JP4862730B2 - 脈波データ解析方法、システム、プログラム - Google Patents

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Description

本発明は、生体の脈波データから例えば心電図におけるR−R間隔に相当する情報を抽出する脈波データ解析方法、システム及びプログラムに関するものである。
不整脈の診断手法として、被験者の心電図計測を行い、該心電図から求められるR−R間隔を用いる方法が汎用されている。すなわち、図19に示すように心電図のR−R間隔は、一回の心拍で心電図に表れるP,Q,R,S,T波のうち、最も顕著に観察されるR波のピーク間隔であって、このR−R間隔を時系列化して表示すると心拍変動を知見することができる。このような心拍変動は、生体活動に伴う自律神経の生物学的制御機能の評価指標として広く臨床応用されている。
前記心電図計測は、一般に心臓の活動電位を検出する電極を備えたホルター心電計等を用いて行われる。この場合、医療機関にて被験者の胸に電極を5個程度取り付けると共にデータの受信機を腰に装着し、被験者に1日間程度通常の生活を行ってもらいつつデータ計測を行う。そして測定終了後、前記受信機に保存されたデータを所定の解析機器に取り込んで心電波形解析を行い、前記R−R間隔が求められるものである。しかしながら、このような心電図計測は、電極等を装着した状態での生活を強いることになることから、被験者の負担が大きいという問題があった。
そこで、心電図に依拠せず、脈波データからR−R間隔に相当する情報(脈波R−R間隔)を抽出する方法が検討されている。ここで脈波とは、血液の流入によって生じる動脈血管の容積変化を体表面から波形として捉えたものをいい、血管運動反応である。脈波は心臓の動きと連動しており、末梢血管の運動を測定することによって間接的に心電図から求められたR−R間隔と同様の意味を持つ情報を得ることが可能である。
脈波R−R間隔の検出に関し、例えば特許文献1には、脈波センサにより被験者の脈波を時々刻々検出し、演算手段にて検出された脈波データを解析してピーク値及びピーク時点を求め、脈波R−R間隔を算出する脈波R−R間隔測定装置が開示されている。また、特許文献2には、脈波波形検出手段より検出された脈波波形を周波数解析し、体動成分を除去することで正確な脈波成分を検出すると共に、得られた周波数解析結果を用いて不整脈を検出する不整脈検出装置が開示されている。さらに、特許文献3には、脈波センサで検出された脈波波形を1次微分して速度脈波波形を算出し、速度脈波波形のピークを検出することで脈波R−R間隔を検出する脈波解析法が開示されている。
特開平8−229013号公報 特許第3635663号公報 特開2001−70265号公報
しかしながら、脈波データのピークは、心電図におけるR波において観察されるような顕著なピークではなく、また脈波データには切痕や反射波等(脈波波形に比較的小さなピークとボトムが表れる部位。これら切痕や反射波等は、ピーク検出の際のノイズとなる。以下、説明の簡略化のため、切痕や反射波等の総称として単に「切痕」という)があり、R波に相当するピークを生の脈波波形から自動検出することは容易ではなかった。この点、特許文献1、2には脈波データから正確にピークを抽出する手法については特に言及されていない。また、特許文献3の脈波解析法では、ある程度切痕は除去できるとは考えられるものの、ピーク間隔の平均値から求めた閾値を用いて切痕を除去する方法を採用しているので、不整脈のようにピークの出現が予測不可能な場合には本当のピークもノイズと判断されてしまう可能性がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、被験者において不整脈等が生じている場合であっても、脈波データに含まれる切痕部を的確に除去し正確にピーク乃至はボトムを検出でき、生体情報、例えば心電図から求められるR−R間隔と相関性が高い情報(以下、本明細書では、ピーク乃至はボトム間隔を求めるという意味で「脈波P−P間隔」という場合がある)を検出することが可能な脈波データ解析方法、システム及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一局面に係る脈波データ解析方法は、生体の脈波データから生体情報を抽出する脈波データ解析方法であって、脈波を所定時間連続計測して得た脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出し、時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求め、求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除し、時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較し、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除を解除してこれらを利用されるべきデータとして扱い、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をノイズと見なして本削除するステップを含むことを特徴とする(請求項1)。
この構成によれば、脈波データにおいて隣接するボトム値とピーク値とのペアからボトム−ピーク振幅値が求められ、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とが比較され、第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合、第2の振幅値のボトム−ピーク振幅値に係るボトム値及びピーク値が仮にノイズと見なされて仮削除される。通常、切痕にかかるボトム−ピーク振幅値は、本来的なボトム−ピーク振幅値と同等乃至はこれを上回ることはなく、総じて小幅な振幅値となる。従って、閾値より小さい振幅値しか持たない第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を切痕ノイズと扱い除去することで、正確にピーク間隔(若しくはボトム間隔)を求めることが可能となる。
しかし、第1の振幅値との比較結果のみで第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を直ちに切痕ノイズと扱い削除すると、脈波の本来的なボトム値及びピーク値をも削除してしまうことが生じ得る。例えば、第1の振幅値が一過性の体動等により突発的に大きいものであったり、或いは呼吸性の脈波振幅の影響で大きくなっていたりした場合、第2の振幅値が本来の脈波に由来するボトム−ピーク振幅値であっても、これを削除してしまうことがあり得る。そこで本発明では、第1の振幅値との比較を終えた段階では仮削除の扱いとしておき、第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値との比較結果に応じて、第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をデータとして利用するか、切痕ノイズと扱い本削除するかを決定するようにしている。これにより、突発的な振幅が含まれてしまっているような場合でも、正確にピーク間隔(若しくはボトム間隔)を求めることができる。
上記構成において、前記ノイズが除去された後の脈波データに基づいて、心電図におけるR−R間隔に相当するピーク値間隔若しくはボトム値間隔を求めるステップをさらに含むことが望ましい(請求項2)。この構成によれば、ノイズ除去後の脈波データに基づいてピーク値間隔若しくはボトム値間隔を求められるので、不整脈の診断等を的確に行うことができる。
また、前記ノイズが除去された後の脈波データに基づいて、ボトム−ピーク振幅値を求めるステップをさらに含むことが望ましい(請求項3)。この構成によれば、ボトム−ピーク振幅値を利用して、各種の診断(交感神経活動の診断等)を行うことが可能となる。
上記構成において、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除した後に、時間軸上で前記仮削除されたボトム値及びピーク値の次に現れるボトム値及びピーク値より求められたボトム−ピーク振幅値を新たな第2の振幅値と扱い、同様にして前記新たな第2の振幅値と前記第1の振幅値とを比較する処理を1回若しくは複数回繰り返し、仮削除の要件を満たさないボトム−ピーク振幅値が現れたときに、当該ボトム−ピーク振幅値を前記第3の振幅値と扱って、仮削除とされた1又は複数の第2の振幅値と比較することができる(請求項4)。
この構成によれば、本来の脈波振幅の間に複数の切痕ノイズが含まれているような場合でも、当該切痕ノイズを確実に除去(仮削除)することが可能となる。その一方で、第1の振幅値が例えば突発的に大きなボトム−ピーク振幅値に由来するものである場合には、1又は複数の第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を本削除しないようにすることができる。
この場合、仮削除とされた第2の振幅値が複数存在する場合において、前記第3の振幅値との比較により一つの第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除が解除されたとき、前記一つの第2の振幅値を前記第3の振幅値と扱って、他の第2の振幅値と比較することができる(請求項5)。この構成によれば、仮削除とされた第2の振幅値が複数存在する場合に、順次遡及しながら、仮削除されたボトム値及びピーク値の妥当性を評価することが可能となる。
また、前記第2の振幅値と前記第1の振幅値とを比較する処理を1回若しくは複数回繰り返すに際し、前記閾値を、少なくとも1回変更することが望ましい(請求項6)。この構成によれば、切痕ノイズを状況に応じて的確に除去できるようになる。例えば上記繰り返し比較回数が増えるほど、相対値の閾値を小さくすることで、比較的大きな振幅の切痕ノイズから比較的小さな振幅の切痕ノイズまで、順次確実に除去できるようになる。
本発明の他の局面に係る脈波データ解析システムは、生体の脈波データから生体情報を抽出する脈波データ解析システムであって、被験者の脈波情報を所定のサンプリング周期で取得して時間軸に関連付けられた脈波データを取得する脈波検出手段と、前記脈波データを解析するデータ解析手段とを備え、前記データ解析手段は、前記脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出する変曲点検出部と、時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求める振幅値検出部と、求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除データとして区分する仮削除処理部と、時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較し、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値について前記仮削除データとしての区分を解除し、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記仮削除データをノイズと見なして本削除するノイズ除去部と、を具備することを特徴とする(請求項7)。
この構成によれば、脈波検出手段により取得された脈波データに基づいて、データ解析手段の変曲点検出部によりボトム値及びピーク値が求められ、振幅値検出部により時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とのペアからボトム−ピーク振幅値が各々求められる。そして、仮削除処理部により時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とが比較され、第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合、第2の振幅値のボトム−ピーク振幅値に係るボトム値及びピーク値が仮にノイズと見なされて仮削除される。その後、ノイズ除去部によって、第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値との比較結果に応じて、第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をデータとして利用するか、切痕ノイズと扱い本削除するかが判定される。従って、脈波波形に一過性の体動等に由来する突発的に大きな振幅や、呼吸性の振幅変動等が存在していても、正確にピーク間隔(若しくはボトム間隔)を求めることができる脈波データ解析システムを提供することができる。
上記構成において、前記変曲点検出部により検出されたボトム値及びピーク値を記憶する第1記憶手段と、データを少なくとも一時的に記憶することが可能な第2記憶手段とをさらに備え、前記仮削除処理部は、前記仮削除データと扱うボトム値及びピーク値が生じたとき、これらを前記第1記憶手段から第2記憶手段へ移行させ、前記ノイズ除去部は、前記仮削除データとしての区分を解除する場合に、前記ボトム値及びピーク値を前記第2記憶手段から第1記憶手段へ復帰させるようにすることができる(請求項8)。この構成によれば、ボトム値及びピーク値の仮削除処理、並びにその解除処理を、第1記憶手段と第2記憶手段との間におけるデータ移動によって簡単に処理できる。
或いは、前記仮削除処理部は、前記仮削除データと扱うボトム値及びピーク値が生じたとき、これらに仮削除識別子を付与し、前記ノイズ除去部は、前記仮削除データとしての区分を解除する場合には前記仮削除識別子を解除する一方で、本削除する場合には前記仮削除識別子が付与されたボトム値及びピーク値を削除する処理を行うことができる(請求項9)。この構成によれば、ボトム値及びピーク値の仮削除処理、並びにその解除処理を、仮削除識別子の付与及びその付与解除によって簡単に処理できる。
上記いずれかの構成において、前記データ解析手段によるデータ解析結果を表示する表示手段を有し、前記脈波検出手段、前記データ解析手段及び前記表示手段が、前記被験者に対して装着可能な機器に装備することができる(請求項10)。この構成によれば、必要な機能が全て搭載されたウェアラブルな単一機器として、本発明に係る脈波データ解析システムを構成することができる。従って、本発明に係るシステムを、可搬性に優れたコンパクトなシステムとすることができる。
また、上記いずれかの構成において、前記脈波検出手段により取得された脈波データを保存する第3記憶手段を有し、前記脈波検出手段と前記第3記憶手段とが装備され、前記被験者に対して装着可能な第1の機器と、前記データ解析手段が装備され、前記第1の機器とデータ通信を行うことで前記第3記憶手段に保存されている脈波データを取り入れ可能とされた第2の機器とから構成することができる(請求項11)。この構成によれば、脈波データを取得する第1の機器と、データ解析を行う第2の機器(例えばパーソナルコンピュータ)とに分離して、本発明に係る脈波データ解析システムを構成することができる。従って、一層高度なデータ解析が行えるようになる。
上記構成において、前記データ解析手段が、前記脈波データをリアルタイムで解析すると共に、該解析により得られる脈波情報を所定の表示部へ表示させるものとすることができる(請求項12)。この構成によれば、ユーザは、リアルタイムで脈波情報を表示部において確認できる、ユーザの利便性を向上させることができる。
上記構成において、前記データ解析手段が、解析した脈波情報を保存する第4記憶手段を具備することが望ましい(請求項13)。この構成によれば、解析した脈波情報をデータとして保存できるようになる。従って、事後的に脈波情報を確認したり、統計処理を行ったりすることが容易となる。
本発明のさらに他の局面に係る脈波データ解析プログラムは、生体の脈波データから生体情報を抽出するための解析プログラムであって、前記脈波データを解析するデータ解析手段に、被験者の脈波情報を所定のサンプリング周期で取得して時間軸に関連付けられた脈波データを読み出すステップと、前記脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出するステップと、時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求めるステップと、求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除するステップと、時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較するステップと、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除を解除してこれらを利用されるべきデータとして扱い、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をノイズと見なして本削除するステップと、ノイズが除去された後の脈波データに基づき所定の脈波解析処理を行うステップと、を実行させることを特徴とする(請求項14)。
本発明に係る脈波データ解析方法、システム、プログラムによれば、脈波の周波数や波形形状に関係なくノイズを除去できる。特に、脈波波形に一過性の体動等に由来する突発的に大きな振幅や、呼吸性の振幅変動等が存在していても、脈波本来のボトム値及びピーク値を削除することなく、ノイズだけを的確に除去できる。従って、脈波データに含まれる切痕部を的確に除去し正確な生体の脈波データを得ることができ、かかる脈波データに基づいて、医療従事者等は的確に各種の診断を行うことができる。
そして、脈波データに含まれる切痕部を的確に除去し正確にピークを検出できるので、心電図から求められるR−R間隔と相関性が高い脈波P−P間隔を検出することができるようになる。これにより、被験者への負担が大きいホルダー心電計を用いることなく不整脈を正確に検出することができ、疾病を早期発見することができる。また、脈波測定は測定方法が簡便で年配者であっても容易に行えるため、年配者に発生率の高い心房細動等の症状の早期発見用としてスクリーニングにも利用できる。さらに、被験者への負担が軽いことから、薬の効用を確認するために必要な長期間(例えば、心房細動が完治したことを確認するには2週間程度心房細動が発生していないことを確認する必要がある)の連続測定が可能であるという利点もある。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る脈波データ解析システムS0の全体構成を概略的に示すブロック図である。当該脈波データ解析システムS0は、被験者(生体)の脈波データから心電図におけるR−R間隔に相当する情報である脈波P−P間隔を抽出可能なシステムである。この脈波データ解析システムS0は、脈波検出手段11、データ解析手段12、表示手段13及び記憶手段14を備えている。
脈波検出手段11は、被験者の脈波情報を所定のサンプリング周期で取得して時間軸に関連付けられた脈波データ(脈波を所定時間連続計測して得たデータ)を取得するものである。ここで、脈波の検出方法としては、各種の方法が採用可能であるが、例えば血液中のヘモグロビンの吸光特性を利用する方法を好適に採用することができる。この方法は、血液中のヘモグロビンが光を吸収する特性を有することから、生体に光を照射した場合に、心拍に伴う血流の脈動でヘモグロビンの量が波動的に変化することに起因して、その反射光量若しくは透過光量が変化することを利用したものである。
この場合、測定に際しては、発光素子と受光素子とを備える反射型若しくは透過型センサを指先等にセットし、前記受光素子による受光量をモニタすることで脈波データを取得することができる。なお、上記反射型若しくは透過型センサとしては、光電脈波計や血中酸素飽和度の計測を行うことができるパルスオキシメータ等を好適に用いることができる。また、圧力センサ等を用い、血管脈動による脈圧を直接検出することで、脈波データを取得するようにしても良い。
データ解析手段12は、各制御プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)、一時的にデータを格納するRAM(Random Access Memory)及び制御プログラム等をROMから読み出して実行する中央演算処理装置(CPU)やDSP(Digital Signal Processor)等から構成され、脈波検出手段11にて取得された脈波データを解析するものである。後記で詳述するが、データ解析手段12は、所定の条件を満たすときに一部データを仮削除し、この仮削除データを復元乃至は本削除する処理を経て、前記脈波データに含まれる切痕ノイズを除去するノイズ除去処理を行う。しかる後、ノイズ除去後の脈波データに基づき、その脈波波形上に表れるピークの間隔(若しくはボトムの間隔)を求める処理を行う。
表示手段13は、データ解析手段12により処理されたデータを表示するものであり、例えば、液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display)、7セグメントLED、有機フォトルミネセンス表示装置、CRT(Cathode Ray Tube)及びプラズマ表示装置等の表示装置からなる。この表示手段13には、脈波データのデータ解析結果等の各種測定情報が、文字情報、画像情報或いは光点灯情報等、必要に応じた任意の形態で表示される。
記憶手段14は、前記脈波検出手段11により計測された脈波データや、データ解析手段12によるデータ解析結果等を一時的に格納するものである。この記憶手段14としては、RAMやEPROM(Erasable and Programmable ROM)などを用いることができる。
以上説明した脈波データ解析システムS0は、様々なハード構成として構築することができる。図2は、上記脈波検出手段11、データ解析手段12、表示手段13及び記憶手段14を、被験者に装着可能な単一機器である脈波測定装置20に搭載してなる脈波データ解析システムS1を示す外観構成図である。この脈波測定装置20(脈波データ解析システムS1)は、被験者の手首付近に装着可能とされた脈波測定装置本体部21と、指先に装着可能とされたプローブ22とを備え、両者が信号ケーブル201で電気的に接続されてなる。
脈波測定装置本体部21には、電源スイッチ211、LCD等からなる表示部212(表示手段13に相当する)、ベルト係止部213等が備えられているほか、その内部に、前記脈波検出手段11の一部、データ解析手段12及び記憶手段14に相当する機能を果たす電気回路が収納されている。また、プローブ22には、前記脈波検出手段11の一部を構成する発光素子と受光素子とが備えられている。かかる脈波データ解析システムS1によれば、必要な機能が全て搭載されたウェアラブルな単一機器としてシステムが構成されるので、可搬性に優れたコンパクトなシステムとすることができる。
図3は、本発明に係るシステムの他のハード構成例を示すもので、被験者に装着可能な脈波測定装置20’(第1の機器)とパーソナルコンピュータ30(第2の機器)とがUSBケーブル等の通信ケーブル301で接続されてなる脈波データ解析システムS2を示す外観構成図である。この脈波データ解析システムS2では、上記脈波検出手段11の機能が脈波測定装置20’に備えられ、上記データ解析手段12及び表示手段13の機能がパーソナルコンピュータ30に備えられる(勿論、脈波測定装置20’にもデータ解析手段12及び表示手段13の機能が備えられていても良い)構成とされる。このような脈波データ解析システムS2とすれば、被験者に装着される脈波測定装置20’を簡素な構成として装着性を向上させ得ると共に、パーソナルコンピュータ30により高度なデータ解析が行えるようになる。
図4は、図2に示した脈波測定装置20の電気的構成を示すブロック図である。この脈波測定装置20は、電気的構成として、検知部23(脈波検出手段)、CPU(Central Processing Unit)24(データ解析手段)、記憶部25(記憶手段)、操作部26、I/F部27、電源部28及び上述の表示部212(表示手段)を備えて構成されている。
検知部23は、CPU24(後述の測定制御部41)に制御され、所定のサンプリング周期(例えば30ms周期)で被験者の脈波情報を計測するもので、発光部231、受光部232、発光制御回路233及びA/D変換部234を備えている。ここで、前記発光部231及び受光部232はプローブ22に搭載され、発光制御回路233及びA/D変換部234は脈波測定装置本体部21に搭載され、発光制御回路233と発光部231とが、また受光部232とA/D変換部234とが、信号ケーブル201でそれぞれ電気的に接続されている。発光部231及び受光部232は、上述したように、血液中のヘモグロビンの吸光特性を利用した反射型若しくは透過型センサを構成するもので、両者は生体組織(この場合は指先)を経由する光路が形成される位置関係でプローブ22にセッティングされている。
発光部231は、所定波長λの光を発生するLED等の発光素子からなる光源であり、発光制御回路233によりその発光動作が制御される。発光制御回路233は、CPU24から与えられる測定制御信号に基づいて、発光部231を所定のサンプリング周期で点灯させる駆動信号を生成する。受光部232は、少なくとも発光部231から発せられる波長λの光に対して感度を有し、受光した光強度に応じた電流を生成する光電変換型の受光素子である。かかる受光素子としては、例えばシリコンフォトダイオード(Silicon Photo Diode)等を用いることができる。A/D変換部234は、受光部232から出力される光強度に応じたアナログ電流をデジタル信号に変換する。
受光部232により受光される光量(反射光量若しくは透過光量)は、心拍に伴う血流の脈動でヘモグロビンの量が波動的に変化し吸光量が変動することから、脈動のサイクルに応じて変化する。従って、A/D変換部234からサンプリング周期毎に出力される受光光量に応じたデジタル信号は、各サンプリング周期における脈波状態を反映した情報となる。このようにして検出された脈波情報は、CPU24を介し、時刻情報に関連付けられて記憶部25に格納される。
CPU24は、所定の制御プログラムに従って、脈波測定装置20全体の動作制御を司るもので、検知部23による脈波データ取得動作、取得された生の脈波データに含まれる切痕ノイズを除去するノイズ除去処理動作、ノイズ除去後の脈波データに基づき、その脈波波形上に表れるピークの間隔(若しくはボトムの間隔)を求める処理動作等を実行する。このCPU24の機能構成については、図5に基づき後記で詳述する。
記憶部25(第1〜第4記憶手段)は、検知部23により計測された脈波データ(A/D変換部234から出力されるデジタルデータを時刻情報に関連付けたデータ)、CPU24における演算処理で生成されたデータ、例えば仮削除データとして区分されたデータ、データ解析結果等(後述の間隔算出部45により求められる脈波波形のピーク値間隔、ボトム値間隔、或いはピーク値−ボトム値の振幅等)を一時的に格納するものである。
操作部26は、各種スイッチ(入力ボタン)を備え、装置各部を操作するべく所定の指示入力を行うためのものである。操作部26は、各種スイッチとして、電源部28のオン/オフ切り替えを行う電源スイッチ211(図2参照)のほか、検知部23による脈波データの検出及びこの検出情報に基づくデータ解析処理を開始又は終了するためのオン、オフ切り替えを行う測定スイッチ等を備えている。なお、当該各種スイッチは、機械的に押下するプッシュボタンの形態、液晶表示装置等のタッチパネル内に表示される入力ボタンの形態など種々の形態が採用可能である。
I/F部27は、例えば図3に示すように、パーソナルコンピュータ30等とのデータの送受信を行う場合に用いられるものであり、例えばRS−232C、USB、IrDA(Infrared Data Association )等の有線(LAN等のネットワーク)又は無線による通信規格によるデータ送受信装置である。
電源部28は、脈波測定装置20の各部に電源を供給するものであり、例えば乾電池やボタン電池、或いはAC電源等からなる。表示部212は、CPU24による脈波データのデータ解析結果を文字情報や画像情報等として表示するものである。
続いて、CPU24及び記憶部25の機能構成について、図5の機能ブロック図に基づいて説明する。このCPU24は、機能的に、測定制御部41、データ解析部42及び表示制御部46を備えている。また、記憶部25は、脈波データ記憶部251(第3記憶手段)、B−P(ボトム−ピーク)値情報記憶部252(第1記憶手段)、仮削除データ記憶部253(第2記憶手段)及び解析結果記憶部254(第4記憶手段)を備えている。
測定制御部41は、検知部23による脈波データ取得動作を制御するもので、所定のタイマー機能を用いて予め定められたサンプリング周期毎に、発光制御信号を生成して発光制御回路233(図4参照)へ送信する。そして、前記発光制御信号に同期してA/D変換部234から出力されるデジタル信号を受け入れ、時刻情報に関連付けて記憶部25の脈波データ記憶部251にその脈波情報を書き込む。
表示制御部46は、CPU24による脈波データのデータ解析結果を、適宜な形態として表示部212において表示させるためのデータ処理を行う。
データ解析部42は、検知部23により取得され一旦記憶部25に格納された脈波データに対して(或いは検知部23により検出された脈波データに対して直接)、各種のデータ解析処理を行う。このデータ解析部42は、前処理部43、ノイズ除去処理部44及び間隔算出部45を備えて構成されている。
前処理部43は、ノイズ除去処理部44による切痕ノイズの除去処理を行う前に、検知部23により取得された生の脈波データに所定の前処理を行う機能部であり、脈波波形生成部431と移動平均処理部432とを備えている。脈波波形生成部431は、所定のサンプリング周期で取得され時刻情報に関連付けられて脈波データ記憶部251に格納されている脈波データを時間軸に展開するデータ整列処理を行い、脈波波形を生成する。なお、脈波測定とリアルタイムでデータ解析を行う場合は、脈波データ記憶部251に脈波測定の進行と共に書き込まれて行くデータを、時刻順に逐次読み出す動作を行う。
移動平均処理部432は、脈波波形生成部431により生成された脈波波形について移動平均処理を行い、これを平滑化する演算を行う。例えば、時間軸上にプロットされた脈波データの5個移動平均(中心データと、その前後2個のデータの平均を求める)を取る演算を、脈波波形の時間軸に沿って順次行う。このような移動平均処理を行う意義は次の通りである。
図6は、脈波波形生成部431により生成された脈波波形51を示すグラフ(脈波のサンプリング周期=26.7ms)である。この脈波波形51は、生の脈波データをそのままプロットした、生の脈波波形である。このような生の脈波波形51には、符号511で示すように、微小測定時間範囲における脈波データに重畳するノイズがしばしば表れる。このような脈波データのノイズも、一種のボトム値及びピーク値となるため、生の脈波波形51を用いてノイズ除去処理部44により切痕ノイズの除去処理を行った場合、高速処理が阻害されることがある。
そこで、移動平均処理部432により生の脈波波形51について上述の移動平均処理を行い、これを平滑化するものである。図7は、移動平均処理後の脈波波形52を示すグラフである。該脈波波形52において、符号521で示す部分は、図6の生の脈波波形51において符号511で示す部分に対応するものであるが、当該部分は移動平均処理により平滑化されていることが分かる。これにより、ノイズ除去処理部44におけるボトム値及びピーク値の抽出処理を簡素化できるようになる。
ノイズ除去処理部44は、図7に示す移動平均処理後の脈波波形52に含まれる切痕ノイズの除去処理を行うもので、変曲点検出部441、振幅値検出部442、仮削除処理部443及びノイズ除去部444を備えている。
変曲点検出部441は、図7に示す移動平均処理後の脈波波形52(脈波データ)から、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出する処理を行う。すなわち、脈波波形52を構成するプロットデータを時間軸に沿って順次比較し、脈波波形52が下降から上昇へ転じる点をボトム値として、また上昇から下降へ転じる点をピーク値としてそれぞれ検出する。図8に、前記脈波波形52に対するボトム値及びピーク値の検出状況を示す。図中の符号B1〜B5はボトム値を、符号P1〜P5はピーク値をそれぞれ示している。なお、リアルタイム解析の場合は、脈波波形52に相当するデータを逐次取得しながら、データを比較処理し、ボトム値及びピーク値を特定する処理を行う。特定されたボトム値及びピーク値は、記憶部25のB−P値情報記憶部252に格納される。
振幅値検出部442は、前記変曲点検出部441にて検出されたボトム値B1〜B5及びピーク値P1〜P5を用い、時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求める処理を行う。この処理を図8に基づき具体的に説明すると、先ず脈波波形52において時間軸上に最初に表れるボトム値B1とピーク値P1(符号512で示す部分の拡大図参照)とがペアとされ、このボトム値B1とピーク値P1との差分を求めることで第1ボトム−ピーク振幅値SW1が求められる。以下同様に、ボトム値B2とピーク値P2、ボトム値B3とピーク値P3、ボトム値B4とピーク値P4及びボトム値B5とピーク値P5というように、隣接するボトム値とピーク値とがペアとされ、各々の差分を求めることで第2〜第5ボトム−ピーク振幅値SW2〜SW5が求められる(以降に表れるボトム値及びピーク値についても同様の処理が為される)。
仮削除処理部443は、求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値AM1と第2の振幅値AM2(例えばSW1とSW2)とを比較する。そして、第1ボトム−ピーク振幅値SW1に対する第2ボトム−ピーク振幅値SW2の相対値が所定の閾値より小さい場合、仮削除処理部443は、第2ボトム−ピーク振幅値SW2に係るボトム値B2及びピーク値P2を仮削除データとして区分するために、B−P値情報記憶部252から仮削除データ記憶部253へボトム値B2及びピーク値P2を一時的に移管させる。つまり仮削除処理部443は、次の(1)式で示す演算(但し、AM1=SW1、AM2=SW2)を行い、(1)式が満足される場合に、第2ボトム−ピーク振幅値SW2に係るボトム値B2及びピーク値P2を仮削除の扱いとする。
第1の振幅値(AM1)×相対値a>第2の振幅値(AM2) ・・・(1)
但し、相対値aは任意に設定される1以下の値。
上記(1)式で用いられる相対値a(所定の閾値)は、被験者の脈動の特徴、予期される症状によって適宜設定されるが、切痕は脈波に比べてかなり小さく、切痕に係るボトム−ピーク振幅値は脈波に係るボトム−ピーク振幅値に対して相対比で50%程度以下の大きさであることが通常なので、例えば相対値a=0.5をデフォルト値として定めることができる。
次に仮削除処理部443は、第1ボトム−ピーク振幅値SW1と、仮削除されたボトム値B2及びピーク値P2の次に現れるボトム値B3及びピーク値P3より求められる第3ボトム−ピーク振幅値SW3とを比較する。そして、上記(1)式のAM2=SW3として、同様な演算処理を行う。
ここで、図8に示した脈波波形52において、相対値a=0.5と設定されている場合を考える。この場合、SW1≫SW2であるので、仮削除処理部443は、SW2に係るボトム値B2及びピーク値P2を仮削除する。次に、仮削除処理部443は、SW1とSW3とを比較するのであるが、図8から明らかな通り“SW1×0.5<SW3”であるので、SW3に係るボトム値B3及びピーク値P3は仮削除されず、B−P値情報記憶部252に存置される。
この後、仮削除処理部443は、仮削除されなかったSW3を新たな第1の振幅値AM1と扱い、上記と同様な処理を繰り返す。すなわち、SW4を第2の振幅値AM2として、“SW3×相対値a>SW4”の条件を満たすか否かを判定する。図8に示す脈波波形52では、SW3≫SW4であるので、仮削除処理部443は、SW4に係るボトム値B4及びピーク値P4を仮削除データ記憶部253へ移管することとなる。これに続いて、“SW3×相対値a>SW5”の条件判定が行われ、SW5に係るボトム値B5及びピーク値P5は存置されることとなる。
なお、上記SW1とSW3との比較において、もし“SW1×0.5>SW3”となった場合は、仮削除処理部443は、ボトム値B3及びピーク値P3も仮削除し、SW1とSW4とを比較する処理を行う。この場合、仮削除処理部443は、相対値aの値を低いレベル(例えば相対値a=0.1)に落として比較処理を行う。例えば、上記の例において、SW1が何らかの要因で大きな値となっていた場合、相対値a=0.5のまま比較処理を進めると、切痕ではなく脈波であるにも拘わらず、SW1に続くデータが次々と削除されてしまうからである。また、同様な観点から、SW1を基準として比較処理を行う繰り返し回数mが一定の回数(例えばm=5)に制限されており、仮削除処理部443は、その回数を超過したら、強制的に第1の振幅値AM1を次のボトム−ピーク振幅値に置換する。以上説明した仮削除処理部443の処理は、脈波測定とリアルタイムでデータ解析を行う場合に好適な実施形態である。
ノイズ除去部444は、仮削除の対象とされた第2の振幅値AM2と、時間軸上で第2の振幅値AM2の後に存在する第3の振幅値AM3とを比較し、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。ここでの閾値は、例えば上記の相対値a=0.5とすることができる。図8に示す脈波波形52ならば、仮削除の対象とされたSW2と、このSW2の次に時間軸上に現れるSW3とが比較される。この場合、SW3に方が大きいので、ノイズ除去部444は、“SW3×相対値a>SW2”の条件を満たすか否かを判定する。この条件式が満されるとき、SW2は先のSW1に対してだけではなく後のSW3に対しても十分小さいボトム−ピーク振幅値しか持っていないことになり、SW2が切痕ノイズである可能性は極めて高くなる。
従って、ノイズ除去部444は、上記条件式が満されるとき、SW2に係るボトム値B2及びピーク値P2をノイズと見なして本削除する。すなわち、ボトム値B2及びピーク値P2を仮削除データ記憶部253から消去する。一方、上記条件式が満されない場合、SW2に係るボトム値B2及びピーク値P2の仮削除区分を解除してこれらを利用されるべきデータとして扱う。具体的には、ボトム値B2及びピーク値P2を仮削除データ記憶部253からB−P値情報記憶部252に復元する。因みに、図8に示す脈波波形52ならば、SW3≫SW2であるので、SW2のボトム値B2及びピーク値P2は本削除されることとなる。
以上のようなノイズ除去部444の処理が行われると、図8に示す脈波波形52の場合は、仮削除されずB−P値情報記憶部252に存置されるピーク値及びボトム値は、図9に示すように、ピーク値P1,P3,P5とボトム値B1,B3,B5となる。つまり、切痕ノイズと見なされたピーク値P2,P4及びボトム値B2,B4は捨象され、心拍と真に連関性のあるピーク値(ボトム値)のみが残存するようになる。従って、ピーク値P1〜P3の時間間隔X1、ピーク値P3〜P5の時間間隔X2・・・を求めることで、正確な脈波P−P間隔の算出が可能となる。なお、ボトム値B1〜B3、ボトム値B3〜B5の時間間隔を求めるようにしても良い。
脈波波形は、多様な波形形状で検出される。図10に示す脈波波形53では、変曲点検出部441によりボトム値B11〜B14及びピーク値P11〜P14が検出され、これに基づき振幅値検出部442により第1〜第4ボトム−ピーク振幅値SW11〜SW14が検出されることとなる。ここでは、振幅値が大きい第1、第4ボトム−ピーク振幅値SW11、SW14の間に、切痕とみられる振幅値が小さい2つのピークである第2、第3ボトム−ピーク振幅値SW12、SW13が検出されている。
このような脈波波形53の場合、SW11≫SW12、SW11≫SW13であるので、仮削除処理部443により、SW12、SW13に係るボトム値B12、B13及びピーク値P12、P13が仮削除される。一方、SW14はSW11よりも若干大きい程の振幅値を持っているため、SW14のボトム値B14及びピーク値P14は仮削除されず、次はこのSW14が基準値(第1の振幅値AM1)とされ、同様な処理が行われる。そして、ノイズ除去部444により、SW14とSW12、さらにSW14とSW13が比較される。この場合、SW14≫SW12、SW14≫SW13であるので、ノイズ除去部444は、SW12、SW13に係るボトム値B12、B13及びピーク値P12、P13を本削除する。
次に、図11に、突発的に大きな振幅(大振幅部541)を含む脈波波形54を例示する。このような突発的な大振幅部541は、脈波測定中に被験者が動いた場合に観察されることが多い。このような脈波波形54の場合に、本実施形態において仮削除処理部443及びノイズ除去部444が設けられた意義が顕著に発揮される。
図11に示す脈波波形54では、大振幅部541より以降、変曲点検出部441によりボトム値B21〜B24及びピーク値P21〜P24が検出され、これに基づき振幅値検出部442により第1〜第4ボトム−ピーク振幅値SW21〜SW24が検出されることとなる。ここで、SW21は異常に高い振幅値、SW22〜SW24は通常の脈波に由来する振幅値であるものとする。
このような脈波波形54の場合、上述のアルゴリズムによれば、仮削除処理部443は、先ず第1の振幅値AM1=SW21、第2の振幅値AM2=SW22として、“SW21×相対値a(=0.5)>SW22”の条件を満たすか否かを判定する。この場合、SW21≫SW22となってしまうので条件を満たすことから、SW22に係るボトム値B22及びピーク値P22は仮削除される。次に、第2の振幅値AM2=SW23として、“SW21×0.5>SW23”の条件を満たすか否かが判定される。同様に、SW21≫SW23であるので、SW23に係るボトム値B23及びピーク値P23も仮削除される。次の比較は、SW21を基準とした3回目の比較となるので、上述した通り、相対値a=0.1に条件変更される。そして、第2の振幅値AM2=SW24として、“SW21×0.1>SW24”の条件を満たすか否かが判定される。SW21とSW24との大きさ関係から、かかる条件式は満たさないので、SW24に係るボトム値B24及びピーク値P24は仮削除されず、次の比較処理では第1の振幅値AM1=SW24に変更される。
ここで、SW21を基準とした比較のみでSW22、SW23を評価し、データを本削除してしまうと、本事例のようにSW21が突発的な大振幅部541に由来する異常に大きな振幅値であったとき、通常の脈波に由来する振幅値であるSW22、SW23もノイズと誤評価してしまうこととなる。つまり、SW22、SW23に係るボトム値B22、B23及びピーク値P22、P23を、本実施形態のように仮削除ではなく、いきなり本削除してしまうと、脈波P−P間隔の検出に大きな影響を与えてしまうことになる。
図12は、データ点数毎の脈波P−P間隔の変動を示すグラフである。例えばピーク値間隔を採取する場合、ピーク値P22、P23が削除されると、ピーク値P21とピーク値P24との間の間隔が単位間隔値と計算される。その結果、図12に示すように、ピーク値P21−P24の単位間隔値542が3拍分の値を示すことになる。このような脈波P−P間隔の変動は、あたかも被験者において不整脈が発生している所見を、医療従事者に見取らせてしまう。
さらに、体動だけでなく、呼吸性の脈波振幅の変動が存在する場合にも不具合が生じる。図13は、呼吸性の脈波振幅の変動部(図中の矢印a1、a2で示す部分)を含む脈波波形55を例示する。このような脈波振幅の変動は、被験者の吸気、呼気のサイクルに応じて生じ、次のサイクルへ移行する部分である矢印a1、a2の部分において振幅変動が顕著となる。
かかる脈波波形55では、矢印a1の近傍で検出される振幅値SW31〜SW33において、SW31に比べてSW32、SW33は半分程度の振幅値(但し、SW32<SW33)となることがある。この場合、第1の振幅値AM1=SW31、相対値a=0.5として比較処理が行われると、例えばSW32がノイズと判定されることがあり得る。矢印a2の近傍で検出される振幅値SW34〜SW36も同様で、例えばSW35がノイズと判定され得る。
この場合のデータ点数毎の脈波P−P間隔の変動は、図14に示すグラフのようになる。SW32、SW35がノイズと扱われたことによって、単位間隔値551、552がそれぞれ2拍分の値を示すことになる。このような脈波P−P間隔の変動は、図12の場合と同様に、不整脈の発生を表現してしまうこととなる。
これに対し、本実施形態では、仮削除処理部443及びノイズ除去部444が備えられているので、上記のような問題は生じない。例えば、図11に示す脈波波形54の場合、SW22、SW23に係るボトム値B22、B23及びピーク値P22、P23は、仮削除処理部443によって仮削除データと判定され、一旦は仮削除データ記憶部253へ移管される。
しかし、ノイズ除去部444によって、SW21との比較で仮削除されなかったSW24を用い、第3の振幅値AM3=SW24として、“SW24×相対値a(=0.5)>SW23”(“SW23×相対値a>SW24”でも良い)の条件を満たすか否かを判定する。図11の例では、SW23とSW24との振幅比が相対値aよりも大きいものである(一方の振幅値が他方の振幅値の50%以下ではない)ので、ノイズ除去部444は、SW23に係るボトム値B23及びピーク値P23を仮削除データ記憶部253からB−P値情報記憶部252に復元する。同様に、SW22とSW24との振幅が比較され、この場合、その振幅比が相対値aよりも大きいものであるので、SW22に係るボトム値B22及びピーク値P22もB−P値情報記憶部252に復元される。
この結果、通常の脈波に由来する振幅値であるSW22、SW23に係るボトム値B22、B23及びピーク値P22、P23は削除されることなく、その後のデータ解析の用に供される。従って、脈波P−P間隔を採取した場合に、適正にピーク値(ボトム値)間隔が求められる。図13に示した脈波波形55の場合も同様である。
なお、上記の例のように、仮削除とされた第2の振幅値(SW22、SW23)が複数存在する場合に、第3の振幅値(SW24)を固定化して、順次SW23、SW22と比較処理をする代わりに、第3の振幅値を遡及させて行くようにしても良い。例えば、SW23とSW24との比較により、SW23の仮削除を解除すると判定されたときに、第3の振幅値AM3=SW23と置き換えて、次はSW23とSW22との比較を行わせるようにしても良い。
図5に戻って、間隔算出部45は、ノイズ除去部444によりノイズが除去された後の脈波波形に基づいて、そのピーク値間隔(若しくはボトム値間隔)を求める処理を行う。例えば、図9に示した脈波波形52の場合は、ピーク値P1に関連付けられて記憶されている時刻情報と、ピーク値P3に関連付けられて記憶されている時刻情報とから、ピーク値P1〜P3の時間間隔X1を求める演算を行う。以下、ピーク値P3〜P5の時間間隔X2・・・についても同様に求める演算を行うものである。このような解析結果は、記憶部25の解析結果記憶部254に格納される。
以上の通り構成された脈波測定装置20の動作について説明する。図12は、脈波測定装置20による脈波P−P間隔算出の全体フローを示すフローチャートである。ここでは、所定の計測時間内に置いて計測された脈波データを一旦記憶部25へ格納し、後からデータ解析部42で読み出して脈波P−P間隔を求める場合のフローを示している。
プローブ22を被験者の指先に装着し脈波測定装置20による脈波測定準備が整うと、CPU24の測定制御部41により検知部23が制御され、所定のサンプリング周期で脈波データが取得される(ステップS1)。次に、測定制御部41は、A/D変換部234から出力されるデジタル脈波データを、時刻情報に関連付けて記憶部25(脈波データ記憶部251)へ記録する(ステップS2)。そして、測定制御部41は、所定時間の測定動作を終えたか否かをタイマー情報等に基づいて判定し(ステップS3)、測定終了でない場合は(ステップS3でNO)、次のサンプリング周期の到来を待ってステップS1、ステップS2の動作を繰り返す。
一方、所定の測定動作を終えた場合は(ステップS3でYES)、データ解析部42により脈波データ記憶部251へ記録されている脈波データが読み出される(ステップS4)。そして、前処理部43で前記脈波データに対して所定の前処理(移動平均処理等)を行った上で、ノイズ除去処理部44で切痕ノイズを除去するノイズ除去処理が行われる(ステップS5)。しかる後、ノイズ除去処理後の脈波データに基づき、間隔算出部45により脈波P−P間隔が算出され(ステップS6)、その結果が、表示制御部46により適宜な表示形態とするためのデータ処理が施された上で表示部212に表示され(ステップS7)、処理が完了する。
なお、脈波測定を脈波測定装置(第1の機器)で行い、データ解析をパーソナルコンピュータ等(第2の機器)で行う場合は、上記ステップS4は、両者間のデータ通信により行われる。また、リアルタイムで脈波データが解析される場合は、上記ステップS4〜S6が脈波計測に伴ってリアルタイムで行われ、その解析結果が表示部212に順次表示されることとなる。
図16〜図18は、上記ステップS5の切痕ノイズ除去処理の詳細フローを示すフローチャートである。ここでは、リアルタイム処理を行う場合に好適なフローチャートを例示する。先ず脈波波形生成部431により、脈波データ記憶部251に脈波測定の進行と共に書き込まれて行くデータが時刻順に逐次読み出されることで、脈波データが取得される(ステップS11)。この脈波波形について、移動平均処理部432により移動平均処理が行われ、脈波波形が平滑化される(ステップS12)。そして、カウンタi=1、j=1、m=0に設定される(ステップS13)。
次に、ノイズ除去処理部44の変曲点検出部441により、脈波値PW<脈波値PWi+1の関係が満足されているか否かが判定される(ステップS14)。脈波値PW<脈波値PWi+1の関係が満足されていない場合(ステップS14でNO)、カウンタiが1だけインクリメントされ(ステップS15)、ステップS14の処理が繰り返される。一方、脈波値PW<脈波値PWi+1の関係が満足された場合(ステップS14でYES)、このときの脈波値PWがボトム値Bとして検出される(ステップS16)。
続いて変曲点検出部441は、脈波値PW>脈波値PWi+1の関係が満足されているか否かを判定する(ステップS17)。脈波値PW>脈波値PWi+1の関係が満足されていない場合(ステップS17でNO)、カウンタiが1だけインクリメントされ(ステップS48)、ステップS17の処理が繰り返される。一方、脈波値PW>脈波値PWi+1の関係が満足された場合(ステップS17でYES)、このときの脈波値PWがピーク値Pとして検出される(ステップS19)。そしてカウンタj=1であるか否かが確認され(ステップS20)、j=1である場合(ステップS20でYES)はカウンタjが1だけインクリメントされた上で(ステップS21)、ステップS44に戻って処理が繰り返される。j=1でない場合(ステップS20でNO)は、図17のフローに移行する。
次に、振幅値検出部442により上述の処理で検出された時間軸上において隣接するボトム値Bとピーク値Pとの差分を求める演算が行われ、ボトム−ピーク振幅値SWが求められる(ステップS22)。しかる後、仮削除処理部443により、ステップS22で求められたSWと、1つ前に同様にして求められているボトム−ピーク振幅値(その時点での基準振幅値)SWj−1とを比較する処理が行われる(ステップS23)。
そして、SWj−1*相対値a>SWの関係が満足されているか否かが判定される(ステップS24)。これが満足されている場合(ステップS24でYES)、仮削除処理部443は、ここでのSWを仮に切痕ノイズと扱い、このSWに係るボトム値Bとピーク値Pとを、仮削除データB(k=1、2、3・・・)として仮削除データ記憶部253へ移管する(ステップS25)。
一方、SWj−1*相対値a>SWの関係が満足されていない場合(ステップS24でNO)、今回求められたSWが次回求められるボトム−ピーク振幅値に対する基準振幅値となる。さらに、仮削除されたデータを復帰させるか否かの復帰判定処理を行うに際しての基準振幅値となる。この復帰判定処理については、図18のフローチャートに基づいて後述する。かかる復帰判定処理を経て、カウンタjが1だけインクリメントされた上で(ステップS30)、先に説明したステップS14〜S19と同様にして、次回のボトム値Bとピーク値Pとを求める処理が実行される(ステップS31〜S36)。
これに対しステップS25の後は、相対値aを変更するか否かが確認され(ステップS26)、変更が予定されている場合は相対値aが変更される(ステップS27)。相対値aを変更する目的は、大きい切痕ノイズを除去する一方で本来の脈波データを削除することなく、小さい切痕ノイズも綺麗に除去できるようにするためである。相対値aは、一つのSWj−1を基準として繰り返し比較処理を行う場合に、先に示したように、相対値a=0.5として2回の比較処理を行い、以降の比較処理では相対値a=0.1に変更するという手法が例示できるが、これには限られない。
そして、同じSWj−1を基準とした振幅値比較の繰り返し回数(m)が任意回数(例えば5回)を超過しているか否かが確認される(ステップS28)。超過している場合(ステップS28でYES)、ステップS30に移行する。このとき、相対値aが初期値に戻される。超過していない場合(ステップS28でNO)、カウンタmが1だけインクリメントされた上で(ステップS29)、ステップS31に移行する。
図18は、復帰判定処理を示すフローチャートである。ステップS24でNOと判定された場合、まず仮削除データ記憶部253に仮削除データBが存在しているか否かが確認される(ステップS38)。仮削除データBが存在していない場合は(ステップS38でNO)、復帰判定が不要であるので、ステップS30へ移行する。これに対し、仮削除データBが存在している場合は(ステップS38でYES)、ノイズ除去部444により、SW*相対値b>B(仮削除データが複数存在する場合、例えばkはSWに最も時間的に近いデータが選ばれる)の関係が満足されているか否かが判定される(ステップS39)。ここで、相対値bは仮削除データBの復帰基準として適宜に決定される閾値であるが、先の説明で例示したように相対値aの初期値と同じに設定しても良いし、相対値aとは異なる値に設定しても良い。
ステップS39の判定式が満足されている場合(ステップS39でYES)、ノイズ除去部444は、仮削除データBを仮削除データ記憶部253からB−P値情報記憶部252に復元する(ステップS40)。これにより、仮削除データBに係るボトム値及びピーク値の仮削除区分は解除される。一方、ステップS39の判定式が満足されていない場合(ステップS39でNO)、ノイズ除去部444は、仮削除データBを切痕ノイズと確定し、これに係るボトム値及びピーク値を仮削除データ記憶部253から本削除する(ステップS41)。
その後、カウンタkが1だけデクリメントされ(ステップS42)、仮削除データ記憶部253に仮削除データBが残存しているか否かが確認される(ステップS43)。仮削除データBが残存している場合(ステップS43でNO)、ステップS39に戻って、次の仮削除データBについての復帰判定処理が実行される。一方、仮削除データBが残存していない場合(ステップS43でYES)、ステップS30に戻る。
図17に戻って、ステップS36の後、測定全データの処理が完了したか否かが確認される(ステップS37)。未了である場合は(ステップS37でNO)、ステップS22に戻って処理が繰り返される。すなわち、基準振幅値が順次更新されながら、ボトム−ピーク振幅値の比較処理が繰り返される。一方、測定全データの処理が完了した場合は(ステップS37でYES)、処理を終了する。このようなリアルタイム切痕ノイズ除去を行うことで、リアルタイムで脈波P−P間隔を算出することが可能となる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような実施形態を取ることもできる。
[1]上記実施形態では、仮削除処理部443で仮削除区分されたボトム値及びピーク値を、仮削除データ記憶部253へ一時的に移管させる例を示した。これに代えて、仮削除区分されたボトム値及びピーク値に所定のフラグ(仮削除識別子)を付与するようにしても良い。この場合、仮削除データと扱うボトム値及びピーク値が生じたとき、仮削除処理部443はB−P値情報記憶部252に保存されている当該ボトム値及びピーク値にフラグを付与する。そしてノイズ除去部444は、仮削除データとしての区分を解除する場合には前記フラグを解除する一方で、本削除する場合には前記フラグが付与されたボトム値及びピーク値をB−P値情報記憶部252から削除する処理を行う。
[2]予め脈波P−P間隔のパターンを症例に応じて類型化し、これを判別インデックスとして記憶部25等に記憶させておき、データ解析部42に、間隔算出部45により実際に求められた脈波P−P間隔と前記類型とを比較し、どの症例に属するかを近似的に推定するような症例判定部を設けるようにしても良い。
[3]上記実施形態では、ノイズが除去された後の脈波波形について、間隔算出部45において心電図R−R間隔に相当する脈波P−P間隔(若しくは脈波ボトム値間隔)を求めるようにしたが、これに加えて、或いはこれに替えて、隣接するピーク値とボトム値の幅(振幅)を求めるようにしても良い。例えば、図9に示した切痕ノイズ除去後の脈波波形52において、診断のための情報として、ボトム値B1とピーク値P1とに基づく振幅、ボトム値B3とピーク値P3とに基づく振幅、ボトム値B5とピーク値P5とに基づく振幅・・・を振幅値検出部442にて求めさせるようにしても良い。
例えば心房細動患者においては、心電図R−R間隔(脈波P−P間隔)にバラツキが生じると共に、ピーク値とボトム値の振幅にもバラツキが生じる。従って、脈波P−P間隔及びピーク値−ボトム値振幅を求め、それらのバラツキ度合いを評価することで、心房細動患者の診断を行うことができる。
また、交感神経が働くと血管が収縮し、ピーク値−ボトム値振幅が小さくなる。これは、通常の脈動振幅に対してピーク値−ボトム値振幅が小さくなっていることが検出されると、交感神経が有効に動作していることが知見できることを意味する。従って、ピーク値−ボトム値振幅を求めることで、自律神経障害の診断等を行うことが可能となる。また、脈波の振幅に基づいて、末梢循環の良否評価を行うことも可能である。
[4]本発明にかかる実施品の提供形態として、上述の脈波データ解析システムS0(脈波測定装置20)等としてではなく、該脈波データ解析システムS0等が行う処理を実行する動作プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM、ROM、RAMおよびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
本発明の実施形態にかかる脈波データ解析システムS0の全体構成を概略的に示すブロック図である。 脈波データ解析システムS0の具体的なハード構成の一例である脈波データ解析システムS1を示す外観構成図である。 脈波データ解析システムS0の具体的なハード構成の他の例である脈波データ解析システムS2を示す外観構成図である。 図2に示した脈波測定装置20の電気的構成を示すブロック図である。 CPU24の機能構成を示す機能ブロック図である。 脈波波形生成部431により生成された脈波波形51を示すグラフである。 移動平均処理後の脈波波形52を示すグラフである。 脈波波形52におけるボトム値及びピーク値、並びにボトム−ピーク振幅値の検出状況を示すグラフである。 切痕ノイズの除去状況を示すグラフである。 他の脈波波形53を示すグラフである。 他の脈波波形54を示すグラフである。 データ点数毎の脈波P−P間隔の変動を示すグラフである。 呼吸性の脈波振幅の変動部を含む脈波波形55を示すグラフである。 データ点数毎の脈波P−P間隔の変動を示すグラフである。 脈波測定装置20による脈波P−P間隔算出の全体フローを示すフローチャートである。 実施形態に係る切痕ノイズ除去処理の詳細フローを示すフローチャートである。 実施形態に係る切痕ノイズ除去処理の詳細フローを示すフローチャートである。 復帰判定処理を示すフローチャートである。 心電図に表れる波形及び心電図R−R間隔を示すグラフである。
符号の説明
11 脈波検出手段
12 データ解析手段
13 表示手段
14 記憶手段
20 脈波測定装置
20’ 脈波測定装置(第1の機器)
21 脈波測定装置本体部
23 検知部(脈波検出手段)
24 CPU(データ解析手段)
25 記憶部
251 脈波データ記憶部(第3記憶手段)
252 B−P値情報記憶部(第1記憶手段)
253 仮削除データ記憶部(第2記憶手段)
254 解析結果記憶部(第4記憶手段)
30 パーソナルコンピュータ(第2の機器)
41 測定制御部
42 データ解析部
43 前処理部
431 脈波波形生成部
432 移動平均処理部
44 ノイズ除去処理部
441 変曲点検出部
442 振幅値検出部
443 仮削除処理部
444 ノイズ除去部
45 間隔算出部
46 表示制御部
51〜55 脈波波形(脈波データ)
S0,S1,S2 脈波データ解析システム

Claims (14)

  1. 生体の脈波データから生体情報を抽出する脈波データ解析方法であって、
    脈波を所定時間連続計測して得た脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出し、
    時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求め、
    求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除し、
    時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較し、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除を解除してこれらを利用されるべきデータとして扱い、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をノイズと見なして本削除するステップを含むことを特徴とする脈波データ解析方法。
  2. 前記ノイズが除去された後の脈波データに基づいて、心電図におけるR−R間隔に相当するピーク値間隔若しくはボトム値間隔を求めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の脈波データ解析方法。
  3. 前記ノイズが除去された後の脈波データに基づいて、ボトム−ピーク振幅値を求めるステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の脈波データ解析方法。
  4. 前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除した後に、時間軸上で前記仮削除されたボトム値及びピーク値の次に現れるボトム値及びピーク値より求められたボトム−ピーク振幅値を新たな第2の振幅値と扱い、同様にして前記新たな第2の振幅値と前記第1の振幅値とを比較する処理を1回若しくは複数回繰り返し、
    仮削除の要件を満たさないボトム−ピーク振幅値が現れたときに、当該ボトム−ピーク振幅値を前記第3の振幅値と扱って、仮削除とされた1又は複数の第2の振幅値と比較することを特徴とする請求項1に記載の脈波データ解析方法。
  5. 仮削除とされた第2の振幅値が複数存在する場合において、
    前記第3の振幅値との比較により一つの第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除が解除されたとき、前記一つの第2の振幅値を前記第3の振幅値と扱って、他の第2の振幅値と比較することを特徴とする請求項4に記載の脈波データ解析方法。
  6. 前記第2の振幅値と前記第1の振幅値とを比較する処理を1回若しくは複数回繰り返すに際し、前記閾値を、少なくとも1回変更することを特徴とする請求項4に記載の脈波データ解析方法。
  7. 生体の脈波データから生体情報を抽出する脈波データ解析システムであって、
    被験者の脈波情報を所定のサンプリング周期で取得して時間軸に関連付けられた脈波データを取得する脈波検出手段と、前記脈波データを解析するデータ解析手段とを備え、
    前記データ解析手段は、
    前記脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出する変曲点検出部と、
    時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求める振幅値検出部と、
    求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除データとして区分する仮削除処理部と、
    時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較し、両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値について前記仮削除データとしての区分を解除し、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記仮削除データをノイズと見なして本削除するノイズ除去部と、
    を具備することを特徴とする脈波データ解析システム。
  8. 前記変曲点検出部により検出されたボトム値及びピーク値を記憶する第1記憶手段と、データを少なくとも一時的に記憶することが可能な第2記憶手段とをさらに備え、
    前記仮削除処理部は、前記仮削除データと扱うボトム値及びピーク値が生じたとき、これらを前記第1記憶手段から第2記憶手段へ移行させ、
    前記ノイズ除去部は、前記仮削除データとしての区分を解除する場合に、前記ボトム値及びピーク値を前記第2記憶手段から第1記憶手段へ復帰させることを特徴とする請求項7に記載の脈波データ解析システム。
  9. 前記仮削除処理部は、前記仮削除データと扱うボトム値及びピーク値が生じたとき、これらに仮削除識別子を付与し、
    前記ノイズ除去部は、前記仮削除データとしての区分を解除する場合には前記仮削除識別子を解除する一方で、本削除する場合には前記仮削除識別子が付与されたボトム値及びピーク値を削除する処理を行うことを特徴とする請求項7に記載の脈波データ解析システム。
  10. 前記データ解析手段によるデータ解析結果を表示する表示手段を有し、
    前記脈波検出手段、前記データ解析手段及び前記表示手段が、前記被験者に対して装着可能な機器に装備されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の脈波データ解析システム。
  11. 前記脈波検出手段により取得された脈波データを保存する第3記憶手段を有し、
    前記脈波検出手段と前記第3記憶手段とが装備され、前記被験者に対して装着可能な第1の機器と、
    前記データ解析手段が装備され、前記第1の機器とデータ通信を行うことで前記第3記憶手段に保存されている脈波データを取り入れ可能とされた第2の機器とから構成されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の脈波データ解析システム。
  12. 前記データ解析手段が、前記脈波データをリアルタイムで解析すると共に、該解析により得られる脈波情報を所定の表示部へ表示させるものであることを特徴とする請求項7に記載の脈波データ解析システム。
  13. 前記データ解析手段が、解析した脈波情報を保存する第4記憶手段を具備することを特徴とする請求項7に記載の脈波データ解析システム。
  14. 生体の脈波データから生体情報を抽出するための解析プログラムであって、前記脈波データを解析するデータ解析手段に、
    被験者の脈波情報を所定のサンプリング周期で取得して時間軸に関連付けられた脈波データを読み出すステップと、
    前記脈波データから、ボトム値及びピーク値を時間軸に沿って順次検出するステップと、
    時間軸上において隣接するボトム値とピーク値とをペアとし、各ペアのボトム値とピーク値との差分であるボトム−ピーク振幅値を時間軸に沿って各々求めるステップと、
    求められたボトム−ピーク振幅値について、時間軸上で前後する第1の振幅値と第2の振幅値とを比較し、前記第1の振幅値に対する第2の振幅値の相対値が所定の閾値より小さい場合に、前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値を仮削除するステップと、
    時間軸上で前記第2の振幅値の後に存在する第3の振幅値と、前記第2の振幅値とを比較するステップと、
    両者の相対値が所定の閾値よりも大きいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値の仮削除を解除してこれらを利用されるべきデータとして扱い、両者の相対値が所定の閾値よりも小さいときは前記第2の振幅値に係るボトム値及びピーク値をノイズと見なして本削除するステップと、
    ノイズが除去された後の脈波データに基づき所定の脈波解析処理を行うステップと、
    を実行させることを特徴とする脈波データ解析プログラム。
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