JP2005131426A - Pulse meter, method for controlling pulse meter, wristwatch-type information device, control program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脈拍計、脈拍計の制御方法、腕時計型情報機器、制御プログラムおよび記録媒体に係り、特に人体の腕に装着して歩行中あるいは走行中の脈拍を測定するのに好適な脈拍計、脈拍計の制御方法、腕時計型情報機器、制御プログラムおよび記録媒体に関する。 The present invention relates to a pulsometer, a pulsometer control method, a wristwatch type information device, a control program, and a recording medium, and in particular, a pulsometer suitable for measuring a pulse while walking or running while worn on a human arm. The present invention relates to a pulse meter control method, a wristwatch type information device, a control program, and a recording medium.
従来より、人体の一部に装着して歩行中あるいは走行中の脈拍を測定する脈波計が知られている。
例えば、特許文献1には、腕時計型の脈拍計が開示されている。
上記特許文献1に開示されている脈拍計は、加速度センサにより検出した体動信号の周波数分析結果に基づいて体動信号の高調波成分のすべてに相当する周波数成分を脈波信号の周波数分析結果から除去し、体動信号の高調波成分が除去された脈波信号の周波数分析結果のなかから最大のパワーを有する周波数成分を抽出し、当該抽出した周波数成分に基づいて脈拍数を算出するという構成を採っていた。
For example,
The pulsometer disclosed in the above-mentioned
上記従来の脈拍計においては、体動成分の検出を加速度センサにより行っていたため、脈拍センサ信号に含まれる生体内部で発生する体動成分を全て把握できているわけではなく、体動成分の除去が不完全となるという恐れがあった。
従来は体動成分を完全に把握できないため、脈拍センサ信号に含まれる体動成分を除去するために周波数分析結果の高調波成分の特徴を利用して体動信号を特定し、特定した体動信号を除去して脈波信号を抽出しているため、体動が周期的な特性を有していない場合には、体動成分を除去することができず、ひいては、脈拍を正しく求める事ができないという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、脈拍センサ信号に含まれる体動成分をより正確に把握することにより、体動成分が周期的な特性を有していない場合であっても、脈波成分から生体内部で発生する体動成分を確実に除去して正確に脈拍数算出を行うことができる脈拍計、脈拍計の制御方法、腕時計型情報機器、制御プログラム、記録媒体、血管模擬センサおよび生体情報計測装置を提供することにある。
In the above-described conventional pulse meter, since the body motion component is detected by the acceleration sensor, not all the body motion components generated inside the living body included in the pulse sensor signal can be grasped, and the body motion component is removed. There was a fear that would be incomplete.
Conventionally, the body motion component cannot be completely grasped. Therefore, in order to remove the body motion component included in the pulse sensor signal, the body motion signal is identified using the characteristics of the harmonic component of the frequency analysis result, and the identified body motion component is detected. Since the pulse wave signal is extracted by removing the signal, if the body motion does not have a periodic characteristic, the body motion component cannot be removed, and thus the pulse can be obtained correctly. There was a problem that it was not possible.
Therefore, an object of the present invention is to more accurately grasp the body motion component included in the pulse sensor signal, so that even if the body motion component does not have periodic characteristics, A pulse meter capable of accurately calculating a pulse rate by reliably removing a body motion component generated inside, a pulse meter control method, a wristwatch type information device, a control program, a recording medium, a blood vessel simulation sensor, and biological information measurement To provide an apparatus.
上記課題を解決するため、人体に装着して脈拍を計測する脈拍計は、脈波センサを有し、脈波検出信号を出力する脈波検出部と、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去部と、前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、脈波検出部は、脈波センサを有し、脈波検出信号を出力する。
体動成分除去部は、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する。
これにより脈拍数算出部は、体動成分除去後の脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する。
この場合において、前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差の関数として表される体動成分を検出し、体動検出信号を出力する体動検出部を備えるようにしてもよい。
また、前記体動検出部は、前記体動成分を検出する圧力センサを備えてもよい。
さらに、前記圧力センサは、前記脈波センサの近傍に配置されているようにしてもよい。
また、前記圧力センサは、前記脈波センサに略積層状態で配置されているようにしてもよい。
In order to solve the above problems, a pulsometer that is worn on a human body and measures a pulse has a pulse wave sensor, outputs a pulse wave detection signal, a position of the wearer's heart, and the pulse meter A body motion component removing unit that removes a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in height direction from the mounting position of the body, and the pulse wave detection signal after the body motion component removal And a pulse rate calculation unit for calculating the pulse rate based on the pulse rate.
According to the above configuration, the pulse wave detector has the pulse wave sensor and outputs a pulse wave detection signal.
The body motion component removing unit removes the body motion component included in the pulse wave detection signal based on the relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter.
Thereby, a pulse rate calculation part calculates a pulse rate based on the pulse wave detection signal after a body motion component removal.
In this case, the body motion component removing unit detects a body motion component expressed as a function of a relative difference in height between the position of the wearer's heart and the position where the pulse meter is worn, You may make it provide the body movement detection part which outputs a movement detection signal.
The body motion detection unit may include a pressure sensor that detects the body motion component.
Furthermore, the pressure sensor may be arranged in the vicinity of the pulse wave sensor.
The pressure sensor may be arranged in a substantially stacked state on the pulse wave sensor.
さらにまた、前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差を検出する差検出部と、前記差および前記脈波検出信号から前記体動成分を生成する体動成分生成部と、を備えるようにしてもよい。
また、前記差検出部は、前記高さ方向の相対的な差として当該脈拍計の基準角度に対する実際の配置状態における角度差を検出する角度センサを備えるようにしてもよい。
さらに、前記角度センサは、前記脈波センサの近傍に配置されているようにしてもよい。
また、前記角度センサは、前記脈波センサに略積層状態で配置されているようにしてもよい。
さらにまた、前記角度センサは、静止加速度に基づいて前記角度差を検出するようにしてもよい。
また、前記角度センサは、回転錘を有し、前記回転錘の回転状態に基づいて前記角度差を検出するようにしてもよい。
Furthermore, the body motion component removing unit includes a difference detecting unit that detects a relative difference in a height direction between a position of the wearer's heart and a wearing position of the pulse meter, and the difference and the pulse wave detection. A body motion component generation unit configured to generate the body motion component from the signal.
In addition, the difference detection unit may include an angle sensor that detects an angle difference in an actual arrangement state with respect to a reference angle of the pulse meter as a relative difference in the height direction.
Furthermore, the angle sensor may be arranged in the vicinity of the pulse wave sensor.
The angle sensor may be arranged in a substantially stacked state on the pulse wave sensor.
Furthermore, the angle sensor may detect the angle difference based on stationary acceleration.
Further, the angle sensor may have a rotating weight and detect the angle difference based on a rotating state of the rotating weight.
さらに、前記差検出部は、前記角度差が前記装着者の心臓の位置に対し、当該脈拍計の装着位置がより高い位置にあると見倣される場合に、所定の前記体動成分の減衰曲線に応じて前記角度差を補正する角度差補正部を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号を前記脈波検出信号から減算する除去処理部を備えるようにしてもよい。
また、前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号を周波数分析し第1周波数分析データを生成する第1周波数分析部と、前記脈波検出信号を周波数分析し第2周波数分析データを生成する第2周波数分析部と、前記第2周波数分析データに対する前記第1周波数分析データの減算処理を行う除去処理部を備えるようにしてもよい。
さらに、前記体動成分除去部は、前記脈波検出信号および前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号に基づいて適応フィルタ係数を生成するフィルタ係数生成部と、前記脈波検出信号から前記適応フィルタ係数を適用した前記体動成分検出信号を減算する除去処理部と、を備えるようにしてもよい。
Further, the difference detection unit attenuates the predetermined body motion component when the angle difference is assumed to be higher than the position of the wearer's heart. You may make it provide the angle difference correction | amendment part which correct | amends the said angle difference according to a curve.
Furthermore, the body motion component removing unit outputs a body motion component detection signal corresponding to the body motion component based on a relative difference in height between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. You may make it provide the removal process part which subtracts from the said pulse-wave detection signal.
In addition, the body motion component removing unit is configured to generate a body motion component detection signal corresponding to the body motion component based on a relative difference in a height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. A first frequency analysis unit for analyzing and generating first frequency analysis data; a second frequency analysis unit for analyzing the frequency of the pulse wave detection signal to generate second frequency analysis data; and the second frequency analysis data for the second frequency analysis data. You may make it provide the removal process part which performs the subtraction process of 1 frequency analysis data.
Further, the body motion component removing unit is configured to correspond to the body motion component based on the pulse wave detection signal and a relative difference in a height direction between a position of the wearer's heart and a position where the pulse meter is worn. A filter coefficient generation unit that generates an adaptive filter coefficient based on a motion component detection signal; and a removal processing unit that subtracts the body motion component detection signal to which the adaptive filter coefficient is applied from the pulse wave detection signal. May be.
さらにまた、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分からピッチあるいは歩数を検出する体動情報検出部を備えるようにしてもよい。
また、脈波センサを有し、脈波信号を出力する脈波検出部を備えた脈拍計の制御方法は、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去過程と、前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出過程と、を備えたことを特徴としている。
Furthermore, body motion information for detecting the pitch or the number of steps from the body motion component included in the pulse wave detection signal based on the relative height difference between the position of the wearer's heart and the position of the pulse meter. You may make it provide a detection part.
In addition, a method for controlling a pulsometer having a pulse wave sensor and including a pulse wave detection unit that outputs a pulse wave signal is a relative method in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulsometer. A body motion component removing process for removing a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a difference, and a pulse rate calculating process for calculating a pulse rate based on the pulse wave detection signal after the body motion component removal It is characterized by having.
また、身体の脈波検出位置に装着され、脈波センサを有し、脈波信号を出力する脈波検出部と、腕に装着される装置本体部と、を備えた腕時計型情報機器は、前記装置本体部は、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去部と、前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、前記脈拍数を表示する表示部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、装置本体部の体動成分除去部は、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する。これにより脈拍算出部は、体動成分除去後の脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出し、表示部は、脈拍数を表示する。
In addition, a wristwatch type information device equipped with a pulse wave detection unit that is mounted at a pulse wave detection position of the body, has a pulse wave sensor, and outputs a pulse wave signal, and a device main body unit that is mounted on an arm, The apparatus main body removes a body motion component that removes a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. A pulse rate calculation unit that calculates a pulse rate based on the pulse wave detection signal after removal of the body motion component, and a display unit that displays the pulse rate.
According to the above configuration, the body motion component removing unit of the apparatus main body is included in the pulse wave detection signal based on the relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. Remove body movement components. Thereby, a pulse calculation part calculates a pulse rate based on the pulse wave detection signal after body motion component removal, and a display part displays a pulse rate.
脈波センサを有し脈波信号を出力する脈波検出部と、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差を検出する差検出部と、を備えた脈拍計をコンピュータにより制御するための制御プログラムは、前記脈波検出信号に対応する脈波成分データおよび前記差データに対応する体動成分に基づいて脈波成分から体動成分を除去させ、前記体動成分除去後の前記脈波成分に基づいて脈拍数を算出させることを特徴としている。
さらに上記制御プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記録するようにしてもよい。
A pulse wave detection unit that has a pulse wave sensor and outputs a pulse wave signal; and a difference detection unit that detects a relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. A control program for controlling the provided pulsometer by a computer removes the body motion component from the pulse wave component based on the pulse wave component data corresponding to the pulse wave detection signal and the body motion component corresponding to the difference data. The pulse rate is calculated based on the pulse wave component after the body motion component is removed.
Further, the control program may be recorded on a computer-readable recording medium.
本発明によれば、脈波検出信号に含まれる体動成分を確実に検出し、体動成分除去後の脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出するので、生体内部で発生する体動成分、特に静脈血に起因する体動成分を確実に除去し、脈波成分に対応するスペクトルを容易に特定して、脈拍検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, the body motion component included in the pulse wave detection signal is reliably detected, and the pulse rate is calculated based on the pulse wave detection signal after the body motion component is removed. Particularly, it is possible to reliably remove a body motion component caused by venous blood, easily specify a spectrum corresponding to a pulse wave component, and improve pulse detection accuracy.
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
[1]第1実施形態
[1.1]原理
まず、第1実施形態の具体的説明に先立ち、第1実施形態の動作原理を説明する。
脈波を検出するための脈波センサの出力には、脈波成分に加えて様々な体動成分が含まれている。この体動成分は、脈拍被測定者であるユーザの運動(歩行・走行動作、腕の振りなど)に起因する、生体内部の変化により発生するものであることが知られている。
従って、体動成分を検出するセンサとして加速度センサを用いた場合には、ユーザの運動を検出することができるが、脈波センサの出力に含まれる体動成分は、その運動に起因する生体内部の変化により発生するものであり、脈波センサの出力に含まれる真の体動成分については、正確に検出することは困難である。
一方、生体内部で発生する体動成分として、脈波センサとして用いる光センサに最も影響を与えるものとしては、静脈血の影響を無視することはできない。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] First Embodiment [1.1] Principle First, prior to specific description of the first embodiment, the operation principle of the first embodiment will be described.
The output of the pulse wave sensor for detecting the pulse wave includes various body motion components in addition to the pulse wave component. It is known that this body motion component is generated by a change in the living body due to a motion (walking / running motion, arm swing, etc.) of a user who is a pulse measurement person.
Therefore, when an acceleration sensor is used as a sensor for detecting a body motion component, the user's motion can be detected. However, the body motion component included in the output of the pulse wave sensor It is difficult to accurately detect the true body motion component contained in the output of the pulse wave sensor.
On the other hand, as the body motion component generated inside the living body, the influence of venous blood cannot be ignored as the one that most affects the optical sensor used as the pulse wave sensor.
ところで、静脈壁は伸展性が大きいため、血圧が上昇した場合には静脈壁が引き延ばされ、当該部分に大量の血液をためこむこととなり、静脈の膨張に伴う体表面の圧力増加を伴うことがわかる。
これに伴い、発明者らは同一の体動成分を発生させた場合の体表面の圧力変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)との関係を調べた。
図1は圧力変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)との関係説明図である。
図1に示すように、圧力変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)とは、ほぼ比例関係を有していることがわかった。
これは、換言すれば、体表面の圧力変化量を検出できれば、脈波センサの出力に含まれている静脈血の影響量を推し量ることができるということである。
そこで、本第1実施形態においては、静脈の膨張、すなわち、静脈起因の体動成分を外部の圧力センサにより検出するとともに、これを脈波センサの出力から所定割合で差し引くことにより、静脈血の影響を除去した信号に基づいて正確に脈拍数を検出するようにしている。
By the way, since the vein wall is highly extensible, when the blood pressure rises, the vein wall is stretched, and a large amount of blood is stored in the portion, which increases the pressure on the body surface accompanying the expansion of the vein. I understand that.
Along with this, the inventors examined the relationship between the pressure change amount on the body surface and the body motion component amount (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor when the same body motion component was generated.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the relationship between the pressure change amount and the body motion component amount (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor.
As shown in FIG. 1, it was found that the pressure change amount and the body motion component amount (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor have a substantially proportional relationship.
In other words, if the amount of change in pressure on the body surface can be detected, the amount of influence of venous blood contained in the output of the pulse wave sensor can be estimated.
Therefore, in the first embodiment, the expansion of the vein, that is, the body motion component caused by the vein is detected by an external pressure sensor, and this is subtracted at a predetermined rate from the output of the pulse wave sensor, thereby The pulse rate is accurately detected based on the signal from which the influence is removed.
[1.2]詳細説明
次に第1実施形態について詳細に説明する。
図2は、第1実施形態の脈拍測定システムの概要構成図である。
脈拍測定装置80は、大別すると、ユーザの指に装着されるセンサモジュール81と、センサモジュール81と配線Lを介して接続され、ユーザの腕に装着される装置本体82と、を備えている。
図3はセンサモジュールにおける各センサの配置例の説明図である。
センサモジュールは、大別すると、主として脈波成分を検出する脈波センサ83と、主として体動成分を検出する圧力センサ84と、を備えて構成されている。
ここで、脈波センサ83は、検出用光を射出するLED83Aと、人体により反射された検出用光を受光するPD(Photo Detector)83Bと、を備えている。
図4は、脈拍測定装置の概要構成ブロック図である。
脈拍測定装置80は、大別すると、前述した脈波センサ83および体動センサ84に加えて、脈波信号増幅回路91と、体動信号増幅回路92と、A/D変換回路93と、MPU94と、RAM95と、ROM96と、液晶表示装置などの表示装置97と、を備えている。
[1.2] Detailed Description Next, the first embodiment will be described in detail.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the pulse measurement system according to the first embodiment.
The
FIG. 3 is an explanatory diagram of an arrangement example of each sensor in the sensor module.
The sensor module is roughly configured to include a
Here, the
FIG. 4 is a schematic configuration block diagram of the pulse measuring device.
The
本第1実施形態において、体動センサ84としては、圧力センサを用いている。
脈波信号増幅回路91は、脈波センサ83から出力される脈波検出信号を所定増幅率で増幅して増幅脈波検出信号としてA/D変換回路93に出力する。
体動信号増幅回路92は、体動センサ84から出力される圧力検出信号を所定増幅率で増幅して増幅圧力検出信号としてA/D変換回路93に出力する。
A/D変換回路93は、入力された増幅脈波検出信号および増幅圧力検出信号をそれぞれ別個にアナログ/ディジタル変換して脈波検出データおよび圧力検出データとしてMPU94へ出力する。
MPU94は、脈波検出データおよび圧力検出データ(体動検出データ)をRAM95に格納するとともに、ROM96に格納された制御プログラムに基づいて脈拍数を算出し、表示装置97に表示することとなる。
より詳細には、MPU24は、RAM25に格納した脈波検出データおよび圧力検出データ(体動検出データ)を時系列順に並べ、対応するサンプリングタイミング毎に脈波検出データと圧力検出データとの両者の差である差データを求める。
そして残差データの周波数分析(FFT:Fast fourier Transformation)を行って、脈波の高調波成分を抽出し、その周波数から脈拍数を算出することとなる。
In the first embodiment, a pressure sensor is used as the
The pulse wave
The body motion
The A /
The
More specifically, the MPU 24 arranges the pulse wave detection data and pressure detection data (body motion detection data) stored in the RAM 25 in chronological order, and sets both the pulse wave detection data and the pressure detection data for each corresponding sampling timing. Find difference data, which is the difference.
Then, frequency analysis (FFT: Fast fourier transformation) of the residual data is performed to extract the harmonic component of the pulse wave, and the pulse rate is calculated from the frequency.
次により具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図5は、脈波検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。
また、図6は図5の脈波検出データに対応する圧力検出データを同一の時間軸で時系列順に並べてグラフ化したものである。
まず、MPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび圧力検出データを順次読み出し、あるサンプリングタイミングにおける脈波検出データから同一サンプリングタイミングの圧力検出データを差し引くことにより差データを算出する。
図7は、図5の脈波検出データおよび図6の圧力検出データから算出した差データを時系列順に並べてグラフ化したものである。
次にMPU94は、差データに対しFFTを施す。
図8は、図7の差データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
これにより、得られた周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号(脈波成分+体動成分)から、静脈起因の体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにMPU94は、得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてMPU94は、表示装置27に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、生体内部で発生する体動成分の主要因である静脈の変動を圧力センサを用いて確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
Next, a specific pulse rate calculation process will be described.
FIG. 5 is a graph showing an example of pulse wave detection data arranged in chronological order.
FIG. 6 is a graph in which pressure detection data corresponding to the pulse wave detection data of FIG. 5 is arranged in time series on the same time axis.
First, the
FIG. 7 is a graph in which the difference data calculated from the pulse wave detection data of FIG. 5 and the pressure detection data of FIG. 6 are arranged in chronological order.
Next, the
FIG. 8 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the difference data of FIG.
As a result, the obtained frequency analysis result substantially corresponds to the output signal (pulse wave component + body motion component) of the pulse wave sensor from which the body motion component due to veins is removed, that is, mainly corresponds to the pulse wave component. It becomes the pulse wave data.
Further, the
Then, the
As described above, according to the first embodiment, it is possible to reliably detect and grasp the fluctuation of the vein, which is the main factor of the body motion component generated inside the living body, using the pressure sensor. For this reason, a body motion component can be removed reliably, and an accurate pulse wave component detection and an accurate pulse rate measurement can be performed.
[1.3]第1変形例
次に第1実施形態の第1変形例について説明する。
以上の説明においては、脈波検出データから圧力検出データを周波数分析(FFT)を行う前に差し引いて差データを算出する構成としていたが、本第1変形例は、脈波検出データおよび圧力検出データを周波数分析を行ってから、差データを算出する場合の変形例である。以下、第1変形例について説明する。
本第1変形例においては、MPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび圧力検出データ(体動検出データ)のそれぞれについて周波数分析(FFT)を行う。
次にMPU94は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の圧力検出データとの差である差データを求める。
そして得られた差データから脈波の高調波成分を抽出し、その周波数から脈拍数を算出することとなる。
[1.3] First Modification Next, a first modification of the first embodiment will be described.
In the above description, the difference data is calculated by subtracting the pressure detection data from the pulse wave detection data before performing the frequency analysis (FFT). However, in the first modification, the pulse wave detection data and the pressure detection are calculated. It is a modification in the case of calculating difference data after performing frequency analysis of data. Hereinafter, the first modification will be described.
In the first modification, the
Next, the
Then, the harmonic component of the pulse wave is extracted from the obtained difference data, and the pulse rate is calculated from the frequency.
次により具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図9は、脈波検出データの周波数分析結果の説明図である。
また、図10は圧力検出データの周波数分析結果の説明図である。
まず、MPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび圧力検出データをそれぞれ順次読み出し、FFTを施して周波数分析を行う。
図11は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の圧力検出データとの差である差データの説明図である。
次にMPU94は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の圧力検出データとを比較し、同一の周波数成分の差を求めて差データを生成する。
これにより、得られた差データとしての周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号(脈波成分+体動成分)から、静脈起因の体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにMPU94は、得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてMPU94は、表示装置97に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第1実施形態の第1変形例によっても、生体内部で発生する体動成分の主要因である静脈の変動を確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
Next, a specific pulse rate calculation process will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the frequency analysis result of the pulse wave detection data.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the frequency analysis result of the pressure detection data.
First, the
FIG. 11 is an explanatory diagram of difference data which is a difference between pulse wave detection data after frequency analysis and pressure detection data after frequency analysis.
Next, the
As a result, the frequency analysis result obtained as the difference data is substantially the pulse signal output signal (pulse wave component + body motion component) obtained by removing the vein-derived body motion component, that is, mainly the pulse signal. It becomes pulse wave data corresponding to the wave component.
Further, the
Then, the
As described above, according to the first modification of the first embodiment, it is possible to reliably detect and grasp the fluctuation of the vein, which is the main factor of the body motion component generated inside the living body. For this reason, a body motion component can be removed reliably, and an accurate pulse wave component detection and an accurate pulse rate measurement can be performed.
[1.4]第2変形例
次に第1実施形態の第2変形例について説明する。
以上の説明においては、脈波検出データから圧力検出データを周波数分析(FFT)を行う前あるいは行った後に差し引いて差データを算出する構成としていたが、本第2変形例は、適応フィルタを用いて脈波検出データから体動成分を除去する場合の変形例である。
図12に適応フィルタの一例の概要構成ブロック図を示す。
適応フィルタ100は、大別するとフィルタ係数生成部101と、合成部102と、を備えている。
フィルタ係数生成部101は、体動成分除去部として機能しており、合成部102が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数hを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する圧力検出データ(=k(n))に適応フィルタ係数hを適用して体動除去データ(=h・k(n))を生成して合成部102に出力する。
合成部102は、除去処理部として機能しており、前回抽出した脈波検出データ(=脈波成分+体動成分)と体動除去データを合成し、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去(減算)して、脈波成分を抽出する。
[1.4] Second Modification Next, a second modification of the first embodiment will be described.
In the above description, the differential data is calculated by subtracting the pressure detection data from the pulse wave detection data before or after performing the frequency analysis (FFT). However, the second modification uses an adaptive filter. It is a modification in the case of removing a body motion component from pulse wave detection data.
FIG. 12 shows a schematic configuration block diagram of an example of the adaptive filter.
The
The filter
The
次に本第2変形例におけるより具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図13は、脈波検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。
また、図14は図13の脈波検出データに対応する圧力検出データを同一の時間軸で時系列順に並べてグラフ化したものである。
まず、MPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび圧力検出データを順次読み出し、一つのサンプリングタイミングにおける脈波検出データを合成部102に出力する。
また、MPU94は、合成部102に出力した脈波検出データに対応する圧力検出データをフィルタ係数生成部101に出力する。
これによりフィルタ係数生成部101は、合成部102が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数hを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する圧力検出データ(=k(n))に適応フィルタ係数hを適用して体動除去データ(=h・k(n))を合成部102に出力する。
これにより合成部102は、今回の脈波データと体動除去データとを合成して、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去(減算)して、脈波成分を抽出して残差データ(=フィルタ適用後のデータ)を出力する。
図15は、図13の脈波検出データおよび図14の圧力検出データに対して適応フィルタを適用して得られた残差データを時系列順に並べてグラフ化したものである。
Next, a more specific pulse rate calculation process in the second modification will be described.
FIG. 13 is a graph showing an example of pulse wave detection data arranged in chronological order.
FIG. 14 is a graph in which pressure detection data corresponding to the pulse wave detection data of FIG. 13 is arranged in time series on the same time axis.
First, the
Further, the
As a result, the filter
As a result, the
FIG. 15 is a graph in which residual data obtained by applying an adaptive filter to the pulse wave detection data of FIG. 13 and the pressure detection data of FIG. 14 are arranged in chronological order.
次にMPU94は、残差データに対しFFTを施す。
図16は、図15の残差データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
これにより、得られた周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号(脈波成分+体動成分)から、静脈起因の体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにMPU94は、主として脈波成分を含む得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてMPU94は、表示装置97に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第1実施形態の第2変形例によっても、生体内部で発生する体動成分の主要因である静脈の変動を確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
Next, the
FIG. 16 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the residual data of FIG.
As a result, the obtained frequency analysis result substantially corresponds to the output signal (pulse wave component + body motion component) of the pulse wave sensor from which the body motion component due to veins is removed, that is, mainly corresponds to the pulse wave component. It becomes the pulse wave data.
Further, the
Then, the
As described above, according to the second modification of the first embodiment, it is possible to reliably detect and grasp the fluctuation of the vein, which is the main factor of the body motion component generated inside the living body. For this reason, a body motion component can be removed reliably, and an accurate pulse wave component detection and an accurate pulse rate measurement can be performed.
[1.5]第3変形例
次に本第1実施形態の第3変形例について説明する。
以上の説明においては、センサモジュールが脈波センサおよび圧力センサの双方を備えている場合であったが、本第3変形例は、センサモジュールを二つに分けて脈波センサと圧力センサとを別個の指に装着する場合の変形例である。
図17は、第1実施形態の第3変形例の脈拍測定システムの概要構成図である。
脈拍測定装置110は、大別すると、ユーザの第1の指に装着されるセンサモジュール111Aと、ユーザの第2の指に装着されるセンサモジュール111Bと、センサモジュール111Aと配線L1を介して接続され、センサモジュール111Bと配線L2を介して接続され、ユーザの腕に装着される装置本体112と、を備えている。
[1.5] Third Modification Next, a third modification of the first embodiment will be described.
In the above description, the sensor module is provided with both the pulse wave sensor and the pressure sensor. However, in the third modified example, the sensor module is divided into two and the pulse wave sensor and the pressure sensor are separated. It is a modification in the case of mounting | wearing with a separate finger | toe.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a pulse measurement system according to a third modification of the first embodiment.
The
図18はセンサモジュール111Aにおけるセンサの配置例の説明図である。
センサモジュール11Aは、主として体動成分を検出する圧力センサ84を備えている。
図19は、センサモジュール111Bにおけるセンサの配置例の説明図である。
センサモジュール111Bは、主として脈波成分を検出する脈波センサ13を備えており、脈波センサ83は、検出用光を射出するLED83Aと、人体により反射された検出用光を受光するPD(Photo Detector)83Bと、を備えている。
実際の検出動作については、上述した第1実施形態の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
本第3変形例によれば、主として体動成分を検出する圧力センサ84と主として脈波成分を検出する脈波センサ83とをそれぞれ別個の指に装着して計測を行うので、他方のセンサの機械的配置の影響や他方のセンサの出力信号に起因する出力信号へのノイズの影響などを低減することが可能となる。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a sensor arrangement example in the
The sensor module 11A includes a
FIG. 19 is an explanatory diagram of a sensor arrangement example in the
The
Since the actual detection operation is the same as that in the first embodiment described above, a detailed description thereof will be omitted.
According to the third modification, the
[2]第2実施形態
[2.1]原理
まず、第2実施形態の具体的説明に先立ち、第2実施形態の動作原理を説明する。
上記第1実施形態は、静脈血に起因する体動成分を検出するために、静脈血の圧力を圧力センサにより検出する構成としていた。しかしながら、本第2実施形態は、ユーザの心臓の位置と脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差が静脈計の圧力と比例関係にあることに着目した実施形態である。すなわち、本第2実施形態は、ユーザの心臓の位置と脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差を脈拍計を装着した腕の肩関節を中心とする角度(例えば、腕を真下に下げた場合を0゜、腕を水平にした場合を90゜とする。)として検出する場合の実施形態である。
これに伴い、発明者らは同一の体動成分を発生させた場合の(腕の)高さ変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)との関係を調べた。
[2] Second Embodiment [2.1] Principle First, prior to specific description of the second embodiment, the operation principle of the second embodiment will be described.
In the first embodiment, the pressure of venous blood is detected by a pressure sensor in order to detect a body movement component caused by venous blood. However, the second embodiment is an embodiment that focuses on the fact that the relative difference in the height direction between the position of the user's heart and the wearing position of the pulse meter is proportional to the pressure of the venometer. That is, in the second embodiment, the relative difference in the height direction between the position of the user's heart and the wearing position of the pulsometer is determined by using the angle around the shoulder joint of the arm wearing the pulsometer (for example, This is an embodiment in the case of detecting as 0 ° when lowered downward and 90 ° when the arm is horizontal).
Along with this, the inventors investigated the relationship between the amount of change in height (of the arm) and the amount of body motion component (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor when the same body motion component was generated. It was.
図20は、腕の高さ変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)との関係説明図である。
図20に示すように、高さ変化量と脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)とは、ほぼ比例関係を有していることがわかった。
これは、換言すれば、腕の高さ変化量を検出できれば、脈波センサの出力に含まれている静脈血の影響量を推し量ることができるということである。
図21は腕の角度と方向との関係の説明図である。
本第1実施形態においては、腕を真下に下げた場合を腕の角度=0゜、方向=下、腕を水平にした場合を腕の角度=90゜、方向=中、腕を真上に上げた場合を腕の角度=180゜、方向=上と定める。
FIG. 20 is an explanatory diagram of the relationship between the amount of change in arm height and the amount of body motion component (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor.
As shown in FIG. 20, it was found that the amount of change in height and the amount of body motion component (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor have a substantially proportional relationship.
In other words, if the amount of change in arm height can be detected, the amount of influence of venous blood contained in the output of the pulse wave sensor can be estimated.
FIG. 21 is an explanatory diagram of the relationship between the angle and direction of the arm.
In the first embodiment, the arm angle = 0 ° when the arm is lowered directly, the direction = down, the arm angle = 90 ° when the arm is horizontal, the direction = medium, and the arm directly above. The case where the arm is raised is defined as arm angle = 180 ° and direction = up.
また、腕を真下に下げた場合と腕を水平にした場合との中間に腕を向けた場合の方向を斜め下とし、腕を水平にした場合と腕を真上に上げた場合との中間に腕を向けた場合の方向を斜め上とする。
図22は、初期状態における腕の位置(腕の方向)において腕の位置の高さ変化量と角度センサの出力としての体動成分量(ストローク成分量)との関係説明図である。
図22に示すように、初期状態における腕の高さ方向の位置がユーザの心臓の位置以下の場合、すなわち、腕の方向が下から中である場合には、腕の位置の高さを変化させたとしても、いずれの腕の方向であっても、角度センサの出力である体動成分量(ストローク成分量)の変化は同一の傾向を示すことがわかった。
一方、初期状態における腕の高さ方向の位置がユーザの心臓の位置よりも高い場合、すなわち、腕の方向が斜め上から上である場合には、静脈血の圧力低下に伴って、角度センサの出力としての体動成分量(ストローク成分量)が全体的に低下する傾向にあることがわかる。
Also, the direction when the arm is pointed in the middle between the case where the arm is lowered directly and the case where the arm is leveled is diagonally downward, and the middle between the case where the arm is leveled and the arm is raised directly above The direction when the arm is pointed at is diagonally upward.
FIG. 22 is an explanatory diagram of the relationship between the height change amount of the arm position and the body motion component amount (stroke component amount) as the output of the angle sensor at the arm position (arm direction) in the initial state.
As shown in FIG. 22, when the position in the height direction of the arm in the initial state is equal to or less than the position of the user's heart, that is, when the direction of the arm is from the bottom, the height of the arm position is changed. Even if it did, it turned out that the change of the body motion component amount (stroke component amount) which is an output of an angle sensor shows the same tendency irrespective of the direction of any arm.
On the other hand, when the position in the height direction of the arm in the initial state is higher than the position of the user's heart, that is, when the direction of the arm is obliquely upward from above, the angle sensor is accompanied by a decrease in venous blood pressure. It can be seen that the body motion component amount (stroke component amount) as the output of the above tends to decrease overall.
図23は、高さ変化量を固定とした場合における腕の位置による角度センサの出力としての体動成分量(ストローク成分量)の変化の説明図である。
図23に示すように、腕の角度が90゜より高い場合には、角度センサの出力としての体動成分量が小さく検出されることがわかる。
これらの結果より、腕の角度が90゜より高い場合には、角度センサの出力を補正することとした。
図24は、初期状態における腕の位置(腕の方向)において腕の位置の高さ変化量と補正後の角度センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)との関係説明図である。
この場合において、図22の例の場合には、腕の角度が90゜より大きい場合に次式により角度センサの出力に対応する体動成分量(ストローク成分量)Yを腕の角度Xにより補正した。
FIG. 23 is an explanatory diagram of changes in the body motion component amount (stroke component amount) as the output of the angle sensor according to the arm position when the height change amount is fixed.
As shown in FIG. 23, when the arm angle is higher than 90 °, the body motion component amount as the output of the angle sensor is detected to be small.
From these results, when the arm angle is higher than 90 °, the output of the angle sensor is corrected.
FIG. 24 is an explanatory diagram of the relationship between the amount of change in the height of the arm position at the position of the arm in the initial state (arm direction) and the amount of body motion component (stroke component amount) included in the corrected angle sensor output. is there.
In this case, in the example of FIG. 22, when the arm angle is larger than 90 °, the body motion component amount (stroke component amount) Y corresponding to the output of the angle sensor is corrected by the arm angle X by the following equation. did.
Y=y・(X−90)/22.2
ここで、y:高さ変化量(mV)
X:角度(度)
Y:補正後の高さ変化量(mV)
である。
Y = y · (X−90) /22.2
Where y: height change (mV)
X: Angle (degrees)
Y: Height change after correction (mV)
It is.
この結果、図24に示すように、腕位置の影響を受けることなく脈波センサの出力に含まれる体動成分量(ストローク成分量)を検出することが可能となった。
そこで、本第2実施形態においては、ユーザの心臓の位置と脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差を外部の角度センサにより検出し、静脈起因の体動成分を脈波センサの出力から所定割合で差し引くことにより、静脈血の影響を除去した信号に基づいて正確に脈拍数を検出するようにしている。
As a result, as shown in FIG. 24, it is possible to detect the body motion component amount (stroke component amount) included in the output of the pulse wave sensor without being affected by the arm position.
Therefore, in the second embodiment, the relative difference in the height direction between the position of the user's heart and the wearing position of the pulse meter is detected by an external angle sensor, and the body motion component caused by the vein is detected by the pulse wave sensor. The pulse rate is accurately detected based on the signal from which the influence of venous blood has been removed by subtracting it from the output at a predetermined rate.
[2.2]詳細説明
次に第2実施形態について詳細に説明する。
図25は、第2実施形態の脈拍計を時計ケースに組み込んだ場合の断面図である。
脈拍測定装置120の時計ケース121の裏面に脈波センサ83および角度センサ122を設けた場合の例である。
図25に示すように、上述した脈波センサユニット83が、時計ケース121の裏面側に本体と一体になって形成されている。時計ケース121には、これを腕に装着するためのリストバンド123が設けられており、リストバンド123を手首に巻きつけて装着すると、時計ケース121の裏面側が手首の甲に密着する。
時計ケース121の裏面側には、脈波センサユニット83を構成する透明ガラス83Cが設けられている。この透明ガラス83Cは、裏蓋124で時計ケース121に固定されている。透明ガラス83Cは、脈波センサ83を構成するLED83AおよびPD83Bを保護するとともに、LED13Aの照射光、生体を介して得られる反射光を透過してPD83Bに入射させる。
[2.2] Detailed Description Next, the second embodiment will be described in detail.
FIG. 25 is a cross-sectional view when the pulse meter according to the second embodiment is incorporated in a watch case.
This is an example in which a
As shown in FIG. 25, the above-described pulse
A
時計ケース121の表面側には、現在時刻や日付に加えて、脈波センサ83の検出結果に基づく脈拍数HRなどの生体情報も表示する液晶表示装置などの表示装置97が設けられている。
また、時計ケース121の内部には、メイン基板126の上側にCPU等の各種IC回路が設けられており、これによってデータ処理回路127が構成される。
また、メイン基板126の裏面側には電池128が設けられており、電池128から表示装置97、メイン基板126および脈波センサ83に電源が供給されるようになっている。
メイン基板126と脈波センサ83とは、ヒートシール129によって接続されており、ヒートシール129により形成される配線によって、メイン基板126から電源が脈波センサ83および角度センサ122に供給され、メイン基板126に脈波センサ83から脈波検出信号が供給され、角度センサ122から角度検出信号が供給されるようになっている。
データ処理回路127は、脈波信号にFFT処理を施し、その処理結果を解析することにより、脈拍数HRを算出している。なお、時計ケース121の外側面には、時刻合わせや表示モードの切換などを行うための図示しないボタンスイッチが設けられている。
そして、リストバンド123を手首に巻きつけて装着すると、時計ケース121の裏面側が手首の甲に向けられる。このため、LED83Aからの光が透明ガラス83C5を介して手首の甲に照射され、その反射光がPD83Bに入射し、受光されるようになっている。
On the surface side of the
In the
Further, a
The
The
When the
図26は、角度センサとして用いる差動キャパシタ型センサのセンサ構造概略図である。図27は、加速度の加わっていない状態における差動キャパシタ型センサの一部拡大図である。
差動キャパシタ型センサ122Aは、2軸の角度センサであり、第1の感度軸LX1と、第2の感度軸LX2を有している。
差動キャパシタ型センサ122Aは、一対の固定軸131に可撓性を有する各テザー132が支持されている。そして一対のテザー132は、両側からビーム(梁)133を支持している。
各ビーム133には、側方に突設された電極133Aが設けられており、一対の固定外側電極134A、134Bに各固定外側電極134A、134Bからほぼ同一の距離を有する位置に各固定外側電極134に対向するように保持されている。
FIG. 26 is a schematic diagram of a sensor structure of a differential capacitor type sensor used as an angle sensor. FIG. 27 is a partially enlarged view of the differential capacitor type sensor in a state where no acceleration is applied.
The
In the differential
Each
これにより、電極133Aと各固定外側電極134A、134Bとはそれぞれ、略同一の容量を有するコンデンサとして機能している。
図28は、加速度の加わった状態における差動キャパシタ型センサの一部拡大図である。
図27で示した状態において、差動キャパシタ型センサ122Aが傾けられると、テザー132が重力加速度によりたわみ、図28に示したような状態となる。
この結果、例えば、図28に示すような場合には、電極133Aと固定外側電極134Aとの距離G1は、電極133Aと固定外側電極134Bとの距離G2よりも大きくなる。すなわち、電極133Aと固定外側電極134Bとで構成されるコンデンサの容量の方が大きくなる。
従って、この容量差は、重力加速度の大きさ、すなわち、傾けた角度に比例することとなるので、容量差を計測することにより角度を検出することが可能となるのである。
Thereby, the
FIG. 28 is a partially enlarged view of the differential capacitor type sensor in a state where acceleration is applied.
In the state shown in FIG. 27, when the differential
As a result, for example, as shown in FIG. 28, the distance G1 between the
Therefore, this capacity difference is proportional to the magnitude of the gravitational acceleration, that is, the tilted angle. Therefore, the angle can be detected by measuring the capacity difference.
図29は、角度センサとして用いる回転錘型角度センサの正面図である。
また、図30は、図29の回転錘型角度センサの側面図である。
回転錘型角度センサ122Bは、大別すると、支持軸141と、支持軸141に回転可能に支持された回転錘142と、回転錘142と一体に回転されるとともに位相の異なる2種類のスリット群が形成されたスリット板143と、支持軸141を保持する固定板144と、固定板144上のスリット板143に対向する位置に配置された光学式センサユニット145と、を備えている。
上記構成により、回転錘142が角度変化により回転すると、光学式センサユニット145は、各スリット群毎にスリット板143の回転量に相当するパルス数を有する角度検出信号を出力する。このとき、各スリット群毎に角度検出信号の位相関係は、回転錘の回転方向で異なるため、角度の変化方向も検出することが可能となる。
FIG. 29 is a front view of a rotary spindle type angle sensor used as an angle sensor.
FIG. 30 is a side view of the rotary spindle type angle sensor of FIG.
The rotary weight
With the above configuration, when the
次に第2実施形態における具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図31は、脈波検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。また、図32は図31の脈波検出データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。図33は、角度検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。また、図34は図33の角度検出データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
脈拍測定装置としての構成は、第1実施形態と同様であるので、図4の概要構成ブロック図を参照して説明する。この場合において、体動センサ84は、角度センサである。また、MPU94は、図12に示した適応フィルタの機能を実現するものとする。
まず、MPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび角度検出データを順次読み出し、あるサンプリングタイミングにおける脈波検出データを合成部102に出力する。
Next, specific pulse rate calculation processing in the second embodiment will be described.
FIG. 31 is a graph showing an example of pulse wave detection data arranged in chronological order. FIG. 32 shows frequency analysis results obtained by applying FFT to the pulse wave detection data of FIG. FIG. 33 is a graph showing an example of angle detection data arranged in chronological order. FIG. 34 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the angle detection data of FIG.
Since the configuration of the pulse measuring device is the same as that of the first embodiment, it will be described with reference to the schematic configuration block diagram of FIG. In this case, the
First, the
また、MPU94は、各脈波検出データに対応する角度検出データをフィルタ係数生成部101に出力する。
これによりフィルタ係数生成部101は、合成部102が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数hを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する角度検出データ(=k(n))に適応フィルタ係数hを適用して体動除去データ(=h・k(n))を合成部102に出力する。
これにより合成部102は、今回の脈波データと体動除去データとを合成して、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去(減算)して、脈波成分を抽出して残差データ(=フィルタ適用後のデータ)を出力する。
図35は、図31の脈波検出データおよび図33の角度検出データに対して適応フィルタを適用して得られた残差データを時系列順に並べてグラフ化したものである。
次にMPU94は、図35の残差データに対しFFTを施す。
In addition, the
As a result, the filter
As a result, the
FIG. 35 is a graph in which residual data obtained by applying an adaptive filter to the pulse wave detection data of FIG. 31 and the angle detection data of FIG. 33 are arranged in chronological order.
Next, the
図36は、図35の残差データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
これにより、得られた周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号(脈波成分+体動成分)から、静脈起因の体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにMPU94は、主として脈波成分を含む得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルSP1として、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてMPU94は、表示装置97に脈拍数を表示することとなる。
ところで、以上の説明は、角度センサの出力を補正しない場合のものであったが、上述したように、腕の角度が90゜より高い場合には、角度センサの出力としての体動成分量が小さく検出される。このため、腕の角度が90゜より高い場合には、脈波センサの出力を補正することとする。図37は、補正後の角度検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。また、図38は図37の補正後の角度検出データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
同様にMPU94は、RAM95に格納した脈波検出データおよび角度検出データを順次読み出し、あるサンプリングタイミングにおける脈波検出データを合成部102に出力し、各脈波検出データに対応する補正後の角度検出データをフィルタ係数生成部101に出力する。
FIG. 36 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the residual data of FIG.
As a result, the obtained frequency analysis result substantially corresponds to the output signal (pulse wave component + body motion component) of the pulse wave sensor from which the body motion component due to veins is removed, that is, mainly corresponds to the pulse wave component. It becomes the pulse wave data.
Further, the
Then, the
By the way, the above explanation is for the case where the output of the angle sensor is not corrected. However, as described above, when the arm angle is higher than 90 °, the amount of body motion component as the output of the angle sensor is small. Detected small. Therefore, when the arm angle is higher than 90 °, the output of the pulse wave sensor is corrected. FIG. 37 is a graph showing an example of corrected angle detection data arranged in chronological order. FIG. 38 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the angle detection data after correction in FIG.
Similarly, the
これによりフィルタ係数生成部101は、合成部102が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数hを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する角度検出データに適応フィルタ係数hを適用して体動除去データ(=h・k(n))を合成部32に出力し、合成部32は、今回の脈波データと体動除去データとを合成して、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去(減算)して、脈波成分を抽出して残差データ(=フィルタ適用後のデータ)を出力する。
図39は、図31の脈波検出データおよび図37の補正後の角度検出データに対して適応フィルタを適用して得られた残差データを時系列順に並べてグラフ化したものであり、MPU94は、この残差データに対しFFTを施す。
図40は、図39の残差データにFFTを施して得られた周波数分析結果である。
図40に示すように、得られた周波数分析結果は、図36に示した周波数分析結果と脈拍スペクトルSP1のピークの高さは変わらないものの、他のスペクトルのピークの高さが抑制され、MPU94は、より確実に脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルSP1として、その周波数から脈拍数を算出することができることがわかる。
以上の説明のように、本第2実施形態によれば、特に角度補正を行った場合に生体内部で発生する体動成分の主要因である静脈の変動をより一層確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
As a result, the filter
FIG. 39 is a graph in which residual data obtained by applying an adaptive filter to the pulse wave detection data of FIG. 31 and the corrected angle detection data of FIG. Then, FFT is applied to the residual data.
FIG. 40 shows frequency analysis results obtained by performing FFT on the residual data in FIG.
As shown in FIG. 40, the obtained frequency analysis result is the same as the frequency analysis result shown in FIG. 36 but the peak height of the pulse spectrum SP1 is not changed, but the peak heights of other spectra are suppressed, and the
As described above, according to the second embodiment, it is possible to more reliably detect and grasp the fluctuation of the vein, which is the main factor of the body motion component generated inside the living body, particularly when angle correction is performed. . For this reason, a body motion component can be removed reliably, and an accurate pulse wave component detection and an accurate pulse rate measurement can be performed.
[4]第1実施形態および第2実施形態の変形例
[4.1]第1変形例
以上の説明においては、体動センサ(圧センサあるいは角度センサ)を脈波センサの近傍あるいは別個に設けていたが、体動センサを人体から離間する方向に脈波センサに略積層状態で配置するように構成することも可能である。
[4.2]第2変形例
以上の説明においては、制御用プログラムがROM96内にあらかじめ記憶されている場合について説明したが、各種磁気ディスク、光ディスク、メモリカードなどの記録媒体に制御用プログラムをあらかじめ記録し、これらの記録媒体から読み込み、インストールするように構成することも可能である。また、通信インターフェースを設け、インターネット、LANなどのネットワークを介して制御用プログラムをダウンロードし、インストールして実行するように構成することも可能である。
[4] Modification of First Embodiment and Second Embodiment [4.1] First Modification In the above description, a body motion sensor (pressure sensor or angle sensor) is provided in the vicinity of or separately from the pulse wave sensor. However, it is also possible to configure the body motion sensor so as to be disposed in a substantially stacked state on the pulse wave sensor in a direction away from the human body.
[4.2] Second Modification In the above description, the case where the control program is stored in advance in the
80、110…脈拍測定装置、81…センサモジュール、82、112…装置本体(時計ケース)、83…脈波センサ、83A…LED、83B…PD、83C…透明ガラス、97…液晶表示装置、91…脈波信号増幅回路、92…体動信号増幅回路、93…A/D変換回路、94…MPU、95…RAM、96…ROM、97…表示装置、100…適応フィルタ、101…適応フィルタ係数生成部、102…合成部、122…角度センサ、122A…差動キャパシタがセンサ、122B…回転錘型角度センサ。
80, 110 ... Pulse measuring device, 81 ... Sensor module, 82, 112 ... Device main body (watch case), 83 ... Pulse wave sensor, 83A ... LED, 83B ... PD, 83C ... Transparent glass, 97 ... Liquid crystal display device, 91 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Pulse wave signal amplification circuit, 92 ... Body motion signal amplification circuit, 93 ... A / D conversion circuit, 94 ... MPU, 95 ... RAM, 96 ... ROM, 97 ... Display device, 100 ... Adaptive filter, 101 ... Adaptive filter coefficient Generating unit, 102 ... combining unit, 122 ... angle sensor, 122A ... differential capacitor sensor, 122B ... rotary spindle type angle sensor.
Claims (20)
脈波センサを有し、脈波検出信号を出力する脈波検出部と、
装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去部と、
前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、
を備えたことを特徴とする脈拍計。 In a pulse meter that is worn on the human body and measures the pulse,
A pulse wave detector having a pulse wave sensor and outputting a pulse wave detection signal;
A body motion component removing unit that removes a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter;
A pulse rate calculation unit that calculates a pulse rate based on the pulse wave detection signal after the body motion component removal;
A pulse meter characterized by comprising:
前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差の関数として表される体動成分を検出し、体動検出信号を出力する体動検出部を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 1, wherein
The body motion component removing unit detects a body motion component expressed as a function of a relative difference in height between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter, and generates a body motion detection signal. A pulse meter comprising a body motion detection unit for outputting.
前記体動検出部は、前記体動成分を検出する圧力センサを備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 2,
The pulsometer, wherein the body motion detector includes a pressure sensor that detects the body motion component.
前記圧力センサは、前記脈波センサの近傍に配置されていることを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 3,
The pulse sensor, wherein the pressure sensor is disposed in the vicinity of the pulse wave sensor.
前記圧力センサは、前記脈波センサに略積層状態で配置されていることを特徴とする脈拍計。 In the pulse meter according to claim 3 or 4,
The pulse sensor, wherein the pressure sensor is arranged in a substantially laminated state on the pulse wave sensor.
前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差を検出する差検出部と、
前記差および前記脈波検出信号から前記体動成分を生成する体動成分生成部と、
を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 5, wherein
The body motion component removing unit is configured to detect a relative difference in a height direction between the position of the wearer's heart and the wearing position of the pulse meter,
A body motion component generating unit that generates the body motion component from the difference and the pulse wave detection signal;
A pulse meter characterized by comprising:
前記差検出部は、前記高さ方向の相対的な差として当該脈拍計の基準角度に対する実際の配置状態における角度差を検出する角度センサを備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 6,
The pulse detector according to claim 1, wherein the difference detector includes an angle sensor that detects an angle difference in an actual arrangement state with respect to a reference angle of the pulse meter as a relative difference in the height direction.
前記角度センサは、前記脈波センサの近傍に配置されていることを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to claim 7,
The pulse sensor according to claim 1, wherein the angle sensor is disposed in the vicinity of the pulse wave sensor.
前記角度センサは、前記脈波センサに略積層状態で配置されていることを特徴とする脈拍計。 In the pulse meter according to claim 7 or 8,
The pulse sensor according to claim 1, wherein the angle sensor is disposed in a substantially laminated state on the pulse wave sensor.
前記角度センサは、静止加速度に基づいて前記角度差を検出することを特徴とする脈拍計。 In the pulsometer according to any one of claims 7 to 9,
The pulse sensor, wherein the angle sensor detects the angle difference based on stationary acceleration.
前記角度センサは、回転錘を有し、前記回転錘の回転状態に基づいて前記角度差を検出することを特徴とする脈拍計。 In the pulsometer according to any one of claims 7 to 9,
The pulse sensor according to claim 1, wherein the angle sensor has a rotating weight and detects the angle difference based on a rotation state of the rotating weight.
前記差検出部は、前記角度差が前記装着者の心臓の位置に対し、当該脈拍計の装着位置がより高い位置にあると見倣される場合に、所定の前記体動成分の減衰曲線に応じて前記角度差を補正する角度差補正部を備えたことを特徴とする脈拍計。 In the pulse meter in any one of Claim 6 thru | or 11,
The difference detection unit generates a predetermined attenuation curve of the body motion component when it is assumed that the angular difference is higher than the position of the wearer's heart. A pulse meter comprising an angle difference correction unit that corrects the angle difference accordingly.
前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号を前記脈波検出信号から減算する除去処理部を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to any one of claims 1 to 12,
The body motion component removing unit outputs a body motion component detection signal corresponding to the body motion component based on a relative difference in a height direction between a position of the wearer's heart and a mounting position of the pulse meter. A pulse meter comprising a removal processing unit for subtracting from a detection signal.
前記体動成分除去部は、前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号を周波数分析し第1周波数分析データを生成する第1周波数分析部と、
前記脈波検出信号を周波数分析し第2周波数分析データを生成する第2周波数分析部と、
前記第2周波数分析データに対する前記第1周波数分析データの減算処理を行う除去処理を部を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to any one of claims 1 to 12,
The body motion component removing unit frequency-analyzes a body motion component detection signal corresponding to the body motion component based on a relative height difference between a position of the wearer's heart and a position of the pulsometer. A first frequency analysis unit for generating first frequency analysis data;
A second frequency analysis unit for analyzing the frequency of the pulse wave detection signal and generating second frequency analysis data;
A pulsometer, comprising: a removal process for performing a subtraction process on the first frequency analysis data with respect to the second frequency analysis data.
前記体動成分除去部は、前記脈波検出信号および前記装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づく前記体動成分に対応する体動成分検出信号に基づいて適応フィルタ係数を生成するフィルタ係数生成部と、
前記脈波検出信号から前記適応フィルタ係数を適用した前記体動成分検出信号を減算する除去処理部と、
を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to any one of claims 1 to 12,
The body motion component removing unit includes a body motion component corresponding to the body motion component based on the pulse wave detection signal and a relative difference in a height direction between the position of the wearer's heart and the position of the pulse meter. A filter coefficient generation unit that generates an adaptive filter coefficient based on the detection signal;
A removal processing unit that subtracts the body motion component detection signal to which the adaptive filter coefficient is applied from the pulse wave detection signal;
A pulse meter characterized by comprising:
装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分からピッチあるいは歩数を検出する体動情報検出部を備えたことを特徴とする脈拍計。 The pulse meter according to any one of claims 1 to 15,
A body motion information detection unit for detecting a pitch or a step count from a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in height between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter; A pulse meter characterized by the provision.
装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去過程と、
前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出過程と、
を備えたことを特徴とする脈拍計の制御方法。 In a method for controlling a pulse meter that has a pulse wave sensor and includes a pulse wave detection unit that outputs a pulse wave signal,
A body motion component removing process for removing a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter;
A pulse rate calculation process for calculating a pulse rate based on the pulse wave detection signal after the body motion component removal;
A method for controlling a pulse meter, comprising:
前記装置本体部は、装着者の心臓の位置と当該脈拍計の装着位置との高さ方向の相対的な差に基づいて前記脈波検出信号に含まれる体動成分を除去する体動成分除去部と、
前記体動成分除去後の前記脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、
前記脈拍数を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする腕時計型情報機器。 A wristwatch type information device equipped with a pulse wave detection unit that is mounted at a pulse wave detection position of the body, has a pulse wave sensor, and outputs a pulse wave signal, and a device main body unit that is mounted on an arm,
The apparatus main body removes a body motion component that removes a body motion component included in the pulse wave detection signal based on a relative difference in the height direction between the position of the wearer's heart and the mounting position of the pulse meter. And
A pulse rate calculation unit that calculates a pulse rate based on the pulse wave detection signal after the body motion component removal;
A display for displaying the pulse rate;
A wristwatch-type information device characterized by comprising:
前記脈波検出信号に対応する脈波成分データおよび前記差データに対応する体動成分に基づいて脈波成分から体動成分を除去させ、
前記体動成分除去後の前記脈波成分に基づいて脈拍数を算出させる、
ことを特徴とする制御プログラム。 A pulse wave detection unit that has a pulse wave sensor and outputs a pulse wave signal, and detects a relative difference in height between the position of the wearer's heart and the wearing position of the pulse meter, and outputs it as difference data. In a control program for controlling a pulse meter provided with a difference detection unit by a computer,
Removing the body motion component from the pulse wave component based on the pulse wave component data corresponding to the pulse wave detection signal and the body motion component corresponding to the difference data;
Calculating the pulse rate based on the pulse wave component after the body motion component removal,
A control program characterized by that.
20. A computer-readable recording medium on which the control program according to claim 19 is recorded.
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