JPWO2019049667A1 - 心拍検出装置、心拍検出方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出部と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出部と、
前記第1検出部により検出した心拍と前記第2検出部により検出した心拍のいずれかを選択し 、選択した心拍に基づいて、心拍数を決定して出力する出力制御部と、
を備えることを特徴とする心拍検出装置が提供される。
前記第1検出部により検出した心拍の信頼性の判定部を備え、
前記出力制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記心拍の選択を行うことを特徴とする請求項1に記載の心拍検出装置が提供される。
前記出力制御部は、前記判定部において、前記第1検出部により検出した心拍の信頼性が低いと判定した場合、前記第2検出部により検出した心拍を選択し、前記心拍数の決定を行うことを特徴とする請求項2に記載の心拍検出装置が提供される。
前記出力制御部は、前記判定部において、前記第1検出部により検出した心拍の信頼性が高いと判定した場合、前記第1検出部により検出した心拍を選択し、前記心拍数の決定を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の心拍検出装置が提供される。
前記第2検出部は、前記遅延前と遅延後の各振動波の差の波形において、前記差が最小値となる複数のピークのうち、前記第1検出部により検出され、かつ前記判定部により信頼性が高いと判定された心拍と周期が対応するピークを、心拍として検出することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の心拍検出装置が提供される。
センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出工程と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出工程と、
前記第1検出工程により検出した心拍と前記第2検出工程により検出した心拍のいずれかを選択し、選択した心拍に基づいて、心拍数を決定して出力する出力工程と、
を含むことを特徴とする心拍検出方法が提供される。
コンピュータに、
センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出工程と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出工程と、
前記第1検出工程により検出した心拍と前記第2検出工程により検出した心拍のいずれかを選択し、選択した心拍に基づいて、心拍数を決定して出力する出力工程と、
を実行させるためのプログラムが提供される。
図1に示すように、心拍検出装置1は、センサー2に接続され、センサー2により検出したユーザの体表面の振動波からユーザの心拍を検出し、その心拍数を出力する。
センサー2は、ユーザの体表面に生じる振動波を検出する。センサー2としては、例えばマイクロフォンセンサ等を使用することができる。
センサー2は、例えば特開2016−54814号公報に記載された、ユーザの背部と密着して使用されるパッド等に配置することにより、ユーザの背部の体表面の振動波を検出することができる。このパッドは、ユーザの背部から押圧を受けて張力を生じ、センサー2へ背部の体表面の振動を伝搬する3次元立体編物を備えている。
心拍検出装置1は、図1に示すように、第1検出部11、第2検出部12、判定部13及び出力制御部14を備えて、構成されている。
心拍検出装置1の各構成部の処理内容は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、LSI(Large Scale Integration)等のハードウェアにより実現することができる。また、各構成部の処理内容は、その処理手順を記述したプログラムを、当該プログラムを記憶する記憶媒体からコンピュータが読み取って実行するソフトウェア処理により、実現することもできる。コンピュータとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサーを使用することができる。記憶媒体としては、ハードディスクやROM(Read Only Memory)等を使用することができる。
第1検出部11における心拍の検出方法としては、単独で体表面の振動波から心拍を検出できる方法であれば、どのような方法であってもよい。例えば、第1検出部11の検出方法として、特開2016−54814号公報に開示された検出方法を用いることができる。この検出方法では、体表面の振動波から、心拍の周波数帯域の基準波と、当該心拍の周波数帯域とより高周波の周波数帯域とを含む強調波と、を抽出し、抽出した基準波のピークの周辺に出現する強調波のピークを心拍として検出する。
抽出部121により抽出した振動波は、人体の共振周波数によって振幅変調された心拍の振動波であるので、図2に示すように、抽出した振動波の包絡線が、心拍の周期を表しているといえる。
図3に示すように、遅延部124により、元の振動波W0から一定時間tをそれぞれi倍(iは1以上の整数)した時間だけ遅延した各振動波Wiが得られる。例えば、振動波W1は振動波W0から一定時間tだけ遅延した振動波であり、振動波W2は振動波W1からさらに一定時間tだけ遅延した振動波、すなわち振動波W0から時間2tだけ遅延した振動波である。
演算期間Tcは、検出対象とする心拍の周期に応じて決定することができる。例えば、心拍数が30BPM以上の心拍を検出する場合、1周期の心拍の検出に少なくとも2秒が必要であるので、演算期間Tcを2秒以上に決定すればよい。
上記式において、abs()は、()内の演算結果の絶対値を出力する関数を表す。W0jは、サンプリングした遅延前の振動波W0の振幅値を示す。Wijは、サンプリングした遅延後の各振動波Wiの振幅値を示す。
S0=abs(W00-W00)+abs(W01-W01)+・・・+abs(W0n-W0n)
S1=abs(W00-W10)+abs(W01-W11)+・・・+abs(W0n-W1n)
S2=abs(W00-W20)+abs(W01-W21)+・・・+abs(W0n-W2n)
・・・
Sn=abs(W00-Wi0)+abs(W01-Wi1)+・・・+abs(W0n-Win)
例えば、振動波W0の遅延時間が1/32秒であり、演算期間Tcが8秒の場合、遅延部124では、振動波W1〜W255を出力する。サンプリング間隔は遅延時間と同じ1/32秒であるので、演算期間Tcの間に256回のサンプリングが行われる。
図4に示すように、遅延前と遅延後の各振動波の差である振動波Wcには、差が最小値となる複数のピークp0〜p5がある。心拍のように周期性を有する振動波が遅延した振動波と周期が一致すると、差が最小値となるため、各ピークp0〜p5は心拍の可能性がある。しかし、遅延前の振動波が心拍以外にも周期性を有する振動波成分を含むことがあるため、すべてのピークp0〜p5が心拍であるとは限らない。照合部129は、各ピークp0〜p5のうち、第1検出部11により検出した心拍と周期が対応するピークp3を、心拍として検出する。
心拍検出装置1では、図5に示すように、センサー2から入力した体表面の振動波から、第1検出部11が心拍を検出する(ステップS1)。また、同じ振動波から、第2検出部12も心拍を検出する(ステップS2)。判定部13は、第1検出部11により検出した心拍の信頼性を判定する(ステップS3)。
図6に示すように、第1検出部11の心拍を用いて算出した心拍数(BPM)は、ユーザの体動が生じると、体動の振動波の影響を受けて大きく変動している。一方、第2検出部12の心拍を用いて算出した心拍数(BPM)は、体動が生じても変動が少なく、信頼性が高いことが分かる。
例えば、上記実施形態では、第1検出部11と第2検出部12が共通のセンサー2から体表面の振動波を取得する。しかし、同じユーザの体表面の振動波を取得できるのであれば、第1検出部11と第2検出部12が異なるセンサーから振動波を取得する構成であってもよい。
11 第1検出部
12 第2検出部
121 抽出部
123 第1蓄積部
124 遅延部
127 第2蓄積部
128 比較部
129 照合部
13 判定部
14 出力制御部
2 センサー
Claims (7)
- センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出部と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出部と、
前記第1検出部により検出した心拍と前記第2検出部により検出した心拍のいずれかを選択し、選択した心拍に基づいて心拍数を決定して出力する出力制御部と、
を備えることを特徴とする心拍検出装置。 - 前記第1検出部により検出した心拍の信頼性の判定部を備え、
前記出力制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記心拍の選択を行うことを特徴とする請求項1に記載の心拍検出装置。 - 前記出力制御部は、前記判定部において、前記第1検出部により検出した心拍の信頼性が低いと判定した場合、前記第2検出部により検出した心拍を選択して、前記心拍数の決定を行うことを特徴とする請求項2に記載の心拍検出装置。
- 前記出力制御部は、前記判定部において、前記第1検出部により検出した心拍の信頼性が高いと判定した場合、前記第1検出部により検出した心拍を選択して、前記心拍数の決定を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の心拍検出装置。
- 前記第2検出部は、前記遅延前と遅延後の各振動波の差の波形において、前記差が最小値となる複数のピークのうち、前記第1検出部により検出され、かつ前記判定部により信頼性が高いと判定された心拍と周期が対応するピークを、心拍として検出することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の心拍検出装置。
- センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出工程と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出工程と、
前記第1検出工程により検出した心拍と前記第2検出工程により検出した心拍のいずれかを選択し、選択した心拍に基づいて心拍数を決定して出力する出力工程と、
を含むことを特徴とする心拍検出方法。 - コンピュータに、
センサーにより検出したユーザの体表面の振動波から、心拍を検出する第1検出工程と、
前記ユーザの体表面の振動波から、人体の共振周波数により振幅変調された心拍の振動波を抽出し、抽出した振動波を一定時間ずつ遅延して、遅延前の振動波と遅延後の各振動波の差から心拍を検出する第2検出工程と、
前記第1検出工程により検出した心拍と前記第2検出工程により検出した心拍のいずれかを選択し、選択した心拍に基づいて心拍数を決定して出力する出力工程と、
を実行させるためのプログラム。
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