JP2008206704A

JP2008206704A - 心拍検出装置

Info

Publication number: JP2008206704A
Application number: JP2007046195A
Authority: JP
Inventors: Yoshikane Nishimura; 良周西村; Katsuhiro Inoue; 勝裕井上; Tatsuya Takahashi; 達也高橋; Akihiro Michimori; 章弘道盛; Masako Kitado; 真子北堂
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】比較用基準波形を予め用意する必要がなく、且つ被測定対象者固有の情報と被測定対象者が就寝する環境の特性をも反映させた比較用基準波形を用いることで心拍を高精度に検出することができる心拍検出装置を提供することにある。
【解決手段】心拍検出部４０は、初期用及び比較用の基準波形と信号処理回路部３から出力される測定波形との形状パターン比較を行い、残差波形を出力する基準波形比較部４０ａと、残差波形を基にして推定される心拍の時点を検出する推定心拍検出部４０ｂと、検出された推定心拍の時点と信号処理回路部３から出力される測定波形を基にして新たに比較用基準波形を生成する比較用基準波形生成部４０ｃと、前回作成された比較用基準波形と今回作成された比較用基準波形とを比較し、比較用基準波形が収束したか否かを判断する収束判断部４０ｄとを備え、比較用基準波形が収束し、最適化するまで繰り返し処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、心拍検出装置に関するものである。

従来、被検出対象者の就寝中の心拍、呼吸、いびき、寝姿勢、寝位置及び入離床の生体
情報を高精度に検出する生体情報検出装置が提供されている（例えば、特許文献１）
特開２００６−２６３４５４号公報

上述の特許文献１に開示されている生体情報検出装置は、予め登録している複数の比較用の基準波形と、センサ部により得られる被検出対象者の生体に起因する圧力の検出信号の波形とを比較することによって、被検出対象者の呼吸、いびき、寝姿勢、寝位置及び入離床の生体情報を検出する構成であるため、比較用の基準波形を予め用意する必要がある上に、比較用の基準波形は、標準的なものであるため、実際に被検出対象者が就寝する環境（寝具、床）の特性を反映させたものではなかった。

そのため、被検出対象者が就寝する環境（寝具、床）の特性を反映させて心拍をより高精度に検出することができる心拍検出装置が希求されていた。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、測定波形と比較するための比較用基準波形を予め用意する必要がなく、且つ被測定対象者固有の情報と被測定対象者が就寝する環境の特性をも反映させた比較用基準波形を用いることで心拍を高精度に検出することができる心拍検出装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、寝具を介して伝播する生体に起因する圧力を検出するセンサ部と、前記センサ部の出力を増幅した測定波形を生成する信号処理回路部と、測定波形固有の特徴を持つ基準波形と前記測定波形との形状パターン比較から残差を求めるとともに、残差から推定される心拍から新たな基準波形を生成する処理を、前回生成の基準波形に今回生成の基準波形が収束するまで繰り返して比較用基準波形の最適化を図り、最適化された比較用基準波形と前記測定波形との残差から推定される心拍を検出心拍として出力する心拍検出部と、最初の形状パターン比較に用いる初期用の基準波形を生成する初期用基準波形生成部とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、測定波形と比較するための比較用基準波形を予め用意する必要がなく、且つ被測定対象者固有の情報と被測定対象者が就寝する環境の特性をも反映させて最適化した比較用基準波形を用いることで心拍を高精度に検出することができるという効果がある。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記初期用基準波形生成部は、前記測定波形の周波数スペクトルのパワーが最大となる周波数を持つ波形を生成することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、元々の測定波形に近い初期用基準波形を用いることで、比較用基準波形が収束するまでの形状パターンの比較回数を低減でき、効率的な心拍検出ができる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記初期用基準波形生成部は、前記心拍検出部で、収束したと判断された比較用基準波形を次回の心拍検出時の初期用基準波形として生成することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、寝具、被検出対象者の生体情報を含んでいる収束した比較用基準波形を初期用基準波形とすることで、被測定対象者の寝位置、寝姿勢が変わったときもそれに似た初期用基準波形を用いることにより、比較用基準波形の収束が早くなり、効率的な心拍検出ができる。

請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、前記心拍検出部は、前記初期用及び比較用の基準波形の形状パターンと前記測定波形の形状パターンとを比較し、残差波形を出力する基準波形比較部と、前記残差波形を基にして推定される心拍の時点を検出する推定心拍検出部と、検出された推定心拍の時点と前記測定波形を基にして新たに比較用基準波形を生成する比較用基準波形生成部と、前回作成された比較用基準波形と今回作成された比較用基準波形とを比較し、比較用基準波形が収束したか否かを判断する収束判断部とを備え、比較用基準波形が収束し、最適化するまで繰り返し処理を行うことを特徴とする。

請求項４の発明によれば、請求項１の発明乃至３の発明の効果を奏する心拍検出装置を、ＣＰＵ等の演算処理で実現できる。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記推定心拍検出部は、前記基準波形比較部の出力波形において、ある一定区間における最小値を推定心拍の時点とし、次の推定心拍の時点は、該推定心拍時点から一定幅先の時点から、推定心拍を求め、これを繰り返し処理することで推定心拍の系列を求めることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、データ値による閾値処理よりもノイズに強く、また測定波形データがバイアスされていても検出でき、一定間隔に起きる心拍の検出が確実に行える。

請求項６の発明では、請求項５の発明において、前記一定区間は、ある区間のセンサデータの２乗値の包絡線の周波数スペクトルのピーク周波数を参照して決定することを特徴とする。

請求項６の発明によれば、心拍検出の精度が向上する。

請求項７の発明では、請求項４乃至６の何れかの発明において、前記収束判断部は、前記推定心拍検出部の推定心拍の時点を参照して比較用基準波形の収束を判断することを特徴とする。

請求項７の発明によれば、推定心拍の推移を見て、比較用基準波形の収束を判断できる。

請求項８の発明では、請求項４乃至６の何れかの発明において、前記収束判断部は、前記比較用基準波形生成部で生成された比較用基準波形の形状を前回と今回で比較することで比較用基準波形の収束を判断することを特徴とする。

請求項８の発明によれば、相関係数等の演算処理で比較用基準波形の収束を判断できる。

請求項９の発明では、請求項１乃至８の何れかの発明において、前記心拍検出部は、測定波形に基づいて体動を検出して検出信号を出力する体動検出部を更に備え、前記体動検出部から検出信号が入力された場合に新たに比較用基準波形生成部で比較用基準波形を生成し、前記心拍検出部で比較用基準波形を最適化し、体動以後の区間の測定波形に対応した心拍検出を行うことを特徴とする。

請求項９の発明によれば、体動の影響を排除して精度の高い心拍検出ができる。

本発明は、測定波形と比較するための比較用基準波形を予め用意する必要がなく、且つ被測定対象者固有の情報と被測定対象者が就寝する環境の特性をも反映させて最適化した比較用基準波形を用いることで心拍を高精度に検出することができるという効果がある。

以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態の心拍検出装置１は図１（ａ）に示すように被測定対象者のセンサ部２と、信号処理回路部３と、演算処理部４と、記憶部５と、入力部６と、出力部７と、バス８とで構成され、信号処理回路部３と、演算処理部４と、記憶部５と、入力部６と、出力部７とはバス８を介して接続されている。

センサ部２は、図２に示すように寝具ＭＬを介して伝播する寝具ＭＬ上にいる被検出対象者Ｍの生体に起因する圧力（以下生体圧力という）を検出する圧電セラミックスや圧電高分子等からなる圧電素子を備えている圧力検出センサにより構成される。このセンサ部２は、図２に示すように、被検出対象者Ｍが座ったり横たわったりするマットレス等の寝具ＭＬと寝具ＭＬを載置する寝台ＢＴとの間に配置される。

ここでセンサ部２は、寝具ＭＬを介して伝播する寝具ＭＬ上にいる被検出対象者Ｍの生体圧力をより精度良く検出することができるようにする観点から、図２（ａ），（ｂ）に示すように、被測定対象者Ｍが枕ＰＩを用いて寝具ＭＬの略中央に仰臥している場合に、被測定対象者Ｍの首から胸にかけた被測定対象者Ｍの部分がセンサ部２の検出部分に重なるように配置されている。

生体圧力は、例えば、心臓の鼓動（拍動）及び呼吸等の生命維持活動並びに被測定対象者Ｍが身体の各部を動かすこと等によって時間的に変化するもので、センサ部２では伝播する時間遅れが一定となっている生体に起因する圧力を検出する。

信号処理回路部３は、センサ部２に接続され、センサ部２で検出したアナログの生体圧力をディジタルの生体圧力に変換し、演算処理部４が処理可能な形式のデータに変換する回路であって、センサ部２のアナログの測定波形信号を所定利得で増幅する増幅器３０と、商用電源に起因する所謂ハムノイズを抑制するために増幅器３０の出力から所定周波数（例えば３０Ｈｚから５０Ｈｚ）より大きい信号成分をカットして所定周波数以下の信号成分を通過させるローパスフィルタ３１と、このローパスフィルタ３１から出力されるアナログ信号をディジタル信号へ変換するＡＤ変換器３２とを備えて構成される。尚ローパスフィルタ３１に代えてバンドパスフィルタを用いても良い。

演算処理部４は、例えば、マイクロプロセッサ及びその周辺回路等を備えて構成され、図１（ｂ）に示すように機能的に、信号処理回路部３の出力から測定波形を生成しこの生成した測定波形の形状パターンから生成する比較用基準波形（テンプレート波形）と測定波形とのパターンマッチングを後述するように行って被測定対象者の心拍を推定検出するための信号処理を行うとともに検出結果を出力する心拍検出部４０及び比較用基準波形の初期波形を生成する初期基準波形生成部４１とを備えるとともに、制御プログラムに従って信号処理回路部３、記憶部入力部６及び出力部７を当該機能に応じてそれぞれ制御する制御機能部（図示せず）とを備えている。

心拍検出部４０は、自己学習テンプレート機能を持つもので、測定波形の形状パターンと比較用基準波形の形状パターンとの比較（パターンマッチング）を行って残差を求める基準波形比較部４０ａと、この基準波形比較部４０ａで求めた残差から推定心拍を検出する推定心拍検出部４０ｂと、推定心拍検出部４０ｂでの心拍検出時点からの比較用基準波形を新たなテンプレートとして生成する比較用基準波形生成部４０ｃと、この比較用基準波形生成部４０ｃで生成した比較用基準波形と前回の比較に用いた比較用基準波形とを比較して今回生成した比較用基準波形が収束しているか否かを判断する収束判断部４０ｄと、結果出力部４０ｅとを機能として備え、収束判断部４０ｄで収束していると判断されたとき丹、今回の推定心拍検出結果を出力して検出動作を終了するようになっている。

入力部６は、心拍検出装置１の電源をオンオフする電源スイッチや、心拍の検出開始を心拍検出装置１に指示する測定開始スイッチ等の、心拍検出装置１に指示を与える各種のスイッチを備えて構成される。

出力部７は、測定波形及び心拍検出結果等を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ又はプラズマディスプレイ等の表示装置である。

記憶部５は、演算処理部４の心拍検出動作に必要なログラム等の各種プログラム、及び、各種プログラムの実行に必要なデータやその実行中に生じるデータ等の各種データを記憶するもので、演算処理部４の所謂ワーキングメモリとなるＲＡＭ等の揮発性の記憶素子、ＲＯＭや書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶素子等を備えて構成される。

次に本実施形態の心拍検出装置１の動作を図３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、被測定対象者Ｍが図２（ａ），（ｂ）に示すように寝具ＭＬ上に寝るとともに心心拍検出装置１の電源をオンし、心拍検出に対する準備が完了したところで、入力部６の測定開始スイッチを操作して測定開始を心拍検出装置１に指示する心拍検出が開始される（Ｓ１）。

検出開始によりセンサ部２で検出される被測定対象者Ｍの生体に起因する圧力の測定波形データが信号処理回路部３からディジタル化されて出力され、所定のサンプリング周波数（例えば５００Ｈｚ）により演算処理部４に取り込まれることになる。

また、演算処理部４の初期基準波形生成部４１から初期用基準波形データとして６Ｈｚのｓｉｎ波が仮の比較用基準波形として生成される（Ｓ２）。

そして演算処理部４の心拍検出部４０の基準波形比較部４０ａは、センサ部２からの測定波形の形状パターンと、初期基準波形生成部４１から生成された初期用基準波形データ（仮の比較用基準波形）の形状パターンとを比較（テンプレートマッチング）する処理を行う（Ｓ３）。

ここで仮の比較用基準波形は、体動などによるノイズのない状態で実測した測定波形データをフーリエ変換したときの主な周波数成分が６Ｈｚであった点から６Ｈｚのｓｉｎ波を初期基準波形生成部４１で生成するようにしているが、体動等によるノイズのない状態で測定した被検出対象者Ｍの実測データをフーリエ変換してそのときの主なる周波数成分を初期基準波形として用いても良い。尚テンプレートとなる比較用基準波形（初期基準波形を含む）のデータ長は７５０ｍｓｅｃとしてある。この７５０ｍｓｅｃは心臓のＲ波の心弾から７５０ｍｓｅｃ経過すれば振動が減衰し、７５０ｍｓｅｃ以降には特徴量が極めて少ないことを基に設定してある。

さて基準波形比較部４０ａでは、波形の比較（パターンマッチング）を行って、以下の式により残差を求める。

（Ｚ：残差Ｓ_ｔ＋ｉ：測定波形Ｔ_ｉ：比較用基準波形Ｎ：比較用基準波形のデータ長）
ここで時刻ｔの残差は、時刻ｔから時刻ｔ＋Ｎまでの測定波形データと比較用基準波形データの差の２乗和で定義される。

サンプリング周波数が５００Ｈｚであるので、Ｎ＝３７５である。

まず、１回目の波形比較では、図４（ａ）に示す６Ｈｚのｓｉｎ波からなる初期用基準波形と、例えば、図４（ｂ）に示す測定波形との比較を行ったときの残差波形は図４（ｃ）に示すようになる。尚測定波形データは１分目から約１０ｓｅｃ間のデータである。

この残差波形は、推定心拍検出部４０ｂに取り込まれて推定心拍が検出される（Ｓ４）。

この推定心拍検出は、図５に示すように残差波形Ｘに一定区間Ｗａの中で最小値ｘを検出し、この最小値ｘの位置を推定心拍の時点とし、該推定心拍の時点から一定幅Ｗｂ先の時点から上述の一定区間Ｗａを設定してこの一定区間Ｗａ中で最小値ｘを検出し、この最小値ｘの位置を次に推定心拍の位置とし、これを繰り返し処理することで推定心拍の系列を求めるのである。

ここで推定心拍検出は一定区間Ｗａと一定幅Ｗｂの２つのパラメータに依存するため、この２つのパラメータの決定が重要となる。本実施形態では、一定幅Ｗｂを０．０１ｓｅｃとに固定し、一定区間Ｗａは例えば２０ｓｅｃ毎に切り換えるようにしている。

次にこの一定区間Ｗａの決定方法について説明する。

一定区間Ｗａ内の最小値を推定心拍とするため、一定区間Ｗａ内に複数の心拍が入っていたり、一定区間Ｗａ内に心拍が全く入っていない、といったことにならないように一定区間Ｗａを決定する必要があるので、この一定区間Ｗａの長さは心拍間隔と同程度とすれば良く、推定心拍検出部４０ｂでは、２０ｓｅｃ間のセンサ部２による測定波形データから平均心拍間隔を推定し、その値を一定区間Ｗａの長さとして決定する
図６は、２０ｓｅｃのデータを示しており、同図（ａ）は参考とする心電図のデータ、同図（ｂ）はセンサ部２による測定波形データであって、図６（ａ）、（ｂ）から分かるように測定波形の振幅変動の周期が分かれば、測定波形から心拍周期を推定することができる。そこで本実施形態の推定心拍検出部４０ｂでは、まず図７に示すようにＳ１０で測定波形データ（図６（ｂ））を取り込み、Ｓ１１でこの測定データの２乗値を算出し、更にＳ１２で２乗値の波形データ（図６（ｃ）参照）に対してローパスフィルタ（図示せず）を通して包絡線（図６（ｄ）参照）を抽出し、次のＳ１３でこの包絡線をフーリエ変換して包絡線の周波数スペクトル（図６（ｅ）参照）を求め、この周波数スペクトルのピーク周波数を推定心拍周波数として、該周波数の逆数で一定区間Ｗａを決定するのである（Ｓ１４）。尚上述のローパスフィルタとしては、カットオフ周波数が２Ｈｚの４次のバタワーフィルタを使用した。図６（ｅ）の包絡線のスペクトルは０．５〜１．３Ｈｚまでを示す。

さて上述のようにして推定心拍検出部４０ｂで推定心拍を検出した後、比較用基準波形生成部４０ｃは、図８（ａ）に示す残差波形Ｘにおける上述した最小値ｘに対応する各推定心拍位置から図８（ｂ）に示すように７５０ｍｓｅｃ間分の測定波形データの加算平均を求めて新たな比較用基準波形データ（テンプレート波形のデータ）を生成する（Ｓ５）。

そして生成された比較用基準波形データは収束判断部４０ｄに取り込まれ、収束判断部４０ｄはこの生成された比較用基準波形データと前回の比較用基準波形データ（上述の場合には初期用基準波形データ）とを比較してデータが収束しているか否かを判別し（Ｓ６）、収束していない場合には今回生成された比較用基準波形データを基準波形比較部４０ａに送り、基準波形比較部４０ａによって比較用基準波形データとセンサ部２の測定波形データとの比較（テンプレートマッチング）を上述と同様に行うのである。そして以後生成される比較用基準波形データと前回の比較に用いた比較用基準波形データとの比較によって収束している判別されるまで、Ｓ３〜Ｓ５の処理が繰り返して行われることになる。

ここで、収束判断部４０ｄの収束判断について説明する。

まず、比較用基準波形生成部４０ｃで新しく生成される比較用基準波形データの波形形状は検出した推定心拍位置に依存するため、収束判断部４０ｄの推定心拍位置の推移を見て、生成される比較用基準波形データが収束しているかどうか判別する。この収束条件は以下の２つを満たしているかどうかである。

１）検出した最小値ｘ（推定心拍検出個数）の個数が同じである。

２）前回の比較用基準波形データによる最小値ｘ（推定心拍検出個数）と新しい比較用基準波形データによる最小値ｘの位置例えば±０．０２秒以内であるという、２つの条件を満たしているとき、比較用基準波形データが収束し最適化されているとして、心拍検出を終了する。条件を１つでも満たしていないとき、比較用基準波形データが収束していないとして、もう１度、図３のＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。

図９は最初の基準波形から収束するまでの基準波形までの一例を示しており、図９（ａ）は１回目の仮の比較用基準波形、同図（ｂ）はそのときの残差波形、同図（ｃ）は２回目の比較用基準波形、同図（ｄ）はそのときの残差波形、同図（ｅ）は３回目の比較用基準波形、同図（ｆ）はそのときの残差波形、同図（ｇ）は４回目の比較用基準波形、同図（ｈ）はそのときの残差波形を夫々示し、４回目の残差波形は上述の２つの条件を満たしているので、収束判断部４０ｄで、この４回目の比較用基準波形において収束判断を行い検出処理終了する。尚各図において示す縦線Ｚは心電図で検出した心拍を参考のために記入したものである。

而して、収束判断部４０ｄで収束と判断されると、そのときの心拍検出データを結果機能部４０ｅによって演算処理部４から出力部６に出力し（Ｓ７）、出力部６で表示され、一連の心拍検出を終了する（Ｓ８）。

このように本実施形態では、予め複数の基準波形データを登録する必要がなく、しかも被測定対象者Ｍ固有の情報（体重、身長、心弾）や被測定対象者Ｍが就寝する環境（寝具ＭＬ、床）の特性、更に被測定対象者Ｍの状態（寝位置、寝姿勢）をも反映させた比較用基準波形を用いることで心拍を高精度に検出することができることになる。

ところで、上述の場合１回目の比較用基準波形としては、初期基準波形生成部４１によって６Ｈｚのｓｉｎ波を生成させたものを使用しているが、例えばセンサ部２による測定波形データの周波数スペクトルのパワーが最大となる周波数を持つ波形を１回目の比較用基準波形としても良い。

例えば図１０（ａ）に示す測定波形の内、図１０（ｂ）に示す減衰振動由来（６Ｈｚ）の振動波形を１回目の比較用基準波形として生成するのである。尚１Ｈｚ付近は心拍数由来の部分を示す。

この場合元々の波形に近い波形からスタートすれば、収束するまでにかかる回数が減り、効率的である。

また、前回の心拍検出時において、収束した比較用基準波形（例え図１１に示す）を次回の心拍検出時の１回目、つまり初期用基準波形として用いても良い。この場合は心拍検出終了時に、収束した基準波形データを記憶部５に記憶保存する。

この場合は、心拍検出部４０において、収束した基準波形は、寝具ＭＬ・被検出対象者Ｍの生体の情報を含んだ波形であり、例えば被測定対象者Ｍの寝位置・寝姿勢が変わったときもよく似た波形であるため、収束が速くなる。

更に、上述の収束判断部４０ｄの収束判断は、上述したように検出した最小値ｘ（推定心拍検出個数）の個数が同じで、且つ前回の比較用基準波形データによる最小値ｘ（推定心拍検出個数）と新しい比較用基準波形データによる最小値ｘの位置例えば±０．０２秒以内であるという、２つの条件を満たしているときに収束と判断しているが、比較用基準波形生成部４０ｄで生成された基準波形の形状を前回と今回で比較することで基準波形の収束を判断するようにしても良い。

つまり、前回と今回の比較用基準波形形状の相関係数を算出して予め設定している基準値（例えば０．９５以上）を超える場合に、収束したと判断するのである。

図１２（ａ）、（ｂ）は前回の比較用基準波形と、今回の比較用基準波形の一例を示しているが、この両者の相関係数は０．６であるため収束していないと判断されるが、図１２（ｃ）、（ｄ）に示す前回の比較用基準波形と、今回の比較用基準波形の場合には似ており、その相関係数０．９７であるため収束と判断される。
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１の心拍検出部４０内に図１３に示すように体動検出部４０ｆの機能を加え、この体動検出部４０ｆの体動検出をトリガとして心拍検出の処理を行うようにした点に特徴がある。

つまり、図１４のフローチャートで示すようにステップＳ６で比較用基準波形が収束している判断された場合及び収束していないと判断された場合の何れにおいても、次のステップＳ９ａ又はＳ９ｂにおいて体動検出部４０ｆが体動検出しているが否かのチェックを行い、体動検出がない場合には心拍検出・出力のステップＳ７又は波形比較のステップＳ３に移行するが、体動検出があった場合には、初期用基準波形データ生成のステップＳ２に戻って体動以後の区間の測定波形に対応して心拍検出を行うのである。

これにより体動の影響を受けることなく、心拍検出が行え、検出精度の向上が図れるのである。

尚その他の動作、構成は実施形態１と同じであるの説明は省略する。

（ａ）は実施形態１の構成図である。（ｂ）は同上の演算処理部の機能構成図である。（ａ）は同上に用いる寝具に被測定対象者が寝ている状態の側面図、（ｂ）は同上に用いる寝具に被測定対象者が寝ている状態の上面図である。同上の動作説明用フローチャートである。同上の基準波形比較部の動作説明用波形図である。同上の推定心拍検出部の動作説明用波形図である。同上の推定心拍検出部の動作説明用波形図である。同上の推定心拍検出部の動作説明用フローチャートである。同上の比較用基準波形生成部の動作説明用波形図である。同上の収束判断部の動作説明用波形図である。同上の初期基準波形生成部の基準波形生成の別の例の説明図である。同上の初期基準波形生成部の基準波形生成の他の例の説明図である。同上の収束判断部の別の判断方法の説明図である。実施形態２の演算処理部の機能構成図である。同上の動作説明用フローチャートである。

符号の説明

１心拍検出装置
２センサ部
３信号処理回路部
３０増幅器
３１ローパスフィルタ
３２ＡＤ変換器
４演算処理部
４０心拍検出部
４０ａ基準波形比較部
４０ｂ推定心拍検出部
４０ｃ比較用基準波形生成部
４０ｄ収束判断部
４０ｅ結果出力部
４１初期基準波形生成部
５入力部
６出力部
７バス

Claims

寝具を介して伝播する生体に起因する圧力を検出するセンサ部と、前記センサ部の出力を増幅した測定波形を生成する信号処理回路部と、測定波形固有の特徴を持つ基準波形と前記測定波形との形状パターン比較から残差を求めるとともに、残差から推定される心拍から新たな基準波形を生成する処理を、前回生成の基準波形に今回生成の基準波形が収束するまで繰り返して比較用基準波形の最適化を図り、最適化された比較用基準波形と前記測定波形との残差から推定される心拍を検出心拍として出力する心拍検出部と、最初の形状パターン比較に用いる初期用の基準波形を生成する初期用基準波形生成部とを備えることを特徴とする心拍検出装置。
前記初期用基準波形生成部は、前記測定波形の周波数スペクトルのパワーが最大となる周波数を持つ波形を生成することを特徴とする請求項１記載の心拍検出装置。
前記初期用基準波形生成部は、前記心拍検出部で、収束したと判断された比較用基準波形を次回の心拍検出時の初期用基準波形として生成することを特徴とする請求項１記載の心拍検出装置。
前記心拍検出部は、前記初期用及び比較用の基準波形の形状パターンと前記測定波形の形状パターンとを比較し、残差波形を出力する基準波形比較部と、前記残差波形を基にして推定される心拍の時点を検出する推定心拍検出部と、検出された推定心拍の時点と前記測定波形を基にして新たに比較用基準波形を生成する比較用基準波形生成部と、前回作成された比較用基準波形と今回作成された比較用基準波形とを比較し、比較用基準波形が収束したか否かを判断する収束判断部とを備え、比較用基準波形が収束し、最適化するまで繰り返し処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の心拍検出装置。
前記推定心拍検出部は、前記基準波形比較部の出力波形において、ある一定区間における最小値を推定心拍の時点とし、次の推定心拍の時点は、該推定心拍時点から一定幅先の時点から、推定心拍を求め、これを繰り返し処理することで推定心拍の系列を求めることを特徴とする請求項４記載の心拍検出装置。
前記一定区間は、ある区間のセンサデータの２乗値の包絡線の周波数スペクトルのピーク周波数を参照して決定することを特徴とする請求項５記載の心拍検出装置。
前記収束判断部は、前記推定心拍検出部の推定心拍の時点を参照して比較用基準波形の収束を判断することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の心拍検出装置。
前記収束判断部は、前記比較用基準波形生成部で生成された比較用基準波形の形状を前回と今回で比較することで比較用基準波形の収束を判断することを特徴とする請求項４乃至６の１項に記載の心拍検出装置。
前記心拍検出部は、測定波形に基づいて体動を検出して検出信号を出力する体動検出部を更に備え、前記体動検出部から検出信号が入力された場合に新たに比較用基準波形生成部で比較用基準波形を生成し、前記心拍検出部で比較用基準波形を最適化し、体動以後の区間の測定波形に対応した心拍検出を行うことを特徴とする請求項１乃至８の何れかの１項に記載の心拍検出装置。