JP5652266B2 - 計測装置 - Google Patents
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(計測装置の構成)
図1は、計測装置の一例の構成を示す図である。図1に示される計測装置102は、計測対象(例えば被検体としての人:不図示)の情報を含む信号を出力する、センサー素子としての光電変換部2と、計測対象の情報を含む信号を増幅する増幅器3と、サンプリング部としてのA/D変換器4と、を含むセンサー部10と、センサー部10から出力されるセンサー信号dxの、所定期間における最大値と最小値との差分を振幅値として検出し、振幅値が所定の許容振幅値(ダイナミックレンジ)に占める割合の程度に基づいて、センサー部10の感度を調整する感度調整部6と、タイミング制御情報を出力するタイミング部(タイマー等)9と、振幅閾値を格納している閾値格納部11と、周波数解析部50と、を有する。サンプリング部としてのA/D変換器4は、増幅器3から出力される信号を所定時間間隔でサンプリングしてサンプルを抽出する。
次に、計測開始後、増幅器3のゲインGNを初めて調整する場合(つまり、初回のゲイン調整動作)について説明する。図3〜図6を参照して説明する。
次に、ゲイン調整の具体例について図6を用いて説明する。図6(A)および図6(B)は、ゲイン調整の具体例を示す図である。
第1決定部7aは、特定された振幅閾値が第1振幅閾値(値16)のとき、増幅器3のゲイン設定値mの値を9とする。ゲイン調整部8は、増幅器3のゲイン設定値mの値が9のとき、増幅器のゲインGNを512(=29)とする。
第1決定部7aは、特定された振幅閾値が第2振幅閾値(値32)のとき、増幅器3のゲイン設定値mの値を8とする。ゲイン調整部8は、増幅器3のゲイン設定値mの値が8のとき、増幅器3のゲインGNを256(=28)とする。
第1決定部7aは、特定された振幅閾値が第3振幅閾値(値64)のとき、増幅器3のゲイン設定値mの値を7とする。ゲイン調整部8は、増幅器3のゲイン設定値mの値が7のとき、増幅器3のゲインを128(=27)とする。
第1決定部7aは、特定された振幅閾値が第4振幅閾値(値128)のとき、増幅器3のゲイン設定値mの値を6とする。ゲイン調整部8は、増幅器3のゲイン設定値mの値が6のとき、増幅器のゲインを64(=26)とする。
第1決定部7aは、特定された振幅閾値が第5振幅閾値(値256)のとき、増幅器3のゲイン設定値mの値を5とする。ゲイン調整部8は、増幅器3のゲイン設定値mの値が5のとき、増幅器のゲインを32(=25)とする。
センサー信号dxの振幅値が、第5振幅閾値(値256)よりも大きいときがケース6なる。この場合には、図6(B)に従って、振り切れ回数等を考慮したゲイン調整(ゲインを減少させる調整)が実行される。
正方向の振り切れ回数と、負方向の振り切れ回数とを加算した値が10以上であるときは、ゲイン設定値mを1とする。
連続した振り切れの回数が4以上であるときは、ゲイン設定値mを1とする。
センサー信号dxの振幅値が所定の許容振幅値を超えた、時系列において隣り合うサンプル数が最大となる最大サンプル数が3以上のときは、ゲイン設定値mを1とする。
振り切れを起こしたサンプルと、このサンプルに隣り合うサンプルとの差分(振り切れサンプル差分)が128以上であるときは、ゲイン設定値mを1とする。
正方向の振り切れ回数が2以上、あるいは、負方向の振り切れ回数が2以上であるときは、ゲイン設定値mを3とする。但し、これは一例であり、変形が可能である。例えば、正方向の振り切れの場合と負方向の振り切れの場合とで、調整された感度に差を設けてもよい。
振り切れを起こしたサンプルと、このサンプルに隣り合うサンプルとの差分(振り切れサンプル差分)が64以上であるときは、ゲイン設定値mを2とする。
正方向の振り切れ回数が1以上、あるいは、負方向の振り切れ回数が1以上であるときは、ゲイン設定値mを3とする。
振り切れは無いが、センサー信号dxのピーク値が、ダイナミックレンジ(−512〜512)のうちの388以上ならば、ゲイン設定値mを3とする。
振り切れは無いが、センサー信号dxのピーク値が、ダイナミックレンジ(−512〜512)のうちの388未満ならば、ゲイン設定値mを4とする。
本実施形態では、計測装置の一例としての拍動検出装置の構成ならびに動作について説明する。本実施形態では、例えば、増幅器の初期ゲイン設定の高精度化ならびに迅速化が実現される。よって、本実施形態の拍動検出装置は、拍動信号の検出に使用できる有用な脈波信号(センサー信号に相当する)を得ることができる。よって、拍動検出装置の拍動検出の精度が高まる。
図7に示される拍動検出装置100は、拍動信号を含む可能性がある脈波信号dを出力する脈波センサー部10と、感度調整部6と、タイミング部(タイマー)9と、閾値格納部(メモリー)11と、脈波信号蓄積部(4秒分の脈波信号dのデータを蓄積する第1バッファメモリー13および16秒分の脈波信号dのデータを蓄積する第2バッファメモリー15を有する)12と、適応フィルター32および体動成分除去フィルター34を含むフィルター部30と、体動センサー部(加速度センサーやジャイロセンサー等)20と、体動信号蓄積部22と、周波数解析部50と、履歴格納部70と、被検体情報取得部(脈拍数・消費カロリー算出部)90と、表示処理部92と、表示部94と、を有する。
図8は、拍動検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。拍動検出装置100は、増幅器3のゲイン設定値m=4(増幅器3のゲインGN=16)として、拍動信号の検出(計測)を開始する(ステップST1)。4秒分の脈波信号dは、脈波信号蓄積部12に蓄積される(ステップST2)。
(ゲイン調整例1)
図9(A)および図9(B)は、計測開始後3秒〜4秒までの期間における脈波信号dに振り切れが生じない場合におけるゲイン調整例を示す図である。図9(A)には、計測開始後0秒〜4秒までの期間における脈波信号dの波形が示されている。横軸は、計測開始後の経過時間(秒)を示し、縦軸は脈波信号dの信号値(−512〜512)を示す。
図10(A)および図10(B)は、計測開始後3秒〜4秒までの期間における脈波信号dに振り切れが生じる場合におけるゲイン調整例を示す図である。図10(A)には、計測開始後0秒〜4秒までの期間における脈波信号dの波形が示されている。横軸は、計測開始後の経過時間(秒)を示し、縦軸は脈波信号dの信号値(−512〜512)を示す。
4 サンプリング部としてのA/D変換器、 6 感度調整部、
7 ゲイン設定値決定部(第1決定部7a,第2決定部7bを含む)、
8 ゲイン調整部、9 タイミング部(タイマー)、11 閾値格納部(メモリー)、
10 脈波センサー部(センサー部)、12 脈波信号蓄積部、
20 体動センサー部(加速度センサーやジャイロセンサー等)、
30 フィルター部、34 体動成分除去フィルター、
40(40a〜40c) 周波数分解部、42 脈波信号解析部、
44 周波数傾向情報、45 周波数解析結果情報、50 周波数解析部、
60 後処理部、62 ピーク順ソート部、64 相関判定部、
66 拍動/体動分離部(拍動/ノイズ分離部)、68 拍動呈示スペクトル特定部、
70 履歴格納部、
80 拍動呈示スペクトル捕捉処理部、
90 被検体情報取得部(脈拍数・消費カロリー算出部)、
92 表示処理部、94 表示部、100 計測装置としての拍動検出装置
Claims (9)
- 計測対象の情報を含む信号を出力するセンサー素子と、前記計測対象の情報を含む信号を増幅する増幅器と、を含むセンサー部と、
前記センサー部から出力されるセンサー信号の、所定期間における最大値と最小値との差分を振幅値として検出し、前記振幅値が所定の許容振幅値に占める割合の程度に基づいて、前記センサー部の感度を調整する感度調整部と、を有することを特徴とする計測装置。 - 請求項1記載の計測装置であって、
前記計測装置が計測を開始した計測開始時点から第1時間が経過した時点を第1時点とし、前記第1時点から第2時間が経過した時点を第2時点とし、前記計測開始時点から前記第2時点までを第1期間としたとき、
前記感度調整部は、
前記第1期間においては、前記センサー部の感度を所定の設定感度とし、
前記所定期間は、前記第1時点から前記第2時点までの期間とし、
かつ、前記第2時点において、検出された前記振幅値が前記所定の許容振幅値に占める割合の程度に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1または請求項2記載の計測装置であって、
前記感度調整部は、前記所定期間において、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超えるか否かを検出し、前記所定の許容振幅値を超えるか否かの検出結果に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1または請求項2記載の計測装置であって、
前記センサー部は、前記増幅器から出力される信号を所定時間間隔でサンプリングしてサンプルを抽出するサンプリング部を有し、
前記所定期間において、時系列において隣り合う複数のサンプルについて、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超える場合、前記感度調整部は、前記隣り合う複数のサンプルについて、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超えた回数を検出し、前記回数に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1または請求項2記載の計測装置であって、
前記センサー部は、前記増幅器から出力される信号を所定時間間隔でサンプリングしてサンプルを抽出するサンプリング部を有し、
前記所定期間において、時系列において隣り合う複数のサンプルについて、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超える場合、前記感度調整部は、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超えた、時系列において隣り合うサンプル数が最大となる最大サンプル数に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1または請求項2記載の計測装置であって、
前記所定期間において、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値の上限値を超えるか、あるいは、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値の下限値を超えるか、に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1または請求項2記載の計測装置であって、
前記センサー部は、前記増幅器から出力される信号を所定時間間隔でサンプリングしてサンプルを抽出するサンプリング部を有し、
前記所定期間において、前記センサー信号の振幅値が前記所定の許容振幅値を超えたとき、前記感度調整部は、前記所定の許容振幅値を超えたサンプルの振幅値と、前記所定の許容振幅値を超えたサンプルに隣り合うサンプルの振幅値との差分を検出し、前記差分に基づいて、前記センサー部の感度を調整することを特徴とする計測装置。 - 請求項1記載の計測装置であって、
前記感度調整部は、前記センサー信号の振幅値の、前記センサー信号の許容振幅値に対する割合の程度に基づいて、前記増幅器のゲインを定める情報であるゲイン設定値を決定するゲイン設定値決定部と、
前記ゲイン設定値決定部によって決定された前記ゲイン設定値に基づいて、前記増幅器のゲインを調整するゲイン調整部と、
を有することを特徴とする計測装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の計測装置であって、
前記計測装置は、前記計測対象としての被検体の拍動に由来する拍動信号を検出する拍動検出装置であることを特徴とする計測装置。
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