(57)【要約】【課題】複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減するために要する回路構成や信号処理を簡易とする。【解決手段】脈波測定装置は、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイの検出信号に基づいて脈波形を測定する脈波測定装置において、検出信号の時系列データから脈波周期を検出する脈波周期検出手段と、検出信号の時系列データから脈波形の波形パターンを判定する波形判定手段とを備える。各感圧素子における脈波形の検出の有無、検出した脈波形の特徴を判定することによって、脈波形の検出が良好な感圧素子であるか、あるいは、脈波の検出が不良な感圧素子であるかの判定する他、脈波形の種類によって感圧素子を分類する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイの検出信号に基づいて脈波形を測定する脈波測定装置において、
前記検出信号の時系列データから脈波周期を検出する脈波周期検出手段と、
前記検出信号の時系列データから脈波形の波形パターンを判定する波形判定手段とを備え、
前記波形判定手段は、前記検出信号の時系列データから前記脈波周期検出手段が検出した脈波周期の一周期期間の脈波形を抽出し、この抽出した脈波形の波形形状に基づいて波形パターンを判定することを特徴とする脈波測定装置。
【請求項２】
前記波形パターンは、一周期内において振幅の増加と減少を行い、この増減を繰り返す波形パターンであって、
時系列方向の順方向に相対的に急激な傾斜で増加する増加期間と相対的に緩やかな傾斜で下降する下降期間を含む正位相波形パターンと、
時系列方向の順方向に相対的に緩やかな傾斜で増加する増加期間と相対的に急激な傾斜で下降する下降期間を含む逆位相波形パターンと、
脈波形が検出されない脈波形非検出パターンとを含み、
前記波形判定手段は、前記脈波周期の一周期期間内の検出信号の時系列データから前記正位相波形パターンと逆位相波形パターンと脈波形非検出パターンとを判定することを特徴とする請求項１に記載の脈波測定装置。
【請求項３】
前記脈波周期検出手段は、
検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数を有した第１のローパスフィルタ回路と、
前記第１のローパスフィルタ回路の出力の極値を検出する極値検出回路と、
前記極値検出回路で検出した極値が発生する時刻から検出信号の周期を検出する周期検出回路とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の脈波測定装置。
【請求項４】
前記波形判定手段は、
検出信号の非周期性を残留する程度の高い遮断周波数を有した第２のローパスフィルタ回路と、
前記第２のローパスフィルタ回路の出力の最大値および最小値を検出する最大値・最小値検出回路と、
前記最大値・最小値検出回路で検出した最大値が発生する時刻および最小値が発生する時刻と前記脈波周期検出手段で検出した脈波周期とから検出信号の波形パターンを判定する波形判定回路とを備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項５】
前記波形判定手段において、
前記最大値・最小値検出回路は、前記検出信号の時系列データにおいて、前記脈波周期検出手段で検出した脈波周期の一周期期間内に含まれるデータから最大値および最小値を検出し、
前記波形判定回路は、前記最大値・最小値検出回路で検出した最大値が発生する時刻および最小値が発生する時刻の差の絶対値と前記脈波周期検出手段で検出した脈波周期の半分の時間との大小の比較結果、および前記最大値の発生時刻と前記最小値の発生時刻との順序の組み合わせから成る４パターンの何れかを区分し、当該区分結果から正位相波形パターンと逆位相波形パターンとの波形パターンを判定することを特徴とする請求項４に記載の脈波測定装置。
【請求項６】
前記第１のローパスフィルタ回路は、前記検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う移動平均処理、あるいは、前記移動平均処理で取得した各データに対して移動平均処理を再度実行する二重移動平均処理を行い、
前記第２のローパスフィルタ回路は、前記検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う移動平均処理を行い、
前記第１のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数は、前記第２のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数よりも多いことを特徴とする請求項４又は５に記載の脈波測定装置。
【請求項７】
前記第１のローパスフィルタ回路と前記第２のローパスフィルタ回路とを、フィルタ特性を切り替え自在とする共通のローパスフィルタ回路で構成し、
波形周期検出時には、当該共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数に切り替えて第１のローパスフィルタ回路に切り替え、
波形判定時には、当該共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の非周期性を残留する程度の高い遮断周波数に切り替えて第２のローパスフィルタ回路に切り替えることを特徴とする請求項４から６の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項８】
前記第１のローパスフィルタ回路と前記第２のローパスフィルタ回路とを、フィルタ特性を切り替え自在とする共通のローパスフィルタ回路で構成し、
波形周期検出時には、当該共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数に切り替えて第１のローパスフィルタ回路に切り替え、
波形判定時には、前記第１のローパスフィルタ回路で取得した波形周期の長短に基づいて、共通のローパスフィルタ回路に設定する遮断周波数を選択し、選択した遮断周波数を設定して第２のローパスフィルタ回路に切り替えることを特徴とする請求項４から６の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項９】
前記位相判定手段は、前記第２のローパスフィルタ回路、前記最大値・最小値検出回路、および前記波形判定回路を含み、各第２のローパスフィルタ回路の遮断周波数を異ならせて組み合わせた回路構成を複数備え、
前記脈波周期検出手段および前記位相判定手段は、検出信号の同一の時系列データについて検出および判定を行い、
前記位相判定手段は、低い遮断周波数を有する第２のローパスフィルタ回路を備える回路構成の順に位相判定を行うことを特徴とする請求項４から６の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項１０】
前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記複数の感圧素子を選択する感圧素子選択手段を備えることを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項１１】
前記波形判定手段の判定結果に基づいて、前記複数の感圧素子を選択する感圧素子選択手段を備え、
当該感圧素子選択手段は、
正位相波形パターン、逆位相波形パターン、脈波形非検出パターンのうちの少なくとも一つの判定結果の有無に基づいて、振動を検出する感圧素子を選択することを特徴とする請求項２から９の何れか一つに記載の脈波測定装置。
【請求項１２】
前記感圧素子選択手段は、
正位相波形パターンおよび逆位相波形パターンの判定結果に基づいて脈波由来の振動を検出する感圧素子を選択し、
脈波形非検出パターンの判定結果に基づいて体動由来の振動を検出する感圧素子を選択することを特徴とする請求項１１に記載の脈波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイを使用者の体表面の一部に接触させ、使用者の脈拍に同期する皮膚振動を検出する脈波測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脈波測定は、心拍数を測定して身体の健康管理に利用する他、運動強度から算出される心拍数を運動トレーニング指標として用いて運動量の調整に利用するなど、身体の筋力アップやダイエット、生活習慣病の予防などへの適用など、種々の適用が提案されている。
【０００３】
心拍数の測定にあっては、簡易的には、指を手首の内側や首に当て、心臓の鼓動に応じて振動する皮膚をその指先の触覚によって測ることができる。
【０００４】
心拍数を運動トレーニングの指標として使用する際には、運動中やトレーニング直後において心拍数の測定を行うことが望ましいため、簡便に心拍数を測定できる心拍計が求められるようになってきた。このような事情から、近年、多くの電子心拍計の提案がなされている。
【０００５】
このような電子心拍計としては、一般に心電位検出方式が広く知られており、この心電位検出方式では、例えば、指や胸部に脈波を検出する電極を設けたベルト状の脈波検出部を装着し、この脈波検出部で検出した信号を、脈波検出部と独立した表示部に有線または無線で情報を送信して表示させるものがある。また、脈波を測定するための脈波測定用センサなどを搭載した手首装着型の生体測定装置も提案されている。
【０００６】
脈波検出部として、電極を用いた電極式の他に、血流の変化を光で捕らえる光学式や、血流の変化を静電式圧力センサを用いて圧力で測定する圧力式なども知られている。
【０００７】
圧力センサとして、複数の感圧素子を配列して成る感圧素子アレイが知られている（特許文献１，２参照）。
【０００８】
特許文献１に示される脈波測定では、複数の感圧素子の感度のばらつきが精度に影響することを低減するために、感圧素子の波形から脈波形のピーク付近の波形の鋭さを表すパラメータを抽出し、このパラメータを感圧素子間で比較することで脈波形のピーク付近の波形の最も鋭い波形に対応する感圧素子を動脈中央部に位置する感圧素子を判断するものが示されている。
【０００９】
特許文献２に示される脈波計測では、人体上の複数位置における圧力値に対応する圧力測定値を計測し、血管上とそれ以外の圧力測定値を得て血管上の外乱による圧力測定値を取得し、血管上の拍動による圧力測定値だけを抽出することによって、腕の動きなどの外乱の影響を低減している。この特許文献２のような方式では、感圧素子のばらつきを補正するためにキャリブレーションを行うことが一般的である。
【００１０】
複数の感圧素子を用いた脈波測定では、身体の動きに伴って検出信号に浸入する体動ノイズの影響を除去するために、複数点の圧力測定値から血管位置を決定し、血管上と血管以外の圧力信号の差分を求める提案（例えば、特許文献３参照）や、アレイセンサの加重平均信号をセンサ毎の脈波検出信号から差し引いてノイズを除去する提案（例えば、特許文献４参照）がされている。
【００１１】
また、カフ内の圧力振動から、その圧力振動に含まれる脈波形の基本波を弁別するために、人体の拍動周期を検出し、予め求めておいた拍動周期と脈波形の基本周波数との関係から、実際の脈波形の基本周波数を決定し、決定した基本周波数に基づいてフィルタを選択して脈波形から基本周波数を取得する脈波弁別方法も提案されている（特許文献５参照）。
【００１２】
【特許文献１】特許第３７５０５５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４５２号公報
【特許文献３】特許３８１９８７７号公報
【特許文献４】特許３０２９９１２号公報
【特許文献５】特開昭５９−１６４０３７号公報
【特許文献６】特願２００７−９１３６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記したように、複数の感圧素子を配列して成る感圧素子アレイを備える圧力センサでは、検出信号に浸入する体動ノイズの影響や、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減する構成が提案されている。
【００１４】
検出信号に浸入する体動ノイズの影響を低減する構成（特許文献３，４）では、影響を低減するために、回路構成の複雑化、消費電力の増大、ハイスペックな演算装置やメモリなどの課題を有している。この課題に対して、本発明の出願人は、検出信号に浸入する体動ノイズの影響を低減するための構成において、回路構成の複雑化、消費電力の増大、ハイスペックな演算装置やメモリなどの問題を低減する構成について先に出願している（特許文献６）。
【００１５】
また、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減する構成においても、従来提案されるものでは、各感圧素子からの脈波形を識別する回路構成が複雑化する等の課題を有している。
【００１６】
例えば、特許文献１では、感圧素子の脈波形の鋭さを判定基準として脈波形を識別し、感圧素子を選別するために、高いサンプリング周波数で記録したＳ／Ｎ比が高い詳細な脈波形の時系列データが必要であり、そのために高いサンプリング周期でデータを取得する必要があり、メモリ容量の増加、回路規模の増加、電力消費の増加等の課題を有している。
【００１７】
また、特許文献２では、感圧素子のばらつきを補正して脈波形の振幅を比較することによって、感圧素子の良否を判別するため、感圧素子のばらつきを補正するためのキャリブレーション処理が必要であり、そのため回路構成や信号処理が複雑化するという課題を有している。
【００１８】
そこで、本発明は、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイを使用者の体表面の一部に接触させ、使用者の脈拍に同期する皮膚振動を検出する脈波測定装置において、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減する構成として従来提案される回路構成が有する問題を解決することを目的とし、特に、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減するために要する回路構成や信号処理を簡易とすることを目的とする。
【００１９】
特に、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減するために要する回路構成や信号処理において、Ｓ／Ｎ比が低く情報量が少ない脈波形であっても、脈波形の検出の有無や、検出した脈波形の特徴判定の処理を、メモリ容量や回路規模や電力消費等を増加させることなく行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイを使用者の体表面の一部に接触させ、使用者の脈拍に同期する皮膚振動を検出する脈波測定装置において、各感圧素子における脈波形の検出の有無、検出した脈波形の特徴を判定することによって、脈波形の検出が良好な感圧素子であるか、あるいは、脈波の検出が不良な感圧素子であるかの判定する他、脈波形の種類によって感圧素子を分類する。
【００２１】
本発明の脈波測定装置は、脈波を低サンプリング周波数でサンプリングした左右非対称な三角波として扱うことによって、Ｓ／Ｎ比が低く情報量が少ない脈波形であっても、脈波形の検出の有無や、検出した脈波形の特徴判定の処理を、メモリ容量や回路規模や電力消費等を増加させることなく行うことができる。
【００２２】
本発明の脈波測定装置は、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイの検出信号に基づいて脈波形を測定する脈波測定装置において、検出信号の時系列データから脈波周期を検出する脈波周期検出手段と、検出信号の時系列データから脈波形の波形パターンを判定する波形判定手段とを備える。
【００２３】
本発明の波形判定手段は、各感圧素子から検出される検出信号の時系列データから、脈波周期検出手段が検出した脈波周期の一周期期間の脈波形を抽出し、この抽出した脈波形の波形形状に基づいて波形パターンを判定する。
【００２４】
本発明の波形判定手段が判定する波形パターンは、感圧素子で検出する検出信号の一周期内において振幅の増加と減少を繰り返す波形パターンである。この波形パラメータは、正位相波形パターンと、逆位相波形パターンと、脈波形非検出パターンとの複数種類の波形パラメータを含む。
【００２５】
正位相波形パターンは、時系列方向の順方向に相対的に急激な傾斜で増加する増加期間と相対的に緩やかな傾斜で下降する下降期間を含む波形パターンである。この正位相波形パターンは、脈波に由来する波形パラメータであり、動脈の直上付近で得られる脈波形である。したがって、正位相波形パターンの脈波形を検出した感圧素子は、感圧素子アレイにおいては動脈の直上付近に配置される感圧素子である。
【００２６】
逆位相波形パターンは、時系列方向の順方向に相対的に緩やかな傾斜で増加する増加期間と相対的に急激な傾斜で下降する下降期間を含む波形パターンである。この逆位相波形パターンは、脈波に由来する波形パラメータであり、動脈の直上付近の皮膚表面が心臓の拍動によって生じる血流量の増加により隆起することに伴い、動脈の直上付近からはずれた周辺では皮膚表面が相対的に陥没することによって得られる脈波形である。したがって、逆位相波形パターンの脈波形を検出した感圧素子は、感圧素子アレイにおいて動脈の直上付近からはずれた周辺に配置される感圧素子である。
【００２７】
脈波形非検出パターンは、脈波形が検出されないパターンである。この脈波形非検出パターンは、体動由来の波形パラメータであり、動脈から十分離間した位置に配置される感圧素子である。
【００２８】
したがって、感圧素子アレイが備える複数の感圧素子の内で、正位相波形パターンおよび逆位相波形パターンを検出する感圧素子は、動脈の脈波に由来する信号を検出し、脈波形非検出パターンを検出する感圧素子は、体動に由来する信号を検出する。
【００２９】
本発明の波形判定手段は、脈波周期の一周期期間内の検出信号の時系列データに基づいて、正位相波形パターンと逆位相波形パターンと脈波形非検出パターンとを判定する。
【００３０】
本発明の脈波周期検出手段は、検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数を有した第１のローパスフィルタ回路と、第１のローパスフィルタ回路の出力の極値を検出する極値検出回路と、極値検出回路で検出した極値が発生する時刻から検出信号の周期を検出する周期検出回路とを含む。
【００３１】
検出信号は第１のローパスフィルタ回路を経ることによって高周波成分が除去され、検出信号に含まれる周期性成分信号が抽出される。極値検出回路は、第１のローパスフィルタ回路で抽出した周期性成分信号の極値を検出する。この周期性成分信号の極値が現れる時刻は、検出信号の周期に係わるものである。連続する３点の極値は、２つの極大値と１つの極小値の組み合わせ、又は、１つの極大値と２つの極小値の組み合わせとなる。
【００３２】
周期検出回路は、この極値の内で、２つの極大値の時刻間の時間幅、あるいは２つの極小値の時刻間の時間幅によって検出信号の周期を検出することができる。連続する極大値と極小値の時刻間の時間幅の２倍によって検出信号の周期を検出することができる。
【００３３】
本発明の波形判定手段は、検出信号の非周期性を残留する程度の高い遮断周波数を有した第２のローパスフィルタ回路と、第２のローパスフィルタ回路の出力の最大値および最小値を検出する最大値・最小値検出回路と、最大値・最小値検出回路で検出した最大値が発生する時刻および最小値が発生する時刻と脈波周期検出手段で検出した脈波周期とから検出信号の波形パターンを判定する波形判定回路とを備える。
【００３４】
検出信号は、第２のローパスフィルタ回路を経ることによってノイズ成分等の高周波成分は除去されるが、検出信号の非周期性を呈する程度の高周波成分については残される。したがって、第２のローパスフィルタ回路を経た検出信号には、周期性成分信号が残留している。
【００３５】
波形判定回路は、検出信号の一脈波周期内に含まれる最大値の発生時刻と最小値の発生時刻の時間幅と脈波周期との関係、および最大値と最小値の発生順とを判定条件として、正位相脈波パターンであるか逆位相脈波パターンとの波形判定を行う。また、波形判定回路は、連続する３つの最大値および最小値における隣接する最大値と最小値の２つの時間幅、および最大値と最小値の発生順とを判定条件として、正位相脈波パターンであるか逆位相脈波パターンとの波形判定を行うことができる。
【００３６】
最大値・最小値検出回路は、第２のローパスフィルタ回路の出力信号の最大値および最小値を検出し、波形判定回路は、最大値・最小値検出回路で検出した最大値が発生する時刻および最小値が発生する時刻と脈波周期検出手段で検出した脈波周期とから検出信号の波形パターンを判定する。
【００３７】
本発明の波形判定手段において、最大値・最小値検出回路は、検出信号の時系列データにおいて、脈波周期検出手段で検出した脈波周期の一周期期間内に含まれるデータから最大値および最小値を検出し、波形判定回路は、最大値・最小値検出回路で検出した最大値が発生する時刻および最小値が発生する時刻の差の絶対値と脈波周期検出手段で検出した脈波周期の半分の時間との大小の比較結果、および最大値の発生時刻と最小値の発生時刻との順序の組み合わせから成る４パターンの何れかを区分する。これら４パターンの内、２パターンは正位相波形パターンであり、２パターンは逆位相波形パターンである。このパターンの区分結果から正位相波形パターンと逆位相波形パターンとの波形パターンを判定する。
【００３８】
第１のローパスフィルタ回路は、検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う移動平均処理、あるいは、移動平均処理で取得した各データに対して移動平均処理を再度実行する二重移動平均処理を行う。
【００３９】
第２のローパスフィルタ回路は、検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う移動平均処理を行う。第１のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数は、第２のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数よりも多くする。
【００４０】
移動平均処理の演算に用いるデータの個数について、第１のローパスフィルタ回路の個数を第２のローパスフィルタ回路の個数よりも多くすることによって、第２のローパスフィルタ回路の遮断周波数を上げることで検出信号の非周期性を残留させ、第１のローパスフィルタ回路の遮断周波数を下げることで検出信号から周期性を抽出する。
【００４１】
第１のローパスフィルタ回路と第２のローパスフィルタ回路とを、フィルタ特性を切り替え自在とする共通のローパスフィルタ回路で構成する。ローパスフィルタ回路を移動平均処理の演算を用いて行う場合には、移動平均処理の演算に用いるデータの個数によって共通のローパスフィルタ回路のフィルタの遮断周波数を変更することができる。
【００４２】
波形周期検出時に、共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数に切り替えて第１のローパスフィルタ回路に切り替え、波形判定時に、共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の非周期性を残留する程度の高い遮断周波数に切り替えて第２のローパスフィルタ回路に切り替える。
【００４３】
また、波形周期検出時において、共通のローパスフィルタ回路の遮断周波数を検出信号の周期性の抽出に充分な低い遮断周波数に切り替えて第１のローパスフィルタ回路に切り替え、波形判定時には、第１のローパスフィルタ回路で取得した波形周期の長短に基づいて、共通のローパスフィルタ回路に設定する遮断周波数を選択し、選択した遮断周波数を設定して第２のローパスフィルタ回路に切り替える。
【００４４】
位相判定手段は、第２のローパスフィルタ回路、最大値・最小値検出回路、および波形判定回路を含み、各第２のローパスフィルタ回路の遮断周波数を異ならせて組み合わせた回路構成を複数備えた構成とすることができる。
【００４５】
脈波周期検出手段および位相判定手段は、検出信号の同一の時系列データについて検出および判定を行う。位相判定手段は、遮断周波数が引く方から順に異なる複数の第２のローパスフィルタ回路を用い、各第２のローパスフィルタ回路を順に用いて位相判定を行い、遮断周波数を順に高めていくことで非周期性を有した検出信号を抽出する。
【００４６】
これによって、検出信号に含まれるノイズ成分を検出する前に検出信号が有する非周期性を検出することができる。
【００４７】
本発明の脈波測定装置は感圧素子選択手段を備え、波形判定手段の判定結果に基づいて、複数の感圧素子を選択する。
【００４８】
感圧素子選択手段は、正位相波形パターン、逆位相波形パターン、脈波形非検出パターンのうちの少なくとも一つの判定結果の有無に基づいて、振動を検出する感圧素子を選択する。
【００４９】
この振動を検出する感圧素子は、脈波由来の振動を検出する感圧素子、あるいは体動由来の振動を検出する感圧素子であり、感圧素子選択手段は、正位相波形パターンおよび逆位相波形パターンの判定結果に基づいて脈波由来の振動を検出する感圧素子を選択し、脈波形非検出パターンの判定結果に基づいて体動由来の振動を検出する感圧素子を選択する。
【００５０】
また、感圧素子選択手段は、正位相波形パターンの判定結果に基づいて脈波由来であり、かつ動脈の直上付近に配置される感圧素子を選択することができ、逆位相波形パターンの判定結果に基づいて脈波由来の振動であり、かつ動脈の直上付近の周囲に配置される感圧素子を選択することができる。
【００５１】
本発明の脈波測定装置の態様によれば、良好に脈波を検出しているセンサのみを効率的に測定に使用でき、高信頼性、低消費電力、低コスト化に寄与することができる。
【００５２】
本発明の脈波測定装置の態様によれば、安静時に脈波検出が良好でないセンサを除き、測定に採用しないため測定の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
本発明の脈波測定装置の態様によれば、高いサンプリング周波数で記録したＳ／Ｎ比が高い脈波形の時系列データが不要であるため、高周波数によるサンプリングのための回路構成、メモリ容量の増加、回路規模の増加、電力消費の増加等の問題を解消することができる。
【００５４】
本発明の脈波測定装置の態様によれば、感圧素子のばらつきを補正するためのキャリブレーション処理が不要であり、複雑な回路構成や信号処理等の課題を解消することができる。
【００５５】
また、本発明の脈波測定装置によれば、感圧素子アレイの全センサ数に比例した個数のノイズ除去手段を備える必要がなく、また、外乱の生じる状況下で信頼性の高い脈波測定が可能である。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の脈波測定装置によれば、複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイを使用者の体表面の一部に接触させ、使用者の脈拍に同期する皮膚振動を検出する脈波測定装置において、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減する構成として従来提案される回路構成が有する問題を解決し、特に、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減するために要する回路構成や信号処理を簡易とすることができる。
【００５７】
本発明の脈波測定装置によれば、複数の感圧素子のばらつきによる精度への影響を低減するために要する回路構成や信号処理において、Ｓ／Ｎ比が低く情報量が少ない脈波形であっても、脈波形の検出の有無や、検出した脈波形の特徴判定の処理を、メモリ容量や回路規模や電力消費等を増加させることなく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、本発明の脈波測定装置について図を用いて詳細に説明する。
【００５９】
以下、本発明の脈波測定装置の概略構成を図１を用いて説明し、図２を用いて本発明の脈波測定装置が判定する脈波形の波形パターンについて説明し、図３〜図１０を用いて本発明の脈波測定装置の判定動作の概略を説明し、図１１，１２を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第１、２の形態を説明し、図１３，１４を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第３の形態を説明し、図１５，１６を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第４の形態を説明し、図１７，１８を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第５の形態を説明し、図１９，２０を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第６の形態を説明し、図２１，２２を用いて本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第７の形態を説明し、図２３を用いて本発明の脈波周期検出手段および波形判定手段で行う移動平均処理、二重移動平均処理の構成例を説明し、図２４〜図２８を用いて、感圧素子アレイの感圧素子の脈波形パターン例を説明する。
【００６０】
［装置概略説明：図１］
はじめに、本発明の脈波測定装置の概略構成を図１を用いて説明する。
【００６１】
図１は本発明に適用する脈波測定装置１の概略構成を説明するための図である。脈波測定装置１は、測定対象の身体と接触して脈動による脈波圧力あるいは体動による圧力を検出する圧力検出部としての感圧素子アレイ２と、感圧素子アレイ２で検出した検出信号を入力して脈波周期を検出した脈波周期Ｔを出力する脈波周期検出手段３と、感圧素子アレイ２で検出した検出信号と脈波周期検出手段３で検出した脈波周期Ｔとを入力して、検出信号の脈波形パターンが、正位相波形パターン、逆位相波形パターン、あるいは脈波形非検出パターンの何れであるかを判定する脈波形判定手段４と、脈波形判定手段４の判定結果に基づいて、感圧素子アレイが備える感圧素子の中から使用目的に応じた感圧素子を選択する使用素子選択手段５と、選択した感圧素子から得られた検出信号を用いて脈波測定を行う脈波測定手段６とを備える。
【００６２】
感圧素子アレイ２は複数の感圧素子を配列してなり、この感圧素子アレイ２を測定対象である身体に接触させ、脈動による脈波圧力、あるいは身体が動くことで発生する体動による圧力を検出する。
【００６３】
脈波周期検出手段３は、感圧素子を備える各感圧素子アレイ２が検出する検出信号についてその脈波周期Ｔを検出する。脈波形判定手段４は、各感圧素子アレイ２が検出する検出信号について、その検出信号が脈波由来の信号であるか、あるいは体動由来の信号であるかを判定する他、脈波由来の信号である場合には、その検出信号を検出した感圧素子が動脈の直上の近傍の位置にあるか、あるいは、動脈から離れた位置にあるかを判定する。
【００６４】
脈波形判定手段４において、検出信号の脈波形判定を行う場合に、脈波周期検出手段３で検出した脈波周期を用いて行う。
【００６５】
［脈波形のパターンの説明：図２］
図２を用いて、脈波形判定手段４が判定する脈波形のパターンについて説明する。複数の感圧素子からなる感圧素子アレイを身体に接触して検出すると、振幅の増加と減少を繰り返す検出信号が得られる。この検出信号の振幅の増減状態は、感圧素子と動脈との位置関係に依存して異なる脈波形パターンを表す。この脈波形パターンは、振幅の増減状態によって、正位相波形パターン、逆位相波形パターン、脈波形非検出パターンの３パターンに分けることができる。
【００６６】
図２（ａ）は正位相波形パターンを示している。正位相波形パターンは、脈拍の一周期内において時系列方向の順方向に相対的に急激な傾斜で増加する増加期間と相対的に緩やかな傾斜で下降する下降期間を含み、この振幅の増加と減少を繰り返す波形パターンである。
【００６７】
この正位相波形パターンは、脈動による脈波圧力を検出する検出信号に含まれる波形パターンであって、動脈の直上の近傍に配置した感圧素子によって検出される波形パターンである。
【００６８】
図２（ｂ）は逆位相波形パターンを示している。正位相波形パターンは、脈拍の一周期内において時系列方向の順方向に相対的に緩やかな傾斜で増加する増加期間と相対的に急激な傾斜で下降する下降期間を含み、この振幅の増加と減少を繰り返す波形パターンである。
【００６９】
この逆位相波形パターンは、身体が動くことで発生する体動による圧力を検出する検出信号に含まれる波形パターンであって、動脈から離れた位置に配置した感圧素子によって検出される波形パターンである。
【００７０】
また、図２（ｃ）は脈波形非検出パターンを示している。脈波形非検出パターンは、脈波形が検出されない波形パターンである。
【００７１】
この脈波形非検出パターンは、動脈から充分に離れた位置に配置した感圧素子によって検出される波形パターンである。
【００７２】
なお、図２に示す波形パターンの波形形状は、実際の波形信号に含まれる高周波成分については無視してパターンのみを示している。
【００７３】
［脈波周期検出手段と波形判定手段の波形の説明：図３］
図３は、感圧素子で検出される検出信号（図３（ａ））と、本発明の脈波周期検出手段で脈波周期を検出するための信号（図３（ｂ））と、本発明の波形判定手段で波形パターンを判定するための信号（図３（ｃ））とを示している。なお、図３の信号波形は模式的に示すものであって、実際の信号とは異なるものである。
【００７４】
図３（ａ）に示す検出信号は感圧素子で検出される検出信号であり、脈波周期に応じた振幅変動と、この周期成分に重畳した高調波成分とを有している。高調波成分には、波形パターンの特徴を表す高調波成分と、この波形パターンに重畳したより高い高調波成分を有した高調波成分とが含まれている。
【００７５】
本発明は、検出信号に含まれる脈波周期成分と、波形パターンの特徴を表す高調波成分とを用いて、感圧素子の検出信号の波形パターンの判定を行う。
【００７６】
脈波周期成分は、検出信号に含まれる低周波数の基本周波数成分を抽出することで取得することができる。図３（ｂ）は、検出信号の基本周波数成分を示しており、この基本周波数成分は脈波周期成分に相当し、検出信号の波形パターンの特徴を表す非対称性を含んでいない。脈波周期は、基本周波数成分の極大値を表す時刻の時間間隔、あるいは基本周波数成分の極小値を表す時刻の時間間隔によって求めることができる。
【００７７】
本発明は、検出信号の最大値および最小値を利用して、検出信号の波形パターンの特徴を表す非対称性を識別し、検出信号の波形パターンを判定する。なお、この判定の詳細は後述する。
【００７８】
波形パターンの特徴を表す高調波成分は、検出信号に含まれる基本周波数成分よりも周波数の高い高調波成分を抽出することで取得することができる。この高調波成分においては、基本周波数成分の時系列波形において、ある極大値が生じる時刻から次の極大値が生じる時刻までの期間、あるいはある極小値が生じる時刻から次の極小値が生じる時刻までの期間に、波形パターンの特徴を表す高調波成分や高調波成分のノイズ分によって不特定多数の極大値または極小値が生じる可能性があるため、極大値または極小値を表す時刻の時間間隔から脈波周期を求めることは困難である。そのため高調波成分においては波形の最大値および最小値を検出することができる程度である。
【００７９】
通常、検出信号には高調波成分のノイズ分が含まれているため、高調波成分を除去する前の段階では、所定期間の検出信号において検出された最大値および最小値が波形パターンの特徴を表す高調波成分に由来するものであるか、または高調波成分のノイズ分に由来するものであるかを峻別することが困難である。この検出信号から高調波成分を高い周波数から順に除去していくと、より周波数の高いノイズ分が先に除かれ、検出信号の波形パターンの特徴を表す非対称性を残した高調波成分が残り、波形パターンの特徴を表す高調波成分に由来する最大値および最小値の検出が可能となる。
【００８０】
なお、ここで扱う高調波成分のノイズ分は波形パターンの特徴を表す高調波成分よりも高い周波数を持つノイズ分を指す。図３（ｃ）は、高い周波数のノイズ分を除き、検出信号の波形パターンの特徴を表す非対称性が最大値を表す時刻および最小値を表す時刻として現出した高調波成分を示している。
【００８１】
検出信号から、さらに低周波数に向かって高調波成分を除去していくと、検出信号の波形パターンの特徴を表す非対称性が除かれて、図３（ｂ）に示す基本周波数成分の波形が得られる。
【００８２】
上記した高調波成分の除去は、例えば、ローパスフィルタによって行うことができ、除去する高調波成分の波長はローパスフィルタの遮断周波数によって変更することができる。
【００８３】
［脈波形の波形説明：図４］
図４を用いて、脈波形の波形パターンを判定するための波形形状について説明する。図４に示す波形は、前記図３（ｃ）に示す波形における連続する最大値と最小値とを直線で結び、左右非対称な三角波形状として扱ったものである。この三角波形状の非対称性を後述する方法で判別することにより脈波形の波形パターンを判定できる。
【００８４】
脈波形の非対称性は、脈波周期と、連続する最大値（Tmax、Vmax）と最小値（Tmin、Vmin）との発生時刻の時間間隔と、最大値と最小値との何れが先に検出されるかの順序によって判別することができる。
【００８５】
また、この脈波形の波形パターンは、脈拍の一周期を単位として現れ、この脈波周期の範囲内に現れる最大値と最小値とによって脈波形の波形パターンを判定する。
【００８６】
以下、脈波形の波形パターンの判定例について、図５，６を用いて説明する。
【００８７】
［波形判定の４つの脈波形パターンの説明：図５］
図５は、脈波形の波形パターンの判定の一例を示している。この判定では、連続する最大値と最小値とが現れる順序と、最大値と最小値の間の時間間隔と脈波周期との長短の関係とを判定条件として、波形パターンを判定する例を示している。なお、この波形パターンの判定では、正位相波形パターンと逆位相波形パターンとの峻別を行う。
【００８８】
なお、脈波形非検出パターンについては、例えば、良好に検出動作を行っている感圧素子から得られる検出信号において最大値と最小値との値の差の絶対値が所定量より少ない場合に脈波形非検出パターンの検出信号であると判定することができる。
【００８９】
図５（ａ），図５（ｂ）は正位相波形パターンの例を示している。この正位相波形パターンでは、時系列方向の順方向に相対的に急激な傾斜で増加する増加期間と相対的に緩やかな傾斜で下降する下降期間とを含む。
【００９０】
この正位相波形パターンが有する非対称性の波形特徴は、連続する最大値と最小値とが現れる順序と、最大値と最小値の間の時間間隔と脈波周期との長短の関係とを判定条件として判定することができる。
【００９１】
図５（ａ）に示す正位相波形パターンの例において、連続する最大値と最小値とは、時系列方向の順方向で最大値・最小値の順であり、最大値から最小値に向かう傾斜は、最小値から最大値に向かう傾斜よりも相対的に緩やかである。
【００９２】
図５（ｂ）に示す正位相波形パターンの例において、連続する最大値と最小値とは、時系列方向の順方向で最小値・最大値の順であり、最小値から最大値に向かう傾斜は、最大値から最小値に向かう傾斜よりも相対的に急激である。
【００９３】
図５（ｃ），図５（ｄ）は逆位相波形パターンの例を示している。この逆位相波形パターンでは、時系列方向の順方向に相対的に緩やかな傾斜で増加する増加期間と相対的に急激な傾斜で下降する下降期間とを含む。
【００９４】
この逆位相波形パターンが有する非対称性の波形特徴は、連続する最大値と最小値とが現れる順序と、最大値と最小値の間の時間間隔と脈波周期との長短の関係とを判定条件として判定することができる。
【００９５】
図５（ｃ）に示す逆位相波形パターンの例において、連続する最大値と最小値とは、時系列方向の順方向で最大値・最小値の順であり、最大値から最小値に向かう傾斜は、最小値から最大値に向かう傾斜よりも相対的に急激である。
【００９６】
図５（ｄ）に示す逆位相波形パターンの例において、連続する最大値と最小値とは、時系列方向の順方向で最小値・最大値の順であり、最小値から最大値に向かう傾斜は、最大値から最小値に向かう傾斜よりも相対的に緩やかである。
【００９７】
［波形判定の４つの脈波形パターンの説明：図６］
図６は、脈波形の波形パターンの判定の他の一例を示している。この判定では、連続して現れる３つの最大値あるいは最小値において、時系列方向の順方向において最大値と最小値との順序と、時系列方向の順方向における第１番目と第２番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔と、第２番目と第３番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔の大小の関係とを判定条件として、波形パターンを判定する例を示している。なお、この波形パターンの判定では、正位相波形パターンと逆位相波形パターンとの峻別を行う。
【００９８】
なお、脈波形非検出パターンについては、例えば、良好に検出動作を行っている感圧素子から得られる検出信号の脈波周期期間中に検出された最大値と最小値との差が所定の値以下である場合に脈波形非検出パターンの検出信号であると判定することができる。
【００９９】
図６（ａ），図６（ｂ）は、正位相波形パターンの例を示している。この正位相波形パターンでは、時系列方向の順方向において、最大値から最小値への時間幅は最小値から最大値への時間幅よりも長い波形特徴を備えている。
【０１００】
この正位相波形パターンが有する非対称性の波形特徴は、時系列方向の順方向において最大値と最小値との順序と、時系列方向の順方向における第１番目と第２番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔と、第２番目と第３番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔の大小の関係とを判定条件として判定することができる。
【０１０１】
図６（ａ）に示す正位相波形パターンの例において、時系列方向の順方向の極値L1,L2,L3は最小値、最大値、最小値を示している。また、極値L1,L2,L3の各時刻をT1,T2,T3としたとき、極値L1,L2間の時間間隔（T2-T1）は、極値L2,L3間の時間間隔（T3-T2）よりも短い。
【０１０２】
図６（ｂ）に示す正位相波形パターンの例において、時系列方向の順方向の極値L1,L2,L3は最大値、最小値、最大値を示している。また、極値L1,L2,L3の各時刻をT1,T2,T3としたとき、極値L1,L2間の時間間隔（T2-T1）は、極値L2,L3間の時間間隔（T3-T2）よりも長い。
【０１０３】
図６（ｃ），図６（ｄ）は逆位相波形パターンの例を示している。この逆位相波形パターンでは、時系列方向の順方向において、最大値から最小値への時間幅は最小値から最大値への時間幅よりも短い波形特徴を備えている。
【０１０４】
この逆位相波形パターンが有する非対称性の波形特徴は、時系列方向の順方向において最大値と最小値との順序と、時系列方向の順方向における第１番目と第２番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔と、第２番目と第３番目の最大値あるいは最小値との間の時間間隔の大小の関係とを判定条件として判定することができる。
【０１０５】
図６（ｃ）に示す逆位相波形パターンの例において、時系列方向の順方向の極値L1,L2,L3は最大値、最小値、最大値を示している。また、極値L1,L2,L3の各時刻をT1,T2,T3としたとき、極値L1,L2間の時間間隔（T2-T1）は、極値L2,L3間の時間間隔（T3-T2）よりも短い。
【０１０６】
図６（ｄ）に示す逆位相波形パターンの例において、時系列方向の順方向の極値L1,L2,L3は最小値、最大値、最小値を示している。また、極値L1,L2,L3の各時刻をT1,T2,T3としたとき、極値L1,L2間の時間間隔（T2-T1）は、極値L2,L3間の時間間隔（T3-T2）よりも長い。
【０１０７】
［波形判定の判定条件の説明：図７］
図７は、図５，図６で示した波形パターンの判定条件をまとめて示している。図７（ａ）は図５で示した波形パターンの判定条件であり、図７（ｂ）は図６で示した波形パターンの判定条件である。
【０１０８】
図７（ａ）において、波形パターンの判定条件は、TmaxとTminとの大小関係と、TmaxとTminの時間間隔と一周期の長さの半分との大小関係である。
【０１０９】
この判定条件では、
正位相波形パターン（Ａ）：Tmin ＞Tmax、｜Tmin −Tmax｜＞（T3-T1）/2
正位相波形パターン（Ｂ）：Tmax ＞Tmin、｜Tmin −Tmax｜＜（T3-T1）/2
逆位相波形パターン（Ｃ）：Tmin ＞Tmax、｜Tmin −Tmax｜＜（T3-T1）/2
逆位相波形パターン（Ｄ）：Tmax ＞Tmin、｜Tmin −Tmax｜＞（T3-T1）/2
である。
【０１１０】
また、図７（ｂ）において、波形パターンの判定条件は、極値L1と極値L2との大小関係と、極値L1,L2間の時間間隔（T2-T1）と極値L2,L3間の時間間隔（T3-T2）との大小関係である。
【０１１１】
この判定条件では、
正位相波形パターン（Ａ）：L2 ＞L1、(T2 −T1)＜（T3-T2）
正位相波形パターン（Ｂ）：L2 ＜L1、(T2 −T1)＞（T3-T2）
逆位相波形パターン（Ｃ）：L2 ＜L1、(T2 −T1)＜（T3-T2）
逆位相波形パターン（Ｄ）：L2 ＞L1、(T2 −T1)＞（T3-T2）
である。
【０１１２】
なお、上記した判定条件を表す式では、不等号のみを示し、等号については示していないが、等号については、正位相波形パターンと逆位相波形パターンの何れか一方の判定条件の式に定めることができる。
【０１１３】
［脈波周期検出、波形判定の動作の説明：図８］
本発明による波形判定の動作概要について図８を用いて説明する。本発明の波形パターンの判定は、脈波周期検出の動作段階と、波形判定の動作段階との概ね２段階の動作で行われる。なお、図８では、前記した図５，図７（ａ）に示す判定条件を用いて波形判定を行う例を示している。
【０１１４】
図８（ａ），（ｂ）は正位相波形パターンの例を示し、図８（ｃ），（ｄ）は逆位相波形パターンの例を示している。
【０１１５】
はじめに、図８（ａ）、（ｃ）の脈波周期検出の動作段階において、検出信号から脈波周期Ｔを求める。
【０１１６】
次に、図８（ｂ）、（ｄ）の波形判定の動作段階において、脈波周期検出で求めた脈波周期Ｔ内における最大値と最小値とを求め、この最大値の時刻Tmax、最小値の時刻Tmin、脈波周期Ｔを用い、前記した判定条件に基づいて波形パターンを判定する。
【０１１７】
周期変化する検出信号について、上記した判定条件を用いて波形パターンの判定を行うことによって、判定を行う脈波周期の期間は任意の期間に定めることができる。図８（ｂ）、（ｄ）において、正位相波形パターンおよび逆位相波形パターンでそれぞれ４つの異なる脈波周期の期間について波形パターンを判定しているが、何れの脈波周期の期間であっても、同様に波形パターンを判定することができる。
【０１１８】
［波形判定の正位相の判定例の説明：図９］
図９は正位相波形パターンの判定例を示し、脈波周期の異なる期間に含まれる検出信号について判定した場合を示している。
【０１１９】
ここで示す例では、図９（ａ）、（ｃ）、（ｄ）の場合は、前記した正位相波形パターンの判定条件（Ｂ）を満たし、図９（ｂ）の場合は、前記した正位相波形パターンの判定条件（Ａ）を満たしている。
【０１２０】
［波形判定の逆位相の判定例の説明：図１０］
図１０は逆位相波形パターンの判定例を示し、脈波周期の異なる期間に含まれる検出信号について判定した場合を示している。
【０１２１】
ここで示す例では、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｄ）の場合は、前記した逆位相波形パターンの判定条件（Ｃ）を満たし、図１０（ｃ）の場合は、前記した逆位相波形パターンの判定条件（Ｄ）を満たしている。
【０１２２】
以下、本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第１の形態〜第７の形態の構成例について、図１１〜図２２を用いて説明する。なお、以下では、前記した図５，図７（ａ）に示す判定条件を用いて波形判定を行う例を示している。
【０１２３】
［脈波周期検出と波形判定の第１，２の形態の構成例：図１１］
図１１（ａ）、（ｂ）は本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第１、２の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【０１２４】
図１１（ａ）は第１の形態の構成例を示している。
【０１２５】
脈波周期検出手段３は、第１フィルタ３ａ、極値検出回路３ｂ、周期検出回路３ｃを含んでいる。第１フィルタ３ａは感圧素子アレイ２の各感圧素子が検出する検出信号を入力し、この検出信号から周期信号を検出する回路であり、高調波成分を除去して基本周期成分を検出するローパスフィルタによって構成することができる。
【０１２６】
極値検出回路３ｂは、第１フィルタ３ａが出力する周期信号の極値を検出する回路であり、極値の時刻データを周期検出回路３ｃに出力する。
【０１２７】
周期検出回路３ｃは、入力した極値の時刻データから検出信号に含まれる基本周期成分より脈波周期Ｔを検出する。
【０１２８】
波形判定手段４は、第２フィルタ４ａ、最大・最小検出回路４ｂ、波形判定回路４ｃを含んでいる。第２フィルタ４ａは感圧素子アレイ２の各感圧素子が検出する検出信号を入力し、この検出信号からノイズ分を除去すると共に、非対称成分を含んだ状態の信号を検出する回路であり、ノイズ成分を除去するローパスフィルタによって構成することができる。
【０１２９】
最大・最小検出回路４ｂは、第２フィルタ４ａが出力する信号の最大、最小を検出する回路であり、最大、最小が発生する時刻データを波形判定回路４ｃに出力する。最大・最小検出回路４ｂは、一周期内において最大、最小を求めるために、周期検出回路３ｃで検出した脈波周期Ｔを用いることができる。
【０１３０】
波形判定回路４ｃは、最大・最小検出回路４ｂで求めた最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを用いて、前記した判定条件に基づいて波形判定を行い、正位相波形パターンあるいは逆位相波形パターンを判定する。また、波形判定回路４ｃは、最大・最小検出回路４ｂの出力に基づいて最大・最小の有無を判定し、最大・最小の値の差が所定の値以下の場合には、脈波形非検出パターンを判定することもできる。
【０１３１】
最大・最小検出回路４ｂは、波形判定を行うための判定条件として最大、最小の時刻データを要する場合には、周期検出回路３ｃで検出した脈波周期Ｔを用いることができる。
【０１３２】
図１１（ａ）の第１の形態の構成例では、最大・最小検出回路４ｂおよび波形判定回路４ｃは、周期検出回路３ｃで逐次検出した周期信号を用い、周期検出と一周期遅れのほぼ同じ時間帯で波形判定を行う。
【０１３３】
これに対して、第２の形態の構成例は、先に周期を求めておき、この周期を用いて波形判定を行う例である。
【０１３４】
図１１（ｂ）は第２の形態の構成例を示している。第２の形態の構成例は、第１の形態の構成例とほぼ同様であり、周期検出回路３ｃで検出した周期を記憶する記憶回路３ｄを備える点で第１の形態の構成例と相違している。
【０１３５】
そこで、ここでは、第１の形態の構成例と相違する構成点についてのみ説明する。記憶回路３ｄは、周期検出回路３ｃで検出した周期を記憶しておき、記憶しておいた周期を用いて、最大・最小検出回路４ｂおよび波形判定か４ｃを動作させる。
【０１３６】
［脈波周期検出と波形判定の第１，２の形態の動作例：図１２］
第１の形態および第２の形態の動作について図１２のフローチャートを用いて説明する。
【０１３７】
感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号を第１フィルタに入力し、高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する(S1)。抽出した基本周期成分は、検出信号に含まれる非対称成分が除去され、周期成分のみとなっている。したがって、基本周期成分の極値間の時間間隔は検出信号の周期を表している。そこで、基本周期成分について極値を求め、この極値間の時間幅から脈波周期を求める（S3）。
【０１３８】
次に、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号を第２フィルタに入力し、非対称性を残す程度で高調波成分を除去してノイズ分を取り去る(S4)。
【０１３９】
一脈波周期内で最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求め（S5）、最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S6)。
【０１４０】
［脈波周期検出と波形判定の第３の形態の構成例：図１３］
第３の形態の構成例について図１３を用いて説明する。第３の形態の構成例は、第１フィルタのみによっても波形判定を行うことを可能とする構成であり、第１の段階において第１フィルタによる波形判定を行い、この波形判定で波形パターンが判定できる場合には、第２フィルタを用いた波形判定を省略し、波形パターンが判定できない場合には、第２フィルタを用いて波形判定を行う。
【０１４１】
この構成は、第１フィルタを通すことで高調波成分を除去した信号に非対称性成分が残留しており、この信号を用いて周期が得られると共に、波形判定を行うことが可能である場合がある。第３の形態の構成は、このような第１フィルタの出力によって周期検出と波形判定の両方が可能である場合に適用する例であり、これによれば、第２フィルタによる処理を省くことができる。
【０１４２】
図１３（ａ）は第３の形態の構成例の全体構成を示し、図１３（ｂ）は第３の形態の構成例において第１フィルタのみを用いて波形判定を行う構成を示し、図１３（ｃ）は第３の形態の構成例において第２フィルタを用いて波形判定を行う構成を示している。
【０１４３】
図１３（ａ）において、脈波周期検出手段３は、第１の形態の構成と同様に、第１フィルタ３ａ、極値検出回路３ｂ、周期検出回路３ｃを含んでいる。また、波形判定手段４は、第１の構成と同様に、第２フィルタ４ａ、最大・最小検出回路４ｂ、波形判定回路４ｃを含んでいる。
【０１４４】
以下、第１の形態の構成と相違する部分について説明する。第３の形態の構成では、波形判定手段４において、波形判定回路４ｃの判定結果に基づいて第２フィルタ４ａの動作を制御する。
【０１４５】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の構成から、第１の段階において第１フィルタの出力を用いて波形判定を行う構成を抽出した状態を示している。第１の段階では、第１フィルタ３ａを通して高調波成分を除去した検出信号を用い、波形判定回路4c1によって波形判定を行う。
【０１４６】
図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の構成から、第２の段階において第２フィルタの出力を用いて波形判定を行う構成を抽出した状態を示している。第２の段階では、第２フィルタ４ａを通して高調波成分を除去した検出信号を用い、波形判定回路4c2によって波形判定を行う。このとき、第１の段階で求めた周期を周期記憶回路３ｃに格納しておき、適宜読み出して波形判定の処理を行う。
【０１４７】
図１３（ｂ）の波形判定回路4c1と図１３（ｃ）の波形判定回路4c2は同じ回路を用いることができる。
【０１４８】
［脈波周期検出と波形判定の第３の形態の動作例：図１４］
第３の形態の動作について図１４を用いて説明する。
【０１４９】
感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号を第１フィルタに入力し、高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する(S11)。抽出した基本周期成分は、検出信号に含まれる非対称成分が除去され、周期成分のみとなっている。したがって、基本周期成分の極値間の時間間隔は検出信号の周期を表している。そこで、基本周期成分について極値を求め、この極値間の時間幅から脈波周期を求める（S13）。
【０１５０】
S12で求めた検出信号によって波形判定を行うことができるか否かを判定する(S14)。S14の波形判定において、波形判定ができない場合には、第２フィルタを用いて検出信号から高調波成分を除去する。第２フィルタの遮断周波数は、第１フィルタの遮断周波数よりも低い周波数とすることによって、非対称成分が残るような高調波成分の除去を行ってノイズ分を取り去る（S15）。
【０１５１】
一脈波周期内で最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求め（S16）、最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S17)。
【０１５２】
一方、S14の波形判定において、波形判定ができる場合には、第１フィルタを用いて得られた信号を用い、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求め（S18）、最大値と最小値の発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S19)。
【０１５３】
［脈波周期検出と波形判定の第４の形態の構成例：図１５］
第４の形態の構成例について図１５を用いて説明する。第４の形態の構成例は、前記した第１フィルタと第２フィルタとを共通のフィルタで構成し、このフィルタの遮断特性を切り替えることで、第１フィルタの処理と第２フィルタの処理とを切り替えで行う構成であり、第１の段階において共通フィルタを第１フィルタに切り替えて周期検出を行い、次に、第２の段階において共通フィルタを第２フィルタに切り替えて波形判定を行う。
【０１５４】
この構成によれば、共通のフィルタで周期検出を行う第１フィルタの処理と波形判定を行う第２フィルタの処理とを行うことができる。
【０１５５】
図１５において、脈波周期検出手段３は、極値検出回路３ｂと周期検出回路３ｃとを備え、波形判定手段４は、最大・最小検出回路４ｂと波形判定回路４ｃとを備え、脈波周期検出手段３と波形判定手段４とは、フィルタ７ａと切り替え回路７ｂを共通に備える。
【０１５６】
脈波周期検出手段３は、周期検出時において切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａを切り替えて第１フィルタの遮断周波数とし、前記した構成例と同様に、周期検出を行う。波形判定手段４は、波形判定時において切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａを切り替えて第２フィルタの遮断周波数とし、前記した構成例と同様に、波形判定を行う。
【０１５７】
［脈波周期検出と波形判定の第４の形態の動作例：図１６］
第４の形態の動作について図１６を用いて説明する。
【０１５８】
はじめに、切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａの遮断周波数特性を第１フィルタの特性に設定し（S21）、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号をフィルタ７ａに入力し、高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する。抽出した基本周期成分は、フィルタ７ａを通すことによって検出信号に含まれる非対称成分が除去され、周期成分のみとなっている。
【０１５９】
したがって、基本周期成分の極値間の時間間隔は検出信号の周期を表している。そこで、基本周期成分について極値を求め(S22)、この極値間の時間幅から脈波周期を求める（S23）。
【０１６０】
次に、切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａの遮断周波数特性を第２フィルタの特性に切り替えて設定し（S24）、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号をフィルタ７ａに入力し、非対称性を残す程度で高調波成分を除去してノイズ分を取り去る。
【０１６１】
一脈波周期内で最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求め（S25）、最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S26)。
【０１６２】
切り替え回路７ｂによる第１フィルタから第２フィルタへの切り替えは、例えば、第１フィルタに設定してから所定時間が経過した後とすることができる。この所定時間は、周期検出回路３ｃが周期を検出するに十分な時間とすることができ、例えば、一般的な心拍の周期間隔にマージン分を付加することで設定することができる。
【０１６３】
［脈波周期検出と波形判定の第５の形態の構成例：図１７］
第５の形態の構成例について図１７を用いて説明する。第５の形態の構成例は、前記した第４の形態の構成と同様に、第１フィルタと第２フィルタとを共通のフィルタで構成し、このフィルタの遮断特性を切り替え回路によって切り替えることで、第１フィルタの処理と第２フィルタの処理とを切り替え、第１の段階において共通フィルタを第１フィルタに切り替えて周期検出を行い、次に、第２の段階において共通フィルタを第２フィルタに切り替えて波形判定を行う構成であり、この切り替え回路の切り替えにおいて、第２フィルタに設定する遮断周波数を脈波周期の長短によって変更するものである。
【０１６４】
周期検出回路３ｃで取得された脈波周期Ｔの逆数として求められる脈波の基本周波数を基準として、第２フィルタにそれより低い遮断周波数を設定すると非対称性の成分のみならず基本周波数成分も除去してしまい波形判定は困難となる。そこで、第２フィルタには脈波の基本周波数より高い遮断周波数を設定することが必要である。また、脈波に重畳するノイズ成分の周波数より高い遮断周波数を設定してもノイズ成分の除去効果は期待できない。
【０１６５】
そのため、第２フィルタに設定する遮断周波数は、なるべく脈波の基本周波数に近くかつ非対称性の成分を失わない周波数を設定することが望ましい。例えば、脈波の基本周波数の２倍などである。
【０１６６】
そこで、本発明の第５の形態では、脈波周期の長短に応じて、第２フィルタの遮断周波数の設定を変更することで、波形判定に適した周波数成分となるように調整する。なお、この脈波周期の長短の判定は、例えば、予め心拍周期のしきい値を定めておき、第１フィルタで検出された周期としきい値とを比較することで行うことができる。例えば、第１フィルタで検出された周期がしきい値よりも短い場合には、第２フィルタの遮断周波数を高く設定し、第１フィルタで検出された周期がしきい値よりも長い場合には、第２フィルタの遮断周波数を低く設定する。この構成によれば、脈波周期の長短に応じて、第２フフィルタの遮断周期を適正化することができる。
【０１６７】
図１７において、脈波周期検出手段３は、極値検出回路３ｂと周期検出回路３ｃと記憶回路３ｄとを備え、波形判定手段４は、最大・最小検出回路４ｂと波形判定回路４ｃとを備え、脈波周期検出手段３と波形判定手段４とは、フィルタ７ａと切り替え回路７ｂを共通に備える。
【０１６８】
脈波周期検出手段３は、周期検出時において切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａを切り替えて第１フィルタの遮断周波数とし、前記した構成例と同様に、周期検出を行う。脈波周期検出手段３は、検出して得られた周期としきい値とを比較し、比較結果を切り替え回路７ｂに送る。切り替え回路７ｂは、検出した周期の長短に基づいてフィルタ７ｂに設定する遮断周波数を設定する。
【０１６９】
波形判定手段４は、波形判定時において切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａの遮断周波数を切り替えて第２フィルタの遮断周波数とし、前記した構成例と同様に、波形判定を行う。
【０１７０】
［脈波周期検出と波形判定の第５の形態の動作例：図１８］
第５の形態の動作について図１８を用いて説明する。
【０１７１】
はじめに、切り替え回路７ｂによってフィルタ７ａの遮断周波数特性を第１フィルタの特性に設定し（S31）、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号をフィルタ７ａに入力し、高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する(S32)。抽出した基本周期成分は、フィルタ７ａを通すことによって検出信号に含まれる非対称成分が除去され、周期成分のみとなっている。
【０１７２】
したがって、基本周期成分の極値間の時間間隔は検出信号の周期を表している。そこで、基本周期成分について極値を求め(S33)、この極値間の時間幅から脈波周期を求める（S34）。
【０１７３】
求めた脈波周期と予め設定しておいたしきい値とを比較し、脈波周期がしきい値よりも短いか長いかを判定する。脈波周期がしきい値よりも短い場合には、検出信号に含まれる高調波成分は高い周波数側に分布する。一方、脈波周期がしきい値よりも長い場合には、検出信号に含まれる高調波成分は低い周波数側に分布する。
【０１７４】
そこで、S35の脈波周期の長短判定において、脈波周期がしきい値よりも短い場合には、フィルタ７ａの遮断周波数を高く設定し（S36）、脈波周期がしきい値よりも長い場合には、フィルタ７ａの遮断周波数を低く設定する（S37）。
【０１７５】
フィルタ７ａの遮断周期を設定して第２フィルタを形成した後、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号をフィルタ７ａに入力し、非対称性を残す程度で高調波成分を除去してノイズ分を取り去る(S38)。
【０１７６】
一脈波周期内で最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求め（S39）、最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S3A)。
【０１７７】
［脈波周期検出と波形判定の第６の形態の構成例：図１９］
第６の形態の構成例について図１９を用いて説明する。第６の形態の構成例は、第１の形態の構成例において、波形判定手段４に遮断周波数を異ならせた第２フィルタを複数用意し、第１フィルタによる波形判定および第２フィルタによる波形判定を、低い遮断周波数から高い遮断周波数の順で行うものである。
【０１７８】
この第２フィルタによる波形判定の構成を複数用意し、これら複数の波形判定を同時に行うことによって遮断周波数を異にする複数の波形判定結果を取得し、これら波形判定結果の良否を低い遮断周波数から高い遮断周波数の順で判定し、最適な波形判定を得るものである。
【０１７９】
図１９において、脈波周期検出手段３は、第１フィルタ３ａと極値検出回路３ｂと波形判定回路３ｅとを備え、波形判定手段４は、第２フィルタ４ａと最大・最小検出回路４ｂと最大・最小時刻記録回路４ｄと波形判定回路４ｃとを備える。
【０１８０】
波形判定手段４は、第２フィルタ４ａの遮断周波数を異にする構成を複数備え、各遮断周波数が低い方から高い方に向かって波形判定回路４ｃを順次選択するように構成される。波形判定回路４ｃの選択は、前段の遮断周波数が低い波形判定回路において波形判定が不調と判定されたことを受けて行われる。この選択処理を、遮断周波数が低い波形判定回路から遮断周波数が高い波形判定回路に向かってデージーチェイン接続で行う。
【０１８１】
なお、波形判定手段４が備える第２フィルタ４ａと最大・最小検出回路４ｂと最大・最小時刻記録回路４ｄと波形判定回路４ｃとからなる構成では、最大・最小検出回路４ｂで検出した最大値が発生した時刻および最小が発生した時刻を最大・最小時刻記録回路４ｄに記憶する。波形判定回路４ｃは、波形判定処理時において、最大・最小時刻記録回路４ｄから最大・最小時刻を読み出す。
【０１８２】
［脈波周期検出と波形判定の第６の形態の動作例：図２０］
第６の形態の動作について図２０を用いて説明する。
【０１８３】
はじめに、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号を第１フィルタ３ａ、および、それぞれ遮断周波数を異にする複数の第２フィルタ４ａに入力する。
【０１８４】
第１フィルタ３ａでは、検出信号から高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する(S41)。抽出した基本周期成分は、第１フィルタ３ａを通すことによって検出信号に含まれる非対称成分が除去され、周期成分のみが抽出される。この基本周期成分の極値間の時間間隔は検出信号の周期を表している。極値検出回路３ｂによって基本周期成分について極値を求める(S42)。
【０１８５】
また、第２フィルタ４ａでは、第１フィルタ３ａの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有したローパスフィルタによって高調波成分を除去し(S43)、最大・最小検出回路４ｂによって最大値・最小値を求めると共に、その最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求めて記憶する（S44）。
【０１８６】
ここで、第２フィルタ４ａはそれぞれ遮断周波数を順に高めて設定した複数のフィルタを備え、各第２フィルタ４ａの出力信号は、遮断周波数が低い第２フィルタから遮断周波数が高い第２フィルタに向かって、順に非対称性が顕著に現れるとともに、ノイズ分の割合が高まる。
【０１８７】
第２フィルタによるフィルタ処理では、検出処理に含まれる非対称性から波形パターンを判定する波形を生成するためであるため、非対称性を備えると共にノイズ成分が除去されていることが求められる。
【０１８８】
遮断周波数が低い第２フィルタは、低い周波数側に遮断周波数があるため、ノイズ成分とともに非対称性についても除去される傾向が高くなる。一方、遮断周波数が高い第２フィルタは、高い周波数側に遮断周波数があるため、ノイズ成分の除去が十分に行われず、波形の極値とノイズとの区別が困難となる傾向が高くなる。
【０１８９】
波形判定には、非対称性を備えた脈波成分の振幅の最大値と最小値との発生時刻と、発生順序とを用いる。したがって、波形判定を行うには、脈波成分が非対称性を備えると共に、脈波成分に重畳したノイズ成分の振幅の最大値が脈波成分の振幅の最大値を超えず、かつ脈波成分に重畳したノイズ成分の振幅の最小値が脈波成分の振幅の最小値を下回らないことが必要である。そのような条件を満たす遮断周波数を有した第２フィルタが求められる。
【０１９０】
この第２フィルタに求められる遮断周波数は、検出信号が備える周波数特性に依存するため、本発明の第６の形態では、遮断周波数を異にする第２フィルタを複数用意し、それぞれの第２フィルタでフィルタ処理を行って得られた信号を用いて順に波形判定を行う。
【０１９１】
そこで、はじめに、脈波周期検出手段３が備える波形判定回路３ｅによって、極値検出回路３ｂで得られた極値を用いて波形判定の処理を行う。第１フィルタ３ａの処理によって得られた信号に非対称性が残存している場合には、この極値を用いて波形判定を行うことができる。
【０１９２】
波形判定回路３ｅによって波形判定が可能である場合には（S45-Yes）、極大値と極小値との発生順序、極大値発生時刻と極小値発生時刻の時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S46)。
【０１９３】
波形判定回路３ｅによる波形判定が困難である場合には（S45-No）、最も遮断周波数を低く設定した第２フィルタによる波形判定の可否を判定し、波形判定が可能である場合には(S47-Yes）、その第２フィルタを通すことで得られた最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S48)。
【０１９４】
以下、遮断周波数が順に高い第２フィルタで得られた信号を用いて波形判定を行い、波形判定による結果が得られた時点で終了する。
【０１９５】
なお、第２フィルタ処理を行なって得られた信号においては、脈波の基本周波数成分に由来する極値以外に、他の高調波成分に由来する極値が除去されていなくてもよい。
【０１９６】
［脈波周期検出と波形判定の第７形態の構成例：図２１］
第７の形態の構成例について図２１を用いて説明する。第７の形態の構成例は、第６の形態の構成例とほぼ同様の構成であり、脈波周期検出手段３に周期検出回路３ｃを設け、周期検出回路３ｃで検出した脈波周期Ｔを波形判定手段４の最大・最小検出回路４ｂ、および最大・最小記録回路４ｄに送る構成の点で相違している。
【０１９７】
波形判定手段４の最大・最小検出回路４ｂは、周期検出回路３ｃから送られた脈波周期Ｔに基づいて一脈波周期内で最大値・最小値を検出する。また、波形判定手段４の最大・最小記録回路４ｄは、周期検出回路３ｃから送られた脈波周期Ｔを記録し、波形判定回路４ｃで行う波形判定処理に用いる。
【０１９８】
［脈波周期検出と波形判定の第７の形態の動作例：図２２］
第７の形態の動作について図２２を用いて説明する。第７の形態の動作は、前記した第６の形態の動作と同様である。
【０１９９】
はじめに、感圧素子アレイ２が備える各感圧素子の検出信号を第１フィルタ３ａ、および、それぞれ遮断周波数を異にする複数の第２フィルタ４ａに入力する。
【０２００】
第１フィルタ３ａでは、検出信号から高調波成分を除去して、基本周期成分を抽出する(S51)。極値検出回路３ｂによって基本周期成分について極値を求め、周期検出回路３ｃによって脈波周期Ｔを求める (S52)。
【０２０１】
また、第２フィルタ４ａでは、第１フィルタ３ａの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有してローパスフィルタによって高調波成分を除去し(S53)、最大・最小検出回路４ｂによって最大値・最小値を求めると共に、その最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminとを求めて記憶する（S54）。
【０２０２】
波形判定において、はじめに、脈波周期検出手段３が備える波形判定回路３ｅによって、極値検出回路３ｂで得られた極値を用いて波形判定の処理を行う。波形判定回路３ｅによって波形判定が可能である場合には（S55-Yes）、極大値と極小値との発生順序、極大値発生時刻と極小値発生時刻の時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S56)。
【０２０３】
波形判定回路３ｅによる波形判定が困難である場合には（S55-No）、最も遮断周波数を低く設定した第２フィルタによる波形判定の可否を判定し、波形判定が可能である場合には(S57-Yes）、その第２フィルタを通すことで得られた最大値と最小値との発生順序、最大値発生時刻Tmaxと最小値発生時刻Tminの時間差と脈波周期との大小によって、正位相波形パターンであるか、あるいは逆位相波形パターンであるかを判定する(S58)。
【０２０４】
以下、遮断周波数が順に高い第２フィルタで得られた信号を用いて波形判定を行い、波形判定による結果が得られた時点で終了する。
【０２０５】
［移動平均処理、二重移動平均処理の構成例：図２３］
本発明の脈波周期検出手段が備える第１フィルタ、および波形判定手段が備える第２フィルタのフィルタ回路の一構成例について、図２３を用いて説明する。
【０２０６】
本発明が備える第１フィルタおよび第２フィルタは、ローパスフィルタによって構成することができ、このローパスフィルタの機能は、ディジタル信号処理において移動平均処理、二重移動平均処理によって実現することができる。
【０２０７】
本発明の第１フィルタは、検出信号が備える周期性を抽出するために、ローパスフィルタの遮断周波数を低く設定する。この第１フィルタのローパスフィルタ機能を実現するために、移動平均処理あるいは二重移動平均処理を適用することができる。
【０２０８】
第１フィルタの移動平均処理では、検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う。また、二重移動平均処理では、移動平均処理で取得した各データに対して移動平均処理を再度実行する。
【０２０９】
一方、本発明の第２フィルタは、検出信号が備える非対称性を抽出するために、ローパスフィルタの遮断周波数を第１フィルタよりも高く設定する。この第２フィルタのローパスフィルタ機能を実現するために、移動平均処理を適用することができる。
【０２１０】
第２フィルタの移動平均処理では、検出信号の時系列データから連続する所定個数のデータの平均値を求める演算処理を各時刻で順次行う移動平均処理を行う。
【０２１１】
第１フィルタおよび第２フィルタのローパスフィルタ機能を移動平均処理で実現する場合には、第１のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数を、第２のローパスフィルタ回路の移動平均処理の演算に用いるデータの個数よりも多くすることで、第１フィルタの遮断周波数を第２フィルタの遮断周波数よりも低く設定することができる。
【０２１２】
また、二重移動平均処理は、移動平均処理で取得した各データを用いて再度移動平均処理を行うため、ローパスフィルタ機能の遮断周波数は低く設定されることになる。
【０２１３】
図２３（ａ）はディジタル信号処理によって移動平均処理を行う際の回路例である。この回路例では、現在値をｘ［m］とし、一つ前のサンプリングで得られた値をｘ［m-1］とし、順にｘ［m-2］，ｘ［m-3］，…，ｘ［m-n-1］としている。Ｚ−１は入力を１サンプル時間分だけ遅らせて出力する演算を表すＺ変換の演算符号であり、遅延器を形成している。図２３（ａ）に示す回路構成では、現在値と１サンプル時間ずつ遅延させて得られた値をｎ-1個加算し、ｎで除算して平均を求めている。
【０２１４】
図２３（ｂ）はディジタル信号処理によって二重移動平均処理を行う際の回路例である。この回路例は、図２３（ａ）で示した移動平均処理の回路を複数段用意し、各移動平均処理で得られた出力の平均を求めている。
【０２１５】
なお、ここでは、単に時間的にずらした値の平均を求める回路例を示しているが、現在値および各遅延器の出力に所定の定数を掛ける乗算器を設けることによって、所定のフィルタ特性を実現することができる。
【０２１６】
次に、本発明の脈波測定装置による使用素子選択について、図２４〜図２６を用いて説明する。図２４〜図２６は、感圧素子アレイが備える感圧素子について波形判定を行って得られた脈波形パターンの分布状態を示している。
【０２１７】
［感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例：図２４］
図２４に示す脈波形パターンの分布は、動脈１０に対して感圧素子アレイの列方向（図中の縦方向）が平行で、行方向（図中の横方向）のほぼ中央の位置にある状態を示している。
【０２１８】
この動脈と感圧素子アレイとの位置関係では、動脈１０の直上の近傍に配置される感圧素子は正位相波形パターン２Ａを呈し、動脈１０から離れた位置に配置される感圧素子は逆正位相波形パターン２Ｂを呈し、動脈１０からさらに離れた位置に配置される感圧素子は脈波形非検出パターン２Ｃを呈している。
【０２１９】
感圧素子アレイが備える感圧素子の行座標と列座標との組み合わせで表すと、例えば、図中の感圧素子は（0,0），（0,1），（0,2），…（0,10），（1,0），…，（10,10）で表される。
【０２２０】
各感圧素子の波形判定の結果は、例えば、第１行について各列の感圧素子で見ると、（0,0），（0,1）の感圧素子は脈波形非検出パターンであり、（0,2），（0,3）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（0,4），（0,5），（0,6）の感圧素子は正位相波形パターンであり、(0,7），（0,8）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（0,9），（0,10）の感圧素子は脈波形非検出パターンであることが確認される。
【０２２１】
この第１行では、感圧素子（0,2），（0,3）からなる逆位相波形パターンの範囲と感圧素子（0,7），（0,8）からなる逆位相波形パターンの範囲とで挟まれた、（0,4），（0,5），（0,6）の感圧素子からなる正位相波形パターンの範囲の中心位置にある感圧素子（0,5）が動脈の直上に近く、信号の強度が強く安定していると考えられるため、感圧素子（0,5）を脈波形測定に用いることが望ましい。
【０２２２】
また、（0,0），（0,1）からなる脈波形非検出パターンの範囲と、（0,9），（0,10）からなる脈波形非検出パターンの範囲の内で、逆位相波形パターンの範囲から最も離れた感圧素子（0,0），（0,10）は、脈波由来の波形は検出されにくいと考えられるため、体動由来の波形測定に用いることが望ましい。
【０２２３】
［感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例：図２５］
図２５に示す脈波形パターンの分布は、感圧素子アレイの列方向（図中の縦方向）に対して動脈１０が斜めに位置する状態を示している。
【０２２４】
なお、感圧素子アレイが備える感圧素子の行座標と列座標との組み合わせで表すと、例えば、図中の感圧素子は（0,0），（0,1），（0,2），…（0,10），（1,0），…，（9,9）で表される。
【０２２５】
この動脈と感圧素子アレイとの位置関係では、動脈１０の直上の近傍に配置される感圧素子は正位相波形パターン２Ａを呈し、動脈１０から離れた位置に配置される感圧素子は逆位相波形パターン２Ｂを呈し、動脈１０からさらに離れた位置に配置される感圧素子は脈波形非検出パターン２Ｃを呈している。
【０２２６】
各感圧素子の波形判定の結果は、例えば、第１行について各列の感圧素子で見ると、（0,0），（0,1）の感圧素子は脈波形非検出パターンであり、（0,2），（0,3）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（0,4），（0,5），（0,6）の感圧素子は正位相波形パターンであり、(0,7），（0,8）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（0,9）の感圧素子は脈波形非検出パターンであることが確認される。
【０２２７】
また、第４行について各列の感圧素子で見ると、（3,0）の感圧素子は脈波形非検出パターンであり、（3,1），（3,2）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（3,3），（3,4），（3,5）の感圧素子は正位相波形パターンであり、（3,6）(3,7）の感圧素子は逆位相波形パターンであり、（3,8）（3,9）の感圧素子は脈波形非検出パターンであることが確認される。
【０２２８】
この第１行では、感圧素子（0,2），（0,3）からなる逆位相波形パターンの範囲と感圧素子（0,7），（0,8）からなる逆位相波形パターンの範囲とで挟まれた、（0,4），（0,5），（0,6）の感圧素子からなる正位相波形パターンの範囲の中心位置にある感圧素子（0,5）が動脈の直上に近いと考えられるため、感圧素子（0,5）を脈波形測定に用いることが望ましい。
【０２２９】
また、（0,0），（0,1）からなる脈波形非検出パターンの範囲と、（0,9）からなる脈波形非検出パターンの範囲の内で、逆位相波形パターンの範囲から最も離れた感圧素子（0,0）は、脈波由来の波形は検出されにくいと考えられるため、体動由来の波形測定に用いることが望ましい。
【０２３０】
第４行では、感圧素子（3,1），（3,2）からなる逆位相波形パターンの範囲と感圧素子（3,6），（3,7）からなる逆位相波形パターンの範囲とで挟まれた、（3,3），（3,4），（3,5）の感圧素子からなる正位相波形パターンの範囲の中心位置にある感圧素子（3,4）が動脈の直上に近いと考えられるため、感圧素子（3,4）を脈波形測定に用いることが望ましい。
【０２３１】
また、（3,0）からなる脈波形非検出パターンの範囲と、（3,8），（3,9）からなる脈波形非検出パターンの範囲の内で、逆位相波形パターンの範囲から最も離れた感圧素子（3,9）は、脈波由来の波形は検出されにくいと考えられるため、体動由来の波形測定に用いることが望ましい。なお、脈波測定、体動測定に用いる感圧素子の個数は、任意に定めることができる。
【０２３２】
［感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例：図２６］
感圧素子アレイを接触させる体表面は必ずしも平面であるとは限らない。体表面に凹凸がある場合には、体表面が平面であれば正位相波形パターンあるいは逆位相波形パターンを呈する感圧素子が脈波形非検出パターンを呈することがある。
【０２３３】
図２６に示す脈波形パターンの分布は、感圧素子アレイと体表面との密着が不均一な場合について示している。なお、図２６は、図２５に示す例と同様に、図中の感圧素子は（0,0），（0,1），（0,2），…（0,10），（1,0），…，（9,9）で表される。
【０２３４】
図２６において、脈波由来の波形検出が期待できる範囲は、感圧素子（0,2），（0,7），（9,2），（9,7）で囲まれる範囲（図中の太い実線で囲まれる範囲）であり、この範囲内において脈波非検出パターン２Ｃの感圧素子は、押圧の増加によって感圧素子が体表面と接触して脈波由来の波形が検出される場合があるため、体動測定用の感圧素子としては適していない。
【０２３５】
また、正位相波形パターン２Ａと判定される感圧素子の内で、感圧素子（3,4），（3,5），(8,4),(8,5)は、脈波形非検出パターン２Ｃと判定される感圧素子（3,3）,(4,4）,(4,5）,(3,6）,(7,4）,(8,4）と隣接しているため、押圧の減少によって脈波由来の波形が消失する場合があるため、脈波形測定用の感圧素子としては適していない。したがって、図中の太い破線で囲まれる感圧素子（0,4），（0,5），（1,4），（1,5），（2,4），（2,5），（9,4），（9,5）が脈波形測定の感圧素子と好適である。
【０２３６】
次に、脈波形測定用の感圧素子を選択する手順、および体動測定用の感圧素子を選択する手順について、図２７，図２８のフローチャートを用いて説明する。
【０２３７】
［脈波形測定用の感圧素子の選択：図２７］
図２７は脈波形測定用の感圧素子を選択する手順を説明するためのフローチャートである。なお、図２７のフローチャートは、感圧素子がｘｙ方向に配列された感圧素子アレイにおいて、ｙ方向の一行分ごとに実行する手順を順次実行するものである。
【０２３８】
はじめにｙ方向の一行目について脈波形測定用の感圧素子を抽出するために、ｙ＝０とする。なお、図２４〜図２６では、ｙ方向は縦方向を表し、ｘ方向は横方向を表している。ｙ＝０は第０行目を表す(S61)。
【０２３９】
第０行目において、ｘ方向に配列される１行分の脈波形パターンの判定結果を読み出し（S62）、この中から正位相波形パターンと判定された感圧素子を抽出する（S63）。
【０２４０】
抽出した感圧素子の中で感圧素子が３以上連続する組み合わせが有るかを判定する(S64)。３以上連続する感圧素子の組み合わせがある場合には、その組み合わせのｘ方向に隣接する両側の脈波形パターンの判定結果を読み出し（S65）、この中に逆位相波形パターンが存在するかを判定する（S66）。
【０２４１】
正位相波形パターンが３以上連続する感圧素子の組み合わせの両側に逆位相波形パターンが存在する場合には、連続する感圧素子の中間にある感圧素子を求め(S67)、その感圧素子の位置を記憶する(S68)。これによって、第０行目について、脈波形測定用の感圧素子を求めることができる。
【０２４２】
次に、ｙ＝ｙ＋１としてS61〜S68の工程を繰り返して、次の行について脈波形測定用の感圧素子を求め(S69)、感圧素子アレイがｍ行感圧素子を備える場合には、全ｍ行が完了するまでS61〜S68の工程を繰り返して脈波形測定用の感圧素子を求める(S6A)。
【０２４３】
なお、S64において、正位相波形パターンが３以上連続する感圧素子の組み合わせが存在しない場合、およびS66において、正位相波形パターンの両側に逆位相波形パターンが存在しない場合には、S69の工程で次の行について判定を行う。
【０２４４】
この例では１つの行について正位相パターンが３以上連続する内から１つの素子を選択する場合を示したが、１つの行から２つ以上の素子を選んでもよい。また１つの行に正位相パターンが１つまたは２連続の場合においても同様に素子を選択してもよい。
【０２４５】
［体動波形測定用の感圧素子の選択：図２８］
図２８は体動波形測定用の感圧素子を選択する手順を説明するためのフローチャートである。なお、図２８のフローチャートは、感圧素子がｘｙ方向に配列された感圧素子アレイにおいて、ｙ方向の一行分ごとに実行する手順を順次実行するものである。
【０２４６】
はじめにｙ方向の一行目について脈波形測定用の感圧素子を抽出するために、ｙ＝０とする。なお、図２４〜図２６では、ｙ方向は縦方向を表し、ｘ方向は横方向を表している。ｙ＝０は第０行目を表す(S71)。
【０２４７】
第０行目において、ｘ方向に配列される１行分の脈波形パターンの判定結果を読み出し（S72）、この中から正位相波形パターンと判定された感圧素子を抽出する（S73）。
【０２４８】
抽出した感圧素子の中で感圧素子が３以上連続する組み合わせが有るかを判定する(S74)。３以上連続する感圧素子の組み合わせがある場合には、その組み合わせのｘ方向に隣接する両側の脈波形パターンの判定結果を読み出し（S75）、この中に逆位相波形パターンが存在するかを判定する（S76）。
【０２４９】
正位相波形パターンが３以上連続する感圧素子の組み合わせの両側に逆位相波形パターンが存在する場合には、逆位相波形パターンの外側に波形判定パターンを読み出し(S77)、読み出した波形判定パターンが脈波形非検出パターンであるか否かを判定する(S78)。
【０２５０】
逆位相波形パターンの外側に脈波形非検出パターンが存在する場合には、脈波形非検出パターンの最外側にある感圧素子を選択して記憶する(S79)。これによって、第０行目について、体動測定用の感圧素子を求めることができる。
【０２５１】
次に、ｙ＝ｙ＋１としてS71〜S79の工程を繰り返して、次の行について体動測定用の感圧素子を求め(S7A)、感圧素子アレイがｍ行の感圧素子を備える場合には、全ｍ行が完了するまでS71〜S7Aの工程を繰り返して脈波形測定用の感圧素子を求める(S7B)。
【０２５２】
なお、S74において、正位相波形パターンが３以上連続する感圧素子の組み合わせが存在しない場合、S76において、正位相波形パターンの両側に逆位相波形パターンが存在しない場合、およびS78において、脈波形非検出パターンが存在しない場合には、S7Aの工程で次の行について判定を行う。
【産業上の利用可能性】
【０２５３】
本発明の脈波測定装置は、脈拍計や血圧計に適用する他、脈波を用いる身体機能測定装置に適応することができる。
【０２５４】
また、本発明の脈波測定装置は、人体の脈波測定に限らず、動物の脈波測定に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５５】
【図１】本発明に適用する脈波測定装置１の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の脈波形判定手段が判定する脈波形のパターンを説明するための図である。
【図３】本発明の脈波周期検出手段の波形と波形判定手段の波形を説明するための図である。
【図４】本発明の脈波形の波形パターンを判定するための波形形状を説明するための図である。
【図５】本発明の脈波形の波形パターンの判定の一例を示す図である。
【図６】本発明の脈波形の波形パターンの判定の一例を示す図である。
【図７】本発明の波形パターンの判定条件を説明するための図である。
【図８】本発明による波形判定の動作概要を説明するための図である。
【図９】本発明の正位相波形パターンの判定例を説明するための図である。
【図１０】本発明の逆位相波形パターンの判定例を説明するための図である。
【図１１】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第１、２の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１２】本発明の第１の形態および第２の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第３の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１４】本発明の第３の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第４の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１６】本発明の第４の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第５の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１８】本発明の第５の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１９】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第６の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２０】本発明の第６の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の脈波周期検出手段と波形判定手段の第７の形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２２】本発明の第７の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２３】本発明の脈波周期検出手段および波形判定手段で行う移動平均処理、二重移動平均処理の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２４】本発明の感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例を説明するための図である。
【図２５】本発明の感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例を説明するための図である。
【図２６】本発明の感圧素子アレイの脈波形パターンの分布例を説明するための図である。
【図２７】本発明の脈波形測定用の感圧素子を選択する手順を説明するためのフローチャートである。
【図２８】本発明の体動波形測定用の感圧素子を選択する手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２５６】
１  脈波測定装置
２  感圧素子アレイ
２Ａ  正位相波形パターン
２Ｂ  逆位相波形パターン
２Ｃ  脈波非検出パターン
３  脈波周期検出手段
３ａ  第１フィルタ
３ｂ  極値検出回路
３ｃ  周期検出回路
３ｄ  記憶回路
３ｅ  波形判定回路
４  脈波判定手段
４ａ  第２フィルタ
４ｂ  最大・最小検出回路
４ｃ，４ｃ１，４ｃ２  波形判定回路
４ｄ  最大・最小記憶回路
５  使用素子選択手段
６  脈波形測定手段
１０  動脈
【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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【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２７】
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【図２８】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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