(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても精確に脈拍数を測定することができる脈拍測定装置の提供。【解決手段】被測定者の脈波を脈波センサ１５によって検知して脈動を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、被測定者の体動を加速度センサ３３によって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得部と、脈波信号と体動信号との両方に基づいて予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、安静期間検出部が前記解析対象期間内で前記安静期間を検出した場合、脈拍数算出部は前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする脈拍測定装置。【選択図】図３
2016000149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して前記脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
前記被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得部と、
前記脈波信号と前記体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ前記被測定者の前記体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
前記解析対象期間内に取得された前記脈波信号に基づいて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
前記安静期間検出部が、前記解析対象期間内で前記安静期間を検出した場合、前記脈拍数算出部は、前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された前記脈波信号のみに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脈拍測定装置であって、
前記安静期間検出部は、前記体動信号が示す加速度成分の大きさと、前記加速度成分の時間変化と前記脈波信号の時間変化との間の相関性の高さと、に基づいて、前記安静期間を検出する、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の脈拍測定装置であって、
前記安静期間検出部が、前記解析対象期間内で前記安静期間を検出した場合、前記脈拍数算出部は、当該安静期間内に取得された前記脈波信号を時間領域から周波数領域へ変換して周波数スペクトルを求め、当該周波数スペクトルに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の脈拍測定装置であって、
前記安静期間は、４秒間以上に渡って連続する期間である、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の脈拍測定装置であって、
前記脈拍数算出部は、前記周波数スペクトルにおける強度ピークを検出し、検出された強度ピークの周波数に応じて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項６】
脈拍測定装置がする被測定者の脈拍数の測定方法であって、
前記被測定者の脈波を脈波センサによって検知して前記脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、
前記被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得ステップと、
前記脈波信号と前記体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ前記被測定者の前記体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出ステップと、
前記解析対象期間内に取得された前記脈波信号に基づいて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を有し、
前記安静期間検出ステップにおいて、前記解析対象期間内で前記安静期間が検出された場合、前記脈拍数算出ステップは、前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された前記脈波信号のみに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定方法。
【請求項７】
脈拍測定装置のコンピュータが実行可能な脈拍測定用コンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータに、
前記被測定者の脈波を脈波センサによって検知して前記脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、
前記被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得ステップと、
前記脈波信号と前記体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ前記被測定者の前記体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出ステップと、
前記解析対象期間内に取得された前記脈波信号に基づいて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を実行させ、
前記安静期間検出ステップにおいて、前記解析対象期間内で前記安静期間が検出された場合、前記脈拍数算出ステップは、前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された前記脈波信号のみに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定用コンピュータ・プログラム。
【請求項８】
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して前記脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
前記被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得部と、
前記脈波信号と前記体動信号のうち前記体動信号のみに基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ前記被測定者の前記体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
前記解析対象期間内に取得された前記脈波信号に基づいて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
前記安静期間検出部が、前記解析対象期間内で前記安静期間を検出した場合、前記脈拍数算出部は、前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された前記脈波信号のみに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項９】
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して前記脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
前記脈波信号のみに基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ前記被測定者の前記体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
前記解析対象期間内に取得された前記脈波信号に基づいて前記被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
前記安静期間検出部が、前記解析対象期間内で前記安静期間を検出した場合、前記脈拍数算出部は、前記解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された前記脈波信号のみに基づいて前記脈拍数を求める、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の脈拍測定装置であって、
前記安静期間検出部は、前記脈波信号の時間変化の周期性の統計的ばらつきを定量的に求め、当該求めた統計的ばらつきに基づいて、前記安静期間を検出する、ことを特徴とする、脈拍測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は被測定者の脈波を検知して脈拍数を測定する脈拍測定装置および脈拍測定方法に関する。
【０００２】
また、この発明は被測定者の脈波を検知して脈拍数を測定する方法をコンピュータに実行させるための脈拍測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、この種の装置としては、例えば特許文献１（特開２０１４−０５４４４７号公報）に示すように、被測定者の血管の脈動を表す脈波信号を時間領域から周波数領域へ変換することで脈波の周波数スペクトルを求め、求めた周波数スペクトル中の強度ピークから脈拍数を決定するものがある。特許文献１の脈拍測定装置は、運動中の被測定者の脈拍数を測定するため、直前の測定で求めた被測定者の脈拍数と、今回の測定の際に被測定者が行った運動の強さと、に基づいて、周波数軸上に周波数スペクトルの強度ピークを探索する範囲（探索周波数範囲）を設定し、当該範囲内に含まれる強度ピークを探索し、強度ピークが検出された周波数に応じて脈拍数を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０５４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の脈拍測定装置が上述のようにして探索周波数範囲を設定することの意味は、被測定者の体動に起因して脈波信号に混入する雑音の周波数成分を、強度ピーク抽出の対象から除外することである。（特許文献１の段落番号００１９等参照。）
【０００６】
しかしながら、体動の態様によっては、雑音のエネルギが有するモードと、被測定者の血管の脈動のモードとが、周波数軸上において近接する場合がある。そのような場合には、特許文献１の上述の探索周波数範囲に、被測定者の体動に起因した雑音の周波数成分が存在する。探索周波数範囲中に雑音由来の周波数成分が存在すると、特許文献１の脈拍測定装置は当該雑音由来の周波数成分の強度ピークを脈動の基本モードの周波数と誤って検出する可能性がある。
【０００７】
特許文献１が開示する例に限らず、従来、被測定者が運動を行う状態において、つまり、脈波信号中に被測定者の体動に起因する雑音が生じる環境の下で脈拍数を精確に測定することは困難であった。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても、可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる脈拍測定装置および脈拍測定方法を提供することにある。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても、可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる脈拍測定方法をコンピュータに実行させるための脈拍測定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明の実施形態による脈拍測定装置は、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得部と、
脈波信号と体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
安静期間検出部が、解析対象期間内で安静期間を検出した場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００１１】
この発明の実施形態による脈拍測定装置では、脈波信号取得部が被測定者の脈波を表す脈波信号を取得し、体動信号取得部が被測定者の体動の加速度成分を含む体動信号を取得する。安静期間検出部は、取得した脈波信号と体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれかつ被測定者の体動が実質的に無い期間（安静期間）を検出する。そのようにして安静期間が検出された場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める。このようにして、該脈拍測定装置は、脈拍を測定中に（つまり上記の解析対象期間中に）被測定者の体動が頻繁に生じるような状況にあっても、解析対象期間内から検出した安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求めることで、脈拍測定結果に対する被測定者の体動の影響を少なくとも軽減し、脈拍測定結果の精度を向上させている。なお、解析対象期間内に安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出部は、解析対象期間全体で取得された脈波信号に基づいて脈拍数を算出してよい。
【００１２】
なお、本明細書で、脈波信号取得部は、脈波センサから脈波信号または体動信号を直接取得してもよいし、それに代えて、脈波信号をサーバ（記憶部を有する）等に一旦記憶させ、そのサーバ等から取得（間接的取得）してもよい。また、体動信号取得部は、加速度センサから体動信号を直接取得してもよいし、それに代えて、体動信号をサーバ（記憶部を有する）等に一旦記憶させ、そのサーバ等から取得（間接的取得）してもよい。
【００１３】
また、本明細書において、「安静期間」とは、被測定者がする運動、すなわち体動、が脈拍測定に影響を及ぼさない程度に小さい期間、すなわち脈波信号において体動に起因する雑音の成分が脈動由来の成分と比較して十分に小さい期間を指す。なお、被測定者が能動的に意図的に運動を行わずとも該被測定者が外部から力学的作用を受けて受動的に運動させられるような状況（例えば、悪路を走行中の自動車に着座している被測定者が強制的に揺動させられるような状況）についても当該受動的にする運動の程度をもって安静期間であるか否かを区別してよい。
【００１４】
また、本明細書において、「脈拍数」とは、単位時間当たりの脈拍の数（例えば、毎分当たりの脈拍の数であるビート・パー・ミニッツ（ＢＰＭ））でよい。
【００１５】
一実施形態による脈拍測定装置では、
安静期間検出部は、体動信号が示す加速度成分の大きさと、加速度成分の時間変化と脈波信号の時間変化との間の相関性の高さと、に基づいて、安静期間を検出する、ことを特徴とする。
【００１６】
この一実施形態による脈拍測定装置では、安静期間検出部は、加速度成分の大きさと、同加速度成分の時間変化および脈波信号の時間変化の相関性の高さと、に基づいて、安静期間を検出する。そのため、該脈拍測定装置では、脈拍測定に対する被測定者の体動の影響が無視できる程度に小さい期間を、安静期間として正しく検出することができる。
【００１７】
一実施形態による脈拍測定装置は、
安静期間検出部が、解析対象期間内で安静期間を検出した場合、脈拍数算出部は、当該安静期間内に取得された脈波信号を時間領域から周波数領域へ変換して周波数スペクトルを求め、当該周波数スペクトルに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００１８】
この一実施形態による脈拍測定装置では、安静期間検出部によって解析対象期間内で安静期間が検出された場合、脈拍数算出部は、安静期間内の脈波信号について周波数スペクトルを求め、当該周波数スペクトルに基づいて脈拍数を求める。そのため、該脈拍測定装置では、被測定者の体動の影響が少なくとも軽減された周波数スペクトルを用いて脈拍数を求めることができる。
【００１９】
この一実施形態による脈拍測定装置では、安静期間は、４秒間以上に渡って連続する期間である、ことを特徴とする。
【００２０】
この一実施形態による脈拍測定装置では、安静期間は４秒間以上の期間である。そうすることにより、脈拍数算出部による周波数スペクトルに基づく脈拍数算出の精度が向上する。
【００２１】
一実施形態による脈拍測定装置では、
脈拍数算出部は、周波数スペクトルにおける強度ピークを検出し、検出された強度ピークの周波数に応じて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００２２】
この一実施形態による脈拍測定装置では、安静期間検出部によって安静期間が検出された場合、脈拍数算出部は、当該周波数スペクトルの強度ピークを検出し、検出された強度ピークの周波数に応じて脈拍数を求める。そのため、該脈拍測定装置では、被測定者の体動の影響が少なくとも軽減された周波数スペクトル中から被測定者の血管の脈動に由来する周波数成分を的確に検出し、それに基づいて脈拍数を求めることができる。
【００２３】
上記課題を解決するため、この発明の実施形態による脈拍測定方法は、
脈拍測定装置がする被測定者の脈拍数の測定方法であって、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、
被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得ステップと、
脈波信号と体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出ステップと、
解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を有し、
安静期間検出ステップにおいて、解析対象期間内で安静期間が検出された場合、脈拍数算出ステップは、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００２４】
この発明の実施形態による脈拍測定方法では、脈波信号取得ステップにおいて、被測定者の脈波を表す脈波信号が取得され、体動信号取得ステップにおいて、被測定者の体動の加速度成分を含む体動信号が取得される。安静期間検出ステップにおいては、取得された脈波信号と体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれかつ被測定者の体動が実質的に無い期間（安静期間）が検出される。そのようにして安静期間が検出された場合、脈拍数算出ステップにおいては、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める。このようにして、該脈拍測定方法では、脈拍を測定中に（つまり上記の解析対象期間中に）被測定者の体動が頻繁に生じるような状況にあっても、解析対象期間内から検出した安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求めることで、脈拍測定結果に対する被測定者の体動の影響を少なくとも軽減させ、脈拍測定結果の精度を向上させている。なお、解析対象期間内に安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出ステップは、解析対象期間全体で取得された脈波信号に基づいて脈拍数を算出してよい。
【００２５】
上記課題を解決するため、この発明の実施形態による脈拍測定プログラムは、
脈拍測定装置のコンピュータが実行可能な脈拍測定用コンピュータ・プログラムであって、コンピュータに、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得ステップと、
被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得ステップと、
脈波信号と体動信号との両方に基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出ステップと、
解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出ステップと、を実行させ、
安静期間検出ステップにおいて、解析対象期間内で安静期間が検出された場合、脈拍数算出ステップは、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００２６】
この発明の実施形態による脈拍測定プログラムは、コンピュータに、脈波信号取得ステップ、体動信号取得ステップ、安静期間検出ステップ、および、脈拍数算出ステップを実行させる。安静期間検出ステップにおいて安静期間が検出された場合、コンピュータは、脈拍数算出ステップにおいて、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める。このようにして該脈拍測定プログラムでは、脈拍を測定中に（つまり上記の解析対象期間中に）被測定者の体動が頻繁に生じるような状況にあっても、解析対象期間内から検出した安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求めることで、脈拍測定結果に対する被測定者の体動の影響を少なくとも軽減させ、脈拍測定結果の精度を向上させている。なお、解析対象期間内に安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出ステップでは、コンピュータは、解析対象期間全体で取得された脈波信号に基づいて脈拍数を算出してよい。
【００２７】
別の局面においては、この発明の実施形態による脈拍測定装置は、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
被測定者の体動を加速度センサによって検知して加速度成分を含む体動信号を取得する体動信号取得部と、
脈波信号と体動信号のうち体動信号のみに基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
安静期間検出部が、解析対象期間内で安静期間を検出した場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とする。
【００２８】
この発明の実施形態による脈拍測定装置では、脈波信号取得部が被測定者の脈波を表す脈波信号を取得し、体動信号取得部が被測定者の体動の加速度成分を含む体動信号を取得する。安静期間検出部は、取得した脈波信号と体動信号のうち体動信号のみに基づいて、解析対象期間に含まれる安静期間を検出する。そのようにして安静期間が検出された場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める。このようにして、該脈拍測定装置は、脈拍を測定中に（つまり上記の解析対象期間中に）被測定者の体動が頻繁に生じるような状況にあっても、解析対象期間内から検出した安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求めることで、脈拍測定結果に対する被測定者の体動の影響を少なくとも軽減し、脈拍測定結果の精度を向上させている。また、安静期間検出部は、取得した脈波信号と体動信号のうち体動信号のみに基づいて安静期間を検出するため、安静期間の検出にかかる処理負荷も、体動信号と脈波信号の両方に基づいて安静期間を検出する場合と比較して一層軽減されている。なお、解析対象期間内に安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出部は、解析対象期間全体で取得された脈波信号に基づいて脈拍数を算出してよい。
【００２９】
さらに別の局面においては、この発明の実施形態による脈拍測定装置は、
被測定者の脈波を脈波センサによって検知して脈波を表す脈波信号を取得する脈波信号取得部と、
脈波信号のみに基づいて、予め定められた解析対象期間に含まれ被測定者の体動が実質的に無い期間である安静期間を検出する安静期間検出部と、
解析対象期間内に取得された脈波信号に基づいて被測定者の脈拍数を求める脈拍数算出部と、を有し、
安静期間検出部が、解析対象期間内で安静期間を検出した場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める、ことを特徴とすることを特徴とする。
【００３０】
この発明の実施形態による脈拍測定装置では、脈波信号取得部が被測定者の脈波を表す脈波信号を取得し、安静期間検出部が当該脈波信号のみに基づいて、解析対象期間に含まれる安静期間を検出する。そのようにして安静期間が検出された場合、脈拍数算出部は、解析対象期間のうち当該安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求める。このようにして、該脈拍測定装置は、脈拍を測定中に（つまり上記の解析対象期間中に）被測定者の体動が頻繁に生じるような状況にあっても、解析対象期間内から検出した安静期間内に取得された脈波信号のみに基づいて脈拍数を求めることで、脈拍測定結果に対する被測定者の体動の影響を少なくとも軽減し、脈拍測定結果の精度を向上させている。本形態による脈拍測定装置は、被測定者の体動を表す体動信号を用いずに脈波信号のみを用いて安静期間を検出し、脈拍数を測定する。すなわち、安静期間の検出のために体動信号を取得する必要がない。そのため、体動信号と脈波信号の両方に基づいて安静期間の検出および脈拍数の測定を行う脈拍測定装置との比較において、構成が一層簡単化されている。なお、解析対象期間内に安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出部は、解析対象期間全体で取得された脈波信号に基づいて脈拍数を算出してよい。
【００３１】
一実施形態による脈拍測定装置では、
安静期間検出部は、脈波信号の時間変化の周期性の統計的ばらつきを定量的に求め、当該求めた統計的ばらつきに基づいて、安静期間を検出する、ことを特徴とする。
【００３２】
この一実施形態による脈拍測定装置は、脈波信号についてその時間変化の周期性に関する統計量（例えば、標準偏差）を求め、当該求めた統計量に基づいて、安静期間を検出することができる。したがって、当該脈拍測定装置では、脈波信号のみに基づいて安静期間を検出することができ、したがって、安静期間の検出のために被測定者の体動を表す体動信号を要しない。よって、該脈拍測定装置は、体動信号の取得にかかる構成を要しない。
【００３３】
本明細書において、「統計的ばらつき」（"statistical dispersion"あるいは"statistical variability"）とは、複数のデータのばらつきを示す尺度であり、例えば、複数のデータからなるデータ群についての標準偏差、分散、範囲等がある。
【発明の効果】
【００３４】
以上より明らかなように、この発明の実施形態による脈拍測定装置または脈拍測定方法によれば、被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても、可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる。
【００３５】
この発明の実施形態による脈拍測定プログラムによれば、被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても、可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】この発明の第１の実施形態の脈拍測定装置の外観の模式的斜視図である。
【図１Ｂ】この発明の第１の実施形態の脈拍測定装置の外観の模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態の脈拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の脈拍測定装置の構成をより具体的に示す図である。
【図４】第１の実施形態の脈拍測定装置の動作フローを示す図である。
【図５】脈拍測定のタイミングの一例（解析対象期間の一例）を示す図である。
【図６】第１の実施形態の安静期間検出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】取得した脈波信号の変動成分のデータ（脈波変動成分振幅データ）（図７（ａ））、ならびに、取得した加速度のＸ軸方向（図７（ｂ））、Ｙ軸方向（図７（ｃ））、および、Ｚ軸方向（図７（ｄ））の各成分のデータ（加速度三軸成分データ）の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態の脈拍数算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図９】安静期間内に取得された脈波信号の変動成分のデータ（脈波変動成分振幅データ）の一例を示す図である。
【図１０】安静期間内に取得された脈波信号の変動成分の周波数スペクトル（脈波変動成分周波数スペクトル）の一例を示す図である。
【図１１】第１の実施形態の脈拍数算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１２】解析対象期間において取得された脈波信号の変動成分の周波数スペクトル（脈波変動成分周波数スペクトル）の一例を示す図である。
【図１３】第１の実施形態の脈拍測定装置の脈拍数測定結果の一例を示す図である。
【図１４】第１の実施形態に適用可能な、安静期間検出処理の変形例（第１の変形例）を示すフローチャートである。
【図１５】第１の実施形態および第２の実施形態に適用可能な、脈拍数算出処理の変形例（第２の変形例）を示すフローチャートである。
【図１６】安静期間における脈波変動成分振幅データのゼロクロス点を示す図である。
【図１７】第１の実施形態および第２の実施形態に適用可能な、脈拍数算出処理の変形例（第２の変形例）の詳細を示すフローチャートである。
【図１８】第２の実施形態の脈拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第２の実施形態の脈拍測定装置の動作フローを示す図である。
【図２０】第２の実施形態の安静期間検出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２１】複数の判定対象期間の例を示す図である。
【図２２】安静または非安静の判断のための方法を説明するための、脈波信号変動成分周波スペクトルの例図である。
【図２３】第１の実施形態および第２の実施形態に適用可能な、安静期間検出処理の変形例（第３の変形例）を示すフローチャートである。
【図２４】解析対象期間における脈波変動成分振幅データのゼロクロス点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態による脈拍測定装置は、被測定者の血管の脈動（脈波）を光電センサ（脈波センサ）で検知することにより当該被測定者の脈拍数を算出する脈拍測定装置である。本脈拍測定装置は、本脈拍測定装置は、脈波センサに加え、被測定者の運動（体動）を計測するための加速度センサを備える。当該加速度センサは、被測定者の体動の大きさの推定に用いられる。本脈拍測定装置では、脈拍数算出に用いる脈波センサからの出力（脈波信号）を収集する期間（解析対象期間）中の各時点での被測定者の体動の有無を加速度センサからの出力（体動信号）に基づいて判別し、被測定者の体動が無かった時間帯に収集した脈波のデータに基づいて脈拍数を測定する。そうすることで、本脈拍測定装置が行う脈拍測定においては脈拍数算出に対する被測定者の体動に由来する雑音の影響が軽減される。そのため、本脈拍測定装置は被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる。
【００３９】
図１Ａおよび図１Ｂは、この発明の第１の実施形態による脈拍測定装置の構成を模式的に示す図である。図１Ａは、第１の実施形態による脈拍測定装置１の外観の模式的な斜視図であり、図１Ｂは、同脈拍測定装置１の模式的な断面図である。なお、説明の都合上、図示しない被測定部位の側を本体１０の「下面側」、被測定部位の反対側を本体１０の「上面側」としている。
【００４０】
脈拍測定装置１は、本体１０と、バンド２０と、を含む。図１Ａに示すように、脈拍測定装置１は、腕時計のように、バンド２０を被測定者の被測定部位３（たとえば、手首）に巻き回すことにより、本体を被測定者の手首に固定することができる。
【００４１】
脈拍測定装置１の本体１０は、被測定者の被測定部位３に対して密着して配置されて被測定部位３との接触面を形成する下面１３と、当該下面１３の反対側に位置する上面１１と、を有する。本体１０は、下面１３に沿った面方向に関して、そのサイズが小さく構成されたくびれ形状ｗを有する（図１Ｂ）。
【００４２】
脈拍測定装置１の本体１０は、下面１３の側に配置されて被測定者の脈拍を測定する脈波センサとしての測定部１５と、上面１１の側に配置されて測定部１５によって測定された脈拍に関する情報を表示する表示部１４と、を備える。下面１３の側に配置された測定部１５は、測定光（例えば赤外光又は近赤外光）を発光する発光ダイオードのような発光素子１６と、フォトダイオード又はフォトトランジスタのような受光素子１７と、を備える光学式センサである。発光素子１６は、被測定部位に向けて或る発光強度で光を照射する発光部として働く。また、受光素子１７は、被測定部位からの反射光又は透過光を受光する受光部として働く。
【００４３】
本体１０が被測定部位３に密着して配置された状態で、発光素子１６から発せられた測定光（例えば赤外光又は近赤外光）を被測定部位の皮下にある血管（たとえば、動脈）に照射すると、動脈を流れる赤血球によって照射光が反射され、この反射光が受光素子１７で受光される。受光素子１７で受光される反射光の光量は、動脈の脈動に応じて変化する。したがって、当該測定部１５により、脈波に関する情報を検出して脈拍数を計測することができる。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、測定部１５の表面が下面１３に一致するように配置されているが、測定部１５が本体１０の内部に配置されるとともに、本体１０の内部に配置された測定部１５と本体１０の下面１３と連通する空間部を備える構成であってもよい。また、図１Ａおよび図１Ｂに示した脈拍測定装置１は、測定部１５が発光素子１６と発光素子１６の近傍に配置された受光素子１７とから構成されて、被測定部位３からの反射光を検出する。しかしながら脈拍測定装置１はこのタイプのものに限定されない。脈拍測定装置１は、測定部１５が発光素子１６と発光素子１６に対して対向配置された受光素子１７とから構成されて、被測定部位３を透過した透過光を検出してもよい。
【００４４】
脈拍測定装置１では、脈波センサとして光電式センサからなる測定部１５を備えているので、簡単な構成で、脈拍を含む脈波情報を精度よく検知することができる。
【００４５】
表示部１４が、本体１０の上面１１の側すなわち頭部１３に配置されている。表示部１４は、表示画面（例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイなど）を含む。表示部１４は、被測定者の脈拍に関する情報（例えば、脈拍数）等を表示画面に表示する。当該表示画面の制御は、表示制御部として機能する制御部３１（ＣＰＵ）（後述）によって行われる。
【００４６】
本体１０を被測定者の被測定部位３に取り付けるためのバンド２０は、本体１０を密着保持するための本体保持部２１と、被測定部位を取り巻くための取り巻き部２５と、を有する。
【００４７】
本体保持部２１には、本体１０のくびれ形状ｗの外形サイズと略一致するように開口部が形成され、これにより、くびれ形状ｗの部分にて、本体１０とバンド２０とが係合している。
【００４８】
本体保持部２１の一端部には、略矩形形状に屈折されたバックル部材２２が取り付けられている。バックル部材２２の穴２３を通して、取り巻き部２５の端部２４が被測定部位３から外向きに挿通され、折り返されている。
【００４９】
取り巻き部２５のうち端部２４以外の部分には、外側面（被測定部位３に接する内側面と反対の面）に長手方向に延びる長めの雌側面ファスナが設けられており、雌側面ファスナは、端部２４に取り付けられた雄側面ファスナ２６と着脱自在に係合している。
【００５０】
このようにして、バンド２０によって、本体１０が被測定部位３に対して密着して保持されている。
【００５１】
図２は、脈拍測定装置１（の本体１０）の機能的なブロック構成を示している。この脈拍測定装置１の本体１０は、制御部（ＣＰＵ）３１と、記憶部３２と、表示部１４と、操作部３４と、脈波センサ部１５と、加速度センサ部３３と、を含む。脈拍測定装置１は、さらに、図示しない通信部を含んでもよい。その場合、脈拍測定装置１は、図示しない外部の装置との間で、データ通信を行うことができる。
【００５２】
制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）およびその補助回路を含み、脈拍測定装置１を構成する各部を制御し、記憶部３２に記憶されたプログラムおよびデータに従って各種の処理を実行する。すなわち、制御部（ＣＰＵ）３１は、操作部３４、脈波センサ部１５、加速度センサ部３３、および、図示しない通信部から入力されたデータを処理し、処理したデータを、記憶部３２に記憶させたり、表示部１４で表示させたり、通信部から出力させたりする。
【００５３】
なお、制御部３１の構成は、ＣＰＵおよびその周辺の補助回路に限定されない。制御部３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルロジックデバイスや、マイクロコントローラ、といったプロセッサとして実装可能である。また、制御部３１の実装上の構成は上述した実装例に限定されない。
【００５４】
記憶部３２は、制御部（ＣＰＵ）３１でプログラムを実行するために必要な作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）と、制御部（ＣＰＵ）３１で実行するための基本的なプログラムを記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）と、を含む。また、記憶部３２の記憶領域を補助するための補助記憶装置の記憶媒体として、半導体メモリ（メモリカード、ＳＳＤ（Solid State Drive））などを用いることができる。この記憶部３２は、被測定者毎に、脈波センサ部１５によって検知された被測定者の脈拍を表す脈波信号のデータ（特にその変動成分（ＡＣ成分）のデータ（脈波振幅変動成分データ））や、および、加速度センサ部３３によって検知された被測定者の体動を表す体動信号のデータ（加速度３軸成分データ）を時系列で格納することができる。
【００５５】
ＲＯＭは、本発明の実施形態による脈拍測定方法を制御部３１に実行させるための脈拍測定プログラムを記憶している。制御部３１は、ＲＯＭに格納されている該プログラムを読み出し、ＲＡＭ等を利用して後述する処理を行うことにより脈拍数を算出する。
【００５６】
操作部３４は、例えば、脈拍測定装置１の電源をＯＮ又はＯＦＦするために操作される電源スイッチと、被測定者毎の測定結果を記憶部３２に保存するためにいずれの被測定者であるか、あるいは、どのような測定を行うか、を選択するために操作される操作スイッチ等、を備える。なお、操作部３４は、本体１０の上面１１の側あるいは側面１２に設置することができる。
【００５７】
このように、脈拍測定装置１は、単独の装置として構成することが可能である。だが、図示しない通信部を備えることによって、ネットワーク上でも使用可能である。
【００５８】
図示しない通信部は、有線又は無線のネットワークを介して、制御部（ＣＰＵ）３１によって生成されたデータや記憶部３２に格納されていたデータをサーバへ送信したり、サーバの制御部（図示しない）によって生成されたデータやサーバの記憶部（図示しない）に格納されていたデータを受信したりするために用いられる。ここで、サーバとは、通常のサーバに加え、例えば、パーソナルコンピュータのような据え置き型端末、あるいは、携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンツ）やタブレット（tablet）、および、テレビ等のＡＶ機器のリモートコントローラのような携帯型端末、ならびに、テレビ等のＡＶ機器に内蔵されたコンピュータを含む広い概念を意味している。
【００５９】
なお、脈拍測定装置１の各部へ、図示しない電源から、操作部３４の電源スイッチに対するユーザの操作に応じて電力が供給される。
【００６０】
図３は、この脈拍測定装置１の脈波センサ部１５の回路構成を例示している図である。脈波センサ部１５は、ＣＰＵ３１の制御の下で動作することにより脈波センサ部１５の動作を制御する脈波センサコントローラ４１を備える。
【００６１】
脈波センサコントローラ４１は、パルス駆動回路４２を制御して発光素子１６をパルス駆動させることができる。つまり、パルス駆動回路４２は、脈波センサコントローラ４１から供給された駆動パルスに応じてｎｐｎ形のトランジスタがスイッチングされることにより、発光素子１６の発光状態（周波数とデューティ）を制御する。
【００６２】
また、脈波センサコントローラ４１は、発光強度制御回路４３を制御して発光素子１６の発光強度（すなわち駆動電流）を制御する。つまり、発光強度制御回路４３は、ＣＰＵ３１に制御された脈波センサコントローラ４１からの発光強度制御信号に応じて可変抵抗の抵抗値が変更されることにより該抵抗値によって規定される駆動電流で発光素子１６を駆動して、発光素子１６の発光強度を制御する。すなわち、発光素子１６を流れる駆動電流が大きくなるほど、発光素子１６の発光強度（すなわち発光光量）が大きくなる。
【００６３】
受光素子１７は、受光した光の強さに応じた光電出力を出力する。脈波センサコントローラ４１は上述のようにして発光素子１６を制御するとともに、受光感度調整回路４４を制御して受光素子１７の受光感度（すなわち光電出力のゲイン）を制御する。受光感度調整回路４４は、ＣＰＵ３１に制御された脈波センサコントローラ４１からの光電出力制御信号に応じて、その可変抵抗の抵抗値を増減させることで、受光素子１７からの光電出力（脈波信号のオフセット成分（脈波ＤＣ成分））の大きさを調整する。
【００６４】
なお、ここでは、受光素子１７からの光電出力は、一定レベルのオフセット成分（ＤＣ成分）に変動成分（脈波ＡＣ成分）が重畳された脈流である。ただしその脈動の大きさは光電出力の大きさに較べて極めて小さい。そのため、受光素子１７からの光電出力を、脈波ＤＣ成分とも呼ぶ場合がある。
【００６５】
受光素子１７からの光電出力（脈波ＤＣ成分）は、二手に分岐されて、一方がバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４５に入力され、他方がＡ／Ｄ変換回路（ＤＣ成分用ＡＤＣ）４７Ｄに入力される。
【００６６】
ＢＰＦ４５は、受光素子１７からの脈波ＤＣ成分から変動成分（脈波ＡＣ成分）を取り出す作用を有する。増幅器４６は、ＢＰＦ４５からの出力を増幅する作用を有する。ＢＰＦ４５の通過帯域は、ヒトの一般的な脈拍数の範囲（３０ＢＰＭ〜３００ＢＰＭ）に対応した周波数帯域（０．５Ｈｚ〜５Ｈｚ）を含めばよい。増幅器４６からは、脈波信号の変動成分が出力され、該出力は、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＣ成分用ＡＤＣ）４７Ａに入力される。
【００６７】
受光素子１７から出力された光電信号（脈波ＤＣ成分）は、Ａ／Ｄ変換器４７Ｄを経て、アナログ信号からデジタル信号に変換される。ＡＤＣ４７Ａの出力からは脈波の変動成分（脈波ＡＣ成分）のデジタル信号がＣＰＵ３１に入力される。脈波の変動成分（脈波ＡＣ成分）のデジタル信号は、後述するように、被測定者の脈拍数の算出や、被測定者の安静／非安静の判定に用いられる。ＡＤＣ４７Ｄの出力からは、脈波ＤＣ成分のデジタル信号がＣＰＵ３１に入力されて、発光強度を制御するためのパラメータ等の演算処理に用いられる。
【００６８】
ＡＤＣ４７ＡおよびＡＤＣ４７Ｄは、所定のサンプリング周波数で、例えば３２Ｈｚ、１６Ｈｚ等で、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。なお、ＡＤＣ４７ＡおよびＡＤＣ４７Ｄは、ＣＰＵ３１に内蔵された態様であってもよい。
【００６９】
なお、脈波センサ部１５は、光電的に被測定者の血管の脈動を検出する構成に限定されない。脈波センサ部１５は、カフを介して血管の脈動を検出する構成を有してもよい。あるいは、脈波センサ部１５は、圧電素子等を用いた振動センサにより圧電的に血管の脈動を検出する構成を有してもよい。また、脈波センサ部１５の構成は上述した構成例に限定されない。
【００７０】
加速度センサ部３３は、加速度センサ４８を備える。加速度センサ４８は、直交する３軸の方向に沿って、加速度センサ４８にすなわち被測定部位に作用する加速度の大きさを測定し、測定結果を増幅器４９へ出力することができる。増幅器４９の出力は、Ａ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）５０へ入力され、ＡＤＣ５０からは、被測定部位の加速度の３軸の各方向の成分の情報を含んだデジタル信号がＣＰＵ３１へ入力される。ここでは、加速度センサ４８に作用する加速度の大きさは、被測定者が行う運動（体動）の強度とよく対応していると考え、加速度センサ４８の出力を、被測定者が行っている体動の程度を表す体動信号として利用する。
【００７１】
ＡＤＣ５０は、所定のサンプリング周波数で、例えば３２Ｈｚ、１６Ｈｚ等で、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。なお、ＡＤＣ５０は、ＣＰＵ３１に内蔵された態様であってもよい。
【００７２】
以下、図４〜図１３を参照し、第１の実施形態による脈拍測定装置１の動作について説明する。
【００７３】
図４は、制御部（ＣＰＵ）３１が脈拍測定プログラムを実行することにより実施される脈拍測定装置１の動作フローを示すフローチャートである。図５は、脈拍測定装置１がする脈拍測定のタイミング例を示す図である。脈拍測定装置１は、解析対象期間Ａ１の間、脈波信号および体動信号を取得し、取得した脈波信号等に基づいて脈拍数を算出する。時刻ｔ２は解析対象期間Ａ１の終点である時刻ｔ１から５秒後の時刻である。時刻ｔ２において、脈拍測定装置１は、解析対象期間Ａ２の間に取得された脈波信号等に基づいて脈拍数を算出する。時刻ｔ３は解析対象期間Ａ２の終点である時刻ｔ２から５秒後の時刻である。時刻ｔ３において、脈拍測定装置１は、同様に、解析対象期間Ａ３の間に取得された脈波信号等に基づいて、脈拍数を算出する。このように、脈拍測定装置１は、５秒間隔で、脈拍数を算出する。以下、１回の脈拍数算出にかかる脈拍測定装置１の動作の流れを説明する。
【００７４】
図４のステップＳ１ａにおいて、脈拍測定装置１の制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波信号取得部および体動信号取得部として動作して、予め定められた解析対象期間の間（例えば解析対象期間Ａ１に相当する１６秒間）、被測定者の血管の脈動を表す脈波信号と、被測定者の体動を表す体動信号と、をそれぞれ、脈波センサ部１５および加速度センサ部３３から取得する。
【００７５】
脈波信号および体動信号、つまり脈波ＤＣ成分、および、脈波ＡＣ成分、ならびに、加速度の第１軸の成分、第１軸に直交する第２軸の成分、および、第１軸および第２軸に直交する第３軸の成分の情報は、サンプリング周波数３２Ｈｚのデジタルデータとして、制御部（ＣＰＵ）３１によって取得され、一旦、記憶部３２のＲＡＭに格納される。
【００７６】
制御部（ＣＰＵ）３１は、先ず脈波振幅変動成分のデジタルデータを記憶部３２のＲＡＭから読み出して、ダウンサンプリングすることによりサンプリング周波数１６Ｈｚのデジタルデータを生成する。以下、この、脈波振幅変動成分デジタルデータ（１６Ｈｚサンプリング）を、脈波振幅変動成分あるいは単に変動成分と称する。
【００７７】
制御部（ＣＰＵ）３１は、体動の加速度の３軸各方向成分のデジタルデータを記憶部３２のＲＡＭから読み出してダウンサンプリングすることによりサンプリング周波数１６Ｈｚのデジタルデータを生成し、当該データから、地球の重力の方向（鉛直方向）の加速度成分と、鉛直方向に垂直な面（水平面）に含まれ互いに直交する２軸（第１および第２水平軸）各方向成分のデジタルデータを生成する。以下、加速度の鉛直方向成分デジタルデータ（１６Ｈｚサンプリング）を、加速度鉛直方向（Ｚ軸方向）成分あるいは単にＺ軸成分と称し、加速度の第１水平軸方向成分デジタルデータ（１６Ｈｚサンプリング）を、加速度第１水平軸方向（Ｘ軸方向）成分あるいは単にＸ軸成分と称し、加速度の水平面に含まれ第１水平軸と直交する第２水平軸方向成分デジタルデータ（１６Ｈｚサンプリング）を、加速度第２水平軸方向（Ｙ軸方向）成分あるいは単にＹ軸成分と称する。
【００７８】
よって、脈波振幅変動成分、ならびに、加速度Ｘ軸成分、加速度Ｙ軸成分、および、加速度Ｚ軸成分は、それぞれ、２５６データポイント（１６×１６データポイント）からなるデータ列を構成する。
【００７９】
ステップＳ２０において、脈拍測定装置１の制御部（ＣＰＵ）３１は、安静期間検出部として動作して、解析対象期間内の被測定者の体動が実質的に無い期間（安静期間）を、脈波振幅変動成分および体動の加速度の大きさに基づいて検出する。なお、「被測定者の体動が実質的に無い期間」とは、被測定者がする運動、すなわち体動、が脈拍測定に負の影響を及ぼさない程度に小さい期間、すなわち脈波信号において体動に起因する雑音の成分が脈動由来の成分と比較して十分に小さい期間と解してよい。
【００８０】
ここで、図６および図７を参照しながら、ステップＳ２０の処理について説明する。図６は、第１の実施形態による脈拍測定装置１がする安静期間検出処理（ステップＳ２０）の流れを示すフローチャートである。図６に示された各工程は、主として、安静期間検出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１によって行われてよい。
【００８１】
図６のステップＳ２１ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、記憶部３２のＲＡＭに格納された、加速度Ｘ軸成分のデータ列（２５６データポイント）および加速度Ｙ軸成分のデータ列（２５６データポイント）を読み出す。図７は、記憶部３２のＲＡＭに格納されている脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（図７（ａ））、加速度Ｘ軸成分のデータ列ＡＣＣＸ（ｎ）（図７（ｂ））、加速度Ｙ軸成分のデータ列ＡＣＣＹ（ｎ）（図７（ｃ））、および、（重力加速度成分が除去された）加速度Ｚ軸成分のデータ列ＡＣＣＺ（ｎ）（図７（ｄ））のプロットである。これらデータ列のうち、ステップＳ２１ａでは、図７（ｂ）および（ｃ）に示されるデータ列ＡＣＣＸ（ｎ）とＡＣＣＹ（ｎ）とが読み出され以下の処理に供される。
【００８２】
図６のステップＳ２２ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、加速度Ｘ軸成分のデータ列から０．１Ｇ未満の値を有するデータポイントを抽出する（ここでは１Ｇ＝９．８０６６５［ｍ／ｓ２］とする）。同様にして、制御部（ＣＰＵ）３１は、加速度Ｙ軸成分のデータ列から、０．１Ｇ未満の値を有するデータポイントを抽出する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、これら抽出の結果に基づいて、加速度Ｘ軸成分および加速度Ｙ軸成分がともに０．１Ｇ未満であるデータポイント（ゼロ加速度ポイント）を特定する。
【００８３】
ステップＳ２３ａにおいて、制御部３１は、解析対象期間内に判定対象期間を設定する。判定対象期間とは、ステップＳ２４ａ，Ｓ２５ａ，Ｓ２６ａでの処理によって安静期間であるか否かについての最終的な判定がなされる対象となる期間である。判定対象期間は、本例では、被測定者の体動の加速度のＸ軸成分およびＹ軸成分の大きさが、ともに、常に所定の値を超えない（例：０．１Ｇ未満である）期間と規定される。ステップＳ２４ａおよびステップＳ２５ａにおいて判定対象期間における加速度の時間変化と脈波振幅の時間変化との相関性を定量的に求め、求めた相関性の高低に基づいてステップＳ２６ａにおいて判定対象期間が安静期間であるか判断する。なお、判定対象期間の規定ぶりは上述の例に限定されない。判定対象期間は、被測定者の体動の大きさを基準として（あるいは複数の基準の１つに含めて）適切に規定されればよい。例えば、判定対象期間は、被測定者の体動の加速度Ｘ軸成分または加速度Ｙ軸成分のいずれか一方の大きさが、所定値未満である期間としてもよい。また例えば、判定対象期間は、被測定者の体動の加速度の水平方向の成分の大きさが、所定値未満である期間としてもよい。なお、加速度Ｘ軸成分、加速度Ｙ軸成分と同様に、加速度Ｚ軸成分を判定材料として追加してもよい。例えば、被測定者の体動の加速度の大きさが、所定値未満である期間としてよい。
【００８４】
判定対象期間の設定のため、先ず、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２２ａで特定されたゼロ加速度ポイントについて、測定の時系列に関し互いに隣接している（連続している）ゼロ加速度ポイントを抽出する。制御部（ＣＰＵ）３１は、測定の時系列に沿って連続する、互いに隣接するゼロ加速度ポイントからなるデータ群を判定対象データ群として特定する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、このようにして特定された判定対象データ群が取得された期間を判定対象期間とする。言うまでも無く、判定対象期間は、解析対象期間内に複数存在してよい。また、長さが短い判定対象期間（例えば、４秒（６４データポイントに相当）に満たない判定対象期間）は、後のステップＳ２４ａ，Ｓ２５ａ，Ｓ２６ａでの処理の対象としないようにしてもよい。
【００８５】
ステップＳ２４ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２３ａで設定した判定対象期間それぞれについて、当該期間における脈波振幅変動成分の時間変化と、加速度Ｘ軸成分の時間変化と、の相関係数（Ｘ相関係数）を求める。より具体的には、制御部（ＣＰＵ）３１は、判定対象期間のＸ相関係数ＲＸを、
【数１】
2016000149.tif 000003
より求める。ここで、ＡＣＣＸ（ｊ）は、加速度Ｘ軸成分のデータ列の判定対象期間内ｊ番目データの値であり、ΣＪは、判定対象期間にわたる総和を意味し、ＡＣＣＸＡＶＥは、加速度Ｘ軸成分のデータ列の判定対象期間についての平均値である。また、ＰＡＣ（ｊ）は、脈波振幅変動成分のデータ列の判定対象期間内ｊ番目データの値であり、ＰＡＣＡＶＥは、脈波振幅変動成分のデータ列の判定対象期間についての平均値である。
【００８６】
ステップＳ２５ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２３ａで設定した判定対象期間それぞれについて、当該期間における脈波振幅変動成分の時間変化と、加速度Ｙ軸成分の時間変化と、の相関係数（Ｙ相関係数）を求める。ステップＳ２４ａと同様、制御部（ＣＰＵ）３１は、判定対象期間のＹ相関係数ＲＹを、
【数２】
2016000149.tif 000004
より求める。ここで、ＡＣＣＹ（ｊ）は、加速度Ｙ軸成分のデータ列の判定対象期間内ｊ番目データの値であり、ＡＣＣＹＡＶＥは、加速度Ｙ軸成分のデータ列の判定対象期間についての平均値である。
【００８７】
ステップＳ２６ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２３ａで設定した判定対象期間それぞれについて、Ｘ相関係数およびＹ相関係数の両方が０．５未満である、か否かを判断し、Ｘ相関係数およびＹ相関係数の両方が０．５未満である判定対象期間を安静期間と判定する。
【００８８】
本実施形態による脈拍測定装置１は、解析対象期間に含まれる任意長の所与の期間のうち、
ａ）  所与の期間において常に加速度Ｘ軸成分が、０．１Ｇ未満であり、かつ、
ｂ）  所与の期間において常に加速度Ｙ軸成分が、０．１Ｇ未満であり、かつ、
ｃ）  所与の期間における脈波振幅変動成分の時間変化と加速度Ｘ軸成分の時間変化との相関係数が、０．５未満であり、かつ、
ｄ）  所与の期間における脈波振幅変動成分の時間変化と加速度Ｘ軸成分の時間変化との相関係数が、０．５未満である、
ような期間を、安静期間と判定する。
【００８９】
ステップＳ２７ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２６ａにおいて特定された安静期間について互いに隣接するか、あるいは、一部がオーバーラップしている２つの安静期間があれば、それら２つの安静期間を結合する。以後、脈拍測定装置１は、当該２つの安静期間を１つの安静期間として扱う。
【００９０】
ステップＳ２８ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、特定された安静期間のうちで最も時間長が長い安静期間を特定し、当該最長の安静期間の始点や終点（解析対象期間における時間的位置もしくはデータ列における位置）を特定する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図４のステップＳ３へ移行する。
【００９１】
再び図４に戻り、ステップＳ３において、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、ステップＳ２０において４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されたか否かを判断する。制御部（ＣＰＵ）３１が、４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されたと判断した場合、脈拍測定装置１は、ステップＳ４０の処理を行って脈拍数を算出する。逆に、制御部（ＣＰＵ）３１が、４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されなかったと判断した場合、脈拍測定装置１は、ステップＳ５０の処理を行って脈拍数を算出する。
【００９２】
なお、ステップＳ３において、「４秒」以上の安静期間の有無存在を判断するのは、次の理由による。脈拍測定装置１は、３０ｂｐｍ以上の脈拍数を測定可能範囲としており、最低脈拍数３０ｂｐｍ、すなわち、０．５Ｈｚの脈動（拍動）を精度よく検出を測定するためには、少なくとも４秒間程度の時間長を有する脈波を利用することが有利であるためである。しかしながら、ステップＳ３において判断基準とする時間長は、４秒間に限定されない。４秒間と異なる時間長を、ステップＳ３の判断の閾値としてもよい。
【００９３】
４秒間以上にわたり連続する安静期間が検出された場合、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ４０において、（ステップＳ２０で検出された安静期間のうちで最長の）安静期間内に取得した脈波信号の脈波振幅変動成分のみを用いて脈拍数を算出する。
【００９４】
ここで、図８、図９、および、図１０を参照しながら、ステップＳ４０の処理について説明する。図８は、第１の実施形態による脈拍測定装置１がする脈拍数算出処理（ステップＳ４０）の流れを示すフローチャートである。図８に示された各工程は、主として、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１によって行われてよい。
【００９５】
図８のステップＳ４１ａにおいて、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１は、記憶部３２のＲＡＭに格納された、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（２５６データポイント）（図７（ａ））を読み出す。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２８ａで特定された最長の安静期間に対応する脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）の部分を特定する。
【００９６】
そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（図７（ａ））において、ステップＳ２８ａで特定された最長の安静期間に含まれないデータポイントのデータ値をゼロに置き換える（ゼロで埋める）。図９は、そのようにして得られるゼロパディング後の脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）の例図である。ここで、区間ＲがステップＳ２８ａで特定された最長の安静期間に対応する。安静期間に対応する区間Ｒ内のデータ以外のデータＺＰは、全て、ゼロ値に置き換えられている。このゼロパディングの処理は、次に説明する安静期間の脈波振幅変動成分に対する高速フーリエ変換において周波数分解能を確保することを目的としている。
【００９７】
制御部（ＣＰＵ）３１は、上述のようにして得られたゼロパディング後の脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）について、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行い、ステップＳ２８ａで特定された安静期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルを取得する。つまり、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部に含まれる周波数変換部として動作することにより、脈波信号を時間領域から周波数領域へ変換して脈波信号の周波数スペクトルを求めるために動作する。図１０は、そのようにして求めた安静期間での脈波振幅変動成分の周波数スペクトルのプロットである。
【００９８】
ステップＳ４２ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、ステップＳ４１ａで求めた周波数スペクトル中の（最大）強度ピークを探索する。探索により、図１０の例では、最大強度ピークＰＥＡＫが検出される。
【００９９】
図８のステップＳ４３ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、ステップＳ４２ａで検出された最大強度ピークＰＥＡＫの周波数ｆｐｅａｋ［Ｈｚ］を特定し、同周波数を、単位ｂｐｍにおける値に換算する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図４のＳ６へ移行する。
【０１００】
再び図４に戻り、ステップＳ６において、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ４０で求めた脈拍数を、表示部１４（図２）へ出力することにより、脈拍数を表示部１４に表示させる。
【０１０１】
他方、ステップＳ３において、４秒間以上にわたり連続する安静期間が検出されなかった場合、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ５０において、解析対象期間内に取得した全ての脈波振幅変動成分を用いて脈拍数を算出する。
【０１０２】
ここで、図１１、および、図１２を参照しながら、ステップＳ５０の処理について説明する。図１１は、第１の実施形態による脈拍測定装置１がする脈拍数算出処理（ステップＳ５０）の流れを示すフローチャートである。図１１に示された各工程は、主として、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１によって行われてよい。
【０１０３】
図１１のステップＳ５１ａにおいて、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１は、記憶部３２のＲＡＭに格納された、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（２５６データポイント）（図７（ａ））を読み出す。
【０１０４】
制御部（ＣＰＵ）３１は、読み出された脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）について、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行い、解析対象期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルを取得する。図１２は、そのようにして求めた解析対象期間での脈波振幅変動成分の周波数スペクトルのプロットである。
【０１０５】
図１１のステップＳ５２ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、ステップＳ５１ａで求めた周波数スペクトルのうち前回の脈拍測定で算出した脈拍数に相当する周波数ｆｐｒｅｖ近傍の周波数範囲ＳＲ中の（最大）強度ピークを探索する。探索により、図１２の例では、最大強度ピークＰＥＡＫが検出される。
【０１０６】
ステップＳ５３ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、ステップＳ５２ａで検出された最大強度ピークＰＥＡＫの周波数ｆｐｅａｋ［Ｈｚ］を特定し、同周波数を、単位ｂｐｍにおける値に換算する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図４のＳ６へ移行する。
【０１０７】
再び図４に戻り、ステップＳ６において、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ５０で求めた脈拍数を、表示部１４（図２）へ出力することにより、脈拍数を表示部１４に表示させる。
【０１０８】
図１３は、比較実験の結果を示すグラフである。横軸は、時間［秒］であり、縦軸は、各時刻において各装置が算出した脈拍数［ｂｐｍ］である。比較実験は、本実施形態による脈拍測定装置１と、従来型の光電式脈拍測定装置と、測定精度の基準となる心電式心拍測定装置と、の間で行われた。従来型の光電式脈拍測定装置としては、被測定者の手首に装着される腕時計型の装置が用いられた。心電式心拍測定装置としては、被測定者の胸部に巻き回して装着されるベルト型の装置が用いられた。
【０１０９】
プロットＥＭＢは、本実施形態による脈拍測定装置１が各時刻において算出した脈拍数のプロットである。プロットＣＮＶは、従来型の脈拍測定装置が各時刻において算出した脈拍数のプロットである。プロットＨＲＴは、上記心電式心拍測定装置が各時刻において算出した脈拍数（心拍数）のプロットである。本実験では、プロットＨＲＴをリファレンスとして、脈拍測定装置１および従来型の脈拍測定装置の性能比較を行っている。
【０１１０】
実験中、被測定者には、時刻２５０［秒］から時刻Ｔ１［秒］の間安静にしてもらい、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２［秒］の間、運動を行ってもらい、再び、時刻Ｔ２［秒］から時刻Ｔ３［秒］の間、安静にしてもらい、再び、時刻Ｔ３［秒］から運動を再開してもらった。
【０１１１】
グラフ中、時刻Ｔ２［秒］〜Ｔ３［秒］の期間に注目すると、運動を止めた被測定者の脈拍数は、（プロットＨＲＴによれば）次第に減少している。本実施形態による脈拍測定装置１による脈拍数算出結果であるプロットＥＭＢは、減少が始まるタイミングに関してプロットＨＲＴに対し若干の遅れが見られるものの、時刻７５０［秒］あたりでプロットＨＲＴとほぼ一致するようになる。他方、従来の脈拍測定装置による脈拍数算出結果であるプロットＣＮＶは、時刻Ｔ２［秒］〜Ｔ３［秒］の期間中脈拍数１４０［ｂｐｍ］近傍の値を出力している。
【０１１２】
このように、本実施形態による脈拍測定装置１では、従来型の脈拍測定装置と比較して、心電式心拍測定装置に近い測定結果が得られ、脈拍測定の精度の顕著な向上が見られた。
【０１１３】
安静期間検出処理の第１の変形例
次に、第１の実施形態による脈拍測定装置１に適用可能な安静期間検出処理の第１の変形例について説明する。本変形例では、脈拍測定装置１は、解析対象期間内の安静期間を、体動の加速度の大きさに基づいて検出する。
【０１１４】
本変形例は、先に図４に示したフローチャートのステップＳ２０の別例である。本変形例にかかる脈拍測定装置の構成は、先に図２および図３に示した構成と同じでよく、その動作は、ステップＳ２０の処理を除き、図４に示した処理と同じでよい。以下、図１４を参照し、本変形例での安静期間検出処理について説明する。なお、図６のフローチャートに表された処理と同じ処理については、図１４でも同じ参照符号が付されている。
【０１１５】
図１４のステップＳ２１ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、記憶部３２のＲＡＭに格納された、加速度Ｘ軸成分のデータ列ＡＣＣＸ（ｎ）および加速度Ｙ軸成分のデータ列ＡＣＣＹ（ｎ）を読み出す（図７（ｂ）および図７（ｃ））。
【０１１６】
図１４のステップＳ２２ｂにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、加速度Ｘ軸成分のデータ列から０．０５Ｇ未満の値を有するデータポイントを抽出する。同様にして、制御部（ＣＰＵ）３１は、加速度Ｙ軸成分のデータ列から、０．０５Ｇ未満の値を有するデータポイントを抽出する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、これら抽出の結果に基づいて、加速度Ｘ軸成分および加速度Ｙ軸成分がともに０．０５Ｇ未満であるデータポイント（ゼロ加速度ポイント）を特定する。
【０１１７】
ステップＳ２３ｂにおいて、制御部３１は、ステップＳ２２ｂでの特定結果に基づいて、安静期間を検出する。本例では、安静期間は、被測定者の体動の加速度のＸ軸成分およびＹ軸成分の大きさが、ともに、常に所定の値を超えない（例：０．０５Ｇ未満である）期間である。先ず、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２２ｂで特定されたゼロ加速度ポイントについて、測定の時系．列に関し互いに隣接している（連続している）ゼロ加速度ポイントを抽出する。制御部（ＣＰＵ）３１は、測定の時系列に沿って連続する、互いに隣接するゼロ加速度ポイントからなるデータ群を安静期間データ群として特定する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、このようにして特定された判定対象データ群が取得された期間を安静期間とする。
【０１１８】
つまり、本変形例では、解析対象期間のうちで、
ａ）  加速度Ｘ軸成分が、０．０５Ｇ未満であり、かつ、
ｂ）  加速度Ｙ軸成分が、０．０５Ｇ未満である、
ような期間を、安静期間と判定する。
【０１１９】
ステップＳ２８ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、特定された安静期間のうちで最も時間長が長い安静期間を特定し、当該最長の安静期間の始点や終点（解析対象期間における時間的位置もしくはデータ列における位置）を特定する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図４のステップＳ３へ移行する。
【０１２０】
本変形例では、安静期間の検出に際し体動の加速度の時間変化と脈波振幅変動成分の時間変化との間の相関係数を求めない。本変形例では、体動の加速度の大きさのみに基づいて、安静期間の検出を行っている。本変形例では、安静検出にかかる加速度の大きさの閾値として極めて小さな値を設定することによって、脈波振幅変動成分との相関性の有無の検討を省略している。本変形例は、計算コストの点で、先に説明した安静期間検出処理よりも有利である。
【０１２１】
脈拍数算出処理の第１の変形例
以下、図１５、図１６、および、図１７を参照して、第１の実施形態による脈拍測定装置１に適用可能な脈拍数算出処理の変形例について説明する。本変形例では、脈拍測定装置１は、脈拍数を、脈波振幅変動成分の時間領域のデータに現れる時間変化の周期性に基づいて算出する。なお、本変形例は、次に説明する第２の実施形態による脈拍測定装置にも適用可能である。
【０１２２】
本変形例は、先に図４に示したフローチャートのステップＳ４０の別例である。本変形例にかかる脈拍測定装置の構成は、先に図２および図３に示した構成と同じでよく、その動作は、ステップＳ４０の処理を除き、図４に示した処理と同じでよい。以下、図１５を参照し、本変形例での安静期間検出処理について説明する。なお、図８のフローチャートに表された処理と同じ処理については、図１５でも同じ参照符号が付されている。
【０１２３】
図１５は、脈拍数算出処理（ステップＳ４０）の変形例での処理の流れを示すフローチャートである。図１５に示された各工程は、主として、脈拍数算出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１によって行われてよい。
【０１２４】
図１５のステップＳ４１ｂにおいて、脈拍数算出部として動作得する制御部（ＣＰＵ）３１は、先ず、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（図７（ａ））を記憶部３２のＲＡＭから読み出して、ステップＳ２８ａで特定された最長の安静期間に対応する脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）の部分を特定する。
【０１２５】
そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２８ａで特定された最長の安静期間において、脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときのゼロクロス点を検出し、当該データポイントが取得されたタイミングを特定する。なお、抽出されるゼロクロス点は、データの値が正から負へ変化するときのゼロクロス点でもよい。あるいは、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときと、正から負へ変化するときの両方のゼロクロス点を抽出してもよい。
【０１２６】
ステップＳ４２ｂにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、隣接ゼロクロス点間のインターバルを求める。
【０１２７】
図１６は、このようにして求めたゼロクロス点間インターバルを示す例図である。制御部（ＣＰＵ）３１は、安静期間に対応する区間Ｒにおいて、負から正へ変化する間のゼロクロス点を検出し、隣接ゼロクロス点間インターバルＩＬ１〜ＩＬ６を導出する。インターバルＩＬ１〜ＩＬ６は、データ列のサンプリング周波数（本例では１６Ｈｚ）を考慮して時間を単位とする量に変換される。
【０１２８】
図１５のステップＳ４３ｂにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、安静期間に対応する区間Ｒにおける隣接ゼロクロス点間インターバルＩＬ１〜ＩＬ６の平均値を求め、求めた平均値から１分あたりのゼロクロス点数を推定することにより、脈拍数を算出する。
【０１２９】
図１７は、脈拍数算出処理（Ｓ４０）変形例と対応する脈拍数算出処理（ステップＳ５０）の変形例での処理の流れを示すフローチャートである。
【０１３０】
図１７のステップＳ５１ｂにおいて、脈拍数算出部として動作得する制御部（ＣＰＵ）３１は、先ず、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（図７（ａ））を記憶部３２のＲＡＭから読み出して、解析対象期間において脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときのゼロクロス点を検出し、当該データポイントが取得されたタイミングを特定する。なお、抽出されるゼロクロス点は、データの値が正から負へ変化するときのゼロクロス点でもよい。あるいは、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときと、正から負へ変化するときの両方のゼロクロス点を抽出してもよい。
【０１３１】
ステップＳ５２ｂにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、隣接するゼロクロス点のタイミング間のインターバルを求める。
【０１３２】
ステップＳ５３ｂにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部として動作して、解析対象期間における隣接ゼロクロス点間インターバルの平均値を求め、求めた平均値から１分あたりのゼロクロス点数を推定することにより、脈拍数を算出する。
【０１３３】
このように、本変形例においては、脈拍測定装置１は、脈波振幅変動成分の時間領域のデータから、振幅のゼロクロス点の数を求めることにより、脈拍数を算出する。そのため、本変形例では、極めて簡単な演算のみで脈拍数を求めることができる。なお、ステップＳ４１ｂおよびステップＳ５１ｂで検出される特徴点は、ゼロクロス点に限定されない。検出される点は、脈波振幅変動成分の時間変化の周期性をよく示す点であればよい。例えば、検出される点は、ピーク点、ボトム点、変曲点等でもよい。また、検出される点はそれらに限定されない。
【０１３４】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態による脈拍測定装置は、第１の実施形態による脈拍測定装置と同様、被測定者の血管の脈動を光電センサ（脈波センサ）で検知することにより当該被測定者の脈拍数を算出する脈拍測定装置である。第１の実施形態による脈拍測定装置と異なり、本実施形態による脈拍測定装置は、被測定者の運動（体動）を計測するための加速度センサを備えない。本脈拍測定装置では、解析対象期間中の各時点での被測定者の体動の有無を脈波信号に基づいて判別し、被測定者の体動が無かった時間帯に収集した脈波のデータに基づいて脈拍数を測定する。そうすることで、本脈拍測定装置が行う脈拍測定においては、脈拍数算出に対する被測定者の体動に由来する雑音の影響が軽減される。そのため、本脈拍測定装置は被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる。さらに、本実施形態による脈拍測定装置は、加速度センサを備える必要がないため、コスト面や、装置寸法の小型化、装置重量の軽量化といった様々な点で有利である。
【０１３５】
図１８に示されるように、第２の実施形態による脈拍測定装置１の構成は、加速度センサ部３３（図２）を有さない点を除き、第１の実施形態による脈拍測定装置１の構成と同じでよい。よってここでは、第２の実施形態による脈拍測定装置１の構成の説明を省略する。
【０１３６】
次に、図１９〜図２２を参照し、第２の実施形態による脈拍測定装置１の動作について説明する。
【０１３７】
図１９は、制御部（ＣＰＵ）３１が脈拍測定プログラムを実行することにより実施される脈拍測定装置１の動作フローを示すフローチャートである。脈拍測定装置１は、既に図５を参照して説明したように、解析対象期間の間、脈波信号および体動信号を取得し、取得した脈波信号等に基づいて脈拍数を算出する。本実施形態での動作ステップのうち先に図４に示したフローチャートの動作ステップと同じものについては、図１９でも同じ参照符号が付されている。それらステップについては、適宜、説明を簡略化する。
【０１３８】
ステップＳ１ｂにおいて、脈拍測定装置１の制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波信号取得部として動作して、予め定められた解析対象期間の間（例えば１６秒間）、被測定者の血管の脈動を表す脈波信号を脈波センサ部１５から取得する。
【０１３９】
取得された脈波信号は、サンプリング周波数３２Ｈｚのデジタルデータとして、一旦、記憶部３２のＲＡＭに格納される。
【０１４０】
制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分のデジタルデータからサンプリング周波数１６Ｈｚのデジタルデータを生成する。このようにして生成されたデータ（脈波振幅変動成分）は、２５６データポイント（１６×１６データポイント）からなるデータ列である。
【０１４１】
ステップＳ２０において、脈拍測定装置１の制御部（ＣＰＵ）３１は、安静期間検出部として動作して、安静期間を、脈波振幅変動成分に基づいて検出する。
【０１４２】
ここで、図２０、図２１、および図２２を参照しながら、ステップＳ２０の処理について説明する。図２０は、第２の実施形態による脈拍測定装置１がする安静期間検出処理（ステップＳ２０）の流れを示すフローチャートである。図２０に示された各工程は、主として、安静期間検出部として動作する制御部（ＣＰＵ）３１によって行われてよい。
【０１４３】
図２０のステップＳ２１ｃにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、解析対象期間内に、複数の判定対象期間を設定する。ここでの判定対象期間とは、ステップＳ２３ｃでの処理によって安静期間であるか否かについての判定がなされる対象となる期間である。判定対象期間は、本例では、図２１に示されるように、様々な時間長で、互いの重複を許して設定される。例えば、判定期間Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ４秒の時間長を有し、互いに隣接する。判定期間Ｄ５や判定期間Ｄ６は、部分的に判定期間Ｄ１〜Ｄ４の一部と重複する。判定期間Ｄ７のように、判定期間Ｄ１〜Ｄ６とは異なる時間長（例えば、２秒間）といった判定期間も設定されてよい。ステップＳ２２ｃにおいて判定対象期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルが求められ、ステップＳ２３ｃにおいて当該周波数スペクトルに基づいて判定対象期間が安静期間であるか判断する。
【０１４４】
図２０のステップＳ２２ｃにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈拍数算出部の周波数変換部として動作して、ステップＳ２１ｃで設定した判定対象期間それぞれについて、判定対象期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルを取得する。当該取得にあたっては、ＦＦＴが用いられてよい。図２２は、そのようにして取得した、ある判定対象期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルのプロットである。
【０１４５】
図２０のステップＳ２３ｃにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、安静期間検出部として動作して、ステップＳ２１ｃで設定した判定対象期間それぞれについて、判定対象期間における脈波振幅変動成分の周波数スペクトルに基づいて、当該判定対象期間が安静期間であるか否か判断する。具体的には、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分の周波数スペクトルのうちで、スペクトル強度が所定値以上である周波数の範囲を求め、そのようにして求めた周波数範囲の広さに基づいて、判定対象期間が安静期間であるか否か判断する。
【０１４６】
当該判断について図２２を参照して例示する。例えば、制御部（ＣＰＵ）３１は、先ず、周波数スペクトルの最大強度に対し２５％以上の強度を有する周波数の範囲を検出する。ここでは、周波数の範囲Ｗ１、Ｗ２、および、Ｗ３が検出される。次に制御部（ＣＰＵ）３１は、これら周波数範囲の幅の和、すなわちＷ１＋Ｗ２＋Ｗ３、で表される周波数幅が、ヒトの脈拍数がとり得る全周波数範囲の幅に占める割合を求め、当該割合が、所定の閾値未満である場合に、判定対象期間が安静期間であると判断する。ここで、ヒトの脈拍数がとり得る全周波数範囲の幅とは、例えば、０．５［Ｈｚ］（＝３０［ｂｐｍ］）から５．０［Ｈｚ］（＝３００［ｂｐｍ］）の幅、４．５［Ｈｚ］でよい。また、上での「２５％」なる数値は一例に過ぎず、他の比率を用いてもよい。
【０１４７】
本実施形態による脈拍測定装置１は、解析対象期間に含まれる任意長の所与の期間のうち、
ａ）  所与の期間の脈波振幅変動成分の周波数スペクトルにおいてその強度が所定の閾値を超えている周波数の範囲の幅がヒトの脈拍数がとり得る全周波数範囲の幅に占める割合に関し、当該割合が別の所定の閾値未満である
ような期間を、安静期間と判定する。
【０１４８】
図２０のステップＳ２７ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２３ｃにおいて特定された安静期間について互いに隣接するか、あるいは、一部がオーバーラップしている２つの安静期間があれば、それら２つの安静期間を結合する。以後、脈拍測定装置１は、当該２つの安静期間を１つの安静期間として扱う。
【０１４９】
ステップＳ２８ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、特定された安静期間のうちで最も時間長が長い安静期間を特定し、当該最長の安静期間の始点や終点（解析対象期間における時間的位置もしくはデータ列における位置）を特定する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図１９のステップＳ３へ移行する。
【０１５０】
図１９のステップＳ３においては、第１の実施形態と同様にして、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２０において４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されたか否かを判断する。４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されている場合には、処理は、ステップＳ４０の処理へ移行する。４秒間以上の時間長を有する安静期間が検出されなかった場合には、処理は、ステップＳ５０の処理へ移行する。
【０１５１】
ステップＳ４０においては、制御部（ＣＰＵ）３１は、主として脈拍数算出部として動作して、安静期間の脈波振幅変動成分に基づいて、脈拍数を算出する。ステップＳ４０での処理は、図８（または図１５）に示した処理と同じでよいため、ここでの説明を省略する。
【０１５２】
ステップＳ５０においても、制御部（ＣＰＵ）３１は、主として脈拍数算出部として動作して、解析対象期間の脈波振幅変動成分に基づいて、脈拍数を算出する。ステップＳ５０での処理は、図１１（または図１７）に示した処理と同じでよいため、ここでの説明を省略する。
【０１５３】
ステップＳ６において、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ４０またはＳ５０で求めた脈拍数を、表示部１４（図２）へ出力することにより、脈拍数を表示部１４に表示させる。
【０１５４】
このように、本実施形態による脈拍測定装置１は、脈波振幅変動成分のみに基づいて安静期間を検出して、検出した安静期間に取得された脈波振幅変動成分のみに基づいて脈拍数を算出することができる。そのため、本装置では、加速度センサを搭載する必要がなくなり、コスト面での優位性を期待できる。
【０１５５】
安静期間検出処理の第２の変形例
最後に、第２の実施形態による脈拍測定装置１に適用可能な安静期間検出処理の第２の変形例について説明する。本変形例では、脈拍測定装置１は、安静期間を、脈波振幅変動成分の時間変化の周期性の統計的ばらつきに基づいて検出する。下に示す例では、統計的なばらつきの尺度として標準偏差が利用される。しかしながら統計的ばらつきの尺度は、標準偏差のほか、分散、範囲等があり、さらに、これに限定されない。なお、本変形例は、先に説明した第１の実施形態による脈拍測定装置１にも適用可能である。
【０１５６】
本変形例は、先に図１９に示したフローチャートのステップＳ２０の別例である。本変形例にかかる脈拍測定装置の構成は、先に図１８、または、図２および図３に示した構成と同じでよく、その動作は、ステップＳ２０の処理を除き、図１９または図４に示した処理と同じでよい。以下、図２３および図２４を参照し、本変形例での安静期間検出処理について説明する。なお、先に示された処理と同じ処理については、図２３でも同じ参照符号が付されている。
【０１５７】
図２３のステップＳ２１ｃにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、解析対象期間内に、複数の判定対象期間を設定する。ここでの判定対象期間は、図２１に例示した期間でよい。判定対象期間は、様々な時間長で、互いの重複を許して設定される。
【０１５８】
図２３のステップＳ２２ｄにおいて、脈拍数算出部として動作得する制御部（ＣＰＵ）３１は、先ず、脈波振幅変動成分のデータ列ＰＡＣ（ｎ）（図７（ａ））を記憶部３２のＲＡＭから読み出して、脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときのゼロクロス点を検出し、当該データポイントが取得されたタイミングを特定する。なお、抽出されるゼロクロス点は、データの値が正から負へ変化するときのゼロクロス点でもよい。あるいは、制御部（ＣＰＵ）３１は、脈波振幅変動成分のデータの値が負から正へ変化するときと、正から負へ変化するときの両方のゼロクロス点を抽出してもよい。
【０１５９】
図２４は、このようにして求めたゼロクロス点間インターバルを示す例図である。制御部（ＣＰＵ）３１は、解析対象期間に含まれる全てのデータについて、負から正へ変化する間のゼロクロス点を検出し、隣接ゼロクロス点間インターバルＩＬ１〜ＩＬ１７を導出する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２１ｃで設定した判定対象期間それぞれに含まれる隣接ゼロクロス点間インターバルを特定する。
【０１６０】
図２３に戻り、ステップＳ２３ｄにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２１ｃで設定した判定対象期間それぞれについて、当該判定対象期間に含まれる隣接ゼロクロス点間インターバルの標準偏差と、平均値と、を算出する。そして、制御部（ＣＰＵ）３１は、判定対象期間の隣接ゼロクロス点間インターバルの標準偏差を平均値で割った数が、０．２未満であるか否かを判断する。制御部（ＣＰＵ）３１は、数「（隣接ゼロクロス点間インターバルの標準偏差）／（平均値）」が０．２未満である判定対象期間を安静期間と判定する。
【０１６１】
ステップＳ２７ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、ステップＳ２３ｄにおいて特定された安静期間について互いに隣接するか、あるいは、一部がオーバーラップしている２つの安静期間があれば、それら２つの安静期間を結合する。以後、脈拍測定装置１は、当該２つの安静期間を１つの安静期間として扱う。
【０１６２】
ステップＳ２８ａにおいて、制御部（ＣＰＵ）３１は、特定された安静期間のうちで最も時間長が長い安静期間を特定し、当該最長の安静期間の始点や終点（解析対象期間における時間的位置もしくはデータ列における位置）を特定する。本処理の後、脈拍測定装置１の処理は、図１９のステップＳ３へ移行する。
【０１６３】
本変形例では、図２０に示した安静期間検出処理とは異なり、脈波振幅変動成分を周波数領域へ変換する必要がない。さらに、図２３に示した本変形例での処理は、簡単な演算のみで構成されるため、本変形例は、計算コストの点で、先に説明した安静期間検出処理よりも有利である。
【０１６４】
以上より明らかなように、この発明の第１および第２の実施形態ならびにその変形例による脈拍測定装置または脈拍測定方法は、解析対象範囲のうちで被測定者が安静状態にあった期間を検出して当該期間に取得されたデータを利用して脈拍数を算出する。そのため、本装置または本方法によれば、被測定者の体動が頻繁に発生するような状況においても、可能な限り精確に当該被測定者の脈拍数を測定することができる。また、これらの装置または方法は、従来型の脈拍測定装置の一例にあるように前回の脈拍測定において算出された脈拍数に応じて今回の脈拍測定における脈拍数算出過程のパラメータを決定するようなことがない。したがって、本装置または本方法によれば、仮に前回の脈拍測定において算出された脈拍数に大きな誤差が含まれるような場合でも、当該誤差に起因して今回の脈拍測定の精度が劣化するようなことがない。つまり、本装置または本方法では、仮に脈拍測定において算出された脈拍数が異常値を示したとしても、次回の脈拍測定で正常に脈拍数を算出することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１  脈拍測定装置
１０  本体
１４  表示部
１５  脈波センサ部
１６  発光素子
１７  受光素子
３１  ＣＰＵ
３２  記憶部
３３  加速度センサ部
３４  操作部
４８  加速度センサ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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