JPH08280636A - 加速度心拍計 - Google Patents

加速度心拍計

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JPH08280636A
JPH08280636A JP7112640A JP11264095A JPH08280636A JP H08280636 A JPH08280636 A JP H08280636A JP 7112640 A JP7112640 A JP 7112640A JP 11264095 A JP11264095 A JP 11264095A JP H08280636 A JPH08280636 A JP H08280636A
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Tatsuo Miyaji
達生 宮地
Haruo Shida
春夫 志田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 帯域通過フィルタを用いて、体の動きや発声
に起因する加速度検出器の出力信号成分を減衰させて正
確に心拍を計測し得る加速度心拍計を提供する。 【構成】 加速度センサ101と、この加速度センサか
らの加速度信号を増幅する増幅器102と、この増幅器
105により増幅された信号の所定の周波数帯域以外の
成分を減衰させる帯域通過フィルタ103と、該帯域通
過フィルタ103からの信号が入力される心拍検出手段
201とから加速度心拍計を構成する。そして、帯域通
過フィルタの通過帯域を、体の動きや及び発声に起因す
る加速度信号成分が少ない周波数領域に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度検出器を用いて
心拍を計測する加速度心拍計に係り、詳しくは、体の動
きや発声に起因する加速度検出器の出力信号成分と心拍
に脈波に起因する加速度検出器の出力成分とを簡易な構
成で分離して、正確に心拍を計測し得るようにするため
の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、人の健康状態を知るために心拍数
の測定が行われており、この測定に使用される心拍計と
して、心電図を検出する心電計、光電検出器を指に装着
して光透過量から脈波を検出する心拍計、加速度計を体
表に装着して脈波を検出する加速度心拍計などが知られ
ている。このうち加速度心拍計は、心電計と異なり、体
表への電極貼り付けが不要で、体への装着が比較的容易
である。また光電検出器を指に装着する心拍計と異な
り、検出器の装着箇所が指先などに制限されず、作業を
妨げずに作業中の人の心拍を測定できる。このため、加
速度心拍計は、作業環境における作業者の体調などを知
るための心拍計として好適である。しかし、作業中には
作業者の動きや発声に起因する成分が加速度検出器の出
力に含まれてしまうので、この出力をそのまま使用して
心拍を測定するのでは、正確な測定はできない。
【0003】そこで、特開平5−5950号公報では、
被測定者の体表近くに配置され、体表の振動を含む加速
度を検知する第1の加速度検出器と、この第1の加速度
検出器の体表とは反対側であって第1の加速度検出に対
向する位置に取り付けられ、加速度を検知する第2加速
度検出器と、第1及び第2の加速度検出器の間に介在さ
れ、体表の振動に伴う第1の加速度検出器の振動を吸収
し、該振動が第2の加速度検出器に伝達されるのを抑制
する媒体と、第1及び第2の加速度検出器の出力値差分
に基づいて心拍についての信号を出力する信号処理部と
を備えた心拍計が提案されている。
【0004】この提案に係る心拍計においては、第1の
加速度検出器で、心拍の他、体動などに起因する加速度
成分も検出する一方、心拍に伴う振動など振幅の小さな
振動の伝達を阻止するための上記媒体を介して第1の加
速度計に取り付けられた第2の検出器で、体動などの振
幅の大きな振動の加速度のみを検出する。そして、上記
信号処理部で、両検出器の出力の差分に基づいて心拍に
伴う加速度成分のみを取り出し、心拍を検出する。な
お、上記公報には、信号処理部の具体例として、上記媒
体により心拍とともに吸収される結果、心拍とともに両
加速度検出器の出力値差分に含まれてしまう音声成分に
起因する雑音を除去するため、音声成分などの高周波成
分を、ローパスフィルタでカットするものも開示されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記提案に
係る心拍計では、高価な部品である加速度検出器を2個
必要とする。また、体動などの心拍以外の振動の加速度
成分を除くのに、2個の加速度検出器の出力値の差分を
とっているので、このような余分な加速度成分の除去を
良好に行うためには、2個の加速度検出器の特性を厳密
に一致させるか、あるいは、出力値の差分をとるための
例えば差動増幅器を、両検出器の特性にあわせて厳密に
調整する必要があるという問題点が残されている。
【0006】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、体の動きや発声に起
因する加速度検出器の出力信号成分と心拍に起因する加
速度検出器の出力成分とを簡易な構成で分離して、正確
に心拍を計測し得る加速度心拍計を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、加速度検出器と、該加速度検出器の出
力信号中から特定の周波数帯域の信号を取り出す帯域通
過フィルタとを備え、該帯域通過フィルタで取り出した
信号を用いて心拍を計測する加速度心拍計であって、該
帯域通過フィルタの通過周波数帯域の下限を20ヘルツ
乃至40ヘルツの範囲内に設定し、かつ該通過周波数帯
域の上限を30ヘルツ乃至50ヘルツの範囲内に設定し
たことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明の加速度心拍計においては、体に加速度
検出器を装着し、該加速度検出器により、心拍に伴う体
表での振動による加速度を検出する。この加速度検出器
の出力には、心拍に伴う体表での振動の他に体を動かす
ことによる振動や発声による振動などの加速度成分も含
まれてしまっている。このような心拍に伴う体表での振
動以外に起因する余分な加速度成分を、帯域通過フィル
タで除く。すなわち、該帯域通過フィルタの通過周波数
帯域の下限を20ヘルツ乃至40ヘルツの範囲内に設定
することにより、作業に伴う体の動きに起因する加速度
信号成分を十分に減衰させる。また、通過周波数帯域の
上限が30ヘルツ乃至50ヘルツの範囲内に設定するこ
とにより、発声に起因する加速度信号成分を軽減させ
る。これにより、心拍に伴う振動の加速度成分のみを取
り出す。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は本実施例に係る加速度心拍計の概略構成図である。
まず、全体の概略について説明する。本実施例の加速度
心拍計は、加速度センサ101と、この加速度センサか
らの加速度信号を増幅する増幅器102と、この増幅器
105により増幅された信号の所定の周波数帯域以外の
成分を減衰させる帯域通過フィルタ103と、該帯域通
過フィルタ103からの信号が入力される心拍検出手段
201とからなっている。上記加速度センサ101は、
人体胸部などの体表に装着されるものであり、例えばセ
ンサのインピーダンスが加速度に比例することを利用し
たストレインゲージ型加速度センサなどを用いることが
できる。上記増幅器102は、加速度センサ101から
の加速度信号を、同図中の波形例aに示すように、電気
的ノイズなどの影響を受けにくい信号レベルまで増幅す
るものである。上記帯域通過フィルタ103は、増幅器
105により増幅された信号の所定の周波数帯域以外の
成分を減衰させるものである。これについては後に詳述
する。上記心拍検出手段201は、絶対値手段301、
平滑手段302、しきい値発生手段304及び比較器3
03で構成されている。
【0010】ここで、上記絶対値手段301は、同図中
の波形例cに示すように、正及び負の値を取る加速度信
号の極性を、たとえば正の値のみをとるよう変換する。
平滑手段302は、同図中の波形例cに示すように、絶
対値手段301により単極性に変換された加速度信号の
細かな変化を平滑化する。比較器303は平滑後の信号
を、しきい値発生手段304からの所定のしきい値と比
較する。このしきい値は、心拍による加速度のピーク値
よりも低く、かつ、回路などの雑音よりも高い値であ
り、心拍を検出できるように設定されている。そして、
同図中の波形例eに示すように、比較器303は信号入
力の値がしきい値入力の値より大きい場合、例えば論理
値”1”を出力し、それ以外の場合、例えば論理値”
0”を出力するよう構成されている。この比較器303
の出力が、図示しない時間間隔計測手段による、心拍の
時間間隔の計測や1分間あたりの心拍数の計測に供され
る。
【0011】次に、本実施例の主要部をなす上記帯域通
過フィルタ103にいて説明する。さまざまな作業条件
での加速度信号の計測及びその分析の結果、以下の事実
が判明した。 1.心臓の拍動に起因する加速度信号は、鋭いパルス状
の波形を呈するため、その成分は広い周波数帯域にわた
って存在する。図2はそのスペクトルの形状を示すもの
である。 2.作業に伴う体の動きに起因する加速度信号は、数ヘ
ルツ程度の低い周波数帯域で優勢であり、高い周波数に
向かうほど減衰する。図3はこの体の動きに起因する成
分が混入した加速度信号のスペクトルの形状を示すもの
である。 3.発声に起因する加速度信号は、通常約70ヘルツ以
上の周波数領域に存在する。図4は発生に起因する成分
が混入した加速度信号のスペクトルの形状を示すもので
ある。
【0012】本実施例では、以上の事実に基づいて、上
記帯域通過フィルタ103の通過帯域を次のように設定
している。すなわち、通過帯域下限の周波数を作業に伴
う体の動きに起因する加速度信号が十分に減衰する周波
数に、また、通過帯域上限の周波数を発声に起因する加
速度信号がしめる周波数領域より低く設定する。これに
より、作業に伴う体の動きや発声に起因する不要な加速
度成分を軽減しながら心臓の拍動に起因する加速度成分
を取り出すことが可能になり、心拍の検出が精度よく行
えるようになった。
【0013】図5は横軸に帯域通過フィルタ103の通
過帯域下限の周波数をとり、かつ縦軸に帯域通過フィル
タ103の通過帯域上限の周波数をとって、心拍が正し
く検出された割合(パーセント)を等高線表示したもの
である。この図から明らかなように、この帯域通過フィ
ルタ103の通過帯域下限周波数を、20ヘルツ乃至4
0ヘルツの範囲内に、かつ通過周波数帯域上限周波数を
30ヘルツ乃至50ヘルツの範囲内にそれぞれ設定した
ときに、比較的精度よく心拍を検出することが可能であ
る。
【0014】以上のような特性を持つ帯域通過フィルタ
は、例えば演算増幅器を用いて、図6に示すような回路
で構成できる。また、図7に示すように前段の低域通過
フィルタF1と後段の高域通過フィルタF2を縦続接続し
た回路で構成することもできる。図6の回路の帯域通過
フィルタの中心周波数fc、及び、共振の鋭さを表すQ
は、抵抗R1と抵抗R2との合成抵抗をR1//R2で示す
と次のようになる。 一方、図7の回路における低域通過フィルタF1の遮断
周波数fc1と遮断特性を決めるQは、次のようにな
る。 また、図7の回路における高域通過フィルタF2の遮断
周波数fc2と遮断特性を決めるQは、次のようにな
る。
【0015】
【発明の効果】本発明の加速度心拍計によれば、体の動
きや発声に起因する加速度検出器の出力信号成分と心拍
に脈波に起因する加速度検出器の出力成分とを、帯域通
過フィルタを用いて分離するので、前述の特開平5−5
950号公報で提案されている心拍計に比して簡易な構
成で、正確に心拍を計測できるという優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に加速度心拍計の概略構成の説明図。
【図2】心臓の拍動に起因する加速度信号のスペクトル
の形状を示すグラフ。
【図3】作業に伴う体の動きに起因する加速度信号が混
入した加速度信号のスペクトルの形状を示すグラフ。
【図4】発声に起因する加速度信号が混入した加速度信
号のスペクトルの形状を示すグラフ。
【図5】帯域通過フィルタの特性と心拍が正しく検出さ
れた割合(パーセント)との関係を示すグラフ。
【図6】帯域通過フィルタの構成例を示す回路図。
【図7】帯域通過フィルタの他の構成例を示す回路図。
【符号の説明】
101 加速度センサ 102 増幅器 103 帯域通過フィルタ 201 心拍検出手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加速度検出器と、該加速度検出器の出力信
    号中から特定の周波数帯域の信号を取り出す帯域通過フ
    ィルタとを備え、該帯域通過フィルタで取り出した信号
    を用いて心拍を計測する加速度心拍計であって、該帯域
    通過フィルタの通過周波数帯域の下限を20ヘルツ乃至
    40ヘルツの範囲内に設定し、かつ該通過周波数帯域の
    上限を30ヘルツ乃至50ヘルツの範囲内に設定したこ
    とを特徴とする加速度心拍計。
JP7112640A 1995-04-14 1995-04-14 加速度心拍計 Expired - Lifetime JP2692733B2 (ja)

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