図面 (/)

技術 脈波間隔計測装置及び計測方法

出願人 株式会社東芝
発明者 鈴木琢治
出願日 2008年2月12日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2008-030567
公開日 2009年8月27日 (10年7ヶ月経過) 公開番号 2009-189416
状態 特許登録済
技術分野 脈拍・心拍・血圧・血流の測定
主要キーワード 算出時間間隔 標準波形 極大領域 バッテリ電圧監視 正常波 バックライトボタン 周波数スペクトル分布 異常波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年8月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題

脈波計測に関する安定性をより少ない演算量にて各波形毎に判断すること。

解決手段

被験者脈波を検出し、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出し、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出し、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出し、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出し、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出し、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする脈波間隔計測装置

概要

背景

光電脈波センサは、光により脈波計測するセンサである。光電脈波センサは、生体内に光を照射し、当該光の反射光又は透過光を計測する。生体内に光が照射されると、当該生体内のヘモグロビンにより当該光が吸収される。よって、反射光又は透過光の強度は、血液の量に応じて変動することになる。これは、反射光又は透過光の強度が、心拍に同期して変動することを意味する。よって、光電脈波センサは、反射光又は透過光を計測することにより、被験者の脈波を計測することができる。光電脈波センサは例えば、運動時の心拍数モニタする用途等に用いられる。

脈波は、他の生体指標(例えば心電)に比べて、計測が比較的容易である。脈波センサは一般に、装着が簡単で、日常生活下での利用に適している。一方、脈波は、血管の収縮拡張呼吸乱れにより、その振幅基線に大きな揺らぎが生じる事が多い。また、脈波は、体動によってセンサと生体との接触状態や生体内の血流が変化することで、その波形に大きな乱れが生じる事が知られている。脈波を計測する際には、以上のような利点及び欠点を十分に考慮する事が望まれる。なお、上述の心拍数は、脈波間隔を検出することで算出可能である。脈波間隔の検出精度には、脈波の揺らぎや乱れが大いに影響する。そのため、脈波を安定的に計測する手法や、脈波を安定的に計測できているか否かを判断する手法が必要とされる。

脈波センサは例えば、家庭内で手軽に睡眠状態睡眠時の健康状態をモニタするための装置等に応用可能である。近年、このような装置の開発が精力的に進められている。特許文献1は、睡眠時に計測した脈波から脈拍間隔を算出し、脈拍間隔の周波数解析を行い、周波数解析の解析結果に基づいて睡眠状態の判定を行うような手法を開示している。当該手法では、脈波から算出された一連脈拍間隔データ周波数スペクトル分布に変換し、当該周波数スペクトル分布から所定帯域周波数成分を取り出し、当該周波数成分を積分して得られた値に基づいて睡眠状態の判定を行う。

特許文献1に記載の手法には、一連の脈拍間隔データ内にノイズが含まれると、周波数スペクトルに大きな影響が及ぶという問題がある。よって、当該手法を実行する際には、脈波の揺らぎや乱れに伴う脈拍間隔のノイズを、確実に除去しておく必要がある。

一方、特許文献2及び特許文献3は、脈波波形の乱れの検出方法を開示している。特許文献2に記載の方法では、標準波形蓄積しておき、当該標準波形と観測波形との相関値を順次算出し、当該相関値に基づいて当該観測波形が正常波形か異常波形かを判定する。特許文献3に記載の方法では、複数の拍数分の脈波間隔を計測し、脈波間隔のばらつきに基づいて観測波形が正常波形か異常波形かを判定する。

しかし、特許文献2に記載の方法では、一波形の計測毎に、一拍分の波形の切り出しや波形間の相関演算等が必要となり、処理負荷が非常に大きくなる。特にセンサ内で処理を行う場合には、高性能演算機が必要となるため、演算機が大きくなり、更には消費電力が大きくなるため、バッテリサイズも大きくなる。そのため、結果的にセンサの大型化につながってしまう。また、特許文献3に記載の方法では、複数の拍数分の脈波間隔を必要とするため、判定に時間がかかると共に、1波形毎に正常/異常を判定することが困難である。実際の脈波計測では、瞬間的な体動やノイズにより1波形のみが異常となるケースは多い。当該方法は、このようなケースに適切に対処することができない。特許文献2や特許文献3に記載の方法には、以上のような問題がある。
特開2002−291710号公報
特開2004−89314号公報
特開2001−198094号公報

概要

脈波計測に関する安定性をより少ない演算量にて各波形毎に判断すること。被験者の脈波を検出し、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出し、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出し、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出し、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出し、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出し、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする脈波間隔計測装置

目的

本発明は、脈波計測に関する安定性をより少ない演算量にて各波形毎に判断することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

被験者脈波を検出する脈波検出部と、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出する値検出部と、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出する基準値算出部と、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出する時刻算出部と、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出する脈波間隔算出部と、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出するばらつき算出部と、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断する安定性判断部とを備えることを特徴とする脈波間隔計測装置

請求項2

前記基準値算出部は、前記最大値をM、前記最小値をm、前記基準値をXとする場合、前記内分比(X−m)/(M−m)をいずれも、0.64以上とすることを特徴とする請求項1に記載の脈波間隔計測装置。

請求項3

前記基準値算出部は、前記最大値をM、前記最小値をm、前記基準値をXとする場合、前記内分比(X−m)/(M−m)をいずれも、複数の被験者の脈波の測定結果に基づいて決められた下限値以上の値とすることを特徴とする請求項1に記載の脈波間隔計測装置。

請求項4

前記値検出部及び前記時刻算出部により利用される前記脈波は、前記脈波検出部により検出された後、時間微分が行われた脈波であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の脈波間隔計測装置。

請求項5

前記ばらつき算出部は、前記2つ以上の脈波間隔から最大のもの及び最小のものを除去し、残った脈波間隔のばらつきを算出する、という処理を脈波間隔のばらつきが所定の値になるまで繰り返し、前記安定性判断部は、脈波間隔のばらつきが所定の値になった時点で残った脈波間隔の数に基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする請求項1に記載の脈波間隔計測装置。

請求項6

前記ばらつき算出部は、前記2つ以上の脈波間隔のうち所定の範囲から外れるものを除去し、残った脈波間隔のばらつきを算出し、前記安定性判断部は、残った脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする請求項1に記載の脈波間隔計測装置。

請求項7

前記2つ以上の脈波間隔の平均値又は中間値を、前記脈波の脈波間隔の計測値として出力する脈波間隔出力部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6に記載の脈波間隔計測装置。

請求項8

被験者の脈波を検出し、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出し、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出し、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出し、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出し、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出し、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする脈波間隔計測方法

技術分野

0001

本発明は、脈波間隔計測装置及び計測方法に関する。

背景技術

0002

光電脈波センサは、光により脈波計測するセンサである。光電脈波センサは、生体内に光を照射し、当該光の反射光又は透過光を計測する。生体内に光が照射されると、当該生体内のヘモグロビンにより当該光が吸収される。よって、反射光又は透過光の強度は、血液の量に応じて変動することになる。これは、反射光又は透過光の強度が、心拍に同期して変動することを意味する。よって、光電脈波センサは、反射光又は透過光を計測することにより、被験者の脈波を計測することができる。光電脈波センサは例えば、運動時の心拍数モニタする用途等に用いられる。

0003

脈波は、他の生体指標(例えば心電)に比べて、計測が比較的容易である。脈波センサは一般に、装着が簡単で、日常生活下での利用に適している。一方、脈波は、血管の収縮拡張呼吸乱れにより、その振幅基線に大きな揺らぎが生じる事が多い。また、脈波は、体動によってセンサと生体との接触状態や生体内の血流が変化することで、その波形に大きな乱れが生じる事が知られている。脈波を計測する際には、以上のような利点及び欠点を十分に考慮する事が望まれる。なお、上述の心拍数は、脈波間隔を検出することで算出可能である。脈波間隔の検出精度には、脈波の揺らぎや乱れが大いに影響する。そのため、脈波を安定的に計測する手法や、脈波を安定的に計測できているか否かを判断する手法が必要とされる。

0004

脈波センサは例えば、家庭内で手軽に睡眠状態睡眠時の健康状態をモニタするための装置等に応用可能である。近年、このような装置の開発が精力的に進められている。特許文献1は、睡眠時に計測した脈波から脈拍間隔を算出し、脈拍間隔の周波数解析を行い、周波数解析の解析結果に基づいて睡眠状態の判定を行うような手法を開示している。当該手法では、脈波から算出された一連脈拍間隔データ周波数スペクトル分布に変換し、当該周波数スペクトル分布から所定帯域周波数成分を取り出し、当該周波数成分を積分して得られた値に基づいて睡眠状態の判定を行う。

0005

特許文献1に記載の手法には、一連の脈拍間隔データ内にノイズが含まれると、周波数スペクトルに大きな影響が及ぶという問題がある。よって、当該手法を実行する際には、脈波の揺らぎや乱れに伴う脈拍間隔のノイズを、確実に除去しておく必要がある。

0006

一方、特許文献2及び特許文献3は、脈波波形の乱れの検出方法を開示している。特許文献2に記載の方法では、標準波形蓄積しておき、当該標準波形と観測波形との相関値を順次算出し、当該相関値に基づいて当該観測波形が正常波形か異常波形かを判定する。特許文献3に記載の方法では、複数の拍数分の脈波間隔を計測し、脈波間隔のばらつきに基づいて観測波形が正常波形か異常波形かを判定する。

0007

しかし、特許文献2に記載の方法では、一波形の計測毎に、一拍分の波形の切り出しや波形間の相関演算等が必要となり、処理負荷が非常に大きくなる。特にセンサ内で処理を行う場合には、高性能演算機が必要となるため、演算機が大きくなり、更には消費電力が大きくなるため、バッテリサイズも大きくなる。そのため、結果的にセンサの大型化につながってしまう。また、特許文献3に記載の方法では、複数の拍数分の脈波間隔を必要とするため、判定に時間がかかると共に、1波形毎に正常/異常を判定することが困難である。実際の脈波計測では、瞬間的な体動やノイズにより1波形のみが異常となるケースは多い。当該方法は、このようなケースに適切に対処することができない。特許文献2や特許文献3に記載の方法には、以上のような問題がある。
特開2002−291710号公報
特開2004−89314号公報
特開2001−198094号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、脈波計測に関する安定性をより少ない演算量にて各波形毎に判断することを課題とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明の実施例は例えば、被験者の脈波を検出する脈波検出部と、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出する値検出部と、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出する基準値算出部と、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出する時刻算出部と、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出する脈波間隔算出部と、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出するばらつき算出部と、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断する安定性判断部とを備えることを特徴とする脈波間隔計測装置である。

0010

本発明の実施例は例えば、被験者の脈波を検出し、前記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出し、前記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、前記所定区間内における前記最大値と前記最小値との間の1つ以上の基準値を算出し、前記脈波と前記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、前記所定区間内における2つ以上の時刻を算出し、前記所定区間内における各算出時刻と前記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、前記脈波の脈波間隔として算出し、前記所定区間と前記所定区間の前の区間との間で算出された2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出し、前記脈波間隔のばらつきに基づいて、前記脈波間隔の計測の安定性を判断することを特徴とする脈波間隔計測方法である。

発明の効果

0011

本発明により、脈波計測に関する安定性をより少ない演算量にて各波長毎に判断可能な脈波間隔計測装置及び計測方法が提供される。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

0013

(第1実施例)
図1は、第1実施例の脈波間隔計測装置101の機能構成図である。図1の脈波間隔計測装置101は、被験者の脈波を検出し、当該脈波の脈波間隔を算出する。図1の脈波間隔計測装置101は更に、当該脈波が正常か異常かを判定し、正常な脈波から算出された脈波間隔は正常データとして保存し、異常な脈波から算出された脈波間隔は異常データとして保存する。

0014

図2及び図3はそれぞれ、図1の脈波間隔計測装置101の正面図及び側面図である。脈波間隔計測装置101はここでは、図2及び図3に示すように、装着型の脈波センサであり、腕時計のように手首に装着して使用する。脈波間隔計測装置101の正面及び側面には、図2に示すように、表示部121と、操作部122と、通信部123が設けられている。脈波間隔計測装置101の背面には、図3に示すように、被験者の脈波を検出する脈波検出部111が設けられている。

0015

以下、図1に戻って説明を続ける。

0016

図1の脈波間隔計測装置101は、脈波検出部111と、アンプフィルタ部112と、ゲイン調節部113と、加速度検出部114と、A/D(アナログデジタル)変換部115と、解析部116と、記憶部117と、表示部121と、操作部122と、通信部123と、動作周波数切替部124と、バッテリ125と、バッテリ電圧監視部126と、制御部127とを備える。

0017

脈波検出部111は、被験者の脈波を検出する機能部である。脈波検出部111はここでは、手首に光を照射する緑色LEDと、当該光の反射光を計測するフォトダイオードとを備える。反射光の強度は、毛細血管内の血流変化に応じて変動する。脈波検出部111は、反射光を計測することにより、被験者の脈波を計測することができる。このように、脈波間隔計測装置101はここでは、光電脈波センサとなっている。

0018

アンプフィルタ部112は、脈波検出部111により検出された脈波波形を取り込み、当該脈波波形の増幅及びフィルタリングを行う機能部である。アンプフィルタ部112はここでは、上述のフォトダイオードから出力された電流電圧に変換する電流電圧変換器と、該電圧を増幅する増幅器と、増幅された電圧をフィルタリングするハイパスフィルタ及びローパスフィルタとを備える。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は例えば0.1Hzであり、ローパスフィルタのカットオフ周波数は例えば50Hzである。

0019

ゲイン調節部113は、上記脈波波形の検出状態に応じて、アンプフィルタ部112の増幅率を調節する機能部である。ゲイン調節部113はここでは、制御部127に入力された脈波波形の振幅を算出し、当該振幅と閾値との関係に基づいて、上記増幅器の増幅率を調節する。

0020

加速度検出部114は、被験者の手首の動きに伴い変化する動的加速度、及び被験者の姿勢に応じて変化する静的加速度を検出する機能部である。加速度検出部114はここでは、3軸方向の−2g〜+2gの加速度を検出可能な加速度センサであり、脈波間隔計測装置101の本体内に搭載されている。

0021

A/D変換部115は、脈波検出部111により検出された脈波波形や、加速度検出部114により検出された加速度波形のA/D変換を行う機能部である。脈波波形はここでは、脈波検出部111により検出され、アンプフィルタ部112により増幅及びフィルタリングされ、A/D変換部115によりA/D変換される。加速度波形はここでは、加速度検出部114により検出され、A/D変換部115によりA/D変換される。

0022

解析部116は、A/D変換された脈波波形及び加速度波形を取り込み、当該脈波波形及び加速度波形を解析する機能部である。解析部116は例えば、上記加速度波形を解析し、被験者の体動量データを算出する体動量算出処理を行う。解析部116は更に、算出された体動量データを解析し、被験者が覚醒中か睡眠中かを判定する覚醒/睡眠判定処理を行う。解析部116は更に、上記脈波波形を解析し、上記脈波の脈波間隔データを算出する脈波間隔算出処理を行う。

0023

記憶部117は、解析部116により導出された種々のデータを記憶するための機能部である。記憶部117には、体動量算出処理により算出された体動量データ、覚醒/睡眠判定処理により得られた判定結果や睡眠時間データ、脈波間隔算出処理により算出された脈波間隔データ等が記憶される。記憶部117は例えば、フラッシュメモリである。

0024

ここで、体動量算出処理について説明する。

0025

解析部116は先ず、3軸方向の加速度データを取得する。3軸方向の加速度データの例を、図4Aに示す。解析部116は次に、3軸方向の加速度データの時間微分を行い、3軸方向の微分係数を導出する。3軸方向の微分係数の例を、図4Bに示す。解析部116は次に、3軸方向の微分係数のノルムである体動データ変動量を算出する。体動データ変動量の例を、図4Cに示す。解析部116は最後に、当該体動データ変動量の所定時間にわたる平均値である体動量を算出する。当該所定時間は例えば、1分間である。

0026

続いて、覚醒/睡眠判定処理について説明する。

0027

解析部116は先ず、体動判定を行う。当該体動判定において、解析部116は、体動データ変動量と閾値(体動閾値)とを比較し、閾値よりも大きい体動データ変動量の発生を体動の発生と判定する。体動閾値は例えば、0.01Gである。解析部116は次に、覚醒/睡眠判定を行う。当該覚醒/睡眠判定において、解析部116は、体動の発生頻度と閾値(頻度閾値)とを比較し、体動の発生頻度が閾値以上である場合には、当該体動を覚醒中の体動と判定し、体動の発生頻度が閾値未満である場合には、当該体動を睡眠中の体動と判定する。また、解析部116は、体動の発生頻度が閾値以上であり、且つ、脈波間隔が過去の睡眠中の脈波間隔の平均値よりも長い場合には、当該体動を睡眠中の体動と判定してもよい。頻度閾値は例えば、5回/分である。

0028

以上の覚醒/睡眠判定処理の様子が、図5に模式的に示されている。図5には、4つの期間P1,P2,P3,P4と、体動閾値0.01Gと、頻度閾値5回/分とが示されている。期間P1,P2,P3,P4における体動の発生頻度は、2回,7回,6回,3回である。よって、期間P1,P2,P3,P4における体動は、睡眠中の体動,覚醒中の体動,覚醒中の体動,睡眠中の体動と判定される。このような場合、覚醒から睡眠に遷移した時刻が入眠時刻として検出され、睡眠から覚醒に遷移した時刻が覚醒時刻として検出される。そして、入眠時刻と覚醒時刻との差をとることで、睡眠時間が算出される。

0029

なお、被験者が覚醒中か睡眠中かを判定する必要がない場合には、体動量算出処理及び覚醒/睡眠判定処理は不要である。この場合、解析部116は、上述の3つの処理のうち脈波間隔算出処理のみを行うことになる。なお、脈波間隔算出処理については後述する。

0030

以下、図1に戻って説明を続ける。

0031

表示部121は、出力用のUI(User Interface)である。表示部121には例えば、時刻、睡眠時間、脈拍数、脈波計測状態、バッテリ状態メモリ状態通信状態等が表示される。表示部121は例えば、LCD(Liquid Crystal Display)である。

0032

操作部122は、入力用のUI(User Interface)である。操作部122には例えば、時刻モード計測モードとを切り替えるためのモード切り替えボタンや、バックライト点灯するためのバックライトボタン等が設けられている。

0033

通信部123は、外部装置との通信を行うためのインタフェースである。通信部123は例えば、USBポートである。外部装置の例としては、PC、PDA端末携帯電話機等が挙げられる。通信部123により、脈波の計測結果をPCのHDD内に保存したり、脈波の計測結果をPC内の解析ソフトで解析したりすることが可能になる。

0034

動作周波数切替部124は、動作モードに応じて動作周波数の切り替えを行う機能部である。操作部122によって動作モードが切り替えられると、動作周波数切替部124は動作周波数の切り替えを行う。

0035

バッテリ125は、脈波間隔計測装置101の電源である。

0036

バッテリ電圧監視部126は、バッテリ125の電圧を監視する機能部である。

0037

制御部127は、脈波間隔計測装置101の制御を行う機能部である。制御部127は例えば、操作部122からの指示に応じて、所定の機能部に所定の処理要求を行う。当該指示の例としては、計測開始、計測終了、電源のON/OFF等が挙げられる。

0038

以下、解析部116が行う脈波間隔算出処理について説明する。図6は、脈波間隔算出処理に関する機能ブロックを示した機能ブロック図である。図7は、脈波間隔算出処理に関するフローチャート図である。

0039

解析部116は、図6のように、サンプリング部201と、値検出部202と、基準値算出部203と、時刻算出部204と、脈波間隔算出部205と、ばらつき算出部206と、安定性判断部207と、脈波間隔出力部208とを備える。これらの機能ブロックの詳細については、図7のフローチャートと共に説明する。以下、図7のフローチャートについて説明する。

0040

脈波間隔算出処理では先ず、サンプリング部201が、上記脈波から脈波データをサンプリングする(S101)。次に、値検出部202が、上記脈波の所定区間内における最大値及び最小値を検出する(S102)。図8には、上記脈波の所定区間ΔN内における最大値M及び最小値mが図示されている。当該所定区間はここでは、所定のサンプリングポイントを中心とする約1秒の区間である。最大値及び最小値はここでは、所定区間においてサンプリングされた一連の脈波データから取得される。

0041

次に、基準値算出部203が、上記所定区間内における上記最大値と上記最小値との間の1つ以上の基準値を算出する(S103)。各基準値は、上記最大値と上記最小値との間の1つの内分点に相当する。図8には、最大値Mと最小値mとの間の1つの内分点Xが図示されている。内分点Xの内分比は、3:1である。内分点Xの内分比を(X−m)/(M−m)と表す場合、内分点Xの内分比は0.75と表される。基準値算出部203は、1つ以上の内分点を算出する際、最大値と最小値との差を振幅として算出し、当該振幅の1つ以上の内分点を算出する。図9には、3つの内分点X1(内分比2:1),X2(内分比3:1),X3(内分比4:1)が図示されている。

0042

解析部116は、S102及びS103の処理を、上記脈波の複数の区間について実行する。図8には、区間ΔN,ΔN+1,ΔN+2,ΔN+3が図示されている。ここで、区間ΔN,ΔN+1,ΔN+2,ΔN+3内の内分点の内分比は、いずれも3:1である。このように、基準値算出部203は、上記所定区間内において、上記脈波の複数の区間に共通の1つ以上の内分比に基づいて、上記最大値と上記最小値との間の1つ以上の内分点を算出する。図9には、共通の内分比2:1,3:1,4:1に基づいて算出した内分点X1,X2,X3が図示されている。なお、解析部116は、後述のS104の処理も、上記脈波の複数の区間について実行する。

0043

次に、時刻算出部204が、上記脈波と上記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、上記所定区間内における2つ以上の時刻を算出する(S104)。各算出時刻は、上記脈波と上記1つ以上の基準値のいずれかとが交差するような、上記所定区間内における各交点の時刻に相当する。但し、ここでいう交点は、図7の処理が数値計算である関係上、数学的に厳密な交点である必要はない。時刻算出部204は例えば、上記脈波と上記基準値とが交差する時刻として、上記脈波と上記基準値との差の正負が入れ替わる時刻を算出してもよい。図9には、脈波波形と3つの基準値X1,X2,X3との6つの交点P1A,P2A,P3A,P1B,P2B,P3Bが図示されている。交点P1A,P2A,P3Aは、正極性の交点、即ち、傾きが正の脈波波形と基準値との交点である。交点P1B,P2B,P3Bは、負極性の交点、即ち、傾きが負の脈波波形と基準値との交点である。S104の処理には、S101にてサンプリングされた脈波データと、S103にて算出された基準値とが利用される。

0044

図9には、脈波波形と3つの基準値との6つの交点が示されている。時刻算出部204は、6つの交点の全てを検出してもよいし、6つの交点の内の2つ以上の交点を検出してもよい。時刻算出部204は例えば、正極性の交点P1A,P2A,P3Aのみを検出してもよい。これには、小さな極大領域(後述)の交点を誤って検出してしまうおそれが少なくなるという利点がある。一方、全ての交点を検出することには、算出する内分点の個数を減らして、内分点算出処理の処理負担を軽減できるという利点がある。時刻算出部204は、検出された各交点の時刻を算出する。時刻算出部204はここでは、上記6つの交点の全てを検出するとする。図9には、上記6つの交点P1A,P2A,P3A,P1B,P2B,P3Bの時刻T1A,T2A,T3A,T1B,T2B,T3Bが示されている。

0045

次に、脈波間隔算出部205が、上記所定区間内における各算出時刻と上記所定区間の前の区間内における対応する算出時刻との時間間隔を、上記脈波の脈波間隔として算出する(S105)。各算出時間間隔は、上記所定区間内にある各交点の時刻と上記所定区間の前の区間内にある対応する交点の時刻との時間間隔に相当する。図9には、所定区間ΔNと、所定区間ΔNの前の区間ΔN−1とが図示されている。区間ΔN−1は、区間ΔNよりも過去の区間である。区間ΔN−1にある交点Q1A,Q2A,Q3A,Q1B,Q2B,Q3Bはそれぞれ、区間ΔNにある交点P1A,P2A,P3A,P1B,P2B,P3Bに対応する。図9には、これら対応交点の時刻t1A,t2A,t3A,t1B,t2B,t3Bが図示されている。脈波間隔算出部205は、時間間隔T1A−t1A,T2A−t2A,T3A−t3A,T1B−t1B,T2B−t2B,T3B−t3Bを、上記脈波の脈波間隔として算出する。このように、脈波間隔算出部205は、2つ以上の脈波間隔を算出する。脈波間隔算出部205はここでは、6つの脈波間隔を算出する。

0046

次に、ばらつき算出部206が、上記所定区間と上記所定区間の前の区間との間で算出された上記2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出する(S106)。ばらつき算出部206はここでは、上記2つ以上の脈波間隔の平均値を算出すると共に、脈波間隔のばらつきとして、上記2つ以上の脈波間隔の標準偏差を算出する。このように、ばらつき算出部206は、上記2つ以上の脈波間隔について、脈波間隔の平均値及び標準偏差を算出する。ばらつき算出部206はここでは、上記6つの脈波間隔について、脈波間隔の平均値及び標準偏差を算出する。

0047

次に、安定性判断部207が、上記脈波間隔のばらつきに基づいて、上記脈波間隔の計測の安定性を判断する(S107)。安定性判断部207は、上記標準偏差が閾値未満である場合には、当該計測は安定であると判断する。一方、安定性判断部207は、上記標準偏差が閾値以上である場合には、当該計測は不安定であると判断する。

0048

S105の処理では、脈波波形上の複数のポイントで、脈波間隔を算出する。S106の処理では、このようにして算出された複数の脈波間隔について、脈波間隔のばらつきを算出する。もし脈波波形が完全に周期的であれば、脈波間隔はポイントに依存せず、脈波間隔のばらつきは無くなるはずである。よって、脈波間隔のばらつきが小さいということは、脈波波形の再現性(反復性)が高いということを意味する。よって、S107の処理では、脈波間隔のばらつきが小さいか否かに基づいて、所定区間における脈波間隔の計測が正しいか否かを判断する。

0049

次に、脈波間隔出力部208は、上記計測が安定である場合には、上記2つ以上の脈波間隔の中間値を、上記脈波の脈波間隔の計測値として採用する(S108)。中間値を採用する代わりに、平均値を採用してもよい。脈波間隔出力部208は、採用した平均値又は中間値を、脈波間隔の計測値として出力する。計測値の出力方法の例としては、計測値の表示、計測値の保存、計測値の外部装置への送信等が挙げられる。脈波間隔出力部208はここでは、採用した脈波間隔データを、1分間の体動発生回数や1分間の平均脈波振幅と共に、記憶部117に保存する。

0050

以上のように、本実施例では、S101乃至S107の処理により、脈波計測に関する安定性を判断する。本実施例の安定性判断では例えば、標準波形と観測波形との相関値を算出するような処理は不要である。そのため、安定性判断の処理負担が、比較的少なくて済む。よって、本実施例の安定性判断は、小規模演算回路を有する制御部127を有する脈波センサにも有効である。本実施例の安定性判断は例えば、多数の拍数分の脈波間隔がなくても実行可能である。本実施例では、所定区間とその前の区間との間の複数の脈波間隔が算出できれば、所定区間における安定性判断を行うことができる。そのため、本実施例では、安定性判断を比較的短時間で行うことができる。なお、S108により出力される脈波間隔データは例えば、自律神経活動や睡眠状態の判定等に利用可能である。

0051

ここで、内分点及び内分比について説明する。

0052

内分点及び内分比の例は、上述の通り、図9に示されている。図9には、内分比2:1の内分点X1と、内分比3:1の内分点X2と、内分比4:1の内分点X3とが図示されている。これらの内分点の内分比を(X−m)/(M−m)と表す場合、内分点X1,X2,X3の内分比はそれぞれ0.67,0.75,0.80と表される。

0053

図10Aは、上記脈波の波形図である。脈波波形は、図10Aに示すように、被験者の血管や血行の状態に応じて変化する。被験者の血管の弾力が大きい場合等には、図10Aに示すように、脈波波形において、大きな極大の後に小さな極大が生じる事がある。

0054

図10Bは、上記脈波を微分して得られる微分脈波の波形図である。微分脈波は、脈波を検出し、検出された脈波の時間微分を行う事で得られる。S101乃至S108で利用する脈波は、図10Aのような脈波そのものとする代わりに、図10Bのような微分脈波としてもよい。この場合、サンプリング部201は、微分脈波から脈波データをサンプリングし、値検出部202及び時刻算出部204は、微分脈波からサンプリングされた脈波データを利用する。

0055

脈波の時間微分には、脈波の基線の揺らぎが除去されるという利点がある。一方、脈波の時間微分には、上述の小さな極大が強調されてしまう事が多いという欠点がある。この様子は、図10Bに示されている。更には、小さな極大が大きな極大に近付いてしまう事が多いという欠点もある。よって、脈波の時間微分を行う場合には、この小さな極大よりも上方に各内分点を設定する必要がある。

0056

図11は、複数の被験者の脈波を実際に測定して得られた測定結果を表す。被験者の数は15名、被験者の年齢分布は20〜62歳である。図11には、微分脈波の脈波振幅と、微分脈波中の小さな極大の極大値とが示されている。図11には更に、当該脈波振幅と当該極大値との比(極大値÷脈波振幅)が示されている。本測定においては、当該比の最大値は0.637(データ14)であった。

0057

本実施例では、図11の測定結果を踏まえて、内分比(=(X−m)/(M−m))の下限値を0.637よりも大きい値に定める。本実施例では例えば、内分比の下限値を0.64と定め、各内分点の内分比を0.64以上とする。これにより、微分脈波中の小さな極大を誤って検出してしまうおそれが少なくなる。本実施例では、0.637と下限値との間のマージンをもう少し大きめにとり、下限値を0.65や0.70と定めてもよい。以上のように、本実施例の基準値算出部203は、各内分点の内分比を、複数の被験者の脈波の測定結果に基づいて決められた下限値以上の値とする。

0058

脈波間隔計測装置101は、各被験者による通常使用の前に、該被験者の脈波のテストデータを計測してもよい。この場合、脈波間隔計測装置101は、図11の最大比と同様の最大比を当該テストデータから取得し、当該最大比に基づいて内分比の下限値を定める事ができる。例えば、最大比が0.5である場合には、最大比と下限値との間のマージンを0.1だけとり、下限値を0.6と定める事ができる。

0059

これらの場合のように最大比と下限値との間のマージンを十分に確保しても、内分点の設定が不適切になることがある。例えば、内分点の位置がずれたり、内分点の設定が失敗したりすることがある。その原因の例としては、生体の揺らぎや体動のような外乱による脈波波形の乱れ等が挙げられる。このような場合、脈波間隔計測装置101は、内分点の特異値を削除するような処理を行う。このような処理に関する2つの例を説明する。

0060

第1の例では先ず、ばらつき算出部206が、上記所定区間と上記所定区間の前の区間との間で算出された上記2つ以上の脈波間隔に関して、当該脈波間隔から最大のもの及び最小のものを除去し、残った脈波間隔のばらつきを算出する。ばらつき算出部206は、残った脈波間隔のばらつきが所定の値になるまで、この処理を繰り返す。ばらつき算出部206はここでは、残った脈波間隔の標準偏差が所定の閾値未満になるまで、この処理を繰り返す。この処理を1回実行する毎に、脈波間隔が2個除去されることになる。なお、標準偏差が最初から閾値未満である場合には、この処理は不要である。次に、安定性判断部207は、脈波間隔のばらつきが所定の値になった時点で残った脈波間隔の個数に基づいて、上記脈波間隔の計測の安定性を判断する。安定性判断部207はここでは、該個数が4個未満の場合には、該計測が不安定と判断する。

0061

第2の例では先ず、ばらつき算出部206が、上記所定区間と上記所定区間の前の区間との間で算出された上記2つ以上の脈波間隔に関して、当該脈波間隔のうち所定の範囲から外れるものを除去し、残った脈波間隔のばらつきを算出する。当該所定の範囲は、当該脈波間隔の平均値及び標準偏差に基づいて予め定めておく。なお、所定の範囲から外れる脈波間隔がない場合には、この処理は不要である。次に、安定性判断部207は、残った脈波間隔のばらつきに基づいて、上記脈波間隔の計測の安定性を判断する。安定性判断の方法は、S107の処理と同様である。

0062

以下、第2実施例のマットセンサ301について説明する。第2実施例は第1実施例の変形例であり、第2実施例については第1実施例との相違点を中心に説明する。

0063

(第2実施例)
図12は、第2実施例のマットセンサ301の外観図である。第1実施例では脈波及び加速度を検出するのに対し、第2実施例では心拍及び体動を検出する。

0064

マットセンサ301は、ベッド311と、マットレス312と、圧力検出部321と、情報処理部331とを具備する。圧力検出部321は、マットレス312の表面に設けられており、被験者の胸部又は腹部振動を検出する。これにより、圧力検出部321は、被験者の睡眠時の心拍及び体動を検出する事ができる。圧力検出部321は更に、被験者の不在及び在床を検出する事ができる。圧力検出部321はここでは、圧電素子を具備する。当該圧電素子はここでは、薄膜状に成形されたポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料と、当該高分子圧電材料の第1及び第2の側面に付着された可とう性の第1及び第2の電極膜とを具備する。当該圧電素子はここでは、テープ状の形状を有する。情報処理部331については後述する。

0065

図13は、図12の情報処理部331の機能構成図である。情報処理部331は、圧力検出部321と接続されている。情報処理部331は、アンプフィルタ部112と、ゲイン調節部113と、A/D変換部115と、解析部116と、記憶部117と、表示部121と、操作部122と、通信部123と、動作周波数切替部124と、バッテリ125と、バッテリ電圧監視部126と、制御部127とを備える。

0066

情報処理部331は、脈波検出部111を備えない点、加速度検出部114を備えない点、アンプフィルタ部112に圧力検出部321が接続されている点で、図1の脈波間隔計測装置101と異なっている。また、図13のアンプフィルタ部112の機能は、図1のアンプフィルタ部112の機能と異なっている。図13のその他の機能部の構成や機能については、図1の対応する機能部の構成や機能と同様である。

0067

図13のアンプフィルタ部112は、圧力検出部321の出力を取り込み、当該出力を体動成分心拍成分とに分離し、当該体動成分及び心拍成分をA/D変換部115に出力する機能部である。図13のアンプフィルタ部112は、体動計測データの周波数帯域に適したフィルタと、心拍計測データの周波数帯域に適したフィルタとを具備する。

0068

以上のように、マットセンサ301は、被験者の心拍を検出する。マットセンサ301は、心拍検出結果に対し、図1の脈波間隔計測装置101が脈波検出結果に対して行うのと同様の処理を行う。本実施例のマットセンサ301によれば、上述の脈波間隔算出処理を、被験者を拘束することなく行う事ができる。

0069

なお、第1実施例の脈波間隔計測装置101の制御は例えば、コンピュータプログラムにより実行可能である。図14に示すプログラム401は、当該コンピュータプログラムの例である。プログラム401はここでは、脈波間隔計測装置101のROM411(例えば記憶部117)に格納されており、脈波間隔計測装置101のCPU412(例えば制御部127)により実行される。

0070

この場合には例えば、図1の制御部127による制御が、プログラム401により実現される。この場合、図1の各機能部の動作は、プログラム401により制御される。更には、図1の解析部116による解析が、プログラム401により実行される。この場合、図6の各機能ブロックは、プログラム401により実現される。プログラム401は例えば、ROM411のようなコンピュータ読取可能な記録媒体に記録される。

0071

同様に、第2実施例のマットセンサ301の制御は例えば、コンピュータプログラムにより実行可能である。

0072

本実施例の脈波間隔計測装置は例えば、日常生活の中で手軽に利用できるという利点を有する。本実施例の脈波間隔計測装置は更に、比較的精度の良い脈波間隔計測を比較的短時間で行う事ができるという利点を有する。本実施例の構成は例えば、携帯型の脈波間隔計測装置に適している。

図面の簡単な説明

0073

第1実施例の脈波間隔計測装置の機能構成図である。
図1の脈波間隔計測装置の正面図である。
図1の脈波間隔計測装置の側面図である。
体動量算出処理について説明するための図である。
覚醒/睡眠判定処理について説明するための図である。
脈波間隔算出処理に関する機能ブロックを示した機能ブロック図である。
脈波間隔算出処理に関するフローチャート図である。
脈波間隔算出処理について説明するための図である。
脈波間隔算出処理について説明するための図である。
脈波及び微分脈波の波形図である。
複数の被験者の脈波の測定結果を表す。
第2実施例のマットセンサの外観図である。
図12の情報処理部の機能構成図である。
コンピュータプログラムを表す。

符号の説明

0074

101脈波間隔計測装置
111脈波検出部
112アンプフィルタ部
113ゲイン調節部
114加速度検出部
115 A/D変換部
116解析部
117 記憶部
121 表示部
122 操作部
123通信部
124動作周波数切替部
125バッテリ
126バッテリ電圧監視部
127 制御部
201サンプリング部
202 値検出部
203基準値算出部
204時刻算出部
205脈波間隔算出部
206 ばらつき算出部
207 安定性判断部
208 脈波間隔出力部
301マットセンサ
311ベッド
312マットレス
321圧力検出部
331情報処理部
401コンピュータプログラム
411 ROM
412 CPU

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ