(57)【要約】【課題】  身体部位の血管を流れる血流量から心拍数を測定する装置と方法、前記方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体を提供する。【解決手段】  身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信し、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を持つ信号で構成された多段階増幅信号を発生させる増幅回路１５０と、増幅回路から提供される多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、その分離された複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を利用して光信号を再構成し、その再構成された光信号から心拍数を計算するプロセッサ１７０と、を具備する心拍数測定装置１００を提供する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信し、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を持つ信号で構成された多段階増幅信号を発生させる増幅回路と、
前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、その分離した複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を利用して前記光信号を再構成し、その再構成された光信号から心拍数を計算するプロセッサと、を具備することを特徴とする心拍数測定装置。
【請求項２】
前記光信号は赤外線または可視光線であることを特徴とする請求項１に記載の心拍数測定装置。
【請求項３】
前記身体部位に光信号を出力する光送信回路と、
前記身体部位を反射あるいは透過する光信号を検出して前記増幅回路に提供する検出回路と、をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の心拍数測定装置。
【請求項４】
前記検出回路は、
前記光信号を受信し、その受信した光信号の振幅を検出して、その検出した光信号の振幅を電流として出力する光受信回路と、
前記光受信回路から出力される電流を受信し、その受信した電流を電圧に変換して出力する変換器と、
前記変換器から出力される電圧をフィルタリングするフィルタと、を具備することを特徴とする請求項３に記載の心拍数測定装置。
【請求項５】
前記検出回路は、
前記フィルタの出力信号を受信し、受信された信号を増幅するための増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の心拍数測定装置。
【請求項６】
前記増幅回路は、
第１入力端に入力される信号と第２入力端に入力される信号との差を増幅する増幅器と、
互いに異なる抵抗値を持つ複数個の抵抗と、
前記受信した光信号を、前記制御信号に基づいて前記複数個の抵抗のうち対応する抵抗に伝送するマルチプレクサと、を具備し、
前記複数個の抵抗それぞれは前記第１入力端と前記マルチプレクサとの間に接続されることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の心拍数測定装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、
前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれのピーク値に基づいて前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む第１の再構成された光信号を生成する第１信号再構成回路と、
前記第１の再構成された光信号および基本パターンから相関係数を計算し、前記相関係数を利用して第２の再構成された光信号を生成する第２信号再構成回路と、
前記第２の再構成された光信号と基準相関係数とを比較し、比較した結果から得られる信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の心拍数測定装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、
前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれのピーク値に基づいて前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む前記再構成された光信号を生成する信号再構成回路と、
前記再構成された光信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の心拍数測定装置。
【請求項９】
前記セグメントは、ｉ番目ピーク値を持つ点から（ｉ＋１）番目ピーク値を持つ点までの中間点から、前記（ｉ＋１）番目ピーク値を持つ点から（ｉ＋２）番目ピーク値を持つ点までの中間点までの区間であることを特徴とする請求項７または８に記載の心拍数測定装置。
【請求項１０】
前記選択されたチャンネル信号は、対応するセグメントで飽和されずに最も大きいピーク値を持つ信号であることを特徴とする請求項７または８に記載の心拍数測定装置。
【請求項１１】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を検出する検出回路と、
前記検出回路から提供される光信号を受信し、前記光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて再構成された光信号を生成し、前記再構成された光信号から心拍数を計算するプロセッサと、を具備することを特徴とする心拍数測定装置。
【請求項１２】
前記プロセッサは、
前記光信号および前記基本パターンから相関係数を計算し、前記相関係数を利用して前記再構成された光信号を生成する信号再構成回路と、
前記再構成された光信号と基準相関係数とを比較し、その比較の結果得られる信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備することを特徴とする請求項１１に記載の心拍数測定装置。
【請求項１３】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、
前記受信された光信号を、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を有する信号に増幅して多段階増幅信号を発生させる段階と、
前記多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離する段階と、
前記分離された複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を利用して前記光信号を再構成する段階と、
前記再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備することを特徴とする心拍数測定方法。
【請求項１４】
前記多段階増幅信号を発生させる段階は、
前記受信された光信号を前記制御信号に基づいて複数個のチャンネルのうち対応するチャンネルを通じて増幅器の第１入力端に伝送する段階と、
前記第１入力端に入力される信号と第２入力端に入力される信号との差を増幅する段階と、を具備する特徴とする請求項１３に記載の血流量からの心拍数測定方法。
【請求項１５】
前記光信号を再構成する段階は、
前記分離された複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む第１の再構成された光信号を生成する段階と、
前記第１の再構成された光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて、第２の再構成された光信号を生成する段階と、を具備することを特徴とする請求項１３または１４に記載の心拍数測定方法。
【請求項１６】
前記信号再構成段階は、前記分離された複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む前記再構成された光信号を生成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の心拍数測定方法。
【請求項１７】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、
前記受信された光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて再構成された光信号を生成する段階と、
前記再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備することを特徴とする心拍数測定方法。
【請求項１８】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、
前記受信された光信号を、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を有する信号に増幅して多段階増幅信号を発生させる段階と、
前記多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、分離された複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択されたチャンネル信号で第１の再構成された光信号を生成する段階と、
前記第１の再構成された光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて第２の再構成された光信号を生成する段階と、
前記第２の再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備する心拍数測定方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【請求項１９】
身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、
前記受信された光信号を、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を有する信号に増幅して多段階増幅信号を発生させる段階と、
前記多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、分離された複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割された複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を含む再構成された光信号を生成する段階と、
前記再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備する心拍数測定方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【請求項２０】
身体部位によって反射あるいは透過される光信号を受信する段階と、
前記受信された光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて再構成された光信号を生成する段階と、
前記再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備する心拍数測定方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心拍数測定装置および心拍数測定方法に係り、より詳細には血流量測定によって心拍数を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、血流量を利用して心拍数を測定する従来技術による装置の使用形態を例示する模式図である。血流量を利用して心拍数を測定する装置は、一般に、光血量計（PhotoPlethysmoGraphy：ＰＰＧ）センサーを利用して、指、手首、頬、または耳朶などの身体部位で血流量、酸素飽和度、または心拍数などを測定する。
【０００３】
図１に示すように、前記装置２０は、光送信回路３０、光受信回路４０およびプロセッサ５０を具備する。光送信回路３０から出力された赤外線または可視光線が指１０の血管で反射すると、光受信回路４０が、前記指１０の血管で反射した反射光の振幅を検出する。前記反射光の振幅は、前記血管に流れる血流量に依存して異なる値を示す。プロセッサ５０は、光受信回路４０によって検出された反射光を利用して心拍数を測定する。
【０００４】
しかし、ユーザーの指１０と前記装置２０との接触圧の変動、前記指１０の毛細血管の状態（発達程度）、または前記指１０の動きによって発生するノイズなどの要因が、心拍数測定に影響を及ぼす可能性が排除できないため、その検出精度を所望のレベルで達成ことが困難であるという短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする技術的な課題は、ユーザーの身体部位と前記装置との接触圧の変動や、前記身体部位の毛細血管の状態（発達程度）、または前記身体部位の動きによって発生するノイズなどの影響を受けずに、血流量を利用して心拍数を正確に測定できる装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するために、本発明の一側面としての心拍数測定装置は、身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信し、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を持つ信号で構成された多段階増幅信号を発生させる増幅回路と、前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、その分離した複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を利用して前記光信号を再構成し、その再構成された光信号から心拍数を計算するプロセッサと、を具備する。前記制御信号は、前記プロセッサから出力されるものとすることができる。
【０００７】
前記増幅回路は、第１入力端に入力される信号と第２入力端に入力される信号との差を増幅する増幅器（たとえば、オペアンプないし比較器）と、互いに異なる抵抗値を持つ複数個の抵抗と、前記受信した光信号を、前記制御信号に基づいて前記複数個の抵抗のうち対応する抵抗に伝送するマルチプレクサと、を具備し、前記複数個の抵抗それぞれは前記第１入力端と前記マルチプレクサとの間に接続されるよう構成することができる。
【０００８】
前記プロセッサは、前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれのピーク値に基づいて前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む第１の再構成された光信号を生成する第１信号再構成回路と、前記第１の再構成された光信号および基本パターンから相関係数を計算し、前記相関係数を利用して第２の再構成された光信号を生成する第２信号再構成回路と、前記第２の再構成された光信号と基準相関係数とを比較し、比較結果得られる信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備するものとすることができる。
【０００９】
前記プロセッサの構成要素のうち、第２信号再構成回路を設けない構成も可能である。すなわち、前記プロセッサは、前記増幅回路から提供される多段階増幅信号を対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離し、前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれのピーク値に基づいて前記分離した複数個のチャンネル信号それぞれをセグメント単位に分割し、各セグメントについて前記分割されたチャンネル信号から選択された一つのチャンネル信号を含む前記再構成された光信号を生成する信号再構成回路（第１信号再構成回路）と、前記再構成された光信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備するものとすることができる。逆に、第１信号再構成回路を設けない構成も可能である。
【００１０】
前記技術的課題を達成するために、本発明の他の側面としての心拍数測定装置は、身体部位を反射あるいは透過する光信号を検出する検出回路と、前記検出回路から提供される光信号を受信し、前記光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて再構成された光信号を生成し、前記再構成された光信号から心拍数を計算するプロセッサと、を具備する。
【００１１】
前記プロセッサは、前記光信号および前記基本パターンから相関係数を計算し、前記相関係数を利用して前記再構成された光信号を生成する信号再構成回路と、前記再構成された光信号と基準相関係数とを比較し、その比較の結果得られる信号に基づいて前記心拍数を計算する心拍数計算回路と、を具備するものとすることができる。
【００１２】
前記技術的課題を達成するために、本発明のさらに他の側面としての心拍数測定方法は、身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、前記受信された光信号を、制御信号に基づいて互いに異なる複数個の利得を有する信号に増幅して多段階増幅信号を発生させる段階と、前記多段階増幅信号を、対応する利得を持つ複数個のチャンネル信号に分離する段階と、前記分離された複数個のチャンネル信号から選択されたチャンネル信号を利用して前記光信号を再構成する段階と、その再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備する。
【００１３】
前記技術的課題を達成するために、本発明のさらに他の側面としての心拍数測定方法は、身体部位を反射あるいは透過する光信号を受信する段階と、前記受信された光信号と基本パターンとの相関関係に基づいて再構成された光信号を生成する段階と、前記再構成された光信号から心拍数を計算する段階と、を具備する。
【００１４】
前記身体部位の血管を流れる血流量から心拍数を測定する方法は、それを構成する各段階をコンピュータに実行させるプログラム（プログラム製品）として、コンピュータ可読記録媒体に格納して提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による血流量を利用して心拍数を測定できる装置および方法は別途の利得調節段階を必要としないので、前記心拍数を測定する時間が短縮される効果がある。
【００１６】
また、本発明による血流量を利用して心拍数を測定できる装置および方法は、最適の信号パターンと相関係数とを比較するので、身体部位の動きによって発生したノイズに強い。
【００１７】
そして、本発明による血流量を利用して心拍数を測定できる装置および方法は、身体部位と前記装置とを接続させる圧力の変動で発生する性能低下を防止することができるという点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の諸側面およびその作用ならびに本発明の実施によって達成される望ましい効果（利点）を十分に理解するためには、本発明の実施形態を例示する添付図面および以下の詳細な説明を参照せねばならない。
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態による、血流量を利用して心拍数を測定する装置のブロック図を表す。このような心拍数測定装置は、半導体チップで実装することができる。本発明の一実施形態による心拍数測定装置１００は、図２に示すように、光送信回路１１０と、検出回路１３０と、増幅回路１５０と、プロセッサ１７０とを具備する。
【００２１】
光送信回路１１０は光信号を発生させ、発生した光信号を身体部位に出力する。前記光信号は赤外線または可視光線などを含む。しかし、光送信回路１１０が発生する光信号は、赤外線や可視光線に限定されるものではない。
【００２２】
検出回路１３０は、身体部位、特に前記身体部位の血管で反射するあるいは前記身体部位の血管を透過する赤外線または可視光線を受信し、受信した信号をフィルタリングしてから増幅し、その結果Ｖout1を増幅回路１５０に出力する。検出回路１３０は、光受信回路１３１と、Ｉ／Ｖ変換器１３３と、フィルタ１３５と、増幅器１３７とを具備する。
【００２３】
光受信回路１３１は、身体部位で反射するあるいは身体部位を透過する赤外線または可視光線の振幅を検出し、その検出された振幅に基づき、電流ｄiを発生させる。前記光受信回路１３１が受信する赤外線または可視光線の振幅は、前記身体部位の血管の太さによって異なる値を示す。例えば、前記身体部位の血管が拡張されている場合、前記光送信回路１１０から出力された赤外線または可視光線が前記身体部位に入射すると、前記身体部位の血管によって前記赤外線または前記可視光線はその多くが吸収されるので、前記身体部位から反射あるいは透過される赤外線または可視光線の振幅は減少する。したがって、光受信回路１３１から出力される電流は小さくなる。
【００２４】
Ｉ／Ｖ変換器１３３は、前記光受信回路１３１から出力される電流ｄiを受信し、受信された電流ｄiに対応する電圧Ｃvを発生させる。つまり、Ｉ／Ｖ変換器１３３は、電流−電圧コンバータとして作用する。フィルタ１３５は低域通過フィルタで具現されることが望ましく、Ｉ／Ｖ変換器１３３から出力される電圧Ｃvを受信し、受信された電圧Ｃvに含まれた高周波成分のノイズを除去し、その結果（高周波成分ノイズ除去後の電圧）Ｆcvを出力する。増幅器１３７はフィルタ１３５から出力される電圧Ｆcvを受信し、受信された電圧を増幅してその結果Ｖout1を出力する。
【００２５】
増幅回路１５０は、プロセッサ１７０のコントローラ１７１から出力される制御信号ＣＮＴＲに応答して互いに異なるｎ個の利得を持つ信号の和で構成された多段階増幅信号Ｖout2を発生させる。
【００２６】
図３は、図２に図示された増幅回路１５０の細部回路図である。図３に示すように、増幅回路１５０は、ｎチャンネルマルチプレクサ１５１と、複数個の抵抗Ｒ1ないしＲnと、比較器１５５と、抵抗Ｒ0とを具備する。
【００２７】
前記ｎチャンネルマルチプレクサ１５１は、制御信号ＣＮＴＲに基づいて増幅器１３７から出力された電圧Ｖout1に対応する各端子Ａ１ないしＡｎに伝送する。前記複数個の抵抗Ｒ1ないしＲnそれぞれは、対応する各端子Ａ１ないしＡｎとノード１５３との間に接続される。前記複数個の抵抗Ｒ1ないしＲnそれぞれの抵抗値は互いに異なることが望ましい。各端子Ａ１ないしＡｎと各抵抗Ｒ1ないしＲnとの対はそれぞれチャンネルを構成する。
【００２８】
前記抵抗Ｒ0は比較器１５５の入力端１５３と出力端との間に接続される。前記比較器１５５は、バイアス電圧ＢＩＡＳとノード（入力端）１５３の電圧とを受信し、それらの差を増幅してその結果Ｖout2を出力する。前記比較器１５５および抵抗Ｒ0は帰還抵抗Ｒ0を持つ一つのオペアンプに代替することができる。
【００２９】
例えば、制御信号ＣＮＴＲに基づいて、前記増幅器１３７から出力された電圧Ｖout1が端子Ａ１と抵抗Ｒ1とを通じて比較器１５５に入力される場合、増幅回路１５０の電圧利得は−（Ｒ0／Ｒ1）に比例する。また、前記制御信号ＣＮＴＲに基づいて前記増幅器１３７から出力された電圧Ｖout1が端子Ａnと抵抗Ｒnとを通じて比較器１５５に入力される場合、増幅回路１５０の電圧利得は−（Ｒ0／Ｒn）に比例する。したがって、増幅回路１５０の電圧利得は、制御信号ＣＮＴＲに基づいて数式（１）のように変動させることができる。
【００３０】
【数１】
2005270661.tif 000003
【００３１】
ここで、Ｒnは各抵抗Ｒ1ないしＲnの抵抗値を表し、ｎは自然数である。
【００３２】
図４は、図２に図示された第１信号再構成回路１７３の入出力波形を表す。図３および図４に示すように、増幅回路１５０の出力電圧Ｖout2は互いに異なる利得を持つ複数個の信号ＳＡ１ないしＳＡ８が重畳された信号である。ここで、図４は、説明の便宜上、８チャンネルマルチプレクサ１５１からなる増幅回路１５０の出力信号Ｖout2を表す。すなわち、図３の抵抗の数と端子の数はそれぞれ８である。
【００３３】
毎周期ごとに端子ａが制御信号ＣＮＴＲに基づいて端子Ａ１ないし端子Ａｎ（ｎ＝８）に順次に接続される場合、増幅回路１５０の出力信号Ｖout2は、図４に図示された通りである。したがって、毎周期ごとの増幅回路１５０の出力信号Ｖout2は、数式（１）によって互いに異なるｎ個の利得を持つ信号が重畳（または加算）されて構成される。
【００３４】
増幅回路１５０の出力信号Ｖout2を各チャンネル別に分離すれば、各チャンネルによる増幅回路１５０の出力信号Ｖout2はＳＡ１ないしＳＡ８のようになる。ＳＡ１は前記増幅器１３７から出力された電圧Ｖout1が端子Ａ１および抵抗Ｒ1を通じて比較器１５５に入力される場合の増幅回路１５０の出力信号Ｖout2を表し、ＳＡｎ（ｎは２ないし８）は、前記増幅器１３７から出力された電圧Ｖout1が端子Ａｎ（ｎは２ないし８）と抵抗Ｒn（ｎは２ないし８）とを通じて比較器１５５に入力される場合、増幅回路１５０の出力信号Ｖout2をそれぞれ表す。
【００３５】
プロセッサ１７０は、コントローラ１７１と、第１信号再構成回路１７３と、第２信号再構成回路１７５と、心拍数計算回路１７７とを具備する。前記プロセッサ１７０は、半導体チップで実装することができるがそれに限定されない。一方、プロセッサ１７０は、コントローラ１７１と、第１信号再構成回路１７３と、心拍数計算回路１７７とを備えるものとすることができる。この場合、第１信号再構成回路１７３の出力Ｖout3が心拍数計算回路１７７に直ちに提供される。また、プロセッサ１７０は、コントローラ１７１と、第２信号再構成回路１７５と、心拍数計算回路１７７とを備えるものとしてもよい。この場合、増幅器１３７の出力Ｖout1が第２信号再構成回路１７５に直ちに提供される。
【００３６】
コントローラ１７１は、ｎチャンネルマルチプレクサ１５１の動作を制御するための制御信号ＣＮＴＲを増幅回路１５０に提供する。
【００３７】
第１信号再構成回路１７３は、増幅回路１５０の出力信号Ｖout2を受信し、受信された信号を保存し、受信された（または保存された）出力信号Ｖout2のピーク値（すなわち、心拍信号などのピーク値）を検出し、隣接するピーク値とピーク値との間をセグメント単位で分割する。第１信号再構成回路１７３は、各セグメント（図４のＳＧ１ないしＳＧ６）ごとに最適の振幅を持つ一つの信号を選択し、選択された信号を含む第１再構成信号Ｖout3を生成する。前記選択された信号のそれぞれは各セグメント（図４のＳＧ１ないしＳＧ６）内で飽和されずに最大のピーク値を持つ信号である。また、各セグメントの信号は互いに異なる利得により増幅された信号であるので、第１再構成信号を生成する場合、各セグメントで選択された信号は該当する利得で割って正規化される。
【００３８】
例えば、セグメントＳＧ１ではＳＡ６の信号が選択され、セグメントＳＧ２ではＳＡ７の信号が選択され、セグメントＳＧ３ではＳＡ５の信号が選択され、セグメントＳＧ４ではＳＡ４の信号が選択され、セグメントＳＧ５ではＳＡ８の信号が選択され、セグメントＳＧ６ではＳＡ１の信号が選択されると仮定すれば、第１信号再構成回路１７３は各セグメントＳＧ１ないしＳＧ６で選択された信号それぞれを正規化し、正規化結果として第１再構成信号Ｖout3を出力する。
【００３９】
第２信号再構成回路１７５は、図５に図示された第１信号再構成回路１７３の出力信号Ｖout3を受信し、受信された信号Ｖout3から一つのセグメントに該当する信号２００をサンプリングした後、サンプリングされた信号２００を正規化した後、図６に図示されたような基本パターンを生成し、生成された基本パターンを保存する。また、第２信号再構成回路１７５は外部から図６に図示されたような基本パターンＢＳＰを受信して保存することができる。第２信号再構成回路１７５は、基本パターンＢＳＰおよび第１信号再構成回路１７３の出力信号Ｖout3を受信し、基本パターンＢＳＰおよび第１信号再構成回路１７３の出力信号Ｖout3から各セグメントの信号間の相関係数Ｃを推定し、各セグメントで推定された相関係数Ｃを持つ第２再構成信号Ｖoutcを生成して心拍数計算回路１７７に出力する。
【００４０】
このとき、相関係数Ｃは、次の数式（２）を通じて推定することができる。
【００４１】
【数２】
2005270661.tif 000004
【００４２】
ここで、ｘk(i)はｋ（ｉ）番目信号を表し、ｂiは一周期（０〜Ｎ）を持つｉ番目基本パターンを表し、σxおよびσbはそれぞれｘおよびｂの標準偏差を表し、
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Ｐnはｎ番目ピーク点を表し、Ｐn+1は（ｎ＋１）番目ピーク点を表し、ｉは自然数である。
【００４３】
したがって、前記複数個のセグメントＳＧ１ないしＳＧ６それぞれの区間は、ｎ番目ピーク点から（ｎ＋１）番目ピーク点までの中間点から、前記（ｎ＋１）番目ピーク点から（ｎ＋２）番目ピーク点までの中間点までである。しかし、本発明による各セグメントの区間がこれに限定されるものではない。
【００４４】
本発明による第１信号再構成回路１７３は、増幅回路１５０の出力信号Ｖout2を各チャンネル別に分離した後、各チャンネルの信号のピーク値を検出し、隣接するピーク値間をセグメント単位で分割し、各セグメント内で分割された信号を所定の基準によって選択し、選択された信号を再構成してその結果Ｖout3を出力する。前記所定の基準は、各セグメントＳＧ１ないしＳＧ６で各信号のピーク値が飽和されずに最大のピーク値を持つ信号を探す基準である。
【００４５】
心拍数計算回路１７７は、第２信号再構成回路１７５から提供される相関係数Ｃを持つ第２再構成信号Ｖoutcおよび基準相関係数Ｃrefを受信し、各セグメントの相関係数Ｃと基準相関係数Ｃrefとを比較し、比較結果、基準相関係数Ｃrefより大きい相関係数Ｃを持つ信号に基づいて心拍数を計算する。前記基準相関係数Ｃrefは、前記心拍数測定装置１００の外部から入力されることもあり、所定のメモリに保存されていることもある。例えば、前記相関係数Ｃが０ないし１の範囲を持つ場合、正常な検出信号である場合に前記相関係数Ｃは１に近く、ノイズである場合に前記相関係数Ｃは０に近い。しかし、前記相関係数Ｃは、その範囲を多様に設定できる。
【００４６】
図７は、ノイズが含まれた第１信号再構成回路１７３の出力波形を表す。図８は、図７に図示された出力波形の相関係数を表す。
【００４７】
図２、図７および図８に示すように、第１信号再構成回路１７３の出力信号Ｖout3にノイズが含まれている場合、相関係数Ｃは０に近くなる。したがって、心拍数計算回路１７７は、第２信号再構成回路１７５の出力信号Ｖoutcのうち基準相関係数Ｃrefより大きい相関係数Ｃを持つ信号のみをカウントし、その他の場合はノイズと見なしてカウントしない。したがって、第１信号再構成回路１７３の出力信号Ｖout3にノイズが含まれている場合でも、心拍数計算回路１７７は、前述した相関関係を利用してノイズを排除して心拍数を計算し、その結果を所定の表示装置（図示せず）に出力する。
【００４８】
したがって、身体部位の血管を流れる血流量から心拍数を測定する方法は、前記心拍数測定装置１００を通じて実現することができる。また、前記方法の各段階は、ソフトウェアによるプログラムによって行われるよう構成することもできる。したがって、本発明は、前記方法を行うためのコンピュータプログラムを保存するコンピュータ可読記録媒体として提供することもできる。コンピュータ可読記録媒体は、コンピュータシステムが読み取ることができるデータが保存されるあらゆる記憶装置（storage device）を含む。コンピュータ可読記録媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フレキシブルディスク、光データ保存装置などがあり、またキャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形で具現されるものも含む。また、コンピュータ可読記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータ可読コードが保存されて実行されるよう構成することもできる。そして、本発明を具現するための機能的なプログラム、コードおよびコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーにより容易に推論可能である。
【００４９】
本発明は図面に図示された一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点が理解できる。したがって、本発明の真の技術的範囲は特許請求の範囲の技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明による装置と方法は、血流量を利用して心拍数を測定できる携帯用心拍数測定器、運動量測定機能付きのＭＰ３プレーヤー、ストレス測定器、カロリー消費量測定器などに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】血流量を利用して心拍数を測定する装置の使用方法を示す図面である。
【図２】本発明の実施例による血流量を利用して心拍数を測定する装置のブロック図である。
【図３】図２に図示された増幅回路の回路図である。
【図４】図２に図示された第１信号再構成回路の入出力波形を示す図面である。
【図５】図２に図示された第１信号再構成回路の出力波形を示す図面である。
【図６】図２に図示された第２信号再構成回路での相関係数の計算に使われる波形の基本パターンの一実施例を示す図面である。
【図７】ノイズが含まれた第１信号再構成回路の出力波形を示す図面である。
【図８】図７に図示された出力波形の相関係数を示す図面である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    心拍数測定装置
１１０    光送信回路
１３０    検出回路
１３１    光受信回路
１３３    Ｉ／Ｖ変換器
１３５    フィルタ
１３７    増幅器
１５０    増幅回路
１７０    プロセッサ
１７１    コントローラ
１７３    第１信号再構成回路
１７５    第２信号再構成回路
１７７    心拍数計算回路
【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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