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図面 (11)

課題

系列信号から周期的変動信号成分の周期情報を少ない処理量にて精度よく検出することのできる周期的変動信号情報検出装置を提供することである。

解決手段

生体信号信号レベル値サンプリングするサンプリング手段(図4)と、該サンプリング手段にて得られた信号レベル値を注目信号レベル値とし、該注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング検出手段により得られた信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出する対応信号レベル値抽出手段(S25、S26)と、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、周期的変動信号成分の周期を表す周期情報を生成する周期情報生成手段(S27,S29)とを有する。

概要

背景

本願出願の発明者は、心拍呼吸等の生体信号抽出装置を提案している(特許文献1参照)。この装置では、生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値に基づいて、同一レベル値であって変化傾向(情報傾向または下降傾向)が同一であり、かつ、時間軸上でそれらのサンプリングタイミングが最も近い当該生体信号上の2つの点が同位相点として検出され、それら同位相点間の時間が同位相点間ランニング距離として演算される。そして、得られた同位相点間ランニング距離が統計的に処理され、例えば、発生回数の最も多い同位相点間ランニング距離が、例えば、呼吸等の周期的変動信号成分の主要周期として出力される。

概要

系列信号から周期的変動信号成分の周期情報を少ない処理量にて精度よく検出することのできる周期的変動信号情報検出装置を提供することである。生体信号の信号レベル値をサンプリングするサンプリング手段()と、該サンプリング手段にて得られた信号レベル値を注目信号レベル値とし、該注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング検出手段により得られた信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出する対応信号レベル値抽出手段(S25、S26)と、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、周期的変動信号成分の周期を表す周期情報を生成する周期情報生成手段(S27,S29)とを有する。

目的

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもので、生体信号から呼吸動心拍動を表す周期的変動信号成分の周期情報をより少ない処理量にて精度よく検出することのできる生体情報検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

人の心拍動呼吸動及び体動を含み得る生体動を表す生体信号から該生体信号に含まれる周期的変動信号成分の周期を検出する生体動情報検出装置であって、前記生体信号の信号レベル値サンプリングするサンプリング手段と、該サンプリング手段にて得られた信号レベル値から注目信号レベル値として選ばれる注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング手段にて得られた信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出する対応信号レベル値抽出手段と、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、周期的変動信号成分の周期を表す周期情報を生成する周期情報生成手段とを有する生体動情報検出装置。

請求項2

前記周期情報生成手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間をランニング距離として演算するランニング距離演算手段を有し、該ランニング距離演算手段にて得られた前記ランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する請求項1記載の生体動情報検出装置。

請求項3

前記周期情報生成手段は、前記対応信号レベル値抽出手段にて複数の対応信号レベル値が抽出された場合、前記ランニング距離演算手段により前記複数の対応信号レベル値に対して得られる複数のランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する請求項2記載の生体動情報検出装置。

請求項4

前記周期情報生成手段は、前記ランニング距離演算手段により前記複数の対応信号レベル値に対して得られる複数のランニング距離から1つのランニング距離を決めるランニング距離決定手段を有し、該ランニング距離決定手段により得られた前記1つのランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する請求項3記載の生体動情報検出装置。

請求項5

前記対応信号レベル値抽出手段にて複数の対応信号レベル値が抽出された場合に、該複数の対応信号レベル値に対する複数のサンプリングタイミングから1つのタイミングを決めるタイミング決定手段を有し、前記ランニング距離演算手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと前記タイミング決定手段にて得られた前記1つのタイミングとの間の時間を前記ランニング距離として演算する請求項2記載の生体動情報検出装置。

請求項6

前記対応信号レベル値抽出手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の呼吸既知の周期に基づいて決められる呼吸インターバル時間離れたタイミングを含む第1時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング検出手段により得られた信号レベル値から、前記対応信号レベル値として抽出し、前記周期情報生成手段は、前記周期的変動信号成分としての呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報を生成する請求項1乃至5のいずれかに記載の生体動情報検出装置。

請求項7

前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記呼吸インターバル時間を可変設定する呼吸インターバル時間設定手段を有する請求項6記載の生体動情報検出装置。

請求項8

前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記第1時間ウィンドウを可変設定する第1時間ウィンドウ設定手段を有する請求項6または7記載の生体動情報検出装置。

請求項9

前記生体信号から前記呼吸動を表す信号成分を除去して呼吸動除去生体信号を生成するフィルタ手段を有し、前記サンプリング手段は、前記生体信号に代えて前記フィルタ手段にて得られた前記呼吸動除去生体信号の信号レベル値をサンプリングし、前記対応信号レベル値抽出手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の心拍の既知の周期に基づいて決められる心拍インターバル時間離れたタイミングを含む第2時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング手段により得られた信号レベル値から、前記対応信号レベル値として抽出し、前記周期情報生成手段は、前記周期的変動信号成分としての心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報を生成する請求項1乃至5のいずれかに記載の生体動情報検出装置。

請求項10

前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記心拍インターバル時間を可変設定する心拍インターバル設定手段を有する請求項9記載の周期的変動信号情報検出装置

請求項11

前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記第2時間ウィンドウを可変設定する第2時間ウィンドウ設定手段を有する請求項9または10記載の周期的変動信号情報検出装置。

請求項12

前記サンプリング手段は、前記生体信号の信号レベル所定範囲内のデジタル信号レベル値に変換し、該デジタル信号レベル値をサンプリングされた信号レベル値として出力するアナログデジタル変換器を有し、前記アナログ・デジタル変換器から出力されるデジタル信号レベル値が、前記所定範囲の上限値となるときに、体動のあることを表す体動情報を出力する体動情報出力手段を有する請求項6乃至8のいずれかに記載の周期的変動信号情報検出装置。

技術分野

0001

人の心拍動呼吸動体動を含み得る生体動を表す生体信号から心拍動や呼吸動を表す周期的変動信号成分の周期を検出する生体動情報検装置に関する。

背景技術

0002

本願出願の発明者は、心拍呼吸等の生体信号の抽出装置を提案している(特許文献1参照)。この装置では、生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値に基づいて、同一レベル値であって変化傾向(情報傾向または下降傾向)が同一であり、かつ、時間軸上でそれらのサンプリングタイミングが最も近い当該生体信号上の2つの点が同位相点として検出され、それら同位相点間の時間が同位相点間ランニング距離として演算される。そして、得られた同位相点間ランニング距離が統計的に処理され、例えば、発生回数の最も多い同位相点間ランニング距離が、例えば、呼吸等の周期的変動信号成分の主要周期として出力される。

先行技術

0003

特許4122003号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上述したような生体信号の抽出装置は、同位相点ランニング距離(2つの同位相点間の時間)を得ることで、心拍動や呼吸動を表す信号成分の周期を得ることができる。しかしながら、サンプリングされた多くの信号レベル値の1つ1つを選んで同位相点であるか否かの判定を行わなければならず、処理の対象となるデータの量が非常に多く、また、得られた多くの同位相点間ランニング距離についての統計的な処理も必要である。このため、高速にて処理結果(周期)を得ることが難しい。

0005

一方、高速フーリエ変換FFT)を利用して周波数成分を計算する方法が知られている。しかし、この方法では、生体信号において非常に低い周波数(非常に大きい周期)の呼吸動信号成分の周期を検出するには、FFTの周波数分解能不足して誤差が大きくなってしまうという欠点がある。

0006

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもので、生体信号から呼吸動や心拍動を表す周期的変動信号成分の周期情報をより少ない処理量にて精度よく検出することのできる生体動情報検出装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る生体動情報検出装置は、人の心拍動、呼吸動及び体動を含み得る生体動を表す生体信号から該生体信号に含まれる周期的変動信号成分の周期を検出する生体動情報検出装置であって、前記生体信号の信号レベル値をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリング手段にて得られた信号レベル値から注目信号レベル値として選ばれる注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング手段にて得られた信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出する対応信号レベル値抽出手段と、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、周期的変動信号成分の周期を表す周期情報を生成する周期情報生成手段とを有する構成となる。

0008

このような構成により、生体信号からサンプリングされた信号レベル値から選択される注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出され、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、前記生体信号に含まれる周期的変動信号成分の周期を表す周期情報が生成される。

0009

前記対応信号レベル値を抽出するために用いられる前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングからの所定時間を、呼吸動を表す信号成分等の前記周期的変動信号の既知であるおおよその周期に設定することにより、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、該注目信号レベル値と同一のレベル値となる前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングと間の時間が、前記周期的変動信号の真の周期により近いものとなり得る。

0010

本発明に係る生体動情報検出装置において、前記周期情報生成手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間をランニング距離として演算するランニング距離演算手段を有し、該ランニング距離演算手段にて得られた前記ランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する構成とすることができる。

0011

このような構成により、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間(ランニング距離)に基づいた前記周期的変動信号成分の周期情報が得られる。

0012

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記周期情報生成手段は、前記対応信号レベル値抽出手段にて複数の対応信号レベル値が抽出された場合、前記ランニング距離演算手段により前記複数の対応信号レベル値に対して得られる複数のランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する構成とすることができる。

0013

このような構成により、注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値に複数存在することにより、複数の対応信号レベル値が抽出された場合、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記複数の対応信号レベル値のサンプリングタイミングとによって演算される複数のランニング距離に基づいて、前記周期的変動信号成分の周期情報が生成される。

0014

更に、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記周期情報生成手段は、前記ランニング距離演算手段により前記複数の対応信号レベル値に対して得られる複数のランニング距離から1つのランニング距離を決めるランニング距離決定手段を有し、該ランニング距離決定手段により得られた前記1つのランニング距離に基づいて前記周期情報を生成する構成とすることができる。

0015

このような構成により、注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値に複数存在することにより、複数の対応信号レベル値が抽出された場合、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記複数の対応信号レベル値のサンプリングタイミングとによって複数のランニング距離が演算されると、その複数のランニング距離から1つのランニング距離が決められ、その決められたランニング距離に基づいて周期情報が生成される。

0016

前記複数のランニング距離から決められる1つのランニング距離は、前記複数のランニング距離から選択されるものであっても、前記複数のランニング距離の平均値等、複数のランニング距離を加味して生成される新たなランニング距離であってもよい。

0017

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段にて複数の対応信号レベル値が抽出された場合に、該複数の対応信号レベル値に対する複数のサンプリングタイミングから1つのタイミングを決めるタイミング決定手段を有し、前記ランニング距離演算手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと前記タイミング決定手段にて得られた前記1つのタイミングとの間の時間を前記ランニング距離として演算する構成とすることができる。

0018

このような構成により、注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値に複数存在することにより、複数の対応信号レベル値が抽出された場合、その複数の対応信号レベル値に対応する複数のサンプリングタイミングから1つのタイミングが決定され、前記注目信号レベル値のサンプリングタイムと前記決定されたタイミングとの間の時間がランニング距離として演算される。そして、そのランニング距離に基づいて周期的変動信号成分の周期情報が生成される。

0019

更に、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の呼吸の既知の周期に基づいて決められる呼吸インターバル時間離れたタイミングを含む第1時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング検出手段により得られた信号レベル値から、前記対応信号レベル値として抽出し、前記周期情報生成手段は、前記周期的変動信号成分としての呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報を生成する構成とすることができる。

0020

このような構成により、生体信号からサンプリングされた信号レベル値が注目信号レベル値から選択される注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の呼吸の既知の周期に基づいて決められる呼吸インターバル時間離れたタイミングを含む第1時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出される。そして、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、前記生体信号に含まれる呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報が生成される。

0021

注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の呼吸の既知の周期に基づいて決められる呼吸インターバル時間を用いて対応信号レベル値を抽出しているので、その注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、該注目信号レベル値と同一のレベルとなる前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間が、呼吸動を表す信号成分の真の周期、即ち、呼吸の周期により近いものとなり得る。

0022

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記呼吸インターバル時間を可変設定する呼吸インターバル設定手段を有する構成とすることができる。

0023

このような構成により、生体信号の検出の対象となる人の年齢体調等に合わせて呼吸インターバル時間を変えることができるので、生体信号における呼吸動を表す信号成分の周期情報をより精度良く検出することができる。

0024

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記第1時間ウィンドウを可変設定する第1時間ウィンドウ設定手段を有する構成とすることができる。

0025

このような構成により、呼吸インターバル時間が生体信号の検出の対象となる人の呼吸の周期に正確に合致していなくても、対応信号レベル値を抽出すべき範囲としての第1時間ウィンドウを調整することにより、適正な対応信号レベル値を検出することができる。

0026

更に、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記生体信号から前記呼吸動を表す信号成分を除去して呼吸動除去生体信号を生成するフィルタ手段を有し、前記サンプリング手段は、前記生体信号に代えて前記フィルタ手段にて得られた前記呼吸動除去生体信号の信号レベル値をサンプリングし、前記対応信号レベル値抽出手段は、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の心拍の既知の周期に基づいて決められる心拍インターバル時間離れたタイミングを含む第2時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値を、前記サンプリング手段により得られた信号レベル値から、前記対応信号レベル値として抽出し、前記周期情報生成手段は、前記周期的変動信号成分としての心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報を生成す構成とすることができる。

0027

このような構成により、生体信号から呼吸動を表す信号成分を除去して残った呼吸動除去生体信号からサンプリングされた信号レベル値から選択される注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の心拍の周期に基づいて決められる心拍インターバル時間離れたタイミングを含む第2時間ウィンドウ内において前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が、前記呼吸動除去生体信号からサンプリングされた多くの信号レベル値から、対応信号レベル値として抽出される。そして、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとに基づいて、前記呼吸動除去生体信号に含まれる周期的変動信号成分としての心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報が生成される。

0028

注目信号レベル値のサンプリングタイミングから人の心拍の周期に基づいて決められる心拍インターバル時間を用いて、呼吸動除去生体信号から対応信号レベル値を抽出しているので、その注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、該注目信号レベル値と同一のレベルとなる前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間が、心拍動を表す信号成分の真の周期、即ち、心拍の周期により近いものとなり得る。

0029

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記心拍インターバル時間を可変設定する心拍インターバル設定手段を有する構成とすることができる。

0030

このような構成により、生体信号の検出の対象となる人の年齢、体調等に合わせて心拍インターバル時間を変えることができるので、呼吸動除去生体信号における心拍動を表す信号成分の周期情報をより精度良く検出することができる。

0031

また、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記対応信号レベル値抽出手段にて用いられる前記第2時間ウィンドウを可変設定する第2時間ウィンドウ設定手段を有する構成とすることができる。

0032

このような構成により、心拍インターバル時間が生体信号の検出の対象となる人の心拍の周期に正確に合致していなくても、対応信号レベル値を抽出すべき範囲としての第2時間ウィンドウを調整することにより、適正な対応信号レベル値を検出することができる。

0033

更に、本発明に係る生体動情報検出装置において、前記サンプリング手段は、前記生体信号の信号レベル所定範囲内のデジタル信号レベル値に変換し、該デジタル信号レベル値をサンプリングされた信号レベル値として出力するアナログデジタル変換器を有し、前記アナログ・デジタル変換器から出力されるデジタル信号レベル値が、前記所定範囲の上限値となるときに、体動のあることを表す体動情報を出力する体動情報出力手段を有する構成とすることができる。

0034

このような構成により、心拍動や呼吸動に比べて非常に大きな動きとなる体動のあることを、より簡単な処理にて検出し、知らせることができる。

発明の効果

0035

本発明に係る周期的変動信号情報検出装置によれば、生体信号からサンプリングされた信号レベル値から選択される注目信号レベル値と、その注目信号レベル値のサンプリングタイミングから所定時間離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウ内において当該注目信号レベル値と同一の信号レベル値である対応信号レベル値との関係に基づいて周期情報が生成されるので、より少ない処理量にてその周期情報を得ることができる。また、前記対応信号レベル値を抽出するために用いられる前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングからの所定時間を、前記周期的変動信号の既知であるおおよその周期に設定することにより、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、該注目信号レベル値と同一のレベル値となる前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングと間の時間が、前記周期的変動信号の真の周期により近いものとなり得るので、前記周期情報をより精度良く検出することができる。

図面の簡単な説明

0036

本発明の実施の形態に係る生体動情報検出装置の構成を示すブロック図である。
図1に示す生体動情報検出装置にて処理すべき生体信号の信号波形の一例を示す波形図である。
図2に示す生体信号から呼吸動を表す信号成分を除去して得られた呼吸動除去生体信号の波形の一例を示す図である。
図3Aに示す信号をレベル調整して得られる呼吸動除去生体信号の波形の一例を示す図である。
図1に示す生体動情報検出装置にてなされる生体動信号のサンプリング処理の流れを示フローチャートである。
サンプリングされた信号レベル値y及びサンプリングタイミングtの例を示す図である。
体動が発生した場合の生体信号の信号波形の一例を示す波形図である。
図1に示す生体動情報検出装置にてなされる生体信号から呼吸動を表す信号成分の周期情報を検出するための処理の手順を示すフローチャートである。
模式的に表した生体信号の波形Sbm、呼吸インターバル時間TB、時間ウィンドウTW、及びランニング距離TRLの関係を示す図である。
複数の対応信号レベル値が抽出される生体信号の波形の一例を示す図である。

実施例

0037

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

0038

本発明の実施の一形態に係る周期的変動信号情報検出装置である生体動情報検出装置は、図1に示すように構成される。

0039

図1において、この生体動情報検出装置は、ベッドに敷かれたパッド100、パッド100に設けられた振動センサ10(例えば、圧電センサ)、入力回路11、第1アナログ・デジタル変換回路12、タイミング信号生成回路19及び処理ユニット20を有している。ベッドに敷かれたパッド100に伝わる人の呼吸動、心拍動、体動等の生体動に応じた振動が振動センサ10により検出され(例えば、特許第4423481号公報参照)、振動センサ10から出力される前記振動に応じた検出信号が入力回路11に供される。入力回路11は、振動センサ10からの検出信号に対してレベル調整、ノイズ除去等の処理を施して、呼吸動、心拍動、体動等の生体動を表す生体信号Sbmを出力する。

0040

入力回路11から出力される生体信号Sbmは、例えば、図2に示すように、人の心拍動を表す信号成分Hb、人の呼吸動を表す信号成分Bt及び各種ノイズを含んでいる。また、後述するように、生体信号Sbmは、ベッド(パッド100)上での不定期な人の動き(体動)に応じて変化し得る。

0041

第1アナログ・デジタル変換回路12は、タイミング信号生成回路19からのタイミング信号に同期して入力回路11からの生体信号Sbmを、例えば、256段階のデジタル信号レベル値(以下、単に、信号レベル値という)yに変換する。この第1アナログ・デジタル変換回路12は、所定レベル以上の信号(アナログ信号)が入力されると、その出力(信号レベル値)を最大値yMAX(256)に固定する。

0042

生体動情報検出装置は、更に、フィルタ回路13、調整回路14及び第2アナログ・デジタル変換回路15を有している。フィルタ回路13(フィルタ手段)は、入力回路11から出力される体動信号Sbmから極めて周波数の低い(周期の長い)呼吸動に対応する信号成分Btを除去し、例えば、図3Aに示すような呼吸動除去生体信号Shbを出力する。この呼吸動除去生体信号Shbは、比較的周波数の高い(周期の短い)心拍動に対応した心信号成分Hbを含み得る。フィルタ回路13から出力された呼吸動除去生体信号Shbは、調整回路14によって、例えば、図3Bに示すように、処理され易いレベルに調整された後に、第2アナログ・デジタル変換回路15に供給される。第2アナログ・デジタル変換回路15は、第1アナログ・デジタル変換回路12と同様に、タイミング信号生成回路19からのタイミング信号に同期して、調整回路14を介して供給される呼吸動除去生体信号Shb(図3B参照)を、例えば、256段階の信号レベル値yに変換する。この第2アナログ・デジタル変換回路15も第1アナログ・デジタル変換回路12と同様に、所定レベル以上の信号(アナログ信号)が入力されると、その出力(信号レベル値)を最大値yMAX(256)に固定する。

0043

更に、生体動情報検出装置は、操作部16、記憶部17及び表示部18を有し、操作部16での操作に従って処理ユニット20が各種処理を実行し、処理ユニット20での処理により得られた情報等が記憶部17に保存される。また、処理ユニット20は、処理の過程で得られた各種情報やユーザとのインターフェースに必要な情報等を表示部18に表示させることができる。

0044

処理ユニット20は、例えば、図4に示す手順に従って、生体信号Sbmの信号レベル値yのサンプリングに係る処理を実行する(サンプリング手段)。

0045

図4において、処理ユニット20は、第1アナログ・デジタル変換回路12から出力される生体信号Sbmの信号レベル値yを取得するとともに、その取得時刻内部タイマ値)をサンプリングタイミングとして取得する(S11)。そして、処理ユニット20は、取得した信号レベル値yとサンプリングタイミングtとを対応づけて記憶部17に格納する(S12)。処理ユニット20は、取得した信号レベル値yが最大値yMAX(256)であるか否かを判別し(Y13)、その信号レベル値yが最大値yMAXでなければ(S13でNO)、第1アナログ・デジタル変換回路12から出力される次の信号レベル値y及びそのサンプリングタイミングtを取得する(S11)。以後、同様に、処理ユニット20は、第1アナログ・デジタル変換回路12から順次出力される信号レベル値yが最大値yMAXでないことを確認しつつ(S13でNO)、その信号レベル値yをサンプリングタイミングtと対応づけて記憶部17に格納する(S11〜S13)。

0046

上記のような信号レベル値yのサンプリング処理の過程で、取得した信号レベル値yが最大値yMAXであると(S13でYES)、処理ユニット20は、心拍動や呼吸動に比べて極端に大きい振動である体動があったとして、体動情報(例えば、所定のマーク)を表示部18に表示させる(S14:体動情報出力手段)。その後、取得される信号レベル値yが最大値yMAXであると判定される度に(S11、S12、S13YES)、体動情報が表示部18に表示される。

0047

上記のようなサンプリング処理によって、生体信号Sbmの信号レベル値yが、例えば、図5に示すように、記憶部17に格納される(バッファリング)。そして、図6に示すように、生体信号Sbm(アナログ信号)のレベルが、心拍動や呼吸動に比べて極端に大きな振動である体動によって、極端に大きな状態になる時刻tkからtmまでの間では、サンプリングされる信号レベル値yk、yk+1、yk+2、yk+3、・・・、tmが最大値yMAXに維持される(図5参照)。

0048

上述したように生体信号Sbmの信号レベル値yをサンプリングする処理と並行して、処理ユニット20は、所定のタイミングで、図7に示す手順に従って、生体信号Sbmから呼吸動に対応した信号成分(周期的変動信号)の周期情報を検出するための処理を行う。

0049

図7において、処理ユニット20は、内部カウンタNを初期化(N=0)し(S21)、人の呼吸の周期(例えば、呼吸数毎分15回に対応する4秒程度)に基づいて決められた呼吸インターバル時間TBを設定し(S22)、所定の時間幅(例えば、1秒程度)となる時間ウィンドウTW(第1時間ウィンドウ)を設定する(S23)。呼吸インターバル時間TB及び時間ウィンドウTWは、通常、デフォルトの値が設定されるが、操作部16での操作によって種々の値に設定することができる(呼吸インターバル可変設定手段、第1時間ウィンドウ設定手段)。デフォルトの呼吸インターバル時間TBは、一般的な人の呼吸の周期に基づいて決められているが、生体信号の検出の対象となる人の年齢、性別、体調等に応じて、呼吸インターバル時間TBを可変設定することができる。また、呼吸インターバル時間TBに応じて適正な時間ウィンドウTWを可変設定することができる。

0050

上記のようにして、内部カウンタNの初期設定(S21)、呼吸インターバル時間TBの設定(S22)及び時間ウィンドウTWの設定(S23)が終了すると、処理ユニット20は、上述したようにしてサンプリングされて記憶部17に格納された信号レベル値y(図5参照)から1つの信号レベル値yを注目信号レベル値として選択する(S24)。なお、注目信号レベル値として選択される信号レベル値yは、体動を表すyMAX及びその近傍のタイミングにてサンプリングされた信号レベル値以外であれることが好ましい。

0051

以後の処理について、図7に示すフローチャートとともに、図2に示す生体信号Sbmを模式化して示す図8を参照して説明する。

0052

処理ユニット20は、例えば、生体信号Sbmの時刻tiでサンプリングされた信号レベル値y(ti)(図8におけるサンプル点P(y(ti))参照)を注目信号レベル値として選択すると(S24)、その注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiから前記呼吸インターバルTB離れたタイミングを含む時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値y(図5参照)のなかに、前記注目信号レベル値y(ti)と同一の信号レベル値があるか否かを判定する(S25)。そのような信号レベル値y(tj)(図8におけるサンプル点P(y(tj))参照)があると(S25でYES)、処理ユニット20は、その信号レベル値y(tj)を対応信号レベル値として抽出する(S26:対応信号レベル値抽出手段)。

0053

このようにして、同一となる注目信号レベル値y(ti)と対応信号レベル値y(tj)とが得られると、処理ユニット20は、注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiと、対応信号レベル値y(tj)のサンプリングタイミングtjとに基づいて呼吸動を表す信号成分の周期情報を演算する。具体的には、処理ユニット20は、前記注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiと、前記対応信号レベル値y(tj)のサンプリングタイミングtjとの間の時間をランニング距離TRLとして演算する(S27:ランニング距離演算手段)。そして、処理ユニット20は、内部カウンタNがゼロであることを確認し(S28でYES)、この場合(図8参照)、注目信号レベル値y(ti)に対して単一の対応信号レベル値y(tj)が得られているので、前記ランニング距離TRLを、生体信号Sbmの呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報として生成する(S29:周期情報生成手段)。その後、処理ユニット20は、その呼吸周期情報から、単位時間(例えば、1分間)における呼吸数を演算し(S30)、例えば、前記呼吸周期情報とともにその呼吸数を表示部18に表示させる(S31)。

0054

生体信号Sbmの揺らぎやノイズなどにより、例えば、図9に示すように、前記注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiから前記呼吸インターバルTB離れたタイミングを含む時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値y(図5参照)のなかに、前記注目信号レベル値y(ti)と同一の複数(例えば、3つ)の信号レベル値y(tj-1)、y(tj-2)、y(tj-3)が存在する場合がある(S25でYES)。この場合、複数の対応信号レベル値y(tj-1)、y(tj-2)、y(tj-3)が抽出される(S26)ことになり、処理ユニット20は、注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiと、複数の対応信号レベル値y(tj-1)、y(tj-2)、y(tj-3)のそれぞれのサンプリングタイミングtj-1、tj-2、tj-3との間の時間をランニング距離TRL1、TRL2、TRL3として演算する(S27)。そして、処理ユニット20は、この複数のランニング距離TRL1、TRL2、TRL3に基づいて呼吸周期情報を生成する(S29)。例えば、複数のランニング距離TRL1、TRL2、TRL3の平均値(単一のランニング距離として)を演算し、その平均値を、生体信号Sbmの呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報として生成することができる。

0055

前記複数のランニング距離から呼吸周期情報を生成する手法は、平均値の演算に限定されるものではなく、複数のランニング距離から統計的手法用いて単一のランニング距離を演算するものや、複数のランニング距離から単一のランニング距離を単に選択するものであってもよい。

0056

なお、時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値y(図5参照)のなかに、前記注目信号レベル値y(ti)と同一の複数(例えば、3つ)の信号レベル値y(tj-1)、y(tj-2)、y(tj-3)が存在する場合、そのサンプリングタイミングtj-1、tj-2、tj-3から単一のタイミングを決定することができる(タイミング決定手段)。そして、前記注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiと前記決定されたタイミングとの間の時間を、呼吸周期情報を得るためのランニング距離TRLとして演算することができる。前記複数のサンプリングタイミングから単一のタイミングを決定する手法は、特に限定されるものでなく、例えば、複数のサンプリングタイミングの分布状態に応じて決めることでも、また、複数のサンプリングタイミングから単一のサンプリングタイミングを単に選択することにより決めることでもよい。

0057

例えば、注目信号レベル値として、図8におけるサンプル点P(y(ts))で表されるように、サンプリングタイミングtsでサンプリングされた信号レベル値y(ts)が選択されると(S24)、その注目信号レベル値y(ts)のサンプリングタイミングtsから呼吸インターバル時間TB離れたタイミングを含む時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値yのなかに、前記注目信号レベル値y(ts)と同一の信号レベル値が存在しない(S25でNO)。この場合、処理ユニット20は、内部カウンタNを+1インクリメントし(N=N+1:S32)、そのカウント値Nが所定値Noに達したか否かを判定する(S33)。カウント値Nが所定値Noに達していない場合(S33でNO)、処理ユニット20は、サンプリングされて記憶部17に格納された信号レベル値y(図5参照)から他の信号レベル値yを注目信号レベル値として選択する(S24)。そして、処理ユニット20は、その新たに選択された注目信号レベル値に基づいて、呼吸インターバル時間TB離れた時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値yのなかに、前記新たな注目信号レベル値と同一の信号レベル値が存在するか否かを判定する(S25)。

0058

そのような信号レベル値(対応信号レベル値)が無い(S25でNO)場合、処理ユニット20は、更に、内部カウンタNを+1インクリメントし(S32)、そのカウント値Nが所定値Noに達していないことを確認して(S33)、新たな注目信号レベル値を選択する(S24)。そして、処理ユニット20は、注目信号レベル値に対応する対応信号レベル値が無い(S25でNO)状況において、上記処理(S24、S25でNO,S32、S33)を繰り返し実行する。その過程で、選択された注目信号レベル値のサンプリングタイミングから呼吸インターバル時間TB離れたタイミングを含む時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値yのなかに、前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値があると(S25でYES)、その信号レベル値を対応信号レベル値として抽出して(S26)、前述したようにランニング距離TRLを演算する(S27)。

0059

この場合、信頼性を確保するために、処理ユニット20は、内部カウンタNを−1デクリメントしつつ(S35)、そのカウント値Nがゼロになるまで(S28でYES)、注目信号レベル値の選択(S24)、対応信号レベル値の抽出(S25、S26)及びランニング距離TRLの演算(S27)を繰り返し実行する。そして、カウント値Nがゼロになると(S28でYES)、処理ユニット20は、それまでに得られた複数のランニング距離TRLに対して上述したような平均値演算統計演算など施して、生体信号Sbmの呼吸動を表す信号成分の呼吸周期情報を生成する(S29)。

0060

なお、上述した処理(S24、S25、S32、S33)の過程で、選択される注目信号レベル値に対する対応信号レベル値が抽出されることなく、内部カウンタのカウント値Nが所定値Noに達すると(S33でYES)、処理ユニット20は、呼吸動を表す信号成分の周期情報や呼吸数の検出ができないとして、その旨のメッセージを表示部18に表示させる(S34)。

0061

処理ユニット20は、図4に示す手順と同様の手順に従って、図3Bに示すような波形となる呼吸動除去生体信号Shbについてのサンプリング処理も実行しており、第2アナログ・デジタル変換器15から出力される前記呼吸動除去生体信号Shbの信号レベル値y(t)をそのサンプリングタイミングt(取得タイミング)と対応づけて記憶部17に格納(バッファリング)している(図5参照)。そして、処理ユニット20は、そのサンプリング処理と並行して、図7に示す手順と同様の手順に従って、心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報を生成し(S29)、その心拍周期情報に基づいて、例えば、単位時間(例えば、1分間)当たりの心拍数を演算して(S30)、その心拍数を前記周期情報とともに表示部18に表示させている(S31)。

0062

前記呼吸動除去生体信号Shbの心拍動を表す信号成分の周期情報を生成する処理(図7参照)では、呼吸インターバル時間TBに代えて、人の心拍の周期(例えば、1秒程度)に基づいて決められた心拍インターバル時間Thが設定され(S22)、所定の時間幅(例えば、0.25秒程度)となる時間ウィンドウTW(第2時間ウィンドウ)が設定される(S23)。これら心拍インターバル時間Th及び時間ウィンドウTWは、呼吸動の場合と同様に、通常、デフォルトの値が設定されるが、操作部16での操作によって種々の値に設定することができる(心拍インターバル可変設定手段、第2時間ウィンドウ設定手段)。デフォルトの心拍インターバル時間TBは、一般的な人の心拍の周期に基づいて決められているが、生体信号の検出の対象となる人の年齢、性別、体調等に応じて、心拍インターバル時間Thを可変設定することができる。また、心拍インターバル時間Thに応じて適正な時間ウィンドウTWを可変設定することができる。

0063

また、上記処理では、呼吸動の場合(図7参照)と同様に、記憶部17に格納された信号レベル値から1つの注目信号レベル値が選択され、該注目信号レベル値のサンプリングタイミングから心拍インターバル時間Th離れたタイミングを含む時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた信号レベル値yから、前記注目信号レベル値と同一の信号レベル値が対応信号レベル値として抽出される(S24〜S26)。そして、前記注目信号レベル値のサンプリングタイミングと、前記対応信号レベル値のサンプリングタイミングとの間の時間がランニング距離として演算され、そのランニング距離に基づいて心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報が生成される(S27〜29)。

0064

上述したような生体動情報検出装置では、生体信号Sbmからサンプリングされた信号レベル値y(図5参照)から選択される注目信号レベル値y(ti)と、その注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiから呼吸インターバル時間TB離れたタイミングを含む所定時間ウィンドウTW内においてサンプリングされた当該注目信号レベル値y(ti)と同一の信号レベル値である対応信号レベル値y(tj)との関係に基づいて呼吸動を表す信号成分の周期を表す呼吸周期情報が生成されるので、より少ない処理量にてその呼吸周期情報を得ることができる。また、前記呼吸インターバル時間TBが、既知となる人の呼吸の周期に基づいて決められているので、前記注目信号レベル値y(ti)のサンプリングタイミングtiと前記対応信号レベル値y(tj)のサンプリングタイムtjとの間の時間であるランニング距離TRLが、呼吸動を表す信号成分の真の周期により近いものとなり得る。従って、生体信号Sbmから呼吸動を表す信号成分の呼吸周期情報(呼吸数)をより精度良く検出することができる。

0065

また、上述したのと同様の理由により、生体信号Sbmから呼吸動を表す信号成分を除去した呼吸動除去生体信号Shbから心拍動を表す信号成分の周期を表す心拍周期情報(心拍数)を少ない処理量にて精度よく検出することができる。

0066

なお、図7に示す手順に従った処理において、注目信号レベル値に対する対応信号レベル値が抽出されない場合、注目信号レベル値の再度の選択(S32、S33、S24)を行うことなく、呼吸数検出ができない旨のメッセージを表示させて、処理を終了させるようにしてもよい(S25→S34)。また、再度選択された注目信号レベル値に対する対応信号レベル値が一度抽出されれば、注目信号レベル値の選択、それに伴う対応信号レベル値の抽出、及びランニング距離の演算(S28、S35、S24〜S27)を繰り返し行わなくてもよい(S27→S29)。また、処理S24、S25、S32、S33における注目信号レベル値の選択回数Nと、その後の、注目信号レベル値の選択8S24、対応信号レベル値の抽出(S25、S26)、ランニング処理の演算(S27)の繰り返し回数は、同じでなくてもよい。

0067

また、前述したように注目信号レベル値に対する対応信号レベル値が抽出できない場合に限って、注目信号レベル値を変えて、対応信号レベル値の抽出(S25、S26)及びランニング距離演算(S27)を行ったが、当初から複数の注目信号レベル値のそれぞれに対して、対応信号レベル値の抽出(S25、S26)及びランニング距離演算(S27)を行い、その過程で得られた複数のランニング距離に基づいて周期情報(呼吸周期情報、心拍周期情報)を生成するようにしてもよい。

0068

以上、説明したように、本発明に係る周期的変動信号情報検出装置は、生体信号から周期的変動信号成分の周期情報を少ない処理量にて精度よく検出することができるという効果を有し、人の心拍動、呼吸動や体動を含み得る生体動を表す生体信号から心拍動や呼吸動を表す周期的変動信号成分の周期を検出する生体動情報検出装置として有用である。

0069

10振動センサ
11入力回路
12 第1アナログ・デジタル変換器
13フィルタ回路
14調整回路
15 第2アナログ・デジタル変換器
16 操作部
17 記憶部
18 表示部
19タイミング信号生成回路
20処理ユニット
100 パッド

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