(57)【要約】  第１演算部（１０２）は、第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時心拍数（拍動数）より被検者の心拍数を求める。なお、第１係数は、１未満の数値であり、また、固定値である。第２演算部（１０３）は、第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時心拍数より被検者の心拍数を求める。第２係数は、１未満の数値であり、可変値である。切替部（１０４）は、前回求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差に基づいて第１演算部（１０２）と第２演算部（１０３）とを切り替える。
2019172111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報から時系列に心臓の拍動数に関する複数の瞬時拍動数を抽出する抽出部と、
固定値の１未満の第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より前記拍動数を求める第１演算部と、
可変値の１未満の第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より前記拍動数を求める第２演算部と、
前記第１演算部または前記第２演算部で求められた前記拍動数と、前記抽出部が抽出した最新の瞬時拍動数との差に基づいて前記第１演算部と前記第２演算部とを切り替える切替部と
を備える拍動数算出装置。
【請求項２】
請求項１記載の拍動数算出装置において、
前記第２演算部は、前記第２係数を前記第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に前記第１係数に近づける係数処理部を有する
ことを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の拍動数算出装置において、
前記切替部は、
前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第１定数以上である状態が、設定されている第１拍動数の間継続した第１状態である場合に前記第１演算部から前記第２演算部に切り替え、
前記第２演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第２定数以下である状態が設定されている第２拍動数の間継続する第２状態、または、前記第２係数が前記第１係数に等しくなる第３状態である場合に前記第２演算部から前記第１演算部に切り替える
ことを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新を停止し、前記第１演算部で前回の時点で算出された前記拍動数と現時点で算出された前記拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新値を制限する更新停止部を更に備えることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記第２演算部で前記拍動数を求めている期間、前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が設定されている基準値を超えている期間、もしくは、求められている前記拍動数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間と判別し、前記異常期間は前記拍動数の出力を停止する出力制御部を更に備えることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項６】
請求項５記載の拍動数算出装置において、
前記出力制御部は、前記異常期間において求められている前記拍動数が、前記異常期間ではない期間において求められている前記拍動数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、前記拍動数を出力することを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
生体情報は、生体の心電図波形であり、前記拍動数は心拍数であることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
生体情報は、脈拍に関する情報であり、前記拍動数は脈拍数であることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項９】
生体の心電図波形から時系列に複数の瞬時拍動数を抽出する第１ステップと、
固定値の１未満の第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第２ステップと、
可変値の１未満の第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第３ステップと、
前記第２ステップまたは前記第３ステップで前回求められた前記拍動数と、抽出された最新の瞬時拍動数との差に基づいて前記第２ステップと前記第３ステップとを切り替える第４ステップと
を備える拍動数算出方法。
【請求項１０】
請求項９記載の拍動数算出方法において、
前記第３ステップでは、前記第２係数を前記第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に前記第１係数に近づける
ことを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の拍動数算出方法において、
前記第４ステップは、
前記第２ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第１定数以上である状態が、設定されている第１拍動数の間継続した第１状態である場合に前記第２ステップから前記第３ステップに切り替え、
前記第３ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第２定数以下である状態が設定されている第２拍動数の間継続する第２状態、または、前記第２係数が前記第１係数に等しくなる第３状態である場合に前記第３ステップから前記第２ステップに切り替える
ことを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記第２ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新を停止し、前記第２ステップで前回の時点で算出された前記拍動数と現時点で算出された前記拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新値を制限する第５ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記第２ステップで前記拍動数を求めている期間、前記第１ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が設定されている基準値を超えている期間、もしくは、求められている前記拍動数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間とし、前記異常期間は前記拍動数の出力を停止する第６ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の拍動数算出方法において、
前記異常期間において求められている前記拍動数が、前記異常期間ではない期間において求められている前記拍動数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、前記拍動数を出力する第７ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
生体情報は、生体の心電図波形であり、前記拍動数は心拍数であることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１６】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
生体情報は、脈拍に関する情報であり、前記拍動数は脈拍数であることを特徴とする拍動数算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心拍数や脈拍数などの拍動数を算出する拍動数算出装置および方法に関するものである。特に、瞬時拍動数に異常値が含まれる場合にも、安定的に拍動数を算出することのできる拍動数算出装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
心拍変動を測定することは、心肺機能の負荷強度のコントロールに有用である。昨今では、シャツなどの衣服に電極が組み込まれ、心電を計測できるウエアラブルデバイスが開発され、様々な場面において心拍変動の監視・観察が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】C. Park et al., "An Ultra-Wearable, Wireless, Low Power ECG Monitoring System", Biomedical Circuits and Systems Conference, 2006. BioCAS 2006. IEEE.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ウエアラブルな心拍計測デバイスでは、測定される結果（心電図波形）にノイズが加わりやすく、心拍検出ミスを誘発することがある。この結果、測定された心電図波形より時系列に求められる、一拍ごとのある瞬時心拍数に異常値が含まれるようになる。このような異常値の算出を防ぐために、測定される心電図波形より求められる瞬時心拍数を適切に平均化することが重要となる。【０００５】
平均化の技術として、例えば、非特許文献１には、心電図波形より得られた瞬時心拍数より心拍数を算出するときに、移動平均の対象とする所定データ点数が入力されるまでの間には、入力済みのデータ点数分の移動平均を行うようにしている。しかし、瞬時心拍数の時系列データに異常値が含まれる場合の対処については言及されていない。【０００６】
ウエアラブルデバイスを用いて得られた心電図波形にはノイズが加わりやすく、心拍検出ミスを誘発することがあるため、瞬時心拍数に異常値が含まれるようになる。このため、心拍数の推移をモニタするには、適切に平均化された心拍数（瞬時心拍数）を得ることが重要となる。【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、瞬時心拍数など、心臓の拍動数に関する瞬時拍動数に異常値が含まれていても、適切に拍動数を算出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る拍動数算出装置は、生体情報から時系列に心臓の拍動数に関する複数の瞬時拍動数を抽出する抽出部と、固定値の１未満の第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第１演算部と、可変値の１未満の第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第２演算部と、第１演算部または第２演算部で求められた拍動数と、抽出部が抽出した最新の瞬時拍動数との差に基づいて第１演算部と第２演算部とを切り替える切替部とを備える。【０００９】
本発明に係る拍動数算出方法は、生体の心電図波形から時系列に複数の瞬時拍動数を抽出する第１ステップと、固定値の１未満の第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第２ステップと、可変値の１未満の第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第３ステップと、第２ステップまたは第３ステップで前回求められた拍動数と、抽出された最新の瞬時拍動数との差に基づいて第２ステップと第３ステップとを切り替える第４ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したことにより、本発明によれば、瞬時拍動数に異常値が含まれていても、適切に拍動数を算出できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る拍動数算出装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る拍動数算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る拍動数算出方法をより詳細に説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、平均化係数ａ（第１係数）を０．１とした第１演算部１０２による拍動数算出モード（第１モード）で算出された拍動数の変化を示す特性図である。
【図５】図５は、平均化係数ａ（第１係数）を０．１とした第１演算部１０２による拍動数算出モード（第１モード）で算出された拍動数の変化と、平均化係数ａ（第２係数）をａ＝０．５−０．４×Ｎ／２０とした第２演算部１０３による拍動数算出モード（第２モード）で算出された拍動数の変化とを示す特性図である。
【図６】図６は、安静状態から急に、全力でペダリングなどの運動を実施した場合のヒトの拍動数の変化を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る他の拍動数算出装置１００ａの構成を示す構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、異常期間の判定例を示す説明図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、異常期間の判定例を示す説明図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、異常期間の判定例を示す説明図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、異常期間の判定例を示す説明図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、異常期間の判定例を示す説明図である。
【図９】図９は、本発明に係る拍動数算出装置のハードウエア構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る拍動数算出装置１００について図１を参照して説明する。拍動数算出装置１００は、抽出部１０１、第１演算部１０２、第２演算部１０３、切替部１０４を備える。
【００１３】
抽出部１０１は、対象となる生体（被検者）から得られる生体情報から、時系列に心臓の拍動数に関する複数の瞬時拍動数を抽出する。生体情報は、例えば、心電計１２１による測定で得られた被検者の心電図波形であり、拍動数は、心拍数である。よく知られているように、心電図波形のＲＲ間隔より、瞬時心拍数が求められる。例えば、ＲＲ間隔が２秒であれば、６０秒／２により瞬時心拍数は３０回／分となる。以下では、拍動数として心拍数を例に説明する。
【００１４】
第１演算部１０２は、第１係数を用いたＩＩＲ（Infinite impulse response）フィルタによる平均化処理で複数の瞬時心拍数（瞬時拍動数）より被検者の心拍数（拍動数）を求める。なお、第１係数は、１未満の数値であり、また、固定値である。第１演算部１０２は、例えば、ある時点の瞬時心拍数に第１係数を乗じ、この値に、前の時点の心拍数に１から第１係数を減じた値を乗じた値を加える［現時点の心拍数＝（瞬時心拍数×第１係数）＋｛前の時点の心拍数×（１−第１係数）｝］ことで、心拍数を時系列に求めて更新する。
【００１５】
第２演算部１０３は、第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時心拍数より被検者の心拍数を求める。第２係数は、１未満の数値であり、可変値である。第２演算部１０３は、例えば、瞬時心拍数に第２係数を乗じた値に、前の時点の心拍数に１から第２係数を減じた値を乗じた値を加えることで、心拍数を時系列に求めて更新する。ここで、第２演算部１０３は、第２係数を第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に第１係数に近づける処理部１０３ａを備える。演算部１０３は、処理部１０３ａにより係数処理された第２係数を用いる。
【００１６】
切替部１０４は、第１演算部１０２または第２演算部１０３で、前回に求められた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差に基づいて、第１演算部１０２と第２演算部１０３とを切り替える。切替部１０４は、拍動数算出装置が出力する心拍数を求める演算部を、第１演算部１０２または第２演算部１０３のいずれかに切り替える。切替部１０４は、前回求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差に基づいて、この最新の瞬時心拍数を用いて心拍数を算出するための処理を、前回心拍数を求めた処理部のままとするか切り替えるかを判断し、切り替えると判断した場合に処理部を切り替える。拍動数算出装置は、切替部１０４により切り替えられた第１演算部１０２または第２演算部１０３で求められた心拍数を出力する。
【００１７】
切替部１０４は、例えば、第１演算部１０２で求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差が、設定されている第１定数以上である状態が、設定されている第１拍動数の間継続した第１状態である場合に第１演算部１０２から第２演算部１０３に切り替える。
【００１８】
また、切替部１０４は、例えば、第２演算部１０３で求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差が、設定されている第２定数以下である状態が設定されている第２拍動数の間継続する第２状態、または、第２係数が第１係数に等しくなる第３状態である場合に第２演算部１０３から第１演算部１０２に切り替える。
【００１９】
例えば、前回は、第１演算部１０２により心拍数が求められており、この心拍数と、今回、抽出部１０１により抽出された瞬時心拍数との差が、第１状態の場合、切替部１０４は、切換えを実施する。この場合、今回は、第２演算部１０３により心拍数を求めるものとなる。また、例えば、前回は、第２演算部１０３により心拍数が求められており、この心拍数と、今回、抽出部１０１により抽出された瞬時心拍数との差が、第２状態または第３状態の場合、切替部１０４は、切換えを実施する。この場合、今回は、第１演算部１０２により心拍数を求めるものとなる。
【００２０】
また、実施の形態に係る拍動数算出装置１００は、上述した構成に加えて更新停止部１０５を備える。更新停止部１０５は、第１演算部１０２で求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、心拍数の更新を停止し、第１演算部１０２で前回の時点で算出された心拍数と現時点で算出された心拍数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、心拍数の更新値を制限する。
【００２１】
次に、実施の形態に係る拍動数算出装置１００の動作例（拍動数算出方法）について、図２を参照して説明する。
【００２２】
まず、ステップＳ１０１で、被検者から得られる生体情報から、抽出部１０１が、時系列に複数の瞬時心拍数を抽出する。生体情報は、例えば、心電計１２１による測定で得られた被検者の心電図波形である。次に、ステップＳ１０２で、ステップＳ１０１で抽出された最新の瞬時心拍数と、前回に求められている心拍数との差を元に、切り替えるか否かを判断する（第４ステップ）。ここで、切り替えないと判断した場合（ステップＳ１０２のｎｏ）、ステップＳ１０３で、前回と同じ演算処理により心拍数を求める。一方、切り替えると判断した場合（ステップＳ１０２のｙｅｓ）、ステップＳ１０４で、切替部１０４は、演算処理を切り替え、ステップＳ１０５で切換えた演算処理で心拍数を求める。次に、ステップＳ１０６で、拍動数算出装置１００が、終了指示が入力されたか否かを判断する。終了指示が入力されていない場合（ステップＳ１０６のｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、処理を継続する。
【００２３】
例えば、前回は、第１演算部１０２により心拍数を求めており（第２ステップ）、この心拍数と最新の瞬時心拍数との差が第１状態である場合、ステップＳ１０２において、切替部１０４は、切り替えるものと判断し、ステップＳ１０４で、第１演算部１０２から第２演算部１０３に切り替え、ステップＳ１０５で、最新の瞬時心拍数から第２演算部１０３により心拍数を求める（第３ステップ）。
【００２４】
また、例えば、前回は、第２演算部１０３により心拍数を求めており（第３ステップ）、この心拍数と最新の瞬時心拍数との差が、第２状態または第３状態である場合、ステップＳ１０２において、切替部１０４は、切り替えるものと判断し、ステップＳ１０４で、第２演算部１０３から第１演算部１０２に切り替え、ステップＳ１０５で、最新の瞬時心拍数から第１演算部１０２により心拍数を求める（第２ステップ）。
【００２５】
なお、第２演算部１０３による心拍数の算出処理では、第２係数を第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に第１係数に近づけるようにする。個の第２係数の処理は、処理部１０３ａで行う。また、図２には示していないが、第１演算部１０２で求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、心拍数の更新を停止し、前回に算出された心拍数と現時点で算出された心拍数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、心拍数の更新値を制限することもできる（第５ステップ）。
【００２６】
［実施例］
次に、実施例を用いてより詳細に説明する。以下では、第１演算部１０２による心拍数の算出処理を第１モードと称し、第２演算部１０３による心拍数の算出処理を第２モードと称する。
【００２７】
まず、第１モードおよび第２モードの両モードにおいて、複数の瞬時心拍数より被検者の心拍数を求めるためのＩＩＲフィルタによる平均化処理として、ｎ個の時系列データである瞬時心拍数ＩＨＲ［ｎ］に対し、平均化係数ａを用いて、心拍数ＨＲ［ｎ］を「ＨＲ［ｎ］＝（１−ａ）×ＨＲ［ｎ−１］＋ａ×ＩＨＲ［ｎ］」により計算する。
【００２８】
平均化係数ａは、０＜ａ＜１の値をとる。この値を小さくするほど、心拍数ＨＲ[ｎ]に対して細かな変動を抑える平滑化の効果が高まる一方で、おおまかな変化に追随する際の遅延が大きくなる。
【００２９】
また、第１モードでは、平均化係数ａを固定値とし（第１係数）、第２モードでは、平均化係数ａを可変値とする（第２係数）。
【００３０】
上述した条件による実施例における心拍数算出のフローについて、図３を参照して説明する。図３では、瞬時心拍数から心拍数を算出する手順の１回分を示している。なお、ΔＨＲｉは、心拍数から、この心拍数を求めた時点で最新の瞬時心拍数を減じた値の絶対値である。また、ΔＨＲは、現時点で算出された心拍数から、前回の時点で算出された心拍数を引いた値である。
【００３１】
まず、ステップＳ２０１で、現状のモードが、第２モードで有るか否かを判断する。第２モードの場合、ステップＳ２０２で、ΔＨＲｉが２０（第２定数）以下か否かを判断する。ΔＨＲｉが２０以下である場合、ステップＳ２０３で、カウント数Ｃ２（第２拍動数）に１を加える。次に、ステップＳ２０４で、カウント数Ｃ２が５であるか否かを判断する。カウント数Ｃ２が５の場合、ステップＳ２０５で、第２モードから第１モードに切り替え、カウント数Ｃ２を０にする。一方、ΔＨＲｉが２０を超えている場合、ステップＳ２０６で、カウント数Ｃ２を０にする。
【００３２】
ステップＳ２０１の判断で、第２モードではないとされた場合、ステップＳ２０７で、ΔＨＲｉが４０（第１定数）以上か否かを判断する。ΔＨＲｉが４０以上である場合、ステップＳ２０８で、カウント数Ｃ１（第１拍動数）に１を加える。次に、ステップＳ２０９で、カウント数Ｃ１が８であるか否かを判断する。カウント数Ｃ１が８の場合、ステップＳ２１０で、第１モードから第２モードに切り替え、カウント数Ｃ１を０にする。一方、ΔＨＲｉが４０未満の場合、ステップＳ２１１で、カウント数Ｃ１を０にする。
【００３３】
次に、ステップＳ２１２で、現状のモードが、第２モードで有るか否かを判断する。第２モードの場合、ステップＳ２１３で、カウント数Ｃ３が２０であるか否かを判断する。カウント数Ｃ３が２０の場合、ステップＳ２１４で、第２モードから第１モードに切り替え、カウント数Ｃ３を０にする。現在のモードが第１モードの場合、ステップＳ２１５で、ΔＨＲｉが４０以上か否かを判断する。ΔＨＲｉが４０未満の場合、ステップＳ２１６で、第１モードによる算出を行い、ステップＳ２１７で、ΔＨＲが２ｂｐｍより大きいか否かを判断する。ΔＨＲが２ｂｐｍより大きい場合、ステップＳ２１８で、心拍数の更新制限としてＨＲ［ｎ］＝ＨＲ［ｎ−１］＋２とする。また、ΔＨＲが２ｂｐｍ以下の場合、ステップＳ２１９で、ΔＨＲが−２ｂｐｍより小さいか否かを判断する。ΔＨＲが−２ｂｐｍより小さい場合、ステップＳ２２０で、心拍数の更新制限としてＨＲ［ｎ］＝ＨＲ［ｎ−１］−２とする。
【００３４】
ステップＳ２１３の判断で、カウント数Ｃ３が２０ではないと判断された場合、ステップＳ２２１で、第２モードによる算出を行い、カウント数Ｃ３に１を加え、１回分の処理を終了する。
【００３５】
また、ステップＳ２１２の判断で、第２モードではない（第１モード）と判断された場合、ステップＳ２１５に移行する。
【００３６】
上述した処理において、第１モードでは、平均化係数ａを、例えば０．１とする。この条件によれば、図４に示すように、心拍数ＨＲ［ｎ］は適度に平滑化されるとともに、変化に対する遅延も許容され得る程度になる。
【００３７】
また、第２モードでは、平均化係数ａを、例えば「ａ＝０．５−０．４×Ｎ／２０（Ｎ：第２モードに移行してからの拍数）」とする。すなわち、第２モードでの平均化係数ａは、０．５から始まり、拍毎に０．０２ずつ小さくなり、２０拍目で第１モードでの値０．１に戻る。第２モードの平均化係数ａを一時的に大きくすることで、瞬時心拍数の値を強く反映させ、心拍数の値の収束を加速する効果を持っている。
【００３８】
心拍数の算出開始時に、初めの瞬時心拍数が異常値であった場合、第１モードでは、心拍数が正しい値に近づくのに時間がかかってしまう。しかし、このような状況において、第２モードであれば、図５に示すように、心拍数は速やかに正常な値に収束する。
【００３９】
また、心拍数と大きく乖離する瞬時心拍数が続くとき、例えば瞬時心拍数と心拍数との差が４０ｂｐｍ以上である拍が８回連続した場合などは、それまでの心拍数よりも、その時点の瞬時心拍数のほうが、信憑性が高いと考えられる。従って、それまでの心拍数は棄却し、当該時点の瞬時心拍数に基づいた心拍数となるようにすることが望ましい。このためには、上記の条件時には第２モードに移行することにしておく。
【００４０】
平均化係数ａが第１モードでの値０．１に戻ったら、この後は、平均化係数ａ＝０．１を維持した第１モードとするのが適切である。また、心拍数と瞬時心拍数の差が収束したと考えられるとき、例えば瞬時心拍数と心拍数との差が２０ｂｐｍ以下である拍が５回連続した場合などにも、第１モードに移行し、心拍数の平滑性を向上させることができる。
【００４１】
なお、ヒトの心拍数は、安静状態から急に、全力でペダリングなどの運動を実施した場合などに、最大で２ｂｐｍ／拍程度の割合で増加する。この状態を図６に示す。逆に、それを超える割合で増加することは考えにくい。従って、心拍数の変化量に２ｂｐｍ／拍の上限を設けておけば、求められた心拍数が異常な値となることを予防できる。
【００４２】
また、瞬時心拍数が心拍数から大きく乖離するときの単回ごとの扱いとしては、例えば瞬時心拍数と心拍数との差が４０ｂｐｍ以上の場合には、瞬時心拍数のほうを異常値とみなすのが妥当であり、この値を廃棄して、心拍数は更新しないものとする。ただし、これらは第１モードにおいてのことであり、異常な状態から回復させるための措置期間である第２モードにおいては当てはまるものではない。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態に係る他の拍動数算出装置１００ａについて図７を参照して説明する。拍動数算出装置１００ａは、抽出部１０１、第１演算部１０２、第２演算部１０３、切替部１０４を備える。これらは、前述した拍動数算出装置１００と同様である。
【００４４】
拍動数算出装置１００ａは、出力制御部１０６を備える。出力制御部１０６は、第２演算部１０３で心拍数を求めている期間、第１演算部１０２で求めた心拍数と、最新の瞬時心拍数との差が基準値を超えている期間、もしくは、求められている心拍数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間と判別し、異常期間は心拍数の出力を停止する。例えば、瞬時心拍数と心拍数との差が４０ｂｐｍ以上の場合は、算出される心拍数には異常値またはその影響が含まれている可能性がある。また、求められている心拍数が、０であるなど、常識的な値から極端に外れて異常値（設定されている異常範囲）となる場合もある。このような場合は、異常期間と判別し、求めた心拍数の出力を停止する。
【００４５】
また、出力制御部１０６は、異常期間の後から設定されている判別期間以内に再び異常期間と判別されるまでの期間を第２異常期間と判別し、第２異常期間は心拍数の出力を停止する構成とすることもできる。例えば、異常期間と判別された後、３０秒以内に、再度、異常期間と判別された場合、前回の異常期間との判別から今回の異常期間との判別までの期間を第２異常期間とし、この第２異常期間は心拍数の出力を停止する。
【００４６】
また、出力制御部１０６は、異常期間において求められている心拍数が、異常期間ではない期間において求められている心拍数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、心拍数（拍動数）を出力する。異常期間においても、求められている心拍数が、異常期間ではない期間において求められている心拍数に対して、例えば±１０ｂｐｍ以内であれば、出力値として採用する。
【００４７】
拍動数算出装置１００ａによる拍動数算出方法は、図２を用いて説明した各ステップに加え、次に示す構成とすることもできる。第２演算部１０３（第２ステップ）で心拍数を求めている期間、第１演算部１０２（第１ステップ）で求めた心拍数と最新の瞬時心拍数との差が基準値を超えている期間、もしくは、求められている心拍数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間とし、異常期間は心拍数の出力を停止することもできる（第６ステップ）。また、異常期間において求められている心拍数が、異常期間ではない期間において求められている心拍数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、心拍数（拍動数）を出力することもできる（第７ステップ）。また、異常期間の後から設定されている判別期間以内に再び異常期間と判別されるまでの期間を第２異常期間と判別し、第２異常期間は心拍数の出力を停止することもできる（第８ステップ）。
【００４８】
以下、異常期間の判定例について図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図８Ｄ，図８Ｅを参照して説明する。図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図８Ｄ，図８Ｅにおいて、求められた心拍数を白丸で示している。
【００４９】
図８Ａでは、求められた心拍数が正常値であるか異常値であるかの判別結果を実線で示している。判別は、正常値の場合は０とし、異常値の場合は１としている。１と判別された時刻は、異常期間であり、心拍数は出力しない。
【００５０】
図８Ｂでは、異常期間と判別されてから３０秒以内に再度異常期間と判別された場合に、前回の異常期間との判別から今回の異常期間との判別までの間を、すべて異常値（値１）と判別した結果を点線で示している。点線で値１となる期間は、心拍数の取得期間として第２異常期間とし、図８Ｃに示すように、求められた心拍数を出力しない。
【００５１】
図８Ｄは、上述した第２異常期間の心拍数を除いた各心拍数値から、±１０の範囲を実線で示している。第２異常期間でも心拍数がすべて異常とは限らないため、図８Ｅに示すように、この範囲内に該当する心拍数であれば出力することもできる。
【００５２】
ところで、上述では、生体情報として、生体の心電図波形を用い、拍動数として心拍数を対象として説明したが、これに限るものではなく、生体情報として、脈拍に関する情報を用い、拍動数として脈拍数を対象とすることもできる。例えば、光を皮膚に照射して反射光を計測することで、生体情報として時系列に脈拍波形が得られる。脈拍に応じて、血液による光の吸収量が変化し、反射光強度が変化するので、この反射強度の変化から脈拍数を計測することができる。例えば、半導体発光素子を光源とし、フォトダイオードで反射光を計測する構成とすれば、計測装置を小型化することができ、リストバンド型センサとすることができる。このような小型化は、被検者に装着して用いることが非常に容易に実現できる。
【００５３】
また、例えば、顔などの皮膚表面の色の変化を測定することで得られる脈拍数を拍動数とすることもできる。太陽光や照明光が皮膚にあたって反射する光の量が、脈拍に応じて変化するので、この変化をカメラなどを用い撮影した結果を用いることで、脈拍数が計測できる。この場合、被検者が何も装着することなく、被検者から離れた箇所で脈拍数が計測できるという利点がある。
【００５４】
なお、上述した実施の形態に係る拍動数算出装置は、図９に示すように、ＣＰＵ（CentralProcessingUnit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と、外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えた携帯型のコンピュータ機器であり、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作することで、上述した各機能が実現される。なお、ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。
【００５５】
また、上述した実施の形態における拍動数算出装置は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）により構成することも可能である。例えば、ＦＰＧＡのロジックエレメントに、記憶部、抽出部、第１演算部、第２演算部、切替部の各々を回路として備えることで、拍動数算出装置として機能させることができる。記憶回路、抽出回路、第１演算回路、第２演算回路、切替回路の各々は、所定の書き込み装置を接続してＦＰＧＡに書き込む。
【００５６】
以上に説明したように、本発明では、固定値の１未満の第１係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第１演算部と、可変値の１未満の第２係数を用いたＩＩＲフィルタによる平均化処理で複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第２演算部とを、前回に求めた拍動数と、最新の瞬時拍動数との差に基づいて切り替えるようにした。この結果、本発明によれば、瞬時拍動数に異常値が含まれていても、適切に拍動数が算出できるようになる。
【００５７】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…拍動数算出装置、１０１…抽出部、１０２…第１演算部、１０３…第２演算部、１０４…切替部、１０５…更新停止部、１０６…出力制御部、１２１…心電計。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月25日(2020.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報から時系列に心臓の拍動数に関する複数の瞬時拍動数を抽出する抽出部と、
第１のＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より前記拍動数を求める第１演算部と、
前記第１のＩＩＲフィルタよりも早い応答性を備えた第２のＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より前記拍動数を求める第２演算部と、
前記第１演算部または前記第２演算部で求められた前記拍動数と、前記抽出部が抽出した最新の瞬時拍動数との差に基づいて前記第１演算部と前記第２演算部とを切り替える切替部と
を備える拍動数算出装置。
【請求項２】
請求項１記載の拍動数算出装置において、
前記第１のＩＩＲフィルタは、固定値の１未満の第１係数を用い、
前記第２のＩＩＲフィルタは、固定値の１未満の第２係数を用い、
前記第２演算部は、前記第２係数を前記第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に前記第１係数に近づける係数処理部を有する
ことを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項３】
請求項２記載の拍動数算出装置において、
前記切替部は、
前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第１定数以上である状態が、設定されている第１拍動数の間継続した第１状態である場合に前記第１演算部から前記第２演算部に切り替え、
前記第２演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第２定数以下である状態が設定されている第２拍動数の間継続する第２状態、または、前記第２係数が前記第１係数に等しくなる第３状態である場合に前記第２演算部から前記第１演算部に切り替える
ことを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新を停止し、前記第１演算部で前回の時点で算出された前記拍動数と現時点で算出された前記拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新値を制限する更新停止部を更に備えることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記第２演算部で前記拍動数を求めている期間、前記第１演算部で求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が設定されている基準値を超えている期間、もしくは、求められている前記拍動数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間と判別し、前記異常期間は前記拍動数の出力を停止する出力制御部を更に備えることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項６】
請求項５記載の拍動数算出装置において、
前記出力制御部は、前記異常期間において求められている前記拍動数が、前記異常期間ではない期間において求められている前記拍動数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、前記拍動数を出力することを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記生体情報は、生体の心電図波形であり、前記拍動数は心拍数であることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の拍動数算出装置において、
前記生体情報は、脈拍に関する情報であり、前記拍動数は脈拍数であることを特徴とする拍動数算出装置。
【請求項９】
生体情報から時系列に複数の瞬時拍動数を抽出する第１ステップと、
第１のＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より拍動数を求める第２ステップと、
前記第１のＩＩＲフィルタよりも早い応答性を備えた第２のＩＩＲフィルタによる平均化処理で前記複数の瞬時拍動数より前記拍動数を求める第３ステップと、
前記第２ステップまたは前記第３ステップで前回求められた前記拍動数と、抽出された最新の瞬時拍動数との差に基づいて前記第２ステップと前記第３ステップとを切り替える第４ステップと
を備える拍動数算出方法。
【請求項１０】
請求項９記載の拍動数算出方法において、
前記第１のＩＩＲフィルタは、固定値の１未満の第１係数を用い、
前記第２のＩＩＲフィルタは、固定値の１未満の第２係数を用い、
前記第３ステップでは、前記第２係数を前記第１係数よりも大きい値からはじめ、拍毎に前記第１係数に近づける
ことを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の拍動数算出方法において、
前記第４ステップは、
前記第２ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第１定数以上である状態が、設定されている第１拍動数の間継続した第１状態である場合に前記第２ステップから前記第３ステップに切り替え、
前記第３ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている第２定数以下である状態が設定されている第２拍動数の間継続する第２状態、または、前記第２係数が前記第１係数に等しくなる第３状態である場合に前記第３ステップから前記第２ステップに切り替える
ことを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記第２ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新を停止し、前記第２ステップで前回の時点で算出された前記拍動数と現時点で算出された前記拍動数との差が、設定されている基準値を超えた場合に、前記拍動数の更新値を制限する第５ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記第３ステップで前記拍動数を求めている期間、前記第２ステップで求めた前記拍動数と、最新の瞬時拍動数との差が設定されている基準値を超えている期間、もしくは、求められている前記拍動数が設定されている異常範囲となっている期間を異常期間とし、前記異常期間は前記拍動数の出力を停止する第６ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の拍動数算出方法において、
前記異常期間において求められている前記拍動数が、前記異常期間ではない期間において求められている前記拍動数に対して設定されている許容範囲となっている場合は、前記拍動数を出力する第７ステップを更に備えることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記生体情報は、生体の心電図波形であり、前記拍動数は心拍数であることを特徴とする拍動数算出方法。
【請求項１６】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の拍動数算出方法において、
前記生体情報は、脈拍に関する情報であり、前記拍動数は脈拍数であることを特徴とする拍動数算出方法。
【国際調査報告】
2019172111.tif 000016
2019172111.tif 000017
2019172111.tif 000018
2019172111.tif 000019