JP6355152B2

JP6355152B2 - 呼吸及び／又は脈拍測定装置

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Publication number: JP6355152B2
Application number: JP2014036713A
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Inventors: 陽陽任; 敏規加川
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Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2018-07-11
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Description

本発明は、血液の流れを利用して呼吸数及び／又は脈拍数を計測する呼吸及び／又は脈拍計測装置に関する。

呼吸数及び／又は脈拍数を測定するための呼吸及び／脈拍測定装置として、耳たぶや指先などに測定プローブ（圧力センサを利用する）を装着して測定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この呼吸及び／又は脈拍測定装置は、測定プローブからの検知信号を処理して呼吸信号を生成する第１信号処理手段（所謂、呼吸信号生成手段）と、この検知信号を処理して脈拍信号を生成する第２信号処理手段（所謂、脈拍信号生成手段）とを備えている。第１信号処理手段は第１バンドパスフィルタから構成され、この第１バンドパスフィルタは、例えば０．５Ｈｚ以上の周波数を遮断する第１高周波遮断フィルタと、例えば０．１５Ｈｚ以下の低周波を遮断する第１低周波遮断フィルタとを含み、第１高周波遮断フィルタ及び第１低周波遮断フィルタを通過する周波数成分（０．１５〜０．５Ｈｚ）を呼吸性信号として出力し、かかる呼吸性信号に基づいて呼吸数が演算される。また、第２信号処理手段は第２バンドパスフィルタから構成され、この第２バンドパスフィルタは、例えば５．５Ｈｚ以上の周波数を遮断する第２高周波遮断フィルタと、例えば１．０Ｈｚ以下の低周波を遮断する第２低周波遮断フィルタとを含み、第２高周波遮断フィルタ及び第２低周波遮断フィルタを通過する周波数成分（１．０〜５．５Ｈｚ）を脈拍性信号として出力し、かかる脈拍性信号に基づいて脈拍数が演算される。

特開２００２−１２５９５３号公報

一般的に耳たぶや指先は毛細血管が多く、このような部位に測定プローブを装着する場合、装着した測定プローブによって血液の流れ（具体的には、血液の流れによる圧力変化など）を感度良く検知し、この検知信号を用いて呼吸数及び／又は脈拍数を精度よく測定することができる。一方、腕（例えば、手首）は、測定プローブを装着し易く、また装着した状態においても動き易いが、毛細血管などの血管が密集してなく、このような部位に測定プローブを装着しても大きな出力を得ることができない。例えば、手首で測定しようとすると、測定プローブの出力は、指先に装着して測定したときの１／１０程度となり、血液の流れを利用して呼吸数及び／又は脈拍数を精度よく測定することが難しい。

本発明の目的は、例えば手首に装着しても呼吸数及び／又は脈拍数を精度よく測定することができる呼吸及び／脈拍測定装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載の呼吸及び／又は脈拍測定装置は、呼吸及び／又は脈拍を検知するための複数の呼吸・脈拍検知手段を備えた検知器と、前記複数の呼吸・脈拍検知手段からの検知信号を所要の通りに処理して呼吸数及び／又は脈拍数を演算するためのコントローラと、を備えた呼吸及び／又は脈拍測定装置において、
前記コントローラは、呼吸しきい値を演算するための呼吸しきい値演算手段及び／又は脈拍しきい値を演算するための脈拍しきい値演算手段と、前記複数の呼吸・脈拍検知手段の検知信号から前記呼吸しきい値に基づいて仮呼吸信号を抽出するための呼吸信号抽出手段及び／又は前記複数の呼吸・脈拍検知手段の検知信号から前記脈拍しきい値に基づいて仮脈拍信号を抽出するための脈拍信号抽出手段と、前記呼吸信号抽出手段により抽出された前記仮呼吸信号に基づいて実際の呼吸である実呼吸信号と判定するための呼吸判定手段及び／又は前記脈拍信号抽出手段により抽出された前記仮脈拍信号に基づいて実際の脈拍である実脈拍信号と判定するための脈拍判定手段と、前記実呼吸信号に基づいて呼吸数を演算するための呼吸数演算手段及び／又は前記実脈拍信号に基づいて脈拍数を演算するための脈拍数演算手段と、を備え、
前記呼吸判定手段は、前記呼吸信号抽出手段により抽出された前記仮呼吸信号に基づき多数決処理が適用できるときには多数決処理して前記実呼吸信号を判定し、前記多数決処理ができないときにはピーク値処理して前記実呼吸信号を判定し、また前記脈拍判定手段は、前記脈拍信号抽出手段により抽出された前記仮脈拍信号に基づき多数決処理が適用できるときには多数決処理して前記実脈拍信号を判定し、前記多数決処理ができないときにはピーク値処理して前記実脈拍信号を判定することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の呼吸及び／又は脈拍測定装置では、前記複数の呼吸・脈拍検知手段の各々は、測定部位に向けて赤外線を発光する発光素子及び前記測定部位からの反射赤外線を受光する受光素子を含むフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタからの受光信号の低周波成分を除去する低周波除去手段とを含み、前記低周波成分が除去された検知信号が前記コントローラに送給されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の呼吸及び／又は脈拍測定装置によれば、検知器（複数の呼吸・脈拍検知手段を備える）からの検知信号を処理するためのコントローラは、呼吸しきい値演算手段（及び／又は脈拍しきい値演算手段）、呼吸信号抽出手段（及び／又は脈拍しきい値抽出手段）、呼吸判定手段（及び／又は脈拍判定手段）及び呼吸数演算手段（及び／又は脈拍数演算手段）を備えている。呼吸しきい値演算手段（及び／又は脈拍しきい値演算手段）は、各検知信号に基づいて呼吸しきい値（及び／又は脈拍しきい値）を演算し、呼吸信号抽出手段（及び／又は脈拍信号演算手段）は、対応する検出信号からこの呼吸しきい値（及び／又は脈拍しきい値）に基づいて仮呼吸信号（仮脈拍信号）を抽出するので、抽出された仮呼吸信号（及び／又は仮脈拍信号）は、ノイズ成分の少ない信号になるとともに、複数の呼吸・脈拍検知手段のうち呼吸（及び／又は脈拍）を仮検知したものが抽出されるようになる。そして、呼吸判定手段（及び／又は脈拍判定手段）は、仮呼吸信号（及び／又は仮脈拍信号）に基づいて実際の呼吸（及び／又は脈拍）である実呼吸信号（及び／又は実脈拍信号）を判定し、呼吸数演算手段（及び／又は脈拍数演算手段）は、この実呼吸信号（及び／又は実脈拍信号）に基づいて呼吸数（及び／又は脈拍数）を演算するので、血液の流れを利用して人体の呼吸数（及び／又は脈拍数）を精度よく測定することができる。尚、呼吸・脈拍検知手段は、その大きさ、消費電力などにもよるが、例えば手首に装着した状態においてその測定部位に４つ程度並ぶようにするのが望ましい。
また、呼吸判定手段（及び／又は脈拍判定手段）は、呼吸信号抽出手段（及び／又は脈拍信号抽出手段）により抽出された仮呼吸信号（及び／又は仮脈拍信号）により多数決処理が適用できるときには多数決処理するので、血液の流れ（その流れの変動）を利用するにもかかわらず簡単な処理でもって精度よく実呼吸信号（及び／又は実脈拍信号）を判定することができる。また、多数決処理ができないときには、呼吸判定手段（及び／又は脈拍判定手段）はピーク値処理して実呼吸信号（及び／又は実脈拍信号）を判定するので、このようなときにおいても簡単な処理でもって実呼吸信号（及び／又は実脈拍信号）を判定することができる。

また、本発明の請求項２に記載の呼吸及び／又は脈拍測定装置によれば、複数の呼吸・脈拍検知手段の各々は、赤外線を利用した発光素子及び受光素子を含むフォトインタラプタを用いるので、市販のフォトインタラプタを用いて血液の流れの変動を検知信号に変換して呼吸数（及び／又は脈拍数）を測定することができる。

本発明に従う呼吸及び／又は脈拍測定装置の一実施形態における検知器を装着した状態を簡略的に示す図。図１の検知の内面側を簡略的に示す図。図１の検知器側の制御系を簡略的に示すブロック図。図１の呼吸及び／又は脈拍測定装置における測定装置本体側の制御系を簡略的に示すブロック図。図３の測定装置本体側の制御系による信号処理の流れを示すフローチャート。図５のフローチャートにおける第１〜第４しきい値の演算処理を示すフローチャート。図５のフローチャートにおける呼吸判定処理の流れを示すフローチャート。図５のフローチャートにおける脈拍判定処理の流れを示すフローチャート。図１の検知器における第１呼吸・脈拍検知手段の検知信号の一例を示す図。図９の時刻ｔ１における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段の検知信号の周波数成分を示す図。図９の時刻ｔ２における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段の検知信号の周波数成分を示す図。図９の時刻ｔ３における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段の検知信号の周波数成分を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う呼吸及び／又は脈拍測定装置の一実施形態について説明する。図１及び図２において、図示の呼吸及び／又は脈拍測定装置は、測定すべき身体の腕Ｐ（具体的には、手首Ｑ）に装着される検知器２を備え、この検知器２は、複数（この形態では、４つ）の呼吸・脈拍検知手段、即ち第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを内蔵する検知器本体６と、この検知器本体６に取り付けられた取付ベルト８とを備え、この取付ベルト８を手首Ｑに巻いて装着することによって、検知器本体６が測定すべき部位（この形態では、手首Ｑの手のひら側）に位置付けられる。

第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄは、図２において左右方向に実質上等間隔をおいて配設され、このように配設することによって、手首Ｑに装着した状態において、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄは、手首Ｑの幅方向に配置され、このように配置することによって、後述するように、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの少なくとも一つが、手首Ｑの血管を流れる血液の流れ（即ち、流れの変動）を検知することが可能となる。尚、この形態では、４つの呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄを検知器本体６に内蔵しているが、血液の流れを確実に検知できる場合、２つ又は３つの呼吸・脈拍検知手段を内蔵するようにしてもよく、或いは５つ以上の呼吸・脈拍検知手段を内蔵するようにしてもよい。

図３をも参照して、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄは実質上同一の構成であり、以下第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）について説明する。第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第３呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）は、発光素子１０及び受光素子１２を備えたフォトインタラプタ１４と、低周波成分を遮断する低周波遮断手段１６と、信号を増幅する増幅手段１８とを含んでいる。発光素子１０は、測定部位（手首Ｑの手のひら側）に向けて赤外線を発光し、受光素子１２は、測定部位からの反射赤外線を受光する。

一般に、血液中のヘモグロビンは赤外線を吸収する特性を有しており、従って、発光素子１２から血管（そこを流れる血液）に向けて赤外線を照射すると、血管を流れる血流量変動（ヘモグロビン量の変動）によって反射赤外線が変化し、この変化を受光素子１２で電気的信号に変換することによって光電脈波の検知信号を得ることができる。

フォトインタラプタ１４の受光素子１２からの検知信号（光電脈波）は低周波遮断手段１６に送給され、この低周波遮断手段１６は検知信号の低周波成分（例えば、０．０３４Ｈｚ以下の低周波成分）を遮断し、このように検知信号に含まれる低周波成分を遮断することによって、検知信号のノイズ成分を除去することができる。低周波成分が除去された検知信号は増幅手段１８に送給され、増幅手段１８はこの検知信号を増幅する。

検知器２は、更に、送信手段２０を含み、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄからの出力信号（即ち、低周波成分が除去された後に増幅された信号）は送信手段２０に送給され、この送信手段２０から通信（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ通信、赤外線通信など）を介して携帯端末装置、パソコンなどのコントローラ２２（図４参照）に送られる。尚、例えばＵＳＢケーブルなどのコードを介してコントローラ２２に送給するようにしてもよい。

次に、図４を参照して、呼吸及び／又は脈拍測定装置のコントローラ２２について説明する。検知器２（即ち、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄ）からの検知信号を処理するためのコントローラ２２は、例えばマイクロプロセッサなどから構成される。この形態では、検知器２からの検知信号を用いて呼吸数及び脈拍数を測定するために、次のように構成されている。

図示のコントローラ２２は、呼吸数を測定するために、呼吸領域信号生成手段２４、呼吸しきい値演算手段２６、呼吸信号抽出手段２８、呼吸判定手段３０及び呼吸数演算手段３２を備え、この呼吸判定手段３０は、多数決処理するための多数決判定手段３４及びピーク値処理するためのピーク値判定手段３６を含んでいる。

呼吸領域信号生成手段２４は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号から呼吸領域信号（具体的には、０．０３４〜０．８３Ｈｚの周波数成分の信号）を切り出して生成し、呼吸しきい値演算手段２６は、後述するようにして第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号に対しての呼吸しきい値を演算する。また、呼吸信号抽出手段２８は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号における呼吸領域信号からこの呼吸しきい値を超える部分を仮呼吸信号として抽出する。

呼吸判定手段３０は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号から抽出された仮呼吸信号を所要の通りに処理して実呼吸信号を判定する。第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの仮呼吸信号により多数決処理（この形態では、複数の仮呼吸信号が存在する場合、周波数の同じものが多い仮呼吸信号を採用する処理方法）が適用できる場合、多数決判定手段３４は、複数の仮呼吸信号を多数決処理して実呼吸信号を判定する。また、この多数決処理が適用できない場合、ピーク値判定手段３６は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの仮呼吸信号をピーク値処理（この形態では、複数の仮呼吸信号が存在する場合、各仮呼吸信号についてピーク値（即ち、ピーク振幅値）と呼吸しきい値との比を演算して最も大きい仮呼吸信号を採用する処理方法）して実呼吸信号を判定する。尚、ピーク値処理においては、呼吸しきい値との比を演算するのではなく、単にピーク値の最も大きいものを実呼吸信号と判定するようにしてもよい。更に、呼吸数演算手段３２は、呼吸判定手段３０（多数決判定手段３４及びピーク値判定手段３６）により判定された実呼吸信号に基づいて呼吸数を演算する。

この形態では、このコントローラ２２は、更に、脈拍数を測定するために、脈拍領域信号生成手段３８、脈拍しきい値演算手段４０、脈拍信号抽出手段４２、脈拍判定手段４４及び脈拍数演算手段４６を備え、この脈拍判定手段４４は、多数決処理するための多数決判定手段４８及びピーク値処理するためのピーク値判定手段５０を含んでいる。

脈拍領域信号生成手段３８は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号から脈拍領域信号（この形態では、０．８３〜２．３３Ｈｚの周波数成分の信号）を切り出して生成し、脈拍しきい値演算手段４０は、後述するようにして第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号に対しての脈拍しきい値を演算する。また、脈拍信号抽出手段４２は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号における脈拍領域信号からこの脈拍しきい値を超える部分を仮脈拍信号として抽出する。

脈拍判定手段４４は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号から抽出された仮脈拍信号を所要の通りに処理して実脈拍信号を判定する。第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの仮脈拍信号により多数決処理が適用できる場合、多数決判定手段４８は、複数の仮脈拍信号について上述の多数決処理を行って実呼吸信号を判定する。また、この多数決処理が適用できない場合、ピーク値判定手段５０は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの仮脈拍信号について上述のピーク値処理を行って実脈拍信号を判定する。尚、ピーク値処理においては、脈拍しきい値との比を演算するのではなく、単にピーク値の最も大きいものを実脈拍信号と判定するようにしてもよい。更に、脈拍数演算手段４６は、脈拍判定手段４４（多数決判定手段４８及びピーク値判定手段５０）により判定された実脈拍信号に基づいて脈拍数を演算する。

このコントローラ２２は、更に、メモリ手段５２、信号出力手段５４及び受信手段５６を含んでいる。メモリ手段５２は、各種データを記憶するものであり、検知器２（第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄ）からの検知信号、呼吸しきい値、仮呼吸信号、実呼吸信号、呼吸数、脈拍しきい値、仮脈拍信号、実脈拍信号、脈拍数などが記憶される。また、信号出力手段５４は、コントローラ２２でもって上述したようにして演算された呼吸数及び脈拍数のデータ信号を出力するものであり、この信号出力手段５４からのデータ信号は、表示装置５８（例えば、液晶表示装置などから構成される）に送給されて表示される。更に、受信手段５６は、信号を受信するためのものであり、検知器２の送信手段２０（図３参照）から送信された出力信号がこの受信手段５６を通して受信され、受信された出力信号（検知信号）がコントローラ２２のメモリ手段５２に記憶される。

次に、主として図２及び図３とともに図５〜図８を参照して、上述した呼吸及び／又は脈拍計測装置による呼吸及び脈拍の計測の流れについて説明する。図５において、呼吸及び脈拍の測定を行うには、まず、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄからの検知信号を送信手段２０（図３参照）及び受信手段５６（図４参照）を介してコントローラ２２のメモリ手段５２に取り込む。この場合、測定時間として例えば３０〜６０秒程度に設定し、この測定時間の間にわたって手首Ｑの測定部位の血流の流れを赤外線により検知し（ステップＳ１）、かかる検知信号をメモリ手段５２に取り込む（ステップＳ２）。

このように検知信号を取り込むと、この検知信号を用いてしきい値の演算が行われ（ステップＳ３）、このしきい値の演算は、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの各々について同様に行われ、第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の検知信号を用いて第１呼吸しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）及び第１脈拍しきい値（第２〜第４脈拍しきい値）の演算が行われる。

このしきい値の演算について図６を参照して説明すると、第１呼吸しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）については、呼吸領域信号生成手段２４が測定時間毎の第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の検知信号を周波数分析して第１呼吸領域信号（０．０３５〜０．８３Ｈｚの領域の信号であって、呼吸信号はこの呼吸領域の周波数範囲に現れる）（第２〜第４呼吸流域信号）を生成し（ステップＳ３−１）、呼吸しきい値演算手段２６は、この測定時間の間にわたっての第１呼吸領域信号（第２〜第４呼吸領域信号）を平均化し（即ち、この信号のスペクトル振幅を平均化する）、この第１呼吸領域信号（第２〜第４呼吸領域信号）の平均値α１に係数Ｃ１を積算して第１呼吸しきい値Ｐ１（Ｐ１＝α１×Ｃ１）（第２〜第４呼吸しきい値）を演算し（Ｓ３−２）、演算された第１呼吸しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）がメモリ手段５２に記憶され、第１呼吸領域信号（第２〜第４呼吸領域信号）の呼吸しきい値として設定される。尚、係数Ｃ１として例えば２〜３の値（Ｃ１＝２〜３）が用いられる。

また、第１脈拍しきい値（第２〜第４脈拍しきい値）については、脈拍領域信号生成手段３８が測定時間毎の第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の検知信号を周波数分析して第１脈拍領域信号（０．８３〜０２．３３Ｈｚの領域の信号であって、脈拍信号はこの脈拍領域の周波数範囲に現れる）（第２〜第４脈拍領域信号）を生成し（ステップＳ３−４）、脈拍しきい値演算手段４０は、この測定時間の間にわたっての第１脈拍領域信号（第２〜第４脈拍領域信号）を平均化し（即ち、この信号のスペクトル振幅を平均化する）、この第１脈拍領域信号（第２〜第４脈拍領域信号）の平均値α２に係数Ｃ２を積算して第１脈拍しきい値Ｐ２（Ｐ２＝α２×Ｃ２）（第２〜第４脈拍しきい値）を演算し（ステップＳ３−５）、演算された第１脈拍しきい値（第２〜第４脈拍しきい値）がメモリ手段５２に記憶され、第１脈拍領域信号（第２〜第４脈拍領域信号）の脈拍しきい値として設定される（ステップＳ３−６）。尚、この係数Ｃ２についても、上述したと同様に、例えば２〜３の値（Ｃ１＝２〜３）が用いられる。

このようにして第１〜第４呼吸しきい値が設定されると、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号各々について、１〜第４仮呼吸信号の抽出が行われ（ステップＳ４）、また第１〜第４脈拍しきい値が設定されると、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号の各々について、第１〜第４仮脈拍信号の抽出が行われる（ステップＳ５）。

第１〜第４仮呼吸信号の抽出に関し、呼吸信号抽出手段２８は、測定時間毎の第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の第１呼吸領域信号（０．０３４〜０．８３Ｈｚの領域の信号）（第２〜第４呼吸領域信号）を生成し、呼吸信号抽出手段２８は、この第１呼吸領域信号（第２〜第４呼吸領域信号）において第１呼吸しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）を超えていると呼吸が行われているとして、第１呼吸しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）を超えている信号部位を仮呼吸信号として抽出する。

また、第１〜第４仮脈拍信号の抽出に関し、脈拍信号抽出手段４２は、測定時間毎の第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の第１脈拍領域信号（０．８３〜０２．３３Ｈｚの領域の信号）（第２〜第４脈拍領域信号）を生成し、脈拍信号抽出手段４２は、この第１脈拍領域信号（第２〜第４脈拍領域信号）において第１脈拍しきい値（第２〜第４呼吸しきい値）を超えていると脈を打っているとして、第１脈拍しきい値（第２〜第４脈拍しきい値）を超えている信号部位を仮脈拍信号として抽出する。

このようにして第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号から第１〜第４仮呼吸信号の抽出が行われると、これら第１〜第４仮呼吸信号に呼吸判定処理が行われて実呼吸信号が判定され（ステップＳ６）、またこれらの検知信号から第１〜第４仮脈拍信号の抽出が行われると、これら第１〜第４仮脈拍信号に脈拍判定処理が行われて実脈拍信号が判定される（ステップＳ７）。

第１〜第４実呼吸信号の判定は、多数決処理が適用できる場合（例えば、仮呼吸信号の割合が４：０、３：１又は２：１である場合）には、多数決処理により実呼吸信号の判定が行われ、この多数決処理ができない場合（例えば、仮呼吸信号の割合が２：２又は１：１である場合）には、ピーク値処理により実呼吸信号の判定が行われる。

図７を参照して更に説明すると、例えば第２及び第３呼吸・脈拍検知手段４Ｂ，４Ｃの検知信号にて、例えば０．４Ｈｚ付近の周波数に第２及び第３仮呼吸信号が含まれ、例えば第４呼吸・脈拍検知手段４Ｄの検知信号にて、例えば０．６５Ｈｚ付近に第４仮呼吸信号が含まれているとすると、仮呼吸信号は０．４Ｈｚ付近の二つと、０．６５Ｈｚ付近の一つとなり、多数決処理が適用される。この場合、ステップＳ６−１からステップＳ６−２に進み、多数決判定手段３４により多数決処理が行われ、０．４Ｈｚの仮呼吸信号が実呼吸信号と判定され、このときに０．４Ｈｚの実呼吸信号を検知したとしてメモリ手段５２に記憶される（ステップＳ６−４）。

また、第２呼吸・脈拍検知手段４Ｂの検知信号にて、例えば０．４Ｈｚ付近の周波数に第２仮呼吸信号が含まれ、例えば第４呼吸・脈拍検知手段４Ｄの検知信号にて、例えば０．６５Ｈｚ付近に第４仮呼吸信号が含まれているとすると、仮呼吸信号は０．４Ｈｚ付近の一つと、０．６５Ｈｚ付近の一つとなり、多数決処理が適用されず、ステップＳ６−１からステップＳ６−３に進み、ピーク値判定手段３６によりピーク値処理が行われ、例えば第２仮呼吸信号の方がピーク値（スペクトルピーク振幅）が大きいと、この第２仮呼吸信号が実呼吸信号と判定され、このとき０．４Ｈｚの実呼吸信号を検知したとしてメモリ手段５２に記憶される（ステップＳ６−４）。

また、第１〜第４実脈拍信号の判定は、第１〜第４実呼吸信号の上述した判定と同様に行われ、多数決処理が適用できる場合（例えば、仮脈拍信号の割合が４：０、３：１又は２：１である場合）には、多数決処理により実脈拍信号の判定が行われ、この多数決処理ができない場合（例えば、仮脈拍信号の割合が２：２又は１：１である場合）には、ピーク値処理により実脈拍信号の判定が行われる。

図８を参照して更に説明すると、例えば第３及び第４呼吸・脈拍検知手段４Ｃ，４Ｄの検知信号にて、例えば２．０Ｈｚ付近の周波数に第３及び第４仮脈拍信号が含まれ、例えば第２呼吸・脈拍検知手段４Ｂの検知信号にて、例えば１．２Ｈｚ付近に第２仮脈拍信号が含まれているとすると、仮脈拍信号は２．０Ｈｚ付近の二つと、１．２Ｈｚ付近の一つとなり、多数決処理が適用される。この場合、ステップＳ７−１からステップＳ７−２に進み、多数決判定手段４８により多数決処理が行われ、２．０Ｈｚの仮脈拍信号が実脈拍信号と判定され、このときに２．０Ｈｚの実脈拍信号を検知したとしてメモリ手段５２に記憶される（ステップＳ７−４）。

また、第３呼吸・脈拍検知手段４Ｃの検知信号にて、例えば２．０Ｈｚ付近の周波数に第３仮呼吸信号が含まれ、例えば第２呼吸・脈拍検知手段４Ｂの検知信号にて、例えば１．２Ｈｚ付近に第２仮脈拍信号が含まれているとすると、仮脈拍信号は２．０Ｈｚ付近の一つと、１．２Ｈｚ付近の一つとなり、多数決処理が適用されず、ステップＳ７−１からステップＳ７−３に進み、ピーク値判定手段５０によりピーク値処理が行われ、例えば第３仮脈拍信号の方がピーク値（スペクトルピーク振幅）が大きいと、この第３仮呼吸信号が実脈拍信号と判定され、このとき２．０Ｈｚの実脈拍信号を検知したとしてメモリ手段５２に記憶される（ステップＳ７−４）。

この呼吸信号及び脈拍信号の判定について、図９〜図１２を参照しながら説明すると、第１呼吸・脈拍検知手段４Ａ（第２〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ｂ〜４Ｄ）の検知信号の波形は、例えば、図９に示す通りとなり、測定時間における検知信号の大きさを示している。

この図９の時間ｔ１における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号を周波数分析すると、例えば図１０に示す通りとなる。この場合、第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号の呼吸領域信号は、第１〜第４呼吸しきい値Ｐ１よりも低く、仮呼吸信号が抽出されることはなく、またそれらの脈拍領域信号は、第１〜第４脈拍しきい値Ｐ２よりも低く、仮脈拍信号が抽出されることはない。

また、この図９の時間ｔ２における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号を周波数分析すると、例えば図１１に示す通りとなる。この場合、第１呼吸・脈拍検知手段４Ａの検知信号の呼吸領域信号は、第１呼吸しきい値Ｐ１よりも低く、仮呼吸信号が抽出されることはなく、またその脈拍領域信号は、第１脈拍しきい値Ｐ２よりも低く、仮脈拍信号も抽出されることはない。一方、第２呼吸・脈拍検知手段４Ｂの検知信号の呼吸領域信号は、例えば０．４Ｈｚにおいて第２呼吸しきい値Ｐ１よりも高く、０．４Ｈｚの第２仮呼吸信号が抽出され、またその脈拍領域信号は、例えば１．２Ｈｚにおいて第２脈拍しきい値Ｐ２よりも高く、１．２Ｈｚの第２仮脈拍信号が抽出される。また第３呼吸・脈拍検知手段４Ｃ（第４呼吸・脈拍検知手段４Ｄ）の検知信号の呼吸領域信号は、例えば０．４Ｈｚ（０．６５Ｈｚ）において第３呼吸しきい値Ｐ１（第４呼吸しきい値Ｐ１）よりも高く、０．４Ｈｚ（０．６５Ｈｚ）の第３仮呼吸信号（第４仮呼吸信号）が抽出され、またその脈拍領域信号は、例えば２．０Ｈｚにおいて第３脈拍しきい値Ｐ２（第４脈拍しきい値Ｐ２）よりも高く、１．２Ｈｚの第３仮脈拍信号（第４仮脈拍信号）が抽出される。

この場合、仮呼吸信号に関し、０．４Ｈｚの仮呼吸信号（第２及び第３仮呼吸信号）が二つ、０．６５Ｈｚの仮呼吸信号（第４仮呼吸信号）が一つ抽出されているので、呼吸判定手段３０は、多数決処理によって０．４Ｈｚの仮呼吸信号を実呼吸信号と判定する。また、仮脈拍信号に関し、２．０Ｈｚの仮脈拍信号（第３及び第４仮脈拍信号）が二つ、１．２Ｈｚの仮脈拍信号（第２仮脈拍信号）が一つ抽出されているので、脈拍判定手段４４は、多数決処理によって２．０Ｈｚの仮脈拍信号を実脈拍信号と判定する。

また、この図９の時間ｔ３における第１〜第４呼吸・脈拍検知手段４Ａ〜４Ｄの検知信号を周波数分析すると、例えば図１２に示す通りとなる。この場合、第１呼吸・脈拍検知手段４Ａの検知信号の呼吸領域信号は、第１呼吸しきい値Ｐ１よりも低く、またその脈拍領域信号は、第１脈拍しきい値Ｐ２よりも低く、第１仮呼吸信号及び第１仮脈拍信号が抽出されることはない。一方、第２呼吸・脈拍検知手段４Ｂの検知信号の呼吸領域信号は、例えば０．４Ｈｚにおいて第２呼吸しきい値Ｐ１よりも高く、０．４Ｈｚの第２仮呼吸信号が抽出され、またその脈拍領域信号は、例えば１．２Ｈｚにおいて第２脈拍しきい値Ｐ２よりも高く、１．２Ｈｚの第２仮脈拍信号が抽出される。また第３呼吸・脈拍検知手段４Ｃの検知信号の呼吸領域信号は、第３呼吸しきい値Ｐ１より低く、第３仮呼吸信号が抽出されることはないが、またその脈拍領域信号は、例えば２．０Ｈｚにおいて第３脈拍しきい値Ｐ２よりも高く、２．０Ｈｚの第３仮脈拍信号が抽出される。更に、第４呼吸・脈拍検知手段４Ｄの検知信号の呼吸領域信号は、例えば０．６５Ｈｚにおいて第４呼吸しきい値Ｐ１よりも高く、０．６５Ｈｚの第４仮呼吸信号が抽出されるが、その脈拍領域信号は、第４脈拍しきい値Ｐ２よりも低く、第４仮脈拍信号が抽出されることはない。

この場合、仮呼吸信号に関し、０．４Ｈｚの仮呼吸信号（第２仮呼吸信号）が一つ、０．６５Ｈｚの仮呼吸信号（第４仮呼吸信号）が一つ抽出されているので、呼吸判定手段３０は、ピーク値処理によって仮呼吸信号のピーク値（ピーク値振幅）の大きい（具体的には、ピーク値と呼吸しきい値との比を演算してこの演算値が大きい）の０．６５Ｈｚの第４仮呼吸信号を実呼吸信号と判定する。また、仮脈拍信号に関し、１．２Ｈｚの仮脈拍信号（第２仮脈拍信号）が一つ、２．０Ｈｚの仮脈拍信号（第３仮脈拍信号）が一つ抽出されているので、脈拍判定手段４４は、ピーク値処理によって仮脈拍信号のピーク値（ピーク値振幅）の大きい（具体的には、ピーク値と脈拍しきい値との比を演算してこの演算値が大きい）２．０Ｈｚの第３仮脈拍信号を実脈拍信号と判定する。

このように実呼吸信号及び実脈拍信号が記憶された後は、呼吸数演算手段３２は、この実呼吸信号の数に基づいて呼吸数（例えば、一分間当たりの呼吸数）を演算し（ステップＳ８）、例えば測定期間が４０秒間のときに実呼吸信号を１５個検知しているときには呼吸数：２４と演算し、この呼吸数がメモリ手段５２に記憶される。また、脈拍数演算手段４６は、この実脈拍信号の数に基づいて脈拍数（例えば、一分間当たりの脈拍数）を演算し（ステップＳ９）、例えば測定期間が４０秒間のときに実脈拍信号を４０個検知しているときには脈拍数：６０と演算し、この脈拍数がメモリ手段５２に記憶される。そして、演算した呼吸数及び脈拍数が表示装置５８に表示され、このようにして手首Ｑの想定部位に検知器２を装着して呼吸数及び脈拍数を計測することができる。

以上、本発明に従う呼吸及び／又は脈拍測定装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、検知器２からの検知信号を利用してコントローラ２２で呼吸数及び脈拍数を演算するものに適用しているが、このようなものに限定されず、呼吸数又は脈拍数のいずれか一方を演算するものにも同様に適用することができる。例えば呼吸数を測定する測定装置である場合、脈拍領域信号生成手段、脈拍しきい値演算手段、脈拍信号抽出手段、脈拍判定手段及び脈拍演算手段などを省略することができ、また、例えば脈拍数を測定する測定装置である場合、呼吸領域信号生成手段、呼吸しきい値演算手段、呼吸信号抽出手段、呼吸判定手段及び呼吸演算手段などを省略することができる。

２検知器
４Ａ〜４Ｄ呼吸・脈拍検知手段
２２コントローラ
２４呼吸領域信号生成手段
２６呼吸しきい値演算手段
２８呼吸信号抽出手段
３０呼吸判定手段
３２呼吸数演算手段
３８脈拍領域信号生成手段
４０脈拍しきい値演算手段
４２脈拍信号抽出手段
４４脈拍判定手段
４６脈拍数演算手段

Claims

呼吸及び／又は脈拍を検知するための複数の呼吸・脈拍検知手段を備えた検知器と、前記複数の呼吸・脈拍検知手段からの検知信号を所要の通りに処理して呼吸数及び／又は脈拍数を演算するためのコントローラと、を備えた呼吸及び／又は脈拍測定装置において、
前記コントローラは、呼吸しきい値を演算するための呼吸しきい値演算手段及び／又は脈拍しきい値を演算するための脈拍しきい値演算手段と、前記複数の呼吸・脈拍検知手段の検知信号から前記呼吸しきい値に基づいて仮呼吸信号を抽出するための呼吸信号抽出手段及び／又は前記複数の呼吸・脈拍検知手段の検知信号から前記脈拍しきい値に基づいて仮脈拍信号を抽出するための脈拍信号抽出手段と、前記呼吸信号抽出手段により抽出された前記仮呼吸信号に基づいて実際の呼吸である実呼吸信号と判定するための呼吸判定手段及び／又は前記脈拍信号抽出手段により抽出された前記仮脈拍信号に基づいて実際の脈拍である実脈拍信号と判定するための脈拍判定手段と、前記実呼吸信号に基づいて呼吸数を演算するための呼吸数演算手段及び／又は前記実脈拍信号に基づいて脈拍数を演算するための脈拍数演算手段と、を備え、
前記呼吸判定手段は、前記呼吸信号抽出手段により抽出された前記仮呼吸信号に基づき多数決処理が適用できるときには多数決処理して前記実呼吸信号を判定し、前記多数決処理ができないときにはピーク値処理して前記実呼吸信号を判定し、また前記脈拍判定手段は、前記脈拍信号抽出手段により抽出された前記仮脈拍信号に基づき多数決処理が適用できるときには多数決処理して前記実脈拍信号を判定し、前記多数決処理ができないときにはピーク値処理して前記実脈拍信号を判定することを特徴とする呼吸及び／又は脈拍測定装置。
前記複数の呼吸・脈拍検知手段の各々は、測定部位に向けて赤外線を発光する発光素子及び前記測定部位からの反射赤外線を受光する受光素子を含むフォトインタラプタと、前記フォトインタラプタからの受光信号の低周波成分を除去する低周波除去手段とを含み、前記低周波成分が除去された検知信号が前記コントローラに送給されることを特徴とする請求項１に記載の呼吸及び／又は脈拍測定装置。