专利名称：滤波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及滤波装置等。
背景技术：
例如，在检测因被检体的搏动弓丨起的搏动信号的搏动检测装置中，作为用于检测搏动信号的前处理，实施滤波装置的滤波处理。滤波装置的输入信号例如是包含作为稳定成分的搏动信号和作为不稳定成分的、干扰噪声以及因被检体的体动引起的体动成分的脉波信号。例如在专利文献I中，记载了通过滤波来去除脉波信号中含有的噪声成分的技木。在专利文献I所记载的技术中，从多个带通滤波器中，选择使与表示此时的脉搏的频率 接近的频率的信号通过的带通滤波器。专利文献I日本特开2007-54471号公报在专利文献I所记载的技术中，从多个带通滤波器中，选择使与表示此时的脉搏的频率接近的频率的信号通过的带通滤波器。但是，为了实现如上所述的处理，例如需要利用软件来实施多数的判断处理，不可否认，这增加了处理上的负担，并且处理所需的时间变长。
发明内容
根据本发明的至少ー个方式，例如能够降低滤波装置的处理负担，且提高滤波性倉^:。(I)本发明的滤波装置的ー个方式提供一种滤波装置，其特征在于，该滤波装置具有自适应滤波器，其对输入信号中含有的稳定成分与不稳定成分进行分离，并且，该自适应滤波器通过对滤波器系数进行更新而实现频率响应特性的自适应；合成部，其以给定比率对分离后的所述稳定成分及所述不稳定成分进行合成；以及评价部，其根据对所述输入信号、分离后的稳定成分以及分离后的所述不稳定成分中的至少一方进行频率分析后的结果，评价所述输入信号中含有的所述不稳定成分的量的程度，在所述评价部判断为所述不稳定成分的量为规定基准以下的情况下，所述合成部将所述给定比率设为第I比率，在所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的情况下，所述合成部将所述给定比率设为第2比率，该第2比率中的所述不稳定成分的比例比所述第I比率中的所述不稳定成分的比例小。在本方式中，自适应滤波器对输入信号中含有的稳定成分和不稳定成分进行分离。稳定成分是具有相关性(周期性)的成分。不稳定成分是与稳定成分相比，相关性(周期性)低的成分，例如相当于干扰噪声。但是，在不稳定成分中，也可能包含着有用的信息，因此不希望将所有不稳定成分一律去除。因此，合成部以给定比率对稳定成分和不稳定成分进行合成并输出。另外，评价部对输入信号中含有的不稳定成分的量的程度进行评价，合成部根据评价结果而变更给定比率(稳定成分与不稳定成分的合成比率)。在不稳定成分为规定基准以下的情况下，使用第I比率，在超过规定基准的情况下，使用第2比率，该第2比率中的不稳定成分的比例比第I比率中的不稳定成分的比例小。由此，当不稳定成分的量的程度超过规定基准吋，降低合成处理中的不稳定成分的比例，不稳定成分的量得到抑制。因此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大吋，作为不稳定成分的干扰噪声(作为去除对象的信号)被抑制，由此，稳定成分(所需要的信号)被进ー步增强。因此，能够降低滤波装置的处理负担，且提高滤波性能。(2)在本发明的滤波装置的其他方式中，所述合成部具有 第I放大器，其以第I增益对所述稳定成分进行放大；第2放大器，其以第2増益对所述不稳定成分进行放大；以及合计器，其对所述第I放大器的输出和所述第2放大器的输出进行合计，在将所述给定比率为所述第I比率时的所述第I増益的值设为第I值、将所述给定比率为所述第2比率时的所述第I増益的值设为第2值时，在将所述给定比率设为所述第2比率的情况下，所述滤波装置使所述第2増益成为零，且使用比所述第I值大的值作为所述第I増益的所述第2 值。在本方式中，以第I増益对稳定成分进行放大，以第2增益对不稳定成分进行放大。作为第I増益的值，有使用第I比率时的第I值和使用第2比率时的第2值。在本方式中，在使用第2比率的情况下，第2增益为零，且使用比第I值大的值作为第I増益的第2值。例如，在第I比率中，当稳定成分与不稳定成分之比为I : O. 5时，第I增益的第I值为“1”，第2增益为“O. 5”。而在第2比率中，当稳定成分与不稳定成分之比为1.2 O时，第I増益的第2值为“I. 2”，第2增益为“O”。由此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大时，能够进一歩抑制作为不稳定成分的干扰噪声，并且能够进ー步增强稳定成分。(3)在本发明的滤波装置的其他方式中，在所述给定比率为所述第2比率时，所述自适应滤波器停止所述滤波器系数的更新。由此，防止了滤波器系数跟随于不稳定成分进行更新的状況。由此，抑制了自适应滤波器的滤波性能(对稳定成分和不稳定成分进行分离的性能)的下降。(4)在本发明的滤波装置的其他方式中，在从所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着所述不稳定成分的量为所述规定基准以下的状态时，所述滤波装置在经过了所述第I期间的时刻或者在经过了所述第I期间之后，使所述给定比率从所述第2比率回到所述第I比率。在本方式中，在合成比率(给定比率)从第I比率切换到第2比率之后，在从该切换时刻到经过规定时间为止的第I期间中，持续着不稳定成分的量为规定基准以下的状态时，在经过了第I期间的时刻或者在经过了第I期间之后，使合成比率从第2比率回到第I比率。由此，例如在输入信号中瞬间地混入了过大的干扰噪声、但之后在整个第I期间未混入过大的干扰噪声的情况下，重新増大不稳定成分的合成比率，能够执行进ー步应用了不稳定成分中包含的有用信息的滤波处理。(5)在本发明的滤波装置的其他方式中，在从所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着所述不稳定成分的量为所述规定基准以下的状态时，所述自适应滤波器在经过了所述第I期间的时刻或者在经过了所述第I期间之后，重新开始所述滤波器系数的更新。在本方式中，在停止了自适应滤波器中的滤波器系数的更新之后，在从其停止时刻(即，合成比率从第I比率切換到第2比率的时刻)到经过规定时间为止的第I期间中，持续着不稳定成分的量为规定基准以下的状态时，在经过了第I期间的时刻或者在经过了第I期间之后，重新开始滤波器系数的更新。由此，例如在输入信号中瞬间地混入了过大的干扰噪声、但之后在整个第I期间未混入过大的干扰噪声的情况下，重新开始滤波器系数的更新，能够执行应用了不稳定成分中包含的有用信息的滤波处理。(6)在本发明的滤波装置的其他方式中，在所述第2比率中，所述不稳定成分的比例为零。
在本方式中，在第2比率中，不稳定成分的比例为零。例如，在第I比率中稳定成分与不稳定成分之比为I : O. 5时，在第2比率中为I : O。由此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大时，能够进ー步抑制作为不稳定成分的干扰噪声。(7)在本发明的滤波装置的其他方式中，所述输入信号是包含作为所述稳定成分的搏动信号及由被检体的体动引起的体动成分、和作为所述不稳定成分的干扰噪声的脉波信号。在本方式中，将滤波装置用于对脉波信号中含有的、作为稳定成分的搏动信号及由被检体的体动引起的体动成分与作为不稳定成分的干扰噪声进行分离。由于滤波装置的滤波性能(对稳定成分和不稳定成分进行分离的性能)高，因此，能够将搏动信号区别于干扰噪声，并且能够进ー步增强搏动信号。(8)在本发明的滤波装置的他的方式中，该滤波装置具有抑制所述体动成分的体动滤波器。由此，从滤波装置输出的滤波后信号中含有的体动成分被抑制(例如最小化)。通过将该滤波装置例如应用于检测搏动信号的搏动检测装置中，使得搏动检测装置对搏动信号的检测变得容易。
图I示出了包含滤波装置的搏动检测装置的一例的结构；图2 (A) 图2 (C)用于说明使用规定的评价指标来判断脉波信号的干净程度(干扰噪声量的程度)的方法；图3是示出搏动检测装置的动作步骤的一例的流程图；图4㈧及图4 (B)示出了搏动检测装置的第I计测例；图5㈧及图5 (B)示出了搏动检测装置的第2计测例；图6㈧ 图6 (C)示出了搏动检测装置的第3计测例；图7 (A)及图7 (B)示出了搏动检测装置在被检体上的安装例。符号说明I :发光部；2 :被检体；3 :受光部；4 :可变增益放大器；5 :A/D转换器；6 AGC电路；10 :脉波传感器部；11 :体动传感器部(加速度传感器、陀螺传感器等)；12 :脉波信号蓄积部；13 :第I缓冲存储器；14 :第2缓冲存储器；200 :滤波部(前处理部)；201 :延迟处理部；202 自适应滤波器；204 :減法器；206 :放大器(増益相乘器)；207a :第I放大器；207b :第2放大器；hl :第I増益；h2 :第2増益；208 :合计器；209 :合成部；210 :滤波器系数更新部；212 =FFT部；214 :评价部；215 :计时部；216 :定时部；300 :体动滤波部；400 :频率分析部(后处理部)。
具体实施例方式以下，对本实施方式进行说明。另外，以下说明的本实施方式不对权利要求中记载的本发明的内容作不当的限定。另外，本实施方式中说明的所有结构并不都是本发明的必要结构要件。
以下说明将本发明的滤波装置应用于检测被检体的搏动信号的搏动检测装置的例子。但是，不限定于该例，本发明的滤波装置也能够应用于其他各种装置及设备中。(第I实施方式)(整体结构例)图I是示出包含滤波装置的搏动检测装置的一例的结构的图。图I所示的搏动检测装置100是检测因被检体(包含人和动物)的搏动引起的搏动信号的传感器装置的一种。这里，所谓搏动，在医学上是指内脏(不仅仅是心脏)在重复通常的周期性的收缩、张驰时产生的运动。这里，将心脏周期性地输送血液的泵形式的运动特称为搏动。另外，心率是指心脏每分钟的搏动数。而脉搏率是指末梢血管中的脉动数。在心脏送出血液时，在动脉中会产生脉动，因此，将对其次数进行计数得到的值称为脉搏率或简称为脉搏。仅对于在手臂上计测脉搏的情况而言，在医学上不称为心率而通常称为脉搏率。另外，在以下说明中，使用了体动这ー用语。所谓体动，广义上是指身体的所有动作。稳定的(周期性的)体动也可以称为狭义的体动。例如，与歩行/慢跑等相伴的稳定的、周期性的手臂(脉搏计的安装部位附近)的动作是狭义的体动。图I所示的搏动检测装置100具有AGC电路6 ;脉波传感器部10 ;脉波信号蓄积部(具有蓄积4秒钟的脉波信号d的数据的第I缓冲存储器13及蓄积16秒钟的脉波信号d的数据的第2缓冲存储器15) 12 ;具有自适应滤波器202和体动滤波器300的、作为滤波装置的滤波部(前处理部)200;以及频率分析部(后处理部)400。脉波传感器部10例如是光电脉波传感器及基于其原理的脉波传感器。脉波传感器部10具有发光部I ;受光部3,其接收发光部I的输出光Rl在被检体2的血管(活体信息源)上发生反射而生成的反射光R1’，并将其转换为电信号；可变增益放大器4;以及作为采样部的A/D转换器5。可变增益放大器4的增益GN由AGC电路6自动地进行调整。脉波传感器部10输出脉波信号d,在该脉波信号d中混合存在有搏动信号、因被检体(人或动物)的体动引起的体动信号、以及干扰噪声信号。即，脉波信号d例如包含作为稳定成分(具有相关性或周期性的成分)的搏动信号和体动成分、以及作为不稳定成分(相关性或周期性比稳定成分低的成分)的干扰噪声(突发地产生的噪声等)。从脉波传感器部10输出的脉波信号d的4秒钟的信号被蓄积到第I缓冲存储器13中。4秒钟的脉波信号d以4秒为周期传送到第2缓冲存储器15。第2缓冲存储器15是FIFO(先进先出)存储器，每隔4秒钟对16秒钟的脉波信号进行更新。之所以要蓄积16秒钟的脉波信号是因为在通过频率分析来确定搏动成分时，需要以一定程度的时间宽度来观测信号的推移，谨慎地研究相关性的有无等。作为滤波装置的滤波部200具有使输入信号(这里是指脉波信号d)延迟I个采样时间的延迟处理部201 ；自适应滤波器202 ;减法器204 ;包含放大器(増益相乘器)206及合计器208的合成部209 ;对自适应滤波器202的滤波器系数进行更新的滤波器系数更新部210 ；FFT部212 ;对输入信号(脉波信号d)中含有的不稳定成分的量的程度进行评价的评价部214 ;输出时间信息的计时部215 ;根据时间信息来生成定时信号的定时部216 ；以及体动滤波器300。另外，放大器(増益相乘器)206具有第I放大器207a和第2放大器207b。将第I放大器207a的增益设为第I增益hl，将第2放大器207b的增益设为第2增益h2。 另外，自适应滤波器202是对输入信号(脉波信号d)中含有的稳定成分和不稳定成分进行分离的滤波器，是通过更新滤波器系数来实现频率响应特性的自适应的滤波器。这里，将自相关性高的稳定成分设为第I信号y，将从脉波信号d减去第I信号y而得到的、自相关性比第I信号I低的不稳定成分设为第2信号e ( = d-y)。減法器204生成第2信号e( = d-y)。第I放大器(第I増益相乘器)207a对第I信号y乘以第I増益hi。第2放大器(第2増益相乘器)207b对第2信号e乘以第2増益h2。在搏动检测装置100开始进行计测的时刻，例如设定为hi > 1.0且h2 < 1.0。由此，能够减轻因冲击造成的影响，且能够提高对于搏动信号和体动信号的急速变化的跟随性。乘以第I増益hi之后的第I信号y以及乘以第2増益h2之后的第2信号e由合计器208进行合计(合成)。通过该合成，生成了滤波后信号j ( = hi · y+h2 · e)。该滤波后信号j被提供到体动滤波器300。作为不稳定成分的第2信号e( = d-y)是与作为稳定成分的第I信号y相比，相关性(周期性)低的成分，例如相当于干扰噪声。但是，在作为不稳定成分的第2信号e中，也可能包含着有用的信息，因此，不希望一律去除第2信号e。例如，在被检体2的运动状态发生变化时，在第2信号e中含有表示其运动状态的变化的信号成分。由此，自适应滤波器202为了跟随被检体2的运动状态的变化，需要一定程度大小的第2信号e。因此，合成部209以给定比率对输入信号(脉波信号d)中含有的作为稳定成分的第I信号y与作为不稳定成分的第2信号e( = d-y)进行合成并输出。给定比率(合成比率)是由上述第I増益hi与第2増益h2之比決定的。该给定比率(合成比率)根据评价部214对脉波信号d的评价结果而变更(对于这一点，将在后面进行叙述)。另外，滤波器系数更新部210自适应地更新自适应滤波器202的滤波器系数(这里，设为归一化最小均方系数(nLMS系数))，以抑制第2信号e的值(例如，使其最小化)。另外，自适应滤波器202的滤波器系数的更新处理是根据评价部214对脉波信号d的评价结果而停止的(对于这一点，将在后面进行叙述)。另外，包含延迟处理部201、自适应滤波器202和滤波器系数更新部210的功能块有时被称为自适应线谱增强器。另外，FFT部212对输入到滤波部200的脉波信号d、或分离后的作为稳定成分的第I信号y、分离后的作为不稳定成分的第2信号e ( = d-y)中的至少一方，实施FFT处理(高速傅里叶变换处理)，来生成频谱。评价部214根据由FFT部212生成的频谱(即，频率分析结果)，对输入信号d中含有的不稳定成分的量的程度进行评价。并且，在评价部214判断为不稳定成分的量为规定基准以下的情况下，作为滤波装置的滤波部200将合成部209中的给定比率设为第I比率，在评价部214判断为不稳定成分的量超过规定基准的情况下，滤波部200将给定比率设为第2比率，该第2比率中的不稳定成分的比例比第I比率中的不稳定成分的比例小。S卩，在不稳定成分为规定基准以下的情况下，使用第I比率，在不稳定成分超过规定基准的情况下，使用不稳定成分的比例比第I比率小的第2比率。作为判断不稳定成分 是否为规定基准以下的方法，例如有如下所述的方法根据脉波信号d的频谱，执行使用了规定的评价指标的判断处理，判断脉波信号d的干净程度(干扰噪声混入的程度)(对于这一点，将在后面进行叙述)。由此，当不稳定成分的量的程度超过规定基准吋，降低合成处理中的不稳定成分的比例，抑制不稳定成分的量。因此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大时，作为不稳定成分的干扰噪声(作为去除对象的第2信号e)得到抑制，由此，稳定成分(所需的第I信号y)被进ー步增强。根据该结构，不需要设置多个带通滤波器。由此，能够降低滤波装置的处理负担，且能够提高滤波性能。可对基于评价部214的评价结果的滤波部200的动作的控制方法进行各种变形和应用。关于这些内容，将通过滤波部的动作例在后面集中进行说明。另外，在图I中，体动传感器11是检测被检体2的体动(广义上的体动)的传感器。在体动(广义)中，例如包含与歩行或慢跑等相伴的稳定的、周期性的手臂(脉搏计的安装部位附近)的动作等狭义的体动。例如，可包含加速度传感器、陀螺传感器。另外，体动滤波器300具有体动信号去除用的、第I自适应滤波器302及第2自适应滤波器304。体动信号(体动噪声)是包含在脉波信号(更准确地说，是从合计器208输出的滤波后信号j)中的、表示因人等的运动或动作(体动)引起的血管容积变化的信号(噪声)。例如，对于安装在手臂或手指上的脉搏计而言，由于步行中或慢跑中的手臂摆动的影响，与该手臂摆动的节奏相应地，在血管中产生容积变化。响应于人进行稳定的动作，而生成与该稳定的体动对应的体动信号成分(狭义的体动信号成分)。可知，此时的体动信号成分与安装在脉波传感器部10的安装部位附近的体动传感器11所输出的信号的波形之间的相关性尚。另外，频率分析部(后处理部)400具有FFT部402，其被输入去除体动信号后的信号；FFT部404，其被输入来自体动传感器11的加速度信号(X轴方向成分)；FFT部406，其被输入来自体动传感器11的加速度信号(Y轴方向成分)；搏动呈现频谱确定部408 ;以及脉搏率计算部410。搏动呈现频谱确定部408每隔4秒，对FFT后的、16秒钟的脉波信号进行频率分析，根据频谱值和频谱分布等，研究与过去得到的搏动成分之间的相关性等，确定搏动呈现频谱。
另外，搏动呈现频谱，是作为一定期间的搏动成分信号的FFT结果而得到的频谱中、表示搏动的周期及其信号強度的频谱。另外，体动呈现频谱，是作为一定期间的体动噪声成分信号的FFT结果而得到的频谱中、表示体动(例如步行中的手臂摆动)的周期及其信号強度的频谱。脉搏率计算部410计算脉搏率。如果确定了频率轴上的搏动呈现频谱的位置(频率)，则能够与该频谱的位置对应地唯一地确定脉搏率。所计算出的脉搏率例如可显示在显示部(未图示)上。除此以外，也可以一起显示表示搏动的波形、被检体2的消耗卡路里、当前的时刻等。这样，在图I的例子中，作为滤波装置的滤波部200被用于对脉波信号d中含有的、作为稳定成分的搏动信号以及因被检体的体动引起的体动成分与作为不稳定成分的干扰噪声进行分离。作为滤波装置的滤波部200的滤波性能(对稳定成分和不稳定成分进行分离的性能)高，因此，能够将搏动信号区别于干扰噪声，并且能够进ー步增强搏动信号。另外，在图I的例子中，作为滤波装置的滤波部200具有抑制体动成分的体动滤波器300。抑制了从滤波部200输出的滤波后信号j中含有的体动成分。由此，频率分析部400对搏动信号的检测变得容易。(滤波部的动作例)如上所述，可以对基于评价部214的评价结果的滤波部200的动作的控制方法进行各种变形和应用。以下进行具体说明。首先，对评价部214的具体的动作例进行说明。如上所述，评价部214判断作为滤波部200的输入信号的脉波信号d中含有的不稳定成分是否为规定基准以下。作为其判断方法，例如有如下所述的方法根据脉波信号d的频谱(由FFT部212生成)，执行使用了规定的评价指标的判断处理，判断脉波信号d的干净程度(干扰噪声混入的程度)。图2㈧ 图2 (C)用于说明使用规定的评价指标来判断脉波信号的干净程度(干扰噪声量的程度)的方法。在图2(A) 图2(C)中，上侧示出了 16秒钟的FFT前的脉波信号d的信号波形。横轴表示时间，纵轴表示信号的振幅。另外，下侧示出了从O到4Hz的频域中的频谱。横轴表示频率，纵轴表示频谱值。这里，图2 (A)示出了干扰噪声少(干净)时的脉波信号d的波形和频谱，图2⑶示出了干扰噪声为中等程度(尚可)时的脉波信号的波形和频谱，图2(C)示出了脉波信号d中含有较多干扰噪声(嘈杂)时的脉波信号d的波形和频谱。根据图2(A) 图2(C)各自的比较可知，脉波信号d的波形与频谱密切相关，频谱的分布状态和频谱值与脉波信号的波形对应地变化。由此，评价部214可根据由FFT部212生成的频谱，来评价(估计)叠加在脉波信号d中的干扰噪声的状态，即，作为不稳定成分的干扰噪声的量的程度。在本实施方式中，作为用于评价干扰噪声量的程度(不稳定成分的量的程度)的指标，使用主要频谱的频谱值之比(即，基线高度之比)。具体地讲，使用r5及rlO的指标(但是，这仅是一例，也可以使用其他的统计指标，例如标准偏差等)。 这里，r5是通过如下方式得到的指标从16秒钟的脉波信号的频谱之中，按照峰值从大到小的顺序排列了 5个频谱(也就是说，进行了排序)，此时，将第I个频谱的频谱值(功率)作为分母，将第5个频谱的频谱值(功率)作为分子，由此得到r5。另外，rlO是通过如下方式得到的指标从16秒钟的脉波信号的频谱之中，按照峰值从大到小的顺序排列了 10个频谱(也就是说，进行了排序)，此时，将第I个频谱的频谱值(功率)作为分母，将第10个频谱的频谱值(功率)作为分子，由此得到rio。这里，作为一例，将r5 < O. 5且rlO < O. 2时设为噪声少(干净)，将r5 > O. 7且rlO > O. 5时设为噪声多(嘈杂)，将上述任意一种情况以外的情况设为噪声的中等程度(尚可)。在图2(A)的例子中，由于r5 = 0.14且rlO = 0.08，因此判定为噪声少(干净)。而在图2(B)的例子中，由于r5 = O. 56且rlO = 0. 35，因此判定为噪声为中等程度(尚可)。在图2(C)的例子中，由于r5 = 0.82且rlO = 0. 62，因此判定为噪声多(嘈杂)。这里，例如可根据脉波信号d的干净程度是否为嘈杂(图2(C)的状态)来判断 “脉波信号d中含有的不稳定成分是超过规定基准还是为该基准以下”。也就是说，在为嘈杂时，评价部214判断为脉波信号d中含有的不稳定成分超过了规定基准，在不嘈杂时(干净，或者尚可)，判断为脉波信号d中含有的不稳定成分为规定基准以下。这样的判断处理由图I所示的评价部214来执行。评价部214在评价出输入信号(脉波信号d)中含有的不稳定成分的量的程度吋，输出表示其评价结果的信号gl。根据该信号gl来决定放大器(増益相乘器206)中的第I增益hi以及第2增益h2的值。根据第I增益hi及第2增益h2来决定合成部209中的合成比率(上述给定比率)。由此，滤波装置200根据评价部214的评价结果来变更给定比率(急定成分与不稳定成分的合成比率)。如上所述，在脉波信号d中含有的不稳定成分为规定基准以下的情况(信号的干净程度为不嘈杂的情況)下，使用第I比率作为合成比率(给定比率)，在超过了规定基准的情况(嘈杂的情況)下，使用不稳定成分的比例比第I比率小的第2比率作为合成比率。例如可以设为在第I比率中，稳定成分与不稳定成分之比(第I增益hi与第2増益h2之比)为I : O. 5，在第2比率中，稳定成分与不稳定成分之比(hi与h2之比)为I : O. 2。由此，当不稳定成分的量的程度超过规定基准时，合成部209的合成处理中的不稳定成分的比例下降，抑制了不稳定成分的量。因此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大时，作为不稳定成分的干扰噪声(作为去除对象的第2信号e)得到抑制，由此，稳定成分(所需的第I信号y)被进ー步增强。根据该结构，不需要设置多个带通滤波器。由此，能够降低滤波装置的处理负担，并提高滤波性能。另外，在使用第2比率的情况下，也可将不稳定成分的比例设为零。例如可以设为在第I比率中，在稳定成分与不稳定成分之比(hi与h2之比)为I : O. 5时，在第2比率中，稳定成分与不稳定成分之比为I : O。由此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大时，能够进一歩抑制作为不稳定成分的干扰噪声。另外，也可以让使用第I比率时的第I増益hi的值(第I值)与使用第2比率时的第I増益hi的值(第2值)不同。例如，在将合成比率(给定比率)为第I比率时的第I増益hi的值设为第I值，将合成比率(给定比率)为第2比率时的第I増益hi的值设为第2值时，在将合成比率(给定比率)设为第2比率的情况下，作为滤波装置的滤波部200可以将第2増益h2设为零，且使用比第I值大的值作为第I増益hi的第2值。例如，在第I比率中稳定成分与不稳定成分之比为I : O. 5时，第I增益hi的第I值为“1”，第2増益h2为“O. 5”。而在第2比率中稳定成分与不稳定成分之比为1.2 O时，第I增益hi的第2值为“I. 2”，第2增益h2为“O”。由此，例如在突发的干扰噪声超过规定基准而增大吋，能够进一歩抑制作为不稳定成分的干扰噪声，且能够进ー步增强稳定成分。
另外，在根据评价部214的评价结果而使用第2比率作为合成比率(给定比率)吋，自适应滤波器202也可以停止滤波器系数的更新。在图I的例子中，评价部214在评价为不稳定成分的量的程度超过规定基准时，对滤波器系数更新部210输出信号g2。滤波器系数更新部210在接收到信号g2时，停止滤波器系数的更新。由此，能够防止滤波器系数跟随于不稳定成分进行更新的状況。由此，抑制了自适应滤波器202的滤波性能(对稳定成分和不稳定成分进行分离的性能)的下降。另外，在从评价部214判断为不稳定成分的量超过规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着不稳定成分的量为规定基准以下的状态时，滤波装置200可以在经过了第I期间的时刻或者在经过了第I期间之后，使合成比率(给定比率)从第2比率回到第I比率。例如，通过改变从评价部214输出的信号gl的电平，能够将合成部209中的合成比率(给定比率)从第2比率变更为第I比率。由此，例如在输入信号(脉波信号d)中瞬间地混入了过大的干扰噪声、但之后在整个第I期间中未混入过大的干扰噪声的情况下，重新増大不稳定成分的合成比率(给定比率)，由此，例如能够执行进ー步应用了不稳定成分中包含的有用信息的滤波处理。另外，在从评价部214判断为不稳定成分的量超过规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着不稳定成分的量为规定基准以下的状态时，滤波装置200可以在经过了第I期间的时刻或者在经过了第I期间之后，使已停止的滤波器系数的更新重新开始。例如，通过改变从评价部214输出的信号g2的电平，能够重新开始滤波器系数的更新。由此，例如在输入信号(脉波信号d)中瞬间地混入了过大的干扰噪声、但之后在整个第I期间未混入过大的干扰噪声的情况下，重新开始滤波器系数的更新，由此，例如能够执行应用了不稳定成分中包含的有用信息的滤波处理。(搏动检测装置的处理流程)图3是示出搏动检测装置的动作步骤的一例的流程图。首先，取得16秒钟、256个样本的脉波信号(步骤STl)。接着，执行FFT部212的FFT处理(步骤ST2)。评价部214实施脉波信号d的频谱的降序排序(步骤ST3)。接着，计算作为评价指标的r5、rl0 (步骤ST4)。接着，评价部214判断是否为r5 > O. 7且rlO > O. 5，也就是说，判断脉波信号d的状态是否为噪声多(嘈杂)(步骤ST5)。在步骤ST5中为“是”的情况下，合成部209中的第I増益hi成为I. 2，第2増益h2成为O (步骤ST6)。另外，在步骤ST5与步骤ST6之间不存在自适应滤波器系数更新处理的步骤(相当于步骤ST8的步骤)，因此在执行步骤ST6吋，由自适应滤波器系数更新部210执行的自适应滤波器系数的更新被中止。另外，在步骤ST5中为“否”的情况下，判断在整个规定期间(即，上述的第I期间)中是否持续着不嘈杂的状态(步骤ST7)。在步骤ST7中为“否”时，转移到步骤ST6。另外，在步骤ST7中为“是”时，实施自适应滤波器202的更新处理(步骤ST8)，并且，合成部209中的第I増益hi成为I. 0，第2增益h2成为O. 5 (步骤ST9)。接着，对几个计测例进行说明。(第I计测例)图4(A)及图4(B)示出了搏动检测装置的第I计测例。第I计测例是当被检体2处于安静状态时，产生了突发的干扰噪声的情况的例子。图4(A)示出了实施滤波部200的滤波之前的脉波信号d的频谱，图4(B)示出了滤波后信号j的频谱。另外，在图4(A)及图 4(B)中，上侧不出了 16秒钟的FFT前的脉波信号d的信号波形。横轴t表不时间，纵轴表示信号的振幅。另外，下侧示出了从O到4Hz的频域中的频谱。横轴f表示频率，纵轴表示频谱值。这里，为了客观地评价滤波部200的滤波性能，使用称为SN3的指标。SN3是用于评价滤波部200的性能的S/N指标，是通过如下方式得到的用搏动呈现频谱的频谱值和频率轴上与搏动呈现频谱相邻地出现的左右各ー个频谱值的合计，除以在所观测的整个频域中出现的频谱的合计值，由此得到该S/N指标。S卩，SN3可通过以下的算式来表示。SN3 =(搏动呈现频谱与其左右各I个频谱值的合计)/ (整个频域O 4Hz中的频谱值的合计)(单位％ )另外，搏动呈现频谱是作为一定期间的搏动成分信号的FFT结果而得到的频谱中、表示搏动的周期及其信号強度的频谱。关于滤波部200的滤波性能的劣化征兆，可根据所要提取的相关性高的信号成分(搏动成分)的频谱值相对于所观测的频域中的全部频谱值的合计所占比例的程度，来判断该劣化征兆，因此使用SN3作为指标。在第I计测例中，虽然被检体2处于安静状态，但ー时性地进行了不规则的动作，因此在脉波信号d中混入了突发噪声。当混入了突发噪声时，在图3的流程图中的步骤ST5中判断为嘈杂，因此，在步骤ST6中，合成部209中的第I增益hi成为I. 2，第2增益h2成为O。其結果，能够抑制作为不稳定成分的干扰噪声，另ー方面，能够增强稳定成分。因此,搏动呈现频谱确定部408可根据干扰噪声少的滤波后信号j来执行搏动呈现频谱的确定处理。由此，提高了搏动呈现频谱的确定处理的精度。另外，在混入了突发的干扰噪声的期间，滤波器系数更新部210中止自适应滤波器系数的更新处理。因此，自适应滤波器202不会跟随于干扰噪声，其结果，防止了自适应滤波器的滤波性能的下降。根据图4㈧与图4(B)的比较明显可以看出，通过滤波部200的滤波，降低了突发的噪声。也就是说，低频(O. 3Hz附近)中出现的、与搏动无关的频谱的频谱值明显减小。在图4(A)的例子中，SN3为11.5%，在图4(B)的例子中，SN3为27. 8%，滤波后的SN3的值更大。由此，搏动呈现频谱确定部408能够更容易地确定搏动呈现频谱。
(第2计测例)第2计测例是被检体2处于安静状态时的脉搏的计测例。例如相当于如下情况中的计测结果在处于安静状态的被检体2 —时性地进行了不规则的动作之后，结束不规则的动作而回到安静状态并维持该状态。图5㈧及图5(B)示出了搏动检测装置的第2计测例。图5㈧示出了实施滤波部200的滤波之前的脉波信号d的频谱，图5(B)示出了滤波后信号j的频谱。另外，在图5(A)及图5(B)中，上侧示出了 16秒钟的FFT前的脉波信号d的信号波形。横轴t表示时间，纵轴表示信号的振幅。另外，下侧示出了从O到4Hz的频域中的频谱。横轴f表示频率，纵轴表示频谱值。如在第I计测例中说明的那样，在混入了突发的干扰噪声的期间，自适应滤波器系数的更新处理被中止，防止了自适应滤波器的滤波性能的下降。基于该效果(即，抑制了因过去产生的突发噪声引起的滤波性能下降这ー效果)，在本计测例中，与不中止自适应滤波器系数的更新处理的情况相比，提高了搏动呈现频谱的确定精度。
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在图5(A)的例子中，SN3为42. 5%。相对于此，在图5(B)的例子中，SN3为48. 9%。通过滤波部200的滤波，SN3的值(指标值)増大。也就是说，搏动呈现频谱(在图5 (A)及图5(B)中用圆围起而表示的频谱SI)相对于表示其他频率的频谱，被相对地增強。由此，搏动呈现频谱确定部408能够更容易地确定搏动呈现频谱。(第3计测例)第3计测例是被检体2正在步行时的脉搏的计测例。图6㈧ 图6 (C)示出了搏动检测装置的第3计测例。图6(A)示出了实施滤波部200的滤波之前的脉波信号d的频谱，图6(B)示出了滤波后信号j的频谱，图6(C)示出了去除体动成分后的信号的频谱。另夕卜，在图6(A) 图6(C)中，上侧示出了 16秒钟的FFT前的脉波信号d的信号波形。横轴t表示时间，纵轴表示信号的振幅。另外，下侧示出了从O到4Hz的频域中的频谱。横轴f表示频率，纵轴表示频谱值。在被检体2处于步行状态的情况下，与处于安静状态的情况相比，在脉波信号d中混入突发噪声的可能性高。如之前说明的那样，在混入了突发噪声时，在图3的流程图中的步骤ST5中判断为嘈杂，因此在步骤ST6中，合成部209中的第I增益hi成为I. 2，第2增益h2成为O。其结果，作为不稳定成分的干扰噪声得到抑制，另ー方面，能够增强稳定成分。因此，搏动呈现频谱确定部408可根据干扰噪声少的滤波后信号j，执行搏动呈现频谱的确定处理。由此，提高了搏动呈现频谱的确定处理的精度。另外，在输入了规定阈值以上的干扰噪声的情况下，通过停止滤波器系数的更新，能够抑制因过去产生的突发的干扰噪声以及当前时刻产生的突发的干扰噪声引起的滤波性能的下降。由此，在本计测例中，与不中止自适应滤波器系数的更新处理的情况相比，也提高了搏动呈现频谱的确定精度。在第3计测例中，由于被检体2处于步行中，因此在脉波信号d中，除了搏动成分以外，还含有因体动引起的体动成分。由此，在频谱中，除了搏动呈现频谱以外，还包含体动呈现频谱。在图6(A) 图6(C)中，用圆围起而表示的频谱S2为搏动呈现频谱。图6 (A)的例子中的SN3为20. 2%。图6(B)的例子中的SN3为23. 5%，比图6(A)的例子进ー步上升。也就是说，搏动呈现频谱S2相对于表示其他频率的频谱，被相对地增強。另外，在图6(C)的例子中，SN3上升到41. 8%。这样，搏动呈现频谱确定部408能够更容易地确定搏动呈现频谱。这样，根据本实施方式的搏动检测装置，作为不稳定成分的干扰噪声被有效地抑制，另ー方面，作为稳定成分的搏动信号被进ー步增强。由此，更容易确定搏动呈现频谱。图7 (A)及图7 (B)示出了搏动检测装置在被检体上的安装例。图7 (A)的例子是手表型的搏动检测装置的例子。包含脉波传感器部10及显示部94的基部530通过腕带510安装在被检体(用户)的左手腕500上。
图7(B)的例子是手指安装型的搏动检测装置的例子。在用于插入被检体的指尖的环状的引导件520的底部，设置有脉波传感器部10。根据本发明的至少ー个实施方式，例如能够降低滤波装置的处理负担，并提高滤波性能。另外，虽然如上所述对本实施方式进行了详细说明，但本领域技术人员能够容易地理解到，可在实质上未脱离本发明的新颖事项及效果的范围内，实现多种变形。因此，这样的变形例全部包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，对于至少一次与更广义或同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或附图的任何地方，都可以替换为该不同的用语。
权利要求
1.一种滤波装置，其特征在于，该滤波装置具有 自适应滤波器，其对输入信号中含有的稳定成分与不稳定成分进行分离，并且，该自适应滤波器通过对滤波器系数进行更新而实现频率响应特性的自适应； 合成部，其以给定比率对分离后的所述稳定成分及所述不稳定成分进行合成；以及 评价部，其根据对所述输入信号、分离后的稳定成分以及分离后的所述不稳定成分中的至少一方进行频率分析后的结果，评价所述输入信号中含有的所述不稳定成分的量的程度， 在所述评价部判断为所述不稳定成分的量为规定基准以下的情况下，所述合成部将所述给定比率设为第I比率，在所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的情况下，所述合成部将所述给定比率设为第2比率，该第2比率中的所述不稳定成分的比例比所述第I比率中的所述不稳定成分的比例小。
2.根据权利要求I所述的滤波装置，其特征在于， 所述合成部具有第I放大器，其以第I增益对所述稳定成分进行放大；第2放大器，其以第2增益对所述不稳定成分进行放大；以及合计器，其对所述第I放大器的输出和所述第2放大器的输出进行合计， 在将所述给定比率为所述第I比率时的所述第I增益的值设为第I值、将所述给定比率为所述第2比率时的所述第I增益的值设为第2值时， 在将所述给定比率设为所述第2比率的情况下，所述滤波装置使所述第2增益成为零，且使用比所述第I值大的值作为所述第I增益的所述第2值。
3.根据权利要求I或2所述的滤波装置，其特征在于， 在所述给定比率为所述第2比率时，所述自适应滤波器停止所述滤波器系数的更新。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的滤波装置，其特征在于， 在从所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着所述不稳定成分的量为所述规定基准以下的状态时，所述滤波装置在经过了所述第I期间的时刻或者在经过了所述第I期间之后，使所述给定比率从所述第2比率回到所述第I比率。
5 根据权利要求3所述的滤波装置，其特征在于， 在从所述评价部判断为所述不稳定成分的量超过所述规定基准的时刻到经过了规定时间为止的第I期间中，持续着所述不稳定成分的量为所述规定基准以下的状态时，所述自适应滤波器在经过了所述第I期间的时刻或者在经过了所述第I期间之后，重新开始所述滤波器系数的更新。
6.根据权利要求I 5中任意一项所述的滤波装置，其特征在于， 在所述第2比率中，所述不稳定成分的比例为零。
7.根据权利要求I 6中任意一项所述的滤波装置，其特征在于， 所述输入信号是包含作为所述稳定成分的搏动信号及由被检体的体动引起的体动成分、和作为所述不稳定成分的干扰噪声的脉波信号。
8.根据权利要求7所述的滤波装置，其特征在于， 该滤波装置具有体动滤波器，该体动滤波器抑制所述脉波信号中含有的所述体动成分。
全文摘要
本发明提供滤波装置，其降低了处理负担且提高了滤波性能。滤波装置(200)具有自适应滤波器(202)，其对输入信号中含有的稳定成分与不稳定成分进行分离，该自适应滤波器对滤波器系数进行更新而实现频率响应特性的自适应；合成部(209)，其以给定比率对分离后的稳定成分及不稳定成分进行合成；评价部(214)，其根据对输入信号(d)、分离后的稳定成分(y)及不稳定成分(e)中的至少一方进行频率分析后的结果，评价输入信号中的不稳定成分的量的程度，在评价部(214)判断为不稳定成分的量为规定基准以下时，合成部(209)将给定比率设为第1比率，在判断为超过规定基准时，将给定比率设为不稳定成分的比例比第1比率小的第2比率。
文档编号A61B5/0245GK102670191SQ20121005992
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月8日 优先权日2011年3月10日
发明者高桥有亮 申请人:精工爱普生株式会社