JP2023035439A - 生体状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく心電特徴量を抽出し得る技術を提供する。【解決手段】心電波形取得部と、心電波形を探索して心電特徴量を抽出する心電特徴量抽出部と、脈波波形取得部と、脈波波形を探索して脈波特徴量を抽出する脈波特徴量抽出部と、を備え、少なくとも該心電特徴量に基づいて生体状態を推定する生体状態推定装置であって、心電波形が、該心電波形のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する心電波形品質判定部と、心電波形が心電特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合に、心電波形を探索するための第１基準点を設定する第１探索基準点設定部と、心電波形が心電特徴量を抽出可能な品質を有しないと判定された場合に、脈波特徴量に基づいて、心電波形を探索するための第２基準点を設定する第２探索基準点設定部と、を備え、心電特徴量抽出部は、第１基準点又は第２基準点に基づいて心電波形を探索して心電特徴量を抽出する。【選択図】図３

Description

本発明は、生体状態推定装置に関する。

従来、心電波形と脈波波形を同時に測定して心拍間隔等の循環器に関する特徴量から生体状態を推定する装置が知られている。

このような、心電波形と脈波波形を同時に測定する装置において、特徴量は基本的には心電波形から抽出するが心電波形にノイズが多く重畳する場合には、脈波波形から得た特徴量を補完することが行われていた（特許文献１参照）。

特開２００９－２６１４１９号公報

しかしながら、このような従来技術においては、心電波形にノイズが多く重畳する場合には心電波形を探索しないので、心電波形にのみ存在する特徴量については、脈波波形を利用して抽出することが難しかった。

上記のような従来の技術に鑑み、本発明は、脈波波形の特徴量に基づいて心電波形を探索することにより、心電波形には影響しやすいノイズが存在する場合にも、精度よく心電波形の特徴量を抽出し得る技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
心電波形を取得する心電波形取得部と、
前記心電波形を探索して該心電波形の特徴量を抽出する心電特徴量抽出部と、
脈波波形を取得する脈波波形取得部と、
前記脈波波形取得部によって取得された前記脈波波形を探索して該脈波波形の特徴量を抽出する脈波特徴量抽出部と、
を備え、前記心電波形の特徴量及び前記脈波波形の特徴量のうち少なくとも該心電波形の特徴量に基づいて生体状態を推定する生体状態推定装置であって、
前記心電波形が、該心電波形のみから心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する心電波形品質判定部と、
前記心電波形が該心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合に、前記心電波形を探索するための第１基準点を設定する第１探索基準点設定部と、
前記心電波形が該心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有しないと判定された場合に、前記脈波波形の特徴量に基づいて、前記心電波形を探索するための第２基準点を設定する第２探索基準点設定部と、
を備え、
前記心電特徴量抽出部は、前記第１基準点又は前記第２基準点に基づいて前記心電波形を探索して前記心電波形の特徴量を抽出することを特徴とする。

これによれば、心電波形が心電波形の特徴量を抽出可能でない品質を有すると判断されても、脈波波形の特徴量に基づいて設定される第２基準点を基準として、心電波形が探索
されるので、心電波形には影響しやすいノイズが存在する場合にも、精度よく心電波形の特徴量を抽出することができ、生体状態の推定精度も向上する。また、心電波形のみからでは、心電波形の探索が難しい場合にも、脈波波形の特徴量に基づく第２基準点を基準として心電波形を探索することにより、精度の良い心電波形の解析が可能となる。
生体状態推定装置は、心電波形の特徴量及び脈波波形の特徴量のうち少なくとも心電波形の特徴量に基づいて生体状態を推定するものであればよく、心電波形の特徴量のみから生体状態を推定してよいし、心電波形の特徴量及び脈波波形の特徴量の両者に基づいて生体状態を推定してもよい。

本発明において、
前記脈波波形が該脈波波形の特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する脈波波形品質判定部を備え、
前記脈波波形が該脈波波形の特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合に、前記脈波特徴量抽出部が前記脈波波形の特徴量を抽出するようにしてもよい。

このように、脈波波形が脈波波形の特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定し、そのような品質を有する場合に、抽出された脈波波形の特徴量に基づいて第２基準点が設定されるので、心電波形には影響しやすいが脈波波形には影響しにくいノイズが存在する場合にも、精度よく心電波形の特徴量を抽出することができる。

また、本発明において、
前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形の立ち上がりを抽出し、
前記第２基準点設定部は、前記脈波波形の立ち上がりの時刻を前記第２基準点として設定するようにしてもよい。

脈波波形の特徴量としては、種々の特徴量を採用することができるが、このようにすれば、脈波波形の特徴量として脈波波形の立ち上がりを用いて、第２基準点を設定することができる。

また、本発明において、
前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形のピークを抽出し、
前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形のピークの時刻を前記第２基準点として設定するようにしてもよい。

このようにすれば、脈波波形の特徴量として脈波波形のピークを用いて、第２基準点を設定することができる。

また、本発明において、
前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形から算出された１次微分波形におけるピークを抽出し、
前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形から算出された１次微分波形におけるピークの時刻を前記第２基準点として設定するようにしてもよい。

このようにすれば、脈波波形の特徴量として脈波波形から算出された１次微分波形におけるピークを用いて、第２基準点を設定することができる。

また、本発明において、
前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形から算出された２次微分波形におけるピークを抽出し、
前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形から算出された２次微分波形におけるピー
クの時刻を前記第２基準点として設定するようにしてもよい。

このようにすれば、脈波波形の特徴量として脈波波形から算出された２次微分波形におけるピークを用いて、第２基準点を設定することができる。このように、脈波特徴量としては、脈波波形の立ち上がり、脈波波形のピーク、ボトム、脈波波形の１次微分や２次微分のピーク等を採用することができるが、これらに限られない。

また、本発明において、
前記心電特徴量抽出部は、前記第２探索基準点設定部によって設定された第２基準点に基づいて特定された１拍毎の心電波形を同期させて加算平均を算出して得られた同期加算平均波形から前記心電波形の特徴量を抽出するようにしてもよい。

心電波形の特徴量を抽出する際に、種々の方法を採用することができるが、筋電のノイズのように、１拍毎の心電波形を同期させて加算平均を算出することにより、ノイズがキャンセルされ、きれいな同期加算波形が得られる場合がある。このため、同期加算平均波形を探索することにより、精度よく心電特徴量を抽出することができる。

また、本発明において、
情報を表示する表示部を備え、
前記同期加算平均波形を前記表示部に表示させるようにしてもよい。

このようにすれば、筋電等のノイズが重畳している場合でも、ノイズがキャンセルされたきれいな心電波形をユーザに表示することができる。

また、本発明において、
前記生体状態として血圧値を推定するようにしてもよい。

このようにすれば、精度よく血圧値を推定できる生体状態推定装置を提供することができる。

また、本発明において、
前記生体状態として心拍数を推定するようにしてもよい。

このようにすれば、精度よく心拍数を推定できる生体状態推定装置を提供することができる。

本発明によれば、脈波波形の特徴量に基づいて心電波形を探索することにより、心電波形には影響しやすいノイズが存在する場合にも、精度よく心電波形の特徴量を抽出し得る技術を提供することを目的とする。

図１は、実施例に係る生体状態推定装置の外観を示す図である。 図２は、実施例に係る生体状態推定装置の特徴を説明するための図である。 図３は、実施例に係る生体状態推定装置のハードウェア構成を示す図である。 図４は、実施例に係る生体状態推定装置のソフトウェア構成を示す図である。 図５は、実施例に係る心電特徴量の探索例を示す図である。 図６は、実施例に係る心電特徴量の探索の他の例を示す図である。 図７は、実施例に係る心電特徴量の探索を説明する図である。 図８は、実施例に係る心電特徴量の探索を説明する図である。 図９は、実施例に係る心電特徴量の探索を説明する図である。 図１０は、実施例に係る心電図の探索の手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
以下に、本発明の実施形態の一例について説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１に本実施例に係る生体状態推定装置１０の外観図を示す。図１（Ａ）はベルト２００を巻き付けた装着時の状態の外観を示し、図１（Ｂ）は、ベルト２００を展開した状態の内周面２０２側からみた図である。

生体状態推定装置１０は、主として本体部１００とベルト２００を備える。ベルト２００の外周面２０１に本体部１００が設けられ、後述の制御部１０１等が収容されるとともに、外面には、表示部１１０及び操作部１１１が設けられる。ベルト２００の内周面２０２には、長手方向の一端に面ファスナ２１０が設けられている。装着時に、この面ファスナ２１０と係合する他方の面ファスナは、ベルト２００の外周面２０１に設けられている。ベルト２００の内周面２０２の幅方向の一方の縁部２０２Ａには心電波形測定用の電極群２２０Ａ～２２０Ｆが長手方向に等間隔で配置されている。電極群２２０Ａ～２２０Ｆから構成される心電センサ２２０は、上腕装着時には肩側となる縁部２０２Ａに配置されている。ベルト２００の内周面２０２の幅方向の他方の端部２０２Ｂには、脈波センサのセンサ部２３０を構成する電極２３１Ａ、２３２Ａ、２３２Ｂ、２３１Ｂが配置されている。電極２３１Ａ及び電極２３１Ｂは上腕に通電するための電極であり、電極２３２Ａ及び電極２３２Ｂは電圧を検出するための電極である。センサ部２３０は、上腕装着時には肘側となる位置に設けられている。センサ部２３０は、上腕装着時には上腕動脈に沿って、肩側から肘側へと順に電極２３１Ａ、２３２Ａ、２３２Ｂ、２３１Ｂと配置されている。

（生体状態推定装置の特徴）
本実施例に係る生体状態推定装置１０では、上述の心電センサ２２０及び脈波センサのセンサ部２３０を通じて取得された心電波形（心電図）及び脈波波形（脈波信号）を探索し、心電波形の特徴量（心電特徴量）及び脈波波形の特徴量（脈波特徴量）を抽出し、心電特徴量及び脈波特徴量のうち少なくとも心電特徴量に基づいて、血圧値等の生体状態を推定する。心電図が心電特徴量を抽出可能な品質を有し、脈波信号が脈波特徴量を抽出可能な品質を有する場合には、それぞれを探索し、精度よく心電特徴量及び脈波特徴量を抽出することができるので、これらに基づく血圧値等の生体状態も精度よく推定することができる。

生体状態推定装置１０の装着状態や、ユーザの体動、姿勢等によっては、心電図にノイズが重畳し、心電図の品質が低下する場合がある。このように品質が低い心電図だけから精度よく心電特徴量を抽出することは難しい。このとき、心電図に発生するノイズの原因によっては、心電図は影響を受けるものの脈波信号は影響を受けないか影響が小さい場合がある。図２は、このような心電図と脈波信号との関係を示すグラフである。ここでは、最上段が心電図、上から２段目が光電脈波センサによって検出された脈波信号、上から３
段目が圧力式脈波センサによって検出された脈波信号、最下段は加速度センサの出力信号（３軸方向の出力信号を実線、破線、点線で示している。）を示す。図２には、加速度センサの出力信号にも表れているように、縦方向の実線で示した時刻Ｔｍを境とし、Ｔｍ以前には、生体状態推定装置１０を装着したユーザの体動があり、Ｔｍ以降には体動がない状態で取得した波形が示されている。このため、最上段の心電図では、時刻Ｔｍ以前は筋電が重畳した波形となっているのに対して、Ｔｍ以降は筋電が重畳しない波形となっており、時刻Ｔｍを境として心電図の波形が大きく異なっている。これに対して、いずれの脈波センサによる脈波信号にも、時刻Ｔｍの前後で大きな変化は見られない。また、破線で示した期間Ｐｒｄでは大きな体動が発生したために、心電図の波形は大きく乱れているのに対して、いずれの脈波信号にも乱れは見られない。

このような心電図と脈波信号の特性により、心電図が、心電図のみからは心電特徴量を抽出できないような品質を有する場合であっても、脈波信号が、脈波特徴量を抽出できる品質を有する場合には、後述するように、脈波特徴量を用いて、心電特徴量を抽出するための探索基準点を設定することが可能となる。よって、精度よく心電特徴量を抽出し、血圧値等の生体状態も精度よく推定することができる。

（ハードウェア構成）
図３に本実施例に係る生体状態推定装置１０のハードウェア構成図を示す。生体状態推定装置１０は、主として、本体部１００とベルト２００を含んで構成される。

上述のように、ベルト２００の内周面には心電図を測定するための電極群２２０Ａ～２２０Ｆが配置されている。
ベルト２００の内周面には、脈波を測定するための脈波センサのセンサ部２３０が配置されている。センサ部２３０はユーザの身体に通電するための一対の電極２３１Ａ及び２３１Ｂと、電圧を検出するための一対の電極２３２Ａ及び２３２Ｂを含む。また、ベルト２００には、センサ部２３０の電極２３１Ａ及び２３１Ｂ間に通電するとともに電極２３２Ａ及び２３２Ｂ間の電圧を検出する通電及び電圧検出回路２３３が設けられている。通電及び電圧検出回路２３３は、本体部１００に設けてもよい。
また、ベルト２００は、流体を貯留し得る袋状の押圧カフ２０４を含む。

本体部１００には、制御部１０１、記憶部１０２、電池１０３、スイッチ回路１０４、減算回路１０５、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１０６、圧力センサ１０７、発振回路１０８、ポンプ１０９、表示部１１０、操作部１１１、弁１１２、ポンプ駆動回路１１３、加速度センサ１１４、ＡＦＥ１１５、通信部１１６が設けられている。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１３等を含み、各構成要素を制
御し、後述する種々の機能を実現する。記憶部１０２は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の補助記憶装置であり、制御部１０１で実行されるプログラム、プログラムを実行するために必要な設定データ、測定結果等を記憶する。プログラムの一部又は全部は、ＲＯＭ１０１３に記憶されてもよい。

電池１０３は、制御部１０１等に電力を供給する。電池１０３は、例えば、充電可能なバッテリによって構成することができる。

心電センサ２２０に含まれる各電極２２０Ａ～２２０Ｆは、スイッチ回路１０４の入力端子に接続されている。スイッチ回路１０４の２つの出力端子はそれぞれ、減算回路１０５の２つの入力端子に接続されている。スイッチ回路１０４は、制御部１０１からのスイッチ信号を受け取り、スイッチ信号によって指定される２つの電極を減算回路１０５に接
続する。減算回路１０５は、一方の入力端子から入力された電位から他方の入力端子から入力される電位を減算する。減算回路１０５は接続された２つの電極間の電位差を表す電位差信号をＡＦＥ１０６へ出力する。減算回路１０５は、例えば、計装アンプである。ＡＦＥ１０６は、例えば、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、増幅器、及びアナログデジタル（ＡＤ）変換器を含む。電位差信号は、ＬＰＦで濾波され、増幅器で増幅され、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された電位差信号は、制御部１０１に出力される。制御部１０１はＡＦＥ１０６から時系列で取得される電位差信号を心電図として取得する。

通電及び電圧検出回路２３３は、電極２３１Ａ及び２３１Ｂ間に高周波定電流を流す。例えば、電流の周波数は５０ｋＨｚであり、電流値は１ｍＡである。通電及び電圧検出回路２３３は、電極２３１Ａ及び２３１Ｂ間に通電した状態で、電極２３２Ａ及び２３２Ｂ間の電圧を検出し、検出信号を生成する。検出信号は、電極２３２Ａ及び２３２Ｂが対向する動脈の部分を伝播する脈波による電気インピーダンスの変化を表す。通電及び電圧検出回路２３３は、検出信号に対して整流、増幅、濾波及びＡＤ変換を含む信号処理を行い、検出信号を制御部１０１に出力する。制御部１０１は、通電及び電圧検出回路２３３から時系列で出力される検出信号を脈波信号として取得する。

加速度センサ１１４は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出し、検出信号をＡＦＥ１１５へ出力する。ＡＦＥ１１５は、例えば、増幅器及びＡＤ変換器を含む。加速度センサ１１４の検出信号は、増幅器で増幅され、ＡＤ変換器でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された検出信号は、制御部１０１に出力される。制御部１０１はＡＦＥ１０５から時系列で取得される検出信号を３軸の加速度信号として取得する。

圧力センサ１０７は配管を介して押圧カフ２０４に接続され、ポンプ１０９及び弁１１２は配管を介して押圧カフ２０４に接続される。配管は、共通の１つの配管であってもよい。ポンプ１０９は、例えば圧電ポンプであり、押圧カフ２０４の圧力を高めるために、配管を通して押圧カフ２０４に流体としての空気を供給する。弁１１２は、ポンプ１０９に搭載され、ポンプ１０９の動作状態に伴って開閉が制御される。弁１１２が開状態であるときは、押圧カフ２０４は大気と連通し、押圧カフ２０４内の空気が大気中に排出される。なお、弁１１２は、逆止弁の機能を有し、空気が逆流することがない。ポンプ駆動回路１１３は、制御部１０１から受け取る制御信号に基づいてポンプ１０９を駆動する。

圧力センサ１０７は、押圧カフ２０４内の圧力（カフ圧とも称する）を検出し、カフ圧を表す電気信号を生成する。カフ圧は、例えば、大気圧を基準とした圧力である。圧力センサ１０７は、例えばピエゾ抵抗式圧力センサである。発振回路１０８は、圧力センサ１０７からの電気信号に基づいて発振し、電気信号に応じた周波数を有する周波数信号を制御部に出力する。ここでは、圧力センサ１０７の出力は、押圧カフ２０４内の圧力を制御するために用いられるとともに、オシロメトリック法によって血圧値（収縮期血圧（最高血圧）及び拡張期血圧（最低血圧）を含む）を算出するために用いられる。

制御部１０１が１つのＣＰＵ１０１１を含む例について説明したが、制御部１０１の構成はこれに限られず、複数のプロセッサを含んでもよい。また、生体状態推定装置１０は、ユーザの携帯端末（例えばスマートフォン）等の外部装置と通信するための通信部１１６を備えてもよい。通信方式は、有線及び／又は無線の適宜の方式を採用することができる。通信方式に応じて、通信部は有線通信モジュール及び／又は無線通信モジュールを含む。無線通信方式としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）等を採用することができる。

操作部１１１は、ユーザが生体状態推定装置１０に対して指示入力を行う入力装置であ
って、例えば、ボタン等により構成される。
表示部１１０は、測定結果やメッセージをユーザに表示するための表示装置であって、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイによって構成することができる。

（ソフトウェア構成）
図４に、本実施例に係る生体状態推定装置のソフトウェア構成を示す。図４に示す、心電測定制御部１０１Ａ、脈波測定制御部１０１Ｂ、加速度測定制御部１０１Ｃ、心電品質判定部１０１Ｄ、脈波品質判定部１０１Ｅ、脈波特徴量抽出部１０１Ｆ、脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇ、心電図に基づく探索基準点設定部１０１Ｈ、心電特徴量抽出部１０１Ｉ、脈波伝播時間算出部１０１Ｊ、血圧値算出部１０１Ｋ、表示制御部１０１Ｌ、血圧測定制御部１０１Ｍ、指示入力部１０１Ｎ、校正部１０１Ｐ、エラー処理部１０１Ｑは、制御部１０１が記憶部１９２に記憶されたプログラムを実行することによって実現される。心電図記憶部１０２Ａ、脈波記憶部１０２Ｂ、加速度記憶部１０２Ｃ、血圧値記憶部１０２Ｅ及び血圧値記憶部１０２Ｆは、記憶部１０２によって実現される。

心電測定制御部１０１Ａは、心電図を取得するためにスイッチ回路１０４を制御する。具体的には、心電測定制御部１０１Ａは、６つの電極２２０Ａ～２２０Ｆのうち２つの電極を選択するためのスイッチ信号を生成し、このスイッチ信号をスイッチ回路１０４に出力する。心電測定制御部１０１Ａは、選択した２つの電極を用いて得られた電位差信号を取得し、取得された電位差信号の時系列データを心電図として心電図記憶部１０２Ａに記憶させる。

ユーザが生体状態推定装置１０を上腕に装着した場合には、心電測定制御部１０１Ａは、心電図を取得するのに最適な電極対を決定する。例えば、心電測定制御部１０１Ａは、すべての電極対それぞれについて心電図を取得し、Ｒ波の振幅が最も大きい心電図を提供する電極対を最適な電極対として決定する。その後は、心電測定制御部１０１Ａは、最適な電極対を用いて心電図を測定する。

脈波測定制御部１０１Ｂは、脈波信号を取得するために通電及び電圧検出回路２３３を制御する。具体的には、脈波測定制御部１０１Ｂは、電極２３１Ａ及び２３１Ｂ間に電流を流すように通電及び電圧検出回路２３３に指示し、電極２３１Ａ及び２３１Ｂ間に電流を流した状態で検出された電極２３２Ａ及び２３２Ｂ間の電圧を示す検出信号を取得する。脈波測定制御部１０１Ｂは、検出信号の時系列データを脈波信号として脈波記憶部１０２Ｂに記憶させる。

加速度測定制御部１０１Ｃは、所定周期で、加速度センサ１１４が出力する３軸の加速度を取得し、加速度信号として加速度記憶部１０２Ｃに記憶させる。

心電品質判定部１０１Ｄは、心電図記憶部１０２Ａに記憶された心電図が、心電図のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する。心電図の品質の判定には、以下のような方法を用いることができる。例えば、心電波形が一定しているか等の基準に従って電極の接触状態の良否を判定することにより、心電図の品質を判定することができる。また、加速度記憶部１０２Ｃから３軸の加速度信号を取得し、加速度信号が所定の閾値以下であるか否かにより、心電図の品質を判定することもできる。また、筋電図の混入の有無により心電図の品質を判定することができる。心電図に筋電図が混入すると不規則な細かい振動がみられるので、このような不規則な細かい振動の有無を検出することにより、筋電図の混入の有無を判定することもできる。心電図の品質の判定は、上述の方法のいずれかを用いてもよいし、上述の方法のうちいずれか２つ又は３つあるいはすべての方法を用いてもよい。また、心電図の品質の判定はこれらに限られず、他の公知の方法を採
用することができる。

脈波品質判定部１０１Ｅは、脈波記憶部１０２Ｂに記憶された脈波信号が、脈波特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する。脈波信号の品質の判定には、以下の方法を用いることができる。例えば、脈波信号が一定しているか等の基準に従って電極の接触状態の良否を判定することにより、脈波信号の品質を判定することができる。また、加速度記憶部１０２Ｃから３軸の加速度信号を取得し、加速度信号が所定の閾値以下であるか否かにより、脈波信号の品質を判定することもできる。また、脈波記憶部１０２Ｂに記憶された脈波信号の１拍の振幅値が所定の閾値以下であるか否かにより、脈波信号の品質を判定することもできる。脈波信号の品質の判定は、上述の方法のいずれかを用いてもよいし、上述の方法のうちいずれか２つ又は３つあるいはすべての方法を用いてもよい。また、脈波信号の品質の判定はこれらに限られず、他の公知の方法を採用することができる。

心電図に基づく探索基準点設定部１０１Ｈは、心電特徴量抽出部１０１Ｉが心電図の波形から特徴量を抽出する際に、心電図を探索するための基準点を設定する。例えば、Ｒ波に対応するピーク点を基準点とすることができる。基準点はこれに限らず、目的に応じて、Ｑ波に対応するピーク点、Ｓ波に対するピーク点等を基準点としてもよい。

心電特徴量抽出部１０１Ｉは、上述のように、心電図に基づく探索基準点設定部１０１Ｈによって設定された基準点を心電図で探索し、心電特徴量を抽出する。心電特徴量としては、Ｒ波以外にも、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、ＰＱＲＳＴ波、Ｊ波、ＰＱ間隔、ＱＴ間隔、ＱＲＳ時間等の種々の特徴量が対象となる。
図５に、心電図の品質が良好であり、心電図のみから心電特徴量を抽出可能な場合の例を示す。図５の上段は、心電図記憶部１０２Ａから読み出した心電図の例を示し、図５の下段は、脈波記憶部１０２Ｂから読み出した脈波の例を示す。心電図の品質が良好であり、基準点として、Ｒ波に対応するピーク点が設定された場合には、心電波形を探索し、Ｒ波に対応するピーク点Ｗｒ１、Ｗｒ２、Ｗｒ３を検出し、その時刻を特定する。このように、心電特徴量としてＲ波に対応するピークの間隔として拍動時刻を抽出する。このようにして取得された拍動時刻に基づいて、生体状態としての心拍数を推定することができる。また、Ｒ波に対応するピーク点Ｗｒ１、Ｗｒ２、Ｗｒ３を基準として、矢印に示すように心電図を探索し、上述のような種々の心電特徴量を抽出することができる。
良好な心電図が取得できている区間では、心電図のみから、心電特徴量を抽出することができるが、場合によっては、この心電特徴量（ここでは、拍動時刻である、心電図のＲ波のピーク点の時刻）を基準として、脈波特徴量（例えば、脈波の立ち上がり）を探索してもよい。

脈波特徴量抽出部１０１Ｆは、心電品質判定部１０１Ｄにおいて、心電図が、心電図のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有していないと判定された場合に、脈波特徴量を、脈波記憶部１０２Ｂに記憶された脈波から抽出し、引き続き脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇが、心電図を探索するための基準点を設定する。脈波の拍出に関連する特徴量としては、脈波の立ち上がり、ボトム、ピークや、脈波の１次微分のピークや２次微分のピークを設定することができるが、これらに限られない。
図６は、心電図の品質が良好でなく、心電図が心電特徴量を抽出可能な品質を有しないが、脈波信号は脈波特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合の心電図と脈波信号の例を示す。図６の上段は、心電図記憶部１０２Ａから読み出した心電図の例を示し、図６の下段は、脈波記憶部１０２Ｂから読み出した脈波信号の例を示す。脈波特徴量抽出部１０１Ｆは、脈波記憶部１０２Ｂに記憶された脈波信号から、脈波特徴量である立ち上がり点Ｗｐ１、Ｗｐ２、Ｗｐ３を抽出し、その時刻を特定する。このようにして抽出された脈波特徴量のデータは、脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇに与えられる。
また、脈波特徴量抽出部１０１Ｆは、後述する血圧値を推定するための脈波特徴量を抽
出する。

脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇは、このようにして抽出された脈波特徴量に基づいて心電図を探索するための基準点を設定する。脈波信号の立ち上がり点が抽出されると、脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇは、脈波信号の立ち上がり点の時刻に対応する心電図時点を基準点として設定し、心電特徴量抽出部１０１Ｉに与える。心電特徴量抽出部１０１Ｉは、脈波特徴量抽出部１０１Ｆから受け取った脈波の特徴量に基づいて設定された探索基準点を基準として、心電の特徴量を探索する。上述のように、脈波特徴量として脈波信号の立ち上がり点Ｗｐ１、Ｗｐ２、Ｗｐ３とその時刻が抽出された場合には、心電特徴量抽出部１０１Ｉは、脈波信号の立ち上がり点を基準とし、この立ち上がり点の時刻から所定時間内の心電図を矢印で示すように探索することにより、心電特徴量、例えば、Ｒ波に対応するピーク点を検出することができる。

図７は、心電図が、心電図のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有しないが、脈波信号は脈波特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合の心電図と脈波信号の他の例を示す。ここでは、図７の上段が脈波記憶部１０２Ｂから読み出した脈波信号、下段が心電図記憶部１０２Ａから読み出した心電図である。この例では、生体状態推定装置１０を装着したユーザが椅子に座って腕を前に上げた状態で心電図及び脈波を測定した。片腕で心電図を測定する場合には、心電センサ２２０によって検出される心電波形自体が小さく（Ｉ誘導の１／１０以下）かつ筋電の影響が大きく出ている。

図７に示す例では、脈波特徴量抽出部１０１Ｆは、脈波のピーク点Ｗｐ１１、Ｗｐ１２、Ｗｐ１３、Ｗｐ１４等を抽出する。
このようにして抽出された脈波信号のピーク点Ｗｐ１１等のデータに基づいて、脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇは、脈波信号のピーク点Ｗｐ１１等の時刻を、心電図を探索する際の基準点として、心電特徴量抽出部１０１Ｉに与える。
心電特徴量抽出部１０１Ｉは、例えば、脈波信号のピーク点Ｗｐ１１等の時刻を基準として、心電図を探索し、Ｒ波に対応するピーク点Ｗｒ１１、Ｗｒ１２、Ｗｒ１３、Ｗｒ１４等を抽出する。このように、心電図において、Ｒ波に対応するピーク点を抽出したとしても、図７に示すように、心電図として得られているのは、筋電が重畳した汚い波形であり、心電図のみから、Ｒ波に対応するピーク点を基準として、心電特徴量を抽出することが難しい。このため、上述のようにして抽出されたＲ波に対応するピーク点を基準として、図８（Ａ）に示すような１拍毎の波形の同期加算平均をとると図８（Ｂ）に示すきれいな波形（同期加算平均波形）が得られる。図９（Ａ）は、１拍毎の波形をグレーで示し、Ｒ波に対応するピーク点を基準として同期加算平均をとった同期加算平均波形を黒で示す。また、図９（Ｂ）は、比較のために示したＩ誘導によって測定した心電図の波形である。図９（Ｂ）に示す心電図の波形においてＰ波を明確に抽出できるように、図９（Ａ）に示す同期加算平均による心電図波形においてもＰ波を明確に抽出できるので、他の心電の特徴についても同様に抽出することができる。

脈波伝播時間算出部１０１Ｊは、心電特徴量抽出部１０１Ｉと脈波特徴量抽出部１０１Ｆから取得される心電図の特徴点と脈波信号の特徴点との間の時間差に基づいて脈波伝播時間を算出する。例えば、脈波伝播時間算出部１０１Ｊは、心電図からＲ波に対応するピーク点の時刻を検出し、脈波信号から立ち上がり点の時刻を検出し、立ち上がり点の時刻からピーク点の時刻を引いた差を脈波伝播時間として算出する。

血圧値算出部１０１Ｋは、脈波伝播時間算出部１０１Ｊにより算出された脈波伝播時間と、脈波伝播時間から血圧値を算出する算出式とに基づいて血圧値を算出する。脈波伝播時間から血圧値を算出するための算出式としては、公知の算出式を適宜採用することができるので、説明は省略する。血圧値算出部１０１Ｋによって算出された血圧値は、血圧値
記憶部１０２Ｅに記憶される。

指示入力部１０１Ｎは、操作部１１１を用いてユーザから入力された指示を受け付ける。例えば、ユーザが血圧測定の実行を指示する操作を行うと、指示入力部１０１Ｎは、血圧測定制御部１０１Ｍに、血圧測定の開始指示を与える。

血圧測定制御部１０１Ｍは、血圧測定を実行するためにポンプ駆動回路１１３を制御する。血圧測定制御部１０１Ｍは、指示入力部１０１Ｎから血圧測定の開始指示を受けると、ポンプ駆動回路１１３を介してポンプ１０９を駆動する。これにより、押圧カフ２０４への空気の供給が開始される。押圧カフ２０４が膨張し、ユーザの上腕が圧迫される。血圧測定制御部１０１Ｍは、圧力センサ１０７を用いてカフ圧を監視する。血圧測定制御部１０１Ｍは、押圧カフ２０４に空気を供給する加圧過程において、圧力センサ１０７から出力される圧力信号に基づいて、オシロメトリック法により血圧値を算出する。血圧値は、収縮期血圧（ＳＢＰ）及び拡張期血圧（ＤＢＰ）を含むが、これに限定されない。血圧測定制御部１０１Ｍは、算出した血圧値を時間情報に関連付けて血圧値記憶部１０２Ｆに記憶させる。血圧測定制御部１０１Ｍは、血圧値と同時に心拍数を算出することができる。血圧測定制御部１０１Ｍは、血圧値の算出が完了すると、ポンプ駆動回路１１３を介してポンプ１０９を停止する。これにより、押圧カフ２０４から弁を通じて空気が排出される。血圧測定制御部は、所定カフ圧まで加圧された押圧カフ２０４から空気を排出する減圧過程において、オシロメトリック法による血圧値を算出してもよい。

表示制御部１０１Ｌは、表示部１１０を制御し、ユーザに対するメッセージや、血圧値、心拍数等の測定結果を表示部に表示させる。

校正部１０１Ｐは、脈波伝播時間算出部１０１Ｊにより得られた脈波伝播時間と、血圧測定制御部１０１Ｍによって得られた血圧値とに基づいて、血圧算出式の校正を行う。脈波伝播時間と血圧値との対応関係は、ユーザ個人によっても異なり、生体状態推定装置１０の装着位置によっても異なる。このため、血圧算出式の校正を行う。血圧算出式の校正方法としては、公知の方法を採用することができるので説明を省略する。

エラー処理部１０１Ｑは、心電品質判定部１０１Ｄにおいて、心電図が心電図のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有しないと判定され、さらに、脈波品質判定部１０１Ｅにおいて、脈波信号が脈波特徴量を抽出可能な品質を有しないと判定された場合に、エラーと判定し、血圧値等の生体状態推定処理を終了する。そして、エラー処理部１０１Ｑは、表示制御部１０１Ｌにより、エラーとなった旨やメッセージを表示部１１０に表示させる。

また、心電図及び脈波信号の品質を判定するには、心電図と脈波信号に限らず、加速度センサ１１４によって検出される加速度を用いることもできる。

本実施例に係る生体状態推定装置１０は、上述のように、心電図が、心電図のみから心電特徴量を抽出可能な品質を有する場合には、心電特徴量を抽出するために心電図を探索するための探索基準点を心電図に基づいて設定するが、心電図が、心電図のみから心電特徴量を抽出可能でない品質を有する場合には、脈波センサのセンサ部２３０によって検出された脈波特徴量を抽出することにより、心電図を探索するための探索基準点を設定する。このように、脈波特徴量に基づいて心電図を探索するので、心電図に影響しやすいが脈波信号には影響しにくいノイズが存在する場合にも、精度よく新特徴量を抽出することができ、さらには、精度よく血圧値等の生体状態を推定することができる。

ここでは、電極２３１Ａ、２３１Ｂ、２３２Ａ及び２３２Ｂを含むセンサ部２３０と、
通電及び電圧検出回路２３３と、脈波測定制御部１０１Ｂとして機能する制御部１０１が、本発明の脈波波形取得部に相当する。また、電極群２３０Ａ～２３０Ｆと、スイッチ回路１０４と、減算回路１０５と、ＡＦＥ１０６と、心電測定制御部１０１Ａとして機能する制御部１０１が、本発明の心電波形取得部に相当する。心電品質判定部１０１Ｄとして機能する制御部１０１が、本発明の心電波形品質判定部に相当する。脈波品質判定部１０１Ｅとして機能する制御部１０１が、本発明の脈波波形品質判定部に相当する。脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇとして機能する制御部１０１が、本発明の第２探索基準点設定部に相当し、脈波に基づく探索基準点設定部１０１Ｇによって設定される心電図探索の基準点が本発明の第２基準点に相当する。心電に基づく探索基準点設定部１０１Ｈとして機能する制御部１０１が、本発明の第１探索基準点設定部に相当し、心電に基づく探索基準点設定部１０１Ｈによって設定される心電図探索の基準点が本発明の第１基準点に相当する。

（心電特徴量抽出方法）
図１０は、本実施例に係る生体状態推定装置１０において、心電特徴量を抽出する動作を説明するフローチャートである。

制御部１０１は、心電図、脈波波形及び加速度を測定し、記憶部１０２に記憶しているものとして、以降の動作について説明する。

まず、ステップＳ１において、心電図の品質が良好か否か、すなわち、心電図のみに基づいて心電特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する。

ステップＳ１において、心電図の品質が良好であると判定された場合には、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、心電図においてＲ波のピーク点を探索し、これを探索基準点に設定し、ステップＳ３に進む。

ステップＳ１において、心電図の品質が良好でないと判定された場合には、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、脈波信号の品質が良好か否か、すなわち、脈波信号に基づいて脈波特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する。

ステップＳ４において、脈波信号の品質が良好であると判定された場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、脈波の特徴量を抽出し、これを探索基準点に設定する。例えば、脈波の立ち上がりを抽出し、この脈波の立ち上がり点の時刻を探索基準点に設定し、ステップＳ３に進む。

そして、ステップＳ３では、ステップＳ２又はステップＳ５において設定された探索基準点を用いて心電特徴量を抽出する。

ステップＳ４において、脈波信号の品質が良好でないと判定された場合には、エラーと判定し、処理を終了する。エラーと判定された場合のエラー処理としては、例えば、エラーとなった旨を表示部に表示し、ユーザに報知してもよい。エラーの原因に応じて、ベルトを装着し直す、正しい測定姿勢をとる等のメッセージを表示部１１０に表示するようにしてもよい。

１０・・・生体状態推定装置
１０１・・制御部
１０４・・スイッチ回路
１０５・・減算回路
１０６・・ＡＦＥ
２２０・・心電センサ
２３０・・脈波センサ
２３３・・通電及び電圧検出回路

Claims (10)

1. 心電波形を取得する心電波形取得部と、
   前記心電波形を探索して該心電波形の特徴量を抽出する心電特徴量抽出部と、
   脈波波形を取得する脈波波形取得部と、
   前記脈波波形を探索して該脈波波形の特徴量を抽出する脈波特徴量抽出部と、
   を備え、前記心電波形の特徴量及び前記脈波波形の特徴量のうち少なくとも該心電波形の特徴量に基づいて生体状態を推定する生体状態推定装置であって、
   前記心電波形が、該心電波形のみから心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する心電波形品質判定部と、
   前記心電波形が該心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合に、前記心電波形を探索するための第１基準点を設定する第１探索基準点設定部と、
   前記心電波形が該心電波形の特徴量を抽出可能な品質を有しないと判定された場合に、前記脈波波形の特徴量に基づいて、前記心電波形を探索するための第２基準点を設定する第２探索基準点設定部と、
   を備え、
   前記心電特徴量抽出部は、前記第１基準点又は前記第２基準点に基づいて前記心電波形を探索して前記心電波形の特徴量を抽出することを特徴とする生体状態推定装置。
2. 前記脈波波形が該脈波波形の特徴量を抽出可能な品質を有するか否かを判定する脈波波形品質判定部を備え、
   前記脈波波形が該脈波波形の特徴量を抽出可能な品質を有すると判定された場合に、前記脈波特徴量抽出部が前記脈波波形の特徴量を抽出することを特徴とする請求項１に記載の生体状態推定装置。
3. 前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形の立ち上がりを抽出し、
   前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形の立ち上がりの時刻を前記第２基準点として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体状態推定装置。
4. 前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形のピークを抽出し、
   前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形のピークの時刻を前記第２基準点として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体状態推定装置。
5. 前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形から算出された１次微分波形におけるピークを抽出し、
   前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形から算出された１次微分波形におけるピークの時刻を前記第２基準点として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体状態推定装置。
6. 前記脈波特徴量抽出部は、前記脈波波形から算出された２次微分波形におけるピークを抽出し、
   前記第２探索基準点設定部は、前記脈波波形から算出された２次微分波形におけるピークの時刻を前記第２基準点として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体状態推定装置。
7. 前記心電特徴量抽出部は、前記第２探索基準点設定部によって設定された第２基準点に基づいて特定された１拍毎の心電波形を同期させて加算平均を算出して得られた同期加算平均波形から前記心電波形の特徴量を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体状態推定装置。
8. 情報を表示する表示部を備え、
   前記同期加算平均波形を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項７に記載の生体状態推定装置。
9. 前記生体状態として血圧値を推定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の生体状態推定装置。
10. 前記生体状態として心拍数を推定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の生体状態推定装置。
    
    

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