(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体から検出された脈波波形について、脈拍数の分析に対応した分析対象周波数帯域における複素復調解析を行い、前記脈波波形から瞬時的な脈拍間隔を検出する脈拍間隔検出手段を備えて、検出された前記脈拍間隔に基づいて前記生体の脈拍数を計測する脈波計測装置であって、
前記脈波波形について周波数特性解析を行い前記脈波波形の周波数特性を検出し、検出した前記脈波波形の周波数特性のうち、前記分析対象周波数帯域において、前記周波数特性のパワー最大値における周波数であるパワー最大周波数を検出するパワー最大周波数検出手段と、
前記脈拍間隔検出手段での前記複素復調解析における前記分析対象周波数帯域の中心周波数を、前記パワー最大周波数検出手段にて検出された前記パワー最大周波数に設定する中心周波数設定手段と、
を備えることを特徴とする脈波計測装置。
【請求項２】
前記脈波波形の周波数特性のうち前記分析対象周波数帯域において、前記パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定する第１パワー最大周波数検出可否判定手段を備え、
前記中心周波数設定手段は、
前記第１パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数が検出可能と判定されると、そのときに検出される前記パワー最大周波数を前記分析対象周波数帯域の中心周波数に設定し、
前記第１パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数が検出不可能と判定されると、過去に検出可能と判定された時に検出された前記パワー最大周波数である正常パワー最大周波数のうち最新の前記正常パワー最大周波数を、前記分析対象周波数帯域の中心周波数に設定すること、
を特徴とする請求項１に記載の脈波計測装置。
【請求項３】
前記脈拍間隔検出手段にて検出された前記脈拍間隔において、前記脈波波形が急変しない時間範囲内に設定された差分比較時間だけ検出時期が異なる２つの前記脈拍間隔の差分を算出し、算出した前記差分の絶対値を脈拍間隔差分絶対値として算出する脈拍間隔差分絶対値算出手段と、
前記脈波波形が正常である場合の前記脈拍間隔差分絶対値の最大値に設定された差分正常判定基準値と前記脈拍間隔差分絶対値とを比較し、前記脈拍間隔差分絶対値が前記差分正常判定基準値よりも小さい場合に、前記脈波波形が正常であると判定し、前記脈拍間隔差分絶対値が前記差分正常判定基準値以上である場合に、前記脈波波形が異常であると判定する第１脈波波形正常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脈波計測装置。
【請求項４】
前記パワー最大周波数の逆数に対する所定の差分判定基準割合の値を前記差分正常判定基準値として設定する差分正常判定基準値設定手段、を備えること、
を特徴とする請求項３に記載の脈波計測装置。
【請求項５】
前記脈波波形の周波数特性のうち前記分析対象周波数帯域において、前記パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定する第２パワー最大周波数検出可否判定手段を備え、
前記差分正常判定基準値設定手段は、
前記第２パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数の検出が可能であると判定されると、そのときに検出される前記パワー最大周波数の逆数に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定し、
前記第２パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数の検出が不可能であると判定されると、過去に検出可能と判定された時に前記脈拍間隔検出手段で検出された前記脈拍間隔である正常脈拍間隔のうち最新の前記正常脈拍間隔に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定すること、
を特徴とする請求項４に記載の脈波計測装置。
【請求項６】
前記脈波波形の周波数特性のうち前記分析対象周波数帯域において、前記パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定する第３パワー最大周波数検出可否判定手段を備え、
前記脈拍間隔検出手段にて検出された前記脈拍間隔について、前記生体の副交感神経活動の分析に対応した第２分析対象周波数帯域における複素復調解析を行い、前記脈拍間隔から脈拍間隔変動値を検出する脈拍間隔変動値検出手段と、
前記脈拍間隔検出手段により今回検出される最新の前記脈拍間隔と、過去に前記第３パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数が検出可能と判定されたときに前記脈拍間隔検出手段で検出された前記脈拍間隔である正常脈拍間隔のうち最新の前記正常脈拍間隔との比率を表す脈拍間隔増減率を算出する脈拍間隔増減率算出手段と、
前記脈拍間隔変動値検出手段により今回検出される最新の前記脈拍間隔変動値と、過去に前記第３パワー最大周波数検出可否判定手段により前記パワー最大周波数が検出可能と判定されたときに前記脈拍間隔変動値検出手段で検出された前記脈拍間隔変動値である正常脈拍間隔変動値のうち最新の前記正常脈拍間隔変動値との比率を表す脈拍間隔変動値増減率を算出する脈拍間隔変動値増減率算出手段と、
前記脈拍間隔増減率および前記脈拍間隔変動値増減率がいずれも増加傾向またはいずれも減少傾向である場合には、前記脈波波形が正常であると判定し、前記脈拍間隔増減率および前記脈拍間隔変動値増減率のうち一方が増加傾向で且つ他方が減少傾向である場合には、前記脈波波形が異常であると判定する第２脈波波形正常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の脈波計測装置。
【請求項７】
前記第２脈波波形正常判定手段は、
前記脈拍間隔増減率および前記脈拍間隔変動値増減率がいずれも増加傾向またはいずれも減少傾向となる場合において、
前記脈拍間隔増減率と前記脈拍間隔変動値増減率との差分の絶対値である増減率差分絶対値が、前記脈波波形が正常である場合の前記増減率差分絶対値の最大値に設定された第１増減率判定基準値未満である場合に、前記脈波波形が正常であると判定し、
前記増減率差分絶対値が前記第１増減率判定基準値以上である場合に、前記脈波波形が異常であると判定すること、
を特徴とする請求項６に記載の脈波計測装置。
【請求項８】
前記第２脈波波形正常判定手段は、
前記脈拍間隔増減率および前記脈拍間隔変動値増減率のうち一方が増加傾向で且つ他方が減少傾向である場合において、
前記脈拍間隔増減率と前記脈拍間隔変動値増減率との差分の絶対値である増減率差分絶対値が、前記脈波波形が正常である場合の前記増減率差分絶対値の最大値に設定された第２増減率判定基準値未満である場合に、前記脈波波形が正常であると判定し、
前記増減率差分絶対値が前記第２増減率判定基準値以上である場合に、前記脈波波形が異常であると判定すること、
を特徴とする請求項６または請求項７に記載の脈波計測装置。
【請求項９】
自己相関関数を用いて前記脈波波形の時間間隔に関する自己相関係数を算出する自己相関係数算出手段と、
前記自己相関係数算出手段にて算出された前記自己相関係数において、前記自己相関係数の中央に現れる中央ピークと、該中央ピークの次に現れるピークである第１ピークとを検出し、前記中央ピークおよび前記第１ピークのそれぞれの前記自己相関係数を表す中央ピーク係数値および第１ピーク係数値を検出し、前記中央ピークと前記第１ピークとの時間間隔を表す第１ピーク時間間隔を検出するピーク係数時間間隔検出手段と、
前記脈拍間隔検出手段にて検出された前記脈拍間隔と、前記ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された前記第１ピーク時間間隔との比較結果に基づき、前記脈波波形が正常であるか否かを判定する第３脈波波形正常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の脈波計測装置。
【請求項１０】
前記第３脈波波形正常判定手段は、
前記脈拍間隔検出手段にて検出された前記脈拍間隔が、前記第１ピーク時間間隔から前記脈波波形のサンプリング周期を減算した時間間隔最小値よりも大きく、かつ前記第１ピーク時間間隔に前記脈波波形のサンプリング周期を加算した時間間隔最大値よりも小さい場合であり、さらに、前記第１ピーク係数値が所定のピーク係数判定基準値より大きい場合に、前記脈波波形が正常であると判定すること、
を特徴とする請求項９に記載の脈波計測装置。
【請求項１１】
前記ピーク係数時間間隔検出手段は、
前記中央ピークおよび前記第１ピークに加えて、前記第１ピークに次いで順次現れる少なくとも１以上のピークを検出し、検出した前記ピークのそれぞれの自己相関係数を表すピーク係数値を検出すると共に、検出した前記ピークのそれぞれについて互いに隣接する前記ピークの時間間隔を表すピーク時間間隔を検出し、
前記第３脈波波形正常判定手段は、
前記脈拍間隔検出手段にて検出された前記脈拍間隔と、前記ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された全ての前記ピーク時間間隔との比較結果に基づいて、前記脈波波形が正常であるか否かを判定すること、
を特徴とする請求項９または請求項１０に記載の脈波計測装置。
【請求項１２】
請求項２、請求項５、請求項６のいずれかに記載の脈波計測装置であって、
前記パワー最大周波数検出可否判定手段は、
前記脈波波形の周波数特性のうち前記分析対象周波数帯域において、前記パワー最大値となる最大ピーク以外に、前記パワー最大値に対する所定の準ピーク判定基準割合以上のパワーとなる準ピークが存在するか否かを判断し、
前記準ピークが存在しないと判断する場合には、前記パワー最大周波数が検出可能であると判定し、
前記準ピークが存在すると判断する場合には、さらに、前記準ピークの周波数および前記パワー最大周波数が、同一周波数として許容される許容周波数範囲内に含まれるか否かを判断し、
前記準ピークの周波数および前記パワー最大周波数が、前記許容周波数範囲内に含まれると判断する場合には、前記パワー最大周波数が検出可能であると判定し、
前記準ピークの周波数および前記パワー最大周波数が、前記許容周波数範囲内に含まれないと判断する場合には、前記パワー最大周波数が検出不可能であると判定すること、
を特徴とする脈波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体から検出された脈波波形について、脈拍数の分析に対応した分析対象周波数帯域における複素復調解析を行うことで、脈波波形から検出される瞬時的な脈拍間隔に基づいて生体の脈拍数を計測する脈波計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、生体の心臓の鼓動に応じた心拍波形を検出し、検出した心拍波形を用いて検出される心拍間隔に基づいて心拍数を計測する心電図計測装置が知られている。なお、心電図計測装置により計測された心拍数や心拍間隔などは、生体の健康状態を評価するための情報として利用されている。また、心電図計測装置には、時間経過に伴う心拍間隔の変動値（心拍変動値）を検出可能に構成されたものがあり、心拍変動値も、生体の健康状態を評価するための情報として利用されている。
【０００３】
そして、心拍波形のピークとピークとの時間間隔が心拍間隔であり、この心拍間隔から心拍数を算出することができる。また、心拍間隔は、時間経過に伴う揺らぎ（変動）が生じており、時間経過に伴う心拍間隔の変動が心拍間隔変動値である。なお、心拍間隔は、洞結節に対する自律神経入力の揺らぎ（変動）に起因して変化することから、心拍変動値は、自律神経機能の評価に利用されている。
【０００４】
しかし、心拍波形を検出するためには、生体の内部に存在する心臓の鼓動を検出する必要があるため、心電図計測装置は、心臓の鼓動を検出可能な精度の高い電極等が必要となり、構造が複雑で寸法が大きくなることから、日常動作を行う生体への携帯装着性（ウェアラブル性）に劣るという問題がある。
【０００５】
一方、心電図計測装置に代わるものとして、生体において血液が流れる血管の波動（脈動）に応じた脈波波形を検出し、検出した脈波波形を用いて検出される脈拍間隔に基づいて脈拍数を計測するための脈波計測装置が提案されている。
つまり、脈拍は、心臓の鼓動により発生しており、脈波波形は心拍波形に略一致しており、脈波計測装置により計測された脈拍数、脈拍間隔、時間経過に伴う脈拍間隔の変動値（脈拍変動値）は、それぞれ心拍数、心拍間隔、心拍変動値に対応する値を示すことから、生体の健康状態を評価するための情報として利用することができる。
【０００６】
そして、脈波波形は、生体の皮膚表面で検出可能な血管の波動（脈動）に基づき検出できるため、脈波計測装置は、高精度の電極を用いることなく脈波波形を検出することができ、小型化が可能であることから、心電図計測装置に比べて、生体へのウェアラブル性に優れたものとなる。このため、健康状態の評価を行うにあたり、脈波計測装置を用いることで、被験者への負担を軽減でき、また、日常生活においても脈拍数、脈拍間隔、脈拍変動値が計測可能となるため、実用的であるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脈波波形は、心臓から脈波検出点までの血管内を波動として伝達されており、伝達途中の血管内で減衰することから、心拍波形に比べて波形形状の明確さが低下してしまいピークの判別が難しくなり、脈拍の一拍の区別が不明確になる可能性がある。この結果、脈波波形から脈拍間隔を検出するにあたり、脈拍間隔の検出精度が低下する虞があるという問題が生じる。
【０００８】
また、脈波波形から脈拍間隔を検出する手法として複素復調解析が知られているが、複素復調解析は、分析対象周波数帯域の中心周波数における瞬時的な特性を抽出するための解析手法であり、分析対象周波数帯域の中心周波数が脈拍間隔に対応する周波数帯域から外れた場合には、脈拍間隔の検出精度が低下することになる。
【０００９】
さらに、脈波波形には、血管の脈動の他に、生体の動作（体動）などにより発生するノイズ成分が重畳され易く、脈波計測装置は、ノイズによる影響を受けやすいという問題がある。
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、脈波波形から検出した脈拍間隔に基づき生体の脈拍数を計測する脈波計測装置において、脈波波形の減衰による検出精度の低下を抑え、また、ノイズの影響を抑えて脈拍間隔を検出することができる脈波計測装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、生体から検出された脈波波形について、脈拍数の分析に対応した分析対象周波数帯域における複素復調解析を行い瞬時的な脈拍間隔を検出し、検出された脈拍間隔に基づいて生体の脈拍数を計測する脈波計測装置であって、生体から検出された脈波波形について周波数特性解析を行い、脈波波形の周波数特性のうち、脈拍数の分析に対応した分析対象周波数帯域において、パワーが最大となる周波数であるパワー最大周波数を検出し、複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数をパワー最大周波数に設定して、脈波波形について複素復調解析を行い脈拍間隔を検出することを特徴とする。
【００１１】
なお、この脈波計測装置では、脈拍間隔検出手段が、脈波波形について複素復調解析を行い瞬時的な脈拍間隔を検出しており、パワー最大周波数検出手段が、脈波波形について周波数特性解析を行い、検出した脈波波形の周波数特性からパワー最大周波数を検出しており、中心周波数設定手段が、脈拍間隔検出手段での複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数を、パワー最大周波数検出手段で検出されたパワー最大周波数に設定している。
【００１２】
つまり、脈波波形の周波数特性から検出したパワー最大周波数は、脈波波形に含まれる周波数成分のうち最も多い周波数を表すことから、脈拍間隔に対応する周波数帯域に略等しい周波数帯域となる。
そして、複素復調解析は、分析対象周波数帯域の中心周波数における瞬時的な特性を抽出するための解析手法であり、パワー最大周波数検出手段にて検出されたパワー最大周波数を分析対象周波数帯域の中心周波数に設定することで、脈波波形から脈拍間隔に対応する周波数成分を確実に抽出することができる。このため、脈拍波形が減衰した場合における脈拍間隔の検出精度の低下を抑えることができ、また、周波数帯域の異なるノイズ成分の影響を抑えることができる。
【００１３】
また、脈拍間隔は、時間経過に伴い変化することから、一定周期毎にパワー最大周波数を検出して分析対象周波数帯域の中心周波数を更新することで、脈拍間隔の変動に応じて中心周波数を適切な値に設定することが可能となる。
よって、本発明（請求項１）の脈波計測装置によれば、脈波波形から検出した脈拍間隔に基づき生体の脈拍数を計測するにあたり、脈波波形の減衰による検出精度の低下を抑え、また、ノイズの影響を抑えて脈拍間隔を検出することが可能となる。
【００１４】
なお、パワー最大周波数検出手段における周波数特性解析手法としては、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることができ、また、パワー最大周波数検出手段での周波数特性解析の分析対象周波数帯域は、例えば、０．５〜３［Ｈｚ］までの範囲内に設定すると良い。
【００１５】
次に、上述（請求項１）の脈波計測装置は、請求項２に記載のように、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域においてパワー最大周波数の検出が可能と判定されると、そのときに検出されるパワー最大周波数を前記分析対象周波数帯域の中心周波数に設定し、パワー最大周波数が検出不可能と判定されると、過去に検出された正常パワー最大周波数のうち最新の正常パワー最大周波数を、分析対象周波数帯域の中心周波数に設定するとよい。
【００１６】
なお、この脈波計測装置では、第１パワー最大周波数検出可否判定手段が、パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定しており、中心周波数設定手段が、第１パワー最大周波数検出可否判定手段における判定結果に基づいて中心周波数を設定している。また、正常パワー最大周波数は、第１パワー最大周波数検出可否判定手段によりパワー最大周波数が検出可能と判定された時に検出されるパワー最大周波数である。
【００１７】
つまり、脈波波形の周波数特性からパワー最大周波数が検出不可能となる場合であっても、過去に検出した正常パワー最大周波数のうち最新の正常パワー最大周波数を中心周波数に設定することで、複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数を、脈拍間隔の検出が可能な値に設定するのである。
【００１８】
よって、本発明（請求項２）の脈波計測装置は、パワー最大周波数が検出不可能となる場合でも、脈拍間隔の検出精度の低下を抑えることができ、また、ノイズの影響を抑えることができる。
次に、上述（請求項１または請求項２）の脈波計測装置は、請求項３に記載のように、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔において、差分比較時間だけ検出時期が異なる２つの脈拍間隔の差分の絶対値を脈拍間隔差分絶対値として算出したあと、脈拍間隔差分絶対値が差分正常判定基準値よりも小さい場合に脈波波形が正常であると判定し、脈拍間隔差分絶対値が差分正常判定基準値以上である場合に脈波波形が異常であると判定するとよい。
【００１９】
なお、この脈波計測装置では、脈拍間隔差分絶対値算出手段が、脈波波形が急変しない時間範囲内に設定された差分比較時間だけ検出時期が異なる２つの脈拍間隔の差分を算出し、算出した差分の絶対値を脈拍間隔差分絶対値として算出しており、第１脈波波形正常判定手段が、脈波波形が正常である場合の脈拍間隔差分絶対値の最大値に設定された差分正常判定基準値と脈拍間隔差分絶対値とを比較して、脈波波形が正常であるか異常であるかを判定している。
【００２０】
つまり、脈波波形が正常であれば、脈拍間隔は、短時間（例えば、１［ｓｅｃ］）のうちに急激に変動することはないことから、脈波波形が急変しない時間範囲内に設定された差分比較時間だけ検出時期が異なる２つの脈拍間隔の差分に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定することができる。このため、脈拍間隔差分絶対値が差分正常判定基準値よりも小さい場合には、脈波波形が正常であると判定でき、脈拍間隔差分絶対値が差分正常判定基準値以上である場合に脈波波形が異常であると判定することができる。
【００２１】
そして、脈波波形が異常であると判定された場合の異常判定対応手段として、例えば、脈波波形が異常状態であることを使用者に通知するための判定結果通知手段などを備えると良い。また、異常判定対応手段としては、過去に正常と判定された時に検出された脈波波形である正常脈波波形のうち最新の正常脈波波形を用いて、今回の脈波波形を補正する脈波波形補正手段を備えることもできる。そして、脈波波形が異常と判定される場合に、脈波波形補正手段により最新の正常脈波波形を用いて今回の脈波波形を補正することで、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）が、今回の実際の各種情報の数値に近い数値として算出されることになる。
【００２２】
よって、本発明（請求項３）の脈波計測装置は、脈波波形が正常であるか異常であるかを判定することができ、また、異常と判定される場合であっても、脈波波形の補正を行うことで、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【００２３】
そして、上述（請求項３）の脈波計測装置は、請求項４に記載のように、差分正常判定基準値設定手段が、パワー最大周波数の逆数に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定するとよい。
つまり、パワー最大周波数の逆数は、脈拍間隔に略等しい値となり、また、脈拍間隔差分絶対値は、脈波波形が正常であれば、脈拍間隔に対する所定割合以下になる。このため、脈波波形が正常であるときの脈拍間隔に対する脈拍間隔差分絶対値の最大値の割合を、差分判定基準割合として設定し、パワー最大周波数の逆数に対する差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定することで、脈波波形が正常であるか否かを適切に判断することができる。
【００２４】
なお、差分判定基準割合は、例えば、３０％に設定することができ、２０％〜４０％の範囲において、適切な値に設定すると良い。
そして、上述（請求項４）の脈波計測装置は、請求項５に記載のように、パワー最大周波数の検出が可能であると判定されると、そのときに検出されるパワー最大周波数の逆数に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定し、パワー最大周波数の検出が不可能であると判定されると、過去に検出可能と判定された時に脈拍間隔検出手段で検出された脈拍間隔である正常脈拍間隔のうち最新の正常脈拍間隔に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値として設定するとよい。
【００２５】
なお、この脈波検出装置では、第２パワー最大周波数検出可否判定手段が、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域において、パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定しており、差分正常判定基準値設定手段が、第２パワー最大周波数検出可否判定手段による判定結果に基づき差分正常判定基準値を設定している。
【００２６】
つまり、脈波波形の周波数特性からパワー最大周波数が検出不可能となる場合であっても、過去に検出された正常脈拍間隔のうち最新の正常脈拍間隔を用いて差分正常判定基準値として設定することで、差分正常判定基準値を脈波波形の正常判定が可能な値に設定するのである。
【００２７】
よって、本発明（請求項５）の脈波計測装置は、パワー最大周波数が検出不可能となる場合でも差分正常判定基準値を設定でき、脈波波形が正常であるか否かの判定が可能となることから、脈波波形の異常に起因して脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【００２８】
次に、上述（請求項１から請求項５のいずれか）の脈波計測装置は、請求項６に記載のように、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔について、生体の副交感神経活動の分析に対応した第２分析対象周波数帯域における複素復調解析を行うことで脈拍間隔から脈拍間隔変動値を検出し、また、今回検出される脈拍間隔と、過去に検出された正常脈拍間隔のうち最新の正常脈拍間隔との比率を表す脈拍間隔増減率を算出し、さらに、今回検出される脈拍間隔変動値と、過去に検出された正常脈拍間隔変動値のうち最新の正常脈拍間隔変動値との比率を表す脈拍間隔変動値増減率を算出するとよい。そして、第２脈波波形正常判定手段が、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率がいずれも増加傾向またはいずれも減少傾向である場合には、脈波波形が正常であると判定し、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率のうち一方が増加傾向で且つ他方が減少傾向である場合には、脈波波形が異常であると判定するとよい。
【００２９】
なお、この脈波計測装置では、第３パワー最大周波数検出可否判定手段が、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域において、パワー最大周波数の検出が可能であるか否かを判定しており、脈拍間隔変動値検出手段が、脈拍間隔から脈拍間隔変動値を検出している。また、脈拍間隔増減率算出手段が、脈拍間隔検出手段により今回検出される最新の脈拍間隔と、過去にパワー最大周波数が検出可能と判定されたときに脈拍間隔検出手段で検出された脈拍間隔である正常脈拍間隔のうち最新の正常脈拍間隔との比率を表す脈拍間隔増減率を算出している。さらに、脈拍間隔変動値増減率算出手段が、脈拍間隔変動値検出手段により今回検出される最新の前記脈拍間隔変動値と、過去にパワー最大周波数が検出可能と判定されたときに脈拍間隔変動値検出手段で検出された脈拍間隔変動値である正常脈拍間隔変動値のうち最新の正常脈拍間隔変動値との比率を表す脈拍間隔変動値増減率を算出している。
【００３０】
つまり、脈波波形が正常であれば、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率のそれぞれの変化傾向が略等しくなり、いずれも同一方向（増加傾向または減少傾向のうちいずれか一方向）に変化する。このことから、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率のそれぞれの変化方向に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定することができる。
【００３１】
そして、脈波波形が異常であると判定された場合の異常判定対応手段として、例えば、判定結果通知手段や脈波波形補正手段などを備えるとよく、脈波波形が異常と判定される場合には、脈波波形補正手段により今回の脈波波形を補正することで、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）が、今回の実際の各種情報の数値に近い数値として算出されることになる。
【００３２】
よって、本発明（請求項６）の脈波計測装置は、脈波波形が正常であるか異常であるかを判定することができ、また、異常と判定される場合であっても、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【００３３】
そして、上述（請求項６）の脈波計測装置は、請求項７に記載のように、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率がいずれも増加傾向またはいずれも減少傾向となる場合において、増減率差分絶対値が第１増減率判定基準値未満である場合に脈波波形が正常であると判定し、増減率差分絶対値が第１増減率判定基準値以上である場合に脈波波形が異常であると判定するとよい。
【００３４】
なお、増減率差分絶対値は、脈拍間隔増減率と脈拍間隔変動値増減率との差分の絶対値であり、第１増減率判定基準値は、脈波波形が正常である場合の増減率差分絶対値の最大値に設定されている。
つまり、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率がいずれも同一方向に変化する場合であっても、脈拍間隔増減率と脈拍間隔変動値増減率とに大きな隔たりがある場合には、変化傾向が異なると判定することができる。そのため、増減率差分絶対値が大きい場合（具体的には、増減率差分絶対値が第１増減率判定基準値以上である場合）には、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率のそれぞれの変化傾向が異なると判断して、脈波波形が異常であると判定するのである。
【００３５】
また、上述（請求項６または請求項７）の脈波計測装置は、請求項８に記載のように、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率のうち一方が増加傾向で且つ他方が減少傾向である場合において、増減率差分絶対値が第２増減率判定基準値未満である場合に、脈波波形が正常であると判定し、増減率差分絶対値が第２増減率判定基準値以上である場合に、脈波波形が異常であると判定するとよい。
【００３６】
なお、増減率差分絶対値は、脈拍間隔増減率と脈拍間隔変動値増減率との差分の絶対値であり、第２増減率判定基準値は、脈波波形が正常である場合の増減率差分絶対値が取りうる最大値に設定されている。
つまり、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率がそれぞれ異なる方向に変化する場合であっても、脈拍間隔増減率と脈拍間隔変動値増減率との差分が小さい場合、変化傾向が略等しいと判定することができる。そのため、増減率差分絶対値が小さい場合（具体的には、増減率差分絶対値が第２増減率判定基準値未満である場合）には、それぞれの変化傾向が略等しいと判断して、脈波波形が正常であると判定するのである。
【００３７】
よって、本発明（請求項７および請求項８）の脈波計測装置は、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率に基づき脈波波形が正常であるか異常であるかを判定するにあたり、判定精度を向上させることができる。
次に、上述（請求項１から請求項８のいずれか）の脈波計測装置は、請求項９に記載のように、自己相関関数を用いて脈波波形の時間間隔に関する自己相関係数を算出したあと、自己相関係数の中央に現れる中央ピークと、該中央ピークの次に現れるピークである第１ピークとを検出し、中央ピークおよび第１ピークのそれぞれの自己相関係数を表す中央ピーク係数値および第１ピーク係数値を検出し、中央ピークと第１ピークとの時間間隔を表す第１ピーク時間間隔を検出するとよい。そして、第３脈波波形正常判定手段が、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔と、ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された第１ピーク時間間隔との比較結果に基づき、脈波波形が正常であるか否かを判定するのである。
【００３８】
なお、この脈波計測装置では、自己相関係数算出手段が、脈波波形の時間間隔に関する自己相関係数を算出しており、ピーク係数時間間隔検出手段が、中央ピーク係数値、第１ピーク係数値および第１ピーク時間間隔を検出している。
つまり、自己相関関数を用いて算出される脈波波形の自己相関係数は、脈波波形の周波数特性に応じてピークが現れることから、中央ピークと第１ピークとの時間間隔は、生体の実際の脈拍間隔に略等しい値となる。このことから、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔と、ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された第１ピーク時間間隔との比較結果に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定することができる。
【００３９】
そして、脈波波形が異常であると判定された場合の異常判定対応手段として、例えば、判定結果通知手段や脈波波形補正手段などを備えるとよく、脈波波形が異常と判定される場合には、脈波波形補正手段により今回の脈波波形を補正することで、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）が、今回の実際の各種情報の数値に近い数値として算出されることになる。
【００４０】
よって、本発明（請求項９）の脈波計測装置は、脈波波形が正常であるか異常であるかを判定することができ、また、異常と判定される場合であっても、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【００４１】
そして、上述（請求項９）の脈波計測装置は、請求項１０に記載のように、第３脈波波形正常判定手段が、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔が、第１ピーク時間間隔から脈波波形のサンプリング周期を減算した時間間隔最小値よりも大きく、かつ第１ピーク時間間隔に脈波波形のサンプリング周期を加算した時間間隔最大値よりも小さい場合であり、さらに、第１ピーク係数値が所定のピーク係数判定基準値より大きい場合に、脈波波形が正常であると判定するとよい。
【００４２】
なお、脈波波形は、サンプリング周期よりも短い時間の波形変動は抽出できないことから、時間軸における進み方向または遅れ方向にサンプリング周期分の誤差が生じる可能性がある。そのため、時間間隔最小値は、第１ピーク時間間隔から脈波波形のサンプリング周期を減算した値が設定され、時間間隔最大値は、第１ピーク時間間隔に脈波波形のサンプリング周期を加算した値が設定される。
【００４３】
また、算出した自己相関係数の波形においては、真正の第１ピークの自己相関係数は、中央ピークの自己相関係数に対する所定割合（例えば、９０％）以上の値をとる。このため、この所定割合に応じて真正の第１ピークを判定するために設定されたピーク係数判定基準値を用いることで、算出した自己相関係数の波形にて検出される第１ピークが真正であるか否かを判断することができる。
【００４４】
このことから、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔が、時間間隔最小値よりも大きく、かつ時間間隔最大値よりも小さい場合であり、さらに、第１ピーク係数値がピーク係数判定基準値より大きい場合に、脈波波形が正常であると判定することができる。
【００４５】
よって、本発明（請求項１０）の脈波計測装置は、脈波波形の自己相関係数に基づき脈波波形が正常であるか異常であるかを判定するにあたり、判定精度を向上させることができる。
また、上述（請求項９または請求項１０）の脈波計測装置は、請求項１１に記載のように、中央ピークおよび第１ピークに加えて、第１ピークに次いで順次現れる少なくとも１以上のピークを検出し、検出したピークのそれぞれの自己相関係数を表すピーク係数値を検出すると共に、検出したピークのそれぞれについて互いに隣接するピークの時間間隔を表すピーク時間間隔を検出し、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔と、全てのピーク時間間隔との比較結果に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定するとよい。
【００４６】
なお、この脈拍計測装置では、ピーク係数時間間隔検出手段が、全てのピーク係数値およびピーク時間間隔を検出しており、第３脈波波形正常判定手段が、脈拍間隔と、全てのピーク時間間隔との比較結果に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定している。
【００４７】
換言すれば、ピーク係数時間間隔検出手段は、中央ピークと、中央ピークに次いで順次現れるｎ個のピークとを検出し、検出したｎ個のピークのそれぞれについて第ｎピークの自己相関係数を表す第ｎピーク係数値を検出し、中央ピークと第１ピークとの時間間隔を表す第１ピーク時間間隔と、第（ｎ−１）ピークと第ｎピークとの時間間隔を表す第ｎピーク時間間隔を検出する。また、第３脈波波形正常判定手段は、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔と、ｎ個のピーク時間間隔との全ての比較結果に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定する。なお、ｎは、２以上の整数である。
【００４８】
つまり、１個のピーク時間間隔に基づいて脈波波形の正常判定を行うのではなく、複数のピーク時間間隔に基づいて脈波波形の正常判定を行うのである。
なお、脈波波形の自己相関係数の波形に現れる複数のピークに関して、各ピークの時間間隔は、それぞれ生体の実際の脈拍間隔に略等しい値となることから、第１ピーク時間間隔に限らず、その他のピーク時間間隔についても、脈波波形の正常判定に用いることができる。そして、１個のピーク時間間隔に基づいて脈波波形の正常判定を行う場合に比べて、複数のピーク時間間隔を用いる場合の方が、比較回数が増加するため、より正確な判定が可能となる。
【００４９】
よって、本発明（請求項１１）の脈波計測装置は、脈波波形の自己相関係数に基づき脈波波形が正常であるか異常であるかを判定するにあたり、判定精度を向上させることができる。
なお、第３脈波波形正常判定手段は、例えば、脈拍間隔検出手段にて検出された脈拍間隔が、前記ｎ個のピークそれぞれについて、前記ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された前記第ｎピーク時間間隔から前記脈波波形のサンプリング周期を減算した時間間隔最小値よりも大きく、かつ前記ピーク係数時間間隔検出手段にて検出された前記第ｎピーク時間間隔に前記脈波波形のサンプリング周期を加算した時間間隔最大値よりも小さい場合であり、さらに、前記ｎ個の第ｎピーク係数値がすべて所定のピーク係数判定基準値より大きい場合に、前記脈波波形が正常であると判定するよう構成することができる。
【００５０】
そして、第１・第２・第３パワー最大周波数検出可否判定手段を備える上述（請求項２、請求項５、請求項７）の脈波計測装置は、例えば、請求項１２に記載のように、それぞれのパワー最大周波数検出可否判定手段が、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域において、パワー最大値となる最大ピーク以外に、パワー最大値に対する所定の準ピーク判定基準割合以上のパワーとなる準ピークが存在しないと判断する場合には、パワー最大周波数が検出可能であると判定するよう構成するとよい。なお、準ピーク判定基準割合は、脈波波形の周波数特性において、脈拍間隔に対応する周波数を識別可能な値に設定されており、例えば、５０％に設定することができる。
【００５１】
つまり、パワー最大値以外に大きなピークが存在しない場合には、パワー最大値となる周波数が、脈拍間隔に応じた周波数帯域に略等しいパワー最大周波数と判断できることから、パワー最大周波数が検出可能であると判定できる。
また、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域において、最大ピーク以外に準ピークが存在すると判定する場合で、さらに、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が同一周波数として許容される許容周波数範囲内に含まれると判断する場合には、パワー最大周波数が検出可能であると判定するとよい。
【００５２】
つまり、最大ピークと準ピークが許容周波数範囲内に分布する場合には、いずれの周波数を用いる場合でも、複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数を、脈拍間隔の検出が可能な値に設定することができる。よって、パワー最大周波数が検出可能であると判定できる。
【００５３】
さらに、脈波波形の周波数特性のうち分析対象周波数帯域において、最大ピーク以外に準ピークが存在すると判定する場合で、かつ、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が同一周波数として許容される許容周波数範囲内に含まれないと判断する場合には、パワー最大周波数が検出不可能であると判定するとよい。
【００５４】
つまり、最大ピークと準ピークが許容周波数範囲内にしない場合には、いずれの周波数が脈拍間隔に応じた周波数帯域に近いのかを判断できないことから、パワー最大周波数が検出不可能であると判定できる。
よって、本発明（請求項１２）の脈波計測装置は、パワー最大周波数が検出可能であるか不可能であるかを適切に判断することができ、中心周波数が不適切な値に設定されるのを防止でき、また、脈波波形の異常に起因して脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑制できる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００５６】
まず、実施例として、人体の脈波を計測して解析処理を実施する脈波計測装置１の概略構成図を図１（ａ）に示す。
なお、脈波計測装置１は、人体に取り付けて脈波に応じた検出信号を出力する脈波センサ１１と、脈波センサ１１から出力される検出信号に基づき、脈波波形を検出するとと共に、脈波波形から脈拍間隔、脈拍数、脈拍間隔変動値を算出するデータ処理装置１９とを備えて構成されている。また、脈波計測装置１は、人体に形態装着可能な形状に構成されており、例えば、腕時計のような形状に構成される。
【００５７】
そして、脈波センサ１１は、発光素子１３、受光素子１５および発光素子１３の駆動回路１７を備えており、公知の光学式反射型センサである。
ここで、図１（ｂ）に、脈波センサ１１を人体１０１に取り付けた時の断面状態を模式的に表す説明図を示す。なお、図１（ｂ）では、人体１０１を断面図として表しており、人体１０１の内部には複数の血管１０２（例えば、毛細動脈など）が存在している。
【００５８】
そして、図１（ａ）に模式的に示すように、発光素子１３から人体に向かって光が照射されると、光の一部が人体の内部を通る血管１０２にあたり、血管１０２の内部を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が血管１０２で反射して散乱し、その一部が受光素子１５に到達する。この時、血管１０２のうち光が照射される部分に存在するヘモグロビンの量は、血液の脈動により波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光の量も波動的に変化することになり、血管１０２で反射して受光素子１５で検出される受光量は、血液の脈動に応じて変化する。
【００５９】
つまり、脈波センサ１１は、受光量の変化に応じて受光素子１５で発生する電気信号を、脈波情報となる検出信号として、データ処理装置１９に対して出力している。
また、データ処理装置１９は、検出回路２１、ＡＤコンバータ２３（ＡＤＣ）、マイクロコンピュータ２５を備えて構成されている。
【００６０】
検出回路２１は、脈波センサ１１からの検出信号（電気信号）を増幅してＡＤコンバータ２３に対して出力する。ＡＤコンバータ２３は、検出回路２１から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をマイクロコンピュータ２５に対して出力する。
【００６１】
マイクロコンピュータ２５は、脈波センサ１１から出力される検出信号に基づいて脈波波形を検出し、脈波波形について各種解析処理を行うアルゴリズムが組み込まれている。そして、各種解析処理を実行することで、脈波波形から脈拍間隔、脈拍数、脈拍間隔変動値が算出される。
【００６２】
次に、マイクロコンピュータ２５で実行される脈波波形解析処理について説明する。なお、図２に、脈波波形解析処理の処理内容を表したフローチャートを示す。
脈波波形解析処理が開始されると、まず、Ｓ１１０では、各種パラメータの初期化を行う初期設定処理を実行する。初期設定処理では、データ格納数カウンタｎに１を代入し、初期正常判定フラグａをリセット（０を代入）する。
【００６３】
次のＳ１２０では、脈波センサ１１からの検出信号を脈波データとして格納するサンプリング処理を行う。本実施例では、サンプリング周期は、２０［Ｈｚ］に設定されている。
次のＳ１３０では、１回の検出区間に応じた量の脈波データが格納されたか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１４０に移行し、否定判定する場合には再びＳ１２０に移行する。つまり、１回の処理に必要な量の脈波データが格納されるまでは、Ｓ１２０およびＳ１３０の処理を繰り返し実行することで、脈波データの格納処理を継続する。
【００６４】
ここで、図７に、脈波データの検出区間を模式的に表した説明図を示す。１回の検出区間に含まれる脈波データ量は、６０［ｓｅｃ］間の脈波データ（サンプリング周期は２０［Ｈｚ］なので、１２００個）であり、図７では、６０［ｓｅｃ］の検出区間（検出セグメント）をｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３として示している。そして、隣接する検出区間は、３０［ｓｅｃ］ずつ重複するように設定される。なお、ｄａｔａ１の検出区間については、前半部分が処理開始時点よりも前に相当しており、脈波センサ１１からの検出信号が存在しないため、一般的な脈拍間隔に略等しい周期に設定された正弦波を仮想データ（ｄａｔａ１’）として付加している。また、各検出区間の中央部分のデータ（ｏｕｔｄａｔａ）は、後述する自己相関算出処理などで使用するデータを表している。
【００６５】
図２のフローチャートに戻り、１回の検出区間に相当する量の脈波データが格納されて（Ｓ１３０で肯定判定されて）、Ｓ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、１回分の脈波データについて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数特性解析を行う。具体的には、検出区間の中央部分に存在する５１２個の脈波データを用いてＦＦＴ処理を行い、脈波データ（脈波波形）の周波数特性を検出する。そして、検出した周波数特性のうち、分析対象区間である０．５［Ｈｚ］〜３［Ｈｚ］の区間（脈拍数では、３０〜１８０［回／分］に相当）において、パワーが最大値となる最大ピークを検出すると共に、周波数特性のパワー最大値における周波数をパワー最大周波数として検出する。そして、検出したパワー最大周波数の値を、ピーク変数ｐｅａｋ（ｎ）に代入する処理を行う。なお、ピーク変数ｐｅａｋ（ｎ）は、第ｎ番目の検出区間におけるパワー最大周波数を表す変数として使用されている。
【００６６】
さらに、Ｓ１４０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）から、実際の脈拍間隔に応じた正常なパワー最大周波数が検出可能であるか否かを判断する処理を行っている。
すなわち、Ｓ１４０では、分析対象区間において、パワー最大値に対する準ピーク判定基準割合（５０％）以上のパワーとなる準ピークが存在するか否かを判断し、準ピークが存在しないと判定する場合には、今回の脈波データ（脈波波形）からは、実際の脈拍間隔に応じた正常なパワー最大周波数が検出可能であると判定する。また、準ピークが存在すると判断する場合には、さらに、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が、同一周波数として許容される許容周波数範囲（例えば、０．０３９［Ｈｚ］）内に含まれるか否かを判断し、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が許容周波数範囲内に含まれると判断する場合には、正常なパワー最大周波数が検出可能であると判定する。さらに、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が、許容周波数範囲内に含まれないと判断する場合には、正常なパワー最大周波数が検出不可能であると判定する。
【００６７】
なお、準ピークは、単数のみならず複数存在する場合があり、複数存在する際には、全ての準ピークが許容周波数範囲に含まれている場合にパワー最大周波数が検出可能であると判定し、いずれか１つでも許容周波数範囲内に含まれない場合には、パワー最大周波数が検出不可能であると判定する。また、許容周波数範囲は、例えば、分析対象となる周波数帯域に対する５％以下の範囲となるように設定すると良い。
【００６８】
つまり、Ｓ１４０では、脈波データの周波数特性におけるパワー最大周波数を検出して、検出した値をピーク変数ｐｅａｋ（ｎ）に代入するとともに、今回の検出区間における脈波データから正常なパワー最大周波数が検出可能であるか否かを判定する処理（換言すれば、今回検出したパワー最大周波数が正常な値であるか否かを判定する処理）を行う。
【００６９】
続くＳ１５０では、Ｓ１４０での処理において正常なパワー最大周波数（ピーク変数ｐｅａｋ（ｎ））が検出可能であると判定されたか否かを判断しており、パワー最大周波数が検出可能であると判定（肯定判定）された場合にはＳ１９０に移行し、パワー最大周波数が検出不可能であると判定（否定判定）された場合にはＳ１６０に移行する。
【００７０】
Ｓ１５０で否定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、初期正常判定フラグａがセット状態（ａ≠０）であるか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１８０に移行し、否定判定されるとＳ１７０に移行する。
Ｓ１６０で否定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、データ格納数カウンタｎを１加算するインクリメント処理（ｎ＝ｎ＋１）を行う。Ｓ１７０での処理が終了すると、再びＳ１２０に移行し、次の検出区間における脈波データの格納処理（サンプリング処理）を開始する。
【００７１】
つまり、Ｓ１４０での処理において、脈波データ（脈波波形）の周波数特性を検出からパワー最大周波数が検出不可能と判定され、かつ初期正常判定フラグａがリセット状態（ａ＝０）である間は、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０、Ｓ１７０の各ステップを繰り返し実行する。
【００７２】
Ｓ１５０にて肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、Ｓ１４０で検出したピーク変数ｐｅａｋ（ｎ）の値を、後述するＳ３１０での複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数変数ｆｃ（ｎ）に設定する。
また、Ｓ１５０で否定判定され、かつＳ１６０で肯定判定されて、Ｓ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、過去にＳ１４０にて正常値が検出可能と判定された時に検出されたパワー最大周波数（ピーク変数ｐｅａｋ（ｎ））である正常パワー最大周波数（正常ピーク変数ｐｅａｋ（ｍ））のうち最新の正常パワー最大周波数（正常ピーク変数ｐｅａｋ（ｍ））の値を、分析対象周波数帯域の中心周波数変数ｆｃ（ｎ）に設定する。
【００７３】
そして、Ｓ１８０またはＳ１９０での処理が終了すると、Ｓ２００に移行し、Ｓ２００では、複素復調解析実行処理を行う。図３に、Ｓ２００で実行される複素復調解析実行処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
複素復調解析実行処理が開始されると、まず、Ｓ３１０では、Ｓ１２０で格納した脈波データについて複素復調解析を行い、脈波データの瞬時的な脈拍間隔を算出する処理を行う。なお、複素復調解析は、不安定な振動を分析するための時間領域の非線形時系列分析であり、次に示す４つのステップで解析を行う。
【００７４】
（１）分析対象となる分析対象周波数帯域を設定し、その領域を０［Ｈｚ］に周波数シフトとする。つまり、データに対して、分析対象周波数帯域の中心周波数を持つ複素ｓｉｎ関数を掛ける。
（２）得られた複素信号から、ローパスフィルタを用いて、分析対象周波数帯域の成分のみを抽出する。
【００７５】
（３）上記成分の実部と虚部を極座標系に変換し、振動の振幅および振動の位相をそれぞれ時間の関数として得る。
（４）位相信号を微分することにより、周波数の０［Ｈｚ］からのズレの時間関数を得る。この関数に（１）における中心周波数を加えることで、瞬時周波数を時間の関数として得る。
【００７６】
このような手順に従い脈波データの複素復調解析を行うことで、脈波データの瞬時周波数が算出でき、算出した瞬時周波数の逆数を計算することで瞬時脈拍間隔を算出することができる。なお、Ｓ３１０では、脈波データの複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数を、Ｓ１９０またはＳ１８０での処理にて設定された中心周波数変数ｆｃ（ｎ）に設定し、フィルタ次数を１００に設定し、分析対象周波数帯域（カットオフ周波数）を（ｆｃ±（ｆｃ／２））の範囲に設定して、複素復調解析を実行する。そして、Ｓ３１０では、６０［ｓｅｃ］の検出区間における脈波データについて、前記条件（中心周波数、フィルタ次数、分析対象周波数）により複素復調解析を行うことで１２００個の瞬時周波数データを算出し、その逆数を計算して１２００個の脈拍間隔データを算出する。
【００７７】
次のＳ３２０では、Ｓ３１０で算出した１２００個の脈拍間隔データ（瞬時周波数の逆数）を時系列に２０個毎の平均値を算出し、１［ｓｅｃ］毎の６０個の脈拍間隔ｐｉを算出する。
続くＳ３３０では、Ｓ３２０で算出した６０個の脈拍間隔ｐｉの中から、検出区間の中央部分の３０［ｓｅｃ］間のデータ（ｏｕｔｄａｔａ）に相当する３０個の脈拍間隔ｐｉを抽出する。そして、３０個の脈拍間隔ｐｉの平均値を平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）として算出する。なお、平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）は、第ｎ番目の検出区間における脈拍間隔ｐｉの平均値を表す。
【００７８】
次のＳ３４０では、脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理を行う。
図４に、Ｓ３４０で実行される「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」の処理内容を表すフローチャートを示す。
「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」が開始されると、Ｓ４１０では、Ｓ３３０で抽出した３０個の脈拍間隔ｐｉについて、時系列に並べた際に隣接する脈拍間隔ｐｉどうしの差分を算出し、２９個の差分それぞれの絶対値である脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）を算出する。
【００７９】
続くＳ４２０では、Ｓ１５０と同様に、Ｓ１４０でのＦＦＴ処理において正常なパワー最大周波数が検出可能であると判定されたか否かを判断しており、パワー最大周波数が検出可能であると判定（肯定判定）された場合にはＳ４４０に移行し、パワー最大周波数が検出不可能であると判定（否定判定）された場合にはＳ４３０に移行する。
【００８０】
Ｓ４２０で否定判定されてＳ４３０に移行すると、Ｓ４３０では、過去にＳ１４０でピーク検出可能と判定された時にＳ３１０で検出された平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）である正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）のうち最新の正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）に対する所定の差分判定基準割合（本実施例では０．３）の値を差分正常判定基準値Ｊ（異常判定閾値Ｊともいう）として設定する。
【００８１】
Ｓ４２０で肯定判定されてＳ４４０に移行すると、Ｓ４４０では、今回の検出区間の脈波データについて、Ｓ１４０で検出されるパワー最大周波数（ピーク変数ｐｅａｋ）の逆数に対する所定の差分判定基準割合（本実施例では０．３）の値を、差分正常判定基準値Ｊ（異常判定閾値Ｊともいう）として設定する。
【００８２】
Ｓ４３０またはＳ４４０での処理が終了すると、Ｓ４５０に移行し、Ｓ４５０では、カウンタ変数ｘに１を代入して（ｘ＝１）カウンタ変数ｘを初期化する。
続くＳ４６０では、カウンタ変数ｘに対応した脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）が、差分正常判定基準値Ｊより小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ４７０に移行し、否定判定されるとＳ４８０に移行する。
【００８３】
Ｓ４６０で肯定判定されてＳ４７０に移行すると、Ｓ４７０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が正常な脈波波形であると判定する。
Ｓ４６０で否定判定されてＳ４８０に移行すると、Ｓ４８０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が異常な脈波波形であると判定し、続くＳ４９０では、波形異常判定フラグＦｍをセット状態に設定して、今回の脈波データが異常であることを記録する。なお、波形異常判定フラグＦｍは、Ｓ１２０での処理が開始される毎に、リセット状態に設定されて初期化されており、脈波データが異常である場合にはセット状態に設定され、脈波データが正常である場合にはリセット状態に設定される。
【００８４】
Ｓ４７０またはＳ４９０での処理が終了するとＳ５００に移行し、Ｓ５００では、カウンタ変数ｘが２９であるか否かを判断しており、肯定判定されると「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」を終了して再び複素復調解析実行処理に処理が移行し、否定判定されるとＳ５１０に移行する。
【００８５】
Ｓ５００で否定判定されてＳ５１０に移行すると、Ｓ５１０では、カウンタ変数ｘを１加算するインクリメント処理（Ｘ＝Ｘ＋１）を実行する。Ｓ５１０での処理が終了すると再びＳ４６０に移行する。つまり、カウンタ変数ｘが２９以下である期間中は、Ｓ４６０からＳ５１０までの処理を繰り返し実行し、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）のうち少なくとも１つが差分正常判定基準値Ｊ以上となる場合には、今回の脈波データが異常であると判定して、異常であることを記録する。
【００８６】
以上の処理内容で構成される「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」は、１［ｓｅｃ］間隔の脈拍間隔ｐｉから脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）を算出し、Ｓ１４０におけるパワー最大周波数の検出可否の判定結果に応じて差分正常判定基準値Ｊを設定し、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）と差分正常判定基準値Ｊとの比較結果に基づき、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が正常であるか否かを判断する処理を行う。
【００８７】
ここで、脈波データ、脈拍間隔ｐｉ、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄの波形例を、図８に示す。なお、図８に示す波形は、上から順に、脈拍間隔ｐｉ、脈波データ、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄである。図８に「異常判定区間」として表した領域においては、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄの値が急峻に変動しており、体動などのノイズの影響により脈波データが異常状態になっていることが判る。このような場合には、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）が、差分正常判定基準値Ｊを上回ることになり、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」において脈波データが異常状態であると判定される。
【００８８】
「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」での処理が終了して、複素復調解析実行処理に移行すると、続くＳ３５０が実行される。Ｓ３５０では、Ｓ３１０で算出した脈拍間隔データについて、分析対象周波数帯域としての第２分析対象周波数帯域を０．１５［Ｈｚ］〜０．４５［Ｈｚ］とし、フィルタ次数を１０として複素復調解析を実行して、１２００個の脈拍間隔変動値データを算出する。
【００８９】
なお、Ｓ３５０での複素復調解析に用いる分析対象周波数帯域は、特許請求の範囲に記載の第２分析対象周波数帯域に相当するものであり、生体の副交感神経活動の分析に対応した周波数帯域に設定される。
次のＳ３６０では、Ｓ３５０で算出した１２００個の脈拍間隔変動値データを、時系列に２０個毎の平均値を算出し、１［ｓｅｃ］毎の６０個の脈拍間隔変動値ｈｆを算出する。
【００９０】
続くＳ３７０では、Ｓ３６０で算出した６０個の脈拍間隔変動値ｈｆの中から、検出区間の中央部分の３０［ｓｅｃ］間のデータ（ｏｕｔｄａｔａ）に相当する３０個の脈拍間隔変動値ｈｆを抽出する。そして、３０個の脈拍間隔変動値ｈｆの平均値を平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）として算出する。
【００９１】
次のＳ３８０では、脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理を行う。図５に、Ｓ３８０で実行される「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」の処理内容を表すフローチャートを示す。
「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」が開始されると、Ｓ６１０では、平均脈拍間隔ＰＩの増減率および平均脈拍間隔変動値ＨＦの増減率をそれぞれ算出する処理を行う。具体的には、今回のＳ３３０で検出された最新の平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）と、過去にＳ１４０にてパワー最大周波数が検出可能と判定されたときにＳ３３０で検出された平均脈拍間隔ＰＩである正常脈拍間隔ＰＩ（ｍ）のうち最新の正常脈拍間隔ＰＩ（ｍ）との比率を表す脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）を算出する処理を行う。また、今回のＳ３７０で検出された最新の平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）と、過去にＳ１４０にてパワー最大周波数が検出可能と判定されたときにＳ３７０で検出された平均脈拍間隔変動値ＨＦである正常脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）のうち最新の正常脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）との比率を表す脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）を算出する処理を行う。
【００９２】
次のＳ６２０では、「脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）が１以上であり、かつ脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）が１以上である」（以下、増加傾向条件Ｃ１という）か、もしくは「脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）が１未満であり、かつ脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）が１未満である」（以下、減少傾向条件Ｃ２）か否かを判断している。そして、増加傾向条件Ｃ１または減少傾向条件Ｃ２の少なくとも一方を満足する場合には、肯定判定されてＳ６４０に移行し、増加傾向条件Ｃ１および減少傾向条件Ｃ２の両方の条件が満足されない場合には、否定判定されてＳ６３０に移行する。
【００９３】
Ｓ６２０で肯定判定されてＳ６４０に移行すると、Ｓ６４０では、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）と脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）との差分の絶対値（増減率差分絶対値）が第１増減率判定基準値（本実施例では、０．６）未満であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ６６０に移行し、否定判定する場合にはＳ６５０に移行する。
【００９４】
Ｓ６２０で否定判定されてＳ６３０に移行すると、Ｓ６３０では、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）と脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）との差分の絶対値（増減率差分絶対値）が第２増減率判定基準値（本実施例では、０．２）未満であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ６６０に移行し、否定判定する場合にはＳ６５０に移行する。
【００９５】
Ｓ６５０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が異常であると判定し、波形異常判定フラグＦｍをセット状態に設定することで、今回の脈波データが異常であることを記録する。また、Ｓ６６０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が正常な脈波波形であると判定する。
【００９６】
Ｓ６５０またはＳ６６０の処理が終了すると、「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」が終了して、再び複素復調解析実行処理に処理が移行する。
以上の処理内容で構成される「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」は、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）の変化傾向が同一方向であるか否かの判定結果と、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）と脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）との差分の絶対値と増減率判定基準値との比較結果とに基づいて、今回の検出区間における脈波データが正常であるか否かを判定している。
【００９７】
「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」が終了して、再び複素復調解析実行処理に移行すると、Ｓ３８０での処理が終了して、複素復調解析実行処理が終了する。
複素復調解析実行処理が終了して、再び脈波波形解析処理に移行すると、続くＳ２１０が実行される。Ｓ２１０では、「自己相関関数を用いた異常判定処理」を行う。図６に、Ｓ２１０で実行される「自己相関関数を用いた異常判定処理」の処理内容を表すフローチャートを示す。
【００９８】
「自己相関関数を用いた異常判定処理」が開始されると、Ｓ７１０では、今回の検出区間における脈波データを、重複（Ｏｖｅｒｌａｐ）無しの１０［ｓｅｃ］ごとの６区間のセグメントに分割し、各セグメントに含まれる２００個のセグメントデータを抽出する。
【００９９】
次のＳ７２０では、Ｓ７１０で抽出した６区間のセグメントにおける各セグメントデータについて、［数１］に示す自己相関関数を用いて、自己相関係数を算出する。
【０１００】
【数１】
0003729143.tif 000002
なお、［数１］においては、ｘ(ｔ)は脈波データであり、τはＴ＝２００・τを満たすように設定される。
【０１０１】
そして、Ｓ７２０で算出される自己相関係数の波形例を、図９に示す。図９に示すように、自己相関係数の波形は、時間差τ＝０における中央ピークの自己相関係数値が最大値となり、中央ピークから横軸（時間差）方向に移動するに従い略周期的に準ピークが現れる形状を示す。図９では、時間差τ＝０での中央ピークの他に、時間差τ１，τ２，τ３において、それぞれ第１，第２，第３準ピークが現れており、第１準ピークの自己相関係数は約０．９８であり、第２準ピークの自己相関係数は約０．９６であり、第１準ピークの自己相関係数は約０．９４である。
【０１０２】
なお、自己相関係数の波形においては、一般に、隣接するピークの時間間隔は、脈波データ（脈波波形）の脈拍間隔に略等しい値となる。しかし、脈波波形に体動などのノイズ成分が重畳されて異常状態である場合には、波形において準ピークが明確に現れなくなり、図９における体動波形時として示すような波形形状を示す。
【０１０３】
図６に戻り、続くＳ７３０では、Ｓ７２０で算出した自己相関係数の波形から中央ピークを抽出すると共に、中央ピークに次いで順次現れる３個の準ピークを検出する処理を行う。そして、第１〜第３準ピークのそれぞれの自己相関係数を表すピーク係数値Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）を算出し、また、中央ピークおよび第１〜第３準ピークのそれぞれについて互いに隣接するピークの時間間隔を表すピーク時間間隔ｄ（１）、ｄ（２）、ｄ（３）を検出する。なお、この時の分解能は、５０［ｍｓｅｃ］である。
【０１０４】
次のＳ７４０では、「Ｓ３３０で算出した平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）が、Ｓ７３０で算出された３個のピーク時間間隔ｄ（１）、ｄ（２）、ｄ（３）のそれぞれについて、ピーク時間間隔ｄ（ｋ）から脈波波形のサンプリング周期（０．０５［ｓｅｃ］）を減算した時間間隔最小値よりも大きく、かつピーク時間間隔ｄ（ｋ）に脈波波形のサンプリング周期を加算した時間間隔最大値よりも小さい」（以下、時間間隔条件Ｃ３という）か否か、「Ｓ７３０で算出された３個のピーク係数値Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）が、すべて所定のピーク係数判定基準値（本実施例では、０．９）より大きい」（以下、係数値条件Ｃ４という）か否かを判断する。そして、時間間隔条件Ｃ３および係数値条件Ｃ４の両方の条件が満足される場合には、肯定判定されてＳ７５０に移行し、時間間隔条件Ｃ３または係数値条件Ｃ４の少なくとも一方でも満足されない場合には、否定判定されてＳ７６０に移行する。
【０１０５】
Ｓ７５０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が正常な脈波波形であると判定する。また、Ｓ７６０では、今回の検出区間における脈波データ（脈波波形）が異常であると判定して、波形異常判定フラグＦｍをセット状態に設定して、今回の脈波データが異常であることを記録する。
【０１０６】
Ｓ７５０またはＳ７６０の処理が終了すると、「自己相関関数を用いた異常判定処理」が終了して、再び複素復調解析実行処理に処理が移行する。
以上の処理内容で構成される「自己相関関数を用いた異常判定処理」は、Ｓ１２０で格納した脈波データ（脈拍波形）の自己相関係数を算出し、自己相関係数の波形からピークを検出して、脈波データに最も多く含まれる周波数帯域成分に関する情報（ピーク時間間隔ｄ（ｋ）およびピーク係数値）を抽出し、そのピーク時間間隔ｄ（ｋ）およびピーク係数値に基づいて、脈波データが正常であるか否かを判定する処理を行う。
【０１０７】
「自己相関関数を用いた異常判定処理」が終了して、再び複素復調解析実行処理に移行すると、続くＳ２２０が実行され、Ｓ２２０では、波形異常判定フラグＦｍの状態に基づいて、今回の検出区間における脈波データが正常であるか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２３０に移行し、否定判定されるとＳ２６０に移行する。
【０１０８】
Ｓ２２０で肯定判定されてＳ２３０に移行すると、Ｓ２３０では、初期正常判定フラグａをセット状態（ａ＝１）に設定変更する。
続くＳ２４０では、今回の検出区間の脈波データ（脈波波形）から算出された平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）および平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）を、データ処理装置１９に備えられる記憶部（メモリなど）に記憶すると共に、データ処理装置１９に備えられる表示部（液晶パネルなど）に表示する処理を行う。
【０１０９】
次のＳ２５０では、今回の検出区間の脈波データ（脈波波形）から算出された平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）および平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）を、それぞれ正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）および正常平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）として記録・更新する処理を行う。
【０１１０】
Ｓ２２０で否定判定されてＳ２６０に移行すると、Ｓ２６０では、初期正常判定フラグａがセット状態（ａ≠０）であるか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２７０に移行し、否定判定されるとＳ１７０に移行する。つまり、脈波波形解析処理が開始された後、Ｓ１２０で格納される脈波データが異常状態である間は、初期正常判定フラグａはリセット状態（ａ＝０）に維持されるため、Ｓ２６０で否定判定されて、次の検出区間に移行する。また、脈波波形解析処理が開始された後、Ｓ１２０で格納される脈波データが正常であると判定された検出区間が少なくとも１回存在する場合には、Ｓ２３０で初期正常判定フラグａがセット状態（ａ＝１）に設定変更されるため、Ｓ２６０で肯定判定されて、Ｓ２７０に移行する。
【０１１１】
Ｓ２７０では、過去の検出区間において、Ｓ２５０での処理により記録されている正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）および正常平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）のうち、最新の正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）および正常平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）を用いて、今回の平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）および平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）を補正する。そして、補正後の平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）および平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）を、記憶部（メモリなど）に記憶すると共に、表示部（液晶パネルなど）に表示する処理を行う。
【０１１２】
Ｓ１６０で否定判定されるか、Ｓ２６０で否定判定されるか、Ｓ２５０またはＳ２７０での処理が終了すると、Ｓ１７０に移行し、Ｓ１７０では、データ格納数カウンタｎを１加算するインクリメント処理（ｎ＝ｎ＋１）を行う。Ｓ１７０での処理が終了すると、再びＳ１２０に移行し、次の検出区間における脈波データの格納処理（サンプリング処理）を開始する。
【０１１３】
以上の処理内容で構成される「脈波波形解析処理」は、脈波センサ１１からの検出信号から脈波データ（脈波波形）を検出し、複素復調解析などを行うことで、脈拍間隔ＰＩおよび脈拍間隔変動値ＨＦを算出する処理を行う。
そして、データ処理装置１９では、「脈波波形解析処理」にて算出された脈拍間隔ＰＩの逆数を計算して脈拍数として算出する処理を別途実行している。
【０１１４】
なお、本実施例の脈波計測装置１においては、複素復調解析実行処理のＳ３１０が、特許請求の範囲に記載された脈拍間隔検出手段に相当し、脈波波形解析処理のＳ１４０が、パワー最大周波数検出手段、および第１・第２・第３パワー最大周波数検出可否判定手段に相当し、脈波波形解析処理のＳ１５０、Ｓ１９０およびＳ２６０が、中心周波数設定手段に相当する。
【０１１５】
また、脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理において、Ｓ４１０が特許請求の範囲に記載された脈拍間隔差分絶対値算出手段に相当し、Ｓ４６０が第１脈波波形正常判定手段に相当し、Ｓ４２０，Ｓ４３０、Ｓ４４０が、差分正常判定基準値設定手段に相当する。
【０１１６】
さらに、複素復調解析処理のＳ３５０が、特許請求の範囲に記載された脈拍間隔変動値検出手段に相当し、増減率を用いた異常判定処理のＳ６１０が、脈拍間隔増減率算出手段および脈拍間隔変動値増減率算出手段に相当し、増減率を用いた異常判定処理のＳ６２０，Ｓ６３０，Ｓ６４０が、第２脈波波形正常判定手段に相当する。
【０１１７】
また、自己相関関数を用いた異常判定処理のＳ７２０が、特許請求の範囲に記載された自己相関係数算出手段に相当し、自己相関関数を用いた異常判定処理のＳ７３０が、ピーク係数時間間隔検出手段に相当し、自己相関関数を用いた異常判定処理のＳ７４０が、第３脈波波形正常判定手段に相当する。
【０１１８】
以上、説明したように、本実施例の脈波計測装置１は、検出した脈波データを複素復調変換するにあたり、分析対象周波数の中心周波数を、Ｓ１４０でのＦＦＴ処理により得られる脈波データの周波数特性のうちパワー最大値における周波数（パワー最大周波数、ピーク変数ｐｅａｋ（ｎ））に設定している。なお、パワー最大周波数は、脈波波形に含まれる周波数成分のうち最も多い周波数を表すことから、脈拍間隔に対応する周波数帯域に略等しい周波数帯域となる。
【０１１９】
そのため、本実施例の複素復調解析によれば、脈波波形から脈拍間隔に対応する周波数成分を確実に抽出できることから、脈拍波形が減衰した場合における脈拍間隔の検出精度の低下を抑えることができ、また、周波数帯域の異なるノイズ成分の影響を抑えることができる。また、脈拍間隔は、時間経過に伴い変化することから、検出区間毎にパワー最大周波数を検出して分析対象周波数帯域の中心周波数ｆｃを更新することで、脈拍間隔の変動に応じて複素復調快晴機における中心周波数を適切な値に設定することが可能となる。
【０１２０】
また、脈波計測装置１では、ＦＦＴ処理により算出された脈波データの周波数特定において、正常なパワー最大周波数が検出不可能となる場合には、過去に正常なパワー最大周波数が検出可能と判定された時のピーク変数ｐｅａｋ（ｎ）である正常ピーク変数ｐｅａｋ（ｍ）を、中心周波数変数ｆｃ（ｎ）に設定している。これにより、ＦＦＴ処理により算出された脈波データの周波数特性からパワー最大周波数が検出不可能となる場合であっても、複素復調解析における分析対象周波数帯域の中心周波数ｆｃを、脈拍間隔の検出に適した値に設定することができる。
【０１２１】
よって、本実施例の脈波計測装置１は、パワー最大周波数が検出不可能となる場合でも、脈拍間隔の検出精度の低下を抑えることができ、また、ノイズの影響を抑えることができる。
そして、Ｓ１４０において、パワー最大周波数の検出可否を判定するに際しては、分析対象区間において、パワー最大値に対する準ピーク判定基準割合（５０％）以上のパワーとなる準ピークが存在すると判断する場合で、さらに、準ピークの周波数およびパワー最大周波数が、許容周波数範囲内に含まれないと判断する場合には、正常なパワー最大周波数が検出不可能であると判定する。
【０１２２】
これにより、ノイズなどの影響により発生した準ピークにおける周波数を誤って複素復調解析に用いる中心周波数ｆｃに設定するのを防ぐことができ、検出精度の低下を防ぐことができる。
よって、本実施例の脈波計測装置１は、パワー最大周波数が検出可能であるか不可能であるかを適切に判断することができ、中心周波数ｆｃが不適切な値に設定されるのを防止でき、また、脈波データの異常に起因して、脈波データに基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑制できる。
【０１２３】
また、本実施例の脈波計測装置１は、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」において、Ｓ３２０で検出した脈拍間隔ｐｉについて、差分比較時間（１［ｓｅｃ］）だけ検出時期が異なる２つの脈拍間隔ｐｉの差分の絶対値である脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）を算出したあと、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）が差分正常判定基準値Ｊよりも小さい場合に脈波データが正常であると判定し、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄ（ｘ）が差分正常判定基準値Ｊ以上である場合に脈波データが異常であると判定している。
【０１２４】
つまり、正常な脈波データから算出された脈拍間隔は、短時間（例えば、１［ｓｅｃ］）のうちに急激に変動することはないことから、脈波波形が急変しない時間範囲内に設定された差分比較時間だけ検出時期が異なる２つの脈拍間隔の差分に基づいて、脈波データが正常であるか否かを判定することができる。
【０１２５】
なお、差分比較時間は、１［ｓｅｃ］に限らず、脈波データが急変しない時間範囲内（例えば、５［ｓｅｃ］以下）であれば、用途に応じた適切な値に設定すればよい。
そして、脈波データが異常であると判定された場合には、「脈波波形解析処理」のＳ２７０にて、最新の正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）および正常平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）を用いて、今回の平均脈拍間隔ＰＩ（ｎ）および平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｎ）を補正している。このように、過去に正常と判定された時に検出された正常脈波データのうち最新の正常脈波データ（詳細には、正常脈波データに基づき算出された情報量）を用いて補正処理を行うことで、異常な脈波データに基づいて、誤った脈拍間隔や脈拍間隔変動値が算出されるのを防ぐことができる。また、正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）および正常平均脈拍間隔変動値ＨＦ（ｍ）のうち、最新の数値を用いていることから、今回の検出区間における実際の脈拍間隔および脈拍間隔変動値に近い数値となるように、補正することができる。
【０１２６】
よって、本実施例の脈波計測装置１は、脈波データが正常であるか異常であるかを判定することができ、また、異常と判定される場合であっても、脈波データの補正を行うことで、脈波データに基づき算出される各種情報（脈拍間隔、脈拍数、脈拍間隔変動値など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【０１２７】
次に、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」においては、Ｓ１４０でのＦＦＴ処理において正常なパワー最大周波数が検出可能であると判定（Ｓ４２０で肯定判定）された場合には、今回の検出区間の脈波データから検出されるパワー最大周波数（ピーク変数ｐｅａｋ）の逆数に対する所定の差分判定基準割合の値を、差分正常判定基準値Ｊとして設定している。
【０１２８】
つまり、パワー最大周波数の逆数は、実際の脈拍間隔に略等しい値となり、また、脈拍間隔差分絶対値ｐｉｄは、脈波データが正常であれば、脈拍間隔に対する所定割合以下になる。このため、脈波データが正常であるときの脈拍間隔に対する脈拍間隔差分絶対値の最大値の割合を、差分判定基準割合として設定し、パワー最大周波数の逆数に対する差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値Ｊとして設定することで、脈波データが正常であるか否かを適切に判断することができる。
【０１２９】
また、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」においては、Ｓ１４０でのＦＦＴ処理において正常なパワー最大周波数が検出不可能であると判定（Ｓ４２０で否定判定）された場合には、正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）のうち最新の正常平均脈拍間隔ＰＩ（ｍ）に対する所定の差分判定基準割合の値を差分正常判定基準値Ｊとして設定している。
【０１３０】
このように、脈波データの周波数特性からパワー最大周波数が検出不可能となる場合には、正常脈拍間隔ＰＩ（ｍ）を用いて差分正常判定基準値Ｊを設定することで、差分正常判定基準値Ｊが異常な値に設定されるのを防止できる。また、過去に検出された正常脈拍間隔ＰＩ（ｍ）のうち、最新の数値用いることから、今回の検出区間における実際の脈波データに適した差分正常判定基準値Ｊに近いい数値となるように補正することができる。
【０１３１】
よって、本実施例の脈波計測装置１は、パワー最大周波数が検出不可能となる場合でも差分正常判定基準値Ｊを適切な値に近い値に設定でき、脈波データが正常であるか否かの判定が可能となることから、脈波データの異常に起因して、脈波波形に基づき算出される各種情報（脈拍間隔や脈拍数など）に大幅な誤差が生じるのを抑えることができる。
【０１３２】
なお、差分判定基準割合は、脈波データが正常であるときに、脈拍間隔に対する脈拍間隔差分絶対値が取りうる最大値の割合を設定するとよく、例えば４０％以下の値を設定すると良い。
次に、「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」においては、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）の変化傾向が同一方向であるか否かの判定結果と、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）と脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）との差分の絶対値と増減率判定基準値との比較結果とに基づいて、今回の検出区間における脈波データが正常であるか否かを判定している。
【０１３３】
つまり、脈波データが正常であれば、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）のそれぞれの変化傾向が略等しくなり、いずれも同一方向（増加傾向または減少傾向のうちいずれか一方向）に変化する。このことから、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）のそれぞれの変化方向に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定することができる。
【０１３４】
そして、各増加率がいずれも増加傾向および減少傾向となるのは、具体的には、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）が、いずれも１以上となるか又はいずれも１未満となる場合であり、また、２つの増加率のうち一方が増加傾向であり他方が減少傾向であるのは、脈拍間隔増減率ＰＩ（ｎ）／ＰＩ（ｍ）および脈拍間隔変動値増減率ＨＦ（ｎ）／ＨＦ（ｍ）が、一方が１以上となりかつ他方が１未満となる場合である。この条件に基づいて、Ｓ６２０での判定条件が設定されている。
【０１３５】
なお、各増減率がいずれも同一方向に変化する場合であっても、各増減率に大きな隔たりがある場合には、変化傾向が異なると判定することができる。そのため、各増減率がいずれも増加傾向またはいずれも減少傾向となる場合（Ｓ６２０で肯定判定される場合）において、増減率差分絶対値が第１増減率判定基準値未満である場合（Ｓ６４０で肯定判定される場合）には脈波データが正常であると判定し、増減率差分絶対値が第１増減率判定基準値以上である場合（Ｓ６４０で否定判定される場合）に脈波データが異常であると判定している。
【０１３６】
また、各増減率がそれぞれ異なる方向に変化する場合であっても、各増減率どうしの差分が小さい場合には、変化傾向が略等しいと判定することができる。そのため、各増減率がそれぞれ異なる方向に変化する場合（Ｓ６２０で否定判定される場合）において、増減率差分絶対値が第２増減率判定基準値未満である場合（Ｓ６３０で肯定判定される場合）に脈波波形が正常であると判定し、増減率差分絶対値が第２増減率判定基準値以上である場合（Ｓ６３０で否定判定される場合）に、脈波波形が異常であると判定している。
【０１３７】
よって、本実施例の脈波計測装置１は、脈拍間隔増減率および脈拍間隔変動値増減率に基づき脈波波形が正常であるか異常であるかを判定するにあたり、各増加率の変化傾向だけでなく、各増加率の差分も用いて判定を行うことから、判定精度を向上させることができる。そして、脈波データが異常であると判定された場合には、「脈波波形解析処理」のＳ２７０にて補正処理を行うことで、異常な脈波データに基づいて、誤った脈拍間隔や脈拍間隔変動値が算出されるのを防ぐことができる。
【０１３８】
次に、「自己相関関数を用いた異常判定処理」においては、脈波データ（脈拍波形）の自己相関係数を算出し、自己相関係数の波形からピークを検出して、脈波データに最も多く含まれる周波数帯域成分に関する情報（ピーク時間間隔ｄ（ｋ）およびピーク係数値）を抽出し、そのピーク時間間隔ｄ（ｋ）およびピーク係数値に基づいて、脈波データが正常であるか否かを判定している。
【０１３９】
つまり、自己相関関数を用いて算出される脈波データの自己相関係数は、脈波データの周波数特性に応じてピークが現れることから、隣接するピーク同士の時間間隔（ピーク時間間隔）は、生体の実際の脈拍間隔に略等しい値となる。このことから、複素復調解析により検出された脈拍間隔ＰＩと、自己相関係数に基づき検出されたピーク時間間隔ｄ（ｋ）との比較結果に基づいて、脈波波形が正常であるか否かを判定することができる。すなわち、脈拍間隔ＰＩがピーク時間間隔ｄ（ｋ）と略等しい場合には脈波波形が正常であると判定でき、脈拍間隔ＰＩがピーク時間間隔ｄ（ｋ）とは異なる値になる場合には脈波波形が異常であると判定できる。
【０１４０】
また、算出した自己相関係数の波形においては、脈波データに最も多く含まれる周波数帯域に対応する真正のピークの自己相関係数は、中央ピークの自己相関係数に対する所定割合（例えば、９０％）以上の値をとる。このため、中央ピーク以外の準ピークについては、そのピーク係数値（自己相関係数）が所定割合以上であるか否かに基づいて、真正のピークであるか否かを判断することができる。
【０１４１】
このため、Ｓ７４０では、脈拍間隔ＰＩとピーク時間間隔ｄ（ｋ）との比較条件（時間間隔条件Ｃ３）と、ピーク係数値Ｐ（ｋ）の判断条件（係数値条件Ｃ４）とに基づいて、脈波データが正常であるか否かを判断している。
なお、脈波波形は、サンプリング周期よりも短い時間の波形変動は抽出できないことから、時間軸における進み方向または遅れ方向にサンプリング周期分の誤差が生じる可能性がある。そのため、時間間隔条件Ｃ３においては、時間間隔最小値を、ピーク時間間隔から脈波波形のサンプリング周期を減算した値に設定し、時間間隔最大値を、ピーク時間間隔に脈波波形のサンプリング周期を加算した値に設定している。
【０１４２】
よって、時間間隔条件Ｃ３と係数値条件Ｃ４とに基づいて、脈波データが正常であるか否かを判断するＳ７４０の処理を備えることで、より確実な判定が可能となり、判定精度が向上させることができる。また、本実施例の脈波計測装置１は、１個のピーク時間間隔ｄ（ｋ）に基づいて脈波波形の正常判定を行うのではなく、３個のピーク時間間隔ｄ（ｋ）に基づいて脈波波形の正常判定を行うことから、比較回数が多くなり、より正確な判定が可能となる。
【０１４３】
ここで、異常判定結果に基づく補正処理を行わない従来の脈波計測装置、および補正処理を行う本実施例の脈波計測装置１を用いて、同一の脈波データから脈拍間隔ＰＩおよび脈拍間隔変動値ＨＦをそれぞれ算出する測定を実行した時の測定結果を、図１０に示す。なお、従来の脈波計測装置における測定結果を図１０（ａ）に示し、本実施例の脈波計測装置１における測定結果を図１０（ｂ）に示す。
【０１４４】
図１０（ａ）に示す測定結果によれば、補正処理を行わない従来の脈波計測装置では、脈拍間隔変動値ＨＦが急激に変動して表示領域の外側まで値が上昇している箇所があり、ノイズの影響による波形の乱れが生じていることが判る。一方、図１０（ａ）に示す測定結果によれば、脈拍間隔変動値ＨＦが急激に変化している箇所はなく、ノイズの影響を抑制できることが判る。
【０１４５】
よって、上記の測定結果により、本実施例の脈波計測装置１を用いることで、ノイズの影響を抑えて脈拍間隔を検出できることが判る。
なお、本実施例の脈波計測装置１は、脈波データの異常が検出できることから、不整脈を検出する用途に使用することも可能である。
【０１４６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施例では、自己相関係数における準ピークを３個検出しているが、３個に限ることはなく、さらに検出精度を向上させるためには、ピークの検出個数を増大させるとよい。あるいは、高い検出精度が求められない用途においては、ピークの検出個数を減少させても良い。
【０１４７】
また、異常判定処理として、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」、「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」、「自己相関関数を用いた異常判定処理」の全てを備える必要はなく、いずれか１つあるいは２つを備えて脈波計測装置を構成しても良い。
【０１４８】
さらに、パワー最大周波数検出可否判定手段としてのＳ１４０での処理は、１個のステップにまとめる必要はなく、「脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理」および「脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理」の中にそれぞれ設けても良い。
【０１４９】
また、各処理で使用される数値（判定基準値や分析対象周波数帯域など）は、上記の数値に限られず、用途に応じて適切な値に設定して脈波計測を行うことにより、脈拍間隔や脈拍数等の検出精度を向上させることができる。例えば、第１増減率判定基準値は０．６に限定されることはなく、第２増減率判定基準値は０．２に限定されることはなく、また、差分比較時間は、１［ｓｅｃ］に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は、脈波センサおよびデータ処理装置を備える脈波計測装置の概略構成図であり、（ｂ）は、脈波センサを人体に取り付けた時の断面状態を模式的に表す説明図である。
【図２】  脈波波形解析処理の処理内容を表したフローチャートである。
【図３】  複素復調解析実行処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図４】  脈拍間隔の差分を用いた異常判定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図５】  脈拍間隔および脈拍間隔変動値の各増減率を用いた異常判定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図６】  自己相関関数を用いた異常判定処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図７】  脈波データの検出区間を模式的に表した説明図である。
【図８】  脈波データ、脈拍間隔、脈拍間隔差分絶対値の波形例である。
【図９】  自己相関係数の波形例である。
【図１０】  （ａ）は、従来の脈波計測装置における脈拍間隔および脈拍間隔変動値の測定結果であり、（ｂ）は、本実施例の脈波計測装置における脈拍間隔および脈拍間隔変動値の測定結果である。
【符号の説明】
１…脈波計測装置、１１…脈波センサ、１３…発光素子、１５…受光素子、１７…駆動回路、１９…データ処理装置、２１…検出回路、２３…ＡＤコンバータ、２５…マイクロコンピュータ。
【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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