心率计及心跳波形的噪音除去方法

专利名称：心率计及心跳波形的噪音除去方法
技术领域：
本发明涉及心率计及心跳波形的噪音除去方法，特别是躯体运动噪音的噪 音除去方法。
技术背景一直以来提出了各种测定生物体心跳的心率计的方案。作为由发光元件将 光照射到身体，用光壽丈元件4企测其反射光或透过光，将受光信号转换成脉搏信 号并检测脉搏的脉搏检测电路，已知有例如专利文献1。对于这样的心率计，已提出了方案，要求对于杂音可稳定地表示脉搏数，并可提高脉搏数显示的稳定性(例如，专利文献2、专利文献3、专利文献4)专利文献2中着眼于杂音引起的脉冲是幅度比较窄的脉冲，在脉搏波 ( )检测电路和脉搏波计算装置之间，设置评价脉搏波;险测电路输出的脉 搏波信号的脉冲幅度的脉搏波脉冲评价装置，通过只将认为是正常的脉搏波信 号的信号传送到脉搏波计算装置，可获得脉搏显示的稳定性。另外，在专利文献3中公开，使用加速度传感器和子波变换除去躯体运动， 通过加速度传感器，以躯体运动作为加速度来^r测躯体运动波形，对该躯体运 动波形实施子波变换而生成每频率区域的躯体运动解析数据，另外，对由生物 体的检测部位检测的脉搏波波形实施子波变换而生成每频率区域的脉搏波解 析数据，由脉搏波解析数据减去躯体运动解析数据来^f企测脉搏。另外，在光学性获取心跳信息的光电容积图(PPG)中，关于使用子波变 换从PPG信号中除去高频率成分的杂音，如专利文献4所示。专利文献1:特公昭61 - 29730号公报专利文献2:特公平4 - 79250号公报专利文献3:特开平11 - 9564号 >报专利文献4:特公2003 -310562号公报 发明内容6通过心率计进4于的心跳测定，在例如非运动时或运动时这样的各种测定条 件下进行。在这些不同的测定条件下，用心跳传感器检测的心跳波形，不仅基 本波形，对于重叠于该基本波形的噪音成分，其频率或峰高值等的信号特性也 不同。运动中的心跳波形，除了构成主成分的基本波和高次谐波之外还重叠了噪 音成分。该噪音成分，除了作为侵入心跳传感器或传送系统中的电气性高频噪 音的外界杂乱噪音之外，还包含作为微动噪音的躯体运动噪音，所述微动噪音 是安装了心跳传感器的被测试者运动时由于心跳传感器的安装位置偏移等而 产生的。进而，该躯体运动噪音，根据其产生因素及噪音误差的大小而大致分为2类。一种是，作为心跳传感器安装于血管上的状态，是由心跳传感器的位置偏移而在心跳波形水平上重叠了微小的噪音的场合，此时主要为小于20拍/60 秒钟程度的心跳误差。另一种是，心跳传感器由血管上脱离，心跳波形完全不 输出，或者由于外界杂乱光而异常振动的场合，此时主要为20拍/60秒钟以上 的心跳误差。在上述的躯体运动噪音中，如后者那样，心跳传感器由血管上脱离，心跳 波形完全不输出，或者由于外界杂乱光而异常振动的场合，在任一个场合都不 能将心跳进行计数。图23 ，如上述那样，是用于说明心跳传感器因大的变动中产生的躯体运 动噪音而引起的心跳误差的图。图23 (a)是表示心跳传感器输出的心跳波形，在al及a3的期间心跳波 形完全不输出，在a2及a4的期间由于异常振动而输出为饱和。在该al ~ a4 的期间在各自T1 T4的时间区域内不能由心跳波形检测出心跳(图23 (b) 中的bl b4)。心跳由于心跳数是以每单位时间的心跳数来表示，在图23 (c)表示的心 跳中，在各cl ~ c4的期间心跳降低。作为侵入心跳传感器或传送系统中的电气性高频噪音的外界杂乱噪音，或 由于心跳传感器的安装位置偏移等产生的躯体运动噪音，是噪音成分与心跳主成分相重叠的状态，因此可适合使用利用过滤器处理等的信号处理来除去噪音 的方法。但是，上述的心跳传感器由血管上脱离，在心跳波形遗失或振动的场合， 由于心跳的主成分本身消失，不适用于通过上述的专利文献公开的处理等的信 号处理来除去噪音的方法。如上所述，大的躯体运动噪音产生时，存在以下问题，即，以对作为心跳 传感器的输出的心跳波形进行信号处理的方法难以获得准确的心跳。因此，本发明的目的在于解决以往的问题，即使在由于大的躯体运动噪音 等而使心跳的主成分遗失时，也可获得准确的心跳。本发明的心率计是测定生物体心跳数的心率计，具有对于由心跳波形求 得的心跳数来求心跳数变化的心跳数变化检测部；和基于心跳数变化的推移来 检测心跳数的误差，^奮正错误;险测的心跳数的心跳数误差4企测修正部。另外，本发明的心跳波形的噪音除去方法，具有对于由心跳波形求得的 心跳数来求心跳数变化的心跳数变化检测步骤；和根据心跳数变化的推移来检 测心跳数的误差、修正检测出的心跳数误差的心跳数误差检测修正步骤。心跳数，例如，是通过将心跳传感器检测生物体心跳并输出的心跳波形进 行信号处理来提取出各心跳，将心跳计数，转换成每单位时间(例如，l分钟) 的次数来表示。在此，心跳数变化是表示上述的心跳数随时间如何变化。心跳数变化可以 用规定时间内心跳数增减的变化数表示。例如，在规定时间的前后，心跳数由 80拍/分钟变化为100拍/分钟时，该心跳数增加了该差值的20拍，心跳数变 化为"+ 20拍"。规定时间只要是比心跳间隔时间长的时间则可以为任意的时 间，例如可以30秒钟为单位。另外，心跳数变化除了上述的变化数以夕卜，可以以规定时刻的心跳数的微 分值表示。心跳数是通过将生物体的心跳计数而获得的，原本非连续的数量， 不能对心跳数自身求孩i分值，但可以用函数将心跳数的时间变化进行近似来求 心跳数的微分值。对于心跳测定，在由于大的躯体运动噪音等而遗失有关心跳信息时，由心 跳波形自身不能检测心跳特定主成分或心跳位置等。因此，本发明的心率计及心跳波形的噪音除去方法，对由心跳波形求得的 心跳数来求其心跳数的变化，根据该心跳数变化的推移来检测心跳数的误差， 通过将检测出错误的心跳数进行修正，即使在由于大的躯体运动噪音等而遗失 心跳主成分时也可获得准确的心跳。在本发明中，可以多个形态来检测心跳数变化。心跳数变化检测的第1形态，是由每规定时间的心跳数变化数来求心跳数 变化，例如，可以由心跳数的取样值的差值来求心跳数变化数。心跳数变化检测的第2形态，是由规定时刻的心跳数的微分值求心跳数变化，本发明的发明人发现，虽然心跳数随被测试者而表现出个人差异，对于该 心跳数变化，被测试者虽然不同但也显示了共同的变化倾向。特别发现，给予 被测试者一定的负荷时表现出的心跳数变化，显示了共同特征性的变化倾向。图1,表示给予一定负荷时的心跳数(示于图1 (a))和心跳数变化(示 于图1 (b))。在此，心跳数变化以心跳数的每规定时间的变化数来表示。心跳数，虽然因被测试者的个人差别其大小各种各样，但心跳数变化在规 定的变化幅度内显示了大致共同的变化倾向。例如，开始运动时，心跳数变化 一旦增加后显示了減少的倾向。该心跳变化增减后，运动中为大致恒定的心跳 数。另一方面，终止运动时，心跳数变化一旦减少后显示了增加的倾向。通过 该心跳数变化，运动终止后，经过规定时间返回到运动前的状态。该心跳数变化与被测试者的个人差异无关，在规定的变化幅度内为大致共 同的倾向。本发明关注于该心跳数变化，由于大的躯体运动噪音等心跳波形的检测信 号遗失(图23 (a)的al、 a3 )、或由于心跳波形的检测信号的振动发生饱和 (图23 (a)的a2、 a4 ),可通过心跳数变化的误差来检测由此产生的心跳数 误差。接着，通过标准的心跳数变化来修正检测出的心跳数变化的误差部分， 进而，根据修正的心跳数变化来修正心跳数。心跳数误差检测修正，具有根据心跳数变化的推移将心跳数变化的误差 作为心跳数的误差进行检测的心跳数误差检测；和根据心跳数误差检测来修正 心跳数的误差的心跳数误差修正。9图2是用于说明根据心跳数变化进行心跳数变化的误差检测、心跳数变化 的误差修正以及心跳数的误差修正的图。由于躯体运动噪音，心跳数的一部分(图中的A、 B、 C)发生了心跳信息的遗失(图2 (a))，由于该心跳信息的 遗失在心跳数变化中产生误差(图2 (b))。对该心跳数变化的误差进行检测 并修正(图2 (c))。通过修正心跳数变化，被修正的心跳数变化包含与被修 正的心跳数有关的信息。因此，根据该被修正的心跳数变化图2(c),修正包含误差的心跳数(图 2(a)),来求修正的心跳数(图2 (d))。在本发明中，心跳数误差检测，具有将作为对象的心跳数的对象心跳数 变化的推移和作为标准的标准心跳数变化的推移进行比较；根据该两者心跳数 变化的推移的类似度，检测作为对象的心跳数变化误差的心跳数变化误差检 测，和修正心跳数变化误差的心跳数变化误差修正。心跳数变化误差检测为，将规定时间区域的对象心跳数变化具有的多个心 跳数变化值作为心跳数变化的推移，将相同规定时间区域的标准心跳数变化具 有的相同数量的心跳数变化值作为标准心跳数变化的推移，对于该两推移，将 对应的各心跳数变化值的差值作为推移的类似度，检测作为对象的心跳数变化 的误差。上述心跳数变化误差检测处理，准备了由不同组合的心跳数变化值构成的 多个的标准心跳数变化模式，可将由多个标准心跳数变化模式推定的标准心跳 数变化模式和对象心跳变化进行比较。由多个标准心跳数变化模式来推定用于比较的标准心跳数变化模式的计 时，可与运动负荷的计时联动进行。另外，心跳数变化误差检测，是根据差值超过设定值的对象心跳数变化值 的个数来检测心跳数变化的误差。例如，构成心跳数变化模式的多个心跳数变 化值中的至少一个，在标准心跳数变化模式的心跳数变化值的范围之外时，就 认为有心跳数变化误差。检测误差时，心跳数变化误差修正，是将用心跳数变化误差检测所检测出 的对象心跳数变化的心跳数变化值，修正为标准心跳数变化的心跳数变化值。进而，心跳数的误差修正部，是根据由上述的心跳误差检测所检测修正的心跳数变化值，修正对应的心跳数。通过本发明，即使在由于大的躯体运动噪音等引起心跳的主成分遗失时， 也能获得准确的心跳。


图1:表示给予一定负荷时的心跳数和心跳数变化的图。图2:用于说明根据心跳数变化进行的心跳数变化的误差检测、心跳数变化的误差修正以及心跳数的误差修正的图。图3:用于说明本发明的概略构成的图。图4:用于说明本发明的心率计的构成的图。图5:用于说明心跳传感器的一构成例的概略剖面图。图6:用于说明本发明的心率计的其他构成的图。图7:用于说明心跳传感器的其他的构成例的概略剖面图。图8:用于说明心跳数变化检测部以及心跳数误差检测部的构成例的图。图9:用于说明心跳数变化模式的一例的图。图10:用于说明心跳数误差检测修正部的操作例的流程图。图11:用于说明心跳数误差检测修正部的操作例的心跳数变化的例子的图。图12:用于说明心跳数误差检测修正部的操作例的操作说明图。图13:心跳教:误差检测部的电路构成的一例。图14:心跳数误差检测部的电路构成的一例。图15:用于说明心跳数变化模式的图。图16:心跳数误差检测部的并联电路构成的一例。图17:心跳数误差检测部的电路构成的其他例。图18:构成心跳数误差修正部的一个电路构成例。图19:用于说明心跳数误差修正部的操作例的流程图。图20:用于说明心跳数误差修正部的操作例的图。图21:用于说明本发明的心跳数变化的误差检测的其他形态的图。图22:用于说明本发明的心跳数变化的误差检测的其他形态的流程图。图23:用于说明由心跳传感器在大的变动中产生的躯体运动噪音引起的心跳误差的图。1心率计2心跳传感器2a发光元件部2b光4文元件部2c遮光部2A触觉传感器3才全测电3各4心跳数检测部5心跳数变化检测部53心跳数临时存储部5b差值计算部5c心跳数变化存储部6心跳数误差检测修正部6A心跳数误差检测部6B心跳数误差修正部6a心跳数变化误差检测部6b标准心跳数变化模式存储部6c标准心跳数变化模式选择部6d心跳数变化修正部6e心跳数存储部6f修正心跳数计算部6g重写部7心跳数计lt部8心跳报知部9发光电路部10信号处理部21延迟器22加法器1224 加法器25 比较器30 生物体31 血管32 振动波33 生物体组织34 皮肤具体实施方式
以下，用图来详细说明本发明的心率计、及从心跳波形中除去噪音成分来 检测心跳的顺序。首先，用图3来说明本发明的概略构成。在图3中，本发明的心率计l, 具有检测生物体的心跳波形的心跳检测部、将检测出的心跳波形进行信号处理 的检测心跳的信号处理部。在信号处理部检测出的心跳数通过心跳数计数部7 进行计数，计数的心跳数是在报知部8设置的心跳数报知部8A (没有图示) 中通过显示、传送、存储等进行报知。另外，前述的心跳检测部，例如可由心跳传感器2、从心跳搏传感器2的 输出获得检测信号的检测电路3构成。心跳传感器2例如可使用光学式传感器， 检测电路3将通过光信号等的心跳传感器2获得的输出转换成电信号，根据需 要进行信号放大，或通过A/D转换而转换成数字信号。信号处理部具有根据用检测电路3检测出的心跳波形来检测心跳数的心 跳数检测部4、用心跳数检测部4检测的心跳数来检测心跳数变化的心跳数变 化检测部5、根据用心跳数变化检测部5检测出的心跳数变化来检查心跳数误 差并修正该心跳数误差的心跳数误差检测修正部6。在该概略构成中，在运动状态中使用心率计时，有时心跳传感器2会从作 为测定对象的被测试者的血管上脱离。在这样的场合中，在作为检测电路3 的输出的检测信号中，产生不能获得输出的部分、由于外界散乱光的侵入而振 动且输出成为饱和的部分等。象这样不能获得输出的部分或输出的饱和部分产 生时，在从心跳数检测部4获得的心跳数中就会产生误差。心跳数变化检测部5检测作为心跳数随时间变动的心跳数变化。例如， 通过求出在规定时间的前后从心跳数检测部4输出的心跳的差值，检测心跳数 变化。另外，在该心跳数变化相当于心跳数的微分值且得到将心跳数的变化进 行模拟近似的函数时，通过该函数在规定时刻的樣i分值可进行检测。心跳数误差检查修正部6，如前述图2说明的那样，可以通过心跳数变化 的误差检测和心跳数变化的误差修正进行心跳数误差检测(图2 (a) ~图2 (c))，通过所检测的心跳数变化的误差修正来进行心跳数的误差修正(图2 (c) ~图2 (d))。心跳数计数部7根据心跳数误差检测修正部6所修正的心跳数来计数心跳 数。在这里被计数的心跳数是进行了误差修正的心跳数，因此可理解为准确的 心跳数。图4是用于说明图3表示的心率计的构成的图。另外，在这里，作为心跳 传感器2，以光学式传感器的例子来表示。心率计i具有由生物体30获得心跳信息的心跳传感器2、由心跳传感 器2的输出形成检测信号的检测电路3、对来自检测电路3的检测信号进行信 号处理来检测心跳的信号处理部10、将计数的心跳数进行报知的心跳数报知 部8A。另夕卜，心跳数报知部8A与运动报知部8B共同构成报知部8。心跳数 报知部8A将心跳显示于显示装置，此外还传送到其他的装置或存储于存储装 置。另外，运动报知部8B向被验者指示运动的开始或运动的停止。由此，可 对被验者在M^定的时间区域内施加负荷。另外，通过运动报知部8B，可在运 动的开始时间点及运动终止时间点将时刻信息传送到心跳数误差检测修正部 6。另外，本发明的心率计，可预先设定被验者承担的负荷的种类或大小。信号处理部10,具有检测心跳数的心跳数检测部4、由检测出的心跳数 来检测其变化的心跳数变化检测部5、根据检测出的心跳数变化来进行心跳数 的误差检测和误差修正的心跳数误差检测修正部6、将修正的心跳数进行计数 的心跳数计数部7。心跳传感器2具有通过发光电路9将光照射于被驱动的生物体30的发 光元件2a、接受由生物体30散射或反射、或透过的光的光敏元件部2b。图5 是用于说明心跳传感器2的一构成例的概略剖面图，表示对生物体30照射光、检测反射光的构成例。发光元件部2a和光敏元件部2b夹持遮光板2c而成为 对向，设置在相对于照射点(没有图示)对称的位置。在这里，遮光板2c可 阻止从发光元件2a向光敏元件2b直接入射的光。从发光元件2a照射到生物体30的光，被生物体30内的组织或血管31内 的血液散射，再射出到生物体30外。由生物体30射出的光的强度，根据血流 发生变动。本发明的心率计l,基于该光的强度根据血流进行变动的光强度的 变化来4企测心跳。检测电路3具有接受从光敏元件部2b得到的光信号并转换成电信号的 检测信号的光敏电路部3a、将检测信号进行信号放大的放大电路部3b、转换 成数字信号的A/D转换部3c。信号处理部10,如前述那样，具有心跳数检测部4、心跳数变化检测部5、 心跳数误差检测修正部6、心跳数计数部7，将求得的心跳传送到心跳数报知 部8并报知已计数的心跳数。心跳数误差检查修正部6具有检测心跳数误差的心跳数误差检测部6A、 根据心跳误差检测部6A检测出的心跳数来修正心跳数的心跳数修正部6B。 另外，心跳数报知部8，可进行心跳数的显示、存储、传送等的任一个或任意 的组合。图6是用于说明图3所示的心率计的其他构成的图。在该构成例中，作为 心跳传感器2，以触觉传感器2A的例子来表示。心率计l具有前述图4所示的心跳传感器2、检测电路3、信号处理部 10、报知部8，作为心跳传感器2的触觉传感器2A的检测信号，在检测电流 3中的放大电路部3b中被信号放大，在A/D变换部3c中被变化成数字信号。该构成例中，具有作为心跳传感器2的触觉传感器2A。在这里，该触觉 传感器2A是检测由生物体产生的振动的传感器的总称，例如，通过检测生物 体中的动脉血管的脉搏波，才企测心跳。图7是用于说明触觉传感器2A的一构成例的概略剖面图。生物体内的动 脉血管31,相应于流动于血管内的血液的变动，与脉搏同期振动。该动脉血 管的振动，在生物体的组织33内成为振动波传送。触觉传感器2A接触并附 着于生物体例如皮肤表面，检测在生物体的组织33内传送的振动波。该振动波的检测，是检测压力变化或振动变化。触觉传感器2A,可使用相应于检测振动波的形态的各种传感器。例如， 使用压力传感器作为触觉传感器2A的场合，将振动波作为压力变化进行检观'J。 另外，使用振动传感器作为触觉传感器2A时，将振动波作为振动变化来进行 才全测。作为振动变化，例如4企测振幅、频率等的变化。触觉传感器2A隔着皮肤对在生物体组织33内传送的振动波进行^^企测。 因此，触觉传感器2A被设置于检测生物体的脉搏的测定部位的近旁。触觉传 感器2A，通过接触测定部位近旁的皮肤34可提高检测灵敏度。另夕卜，通过将 触觉传感器2A按压于皮肤34,可进一步提高检测灵敏度。该构成例的触觉传感器2A,检测根据血流进行变化的振动波，检测电路 3通过放大电路部3b将检测信号进行信号放大，通过A/D变换部3c转换成数 字信号。另外，信号处理部10内的心跳数检测部4、心跳数变化检测部5、心跳数 误差检测修正部6及心跳数计数部7的构成及信号处理、或心跳数报知部8 的构成及信号处理、以及各部的作用操作，因为与使用前述图4的说明同样， 所以省略了这里的说明。另外，使用光学传感器作为心跳传感器时，检测心跳信号的部位可特定在 窄的范围内，可检测特定位置的心跳状态。另夕卜，使用触觉传感器作为心跳传 感器时，可从广泛的范围获得心跳信号，确定心跳传感器的安装位置可不需要 高的精度，另外，可緩和使用中的位置偏移所引起的检测不良。下面，关于心跳数变化检测部5的构成例及心跳数误差检测修正部6内的 心跳数误差检测部6A的构成例，用图8进行说明。首先，对心跳数变化检测部5的构成例进行说明。心跳数变化检测部5具 有将心跳数检测部4检测出的心跳数D输入并存储的心跳数临时存储部5a、 根据存储于心跳数临时存储部5a的心跳数D算出心跳数变化E的差值计算部 5b、存储由差值计算部5b求得的心跳数变化的心跳数变化存储部5c。心跳数临时存储部5a,将输入的心跳数D作为本次心跳数DO来存储的 同时，将前次存储的本次心跳数D0作为前次心跳数D1而重新写入。心跳数 临时存4诸部5a，每次输入新的心跳数D时，都进4亍本次心跳数DO和前次心跳数D1的重写，舍弃重写以前的前次心跳数D1。差值计算部5b,通过本次心跳数DO和前次心跳ft Dl的差值(EO=DO -Dl)计算来求出心跳数变化值EO。该差值计算是求出心跳数在规定时间变动 的变化数。心跳数变化存储部5c，对差值计算部5b求得的心跳数变化值E在不同时 刻进行多次存储。在这里，存储本次的心跳数变化值E0、前次的心跳数变化 值E1、再前次的心跳数变化值E2这3个心跳数变化值[EO、 El、 E2]。该心跳 数变化的存储，通过差值计算部5b每计算一次心跳数变化值时就进行更新， 舍弃最早的心跳数变化值E2，更新为新的心跳数变化值E2。由此，心跳数变化存储部5c，在经过时间的每个该时间点，存储现在和 此前的连续3个心跳数变化值[EO、 El、 E2]。在本发明中，通过使用该连续的多个心跳数变化值作为心跳数变化的变化 模式，进行心跳数变化的误差检测。另外，在这里，虽然表示了作为连续的心 跳数变化值的个数为3个的情况，但可不限制于3个而为任意的个数。另夕卜，连续的心跳数变化值为2个的场合，限定了可检测心跳数变化误差 的模式数，有可能降低检测精度。另外，增加连续的心跳数变化值的个数时， 可提高检测心跳数变化的误差的检测精度，误差检测需要的计算时间变得长期 化，此外在最初的时间点误差检测所需要的心跳变化值的个数不足，因此检测 出最初的心跳变化的时间变长，可能会漏掉初期阶段的心跳值变化误差。因此， 连续的心跳数变化值的个数，要考虑上述情况来设定。另夕卜，上述的心跳数变化检测部5的构成例，展示了每取得心跳数时进行 一次心跳数变化的检测的例子，也可以每取得多次的心跳数时进行心跳数变化 的冲企测。接着，对心跳数误差检测修正部6的心跳数误差检测部6A的构成例进行 说明。在图8中，心跳数误差检测部6A具有心跳数变化误差检测部6a、标 准心跳数变化模式存储部6b、标准心跳数变化模式选择部6c、心跳数变化误 差修正部6d。心跳数变化误差检测部6a,检测在由心跳数变化检测部所检测的心跳数 变化中是否有误差。该误差检测，是将对象的心跳波形中的心跳数变化的变化模式和预先求得的标准心跳数变化的变化模式进行比较。对象的心跳数变化模式与标准心跳数变化的变化模式为 一致时，判断没有 心跳数变化的误差，对象的心跳数变化模式与标准的心跳数变化模式不一致 时，判断有心跳数变化的误差。心跳数变化模式根据心跳数变化的经过时间而显示不同的模式。图9是用于说明心跳数变化模式的一例的图。心跳数变化模式a-k (图9 (b))，将心 跳数变化的波形以规定时间区域(图中的箭头表示的时间区域)为单位进行划 分，将该时间区域内的心跳数变化值变化的状态作为心跳数变化模式提取出。 另外，在这里，例示由3个连续的心跳数变化值形成心跳数变化模式的例子。进行比较的心跳数变化模式，作为标准心跳数变化模式预先确定并存储。 该标准心跳数变化模式，与心跳数变化模式同样，显示根据心跳数变化的经过 时间而不同的模式，因此在标准心跳数变化模式存储部6b中被多次存储。因 此，将心跳数变化模式与标准心跳数变化模式进行比较时，存在多个不一致的 标准心跳数变化模式。存在多个与对象的心跳数变化模式不一致的标准心跳数变化模式时，作为 对象的心跳数变化;漠式有存在误差的情况，此外也有作为对象的心跳数变化模 式没有误差，仅是由于进行比较的经过时间不同，不过是与不作为本来比较的 对象的心跳it变化;漠式进行比较的结果。通常，进行比较的经过时间不同时，心跳数变化模式的各心跳数变化值多 不相同。对此，使进行比较的经过时间相同，且为可以进行比较的心跳数变化 模式时，如果没有误差则心跳数变化模式的各心跳数变化值一致，存在误差时， 该误差部分的心跳数变化值不同。因此，在心跳数变化误差检测部6a中，与作为对象的心跳数变化模式不 一致的标准心跳数变化模式为多个时，根据心跳数变化值不同的个数的大小进 行误差检测。例如，多个心跳数变化量值不同时，则判断该标准心跳数变化模 式为比较对象之外，不同的心跳数变化量值的个数少时，该标准心跳数变化模 式适合于比较对象，判断作为对象的心跳数变化包含误差。用于该判断的心跳 数变化量值的个数的设定值要预先设定。另外，检测出误差的心跳数变化模式中，不一致的心跳数变化值的位置表18示心跳数变化有误差的位置，由此可检测误差的位置。在预先使多个被验者担负 一定的负荷这样相同的测定条件下进行心跳数 的测定，根据该多个测定结果，将共同的心跳数变化模式作为标准心跳数变化模式存储于标准心跳数变化模式存储部6b。该标准心跳数变化模式，如图9 所示，具有根据心跳数变化的经过时间而不同的模式。心跳数变化误差检测部6a，从心跳数变化存储部5c取得作为对象的心跳 数变化的变化值，同时从标准心跳数变化模式存储部6b读入标准心跳数变化 模式，比较这些变化模式的变化值。另外，变化值的比较，通过将作为对象的 时间点之前的多个时间点的心跳数变化值与标准心跳数变化模式进行比较，进 行该对象时间点的误差^f企测。心跳数变化误差检测部6a从标准心跳数变化模式存储部6b读入标准心跳 数变化模式的时间，可根据来自运动报知部8B的信号进行。运动报知部8B 为对于被验者开始负荷进行才艮知的结构，心跳数变化从被^^者担负负荷的时间 点起开始变动。因此，通过监控来自运动报知部犯的信号，可知心跳数变化的变动开始， 并可排除非运动时的噪音。心跳数变化误差检测部6a，运动开始时，从标准心跳数变化模式存储部 6b读出运动开始时出现的标准心跳数变化模式，运动终止时，从标准心跳数 变化模式存储部6b读出运动终止时出现的标准心跳数变化模式。另夕卜，在该比较操作中，可取得作为对象的心跳数变化的变化值的标准心 跳数变化模式有多个存在时，可从存储于标准心跳数变化模式存储部6b的多 个标准心跳数变化模式中选择适当的模式。该选择可通过心跳数变化模式选择 部6c进行，例如，可将心跳数变化的经过时间作为模式，并选择在评价对象 的心跳数变化在作为其对象的时间点获得的模式。该标准心跳数变化模式的选择，除了防止将不能从心跳数变化的经过时间 获得的心跳数变化模式作为一致模式而错误检测以外，还有减少心跳数变化误 差检测部6a进行模式比较的处理量的效果。在修正心跳数变化误差或心跳数误差中需要用于修正的信息，如前所述， 在心跳传感器脱离测定部位以外的躯体运动噪音中，心跳波形不包含心跳信息，因此难以才艮据心跳波形进行修正。因此，在本发明中，通过使用在心跳数误差检测部6A中使用的标准心跳数变化模式具有的心跳信息，可补充遗失的心跳信息。心跳数变化误差修正部6d,从标准心跳数变化模式的心跳数变化值中提 取出与遗失的心跳数对应的心跳数变化值，使用该心跳数变化值来修正心跳数 变化的误差。更详细地说，心跳数变化误差修正部6d，将心跳数变化误差检 测部6a检测出的对象时间点作为误差位置，从标准心跳数变化模式存储部6b 存储的标准心跳数变化模式，读出对应于该对象时间点的心跳数变化值，通过 替换认定为误差的心跳数变化值来f"正心跳数变化的误差。进而，心跳数修正部6B，根据心跳数变化误差检测部6a检测出的心跳数 误差位置来求出心跳位置，另外，根据心跳数变化误差修正部6d检测出的心 跳数变化的误差数来修正心跳数。以下，对于心跳数误差^r测修正部6的操作例，使用图10流程图、图11 的心跳数变化的例子、图12的操作说明图进行说明。首先，心跳数临时存储部5a从心跳数检测部4输入心跳数D，将输入的 心跳数D作为本次心跳数DO来存储，同时将前次存储的本次心跳数DO作为 前次心跳数D1重写(SI )。差值计算部5b进行本次心跳数D0与前次心跳数Dl的差值(E0-D0-Dl ) 计算(S2)。将上述计算求得的心跳数变化值作为现时间点的心跳数变化值E0而存 储，在前次的时间点将作为现时间点的心跳数变化值的心跳数变化值E0作为 前次心跳数变化值E1而存储，进而，在前次的时间点将作为前次的心跳数变 化值的心跳数变化值El作为再前次心跳数变化值E2存储。由此，存储本次 的心跳数变化值EO、前次的心跳数变化值E1、再前次的心跳数变化值E2这3 个心跳数变化值[EO、 El、 E2] (S3)。接着，推定用于心跳数变化误差检测修正的标准心跳数变化模式，使用推 定的标准心跳数变化模式，进行误差检测及误差修正。从多个标准心跳数变化模式推定用于判断的标准心跳数变化模式，可通过 将S3的步骤求得的心跳数变化模式与各标准心跳数变化模式比较来进行。例如，图11作为标准心跳数变化模式，模式k[E2、El、E0]=
模式2:[E2、El、E0]=
模式3:[E2、El、E0]=
模式4:[E2、El、E0]=[+10、 +20、 +模式5:[E2、El、E0]=
模式n: [E2、 El、 EO] = [nn、 nn、 nn]表示关于E2、 El分别具有±5的判断幅度时的心跳数变化误差检测修正。 另外，在这里，EO为评价的对象时间点的心跳数变化数，El为对象时间点之前1个时间点的心跳数变化数，E2为对象时间点之前2个时间点的心跳数变化数。标准心跳数变化模式的推定，通过比较El和E2的值来进行。例如该设 定例中，评价对象心跳数变化的模式为[E2、 El、 E0] =
时(图 12 (b)),模式3 ([E2、 El、 EO]-[O、 +10、 + 20〗)的E2的评价标准为E2= ±5， El评价标准为El = +5~ + 15，因此评价对象心跳数变化的E2 = 0、 El - +8的各值适合于该评价标准内。由此，将模式3推定为标准心跳数变化模 式。图12 (c)中，可考虑作为标准心跳数变化模式的候补的模式1、 2，模式 1 ([E2、 El、 E0] =
)的E2的评价标准为E2=±5， El的评价标准为 El = ±5，因此评价对象心跳数变化的El = + 8的值不适合于该评价标准内， 模式2 ([E2、 El、 EO] =
)的E2的评价标准为E2= ± 5, El评价 标准为El = ±5,因此评价对象心跳数变化的El = + 8的值不适合于该评价标 准内(图12 (d))。因此，如上所述，将[E2、 El]的值适合于评价标准内的模式3推定为标准 心跳数变化模式(S4 )。接着，将作为标准心跳数变化模式而推定的模式3的EO值与评价对象心 跳数变化模式的EO值进行比较，不一致时(S5 )用标准心跳数变化模式3的 EO = + 20的值替换评价对象心跳数变化模式的EO = + 50的值来进行修正。通21过该修正，可获得心跳数变化的模式[E2、 El、 E0] =
(图12 (e)) (S6)。另外，在S5的比较步骤中，标准心跳数变化模式3的EO与评价对象心 跳数变化模式的EO—致时，则判断评价对象的心跳数变化值中没有误差，没 有修正的必要。每获得心跳数变化重复进行S1 S6的步骤(S7)。接着，用图13~图17说明上述的心跳数误差检测部的处理以硬件构成的 例子。图13是心跳数误差检测部的电路构成的一例。在图13所示的电路构成例 中，可由延迟电路21、加法器22、 24、比较器23、 25等构成。将对应于构成心跳数变化模式的心跳数n的个数(例如，(n-l个))的 延迟电路21进行从属连接，将n个加法器22连接于输入端和各延迟电路21 的输出端。设定各加法器将标准心跳数变化模式的心跳数变化值E0~En-l 进行减法计算。各加法器22的输出被输入于比较器23,将判断幅度A作为评 价标准进行比较。利用上述的加法器22和比较器23的处理，相当于上述的流 程图的S4、 S5。将连接于输入端的加法器的输出进行比较的比较器23-0的输出，表示与 心跳数变化EO的标准值的差值。另外，将连接于各延迟器的加法器的输出进 行比较的比较器23 - 1 ~ 23 - n - 1的输出，表示与心跳数变化El ~ En的标准 值的差值。因此，将连接于各延迟器的加法器的输出进行比较的比较器23 - 1 ~23 -n- 1的输出用加法器24进行加法计算，可获得与心跳数变化值适合的个数的 合算值相当的输出。比较器25通过将该合算值与设定数m进行比较，可判断 标准心跳数变化模式的适合、不适合。由该电路构成，通过比较器25的输出可确认标准心跳数变化模式是适合 的，通过比较器23-0的输出可进行误差检测。不能获得来自比较器23-0 的输出时，可判断没有误差。图13是由n个连续的心跳数变化值构成心跳数变化模式的例子，关于n =3的场合，使用图14的电路构成图及说明图15的心跳数变化模式的图进行 说明。图14、图15都表示作为标准心跳数变化模式设定[E2、 El、 E0] =
的例子。图14 (a)、图15 (a)表示作为评价对象心跳数变化模式输入([E2、 El、 E0] =
)的情况。该例相当于评价对象心跳数变化没有误差的 情况。通过图14(a)的电路例，由比较器23-0输出"1"，表示"没有误差" 的判断。另外，在这里，比较器在评价标准内时输出'T，。另外，由比较器23-1、 23-2分别输出"1",由加法器24输出已进行加 法计算的"2"。比较器25将加法器24的输出"2"与设定值"2"比较而输出 "1"。该输出"1"，表示标准心跳数变化模式是适合的。接着，图14(b)、图15(b)表示作为评价对象心跳数变化模式输入([E2、 El、 EO]-[O、 +8、 +50])的情况。该例相当于评价对象心跳数变化中有误 差的情况。通过图14 (b)的电路例，由比较器23-0输出"0",表示"有误 差"的判断。另外，在这里，比较器在评价标准以外时输出"0"。另外，由比较器23-1、 23-2分别输出"1"、由加法器24输出已进行加 法计算的"2"。比较器25，将加法器24的输出"2"与设定值"2"进行比较 而输出"1"。该输出"1",表示标准心跳数变化模式是适合的。接着，图14(c)、图15(c)表示作为评价对象心跳数变化模式输入([E2、 El、 EO]-[O、 0、 -10])的情况。该例相当于不适合标准心跳数变化模式的 情况。通过图14 (c)的电路例，由比较器23-0输出"0"，表示"有误差，， 的判断。另外，由比较器23-l输出"0"、由比较器23-2输出"1",由加法器 24输出已进行加法计算的"1"。比较器25,将加法器24的输出"1"与设定 值"2"进行比较而输出"0"。该输出"0"表示标准心跳数变化模式不适合。心跳数变化误差检测部6 a,如图16所示，每标准心跳数变化模式中都准 备了上述构成的电路进行并联，可通过将心跳数变化并列输入各模式的电路中 而构成。另外，在图13的电路构成中，表示了将标准心跳数变化值EO En设定 为既存值的构成，该标准心跳数变化值EO En,如图17所示，可由存储标准 心跳数形成变化值的存储部6b按顺序进行设定。通过该构成，心跳数变化误23差检测部6a,如图16所示可不连接多个电路构成，由一个电路构成。 接着，用图18 ~图20说明心跳数误差修正部6B。图18是构成心跳数误差修正部的一电路构成例。在图18中，心跳数误差 修正部6B具有存储心跳数D的心跳数存储部6e和求修正的心跳数的修正 心跳数计算部6f和以求得的修正心跳数来重写心跳数存储部6e的心跳数的重 写部6g。接着，使用图19的流程图和图20的对修正心跳数进行说明的图，说明心 跳数误差修正部的操作例。心跳数变化值Et表示修正时刻t时的心跳数Dt与其之前的一个时刻t-l 时的心跳数Dt-l的差值(图20 (a)、图20 (b))。在这里，在由心跳数变化误差修正部6d将心跳数变化由Et修正为et的场 合(图20 (c)) (S11),修正心跳数计算部6f,读出由上述的心跳数变化误差 修正部6d修正的心跳数变化值et(在修正时刻t的修正心跳数变化值E X S12 )， 由心跳数存储部6e读出在同时刻之前一个时刻t - 1的心跳数Dt-l ( S13 )。修正心率计算部6f使用读出的心跳数Dt-l和心跳数变化值et，通过进行 dt-Dt-l十et的计算，算出修正的心跳数dt (图20 (d)) (S14)。重写部6g，通过将心跳数存储部6e的心跳数Dt重写为dt来进行心跳数 的修正(S15)。修正的心跳数可进行包含有报知、向其他的装置信息传送或存储等的显示 处理(S16)。上述各处理，不限于基于硬件的电路构成，可通过基于CPU中指令程序 的软件处理来进行上述各处理。上述的心跳数误差检测部6A中的心跳数变化误差检测部6a,表示基于连 续的心跳数变化模式(例如[E1、 E2])来进行心跳数变化误差检测的例子，但 通过心跳数变化进行的误差检测并不限于该变化模式，例如，可仅通过对象时 刻的心跳数变化值EO来判断误差检测。图21、图22是用于说明本发明的心跳数变化的误差检测的其他形态的图 和流程图。图21 (b)表示在"P1"及"P2"中心跳数变化中产生误差的情况。另外，图21 (a)表示用来比较的在心跳数变化中不产生误差的情况。运动引起的心跳数变化，通过实验可确认大致在上限及下限的范围内。因 此，在心跳数变化中设定上限值￡11^乂+ (例如，+20)和下限值Emax-(例 如-20),超过该范围时判断为产生误差，由此可进行检测精度差的简易性误 差检测。进而，在将超过该上限或下限判断为误差时，可将其值设定为上限值Emax +或下限值Emax -来简易地修正。图21 ( c )表示，将超过上限值Emax +的 "P1"的值修正为Emax+,将超过下限值Emax-的"P2"的值修正为Emax -的例子。该心跳数变化误差修正的处理，例如可根据图22所示的流程图进行。 首先，心跳数临时存储部5a从心跳数;险测部4输入心跳数D，将输入的心跳数D作为本次心跳数DO来存储，同时将前次存储的本次心跳数DO作为前次心跳数D1重写(S21 )。差值计算部5b进行本次心跳数DO与前次心跳数Dl的差值(E0 = DO -Dl )计算(S22 )。将前次计算求得的心跳数变化值作为现时间点的心跳数变化值E0来存储 (S23 )。接着，使用心跳数变化的上限值Emax+和下限值Emax-,进行求得的 心跳数变化值E0的误差检测(S24 )。心跳数变化值EO在上限值Emax +和下限值Emax -所规定范围之外时， 则判断该心跳数变化值EO有误差，心跳数变化值EO超过上限值Emax +时， 将心跳数变化值EO设定为上限值Emax+，另外，心跳数变化值EO超过下限 值Emax -时，将心跳数变化值EO设定为下限值Emax - ( S25 )。另外，在S24的比较步骤中，心跳数变化值EO位于上限值Emax +和下 限值Emax -所规定范围内时，则判断评价对象的心跳数变化值没有误差，没 有修正必要。每得到心跳数变化时就重复进行上述的S21 ~ S25的步骤(S26 )。另外，在上述的简易性误差检测及误差修正中，不需要根据来自运动报知 部的运动开始或运动停止来选择判断模式。 工业上的可利用性本发明的心跳波形的噪音除去方法，除了适用于心率计之外，可适用于身 体机能测定装置等的将心跳作为一个数据来测定身体机能的装置。
权利要求
1.一种心率计，其是测定生物体心跳数的心率计，其特征在于，具有对于由心跳波形求得的心跳数来求出心跳数变化的心跳数变化检测部；和根据所述心跳数变化的推移来进行所述心跳数误差检测及心跳数误差修正的心跳数误差检测修正部。
2. 根据权利要求1所述的心率计，其特征在于，所述心跳数变化检测部 是通过每规定时间的心跳数变化数来求出心跳数变化。
3. 根据权利要求2所述的心率计，其特征在于，所述心跳数变化检测部 是通过心跳数的取样值的差值来求出心跳数变化数。
4. 根据权利要求1所述的心率计，其特征在于，所述心跳数变化检测部 是通过规定时刻的心跳数的微分值来求出心跳数变化。
5. 根据权利要求1 4的任1项所述的心率计，其特征在于，所述心跳数 变化是通过一定运动负荷下的心跳波形求得的。
6. 根据权利要求1所述的心率计，其特征在于，所述心跳数误差检测修 正部具有根据所述心跳数变化的推移将所述心跳数变化误差作为心跳数误差而进 行检测的心跳数误差检测部；和根据所述心跳数误差检测来修正心跳数误差的心跳数误差修正部。
7. 根据权利要求1 5的任1项所述的心率计，其特征在于，所述心跳数 误差检测部具有将作为对象的心跳数的对象心跳变化的推移与作为标准的标准心跳数变 化的推移进行比较，根据该两心跳数变化的推移的类似度来检测作为对象的心 跳数变化误差的心跳数变化误差检测部；和修正心跳数变化误差的心跳数变化误差修正部。
8. 根据权利要求7所述的心率计，其特征在于，所述心跳数变化误差检 测部，将在规定时间区域内的对象心跳数变化所具有的多个心跳变化值作为心 跳数变化的推移；将在相同规定时间区域内的标准心跳数变化所具有的相同个数的心跳变化值作为标准心跳数变化的推移；在所述两推移中，将相对应的各心跳数变化值的差值作为推移的类似度， 检测作为对象的心跳数变化误差。
9. 根据权利要求7所述的心率计，其特征在于，具有存储由不同组合的心跳数变化值构成的多个标准心跳数变化模式的 标准心跳数变化模式存储部，所述心跳数变化误差^r测部，将由所述多个标准心跳数变化模式推定的标 准心跳数变化模式与对象心跳数变化进行比较，在所述两心跳数变化中，将相对应的各心跳数变化值的差值作为推移的类 似度，检测作为对象的心跳数变化误差。
10. 根据权利要求9所述的心率计，其特征在于，所述心跳数变化误差检 测部与运动负荷的计时联动，并由所述标准心跳数变化模式存储部读出标准心 跳数变化模式。
11. 根据权利要求8 10的任1项所述的心率计，其特征在于，所述心跳 数变化误差检测部，根据所述差值超过设定值的对象心跳数变化值的个数来检 测所述心跳数变化误差。
12. 根据权利要求7~ 11的任1项所述的心率计，其特征在于，所述心跳 数变化误差修正部，将所述心跳数变化误差检测部所检测出的对象心跳数变化 的心跳数变化值，修正为标准心跳数变化的心跳数变化值。
13. 根据权利要求7 12的任1项所述的心率计，其特征在于，所述心跳 数误差修正部，根据所述心跳数误差检测部所检测修正的心跳数变化值，修正 相对应的心跳婆t。
14. 一种心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，具有 对由心跳波形求得的心跳数来求出心跳数变化的心跳数变化检测步骤；和 根据所述心跳数变化的推移来进行心跳数误差检测及心跳数误差修正的心跳数误差检测修正步骤。
15. 根据权利要求14所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数变化检测步骤中，求出每规定时间的心跳数变化数，将该变化数作为 心跳数变化。
16. 根据权利要求15所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数变化检测步骤是由心跳数的取样值的差值来求出心跳数变化数。
17. 根据权利要求14所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数变化检测步骤中，求出每规定时刻心跳数的微分值，将该微分值作为 心跳数变化。
18. 根据权利要求14~ 17的任1项所述的心跳波形的噪音除去方法，其 特征在于，所述心跳波形是由 一定运动负荷下的心跳波形求得的。
19. 根据权利要求14所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数误差检测修正步骤具有根据所述心跳数变化的推移将所述心跳数变化误差作为心跳数误差而进 行检测的心跳数误差检测步骤；和根据所述心跳数误差检测来修正心跳数误差的心跳数误差修正步骤。
20. 根据权利要求14~ 19的任1项所述的心跳波形的噪音除去方法，其 特征在于，所述心跳数误差检测步骤具有将作为对象的心跳数的对象心跳数变化的推移与作为标准的标准心跳数 变化的推移进行比较，根据该两心跳数变化的推移的类似度来检测作为对象的 心跳数变化误差的心跳数变化误差检测步骤；和修正心跳数变化误差的心跳数变化误差修正步骤。
21. 根据权利要求20所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数变化误差检测步骤中，将在规定时间区域内的对象心跳数变化所具有的多个心跳数变化值作为 心跳数变化的推移；将在相同规定时间区域内的标准心跳数变化所具有同样个数的心跳数变 化值作为标准心跳数变化的推移；在所述两推移中，将相对应的各心跳数变化值的差值作为推移的类似度， 检测作为对象的心跳数变化误差。
22. 根据权利要求21所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，所 述心跳数变化误差检测步骤中，由标准心跳数变化模式存储部存储的不同組合的心跳数变化值构成的多个标准心跳数变化;ft式来推定标准心跳数变化^t式，将推定的标准心跳数变化模式与对象心跳数变化进行比较， 在所述两心跳数变化中，将相对应的各心跳数变化值的差值作为推移的类似度，检测作为对象的心跳数变化的误差。
23. 根据权利要求22所述的心跳波形的噪音除去方法，其特征在于，使 所述标准心跳数变化模式与运动负荷的计时相关联，由多个标准心跳数变化模 式抽取出与运动负荷的计时所对应的标准心跳数变化模式。
24. 根据权利要求21-23的任1项所述的心跳波形的噪音除去方法，其 特征在于，所述心跳数变化误差检测步骤，是根据所述差值超过设定值的对象 心跳数变化值的个数来检测所述心跳数变化误差。
25. 根据权利要求20-24的任1项所述的心跳波形的噪音除去方法，其 特征在于，所述心跳数变化误差修正步骤，是将所述心跳数变化误差检测步骤 中所检测出的对象心跳数变化的心跳数变化值，修正为标准心跳数变化的心跳 数变化值。
26. 根据权利要求20 25的任1项所述的心跳波形的噪音除去方法，其 特征在于，所述心跳数误差修正步骤，是根据所述心跳数误差检测步骤中所检 测出的心跳数变化值，4务正相对应的心跳数。
全文摘要
本发明提供测定生物体心跳数的心率计，即使在由于大的躯体运动噪音等而遗失心跳的主成分时也可获得准确的心跳，其具有对于由心跳波形求得的心跳数来求出心跳数变化的心跳数变化检测部(5)，和根据心跳数变化的推移来检测心跳数误差、并修正检测出误差的心跳数的心跳数误差检测修正部(6)；心跳数误差检测修正部(6)具有根据心跳数变化的推移将所述心跳数变化的误差作为心跳数误差而进行检测的心跳数误差检测部(6A)，和根据心跳数误差检测来修正心跳数误差的心跳数误差修正部(6B)。
文档编号A61B5/0245GK101262815SQ200680033640
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月15日
发明者河西恒春, 清水秀树 申请人:西铁城控股株式会社