(57)【要約】【課題】生体信号の特徴を抽出する方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明の生体信号の特徴を抽出する方法は、ユーザから検出された生体信号の波形から加速度波形を算出し、加速度波形から入射加速度波形を抽出し、加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出する。【選択図】図２
2017086876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号の波形から加速度波形を算出するステップと、
前記加速度波形から入射加速度波形を抽出するステップと、
前記加速度波形と前記入射加速度波形との間の相関関係に基づいて前記生体信号の特徴を抽出するステップと、を有することを特徴とする生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項２】
前記生体信号は、脈波を含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項３】
前記加速度波形を算出するステップは、前記生体信号の波形を２次微分して加速度波形を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項４】
前記加速度波形を算出するステップは、前記生体信号の波形のｎ番目サンプル値、前記生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び前記生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて加速度波形を算出するステップを含み、
前記ｄはサンプル間隔であり、前記ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数であることを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項５】
前記生体信号の一周期波形を取得するステップと、
前記生体信号の平均波形を取得するステップと、のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項６】
前記入射加速度波形は、前記生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形であることを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項７】
前記入射加速度波形は、心臓収縮によって生成された脈波信号に比べて雑音の影響が小さい区間に対応する区間波形であることを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項８】
前記入射加速度波形を抽出するステップは、心臓収縮圧力による血管反応指標に基づいて前記加速度波形から入射加速度波形を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項９】
前記入射加速度波形を抽出するステップは、前記加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から入射加速度波形を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項１０】
前記生体信号の特徴を抽出するステップは、前記入射加速度波形を前記加速度波形の区間内で移動させながら、前記入射加速度波形と前記加速度波形との間の時間による相関度を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項１１】
前記生体信号の特徴を抽出するステップは、前記相関関係に含まれる極点の数、前記相関関係に含まれる極点の位置、又は前記相関関係に含まれる極点の値のうちの少なくとも１つに基づいて生体信号の特徴を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項１２】
前記生体信号は、心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波及び身体の先端部から戻る反射波を含み、
前記生体信号の特徴を抽出するステップは、
前記相関関係で、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索するステップと、
前記最初の極大点を前記反射波の開始点として抽出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の生体信号の特徴を抽出する方法。
【請求項１３】
ハードウェアと結合して請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の生体信号の特徴を抽出する方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１４】
生体信号を検出する検出部と、
前記生体信号の波形から加速度波形を算出し、前記加速度波形から入射加速度波形を抽出し、前記加速度波形と前記入射加速度波形との間の相関関係に基づいて前記生体信号の特徴を抽出するプロセッサと、を備えることを特徴とする生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項１５】
前記生体信号は、脈波を含むことを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記生体信号の波形を２次微分して前記加速度波形を算出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項１７】
前記プロセッサは、前記生体信号の波形のｎ番目サンプル値、前記生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び前記生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて前記加速度波形を算出し、
前記ｄはサンプル間隔であり、前記ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数であることを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記生体信号の一周期波形を取得するか、又は前記生体信号の平均波形を取得することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項１９】
前記入射加速度波形は、前記生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形であることを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２０】
前記入射加速度波形は、心臓収縮によって生成された脈波信号に比べて雑音の影響が小さい区間に対応する区間波形であることを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは、心臓収縮圧力による血管反応指標に基づいて前記加速度波形から前記入射加速度波形を抽出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２２】
前記プロセッサは、前記加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から前記入射加速度波形を抽出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記入射加速度波形を前記加速度波形の区間内で移動させながら、前記入射加速度波形と前記加速度波形との間の時間による相関度を算出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２４】
前記プロセッサは、前記相関関係に含まれる極点の数、前記相関関係に含まれる極点の位置、又は前記相関関係に含まれる極点の値のうちの少なくとも１つに基づいて前記生体信号の特徴を抽出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【請求項２５】
前記生体信号は、心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波及び身体の先端部から戻る反射波を含み、
前記プロセッサは、前記相関関係で、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索し、前記最初の極大点を前記反射波の開始点として抽出することを特徴とする請求項１４に記載の生体信号の特徴を抽出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号の特徴を抽出する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェアラブル機器と様々なセンサを活用したモバイル検出アプリケーション分野において、脈波波形の分析を通してユーザの健康状態をモニタリングする技術がある。モバイル検出環境では体の動きと姿勢に応じて生体信号以外に様々な雑音が生成され、生体信号の測定結果に示されることがある。このような雑音は、生体信号波形を分析する際にエラーを招くことになる。脈波の基本波形にノイズが少しでも混合した波形を微分する際にノイズの影響が増大して波形の歪みが激しくなる。そのため、基本波形で探索したい極点又は変曲点を探すことが困難になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ユーザから検出された生体信号の特徴を抽出する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による生体信号の特徴を抽出する方法は、生体信号の波形から加速度波形を算出するステップと、前記加速度波形から入射加速度波形を抽出するステップと、前記加速度波形と前記入射加速度波形との間の相関関係に基づいて前記生体信号の特徴を抽出するステップと、を有する。
【０００５】
前記生体信号は、脈波を含み得る。
前記加速度波形を算出するステップは、前記生体信号の波形を２次微分して加速度波形を算出するステップを含み得る。
前記加速度波形を算出するステップは、前記生体信号の波形のｎ番目サンプル値、前記生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び前記生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて加速度波形を算出するステップを含み、前記ｄはサンプル間隔であり、前記ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数であり得る。
前記生体信号の特徴を抽出する方法は、前記生体信号の一周期波形を取得するステップと、前記生体信号の平均波形を取得するステップと、のうちの少なくとも１つを更に含み得る。
前記入射加速度波形は、前記生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形であり得る。
前記入射加速度波形は、心臓収縮によって生成された脈波信号に比べて雑音の影響が小さい区間に対応する区間波形であり得る。
前記入射加速度波形を抽出するステップは、心臓収縮圧力による血管反応指標に基づいて前記加速度波形から入射加速度波形を抽出するステップを含み得る。
前記入射加速度波形を抽出するステップは、前記加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から入射加速度波形を抽出するステップを含み得る。
前記生体信号の特徴を抽出するステップは、前記入射加速度波形を前記加速度波形の区間内で移動させながら、前記入射加速度波形と前記加速度波形との間の時間による相関度を算出するステップを含み得る。
前記生体信号の特徴を抽出するステップは、前記相関関係に含まれる極点の数、前記相関関係に含まれる極点の位置、又は前記相関関係に含まれる極点の値のうちの少なくとも１つに基づいて生体信号の特徴を抽出するステップを含み得る。
前記生体信号は、心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波及び身体の先端部から戻る反射波を含み、前記生体信号の特徴を抽出するステップは、前記相関関係で、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索するステップと、前記最初の極大点を前記反射波の開始点として抽出するステップと、を含み得る。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による生体信号の特徴を抽出する装置は、生体信号を検出する検出部と、前記生体信号の波形から加速度波形を算出し、前記加速度波形から入射加速度波形を抽出し、前記加速度波形と前記入射加速度波形との間の相関関係に基づいて前記生体信号の特徴を抽出するプロセッサと、を備える。
【０００７】
前記生体信号は、脈波を含み得る。
前記プロセッサは、前記生体信号の波形を２次微分して前記加速度波形を算出し得る。
前記プロセッサは、前記生体信号の波形のｎ番目サンプル値、前記生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び前記生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて前記加速度波形を算出し、前記ｄはサンプル間隔であり、前記ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数であり得る。
前記プロセッサは、前記生体信号の一周期波形を取得するか、又は前記生体信号の平均波形を取得し得る。
前記入射加速度波形は、前記生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形であり得る。
前記入射加速度波形は、心臓収縮によって生成された脈波信号に比べて雑音の影響が小さい区間に対応する区間波形であり得る。
前記プロセッサは、心臓収縮圧力による血管反応指標に基づいて前記加速度波形から前記入射加速度波形を抽出し得る。
前記プロセッサは、前記加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から前記入射加速度波形を抽出し得る。
前記プロセッサは、前記入射加速度波形を前記加速度波形の区間内で移動させながら、前記入射加速度波形と前記加速度波形との間の時間による相関度を算出し得る。
前記プロセッサは、前記相関関係に含まれる極点の数、前記相関関係に含まれる極点の位置、又は前記相関関係に含まれる極点の値のうちの少なくとも１つに基づいて前記生体信号の特徴を抽出し得る。
前記生体信号は、心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波及び身体の先端部から戻る反射波を含み、前記プロセッサは、前記相関関係で、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索し、前記最初の極大点を前記反射波の開始点として抽出し得る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ユーザから検出された生体信号の波形から算出された加速度波形と、加速度波形から抽出された入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出することができる。
また、入射加速度波形を加速度波形の区間内で移動させながら、入射加速度波形と加速度波形との間の時間による相関度を算出し、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索して生体信号の特徴を抽出することができる。
また、加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に含まれる極点の数、相関関係に含まれる極点の位置、及び相関関係に含まれる極点の値などに基づいて様々な生体信号の特徴を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態により検出された生体信号を示す図である。
【図２】一実施形態による生体信号の特徴を抽出する方法を示したフローチャートである。
【図３】一実施形態による加速度波形を算出する方法を説明するための図である。
【図４】一実施形態による入射加速度波形を抽出する方法を説明するための図である。
【図５】一実施形態による加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係を求める方法を説明するための図である。
【図６】一実施形態による加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出する方法を説明するための図である。
【図７】他の実施形態による生体信号の特徴を抽出する方法を示したフローチャートである。
【図８】一実施形態による生体信号の特徴を様々な環境で抽出した結果を示したグラフである。
【図９】一実施形態による生体信号の特徴を抽出する装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面で提示する同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００１１】
本実施形態で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いるものであって、実施形態を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組合せたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組合せたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【００１２】
異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【００１３】
また、図面を参照して説明する際に、図面符号に関係なく同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、それに対する重複説明を省略する。本実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
下記で説明する実施形態は、ユーザの健康状態をモニタリングするために用いられる。本実施形態は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、モバイルデバイス、スマートフォン、テレビ、スマート家電機器、知能型自動車、ウェアラブル装置、家庭用機器、コンテンツプレーヤー、通信システム、映像処理システム、グラフィック処理システム、又は他の家電／情報技術（ｃｏｎｓｕｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ／ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣＥ／ＩＴ））装置などのユーザの健康状態をモニタリングする様々な形態の製品に具現される。ウェアラブル装置は、例えば、指輪、時計、メガネ、メガネタイプの装置、ブレスレット、足首ブラケット（ａｎｋｌｅ  ｂｒａｃｋｅｔ）、ベルト、ネックレス、イヤリング、ヘアバンド、ヘルメット、服に内蔵された装置などを含む。
【００１５】
例えば、本実施形態は、スマートホームシステムなどでユーザの健康状態をモニタリングするために適用される。以下、本実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面に提示する同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００１６】
図１は、一実施形態により検出された生体信号を示す図である。図１は、生体信号の一例として脈波の基本波形を示す。以下、説明の便宜のために生体信号の１つである脈波を一実施形態に挙げて説明するが、生体信号が必ずしもこれに限定されるものではない。
【００１７】
脈波は、血液が心臓から排出される際に示される脈動性波形として、心臓の緩和及び収縮作用による血流量の変化とそれに伴う血管の容積変化を通して測定可能である。本実施形態による装置は、光電式容積脈波のための少なくとも１つのセンサを含み、光を用いて血管の容積変化時に示される生体組織の光に対する反射率、吸収率、透過率などの特性を観察し、その変化により脈波を測定する。脈波は非侵襲的生体信号の測定という点で幅広く使用されている。
【００１８】
脈波の波形は、主に心臓収縮により心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波Ｘと、身体の先端部から戻ってくる反射波Ｙが重なって構成され、その他に血管の弾性による波形も重なる。進行波Ｘと反射波Ｙの重複形態によって脈波の波形は様々な形態を有する。
【００１９】
進行波Ｘと反射波Ｙは、例えば、波形１１０のように進行波Ｘと反射波Ｙのそれぞれの開始点及び極大点の位置が明確に把握される形態で重なる。或いは、例えば、波形１３０のように進行波Ｘと反射波Ｙのそれぞれの開始点及び極大点の位置が明確に把握されない形態で重なる。
【００２０】
進行波Ｘと反射波Ｙによって把握される様々な特徴は、ユーザの健康状態をモニタリングするために使用される。一例として、進行波Ｘと反射波Ｙとの間の時間差によりユーザの血圧を推定する。このような側面から、脈波分析のときに反射波の開始点や反射波の極大点の位置を探すことが要求される。
【００２１】
図２は、一実施形態による生体信号の特徴を抽出する方法を示したフローチャートである。
【００２２】
図２に示す動作は図示した順序及び方法のように実行されるが、他の実施形態として、以下で説明する例示的な実施形態は、思想及び範囲を逸脱することなく一部動作の順序が変更されるか又は一部動作が省略される。図２に示す多くの動作は、並列に実行されるか又は同時に実行される。以下の図２に示す記載内容に加えて、図１に示す記載内容も図２に適用されるか又は参考として引用される。従って、上記記載内容は繰り返して記載しないこともある。
【００２３】
図２を参照すると、本実施形態による生体信号の特徴を抽出する装置（以下、「抽出装置」）は、ユーザから検出された生体信号の波形から加速度波形を算出する（ステップＳ２１０）。生体信号は脈波を含む。抽出装置は、生体信号の一周期波形を取得し、生体信号の平均波形を取得する。
【００２４】
抽出装置は、例えば、生体信号の波形を各波形の開始点と終了点に分類し、そのうちの一個の脈波波形を一周期波形として取得する。或いは、抽出装置は、同じ一周期の単位の長さに該当する各波形の平均波形を求める方式で生体信号の平均波形を取得する。
【００２５】
抽出装置は、例えば、生体信号の波形を２次微分して加速度波形を算出する。抽出装置は、例えば、生体信号の波形のｎ番目サンプル値、生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて加速度波形を算出する。ここで、ｄはサンプル間隔であり、ｎはｄより大きいか又は同一の正の整数である。抽出装置が加速度波形を算出する方法については、図３を参照して説明する。
【００２６】
抽出装置は、加速度波形から入射加速度波形を抽出する（ステップＳ２２０）。入射加速度波形は加速度波形の一部であり、生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形である。また、入射加速度波形は加速度波形の一部であり、心臓収縮による脈波信号対雑音比の影響が最も小さい区間に対応する区間波形である。抽出装置が入射加速度波形を抽出する方法については、図４を参照して説明する。
【００２７】
抽出装置は、加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出する（ステップＳ２３０）。抽出装置は、例えば、入射加速度波形を加速度波形の区間内で移動させながら、入射加速度波形と加速度波形との間の時間による相関度を算出する。抽出装置は、相関関係に含まれる予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索し、探索された極大点を生体信号の特徴（例えば、反射波の開始点）として抽出する。本実施形態による抽出装置は、相関関係に含まれる相関度以下の極小点のうちから最初の極小点を探索し、探索された極小点を生体信号の特徴として抽出する。抽出装置が生体信号の特徴を抽出する方法については、図５〜図６を参照して説明する。
【００２８】
図３は、一実施形態による加速度波形を算出する方法を説明するための図である。図３は、脈波の基本波形３１０ｇ（ｔ）及び基本波形３１０から算出された加速度波形３３０ｇ”（ｔ）を示す。
【００２９】
脈波の基本波形３１０は、脈拍の一周期の波形として、例えば基本波形３１０における開始点と終了点との間の波形である。抽出装置は、基本波形３１０を２次微分して加速度波形３３０を算出する。加速度波形３３０は加速脈波波形である。
【００３０】
ここで、基本波形３１０ｇ（ｔ）のｎ番目のサンプルをｔｎとすると、抽出装置は、例えば以下の数式（１）によって加速度波形３３０ｇ”（ｔｎ）を算出する。
【００３１】
【数１】
2017086876.tif 000003
【００３２】
ここで、ｄは、正数として、基本波形３１０のサンプリングレート、ノイズなどによりユーザが決定するサンプル間隔である。サンプル間隔ｄは予め決定されてもよい。ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数である。
【００３３】
本実施形態における抽出装置は、脈波の基本波形３１０を２回微分することにより増幅された雑音を除去するフィルタリングを行う。
【００３４】
図３において、脈波の一周期波形において外部圧力が最も強い部分は、脈波の開始点の近くとして、加速度波形３３０から見られるように周辺ノイズが占める部分が最も少ないことが分かる。
【００３５】
加速度波形３３０の初期圧力が加えられる部分に当該入射加速度波形を抽出することで、雑音の影響を最小化すると共に波形をより細かく分析することができる。入射加速度波形を抽出する方法については、図４を参照して説明する。
【００３６】
図４は、一実施形態による入射加速度波形を抽出する方法を説明するための図である。図４は、加速度波形３３０ｇ”（ｔ）から抽出された入射加速度波形４１０ｈ（ｔ）を示す。
【００３７】
抽出装置は、入射加速度波形４１０を求めるために、先ず加速度波形３３０の開始点の近くで加速度波形が最大となる地点（以下、「最大点」）Ｔ０を探す。ここで、加速度波形の開始点は心臓収縮が開始する区間、即ち進行波の開始区間として雑音が少ない区間である。
【００３８】
抽出装置は、加速度波形３３０の最大点Ｔ０から次に位置する極大点Ｔ１の位置を探す。抽出装置は、ｈ（ｔ）＝ｇ”（ｔ）（Ｔ０≦ｔ≦Ｔ１）のように、加速度波形の最大点Ｔ０から次の極大点Ｔ１までの区間波形から入射加速度波形４１０を抽出する。或いは、抽出装置は、心臓収縮と血管弾性との間の相関関係を示す血管反応指標に基づいて加速度波形から入射加速度波形を抽出する。
【００３９】
図５は、一実施形態による加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係を求める方法を説明するための図である。図５は、入射加速度波形４１０ｈ（ｔ）と加速度波形３３０ｇ”（ｔ）との間の相関関係を示すグラフ５１０を示す。
【００４０】
脈波ｇ（ｔ）の終了点がＴ２である場合、抽出装置は、例えば次の数式（２）のような相関関係関数ＣＣ（ｔ）によって加速度波形３３０ｇ”（ｔ）と入射加速度波形４１０ｈ（ｔ）との間の相関関係を求める。ここで、相関関係は、加速度波形と入射加速度波形との間の連続的相関関係又は移動相関関係である。
【００４１】
【数２】
2017086876.tif 000004
【００４２】
ここで、
2017086876.tif 000005
の値はＴ０≦Ｔ≦Ｔ１の範囲における平均値である。
【００４３】
抽出装置は、入射加速度波形４１０を加速度波形３３０の区間内で移動させながら、入射加速度波形４１０と加速度波形３３０との間の時間による相関度を算出する。抽出装置は、例えば入射加速度波形４１０を加速度波形３３０のＴ０からＴ２区間までＴ１の幅で移動させながら、時間による相関度を算出する。
【００４４】
グラフ５１０の各点は、入射加速度波形４１０と加速度波形３３０との間の時間により算出された相関度である。本実施形態では、入射加速度波形４１０を加速度波形３３０の区間内で移動させながら時間による相関度を算出することで入射加速度波形４１０の特徴のみを増幅させる。
【００４５】
抽出装置は、グラフ５１０のような相関関係で示された各極点（ｐｅａｋ  ｐｏｉｎｔ）によって様々な情報を取得する。抽出装置は、例えば、相関関係に含まれる極点の数、相関関係に含まれる極点の位置、及び相関関係に含まれる極点の値などに基づいて生体信号の特徴を抽出する。抽出装置が相関関係によって生体信号の特徴を抽出する方法については、図６を参照して説明する。
【００４６】
図６は、一実施形態による加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出する方法を説明するための図である。図６は、相関関係６１０から抽出された生体信号（例えば、脈波）６３０の特徴を示す。
【００４７】
抽出装置は、相関関係６１０で、予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索する。例えば、相関度が０．４に設定された場合、抽出装置は、極大点６０６を最初の極大点として探索する。相関関係６１０の開始点における相関度は１であるため、開始点は極大点から除外される。
【００４８】
ここで、相関関係６１０で探索された最初の極大点６０６は、進行波の開始区間と類似度の最も高い地点として反射波の開始区間として推定される。本実施形態による抽出装置は、進行波と推定された反射波との間の時間差を推定してユーザの血圧を測定する。
【００４９】
抽出装置は、脈波６３０で極大点６０６に対応する地点６３５を探索し、当該地点６３５を脈波６３０における反射波の圧力が開始される反射波の開始点として抽出する。
【００５０】
また、例えば光電式容積脈波測定（ＰＰＧ）により抽出装置が極点を通じて取得する特徴は、以下の通りである。
【００５１】
第１極点は脈波の開始点を示し、残りの極点は反射波が到着する時点を示す。従って、極点の数が多いか又は極点間の間隔が短い場合、それに対応して血管弾性度が高いことを意味する。
【００５２】
このような方法により、抽出装置は、相関関係に含まれる極点の数に基づいて生体信号の特徴を抽出する。
【００５３】
図７は、他の実施形態による生体信号の特徴を抽出する方法を示したフローチャートである。
【００５４】
図７に示す動作は図示した順序及び方法のように実行されるが、他の実施形態として、以下で説明する例示的な実施形態は、思想及び範囲を逸脱することなく一部動作の順序が変更されるか又は一部動作が省略される。図７に示す多くの動作は、並列に実行されるか又は同時に実行される。以下の図７に示す記載内容に加えて、図１〜図６に示す記載内容も図７に適用されるか又は参考として引用される。従って、上記記載内容は繰り返して記載しないこともある。
【００５５】
図７を参照すると、本実施形態による抽出装置は、生体信号の波形を取得し（ステップＳ７１０）、生体信号の波形を２次微分して加速度波形を算出する（ステップＳ７２０）。
【００５６】
抽出装置は、加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から入射加速度波形を抽出する（ステップＳ７３０）。
【００５７】
抽出装置は、入射加速度波形を加速度波形の区間内で移動させながら、入射加速度波形と加速度波形との間の時間による相関度を算出する（ステップＳ７４０）。
【００５８】
抽出装置は、相関関係に含まれる予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索する（ステップＳ７５０）。
【００５９】
抽出装置は、探索された最初の極大点を反射波の開始点として抽出する（ステップＳ７６０）。
【００６０】
図８は、一実施形態による生体信号の特徴を様々な環境で抽出した結果を示したグラフである。図８は、一例として、生体信号の圧力（血圧）が９３／６８ｍｍＨｇである場合の抽出結果８１０、生体信号の圧力（血圧）が１０４／７８ｍｍＨｇである場合の抽出結果８３０、及び１０５／７１ｍｍＨｇである場合の抽出結果８５０を示す。
【００６１】
抽出結果８１０で探索された反射波の開始点によって進行波と反射波との間の時間差（ΔＴ）は０．３７ｓとして求められる。また、抽出結果８３０で探索された反射波の開始点によって時間差は０．３２ｓとして求められ、抽出結果８５０で時間差は０．２９ｓとして求められる。
【００６２】
本実施形態によると、進行波と反射波との間の区別が明確でない様々な脈波波形に対しても反射波の開始点を抽出できることが確認される。本実施形態では、心臓収縮による脈波信号対雑音比の影響が最も小さい区間に対応する区間波形である入射加速度波形を用いることによって、雑音に強靭な生体信号の特徴を抽出することができる。
【００６３】
図９は、一実施形態による生体信号の特徴を抽出する装置のブロック図である。図９を参照すると、本実施形態による抽出装置９００は、検出部９１０、プロセッサ９２０、メモリ９３０を含む。検出部９１０、プロセッサ９２０、メモリ９３０は、バス９４０を用いて互いに通信する。
【００６４】
検出部９１０は、ユーザから生体信号を検出する。生体信号は、心臓から出発して身体の先端部に向かう進行波及び身体の先端部から戻ってくる反射波を含む。生体信号は脈波を含む。検出部９１０は、例えば光電式容積脈波測定（ＰｈｏｔｏＰｌｅｔｈｙｍｏＧｒａｐｈ：ＰＰＧ）センサを含む。光電式容積脈波測定（ＰＰＧ）センサは、生体組織の光学的特性を用いて血管に流れる血流量を測定することによって心拍の活動状態を推定する脈波測定センサである。
【００６５】
プロセッサ９２０は、生体信号の波形から加速度波形を算出し、加速度波形から入射加速度波形を抽出する。プロセッサ９２０は、生体信号の一周期波形を取得するか、又は生体信号の平均波形を取得する。
【００６６】
入射加速度波形は、加速度波形の一部であり、生体信号を発生させる圧力区間に対応する区間波形である。また、入射加速度波形は、加速度波形の一部であり、心臓収縮による脈波信号対雑音比の影響が最も小さい区間に対応する区間波形である。
【００６７】
プロセッサ９２０は、生体信号の波形を２次微分して加速度波形を算出する。プロセッサ９２０は、生体信号の波形のｎ番目サンプル値、生体信号の波形の（ｎ−ｄ）番目サンプル値、及び生体信号の波形の（ｎ＋ｄ）番目サンプル値に基づいて加速度波形を算出する。ここで、ｄは予め設定されたサンプル間隔であり、ｎはｄよりも大きいか又は同一の正の整数である。
【００６８】
プロセッサ９２０は、加速度波形と入射加速度波形との間の相関関係に基づいて生体信号の特徴を抽出する。
【００６９】
プロセッサ９２０は、加速度波形の最大点から次の極大点までの区間波形から入射加速度波形を抽出する。プロセッサ９２０は、入射加速度波形を加速度波形の区間内で移動させながら、入射加速度波形と加速度波形との間の時間による相関度を算出する。
【００７０】
プロセッサ９２０は、相関関係に含まれる極点の数、相関関係に含まれる極点の位置、及び相関関係に含まれる極点の値のうちの少なくとも１つに基づいて生体信号の特徴を抽出する。プロセッサ９２０は、相関関係に含まれる予め設定された相関度以上の極大点のうちから最初の極大点を探索し、探索された最初の極大点を反射波の開始点として抽出する。
【００７１】
プロセッサ９２０は、例えばユーザの血圧を決定し、決定された血圧を抽出装置９００のディスプレイ９５０に出力する。
【００７２】
ディスプレイ９５０は、ユーザインターフェースをレンダリングし、ユーザ入力を受信する機能を提供する１つ以上のハードウェア構成要素を含む物理的な装置である。ディスプレイ９５０は、ディスプレイ領域、動作キャプチャー領域、タッチ検出ディスプレイ及び構成可能な領域の任意の組合せを含む。ディスプレイ９５０は、抽出装置９００に挿入されるか、又は抽出装置９００に付着又は脱着される外部周辺装置である。ディスプレイ９５０は、単一画面ディスプレイ又は多重画面ディスプレイである。
【００７３】
１つの物理的スクリーンは、同一のスクリーンの一部を介して分離されたディスプレイで表示されるそれぞれ異なるコンテンツを許容する区別された別個の論理的ディスプレイとして管理される複数のディスプレイを含む。
【００７４】
また、ディスプレイ９５０は、片目メガネ（ｏｎｅ−ｅｙｅｄ  ｇｌａｓｓ）又は両眼メガネ（ｔｗｏ−ｅｙｅｄ  ｇｌａｓｓｅｓ）を含むメガネディスプレイ（ｅｙｅ  ｇｌａｓｓ  ｄｉｓｐｌａｙ：ＥＧＤ）で具現される。
【００７５】
メモリ９３０は、プロセッサ９２０によって算出された加速度波形及び抽出された入射加速度波形を格納する。メモリ９３０は、プロセッサ９２０によって抽出された生体信号の特徴を格納する。
【００７６】
その他、プロセッサ９２０は、図１〜図８を参照して上述した少なくとも１つの方法を実行する。
【００７７】
プロセッサ９２０は、プログラムを実行して抽出装置を制御する。プロセッサ９２０によって実行されるプログラムコードはメモリ９３０に格納される。抽出装置は、入出力装置（図示せず）によって外部装置（例えば、パーソナルコンピュータ又はネットワーク）に接続され、データを交換する。
【００７８】
メモリ９３０は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリである。
【００７９】
抽出装置９００は、ソフトウェアモジュールで具現されて少なくとも１つのプロセッサによって駆動される。ソフトウェアモジュールは、プロセッサと接続されたメモリにプログラム形態で記録される。或いは、抽出装置９００は、ハードウェアモジュールで具現される。抽出装置９００は、移動電話、スマートフォン、ＰＤＡ、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータなどのモバイル装置、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ネットブックなどのコンピューティング装置、医療装置、ウェアラブルデバイスなどの様々な電子システムを含む。
【００８０】
モバイル装置は、スマート家電、知能型車両、装置、スマートホームシステムとして具現される。また、モバイル装置は、ユーザの身体に装着されるウェアラブル装置として具現される。一例として、ウェアラブル装置は、例えば、片目メガネ及び両眼メガネを含むメガネディスプレイ（ＥＧＤ）、ブレスレット、時計などのようにユーザの身体に装着される。
【００８１】
他の実施形態として、ウェアラブル装置は、例えば、アームバンドを用いてユーザの腕にスマートフォン又はテブリッを付着するか、ユーザの服にウェアラブルデバイスを結合するか、或いはバンドを用いてユーザの首にウェアラブルデバイスをかけるような付着装置を用いてユーザの身体に装着される。
【００８２】
上述した実施形態は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当該技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【００８３】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの１つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成し、独立的又は結合的に処理装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈され、処理装置に命令又はデータを提供するためのあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、或いは送信される信号波を介して永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
【００８４】
本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１１０、１３０    波形
３１０    基本波形
３３０    加速度波形
４１０    入射加速度波形
５１０    グラフ
６０６    極大点
６１０    相関関係
６３０    脈波
６３５    地点
８１０、８３０、８５０    抽出結果
９００    抽出装置
９１０    検出部
９２０    プロセッサ
９３０    メモリ
９４０    バス
９５０    ディスプレイ
【図１】
2017086876.tif 000006
【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】
2017086876.tif 000012
【図８】
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【図９】
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