JP2012161344A - 脈波計測装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】１拍ごとの偽ピークを検出してこれを除去して、正確な心拍を計測する。
【解決手段】脈波計測装置は、脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す微分データＢ１及びＢ２を生成し、平滑化の程度が小さい微分脈波波形を示す微分データＢ１に基づいて、微分脈波波形の上側ピークの発生時刻を示すピークデータＰ１を検出する一方、平滑化の程度が大きい微分データＢ２に基づいて、微分脈波波形の上側ピークの発生時刻を示すピークデータＰ２を検出し、ピークデータＰ１とピークデータＰ２とを比較して、ピークデータＰ１を構成する複数のサンプルからピークデータＰ２に対応しないサンプルを除いてピークデータＰ３を生成し、ピークデータＰ３に基づいて脈波間隔を演算する。
【選択図】図５

Description

本発明は、脈波を光学的に計測する技術に関する。

従来から、生体、特に人体における脈波計測の一般的方法として、光電変換による脈波計測方法が用いられてきた。この種の脈波計測方法では、血液に吸収されやすい波長の光を発光ダイオードなどの発光素子から生体へ向けて照射し、生体を透過した光または生体内に進入後散乱等によって反射されてくる光をフォトダイオードやフォトトランジスターなどの受光素子にて受光して電気信号（以下、脈波信号）に変換することにより脈波の検出が実現され、この脈波信号を解析することで脈波の計測（脈間隔や単位時間当たりの脈拍数の計測）が実現される。ここで、脈間隔とは心電におけるＲＲ間隔に相当する時間長である。生体内に進入した光の吸収は、動脈拡張時のほうが、動脈収縮時に比べて大きく、脈波信号の信号レベルは動脈の脈動に応じて変化するからである。例えば、特許文献１には、脈波から心電図のＲＲ間隔に相当する情報を取り出す解析方法について開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ノイズが重畳した脈波信号ではノイズによる偽ピークを脈波ピークとして検出してしまう可能性があった。
これを改善するため、特許文献２には、ノイズ成分が重畳した脈波信号において、検出ピーク値のばらつきを示す指標を判断基準にノイズの有無を判定する方法が開示されている。

特開２００１−７０２６５号公報 特開２００１−６１７９５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、ノイズ有無を判定するために一定時間内に検出されたピーク群からばらつきを求める必要がある。従って、１拍ごとの偽ピークを検出することはできないという問題があった。

本発明は，上記課題に鑑みて為されたものであり、１拍ごとの偽ピークを検出してこれを除去して、正確な心拍を計測することを解決課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、脈波波形を示す脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第１の微分データを生成する第１の微分データ生成部と、前記脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第２の微分データを生成し、且つ、平滑化の程度が、前記第１の微分データ生成部より大きい第２の微分データ生成部と、前記第１の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出する第１のピーク検出部と、 前記第２の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出する第２のピーク検出部と、前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを比較して、前記第１のピークデータを構成する複数のサンプルから前記第２のピークデータに対応しないサンプルを除いて、第３のピークデータを生成するノイズ除去部と、前記第３のピークデータに基づいて、隣り合うサンプルの時間差を脈波間隔として演算する脈波間隔演算部とを備える脈波計測装置を提供する。

この脈波計測装置では、脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形に基づいて脈波間隔を演算する。脈波間隔は、脈波波形のピークの間隔であるから、正確な脈波間隔を求めるためには脈波波形のピークの発生時刻を正確に求める必要がある。
微分脈波波形のピークは平滑化の程度が小さいほど急峻になる。したがって、脈波波形のピークの発生時刻は、平滑化の程度が小さいほど精度良く求まる。しかし、平滑化の程度が小さいほど、ノイズに起因する偽ピークが発生し易くなる。
そこで、本発明の脈波計測装置では、平滑化の程度が小さい微分脈波波形を示す第１の微分データに基づいて、微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出する一方、平滑化の程度が大きい第２の微分データに基づいて、微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出し、第１のピークデータと第２のピークデータとを比較して、第１のピークデータを構成する複数のサンプルから第２のピークデータに対応しないサンプルを除いて第３のピークデータを生成し、第３のピークデータに基づいて脈波間隔を演算するようにしている。
よって、ノイズに起因する偽ピークの影響を排除しつつ正確な脈波間隔を演算することができる。つまり、本発明の脈波計測装置によれば、１拍ごとの偽ピークを検出してこれを除去して、正確な心拍を計測することができる。

上記の脈波計測装置において、前記第１の微分データ生成部は第１のデジタル平滑化多項式フィルターで構成され、前記第２の微分データ生成部は第２のデジタル平滑化多項式フィルターで構成され、前記第１のデジタル平滑化多項式フィルターは第２のデジタル平滑化多項式フィルターよりフレームサイズが小さいようにするのが好ましい。フレームサイズが小さいデジタル平滑化多項式フィルターから求められる微分信号波形は急峻な上側ピークを示すから、この脈波計測装置によっても上記の効果を得ることができる。また、脈波に比べて周期が長い基線揺れノイズは、デジタル平滑化多項式フィルターで微分データを生成する過程で抑圧される。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

上記の各脈波計測装置において、前記ノイズ除去部は、前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを時系列に並べ替え、前記第１のピークデータの各サンプルと前記第２のピークデータの各サンプルとの時間差を算出し、前記時間差が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲外となったサンプルを前記第１のピークデータから除去して前記第３のピークデータを生成するようにするのが好ましい。この脈波計測装置によれば、第１のピークデータを構成する複数のサンプルから第２のピークデータに対応しないサンプルを容易に除くことができる。

この脈波計測装置において、前記許容範囲を設定する設定部を備え、前記ノイズ除去部は、前記設定部によって設定される前記許容範囲に従って、前記時間差が前記許容範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。この脈波計測装置によれば、例えば個人差を考慮して許容範囲を設定することができる。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

上記の各脈波計測装置において、前記第１のピーク検出部は、前記第１の微分データを構成する複数のサンプルのうち、閾値を超えるサンプルから、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出し、前記第２のピーク検出部は、前記第２の微分データを構成する複数のサンプルのうち、閾値を超えるサンプルから、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出するようにしてもよい。この脈波計測装置によれば、微分データを構成するサンプルのうち、閾値を超えたサンプルのみに基づいて、ピークデータが検出される。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

上記課題を解決するために本発明は、コンピューターに、脈波波形を示す脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第１の微分データを生成する処理と、前記脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示し、且つ、平滑化の程度が、前記第１の微分データより大きい第２の微分データを生成する処理と、前記第１の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出する処理と、前記第２の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出する処理と、前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを比較して、前記第１のピークデータを構成する複数のサンプルから前記第２のピークデータに対応しないサンプルを除いて、第３のピークデータを生成する処理と、前記第３のピークデータに基づいて、隣り合うサンプルの時間差を脈波間隔として演算する処理と、を実行させることを特徴とするプログラムを提供する。

このようなプログラムにしたがって一般的な光電変換方式の脈波計測装置の演算処理回路を作動させることによって、その脈波計測装置を本発明の脈波計測装置として機能させることが可能になる。なお、上記プログラムの具体的な提供態様としては、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）やメモリスティックなどのコンピューター読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布する態様や、インターネットなどの電気通信回線経由のダウロードにより配布する態様が考えられる。

本発明の実施形態の脈波計測装置１の外観を示す図である。 脈波計測装置１の脈波検出部３０の装着態様の一例を示す図である。 脈波計測装置１の電気的な構成例を示す図である。 脈波計測装置１のＣＰＵ１００が実行する制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 ＣＰＵ１００が実行する脈波ピーク検出処理、及び脈波間隔演算処理の機能構成を示す図である。 脈波計測装置１の第１のデジタル平滑化多項式フィルター２１０によって脈波データＭＤからピークデータＰ１を求める過程を示す説明図である。 脈波計測装置１の第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０によって脈波データＭＤからピークデータＰ２を求める過程を示す説明図である。 図６及び図７に示す脈波データＭＤから得られたピークデータＰ１及びＰ２を時系列に番号を振り並べて示す説明図である。 図８に示すピークデータＰ１及びＰ２から得られたピークデータＰ３を示す説明図である。

図１は、本発明の実施形態の脈波計測装置１の外観を示す図である。図１に示すように、脈波計測装置１は、腕時計構造を有しており、被験者の手首に装着される装置本体１０と、この装置本体１０にケーブル２０を介して接続された脈波検出部３０とを有する。図１に示すように、装置本体１０にはリストバンド１２が取り付けられている。脈波計測装置１は、リストバンド１２を被験者の手首（図１に示す例では、左手首）に巻きつけることで当該被験者の身体に装着される。装置本体１０の表面には、液晶ディスプレイなどの表示部８０が設けられている。表示部８０には、脈波検出部３０により検出された脈波信号から算出される脈間隔や単位時間当たりの脈拍数、現在時刻等が表示される。また、装置本体１０の外周部にはボタンスイッチ１６が設けられている。ボタンスイッチ１６は、脈波の計測開始や計測終了、計測結果のリセットなどの各種指示の入力に用いられ、後述する入力部９０として機能する。

図２は、被験者の身体に対する脈波検出部３０の装着態様の一例を示す図である。図２に示すように、脈波検出部３０は、脈波センサー３２と、センサー固定用バンド３４とを有する。脈波検出部３０は、例えば被験者の左手人指し指の根元から第２指関節までの間の部分（以下、測定部位）にセンサー固定用バンド３４を巻きつけることで被験者の身体に装着される。脈波検出部３０が被験者の身体に装着された状態では、脈波センサー３２はセンサー固定用バンド３４によって外光から遮光される。外光に起因したノイズを排除するためである。本実施形態では、脈波検出部３０を被験者の左手人差し指に装着する場合について説明するが、左手中指や薬指などの他の指に装着しても勿論良い。また、図１に示すように、本実施形態では被験者の左腕に装置本体１０を装着するのであるが、右腕に装置本体１０を装着しても良く、この場合は右手の指に脈波検出部３０を装着するようにすれば良い。

脈波センサー３２は、発光素子と、受光素子とを含んでいる。発光素子は、例えば青色又は緑色で発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、血液に吸収されやすい波長の光を、ケーブル２０を介して装置本体１０から供給された電流の電流値に応じた強度で放射する。脈波検出部３０が被験者の身体に装着された状態（図２参照）では、発光素子から測定部位に向けて上記光が照射される。このようにして発光素子から測定部位に向けて照射された光は、測定部位内部へ進入した後、一部が真皮内の毛細血管を流れる血液によって吸収される。そして、発光素子から照射された光のうちの血液によって吸収されなかった光は、一部が測定部位を透過し、残りは生体組織による散乱等を経て反射光として受光素子によって受光される。受光素子は、例えばフォトダイオードであり、受光した光の強度に応じた電流値の信号を、ケーブル２０を介して装置本体１０に出力する。

図３は、脈波計測装置１の電気的な構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、脈波計測装置１は、当該装置の制御中枢として機能するＣＰＵ１００、脈波検出部３０から出力される脈波信号を増幅する増幅回路４０、増幅回路４０から出力される脈波信号をデジタル信号に変換して脈波データＭＤを生成するＡＤ変換回路５０を備える。

また、脈波計測装置１は、各種の制御プログラムを記憶したＲＯＭ６０、脈波データＭＤを記憶したり、ＣＰＵ１００の作業領域として機能するＲＡＭ７０、画像や文字を表示する表示部８０、利用者が各種の指示を入力する入力部９０、ＣＰＵ１００の動作のタイミング基準となるクロック信号を発振する発振回路１１０、及び、ＣＰＵ１００の制御の下、時間計測を実行する計時回路１２０を備える。

増幅回路４０のゲインは、脈波データＭＤをＣＰＵ１００が解析することによって設定すされる。例えば、腕を下げた状態が続き測定部位が鬱血し、脈波データＭＤの波形の振幅が小さくなった場合には、ゲインを上げるように制御がなされる。これにより、ＡＤ変換回路５０のダイナミックレンジを有効に活用し、高いＳＮ比の脈波データＭＤを得ることが可能となる。
また、この例におけるＡＤ変換回路５０のサンプリングレートは、例えば、１００Ｈｚであり、脈波信号に対して十分高い周波数となっている。さらに、脈波データＭＤは１０ビットとなっている。

上述した機能は、ＣＰＵ１００がＲＯＭ６０に記憶された各種制御プログラムを実行することによって実現される。
図４は、ＣＰＵ１００が実行する制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。制御プログラムは、被験者がボタンスイッチ１６を操作して、処理開始の指示を与えた場合に開始され、その処理結果は表示部８０に表示される。
制御プログラム開始後に、被験者が再度ボタンスイッチ１６を操作した場合、制御プログラムは終了し、表示部８０に表示された処理結果はリセットされる。

ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ７０に格納された処理ステータスを参照することで、制御プログラムが実行中の状態であるか、非実行の状態であるかを識別する。
処理ステータスは、通常、非実行の状態を示す値に設定され、被験者がボタンスイッチ１６を操作して、処理開始の指示を与えた場合に、実行中の状態を示す値に設定される。また、当該制御プログラムが終了した場合、ＣＰＵ１００は、処理ステータスを実行中の状態から非実行の状態に更新する。

ステップＳ１０において、ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ７０に格納された処理ステータスを参照し、計測が終了しているかについて判定する。
処理ステータスが実行中の状態を示す場合、ＣＰＵ１００は、計測が終了していないと判断し、処理をステップＳ１１へと進める。一方、処理ステータスが非実行の状態を示す場合、ＣＰＵ１００は、計測が終了していると判断し、当該プログラムの処理結果を表示部８０に表示したうえで、当該プログラムを終了する。
なお、ステップＳ１０において処理ステータスが実行中の状態を示す場合には、被験者がボタンスイッチ１６を操作して処理開始の指示を与えた後にステップＳ１６の処理が終了していない場合と、ステップＳ１４の処理において脈波データＭＤのデータ数が不十分であると判断された場合とが存在する。

ステップＳ１１において、ＣＰＵ１００は、ケーブル２０を介して脈波検出部３０に電源を供給して動作させる。装置本体１０より電源の供給を受けた脈波検出部３０は、脈波センサー３２の発光素子から被験者の身体に向けて光を放射する。同時に、脈波検出部３０は、脈波センサー３２の受光素子が受光した光の強度に基づいて脈波信号を生成し、脈波信号を、ケーブル２０を介して装置本体１０に出力する。

ステップＳ１２において、増幅回路４０は、脈波検出部３０から出力された脈波信号を増幅し、ＡＤ変換回路５０に対して出力する。
ステップＳ１３において、ＡＤ変換回路５０は、増幅回路４０から出力される脈波信号をデジタル信号に変換し、脈波データＭＤを生成する。脈波データＭＤは、脈波波形を示すデータであり、ＲＡＭ７０に格納される。

ステップＳ１４において、ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ７０に格納された脈波データＭＤを参照し、脈波データＭＤが後述するステップＳ１５及びＳ１６の処理において必要なデータ数を充足するものであるか判断する。
ＣＰＵ１００は、脈波データＭＤが必要なデータ数を充足していないと判断した場合には、処理をステップＳ１０に戻す一方、必要なデータ数を充足していると判断した場合には、処理をステップＳ１５に進める。

ステップＳ１５において、ＣＰＵ１００は、脈波ピーク検出処理を行う。また、ステップＳ１６において、ＣＰＵ１００は、脈波間隔演算処理を行う。なお、脈波ピーク検出処理、及び脈波間隔演算処理の詳細については、後述する。
ＣＰＵ１００は、ステップ１６が終了した場合、処理ステータスを、非実行の状態に設定し、処理をステップＳ１０に進める。

図５に、ＣＰＵ１００が実行する脈波ピーク検出処理、及び脈波間隔演算処理の機能構成を示す。第１及び第２のデジタル平滑化多項式フィルター２１０（第１の微分データ生成部）及び２３０（第２の微分データ生成部）は、脈波データＭＤから微分脈波波形を示す微分データＢ１及びＢ２（速度脈波）を求めるものである。第１及び第２のデジタル平滑化多項式フィルター２１０及び２３０は、フレームサイズｍで与えられる時間区間の信号を切り出し（ｍ個の脈波データＭＤを演算の対象とし）、その区間の信号を次数ｐで与えられる多項式で近似する。得られた多項式を微分演算することで区間内の微分係数を求める。以降、信号を切り出す位置を時間軸方向にずらしながら上記演算を続けることで微分データＢ１及びＢ２が算出される。フレームサイズｍと多項式の次数ｐは制御パラメータである。本実施形態にあっては次数ｐが例えば３である。また、第１のデジタル平滑化多項式フィルター２１０のフレームサイズは１０サンプルであり、第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０のフレームサイズは５０サンプルである。フレームサイズが大きい程、平滑化の度合いが大きくなる。

第１及び第２のピーク検出部２２０（第１のピーク検出部）及び２４０（第２のピーク検出部）は、各デジタル平滑化多項式フィルター２１０及び２３０により求められた微分脈波波形（微分データＢ１及びＢ２）の振幅ピークを検出して、ピークデータＰ１及びＰ２を生成する。ピークデータＰ１及びＰ２は、凸状に現れる１拍ごとの脈波波形（脈波データＭＤ）の傾きが最大となる時刻を示す。これによって心電図のＲに相当する脈波ボトムピークを検出することができる。

図６は第１のデジタル平滑化多項式フィルター２１０によって脈波データＭＤからピークデータＰ１を求める過程を示す説明図である。第１のデジタル平滑化多項式フィルター２１０に同図の上段の脈波データＭＤが入力されると、同図の下段に示す微分データＢ１が出力される。ここで、脈波データＭＤにはノイズＮが重畳している。このノイズＮが発生する時刻ｔｎの近傍には、微分データＢ１に偽ピークＰｎが現れる。第１のピーク検出部２２０は、微分データＢ１を閾値ＴＨと比較し、閾値ＴＨを上回る上側ピークを検出してピークデータＰ１を生成する。この例では、ノイズに対応する偽ピークＰｎが閾値ＴＨを超えているので、偽ピークＰｎに対応するピークデータＰ１が生成される。

図７は第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０によって脈波データＭＤからピークデータＰ２を求める過程を示す説明図である。第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０に同図の上段の脈波データＭＤが入力されると、同図の下段に示す微分データＢ２が出力される。ここで、時刻ｔｎにおいて、脈波データＭＤにはノイズＮが重畳しているが、微分データＢ２からは除去されている。第２のピーク検出部２４０は、微分データＢ２を閾値ＴＨと比較し、閾値ＴＨを上回る上側ピークを検出してピークデータＰ２を生成する。

図６および７に示したように、フレームサイズｍが小さいデジタル平滑化多項式フィルターから求められる微分信号波形は、急峻な上側ピークを示す。すなわち、ピーク検出位置はフレームサイズが小さいものほど精度良く求まる。上述したように第１のデジタル平滑化多項式フィルター２１０は第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０よりもフレームサイズが小さい。従って、微分データＢ１から抽出されるピークデータＰ１は、ピークデータＰ２よりも上側ピークを正確な時刻で表している。しかしながら、微分データＢ１にはノイズＮに起因する偽ピークＰｎが存在する。フレームサイズが大きい第２のデジタル平滑化多項式フィルター２３０により求まる微分データＢ２では、この偽ピークＰｎが存在しない。

ノイズ除去部２５０は、第１及び第２のピーク検出部２２０及び２４０により求められたピークデータＰ１及びＰ２を利用してノイズ下の計測であることを判断し、ノイズの影響を受けたサンプルを除去する機能を有する。
ノイズ除去部２５０の動作は、以下の通りである。第１に、ノイズ除去部２５０はピークデータＰ１とピークデータＰ２とを時系列に並べ替える。図８は、図６及び図７に示す脈波データＭＤから得られたピークデータＰ１及びＰ２を時系列に番号を振り並べたものである。第２に、ノイズ除去部２５０は、第1及び第２のデジタル平滑化多項式フィルター２１０及び２３０によって検出された上側ピークの時間差Δｔを算出する。

第３に、ノイズ除去部２５０は、時間差Δｔが許容時間±ｔｐの範囲内であるかを判定し、許容時間±ｔｐの範囲外のサンプルをピークデータＰ１から除去する。許容時間±ｔｐは設定部２６０によって与えられ、この例では、±１５０msecである。図８に示す例では、フレームサイズ小の番号９のサンプル(6570.1msec)は、フレームサイズ大のサンプルが許容時間である±１５０msec 内に存在しない。すなわち、番号９のサンプルは、ピークデータＰ１においてノイズによる偽ピークＰｎであると判断され除外される。

このようにしてノイズ除去部２５０は、ピークデータＰ１から偽ピークＰｎを除去したピークデータＰ３を生成する。例えばピークデータＰ１及びＰ２が図８に示すものの場合、図９に示すように、番号９のサンプルが除外されたピークデータＰ３が生成される。なお、設定部２６０は、入力部９０から入力される利用者の指示に基づいて許容時間±ｔｐを決定し、決定した許容時間±ｔｐをノイズ除去部２５０に与えることによって許容時間±ｔｐを設定する。

次に、脈波間隔演算部２７０は、偽ピークＰｎが取り除かれたピークデータＰ３において、隣り合うサンプルの検出ピーク時刻の間隔を演算して、脈波間隔Ｍｒｒを算出する。例えば図９に示すようにピークデータＰ３から番号９のサンプルが除外されている場合には、番号９のサンプルの検出ピーク時刻と番号１０のサンプルの検出ピーク時刻との間隔が演算される。なお、脈波間隔Ｍｒｒは心電図のＲＲ間隔に相当する。

ところで、正確な脈波間隔を求めるためには脈波波形のピークの発生時刻を正確に求める必要がある。前述したように、微分脈波波形の上側ピークは平滑化の程度が小さいほど急峻になるから、脈波波形の上側ピークの発生時刻は、平滑化の程度が小さいほど精度良く求まる。しかし、平滑化の程度が小さいほど、ノイズに起因する偽ピークが発生し易くなる。

そこで、本実施形態では、上述したように、脈波波形（脈波データＭＤ）を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す微分データＢ１及びＢ２を生成し、平滑化の程度が小さい微分脈波波形を示す微分データＢ１に基づいて、微分脈波波形の上側ピークの発生時刻を示すピークデータＰ１を検出する一方、平滑化の程度が大きい微分データＢ２に基づいて、微分脈波波形の上側ピークの発生時刻を示すピークデータＰ２を検出し、ピークデータＰ１とピークデータＰ２とを比較して、ピークデータＰ１を構成する複数のサンプルからピークデータＰ２に対応しないサンプルを除いてピークデータＰ３を生成し、ピークデータＰ３に基づいて脈波間隔Ｍｒｒを演算するようにしている。

したがって、ノイズに起因する偽ピークの影響を排除しつつ正確な脈波間隔Ｍｒｒを演算することができる。つまり、本実施形態によれば、１拍ごとの偽ピークを検出してこれを除去して、正確な心拍を計測することができる。また、脈波に比べて周期が長い基線揺れノイズは、デジタル平滑化多項式フィルターで微分データを生成する過程で抑圧される。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

また、ノイズ除去部２５０は、ピークデータＰ１とピークデータＰ２とを時系列に並べ替え、ピークデータＰ１の各サンプルとピークデータＰ２の各サンプルとの時間差を算出し、時間差が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲外となったサンプルをピークデータＰ１から除去してピークデータＰ３を生成する。つまり、本実施形態によれば、ピークデータＰ１を構成する複数のサンプルからピークデータＰ２に対応しないサンプルを容易に除くことができる。

また、ノイズ除去部２５０は、設定部２６０によって設定された許容範囲に従って、時間差が許容範囲内であるか否かを判定する。したがって、本実施形態によれば、例えば個人差を考慮して許容範囲を設定することができる。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

また、本実施形態では、微分データＢ１及びＢ２を構成するサンプルのうち、閾値を超えたサンプルのみに基づいて、ピークデータＰ１及びＰ２が検出される。これは、心拍の計測の精度向上に寄与する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、脈波データＭＤから微分データＢ１及びＢ２を生成する第１及び第２の微分データ生成部として第１及び第２のデジタル平滑化多項式フィルター２１０及び２３０を採用したが、デジタル平滑化多項式フィルターに代えて、脈波データＭＤを微分すると共に平滑化することが可能な他の手段を採用してもよい。

（２）上述した実施形態では、ピークデータＰ１とピークデータＰ２とを時系列に並べ替え、ピークデータＰ１の各サンプルとピークデータＰ２の各サンプルとの時間差を算出し、算出した時間差が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲外となったサンプルをピークデータＰ１から除去してピークデータＰ３を生成しているが、ピークデータＰ１とピークデータＰ２とに基づいてピークデータＰ３を生成可能な他の手法を採用してもよい。

（３）上述した実施形態では、利用者の指示に基づいて許容時間±ｔｐが設定されるが、利用者の指示に基づかずに許容時間±ｔｐが設定されるようにしてもよい。例えば、許容時間±ｔｐは予め定められた固定値であってもよい。

（４）上述した実施形態では、微分データＢ１及びＢ２を構成する複数のサンプルのうち閾値を超えるサンプルからピークデータＰ１及びＰ２を検出しているが、微分データＢ１及びＢ２を構成するすべてのサンプルからピークデータＰ１及びＰ２を検出するようにしてもよい。

（５）上述した実施形態では、脈波ピーク検出処理および脈波間隔演算処理をソフトウェアによって実現した。しかし、脈波ピーク検出処理を実行する手段（第１及び第２の微分データ生成部、第１及び第２のピーク検出部、及びノイズ除去部）及び脈波間隔演算処理を実行する手段（脈波間隔演算部）のうち、少なくとも一つをハードウェア回路で構成してもよい。

（６）また、上述した実施形態では、脈波検出部３０はセンサー固定用バンド３４により被験者の人指し指の根元から第２指関節までの間の部分に巻きつけられているが、脈波検出部３０をカフ（腕帯）により被験者の上腕部または前腕部に巻き付ける構造にしても良い。上腕部または前腕部は、指先に比べて鬱血の影響が少ないため、より正確でより大きな振幅を有する波形として脈波データＭＤを測定することが可能となり、ノイズＮによる影響を抑えた正確な脈波間隔Ｍｒｒの計測が可能となる。
さらに、上述した実施形態では、脈波計測装置１は、手首に装着される装置本体１０と、人指し指の根元から第２指関節までの間の部分に装着される脈波検出部３０とを備え、これらはケーブル２０を介して接続される構造を有しているが、脈波検出部３０と装置本体１０とが一体として構成され、共にリストバンド１２により被験者の手首に装着する構造にしても良い。この場合、ケーブル２０が不要となり、装置本体１０と脈波検出部３０とが一体となった腕時計構造を有するため、脈波計測装置１の使い勝手の向上が可能となる。
また、上述した実施形態では、装置本体１０を腕時計構造とし、リストバンド１２により被験者の手首に巻き付ける構造を有しているが、装置本体１０を携帯電話等の外部の機器上に設け、装置本体１０が設けられた携帯電話等と脈波検出部３０との間で無線通信を実行してもよい。この場合、脈波検出部３０は、手首、上腕部あるいは前腕部に巻きつけるカフ（腕帯）としてもよい。あるいは、耳朶に装着する構成としてもよい。装置本体１０は、携帯電話の有する表示機能、入力機能、及びＣＰＵを利用できるため、脈波計測装置１の低コスト化が可能となる。

１…脈波計測装置、１０…装置本体、１２…リストバンド、１６…ボタンスイッチ、２０…ケーブル、３０…脈波検出部、３２…脈波センサー、３４…センサー固定用バンド、８０…表示部、９０…入力部、１００…ＣＰＵ、２１０…第１のデジタル平滑化多項式フィルター、２２０…第１のピーク検出部、２３０…第２のデジタル平滑化多項式フィルター、２４０…第２のピーク検出部、２５０…ノイズ除去部、２６０…設定部、２７０…脈波間隔演算部。

Claims (6)

1. 脈波波形を示す脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第１の微分データを生成する第１の微分データ生成部と、
   前記脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第２の微分データを生成し、且つ、平滑化の程度が、前記第１の微分データ生成部より大きい第２の微分データ生成部と、
   前記第１の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出する第１のピーク検出部と、
   前記第２の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出する第２のピーク検出部と、
   前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを比較して、前記第１のピークデータを構成する複数のサンプルから前記第２のピークデータに対応しないサンプルを除いて、第３のピークデータを生成するノイズ除去部と、
   前記第３のピークデータに基づいて、隣り合うサンプルの時間差を脈波間隔として演算する脈波間隔演算部と、
   を備える脈波計測装置。
2. 前記第１の微分データ生成部は第１のデジタル平滑化多項式フィルターで構成され、
   前記第２の微分データ生成部は第２のデジタル平滑化多項式フィルターで構成され、
   前記第１のデジタル平滑化多項式フィルターは第２のデジタル平滑化多項式フィルターよりフレームサイズが小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の脈波計測装置。
3. 前記ノイズ除去部は、前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを時系列に並べ替え、前記第１のピークデータの各サンプルと前記第２のピークデータの各サンプルとの時間差を算出し、前記時間差が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲外となったサンプルを前記第１のピークデータから除去して前記第３のピークデータを生成する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の脈波計測装置。
4. 前記許容範囲を設定する設定部を備え、前記ノイズ除去部は、前記設定部によって設定される前記許容範囲に従って、前記時間差が前記許容範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の脈波計測装置。
5. 前記第１のピーク検出部は、前記第１の微分データを構成する複数のサンプルのうち、閾値を超えるサンプルから、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出し、
   前記第２のピーク検出部は、前記第２の微分データを構成する複数のサンプルのうち、閾値を超えるサンプルから、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の脈波計測装置。
6. コンピューターに、
   脈波波形を示す脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示す第１の微分データを生成する処理と、
   前記脈波データから、前記脈波波形を微分すると共に平滑化した微分脈波波形を示し、且つ、平滑化の程度が、前記第１の微分データより大きい第２の微分データを生成する処理と、
   前記第１の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第１のピークデータを検出する処理と、
   前記第２の微分データに基づいて、前記微分脈波波形のピークの発生時刻を示す第２のピークデータを検出する処理と、
   前記第１のピークデータと前記第２のピークデータとを比較して、前記第１のピークデータを構成する複数のサンプルから前記第２のピークデータに対応しないサンプルを除いて、第３のピークデータを生成する処理と、
   前記第３のピークデータに基づいて、隣り合うサンプルの時間差を脈波間隔として演算する処理と、
   を実行させることを特徴とするプログラム。
   

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