JP2012045304A - Blood pressure estimation device - Google Patents

Blood pressure estimation device Download PDF

Info

Publication number
JP2012045304A
JP2012045304A JP2010192454A JP2010192454A JP2012045304A JP 2012045304 A JP2012045304 A JP 2012045304A JP 2010192454 A JP2010192454 A JP 2010192454A JP 2010192454 A JP2010192454 A JP 2010192454A JP 2012045304 A JP2012045304 A JP 2012045304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
blood pressure
noise
pulse wave
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010192454A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5521906B2 (en
Inventor
Naoki Mitsumoto
光本  直樹
Koki Futatsuyama
幸樹 二ツ山
Takeshi Nakagawa
剛 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2010192454A priority Critical patent/JP5521906B2/en
Publication of JP2012045304A publication Critical patent/JP2012045304A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5521906B2 publication Critical patent/JP5521906B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blood pressure estimation device which can perform highly precise blood pressure estimation.SOLUTION: A digital computing unit 16 uses a pulse wave signal and an electrocardiogram signal to estimate blood pressure. Further, the quality value q1 of the pulse wave signal and the quality value q2 of the electrocardiogram signal are computed to determine whether a sensor signal is good or not based on the quality values q1, q2. Moreover, the correlation value of noises of the respective sensor signals is calculated from a cross-correlation function, and whether the noises of the pulse wave signal are living body-originated or contact-originated is determined from the noise correlation value. Then, when all of the sensor signals are good and when all of the sensor signals are bad and the correlation value of noise is higher than a predetermined value, a blood pressure quality flag is put up. When the blood pressure quality flag is put up, a blood pressure value estimated by a blood pressure estimation logic 24 is stored. When a predetermined number of times of estimated blood pressure values are received, the average value of stored blood pressure values is calculated.

Description

本発明は、心電信号および脈波信号に基づいて血圧を推定する血圧推定装置に関する。   The present invention relates to a blood pressure estimation device that estimates blood pressure based on an electrocardiogram signal and a pulse wave signal.

従来、血圧を測定する場合には一般的にカフを用いて行っているが、カフによる締め付けにより被測定者に圧迫感を与えたり、連続的な血圧測定ができないなどの問題があった。   Conventionally, blood pressure is generally measured using a cuff. However, there are problems such as giving a sense of pressure to the person to be measured by tightening with the cuff, and inability to continuously measure blood pressure.

これに対して、近年では、心電信号や脈波信号(心電波形、脈波波形)を用いて血圧を推定する多くの手法が提案されている。例えば、容積脈波を用いて血圧を測定すると、光を用いて測定できるため、装置の小型化を実現できるとともに、被測定者の苦痛を解消でき、さらには、連続的な血圧測定が可能になる。   On the other hand, in recent years, many methods for estimating blood pressure using an electrocardiogram signal or a pulse wave signal (electrocardiogram waveform, pulse wave waveform) have been proposed. For example, if blood pressure is measured using volume pulse waves, it can be measured using light, so the device can be downsized, the pain of the subject can be eliminated, and continuous blood pressure measurement is possible Become.

さらに、心電信号と脈波信号との両方を用いて血圧を測定する手法も多数提案されている(特許文献1,2参照)。心電信号と脈波信号との両方を用いることで、高い精度で血圧を測定できる。   Furthermore, many techniques for measuring blood pressure using both an electrocardiogram signal and a pulse wave signal have been proposed (see Patent Documents 1 and 2). By using both an electrocardiogram signal and a pulse wave signal, blood pressure can be measured with high accuracy.

ところで、心電信号や脈波信号に基づいて精度よく血圧を測定するためには、それらの信号を高い精度で計測する必要がある。このような課題に対して、血圧の推定に用いる各信号の特徴量のばらつき(ノイズ)の存在を評価することが提案されている。例えば、一階微分脈波のピークを用いるもの(特許文献3参照)、5拍分の特徴量のばらつきを利用するもの(特許文献4参照)、心拍数と脈拍数の差異からばらつきを利用するもの(特許文献5参照)などが従来から提案されている。   By the way, in order to accurately measure blood pressure based on an electrocardiogram signal or a pulse wave signal, it is necessary to measure those signals with high accuracy. In order to solve such a problem, it has been proposed to evaluate the presence of variation (noise) in the feature amount of each signal used for blood pressure estimation. For example, one that uses the peak of the first-order differential pulse wave (see Patent Document 3), one that uses variations in feature quantities for five beats (see Patent Document 4), and uses variation based on the difference between heart rate and pulse rate A thing (refer patent document 5) etc. are proposed conventionally.

特開2008−279185号公報JP 2008-279185 A 特開平08−140948号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-140948 特開2001−61795号公報JP 2001-61795 A 特開平10−137202号公報JP 10-137202 A 特開平11−47104号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-47104

人体の健康状態、身体状態をモニタリングするためには、生体内で生じる情報を余すことなくセンシングしなければならない。脈波などの生体信号は特有の形状、周波数特性を持っているため、接触不良による外因性ノイズとの区別は一般的には容易である。しかしながら、条件によっては、生体信号が、それら外因性ノイズ(=接触起因の外因性ノイズ)と極めて相似な性質を示すことがある。例えば、心不全、不整脈時の脈波信号は、外因性ノイズとの判別が困難な場合の代表例である。従来までは、ノイズ除去処理で外因性ノイズと生体起因の内因性ノイズ状信号を共に除去することでしか対応できなかった。その結果、疾患に関わる重要な脈波情報を見逃すことになっていた。そのような背景の下、接触起因の外因性ノイズは積極的に除去するが、生体起因のノイズ状信号は除去することなく取り込みたいという要望が強くあった。   In order to monitor the health and physical condition of the human body, it is necessary to sense all the information generated in the living body. Since biological signals such as pulse waves have unique shapes and frequency characteristics, it is generally easy to distinguish them from exogenous noise due to poor contact. However, depending on conditions, the biological signal may exhibit very similar properties to those extrinsic noises (= exogenous noise caused by contact). For example, a pulse wave signal at the time of heart failure or arrhythmia is a representative example when it is difficult to distinguish from exogenous noise. Until now, it was possible to cope only by removing both the extrinsic noise and the endogenous noise-like signal caused by the living body by the noise removal processing. As a result, important pulse wave information related to the disease was missed. Under such a background, there has been a strong demand for capturing external noise caused by a contact, but removing a noise-like signal caused by a living body without removing it.

しかしながら、従来の方法では、生体起因のノイズ状信号と接触起因の外因性ノイズとを区別できないため、(1)二つのノイズを共に除去する、または(2)二つのノイズを共に除去せずに使う、のどちらかの選択しか取り得なかった。その結果、血圧の推定精度が低下するという問題があった。特に心疾患を持つ被験者の場合、その傾向が顕著に現れていた。   However, in the conventional method, since the noise-like signal caused by the living body cannot be distinguished from the extrinsic noise caused by the contact, (1) the two noises are removed together, or (2) the two noises are not removed together. I could only choose either to use it. As a result, there has been a problem that blood pressure estimation accuracy decreases. This tendency was particularly noticeable in subjects with heart disease.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度の高い血圧推定を行うことができる血圧推定装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a blood pressure estimation device that can perform highly accurate blood pressure estimation.

上述した問題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、生体信号(心電信号および脈波信号)に基づいて血圧を推定する血圧推定装置に関するものである。この血圧推定装置は、信号取得手段、ノイズ判定手段、血圧推定手段を備える。   The invention according to claim 1, which has been made to solve the above-described problem, relates to a blood pressure estimation device that estimates blood pressure based on a biological signal (an electrocardiogram signal and a pulse wave signal). The blood pressure estimation device includes a signal acquisition unit, a noise determination unit, and a blood pressure estimation unit.

信号取得手段は、生体から検出された心電信号および脈波信号を取得する。ノイズ判定手段は、信号取得手段が取得した心電信号および脈波信号それぞれについて、信号全体におけるノイズの大きさの割合が所定値以上であるか否かを判定する。なお、以降の記載において、信号がノイズを含む、とは信号全体におけるノイズの割合が所定値以上である場合を意味する。   The signal acquisition means acquires an electrocardiogram signal and a pulse wave signal detected from the living body. The noise determination unit determines whether or not the ratio of the magnitude of noise in the entire signal is greater than or equal to a predetermined value for each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition unit. In the following description, a signal includes noise means that the ratio of noise in the entire signal is a predetermined value or more.

また、血圧推定手段は、信号取得手段により取得された心電信号および脈波信号が所定の条件を満たしたときに、それら生体信号を用いて血圧を推定する。所定の条件とは、ノイズ判定手段によって、心電信号と脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上でないと判定されたこと、あるいは、上記心電信号および上記脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定されたこと、のいずれかである。   The blood pressure estimation means estimates blood pressure using the biological signals when the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition means satisfy a predetermined condition. The predetermined condition means that the noise determination means determines that the ratio of the magnitude of noise of both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal is not equal to or greater than a predetermined value, or the electrocardiogram signal and the pulse wave signal. In either case, it is determined that the ratio of the magnitude of noise is greater than or equal to a predetermined value.

なお、血圧推定手段による血圧推定に用いられる心電信号および脈波信号は、所定の期間において信号取得手段によりされた心電信号と、その所定の期間に対応する期間において信号取得手段により取得された脈波信号である。脈波信号を取得する期間は、心電信号を取得する期間と同一の期間であってもよいし、脈波信号の心電信号に対する遅れを考慮して、心電信号よりも一定時間遅らせた期間としてもよい。   The electrocardiogram signal and the pulse wave signal used for blood pressure estimation by the blood pressure estimation unit are acquired by the signal acquisition unit in a period corresponding to the electrocardiogram signal generated by the signal acquisition unit in a predetermined period. Pulse signal. The period for acquiring the pulse wave signal may be the same as the period for acquiring the electrocardiogram signal, or is delayed by a certain time from the electrocardiogram signal in consideration of the delay of the pulse wave signal with respect to the electrocardiogram signal. It is good also as a period.

上述した信号取得手段は、例えば心拍センサや脈波センサなどのセンサ類が検出した生体信号を取得する。この生体信号にノイズが重畳している場合に、そのノイズが生体起因のノイズ状信号であれば、心電信号および脈波信号の両方に影響を与えるため、心電信号および脈波信号の両方にノイズが現れる。   The signal acquisition means described above acquires a biological signal detected by sensors such as a heart rate sensor and a pulse wave sensor. If noise is superimposed on this biomedical signal, both the electrocardiographic signal and the pulse wave signal will affect both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal if the noise is a noise-like signal originating from the living body. Noise appears on the screen.

一方、接触起因(センサと人体との計測状態)のノイズは、心電信号を取得する心拍センサと脈波信号を取得する脈波センサのうち、計測状態に問題のある側のセンサ信号(以降、センサにより取得した信号をセンサ信号ともいう)にのみノイズが現れる。このことから、心電信号および脈波信号のいずれか一方にのみ大きなノイズが含まれる場合は、生体起因のノイズ状信号ではないと判断できる。   On the other hand, the noise caused by contact (measurement state between the sensor and the human body) is caused by the sensor signal (hereinafter referred to as the sensor signal on the side having a problem in the measurement state) of the heartbeat sensor that acquires the electrocardiogram signal and the pulse wave sensor that acquires the pulse wave signal In addition, noise appears only in a signal acquired by a sensor (also referred to as a sensor signal). From this, when large noise is included only in either one of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, it can be determined that the signal is not a noise signal caused by the living body.

よって上述した構成の血圧推定装置では、心電信号および脈波信号のいずれかに接触起因の外因性ノイズが含まれると判断できる場合、それらのセンサ信号に基づいた血圧推定を行わない。即ち接触起因の外因性ノイズが含まれていない可能性の高いセンサ信号に基づいて血圧推定を行うことができるため、高い精度で血圧推定を実行することができる。   Therefore, in the blood pressure estimation device having the above-described configuration, when it can be determined that any of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal includes extrinsic noise caused by contact, blood pressure estimation based on those sensor signals is not performed. That is, since blood pressure estimation can be performed based on a sensor signal that is highly likely not to include external noise caused by contact, blood pressure estimation can be executed with high accuracy.

また、上述した問題を解決するためになされた請求項2に記載の発明は、生体信号に基づいて血圧を推定する血圧推定装置に関するものである。この血圧推定装置は、信号取得手段、ノイズ判定手段、ノイズの相関値を算出する相関演算手段、血圧推定手段を備える。   The invention according to claim 2, which has been made in order to solve the above-described problem, relates to a blood pressure estimation device that estimates blood pressure based on a biological signal. The blood pressure estimation apparatus includes a signal acquisition unit, a noise determination unit, a correlation calculation unit that calculates a correlation value of noise, and a blood pressure estimation unit.

信号取得手段は、生体から検出された心電信号および脈波信号を取得する。ノイズ判定手段は、信号取得手段が取得した心電信号および脈波信号それぞれについて、信号全体におけるノイズの大きさの割合が所定値以上であるか否かを判定する。   The signal acquisition means acquires an electrocardiogram signal and a pulse wave signal detected from the living body. The noise determination unit determines whether or not the ratio of the magnitude of noise in the entire signal is greater than or equal to a predetermined value for each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition unit.

相関演算手段は、心電信号と脈波信号とのノイズの相関値を算出する。
また、血圧推定手段は、信号取得手段により取得された心電信号および脈波信号が所定の条件を満たしたときに、それら生体信号を用いて血圧を推定する。所定の条件とは、ノイズ判定手段によって、心電信号と脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上でないと判定されたこと、あるいは、上記心電信号および上記脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定され、且つ相関演算手段により算出された相関値が所定の閾値以上であること、のいずれかである。
The correlation calculation means calculates a correlation value of noise between the electrocardiogram signal and the pulse wave signal.
The blood pressure estimation means estimates blood pressure using the biological signals when the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition means satisfy a predetermined condition. The predetermined condition means that the noise determination means determines that the ratio of the magnitude of noise of both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal is not equal to or greater than a predetermined value, or the electrocardiogram signal and the pulse wave signal. In either case, it is determined that the ratio of the magnitude of noise is greater than or equal to a predetermined value, and the correlation value calculated by the correlation calculation means is greater than or equal to a predetermined threshold.

なお、血圧推定手段による血圧推定に用いられる心電信号および脈波信号は、所定の期間において信号取得手段により取得された心電信号と、所定の期間に対応する期間において信号取得手段により取得された脈波信号である。   The electrocardiogram signal and the pulse wave signal used for blood pressure estimation by the blood pressure estimation unit are acquired by the signal acquisition unit in a period corresponding to the predetermined period and the electrocardiogram signal acquired by the signal acquisition unit in a predetermined period. Pulse signal.

このように構成された血圧推定装置では、請求項1に記載の血圧推定装置と同様に、心電信号および脈波信号のいずれか一方にのみ大きなノイズが含まれる場合は、生体起因のノイズ状信号ではないと判断してそのようなセンサ信号に基づいて血圧推定を行ってしまうことを防止する。   In the blood pressure estimation device configured as described above, in the same way as the blood pressure estimation device according to claim 1, when a large noise is included only in one of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, a noise state due to the living body is detected. It is prevented that it is determined that the signal is not a signal and the blood pressure is estimated based on such a sensor signal.

さらに、心電信号と脈波信号の両方にノイズが含まれる場合にはそれらのノイズの相関をとることで、生体起因のノイズ状信号であるか否かを判断する。その根拠は次のようなものである。いずれのセンサ信号に現れるノイズも生体起因のノイズ状信号であるならば、それらのノイズの相関は高くなる。一方、いずれか一方または両方のセンサ信号に接触起因の外因性ノイズが含まれていれば、それらのノイズの相関は低くなる。つまり、ノイズの相関をとることで、生体起因のノイズ状信号であるか否かを判断することができる。   Furthermore, when noise is included in both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, it is determined whether or not the signal is a noise-like signal caused by a living body by correlating those noises. The grounds are as follows. If the noise that appears in any sensor signal is a noise-like signal derived from a living body, the correlation between the noises becomes high. On the other hand, if any one or both of the sensor signals includes extrinsic noise caused by contact, the correlation between the noises becomes low. In other words, it is possible to determine whether or not the signal is a noise-like signal caused by a living body by taking a correlation of noise.

従って、上述した構成の血圧推定装置では、心電信号と脈波信号のいずれか一方にノイズが含まれる場合のみでなく、両方のセンサ信号に大きなノイズが含まれる場合においても、接触起因の外因性ノイズが含まれていない可能性の高いセンサ信号に基づいて血圧推定を行うことができるため、高い精度で血圧推定を実行することができる。   Therefore, in the blood pressure estimation device having the above-described configuration, not only when one of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal includes noise, but also when both sensor signals include large noise, an external factor caused by contact Since blood pressure estimation can be performed based on a sensor signal that is highly likely not to contain sexual noise, blood pressure estimation can be performed with high accuracy.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の血圧推定装置において、さらに以下の特徴を有する。
ノイズ判定手段は、心電信号および脈波信号それぞれについて、生体による信号の主要な部分が含まれる周波数帯域の成分のパワーと、その周波数帯域以外の帯域における成分のパワーと、を比較して、上記周波数帯域のパワーの比率が所定値未満であるときに、その心電信号および脈波信号それぞれについて、信号に対するノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定する。
The invention described in claim 3 is the blood pressure estimation device according to claim 1 or 2, further having the following characteristics.
For each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, the noise determination means compares the power of the component in the frequency band including the main part of the signal from the living body with the power of the component in a band other than the frequency band, When the ratio of the power in the frequency band is less than a predetermined value, it is determined that the ratio of the magnitude of noise to the signal is greater than or equal to a predetermined value for each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal.

生体信号の主要な部分が含まれる周波数帯域は、実験的、統計的に最適な帯域を決定することができる。よって、その周波数帯域以外の成分のパワーが多くなっていれば、その信号はノイズが大きいと判断できる。よって、上記構成の血圧推定装置では、センサが取得した信号のノイズの大きさを適切に判断することができる。   The frequency band including the main part of the biological signal can be determined experimentally and statistically optimally. Therefore, if the power of the component other than the frequency band is increased, it can be determined that the signal is noisy. Therefore, the blood pressure estimation apparatus having the above configuration can appropriately determine the noise level of the signal acquired by the sensor.

なお、心電信号や脈波信号は20〜30Hz以下にその殆どの成分が集中しているため、30Hz付近(例えば40Hz)を閾値としてそれ以下の成分のパワーとそれ以上の成分のパワーを比較することで、信号に含まれるノイズの割合の大小を適切に判断することができる。   Since most of the components of the electrocardiogram signal and pulse wave signal are concentrated below 20 to 30 Hz, the power of the component below it is compared with the power of the component below it with the vicinity of 30 Hz (for example, 40 Hz) as a threshold. By doing so, it is possible to appropriately determine the magnitude of the ratio of noise included in the signal.

血圧推定装置を示すブロック図Block diagram showing blood pressure estimation device 血圧推定の概念を示す説明図Explanatory diagram showing the concept of blood pressure estimation 生体信号のパワーの周波数による偏りを示す図Diagram showing bias due to power frequency of biological signal センサ信号の良否判定に用いるマップMap used for sensor signal pass / fail judgment 血圧推定処理の処理手順を説明するフローチャートFlowchart explaining the processing procedure of blood pressure estimation processing 誤差推定処理の処理手順を説明するフローチャートFlowchart explaining processing procedure of error estimation processing 品質値の取得方法の変形例を示す説明図Explanatory drawing which shows the modification of the acquisition method of a quality value ノイズ量とppとの一例を示す説明図Explanatory drawing which shows an example of noise amount and pp

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[実施例]
(1)血圧推定装置のシステム構成
本実施例の血圧推定装置1は、図1に示すように、脈波センサ12と、心拍センサ14と、デジタル演算器16と、表示装置18と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example]
(1) System Configuration of Blood Pressure Estimation Device As shown in FIG. 1, the blood pressure estimation device 1 of the present embodiment includes a pulse wave sensor 12, a heart rate sensor 14, a digital computing unit 16, and a display device 18. ing.

脈波センサ12は、周知の発光素子(LED)や受光素子(PD)を備えた光学式のセンサであり、例えば被験者の指先等に光を照射し、その反射波を利用して脈波(容積脈波)を検出することができる。後述する血圧の推定に用いる脈波信号は、この脈波センサ12から得ることができる。なお、上記構成は脈波センサとしての一例を示すものであり、上記構成に限定されるものではない。   The pulse wave sensor 12 is an optical sensor provided with a well-known light emitting element (LED) or light receiving element (PD). For example, the pulse wave sensor 12 irradiates light on a fingertip of a subject and uses the reflected wave to generate a pulse wave ( Volume pulse) can be detected. A pulse wave signal used for blood pressure estimation described later can be obtained from the pulse wave sensor 12. In addition, the said structure shows an example as a pulse wave sensor, and is not limited to the said structure.

心拍センサ14は、心電信号を得るために用いられる複数の電極を有する一般的な心電計である。後述する血圧の推定に用いる心電信号は、この心拍センサ14から得ることができる。なお、上記構成は心拍センサとしての一例を示すものであり、上記構成に限定されるものではない。   The heart rate sensor 14 is a general electrocardiograph having a plurality of electrodes used for obtaining an electrocardiographic signal. An electrocardiographic signal used for blood pressure estimation to be described later can be obtained from the heartbeat sensor 14. In addition, the said structure shows an example as a heart rate sensor, and is not limited to the said structure.

デジタル演算器16は、CPU,ROM,RAM,I/Oおよびこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心とした電子制御装置であり、脈波センサ12や心拍センサ14からの信号に基づく血圧の推定や表示装置18の制御等を行う。   The digital computing unit 16 is an electronic control unit centering on a well-known microcomputer comprising a CPU, ROM, RAM, I / O, and a bus line connecting these components, and is based on the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14. The blood pressure is estimated based on this signal, and the display device 18 is controlled.

表示装置18は、デジタル演算器16により推定した血圧値などの情報を表示する液晶等のディスプレイや、その内容を音声等で出力するスピーカなどにより構成される。
次に、本実施例のデジタル演算器16の機能を、図1のブロック図および図2の説明図を用いて説明する。デジタル演算器16は、ADコンバータ22と、血圧推定ロジック24と、信号品質演算ロジック26と、信号品質判定ロジック28と、ノイズ相関演算ロジック30と、ノイズ相関判定ロジック32と、フラグ決定ロジック34と、平均値出力ロジック36と、を備える。
The display device 18 is configured by a display such as a liquid crystal that displays information such as a blood pressure value estimated by the digital computing unit 16, a speaker that outputs the contents thereof by voice, and the like.
Next, the function of the digital arithmetic unit 16 of this embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. 1 and the explanatory diagram of FIG. The digital calculator 16 includes an AD converter 22, a blood pressure estimation logic 24, a signal quality calculation logic 26, a signal quality determination logic 28, a noise correlation calculation logic 30, a noise correlation determination logic 32, and a flag determination logic 34. And an average value output logic 36.

ADコンバータ22は、脈波センサ12および心拍センサ14から取得したセンサ信号をA/D変換する。
取得されたセンサ信号は、図2に示すような生波形を有している。なお、波形上に示す記号100は、その区間(ΔT)においてノイズが多く含まれることを意味している。
The AD converter 22 A / D converts the sensor signals acquired from the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14.
The acquired sensor signal has a raw waveform as shown in FIG. The symbol 100 shown on the waveform means that a lot of noise is included in the section (ΔT).

血圧推定ロジック24は、脈波信号および心電信号を利用して血圧を推定するロジックである。脈波信号および心電信号を利用して血圧を推定する方法はさまざまなものが考えられるが、例えば特開2008−279185号公報,特開平08−140948号公報などに記載された手法を用いることが考えられる。   The blood pressure estimation logic 24 is a logic that estimates blood pressure using a pulse wave signal and an electrocardiogram signal. There are various methods for estimating blood pressure using a pulse wave signal and an electrocardiogram signal. For example, the methods described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-279185 and 08-140948 are used. Can be considered.

信号品質演算ロジック26は、脈波センサ12により取得された脈波信号と心拍センサ14により取得された心電信号とを一定期間ΔT(例えば5000ms)切り出し、その期間における脈波信号の品質値q1と心電信号の品質値q2とを算出する。ここでいう品質値とは、センサ信号全体におけるノイズの大きさの割合によって定まる値であり、脈波信号および心電信号を
具体的な品質値q1,q2の取得方法を心電信号の場合を例に説明する。図3に示すように、心電波形の主要部であるQRS群はその殆どが周波数30Hz以下に集中していることが知られている。生体信号とノイズとの関係を表1に示す。
The signal quality calculation logic 26 cuts out the pulse wave signal acquired by the pulse wave sensor 12 and the electrocardiogram signal acquired by the heart rate sensor 14 for a certain period ΔT (for example, 5000 ms), and the quality value q1 of the pulse wave signal in that period. And a quality value q2 of the electrocardiogram signal. The quality value here is a value determined by the ratio of the magnitude of noise in the entire sensor signal, and the pulse wave signal and the electrocardiogram signal are obtained by using a specific method for obtaining the quality values q1 and q2 in the case of the electrocardiogram signal. Explained as an example. As shown in FIG. 3, it is known that most of the QRS group which is the main part of the electrocardiographic waveform is concentrated at a frequency of 30 Hz or less. Table 1 shows the relationship between the biological signal and noise.

このように生体信号における主要な周波数帯域は20〜30Hz以下の低域に集中している。一方、接触起因の外因性ノイズ、生体起因の内因性ノイズ状信号は広い帯域に現れる。特に40Hz以上の高帯域に強く現れる。以上の性質を利用し、本ロジックでは40Hzを閾値として、センサ信号の主要な周波数帯域である低域成分パワーと、高域成分パワーと、の比率prを信号品質値として演算する。   As described above, the main frequency band in the biological signal is concentrated in a low range of 20 to 30 Hz or less. On the other hand, the extrinsic noise caused by contact and the endogenous noise-like signal caused by the living body appear in a wide band. In particular, it appears strongly in a high band of 40 Hz or higher. Utilizing the above properties, this logic calculates the ratio pr between the low frequency component power and the high frequency component power, which is the main frequency band of the sensor signal, as a signal quality value using 40 Hz as a threshold value.

具体的には、以下に示す(1)式にてセンサ信号Xのフーリエ変換を求め、(2)式にて変換後の係数の低域部分と高域部分とのパワー比を計算する。   Specifically, the Fourier transform of the sensor signal X is obtained by the following equation (1), and the power ratio between the low frequency portion and the high frequency portion of the converted coefficient is calculated by the equation (2).

高域成分÷低域成分=ノイズパワー÷信号パワーとなることから、ノイズが大きくなると得られるpr値が小さくなり、ノイズが小さい場合では得られるpr値が大きくなる。このようにして、品質値q1,q2を取得する。   Since high frequency component / low frequency component = noise power / signal power, the larger the noise, the smaller the obtained pr value, and the smaller the noise, the larger the obtained pr value. In this way, the quality values q1 and q2 are acquired.

信号品質判定ロジック28は、信号品質演算ロジック26にて取得された品質値q1,q2を基に、センサ信号の良否を判定する。
具体的な良否の判定は、図4に示すマップを用いて決定される。pr(即ち、q1,q2)の値が所定値以上であれば、センサ信号が良好であると判定し、prの値が所定値未満であれば、センサ信号が不良であると判定する。判定の結果、脈波信号が良好であれば脈波信号に対応するフラグであるFlagPULSEを立て、心電信号が良好であれば心電信号に対応するフラグであるFlagECGを立てる。図2においてはフラグを立てた場合を1、フラグを立てていない場合を0として示している。
The signal quality determination logic 28 determines the quality of the sensor signal based on the quality values q1 and q2 acquired by the signal quality calculation logic 26.
The specific quality determination is determined using the map shown in FIG. If the value of pr (that is, q1, q2) is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the sensor signal is good, and if the value of pr is less than the predetermined value, it is determined that the sensor signal is defective. As a result of the determination, FlagPULSE, which is a flag corresponding to the pulse wave signal, is set if the pulse wave signal is good, and FlagECG, which is a flag corresponding to the electrocardiogram signal, is set if the electrocardiogram signal is good. In FIG. 2, 1 is shown when the flag is raised, and 0 is shown when the flag is not raised.

ここで、各センサ信号の良否と、ノイズが起因する条件との関係を表2に示す。   Here, Table 2 shows the relationship between the quality of each sensor signal and the condition caused by noise.

表2において、接触起因とはセンサと人体との計測状態、即ちセンサが適切に人体に接触しているか否か(あるいはセンサそのもののエラー)によってノイズが生じていることを意味しており、生体起因とは人体の疾患や高齢などの人体そのものに基づいて、通常観察されない異常な波形が増え、正常な波形と比較するとノイズと判断されうる信号が生じていることを意味している。なお、「○」はノイズが所定の割合未満の大きさであることを示し、「×」はノイズが所定の割合以上の大きさであることを示す。   In Table 2, “cause of contact” means that noise is generated depending on the measurement state of the sensor and the human body, that is, whether the sensor is in proper contact with the human body (or an error of the sensor itself). The cause means that an abnormal waveform that is not normally observed increases based on the human body itself such as a disease of the human body or an elderly person, and a signal that can be judged as noise is generated as compared with a normal waveform. Note that “◯” indicates that the noise is less than a predetermined ratio, and “X” indicates that the noise is greater than or equal to the predetermined ratio.

表2にて示すように、脈波信号と心拍信号のいずれか一方のみ不良である場合は、不良である側のセンサの出力に接触起因の外因性ノイズがあると言える。また、両方のセンサ信号が良好である場合は、接触起因の外因性ノイズも生体起因のノイズ状信号もなく正しく計測されていると言える。   As shown in Table 2, when only one of the pulse wave signal and the heart rate signal is defective, it can be said that there is an exogenous noise caused by contact in the output of the sensor on the defective side. Further, when both sensor signals are good, it can be said that the measurement is correctly performed without the external noise caused by the contact and the noise-like signal caused by the living body.

ここで、両方のセンサ信号が不良である場合、生体起因のノイズ状信号が生じている場合(疾患者・高齢者である場合)と、両方のセンサとも接触起因の外因性ノイズが生じている場合と、が考えられる。よって、この場合にはノイズ相関演算ロジック30,ノイズ相関判定ロジック32により接触起因であるか生体起因であるかを判定する。   Here, when both of the sensor signals are defective, when a noise-like signal caused by a living body is generated (when a patient is a sick person or an elderly person), both sensors cause exogenous noise caused by contact. A case can be considered. Therefore, in this case, it is determined by the noise correlation calculation logic 30 and the noise correlation determination logic 32 whether it is caused by contact or biological.

ノイズ相関演算ロジック30は、信号品質判定ロジック28にてFlagPULSEおよびFlagECGのいずれも立てられていないとき、即ち脈波信号および心電信号共にノイズが多く不良であるセンサ信号が得られた場合に、各センサ信号のノイズの相関値を相互相関関数により求める。   The noise correlation calculation logic 30 is set when neither the FlagPULSE nor the FlagECG is set in the signal quality determination logic 28, that is, when a sensor signal having a lot of noise in both the pulse wave signal and the electrocardiogram signal is obtained. The correlation value of noise of each sensor signal is obtained by a cross correlation function.

相関値算出の一例を説明する。具体的には、脈波センサ12から得られた信号Xと、心拍センサ14から得られた信号Yの二つの波形の類似性を、下記(3)式に示すピアソンの積率係数rで定義し、このrを相関値として用いる。(3)式中のnは信号X,Yのデータの長さ(=データの個数)であり、記号X,Yの上についたバーは平均値をとることを意味する。rの値によりX,Y二つの波形の関係は以下のように決定付けられる。
r=1ならばX=Yである
r=−1ならばX=−Yである
r=0の時は「波形の類似性」がない。
An example of correlation value calculation will be described. Specifically, the similarity between the two waveforms of the signal X obtained from the pulse wave sensor 12 and the signal Y obtained from the heart rate sensor 14 is defined by the Pearson product moment coefficient r shown in the following equation (3). This r is used as a correlation value. In the equation (3), n is the data length of the signals X and Y (= the number of data), and the bars on the symbols X and Y mean to take an average value. The relationship between the two waveforms X and Y is determined as follows according to the value of r.
If r = 1, X = Y. If r = −1, X = −Y. If r = 0, there is no “waveform similarity”.

ノイズ相関判定ロジック32は、ノイズ相関演算ロジック30により得られた相関値から、共に不良である脈波信号と心拍信号のノイズが生体起因であるか接触起因であるかを判定する。   The noise correlation determination logic 32 determines from the correlation value obtained by the noise correlation calculation logic 30 whether the pulse wave signal and the heartbeat signal, both of which are defective, are due to a living body or contact.

いずれも生体起因のノイズ状信号である場合、両センサから取得されたセンサ信号のノイズは発生要因が同一であることから、2つのセンサ信号におけるノイズの相関値は高い(1に近い)値を示す。一方、脈波信号と心拍信号のノイズがいずれも接触起因の外因性ノイズである場合には、2つのセンサ信号におけるノイズの相関は低い(0に近い)値を示す。   In the case where both are noise-like signals due to living bodies, the noise of the sensor signals acquired from both sensors has the same cause of occurrence, so the correlation value of the noise in the two sensor signals is high (close to 1). Show. On the other hand, when the noises of the pulse wave signal and the heartbeat signal are both extrinsic noises caused by contact, the correlation between the noises of the two sensor signals is low (close to 0).

このことに基づき、ノイズ相関判定ロジック32では、両センサから取得されたセンサ信号のノイズの相関値が所定の閾値以上に高い場合に生体起因のノイズ状信号であると判定する。一方、両センサから取得されたセンサ信号のノイズの相関値が所定以上に高くない場合に、接触起因の外因性ノイズであると判定する。   Based on this, the noise correlation determination logic 32 determines that the noise signal is a biological signal when the correlation value of noise between the sensor signals acquired from both sensors is higher than a predetermined threshold. On the other hand, when the correlation value of the noise of the sensor signals acquired from both sensors is not higher than a predetermined value, it is determined that the external noise is caused by contact.

フラグ決定ロジック34は、信号品質判定ロジック28にて立てられたフラグ(FlagPULSE,FlagECG)と、ノイズ相関判定ロジック32による判定結果から、血圧品質フラグを決定する。この血圧品質フラグとは、脈波センサ12および心拍センサ14から取得された信号が血圧を測定するために適切であるか否かを示すフラグである。   The flag determination logic 34 determines a blood pressure quality flag from the flags (FlagPULSE, FlagECG) set by the signal quality determination logic 28 and the determination result by the noise correlation determination logic 32. The blood pressure quality flag is a flag indicating whether or not signals acquired from the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14 are appropriate for measuring blood pressure.

具体的には、信号品質判定ロジック28にてFlagPULSEおよびFlagECGがいずれも立てられている場合と、FlagPULSEおよびFlagECGがいずれも立てられておらず、且つノイズ相関判定ロジック32にてノイズの相関値が所定以上に高いと判定された場合に、血圧品質フラグを立てる。   Specifically, when FlagPULSE and FlagECG are both set in the signal quality determination logic 28, and when neither FlagPULSE nor FlagECG is set, the noise correlation determination logic 32 determines the noise correlation value. If it is determined that the blood pressure is higher than a predetermined level, a blood pressure quality flag is set.

一方、信号品質判定ロジック28にてFlagPULSEおよびFlagECGのいずれか一方のみが立てられている場合と、FlagPULSEおよびFlagECGがいずれ立てられておらず、且つノイズ相関判定ロジック32にてノイズの相関値が所定以上に高くないと判定された場合には、血圧品質フラグを立てない。   On the other hand, when only one of FlagPULSE and FlagECG is set in the signal quality determination logic 28, and when either FlagPULSE or FlagECG is not set, and the noise correlation determination logic 32 sets the noise correlation value to a predetermined value. If it is determined that it is not higher than this, the blood pressure quality flag is not raised.

なお、図2においては血圧品質フラグを立てた場合を1、血圧品質フラグを立てていない場合を0として示している。
平均値出力ロジック36は、血圧品質フラグが立てられている場合に、血圧推定ロジック24により推定された血圧値を記憶する。血圧品質フラグが立てられていなければ、そのときに推定された血圧値は破棄される。そして、所定回数の血圧値の推定値を受信したときに、記憶された血圧値の平均値を算出する。図2においては、血圧品質フラグが5つ立っており、その血圧品質フラグが立ったときの血圧推定値を全て加算し、5で割ることで平均値を求めている。
(2)血圧推定装置による処理
以下に、血圧推定装置1が備えるデジタル演算器16により実行される血圧推定処理について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、血圧推定装置1の脈波センサ12や心拍センサ14が被験者に取り付けられた状態において、例えば図示しない開始スイッチを押した場合や、所定の時間を経過するごとに実行される。
In FIG. 2, 1 is set when the blood pressure quality flag is set, and 0 is set when the blood pressure quality flag is not set.
The average value output logic 36 stores the blood pressure value estimated by the blood pressure estimation logic 24 when the blood pressure quality flag is set. If the blood pressure quality flag is not set, the blood pressure value estimated at that time is discarded. Then, when an estimated value of the blood pressure value is received a predetermined number of times, an average value of the stored blood pressure values is calculated. In FIG. 2, five blood pressure quality flags are set, and all estimated blood pressure values when the blood pressure quality flag is set are added and divided by 5, thereby obtaining an average value.
(2) Processing by Blood Pressure Estimation Device Hereinafter, blood pressure estimation processing executed by the digital calculator 16 included in the blood pressure estimation device 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This process is executed, for example, when a start switch (not shown) is pressed in a state where the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14 of the blood pressure estimation device 1 are attached to the subject, or whenever a predetermined time elapses.

この血圧推定処理では、まず、脈波センサ12および心拍センサ14が検出した脈波信号および心電信号を一定期間(例えば5000ms)切り出して取得する(S1)。
次に、S1にて取得した脈波信号および心電信号に基づいて血圧推定を実行する(S2)。ここでは、血圧推定ロジック24によって血圧推定を実行する。
In this blood pressure estimation process, first, a pulse wave signal and an electrocardiogram signal detected by the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14 are cut out and acquired for a certain period (for example, 5000 ms) (S1).
Next, blood pressure estimation is executed based on the pulse wave signal and electrocardiogram signal acquired in S1 (S2). Here, blood pressure estimation is executed by the blood pressure estimation logic 24.

次に、S1にて取得した脈波信号および心電信号に基づいて信号品質演算を行う(S3)。ここでは、信号品質演算ロジック26によって脈波信号の品質値q1と心電信号の品質値q2とを算出する。   Next, signal quality calculation is performed based on the pulse wave signal and the electrocardiogram signal acquired in S1 (S3). Here, the quality value q1 of the pulse wave signal and the quality value q2 of the electrocardiogram signal are calculated by the signal quality calculation logic 26.

次に、信号品質を判定する(S4)。ここでは、S3にて算出したq1およびq2に基づき、信号品質判定ロジック28によって各センサ信号の良否を判定し、脈波信号が良好であればFlagPULSEを立て、心電信号が良好であればFlagECGを立てる。   Next, the signal quality is determined (S4). Here, the quality of each sensor signal is determined by the signal quality determination logic 28 based on q1 and q2 calculated in S3, and FlagPULSE is set if the pulse wave signal is good, and FlagECG if the electrocardiogram signal is good. Stand up.

次に、S4にていずれのフラグも立てられていないか否かを判定する(S5)。いずれのフラグも立てられていなければ(S5:YES)、即ち脈波信号および心電信号共にノイズが多く不良であるセンサ信号が得られた場合には、それらのセンサ信号のノイズが生体起因であるか接触起因であるかを判定するために処理がS6に移行する。   Next, it is determined whether or not any flag is set in S4 (S5). If none of the flags are set (S5: YES), that is, if a sensor signal having a lot of noise in both the pulse wave signal and the electrocardiogram signal is obtained, the noise of those sensor signals is caused by the living body. The process proceeds to S6 in order to determine whether there is a contact cause or not.

一方、少なくともいずれか一方のフラグが立てられている場合は(S5:NO)、処理がS7に移行する。
続いて、ノイズ相関演算を行う(S6)。ここでは、ノイズ相関演算ロジック30によって、各センサ信号のノイズの相関値を相互相関関数により求める。
On the other hand, when at least one of the flags is set (S5: NO), the process proceeds to S7.
Subsequently, a noise correlation calculation is performed (S6). Here, the noise correlation calculation logic 30 determines the correlation value of the noise of each sensor signal using a cross-correlation function.

次に、血圧品質を判定する(S7)。ここでは、まず、S4にてFlagPULSEおよびFlagECGの両方のフラグが立てられている場合、各センサ信号が血圧を推定するために適切であるとして、血圧品質フラグを立てる。また、FlagPULSEおよびFlagECGのうちいずれか一方のみフラグが立っている場合、血圧品質フラグを立てない。   Next, blood pressure quality is determined (S7). Here, first, when both FlagPULSE and FlagECG flags are set in S4, the blood pressure quality flag is set assuming that each sensor signal is appropriate for estimating blood pressure. If only one of FlagPULSE and FlagECG is set, the blood pressure quality flag is not set.

また、FlagPULSEおよびFlagECGの両方のフラグが立てられていない場合には、S6にて求めた相関値に基づき、その相関値が所定の閾値以上に高い場合には血圧品質フラグを立て、所定の閾値未満である場合には血圧品質フラグを立てない。   When both FlagPULSE and FlagECG flags are not set, based on the correlation value obtained in S6, if the correlation value is higher than a predetermined threshold value, a blood pressure quality flag is set and a predetermined threshold value is set. If it is less than, the blood pressure quality flag is not raised.

なお、このS7の処理はノイズ相関判定ロジック32およびフラグ決定ロジック34を用いて実現される。
次に、血圧推定ロジック24により推定された血圧値を、S7にて設定した血圧品質フラグと関連付けてデジタル演算器のRAMに記憶する(S8)。
The process of S7 is realized using the noise correlation determination logic 32 and the flag determination logic 34.
Next, the blood pressure value estimated by the blood pressure estimation logic 24 is stored in the RAM of the digital calculator in association with the blood pressure quality flag set in S7 (S8).

次に、S1〜S8の処理ループが所定回数(本実施例では6)以上実行されたか否かを判定する(S9)。所定回数未満(5以下)であれば(S9:NO)、処理がS1に戻り、再度S1〜S8の処理を実行する。一方、S1〜S8の処理ループが所定回数以上であれば(S9:YES)、RAM記憶された血圧値(血圧品質フラグが立てられたときのセンサ信号に基づいて推定された血圧値)の平均値を算出し(S10)、表示装置18に出力する(S11)。その後、本処理を終了する。
(3)発明の効果
本実施例の血圧推定装置1では、取得した脈波信号および心電信号がいずれも接触起因の外因性ノイズを含まない(信号全体に対してノイズの大きさの割合が所定値以上でない)と判断できる場合に、それらのセンサ信号を用いて血圧値を推定するため、高い精度で血圧推定を実行することができる。
Next, it is determined whether or not the processing loop of S1 to S8 has been executed a predetermined number of times (6 in this embodiment) or more (S9). If it is less than the predetermined number (5 or less) (S9: NO), the process returns to S1, and the processes of S1 to S8 are executed again. On the other hand, if the processing loop of S1 to S8 is equal to or greater than the predetermined number (S9: YES), the average of the blood pressure values stored in the RAM (the blood pressure values estimated based on the sensor signal when the blood pressure quality flag is set) The value is calculated (S10) and output to the display device 18 (S11). Thereafter, this process is terminated.
(3) Effects of the Invention In the blood pressure estimation device 1 of the present embodiment, neither the acquired pulse wave signal nor the electrocardiogram signal contains exogenous noise caused by contact (the ratio of the magnitude of noise to the entire signal is When it can be determined that it is not equal to or greater than a predetermined value, the blood pressure value is estimated using those sensor signals, so that blood pressure estimation can be performed with high accuracy.

また、両方のセンサ信号にノイズが含まれる場合には、各センサ信号のノイズの相関値によって生体起因であるか接触起因であるかを判定するため、接触起因の外因性ノイズを含むセンサ信号のみを適切に除外して血圧推定を行うことができる。
(4)対応関係
デジタル演算器16により実行されるS1の処理が、本発明の信号取得手段による処理に相当し、S3,4の処理がノイズ判定手段による処理に相当し、S6の処理が相関演算手段による処理に相当し、S2,7〜10において表示装置18に出力すべき血圧値を算出する処理が血圧推定手段による処理に相当する。
(5)変形例
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
In addition, when both sensor signals contain noise, only the sensor signal including extrinsic noise caused by contact is determined in order to determine whether it is caused by a living body or contact by the correlation value of noise of each sensor signal. The blood pressure can be estimated by appropriately excluding.
(4) Correspondence Relationship The processing of S1 executed by the digital computing unit 16 corresponds to the processing by the signal acquisition means of the present invention, the processing of S3 and 4 corresponds to the processing by the noise determination means, and the processing of S6 is correlated. This corresponds to the processing by the calculation means, and the processing for calculating the blood pressure value to be output to the display device 18 in S2, 7 to 10 corresponds to the processing by the blood pressure estimation means.
(5) Modifications While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.

例えば、上記実施例において、センサ信号の品質値q1,q2は、血圧推定ロジック24にて推定した血圧値を利用するか否かの判断にのみ利用される構成を例示したが、センサ信号の品質値を利用して、血圧推定ロジック24にて推定した血圧値の誤差補正値を導出してもよい。誤差補正値を算出する誤差推定処理の処理手順を、図6に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、図5に示す血圧推定処理と並行して実行される。   For example, in the above-described embodiment, the sensor signal quality values q1 and q2 are exemplified only for determining whether or not the blood pressure value estimated by the blood pressure estimation logic 24 is used. The error correction value of the blood pressure value estimated by the blood pressure estimation logic 24 may be derived using the value. A processing procedure of error estimation processing for calculating an error correction value will be described with reference to a flowchart shown in FIG. This process is executed in parallel with the blood pressure estimation process shown in FIG.

この誤差推定処理では、まず、脈波センサ12および心拍センサ14から脈波信号および心電信号を一定期間切り出して取得する(S21)。
次に、信号品質演算を行う(S22)。ここでは、信号品質演算ロジック26によって脈波信号の品質値q1と心電信号の品質値q2とを算出する。
In this error estimation process, first, a pulse wave signal and an electrocardiogram signal are cut out and acquired from the pulse wave sensor 12 and the heart rate sensor 14 (S21).
Next, signal quality calculation is performed (S22). Here, the quality value q1 of the pulse wave signal and the quality value q2 of the electrocardiogram signal are calculated by the signal quality calculation logic 26.

次に、S22にて算出した品質値q1とq2との差の絶対値Δqを求める(S23)。
次に、ノイズ相関演算を行う(S24)。ここでは、ノイズ相関演算ロジック30によって、各センサ信号のノイズの相関値nを相互相関関数により求める。
Next, the absolute value Δq of the difference between the quality values q1 and q2 calculated in S22 is obtained (S23).
Next, noise correlation calculation is performed (S24). Here, the noise correlation calculation logic 30 determines the noise correlation value n of each sensor signal using a cross-correlation function.

次に、誤差推定を行う(S25)。ここでは、誤差補正値εを次式により求める。
ε=(α1×Δq)+(α2×(1−n))
ここで、α1およびα2は重み係数であって、実験的・統計的に最適な値が決定される。またnはS24にて求めた相関値であって、0≦n≦1の値をとる。
Next, error estimation is performed (S25). Here, the error correction value ε is obtained by the following equation.
ε = (α1 × Δq) + (α2 × (1-n))
Here, α1 and α2 are weighting factors, and optimal values are determined experimentally and statistically. N is a correlation value obtained in S24, and takes a value of 0 ≦ n ≦ 1.

つまり、誤差補正値εは、Δqが大きい場合、即ち、脈波信号と心電信号とで、ノイズの大きさの割合に差がある場合と、各センサ信号のノイズの相関値が小さい場合と、において大きい値となる。   That is, the error correction value ε is large when Δq is large, that is, when there is a difference in the ratio of the magnitude of noise between the pulse wave signal and the electrocardiogram signal, and when the correlation value of noise of each sensor signal is small. , A large value.

なお、誤差補正値εを用いた血圧の推定値は、血圧推定ロジック24により推定される血圧値をXとしたときに、X+εで表されることとなる。このように誤差補正値εを算出することで、より高精度な血圧推定が可能となる。   Note that the estimated value of blood pressure using the error correction value ε is represented by X + ε, where X is the blood pressure value estimated by the blood pressure estimation logic 24. By calculating the error correction value ε in this manner, blood pressure can be estimated with higher accuracy.

また、上記実施例においては、品質値q1、q2を取得するために、センサ信号の低域成分パワーと高域成分パワーの比prを演算する構成を例示した。しかしながら、品質値としてセンサ信号全体におけるノイズの大きさの割合に基づく値を算出することができるならば、この手法以外の手法で品質値q1、q2を取得してもよい。   Moreover, in the said Example, in order to acquire quality value q1, q2, the structure which calculates ratio pr of the low frequency component power of a sensor signal and high frequency component power was illustrated. However, the quality values q1 and q2 may be acquired by a method other than this method as long as a value based on the ratio of the magnitude of noise in the entire sensor signal can be calculated as the quality value.

例えば、センサ信号の標準偏差を信号品質値としてもよい。標準偏差は信号のばらつきを表す指標であるため、ばらつきが大きい場合はノイズが大きいと判断でき、ばらつきが小さい場合はノイズが小さいと判断できる。   For example, the standard deviation of the sensor signal may be used as the signal quality value. Since the standard deviation is an index representing signal variation, it can be determined that the noise is large when the variation is large, and the noise is small when the variation is small.

また上述した手法とは別の手法として、信号波形の振幅値の比を利用して、信号品質値を求める方法もある。具体的には、次の関係を利用する。図7(A),(B)を用いて、その方法を説明する。脈波センサ12、ないしは心拍センサ14から図7(A)のような信号が得られたとする。(1)まず得られた信号を高さで並び替え、図7(B)の信号列を得る。(2)次に、高さに関して上位N個のデータ(例えばN=3として、点6、点5、点2)を選択する。(3)そして、選びとった上位N個のデータの平均値Av1、全データ(点1〜点6)の平均値Av2を求める。(4)最後にそれらの比pp=Av1/Av2を求め、そのppを信号品質値とする。ノイズが多い信号ではppは小さくなり、ノイズの少ない信号ではppは大きな値をとる。   As another method different from the method described above, there is a method for obtaining a signal quality value by using a ratio of amplitude values of signal waveforms. Specifically, the following relationship is used. The method will be described with reference to FIGS. Assume that a signal as shown in FIG. 7A is obtained from the pulse wave sensor 12 or the heart rate sensor 14. (1) First, the obtained signals are rearranged by height to obtain the signal sequence of FIG. (2) Next, the top N pieces of data regarding the height (for example, N = 3, point 6, point 5, point 2) are selected. (3) Then, an average value Av1 of the top N selected data and an average value Av2 of all data (point 1 to point 6) are obtained. (4) Finally, the ratio pp = Av1 / Av2 is obtained, and the pp is used as the signal quality value. For a signal with a lot of noise, pp becomes small, and for a signal with a little noise, pp takes a large value.

なお、生体信号のピークを心電波形のR波高さとしたときの計算式を以下の(4),(5)式に示す。またその場合のppとノイズ大小(クリーン/ノイジー)との関係を表3に示す。   The following equations (4) and (5) show the calculation formula when the peak of the biological signal is the R wave height of the electrocardiogram waveform. Table 3 shows the relationship between pp and noise level (clean / noisy) in that case.

ノイズ量とppとの関係の一例を図8(A)〜(F)に示す。(A)〜(C)は心電波形7秒分の信号(データ数は7000個)を示し、(D)〜(F)はそれを振幅値で並べ替えた結果を示す。(A),(D)はノイズがゼロの場合、(B),(E)はそれにノイズを付加した場合、(C),(F)はそれよりも強いノイズを付加した場合を示している。   An example of the relationship between the amount of noise and pp is shown in FIGS. (A)-(C) show the signal (the number of data is 7000) for the electrocardiogram waveform for 7 seconds, and (D)-(F) show the result of rearranging it by the amplitude value. (A) and (D) show the case where the noise is zero, (B) and (E) show the case where noise is added thereto, and (C) and (F) show the case where a stronger noise is added. .

抽出数N=100として求めた上位100個のデータ点の平均値Av1と、全データ(7000個)の平均値Av2との比Av1÷Av2の値を右に比較した。上から順にpp(D)=5.7515,pp(E)=4.6373,pp(F)=3.8661となり、すでに説明したように信号がクリーンだとppの値は大きくなり、信号がノイジーだとppの値は小さくなる。   The ratio Av1 ÷ Av2 between the average value Av1 of the top 100 data points obtained with the number of extractions N = 100 and the average value Av2 of all data (7000) was compared to the right. In order from the top, pp (D) = 5.7515, pp (E) = 4.6373, pp (F) = 3.8661. As described above, if the signal is clean, the value of pp increases, If it is noisy, the value of pp becomes small.

また、上記実施例においては、図5に示す血圧推定処理において、血圧推定ロジック24による血圧推定を行った後にセンサ信号の品質値q1,q2に基づく信号の良否を判定し、推定した血圧値を用いるか否かを判定する構成を例示したが、センサ信号の良否の判定後に血圧推定ロジック24による血圧推定を行う構成であってもよいし、血圧推定ロジック24による血圧を推定する処理は血圧推定処理と並行して実行される別の処理として実行される構成であってもよい。   Further, in the above embodiment, in the blood pressure estimation process shown in FIG. 5, after the blood pressure estimation by the blood pressure estimation logic 24 is performed, the quality of the signal based on the sensor signal quality values q1 and q2 is determined, and the estimated blood pressure value is determined. Although the configuration for determining whether or not to use is exemplified, the configuration for performing blood pressure estimation by the blood pressure estimation logic 24 after the determination of the quality of the sensor signal may be used, and the processing for estimating the blood pressure by the blood pressure estimation logic 24 is blood pressure estimation. The configuration may be executed as another process executed in parallel with the process.

1…血圧推定装置、12…脈波センサ、14…心拍センサ、16…デジタル演算器、18…表示装置、22…ADコンバータ、24…血圧推定ロジック、26…信号品質演算ロジック、28…信号品質判定ロジック、30…ノイズ相関演算ロジック、32…ノイズ相関判定ロジック、34…フラグ決定ロジック、36…平均値出力ロジック、100…記号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blood pressure estimation apparatus, 12 ... Pulse wave sensor, 14 ... Heart rate sensor, 16 ... Digital calculator, 18 ... Display apparatus, 22 ... AD converter, 24 ... Blood pressure estimation logic, 26 ... Signal quality calculation logic, 28 ... Signal quality Determination logic, 30 ... noise correlation calculation logic, 32 ... noise correlation determination logic, 34 ... flag determination logic, 36 ... average value output logic, 100 ... symbol

Claims (3)

生体から検出された心電信号および脈波信号を取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段が取得した前記心電信号および前記脈波信号それぞれについて、信号全体におけるノイズの大きさの割合が所定値以上であるか否かを判定するノイズ判定手段と、
前記ノイズ判定手段によって、所定の期間において前記信号取得手段により取得された前記心電信号と、前記所定の期間に対応する期間において前記信号取得手段により取得された前記脈波信号と、のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上でないと判定された場合、および、当該心電信号および当該脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定された場合に、当該心電信号および当該脈波信号に基づいて血圧を推定する血圧推定手段と、を備える
ことを特徴とする血圧推定装置。
Signal acquisition means for acquiring an electrocardiogram signal and a pulse wave signal detected from a living body;
For each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition means, a noise determination means for determining whether a ratio of the magnitude of noise in the entire signal is a predetermined value or more,
Both the electrocardiogram signal acquired by the signal acquisition unit in a predetermined period by the noise determination unit and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition unit in a period corresponding to the predetermined period. When it is determined that the noise magnitude ratio is not equal to or greater than a predetermined value, and when both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal are determined to have a noise magnitude ratio equal to or greater than a predetermined value, A blood pressure estimation means for estimating blood pressure based on the electrocardiogram signal and the pulse wave signal.
生体から検出された心電信号および脈波信号を取得する信号取得手段と、
前記信号取得手段が取得した前記心電信号および前記脈波信号それぞれについて、信号全体におけるノイズの大きさの割合が所定値以上であるか否かを判定するノイズ判定手段と、
前記心電信号と前記脈波信号とのノイズの相関値を算出する相関演算手段と、
前記ノイズ判定手段によって、所定の期間において前記信号取得手段により取得された前記心電信号と、前記所定の期間に対応する期間において前記信号取得手段により取得された前記脈波信号と、のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上でないと判定された場合、および、当該心電信号および当該脈波信号のいずれもノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定され、且つ前記相関演算手段により算出された前記相関値が所定の閾値以上である場合に、当該心電信号および当該脈波信号に基づいて血圧を推定する血圧推定手段と、を備える
ことを特徴とする血圧推定装置。
Signal acquisition means for acquiring an electrocardiogram signal and a pulse wave signal detected from a living body;
For each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition means, a noise determination means for determining whether a ratio of the magnitude of noise in the entire signal is a predetermined value or more,
Correlation calculating means for calculating a correlation value of noise between the electrocardiogram signal and the pulse wave signal;
Both the electrocardiogram signal acquired by the signal acquisition unit in a predetermined period by the noise determination unit and the pulse wave signal acquired by the signal acquisition unit in a period corresponding to the predetermined period. When it is determined that the noise magnitude ratio is not equal to or greater than a predetermined value, and both the electrocardiogram signal and the pulse wave signal are determined to have a noise magnitude ratio equal to or greater than a predetermined value, and the correlation A blood pressure estimator that estimates blood pressure based on the electrocardiogram signal and the pulse wave signal when the correlation value calculated by the calculator is equal to or greater than a predetermined threshold value. .
前記ノイズ判定手段は、前記心電信号および前記脈波信号それぞれについて、生体による信号の主要な部分が含まれる周波数帯域の成分のパワーと、前記周波数帯域以外の帯域における成分のパワーと、を比較して、前記周波数帯域のパワーの比率が所定値未満であるときに、前記心電信号および前記脈波信号それぞれについて、信号に対するノイズの大きさの割合が所定値以上であると判定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の血圧推定装置。
The noise determination means compares, for each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, the power of the component in the frequency band including the main part of the signal from the living body and the power of the component in the band other than the frequency band. Then, when the ratio of the power in the frequency band is less than a predetermined value, for each of the electrocardiogram signal and the pulse wave signal, it is determined that the ratio of the magnitude of noise to the signal is greater than or equal to a predetermined value. The blood pressure estimation apparatus according to claim 1, wherein the blood pressure estimation apparatus is characterized.
JP2010192454A 2010-08-30 2010-08-30 Blood pressure estimation device Active JP5521906B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010192454A JP5521906B2 (en) 2010-08-30 2010-08-30 Blood pressure estimation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010192454A JP5521906B2 (en) 2010-08-30 2010-08-30 Blood pressure estimation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012045304A true JP2012045304A (en) 2012-03-08
JP5521906B2 JP5521906B2 (en) 2014-06-18

Family

ID=45900877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010192454A Active JP5521906B2 (en) 2010-08-30 2010-08-30 Blood pressure estimation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5521906B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014094239A (en) * 2012-11-12 2014-05-22 Nippon Koden Corp Biological information display device and biological information display method
JP2014230713A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 株式会社デンソー Blood pressure manometer
WO2016037633A1 (en) * 2014-09-01 2016-03-17 Schiller Ag Method and device for continuous quality monitoring of electrocardiographic signals, computer program product, and ecg device for implementing the method
EP2953533A4 (en) * 2013-02-05 2016-12-07 Vivaquant Llc Detecting fiducial points in physiological signals
JP2017169880A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 株式会社デンソー Blood Pressure Estimation Device
US10098561B2 (en) 2009-11-03 2018-10-16 Vivaquant Llc Method and apparatus for detection of heartbeat characteristics
CN111386071A (en) * 2017-11-30 2020-07-07 国立大学法人东北大学 Biological information measurement device, biological information measurement program, and biological information measurement method
US11103145B1 (en) 2017-06-14 2021-08-31 Vivaquant Llc Physiological signal monitoring and apparatus therefor
WO2023032760A1 (en) * 2021-09-01 2023-03-09 オムロンヘルスケア株式会社 Biological state estimation device
US11931142B1 (en) 2019-03-19 2024-03-19 VIVAQUANT, Inc Apneic/hypopneic assessment via physiological signals

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106618537B (en) * 2016-12-21 2020-09-01 天津普仁万合信息技术有限公司 Continuous dynamic blood pressure monitoring device and method based on pulse wave conduction

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10098561B2 (en) 2009-11-03 2018-10-16 Vivaquant Llc Method and apparatus for detection of heartbeat characteristics
JP2014094239A (en) * 2012-11-12 2014-05-22 Nippon Koden Corp Biological information display device and biological information display method
EP2953533A4 (en) * 2013-02-05 2016-12-07 Vivaquant Llc Detecting fiducial points in physiological signals
JP2014230713A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 株式会社デンソー Blood pressure manometer
WO2016037633A1 (en) * 2014-09-01 2016-03-17 Schiller Ag Method and device for continuous quality monitoring of electrocardiographic signals, computer program product, and ecg device for implementing the method
JP2017169880A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 株式会社デンソー Blood Pressure Estimation Device
WO2017164316A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-28 株式会社デンソー Blood pressure estimation device
US11103145B1 (en) 2017-06-14 2021-08-31 Vivaquant Llc Physiological signal monitoring and apparatus therefor
CN111386071A (en) * 2017-11-30 2020-07-07 国立大学法人东北大学 Biological information measurement device, biological information measurement program, and biological information measurement method
US11931142B1 (en) 2019-03-19 2024-03-19 VIVAQUANT, Inc Apneic/hypopneic assessment via physiological signals
WO2023032760A1 (en) * 2021-09-01 2023-03-09 オムロンヘルスケア株式会社 Biological state estimation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5521906B2 (en) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5521906B2 (en) Blood pressure estimation device
Charlton et al. Breathing rate estimation from the electrocardiogram and photoplethysmogram: A review
CN107920758B (en) Method, device and computer program for determining a blood pressure value
JP6126220B2 (en) Biological state estimation device
KR101210828B1 (en) Apparatus and method improving accuracy of wrist blood pressure by using multiple bio-signal
JP2018525188A (en) Processing biological data
Arza et al. Pulse transit time and pulse width as potential measure for estimating beat-to-beat systolic and diastolic blood pressure
Selvaraj et al. A novel approach using time–frequency analysis of pulse-oximeter data to detect progressive hypovolemia in spontaneously breathing healthy subjects
JP2007532207A (en) Non-invasive measurement method for the second heart sound component
WO2013179018A1 (en) Respiration rate extraction from cardiac signals
JP6310401B2 (en) Method, system and computer program for processing a signal representing a physiological rhythm
JP2003284696A (en) Electronic sphygmomanometer and sphygmomanometry for the same
JP2006212155A (en) Blood vessel hardening rate evaluating apparatus, blood vessel hardening index computing program and blood vessel hardening index computing method
KR101706197B1 (en) A Novel Method and apparatus for obstructive sleep apnea screening using a piezoelectric sensor
Soueidan et al. Augmented blood pressure measurement through the noninvasive estimation of physiological arterial pressure variability
US20110125033A1 (en) Blood pressure estimation apparatus and blood pressure estimation method
JP2011115188A (en) Sleeping condition monitoring apparatus, monitoring system, and computer program
JP2018011819A (en) Biological signal processing method and device
Shukla et al. Noninvasive cuffless blood pressure measurement by vascular transit time
JP2013013542A (en) Apparatus and program for estimating state of consciousness
JP6522327B2 (en) Pulse wave analyzer
Garcia-Ortiz et al. Noninvasive validation of central and peripheral augmentation index estimated by a novel wrist-worn tonometer
JP2008079813A (en) Vascular age measuring instrument, pulse wave measuring instrument, bioinformation processing system and vascular age measuring method
JP2006271474A (en) Apparatus for estimating sleeping state
JPWO2018155384A1 (en) Detection device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130726

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140311

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140324

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5521906

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250