JP2014045814A - Signal processing device and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal processing device and program capable of reducing the influence of generated noise.SOLUTION: A signal processing device 9 acquires a past pulse wave signal stored in a storage part 21 (S1), and determines a deviation time corresponding to a pulse wave period (S2). Subsequently, the device calculates an autocorrelation value between an object measurement signal and a measurement signal obtained by shifting backward an immediate-before measurement signal measured immediately before by the deviation time determined at the S2 (S3). Subsequently, the device determines whether or not the object measurement signal has a missing part where the autocorrelation value is less than a predetermined threshold (S4). If there is a missing part (S4: YES), the device extracts a region from a ted to ted0 of a pseudo signal corresponding to the deviation time from a pseudo signal database 33. Subsequently, the device replaces the object measurement signal with the extracted pseudo signal (S6), and outputs the object measurement signal subjected to the replacement to a biological signal information processing part 41 (S7).

Description

本発明は、被験者から計測された生体信号を処理する信号処理装置およびプログラムに関する。   The present invention relates to a signal processing device and a program for processing a biological signal measured from a subject.

被験者から計測された脈波や心電波形などの生体信号を指標として、その被験者の健康状態や睡眠状態などを判定する装置が開発されている。このような装置は、生体信号を検出するセンサと、そのセンサにより計測された生体信号に基づいて健康状態や睡眠状態を判定する信号処理装置と、を備えている。   Devices have been developed that use a biological signal such as a pulse wave or an electrocardiographic waveform measured from a subject as an index to determine the health state or sleep state of the subject. Such an apparatus includes a sensor that detects a biological signal and a signal processing device that determines a health state or a sleep state based on the biological signal measured by the sensor.

被験者が健康的である場合、複数の装置を身体に取り付けて生体信号を測定することは日常生活を送る上で不便である。そのため、無線器と接続されたセンサを身体に取り付け、信号処理装置をセンサとワイヤレスで接続して生体信号をセンサから信号処理装置に伝送する技術が提案されている(特許文献1参照)。   When a subject is healthy, attaching a plurality of devices to the body and measuring biological signals is inconvenient for living daily life. For this reason, a technique has been proposed in which a sensor connected to a wireless device is attached to the body, a signal processing device is connected wirelessly to the sensor, and a biological signal is transmitted from the sensor to the signal processing device (see Patent Document 1).

特許第4665284号公報Japanese Patent No. 4665284

ワイヤレスで通信する場合は通信線を用いる場合と比較して通信精度が落ちるため、センサにて正確に生体信号を計測していても、信号処理装置ではノイズが含まれた信号を受信してしまう場合がある。特に、センサ側の装置を小型化に伴う電池やアンテナの小型化の結果、出力を抑制している場合などにこのような問題が生じやすい。   When communicating wirelessly, communication accuracy is lower than when using a communication line, so even if a biological signal is accurately measured by a sensor, the signal processing device receives a signal containing noise. There is a case. In particular, such a problem is likely to occur when the output is suppressed as a result of downsizing the battery or antenna accompanying the downsizing of the sensor-side device.

また、センサを取り付ける身体の位置によっては計測結果に被験者の動きの影響を受け易く、日常生活の動作に起因する外乱の影響を受け易いという問題もある。
本発明の目的は、発生したノイズの影響を小さくすることができる信号処理装置およびプログラムを提供することである。
In addition, depending on the position of the body to which the sensor is attached, there is a problem that the measurement result is easily influenced by the movement of the subject and is easily influenced by disturbances caused by the activities of daily life.
An object of the present invention is to provide a signal processing apparatus and program capable of reducing the influence of generated noise.

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、被験者から計測された周期性を有する生体信号を記憶する記憶部(21)を有すると共に、記憶部から取り出された過去の生体信号に基づく所定の範囲内に生体信号が計測されたか否かを判定し(23,25,27,29、S1〜S4)、生体信号が上記所定の範囲内に計測されていないと判定された場合に、当該生体信号を予め作成された擬似信号に置き換える(31,35、S5〜S6)ことを特徴とする信号処理装置である。   The invention according to claim 1, which has been made to solve the above-described problem, includes a storage unit (21) that stores a biological signal having a periodicity measured from a subject, and the past taken out from the storage unit. It is determined whether or not the biological signal is measured within a predetermined range based on the biological signal (23, 25, 27, 29, S1 to S4), and it is determined that the biological signal is not measured within the predetermined range. In this case, the biological signal is replaced with a pseudo signal created in advance (31, 35, S5 to S6).

過去に計測された生体信号から予測される範囲内に生体信号が計測されていない場合には、その計測された生体信号にノイズが含まれている蓋然性が高いと判断できる。上記信号処理装置では、ノイズが含まれている蓋然性が高い生体信号を擬似信号と置き換えるため、生体信号におけるノイズが含まれている部分が低減される。その結果、生体信号に基づいて健康状態などを判定する際に、ノイズによって誤った判定結果が出力されてしまう危険を低減できる。   When the biological signal is not measured within the range predicted from the biological signal measured in the past, it can be determined that the probability that the measured biological signal includes noise is high. In the signal processing device, since a biological signal that is highly likely to contain noise is replaced with a pseudo signal, the portion of the biological signal that contains noise is reduced. As a result, it is possible to reduce the risk that an erroneous determination result is output due to noise when determining a health condition or the like based on the biological signal.

なお、上述した擬似信号とは、ノイズが含まれている蓋然性が高い生体信号に置き換えてノイズを解消できるようにすることを目的して予め準備されている、ノイズが無い状態の脈波信号と同様の信号である。   Note that the above-described pseudo signal is a pulse wave signal that is prepared in advance for the purpose of being able to eliminate noise by replacing it with a highly probable biological signal containing noise. Similar signal.

また上述したノイズとは、生体信号の取得時の外乱やセンサから信号処理装置までのデータ通信時のエラーなど、様々な原因によって生体信号の波形が乱れることを広く指すものであって、例えば一時的に通信が途切れることによって一定期間生体信号の入力がない状態も本発明におけるノイズに含まれるものとする。   In addition, the noise described above broadly indicates that the waveform of the biological signal is disturbed due to various causes such as disturbance during acquisition of the biological signal or error during data communication from the sensor to the signal processing device. In addition, it is assumed that noise in the present invention also includes a state in which a biological signal is not input for a certain period due to interruption of communication.

請求項6に記載のプログラムは、コンピュータに以下の第1,第2の機能を実現させるためのプログラムである。
第1の機能(S1〜S4)は、被験者から計測された周期性を有する生体信号が、当該生体信号よりも過去の生体信号に基づく所定の範囲内に計測されたか否かを判定する。第2の機能(S5〜S6)は、前記第1の機能により前記生体信号が前記所定の範囲内に計測されていないと判定された場合に、当該生体信号を擬似信号に置き換える。
A program according to a sixth aspect is a program for causing a computer to realize the following first and second functions.
A 1st function (S1-S4) determines whether the biological signal which has the periodicity measured from the test subject was measured in the predetermined range based on the past biological signal rather than the said biological signal. The second function (S5 to S6) replaces the biological signal with a pseudo signal when it is determined by the first function that the biological signal is not measured within the predetermined range.

このようなプログラムにより制御されるコンピュータは、請求項1に記載の信号処理装置と同様の作用・効果を奏することができる。
なお上記プログラムは、コンピュータによる処理に適した命令の順番付けられた列からなるものであって、コンピュータに組み込まれるROMやRAMなどに記憶され、これらからコンピュータにロードされて用いられてもよいし、各種記録媒体や通信回線を介してコンピュータにロードされ用いられるものであってもよい。
A computer controlled by such a program can exhibit the same operations and effects as those of the signal processing apparatus according to claim 1.
Note that the above program is composed of an ordered sequence of instructions suitable for processing by a computer, and may be stored in a ROM, a RAM, or the like incorporated in the computer and then loaded into the computer for use. These may be loaded into a computer and used via various recording media and communication lines.

記録媒体としては、CD−ROMやDVD−ROM等の光ディスク、磁気ディスク、半導体製メモリ等が挙げられる。
なお、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
Examples of the recording medium include optical disks such as CD-ROM and DVD-ROM, magnetic disks, and semiconductor memories.
Note that the reference numerals in parentheses described in this column and in the claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later as one aspect, and the technical scope of the present invention. It is not limited.

生体信号処理システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows a biological signal processing system. 生体センサを被験者の手首に取り付けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which attached the biometric sensor to the test subject's wrist. 脈波信号の波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the waveform of a pulse wave signal. 信号処理装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a signal processing device. 自己相関値の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of an autocorrelation value. 自己相関値の出力例を示す図であり、(a)がノイズの発生していない場合の図であり、(b)がノイズの発生している場合の図である。It is a figure which shows the example of an output of an autocorrelation value, (a) is a figure when noise has not generate | occur | produced, (b) is a figure when noise has generate | occur | produced. 擬似信号データベースに記憶された擬似信号のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of the pseudo signal memorize | stored in the pseudo signal database. 置き換え処理後の脈波信号を示す図である。It is a figure which shows the pulse wave signal after replacement processing. 置き換え処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a replacement process.

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]
(1)生体信号処理システム1の構成
生体信号処理システム1は、被験者の脈波を計測して被験者の健康状態などを判定するシステムであって、図1に示すように、生体センサ3と、無線器5および無線器7と、信号処理装置9とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
(1) Configuration of Biological Signal Processing System 1 The biological signal processing system 1 is a system that measures a subject's pulse wave to determine the health state of the subject, and as shown in FIG. A wireless device 5 and a wireless device 7 and a signal processing device 9 are provided.

生体センサ3は、図2に示すように被験者の手首の近傍に取り付けられるものであって、発光素子と受光素子とを備える公知の反射型脈波センサである。このセンサはバンドによって腕時計のように被験者の手首付近に固定される。生体センサ3は、被験者の腕の血管における血流の変化を示す周期性を有する脈波信号を所定のサンプリング周期で計測し、継続的に無線器5に出力する。   The biosensor 3 is a known reflection type pulse wave sensor that is attached in the vicinity of the subject's wrist as shown in FIG. 2 and includes a light emitting element and a light receiving element. This sensor is fixed around the wrist of the subject like a wristwatch by a band. The biological sensor 3 measures a pulse wave signal having a periodicity indicating a change in blood flow in the blood vessel of the subject's arm at a predetermined sampling period, and continuously outputs the pulse wave signal to the wireless device 5.

なお、上記脈波信号が本発明における生体信号の一例である。また、生体センサ3は上記構成に限定されず、様々な構成のセンサを利用することができる。
無線器5は、生体センサ3と一体に設けられており、生体センサ3にて計測した脈波信号を無線器7に送信する。無線器7は無線器5から送信された脈波信号を受信して信号処理装置9に出力する。
The pulse wave signal is an example of a biological signal in the present invention. In addition, the biosensor 3 is not limited to the above configuration, and sensors having various configurations can be used.
The wireless device 5 is provided integrally with the biological sensor 3 and transmits a pulse wave signal measured by the biological sensor 3 to the wireless device 7. The wireless device 7 receives the pulse wave signal transmitted from the wireless device 5 and outputs it to the signal processing device 9.

信号処理装置9は、図1に示すように、CPU11と、CPU11が実行するプログラム等を記憶するROM13と、CPU11によるプログラム実行時に作業領域として使用される記憶装置であるRAM15と、電気的にデータを書き換え可能なフラッシュメモリやEEPROM等の不揮発性メモリとしてのNVRAM17などを備えるコンピュータシステムとして構成されており、プログラムの実行により所定の処理を実現する。   As shown in FIG. 1, the signal processing device 9 includes a CPU 11, a ROM 13 that stores a program executed by the CPU 11, a RAM 15 that is a storage device used as a work area when the CPU 11 executes a program, and an electrical data Is configured as a computer system including an NVRAM 17 as a non-volatile memory such as a rewritable flash memory or an EEPROM, and realizes a predetermined process by executing a program.

この信号処理装置9は、生体センサ3にて計測された脈波信号からノイズ部分を擬似信号に置き換える処理を行い、当該処理後の信号にて被験者の健康状態などの判定を行う装置である。本実施例では1周期分の脈波信号ごとにノイズの有無を判定して、ノイズがある場合には擬似信号と置き換える処理を行う。説明を容易にするために、1周期分の脈波信号を、以降単に計測信号と記載する。   The signal processing device 9 is a device that performs a process of replacing a noise portion from a pulse wave signal measured by the biosensor 3 with a pseudo signal, and determines a health condition of a subject using the processed signal. In the present embodiment, the presence / absence of noise is determined for each pulse wave signal for one cycle, and if there is noise, processing for replacing with a pseudo signal is performed. For ease of explanation, the pulse wave signal for one period is hereinafter simply referred to as a measurement signal.

脈波信号の例を図3に示す。図3においては、新しく測定された計測信号から順に計測信号A,B,C,D,Eとなる。本実施例では、各計測信号は脈波のピーク点Pを中心とした1周期分の長さの脈波を1つの計測信号としている。図中tn、tn-1、tn-2は、計測信号のピーク点Pの時間間隔である。 An example of a pulse wave signal is shown in FIG. In FIG. 3, measurement signals A, B, C, D, and E are sequentially measured from the newly measured measurement signal. In this embodiment, each measurement signal uses a pulse wave having a length of one cycle centered on the peak point P of the pulse wave as one measurement signal. In the figure, t n , t n-1 and t n-2 are time intervals of the peak point P of the measurement signal.

信号処理装置9は、図4に示すように、記憶部21、過去生体信号取得部23、ずれ時間決定部25、自己相関計算部27、欠落判定部29、擬似信号抽出部31、擬似信号データベース33、生体信号合成部35,生体信号情報処理部41として機能する。   As shown in FIG. 4, the signal processing device 9 includes a storage unit 21, a past biological signal acquisition unit 23, a shift time determination unit 25, an autocorrelation calculation unit 27, a lack determination unit 29, a pseudo signal extraction unit 31, and a pseudo signal database. 33, functions as a biological signal synthesis unit 35 and a biological signal information processing unit 41.

記憶部21は、無線器7から送信された脈波信号を、時間情報と関連付けて記憶する記憶装置であって、CPU11からの制御信号に従って上記記憶処理を実行する。記憶部21としては上記RAM15やNVRAM17を利用できる。   The storage unit 21 is a storage device that stores the pulse wave signal transmitted from the wireless device 7 in association with time information, and executes the storage process according to a control signal from the CPU 11. The RAM 15 or NVRAM 17 can be used as the storage unit 21.

過去生体信号取得部23は、記憶部21に記憶された脈波信号から、ノイズを判定すべき判定対象の計測信号よりも過去に計測された脈波信号を抽出する。上記判定対象の計測信号を、以降、対象計測信号と記載する。また、対象計測信号の直前に計測された計測信号を、以降、直前計測信号と記載する。図3において、計測信号Aを対象計測信号とすると、計測信号Bが直前計測信号となる。   The past biological signal acquisition unit 23 extracts, from the pulse wave signal stored in the storage unit 21, a pulse wave signal measured in the past from the measurement signal to be determined for which noise should be determined. Hereinafter, the determination target measurement signal is referred to as a target measurement signal. In addition, a measurement signal measured immediately before the target measurement signal is hereinafter referred to as a previous measurement signal. In FIG. 3, when the measurement signal A is the target measurement signal, the measurement signal B becomes the immediately preceding measurement signal.

なお、上述した過去とは対象計測信号の時刻よりも過去という意味であって、対象計測信号自体が最新の計測信号である必要はない。以降の記載においても同様である。
ずれ時間決定部25は、直前計測信号と対象計測信号との時間差であるずれ時間を求める。ずれ時間は脈波の周期に相当する時間である。
Note that the above-described past means the past of the time of the target measurement signal, and the target measurement signal itself does not have to be the latest measurement signal. The same applies to the following description.
The deviation time determination unit 25 obtains a deviation time that is a time difference between the immediately preceding measurement signal and the target measurement signal. The shift time is a time corresponding to the period of the pulse wave.

ずれ時間は計測信号のピーク点Pの時間間隔に基づいて求めることができるが、対象計測信号にノイズが発生していればピーク点の位置が正確ではなくなり、ずれ時間が正確に求められない可能性がある。そこで、直前計測信号およびそれ以前の計測信号に基づいて脈波信号の周期を算出し、その時間をずれ時間として利用する。   The shift time can be obtained based on the time interval of the peak point P of the measurement signal. However, if noise occurs in the target measurement signal, the position of the peak point is not accurate, and the shift time may not be obtained accurately. There is sex. Therefore, the period of the pulse wave signal is calculated based on the immediately preceding measurement signal and the previous measurement signal, and the time is used as the shift time.

具体的な計算方法を説明する。図3において、計測信号B〜Eのピークの時間をそれぞれtPn,tPn-1,tPn-2,tPn-3とする。
ピーク間隔は、tn=(tPn)−(tPn-1)として表すことができる。
A specific calculation method will be described. 3, respectively tP n the time of the peak of the measurement signal B to E, and tP n-1, tP n- 2, tP n-3.
The peak interval can be expressed as t n = (tP n ) − (tP n−1 ).

ここで、ずれ時間tiを3回の忘却係数付き移動平均にて算出すると以下のような式で表せる。
i=X・(tn)+Y・(tn-1)+Z・(tn-2) ,X+Y+Z=1
本実施例ではX=0.6、Y=0.3、Z=0.1とした。これは、直近のピーク間隔tnの重みを60%,一つ前のtn-1の重みを30%,二つ前のtn-2の重みを10%としたときのずれ時間を表している。これにより、直近の信号から得られた数値を高い割合で反映させることができる。なお、本実施例では過去3回のピーク間隔を用いてtiを算出したが、その回数は2回でも4回以上であってもよい。またX,Y,Zなどの係数は任意に設定することができる。
Here, when the shift time t i is calculated by a moving average with a forgetting factor of three times, it can be expressed by the following equation.
t i = X · (t n ) + Y · (t n−1 ) + Z · (t n−2 ), X + Y + Z = 1
In this embodiment, X = 0.6, Y = 0.3, and Z = 0.1. This represents the shift time when the weight of the most recent peak interval t n is 60%, the weight of the previous t n-1 is 30%, and the weight of the previous t n-2 is 10%. ing. Thereby, the numerical value obtained from the latest signal can be reflected at a high rate. In the present embodiment, t i is calculated using the past three peak intervals, but the number of times may be two times or four times or more. Coefficients such as X, Y, and Z can be arbitrarily set.

自己相関計算部27は、記憶部21から取り出された過去の脈波信号である直前計測信号をずれ時間遅らせたものと、対象計測信号と、の自己相関値を算出する。具体的な算出方法を図5を用いて説明する。図5において、計測信号Bのピークの時間tPを基準として、ずれ時間ti遅らせたものをB´とする。 The autocorrelation calculation unit 27 calculates an autocorrelation value between the target measurement signal and the signal obtained by delaying the previous measurement signal, which is a past pulse wave signal extracted from the storage unit 21, by a shift time. A specific calculation method will be described with reference to FIG. 5, based on the time tP of a peak of the measurement signal B, and B'those delayed deviation time t i.

上述したようにずれ時間tiは直近の周期に基づく値であるから、対象計測信号である計測信号Aも同様の周期で計測されることが予想される。よってAとB´との自己相関値を算出すると、ノイズが発生していなければ非常に高い値が出力される。 As described above, since the shift time t i is a value based on the latest cycle, it is expected that the measurement signal A that is the target measurement signal is also measured in the same cycle. Therefore, when the autocorrelation value between A and B ′ is calculated, a very high value is output if no noise is generated.

自己相関値とは、本実施例においては以下に示す自己相関関数Cnで算出される相関係数である。なお下記式において、rnが最新の波形であり、rn-DがrnよりDだけずれた前の波形であり、Lが任意の値である。 The autocorrelation value is a correlation coefficient calculated by the autocorrelation function Cn shown below in this embodiment. Note In the following formulas, r n are current waveforms, the waveform before the r nD shifted by D from r n, L is an arbitrary value.

Figure 2014045814
計測信号Aにノイズが発生していない場合、具体的には、図5の計測信号Aの破線部分のような脈波が検出された場合、連続する脈波である計測信号Aと計測信号Bとの間には大きな変化がない蓋然性が高く、図6(a)に示すように、自己相関値は閾値(例えば0.8)以上の高い値となる。
Figure 2014045814
When no noise is generated in the measurement signal A, specifically, when a pulse wave such as a broken line portion of the measurement signal A in FIG. 5 is detected, the measurement signal A and the measurement signal B are continuous pulse waves. There is a high probability that there is no significant change between and, and as shown in FIG. 6A, the autocorrelation value is a high value equal to or higher than a threshold (for example, 0.8).

しかしながら、例えば無線器5,7間の通信が一時的に途絶えるなどの原因により、図5に示す計測信号Aの実線部分のように計測信号Aにノイズが発生した場合、図6(b)に示すように、そのノイズの発生時間tedからノイズの終了時間ted0までが閾値よりも低い値となる。   However, when noise occurs in the measurement signal A as shown by the solid line portion of the measurement signal A shown in FIG. 5 due to, for example, the communication between the wireless devices 5 and 7 being temporarily interrupted, FIG. As shown, the noise generation time ted to the noise end time ted0 are lower than the threshold value.

欠落判定部29は、計測された脈波信号(対象計測信号)が、記憶部21から取り出された過去の脈波信号に基づく所定の範囲内に計測されたか否かを判定する。所定の範囲とは、過去の脈波信号に基づいて、対象計測信号が計測されると予測される範囲であり、ノイズが発生していなければその範囲に計測されると推定できる範囲である。   The missing determination unit 29 determines whether or not the measured pulse wave signal (target measurement signal) is measured within a predetermined range based on a past pulse wave signal extracted from the storage unit 21. The predetermined range is a range in which the target measurement signal is predicted to be measured based on the past pulse wave signal, and is a range in which it can be estimated that measurement is performed in that range if no noise is generated.

具他的には、対象計測信号と直前計測信号の自己相関値が所定の閾値以上である場合には、対象計測信号が直前計測信号に基づく所定の範囲内に計測されたと判定できる。
一方、自己相関値が所定の閾値未満であった場合には、対象計測信号は上述した所定の範囲内に計測されていないと判定できる。脈波信号(対象計測信号)が所定の範囲内に計測されていないと判定されたtedからted0までの期間は、ノイズが発生したことにより正確な信号が欠落している欠落部分であると推定できる。以降、自己相関値が閾値未満であったtedからted0までの期間の部分を、欠落部分と記載する。
Specifically, when the autocorrelation value between the target measurement signal and the previous measurement signal is equal to or greater than a predetermined threshold, it can be determined that the target measurement signal is measured within a predetermined range based on the previous measurement signal.
On the other hand, when the autocorrelation value is less than the predetermined threshold, it can be determined that the target measurement signal is not measured within the predetermined range. The period from ted to ted0 where it is determined that the pulse wave signal (target measurement signal) is not measured within the predetermined range is estimated to be a missing part in which an accurate signal is missing due to the occurrence of noise. it can. Hereinafter, the part of the period from ted to ted0 in which the autocorrelation value is less than the threshold is described as a missing part.

擬似信号抽出部31は、ずれ時間決定部25により決定されたずれ時間(脈波周期)と、欠落判定部29により欠落部分として判定された期間と、に基づいて、擬似信号データベース33から置き換えに用いる擬似信号を抽出する。   The pseudo signal extraction unit 31 replaces the pseudo signal database 33 based on the shift time (pulse wave cycle) determined by the shift time determination unit 25 and the period determined as the missing part by the lack determination unit 29. The pseudo signal to be used is extracted.

擬似信号データベース33には、図7に示すように、複数の異なるずれ時間に対応する複数の擬似信号が記憶されている。ここで言う擬似信号とは、予め作成された、ノイズが無い状態の脈波信号である。擬似信号抽出部31は、擬似信号データベース33に記憶された複数の擬似信号のうち、ずれ時間に対応する擬似信号を選択し、その擬似信号のtedからted0までの部分を抽出する。   As shown in FIG. 7, the pseudo signal database 33 stores a plurality of pseudo signals corresponding to a plurality of different shift times. The pseudo signal mentioned here is a pulse wave signal created in advance and having no noise. The pseudo signal extraction unit 31 selects a pseudo signal corresponding to the shift time from the plurality of pseudo signals stored in the pseudo signal database 33, and extracts a portion from the ted to the ted0 of the pseudo signal.

ずれ時間に対応する擬似信号とは、即ち、脈波周期に対応する擬似信号である。脈波の波形は周期によって変化する。具体的には、周期が短ければ短い期間で1つの波形が形成されるから波形の傾斜は大きくなる。   The pseudo signal corresponding to the shift time is a pseudo signal corresponding to the pulse wave period. The waveform of the pulse wave changes with the period. Specifically, if the period is short, one waveform is formed in a short period, so that the slope of the waveform becomes large.

擬似信号データベース33には、異なる周期に対応して波形形状が変化した複数の擬似信号が記憶されており、計測された脈波の周期に応じた適切な波形形状の擬似信号が抽出されて置き換えに用いられることで、置き換えた擬似信号がそのときの正常に計測された脈波波形と大きく相違してしまうことが抑制される。   The pseudo signal database 33 stores a plurality of pseudo signals whose waveform shapes have changed corresponding to different periods, and pseudo signals having an appropriate waveform shape corresponding to the measured pulse wave period are extracted and replaced. As a result, it is possible to prevent the replaced pseudo signal from being greatly different from the pulse waveform measured normally at that time.

擬似信号におけるtedとted0は、例えば図5において計測信号B´のピーク点Pがある時刻tP´からtedおよびted0までの時間差Δt1およびΔt2を、擬似信号のピーク点の時刻tPに加算することで求められる。   For example, ted and ted0 in the pseudo signal are obtained by adding the time differences Δt1 and Δt2 from the time tP ′ at which the peak point P of the measurement signal B ′ to the ted and ted0 in FIG. 5 to the time tP at the peak point of the pseudo signal. Desired.

生体信号合成部35は、対象計測信号が所定の範囲内に計測されていないと判定された場合に、擬似信号抽出部31にて抽出された擬似信号を、対象計測信号における欠落部分に置き換えた信号を作成する。   When it is determined that the target measurement signal is not measured within the predetermined range, the biological signal synthesis unit 35 replaces the pseudo signal extracted by the pseudo signal extraction unit 31 with a missing portion in the target measurement signal. Create a signal.

その際、計測信号B´のピーク点Pが現れる時刻tP´(即ち対象計測信号のピーク点が現れる時刻として予測される時刻)と擬似信号のピーク点Pとを一致させて置き換えている。これにより、対象計測信号におけるtedからted0までの期間の部分を、擬似信号のtedからted0までの期間の部分に置き換えることとなるため、適切な位置に擬似信号を置き換えることが可能となる。   At that time, the time tP ′ at which the peak point P of the measurement signal B ′ appears (that is, the time that is predicted as the time at which the peak point of the target measurement signal appears) is replaced with the peak point P of the pseudo signal. Thereby, since the part of the period from ted to ted0 in the target measurement signal is replaced with the part of the period from ted to ted0 of the pseudo signal, the pseudo signal can be replaced at an appropriate position.

このような置き換えの結果、図8に示すように擬似信号51によってノイズが低減された脈波信号が生成される。生成された脈波信号は生体信号情報処理部41に出力される。
なお、欠落判定部29にて欠落部分があると判定されなかった場合には、擬似信号抽出部31は何らの擬似信号を抽出することなく、また生体信号合成部35は計測された対象計測信号をそのまま生体信号情報処理部41に出力する。
As a result of such replacement, a pulse wave signal with reduced noise is generated by the pseudo signal 51 as shown in FIG. The generated pulse wave signal is output to the biological signal information processing unit 41.
If the missing determination unit 29 does not determine that there is a missing part, the pseudo signal extraction unit 31 does not extract any pseudo signal, and the biological signal synthesis unit 35 measures the measured target measurement signal. Is output to the biological signal information processing unit 41 as it is.

生体信号情報処理部41では、信号処理装置9から出力された脈波信号に基づいて健康状態や睡眠状態の判定などの公知の処理を行い、健康状態や睡眠状態などの被験者の状態を判定する。本実施例ではこの生体信号情報処理部41は信号処理装置9と一体に形成されているが、信号処理装置9の外部に備えられた装置であってもよい。   The biological signal information processing unit 41 performs a known process such as determination of a health state or a sleep state based on the pulse wave signal output from the signal processing device 9 to determine the state of the subject such as the health state or the sleep state. . In this embodiment, the biological signal information processing unit 41 is formed integrally with the signal processing device 9, but may be a device provided outside the signal processing device 9.

(2)信号処理装置9による処理
以下に、生体信号処理システム1の信号処理装置9のCPU11により実行される置き換え処理の処理手順を、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
(2) Processing by the Signal Processing Device 9 A processing procedure of replacement processing executed by the CPU 11 of the signal processing device 9 of the biological signal processing system 1 will be described below based on the flowchart shown in FIG.

本処理では、まず、記憶部21に記憶された過去の脈波信号を取得し(S1)、続いてずれ時間を決定する(S2)。S1は過去生体信号取得部23による処理であり、S2はずれ時間決定部25による処理である。なお、上記S1では対象計測信号の直前の計測信号である直前計測信号を含む脈波信号を記憶部21から取得する。   In this process, first, a past pulse wave signal stored in the storage unit 21 is acquired (S1), and then a shift time is determined (S2). S1 is a process by the past biological signal acquisition unit 23, and S2 is a process by the shift time determination unit 25. In S <b> 1, a pulse wave signal including the immediately preceding measurement signal that is the measurement signal immediately before the target measurement signal is acquired from the storage unit 21.

次に、S2にて決定されたずれ時間分、直前計測信号を後にずらした計測信号と、対象計測信号との自己相関値を算出する(S3)。このS3は自己相関計算部27による処理である。対象計測信号は、新たに計測された計測信号であってもよいし、既にRAM15やNVRAM17に記憶されていた計測信号であってもよい。   Next, an autocorrelation value between the measurement signal obtained by shifting the previous measurement signal later by the shift time determined in S2 and the target measurement signal is calculated (S3). This S3 is processing by the autocorrelation calculation unit 27. The target measurement signal may be a newly measured measurement signal, or may be a measurement signal already stored in the RAM 15 or NVRAM 17.

次に、対象計測信号に自己相関値が所定の閾値未満である欠落部分があるか否かを判定する(S4)。このS4は欠落判定部29による処理である。欠落部分があれば(S4:YES)、擬似信号データベース33からずれ時間に対応する擬似信号のtedからted0までの領域を抽出する(S5)。このS5が擬似信号抽出部31による処理である。   Next, it is determined whether or not there is a missing portion whose autocorrelation value is less than a predetermined threshold in the target measurement signal (S4). This S4 is processing by the missing determination unit 29. If there is a missing part (S4: YES), a region from ted to ted0 of the pseudo signal corresponding to the shift time is extracted from the pseudo signal database 33 (S5). This S5 is processing by the pseudo signal extraction unit 31.

次に、対象計測信号を抽出した擬似信号に置き換え(S6)、置き換えを行った対象計測信号を生体信号情報処理部41に出力する(S7)。このS6およびS7が生体信号合成部35による処理である。   Next, the target measurement signal is replaced with the extracted pseudo signal (S6), and the replaced target measurement signal is output to the biological signal information processing unit 41 (S7). S6 and S7 are processing by the biological signal synthesizer 35.

また、S4にて欠落部分が無ければ(S4:NO)、対象計測信号に何らの修正を加えることなく、対象計測信号を出力する(S7)。この処理の後、S1に戻り、所定時間経過後に同様の処理を継続して行う。   If there is no missing portion in S4 (S4: NO), the target measurement signal is output without any modification to the target measurement signal (S7). After this process, the process returns to S1, and the same process is continued after a predetermined time.

(3)効果
以上説明した本実施例の生体信号処理システム1は、脈波におけるノイズが含まれている蓋然性が高い部分を予め作成された擬似信号と置き換えるため、脈波におけるノイズの部分が低減される。その結果、生体信号情報処理部41にて脈波に基づいて健康状態などを判定する際に、ノイズによって誤った判定結果が出力されてしまう危険を低減できる。
(3) Effect Since the biological signal processing system 1 of the present embodiment described above replaces a highly probable portion containing noise in the pulse wave with a pre-created pseudo signal, the noise portion in the pulse wave is reduced. Is done. As a result, when the biological signal information processing unit 41 determines a health condition or the like based on the pulse wave, it is possible to reduce a risk that an erroneous determination result is output due to noise.

また、ずれ時間(脈波周期)に対応した適切な擬似信号を擬似信号データベースから抽出して用いるため、置き換えた擬似信号がそのときに計測されるノイズがない場合の脈波の波形から大きく相違してしまうことを抑制でき、それにより、生体信号情報処理部41において誤った判定結果が出力されてしまう危険を低減できる。   In addition, since an appropriate pseudo signal corresponding to the shift time (pulse wave period) is extracted from the pseudo signal database and used, the replaced pseudo signal is greatly different from the waveform of the pulse wave when there is no noise measured at that time. It is possible to suppress the occurrence of an erroneous determination result in the biological signal information processing unit 41.

また、擬似信号への置き換えを行う際に、対象計測信号のピーク点として予測される時刻と擬似信号のピーク点とを一致させて置き換えているため、精度の高い置き換えが可能となる。さらに、ノイズがある蓋然性が高い部分のみを擬似信号に置き換えているので、擬似信号に置き換える部分をなるべく少なくして、計測された信号に基づいた正確な情報を生体信号情報処理部41に出力できる。   In addition, when replacing with the pseudo signal, the time predicted as the peak point of the target measurement signal and the peak point of the pseudo signal are made to coincide with each other, so that replacement with high accuracy is possible. Furthermore, since only the portion with a high probability of noise is replaced with the pseudo signal, the portion replaced with the pseudo signal is reduced as much as possible, and accurate information based on the measured signal can be output to the biological signal information processing unit 41. .

また、対象計測信号が過去の脈波信号に基づく所定の範囲内に計測されたか否かの判定を、自己相関値が所定の閾値以上であるか否かに基づいて行っているため、その判定を高い精度で行うことができる。   Moreover, since the determination whether the target measurement signal is measured within a predetermined range based on the past pulse wave signal is performed based on whether the autocorrelation value is equal to or greater than a predetermined threshold, the determination Can be performed with high accuracy.

(4)対応関係
信号処理装置9のCPU11により実行される図9のS1〜S4の処理が本発明の判定部による処理および第1の機能の一例であり、S5〜S6の処理が本発明における置き換え部による処理および第2の機能の一例である。
(4) Correspondence Relationship The processing of S1 to S4 in FIG. 9 executed by the CPU 11 of the signal processing device 9 is an example of the processing by the determination unit and the first function of the present invention, and the processing of S5 to S6 is in the present invention. It is an example of the process by a replacement part, and a 2nd function.

[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。
[Modification]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention can take a various form, as long as it belongs to the technical scope of this invention, without being limited to the said Example at all.

例えば、上記実施例においては、生体信号の一例として脈波を測定する構成を例示したが、脈波以外の心電図や血圧を測定する構成であってもよい。またそれら生体信号に微分処理など行わずそのまま用いる構成、即ち擬似信号としてそれらの原信号の波形を準備する構成であってもよいし、微分処理を行った速度信号や加速度信号を擬似信号に置き換える構成であってもよい。   For example, in the above-described embodiment, the configuration of measuring a pulse wave as an example of a biological signal is illustrated, but an electrocardiogram or blood pressure other than the pulse wave may be measured. Further, it may be configured to use these biological signals as they are without performing differentiation processing, that is, a configuration in which waveforms of those original signals are prepared as pseudo signals, or the velocity signals and acceleration signals subjected to differentiation processing are replaced with pseudo signals. It may be a configuration.

また、生体信号を測定するシステムも実施例に示すような無線通信を行うシステムに限定されず、脈波センサから信号処理装置までが有線で接続されたシステムなど、様々な形態のものに採用することができる。   In addition, the system for measuring a biological signal is not limited to the system that performs wireless communication as shown in the embodiments, and is adopted for various forms such as a system in which a pulse wave sensor to a signal processing device are connected by wire. be able to.

また上記実施例においては、擬似信号データベース33に記憶された複数の擬似信号の中から、ずれ時間に対応する擬似信号を選択して用いる構成を例示したが、それ以外の擬似信号を用いる構成であってもよい。例えば、予め作成された1つの擬似信号で置き換える構成であってもよい。その場合には、ずれ時間に応じて変形(時間軸方向に拡張または伸縮)させて用いるように構成してもよい。もちろん複数の擬似信号を用いる場合であっても、ずれ時間に応じて変形させるように構成してもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the pseudo signal corresponding to the shift time is selected and used from the plurality of pseudo signals stored in the pseudo signal database 33 is exemplified. There may be. For example, the configuration may be replaced with one pseudo signal created in advance. In that case, it may be configured to be used by being deformed (expanded or contracted in the time axis direction) according to the shift time. Of course, even when a plurality of pseudo signals are used, the pseudo signals may be deformed according to the shift time.

また、擬似信号は、例えば予め被験者ごとに作成しておいてもよいし、標準的なモデルを作成しておいてもよい。また、脈波計測中に学習して作成および更新するように構成されていてもよい。また、直前に計測された直前計測信号を擬似信号として置き換えに用いる構成としてもよい。   The pseudo signal may be created for each subject in advance, or a standard model may be created. Moreover, it may be configured to learn and create and update during pulse wave measurement. Moreover, it is good also as a structure which uses the measurement signal immediately before measured as a pseudo signal for replacement.

また上記実施例においては、脈波波形の特徴点としてピーク点を利用し、ずれ時間の計測や擬似信号との置き換えに利用する構成を励磁したが、ピーク点以外の特徴点を利用してもよい。例えば脈波波形のボトム点や、脈波信号の速度や加速度に基づくピーク点を利用してもよい。   In the above embodiment, the peak point is used as the feature point of the pulse waveform, and the configuration used for the measurement of the shift time and the replacement with the pseudo signal is excited. However, the feature point other than the peak point may be used. Good. For example, the bottom point of the pulse wave waveform or the peak point based on the speed or acceleration of the pulse wave signal may be used.

また上記実施例においては、対象計測信号と直前計測信号との自己相関値を算出する構成を例示したが、対象計測信号の直前よりもさらに過去の計測信号と自己相関値を算出する構成であってもよい。なお、対象計測信号からなるべく近い時間の計測信号と自己相関値を算出することで、高い精度でノイズの有無を判定することができる。   In the above embodiment, the configuration for calculating the autocorrelation value between the target measurement signal and the immediately preceding measurement signal is illustrated, but the configuration is such that the past measurement signal and the autocorrelation value are calculated further immediately before the target measurement signal. May be. It should be noted that the presence or absence of noise can be determined with high accuracy by calculating a measurement signal and an autocorrelation value at a time as close as possible from the target measurement signal.

また、自己相関を用いずに、対象計測信号と過去の計測信号との波形の一致する度合を示す他のパラメータを算出し、その値に基づいて、対象計測信号が所定の範囲内に計測されているか否かを判定する構成であってもよい。例えば、対象計測信号と過去の計測信号との誤差の絶対量や、一方の出力値を他方の出力値で除した値などをパラメータとし、設定した閾値を超えるか否かにより上記判定を行うように構成してもよい。   Further, without using autocorrelation, another parameter indicating the degree of coincidence between the waveform of the target measurement signal and the past measurement signal is calculated, and the target measurement signal is measured within a predetermined range based on the value. It may be configured to determine whether or not. For example, using the absolute amount of error between the target measurement signal and the past measurement signal, the value obtained by dividing one output value by the other output value, and the like as parameters, the above determination is made based on whether or not a set threshold value is exceeded. You may comprise.

また上記実施例においては、ずれ時間を3回の忘却係数付き移動平均にて算出する構成を例示したが、それ以外の算出方法であってもよい。例えば複数のピーク時間差(図3におけるtn、tn-1、tn-2など)の算術平均をずれ時間としたり、直前計測信号と、その直前の計測信号とのピーク時間差(図3におけるtnの値)をそのままずれ時間としたりすることが考えられる。 Moreover, in the said Example, although the structure which calculates deviation | shift time with the moving average with a forgetting factor 3 times was illustrated, the calculation method of other than that may be sufficient. For example, the arithmetic average of a plurality of peak time differences (t n , t n−1 , t n−2 etc. in FIG. 3) is used as the shift time, or the peak time difference between the immediately preceding measurement signal and the immediately preceding measurement signal (in FIG. 3) it is conceivable that or a t value of n) as it shifted time.

また上記実施例においては、対象計測信号と擬似信号のtedからted0までの期間について置き換えを行う構成を例示したが、それ以外の期間において置き換えを行う構成としてもよい。例えば脈波1周期分を擬似信号に置き換える構成であってもよい。   Moreover, in the said Example, although the structure which replaces about the period from ted to ted0 of an object measurement signal and a pseudo signal was illustrated, it is good also as a structure which replaces in another period. For example, a configuration in which one cycle of the pulse wave is replaced with a pseudo signal may be used.

また、上記実施例においては、計測信号として脈波1周期分の信号を取り出して置き換えの処理を実行する構成を例示したが、1周期よりも長い時間間隔や短い時間間隔で処理を行う構成であってもよい。例えば2周期や3周期以上の期間分の脈波信号についてまとめて欠落部分があるか判定を行い、欠落部分が存在すれば、その欠落部分のみ、或いはその欠落部分を含む広い期間を、対応する擬似信号に置き換えるように構成してもよい。   Moreover, in the said Example, although the structure which takes out the signal for 1 period of pulse waves as a measurement signal, and performed the process of replacement was illustrated, it is the structure which processes at a time interval longer than 1 period, or a short time interval. There may be. For example, it is determined whether or not there is a missing portion of pulse wave signals for a period of two cycles or more than three cycles. If there is a missing portion, only the missing portion or a wide period including the missing portion is supported. You may comprise so that it may replace with a pseudo signal.

1…生体信号処理システム、3…生体センサ、5…無線器、7…無線器、9…信号処理装置、21…記憶部、23…過去生体信号取得部、25…ずれ時間決定部、27…自己相関計算部、29…欠落判定部、31…擬似信号抽出部、33…擬似信号データベース、35…生体信号合成部、41…生体信号情報処理部、51…擬似信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biosignal processing system, 3 ... Biosensor, 5 ... Radio equipment, 7 ... Radio equipment, 9 ... Signal processing apparatus, 21 ... Memory | storage part, 23 ... Past biosignal acquisition part, 25 ... Deviation time determination part, 27 ... Autocorrelation calculation unit, 29 ... missing determination unit, 31 ... pseudo signal extraction unit, 33 ... pseudo signal database, 35 ... bio signal synthesis unit, 41 ... bio signal information processing unit, 51 ... pseudo signal

Claims (6)

被験者から計測された周期性を有する生体信号を記憶する記憶部(21)と、
前記生体信号が、前記記憶部から取り出された過去の生体信号に基づく所定の範囲内に計測されたか否かを判定する判定部(23,25,27,29、S1〜S4)と、
前記判定部により前記生体信号が前記所定の範囲内に計測されていないと判定された場合に、当該生体信号を擬似信号に置き換える置き換え部(31,35、S5〜S6)と、を備える
ことを特徴とする信号処理装置。
A storage unit (21) for storing a biological signal having periodicity measured from a subject;
A determination unit (23, 25, 27, 29, S1 to S4) for determining whether or not the biological signal is measured within a predetermined range based on a past biological signal extracted from the storage unit;
A replacement unit (31, 35, S5 to S6) for replacing the biological signal with a pseudo signal when the determination unit determines that the biological signal is not measured within the predetermined range. A characteristic signal processing apparatus.
異なる前記生体信号の周期に対応する複数の前記擬似信号が記憶されたデータベース(33)を備え、
前記置き換え部は、前記生体信号を、前記データベースに記憶された前記複数の擬似信号のうち前記生体信号の周期に対応する擬似信号に置き換える
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
A database (33) in which a plurality of pseudo signals corresponding to different periods of the biological signal are stored;
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the replacement unit replaces the biological signal with a pseudo signal corresponding to a cycle of the biological signal among the plurality of pseudo signals stored in the database.
前記置き換え部は、前記記憶部から取り出された過去の生体信号に基づいて予測される前記生体信号の波形における所定の特徴点が現れる時刻と、前記擬似信号における前記特徴点の時刻と、を一致させて前記生体信号を前記擬似信号に置き換える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の信号処理装置。
The replacement unit matches a time when a predetermined feature point in the waveform of the biological signal predicted based on a past biological signal extracted from the storage unit appears and a time of the feature point in the pseudo signal The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the biological signal is replaced with the pseudo signal.
前記判定部は、前記生体信号と、前記記憶部から取り出された前記過去の生体信号を前記生体信号の周期に相当する時間遅らせた生体信号と、の自己相関値を算出し、当該自己相関値が所定の閾値以上である場合に前記生体信号が所定の範囲内に計測されたと判定し、前記自己相関値が前記所定の閾値未満である場合に前記生体信号が所定の範囲内に計測されていないと判定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の信号処理装置。
The determination unit calculates an autocorrelation value between the biological signal and a biological signal obtained by delaying the past biological signal extracted from the storage unit by a time corresponding to a period of the biological signal, and the autocorrelation value Is greater than or equal to a predetermined threshold value, it is determined that the biological signal is measured within a predetermined range, and when the autocorrelation value is less than the predetermined threshold value, the biological signal is measured within the predetermined range. The signal processing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the signal processing device is determined not to be present.
前記置き換え部は、前記生体信号における前記判定部によって前記生体信号が所定の範囲内に計測されていないと判定された期間の部分を、前記擬似信号における前記期間に対応する部分に置き換える
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の信号処理装置。
The replacement unit replaces a portion of the period in which the biological signal is determined not to be measured within a predetermined range by the determination unit in the biological signal with a portion corresponding to the period in the pseudo signal. The signal processing device according to any one of claims 1 to 4.
被験者から計測された周期性を有する生体信号が、当該生体信号よりも過去の生体信号に基づく所定の範囲内に計測されたか否かを判定する第1の機能(S1〜S4)と、
前記第1の機能により前記生体信号が前記所定の範囲内に計測されていないと判定された場合に、当該生体信号を擬似信号に置き換える第2の機能(S5〜S6)と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
A first function (S1 to S4) for determining whether or not a biological signal having periodicity measured from a subject is measured within a predetermined range based on a biological signal in the past of the biological signal;
A second function (S5 to S6) for replacing the biological signal with a pseudo signal when it is determined by the first function that the biological signal is not measured within the predetermined range;
A program to make a computer realize.
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