(57)【要約】【課題】  ノイズに対する堅牢性（ロバストネス）の高い、脈波検出装置を提供する。【解決手段】  脈波を検出し（ステップＳ１）、フィルタ処理を行い（ステップＳ２）、脈波を１回または２回微分し（ステップＳ３）、極大点または極小点である頂部と谷部を検出する（ステップＳ４）。次に、頂部と谷部の間の面積を計算し（ステップＳ５）、求めた面積により指数を計算し（ステップＳ６）、血管年齢を推定し（ステップＳ７）、推定した血管年齢を出力する（ステップＳ８）。【選択図】  図２
2008079813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求める特徴部検出手段と、
（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、
（２）前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求める面積計算手段と、
前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算する指数計算手段と、
該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する血管年齢推定手段と
を含むことを特徴とする血管年齢測定装置。
【請求項２】
第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求める特徴部検出手段と、
（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、
（２）前記第２頂部が正である場合、前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、
前記第２頂部が負又は０である場合、前記第２山面積を０とし、前記第２頂部及び前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる前記第２谷面積を求める面積計算手段と、
前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算する指数計算手段と、
該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する血管年齢推定手段と
を含むことを特徴とする血管年齢測定装置。
【請求項３】
前記第１山面積を、前記第１頂部より後の面積を２倍することで求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の血管年齢推定装置。
【請求項４】
前記脈波は、被験者の身体の末梢血管の血液量変化であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の血管年齢測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の血管年齢測定装置を備えた脈波測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の脈波測定装置を備えた生体情報処理システム。
【請求項７】
第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求め、
（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、
（２）前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、
前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算し、
該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する
ことを特徴とする血管年齢測定方法。
【請求項８】
第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求め、
（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、
（２）前記第２頂部が正である場合、前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、
前記第２頂部が負又は０である場合、前記第２山面積を０とし、前記第２頂部及び前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる前記第２谷面積を求め、
前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算し、
該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する
ことを特徴とする血管年齢測定方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の血管年齢測定方法を実行可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に血液の脈を検出する面積式の脈波測定装置である血管年齢測定装置、脈波測定装置、生体情報処理システム、血管年齢測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高齢化と生活習慣病への関心の高まりとともに、動脈硬化が注目を集めている。
動脈硬化は、加齢や食習慣等の生活習慣のために血管内壁にコレステロール等が付着し、血管が弾力を失って硬化し脆くなった状態であり、心筋梗塞や脳出血などの非常に深刻な疾病の原因となる。
この動脈硬化の非侵襲的な検査法の一つとして、加速度脈波の測定が行われている。
加速度脈波とは、被験者の脈の波形である脈波を測定し、この脈波の波形を２回微分した「加速度」の脈波であり、この加速度脈波の特徴から、血管の硬化度合いが推定できることが分かっている。
【０００３】
加速度脈波の検出は、まず、被験者の手や足の指に光を当てて透過光を検出することにより、指先や足先等の身体の末端部の脈を光度の変化として測定する。この際、光度の変化の電流変化をＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換する前に、ノイズ除去用の電子回路によりノイズを除去する。
次に、脈波を２回微分して加速度脈波を求め、特徴抽出を行い、特徴抽出を行った指数を回帰式に当てはめる。これにより、被験者の動脈硬化の度合いが、どの年齢の人と同等なのかを推定する。
もし、被験者が喫煙や食生活等の生活習慣により、肥満、高血圧、糖尿病等になると、動脈硬化が進行する。このため、加速度脈波の特徴が被験者の年齢より高い人の特徴と同等だと、動脈硬化の度合いが高いと推定される。このように推定される動脈硬化の度合いと年齢との関係は、血管年齢と称されている。
【０００４】
加速度脈波からの特徴抽出には、従来、二つの手法が知られていた（特許文献１、２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−５１１６６号公報
【特許文献２】特許第２７５８１０１号公報
【０００６】
特許文献１の手法（以下、これを従来手法１という。）は、加速度脈波のうち、ある閾値（しきい値）以上の極大点または閾値以下の極小点を頂部と谷部とし、これら頂部と谷部の高さの比の指数を求める。
この指数の計算式を、図７を参照して説明する。まず、最初の極大点を第１頂部ａ、ａに続く極小点を第１谷部ｂ、次の極大点を第２頂部ｃ、次の極小点を第２谷部ｄ、さらに次の極大点を第３頂部ｅとする。この上で、それぞれの頂部と谷部の高さをａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとし、高さの比の指数Ｘを、Ｘ＝（−ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）／ａとして求める。
【０００７】
一方、特許文献２の手法（以下、これを従来手法２という。）では、特徴抽出において、高さの他に面積も使用して指数を求めることに特徴がある。
この従来手法２の指数の計算式を、図８と図９を参照して説明する。まず、従来手法１と同様に各頂部と谷部と高さ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）を求める。次に、頂部ａから頂部ｅまでの負になる部分の面積を求め、これを面積Ｅとする。この面積Ｅの符号は負になる。
ここで、被験者の血管年齢が若い場合、つまり血管に柔軟性がある場合、頂部ｃが正になる（図８を参照）。この場合は、谷部ｂから谷部ｄの間で正になる部分の面積を面積Ｃとする。この面積Ｃの符号は正になる。
また、被験者の血管年齢が高齢だった場合、つまり特異点ｃが負であった場合（図９を参照）は上述の面積Ｃを０とする。
この上で、面積と高さの比の指数Ｙを、Ｙ＝（Ｅ−Ｃ）／ｂとして求める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来手法１の場合、頂部と谷部の高さのみから脈波の特徴を抽出しているため、本質的に誤差が増幅するという問題がある。すなわち、ノイズの混入した脈の波形を２回微分すると、結果として指数Ｘの誤差による変動が非常に大きくなる。つまり、ノイズに対しての堅牢性（ロバストネス）が低い。
また、従来手法２の技術は、頂部ａの情報を利用していない。すなわち、最初の正の部分の面積を使用していない。
ところが、本来、加速度脈波で一番振幅が大きく検出しやすいのは、頂部ａである。この情報を利用しないことで、動脈硬化等の血管の状態の検出につながる重要な情報を抽出できていない可能性が高い。さらに、振幅の小さなｂ、ｃ、ｄ、ｅの情報のみを使うことで、結果的にノイズに対しての堅牢性を損なっている。
【０００９】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求める特徴部検出手段と、（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、
（２）前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求める面積計算手段と、前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算する指数計算手段と、該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する血管年齢推定手段とを含むことを特徴とする血管年齢測定装置であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求める特徴部検出手段と、（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、（２）前記第２頂部が正である場合、前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、  前記第２頂部が負又は０である場合、前記第２山面積を０とし、前記第２頂部及び前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる前記第２谷面積を求める面積計算手段と、  前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算する指数計算手段と、該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定する血管年齢推定手段とを含むことを特徴とする血管年齢測定装置であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記第１山面積を、前記第１頂部より後の面積を２倍することで求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の血管年齢推定装置であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記脈波は、被験者の身体の末梢血管の血液量変化であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の血管年齢測定装置であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の血管年齢測定装置を備えた脈波測定装置であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の脈波測定装置を備えた生体情報処理システムであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求め、（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、（２）前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算し、該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定することを特徴とする血管年齢測定方法であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、第１頂部及び第３頂部が正、第１谷部及び第２谷部が負である連続する１つの脈波から、前記第１頂部及び第２頂部並びに前記第２谷部を求め、（１）前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積を求め、（２）前記第２頂部が正である場合、前記第２頂部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２山面積と、前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる第２谷面積を求め、前記第２頂部が負又は０である場合、前記第２山面積を０とし、前記第２頂部及び前記第２谷部を含む波形と前記基準線とで囲まれる前記第２谷面積を求め、前記第２山面積と前記第２谷面積との和を、前記第１山面積で除して指数を計算し、該指数を回帰式に当てはめて血管年齢を推定することを特徴とする血管年齢測定方法であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の血管年齢測定方法を実行可能なプログラムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、微分した脈波における最初の正の部分の面積と負の部分の面積を用いることにより、従来よりもノイズに対する堅牢性の高い脈波測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る脈波測定装置Ｚを示すブロック図である。脈波測定装置Ｚは、脈波を測定すると共に脈波から血管年齢を推定するもので、脈波検出部１と、Ａ／Ｄ変換部２と、操作部３と、表示部４と、制御部５と、記憶部６と、出力部７と、特徴部検出部８と、面積計算部９と、指数計算部１０と、血管年齢推定部１１とを備えている。
脈波検出部１は、光学式の脈波検出センサーであり、小型の電球、ＬＥＤ等の光源と、光を検出する光センサー、ＣＣＤ等の受光素子と、身体に固定するクリップ、ノイズ除去用のアナログ電子回路等から構成される。
Ａ／Ｄ変換部２は、脈波検出部１により出力された光度の変化の電流または電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーター等である。
操作部３は、いくつかのキーが配置された操作デバイスであり、被験者が測定の合図等を行うのに使用される。
表示部４は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスであり、測定した脈波や指数、血管年齢等が表示される。
制御部５は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ等からなる演算・制御デバイスである。
記憶部６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク等からなる記憶デバイスである。記憶部６には、図２に示す制御部５の実行する脈波測定プログラム（ＰＲＧ）等の処理手順が格納されており、さらに、脈波検出部１により検出されＡ／Ｄ変換部２によりデジタル変換された脈波の波形データ、特徴部検出部８により計算された頂部と谷部、面積計算部９により計算された面積、指数計算部１０により計算された指数等が記憶され、計算に必要なワークエリアが確保される。
出力部７は、上記脈波の波形データ、頂部と谷部、面積、指数等を外部に出力する、シリアル、パラレル、ＵＳＢ等の端子である。
特徴部検出部８は、上記脈波の波形データから、デジタルフィルタ処理、微分処理等を行って頂部と谷部を計算する計算部である。
面積計算部９は、上記頂部と谷部のデータと、上記脈波の波形データから積分処理等を行って面積を計算する計算部である。
指数計算部１０は、上記面積より、血管年齢を推定する指数を計算し、この指数を回帰式に当てはめて、被験者の血管年齢を推定する計算部である。
【００１３】
次に、本発明の実施の形態に係る脈波測定プログラム（ＰＲＧ）による測定手順を示すフローチャートである図２を参照して、被験者の脈波から血管年齢を推定する処理について詳細に説明する。
まず、血管年齢を推定する測定を行う準備として、被験者は、椅子に座るかベッドに横たわる等の姿勢をとり、脈波検出部１のセンサーをクリップ等で測定位置に固定する。この際、心臓からの高さが一定であることが望ましい。
被験者または測定のオペレーターは、操作部３のキーにより操作を行う。これにより、制御部５は、測定開始の合図を受け取り、脈波検出部１の上述の光源をオンにし、以下の測定手順を開始する。
【００１４】
最初に、ステップＳ１においては、脈波検出部１は、身体末端部の血管を流れる血液の濃度の変化すなわち脈を光度の変化として光センサーにより検出し、光度の変化を電圧または電流の電気的な変化に変換する。この際、この電気的な変化を、オペアンプ等により増幅し、ハイカットフィルター等でノイズを除いてもよい。
Ａ／Ｄ変換部２は、この電気的な変化を一定時間ごとにデジタル変換する。また、制御部５は、デジタル化された脈波の波形データを記憶部６に記憶する。このデジタル変換を行うサンプリング時の量子化ビット数は１０ビット以上、周波数は２５０Ｈｚ以上が望ましい。
【００１５】
次に、ステップＳ２においては、制御部５は、上記デジタル化された波形データについてデジタルフィルタ処理を行い、ノイズを除去し、記憶部６に記憶する。
このデジタルフィルタ処理には、測定した脈波の振幅と周期を確定し、異常値を除去し、周期ごとに平均化することでノイズを除去し、平滑化を行う過程が含まれる。また、量子化に由来するノイズを、スプライン曲線による補完などの処理で軽減させることもできる。
さらに、ＦＦＴ（離散フーリエ変換）、ＤＣＴ（離散コサイン変換）、ウェーブレット変換等を行い、不要な輻射である脈波の高周波成分や特定周波数帯等を除去し、逆フーリエ変換等を利用して以後の処理における脈波とすることができる。
【００１６】
次に、ステップＳ３においては、制御部５は、上記フィルタ処理が行われた一振幅分の波形について微分処理として２回微分を行い、微分処理を行った波形を記憶部６に記憶する。
【００１７】
次に、ステップＳ４においては、制御部５は、特徴部検出部８に指令して頂部と谷部の検出を行う。
この際、微分処理後の波形の極大点または極小点のうち、最初の極大点を第１頂部、最初の極小点を第１谷部、次の極大点を第２頂部、次の極小点を第２谷部、さらに次の極大点を第３頂部とする。
なお、従来技術と違い、すでにフィルタにより平滑化等の処理が施されているので、閾値を決めて極大点や極小点を選択する必要はないが、振幅と各頂部と各谷部との位置関係は考慮される。
【００１８】
次に、ステップＳ５においては、制御部５は、面積計算部９に指令して、微分処理後の波形から面積の計算を行う。以下、図３と図４を参照して説明する。両図に示す波形は、連続した１つの脈波を示すものであり、第１頂部ａ１，ａ２及び第３頂部ｅ１，ｅ２が正であり、第１谷部ｂ１，ｂ２及び第２谷部ｄ１，ｄ２が負である。また、微分値が０を基準線とする。
図３に示す波形と、図４に示す波形で異なるのは、第２頂部ｃ１が正であるのに対して、第２頂部ｃ２が負である点である。
ここで、図３を参照して、第２頂部ｃ１が正である場合について説明する。
まず、前記第１頂部を含む波形と基準線とで囲まれる第１山面積Ａを求める。具体的には、第１山面積Ａは、頂部ａ１と谷部ｂ１との間で、正になる部分の面積を計算して２倍することで求める。
次に、第２山面積Ｃは、第２頂部ｃ１を含む波形と基準線とで囲まれる面積を計算して求める。また、第２谷面積Ｄは第２谷部ｄ１を含む波形と基準線とで囲まれる面積を計算して求める。
さらに、図４を参照して、第２頂部ｃ２が負である場合について説明する。
まず、上述の場合と同様に、第１山面積Ａを求める。具体的には、頂部ａ２と谷部ｂ２との間で、正になる部分の面積を計算して２倍することで求める。
次に、第２山面積Ｃを０とする。また、第２谷面積Ｄは、第２頂部ｃ２以降の第２谷部ｄ２を含む波形と前記基準線とで囲まれる面積を計算して求める。
これらの面積のうち、面積Ｄの符号はマイナスで、それ以外の面積はプラスとする。
また、波形データはデジタルデータなので、サンプリングされた波形の数値を加算または減算を繰り返すことで面積を求めることができ、高速に処理できる。
【００１９】
次に、ステップＳ６においては、制御部５は、指数計算部１０に指令して、血管年齢を推定するための指数αを、第１山面積Ａ、第２山面積Ｃ、第２谷面積Ｄを用いて、
α＝−（Ｃ＋Ｄ）／Ａ
として計算する。
【００２０】
次に、ステップＳ７においては、制御部５は、血管年齢推定部１１に指令して、血管年齢を推定する。
この手順としては、記憶部６に記憶された指数αと年齢の関係を示す回帰式または数値テーブルに、被験者の脈波より計算された指数αを当てはめることで、被験者の血管年齢が推定される。
なお、この回帰式または数値テーブルは、あらかじめ年齢の異なる被験者の指数αを複数測定して統計的に求めたものが、記憶部６に記憶されている。
【００２１】
次に、ステップＳ８において、制御部５は、微分処理を行った脈波の波形、各頂部と谷部、求められた指数α、推定された血管年齢等の測定結果を表示部４に表示し、出力部７から出力する。以上で、測定手順は終了する。
【００２２】
以上のように構成することにより、脈波における頂部ａ周辺の正の部分の面積を用いるため、従来よりもノイズに対する堅牢性の非常に高い脈波測定装置Ｚを提供することができる。また、検出しやすい最初の頂部を指数の計算に用いるため、従来よりも動脈硬化に関係する重要な情報を取得する可能性を上げることができる。この具体的な効果について、以下で詳しく説明する。
【００２３】
図５は、本発明の実施の形態に係る方式と従来手法について、それぞれ３２人の脈波の測定データから血管年齢推定の指数を求め、近似直線に当てはめたものを示すグラフである。図５（ａ）は本発明の実施の形態に係る方式、図５（ｃ）は従来手法１、図５（ｄ）は従来手法２での結果を示す（図５（ｂ）については、後述する）。
それぞれのグラフについて、回帰分析において近似直線に当てはまっていることを示す計数である決定係数Ｒ2を計算した。この決定係数Ｒ2は、０≦Ｒ2≦１の値を取り、１に近いほど近似直線に当てはまることを示す。
結果として、本発明方式ではＲ2＝０．４２４５、従来方式１ではＲ2＝０．３５２６、従来方式２ではＲ2＝０．３０３５となった。
つまり、本発明の実施の形態に係る方式は従来手法よりも近似曲線に当てはまり、脈波と血管年齢の関係が従来手法より顕著に説明できることが示された。すなわち、従来よりも実年齢との相関が良く、動脈硬化に関係する重要な情報を取得する可能性を上げることができる。
【００２４】
ここで、２回微分した脈波において、第２頂部ｃより前で第１谷部ｂを含む波形と基準線の間で囲まれた面積を面積Ｂとする。該面積Ｂは、本発明の実施の形態に係る方式では意図的に使用しなかった。この理由について説明する。
図５（ｂ）は、面積Ｂを使用して上記の決定係数Ｒ2を計算した結果であり、Ｒ2＝０．２０３７となった。すなわち、面積Ｂを使うと上記の本発明の実施の形態に係る方式よりもＲ2が低く、近似曲線への当てはめが悪くなることを示している。これは、第１谷部ｂの高さは血管が柔らかい（若い）ほど低く、硬い（高齢）ほど浅くなるが、面積Ｂは血管が硬くても面積が増大するためである。
つまり、本発明の実施の形態に係る方式は面積Ｂを積極的に使用しないことにより、近似曲線への当てはめがよくなるため、脈波から動脈硬化に関係する重要な情報を取得する可能性を上げることができるという顕著な効果が得られる。
付け加えると、面積Ｃと面積Ｄの中には第１谷部ｂの高さの情報が含まれているため、面積Ｂを使わないことによるデメリットは、ほとんどない。
【００２５】
以上の効果に加えて、従来手法１を適用した装置の場合、複雑で高価なアナログ電子回路により元の波形のノイズを除去しても、十分に除去することはできなかった。これは、もともと脈波は変動が大きい生体信号であることに加えて、センサーと皮膚との密着度の変化等の問題でノイズが多量に混入するため、波形の特徴を捉えてノイズを除去することができるデジタルフィルタによる処理の方が適しているためである。
これに対し、脈波測定装置Ｚは、Ａ／Ｄ変換後にノイズを除去するフィルタを備えることにより、ノイズの混入した脈波から、効率的にノイズを除去することができる。また、Ａ／Ｄ変換する際の量子化による誤差を最小限に抑えることができる。
この結果として、よりノイズの影響が少ない脈波の信号を扱うことができるので、信頼性の高い脈波検出装置を提供することができる。
さらに、安価なデジタルＬＳＩを使ってフィルタを構成することで、高価なアナログ回路を使ってノイズを除去する必要を減ずることができる。
【００２６】
加えて、デジタルフィルタを用いてＦＦＴ等の処理を行うことにより、周波数分析や自己相関解析等の時系列処理に必要なデータが入手でき、微分処理によらない脈波の性質やデータの質を解析するのに用いることができる。
これにより、測定時の脈波の品質管理ができ、被験者の身体状態をさらに推測することができる。
【００２７】
また、従来手法１や従来手法２の技術を応用した機器は、ノイズに対する堅牢性が低いので、極力ノイズの抑えられた環境で使用せねばならないため、主に、病院等で操作に慣れた医師や看護婦の下で注意深く使用される医療機器として販売されている。
さらに、「家庭用」と称して販売されている機器も、医療機器をそのまま販売しているだけであり、数十万円という高価な値段であった。つまり、一般的な家庭用体重計や血圧計と同等に使用できる程度の価格水準に達していなかった。値段が高価になるのは、従来手法１の場合、ノイズ除去用に高価なアナログ電子回路を搭載することも理由の一端であると思われる。
しかし、本発明の実施の形態に係る面積式の脈波測定装置Ｚは、家庭用に使用するのに十分な堅牢性を備えている。このため、家庭用として量産することにより、コストを下げることが可能となる。さらに、高価なアナログ電子回路を搭載しないので本質的に安価に製造できる。
加えて、医療用の機器の場合も、従来よりも、さらに信頼性の高い機器を提供することができる。
【００２８】
また、従来手法１においては、指数Ｘの理論的な意味づけが不明である。
すなわち、加速度脈波の「高さ」が、なぜ動脈硬化と関係があるのか、明瞭なメカニズムの説明を理論的にすることができなかった。つまり、元々、波形の形状の目につく特徴に注目して指数Ｘが提唱されたものの、波形の高さが何を示すのかの意味づけが十分にできなかった。
さらに、従来手法２は、従来手法１以上に理論的な意味づけが不明である。
すなわち、従来手法２では、面積をｂの高さで割るという計算方式をとっており、分子と分母の次元が異なるため、そもそも指数Ｙは何の指数なのか不明瞭である。
これに対して、本発明の実施の形態に係る血管年齢推定の指数αでは、同じ面積同士で指数を求める、次元が統一された計算式により、より理論的に整合性のとれた明快な指数を提供することができる。
さらに、指数αは、加速度脈波等の面積であるため、結果として血流の総合的な速度の変化を示しており、動脈硬化の指標を表すメカニズムとして説明がしやすく、直感的に分かりやすい。
【００２９】
また、従来から、医療現場においては、明瞭に説明のつく動脈硬化と脈波の特徴の指数が求められていた。
指数αは、この要求に応えるものであり、医師により被験者に明快に脈波の特徴が説明されることにより、被験者である患者の意識を高めることができる。
加えて、指数αは動脈硬化との因果関係を理解しやすいため、動脈硬化のメカニズムのさらなる解明に役立つことが期待される。これにより、新たな動脈硬化の医薬品の開発につながる。
【００３０】
なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。
たとえば、上述の実施の形態では、頂部ａ以降の面積を２倍して面積Ａを計算した。この理由は、頂部ａより前の波形は前の脈の影響でなだらかに増加する傾向があるからである。そこで、この頂部ａより前の波形については閾値を用いて範囲を定め、面積Ａを求めるのに用いてもよい。
また、上記実施の形態に係るフィルタにおいては、心電図を同時に計測して、この心電図から周期を求め、脈波の平均化に利用してもよい。具体的には、心電図のＲ波のピークを抽出し、このピークの間の脈波を各周期の脈波として、平均化する。
また、上記実施の形態に係る指数αを回帰式に当てはめずに、血管年齢とは違う０〜１００点の点数として出力し、年齢との比較テーブルを別途に示してもよい。該点数は、点数＝６０×（α＋０．５）と計算して出力する。
【００３１】
さらに、上述の実施の形態では、基準線としてｙ＝０を利用して各面積を求めた。これは、脈波を２回微分して加速度脈波を求めると、脈波の基線動揺（基準線のゆらぎ）がなくなりｙ＝０の基準線がはっきりするため、この基準線を利用すると計算が簡便になるためである。
しかし、第２谷面積については、図６のそれぞれの例Ｆ、Ｇ、Ｈのように定めることも可能である。
【００３２】
さらに、上述の実施の形態では、１周期にまとめられた脈波について微分処理等を行った。しかし、入力された脈波全体に対して周期ごとに指数を計算し、複数の計算された指数に平均化や外れ値を除く等の統計的な処理を行い、最終的な指数を求めるように構成しても良い。
この際、波形の入力から指数の計算までの処理を、一定時間ごとにくりかえし実行してもよい。さらに、上記微分処理は、１回微分でもよい。
【００３３】
また、特徴部検出部８と、面積計算部９と、指数計算部１０は、独自のＣＰＵ等を備えた演算部により計算を行ってもよい。
さらに、出力部７は、図示しないメモリカード、プリンターやＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等に接続されていてもよい。プリンターに接続されている場合、表示部４と同等以上の解像度で、測定結果が印刷される。
【００３４】
上述のように、出力部７がＰＣと接続されている場合、特徴部検出部８と、面積計算部９と、指数計算部１０のいずれかまたはすべては、ＰＣ上で実行するプログラムとして実装されていてもよい。
このような構成の場合、制御部５は、Ａ／Ｄ変換部２においてデジタル化された波形を直接出力部７から出力しても良いし、制御部５がＤＳＰ等を含む場合、特徴部検出部８によりフィルタ処理や微分処理等を行った上で出力しても良い。表示部４は状態表示用のＬＥＤだけにすることもできる。
出力部７は双方向通信が可能で、ＰＣからの制御を受け付けるようにするのが望ましい。これにより、測定の開始指示等をＰＣ上のプログラムから行うことができ、記憶部６に記憶された処理手順であるファームウェアのアップデート等も可能になる。
【００３５】
このように、ＰＣで処理を行うと構成が簡単になるため、機器が安価に製造できるという利点を有する。
さらに、健康管理を統合的にＰＣ上で行うことができるため、ユーザーである被験者の利便性が高まる。
【００３６】
また、上述の脈波測定装置Ｚと、心電図系、血圧計等を組み合わせた統合的な生体情報処理システムを構築することも考えられる。
この生体情報処理システムは、心電図の波形と血圧等の特徴と脈波の特徴から、医師に疾病の兆候についてアシストを行う。
これにより、被験者の状態を推測する手がかりを医師に多く提供することができ、隠れた肥満や動脈硬化とこれらに付随する疾病について早期発見が期待できる。
また、家庭用の生体情報処理システムとして、上述の脈波測定装置Ｚを、血圧計、体重計や体脂肪計と組み合わせることも考えられる。
これにより、いわゆるメタボリック・シンドロームの兆候を検出し、さらに生活習慣の改善、ダイエット等に効果を発揮する。
また、この構成の場合、ＰＣと組み合わせると、ＰＣは複雑な処理を行うことが可能であり、グラフ等の可視化手段で被験者が血管年齢の変化などを把握しやすいため、持続的に健康増進に役立つと期待できる。
【００３７】
また、本発明を適用した測定装置はノイズに対する堅牢性が非常に高いことにより、指や足、耳等の末端の血管全体ではなく、特定の末梢血管の脈波から特徴を抽出することもできる。
たとえば、光センサーがＣＣＤである場合、画像中から末梢血管を画像認識し、この抹消血管の血液の濃度変化を捉えることにより、脈波を検出することができる。
このように脈波を検出することで、より俊敏な波形を得ることができ、被験者の脈波の特徴をとらえやすくなる。
【００３８】
このように、本発明により、健康の増進と生活習慣の改善に役立つ、面積式の脈波測定を行う血管年齢推定装置、脈波測定装置、生体情報処理システム、血管年齢推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る脈波測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る脈波測定プログラムのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る血管年齢が低い被験者の微分処理後の脈波の図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る血管年齢が高い被験者の微分処理後の脈波の図である。
【図５】本発明の実施の形態と他の例との決定係数の比較を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る第２谷面積の他の求め方の例を示す図である。
【図７】従来技術１を説明するための図である。
【図８】従来技術２における、血管年齢が低い被験者の微分後の脈波の図である。
【図９】従来技術２における、血管年齢が高い被験者の微分後の脈波の図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  脈波検出部
２  Ａ／Ｄ変換部
３  操作部
４  表示部
５  制御部
６  記憶部
７  出力部
８  特徴部検出部  （特徴部検出手段）
９  面積計算部  （面積計算手段）
１０  指数計算部  （指数計算手段）
１１  血管年齢推定部  （血管年齢推定手段）
ａ１、ａ２、ａ  第１頂部
ｂ１、ｂ２、ｂ  第１谷部
ｃ１、ｃ２、ｃ  第２頂部
ｄ１、ｄ２、ｄ  第２谷部
ｅ１、ｅ２、ｅ  第３頂部
Ａ  第１山面積
Ｃ  第２山面積
Ｄ  第２谷面積
Ｅ  負になる部分の面積
Ｆ、Ｇ、Ｈ  第２谷面積の他の求め方の例
Ｘ、Ｙ  従来の血管年齢推定の指数
α  本発明の血管年齢推定の指数
Ｚ  脈波測定装置
ＰＲＧ  脈波測定プログラム
【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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