(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる２つの波長の光を生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から発生し生体組織を透過又は反射した光に応じて信号を発生させる受光部とを備えたパルスフォトメータにおいて、
所定の時間帯に測定された前記信号を周波数解析して得られた周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの全てのピークにおける周波数と振幅とを得る周波数スペクトル変換部と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と、前記所定の時間帯の直前の脈拍の周波数である前回脈拍周波数との差から前記ピーク毎の周波数相関度を算出する周波数相関度算出部と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記振幅から前記ピーク毎の振幅相関度を算出する振幅相関度算出部と、
前記ピーク毎の前記周波数相関度と前記ピーク毎の前記振幅相関度から前記ピーク毎の総合相関度を算出する総合相関度算出部と、
前記総合相関度に基づき前記所定の時間帯の脈拍数と特定する脈拍数特定部を備えることを特徴とするパルスフォトメータ。
【請求項２】
前記脈拍数特定部は、前記総合相関度が最大となる前記ピークの周波数を前記所定の時間帯の脈拍数と特定することを特徴とする請求項１に記載のパルスフォトメータ。
【請求項３】
前記パルスフォトメータは、特定された前記脈拍数の周波数を次回の前記前回脈拍周波数とすることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のパルスフォトメータ。
【請求項４】
前記周波数相関度算出部は、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と前記前回脈拍周波数との差の絶対値を得て、
前記差の絶対値の最大値が１となるように前記差の絶対値を正規化し、
１から正規化された前記差の絶対値を減じた値を前記周波数相関度とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパルスフォトメータ。
【請求項５】
前記振幅相関度算出部は、前記振幅の最大値が１となるように前記振幅を正規化した値に、重み付け係数を乗じた値を前記振幅相関度とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパルスフォトメータ。
【請求項６】
前記総合相関度は、前記周波数相関度の自乗と前記振幅相関度の自乗の和であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパルスフォトメータ。
【請求項７】
前記パルスフォトメータは、
異なる２つ波長の光に応じた前記受光部からの２つの前記信号からノイズを低減する前処理部を有すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパルスフォトメータ。
【請求項８】
前記前処理部は、前記受光部からの２つの前記信号に少なくとも回転法、二重回転法のいずれかを適用することを特徴とする請求項７に記載のパルスフォトメータ。
【請求項９】
異なる２つの波長の光を生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から発生し生体組織を透過又は反射した光に応じて信号を発生させる受光部とを備えたパルスフォトメータにおいて、
所定の時間帯に測定された前記信号を周波数解析して得られた周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの全てのピークにおける周波数と振幅とを得る周波数スペクトル変換工程と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と、前記所定の時間帯の直前の脈拍の周波数である前回脈拍周波数との差から前記ピーク毎の周波数相関度を算出する周波数相関度算出工程と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記振幅から前記ピーク毎の振幅相関度を算出する振幅相関度算出工程と、
前記ピーク毎の前記周波数相関度と前記ピーク毎の前記振幅相関度から前記ピーク毎の総合相関度を算出する総合相関度算出工程と、
前記総合相関度に基づき前記所定の時間帯の脈拍数と特定する脈拍数特定工程を備え、前記の工程が順に実行されることを特徴とする脈拍数特定方法。
【請求項１０】
前記脈拍数特定工程において、前記総合相関度が最大となる前記ピークの周波数を前記所定の時間帯の脈拍数と特定することを特徴とする請求項９に記載の脈拍数特定方法。
【請求項１１】
前記パルスフォトメータは、特定された前記脈拍数の周波数を次回の前記前回脈拍周波数とすることを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の脈拍数特定方法。
【請求項１２】
前記周波数相関度算出工程において、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と前記前回脈拍周波数との差の絶対値を得て、
前記差の絶対値の最大値が１となるように前記差の絶対値を正規化し、
１から正規化された前記差の絶対値を減じた値を前記周波数相関度とすることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の脈拍数特定方法。
【請求項１３】
前記振幅相関度算出工程において、前記振幅の最大値が１となるように前記振幅を正規化した値に、重み付け係数を乗じた値を前記振幅相関度とすることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の脈拍数特定方法。
【請求項１４】
前記総合相関度は、前記周波数相関度の自乗と前記振幅相関度の自乗の和であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の脈拍数特定方法。
【請求項１５】
異なる２つ波長の光に応じた前記受光部からの２つの前記信号からノイズを低減する前処理工程が前記周波数スペクトル変換工程の前に実行されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の脈拍数特定方法。
【請求項１６】
前記前処理工程において、前記受光部からの２つの前記信号に少なくとも回転法、二重回転法のいずれかを適用することを特徴とする請求項１５に記載の脈拍数特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの信号を処理して共通の信号成分を抽出する信号処理方法に関し、パルスフォトメータにおける脈拍数特定方法及びこれを用いたパルスフォトメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
動脈血の酸素飽和度を測定することのできるパルスフォトメータとしてオキシメータが知られている。このオキシメータは、赤外線と赤色光の波長の異なる光を照射する発光ダイオードと、受光した光に応じて電気信号を出力するフォトダイオードを有するプローブを備える。このプローブを被験者の指先や耳朶に装着し、発光ダイオードから被験者の生体組織に異なる波長の光を間欠的に照射し、生体組織からの透過光又は反射光をフォトダイオードで受光して電気信号（脈波）を得て生体組織による吸光度を測定する。
【０００３】
動脈血中に多く含まれる酸化ヘモグロビンは赤外光(波長940nm)をよく吸収し、静脈血中に多く含まれる還元ヘモグロビンは赤色光(波長660nm)をよく吸収する。したがって、生体組織から透過或いは反射してきたこれらの波長の光を測定することで、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの相対濃度を測定することができる。また、酸化ヘモグロビンを多く含む動脈血は心臓の鼓動（拍動）により送り出されるので、吸光度を測定すると、吸光度の変動から脈拍数を測定することができる。
【０００４】
このようなオキシメータでは、測定中に被験者が動く等の体動が起こると、電気信号に脈拍以外の周波数が混入することになる。この体動による電気信号の振幅は脈拍による振幅と同程度かそれよりも大きな振幅であることも多く、単に電気信号の周波数スペクトルのうち最大の振幅をもつ周波数を脈拍数と特定することができず、脈拍数の特定を困難にさせていた。
【０００５】
そこで、特許文献１等に記載されているように、電気信号中に含まれるノイズを低減して脈拍数の特定を容易にし、特定された脈拍数の信頼性を高めようとする様々な試みが従来よりなされている。
【０００６】
ところで、このようにノイズの低減された電気信号から脈拍数を特定する際は以下のように脈拍数を特定していた。まず、脈拍数は瞬間的に大きく変動しないという前提のもとで、時刻ｔにおける脈拍数は、その直前の時刻ｔ−１における脈拍数の±１０％以内にあると仮定し、時刻ｔで得られた電気信号の周波数スペクトルのうち、時刻ｔ―１における脈拍数の±１０％の範囲内の周波数スペクトルのみを考慮し、そのスペクトルピークが最大の周波数を時刻ｔにおける脈拍と特定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３５２３１５号公報
【特許文献２】特許第４１９６２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の脈拍数の特定方法では、不整脈等で脈拍数が直前の脈拍数から１０％以上変動した場合には脈拍とすべき周波数が見落とされる場合や、アーチファクト（ノイズ）が電気信号に重畳し、偽スペクトルピークが真スペクトルピークより振幅が大きい場合には、誤った周波数が脈拍数として特定される虞があった。
【０００９】
そこで、本発明は、脈拍とすべき周波数が見落とされることのなく信頼性の高い脈拍数特定方法及びこれを用いたパルスフォトメータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば上記目的を達成するために、以下が提供される。
（１）  異なる２つの波長の光を生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から発生し生体組織を透過又は反射した光に応じて信号を発生させる受光部とを備えたパルスフォトメータにおいて、
所定の時間帯に測定された前記信号を周波数解析して得られた周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの全てのピークにおける周波数と振幅とを得る周波数スペクトル変換部と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と、前記所定の時間帯の直前の脈拍の周波数である前回脈拍周波数との差から前記ピーク毎の周波数相関度を算出する周波数相関度算出部と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記振幅から前記ピーク毎の振幅相関度を算出する振幅相関度算出部と、
前記ピーク毎の前記周波数相関度と前記ピーク毎の前記振幅相関度から前記ピーク毎の総合相関度を算出する総合相関度算出部と、
前記総合相関度に基づき前記所定の時間帯の脈拍数と特定する脈拍数特定部を備えることを特徴とするパルスフォトメータ。
（２）  前記脈拍数特定部は、前記総合相関度が最大となる前記ピークの周波数を前記所定の時間帯の脈拍数と特定することを特徴とする（１）のパルスフォトメータ。
（３）  前記パルスフォトメータは、特定された前記脈拍数の周波数を次回の前記前回脈拍周波数とすることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかのパルスフォトメータ。
（４）  前記周波数相関度算出部は、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と前記前回脈拍周波数との差の絶対値を得て、
前記差の絶対値の最大値が１となるように前記差の絶対値を正規化し、
１から正規化された前記差の絶対値を減じた値を前記周波数相関度とすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかのパルスフォトメータ。
（５）  前記振幅相関度算出部は、前記振幅の最大値が１となるように前記振幅を正規化した値に、重み付け係数を乗じた値を前記振幅相関度とすることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかのパルスフォトメータ。
（６）  前記総合相関度は、前記周波数相関度の自乗と前記振幅相関度の自乗の和であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかのパルスフォトメータ。
（７）  前記パルスフォトメータは、
異なる２つ波長の光に応じた前記受光部からの２つの前記信号からノイズを低減する前処理部を有すること
を特徴とする（１）〜（６）のいずれかのパルスフォトメータ。
（８）  前記前処理部は、前記受光部からの２つの前記信号に少なくとも回転法、二重回転法のいずれかを適用することを特徴とする（７）のパルスフォトメータ。
【００１１】
また、本発明によれば上記目的を達成するために以下が提供される。
（９）  異なる２つの波長の光を生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から発生し生体組織を透過又は反射した光に応じて信号を発生させる受光部とを備えたパルスフォトメータにおいて、
所定の時間帯に測定された前記信号を周波数解析して得られた周波数スペクトルから、前記周波数スペクトルの全てのピークにおける周波数と振幅とを得る周波数スペクトル変換工程と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と、前記所定の時間帯の直前の脈拍の周波数である前回脈拍周波数との差から前記ピーク毎の周波数相関度を算出する周波数相関度算出工程と、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記振幅から前記ピーク毎の振幅相関度を算出する振幅相関度算出工程と、
前記ピーク毎の前記周波数相関度と前記ピーク毎の前記振幅相関度から前記ピーク毎の総合相関度を算出する総合相関度算出工程と、
前記総合相関度に基づき前記所定の時間帯の脈拍数と特定する脈拍数特定工程を備え、前記の工程が順に実行されることを特徴とする脈拍数特定方法。
（１０）  前記脈拍数特定工程において、前記総合相関度が最大となる前記ピークの周波数を前記所定の時間帯の脈拍数と特定することを特徴とする（９）の脈拍数特定方法。
（１１）  前記パルスフォトメータは、特定された前記脈拍数の周波数を次回の前記前回脈拍周波数とすることを特徴とする（９）又は（１０）のいずれかの脈拍数特定方法。
（１２）  前記周波数相関度算出工程において、
前記周波数スペクトルの全てのピークにおける前記周波数と前記前回脈拍周波数との差の絶対値を得て、
前記差の絶対値の最大値が１となるように前記差の絶対値を正規化し、
１から正規化された前記差の絶対値を減じた値を前記周波数相関度とすることを特徴とする（９）〜（１１）のいずれかの脈拍数特定方法。
（１３）  前記振幅相関度算出工程において、前記振幅の最大値が１となるように前記振幅を正規化した値に、重み付け係数を乗じた値を前記振幅相関度とすることを特徴とする（９）〜（１２）のいずれかの脈拍数特定方法。
（１４）  前記総合相関度は、前記周波数相関度の自乗と前記振幅相関度の自乗の和であることを特徴とする（９）〜（１３）のいずれかの脈拍数特定方法。
（１５）  異なる２つ波長の光に応じた前記受光部からの２つの前記信号からノイズを低減する前処理工程が前記周波数スペクトル変換工程の前に実行されることを特徴とする（９）〜（１４）のいずれかの脈拍数特定方法。
（１６）  前記前処理工程において、前記受光部からの２つの前記信号に少なくとも回転法、二重回転法のいずれかを適用することを特徴とする（１５）の脈拍数特定方法。
【発明の効果】
【００１２】
上記の本発明に係るパルスフォトメータ及び脈拍数特定方法によれば、所定の時間帯に得られた信号を周波数解析して得られた周波数スペクトルの全てのピークを考慮している。したがって、脈拍とすべき周波数が見落とされることがないので高い信頼性で脈拍数を特定することができる。また、周波数のみに注目するのではなく、信号強度を示す振幅も考慮にいれた総合相関度によって脈拍数を特定しているので、得られた脈拍数の信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る脈拍数特定方法を適用可能なオキシメータの概略構成図である。
【図２】図１のオキシメータにおける処理部の機能ブロック図である。
【図３】図２の処理部により実行される処理のフローチャートである。
【図４】赤外光による信号ＩＲと赤色光Ｒによる信号ＩＲのタイムチャートである。
【図５】図４に示す信号をＦＦＴ解析したスペクトルを示す図である。
【図６】総合相関度Ｄｉｓの概念を表す模式図である。
【図７】信号ＩＲに本発明の実施形態による脈拍数測定方法を適用して得られた脈拍数の時間経過を示す図である。
【図８】信号ＩＲに従来の脈拍数測定方法を適用して得られた脈拍数の時間経過を示す図である。
【図９】前処理を施した信号Ｚ１に本発明の実施形態による脈拍数測定方法を適用して得られた脈拍数の時間経過を示す図である。
【図１０】前処理を施した信号Ｚ１に従来の脈拍数測定方法を適用して得られた脈拍数の時間経過を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係るパルスフォトメータ及び脈拍数特定方法を、パルスフォトメータの一種であるオキシメータを例に挙げて説明する。
【００１５】
＜オキシメータの全体構造＞
オキシメータは、吸光度の異なる２種類の波長の光を生体組織に照射し、その透過光あるいは反射光を測定することで動脈血酸素飽和度及び脈拍数を測定するものである。なお、本実施形態に係る脈拍数特定方法は、オキシメータの受光素子によって取得した信号から脈拍数を特定し、表示部に表示するものである。
【００１６】
図１はオキシメータの概略構成図を示す。駆動回路３により駆動される赤外光発光素子１、赤色光発光素子２（発光部）から交互に連続的に発光されたそれぞれの光は、生体組織４を通過し、透過光がフォトダイオード（受光部）５で受光される。なお、赤外光として波長９４０ｎｍの光が赤外光発光素子１から発光され、赤色光として赤色光発光素子２から波長６６０ｎｍの光が発光される。なお、透過光に代えて反射光をフォトダイオード５が受光するように構成してもよい。
【００１７】
フォトダイオード５は受光した光量に応じた電気信号を出力し、増幅器６で増幅される。増幅器６で増幅された電気信号はマルチプレクサ７で赤外光による信号と赤色光による信号とに分離され、それぞれの信号に応じたフィルタ８−１，８―２でフィルタリングされてノイズが低減され、Ａ／Ｄ変換器９に入力されて信号をデジタル化し、赤外光による信号ＩＲと赤色光による信号Ｒとが得られる。
【００１８】
デジタル化された各信号ＩＲ，Ｒは処理部１０に入力され、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムにより処理部１０を図２に示すような周波数スペクトル変換部１０ａ、周波数相関度算出部１０ｂ、振幅相関度算出部１０ｃ、総合相関度算出部１０ｄ、脈拍数特定部１０ｅとして機能させ、図３に示す信号処理を施して、処理部１０で特定された脈拍数が表示部１１に表示される。
【００１９】
＜脈拍数の特定＞
以下、処理部１０により実行される脈拍数の特定方法について詳述する。まず、処理部１０は上述のように生体組織４から透過してきた赤外光及び赤色光を受光素子６で受光して電気信号として出力された信号ＩＲ，Ｒを取得する（ステップＳ０）。
【００２０】
図４は、処理部１０が取得した信号ＩＲ及び信号Ｒのタイムチャートを示している。なお、Ａ／Ｄ変換器９は、これらの信号ＩＲ，Ｒを１６ｍｓのサンプリング周期でサンプリングしており、図４は１０００点の信号の集合を示している。図４のうち、実線は赤外光の信号ＩＲ、二点鎖線は赤色光の信号Ｒを表し、横軸は時間［ｓ］であり、縦軸は振幅（信号強度）［ｍＶ］である。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器９で得られた信号ＩＲは処理部１０に入力される。処理部１０は信号ＩＲを基に、以下に詳述するように周波数相関度ｌｄと振幅相関度ａとから総合相関度Ｄｉｓを算出して脈拍数を特定する。なお、以下では説明を簡単にするために脈拍周波数［Ｈｚ］という語を用いる。脈拍数［回／分］＝脈拍周波数［Ｈｚ］×６０という関係が成立する。以下、図２〜６を参照して本実施形態に係る脈拍数特定方法を詳述する。
【００２２】
以下に説明する脈拍数特定方法は、発明者による以下の知見（１）〜（３）によって見出された方法である。
（１）時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）は、時刻ｔのページＰｔにおける信号のＦＦＴスペクトルに現れる複数のピークのうちの一つの周波数である。
（２）時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）は、その直前の時刻ｔｐｒにおける脈拍周波数Ｍ（ｔｐｒ）の近傍の値である可能性が高い。
（３）なお、その直前の時刻ｔｐｒにおける脈拍周波数Ｍ（ｔｐｒ）から離れた周波数であっても、その振幅が大きければ、時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）の可能性が高い。
【００２３】
なお、ここでいうページＰとは例えばサンプリング周期１６ｍｓで信号をサンプリングした１０００点の集まり、すなわち１６［ｓ］分のサンプル点の集合である。例えば図４のタイムチャートは１ページ分の信号として１６秒間の信号を示している。時刻ｔにおけるページＰｔとは、時刻ｔ−１６［ｓ］から時刻ｔ［ｓ］までの間の信号の１０００点のサンプリング点の集合である。なお、サンプリング周期は１６ｍｓに限られず、任意のサンプリング周期に設定してもよい。
【００２４】
まず、Ａ／Ｄ変換器９から出力された信号ＩＲは周波数スペクトル変換部１０ａに入力される。周波数スペクトル変換部１０ａは、時刻ｔのページＰｔにおける信号ＩＲのＦＦＴスペクトルを得て（ステップＳ１）、ＦＦＴスペクトルに現れるピークの周波数Ｌと振幅Ａを特定する（ステップＳ２）。具体的には、周波数スペクトル変換部１０ａは、図５に示すような時刻ｔにおけるページＰｔにおける信号ＩＲのＦＦＴスペクトルを得て、このスペクトルに含まれる全てのピークを特定し、それぞれのピークの周波数（Ｌ１〜Ｌｎ）と振幅（Ａ１〜Ａｎ）を取得する。
【００２５】
知見（１）に基づいて、これらの特定された複数のピークの周波数Ｌのいずれか一つが時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）であるはずである。なお、全てのピークを評価するとは言っても、脈拍周波数とはなりえない周波数は考慮する必要はない。人体の脈拍数を考慮すると、例えば図５のように周波数０．５〜７［Ｈｚ］（脈拍数に換算して３０〜４２０回／分）を考慮すれば充分である。
【００２６】
次に、周波数スペクトル変換部１０ａからの出力のうちピークの周波数Ｌは周波数相関度算出部１０ｂに入力される。周波数相関度算出部１０ｂは、知見（２）に基づいて、時刻ｔにおけるページＰｔに含まれる全てのピークの周波数Ｌについて、時刻ｔの直前の時刻ｔｐｒにおける脈拍周波数Ｌｏ＝Ｍ（ｔｐｒ）（以降、前回脈拍周波数Ｌｏ）からどのくらい離れているかを評価する（ステップＳ３）。なお本実施形態では、時刻ｔの直前の時刻ｔｐｒとは、サンプリング周期である１６ｍｓだけ時刻ｔ［ｓ］より前の時刻として設定している。
【００２７】
周波数相関度算出部１０ｂは、周波数スペクトル変換部１０ａで取得した各ピークの周波数Ｌ＝（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・，Ｌｎ）と前回脈拍周波数Ｌｏとの差の絶対値Ｌａを求める。
Ｌａ＝｜Ｌ―Ｌｏ｜＝（｜Ｌ１―Ｌｏ｜，｜Ｌ２―Ｌｏ｜，｜Ｌ３―Ｌｏ｜，・・・，｜Ｌｎ―Ｌｏ｜）
【００２８】
なお、知見（２）によれば前回脈拍周波数Ｌｏに近い周波数ほど時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）である可能性が高い。しかし、ここで得られた指標Ｌａは前回脈拍周波数Ｌｏから離れた周波数ほど大きな値を示すので、周波数相関度算出部１０ｂは、前回脈拍周波数Ｌｏから近い周波数ほど大きな値を示すように周波数相関度ｌｄを以下のように算出する。
【００２９】
まず、Ｌａのうち最も大きな差が１となるようにＬａの最大値で各Ｌａを除して正規化しｌａを求め、求めたｌａを１から減じた値を周波数相関度ｌｄと定義する。
ｌａ＝Ｌａ／ｍａｘ（Ｌａ）
ｌｄ＝１−ｌａ
【００３０】
このようにして得られた周波数相関度算出部１０ｂの出力する各ピークの周波数相関度ｌｄはいずれも０〜１の範囲の値を取り、周波数相関度ｌｄが１に近い値を持つ周波数ほど前回脈拍周波数Ｌｏに近く、時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）である可能性が高いことを示す。しかしながら、被験者の状態（例えば不整脈等）によって脈拍が急変する場合には、時刻ｔの脈拍数は前回脈拍周波数と近い値とは限らない。
【００３１】
そこで、脈拍が急変した時には、周波数は急変してもその振幅は大きな値を示すことに着目し、知見（３）に基づいて以下のように、振幅の大きな周波数も時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）の候補として考慮するように振幅相関度算出部１０ｃによって振幅相関度ａを求める。
【００３２】
振幅相関度算出部１０ｃには、周波数スペクトル変換部１０ａの出力のうち振幅Ａが入力され、時刻ｔにおけるページＰｔに含まれる全てのピークの信号強度を評価する。具体的には、振幅相関度算出部１０ｃは、時刻ｔにおけるページＰｔにおける信号Ｚ１のＦＦＴスペクトルに現れる全てのピークの振幅Ａ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・，Ａｎ）を周波数スペクトル変換部１０ａから取得する。次に振幅相関度算出部１０ｃは以下の式の如く、振幅Ａのうちの最大値が１となるように振幅Ａの最大値ｍａｘ（Ａ）で各Ａを除して正規化し、正規化された値Ａ／ｍａｘ（Ａ）に重み付け係数ｗを乗算して正規化振幅ａ＝（ａ１，ａ２，ａ３，・・・，ａｎ）を出力する（ステップＳ４）。
ａ＝ｗ・(Ａ／ｍａｘ（Ａ）)
【００３３】
なお、上式における重み付け係数ｗは、総合相関度Ｄｉｓを求める際に、周波数相関度ｌｄに対して振幅相関度ａをどのくらい総合相関度Ｄｉｓに反映させるかを決定している。つまり、重み付け係数ｗによって知見（２）と（３）のバランスを定めている。本実施形態ではｗに０．７を設定している。
【００３４】
次に、知見（２），（３）を勘案して、総合相関度算出部１０ｄは、時刻ｔにおけるページＰｔに含まれる全ての周波数について時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）となる可能性の高さを表す総合相関度Ｄｉｓを取得する。
【００３５】
本実施形態では、図６に示すように、横軸を周波数相関度ｌｄ、縦軸を振幅相関度ａとしたグラフ上に、各ピークをプロットした時に、プロット点と原点Ｏとの距離として総合相関度Ｄｉｓが現れると考えられる。距離が大きいほど総合相関度Ｄｉｓが大きく、時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）である可能性が高い。
【００３６】
そこで総合相関度算出部１０ｄに、周波数相関度算出部１０ｂからの周波数相関度ｌｄと振幅相関度算出部１０ｃからの振幅相関度ａとが入力され、総合相関度Ｄｉｓを以下のように、周波数相関度ｌｄの自乗と振幅相関度ａの自乗との和の平方根として出力する（ステップＳ５）。
Ｄｉｓ＝｛ｌｄ２＋ａ２｝１／２
【００３７】
総合相関度算出部１０ｄで求めた各ピークの総合相関度Ｄｉｓは脈拍数特定部１０ｅに入力され、脈拍数特定部１０ｅは総合相関度Ｄｉｓのうちから、最も大きいＤｉｓを示す周波数を時刻ｔにおける脈拍周波数と特定し、脈拍周波数Ｍ（ｔ）を出力する（ステップＳ６）。
Ｍ（ｔ）＝ｍａｘ（Ｄｉｓ）
【００３８】
なお、以上の本実施形態では重み付け係数ｗは０．７程度に設定していたが、重み付け係数ｗは任意の値に設定することができる。ｗ＝１に設定すれば周波数と振幅は総合相関度に同程度の影響を与えることになり、直前の時刻における周波数と同程度の割合で、振幅の大きい周波数を時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）として特定することになる。このようにｗを設定すると、被験者の脈拍が大きく変動するようなことが事前に想定される場合に有効である。逆に、ｗを０に近い値に設定すれば、時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）が振幅よりも周波数によって定まる度合いを大きくすることができる。
【００３９】
なお、重み付け係数ｗを１より大きい値に設定することもできるが、このように設定すると、周波数よりも振幅を重視することになり、脈拍よりも振幅の大きい体動等のノイズが発生しやすいオキシメータにおける脈拍の特定には現実的ではない。したがって、通常は重み付け係数ｗは０から１の範囲から設定する。また、重み付け係数ｗは本実施形態のように０．７といった固定値にすることもできるし、周波数に応じてｗを直線的に変化させてもよいし、曲線的に変化させてもよい。
【００４０】
以上の重み付け係数ｗはプログラム中に前もって設定しておいてもよいし、オキシメータに重み付け係数ｗの操作部を設けて測定毎に重み付け係数ｗを設定できるようにしておいてもよい。
【００４１】
以上のステップＳ０〜Ｓ６を通じて、時刻ｔにおけるページＰｔの信号Ｚ１から得られる周波数ピークのうち、周波数について前回脈拍周波数Ｌｏの近傍で、かつ、振幅の大きな周波数ピークが、時刻ｔにおける脈拍周波数Ｍ（ｔ）として特定される。このようにして特定された脈拍周波数Ｍ（ｔ）は６０倍されて処理部１０の脈拍数特定部１０ｅから表示部１１に入力され、６０倍された脈拍周波数Ｍ（ｔ）を脈拍数として表示部１１に表示する（ステップＳ７）。
【００４２】
なお、上述のようにして求めた総合相関度Ｄｉｓについて、各周波数の総合相関度Ｄｉｓの総和で各総合相関度Ｄｉｓを正規化して確率密度関数としてｎｏｒ（Ｄｉｓ）を求め、このｎｏｒ（Ｄｉｓ）中の最大値を示す周波数を現ページＰｔの脈拍周波数Ｍ（ｔ）と特定してもよい。
【００４３】
また、上述の例では総合相関度Ｄｉｓは周波数相関度ｌｄの自乗と振幅相関度ａの自乗との和の平方根と定義したが、周波数相関度ｌｄの自乗と振幅相関度ａの自乗との和や周波数相関度ｌｄと振幅相関度ａの和として総合相関度を評価しても良い。
【００４４】
以上のステップＳ０〜ステップＳ７によって脈拍数を特定した後、今回特定した脈拍数を次回の（例えば時刻ｔ＋１６［ｍｓ］）脈拍数の特定における処理に前回脈拍周波数Ｌｏとして用いて周波数相関度ｌｄを求めて総合相関度Ｄｉｓを評価し、継続的に信頼性の高い脈拍数の特定ができる。
【００４５】
なお、測定開始直後の脈拍周波数は、既知のいずれの方法を用いても特定しても構わない。例えば、（１）脈拍数の変動として取りうる周波数の範囲内からピークとなっている周波数を脈拍数とする、（２）統計的に見て脈拍数の基本周波数であるならばスペクトル値として出現するであろう十分な閾値を設け、この閾値をスペクトル値が越える周波数のうち、最も周波数の低い周波数から脈拍数を求める、等の方法がある。
【００４６】
＜総合相関度を用いた脈拍数特定方法の効果＞
図７，８を用いて、本実施形態に係る脈拍数特定方法の効果を従来の方法と比較して確かめる。
【００４７】
図７は上述のように総合相関度Ｄｉｓを用いて特定された脈拍数の時間経過を示したものである。一方、図８は従来の如く、時間ｔの直前の時刻ｔｐｒにおける脈拍数に相当する周波数の±１０％の範囲内の周波数スペクトルから、その周波数スペクトルのピークの振幅が最大の周波数を、時刻ｔにおける脈拍数と特定した場合の脈拍数の時間推移を示したものである。
【００４８】
図８に見られる脈拍数の急激な変動は、前回の脈拍数に相当する周波数の±１０％の範囲内に、体動等による大きな振幅の周波数がノイズとして混入してしまったことにより、この大きな振幅の周波数を脈拍周波数と特定してしまったものと思われる。
【００４９】
ところが、図７に示す本実施形態に係る脈拍数特定方法のように、周波数の近さの度合いと振幅の大きさの度合いを両方考慮すれば、脈拍数の急激な変動は極めて少なく、体動等の大きな振幅のノイズに惑わされずに信頼性の高い脈拍数の特定ができることが確認できる。
【００５０】
また、本実施形態に係る脈拍数特定方法によれば、前回脈拍周波数から±１０％以内の周波数のみを考慮するのではなく、全ての周波数を脈拍周波数の候補としているので、本来の脈拍周波数を見落とす虞が少なく、信頼性の高い脈拍数を表示することができる。しかも、上述のように本実施形態に係る脈拍数特定方法は主に加算、減算により脈拍を特定することができ、複雑な計算を要しないので計算処理の負担が重くならず、オキシメータを安価に構成することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係る脈拍数特定方法を用いたオキシメータは、より信頼性の高い脈拍数を表示することができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る脈拍数の特定方法によれば、総合相関度Ｄｉｓに周波数相関度ａが大きく影響するので、特定される脈拍数は特定直前の脈拍数に大きく影響される。したがって測定開始直後（図７の１，２回目のプロット）においては、脈拍数の初期値に大きく依存するため、適切な設定がされていない場合、必ずしも脈拍数を正確に測定できない場合があった。
【００５３】
そこで、処理部１０の周波数スペクトル変換部１０ａに入力される信号から予めノイズ成分を取り除いておくと、初期の段階から信頼性の高い脈拍数を継続的に特定することができる。具体的には、Ａ／Ｄ変換器９からの信号を前処理部に出力し、前処理部でノイズを低減した信号を周波数スペクトル変換部１０ａに入力するとよい。前処理部では、回転法（特許文献１）や二重回転法（特許文献２）などをはじめ当業者が知りうる、公知のノイズ低減方法を実行することができる。
【００５４】
図９は、前処理として特許文献１に記載の回転法を信号ＩＲと信号Ｒに適用し、得られた信号Ｚ１に本実施形態に係る脈拍数特定方法を適用し、得られた脈拍数の時間経過を示した図である。
【００５５】
図１０は比較例として、前処理として特許文献１に記載の回転法を信号ＩＲと信号Ｒに適用し、得られた信号Ｚ１に従来の時間ｔの直前の時刻ｔｐｒにおける信号ＩＲの±１０％の範囲内の周波数スペクトルから、その周波数スペクトルのピークが最大の周波数を時刻ｔにおける脈拍数と特定した場合の脈拍数の時間推移を示したものである。
【００５６】
まず、前処理を施していない信号ＩＲに本実施形態に係る脈拍数特定方法を適用した図７と、前処理を施した信号Ｚ１に本実施形態に係る脈拍数特定方法を適用した図８とを比較すると、測定開始直後における脈拍数の初期値に依存した急激な変動が抑制され、初期の段階から信頼性の高い脈拍数を特定できていることが確かめられる。
【００５７】
また、単に前処理として回転法を用いて得られた信号Ｚ１に従来の脈拍数の特定方法を適用した図１０には脈拍数の急激な変動が見られるが、前処理を施した信号Ｚ１に本実施形態に係る脈拍数特定方法を適用した図９では脈拍数の急激な変動は見られず、継続的に信頼性の高い脈拍数を特定できていることが確かめられる。
【符号の説明】
【００５８】
１，２：：発光素子、４：生体組織、５：受光素子、６：増幅器、７：マルチプレクサ、８−１，８−２：フィルタ、９：Ａ／Ｄ変換器、１０：処理部、１１：表示部、１２：ＲＯＭ、１３：ＲＡＭ、ＩＲ：赤外光による信号、Ｒ：赤色光による信号ｌｄ：周波数相関度、ａ：振幅相関度、Ｄｉｓ：総合相関度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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