(57)【要約】【課題】計算能力が低い演算手段を用いた場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能な脈波検出装置を提供すること。【解決手段】Ａ／Ｄ変換回路１０６は脈波センサ１０１で検出した脈波を１６ＨｚでサンプリングしてＡ／Ｄ変換し変則移動平均処理回路１０７に順次出力する。変則移動平均処理回路１０７はＡ／Ｄ変換回路１０６からの信号を重複することなく順次２個ずつ平均して８Ｈｚの信号として出力し、ＦＦＴ変換回路１０８は該平均した信号をフーリエ変換する。Ａ／Ｄ変換回路１１１は加速度センサ１０９で検出した運動ノイズを８ＨｚでサンプリングしてＡ／Ｄ変換しＦＦＴ変換回路１１２に順次出力し、ＦＦＴ変換回路１１２は入力された信号をフーリエ変換する。脈拍数演算回路１１３はＦＦＴ変換回路１０８、１１２の出力信号の差をとり、脈拍数を算出する。該脈拍数は表示部１１４に表示される。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力するサンプリング処理手段と、前記サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する平均処理手段と、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理するフーリエ変換処理手段とを備えて成ることを特徴とするフーリエ変換処理装置。
【請求項２】
前記第１の周波数は前記第２の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり、前記平均処理手段は、前記サンプリング処理手段からの信号を入力された順にｎ個毎に平均し前記平均した信号を順次出力することを特徴とする請求項１記載のフーリエ変換処理装置。
【請求項３】
前記第２の周波数は２ｍＨｚ（ｍは正の整数）であることを特徴とする請求項１又は２記載のフーリエ変換処理装置。
【請求項４】
脈波を検出して対応する脈信号を出力する信号検出手段と、前記信号検出手段からの脈信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力する信号サンプリング処理手段と、前記信号サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する平均処理手段と、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理する信号フーリエ変換処理手段と、前記信号フーリエ変換処理手段の処理結果に基づいて脈拍数を算出処理する脈拍数算出処理手段とを備えて成ることを特徴とする脈波検出装置。
【請求項５】
運動ノイズを検出して対応するノイズ信号を出力するノイズ検出手段と、前記ノイズ検出手段からのノイズ信号を前記第２の周波数でサンプリングし順次出力するノイズサンプリング処理手段と、前記ノイズサンプリング処理手段からの信号をフーリエ変換処理するノイズフーリエ変換処理手段とを有し、前記脈拍数算出処理手段は、前記信号フーリエ変換処理手段及び前記ノイズフーリエ変換処理手段の出力信号に基づいて脈拍数を算出処理することを特徴とする請求項４記載の脈波検出装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は前記第２の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり、前記平均処理手段は、前記信号サンプリング処理手段からの信号を入力された順にｎ個毎に平均し前記平均した信号を順次出力することを特徴とする請求項４又は５記載の脈波検出装置。
【請求項７】
前記第２の周波数は２ｍＨｚ（ｍは正の整数）であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一に記載の脈波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定者の脈波を検出する機能を有する脈波検出装置、及び、前記脈波検出装置に適したフーリエ変換処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被測定者の脈波を検出する機能を有する脈波検出装置が開発されている。脈波検出装置では、被測定者の身体に検出部を装着し、前記検出部で検出した脈波をサンプリングし、該サンプリング信号をフーリエ変換処理することにより、前記被測定者の脈拍数や血圧等の生体情報を得るように構成されている。脈波を検出する方式としては、光を用いて脈波を検出する方式、圧電素子で血液流の圧力を検出することにより脈波を検出する方式、圧電素子で発生した超音波を動脈に照射し血流によって生じるドップラー波を検出することにより脈波を検出する方式等がある。
【０００３】
前記いずれの方式においても、検出部で得られる脈信号は微少であり又、身体が動くことによって生じるノイズ（運動ノイズ）等の種々のノイズの影響を受けるため、前記検出部で検出した脈波から脈拍数等の正確な生体情報を得ることが困難になるという問題がある。
この問題を解決する方法として、サンプリング信号の移動平均をとることによって、ノイズの影響を低減する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、ノイズ成分が平均化されるため、移動平均後の信号をフーリエ変換処理することによってノイズの影響を低減化し、より正確な生体情報を得ることが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１９７８９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記移動平均後のデータの数は、移動平均前のデータ数と同一であるため、フーリエ変換するデータ数が増加すると、フーリエ変換処理等を行う演算手段の負担が大きい。
したがって、小型機器等のように演算能力の低い演算手段を有する機器では、サンプリング周波数を十分に高い周波数に設定することが困難であり、測定精度が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、計算能力が低い演算手段を用いた場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能な脈波検出装置を提供することを課題としている。
また、本発明は、前記脈波検出装置に適したフーリエ変換処理装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力された信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力するサンプリング処理手段と、前記サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する平均処理手段と、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理するフーリエ変換処理手段とを備えて成ることを特徴とするフーリエ変換処理装置が提供される。サンプリング処理手段は、入力された信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力する。平均処理手段は、前記サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する。フーリエ変換処理手段は、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理する。
【０００８】
ここで、前記第１の周波数は前記第２の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり、前記平均処理手段は、前記サンプリング処理手段からの信号を入力された順にｎ個毎に平均し前記平均した信号を順次出力するように構成してもよい。
また、前記第２の周波数は２ｍＨｚ（ｍは正の整数）であるように構成してもよい。
【０００９】
また、本発明によれば、脈波を検出して対応する脈信号を出力する信号検出手段と、前記信号検出手段からの脈信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力する信号サンプリング処理手段と、前記信号サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する平均処理手段と、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理する信号フーリエ変換処理手段と、前記信号フーリエ変換処理手段の処理結果に基づいて脈拍数を算出処理する脈拍数算出処理手段とを備えて成ることを特徴とする脈波検出装置が提供される。
【００１０】
信号検出手段は、脈波を検出して対応する脈信号を出力する。信号サンプリング処理手段は、前記信号検出手段からの脈信号を第１の周波数でサンプリングし順次出力する。平均処理手段は、前記信号サンプリング処理手段からの信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する。信号フーリエ変換処理手段は、前記平均処理手段からの信号をフーリエ変換処理する。脈拍数算出処理手段は、前記信号フーリエ変換処理手段の処理結果に基づいて脈拍数を算出処理する。
【００１１】
ここで、運動ノイズを検出して対応するノイズ信号を出力するノイズ検出手段と、前記ノイズ検出手段からのノイズ信号を前記第２の周波数でサンプリングし順次出力するノイズサンプリング処理手段と、前記ノイズサンプリング処理手段からの信号をフーリエ変換処理するノイズフーリエ変換処理手段とを有し、前記脈拍数算出処理手段は、前記信号フーリエ変換処理手段及び前記ノイズフーリエ変換処理手段の出力信号に基づいて脈拍数を算出処理するように構成してもよい。
【００１２】
また、前記第１の周波数は前記第２の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり、前記平均処理手段は、前記信号サンプリング処理手段からの信号を入力された順にｎ個毎に平均し前記平均した信号を順次出力するように構成してもよい。また、前記第２の周波数は２ｍＨｚ（ｍは正の整数）であるように構成してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る脈波検出装置のブロック図である。
図１において、脈波検出装置は、被測定者の脈波を検出し対応する脈信号を出力する信号検出手段としての脈波センサ１０１、脈波センサ１０１の出力信号中の脈信号成分を抽出するための同調回路１０２、同調回路１０２の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させるフィルタ・増幅回路１０３、フィルタ・増幅回路１０３の出力信号を検波する検波回路１０４、検波回路１０４の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させるフィルタ・増幅回路１０５、フィルタ・増幅回路１０５のアナログ出力信号をサンプリングしてデジタル信号に変換処理する信号サンプリング処理手段としてのＡ／Ｄ変換回路１０６、Ａ／Ｄ変換回路１０６の出力信号に対して後述するような平均処理を行う平均処理手段としての変則移動平均処理回路１０７、変則移動平均処理回路１０７からの信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理する信号フーリエ変換処理手段としてのＦＦＴ変換回路１０８を備えている。
【００１４】
また、脈波検出装置は、被測定者の体の動きによって生じるノイズ（運動ノイズ）を検出し対応するノイズ信号を出力するノイズ検出手段としての加速度センサ１０９、加速度センサ１０９の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させるフィルタ・増幅回路１１０、フィルタ・増幅回路１１０のアナログ出力信号をサンプリングしてデジタル信号に変換処理するノイズサンプリング処理手段としてのＡ／Ｄ変換回路１１１、Ａ／Ｄ変換回路１１１の出力信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行うノイズフーリエ変換処理手段としてのＦＦＴ変換回路１１２を備えている。
【００１５】
また、脈波検出装置は、ＦＦＴ変換回路１０８の出力信号とＦＦＴ変換回路１１２の出力信号の差をとり、該差信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出処理手段としての脈拍数演算部１１３、脈拍数演算回路１１３で算出した脈拍数を表示する表示手段としての表示部１１４を備えている。
脈波センサ１０１は被測定者の動脈波を検出するために身体（例えば手首）に装着して使用するもので、検出方式に応じて光センサや圧電素子等の各種センサが使用される。超音波のドップラー効果を利用して脈波を検出する方式の場合、脈波センサ１０１は、超音波送信用圧電素子と超音波受信用圧電素子とで構成すると共に、超音波の送受信を行うための超音波送受信回路等が用いられる。
また、加速度センサ１０９も被測定者の身体に装着して使用するもので、脈波センサ１０１の近傍に装着される。
尚、Ａ／Ｄ変換回路１０６、変則移動平均処理回路１０７、ＦＦＴ変換回路１０８はフーリエ変換処理装置を構成している。
【００１６】
図２は、変則移動平均処理回路１０７の処理を説明するための図である。図２において、実線で接続した点Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、・・・は、Ａ／Ｄ変換回路１０６でサンプリングしデジタル化した信号であり、Ａ／Ｄ変換回路１０６の出力信号を示している。本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換回路１０６のサンプリング周波数として、例えば１６Ｈｚを使用している。
【００１７】
変則移動平均処理回路１０７は、Ａ／Ｄ変換回路１０６の出力信号Ｙ０、Ｙ１、・・・を重複することなく順次２個ずつ平均（変則移動平均と称する。）し、（Ｙ０＋Ｙ１）／２、（Ｙ２＋Ｙ３）／２、・・・を算出し出力する。変則移動平均処理回路１０７からは破線で示すように、Ａ／Ｄ変換回路１０６のサンプリング周波数の１／２の周波数（本実施の形態では８Ｈｚ）のデジタル出力信号（Ｙ０＋Ｙ１）／２、（Ｙ２＋Ｙ３）／２、・・・が出力される。
図３は変則移動平均処理回路１０７の出力信号を示す図、図４はＦＦＴ変換回路１０８の出力信号を示す図、図５はＡ／Ｄ変換回路１１１の出力信号を示す図、図６はＦＦＴ変換回路１１２の出力信号を示す図である。
【００１８】
以下、図１〜図６を参照して、本実施の形態に係る脈波検出装置及びフーリエ変換処理装置の動作を詳細に説明する。
被測定者の身体（例えば手首）に装着された脈波センサ１０１は、被測定者の脈波を検出して対応する脈信号を出力する。同調回路１０２は、脈波センサ１０１の出力信号中の脈信号成分の周波数領域の信号を抽出し出力する。フィルタ・増幅回路１０３は、同調回路１０２の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させる。検波回路１０４は、フィルタ・増幅回路１０３の出力信号を検波し、フィルタ・増幅回路１０５に出力する。フィルタ・増幅回路１０５は、検波回路１０４の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させる。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換回路１０６は、フィルタ・増幅回路１０５からのアナログ出力信号を所定周波数（本実施の形態では１６Ｈｚ）でサンプリングすると共にデジタル信号に変換処理して変則移動平均処理回路１０７に出力する。変則移動平均処理回路１０７は、図２に示すように、前記デジタル信号を、変則移動平均処理回路１０７に入力された順に、重複することなく所定個数（本実施の形態では２個）毎に平均し、前記平均した信号をＦＦＴ変換回路１０８に出力する。これにより、変則移動平均処理回路１０７からは、図３に示すように、８Ｈｚの変則移動平均信号が順次出力される。
ＦＦＴ変換回路１０８は、変則移動平均処理回路１０７からの信号をデジタルフーリエ変換（ＦＦＴ）処理し、図４に示すようなＦＦＴ処理した信号（ＦＦＴ脈信号）を出力する。ＦＦＴ変換回路１０８の出力信号には、図４に示すように、脈信号に相当する基線および運動ノイズに相当する基線が含まれている。
【００２０】
一方、前記被測定者の身体（例えば手首）の脈波センサ１０１の近傍に装着された加速度センサ１０９は、前記被測定者の運動を検出して対応する運動ノイズを出力する。フィルタ・増幅回路１１０は、加速度センサ１０９の出力信号中の所定周波数の信号を増幅して通過させる。
Ａ／Ｄ変換回路１１１は、図５に示すように、フィルタ・増幅回路１１０からのアナログ出力信号を所定周波数でサンプリングすると共にデジタル信号に変換処理してＦＦＴ変換回路１１２に出力する。本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換回路１１１のサンプリング周波数は８Ｈｚに設定されている。即ち、Ａ／Ｄ変換回路１０６のサンプリング周波数はＡ／Ｄ変換回路１１１のサンプリング周波数の２倍に設定されている。また、Ａ／Ｄ変換回路１１１のサンプリング周波数は、変則移動平均処理回路１０７の出力信号の周波数と同一になるように設定しており、これにより、脈拍数演算回路１１３が脈拍数を算出する場合、運動ノイズ等のノイズ成分の影響を容易に低減できるようにしている。
【００２１】
ＦＦＴ変換回路１１２は、Ａ／Ｄ変換回路１１１からのノイズ信号をデジタルフーリエ変換（ＦＦＴ）処理し、図６に示すようなＦＦＴ処理した信号（ＦＦＴノイズ信号）を出力する。ＦＦＴ変換回路１１２の出力信号には、図６に示すように、脈信号に相当する基線は含まれないが、運動ノイズに相当する基線が含まれている。
【００２２】
脈拍数演算回路１１３は、ＦＦＴ変換回路１０８の出力信号とＦＦＴ変換回路１１２の出力信号との差（図４の信号と図６の信号との差）をとることにより、運動ノイズ等のノイズの影響を低減した脈信号に関する信号を得る。次に、脈拍数演算回路１１３は、得られた信号の中心周波数をもとにして被測定者の脈拍数を算出し、前記脈拍数を表す信号を表示部１１４に出力する。表示部１１４では、前記脈拍数が表示される。
【００２３】
ところで、従来の脈波検出装置のように変則移動平均処理回路１０７を取り除いた場合、ＦＦＴ変換回路１０８の出力信号は、図７に示すようになる。
［信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）＝（脈信号に相当する基線とその前後の基線の高さの和）／（全基線の高さの和）］と定義して、図４と図７におけるＳ／Ｎを比較すると、図４ではＳ／Ｎ＝０．１４５、図７ではＳ／Ｎ＝０．１２３となる。したがって、変則移動平均処理回路１０７を有する本実施の形態の方が、従来の脈波検出装置に比べてＳ／Ｎが優れており、ノイズの影響を抑制して高精度な測定が可能になる。また、変則移動平均処理回路１０７を使用することによって処理対象となるデータ数を少なくすることができるため、フーリエ変換回路１０８や脈拍数演算回路１１３の負荷を低減することが可能になる。
【００２４】
以上述べたように、本実施の形態に係る脈波検出装置は、脈波を検出して対応する脈信号を出力する脈波センサ１０１と、脈波センサ１０１からの脈信号を所定の第１の周波数でサンプリングしデジタル信号で順次出力するＡ／Ｄ変換回路１０６と、Ａ／Ｄ変換回路１０６からのデジタル信号を順に所定個数毎に平均し所定の第２の周波数で順次出力する変則移動平均処理回路１０７と、変則移動平均処理回路１０７からのデジタル信号をフーリエ変換処理するフーリエ変換回路１０８と、フーリエ変換回路１０８の処理結果に基づいて脈拍数を算出処理する脈拍数演算回路１１３とを備えて成ることを特徴としている。したがって、変則移動平均処理回路１０７によって信号が平均化処理されているため、ノイズの影響を抑制して高精度な測定が可能になる。また、処理対象となるデータ数を少なくすることができるため、フーリエ変換回路１０８や脈拍数演算回路１１３等の演算手段の計算能力が低い場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能になる。
【００２５】
また、本実施の形態に係る脈波検出装置は、運動ノイズを検出して対応するノイズ信号を出力する加速度センサ１０９と、加速度センサ１０９からのノイズ信号を前記第２の周波数でサンプリングし順次出力するＡ／Ｄ変換回路１１１と、Ａ／Ｄ変換回路１１１からの信号をフーリエ変換処理するフーリエ変換回路１１２とを有し、脈拍数演算回路１１３は、フーリエ変換回路１０８、１１２の出力信号に基づいて脈拍数を算出処理することを特徴としている。これにより、被測定者が動いて運動ノイズが発生しても、該ノイズの影響を抑制して高精度な検出が可能になる。
【００２６】
また、本実施の形態に係るフーリエ変換処理装置は、入力された信号を第１の周波数でサンプリングしデジタル信号で順次出力するＡ／Ｄ変換回路１０６と、Ａ／Ｄ変換回路１０６からのデジタル信号を順に所定個数毎に平均し第２の周波数で順次出力する変則移動平均処理回路１０７と、変則移動平均処理回路１０７からの信号をフーリエ変換処理するフーリエ変換回路１０８とを備えて成ることを特徴としている。したがって、フーリエ変換回路１０８の計算能力が低い場合でも、より正確なフーリエ変換処理が可能になり、小型で正確な脈拍数の測定が要求される脈波検出装置等にに好適なフーリエ変換処理装置を提供することが可能になる。
【００２７】
尚、前記第１の周波数は前記第２の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり、変則移動平均処理回路１０７は、Ａ／Ｄ変換回路１０６からの信号を入力された順にｎ個毎に平均し前記平均した信号を順次出力するように構成してもよい。また、前記第２の周波数は、２ｍＨｚ（ｍは正の整数）であるように構成してもよい。これにより、ＦＦＴ変換回路１０８の処理を速やかに行わせることが可能になる。
また、変則移動平均処理回路１０７、ＦＦＴ変換回路１０８、１１２、脈拍数演算回路１１３は中央処理装置（ＣＰＵ）を用いて構成することも可能である。
【００２８】
また、被測定者の運動を考慮する必要がなく静的に脈拍数を得る場合には、加速度センサ１０９、フィルタ・増幅回路１１０、Ａ／Ｄ変換回路１１１、ＦＦＴ変換回路１１２は不要であり、この場合、脈拍数演算回路１１３はＦＦＴ変換回路１０８からの信号に基づいて脈拍数を算出することになる。
図８及び図９は、静的に脈拍数を得る場合の処理を説明するための波形図である。図８は図１の脈波検出装置において、ＦＦＴ変換回路１０８から静的に得られる信号の波形図であり、図９は変則移動平均処理回路１０７を有しない従来の脈波検出装置におけるＦＦＴ変換回路の出力波形図である。
【００２９】
前記同様に、［信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）＝（脈信号に相当する基線とその前後の基線の高さの和）／（全基線の高さの和）］と定義すると、図８ではＳ／Ｎ＝０．２４、図９ではＳ／Ｎ＝０．２１となる。したがって、変則移動平均処理回路１０７を有する本実施の形態の方が、従来の脈波検出装置に比べてＳ／Ｎが優れており、ノイズの影響を抑制して高精度な測定が可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る脈波検出装置によれば、計算能力が低い演算手段を用いた場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能になる。
また、本発明によれば、計算能力が低い演算手段を用いた場合でも、より正確な脈拍数の測定が可能な脈波検出装置に適したフーリエ変換処理装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る脈波検出装置及びフーリエ変換処理装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図３】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図４】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図５】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図６】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図７】従来の脈波検出装置における処理を説明するための波形図である。
【図８】本発明の実施の形態における処理を説明するための波形図である。
【図９】従来の脈波検出装置における処理を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１０１・・・信号検出手段としての脈波センサ
１０２・・・同調回路
１０３、１０５、１１０・・・フィルタ・増幅回路
１０４・・・検波回路
１０６・・・信号サンプリング処理手段としてのＡ／Ｄ変換回路
１０７・・・平均処理手段としての変則移動平均処理回路
１０８・・・信号フーリエ変換処理手段としてのＦＦＴ変換回路
１０９・・・ノイズ検出手段としての加速度センサ
１１１・・・ノイズサンプリング処理手段としてのＡ／Ｄ変換回路
１１２・・・ノイズフーリエ変換処理手段としてのＦＦＴ変換回路
１１３・・・脈拍数算出処理手段としての脈拍数演算回路
１１４・・・表示手段としての表示部
【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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