WO1998041143A1 - Detecteur d'onde d'impulsion et pulsometre - Google Patents

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WO1998041143A1
WO1998041143A1 PCT/JP1998/001128 JP9801128W WO9841143A1 WO 1998041143 A1 WO1998041143 A1 WO 1998041143A1 JP 9801128 W JP9801128 W JP 9801128W WO 9841143 A1 WO9841143 A1 WO 9841143A1
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pulse
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signal
frequency
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PCT/JP1998/001128
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Tsukasa Kosuda
Chiaki Nakamura
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Seiko Epson Corporation
Seiko Instruments Inc.
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    • A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms

Definitions

  • the present invention relates to a pulse wave detecting device for detecting a pulse wave, and a pulse meter using the pulse wave detecting device.
  • pulse meters that detect and calculate a pulse rate by detecting a pulse wave are commercially available.
  • This type of pulse meter calculates a pulse rate using an output signal (pulse wave signal) from a pulse wave detection sensor arranged close to a measured part of the human body.
  • a method of calculating the pulse rate a method based on rectangular wave processing and a method based on frequency analysis described below are known.
  • a pulse wave signal is converted into a square wave, and the period of the square wave is measured to calculate a pulse rate (the pulse rate is proportional to the reciprocal of the period). That is, the pulse rate is calculated by directly examining the fluctuation of the level of the pulse wave signal in the time domain, and the pulse rate can be calculated with a small amount of computation and a small circuit configuration.
  • a pulse wave signal is subjected to frequency analysis, a spectrum line having a maximum level in the resulting spectrum is extracted, and a pulse rate is calculated from the frequency of the spectrum line. That is, the pulse rate is calculated by comparing the level of the pulse wave signal in the frequency domain.
  • FFT is usually used as the frequency analysis method.
  • the impulse noise is a general term for noise that occurs suddenly, and an example of a pulse wave signal on which the impulse noise is superimposed is shown in FIG.
  • FIG. 11A shows a pulse wave signal in the time domain
  • FIG. 11B shows a spectrum obtained by performing FFT processing on the pulse wave signal.
  • the pulse wave signal abnormally changed during the period tl to t2 in Fig. 11 (a) due to the superposition of impulse noise
  • Fig. 11 (b) the basic There are spectral lines at higher levels than the spectral lines SP representing the waves.
  • the pulse rate is calculated based on the highest-level spectrum line, so that frequency analysis is performed on the pulse wave signal on which the impulse noise is superimposed as shown in the figure.
  • accurate pulse rate cannot be calculated.
  • the present applicant monitors the presence or absence of the above-described event that causes the impulse noise, and based on the monitoring result, when there is a possibility that the impulse noise is superimposed, the impulse noise in the pulse wave signal is determined.
  • a device that performs a frequency analysis after inserting a dummy signal in a section that includes a dummy signal (for example, period t1 to!: 2 in Fig. 11 (a)) has been proposed. (For details, refer to Japanese Patent Application No. 7-273238. Specification and drawings attached to the application: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-113653). According to this device, for example, as shown in FIG.
  • a dummy signal having a value of 0 is inserted in the period tl to t2 during which the impulse noise is superimposed.
  • the spectrum line SP representing the fundamental wave of the pulse wave is the highest-level spectrum line.
  • the pulse wave detection sensor is usually arranged close to the measurement site of the user, so that when the user is exercising, the body motion component is superimposed on the pulse wave signal.
  • a spectrum obtained by performing the FFT processing on the pulse wave signal on which such a body motion component is superimposed is illustrated in FIG. 14 (a).
  • the spectral line group on the left side of the figure is a pulse wave component
  • the spectral line group on the right side is a body motion component
  • the spectral lines of both groups have approximately the same level.
  • Fig. 14 (a) is only an example, and in some cases, the highest level spectral line may exist in the spectral line of the body motion component. Therefore, even if frequency analysis is performed on a pulse wave signal on which a body motion component is superimposed, an accurate pulse rate cannot be calculated.
  • the present applicant has provided a body motion detection sensor, and obtained an FFT process on the output signal (body motion signal) of the body motion detection sensor from the spectrum shown in FIG. 14 (a). After subtracting the calculated spectrum (Fig. 14 (b)) and obtaining a spectrum consisting only of pulse wave components as shown in Fig. 14 (c), the highest level spectrum line is selected. (For details, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-222733). According to this device, as can be seen from the figure, the selected spectral line is the fundamental of the pulse wave. It becomes a spectral line SP representing a wave. As is clear from the fact that the spectrum is subtracted, the above-described apparatus is premised on frequency analysis.
  • the event that causes the impulse noise for example, when applied to a wristwatch type, the ringing of the back-lighting alarm and the like are set in advance and set.
  • a dummy signal is inserted into the pulse wave signal.
  • general impulse noise may occur regardless of the internal state of the device itself, and it is extremely difficult to detect all such events.
  • impulse noise can be completely removed, but all the original pulse wave components will also be removed. That is, it is difficult to remove all the impulse noises while minimizing the influence on the original pulse wave component only by the process (1).
  • the detected value outside the window since the detected value outside the window is removed, when the change in the window cannot follow the change in the pulse (for example, when arrhythmia occurs), the detected value becomes abnormal. It is removed as a value.
  • the body motion component in the output of the pulse wave detection sensor (the right side in Fig. 14 (a))
  • the body motion component in the output of the body motion detection sensor (Fig. 14 (b)) may not completely match. In such a case, even if the latter is subtracted from the former, the body motion The components cannot be completely removed.
  • a first object of the present invention is to provide a pulse wave detection device capable of obtaining a pulse wave signal in which a noise component is appropriately removed from a pulse wave waveform. It is a second object of the present invention to provide a pulse meter capable of determining a pulse rate with high accuracy using the pulse wave detection device.
  • a first configuration of a pulse wave detection device according to the present invention includes: a pulse wave detection sensor that detects a pulse wave and outputs a pulse wave signal; and an output from the pulse wave detection sensor.
  • a variable characteristic filter for filtering and outputting a pulse wave signal to be output, a pulse rate calculating means for calculating a pulse rate based on the pulse wave signal filtered by the filter, and a pulse rate calculating means.
  • a characteristic setting means for setting the characteristic of the filter based on the calculated pulse rate; and setting a characteristic corresponding to the pulse rate calculated based on the filtered pulse wave signal in the filter. Like that. Therefore, components other than the pulse wave component in the filtered pulse wave signal can be reduced, and the pulse wave can be detected with higher accuracy.
  • a buffer for temporarily storing the pulse wave signal output from the pulse wave sensor and then outputting the pulse wave signal to the filter is provided, and the buffer is temporarily stored in the buffer, and the characteristic setting unit detects the impulse noise detection.
  • the characteristics of the filter may be set in consideration of the detection result of the means.
  • the above-mentioned filter selectively performs filtering on the pulse wave signal in which the above-mentioned impulse noise detecting means detects the impulse noise, thereby greatly reducing or removing the original pulse wave component. Therefore, the impulse noise component can be reduced or eliminated.
  • the filter is configured such that a passing level of a pulse wave signal gradually decreases from a reference frequency to a lower limit frequency and an upper limit frequency of a fundamental wave of the pulse wave
  • the characteristic setting unit includes:
  • the filter characteristic may be set by setting the reference frequency.
  • the noise component can be reduced as a whole without significantly reducing or removing the original pulse wave component.
  • the reference frequency is a frequency corresponding to the previous pulse rate.
  • the characteristic setting unit may be configured to change a characteristic set in the filter according to a pulse rate fluctuation state calculated by the pulse rate calculation unit.
  • the pulse wave can be detected with higher accuracy.
  • a second configuration of the pulse wave detection device includes: a pulse wave detection sensor that detects a pulse wave and outputs a pulse wave signal; and the pulse wave detection sensor.
  • a variable characteristic filter that filters and outputs a pulse wave signal output from the body, a body movement detection sensor that detects body movement and outputs a body movement signal, and a body that is output from the body movement detection sensor.
  • Pitch calculating means for calculating a pitch of body movement based on a motion signal
  • characteristic setting means for setting characteristics of the filter based on the pitch calculated by the pitch calculating means.
  • a characteristic is set according to the pitch of the body movement calculated based on the body movement signal output from the body movement detection sensor. Therefore, it is possible to reduce noise components due to body motion in the filtered pulse wave signal, and it is possible to detect a pulse wave with higher accuracy.
  • the characteristic setting unit may be configured to change a characteristic set for the fill in accordance with a change in pitch calculated by the pitch calculation unit.
  • the pulse wave can be detected with higher accuracy.
  • the pulse wave detecting device of each of the above configurations includes a pulse rate calculating means for calculating a pulse rate based on the pulse wave signal filtered in the filter, and a pulse rate calculated by the pulse rate calculating means.
  • a pulse rate calculating means for calculating a pulse rate based on the pulse wave signal filtered in the filter, and a pulse rate calculated by the pulse rate calculating means.
  • FIG. 1 is a diagram showing a wearing mode of a pulse meter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the main body of the pulse monitor with a wristband, cables, and the like removed.
  • FIG. 3 is a side view of the pulse monitor viewed from the direction of 3 o'clock.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a pulse wave detection sensor unit 30 of the pulse meter.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of a control unit 5 configured inside the main body of the pulse meter.
  • FIGS. 6A and 6B are graphs showing examples of characteristics of a digital filter in a pulse meter.
  • FIG. 6A shows characteristics of a first digital filter
  • FIG. 6B shows characteristics of a second digital filter
  • FIG. This shows the characteristics of the third digital filter.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow of basic processing of the pulse monitor.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a process of obtaining a frequency of a fundamental wave of body motion in the pulse meter.
  • Fig. 9 (a) shows an example of the waveform of the pulse wave signal before fill-in processing by the first digital fill-in of the pulse meter
  • Fig. 9 (b) shows the result of the FFT processing in Fig. 9 (a).
  • Fig. 10 (a) shows an example of the waveform of the pulse wave signal after the signal of Fig. 9 (a) is filled with the first digital filter
  • Fig. 10 (b) is the FFT processing of Fig. 10 (a). It is a figure showing a result.
  • FIGS. 11 (a) and 11 (b) are diagrams each showing an example of a pulse wave signal on which impulse noise is superimposed.
  • FIG. 11 (a) shows a pulse wave signal in the time domain, and
  • FIG. 11 (b) shows a pulse wave signal in the time domain.
  • Fig. 12 is a diagram for explaining the conventional impulse noise elimination processing.
  • Fig. 12 (a) shows the pulse wave signal in the time domain
  • Fig. 12 (b) shows the pulse wave signal in Fig. 12 (a).
  • 4 shows a spectrum obtained by performing FFT processing.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining conventional window processing.
  • FIGS. 14 (a), (b) and (c) are diagrams for explaining the conventional body motion component removal processing
  • FIG. 14 (a) shows a pulse wave signal on which a body motion component is superimposed.
  • Fig. 14 (b) shows the spectrum obtained by performing the FFT processing on the body motion signal
  • Fig. 14 (c) shows the spectrum obtained by performing the FFT processing on the body motion signal.
  • Figs. 14 (a) to 14 (b) Shows the spectrum as a result of subtracting.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the pulse meter according to the present embodiment has a function as a general digital wristwatch, and is used by switching between a clock mode and a pulse meter mode.
  • FIG. 1 is a view showing a mounting mode of the pulse monitor, in which an apparatus main body 10 having a wristwatch structure, a cable 20 connected to the apparatus main body 10, and a distal end side of the cable 20 are provided.
  • a pulse wave detection sensor unit pulse wave detection sensor
  • the device main body 10 is provided with a wristband 12 that is wound around the wrist from the 12 o'clock direction of the wristwatch and fixed at the 6 o'clock direction. With the wristband 12, the device main body 10 is attached to the wrist. It is removable.
  • the pulse wave detection sensor unit 30 is attached to the base of the index finger while being shielded from light by the sensor fixing band 40. Reasons for attaching the pulse wave detection sensor unit 30 to the base of the finger include removing obstacles during exercise by reducing the length of the cable 20 and reducing the influence of outside air.
  • FIG. 2 is a plan view showing the main body of the pulse monitor with a wristband and a cable removed
  • FIG. 3 is a side view of the pulse monitor as viewed from 3 o'clock.
  • the device main body 10 is provided with a watch case 11 (main body case) made of resin.
  • a pulse rate and the like are provided on the front side of the watch case 11, in addition to the current time and date.
  • a liquid crystal display device 13 (display device) for displaying pulse wave information and the like is configured.
  • the liquid crystal display device 13 has a first segment display area 13 1 located on the upper left of the display surface, a second segment display area 13 2 located on the upper right, and a second segment display area 13 2 located on the lower right.
  • 3 segment display area 1 3 3 and dot display area 1 3 4 located on the lower left side are provided.
  • Various information can be displayed graphically in the dot display area 134.
  • control for the display device is performed so that changes in pulse rate and the like are displayed on the liquid crystal display device 13 based on the detection result (pulse wave signal) of the pulse wave detection sensor unit 30.
  • a control unit 5 for performing signal processing on detection signals and the like. Since the control unit 5 also includes a timekeeping circuit, normal time, lap time, split time, and the like can be displayed on the liquid crystal display device 13.
  • Button switches 11 1 to 1 1 are provided on the outer periphery and surface of the clock case 11 for time adjustment, mode switching, lap time, external operation to start measurement of pulse wave information, and the like. 17 are provided.
  • the power supply of the arm-mounted pulse wave measuring device 1 is a button-shaped battery 59 built in the watch case 11, and the cable 20 supplies power from the battery 59 to the pulse wave detecting sensor unit 30.
  • the detection result of the pulse wave detection sensor unit 30 is input to the control unit 5 of the watch case 11.
  • the pulse meter 1 was used to increase the size of the main unit 10 at 3 o'clock and 9 o'clock, and at 9 o'clock in a wristwatch. And a large overhanging portion 101 in the direction of the wristband.
  • the wristband 12 is connected at a position biased toward the 3 o'clock direction.
  • a flat piezoelectric element 58 for a buzzer (for generating a notification sound) is arranged at 9 o'clock with respect to the battery 59. Since the battery 59 is heavier than the piezoelectric element 58, the position of the center of gravity of the apparatus main body 10 is biased toward 3 o'clock, but the wristband 12 is connected to this biased side to change the mounting state. Has stabilized. Furthermore, the main body 10 is made thinner by arranging the battery 59 and the piezoelectric element 58 in the plane direction, and the battery 59 is easily replaced by providing the battery lid 118 on the back surface 119. Has been realized.
  • A—3 Structure for attaching the pulse meter body to the arm
  • FIG. 3 in the direction of 12 o'clock of the watch case 11, there is formed a connecting portion 105 for holding the retaining shaft 121 attached to the end of the wristband 12: In the direction of 6 o'clock in the watch case 1 1, the wristband 12 wrapped around the arm is folded back in the middle position in the length direction, and the bracket 1 2 2 for holding this middle position is attached. A part 106 is formed.
  • the part from the back part 119 to the receiving part 106 is formed integrally with the watch case 11 and is approximately 1 15 with respect to the back part 119.
  • the rotation stop portion 108 has an angle of °. That is, when the main unit 10 is worn by the wristband 12 so as to be positioned on the upper surface L1 (on the back of the hand) of the right wrist L (arm), the rear surface 1 19 of the watch case 11 While being in close contact with the upper surface L1 of the wrist L, the rotation stopper 108 is in contact with the side L2 where the rib bone R is located.
  • the back part 1 19 of the main body 10 feels as if it straddles the lumbar R and the ulna U, while the rotation stop part 108 stops the rotation from the bent part 109 of the back part 1 19 From the part 108, it feels like it touches the bone bone R.
  • the rotation stop portion 108 and the back surface portion 119 form an anatomically ideal angle of about 115 °, the main body 10 is moved in the direction of the arrow A, and However, even if the user tries to turn the device main body 10 in the direction of arrow B, the main body 10 is not unnecessarily shifted.
  • the back part 119 and the rotation stop part 108 only restrict the rotation of the main body 10 at two places on one side around the arm, even if the arm is thin, the back part 119 and The anti-rotation portion 108 is securely in contact with the arm, so that the anti-rotation effect is reliably obtained, but the arm does not feel cramped even if it is thick.
  • A— 4 Pulse wave detection sensor unit configuration
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensor unit for detecting a pulse wave in the present embodiment.
  • the pulse wave detection sensor unit 30 has a component storage space 300 formed inside by covering a cover 302 on the back side of a sensor frame 36 as a case body. .
  • a circuit board 35 is arranged inside the component storage space 300.
  • An LED 31, a phototransistor 32, and other electronic components are mounted on the circuit board 35.
  • An end of the cable 20 is fixed to the pulse wave detection sensor unit 30 by a bush 393, and each wiring of the cable 20 is soldered on a pattern of each circuit board 35.
  • the pulse wave detection sensor unit 30 is applied to the finger so that the cable 20 is pulled out from the base of the finger toward the device body 10. It is attached.
  • the LED 31 and the phototransistor 32 are arranged along the length direction of the finger, of which the LED 31 is located at the tip of the finger and the phototransistor 32 is located at the base of the finger. Therefore, external light is less likely to reach the phototransistor 32.
  • a light transmitting window is formed by a light transmitting plate 34 made of a glass plate on the upper surface portion (substantial pulse wave signal detecting portion) of the sensor frame 36.
  • the LED 31 and the phototransistor 32 have their light emitting surface and light receiving surface facing the light transmitting plate 34, respectively. For this reason, when the finger surface is brought into close contact with the outer surface 341 of the light transmitting plate 34 (the contact surface with the finger surface, the sensor surface), the LED 31 emits light toward the finger surface, and the phototransistor is turned off. 32 receives the light reflected from the finger side of the light emitted by the LED 31.
  • the outer surface 341 of the light transmitting plate 34 is configured to protrude from the surrounding portion 361 in order to enhance the adhesion between the outer surface 341 of the light transmitting plate 34 and the finger surface.
  • an InGaN-based (indium-gallium-nitrogen-based) blue LED is used as the LED 31, and its emission spectrum has an emission peak at 450 nm, and its emission wavelength region is Range from 350 nm to 600 nm.
  • a GaAs P-based (gallium-arsenic-phosphorus-based) phototransistor is used as the phototransistor 32 in response to the LED 31 having such light emission characteristics. Has a main sensitivity range from 300 nm to 600 nm, and a sensitivity range below 300 nm.
  • the pulse wave detection sensor unit 30 configured as described above is attached to the base of the finger by the sensor fixing band 40, and in this state, when light is emitted from the LED 31 toward the finger, the light reaches the blood vessel. Some of the light is absorbed by hemoglobin in the blood and some is reflected. The light reflected from the finger (blood vessel) is received by the phototransistor 32, and the change in received light pressure corresponds to the change in blood pressure (pulse wave of blood). In other words, when the blood volume is large, the reflected light is weak, while when the blood pressure is low, the reflected light is strong. Therefore, if a change in the reflected light intensity is detected, the pulse rate and the like can be measured.
  • the LED 31 having an emission wavelength range of 350 nm to 600 nm and the phototransistor having an emission wavelength range of 300 nm to 600 nm 3 2 The pulse wave information is displayed based on the detection results in the wavelength range from about 300 nm to about 600 nm, which is the overlapping area, that is, the wavelength range of about 700 nm or less. I do. If such a pulse wave detection sensor unit 30 is used, even if external light hits the exposed part of the finger, light having a wavelength range of 70 O nm or less among the light included in the external light is converted to a photo-guide using the finger as a light guide. It does not reach the transistor 32 (light receiving part).
  • A—5 Connection structure between the pulse meter main unit and the pulse wave detection sensor unit
  • a connector portion 70 is formed on the surface side of the portion extending as the rotation stopping portion 108, and there is a connector portion 70.
  • the connector piece 80 formed at the end of the cable 20 can be attached and detached. Therefore, if the connector piece 80 is detached from the connector part 70, the pulse wave meter 1 can be used as a normal wristwatch / stopwatch (in this case, a predetermined connector cover is attached and the connector part 70 is attached). Protect) .
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a main part of the control unit 5 formed inside the main body of the pulse meter.
  • a body such as an acceleration sensor is provided inside the main body of the pulse meter.
  • a motion detection sensor 101 is provided, and the control unit 5 controls the body motion detection sensor. Based on the detection result of the sensor 101 (body motion signal) and the detection result of the pulse wave detection sensor 30 (pulse wave signal), a configuration is provided for obtaining the pulse rate and the exercise pitch.
  • 501 is a pulse wave signal amplification circuit that amplifies and outputs the detection result (pulse wave signal) of the pulse wave detection sensor unit 30, and 502 is a pulse wave signal amplification circuit 501.
  • An AZD converter that converts an output (analog voltage signal) into a digital signal of a predetermined bit (for example, 127-127) and outputs it, 503 temporarily stores the output of the AZD converter 502 Output buffer.
  • the capacity of the buffer 503 is appropriately set in accordance with the detection time (for example, 16 seconds) in the subsequent frequency analysis.
  • a detection value equivalent to 4 seconds can be stored. There is.
  • the detected value of 4 seconds in the buffer 503 is output immediately after the end of the impulse noise detection processing described later, so that this 4 seconds hardly affects the delay time of the entire device. Not really.
  • Numeral 505 denotes an impulse noise detecting means, which determines whether or not the detected value stored in the buffer 503 is affected by the impulse noise, and outputs a determination result.
  • the above determination method is optional, here, “1” is set when the ratio of the detection value outside the predetermined range to the total number of detection values in the buffer 503 exceeds a predetermined threshold value, In other cases, "0" is output as the judgment result.
  • Reference numerals 506 to 508 denote first to third digital filters, which sequentially remove the impulse noise, pseudo window processing, and the body of the pulse wave signal output from the knocker 503. A moving component removal process is performed.
  • each digital fill for example, a FIR fill is preferably used.
  • Reference numeral 509 denotes a frequency analysis unit that performs frequency analysis (for example, FFT processing) on the pulse wave signal output from the third digital filter 508, and outputs the result (spectrum).
  • a storage means capable of storing the pulse wave signal from the digital filter 508 for a predetermined detection time (for example, 16 seconds) is provided.
  • reference numeral 510 denotes a body motion signal amplifying circuit that amplifies and outputs the detection result (body motion signal) of the body motion detection sensor 101
  • reference numeral 511 denotes an output of the body motion signal amplifying circuit 5 (Analog voltage signal) is converted to a digital signal of a predetermined bit (for example, 127-127).
  • the output AZD converter, 512 is a buffer for temporarily storing and outputting the output of the AZD converter 511, and has the same capacity as the buffer 503.
  • Reference numeral 513 denotes a frequency analysis unit having the same configuration as that of the frequency analysis unit 509.
  • the frequency analysis unit 513 performs a frequency analysis (for example, FFT processing) on the body motion signal output from the buffer 512, and obtains the result (S ⁇ ). Output).
  • a frequency analysis for example, FFT processing
  • the storage means of each of the frequency analysis units 509 and 513 is provided on the same memory (for example, RAM).
  • 5 14 is a pulse wave square wave processing means for converting the pulse wave signal from the pulse wave signal amplifier circuit 501 into a rectangular wave and outputting the same
  • 5 15 is a body motion signal from the body motion signal amplifier circuit 5 10
  • Signal detecting means that outputs a body motion detection signal when the amplitude of the signal exceeds a predetermined value (for example, 50 [mV])
  • 516 is the output result of each frequency analysis section 509, 513
  • Pulse wave and body motion component extraction means for extracting and outputting a frequency corresponding to the pulse and a frequency corresponding to the pitch of the body motion from the pulse wave and square wave signal processing means 5
  • It is a calculation method switching unit that inputs each frequency from the pulse wave-body motion component extraction unit 5 16 and outputs a signal for calculating the pulse rate and the pitch. Switches the signal to be output to the subsequent stage based on the body motion detection signal.
  • the process of obtaining the frequency for the pitch of the body motion (the frequency of the fundamental wave of the body
  • the calculation method switching means 5 17 When receiving the no-body-motion signal from the body-motion signal detecting means 5 15, the calculation method switching means 5 17 receives the rectangular wave signal from the pulse-wave rectangular wave processing means 5 14 and the pulse wave The frequency and the frequency corresponding to the pitch of the body motion extracted in 516 are output to the subsequent stage, and the octano converter 502, the buffer 503, the impulse noise detecting means 505, the first to third The operation of the digital filter 506 to 508 and the frequency analysis unit 509 is stopped.
  • reference numeral 518 denotes a pulse rate calculating means for calculating a pulse rate based on the frequency of the fundamental wave or the rectangular wave signal of the pulse wave supplied via the calculation method switching means 5 17, and 519 denotes a pulse rate calculating means.
  • the calculation of the pulse rate / pitch from the square wave signal is performed by measuring the period of the square wave and measuring This is achieved by multiplying the reciprocal of the value by the constant "60".
  • reference numeral 52 denotes a first coefficient calculating means for calculating and outputting a coefficient to be set in the first digital filter 506 based on the calculation result (pulse rate) of the pulse rate calculating means 5 18.
  • the characteristic of the first digital filter 506 is determined by the first digital filter 506 when the judgment result of the impulse noise detecting means 505 is “1”, that is, only when the impulse noise is detected.
  • the characteristic is represented by the coefficient calculated by the coefficient calculation means 520 of the above. In other cases, the characteristic is a through (all regions pass).
  • the coefficients output by the first coefficient calculating means 520 include a reference frequency (reference frequency) fbl and cutoff frequencies f 1 and fh, and the reference frequency fb 1 is detected immediately before.
  • the cutoff frequencies f 1 and fh are set based on the pulse rate. For example, when the fluctuation of the pulse rate is large and the stability of the pulse transition is low, the fluctuation of the pulse rate is small and the stability of the pulse transition is high so that the interval with the reference frequency fb 1 is widened.
  • the cut-off frequency f so that the distance from the reference frequency f 1 becomes narrow
  • f h is set. Note that a mode in which the cutoff frequencies f and f h are set so that the interval from the reference frequency f b 1 is constant can be considered.
  • FIG. 6A shows an example of the characteristic of the first digital filter specified by the coefficient value output from the first coefficient calculating means 520.
  • the characteristic set in the first digital filter 506 when impulse noise is detected in the impulse noise detecting means 505 is the peak of the peak at which the reference level fb1 has the highest pass level. Type. That is, the signal input to the first digital filter 506 has a low attenuation rate near the reference frequency f b 1 in the frequency domain, and the reference frequency f b
  • the attenuation rate increases as the distance from 1 increases, and the cutoff frequency f
  • the output value of the first digital filter 506 at the time of impulse noise detection is the weighted average value of the five sample points.
  • Reference numeral 521 denotes a second coefficient calculating means for calculating and outputting a coefficient to be set in the second digital filter 507 based on the calculation result (pulse rate) of the pulse rate calculating means 518 (characteristics) Setting means), and the characteristic of the second digital filter 507 is, without exception, the characteristic represented by the coefficient calculated by the second coefficient calculating means 521.
  • FIG. 6B shows an example of the characteristic of the second digital filter 507 specified by the coefficient value output from the second coefficient calculating means 521.
  • the characteristic set in the second digital filter 507 is a mountain shape in which the attenuation rate of the reference frequency fb1 is the lowest, and the attenuation rate gradually increases toward the base. Becomes
  • the second coefficient calculating means 521 includes a storing means for storing a predetermined number of the latest pulse rates, and stores a coefficient corresponding to the fluctuation of the pulse rate stored in the storing means in the second digital filter. Evening Supply to 507 to change the slope of the characteristic ridgeline. For example, when the fluctuation of the pulse rate is small, the inclination of the ridge line is made steep, and when the fluctuation is large, the inclination of the ridge line is made gentle. By doing so, it is possible to reduce a noise component other than the pulse wave component while avoiding a situation in which the pulse wave component is significantly reduced from the pulse wave signal.
  • 5 2 2 is a third coefficient calculating means (characteristic setting means) which calculates and outputs a coefficient to be set in the third digital filter 508 based on the calculation result (pitch) in the pitch calculating means 5 19
  • the characteristic of the third digital filter 508 is, without exception, the characteristic represented by the coefficient calculated by the third coefficient calculating means 522.
  • FIG. 6 (c) an example of the characteristic of the third digital filter 508 specified by the coefficient value output from the third coefficient calculating means 522 is shown in FIG. 6 (c).
  • the characteristic set in the third digital filter 508 is a narrowed characteristic at a frequency twice the reference frequency fb 2 (the frequency of the fundamental wave of body motion), that is, the reference frequency fb 2 Frequency component of (body (Dynamic component).
  • the third coefficient calculating means 5 22 2 includes a storing means for storing a predetermined number of the latest pitches, and stores a coefficient corresponding to the variation of the pitch stored in the storing means in the third digital filter 5.
  • Supply to 0 8 to change the strength of the constriction For example, when the fluctuation of the pitch is small, the above-mentioned constriction is strengthened, and the component of the double frequency of the fundamental frequency fb2 is greatly attenuated. When the fluctuation is large, the above-mentioned constriction is weakened and the fundamental frequency fb is reduced. Even a component with a frequency of 2 times should not be attenuated too much. By doing so, it is possible to significantly reduce noise components (body motion components) other than the pulse wave component while avoiding a situation in which the pulse wave component is significantly reduced from the pulse wave signal. .
  • noise components body motion components
  • the liquid crystal display device 13 numerically displays the pulse rate and the pitch in a predetermined area, but displays pictograms corresponding to the numerical values, graphs indicating the state of the change in the pulse rate and the pitch, and the like. You may do so. Also, a waveform (pulse wave waveform) represented by a pulse wave signal output from the third digital filter 508 may be displayed in a sweep manner.
  • circuit elements such as a CPU, a ROM, and a RAM.
  • the description of which circuit element realizes the component described above is omitted. From the viewpoint of space saving and cost reduction, it is desirable to design the clock mode and the pulsimeter mode to use the above circuit elements as much as possible.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of basic processing in the pulse rate mode.
  • the pulse wave detection sensor unit 30 and the body motion detection sensor 101 in the pulse meter mode, the pulse wave detection sensor unit 30 and the body motion detection sensor 101 always output a pulse wave signal and a body motion signal.
  • the body motion signal output from the body motion detection sensor 101 is amplified by the body motion signal amplification circuit 510 and supplied to the body motion signal detection means 515.
  • a body motion detection signal serving as a reference for switching the calculation method of the pulse rate is supplied from the body motion signal detection means 5 15 to the calculation method switching means 5 17.
  • the calculation method switching means 5 17 switches the calculation method of the pulse rate (frequency analysis method Z rectangular wave processing method) based on the body motion detection signal supplied from the body motion signal detection means 5 15 (step S40) 1, 402).
  • the body motion detection signal is supplied from the body motion signal detection means 5 15 and when the time during which the body motion detection signal is not supplied is less than a predetermined time, And the pulse wave / body motion component extraction means 5 16 is supplied as it is to the subsequent pulse rate calculation means 5 18 and the pitch calculation means 5 19 to determine the calculation method. Switch to frequency analysis method. Conversely, when the time during which the body motion detection signal is not supplied is equal to or longer than a predetermined time, it is determined that there is no body motion, and the square wave signal and the pulse from the pulse wave square wave processing means 5 14 are determined.
  • the calculation method is switched to the square wave processing method by supplying the frequency corresponding to the pitch of the body movement from the wave / body movement component extraction means 5 16 to the subsequent pulse rate calculation means 5 18 and the pitch calculation means 5 19 You.
  • operation of unnecessary circuit elements or power supply to the same circuit elements is stopped in each method.
  • the pulse wave signal detected by the pulse wave detection sensor 30 is amplified by the pulse wave signal amplification circuit 501, It is converted into a rectangular wave signal by the pulse wave rectangular wave processing means 5 14 and supplied to the pulse rate calculating means 5 18 via the arithmetic method switching means 5 17.
  • a body motion signal detected by the body motion detection sensor 101 is amplified by a body motion signal amplifier circuit 510, converted into a digital signal by an AZD converter 511, and converted to a buffer 511. Stored temporarily in 2.
  • the body motion signal output from the buffer 512 is subjected to frequency analysis processing (for example, FFT processing with a detection time of 16 seconds) by the frequency analysis section 5222, and the frequency
  • frequency analysis processing for example, FFT processing with a detection time of 16 seconds
  • the frequency of the fundamental wave of body motion is extracted by the pulse wave / body motion component extracting means 5 16 from the numerical analysis result.
  • the pulse wave / body motion component extraction means 516 obtains the frequency of the pulse wave and the fundamental wave of the body motion from the respective frequency analysis results (spectrum) will be described with reference to FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a frequency analysis result of a body motion signal.
  • the frequency component of the body motion is more than the frequency component of the fundamental wave (the fundamental wave of the arm swing).
  • the frequency component of the second harmonic is at a higher level.
  • the fundamental wave of body motion corresponds to a pendulum motion in which the arm swings and pulls back in one cycle.It is difficult to make the arm swing smoothly in normal running, so the level of this component is low.
  • the second harmonic component of the body motion is equivalent to the vertical motion that occurs even when the right foot is stepped and the acceleration that is applied to the moment when the arm swings and pulls back when the left foot is stepped. This is because the level of this component is higher.
  • the second harmonic component of body motion is characteristically easier to obtain.
  • the range where the second harmonic appears can be covered in the range of 2 to 4 [Hz] even if the running pace is fast or slow. Therefore, detection accuracy can be improved by extracting the characteristic second harmonic component after limiting to this region.
  • the frequency (fs) of the highest-level spectral line is obtained from the frequency analysis result of the body motion signal, and then, the frequency range of 1Z2 of fs is equal to or higher than a predetermined threshold. It is determined whether or not there is a spectrum line of the level. If it is determined to be present, specify fs as the frequency of the second harmonic of body motion and fs Z 2 as the frequency of the fundamental wave of body motion. If it is determined that the frequency does not exist, fs is assumed to be the frequency of the third harmonic, and whether or not a spectrum line having a level equal to or higher than a predetermined threshold value exists in the frequency domain of fs Z3 is determined.
  • fs Z 3 is specified as the frequency of the fundamental wave of body motion
  • fs is specified as the frequency of the fundamental wave of body motion.
  • the reason for considering up to the third harmonic is that the range of 2 to 4 [Hz] is assumed as the range where the fundamental wave of body motion can exist.
  • the frequency of the fundamental wave of the body motion specified in this way is supplied to the pitch calculation means 5 19 via the calculation method switching means 5 17. The above is the process of step S407 in FIG.
  • the pulse rate calculating means 5 18 calculates the period (inter-wave value) of the rectangular wave signal supplied via the pulse wave / body motion component extracting means 5 16 and multiplies the reciprocal (frequency) of this period by 60.
  • the calculated value is used as the pulse rate
  • the pitch calculating means 5 19 sets the pitch obtained by multiplying the frequency supplied via the pulse wave / body motion component extracting means 5 16 by 60 (step S 4 08 ).
  • Each calculating means 5 18 is configured to supply the calculated pulse rate to the coefficient calculating means 5 20 and 5 21, and each calculating means 5 19 is configured to supply the calculated pitch to the coefficient calculating means 5 22. However, this supply process is stopped while the rectangular wave processing method is selected (of course, the supply process may be continued in any case).
  • the pulse wave number and the pitch calculated by the calculation means 518 and 519 are supplied to the liquid crystal display device 13 and displayed, and visually recognized by the user (step S409). Needless to say, a mode may be adopted in which the pulse rate and pitch are notified by voice, and appeal is made to the senses other than the visual sense.
  • the pulse wave signal detected by the pulse wave detection sensor unit 30 is amplified by the pulse wave signal amplifier circuit 501, and the A / D converter 50 The signal is converted into a digital signal (takes an integer value of, for example, 127 to 127) by 2 (step S403), and is temporarily stored in the buffer 503.
  • the same processing as that of the above-mentioned “B-2: rectangular wave processing method” is performed on the body motion signal, and the frequency of the fundamental wave of the body motion is obtained.
  • the pulse wave signal temporarily stored in the buffer 503 is subjected to filter processing by the first to third digital filters 506 to 508, and a noise component in the pulse wave signal is processed. Is reduced or eliminated (step S404).
  • this filter processing will be described in order.
  • the impulse noise detection means 505 sends a signal indicating that no impulse noise was detected (for example, if the value is " 0 ") is output from the buffer 503 to the first digital filter 506 at the timing when the detected value is output.
  • the first digital filter 506 includes a first coefficient calculating means based on the pulse rate calculated immediately before.
  • the coefficient calculated by 520 is supplied, since a signal indicating that no impulse noise is detected is supplied from the impulse noise detecting means 505, the characteristics thereof are all-through. Therefore, the pulse wave signal is supplied to the second digital filter 507 as it is.
  • the detection value stored in the buffer 503 is affected by the impulse noise, specifically, the ratio of the detection value outside the predetermined range to the total number of detection values in the buffer 503 is If the predetermined threshold value is exceeded, a signal indicating that impulse noise has been detected (for example, a signal having a value of “1”) is sent from the impulse noise detection means 505 to the buffer 503. Output at the timing when the above detection value is output to the digital filter 506 of 1.
  • the characteristics of the first digital filter 506 are as shown in FIG. 6A, and components other than the expected frequency component of the pulse wave are attenuated or cut off.
  • FIG. 9 (a) shows an example of the waveform of the pulse wave signal before filtering by the first digital filter 506
  • FIG. 9 (b) shows the FFT processing result thereof
  • FIG. Fig. 10 (a) shows an example of the waveform of the pulse wave signal after the digital filter 506 of Fig. 1 is applied
  • Fig. 10 (b) shows the result of the FFT processing.
  • the first digital filter 506 significantly attenuates low-frequency components (impulse noise). That is, the first digital filter 506 significantly reduces or eliminates the impulse noise component in the pulse wave signal.
  • the coefficient calculated by the second coefficient calculating means 521 based on the pulse rate calculated immediately before is supplied to the second digital filter 507.
  • the characteristic is such that the degree of attenuation increases with distance from the frequency of the pulse wave. Therefore, noise components other than the impulse noise are also attenuated here.
  • the pulse rate is sudden, like at rest T If the frequency does not change drastically, frequencies slightly deviating from the expected pulse wave frequency are also considered to be noise components.
  • the second coefficient calculating means 5 21 sets the slope of the ridge line in FIG. 6 (b) to be steep when the change in pulse rate is small, and to make the slope gentle when the change in pulse rate is large.
  • the noise component is attenuated without much attenuating the original pulse wave component.
  • the third digital filter 508 is supplied with the coefficients calculated by the third coefficient calculating means 522 on the basis of the pitch calculated immediately before, and the characteristics are shown in FIG. 6 (c). It has become something like As described above, since the reference frequency fb 2 is the frequency of the fundamental wave of the body motion, the third digital filter 508 attenuates the fundamental wave component and the harmonic component of the body motion in the pulse wave signal. .
  • the third coefficient calculating means 5 2 (c) The constriction is strengthened, and if the change in the pitch is large, the constriction is weakened. If the pitch does not change rapidly, the body motion component is greatly attenuated and removed, and the If the pitch fluctuates rapidly, the previous pitch may be significantly different from the current pitch, so the attenuation of the body motion component is kept to a small extent.
  • the pulse wave signal thus shaped is subjected to predetermined frequency analysis processing (FFT processing with a detection time of 16 seconds in this embodiment) by the frequency analysis section 509 (step S405).
  • predetermined frequency analysis processing FFT processing with a detection time of 16 seconds in this embodiment
  • the pulse wave / body motion component extraction means 516 specifies the frequency of the pulse wave and the fundamental wave of the body motion from the results of each frequency analysis (spectrum) (step S406).
  • the process of obtaining the frequency of the fundamental wave of the pulse wave will be described.
  • the pulse wave / body motion component extraction means 5 16 first selects spectral lines in descending order from the frequency analysis result of the pulse wave signal, and sequentially selects the frequency of the selected spectral line and the fundamental wave of body motion. Compare the frequency (for example, fs / 2) and the frequency of harmonics (for example, fs, 3fs / 2), and if they do not match, replace the frequency of the relevant spectral line with that of the pulse wave. Specified as T / JP9 wave frequency. The frequency of the fundamental wave of the pulse wave specified in this way is supplied to the pulse rate calculating means 5 18 via the calculating method switching means 5 17.
  • the fundamental and harmonic components of body motion in the pulse wave signal are greatly attenuated or eliminated by the third digital filter 509.
  • the frequency of the highest-level spectrum line in the analysis result may be specified as the frequency of the fundamental wave of the pulse wave.
  • the amount of attenuation of the fundamental and harmonic components of the body motion due to the third digital filter is small, so the remaining body motion component There is a possibility that this spectrum line will be selected as the spectrum line of the fundamental wave of the pulse wave. Therefore, it is desirable to change the processing according to the degree of change in pitch.
  • the pulse rate calculating means 518 supplied with the frequency of the fundamental wave of the pulse wave calculates the pulse rate from the frequency, and the pulse rate is calculated by the liquid crystal display device 13 and the first coefficient calculating means. 5 20 and the second coefficient calculating means 5 2 1. Further, the pitch calculating means 519 supplied with the frequency of the fundamental wave of the body motion calculates the pitch from the frequency, and the pitch is supplied to the liquid crystal display device 13 and the third coefficient calculating means 522. (Step S408).
  • the values supplied to 2 are the respective frequencies supplied via the operation method switching means 5 17, and the respective coefficient calculating means 5 20 to 5 2 2 calculate the coefficients based on the respective frequencies. May be designed.
  • the pulse rate and the pitch supplied to the liquid crystal display device 13 are displayed in the corresponding area and notified to the user (step S409).
  • the noise components in the pulse wave signal can be attenuated or removed by the first to third digital filters 506 to 508.
  • the accuracy of the pulse rate detection process by analysis can be improved.
  • the pulse wave signal itself is shaped, for example, in a mode in which the pulse wave waveform itself is displayed, a more accurate pulse wave waveform can be displayed.
  • the first digital filter when no impulse noise is generated, the whole area is through, so that it is not necessary to filter the pulse wave signal on which the impulse noise is not superimposed.
  • the impulse noise component is mainly attenuated or removed by the filtering, there is no possibility that the original pulse wave component in the overlap portion of the impulse noise is largely attenuated or removed.
  • the second digital filter there is no frequency component to be removed, and only attenuation is performed, so even if the pulse rate changes suddenly, the original pulse wave component is removed. There is no danger.
  • the third digital filter greatly attenuates or removes the frequency components of the fundamental wave and the higher harmonics of the body motion, the subsequent processing can be reduced.
  • the characteristics can be changed according to the degree of change in the pulse rate or the pitch, so that a more accurate pulse waveform and pulse rate can be obtained. Can be.
  • the first to third digital filters are used at the same time, but it is also possible to use only one or two of them. Further, the second and third digital filters may be combined so as to be realized as one file. Furthermore, a mode in which the buffer and the impulse noise detection means are omitted and the first digital filter is used for all pulse wave signals can be considered. In this case, the first to third digital filters can be realized as one filter. Also, the mounting mode is not limited to a wristwatch such as a necklace or glasses. Of course, the device may be a pulse meter alone or a device for detecting a pulse wave.

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Description

明 細 書 脈波検出装置および脈拍計 技 術 分 野 この発明は、 脈波を検出する脈波検出装置、 および当該脈波検出装置を用いた 脈拍計に関する。 技 術 背 景 従来より、 脈波を検出して脈拍数を算出 ·告知する脈拍計が市販されている。 この種の脈拍計は、 人体の被測定部位に近接配置された脈波検出用センサからの 出力信号 （脈波信号） を用いて脈拍数を算出する。 脈拍数の算出方法としては、 以下に述べる矩形波処理による方法および周波数分析による方法が知られている。
(A) 矩形波処理による方法
矩形波処理による方法では、 脈波信号を矩形波に変換し、 この矩形波の周期を 測定して脈拍数 （脈拍数は周期の逆数に比例する） を算出する。 すなわち、 脈波 信号のレベルの変動をそのまま時間領域で調べることによって脈拍数を算出して おり、 少ない演算量かつ小規模な回路構成で脈拍数を算出することができるとい う特徴がある。
( B ) 周波数分析による方法
周波数分析による方法では、 脈波信号を周波数解析し、 その結果として得られ るスぺクトラムにおける最大レベルのスぺクトル線を抽出し、 当該スぺクトル線 の周波数から脈拍数を算出する。 すなわち、 脈波信号に対して周波数領域でのレ ベル比較を行って脈拍数を算出している。 なお、 周波数解析方法としては、 通常、 F F Tが採用される。 ところで、 脈波検出用センサの出力には脈波成分以外のノイズが重畳すること がある。 ここで重畳するノイズは、 定常ノイズとは限らないので、 入力段にアナ ログフィルタを設けただけでは、 その影響を十分に取り除くことができない。 そ こで、 本出願人は、 以下に述べるノイズの影響を低減する処理 （1) 〜 （3) を 提案している。
(1) インパルスノイズ消去処理
ここでいうインパルスノイズとは、 突発的に発生するノイズの総称であり、 こ のインパルスノイズが重畳した脈波信号の一例を図 1 1に示す。 なお、 図 1 1 (a) には時間領域における脈波信号が、 図 1 1 (b) には当該脈波信号に FF T処理を施して得られるスぺクトラムが示されている。 図から明らかなように、 インパルスノイズが重畳したために、 図 1 1 (a) 中の期間 t l〜 t 2において 脈波信号が異常に変化し、 図 1 1 (b) においては、 脈波の基本波を表すスぺク トル線 S Pよりも高レベルのスペクトル線が存在している。 前述したように、 周 波数分析による方法では、 最も高レベルのスぺクトル線に基づいて脈拍数を算出 するので、 図に示すようなィンパルスノィズが重畳した脈波信号に対して周波数 分析を行っても正確な脈拍数を算出することはできない。
そこで、 本出願人は、 上述したインパルスノイズの発生原因となる事象の有無 を監視し、 その監視結果に基づいて、 インパルスノイズが重畳する虞がある場合 には、 脈波信号中のインパルスノイズを含む区間 （例えば図 1 1 (a) 中の期間 t 1〜！： 2) にダミー信号を挿入した後に周波数分析を行う装置を提案している (詳しくは、 特願平 7 _ 273238号の特許願に添付した明細書および図面： 特開平 9— 1 13653号公報参照） 。 この装置によれば、 例えば、 図 12 (a) に示すように、 インパルスノイズが重畳していた期間 t l〜 t 2に値が 0のダミ 一信号が挿入されるので、 図 12 (b) に示すように、 FFT処理の結果として 得られるスぺクトラムにおいて、 脈波の基本波を表すスぺクトル線 S Pが最も高 レベルのスペクトル線となる。 なお、 図 12 (a) および図 12 (b) から明ら かなように、 上述した装置は周波数分析を前提としている。
(2) ウィンドウ処理 通常、 脈波 （脈拍数） の変化は連続的であり、 前回の検出値から大きくずれる 可能性は低い。 このことを利用して、 前回の検出値に一定の係数を掛けて今回の 検出値の適正な範囲 （ウィンドウ） を設定し、 範囲外の検出値が得られた場合に はこれをノイズによる異常値として除去する処理がウィンドウ処理である。なお、 脈拍数に対するウィンドウの追従性が悪いと、 図 1 3に示すように、 運動開始時 ( t 1 ) などの脈拍数が急激に変化し得るときには追従できず、 その結果、 検出 値が正常値であっても異常値として除去されてしまうという現象が発生する。 し かも、 この現象は、 ウィンドウが正しく補正されるまで継続する。 そこで、 本出 願人はウィンドウの追従性を向上させる技術を提案している （詳しくは、 特願平 8 - 2 4 5 1 1号の特許願に添付した明細書および図面：特開平 9一 1 5 4 8 2 5号公報参照） 。
( 3 ) 体動成分除去処理
前述したように、 脈波検出用センサは、 通常、 使用者の被測定部位に近接配置 されるので、 使用者が運動している場合には、 その体動成分が脈波信号に重畳し てしまう。 ここで、 このような体動成分が重畳した脈波信号に F F T処理を施し て得られるスペクトラムを図 1 4 ( a ) に例示する。 この図に示す例では、 図中 左側のスペクトル線群が脈波成分、 右側のスペクトル線群が体動成分であり、 い ずれの群のスペクトル線も同等程度のレベルとなっている。 もちろん、 図 1 4 ( a ) は一例にすぎず、 場合によっては、 体動成分のスペクトル線中に最も高レ ベルのスペクトル線が存在することもあり得る。 したがって、 体動成分が重畳し た脈波信号に対して周波数分析を行っても正確な脈拍数を算出することはできな い。
そこで、 本出願人は、 体動検出用センサを設け、 図 1 4 ( a ) に示すスぺクト ラムから、 当該体動検出用センサの出力信号 （体動信号） に F F T処理を施して 得たスペクトラム （図 1 4 ( b ) ) を減算し、 図 1 4 ( c ) に示すような脈波成 分のみからなるスぺクトラムを得た後に、 最も高レベルのスぺクトル線を選択す る装置を提案している （詳しくは、 特開平 7— 2 2 7 3 3 8号公報参照） 。 この 装置によれば、 図から明らかなように、 選択されるスペクトル線は、 脈波の基本 波を表すスペクトル線 S Pとなる。 なお、 スペクトラムの減算を行うことから明 らかなように、 上述した装置は周波数分析を前提としている。 ところで、 （1 ) のインパルスノイズ除去処理では、 インパルスノイズの発生 原因となる事象、 例えば、 腕時計型に適用した場合にはバックライトの点灯ゃァ ラームの鳴鐘などを予め設定しておき、 設定された事象発生時に脈波信号にダミ —信号を挿入している。 しかしながら、 一般的なインパルスノイズは自装置の内 部状態に無関係に発生することもあり、 それら全ての事象を検出することは極め て困難である。 一方、 事象の発生に関わらずにダミー信号を挿入するようにすれ ば、 インパルスノイズを完全に除去することができるが、 本来の脈波成分も全て 除去されてしまう。 すなわち、 （1 ) の処理だけでは本来の脈波成分への影響を 最小に抑制しつつ全てのィンパルスノィズを除去することは困難である。
また、 （2 ) のウィンドウ処理では、 ウィンドウ外の検出値は除去されるので、 ウィンドウの変化が脈拍の変化に追従できない場合 （例えば不整脈が発生した場 合） には、 正当な検出値が異常値として除去されてしまう。
さらに、 （3 ) の体動成分除去処理では、 スペクトラムの減算を行うようにし ているが、 実際には脈波検出用センサの出力中の体動成分 （図 1 4 ( a ) 中右側） と、 体動検出用センサの出力中の体動成分 （図 1 4 ( b ) ) とが完全には一致し ないことがあり、 このような場合には、 前者から後者を減算しても体動成分を完 全に除去することはできない。
発明の開示 この発明はこのような背景の下になされたもので、 脈波波形からノイズ成分を 適切に除去した脈波信号を得ることができる脈波検出装置を提供することを第 1 の目的とし、 当該脈波検出装置を用いて脈拍数を高い精度で求めることができる 脈拍計を提供することを第 2の目的としている。 上記課題を解決するために、 本発明に係る脈波検出装置の第 1の構成は、 脈波 を検出し脈波信号を出力する脈波検出用センサと、 前記脈波検出用センサから出 力される脈波信号をフィルタリングして出力する可変特性のフィル夕と、 前記フ ィル夕でフィルタリングされた脈波信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出 手段と、 前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数に基づいて前記フィル夕の特性 を設定する特性設定手段とを具備し、 前記フィル夕に、 フィルタリング後の脈波 信号に基づいて算出された脈拍数に応じた特性を設定するようにしている。 した がって、 フィルタリング後の脈波信号中の脈波成分以外の成分を低減することが 可能であり、 より高い精度で脈波を検出することができる。
さらに、 上記第 1の構成において、 前記脈波センサから出力される脈波信号を 一時格納してから前記フィル夕へ出力するバッファと、 前記バッファに一時格納 設け、 前記特性設定手段が前記ィンパルスノィズ検出手段の検出結果をも加味し て前記フィル夕の特性を設定するようにしてもよい。 この場合には、 例えば、 前 記ィンパルスノィズ検出手段がィンパルスノィズを検出した脈波信号に対して前 記フィル夕が選択的にフィルタリングを行うことにより、 本来の脈波成分を大幅 に低減または除去することなく、 インパルスノィズ成分を低減または除去するこ とができる。
また、 上記第 1の構成において、 前記フィル夕を、 脈波信号の通過レベルが基 準周波数から脈波の基本波の下限周波数および上限周波数にかけて緩やかに低く なるよう構成し、 前記特性設定手段が前記基準周波数を設定することで前記フィ ル夕の特性を設定するようにしてもよい。 この場合には、 本来の脈波成分を大幅 に低減または除去することなく、 ノィズ成分を全体的に低減することができる。 なお、 基準周波数とは前回の脈拍数に応じた周波数である。
さらに、 上述した各構成において、 前記特性設定手段を、 前記脈拍数算出手段 で算出された脈拍数の変動状況に応じて前記フィルタに設定する特性を変更する ように構成してもよい。 この場合には、 より高い精度で脈波を検出することがで さる。
また、 上記各構成の脈波検出装置に、 前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数 を告知する告知手段を設けることで、 高い精度で脈拍数を測定する脈拍計を実現 するようにしてもよい。 また、 前述の課題を解決するために、 本発明に係る脈波検出装置の第 2の構成 は、 脈波を検出し脈波信号を出力する脈波検出用センサと、 前記脈波検出用セン ザから出力される脈波信号をフィルタリングして出力する可変特性のフィルタと、 体動を検出し体動信号を出力する体動検出用センサと、 前記体動検出用センサか ら出力される体動信号に基づいて体動のピッチを算出するピッチ算出手段と、 前 記ピッチ算出手段で算出されたピッチに基づいて前記フィル夕の特性を設定する 特性設定手段とを具備し、 前記フィル夕に、 前記体動検出用センサから出力され る体動信号に基づいて算出された体動のピッチに応じた特性を設定するようにし ている。 したがって、 フィルタリング後の脈波信号中の体動によるノイズ成分を 低減することが可能であり、 より高い精度で脈波を検出することができる。
さらに、 上記第 2の構成において、 前記特性設定手段を、 前記ピッチ算出手段 で算出されたピッチの変動状況に応じて前記フィル夕に設定する特性を変更する ように構成してもよい。 この場合には、 より高い精度で脈波を検出することがで さる。
また、 上記各構成の脈波検出装置に、 前記フィル夕でフィル夕リングされた脈 波信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出手段と、 前記脈拍数算出手段で算 出された脈拍数を告知する告知手段とを設けることで、 高い精度で脈拍数を測定 する脈拍計を実現するようにしてもよい。
図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の一実施形態による脈拍計の装着態様を示す図である。
図 2は、 同脈拍計の装置本体をリストバンドやケーブルなどを外した状態で示 す平面図である。
図 3は、 同脈拍計を 3時の方向から眺めた側面図である。 図 4は、 同脈拍計の脈波検出用センサュニット 30の断面図である。
図 5は、 同脈拍計の本体内部に構成されている制御部 5の要部の構成を示すブ 口ック図である。
図 6は、 同脈拍計におけるデジタルフィル夕の特性例を示す図であり、 （a) は第 1のデジタルフィル夕の特性、 （b)は第 2のデジタルフィル夕の特性、 （c) は第 3のデジタルフィル夕の特性を示す。
図 7は、 同脈拍計の基本的処理の流れを示すフローチャートである。
図 8は、 同脈拍計において、 体動の基本波の周波数を求める処理を説明するた めの図である。
図 9 (a) は同脈拍計の第 1のデジタルフィル夕によるフィル夕処理前の脈波 信号の波形の例を、 図 9 (b) は図 9 (a) の F FT処理結果を示す図である。 図 10 (a) は図 9 (a) の信号を第 1のデジタルフィル夕によってフィル夕 処理した後の脈波信号の波形の例を、 図 10 (b) は図 10 (a) の FFT処理 結果を示す図である。
図 1 1 (a) および （b) は、 それぞれ、 インパルスノイズが重畳した脈波信 号の一例を示す図であり、 図 1 1 (a) は時間領域における脈波信号を、 図 1 1
(b) は図 1 1 (a) の脈波信号に F FT処理を施して得られるスペクトラムを 示す。
図 12は、従来のィンパルスノイズ消去処理について説明するための図であり、 図 12 (a) は時間領域における脈波信号を、 図 12 (b) は図 12 (a) の脈 波信号に F FT処理を施して得られるスぺクトラムを示す。
図 13は、 従来のウインドウ処理について説明するための図である。
図 14 (a) , (b) および （c) は、 それぞれ、 従来の体動成分除去処理に ついて説明するための図であり、 図 14 (a) は体動成分が重畳した脈波信号に F FT処理を施して得られるスペクトラムを、 図 14 (b) は体動信号に FFT 処理を施して得たスぺクトラムを、 図 14 (c) は図 14 (a) から図 14 (b) を減算した結果のスペクトラムを示す。 発明を実施するための最良の形態 以下、 図面を参照して、 この発明の実施形態について説明する。 なお、 本実施 形態による脈拍計は、 一般的なデジタル腕時計としての機能を備えており、 時計 モードと脈拍計モードとを切り替えて使用される。
A：実施形態の構成 A— 1 ：全体構成
図 1は同脈拍計の装着態様を示す図であり、 腕時計構造を有する装置本体 1 0 と、 この装置本体 1 0に接続されるケーブル 2 0と、 このケーブル 2 0の先端側 に設けられた脈波検出用センサユニット （脈波検出用センサ） 3 0とから大略構 成されている。 装置本体 1 0には、 腕時計における 1 2時方向から腕に巻きつい てその 6時方向で固定されるリストバンド 1 2が設けられ、 このリストバンド 1 2によって、 装置本体 1 0は、 腕に着脱自在になっている。 脈波検出用センサュ ニット 3 0は、 センサ固定用バンド 4 0によって遮光されながら人差し指の根元 に装着されている。 脈波検出用センサュニット 3 0を指の根元に装着する理由と しては、 ケーブル 2 0の短縮化による運動時の障害除去と外気の影響の低減が挙 げられる。
A— 2 ：脈拍計本体の構成
図 2は、 本脈拍計の装置本体をリストバンドゃケーブルなどを外した状態で示 す平面図、 図 3は、 本脈拍計を 3時の方向から眺めた側面図である。 図 2におい て、 装置本体 1 0は、 樹脂製の時計ケース 1 1 (本体ケース） を備えており、 こ の時計ケース 1 1の表面側には、 現在時刻や日付に加えて、 脈拍数などの脈波情 報などを表示する液晶表示装置 1 3 (表示装置） が構成されている。 この液晶表 示装置 1 3には、 表示面の左上側に位置する第 1のセグメント表示領域 1 3 1、 右上側に位置する第 2のセグメント表示領域 1 3 2、 右下側に位置する第 3のセ グメント表示領域 1 3 3、 及び左下側に位置するドット表示領域 1 3 4が設けら れており、 ドット表示領域 1 3 4には各種の情報をグラフィック表示することが できる。
時計ケース 1 1の内部には、脈波検出用センサュニット 3 0による検出結果（脈 波信号） に基づいて脈拍数の変化などを液晶表示装置 1 3で表示するために、 こ の表示装置に対する制御や検出信号に対する信号処理などを行う制御部 5が設け られている。 制御部 5には、 計時回路も構成されているため、 通常時刻、 ラップ タイム、 スプリットタイムなども液晶表示装置 1 3に表示可能である。 また、 時 計ケース 1 1の外周部及び表面部には、 時刻合わせ、 モードの切換、 ラップタイ ムゃ脈波情報の計測を開始する旨の外部操作などを行うためのボタンスィッチ 1 1 1〜 1 1 7が設けられている。
腕装着型脈波計測装置 1の電源は、 時計ケース 1 1に内蔵されているポタン形 の電池 5 9であり、 ケーブル 2 0は、 電池 5 9から脈波検出用センサユニット 3 0に電力を供給するとともに、 脈波検出用センサュニット 3 0の検出結果を時計 ケース 1 1の制御部 5に入力している。 なお、 脈拍計 1では、 手首の屈曲の自由 度の確保と転倒時における手の甲の保護のために、 装置本体 1 0の大型化の方向 を 3時及び 9時の方向とし、 さらに腕時計における 9時の方向に大きな張出部分 1 0 1を有するよう構成し、 加えてリストバンド 1 2を 3時の方向側に偏った位 置で接続するようにしている。
また、 時計ケース 1 1の内部において、 電池 5 9に対して 9時の方向には、 ブ ザ一用 （報知音発生用） の扁平な圧電素子 5 8が配置されている。 電池 5 9は、 圧電素子 5 8に比較して重いため、 装置本体 1 0の重心位置は、 3時の方向に偏 るが、 この偏った側にリストバンド 1 2を接続して装着状態を安定化している。 さらに、 電池 5 9と圧電素子 5 8とを面方向に配置したことによって本体 1 0の 薄型化を、 裏面部 1 1 9に電池蓋 1 1 8を設けたことによって電池 5 9の交換の 容易化を実現している。
A— 3 ：脈拍計本体の腕への装着構造
図 3において、 時計ケース 1 1の 1 2時の方向には、 リストバンド 1 2の端部 に取り付けられた止め軸 1 2 1を保持するための連結部 1 0 5が形成されている： 時計ケース 1 1の 6時の方向には、 腕に巻かれたリストバンド 1 2か長さ方向の 途中位置で折り返されるとともに、 この途中位置を保持するための留め具 1 2 2 が取り付けられる受け部 1 0 6が形成されている。
装置本体 1 0の 6時の方向において、 裏面部 1 1 9から受け部 1 0 6に至る部 分は、 時計ケース 1 1と一体に成形されて裏面部 1 1 9に対して約 1 1 5 ° の角 度をなす回転止め部 1 0 8になっている。 すなわち、 リストバンド 1 2によって 装置本体 1 0を右の手首 L (腕） の上面部 L 1 (手の甲の側） に位置するように 装着したとき、 時計ケース 1 1の裏面部 1 1 9は、 手首 Lの上面部 L 1に密着す る一方、 回転止め部 1 0 8は、榛骨 Rのある側面部 L 2に当接する。 この状態で、 本体 1 0の裏面部 1 1 9は、 榛骨 Rと尺骨 Uを跨ぐ感じにある一方、 回転止め部 1 0 8と裏面部 1 1 9との屈曲部分 1 0 9から回転止め部 1 0 8にかけては、 榛 骨 Rに当接する感じになる。 このように、回転止め部 1 0 8と裏面部 1 1 9とは、 約 1 1 5 ° という解剖学的に理想的な角度をなしているため、 本体 1 0を矢印 A の方向に、 また、 装置本体 1 0を矢印 Bの方向に回そうとしても、 本体 1 0はそ れ以上不必要にずれない。 また、 裏面部 1 1 9及び回転止め部 1 0 8によって腕 の回りの片側 2力所で装置本体 1 0の回転を規制するだけであるため、 腕が細く ても、 裏面部 1 1 9及び回転止め部 1 0 8は確実に腕に接するので、 回転止め効 果が確実に得られる一方、 腕が太くても窮屈な感じがない。
A— 4 ：脈波検出用センサユニットの構成
図 4は、 本実施形態における脈波検出用センサユニットの断面図である。 図 4 において、 脈波検出用センサユニット 3 0は、 そのケース体としてのセンサ枠 3 6の裏側に蓋 3 0 2が被されることによって、 内側に部品収納空間 3 0 0が構成 されている。 部品収納空間 3 0 0の内部には、 回路基板 3 5が配置されている。 回路基板 3 5には、 L E D 3 1、 フォトトランジスタ 3 2、 その他の電子部品が 実装されている。 脈波検出用センサユニット 3 0には、 ブッシュ 3 9 3によって ケーブル 2 0の端部が固定され、 ケーブル 2 0の各配線は、 各回路基板 3 5のパ ターン上にはんだ付けされている。 ここで、 脈波検出用センサユニット 3 0は、 ケーブル 2 0が指の根元割から装置本体 1 0の側に引き出されるようにして指に 取り付けられる。 したがって、 LED 31及びフォトトランジスタ 32は、 指の 長さ方向に沿って配列されることになり、 そのうち、 LED 3 1は指の先端側に 位置し、 フォトトランジスタ 32は指の根元の方に位置するので、 外光がフォト トランジスタ 32に届き難くなつている。
脈波検出用センサユニット 30では、 センサ枠 36の上面部分 （実質的な脈波 信号検出部） にガラス板からなる透光板 34によって光透過窓が形成され、 この 透光板 34に対して、 L ED 3 1及びフォトトランジスタ 32は、 それぞれ発光 面及び受光面を透光板 34の方に向けている。 このため、 透光板 34の外側表面 341 (指表面との接触面 センサ面） に指表面を密着させると、 LED 3 1は、 指表面の側に向けて光を発することになり、 フォトトランジスタ 32は、 LED 3 1が発した光のうち指の側から反射してくる光を受光することになる。ここで、 透光板 34の外側表面 341と指表面との密着性を高めるために、 透光板 34の 外側表面 341は、 その周囲部分 36 1から突出するよう構成されている。
本実施形態では、 LED 3 1として、 I nGaN系 （インジウム一ガリウム— 窒素系） の青色 L EDを用いており、 その発光スペクトラムは、 450 nmに発 光ピークを有し、 その発光波長領域は、 350 nmから 600 nmまでの範囲に ある。 かかる発光特性を有する LED 3 1に対応させて、 本実施形態では、 フォ トトランジスタ 32として、 GaAs P系 （ガリウム—砒素—リン系） のフォト トランジスタを用いてあり、 その素子自身の受光波長領域は、 主要感度領域が 3 00 nmから 600 nmまでの範囲にあって、 300 nm以下にも感度領域があ る。
このように構成した脈波検出用センサュニット 30を、 センサ固定用バンド 4 0によって指の根元に装着し、 この状態で、 LED 31から指に向けて光を照射 すると、 この光が血管に届いて血液中のヘモグロビンによって光の一部が吸収さ れ、 一部が反射する。 指 （血管） から反射してきた光は、 フォトトランジスタ 3 2によって受光され、 その受光圧変化が血圧変化 （血液の脈波） に対応する。 す なわち、 血量が多いときには、 反射光が弱くなる一方、 血圧が少なくなると、 反 射光が強くなるので、 反射光強度の変化を検出すれば、 脈拍数などを計測するこ とができる。 本実施形態では、 発光波長領域が 3 5 0 n mから 6 0 0 n mまでの範囲にある L E D 3 1と、 受光波長領域が 3 0 0 n mから 6 0 0 n mまでの範囲のフォトト ランジス夕 3 2とを用いてあり、 その重なり領域である約 3 0 0 n mから約 6 0 O n mまでの波長領域、 すなわち、 約 7 0 0 n m以下の波長領域における検出結 果に基づいて脈波情報を表示する。 かかる脈波検出用センサュニット 3 0を用い れば、 外光が指の露出部分にあたっても、 外光に含まれる光のうち波長領域が 7 0 O n m以下の光は、 指を導光体としてフォトトランジスタ 3 2 (受光部） にま で到達しない。 外光に含まれる波長領域が 7 0 0 n m以下の光は、 指を透過しに くい傾向にあるため、 外光かセンサ固定用バンド 4 0で覆われていない指の部分 に照射されても、 点線 Xで示すように、 指を通ってフォトトランジスタ 3 2まで 届かないからである。 また、 血液中のヘモグロビンは、 波長が 3 0 O n mから 7 0 0 n mまでの光に対する吸光係数が大きいので、 約 7 0 0 n m以下の波長領域 の光を利用することにより、 S ZN比の高い脈波信号を得ることができる。
A— 5 ：脈拍計本体と脈波検出用センサユニットとの接続構造
図 1及び図 3に示したように、 本体 1 0の 6時の方向において、 回転止め部 1 0 8として延設されている部分の表面側には、 コネクタ部 7 0が構成され、 そこ には、 ケーブル 2 0の端部に構成されたコネクタピース 8 0を着脱できるように なっている。 したがって、 コネクタピース 8 0をコネクタ部 7 0から外せば、 脈 波計 1を通常の腕時計ゃストップウォッチとして用いることができる （この際に は所定のコネクタカバ一を装着してコネクタ部 7 0を保護する） 。
A - 6 ：制御部の構成
次に、 本脈拍計 1の制御部 5の構成について説明するが、 時計機能に関する部 分については周知であるので、 当該部分を除いた脈拍計機能に関する部分につい てのみ説明する。
図 5は、 本脈拍計の本体内部に構成されている制御部 5の要部の構成を示すブ ロック図であり、 この図に示すように、 脈拍計の本体内部には加速度センサなど の体動検出用センサ 1 0 1が設けられており、 制御部 5は、 当該体動検出用セン サ 1 0 1の検出結果（体動信号） と脈波検出用センサ 3 0の検出結果 （脈波信号） に基づいて、 脈拍数と運動のピッチとを求めるための構成を備えている。
制御部 5において、 5 0 1は脈波検出用センサユニット 3 0の検出結果 （脈波 信号） を増幅して出力する脈波信号増幅回路、 5 0 2は脈波信号増幅回路 5 0 1 の出力 （アナログ電圧信号） を所定ビットのデジタル信号 （例えば、 一 1 2 7〜 1 2 7 ) に変換して出力する AZD変換器、 5 0 3は AZD変換器 5 0 2の出力 を一時格納して出力するバッファである。 なお、 バッファ 5 0 3の容量は、 後段 の周波数分析での検出時間 （例えば 1 6秒） に対応して適宜設定されるものであ り、 ここでは、 4秒相当の検出値を格納可能であるものとする。 なお、 バッファ 5 0 3上の 4秒相当の検出値は、 後述するインパルスノイズの検出処理の終了後 すぐに出力されるので、 この 4秒が装置全体の遅延時間に影響を与えることはほ とんどない。
5 0 5はインパルスノイズ検出手段であり、 バッファ 5 0 3に格納されている 検出値がィンパルスノイズによる影響を受けているか否かを判定し、 判定結果を 出力する。 上記判定の手法は任意であるが、 ここでは、 バッファ 5 0 3上の全検 出値数に対する所定の範囲外の検出値の割合が所定のしきい値を超過した場合に " 1 " を、 それ以外の場合に " 0 " を判定結果として出力するものとする。
5 0 6〜 5 0 8は第 1〜第 3のデジタルフィル夕であり、 ノ ッファ 5 0 3から 出力される脈波信号に対して、 順に、 インパルスノイズの除去処理、 疑似ウィン ドウ処理、 体動成分除去処理を施す。 各デジタルフィル夕としては、 例えば F I Rフィル夕が好適に用いられる。 なお、 各デジタルフィルタの処理の内容につい ては後に詳述する。 また、 5 0 9は第 3のデジタルフィル夕 5 0 8から出力され る脈波信号に対して周波数解析 （例えば F F T処理） を施し、 その結果 （スぺク トラム） を出力する周波数解析部であり、 図示を略すが、 デジタルフィル夕 5 0 8からの脈波信号を所定の検出時間 （例えば 1 6秒） だけ記憶可能な記憶手段を 備えている。
一方、 5 1 0は体動検出用センサ 1 0 1の検出結果 （体動信号） を増幅して出 力する体動信号増幅回路、 5 1 1は体動信号増幅回路 5 1 0の出力 （アナログ電 圧信号） を所定ビッ卜のデジタル信号 （例えば、 一 1 2 7〜 1 2 7 ) に変換して 出力する AZD変換器、 5 1 2は AZD変換器 5 1 1の出力を一時格納して出力 するバッファであり、 バッファ 5 0 3と同一の容量を有する。
5 1 3は周波数解析部 5 0 9と同一構成の周波数解析部であり、 バッファ 5 1 2から出力される体動信号に対して周波数解析 （例えば F F T処理） を施し、 そ の結果 （スぺクトラム） を出力する。 なお、 通常、 各周波数解析部 5 0 9 , 5 1 3の記憶手段は同一のメモリ （例えば R AM) 上に設けられる。
5 1 4は脈波信号増幅回路 5 0 1からの脈波信号を矩形波に変換して出力する 脈波矩形波処理手段、 5 1 5は体動信号増幅回路 5 1 0からの体動信号の振幅が 所定値 （例えば 5 0 [mV] ) を超過した場合に体動検出信号を出力する体動信 号検出手段、 5 1 6は各周波数解析部 5 0 9， 5 1 3の出力結果から脈拍に対応 する周波数および体動のピッチに対応する周波数を抽出して出力する脈波 ·体動 成分抽出手段、 5 1 7は脈波矩形波処理手段 5 1 4からの矩形波信号と、 脈波 - 体動成分抽出手段 5 1 6からの各周波数とを入力し、 脈拍数およびピッチの算出 のための信号を出力する演算方法切替手段であり、 体動信号検出手段 5 1 5から の体動検出信号に基づいて、 後段へ出力する信号を切り替える。 なお、 体動のピ ツチに対する周波数 （体動の基本波の周波数） を求める処理については、 動作の 説明において詳述する。
演算方法切替手段 5 1 7は、 体動信号検出手段 5 1 5から体動無し信号を受け 取ると、 脈波矩形波処理手段 5 1 4からの矩形波信号と脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6で抽出された体動のピッチに対応した周波数とを後段へ出力するとともに、 八ノ0変換器5 0 2、 バッファ 5 0 3、 インパルスノイズ検出手段 5 0 5、 第 1 〜第 3のデジタルフィル夕 5 0 6〜5 0 8、 周波数解析部 5 0 9の動作を停止さ せる。 一方、 体動信号検出手段 5 1 5から体動有り信号を受け取ると、 A/D変 換器 5 0 2、 ノ ッファ 5 0 3、 ィンパルスノィズ検出手段 5 0 5、 第 1〜第 3の デジタルフィル夕 5 0 6 ~ 5 0 8、 周波数解析部 5 0 9の動作を開始させ、 演算 方法切替手段 5 1 7は、 以後、 脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6からの各周波数を 後段へ出力する。
また、 5 1 8は演算方法切替手段 5 1 7を介して供給される脈波の基本波の周 波数または矩形波信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出手段、 5 1 9は演 算方法切替手段 5 1 7を介して供給される体動の基本波の周波数に基づいて体動 のピッチを算出するピッチ算出手段であり、 それぞれ、 算出した脈拍数 Zピッチ を液晶表示装置 1 3へ供給する。 なお、 周波数からの脈拍数ノピッチの算出は、 周波数に定数 " 6 0 " を乗算することで実現され、 矩形波信号からの脈拍数/ピ ツチの算出は、 矩形波の周期を測定し、 測定値の逆数に定数 " 6 0 " を乗算する ことで実現される。
また、 5 2 0は脈拍数算出手段 5 1 8での算出結果 （脈拍数） に基づいて第 1 のデジタルフィル夕 5 0 6に設定する係数を算出して出力する第 1の係数算出手 段 （特性設定手段） であり、 第 1のデジタルフィル夕 5 0 6の特性は、 インパル スノイズ検出手段 5 0 5の判定結果が " 1 " の場合、 すなわちインパルスノイズ が検出された場合にのみ第 1の係数算出手段 5 2 0で算出された係数で表される 特性となり、 その他の場合にはスルー （全領域通過） となる。 なお、 第 1の係数 算出手段 5 2 0が出力する係数には、 基準となる周波数 （基準周波数） f b lと 遮断周波数 f 1 , f hとが含まれており、 基準周波数 f b 1は直前に検出された 脈拍数に基づいて算出され、 遮断周波数 f 1 , f hは、 脈拍数の変動に応じて設 定される。 例えば、 脈拍数の変動が大きく、 脈拍推移の安定度が低い場合には基 準周波数 f b 1との間隔が広くなるように、 脈拍数の変動が小さく、 脈拍推移の 安定度が高い場合には基準周波数 f 1との間隔が狭くなるように遮断周波数 f
1， f hが設定される。 なお、 基準周波数 f b 1との間隔が一定となるように遮 断周波数 f し f hを設定する態様も考えられる。
ここで、 第 1の係数算出手段 5 2 0が出力する係数値で特定される第 1のデジ タルフィル夕の特性の一例を図 6 ( a ) に示す。 この図に示すように、 インパル スノイズ検出手段 5 0 5においてィンパルスノイズが検出された時に第 1のデジ タルフィル夕 5 0 6に設定される特性は、 基準周波数 f b 1の通過レベルが最も 高い山型となる。すなわち、第 1のデジタルフィルタ 5 0 6に入力された信号は、 周波数領域において、 基準周波数 f b 1近傍では減衰率が低く、 基準周波数 f b
1から遠ざかるにつれて減衰率が増大し、 ある程度以上遠ざかって遮断周波数 f
1 , f hを超えると遮断される。
なお、 本実施形態においては、 基準周波数 f b lが 2 . 3 [H z ] の場合、 す なわち直前までの脈拍数が 1 4 0 [拍 Z分] 程度の場合には、 インパルスノイズ 検出時における第 1のデジタルフィルタ 5 0 6の出力値が、 5標本点の重み付け 平均値
X
Figure imgf000018_0001
1 · " + 4 · XN+2 - 1 · XM+3— 1 . !ί+4) Ζ °
( Ν = 0， 1， 2 , 3 , 4 , …， Ν— 1 )
となるよう設定されている。
5 2 1は脈拍数算出手段 5 1 8での算出結果 （脈拍数） に基づいて第 2のデジ タルフィル夕 5 0 7に設定する係数を算出して出力する第 2の係数算出手段 （特 性設定手段） であり、 第 2のデジタルフィル夕 5 0 7の特性は、 例外なく、 第 2 の係数算出手段 5 2 1で算出された係数で表される特性となる。 ここで、 第 2の 係数算出手段 5 2 1が出力する係数値で特定される第 2のデジタルフィルタ 5 0 7の特性の一例を図 6 ( b ) に示す。 この図に示すように、 第 2のデジタルフィ ル夕 5 0 7に設定される特性は、 基準周波数 f b 1の減衰率が最も低く、 裾野に 向かって緩やかに減衰率が増大していく山型となる。
また、 第 2の係数算出手段 5 2 1は、 最新の脈拍数を所定の数だけ記憶する記 憶手段を備え、 当該記憶手段に記憶した脈拍数の変動に応じた係数を第 2のデジ タルフィル夕 5 0 7へ供給し、 特性の稜線の傾きを変化させる。 例えば、 脈拍数 の変動が小さい場合には上記稜線の傾きを急にし、 同変動が大きい場合には上記 稜線の傾きを緩やかにする。 このようにすることによって、 脈波信号中から脈波 成分を大幅に低減してしまうといった事態を回避しつつ、 脈波成分以外のノイズ 成分を低減することができる。
5 2 2はピッチ算出手段 5 1 9での算出結果 （ピッチ） に基づいて第 3のデジ タルフィル夕 5 0 8に設定する係数を算出して出力する第 3の係数算出手段 （特 性設定手段） であり、 第 3のデジタルフィル夕 5 0 8の特性は、 例外なく、 第 3 の係数算出手段 5 2 2で算出された係数で表される特性となる。 ここで、 第 3の 係数算出手段 5 2 2が出力する係数値で特定される第 3のデジタルフィル夕 5 0 8の特性の一例を図 6 ( c ) に示す。 この図に示すように、 第 3のデジタルフィ ル夕 5 0 8に設定される特性は、 基準周波数 f b 2 (体動の基本波の周波数） の 倍周波数においてくびれた特性、すなわち基準周波数 f b 2の倍周波数の成分 (体 動成分） を遮断する特性となる。
また、 第 3の係数算出手段 5 2 2は、 最新のピッチを所定の数だけ記憶する記 憶手段を備え、 当該記憶手段に記憶したピッチの変動に応じた係数を第 3のデジ タルフィルタ 5 0 8へ供給し、 くびれの強弱を変化させる。 例えば、 ピッチの変 動が小さい場合には、 上記くびれを強くし、 基本周波数 f b 2の倍周波数の成分 を大幅に減衰させ、 同変動が大きい場合には、 上記くびれを弱くし、 基本周波数 f b 2の倍周波数の成分であってもあまり減衰しないようにする。 このようにす ることによって、 脈波信号中から脈波成分を大幅に低減してしまうといった事態 を回避しつつ、 脈波成分以外のノイズ成分 （体動成分） を大幅に低減することが できる。
なお、 本実施形態において、 液晶表示装置 1 3は、 脈拍数およびピッチを所定 の領域に数値表示するが、 数値に応じた絵文字や、 脈拍数およびピッチの変動の 様子を表すグラフ等を表示するようにしてもよい。 また、 第 3のデジタルフィル 夕 5 0 8から出力される脈波信号で表される波形 （脈波波形） をスイープ表示す るようにしてもよい。
また、 上述の説明において機能的に示した構成要素は、 実際には C P U、 R O M、 R AMなどの回路要素によってソフトウェア的に実現されているが、 実現手 法は適宜設計事項であるので、 いずれの構成要素がどの回路要素によって実現さ れているか等の説明は省略する。 なお、 省スペース化および低コスト化の観点か ら、 時計モードおよび脈拍計モードにおいて極力、 上記回路要素を兼用するよう 設計することが望ましい。
B ：実施形態の動作
次に、 上述した実施形態の動作について説明するが、 時計としての動作につい ては周知であるので、 その説明を省略する。 なお、 所定のボタンを押下すること により、 時計モードと脈拍計モードとが切り替わる。
B— 1 ：演算方法切替動作
図 7は脈拍計モードの基本的処理の流れを示すフローチャートであり、 この図 に示すように、 脈拍計モードでは、 脈波検出用センサユニット 3 0および体動検 出用センサ 1 0 1は、 常時、 脈波信号および体動信号を出力する。 体動検出用セ ンサ 1 0 1から出力された体動信号は、 体動信号増幅回路 5 1 0によって増幅さ れ、 体動信号検出手段 5 1 5へ供給される。 その結果、 脈拍数の演算方法の切り 替え基準となる体動検出信号が体動信号検出手段 5 1 5から演算方法切替手段 5 1 7へ供給される。 演算方法切替手段 5 1 7では、 体動信号検出手段 5 1 5から 供給された体動検出信号に基づいて脈拍数の演算方法 （周波数分析方法 Z矩形波 処理方法） を切り替える （ステップ S 4 0 1， 4 0 2 ) 。
具体的には、 例えば、 体動信号検出手段 5 1 5から体動検出信号が供給されて いる場合、 および体動検出信号が供給されていない時間が所定時間未満である場 合には 「体動有り」 と判定し、 脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6からの出力をその まま後段の脈拍数算出手段 5 1 8およびピッチ算出手段 5 1 9へ供給することに よって、 演算方法を周波数分析方法に切り替える。 逆に、 上記体動検出信号が供 給されていない時間が所定時間以上となった場合には 「体動無し」 と判定し、 脈 波矩形波処理手段 5 1 4からの矩形波信号および脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6 からの体動のピッチに対する周波数を後段の脈拍数算出手段 5 1 8およびピッチ 算出手段 5 1 9へ供給することによって、 演算方法を矩形波処理方法に切り替え る。 なお、 省電力の観点から、 各方法において不要な回路要素の動作あるいは同 回路要素への給電は停止される。
B - 2 ：矩形波処理方法
演算方法が矩形波処理方法である場合には、 前述したように、 脈波検出用セン サュニット 3 0によって検出された脈波信号は、 脈波信号増幅回路 5 0 1によつ て増幅され、 脈波矩形波処理手段 5 1 4によって矩形波信号に変換され、 演算方 法切替手段 5 1 7を介して脈拍数算出手段 5 1 8へ供給される。 一方、 体動検出 用センサ 1 0 1によって検出された体動信号は、 体動信号増幅回路 5 1 0によつ て増幅され、 AZD変換器 5 1 1でデジタル信号に変換され、 バッファ 5 1 2に 一時格納される。 バッファ 5 1 2から出力された体動信号は周波数解析部 5 2 2 で周波数解析処理 （例えば検出時間が 1 6秒の F F T処理） を施され、 当該周波 数解析結果から脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6によって体動の基本波の周波数が 抽出される。
ここで、 上記各周波数解析結果 （スペクトラム） から、 脈波 ·体動成分抽出手 段 5 1 6が脈波および体動の基本波の周波数を求める処理について、 図 8を参照 して説明する。
図 8は体動信号の周波数解析結果の一例を示す図であり、この図に示すように、 一般には、 体動の基本波 （腕の振りの基本波） の周波数成分よりも、 体動の第 2 高調波の周波数成分の方が高レベルとなる。 体動の基本波は、 腕の振り出し、 引 き戻しを一周期とする振り子運動に相当し、 通常走行において腕の振りを滑らか な振り子運動にするのは難しいので、 この成分のレベルは低めとなるが、 体動の 第 2高調波成分は、 右足をステップした時と左足をステップした時に均等に発生 する上下動や、 腕の振り出し、 引き戻しのそれぞれの瞬間に加わる加速度に相当 しているので、 この成分のレベルは高めとなるからである。
したがって、 体動の第 2高調波成分の方が特徴的に得易いということになる。 ところで、 通常走行では、 2〜4 [H z ] の範囲であれば、 走行ペースの速い遅 いを考えても第 2高調波が出現する領域をカバーすることができる。したがって、 この領域に限定した上で特徴的な第 2高調波成分を抽出することで検出精度を上 げることができる。
そこで、 本実施形態では、 まず、 体動信号の周波数分析結果から最も高レベル のスペクトル線の周波数 （ f s ) を求め、 次に、 f sの 1 Z 2の周波数領域に、 所定のしきい値以上のレベルのスぺクトル線が存在するか否かを判定する。 「存 在する」 と判定した場合には、 f sを体動の第 2高調波の周波数とし、 f s Z 2 を体動の基本波の周波数として特定する。 なお、 「存在しない」 と判定した場合 には、 f sを第 3高調波の周波数と仮定し、 f s Z 3の周波数領域に所定のしき い値以上のレベルのスぺクトル線が存在するか否かを判定し、 存在する場合には f s Z 3を体動の基本波の周波数として特定し、 存在しない場合には f sを体動 の基本波の周波数として特定する。 なお、 第 3高調波まで考慮するのは、 体動の 基本波の存在し得る範囲として、 2〜4 [H z ] の範囲を想定しているためであ る。 こうして特定された体動の基本波の周波数は演算方法切替手段 5 1 7を介して ピッチ算出手段 5 1 9へ供給される。 以上が図 7のステップ S 4 0 7の処理であ る。
脈拍数算出手段 5 1 8では、 脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6を介して供給され た矩形波信号の周期 （波間値） を求め、 この周期の逆数 （周波数） に 6 0を乗じ た値を脈拍数とし、 ピッチ算出手段 5 1 9では、 脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6 を介して供給された周波数に 6 0を乗じた値をピッチとする （ステップ S 4 0 8 ) 。 なお、 各算出手段 5 1 8は算出した脈拍数を係数算出手段 5 2 0 , 5 2 1 へ、 各算出手段 5 1 9は算出したピッチを係数算出手段 5 2 2へ供給するよう構 成されているが、 矩形波処理方法が選択されている間は、 この供給処理は停止さ れる （もちろん、 いかなる場合にも供給処理を続行する態様としてもよい） 。 各 算出手段 5 1 8 , 5 1 9で算出された脈波数およびピッチは液晶表示装置 1 3へ 供給されて表示され、 使用者に視認される （ステップ S 4 0 9 ) 。 もちろん、 脈 拍数やピッチを音声で知らせるなど、 視覚以外の感覚に訴えて告知する態様とし てもよい。
B— 3 ：周波数分析方法
一方、 演算方法が周波数分析方法である場合には、 脈波検出用センサユニット 3 0によって検出された脈波信号は、脈波信号増幅回路 5 0 1によって増幅され、 A/ D変換器 5 0 2でデジタル信号 （例えば一 1 2 7〜 1 2 7の整数値をとる） に変換され （ステップ S 4 0 3 ) 、 バッファ 5 0 3に一時格納される。 なお、 体 動信号については前述の 「B— 2 ：矩形波処理方法」 における処理と同一の処理 が行われ、 体動の基本波の周波数が得られるので、 その説明を省略する。
次に、 バッファ 5 0 3に一時格納された脈波信号に対して、 第 1〜第 3のデジ タルフィルタ 5 0 6〜 5 0 8によってフィルタ処理が施され、 当該脈波信号中の ノイズ成分が低減または除去される （ステップ S 4 0 4 ) 。 以下、 このフィルタ 処理について順に説明する。
バッファ 5 0 3に格納された検出値 （例えば 4秒間分の脈波信号） がインパル スノイズによる影響を受けていない場合、 具体的には、 バッファ 5 0 3上の全検 出値数に対する所定の範囲外の検出値の割合が所定のしきい値以下の場合には、 インパルスノイズ検出手段 5 0 5から、 インパルスノイズが検出されなかった旨 の信号 （例えば、 値が " 0 " の信号） が、 バッファ 5 0 3から第 1のデジタルフ ィルタ 5 0 6へ上記検出値が出力されるタイミングで出力される。 第 1のデジ夕 ルフィルタ 5 0 6には、 直前に算出された脈拍数に基づいて第 1の係数算出手段
5 2 0によって算出された係数が供給されているが、 インパルスノイズ検出手段 5 0 5からインパルスノイズが検出されなかった旨の信号が供給されているので、 その特性は全領域スルーとなる。 したがって、 脈波信号はそのまま第 2のデジ夕 ルフィル夕 5 0 7へ供給される。
一方、 バッファ 5 0 3に格納された検出値がインパルスノイズによる影響を受 けている場合、 具体的には、 バッファ 5 0 3上の全検出値数に対する所定の範囲 外の検出値の割合が所定のしきい値を超えている場合には、 ィンパルスノィズ検 出手段 5 0 5から、 インパルスノイズが検出された旨の信号 （例えば、 値が " 1 " の信号） が、 バッファ 5 0 3から第 1のデジタルフィル夕 5 0 6へ上記検出値が 出力されるタイミングで出力される。 この場合には、 第 1のデジタルフィルタ 5 0 6の特性は、 図 6 ( a ) に示すような特性となり、 予想される脈波の周波数成 分以外の成分は減衰または遮断される。
ここで、 第 1のデジタルフィルタ 5 0 6によるフィルタ処理前の脈波信号の波 形の例を図 9 ( a ) に、 その F F T処理結果を図 9 ( b ) に、 同脈波信号に第 1 のデジタルフィル夕 5 0 6によるフィル夕処理を施した後の脈波信号の波形の例 を図 1 0 ( a ) に、 その F F T処理結果を図 1 0 ( b ) に示す。 これらの図に示 すように、 第 1のデジタルフィルタ 5 0 6により、 低周波成分 （インパルスノィ ズ） が大幅に減衰される。 すなわち、 第 1のデジタルフィルタ 5 0 6によって、 脈波信号中のィンパルスノイズ成分が大幅に低減または除去される。
第 2のデジタルフィル夕 5 0 7には、 直前に算出された脈拍数に基づいて第 2 の係数算出手段 5 2 1によって算出された係数が供給されており、 その特性は図
6 ( b ) に示すようなものになっている。 すなわち、 脈波の周波数から離れるに つれて減衰の程度が増すような特性となっている。 したがって、 インパルスノィ ズ以外のノイズ成分もここで減衰される。 ところで、 安静時のように脈拍数が急 T 激には変化しない場合には、 予想される脈波の周波数から僅かでも離れた周波数 もノイズ成分と考えられる。
また、 運動開始時のように脈拍が急激に変動するような場合には、 予想される 脈波の周波数からある程度離れた周波数も本来の脈波成分を含んでいる可能性が ある。 そこで、 第 2の係数算出手段 5 2 1は、 脈拍数の変化が小さい場合には図 6 ( b ) の稜線の傾きを急にし、 脈拍数の変化が大きい場合には同傾きを緩やか にして本来の脈波成分をあまり減衰させずに、 ノイズ成分を減衰させるようにし ている。
第 3のデジタルフィルタ 5 0 8には、 直前に算出されたピッチに基づいて第 3 の係数算出手段 5 2 2によって算出された係数が供給されており、 その特性は図 6 ( c ) に示すようなものになっている。 前述したように、 基準周波数 f b 2は 体動の基本波の周波数であるので、 第 3のデジタルフィルタ 5 0 8によって、 脈 波信号中の体動の基本波成分および高調波成分が減衰される。 なお、 第 2の係数 算出手段 5 2 1が第 2のデジタルフィルタ 5 0 7に対して行うのと同様に、 第 3 の係数算出手段 5 2 2は、 ピッチの変化が小さい場合には図 6 ( c ) のくびれを 強くし、 ピッチの変化が大きい場合には同くびれを弱くするので、 ピッチが急激 には変化しない場合には、 体動成分が大幅に減衰 ·除去され、 運動開始時のよう にピッチが急激に変動するような場合には、 前回のピッチと今回のピッチが大幅 に異なる可能性があるので、 体動成分の減衰は小幅に留められる。
こうして整形された脈波信号は、 周波数解析部 5 0 9によって所定の周波数解 析処理 （本実施形態では検出時間が 1 6秒の F F T処理） を施される （ステップ S 4 0 5 ) 。
次に、 上記各周波数解析結果 （スペクトラム） から、 脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6が脈波および体動の基本波の周波数を特定する （ステップ S 4 0 6 ) 。 こ こで、 脈波の基本波の周波数を求める処理について説明する。
脈波 ·体動成分抽出手段 5 1 6は、 まず、 脈波信号の周波数解析結果からレべ ルの高い順にスペクトル線を選択し、 逐次、 選択したスペクトル線の周波数と体 動の基本波の周波数 （例えば f s / 2 ) および高調波の周波数 （例えば f s， 3 f s / 2 ) を比較し、 一致しない場合に当該スペクトル線の周波数を脈波の基本 T/JP9 波の周波数として特定する。 こうして特定された脈波の基本波の周波数は演算方 法切替手段 5 1 7を介して脈拍数算出手段 5 1 8へ供給される。
なお、 原理的には、 第 3のデジタルフィルタ 5 0 9によって、 脈波信号中の体 動の基本波および高調波の成分は大幅に減衰あるいは除去されているので、単に、 脈波信号の周波数解析結果において最も高レベルのスぺクトル線の周波数を脈波 の基本波の周波数として特定するようにしてもよい。 ただし、 この場合、 ピッチ が急激に変化するような状況下では、 第 3のデジタルフィル夕による体動の基本 波および高調波の成分の減衰量は小幅にとどまるので、 残留している体動成分の スぺクトル線を脈波の基本波のスぺクトル線として選択してしまう可能性がある。 よって、 ピッチの変化の程度に応じて処理を変えるのが望ましい。
次に、 脈波の基本波の周波数が供給された脈拍数算出手段 5 1 8では、 当該周 波数から脈拍数が算出され、 この脈拍数が液晶表示装置 1 3、 第 1の係数算出手 段 5 2 0、 および第 2の係数算出手段 5 2 1へ供給される。 また、 体動の基本波 の周波数が供給されたピッチ算出手段 5 1 9では、 当該周波数からピッチが算出 され、 このピッチが液晶表示装置 1 3および第 3の係数算出手段 5 2 2へ供給さ れる （ステップ S 4 0 8 ) 。 なお、 脈拍数算出手段 5 1 8から第 1の係数算出手 段 5 2 0および第 2の係数算出手段 5 2 1へ供給する値、 ピッチ算出手段 5 1 9 から第 3の係数算出手段 5 2 2へ供給される値を、 演算方法切替手段 5 1 7を介 して供給される各周波数とし、 各係数算出手段 5 2 0〜 5 2 2を、 当該各周波数 に基づいて係数を算出するように設計してもよい。
なお、 液晶表示装置 1 3に供給された脈拍数およびピッチは、 対応する領域に 表示され、 使用者に告知される （ステップ S 4 0 9 ) 。
C ： まとめ
以上説明したように、 本実施形態によれば、 第 1〜第 3のデジタルフィルタ 5 0 6〜 5 0 8によって脈波信号中のノイズ成分を減衰または除去することができ るので、 後段の周波数分析による脈拍数の検出処理の精度を向上させることがで きる。 また、 脈波信号自体を整形するので、 例えば、 脈波波形自体を表示するよ うな態様にあっては、 より正確な脈波波形を表示することもできる。 しかも、 第 1のデジタルフィル夕にあっては、 インパルスノイズが発生してい ないときには、 全領域スルーとなるので、 インパルスノイズが重畳していない脈 波信号をフィルタリングせずに済む。 さらに、 フィルタリングによって主に減衰 または除去されるのはィンパルスノイズ成分であるので、 ィンパルスノイズの重 畳部分における本来の脈波成分を大幅に減衰または除去してしまう虞がない。 また、第 2のデジタルフィルタにあっては、除去される周波数成分は存在せず、 あくまでも減衰にとどめているので、 脈拍数が突発的に変化しても、 本来の脈波 成分を除去してしまう虞がない。 さらに、 第 3のデジタルフィルタによって体動 の基本波および高調波の周波数成分が大幅に減衰または除去されるので、 後段の 処理を軽減することができる。 また、 第 2および第 3のデジタルフィル夕にあつ ては、 脈拍数またはピッチの変化の程度に応じて特性を変更することができるの で、 より精度の高い脈波波形、 脈拍数を得ることができる。
D ：変形例
なお、 上記実施形態では、 第 1〜第 3のデジタルフィル夕を同時に使用してい るが、 いずれか 1つまたは 2つをのみを使用する態様としてもよい。 また、 第 2 および第 3のデジタルフィル夕を合成し、 1つのフィル夕として実現するように してもよい。 さらに、 バッファおよびインパルスノイズ検出手段を省略し、 第 1 のデジタルフィル夕によるフィル夕リングを全ての脈波信号に対して施すような 態様も考えられる。 この場合には、 第 1〜第 3のデジタルフィルタを 1つのフィ ル夕として実現可能である。 また、 実装態様は、 ネックレスや眼鏡など、 腕時計 に限定されるものではない。 もちろん、 脈拍計単独の装置としてもよいし、 脈波 を検出するための装置としてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 脈波を検出し脈波信号を出力する脈波検出用センサと、
前記脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィルタリングして出力する 可変特性のフィル夕と、
前記フィル夕でフィルタリングされた脈波信号に基づいて脈拍数を算出する脈 拍数算出手段と、
前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数に基づいて前記フィル夕の特性を設定 する特性設定手段と
を具備することを特徴とする脈波検出装置。
2 . 脈波を検出し脈波信号を出力する脈波検出用センサと、
前記脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィルタリングして出力する 可変特性のフィルタと、
体動を検出し体動信号を出力する体動検出用センサと、
前記体動検出用センサから出力される体動信号に基づいて体動のピッチを算出 するピッチ算出手段と、
前記ピッチ算出手段で算出されたピッチに基づいて前記フィル夕の特性を設定 する特性設定手段と
を具備することを特徴とする脈波検出装置。
3 . 前記脈波センサから出力される脈波信号を一時格納してから前記フィルタ へ出力するバッファと、
前記バッファに一時格納された脈波信号からィンパルスノィズを検出するィン パルスノイズ検出手段とを具備し、
前記特性設定手段は、 前記インパルスノイズ検出手段の検出結果をも加味して 前記フィル夕の特性を設定する
ことを特徴とする請求項 1記載の脈波検出装置。
4 . 前記フィルタは、 脈波信号の通過レベルが基準周波数から脈波の基本波の 下限周波数および上限周波数にかけて緩やかに低くなるよう構成されており、 前記特性設定手段は、 前記基準周波数を設定することで前記フィルタの特性を 設定する
ことを特徴とする請求項 1記載の脈波検出装置。
5 . 前記特性設定手段は、 前記フィル夕に設定する特性を前記脈拍数算出手段 で算出された脈拍数の変動状況に応じて変更する
ことを特徴とする請求項 1または 3あるいは 4記載の脈波検出装置。
6 . 前記特性設定手段は、 前記フィル夕に設定する特性を前記ピッチ算出手段 で算出されたピッチの変動状況に応じて変更する
ことを特徴とする請求項 2記載の脈波検出装置。
7 . 請求項 1または 3あるいは 4記載の脈波検出装置を備え、
前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数を告知する告知手段を具備することを 特徴とする脈拍計。
8 . 請求項 2または 6記載の脈波検出装置を備え、
前記フィル夕でフィル夕リングされた脈波信号に基づいて脈拍数を算出する脈 拍数算出手段と、
前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数を告知する告知手段と
を具備することを特徴とする脈拍計。
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