KR101406130B1

KR101406130B1 - 박동 주기 산출장치 및 이것을 포함한 생체 센서

Info

Publication number: KR101406130B1
Application number: KR1020137009419A
Authority: KR
Inventors: 노리아키 오쿠다; 에이지 타카하시
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2014-06-12
Also published as: EP2628444A4; CN103153177A; JP2012101027A; EP2628444B1; KR20130065714A; CN103153177B; EP2628444A1; US9936888B2; WO2012049903A1; JP5516428B2; US20130267859A1

Abstract

종래의 심박 측정장치에서는, 센서로부터 얻어지는 생체의 심박 파형 신호의 레벨이 낮을 경우에는 피크 판정을 행할 수 없고, 또한 연산 처리가 복잡하여 간편성이 결여되었다. 본 발명에서는, 소정 시간 간격으로 취득되는 심박 신호의 최대치(M)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되고, S11 및 S14의 처리에서, 검출된 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, S15의 처리에서, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)가 피크치(P)로 판정된다. 그리고, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 심박수가 산출 수단에 의해 산출된다. 또한 일정 시간(T1)은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로, S3~S10의 처리에 있어서 순차 변경된다.

Description

박동 주기 산출장치 및 이것을 포함한 생체 센서{PULSE PERIOD COMPUTATION DEVICE AND BIO-SENSOR PROVIDED WITH SAME}

본 발명은, 생체 신호로부터 생체의 박동의 율동(律動) 주기를 산출하는 박동 주기 산출장치, 및 이 박동 주기 산출장치를 포함하여 구성되는 생체 센서에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 박동 주기 산출장치로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 심박 측정장치가 있다.

이 심박 측정장치에서는, 심박 파형 신호가 피크 홀드부에서 피크 홀드됨으로써, 계단상을 한 파형의 피크 홀드 신호가 생성된다. 패턴 검출·주기 판정부는, 생성된 피크 홀드 신호로부터 신호 레벨이 순차 증대하는 패턴을 검출하고, 이 패턴을 심전도에 있어서의 P파와 R파에 대응시킨다. 그리고, P파에 대응하는 피크와 R파에 대응하는 피크의 시간 간격이 소정의 범위 내에 있고, 각 피크간의 레벨치가 역치를 넘을 경우에, 이들 피크가 분명히 P파와 R파에 대응하는 피크인 것으로 간주하여, 최대의 피크를 R파로 특정한다. 순차 증대하는 패턴이 검출되지 않을 경우, 순차 감소하는 패턴을 보완적으로 검출하고, 이 패턴을 심전도에 있어서의 R파와 T파에 대응시킨다. 그리고, R파에 대응하는 피크와 T파에 대응하는 피크에 대하여, P파와 R파의 경우와 동일한 처리를 행함으로써, 이들 피크 중 최대의 피크를 R파로 특정한다. 심박수는 이와 같이 특정된 R파의 시간 간격으로부터 산출된다.

또한 종래 이 종류의 박동 주기 산출장치로서, 특허문헌 2에 개시된 심박 측정 시스템도 있다.

이 심박 측정 시스템에서는, 신호 검출장치에 의해 측정 대상으로부터 심박 신호가 검출된다. 검출된 심박 신호는, 신호 처리장치에 의해 시간 분할되어 연속하는 신호가 비교되고, 그 비교 결과로부터 심박 신호의 피크치가 검출된다. 또한 신호 처리장치에 의해, 하나 혹은 복수의 피크치를 가지는 피크치 군(群)이 심박 신호의 심박 단위로 생성되고, 피크치 군의 최대의 피크치로 피크치 군의 각 피크치가 나눗셈됨으로써, 피크치 군의 각 피크치가 규격화된다. 이 때문에, 규격화된 신호가 가산·적산(積算)될 수 있게 되어, 종래 놓치기 쉬웠던 신호의 미세 구조가 명백하게 나타난다.

또한 종래 이 종류의 박동 주기 산출장치로서, 특허문헌 3에 개시된 맥파 해석장치도 있다.

이 맥파 해석장치에서는, 맥파 센서로부터의 맥파 신호에 근거하여 맥파가 취득되고, 맥파 해석장치를 구성하는 데이터 처리장치에 의해, 취득된 맥파의 정점 검색이 행해져 심장의 수축기에 대응한 정점(피크)이 구해진다. 구해진 정점은, 서로 이웃하는 시간 간격이 정점 검색 보정 계수(t3)로 표시되는 소정의 시간 미만인지 아닌지가 판단된다. 이 판단으로 서로 이웃하는 정점의 시간 간격이 소정의 시간 이상인 것으로 판단되면, 검출된 정점은 노이즈 등이 아닌 참된 정점으로서 카운트되고, 이 정점의 수의 1분 평균이 맥박수로서 산출된다. 또한 맥파로부터 그 기선(基線)이 빼짐으로써, sin파에 가까워진 수정 맥파가 구해진다. 이 수정 맥파가 맥파의 주파수로 복소 복조(複調) 해석되면, 각 맥파의 피크간의 주파수(f)를 나타내는 순시(瞬時) 주파수가 구해지고, 주파수(f)로부터 그 주기(T)인 맥박 간격이 구해진다. 정점 검색 보정 계수(t3)는 이 맥박 간격의 평균치로부터 갱신되며, 정점 검색은 노이즈가 제거되어 보다 정확하게 행해진다.

일본국 공개특허공보 2009-112624호 일본국 공개특허공보 2008-220556호 일본국 공개특허공보 2003-339651호

그러나 상기 종래의 특허문헌 1에 개시된 심박 측정장치는, P파와 R파 또는 R파와 T파의 대응을 판정하기 때문에, 각 피크간의 레벨치가 일정 역치를 넘으면서, 피크치가 낮은 쪽의 P파 또는 T파가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨을 가지는 것이 필요해진다. 이 때문에, 종래의 특허문헌 1에 개시된 심박 측정장치에서는, 센서로부터 얻어지는 생체의 심박 파형 신호의 레벨이 낮을 경우에는 피크 판정을 행할 수 없다.

또한 상기 종래의 특허문헌 2에 개시된 심박 측정 시스템은, 심박 신호의 피크치 군의 각 피크치를 규격화하기 위한 나눗셈 처리나, 피크 어드레스의 강도를 대수(對數) 함수(logarithmic function)를 사용하여 지수화하는 지수화 처리, 피크 어드레스 군 정보가 형성하는 파형 신호를 적산·평균화하는 처리 등이 필요해진다. 이 때문에, 종래의 특허문헌 2에 개시된 심박 측정 시스템은, 연산 처리가 복잡해 간편성이 결여되어, 장치의 소형화 및 저가격화를 도모할 수 없다.

또한 상기 종래의 특허문헌 3에 개시된 맥파 해석장치도, 분석하고자 하는 주파수 영역의 중심 주파수를 가지는 복소 삼각 함수를 맥파 신호에 걸거나, 분석하고자 하는 주파수 영역의 성분의 실부(實部)와 허부(虛部)를 극좌표계로 변환하는 등 복잡한 복소 복조 해석을 실시함으로써, 정점 검색 보정 계수(t3)를 갱신하기 위한 맥박 간격이 구해진다. 이 때문에, 종래의 특허문헌 3에 개시된 맥파 해석장치도, 연산 처리가 복잡해 간편성이 결여되어, 장치의 소형화 및 저가격화를 도모할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서,

소정 시간 간격으로 취득되는 생체 신호의 최대치를 검출하는 최대치 검출 수단과,

최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간 내에 검출되지 않을 경우에, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치를 피크치로 판정하는 피크치 판정 수단과,

피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 근거하여 생체 신호를 발생시키는 생체의 박동의 율동 주기를 산출하는 산출 수단과,

피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 따라, 상기 일정 시간을 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 일정 시간 변경 수단을 포함하고, 박동 주기 산출장치를 구성하였다.

본 구성에 의하면, 소정 시간 간격으로 취득되는 생체 신호의 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 검출되고, 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간 내에 검출되지 않을 경우에, 피크치 판정 수단에 의해, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치가 피크치로 판정된다. 생체의 박동의 율동 주기는, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 근거하여, 산출 수단에 의해 산출된다.

이 때문에, 특허문헌 1에 개시된 종래의 장치와 달리, 센서로부터 얻어지는 생체 신호의 레벨이 낮을 경우에도, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 생체 신호의 최대치가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 피크치의 판정을 행할 수 있어, 박동의 율동 주기를 산출할 수 있다. 또한 생체 신호의 진폭의 기준이 되는 기선이 변동해도, 마찬가지로 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 생체 신호의 최대치가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 피크치의 판정을 행할 수 있어, 박동의 율동 주기를 산출할 수 있다.

또한 피크치의 판정에 사용되는 일정 시간은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 따라, 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로, 일정 시간 변경 수단에 의해 순차 변경된다. 이 때문에, 피크치의 판정은, 나눗셈 등의 복잡한 연산 처리를 사용하여 행해지는 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시된 종래의 장치와 달리, 취득되는 생체 신호의 크기를 단순히 비교하는 처리, 일정 시간이나 피크치간의 시간 간격을 카운트하는 처리, 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간을 피크치간의 시간 간격에 따라 선택하는 처리와 같은 간편한 연산 처리에 의해 행해진다. 이 결과, 순차 변동하는 생체의 박동의 율동 주기는, 간편한 연산 처리에 의해 수시 적절하게 산출되고, 박동 주기 산출장치의 소형화 및 저가격화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한 본 발명은, 피크치 판정 수단이, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간 내에 검출되면, 큰 최대치가 검출된 시점으로부터 일정 시간 내에 큰 최대치보다도 더욱 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 큰 최대치를 피크치로 판정하는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간 내에 검출되면, 큰 최대치가 검출된 시점으로부터 일정 시간의 카운트가 재개된다. 그리고, 이 일정 시간 내에, 큰 최대치보다도 더욱 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 큰 최대치가 피크치 판정 수단에 의해 피크치로 판정된다.

이 때문에, 최대치 검출 수단에 의해 일단 검출된 최대치는, 일정 시간 내에 그 최대치보다도 큰 최대치가 최대치 검출 수단에 의해 검출되면, 피크 판정에 사용되지 않고 박동의 율동 주기의 산출 데이터로부터 제외된다. 이 결과, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 최대치 중에서, 박동의 율동 주기의 산출에 적합하지 않은, 심박 신호의 P파나 T파와 같은 신호에 상당하는 최대치나, 노이즈에 기인하는 최대치 등이 피크 판정의 대상에 사용되지 않게 되고, 박동의 율동 주기의 산출에 적합한 R파와 같은 신호에 상당하는 최대치만이 피크 판정의 대상에 사용되게 되어, 박동의 율동 주기의 산출 정밀도가 향상한다.

또한 본 발명은, 일정 시간 변경 수단이, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 따라, 일정 시간을 순차 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 피크치의 판정에 사용되는 일정 시간은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 따라, 일정 시간 변경 수단에 의해 순차 변경된다.

이 때문에, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 연속하는 피크치여도, 상호의 값이 소정 범위 내에 없을 경우에는, 동종의 피크치가 아닌 것이 되고, 피크치의 판정에 사용되는 일정 시간은, 이 피크치간의 시간 간격에 따라 변경되지 않는다. 한편, 연속하는 상호의 피크치가 소정 범위 내에 있을 경우에는, 동종의 피크치인 것이 되고, 피크치의 판정에 사용되는 일정 시간은, 이 피크치간의 시간 간격에 따라 변경된다. 따라서, 피크치의 판정에 사용되는 일정 시간은, 서로 비슷한 피크치간의 시간 간격에 따라 변경되고, 노이즈에 기인하는 피크치 등에 근거하여 변경되지 않고, 박동의 율동 주기의 천이에 정확하게 추종하여 변경된다. 이 결과, 순차 변동하는 생체의 박동의 율동 주기는 간편한 연산 처리에 의해 보다 적절하게 수시 산출되게 된다.

또한 본 발명은 생체 신호가 심박 신호이며, 산출 수단이 박동의 율동 주기를 심박수로서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 심박 신호의 연속하는 피크치간의 시간 간격에 근거하여, 박동의 율동 주기가 심박수로서 산출 수단에 의해 산출된다.

또한 본 발명은 생체 신호가 맥파 신호이며, 산출 수단이 박동의 율동 주기를 맥박수로서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 맥파 신호의 연속하는 피크치간의 시간 간격에 근거하여, 박동의 율동 주기가 맥박수로서 산출 수단에 의해 산출된다.

또한 본 발명은,

최대치 검출 수단이, 소정 시간 간격으로 취득되는 심박 신호의 최대치를 검출하는 심박 최대치 검출 수단과, 소정 시간 간격으로 취득되는 맥파 신호를 2회 미분한 가속도 맥파 신호의 최대치를 검출하는 맥파 최대치 검출 수단으로 구성되고,

피크치 판정 수단이, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 심박 피크치 판정용의 일정 시간 내에 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치를 심박 피크치로 판정하는 심박 피크치 판정 수단과, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간 내에 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치를 가속도 맥파 피크치로 판정하는 맥파 피크치 판정 수단으로 구성되고,

산출 수단이, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정된 심박 피크치와 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정된 가속도 맥파 피크치의 시간 차로부터 맥파 전파 시간을 산출하며,

일정 시간 변경 수단이, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 심박 피크치간의 시간 간격에 따라, 심박 피크치 판정용의 일정 시간을 심박 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 심박 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단과, 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 가속도 맥파 피크치간의 시간 간격에 따라, 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간을 가속도 맥파 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 맥파 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 심박 피크치 판정용의 일정 시간 내에 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치가 심박 피크치 판정 수단에 의해 심박 피크치로 판정된다. 또한 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간 내에 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치가 맥파 피크치 판정 수단에 의해 가속도 맥파 피크치로 판정된다. 그리고, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정된 심박 피크치와 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정된 가속도 맥파 피크치의 시간 차가, 산출 수단에 의해 맥파 전파 시간으로서 산출된다. 이 때문에, 산출되는 맥파 전파 시간으로부터, 박동에 의해 동맥에 맥파가 전파되는 시간을 알 수 있으므로, 혈관 연령의 추정이나, 혈압치의 산출을 행하는 것이 가능해진다.

또한 본 발명은,

생체 신호를 제어 신호에 따른 증폭율로 증폭하여 최대치 검출 수단으로 출력하는 증폭 수단과,

증폭 수단으로 증폭된 생체 신호의 소정 타이밍에 있어서의 크기를 기준치로서 검출하는 기준치 검출 수단을 포함하고,

산출 수단이, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치와 기준치 검출 수단에 의해 검출된 기준치의 차로부터, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치의 크기를 산출하고, 산출한 피크치의 크기에 근거한 제어 신호를 증폭 수단으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치와 기준치 검출 수단에 의해 검출된 기준치의 차로부터 피크치의 크기가 산출 수단에 의해 산출되고, 산출된 피크치의 크기에 근거한 제어 신호가 증폭 수단으로 출력되어, 증폭 수단의 증폭율이 변경된다. 따라서, 제어 신호에 따른 증폭율로 증폭하는 증폭 수단은 산출된 피크치의 크기에 근거한 증폭율로 생체 신호를 증폭하게 된다.

이 때문에, 산출 수단이, 산출한 피크치의 크기가 클 경우에는, 증폭 수단의 증폭율을 작게 하는 제어 신호로 바꾸고, 산출한 피크치의 크기가 작을 경우에는, 증폭 수단의 증폭율을 크게 하는 제어 신호로 바꿈으로써, 증폭 수단에 의해 증폭하여 얻어지는 생체 신호의 크기는, 최대치 검출 수단에 의한 생체 신호의 최대치 검출, 및 피크치 판정 수단에 의한 피크치의 판정에 적합한 크기로 적절히 제어된다. 이 결과, 최대치 검출 수단에 의한 생체 신호의 최대치 검출, 및 피크치 판정 수단에 의한 피크치의 판정을 잘못하는 일이 없어져, 피크치의 검출 정밀도가 향상한다.

또한 본 발명은, 생체 신호의 상기 소정 타이밍이 P파, Q파, R파, S파, T파, 및 U파로 구성되는 생체 신호의 ST 분절이 나타나는 타이밍인 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 기준치 검출 수단에 의해 검출되는 기준치는, 생체 신호의 ST 분절의 값, 즉 생체 신호의 진폭의 기준이 되는 기선치(基線値)가 된다. 이 때문에, 산출 수단에 의해 산출되는 피크치의 크기는 기선에 대한 크기가 되어 평가하기 쉬운 것이 된다.

또한 본 발명은, 산출 수단이, 피크치 판정 수단에 의해 연속해서 판정된 복수의 피크치와 기준치 검출 수단에 의해 각 피크치에 대응하여 연속해서 검출된 복수의 기준치의 각 차로부터 각 피크치의 크기를 산출하고, 산출한 각 피크치의 크기가 연속해서 소정의 범위에 있을 경우에 증폭 수단으로 출력하는 제어 신호를 바꾸는 것을 특징으로 한다.

본 구성에 의하면, 산출 수단에 의해 복수 산출되는 피크치와 기준치의 각 차가 연속해서 소정의 범위에 있을 경우에, 증폭 수단으로 출력되는 제어 신호가 바뀌어 증폭 수단의 증폭율이 변경된다. 이 때문에, 피크치의 크기가 연속해서 소정의 범위에 있고 안정되어 있을 경우에, 증폭 수단의 증폭율이 변경되므로, 피크치의 크기를 오판정하여 증폭 수단의 증폭율을 잘못 변경하는 일이 없어진다.

또한 본 발명은 상기의 어느 하나의 박동 주기 산출장치를 포함하여, 생체 센서를 구성하였다.

본 구성에 의하면, 상기의 각 효과가 나타나는 생체 센서가 제공된다.

본 발명에 의하면, 상기와 같이, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 생체 신호의 최대치가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 피크치의 판정을 행할 수 있어, 박동의 율동 주기를 산출할 수 있다. 또한 순차 변동하는 생체의 박동의 율동 주기는, 간편한 연산 처리에 의해 수시 적절하게 산출되어, 박동 주기 산출장치의 소형화 및 저가격화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 심박 신호의 전형적인 정상 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 행해지는 피크치 판정을 설명하기 위한 심박 신호열을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 산출되는, 연속하는 피크치간의 시간 간격을 설명하기 위한 심박 신호열을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 행해지는 심박수 산출 처리를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 6은 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치에 의해 맥박수가 산출될 때에 도출되는 가속도 맥파 신호열을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 제2의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 산출되는 맥파 전파 시간을 설명하기 위한 가속도 맥파 신호열 및 심박 신호열을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 피크치와 기준치의 차로부터 산출되는 피크치의 크기를 설명하기 위한 심박 신호열을 나타내는 도면이다.
도 11은 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 연속하는 복수의 피크치와 복수의 기준치의 각 차로부터 산출되는 각 피크치의 크기를 설명하기 위한 심박 신호열, 및 제어 신호로서의 판정 신호를 나타내는 도면이다.
도 12는 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 신호 처리부에서 행해지는 심박수 산출 처리를 나타내는 플로우 챠트이다.

다음으로 본 발명에 의한 박동 주기 산출장치를 심박수의 산출에 사용한 제1의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다.

박동 주기 산출장치(1)에는 심전 센서(2)가 접속되어 있다. 심전 센서(2)는 인간이나 동물과 같은 생체의 소정 위치에 접촉시켜져, 생체의 심장의 박동에 따라 변화하는 심장의 활동 전위의 시간 변화를 검출하고, 이것을 생체 신호인 심박 신호로서 박동 주기 산출장치(1)로 출력한다.

심박 신호의 1회의 심박에 대응한 전형적인 정상 파형은 도 2에 나타나 있다. 이 심박 신호 파형은 P파, Q파, R파, S파, T파의 5개의 파와 도시하지 않은 U파로 구성된다. Q파, R파, S파는 일괄하여 QRS파라 불린다. P파는 심방의 흥분에 의해 일어나는 활동 전위의 파이며, QRS파는 심실의 흥분에 의해 일어나는 활동 전위의 파, T파는 흥분한 심실의 심근 세포가 재분극하는 과정에서 일어나는 활동 전위의 파이다.

박동 주기 산출장치(1)는 증폭 회로(10), 필터 회로(11), AD 컨버터(12), 신호 처리부(13), 및 표시부(14)로 구성된다. 심전 센서(2)로부터 박동 주기 산출장치(1)로 출력되는 심박 신호는, 증폭 회로(10)로 증폭되고, 필터 회로(11)로 노이즈 성분이 제거된다. 노이즈 성분이 제거된 심박 신호는 AD 컨버터(12)로 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환되어, 신호 처리부(13)에 부여된다. 신호 처리부(13)는 CPU(중앙 연산 처리장치), ROM(읽기 전용 메모리), 및 RAM(읽고 쓰기 가능한 메모리)을 포함한 마이크로 컴퓨터 등에 의해 구성된다. CPU는 ROM에 기억된 심박수 산출 프로그램에 따라서, RAM을 일시 기억 작업 영역으로 하여 소정의 연산 처리를 행하여 심박수를 산출한다. 산출된 심박수는 LCD(액정 표시장치)나 유기 EL(일렉트로 루미네센스) 등으로 구성되는 표시부(14)에 표시된다.

신호 처리부(13)의 CPU는, ROM에 기억된 심박수 산출 프로그램에 의해, 최대치 검출 수단, 피크치 판정 수단, 산출 수단, 및 일정 시간 변경 수단으로서 기능한다.

최대치 검출 수단은, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호를 소정 시간 간격으로 취득하여, 심박 신호의 최대치(M)를 검출한다. 본 실시형태에서는, 심박 신호는 600[Hz]의 샘플링 시간 간격으로 취득되고, 검출된 심박 신호의 최대치(M)는 CPU에 의해 RAM에 기억된다. 피크치 판정 수단은, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)를 피크치(P)로 판정한다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 심박 신호열이 신호 처리부(13)에 취득되고, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t1)에 검출된, 심박 신호(Sa)의 R파에 대응하는 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, 피크치 판정 수단은, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t1)에 검출된 최대치(M)를 피크치(P)로 판정한다. 시각(t1)으로부터 일정 시간(T1)의 경과 후의, 피크치 판정 수단에 의해 피크치(P)가 판정되는 시각(t2)은 피크 판정 포인트(tp)가 된다. 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치(P)는 RAM에 기억된다. 여기서, 심박 신호열에 있어서의 각 심박 신호는 기선(G)을 기준으로 진폭하고 있다. 또한 일정 시간(T1)은, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)가 갱신되지 않는 시간이며, RAM의 소정 영역에 형성된 최대치 갱신 카운터로 카운트됨으로써 측정된다.

본 실시형태에서는, 피크치 판정 수단은, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되면, 큰 최대치(M1)가 검출된 시점으로부터 일정 시간(T1) 내에 큰 최대치(M1)보다도 더욱 큰 최대치(M2)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 큰 최대치(M1)를 피크치(P)로 판정한다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t3)에 검출된 심박 신호(Sb)의 최대치(M)보다도 큰 심박 신호(Sc)의 최대치(M1)가, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t3)으로부터 일정 시간(T1) 내의 시각(t4)에 있어서 검출되면, 큰 최대치(M1)가 검출된 시점의 시각(t4)으로부터 일정 시간(T1) 내에, 큰 최대치(M1)보다도 더욱 큰 최대치(M2)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 시각(t4)으로부터 일정 시간(T1) 경과 후의 시각(t5)의 피크 판정 포인트(tp)에 있어서, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 큰 최대치(M1)를 피크치(P)로 판정한다. 그리고, 판정한 피크치(P)를 RAM에 기억한다.

그 후, 마찬가지로, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t6)에 검출된 심박 신호(Sd)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, 피크치 판정 수단은, 시각(t6)으로부터 일정 시간(T1) 경과 후의 시각(t7)의 피크 판정 포인트(tp)에 있어서, 최대치 검출 수단에 의해 시각(t6)에 검출된 최대치(M)를 피크치(P)로 판정하여, RAM에 기억한다.

산출 수단은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 1분간 당 출현하는 피크치(P)의 수를 구하고, 생체 신호를 발생시키는 생체의 박동의 율동 주기를 심박수로서 산출한다. 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)은, 예를 들면 도 4의 심박 신호열에 나타내는 바와 같이, 피크치(P)로서 판정되어 RAM에 기억된 심박 신호(Se)의 최대치(M)가 검출된 시각(t8)과, 피크치(P)로서 판정되어 RAM에 기억된 심박 신호(Sf)의 최대치(M)가 검출된 시각(t9)의 시간 간격이다. 마찬가지로, 피크치(P)로서 판정되어 RAM에 기억된 심박 신호(Sf)의 최대치(M)가 검출된 시각(t9)과, 피크치(P)로서 판정되어 RAM에 기억된 심박 신호(Sg)의 최대치(M)가 검출된 시각(t10)의 시간 간격이다. 또한 도 4에 있어서 도 3과 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 이 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)은, 최대치(M)가 갱신되지 않는 시간(T1)을 측정하는 최대치 갱신 카운터와는 별도로 RAM의 소정 영역에 형성된 피크 간격 카운터로 카운트됨으로써 측정된다.

피크치(P)간의 시간 간격(T2)은, 최초의 최대치(M)가, 일정 시간(T1)이 경과한 직후의 피크 판정 포인트(tp)에서 피크치(P)로 판정되고, 그 피크 판정 포인트(tp)의 직후에 나타난 최대치(M)가, 일정 시간(T1)이 더 경과한 직후의 다음의 피크 판정 포인트(tp)에서 피크치(P)로 판정될 경우에, 최단이 되어, 일정 시간(T1)을 아주 조금 넘는 시간 간격이 된다. 또한 피크치(P)간의 시간 간격(T2)은, 최초의 최대치(M)가, 일정 시간(T1)이 경과한 직후의 피크 판정 포인트(tp)에서 피크치(P)로 판정되고, 그 피크 판정 포인트(tp)로부터 일정 시간(T1)이 경과하기 직전에 나타난 최대치(M)가, 그 피크 판정 포인트(tp)로부터 일정 시간(T1)이 경과한 직후의 다음의 피크 판정 포인트(tp)에서 피크치(P)로 판정될 경우에, 최장이 되어, 일정 시간(T1)의 2배를 아주 조금 밑도는 시간 간격이 된다. 성인의 심박수의 표준치는 1분간 당 60~90이기 때문에, 일정 시간(T1)을 0.5[s(초)]로 함으로써, 최단으로 0.5[s]를 아주 조금 넘고, 최장으로 0.5[s]의 2배인 1[s]을 아주 조금 밑도는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)이 계측되고, 60(=60÷1)을 넘고 120(=60÷0.5) 미만인 심박수가 계측된다. 그러나 이것으로는 성인의 표준적인 심박수밖에 측정할 수 없다. 이 때문에, 일정 시간 변경 수단은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 일정 시간(T1)을, 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경한다.

본 실시형태에서는, 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)이, 0.3[s]을 넘고 0.5[s] 미만에는 0.3[s], 0.5[s]를 넘고 0.6[s] 미만에는 0.4[s], 0.6[s]을 넘고 0.8[s] 미만에는 0.5[s], 0.8[s]을 넘을 때에는 0.75[s]의 일정 시간(T1)이 대응하여 미리 정해져 있다. 이것에 의해, 일정 시간(T1)은 0.3[s], 0.4[s], 0.5[s], 및 0.75[s]의 4개의 복수의 시간으로부터 최적의 시간으로 수시 변동된다. 심박수는 일정 시간(T1)이 0.3[s]이 되었을 때에는 100(=60÷0.6)을 넘고 200(=60÷0.3) 미만, 0.4[s]가 되었을 때에는 75(=60÷0.8)을 넘고 150(=60÷0.4) 미만, 0.5[s]가 되었을 때에는 60(=60÷1.0)을 넘고 120(=60÷0.5) 미만, 0.75[s]가 되었을 때에는 40(=60÷0.5)을 넘고 80(=60÷0.75) 미만의 범위가 측정된다. 이 결과, 40을 넘고 200 미만의 심박수가 측정되게 되어, 성인의 표준적인 심박수에 한정되지 않고, 넓은 범주의 사람이나 동물 등의 심박수를 측정하는 것이 가능해진다.

또한 본 실시형태에서는, 일정 시간 변경 수단은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 일정 시간(T1)을 순차 변경한다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 심박 신호(Se)의 피크치(P)가 된 최대치(M)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상의 최대치(M)를 심박 신호(Sf)의 피크치(P)가 가질 경우, 심박 신호(Se) 및 심박 신호(Sf)의 연속하는 피크치(P)는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 것으로 일정 시간 변경 수단에 의해 판단된다. 마찬가지로, 심박 신호(Sf)의 피크치(P)가 된 최대치(M)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상의 최대치(M)를 심박 신호(Sg)의 피크치(P)가 가질 경우, 심박 신호(Sf) 및 심박 신호(Sg)의 연속하는 피크치(P)는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 것으로 일정 시간 변경 수단에 의해 판단된다. 이와 같이 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 것으로 판단된 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 일정 시간(T1)은 일정 시간 변경 수단에 의해 순차 변경된다.

다음으로 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)의 신호 처리부(13)에 있어서, 상기의 심박수 산출 프로그램에 따라서 CPU에 의해 행해지는 심박수 산출 처리에 대하여, 도 5의 플로우 챠트를 참조하여 설명한다.

CPU는 우선 도 5, 스텝(이하, S라고 기재함) 1에 있어서, 심전 센서(2)로부터 출력되어 증폭 회로(10)로 증폭되고, 필터 회로(11)로 노이즈가 제거되어 AD 컨버터(12)로 디지털 신호로 변환된 심박 신호를 소정의 시간 간격으로 취득한다. 다음으로 CPU는 S2에서 소정의 시간 간격으로 취득한 심박 신호의 최대치(M)가, RAM에 기억된 최신의 피크치(P)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상인지 아닌지를 판별한다. 취득한 심박 신호의 최대치(M)가 최신의 피크치(P)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상이며, S2의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S3에 있어서 피크 간격 카운터에 의해 카운트된 피크치(P)의 시간 간격(T2)이, 0.3[s]을 넘고 0.5[s] 미만인지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.3[s]을 넘고 0.5[s] 미만이며, S3의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S4에 있어서 일정 시간(T1)을 0.3[s]으로 설정한다.

한편, 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.3[s]을 넘고 0.5[s] 미만이 아니며, S3의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S5에 있어서 피크 간격 카운터에 의해 카운트된 피크치(P)의 시간 간격(T2)이, 0.5[s]를 넘고 0.6[s] 미만인지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.5[s]를 넘고 0.6[s] 미만이며, S5의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S6에 있어서 일정 시간(T1)을 0.4[s]로 설정한다. 한편, 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.5[s]를 넘고 0.6[s] 미만이 아니며, S5의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S7에 있어서 피크 간격 카운터에 의해 카운트된 피크치(P)의 시간 간격(T2)이, 0.6[s]을 넘고 0.8[s] 미만인지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.6[s]을 넘고 0.8[s] 미만이며, S7의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S8에 있어서 일정 시간(T1)을 0.5[s]로 설정한다. 한편, 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.6[s]을 넘고 0.8[s] 미만이 아니며, S7의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S9에 있어서 피크 간격 카운터에 의해 카운트된 피크치(P)의 시간 간격(T2)이, 0.8[s]을 넘는지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.8[s]을 넘고, S9의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S10에 있어서 일정 시간(T1)을 0.75[s]로 설정한다.

피크치(P)의 시간 간격(T2)이 0.8[s]을 넘는 것이 아니며, S9의 판별 결과가 No일 경우, 또는 취득한 심박 신호의 최대치(M)가 최신의 피크치(P)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상이 아니며, S2의 판별 결과가 No일 경우, 또는 S4, S6, S8, 혹은 S10에서 일정 시간(T1)이 설정된 경우, 다음으로 CPU는 S11에서, S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)가, RAM에 기억되어 있는 현재의 최대치(M)보다도 큰지 아닌지를 판별한다. S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)가, 도 3에 나타내는 심박 신호(Sc)의 최대치(M1)와 같이, RAM에 기억되어 있는 심박 신호(Sb)의 현재의 최대치(M)보다도 크며, S11의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S12에 있어서 RAM에 기억되어 있는 현재의 최대치(M)를, S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)로 다시 기록하여 갱신한다. 그리고, 일정 시간(T1)을 카운트하는 최대치 갱신 카운터, 및 피크치(P)의 시간 간격(T2)을 카운트하는 피크 간격 카운터를 리셋하여, 각 카운터에 의한 시간 측정을 재개시킨다.

또한 S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)가 현재의 최대치(M)보다도 크지 않으며, S11의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S13에 있어서 최대치 갱신 카운터 및 피크 간격 카운터의 각 카운트치를 카운트 업하여 시간 측정을 진행한다. 다음으로 CPU는 S14에 있어서 최대치 갱신 카운터에 의해 측정되는 시간이 일정 시간(T1)을 넘는지 아닌지를 판별한다. 최대치 갱신 카운터에 의해 측정되는 시간이 일정 시간(T1)을 넘으며, S14의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S15에 있어서 S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)를 피크치(P)로 판정하고, 최신의 피크치(P)로서 RAM에 기억하며, 설정한다. 그리고, 이 최신의 피크치(P)와 이보다 하나 전(前)의 피크치(P)의 시간 간격(T2)으로부터, 1분간 당의 피크치(P)의 수를 구하여, 심박수를 산출한다. 계속해서, 최대치 갱신 카운터를 리셋하는 동시에, RAM에 기억되어 있는 이번 피크치(P)로 판정된 최대치(M)를 리셋한다.

최대치 갱신 카운터가 일정 시간(T1)을 넘지 않으며, S14의 판별 결과가 No일 경우, 또는 S12 혹은 S15의 처리 종료 후, CPU는 S1의 처리로 되돌아가서 상기의 각 처리를 반복하여 행한다.

이러한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)에 의하면, 소정 시간 간격으로 취득되는 심박 신호의 최대치(M)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되고, S11 및 S14의 처리에서, 검출된 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, S15의 처리에서, 피크치 판정 수단에 의해, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)가 피크치(P)로 판정된다. 그리고, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 심박수가 산출 수단에 의해 산출된다.

이 때문에, 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)는, 특허문헌 1에 개시된 종래의 장치와 달리, 심전 센서(2)로부터 얻어지는 심박 신호의 레벨이 낮을 경우에도, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 심박 신호의 최대치(M)가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 심박 신호의 P파나 T파(도 2참조)가 노이즈에 묻혀 있어도, 피크치(P)의 판정을 행할 수 있어 심박수를 산출할 수 있다. 또한 심박 신호의 진폭의 기준이 되는 기선(G)(도 3 참조)이 변동해도, 마찬가지로 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 심박 신호의 최대치(P)가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 피크치(P)의 판정을 행할 수 있어 심박수를 산출할 수 있다.

또한 피크치(P)의 판정에 사용되는 일정 시간(T1)은, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 미리 정해진 0.3[s], 0.4[s], 0.5[s], 및 0.75[s]의 복수의 시간 중 어느 시간으로, 일정 시간 변경 수단에 의해 S3~S10의 처리에 있어서 순차 변경된다. 이 때문에, 피크치(P)의 판정은, 나눗셈 등의 복잡한 연산 처리를 사용하여 행해지는 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시된 종래의 장치와 달리, 취득되는 심박 신호의 크기를 단순히 비교하는 S11의 처리, 일정 시간(T1)이나 피크치(P)간의 시간 간격(T2)을 카운트하는 S13의 처리, 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간을 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 선택하는 S3~S10의 처리와 같은 간편한 연산 처리에 의해 행해진다. 이 결과, 순차 변동하는 심박수는, 간편한 연산 처리에 의해 수시 적절하게 산출되어, 박동 주기 산출장치(1)의 소형화 및 저가격화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)에 의하면, 예를 들면 S11의 처리에 있어서, 도 3에 나타내는 심박 신호(Sc)와 같이, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호(Sb)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 시각(t3)으로부터 일정 시간(T1) 내에 검출되면, S12의 처리에 의해, 큰 최대치(M1)가 검출된 시점의 시각(t4)으로부터 일정 시간(T1)의 카운트가 재개된다. 그리고, 그 후의 S11 및 S14의 처리에서, 이 일정 시간(T1) 내에, 큰 최대치(M1)보다도 더욱 큰 최대치(M2)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, S15의 처리에서, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 큰 최대치(M1)가 피크치 판정 수단에 의해 피크치(P)로 판정된다.

이 때문에, 최대치 검출 수단에 의해 일단 검출된 최대치(M)는, 일정 시간(T1) 내에 그 최대치(M)보다도 큰 최대치(M1)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되면, 피크 판정에 사용되지 않고, 심박수의 산출 데이터로부터 제외된다. 이 결과, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 최대치(M) 중에서, 심박수의 산출에 적합하지 않은, 심박 신호의 P파나 T파와 같은 신호에 상당하는 최대치(M)나, 노이즈에 기인하는 최대치(M) 등이 피크 판정의 대상에 사용되지 않게 되고, 심박수의 산출에 적합한 R파에 상당하는 최대치(M)만이 피크 판정의 대상에 사용되게 되어, 심박수의 산출 정밀도가 향상한다.

또한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)에 의하면, 피크치(P)의 판정에 사용되는 일정 시간(T1)은, 도 4에 나타내는 심박 신호(Sf)나 심박 신호(Sg)와 같이, 하나 전(前)의 피크치(P)로부터 일정치(C)를 감산한 값 이상의 피크치(P)를 가지는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, S3~S10의 처리에 있어서, 일정 시간 변경 수단에 의해 순차 변경된다.

이 때문에, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 연속하는 피크치(P)여도, 상호의 값이 소정 범위 내에 없을 경우에는, 동종의 피크치(P)가 아닌 것이 되고, 피크치(P)의 판정에 사용되는 일정 시간(T1)은, 이 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 변경되지 않는다. 한편, 연속하는 상호의 피크치(P)가 소정 범위 내에 있을 경우에는, 동종의 피크치(P)인 것이 되고, 피크치(P)의 판정에 사용되는 일정 시간(T1)은 이 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 변경된다. 따라서, 피크치(P)의 판정에 사용되는 일정 시간(T1)은, 서로 비슷한 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 변경되고, 노이즈에 기인하는 피크치(P) 등에 근거하여 변경되지 않고, 심박수의 천이에 정확하게 추종하여 변경된다. 이 결과, 순차 변동하는 생체의 심박수는 간편한 연산 처리에 의해 보다 적절하게 수시 산출되게 된다.

또한 상기의 실시형태에서는, 생체 신호를 심전 센서(2)에 의해 검출되는 심박 신호로 하고, 박동 주기 산출장치(1)가 박동의 율동 주기를 심박수로서 산출하는 구성에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 생체 신호를 맥파 센서에 의해 검출되는 맥파 신호로 하고, 박동 주기 산출장치(1)가 박동의 율동 주기를 맥박수로서 산출하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에서는, 신호 처리부(13)에 있어서, 맥파 센서로부터 취득되는 맥파 신호를 2회 미분하여 가속도 맥파 신호로 하고, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 가속도 맥파 신호열에 있어서의 각 가속도 맥파 신호(S_A)의 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 박동의 율동 주기가 맥박수로서 산출된다. 이때, 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)가 최대치 검출 수단에 의해 검출되고, 검출된 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간(T1) 내에 검출되지 않을 경우에, 피크치 판정 수단에 의해, 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치(M)가 피크 판정 포인트(tp)에서 피크치(P)로 판정되어 RAM에 기억된다. 그리고, 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 맥박수가 산출 수단에 의해 산출된다. 여기서, 맥파 센서로부터 취득되는 맥파 신호를 2회 미분하여 가속도 맥파 신호로 하지 않고, 맥파 신호의 연속하는 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 근거하여, 맥박수를 산출하는 구성으로 해도 된다.

이러한 구성에 의해서도, 박동 주기 산출장치(1)는, 최대치 검출 수단에 의해 검출되는 가속도 맥파 신호(S_A) 또는 맥파 신호의 최대치(M)가 노이즈에 묻히지 않을 신호 레벨이기만 하면, 피크치(P)의 판정을 행할 수 있어, 맥박수를 산출할 수 있고, 상기 실시형태와 동일한 작용 효과가 나타난다.

다음으로 본 발명에 의한 박동 주기 산출장치를 맥파 전파 시간의 산출에 사용한 제2의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 7은 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다. 또한 동 도면에 있어서 도 1과 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

박동 주기 산출장치(3)에는 심전 센서(2) 및 맥파 센서(4)가 접속되어 있다. 맥파 센서(4)는, 인간이나 동물과 같은 생체의 소정 위치에 대어져, LED(발광 다이오드)로부터 발생되는 적외선의 반사광을 포토 디텍터로 검출하는 것 등으로, 생체의 심장의 박동에 따라 변화하는 혈관 중의 혈류의 시간 변화를 검출하고, 이것을 생체 신호인 맥박 신호로서 박동 주기 산출장치(3)로 출력한다.

박동 주기 산출장치(3)는, 맥파 센서(4)로부터 출력되는 맥파 신호를 증폭하는 증폭 회로(20), 증폭 회로(20)로 증폭된 맥파 신호로부터 노이즈 성분을 제거하는 필터 회로(21), 노이즈 성분이 제거된 맥파 신호를 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(22)를 포함하고 있다. 신호 처리부(13)는, AD 컨버터(22)로부터 출력되는 맥파 신호를 2회 미분하여 가속도 맥파 신호로 변환한다.

신호 처리부(13)의 ROM에는, 심박 신호의 피크치(P)와 가속도 맥파 신호의 피크치(P)를 동시에 검출하고, 그들의 시간 차로부터 맥파 전파 시간을 산출하는 맥파 전파 시간 산출 프로그램이 기억되어 있다. 맥파 전파 시간은, 도 8(a)에 나타내는 가속도 맥파 신호열에 있어서의 가속도 맥파 신호(S_A)의 피크치(P)와, 동 도면(b)에 나타내는 심박 신호열에 있어서의 심박 신호(S)의 피크치(P)의 시간 차(T3)로서 산출된다. 여기서, 신호 처리부(13)의 CPU는, ROM에 기억된 맥파 전파 시간 산출 프로그램에 의해, 최대치 검출 수단, 피크치 판정 수단, 산출 수단, 및 일정 시간 변경 수단으로서 기능한다.

최대치 검출 수단은, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호(S)를 소정 시간 간격으로 취득하여 심박 신호(S)의 최대치(M)를 검출하는 심박 최대치 검출 수단과, 맥파 센서(4)로부터 출력되는 맥파 신호를 소정 시간 간격으로 취득하여 2회 미분한 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)를 검출하는 맥파 최대치 검출 수단으로 구성된다. 피크치 판정 수단은, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호(S)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 심박 피크치 판정용의 일정 시간(T1) 내에 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호(S)의 최대치(M)를 피크 판정 포인트(tp)에서 심박 피크치(P)로 판정하는 심박 피크치 판정 수단과, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간(T1) 내에 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)를 피크 판정 포인트(tp)에서 가속도 맥파 피크치(P)로 판정하는 맥파 피크치 판정 수단으로 구성된다.

산출 수단은, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정된 심박 피크치(P)와 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정된 가속도 맥파 피크치(P)의 시간 차(T3)를 맥파 전파 시간으로서 산출한다. 산출된 맥파 전파 시간은 표시부(14)에 표시된다. 일정 시간 변경 수단은, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 심박 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 심박 피크치 판정용의 일정 시간(T1)을 심박 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 심박 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단과, 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 가속도 맥파 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라, 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간(T1)을 가속도 맥파 피크치(P)간의 시간 간격(T2)에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 맥파 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단으로 구성된다.

이러한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(3)에 의하면, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호(S)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 심박 피크치 판정용의 일정 시간(T1) 내에 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호(S)의 최대치(M)가 심박 피크치 판정 수단에 의해 심박 피크치(P)로 판정된다. 또한 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)보다도 큰 최대치(M)가 가속도 맥파 피크치 판정용의 일정 시간(T1) 내에 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호(S_A)의 최대치(M)가 맥파 피크치 판정 수단에 의해 가속도 맥파 피크치(P)로 판정된다. 그리고, 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정된 심박 피크치(P)와 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정된 가속도 맥파 피크치(P)의 시간 차(T3)가, 산출 수단에 의해 맥파 전파 시간으로서 산출된다. 이 때문에, 산출되는 맥파 전파 시간으로부터, 박동에 의해 동맥에 맥파가 전파되는 시간을 알 수 있으므로, 혈관 연령의 추정이나, 혈압치의 산출을 행하는 것이 가능해진다.

또한 박동 주기 산출장치(3)의 신호 처리부(13)의 ROM에, 제1의 실시형태에서 설명한 심박수 산출 프로그램과 더불어, 맥파 센서(4)로부터 소정 시간 간격으로 취득되는 맥파 신호를 2회 미분한 가속도 맥파 신호(S_A)로부터 맥박수를 산출하는 맥박수 산출 프로그램을 포함함으로써, 맥파 전파 시간과 함께 심박수 및 맥박수도 동시에 산출하여, 이들을 표시부(14)에 표시시킬 수 있다. 이 구성에서는, 심박수 산출 프로그램의 기능을 실현하는 수단에 가속도 맥파 신호(S_A)를 부여함으로써, 맥박수 산출 프로그램의 기능을 실현하는 수단을 구성할 수 있기 때문에, 설계 리소스를 삭감할 수 있다.

다음으로 본 발명에 의한 박동 주기 산출장치를 심박수의 산출에 사용한 제3의 실시형태에 대하여 설명한다.

도 9는 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치의 전기 회로 구성을 나타내는 블록도이다. 또한 동 도면에 있어서 도 1과 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)는, 신호 처리부(13)와 증폭 회로(10)가 접속되고, 신호 처리부(13)로부터 증폭 회로(10)로 향하는 피드백 경로가 형성되어 있는 점이, 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)와 상이하고, 그 밖의 하드웨어 구성은 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)와 같다.

본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)에서도, 심전 센서(2)로부터 박동 주기 산출장치(5)로 출력되는 심박 신호는, 증폭 회로(10)로 증폭되는데, 그 증폭율은 신호 처리부(13)로부터 피드백되는 제어 신호에 의해 정해진다. 제어 신호에 따른 증폭율로 증폭된 심박 신호는, 필터 회로(11) 및 AD 컨버터(12)를 통해, 신호 처리부(13) 내의 CPU에 의해 구성되는 최대치 검출 수단에 부여된다. 증폭 회로(10)는, 심박 신호를 제어 신호에 따른 증폭율로 증폭하여 최대치 검출 수단으로 출력하는 증폭 수단을 구성한다.

본 실시형태의 신호 처리부(13) 내의 CPU는, ROM에 기억된 후술하는 심박수 산출 프로그램에 의해, 상술한 최대치 검출 수단, 피크치 판정 수단, 산출 수단, 및 일정 시간 변경 수단으로서 기능하는 동시에 기준치 검출 수단으로서도 기능한다.

기준치 검출 수단은, 증폭 회로(10)로 증폭된 심박 신호의 소정 타이밍에 있어서의 크기를 기준치로서 검출한다. 이 소정 타이밍은, 본 실시형태에서는 P파, Q파, R파, S파, T파, 및 U파로 구성되는 도 2에 나타낸 심박 신호의 ST 분절이 나타나는 타이밍으로 설정되어 있다. 여기서, ST 분절이란, S파에서 T파에 걸친 평탄 부분이며, 심박 신호의 진폭의 기준이 되는 기선(G)(도 3 참조)에 상당하고, 기준치는 기선치(B)로서 검출된다. 본 실시형태에서는, 피크치(P)로서 검출되는 R파의 출현 타이밍으로부터 0.1[s] 경과한 타이밍을, ST 분절이 나타나는 타이밍으로 하고 있다.

또한 본 실시형태의 산출 수단은, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치(P)와, 기준치 검출 수단에 의해 검출된 기선치(B)의 차(P-B)로부터, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치(P)의 크기를 산출하고, 산출한 피크치(P)의 크기에 근거한 제어 신호를 증폭 회로(10)로 출력한다. 예를 들면, 산출 수단은, 도 10에 나타내는 심박 신호열에 있어서, 시각(t8,t9)에 있어서의 R파의 피크치(P)와, 이 피크치(P)가 검출된 시각(t8,t9)으로부터 각각 0.1[s] 경과한 시점의 기선 판정 포인트(tg)에 있어서 검출된 ST 분절의 기선치(B)의 차(P-B)로부터, 피크치(P)의 크기(H)를 산출한다. 그리고, 산출한 피크치(P)의 크기(H)에 근거한 제어 신호를 증폭 회로(10)로 출력한다. 또한 동 도면에 있어서 도 2 및 도 4와 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

또한 산출 수단은, 피크치 판정 수단에 의해 연속해서 판정된 복수의 피크치(P)와, 기준치 검출 수단에 의해 이들 각 피크치(P)에 대응하여 연속해서 검출된 복수의 기선치(B)의 각 차(P-B)로부터, 각 피크치(P)의 크기(H)를 산출하고, 산출한 각 피크치(P)의 크기(H)가 연속해서 소정의 범위에 있을 경우에, 증폭 회로(10)로 출력하는 제어 신호를 바꾼다.

예를 들면, 도 11(a)에 나타내는 심박 신호열에 있어서, 심박 신호(Sh)의 피크치(P)의 크기(H1)는 소정의 제2의 역치(Y) 미만인데, 그 후에 연속하는 4개의 심박 신호(Si, Sj, Sk, 및 Sl)의 각 피크치의 크기(H2, H3, H4, 및 H5)가 제2의 역치(Y) 이상(H≥Y)으로 클 경우, 증폭 회로(10)로 출력하는 제어 신호인 판정 신호의 레벨을 바꾼다. 또한 동 도면에 있어서 도 10과 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 이 경우, 증폭 회로(10)로 출력되는 제어 신호는, 동 도면에 나타내는 바와 같이 시각(t11)에 있어서, 고레벨의 High의 판정 신호로부터 저레벨의 Low의 판정 신호로 바뀐다. 이 Low의 판정 신호가 피드백된 증폭 회로(10)는, 미리 준비된 대증폭율 및 소증폭율의 2개의 증폭율 중의 소증폭율로, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호(S)를 증폭한다. 따라서, 신호 처리부(13)에서는, 그 후에 피크치(P)의 크기(H)가 H6으로 작아진 심박 신호(Sm)가 검출된다.

또한 그보다 후에 연속하는 4개의 심박 신호(Sn, So, Sp, 및 Sq)의 각 피크치의 크기(H7, H8, H9, 및 H10)가 제1의 역치(X) 이하(H≤X)로 작을 경우, 증폭 회로(10)로 출력되는 제어 신호는, 동 도면에 나타내는 바와 같이 시각(t12)에 있어서, Low의 판정 신호로부터 High의 판정 신호로 바뀐다. 이 High의 판정 신호가 피드백된 증폭 회로(10)는, 미리 준비된 대증폭율 및 소증폭율의 2개의 증폭율 중의 대증폭율로, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호(S)를 증폭한다. 따라서, 신호 처리부(13)에서는, 그 후에 피크치(P)의 크기(H)가 H11로 커진 심박 신호(Sr)가 검출된다.

다음으로 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)의 신호 처리부(13)에 있어서, ROM에 기억된 심박수 산출 프로그램에 따라 CPU에 의해 행해지는 심박수 산출 처리에 대하여, 도 12의 플로우 챠트를 참조하여 설명한다. 또한 동 도면에 있어서 도 5의 플로우 챠트와 동일 또는 상당하는 스텝에는 동일한 스텝 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.

CPU는 증폭 회로(10)로 증폭되어 S1에서 취득된 심박 신호의 최대치(M)가 RAM에 기억되어 있는 현재의 최대치(M)보다도 크지 않고, S11의 판별 결과가 No일 경우, S13에 있어서, 최대치 갱신 카운터 및 피크 간격 카운터의 각 카운트치를 카운트 업하여, 시간 측정을 진행한다. 다음으로 CPU는 S21에 있어서 최대치 갱신 카운터에 의해 측정되는 시간이, RAM에 기억되어 있는 최신의 피크치(P)가 출현한 타이밍으로부터 0.1[s] 경과한 시점에서, ST 분절이 나타나는 기선 판정 포인트(tg)인지 아닌지를 판별한다. 0.1[s] 경과한 시점에서, S21의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S22에 있어서 최대치 갱신 카운터에 의한 시간 측정이 0.1[s] 경과한 시점에 있어서의 심전 센서(2)로부터의 입력치를 기선치(B)로서 RAM에 기억하고, S1의 처리로 되돌아가서 상기의 각 처리를 반복하여 행한다.

한편, 0.1[s] 경과한 시점이 아니며, S21의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S14에 있어서 상술한 바와 같이, 최대치 갱신 카운터에 의해 측정되는 시간이 일정 시간(T1)을 넘는지 아닌지를 판별한다. 최대치 갱신 카운터에 의해 측정되는 시간이 일정 시간(T1)을 넘으며, S14의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S23에 있어서 RAM에 기억되어 있는 최신의 피크치(P)와, S22에서 RAM에 기억한 기선치(B)의 차, 즉 피크치(P)의 크기(H)를 산출한다.

다음으로 CPU는 S24에 있어서 산출한 피크치(P)와 기선치(B)의 차가 제1의 역치(X) 이하이며, RAM에 기억되어 있는 최신의 피크치(P)의 크기(H)가 작은 것인지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)와 기선치(B)의 차가 제1의 역치(X) 이하이며 최신의 피크치(P)의 크기(H)가 작으며, S24의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S25에 있어서 피크치(P)와 기선치(B)의 제1의 역치(X) 이하의 차가 연속해서 4회, 도 11에 나타내는 심박 신호(Sn, So, Sp, 및 Sq)와 같이, 검출되었는지 아닌지를 판별한다. 연속해서 4회, 제1의 역치(X)보다 작은 것으로서 검출되고, S25의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S26에 있어서 증폭 회로(10)로 피드백하는 판정 신호를 예를 들면 시각(t12)에 Low로부터 High로 변경한다. 이 때문에, 증폭 회로(10)의 증폭율은 대증폭율이 되고, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호는, 예를 들면 심박 신호(Sr)와 같이 피크치(P)의 크기(H11)가 큰 적절한 것이 된다.

한편, 피크치(P)와 기선치(B)의 차가 제1의 역치(X) 이하가 아니며, S24의 판별 결과가 No일 경우, CPU는 S27에 있어서 S23에서 산출한 피크치(P)와 기선치(B)의 차가 제2의 역치(Y) 이상이며, RAM에 기억되어 있는 최신의 피크치(P)의 크기(H)가 큰 것인지 아닌지를 판별한다. 피크치(P)와 기선치(B)의 차가 제2의 역치(Y) 이상이며 최신의 피크치(P)의 크기(H)가 크고, S27의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S28에 있어서 피크치(P)와 기선치(B)의 제2의 역치(Y) 이상의 차가 연속해서 4회, 도 11에 나타내는 심박 신호(Si, Sj, Sk, 및 Sl)와 같이, 검출되었는지 아닌지를 판별한다. 연속해서 4회, 제2의 역치(Y)보다 큰 것으로서 검출되고, S28의 판별 결과가 Yes일 경우, CPU는 S29에 있어서 증폭 회로(10)로 피드백하는 판정 신호를 예를 들면 시각(t11)에 High로부터 Low로 변경한다. 이 때문에, 증폭 회로(10)의 증폭율은 소증폭율이 되고, 심전 센서(2)로부터 출력되는 심박 신호는, 예를 들면 심박 신호(Sm)와 같이 피크치(P)의 크기(H6)가 작은 적절한 것이 된다.

연속해서 4회 검출되지 않고 S25 혹은 S28의 판별 결과가 No일 경우, 또는 판정 신호의 레벨을 변경하여 S26 혹은 S29의 처리가 종료된 경우, 다음으로 CPU는 S15에 있어서 상술한 바와 같이, S1에서 취득한 심박 신호의 최대치(M)를 피크치(P)로 판정하고, 최신의 피크치(P)로서 RAM에 설정하여, 1분간 당의 피크치(P)의 수를 구하여 심박수를 산출하는 동시에, 최대치 갱신 카운터 및 이번 피크치(P)로 판정된 최대치(M)를 리셋한다.

이러한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)에 의하면, 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치(P)와 기준치 검출 수단에 의해 검출된 기선치(B)의 차로부터 피크치(P)의 크기(H)가, 도 12의 S23에 있어서 산출 수단에 의해 산출된다. 그리고, 산출된 피크치(P)의 크기(H)에 근거한 제어 신호가, S26 또는 S29에서 High 또는 Low의 판정 신호로서 증폭 회로(10)로 출력되어, 증폭 회로(10)의 증폭율이 변경된다.

즉, 산출된 피크치(P)의 크기(H)가 제2의 역치(Y)보다 클 경우에는, 제어 신호가 증폭 회로(10)의 증폭율을 작게 하는 Low의 판정 신호로 바뀌고, 산출된 피크치(P)의 크기(H)가 제1의 역치(X)보다 작을 경우에는, 제어 신호가 증폭 회로(10)의 증폭율을 크게 하는 High의 판정 신호로 바뀐다. 이 때문에, 증폭 회로(10)에 의해 증폭하여 얻어지는 심박 신호의 크기는, S11 및 S12에 있어서의 최대치 검출 수단에 의한 심박 신호의 최대치 검출, 및 S14 및 S15에 있어서의 피크치 판정 수단에 의한 피크치(P)의 판정에 적합한 크기로 적절히 제어된다. 이 결과, 최대치 검출 수단에 의한 심박 신호의 최대치 검출, 및 피크치 판정 수단에 의한 피크치(P)의 판정을 잘못하는 일이 없어져, 피크치(P)의 검출 정밀도가 향상한다.

또한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)에 의하면, 기준치 검출 수단에 의해 검출되는 기준치는, 심박 신호의 ST 분절의 값, 즉 심박 신호의 진폭의 기준이 되는 기선치(B)가 된다. 이 때문에, 산출 수단에 의해 산출되는 피크치(P)의 크기(H)는 기선(G)(도 3 참조)에 대한 크기가 되어 평가하기 쉬운 것이 된다.

또한 본 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)에 의하면, 산출 수단에 의해 복수 산출되는 피크치(P)와 기선치(B)의 각 차가 연속해서 소정의 범위에 있을 경우에, 증폭 회로(10)로 피드백 출력되는 제어 신호가 바뀌어, 증폭 회로(10)의 증폭율이 변경된다. 예를 들면, 도 11에 나타내는 심박 신호(Si, Sj, Sk, 및 Sl)의 각 피크치(P)와 기선치(B)의 각 차가 연속해서 제2의 역치(Y) 이상(H≥Y)의 소정의 범위에 있고, 각 피크치(P)의 크기(H)가 연속해서 클 경우에, 증폭 회로(10)로 출력되는 제어 신호가 시각(t11)에 High로부터 Low의 판정 신호로 바뀌어, 증폭 회로(10)의 증폭율이 소증폭율로 변경된다. 또한 도 11에 나타내는 심박 신호(Sn, So, Sp, 및 Sq)의 각 피크치(P)와 기선치(B)의 각 차가 연속해서 제1의 역치(X) 이하(H≤X)의 소정의 범위에 있고, 각 피크치(P)의 크기(H)가 연속해서 작을 경우에, 증폭 회로(10)로 출력되는 제어 신호가 시각(t12)에 Low로부터 High의 판정 신호로 바뀌어, 증폭 회로(10)의 증폭율이 대증폭율로 변경된다. 이 때문에, 피크치(P)의 크기(H)가 연속해서 소정의 범위에 있고 안정되어 있을 경우에, 증폭 회로(10)의 증폭율이 변경되므로, 피크치(P)의 크기(H)를 오판정하여 증폭 회로(10)의 증폭율을 잘못 변경하는 일이 없어진다.

또한 상기의 실시형태에서는, 연속하는 4개의 심박 신호의 피크치(P)의 크기(H)가 제1의 역치(X) 이하 또는 제2의 역치(Y) 이상인 경우에 판정 신호의 레벨을 바꾸는 구성의 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 연속하는 2개나 3개, 혹은 5개 이상의 심박 신호의 피크치(P)의 크기(H)가 제1의 역치(X) 이하 또는 제2의 역치(Y) 이상인 경우에, 판정 신호의 레벨을 바꾸도록 구성해도 된다. 또한 1개의 심박 신호의 피크치(P)의 크기(H)가 제1의 역치(X) 이하 또는 제2의 역치(Y) 이상인 경우에, 판정 신호의 레벨을 바꾸도록 구성해도 된다.

또한 상기의 실시형태에서는, 피크치(P)의 크기(H)를 판정하는 역치를 제1 및 제2의 2개로 한 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 역치를 3개 이상 준비하고, 피크치(P)의 크기(H)를 더욱 세세하게 판정하여, 판정 신호의 종류를 늘려, 증폭 회로(10)의 증폭율이 3종류 이상 설정되도록 구성해도 된다.

또한 상기의 실시형태에서는, ST 분절이 나타나는 기선 판정 포인트(tg)를, 피크치(P)가 출현한 타이밍으로부터 0.1[s] 경과한 시점으로 하고, 그 1점의 시점에 있어서의 심박 신호의 크기를 기선치(B)로 하였다. 그러나 피크치(P)가 출현한 타이밍으로부터 0.1[s] 경과한 시점을 포함하는 그 전후의 복수의 시점을 복수의 기선 판정 포인트(tg)로 하고, 이들 복수의 기선 판정 포인트(tg)에 있어서의 심박 신호의 각 크기의 평균치를 기선치(B)로 하도록 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 기선치(B)의 검출 정밀도가 향상하여, 피크치(P)의 크기(H)가 보다 정밀도 높게 산출되게 된다.

또한 상기의 실시형태에서는, 기준치 검출 수단에 의해 검출되는 기준치를 ST 분절이 나타나는 기선치(B)로 한 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 S파에 계속되는 T파의 피크치가 출현할 때의 심박 신호의 크기나, P파와 Q파의 사이에 나타나는 평탄 부분에 있어서의 심박 신호의 크기 등을 기준치로 하고, 이 기준치와 피크치(P)의 차를 피크치(P)의 크기(H)로서 검출하도록 구성해도 된다.

또한 상기의 실시형태에서는, 생체 신호를 심전 센서(2)에 의해 검출되는 심박 신호로 하고, 박동의 율동 주기를 심박수로서 산출하는 장치 구성에 있어서의 증폭 회로(10)의 증폭율을 피드백 제어하는 경우에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 생체 신호를 맥파 센서에 의해 검출되는 맥파 신호로 하고, 박동의 율동 주기를 맥박수로서 산출하는 장치 구성에 있어서의 증폭 회로의 증폭율을 피드백 제어하도록 해도 된다. 또한 도 7에 나타내는 박동 주기 산출장치(3)와 같이, 생체 신호를, 심전 센서(2)에 의해 검출되는 심박 신호, 및 맥파 센서(4)에 의해 검출되는 맥파 신호로 하고, 박동의 율동 주기를 심박수 및 맥박수로서 산출하거나, 맥파 전파 시간을 산출하는 장치 구성에 있어서의 증폭 회로(10) 및 증폭 회로(20)의 각 증폭율을 피드백 제어하도록 해도 된다.

또한 상기의 제1, 제2 및 제3의 각 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1, 3 및 5)의 신호 처리부(13)는, ASIC(특정 용도 대상 커스텀 집적 회로)나, FPGA(현장 프로그램 가능 집적 회로), DSP(디지털 신호 처리 프로세서) 등에 의해 구성하는 것도 가능하다.

심박수나 맥박수를 산출하는 상기의 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)를 심전 센서(2)나 맥파 센서(4)와 함께 포함하여, 생체 센서를 구성할 수 있다. 이 구성에 의하면, 상기의 제1의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(1)의 각 효과가 나타나는 생체 센서가 제공된다. 마찬가지로, 맥파 전파 시간을 산출하는 상기의 제2의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(3)를 심전 센서(2) 및 맥파 센서(4)와 함께 포함하여, 생체 센서를 구성할 수도 있다. 이 구성에 의하면, 상기의 제2의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(3)의 각 효과가 나타나는 생체 센서가 제공된다. 마찬가지로, 심박 신호를 증폭하는 증폭 회로(10)나 맥파 신호를 증폭하는 증폭 회로(20)의 증폭율을 피드백 제어하는 상기의 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)를 심전 센서(2)나 맥파 센서(4)와 함께 포함하여, 생체 센서를 구성할 수도 있다. 이 구성에 의하면, 상기의 제3의 실시형태에 의한 박동 주기 산출장치(5)의 각 효과가 나타나는 생체 센서가 제공된다.

1, 3: 박동 주기 산출장치 2: 심전 센서
4: 맥파 센서 10, 20: 증폭 회로
11, 21: 필터 회로 12, 22: AD 컨버터
13: 신호 처리부 14: 표시부
T1: 일정 시간 T2: 피크치간 시간 간격
T3: 시간 차(맥파 전파 시간) M: 최대치
tp: 피크 판정 포인트 tg: 기선 판정 포인트
C: 일정치 G: 기선
H: 피크치의 크기

Claims

소정 시간 간격으로 취득되는 생체 신호의 최대치를 검출하는 최대치 검출 수단과,
상기 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 상기 최대치 검출 수단에 의해 일정 시간 내에 검출되지 않을 경우에, 상기 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치를 피크치로 판정하는 피크치 판정 수단과,
상기 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 피크치간의 시간 간격에 근거하여 상기 생체 신호를 발생시키는 생체의 박동의 율동(律動) 주기를 산출하는 산출 수단과,
상기 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 상기 피크치간의 시간 간격에 따라, 상기 일정 시간을 상기 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 일정 시간 변경 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항에 있어서,
상기 피크치 판정 수단은, 상기 최대치 검출 수단에 의해 검출된 최대치보다도 큰 최대치가 상기 최대치 검출 수단에 의해 상기 일정 시간 내에 검출되면, 상기 큰 최대치가 검출된 시점으로부터 상기 일정 시간 내에 상기 큰 최대치보다도 더욱 큰 최대치가 상기 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 상기 최대치 검출 수단에 의해 검출된 상기 큰 최대치를 피크치로 판정하는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항에 있어서,
상기 일정 시간 변경 수단은, 상기 피크치 판정 수단에 의해 판정되는, 상호의 값이 소정 범위 내에 있는 연속하는 상기 피크치간의 시간 간격에 따라, 상기 일정 시간을 순차 변경하는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호는 심박 신호이며,
상기 산출 수단은, 상기 박동의 율동 주기를 심박수로서 산출하는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호는 맥파 신호이며,
상기 산출 수단은, 상기 박동의 율동 주기를 맥박수로서 산출하는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항에 있어서,
상기 최대치 검출 수단은, 소정 시간 간격으로 취득되는 심박 신호의 최대치를 검출하는 심박 최대치 검출 수단과, 소정 시간 간격으로 취득되는 맥파 신호를 2회 미분한 가속도 맥파 신호의 최대치를 검출하는 맥파 최대치 검출 수단으로 구성되고,
상기 피크치 판정 수단은, 상기 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 심박 피크치 판정용의 상기 일정 시간 내에 상기 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 상기 심박 최대치 검출 수단에 의해 검출된 심박 신호의 최대치를 심박 피크치로 판정하는 심박 피크치 판정 수단과, 상기 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치보다도 큰 최대치가 가속도 맥파 피크치 판정용의 상기 일정 시간 내에 상기 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출되지 않을 경우에, 상기 맥파 최대치 검출 수단에 의해 검출된 가속도 맥파 신호의 최대치를 가속도 맥파 피크치로 판정하는 맥파 피크치 판정 수단으로 구성되고,
상기 산출 수단은, 상기 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정된 심박 피크치와 상기 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정된 가속도 맥파 피크치의 시간 차로부터 맥파 전파 시간을 산출하고,
상기 일정 시간 변경 수단은, 상기 심박 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 심박 피크치간의 시간 간격에 따라, 심박 피크치 판정용의 상기 일정 시간을 상기 심박 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 심박 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단과, 상기 맥파 피크치 판정 수단에 의해 판정되는 연속하는 가속도 맥파 피크치간의 시간 간격에 따라, 가속도 맥파 피크치 판정용의 상기 일정 시간을 상기 가속도 맥파 피크치간의 시간 간격에 따라 미리 정해진 복수의 시간 중 어느 시간으로 순차 변경하는 맥파 피크치 판정용 일정 시간 변경 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 신호를 제어 신호에 따른 증폭율로 증폭하여 상기 최대치 검출 수단으로 출력하는 증폭 수단과,
상기 증폭 수단으로 증폭된 상기 생체 신호의 소정 타이밍에 있어서의 크기를 기준치로서 검출하는 기준치 검출 수단을 포함하고,
상기 산출 수단은, 상기 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치와 상기 기준치 검출 수단에 의해 검출된 기준치의 차로부터, 상기 피크치 판정 수단에 의해 판정된 피크치의 크기를 산출하고, 산출한 피크치의 크기에 근거한 상기 제어 신호를 상기 증폭 수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제7항에 있어서,
상기 소정 타이밍은 P파, Q파, R파, S파, T파, 및 U파로 구성되는 상기 생체 신호의 ST 분절이 나타나는 타이밍인 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제7항에 있어서,
상기 산출 수단은, 상기 피크치 판정 수단에 의해 연속해서 판정된 복수의 피크치와 상기 기준치 검출 수단에 의해 각 상기 피크치에 대응하여 연속해서 검출된 복수의 기준치의 각 차로부터 각 상기 피크치의 크기를 산출하고, 산출한 각 상기 피크치의 크기가 연속해서 소정의 범위에 있을 경우에 상기 증폭 수단으로 출력하는 상기 제어 신호를 바꾸는 것을 특징으로 하는 박동 주기 산출장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 박동 주기 산출장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생체 센서.
제7항에 기재된 박동 주기 산출장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 생체 센서.