JP2017205332A - 脈波計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脈波センサにおけるゲインを適切に制御できる脈波計測装置を提供すること。【解決手段】脈波計測装置１は、脈波信号の振幅がゲイン変更条件を充足するか否かを判断し、充足する場合、ゲインを変更する。脈波計測装置は、振幅記憶ユニット９、モード進行ユニット１５を備える。振幅記憶ユニット９は、一連の順番が付された複数のゲイン変更条件を記憶している。モード進行ユニット１５は、モード進行条件を充足すると判断した場合、ゲイン変更条件を、順番が１つ後のゲイン変更条件に変更する。ゲイン変更条件は、Ｘ１個の振幅のうち、Ｙ１個以上の振幅が、上限値Ｕ１を超えるか、下限値Ｌ１を下回るという条件である。設定されているゲイン変更条件の順番が後であるほど、Ｘ１が大きい。【選択図】 図２

Description

本発明は脈波計測装置に関する。

従来、脈波センサを用いて、被験者の脈波信号を取得する脈波計測装置が知られている。脈波計測装置は、取得した脈波信号を用いて血圧等を演算する。脈波信号の信号レベルは変動することがある。そのため、脈波計測装置は、脈波センサにおけるゲインを制御する。この技術は特許文献１に開示されている。

特許第３５８４１４０号公報

ゲインの制御方法として、以下の方法が考えられる。所定時間の脈波信号を取得し、その脈波信号における振幅を算出する。そのように算出した振幅を複数蓄積し、蓄積した複数の振幅に基づいてゲインを制御する。

上記の方法の場合、蓄積する振幅の数が多いと、必要な数の振幅が蓄積されるまでに長時間を要する。その結果、脈波信号の信号レベルに応じてゲイン制御を行うタイミングが遅れてしまう。一方、蓄積する振幅の数が少ないと、短時間の外乱等に起因して、本来は不要なゲイン制御を行ってしまう。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、脈波センサにおけるゲインを適切に制御できる脈波計測装置を提供することを目的としている。

本発明の脈波計測装置（１）は、脈波センサ（２３）を用いて脈波信号を取得する信号取得ユニット（７）と、前記信号取得ユニットにより取得した前記脈波信号の振幅を記憶する振幅記憶ユニット（９）と、前記振幅記憶ユニットに記憶された前記振幅が、設定されているゲイン変更条件を充足するか否かを判断するゲイン判断ユニット（１１）と、前記ゲイン変更条件を充足すると前記ゲイン判断ユニットが判断した場合、前記脈波センサにおけるゲインを変更するゲイン変更ユニット（１３）とを備える。

本発明の脈波計測装置は、さらに、一連の順番が付された複数の前記ゲイン変更条件を記憶した条件記憶ユニット（５）と、前記振幅記憶ユニットに記憶された前記振幅が予め設定されたモード進行条件を充足するか否かを判断するモード進行判断ユニット（１５）と、現時点における前記ゲイン変更条件の前記順番が最後ではなく、前記モード進行条件を充足すると前記モード進行判断ユニットが判断した場合、前記ゲイン判断ユニットが使用する前記ゲイン変更条件を、現時点における前記ゲイン変更条件よりも、前記順番が１つ後の前記ゲイン変更条件に変更するモード進行ユニット（１５）とを備える。

前記ゲイン変更条件は、前記振幅記憶ユニットに記憶された最新のＸ_１個の前記振幅のうち、Ｙ_１個以上の前記振幅が、上限値Ｕ_１を超えるか、下限値Ｌ_１を下回るという条件であって、前記順番が後であるほど、前記Ｘ_１が大きい。

前記モード進行条件は、前記振幅記憶ユニットに記憶された最新のＸ_２個の前記振幅のうち、Ｙ_２個以上の前記振幅が、そのままの値で、又は、前記ゲイン変更ユニットによる変更後の前記ゲインで補正された値で、上限値Ｕ_２以下であり、且つ、下限値Ｌ_２以上であるという条件であって、現時点で設定されている前記ゲイン変更条件における前記順番が後であるほど、前記Ｘ_２が大きい。

Ｘ_１、Ｙ_１、Ｘ_２、Ｙ_２は自然数であり、Ｕ_１、Ｌ_１、Ｕ_２、Ｌ_２は０以上の実数である。Ｘ_１はＹ_１以上であり、Ｘ_２はＹ_２以上である。Ｕ_１はＬ_１以上であり、Ｕ_２はＬ_２以上である。

本発明の脈波計測装置によれば、ゲイン制御のタイミングが過度に遅くなることを抑制できる。また、本発明の脈波計測装置によれば、短時間の外乱等に起因して、本来は不要なゲイン制御を行ってしまうことを抑制できる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

脈波計測装置１の構成を表すブロック図である。 脈波計測装置１の機能的構成を表すブロック図である。 脈波計測装置１が実行する処理の全体を表すフローチャートである。 脈波計測装置１が実行するモード設定処理を表すフローチャートである。 バッファＢ１〜Ｂ１０の構成を表す説明図である。 モード１〜３におけるゲイン変更条件及びゲイン変更範囲を表す説明図である。 １−２進行条件、２−３進行条件、及び３−２退行条件を表す説明図である。 入力データ１と、入力データ１に対しゲイン制御を行った脈波信号とを表す説明図である。 入力データ２と、入力データ２に対しゲイン制御を行った脈波信号とを表す説明図である。 入力データ３と、入力データ３に対しゲイン制御を行った脈波信号とを表す説明図である。 待機時間と、予測推定時間との関係を表すグラフである。

本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．脈波計測装置１の構成
脈波計測装置１の構成を図１、図２に基づき説明する。脈波計測装置１は、ＣＰＵ３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ５とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。脈波計測装置１の各種機能は、ＣＰＵ３が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、脈波計測装置１を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

脈波計測装置１は、ＣＰＵ３がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、信号取得ユニット７と、振幅記憶ユニット９と、ゲイン判断ユニット１１と、ゲイン変更ユニット１３と、モード設定ユニット１５と、補正ユニット１７と、装着検出ユニット１９と、血圧演算ユニット２１と、表示・通信ユニット２２と、を備える。脈波計測装置１を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。モード設定ユニット１５は、モード進行判断ユニット、モード進行ユニット、モード退行判断ユニット、モード退行ユニット、飽和判断ユニット、及び禁止ユニットに対応する。

脈波計測装置１は、脈波センサ２３、ディスプレイ２５、及び通信装置２７と組み合わせて使用することができる。これらの構成を説明する。脈波センサ２３は被験者３７における身体の一部に装着可能である。身体の一部として、例えば手首、指先等が挙げられる。脈波センサ２３は、ＬＥＤ２９、ＰＤ３１、ノイズフィルタ３３、及び増幅回路３５を備える。

ＬＥＤ２９は発光ダイオードである。ＬＥＤ２９は、被験者３７の皮膚に対して可視光の光を照射する。この光の波長は、５０００Å〜７０００Åである。ＬＥＤ２９が照射した光の一部は皮膚の毛細血管内において反射される。

ＰＤ３１はフォトダイオードである。ＰＤ３１は、ＬＥＤ２９が照射した光のうち、毛細血管内で反射された光を受光し、電気信号として取り出す。取り出した電気信号は、被験者３７の脈波を反映して変動する脈波信号である。

ノイズフィルタ３３は、脈波信号におけるノイズを除去する。増幅回路３５は、ノイズを除去した後の脈波信号を増幅する。脈波センサ２３は、増幅された脈波信号を、脈波計測装置１に出力する。脈波センサ２３におけるゲインは、ＬＥＤ２９の光量と、増幅回路３５における増幅率とにより決まる。ＬＥＤ２９の光量が大きいほど、ゲインは高くなる。また、増幅回路３５における増幅率が大きいほど、ゲインは高くなる。ＬＥＤ２９の光量及び増幅回路３５における増幅率は、脈波計測装置１により制御される。すなわち、脈波センサ２３のゲインは、脈波計測装置１により制御される。

ディスプレイ２５は、脈波計測装置１から出力された情報に応じて画像を表示する。通信装置２７は、脈波計測装置１から出力された情報を外部機器に向けて送信する。
２．脈波計測装置１が実行する処理
脈波計測装置１が実行する処理を、図３〜図７に基づき説明する。図３に示す処理は、脈波計測装置１の電源をオンにしたときに実行される。図３のステップ１では、脈波センサ２３が被験者３７に装着されているか否かを装着検出ユニット１９が判断する。装着検出ユニット１９は、脈波センサ２３が出力する脈波信号における信号レベルの大きさに基づき、脈波センサ２３が被験者３７に装着されているか否かを判断する。脈波センサ２３が被験者３７に装着されていると判断した場合はステップ２に進み、装着されていないと判断した場合はステップ１の前に戻る。

ステップ２では、モード設定ユニット１５が初期設定を行う。初期設定とは、脈波センサ２３のゲインを初期値にするとともに、モードとして、モード１を設定する処理である。ゲインの初期値は、過去に、脈波計測装置１の電源をオフにした直前におけるゲインの平均値である。また、ゲインの初期値は固定値であってもよい。

モードとは、図６に示すように、ゲイン変更条件と、ゲイン変更範囲とを規定するものである。ゲイン判断条件とは、それを充足すると、ゲインを変更し、それを充足しないと、ゲインを変更しないという条件である。ゲイン変更範囲とは、ゲインを変更する場合に、許容される変更範囲である。ゲイン変更条件及びゲイン変更範囲の詳細は後述する。

モードには、モード１〜３の３種類がある。モード１〜３は、それぞれ、ゲイン変更条件と、ゲイン変更範囲とを規定している。モード１〜３に付されている１〜３の数字は、一連の順番に対応する。モード１は順番が最先のモードである。モード２、３は、順番が最先ではないモードである。モード３は、順番が最後のモードである。モード１〜３はメモリ５に予め記憶されている。メモリ５は条件記憶ユニットに対応する。

図３に戻り、ステップ３では、前記ステップ１において脈波センサ２３を装着していると判断した時点から、所定の待機時間が経過するまで待つ。待機時間は、０．５〜１．５秒間の範囲内の時間である。

ステップ４では、信号取得ユニット７が、脈波センサ２３を用いて、脈波信号を取得する。取得する脈波信号の長さは１秒間である。
ステップ５では、振幅記憶ユニット９が、前記ステップ４で取得した脈波信号の振幅を算出し、バッファに記憶する。図５に示すように、メモリ５には、Ｂ１〜Ｂ１０の１０個のバッファが設けられている。本ステップ５では、直前のステップ４で取得した脈波信号における振幅をバッファＢ１に記憶する。それまでバッファＢ１〜Ｂ９に記憶されていた過去の振幅は、それぞれ、バッファＢ２〜Ｂ１０に移動する。それまでバッファＢ１０に記憶されていた振幅は消去される。

ステップ６では、モード設定ユニット１５がモードを設定する。この処理を図４に基づき説明する。
図４のステップ２１では、現時点においてモード１が設定されているか否かを判断する。モード１が設定されている場合はステップ２２に進み、モード１が設定されていない場合はステップ２５に進む。

ステップ２２では、モード１からモード２に進行する条件（以下では１−２進行条件とする）を充足するか否かを判断する。１−２進行条件とは、（１）バッファＢ１に記憶された最新の１個の振幅が、そのままの値で、２０００以下であり、且つ、８００以上であるか、あるいは、（２）バッファＢ１に記憶された最新の１個の振幅を補正すれば、２０００以下であり、且つ、８００以上とすることができる、という条件である。１−２進行条件は、モード進行条件に対応する。

前記の補正とは、モード１におけるゲイン変更範囲内でゲインを変更し、変更後のゲインで振幅を補正することである。例えば、バッファＢ１に記憶された最新の１個の振幅が５００であるとする。モード１におけるゲイン変更範囲内でゲインを２倍に変更し、変更後のゲインで振幅を補正すると、１０００となる。１０００は、２０００以下であり、且つ、８００以上であるから、前記（２）を充足する。

なお、１−２進行条件を充足するか否かの判断に用いられる振幅の個数である１個は、Ｘ_２に対応する。また、１−２進行条件を充足するために、２０００以下であり、且つ、８００以上である必要がある振幅の個数である１個は、Ｙ_２に対応する。また、２０００は上限値Ｕ_２に対応し、８００は下限値Ｌ_２に対応する。

１−２進行条件を充足する場合はステップ２３に進み、充足しない場合は、モード１を維持し、モード設定処理を終了する。
ステップ２３では、直前の前記ステップ４で取得した脈波信号が、脈波センサ２３において飽和しているか否かを判断する。飽和していない場合はステップ２４に進む。一方、飽和している場合は、モード１を維持し、モード設定処理を終了する。なお、脈波信号が飽和している場合にモード１を維持することは、モード１からモード２への変更を禁止することに対応する。

ステップ２４では、脈波計測装置１において設定するモードを、モード１からモード２に変更する。
前記ステップ２１で否定判断した場合はステップ２５に進む。ステップ２５では、現時点においてモード２が設定されているか否かを判断する。モード２が設定されている場合はステップ２６に進み、モード２が設定されていない場合はステップ２８に進む。

ステップ２６では、モード２からモード３に進行する条件（以下では２−３進行条件とする）を充足するか否かを判断する。２−３進行条件とは、（１）バッファＢ１〜Ｂ３に記憶された最新の３個の振幅のうち、３個全てが、そのままの値で、２５００以下であり、且つ、６００以上であるか、あるいは、（２）バッファＢ１〜Ｂ３に記憶された最新の３個の振幅のうち、３個全てが、補正すれば、２５００以下であり、且つ、６００以上とすることができる値である、という条件である。２−３進行条件は、モード進行条件に対応する。

前記の補正とは、モード２におけるゲイン変更範囲内でゲインを変更し、変更後のゲインで振幅を補正することである。例えば、バッファＢ１〜Ｂ３に記憶された最新の３個の振幅の値が、それぞれ５００であるとする。モード２におけるゲイン変更範囲内でゲインを１．５倍に変更し、変更後のゲインで振幅を補正すると、３個の振幅はそれぞれ７５０となる。７５０は、２５００以下であり、且つ、６００以上であるから、前記（２）を充足する。

なお、２−３進行条件を充足するか否かの判断に用いられる振幅の個数である３個は、Ｘ_２に対応する。また、２−３進行条件を充足するために、２５００以下であり、且つ、６００以上である必要がある振幅の個数である３個は、Ｙ_２に対応する。また、２５００は上限値Ｕ_２に対応し、６００は下限値Ｌ_２に対応する。

２−３進行条件を充足する場合はステップ２７に進み、充足しない場合は、モード２を維持し、モード設定処理を終了する。
ステップ２７では、脈波計測装置１において設定するモードを、モード２からモード３に変更する。

前記ステップ２５で否定判断した場合はステップ２８に進む。ステップ２８に進む場合とは、現時点においてモード３が設定されている場合である。
ステップ２８では、モード３からモード２に退行する条件（以下では３−２退行条件とする）を充足するか否かを判断する。３−２退行条件とは、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶された最新の１０個の振幅のうち、７個以上の振幅が、２５００を超えるか、６００を下回るという条件である。３−２退行条件はモード退行条件に対応する。

なお、３−２退行条件を充足するか否かの判断の対象になる振幅の個数である１０個は、Ｘ_３に対応する。また、３−２退行条件を充足するために、２５００を超えるか、６００を下回る必要がある振幅の個数である７個は、Ｙ_３に対応する。また、２５００は上限値Ｕ_３に対応し、６００は下限値Ｌ_３に対応する。

３−２退行条件を充足する場合はステップ２９に進み、充足しない場合は、モード３を維持し、モード設定処理を終了する。
図３に戻り、ステップ７では、ゲイン変更条件を充足するか否かをゲイン判断ユニット１１が判断する。ここで使用するゲイン変更条件は、前記ステップ６で設定したモードにおいて規定されたゲイン変更条件である。現時点でモード１が設定されている場合のゲイン変更条件は、バッファＢ１に記憶された最新の１個の振幅が、２０００を超えるか、８００を下回るという条件である。

なお、ゲイン変更条件を充足するか否かの判断に用いる振幅の個数である１個は、Ｘ_１に対応する。ゲイン変更条件を充足するために、２０００を超えるか、８００を下回る必要がある振幅の個数である１個は、Ｙ_１に対応する。２０００は上限値Ｕ_１に対応し、８００は下限値Ｌ_１に対応する。

また、現時点でモード２が設定されている場合のゲイン変更条件は、バッファＢ１〜Ｂ３に記憶された最新の３個の振幅のうち、２個以上の振幅が、２５００を超えるか、６００を下回るという条件である。

なお、ゲイン変更条件を充足するか否かの判断に用いる振幅の個数である３個は、Ｘ_１に対応する。ゲイン変更条件を充足するために、２５００を超えるか、６００を下回る必要がある振幅の個数である２個は、Ｙ_１に対応する。２５００は上限値Ｕ_１に対応し、６００は下限値Ｌ_１に対応する。

また、現時点でモード３が設定されている場合のゲイン変更条件は、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶された最新の１０個の振幅のうち、７個以上の振幅が、２５００を超えるか、６００を下回るという条件である。

なお、ゲイン変更条件を充足するか否かの判断に用いる振幅の個数である１０個は、Ｘ_１に対応する。ゲイン変更条件を充足するために、２５００を超えるか、６００を下回る必要がある振幅の個数である７個は、Ｙ_１に対応する。２５００は上限値Ｕ_１に対応し、６００は下限値Ｌ_１に対応する。モード１〜３におけるＸ_１、Ｙ_１、下限値Ｌ_１、上限値Ｕ_１を図６に示す。Ｘ_１の値は、モード１、モード２、モード３の順に大きくなる。

ゲイン変更条件を充足する場合はステップ８に進み、ゲイン変更条件を充足しない場合はステップ１０に進む。
ステップ８では、ゲイン変更ユニット１３がゲインを変更する。ゲイン変更ユニット１３は、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶された最新のＸ_１個の振幅のうち、なるべく多くの振幅が下限値Ｌ_１と上限値Ｕ_１との間の値となるように、変更後のゲイン決める。よって、ゲイン変更ユニット１３は、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶された最新のＸ_１個の振幅に応じて、ゲインの変更量を調整する。ここで、Ｘ_１、下限値Ｌ_１、上限値Ｕ_１は、現時点で設定されているモードにより規定される値である。ただし、ゲインの変更量は、モードごとに決められたゲイン変更範囲内に制限される。モードごとに決められたゲイン変更範囲を図６に示す。

ステップ９では、補正ユニット１７が、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶されている振幅を、前記ステップ８で変更したゲインに応じて補正する。例えば、バッファＢ１に、振幅の値である１０００が記憶されており、前記ステップ９でゲインを２倍に変更したとする。この場合、バッファＢ１に記憶されている振幅を２０００に補正する。なお、これ以降に行う前記ステップ６、７の処理では、補正後の振幅を使用する。

ステップ１０では、血圧演算ユニット２１が、前記ステップ４で取得した脈波信号を用いて、周知の方法で血圧を演算する。
ステップ１１では、表示・通信ユニットが、前記ステップ１０で演算した血圧をディスプレイ２５に表示する。また、表示・通信ユニットが、前記ステップ１０で演算した血圧を、通信装置２７を用いて外部機器に送信する。

ステップ１２では、脈波センサ２３が被験者３７から外されたか否かを装着検出ユニット１９が判断する。装着検出ユニット１９は、脈波センサ２３が出力する脈波信号における信号レベルの大きさに基づき、脈波センサ２３が被験者３７から外されたか否かを判断する。脈波センサ２３が被験者３７から外されていないと判断した場合はステップ４に戻り、外されたと判断した場合は本処理を終了する。

３．脈波計測装置１が奏する効果
（１Ａ）脈波計測装置１は、モード１が設定されているとき、１−２進行条件が充足されると、新たにモード２を設定する。また、脈波計測装置１は、モード２が設定されているとき、２−３進行条件が充足されると、新たにモード３を設定する。

モード２はモード１に比べて、ゲイン変更条件におけるＸ_１が大きい。また、モード３は、モード２に比べて、ゲイン変更条件におけるＸ_１が大きい。そのことにより、脈波センサ２３におけるゲインをより適切に制御することができる。この効果を、以下の具体例に基づき説明する。

図８における「入力データ１」は、時間の経過とともに振幅が徐々に大きくなる脈波信号である。
図８における「モード３のみ」は、脈波計測装置１と基本的には同様の構成を有するが、モードがモード３に固定された参考例の脈波計測装置に、前記「入力データ１」を入力した場合の脈波信号である。

モード３では、バッファＢ１〜Ｂ１０に１０個の振幅が蓄積されてから、ゲイン変更条件を充足するか否かを判断するため、ゲイン変更条件を充足すると判断し、ゲインを増加させるタイミングが遅くなってしまう。その結果、振幅が小さい脈波信号が、長時間にわたって現れてしまう。

図８における「モード１〜３」は、脈波計測装置１に、前記「入力データ１」を入力した場合の脈波信号である。脈波計測装置１は、当初は、モード１、２を用いる。モード１、２では、判断対象となる振幅の個数が少ないため、早期に、ゲイン変更条件を充足すると判断し、ゲインを増加させることができる。すなわち、ゲイン制御を行うタイミングが過度に遅くなることを抑制できる。その結果、早期に、脈波信号の振幅を増大させることができる。

図９における「入力データ２」は、脈波信号の計測開始時点から１５秒経過すると、短時間の外乱が周期的に重畳された脈波信号である。
図９における「モード１のみ」は、脈波計測装置１と基本的には同様の構成を有するが、モードがモード１に固定された参考例の脈波計測装置に、前記「入力データ２」を入力した場合の脈波信号である。

モード１では、１個の振幅のみに基づき、ゲインを変更するか否かを判断する。そのため、短時間の外乱に応じてゲインを減少させてしまう。その結果、外乱の後の時間帯では、脈波信号の振幅が過度に小さくなってしまう。

図９における「モード１〜３」は、脈波計測装置１に、前記「入力データ２」を入力した場合の脈波信号である。脈波計測装置１は、外乱が現れるときには、モード３を設定している。モード３では１０個の振幅に基づき、ゲインを変更するか否かを判断する。そのため、短時間の外乱が現れても、ゲインを減少させにくい。その結果、短時間の外乱に起因して、本来は不要なゲイン制御を行ってしまうことを抑制できる。

脈波計測装置１は、モード１〜３を備えることにより、以下に示すように、２つのモードを備える場合よりも、脈波センサ２３におけるゲインを一層適切に制御することができる。

脈波計測装置１は、モード１〜３を備えることにより、例えば、モード１、２のみを備える場合よりも、脈波信号における長期的な安定性を一層確保することができる。それは、モード３において、１０個の振幅のうち、７個以上の振幅が所定の値であることに基づき、ゲインを変更するか否かを判断することができるためである。

また、脈波計測装置１は、モード１〜３を備えることにより、例えば、モード１、３のみを備える場合よりも、以下のような状況において、脈波信号を一層適切に制御することができる。上記の状況とは、計測の初期において、脈波信号は不安定であるが、偶然に、モード進行条件を充足し、順番がモード１よりも１つ先のモードに進行した状況である。この状況において、モード１〜３を備えていれば、いきなりモード３に進行するのではなく、モード２に進行する。その結果、いきなりモード３に進行する場合よりも、脈波信号の振幅を短時間で適切に制御できる。

また、脈波計測装置１は、モード１〜３を備えることにより、例えば、モード２、３のみを備える場合よりも、計測の初期において、脈波信号の振幅を短時間で適切に制御できる。それは、計測の初期でのモード１において、１個の振幅の値に基づき、ゲインを変更するか否かを短時間で判断することができるためである。

（１Ｂ）２−３進行条件を充足することは、モード２においてゲイン変更条件を充足しないことよりも困難である。すなわち、２−３進行条件を充足する場合は、必ず、モード２においてゲイン変更条件を充足しない。一方、モード２においてゲイン変更条件を充足しない場合でも、２−３進行条件を充足しないことがある。

そのことにより、ゲイン制御の応答性を早くすることができるとともに、ゲインを過剰に制御してしまうことを抑制できる。
（１Ｃ）モード２における下限値Ｌ_１は、モード１における下限値Ｌ_１より小さい。モード３における下限値Ｌ_１は、モード２における下限値Ｌ_１と同じである。モード２における上限値Ｕ_１は、モード１における上限値Ｕ_１より小さい。モード３における上限値Ｕ_１は、モード２における上限値Ｕ_１と同じである。すなわち、モード１、モード２、モード３と進行するにつれて、上限値Ｕ_１は、増加するか、同じ値を維持し、下限値Ｌ_１は、減少するか、同じ値を維持する。

上記のように下限値Ｌ_１及び上限値Ｕ_１を設定することで、モード１においてゲインを適切に制御しておき、モード２、３におけるゲイン制御を抑制することができる。
（１Ｄ）脈波計測装置１は、ゲインの変更量を、予め設定された範囲内で調整可能である。そのことにより、ゲインを一層適切に制御することができる。また、ゲインが過度に変化してしまうことを抑制できる。

（１Ｅ）脈波計測装置１は、モード３が設定されているとき、３−２退行条件が充足されると、新たにモード２を設定する。そのことにより、脈波センサ２３におけるゲインをより適切に制御することができる。この効果を、以下の具体例に基づき説明する。

図１０における「入力データ３」は、脈波信号の計測開始時点から１５秒経過すると、振幅が減少した脈波信号である。
図１０における「モード３のみ」は、脈波計測装置１と基本的には同様の構成を有するが、モードがモード３に固定された参考例の脈波計測装置に、前記「入力データ３」を入力した場合の脈波信号である。

モード３では、バッファＢ１〜Ｂ１０に１０個の振幅が蓄積されてから、ゲイン変更条件を充足するか否かを判断するため、ゲイン変更条件を充足すると判断し、ゲインを増加させるタイミングが遅くなってしまう。その結果、「入力データ３」において振幅が減少し始めてから、ゲインを増大させるまでに長時間を要してしまう。

図１０における「モード１〜３」は、脈波計測装置１に、前記「入力データ３」を入力した場合の脈波信号である。「入力データ３」において振幅が減少する時点で、脈波計測装置１では、モード３が設定されている。「入力データ３」において振幅が減少し始めると、３−２退行条件が充足され、脈波計測装置１はモード２を設定する。モード２では、判断対象となる振幅の個数が少ないため、早期に、ゲイン変更条件を充足すると判断し、ゲインを増加させることができる。その結果、早期に、脈波信号の振幅を増大させることができる。

（１Ｆ）脈波計測装置１は、脈波信号が飽和している場合は、モード１からモード２への進行を禁止する。そのことにより、本来は１−２進行条件を充足しないのに、モード２へ進行してしまうことを抑制できる。

（１Ｇ）脈波計測装置１は、ゲインを変更したとき、変更後のゲインに応じて、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶されている振幅を補正する。そのことにより、ゲインの変更前に記憶した振幅も、ゲイン充足条件、１−２進行条件、２−３進行条件、及び３−２退行条件の判断に使用することができる。その結果、ゲイン制御やモードの変更を一層早期に行うことができる。

（１Ｈ）モード１では、Ｘ_１とＹ_１とが等しく、モード２、３では、Ｘ_１がＹ_１より大きい。そのことにより、ゲイン制御の応答性を一層早くすることができる。
（１Ｉ）１−２進行条件では、Ｘ_２とＹ_２とが等しい。また、２−３進行条件でも、Ｘ_２とＹ_２とが等しい。そのことにより、モードの変化に対する信頼性を一層高くすることができる。

（１Ｊ）脈波計測装置１は、脈波センサ２３を被験者に装着したことを検出してから、待機時間が経過してから、脈波信号の取得を開始する。そして、待機時間は、０．５〜１．５秒間の範囲内である。そのことにより、脈波信号において、一定の数の拍を安定して取得するまでの時間を短縮できる。ここで、安定して取得するとは、途中でゲインを変更せずに取得することを意味する。この効果を以下の実験データに基づき説明する。

図１１における横軸は、待機時間である。図１１における縦軸は、脈波センサ２３を装着してから、１０拍を安定して取得できるまでの時間（以下では予想推定時間とする）である。複数の被験者について、それぞれ、待機時間を変えながら、予想推定時間を計測した。図１１における「平均値」は、複数の被験者における予想推定時間の平均値である。図１１に示されているように、待機時間が０．５〜１．５秒間の範囲内であると、他の時間帯に比べて、予想推定時間が短くなった。よって、図１１に示す実験結果は、上記の効果を裏付けている。

（１Ｋ）脈波計測装置１は、脈波信号を用いて血圧を演算することができる。
＜他の実施形態＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）脈波計測装置１は、ゲインを変更した場合、その時点までにバッファＢ１〜Ｂ１０に記憶されていた振幅をリセットし、ゲインを変更した後に記憶された振幅を使用して、ゲイン変更条件、１−２進行条件、２−３進行条件、及び３−２退行条件を判断してもよい。

図１０における「モード１〜３（バッファリセット）は、第１実施形態の脈波計測装置１と基本的には同様の構成を有するが、上記のように、ゲインを変更した場合、その時点までに記憶されていた振幅をリセットし、ゲインを変更した後に記憶された振幅を使用して、ゲイン変更条件、１−２進行条件、２−３進行条件、３−２退行条件を判断する脈波計測装置１（以下ではリセットタイプの脈波計測装置１とする）に、前記「入力データ３」を入力した場合の脈波信号である。

リセットタイプの脈波計測装置１は、「モード３のみ」と比べると、早期に、脈波信号の振幅を増大させることができる。
（２）脈波計測装置１が使用するモードの数は、３以外であってもよく、例えば、２、４、５・・・とすることができる。

（３）脈波計測装置１がゲインを変更するときの変化量は固定値であってもよい。
（４）脈波計測装置１は、電源がオンである期間中は、モード３から他のモードにモードを変更しないものであってもよい。脈波計測装置１は、所定の退行条件が充足された場合、モード３からモード１にモードを変更するものであってもよい。脈波計測装置１は、所定の退行条件が充足された場合、モード２からモード１にモードを変更するものであってもよい。

（５）脈波計測装置１は、脈波信号が飽和しているか否かによらず、モードの変更を許可するものであってもよい。
（６）脈波計測装置１は、脈波信号を用いて、血圧以外の状態量を演算する機能を備えていてもよい。また、脈波計測装置１は、脈波信号を、通信装置２７を用いて、外部機器に送信してもよい。その外部機器は、送信された脈波信号を用いて、血圧等を演算することができる。

（７）上限値Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、下限値Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、初期の値に、１より小さい係数を乗算して算出された値であってもよい。また、脈波信号から算出された振幅に、１より大きい係数を乗算する補正を行ってから、バッファＢ１〜Ｂ１０に記憶するようにしてもよい。

こうすることにより、脈波信号から算出された振幅が、真の値より小さい場合でも、その影響を軽減することができる。
（８）脈波センサ２３を被験者に装着しているか否かの判断は、他の方法で行ってもよい。例えば、脈波センサ２３にタッチセンサを設けておき、そのタッチセンサがオンの状態であれば、脈波センサ２３を被験者に装着していると判断してもよい。

（９）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（１０）上述した脈波計測装置の他、当該脈波計測装置を構成要素とするシステム、当該脈波計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、脈波計測方法、血圧推定方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…脈波計測装置、７…信号取得ユニット、９…振幅記憶ユニット、１１…ゲイン判断ユニット、１３…ゲイン変更ユニット、１５…モード設定ユニット、１７…補正ユニット、２３…脈波センサ

Claims (13)

1. 脈波計測装置（１）であって、
   脈波センサ（２３）を用いて脈波信号を取得する信号取得ユニット（７）と、
   前記信号取得ユニットにより取得した前記脈波信号の振幅を記憶する振幅記憶ユニット（９）と、
   前記振幅記憶ユニットに記憶された前記振幅が、設定されているゲイン変更条件を充足するか否かを判断するゲイン判断ユニット（１１）と、
   前記ゲイン変更条件を充足すると前記ゲイン判断ユニットが判断した場合、前記脈波センサにおけるゲインを変更するゲイン変更ユニット（１３）と、
   一連の順番が付された複数の前記ゲイン変更条件を記憶した条件記憶ユニット（５）と、
   前記振幅記憶ユニットに記憶された前記振幅が予め設定されたモード進行条件を充足するか否かを判断するモード進行判断ユニット（１５）と、
   現時点における前記ゲイン変更条件の前記順番が最後ではなく、前記モード進行条件を充足すると前記モード進行判断ユニットが判断した場合、前記ゲイン判断ユニットが使用する前記ゲイン変更条件を、現時点における前記ゲイン変更条件よりも、前記順番が１つ後の前記ゲイン変更条件に変更するモード進行ユニット（１５）と、
   を備え、
   前記ゲイン変更条件は、前記振幅記憶ユニットに記憶された最新のＸ_１個の前記振幅のうち、Ｙ_１個以上の前記振幅が、上限値Ｕ_１を超えるか、下限値Ｌ_１を下回るという条件であって、前記順番が後であるほど、前記Ｘ_１が大きく、
   前記モード進行条件は、前記振幅記憶ユニットに記憶された最新のＸ_２個の前記振幅のうち、Ｙ_２個以上の前記振幅が、そのままの値で、又は、前記ゲイン変更ユニットによる変更後の前記ゲインで補正された値で、上限値Ｕ_２以下であり、且つ、下限値Ｌ_２以上であるという条件であって、現時点で設定されている前記ゲイン変更条件における前記順番が後であるほど、前記Ｘ_２が大きい脈波計測装置。
   Ｘ_１、Ｙ_１、Ｘ_２、Ｙ_２は自然数であり、Ｕ_１、Ｌ_１、Ｕ_２、Ｌ_２は０以上の実数である。Ｘ_１はＹ_１以上であり、Ｘ_２はＹ_２以上である。Ｕ_１はＬ_１以上であり、Ｕ_２はＬ_２以上である。
2. 請求項１に記載の脈波計測装置であって、
   前記条件記憶ユニットは、３以上の前記ゲイン変更条件を記憶している脈波計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の脈波計測装置であって、
   少なくとも１つの前記ゲイン変更条件を、前記順番が１つ後の前記ゲイン変更条件に変更するための前記モード進行条件を充足することは、変更前の前記ゲイン変更条件を充足しないことよりも困難である脈波計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   前記順番が進むにつれて、前記上限値Ｕ_１は、増加するか、同じ値を維持し、前記下限値Ｌ_１は、減少するか、同じ値を維持する脈波計測装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   前記ゲイン変更ユニットは、前記ゲインの変更量を、予め設定された範囲内で調整可能である脈波計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   前記振幅記憶ユニットに記憶された前記振幅が予め設定されたモード退行条件を充足するか否かを判断するモード退行判断ユニット（１５）と、
   現時点における前記ゲイン変更条件の前記順番が最先でなく、前記モード退行条件を充足すると前記モード退行判断ユニットが判断した場合、前記ゲイン判断ユニットが使用する前記ゲイン変更条件を、現時点における前記ゲイン変更条件よりも、前記順番が先である前記ゲイン変更条件に変更するモード退行ユニット（１５）と、
   をさらに備え、
   前記モード退行条件は、前記振幅記憶ユニットに記憶された最新のＸ_３個の前記振幅のうち、Ｙ_３個以上の前記振幅が、上限値Ｕ_３を超えるか、下限値Ｌ_３を下回るという条件である脈波計測装置。
   Ｘ_３、Ｙ_３は自然数であり、Ｕ_３、Ｌ_３は０以上の実数である。Ｘ_３はＹ_３以上である。Ｕ_３はＬ_３以上である。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   前記信号取得ユニットで取得した前記脈波信号が飽和しているか否かを判断する飽和判断ユニット（１５）と、
   最新の前記脈波信号が飽和していると前記飽和判断ユニットが判断した場合、少なくとも、前記順番が最先である前記ゲイン変更条件から、前記順番が１つ後の前記ゲイン変更条件への変更を禁止する禁止ユニット（１５）と、
   をさらに備える脈波計測装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   前記ゲイン変更ユニットが前記ゲインを変更したとき、変更後の前記ゲインに応じて、前記振幅記憶ユニットに記憶されている前記振幅の値を補正する補正ユニット（１７）をさらに備える脈波計測装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
   少なくとも、前記順番が最先の前記ゲイン変更条件では、Ｘ_１とＹ_１とが等しく、
   少なくとも、前記順番が最後の前記ゲイン変更条件では、Ｘ_１がＹ_１より大きい脈波計測装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
    少なくとも、前記順番が最先の前記ゲイン変更条件が設定されているとき、Ｘ_２とＹ_２とが等しく、
    少なくとも、いずれかの順番の前記ゲイン変更条件が設定されているとき、Ｘ_２がＹ_２より大きいか、等しい脈波計測装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の脈波計測装置であって、
    前記脈波センサを被験者に装着したことを検出する装着検出ユニット（１９）をさらに備え、
    前記信号取得ユニットは、前記装着検出ユニットが前記装着を検出してから、予め設定された待機時間が経過してから、前記脈波信号の取得を開始する脈波計測装置。
12. 請求項１１に記載の脈波計測装置であって、
    前記待機時間は、０．５〜１．５秒間である脈波計測装置。
13. 請求項１〜１２に記載の脈波計測装置であって、
    前記信号取得ユニットにより増幅した前記脈波信号を用いて血圧を演算する血圧演算ユニット（２１）をさらに備える脈波計測装置。

Images