JP4425111B2 - 周期算出装置及びプログラム - Google Patents
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Description
基づいて脈波を特定し、特定した脈波の周期(以下では単に脈波周期と称する)を算出す
る周期算出装置などが提案されている。この周期算出装置では、脈波周期がn個測定され
、測定された脈波周期が大きさ順に並べられて、その並べられた順で中央にくる脈波周期
(以下では中央周期と称する)が用いられることにより、脈拍数が算出されている(例え
ば、特許文献1参照)。これにより、測定されたn個の脈波周期の中からノイズによる影
響の少ない脈波周期が用いられるため、当該脈波周期に対応する脈拍数が高精度に算出さ
れるように見える。
−P4の脈波周期の間であるP3)にノイズが含まれることにより、当該本来の脈波周期
(例えば、図7に示すP2−P4の脈波周期)が分断された場合には、当該本来の脈波周
期が上記中央周期にはなり得ず、当該本来の脈波周期が脈拍数の算出に用いられなくなる
ため、高精度に脈拍数が算出され難かった。また、脈波がフィルタ回路を通過すると、一
部の脈波(例えば、図7に示すP4−P5の脈波周期の間の脈波,点線部分の脈波)が排
除されることがあるため、当該一部の脈波が脈拍数の算出に用いられず、高精度に脈拍数
が算出され難かった。これにより、従来から脈拍数が算出される前の脈波周期を適切な値
にすることのできる技術の開発が望まれていた。
な脈波周期を算出することができるとともに、一部の脈波が排除されても適切な脈波周期
を算出することができる周期算出装置及びプログラムを提供することを目的とする。
出された脈波の振幅の1つのピークから次のピークまでの間隔をピーク間隔として特定す
る第1特定手段と、基準周期に対する下限及び上限の間である特定範囲を設定する範囲設
定手段と、第1特定手段により特定されたピーク間隔が範囲設定手段により設定された特
定範囲に属する場合には、ピーク間隔を脈波周期として算出する周期算出手段とを備える
ことを特徴とする。
を脈波周期として算出することにより、特定範囲内に属しない程短いピーク間隔であり、
且つ本来の脈波の1つのピークとノイズのピークとの間隔である可能性の高いピーク間隔
(いわゆるノイズによるピーク間隔)を脈波周期として算出しないようにすることができ
、脈波にノイズが含まれても適切な脈波周期を算出することができる。また、フィルタ回
路などにより排除された脈波の前後に存在する各ピークの間隔であるピーク間隔が本来の
ピーク間隔よりも広いが、その広いピーク間隔が特定範囲を超える場合には、その広いピ
ーク間隔を脈波周期として算出しないようにすることができ、一部の脈波が排除されても
適切な脈波周期を算出することができる。
隔である連続ピーク間隔とをピーク間隔として特定する第2特定手段が備えられており、
周期算出手段は、第2特定手段により特定されたピーク間隔が範囲設定手段により設定さ
れた特定範囲に属する場合には、ピーク間隔を脈波周期として算出してもよい。この場合
には、ピーク間隔とそれに続く連続ピーク間隔との総和であるピーク間隔が特定範囲内に
属する場合には、当該ピーク間隔を脈波周期として算出することにより、特定範囲内に属
しない程短いピーク間隔であり、且つ本来の脈波の1つのピークとノイズのピークとの間
隔である可能性の高いピーク間隔を脈波周期として算出せずに、そのピーク間隔とそれに
続く連続間隔との総和である本来のピーク間隔を脈波周期として算出することができ、脈
波にノイズが含まれても適切な脈波周期を算出することができる。
た複数のピーク間隔が範囲設定手段により設定された特定範囲に属する場合には、複数の
ピーク間隔のうちの基準周期に最も近いピーク間隔を脈波周期として算出してもよい。こ
の場合には、複数のピーク間隔が特定範囲に属しても、当該複数のピーク間隔のうちの基
準周期に最も近いピーク間隔を脈波周期として算出するため、より本来の周期に近いピー
ク間隔を脈波周期として算出することができる。
隔である連続ピーク間隔とをピーク間隔として特定する第2特定手段が備えられており、
周期算出手段は、第1特定手段又は第2特定手段により特定された複数のピーク間隔が範
囲設定手段により設定された特定範囲に属しない場合には、複数のピーク間隔のうちの最
初のピーク間隔の終点を基準周期の開始点としてもよい。この場合には、第1特定手段又
は第2特定手段により特定された複数のピーク間隔が範囲設定手段により設定された特定
範囲に属しない場合には、複数のピーク間隔のうちの最初のピーク間隔の終点を基準周期
の開始点とすることにより、当該最初のピーク間隔を除いてその次のピーク間隔が特定範
囲に属するか否かについて再び判定することができ、より適切な脈波周期を算出すること
ができる。
1つのピークから次のピークまでの間隔をピーク間隔として特定するピーク間隔特定手段
と、ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和とピーク間隔の数とに基づい
て平均のピーク間隔を算出する平均ピーク間隔算出手段と、ピーク間隔特定手段により特
定されたピーク間隔のそれぞれと平均ピーク間隔算出手段により算出された平均のピーク
間隔との差分の総和を最小にするピーク間隔の数を特定するピーク間隔数特定手段と、ピ
ーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和とピーク間隔数特定手段により特定
されたピーク間隔の数とに基づいて脈波周期を算出する周期算出手段とを備えることを特
徴とする。
ピーク間隔の数が変更され、又はフィルタ回路などにより本来の脈波の一部が排除されて
本来のピーク間隔の数が変更されても、ピーク間隔のそれぞれと平均のピーク間隔との差
分の総和を最小にするピーク間隔の数を特定するため、より適切な脈波周期を算出するこ
とができる。
知する報知手段を備えることしてもよい。ここで、脈波周期が算出されない場合には脈波
を検知するセンサの取り付け位置が悪い可能性が高い。したがって、脈波周期が算出され
ない旨が報知されることにより、測定者は、脈波を測定するセンサの位置をより適切な位
置に取付け直すことができる。
ともに、一部の脈波が排除されても適切な脈波周期を算出することができる。
本発明における周期算出装置1について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施
形態における周期算出装置1を示す概念図である。本実施形態における周期算出装置1は
、センサ10と、検出部20と、バンドパスフィルタ部30と、報知部40と、RAM5
0と、ROM60と、CPU70とを備えている。
光量に応じた信号を出力するものである。検出部20は、センサ10から出力された信号
を脈波として検出する検出手段である。バンドパスフィルタ部30は、検出部20により
検出された脈波のうちの特定の周波数成分のみを抽出するものである。報知部40は、後
述するCPU70により脈波周期が算出されない場合にはその旨を報知する報知手段であ
る。また、報知部40は、脈波周期、脈波周期に対応する脈拍数等を出力するものであり
、例えば、液晶表示装置、スピーカなどから構成されている。RAM50は、一時的にデ
ータを記憶するものである。ROM60は、周期算出装置1を動作させるためのプログラ
ムなどを記憶するものである。
り、ピーク間隔特定部71(第1特定手段,ピーク間隔特定手段)と、次ピーク間隔特定
部72(第2特定手段)と、範囲設定部73と、周期算出部74と、平均ピーク間隔算出
部75と、ピーク間隔数特定部76とを備えている。
ク間隔(後述する図5に示すt1,t2…)として特定するものである。次ピーク間隔特
定部72は、ピーク間隔特定部71により特定されたピーク間隔(例えば、後述する図5
(c)に示すt1)とそれに続くピーク間隔である連続ピーク間隔(例えば、後述する図
5(c)に示すt2)とを1つのピーク間隔(例えば、後述する図5(c)に示すt1+
t2)として特定する第2特定手段である。
である特定範囲TA(後述する図5(a)参照)を設定する範囲設定手段である。この基
準周期Tには、予め設定された脈波周期、直前のピーク間隔の脈波周期、各ピーク間隔の
平均の脈波周期などが挙げられる。本実施形態における基準周期は、所定のピーク間隔に
対して直前に設定された脈波周期として説明する。
する図5(b)に示すt1)が特定範囲TAに属する場合には、当該ピーク間隔を脈波周
期として算出する周期算出手段である。また、周期算出部74は、次ピーク間隔特定部7
2により特定されたピーク間隔(例えば、後述する図5(c)に示すt1+t2)が特定
範囲TAに属する場合には、当該ピーク間隔を脈波周期として算出する。さらに、周期算
出部74は、ピーク間隔特定部71又は次ピーク間隔特定部72により特定された複数の
ピーク間隔(例えば、後述する図5(d)に示すt1+t2,t1+t2+t3)が特定
範囲TAに属する場合には、複数のピーク間隔のうちの基準周期に最も近いピーク間隔(
例えば、t1+t2)を脈波周期として算出する。また、周期算出部74は、ピーク間隔
特定部71又は次ピーク間隔特定部72により特定された複数のピーク間隔(例えば、後
述する図6(c)に示すt1,t1+t2)が特定範囲TAに属しない場合には、複数の
ピーク間隔のうちの最初のピーク間隔(例えば、t1)の終点を基準周期Tの開始点に算
出する(例えば、後述する図6(d)及び(g))。
和S(例えば、後述する図4に示すS=t10+t20+…tn)とピーク間隔の数(後
述する図4に示すn)とに基づいて平均のピーク間隔mi(以下では単に平均ピーク間隔
と称する)を算出する平均ピーク間隔算出手段である(後述する式2参照)。ピーク間隔
数特定部76は、ピーク間隔特定部71により特定されたピーク間隔のそれぞれと平均ピ
ーク間隔算出部75により算出された平均ピーク間隔miとの差分の総和Eを最小にする
ピーク間隔の数(後述する式3に示すi参照)を特定するピーク間隔数特定手段である。
上記周期算出部74は、ピーク間隔特定部71により特定されたピーク間隔の総和Sとピ
ーク間隔数特定部76により特定されたピーク間隔の数(後述する式3に示すi参照)と
に基づいて、当該ピーク間隔の総和Sを当該ピーク間隔の数(後述する式3に示すi参照
)で除算することにより脈波周期を算出する。
以下において、本発明における周期算出方法について、図面を参照しながら説明する。
図2は、本実施形態における周期算出方法を示す図である。図2に示すように、ステップ
1において、検出部20は、センサ10から出力された信号を脈波として検出する。その
後、バンドパスフィルタ部30は、検出部20により検出された脈波のうちの特定の周波
数成分のみを抽出する。
ークまでの間隔をピーク間隔(後述する図5に示すt1,t2…)として特定する。ステ
ップ3において、CPU70は、特定したピーク間隔を用いて周期算出処理(後述する図
3参照)を行う。ステップ4において、CPU70は、脈波周期が算出されたか否か確認
する。また、CPU70は、脈波周期が算出された場合にはステップ5の処理に移り、脈
波周期が算出されていない場合にはステップ6の処理に移る。
ように指示するコマンドを報知部40に出力する。この報知部40は、CPU70により
出力されたコマンドに基づいて脈拍数などを出力する。ステップ6において、CPU70
は、脈波周期がn回以上連続して算出されていない場合にはステップ7の処理に移り、脈
波周期がn回以内算出されていない場合にはステップ1の処理に戻る。
るコマンドを報知部40に出力する。この報知部40は、CPU70により出力されたコ
マンドに基づいて特定情報(例えば、センサ10を適切な位置に付けて下さいなどの文字
)を出力する。
ための操作が受け付けられた場合など)が成立したか否か確認する。また、CPU70は
、終了条件が成立した場合には本処理を終了し、終了条件が成立していない場合にはステ
ップ1の処理に戻る。
及び周期算出処理2について詳述する。
図3は、本実施形態における周期算出処理1を示すフロー図である。図3に示すように
、ステップ3−1において、平均ピーク間隔算出部75は、i=k=nとするための設定
を行う。このkは後述する評価値Eを最小にするためのピーク間隔の全数を示し、iはk
を算出するための変数を示し、nは実際のピーク間隔の全数を示している。
特定された複数のピーク間隔を積算する。具体的には、ピーク間隔特定部71により特定
された複数のピーク間隔が図4に示すようにt10,t20,t30,…,tnである場
合には、平均ピーク間隔算出部75は、下記式1を用いてピーク間隔の総和Sを算出する
。
均ピーク間隔miを算出する。具体的には、平均ピーク間隔算出部75は、下記式2を用
いて、算出した総和Sをピーク間隔の数iで除算することにより、平均ピーク間隔miを
算出する。
)の関係が成立するか否か確認する。ここで、評価値E(i)は、下記式3に示すように
、ピーク間隔特定部71により特定されたピーク間隔のそれぞれと平均ピーク間隔miと
の差分の総和である。また、評価値E(k)は、下記式3に示す平均ピーク間隔miを平
均ピーク間隔mkに置き換えることにより算出することができる。なお、mkは上記式2
に示すiをkに置き換えることにより算出することができる。
場合にはステップ3−6の処理に移り、評価値E(k)>評価値E(i)の関係が成立し
ない場合にはステップ3−7の処理に移る。
、再びi=nを設定し直す。
)の関係が成立するか否か確認する。また、ピーク間隔数特定部76は、評価値E(k)
>評価値E(i)の関係が成立する場合にはステップ3−10の処理に移り、評価値E(
k)>評価値E(i)の関係が成立しない場合にはステップ3−11の処理に移る。
れぞれと平均ピーク間隔との差分の総和である評価値Eを最小にするピーク間隔の数k(
ステップ3−9においてNOが判定された際のk)が特定されることとなる。
9においてNOが判定された際のkで除算し、除算した結果を脈波周期として算出する。
この周期算出部74は、60を脈波周期(秒)で除算することにより、1分間における脈
拍数(bpm)を算出する。
図5及び図6は、本実施形態における周期算出処理2により脈波周期が算出されるまで
の様子を示す図である。この周期算出処理2はパターン1及びパターン2に大きく分けら
れる。以下ではパターン1及びパターン2について詳細に説明する。
図5(a)に示すように、先ず、範囲設定部73は、基準周期である前回の脈波周期T
及びその脈波周期Tに対する下限Tmin及び上限Tmaxの間である特定範囲TAを設
定する。そして、最初のピーク間隔t1が特定範囲TAに属する場合には、周期算出部7
4は、ピーク間隔t1を脈波周期として算出する。一方、図5(b)に示すように、最初
のピーク間隔t1(又はt1’)が特定範囲TAに属しない場合には、周期算出部74は
、ピーク間隔t1(又はt1’)を脈波周期として算出しない。この場合には、図5(c
)に示すように、次ピーク間隔特定部72は、ピーク間隔t1とそれに続くピーク間隔で
ある連続ピーク間隔t2とをピーク間隔(t1+t2)として特定する。そして、図5(
c)に示すように、ピーク間隔(t1+t2)が特定範囲TAに属する場合には、周期算
出部74は、ピーク間隔(t1+t2)を脈波周期として算出する。但し、図5(d)に
示すように、ピーク間隔(t1+t2)のみならず、ピーク間隔(t1+t2)とそれに
続く連続ピーク間隔t3との総和であるピーク間隔(t1+t2+t3)も特定範囲TA
に属する場合には、周期算出部74は、最も基準周期Tに近いピーク間隔(t1+t2)
を脈波周期として算出する。
図6(a)に示すように、先ず、範囲設定部73は、基準周期である前回の脈波周期T
及びその脈波周期Tに対する下限Tmin及び上限Tmaxの間である特定範囲TAを設
定する。そして、図6(b)及び(c)に示すように、最初のピーク間隔t1が特定範囲
TAに属しない場合には、次ピーク間隔特定部72は、ピーク間隔t1とそれに続くピー
ク間隔である連続ピーク間隔t2とをピーク間隔(t1+t2)として特定する。その後
、図6(c)及び(d)に示すように、最初のピーク間隔t1のみならず、次に特定され
たピーク間隔(t1+t2)も特定範囲TAに属しない場合には、周期算出部74は、最
初のピーク間隔t1の終点を基準周期Tの開始点に変更する(図6(g)参照)。したが
って、最初のピーク間隔t1が削除されることとなる。なお、本実施形態では、次に特定
されたピーク間隔(t1+t2)が上限Tmaxを超える場合には、周期算出部74は、
最初のピーク間隔t1の終点を基準周期Tの開始点に変更する。
、次ピーク間隔特定部72は、ピーク間隔t2とそれに続くピーク間隔である連続ピーク
間隔t3とをピーク間隔(t2+t3)として特定する。その後、図6(e)及び(f)
に示すように、ピーク間隔(t2+t3)が特定範囲TAに属する場合には、周期算出部
74は、ピーク間隔(t2+t3)を脈波周期として算出する。
の脈波周期の平均値(秒)を算出し、60をその平均値で除算することにより1分間にお
ける脈拍数(bpm)を算出する。
このような本発明によれば、本来の脈波のピーク間隔がノイズにより分断されて本来の
ピーク間隔の数が変更され、又はバンドパスフィルタ部30などにより本来の脈波の一部
が排除されて本来のピーク間隔の数が変更されても、ピーク間隔のそれぞれと平均のピー
ク間隔miとの差分の総和Sを最小にするピーク間隔の数iを特定するため、より適切な
脈波周期を算出することができる。
算出することにより、特定範囲TAに属しない程短いピーク間隔であり、且つ本来の脈波
の1つのピークとノイズのピークとの間隔である可能性の高いピーク間隔(例えば、図5
に示すt1)を脈波周期として算出しないようにすることができ、脈波にノイズが含まれ
ても適切な脈波周期を算出することができる。さらに、ピーク間隔(例えば、図5に示す
t1)とそれに続く連続ピーク間隔(例えば、図5に示すt2)との総和であるピーク間
隔(t1+t2)が特定範囲内TAに属する場合には、当該ピーク間隔(t1+t2)を
脈波周期として算出することにより、特定範囲内TAに属しない程短いピーク間隔であり
、且つ本来の脈波の1つのピークとノイズのピークとの間隔である可能性の高いピーク間
隔(t1)を脈波周期として算出せずに、そのピーク間隔t1とそれに続く連続間隔t2
との総和である本来のピーク間隔(t1+t2)を脈波周期として算出することができ、
脈波にノイズが含まれても適切な脈波周期を算出することができる。
の間隔であるピーク間隔(例えば、図5に示すt1’)が本来のピーク間隔よりも広いが
、その広いピーク間隔(t1’)が特定範囲TAを超える場合には、その広いピーク間隔
を脈波周期として算出しないようにすることができ、一部の脈波が排除されても適切な脈
波周期を算出することができる。
範囲TAに属しても、当該複数のピーク間隔のうちの基準周期Tに最も近いピーク間隔(
例えば、図5に示すt1+t2)を脈波周期として算出するため、より本来の周期に近い
ピーク間隔(t1+t2)を脈波周期として算出することができる。また、複数のピーク
間隔(例えば、図6に示すt1,t1+t2)が特定範囲TAに属しない場合には、複数
のピーク間隔のうちの最初のピーク間隔(例えば、図6に示すt1)の終点を基準周期T
の開始点とすることにより、当該最初のピーク間隔(t1)を除いてその次のピーク間隔
(t2)が特定範囲に属するか否かについて再び判定することができ、より適切な脈波周
期を算出することができる。さらに、脈波周期が算出されない場合にはその旨が報知され
ることにより、測定者は、脈波を測定するセンサの位置をより適切な位置に取付け直すこ
とができる。
上記周期算出装置及び上記周期算出方法で説明した内容は、パーソナルコンピュータ等
の汎用コンピュータにおいて、所定のプログラム言語を利用するための専用プログラムを
実行することにより実現することができる。なお、プログラムは、記録媒体に記録されて
もよい。この記録媒体は、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク
、ICチップ、カセットテープなどが挙げられる。
…報知部、50…RAM、60…ROM、70…CPU、71…ピーク間隔特定部、72
…次ピーク間隔特定部、73…範囲設定部、74…周期算出部、75…平均ピーク間隔算
出部、76…ピーク間隔数特定部
Claims (4)
- 脈波を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された脈波の振幅の1つのピークから次のピークまでの間隔をピーク間隔として特定するピーク間隔特定手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和と該ピーク間隔の数とに基づいて平均のピーク間隔を算出する平均ピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔のそれぞれと前記平均ピーク間隔算出手段により算出された平均のピーク間隔との差分の総和を最小にするピーク間隔の数を特定するピーク間隔数特定手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和と前記ピーク間隔数特定手段により特定されたピーク間隔の数とに基づいて脈波周期を算出する周期算出手段と
を備えることを特徴とする周期算出装置。 - 前記周期算出手段により脈波周期が算出されない場合にはその旨を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の周期算出装置。
- コンピュータを、
脈波を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された脈波の振幅の1つのピークから次のピークまでの間隔をピーク間隔として特定するピーク間隔特定手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和と該ピーク間隔の数とに基づいて平均のピーク間隔を算出する平均ピーク間隔算出手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔のそれぞれと前記平均ピーク間隔算出手段により算出された平均のピーク間隔との差分の総和を最小にするピーク間隔の数を特定するピーク間隔数特定手段と、
前記ピーク間隔特定手段により特定されたピーク間隔の総和と前記ピーク間隔数特定手段により特定されたピーク間隔の数とに基づいて脈波周期を算出する周期算出手段として機能させるためのプログラム。 - 前記周期算出手段により脈波周期が算出されない場合にはその旨を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項3に記載のプログラム。
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