JP2015165899A - 脈波計、信号処理方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】処理能力・電源性能に制限がある組み込み機器（脈波計）において、信頼性の高い脈波データを記録する。【解決手段】脈波計は、脈センサー部から得た脈波を処理する第一の信号処理部５と第二の信号処理部６を備え、第一の信号処理部に加え第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断する信号処理選択部４と、第一の信号処理部と第二の信号処理部との信号処理結果のうち信号処理選択部で選択されたものを保存する保存データ生成部９とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、脈波計、およびこの脈波計の信号処理方法に関する。

特定の波長の光を発し、反射または透過光を計測する光電センサーを用い、波形を解析することで人体の内部などの状態を知ることができる。一例としては、血液が存在する生体の部分では血液の吸光特性を利用して人体の脈や血液に関する情報を得ることができる。
たとえば、脈波を精度よく捉えることができれば、心臓動態に関する情報を取得することができる。脈波の間隔は心電図のRR間隔と同等に使用されることもあり、一部不整脈の判断に用いられる他、長期データが取得できれば、周波数解析することで自律神経指標を導き出し睡眠状態判定に利用されており、またRR間隔のゆらぎから心機能の分析にも用いられている場合もある。
特許文献１では、光電センサーで脈波計を取得することで、心電R−R間隔に相当する脈のピーク間隔を捕らえようとしている。また、ノイズとなる反射波や切痕を除去するノイズ除去処理を行っている。
しかし、上記の方法においては、たとえば検体が安静にしていない場合など、信号処理的に言い換えれば光電センサー出力信号の直流成分が安定していない場合には体動等ノイズ除去が不十分であって、高周波ノイズ、低周波ノイズ、直流成分の変化にも対応できる信号処理が必要となる。そのような信号処理法の例としては、脈波特有のスペクトルを取り出す適応フィルター（たとえば、特許文献２参照）、独立成分分析法の応用（たとえば、特許文献３参照）などさまざまなものが提案されている。

特開２００８−２５３５７９号公報 米国特許第４９５５３７９号明細書 米国特許第６７０１１７０号明細書

しかしながら、処理能力・電源性能に制限がある組み込み機器（脈波計）において、日常連続で脈拍を計測するような場合、特許文献２や特許文献３の信号処理は複雑である。したがって組み込み機器などの演算処理能力が低い機器でこれらの信号処理を行うことが十分にできない。
その点、特許文献１の信号処理は単純なものが実現可能であるが、ノイズに対する十分な処理ができないため、測定結果の信頼性が無くなる課題がある。したがって、お互いに補完するように複数の信号処理結果を保存する必要があるが、組み込み機器では保存するための記憶容量も限られる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る脈波計は、人体からの放出光量を検出し電気信号を出力する光電センサー部と、前記光電センサー部の出力信号を信号処理する第一の信号処理部と、前記センサー部の出力信号を信号処理するものであって、第一の信号処理部と処理方式が異なる第二の信号処理部と、前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断する信号処理選択部と、前記第一の信号処理部と前記第二の信号処理部との信号処理結果のうち前記信号処理選択部で選択されたものを保存する信号処理結果保存部とを有することを特徴とする。

本適用例によれば、光電センサー部で検出された人体からの放出光量の変化を電気信号のとして第一の信号処理部で処理を行い、処理結果を信号処理結果保存部に保存できる一方、信号処理選択部が必要に応じて第二の信号処理部を動作させることにより、前記電気信号を第二の信号処理部で処理し、信号処理結果を第一の信号処理結果と同時に保存することが可能となる。したがって、本適用例に記載の脈波計は、常時第一の信号処理部による信号処理結果を保存できる上、必要時に第二の信号処理部の結果も保存することが可能となる。

［適用例２］上記適用例に記載の脈波計において、前記信号処理選択部は、人体の動き量を検出し信号を出力する動きセンサー部と前記動きセンサー部の出力信号を信号処理する動き信号処理部とを有し、前記動き信号処理部の出力値に応じて前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする。

本適用例によれば、信号処理選択部は、動きセンサー部で検出した人体の動き量を入力信号として動き信号処理部が動き量の信号処理を行い、動き信号処理部の出力信号を用いて第一の信号処理部に加え第二の信号処理部処理部を同時に動作させるかを判断することができる。したがって、本適用例に記載の脈波計は、常時第一の信号処理部による信号処理結果を保存できる上、人体の動きに応じて第二の信号処理部の動作を可能とし第二の信号処理部の信号処理結果を第一の信号処理結果と同時に保存することができ、より体動に強い信号処理の結果を利用することが可能になり、また第一の信号処理結果の検証や補正も可能になる。

［適用例３］上記適用例に記載の脈波計において、前記信号処理選択部は、前記光電センサーの人体からのずれ量を検出し信号を出力するずれセンサー部と、前記ずれセンサー部の出力信号を信号処理するずれ信号処理部とを有し、前記ずれ信号処理部の出力値に応じて前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする。

本適用例によれば、信号処理選択部は、ずれセンサー部で検出したセンサーのずれ量を入力信号としてずれ信号処理部がずれ量の信号処理を行い、ずれ信号処理部の出力信号を用いて第一の信号処理部に加え第二の信号処理部処理部を同時に動作させるかを判断することができる。したがって、本適用例に記載の脈波計は、常時第一の信号処理部による信号処理結果を保存できる上、光電センサーのずれに応じて第二の信号処理部の動作を可能とし第二の信号処理部の信号処理結果を第一の信号処理結果と同時に保存することが可能となり、第一の信号処理部の処理結果の検証や補正が可能になる。

［適用例４］上記適用例に記載の脈波計において、前記信号処理選択部は、前記第一の信号処理部と第二の信号処理部との少なくとも一方の信号処理結果を解析する解析部と前記解析部の出力値に応じて前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする。

本適用例によれば、信号処理選択部は、第一の信号処理部と第二の信号処理部との少なくとも一方の信号処理結果を解析部で解析し、前記解析部の出力値を用いて第一の信号処理部に加え第二の信号処理部処理部を同時に動作させるかを判断することができる。したがって、本適用例に記載の脈波計は、常時第一の信号処理部による信号処理結果を保存できる上、前記第一の信号処理部と第二の信号処理部との少なくとも一方の信号処理結果から、たとえば脈波波形の直流成分変動が大きい場合や、例えば不整脈と疑われる脈を検出した場合といったさらにより詳細な解析が必要な場合に、第二の信号処理部の動作を可能とし第二の信号処理部の信号処理結果を第一の信号処理結果と同時に保存することが可能となるため、脈のより詳細な情報を得ることができる。

［適用例５］上記適用例に記載の脈波計において、前記第一の信号処理部は、前記光電センサー部の出力信号から特徴点を抽出し、前記特徴点を前記第一の信号処理部の信号処理結果とし、前記第二の信号処理部は、前記光電センサー部の出力信号をデジタル信号に変換し信号振幅値系列として信号処理結果とすることを特徴とする。

本適用例によれば、前記第一の信号処理部は、光電センサー部の出力信号から特徴点を抽出して、前記第一の信号処理部は特徴点を信号処理結果とする。また、前記第二の信号処理部は、前記光電センサー部の出力信号をデジタル信号に変換し、信号振幅値の時系列として信号処理結果を出力する。したがって、本適用例に記載の脈波計は、前記第一の信号処理部として特徴点を前記信号処理結果保存部に保存することができ、前記信号処理結果保存部に保存されるデータ量を軽減することができる。また、信号処理選択部によって、体動やセンサーずれなどノイズ除去や不整脈による脈の乱れを検出し詳細な解析が必要な場合、前記第一の信号処理部の信号処理結果に加えて前記第二の信号処理部の信号処理結果として脈波波形を記録できるため、後に詳細な解析が可能となる。

［適用例６］本適用例に係るプログラムは、コンピューターを、人体からの放出光量を検出し電気信号を出力する光電センサー部からの出力信号を第一の信号処理部と、第一の信号処理部と処理方式が異なる第二の信号処理部と、前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断する信号処理選択部と、前記第一の信号処理部と前記第二の信号処理部との信号処理結果のうち前記信号処理選択部で選択されたものを保存する信号処理結果保存部と、して機能させる。

本適用例に記載のプログラムによれば、光電センサー部で検出された人体からの放出光量の変化を電気信号のとして第一の信号処理部で処理を行い、処理結果を信号処理結果保存部に保存できる一方、信号処理選択部が必要に応じて第二の信号処理部を動作させることにより、前記電気信号を第二の信号処理部で処理し、信号処理結果を第一の信号処理結果と同時に保存することが可能となる。したがって、本適用例に記載のプログラムを用いたコンピューターは、常時第一の信号処理部による信号処理結果を保存できる上、必要時に第二の信号処理部の結果も保存することが可能となる。

本発明の一実施形態である脈波計の処理機能のブロック図である。 同脈波計の構成を示すブロック図である。 同脈波計の外観を示す図である。 同脈波計の脈波センサーで取得した脈波データの一例である。 同脈波計で処理される極点時刻列データの一例を示す図である。 同脈波計で処理されるピーク時系列データの一例を示す図である。 同脈波計で処理されるＲＲ間隔列の一例を示す図である。 同脈波計がＰＣと通信する場合のデータ伝送処理のフローチャート図である。 同脈波計がＰＣと通信をする場合の構成図である。 同脈波計と通信するＰＣの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態（実施例として説明する）は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

図１に、本発明に係る実施例１における脈波計の機能構成図を示す。また実施例１における脈波計のブロック図を図２に示す。ここで、モジュールとは機能構成図で示される各機能が実現される部品を表す。
脈波計は、ＡＤ変換部２、データバッファー３、信号処理選択部４、信号処理部５、信号処理部６、データバッファー７、データバッファー８、保存データ生成部９、および保存用メモリー１０を備える。
ＡＤ変換部２はＡ／Ｄ変換回路１２０を制御し、ＡＤ変換部２、信号処理選択部４、信号処理部５、信号処理部６、および保存データ生成部９は、ＲＯＭ１３１７に記録されたプログラムの一部として保存されており、ＣＰＵ１３１５で実行される。データバッファー３、データバッファー７、およびデータバッファー８は、ＲＡＭ１３１６の特定領域に確保されＣＰＵ１３１５によって管理されている。メモリー１３１８は、例えば３２メガバイト程度の大容量の不揮発性書き換え可能メモリーで、保存用メモリー１０として使用される。

図３は、脈波計１の外観を示す図である。図３に示すように、脈波計１は、脈波センサー３０と、装置本体１００と、これらを接続するケーブル２０とを有する。脈波センサー３０は、利用者の左手人差指を測定部位とし、この部位の血管への血液の流入によって生じる血管の容積変化を生体情報として検出する検出手段としての役割を果たす。脈波センサー３０は、左手人差指の幅よりも小さな寸法を持った扁平な板状をなしている。脈波センサー３０は、発光素子３２ａと受光素子３２ｂを併有している。発光素子３２ａは、血液に吸収され易い波長の発光色（例えば、青色とする）を持ったＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。受光素子３２ｂは、フォドダイオードである。脈波センサー３０には、センサー固定用バンド３４が取り付けられている。

脈波センサー３０は、測定部位に発光素子３２ａ及び受光素子３２ｂを向けるようにして測定部位の周りにセンサー固定用バンド３４を巻きつけることにより、利用者の身体に装着される。この装着状態において、脈波センサー３０の発光素子３２ａは、装置本体１００からケーブル２０を介して当該発光素子３２ａに供給される電流に応じた強度の光を測定部位に向けて照射する。発光素子３２ａから照射された光は、測定部位の表皮を透過してその奥の真皮の毛細血管に到達する。血管に到達した光の一部は血管内を流れる血液により吸収される。また、血管に到達した光のうち血管内の血液により吸収されなかった光は、一部は測定部位を透過し、残りは生体組織における散乱等を経た後に反射光として受光素子３２ｂに到達する。受光素子３２ｂには、この反射光の受光強度に応じた大きさの電流が流れる。ここで、測定部位における血管は、心拍と同じ周期で膨張と収縮を繰り返している。そして、血管の膨張と収縮の周期と同じ周期で光の吸収量が増減し、これに合わせて反射光の強度も変化する。このため、受光素子３２ｂに流れる電流は、測定部位における血管の容積変化を示す成分をもったものとなる。

装置本体１００は、腕時計を模した形状を有している。装置本体１００の表面には、長方形状の表示面を持った表示部１４が設けられている。表示部１４には、当該脈波計１による計測結果である脈間隔、脈拍数、その他の各種情報が表示される。装置本体１００の筐体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る。装置本体１００の外周部における表示部１４を挟んで対向する部分には、リストバンド１２の一端と他端が取り付けられている。装置本体１００は、リストバンド１２を利用者の手首に巻きつけることにより、利用者の身体に装着される。

図２に示すように、脈波計１の装置本体１００には、通信インターフェース１５０、アナログ回路部１１０、Ａ／Ｄ変換回路１２０、３軸加速度センサー１６０、圧力センサー１７０、および制御回路部１３０が内蔵されている。通信インターフェース１５０は、Bluetooth（登録商標）に準拠した無線通信を行う装置である。装置本体１００は、この通信インターフェース１５０によりパーソナルコンピューターと接続される。アナログ回路部１１０は、駆動回路１１２０、ＩＶ変換回路１１１２、およびアンプ１１１６を有する。駆動回路１１２０は、脈波センサー３０の発光素子３２ａを駆動させる回路である。この駆動回路１１２０は、制御回路部１３０による制御の下、脈波センサー３０の発光素子３２ａに電流を供給する。これにより、発光素子３２ａから測定部位に向けて光が照射され、その反射光の受光強度に応じて受光素子３２ｂを流れる電流が変化する。受光素子３２ｂを流れる電流が測定部位における血管の容積変化を示す成分をもったものとなることは、上述した通りである。ＩＶ変換回路１１１２は、受光素子３２ｂに流れる電流に応じた電圧をアンプ１１１６へ出力する。アンプ１１１６は、ＩＶ変換回路１１１２の出力電圧を増幅し、増幅した信号をＡ／Ｄ変換回路１２０に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路１２０は、アンプ１１１６の出力信号をデジタル形式に変換し、変換した信号を制御回路部１３０に出力する。制御回路部１３０は、脈波計１の制御中枢としての役割を果たす装置である。制御回路部１３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１５、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３１６、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３１７、及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）１３１８を含んでいる。

Ａ／Ｄ変換回路１２０はＡＤ変換部２によって制御されるタイミングでデジタルデータに変換される。ＡＤ変換部２は、例えば５０ヘルツのサンプリングレートで量子化度は１０Ｂｉｔなどを用いる。

３軸加速度センサー１６０は、内部に錘となる可動部を持ち、中立位置にゆるく固定されている構造を持ち、その錘の変位を静電容量やピエゾ抵抗として検出する加速度センサーであって検出軸が３軸のものである。検出された変位は電気信号として取り出されるが、Ａ／Ｄ変換によって、ＣＰＵ１３１５が処理可能なデジタルデータに変換して出力される。たとえば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度を１０Ｂｉｔ符号なし整数を出力する。３軸加速度センサー１６０は、脈波計１に内蔵されており、脈波計１の変位を検出するために使用される。

圧力センサー１７０は、固定された電極と可動式の電極（可動極）を対向させて外部からの圧力によって可動極が変形して発生する静電容量の変化を電気信号に変換するものである。さらにＡ／Ｄ変換によって、ＣＰＵ１３１５が処理可能なデジタルデータに変換し出力される。たとえば、１０Ｂｉｔ符号なし整数を出力する。圧力センサー１７０は、脈波センサー３０の指接触側に指と脈波センサー３０の接触圧力を計測できるように配置される。

この脈波計１は、測定モードと通信モードと待機モードの３つのモードを持っている。これらのモードはボタンスイッチ１６によって、切り替えることができる。ちなみに、待機モードとは特に何も処理は行わないモードである。
以下では、ボタンスイッチ１６によって測定モードに切り替えられたのちの動作を説明する。

ＡＤ変換部２の出力データは、サンプリングする毎にデータバッファー３に記録される。この動作の詳細を説明する。
ＣＰＵ１３１５では２０ミリ秒ごとにＡＤ変換部２を動作させる。ＡＤ変換部２はＡ／Ｄ変換回路１２０にＡＤ変換の処理を行う命令をレジスタに書き込むとＡＤ変換を開始し結果をレジスタに書き込む。Ａ／Ｄ変換回路１２０とＣＰＵ１３１５は割り込み信号線でも結ばれており、ＣＰＵ１３１５はＡ／Ｄ変換回路１２０の処理が終了したことをＡ／Ｄ変換回路１２０からの終了割り込み信号線によって検知する。ＣＰＵ１３１５はＡ／Ｄ変換回路１２０の終了割り込みを検知するとＡＤ変換部２によりＡＤ変換器のレジスタより変換結果データを読み出し、ＲＡＭ１３１６に設けられているデータバッファー３に保存する。一例として、Ａ／Ｄ変換回路１２０に備えられているレジスタは、メモリーマップドＩＯ方式でＣＰＵ１１およびプログラムからはＲＡＭアクセスと同様のアドレス方式でデータにアクセスできるものとする。

ＡＤ変換部２は、データバッファー３にデータを保存するにあたり、データバッファー３のサブデータバッファー３０１と３０２の役割を確認し、ＡＤ変換記録用領域の役割を持ったサブデータバッファーにデータを保存する。サブデータバッファーの役割の記述は、ＲＡＭ１３１６の領域に変数として保持される。データバッファー３に一定量Ａのデータサイズが保存されると信号処理選択部４に信号保存終了を通知する。

ここで、一定量Ａとは、データバッファー３に割り当てられたメモリーサイズの半分以内であって、測定時間区切りのよいサイズが望ましい。例えば、データバッファー３の容量が２キロバイトであった場合この領域を１キロバイトずつ二つに分ける。便宜上、それらの領域をサブデータバッファー３０１、サブデータバッファー３０２とする。仮にある時点でサブデータバッファー３０１をＡＤ変換部２が保存するための領域、サブデータバッファー３０２を信号処理データ領域とした場合、なおかつデータバッファー３にＡＤ変換の結果を記録するフォーマットとして、１０ＢｉｔのＡＤ変換結果を１６ビット拡張して、ＡＤ変換を２０Ｈｚで行う場合、１０秒分のデータに相当する１０００バイトを一定量Ａと規定するのが望ましい。

次に信号処理選択部４の動作について説明する。
信号処理選択部４は、ＡＤ変換部２からの信号保存終了の通知を受けると信号保存中フラグをクリアする。信号保存中フラグはＲＡＭ１３１６の領域に変数として保持される。同様に、信号処理部５または信号処理部６の信号処理がともに終了した場合、信号処理部５および信号処理部６から信号処理終了通知を一つまたは二つ必要なだけ受け取ることで信号処理中フラグをクリアする。信号処理中フラグもＲＡＭ１３１６の領域に変数として保持される。

信号処理選択部４は、信号処理中フラグおよび信号保存中フラグが両方ともクリアされた場合、データバッファー３のサブデータバッファー３０１とサブデータバッファー３０２の役割を切り替える。具体的には、サブデータバッファー３０１がＡＤ変換記録用領域の役割を割り当てられており、サブデータバッファー３０２は信号処理用データ領域と役割を割り当てられている場合、このタイミングで、サブデータバッファー３０１を信号処理用データ領域とし、サブデータバッファー３０２をＡＤ変換記録用領域とする。もしサブデータバッファー３０１と３０２の役割が逆の状態で役割を切り替える場合は、サブデータバッファー３０１をＡＤ変換記録用領域、３０２を信号処理用データ領域とすることになる。役割は前述のとおり、ＲＡＭ１３１６の領域に変数として保持されているため、これの値を設定することで実現される。このサブデータバッファーの役割変更と同時に、信号処理部５および信号処理部６に信号処理選択方式に従い信号処理の開始を指示し、信号処理中フラグおよび信号保存中フラグをセットする。

以下に、信号処理選択部４の信号処理選択方式について動作の詳細を説明する。
信号処理選択部４は、３軸加速度計１６０を制御し、２０ミリ秒ごとに加速度データを取得する。ある時刻ｔミリ秒のＸ軸の加速度、Ｙ軸の加速度、Ｚ軸の加速度をＸｇ（ｔ）、Ｙｇ（ｔ）、Ｚｇ（ｔ）とすると、信号処理選択部４は、加速度指標Ｇ（ｔ）として都度次式（１）を計算する。
Ｇ（ｔ）＝ｆ（Ａｘ×Ｘｇ（ｔ）×Ｘｇ（ｔ）＋Ａｙ×Ｙｇ（ｔ）×Ｙｇ（ｔ）＋Ａｚ×Ｚｇ（ｔ）×Ｚｇ（ｔ））・・・（１）
ここで関数ｆ（ｘ）はｘの平方根とする。重みづけ係数Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは取り付け方向に応じて、軸の優先度を変えるための値であるが、仮にＡｘ＝Ａｙ＝Ａｚ＝１としてよい。また、これと同時に時刻ｔを含む最新の５０個のＧ（ｔ−９８０）、Ｇ（ｔ−９６０）、・・・Ｇ（ｔ）の平均値ＧＡｖｅＳｅｃを計算する。また時刻ｔを含む最新の３０００個のＧ（ｔ−５９９８０）、Ｇ（ｔ−５９９６０）、・・・、Ｇ（ｔ）の平均値ＧＡｖｅＭｉｎを計算する。同時に、信号処理選択部４は、一秒間のＧ（）の平均値ＧＡｖｅＳｅｃが１以上のとき、第二処理部動作要求フラグＦＬ１をセットする。逆にＧＡｖｅＳｅｃが１未満の時第二処理部動作要求フラグＦＬ１をクリアする。同時に、信号処理選択部４は、一分間のＧ（）の平均値ＧＡｖｅＭｉｎが０．００１を下回るとき第二処理部動作要求フラグＦＬ２をセットする。逆にＧＡｖｅＭｉｎが０．００１以上とき第二処理部動作要求フラグＦＬ２をクリアする。この第二処理部動作要求フラグＦＬ１と第二処理部動作要求フラグＦＬ２はＲＡＭ１３１６の領域に確保される変数である。

信号処理選択部４は、信号処理部６に信号処理開始を指示するか否かを以下の方法で判定する。
（Ｃ１）第二処理部動作要求フラグＦＬ１がセットされている場合、
（Ｃ２）第二処理部動作要求フラグＦＬ２がセットされている場合、
の条件による組み合わせに対して動作を記述する。
（Ａ１）Ｃ１成立かつＣ２非成立の場合、信号処理部６に対して信号処理開始を指示する。
（Ａ２）Ｃ１成立かつＣ２成立の場合、なおかつ信号処理選択部４はＲＡＭ１３１６に確保されている変数であるＦＬ２Ｃｏｕｎｔが３０以下ならば、ＦＬ２Ｃｏｕｎｔに１を足し、信号処理部６に対して信号処理開始を指示する。
（Ａ３）Ｃ１非成立かつＣ２非成立の場合、ＦＬ２Ｃｏｕｎｔを０にする。信号処理部６に対して信号処理開始を指示しない。
（Ａ４）Ｃ１非成立かつＣ２成立の場合、ＦＬ２Ｃｏｕｎｔが３０以下ならば、ＦＬ２Ｃｏｕｎｔに１を足し、信号処理部６に対して信号処理開始を指示する。

信号処理選択部４は、信号処理部５については常に信号処理開始を指示するものとする。

また、信号処理選択部４は、圧力センサー１７０を制御し、２０ミリ秒ごとに圧力データを取得する。ある時刻ｔミリ秒の圧力をＰ（ｔ）とする。信号処理選択部４は、Ｐ（ｔ）が１０ｍｍＨｇ以下あるいは３０ｍｍＨｇ以上のとき、第二処理部動作要求フラグＦＬ３をセットする。それ以外の時はＦＬ３をクリアする。この第二処理部動作要求フラグＦＬ３はＲＡＭ１３１６の領域に確保される変数である。

信号処理選択部４は、信号処理部６に信号処理開始を指示するか否かを以下の方法で判定する。ただし、加速度計の判定による信号処理開始指示が有効の場合はこの限りではない。
第二処理部動作要求フラグＦＬ３がセットされている場合、信号処理部６に対して信号処理開始を指示する。第二処理部動作要求フラグＦＬ３がクリアされている場合、信号処理部６に対して信号処理開始を指示しない。

また、信号処理選択部４は、信号処理部５によってデータバッファー７に出力されたＲＲ間隔列を解析し、ＲＲ間隔データ列の標準偏差が１００ミリ秒を超える場合、第二処理部動作要求フラグＦＬ４をセットする。それ以外の時はＦＬ４をクリアする。この第二処理部動作要求フラグＦＬ４はＲＡＭ１３１６の領域に確保される変数である。

信号処理選択部４は、信号処理部６に信号処理開始を指示するか否かを以下の方法で判定する。ただし、加速度計および圧力センサーの判定による信号処理開始指示が有効の場合はこの限りではない。
第二処理部動作要求フラグＦＬ４がセットされている場合、信号処理部６に対して信号処理開始を指示する。第二処理部動作要求フラグＦＬ４がクリアされている場合、信号処理部６に対して信号処理開始を指示しない。

次に、信号処理選択部４の信号処理開始指示を受けた信号処理部５および信号処理部６はそれぞれデータバッファー３のサブデータバッファー３０１または３０２のうち、信号処理データ領域に該当する方のデータを信号処理しデータバッファー７とデータバッファー８に信号処理結果を保存する。信号処理部５および信号処理部６はそれぞれデータバッファー３の該当データの処理が終わると信号処理選択部４に終了を通知する。

以下に、信号処理部５および信号処理部６の信号処理の詳細を示す。一例として信号処理部５はピーク間隔検出処理、信号処理部６は脈波成分信号検出処理として説明を行う。

まず、信号処理部５のピーク検出処理の説明を行う。処理対象となるサブデータバッファーの信号処理データ領域のデータは、１０秒間のデータである。このデータを先頭から１６ビット整数値の時系列サンプルとして解釈し、全サンプルをまず平滑化処理する。平滑化処理にはＳａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙアルゴリズムを用いればよい。平滑化後、全サンプルを一階微分データ列を作成し、微分値が０になる時刻を全部求める。求める時刻は計測開始最初のサンプル時刻を０としサンプル間の時間は２０ミリ秒であることを考慮した時刻で求め、極点時刻列として保存する。たとえば、今信号処理用領域にあるデータは、ＮｃｙｃｌｅをＡＤ変換２がデータ保存用バッファーを埋めた積算回数とするならば、（０＋１０×Ｎｃｙｃｌｅ）秒が先頭サンプルの該当時刻である。

ここで、零点の求め方の例を示す。時刻ｔから始まる長さ３のサンプル列が（１、０、−１）である場合は、ｔ＋２０ミリ秒を微分値が０となる時刻とする。また、複数（Ｎ個）連続する０を挟む非零サンプルを含む長さＮ＋２サンプル列や、０がなく符号が反転する長さ２のサンプル列では、そのサンプル列先頭の時刻ｔ、サンプル列長さＭとするならば、次式（２）に従って求めたＴｚｅｒｏを微分値が０となる時刻とする。
Ｔｚｅｒｏ＝ｔ＋（０＋２０×（Ｍ−１））／２・・・（２）
同時に、全サンプルを二階微分処理を行い二階微分データ列を作成し、極点時間列の各時刻において、二階微分値が負の値の場合のみ抽出する。抽出後の時刻列をピーク時刻列をする。次に、ピーク時刻列の時刻間隔を求め、ＲＲ間隔列を作成する。このとき、最後のピーク時刻を「前回の最終ピーク時刻」としてＲＡＭ１３１６上に記録しておく。「前回の最終ピーク時刻」が保存されている場合、最初のピーク時刻から最初のＲＲ間隔を計算し、ＲＲ間隔列の先頭にデータを追加する。このＲＲ間隔列はデータバッファー７に記録するものである。
たとえば、図４にプロットできるようなサンプルデータ列があった場合、図５のような極点時刻列を生成する。次に図６に示されるようなピークを抽出したピーク時刻列を生成する。図６の最後のピーク時刻（６−Ｘの位置のデータ。Ｘは場合によって先頭からの位置は変化する。）は、次のサイクルにおいて先頭のピーク時刻として６−Ａの位置で用いられる。図７は、図６のピーク時刻列から求めたＲＲ間隔列である。

信号部処理のピーク検出処理としては、上記のサンプルの一階微分データ列を作成した後、一回微分データの極大点となる時刻を求め、その時刻列（一回微分極大時刻列）を作成し、その時刻列の間隔をＲＲ間隔列としてもよい。

信号処理部６の脈波成分信号検出処理の説明を行う。処理対象となるサブデータバッファーの信号処理データ領域のデータは、１０秒間のデータである。このデータを先頭から１６ビット整数値の時系列サンプルとして解釈し、全サンプルに対しＳａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙアルゴリズムをおこなう。このときパラメーター調整で３Ｈｚ以上の高周波数成分を除去するように調整したアルゴリズムが望ましい。この処理の結果をデータバッファー８に記録する。信号処理部６がデータバッファー８に生成するデータのサンプル数とデータフォーマットは元のデータと変わらないが、値のみが異なったものとなる。

ここで、信号処理部５および信号処理部６は、ＡＤ変換部２がデータ保存用バッファーを満たし信号保存中フラグをクリアするより前の時点で信号処理を終了し信号処理中フラグをクリアするようにすることが望ましい。そうすることで、ＡＤ変換部が連続してデータ保存用バッファーを利用することができるため、データを欠損することなく生体データを取得することが可能となる。

信号処理部５においては、平滑化を行う前にスプライン補完法等によるデータの高密度化を行ってもよい。こうすることでピーク時刻検出の精度を向上させることができる。しかし、前記の通りＡＤ変換部２の処理時間よりも速い処理を行うことの方が優先されるため十分処理が簡単な高密度化法が望ましい。

次に、データバッファー７とデータバッファー８に一定量のデータの処理結果が保存された後の信号処理選択部４と保存データ生成部９の動作について説明する。信号処理選択部４が信号処理部５または信号処理部６の処理が終了している状態を信号処理中フラグがクリアされていることで検知すると、保存データ生成部９に保存開始を指示する。保存データ生成部９は、指示を受けるとデータバッファー７に対応するファイル７−Ｆ、データバッファー８に対応するファイル８−Ｆにデータを追加する。このファイル７−Ｆとファイル８−Ｆはボタンスイッチ１６の操作によって測定モードに変更され測定が開始した直後の保存開始の指示の際に保存データ生成部９によって作成される。

次に、脈波計１がボタンスイッチ１６によって通信モードとなり、ＰＣと通信を行う動作について説明する。なお、図９は、脈波計１とＰＣ４００の関係を示しており、脈波計１とＰＣ４００はたとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈのＳＰＰ（シリアルポートプロファイル）によって接続されている。そのうえで、脈波計１に保存されている生体情報データをＰＣ４００に転送をする。

図１０は、ＰＣ４００の構成を示すブロック図である。ＰＣ４００は、制御部４０１０、ハードディスク４００５、ディスプレイ４００４、キーボード４００１、マウス４００２およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）コントローラー４００３を有する。制御部４０１０は、ＣＰＵ４０１１、ＲＡＭ４０１２、およびＲＯＭ４０１３を有する。ＣＰＵ４０１１はＲＡＭ４０１２をワークエリアとして利用しつつ、ＲＯＭ４０１３やハードディスク４００５に記憶された各種プログラムを実行する。ハードディスク４００５には制御プログラムが記憶されている。この制御プログラムがデータ転送処理を行う。

脈波計１の制御部１３０は、脈波計１を通信待ちモードにすると、通信インターフェース１５０を接続待ち状態にする。この状態において、ＰＣ４００のキーボード４００１やマウス４００２によってデータ伝送を指示する操作が行われるとＰＣ４００の制御部４０１０はＢｌｕｅｔｏｏｔｈコントローラー４００３を通信可能状態にし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコントローラー４００３が通信インターフェース１５０と接続されると、通信インターフェース１５０は接続状態となり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコントローラー４００３も接続状態となる。なお、このときＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信仕様ＳＰＰに従い、脈波計１とＰＣ４００がシリアルポート接続されているものとする。

図８は、データ転送処理を示すフローチャートである。
データ伝送処理において、ＰＣ４００のＣＰＵ４０１１はデータ伝送を指示する操作が行われると、コマンドＣＭを脈波計１に伝送する（Ｓ１０１１）。脈波計１のＣＰＵ１３１５は、保存用メモリー１０のファイル７−Ｆもしくはファイル８−Ｆをメモリー１３１８から読み出し無線区間を介してＰＣ４００に伝送する（Ｓ１０１２）。この伝送は、ＸＭＯＤＥＭなどのバイナリー転送プロトコルに従って行うがこれに限らない。ＰＣ４００のＣＰＵ４０１１は脈波計１から伝送されてくる生体情報ファイル７−Ｆもしくはファイル８−Ｆをハードディスク４００５に保存する（Ｓ１０１３）。

データ転送処理において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを用いた説明を行ったが、この部分はＵＳＢを用いてもよいし、他でもバイナリーファイルが転送できる通信手段であればよい。
また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを含めた通信手段で説明したが、脈波計１のメモリー１３１８は、取り外し可能なメディア例えばＳＤカードであってもよい。この場合、ＰＣ４００にＳＤカードメディア読み込み装置を備えれば、ファイル７−Ｆ、ファイル８−Ｆをメディア読み込み装置から直接読み込むことができる。

１…脈波計、２…ＡＤ変換部、３，７，８…データバッファー、４…信号処理選択部、５，６…信号処理部、９…保存データ生成部、１０…保存用メモリー、１２…リストバンド、１４…表示部、１６…ボタンスイッチ、２０…ケーブル、３０…脈波センサー、３２ａ…発光素子、３２ｂ…受光素子、３４…センサー固定用バンド、１００…装置本体、１１０…アナログ回路部、１１１２…ＩＶ変換回路、１１１６…アンプ、１１２０…駆動回路、１２０…Ａ／Ｄ変換回路、１３０…制御回路部、１３１５、４０１１…ＣＰＵ、１３１６、４０１２…ＲＡＭ、１３１７、４０１３…ＲＯＭ、１３１８…メモリー、１５０…通信インターフェース、１６０…３軸加速度センサー、１７０…圧力センサー、４００…ＰＣ、４００１…キーボード、４００２…マウス、４００３…Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコントローラー、４００４…ディスプレイ、４００５…ハードディスク、４０１０…制御部。

本発明は、脈波計、信号処理方法、およびプログラムに関する。

Claims (6)

1. 人体からの放出光量を検出し電気信号を出力する光電センサー部と、
   前記光電センサー部の出力信号を信号処理する第一の信号処理部と、
   前記センサー部の出力信号を信号処理するものであって、第一の信号処理部と処理方式が異なる第二の信号処理部と、
   前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断する信号処理選択部と、
   前記第一の信号処理部と前記第二の信号処理部との信号処理結果のうち前記信号処理選択部で選択されたものを保存する信号処理結果保存部と、
   を有することを特徴とする脈波計。
2. 前記信号処理選択部は、人体の動き量を検出し信号を出力する動きセンサー部と、
   前記動きセンサー部の出力信号を信号処理する動き信号処理部とを有し
   前記動き信号処理部の出力値に応じて前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の脈波計。
3. 前記信号処理選択部は、前記光電センサーの人体からのずれ量を検出し信号を出力するずれセンサー部と、
   前記ずれセンサー部の出力信号を信号処理するずれ信号処理部とを有し、
   前記ずれ信号処理部の出力値に応じて、前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脈波計。
4. 前記信号処理選択部は、前記第一の信号処理部と第二の信号処理部との少なくとも一方の信号処理結果を解析する解析部と、
   前記解析部の出力値に応じて、前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の脈波計。
5. 前記第一の信号処理部は、前記光電センサー部の出力信号から特徴点を抽出し、
   前記特徴点を前記第一の信号処理部の信号処理結果とし、
   前記第二の信号処理部は、前記光電センサー部の出力信号をデジタル信号に変換し信号振幅値系列として信号処理結果とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の脈波計。
6. コンピューターを、
   人体からの放出光量を検出し電気信号を出力する光電センサー部からの出力信号を第一の信号処理部と、
   第一の信号処理部と処理方式が異なる第二の信号処理部と、
   前記第一の信号処理部に加え前記第二の信号処理部も同時に動作させるか否かを判断する信号処理選択部と、
   前記第一の信号処理部と前記第二の信号処理部との信号処理結果のうち前記信号処理選択部で選択されたものを保存する信号処理結果保存部、
   として機能させるためのプログラム。

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