JP2014054448A - 脈拍測定装置、ならびに、脈拍測定方法および脈拍測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく測定できる脈拍測定装置を提供すること。
【解決手段】被測定者の脈波を脈波センサ（１５）によって検知して脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得部（３１）と、脈波信号を記憶する記憶部（３２）と、記憶部に記憶された時間領域の脈波信号を周波数領域に変換し、脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換部（３１）と、周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定部（３１）と、周波数スペクトルの強度軸に設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出部（３１）と、抽出された強度ピークの周波数に応じて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部（３１）と、を備える脈拍測定装置。
【選択図】図２

Description

この発明は脈拍測定装置に関し、より詳しくは、被測定者の血管の脈動を検知して脈拍数を測定する脈拍測定装置に関する。

また、この発明は脈拍測定方法、および、脈拍測定プログラムに関し、より詳しくは、被測定者の血管の脈動を検知して脈拍数を測定するための脈拍測定方法、および、脈拍測定プログラムに関する。

従来、被測定者の脈拍を測定するための装置としては、心電センサが取り付けられたベルトを被測定者の胸部に巻き回して被測定者の心臓の拍動を心電的に測定することにより、被測定者の脈拍数（心拍数）を測定する装置がある。

また、上述の装置が被測定者の心拍を心電的に検知するのに対し、被測定者の血管の脈動を非心電的に検知することにより脈拍数を測定する装置もある。

後者の装置としては、たとえば、光電センサによって被測定者の皮下の血管の脈動を光電的に検知することにより、被測定者の脈拍数を測定する装置がある（たとえば、特許文献１（特開平１０−２３４６８４号公報）を参照）。

そのような後者の装置においては、被測定者の皮下の血管の脈動を表す信号（脈波信号）を取得し、該脈波信号の時間変動の周期性にもとづいて脈拍数を測定している。

特開平１０−２３４６８４号公報

しかしながら、非心電的に、たとえば光電的に、被測定者の皮下の血管の脈動を検知することにより被測定者の脈拍数を測定する手法を採る装置では、被測定者が例えば運動しているとき、被測定者の脈拍数を正しく測定することに困難が伴う。

その理由は、測定時に被測定者が運動を行うと、運動により血管に加速度が生じ、それによって血流に乱れが生じるからである。乱れは、脈波信号に外乱成分として重畳される。そのために、脈波信号から脈動に起因した時間変動の周期を抽出することが困難になる。

また、被測定者が運動を行うことにより、被測定者の身体部位に取り付けられたセンサ手段にも加速度が生じ、センサ手段が、身体部位に対して位置ずれを起こしたり、一時的にではあっても、センサ手段が身体部位から乖離したりするような事象が発生する。これら事象もまた、脈波信号に外乱成分として重畳されてしまう。そのような事象も、脈波信号から脈動に起因した時間変動の周期を抽出することを困難にする一因である。

脈波信号において、血管の脈動に起因した信号強度の変動と、上述のような外乱成分に起因した信号強度の変動とを正しく区別することは極めて困難である。そのため、非心電的に、たとえば光電的に被測定者の皮下の血管の脈動を検知することにより被測定者の脈拍数を測定する手法を採る場合、脈波信号に上述の外乱成分が重畳されることを避けるため、被測定者は、測定の間、安静状態を保つ必要があった。

このことは脈拍測定装置の利便性や、測定条件、測定環境の多様性を制限する要因であった。

そこで、この発明の課題は、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく測定可能な脈拍測定装置を提供することにある。

また、この発明の課題は、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく測定可能な脈拍測定方法を提供すること、および、そのような脈拍測定方法をコンピュータに実行させることができる脈拍測定プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の脈拍測定装置は、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得部と、
前記脈波信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された時間領域の前記脈波信号を周波数領域に変換し、前記脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換部と、
前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定部と、
前記周波数スペクトルの前記強度軸に設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出部と、
抽出された前記強度ピークの周波数に応じて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を備えることを特徴とする。

なお、本明細書で、データ取得部は、脈波センサから脈波信号を直接取得してもよいし、それに代えて、脈波センサから脈波信号をサーバ（記憶部を有する）等に一旦記憶させ、そのサーバ等から取得（間接的取得）してもよい。

また、「脈拍数」とは、単位時間当たりの脈拍の数（例えば、毎分当たりの脈拍の数であるビート・パー・ミニッツ（ＢＰＭ））を指す。

この発明の脈拍測定装置では、データ取得部は、被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈拍を表す脈波信号を取得する。記憶部は、脈波信号を記憶する。周波数変換部は、記憶部に記憶された時間領域の脈波信号を周波数領域に変換して、脈波信号の周波数スペクトルを求める。探索強度範囲設定部は、上記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する。ピーク抽出部は、周波数スペクトルの設定された上記探索強度範囲において強度ピークを抽出する。脈拍数算出部は、抽出された強度ピークの周波数に応じて被測定者の脈拍数を求める。

ここで、探索強度範囲設定部が、周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定することは、被測定者がする運動に由来する周波数成分、高調波成分を、ピーク抽出部による強度ピーク抽出の強度範囲から除外する、という意味がある。そうすることによって、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく算出することができるようになる。

一実施形態の脈拍測定装置では、前記探索強度範囲設定部は、前記脈拍数算出部が算出した脈拍数に応じて、前記探索強度範囲を変更することを特徴とする。

被測定者がする運動により、脈拍数や血流に影響が及ぶ。たとえば、被測定者が強い運動を行えば、脈拍数が増大するとともに血流も増加する傾向を示す。また、被測定者の運動の強度が低減すれば、脈拍数が低下するとともに血流も減少する傾向を示す。血流の増加および減少は、脈波信号の周波数スペクトルのうち、血管の脈動に起因する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度の増大および減少となって現れる。よって、脈拍数に応じて周波数スペクトルに現れる強度ピークの変動の傾向を予測し探索強度範囲を変更することによって、脈波信号のうち被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分（の基本周波数成分）の強度ピークが探索強度範囲に含まれることが確保される。したがって、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく算出することができるようになる。

一実施形態の脈拍測定装置では、前記周波数変換部、前記探索強度範囲設定部、前記ピーク抽出部、および、前記脈拍数算出部は、予め定められた周期で処理を繰り返し、第１の周期において前記ピーク抽出部によって抽出された前記強度ピークが第１の強度である場合には、前記探索強度範囲設定部は、前記第１の強度に対し予め定められた比率範囲に含まれる値を、前記第１の周期に続く第２の周期のための前記探索強度範囲に設定することを特徴とする。

この形態の脈拍測定装置では、第１の周期においてピーク抽出部が第１の強度を有する強度ピークを抽出した場合、第１の周期に続く第２の周期のための探索強度範囲として、第１の強度に対し予め定められた比率範囲に含まれる値を設定する。よって、第２の周期においても、探索強度範囲に被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分（の基本周波数成分）の強度ピークが含まれることがより確実になる。したがって、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく算出することができるようになる。

一実施形態の脈拍測定装置では、前記脈拍数算出部が第３の周期に続く第４の周期において算出した脈拍数が前記第３の周期において測定した脈拍数よりも大きい場合には、前記探索強度範囲設定部は、前記第３の周期のための前記探索強度範囲よりも高強度側にシフトされた強度範囲を前記第４の周期のための前記探索強度範囲に設定することを特徴とする。

この形態の脈拍測定装置では、第４の周期において算出した脈拍数が第３の周期において測定した脈拍数よりも大きい場合、第３の周期のための探索強度範囲よりも高強度側にシフトされた強度範囲が第４の周期のための探索強度範囲に設定される。そうすることで、第４の周期においても、探索強度範囲に被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分（の基本周波数成分）の強度ピークが含まれることがより確実になる。したがって、被測定者の運動強度が変化した場合にも、その脈拍数を正しく算出することができるようになる。

一実施形態の脈拍測定装置では、前記探索強度範囲設定部は、前記第３の周期のための前記探索強度範囲の強度幅と同じ幅を有するように、前記第４の周期のための前記探索強度範囲を設定することを特徴とする。

なお、本明細書で「探索強度範囲の強度幅」とは、探索強度範囲の上限にあたる強度値と、下限にあたる強度値との差の絶対値を指す。ここでの強度の単位は、任意でよい。

この形態の脈拍測定装置では、装置がする処理の負荷が軽減される。

一実施形態の脈拍測定装置では、さらに、前記被測定者の動きを体動センサによって検知して前記被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号を取得する運動強度取得部と、前記周波数スペクトルの周波数軸において、前記強度ピークを探索するための探索周波数範囲を設定する探索周波数範囲設定部と、を有し、前記探索周波数範囲設定部は、前記運動強度信号が示す運動強度に応じて、前記探索周波数範囲を変更し、前記ピーク抽出部は、前記周波数スペクトルの前記強度軸に設定された探索強度範囲と前記周波数スペクトルの前記周波数軸に設定された探索周波数範囲との共通範囲において、前記探索強度範囲に含まれる強度ピークを抽出することを特徴とする。

なお、本明細書で、運動強度取得部は、体動センサから運動強度信号を直接取得してもよいし、それに代えて、体動センサから運動強度信号をサーバ（記憶部を有する）等に一旦記憶させ、そのサーバ等から取得（間接的取得）してもよい。

この形態の脈拍測定装置では、運動強度取得部は、被測定者の動きを体動センサによって検知して被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号を取得する。探索周波数範囲設定部は、上記周波数スペクトルの周波数軸において、強度ピークを探索するための探索周波数範囲を設定する。ピーク抽出部は、周波数スペクトルの強度軸に設定された上記探索強度範囲と周波数軸に設定された探索周波数範囲の共通範囲において強度ピークを抽出する。脈拍数算出部は、抽出された強度ピークの周波数に応じて被測定者の脈拍数を求める。そして、探索周波数範囲設定部は、上記の運動強度信号が示す運動強度に応じて、探索周波数範囲を変更する。探索周波数範囲設定部が、周波数スペクトルの周波数軸において、強度ピークを探索するための探索周波数範囲を設定することは、被測定者がする運動に由来する周波数成分、高調波成分を、ピーク抽出部による強度ピーク抽出の周波数範囲から除外する、という意味がある。したがって、被測定者の運動強度が変化した場合にも、その脈拍数を正しく算出することができるようになる。

この発明の脈拍数の測定方法は、
脈拍測定装置がする被測定者の脈拍数の測定方法であって、
脈波センサによって、前記被測定者の脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得ステップと、
前記脈波信号を記憶部に記憶する記憶ステップと、
前記記憶部に記憶された時間領域の前記脈波信号を周波数領域に変換し、前記脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換ステップと、
前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定ステップと、
前記周波数スペクトルの前記設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出ステップと、
抽出された前記強度ピークの周波数に応じて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を有することを特徴とする。

この発明の脈拍数の測定方法によれば、脈拍数に応じて周波数スペクトルに現れる強度ピークの変動の傾向を予測し探索強度範囲を変更することによって、脈波信号のうち被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分（の基本周波数成分）の強度ピークが探索強度範囲に含まれることが確保される。したがって、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく算出することができるようになる。

この発明の脈拍数測定用コンピュータ・プログラムは、上述の脈拍数の測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

この発明の脈拍数測定用コンピュータ・プログラムによれば、コンピュータに上述の脈拍測定方法を実行させることができる。

以上より明らかなように、この発明の脈拍測定装置および脈拍数の測定方法によれば、算出された脈拍数に応じて探索強度範囲を変更することによって、脈波信号のうち被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分（基本周波数成分）の強度ピークが探索強度範囲に含まれることが確保される。したがって、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく算出することができるようになる。

また、この発明の脈拍数測定用コンピュータ・プログラムによれば、コンピュータに上述の脈拍数の測定方法を実行させることができる。

この発明の一実施形態の脈拍測定装置の外観の模式的な斜視図である。 この発明の一実施形態の脈拍測定装置の模式的な断面図である。 前記脈拍測定装置の機能的な構成を示すブロック図である。 前記脈拍測定装置の、脈波信号を測定するための脈波センサ部の回路構成を例示する図である。 前記脈拍測定装置の動作フローを示す図である。 脈波信号（時間領域）の一例を示す図である。 脈波信号（時間領域）のＡＣ成分の一例を示す図である。 脈波信号ＡＣ成分（周波数領域）の一例を示す図である。 （ａ）被測定者の運動強度の時間変化の例を示す図である。（ｂ）脈拍数算出タイミングと、各タイミングにおいて脈拍数算出に用いられる脈波信号ＡＣ成分の時間範囲との関係を示す図である。（ｃ）脈拍数の時間変化の例を示す図である。 運動強度に応じて変更される探索周波数範囲の例を示す図である。 脈拍数に応じて変更される探索強度範囲の例を示す図である。 この発明の別の一実施形態の脈拍測定装置の機能的な構成を示すブロック図である。 この発明の別の一実施形態の脈拍測定装置の動作フローを示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、一実施形態の脈拍測定装置の構成を模式的に示している。図１Ａは、一実施形態の脈拍測定装置の外観の模式的な斜視図であり、図１Ｂは、同脈拍測定装置の模式的な断面図である。なお、説明の都合上、図示しない被測定部位の側を本体１０の「下面側」、被測定部位の反対側を本体１０の「上面側」としている。

この脈拍測定装置１は、本体１０と、バンド２０と、を含む。図１Ａに示すように、脈拍測定装置１は、腕時計のように、バンド２０を被測定者の測定部位３（たとえば、手首）に巻き回すことにより、本体を被測定者の手首に固定することができる。

脈拍測定装置１の本体１０は、被測定者の被測定部位（図示しない）に対して密着して配置されて被測定部位との接触面を形成する下面１３と、当該下面１３の反対側に位置する上面１１と、を有する。本体１０は、下面１３に沿った面方向に関して、そのサイズが小さく構成されたくびれ形状ｗを有する（図１Ｂ）。

脈拍測定装置１の本体１０は、下面１３の側に配置されて被測定者の脈拍を測定する脈波センサとしての測定部１５と、上面１１の側に配置されて測定部１５によって測定された脈拍に関する情報を表示する表示部１４と、を備える。下面１３の側に配置された測定部１５は、測定光（例えば赤外光又は近赤外光）を発光する発光ダイオードのような発光素子１６と、フォトダイオード又はフォトトランジスタのような受光素子１７と、を備える光学式センサである。発光素子１６は、被測定部位に向けて或る発光強度で光を照射する発光部として働く。また、受光素子１７は、被測定部位からの反射光又は透過光を受光する受光部として働く。

本体１０が被測定部位３に密着して配置された状態で、発光素子１６から発せられた測定光（例えば赤外光又は近赤外光）を被測定部位の皮下にある血管（たとえば、動脈）に照射すると、動脈を流れる赤血球によって照射光が反射され、この反射光が受光素子１７で受光される。受光素子１７で受光される反射光の光量は、動脈の脈動に応じて変化する。したがって、当該測定部１５により、脈波情報を検出して脈拍数を計測することができる。なお、図１では、測定部１５が下面１３に接するように配置されているが、測定部１５が本体１０の内部に配置されるとともに、本体１０の内部に配置された測定部１５と本体１０の下面１３と連通する空間部を備える構成であってもよい。また、図１Ａおよび図１Ｂに示した脈拍測定装置１は、測定部１５が発光素子１６と発光素子１６の近傍に配置された受光素子１７とから構成されて、被測定部位３からの反射光を検出するタイプのものを例示しているが、測定部１５が発光素子１６と発光素子１６に対して対向配置された受光素子１７とから構成されて、被測定部位３を透過した透過光を検出するタイプとすることもできる。

この脈拍測定装置１では、脈波センサとして光電式センサからなる測定部１５を備えているので、簡単な構成で、脈拍を含む脈波情報を精度よく検知することができる。

表示部１４が、本体１０の上面１１の側すなわち頭部１３に配置されている。表示部１４は、表示画面（例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイなど）を含む。表示部１４は、被測定者の脈拍に関する情報（例えば、脈拍数）等を表示画面に表示する。当該表示画面の制御は、表示制御部として機能する制御部３１（ＣＰＵ）（後述）によって行われる。

本体１０を被測定者の被測定部位３に取り付けるためのバンド２０は、本体１０を密着保持するための本体保持部２１と、被測定部位を取り巻くための取り巻き部２５と、を有する。

本体保持部２１には、本体１０のくびれ形状ｗの外形サイズと略一致するように開口部が形成され、これにより、くびれ形状ｗの部分にて、本体１０とバンド２０とが係合している。

本体保持部２１の一端部には、略矩形形状に屈折されたバックル部材２２が取り付けられている。バックル部材２２の穴２３を通して、取り巻き部２５の端部２４が被測定部位３から外向きに挿通され、折り返されている。

取り巻き部２５のうち端部２４以外の部分には、外側面（被測定部位３に接する内側面と反対の面）に長手方向に延びる長めの雌側面ファスナーが設けられており、雌側面ファスナーは、端部２４に取り付けられた雄側面ファスナー２６と着脱自在に係合している。

このようにして、バンド２０によって、本体１０が被測定部位３に対して密着して保持されている。

図２は、脈拍測定装置１の機能的なブロック構成を示している。この脈拍測定装置１の本体１０は、制御部（ＣＰＵ）３１と、記憶部３２と、表示部１４と、操作部３４と、脈波センサ部１５と、体動センサ部３３と、を含む。脈拍測定装置１は、さらに、図示しない通信部を含んでもよい。その場合、脈拍測定装置１は、図示しない外部の装置との間で、データ通信を行うことができる。

制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）およびその補助回路を含み、脈拍測定装置１を構成する各部を制御し、記憶部３２に記憶されたプログラムおよびデータに従って各種の処理を実行する。すなわち、制御部（ＣＰＵ）３１は、操作部３４、脈波センサ部１５、体動センサ部３３、および、図示しない通信部から入力されたデータを処理し、処理したデータを、記憶部３２に記憶させたり、表示部１４で表示させたり、通信部から出力させたりする。

記憶部３２は、制御部（ＣＰＵ）３１でプログラムを実行するために必要な作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）と、制御部（ＣＰＵ）３１で実行するための基本的なプログラムを記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）と、を含む。また、記憶部３２の記憶領域を補助するための補助記憶装置の記憶媒体として、半導体メモリ（メモリカード、ＳＳＤ（Solid State Drive））などを用いることができる。この記憶部３２は、被測定者毎に、脈波センサ部１５によって検知された被測定者の脈拍を表す脈波信号（特にそのＡＣ成分）を時系列で格納することができる。

操作部３４は、例えば、脈拍測定装置１の電源をＯＮ又はＯＦＦするために操作される電源スイッチと、被測定者毎の測定結果を記憶部３２に保存するためにいずれの被測定者であるか、あるいは、どのような測定を行うか、を選択するために操作される操作スイッチと、を備える。なお、操作部３４は、本体１０の上面１１の側あるいは側面１２に設置することができる。

このように、脈拍測定装置１は、単独の装置として構成することが可能である。だが、図示しない通信部を備えることによって、ネットワーク上でも使用可能である。

図示しない通信部は、有線又は無線のネットワークを介して、制御部（ＣＰＵ）３１によって生成されたデータや記憶部３２に格納されていたデータをサーバへ送信したり、サーバの制御部（図示しない）によって生成されたデータやサーバの記憶部（図示しない）に格納されていたデータを受信したりするために用いられる。ここで、サーバとあるのは、通常のサーバに加えて、例えば、パーソナルコンピュータのような据え置き型端末、あるいは、携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンツ）やタブレット（tablet）、および、テレビ等のＡＶ機器のリモートコントローラのような携帯型端末、ならびに、テレビ等のＡＶ機器に内蔵されたコンピュータを含む広い概念を意味している。

なお、脈拍測定装置１の各部へ、図示しない電源から、操作部３４の電源スイッチに対するユーザの操作に応じて電力が供給される。

図３は、この脈拍測定装置１の脈波センサ部１５の回路構成を例示している。この脈波センサ部１５は、ＣＰＵ３１の制御の下で動作することにより脈波センサ部１５の動作を制御する脈波センサコントローラ４１を備える。

脈波センサコントローラ４１は、パルス駆動回路４２を制御して発光素子１６をパルス駆動させる。つまり、パルス駆動回路４２は、脈波センサコントローラ４１から供給された駆動パルスに応じてｎｐｎ形のトランジスタがスイッチングされることにより、発光素子１６の発光状態（周波数とデューティ）を制御する。

また、脈波センサコントローラ４１は、発光強度制御回路４３を制御して発光素子１６の発光強度（すなわち駆動電流）を制御する。つまり、発光強度制御回路４３は、ＣＰＵ３１に制御された脈波センサコントローラ４１からの発光強度制御信号に応じて可変抵抗の抵抗値が変更されることにより該抵抗値によって規定される駆動電流で発光素子１６を駆動して、発光素子１６の発光強度を制御する。すなわち、発光素子１６を流れる駆動電流が大きくなるほど、発光素子１６の発光強度（すなわち発光光量）が大きくなる。

受光素子１７は、受光した光の強さに応じた光電出力を出力する。脈波センサコントローラ４１は上述のようにして発光素子１６を制御するとともに、受光感度調整回路４４を制御して受光素子１７の受光感度（すなわち光電出力のゲイン）を制御する。受光感度調整回路４４は、ＣＰＵ３１に制御された脈波センサコントローラ４１からの光電出力制御信号に応じて、その可変抵抗の抵抗値を増減させることで、受光素子１７からの光電出力（図５Ａにおける脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）の大きさを調整する。

なお、ここでは、受光素子１７からの光電出力を、脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣと呼んでいる。実際には、受光素子１７から出力される光電出力は一定レベル（ＤＣ成分）にＡＣ成分が重畳された脈流であるが、その脈動の大きさは光電出力の大きさに較べて極めて小さいため、ここでは、受光素子１７からの光電出力を、脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣとも呼ぶこととする。

受光素子１７からの光電出力（図５Ａにおける脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）は、二手に分岐されて、一方がバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４５に入力され、他方がＡ／Ｄ変換回路（ＤＣ成分用ＡＤＣ）４７Ｄに入力される。

ＢＰＦ４５は、受光素子１７からの光電出力Ｐ_ＤＣからＡＣ成分を取り出す作用を有し、増幅器４６は、ＢＰＦ４５からの出力を増幅する作用を有する。ＢＰＦ４５の通過帯域は、ヒトの一般的な脈拍数の範囲（３０ＢＰＭ〜３００ＢＰＭ）に対応した周波数帯域（０．５Ｈｚ〜５Ｈｚ）を含めばよい。増幅器４６からは、光電出力Ｐ_ＤＣのＡＣ成分（図５Ａにおける脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））が出力され、該出力は、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＣ成分用ＡＤＣ）４７Ａに入力される。

受光素子１７から出力された光電信号Ｐ_ＤＣは、Ａ／Ｄ変換器４７Ｄを経て、アナログ信号からデジタル信号に変換され、ＡＤＣ４７Ａの出力からは脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）のデジタル信号がＣＰＵ３１に入力される。脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）のデジタル信号は、後述するように、被測定者の脈拍数の算出、および、探索強度範囲の決定に用いられる。ＡＤＣ４７Ｄの出力からは、光電信号（脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）がＣＰＵ３１に入力されて、発光強度を制御するためのパラメータ等の演算処理に用いられる。

なお、本例では、ＡＤＣ４７Ａ（ＡＣ成分用ＡＤＣ）およびＡＤＣ変換回路４７Ｄ（ＤＣ成分用ＡＤＣ）から出力されるデジタル信号がＣＰＵ３１へ入力されるが、ＡＤＣ４７Ａ，４７Ｄは、ＣＰＵ３１に内蔵された態様であってもよい。

体動センサ部３３は、加速度センサ４８を備える。加速度センサ４８は、被測定部位に作用する加速度の大きさを測定し、測定結果を増幅器４９へ出力する。増幅器４９の出力は、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）５０へ入力され、ＡＤＣ５０からは、加速度の情報を含んだデジタル信号がＣＰＵ３１へ入力される。ここでは、加速度センサ４８に作用する加速度の大きさは、被測定者が行う運動の強度とよく対応していると考え、加速度センサ４８の出力を、被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号として利用する。

この脈拍測定装置１は、全体として、図４に示す脈拍測定方法のフローに従って動作する。

概略的には、脈拍測定装置１は、まず、測定開始時に、安静状態にある被測定者の脈拍数（安静時脈拍数）を算出する。そして、脈拍測定装置１は、次回の測定周期においては、安静時脈拍数にもとづいて、周波数領域で表された脈波信号（より具体的には、脈波ＡＣ成分）におけるスペクトル強度のピークを探索するべき周波数範囲（探索周波数範囲）と、脈波信号（より具体的には、脈波ＡＣ成分）におけるスペクトル強度のピークを探索するべき強度範囲（探索強度範囲）を決定し、探索強度範囲および探索周波数範囲の共通範囲に存在するスペクトル強度のピークを抽出し、抽出された強度ピークの周波数にもとづいて被測定者の脈拍数を算出する。それ以降の測定周期では、脈拍測定装置１は、体動センサ部から出力される被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号に応じて探索周波数範囲を前回の測定で用いた探索周波数範囲からずらすとともに算出した脈拍数に応じて探索強度範囲を前回の測定で用いた探索強度範囲からずらし、探索周波数範囲および探索強度範囲にもとづいてその共通範囲を再設定して当該範囲内でスペクトル強度のピークを抽出することにより、前回の測定周期において算出された脈拍数からの脈拍数の変化を追跡するようにして今回の測定周期における脈拍数を算出する。

ｉ） まず、ステップＳ１に示すように、安静状態での脈拍数を測定するため、ＣＰＵ３１は、体動センサ部３３から出力される運動強度信号に基づいて被測定者が安静状態にあるか否か、を判断する。ＣＰＵ３１が、被測定者が安静状態にあると判断した場合（ステップＳ１における「ＹＥＳ」）、処理は、ステップＳ２に進む。そうでない場合、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１を予め設定された周期で繰り返す。なお、ステップＳ１においては、ＣＰＵ３１は、脈波センサ部から取得した脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルを求め、スペクトル強度分布の形状から被測定者が安静状態にあるか否かを判断してもよい。

ｉｉ） 次に、ステップＳ２に示すように、ＣＰＵ３１は、脈波センサ部１５から被測定者の脈拍を表す安静時の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））を取得するデータ取得部として動作する。より具体的には、データ取得部として動作するＣＰＵ３１は、光電信号Ｐ_ＤＣに含まれるＡＣ成分ＰＳ（ｔ）を取得する。（図５Ａおよび図５Ｂ参照。）

図５Ａは、受光素子１７から出力される光電信号（脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）の一例を示す図である。図５Ａでは、横軸が時間（秒）を表し、縦軸が脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣの強度（単位は任意）を表す。光電信号（脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）は、上述のように、微小なＡＣ成分を含んだ脈流である。すなわち、脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣは、組織や滞留している血液などに吸収及び散乱された光からに起因する、周期的に変動しない一定レベルの成分（直流成分）に、生体の脈動（すなわち血液の脈波）を反映して周期的に変動する成分（交流成分）ＰＳ（ｔ）が重畳された脈流として出力される。なお、通常は、一定レベルの成分（直流成分）の大きさに比して、周期的に変動する脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）の大きさ（振幅）は２桁程度小さい。このため、光電信号（脈波ＤＣ成分Ｐ_ＤＣ）から脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）を取り出して、データとして取り扱えるように増幅するのが望ましい。本例では、増幅器４６はオペアンプを含み、ＣＰＵ３１の制御の下、入力抵抗と帰還抵抗との抵抗比を調整することによって、脈波ＡＣ成分の増幅ゲインを制御する。増幅器４６から出力された脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）は、ＡＤＣ４７Ａを経て、デジタル信号の脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）となってＣＰＵ３１に入力される。

図５Ｂは、ＣＰＵ３１に入力される脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）の波形を例示している。なお、図５Ｂでは、横軸が時間（秒）を表し、縦軸が脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）の強度（単位は任意）を表す。脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）は、生体の脈動（すなわち血液の脈波）に応じて周期的に変化している。つまり、脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）は、被測定者の脈拍を表す脈波信号である。この脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）は、図２中に示した記憶部３２に、時系列で記憶される。

ｉｉｉ） 次に、図４のステップＳ３に示すように、ＣＰＵ３１は、記憶部３２に記憶された時間領域の安静時の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））を周波数領域に変換し、脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトル（ＰＳ（ｆ））を求める周波数変換部として動作する。より具体的には、周波数変換部として動作するＣＰＵ３１は、記憶部３２に記憶された時間領域の安静時の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））を周波数領域に変換して、安静時の脈波ＡＣ成分の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）を求める。この例では、ＣＰＵ３１は、周波数変換として動作することにより、安静時の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。ＣＰＵ３１は、図７（ｂ）に例示するように、時系列で記憶部３２に記憶された安静時の脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ）の予め定められた或る長さの期間Ｔｄ（たとえば、１６秒間、８秒間、４秒間等）に含まれる安静時のＡＣ成分ＰＳ（ｔ）の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）を求める。

図６は、周波数領域に変換された安静時の脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｆ）の一例を示す図である。図６では、横軸が脈拍数（単位は、ＢＰＭ（３０ＢＰＭが、０．５Ｈｚに相当する。））を表し、縦軸がスペクトル強度（単位は任意）を表す。この例では、周波数領域に変換された安静時のＡＣ成分ＰＳ（ｆ）には、およそ６０ＢＰＭに大きなピークが見られる。およそ１２０ＢＰＭ、およそ１８０ＢＰＭには、その高調波成分が現れている。

ｉｖ） 次に、図４のステップＳ４に示すように、ＣＰＵ３１は、周波数スペクトルの設定された探索周波数範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出部として動作する。測定開始時には（安静状態にある被測定者の脈拍数（安静時脈拍数）を求める場合には）、探索周波数範囲は、全周波数範囲（たとえば、３０ＢＰＭ〜３００ＢＰＭ、すなわち、０．５Ｈｚ〜５Ｈｚ）としてよい。図６の例では、ＣＰＵ３１は、およそ６０ＢＰＭにおいて周波数スペクトルＰＳ（ｆ）の強度ピークを抽出する。ＣＰＵ３１は、およそ１２０ＢＰＭ、およそ１８０ＢＰＭにおける比較的小さな強度ピークについては、およそ６０ＢＰＭに現れた強度ピークの高調波成分であるとみなして捨てる。次に、ＣＰＵ３１は、抽出された強度ピークの周波数に応じて被測定者の安静時の脈拍数を求める脈拍数算出部として動作することにより、抽出された強度ピークの周波数（図６の場合は、１Ｈｚ）に応じて被測定者の安静時脈拍数はおよそ６０ＢＰＭであると判断する。

ｖ） 次に、図４のステップＳ５に示すように、ＣＰＵ３１は、前記周波数スペクトルの周波数軸において、強度ピークを探索するための探索周波数範囲を設定する探索周波数範囲設定部として動作する。具体的には、探索周波数範囲設定部として動作するＣＰＵ３１は、前回の測定において算出された脈拍数（ここでは、安静時の脈拍数（およそ６０ＢＰＭ））に対し予め定められた比率範囲（たとえば、プラスマイナス２０％以内）に含まれる値を、次回の測定周期のための前記探索周波数範囲に設定する。たとえば、ＣＰＵ３１は、前回の測定周期において算出された脈拍数（安静時脈拍数）に対してプラスマイナス２０％以内にある値の範囲を次回の測定周期のための探索周波数範囲に設定する。図６のように前回の測定周期において算出された脈拍数が６０ＢＰＭであれば、４８ＢＰＭ〜７２ＢＰＭの範囲が次回の測定周期のための探索周波数範囲として設定される。

ｖｉ） 次に、図４のステップＳ６に示すように、ＣＰＵ３１は、前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定部として動作する。具体的には、探索強度範囲設定部として動作するＣＰＵ３１は、前回の測定において算出された脈拍数（ここでは、安静時の脈拍数（およそ６０ＢＰＭ））における強度ピーク値に対し予め定められた比率範囲（たとえば、プラスマイナス２０％以内）に含まれる強度ピーク値を、次回の測定周期のための前記探索強度範囲に設定する。たとえば、ＣＰＵ３１は、図６のように前回の測定周期において算出された脈拍数が６０ＢＰＭであれば、周波数スペクトルＰＳ（ｆ）の６０ＢＰＭでの強度値１（単位は任意）のプラスマイナス２０％の範囲０．８〜１．２（単位は任意）が次回の測定のための探索強度範囲として設定される。

以降、図４のステップＳ７〜ステップＳ１７にわたる処理ループは、測定開始時から数えて２回目以降の脈拍数測定にかかる処理フローである。ステップＳ７からステップＳ１７に至る一連の処理が、１回の脈拍数測定で実施される。この一連の処理は、測定終了まで、所定の測定周期で（たとえば、５秒間隔（図７における時間間隔Ｔｓ））で実施される。脈拍測定装置１は、測定開始時から数えて２回目以降の脈拍数測定においては、体動センサ部３３から出力される運動強度信号にもとづいて、必要に応じて探索周波数範囲を前回の探索周波数範囲からずらすとともに、算出した脈拍数に応じて探索強度範囲を直前の測定で用いた探索強度範囲からずらし、探索周波数範囲および探索強度範囲にもとづいてその共通範囲を変化させる。ピーク抽出部として動作するＣＰＵ３１は、そのようにして求めた、探索周波数範囲と探索強度範囲の共通範囲に強度値が含まれるようなスペクトル強度ピークを抽出し、脈拍数算出部として動作するＣＰＵ３１が、抽出されたピークの周波数に応じて、脈拍数を算出する。

ｖｉｉ） 図４のステップＳ７に示すように、ＣＰＵ３１は、運動強度取得部として動作し、体動センサ部３３から被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号を取得する。

ｖｉｉｉ） 次に、ステップＳ８に示すように、探索周波数範囲設定部として動作するＣＰＵ３１は、前回の測定周期における被測定者の運動強度と今回の測定周期における被測定者の運動強度とを、運動強度信号に基づいて比較し、今回の測定周期における運動強度が前回の測定周期における運動強度よりも増大したか、変化しなかったか、または、低減したか、を判断する。

図７（ａ）は、運動強度の時間変化例（３例）と、測定周期との関係を示す図である。横軸は、時間であり、縦軸は、運動強度信号に基づいて決定された、被測定者の運動の強度である。なお、ここでの運動強度は、体動センサ部３３（加速度センサ４８）の出力する加速度の各時刻における値でよい。あるいは、運動強度は、加速度センサ４８の出力を予め定めた時間間隔にわたって積分することによって得られる値であってもよいし、その他の予め定める計算方法によって体動センサ部３３が出力する運動強度信号を処理して得られる値でもよい。たとえば、体動センサ部３３（加速度センサ４８）の出力から被測定者の歩行ピッチ（走行ピッチ）を求め、該ピッチを運動強度としてもよい。

第１の運動強度時間変化例ＷＬａは、前回の測定周期における運動強度よりも今回の測定周期の運動強度が増大した場合を示す例である。第１の運動強度時間変化例ＷＬａでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において運動強度はｌａ１であったのに対し、今回の測定周期（時刻ｔ２）において運動強度はｌａ２（ｌａ２：ｌａ２＞ｌａ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、ステップＳ８において、今周期の運動強度は直前周期の運動強度から増大するように変化した、と判断する（ステップＳ８における「ＹＥＳ」）。したがって、処理は、ステップＳ９へ進む。

第２の運動強度時間変化例ＷＬｂは、前回の測定周期における運動強度と今回の測定周期の運動強度との間で変化がなかった場合を示す例である。第２の運動強度時間変化例ＷＬｂでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において運動強度はｌｂ１であり、今回の測定周期（時刻ｔ２）においても運動強度はｌｂ２（ｌｂ２：ｌｂ２＝ｌｂ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、ステップＳ８において、今周期の運動強度は直前周期の運動強度から変化しなかった、と判断する（ステップＳ８における「ＮＯ」）。したがって、処理は、ステップＳ１０へ進む。

第３の運動強度時間変化例ＷＬｃは、前回の測定周期における運動強度よりも今回の測定周期の運動強度が低減した場合を示す例である。第３の運動強度時間変化例ＷＬｃでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において運動強度はｌｃ１であったのに対し、今回の測定周期（時刻ｔ２）において運動強度はｌｃ２（ｌｃ２：ｌｃ２＜ｌｃ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、ステップＳ８において、今周期の運動強度は直前周期の運動強度から低減するように変化した、と判断する（ステップＳ８における「ＹＥＳ」）。したがって、処理は、ステップＳ９へ進む。

ｉｘ） 図４のステップＳ９に示すように、ＣＰＵ３１は、探索周波数範囲設定部として動作して、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度よりも大きい場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬａのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲よりも高周波数側（高ＢＰＭ側）にずらす（シフトさせる）。

逆に、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度よりも小さい場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬｃのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲よりも低周波数側（低ＢＰＭ側）にずらす（シフトさせる）。

ステップＳ１０に示すように、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度から変化していない場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬｂのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲から変化させない。

図８は、図４のステップＳ９およびステップＳ１０による探索周波数範囲の変更（維持）の様子を表す図である。横軸は、脈拍数（ＢＰＭ）を表し、縦軸は、スペクトル強度（単位は任意）を表す。図７（ｂ）に示す時間領域の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））のうち、ｔ＝ｔ２−Ｔｄからｔ＝ｔ２までの脈波信号ＰＳ（ｔ）を周波数領域に変換したものが、図８における周波数スペクトルＰＳ（ｆ）である。また、図８の例では、探索強度範囲は、スペクトル強度ＰＬ１からＰＨ１（ＰＬ１＜ＰＨ１）までの強度幅（ＰＨ１−ＰＬ１）を有する範囲に設定されている。

図８の例では、前回の測定周期の探索周波数範囲は、周波数範囲ＳＲ１である。周波数範囲ＳＲ１は、下限周波数ｆＬ１および上限周波数ｆＨ１で規定される周波数幅（ｆＨ１−ｆＬ１）の周波数範囲であって、前回の脈拍測定では当該範囲において強度ピークの抽出が行われたものとする。

図４のステップＳ９において、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度よりも大きい場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬａのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲ＳＲ１よりも高周波数側（高ＢＰＭ側）の周波数範囲ＳＲ２ａにずらす（シフトさせる）。これにより、今回の測定周期における探索周波数範囲は、下限周波数ｆＬ２ａ（ｆＬ２ａ＝ｆＬ１＋ｄＰｂ）および上限周波数ｆＨ２ａ（ｆＨ２ａ＝ｆＨ１＋ｄＰｔ）で規定される周波数幅（ｆＨ２ａ−ｆＬ２ａ）の周波数範囲となる。ここで、ｄＰｂ＝ｄＰｔとしてよく、その場合、今回の探索周波数範囲の周波数幅は、前回の探索周波数範囲の周波数幅と同一となる。また、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度と前回の測定周期における運動強度との差（図７（ａ）における運動強度の差（ｌａ２−ｌａ１）が大きければ大きいほどに、探索周波数範囲のシフト量（図８におけるｄＰｔおよびｄＰｂ）を大きくしてもよい。そうすることで、運動負荷の増大に伴って増加であろう脈拍数をより確実に追跡することが可能となる。

逆に、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度よりも小さい場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬｃのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲ＳＲ１よりも低周波数側（低ＢＰＭ側）の周波数範囲ＳＲ２ｃにずらす（シフトさせる）。これにより、今回の測定周期における探索周波数範囲は、下限周波数ｆＬ２ｃ（ｆＬ２ｃ＝ｆＬ１−ｄＭｂ）および上限周波数ｆＨ２ｃ（ｆＨ２ｃ＝ｆＨ１−ｄＭｔ）で規定される周波数幅（ｆＨ２ｃ−ｆＬ２ｃ）の周波数範囲となる。ここでも、ｄＭｂ＝ｄＭｔとしてよく、その場合、今回の探索周波数範囲の周波数幅は、前回の探索周波数範囲の周波数幅と同一となる。また、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度と前回の測定周期における運動強度との差（図７（ａ）における運動強度の差（ｌｃ１−ｌｃ２）が大きければ大きいほどに、探索周波数範囲のシフト量（図８におけるｄＭｔおよびｄＭｂ）を大きくしてもよい。そうすることで、運動負荷の減少に伴って低下するであろう脈拍数をより確実に追跡することが可能となる。

図４のステップＳ１０においては、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における運動強度が、前回の測定周期における運動強度から変化していない場合（図７（ａ）の運動強度ＷＬｂのような場合）、探索周波数範囲を、前回の探索周波数範囲ＳＲ１から変化させない。

ｘ） 図４のステップＳ１１に示すように、ＣＰＵ３１は、データ取得部として動作することにより、今回の測定周期にための脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の時系列データを記憶部３２から取得する。たとえば、ＣＰＵ３１は、図７（ｂ）のような脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の時系列データが記憶部３２に記憶されている場合、時刻ｔ２−Ｔｄから今回の測定周期の時刻ｔ２までの脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の時系列データを記憶部３２から取得する。

ｘｉ） 次に、図４のステップＳ１２に示すように、ＣＰＵ３１は、周波数変換部として動作することにより、記憶部３２に記憶されデータ取得部が取得した時間領域の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））を周波数領域に変換し、脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトル（ＰＳ（ｆ））を求める。たとえば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１１で取得した予め定められた期間Ｔｄの脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の時系列データについて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、図８に示すような脈波信号の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）を導出する。

ｘｉｉ） そして、図４のステップＳ１３に示すように、ＣＰＵ３１は、ピーク抽出部として動作することにより、ステップＳ９またはステップＳ１０で設定された今回の測定周期の探索周波数範囲（ＳＲ２ａ、ＳＲ２ｂ、または、ＳＲ２ｃ）とステップＳ６または前回の測定周期におけるステップＳ１５もしくはステップＳ１６で設定された今回の測定周期の探索強度範囲（ＰＬ１〜ＰＨ１）との共通範囲に含まれる、周波数スペクトルの強度ピーク（極大点）を抽出する。次に、ＣＰＵ３１は、脈拍数算出部として動作することにより、抽出された強度ピークの周波数に応じて被測定者の安静時脈拍数を算出する。

ｘｉｉｉ） たとえば、安静状態にある被測定者が運動を開始すると、脈拍数が増大するとともに血流が増加し、血流の増加によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうちで、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が増加することが予想される。被測定者が行っている運動の強度がさらに増大する場合も同様、脈拍数がさらに増大するとともに血流が増加し、血流の増加によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうち、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が増加することが予想される。逆に、被測定者が行っている運動の強度が低減する場合、脈拍数が低下するとともに血流が減少し、血流の減少によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうち、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が低下することが予想される。

そこで、周波数スペクトルＰＳ（ｆ）に含まれる血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度の強度値が変動するような場合においても、当該強度値が探索強度範囲内に含まれるようにするため、図４のステップＳ１４に示すように、ＣＰＵ３１は、周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定部として働く。具体的には、探索強度範囲設定部としてのＣＰＵ３１は、前回の測定周期における被測定者の脈拍数と今回の測定周期における被測定者の脈拍数とを比較し、今回の測定周期における脈拍数が前回の測定周期における脈拍数よりも増大したか、変化しなかったか、または、低減したか、を判断する。

図７（ｃ）は、脈拍数の時間変化例（３例）と、測定周期との関係を示す図である。横軸は、時間であり、縦軸は、各測定周期において脈拍数算出部が算出した被測定者の脈拍数である。

第１の脈拍数時間変化例Ｐａは、前回の測定周期における脈拍数よりも今回の測定周期の脈拍数が増大した場合を示す例である。第１の脈拍数時間変化例Ｐａでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において脈拍数はＢ１であったのに対し、今回の測定周期（時刻ｔ２）において脈拍数はＢａ２（Ｂａ２：Ｂａ２＞Ｂ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ１４において、今周期の脈拍数は直前周期の脈拍数から増大するように変化した、と判断する（ステップＳ１４における「ＹＥＳ」）。したがって、処理は、ステップＳ１５へ進む。

第２の運動強度時間変化例Ｐｂは、前回の測定周期における脈拍数と今回の測定周期の脈拍数との間で変化がなかった場合を示す例である。第２の脈拍数時間変化例Ｐｂでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において脈拍数はＢ１であり、今回の測定周期（時刻ｔ２）においても脈拍数はＢｂ２（Ｂｂ２：Ｂｂ２＝Ｂ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ１４において、今周期の脈拍数は直前周期の脈拍数から変化しなかった、と判断する（ステップＳ１４における「ＮＯ」）。したがって、処理は、ステップＳ１６へ進む。

第３の運動強度時間変化例Ｐｃは、前回の測定周期における脈拍数よりも今回の測定周期の脈拍数が低下した場合を示す例である。第３の脈拍数時間変化例Ｐｃでは、前回の測定周期（時刻ｔ１）において脈拍数はＢ１であったのに対し、今回の測定周期（時刻ｔ２）において脈拍数はＢｃ２（Ｂｃ２：Ｂｃ２＜Ｂ１）である。このような場合、ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ１４において、今周期の脈拍数は直前周期の脈拍数から低下するように変化した、と判断する（ステップＳ１４における「ＹＥＳ」）。したがって、処理は、ステップＳ１５へ進む。

ｘｉｖ） 図４のステップＳ１５に示すように、ＣＰＵ３１は、探索強度範囲設定部として動作して、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数よりも大きい場合（図７（ｃ）の脈拍数Ｐａのような場合）、探索強度範囲を、現在の探索強度範囲よりも高強度側にずらす（シフトさせる）。

逆に、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数よりも小さい場合（図７（ｃ）の脈拍数Ｐｃのような場合）、探索強度範囲を、前回の探索強度範囲よりも低強度側にずらす（シフトさせる）。

図４のステップＳ１６に示すように、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数から変化していない場合（図７（ｃ）の脈拍数Ｐｂのような場合）、探索強度範囲を、現在の探索強度範囲から変化させない。

図９は、図４のステップＳ１５およびステップＳ１６による探索強度範囲の変更（維持）の様子を表す図である。横軸は、脈拍数（ＢＰＭ）を表し、縦軸は、スペクトル強度（単位は任意）を表す。図７（ｂ）に示す時間領域の脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））のうち、ｔ＝ｔ２−Ｔｄからｔ＝ｔ２までの脈波信号ＰＳ（ｔ）を周波数領域に変換したものが、図９における周波数スペクトルＰＳ（ｆ）である。

図９の例では、現在の測定周期の探索強度範囲は、強度範囲ＰＲ１（ＰＬ１〜ＰＨ１（ＰＬ１＜ＰＨ１））である。強度範囲ＰＲ１は、下限強度値ＰＬ１および上限強度値ＰＨ１で規定される強度幅（ＰＨ１−ＰＬ１）の強度範囲であって、今回の脈拍測定では当該範囲において強度ピークの抽出が行われたものとする。

図４のステップＳ１５において、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数よりも大きい場合（図７（ｃ）の運動強度Ｐａのような場合）、探索強度範囲を、現在の探索強度範囲ＰＲ１よりも高強度側の強度範囲ＰＲ２ａ（ＰＬ２ａ〜ＰＨ２ａ（ＰＬ２ａ＜ＰＨ２ａ））にずらす（シフトさせる）。これにより、次回の測定周期における探索強度範囲は、下限強度値ＰＬ２ａ（ＰＬ２ａ＝ＰＬ１＋ｄＰＰｂ）および上限周波数ＰＨ２ａ（ＰＨ２ａ＝ＰＨ１＋ｄＰＰｔ）で規定される周波数幅（ＰＨ２ａ−ＰＬ２ａ）の強度範囲となる。ここで、ｄＰＰｂ＝ｄＰＰｔとしてよく、その場合、次回の探索強度範囲の強度幅は、今回の探索強度範囲の強度幅と同一となる。また、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数と前回の測定周期における脈拍数との差（図７（ｃ）における脈拍数の差（Ｂａ２−Ｂ１）が大きければ大きいほどに、探索強度範囲のシフト量（図９におけるｄＰＰｔおよびｄＰＰｂ）を大きくしてもよい。そうすることで、脈拍数の増加とともに増大するであろうスペクトル強度のピーク値をより確実に追跡することが可能となる。

逆に、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数よりも低い場合（図７（ｃ）の運動強度Ｐｃのような場合）、探索強度範囲を、現在の探索強度範囲ＰＲ１よりも低強度側の強度範囲ＰＲ２ｃにずらす（シフトさせる）。これにより、次回の測定周期における探索強度範囲は、下限強度値ＰＬ２ｃ（ＰＬ２ｃ＝ＰＬ１−ｄＰＭｂ）および上限強度値ＰＨ２ｃ（ＰＨ２ｃ＝ＰＨ１−ｄＰＭｔ）で規定される強度幅（ＰＨ２ｃ−ＰＬ２ｃ）の強度範囲となる。ここでも、ｄＰＭｂ＝ｄＰＭｔとしてよく、その場合、次回の探索強度範囲の強度幅は、今回の探索強度範囲の強度幅と同一となる。また、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数と前回の測定周期における脈拍数との差（図７（ｃ）における脈拍数の差（Ｂ１−Ｂｃ２）が大きければ大きいほどに、探索強度範囲のシフト量（図９におけるｄＰＭｔおよびｄＰＭｂ）を大きくしてもよい。そうすることで、脈拍数の低下とともに低減するであろうスペクトル強度のピーク値をより確実に追跡することが可能となる。

図４のステップＳ１６においては、ＣＰＵ３１は、今回の測定周期における脈拍数が、前回の測定周期における脈拍数から変化していない場合（図７（ｃ）の運動強度Ｐｂのような場合）、探索強度範囲を、現在の探索強度範囲ＰＲ１から変化させない。

よって、次回の測定周期においては、周波数スペクトルの強度軸に設定された探索強度範囲に含まれるピーク値を有するスペクトル強度ピークについて、ピーク抽出部として動作するＣＰＵ３１が、ピーク抽出を行う。たとえば、図９を参照すれば、今回の測定周期において、次回の測定周期の探索強度範囲として強度範囲ＰＲ２ａが設定されたとする。そして、次回の測定周期のステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１０において、探索周波数範囲として、周波数範囲ＳＲが設定されたとする。この場合、ピーク抽出部として動作するＣＰＵ３１は、探索強度範囲ＰＲ２ａと探索周波数範囲ＳＲの共通範囲Ｃに含まれるピーク値を有するスペクトル強度ピークを抽出する。図９の例では、ピーク抽出部として動作するＣＰＵ３１は、ピークｐを抽出する。その場合に、脈拍数算出部として動作するＣＰＵ３１は、ピークＰの周波数１６０ＢＰＭ（＝１６０／６０ヘルツ）に応じて、脈拍数を１６０ＢＰＭと算出する。

ｘｖ） 図４のステップＳ１７において、ＣＰＵ３１は、脈拍測定を終了するか否かを判断し、脈拍測定を継続すると判断した場合には、ステップＳ７に戻って次回の測定周期のための処理を行う。

以上のように、一実施形態における脈拍測定装置１は、被測定者が行っている運動の強度に基づいて脈拍の変動の傾向を予測し、予測した脈拍変動の方向性を考慮して、前回の探索周波数範囲を高周波数側あるいは低周波数側にずらしたり、前回の探索周波数範囲をそのまま維持したりして、脈拍に起因したスペクトル強度のピークを抽出する周波数範囲を設定する。また、脈拍測定装置１は、被測定者の脈拍数に基づいて脈拍に由来するスペクトル強度ピークの強度値の変動の傾向を予測し、予測した強度値変動の方向性を考慮して、現在の探索強度範囲を高強度側あるいは低強度側にずらしたり、現在の探索強度範囲をそのまま維持したりして、脈拍に由来するスペクトル強度ピークを抽出する強度範囲を設定する。そして、脈拍測定装置１は、そのようにして設定された探索周波数範囲と探索強度範囲の共通範囲に含まれる強度値を有するスペクトル強度のピークを周波数領域の脈波信号から抽出する。そうすることで、たとえ被測定者が運動を行うことにより外乱成分が脈波信号に重畳されるような場合であっても、外乱成分に起因したスペクトル強度のピークを脈拍に起因したスペクトル強度のピークであると誤認識することがなくなり（少なくとも、誤認識する頻度が低減され）、被測定者が安静状態になくても、その被測定者の脈拍数を正しく測定することが可能となっている。

なお、上述の例では、脈拍測定装置１は、脈拍数の変動から血流の増加／減少の傾向を予測し、脈拍に由来するスペクトル強度ピークを抽出するべき強度値の範囲を求めている。しかしながら、脈拍測定装置１は、体動センサ部３３が出力する運動強度信号に基づいて、被測定者が行っている運動の強度の変動の傾向を把握し、把握した運動強度変動の傾向に応じて脈拍に由来するスペクトル強度ピークを抽出するべき強度値の範囲を求めてもよい。その理由は、安静状態にある被測定者が運動を開始すると、血流が増加し、血流の増加によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうちで、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が増加すると考えられるからである。また、被測定者が行っている運動の強度がさらに増大する場合も同様、血流が増加し、血流の増加によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうち、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が増加すると考えられ、逆に、被測定者が行っている運動の強度が低減する場合、血流が減少し、血流の減少によって脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルＰＳ（ｆ）のうち、血管の脈動に由来する変動成分に相当する周波数（脈拍数）のスペクトル強度が低下すると考えられるからである。

また、上述の例では、脈拍測定装置１は、脈拍数の変動から脈拍に由来するスペクトル強度ピークの強度値の範囲を設定するとともに、体動センサ部３３が検知する被測定者の運動の強度に応じて脈拍に由来するスペクトル強度ピークを抽出するべき周波数の範囲を設定し、両範囲の共通範囲に強度値が含まれるスペクトル強度ピークを抽出している。

しかしながら、本発明の別の一実施形態による脈拍測定装置では、脈拍数に基づいて血流の増加／減少の傾向を予測し、脈拍に由来するスペクトル強度ピークを抽出するべき強度値の範囲を求め、当該強度範囲に含まれる強度値を有するスペクトル強度ピークを抽出し、抽出したスペクトル強度ピークの周波数に応じて脈拍数を算出してもよい。つまり、当該実施形態においては、体動センサ部３３（図２等）が出力する運動強度信号にもとづいて探索周波数範囲の再設定を行わなくともよい。

図１０は、別の一実施形態による脈拍測定装置の機能的な構成を示すブロック図である。この場合、先の実施形態による脈拍測定装置１が有する体動センサ部３３（図２等）は、省略されている。

図１１は、その脈拍測定装置の動作フローを示す図である。この場合、探索周波数範囲の設定にかかる処理（図４のステップＳ５、ステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１０に相当する処理）は、省略されている。

この脈拍測定装置におけるその他の構成および動作は、一実施形態である脈拍測定装置１の構成および動作と同様であるため、それらの詳細な説明を省略する。この脈拍測定装置も、同様に、被測定者が安静状態になくても、その脈拍数を正しく算出することができる。なお、図４のステップＳ５の処理に相当する処理を備え、安静時の脈拍数に基づいて、スペクトル強度ピークを探索する周波数範囲を設定してもよい。

また、上述のように体動センサ部３３（図２等）を省略した場合には、図１１のステップＳ１０１では、ＣＰＵ３１は、脈波センサ部から取得した脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の周波数スペクトルを求め、スペクトル強度分布の形状から被測定者が安静状態にあるか否かを判断してよい。あるいは、本実施形態による脈拍測定装置では、図１１のステップＳ１０１を省略し、測定開始と同時に初回の測定（ステップＳ１０２〜ステップＳ１０６における安静時の脈拍数の測定）を行ってもよい。

なお、上記各実施形態における脈拍測定装置１は、非心電的に取得された脈波信号の周波数スペクトル強度分布に基づいて被測定者の脈拍数を算出する脈拍測定装置である。非心電的とは、たとえば、光電方式を指すが、これに限定されない。非心電的な方法には、光電方式のほか、圧電方式等が含まれる。

上記各実施形態における脈拍測定装置１は、脈波信号として、光電出力Ｐ_ＤＣのうち被測定者の脈拍数として想定する範囲（３０ＢＰＭ〜３００ＢＰＭ）の周期で変動する成分を取りだして利用している。しかしながら、光電出力Ｐ_ＤＣをそのまま脈波信号として利用してもよい。

また、上述の脈拍測定の方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして構築してもよい。

また、そのようなプログラム（脈拍測定プログラム）をＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して配布できるようにしてもよい。上記脈拍測定プログラムを汎用コンピュータにインストールすることで、汎用コンピュータによって上記脈拍測定方法を実行することが可能である。

また、記憶部３２に記憶されているプログラムを、メモリその他の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体（メモリ、ハードデイスクドライブ、光ディスクなど）にエンコードしておき、汎用コンピュータに上述の脈拍測定方法を実行させてもよい。また、プログラムは、インターネット等を通じて配信されてもよい。

また、上の例では、ＣＰＵ３１は、周波数領域への変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行ったが、これに限られるものではない。時間領域の光電信号Ｐ_ＤＣを周波数領域に変換できるものであれば、他の変換方式を採用してもよい。

また、ＣＰＵ３１として、上記脈拍測定の方法を実行する専用のハードウェアロジック回路を用いてもよい。つまり、データ取得部、運動強度取得部、探索周波数範囲設定部、ピーク抽出部、脈拍数算出部の少なくともいずれか１つは、専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。

また、上の例では、図４のステップＳ１において被測定者が安静状態にあると判断されたとき、図４のステップＳ４において、脈波信号の周波数スペクトルに含まれた最大の強度ピークが示す周波数を、被測定者の安静状態の脈拍数として求めた。しかしながら、これに限られるものではない。脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））のピークまたは谷の数をカウントして、脈波信号（脈波ＡＣ成分ＰＳ（ｔ））の変動の繰り返し数から１分あたりの変動回数を求め、それに基づいて被測定者の安静状態の脈拍数を求めてもよい。

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。

１ 脈拍測定装置
１０ 本体
１５ 脈波センサ部
１６ 発光素子
１７ 受光素子
３１ ＣＰＵ
３２ 記憶部
３３ 体動センサ部
５４ 発光素子
５６ 受光素子

Claims (8)

1. 被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得部と、
   前記脈波信号を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された時間領域の前記脈波信号を周波数領域に変換し、前記脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換部と、
   前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定部と、
   前記周波数スペクトルの前記強度軸に設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出部と、
   抽出された前記強度ピークの周波数に応じて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有する脈拍測定装置。
2. 請求項１に記載の脈拍測定装置において、
   前記探索強度範囲設定部は、前記脈拍数算出部が算出した脈拍数に応じて、前記探索強度範囲を変更することを特徴とする、脈拍測定装置。
3. 請求項１または２に記載の脈拍測定装置において、
   前記周波数変換部、前記探索強度範囲設定部、前記ピーク抽出部、および、前記脈拍数算出部は、予め定められた周期で処理を繰り返し、
   第１の周期において前記ピーク抽出部によって抽出された前記強度ピークが第１の強度である場合には、前記探索強度範囲設定部は、前記第１の強度に対し予め定められた比率範囲に含まれる値を、前記第１の周期に続く第２の周期のための前記探索強度範囲に設定することを特徴とする、脈拍測定装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の脈拍測定装置において、
   前記脈拍数算出部が第３の周期に続く第４の周期において算出した脈拍数が前記第３の周期において測定した脈拍数よりも大きい場合には、前記探索強度範囲設定部は、前記第３の周期のための前記探索強度範囲よりも高強度側にシフトされた強度範囲を前記第４の周期のための前記探索強度範囲に設定することを特徴とする、脈拍測定装置。
5. 請求項４に記載の脈拍測定装置において、
   前記探索強度範囲設定部は、前記第３の周期のための前記探索強度範囲の強度幅と同じ幅を有するように、前記第４の周期のための前記探索強度範囲を設定することを特徴とする、脈拍測定装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の脈拍測定装置において、
   さらに、
   前記被測定者の動きを体動センサによって検知して前記被測定者が行っている運動の強度を表す運動強度信号を取得する運動強度取得部と、
   前記周波数スペクトルの周波数軸において、前記強度ピークを探索するための探索周波数範囲を設定する探索周波数範囲設定部と、を有し、
   前記探索周波数範囲設定部は、前記運動強度信号が示す運動強度に応じて、前記探索周波数範囲を変更し、
   前記ピーク抽出部は、前記周波数スペクトルの前記強度軸に設定された探索強度範囲と前記周波数スペクトルの前記周波数軸に設定された探索周波数範囲との共通範囲において、前記探索強度範囲に含まれる強度ピークを抽出することを特徴とする、脈拍測定装置。
7. 脈拍測定装置がする被測定者の脈拍数の測定方法であって、
   脈波センサによって、前記被測定者の脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得ステップと、
   前記脈波信号を記憶部に記憶する記憶ステップと、
   前記記憶部に記憶された時間領域の前記脈波信号を周波数領域に変換し、前記脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換ステップと、
   前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定ステップと、
   前記周波数スペクトルの前記設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出ステップと、
   抽出された前記強度ピークの周波数に応じて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を有する脈拍数の測定方法。
8. 脈拍測定装置のコンピュータが実行可能な脈数測定用コンピュータ・プログラムであって、
   前記コンピュータに、
   脈波センサによって、前記被測定者の脈拍を表す脈波信号を取得するデータ取得ステップと、
   前記脈波信号を記憶部に記憶する記憶ステップと、
   前記記憶部に記憶された時間領域の前記脈波信号を周波数領域に変換し、前記脈波信号の周波数スペクトルを求める周波数変換ステップと、
   前記周波数スペクトルの強度軸において、強度ピークを探索するための探索強度範囲を設定する探索強度範囲設定ステップと、
   前記周波数スペクトルの前記設定された探索強度範囲において強度ピークを抽出するピーク抽出ステップと、
   抽出された前記強度ピークの周波数に応じて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を実行させる、脈拍数測定用コンピュータ・プログラム。

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