Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2017051554A - 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法 - Google Patents

脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017051554A
JP2017051554A JP2015180029A JP2015180029A JP2017051554A JP 2017051554 A JP2017051554 A JP 2017051554A JP 2015180029 A JP2015180029 A JP 2015180029A JP 2015180029 A JP2015180029 A JP 2015180029A JP 2017051554 A JP2017051554 A JP 2017051554A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
digital signal
signal
lighting state
timing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015180029A
Other languages
English (en)
Inventor
茂夫 今井
Shigeo Imai
茂夫 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015180029A priority Critical patent/JP2017051554A/ja
Priority to US15/050,998 priority patent/US10123709B2/en
Priority to CN201610110123.XA priority patent/CN106510668A/zh
Publication of JP2017051554A publication Critical patent/JP2017051554A/ja
Priority to US16/158,807 priority patent/US20190038158A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • A61B5/721Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts using a separate sensor to detect motion or using motion information derived from signals other than the physiological signal to be measured
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7246Details of waveform analysis using correlation, e.g. template matching or determination of similarity
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7278Artificial waveform generation or derivation, e.g. synthesising signals from measured signals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

【課題】迅速かつ低消費電力で脈波を計測する【解決手段】実施形態によれば、脈波計測装置は、記憶部と、減算器と、を備える。前記記憶部は、発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のデジタル信号の値と、を記憶する。前記減算器は、前記記憶部に記憶された前記第1のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第2のデジタル信号の値を減算する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法に関する。
血管に向かって光を照射するLED(Light Emitting Diode)と、血管を透過または反射した光を受光するためのフォトダイオードと、を用いて脈波を計測する方法が知られている。この方法では、受光素子の出力状態を示す信号が脈波に対応している。しかし、この信号には、一般的に、脈波成分だけでなく、環境光などの低周波ノイズ成分も含まれている。そこで、HPF(High Pass Filter)を用いて、このような低周波ノイズ成分を除去する信号処理が行われている。
しかし、HPFを用いて脈波を計測する場合、多くの信号データを用いて複雑な演算を行う必要がある。そのため、信号処理に多くの時間が費やされ、その結果、消費電力が大きくなる。
特開2012−143316号公報
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、迅速かつ低消費電力で脈波を計測することが可能な脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法を提供することである。
実施形態によれば、脈波計測装置は、記憶部と、減算器と、を備える。前記記憶部は、発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のデジタル信号の値と、を記憶する。前記減算器は、前記記憶部に記憶された前記第1のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第2のデジタル信号の値を減算する。
第1の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。 図1に示す脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。 (a)は、比較例に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図であり、(b)は、第1の実施形態に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図である。 第2の実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。 第3の実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。 第4の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る脈波計測システム1は、発光素子2と、受光素子3と、加速度センサ4と、脈波計測装置5と、を備える。
発光素子2は、脈波計測対象者の体内、具体的には血管に向かって光を照射する。本実施形態では、発光素子2は、緑色光を発光するLEDで構成されている。しかし、発光素子2は、LED以外の他の種類の発光素子であってもよく、また、発光素子2の発光色(光の波長)も、赤色等の他の色であってもよい。
受光素子3は、発光素子2から照射された光が血管を透過または反射した光を受光するための素子であり、例えばフォトダイオードで構成されている。ただし、受光素子3は、フォトダイオード以外の他の種類の受光素子であってもよい。
発光素子2が点灯しているとき、受光素子3の出力状態は、血管の膨張と収縮に対応して変化する。換言すると、発光素子2が点灯しているときの受光素子3の出力状態は、脈波に対応している。本実施形態のように発光素子2の光が緑色の場合、受光素子3は、血管で反射した反射光を受光する。血管が膨張しているときには、反射光の光量が少なくなるので、受光素子3は低出力状態となる。反対に、血管が収縮しているときには、反射光の光量が多くなるので、受光素子3は高出力状態となる。なお、発光素子2の光が、例えば赤色の場合には、受光素子3は、血管を透過した透過光を受光する。この場合も、血管が膨張しているときには透過光の光量が少なくなるので、受光素子3は低出力状態となり、血管が収縮しているときの受光素子3は高出力状態となる。
加速度センサ4は、加速度を検出し、検出した加速度を示すモーション信号を脈波計測装置5へ出力する。
脈波計測装置5は、駆動部51と、信号計測部52と、タイミング制御部53と、記憶部54と、減算器55と、演算処理部56と、を有する。以下、各部の構成について説明する。
駆動部51は、発光素子2を駆動する。具体的には、駆動部51は、発光素子2を、体内に向かって光を照射する点灯状態と、当該光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替えるための点灯制御信号に基づいて、発光素子2を駆動する。
信号計測部52は、上記点灯状態のタイミングにおける受光素子3の出力状態を示す第1のデジタル信号と、上記非点灯状態のタイミングにおける受光素子3の出力状態を示す第2のデジタル信号と、を計測する。信号計測部52は、例えば、受光素子3から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部等を備えるAFE(Analog Front End)で構成されている。
タイミング制御部53は、信号計測部52が、第1のデジタル信号と第2のデジタル信号とを計測するタイミングを制御する。具体的には、点灯制御信号における点灯状態のタイミングに同期して第1のデジタル信号が計測され、かつ、点灯制御信号における非点灯状態のタイミングに同期して第2のデジタル信号が計測されるように、タイミング制御部53は、信号計測部52による信号計測のタイミングを制御する。
記憶部54は、信号計測部52で計測された第1および第2のデジタル信号の各値と、加速度センサ4で検出されたモーション信号の値と、を記憶する。
減算器55は、記憶部54に記憶された第1のデジタル信号の値から、記憶部54に記憶された第2のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算し、減算結果を示す信号を演算処理部56へ出力する。
演算処理部56は、雑音除去部56aと、周期検出部56bとを有する。雑音除去部56aは、減算器55から出力された信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去する。雑音除去部56aは、例えば、脈波の周波数帯域よりも高周波の成分を減衰させるLPF(Low Pass Filter)で構成されている。周期検出部56bは、雑音除去部56aによって信号処理された脈波信号の周期を検出する。演算処理部56は、例えば、所定のプラグラムに基づいて種々の演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)で構成されている。
以下、上述した本実施形態に係る脈波計測システム1の動作について、図2を参照して説明する。図2は、本実施形態に係る脈波計測システム1で用いられる信号のタイミングチャートである。
まず、駆動部51が、図2に示す点灯制御信号に基づいて、発光素子2を、点灯状態と非点灯状態とに交互に切り替える。このとき、信号計測部52が、タイミング制御部53の制御に基づいて、点灯状態のタイミングT1毎に第1のデジタル信号を計測するとともに、非点灯状態のタイミングT2毎に第2のデジタル信号を1回計測する。また、図2には示されていないが、加速度センサ4が、点灯状態のタイミングT1毎に加速度を検出し、検出した加速度を示すモーション信号を出力する。第1のデジタル信号の値と、第2のデジタル信号の値とは、信号計測部52によって記憶部54に格納される。また、モーション信号の値も記憶部54に格納される。
第1のデジタル信号は、点灯状態のタイミングT1で計測されているので、脈波成分を含んでいる。しかし、この第1のデジタル信号は、脈波成分に加えて、環境光に起因する環境光ノイズ成分と、脈波計測対象者の体動に起因するモーションノイズ成分も含んでいる。環境光ノイズ成分は、非点灯状態のタイミングT2で計測された第2のデジタル信号に対応している。一方、モーションノイズ成分は、点灯状態のタイミングT1で加速度センサ4によって検出されたモーション信号に対応している。
そこで、本実施形態では、減算器55が、第1のデジタル信号の値から、第2のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算することにより、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが第1のデジタル信号から除去され、脈波成分が抽出される。なお、本実施形態では、より高精度にモーションノイズ成分を除去するために、減算器55は、脈波計測対象者の体動に適応して算出される係数Kとモーション信号の値との乗算値を減算してもよい。
ここで、図2を参照して、減算器55が第1のデジタル信号の値から第2のデジタル信号の値を減算する3つの演算例を説明する。
第1の演算例では、減算器55は、タイミングT1で計測された第1のデジタル信号の値A(n)から、当該タイミングT1の直前のタイミングT2で計測された第2のデジタル信号の値B(n−1)を減算する。すなわち、減算器55は、A(n)−B(n−1)を演算する。
第2の演算例では、減算器55は、タイミングT1で計測された第1のデジタル信号の値A(n)から、当該タイミングT1の直後のタイミングT2で計測された第2のデジタル信号の値B(n)を減算する。すなわち、減算器55は、A(n)−B(n)を演算する。
第3の演算例では、減算器55は、タイミングT1で計測された第1のデジタル信号の値A(n)から、当該タイミングT1の直前および直後のタイミングT2でそれぞれ計測された第2のデジタル信号の加算値の半分の値、つまり(B(n−1)+B(n))/2を減算する。すなわち、減算器55は、A(n)−(B(n−1)+B(n))/2を演算する。
減算器55は、上記第1〜第3の演算例のいずれかによって減算処理した後、減算結果を示す信号を演算処理部56へ出力する。
演算処理部56では、まず、雑音除去部56aが、減算器55から出力された信号に含まれる高周波ノイズ成分を除去する。続いて、周期検出部56bが、雑音除去部56aによって信号処理された脈波信号の周期を検出する。この周期に基づいて、脈拍数が算出される。
以上が本実施形態に係る脈波計測システム1の動作の説明である。続いて、図3を参照して、本実施形態に係る脈波計測装置5の信号処理と、比較例に係る脈波計測装置の信号処理とのシミュレーション結果について説明する。図3(a)は、比較例に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図である。図3(b)は、本実施形態に係る脈波計測装置5で信号処理された脈波信号の波形図である。
比較例に係る脈波計測装置は、HPFで環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とを除去する点で、本実施形態に係る脈波計測装置5と異なる。HPFを用いてノイズ成分を除去する場合、多くの信号データを用いて複雑な演算が必要になる。そのため、図3(a)に示すように、比較例に係る脈波計測装置では、安定した脈波信号を得るためには、ある程度の信号処理時間tが必要になる。
一方、本実施形態に係る脈波計測装置5は、HPFではなく減算器55の減算動作にて環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とを除去している。すなわち、本実施形態に係る脈波計測装置5は、信号値の減算という簡易な演算処理で安定した脈波信号を得ている。そのため、図3(b)に示すように、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、脈波計測装置5の消費電力を抑制することが可能となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。第2の実施形態に係る脈波計測システムの構成は、図1に示す第1の実施形態に係る脈波計測システム1と同様の構成なので説明を省略する。
以下、本実施形態に係る脈波計測システムの動作について、図4を参照して説明する。図4は、本実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。ここでは、上述した第1の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
第1の実施形態では、信号計測部52が、非点灯状態のタイミングT2毎に第2のデジタル信号を1回計測するが、本実施形態では、図4に示すように、信号計測部52が、非点灯状態のタイミングT2毎に第2のデジタル信号を複数回計測する。さらに、信号計測部52は、複数回計測した第2のデジタル信号の値の平均値を算出して記憶部54へ格納する。
その後、減算器55は、第1のデジタル信号の値から、第2のデジタル信号の値の平均値とモーション信号の値とを減算する。このとき、減算器55は、第1の実施形態で説明した第1の演算例と同様に、第1のデジタル信号の値A(n)から、当該第1のデジタル信号に対応するタイミングT1の直前のタイミングT2で複数回計測された第2のデジタル信号の値であるB(n−1)〜M(n−1)の平均値を減算する。なお、減算器55は、第1の実施形態で説明した第2の演算例と同様に、第1のデジタル信号の値A(n)から、当該第1のデジタル信号に対応するタイミングT1の直後のタイミングT2で複数回計測された第2のデジタル信号の値であるB(n)〜M(n)の平均値を減算してもよい。また、第1の実施形態で説明した第3の演算例と同様に、減算器55は、第1のデジタル信号の値A(n)から、当該第1のデジタル信号に対応するタイミングT1の直前および直後のタイミングT2で複数回計測された第2のデジタル信号の値であるB(n−1)〜M(n−1)、B(n)〜M(n)の平均値の加算値の半分の値を減算してもよい。換言すると、減算器55は、第1のデジタル信号の値から、タイミングT1の前後で計測された第2のデジタル信号の値の平均値を減算してもよい。
上述した減算器55の減算動作以降の動作は、第1の実施形態と同様なので説明を省略する。
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システムによれば、第1の実施形態と同様に、信号値の減算という簡易な演算処理によって、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが除去されている。そのため、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、脈波計測装置5の消費電力を抑制することが可能となる。
特に、本実施形態に係る脈波計測システムでは、信号計測部52が、非点灯状態のタイミングT2で第2のデジタル信号を複数回計測し、その平均値を算出している。そのため、偶然に、大きな環境光ノイズ成分を示す第2のデジタル信号が単発で計測されたとしても、第2のデジタル信号の値は平均化されるので、より高精度に環境光ノイズ成分を除去することが可能となる。なお、本実施形態では、第2のデジタル信号の値の平均値を演算する処理が加わっている。しかし、この平均値を演算する処理は、非点灯状態のタイミングT2で実施されており、また複雑な処理でもない。よって、この処理が迅速な信号処理を妨げることはない。
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。第3の実施形態に係る脈波計測システムの構成は、図1に示す第1の実施形態に係る脈波計測システム1と同様の構成なので説明を省略する。
以下、本実施形態に係る脈波計測システムの動作について、図5を参照して説明する。図5は、本実施形態に係る脈波計測システムにおける信号のタイミングチャートである。ここでは、上述した第1の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
第1の実施形態では、信号計測部52が、毎回、非点灯状態のタイミングT2で第2のデジタル信号を計測するが、本実施形態では、図5に示すように、信号計測部52が、予め設定された非点灯状態のタイミングT2で第2のデジタル信号を計測する。例えば、信号計測部52は、2回に1回の割合で第2のデジタル信号を計測する。
その後、減算器55は、第1のデジタル信号の値から、第2のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算する。このとき、減算器55が、当該第1のデジタル信号に対応するタイミングT1になるべく近いタイミングT2で計測された第2のデジタル信号の値を減算することによって、高精度に環境光ノイズ成分を除去することが可能となる。
上述した減算器55の減算動作以降の動作は、第1の実施形態と同様なので説明を省略する。
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システムによれば、第1の実施形態と同様に、信号値の減算という簡易な演算処理によって、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが除去されている。そのため、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、その結果、脈波計測装置5の消費電力を抑制することが可能となる。
特に、本実施形態に係る脈波計測システムでは、第2のデジタル信号の計測回数が、上述した第1の実施形態に比べて減っている。そのため、信号処理の負荷が低減するので、脈波計測装置5の消費電力をさらに抑制することが可能となる。本実施形態に係る脈波計測システムは、特に、第2のデジタル信号の値の変動幅、換言すると環境光ノイズ成分の変動幅が小さい環境下で脈波を計測する場合に適している。
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。ここでは、上述した第1の実施形態に係る脈波計測システム1と同様の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図6は、第4の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。図6に示すように、本実施形態に係る脈波計測システム1aは、発光素子2と、受光素子3と、脈波計測装置5aと、を備える。脈波計測装置5aは、駆動部51と、信号計測部52と、タイミング制御部53と、演算処理部56と、比較演算部57と、D/A変換部58と、を有する。駆動部51とタイミング制御部53は、上述した第1の実施形態と同様の構成であるので、以下、信号計測部52と、比較演算部57と、D/A変換部58と、について説明する。
信号計測部52は、電流電圧変換部52aと、信号増幅部52bと、A/D変換部52cと、を有する。電流電圧変換部52aは、受光素子4から出力された電流信号を電圧信号に変換する。この電圧信号は、アナログ信号である。このアナログ信号は、発光素子2が点灯状態である場合には第1のアナログ信号に該当し、発光素子2が非点灯状態である場合には第2のアナログ信号に該当する。信号増幅部52bは、第1のアナログ信号および第2のアナログ信号を増幅する。信号増幅部52bの増幅値は可変である。A/D変換部52cは、信号増幅部52bで増幅された各アナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、発光素子2が点灯状態である場合には第1のデジタル信号に該当し、発光素子2が非点灯状態である場合には第2のデジタル信号に該当する。
比較演算部57は、第2のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算する。この基準値は、例えば、信号フルスケールの半分程度の値である。また、比較演算部57は、比較演算結果に応じて、第2のデジタル信号の値と逆極性のオフセットデジタル値を生成する。
D/A変換部58は、比較演算部57で生成されたオフセットデジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値を第1のアナログ信号に加える。
以下、本実施形態に係る脈波計測システム1aの動作について、上述した第1の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
まず、信号増幅部52bが、電流電圧変換部52aから出力された第2のアナログ信号を、予め設定された増幅値で増幅する。その後、A/D変換部52cが、増幅された第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換して比較演算部57へ出力する。
比較演算部57は、第2のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算する。このとき、第2のデジタル信号の値が、基準値よりも小さい場合、比較演算部57は、信号増幅部52bに対して、予め設定された増幅値よりも大きな増幅値で増幅するよう指示する。信号増幅部52bは、この指示に基づき、予め設定された増幅値よりも大きな増幅値で、第2のアナログ信号を再度増幅する。その後、比較演算部57が、この第2のデジタル信号の値と基準値とを比較演算する。
その結果、第2のデジタル信号の値が、基準値よりも大きい場合、比較演算部57は、その逆極性のオフセットデジタル値を生成してD/A変換部58へ出力する。一方、第2のデジタル信号の値が、基準値よりも小さい場合には、信号増幅部52bが、さらに大きな増幅値で第2のアナログ信号を増幅する。つまり、比較演算部57は、第2のデジタル信号の値が基準値よりも大きくなるように信号増幅部52bの増幅値を調整する。
D/A変換部58は、比較演算部57で生成されたオフセットデジタル値に基づいて、第1のアナログ信号をアナログ信号処理する。これにより、第1のアナログ信号から環境光ノイズ成分が除去される。最後に、信号増幅部52bは、比較演算部57で導出された増幅値に基づいて、環境光ノイズ成分が除去された第1のアナログ信号を増幅する。
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システム1aでは、最初に、環境光ノイズ成分に相当する第2のアナログ信号が、予め設定された増幅値で増幅される。その後、第2のデジタル信号の値と、基準値とが比較演算される。
このとき、第2のデジタル信号の値が基準値よりも大きくなるように信号増幅部52bの増幅値が調整される。その後、調整された増幅値に基づく第2のデジタル信号の値と逆極性のオフセットデジタル値が生成され、そのオフセットデジタル値に基づいて第1のアナログ信号がアナログ信号処理される。これにより、第1のアナログ信号からから環境光ノイズ成分を除去するオフセットキャンセル動作が実行される。
上記オフセットキャンセル動作後、信号クリップが起こらない範囲内で最大限第1のアナログ信号を増幅することで、脈波信号成分を高精度に計測することが可能になる。なお、環境光ノイズ成分に大きな変化がない場合などには、信号増幅部52bの増幅値調整動作を省いて、予め定めた一定の増幅値で各アナログ信号を増幅してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 脈波計測システム
2 発光素子
3 受光素子
4 加速度センサ
5 脈波計測装置
52 信号計測部
52b 信号増幅部
52c A/D変換部
54 記憶部
55 減算器
56 演算処理部
57 比較演算部
58 D/A変換部

Claims (10)

  1. 発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のデジタル信号の値と、を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記第1のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第2のデジタル信号の値を減算する減算器と、
    を備える脈波計測装置。
  2. 前記受光素子から前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第2のデジタル信号を1回計測し、
    前記減算器は、前記第1のデジタル信号の値から、当該第1のデジタル信号に対応する前記点灯状態のタイミングの直前または直後の前記非点灯状態のタイミングで計測された前記第2のデジタル信号の値を減算する、請求項1に記載の脈波計測装置。
  3. 前記受光素子から前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第2のデジタル信号を1回計測し、
    前記減算器は、前記第1のデジタル信号の値から、当該第1のデジタル信号に対応する前記点灯状態のタイミングの直前および直後の前記非点灯状態のタイミングでそれぞれ計測された前記第2のデジタル信号の加算値の半分の値を減算する、請求項1に記載の脈波計測装置。
  4. 前記受光素子から前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第2のデジタル信号を複数回計測し、
    前記減算器は、前記第1のデジタル信号の値から、複数回計測された前記第2のデジタル信号の値の平均値を減算する、請求項1に記載の脈波計測装置。
  5. 前記受光素子から前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、予め設定された前記非点灯状態のタイミングで前記第2のデジタル信号を計測する、請求項1に記載の脈波計測装置。
  6. 前記記憶部には、加速度センサが前記点灯状態のタイミングで検出した加速度を示すモーション信号の値がさらに記憶され、
    前記減算器は、前記第1のデジタル信号の値から、前記第2のデジタル信号の値とともに前記モーション信号の値も減算する、請求項1から5のいずれかに記載の脈波計測装置。
  7. 体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替え可能な発光素子と、
    前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子と、
    加速度を検出する加速度センサと、
    前記点灯状態のタイミングにおける前記受光素子の出力状態を示す第1のデジタル信号の値と、前記非点灯状態のタイミングにおける前記受光素子の出力状態を示す第2のデジタル信号の値と、前記点灯状態のタイミングにおける前記加速度を示すモーション信号の値と、を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記第1のデジタル信号の値から、前記記憶部に記憶された前記第2のデジタル信号の値と前記モーション信号の値とを減算する減算器と、
    前記減算器から出力された減算結果に基づいて、演算処理を行って脈拍数を算出する演算処理部と、
    を備える脈波計測システム。
  8. 発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のアナログ信号と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のアナログ信号とを、増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換し、かつ、前記信号増幅部で増幅された前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換するA/D変換部と、を有する信号計測部と、
    前記第2のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算し、前記第2のデジタル信号の値が前記基準値よりも大きくなるように前記信号増幅部の増幅値を調整し、調整された増幅値に基づく前記第2のデジタル信号の値と逆極性のデジタル値を出力する比較演算部と、
    前記デジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値に基づいて前記第1のアナログ信号を処理するD/A変換部と、
    を備える脈波計測装置。
  9. 発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のデジタル信号の値と、を記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶された前記第1のデジタル信号の値から前記記憶ステップで記憶された前記第2のデジタル信号の値を減算する減算ステップと、
    を備える信号処理方法。
  10. 発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第1のアナログ信号と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第2のアナログ信号と、を増幅し、増幅した前記第1のアナログ信号を第1のデジタル信号に変換し、かつ、増幅した前記第2のアナログ信号を第2のデジタル信号に変換する信号計測ステップと、
    前記第2のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算し、前記第2のデジタル信号の値が前記基準値よりも大きくなるように増幅値を調整し、調整された増幅値に基づく前記第2のデジタル信号の値と逆極性のデジタル値を出力する比較演算ステップと、
    前記デジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値に基づいて前記第1のアナログ信号を処理する信号処理ステップと、
    を備える信号処理方法。
JP2015180029A 2015-09-11 2015-09-11 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法 Pending JP2017051554A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180029A JP2017051554A (ja) 2015-09-11 2015-09-11 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法
US15/050,998 US10123709B2 (en) 2015-09-11 2016-02-23 Pulse wave measurement device, pulse wave measurement system and signal processing method
CN201610110123.XA CN106510668A (zh) 2015-09-11 2016-02-29 脉搏波计测装置、脉搏波计测系统以及信号处理方法
US16/158,807 US20190038158A1 (en) 2015-09-11 2018-10-12 Pulse wave measurement device, pulse wave measurement system and signal processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015180029A JP2017051554A (ja) 2015-09-11 2015-09-11 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017051554A true JP2017051554A (ja) 2017-03-16

Family

ID=58256849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015180029A Pending JP2017051554A (ja) 2015-09-11 2015-09-11 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10123709B2 (ja)
JP (1) JP2017051554A (ja)
CN (1) CN106510668A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020203914A1 (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社エクォス・リサーチ 脈波検出装置、及び脈波検出プログラム

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6911418B2 (ja) * 2017-03-17 2021-07-28 カシオ計算機株式会社 表示装置、電子時計、表示方法及びプログラム
JP6845774B2 (ja) * 2017-09-15 2021-03-24 株式会社東芝 距離計測装置
US20190159732A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Pixart Imaging Inc. Wearable device and associated method
JP7170459B2 (ja) * 2018-08-10 2022-11-14 株式会社東芝 血行検出装置、方法、及びプログラム
US12064150B2 (en) 2022-01-19 2024-08-20 Globus Medical Inc. System and method for treating bone fractures

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1155332C (zh) * 1996-04-17 2004-06-30 精工爱普生株式会社 心律失常检测设备
JP3726832B2 (ja) * 2003-03-19 2005-12-14 セイコーエプソン株式会社 脈拍計、腕時計型情報機器、制御プログラムおよび記録媒体
JP3815448B2 (ja) * 2003-03-19 2006-08-30 セイコーエプソン株式会社 情報収集装置および脈拍計
JP2009005721A (ja) 2007-06-26 2009-01-15 Panasonic Corp 脈波計測方法及びそれに用いる脈波計測装置
JP2009291389A (ja) 2008-06-05 2009-12-17 Casio Comput Co Ltd 脈拍測定装置
US8985854B2 (en) * 2010-09-09 2015-03-24 Titan Ip Llc Adapter for a free-standing bag
US9113793B2 (en) 2010-12-10 2015-08-25 Rohm Co., Ltd. Pulse wave sensor
JP2012143316A (ja) 2011-01-07 2012-08-02 Rohm Co Ltd 脈波センサ
JP2013162821A (ja) 2012-02-09 2013-08-22 Seiko Epson Corp 脈波測定装置及びプログラム
US8922788B2 (en) * 2012-12-22 2014-12-30 Covidien Lp Methods and systems for determining a probe-off condition in a medical device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020203914A1 (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社エクォス・リサーチ 脈波検出装置、及び脈波検出プログラム
JP2020162872A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社エクォス・リサーチ 脈波検出装置、及び脈波検出プログラム
JP7174359B2 (ja) 2019-03-29 2022-11-17 株式会社アイシン 脈波検出装置、及び脈波検出プログラム

Also Published As

Publication number Publication date
US10123709B2 (en) 2018-11-13
US20170071488A1 (en) 2017-03-16
CN106510668A (zh) 2017-03-22
US20190038158A1 (en) 2019-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017051554A (ja) 脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法
RU2653834C2 (ru) Устройство и способ действия датчика фотоплетизмографии
KR101618881B1 (ko) 환경광 제거 기능을 갖는 근접 센서
US10398384B2 (en) Pulsimeter and adjustment method of pulsimeter
KR100963253B1 (ko) 맥박 신호에서 잡음을 제거하기 위한 방법 및 장치와기록매체
WO2013121831A1 (ja) 微小信号検出方法及びシステム
JP2010251885A (ja) Agc回路
JP2020129756A (ja) フリッカ検出装置
US9343052B2 (en) D/A conversion apparatus, D/A conversion method and electric musical instrument
EP2990826B1 (en) Optical driver arrangement and method for generating a driver signal
WO2015198470A1 (ja) 測定装置及び測定方法
JPWO2009031528A1 (ja) 信号検出装置
JP2015175712A (ja) 光学的位置検出システム、制御装置、位置検出装置、制御プログラムおよび測距システム
JP5399009B2 (ja) 蛍光温度センサおよび蛍光温度センサの移動平均値算出方法
JP5470881B2 (ja) 測定装置及び測定方法
US9438812B2 (en) Method for controlling exposure level of frame in image sensor, computer readable recording media for performing the method, and image processing system
US11965985B2 (en) Laser radar device
JP4962234B2 (ja) パルスオキシメータ
JP6291545B2 (ja) Memsマイクロフォン
JP2020120243A (ja) 故障判定装置及び音出力装置
JP6480260B2 (ja) 生体情報センサ
KR102363613B1 (ko) 비행 시간 측정들을 수행하기 위한 기법들
US8537039B2 (en) Distortion correcting device
JP2009049031A (ja) レーザダイオード制御回路
JP2007040720A (ja) 光電センサ