JP3726825B2 - 心拍信号補正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定された心拍信号の基準値を用いて行う心拍信号の補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
心拍信号を測定してこの心拍情報を利用するにあたり、電気的ノイズや被験者の動きなどによって不正確な情報しか得られないケースが多々ある。このために測定された心拍信号にノイズがのっていないかどうかを検査しなくてはならないのであるが、従来は人間の心拍間隔として妥当な上限値と下限値とを用いて、測定された心拍信号の妥当性をチェックしているにとどまっている。
【０００３】
また、測定された心拍信号にたとえばノイズがのっていたり欠損していることが明らかであるにもかかわらず、連続した心拍信号が必要である場合、測定された心拍信号からノイズを除去する補正を行ったり、心拍信号の欠損部分を補完する補正を行うことが必要となる。この時の補正のための基準値としては、従来、心拍間隔の平均値を用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記上限値と下限値とを用いた妥当性のチェックだけではノイズの多いシステムにおいては正確な検査が行われているとは言い難い。また心拍信号の補正についても、人間の心拍間隔の条件を満たすタイミングでノイズが偶然混入している時には、これに対処することができない。加えるに、基準値の作成に際して不正確な情報が混入している可能性も存在しており、このような基準値に基づいた補正では、補正された後の心拍信号も不正確なものとなってしまう。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは心拍信号検査用基準値として適切な値で導出した基準値を用いて心拍信号の補正を適切に行うことができる心拍信号補正方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、間隔のばらつきが所定％以内である心拍信号が所定回数以上連続して測定された時の心拍信号間隔の平均値を心拍信号検査用の基準値とすることに特徴を有している。連続した心拍間隔のばらつきに注目して、ばらつきが所定の範囲に収まっていなければ人間の心拍間隔として妥当な範囲であってもキャンセルして、基準値に反映されないようにするのである。
【０００７】
そして本発明に係る心拍信号補正方法は、測定された心拍信号のうち、この基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルすることに第１の特徴を有し、測定された心拍信号のうち、上記導出方法で得られた基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入することに第２の特徴を有している。
【０００８】
上記両補正方法を共に行うことが好ましいのはもちろんであり、この場合、基準値の所定％以下の間隔の信号のキャンセルを行い、次いで基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入するものとする。
【０００９】
信号の挿入に際しては、信号を挿入することによってできるそれぞれの間隔が基準値に最も近くなるような本数及び位置に配置することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳述すると、図２は基準値の導出方法及び心拍信号補正方法を実装するためのシステム構成の一例を示している。被験者１からピックアップ２によって検出された心拍による物理的な変化は検出回路３によって電気信号に変換されて二値化回路４によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）５に入力される。上記導出方法及び補正方法はＣＰＵ５に適した方法で実装され、具体的な作業はＣＰＵ５内で行われる。以下このシステムを想定して導出方法及び補正方法について説明する。なお上記システムでは信号の立ち上がりエッジを心拍と認識するようなシステム及び制御プログラムの構成になっているとする。
【００１１】
まず基準値の導出についてであるが、これは図１に示すように、ステップ２０２で検出されたデータをステップ２０３にて間隔データとする。次いでステップ２０４において間隔データの妥当性について検査する。これは人間の心拍間隔として正常であるかということについて調べるものであり、従来例でも述べたように、人間の心拍間隔の上限値（H-limit msec)と下限値(L-limit msec)との間に収まっているかどうかをチェックする。なお、この両値については、システムの用途やシステムの対象者の状態などによって多少変化すると考えられる。
【００１２】
ステップ２０４において異常と判断されれば検出の累積数をキャンセルして次の間隔データを待つ。正常であればステップ２０６において間隔のばらつきが±Ｒ％以内であるかどうかを検査する。同一の人物が同一の状態である場合、心拍間隔のばらつきの範囲は、ステップ２０４で検査した正常範囲よりもはるかに狭くなくてはならず、ばらつきの大きい連続した信号についてはノイズであると判断することができる。ここでの閾値Ｒについても対象者やシステムに依存するため一概に決めることはできないが、２０〜３０％の値を好適に使用することができる。
【００１３】
そしてステップ２０６において異常と判断された時には、上記ステップ２０４の場合と同様に処理され、正常であればデータの検出数に１を加える（ステップ２０７）。以上の処理を繰り返すことによって、連続するＸ個の正常な間隔データが検出されたならば、それらの平均値を求めて基準値とする。このときのＸについては、少なすぎると値の信頼性が低くなり、多すぎると基準値を得るのに時間がかかりすぎてしまうことから、３〜１０ぐらい、好ましくは５程度が適当である。
【００１４】
次に測定された心拍信号を上記基準値を用いて補正する補正方法について説明する。まず本来の心拍信号の間にノイズが入った場合のような誤報については、図３に示すように、測定した心拍信号の間隔データが基準値のＡ％より小さい場合には異常と判定して、今回得られた立ち上がりエッジをキャンセルして検出されなかったものとする。また前回の立ち上がりエッジに関しても間隔データとして正常であると判定はされているが、微妙な前後へのシフトの可能性があるのでキャンセルし前々回の立ち上がりエッジを信頼できる最後のエッジと設定し次の処理を行う。
【００１５】
次に本来の心拍信号が欠損している場合のような失報については、図４に示すように、測定した心拍信号の間隔データが基準値のＢ％より大きい場合、今回と前回の立ち上がりのエッジの間に検出されるべき信号が検出されなかったとして、次に述べる信号の補完を行う。
【００１６】
図５に補完ルーチンを示す。ステップ５０２において、その間に複数の検出されてない信号を含むと考えられる間隔データを基準値で除す。得られた答についてはステップ５０３及びステップ５０４において四捨五入などの適切な方法で整数化したのち１を引く。こうして得られた値を補完すべき信号の数とし、その本数の補完エッジ（心拍信号）を間隔データ内に配置するのであるが、この配置にあたってはこれらが等間隔となるようにする。
【００１７】
上記補正にあたっての閾値Ａ，Ｂの値としては、Ａ＝８０％〜６０％、Ｂ＝１２５％〜１５０％の値を好適に用いることができるが、これらの値にしても、この補正方法が実装されるシステムに依存するので一概に決めることはできない。例えばだんだん心拍間隔が広くなることが予測されるシステム（例えば眠りを誘うようなシステム）においてはＢの値を大きめに、Ａの値を小さめに設定するべきであり、またこのようにシステムの特性を加味することによってより精度の高い補正を行うことができる。
【００１８】
上記誤報と失報とに対する補正は、組み合わせて実行することが好ましいのはもちろんであり、この場合のフローを図６に示す。誤報に対する補正の後に、失報に対する補正を行う。基準値と比較して短すぎる間隔データをキャンセルして間隔の広すぎる間隔データとして扱って補完を行うということができて、アルゴリズムの単純化及び高速化を期待することができる。
【００１９】
以上のシステムは説明の一例としてリアルタイム処理系を示したが、それに限定するものではなくバッチ処理系にも応用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように心拍信号検査用基準値の導出は、ばらつき範囲を設定しているために、短時間でより正確な基準値を導出することができる。そして本発明の心拍信号補正方法においては、基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルし、基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に基準値から導いた補完のための信号を挿入するにあたり、正確な基準値を用いるために、より正確な補正を行うことができるものである。特に基準値と比較して短すぎる間隔データは修正するのではなくキャンセルして間隔の広すぎる間隔データとして扱って補完を行うことにより、アルゴリズムの単純化及び高速化を期待することができる。
【００２１】
また、信号の挿入による補完に際し、信号を挿入することによってできるそれぞれの間隔が基準値に最も近くなるような本数及び位置に配置することで、実際の心拍信号により近い信号の補完を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における基準値導出に関するフローチャートである。
【図２】同上のシステム構成図である。
【図３】誤報に対する補正に関するフローチャートである。
【図４】失報に対する補正に関するフローチャートである。
【図５】補完補正についてのフローチャートである。
【図６】補正に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 被験者
２ ピックアップ
３ 検出回路
４ 二値化回路
５ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は測定された心拍信号の基準値を用いて行う心拍信号の補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
心拍信号を測定してこの心拍情報を利用するにあたり、電気的ノイズや被験者の動きなどによって不正確な情報しか得られないケースが多々ある。このために測定された心拍信号にノイズがのっていないかどうかを検査しなくてはならないのであるが、従来は人間の心拍間隔として妥当な上限値と下限値とを用いて、測定された心拍信号の妥当性をチェックしているにとどまっている。
【０００３】
また、測定された心拍信号にたとえばノイズがのっていたり欠損していることが明らかであるにもかかわらず、連続した心拍信号が必要である場合、測定された心拍信号からノイズを除去する補正を行ったり、心拍信号の欠損部分を補完する補正を行うことが必要となる。この時の補正のための基準値としては、従来、心拍間隔の平均値を用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記上限値と下限値とを用いた妥当性のチェックだけではノイズの多いシステムにおいては正確な検査が行われているとは言い難い。また心拍信号の補正についても、人間の心拍間隔の条件を満たすタイミングでノイズが偶然混入している時には、これに対処することができない。加えるに、基準値の作成に際して不正確な情報が混入している可能性も存在しており、このような基準値に基づいた補正では、補正された後の心拍信号も不正確なものとなってしまう。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは心拍信号検査用基準値として適切な値で導出した基準値を用いて心拍信号の補正を適切に行うことができる心拍信号補正方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、間隔のばらつきが所定％以内である心拍信号が所定回数以上連続して測定された時の心拍信号間隔の平均値を心拍信号検査用の基準値とすることに特徴を有している。連続した心拍間隔のばらつきに注目して、ばらつきが所定の範囲に収まっていなければ人間の心拍間隔として妥当な範囲であってもキャンセルして、基準値に反映されないようにするのである。
【０００７】
そして本発明に係る心拍信号補正方法は、測定された心拍信号のうち、この基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルすることに第１の特徴を有し、測定された心拍信号のうち、上記導出方法で得られた基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入することに第２の特徴を有している。
【０００８】
上記両補正方法を共に行うことが好ましいのはもちろんであり、この場合、基準値の所定％以下の間隔の信号のキャンセルを行い、次いで基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入するものとする。
【０００９】
信号の挿入に際しては、信号を挿入することによってできるそれぞれの間隔が基準値に最も近くなるような本数及び位置に配置することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳述すると、図２は基準値の導出方法及び心拍信号補正方法を実装するためのシステム構成の一例を示している。被験者１からピックアップ２によって検出された心拍による物理的な変化は検出回路３によって電気信号に変換されて二値化回路４によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）５に入力される。上記導出方法及び補正方法はＣＰＵ５に適した方法で実装され、具体的な作業はＣＰＵ５内で行われる。以下このシステムを想定して導出方法及び補正方法について説明する。なお上記システムでは信号の立ち上がりエッジを心拍と認識するようなシステム及び制御プログラムの構成になっているとする。
【００１１】
まず基準値の導出についてであるが、これは図１に示すように、ステップ２０２で検出されたデータをステップ２０３にて間隔データとする。次いでステップ２０４において間隔データの妥当性について検査する。これは人間の心拍間隔として正常であるかということについて調べるものであり、従来例でも述べたように、人間の心拍間隔の上限値（H-limit msec)と下限値(L-limit msec)との間に収まっているかどうかをチェックする。なお、この両値については、システムの用途やシステムの対象者の状態などによって多少変化すると考えられる。
【００１２】
ステップ２０４において異常と判断されれば検出の累積数をキャンセルして次の間隔データを待つ。正常であればステップ２０６において間隔のばらつきが±Ｒ％以内であるかどうかを検査する。同一の人物が同一の状態である場合、心拍間隔のばらつきの範囲は、ステップ２０４で検査した正常範囲よりもはるかに狭くなくてはならず、ばらつきの大きい連続した信号についてはノイズであると判断することができる。ここでの閾値Ｒについても対象者やシステムに依存するため一概に決めることはできないが、２０〜３０％の値を好適に使用することができる。
【００１３】
そしてステップ２０６において異常と判断された時には、上記ステップ２０４の場合と同様に処理され、正常であればデータの検出数に１を加える（ステップ２０７）。以上の処理を繰り返すことによって、連続するＸ個の正常な間隔データが検出されたならば、それらの平均値を求めて基準値とする。このときのＸについては、少なすぎると値の信頼性が低くなり、多すぎると基準値を得るのに時間がかかりすぎてしまうことから、３〜１０ぐらい、好ましくは５程度が適当である。
【００１４】
次に測定された心拍信号を上記基準値を用いて補正する補正方法について説明する。まず本来の心拍信号の間にノイズが入った場合のような誤報については、図３に示すように、測定した心拍信号の間隔データが基準値のＡ％より小さい場合には異常と判定して、今回得られた立ち上がりエッジをキャンセルして検出されなかったものとする。また前回の立ち上がりエッジに関しても間隔データとして正常であると判定はされているが、微妙な前後へのシフトの可能性があるのでキャンセルし前々回の立ち上がりエッジを信頼できる最後のエッジと設定し次の処理を行う。
【００１５】
次に本来の心拍信号が欠損している場合のような失報については、図４に示すように、測定した心拍信号の間隔データが基準値のＢ％より大きい場合、今回と前回の立ち上がりのエッジの間に検出されるべき信号が検出されなかったとして、次に述べる信号の補完を行う。
【００１６】
図５に補完ルーチンを示す。ステップ５０２において、その間に複数の検出されてない信号を含むと考えられる間隔データを基準値で除す。得られた答についてはステップ５０３及びステップ５０４において四捨五入などの適切な方法で整数化したのち１を引く。こうして得られた値を補完すべき信号の数とし、その本数の補完エッジ（心拍信号）を間隔データ内に配置するのであるが、この配置にあたってはこれらが等間隔となるようにする。
【００１７】
上記補正にあたっての閾値Ａ，Ｂの値としては、Ａ＝８０％〜６０％、Ｂ＝１２５％〜１５０％の値を好適に用いることができるが、これらの値にしても、この補正方法が実装されるシステムに依存するので一概に決めることはできない。例えばだんだん心拍間隔が広くなることが予測されるシステム（例えば眠りを誘うようなシステム）においてはＢの値を大きめに、Ａの値を小さめに設定するべきであり、またこのようにシステムの特性を加味することによってより精度の高い補正を行うことができる。
【００１８】
上記誤報と失報とに対する補正は、組み合わせて実行することが好ましいのはもちろんであり、この場合のフローを図６に示す。誤報に対する補正の後に、失報に対する補正を行う。基準値と比較して短すぎる間隔データをキャンセルして間隔の広すぎる間隔データとして扱って補完を行うということができて、アルゴリズムの単純化及び高速化を期待することができる。
【００１９】
以上のシステムは説明の一例としてリアルタイム処理系を示したが、それに限定するものではなくバッチ処理系にも応用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように心拍信号検査用基準値の導出は、ばらつき範囲を設定しているために、短時間でより正確な基準値を導出することができる。そして本発明の心拍信号補正方法においては、基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルし、基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に基準値から導いた補完のための信号を挿入するにあたり、正確な基準値を用いるために、より正確な補正を行うことができるものである。特に基準値と比較して短すぎる間隔データは修正するのではなくキャンセルして間隔の広すぎる間隔データとして扱って補完を行うことにより、アルゴリズムの単純化及び高速化を期待することができる。
【００２１】
また、信号の挿入による補完に際し、信号を挿入することによってできるそれぞれの間隔が基準値に最も近くなるような本数及び位置に配置することで、実際の心拍信号により近い信号の補完を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における基準値導出に関するフローチャートである。
【図２】同上のシステム構成図である。
【図３】誤報に対する補正に関するフローチャートである。
【図４】失報に対する補正に関するフローチャートである。
【図５】補完補正についてのフローチャートである。
【図６】補正に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１ 被験者
２ ピックアップ
３ 検出回路
４ 二値化回路
５ ＣＰＵ
Claims (4)
- 間隔のばらつきが所定％以内である心拍信号が所定回数以上連続して測定された時の心拍信号間隔の平均値を心拍信号検査用の基準値とし、測定された心拍信号のうち、この基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルすることを特徴とする心拍信号補正方法。
- 間隔のばらつきが所定％以内である心拍信号が所定回数以上連続して測定された時の心拍信号間隔の平均値を心拍信号検査用の基準値とし、測定された心拍信号のうち、基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入することを特徴とする心拍信号補正方法。
- 間隔のばらつきが所定％以内である心拍信号が所定回数以上連続して測定された時の心拍信号間隔の平均値を心拍信号検査用の基準値とし、測定された心拍信号のうち、基準値の所定％以下の間隔の信号はキャンセルし、次いで基準値の所定％以上の間隔の信号についてはその間に補完のための信号を挿入することを特徴とする心拍信号補正方法。
- 信号の挿入にあたり、信号を挿入することによってできるそれぞれの間隔が基準値に最も近くなるような本数及び位置に配置することを特徴とする請求項２または３記載の心拍信号補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003178559A JP3726825B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 心拍信号補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003178559A JP3726825B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 心拍信号補正方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33724695A Division JP3460419B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 心拍信号検査用基準値の導出方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004000660A JP2004000660A (ja) | 2004-01-08 |
| JP3726825B2 true JP3726825B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=30438370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003178559A Expired - Fee Related JP3726825B2 (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 心拍信号補正方法 |
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|---|---|
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| US9141087B2 (en) | 2009-04-26 | 2015-09-22 | Nike, Inc. | Athletic watch |
| WO2013103570A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-11 | Nike International Ltd. | Athletic watch |
-
2003
- 2003-06-23 JP JP2003178559A patent/JP3726825B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2004000660A (ja) | 2004-01-08 |
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