成分を除去するためには、低域遮断周波数を０．４〜０．５Ｈｚの範囲中の値に設定することが好ましい。この低域遮断周波数未満の低域周波数成分には脈波固有の特徴は含まれてなく、これらはノイズとなるからである。自律神経系機能に伴う変動として、交換神経系機能及び副交換神経系機能の活動に伴う変動がある。交換神経系機能の活動に伴う変動に起因した低域周波数成分として、例えば１０秒に１回程度に生ずる筋ポンプ機能の変動等に起因した低域周波数成分（例えば０．１Ｈｚ程度）を挙げることができる。副交感神経系機能の活動に伴う変動に起因した低域周波数成分として、例えば呼吸運動に起因した低域周波数成分（例えば０．１５Ｈｚ程度）を挙げることができる。
【００３６】
低域遮断部７０は、上述の低域遮断周波数の他に、高域遮断周波数が例えば１６〜３０Ｈｚの範囲中の値に設定されたバンドパスフィルタにて構成してもよい。これにより、低域周波数成分に加えて、高域遮断周波数を越える無駄な高域成分も除去できる。高域遮断周波数は、余裕を見ても３０Ｈｚとすれば十分であり、高域遮断周波数を２０Ｈｚ、あるいは１６Ｈｚとしてもよい。
【００３７】
（脈波波形について）
図４は、脈波検出センサ５０にて検出された脈波の１拍分の波形を示している。図４に示すように、この脈波には下記の特徴がある。
（１）１拍分の脈波に順次変極点Ｐ１〜Ｐ５が現われる。
（２）変極点Ｐ１〜Ｐ５は、波高ｙ１〜ｙ５を有する。
（３）脈波開始時刻ｔ０を基準として、各変極点Ｐ１〜Ｐ５が出現するまでの時間はＴ１〜Ｔ５であり、次の１拍の脈波が開始するまでの経過時間（周期）はＴ６である。
【００３８】
このような変極点Ｐ１〜Ｐ５の波高ｙ１〜ｙ５の少なくとも一つか、あるいは時刻ｔ０から変極点Ｐ１〜Ｐ５のいずれかが生ずるまでの時間Ｔ１〜Ｔ５または周期Ｔ６の少なくとも一つを、脈波波形の指標として抽出することができる。あるいは、波高ｙ１〜ｙ５のうちの任意の２つの波高比率、例えばｙ２／ｙ１，ｙ３／ｙ１，ｙ４／ｙ１，ｙ５／ｙ１などのうち少なくとも一つの波高比率を指標として求めることができる。あるいは、時間Ｔ１〜Ｔ６のうちの任意の２つの時間比率、例えばＴ１／Ｔ６，Ｔ２／Ｔ６，Ｔ３／Ｔ６，Ｔ４／Ｔ６，Ｔ５／Ｔ６などのうち少なくとも一つの時間比率を指標として求めることができる。
【００３９】
本実施形態は上述した指標のうちのいずれかを抽出するものにも適用可能であるが、以下に、図３に示す基本機能ブロック図に示す構成により抽出される指標について説明する。
【００４０】
図５（Ａ）は脈波検出部６０にて検出された脈波の原波形ＰＴＧ、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一次微分波形ＦＤＰＴＧ（速度波形）、図５（Ｃ）は図５（Ａ）の二次微分波形ＳＤＰＴＧ（加速度波形）をそれぞれ示す波形図である。図５（Ｂ）の一次微分波形ＦＤＰＴＧは、図３の脈波検出部６０にて検出された脈波波形ＰＴＧより低域遮断部７０にて低域周波数成分を除去し、かつそれを一次微分部８０にて一次微分して得られる。図５（Ｃ）の二次微分波形ＳＤＰＴＧは、一次微分波形ＦＤＰＴＧを図３の二次微分部９０にて二次微分して得られる。二次微分波形ＳＤＰＴＧは、図６に示すように、原波形ＰＴＧより明確な変極点ａ〜ｅを有する。そこで、二次微分波形ＳＤＰＴＦＧの変極点ａ〜ｅのうちの任意の２つの変極点の波高比率もまた、指標として利用することができる。
【００４１】
このような波高比率として、例えば−ｂ／ａ，−／ａ，−ｄ／ａ，ｅ／ａなどは、年齢に依存して変化する指標である。例えば、波高比率−ｄ／ａは、図７に示すように年齢依存率が顕著であることが確認されており、波高比率−ｂ／ａも同様に右肩上がりの直線で補間される特性を有する。図３の指標抽出部１００は、二次微分波形ＳＤＰＴＧより、上述したいずれかの波高比率を抽出するものである。
【００４２】
（具体的構成例１）
図８は、図３の基本機能ブロックに従がった構成例１を示すブロック図であり、図９は低域遮断部の回路図である。図８に示すように、構成例１は、脈波検出部６０、アナログ微分回路１１０、量子化部１２０及び二次微分部９０を有する。アナログ微分回路１１０は、図３に示す低域遮断部７０及び一次微分部８０の機能に加えて高域遮断部の機能も兼ね備えている。換言すれば、このアナログ微分回路１１０は、バンドパス機能を備えている。これに代えて、アナログ微分回路１１０が、ハイパス機能を備えるものであっても良い。いずれの場合も、０．４〜０．５Ｈｚの遮断周波数未満の低域周波数成分を遮断できるからである。
【００４３】
このアナログ微積分回路１１０は、例えば図９に示すように、オペアンプ１１２の正入力端子、負入力端子及び負帰還経路に所定の定数を有する素子Ｃ１〜Ｃ３及びＲ１，Ｒ２を備えて構成できる。これらの素子の定数の設定により、このアナログ微分回路１１０は、０．４〜３０Ｈｚ、０．４〜２０Ｈｚあるいは０．４〜１６Ｈｚなどの帯域の周波数成分を通過させるバンドパス機能を備えることができる。いずれの場合も、低域遮断周波数は０．４〜０．５Ｈｚである。
【００４４】
量子化部１２０は、アナログ微分回路１１０からのアナログ信号を量子化して、図１０（Ａ）に示すようなデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器である。量子化の手法は、公知の種々の手法を採用できる。例えば、図２及び図９に示すスイッチＳＷにて発光素子６４を点滅させた場合、そのスイッチングにより出力波形は標本化されているので、スイッチング周期と同じサンプリングレートでサンプリングすればよい。このとき、量子化部１２０はＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）機能により、出力振幅をダイナミックレンジの範囲内で一定レベル以上となるように増幅させると良い。脈波検出部６０の発光素子６４と受光素子６５との間の光伝達経路には、被験者の皮膚内の血管床が存在する。このため、脈波検出部６０の出力信号を、ダイナミックレンジの範囲内で適切に増幅する必要があるからである。
【００４５】
図８に示す二次微分部９０は、量子化微分部であり、図１０（Ａ）の時間軸上で隣り合う２つの離散値の変化量（傾き）を得るものである。具体的には、図１１に示すように、スイッチ９２によって交互にデータが記憶される第１，第２の記憶部９４，９６と、第１，第２の記憶部９４，９６からのデータ同士の差分をとるデジタル減算器９８とで構成できる。図１０（Ａ）に示すデータの変化量である二次微分波形は図１０（Ｂ）に示す通りとなる。
【００４６】
（実験例）
図１２〜図１５は、被験者Ａについて、アナログ微分回路１１０のバンドパス特性を異ならせて収集した原波形ＰＴＧ、一次微分波形ＦＤＰＴＧ及び二次微分波形ＳＤＰＴＧをそれぞれ示している。バンドパス帯域として、高域遮断周波数は１６Ｈｚで共通しているが、低域遮断周波数は、図１２が０．１Ｈｚ（比較例１）、図１３が０．２Ｈｚ（比較例２）、図１４が０．４３Ｈｚ（実施例１）、図１５が０．６Ｈｚ（比較例３）である。
【００４７】
図１２〜図１５の二次微分波形ＳＤＰＴＧのそれぞれについて、図６に示す指標−ｂ／ａを算出した結果が各図中に示されている。図１４の実施例１に示す二次微分波形ＳＤＰＴＧの指標−ｂ／ａ（＝１．１２）が、被験者Ａの年齢に最も相応しい値であることが確認できた。
【００４８】
被験者Ａより年齢が高い被験者Ｂについて、図１４の実施例１と同じバンドパス帯域に設定して測定した実施例２の各波形を図１６に示す。同様と、被験者Ａよりも年齢が低い被験者Ｃについて、図１４の実施例１と同じバンドパス帯域に設定して測定した実施例３の各波形を図１７に示す。図７と同様に、指標−ｂ／ａは年齢が高いほど高くなる傾向がある。図１６に示す被験者Ｂの指標−ｂ／ａ＝１．１８であり、図１７に示す被験者Ｃの指標−ｂ／ａ＝０．８９であり、被験者Ｃの年齢＜被験者Ａの年齢＜被験者Ｂの年齢の相関と、被験者Ｃの指標（０．８９）＜被験者Ａの指標（１．１２）＜被験者Ｂの指標（１．１８）の相関は、図７と同じく年齢順に一致した。これにより、バンドパス特性の低域遮断周波数は、図１２〜図１５に示す各種特性の中でも、図１４に示す実施例１の低域遮断周波数０．４３Ｈｚが最適であることが分かる。このように、低域遮断周波数は０．４〜０．５Ｈｚが最適であり、比較例１〜３のように、その低域遮断周波数より低く過ぎても（０．１Ｈｚ，０．２Ｈｚ）高過ぎても（０．６Ｈｚ）好ましくない。
【００４９】
（具体的構成２）
図１８は、脈波検出部６０と低域遮断部７０との間に量子化部１２０を設けた変形例を示している。量子化部１２０の機能は図８と同じである。同様に、一次・二次微分部８０，９０の機能は、図８に示す二次微分部９０と同じである。なお、一次・二次微分部８０，９０のいずれか一方を、アナログ微分回路とすることも可能である。
【００５０】
図１８に示す低域遮断部７０は、図１９に示すように、量子化データをフーリエ変換するフーリエ変換部７２と、低域遮断周波数未満の周波数スペクトルを除去するデジタルフィルタ７４と、前記デジタルフィルタの出力を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部７６とを有する。フーリエ変換により得られた周波数スペクトルのうち、所定遮断周波数未満の周波数スペクトルをデジタルフィルタで除去することで、低域周波数成分を除去できる。
【００５１】
この他、低域遮断部７０までをアナログ信号処理とし、低域遮断部７０と一次微分回路８０との間に量子化部１２０を設け、一次・二次微分部８０，９０をデジタル微分回路として構成しても良い。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る携帯型脈波検出装置の外観図である。
【図２】図１に示す脈波検出部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態の基本機能ブロック図である。
【図４】脈波検出部にて検出された脈波の１拍分の波形図である。
【図５】図５（Ａ）は検出された脈波の原波形、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一次微分波形、図５（Ｃ）は図５（Ａ）の二次微分波形をそれぞれ示す波形図である。
【図６】二次微分波形の特徴を説明するための概略説明図である。
【図７】二次微分波形中の指標の年齢依存性を示す特性図である。
【図８】低域遮断回路以降の回路の具体的構成１を示すブロック図である。
【図９】図８中のアナログ微分回路の回路図である。
【図１０】図１０（Ａ）は量子化波形を示し、図１０（Ｂ）はその微分波形を示す波形図である。
【図１１】図８に示す二次微分部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】被験者Ａについてバンドパス帯域を０．１〜１６Ｈｚとして収集した比較例１である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１３】被験者Ａについてバンドパス帯域を０．２〜１６Ｈｚとして収集した比較例２である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１４】被験者Ａについてバンドパス帯域を０．４３〜１６Ｈｚとして収集した実施例１である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１５】被験者Ａについてバンドパス帯域を０．６〜１６Ｈｚとして収集した比較例３である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１６】被験者Ａよりも年齢の高い被験者Ｂについてバンドパス帯域を０．４３〜１６Ｈｚとして収集した実施例２である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１７】被験者Ａよりも年齢の低い被験者Ｃについてバンドパス帯域を０．６〜１６Ｈｚとして収集した実施例３である原波形、一次微分波形及び二次微分波形の波形図である。
【図１８】低域遮断回路以降の回路の具体的構成２を示すブロック図である。
【図１９】図１８中の低域遮断部の回路図である。
【符号の説明】
１０　携帯型脈波検出装置
６０　脈波検出部
６４　発光素子
６５　受光素子
７０　低域遮断部
７２　フーリエ変換部
７４　デジタルフィルタ
７６　逆フーリエ変換部
８０　一次微分部
９０　二次微分部
９２　スイッチ
９４，９６　第１，第２の記憶部
９８　デジタル減算器
１００　指標抽出部
１１０　アナログ微分回路（低域遮断部＋一次微分回路＋高域遮断部）
１１２　オペアンプ
１２０　量子化部
ＰＴＧ　原波形
ＦＤＰＴＧ　一次微分波形
ＳＤＰＴＧ　二次微分波形

Claims

被験者に装着され、非侵襲的に末梢における脈波を検出する脈波検出部と、
検出された脈波から、自律神経系機能の活動に伴う変動（血管の動きは除く）に起因した低域周波数成分を除去する低域遮断部と、
を有する携帯型脈波検出装置。
請求項１において、
前記低域遮断部は、被験者の静止時の体動に起因した低域周波数成分をさらに除去する携帯型脈波検出装置。
請求項１または２において、
前記低域遮断部は、低域遮断周波数が０．４〜０．５Ｈｚの範囲中の値に設定されている携帯型脈波検出装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記低域遮断部は、交換神経系機能の活動に伴う変動に起因した低域周波数成分を除去する携帯型脈波検出装置。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記低域遮断部は、副交感神経系機能の活動に伴う変動に起因した低域周波数成分を除去する携帯型脈波検出装置。
請求項３乃至５のいずれかにおいて、
前記低域遮断部は、高域遮断周波数を１６〜３０Ｈｚの範囲中の値とするバンドパスフィルタにて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記低域周波数成分が除去された脈波を一次微分する一次微分部と、
一次微分された脈波を二次微分する二次微分部と、
をさらに有する携帯型脈波検出装置。
請求項７において、
前記低域遮断部及び前記一次微分部は、前記脈波検出部からのアナログ信号である脈波を微分し、かつハイパス特性を有するアナログ微分回路にて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項７において、
前記低域遮断部及び前記一次微分部は、前記脈波検出部からのアナログ信号である脈波を微分し、かつバンドパス特性を有するアナログ微分回路にて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項８または９において、
前記一次微分部の出力を量子化する量子化部をさらに有し、
前記二次微分部は、前記量子化部にて量子化されて時間軸上の各２つの離散値の傾きを求める量子化微分部にて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項７において、
前記脈波検出部の出力を量子化する量子化部をさらに有し、
前記低域遮断部は、量子化データをフーリエ変換するフーリエ変換部と、低域遮断周波数未満の周波数スペクトルを除去するデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの出力を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部とを有する携帯型脈波検出装置。
請求項１１において、
前記一次微分部及び二次微分部の少なくとも一方は、時間軸上の各２つの離散値の傾きを求める量子化微分部にて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項１０乃至１２のいずれかにおいて、
前記量子化部は、ダイナミックレンジの範囲内で前記脈波が一定振幅レベル以上となるように増幅するオート・ゲイン・コントロールするアナログ−デジタル変換器にて形成されている携帯型脈波検出装置。
請求項７乃至１３のいずれかにおいて、
二次微分された脈波中の指標を抽出する指標抽出部をさらに有する携帯型脈波検出装置。