JP7415388B2 - 拍間隔取得装置、拍間隔補正方法及びプログラム - Google Patents

Description

この発明は、拍間隔取得装置、拍間隔補正方法及びプログラムに関する。

心拍間隔（ＲＲＩ：Ｒ－Ｒ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）等の生体情報を取得して健康状態や睡眠状態を知るシステムが開発されてきている。心拍間隔を取得する際に心臓の拍動を誤検出したりすると、異常な値の心拍間隔が取得されてしまうが、このような異常な値は外れ値と呼ばれ、外れ値を除去するシステムも開発されている。例えば、特許文献１には、心拍間隔の時系列データ中の異常値（外れ値）を補間値に置き換える自律神経活動推定装置等が開示されている。

特開２０１６－１２３５９４号公報

しかし、特許文献１に開示されているような従来技術では、外れ値が補間値に置き換えられることにより、本来の心拍間隔の揺れ等の情報が失われてしまい、健康状態や睡眠状態を判定する際に悪影響が生じることが懸念される。したがって、特許文献１に開示されているような従来の装置では、心拍間隔を適切に補正する技術において改良の余地がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、心拍間隔や脈拍間隔等の拍間隔を適切に補正することが可能な拍間隔取得装置、拍間隔補正方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る拍間隔取得装置は、
拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得手段と、
前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出手段と、
前記外れ値抽出手段で抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正手段と、
を備え、前記補正手段は、前記外れ値候補が存在する区間である外れ値存在区間における拍間隔を、前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔のうち前記外れ値抽出手段で抽出されなかった拍間隔である正常値を用いて推定し、
前記推定した拍間隔と前記正常値の拍時刻とから仮の拍時刻を算出し、
前記算出した仮の拍時刻と前記外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値以下なら、前記仮の拍時刻を前記外れ値候補の拍時刻に補正する補正処理を行い、
前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する。

本発明によれば、心拍間隔や脈拍間隔等の拍間隔を適切に補正することが可能になる。

第１の実施形態に係る拍間隔取得装置の構成例を示す図である。 脈波センサで検出した脈波の一例を示す図である。 取得された拍間隔の一例を示す図である。 取得された拍間隔の他の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る拍間隔取得処理のフローチャートである。 第１の実施形態に係る拍間隔取得処理で補正後の拍間隔を得る処理の一例を説明する図である。 第１の実施形態に係る拍間隔取得処理で補正後の拍間隔を得る処理の他の一例を説明する図である。 変形例１に係る拍間隔取得処理で補正後の拍間隔を得る処理の一例を説明する図である。 変形例２に係る拍間隔取得処理で補正後の拍間隔を得る処理の一例を説明する図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る拍間隔取得装置１００は、脈波を検出し、検出した脈波から生体情報として心拍間隔を取得する装置である。図１に示すように、拍間隔取得装置１００は、機能構成として、制御部１０と、記憶部２０と、センサ部３０と、入力部４１と、出力部４２と、通信部４３と、を備える。

制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で構成され、記憶部２０に記憶されたプログラムを実行することにより、後述する各部（拍間隔取得部１１、外れ値抽出部１２、補正部１３）の機能を実現する。

記憶部２０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。ＲＯＭには制御部１０のＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムを実行する上で予め必要なデータが記憶されている。ＲＡＭには、プログラム実行中に作成されたり変更されたりするデータが記憶される。

センサ部３０は、容積脈波を検出する脈波センサを備える。この脈波センサは被験者の腕や耳等に装着され、皮膚の表面から光を照射し、その反射光や透過光を観測することにより、血液内の酸化ヘモグロビンによる光の吸収量の変化を検出する。この光の吸収量の変化は血管の容積変化に対応するので、脈波センサにより、図２に示すように、血管の容積変化を波形としてとらえた脈波２０１が得られる。

そして、血管の容積変化は心臓の拍動に同期していると考えられるので、脈波がピークとなる時刻を拍時刻（心臓の拍動の時刻）と推定することができ、また、脈波のピークの間隔を心拍間隔と推定することができる。したがって、制御部１０は、センサ部３０で検出した脈波に基づき、心拍間隔を推定することができる。

入力部４１は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等から構成される。入力部４１は、例えば、心拍間隔の取得の開始／終了の指示等のユーザ操作を受け付けるためのインタフェースである。

出力部４２は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等から構成される。出力部４２は、例えば、拍間隔取得装置１００が取得した心拍間隔を表示する。

通信部４３は、外部の他の装置とデータ等のやり取りを行う通信インタフェースである。この通信インタフェースは無線／有線を問わない。例えば、拍間隔取得装置１００は、取得した心拍間隔を、通信部４３を介して、外部のサーバ等に送信することができる。

次に、拍間隔取得装置１００の制御部１０の機能的構成について説明する。制御部１０は、拍間隔取得部１１、外れ値抽出部１２、補正部１３、の機能を実現し、心拍間隔の取得及び補正を行う。

拍間隔取得部１１は、センサ部３０が備える脈波センサによって検出される脈波から、拍間隔のデータ列を時系列で取得する。より詳細には、拍間隔取得部１１は、センサ部３０によって得られる検出値を１００Ｈｚでサンプリングし、図２に示すような脈波２０１を取得する。そして、この脈波２０１から局所最大値（ピーク値）を検出して、拍時刻（拍間隔を取得する際に基準とする拍の位置）を抽出し、隣接する拍時刻の時間間隔を心拍間隔として取得する。

例えば、拍間隔取得部１１は、図２に示す脈波２０１上でピーク値を検出することにより、拍時刻２０１ｔ，２０２ｔ，２０３ｔを抽出し、これらの拍時刻の間隔を算出することにより、拍間隔のデータ列として拍間隔２０２ｉ，２０３ｉを取得する。図２では、拍間隔のデータ列として、拍間隔２０２ｉ，２０３ｉしか示されていないが、拍間隔取得部１１は、この後も脈波２０１のピーク値を検出していくことにより、拍間隔のデータ列を時系列で取得することができる。なお脈波センサのサンプリング周波数は１００Ｈｚに限定されるわけではなく、脈波が得られるなら任意の周波数でよい。通常は８０Ｈｚ～１００Ｈｚ程度のサンプリング周波数が用いられる。

図２に示すように、着目している拍時刻とその直前の拍時刻との時間差が、当該着目している拍時刻における拍間隔となる。なお、拍間隔の定義としては、上記とは逆に、着目している拍時刻とその直後の拍時刻との時間差を、当該着目している拍時刻における拍間隔としてもよい。本実施形態では、上述のように、着目している拍時刻とその直前の拍時刻との時間差を当該着目している拍時刻における拍間隔としている。

拍間隔取得部１１が取得した拍間隔のデータ列を、縦軸に拍間隔、横軸に時刻をとってプロットすると、図３に示すようなグラフが得られる。拍間隔取得部１１は拍間隔取得手段として機能する。

外れ値抽出部１２は、拍間隔取得部１１で取得された拍間隔のデータ列の中から、外れ値である可能性が高いデータを外れ値候補として抽出する。ここで外れ値とは、拍が誤検出された場合等に取得されてしまう異常な値のことである。外れ値候補の抽出方法としては任意の方法を採用することができる。

例えば、外れ値抽出部１２は、拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データから平均値及び標準偏差を求め、平均値と標準偏差から計算した正常範囲に含まれないデータを外れ値候補として抽出することができる。また、より頑強性の高い抽出方法として、平均値の代わりに中間値を、標準偏差の代わりにＭＡＤ（Ｍｅｄｉａｎ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）から推定した標準偏差を用いる方法や、ＩＱＲ（Ｉｎｔｅｒｑｕａｒｔｉｌｅ Ｒａｎｇｅ）を用いてもよい。ＩＱＲを用いる方法は、拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データを値の大きさの順に並べたときに、第１四分位数（１ｓｔ ｑｕａｒｔｉｌｅ：Ｑ１）と第３四分位数（３ｒｄ ｑｕａｒｔｉｌｅ：Ｑ３）とから計算される正常範囲を求め、この正常範囲外を外れ値候補として抽出する方法である。

図３及び図４は、拍間隔取得部１１で取得された拍間隔のデータ列の一例であるが、例えば、図３に示される拍間隔２０５ｉや、図４に示される拍間隔２１５ｉ及び拍間隔２１６ｉは、他の拍間隔の値と比較して大きすぎたり小さすぎたりしているので、外れ値抽出部１２により、外れ値候補として抽出される。外れ値抽出部１２は、外れ値抽出手段として機能する。

補正部１３は、外れ値抽出部１２で抽出された外れ値候補の拍時刻と、拍間隔取得部１１で取得された拍間隔のデータ列とに基づいて拍時刻を推定し、推定した拍時刻を用いて、拍間隔取得部１１で取得された拍間隔のデータ列を補正する。補正部１３による処理の詳細は、後述する拍間隔取得処理のところで説明する。補正部１３は、補正手段として機能する。

以上、拍間隔取得装置１００の機能構成について説明した。次に、拍間隔取得装置１００の拍間隔取得処理について、図５を参照して説明する。拍間隔取得装置１００が起動すると、この拍間隔取得処理が開始される。または、拍間隔取得装置１００は入力部４１を介してユーザから指示を受けて拍間隔取得処理を開始してもよい。

まず、拍間隔取得装置１００の拍間隔取得部１１は、センサ部３０が検出した検出値（脈波のデータ）を取得する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１は、通常、心拍間隔の取得対象となる被験者の就寝時から起床時まで等、被験者の心拍間隔を取得する一連の時間帯の中で連続して行われる。そして、拍間隔取得部１１は、その間、センサ部３０が検出する検出値を時系列に沿って記憶部２０に格納する。ステップＳ１０１において、拍間隔取得部１１は、拍間隔を取得する時間帯を正確に知る必要はなく、単純なタイマー設定（例えば２３時から７時まで）により、その間の検出値を取得してもよい。また、入力部４１からの指示（検出値の取得開始及び取得終了の指示）によって、その間の検出値を取得してもよい。

次に、拍間隔取得部１１は、記憶部２０に格納されているセンサ部３０の検出値（脈波のデータ）から拍時刻を抽出して拍間隔のデータ列を取得し、各拍間隔に対応する拍時刻とともに記憶部２０に格納する（ステップＳ１０２）。このステップで、例えば図３や図４に示すような拍間隔のデータ列が取得される。ステップＳ１０２は、拍間隔取得ステップとも呼ばれる。

次に、外れ値抽出部１２は、拍間隔のデータ列の中に含まれる外れ値候補を抽出する（ステップＳ１０３）。外れ値候補の抽出方法は上述したとおりである。なお、拍間隔のデータ列の中に含まれるデータのうち、ステップＳ１０３で外れ値候補として抽出されなかったデータは正常値として扱われる。ステップＳ１０３は外れ値抽出ステップとも呼ばれる。

次に、補正部１３は、全ての外れ値存在区間について、後述する補正処理を実行した（補正後の拍時刻を定めた）か否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、「外れ値存在区間」とは、隣り合う正常値の拍間隔に挟まれた区間であって、抽出された外れ値候補が当該区間の内部に１つ以上の存在する区間をいう。例えば、図３の拍時刻２０４ｔから拍時刻２０６ｔの間の区間や、図４の拍時刻２１４ｔから拍時刻２１７ｔの間の区間は、外れ値存在区間である。全ての外れ値存在区間について、補正処理を実行した（又は抽出された外れ値候補がない）なら（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。

まだ全ての外れ値存在区間について補正処理を実行していないなら（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、補正部１３は、まだ補正処理を実行していない外れ値存在区間の１つに着目し、当該着目した外れ値存在区間において、正常値の拍間隔（外れ値候補として抽出されなかった拍間隔）を用いた補間等により拍間隔を推定する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５において補正部１３は、正常値の拍間隔だけでなく、補正処理が実行されて補正された拍時刻から算出される拍間隔も用いて、まだ補正処理を実行していない外れ値存在区間における拍間隔を推定してもよい。

ここで、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理について、図３に示す拍間隔のデータ列を用いて具体例で説明する。図３では外れ値存在区間として（外れ値候補の拍間隔２０５ｉを含む）拍時刻２０４ｔから拍時刻２０６ｔまでの間の区間が存在するので、ステップＳ１０４での判定はＮｏとなる。そして、正常値のデータを直線補間すると、図６に示す点線２１０のように、拍間隔を推定することができる。図６では全ての期間（拍時刻２０２ｔから拍時刻２０７ｔまで）について拍間隔が推定されているが、補正部１３は、着目している外れ値存在区間（拍時刻２０４ｔから拍時刻２０６ｔまで）の期間だけ拍間隔を推定してもよい。

そして、補正部１３は、推定した拍間隔と、外れ値存在区間の最初の正常値の拍時刻からの経過時間と、が釣り合う時刻を仮の拍時刻として算出する（ステップＳ１０６）。図６を参照して説明すると、補正部１３は、着目している外れ値存在区間の最初の正常値の拍時刻（２０４ｔ）から、拍間隔（縦軸）と時刻（横軸）とを同じだけ延ばした点線２１１ａ（縦軸と横軸の縮尺が同じなら４５度方向の直線）と点線２１０との交点の時刻を仮の拍時刻２０８ｔとすればよい。

次に、補正部１３は、算出した仮の拍時刻の近傍に外れ値候補の拍時刻が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで、「仮の拍時刻の近傍に外れ値候補が存在する」とは、仮の拍時刻と外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値（当該仮の拍時刻に対応する拍間隔に所定の係数（例えば０．３）をかけた値）以下であることをいう。

仮の拍時刻の近傍に外れ値候補が存在するなら（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、当該近傍の外れ値候補の拍時刻を補正後の拍時刻とする（ステップＳ１０８）。一方、仮の拍時刻の近傍に外れ値候補が存在しないなら（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、当該仮の拍時刻を補正後の拍時刻とする（ステップＳ１０９）。

いずれの場合も、次に補正部１３は、補正後の拍時刻を起点として次の仮の拍時刻を算出する（ステップＳ１１０）。この処理はステップＳ１０６と同様であり、補正部１３は、ステップＳ１０５で推定した拍間隔と、ステップＳ１０８又はステップＳ１０９での補正後の拍時刻からの経過時間が釣り合う時刻を仮の拍時刻として算出する。

ここで、ステップＳ１０７からステップＳ１１０までの処理を、図６を参照して説明する。図６で、仮の拍時刻２０８ｔの近傍には外れ値候補（拍間隔２０５ｉ）は存在しないのでステップＳ１０７での判定はＮｏとなる。そして、ステップＳ１０９で、拍時刻２０８ｔが補正後の拍時刻となる。そして、ステップＳ１１０で、補正後の拍時刻２０８ｔから延ばした点線２１１ｂと点線２１０との交点が次の仮の拍時刻２０９ｔとして算出される。

次に、補正部１３は、ステップＳ１１０で算出した次の仮の拍時刻が、正常値の拍時刻の近傍に達したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。ここで、「次の仮の拍時刻が正常値の拍時刻の近傍に達した」とは、次の仮の拍時刻に最も近い正常値の拍時刻と当該次の仮の拍時刻との時間差の絶対値が、当該正常値の拍時刻に対応する拍間隔に所定の係数（例えば０．３）をかけた値以下であることをいう。

ステップＳ１１０で算出した次の仮の拍時刻が正常値の拍時刻の近傍に達していれば（ステップＳ１１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に戻る。一方、ステップＳ１１０で算出した次の仮の拍時刻が正常値の拍時刻の近傍に達していなければ（ステップＳ１１１；Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻る。図６を参照して説明すると、次の仮の拍時刻２０９ｔは、正常値の拍時刻２０６ｔの近傍に達していないので、ステップＳ１１１での判定はＮｏとなり、ステップＳ１０７に戻る。そして、今度は仮の拍時刻２０９ｔの近傍には外れ値候補（拍間隔２０５ｉ）が存在するのでステップＳ１０７での判定はＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１０８で、外れ値候補の拍時刻２０５ｔが補正後の拍時刻となる。そして、ステップＳ１１０で、補正後の拍時刻２０５ｔから延ばした点線２１１ｃと点線２１０との交点が次の仮の拍時刻２１０ｔとして算出される。拍時刻２１０ｔは、正常値の拍時刻２０６ｔの近傍に達しているのでステップＳ１１１での判定はＹｅｓとなり、ステップＳ１０４に戻る。

なお、ステップＳ１０４からステップＳ１１１までの処理は、着目している外れ値存在区間において、算出された仮の拍時刻を補正する補正処理である。補正部１３は、外れ値存在区間１つ１つについてこの補正処理を繰り返し、最終的に全ての外れ値存在区間について補正処理を実行し終えたらステップＳ１０４での判定がＹｅｓとなり、ステップＳ１１２に進む。

そして、補正部１３は、正常値の拍間隔の全ての拍時刻と、補正後の拍時刻の全てとから、補正後の拍間隔を算出し（ステップＳ１１２）、拍間隔取得処理を終了する。ステップＳ１１２は、補正ステップとも呼ばれる。図６を参照して説明すると、ステップＳ１１２では、補正部１３は、補正後の拍時刻（拍時刻２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２０８ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ）に基づき、それらの隣り合う拍時刻の差分として、補正後の拍間隔２０２ｉ，２０３ｉ，２０４ｉ，２０８ｉ，２０９ｉ，２０６ｉ，２０７ｉを算出する。なお、補正部１３は、ステップＳ１１２で補正後の拍間隔を算出した後、拍間隔取得処理を終了する前に、算出した補正後の拍間隔を出力部４２に出力してもよいし、通信部４３を介して外部の装置に送信してもよい。

以上、拍間隔取得処理について説明した。なお、拍時刻２０６ｔと拍時刻２０５ｔの差分が拍間隔２０６ｉであるため、図６において、拍時刻２０６ｔと仮の拍時刻２１０ｔとは本当は一致する。しかし、拍時刻２０６ｔと仮の拍時刻２１０ｔとが重なってしまうと図が分かりにくくなるため、図６では敢えて値をずらしている。

次に、上述の具体例とは別の具体例として、図４に示す拍間隔のデータ列を用いて説明する。図４では外れ値存在区間として（外れ値候補の拍間隔２１５ｉ及び拍間隔２１６ｉを含む）拍時刻２１４ｔから拍時刻２１７ｔまでの間の区間が存在するので、ステップＳ１０４での判定はＮｏとなる。そして、正常値のデータを直線補間すると、図７に示す点線２２０のように、拍間隔を推定することができる。図７では全ての期間（拍時刻２１２ｔから拍時刻２１９ｔまで）について拍間隔が推定されているが、補正部１３は、着目している外れ値存在区間（拍時刻２１４ｔから拍時刻２１７ｔまで）の期間だけ拍間隔を推定してもよい。

そして、着目している外れ値存在区間の最初の拍時刻（２１４ｔ）から、拍間隔（縦軸）と時刻（横軸）とを同じだけ延ばした点線２２１ａと点線２２０との交点の時刻が仮の拍時刻２２０ｔとなる。仮の拍時刻２２０ｔの近傍には外れ値候補（拍間隔２１６ｉ）が存在するのでステップＳ１０７での判定はＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１０８で、外れ値候補の拍時刻２１６ｔが、仮の拍時刻２２０ｔの補正後の拍時刻となる。

そして、ステップＳ１１０で、補正後の拍時刻２１６ｔから延ばした点線２２１ｂと点線２２０との交点が次の仮の拍時刻２２１ｔとして算出される。拍時刻２２１ｔは、正常値の拍時刻２１７ｔの近傍に達しているのでステップＳ１１１での判定はＹｅｓとなり、ステップＳ１０４に戻る。

すると、図７に存在する全ての外れ値存在区間について拍時刻を補正したことになるのでステップＳ１０４での判定がＹｅｓとなり、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、補正部１３は、補正後の拍時刻（拍時刻２１２ｔ，２１３ｔ，２１４ｔ，２１６ｔ，２１７ｔ，２１８ｔ，２１９ｔ）に基づき、それらの隣り合う拍時刻の差分として、拍間隔２１２ｉ，２１３ｉ，２１４ｉ，２２０ｉ，２１７ｉ，２１８ｉ，２１９ｉを算出する。図６の例では、補正後の拍間隔のうち拍間隔２０８ｉは推定した拍時刻に基づく値のため、あまり信頼できない値となる可能性がある。これに対し、図７の例では補正後の拍間隔（拍間隔２２０ｉ）は外れ値候補の拍時刻に基づいて補正された値なので、本来の拍間隔である可能性が高い。

以上の拍間隔取得処理を行うことにより、単純に外れ値を削除すると失われてしまっていた拍時刻の情報を生かすことができるので、拍間隔取得装置１００は、心拍間隔等の拍間隔を適切に補正することが可能になる。

（変形例１）
上述の実施形態では、仮の拍時刻を算出する際に時間を進める方向（順方向）で算出したが、時間を遡る方向（逆方向）で算出してもよい。仮の拍時刻を時間を遡る方向で算出する変形例１について説明する。

変形例１に係る拍間隔取得処理のフローチャートは基本的には第１の実施形態の拍間隔取得処理のフローチャート（図５）と同じであるが、ステップＳ１０６及びステップＳ１１０において、拍間隔の推定を時間を遡る方向で行う。つまり、ステップＳ１０６においては、補正部１３は、推定した拍間隔と、外れ値存在区間の最後の正常値の拍時刻から遡った時間と、が釣り合う時刻を仮の拍時刻として算出する。この点以外は、変形例１に係る拍間隔取得装置１００は、第１の実施形態に係る拍間隔取得装置１００と同一である。変形例１に係る拍間隔取得処理について、図３に示す拍間隔のデータ列を用いて説明する。

図３では外れ値存在区間として（外れ値候補の拍間隔２０５ｉを含む）拍時刻２０４ｔから拍時刻２０６ｔまでの間の区間が存在するので、ステップＳ１０４での判定はＮｏとなる。そして、正常値のデータを直線補間すると、図８に示す点線２１０のように、拍間隔を推定することができる。図８では全ての期間（拍時刻２０２ｔから拍時刻２０７ｔまで）について拍間隔が推定されているが、補正部１３は、着目している外れ値存在区間（拍時刻２０４ｔから拍時刻２０６ｔまで）の期間だけ拍間隔を推定してもよい。

そして、着目している外れ値存在区間の最後の正常値の拍時刻２０６ｔから、拍間隔（縦軸）と時刻（横軸）とを同じだけ延ばした点線２３１ａと点線２１０との交点の時刻が仮の拍時刻２３２ｔとなる。仮の拍時刻２３２ｔの近傍には外れ値候補（拍間隔２０５ｉ）が存在するのでステップＳ１０７での判定はＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１０８で、外れ値候補の拍時刻２０５ｔが、仮の拍時刻２３２ｔの補正後の拍時刻となる。

そして、ステップＳ１１０で、補正後の拍時刻２０５ｔから延ばした点線２３１ｂと点線２１０との交点が仮の拍時刻２３３ｔとして算出される。仮の拍時刻２３３ｔは、正常値の拍時刻２０４ｔの近傍に達していないのでステップＳ１１１での判定はＮｏとなり、ステップＳ１０７に戻る。

そして、仮の拍時刻２３３ｔの近傍には外れ値候補は存在していないので、ステップＳ１０７での判定はＮｏとなり、拍時刻２３３ｔが補正後の拍時刻となる。そして、ステップＳ１１０で、補正後の拍時刻２３３ｔから延ばした点線２３１ｃと点線２１０との交点が次の仮の拍時刻２３４ｔとして算出される。仮の拍時刻２３４ｔは、正常値の拍時刻２０４ｔの近傍に達しているのでステップＳ１１１での判定はＹｅｓとなり、ステップＳ１０４に戻る。

すると、図８に存在する全ての外れ値存在区間について拍時刻を補正したことになるのでステップＳ１０４での判定がＹｅｓとなり、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、補正部１３は、補正後の拍時刻（拍時刻２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２３３ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ）に基づき、それらの隣り合う拍時刻の差分として、補正後の拍間隔２０２ｉ，２０３ｉ，２０４ｉ，２３３ｉ，２３２ｉ，２０６ｉ，２０７ｉを算出する。

図８の例では、拍間隔２３３ｉは、推定した拍時刻２３３ｔとその直前の拍時刻２０４ｔとの差分であるため、拍時刻２０４ｔから４５度の角度で延ばした点線２３３の拍時刻２３３ｔにおける値が拍間隔２３３ｉであることを示している。同様に、拍間隔２３２ｉは、拍時刻２０５ｔとその直前の拍時刻２３３ｔとの差分であるため、拍時刻２３３ｔから４５度の角度で延ばした点線２３２の拍時刻２０５ｔにおける値が拍間隔２３２ｉであることを示している。

以上、変形例１でも、第１の実施形態と同様に、単純に外れ値を削除すると失われてしまっていた拍時刻の情報を生かすことができるので、変形例１に係る拍間隔取得装置１００は、心拍間隔等の拍間隔を適切に補正することが可能になる。

（変形例２）
上述の第１の実施形態では、仮の拍時刻を算出する際に時間を進める方向（順方向）で算出し、変形例１では、仮の拍時刻を時間を遡る方向で算出したが、この両方で算出して、補正後の拍時刻が一致しない部分について、両者の平均をとることにより補間してもよい。このような変形例２について説明する。

変形例２に係る拍間隔取得処理のフローチャートは基本的には第１の実施形態の拍間隔取得処理のフローチャート（図５）と同じであるが、ステップＳ１０６及びステップＳ１１０において、拍間隔の推定を時間を進める方向と時間を遡る方向の２つの方向で行う。つまり、変形例２に係る補正部１３は、仮の拍時刻について、時間を進める方向で第１の仮の拍時刻を算出し、時間を遡る方向で第２の仮の拍時刻を算出する。

そして、変形例２に係る補正部１３は、この２つの方向のそれぞれで算出した補正後の拍時刻のうち、近傍に存在する（両者の時間差の絶対値が基準値（当該補正後の拍時刻に対応する拍間隔に所定の係数（例えば０．３）をかけた値）以下）にも関わらず一致しないものがあったら、両者の平均をとったものを補正後の拍時刻とする。この点以外は、変形例２に係る拍間隔取得装置１００は、第１の実施形態に係る拍間隔取得装置１００と同一である。変形例２に係る拍間隔取得処理について、図３に示す拍間隔のデータ列を用いて説明する。

図３に示す拍間隔のデータ列に対して、変形例２に係る拍間隔取得処理を適用すると、時間を進める方向での処理では図６に示すように補正後の拍時刻（拍時刻２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２０８ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ）が定まる。また、時間を遡る方向での処理では図８に示すように補正後の拍時刻（拍時刻２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２３３ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ）が定まる。つまり、補正後の拍時刻のうち値が近傍に存在するにも関わらず一致しないのは、拍時刻２０８ｔと拍時刻２３３ｔである。この場合、補正部１３は、図９に示すように、拍時刻２０８ｔと拍時刻２３３ｔを平均した拍時刻２３５ｔを補正後の拍時刻とする。

そして、補正部１３は、最終的には、補正後の拍時刻（拍時刻２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２３５ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ）に基づき、それらの隣り合う拍時刻の差分として、補正後の拍間隔２０２ｉ，２０３ｉ，２０４ｉ，２３５ｉ，２３６ｉ，２０６ｉ，２０７ｉを算出する。

図９の例では、拍間隔２３５ｉは、推定した拍時刻２３５ｔとその直前の拍時刻２０４ｔとの差分であるため、拍時刻２０４ｔから４５度の角度で延ばした点線２３５の拍時刻２３５ｔにおける値が拍間隔２３５ｉであることを示している。同様に、拍間隔２３６ｉは、拍時刻２０５ｔとその直前の拍時刻２３５ｔとの差分であるため、拍時刻２３５ｔから４５度の角度で延ばした点線２３６の拍時刻２０５ｔにおける値が拍間隔２３６ｉであることを示している。

以上、変形例２でも、第１の実施形態や変形例１と同様に、単純に外れ値を削除すると失われてしまっていた拍時刻の情報を生かすことができる。また、外れ値の拍時間が存在しない部分については、順方向と逆方向の両方で補正した拍時刻を用いて補間するので、より適切な拍時刻が推定できる可能性が高いと考えられる。したがって、変形例２に係る拍間隔取得装置１００は、心拍間隔等の拍間隔を適切に補正することが可能になる。

（その他の変形例）
上述の実施形態では、拍間隔の情報として心拍間隔を取得するための検出値（脈波）を検出する脈波センサをセンサ部３０に備えていたが、取得する拍間隔の情報は心拍間隔に限定されない。拍間隔取得装置１００は、外れ値候補を削除して正常値から補間するような拍間隔の情報であれば、心拍間隔に限らず、脈拍間隔等、様々な拍間隔の情報を扱うことが可能である。また、例えば通信部４３を介して外部の装置等から拍間隔の情報又は拍間隔を取得するための検出値を受信できる場合は、拍間隔取得装置１００は、センサ部３０を備える必要はない。

また、上述の実施形態では、センサ部３０として、脈波センサを備え、脈波センサが検出した脈波から心拍間隔を取得していた。しかし、心拍間隔を取得するためのセンサとしては、脈波センサに限られない。拍間隔取得装置１００は、センサ部３０として例えば心電計を備え、心電計を用いて心拍間隔を取得してもよい。また、拍間隔取得装置１００は、センサ部３０として、例えば加速度センサや圧力センサを備え、心弾動図波形を検出して、心拍間隔を取得してもよい。

また、上述の実施形態では、拍間隔を推定する際に正常値を直線で結ぶ直線補間を用いていた。しかし、拍間隔の推定に用いる方法は直線補間に限定されない。補正部１３は、拍間隔を推定する際に、正常値のデータを用いてスプライン補間、キュービック補間、ＰＣＨＩＰ（Ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ Ｃｕｂｉｃ Ｈｅｒｍｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ：区分的３次エルミート内挿多項式）補間等の任意の補間方法を用いることができる。さらに言えば、推定方法は補間に限定されない。補正部１３は、例えば過去の多数の正常値のデータを用いて機械学習を行ったニューラルネットワークと今回の正常値のデータとを用いて拍間隔を推定してもよい。

なお、上述の実施形態では、拍間隔取得装置１００は入力部４１、出力部４２及び通信部４３を備えていたが、これらは必須の構成要素ではなく、拍間隔取得装置１００は、これらを備えなくてもよい。

また、拍間隔取得装置１００の各機能は、通常のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等のコンピュータによっても実施することができる。具体的には、上記実施形態では、拍間隔取得装置１００が行う拍間隔取得処理等のプログラムが、記憶部２０のＲＯＭに予め記憶されているものとして説明した。しかし、プログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）、メモリカード、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータに読み込んでインストールすることにより、上述の各機能を実現することができるコンピュータを構成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記１）
拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得手段と、
前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出手段と、
前記外れ値抽出手段で抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正手段と、
を備える拍間隔取得装置。

（付記２）
前記補正手段は、前記外れ値候補が存在する区間である外れ値存在区間における拍間隔を、前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔のうち前記外れ値抽出手段で抽出されなかった拍間隔である正常値を用いて推定し、前記推定した拍間隔を前記外れ値候補の拍時刻を用いて補正する、
付記１に記載の拍間隔取得装置。

（付記３）
前記補正手段は、前記正常値を補間することによって前記外れ値存在区間における拍間隔を推定する、
付記２に記載の拍間隔取得装置。

（付記４）
前記補正手段は、
前記外れ値存在区間において、
前記推定した拍間隔と前記正常値の拍時刻とから仮の拍時刻を算出し、
前記算出した仮の拍時刻と前記外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値以下なら、前記仮の拍時刻を前記外れ値候補の拍時刻に補正する補正処理を行い、
前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する、
付記２又は３に記載の拍間隔取得装置。

（付記５）
前記補正手段は、
前記推定した拍間隔と前記補正処理を行った仮の拍時刻とから次の仮の拍時刻を算出し、
前記補正処理を、前記外れ値存在区間の全ての期間において繰り返し行い、
前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する、
付記４に記載の拍間隔取得装置。

（付記６）
前記補正手段は、
前記推定した拍間隔と、前記外れ値存在区間の最初の正常値の拍時刻からの経過時間と、が釣り合う時刻として仮の拍時刻を算出し、
前記推定した拍間隔と、前記補正処理を行った仮の拍時刻からの経過時間と、が釣り合う時刻として次の仮の拍時刻を算出する、
付記４又は５に記載の拍間隔取得装置。

（付記７）
前記補正手段は、
前記推定した拍間隔と、前記外れ値存在区間の最後の正常値の拍時刻から遡った時間と、が釣り合う時刻として仮の拍時刻を算出し、
前記推定した拍間隔と、前記補正処理を行った仮の拍時刻から遡った時間と、が釣り合う時刻として次の仮の拍時刻を算出する、
付記４又は５に記載の拍間隔取得装置。

（付記８）
前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データから平均値及び標準偏差を求め、前記平均値と前記標準偏差から計算した正常範囲に含まれないデータを、外れ値候補として抽出する、
付記１から７のいずれか１つに記載の拍間隔取得装置。

（付記９）
前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データから中間値及びＭＡＤ（Ｍｅｄｉａｎ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）から推定した標準偏差を求め、前記中間値と前記標準偏差から計算した正常範囲に含まれないデータを、外れ値候補として抽出する、
付記１から７のいずれか１つに記載の拍間隔取得装置。

（付記１０）
前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データを値の大きさの順に並べたときに、第１四分位数と第３四分位数とから計算される正常範囲を求め、この正常範囲外を外れ値候補として抽出する、
付記１から７のいずれか１つに記載の拍間隔取得装置。

（付記１１）
拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得ステップと、
前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出ステップと、
前記外れ値抽出ステップで抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正ステップと、
を備える拍間隔補正方法。

（付記１２）
コンピュータに、
拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得ステップ、
前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出ステップ、及び、
前記外れ値抽出ステップで抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正ステップ、
を実行させるためのプログラム。

１０…制御部、１１…拍間隔取得部、１２…外れ値抽出部、１３…補正部、２０…記憶部、３０…センサ部、４１…入力部、４２…出力部、４３…通信部、１００…拍間隔取得装置、２０１…脈波、２０１ｔ，２０２ｔ，２０３ｔ，２０４ｔ，２０５ｔ，２０６ｔ，２０７ｔ，２０８ｔ，２０９ｔ，２１０ｔ，２１２ｔ，２１３ｔ，２１４ｔ，２１５ｔ，２１６ｔ，２１７ｔ，２１８ｔ，２１９ｔ，２２０ｔ，２２１ｔ，２３２ｔ，２３３ｔ，２３４ｔ，２３５ｔ…拍時刻、２０２ｉ，２０３ｉ，２０４ｉ，２０５ｉ，２０６ｉ，２０７ｉ，２０８ｉ，２０９ｉ，２１２ｉ，２１３ｉ，２１４ｉ，２１５ｉ，２１６ｉ，２１７ｉ，２１８ｉ，２１９ｉ，２２０ｉ，２３２ｉ，２３３ｉ，２３５ｉ，２３６ｉ…拍間隔、２１０，２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２２０，２２１ａ，２２１ｂ，２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ，２３２，２３３，２３５，２３６…点線

Claims (10)

1. 拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得手段と、
   前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出手段と、
   前記外れ値抽出手段で抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正手段と、
   を備え、
   前記補正手段は、前記外れ値候補が存在する区間である外れ値存在区間における拍間隔を、前記拍間隔取得手段で取得された拍間隔のうち前記外れ値抽出手段で抽出されなかった拍間隔である正常値を用いて推定し、
   前記推定した拍間隔と前記正常値の拍時刻とから仮の拍時刻を算出し、
   前記算出した仮の拍時刻と前記外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値以下なら、前記仮の拍時刻を前記外れ値候補の拍時刻に補正する補正処理を行い、
   前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する拍間隔取得装置。
2. 前記補正手段は、前記正常値を補間することによって前記外れ値存在区間における拍間隔を推定する、
   請求項１に記載の拍間隔取得装置。
3. 前記補正手段は、
   前記推定した拍間隔と前記補正処理を行った仮の拍時刻とから次の仮の拍時刻を算出し、
   前記補正処理を、前記外れ値存在区間の全ての期間において繰り返し行い、
   前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する、
   請求項１又は２に記載の拍間隔取得装置。
4. 前記補正手段は、
   前記推定した拍間隔と、前記外れ値存在区間の最初の正常値の拍時刻からの経過時間と、が釣り合う時刻として仮の拍時刻を算出し、
   前記推定した拍間隔と、前記補正処理を行った仮の拍時刻からの経過時間と、が釣り合う時刻として次の仮の拍時刻を算出する、
   請求項３に記載の拍間隔取得装置。
5. 前記補正手段は、
   前記推定した拍間隔と、前記外れ値存在区間の最後の正常値の拍時刻から遡った時間と、が釣り合う時刻として仮の拍時刻を算出し、
   前記推定した拍間隔と、前記補正処理を行った仮の拍時刻から遡った時間と、が釣り合う時刻として次の仮の拍時刻を算出する、
   請求項３に記載の拍間隔取得装置。
6. 前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データから平均値及び標準偏差を求め、前記平均値と前記標準偏差から計算した正常範囲に含まれないデータを、外れ値候補として抽出する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の拍間隔取得装置。
7. 前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データもしくは近傍データから中間値及びＭＡＤ（Ｍｅｄｉａｎ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）から推定した標準偏差を求め、前記中間値と前記標準偏差から計算した正常範囲に含まれないデータを、外れ値候補として抽出する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の拍間隔取得装置。
8. 前記外れ値抽出手段は、前記拍間隔取得手段が取得した拍間隔のデータ列に含まれる全データを値の大きさの順に並べたときに、第１四分位数と第３四分位数とから計算される正常範囲を求め、この正常範囲外を外れ値候補として抽出する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の拍間隔取得装置。
9. 拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得ステップと、
   前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出ステップと、
   前記外れ値抽出ステップで抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正ステップと、
   を備え、
   前記補正ステップは、前記外れ値候補が存在する区間である外れ値存在区間における拍間隔を、前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔のうち前記外れ値抽出ステップで抽出されなかった拍間隔である正常値を用いて推定し、
   前記推定した拍間隔と前記正常値の拍時刻とから仮の拍時刻を算出し、
   前記算出した仮の拍時刻と前記外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値以下なら、前記仮の拍時刻を前記外れ値候補の拍時刻に補正する補正処理を行い、
   前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正する、拍間隔補正方法。
10. コンピュータに、
    拍時刻とともに拍間隔を取得する拍間隔取得ステップ、
    前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔から外れ値候補を抽出する外れ値抽出ステップ、及び、
    前記外れ値抽出ステップで抽出された外れ値候補の拍時刻を用いて前記拍間隔を補正する補正ステップ、
    を実行させ、
    前記補正ステップは、前記外れ値候補が存在する区間である外れ値存在区間における拍間隔を、前記拍間隔取得ステップで取得された拍間隔のうち前記外れ値抽出ステップで抽出されなかった拍間隔である正常値を用いて推定し、
    前記推定した拍間隔と前記正常値の拍時刻とから仮の拍時刻を算出し、
    前記算出した仮の拍時刻と前記外れ値候補の拍時刻の時間差の絶対値が基準値以下なら、前記仮の拍時刻を前記外れ値候補の拍時刻に補正する補正処理を行い、
    前記正常値の拍時刻及び前記補正処理を行った仮の拍時刻に基づいて前記推定した拍間隔を補正するステップである、プログラム。

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