JP2016182164A - Biological signal processing device, biological signal processing program, computer readable recording medium recording biological signal processing program, and biological signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、運動している検体から検出された生体信号を処理する生体信号処理装置、生体信号処理方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to a biological signal processing apparatus, a biological signal processing method, and a program for processing a biological signal detected from a moving specimen.
測定対象となる検体にセンサを取り付けて、検体から、検体に由来する生体信号を検出することが行われている。また、検出された生体信号に処理を行い、生体信号から情報を取り出すことが行われている。 A sensor is attached to a sample to be measured, and a biological signal derived from the sample is detected from the sample. In addition, processing is performed on the detected biological signal, and information is extracted from the biological signal.
一例として、検体の指に脈波センサを装着して検体から脈波の検出を行い、検出された脈波に含まれる周波数成分をもとにした心拍数の測定が行なわれている。また、運動中の体調または運動の負荷を確認するために、検体の運動時においても心拍数を測定するとの要請があり、運動をしている際に検出された脈波を基にして心拍数を測定する装置及び測定方法が開発されている。 As an example, a pulse wave sensor is attached to a finger of a specimen to detect a pulse wave from the specimen, and a heart rate is measured based on a frequency component included in the detected pulse wave. In addition, in order to check the physical condition or the exercise load during exercise, there is a request to measure the heart rate even during exercise of the specimen, and the heart rate based on the pulse wave detected during exercise An apparatus and a measuring method have been developed.
検体が運動をしている場合には、血管内に検体の体の動き(体動)に応じた圧力変化が生じる。このため、運動中に検出される脈波には、心臓の拍動(心拍)に由来する心拍成分に加えて、検体が運動をすることによって体動に由来する体動成分がノイズとして入ってくる。すなわち、体動成分が、心拍成分を得ることに対する体動ノイズとして脈波に含まれることになる。このように、体動ノイズが脈波に含まれる場合には、本来の脈波を検出することができず、心拍数の測定が困難となる。 When the sample is moving, a pressure change corresponding to the movement of the sample body (body movement) occurs in the blood vessel. For this reason, in addition to the heart rate component derived from the heartbeat (heartbeat), the pulse wave detected during exercise contains body motion components derived from body motion as noise as the specimen moves. come. That is, the body motion component is included in the pulse wave as body motion noise for obtaining the heart rate component. Thus, when body motion noise is included in the pulse wave, the original pulse wave cannot be detected, making it difficult to measure the heart rate.
運動中の心拍数を測定するための技術として、特許文献1では、脈波を検出する脈波センサと、体動を検出する体動センサとしての加速度センサを備える脈拍計が開示されている。この脈拍計は、脈波センサと体動センサの出力信号に周波数解析を行い、得られた脈波スペクトルから体動スペクトルを引くことで、脈波信号だけに存在する周波数成分を取り出している。さらに、取り出された脈波成分の中から、最大のパワーを有する周波数成分のピークを心拍に由来するピークとして抽出し、このピークに基づいて心拍数を算出している。 As a technique for measuring the heart rate during exercise, Patent Document 1 discloses a pulse meter including a pulse wave sensor for detecting a pulse wave and an acceleration sensor as a body motion sensor for detecting a body motion. This pulse meter performs frequency analysis on the output signals of the pulse wave sensor and the body motion sensor, and subtracts the body motion spectrum from the obtained pulse wave spectrum to extract a frequency component that exists only in the pulse wave signal. Further, the peak of the frequency component having the maximum power is extracted from the extracted pulse wave components as a peak derived from the heartbeat, and the heart rate is calculated based on this peak.
また、特許文献1では、体動センサの出力をFFT処理した体動スペクトルにおいて、走行状態においては、腕の振りに起因して、基本波に比べて第2高調波のパワーがより高く得られることに着目している。そして、第2高調波が出現する2Hz〜4Hzの周波数領域の最大体動成分を抽出して、この最大体動成分の周波数を体動成分の第2高調波として扱うことで、体動成分の基本波、第2高調波、第3高調波を特定している。さらに、脈波スペクトルにおいて、これらの基本波及び高調波と一致する体動成分を除去することで、残った最大の周波数成分を脈波として特定する技術が開示されている。 Further, in Patent Document 1, in the body motion spectrum obtained by performing FFT processing on the output of the body motion sensor, the power of the second harmonic can be obtained higher in the running state than in the fundamental wave due to arm swing. I pay attention to it. Then, by extracting the maximum body motion component in the frequency range of 2 Hz to 4 Hz where the second harmonic appears, and treating the frequency of this maximum body motion component as the second harmonic of the body motion component, The fundamental wave, the second harmonic, and the third harmonic are specified. Further, a technique is disclosed in which the body frequency component that coincides with these fundamental waves and harmonics is removed from the pulse wave spectrum to identify the remaining maximum frequency component as a pulse wave.
近年、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末の高機能化に伴い、加速度センサが搭載された機種が増加している。このような携帯端末を、例えば胸ポケットに入れて持ち運びながら、携帯端末に搭載された加速度センサを利用することで、使用者が体動を、携帯端末が検出する加速度変化として手軽に測ることができるようになっている。また、特許文献1では、体動センサをベルトに組み込んだタイプの脈拍計が開示されている。そこで、上記の特許文献1の脈拍計において、体動センサとして、例えば携帯端末に搭載された加速度センサを利用して、胸ポケットやベルトの位置で体動を検出することも考えられる。 In recent years, as mobile terminals such as mobile phones and smartphones have become more sophisticated, models equipped with acceleration sensors are increasing. The user can easily measure the body movement as an acceleration change detected by the mobile terminal by using an acceleration sensor mounted on the mobile terminal while carrying such a mobile terminal in a breast pocket, for example. It can be done. Patent Document 1 discloses a pulse meter of a type in which a body motion sensor is incorporated in a belt. Therefore, in the pulsometer of Patent Document 1 described above, it is also conceivable to detect body movement at the position of a breast pocket or belt using, for example, an acceleration sensor mounted on a portable terminal as a body movement sensor.
しかしながら、例えば脈波センサを指先に装着して脈波の検出を行うとともに、胸ポケットの携帯端末の加速度センサによって体動の検出を行なうようにした場合には、従来の技術では脈波スペクトルから体動成分を十分に除くことができない場合がある。この場合には、体動に由来する周波数成分が最大のパワーを示すことになり、これが心拍に由来するピークと誤認識されて抽出される。 However, for example, when a pulse wave sensor is attached to a fingertip to detect a pulse wave and body motion is detected by an acceleration sensor of a portable terminal in a breast pocket, the conventional technique uses a pulse wave spectrum. The body movement component may not be sufficiently removed. In this case, the frequency component derived from the body movement indicates the maximum power, and this is erroneously recognized as a peak derived from the heartbeat and extracted.
このように、体動成分を十分に除くことができない理由としては、脈波及び体動を検出する位置によっては、脈波スペクトルに現れる体動成分と、体動スペクトルに現れる体動成分とが、必ずしも一致しないことが挙げられる。例えば、体動スペクトルでは、体動を検出する位置によっては、基本波よりも第2高調波の方が、パワーが大きく現れる場合がある。このときに、脈波スペクトルでは、基本波に対応する体動成分と、第2高調波に対応する体動成分とが、同程度のパワーで現れることがある。この場合には、単に、脈波スペクトルから体動スペクトルを引いたとしても、基本波に対応する体動成分を十分に除くことができない。またさらに、高調波と一致する体動成分を除去したとしても、基本波に対応する体動成分を除くことができない。 As described above, the reason why the body motion component cannot be sufficiently removed is that there are a body motion component appearing in the pulse wave spectrum and a body motion component appearing in the body motion spectrum depending on the position where the pulse wave and the body motion are detected. , It does not necessarily match. For example, in the body motion spectrum, depending on the position at which body motion is detected, the second harmonic may have a greater power than the fundamental wave. At this time, in the pulse wave spectrum, the body motion component corresponding to the fundamental wave and the body motion component corresponding to the second harmonic may appear with the same level of power. In this case, even if the body motion spectrum is simply subtracted from the pulse wave spectrum, the body motion component corresponding to the fundamental wave cannot be sufficiently removed. Furthermore, even if the body motion component that matches the harmonic is removed, the body motion component corresponding to the fundamental wave cannot be removed.
本願発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、運動している検体から脈波を検出する際に、体動の検出位置に応じて、体動ノイズの影響を軽減することが可能となる装置、方法、プログラム、及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of such a problem, and reduces the influence of body motion noise according to the detection position of body motion when detecting a pulse wave from a moving specimen. An object of the present invention is to provide an apparatus, a method, a program, and a recording medium that enable recording.
(1)ここで開示する生体信号処理装置は、運動している検体から検出された生体信号を処理する生体信号処理装置であって、該検体から検出された脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得手段と、該検体から検出された体動を表す体動信号を取得する体動信号取得手段と、該脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、該体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段とを備える。 (1) A biological signal processing apparatus disclosed herein is a biological signal processing apparatus that processes a biological signal detected from a moving specimen, and acquires a pulse wave signal representing a pulse wave detected from the specimen. Pulse wave signal acquiring means, body motion signal acquiring means for acquiring a body motion signal representing body motion detected from the specimen, and frequency analysis of the pulse wave signal to convert it into a spectrum of pulse waves in the frequency domain Pulse wave frequency analyzing means, body motion frequency analyzing means for performing frequency analysis of the body motion signal and converting it to a frequency domain body motion spectrum, and body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means From the pulse wave spectrum obtained by the above-mentioned pulse wave frequency analysis means obtained from the frequency conversion means for obtaining a conversion spectrum obtained by converting the signal into a spectrum in a desired frequency region according to the position where the body motion is detected, Obtained by frequency conversion means And a body motion component attenuation means for attenuating the corresponding component to the frequency of the peak portion of the transform spectrum of body motion.
このとき、該体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
また、該体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
At this time, the body motion signal is a signal representing body motion detected at a position of the trunk or the periphery of the trunk, and the frequency converting means is a body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means. Is preferably converted into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum.
In addition, the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, and the frequency conversion unit is configured to double the frequency of the body motion obtained by the body motion frequency analysis unit. It is preferable to obtain a converted spectrum by converting the spectrum into a region-extended spectrum.
さらに、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルと、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルとを重ね合わせて重合スペクトルを得る重合処理手段を備え、該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させることが好ましい。 Furthermore, the body motion conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means are superposed on each other to provide a polymerization processing means for obtaining a polymerization spectrum. The dynamic component attenuating means attenuates a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body movement polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analysis means. Is preferred.
また、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出するピーク検出手段を備えることが好ましい。
さらに、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルに対して、過去の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点として、上記の中心点の周波数から離れるにつれてスペクトル強度が減少する重み付けを行なう重み付け手段を備え、該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出することが好ましい。
Moreover, it is preferable to provide a peak detection means for detecting a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation means.
Furthermore, with respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation means, the spectrum intensity increases with increasing frequency from the center point with the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point. It is preferable that weighting means for performing weighting to reduce the peak is provided, and the peak detecting means detects a peak having the maximum spectrum intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the weighting means.
(2)ここで開示する生体信号処理プログラムは、運動している検体から検出された生体信号を処理する生体信号処理プログラムであって、コンピュータを、該検体から検出された脈波を表す脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、該検体から検出された体動を表す体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段として機能させる。 (2) The biological signal processing program disclosed herein is a biological signal processing program for processing a biological signal detected from a moving sample, and the computer displays a pulse wave representing a pulse wave detected from the sample. A pulse wave frequency analyzing means for frequency-analyzing the signal and converting it to a pulse wave spectrum in the frequency domain, and a frequency analysis of the body motion signal representing the body movement detected from the specimen, and the frequency domain body motion spectrum A body motion frequency analyzing means for converting to a body motion frequency, and a body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means is converted into a spectrum of a desired frequency region according to a position where the body motion is detected. Corresponds to the frequency of the peak part of the conversion spectrum of body motion obtained by the frequency conversion means from the spectrum of the pulse wave obtained by the frequency conversion means obtained and the pulse wave frequency analysis means To function as a body motion component attenuation means for attenuating the that component.
このとき、該体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
また、該体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
At this time, the body motion signal is a signal representing body motion detected at a position of the trunk or the periphery of the trunk, and the frequency converting means is a body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means. Is preferably converted into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum.
In addition, the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, and the frequency conversion unit is configured to double the frequency of the body motion obtained by the body motion frequency analysis unit. It is preferable to obtain a converted spectrum by converting the spectrum into a region-extended spectrum.
さらに、該コンピュータを、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルと、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルとを重ね合わせて重合スペクトルを得る重合処理手段として機能させて、該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させることが好ましい。 Further, the computer is used as a polymerization processing means for superimposing the body movement conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body movement spectrum obtained by the body movement frequency analysis means to obtain a polymerization spectrum. The body motion component attenuating means is caused to function from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analyzing means to correspond to the peak frequency of the body motion polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means. It is preferable to attenuate the components to be absorbed.
また、該コンピュータを、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出するピーク検出手段として機能させることが好ましい。
さらに、該コンピュータを、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルに対して、過去の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点として、上記の中心点の周波数から離れるにつれてスペクトル強度が減少する重み付けを行なう重み付け手段として機能させて、該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出することが好ましい。
Moreover, it is preferable that the computer is caused to function as a peak detection unit that detects a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation unit.
Further, with respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuating means, the computer uses the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point, and the frequency of the center point. It is preferable that the peak detecting means detects a peak having the maximum spectral intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the weighting means by functioning as a weighting means for performing weighting in which the spectrum intensity decreases with increasing distance.
(3)ここで開示するコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、運動している検体から検出された生体信号を処理する生体信号処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、コンピュータを、該検体から検出された脈波を表す脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、該検体から検出された体動を表す体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段として機能させる。 (3) A computer-readable recording medium disclosed herein is a computer-readable recording medium in which a biological signal processing program for processing a biological signal detected from a moving specimen is recorded. A pulse wave frequency analysis means for frequency-analyzing a pulse wave signal representing a pulse wave detected from a specimen and converting the pulse wave signal into a spectrum of a pulse wave in a frequency domain, and a body motion signal representing a body movement detected from the specimen at a frequency Analyzing and converting the body motion frequency analysis means for converting to the body motion spectrum in the frequency domain, and the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means according to the position where the body motion is detected Frequency conversion means for obtaining a converted spectrum converted into a spectrum in the frequency domain of the above, and from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analysis means, the frequency conversion means To function as a body motion component attenuation means for attenuating the component corresponding to the frequency of the peak portion of the transform spectrum of the resulting motion.
このとき、該体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
また、該体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
At this time, the body motion signal is a signal representing body motion detected at a position of the trunk or the periphery of the trunk, and the frequency converting means is a body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means. Is preferably converted into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum.
In addition, the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, and the frequency conversion unit is configured to double the frequency of the body motion obtained by the body motion frequency analysis unit. It is preferable to obtain a converted spectrum by converting the spectrum into a region-extended spectrum.
さらに、該コンピュータを、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルと、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルとを重ね合わせて重合スペクトルを得る重合処理手段として機能させて、該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させることが好ましい。 Further, the computer is used as a polymerization processing means for superimposing the body movement conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body movement spectrum obtained by the body movement frequency analysis means to obtain a polymerization spectrum. The body motion component attenuating means is caused to function from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analyzing means to correspond to the peak frequency of the body motion polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means. It is preferable to attenuate the components to be absorbed.
また、該コンピュータを、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出するピーク検出手段として機能させることが好ましい。
さらに、該コンピュータを、上記の体動成分減衰手段で得られた脈波のスペクトルに対して、過去の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点として、上記の中心点の周波数から離れるにつれてスペクトル強度が減少する重み付けを行なう重み付け手段として機能させて、該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出することが好ましい。
Moreover, it is preferable that the computer is caused to function as a peak detection unit that detects a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation unit.
Further, with respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuating means, the computer uses the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point, and the frequency of the center point. It is preferable that the peak detecting means detects a peak having the maximum spectral intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the weighting means by functioning as a weighting means for performing weighting in which the spectrum intensity decreases with increasing distance.
(4)ここで開示する生体信号処理方法は、運動している検体から検出された生体信号を処理する生体信号処理方法であって、該検体から検出された脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、該検体から検出された体動を表す体動信号を取得する体動信号取得ステップと、該脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析ステップと、該体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析ステップと、上記の体動周波数解析ステップで得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換ステップと、上記の脈波周波数解析ステップで得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換ステップで得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰ステップとを備える。 (4) The biological signal processing method disclosed herein is a biological signal processing method for processing a biological signal detected from a moving specimen, and acquires a pulse wave signal representing a pulse wave detected from the specimen. A pulse wave signal acquisition step, a body motion signal acquisition step for acquiring a body motion signal representing a body motion detected from the specimen, and frequency analysis of the pulse wave signal to convert it to a pulse wave spectrum in the frequency domain A pulse wave frequency analyzing step, a body motion frequency analyzing step for performing frequency analysis on the body motion signal and converting the body motion signal into a body motion spectrum in the frequency domain, and a body motion spectrum obtained in the body motion frequency analyzing step. Is converted to a spectrum in a desired frequency region according to the position where the body motion is detected, and the pulse wave spectrum obtained in the pulse wave frequency analysis step is obtained. , And a body motion component attenuation step for attenuating the component corresponding to the frequency of the peak portion of the transform spectrum of the body motion obtained by the above-mentioned frequency conversion step.
このとき、該体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換ステップは、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
また、該体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号であり、該周波数変換ステップは、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得ることが好ましい。
At this time, the body motion signal is a signal representing the body motion detected at the trunk or a position around the trunk, and the frequency conversion step includes the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means. Is preferably converted into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum.
Further, the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, and the frequency conversion step includes a frequency twice the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means. It is preferable to obtain a converted spectrum by converting the spectrum into a region-extended spectrum.
さらに、上記の周波数変換ステップで得られた体動の変換スペクトルと、上記の体動周波数解析ステップで得られた体動のスペクトルとを重ね合わせて重合スペクトルを得る重合処理ステップ備え、該体動成分減衰ステップは、上記の脈波周波数解析ステップで得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理ステップで得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させることが好ましい。 Furthermore, the body movement conversion spectrum obtained by superimposing the body motion conversion spectrum obtained in the frequency conversion step and the body motion spectrum obtained in the body motion frequency analysis step to obtain a polymerization spectrum, In the component attenuation step, the component corresponding to the frequency of the peak portion of the polymerization spectrum of the body motion obtained in the polymerization process step is attenuated from the pulse wave spectrum obtained in the pulse wave frequency analysis step. preferable.
また、上記の体動成分減衰ステップで得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出するピーク検出ステップを備えることが好ましい。
さらに、上記の体動成分減衰ステップで得られた脈波のスペクトルに対して、過去の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点として、上記の中心点の周波数から離れるにつれてスペクトル強度が減少する重み付けを行なう重み付けステップを備え、該ピーク検出ステップは、上記の重み付けステップで得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出することが好ましい。
Moreover, it is preferable to provide a peak detection step for detecting a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained in the body motion component attenuation step.
Furthermore, with respect to the pulse wave spectrum obtained in the body motion component attenuation step, the spectrum intensity increases with increasing frequency from the center point with the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point. It is preferable that a weighting step for performing weighting to decrease is provided, and the peak detecting step detects a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained in the weighting step.
本発明によれば、運動している検体から脈波を検出する際に、体動の検出位置に応じて、脈波に含まれる体動成分を減衰させて、体動ノイズの影響を軽減することができる。 According to the present invention, when detecting a pulse wave from a moving specimen, the body motion component included in the pulse wave is attenuated according to the detection position of the body motion to reduce the influence of the body motion noise. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.
[1.構成]
本発明の一実施形態に係る生体信号処理装置、コンピュータに実行させるためのプログラム、同プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び生体信号処理方法について説明する。本実施形態では、体動検出手段として検体の加速度を検出する加速度センサを用いた生体信号処理装置を具体例として説明する。
[1. Constitution]
A biological signal processing apparatus, a program for causing a computer to execute, a computer-readable recording medium storing the program, and a biological signal processing method according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a biological signal processing apparatus using an acceleration sensor that detects the acceleration of a specimen as a body motion detection unit will be described as a specific example.
[1−1.生体信号処理装置の全体構成]
図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る生体信号処理装置1の機能構成及びハードウェア構成について説明する。ここで、図1は、本実施形態に係る生体信号処理装置1の機能構成例を示すブロック図である。図2は、本実施形態に係る生体信号処理装置1のハードウェア構成例を示すブロック図である。
[1-1. Overall configuration of biological signal processing apparatus]
A functional configuration and a hardware configuration of the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment.
図2に示すように、生体信号処理装置1は、脈波センサ12、AD変換器13、脈波センサインターフェース14、情報処理装置21、外部メモリ84を備えている。情報処理装置21は、例えば、検出された信号を処理するためのモバイル端末機としての携帯情報端末(スマートフォン)によって構成されている。情報処理装置21は、加速度センサ32、AD変換器33、CPU(Central Processing Unit;中央処理装置)41、メモリ81、タッチパネルディスプレイ82を備える。なお、脈波センサインターフェース14を、「脈波センサI/F14」ともいう。
As shown in FIG. 2, the biological signal processing apparatus 1 includes a
図1に示すように、生体信号処理装置1を機能的に表すと、脈波信号取得部(脈波信号取得手段)11、と情報処理装置21とを備えて構成される。情報処理装置21は、体動信号取得部(体動信号取得手段)31、信号処理部41、記憶部81、表示部82、及び操作部83を備えて構成される。信号処理部41は、情報処理装置21内部のCPU41で演算処理される機能部位であり、各機能は個別のプログラムとして構成されている。なお、本実施形態における信号処理部41は、直流成分除去手段、積分処理手段、高周波成分除去手段、窓関数処理手段、脈波周波数解析手段、高調波減衰手段、絶対値化手段、リサンプリング手段、体動周波数解析手段、周波数変換手段、重合処理手段、体動成分減衰手段、重み付け手段、ピーク検出手段、及び心拍数算出手段として機能するものである。
As shown in FIG. 1, when the biological signal processing device 1 is functionally represented, it includes a pulse wave signal acquisition unit (pulse wave signal acquisition means) 11 and an
生体信号処理装置1は、運動している検体から検出された生体信号を処理する。本実施形態では、生体信号処理装置1が、生体信号として脈波及び体動を検出して、脈波を表す脈波信号、及び体動を表す体動信号を処理する場合について説明する。本実施形態に係る生体信号処理装置1は、生体信号を処理して、検体の心拍数を検出するものであるから、心拍数検出装置1ということができる。同様に、本実施形態に係る生体信号処理プログラムは、心拍数検出プログラムということができる。また、本実施形態に係る生体信号処理方法は、心拍数検出方法ということができる。 The biological signal processing apparatus 1 processes a biological signal detected from a moving specimen. This embodiment demonstrates the case where the biological signal processing apparatus 1 detects a pulse wave and a body motion as a biological signal, and processes the pulse wave signal showing a pulse wave and the body motion signal showing a body motion. Since the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment processes the biological signal and detects the heart rate of the specimen, it can be referred to as the heart rate detection apparatus 1. Similarly, the biological signal processing program according to the present embodiment can be called a heart rate detection program. In addition, the biological signal processing method according to the present embodiment can be referred to as a heart rate detection method.
[1−2.生体信号処理装置の各部構成]
<脈波センサ>
脈波センサ12は、評価対象となる検体の脈波を検出して、脈波信号を出力するセンシングユニットである。脈波とは、心臓の拍動(心拍)により血液が大動脈に押し出された際に、血管内に発生した圧力変化が血管内に伝わって行く波動のことである。さらに、検体が運動する際には、血管内に体の動きに応じた圧力変化が生じることで、脈波には体動に由来する体動成分が加わる。すなわち、脈波センサ12によって検出される脈波には、心拍に由来する心拍成分と、体動成分とが含まれている。本実施形態では、脈波センサ12を指の先に装着して、この指の位置において、脈波センサ12が指から脈波を検出する。
[1-2. Configuration of each part of biological signal processing apparatus]
<Pulse wave sensor>
The
脈波センサ12は、例えば、発光部として発光ダイオードを用い、受光部としてフォトダイオードやフォトトランジスタを用いて、透過光または反射光から脈波を検出する、光電式の測定器を利用することができる。または、検体の動脈上に圧電素子を押し付けて脈波を検出する、圧電式の測定器を利用することができる。または、血管の脈動に伴う皮膚または鼓膜部分の振動によって生じる空気の振動を検出できるマイクロホンを用いて、マイクロホンと振動源とを閉じた状態にして脈波を検出する測定器を利用してもよい。
The
脈波センサ12は、脈波信号をアナログデータとして検出して、AD変換器13に脈波信号を出力する。AD変換器13は、入力された脈波信号をデジタルデータに変換する。本実施形態では、脈波信号のサンプリング周波数を1kHzとしている。
デジタルデータに変換された脈波信号は、Bluetooth(登録商標)を利用して、脈波センサI/F14に無線信号として送信される。
The
The pulse wave signal converted into digital data is transmitted as a radio signal to the pulse wave sensor I /
脈波センサI/F14は、脈波センサ12及びAD変換器13と情報処理装置21との情報をやりとりするユニットである。脈波センサI/F14は、Bluetoothの受信部を備えるUSB(Universal Serial Bus)シリアルインターフェースである。脈波センサI/F14は、AD変換器13からの脈波信号を受信したら、情報処理装置21に備えられた図示しないUSBポート及びバスを介して、情報処理装置21内のCPU41に脈波信号を出力する。情報処理装置21では、デジタルデータに変換された脈波信号が、信号処理部41の直流成分除去部51に入力される。
The pulse wave sensor I /
上述したように、脈波センサ12は、脈波検出手段として機能する。また、AD変換器13は、脈波信号変換手段として機能する。さらに、図1に示すように、脈波信号取得部11は、脈波検出部(脈波検出手段)12、脈波信号変換部(脈波信号変換手段)13、及び脈波センサI/F14を備えて構成される。脈波信号取得部11は、検体の脈波を表す時系列の脈波信号を取得して、必要に応じて信号処理部41によって処理が可能な形に脈波信号の変換を行い、信号処理部41へ出力する機能部である。
As described above, the
<加速度センサ>
加速度センサ32は、検体の体の動き(体動)を検出して、体動信号を出力するセンシングユニットである。本実施形態では、加速度センサ32が、体動信号として加速度信号を検出している。加速度センサ32は情報処理装置21の内部に設けられており、検体の動きに伴う情報処理装置21のX軸、Y軸、Z軸の3軸の加速度を検出する。加速度センサ32は、加速度を検出する検出素子として、例えば、電極間の静電容量の変化を検出するもの、ピエゾ抵抗素子のひずみ抵抗の変化を検出するもの、熱気流の対流の変化を検出するものを利用することができる。本実施形態では、検体が、加速度センサ32が内蔵された情報処理装置21を、胸ポケットの位置に装着する。加速度センサ32は、この胸ポケットの位置において、情報処理装置21の加速度変化を体動として検出する。
<Acceleration sensor>
The
加速度センサ32は、体動信号をアナログデータとして検出して、AD変換器33に体動信号を出力する。AD変換器33は、入力された体動信号をデジタルデータに変換する。本実施形態では、体動信号のサンプリング周波数を50Hzとしている。
デジタルデータに変換された体動信号は、情報処理装置21に備えられた図示しないバスを介して、信号処理部41(CPU41)の絶対値化部61に入力される。
The
The body motion signal converted into the digital data is input to the absolute
上述したように、加速度センサ32は、体動検出手段として機能する。また、AD変換器33は、体動信号変換手段として機能する。さらに、図1に示すように、体動信号取得部31は、体動検出部(体動検出手段)32、及び体動信号変換部(体動信号変換手段)33を備えて構成される。体動信号取得部31は、検体の体動を表す時系列の体動信号を取得して、必要に応じて信号処理部41によって処理が可能な形に体動信号の変換を行い、信号処理部41へ出力する機能部である。
As described above, the
<メモリ>
メモリ81は、種々のデータやプログラムを格納する記憶部(記憶手段)81である。メモリ81は、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリや、ROM、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、またはHDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Device)によって実現される。
<Memory>
The
メモリ81は、脈波信号及び体動信号の波形データ、検出されたピークの周波数、並びに算出された心拍数を格納する。
また、メモリ81は、CPU41に実行させることで、後述する直流成分除去部51,63、積分処理部52、高周波成分除去部53,64、窓関数処理部54,65、脈波周波数解析部55、高調波減衰部56、絶対値化部61、リサンプリング部62、体動周波数解析部66、周波数変換部67、重合処理部68、体動成分減衰部71、重み付け部72、ピーク検出部73、及び心拍数算出部74としてそれぞれ機能させる、直流成分除去用プログラム、積分処理用プログラム、高周波成分除去用プログラム、窓関数処理用プログラム、脈波周波数解析用プログラム、高調波減衰用プログラム、絶対値化用プログラム、リサンプリング用プログラム、体動周波数解析用プログラム、周波数変換用プログラム、重合処理用プログラム、体動成分減衰用プログラム、重み付け用プログラム、ピーク検出用プログラム、及び拍数算出用プログラムを予め保存する。これらのプログラムをあわせて、本件のプログラム(生体信号処理プログラム)と称する。
The
Further, the
<タッチパネルディスプレイ>
ディスプレイ82(83)は、信号処理されたデータを表示する表示部82としての機能と、情報処理装置21を操作するための操作情報を入力するための操作部83としての機能とを併せ持つ。タッチパネルディスプレイ82の液晶表示画面は、表示部82として機能する。また、タッチパネルディスプレイ82には、情報処理装置21に所定の動作の実行を命令するための各種ボタンの画像が表示される。このボタンを操作者がタッチ操作することにより、タッチパネルディスプレイ82が操作部83として機能する。操作者はタッチパネルディスプレイ82を操作して、情報処理装置21及び生体信号処理装置1に各種機能を実行するよう動作させる。
<Touch panel display>
The display 82 (83) has both a function as the
タッチパネルディスプレイ82は、算出された心拍数の値を表示する。また、図4に例示するように、タッチパネルディスプレイ82は、検出した脈波信号の波形を表示する(符号A1)。さらに、タッチパネルディスプレイ82は、検出した脈波信号に対してローパスフィルター処理を行なった波形(符号B1)、検出した体動信号の波形(符号C1)、脈波信号に対して周波数解析を行なった脈波スペクトル(符号D1)、体動信号に対して周波数解析を行なった体動スペクトルと2分の1の周波数領域に周波数変換した変換スペクトルとを重ね合わせた重合スペクトル(符号E1)、脈波スペクトルに対して、高調波の減衰と体動成分の減衰と重み付けとを行なった重み付けスペクトル(符号F1)を表示する。
The
なお、図4では、符号A1,B1,C1を付した波形は、横軸を0秒〜4000ミリ秒の時間、縦軸を信号の強度として表示している。また、符号D1,E1,F1を付したスペクトルは、横軸を心拍数、縦軸をスペクトル強度(パワー)の対数表示として表示している。具体的には、表示されている横軸の数値を10で割った値が、スペクトルの横軸を表す心拍数(pulse/min)となる。また、表示されている縦軸の数字を10で割った値が、スペクトルの縦軸を表すデシベル値(dB)となる。ただし、スペクトルどうしの比較のために、スペクトルの位置を適宜縦方向にシフトして表示している。このため、各スペクトルにおいて、最大のポイントを0dBと読み替えるものとする。例えば、符号D1を付したスペクトルでは最大値が1000の所にあるため、800で−20dB、400で−60dBと読み替える。なお、スペクトルの横軸は、1分間あたり0〜400回の心拍数を表しているが、これを心拍の1秒毎の周波数として捉える場合には、0〜6.667Hzの周波数を表示しているといえる。これらのグラフの説明は、以降の図5〜図7についても同様である。 In FIG. 4, the waveforms denoted by reference signs A1, B1, and C1 are displayed with the horizontal axis representing the time from 0 second to 4000 milliseconds and the vertical axis representing the signal intensity. In addition, the spectra with the symbols D1, E1, and F1 are displayed as a logarithmic display of the heart rate on the horizontal axis and the spectral intensity (power) on the vertical axis. Specifically, a value obtained by dividing the displayed numerical value on the horizontal axis by 10 is the heart rate (pulse / min) representing the horizontal axis of the spectrum. Also, a value obtained by dividing the displayed number on the vertical axis by 10 is the decibel value (dB) representing the vertical axis of the spectrum. However, for comparison of spectra, the positions of the spectra are appropriately shifted in the vertical direction and displayed. For this reason, the maximum point in each spectrum is read as 0 dB. For example, since the maximum value is 1000 in the spectrum with the reference sign D1, 800 is read as -20 dB, and 400 is read as -60 dB. The horizontal axis of the spectrum represents a heart rate of 0 to 400 times per minute, but when this is regarded as a frequency per second of the heart beat, a frequency of 0 to 6.667 Hz is displayed. It can be said that. The explanation of these graphs is the same for the following FIGS.
<CPU>
CPU41は、種々の制御や演算を行なう処理装置であり、メモリ81に格納された本件のプログラムを読み出して実行することにより、種々の機能を実現する。そして、CPU41が、これらのプログラムを実行することにより、図1で示すように、直流成分除去部51,63、積分処理部52、高周波成分除去部53,64、窓関数処理部54,65、脈波周波数解析部55、高調波減衰部56、絶対値化部61、リサンプリング部62、体動周波数解析部66、周波数変換部67、重合処理部68、体動成分減衰部71、重み付け部72、ピーク検出部73、及び心拍数算出部74としてそれぞれ機能する。
<CPU>
The
本件のプログラムは、例えばフレキシブルディスク、CD(CD−ROM,CD−R,CD−RW等)、DVD(DVD−ROM,DVD−RAM,DVD−R,DVD+R,DVD−RW,DVD+RW,HD DVD等)、ブルーレイディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の、コンピュータ読取可能な記録媒体(例えば、外部メモリ84)に記録された形態で提供される。そして、情報処理装置21はその記録媒体からプログラムを読み取って内部記憶装置(例えば、メモリ81)または外部記憶装置に転送し格納して用いる。または、それらのプログラムを、例えば磁気ディスク,光ディスク,光磁気ディスク等の図示しない記憶装置(記録媒体)に記録しておき、その記憶装置から通信経路を介して情報処理装置21に提供するようにしてもよい。
Examples of the program in this case are flexible disk, CD (CD-ROM, CD-R, CD-RW, etc.), DVD (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD + R, DVD-RW, DVD + RW, HD DVD, etc.) ), A Blu-ray disc, a magnetic disc, an optical disc, a magneto-optical disc, and the like, which are recorded in a computer-readable recording medium (for example, the external memory 84). The
なお、本実施形態において、コンピュータとは、ハードウェアとオペレーティングシステムとを含む概念であり、オペレーティングシステムの制御の下で動作するハードウェアを意味している。又、オペレーティングシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェアを動作させるような場合には、そのハードウェア自体がコンピュータに相当する。ハードウェアは、少なくとも、CPU等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを備えている。 In the present embodiment, the computer is a concept including hardware and an operating system, and means hardware that operates under the control of the operating system. Further, when an operating system is unnecessary and hardware is operated by an application program alone, the hardware itself corresponds to a computer. The hardware includes at least a microprocessor such as a CPU and means for reading a computer program recorded on a recording medium.
<外部メモリ>
外部メモリ84は、情報処理装置21へ、脈波信号及び体動信号の波形データを読み出すことができる。また、外部メモリ84は、情報処理装置21から、脈波信号及び体動信号の波形データ、検出されたピークの周波数、並びに算出された心拍数を書き込むことができる。さらに、この外部メモリ84には、本件のプログラムを記録することもできる。この場合、これらのプログラムを必要に応じて、外部メモリ84から読み出して、生体信号処理装置1に読み出すことが出来るようになっている。
<External memory>
The
[1−3.信号処理部]
図1に示すように、信号処理部41は、直流成分除去部(直流成分除去手段)51,63、積分処理部(積分処理手段)52、高周波成分除去部(高周波成分除去手段)53,64、窓関数処理部(窓関数処理手段)54,65、脈波周波数解析部(脈波周波数解析手段)55、高調波減衰部(高調波減衰手段)56、絶対値化部(絶対値化手段)61、リサンプリング部(リサンプリング手段)62、体動周波数解析部(体動周波数解析手段)66、周波数変換部(周波数変換手段)67、重合処理部(重合処理手段)68、体動成分減衰部(体動成分減衰手段)71、重み付け部(重み付け手段)72、ピーク検出部(ピーク検出手段)73、及び心拍数算出部(心拍数算出手段)74を備えて構成される。
[1-3. Signal processor]
As shown in FIG. 1, the
<直流成分除去部(1)>
直流成分除去部51は、脈波信号取得部11から入力された脈波信号に対して、脈波信号に含まれるDC(直流)成分除去のためにハイパスフィルター処理を行う。例えば、心拍数30に相当する0.5Hz以下をカットする12dB/Octでのハイパスフィルター処理を行う。
<DC component removal unit (1)>
The direct current
<積分処理部>
積分処理部52は、脈波信号に対して、加速度脈波から速度脈波へ、速度脈波から容積脈波へと変換するために積分処理を行う。脈波信号取得部11により取得された脈波信号が、想定する波形である微分波形となるように、必要に応じて1回積分、または2回積分を行なう。1回の積分は、カットオフ周波数を0.5Hzとした6dB/Octのローパスフィルター処理をかけることで行う。また、この積分処理をする場合には、信号の振幅を維持するために、適宜増幅処理を行う。なお、ここでいう「想定する波形である微分波形」とは、いわゆる速度脈波である。速度脈波とは、光電式の脈波系により検出される、血管の容量変化を捕らえた容量脈波を、1回微分した波形をいう。
<Integration processing unit>
The
<高周波成分除去部(1)>
高周波成分除去部53は、脈波信号に対して、高周波のノイズ成分を低減して脈波成分を通過させるためにローパスフィルター処理を行なう。例えば、カットオフ周波数を3.5Hzとした12dB/Octでのローパスフィルター処理を行う。なお、このカットオフ周波数は、心拍数210に相当している。
<High-frequency component removal unit (1)>
The high frequency
<窓関数処理部(1)>
窓関数処理部54は、脈波信号に対して、後述する脈波周波数解析部55による周波数解析を行う準備として、所定範囲のデータに窓関数をかける処理を行う。窓関数としては、例えば、ハミング窓、ハニング窓、ブラックマン窓、カイザー窓等を利用することができる。本実施形態では、窓関数としてハミング窓を使用して、16.384秒分に相当する、過去16384サンプルのデータを切り出す。
<Window function processing unit (1)>
The window
<脈波周波数解析部>
脈波周波数解析部55は、脈波信号に対して周波数解析を施して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する。周波数解析としては、例えば、FFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ解析)、MEM(Maximum Entropy Method;最大エントロピー法)、もしくは自己相関解析、中でもAR(Auto-regressive;自己回帰法)を用いることができる。または、広義にはWavelet法を用いることができる。本実施形態では、窓関数処理部54におけるサンプル数に対応して16834点のFFTを行い、脈波信号のパワースペクトルを得る。脈波信号の周波数解析脈により得られるスペクトルを、脈波スペクトルと称する。
<Pulse wave frequency analysis unit>
The pulse wave
<高調波減衰部>
高調波減衰部56は、脈動性信号に対して、後述するピーク検出部73によるスペクトルピーク検出時に高調波を検出する事を避けるために高調波成分のキャンセル処理を行う。高調波成分のキャンセル処理は、ある周波数に対して2倍、3倍、またはそれ以上の整数倍の周波数にスペクトルピークがある場合に、脈波スペクトルからこの整数倍のピーク、中でも2倍または3倍のピークを相殺するものである。これにより、脈波信号に含まれる2次または3次高調波成分を減衰させる。
<Harmonic attenuation part>
The
高調波成分のキャンセル処理は、脈波スペクトルのデータを2倍の周波数、または3倍の周波数にシフトし、これに所定の割合を掛けたものを元の脈波スペクトルから減算する事により行う。具体的に、脈波スペクトルのデータのシフトは、少なくとも心拍成分が含まれる周波数領域を、2倍または3倍の周波数領域に拡張する処理により行うことができる。または、基本波にあたるスペクトルピークの周波数のピーク部分を、2倍または3倍の周波数に単純平行移動する処理により行うことができる。または、横軸を対数化して、基本波にあたるスペクトルピークのピーク部分を、2倍または3倍の周波数に平行移動する処理により行うことができる。 The harmonic component canceling process is performed by shifting the pulse wave spectrum data to twice or three times the frequency, and subtracting the data multiplied by a predetermined ratio from the original pulse wave spectrum. Specifically, the data of the pulse wave spectrum can be shifted by a process of expanding a frequency region including at least a heartbeat component to a double or triple frequency region. Alternatively, the peak portion of the frequency of the spectrum peak corresponding to the fundamental wave can be performed by a process of simply translating to a double or triple frequency. Alternatively, the horizontal axis can be logarithmized and the peak portion of the spectrum peak corresponding to the fundamental wave can be translated into a frequency twice or three times.
シフトしたピークにかける割合は、例えば0%より大きく300%までの範囲で行うことができる。中でも、50%、100%、200%、300%の割合で行うことができる。このときの割合が100%の場合にはシフトしたピーク部分の成分をそのまま差し引くことになる。一方、割合が50%の場合には、シフトしたピーク部分の成分のパワーを半分にしたものを差し引くことになる。また、200%、300%の場合には、シフトしたピーク部分の成分のパワーを2倍、3倍にしたものを差し引くことになる。 The ratio applied to the shifted peak can be performed, for example, in the range of greater than 0% to 300%. Especially, it can carry out in the ratio of 50%, 100%, 200%, 300%. When the ratio at this time is 100%, the shifted peak component is subtracted as it is. On the other hand, when the ratio is 50%, the half of the power of the shifted peak component is subtracted. In the case of 200% and 300%, the power of the shifted peak component is doubled or tripled.
<絶対値化部>
絶対値化部61は、体動信号の絶対値化を行う。加速度センサ32はXYZの3軸の出力を持つため、各軸のデータをそれぞれ二乗して合算したものの平方根を取ることにより絶対値化を行なう。すなわち、各軸のデータをそれぞれx,y,zとすると、sqrt(x*x + y*y + z*z)を求めることにより、体動信号が絶対値として得られる。
<Absolute part>
The absolute
<リサンプリング部>
リサンプリング部62は、脈波信号のサンプリング周期と体動信号のサンプリング周期とが異なる場合に、加速信号を脈波信号と同様の処理を行えるように、リサンプリングを行なう。例えば、脈波信号のサンプリング周波数が1kHzであって、加速度センサ32のサンプリング周波数が50Hzである場合には、体動信号を1kHz周期でリサンプリングする。
<Resampling unit>
The
<直流成分除去部(2)>
直流成分除去部63は、体動信号に対してハイパスフィルター処理を行う。直流成分除去部63によるハイパスフィルター処理は、直流成分除去部51と同様にして行うことができる。
<DC component removal unit (2)>
The DC
<高周波成分除去部(2)>
高周波成分除去部64は、体動信号に対してローパスフィルター処理を行なう。高周波成分除去部64によるローパスフィルター処理は、高周波成分除去部53と同様に行うことができる。
<High-frequency component removal unit (2)>
The high frequency
<窓関数処理部(2)>
窓関数処理部65は、体動信号に対して窓関数をかける処理を行う。窓関数処理部65による窓関数をかける処理は、窓関数処理部54と同様に行うことができる。本実施形態では、窓関数としてハミング窓を使用して、16.384秒分に相当する、過去16384サンプルのデータを切り出す。
<Window function processor (2)>
The window
<体動周波数解析部>
体動周波数解析部66は、体動信号に対して周波数解析を施して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する。体動周波数解析部66による周波数解析は、脈波周波数解析部55と同様に行うことができる。本実施形態では、窓関数処理部65におけるサンプル数に対応して16834点のFFTを行い、体動信号のパワースペクトルを得る。体動信号の周波数解析脈波により得られるスペクトルを、体動スペクトルと称する。
<Body frequency analysis unit>
The body motion
<周波数変換部>
周波数変換部67は、体動周波数解析部66で得られた体動スペクトルを、体動が検出された位置応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換する周波数変換を行い、変換スペクトルを得る。変換スペクトルは、体動スペクトルが所望の周波数領域に変換されて、体動スペクトルに含まれていたピークが、体動の検出位置と周波数変換とに対応した所定の周波数の位置に現れるスペクトルである。
<Frequency converter>
The
周波数変換は、体動信号の検出位置に応じて、体動スペクトルを所望の周波数領域のスペクトルに変換することにより行う。具体的には、体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号である場合には、体動スペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換する、分周処理を行う。または、体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号である場合には、体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換する、逓倍処理を行う。 The frequency conversion is performed by converting the body motion spectrum into a spectrum in a desired frequency region according to the detection position of the body motion signal. Specifically, when the body motion signal is a signal representing body motion detected at the trunk or a position around the trunk, the body motion spectrum is converted into a spectrum compressed into a half frequency region. A frequency division process is performed. Alternatively, if the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, a multiplication process is performed to convert the body motion spectrum into a spectrum expanded to a double frequency region.
分周処理は、体動スペクトル全体を2分の1の周波数領域に圧縮する。言い換えれば体動スペクトルを1オクターブ下の周波数にシフトすることにより行う。この場合、変換スペクトルは、体動スペクトルが2分の1の周波数領域に圧縮されて、体動スペクトルに含まれていたピークが2分の1の周波数の位置に現れる、分周スペクトルとなる。 In the frequency division process, the entire body motion spectrum is compressed into a half frequency region. In other words, the body motion spectrum is shifted to a frequency one octave below. In this case, the converted spectrum is a frequency-divided spectrum in which the body motion spectrum is compressed to a half frequency region, and the peak included in the body motion spectrum appears at the position of the half frequency.
逓倍処理は、体動スペクトル全体を2倍の周波数領域に伸張する。言い換えれば体動スペクトルを1オクターブ上の周波数にシフトすることにより行う。この場合、変換スペクトルは、体動スペクトルが2倍の周波数領域に伸張されて、体動スペクトルに含まれていたピークが2倍の周波数の位置に現れる、逓倍スペクトルとなる。 In the multiplication process, the entire body motion spectrum is expanded to a double frequency region. In other words, the body motion spectrum is shifted to a frequency one octave above. In this case, the converted spectrum is a multiplied spectrum in which the body motion spectrum is expanded to a frequency region of twice, and the peak included in the body motion spectrum appears at the position of the double frequency.
このとき、分周処理及び逓倍処理においては、体動スペクトルにおいて、少なくとも心拍成分が含まれる周波数領域について圧縮または伸張を行うようにしてもよい。 At this time, in the frequency dividing process and the multiplying process, compression or expansion may be performed in a frequency region including at least a heartbeat component in the body motion spectrum.
<重合処理部>
重合処理部68は、周波数変換部67で得られた体動の変換スペクトルと、体動周波数解析部66で得られた体動スペクトルとを重ね合わせる重合処理を行い、重合スペクトルを得る。重合スペクトルは、変換スペクトルと体動スペクトルとが重ね合わせられて、体動スペクトルに含まれるピークと、体動スペクトルに含まれるピークを2分の1または2倍の周波数にしたピークとがともに現れるスペクトルである。
<Polymerization processing section>
The
重合処理は、変換スペクトルと体動スペクトルとを重ね合わせて、それぞれのスペクトルから同じ周波数においてパワー(スペクトル強度)が大きい値を示す方のスペクトルのパワーを取ることで、二つのスペクトルのパワーの大きい方からなるスペクトルを作成することにより行う。または、重合処理は、変換スペクトルと体動スペクトルとを重ね合わせて、それぞれのスペクトルの同じ周波数におけるパワーを加算したものの平均値を取ることで、二つのスペクトルのパワーの平均値からなるスペクトルを作成することにより行ってもよい。なお、先に説明した大きい値をとる処理の方が、体動信号の変化を感度良く取ることができ、体動スペクトル及び変換スペクトルに含まれるピークを保持することができるため、後述する体動成分の減衰への効果が高くなるために好ましい。 The superposition process superimposes the conversion spectrum and the body motion spectrum, and by taking the power of the spectrum showing the higher power (spectrum intensity) at the same frequency from each spectrum, the power of the two spectra is larger. This is done by creating a spectrum consisting of Alternatively, the polymerization process creates a spectrum consisting of the average value of the powers of the two spectra by superimposing the converted spectrum and the body motion spectrum and taking the average value of the sum of the power at the same frequency of each spectrum. It may be done by doing. Note that the process of taking a large value as described above can take a change in the body motion signal with higher sensitivity, and can maintain the peaks included in the body motion spectrum and the conversion spectrum. This is preferable because the effect on the attenuation of the component is increased.
<体動成分減衰部>
体動成分減衰部71は、重合スペクトルを対照データとして、高調波減衰部56で得られた脈波のスペクトルから、重合処理部68で得られた重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる減衰処理を行い、減衰スペクトルを得る。減衰スペクトルは、脈波スペクトルに現れる体動成分のピークが抑制されたスペクトルである。
<Body component attenuation part>
The body motion
具体的には、まず、重合スペクトルのパワースペクトルから、パワーの平均値を算出する。次に、重合スペクトルのパワースペクトルにおいて、パワーの値が平均値より高いピークを、体動ピーク部分と判断する。さらに、脈波のスペクトルにおいて、体動ピーク部分の周波数に相当する周波数成分から、重合スペクトルの体動ピーク部分の周波数成分に所定の割合を掛けたものを差し引くことにより行う。体動スペクトルの周波数成分にかける割合は、0%より大きく100%までの範囲で行うことができる。このときの割合が100%の場合には重合スペクトルに現れる体動ピーク部分の周波数成分をそのまま差し引くことになる。一方、割合が0%に近い場合には、体動スペクトルに現れる周波数成分のパワーを小さくしたものを差し引くことになる。 Specifically, first, an average value of power is calculated from the power spectrum of the polymerization spectrum. Next, the peak whose power value is higher than the average value in the power spectrum of the polymerization spectrum is determined as the body movement peak portion. Furthermore, in the pulse wave spectrum, the frequency component corresponding to the frequency of the body motion peak portion is subtracted from the frequency component of the body motion peak portion of the polymerization spectrum multiplied by a predetermined ratio. The ratio applied to the frequency component of the body motion spectrum can be performed in the range from 0% to 100%. When the ratio at this time is 100%, the frequency component of the body motion peak portion appearing in the polymerization spectrum is subtracted as it is. On the other hand, when the ratio is close to 0%, the frequency component power that appears in the body motion spectrum is reduced.
<重み付け部>
重み付け部72は、体動成分減衰部71で得られた減衰スペクトルに対して、過去の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点として、この中心点の周波数から離れるにつれてスペクトル強度が減少する重み付けを行ない、重み付けスペクトルを得る。重み付けスペクトルは、過去に検出されたピークから離れた周波数成分が抑制されて、過去に検出されたピーク付近の周波数成分が相対的に強調されたスペクトルである。
<Weighting section>
For the attenuation spectrum obtained by the body motion
中心点は、過去に得られた心拍数に対応する周波数であるが、この周波数は、過去にピーク検出部73によって検出されたピークの周波数を用いることができる。重み付け部72は、記憶部81に記録されている、過去のピーク検出によって得られた周波数を読み出して重み付けを行なう。重み付けを行なうことにより、過去に検出されたピークの両側の周波数成分を減衰させることで、過去に検出されたピークに追従することを、ロックするという。
The center point is a frequency corresponding to the heart rate obtained in the past, and the peak frequency detected by the
過去の検出により得られた周波数の中でも、直近のものが検体の現時点での心拍数を反映することから、前回の心拍数の測定の際にピーク検出部73によって検出された最大のピークの周波数を用いることが好ましい。なお、測定を始めた初回の場合であって、過去の検出により得られたデータがない場合には、重み付けによる処理を省いて、ピーク検出部73による最大ピーク検出を行えばよい。
Of the frequencies obtained by past detection, the latest one reflects the current heart rate of the sample, so the maximum peak frequency detected by the
重み付けは、中心点から高周波数領域に向けてローパスフィルター処理をかけて、中心点から低周端数領域に向けてハイパスフィルター処理をかけることにより行う。または、中心点を中心周波数とした、バンドパスフィルタ処理をかけることによって行ってもよい。重み付けのフィルタの係数は、例えば、6dB/Oct、12dB/Oct、18dB/Octのスロープで行なう。この重み付けの係数は、計測結果の最大のピークに対するロックの強さをあらわす。重み付けの係数が高いほど、過去に検出されたピークを中心として両側の周波数成分が大きく減衰されることになるため、不測のノイズ成分による計測結果の変動を抑えることができる。一方、重み付けの係数が低い場合には、仮に心拍に由来する周波数成分以外ピークにロックした場合であっても、心拍に由来するピークが最大となった際には、本来の心拍に由来するピークにロックするように復帰しやすくなる。 The weighting is performed by applying a low-pass filter process from the center point toward the high frequency region, and applying a high-pass filter process from the center point toward the low peripheral frequency region. Or you may carry out by performing the band pass filter process which made the center point the center frequency. For example, the weighting filter coefficients are slopes of 6 dB / Oct, 12 dB / Oct, and 18 dB / Oct. This weighting coefficient represents the strength of the lock with respect to the maximum peak of the measurement result. As the weighting coefficient is higher, the frequency components on both sides centering on the peak detected in the past are greatly attenuated, so that fluctuations in measurement results due to unexpected noise components can be suppressed. On the other hand, if the weighting coefficient is low, the peak derived from the original heartbeat will be applied when the peak derived from the heartbeat becomes the maximum even if it is locked to a peak other than the frequency component derived from the heartbeat. It will be easier to return to lock.
<ピーク検出部>
ピーク検出部73は、重み付け部72で得られた脈波のスペクトルからパワーが最大のピークを検出する。最大のピークの検出は、重み付けされた脈波のスペクトルから、パワースペクトルのパワーが最大値を示すピークを抽出することにより行なう。このとき、平静時と運動時とでは心拍数が変動するが、通常、心拍に由来する心拍成分のピークは、0.5〜3.5Hzの範囲内に現れる。このため、最大のピークの検出は、0.5〜3.5Hzの範囲において行うようにしてもよい。さらに、ピーク検出部73は、この最大ピークの周波数を得る。
<Peak detection unit>
The
<心拍数算出部>
心拍数算出部74は、ピーク検出部73で検出された最大のピークの周波数から心拍数を算出する。最大のピークの周波数(Hz)に対して60を乗ずることで、1分間あたりの心拍の数を表す心拍数を得ることができる。また、心拍数算出部74は、算出された心拍数を記憶部81または表示部82に出力する。
<Heart rate calculator>
The
[2.動作]
以下、図3及び図4を参照しながら、本実施形態に係る生体信号処理装置1による処理や動作について説明する。ここでは、検体がランニングしている場合において、脈波センサ12を手の指先に、生体信号処理装置1を胸ポケットに装着して、脈波を指の位置で測定して、加速度を胸ポケットの位置で測定して、心拍数の検出を行なった場合の動作について説明する。
[2. Operation]
Hereinafter, processing and operations performed by the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Here, when the specimen is running, the
図4は、この場合の結果を表すグラフである。図4では、検出した脈波信号の波形に符号A1、検出した脈波信号に対してローパスフィルター処理を行なった波形に符号B1、検出した体動信号の波形に符号C1、脈波信号に対して周波数解析を行なった脈波スペクトルに符号D1、体動信号に対して周波数解析を行なった体動スペクトルと2分の1の周波数領域に周波数変換した体動スペクトルとを重ね合わせた重合スペクトルに符号E1、脈波スペクトルに対して、高調波の減衰と体動成分の減衰と重み付けとを行なった重み付けスペクトルに符号F1を付して表している。 FIG. 4 is a graph showing the result in this case. In FIG. 4, the waveform of the detected pulse wave signal is denoted by A1, the waveform of the detected pulse wave signal subjected to low-pass filter processing is denoted by B1, the waveform of the detected body motion signal is denoted by symbol C1, and the pulse wave signal is denoted by The superposition spectrum is obtained by superimposing the body motion spectrum obtained by performing frequency analysis on the body motion signal and the body motion spectrum frequency-converted into a half frequency region on the pulse wave spectrum subjected to frequency analysis. A weighting spectrum obtained by performing attenuation of harmonics, attenuation of body motion components, and weighting with respect to the code E1 and the pulse wave spectrum is indicated by a code F1.
検体が運動をする場合には、一定の体の動きを繰り返すことで、体動に周期が現れる。例えばウォーキングやランニングをする場合には、左右のいずれかの脚を踏み出すとともに、脚の動きにあわせて両腕を前後に振る運動を周期的に行う。このとき、片方の脚を踏み出してから着地して再び踏み出すまでの動きを体動の1セットとして、この1セットに要する時間を体動の周期とする。この1セットにおける脚または腕の前後動の周期に応じた周波数、すなわち1セットが単位時間当たりに繰り返される回数を、体動の1倍の周波数、または単に、体動の周波数という。なお、上記の1セットに要する時間は、ウォーキングまたはランニングの場合では、二歩分の時間に相当する。 When the specimen exercises, a cycle appears in the body movement by repeating a certain body movement. For example, when walking or running, stepping on one of the left and right legs and periodically swinging both arms back and forth according to the movement of the legs is performed. At this time, the movement from stepping on one leg to landing and stepping on again is taken as one set of body movement, and the time required for this one set is defined as the period of body movement. The frequency corresponding to the period of back and forth movement of the leg or arm in one set, that is, the number of times that one set is repeated per unit time is referred to as the frequency of body motion or simply the frequency of body motion. The time required for one set corresponds to the time for two steps in the case of walking or running.
図3に示すフローチャート(ステップS11〜S17、S21〜29、S31〜34)に従って、本実施形態に係る生体信号処理装置1による処理の流れについて説明する。生体信号処理装置1は、脈波信号及び体動信号を取得して心拍数の算出及び表示を行なうまでを1サイクルとする処理を行う。また、生体信号処理装置1は、1サイクルにおける、同じ時間領域の脈波信号と体動信号についての処理を行う。さらに、生体信号処理装置1は、この1サイクルの処理を所定の単位時間ごとに繰り返し行うことで、単位時間おきの心拍数を得る。ここでは、1秒おきに心拍数を得る場合における、1サイクルの処理の流れを説明する。 With reference to the flowchart shown in FIG. 3 (steps S11 to S17, S21 to 29, S31 to 34), the flow of processing by the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described. The biological signal processing apparatus 1 performs processing in which one cycle is from the acquisition of a pulse wave signal and a body motion signal until calculation and display of the heart rate. In addition, the biological signal processing apparatus 1 performs processing on a pulse wave signal and a body motion signal in the same time domain in one cycle. Furthermore, the biological signal processing apparatus 1 obtains a heart rate every unit time by repeatedly performing the process of one cycle every predetermined unit time. Here, the flow of processing in one cycle when heart rate is obtained every second will be described.
まず、生体信号処理装置1は、脈波信号取得部11によって脈波信号を取得する(ステップS11、脈波信号取得ステップ)。本実施形態では、脈波センサ12として、マイクロホンと振動源とを閉じた状態にして脈波を検出する測定器を利用して、検体の脈波を検出する。AD変換器13により1kHzのサンプリング周期でデジタルデータに変換された脈波信号が、脈波センサI/F14を介して直流成分除去部51へと入力される。このときの脈波信号の波形は、図4に符号A1を付して表される。検体が運動している状態の脈波を指先の位置で検出することで、脈波センサ12は、心拍に由来する成分に加えて、体動に由来するノイズ成分が加わった脈波を検出する。
First, the biological signal processing apparatus 1 acquires a pulse wave signal by the pulse wave signal acquisition unit 11 (step S11, pulse wave signal acquisition step). In the present embodiment, the pulse wave of the specimen is detected as a
直流成分除去部51は、脈波信号取得部11から入力された脈波信号に対して、ハイパスフィルター処理を行う(ステップS12、直流成分除去ステップ)。ハイパスフィルター処理によって直流成分が低減された脈波信号は、積分処理部52へと入力される。
The DC
積分処理部52は、直流成分除去部51から入力された脈波信号に対して、速度脈波となるように積分処理を行う(ステップS13、積分処理ステップ)。なお、本実施形態では、脈波信号が、想定する波形である速度脈波として得られているため、積分処理を行っていない。積分処理によって速度脈波となった脈波信号は、高周波成分除去部53へと入力される。
The
高周波成分除去部53は、積分処理部52から入力された脈波信号に対して、ローパスフィルター処理を行なう(ステップS14、高周波成分除去ステップ)。ローパスフィルター処理によって高周波のノイズ成分が除去された脈波信号は、窓関数処理部54へと入力される。このときの脈波信号の波形は、図4に符号B1を付して表される。
The high frequency
窓関数処理部54は、高周波成分除去部53から入力された脈波信号に対して、窓関数をかける(ステップS15、窓関数処理ステップ)。本実施形態では、ハミング窓を用いて、16.384秒分に相当する16384サンプルのデータを切り出す。なお、生体信号処理装置1による処理を1サイクル行う毎に、1024サンプル単位(約1秒)ずつデータの範囲を後に測定したデータにずらして切り出しを行なうことによって、約1秒ごとの間隔でデータを切り出して、後述する周波数解析を行う。これにより、窓関数によって切り出されたデータに対する、窓関数処理ステップ以降の処理は、約1秒ごとのデータに対して行うことになり、1秒ごとの心拍数が算出される。窓関数によって切り出された脈波信号のデータは、脈波周波数解析部55へと入力される。
The window
脈波周波数解析部55は、窓関数処理部54から入力された脈波信号に対して、周波数解析を行なう(ステップS16、脈波周波数解析ステップ)。本実施形態では、16384点のFFTをかける。周波数解析によって、脈波信号は周波数領域の脈波スペクトルに変換されて、高調波減衰部56へと入力される。このときの脈波スペクトルは、図4に符号D1を付して表される。本実施形態では検体がランニングしている状態の脈波を指先の位置で検出することで、脈波スペクトルには、心拍に由来する心拍成分のピークd12と、体動に由来する体動成分のピークd11,d13とが含まれる。中でも、体動成分のピークとしては、運動による体の動きに対応して、体動の周波数の1倍の位置にピークd11と、体動の周波数の2倍の位置にピークd13とが現れる。
The pulse wave
高調波減衰部56は、脈波周波数解析部55から入力された脈波スペクトルに対して、高調波の減衰を行う(ステップS17、高調波減衰ステップ)。本実施形態では、脈波スペクトルのデータを2倍の周波数、および3倍の周波数にシフトし、これに50%を掛けたものを元の脈波スペクトルから減算する。高調波の減衰によって、2次または3次高調波成分が減衰された脈波スペクトルは、体動成分減衰部71へと入力される。
The
生体信号処理装置1は、体動信号取得部31によって体動信号を取得する(ステップS21、体動信号取得ステップ)。本実施形態では、XYZ3軸の加速度センサ32により検体の加速度を検出する。AD変換器33により50Hzのサンプリング周期でデジタルデータに変換された体動信号が、絶対値化部61へと入力される。このときの体動信号の波形は、図4に符号C1を付して表される。本実施形態では検体が運動している状態の加速度を胸ポケットの位置で検出することで、加速度センサ32は、両脚の動きによる加速度変化が合わさった体動を検出する。
The biological signal processing apparatus 1 acquires a body motion signal by the body motion signal acquisition unit 31 (step S21, body motion signal acquisition step). In this embodiment, the acceleration of the specimen is detected by the XYZ
絶対値化部61は、体動信号取得部31から入力された体動信号に対して、絶対値化を行なう(ステップS22、絶対値化ステップ)。本実施形態では、XYZ3軸のデータをそれぞれ二乗して合算したものの平方根をとることで、3軸分の加速度が得られる。絶対値化された体動信号は、リサンプリング部62へと入力される。
The absolute
リサンプリング部62は、絶対値化部61から入力された体動信号に対して、リサンプリングを行なう(ステップS23、リサンプリングステップ)。本実施形態では、脈波センサ12のサンプリング周波数1kHzにあわせて、1kHz周期でリサンプリングする。リサンプリングされた体動信号は、直流成分除去部63へと入力される。
The
直流成分除去部63は、リサンプリング部62から入力された体動信号に対して、ハイパスフィルター処理を行う(ステップS24、直流成分除去ステップ)。ハイパスフィルター処理によって直流成分が低減された体動信号は、高周波成分除去部64へと入力される。
The DC
高周波成分除去部64は、直流成分除去部63から入力された体動信号に対して、ローパスフィルター処理を行なう(ステップS25、高周波成分除去ステップ)。ローパスフィルター処理によって高周波のノイズ成分が除去された体動信号は、窓関数処理部65へと入力される。
The high frequency
窓関数処理部65は、高周波成分除去部64から入力された体動信号に対して、窓関数をかける(ステップS26、窓関数処理ステップ)。本実施形態では、ハミング窓を用いて、16.384秒分に相当する16384サンプルのデータを切り出す。窓関数によって切り出された体動信号のデータは、体動周波数解析部66へと入力される。
The window
体動周波数解析部66は、窓関数処理部65から入力された体動信号に対して、周波数解析を行なう(ステップS27、体動周波数解析ステップ)。本実施形態では、16384点のFFTをかける。周波数解析によって、体動信号は周波数領域の体動スペクトルに変換されて、周波数変換部67と重合処理部68へと入力される。このとき、本実施形態では検体がランニングしている状態の加速度を胸の位置で検出することで、体動スペクトルには、両足分の動きに由来して、主に体動の周波数の2倍の位置に体動成分のピークが現れる。
The body motion
周波数変換部67は、体動周波数解析部66から入力された体動スペクトルに対して、周波数変換を行う(ステップS28、周波数変換ステップ)。本実施形態では、体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換する、分周処理を行う。周波数変換部67によって、体動スペクトルは2分の1の周波数領域に圧縮された分周スペクトルに変換されて、重合処理部68へと入力される。このとき、加速度センサ32によって体動の2倍の周波数で検出された体動成分は周波数が2分の1となることで、分周スペクトルでは体動の周波数の1倍の位置にピークが現れる。
The
重合処理部68は、体動周波数解析部66から入力された体動スペクトルと、周波数変換部67から入力された分周スペクトルとに対して重合処理を行う(ステップS29、重合処理ステップ)。重合処理によって、体動スペクトルと分周スペクトルとが重ね合わせられた重合スペクトルとなり、体動成分減衰部71へと入力される。このときの重合スペクトルは、図4に符号E1を付して表される。重合スペクトルには、体動の周波数の1倍の位置にピークe11が、体動の周波数の2倍の位置にピークe12が含まれる
The superposition |
体動成分減衰部71は、高調波減衰部56から入力された脈波のスペクトルと、重合処理部68から入力された重合スペクトルとに基づいて、脈波のスペクトルから体動成分の減衰を行なう(ステップS31、体動成分減衰ステップ)。まず、体動成分減衰部71は、重合スペクトルにおいて、パワーの値が平均値より高いピークe11及びピークe12を、体動ピーク部分と判断する。さらに、脈波スペクトルにおいて、ピークe11の周波数に相当するピークd11の周波数成分のパワーから、重合スペクトルのピークe11の周波数成分のパワーを50%にしたものを差し引く。同様に、脈波スペクトルにおいて、ピークe12の周波数に相当するピークd13の周波数成分のパワーから、重合スペクトルのピークe12の周波数成分のパワーを50%にしたものを差し引く。体動成分の減衰によって、脈波のスペクトルは体動成分が減衰された減衰スペクトルとなり、重み付け部72へと入力される。
The body motion
重み付け部72は、記憶部81から過去に算出された心拍数を読み出して、体動成分減衰部71から入力された減衰スペクトルに対して、重み付けを行なう(ステップS32、重み付けステップ)。本実施形態では、前回の心拍数の検出の際にピーク検出部73によって検出された、ピークc12の位置の最大のピークの周波数を中心点として、12dB/Octのスロープで重み付けを行なう。重み付けによって、中心点の両側の周波数成分が減衰された重み付けスペクトルとなり、ピーク検出部73へと入力される。このときの重み付けスペクトルは、図4に符号F1を付して表される。ピークd11は、体動成分減衰ステップに続いて重み付けを受けることでパワーが減少して、ピークf11となる。同様に、d13は、体動成分減衰ステップに続いて重み付けを受けることでパワーが減少して、f13となる。一方、ピークd12は、ピークf11及びピークf13のパワーが減少していることで、最大のパワーを有するピークf12となる。
The
ピーク検出部73では、重み付け部72から入力された重み付けスペクトルに対して、最大ピークの検出を行なう(ステップS33、ピーク検出ステップ)。ここでは、図4に示すように、重み付けスペクトルの中で最大のパワーを示す、心拍成分のピークf12を最大ピークとして検出する。検出された最大ピークの周波数は、心拍数算出部74に入力される。
The
心拍数算出部74では、ピーク検出部73から入力された周波数から心拍数を算出する(ステップS34、心拍数算出ステップ)。このとき、心拍数算出部74は、算出された心拍数を記憶部81に出力して、記憶部81が心拍数を記録する。
さらに、算出された心拍数は表示部82に入力されて、表示部82は心拍数の表示を行なう(ステップS35)。
The heart
Further, the calculated heart rate is input to the
上述したように、生体信号処理装置1は、ステップS11〜S17、S21〜29、S31〜34の処理を1サイクルとして繰り返して、1秒ごとに心拍数の算出を行う。このとき、前回のサイクルにおいてピーク検出部73によって検出されたピークの周波数を中心として重み付けを行う。
As described above, the biological signal processing apparatus 1 calculates the heart rate every second by repeating the processes of steps S11 to S17, S21 to 29, and S31 to 34 as one cycle. At this time, weighting is performed around the frequency of the peak detected by the
[3.作用]
検体が一定の周期で運動をする場合には、脈波には体動の周期に応じた周波数の体動成分が含まれる。また、検体の運動に対応して、脈波スペクトルには体動の周波数成分のピークが現れる。このとき、検体の心拍数または運動の周期によっては、体動の周波数成分が、脈波スペクトルの心拍成分の近傍に現れることがある。また、体動に由来するピークが、心拍に由来するピークよりも大きいパワーを示すピークとして検出されることがある。
[3. Action]
When the specimen moves at a constant cycle, the pulse wave includes a body motion component having a frequency corresponding to the body motion cycle. Corresponding to the movement of the specimen, a peak of the frequency component of body motion appears in the pulse wave spectrum. At this time, depending on the heart rate of the specimen or the period of the exercise, the frequency component of body motion may appear in the vicinity of the heart rate component of the pulse wave spectrum. In addition, a peak derived from body movement may be detected as a peak indicating a larger power than a peak derived from heartbeat.
ここで、脈波スペクトルの一例として、図4に示すように、符号D1を付して表される、手の指先で検出された脈波の脈波スペクトルには、体動の1倍の周波数の位置にピークd11が、体動の2倍の周波数の位置にピークd13が現れる。脈波スペクトルに、体動の1倍の周波数の位置のピークと、体動の2倍の周波数の位置のピークとが現れる理由は必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。ピークd11は、片方の脚の動きによって、体動の1セット中に生じた変化が身体を伝わり、体動の1倍の周波数で検出されたものと考えられる。一方、ピークd13は、両方の脚の動きによって、体動の1セット中に生じた二歩分の変化が身体を伝わり、体動の2倍の周波数で検出されたものであると考えられる。このとき、体動により生じた変化は、例えば、血管内に生じた圧力変化が血管を伝わることや、生体に含まれる水分の流体的な膨らみまたは振動が影響を及ぼすことによって、脈波に1倍または2倍の周波数で体動成分が検出されたと推測される。このようにして、一定の周期で運動している検体から検出される脈波には、体動の1倍の周波数成分と、体動の2倍の周波数成分とがともに含まれることになる。また、脈波スペクトルでは、体動の1倍の周波数成分のピークと、体動の2倍の周波数成分のピークとが、略同程度のパワーで現れることがある。 Here, as an example of the pulse wave spectrum, as shown in FIG. 4, the pulse wave spectrum of the pulse wave detected by the fingertip of the hand, which is represented by reference sign D <b> 1, has a frequency that is one time the body motion. The peak d11 appears at the position of, and the peak d13 appears at a position having a frequency twice that of the body movement. The reason why a peak at a frequency position that is 1 times the body motion and a peak at a frequency that is twice the body motion appears in the pulse wave spectrum is not necessarily clear, but is estimated as follows. It is considered that the peak d11 is detected at a frequency that is one time the body motion because a change in one set of body motion is transmitted through the body due to the movement of one leg. On the other hand, the peak d13 is considered to be detected at a frequency twice that of the body motion because the change of two steps generated during one set of the body motion is transmitted through the body due to the movement of both legs. At this time, the change caused by the body movement is, for example, 1 to the pulse wave due to the pressure change generated in the blood vessel being transmitted through the blood vessel or the influence of the fluid swelling or vibration of moisture contained in the living body. It is estimated that the body motion component was detected at the double or double frequency. In this way, the pulse wave detected from the specimen exercising at a constant period includes both a frequency component that is one time of body motion and a frequency component that is twice the body motion. In the pulse wave spectrum, a frequency component peak that is one time that of body motion and a frequency component peak that is twice that of body motion may appear with substantially the same power.
これに対して、一定の周期で運動している検体から検出される体動は、次の通りとなる。まず、ランニングの際の胸の位置の動きは、主にランニングによる脚の動きが胸に伝わることで生じる加速度変化として検出される。このとき、胸の位置では、左右の両足の加速度変化が合わさることで、二歩分の加速度変化が検出される。このため、胸の位置で検出される体動の周波数は、脚の動きを1セットとした体動の周波数の2倍となる。これにより、加速度センサ32を胸に装着した場合に検出される体動信号には、体動の2倍の周波数成分が含まれる。また、体動スペクトルには、主に体動の2倍の周波数にピークが現れる。胸以外においても、体幹または体幹周辺の位置で検出される体動信号には同様に、体動の2倍の周波数成分が含まれる。また、体幹の位置において検出される体動の体動スペクトルには同様に、主に体動の2倍の周波数にピークが現れる。なお、体幹とは、頭及び胴体、すなわち、頭部、頚部、肩部、胸部、腹部、腰部をあわせたものをいう。体幹周辺とは、体幹に隣接して左右両足の動きの影響を受ける部位をいい、上腕、及び大腿をいう。
On the other hand, the body motion detected from the specimen moving at a constant cycle is as follows. First, the movement of the chest position during running is detected as a change in acceleration mainly caused by the movement of the legs during running transmitted to the chest. At this time, the acceleration change for two steps is detected by combining the acceleration changes of the left and right feet at the chest position. For this reason, the frequency of body movement detected at the position of the chest is twice the frequency of body movement with the leg movement as one set. As a result, the body motion signal detected when the
一方、ランニングの際の指の位置の動きは、主に腕振りにより生じる加速度変化として検出される。このとき、腕振りと脚の前後動とは同期したタイミングで動くことから、指の位置で検出される加速度は、片脚の加速度と同様の変化を示すようになる。このため、指の位置で検出される体動の周波数は、脚の動きを1セットとした体動の周波数と略一致する。これにより、加速度センサ32を指に装着した場合に検出される体動信号には、体動の1倍の周波数成分が含まれる。また、体動スペクトルには、主に体動の1倍の周波数にピークが現れる。指以外においても、体肢の位置で検出される体動信号には同様に、体動の1倍の周波数成分が含まれる。なお、体肢とは、手足、すなわち、手、手首、前腕、肘、及び上腕(二の腕)を含む腕、並びに、足、足首、小腿(脛)、膝、大腿(腿)を含む脚をあわせたものをいう。中でも、体幹周辺の位置を除いた、手、手首、前腕、及び肘の位置において検出される体動の体動スペクトルには、主に体動の1倍の周波数にピークが現れる。
On the other hand, the movement of the finger position during running is detected mainly as an acceleration change caused by arm swing. At this time, since the arm swing and the back and forth movement of the leg move at a synchronized timing, the acceleration detected at the finger position shows the same change as the acceleration of one leg. For this reason, the frequency of body movement detected at the position of the finger is substantially the same as the frequency of body movement with the leg movement as one set. Thus, the body motion signal detected when the
上述の通り、加速度の検出を体幹または体幹周辺の位置で行った場合の体動信号には、体動の2倍の周波数成分が含まれる。また、加速度の検出を体幹の位置で行った場合の体動スペクトルには、主に体動の2倍の周波数にピークが現れる。このため、仮に、この体動スペクトルをそのまま参照データとするときには、脈波スペクトルから、体動の2倍の周波数成分を減衰させることができるが、体動の1倍の周波数成分を十分に減衰させることができない場合がある。 As described above, the body motion signal when acceleration is detected at the trunk or at a position around the trunk includes a frequency component twice that of the body motion. Further, in the body motion spectrum when acceleration is detected at the position of the trunk, a peak appears mainly at a frequency twice that of the body motion. For this reason, if this body motion spectrum is used as reference data as it is, the frequency component of twice the body motion can be attenuated from the pulse wave spectrum, but the frequency component of one time of the body motion is sufficiently attenuated. It may not be possible to
一方、加速度の検出を体肢の位置で行った場合の体動信号には、体動の1倍の周波数成分が含まれる。また、加速度の検出を手、手首、前腕、または肘の位置で行った場合の体動スペクトルには、主に体動の1倍の周波数の位置にピークが現れる。このため、仮に、この体動スペクトルをそのまま参照データとするときには、脈波スペクトルから体動の1倍の周波数成分を減衰させることができるが、体動の2倍の周波数成分を十分に減衰させることができない場合がある。 On the other hand, the body motion signal when acceleration is detected at the position of the limb includes a frequency component that is one time the body motion. In addition, in the body motion spectrum when acceleration is detected at the position of the hand, wrist, forearm, or elbow, a peak mainly appears at a position having a frequency that is one time the body motion. For this reason, if this body motion spectrum is used as reference data as it is, a frequency component that is one time the body motion can be attenuated from the pulse wave spectrum, but a frequency component that is twice the body motion is sufficiently attenuated. It may not be possible.
本実施形態に係る生体信号処理装置1は、分周処理によって、体幹または体幹周辺の位置で検出された、体動の2倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークを有する体動スペクトルから、体動の1倍の周波数の位置に体動成分のピークを有する分周スペクトルを得る。さらには、この分周スペクトルを利用して減衰処理を行うことで、体動が体幹または体幹周辺の位置で検出された場合であっても、脈波スペクトルから、体動の1倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークを抑制することができる。 The biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment has a body motion having a peak of a body motion component that appears at a position having a frequency twice that of the body motion, which is detected at a position around the trunk or the body trunk by frequency division processing. From the spectrum, a frequency-divided spectrum having a body motion component peak at a position having a frequency that is one time the body motion is obtained. Furthermore, by performing attenuation processing using this frequency-divided spectrum, even when body motion is detected at the trunk or at a position around the trunk, the pulse wave spectrum is one time the body motion. The peak of the body motion component that appears at the frequency position can be suppressed.
また、本実施形態に係る生体信号処理装置1は、逓倍処理によって、体肢の位置で検出された、体動の1倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークを有する体動スペクトルから、体動の2倍の周波数の位置に体動成分のピークを有する逓倍スペクトルを得る。さらには、この逓倍スペクトルを利用して減衰処理を行うことで、体動が体肢の位置で検出された場合であっても、脈波スペクトルから、体動の2倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークを抑制することができる。 Further, the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment, from the body motion spectrum having the peak of the body motion component that appears at the position of the frequency of the body motion detected at the position of the limb by the multiplication process, A multiplied spectrum having a peak of the body motion component at a position having a frequency twice that of the body motion is obtained. Furthermore, by performing attenuation processing using this multiplied spectrum, even if body motion is detected at the position of the limb, it appears at a position of a frequency twice that of body motion from the pulse wave spectrum. The peak of the body motion component can be suppressed.
したがって、本実施形態に係る生体信号処理装置1は、ある決まった時間で一定周期の繰り返しの運動をしている検体から脈波を検出するとともに、体動を、体幹または体幹周辺の位置で、繰り返し運動の2倍の周波数で検出する場合に好適に利用することができる。または、本実施形態に係る生体信号処理装置1は、ある決まった時間で一定周期の繰り返しの運動をしている検体から脈波を検出するとともに、体動を、体肢の位置で、繰り返し運動の1倍の周波数で検出する場合に好適に利用することができる。このとき、生体信号処理装置1によれば、体動スペクトルを、体動の検出位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換することで、脈波スペクトルから体動成分を抑制して、心拍数を検出することが可能となる。 Therefore, the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment detects a pulse wave from a specimen that moves repeatedly in a certain period at a predetermined time, and detects a body motion at a position around the trunk or the trunk. Thus, it can be suitably used when detecting at a frequency twice as high as the repetitive motion. Alternatively, the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment detects a pulse wave from a sample that repeatedly exercises at a fixed period at a predetermined time, and repeatedly exercises body motion at the position of the limb. This can be suitably used when detecting at a frequency that is 1 times the frequency of. At this time, according to the biological signal processing device 1, the body motion spectrum is converted into a spectrum of a desired frequency region according to the detection position of the body motion, thereby suppressing the body motion component from the pulse wave spectrum and The number can be detected.
上述した一定周期の繰り返し運動とは、体の動きが単位時間当たりに繰り返される回数(周波数)が一定となるようにして行われる運動をいう。中でも、体幹または体幹周辺の位置で、体の動きの2倍の周波数の体動成分を検出して、体肢の位置で、体の動きの1倍の周波数の体動成分を検出する運動をいう。このような一定周期の繰り返しの運動とは、例えば、ランニング、ウォーキング、またはクロールもしくは背泳等の水泳が挙げられる。この他にも、ステップウォークのように、その場で足踏みや昇降をするような運動にも利用することができる。 The above-described repetitive exercise with a constant cycle refers to an exercise performed such that the number of times (frequency) at which the body motion is repeated per unit time is constant. In particular, a body motion component having a frequency twice that of the body movement is detected at the position of the trunk or around the trunk, and a body motion component having a frequency of one time of the body movement is detected at the position of the limb. Refers to exercise. Examples of such repetitive exercise with a constant cycle include running, walking, and swimming such as crawl or backstroke. In addition, it can also be used for exercises such as stepping on the spot or going up and down like a step walk.
また、ある決まった時間とは、窓関数をかけることで切り出されて周波数解析を受ける、所定の時間幅のことをいう。少なくともこの所定の時間幅の間の脈波信号及び体動信号に周波数解析を施した際に、周波数ごとの周波数成分に分解したスペクトルを得ることができる程度に一定周期の繰り返しの運動を行っていればよい。または、この所定の時間幅の間において、一定周期の繰り返しの運動を行っていることが好ましい。 Moreover, a certain fixed time means a predetermined time width that is cut out by applying a window function and subjected to frequency analysis. When frequency analysis is performed on at least the pulse wave signal and body motion signal during this predetermined time width, a repetitive motion of a certain period is performed so that a spectrum decomposed into frequency components for each frequency can be obtained. Just do it. Alternatively, it is preferable to perform a repetitive motion with a constant period during the predetermined time width.
なお、生体信号処理装置1では、脈波の検出位置と体動の検出位置とが同じであっても、脈波の検出位置と体動の検出位置とが異なっていても、上記の通り、体動スペクトルを、体動の検出位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換する。このため、脈波スペクトルから体動成分を抑制して、心拍数を検出することができる。 In the biological signal processing apparatus 1, even if the pulse wave detection position and the body movement detection position are the same, even if the pulse wave detection position and the body movement detection position are different, as described above, The body motion spectrum is converted into a spectrum in a desired frequency region according to the detection position of the body motion. For this reason, it is possible to detect the heart rate while suppressing the body motion component from the pulse wave spectrum.
次に、図4及び図5を参照して、生体信号処理装置1による作用を説明する。
図5は、検体がランニングしている場合において、脈波センサ12を手の指先に、生体信号処理装置1を胸ポケットに装着して、脈波を指の位置で、加速度を胸ポケットの位置で測定して、仮に、周波数変換及び重合処理を行なわずに心拍数の検出を試みた場合のグラフである。なお、この場合、体動周波数解析部66により得られた体動スペクトルを用いて、体動成分減衰部71により脈波スペクトルから減衰処理を行なっている。
Next, with reference to FIG.4 and FIG.5, the effect | action by the biological signal processing apparatus 1 is demonstrated.
FIG. 5 shows that when the specimen is running, the
図5では、図4と同様に、脈波信号の波形に符号A2、ローパスフィルター処理を行なった脈波信号の波形に符号B2、体動信号の波形に符号C2、脈波スペクトルに符号D2、重み付けスペクトルに符号F2を付して表している。また、体動信号に対して周波数解析を行なった体動スペクトルに符号E2を付して表している。この場合、脈波の検出は本実施形態の場合と同様に行っているから、図5では、図4と同様に、脈波スペクトルには、心拍に由来する心拍成分のピークd22と、体動の周波数の1倍と2倍の位置にピークd21,d23とが現れる。 In FIG. 5, similarly to FIG. 4, the waveform of the pulse wave signal is denoted by A2, the waveform of the pulse wave signal subjected to low-pass filter processing is denoted by B2, the waveform of the body motion signal is denoted by C2, and the pulse wave spectrum is denoted by D2. The weighted spectrum is represented by reference numeral F2. In addition, a body motion spectrum obtained by performing frequency analysis on the body motion signal is represented by reference numeral E2. In this case, since the detection of the pulse wave is performed in the same manner as in the present embodiment, the pulse wave spectrum in FIG. 5 includes the peak d22 of the heartbeat component derived from the heartbeat and the body motion, as in FIG. Peaks d21 and d23 appear at positions 1 and 2 times the frequency of.
図5に示すように、加速度を胸ポケットの位置で測定した場合には、符号E2を付して表される体動スペクトルには、体動の周波数の2倍の位置に体動成分のピークe22が現れる。また、このとき、体動の周波数の1倍の位置のピークe21はパワーが平均値より低く、体動ピーク部分と判断されない程度のパワーとなっている。 As shown in FIG. 5, when the acceleration is measured at the position of the chest pocket, the body motion spectrum represented by the symbol E2 has a body motion component peak at a position twice the body motion frequency. e22 appears. At this time, the peak e21 at a position that is one time the frequency of body motion has a power lower than the average value, so that it cannot be determined as a body motion peak portion.
なお、図5に符号E2を付して表される体動スペクトルは、周波数変換と重合処理を行わない場合の体動スペクトルであるから、上記の実施形態における体動周波数解析ステップにより得られるスペクトルに相当する。図5から、生体信号処理装置1を胸ポケットの位置に装着した場合に得られる体動スペクトルは、体動の2倍の周波数の成分が大きく、体動の1倍の周波数の成分の影響が小さいことが分かる。 Note that the body motion spectrum represented by the reference symbol E2 in FIG. 5 is a body motion spectrum when frequency conversion and superposition processing are not performed, and thus the spectrum obtained by the body motion frequency analysis step in the above embodiment. It corresponds to. From FIG. 5, the body motion spectrum obtained when the biological signal processing apparatus 1 is mounted at the position of the breast pocket has a component with a frequency twice as large as that of the body motion, and is affected by a component with a frequency that is one time that of body motion. I understand that it is small.
周波数変換及び重合処理を行なわずに、符号E2を付して表される体動スペクトルを対照データとして脈波スペクトルから体動成分の減衰と重み付けを行なった場合には、符号F2を付して表される重み付けスペクトルが得られる。 When the body motion spectrum represented by the symbol E2 is used as reference data without performing frequency conversion and superposition processing, the body motion component is attenuated and weighted from the pulse wave spectrum, and the symbol F2 is appended. The represented weighted spectrum is obtained.
このとき、体動成分のピークe22は体動ピーク部分と判断されることにより、脈波スペクトルに含まれる体動成分のピークd23が、ピークe22の周波数に相当する周波数成分として、減衰処理を受ける。さらに、重み付けを受けることによって、ピークd23は、ピークf23にまでパワーが減少する。一方、体動成分のピークe21は体動ピーク部分と判断されないために、脈波スペクトルに含まれる体動成分のピークd21の周波数に相当する周波数の体動ピーク部分が、体動スペクトルに存在しないことになる。このため、ピークd21は減衰処理を受けずに、重み付けだけを受けたことで、パワーがほとんど減少していないピークf21となっている。 At this time, the peak e22 of the body motion component is determined as the body motion peak portion, so that the peak d23 of the body motion component included in the pulse wave spectrum is subjected to attenuation processing as a frequency component corresponding to the frequency of the peak e22. . Furthermore, by receiving the weight, the power of the peak d23 is reduced to the peak f23. On the other hand, since the body motion component peak e21 is not determined as the body motion peak portion, the body motion peak portion having a frequency corresponding to the frequency of the body motion component peak d21 included in the pulse wave spectrum does not exist in the body motion spectrum. It will be. For this reason, the peak d21 is the peak f21 in which the power is hardly reduced by receiving only the weighting without being subjected to the attenuation process.
また、脈波スペクトルに含まれる心拍成分のピークd22は、重み付けによりパワーが減衰したピークf22となる。これにより、ピークf21は、ピークf22よりもスペクトル強度が大きく、また重み付けスペクトルの中でパワーが最大のピークとなる。したがって、心拍成分のピークf22ではなく、体動成分のピークf21が、最大値を示すピークとして検出されることになる。この結果、体動成分のピークf21から心拍数の算出がなされることで、本来の心拍に基づいた心拍数が算出されないことになる。 Further, the peak d22 of the heart rate component included in the pulse wave spectrum is a peak f22 whose power is attenuated by weighting. As a result, the peak f21 has a greater spectrum intensity than the peak f22, and the peak has the maximum power in the weighted spectrum. Therefore, not the heartbeat component peak f22 but the body motion component peak f21 is detected as a peak indicating the maximum value. As a result, the heart rate is calculated from the peak f21 of the body motion component, so that the heart rate based on the original heart rate is not calculated.
以上、図5を参照して説明したように、仮に、周波数変換及び重合処理を行なわずに心拍数の検出を試みた場合には、胸の位置で検出された体動を利用して減衰処理を行っても、脈波に含まれる体動の1倍の周波数成分の影響を抑制することが困難である。 As described above with reference to FIG. 5, if heart rate detection is attempted without performing frequency conversion and superposition processing, attenuation processing is performed using body motion detected at the chest position. Even if it performs, it is difficult to suppress the influence of the frequency component of 1 time of the body motion contained in a pulse wave.
一方、周波数変換及び重合処理を行う本実施形態に係る生体信号処理装置1によれば、図4に示すように、符号E1を付して表される重合スペクトルを対照データとして、体動成分の減衰を行なう。この場合、重合スペクトルには、体動の1倍と2倍の周波数の位置に体動成分のピークe11,e12が含まれ、これらのピークが体動ピーク部分と判断される。したがって、符号D1で示される脈波スペクトルの体動の1倍と2倍の周波数成分のピークd11,d13は、ピークe11,e12を基にして減衰処理を受けるとともに、重み付けを受けることで、重み付けスペクトルではピークf11,f13となってパワーが減少する。これにより、心拍成分のピークf12が最大のピークとなることで、心拍に由来するピークを、最大のピークとして正しく検出することができる。この結果、心拍成分のピークf12から本来の心拍数を検出することが可能となる。 On the other hand, according to the biological signal processing apparatus 1 according to the present embodiment that performs frequency conversion and superposition processing, as shown in FIG. 4, the superposition spectrum represented by the reference E1 is used as reference data for the body motion component. Attenuate. In this case, the polymerization spectrum includes peaks e11 and e12 of body motion components at positions of frequencies 1 and 2 times the body motion, and these peaks are determined to be body motion peak portions. Therefore, the peaks d11 and d13 of the frequency components of 1 and 2 times the body motion of the pulse wave spectrum indicated by the symbol D1 are subjected to attenuation processing based on the peaks e11 and e12 and are weighted by being weighted. In the spectrum, the power decreases as peaks f11 and f13. As a result, the peak f12 of the heartbeat component becomes the maximum peak, so that the peak derived from the heartbeat can be correctly detected as the maximum peak. As a result, the original heart rate can be detected from the peak f12 of the heart rate component.
[4.効果]
(1)本実施形態によれば、体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得て、脈波スペクトルから変換スペクトルの体動ピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる。これにより、運動している検体から脈波を検出する際に、体動の検出位置に応じて、脈波に含まれる体動成分を減衰させることができる。このため、検出された生体信号から、脈波に含まれる体動ノイズの影響を軽減することができる。
[4. effect]
(1) According to the present embodiment, a converted spectrum obtained by converting a body motion spectrum into a spectrum in a desired desired frequency region according to the position where the body motion is detected is obtained, and the converted spectrum is converted from the pulse wave spectrum. A component corresponding to the frequency of the body movement peak portion is attenuated. Thereby, when detecting the pulse wave from the moving specimen, the body motion component included in the pulse wave can be attenuated according to the detection position of the body motion. For this reason, the influence of the body motion noise contained in the pulse wave can be reduced from the detected biological signal.
(2)本実施形態によれば、体動信号が、体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号であって、体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換した変換スペクトルを得る。これにより、体動信号に体動の2倍の周波数の体動成分が含まれて、体動の1倍の周波数の体動成分のパワーが弱い場合であっても、脈波信号に含まれる体動の1倍の周波数の体動成分のピークを減衰させることができる。 (2) According to the present embodiment, the body motion signal is a signal representing body motion detected at a position at or around the trunk, and the body motion spectrum is compressed to a half frequency region. A converted spectrum converted to the obtained spectrum is obtained. As a result, the body motion signal includes a body motion component having a frequency twice that of the body motion, and is included in the pulse wave signal even when the power of the body motion component having a frequency that is one time the body motion is weak. It is possible to attenuate the peak of the body motion component having a frequency one time that of the body motion.
(3)本実施形態によれば、体動信号が、体肢の位置で検出された体動を表す信号であって、体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換した変換スペクトルを得る。これにより、体動信号に体動の1倍の周波数の体動成分が含まれて、体動の2倍の周波数の体動成分のパワーが弱い場合であっても、脈波信号に含まれる体動の2倍の周波数の体動成分のピークを減衰させることができる。 (3) According to the present embodiment, the body motion signal is a signal representing the body motion detected at the position of the limb, and the conversion is performed by converting the spectrum of the body motion into a spectrum obtained by expanding the spectrum to twice the frequency domain. Get the spectrum. As a result, the body motion signal includes a body motion component having a frequency one time that of the body motion, and even if the power of the body motion component having a frequency twice that of the body motion is weak, it is included in the pulse wave signal. The peak of the body motion component having a frequency twice that of the body motion can be attenuated.
(4)さらに、本実施形態によれば、変換スペクトルを体動のスペクトルと重ね合わせて重合スペクトルを得て、脈波のスペクトルから体動の重合スペクトルの体動ピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる。これにより、重合スペクトルは、体動スペクトルに含まれる周波数成分と、変換スペクトルに含まれる周波数成分とが合わさることにより、体動の1倍と2倍の周波数の位置にそれぞれ体動成分のピークを有することになる。よって、脈波スペクトルに含まれる、体動の1倍と2倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークを減衰させることができる。 (4) Furthermore, according to the present embodiment, a component corresponding to the frequency of the body motion peak portion of the body motion polymerization spectrum is obtained from the pulse wave spectrum by superimposing the conversion spectrum with the body motion spectrum to obtain a polymerization spectrum. Is attenuated. As a result, the superposition spectrum is obtained by combining the frequency component included in the body motion spectrum with the frequency component included in the conversion spectrum, thereby causing the peak of the body motion component at the position of the frequency of 1 and 2 times the body motion. Will have. Therefore, it is possible to attenuate the peak of the body motion component that appears in the pulse wave spectrum at the position of the frequency of 1 and 2 times the body motion.
(5)また、本実施形態によれば、体動成分を減衰させた脈波スペクトルから、最大のピークを検出する。これにより、心拍に由来するピークを検出して、本来の心拍数を算出することが可能となる。 (5) According to the present embodiment, the maximum peak is detected from the pulse wave spectrum in which the body motion component is attenuated. Thereby, it is possible to detect the peak derived from the heartbeat and calculate the original heart rate.
(6)また、本実施形態によれば、体動成分を減衰させた脈波スペクトルに対して、前回の検出により得られた心拍数に対応する周波数を中心点とした重み付けを行なう。検体が運動をしていても心拍数は急激には変化しないことから、本来検出されるべき心拍数に由来する周波数成分のピークは、前回に検出されたピークと近い位置に現れると予測される。そこで、重み付けにより、前回に検出されたピークの両側の周波数成分を減衰させることで、心拍に由来するピークにロックして、ノイズ成分の影響を抑えることができる。よって、例えば体動によって脈波スペクトルに突発的なピークが表れた場合であっても、この突発的なピークの影響を抑制して、心拍に由来するピークを検出することができる。 (6) Further, according to the present embodiment, the pulse wave spectrum in which the body motion component is attenuated is weighted with the frequency corresponding to the heart rate obtained by the previous detection as the center point. Since the heart rate does not change abruptly even if the specimen is exercising, the peak of the frequency component derived from the heart rate that should be detected is expected to appear at a position close to the previously detected peak. . Therefore, by attenuating the frequency components on both sides of the previously detected peak by weighting, the influence of the noise component can be suppressed by locking to the peak derived from the heartbeat. Therefore, for example, even when a sudden peak appears in the pulse wave spectrum due to body motion, it is possible to detect the peak derived from the heartbeat while suppressing the influence of this sudden peak.
[5.その他]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形、変更してすることが可能である。
[5−1.変形例]
[5. Others]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and change are possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
[5-1. Modified example]
上記の実施形態の変形例として、脈波センサ12を指先に装着して、脈波センサ12が指先から脈波を検出するとともに、情報処理装置21を二の腕の位置に装着して、二の腕の位置で加速度センサ32が体動を検出する場合について、図6、図7を参照して説明する。図6では、上記の実施形態と同様に、体動スペクトルに分周処理及び重合処理を行った場合のグラフを示している。一方、図7では、仮に、分周処理及び重合処理を行なわずに心拍数の検出を試みた場合のグラフを示している。なお、この場合、体動周波数解析部66により得られた体動スペクトルを用いて、体動成分減衰部71により脈波スペクトルから体動成分の減衰を行なっている。
As a modification of the above embodiment, the
図6では、図4と同様に、脈波信号の波形に符号A3、ローパスフィルター処理を行なった脈波信号の波形に符号B3、体動信号の波形に符号C3、脈波スペクトルに符号D3、重合スペクトルに符号E3、重み付けスペクトルに符号F3を付して表している。
図7では、図5と同様に、脈波信号の波形に符号A4、ローパスフィルター処理を行なった脈波信号の波形に符号B4、体動信号の波形に符号C4、脈波スペクトルに符号D4、重み付けスペクトルに符号F4を付して表している。また、体動信号に対して周波数解析を行なった体動スペクトルに符号E4を付して表している。
In FIG. 6, similarly to FIG. 4, the waveform of the pulse wave signal is denoted by A3, the waveform of the pulse wave signal subjected to low-pass filter processing is denoted by B3, the waveform of the body motion signal is denoted by C3, and the pulse wave spectrum is denoted by D3. The superposition spectrum is represented by reference numeral E3, and the weighted spectrum is represented by reference numeral F3.
In FIG. 7, similarly to FIG. 5, the waveform of the pulse wave signal is denoted by A4, the waveform of the pulse wave signal subjected to low-pass filter processing is denoted by B4, the waveform of the body motion signal is denoted by C4, and the pulse wave spectrum is denoted by D4. The weighted spectrum is represented by reference numeral F4. In addition, the body motion spectrum obtained by performing frequency analysis on the body motion signal is represented by reference numeral E4.
脈波の検出は上記の実施形態の場合と同様であるから、図6に示すように、図4と同様に、脈波スペクトルには、心拍に由来する心拍成分のピークd32と、体動の1倍と2倍の周波数の位置にピークd31,d33とが現れる。また、図7も同様に、脈波スペクトルには、心拍に由来する心拍成分のピークd42と、体動の1倍と2倍の周波数の位置にピークd41,d43とが現れる。 Since the detection of the pulse wave is the same as in the case of the above embodiment, as shown in FIG. 6, the pulse wave spectrum includes the peak d32 of the heartbeat component derived from the heartbeat and the body motion as shown in FIG. Peaks d31 and d33 appear at the frequency positions of 1 and 2 times. Similarly, in FIG. 7, the peak d42 of the heartbeat component derived from the heartbeat, and peaks d41 and d43 appear at the frequency of 1 and 2 times the body motion in the pulse wave spectrum.
一方、図7に示すように、加速度を二の腕の位置で測定した場合には、符号E4を付して表される体動スペクトルに、体動の2倍の周波数の位置に体動成分のピークe42が現れる。また、体動の1倍の周波数の位置にピークe41が現れる。このとき、ピークe41は、例えば加速度を指先の位置で測定した場合よりもパワーが小さくなるものの、図5との対比から分かるように、加速度を胸の位置で測定した場合よりはパワーの大きなピークとして得られる。この例では、ピークe41は、パワーが体動スペクトルの平均値より高く、体動ピーク部分と判断される程度のパワーとなっている。ここで、図7の体動スペクトルは、分周処理と重合処理を行わない場合の体動スペクトルであるから、生体信号処理装置1を二の腕の位置に装着した場合に得られる体動スペクトルは、体動の1倍の周波数の体動成分の影響が、指先の位置の場合よりは小さく、胸の位置の場合よりは大きいことが分かる。 On the other hand, as shown in FIG. 7, when the acceleration is measured at the position of the second arm, the peak of the body motion component is located at the position of the frequency twice that of the body motion in the body motion spectrum represented by the symbol E4. e42 appears. Further, a peak e41 appears at a position having a frequency that is one time the body movement. At this time, the peak e41 has a smaller power than the case where the acceleration is measured at the position of the fingertip, for example. However, as can be seen from the comparison with FIG. 5, the peak has a larger power than the case where the acceleration is measured at the position of the chest. As obtained. In this example, the peak e41 has a power that is higher than the average value of the body motion spectrum and is determined to be a body motion peak portion. Here, since the body motion spectrum of FIG. 7 is a body motion spectrum when the frequency division process and the polymerization process are not performed, the body motion spectrum obtained when the biological signal processing device 1 is attached to the position of the second arm is It can be seen that the influence of the body motion component having a frequency one time that of the body motion is smaller than that at the fingertip position and larger than that at the chest position.
加速度を二の腕の位置で測定して、分周処理及び重合処理を行なわずに心拍数の検出を試みた場合のスペクトルは図7に示される。この場合、符号E4を付して表される体動スペクトルを対照データとして、符号D4を付して表される脈波スペクトルから体動成分の減衰と重み付けを行なうことで、符号F4を付して表される重み付けスペクトルが得られる。このとき、脈波スペクトルに含まれる体動成分のピークd43は、体動成分のピークe42を基にして減衰されるとともに、重み付けを受けることで、重み付けスペクトルではピークf43にまでパワーが減少する。一方、脈波スペクトルに含まれる体動成分のピークd41も、体動成分のピークe41を基にして減衰されるとともに、重み付けを受けることで、重み付けスペクトルではピークf41にまでパワーが減少する。これにより、心拍成分のピークf42が最大のピークとなることで、正しい心拍ピークを検出することができる。 FIG. 7 shows the spectrum when the acceleration is measured at the position of the second arm and the detection of the heart rate is attempted without performing the frequency dividing process and the superimposing process. In this case, the body motion spectrum represented by reference numeral E4 is used as control data, and the body motion component is attenuated and weighted from the pulse wave spectrum represented by reference numeral D4, so that reference numeral F4 is appended. A weighted spectrum expressed as follows is obtained. At this time, the peak d43 of the body motion component included in the pulse wave spectrum is attenuated based on the peak e42 of the body motion component and is weighted, whereby the power decreases to the peak f43 in the weighted spectrum. On the other hand, the body motion component peak d41 included in the pulse wave spectrum is also attenuated based on the body motion component peak e41 and weighted, whereby the power decreases to the peak f41 in the weighted spectrum. Thereby, the peak f42 of the heartbeat component becomes the maximum peak, so that a correct heartbeat peak can be detected.
一方、加速度を二の腕の位置で測定して、分周処理及び重合処理を行い、心拍数の検出を行った場合のスペクトルは図6に示される。この場合、符号E3を付して表される体動の重合スペクトルを対照データとして、符号D3を付して表される脈波スペクトルから体動成分の減衰と重み付けを行なうことで、符号F3を付して表される重み付けスペクトルが得られる。この場合、重合スペクトルには、体動の1倍と2倍の周波数の位置に体動成分のピークe31,e32が含まれる。したがって、符号D3で示される脈波スペクトルの体動成分のピークd31,d33は、ピークe31,e32を基にして減衰を受けるとともに、重み付けを受けることで、重み付けスペクトルではピークf31,f33となり、パワーが減少する。これにより、心拍成分のピークf32が最大のピークとなることで、正しい心拍ピークを検出することができる。 On the other hand, the spectrum when the acceleration is measured at the position of the second arm, the frequency division process and the superposition process are performed, and the heart rate is detected is shown in FIG. In this case, attenuation and weighting of the body motion component is performed from the pulse wave spectrum represented by the reference D3, using the body movement superposition spectrum represented by the reference E3 as reference data, and the reference F3 is obtained. A weighted spectrum represented by the above is obtained. In this case, the polymerization spectrum includes peaks e31 and e32 of body motion components at positions having frequencies of 1 and 2 times the body motion. Therefore, the body motion component peaks d31 and d33 of the pulse wave spectrum indicated by the symbol D3 are attenuated based on the peaks e31 and e32 and are weighted to become peaks f31 and f33 in the weighted spectrum. Decrease. Thereby, the peak f32 of the heartbeat component becomes the maximum peak, so that a correct heartbeat peak can be detected.
上述したように、生体信号処理装置1によれば、脈波センサ12が指先から脈波を検出するとともに、体幹周辺の位置である、二の腕の位置で加速度センサ32が体動を検出する場合についても、正しい心拍ピークを検出することができる。なお、上述の変形例では、分周処理を行わない場合であっても正しい心拍ピークを検出することができたが、これは、体幹周辺の位置では、左右の両足からの影響を受けて主に体動の2倍の周波数にピークが現れるが、腕振りまたは脚振りに起因して体動の1倍の周波数にもピークが現れることによる。
As described above, according to the biological signal processing apparatus 1, the
しかしながら、検体の運動状態または体動の検出位置によっては、体動スペクトルにおいて体動の1倍の周波数の位置に現れる、体動の1倍の周波数成分のピークが小さくなる場合がある。中でも体幹の中心に近づくほど、この傾向が強くなる。この場合には、図5を参照して説明した場合と同様に、脈波スペクトルに含まれる体動の1倍の周波数の位置に現れる体動成分のピークが減衰を受けないことになる。すなわち、周波数変換を行わない場合には、体動成分のピークを誤って検出することが起こるケースがある。よって、体幹または体幹周辺の位置で体動を検出する場合には、分周処理を行う必要がある。 However, depending on the movement state of the specimen or the detection position of the body motion, the peak of the frequency component of one time of the body motion that appears at the position of the frequency of the body motion in the body motion spectrum may be small. Above all, this tendency becomes stronger as the center of the trunk gets closer. In this case, similarly to the case described with reference to FIG. 5, the peak of the body motion component that appears at the position of the frequency of the body motion included in the pulse wave spectrum is not attenuated. That is, when frequency conversion is not performed, there are cases where the peak of the body motion component is erroneously detected. Therefore, when body motion is detected at a position at or around the trunk, it is necessary to perform frequency division processing.
[5−2.信号の検出位置について]
上記の実施形態では、脈波を指先の位置で検出して、加速度を胸ポケットの位置で検出した場合について説明した。また、上記の変形例では、脈波を指先の位置で検出して、加速度を二の腕の位置で検出した場合について説明した。脈波センサ12及び加速度センサ32の装着、及び脈波と体動の検出位置はこれに限定されない。例えば、脈波は、指の付け根もしくは関節位置、腕、外耳道、耳珠、耳垂等の外耳、または頭部から検出してもよい。加速度は、指、腕、頭部、肩部、腹部、腰部、脚の位置から検出してもよい。
[5-2. About signal detection position]
In the above embodiment, the case where the pulse wave is detected at the position of the fingertip and the acceleration is detected at the position of the breast pocket has been described. In the above-described modification, the case where the pulse wave is detected at the position of the fingertip and the acceleration is detected at the position of the second arm has been described. The mounting positions of the
上記の実施形態や変形例で説明したように、脈波または体動の検出位置によって、検出される信号が変化する。中でも、体動信号に、体動の1倍の周波数の体動成分が含まれるか、または体動の2倍の周波数の体動成分が含まれるか、またはこれらの体動成分のパワーの大きさ及びバランスが変わる。 As described in the above embodiments and modifications, the detected signal changes depending on the detection position of the pulse wave or body motion. Among them, the body motion signal includes a body motion component having a frequency that is one time that of the body motion, or includes a body motion component having a frequency that is twice that of the body motion, or the power of these body motion components is large. The balance and balance will change.
例えば、上記の実施形態で説明した胸部を含む体幹の位置で体動を検出した場合には、体動信号に、主に体動の2倍の周波数の体動成分が含まれる。このように、体幹の位置で、体動の変化を繰り返し運動の2倍の周波数で検出する場合には、生体信号処理装置1の分周処理によって、脈波に含まれる体動の1倍の周波数の体動成分を抑制することができる。 For example, when body motion is detected at the position of the trunk including the chest described in the above embodiment, the body motion signal mainly includes a body motion component having a frequency twice that of the body motion. Thus, in the case where a change in body movement is detected at a position of the trunk at a frequency twice that of repeated movement, the body signal included in the pulse wave is multiplied by one by the frequency division processing of the biological signal processing device 1. It is possible to suppress the body motion component of the frequency.
一方、手首のように、体肢の位置で体動を検出した場合には、腕振りの影響により、体動信号に、主に体動の1倍の周波数の体動成分が含まれる。中でも、指の先の位置で体動を検出した場合には、体動の1倍の周波数の体動成分が中心となる。このように、体肢の位置で、体動の変化を繰り返し運動の1倍の周波数で検出する場合には、生体信号処理装置1の逓倍処理によって、脈波に含まれる体動の2倍の周波数の体動成分を抑制することができる。 On the other hand, when body motion is detected at the position of the limb, such as a wrist, the body motion signal mainly includes a body motion component having a frequency that is one time the body motion due to the influence of arm swing. In particular, when body motion is detected at the position of the fingertip, the body motion component having a frequency that is one time the body motion is the center. Thus, in the case where a change in body movement is detected at the position of the body and limb at a frequency that is one time that of repeated movement, the body signal included in the pulse wave is doubled by the multiplication process of the biological signal processing device 1. The body motion component of the frequency can be suppressed.
また、上述の例で変形説明した、体肢の体幹周辺となる二の腕の位置で体動を検出した場合には、主に体動の2倍の周波数の体動成分が含まれるが、腕振りの影響により、体幹の位置と比べて体動の1倍の周波数の体動成分が大きくなる。すなわち、腕の体幹に近い位置では、体幹の位置と体肢の位置との中間的な影響を受ける。このため、二の腕の位置では、体動の変化を繰り返し運動の2倍の周波数で検出するとの観点からは、生体信号処理装置1の分周処理によって、脈波に含まれる体動の1倍の周波数の体動成分を抑制することができる。これに対して、体動の変化を繰り返し運動の1倍の周波数で検出するとの観点からは、生体信号処理装置1の逓倍処理によって、脈波に含まれる体動の2倍の周波数の体動成分を抑制することができる。 In addition, when body motion is detected at the position of the second arm around the trunk of the limb as described in the above example, a body motion component having a frequency twice that of the body motion is mainly included. Due to the influence of the swing, a body motion component having a frequency that is one time the body motion is larger than the position of the trunk. In other words, at a position close to the trunk of the arm, it is influenced intermediately between the position of the trunk and the position of the limb. Therefore, at the position of the second arm, from the viewpoint of detecting a change in body movement at a frequency twice that of repetitive movement, the frequency division process of the biological signal processing device 1 causes one time of body movement included in the pulse wave. The body motion component of the frequency can be suppressed. On the other hand, from the viewpoint of detecting a change in body motion at a frequency that is 1 times that of repeated motion, body motion having a frequency that is twice that of the body motion included in the pulse wave by the multiplication processing of the biological signal processing device 1 Ingredients can be suppressed.
またさらに、脚、中でも体幹周辺となる大腿の位置で体動を検出した場合には、片足の動きが検出されるため、主に体動の1倍の周波数の体動成分が含まれるが、逆側の足からの動きが伝播してくることにより、指の先の位置と比べて体動の2倍の周波数の体動成分が大きくなる。すなわち、脚の体幹に近い位置でも、体幹の位置と体肢の位置との中間的な影響を受ける。このため、大腿の位置では、体動の変化を繰り返し運動の1倍の周波数で検出するとの観点からは、生体信号処理装置1の逓倍処理によって、脈波に含まれる体動の2倍の周波数の体動成分を抑制することができる。これに対して、体動の変化を繰り返し運動の2倍の周波数で検出するとの観点からは、生体信号処理装置1の分周処理によって、脈波に含まれる体動の1倍の周波数の体動成分を抑制することができる。 Still further, when body motion is detected at the position of the leg, especially the thigh around the trunk, the motion of one leg is detected, and thus a body motion component having a frequency that is one time the body motion is mainly included. When the movement from the opposite foot propagates, the body motion component having a frequency twice that of the body motion becomes larger than the position of the fingertip. That is, even at a position close to the trunk of the leg, it is influenced intermediately between the position of the trunk and the position of the limb. For this reason, in the position of the thigh, from the viewpoint of detecting a change in body motion at a frequency that is one time that of repeated motion, the frequency of the body motion included in the pulse wave is doubled by the multiplication processing of the biological signal processing device 1. The body movement component can be suppressed. On the other hand, from the viewpoint of detecting a change in body motion at a frequency twice that of repetitive motion, a body having a frequency that is one time that of the body motion included in the pulse wave is obtained by the frequency division processing of the biological signal processing device 1. Dynamic components can be suppressed.
また、検出位置によっては、脈波に含まれる体動成分の影響の大きさが変化する。例えば、脈波を外耳やこめかみ等の、体幹から検出した場合には、上記の実施形態の指先で検出した場合と比べて、振動源となる脚から近いために脈波スペクトルに現れる体動成分のピークが大きくなる。このため、脈波を体幹から検出した場合には、体動成分減衰部71による体動ピーク部分の周波数に相当する周波数成分に掛ける割合を、指先の場合よりも大きくすることが好ましい。上記の実施形態では、体動スペクトルの周波数成分にかける割合を、0%より大きく100%までの範囲で行う場合について説明したが、脈波を体幹から検出した場合には、例えば、0%より大きく300%までの範囲で行うようにしてもよい。
Moreover, the magnitude of the influence of the body motion component included in the pulse wave changes depending on the detection position. For example, when the pulse wave is detected from the trunk, such as the outer ear or the temple, the body motion that appears in the pulse wave spectrum because it is closer to the leg that is the vibration source than the case where it is detected by the fingertip of the above embodiment. The peak of the component becomes large. For this reason, when the pulse wave is detected from the trunk, it is preferable that the ratio applied to the frequency component corresponding to the frequency of the body motion peak portion by the body motion
[5−3.装置の構成について]
上記の実施形態では、情報処理装置21としてスマートフォンを例示したが、情報処理装置21はこれに限るものではない。例えば、タブレット型の端末(タブレットPC)、デスクトップパソコン、ノートパソコン等、またはその他の測定機器、表示機器にも適用できる。
[5-3. About device configuration]
In the above embodiment, a smartphone is exemplified as the
また、上記の実施形態では、表示部82及び操作部83としてタッチパネルディスプレイ82を例示して説明したが、情報処理装置21に接続される液晶ディスプレイ、CRT等を表示部82として利用してもよく、または、測定結果もしくは信号処理の結果をプリンタ、オシロスコープ、又はペンレコーダ等の波形表示器に出力して波形の表示を行ってもよい。また、情報処理装置21に設けられた物理キー(ハードウェアキー)により操作部83を構成してもよく、情報処理装置21に接続されるキーボードもしくはマウス等を操作部83として利用してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記の実施形態では、加速度センサ32のXYZの3軸の加速度を利用する場合について説明したが、これに限定されない。情報処理装置21と検体との装着関係及び位置関係によらずに体動を検出するためには、鉛直方向,水平前後方向及び水平左右方向の、直交する三方向へ作用する加速度を検出するために、3軸の加速度センサを用いるのが好ましいが、測定対象や目的に合わせて1軸、2軸、3軸のもののいずれかを任意に用いてよい。また、3軸の加速度を検出して、このうち1軸または2軸の加速度のみを信号処理に使用するようにしてもよい。中でも、体動による変化が大きな信号として検出されることから、検体の地面に対する鉛直方向、すなわち重力方向の変化の加速度を利用することが好ましい。または、信号強度の強い順に、1軸または2軸の加速度を信号処理に使用するようにしてもよい。
Moreover, although said embodiment demonstrated the case where the acceleration of the
また、上記の実施形態では、体動信号取得手段31として、体動検出部32が加速度センサ32である場合について説明したが、体動信号取得手段31はこれに限定されない。例えば、体動検出部32として、角速度を検出するジャイロセンサ、磁場または生体の磁気を検出する磁気センサ、気圧を検出する圧力センサ、近接センサ、回転ベクトルセンサ、または光センサを用いることができる。
Moreover, although said embodiment demonstrated the case where the body
このとき、加速度センサ32であれば、体の動きによる情報処理装置21の加速度の変化を体動として得るものであったが、加速度センサ32以外の場合は、検出される信号を適宜変換して、体動として得るようにしてもよい。例えば、ジャイロセンサであれば、ジャイロからの周波数成分を体動として利用できる。磁気センサであれば、地磁気の変化または生体の磁気をセンスして、体動として利用できる。圧力センサであれば、体の動きによる振動時に、気圧変化として振動成分を取得して、これを体動として利用できる。近接センサであれば、対象物との近接や、距離または回転にのる体動を利用できる。回転ベクトルセンサであれば、回転に出てくる振動を体動として利用できる。光センサであれば、反射光または透過光を利用して、生体表面または生体内の振動を体動として利用できる。
At this time, in the case of the
[5−4.信号処理について]
上記の実施形態では、信号処理部41における処理機能がプログラムとして構成されたものを例示したが、この機能の実現手段はプログラムに限定されない。例えば、信号処理部41を、ROM,RAM,CPU等を内蔵したワンチップマイコンとして構成してもよいし、あるいは、デジタル回路やアナログ回路といった電子回路として形成してもよい。
[5-4. About signal processing]
In the above embodiment, the processing function in the
上記の実施形態では、本件の生体信号処理プログラムが、各ステップを実行する個々のプログラムにより構成されている場合について説明したが、本件のプログラムは、個々のプログラムが組み合わされた一つのプログラムとして構成されていてもよい。または、個々のプログラムが組み合わされて複合したプログラムとなり、さらにこの複合したプログラムが一つのプログラムとして構成されていてもよい。 In the above embodiment, the case where the biological signal processing program of the present case is configured by individual programs that execute each step has been described, but the program of the present case is configured as one program in which the individual programs are combined. May be. Alternatively, the individual programs may be combined to form a combined program, and the combined program may be configured as one program.
上記の実施形態では、脈波信号取得部11が、脈波検出部12と脈波信号変換部13により、検体から脈波を検出してデジタルデータに変換された脈波信号を取得する場合について説明した。また、体動信号取得部31が、体動検出部32と体動信号変換部33により、検体から加速度を検出してデジタルデータに変換された体動信号を取得する場合について説明した。脈波信号及び体動信号は、メモリ81または外部メモリ84に保存された脈波信号または体動信号のデータを読み出すことで取得してもよい。
In the above embodiment, the pulse wave
上記の実施形態では、直流成分除去部51,63における直流成分の除去、高周波成分除去部53,64における高周波のノイズ成分の低減、高調波減衰部56における高調波成分のキャンセル処理について説明した。これらの処理は、各成分を完全に除くことを要するものではなく、心拍数に由来するピークを検出できる程度に各成分を低減するものであればよい。
In the above embodiment, the DC component removal in the DC
上記の実施形態では、積分処理部52が、脈波信号に対して、速度脈波となるように積分処理を行う場合について説明した。脈波信号に対する処理は積分処理に限定されず、取得された脈波信号に応じて、微分処理を行うようにしてもよい。例えば、脈波センサ12として、光電式の測定器を使用した場合には、脈波信号は容積脈波として取得される。この場合には、脈波信号に対して微分処理を行うことで、速度脈波を得るようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case has been described in which the
上記の実施形態の動作の説明では、脈波センサ12として、マイクロホンと振動源とを閉じた状態にして脈波を検出する測定器を利用して、脈波信号を速度脈波として取得して、積分処理及び微分処理を行っていない場合について説明した。これは、いわゆるクローズドキャビティを形成して脈波を検出する場合に相当する。これに対して、脈波センサ12として、例えば、イヤホン(ヘッドホン)を利用して、マイクロホンと振動源とをほぼ閉じた状態にして脈波を検出する場合には、脈波信号が加速度脈波として取得される。この場合には、積分処理部52が、脈波信号に対して1回の積分処理を行えばよい。
In the description of the operation of the above embodiment, the pulse wave signal is acquired as the velocity pulse wave by using a measuring device that detects the pulse wave with the microphone and the vibration source closed as the
上記の実施形態では、窓関数処理部54,65が、16.384秒分に相当する16384サンプルのデータを切り出して、1024サンプル単位で約1秒間隔で処理を行う場合について説明した。情報処理装置21による処理はこれに限定されず、窓関数処理部54,65が切り出すサンプルの幅を大きくして、より長い時間のサンプルデータを基に周波数解析を行うようにしてもよい。または、窓関数処理部54,65が切り出すサンプルの幅を小さくして、より短い時間のサンプルデータを基に周波数解析を行うようにしてもよい。また、窓関数処理部54,65が切り出しを行う時間の間隔を長くまたは短く変更してもよい。
In the above embodiment, a case has been described in which the window
上記の実施形態では、体動成分減衰部71による減衰処理について、体動ピーク部分の周波数に相当する脈波のスペクトルの周波数成分から、重合スペクトルの体動ピーク部分の周波数成分を差し引くことにより行う場合について説明した。体動成分減衰部71による減衰処理はこれに限定されず、例えば、脈波のスペクトルにおいて、体動ピーク部分の周波数に相当する脈波のスペクトルの周波数成分を、所定の割合だけ減衰させることで行なってもよい。
In the above embodiment, the attenuation process by the body motion
上記の実施形態では、心拍数算出部74が、ピーク検出部73で検出された最大のピークの周波数から心拍数を算出する場合について説明した。心拍数算出部74は、直近及び過去に算出された複数の心拍数の算出値の移動平均をとり、この移動平均値を心拍数として出力するようにしてもよい。これにより、過去の心拍数を含めた時系列の値が平滑化されて、より安定した心拍数を得ることが可能となる。このとき、脈波信号にノイズ成分が含まれて、心拍成分以外のピークを最大のピークとして一時的に検出して、突発的に心拍数が変動した場合であっても、安定した心拍数を出力することができる。
In the above embodiment, the case where the heart
上記の実施形態では、信号処理部41における一連の処理について説明したが、順番を入れ替え、あるいは一部を省略してもよい。例えば、高周波成分除去部53,64によるローパスフィルター処理を省いてもよい。また、高調波減衰部56による高調波成分のキャンセル処理を省いてもよい。また、重合処理部68による重合処理を省いてもよい。また、重み付け部72による重み付けを省いてもよい。
In the above embodiment, a series of processes in the
重合処理部68による重合処理を省く場合には、体動成分減衰部71は、周波数変換部67で得られる変換スペクトルを対照データとして、脈波のスペクトルから体動成分を減衰させればよい。
When the polymerization process by the
体動信号が体幹または体幹周辺の位置で検出された体動を表す信号である場合には、重合処理部68による処理を省いても、脈波スペクトルに現れる体動の2倍の周波数の周波数成分のピークが小さい場合には、心拍に由来するピークを検出することができる。またこの場合には、重合処理部68による重合処理を省いても、重み付け部72による重み付けを行なうことにより、脈波スペクトルに現れる体動の2倍の周波数の体動成分の影響を抑制することで、心拍に由来するピークを検出することができる。
When the body motion signal is a signal representing body motion detected at the trunk or a position around the trunk, the frequency twice the body motion appearing in the pulse wave spectrum even if the processing by the
または、体動信号が体肢の位置で検出された体動を表す信号である場合には、重合処理部68による処理を省いても、脈波スペクトルに現れる体動の1倍の周波数の周波数成分のピークが小さい場合には、心拍に由来するピークを検出することができる。またこの場合には、重合処理部68による重合処理を省いても、重み付け部72による重み付けを行なうことにより、脈波スペクトルに現れる体動の1倍の周波数の体動成分の影響を抑制することで、心拍に由来するピークを検出することができる。
Alternatively, when the body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb, even if the processing by the
重み付け部72による重み付けを省く場合には、体動成分減衰部71で得られる減衰スペクトルから最大のピークを検出すればよい。重み付け部72による処理を省いても、脈波スペクトルに現れる体動の1倍または2倍の周波数の周波数成分のピークが小さい場合には、心拍に由来するピークを検出することができる。または、重み付け部72による処理を省いても、体動成分減衰部71による減衰処理を行うことにより、脈波スペクトルに現れる体動の1倍または2倍の周波数の周波数成分の影響を抑制することで、心拍に由来するピークを検出することができる。
When the weighting by the
[5−5.生体信号の処理について]
上記の実施形態では、生体信号処理装置1は脈波信号及び体動信号を処理して、ピーク検出部73が、パワーが最大のピークを検出して、心拍数算出部74が、最大のピークの周波数から心拍数を算出する場合について説明した。生体信号処理装置1による生体信号の処理はこれに限られず、例えば、体動成分減衰部71で得られた減衰スペクトル、または重み付け部72で得られた脈波のスペクトルに対して、逆FFT解析を行って脈波形を得て、この脈波形を表示するようにしてもよい。これにより、体動ノイズの影響を軽減した脈波の波形の評価を行うことができる。
[5-5. Regarding the processing of biological signals]
In the above embodiment, the biological signal processing apparatus 1 processes the pulse wave signal and the body motion signal, the
[5−6.脈波信号及び体動信号の直接処理について]
上記の実施形態では、脈波信号及び体動信号を周波数解析して、脈波スペクトル及び体動スペクトルを得て、これらのスペクトルを用いて信号処理を行う場合について説明した。脈波信号から体動信号の減衰は、脈波センサ12及び加速度センサ32の装着位置を同じにして、センサ間のマッチングを行うことでセンサ製造時の性能のばらつきを調整することで、脈波信号及び体動信号の段階で直接減衰させることができる。このとき、周波数解析を行わずに、波形の段階で直接減算することが可能となる。
[5-6. Direct processing of pulse wave signals and body motion signals]
In the above embodiment, the case where the pulse wave signal and the body motion signal are subjected to frequency analysis to obtain the pulse wave spectrum and the body motion spectrum, and the signal processing is performed using these spectra has been described. Attenuation of the body motion signal from the pulse wave signal is performed by adjusting the performance variation at the time of manufacturing the sensor by performing matching between the sensors by making the mounting positions of the
1 生体信号処理装置
11 脈波信号取得部(脈波信号取得手段)
12 脈波検出部(脈波センサ)
31 体動信号取得部(体動信号取得手段)
32 体動検出部(加速度センサ)
41 信号処理部(手段)
55 脈波周波数解析部(脈波周波数解析手段)
66 体動周波数解析部(体動周波数解析手段)
67 周波数変換部(周波数変換手段)
68 重合処理部(重合処理手段)
71 体動成分減衰部(体動成分減衰手段)
72 重み付け部(重み付け手段)
73 ピーク検出部(ピーク検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biological
12 Pulse wave detector (pulse wave sensor)
31 body motion signal acquisition unit (body motion signal acquisition means)
32 Body motion detector (acceleration sensor)
41 Signal processor (means)
55 Pulse wave frequency analysis unit (pulse wave frequency analysis means)
66 Body motion frequency analysis unit (body motion frequency analysis means)
67 Frequency converter (frequency converter)
68 Polymerization processing section (polymerization processing means)
71 Body motion component attenuation section (body motion component attenuation means)
72 Weighting unit (weighting means)
73 Peak detector (peak detection means)
Claims (24)
該検体から検出された脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得手段と、
該検体から検出された体動を表す体動信号を取得する体動信号取得手段と、
該脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、
該体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、
上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、
上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段とを備える
ことを特徴とする、生体信号処理装置。 A biological signal processing device for processing a biological signal detected from a moving specimen,
Pulse wave signal acquisition means for acquiring a pulse wave signal representing a pulse wave detected from the specimen;
Body motion signal acquisition means for acquiring a body motion signal representing the body motion detected from the specimen;
A pulse wave frequency analyzing means for frequency-analyzing the pulse wave signal and converting it to a spectrum of a pulse wave in a frequency domain;
A body motion frequency analyzing means for frequency-analyzing the body motion signal and converting it into a spectrum of body motion in the frequency domain;
Frequency conversion means for obtaining a converted spectrum obtained by converting the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum of a desired frequency region according to the position where the body motion is detected;
Body motion component attenuating means for attenuating a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion conversion spectrum obtained by the frequency converting means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analyzing means; A biological signal processing apparatus comprising the biological signal processing apparatus.
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項1に記載の生体信号処理装置。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at a position at or around the trunk,
The frequency converting means converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum. 2. The biological signal processing apparatus according to 1.
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項1に記載の生体信号処理装置。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb;
The frequency conversion means converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means into a spectrum expanded to a double frequency region to obtain the conversion spectrum. The biological signal processing apparatus according to the description.
該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体信号処理装置。 Comprising a polymerization processing means for obtaining a polymerization spectrum by superimposing the body movement conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body movement spectrum obtained by the body movement frequency analysis means;
The body motion component attenuation means attenuates a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analysis means. The biological signal processing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the biological signal processing device is used.
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の生体信号処理装置。 5. The living body according to claim 1, further comprising: a peak detecting unit that detects a peak having the maximum spectral intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the body motion component attenuating unit. Signal processing device.
該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出する
ことを特徴とする、請求項5に記載の生体信号処理装置。 With respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation means, the spectrum intensity decreases with distance from the center point frequency, with the frequency corresponding to the heart rate obtained by past detection as the center point. Weighting means for performing weighting,
6. The biological signal processing apparatus according to claim 5, wherein the peak detecting means detects a peak having the maximum spectrum intensity from the pulse wave spectrum obtained by the weighting means.
該検体から検出された脈波を表す脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、
該検体から検出された体動を表す体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、
上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、
上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段
として機能させるための生体信号処理プログラム。 A biological signal processing program for processing a biological signal detected from a moving specimen, the computer comprising:
A pulse wave frequency analyzing means for performing a frequency analysis on a pulse wave signal representing a pulse wave detected from the specimen and converting the pulse wave signal into a spectrum of a pulse wave in a frequency domain;
Body motion frequency analysis means for performing frequency analysis of a body motion signal representing body motion detected from the specimen and converting the body motion signal into a spectrum of body motion in the frequency domain;
Frequency conversion means for obtaining a converted spectrum obtained by converting the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum of a desired frequency region according to the position where the body motion is detected;
Functions as body motion component attenuating means for attenuating the component corresponding to the frequency of the peak part of the body motion conversion spectrum obtained by the frequency converting means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analyzing means. Biological signal processing program for causing
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項7に記載の生体信号処理プログラム。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at a position at or around the trunk,
The frequency converting means converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum. 8. The biological signal processing program according to 7.
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項7に記載の生体信号処理プログラム。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb;
8. The frequency conversion unit according to claim 7, wherein the conversion spectrum is obtained by converting the spectrum of body motion obtained by the body motion frequency analysis unit into a spectrum expanded to a double frequency region. The biological signal processing program described.
該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる
ことを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の生体信号処理プログラム。 The computer is caused to function as a polymerization processing means for superimposing the body movement conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body movement spectrum obtained by the body movement frequency analysis means to obtain a polymerization spectrum. And
The body motion component attenuation means attenuates a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analysis means. The biological signal processing program according to any one of claims 7 to 9, wherein the biological signal processing program is executed.
ことを特徴とする、請求項7〜10のいずれか1項に記載の生体信号処理プログラム。 The computer according to any one of claims 7 to 10, wherein the computer is caused to function as a peak detection means for detecting a peak having a maximum spectrum intensity from a spectrum of a pulse wave obtained by the body motion component attenuation means. The biological signal processing program according to Item.
該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出する
ことを特徴とする、請求項11に記載の生体信号処理プログラム。 As the computer moves away from the center point frequency, with the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point with respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation means, Let it function as a weighting means that performs weighting to reduce the spectral intensity,
The biological signal processing program according to claim 11, wherein the peak detecting unit detects a peak having the maximum spectrum intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the weighting unit.
該検体から検出された脈波を表す脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析手段と、
該検体から検出された体動を表す体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析手段と、
上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換手段と、
上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換手段で得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰手段
として機能させるための生体信号処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium recording a biological signal processing program for processing a biological signal detected from a moving specimen, the computer comprising:
A pulse wave frequency analyzing means for performing a frequency analysis on a pulse wave signal representing a pulse wave detected from the specimen and converting the pulse wave signal into a spectrum of a pulse wave in a frequency domain;
Body motion frequency analysis means for performing frequency analysis of a body motion signal representing body motion detected from the specimen and converting the body motion signal into a spectrum of body motion in the frequency domain;
Frequency conversion means for obtaining a converted spectrum obtained by converting the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum of a desired frequency region according to the position where the body motion is detected;
Functions as body motion component attenuating means for attenuating the component corresponding to the frequency of the peak part of the body motion conversion spectrum obtained by the frequency converting means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analyzing means. A computer-readable recording medium on which a biological signal processing program for recording is recorded.
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at a position at or around the trunk,
The frequency converting means converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analyzing means into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum. 14. A computer-readable recording medium according to 13.
該周波数変換手段は、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項13に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb;
The frequency conversion means converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means into a spectrum expanded to a double frequency region to obtain the converted spectrum. The computer-readable recording medium as described.
該体動成分減衰手段は、上記の脈波周波数解析手段で得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理手段で得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる
ことを特徴とする、請求項13〜15のいずれか1項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The computer is caused to function as a polymerization processing means for superimposing the body movement conversion spectrum obtained by the frequency conversion means and the body movement spectrum obtained by the body movement frequency analysis means to obtain a polymerization spectrum. And
The body motion component attenuation means attenuates a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion polymerization spectrum obtained by the polymerization processing means from the pulse wave spectrum obtained by the pulse wave frequency analysis means. The computer-readable recording medium according to claim 13, wherein the computer-readable recording medium is a computer-readable recording medium.
ことを特徴とする、請求項13〜16のいずれか1項に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 The computer according to any one of claims 13 to 16, wherein the computer is caused to function as a peak detection unit that detects a peak having a maximum spectrum intensity from a pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation unit. The computer-readable recording medium according to Item.
該ピーク検出手段は、上記の重み付け手段で得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出する
ことを特徴とする、請求項17に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 As the computer moves away from the center point frequency, with the frequency corresponding to the heart rate obtained by the past detection as the center point with respect to the pulse wave spectrum obtained by the body motion component attenuation means, Let it function as a weighting means that performs weighting to reduce the spectral intensity,
The computer-readable recording medium according to claim 17, wherein the peak detecting unit detects a peak having the maximum spectrum intensity from the spectrum of the pulse wave obtained by the weighting unit.
該検体から検出された脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、
該検体から検出された体動を表す体動信号を取得する体動信号取得ステップと、
該脈波信号を周波数解析して、周波数領域の脈波のスペクトルに変換する脈波周波数解析ステップと、
該体動信号を周波数解析して、周波数領域の体動のスペクトルに変換する体動周波数解析ステップと、
上記の体動周波数解析ステップで得られた体動のスペクトルを、該体動が検出された位置に応じて所望の周波数領域のスペクトルに変換した変換スペクトルを得る周波数変換ステップと、
上記の脈波周波数解析ステップで得られた脈波のスペクトルから、上記の周波数変換ステップで得られた体動の変換スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる体動成分減衰ステップとを備える
ことを特徴とする、生体信号処理方法。 A biological signal processing method for processing a biological signal detected from a moving specimen,
A pulse wave signal acquisition step of acquiring a pulse wave signal representing the pulse wave detected from the specimen;
A body motion signal acquisition step of acquiring a body motion signal representing the body motion detected from the specimen;
A pulse wave frequency analyzing step of performing frequency analysis of the pulse wave signal and converting the pulse wave signal into a spectrum of a pulse wave in a frequency domain;
A body motion frequency analysis step of frequency-analyzing the body motion signal and converting it into a spectrum of body motion in the frequency domain;
A frequency conversion step of obtaining a converted spectrum obtained by converting the spectrum of body motion obtained in the body motion frequency analysis step into a spectrum of a desired frequency region according to a position where the body motion is detected;
A body motion component attenuation step for attenuating a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion conversion spectrum obtained in the frequency conversion step from the pulse wave spectrum obtained in the pulse wave frequency analysis step; A biological signal processing method comprising the steps of:
該周波数変換ステップは、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2分の1の周波数領域に圧縮したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項19に記載の生体信号処理方法。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at a position at or around the trunk,
The frequency conversion step converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means into a spectrum compressed into a half frequency region to obtain the converted spectrum. 19. The biological signal processing method according to 19.
該周波数変換ステップは、上記の体動周波数解析手段で得られた体動のスペクトルを2倍の周波数領域に伸張したスペクトルに変換して該変換スペクトルを得る
ことを特徴とする、請求項19に記載の生体信号処理方法。 The body motion signal is a signal representing body motion detected at the position of the limb;
The frequency conversion step converts the body motion spectrum obtained by the body motion frequency analysis means into a spectrum expanded to a double frequency region to obtain the converted spectrum. The biological signal processing method described.
該体動成分減衰ステップは、上記の脈波周波数解析ステップで得られた脈波のスペクトルから、上記の重合処理ステップで得られた体動の重合スペクトルのピーク部分の周波数に相当する成分を減衰させる
ことを特徴とする、請求項19〜21のいずれか1項記載の生体信号処理方法。 A polymerization processing step of obtaining a polymerization spectrum by superimposing the body movement conversion spectrum obtained in the frequency conversion step and the body movement spectrum obtained in the body movement frequency analysis step,
The body motion component attenuation step attenuates a component corresponding to the frequency of the peak portion of the body motion polymerization spectrum obtained in the polymerization processing step from the pulse wave spectrum obtained in the pulse wave frequency analysis step. The biological signal processing method according to any one of claims 19 to 21, wherein the biological signal processing method is performed.
ことを特徴とする、請求項19〜22のいずれか1項に記載の生体信号処理方法。 The living body according to any one of claims 19 to 22, further comprising a peak detection step of detecting a peak having the maximum spectrum intensity from the spectrum of the pulse wave obtained in the body motion component attenuation step. Signal processing method.
該ピーク検出ステップは、上記の重み付けステップで得られた脈波のスペクトルからスペクトル強度が最大のピークを検出する
ことを特徴とする、請求項23に記載の生体信号処理方法。 With respect to the pulse wave spectrum obtained in the body motion component attenuation step, the spectrum intensity decreases with increasing frequency away from the center point frequency, with the frequency corresponding to the heart rate obtained by past detection as the center point. A weighting step for weighting,
24. The biological signal processing method according to claim 23, wherein the peak detecting step detects a peak having the maximum spectrum intensity from the spectrum of the pulse wave obtained in the weighting step.
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