JPH10258039A

JPH10258039A - 脈拍計

Info

Publication number: JPH10258039A
Application number: JP9063486A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kosuda; 司小須田; Chiaki Nakamura; 千秋中村
Original assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JP3564255B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脈拍計の応答性を改善する。【解決手段】期間Ｔ６において、直前の４データブロ
ックはＤＢ2'、ＤＢ3'、ＤＢ4'およびＤＢ1になる。こ
こで、データブロックＤＢ2'〜ＤＢ4'には体動成分が重
畳しており、データブロックＤＢ1には体動成分が重畳
していない（ｄ）。このため、期間Ｔ６において、バッ
ファ制御信号は、データブロックＤＢ2'〜ＤＢ4'を０デ
ータに置換して出力し、これに続いてデータブロックＤ
Ｂ1を出力するようにバッファを制御する（ｅ）。ここ
で、０データは脈波データの中心値である。したがっ
て、体動成分が重畳したデータブロックＤＢ2'〜ＤＢ4'
を周波数成分の解析に影響を与えないデータに置換する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、利用者の運動量の
管理や健康管理などを行うための脈拍計に関するもので
ある。特に、安静時および運動時のいずれの状態におい
ても、高い精度をもって脈拍数を計測するための信号処
理技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マラソン中やジョギング中でも脈拍数を
計測できれば、利用者の運動量の管理や健康管理（危険
防止）を行うことができることから、腕などに装着した
まま脈拍数の計測を行うことができる携帯用の脈拍計が
案出されている。かかる携帯用の脈拍計では、光学セン
サなどを用いて脈波信号を計測し、この脈波信号から脈
拍に相当する信号を抽出して脈拍数を求めている。但
し、ジョギング中に計測した脈波信号には、その体動に
起因する信号成分も含まれている。このため、脈波成分
から体動成分を除去する必要がある。

【０００３】体動成分の除去に関しては、以下の技術が
開発されている。まず、特開平７−２２７３８３号公報
に開示されている脈拍計にあっては、体動センサによっ
て検出された体動信号に基づいて体動の有無を判定す
る。体動が無いと判定された場合には、脈波センサによ
って検出された脈波信号を矩形波に波形整形しこの矩形
波に基づいて脈拍数を算出する。一方、体動が有りと判
定された場合には、脈波信号にＦＦＴ処理を施した解析
結果から体動信号にＦＦＴ処理を施した解析結果を減算
して体動周波数成分が除去された脈波周波数成分を求
め、この演算結果に基づいて脈拍数を算出する。この脈
拍計にあっては、体動が無い場合には、ＦＦＴ処理を行
う必要がないので消費電力を低減することができる。

【０００４】また、特願平８−２４５１０号に記載され
ている脈拍計にあっては、体動センサによって検出され
た体動信号に基づいて体動の有無を判定する。体動が無
いと判定された場合には、脈波センサによって検出され
た脈波信号にＦＦＴ処理を施して周波数解析を行いこの
解析結果に基づいて脈拍数を算出する。一方、体動が有
ると判定された場合には、脈波信号にＦＦＴ処理を施し
た解析結果から体動信号にＦＦＴ処理を施した解析結果
を減算して体動周波数成分が除去された脈波周波数成分
を求め、この演算結果に基づいて脈拍数を算出する。こ
の脈拍計にあっては、脈波信号を矩形波に波形整形を行
う回路を省略できるので、構成を簡易することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の脈拍計においては、ＦＦＴ（Fast Fourier Transfo
rm：高速フーリエ変換）処理を行っているが、ＦＦＴ処
理した結果得られる最も低い周波数は、分析時間の逆数
で決定される。すなわち、ＦＦＴ処理は、一定のサンプ
ル数を分析単位として行われる。

【０００６】しかしながら、分析単位の途中で体動有り
から体動無しに切り替わった場合、体動が無くなった後
半の期間においては、本来、脈波信号の周波数解析結果
に基づいて脈拍数の算出を行うべきであるにもかかわら
ず、脈波の解析結果から体動の解析結果を減算した脈波
周波数成分に基づいて脈拍数の算出が行われる。この場
合には、正確な脈拍数の検出が、行われない場合があっ
た。このように従来の脈拍計にあっては、利用者が運動
をやめた場合であっても、すぐには脈拍数の算出方法を
切り替えることができず、応答性に問題があった。

【０００７】また、体動センサにノイズが重畳すると、
本来、体動が無いにも拘わらず脈波成分から体動成分が
差し引かれ、正確な脈波を検出することができない。こ
のような異常状態から通常状態に戻った場合には、すぐ
に正確な脈波を検出することが望ましい。しかし、上述
したように脈拍数の算出方法の切り替えには時間がかか
るので、通常状態に復帰した後にも、不正確な脈拍数を
検出してしまうといった問題があった。

【０００８】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、応答性を改善した脈拍計を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明にあっては、一定のサンプル
数に対応するデータブロック毎に脈拍を計測する脈拍計
において、生体の体動を検出して体動データを出力する
体動検出手段と、前記体動データに基づいて体動の有無
を前記データブロック毎に判定する判定手段と、前記生
体の脈動を検出して脈波データを出力する脈波検出手段
と、前記脈波データを記憶するとともに、前記判定手段
の判定結果が体動有りから体動無しに切り替わった後の
所定期間においては、体動有りと判定された期間中に記
憶した前記脈波データを周波数解析に影響を与えないデ
ータに置換して出力し、前記所定期間以外の期間におい
ては記憶した前記脈波データを出力する置換手段と、前
記置換手段の出力データに対して複数の前記データブロ
ック単位で周波数解析を施し、次の周波数解析を１デー
タブロックずらした前記置換手段の出力データに対して
施すことにより、前記データブロック毎に解析結果を得
る第１の演算手段と、前記体動データに対して複数の前
記データブロック単位で周波数解析を施し、次の周波数
解析を１データブロックずらした前記体動データに対し
て施すことにより、前記データブロック毎に解析結果を
得る第２の演算手段と、前記判定手段によって体動有り
と判定された場合には、前記第１の演算手段の周波数解
析に基づいて脈拍に対応する周波数を抽出し、前記判定
手段によって体動無しと判定された場合には、前記第１
の演算手段と前記第２の演算手段の周波数解析結果に基
づいて、脈拍に対応する周波数を抽出する脈波成分抽出
手段と、前記脈波成分抽出手段によって抽出された前記
脈拍の周波数から脈拍数を算出する脈拍数算出手段と、
前記脈拍数を表示する表示手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１０】また、請求項２に記載の発明にあっては、
前記第２の演算手段の周波数解析結果から、前記生体の
体動のピッチを算出するピッチ算出手段と、前記判定手
段によって体動有りと判定された場合には前記ピッチを
表示するように前記表示手段を制御し、前記判定手段に
よって体動無しと判定された場合には、前記ピッチをに
表示しないように前記表示手段を制御する表示制御手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１１】また、請求項３に記載の発明にあっては、
前記第１の演算手段および前記第２の演算手段で行う周
波数解析処理は高速フーリエ変換処理であり、前記デー
タブロックのサンプル数は、高速フーリエ変換演算対象
データに対して、１／４もしくは１／２であることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】

Ａ．脈拍計の機能構成図１は、本発明に係わる脈拍計の代表的な構成例を示す
機能ブロック図である。図において、脈拍計ｆは、一定
のサンプル数に対応するデータブロック毎に脈拍を計測
するようになっている。ｆ１は体動検出手段であって、
生体の体動を検出して体動データを出力する。体動検出
手段ｆ１は、例えば加速度センサによって構成される。
また、ｆ２は判定手段であって、体動検出手段ｆ１によ
って検出される体動データに基づいて体動の有無をデー
タブロック毎に判定する。

【００１３】次に、ｆ３は脈波検出手段であって、生体
の脈動を検出して脈波データを出力する。脈波検出手段
ｆ３としては各種のものがあるが、例えば、光電式脈波
センサが好適である。また、ｆ４は置換手段であって、
脈波データを記憶するとともに、判定手段ｆ２の判定結
果が体動有りから体動無しに切り替わった後の所定期間
においては、体動有りと判定された期間中に記憶した脈
波データを周波数解析に影響を与えないデータに置換し
て出力し、所定期間以外の期間においては記憶した脈波
データを出力する。また、ｆ５は第１の演算手段であっ
て、置換手段ｆ４の出力データに対して複数のデータブ
ロック単位で周波数解析を施し、次の周波数解析を１デ
ータブロックずらした置換手段ｆ４の出力データに対し
て施すことにより、データブロック毎に解析結果を得
る。これにより、第１の演算手段ｆ２は、体動有りから
体動無しに切り替わった後の所定期間において、実質的
に体動無しに対応する脈波データに基づいて周波数解析
を行うことができる。

【００１４】次に、ｆ６は第２の演算手段であって、体
動データに対して複数の前記データブロック単位で周波
数解析を施し、次の周波数解析を１データブロックずら
した前記体動データに対して施すことにより、前記デー
タブロック毎に解析結果を得る。また、ｆ７は脈波成分
抽出手段であって、判定手段ｆ２によって体動有りと判
定された場合には、第１の演算手段ｆ５の周波数解析に
基づいて脈拍に対応する周波数を抽出し、判定手段ｆ２
によって体動無しと判定された場合には、第１の演算手
段ｆ５と第２の演算手段ｆ７の周波数解析結果に基づい
て、脈拍に対応する周波数を抽出する。また、ｆ８は脈
拍数検出手段であって、脈波成分抽出手段ｆ７によって
抽出された前記脈拍の周波数から脈拍数を算出する。

【００１５】次に、ｆ９は表示手段であって、脈拍数検
出手段ｆ８によって検出された脈拍数を表示する。ま
た、ｆ１０はピッチ算出手段であって、第２の演算手段
ｆ６の周波数解析結果から、前記生体の体動のピッチを
算出する。これにより、ランニング時のピッチを求める
ことができる。また、ｆ１１は表示制御手段であって、
判定手段ｆ２によって体動有りと判定された場合にはピ
ッチを表示するように表示手段ｆ９を制御し、判定手段
ｆ２によって体動無しと判定された場合には、ピッチを
表示しないように表示手段ｆ９制御する。

【００１６】Ｂ．実施形態の構成１．脈拍計の機械的構成図２は、本実施形態に係わる脈拍計の機械的構成を示す
説明図である。図２において、本例の脈拍計１（携帯用
脈波計測装置）は、腕時計構造を有する装置本体１０
と、この装置本体１０に接続されるケーブル２０と、こ
のケーブル２０の先端側に設けられた脈波検出用センサ
ユニット３０（脈波信号検出用センサ）とから大略構成
されている。ケーブル２０の先端側にはコネクタピース
８０が構成されており、このコネクタピース８０は、装
置本体１０の６時の側に構成されているコネクタ部７０
に対して着脱自在である。装置本体１０には、腕時計に
おける１２時方向から腕に巻きついてその６時方向で固
定されるリストバンド１２が設けられ、このリストバン
ド１２によって、装置本体１０は、腕に着脱自在であ
る。脈波検出用センサユニット３０は、センサ固定用バ
ンド４０によって遮光されながら人差し指の根本に装着
される。このように、脈波検出用センサユニット３０を
指の根本に装着すると、ケーブル２０が短くて済むの
で、ケーブル２０は、ランニング中に邪魔にならない。
また、掌から指先までの体温の分布を計測すると、寒い
ときには、指先の温度が著しく低下するのに対し、指の
根本の温度は比較的低下しない。従って、指の根本に脈
波検出用センサユニット３０を装着すれば、寒い日に屋
外でランニングしたときでも、脈拍数などを正確に計測
できる。

【００１７】また、装置本体１０は、樹脂製の時計ケー
ス１１（本体ケース）を備えており、この時計ケース１
１の表面側には、現在時刻や日付に加えて、走行時や歩
行時のピッチ、および脈拍数などの脈波情報などを表示
するＥＬバックライト付きの液晶表示装置１３が構成さ
れている。液晶表示装置１３には、セグメント表示領域
の他、ドット表示領域が構成されており、ドット表示領
域では、各種の情報をグラフィック表示可能である。

【００１８】時計ケース１１の内部には、加速度センサ
９１を利用して、体の動きを体動信号ＴＳとして検出す
る体動検出用センサ装置９０が内蔵されている。また、
時計ケース１１の内部には、脈波検出用センサユニット
３０が計測した脈波信号ＭＳに基づいて脈拍数の変化な
どを求めるとともに、それを液晶表示装置１３に表示す
るために、各種の制御やデータ処理を行うマイクロコン
ピュータなどからなる制御部が構成されている。制御部
には計時回路も構成されており、通常時刻、ラップタイ
ム、スプリットタイムなども液晶表示装置１３に表示で
きるようになっている。また、時計ケース１１の外周部
には、時刻合わせや表示モードの切換などの外部操作を
行うためのボタンスイッチ１１１〜１１５が構成されて
いる。

【００１９】次に、脈波検出用センサユニット３０は、
ＬＥＤ、フォトトランジスタなどから構成される。ＬＥ
Ｄから照射された光は血液によって反射され、その反射
光がフォトトランジスタによって受光されるようになっ
ている。また、ＬＥＤ３１としては、ＩｎＧａＮ系（イ
ンジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが好適であ
る。青色ＬＥＤの発光スペクトルは、例えば４５０ｎｍ
に発光ピークを有し、その発光波長域は、３５０ｎｍか
ら６００ｎｍまでの範囲にある。この場合には、かかる
発光特性を有するＬＥＤに対応させてフォトトランジス
タとして、ＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リン系）の
フォトトランジスタを用いればよい。このフォトトラン
ジスタの受光波長領域は、例えば、主要感度領域が３０
０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲にあって、３００ｎｍ
以下にも感度領域がある。このような青色ＬＥＤとフォ
トトランジスタとを組み合わせると、その重なり領域で
ある３００ｎｍから６００ｎｍまでの波長領域におい
て、脈波が検出される。この場合には、以下の利点があ
る。

【００２０】まず、外光に含まれる光のうち、波長領域
が７００ｎｍ以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向
があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていな
い指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトト
ランジスタ３２まで到達せず、検出に影響を与えない波
長領域の光のみがフォトトランジスタ３２に達する。一
方、３００ｎｍより低波長領域の光は、皮膚表面でほと
んど吸収されるので、受光波長領域を７００ｎｍ以下と
しても、実質的な受光波長領域は、３００ｎｍ〜７００
ｎｍとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくと
も、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中
のヘモグロビンは、波長が３００ｎｍから７００ｎｍま
での光に対する吸光係数が大きく、波長が８８０ｎｍの
光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大き
い。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光
特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域（３００ｎ
ｍから７００ｎｍ）の光を検出光として用いると、その
検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血
量変化に基づく脈波信号ＭＳのＳ／Ｎ比を高めることが
できる。

【００２１】２．脈拍計の電気的構成次に、脈拍計の電気的構成を図面を参照して説明する。
図３は本実施形態に係わる脈拍計のブロック図である。

【００２２】図３において、脈波検出用センサユニット
３０によって検出された脈波信号ＭＳは、アンプ２０１
によって所定のレベルの増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２
０２を介してデジタル信号に変換され脈波データＭＤと
してバッファ２０３に供給され、そこに格納されるよう
になっている。この脈波データＭＤは１サンプル当たり
８ビットで表され、０レベルを中心として±１２７レベ
ルを指示する。

【００２３】一方、体動検出用センサ装置９０によって
検出された体動信号ＴＳは、アンプ２０４によって所定
のレベルの増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２０５を介して
デジタル信号に変換され体動データＴＤとして出力され
る。この体動データＴＤは１サンプル当たり８ビットで
表される。なお、この例において、Ａ／Ｄ変換器２０
２，２０５のサンプリング周波数は、８Ｈｚに設定され
ており、１６秒当たり１２８サンプルが得られるように
なっている。

【００２４】次に、バッファ２０３は、脈波データＭＤ
を順次格納し、後述するバッファ制御信号ＢＣＳに基づ
いて、所定期間内に供給された脈波データＭＤあるい
は、その一部を０データに置換したデータを脈波信号用
ＦＦＴ回路２０７に出力する。

【００２５】次に、脈波信号用ＦＦＴ回路２０７は、バ
ッファ２０３から出力される脈波データＭＤに対してＦ
ＦＴ処理を施し、脈波信号ＭＳの各周波数脈成分を示す
脈波解析データＭＫＤを生成する。このＦＦＴ処理を図
４を参照して説明する。図において、時刻ｔ０は脈波の
計測開始時刻であり、ＤＢ1，ＤＢ2，…ＤＢ5，…は脈
波データＭＤを３２サンプル単位でまとめたデータブロ
ックである。

【００２６】ＦＦＴ処理では、１２８サンプル（４デー
タブロック）を対象として演算が行われる。仮に、１２
８サンプル毎に解析処理を行うと、１６秒（＝１２８＊
１／８）毎に脈拍数が更新される。この場合、更新間隔
を短くするためにＦＦＴ処理の対象となるサンプル数を
減らすと、必要な周波数帯域での解析結果を得ることが
できない。そこで、この例にあっては、１回の演算毎に
対象となるサンプルを１データブロック単位でずらし、
直前の１２８サンプルに対してＦＦＴ処理を行うように
している。これにより、データブロック（３２サンプ
ル）毎に解析結果を出力して、脈拍数の更新を４秒毎に
行うことが可能となる。このように、現在の演算対象と
するデータを前回の演算対象となったデータと一部重複
させ、順次、演算対象となるデータをずらしながら行う
ＦＦＴ処理を、以下、シフトＦＦＴ処理と称する。

【００２７】図４において、第１回目のＦＦＴ処理は、
脈波信号用ＦＦＴ回路２０７に第１のデータブロックＤ
Ｂ1が取り込まれた後に行われる。この場合、脈波デー
タＭＤとしては計測開始時刻ｔ０の直後にサンプルされ
た３２サンプルしかないので、データブロックＤＢ1に
０データを３データブロックＤＢ（９６サンプル）付加
したものを演算対象データとしている。なお、０データ
は、脈波データＭＤの中心値であるので、０データを付
加することによって、脈波信号ＭＳに含まれていない周
波数スペクトルが演算結果に表れるといったことはな
い。

【００２８】次に、第２回目のＦＦＴ処理は、演算対象
データを１データブロック分ずらして行われる。この場
合、データブロックＤＢ1，ＤＢ2に０データを２データ
ブロックＤＢ（９６サンプル）付加したものを演算対象
データとする。この後、演算の対象となるデータを順次
ずらして、ＦＦＴ処理を継続する。これにより、脈波の
計測開始から１６秒経過して脈波データＭＤを１２８サ
ンプル得なくとも、４秒経過した時点で周波数解析を行
うことができるので、脈波計測開始から脈拍数の表示ま
での時間を大幅に短縮することが可能となる。

【００２９】次に、図３に示す体動信号用ＦＦＴ回路２
０８は、体動データＴＤに対して、ＦＦＴ処理を施し、
体動信号ＴＳの各周波数成分を指示する体動解析データ
ＴＫＤを生成する。この場合も、上述した脈波データＭ
Ｄと同様に、シフトＦＦＴ処理が行われる。すなわち、
体動信号用ＦＦＴ回路２０８は、まず、直前の１２８サ
ンプルに対してＦＦＴ処理を行ない、次の処理では３２
サンプルずらした１２８サンプルに対してＦＦＴ処理を
行う。

【００３０】脈波抽出手段２０９は、脈波解析データＭ
ＫＤのみから脈拍に相当する周波数を抽出し、その結果
を脈波数算出手段２１０に出力する（第１の抽出方
法）。また、脈波抽出手段２０９は、脈波解析データＭ
ＫＤと体動解析データＴＫＤとを比較して、脈波解析デ
ータＭＫＤの示す各周波数成分から体動解析データＴＫ
Ｄの示す各周波数成分を差し引いて、その結果に基づい
て脈拍に相当する周波数を抽出し、これを脈拍数算出手
段２１０に出力することも可能である（第２の抽出方
法）。この抽出方法の切換は、制御手段２０６から供給
される抽出切換信号ＴＫＳによって制御される。

【００３１】次に、制御手段２０６は、体動データＴＤ
に基づいて、体動の有無、すなわち利用者が運動状態に
あるのか安静状態にあるのかを１データブロック（３２
サンプル）毎に判別する。具体的には、体動データＴＤ
の正のピーク値から負のピーク値を減算して振幅値PPを
求め、これを予め設定された基準値REFと比較して、振
幅値PPが基準値REFを１データブロック期間連続して上
回る場合に体動有りと判定し、一方、振幅値PPが基準値
REFを１データブロック期間中のいずれかのサンプルで
下回る場合には体動無しと判定している。この場合、基
準値REFは、体動の有無を判別できるように実験等によ
って予め定められるが、この例にあっては、「５」に設
定している。そして、この判定結果に基づいて、脈波抽
出方法を指示する抽出切換信号ＴＫＳ、バッファ２０３
から出力するデータを制御するバッファ制御信号ＢＣ
Ｓ、およびピッチ表示の有無を制御するピッチ表示制御
信号ＰＣＳが各々生成される。

【００３２】ここで、抽出切換信号ＴＫＳは、脈波成分
抽出手段２０９に対して、体動無しと判定された場合に
は第１の抽出方法で脈拍に相当する周波数を算出するよ
う指示し、一方、体動有りと判定した場合には第２の抽
出方法で脈拍に相当する周波数を算出するよう指示す
る。また、バッファ制御信号ＢＣＳは、バッファ２０３
に対して、体動の状態が有りから無しに変化した後、一
定の期間、脈波データＭＤの一部を０データに置換して
出力するように指示する。また、ピッチ表示制御信号Ｐ
ＣＳは、ピッチ検出手段２１１に対して、体動が有る場
合にピッチの値を示すピッチデータを出力し、体動が無
い場合にピッチデータを出力しないように指示する。

【００３３】次に、脈拍数算出手段２１０は、脈波成分
抽出手段２０９によって抽出された周波数に基づいて脈
拍数を算出し、これを示す脈拍数データを出力する。こ
の場合、抽出される周波数ｆは、脈波信号ＭＳの基本波
成分に対応するので、脈拍数算出手段２１０は「６０／
ｆ」を演算によって求め、脈拍数を特定する。

【００３４】また、ピッチ算出手段２１１は、体動解析
データＴＫＤに基づいて、ランニング中のピッチを指示
するピッチデータを算出する。この場合、体動解析デー
タＴＫＤは、３２サンプル（４秒）毎に生成されるの
で、ピッチ算出手段２１１によって算出されるピッチデ
ータも４秒毎に生成される。但し、ピッチデータの表示
部２１２への出力は、ピッチ表示制御信号ＰＣＳによっ
て制御されるため、制御手段２０６によって体動無しと
判定されると直ちにピッチデータの出力が停止され、ピ
ッチは表示されなくなる。これにより、ランニングを終
了した後に、ピッチが表示されるといったことがなく
る。

【００３５】また、表示部２１２は、脈拍数データに基
づいて脈拍数を液晶表示装置１３に表示させるととも
に、ピッチデータに基づいてピッチを液晶表示装置１３
に表示させる。これにより、利用者は、脈拍数やピッチ
といった生体の情報を認識することができる。

【００３６】Ｃ．実施形態の動作次に、本実施形態の動作を図面を参照しつつ説明する。１．全体動作図５は、本実施形態に係わる脈波計の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。図５（ａ）は体動デー
タＴＤの振幅値PPの変化についてその一例を示すグラフ
である。この例にあっては、時刻ｔにおいて、振幅値PP
が基準値REFを下回る。したがって、制御手段２０６
は、期間Ｔ１〜期間Ｔ５では体動有りと判定し、期間Ｔ
６〜期間Ｔ８では体動無しと判定する。なお、期間Ｔ５
で体動有りと判定されるのは、時刻ｔｔに達した時点で
始めて制御手段２０６は体動が無かったと検知するから
である。また、図５（ｂ）は、Ａ／Ｄ変換器２０２から
出力される脈波データＭＤである。また、体動有りと判
定される期間中に検出されたデータブロックに
は、「’」を付してある。

【００３７】まず、期間Ｔ５において、バッファ制御信
号ＢＣＳは直前の１２８サンプルに相当するデータブロ
ックＤＢ1'〜ＤＢ4'を出力するようにバッファ２０３を
制御する。これにより、図５（ｃ）に示すデータがバッ
ファ２０３から出力される。また、期間Ｔ５において
は、体動有りと判定されるので、抽出切換信号ＴＫＳ
は、第２の抽出方法で脈拍に対応した周波数を抽出する
ように脈波抽出手段２０９を制御する。この場合、脈波
成分抽出手段２０９は、データブロックＤＢ1'〜ＤＢ4'
に基づいて生成された脈波解析データＭＫＤと体動解析
データＴＫＤとを比較し、この結果に基づいて脈拍に対
応する周波数を特定する。

【００３８】次に、期間Ｔ６において、直前の４データ
ブロックは、図５（ｄ）に示すＤＢ2'、ＤＢ3'、ＤＢ4'
およびＤＢ1になる。ここで、データブロックＤＢ2'〜
ＤＢ4'には体動成分が重畳しており、データブロックＤ
Ｂ1には体動成分が重畳していない。したがって、デー
タブロックＤＢ1に着目すれば、脈波成分抽出手段２０
９は、脈波解析データＭＫＤにのみ基づいて脈拍に対応
する周波数を抽出するのが望ましい（第１の抽出方
法）。しかし、ＦＦＴ処理の対象となるデータブロック
ＤＢ2'〜ＤＢ4'は、体動有りに対応するものであるた
め、第１の抽出方法では、正確に脈拍に対応する周波数
を特定することができない。

【００３９】このため、期間Ｔ６において、バッファ制
御信号ＢＣＳは、データブロックＤＢ2'〜ＤＢ4'を０デ
ータに置換して出力し、これに続いてデータブロックＤ
Ｂ1を出力するようにバッファ２０３を制御する。図５
（ｅ）はバッファ２０３から出力されるデータである。
ここで、０データは脈波データＭＤの中心値であるか
ら、体動成分が重畳したデータブロックＤＢ2'〜ＤＢ4'
は周波数成分の解析に影響を与えないデータに置換され
る。これにより、脈波信号用ＦＦＴ回路２０７は、デー
タブロックＤＢ1に基づいて周波数解析を行うことがで
きる。この際、抽出切換信号ＴＫＳは、第１の抽出方法
で脈拍に対応した周波数を抽出するように脈波抽出手段
２０９を制御する。この場合、脈波成分抽出手段２０９
は、脈波解析データＭＫＤにのみ基づいて、脈拍に対応
する周波数を特定する。

【００４０】ここで、脈波データの置換動作についてよ
り具体的に説明する。例えば、期間Ｔ２〜期間Ｔ５にお
ける脈波データＭＤの変化が図６に示すものである場
合、この脈波データＭＤにＦＦＴ処理を施すと、図７に
示す周波数スペクトラムが得られる。この例では、比較
的低域に体動成分が存在している。このように体動成分
が重畳した周波数解析結果から脈拍に対応する周波数を
特定することは、困難である。図８に、期間Ｔ２〜期間
Ｔ４において０データに置換した脈波データＭＤの変化
を示す。この脈波データＭＤは、図５（ｅ）に示すもの
に相当し、これにＦＦＴ処理を施すと、図９に示す周波
数スペクトラムが得られる。この場合の周波数解析結果
には、体動成分が表れていないので、周波数解析結果か
ら脈拍に対応する周波数を特定することが可能となる。
すなわち、０データに置換することにより、実質的に体
動成分がないデータにのみ基づいて周波数解析が行われ
る。

【００４１】次に、図５に示す期間Ｔ７において、ＦＦ
Ｔの演算処理の対象となるデータブロックは、本来、図
５（ｆ）に示すＤＢ3'、ＤＢ4'、ＤＢ1、ＤＢ2である
が、バッファ制御信号ＢＣＳは、図５（ｇ）に示すよう
にデータブロックＤＢ3'、ＤＢ4'を０データに置換した
データを出力し、これに続いてデータブロックＤＢ1、
ＤＢ2を出力するようにバッファ２０３を制御する。ま
た、この際、抽出切換信号ＴＫＳは、第１の抽出方法で
脈拍に対応した周波数を抽出するように脈波抽出手段２
０９を制御する。また、期間Ｔ８において、バッファ制
御信号ＢＣＳは、図５（ｈ）に示すデータブロックＤＢ
4'、ＤＢ1、ＤＢ2、ＤＢ3のうち、データブロックＤＢ
4'を０データに置換して、図５（ｉ）に示すデータを出
力するようにバッファ２０３を制御する。このように、
判定結果が体動有りから体動無しに切り替わった直後の
３ブロック期間には、体動成分が重畳したブロックデー
タが存在するため、これらのデータを０データに置換す
る処理がバッファ２０３において行われる。この意味に
おいて、バッファ２０３は脈波データの一部を周波数解
析結果に影響を与えないデータへ置換する置換手段とし
て機能する。

【００４２】次に、期間Ｔ９において、バッファ制御信
号ＢＣＳは、図５（ｊ）に示すデータブロックＤＢ1〜
ＤＢ4を出力するようにバッファ２０３を制御する。デ
ータブロックＤＢ1〜ＤＢ4は、体動成分が重畳していな
い脈波データＭＤであり、脈波成分抽出手段２０９は、
脈波解析データＭＫＤにのみ基づいて脈拍に対応する周
波数を特定する。

【００４３】このようにバッファ２０３は、体動有りか
ら体動無しに切り替わった後の所定期間において、体動
有りと判定された期間中に記憶した脈波データＭＤを周
波数解析に影響を与えないデータに置換して出力するの
で、当該期間において脈波信号用ＦＦＴ回路２０７は、
実質的に、体動無しの期間に検出された脈波データＭＤ
にのみ基づいて脈波の周波数解析を行うことができる。
この結果、例えば、ランニングを終えた直後のように生
体の状態が体動有りから体動無し変化した場合であって
も、正確な脈拍を直ちに表示させることができる。ま
た、体動信号ＴＳにノイズが突発的に重畳して異常状態
に陥った場合であっても通常状態に戻ると、正確な脈拍
を直ちに表示させることができる。

【００４４】２．脈波抽出処理次に、図面を参照して脈波抽出手段２０９の脈波抽出処
理について説明する。図１０は脈波抽出手段の動作を示
すフローチャートである。ステップＳ１において、脈波
抽出手段２０９は、抽出切換信号ＴＫＳが第２の抽出方
法を指示するか否かを判定する。第２の抽出方法を指示
する場合は、運動時であって、以下の手順に従って、脈
拍に対応する周波数を特定する。まず、ステップＳ２で
は、体動解析データＴＫＤの最大周波数成分ｆｍを特定
し、その１／２の周波数にある一定値ＴＨ以上の体動成
分があるかどうか判定する（ステップＳ２）。一定値Ｔ
Ｈ以上の体動成分がある場合、ｆｍは第２高調波として
特定する（ステップＳ３）。一方、無い場合には、ｆｍ
の１／３の周波数に、ある一定値以上の体動成分がある
か否かを判定する（ステップＳ４）。ある一定値ＴＨ以
上の体動成分が存在するならば、ｆｍを第３高調波とし
て特定する（ステップＳ５）。一方、無かった場合には
ｆｍを基本波として特定する（ステップＳ６）。

【００４５】これらの処理によって、特定されたｆｍが
何番目（変数ＨＭＣできていされている。）の高調波で
あるかを求め、ステップＳ７で基本波を求めるためにｆ
ｍを除する数値（変数ＨＭＣ）を決定する。そこでステ
ップＳ７では、体動の基本波を求める。

【００４６】次に、ステップＳ８からステップＳ１１に
おいては、脈波の周波数解析の結果の大きな線スペクト
ル順にその周波数と体動周波数との比較を行い、その周
波数が体動信号の基本波、第２高調波、第３高調波と一
致するかどうかを判定する。すなわち、脈波検出用セン
サユニット３０によって検出された脈波信号ＭＳを周波
数解析した結果と、体動検出用センサ装置９０によって
検出された体動信号ＴＳを周波数解析した結果との間
で、互いに重なる周波数があるかどうかを判定するもの
である。

【００４７】まず、ステップＳ９においては、体動周波
数の基本波との比較を行い、ステップＳ１０においては
体動周波数の第２高調波との比較を行い、ステップＳ１
１においては体動周波数の第３高調波との比較を行う。
これを、検出されたすべての脈波の周波数成分について
繰り返して行い、もし、仮に一致する周波数が存在する
場合は、この周波数成分を除去する。但し、脈波周波数
成分のうち最大のレベルを有する周波数成分のみを用い
て判定してもよい。これは、脈波の基本波のレベルが、
通常一番大きいからである。この処理を行うことで、ス
テップＳ１２において、体動成分と一致しない最大脈波
成分ｆｎを抽出することができる。

【００４８】一方、抽出切換信号ＴＫＳが第１の抽出方
法を指示する場合には、ステップＳ１の判定結果はＮＯ
となり、ステップＳ１３に進んで、脈波解析データＭＫ
Ｄのうち最大のものを脈波周波数成分ｆｎとして特定す
る。この場合は、安静時の抽出方法に対応する。

【００４９】なお、上述した実施形態においては、３２
サンプルを１データブロックとし、４データブロックに
対してＦＦＴ処理を行ったが（データブロックのサンプ
ル数は、高速フーリエ変換演算対象データに対して、１
／４）、６４サンプルを１データブロックとしてもよ
い。この場合、ＦＦＴ処理の演算の対象を１２８サンプ
ル（２データブロック）とし、１回の解析毎に１データ
ブロックずらすシフトＦＦＴ処理を行ってもよい（デー
タブロックのサンプル数は、高速フーリエ変換演算対象
データに対して、１／４）。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の発明特定事
項によれば、生体の状態が体動有りから体動無しに切り
替わった場合に、体動有りの期間に検出された脈波デー
タについては周波数解析の結果に影響を与えないデータ
に置換するから、実質的に体動無しの期間に検出された
脈波データに基づいて脈拍数を特定することができ、こ
の結果、脈拍数表示の応答性を改善することができる。
また、体動無しの場合には、生体の体動ピッチを表示し
ないので、利用者が戸惑うこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的構成の一例を示す機能ブロッ
ク図である。

【図２】同本実施形態に係わる脈拍計の機械的構成を
示す説明図である。

【図３】同実施形態に係わる脈拍計のブロック図であ
る。

【図４】同実施形態に係わるＦＦＴ処理を説明する図
である。

【図５】同実施形態に係わる脈波計の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。

【図６】同実施形態に係わる脈波データＭＤの変化の
一例を示す図である。

【図７】図６に示す脈波データＭＤにＦＦＴ処理を施
した周波数スペクトラムを示す図である。

【図８】同実施形態において０データに置換した脈波
データＭＤの変化を示す図である。

【図９】図８に示す脈波データＭＤにＦＦＴ処理を施
した周波数スペクトラムを示す図である。

【図１０】本実施形態に係わる脈波抽出手段の動作を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

３０脈波検出用センサユニット（脈波検出手段）９０体動検出用センサ装置（体動検出手段）２０３バッファ（置換手段）２０６制御手段（判定手段）２０７脈波信号用ＦＦＴ回路（第１の演算手段）２０８体動信号用ＦＦＴ回路（第２の演算手段）２０９脈波抽出手段２１０脈拍数算出手段２１１ピッチ検出手段２１２表示部（表示手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定のサンプル数に対応するデータブロ
ック毎に脈拍を計測する脈拍計において、生体の体動を検出して体動データを出力する体動検出手
段と、前記体動データに基づいて体動の有無を前記データブロ
ック毎に判定する判定手段と、前記生体の脈動を検出して脈波データを出力する脈波検
出手段と、前記脈波データを記憶するとともに、前記判定手段の判
定結果が体動有りから体動無しに切り替わった後の所定
期間においては、体動有りと判定された期間中に記憶し
た前記脈波データを周波数解析に影響を与えないデータ
に置換して出力し、前記所定期間以外の期間においては
記憶した前記脈波データを出力する置換手段と、前記置換手段の出力データに対して複数の前記データブ
ロック単位で周波数解析を施し、次の周波数解析を１デ
ータブロックずらした前記置換手段の出力データに対し
て施すことにより、前記データブロック毎に解析結果を
得る第１の演算手段と、前記体動データに対して複数の前記データブロック単位
で周波数解析を施し、次の周波数解析を１データブロッ
クずらした前記体動データに対して施すことにより、前
記データブロック毎に解析結果を得る第２の演算手段
と、前記判定手段によって体動有りと判定された場合には、
前記第１の演算手段の周波数解析に基づいて脈拍に対応
する周波数を抽出し、前記判定手段によって体動無しと
判定された場合には、前記第１の演算手段と前記第２の
演算手段の周波数解析結果に基づいて、脈拍に対応する
周波数を抽出する脈波成分抽出手段と、前記脈波成分抽出手段によって抽出された前記脈拍の周
波数から脈拍数を算出する脈拍数算出手段と前記脈拍数
を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする脈拍
計。
【請求項２】前記第２の演算手段の周波数解析結果か
ら、前記生体の体動のピッチを算出するピッチ算出手段
と、前記判定手段によって体動有りと判定された場合には前
記ピッチを表示するように前記表示手段を制御し、前記
判定手段によって体動無しと判定された場合には、前記
ピッチを表示しないように前記表示手段を制御する表示
制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の
脈拍計。
【請求項３】前記第１の演算手段および前記第２の演
算手段で行う周波数解析処理は高速フーリエ変換処理で
あり、前記データブロックのサンプル数は、高速フーリ
エ変換演算対象データに対して、１／４もしくは１／２
であることを特徴とする請求項１に記載の脈拍計。