JP5077062B2 - 脈波計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、血流の変化から得られる脈波データから脈拍数を求める脈波計測装置に関する。

脈波の検出には、心電を直接検出することで心拍数を得る方法や、血管に光を当てた際の反射光または透過光により血流のピッチを得る方法があり、後者の方法の方が被験者への装置装着負担が少ない。

脈拍数を測定する従来技術として、入力信号を所定個数毎に平均してからフーリエ変換を行う方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この方法では、計算能力が低い演算手段を用いた場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能になる。

また、電子血圧計に関する従来技術として、脈波ピッチの平均に用いる心拍数に制限を設ける方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この方法では、新たに得られた脈波の脈波ピッチが平均脈波ピッチに一致するか否かを判定し、不一致の場合はカウンタをカウントアップし、カウンタ出力が設定値に達したときにノイズ多発と判定して報知信号を出力する。

さらに、波形平滑化の従来技術として、εフィルタを用いる方法が知られている（例えば、特許文献３を参照）。この方法では、波形が定常状態であるときは平均値を用いて揺らぎを低減し、過渡状態のときは波形そのものを出力することで位相遅れをなくすようにしている。
特開２００４−１２１６２５号公報 特開平１−１９０３３５号公報 特開２００４−１５０２８０号公報

脈波から脈拍を検出する際、安静時や歩行時には脈波に乱れが少なく、検出された脈拍の誤差による揺らぎは小さい。しかし、走行時のような運動時には脈波の乱れが多くなり、検出された脈拍も揺らぎが大きくなる。一方、安静時や歩行時には、検出された脈拍の誤差による揺らぎは小さいが、脈拍数の細かい上下変動が起きやすいという特徴を持つ。

脈波センサにより運動中の脈拍を検出する場合、脈波の乱れに追従し過ぎると、検出された脈拍数が頻繁に変動し、ユーザにとって分かりにくいものになる。そこで、一定の幅で脈拍数を平均化することで、乱れを吸収することができる。しかし、平均幅を広くすると、実際の脈動から脈拍数の出力までに遅延時間が発生してしまう。このため、運動時、安静時、及び歩行時における性質の異なる脈拍検出結果に対して、従来技術のようにすべて一律に同じ平均幅で平均化すると、脈拍数の表示が不正確になる。

図１６は、このような平均化処理による平均脈拍数の時間変化の一例を示している。曲線１１は、脈波データから求めた脈拍数の変化を表し、曲線１２は、一定の平均幅で平均化した表示用脈拍数の変化を表し、曲線１３は、心電から直接検出された心拍数（リファレンス）の変化を表している。

期間２１及び２２のように、安静時で心拍数の上下変動が起きやすい期間では、曲線１
２の遅延が目立ったり山谷がつぶれてしまったり（脈拍の上下変動を正確にあらわしきれなかったり）している。一方、運動時で脈波の波形乱れが多い場合には、平均幅が狭いと揺らぎが残ってしまう（脈拍の乱れが計測結果に影響をおよぼしてしまう）場合もある。

脈波の場合は、運動量が多い場合には体動やセンサずれ等の影響により、過渡状態であっても乱れが多い場合が多々ある。そのような乱れの多い過渡状態では、比較的長時間で平均化することによって平滑化した方が実際の脈波に合致する。したがって、脈波から脈拍を検出する場合には、εフィルタのように波形のみを見て平均化処理の可否を判断するのは適切ではない。

本発明の課題は、脈波の乱れの影響を削減し、かつ、短い遅延時間で、脈波データから脈拍数を求めることである。

開示の脈波計測装置は、第１〜第３の算出手段と決定手段を有する。
第１の算出手段は、血流の変化から得られる脈波データの入力を受け、直前の所定拍分の平均間隔を算出する。

決定手段は、脈波データにつき、揺動量もしくは評価結果のいずれかもしくは両方に基づいて、平均値算出用の幅を決定する。揺動量は、直前の所定拍分もしくは所定時間分の平均間隔と新たに検出した脈波の間隔との差分を基に算出した値であり、評価結果は、脈波データと１拍前の脈波との間隔と所定拍分もしくは所定時間分の平均間隔とに基づいて、１つ以上の評価項目で脈波データを評価した結果である。

第２の算出手段は、平均値算出用の幅に基づいて脈波データを平均して、平均脈波間隔値を算出し、第３の算出手段は、平均脈波間隔値に基づいて、脈拍数を算出する。
脈波乱れを揺動量又は評価結果として表し、揺動量又は評価結果に基づいて平均値算出用の幅（平均幅）を決定することで、脈波乱れの大きいときには、平均幅を大きくして乱れの影響を抑止することができる。一方、脈波乱れが小さいときには、平均幅を小さくして実際の脈動から本装置の処理を通って最終的に計測値が出力されるまでの遅延時間を短縮することができる。

開示の脈波計測装置によれば、運動時における乱れの影響を削減して安定した脈拍数を出力するとともに、安静時における脈拍数の細かい上下変動を短い遅延時間で正確に出力することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
脈波データから脈拍数を検出する際に、その脈波データの乱れを推定し、推定結果をもとに脈拍数を平滑化する程度を制御する。脈波乱れの推定には、脈波乱れの大小によって脈波間隔に変化が生じることを利用する。

図１は、安静時における脈波間隔の時間変化の一例を示している。脈波間隔は、脈波データに含まれる１つの脈波と直前（１拍前）の脈波の間隔であり、例えば、サンプリングクロックのサイクル数で表される。

図１の曲線１０１は、脈波間隔の短期平均値を表し、曲線１０２は、新たに検出された脈波間隔を表している。一方、図２は、運動時における脈波間隔の時間変化の一例を示している。曲線２０１は、脈波間隔の短期平均値を表し、曲線２０２は、新たに検出された
脈波間隔を表している。

図１と図２を比較すると、安静時と運動時とでは、新たに検出された脈波間隔と短期平均値との差分に差が生じることが分かる。この差を検出することで、脈波乱れの大小を推定することができる。さらに、脈波データから脈波間隔を検出する段階で得られた脈波間隔の評価を行い、その評価結果から脈波乱れを精度よく求める。

こうして得られた脈波乱れの推定結果に基づいて平滑化の際の平均幅を決定することで、脈波乱れに応じた平滑化を行う。脈波乱れが大きい場合には、平均幅を相対的に広くして乱れの影響を削減するとともに、脈波乱れが小さい場合には、平均幅を相対的に狭くして遅延時間を短縮する。これにより、脈波乱れの大きいときも小さいときも、実際の脈拍にできるだけ近い脈拍数を出力することができる。

図３は、このような平均化処理による平均脈拍数の時間変化の一例を示している。曲線３０１は、脈波データから求めた脈拍数の変化を表し、曲線３０２は、一定の平均幅で平均化した表示用脈拍数の変化を表し、曲線３０３は、心電から直接検出された心拍数（リファレンス）の変化を表している。

この場合、全期間を通じて曲線３０２が曲線３０３とよく一致しており、図１６と比較すると、より正確な表示用脈拍数が算出されていることが分かる。
次に、図４から図１３までを参照しながら、脈波計測装置の構成及び動作を具体的に説明する。脈波データは、例えば、脈波センサから脈波計測装置へ入力される。脈波計測装置は、脈波間隔や脈拍数等の処理結果を表示装置に出力したり、脈波計測装置に接続された後段の装置へ出力したりする。

図４は、揺動量に基づいて脈波乱れを推定する脈波計測装置の構成例を示している。この脈波計測装置は、脈拍検出部４０１、短期平均値算出部４０２、揺動量算出部４０３、データ保存部４０４、平均幅決定部４０５、平均値算出部４０６、及び脈拍数変換部４０７を備える。データ保存部４０４は、脈波間隔、脈波間隔の短期平均値、及び揺動量を格納する。

脈波データが脈波検出部４０１に入力されると、脈波検出部４０１は、データ保存部４０４に保存されている過去の短期平均値、脈波間隔、及び揺動量をもとにして、脈波データから脈波間隔を検出し、短期平均値算出部４０２に出力する。短期平均値算出部４０２は、検出された脈波間隔の直前の所定拍（例えば、数拍程度もしくは所定時間分の拍）分の脈波間隔を平均して、短期平均値を算出する。検出された脈波間隔と算出された短期平均値は、データ保存部４０４に保存される。

揺動量算出部４０３は、データ保存部４０４に保存されている過去の短期平均値と検出された脈波間隔の値との差の絶対値から、脈波データの乱れに相当する揺動量を算出する。算出された揺動量は、データ保存部４０４に保存される。

図１のグラフは脈波乱れの少ない場合を示しており、図２のグラフは脈波乱れの多い場合のグラフを示している。時刻ｉにおける揺動量（ｉ）は、時刻ｉにおける短期平均値（ｉ）と検出された脈波間隔（ｉ）を用いて、例えば、｜短期平均値（ｉ）−脈波間隔（ｉ）｜の値を一定時間分蓄積することで算出される。したがって、図１の場合は揺動量は小さい値になり、図２の場合は揺動量は大きい値になる。

平均幅決定部４０５は、データ保存部４０４に保存されている揺動量をもとに、脈波間隔の平均値を求める際に利用する脈波間隔の数に相当する平均幅を求める。揺動量が大き
い場合は平均幅は広くなり、揺動量が小さい場合は平均幅は狭くなる。

平均値算出部４０６は、平均幅分の脈波間隔を平均して平均値を求め、脈拍数変換部４０７に出力する。脈拍数変換部４０７は、脈波データのサンプリング周波数をもとに、脈波間隔の平均値を脈拍数に変換する。

図５は、脈波間隔の評価結果に基づいて脈波乱れを推定する脈波計測装置の構成例を示している。この脈波計測装置は、脈拍検出部５０１、データ保存部５０３、平均幅決定部５０４、平均値算出部５０５、及び脈拍数変換部５０６を備える。脈拍検出部５０１は、脈波間隔評価部５０２を含み、データ保存部５０３は、脈波間隔及び評価結果を格納する。

脈波データが脈波検出部５０１に入力されると、脈波検出部５０１は、データ保存部５０３に保存されている過去の脈波間隔をもとにして、脈波データから脈波間隔を検出する。検出された脈波間隔は、データ保存部５０３に保存される。

脈波間隔評価部５０２は、検出された脈波間隔の評価を行う。例えば、脈波間隔を入力波形の極小値（又は極大値）で検索する場合は、極小値（又は極大値）を脈波間隔の評価結果として求める。また、脈波間隔を入力波形の自己相関で検索する場合は、相関値を脈波間隔の評価結果として求める。さらに、データ保存部５０３に平常時脈拍数が保存されている場合には、脈波間隔と平常時脈拍数の差分情報を評価結果に追加する。得られた評価結果は、データ保存部５０３に保存される。

平均幅決定部５０４は、データ保存部５０３に保存されている評価結果をもとに平均幅を求める。脈波間隔の評価結果が悪い場合は平均幅は広くなり、評価結果が良い場合は平均幅は狭くなる。

平均値算出部５０５及び脈拍数変換部５０６の処理は、図４の平均値算出部４０６及び脈拍数変換部４０７の処理と同様である。
図６は、揺動量及び脈波間隔の評価結果に基づいて脈波乱れを推定する脈波計測装置の構成例を示している。この脈波計測装置は、脈拍検出部６０１、脈波間隔評価部６０２、短期平均値算出部６０３、揺動量算出部６０４、データ保存部６０５、平均幅決定部６０６、平均値算出部６０７、及び脈拍数変換部６０８を備える。データ保存部６０５は、脈波間隔、脈波間隔の短期平均値、揺動量、及び評価結果を格納する。

脈波データが脈波検出部６０１に入力されると、脈波検出部６０１は、データ保存部６０５に保存されている過去の短期平均値、脈波間隔、及び揺動量をもとにして、脈波データから脈波間隔を検出し、短期平均値算出部６０３に出力する。

脈波間隔評価部６０２の処理は、図５の脈波間隔評価部５０２の処理と同様である。また、短期平均値算出部６０３、揺動量算出部６０４、平均値算出部６０７、及び脈拍数変換部６０８の処理は、図４の短期平均値算出部４０２、揺動量算出部４０３、平均値算出部４０６、及び脈拍数変換部４０７の処理と同様である。

平均幅決定部６０６は、データ保存部５０３に保存されている揺動量と評価結果とをもとに平均幅を求める。揺動量が大きい場合は平均幅は広くなり、揺動量が小さい場合は平均幅は狭くなる。さらに、脈波間隔の評価結果が悪い場合は平均幅は広くなり、評価結果が良い場合は平均幅は狭くなる。

図７は、図４の脈拍数変換部４０７、図５の脈拍数変換部５０６、又は図６の脈拍数変
換部６０８の後段に追加される脈拍数補正部７０１を示している。脈拍数補正部７０１は、平均化された脈波間隔の変化率が極端に大きくならないように、脈拍数変換部４０７、５０６、又は６０８から出力される脈拍数を補正して出力する。

図８は、図６の脈波計測装置に図７の脈拍数補正部７０１を追加した構成例を示している。脈拍検出部６０１は、検索範囲決定部８０１、脈波間隔検出部８０２、及び脈波間隔評価部６０２を含む。

脈拍検出部６０１は、脈波データから脈波間隔を検出する。以下では、時刻ｉにおける脈波間隔をＡＡＩ（ｉ）と表記する。検索範囲決定部８０１は、データ保存部６０５に保存されている過去の短期平均値、脈波間隔、及び揺動量を参照して、脈波間隔の検策範囲を決定する。

脈波間隔の検策範囲は、例えば、脈波間隔予想値を中心値として、「検索範囲の幅」分を「ずらし幅」分だけずらした範囲として設定される。脈波間隔予想値としては、例えば、短期平均値、直前に求めた脈波間隔等が用いられる。時刻ｉにおける検索範囲の幅は、直前に求めた脈波間隔ＡＡＩ（ｉ−１）と揺動量から、次式により算出される。

検索範囲の幅＝ＡＡＩ（ｉ−１）×０．５×（１＋揺動量） （１）

また、ずらし幅は、時刻ｉにおける短期平均値（ｉ）と直前に求めた短期平均値（ｉ−１）から、次式により算出される。

ずらし幅＝（短期平均値（ｉ）−短期平均値（ｉ−１））×α （２）

ここで、αは０．１〜０．５程度の係数である。このとき、検索範囲は次式により設定される。

検索範囲＝（脈波間隔予想値＋ずらし幅）±検索範囲の幅 （３）

脈波間隔検出部８０２は、決定された検出範囲内にある脈波間隔の基準となる検出点を求める。そして、前回求めた検出点と今回求めた検出点との間隔を、脈波間隔として脈波間隔評価部６０２、短期平均値算出部６０３、及びデータ保存部６０５に出力する。検出点の求め方としては、例えば、以下のような方法がある。
（ａ）脈波データの極小値（又は極大値）に対応する位置を検出点として求める。
（ｂ）脈波データの差分データの極小値（或いは極大値）に対応する位置を検出点として求める。
（ｃ）脈波データの二次差分データの極小値（或いは極大値）に対応する位置を検出点として求める。
（ｄ）脈波データの自己相関を求め、相関値の極大値に対応する位置を検出点として求める。例えば、脈波データが離散信号である場合、Ｎ番目の信号値をｘ_N とし、ラグをｊとすると、自己相関は次式により計算される。

（ｅ）脈波データの差分データの自己相関を求め、相関値の極大値に対応する位置を検出点として求める。
（ｆ）脈波データの二次差分データの自己相関を求め、相関値の極大値に対応する位置を検出点として求める。

なお、ここで述べる差分データ、二次差分データは、脈波データの時間差分データである。例えば、脈波データが d(t) であるとすると、差分データd'(t)は d'(t) = d(t) - d(t-1)、二次差分データd''(t)は d''(t) = d'(t) - d'(t-1)として求めることができる。

なお、検出点における上記極小値、極大値、相関値等を脈波間隔の評価に用いる場合は、これらの情報も脈波間隔評価部６０２に出力される。
短期平均値算出部６０３は、検出された脈波間隔の直前の所定拍分の脈波間隔を平均して、短期平均値を算出する。例えば、過去ｎ個分の脈波間隔を用いる場合、短期平均値（ｉ）は次式により算出される。

揺動量算出部６０４は、過去の短期平均値と脈波間隔を用いて、例えば、次式により揺動量を算出する。
（５）式及び（６）式におけるｎとしては、ｎ＝５のような定数を用いてもよく、過去所定時間として例えば２秒間の脈拍数のように動的に変化する値を用いてもよい。

揺動量は、（短期平均値（ｋ）−ＡＡＩ（ｋ））の値の符号の変化率として算出することもできる。この場合、（短期平均値（ｋ）−ＡＡＩ（ｋ））が正の値、（短期平均値（ｋ＋１）−ＡＡＩ（ｋ＋１））が負の値というように、符号が変化した回数を数えておき、次式により揺動量を算出する。

揺動量＝符号が変化した回数／ｎ （７）

また、脈波間隔の変化率から揺動量を求める方法もある。この場合、次式により揺動量を算出する。

揺動量＝（ＡＡＩ（ｉ）−ＡＡＩ（ｉ−１））／ＡＡＩ（ｉ） （８）

また、以上のような複数種類の揺動量を組み合わせて、揺動量を算出する方法もある。この場合、ｐ番目の揺動量及び重み係数を揺動量ｐ及びαｐとすると、次式により揺動量が算出される。重み係数の総和は１である。

揺動量＝α１×揺動量１＋α２×揺動量２＋α３×揺動量３＋… （９）
α１＋α２＋α３＋…＝１．０ （１０）

脈波間隔評価部６０２は、検出された脈波間隔が適切な値であるかどうかを評価し、評価結果をデータ保存部６０２に保存する。脈波間隔の評価方法としては、例えば、次のような方法があり、１つ以上の方法を組み合わせて使用することもできる。
（ａ）脈波間隔が前回求めた脈波間隔の±２５％以内の範囲内の値であれば、評価結果を“０”（良い）とし、そうでなければ評価結果を“１”（悪い）とする。
（ｂ）脈波間隔が前回求めた短期平均値の±１５％以内の範囲内の値であれば、評価結果を“０”とし、そうでなければ評価結果を“１”とする。
（ｃ）検出範囲内の検出点における極小値が閾値以下（又は極大値が閾値以上）であれば、評価結果を“０”とし、極小値が閾値を超えれば（又は極大値が閾値未満であれば）、評価結果を“１”とする。
（ｄ）検出点における相関値が閾値以上であれば、評価結果を“０”とし、相関値が閾値未満であれば、評価結果を“１”とする。
（ｅ）脈波間隔の範囲内において、端から１／２又は１／３離れた位置に別の極小値（又は極大値）があれば、評価結果を“１”とし、そうでなければ評価結果を“０”とする。
（ｆ）脈波間隔の範囲内において、端から１／２又は１／３離れた位置に別の相関値の極大値があれば、評価結果を“１”とし、そうでなければ評価結果を“０”とする。
（ｇ）脈波間隔と平常時の脈波間隔平均値との差分が閾値以下であれば、評価結果を“０”とし、差分が閾値を超えれば、評価結果を“１”とする。

なお、評価結果は“０”又は“１”の二値である必要はなく、例えば、「検索された極小値／設定された最小値」や相関値そのもののような実数値でもよい。
上記（ｇ）の評価方法を用いる場合は、データ保存部６０５に平常時の脈波間隔平均値を保存しておく。この平常時の脈波間隔平均値は、安静時における所定拍分の脈波間隔の平均値であり、例えば、あらかじめ決められた値として保存される。

また、脈波間隔と平常時の脈波間隔平均値との差分の代わりに、差分率や差分変化率を用いてもよい。平常時の脈波間隔平均値をＡＡＩ０とすると、差分率は、例えば、次式により算出される。

差分率＝｜ＡＡＩ０−ＡＡＩ（ｉ）｜／ＡＡＩ０ （１１）

差分率が閾値以下であれば、評価結果は“０”となり、差分率が閾値を超えれば、評価結果は“１”となる。

また、差分変化率は、例えば、過去ｎ個分の変化から、次式により算出される。
差分変化率が正の値であれば、評価結果は“１”となり、差分変化率が負の値であれば、評価結果は“０”となる。

以上のように複数の評価基準が存在する場合は、それらを組み合わせて評価結果を生成することができる。例えば、評価結果が“０”になるための評価基準をすべて満たした場合に評価結果を“０”とし、１つでも満たさない場合は評価結果を“１”とする。また、
それぞれの評価基準に対して実数値の評価結果が存在する場合は、それらの平均値を評価結果とする。

平均幅決定部６０６は、揺動量と評価結果をもとに平均幅を求め、平均値算出部６０７は、平均幅分の脈波間隔を平均して平均値を求める。
脈拍数変換部６０８は、脈波データのサンプリング周波数をもとに、脈波間隔の平均値を脈拍数に変換する。例えば、１分あたりの脈拍数を求める場合は、時刻ｉにおける脈拍数（ｉ）を次式により算出する。

脈拍数（ｉ）＝６０（秒）×サンプリング周波数／脈波間隔平均値 （１３）

脈拍数補正部７０１は、得られた脈拍数（ｉ）と前回求めた脈拍数（ｉ−１）の差分を次式により算出する。

脈拍数差分＝｜脈拍数（ｉ）−脈拍数（ｉ−１）｜ （１４）

脈拍数補正部７０１は、脈拍数差分が閾値Ｃ（例えば、２拍）未満であれば、そのまま脈拍数（ｉ）を出力する。脈拍数差分が閾値Ｃ以上であれば、例えば、係数α及びβを用いて、次式により脈拍数（ｉ）を補正して出力する。

脈拍数（ｉ）＝α×脈拍数（ｉ）＋β×脈拍数（ｉ−１） （１５）
α＋β＝１．０ （１６）
０．０＜α＜１．０ （１７）
０．０＜β＜１．０ （１８）

このような脈拍数の補正を行うことで、平均化された脈波間隔の変化率が極端に大きくならないようにすることができる。

図９は、図８の平均幅決定部６０６、平均値算出部６０７、脈拍数変換部６０８、及び脈拍数補正部７０１が行う処理の一例を示すフローチャートである。
平均幅決定部６０６は、一定期間（例えば、２秒間）の揺動量をデータ保存部６０５から取り出し（ステップ９０１）、揺動量の平均値を算出する（ステップ９０２）。次に、一定期間の脈波間隔の評価結果をデータ保存部６０５から取り出し（ステップ９０３）、評価結果の平均値を算出する（ステップ９０４）。

次に、揺動量の平均値を閾値Ａと比較し（ステップ９０５）、揺動量の平均値が閾値Ａ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定する（ステップ９０８）。一方、揺動量の平均値が閾値Ａ未満である場合には、評価結果の平均値を閾値Ｂと比較する（ステップ９０６）。評価結果の平均値が閾値Ｂ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定し（ステップ９０８）、評価結果の平均値が閾値Ｂ未満である場合には、平均幅を２秒に設定する（ステップ９０７）。なお、平均幅として設定する時間は、ステップ９０７では２秒、ステップ９０８では１０秒を例として挙げているがこれに限るものではなく、ステップ９０７で設定する値と比較して、ステップ９０８で設定する値を大きい値（広い時間幅）に設定すればよい。

次に、平均値算出部６０７は、設定された平均幅分の脈波間隔をデータ保存部６０５から取り出し、それらの脈波間隔の平均値を算出する（ステップ９０９）。脈拍数変換部６
０８は、得られた脈波間隔の平均値を脈拍数に変換する（ステップ９１０）。

次に、脈拍数補正部７０１は、（１４）式の脈拍数差分を算出し（ステップ９１１）、得られた脈拍数差分を閾値Ｃと比較する（ステップ９１２）。脈拍数差分が閾値Ｃ未満である場合には、脈拍数をそのまま出力する（ステップ９１４）。脈拍数差分が閾値Ｃ以上である場合には、脈拍数を補正し（ステップ９１３）、補正後の脈拍数を出力する（ステップ９１４）。

図１０は、平均幅決定処理の第１の変形例を示すフローチャートである。ステップ１００１〜１００４、１００９、及び１０１０の処理は、図９のステップ９０１〜９０４、９０９、及び９１０の処理と同様である。

平均幅決定部６０６は、揺動量の平均値を閾値Ａと比較し（ステップ１００５）、揺動量の平均値が閾値Ａ未満である場合には、平均幅を２秒に設定する（ステップ１００８）。一方、揺動量の平均値が閾値Ａ以上である場合には、評価結果の平均値を閾値Ｂと比較する（ステップ１００６）。評価結果の平均値が閾値Ｂ未満である場合には、平均幅を２秒に設定し（ステップ１００８）、評価結果の平均値が閾値Ｂ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定する（ステップ９０７）。ここでも、平均幅として設定する時間は、ステップ１００７では１０秒、ステップ１００８では２秒を例として挙げているがこれに限るものではなく、ステップ１００７で設定する値と比較して、ステップ１００８で設定する値を小さい値（狭い時間幅）に設定すればよい。

図１１は、平均幅決定処理の第２の変形例を示すフローチャートである。この処理では、揺動量のみに基づいて平均幅が決定される。ステップ１１０１、１１０２、１１０６、及び１１０７の処理は、図９のステップ９０１、９０２、９０９、及び９１０の処理と同様である。

平均幅決定部６０６は、揺動量の平均値を閾値Ａと比較し（ステップ１１０３）、揺動量の平均値が閾値Ａ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定する（ステップ１１０５）。一方、揺動量の平均値が閾値Ａ未満である場合には、平均幅を２秒に設定する（ステップ１１０４）。ここでも、平均幅として設定する時間は、ステップ１１０４では２秒、ステップ１１０５では１０秒を例として挙げているがこれに限るものではなく、ステップ１１０４で設定する値と比較して、ステップ１１０５で設定する値を大きい値（広い時間幅）に設定すればよい。

図１２は、平均幅決定処理の第３の変形例を示すフローチャートである。この処理では、評価結果のみに基づいて平均幅が決定される。ステップ１２０１、１２０２、１２０６、及び１２０７の処理は、図９のステップ９０３、９０４、９０９、及び９１０の処理と同様である。

平均幅決定部６０６は、評価結果の平均値を閾値Ｂと比較し（ステップ１２０３）、評価結果の平均値が閾値Ｂ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定し（ステップ１２０５）、評価結果の平均値が閾値Ｂ未満である場合には、平均幅を２秒に設定する（ステップ１２０４）。ここでも、平均幅として設定する時間は、ステップ１２０４では２秒、ステップ１２０５では１０秒を例として挙げているがこれに限るものではなく、ステップ１２０４で設定する値と比較して、ステップ１２０５で設定する値を大きい値（広い時間幅）に設定すればよい。

図１３は、平均幅決定処理の第４の変形例を示すフローチャートである。この処理では、平均幅の決定に揺動量を利用するか否かが、評価結果に基づいて決定される。ステップ１３０９及び１３１０の処理は、図９のステップ９０９及び９１０の処理と同様である。

平均幅決定部６０６は、一定期間の脈波間隔の評価結果をデータ保存部６０５から取り出し（ステップ１３０１）、評価結果の平均値を算出する（ステップ１３０２）。そして、評価結果の平均値を閾値Ｂと比較し（ステップ１３０３）、評価結果の平均値が閾値Ｂ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定する（ステップ１３０８）。

一方、評価結果の平均値が閾値Ｂ未満である場合には、一定期間の揺動量をデータ保存部６０５から取り出し（ステップ１３０４）、揺動量の平均値を算出する（ステップ１３０５）。

次に、揺動量の平均値を閾値Ａと比較し（ステップ１３０６）、揺動量の平均値が閾値Ａ以上である場合には、平均幅を１０秒に設定する（ステップ１３０８）。一方、揺動量の平均値が閾値Ａ未満である場合には、平均幅を２秒に設定する（ステップ１３０７）。ここでも、平均幅として設定する時間は、ステップ１３０７では２秒、ステップ１３０８では１０秒を例として挙げているがこれに限るものではなく、ステップ１３０７で設定する値と比較して、ステップ１３０８で設定する値を大きい値（広い時間幅）に設定すればよい。

なお、図９〜図１３の処理では平均幅として１０秒又は２秒を用いているが、１０秒は比較的広い平均幅の一例に過ぎず、２秒は比較的狭い平均幅の一例に過ぎない。したがって、別の値を平均幅として用いても構わない。

また、図９、図１０、図１２、及び図１３の処理では脈波間隔の評価結果を閾値と比較しているが、評価結果が“０”又は“１”のようにフラグで表されている場合には、閾値判定を省略してもよい。この場合、評価結果の平均値は算出せずに、ステップ９０６、１００６、１２０３、及び１３０３において現在の評価結果が“０”か“１”かを判定する。

そして、評価結果が“０”であれば、ステップ９０７、１００７、１２０４、又は１３０４以降の処理を行い、評価結果が“１”であれば、ステップ９０８、１００８、１２０５、又は１３０８以降の処理を行う。

図４及び図５に示した脈波計測装置の各部の処理についても、図８に示した脈波計測装置の対応する各部の処理と同様である。図４の平均幅決定部４０５は、例えば、図１１のフローに従って平均幅を決定し、図５の平均幅決定部５０４は、例えば、図１２のフローに従って平均幅を決定する。

図４〜図６及び図８の脈波計測装置の処理をソフトウェアにより実装する場合、図１４に示すような情報処理装置（コンピュータ）が用いられる。図１４の情報処理装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）１４０１、メモリ１４０２、入力装置１４０３、出力装置１４０４、外部記憶装置１４０５、媒体駆動装置１４０６、およびネットワーク接続装置１４０７を備え、それらはバス１４０８により互いに接続されている。

メモリ１４０２は、例えば、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）等を含み、処理に用いられるプログラムおよびデータを格納する。ＣＰＵ１４０１は、メモリ１４０２を利用してプログラムを実行することにより、脈波計測装置と同様の処理を行う。

入力装置１４０３は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス等であり、オペレ
ータからの指示や情報の入力に用いられる。出力装置１４０４は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等であり、オペレータへの問い合わせや処理結果の出力に用いられる。

外部記憶装置１４０５は、例えば、磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、テープ装置等である。情報処理装置は、この外部記憶装置１４０５に、プログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ１４０２にロードして使用する。

媒体駆動装置１４０６は、可搬記録媒体１４０９を駆動し、その記録内容にアクセスする。可搬記録媒体１４０９は、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。オペレータは、この可搬記録媒体１４０９にプログラムおよびデータを格納しておき、必要に応じて、それらをメモリ１４０２にロードして使用する。

ネットワーク接続装置１４０７は、ＬＡＮ（local area network）等の通信ネットワークに接続され、通信に伴うデータ変換を行う。また、情報処理装置は、必要に応じて、プログラムおよびデータを外部の装置からネットワーク接続装置１４０７を介して受け取り、それらをメモリ１４０２にロードして使用する。

図１５は、図１４の情報処理装置にプログラムおよびデータを提供する方法を示している。可搬記録媒体１４０９や外部装置１５０１のデータベース１５１１に格納されたプログラムおよびデータは、情報処理装置１５０２のメモリ１４０２にロードされる。外部装置１５０１は、そのプログラムおよびデータを搬送する搬送信号を生成し、通信ネットワーク上の任意の伝送媒体を介して情報処理装置１５０２に送信する。ＣＰＵ１４０１は、そのデータを用いてそのプログラムを実行し、上述した処理を行う。

安静時の脈波間隔の変化を示す図である。 運動時の脈波間隔の変化を示す図である。 変化する平均幅による平均脈拍数を示す図である。 第１の脈波計測装置の構成図である。 第２の脈波計測装置の構成図である。 第３の脈波計測装置の構成図である。 脈拍数補正部を示す図である。 第４の脈波計測装置の構成図である。 脈波計測装置の処理のフローチャートである。 第１の平均幅決定処理のフローチャートである。 第２の平均幅決定処理のフローチャートである。 第３の平均幅決定処理のフローチャートである。 第４の平均幅決定処理のフローチャートである。 情報処理装置の構成図である。 プログラムおよびデータの提供方法を示す図である。 一定の平均幅による平均脈拍数を示す図である。

符号の説明

１１、１２、１３、１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、３０３ 曲線
２１、２２ 期間
４０１、５０１、６０１ 脈拍検出部
４０２、６０３ 短期平均値算出部
４０３、６０４ 揺動量算出部
４０４、５０３、６０５ データ保存部
４０５、５０４、６０６ 平均幅決定部
４０６、５０５、６０７ 平均値算出部
４０７、５０６、６０８ 脈拍数変換部
５０２、６０２ 脈波間隔評価部
７０１ 脈拍数補正部
８０１ 検索範囲決定部
８０２ 脈波間隔検出部
１４０１ ＣＰＵ
１４０２ メモリ
１４０３ 入力装置
１４０４ 出力装置
１４０５ 外部記憶装置
１４０６ 媒体駆動装置
１４０７ ネットワーク接続装置
１４０８ バス
１５０１ 外部装置
１５０２ 情報処理装置
１５１１ データベース

Claims (8)

1. 血流の変化から得られる脈波データの入力を受け、直前の所定拍分もしくは所定時間分の平均間隔を算出する第１の算出手段と、
   前記脈波データにつき、前記平均間隔と新たに検出した脈波の間隔との差分を基に算出された値である揺動量、もしくは、前記脈波データから新たに検出した脈波の間隔を、１つ以上の評価項目で評価した評価結果のいずれか１つ以上に基づいて、平均値算出用の幅を決定する決定手段と、
   前記平均値算出用の幅に基づいて前記脈波データを平均し、平均脈波間隔値を算出する第２の算出手段と、
   前記平均脈波間隔値に基づいて、脈拍数を算出する第３の算出手段と、
   を有することを特徴とする、脈波計測装置。
2. 前記決定手段は、前記揺動量が所定の値よりも大きい場合、もしくは、前記脈波データから新たに検出した脈波の間隔を、１つ以上の評価項目で評価した評価結果が悪かった場合に、前記揺動量が所定の値よりも小さい場合、もしくは、前記脈波データから新たに検出した脈波の間隔を、１つ以上の評価項目で評価した評価結果が良かった場合と比べて、前記平均値算出用の幅を相対的に広く決定することを特徴とする、請求項１記載の脈波計測装置。
3. 前記決定手段は、評価結果として、前記脈波データから新たに検出した脈波の間隔と、１拍前の脈波間隔もしくは前記直前の所定拍分の平均間隔もしくは前記直前の所定時間分の平均間隔との差分が所定の値よりも小さい場合に、該所定の値よりも大きい場合と比べて、評価がよいと決定することを特徴とする、請求項２記載の脈波計測装置。
4. 前記決定手段は、評価結果として、前記脈波データ、もしくは、前記脈波データの差分データ、もしくは前記脈波データの二次差分データのいずれかの極小値が所定の値よりも小さい場合、もしくは、前記脈波データ、もしくは、前記脈波データの差分データ、もしくは前記脈波データの二次差分データのいずれかの極大値が所定の値よりも大きい場合に、該極小値が所定の値よりも大きい場合、もしくは、該極大値が所定の値よりも小さい場合と比べて、評価がよいと決定することを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の脈波計測装置。
5. 前記決定手段は、評価結果として、前記脈波データ、もしくは、前記脈波データの差分データ、もしくは前記脈波データの二次差分データのいずれかの自己相関値が所定の値よりも大きい場合に、該自己相関値が所定の値よりも小さい場合と比べて、評価がよいと決定することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載の脈波計測装置。
6. 前記決定手段は、評価結果として、前記脈波データから検出した新たに検出した脈波の間隔と平常時の脈波間隔との差分率もしくは差分変化率が所定の値よりも小さい場合に、該所定の値よりも大きい場合と比べて、評価がよいと決定することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれかに記載の脈波計測装置。
7. 前記第３の算出手段により算出された脈拍数と１拍前の脈波について算出された脈拍数の差分が所定の値以上である場合に、該１拍前の脈波について算出された脈拍数を用いて該第３の算出手段により算出された脈拍数を補正する補正手段をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の脈波計測装置。
8. 血流の変化から得られる脈波データの入力を受けて、直前の所定拍分もしくは所定時間分の平均間隔を算出し、
   前記脈波データにつき、前記平均間隔と新たに検出した脈波の間隔との差分を基に算出された値である揺動量、もしくは、前記脈波データから新たに検出した脈波の間隔を、１つ以上の評価項目で評価した評価結果のいずれか１つ以上に基づいて、平均値算出用の幅を決定し、
   前記平均値算出用の幅に基づいて前記脈波データを平均して、平均脈波間隔値を算出し、
   前記平均脈波間隔値に基づいて、脈拍数を算出する
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。