JPH11276448A - 信号抽出装置および信号抽出方法 - Google Patents
信号抽出装置および信号抽出方法Info
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- JPH11276448A JPH11276448A JP10085775A JP8577598A JPH11276448A JP H11276448 A JPH11276448 A JP H11276448A JP 10085775 A JP10085775 A JP 10085775A JP 8577598 A JP8577598 A JP 8577598A JP H11276448 A JPH11276448 A JP H11276448A
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Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望成分ｐ（拍動成分）と不要成分ｍ（体動
成分）とを含む信号ｘ（脈波信号）と、前記不要成分ｍ
に相関する信号ｑ（体動信号）とに基づいて、所望成分
ｐを簡単な構成かつ高い信頼度で抽出する。 【解決手段】 信号ｑに基づいて不要成分ｍの予測値Ｍ
を求める適応フィルタ９と、信号ｘと予測値Ｍとの差分
ｅを求める減算器１１と、差分ｅの２乗値の平均が小と
なるように適応フィルタ９の定数を決定する係数演算部
１０とを設け、差分ｅを所望成分ｐの抽出結果として出
力する。
成分）とを含む信号ｘ（脈波信号）と、前記不要成分ｍ
に相関する信号ｑ（体動信号）とに基づいて、所望成分
ｐを簡単な構成かつ高い信頼度で抽出する。 【解決手段】 信号ｑに基づいて不要成分ｍの予測値Ｍ
を求める適応フィルタ９と、信号ｘと予測値Ｍとの差分
ｅを求める減算器１１と、差分ｅの２乗値の平均が小と
なるように適応フィルタ９の定数を決定する係数演算部
１０とを設け、差分ｅを所望成分ｐの抽出結果として出
力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脈波測定に用いて
好適な信号抽出装置および信号抽出方法に関する。
好適な信号抽出装置および信号抽出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、運動時における健康管理のため、
脈波、心電、その他各種の被験者の生体状態を検出する
ことが望まれている。しかし、運動時においては、体動
に起因する雑音が生体状態の検出結果に重畳する。例え
ば、脈波信号には本来の拍動成分に加えて体動成分が重
畳し、心電の測定結果には筋電が重畳する。
脈波、心電、その他各種の被験者の生体状態を検出する
ことが望まれている。しかし、運動時においては、体動
に起因する雑音が生体状態の検出結果に重畳する。例え
ば、脈波信号には本来の拍動成分に加えて体動成分が重
畳し、心電の測定結果には筋電が重畳する。
【０００３】例えば、特開平７−２２７３８３号公報に
おいては、脈波信号にＦＦＴ処理を施し、加速度センサ
等によって体動信号を検出し、脈波信号から体動信号に
対応する周波数成分を除去する技術が開示されている。
また、特開平５−１８４５４８号公報においては、複数
の脈波信号の相関関係に基づいて体動成分を除去して脈
拍数を求める技術が開示されている。
おいては、脈波信号にＦＦＴ処理を施し、加速度センサ
等によって体動信号を検出し、脈波信号から体動信号に
対応する周波数成分を除去する技術が開示されている。
また、特開平５−１８４５４８号公報においては、複数
の脈波信号の相関関係に基づいて体動成分を除去して脈
拍数を求める技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−２２７３８
３号公報に開示された技術においては、体動信号と脈波
信号上の体動成分との関係を求めておかなければならな
い。しかし、かかる関係は運動の種類に応じて異なるた
め、運動の種類毎に予め対応関係を求めておく必要があ
った。しかも、かかる関係には個人差があるため、被験
者一人一人に対して対応関係を求めなければならず、き
わめて煩雑であった。
３号公報に開示された技術においては、体動信号と脈波
信号上の体動成分との関係を求めておかなければならな
い。しかし、かかる関係は運動の種類に応じて異なるた
め、運動の種類毎に予め対応関係を求めておく必要があ
った。しかも、かかる関係には個人差があるため、被験
者一人一人に対して対応関係を求めなければならず、き
わめて煩雑であった。
【０００５】また、特開平５−１８４５４８号公報に開
示された技術においては、拍動成分の抽出に体動信号を
用いていないため、正確な脈拍数を得ることが困難であ
った。この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので
あり、きわめて簡単な構成かつ高い信頼度で所望の信号
を抽出できる信号抽出装置および信号抽出方法を提供す
ることを目的としている。
示された技術においては、拍動成分の抽出に体動信号を
用いていないため、正確な脈拍数を得ることが困難であ
った。この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので
あり、きわめて簡単な構成かつ高い信頼度で所望の信号
を抽出できる信号抽出装置および信号抽出方法を提供す
ることを目的としている。
【０００６】
【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記載の構成にあっては、所望成分ｐと不要成分
ｍとを含む信号ｘと、前記不要成分ｍに相関する信号ｑ
とに基づいて前記所望成分ｐを抽出する信号抽出装置で
あって、前記信号ｑに基づいて前記不要成分ｍの予測値
Ｍを求める適応フィルタと、前記信号ｘと前記予測値Ｍ
との差分ｅを求める減算器と、前記差分ｅの２乗値の平
均が小となるように前記適応フィルタの定数を決定する
係数演算手段とを具備し、前記差分ｅを前記所望成分ｐ
の抽出結果として出力することを特徴とする。さらに、
請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の信号抽
出装置において、前記信号ｘは生体の脈波信号であり、
前記所望成分ｐは該脈波信号に含まれる拍動成分であ
り、前記不要成分ｍは前記脈波信号に含まれる体動成分
であり、前記信号ｑは前記生体の体動信号であり、前記
生体の脈波を測定して前記脈波信号を出力する脈波セン
サと、前記生体の体動を測定して前記体動信号を出力す
る体動センサとを具備することを特徴とする。また、請
求項３記載の構成にあっては、所望成分ｐと不要成分ｍ
とを含む信号ｘと、前記不要成分ｍに相関する信号ｑと
に基づいて前記所望成分ｐを抽出する信号抽出方法であ
って、適応フィルタによって前記信号ｑに基づいて前記
不要成分ｍの予測値Ｍを求める過程と、前記信号ｘと前
記予測値Ｍとの差分ｅを求める過程と、前記差分ｅの２
乗値の平均が小となるように前記適応フィルタの定数を
決定する過程と、前記差分ｅを前記所望成分ｐの抽出結
果として出力する過程とを有することを特徴とする。
請求項１記載の構成にあっては、所望成分ｐと不要成分
ｍとを含む信号ｘと、前記不要成分ｍに相関する信号ｑ
とに基づいて前記所望成分ｐを抽出する信号抽出装置で
あって、前記信号ｑに基づいて前記不要成分ｍの予測値
Ｍを求める適応フィルタと、前記信号ｘと前記予測値Ｍ
との差分ｅを求める減算器と、前記差分ｅの２乗値の平
均が小となるように前記適応フィルタの定数を決定する
係数演算手段とを具備し、前記差分ｅを前記所望成分ｐ
の抽出結果として出力することを特徴とする。さらに、
請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の信号抽
出装置において、前記信号ｘは生体の脈波信号であり、
前記所望成分ｐは該脈波信号に含まれる拍動成分であ
り、前記不要成分ｍは前記脈波信号に含まれる体動成分
であり、前記信号ｑは前記生体の体動信号であり、前記
生体の脈波を測定して前記脈波信号を出力する脈波セン
サと、前記生体の体動を測定して前記体動信号を出力す
る体動センサとを具備することを特徴とする。また、請
求項３記載の構成にあっては、所望成分ｐと不要成分ｍ
とを含む信号ｘと、前記不要成分ｍに相関する信号ｑと
に基づいて前記所望成分ｐを抽出する信号抽出方法であ
って、適応フィルタによって前記信号ｑに基づいて前記
不要成分ｍの予測値Ｍを求める過程と、前記信号ｘと前
記予測値Ｍとの差分ｅを求める過程と、前記差分ｅの２
乗値の平均が小となるように前記適応フィルタの定数を
決定する過程と、前記差分ｅを前記所望成分ｐの抽出結
果として出力する過程とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】１．実施形態の全体構成および動
作 次に、本発明の一実施形態の脈拍計の構成を図１を参照
し説明する。図において１は脈波センサであり、被験者
の脈波信号を検出する。この脈波信号は、増幅器２を介
してＡＤ変換器３に供給され、サンプリングされた後、
バッファ４に記憶される。なお、本実施形態におけるサ
ンプリング周波数は「８Ｈz」である。
作 次に、本発明の一実施形態の脈拍計の構成を図１を参照
し説明する。図において１は脈波センサであり、被験者
の脈波信号を検出する。この脈波信号は、増幅器２を介
してＡＤ変換器３に供給され、サンプリングされた後、
バッファ４に記憶される。なお、本実施形態におけるサ
ンプリング周波数は「８Ｈz」である。
【０００８】ここで、ｎ番目のサンプルにおける脈波信
号を「ｘ(n)」のように表わす。この脈波信号ｘ(n)は、
本来の拍動成分ｐ(n)と、体動に基づく体動成分ｍ(n)と
の和になる。５は体動センサであり、加速度センサ等に
よって構成され、被験者の体動信号を測定する。この体
動信号は、増幅器６を介してＡＤ変換器７に供給され、
サンプリングされた後、バッファ８に記憶される。な
お、ｎ番目のサンプルにおける体動信号を「ｑ(n)」の
ように表わす。
号を「ｘ(n)」のように表わす。この脈波信号ｘ(n)は、
本来の拍動成分ｐ(n)と、体動に基づく体動成分ｍ(n)と
の和になる。５は体動センサであり、加速度センサ等に
よって構成され、被験者の体動信号を測定する。この体
動信号は、増幅器６を介してＡＤ変換器７に供給され、
サンプリングされた後、バッファ８に記憶される。な
お、ｎ番目のサンプルにおける体動信号を「ｑ(n)」の
ように表わす。
【０００９】次に９は「１７次」のＦＩＲフィルタによ
って構成された適応フィルタであり、下式に基づいて体
動成分ｍ(n)の予測値Ｍ(n)を算出する。なお、下式にお
いてＮはＦＩＲフィルタの次数（＝１７）であり、ｈk
は定数である。
って構成された適応フィルタであり、下式に基づいて体
動成分ｍ(n)の予測値Ｍ(n)を算出する。なお、下式にお
いてＮはＦＩＲフィルタの次数（＝１７）であり、ｈk
は定数である。
【数１】
【００１０】ここで、適応フィルタ９の詳細構成を図１
７に示す。図において４０１〜４０ｎは遅延回路であ
り、体動信号ｑ(n)を１サンプリング周期づつ遅延させ
る。４１０〜４１ｎは乗算器であり、体動信号ｑ(n)お
よびその遅延信号ｑ(n-1), ｑ(n-2),……ｑ(n-k)に対し
て、各々定数h0, h1,…… ,hN-1を乗算する。４２０は
加算器であり、これら乗算結果の総和を求める。これに
より、体動信号ｑ(n)およびその遅延信号ｑ(n-1), ｑ(n
-2),……ｑ(n-k)に対して重み付けが施され、予測値Ｍ
(n)が求められることになる。
７に示す。図において４０１〜４０ｎは遅延回路であ
り、体動信号ｑ(n)を１サンプリング周期づつ遅延させ
る。４１０〜４１ｎは乗算器であり、体動信号ｑ(n)お
よびその遅延信号ｑ(n-1), ｑ(n-2),……ｑ(n-k)に対し
て、各々定数h0, h1,…… ,hN-1を乗算する。４２０は
加算器であり、これら乗算結果の総和を求める。これに
より、体動信号ｑ(n)およびその遅延信号ｑ(n-1), ｑ(n
-2),……ｑ(n-k)に対して重み付けが施され、予測値Ｍ
(n)が求められることになる。
【００１１】図１に戻り、１１は減算器であり、脈波信
号ｘ(n)から予測値Ｍ(n)を減算する。すなわち、残差信
号ｅ(n)は、「ｐ(n)＋ｍ(n)−Ｍ(n)」に等しくなる。次
に、１０は逐次最小２乗法を採用した係数演算部であ
る。すなわち、係数演算部１０においては過去の「１２
８」サンプルに基づいて、残差信号ｅ(n)の２乗平均が
最小になるような定数ｈk（但し、ｋ＝１，２，……，
Ｎ）が逐次算出され、算出された定数ｈkは適応フィル
タ９に設定される。
号ｘ(n)から予測値Ｍ(n)を減算する。すなわち、残差信
号ｅ(n)は、「ｐ(n)＋ｍ(n)−Ｍ(n)」に等しくなる。次
に、１０は逐次最小２乗法を採用した係数演算部であ
る。すなわち、係数演算部１０においては過去の「１２
８」サンプルに基づいて、残差信号ｅ(n)の２乗平均が
最小になるような定数ｈk（但し、ｋ＝１，２，……，
Ｎ）が逐次算出され、算出された定数ｈkは適応フィル
タ９に設定される。
【００１２】１２は周波数解析部であり、一連の残差信
号ｅ(n)に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施
し、その周波数成分を求める。１３は脈波抽出部であ
り、これら周波数成分の中から最大のレベルを有する成
分を脈波成分として抽出する。１４は脈拍数演算部であ
り、脈波成分に係る周波数値に基づいて、１分間あたり
の脈拍数を演算する。１５は表示部であり、演算された
脈拍数を表示する。このように、サンプリングデータ毎
（本実施形態では１２８点）に適応フィルタをかけ脈拍
数を求めるため、日常生活において連続的に正しい脈拍
数を得ることが可能となる。
号ｅ(n)に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施
し、その周波数成分を求める。１３は脈波抽出部であ
り、これら周波数成分の中から最大のレベルを有する成
分を脈波成分として抽出する。１４は脈拍数演算部であ
り、脈波成分に係る周波数値に基づいて、１分間あたり
の脈拍数を演算する。１５は表示部であり、演算された
脈拍数を表示する。このように、サンプリングデータ毎
（本実施形態では１２８点）に適応フィルタをかけ脈拍
数を求めるため、日常生活において連続的に正しい脈拍
数を得ることが可能となる。
【００１３】上記構成において、残差信号ｅ(n)は「ｐ
(n)＋ｍ(n)−Ｍ(n)」であるが、このうち拍動成分ｐ(n)
と体動成分ｍ(n)との相関関係は小さいため、係数演算
部１０における定数ｈkの決定において拍動成分ｐ(n)の
影響は小さい。従って、予測値Ｍ(n)は大部分が体動成
分ｍ(n)に基づいて決定されることになり、予測値Ｍ(n)
は体動成分ｍ(n)に近い値になる。これにより、残差信
号ｅ(n)は拍動成分ｐ(n)に近似し、周波数解析部１２、
脈波抽出部１３および脈拍数演算部１４を介して正確な
脈拍数を得ることが可能になる。
(n)＋ｍ(n)−Ｍ(n)」であるが、このうち拍動成分ｐ(n)
と体動成分ｍ(n)との相関関係は小さいため、係数演算
部１０における定数ｈkの決定において拍動成分ｐ(n)の
影響は小さい。従って、予測値Ｍ(n)は大部分が体動成
分ｍ(n)に基づいて決定されることになり、予測値Ｍ(n)
は体動成分ｍ(n)に近い値になる。これにより、残差信
号ｅ(n)は拍動成分ｐ(n)に近似し、周波数解析部１２、
脈波抽出部１３および脈拍数演算部１４を介して正確な
脈拍数を得ることが可能になる。
【００１４】ここで、従来技術および本実施形態におい
て脈波信号の中から拍動成分を抽出した例を図２〜図６
を参照し説明する。図２は脈波センサ１によって検出さ
れた脈波信号の波形およびＦＦＴ解析結果であり、拍動
成分が体動成分の中に埋もれ、検出が困難な状態であ
る。また、図３は体動センサ５によって検出された体動
信号の波形およびＦＦＴ解析結果である。図４は単なる
両者の差分の波形およびＦＦＴ解析結果であり、拍動成
分よりも体動成分のレベルが高く、正確な脈拍数の測定
が困難な状況にある。
て脈波信号の中から拍動成分を抽出した例を図２〜図６
を参照し説明する。図２は脈波センサ１によって検出さ
れた脈波信号の波形およびＦＦＴ解析結果であり、拍動
成分が体動成分の中に埋もれ、検出が困難な状態であ
る。また、図３は体動センサ５によって検出された体動
信号の波形およびＦＦＴ解析結果である。図４は単なる
両者の差分の波形およびＦＦＴ解析結果であり、拍動成
分よりも体動成分のレベルが高く、正確な脈拍数の測定
が困難な状況にある。
【００１５】次に、図５は脈波信号に対して自己相関を
求めて体動成分を除去した場合の波形およびＦＦＴ解析
結果である。図５は、図４と比較するとやや拍動成分が
際立っているものの、依然として拍動成分よりも高いレ
ベルの体動成分が存在するため、誤動作する可能性があ
る。
求めて体動成分を除去した場合の波形およびＦＦＴ解析
結果である。図５は、図４と比較するとやや拍動成分が
際立っているものの、依然として拍動成分よりも高いレ
ベルの体動成分が存在するため、誤動作する可能性があ
る。
【００１６】次に、図６は本実施形態によって得られた
残差信号ｅの波形およびＦＦＴ解析結果である。同図に
よれば、拍動成分のスペクトルは体動成分のスペクトル
よりもレベルが高くなっているから、残差信号ｅのＦＦ
Ｔ解析結果において単に最大スペクトルを求めれば、直
ちに脈拍数を得ることができる。
残差信号ｅの波形およびＦＦＴ解析結果である。同図に
よれば、拍動成分のスペクトルは体動成分のスペクトル
よりもレベルが高くなっているから、残差信号ｅのＦＦ
Ｔ解析結果において単に最大スペクトルを求めれば、直
ちに脈拍数を得ることができる。
【００１７】以上のように、本実施形態の脈拍計によれ
ば、運動の種類を問わず予測値Ｍ(n)を体動成分ｍ(n)に
近似させることができるから、高精度に拍動成分ｐ(n)
を抽出することができ、正確な脈拍数を測定することが
できる。
ば、運動の種類を問わず予測値Ｍ(n)を体動成分ｍ(n)に
近似させることができるから、高精度に拍動成分ｐ(n)
を抽出することができ、正確な脈拍数を測定することが
できる。
【００１８】２．センサ部分の構成 ２．１．脈波センサ１および増幅器２ 次に、本実施形態における各部の詳細構成を説明する。
まず、脈波センサ１および増幅器２の回路図を図７に示
す。図においてＬＥＤ３１、抵抗３５１、フィルタ３２
およびフォトダイオード３３によって脈波センサ１が構
成され、ＯＰアンプ３４および抵抗３５２によって増幅
器２が構成されている。
まず、脈波センサ１および増幅器２の回路図を図７に示
す。図においてＬＥＤ３１、抵抗３５１、フィルタ３２
およびフォトダイオード３３によって脈波センサ１が構
成され、ＯＰアンプ３４および抵抗３５２によって増幅
器２が構成されている。
【００１９】ＬＥＤ３１に電源＋Ｖが供給されると、抵
抗３５１の値によって定まる電流がＬＥＤ３１に流れ、
光が照射される。この照射光はフィルタ３２を介して手
首の光に照射され、血液流中の酸化ヘモグロビンＨｂＯ
2で吸収され、吸収を免れた光が生体の組織で反射され
る。反射光は、再びフィルタ３２を介してフォトダイオ
ード３３に入射される。
抗３５１の値によって定まる電流がＬＥＤ３１に流れ、
光が照射される。この照射光はフィルタ３２を介して手
首の光に照射され、血液流中の酸化ヘモグロビンＨｂＯ
2で吸収され、吸収を免れた光が生体の組織で反射され
る。反射光は、再びフィルタ３２を介してフォトダイオ
ード３３に入射される。
【００２０】ここで、脈波測定用のＬＥＤ３１の発光特
性を図１１に示す。図示の例においては、ＬＥＤ３１’
は、５２５ｎｍをピーク波長として半値幅４０ｎｍの発
光特性を有している。ところで、６００ｎｍ以上の波長
領域では酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による照射光の吸光
がほとんど行われず、６００ｎｍ未満の波長領域におい
て酸化ヘモグロビンＨｂＯ2の吸光係数が増大する。ま
た、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2は血液流の脈動に従って
移動するので、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による吸光特
性の変動は脈波に対応する。
性を図１１に示す。図示の例においては、ＬＥＤ３１’
は、５２５ｎｍをピーク波長として半値幅４０ｎｍの発
光特性を有している。ところで、６００ｎｍ以上の波長
領域では酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による照射光の吸光
がほとんど行われず、６００ｎｍ未満の波長領域におい
て酸化ヘモグロビンＨｂＯ2の吸光係数が増大する。ま
た、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2は血液流の脈動に従って
移動するので、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による吸光特
性の変動は脈波に対応する。
【００２１】フォトダイオード３３のカソードは電源＋
Ｖに接続され、アノードはＯＰアンプ３４の負入力端子
に接続されている。また、ＯＰアンプ３４の正入力端子
は接地されているから、フォトダイオード３３のアノー
ドはグランドにイマジナリーショートされる。したがっ
て、フォトダイオード３３は、逆バイアスされ、光がそ
こに入射すると、光量に応じた電流が流れる。ＯＰアン
プ３４と抵抗３５２は、フォトダイオード３３からの電
流を電圧に変換するとともに増幅する。したがって、Ｏ
Ｐアンプ３４の出力信号は、入射光の光量に応じて変動
する。なお、フォトダイオード３３の分光感度特性を図
１２に示す。
Ｖに接続され、アノードはＯＰアンプ３４の負入力端子
に接続されている。また、ＯＰアンプ３４の正入力端子
は接地されているから、フォトダイオード３３のアノー
ドはグランドにイマジナリーショートされる。したがっ
て、フォトダイオード３３は、逆バイアスされ、光がそ
こに入射すると、光量に応じた電流が流れる。ＯＰアン
プ３４と抵抗３５２は、フォトダイオード３３からの電
流を電圧に変換するとともに増幅する。したがって、Ｏ
Ｐアンプ３４の出力信号は、入射光の光量に応じて変動
する。なお、フォトダイオード３３の分光感度特性を図
１２に示す。
【００２２】２．２．体動センサ５および増幅器６ 次に、体動センサ５および増幅器６の回路図を図８に示
す。図８の構成は図７のものと同様であり、ＬＥＤ３
７、抵抗３５１、フィルタ３８およびフォトダイオード
３９によって体動センサ５が構成され、ＯＰアンプ３４
および抵抗３５２によって増幅器６が構成されている。
す。図８の構成は図７のものと同様であり、ＬＥＤ３
７、抵抗３５１、フィルタ３８およびフォトダイオード
３９によって体動センサ５が構成され、ＯＰアンプ３４
および抵抗３５２によって増幅器６が構成されている。
【００２３】但し、体動センサ５におけるＬＥＤ３７
は、図１３に示すように６６０ｎｍにピーク波長があ
り、その半値幅が４０ｎｍとなる発光特性を示してい
る。このように計測に用いる波長領域を６００ｎｍ以上
に設定すると、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による照射光
の吸光はほとんどないので、脈波成分に係わるスペクト
ルＳｍのスペクトル強度が大幅に減少する。
は、図１３に示すように６６０ｎｍにピーク波長があ
り、その半値幅が４０ｎｍとなる発光特性を示してい
る。このように計測に用いる波長領域を６００ｎｍ以上
に設定すると、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2による照射光
の吸光はほとんどないので、脈波成分に係わるスペクト
ルＳｍのスペクトル強度が大幅に減少する。
【００２４】一方、体動が生じて組織が振動すると、照
射光の吸収率が変動するため、フォトダイオード３９へ
の入射光は体動に応じた変動を伴うことになる。これに
より、体動に応じたレベルの出力信号がフォトダイオー
ド３９から出力される。なお、脈波センサ１および体動
センサ５の詳細構成は本出願人による特願平９−３０８
９１３号等に開示されている。
射光の吸収率が変動するため、フォトダイオード３９へ
の入射光は体動に応じた変動を伴うことになる。これに
より、体動に応じたレベルの出力信号がフォトダイオー
ド３９から出力される。なお、脈波センサ１および体動
センサ５の詳細構成は本出願人による特願平９−３０８
９１３号等に開示されている。
【００２５】３．外観構成 図１４は、本実施形態に係わる脈拍計の外観構成を示す
図である。図において、本例の脈拍計では、腕時計構造
を有する装置本体１１０と、この装置本体から引き出さ
れたケーブル１２０と、このケーブル１２０の先端側に
設けられた体動センサユニット１３０と、この体動セン
サユニット１３０を指や手首などに装着するためのセン
サ固定用バンド１４０とから大略構成されている。この
体動センサユニット１３０は反射型の光センサによって
構成されている。
図である。図において、本例の脈拍計では、腕時計構造
を有する装置本体１１０と、この装置本体から引き出さ
れたケーブル１２０と、このケーブル１２０の先端側に
設けられた体動センサユニット１３０と、この体動セン
サユニット１３０を指や手首などに装着するためのセン
サ固定用バンド１４０とから大略構成されている。この
体動センサユニット１３０は反射型の光センサによって
構成されている。
【００２６】装置本体１１０は、計時機能が内蔵された
時計ケース２１１、およびこの時計ケース２１１を腕に
装着するためのリストバンド２１２から構成されてい
る。時計ケース２１１の表面側には、現在時刻や日付に
加えて、体動センサユニット１３０での検出結果に基づ
く体動情報（生体情報）なども表示する液晶表示装置１
１３が構成されている。また、時計ケース２１１の内部
には、体動センサユニット１３０による検出結果たる体
動信号Ｖｔが供給されるデータ処理回路５０が内蔵され
ている。データ処理回路５０は、体動信号ＶｔにＦＦＴ
処理を施し、その処理結果を解析することにより、ピッ
チＰを算出している。なお、時計ケース２１１の外側面
には、時刻合わせや表示モードの切換などを行うための
ボタンスイッチ１１１，１１２が設けられている。
時計ケース２１１、およびこの時計ケース２１１を腕に
装着するためのリストバンド２１２から構成されてい
る。時計ケース２１１の表面側には、現在時刻や日付に
加えて、体動センサユニット１３０での検出結果に基づ
く体動情報（生体情報）なども表示する液晶表示装置１
１３が構成されている。また、時計ケース２１１の内部
には、体動センサユニット１３０による検出結果たる体
動信号Ｖｔが供給されるデータ処理回路５０が内蔵され
ている。データ処理回路５０は、体動信号ＶｔにＦＦＴ
処理を施し、その処理結果を解析することにより、ピッ
チＰを算出している。なお、時計ケース２１１の外側面
には、時刻合わせや表示モードの切換などを行うための
ボタンスイッチ１１１，１１２が設けられている。
【００２７】脈拍計の電源は、時計ケース２１１に内蔵
されている電池であり、ケーブル１２０は、電池から体
動センサユニット１３０に電力を供給するとともに、体
動センサユニット１３０の検出結果を時計ケース２１１
内のデータ処理回路５０に入力可能である。本例のセン
サ固定用バンド１４０には、マジックテープが張られて
おり、図１５に示すように、センサ固定用バンド１４０
は、体動センサユニット１３０を指の根本に密着した状
態で取り付け可能である。
されている電池であり、ケーブル１２０は、電池から体
動センサユニット１３０に電力を供給するとともに、体
動センサユニット１３０の検出結果を時計ケース２１１
内のデータ処理回路５０に入力可能である。本例のセン
サ固定用バンド１４０には、マジックテープが張られて
おり、図１５に示すように、センサ固定用バンド１４０
は、体動センサユニット１３０を指の根本に密着した状
態で取り付け可能である。
【００２８】センサ固定用バンド１４０の内面には、円
盤状の体動センサユニット１３０が固定されており、そ
れには図６に模式的に示すように、ＬＥＤ３１，３７、
フォトダイオード３３，３９が指に向けられている。Ｌ
ＥＤ３１が、光を指に向けて照射すると、照射光は酸化
ヘモグロビンＨｂＯ2によって吸収され、吸収を免れた
照射光が組織によって反射され、その反射光がフォトダ
イオード３３によって受光される。
盤状の体動センサユニット１３０が固定されており、そ
れには図６に模式的に示すように、ＬＥＤ３１，３７、
フォトダイオード３３，３９が指に向けられている。Ｌ
ＥＤ３１が、光を指に向けて照射すると、照射光は酸化
ヘモグロビンＨｂＯ2によって吸収され、吸収を免れた
照射光が組織によって反射され、その反射光がフォトダ
イオード３３によって受光される。
【００２９】また、ＬＥＤ３７が光を指に向けて照射す
ると、照射光は組織によって吸収され、吸収を免れた照
射光が組織によって反射され、その反射光がフォトダイ
オード３９によって受光される。センサ固定用バンド１
４０の素材は、光を透過させないものが選ばれる。した
がって、脈拍計を屋外で使用した場合であっても、自然
光がフォトダイオード３３，３９に直接入射することは
ない。
ると、照射光は組織によって吸収され、吸収を免れた照
射光が組織によって反射され、その反射光がフォトダイ
オード３９によって受光される。センサ固定用バンド１
４０の素材は、光を透過させないものが選ばれる。した
がって、脈拍計を屋外で使用した場合であっても、自然
光がフォトダイオード３３，３９に直接入射することは
ない。
【００３０】４．変形例 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、
例えば以下のように種々の変形が可能である。 (１)上記実施形態における係数演算部１０は逐次最小２
乗法を採用したが、これに代えて学習同定法等、任意の
適応アルゴリズムを用いることができる。
例えば以下のように種々の変形が可能である。 (１)上記実施形態における係数演算部１０は逐次最小２
乗法を採用したが、これに代えて学習同定法等、任意の
適応アルゴリズムを用いることができる。
【００３１】(２)また、上記実施形態においては、脈波
信号の拍動成分に基づいて脈拍数を得たが、例えば拍動
成分の詳細な周波数解析を行って被験者の健康状態を診
断するように構成してもよい。
信号の拍動成分に基づいて脈拍数を得たが、例えば拍動
成分の詳細な周波数解析を行って被験者の健康状態を診
断するように構成してもよい。
【００３２】(３)さらに、上記実施形態は脈波信号から
体動成分を除去する場合について説明したが、本発明は
かかる用途に限定されるものではなく、所望成分ｐと不
要成分ｍとを含む信号ｘと、該不要成分ｍに相関する信
号ｑとに基づいて所望成分ｐを抽出するあらゆる用途に
適用可能である。
体動成分を除去する場合について説明したが、本発明は
かかる用途に限定されるものではなく、所望成分ｐと不
要成分ｍとを含む信号ｘと、該不要成分ｍに相関する信
号ｑとに基づいて所望成分ｐを抽出するあらゆる用途に
適用可能である。
【００３３】例えば、被験者の運動中に心電図を測定す
ると、心電図には本来の心電の他に筋電が重畳するが、
この本来の心電を所望成分ｐとし、筋電を不要成分ｍと
し、体動信号を信号ｑとすると、上記実施形態と同様の
構成によって本来の心電を抽出することができる。
ると、心電図には本来の心電の他に筋電が重畳するが、
この本来の心電を所望成分ｐとし、筋電を不要成分ｍと
し、体動信号を信号ｑとすると、上記実施形態と同様の
構成によって本来の心電を抽出することができる。
【００３４】(４)また、上記実施形態においては、体動
センサ５として光電式センサを用いたが、体動センサの
方式としては種々のものが考えられる。例えば、図９に
示すように、長さ８ｍｍ程度、直径３ｍｍ程度のＰＺＴ
５００を基板上に実装し、このＰＺＴ５００に印加され
る歪みに基づいて加速度すなわち体動を検出することが
できる。かかる場合の増幅器６の構成例を図１０に示
す。
センサ５として光電式センサを用いたが、体動センサの
方式としては種々のものが考えられる。例えば、図９に
示すように、長さ８ｍｍ程度、直径３ｍｍ程度のＰＺＴ
５００を基板上に実装し、このＰＺＴ５００に印加され
る歪みに基づいて加速度すなわち体動を検出することが
できる。かかる場合の増幅器６の構成例を図１０に示
す。
【００３５】(５)同様に、上記実施形態においては、脈
波センサ１として光電式センサを用いたが、これに代え
て圧脈波センサ等、周知の様々な脈波センサを用いても
よい。
波センサ１として光電式センサを用いたが、これに代え
て圧脈波センサ等、周知の様々な脈波センサを用いても
よい。
【００３６】(６)また、上記実施形態においては、周波
数解析部１２、脈波抽出部１３および脈拍数演算部１４
によって脈拍数を求めたが、これらに代えて残差信号ｅ
(n)を矩形波に変換する変換回路を設け、この矩形波の
周期により、脈拍数を求めてもよい。
数解析部１２、脈波抽出部１３および脈拍数演算部１４
によって脈拍数を求めたが、これらに代えて残差信号ｅ
(n)を矩形波に変換する変換回路を設け、この矩形波の
周期により、脈拍数を求めてもよい。
【００３７】(７)また、上記実施形態においては、指に
取り付けた体動センサユニット１３０において脈波およ
び体動を測定したが、脈波および体動は被験者の任意の
部位において測定することができる。その一例として、
時計ケース２１１の裏面においてこれらセンサを設けた
例を図１６に示す。図に示すように、上述した体動セン
サユニット１３０に対応する脈波センサユニット３００
が、時計ケース２１１の裏面側に本体と一体になって形
成されている。時計ケース２１１には、これを腕に装着
するためのリストバンド２１２が構成されており、リス
トバンド２１２を手首に巻きつけて装着すると、時計ケ
ース２１１の裏面側が手首の甲に密着する。
取り付けた体動センサユニット１３０において脈波およ
び体動を測定したが、脈波および体動は被験者の任意の
部位において測定することができる。その一例として、
時計ケース２１１の裏面においてこれらセンサを設けた
例を図１６に示す。図に示すように、上述した体動セン
サユニット１３０に対応する脈波センサユニット３００
が、時計ケース２１１の裏面側に本体と一体になって形
成されている。時計ケース２１１には、これを腕に装着
するためのリストバンド２１２が構成されており、リス
トバンド２１２を手首に巻きつけて装着すると、時計ケ
ース２１１の裏面側が手首の甲に密着する。
【００３８】時計ケース２１１の裏面側には、裏蓋５４
で固定される透明ガラス１３７が設けられている。透明
ガラス１３７は、脈波センサユニット３００を保護する
とともに、ＬＥＤ３１，３７の照射光、生体を介して得
られる反射光を透過する。
で固定される透明ガラス１３７が設けられている。透明
ガラス１３７は、脈波センサユニット３００を保護する
とともに、ＬＥＤ３１，３７の照射光、生体を介して得
られる反射光を透過する。
【００３９】時計ケース２１１の表面側には、現在時刻
や日付に加えて、脈波センサユニット３００の検出結果
に基づく脈拍数ＨＲなどの生体情報も表示する液晶表示
装置１１３が構成されている。また、時計ケース２１１
の内部には、メイン基板５１の上側にＣＰＵ等の各種Ｉ
Ｃ回路が設けられており、これによってデータ処理回路
５０が構成される。
や日付に加えて、脈波センサユニット３００の検出結果
に基づく脈拍数ＨＲなどの生体情報も表示する液晶表示
装置１１３が構成されている。また、時計ケース２１１
の内部には、メイン基板５１の上側にＣＰＵ等の各種Ｉ
Ｃ回路が設けられており、これによってデータ処理回路
５０が構成される。
【００４０】また、メイン基板５１の裏面側には電池５
２が設けられており、電池５２から液晶表示装置１１
３、メイン基板５１および脈波センサユニット３００に
電源が供給されるようになっている。メイン基板５１と
脈波センサユニット３００とは、ヒートシール５３によ
って接続されており、ヒートシール５３に形成される配
線によって、メイン基板５１から電源が脈波センサユニ
ット３００に供給され、脈波センサユニット３００から
メイン基板５１に脈波信号Ｖｍが供給されるようになっ
ている。
２が設けられており、電池５２から液晶表示装置１１
３、メイン基板５１および脈波センサユニット３００に
電源が供給されるようになっている。メイン基板５１と
脈波センサユニット３００とは、ヒートシール５３によ
って接続されており、ヒートシール５３に形成される配
線によって、メイン基板５１から電源が脈波センサユニ
ット３００に供給され、脈波センサユニット３００から
メイン基板５１に脈波信号Ｖｍが供給されるようになっ
ている。
【００４１】データ処理回路５０は、脈波信号ＶｍにＦ
ＦＴ処理を施し、その処理結果を解析することにより、
脈拍数ＨＲを算出している。なお、時計ケース２１１の
外側面には、時刻合わせや表示モードの切換などを行う
ためのボタンスイッチ１１１，１１２（図示せず）が図
１４に示す脈拍計と同様に設けられている。
ＦＴ処理を施し、その処理結果を解析することにより、
脈拍数ＨＲを算出している。なお、時計ケース２１１の
外側面には、時刻合わせや表示モードの切換などを行う
ためのボタンスイッチ１１１，１１２（図示せず）が図
１４に示す脈拍計と同様に設けられている。
【００４２】この生体情報計測装置のリストバンド１２
を手首に巻きつけて装着すると、時計ケース２１１の裏
面側が手首の甲に向けられる。このため、ＬＥＤ３１，
３７からの光が透明ガラス３７を介して手首の甲に照射
され、その反射光がフォトダイオード３３，３９に受光
されるようになっている。
を手首に巻きつけて装着すると、時計ケース２１１の裏
面側が手首の甲に向けられる。このため、ＬＥＤ３１，
３７からの光が透明ガラス３７を介して手首の甲に照射
され、その反射光がフォトダイオード３３，３９に受光
されるようになっている。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
信号ｘと予測値Ｍとの差分ｅの２乗値の平均が小となる
ように適応フィルタの定数を決定するから、きわめて簡
単な構成かつ高い信頼度で所望の信号を抽出することが
できる。
信号ｘと予測値Ｍとの差分ｅの２乗値の平均が小となる
ように適応フィルタの定数を決定するから、きわめて簡
単な構成かつ高い信頼度で所望の信号を抽出することが
できる。
【図１】 本発明の一実施形態のブロック図である。
【図２】 脈波信号の波形およびＦＦＴ解析結果を示す
図である。
図である。
【図３】 体動信号の波形およびＦＦＴ解析結果を示す
図である。
図である。
【図４】 従来技術によって抽出した拍動成分の波形お
よびＦＦＴ解析結果を示す図である。
よびＦＦＴ解析結果を示す図である。
【図５】 他の従来技術によって抽出した拍動成分の波
形およびＦＦＴ解析結果を示す図である。
形およびＦＦＴ解析結果を示す図である。
【図６】 本実施形態によって抽出した拍動成分の波形
およびＦＦＴ解析結果を示す図である。
およびＦＦＴ解析結果を示す図である。
【図７】 脈波センサ１および増幅器２の回路図であ
る。
る。
【図８】 体動センサ５および増幅器６の回路図であ
る。
る。
【図９】 体動センサ５の変形例を示す図である。
【図１０】 増幅器６の変形例の回路図である。
【図１１】 脈波センサ１におけるＬＥＤ３１の発光特
性図である。
性図である。
【図１２】 フォトダイオード３３，３９の分光感度特
性図である。
性図である。
【図１３】 体動センサ５におけるＬＥＤ３７の発光特
性図である。
性図である。
【図１４】 本実施形態の脈拍計の外観構成を示す図で
ある。
ある。
【図１５】 図１４の要部の断面図である。
【図１６】 上記実施形態の変形例の断面図である。
【図１７】 適応フィルタ９の回路図である。
１ 脈波センサ ２ 増幅器 ３ ＡＤ変換器 ４ バッファ ５ 体動センサ ６ 増幅器 ７ ＡＤ変換器 ８ バッファ ９ 適応フィルタ １０ 係数演算部 １１ 減算器 １２ 周波数解析部 １３ 脈波抽出部 １４ 脈拍数演算部 １５ 表示部 ３１，３７ ＬＥＤ ３２ フィルタ ３３，３９ フォトダイオード ３４ ＯＰアンプ ３７ ＬＥＤ ３８ フィルタ ５０ データ処理回路 ５１ メイン基板 ５２ 電池 ５３ ヒートシール ５４ 裏蓋 １０１ 脈拍計 １１０ 装置本体 １２０ ケーブル １３０ 体動センサユニット １３７ 透明ガラス １４０ センサ固定用バンド ２１１ 時計ケース ２１２ リストバンド ３００ 脈波センサユニット ３５１ 抵抗 ３５２ 抵抗 ４０１〜４０ｎ 遅延回路 ４１０〜４１ｎ 乗算器 ４２０ 加算器
Claims (3)
- 【請求項１】 所望成分ｐと不要成分ｍとを含む信号ｘ
と、前記不要成分ｍに相関する信号ｑとに基づいて前記
所望成分ｐを抽出する信号抽出装置であって、 前記信号ｑに基づいて前記不要成分ｍの予測値Ｍを求め
る適応フィルタと、 前記信号ｘと前記予測値Ｍとの差分ｅを求める減算器
と、 前記差分ｅの２乗値の平均が小となるように前記適応フ
ィルタの定数を決定する係数演算手段とを具備し、前記
差分ｅを前記所望成分ｐの抽出結果として出力すること
を特徴とする信号抽出装置。 - 【請求項２】 前記信号ｘは生体の脈波信号であり、前
記所望成分ｐは該脈波信号に含まれる拍動成分であり、
前記不要成分ｍは前記脈波信号に含まれる体動成分であ
り、前記信号ｑは前記生体の体動信号であり、 前記生体の脈波を測定して前記脈波信号を出力する脈波
センサと、 前記生体の体動を測定して前記体動信号を出力する体動
センサとを具備することを特徴とする請求項１記載の信
号抽出装置。 - 【請求項３】 所望成分ｐと不要成分ｍとを含む信号ｘ
と、前記不要成分ｍに相関する信号ｑとに基づいて前記
所望成分ｐを抽出する信号抽出方法であって、 適応フィルタによって前記信号ｑに基づいて前記不要成
分ｍの予測値Ｍを求める過程と、 前記信号ｘと前記予測値Ｍとの差分ｅを求める過程と、 前記差分ｅの２乗値の平均が小となるように前記適応フ
ィルタの定数を決定する過程と、 前記差分ｅを前記所望成分ｐの抽出結果として出力する
過程とを有することを特徴とする信号抽出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10085775A JPH11276448A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 信号抽出装置および信号抽出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10085775A JPH11276448A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 信号抽出装置および信号抽出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11276448A true JPH11276448A (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13868265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10085775A Pending JPH11276448A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 信号抽出装置および信号抽出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11276448A (ja) |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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