JPS6287127A - 脈拍数算出手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、脈拍検出における脈拍数算出手段に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来の脈拍計においては、検出した信号を基に、分当り
脈拍数に変換して表示している。しかし脈拍というもの
は拍間毎の時間間隔が５〜１０％程度の変動をしながら
拍動しているため、分当りの脈拍数に変換する手段とし
て、できるだけ多（の検出データを基に平均化する方法
がある。たとえば６周期分のデータの５ち５個を記録し
てその５ち最大値と最小値を除（３個のデータを平均化
するというような方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような平均化法においては６周期の
検出を行わなければ脈拍数がわからないのでは測定に時
間がかかりすぎるし、又、検出器での検出ミスがあった
場合、たとえば、６周期の時間間隔データを取ったつも
りが１拍の検出ミスがあったために、７周期分の間隔デ
ータであったとすると、時間間隔データは真のデータの
１／６の分すなわち１７％も大きなものになり、分当り
脈拍数が７０の時に、６０と表示されてしまうことにな
る。測定時間を短縮すれば、なおさらその誤差率は大き
くなっていく、というような問題があった。

本発明の目的は、できるだけ短い時間で測定を完了して
、正しい脈拍数算出のためのデータを選択する手段を提
供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、脈拍センサと該
脈拍センサによって検出した信号を増幅する増幅回路と
増幅した検出信号をパルス信号に変換する波形整形回路
とから成る脈拍検出器、上記パルス信号の時間間隔を計
測するカウンタ回路、該カウンタ回路によって計測した
計測値を記憶する複数のメモリとから構成される脈拍検
出器において、上記メモリ″に記憶された計測値を基に
、上記パルス信号毎の各間隔データを比較し、各間隔デ
ータに対して所定の許容幅を考慮した上で、同一データ
と判断したデータの平均値をデータＡとし、同一データ
と判断できないデータをデータＢとしたときに、データ
ＡとデータＢの／ＪＳさな方のデータを用いて分当りの
脈拍数を算出することを特徴としている。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図は、本発明を用いた脈拍検出器のシステムブロッ
ク図である。第２図は、第１図に示すシステムブロック
図において、演算部Ｂにおけるデータ処理及び演算フロ
ーを示すデータ処理フロー図である。第３図は、第１図
における所定のブロックから出力する信号波形を示す信
号波形図である。

次に第１図を用いて、本実施例のシステム構成について
説明する。１は、脈拍を検出し電気信号に変換して出力
する脈拍センサである。２は、脈拍センサ１からの出力
信号のうちノイズ信号を除去し、脈拍による信号のみを
通過させるためのフィルタ回路である。６は、フィルタ
回路２を通過した脈拍信号を増幅する増幅回路である。

増幅回路３が出力する脈拍信号をＳとする。４は脈拍信
号Ｓをパルス化するための波形整形回路であり、パルス
信号Ｐを出力する。ここで、脈拍検出回路Ａは、脈拍セ
ンサ１、フィルタ回路２と増幅回路３と波形整形回路４
とで構成する。５はＡＮＤゲートであり、６は信号カウ
ンタで、リセット状態から１個目の脈拍信号Ｓを入力し
た時に脈拍パルス信号Ｐ１を出力し、２個目の脈拍信号
Ｓの入力によって脈拍パルス信号Ｐ２を出力し、３個目
の脈拍信号Ｓの入力によって脈拍パルス信号Ｐ３を、４
個目の脈拍信号Ｓの入力によって脈拍パルス信号Ｐ４を
各々出力する。信号カウンタ６の出力である脈拍パルス
信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、パルス信号Ｐの立上り
に同期してＨレベルになり人間の最大脈拍数約２１０に
相当する時間間隔２６５ｍ５ｅｃ位の時間幅のＨレベル
を維持する。７は、信号カウンタ６の脈拍パルス信号Ｐ
１によって、測定のための基準信号φ１のカウントを開
始するカウンタ回路である。８は、測定の基準信号φ１
とシステムの動作基準信号φ２を出力する基準信号発生
回路である。９はＯＲゲート、１０はＯＲゲート９の出
力信号によって、カウンタ回路７のカウント内容を読み
取るためのラッチ回路である。１１は、ＯＲゲート９の
出力から基準信号をかぞえて所定経過後にタイミング信
号Ｓ１とタイミング信号Ｓ１より少し遅れて第２タイミ
ング信号Ｓ２を出力するタイミング信号発生回路である
。タイミング信号Ｓ１と第２タイミング信号Ｓ２は信号
カウンタ６の出力である脈拍パルス信号Ｐ１〜Ｐ４のＨ
レベル時間幅内に充分に入るタイミングである。１２〜
１５はＡＮＤゲートである。１６は、読み取りタイミン
グ信号ＳＰＩを入力する毎に、先に記憶されたデータを
クリアして、新しくラッチ回路１０にラッチしであるデ
ータを記憶する第１メモリである。１７．１８は同様に
してそれぞれ読み取りタイミング信号ＳＰ２．５Ｐ３０
入力によってラッチ回路１０のラッチデータに書き替え
記憶する第２メモリ、第３メモリである。

１９は、演算開始信号５Ｐ４０入力と同時に動作を開始
し、第１メモリ１６、第２メモリ１７、第３メモリ１８
の記憶データを読みとり、それぞれのデータを比較して
、正しいデータを選択するためのデータ選択回路である
。２０はデータ選択回路１９によって選択したデータを
用いて分当りの脈拍数を演算するための演算回路である
。そこで、演算部Ｂはデータ選択回路１９と演算回路２
０とで構成する。なお演算回路２０は演算開始信号ＳＰ
４によってデータ選択回路１９、演算回路２０が動作状
態になり、演算が終了するまでＬとなる演算終了信号Ｅ
を出力する。２１は演算回路によって′　　−−演算さ
れた脈拍数を表示するための表示装置である。以上のよ
うに構成された脈拍計の動作について、第１図、第２図
及び第３図を用いて説明する。

まず、脈拍センサ１によって検出した検出信号は、フィ
ルタ回路２によってノイズが消去され増幅回路乙に入力
する。増幅回路３は一定の増幅率によって増幅され第３
図に示すような脈拍信号Ｓを出力する。次にこの脈拍信
号Ｓを入力した波形整形回路４では、第３図に示す一定
のシキイ値■□をもって脈拍信号Ｓをパルス信号Ｐに整
形する。初期状態において、演算終了信号ＥはＨレベル
となっている。したがって、パルス信号Ｐは、ＡＮＤゲ
ート５を通過して信号カウンタ６に入力する。この１回
目のパルス信号Ｐを入力すると信号カウンタ６は脈拍パ
ルス信号Ｐ１を出力する。

脈拍パルス信号Ｐ１によってカウンタ回路７は基準信号
φｌのカウントを開始する。次に２回目のパルス信号Ｐ
を信号カウンタ６が入力することによって、脈拍パルス
信号Ｐ２を出力する。脈拍パルス信号Ｐ２はＯＲゲート
９とＡＮＤゲート１２に入力する。そこでＯＲゲート９
からの出力によってラッチ回路１０はカウンタ回路７の
カウント内容をラッチする。又、ＯＲゲート９の出力は
、タイミング信号発生回路１１に入力し、動作基準信号
φ２の計測を開始し、所定時間経過時にタイミング信号
Ｓ１を出力する。タイミング信号Ｓ１と脈拍パルス信号
Ｐ′２とがＡＮＤゲート１２に入力することによって、
第３図に示すような読み取りタイミング信号ＳＰＩを出
力する。読み取りタイミンク信号ＳＰＩが、第１メモリ
１６に入力することによって、第１メモリ１６はラッチ
回路１０のデータを読み取り記憶する。第１メモリ１６
に記憶したデータは最初の脈拍パルス信号Ｐ１から２回
目の脈拍パルス信号Ｐ２までの時間間隔データでこれを
データＤ１とする。次に３回目のパルス信号Ｐによる信
号カウンタ６の出力する脈拍パルス信号Ｐ３は、同様に
して、ＯＲゲート９を介してラッチ回路１０に入力され
る。それによって、ラッチ回路１０は再びカウンタ回路
７の計測内容をラッチする。又、信号カウンタ６の前記
脈拍パルス信号Ｐ３と、ＯＲゲート９の出力信号により
タイミング信号発生回路１１から出力されるタイミング
信号Ｓ１とがＡＮＤゲート１３に入力することによって
発生する読みとりタイミング信号ＳＰ２によって、第２
回目の計測内容は、第２メモリ１７に記憶される。ここ
で、第２メモリ１７に記憶されたデータは、最初の脈拍
パルス信号Ｐ１から３回目の脈拍パルス信号Ｐ３までの
時間間隔データでこれをデータＤ２とする。同様にして
、最初の脈拍パルス信号Ｐ１から４回目の脈拍パルス信
号Ｐ４までの時間間隔データは、信号カウンタ６の出力
である脈拍パルス信号Ｐ４とタイミング信号発生回路１
１の出力であるタイミング信号Ｓ１によりＡＮＤゲート
１４が開（ことにより発生する読み取りタイミング信号
ＳＰ３により、ラッチ回路１０のデータを読み取り第３
メモリ１８に記憶される。その時タイミング信号Ｓ１か
ら少し遅れてタイミング信号発生回路１１から出力され
たタイミング信号Ｓ２によってＡＮＤゲート１５を介し
て演算開始信号ＳＰ４が発生する。演算開始信号ＳＰ４
のタイムチャートは第３図に示すようにパルスの立上り
が読み取りタイミング信号ＳＰ３の立上りより多少遅れ
た形となる。その演算開始信号ＳＰ４は、カウンタ回路
７と信号カウンタ６をリセットするとともに、この演算
開始信号ＳＰ４と同期して演算終了信号ＥをＬレベルに
する。演算部Ｂでは計測したデータＤ１、Ｄ２、Ｄ３を
選択し、選択したデータを基に分当りの脈拍数を演算し
、その演算結果を表示装置２１に表示する。

次に演算開始信号ＳＰ４の発生から演算部Ｂで実行され
るフローについて、第２図を用いて説明する。しかしそ
の前に、脈拍検出で脈拍を検出する時に、正しく各々の
脈拍を検出した場合と、第一３図に示すごと（脈拍信号
Ｓが何らかの原因で検出レベルがシキイ値ｖ？ＩＩより
低かった時、つまりＳのように一定のシキイ値ｖ？ｌＩ
より低いためにパルス信号Ｐは発生しない場合とで、計
測データにどのような関係があるかを検討する。正しく
検出している場合でも、各脈拍毎の時間間隔は、５％前
後の変動をすることは従来技術の欄にも述べた通りであ
る。したがって、分当りの脈拍数が６７の時に脈拍間隔
は０．８９５５秒であるが、その計測データは０．９４
０３秒から０．８５０７秒までのバラツキを許容する必
要がある。これを脈拍数で表わすと、６３から７１の変
動となり、これを許容範囲としなげればならない。しか
し上記のごと（、測定中、−拍の欠落信号が生、じたと
すると、いま、第３図に示すごとく、１つの信号の欠落
を生じ、演算手段として３データの単純平均値で分当り
の脈拍数を演算するとすると、測定によって得た測定デ
ータは、真の値を１（３拍のデータ）とすると、４／３
となり、脈拍数６７の時に真の測定データは０．８９５
５Ｘ３の２．６８６秒であるのに対して、測定値は３．
５８２秒となり、演算結果、分当りの脈拍数は５０とな
ってしまう。そこで、欠落した測定データを削除しなけ
れば真の脈拍を算出することはできない。そのために、
３個の間隔データのうち１つの信号が欠落したとき、２
つの信号が欠落したとき、正しいデータのときとの関係
が、どのようになっているかを比較した表を示す。

表−１について説明すると、脈拍パルス信号がＰＩＧ　
”　Ｐｅｏと順次発生する中で、ｘ印の付けられた脈拍
パルス信号が欠落した場合を示すものであり、ａ　−”
−Ｃまでは測定中に各１個の欠落を生じた時、ｄ　％　
ｉは測定中に２個の欠落を生じた時を示している。なお
１．．１２、ｔ３は後述するように各脈拍パルス信号毎
の時間間隔をあられす間隔データである。そこで、右側
で測定した各脈拍パルス信号間の３個の間隔データｔＩ
、’２、ｔ。

表−１ のデータ比較をし、それぞれ間隔データｔ１とｔ２とが
等しいかどうか、間隔データｔ２とｔ。

とが等しいかどうか、同様に間隔データｔ、とｔｌとが
等しいかどうかとを比較している。表から明らかなよう
にそれぞれ１つの等しいと判断できる枠がある。つまり
、ａの行で説明すると、間隔データｔ２と間隔データｔ
３とが等しいと判断できるために間隔データｔ２と間隔
データｔ、を真のデータとして採用できる。しかしなが
ら、さらによ（見ると、ｇの行においては、間隔データ
ｔ１と間隔データｔ２とが等し−・と判断できるが、間
隔データｔ１と間隔データｔ２は真のデータとしては採
用できない。なぜなら等しいデータと判断しなかった間
隔データｔ、と、等しいと判断した間隔データｔ１と１
２とを比較すると、間隔データ”１、”２のデータの方
が間隔データｔ３より大きいことがわかる。すなわち、
間隔データが大きいということは第３図、に示すＳ′の
如（脈拍信号Ｓがシキイ値ｖ？３より低いためパルス信
号Ｐが発生しなかったために起ったものである。そこで
、ａ−−ｉ行の例から言えることは、３個の間隔データ
ｔＩ％’２、ｔ３を比較し、２個のほぼ等しいデータを
選択し、その選択した２個の間隔データと選択しなかっ
た１個の間隔データの小さな方の間隔データを真のデー
タとする、と（・うことになる。次に第１図で説明した
時間間隔データのデータＤ１〜Ｄ３を用いて、真の脈拍
間隔データを選択する手段について説明する。

第２図に示すフローのうち、各間隔データはｔ、＝Ｄ１
、ｔ２：Ｂ２−ＤＩ、ｔ、　＝Ｄ３−Ｄ２を示し、また
Ｍｌ、Ｍ２、Ｍは、前述の各間隔データｔｌ　、’２％
　　ｔ３を比較して、どの間隔データをほぼ等しいと判
断したかを表わすフラグである。つまり、Ｍｌが１のと
きは、間隔データ１゜と間隔データｔ２がほぼ等しいと
判断したことであり、Ｍ２が２のときは、間隔データｔ
２と間隔データｔ、がほぼ等しいと判断したことである
。

又、Ｍは、間隔データ１１，１２．１．を比較して結果
の総合判断フラグであり、Ｍが２以上のときは、すべて
の間隔データがほぼ等しいと判断した時である。αは、
脈拍間隔の変動率を表わす値である。したがって、Ａ１
、Ａ２、八３は、各々、間隔データ１．．１．．１．の
値に対して、変動率α分を減算した値であり、Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３は同様にして、間隔データｔ１　ｓ　　”２、
ｔ３の値に対して変動率α分を加算した値である。

第２図において、ステップ■で、演算開始信号ＳＰ４を
入力すると、フローは進行する。ステップ■で、演算終
了信号ＥをレベルＬにし、第１メモリ１６、第２メモリ
１７、第３メモリ１８から記憶されているデータＤ１、
Ｂ２、Ｂ３を読み取る。

ステップ■で、脈拍パルス信号Ｐ１〜Ｐ４の各パルス間
の間隔データｔに変換する。それによって、１パルス目
と２パルス目との間隔データをｔ２．２パルス目から３
パルス目までの間隔データをｔ２．３パルス目から４パ
ルス目までの間隔データを１３　とする。

次にステップ■で、前述の変動率α分を考慮するための
値Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３、Ｂ３を計算する。こ
の状態で、ステップ■へ移項する。

まずステップ■で、間隔データｔｔ　と間隔データｔ２
とがどちらが大きいかを判別する。いま、ｔｌの方がｔ
２より大きな値であるとすると、ステップ■へ移項し、
ＡＩの値とＢ２の値とを比較し、Ａ１の値がＢ１の値よ
り小さいか又は等しいと判断すると、２個の間隔データ
ｔ１、ｔ２は、等しい値と判断し、ステップ■において
、Ｍｌを１とする。等しくないと判断した時はＭｌは０
のままで、ステップ■へ移項する。又、ステップ■で、
ｔｌがｔ２より大きくないと判断したときは、ステップ
■へ移項して、Ａ２とＢｌとを比較します。Ａ２がＢ１
と等しいか小さいと判断した時は、同様にして間隔デー
タｔ１とｔ２が、等しい値であると判断し、ステップ■
において、Ｍｌを１とする。以上のようにステップ■か
らステップ■までの間で２個の間隔データｔ、とｔ２を
比較し。

変動率αを考慮した上で等しい値か否かを判断します。

以下同様にして、間隔データｔ２と間隔データｔ３との
比較をステップ■からステップ＠で行い、間隔データｔ
、と間隔データｔ、との比較をステップ０からステップ
０で行う。そこで、ステップ［相］において、Ｍの値を
基に分当りの脈拍数Ｈな算出するための時間データＴ１
を選択を行う。

Ｍが２以上ということは、間隔データｔｌｓ　　ｔ２、
ｔ、を比較した結果、各間隔データｔＩ％　　ｔ２、ｔ
、がほぼ等しい値であることを示しているということに
なる。その時はステップ［相］で、演算のための時間デ
ータＴ１を、ｔ１＋ｔ２　＋ｔｓ　／３として算出する
。次にＭが１のときは、３回の間隔データｔＩ、”２、
”３の比較の結果、いずれか１回がほぼ等しいと判断し
たことになる。そこでＭｌが１であればステップ［相］
からステップ［相］へ移項する。このことは間隔データ
ｔ、とｔ、は等しくｔ３はｔ、又はｔ２とは等しくない
ことを意味している。ここで間隔データｔ１　とｔ２と
の平均値をｔ４と置（。次にステップ［相］に移り、等
しくないと判断した間隔データｔ、とｔ４を比較し、小
さな値の方をステップ憇又はステップ［相］で時間デー
タＴ１とする。同様にして、ステップ■においてＭ２が
１のときはステップ［相］からステップ［相］までで、
時間データを選定する。また、ステップ■でＭ２が１で
ないと判断したらステップ［相］でＭが１になったとい
うことであり、ｔ、とｔ、とが等しいと判断しｔ２がｔ
、又はｔ、とは等しくないと判断したことになり、ステ
ップ［相］からステップ［相］で時間データＴ１を選定
する。次に、ステップ［有］において、分当りの脈拍数
Ｈな選定された時間データＴ１を基に算出する。そして
算出した分当りの脈拍数Ｈな、第１図における表示装置
２１へ出力する。ステップ［相］で演算終了信号ＥをＨ
レベルにする。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明を実施することによって、外乱の
影響又は人的変動要素影響等で、検出信号の欠落°しや
すい脈拍信号に対して、欠落信号を削除し、真の検出信
号のみで分当りの脈拍数を演算することができるため、
演算結果も変動幅が小さくなるので、非常に見やすくな
る。又、３個のデータを測定することで正しい値を得る
ために、時間的に早く脈拍数を知ることができる。

尚、本願の構成は、ランニングしているときのランニン
グペースの検出にも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の脈拍検出器のシステムブ
ロック図、第２図は、第１図に示す実施例の演算部のフ
ローを示すデータ処理フロー図である。第３図は第１図
の信号波形図である。 Ａ・・・・・・脈拍検出回路、Ｂ・・・・・・演算部、
１・・・・・・脈拍センサ、３・・・・・・増幅回路、
４・・・・・・波形整形回路、６・：・・・・信号カウ
ンタ、７・・・・・・カウンタ回路、８・・・・・・基
準信号発生回路、１６・・・・・・第１メモリ、１７・
・・・・・第２メモリ、１８・・・・・・第３メモリ、
１９・・・・・・データ選択回路、２０・・・・・・演
算回路、２１・・・・・・表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 脈拍数算出手段において、脈拍検出をする脈拍センサ、
   該脈拍センサによって検出した信号を増幅する増幅回路
   、増幅した検出信号をパルス信号に変換する波形整形回
   路とから成る脈拍検出回路と、上記パルス信号の時間間
   隔を計測するカウンタ回路と、カウンタ回路によって計
   測した計測値を記憶する複数のメモリとから構成され、
   上記メモリに記憶された計測値を基に、上記パルス信号
   毎の各間隔データを比較し、各間隔データに対して所定
   の許容幅を考慮した上で、同一データと判断したデータ
   の平均値をデータＡとし、同一データと判断できないデ
   ータをデータＢとしたときに、データＡとデータＢの小
   さな方のデータを用いて分当りの脈拍数を算出すること
   を特徴とする脈拍数算出手段。