JP7736639B2 - Heartbeat interval measuring device, computer program for heartbeat interval measuring device - Google Patents
Heartbeat interval measuring device, computer program for heartbeat interval measuring deviceInfo
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Description
本明細書が開示する技術は、心拍間隔測定装置、心拍間隔測定装置のためのコンピュータプログラム及び学習モデルの生成方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a heart rate interval measuring device, a computer program for a heart rate interval measuring device, and a method for generating a learning model.
特許文献1及び特許文献2には、心拍間隔の変動からユーザの心理的又は肉体的な状態を監視するための技術が開示されている。 Patent Documents 1 and 2 disclose technologies for monitoring a user's psychological or physical state from fluctuations in heartbeat intervals.
心音波形データを利用して心拍間隔を測定すれば、簡易な装置で心拍間隔を測定することができる。心音波形データを利用して心拍間隔を測定するためには、心音波形データから心拍ピークを正確に抽出し、その心拍ピークから心拍間隔を算出する必要がある。本明細書は、心音波形データから心拍ピークを正確に抽出することにより、心拍間隔を正確に測定することができる技術を提供する。 Measuring heartbeat intervals using acoustocardiogram waveform data allows for the measurement of heartbeat intervals using a simple device. To measure heartbeat intervals using acoustocardiogram waveform data, it is necessary to accurately extract heartbeat peaks from the acoustocardiogram waveform data and calculate the heartbeat interval from those heartbeat peaks. This specification provides technology that can accurately measure heartbeat intervals by accurately extracting heartbeat peaks from acoustocardiogram waveform data.
本明細書が開示する心拍間隔測定装置(10)は、心音波形データと、心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部(12)と、生体データの特徴量に基づいて、心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部(14)と、選定された心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部(16)と、を備えていてもよい。この心拍間隔測定装置によると、心音波形データを測定したときの生体データが考慮されるので、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、本明細書が開示する心拍間隔測定装置は、心拍間隔を正確に測定することができる。 The heartbeat interval measuring device (10) disclosed in this specification may include a data acquisition unit (12) configured to acquire phonocardiogram waveform data and biological data different from the phonocardiogram waveform data, a heartbeat peak selection unit (14) configured to select a heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data based on features of the biological data, and a heartbeat interval calculation unit (16) configured to calculate the heartbeat interval from the selected heartbeat peak. This heartbeat interval measuring device takes into account the biological data when the phonocardiogram waveform data was measured, allowing for more accurate selection of the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data. Therefore, the heartbeat interval measuring device disclosed in this specification can accurately measure the heartbeat interval.
本明細書が開示する心拍間隔測定装置(10)のためのコンピュータプログラムは、心拍間隔測定装置を以下の各部、即ち、心音波形データと、心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部(12)と、生体データの特徴量に基づいて、心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部(14)と、選定された心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部(16)と、として機能させてもよい。このコンピュータプログラムによると、心音波形データを測定したときの生体データが考慮されるので、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、本明細書が開示する心拍間隔測定装置のためのコンピュータプログラムは、心拍間隔を正確に測定することができる。 The computer program for the heartbeat interval measuring device (10) disclosed in this specification may cause the heartbeat interval measuring device to function as the following components: a data acquisition unit (12) configured to acquire phonocardiogram data and biological data different from the phonocardiogram data; a heartbeat peak selection unit (14) configured to select a heartbeat peak of the phonocardiogram data based on features of the biological data; and a heartbeat interval calculation unit (16) configured to calculate the heartbeat interval from the selected heartbeat peak. This computer program takes into account the biological data when the phonocardiogram data was measured, allowing for more accurate selection of the heartbeat peak of the phonocardiogram data. Therefore, the computer program for the heartbeat interval measuring device disclosed in this specification can accurately measure heartbeat intervals.
本明細書が開示する学習モデルを生成する方法は、生体データと心音波形データと心拍ピークを含む複数の教師データを取得し、生体データと心音波形データを入力し、心音波形データの心拍ピークを出力とする学習モデルを生成してもよい。このように生成された学習済みモデルを利用すると、心音波形データを測定したときの生体データが考慮されるので、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、本明細書が開示する生成方法で生成された学習済みモデルを利用すると、心拍間隔を正確に測定することができる。 The method for generating a learning model disclosed in this specification may involve acquiring multiple training data sets including biological data, acoustic cardiac waveform data, and heartbeat peaks, inputting the biological data and acoustic cardiac waveform data, and generating a learning model that outputs the heartbeat peaks of the acoustic cardiac waveform data. Use of a trained model generated in this way takes into account the biological data at the time the acoustic cardiac waveform data was measured, allowing for more accurate selection of the heartbeat peaks of the acoustic cardiac waveform data. Therefore, use of a trained model generated by the generation method disclosed in this specification allows for accurate measurement of heartbeat intervals.
以下、図面を参照してユーザの心拍間隔を測定するためのシステムについて説明する。このシステムで測定されたユーザの心拍間隔の変動を監視することで、ユーザの心理的又は肉体的な状態を推定することができる。例えば、ユーザの心拍間隔の変動を監視することで、ユーザの眠気を推定することができる。このようなシステムは、車両に搭載されてドライバーの眠気を検知するために利用されてもよい。 A system for measuring a user's heart rate interval will be described below with reference to the drawings. By monitoring the fluctuations in the user's heart rate interval measured by this system, it is possible to estimate the user's psychological or physical state. For example, by monitoring the fluctuations in the user's heart rate interval, it is possible to estimate the user's drowsiness. Such a system may be installed in a vehicle and used to detect the driver's drowsiness.
図1に示すように、心拍間隔測定システム1は、心拍間隔測定装置10と、センサ20と、を備えている。心拍間隔測定装置10は、コンピュータによって構成されており、データ取得部12と、心拍ピーク選定部14と、心拍間隔算出部16と、を有している。コンピュータは、CPUと記憶装置と入出力装置を有しており、記憶装置に記憶されているプログラムをCPUで実行することにより、CPUをデータ取得部12と心拍ピーク選定部14と心拍間隔算出部16として機能させ、以下で説明する各種処理を実行することができる。センサ20は、ユーザの心音を検出可能なセンサであり、特に限定されるものではないが、例えばマイクロフォンであってもよい。マイクロフォンであるセンサ20は、ユーザが発する音(後述するように、心音と呼吸音の両方を含む音)を入力し、電気信号であるセンサ信号に変換して心拍間隔測定装置10に出力する。 As shown in FIG. 1, the heart rate interval measuring system 1 includes a heart rate interval measuring device 10 and a sensor 20. The heart rate interval measuring device 10 is configured as a computer and has a data acquisition unit 12, a heart rate peak selection unit 14, and a heart rate interval calculation unit 16. The computer has a CPU, a storage device, and an input/output device. By executing a program stored in the storage device on the CPU, the CPU can function as the data acquisition unit 12, the heart rate peak selection unit 14, and the heart rate interval calculation unit 16 and execute the various processes described below. The sensor 20 is a sensor capable of detecting the user's heart sounds and may be, but is not limited to, a microphone. The microphone sensor 20 inputs sounds emitted by the user (sounds including both heart sounds and respiratory sounds, as described below), converts them into electrical sensor signals, and outputs them to the heart rate interval measuring device 10.
心拍間隔測定装置10のデータ取得部12は、センサ20から出力されたセンサ信号を受信する。データ取得部12はさらに、受信したセンサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。この例では、センサ20が1つのマイクロフォンで構成されているので、データ取得部12は、周波数帯域に基づいて、センサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。この例に代えて、センサ20が2つのセンサ、即ち、心音波形データを選択的に取得するセンサと、呼吸波形データを選択的に取得するセンサと、で構成されていてもよい。この場合、データ取得部12は、一方のセンサから心音波形データを受信し、他方のセンサから呼吸波形データを受信する。 The data acquisition unit 12 of the heart rate interval measuring device 10 receives the sensor signal output from the sensor 20. The data acquisition unit 12 further extracts heart sound waveform data and respiratory waveform data from the received sensor signal. In this example, the sensor 20 is composed of a single microphone, so the data acquisition unit 12 extracts heart sound waveform data and respiratory waveform data from the sensor signal based on the frequency band. Alternatively, the sensor 20 may be composed of two sensors, namely, a sensor that selectively acquires heart sound waveform data and a sensor that selectively acquires respiratory waveform data. In this case, the data acquisition unit 12 receives heart sound waveform data from one sensor and respiratory waveform data from the other sensor.
図2に、抽出された心音波形データと呼吸波形データを例示する。図2の(A)が呼吸波形データであり、図2の(B)が心音波形データである。図2に示されるように、データ取得部12は、低周波数域を通過させるバンドパスフィルタを利用してセンサ信号から呼吸波形データを抽出し、高周波数域を通過させるバンドパスフィルタを利用してセンサ信号から心音波形データを抽出する。この例では、一周期の呼吸の中に6拍分の心音波形データが現れている。 Figure 2 shows an example of extracted cardiac sound waveform data and respiratory waveform data. (A) in Figure 2 is respiratory waveform data, and (B) in Figure 2 is cardiac sound waveform data. As shown in Figure 2, the data acquisition unit 12 extracts respiratory waveform data from the sensor signal using a bandpass filter that passes low frequencies, and extracts cardiac sound waveform data from the sensor signal using a bandpass filter that passes high frequencies. In this example, six beats of cardiac sound waveform data appear in one respiratory cycle.
図2の(A)の縦軸が正のとき、呼吸が「吐き」の状態であることを示す。図2の(A)の縦軸が負のとき、呼吸が「吸い」の状態であることを示す。図2のT1~T6の各々は、1つの心拍において、その心拍に対して時系列的に対応した呼吸波形データと心音波形データを示す。「T1」は、呼吸の「吸い」が最も強くなった直後の一拍分の呼吸波形データと心音波形データを示している。「T2」は、呼吸の「吸い」から「吐き」に変化するときの一拍分の呼吸波形データと心音波形データを示している。「T3」は、呼吸の吐きが最も強くなったときの呼吸波形データと心音波形データを示している。「T4」は、呼吸の吐きが最も強くなった直後の呼吸波形データと心音波形データを示している。「T5」は、呼吸の「吐き」から「吸い」に変化するときの一拍分の呼吸波形データと心音波形データを示している。「T6」は、呼吸の吸いが最も強くなったときの一拍分の呼吸波形データと心音波形データを示している。図2のT1~T6に示すように、一拍分の心音波形データは、そのときの呼吸の状態に依存して様々な形状となる。このことから、心拍間隔を測定するために選定すべき心音波形データの心拍ピークは、呼吸の状態を考慮することにより、より正確に選定できることが示唆される。以下で説明するように、心拍間隔測定システム1は、呼吸の状態を考慮して心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている。 When the vertical axis of Figure 2 (A) is positive, it indicates that breathing is in an "exhale" state. When the vertical axis of Figure 2 (A) is negative, it indicates that breathing is in an "inhale" state. Each of T1 to T6 in Figure 2 shows respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data corresponding to a single heartbeat in a time series. "T1" shows the respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data for one beat immediately after the "inhale" of breathing becomes strongest. "T2" shows the respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data for one beat when breathing changes from "inhale" to "exhale." "T3" shows the respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data when breathing becomes strongest. "T4" shows the respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data immediately after the "exhale" of breathing becomes strongest. "T5" shows the respiratory waveform data and phonocardiogram waveform data for one beat when breathing changes from "exhale" to "inhale." "T6" indicates one beat of respiratory waveform data and acoustic heart waveform data when breathing is strongest. As shown by T1 to T6 in Figure 2, one beat of acoustic heart waveform data takes on various shapes depending on the breathing state at that time. This suggests that the heartbeat peak of the acoustic heart waveform data to be selected for measuring the heartbeat interval can be more accurately selected by taking the breathing state into consideration. As explained below, the heartbeat interval measurement system 1 is configured to select the heartbeat peak of the acoustic heart waveform data taking the breathing state into consideration.
心拍間隔測定装置10の心拍ピーク選定部14は、データ取得部12から呼吸波形データと心音波形データを受信する。心拍ピーク選定部14はさらに、心音波形データに含まれる一拍分の心音波形データの各々について心拍ピークを選定する。より詳細には、心拍ピーク選定部14は、一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定するときに、その一拍分の心音波形データに対して時系列的に対応付けられた呼吸波形データの特徴量を算出し、その特徴量に基づいて、その一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定する。呼吸波形データの特徴量は、特に限定されるものではないが、例えば呼吸波形の傾き又は位相であってもよい。 The heartbeat peak selection unit 14 of the heartbeat interval measuring device 10 receives the respiratory waveform data and the acoustic heart waveform data from the data acquisition unit 12. The heartbeat peak selection unit 14 further selects a heartbeat peak for each of the cardiac sound waveform data for one beat included in the cardiac sound waveform data. More specifically, when selecting a heartbeat peak for one beat of the cardiac sound waveform data, the heartbeat peak selection unit 14 calculates the feature amount of the respiratory waveform data that is time-series associated with that one beat of the cardiac sound waveform data, and selects the heartbeat peak for that one beat of the cardiac sound waveform data based on that feature amount. The feature amount of the respiratory waveform data is not particularly limited, but may be, for example, the slope or phase of the respiratory waveform.
上記したように、一拍分の心音波形データは、そのときの呼吸の状態に依存して様々な形状となる。このため、一拍分の心音波形データの心拍ピークとすべきタイミングは、そのときの呼吸の状態に影響を受ける。心拍ピーク選定部14は、呼吸波形データの特徴量に基づいて一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定することができるので、より正確に心拍ピークを選定することができる。 As described above, one beat's worth of cardiac sound waveform data takes on various shapes depending on the breathing state at that time. Therefore, the timing at which the heartbeat peak of one beat's worth of cardiac sound waveform data should be determined is affected by the breathing state at that time. The heartbeat peak selection unit 14 can select the heartbeat peak of one beat's worth of cardiac sound waveform data based on the features of the respiratory waveform data, allowing for more accurate heartbeat peak selection.
心拍間隔測定装置10の心拍間隔算出部16は、心拍ピーク選定部14から心音波形データの心拍ピークを受信する。心拍間隔算出部16はさらに、時系列的に隣り合う心拍ピークの間隔、即ち、心拍間隔を算出する。正確な心拍ピークが抽出されているので、算出される心拍間隔も正確なものとなる。心拍間隔測定システム1は、算出された心拍間隔の変動を監視することで、ユーザの心理的又は肉体的な状態を推定することができる。 The heartbeat interval calculation unit 16 of the heartbeat interval measuring device 10 receives the heartbeat peaks of the cardiac waveform data from the heartbeat peak selection unit 14. The heartbeat interval calculation unit 16 further calculates the interval between chronologically adjacent heartbeat peaks, i.e., the heartbeat interval. Because accurate heartbeat peaks are extracted, the calculated heartbeat interval is also accurate. By monitoring fluctuations in the calculated heartbeat interval, the heartbeat interval measuring system 1 can estimate the user's psychological or physical state.
以下、呼吸波形データの特徴量から心音波形データの心拍ピークを選定するいくつかの具体例を例示する。説明するいくつかの具体例は一例であり、他の様々な手法を採用することにより、呼吸波形データの特徴量から心音波形データの心拍ピークを選定することができる。また、以下ではリアルタイム処理で心拍間隔を算出する例を説明するが、この例に代えて、バッチ処理で心拍間隔を算出してもよい。 Below, we will explain several specific examples of selecting heartbeat peaks in phonocardiogram waveform data from the feature quantities of respiratory waveform data. The specific examples explained are merely examples, and various other methods can be used to select heartbeat peaks in phonocardiogram waveform data from the feature quantities of respiratory waveform data. Furthermore, while we will explain an example of calculating the heartbeat interval using real-time processing below, instead, the heartbeat interval may be calculated using batch processing.
(所定のルールに従った心拍ピークの選定)
図3に、呼吸波形データの特徴量に基づいて決定される所定のルールに従って心音波形データの心拍ピークを選定する方法の処理フローを示す。
(Selection of heart rate peaks according to predetermined rules)
FIG. 3 shows a processing flow of a method for selecting heartbeat peaks of cardiac sound waveform data according to a predetermined rule determined based on the feature amount of respiratory waveform data.
まず、ステップS1において、データ取得部12は、センサ20から測定対象のセンサ信号を受信する。 First, in step S1, the data acquisition unit 12 receives a sensor signal of the measurement target from the sensor 20.
次に、ステップS2において、データ取得部12は、周波数帯域に基づいて、センサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。 Next, in step S2, the data acquisition unit 12 extracts cardiac waveform data and respiratory waveform data from the sensor signal based on the frequency band.
次に、ステップS3において、心拍ピーク選定部14は、呼吸波形データの特徴量に基づいて決められたルールに従って、心音波形データの心拍ピークを選定する。この例では、図4に示されるように、心拍ピーク選定部14は、一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定するときに、その一拍分の心音波形データに対して時系列的に対応付けられた呼吸波形データが負の場合、心音波形データの最大値(円形で示される)を心拍ピークとして選定する。心拍ピーク選定部14はさらに、一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定するときに、その一拍分の心音波形データに対して時系列的に対応付けられた呼吸波形データが正の場合、心音波形データの最小値(四角形で示される)の次のタイミングの極大値(三角形で示される)を心拍ピークとして選定する。このように、心拍ピーク選定部14は、呼吸波形データの正負(即ち、位相)に基づいて、心音波形の中の所定のピークを心音ピークとする所定のルールに従って、心音波形データの心拍ピークを選定する。このようなルールは一例である。心拍ピークを選定するルールは、例えば、心拍間隔測定システム1が用いられる環境及び/又は心拍間隔測定システム1を使用するユーザに応じて適宜設定されてもよい。 Next, in step S3, the heartbeat peak selection unit 14 selects a heartbeat peak of the heartbeat waveform data in accordance with a rule determined based on the feature quantities of the respiratory waveform data. In this example, as shown in FIG. 4 , when selecting a heartbeat peak of one beat's worth of heartbeat waveform data, if the respiratory waveform data chronologically associated with that one beat's worth of heartbeat waveform data is negative, the heartbeat peak selection unit 14 selects the maximum value (indicated by a circle) of the heartbeat waveform data as the heartbeat peak. Furthermore, when selecting a heartbeat peak of one beat's worth of heartbeat waveform data, if the respiratory waveform data chronologically associated with that one beat's worth of heartbeat waveform data is positive, the heartbeat peak selection unit 14 selects the maximum value (indicated by a triangle) at the timing following the minimum value (indicated by a square) of the heartbeat waveform data as the heartbeat peak. In this way, the heartbeat peak selection unit 14 selects a heartbeat peak of the heartbeat waveform data in accordance with a predetermined rule that defines a predetermined peak in the heartbeat waveform as a heartbeat peak based on the positive/negative (i.e., phase) of the respiratory waveform data. This rule is an example. The rules for selecting heart rate peaks may be set appropriately depending on, for example, the environment in which the heart rate interval measuring system 1 is used and/or the user who uses the heart rate interval measuring system 1.
ステップS4において、心拍間隔算出部16は、選定された心拍ピークから心拍間隔を算出する。 In step S4, the heartbeat interval calculation unit 16 calculates the heartbeat interval from the selected heartbeat peak.
ステップS5において、測定を継続する場合はステップS1に戻り、測定を継続しない場合は終了となる。 In step S5, if you want to continue measuring, return to step S1; if you do not want to continue measuring, end the process.
この方法によると、心拍ピーク選定部14は、呼吸波形データの正負、即ち、呼吸波形データの位相に基づいて決定される所定のルールに従って心音波形データの心拍ピークを選定する。このようなルールは、心拍間隔測定システム1が用いられる環境(例えば、使用用途を含む)に応じて試行錯誤的に設定されてもよい。このように、心拍ピーク選定部14は、呼吸の状態を考慮することにより、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、心拍間隔測定装置10は、心拍間隔を正確に測定することができる。 According to this method, the heartbeat peak selection unit 14 selects heartbeat peaks of the acoustic cardiac waveform data according to predetermined rules determined based on the positive or negative sign of the respiratory waveform data, i.e., the phase of the respiratory waveform data. Such rules may be set by trial and error depending on the environment (including, for example, the intended use) in which the heartbeat interval measuring system 1 is used. In this way, the heartbeat peak selection unit 14 can more accurately select heartbeat peaks of the acoustic cardiac waveform data by taking the respiratory state into consideration. This allows the heartbeat interval measuring device 10 to accurately measure heartbeat intervals.
(サンプル心音波形データを利用した心拍ピークの選定)
図5に、サンプル心音波形データを利用して心音波形データの心拍ピークを選定する方法の処理フローを示す。
(Selection of heart rate peaks using sample heart sound waveform data)
FIG. 5 shows a process flow of a method for selecting heartbeat peaks of heart sound waveform data using sample heart sound waveform data.
まず、ステップS11において、データ取得部12は、センサ20からサンプル用のセンサ信号を受信する。 First, in step S11, the data acquisition unit 12 receives a sample sensor signal from the sensor 20.
次に、ステップS12において、データ取得部12は、周波数帯域に基づいて、サンプル用のセンサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。 Next, in step S12, the data acquisition unit 12 extracts cardiac waveform data and respiratory waveform data from the sample sensor signal based on the frequency band.
次に、ステップS13において、心拍ピーク選定部14は、呼吸波形データに対して時系列的に対応付けられた複数種類のサンプル心音波形データを記録する。より詳細には、心拍ピーク選定部14は、1周期の呼吸のうちの特徴的な呼吸の状態に対して時系列的に対応付けられた複数種類のサンプル心音波形データを記録する。この例では、図2に示されるように、心拍ピーク選定部14は、1周期の呼吸のうちの「T1」~「T6」で示される6拍分のサンプル心音波形データを記録する。心拍ピーク選定部14は、1周期の呼吸のみをサンプリングし、その中に含まれる複数拍分のサンプル心音波形データを記録してもよいし、複数周期の呼吸をサンプリングし、その中から適切な複数拍分のサンプル心音波形データを記録してもよい。また、心拍ピーク選定部14は、6拍分よりも少ないサンプル心音波形データを記録してもよく、6拍分よりも多いサンプル心音波形データを記録してもよい。このように、この例では、測定に先立ってサンプル用のセンサ信号から複数種類のサンプル心音波形データを用意する。この例に代えて、任意のユーザに汎用的に適用可能な標準的な複数種類のサンプル心音波形データが予め用意されていてもよい。 Next, in step S13, the heart rate peak selection unit 14 records multiple types of sample heart sound waveform data that are time-series mapped to the respiratory waveform data. More specifically, the heart rate peak selection unit 14 records multiple types of sample heart sound waveform data that are time-series mapped to characteristic respiratory states within one respiratory cycle. In this example, as shown in FIG. 2, the heart rate peak selection unit 14 records sample heart sound waveform data for six beats, designated "T1" through "T6," within one respiratory cycle. The heart rate peak selection unit 14 may sample only one respiratory cycle and record sample heart sound waveform data for multiple beats included therein, or it may sample multiple respiratory cycles and record sample heart sound waveform data for an appropriate number of beats from among them. Furthermore, the heart rate peak selection unit 14 may record sample heart sound waveform data for fewer than six beats or more than six beats. Thus, in this example, multiple types of sample heart sound waveform data are prepared from the sample sensor signal prior to measurement. Alternatively, multiple types of standard sample cardiac sound waveform data that can be generally applied to any user may be prepared in advance.
次に、ステップS14において、データ取得部12は、センサ20から測定対象のセンサ信号を受信する。 Next, in step S14, the data acquisition unit 12 receives a sensor signal of the measurement target from the sensor 20.
次に、ステップS15において、データ取得部12は、周波数帯域に基づいて、測定対象のセンサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。 Next, in step S15, the data acquisition unit 12 extracts cardiac waveform data and respiratory waveform data from the sensor signal of the measurement target based on the frequency band.
次に、ステップS16において、心拍ピーク選定部14は、測定対象の呼吸波形データの特徴量(呼吸波形の傾き又は位相)に基づいて、複数種類のサンプル心音波形データから対応するサンプル心音波形データを選択する。具体的には、心拍ピーク選定部14は、測定対象の一拍分の心音波形データの心拍ピークを選定するときに、その一拍分の心音波形データに対して時系列的に対応付けられた呼吸波形データの特徴量を算出する。心拍ピーク選定部14はさらに、算出された特徴量に最も近い特徴量を有するサンプル用の呼吸波形データに対応付けられたサンプル心音波形データを選択する。図2の例を参照すると、心拍ピーク選定部14は、測定対象の呼吸波形の傾きが正であり、且つ、大きければ、その特徴量に最も近い特徴量を有する「T2」に対応したサンプル心音波形データを選択する。 Next, in step S16, the heartbeat peak selection unit 14 selects corresponding sample heartbeat waveform data from multiple types of sample heartbeat waveform data based on the feature amount (slope or phase of the respiratory waveform) of the respiratory waveform data to be measured. Specifically, when selecting a heartbeat peak of one beat's worth of heartbeat waveform data to be measured, the heartbeat peak selection unit 14 calculates the feature amount of the respiratory waveform data associated in time series with that one beat's worth of heartbeat waveform data. The heartbeat peak selection unit 14 further selects sample heartbeat waveform data associated with sample respiratory waveform data having a feature amount closest to the calculated feature amount. Referring to the example in Figure 2, if the slope of the respiratory waveform to be measured is positive and large, the heartbeat peak selection unit 14 selects sample heartbeat waveform data corresponding to "T2" having a feature amount closest to that feature amount.
次に、ステップS17において、心拍ピーク選定部14は、選択したサンプル心音波形データと測定対象の心音波形データの相関関数のピークを測定対象の心音波形データの心拍ピークとして選定する。 Next, in step S17, the heartbeat peak selection unit 14 selects the peak of the correlation function between the selected sample heartbeat waveform data and the heartbeat waveform data of the measurement target as the heartbeat peak of the heartbeat waveform data of the measurement target.
ステップS18において、心拍間隔算出部16は、選定された心拍ピークから心拍間隔を算出する。 In step S18, the heartbeat interval calculation unit 16 calculates the heartbeat interval from the selected heartbeat peak.
ステップS19において、測定を継続する場合はステップS14に戻り、測定を継続しない場合は終了となる。 In step S19, if you want to continue measuring, return to step S14; if you do not want to continue measuring, end the process.
この方法によると、心拍ピーク選定部14は、サンプル心音波形データと測定対象の心音波形データの相関関数のピークを測定対象の心音波形データの心拍ピークとして選定する。サンプル心音波形データと測定対象の心音波形データは、呼吸の状態が類似したときに得られたデータであることから、その相関関数のピークは心拍ピークをより正確に反映することができる。このように、心拍ピーク選定部14は、呼吸の状態を考慮することにより、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、心拍間隔測定装置10は、心拍間隔を正確に測定することができる。 According to this method, the heartbeat peak selection unit 14 selects the peak of the correlation function between the sample heartbeat waveform data and the heartbeat waveform data of the measurement target as the heartbeat peak of the heartbeat waveform data of the measurement target. Because the sample heartbeat waveform data and the heartbeat waveform data of the measurement target were obtained when the breathing states were similar, the peak of the correlation function can more accurately reflect the heartbeat peak. In this way, by taking the breathing state into consideration, the heartbeat peak selection unit 14 can more accurately select the heartbeat peak of the heartbeat waveform data. This allows the heartbeat interval measuring device 10 to accurately measure the heartbeat interval.
上記例の複数種類のサンプル心音波形データは、測定が継続する限り、同一のものが利用されていた。この例に代えて、心拍ピーク選定部14は、測定が継続される場合、ステップS19からステップS14へ戻るときに、測定対象の心音波形データをサンプル心音波形データとして蓄積してもよい。サンプル心音波形データを蓄積することにより、より細分化されたサンプル心音波形データを用意することができるので、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。また、心拍ピーク選定部14は、測定が継続される場合、ステップS19からステップS14へ戻るときに、測定対象の心音波形データをサンプル心音波形データとして更新してもよい。更新は、1周期の呼吸単位で実行されてもよい。また、更新は、1周期の呼吸毎に実行されてもよく、複数周期の呼吸が経過した後に定期的に実行されてもよい。サンプル心音波形データを更新することにより、最新のサンプル心音波形データを利用することができ、ユーザ及び装置の状態変化に追随することができるので、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。 In the above example, the same multiple types of sample heart sound waveform data were used as long as measurement continued. Alternatively, if measurement continues, the heart rate peak selection unit 14 may accumulate the heart rate waveform data of the measurement target as sample heart rate waveform data when returning from step S19 to step S14. Accumulating sample heart rate waveform data allows for more detailed sample heart rate waveform data to be prepared, thereby enabling more accurate selection of the heart rate peaks of the heart rate waveform data. Furthermore, if measurement continues, the heart rate peak selection unit 14 may update the heart rate waveform data of the measurement target as sample heart rate waveform data when returning from step S19 to step S14. Updating may be performed every breathing cycle. Updating may also be performed for each breathing cycle or periodically after multiple breathing cycles have passed. Updating the sample heart rate waveform data allows the latest sample heart rate waveform data to be used, enabling changes in the user and device status to be tracked, enabling more accurate selection of the heart rate peaks of the heart rate waveform data.
(学習済みモデルを利用した心拍ピークの選定)
図6に、心拍間隔測定装置10の心拍ピーク選定部14が利用する学習済みモデルの概略を示す。この学習済みモデルは、呼吸波形データの特徴量と心音波形データを入力し、心音波形データの心拍ピークを出力する機械学習モデルである。学習済みモデルは、例えば、入力層、中間層及び出力層を備えたニューラルネットワークに機械学習させることによって生成されてもよい。学習済みモデルは、ディープラーニングの手法を用いて生成された、複数の中間層を備えた機械学習モデルであってもよい。
(Heart rate peak selection using a trained model)
6 shows an overview of the trained model used by the heartbeat peak selection unit 14 of the heartbeat interval measuring device 10. This trained model is a machine learning model that inputs feature quantities of respiratory waveform data and phonocardiogram data and outputs the heartbeat peaks of the phonocardiogram data. The trained model may be generated, for example, by machine learning a neural network including an input layer, an intermediate layer, and an output layer. The trained model may also be a machine learning model including multiple intermediate layers generated using a deep learning technique.
学習済みモデルは、例えば、ニューラルネットワークに対して、教師あり学習の手法を適用することで生成することができる。この例では、教師データの入力の1つである呼吸波形データの特徴量は、一拍分の呼吸波形の傾きと位相の少なくとも1つを含む。教師データの入力の1つである心音波形データは、一拍分の心音波形データを含む。教師データの出力である心音波形データの心拍ピークは、真値として設定される。機械学習モデルの生成は、心拍間隔測定装置10(図1参照)が実行してもよく、心拍間隔測定装置10とは別の装置で実行してもよい。学習済みモデルは、心拍間隔測定装置10の記憶部に記憶される。 The trained model can be generated, for example, by applying a supervised learning technique to a neural network. In this example, the feature quantities of the respiratory waveform data, which is one of the inputs of the training data, include at least one of the slope and phase of the respiratory waveform for one beat. The acoustic heart waveform data, which is one of the inputs of the training data, includes acoustic heart waveform data for one beat. The heartbeat peak of the acoustic heart waveform data, which is the output of the training data, is set as a true value. The generation of the machine learning model may be performed by the heart rate interval measuring device 10 (see Figure 1) or by a device separate from the heart rate interval measuring device 10. The trained model is stored in the memory unit of the heart rate interval measuring device 10.
図7に、学習済みモデルを利用して心音波形データの心拍ピークを選定する方法の処理フローを示す。 Figure 7 shows the processing flow for a method of selecting heartbeat peaks in cardiac sound waveform data using a trained model.
まず、ステップS21において、データ取得部12は、センサ20から測定対象のセンサ信号を受信する。 First, in step S21, the data acquisition unit 12 receives a sensor signal of the measurement target from the sensor 20.
次に、ステップS22において、データ取得部12は、周波数帯域に基づいて、センサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する。 Next, in step S22, the data acquisition unit 12 extracts cardiac waveform data and respiratory waveform data from the sensor signal based on the frequency band.
次に、ステップS23において、心拍ピーク選定部14は、学習済みモデルに呼吸波形データの特徴量と心音波形データを入力し、心音波形データの心拍ピークを選定する。 Next, in step S23, the heartbeat peak selection unit 14 inputs the features of the respiratory waveform data and the phonocardiogram waveform data into the trained model and selects the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data.
ステップS24において、心拍間隔算出部16は、選定された心拍ピークから心拍間隔を算出する。 In step S24, the heartbeat interval calculation unit 16 calculates the heartbeat interval from the selected heartbeat peak.
ステップS25において、測定を継続する場合はステップS21に戻り、測定を継続しない場合は終了となる。 In step S25, if you want to continue the measurement, return to step S21; if you do not want to continue the measurement, the process ends.
この方法によると、心拍ピーク選定部14は、学習済みモデルを利用して心音波形データの心拍ピークを選定する。学習済みモデルは、呼吸波形データの特徴量を考慮して心音波形データの心拍ピークを選定する。このように、心拍ピーク選定部14は、呼吸の状態を考慮することにより、心音波形データの心拍ピークをより正確に選定することができる。このため、心拍間隔測定装置10は、心拍間隔を正確に測定することができる。 According to this method, the heartbeat peak selection unit 14 selects heartbeat peaks from the phonocardiogram waveform data using a trained model. The trained model selects heartbeat peaks from the phonocardiogram waveform data by taking into account the features of the respiratory waveform data. In this way, the heartbeat peak selection unit 14 can more accurately select heartbeat peaks from the phonocardiogram waveform data by taking into account the respiratory state. This allows the heartbeat interval measuring device 10 to accurately measure heartbeat intervals.
上記の各例では、心拍間隔を測定するために、生体データとして呼吸波形データを利用する例を説明した。この例は一例であり、他の生体データ、例えば、ユーザの姿勢を示すデータ、ユーザの発声や飲料等を咀嚼しているときに体内から生じる振動データを利用することもできる。 In the above examples, respiratory waveform data is used as biometric data to measure heartbeat intervals. This is just one example, and other biometric data, such as data indicating the user's posture, or vibration data generated inside the body when the user speaks or chews a drink, can also be used.
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 The following summarizes the features of the technology disclosed in this specification. Note that the technical elements described below are independent and may demonstrate technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing.
(特徴1)
心拍間隔測定装置であって、心音波形データと、前記心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部と、前記生体データの特徴量に基づいて、前記心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部と、選定された前記心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部と、を備える心拍間隔測定装置。
(Feature 1)
A heartbeat interval measuring device comprising: a data acquiring unit configured to acquire heartbeat waveform data and biological data different from the heartbeat waveform data; a heartbeat peak selecting unit configured to select a heartbeat peak of the heartbeat waveform data based on a feature of the biological data; and a heartbeat interval calculating unit configured to calculate a heartbeat interval from the selected heartbeat peak.
(特徴2)
生体データが、呼吸波形データである、特徴1に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 2)
2. The heart rate measuring device according to Feature 1, wherein the biological data is respiratory waveform data.
(特徴3)
データ取得部は、周波数帯域に基づいて、同一のセンサから取得されたセンサ信号から心音波形データと呼吸波形データを抽出する、ように構成されている、特徴2に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 3)
The heartbeat interval measuring device according to Feature 2, wherein the data acquisition unit is configured to extract cardiac sound waveform data and respiratory waveform data from the sensor signal acquired from the same sensor based on the frequency band.
(特徴4)
呼吸波形データの特徴量が、呼吸波形の傾き又は位相である、特徴2又は3に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 4)
4. The heartbeat interval measuring device according to feature 2 or 3, wherein the feature of the respiratory waveform data is a slope or a phase of the respiratory waveform.
(特徴5)
心拍ピーク選定部は、生体データの特徴量に基づいて決定される所定のルールに従って心音波形データの心拍ピークを選定する、ように構成されている、特徴1~4のいずれか一項に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 5)
The heartbeat interval measuring device according to any one of features 1 to 4, wherein the heartbeat peak selection unit is configured to select a heartbeat peak of the cardiac sound waveform data in accordance with a predetermined rule determined based on the feature amount of the biological data.
(特徴6)
心拍ピーク選定部は、生体データに対して時系列的に対応付けられた複数種類のサンプル心音波形データを用意し、測定対象の心音波形データを測定したときの生体データの特徴量に基づいて、複数種類のサンプル心音波形データから対応するサンプル心音波形データを選択し、選択したサンプル心音波形データと測定対象の心音波形データの相関関数のピークを測定対象の心音波形データの心拍ピークとして選定する、ように構成されている、特徴1~4のいずれか一項に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 6)
The heartbeat peak selection unit of the heartbeat interval measuring device according to any one of Features 1 to 4 is configured to prepare multiple types of sample heartbeat waveform data that are associated with the biological data in a time series manner, select corresponding sample heartbeat waveform data from the multiple types of sample heartbeat waveform data based on features of the biological data when the heartbeat waveform data of the measurement target is measured, and select a peak of a correlation function between the selected sample heartbeat waveform data and the heartbeat waveform data of the measurement target as the heartbeat peak of the heartbeat waveform data of the measurement target.
(特徴7)
心拍ピーク選定部はさらに、測定対象の心音波形データをサンプル心音波形データとして蓄積及び/又は更新する、ように構成されている、特徴6に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 7)
7. The heartbeat interval measuring device according to Feature 6, wherein the heartbeat peak selecting unit is further configured to store and/or update the heartbeat waveform data of the measurement target as sample heartbeat waveform data.
(特徴8)
心拍ピーク選定部は、生体データと心音波形データを入力し、心音波形データの心拍ピークを出力とする教師データを用いて学習させた学習済みモデルに、測定対象の生体データと心音波形データと、を入力して心音波形データの心拍ピークを選定する、ように構成されている、特徴1~4のいずれか一項に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 8)
The heartbeat peak selection unit of the heartbeat interval measuring device according to any one of Features 1 to 4 is configured to input the biological data and the acoustic cardiac waveform data of the measurement target into a trained model trained using teacher data that inputs the biological data and the acoustic cardiac waveform data and outputs the heartbeat peak of the acoustic cardiac waveform data, and selects the heartbeat peak of the acoustic cardiac waveform data.
(特徴9)
生体データが、ユーザの姿勢である、特徴1に記載の心拍間隔測定装置。
(Feature 9)
2. The heart rate measuring device according to Feature 1, wherein the biological data is a user's posture.
(特徴10)
心拍間隔測定装置のためのコンピュータプログラムであって、心拍間隔測定装置を以下の各部、即ち、心音波形データと、前記心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部と、前記生体データの特徴量に基づいて、前記心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部と、選定された前記心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部と、として機能させる、コンピュータプログラム。
(Feature 10)
A computer program for a heartbeat interval measuring device, the computer program causing the heartbeat interval measuring device to function as the following units: a data acquiring unit configured to acquire heartbeat waveform data and biological data different from the heartbeat waveform data; a heartbeat peak selecting unit configured to select a heartbeat peak of the heartbeat waveform data based on a feature amount of the biological data; and a heartbeat interval calculating unit configured to calculate a heartbeat interval from the selected heartbeat peak.
(特徴11)
学習モデルを生成する方法であって、生体データと心音波形データと心拍ピークを含む複数の教師データを取得し、生体データと心音波形データを入力し、心音波形データの心拍ピークを出力とする学習モデルを生成する方法。
(Feature 11)
A method for generating a learning model, which acquires multiple pieces of training data including biometric data, acoustocardiogram waveform data, and heartbeat peaks, inputs the biometric data and acoustocardiogram waveform data, and generates a learning model that outputs the heartbeat peaks of the acoustocardiogram waveform data.
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. The technical elements described in this specification or drawings demonstrate technical utility either alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings simultaneously achieves multiple objectives, and achieving one of those objectives itself has technical utility.
1:心拍間隔測定システム、 10:心拍間隔測定装置、 12:データ取得部、 14:心拍ピーク選定部、 16:心拍間隔算出部、 20:センサ 1: Heartbeat interval measurement system, 10: Heartbeat interval measurement device, 12: Data acquisition unit, 14: Heartbeat peak selection unit, 16: Heartbeat interval calculation unit, 20: Sensor
Claims (8)
心音波形データと、前記心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部(12)と、
前記生体データの特徴量に基づいて、前記心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部(14)と、
選定された前記心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部(16)と、を備えており、
前記生体データが、呼吸波形データであり、
前記呼吸波形データの特徴量が、呼吸波形の傾き又は位相である、心拍間隔測定装置。 A heartbeat interval measuring device (10),
a data acquisition unit (12) configured to acquire cardiac waveform data and biological data different from the cardiac waveform data;
a heartbeat peak selection unit (14) configured to select a heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data based on the feature amount of the biological data;
a heartbeat interval calculation unit (16) configured to calculate a heartbeat interval from the selected heartbeat peak ,
the biological data is respiratory waveform data,
A heartbeat interval measuring device , wherein the feature of the respiratory waveform data is the slope or phase of the respiratory waveform .
周波数帯域に基づいて、同一のセンサから取得されたセンサ信号から前記心音波形データと前記呼吸波形データを抽出する、ように構成されている、請求項1に記載の心拍間隔測定装置。 The data acquisition unit
The heartbeat interval measuring device according to claim 1 , configured to extract the heart sound waveform data and the respiratory waveform data from a sensor signal acquired from the same sensor based on a frequency band.
前記生体データの特徴量に基づいて決定される所定のルールに従って前記心音波形データの前記心拍ピークを選定する、ように構成されている、請求項1又は2に記載の心拍間隔測定装置。 The heart rate peak selection unit
3. The heartbeat interval measuring device according to claim 1 , wherein the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data is selected in accordance with a predetermined rule determined based on a feature amount of the biological data.
前記生体データに対して時系列的に対応付けられた複数種類のサンプル心音波形データを用意し、
測定対象の前記心音波形データを測定したときの前記生体データの特徴量に基づいて、前記複数種類のサンプル心音波形データから対応するサンプル心音波形データを選択し、
選択した前記サンプル心音波形データと測定対象の前記心音波形データの相関関数のピークを測定対象の前記心音波形データの前記心拍ピークとして選定する、ように構成されている、請求項1又は2に記載の心拍間隔測定装置。 The heart rate peak selection unit
preparing a plurality of types of sample cardiac waveform data corresponding to the biological data in a time series manner;
selecting corresponding sample phonocardiogram waveform data from the plurality of types of sample phonocardiogram waveform data based on the feature amount of the biological data when the phonocardiogram waveform data of the measurement subject is measured;
3. The heartbeat interval measuring device according to claim 1, wherein the heartbeat interval measuring device is configured to select a peak of a correlation function between the selected sample heartbeat waveform data and the heartbeat waveform data of the measurement target as the heartbeat peak of the heartbeat waveform data of the measurement target.
測定対象の前記心音波形データを前記サンプル心音波形データとして蓄積及び/又は更新する、ように構成されている、請求項4に記載の心拍間隔測定装置。 The heart rate peak selection unit further comprises:
The heartbeat interval measuring device according to claim 4 , configured to store and/or update the heartbeat waveform data of the measurement target as the sample heartbeat waveform data.
前記生体データと前記心音波形データを入力とし、前記心音波形データの前記心拍ピークを出力とする教師データを用いて学習させた学習済みモデルに、測定対象の前記生体データと前記心音波形データと、を入力して前記心音波形データの前記心拍ピークを選定する、ように構成されている、請求項1又は2に記載の心拍間隔測定装置。 The heart rate peak selection unit
3. The heartbeat interval measuring device according to claim 1, wherein the device is configured to input the biological data and the phonocardiogram waveform data of a measurement target to a trained model that has been trained using teacher data that receives the biological data and the phonocardiogram waveform data as input and outputs the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data, and select the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data.
心音波形データと、前記心音波形データとは異なる生体データと、を取得するように構成されているデータ取得部(12)と、
前記生体データの特徴量に基づいて、前記心音波形データの心拍ピークを選定するように構成されている心拍ピーク選定部(14)と、
選定された前記心拍ピークから心拍間隔を算出するように構成されている心拍間隔算出部(16)と、として機能させるものであり、
前記生体データが、呼吸波形データであり、
前記呼吸波形データの特徴量が、呼吸波形の傾き又は位相である、コンピュータプログラム。 A computer program for a heartbeat interval measuring device (10), said heartbeat interval measuring device being configured to include the following parts:
a data acquisition unit (12) configured to acquire cardiac waveform data and biological data different from the cardiac waveform data;
a heartbeat peak selection unit (14) configured to select a heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data based on the feature amount of the biological data;
a heartbeat interval calculation unit (16) configured to calculate a heartbeat interval from the selected heartbeat peak ,
the biological data is respiratory waveform data,
A computer program , wherein the feature of the respiratory waveform data is a slope or phase of the respiratory waveform .
前記生体データと前記心音波形データを入力とし、前記心音波形データの前記心拍ピークを出力とする教師データを用いて学習させた学習済みモデルに、測定対象の前記生体データと前記心音波形データと、を入力して前記心音波形データの前記心拍ピークを選定する、ように構成されている、請求項7に記載のコンピュータプログラム。8. The computer program according to claim 7, wherein the computer program is configured to input the biological data and the phonocardiogram waveform data of a measurement target to a trained model trained using teacher data that receives the biological data and the phonocardiogram waveform data as input and outputs the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data, and to select the heartbeat peak of the phonocardiogram waveform data.
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