(57)【要約】  生体情報計測装置（１）は、光電脈波信号を検出する光電脈波センサ（１０）と、光電脈波信号の包絡線を生成する包絡線検波処理部（３２）と、包絡線の振幅に基づいて、光電脈波信号の振幅を所望の振幅値に正規化する振幅正規化処理部（３３）と、フィルタ係数を可変でき、正規化された生体信号に含まれる非周期的な成分を抑制し、周期的な成分を通過させる適応線スペクトル強調器（３５）と、適応線スペクトル強調器（３５）の出力信号に基づいて、脈拍数等の生体情報を取得する生体情報取得部（５０）とを備える。
2015064313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号を検出する生体信号検出手段と、
前記生体信号の包絡線を生成する包絡線検波手段と、
前記包絡線の振幅に基づいて、前記生体信号の振幅を所望の振幅値に正規化する振幅正規化手段と、
フィルタ係数を可変でき、前記振幅正規化手段により正規化された生体信号に含まれる非周期的な成分を抑制し、周期的な成分を通過させる適応フィルタと、
前記適応フィルタの出力信号に基づいて、生体情報を取得する生体情報取得手段と、を備えることを特徴とする生体情報計測装置。
【請求項２】
前記包絡線の振幅に基づいて、前記適応フィルタのフィルタ係数の更新の実行・停止を制御するフィルタ係数更新手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
前記包絡線検波手段は、
前記生体信号を全波整流する全波整流回路と、
前記全波整流回路により全波整流された生体信号に含まれる低周波成分を選択的に通過させて、全波整流された生体信号の包絡線を生成するローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項２に記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
前記生体信号検出手段により検出されたインパルス状の生体信号から、ピークを残すとともに、ピークとピークとの間は、信号を元の生体信号よりも緩やかに単調減少させ、前記生体信号に含まれる基本周波数の高調波成分を低減して、基本周波数の信号成分を増幅し、前記包絡線検波手段及び前記振幅正規化手段に出力する基本周波数増幅手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
前記基本周波数増幅手段の後段に介装され、前記基本周波数増幅手段から出力された生体信号に含まれる基本周波数の信号成分を選択的に通過させ、該基本周波数の高調波成分の通過を抑制するローパスフィルタをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の生体情報計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば心電波や光電脈波等の生体信号は、体動等に起因したアーチファクト（ノイズ）が重畳し易いという特徴を有する。ここで、特許文献１には、アーチファクト成分などのノイズ成分が重畳された測定信号から被測定者の脈動成分を抽出して検出する生体信号測定装置が開示されている。【０００３】
この生体信号測定装置は、２つの異なる波長の光を被測定者の生体組織に照射する照射部と、照射部から照射されて生体組織を透過又は反射したそれぞれの波長の光を受光し、それぞれの光の受光強度に応じた電気信号（生体信号）に変換する受光部と、電気信号をヒルベルト変換して包絡線を構成する包絡線データを生成するヒルベルト変換部と、生成した包絡線データに基づいて減光度比を算出し、当該減光度比に基づいて生体組織における動脈の血中酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出部とを備えている。【０００４】
そして、この生体信号測定装置は、電気信号（生体信号）の包絡線をヒルベルト変換部により検波し、振幅を正規化処理することによって、血中酸素飽和度を測定するとともに、被験者の動脈の脈動に応じた周波数成分（脈動成分）以外の成分を相対的に減衰させ、脈拍数を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０２４３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の生体信号測定装置では、突発的なアーチファクトには対応できるが、定常的にアーチファクトが乗っているような生体信号に対してはアーチファクトを十分に除去することができず、正確な脈拍数の算出ができないおそれがある。そのため、アーチファクトをより効果的に除去でき、アーチファクトに対してよりロバストに生体情報を取得することができる技術が望まれていた。【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、生体信号に重畳した体動等を起因とするアーチファクトを効果的に除去でき、アーチファクトに対してよりロバストに生体情報を取得することが可能な生体情報計測装置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】
【０００８】
本発明に係る生体情報計測装置は、生体信号を検出する生体信号検出手段と、生体信号の包絡線を生成する包絡線検波手段と、包絡線の振幅に基づいて、生体信号の振幅を所望の振幅値に正規化する振幅正規化手段と、フィルタ係数を可変でき、振幅正規化手段により正規化された生体信号に含まれる非周期的な成分を抑制し、周期的な成分を通過させる適応フィルタと、適応フィルタの出力信号に基づいて、生体情報を取得する生体情報取得手段とを備えることを特徴とする。【０００９】
本発明に係る生体情報計測装置によれば、適応フィルタの前段に、包絡線の振幅に基づいて生体信号の振幅を所望の振幅値に正規化する振幅正規化手段が設けられているため、適応フィルタへの入力信号の振幅値を略一定にすることができる。そのため、適応フィルタ内の入力電力の総和が略一定になり、例えばＬＭＳ法を利用する場合に、適応フィルタが収束するための必要十分条件となるステップサイズパラメータを事前に設定することができる。また、個人差による生体信号の振幅ばらつきが適応フィルタの収束性へ及ぼす悪影響も吸収することができる。よって、生体信号の周波数成分を取り出せるように適切に適応フィルタを適応させることができる。また、例えば、アーチファクトが継続的に重畳した場合であっても適応フィルタによって除去することができる。その結果、生体信号に重畳した体動等を起因とするアーチファクトを効果的に除去でき、アーチファクトに対してよりロバストに生体情報を取得することが可能となる。【００１０】
本発明に係る生体情報計測装置は、包絡線の振幅に基づいて、適応フィルタのフィルタ係数の更新の実行・停止を制御するフィルタ係数更新手段をさらに備えることが好ましい。【００１１】
この場合、包絡線の振幅に基づいて適応フィルタのフィルタ係数の更新の実行・停止を制御することにより、例えば、過大又は過小な生体信号が入力された際にフィルタ係数の更新を適切に制御（例えば停止）することで、適応フィルタの不適切な学習を防止することが可能となる。【００１２】
本発明に係る生体情報計測装置では、包絡線検波手段が、生体信号を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路により全波整流された生体信号に含まれる低周波成分を選択的に通過させて、全波整流された生体信号の包絡線を生成するローパスフィルタとを有することが好ましい。このようにすれば、生体信号の包絡線を適切に抽出することが可能となる。【００１３】
本発明に係る生体情報計測装置は、生体信号検出手段により検出されたインパルス状の生体信号から、ピークを残すとともに、ピークとピークとの間は、信号を元の生体信号よりも緩やかに単調減少させ、生体信号に含まれる基本周波数の高調波成分を低減して、基本周波数の信号成分を増幅し、包絡線検波手段及び振幅正規化手段に出力する基本周波数増幅手段をさらに備えることが好ましい。【００１４】
この場合、生体信号の基本周波数成分が増幅されるため、適応フィルタが適応しづらい特性を有する生体信号（例えばインパルス列のような高調波を伴った生体信号（例えば心電波形や心弾道波形等））が入力されるときにも、適応フィルタに適応させることができる。そのため、アーチファクトが重畳した生体信号から安定的に生体情報を取得することが可能となる。【００１５】
本発明に係る生体情報計測装置は、基本周波数増幅手段の後段に設けられ、基本周波数増幅手段から出力された生体信号に含まれる基本周波数の信号成分を選択的に通過させ、該基本周波数の高調波成分の通過を抑制するローパスフィルタをさらに有することが好ましい。【００１６】
この場合、ローパスフィルタを通すことにより、生体信号の基本周波数のスペクトルをさらに強調することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、生体信号に重畳した体動等を起因とするアーチファクトを効果的に除去でき、アーチファクトに対してよりロバストに生体情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る生体情報計測装置を構成する適応線スペクトル強調器の構成を示すブロック図である。
【図３】光電脈波信号、及び該光電脈波信号の包絡線信号の一例を示す図である。
【図４】正規化された光電脈波信号の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態に係る生体情報計測装置を構成するダイオード検波回路の回路図である。
【図７】ダイオード検波回路に入力されるインパルス列、及び、ダイオード検波回路の出力信号波形の一例を示す図である。
【図８】ダイオード検波回路に入力されるインパルス列、及び、ダイオード検波回路の出力信号それぞれのスペクトルの一例を示す図である。
【図９】拍動成分増幅方法の他の例を説明するための図である。
【図１０】ＬＰＦの出力信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１、図２を併せて用いて、第１実施形態に係る生体情報計測装置１の構成について説明する。図１は、生体情報計測装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、生体情報計測装置１を構成する適応線スペクトル強調器３５の構成を示すブロック図である。ここで、本実施形態では、生体信号としての光電脈波信号から脈拍数等の生体情報を計測する場合を例にして説明する。なお、生体信号は、光電脈波信号のように拍動成分のスペクトルが支配的な信号であればよく、光電脈波信号には限られない。
【００２１】
生体情報計測装置１は、例えば光電脈波信号を検出して、光電脈波信号に重畳した体動等を起因として発生するアーチファクト信号を除去し、アーチファクトに対してよりロバストに脈拍数などの生体情報を計測する。そのため、生体情報計測装置１は、光電脈波信号を生成する光電脈波センサ１０と、光電脈波信号に重畳したアーチファクト信号を除去し、脈拍数等の生体情報を計測する信号処理ユニット５を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２２】
光電脈波センサ１０は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出するセンサである。すなわち、光電脈波センサ１０は、請求の範囲に記載の生体信号検出手段として機能する。光電脈波センサ１０は、発光素子１１、受光素子１２、増幅部１３、及び駆動部１４を有して構成されている。
【００２３】
発光素子１１は、駆動部１４により生成されて出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子１１としては、例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２４】
受光素子１２は、発光素子１１から照射され、例えば指先などの人体を透過し、又は人体に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子１２としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。なお、本実施形態では、受光素子１２として、フォトダイオードを用いた。受光素子１２は、増幅部１３に接続されており、受光素子１２で得られた検出信号（光電脈波信号）は増幅部１３に出力される。
【００２５】
増幅部１３は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、受光素子１２で検出された光電脈波信号を増幅する。光電脈波センサ１０は信号処理ユニット５に接続されており、検出された光電脈波信号は、該信号処理ユニット５に出力される。
【００２６】
信号処理ユニット５は、光電脈波センサ１０によって検出された光電脈波信号に対し、適応フィルタの一種である適応線スペクトル強調器３５を利用して、光電脈波信号に重畳した体動等を起因として発生するアーチファクト信号を除去し、脈拍数（生体信号の基本周波数）等の生体情報を計測する。そのため、信号処理ユニット５は、入力される光電脈波信号に含まれるアーチファクト成分を除去する拍動成分強調部３０、及び、アーチファクトが除去された光電脈波信号から脈拍数等の生体情報を計測する生体情報取得部５０を備えている。また、拍動成分強調部３０は、ＨＰＦ３１、包絡線検波処理部３２、振幅正規化処理部３３、フィルタ係数更新制御部３４、及び、適応線スペクトル強調器３５を有して構成されている。
【００２７】
ここで、上述した各部の内、振幅正規化処理部３３、フィルタ係数更新制御部３４、及び、適応線スペクトル強調器３５、及び生体情報取得部５０は、演算処理を行うＣＰＵ（又はＭＣＵ）、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。すなわち、ＲＯＭに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。
【００２８】
ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３１は、入力された光電脈波信号の直流成分をカットする。なお、ＨＰＦ３１により直流成分がカットされた光電脈波信号は、包絡線検波処理部３２及び振幅正規化処理部３３それぞれに出力される。
【００２９】
包絡線検波処理部３２は、光電脈波信号を全波整流する全波整流回路３２１と、全波整流された光電脈波信号に含まれる低周波成分を選択的に通過させて、光電脈波信号の包絡線を生成するＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２２とを有して構成されており、光電脈波信号の包絡線を生成する。すなわち、包絡線検波処理部３２は、請求の範囲に記載の包絡線検波手段として機能する。このとき、光電脈波信号が正弦波に近い波形であるとすると、その平均振幅値は最大振幅値の２／π倍であるため、全波整流しＬＰＦ３２２を適用した信号をπ／２倍することで光電脈波信号の包絡線が得られる。
【００３０】
ここで、本手法による包絡線検出手法の実施結果を図３に示す。図３は、光電脈波信号、及び該光電脈波信号の包絡線信号の一例を示す図である。図３の横軸は時刻（秒）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。また、図３では、光電脈波信号を実線で、包絡線信号を破線でそれぞれ示した。なお、包絡線検波処理部３２により抽出された光電脈波信号の包絡線は、振幅正規化処理部３３、及びフィルタ係数更新制御部３４それぞれに出力される。
【００３１】
振幅正規化処理部３３は、包絡線の振幅（包絡線情報）に基づいて、光電脈波信号の振幅を所望の振幅値に正規化する。すなわち振幅正規化処理部３３は、請求の範囲に記載の振幅正規化手段として機能する。より具体的には、振幅正規化処理部３３は、包絡線検波処理部３２で取得された光電脈波の包絡線を利用して、次式（１）に従って、光電脈波を所望の振幅値に正規化する。
【数１】
2015064313.tif 000003
ただし、ｄは所望の振幅値を、ｐｐｇ（ｔ）はＨＰＦ３１後の光電脈波信号を、ｅｎｖｐｐｇ（ｔ）はｐｐｇ（ｔ）の包絡線信号を、ｐｐｇｎｏｒｍ（ｔ）は正規化された光電脈波信号をそれぞれ表わす。
【００３２】
ここで、式（１）に従って正規化された波形を図４に示す（ｄ＝１．０の場合）。図４は、正規化された光電脈波信号の一例を示す図である。図４の横軸は時刻（秒）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。なお、振幅正規化処理部３３により正規化された光電脈波信号は、適応線スペクトル強調器３５に出力される。
【００３３】
フィルタ係数更新制御部３４は、光電脈波信号の包絡線の振幅（包絡線情報）に基づいて、適応線スペクトル強調器３５のフィルタ係数の更新の実行・停止を制御する。より具体的には、フィルタ係数更新制御部３４は、光電脈波信号の包絡線の振幅値が第１しきい値よりも大きい場合、及び、光電脈波信号の包絡線の振幅値が第２しきい値（第１しきい値＞第２しきい値）よりも小さい場合に、適応線スペクトル強調器３５のフィルタ係数の更新を停止させる。一方、フィルタ係数更新制御部３４は、光電脈波信号の包絡線の振幅値が第１しきい値以下、かつ第２しきい値以上のときに、適応線スペクトル強調器３５のフィルタ係数の更新を実行する。すなわち、フィルタ係数更新制御部３４は、請求の範囲に記載のフィルタ係数更新手段として機能する。なお、フィルタ係数更新制御部３４によるフィルタ係数の制御信号は適応線スペクトル強調器３５に出力される。
【００３４】
適応線スペクトル強調器３５は、適応フィルタの一種であり、周波数軸上で線状のスペクトルを強調するように適応する。すなわち、適応線スペクトル強調器３５は、フィルタ係数を可変でき、正規化された光電脈波信号に含まれる非周期的な成分（例えばアーチファクト）を抑制し、周期的な成分（例えば拍動成分）を通過させる。また、生体信号から得られる拍動間隔の周期は、安静時においても微小に変動するため、拍動信号に含まれる高調波成分の信号もある程度抑制される。適応線スペクトル強調器３５は、請求の範囲に記載の適応フィルタとして機能する。より具体的には、適応線スペクトル強調器３５は、図２に示されるように、遅延器３５１、適応フィルタ３５２、及び加算器３５３を有して構成されている。
【００３５】
図２に示された適応線スペクトル強調器３５では、所望信号ｄ［ｎ］と出力信号ｙ［ｎ］の差分である誤差信号ｅ［ｎ］に対して、その平均二乗誤差（ＭＳＥ）が最小となるように適応フィルタ３５２が適応し、入力信号（光電脈波信号）に含まれる非周期的な成分（例えば体動アーチファクト）を抑圧し、周期的な成分（例えば光電脈波の様な周期信号）を通過させる。また、図２中の遅延器３５１は入力信号ｘ［ｎ］のノイズ成分と、遅延された入力信号との間に存在する相関を除去するための相関分離パラメータである。なお、適応線スペクトル強調器３５は、生体情報取得部５０に接続されており、適応線スペクトル強調器３５の出力信号は、生体情報取得部５０に出力される。なお、本実施形態では、演算負荷軽減のために固定小数点演算の適応フィルタ３５２を使用した。
【００３６】
生体情報取得部５０は、アーチファクトが除去された適応線スペクトル強調器３５の出力信号に基づいて、例えば、脈拍数や脈拍間隔等の生体情報を取得する。すなわち、生体情報取得部５０は、請求の範囲に記載の生体情報取得手段として機能する。なお、取得された脈拍数等の生体情報は、外部に出力されたり、又は、上述したＲＡＭなどに記憶される。
【００３７】
上述したように構成されることにより、生体情報計測装置１では、まず、ＨＰＦ３１により、入力された光電脈波信号の直流成分がカットされる。次に、包絡線検波処理部３２により光電脈波信号の包絡線が検出され、光電脈波信号の包絡線の振幅値が算出される。なお、上述したように、本実施形態では、光電脈波信号を全波整流し、その信号にＬＰＦ３２２を適用することで光電脈波信号の包絡線を算出した。
【００３８】
次に、算出された光電脈波の包絡線の振幅値に基づいて、上記（１）式に従い、振幅正規化処理部３３により、光電脈波が所望の振幅値に正規化される。その後、適応線スペクトル強調器３５により、正規化された光電脈波信号に含まれる非周期的な成分（例えばアーチファクト）が抑制され、周期的な成分（例えば拍動成分）のみが出力される。なお、上述したように、適応線スペクトル強調器３５のフィルタ係数の更新制御は、フィルタ係数更新制御部３４によって行われる。
【００３９】
そして、生体情報取得部５０により、適応線スペクトル強調器３５の出力信号に基づいて、例えば、脈拍数や脈拍間隔等の生体情報が取得される。このように、包絡線検波による正規化処理と適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）とを組み合わせることで光電脈波信号に重畳したアーチファクト信号を除去して拍動成分のみを抽出することができる。
【００４０】
ところで、本実施形態によれば、光電脈波の振幅を正規化することにより適応フィルタ３５２として演算負荷の軽いＬＭＳ法を使用することができる利点がある。ＬＭＳ法では、次式（２）に定められた収束条件を満たす範囲でステップサイズパラメータμを設定する必要がある。
【数２】
2015064313.tif 000004
ただし、μは適応フィルタ３５２のステップサイズパラメータを、Ｍは適応フィルタ３５２の次数を、ｘは適応フィルタ３５２への入力生体信号を、Ｅ｛｝は期待値の演算を表わす。
【００４１】
しかし、通常、体動アーチファクトが含まれるような非定常な信号に対しては、式（２）のΣで表わされた項（入力電力の総和）は事前に分からない。一方、本実施形態では、入力される光電脈波信号が正規化され略一定の振幅を有することから、式（２）中の次数Ｍが大きい場合には、その入力電力の総和は略一定であり、事前に適応フィルタ３５２を収束するための必要十分条件となるステップサイズパラメータμを設定することができる。また、本生体情報計測装置１を利用する個人差による光電脈波信号（生体信号）の振幅ばらつきによる適用フィルタ３５２の収束性への悪影響も吸収できる。
【００４２】
よって、本実施形態によれば、生体信号の周波数のみを取り出せるように適切に適応フィルタ３５２を適応させることができる。また、例えば、アーチファクトが継続的に重畳した場合であっても適応フィルタ３５２によって除去することができる。その結果、生体信号に重畳した体動等を起因とするアーチファクトを効果的に除去でき、アーチファクトに対してよりロバストに生体情報を取得することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、光電脈波信号の振幅を正規化することにより後段の適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）に入力される信号のダイナミックレンジを決定できる利点がある。一般的に、ローエンドＭＣＵでは、演算負荷の問題から、適応フィルタ３５２の演算を浮動小数点で実現することが難しい。そのため、固定小数点での演算が必要となり、その際に、入力信号のダイナミックレンジに対する固定小数点演算の演算精度とオーバーフローとのトレードオフが問題となる。ここで、固定小数点演算の演算精度を確保するために少数部のビット数を大きくとった場合には、入力信号に大きな振幅値が入力されると固定小数点演算時にオーバーフローが発生し、正常な演算結果が得られない。逆に、少数部のビット数を小さくすると、演算誤差が蓄積し、適応フィルタ３５２が発散してしまう可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、適応フィルタ３５２の前段で生体信号を所望の振幅値に正規化することで、固定小数点演算の設計をする際に最適な固定小数点演算のビット数と変数の型を決定することができる。そのため、固定小数点演算の際に発生するダイナミックレンジの問題を解消でき、ローエンドＭＣＵで適応フィルタを利用することが可能となる。
【００４４】
さらに、本実施形態によれば、包絡線検波で検出された振幅値を利用して、適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）のフィルタ係数の更新を制御できる利点がある。振幅の正規化処理を行うことでアーチファクト成分のスペクトルは正規化後に減少するが、過大または過小な光電脈波信号が継続的に入力された場合には、信号のＳＮ比が極端に悪い区間が継続し、適応フィルタ３５２の学習に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、包絡線検波処理部３２の出力値を利用し、フィルタ係数更新処理部３４において光電脈波信号の過大または過小な振幅値を検知し、フィルタ係数の更新を行わないようにすることで適応フィルタ３５２の誤った学習を防止することができる。特に、信号の過大、過小の判定に包絡線情報を利用した手法では、単に信号の絶対値を判定に利用する手法と比べ、信号の瞬時振幅値を利用しているため、信号が信号の平均値とゼロクロスする時点においても継続的に一定の振幅値を用いて判定を行うことができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、図５及び図６を併せて用いて、第２実施形態に係る生体情報計測装置２の構成について説明する。ここでは、上述した第１実施形態に係る生体情報計測装置１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図５は、第２実施形態に係る生体情報計測装置２の構成を示すブロック図である。なお、図５において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。また、図６は、生体情報計測装置２を構成する拍動成分増幅部２０（ダイオード検波回路２１）の回路図である。
【００４６】
生体情報計測装置２は、適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）では適応しづらい心電波形や心弾波形のような拍動成分を基本周波数とする高調波を伴った生体信号に対しても、適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）で適応させ易くするために、拍動成分強調部３０（ＨＰＦ３１）の前段に拍動成分増幅部２０及びＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２が設けられている点で上述した生体情報計測装置１と異なっている。また、光電脈波センサ１０に代えて、生体信号としての心電信号を検出するための一対の心電電極１５，１６（第１心電電極１５、第２心電電極１６）を有している点で上述した生体情報計測装置１と異なっている。その他の構成は、上述した生体情報計測装置１と同一または同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４７】
第１心電電極１５及び第２心電電極１６は、心電信号を検出するものであり、例えば、使用者の左右の手（指先）が接触することにより、使用者の左右の手の間の電位差に応じた心電信号を取得する。すなわち、第１心電電極１５、第２心電電極１６も、請求の範囲に記載の生体信号検出手段に相当する。第１心電電極１５及び第２心電電極１６それぞれは、拍動成分増幅部２０と接続されており、検出された心電信号は、増幅器（図示省略）で増幅された後、拍動成分増幅部２０に入力される。
【００４８】
本実施形態では、拍動成分増幅部２０として図６に示したダイオード検波回路２１を用いた。ダイオード検波回路２１は、第１心電電極１５、第２心電電極１６により検出されたインパルス状の生体信号（心電信号）から、ピークを残すとともに、ピークとピークとの間は、信号を元の心電信号よりも緩やかに単調減少させ、心電信号に含まれる基本周波数の高調波成分を低減するとともに、基本周波数の信号成分を強調して、拍動成分強調部３０に出力する（より詳細には、ＬＰＦ２２、ＨＰＦ３１を介して包絡線検波処理部３２及び振幅正規化処理部３３に出力する）。ダイオード検波回路２１（拍動成分増幅部２０）は、請求の範囲に記載の基本周波数増幅手段として機能する。
【００４９】
ここで、ダイオード検波回路２１（拍動成分増幅部２０）に入力されるインパルス列、及び、ダイオード検波回路２１の出力信号波形の一例を図７に示す。なお、ここでは、簡易化のために、入力される生体信号を拍動に同期するインパルス列（６０［ｂｐｍ］、サンプリング周波数１００［Ｈｚ］）とした。図７の横軸は時刻（秒）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。また、図７では、出力信号波形を実線で、インパルス列（入力信号）を破線でそれぞれ示した。図７に示されるように、インパルス列をダイオード検波回路２１に通過させることで、インパルス列の拍動成分の周波数を増幅した波形が得られる。
【００５０】
また、図８に、ＦＦＴにより算出した拍動成分増幅処理前後のインパルス列のスペクトル、すなわち、ダイオード検波回路２１（拍動成分増幅部２０）に入力されるインパルス列、及びダイオード検波回路２１の出力信号それぞれのスペクトルの一例を示す。図８の横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は振幅である。また、図８では、出力信号のスペクトルを実線で、インパルス列（入力信号）のスペクトルを破線でそれぞれ示した。この図から、ダイオード検波処理後では１［Ｈｚ］の拍動成分のスペクトルが増幅されていることが分かる（ただし、拍動成分増幅処理後の信号に対してはＤＣ成分をカットしてからスペクトルを算出した）。
【００５１】
ここで、ダイオード検波回路２１は、一般的な包絡線を検波する目的で使用されるのではなく、意図的にインパルス列のピーク間をホールドさせずにコンデンサＣに蓄えられた電荷をある程度放電させることで、拍動成分のスペクトルを増幅することを特徴とする。そのため、図６に示したダイオード検波回路２１の定数は、仕様上の測定可能最大拍数に当たる心電信号が入力された場合であっても、コンデンサＣに蓄えられた電荷がある程度放電される定数に設定する必要がある。なお、ダイオード検波回路２１における信号処理は、電気回路ではなく、ディジタル信号処理により実現してもよい。
【００５２】
また、拍動成分増幅部２０はダイオード検波回路２１ではなく、図９に示すように、入力信号の電圧が大きくなる方向にはダイオード検波回路２１のように働き、電圧が小さくなる方向には、ある一定の傾きで単調減少させるような、ノコギリ波を発生させる処理でもよい。ここで、図９は、拍動成分増幅方法の他の例を説明するための図である。図９の横軸は時刻（秒）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。また、図９では、出力信号波形を実線で、インパルス列（入力信号）を破線でそれぞれ示した。
【００５３】
ダイオード検波回路２１（拍動成分増幅部２０）を適用することにより、拍動成分のスペクトルを増幅する効果とともに、図７，９に示した拍動成分増幅後の信号より小さなアーチファクト信号を結果的に消すことができるという効果がある。これにより、アーチファクトにロバストな信号が得られる。また、図７，９に示した拍動成分増幅後の信号より大きなアーチファクト信号においても、後段の適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）によってアーチファクト信号が低減される。なお、ダイオード検波回路２１からの出力信号は、ＬＰＦ２２に出力される。
【００５４】
ＬＰＦ２２は、ダイオード検波回路２１の後段に設けられ、ダイオード検波回路２１から出力された心電信号に含まれる基本周波数の信号成分を選択的に通過させ、該基本周波数の高調波成分（高周波成分）の通過を抑制する。仕様上の測定可能最大脈拍数を２００［ｂｐｍ］とした場合、ＬＰＦ２２のカットオフ周波数は、３．３３３［Ｈｚ］以上とするのが好ましい。ここで、ダイオード検波回路２１を通過した後の信号に対してＬＰＦ２２を適用した信号波形を図１０に示す。図１０は、ＬＰＦ２２の出力信号の一例を示す図である。図１０の横軸は時刻（秒）であり、縦軸は振幅（Ｖ）である。なお、ＬＰＦ２２からの出力信号は、拍動成分強調部３０に出力される。拍動成分強調部３０、及び生体情報取得部５０の構成は、上述した生体情報計測装置１と同一または同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５５】
このように、通常では適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）に適応し難い心電波形や心弾波形のような拍動成分を基本周波数とする高調波を伴った生体信号に対しても、拍動成分増幅部２０（ダイオード検波回路２１）及びＬＰＦ２２を通過させることで、適応線スペクトル強調器３５（適応フィルタ３５２）に適応させ易い信号（拍動成分が主成分の信号）に変換することができる。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、拍動成分増幅部２０（ダイオード検波回路２１）により心電信号の基本周波数成分が増幅されるため、適応フィルタ３５２が適応しづらい特性を有する生体信号（例えば心電波形や心弾道波形のような高調波を伴った生体信号）が入力されるときにも、適応フィルタ３５２に適応させることができる。そのため、アーチファクトが重畳した生体信号から安定的に生体情報を取得することが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、ダイオード検波回路２１から出力された心電信号に含まれる基本周波数の信号成分を選択的に通過させ、該基本周波数の高調波成分の通過を抑制するＬＰＦ２２を通すことにより、心電信号の基本周波数のスペクトルをさらに強調することが可能となる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、包絡線の検出手法として、全波整流回路３２１とＬＰＦ３２２とを使用する手法を採用したが、このような手法に代えて、例えば、ダイオード検波回路を利用した手法、同期検波回路を利用した手法、入力信号を二乗してＬＰＦを通過させる手法、ヒルベルト変換器や直交復調により解析信号から瞬時振幅を算出する手法等、様々な手法を用いることができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、包絡線情報（包絡線の振幅値）に基づいた適応フィルタ３５２のフィルタ係数の更新制御において、しきい値を基準にフィルタ係数の更新を停止する手法を用いたが、このような手法に代えて、例えば、振幅値に応じたステップサイズパラメータを動的に設定する手法を用いてもよい。その場合、振幅値に応じたステップサイズパラメータの参照は、振幅値からステップサイズパラメータを算出する方法や、予め記憶されているルックアップテーブルを参照する手法などを用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，２  生体情報計測装置
５，６  信号処理ユニット
１０  光電脈波センサ
１５  第１心電電極
１６  第２心電電極
２０  拍動成分増幅部
２１  ダイオード検波回路
２２  ＬＰＦ
３０  拍動成分強調部
３１  ＨＰＦ
３２  包絡線検波処理部
３２１  全波整流回路
３２２  ＬＰＦ
３３  振幅正規化処理部
３４  フィルタ係数更新制御部
３５  適応線スペクトル強調器
３５１  遅延器
３５２  適応フィルタ
５０  生体情報取得部
【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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【国際調査報告】
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