JP3523978B2 - 脈拍計 - Google Patents

脈拍計

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JP3523978B2
JP3523978B2 JP06499197A JP6499197A JP3523978B2 JP 3523978 B2 JP3523978 B2 JP 3523978B2 JP 06499197 A JP06499197 A JP 06499197A JP 6499197 A JP6499197 A JP 6499197A JP 3523978 B2 JP3523978 B2 JP 3523978B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、利用者の運動量の
管理や健康管理などを行うための脈拍計に関するもので
ある。特に、安静時および運動時のいずれの状態におい
ても、高い精度をもって脈拍数を計測するための脈拍計
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マラソン中やジョギング中でも脈拍数を
計測できれば、利用者の運動量の管理や健康管理（危険
防止）を行うことができる。そこで、腕などに装着した
まま脈拍数の計測を行うことができる携帯用の脈拍計が
案出されている。かかる携帯用の脈拍計では、光学セン
サなどを用いて脈拍信号を計測し、この脈波信号から脈
拍に相当する信号を抽出して脈拍数を求めている。ただ
し、ジョギング中に計測した脈波信号には、その体動に
起因する信号成分も含まれていることから、そのままで
は、脈拍に相当する信号を抽出することができない。
【０００３】図１２は、従来の脈拍計の一例を示すブロ
ック図であり、特開昭６０−２５９２３９号公報に開示
されているものである。その脈拍計は、脈波検出用セン
サ１００１に加えて体動検出用センサ１００３も有し、
これらのセンサで得られた信号のいずれも、まず、周波
数分析器１００２において周波数分析する。
【０００４】その周波数分析器１００２は、図１３に示
すように、脈波検出用センサ１００１が検出した脈波信
号を波形ｍで表されるスペクトルに変換する。また、周
波数分析器１００２は、体動検出用センサ１００３が検
出した体動信号を波形ｎで表されるスペクトルに変換す
る。ここで、波形ｎは体動検出センサ１００３が検出し
た信号の周波数分析結果であるから、その基本波成分を
表すピーク値Ｂ’は、身体の振動の基本周波数を表して
いる。したがって、ピークＢ’の周波数と、波形ｍ中の
ピークＢの周波数が一致すれば、波形ｍ中のピーク値Ｂ
は身体の振動による波形であると判断できる。そして、
波形ｍからピーク値Ｂを除いたピーク、すなわち、ピー
クＡが脈波に相当する波形であると読み取ることができ
る。
【０００５】図１４は、従来の他の脈拍計の構成を示す
機能ブロック図である。脈波センサ１２０１は、生体か
ら脈波を検出し、検出した脈波信号を脈波信号増幅回路
１２０３に出力する。体動センサ１２０２は、生体の動
きを検出し、検出した体動信号を体動信号増幅回路１２
０４に出力する。脈波信号増幅回路１２０３は、脈波信
号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器１２０５および脈波波形整形
回路１２０６に出力する。体動信号増幅回路１２０４
は、体動信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器１２０５および体
動波形整形回路１２０７に出力する。Ａ／Ｄ変換器１２
０５は脈波信号と体動信号をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ１２０
８に出力する。脈波波形整形回路１２０６は、脈波信号
を整形し、ＣＰＵ１２０８に出力する。体動波形整形回
路１２０７は、体動信号を整形し、ＣＰＵ１２０８に出
力する。
【０００６】図１５は、図１４に示す脈拍計の動作を示
すフローチャートであり、体動信号の有無を確認し、脈
波の演算方法を切替、脈拍数を演算、表示するまでの手
順を示すものである。図１４および図１５において、Ｃ
ＰＵ１２０８は、体動波形整形回路１２０７の出力信号
により体動信号の有無を確認し演算方法を切り替える
（ステップＳ１３０２）。体動信号が確認されている間
は、Ａ／Ｄ変換された脈波信号（ステップＳ１３０３）
と体動信号（ステップＳ１３０４）を高速フーリエ変換
（以下、「ＦＦＴ」という）処理し（ステップＳ１３０
５）、脈波周波数成分を抽出する（ステップＳ１３０
６）。
【０００７】体動信号が確認されないときは、脈波を検
出し（ステップＳ１３０７）、脈波波形を矩形波変換処
理する（ステップＳ１３０９）。その間に体動が有った
かどうかもう一度確認し（ステップＳ１３０８）、体動
がない場合はそのまま矩形波から脈拍数を演算する（ス
テップＳ１３１０）。このとき、図１４においては、脈
波、体動ともにＡ／Ｄ変換の必要がなくなるのでＡ／Ｄ
変換回路１２０５の動作停止させるとともに、ＦＦＴ処
理のために必要な乗算器１２１０の動作も停止される。
さらに脈波抽出に必要なＣＰＵ１２０８内で行われる処
理も停止され、総合的な消費電力を低減する。ステップ
Ｓ１３０８で体動が有った場合は、ＦＦＴ処理で周波数
分析を行い（ステップＳ１３０５）、抽出された脈波成
分から脈拍数を演算する（ステップＳ１３１０）。
【０００８】また、図１４および図１５に示す脈拍計と
同じ構成で運動ピッチ計も構成することができる。体動
波形整形回路１２０７等で運動ピッチの周波数成分を特
定する。この運動ピッチ計によれば、走者にとって有用
な情報であるランニングピッチを知ることができ、ま
た、そのランニングピッチと歩幅から走行距離を求める
こともできる。図１４、図１５に示すような脈拍計およ
び運動ピッチ計は、例えば、特開平７−２２７３８３号
公報に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の脈拍計においては、図１４および図１５に示すように
体動信号が有る場合は（ステップＳ１３０２、ステップ
Ｓ１３０８）、常に体動を検出して、脈波スペクトルか
ら体動スペクトルを取り除く脈波成分抽出処理（ステッ
プＳ１３０６）や体動ピッチの表示を行うので、体操な
どの周期性をもたない運動時においても体動ピッチを表
示してしまっていた。また、従来の脈拍計においては、
検出した体動信号にノイズが乗っているか否かにかかわ
らず脈波成分抽出処理（ステップＳ１３０６）や体動ピ
ッチの表示を行うので、その体動ピッチを誤検出してし
まう場合があり、体動ピッチの表示および脈拍数の表示
について信頼性を落としていた。
【００１０】また、従来の脈拍計においては、検出した
脈波信号にノイズが乗っているか否かにかかわらず、常
に検出した脈波信号に基づいて脈拍数の表示等を行って
いるので（ステップＳ１３１１）、利用者の突発的な手
の握りなどの非定常的な動作が行われた場合などには、
脈波検出信号のスペクトルにおいてノイズ成分が多くな
り、脈拍数を誤検出する確率が上がって、その脈拍数表
示値の信頼性を落としていた。
【００１１】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、検出結果の表示値に高い信頼性がある脈拍
計を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１記載の脈拍計は、脈波検出手段により
検出された脈波信号の周波数分析を行う第一演算手段
と、体動検出手段により検出された体動信号の周波数分
析を行う第二演算手段と、前記第一演算手段と前記第二
演算手段の周波数分析結果に基づいて脈拍の周波数を抽
出して脈拍数を算出するとともに、体動の周期の関数で
ある体動ピッチをも算出する脈波抽出手段と、前記脈波
抽出手段の出力を少なくとも含む各種情報を表示する表
示手段と、前記第一演算手段の周波数分析結果と前記第
二演算手段の周波数分析結果との少なくとも一方に、所
定値を越えるノイズ成分を含んでいるか否かを判断する
ＳＮ状態検出手段であって、前記脈波信号または前記体
動信号のスペクトルにおける最大のパワーをもつ基線ス
ペクトルとノイズ成分の基線スペクトルであるとみなし
た基線スペクトルとのパワーの比率が、所定のしきい値
以上であるか否かに基づいて、前記所定値を越えるノイ
ズ成分を含んでいるか否かを判断するＳＮ状態検出手段
と、前記ＳＮ状態検出手段の検出結果に応じて前記表示
手段における表示内容を切り替える表示方法切替手段と
を有することを特徴とする。
【００１３】
【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の脈拍計において、前記表示方法切替手段は、前記Ｓ
Ｎ状態検出手段が前記所定値を越えるノイズ成分を含ん
でいると判断したときは、前記表示手段における表示を
させないことを特徴とする。
【００１５】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の脈拍計において、前記表示方法切替手段は、前記Ｓ
Ｎ状態検出手段が前記所定値を越えるノイズ成分を含ん
でいると判断したときは、前記表示手段における表示を
点滅表示にすることを特徴とする。
【００１６】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３いずれかに記載の脈拍計において、前記表示方法切
替手段は、前記ＳＮ状態検出手段が前記所定値を越える
ノイズ成分を含んでいると判断したときは、前記脈波抽
出手段は算出した脈拍数または体動ピッチを前記表示手
段に表示するとともに、当該表示値が誤りである確率が
高いことを示す表示をすることを特徴とする。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至４いずれかに記載の脈拍計において、前記ＳＮ状態検
出手段は、各基線スペクトルをパワーの大きい順に列べ
て、最大のパワーをもつ基線スペクトルから所定の順番
にある基線スペクトルを前記ノイズ成分の基線スペクト
ルとすることを特徴とする。
【００２２】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至４いずれかに記載の脈拍計において、前記ＳＮ状態検
出手段は、各基線スペクトルにおいて、最大のパワーを
もつ基線スペクトルから所定の基線スペクトルの本数だ
けはなれた位置にある基線スペクトルを前記ノイズ成分
の基線スペクトルとすることを特徴とする。
【００２３】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至６いずれかに記載の脈拍計において、前記ＳＮ状態検
出手段は、前記第一演算手段の周波数分析結果と前記第
二演算手段の周波数分析結果との少なくとも一方に、前
記脈拍数の算出を誤らせるノイズ成分を含んでいるか否
かを判断するとともに、前記脈波抽出手段による前回ま
での算出結果に基づいて所定の基準値を設定し、当該基
準値に対する上限幅および下限幅を前記ＳＮ状態検出手
段の検出結果に基づいて設定し、当該上限幅および下限
幅で規定されるウインド内に前記脈波抽出手段が算出し
た脈拍数または体動ピッチが入っているか否かを判断
し、前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段の
判断に基づいて前記表示手段における表示内容を切り替
えることを特徴とする。
【００２４】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の脈拍計において、前記表示方法切替手段は、前記Ｓ
Ｎ状態検出手段が脈拍数または体動ピッチがウインド内
に入っていないと判断したときは、表示値が誤りである
可能性が高いことを示す内容を前記表示手段において表
示させることを特徴とする。
【００２５】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至６いずれかに記載の脈拍計において、前記脈波抽出手
段は、前記第一演算手段の周波数分析結果から脈拍の周
波数を抽出する第一の抽出方法と、前記第一演算手段の
周波数分析結果および前記第二演算手段の周波数分析結
果の双方に基づいて脈拍の周波数を抽出する第二抽出方
法との、どちらか一方を用いて脈波の周波数を抽出する
ことを特徴とする。
【００２６】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載の脈拍計において、前記脈波抽出手段は、前記ＳＮ
状態検出手段が前記第二演算手段の周波数分析結果に前
記体動ピッチの算出を誤らせるノイズ成分を含んでいる
と判断したときは、前記第一の抽出方法を用いて脈波の
周波数を抽出することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。 Ａ：実施形態の構成 図１は、本発明の代表的構成の一例を示す機能ブロック
図である。脈波検出手段１０１は、人体から脈波を検出
し、検出した脈波信号を第一演算手段１０３に出力す
る。脈波検出手段１０１としては、例えば圧電マイクま
たは光学センサなどを用いる。一例として、ＬＥＤ、フ
ォトトランジスタなどから脈波検出手段１０１を構成し
ている場合は、ＬＥＤから照射された光は血液によって
反射され、その反射光がフォトトランジスタによって受
光されるようにする。ここで、血液中のヘモグロビンは
吸光特性をもっているので、反射光の光量は血管を流れ
る血液の容量の関数となる。
【００２８】そこで、フォトトランジスタによって反射
光量の変化を検出することで脈波を検出する。体動検出
手段１０２は、人体の動きを検出し、検出した体動信号
を第二演算手段１０４へ出力する。体動検出手段として
は、例えば加速度センサを用いる。この加速度センサを
腕などに取り付けることで、体動を検出する。第一演算
手段１０３は、脈波検出手段１０１の出力信号を周波数
分析する。第二演算手段１０４は、体動検出手段１０２
の出力信号を周波数分析する。第一演算手段１０３およ
び第二演算手段１０４における周波数分析には例えば高
速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）を用いる。
【００２９】脈波抽出手段１０５は、第一演算手段１０
３の出力および第二演算手段１０４の出力から、すなわ
ち脈波検出手段１０１と体動検出手段１０２のそれぞれ
の出力を周波数分析した結果から、脈拍の周波数に相当
する脈波成分を特定する。さらに脈波抽出手段１０５
は、特定した脈波成分から一分間当たりの脈拍数を演算
する。表示手段１０８は、脈波抽出手段１０５で演算さ
れた脈拍数を表示する。
【００３０】ＳＮ状態検出手段１０６は、第一演算手段
１０３および第二演算手段１０４の周波数分析結果に基
づいて、表示手段１０８における表示内容を切り替える
表示制御信号を表示方法切替手段１０７に出力する。表
示方法切替手段１０７は、ＳＮ状態検出手段１０６が出
力する表示制御信号に基づいて表示手段１０８の表示内
容を切り替える。例えば、ＳＮ状態検出手段１０６は、
第一演算手段１０３または第二演算手段１０４の周波数
分析結果から検出した脈波信号または体動信号のＳＮ状
態を検出し、そのＳＮ状態が悪い場合は表示手段１０６
において脈拍数や体動ピッチなどを表示させない。一
方、そのＳＮ状態が良い場合は、ＳＮ状態検出手段１０
６は表示手段１０８において脈拍数や体動ピッチなどを
表示させる。
【００３１】図２は、図１における第一演算手段１０３
の詳細を示すブロック図である。脈波信号変換手段２０
１は、脈波検出手段１０１で検出した人体の脈波アナロ
グ電圧信号をデジタル信号に変換して脈波信号記憶手段
２０２へ出力する。脈波信号記憶手段２０２はデジタル
信号に変換された脈波信号を記憶する。脈波信号演算手
段２０３は、脈波信号記憶手段２０２に記憶された脈波
信号を順次読み出し、脈波信号の周波数分析を行い、そ
の結果を脈波抽出手段１０５およびＳＮ状態検出手段１
０６へ出力する。
【００３２】図３は、図１における第二演算手段１０４
の詳細を示すブロック図である。体動信号変換手段３０
１は、体動検出手段１０２で検出した体動の大きさに比
例したアナログ電圧信号をデジタル信号に変換して体動
信号記憶手段３０２へ出力する。体動信号記憶手段３０
２はデジタル信号に変換された体動信号を記憶する。体
動信号演算手段３０３は、体動信号記憶手段３０２に記
憶された体動信号を順次読み出し、体動信号の周波数分
析を行い、その結果を脈波抽出手段１０５およびＳＮ状
態検出手段１０６へ出力する。
【００３３】Ｂ：実施形態の動作 （１）全体動作 図５は、本実施形態の特徴の一つであるＳＮ状態検出手
段１０６の動作を示すフローチャートである。まず、Ｓ
Ｎ状態検出手段１０６は、第一演算手段１０３の出力に
基づいて、脈波検出手段１０１が検出した脈波信号のＳ
Ｎ状態を検出する（ステップＳ２０１）。ここで、ＳＮ
状態とは、検出信号にどれだけノイズが含まれているか
を示すものである。次に、ＳＮ状態の検出方法について
詳細に説明する。図７は、体動検出手段１０２が検出し
た体動信号のスペクトルの一例であり、第二演算手段１
０４が体動信号をＦＦＴ処理することで得られるもので
ある。ここでは、例えば、各基線スペクトルのうちで、
最大の基線スペクトルＰmaxから数えて１０番目の大き
さをもつ基線スペクトルＮをノイズ成分の基線スペクト
ルの代表としている。１０番目の大きさをもつ基線スペ
クトルＮをノイズ成分の基線スペクトルの代表としてい
るのは、これまでの実験よりその１０番目の基線スペク
トルがノイズである確率が高いからである。そして、最
大の基線スペクトルＰmaxの大きさと基線スペクトルＮ
の大きさとの比率をみて、ＳＮ状態が良いか否かを判断
する。例えば、Ｎ／Ｐmaxの値が所定のしきい値よりも
大きいときは、ＳＮ状態が悪いと判断する。ここで、Ｎ
は基線スペクトルＮの大きさを示し、Ｐmaxは基線スペ
クトルＰmaxの大きさを示すものとする。なお、上述の
例では、最大の基線スペクトルＰmaxから数えて１０番
目の大きさをもつ基線スペクトルＮをノイズ成分の基線
スペクトルの代表としたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、他の基線スペクトル、例えば７番目の基
線スペクトルをノイズ成分の代表としてもよい。
【００３４】これらにより、本実施形態では、各基線ス
ペクトルを大きい順にならべて最大の基線スペクトルか
ら所定のｘ番目にある基線スペクトルをノイズ成分の基
線スペクトルＮとみなし、最大基線スペクトル（信号成
分とみなす）の大きさとノイズ成分の基線スペクトルの
大きさとの比でＳＮ状態を判断するので、簡易かつ迅速
にＳＮ状態を検出することができる。
【００３５】図１および図５において、ＳＮ状態検出手
段１０６は、検出したＳＮ状態が良好か否かを所定のし
きい値に基づいて判断する（ステップＳ２０２）。ここ
で、ＳＮ状態が良いと判断した場合は、表示手段１０８
において脈拍数を表示させる表示制御信号を表示方法切
替手段１０７に出力する（ステップＳ２０３）。
【００３６】一方、ステップＳ２０２においてＳＮ状態
が良くないと判断した場合は、表示手段１０８において
脈拍数の表示はさせず、まったく何の情報も表示させな
い表示制御信号を表示方法切替手段１０７に出力する
（ステップＳ２０４）。なお、ステップＳ２０４におい
ては、脈波抽出手段１０５で抽出および算出した脈拍数
を点滅表示させる表示制御信号をＳＮ状態検出手段１０
６が出力するものとしてもよい。また、ステップＳ２０
４においては、脈波抽出手段１０５で抽出および算出し
た脈拍数を表示させるとともに、その表示に誤りがある
可能性が高いことを示す表示をさせる表示制御信号をＳ
Ｎ状態検出手段１０６が出力するものとしてもよい。こ
れらのように、ＳＮ状態が悪い場合は通常の脈拍数の表
示をしないのは、ＳＮ状態が悪い場合は脈波抽出手段１
０５において正確に脈波成分を抽出することができず、
正確な脈拍数を算出および表示することが困難となるか
らである。
【００３７】これらのように、本実施形態の脈拍計で
は、脈波についての検出信号のＳＮ状態が悪い場合、す
なわち検出信号に含まれているノイズが大きい場合は通
常の脈拍数の表示はせず、そのノイズが小さい場合のみ
通常の脈拍数の表示をするので、その脈拍数の表示値の
信頼性を高めることができる。
【００３８】Ｃ：他のＳＮ状態の検出方法 （１）第１検出方法 次に、上述のＳＮ状態の検出方法の変形例について説明
する。図８は、体動検出手段１０２が検出した体動波形
にノイズが含まれていない場合における、その体動のピ
ッチ数とその体動波形スペクトルにおける基線スペクト
ルの本数との関係を示す説明図である。ただし、体動の
基本波成分または１つの高周波成分に対して、サイドロ
ープ成分を加え３本の基線がたつと考えている。図７
は、体動のピッチ数とノイズ成分の代表とみなす基線ス
ペクトルの大きさの順番ｘとの関係を示す説明図であ
る。
【００３９】本変形例では、第二演算手段１０４などで
算出した体動のピッチ数に応じて、図７におけるノイズ
成分の基線スペクトルＮを特定するものである。図８に
おいて、横軸は体動のピッチ数であり、縦軸は体動波形
にノイズが含まれていない場合におけるその体動波形ス
ペクトルにおける基線スペクトルの本数を示している。
この図のように、例えば、体動のピッチ数が９６回以下
であるときは１５本の基線スペクトルが生じる。また、
体動のピッチ数が９６回よりも多く１２０回以下である
ときは１２本の基線スペクトルが生じる。
【００４０】また、第二演算手段１０４などでＦＦＴ処
理して得た体動スペクトルに、図８から導きだす基線ス
ペクトルの本数よりも多くの基線スペクトルが含まれて
いる場合は、その多い基線スペクトルの分だけノイズを
含んでいると判断する。そして、例えば、体動のピッチ
数が９６回以下であるときは、大きさが１５番目までの
基線スペクトルは体動成分の基線スペクトルであり、大
きさが１６番目以降の基線スペクトルはノイズ成分であ
ると判断する。
【００４１】また、図９に示すように、図８で示すピッ
チ数と体動成分の基線スペクトルの本数との関係から得
た基線スペクトルの本数に”１”を加えた値をｘとす
る。そして、基線スペクトルを大きい順にならべて最大
の基線スペクトルから所定のｘ番目にある基線スペクト
ルをノイズ成分の基線スペクトルＮとみなす。その後、
最大の基線スペクトルＰmaxの大きさと基線スペクトル
Ｎの大きさとの比率をみて、ＳＮ状態が良いか否かを判
断する。例えば、Ｎ／Ｐmaxの値が所定のしきい値より
も大きいときは、ＳＮ状態が悪いと判断する。
【００４２】これらにより、本ＳＮ状態の検出方法で
は、検出した体動のピッチ数に応じてノイズ成分の代表
とみなす基線スペクトルＮを変更するので、ノイズ成分
の大きさをより正確に特定することができ、表示手段１
０８における脈拍数および体動ピッチの表示の信頼性を
より高めることができる。
【００４３】図６は、本実施形態の特徴の一つであるＳ
Ｎ状態検出手段１０６の他の動作を示すフローチャート
である。まず、ＳＮ状態検出手段１０６は、第二演算手
段１０４の出力に基づいて、体動検出手段１０２が検出
した体動信号のＳＮ状態を検出する（ステップＳ３０
１）。そして、ＳＮ状態検出手段１０６は、検出したＳ
Ｎ状態が良好か否かを所定のしきい値に基づいて判断す
る（ステップＳ３０２）。ここで、ＳＮ状態が良いと判
断した場合は、表示手段１０８において体動のピッチを
表示させる表示制御信号を表示方法切替手段１０７に出
力する（ステップＳ３０３）。なお、体動のピッチと
は、利用者がランニングなどすることによって生ずる周
期的な体の動きが１分間に何回有るかを示すものであ
る。
【００４４】一方、ステップＳ３０２においてＳＮ状態
が良くないと判断した場合は、その検出した体動信号に
周期性がないと判定し（ステップＳ３０４）、表示手段
１０８において体動のピッチの表示はさせず、まったく
何の情報も表示させない表示制御信号を表示方法切替手
段１０７に出力する（ステップＳ３０５）。なお、ステ
ップＳ３０５においては、脈波抽出手段１０５で算出し
た体動のピッチを点滅表示させる表示制御信号をＳＮ状
態検出手段１０６が出力するものとしてもよい。また、
ステップＳ３０５においては、脈波抽出手段１０５で算
出した脈拍数を表示させるとともに、その表示に誤りが
ある可能性が高いことを示す表示をさせる表示制御信号
をＳＮ状態検出手段１０６が出力するものとしてもよ
い。これらのように、ＳＮ状態が悪い場合は通常の体動
ピッチの表示をしないのは、ＳＮ状態が悪い場合は脈波
抽出手段１０５において正確に体動のピッチを算出する
ことができず、正確な体動のピッチを表示することが困
難となるからである。
【００４５】これらのように、本実施形態では、体動に
ついての検出信号のＳＮ状態が悪い場合、すなわち検出
信号に含まれているノイズが大きい場合は通常の体動ピ
ッチの表示はせず、そのノイズが小さい場合のみ通常の
体動ピッチの表示をするので、その体動ピッチの表示値
の信頼性を高めることができる。
【００４６】（２）第２検出方法 次に、ＳＮ状態検出手段１０６における他のＳＮ状態の
検出方法について説明する。本検出方法では、ノイズ成
分の代表とみなす基線スペクトルＮの特定方法が上述の
第１の検出方法と異なる。
【００４７】図１０は、体動検出手段１０２が検出した
体動信号のスペクトルの一例であり、第二演算手段１０
４が体動信号をＦＦＴ処理することで得られるものであ
る。ここでは、例えば、各基線スペクトルのうちで、最
大の基線スペクトルＰmaxの位置を基準として、基線ス
ペクトルＰmaxのとなりの位置にある基線スペクトルを
２番目の基線スペクトルとし、２番目の基線スペクトル
のとなりにある基線スペクトルを３番目の基線スペクト
ルとする、というように各基線スペクトルを識別する。
そして、例えば、基線スペクトルＰmaxから７番目の位
置にある基線スペクトルをノイズ成分の代表である基線
スペクトルＮとする。ここでは、基線スペクトルＰmax
を基準として、図中左側の基線スペクトルと図中右側の
基線スペクトルの２つの基線スペクトルＮ、Ｎ’がある
が、そのどちらか一方の基線スペクトルをノイズ成分の
代表スペクトルとする。
【００４８】そして、最大の基線スペクトルＰmaxの大
きさと基線スペクトルＮ（または基線スペクトルＮ’）
の大きさとの比率をみて、ＳＮ状態が良いか否かを判断
する。例えば、Ｎ／Ｐmaxの値が所定のしきい値よりも
大きいときは、ＳＮ状態が悪いと判断する。また、Ｎ’
／Ｐmaxの値が所定のしきい値よりも大きいときは、Ｓ
Ｎ状態が悪いと判断してもよい。
【００４９】これらにより、本ＳＮ状態の検出方法で
は、最大の基線スペクトルＰmaxから所定のスペクトル
本数だけはなれた基線スペクトルをノイズ成分の代表と
するので、ノイズ成分の大きさをより簡易かつ迅速に特
定することができ、表示手段１０８における脈拍数およ
び体動ピッチの表示の信頼性をより高めることができ
る。
【００５０】（３）第３検出方法 上述のＳＮ状態の検出方法では、最大の基線スペクトル
Ｐmaxの両側にある基線スペクトルＮと基線スペクトル
Ｎ’のうちの一方をノイズ成分の代表としているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば、基線ス
ペクトルＮの大きさと基線スペクトルＮ’の大きさの平
均値をノイズ成分の代表値としてもよい。 例えば、
｛（Ｎ＋Ｎ’）／２｝／Ｐmaxの値が所定のしきい値よ
りも大きいときは、ＳＮ状態が悪いと判断する。ここ
で、Ｎは基線スペクトルＮの大きさを示し、Ｎ’は基線
スペクトルＮ’の大きさを示し、Ｐmaxは基線スペクト
ルＰmaxの大きさを示すものとする。このように基線ス
ペクトルＮの大きさと基線スペクトルＮ’の大きさの平
均値をノイズ成分の代表値とする理由は、基線スペクト
ルの片方にしかノイズがのらない場合があり、その片方
の基線スペクトルがたまたまノイズの小さい方であった
場合に、そのノイズ成分の大きさを誤って判断する可能
性があるからである。そのため、このように平均をとる
のではなく、２つの基線スペクトルの大きさを比較して
大きい方の基線スペクトルを用いてノイズ成分の大きさ
を判断してもよい。
【００５１】これらにより、本ＳＮ状態の検出方法で
は、ノイズ成分の大きさをより正確に判断することがで
き、表示手段１０８における脈拍数および体動ピッチの
表示の信頼性をより高めることができる。
【００５２】Ｄ：具体的適用例 図４は、本実施形態に係わる脈拍計を形態機器として実
現した場合の外観図である。図４において、本例の脈拍
計１（携帯用脈波計測装置）は、腕時計構造を有する装
置本体１０と、この装置本体１０に接続されるケーブル
２０と、このケーブル２０の先端側に設けられた脈波検
出用センサユニット３０（脈波検出手段）とから大略構
成されている。ケーブル２０の先端側にはコネクタピー
ス８０が構成されており、このコネクタピース８０は、
装置本体１０の６時の側に構成されているコネクタ部７
０に対して着脱自在である。装置本体１０には、腕時計
における１２時方向から腕に巻きついてその６時方向で
固定されるリストバンド１２が設けられ、このリストバ
ンド１２によって、装置本体１０は、腕に着脱自在であ
る。脈波検出用センサユニット３０は、センサ固定用バ
ンド４０によって外光を遮光されながら人差し指の根本
に装着される。このように、脈波検出用センサユニット
３０を指の根本に装着すると、ケーブル２０が短くて済
むので、ケーブル２０は、ランニング中に邪魔にならな
い。また、掌から指先までの体温の分布を計測すると、
寒いときには、指先の温度が著しく低下するのに対し、
指の根本の温度は比較的低下しない。従って、指の根本
に脈波検出用センサユニット３０を装着すれば、寒い日
に屋外でランニングしたときでも、脈拍数などを正確に
計測できる。
【００５３】また、装置本体１０は、樹脂製の時計ケー
ス１１（本体ケース）を備えており、この時計ケース１
１の表面側には、現在時刻や日付に加えて、走行時や歩
行時のピッチ、および脈拍数などの脈波情報などを表示
するＥＬバックライト付きの液晶表示装置１３（表示手
段）が構成されている。液晶表示装置１３には、セグメ
ント表示領域の他、ドット表示領域が構成されており、
ドット表示領域では、各種の情報をグラフィック表示可
能である。
【００５４】時計ケース１１の内部には、加速度センサ
（体動検出手段）を利用して、体の動きを体動信号ＴＳ
として検出する体動検出用センサ装置が内蔵されてい
る。また、時計ケース１１の内部には、脈波検出用セン
サユニット３０が計測した脈波信号ＭＳに基づいて脈拍
数の変化などを求めるとともに、それを液晶表示装置１
３に表示するために、各種の制御やデータ処理を行うマ
イクロコンピュータなどからなる制御部が構成されてい
る。制御部には計時回路も構成されており、通常時刻、
ラップタイム、スプリットタイムなども液晶表示装置１
３に表示できるようになっている。また、時計ケース１
１の外周部には、時刻合わせや表示モードの切換などの
外部操作を行うためのボタンスイッチ１１１〜１１５が
構成されている。
【００５５】Ｅ：変形例（１） 上述の実施形態では、ＳＮ状態検出手段１０６が脈波検
出信号または体動検出信号のＳＮ状態を検出し、そのＳ
Ｎ状態が良い場合のみ脈拍数または体動ピッチの表示を
させて、その表示値の信頼性を高めている。その表示値
の信頼性をさらに高めるものが本変形例に係る脈拍計で
ある。
【００５６】本変形例においては、上述した図１に示す
脈拍計の構成要素に加えて、現時点に対する前回の計測
値あるいは直前に計測された数回分の計測値の平均値を
基準値とし、この基準値を基にして所定の算出方法で上
限値および下限値を設定し、この下限値から上限値まで
の範囲内（ウインド内）に今回の計測結果が入っている
か否かによって、その計測値を表示するか否かを判断す
る。ここで、上限値および下限値の設定は、上述のＳＮ
状態検出手段１０６が検出したＳＮ状態に基づいて設定
する。
【００５７】例えば、そのＳＮ状態が悪いとき、すなわ
ちノイズ成分が多くて表示値が誤りである可能性が高い
ときは、下限値から上限値までの範囲（ウインド幅）を
狭める。そして、その計測値がウインド内に入っていな
いときは、その計測値は表示手段において表示させな
い。なお、ウインドからはずれた計測値が得られたとき
には、「エラー」表示をして、真の脈拍数または体動ピ
ッチかそうでないのかを明示的に知らしめることももち
ろん可能である。
【００５８】これらにより、本実施形態では、計測値を
有効とするウインドの下限値および上限値をＳＮ状態に
基づいて変更するので、表示手段における表示値の信頼
性をさらに高めることができる。
【００５９】Ｆ：変形例（２） 図１１は、本変形例に係る脈拍計の動作を示すフローチ
ャートであり、体動信号の有無を確認し、脈波の演算方
法を切替、脈拍数を演算、表示するまでの手順を示すも
のである。本変形例の特徴は、図１におけるＳＮ状態検
出手段１０６がステップＳ４０５においてＳＮ状態の良
否を判断し、この判断結果に基づいて脈拍数の算出方法
を切り替える点である。なお、他の構成は図１に示す脈
拍計と同様であるので、以下に図１および図１１を参照
して本変形例の動作を説明する。
【００６０】まず、脈波検出手段１０１が脈波を検出
し、体動検出手段１０２が体動を検出する（ステップＳ
４０１）。検出された脈波信号および体動信号は、それ
ぞれ第一演算１０３または第二演算手段１０４において
それぞれＡ／Ｄ変換される（ステップＳ４０２）ととも
に、それぞれＦＦＴ処理を施される（ステップＳ４０
３）。そして、ＳＮ状態検出手段１０６は、ＦＦＴ処理
された脈波信号および体動信号についてのＳＮ状態を検
出し（ステップＳ４０４）、そのＳＮ状態が良好か否か
を判断する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０５に
おいて、ＳＮ状態が良好と判断した場合は、脈波抽出手
段１０５は脈波信号および体動信号のＦＦＴ処理結果か
ら脈波の周波数成分を抽出する（ステップＳ４０６）。
その後、脈波抽出手段１０５は、抽出した脈波の周波数
成分から脈拍数を演算し（ステップＳ４０７）、その演
算した脈拍数を表示手段１０８で表示させる（ステップ
Ｓ４０８）。
【００６１】一方、ステップＳ４０５において、ＳＮ状
態が良好ではないと判断した場合は、脈波抽出手段１０
５は脈波信号のＦＦＴ処理結果のみから脈波の周波数成
分を抽出する（ステップＳ４０９）。そして、脈波抽出
手段１０５は、抽出した脈波の周波数成分から脈拍数を
演算し（ステップＳ４０７）、その演算した脈拍数を表
示手段１０８で表示させる（ステップＳ４０８）。
【００６２】これらのように、体動波形のＳＮ状態がよ
くない場合は体動波形を用いずに脈波波形のみから脈拍
数を算出するのは、ノイズの乗った信号を用いて脈拍数
を算出すれば、その脈拍数の算出にかえって誤りが多く
なるからである。
【００６３】これらにより、本変形例に係る脈拍計で
は、体動波形のＳＮ状態がよいときのみ、そのノイズが
少ない体動波形をも用いて脈波波形を抽出するので、よ
り高精度に脈波波形を抽出でき、表示手段における表示
値の信頼性をより高めることができる。また、ステップ
Ｓ４０５において、ＳＮ状態が良好ではないと判断した
場合において、変形例（１）に記載のウインド幅を狭め
る方法をとると、さらに検出値の信頼性を向上させるこ
とができる。なお、上述の変形例では、体動波形のＳＮ
状態に基づいて脈波波形の抽出方法を変更しているが本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば、体動波
形のＳＮ状態および脈波波形のＳＮ状態に基づいて脈波
波形の抽出方法を変更してもよい。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、脈
波信号または体動信号のＳＮ状態に基づいて表示手段に
おける表示内容を切り替えるので、検出信号にノイズが
多くてその検出信号に基づいた脈拍数等の算出結果に誤
りが生じる可能性が高い場合に、その算出結果の表示値
が誤りである可能性が高い旨の表示をすることができ、
その脈拍数等の表示値の信頼性を高めることができる脈
拍計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る脈拍計の構成を示す
ブロック図である。
【図２】 図１における第一演算手段の詳細を示すブロ
ック図である。
【図３】 図１における第二演算手段の詳細を示すブロ
ック図である。
【図４】 本実施形態に係る脈拍計の機械的構成例を示
す説明図である。
【図５】 図１におけるＳＮ状態検出手段の動作を示す
フローチャートである。
【図６】 図１におけるＳＮ状態検出手段の他の動作を
示すフローチャートである。
【図７】 体動信号のスペクトルからノイズ基線スペク
トルＮを特定する方法を示す説明図である。
【図８】 体動のピッチ数とその体動波形スペクトルに
おける基線スペクトルの本数との関係を示す説明図であ
る。
【図９】 ピッチ数に応じたノイズ基線スペクトルの特
定例を示す説明図である。
【図１０】 体動信号のスペクトルからノイズ基線スペ
クトルＮを特定する方法を示す説明図である。
【図１１】 本発明の変形例に係る脈拍計の動作を示す
フローチャートである。
【図１２】 従来の脈拍計の一例を示すブロック図であ
る。
【図１３】 脈波の抽出動作の概要を示す説明図であ
る。
【図１４】 従来の他の脈拍計の構成を示すブロック図
である。
【図１５】 図１４に示す脈拍計の動作を示すフローチ
ャートである。
【符号の説明】
１０ 装置本体 １３ 液晶表示装置（表示手段） ３０ 脈波検出用センサユニット １０１ 脈波検出手段 １０２ 体動検出手段 １０３ 第一演算手段 １０４ 第二演算手段 １０５ 脈波抽出手段 １０６ ＳＮ状態検出手段 １０７ 表示方法切替手段 １０８ 表示手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 千秋 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−289876（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46825（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−227383（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−148127（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−124131（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−13406（ＪＰ，Ｕ) 特表 平８−502434（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0255 A61B 5/11 - 5/113

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 脈波検出手段により検出された脈波信号
    の周波数分析を行う第一演算手段と、 体動検出手段により検出された体動信号の周波数分析を
    行う第二演算手段と、 前記第一演算手段と前記第二演算手段の周波数分析結果
    に基づいて脈拍の周波数を抽出して脈拍数を算出すると
    ともに、体動の周期の関数である体動ピッチをも算出す
    る脈波抽出手段と、 前記脈波抽出手段の出力を少なくとも含む各種情報を表
    示する表示手段と、 前記第一演算手段の周波数分析結果と前記第二演算手段
    の周波数分析結果との少なくとも一方に、所定値を越え
    るノイズ成分を含んでいるか否かを判断するＳＮ状態検
    出手段であって、前記脈波信号または前記体動信号のス
    ペクトルにおける最大のパワーをもつ基線スペクトルと
    ノイズ成分の基線スペクトルであるとみなした基線スペ
    クトルとのパワーの比率が、所定のしきい値以上である
    か否かに基づいて、前記所定値を越えるノイズ成分を含
    んでいるか否かを判断するＳＮ状態検出手段と、 前記ＳＮ状態検出手段の検出結果に応じて前記表示手段
    における表示内容を切り替える表示方法切替手段とを有
    することを特徴とする脈拍計。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の脈拍計において、 前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段が前記
    所定値を越えるノイズ成分を含んでいると判断したとき
    は、前記表示手段における表示をさせないことを特徴と
    する脈拍計。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の脈拍計において、 前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段が前記
    所定値を越えるノイズ成分を含んでいると判断したとき
    は、前記表示手段における表示を点滅表示にすることを
    特徴とする脈拍計。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３いずれかに記載の脈拍計
    において、 前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段が前記
    所定値を越えるノイズ成分を含んでいると判断したとき
    は、前記脈波抽出手段は算出した脈拍数または体動ピッ
    チを前記表示手段に表示するとともに、当該表示値が誤
    りである確率が高いことを示す表示をすることを特徴と
    する脈拍計。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４いずれかに記載の脈拍計
    において、 前記ＳＮ状態検出手段は、各基線スペクトルをパワーの
    大きい順に列べて、最大のパワーをもつ基線スペクトル
    から所定の順番にある基線スペクトルを前記ノイズ成分
    の基線スペクトルとすることを特徴とする脈拍計。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至４いずれかに記載の脈拍計
    において、 前記ＳＮ状態検出手段は、各基線スペクトルにおいて、
    最大のパワーをもつ基線スペクトルから所定の基線スペ
    クトルの本数だけはなれた位置にある基線スペクトルを
    前記ノイズ成分の基線スペクトルとすることを特徴とす
    る脈拍計。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６いずれかに記載の脈拍計
    において、 前記ＳＮ状態検出手段は、前記第一演算手段の周波数分
    析結果と前記第二演算手段の周波数分析結果との少なく
    とも一方に、前記脈拍数の算出を誤らせるノイズ成分を
    含んでいるか否かを判断するとともに、前記脈波抽出手
    段による前回までの算出結果に基づいて所定の基準値を
    設定し、当該基準値に対する上限幅および下限幅を前記
    ＳＮ状態検出手段の検出結果に基づいて設定し、当該上
    限幅および下限幅で規定されるウインド内に前記脈波抽
    出手段が算出した脈拍数または体動ピッチが入っている
    か否かを判断し、 前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段の判断
    に基づいて前記表示手段における表示内容を切り替える
    ことを特徴とする脈拍計。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の脈拍計において、 前記表示方法切替手段は、前記ＳＮ状態検出手段が脈拍
    数または体動ピッチがウインド内に入っていないと判断
    したときは、表示値が誤りである可能性が高いことを示
    す内容を前記表示手段において表示させることを特徴と
    する脈拍計。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至６いずれかに記載の脈拍計
    において、 前記脈波抽出手段は、前記第一演算手段の周波数分析結
    果から脈拍の周波数を抽出する第一の抽出方法と、前記
    第一演算手段の周波数分析結果および前記第二演算手段
    の周波数分析結果の双方に基づいて脈拍の周波数を抽出
    する第二抽出方法との、どちらか一方を用いて脈波の周
    波数を抽出することを特徴とする脈拍計。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の脈拍計において、 前記脈波抽出手段は、前記ＳＮ状態検出手段が前記第二
    演算手段の周波数分析結果に前記体動ピッチの算出を誤
    らせるノイズ成分を含んでいると判断したときは、前記
    第一の抽出方法を用いて脈波の周波数を抽出することを
    特徴とする脈拍計。
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