(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の脈波の測定期間である第１測定期間と第２測定期間とにおける、前記生体を透過した又は前記生体で反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び前記生体を透過した又は前記生体で反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号とを取得する取得手段と、
前記第１測定期間と前記第２測定期間における前記第１測定信号と第２測定信号とから、第１周波数成分の信号と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の信号とを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１周波数成分の信号と前記第２周波数成分の信号とに基づき前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数と第２係数とを算出し、前記第１係数と前記第２係数との差に応じて、前記第１係数及び前記第２係数を用いて前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離処理と、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理とを選択的に行い、前記第２測定期間における前記脈動成分を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記出力手段は、下記式(１)によって得られる値を前記第１係数とし、下記式(２)によって得られる値を前記第２係数とすることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【数１】
0005817362.tif 000009
‖ＲACpulse‖２は第１測定期間の第１測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＧACpulse‖２は第１測定期間の第２測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＲDCpulse‖２は第１測定期間の第１測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＧDCpulse‖２は第１測定期間の第２測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＲACnoise(j-k:j+k)‖２は第２測定期間の第１測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＧACnoise(j-k:j+k)‖２は第２測定期間の第２測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＲDCnoise(j-k:j+k)‖２は第２測定期間の第１測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＧDCnoise(j-k:j+k)‖２は第２測定期間の第２測定信号の第２周波数成分のノルムである。
【請求項３】
前記第１係数と前記第２係数との差が予め定めた閾値の範囲内である場合には、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理を行い、前記閾値の範囲外である場合には、前記第１係数と前記第２係数とを用いた前記分離処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記第２の波長の光は、前記第１の波長の光よりも酸化ヘモグロビンに対して還元ヘモグロビンの吸光係数が小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第１の波長の光を前記生体に照射し、前記生体を透過した又は前記生体で反射した前記第１の波長の光を受光し、受光量に応じた前記第１測定信号を出力する第１受発光部と、
前記第２の波長の光を前記生体に照射し、前記生体を透過した又は前記生体で反射した前記第２の波長の光を受光し、受光量に応じた前記第２測定信号を出力する第２受発光部と、
前記第１受発光部と前記第２受発光部とから出力された前記第１測定信号及び前記第２測定信号を用いて、前記第２測定期間における脈動成分を出力する請求項１から４のいずれか一項に記載の信号処理装置と
を備えることを特徴とする脈波計測装置。
【請求項６】
測定対象の生体の脈波を測定する第１測定期間と、前記生体の体動の影響を受けている第２測定期間とにおける、前記生体を透過した又は前記生体で反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び前記生体を透過した又は前記生体で反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号とを取得する取得ステップと、
前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１測定信号と第２測定信号とから、第１周波数成分の信号と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の信号とを抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップによって抽出された前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１周波数成分の信号と前記第２周波数成分の信号とに基づき前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数と第２係数とを算出し、前記第１係数と前記第２係数との差に応じて、前記第１係数及び前記第２係数を用いて前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離処理と、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理とを選択的に行い、前記第２測定期間における前記脈動成分を出力する出力ステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項７】
生体の脈波の測定期間である第１測定期間と、前記生体の体動の影響を受けている第２測定期間とにおける、前記生体を透過した又は前記生体で反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び前記生体を透過した又は前記生体で反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号とを取得する取得手段と、
前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１測定信号と第２測定信号とから、第１周波数成分の信号と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１周波数成分の信号と前記第２周波数成分の信号に基づき前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数及び第２係数とを算出し、前記第１係数と前記第２係数とを用いて、前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号とに含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項８】
前記分離手段は、前記第１測定期間における前記第２測定信号に対する前記第１測定信号の前記第１周波数成分と前記第２周波数成分の各値を加算した値を前記第１係数とし、前記第２測定期間における前記第２測定信号に対する前記第１測定信号の第１周波数成分と前記第２周波数成分の各値を加算した値を前記第２係数として用いることを特徴とする請求項７に記載の信号処理装置。
【請求項９】
生体の脈波の測定期間である第１測定期間と、前記生体の体動の影響を受けている第２測定期間とにおける、前記生体を透過した又は前記生体で反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び前記生体を透過した又は前記生体で反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号を取得する取得ステップと、
前記第１測定期間及び前記第２測定期間における前記第１測定信号と第２測定信号とから、第１周波数成分の信号と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップによって抽出された前記第１測定期間と前記第２測定期間の前記第１周波数成分の信号と前記第２周波数成分の信号に基づき前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数及び第２係数を算出し、前記第１係数及び前記第２係数を用いて、前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離ステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、脈波計測装置及び信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
指先などの計測部位に光を照射して計測部位を透過又は反射した光を受光するセンサーからの測定値に基づいて生体の脈波を測定する方法が知られている。下記特許文献１には、このような方法で生体の脈波を測定する際、測定対象者の手足の動き、震え、咳など、測定対象者の体動によるアーチファクトが測定信号に混入されている場合に、測定信号から脈動信号とアーチファクト信号とを分離する方法が開示されている。特許文献１の方法は、体動の影響を受けていない安定期間と体動の影響を受けているアーチファクト期間を予め設定し、各期間において、赤色光と赤外光を計測部位に照射して各々受光した受光量に応じた測定信号を取得する。そして、安定期間における赤外光の測定信号に対する赤色光の測定信号のノルム比（φｓ）と、アーチファクト期間における赤外光の測定信号に対する赤色光の測定信号のノルム比（φｎ）とを、赤色光の脈動信号とアーチファクト信号の伝達係数とする分離マトリクスを用いて、アーチファクト期間の脈動信号とアーチファクト信号とを分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図１２に示すように、赤色光（波長：６２０ｎｍ）は、酸化ヘモグロビン（実線）に対する還元ヘモグロビン（破線）の吸光係数比が高く、緑色光や赤外光などは、酸化ヘモグロビンに対する還元ヘモグロビンの吸光係数比が低い。つまり、赤色光は、赤外光や緑色光に比べて還元ヘモグロビンへの感度が高く、より多くの光が吸収される。例えば、計測部位を心臓の高さの位置から低い位置に移動させるなどして計測部位の静脈血量が増加すると還元ヘモグロビンが増加し、赤色光と緑色光の脈波信号の振幅は移動前より減少する。特に、赤色光は緑色光よりも多くの光が吸収されるので、赤色光の振幅の減少量は緑色光よりも大きくなる。つまり、計測部位の静脈血量が増えると、緑色光の振幅の減少量に比べて赤色光の振幅の減少量が大きくなるため、上記ノルム比（φｓ、φｎ）の値が変化してしまう。上記分離方法においてノルム比（φｓ、φｎ）は静脈血量が変化するとノルム比の計算値に誤差が生じるため、生体の状態が適切に反映された脈動信号を出力することができない。
本発明は、計測部位の静脈血量が変化した場合でも測定対象の生体の状態が反映された脈動信号を出力する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る信号処理装置は、生体の脈波の測定期間である第１測定期間と、前記第１測定期間より前記生体の体動の影響を受けている第２測定期間とにおける、前記生体を透過又は反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び当該生体を透過又は反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号とを取得する取得手段と、前記取得手段で取得された前記第１測定期間と前記第２測定期間の各期間における前記第１測定信号と第２測定信号から、予め定められた脈動を表す周波数帯域の第１周波数成分と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の各信号を各々抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記第１測定期間と前記第２測定期間の前記第１周波数成分と前記第２周波数成分の各信号列に基づく前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数と第２係数との差分に応じて、前記第１係数及び前記第２係数を用いて前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離処理と、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理とを選択的に行い、前記第２測定期間における前記脈動成分を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。この構成によれば、計測部位の静脈血量が変化した場合でも測定対象の生体の状態が反映された脈動信号を出力することができる。
【０００６】
また、本発明に係る信号処理装置は、上記信号処理装置において、前記出力手段は、下記式（１）によって得られるユークリッドノルム比を前記第１係数とし、下記式（２）によって得られるユークリッドノルム比を前記第２係数とし、前記第１係数と前記第２係数との差分が予め定めた閾値の範囲内である場合には、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理を行い、前記閾値の範囲外である場合には、前記第１係数と前記第２係数とを用いた前記分離処理を行うことを特徴とする。
【数１】
0005817362.tif 000002
‖ＲACpulse‖2は第１測定期間の第１測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＧACpulse‖2は第１測定期間の第２測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＲDCpulse‖2は第１測定期間の第１測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＧDCpulse‖2は第１測定期間の第２測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＲACnoise(j-k:j+k)‖2は第２測定期間の第１測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＧACnoise(j-k:j+k)‖2は第２測定期間の第２測定信号の第１周波数成分のノルムである。
‖ＲDCnoise(j-k:j+k)‖2は第２測定期間の第１測定信号の第２周波数成分のノルムである。
‖ＧDCnoise(j-k:j+k)‖2は第２測定期間の第２測定信号の第２周波数成分のノルムである。
この構成によれば、計測部位の静脈血量が変化しても、体動によるノイズが含まれている測定信号から脈動成分とノイズ成分とを分離する精度の低下を軽減することができる。
【０００７】
また、本発明に係る信号処理装置は、上記信号処理装置において、前記第２の波長の光は、前記第１の波長の光よりも酸化ヘモグロビンに対して還元ヘモグロビンの吸光係数が小さいことを特徴とする。この構成によれば、静脈血量の増加による影響が少なく、測定対象の生体の脈動がより反映された脈動信号を出力することができる。
【０００８】
また、本発明に係る脈波計測装置は、前記第１の波長の光を前記生体に照射し、前記生体を透過又は反射した当該第１の波長の光を受光し、受光量に応じた前記第１測定信号を出力する第１受発光部と、前記第２の波長の光を前記生体に照射し、前記生体を透過又は反射した当該第２の波長の光を受光し、受光量に応じた前記第２測定信号を出力する第２受発光部と、前記第１受発光部と前記第２受発光部から出力された前記第１測定信号及び前記第２測定信号を用いて、前記第２測定期間における脈動成分を出力する上記信号処理装置とを備えることを特徴とする。この構成によれば、計測部位の静脈血量が変化した場合でも測定対象の生体の状態が反映された脈動信号を出力することができる。
【０００９】
また、本発明に係る信号処理方法は、測定対象の生体の脈波を測定する第１測定期間と、前記第１測定期間よりも前記生体の体動の影響を受けている第２測定期間とにおける、前記生体を透過又は反射した第１の波長の光を受光した受光量に基づく第１測定信号、及び当該生体を透過又は反射した第２の波長の光を受光した受光量に基づく第２測定信号とを取得する取得ステップと、前記取得ステップで取得された前記第１測定期間と前記第２測定期間の各期間における前記第１測定信号と第２測定信号から、予め定められた脈動を表す周波数帯域の第１周波数成分と、前記第１周波数成分の周波数帯域より低い周波数帯域の第２周波数成分の各信号を各々抽出する抽出ステップと、前記抽出ステップによって抽出された前記第１測定期間と前記第２測定期間の前記第１周波数成分と前記第２周波数成分の各信号列に基づく前記第２測定信号と前記第１測定信号との相関を表す第１係数と第２係数との差分に応じて、前記第１係数及び前記第２係数を用いて前記第２測定期間における前記第１測定信号と前記第２測定信号に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する分離処理と、前記第２測定期間における前記第２測定信号の前記第１周波数成分を前記脈動成分とする処理とを選択的に行い、前記第２測定期間における前記脈動成分を出力する出力ステップとを有することを特徴とする。この構成によれば、計測部位の静脈血量が変化した場合でも測定対象の生体の状態が反映された脈動信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る脈波計測装置の外観を表す図である。
【図２】実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】実施形態における信号処理部のハードウェア構成の例を示す図である。
【図４】実施形態における制御部の機能ブロック図である。
【図５】実施形態における脈動信号とノイズ信号の計測モデルを表す図である。
【図６】実施形態におけるＡＣ成分の波形例を表す図である。
【図７】実施形態におけるＤＣ成分の波形例を表す図である。
【図８】実施形態に係る脈波計測装置の動作フローを表す図である。
【図９】実施形態に係る脈波計測装置の動作フローを表す図である。
【図１０】従来の方法によるノルム比の波形と脈動信号の波形を示す図である。
【図１１】実施形態の方法によるノルム比の波形と脈動信号の波形を示す図である。
【図１２】還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンに対する吸光係数を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜構成＞
図１は、本実施形態に係る脈波計測装置の外観を示す図である。図１（ａ）に示すように、例えば、脈波計測装置１は測定対象の生体２の手などに装着される。脈波計測装置１は、生体２の手首に装着される装置本体１０と、脈波を計測する計測部位に装着される脈波センサー２０とをケーブル３０で接続して構成されている。本実施形態では、脈波センサー２０は、図１（ｂ）に示すように、人差指の根元の手のひら側にバンド４０によって固定される。装置本体１０には、液晶ディスプレイ１５と脈波計測装置１を操作するための操作スイッチ１６が設けられている。以下、脈波計測装置１の各構成を脈波センサー２０、装置本体１０の順に説明する。
【００１２】
図２は、脈波計測装置１の構成を表すブロック図である。脈波センサー２０は、第１受発光部２１０、第２受発光部２２０、及び駆動部２３０有する。第１受発光部２１０は、赤色光の波長（第１の波長の一例）の光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子と、赤色光の波長の光を受光するフォトダイオードなどの受光素子とを有する。第２受発光部２２０は、緑色光の波長（第２の波長の一例）の光を発するＬＥＤなどの発光素子と、緑色光の光を受光するフォトダイオードなどの受光素子とを有する。第１受発光部２１０の発光素子は、例えば発光ピークの波長が５２５ｎｍ、第２受発光部２２０の発光素子は、例えば発光ピークの波長が６２０ｎｍとなるように構成されている。駆動部２２０は、第１受発光部２１０と第２受発光部２２０の各発光素子を駆動させる駆動回路を有し、第１受発光部２１０と第２受発光部２２０の各発光素子を交互に発光させる。
【００１３】
図１（ｂ）において、計測部位（指）と接触している脈波センサー１０の部分には、ガラス板などの光を透過させる透過板（図示略）が設けられており、透過板の下方に第１受発光部２１０と第２受発光部２２０とが設けられている。第１受発光部２１０と第２受発光部２２０の各発光素子は、透過板の方向が光軸方向となるように固定され、第１受発光部２１０と第２受発光部２２０の各受光素子は、透過板の方向に受光面が向くように固定されている。各発光素子から発した光は透過板を透過して計測部位に照射され、計測部位から反射した光を透過板を介して各受光素子が受光し、各受光素子の受光量に応じた測定信号がケーブル３０を介して装置本体１０へ送出される。以下、第１受発光部２１０で受光された受光量を示す測定信号を第１測定信号、第２受発光部２２０で受光された受光量を示す測定信号を第２測定信号と称する。
【００１４】
装置本体１０は、制御部１１０、信号処理部１２０、計時部１３０、クロック供給部１４０、表示部１５０、及び操作部１６０を有する。制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより制御部１１０と接続されている各部を制御し、脈波センサー２０で検出された測定信号から生体の脈動を示す脈動成分を出力する出力処理を行う。なお、制御部１１０の機能の詳細は後述する。
【００１５】
信号処理部１２０は、取得手段及び抽出手段の一例である。信号処理部１２０は、脈波センサー２０からケーブル３０を介して出力された第１測定信号と第２測定信号を取得し、各測定信号の波形に含まれる脈動成分（ＡＣ（Alternating Current）成分）と、各測定信号の波形に含まれる基線ゆらぎ成分（ＤＣ（Direct Current）成分）とを抽出する。ＡＣ成分は、計測部位の動脈血によって反射された光量の変化、つまり動脈における心拍動を表しており経時的に変化する。ＤＣ成分は、計測部位の動脈及び静脈以外の生体組織と静脈血によって反射された光量を表し、脈動成分と比べて十分に低い周波数である。なお、ＡＣ成分は、第１周波数成分の一例であり、ＤＣ成分は、第２周波数成分の一例である。
【００１６】
ここで、信号処理部１２０のハードウェア構成を図３に示す。信号処理部１２０は、第１測定信号と第２測定信号からＤＣ成分を除去する各フィルター１２１ａ，１２１ｂと、フィルター１２１ａ，１２１ｂによって抽出された各ＡＣ成分を予め定められたゲインで増幅する増幅回路１２２−１，１２２−２と、増幅されたＡＣ成分の各信号を各々Ａ／Ｄ（Analog-Digital）変換するＡ／Ｄ変換回路１２３−１，１２３−２とを有する。また、信号処理部１２０は、第１測定信号と第２測定信号に含まれるＡＣ成分を除去する各フィルター１２４ａ，１２４ｂと、フィルター１２４ａ，１２４ｂによって抽出されたＤＣ成分の各信号を各々Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１２３−３，１２３−４とを有する。フィルター１２１ａ，１２１ｂは、例えばカットオフ周波数が脈動成分の周波数を表す１．７Ｈｚ〜５Ｈｚであるバンドパスフィルターなどでもよい。フィルター１２４ａ，１２４ｂは、脈動の周波数よりも低い周波数（例えば１Ｈｚ以下）を取り出す移動平均フィルターでもよいし、脈動の周波数帯域を除去するローパスフィルターでもよい。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換回路１２３−１，１２３−２は、予め定められたサンプリング周波数で第１測定信号と第２測定信号の各ＡＣ成分の信号を量子化し、Ａ／Ｄ変換回路１２３−３，１２３−４は、予め定められたサンプリング周波数で第１測定信号と第２測定信号の各ＤＣ成分の信号を量子化する。本実施形態では、例えばサンプリング周波数は１００Ｈｚであり、１０ビットで量子化される。
【００１８】
計時部１３０は、クロック供給部１４０の計時クロック信号をカウントして時刻を計時する。クロック供給部１４０は、発振回路と分周回路とを有し、発振回路によって基準クロック信号を制御部１１０へ供給するとともに、分周回路により計時用の計時クロック信号を生成して制御部１１０へ供給する。
【００１９】
表示部１５０は、液晶ディスプレイ１５を有し、制御部１１０の制御の下、計時部１３０で計時された時刻の情報や脈波を測定するためのメニュー画面、測定結果などの各種画像を表示する。操作部１６０は、操作スイッチ１６を有し、操作スイッチ１６が操作された操作信号を制御部１１０へ送出する。
【００２０】
次に、制御部１１０の機能について説明する。図４は、制御部１１０の出力処理の機能を実現するための機能ブロック図である。制御部１１０は、出力部１１０ａを有する。出力部１１０ａは、出力手段の一例である。出力部１１０ａは、信号処理部１２０によって第１測定信号及び第２測定信号から各々抽出されてＡ／Ｄ変換されたＡＣ成分（ＡＣ１，ＡＣ２）とＤＣ成分（ＤＣ１，ＤＣ２）の信号列を用いて、体動による影響を受けているノイズ期間（第２測定期間）における第１測定信号及び第２測定信号のＡＣ成分に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離し、分離した脈動成分を示す脈波データを表示部１５０に表示する。具体的には、出力部１１０ａは、ノイズ期間の第１測定信号及び第２測定信号と、ノイズ期間と比べて体動の影響を殆ど受けていない安定期間（第１測定期間）における第１測定信号及び第２測定信号とから各々抽出されたＡＣ成分とＤＣ成分の各信号列に基づく第２測定信号と第１測定信号の相関を表す第１係数及び第２係数として、安定期間におけるＡＣ成分とＤＣ成分の各信号列の第２測定信号に対する第１測定信号のノルム比（φｓ）と、ノイズ期間におけるＡＣ成分とＤＣ成分の各信号列の第２測定信号に対する第１測定信号のノルム比（φｎ）とを用い、ノイズ期間のＡＣ成分に含まれる脈動成分とノイズ成分とを分離する。以下、本実施形態における分離方法をより詳細に説明する。
【００２１】
第１測定信号（赤色光）と第２測定信号（緑色光）の計測モデルを図５のように定義する。図５において、ｐは、時刻ｔｎにおける脈動を示す脈動信号であり、ｎは、時刻ｔｎにおけるノイズを示すノイズ信号である。また、Ｇは、第２受発光部２２０の受光素子、つまり緑色光（Ｇ）の端子であり、Ｒは、第１受発光部２１０の受光素子、つまり赤色光（Ｒ）の端子である。脈動信号ｐは、伝達係数１でＧ端子に伝達され、伝達係数φｓでＲ端子に伝達される。ノイズ信号ｎは、伝達係数１でＧ端子に伝達され、伝達係数φｎでＲ端子に伝達される。従って、この計測モデルにおいて時刻ｔｎにおけるφｓは、時刻ｔｎにＧ端子に伝達される脈動信号Ｇｐ（ｔｎ）と、時刻ｔｎにＲ端子に伝達される脈動信号Ｒｐ（ｔｎ）との比（φｓ＝Ｒｐ（ｔｎ）／Ｇｐ（ｔｎ））で表される。また、時刻ｔｎにおけるφｎは、時刻ｔｎにＧ端子に伝達されるノイズ信号Ｇｎ（ｔｎ）と、時刻ｔｎにＲ端子に伝達されるノイズ信号Ｒｐ（ｔｎ）との比（φｎ＝Ｒｐ（ｔｎ）／Ｇｐ（ｔｎ））で表される。測定時刻ｔｎからｔｎ＋ｋまで拡張してｐ，ｎ，Ｇ，Ｒをベクトルとして定義すると、φｓは、以下の式（３）で示すノルム比（ユークリッドノルム比）で表される。なお、‖Ｒpulse‖2は、安定期間における第１測定信号のベクトルのノルムを示し、‖Ｇpulse‖2は、安定期間における第２測定信号のベクトルのノルムを示している。
【００２２】
【数２】
0005817362.tif 000003
【００２３】
一方、ノイズ期間をある時点Ｊを基点とする前後ｋの期間（Ｊ−ｋ：Ｊ＋ｋ）として捉えると、時点Ｊを含む（２ｋ＋１）個のノルムを用いたノイズ期間のノルム比は以下の式（４）で求められる。なお、‖Ｒnoise(J-k:J+k)‖2は、ノイズ期間における第１測定信号のベクトルのノルムを示し、‖Ｇnoise(J-k:J+k)‖2は、ノイズ期間における第２測定信号のベクトルのノルムを示している。
【００２４】
【数３】
0005817362.tif 000004
【００２５】
つまり、φｓは、安定期間における第２測定信号に対する第１測定信号のベクトルのノルム比であり、φ（Ｊ）ｎは、ノイズ期間における第２測定信号に対する第１測定信号のベクトルのノルム比である。図５に示す計測モデルは以下の式（５）で表され、脈動信号ｐとノイズ信号ｎを分離するためには以下の式（６）で示す逆行列演算を行えばよい。この式（６）における逆行列が分離マトリクスである。
【００２６】
【数４】
0005817362.tif 000005
【００２７】
従来の方法では、第１測定信号と第２測定信号からノイズ成分をある程度低減させた各信号、つまりＡＣ成分の信号列を用いて式（３）、式（４）によりφｓとφ（Ｊ）ｎを算出するようにしている。上述したように、計測部位を心臓の高さから心臓より低い位置に移動させて計測部位の静脈血量を増加させると、図６（ａ）（ｂ）の波形で示すように、赤色光と緑色光の各ＡＣ成分の波形の振幅は移動前と比べて小さくなる。特に、赤色光の振幅は、赤色光と緑色光の還元ヘモグロビンに対する感度の違いから、緑色光よりも減少量が大きくなる。そのため、安定期間とノイズ期間における赤色光と緑色光の各ＡＣ成分を用いて上記φｓとφ（Ｊ）ｎを算出すると、分子（赤色光（第１測定信号）のＡＣ成分のノルム）の減少量が分母（緑色光（第２測定信号）のＡＣ成分のノルム）の減少量より大きくなり、静脈血量が増加する前と後とでφｓとφ（Ｊ）ｎが小さくなる。
【００２８】
一方、第１測定信号と第２測定信号からＡＣ成分を除去したＤＣ成分は、静脈血量の増加に伴って増加する傾向がある。以下、その理由を説明する。受光素子であるフォトダイオードは、光が入射されない状態では抵抗値が大きくなる特性を有し、光が多く入射されるほど出力電圧の振幅が大きくなる傾向がある。
【００２９】
図７は、光が全く入射されない状態（暗状態）と赤色光や緑色光の光が入射した状態の出力電圧を表す図である。この図に示すように、暗状態の場合には、期間Ａと期間Ｂ共に出力電圧は常にＶｃｃとなり、赤色光や緑色光が入射した場合には、期間Ａより期間Ｂの方が受光素子で受光される光の量が少なくなるため、期間Ｂにおいては、光の減少量に伴って出力電圧が増加する。つまり、計測部位を心臓より低い位置に移動させて静脈血量を増加させると、赤色光と緑色光の各受光素子は、移動前よりも入射する光の量が少なくなるため出力電圧は増加する。特に、緑色光より赤色光の方がより多くの光が吸収されるため、受光素子で受光される赤色光の量は緑色光よりも少なくなり、出力電圧の増加量は緑色光よりも赤色光の方が大きくなる。
【００３０】
ＤＣ成分は、出力電圧の時間変化をフィルター１２４ａ，１２４ｂで除去したものである。上記したＤＣ成分の変化を式（３）と式（４）にあてはめると、安定期間及びノイズ期間において静脈血量が増加した場合のφｓ及びφ（Ｊ）ｎは相対的に大きくなることが分かる。そこで、本実施形態の分離方法では、静脈血量の変化に伴って変化するＡＣ成分とＤＣ成分のノルム比を用いて分離マトリクスを構成し、その分離マトリクスを式（６）に適用することとしている。
【００３１】
具体的には、測定時刻ｔｎ〜ｔｎ＋ｋまでの赤色光（第１測定信号）と緑色光（第２測定信号）の各ＡＣ成分の値を要素とするベクトルを、ＲAC＝（ＲACn ＲACn+1 ＲACn+2 ・・・・ＲACn+k）、各ＧAC＝（ＧACn ＧACn+1 ＧACn+2 ・・・・ＧACn+k）とし、測定時刻ｔｎ〜ｔｎ＋ｋまでの赤色光（第１測定信号）と緑色光（第２測定信号）の各ＤＣ成分の値を要素とするベクトルを、ＲDC＝（ＲDCn ＲDCn+1 ＲDCn+2 ・・・・ＲDCn+k）、ＧDC＝（ＧDCn ＧDCn+1 ＧDCn+2 ・・・・ＧDCn+k）とする。
【００３２】
そして、ＡＣ成分のベクトルとＤＣ成分のベクトルの各々について、緑色光（第２測定信号）に対する赤色光（第１測定信号）のベクトルのノルム比を以下の式（７）、式（８）によって求め、以下の式（９）によりＡＣ成分とＤＣ成分の各ノルム比を加算したφAC+DCを求める。なお、式（７）、式（８）において、‖ＲAC‖2は、第１測定信号のＡＣ成分のベクトルのノルムを示し、‖ＧAC‖2は、第２測定信号のＡＣ成分のベクトルのノルムを示し、‖ＲDC‖2は、第１測定信号のＤＣ成分のベクトルのノルムを示し、‖ＧDC‖2は、第２測定信号のＤＣ成分のベクトルのノルムを示している。
【００３３】
【数５】
0005817362.tif 000006
【００３４】
式（９）に式（３）と式（４）を適用して安定期間とノイズ期間のノルム比を算出すると、以下の式（１０）、式（１１）で示すノルム比となる。なお、式（１０）、式（１１）において、‖ＲACpulse‖2は安定期間における第１測定信号のＡＣ成分のノルム、‖ＧACpulse‖2は安定期間における第２測定信号のＡＣ成分のノルム、‖ＲDCpulse‖2は安定期間における第１測定信号のＤＣ成分のノルム、‖ＧDCpulse‖2は安定期間における第２測定信号のＤＣ成分のノルムである。また、‖ＲACnoise(j-k:j+k)‖2はノイズ期間における第１測定信号のＡＣ成分のノルム、‖ＧACnoise(j-k:j+k)‖2はノイズ期間における第２測定信号のＡＣ成分のノルム、‖ＲDCnoise(j-k:j+k)‖2はノイズ期間における第１測定信号のＤＣ成分のノルム、‖ＧDCnoise(j-k:j+k)‖2はノイズ期間における第２測定信号のＤＣ成分のノルムである。
【００３５】
【数６】
0005817362.tif 000007
【００３６】
ここで、式（６）の逆行列を展開した式（１２）を以下に示す。
【００３７】
【数７】
0005817362.tif 000008
【００３８】
式（１２）においてφ（Ｊ）ｎがφｓの値に近づくとき、式（１２）は発散してしまう。φ（Ｊ）ｎがφｓの値に近づく場合というのは、そのノイズ期間における測定信号はノイズの影響を受けていないと考えられるため、この場合には、式（１２）による分離処理を行わず、緑色光（第２測定信号）のＡＣ成分のデータをその期間における脈動成分として出力するようにする。上述したように、緑色光は、赤色光に比べて還元ヘモグロビンに対する吸光係数が低く、静脈血に対する感度が低いと考えられる。そのため、緑色光は赤色光よりも静脈血の増加によるノイズ成分が少なく、脈動信号をよく表しているといえる。
【００３９】
本実施形態において、ノイズ期間におけるノルム比φ（Ｊ）ｎがφｓに近づいたか否かは、φｓを基準とする下限係数ｍ１と上限係数ｍ２によって定められた閾値範囲内にあるか否かによって判断する。つまり、あるノイズ期間のφ（Ｊ）ｎが、（ｍ１×φｓ）≦φ（Ｊ）ｎ≦（ｍ２×φｓ）の条件を満たす場合には、ノルム比φ（Ｊ）ｎがφｓに近づいたと判断し、そのノイズ期間における第２測定信号のＡＣ成分のデータを脈動成分とする。一方、あるノイズ期間のφ（Ｊ）ｎが上記条件を満たさない場合には、ノルム比φ（Ｊ）ｎがφｓに近づいていないと判断し、式（１０）によって求められたノルム比をφｓ、上記式（１１）によって求められたノルム比をφ（Ｊ）ｎとして式（１２）に代入し、ノイズ期間で測定された第１測定信号及び第２測定信号のＡＣ成分を用いて式（１２）の演算を行い、脈動信号（脈動成分）ｐとノイズ信号（ノイズ成分）ｎとを分離して脈動信号（脈動成分）ｐを出力する。
【００４０】
＜動作例＞
以下、本実施形態に係る脈波計測装置１の動作例を説明する。図８、図９は、脈波計測装置１の動作フローを示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、安定期間として測定対象者の体動の影響を受けないように安静な状態で脈波を測定する期間と、ノイズ期間として測定対象者が計測部位を動かすなどして体動の影響を受ける状態で脈波を測定する期間とを予め設け、安定期間の脈波の測定を行った後、ノイズ期間の脈波の測定を行う。
【００４１】
図８において、脈波計測装置１の制御部１１０は、操作部１６０を介して脈波を測定する操作を受付けると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、脈波センサー２０において第１受発光部２１０と第２受発光部２２０とから一定の時間間隔で交互に脈波センサー２０が装着されている計測部位に赤色光と緑色光とを照射して、計測部位から反射された赤色光と緑色光を各々受光し、受光量に応じた第１測定信号及び第２測定信号を制御部１１０に送出する（ステップＳ１１）。なお、制御部１１０は、操作部１６０を介して脈波を測定する操作を受付けなければ（ステップＳ１０：ＮＯ）、操作がなされるまで待機する。
【００４２】
制御部１１０は、信号処理部１２０において、脈波センサー２０から送出された第１測定信号と第２測定信号を取得して、第１測定信号と第２測定信号とからＡＣ成分とＤＣ成分を各々抽出する。そして、制御部１１０は、信号処理部１２０において、抽出した第１測定信号と第２測定信号の各ＡＣ成分の信号を各々増幅してＡ／Ｄ変換すると共に、抽出した第１測定信号と第２測定信号の各ＤＣ成分の信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された各ＡＣ成分と各ＤＣ成分のデータをＲＡＭに時系列に記憶する（ステップＳ１２）。
【００４３】
制御部１１０は、ＲＡＭに記憶されている第１測定信号と第２測定信号のＡＣ成分とＤＣ成分の各データから連続するｎ個のデータを読み出し、読み出したＡＣ成分とＤＣ成分について、第２測定信号に対する第１測定信号のノルム比を式（７）、式（８）によって求め、式（１０）によりＡＣ成分とＤＣ成分の各ノルム比を加算することにより安定期間におけるノルム比（φｓ）を求め、求めたノルム比φｓをＲＡＭに記憶する（ステップＳ１３）。
【００４４】
次に、図９において、制御部１１０は、ノイズ期間についても上述したステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２の処理を行い、ＲＡＭに記憶されている第１測定信号と第２測定信号のＡＣ成分とＤＣ成分の各データから時刻ｔ＝Ｊを基点として前後に連続する２ｋ＋１個のデータを読み出し、式（１１）により時刻Ｊにおけるノルム比（φ（Ｊ）ｎ）を求める（ステップＳ２４）。
【００４５】
制御部１１０は、ノルム比φ（Ｊ）ｎが安定期間のノルム比（φｓ）を基準とする予め定められた閾値範囲内（ｍ１×φｓ≦φ（Ｊ）ｎ≦ｍ２×φｓ）である場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、時点Ｊにおける第２測定信号のＡＣ成分のデータを脈動成分として出力する（ステップＳ２６）。
【００４６】
一方、制御部１１０は、ノルム比φ（Ｊ）ｎがノルム比φｓを基準とする予め定められた閾値範囲内（ｍ１×φｓ≦φ（Ｊ）ｎ≦ｍ２×φｓ）でない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、ノルム比φｓとノルム比φ（Ｊ）ｎと、時刻Ｊにおける第１測定信号と第２測定信号のＡＣ成分の各値とを式（１２）に代入して演算し、時刻ｔ＝Ｊにおける第１測定信号と第２測定信号から脈動成分とノイズ成分とを分離する。そして、制御部１１０は、分離した脈動成分のデータを時刻Ｊにおける脈動成分として出力する（ステップＳ２７）。制御部１１０は、ノイズ期間における脈波の測定を終了する指示が操作部１６０を介してなされなければ（ステップＳ２８：ＮＯ）、時刻ｔの値に１をインクリメントして（ステップＳ２９）、第１測定信号と第２測定信号について上述したステップＳ２４以下の処理を行い、また、ノイズ期間における脈波の測定を終了する指示が操作部１６０を介してなされると（ステップ２８：ＹＥＳ）、脈波の測定を終了する。
【００４７】
図１０（ａ）（ｂ）は、ＡＣ成分だけを用いて安定期間とノイズ期間のノルム比（φｓ、φ（Ｊ）ｎ）を算出した場合の各ノルム比の波形図と脈動信号の出力結果を表す波形図とを示す図である。また、図１１（ａ）（ｂ）は、上述した実施形態の方法でノルム比（φｓ、φ（Ｊ）ｎ）を算出した場合の各ノルム比の波形図と脈動信号の波形図とを示す図である。図１０、図１１の例において、期間Ａ（０〜２０ｓｅｃ）は、計測部位を心臓の高さの位置で脈波を計測した期間、期間Ｂ（２０〜５０ｓｅｃ）は、計測部位を心臓の高さから低い位置に移動させて脈波を計測した期間であり、いずれの期間においても体動によるノイズが発生しないよう安静な状態で計測を行った。また、図１０（ａ）、図１１（ａ）において、破線は、測定開始から１０ｓｅｃ間の第１測定信号及び第２測定信号を用いて式（１０）によって算出されたノルム比φｓを表し、網掛け部分は、下限係数ｍ１＝０．８、上限係数ｍ２＝１．２とするφｓの閾値範囲を示している。実線は、期間Ａ及び期間Ｂの各期間において測定された第１測定信号及び第２測定信号を用いて式（１１）によって算出されたφ（Ｊ）ｎを表しており、この例では、時間幅を２ｓ（サンプリング周波数１００Ｈｚの場合、ｋ＝１００）としている。
【００４８】
図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、期間Ａは計測部位が心臓の高さの位置であり、体動の影響が殆ど無い状態であるため、ノルム比φｓとφ（Ｊ）ｎは近い値となっており、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示すように安定した脈動信号が出力されている。図１０（ａ）、図１１（ａ）におけるφ（Ｊ）ｎは、計測部位が心臓より低い位置に移動された２０ｓｅｃ付近では移動による体動の影響を受けて一旦上昇し、その後下降している。計測部位を移動した後は安静な状態で計測を行っているため、計測部位の移動後において静脈血量は変化しても脈波は期間Ａと同様に安定しているはずである。
【００４９】
しかし、図１０（ａ）に示すように、ＡＣ成分だけで算出されたノルム比φ（Ｊ）ｎは、静脈血量の増加によってφｓの閾値範囲を超えて下降している。そのため、体動によるノイズの影響を受けていると判断されて分離処理が行われ、期間Ｂの脈動信号は図１０（ｂ）に示すように安定した波形となっていない。一方、図１１（ａ）におけるφ（Ｊ）ｎは、ＡＣ成分とＤＣ成分とを用いて算出されているため、計測部位の移動後において静脈血量が増加しても、移動前と移動後のノルム比φ（Ｊ）ｎの差が低減され、ノルム比φｓの閾値範囲内に収まっている。その結果、ノルム比φｓの閾値範囲内の期間における脈動信号としては、緑色光（第２測定信号）のＡＣ成分の信号が出力され、期間Ａと同様に脈波が安定した波形が得られている。
【００５０】
上記より、上述した実施形態の方法によって脈動信号を出力することで、ＡＣ成分だけでノルム比を算出する場合と比べ、静脈血量の変化に伴うノルム比の変化が抑制されると共に、静脈血量の増加によるノイズと体動によるノイズとが区別され、測定対象者の状態をよく表した脈動信号を出力することができる。
【００５１】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００５２】
（１）上述した実施形態では、測定対象者に着脱可能な脈波センサー２０と本体装置１０で構成される脈波計測装置１について説明したが、第１測定信号と第２測定信号を取得し、本体装置１０の信号処理部１２０及び制御部１１０の機能を有する信号処理装置であれば本体装置１０の構成に限らない。信号処理装置として、例えばＰＣや携帯情報端末などの装置を用いる場合には、有線又は無線により脈波センサー２０と通信接続し、脈波センサー２０から出力される第１測定信号と第２測定信号を取得するようにしてもよい。また、信号処理装置は、脈波センサー２０で測定された第１測定信号と第２測定信号の波形データが予め記憶された記憶装置から第１測定信号と第２測定信号の各波形データを読み出し、第１測定信号と第２測定信号を取得してもよい。
【００５３】
（２）上述した実施形態では、赤色光と緑色光の光を各々発する発光素子を用いる例を説明したが、例えば、赤色光と赤外光など、発光ピークが異なる波長の光であって、還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンに対する吸光係数が異なる光であればこの組み合わせには限らない。この場合、酸化ヘモグロビンよりも還元ヘモグロビンに対する吸光係数が低いか同程度である光の測定信号のＡＣ成分を脈動成分として出力する。
【００５４】
（３）上述した実施形態では、安定期間として脈波を測定する期間を設け、安定期間の測定結果を用いてノルム比φｓを算出する例を説明したが、測定対象者の体動の影響を受けないように安静な状態で予め測定した測定結果に基づくノルム比φｓが脈波計測装置１に予め記憶されていてもよい。この場合には、脈波計測装置１において、算出されたノルム比φｓを記憶する記憶手段を設けるように構成する。
【００５５】
（４）上述した実施形態では、計測部位において反射された光を第１受発光部２１０及び第２受発光部２２０で受光する例を説明したが、計測部位を透過した光を受光するように構成してもよい。
【００５６】
（５）上述した実施形態では、人差指を計測部位として脈波センサー２０を装着する例を説明したが、計測部位としては、例えば、手の甲、手首、足の甲、耳朶などの生体の部位であればこれに限定されない。
【００５７】
（６）上述した実施形態では、第２測定信号と第１測定信号の相関を表す係数としてユークリッドノルムを用いたノルム比φｓ、φ（Ｊ）ｎを適用する例を説明したが、安定期間とノイズ期間の第１測定信号及び第２測定信号のＡＣ成分とＤＣ成分の最大値ノルムを用いてノルム比φｓ、φ（Ｊ）ｎを算出してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・脈波計測装置、１０・・・本体装置、１５・・・液晶ディスプレイ、１６・・・操作スイッチ、２０・・・脈波センサー、３０・・・ケーブル、４０・・・バンド、１１０・・・制御部、１１０ａ・・・出力部、１２０・・・信号処理部、１２１ａ，１２１ｂ，１２４ａ，１２４ｂ・・・フィルター、１２２−１，１２２−２・・・増幅回路、１２３−１，１２３−２，１２３−３，１２３−４・・・Ａ／Ｄ変換回路、１３０・・・計時部、１４０・・・クロック供給部、１５０・・・表示部、１６０・・・操作部、２１０・・・第１受発光部、２２０・・・第２受発光部、２３０・・・駆動部
【図１】
0005817362.tif 000010
【図２】
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【図３】
0005817362.tif 000012
【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】
0005817362.tif 000017
【図９】
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【図１０】
0005817362.tif 000019
【図１１】
0005817362.tif 000020
【図１２】
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