搏動周期計算裝置及包括該搏動周期計算裝置的生物傳感器的製作方法

2023-05-30 07:24:56 4

專利名稱：搏動周期計算裝置及包括該搏動周期計算裝置的生物傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及從生物信號計算出生物體搏動的律動周期的搏動周期計算裝置、以及包括該搏動周期計算裝置而構成的生物傳感器。
背景技術：
以往，作為此類搏動周期計算裝置，例如，具有專利文獻I中公開的心搏測定裝置。
在該心搏測定裝置中，利用峰值保持部對心搏波形信號進行峰值保持，從而生成呈階梯狀波形的峰值保持信號。圖案檢測/周期判定部從所生成的峰值保持信號檢測出信號電平依次增大的圖案，並使該圖案與心電圖中的P波和R波相對應。然後，在與P波相對應的波峰和與R波相對應的波峰之間的時間間隔處於規定範圍內，且各波峰之間的電平值超過閾值的情況下，認為這些波峰確實是與P波和R波相對應的波峰，並將最大的的波峰確定為R波。在未檢測到依次增大的圖案的情況下，補充檢測依次減少的圖案，並使該圖案與心電圖中的R波和T波相對應。然後，對與R波相對應的波峰和與T波相對應的波峰進行與P波和R波的情況相同的處理，並將這些波峰中最大的波峰確定為R波。根據如此確定的R波的時間間隔計算出心搏數。此外，以往，作為此類搏動周期計算裝置，也有專利文獻2中公開的心搏測定系統。在該心搏測定系統中，利用信號檢測裝置對測定對象檢測心搏信號。利用信號處理裝置對檢測到的心搏信號進行時間分割，並對連續的信號進行比較，從其比較結果檢測出心搏信號的峰值。此外，利用信號處理裝置在心搏信號的心搏單位中生成具有一個或多個峰值的峰值組，將峰值組的各峰值除以峰值組的最大峰值，使峰值組的各峰值歸一化。因此，通過對進行了歸一化的信號進行相加/相乘，使以往容易錯過的信號的細微結構得以顯現。此外，以往，作為此類搏動周期計算裝置，也有專利文獻3中公開的脈波解析裝置。在該脈波解析裝置中，基於來自脈波傳感器的脈波信號獲取脈波，利用構成脈波解析裝置的數據處理裝置，檢索所獲取到的脈波的頂點，從而求出與心臟的收縮期相對應的頂點(波峰)。對於所求出的頂點，判定相鄰的時間間隔是否小於用頂點檢索修正係數t3進行表示的規定時間。若在該判斷中判斷為相鄰頂點的時間間隔在規定時間以上，則檢測到的頂點不是噪聲等，而是作為真的頂點進行計數，將I分鐘內產生的該頂點個數的平均數作為脈搏數進行計算。此外，通過從脈波劃出其基線，求出接近sin波的修正脈波。若在脈波的頻率下對該修正脈波進行複數解調解析，則求出表示各脈波的波峰之間的頻率f的瞬間頻率，利用頻率f求出其周期T即脈搏間隔。通過該脈搏間隔的平均值來更新頂點檢索修正係數t3，從而除去噪聲，能更準確地進行頂點檢索。
現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開2009 — 112624號公報專利文獻2:日本專利特開2008 — 220556號公報專利文獻3:日本專利特開2003 — 339651號公報

發明內容
發明所要解決的技術問題然而，上述現有的專利文獻I中公開的心搏測定裝置為了判定P波與R波或R波與T波的對應，需要使各波峰之間的電平值超過一定的閾值，且峰值較低的P波或T波需要具有不會埋沒在噪聲中的信號電平。因此，現有的專利文獻I中公開的心搏測定裝置中，在從傳感器得到的生物體的心搏波形信號的電平較低的情況下無法進行波峰判定。此外，上述現有專利文獻2中公開的心搏測定系統需要進行用於使心搏信號的峰值組的各峰值歸一化的相除處理、使用對數函數對波峰地址的強度進行指數化的指數化處理、以及對波峰地址組信息所形成的波形信號進行相乘/平均化的處理等。因此，現有專利文獻2中公開的心搏測定系統的運算處理複雜且缺乏簡便性，無法實現裝置的小型化及低價化。此外，上述現有的專利文獻3中公開的脈波解析裝置也通過實施將具有要分析的頻率區域的中心頻率的複數三角函數乘以脈波信號、或者將要分析的頻率區域的成分的實數部和虛數部轉換為極坐標系等複雜的複數解調解析，來求出用於更新頂點檢索修正係數t3的脈搏間隔。因此，現有的專利文獻3中公開的脈波解析裝置也是運算處理複雜且缺乏簡便性，無法實現裝置的小型化及低價化。解決技術問題所採用的技術方案本發明是為了解決這樣的問題而完成的，搏動周期計算裝置包括:最大值檢測單元，該最大值檢測單元對以規定時間間隔獲取到的生物信號的最大值進行檢測；峰值判定單元，該峰值判定單元在利用所述最大值檢測單元於一定時間內未檢測到比最大值檢測單元已檢測到的最大值要大的最大值的情況下，將利用最大值檢測單元已檢測到的最大值判定為峰值；計算單元，該計算單元基於利用峰值判定單元判定得到的連續峰值之間的時間間隔來對產生生物信號的生物體搏動的律動周期進行計算；以及一定時間變更單元，該一定時間變更單元根據利用峰值判定單元判定得到的連續峰值之間的時間間隔，將所述一定時間依次改變為根據峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間。根據本結構，利用最大值檢測單元檢測以規定時間間隔獲取到的生物信號的最大值，在利用最大值檢測單元於一定時間內未檢測到比已檢測到的最大值要大的最大值的情況下，利用峰值判定 單元將利用最大值檢測單元已檢測到的最大值判定為峰值。利用計算單元，根據利用峰值判定單元判定得到的連續峰值之間的時間間隔計算出生物體搏動的律動周期。
因此，與專利文獻I中公開的現有的裝置不同，即使在從傳感器得到的生物信號的電平較低的情況下，只要利用最大值檢測單元檢測到的生物信號的最大值不是埋沒在噪聲中的信號電平，就能進行峰值的判定，能計算出搏動的律動周期。此外，即使成為生物信號振幅的基準的基線發生變動，同樣地，只要利用最大值檢測單元檢測到的生物信號的最大值不是埋沒在噪聲中的信號電平，就能進行峰值的判定，能計算出搏動的律動周期。此外，利用一定時間變更單元，根據利用峰值判定單元判定得到的連續峰值之間的時間間隔，將峰值的判定中使用的一定時間依次變更為根據峰值之間的時間間隔預先確定的多個時間中的任意一個時間。因此，與使用除法等複雜的運算處理來判定峰值的專利文獻2、專利文獻3中公開的現有的裝置不同，利用對獲取到的生物信號的大小單純進行比較的的處理、對一定時間和峰值之間的時間間隔進行計數的處理、根據峰值之間的時間間隔選擇預先確定的多個時間中的任一個時間的處理這樣簡便的運算處理來進行峰值的判定。其結果是，能利用簡便的運算處理隨時恰當地計算出依次變動的生物體搏動的律動周期，能實現搏動周期計算裝置的小型化及低價化。此外，本發明的特徵在於，若利用最大值檢測單元在一定時間內檢測到比最大值檢測單元已檢測到的最大值要大的最大值，且在從檢測到較大的最大值的時間點起的一定時間內利用最大值檢測單元未檢測到比較大的最大值還要大的最大值的情況下，將利用最大值檢測單元已檢測到的較大的最大值判定為峰值。根據本結構，若利用最大值檢測單元在一定時間內檢測到比最大值檢測單元已檢測到的最大值要大的最大值，則從檢測到較大的最大值的時間點起重新開始進行一定時間的計數。然後，在該一定時間內，在利用最大值檢測單元未檢測到比較大的最大值還要大的最大值的情況下，利用峰值判定單元將最大值檢測單元已檢測到的較大的最大值判定為峰值。因此，若最大值檢測單元在一定時間內檢測到比利用最大值檢測單元一度檢測到的最大值要大的最大值，則不將該最大值用于波峰判定，將其從搏動的律動周期的計算數據中除去。其結果是，利用最大值檢測單元檢測到的最大值中，不適合計算搏動的律動周期的、相當於心搏信號的P波和 T波這樣的信號的最大值或噪聲引起的最大值等不會被用作波峰判定的對象，僅將適合於計算搏動的律動周期的相當於R波這樣信號的最大值用作波峰判定的對象，從而提聞搏動的律動周期的計算精度。此外，本發明的特徵在於，一定時間變更單元根據利用峰值判定單元判定得到的、相互的值處於規定範圍內的連續峰值之間的時間間隔，依次改變一定時間。根據本結構，利用一定時間變更單元，根據利用峰值判定單元判定得到的、相互的值處於規定範圍內的連續峰值之間的時間間隔，將峰值的判定中所使用的一定時間依次進行變更。因此，即使是利用峰值判定單元判定得到的連續峰值，在相互的值不在規定範圍內的情況下，將其作為不同種的峰值，在峰值的判定中使用的一定時間不根據該峰值之間的時間間隔進行變更。另一方面，在連續的相互的峰值處於規定範圍內的情況下，將其作為同種的峰值，在峰值的判定中使用的一定時間根據該峰值之間的時間間隔進行變更。因此，將在峰值的判定中使用的一定時間根據相似的峰值之間的時間間隔進行變更，不會基於噪聲引起的峰值等進行變更，能準確地跟蹤搏動的律動周期的過渡而進行變更。其結果是，能通過簡便的運算處理更恰當地隨時計算出依次變動的生物體搏動的律動周期。此外，本發明的特徵在於，生物信號是心搏信號，計算單元將搏動的律動周期作為心搏數進行計算。根據本結構，利用計算單元，基於利用峰值判定單元判定得到的心搏信號的連續峰值之間的時間間隔，將搏動的律動周期作為心搏數進行計算。此外，本發明的特徵在於，生物信號是脈波信號，計算單元將搏動的律動周期作為脈搏數進行計算。根據本結構，利用計算單元，基於利用峰值判定單元判定得到的脈波信號的連續峰值之間的時間間隔，將搏動的律動周期作為脈搏數進行計算。

此外，本發明的特徵在於，最大值檢測單元由心搏最大值檢測單元和脈波最大值檢測單元所構成，其中，該心搏最大值檢測單元檢測以規定時間間隔獲取到的心搏信號的最大值，該脈波最大值檢測單元檢測對以規定時間間隔獲取到的脈波信號進行二次微分所得到的加速度脈波信號的最大值，峰值判定單元由心搏峰值判定單元和脈波峰值判定單元所構成，其中，該心搏峰值判定單元在利用心搏最大值檢測單元於心搏峰值判定用的一定時間內未檢測到比心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值要大的最大值的情況下，將心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值判定為心搏峰值，該脈波峰值判定單元在利用脈波最大值檢測單元於加速度脈波峰值判定用的一定時間內未檢測到比脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值要大的最大值的情況下，將脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值判定為加速度脈波峰值，計算單元根據利用心搏峰值判定單元判定得到的心搏峰值與利用脈波峰值判定單元判定得到的加速度脈波峰值之間的時間差來計算出脈波傳輸時間，—定時間變更單元由心搏峰值判定用一定時間變更單元和脈波峰值判定用一定時間變更單元所構成，其中，該心搏峰值判定用一定時間變更單元根據利用心搏峰值判定單元判定得到的連續的心搏峰值之間的時間間隔，將心搏峰值判定用的一定時間依次改變為根據心搏峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間，該脈波峰值判定用一定時間變更單元根據利用脈波峰值判定單元判定得到的連續的加速度脈波峰值之間的時間間隔，將加速度脈波峰值判定用的一定時間依次改變為根據加速度脈波峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間。根據本結構，在利用心搏最大值檢測單元於心搏峰值判定用的一定時間內未檢測到比心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值要大的最大值的情況下，利用心搏峰值判定單元將心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值判定為心搏峰值。此夕卜，在利用脈波最大值檢測單元於加速度脈波峰值判定用的一定時間內未檢測到比脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值要大的最大值的情況下，利用脈波峰值判定單元將脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值判定為加速度脈波峰值。然後，利用計算單元將心搏峰值判定單元判定得到的心搏峰值與脈波峰值判定單元判定得到的加速度脈波峰值之間的時間差作為脈波傳輸時間進行計算。因此，能從計算得到的脈波傳輸時間知道動脈中脈波因搏動而傳輸的時間，因此，能進行血管年齡的推測、血壓值的計算。
此外，本發明的在特徵在於，包括:放大單元，該放大單元以與控制信號相對應的放大率對生物信號進行放大並輸出到最大值檢測單元；以及基準值檢測單元，該基準值檢測單元將利用放大單元進行了放大的生物信號在規定時刻的大小作為基準值進行檢測，計算單元根據利用峰值判定單元判定得到的峰值與利用基準值檢測單元檢測到的基準值之差，計算出利用峰值判定單元判定得到的峰值的大小，並將基於計算出的峰值的大小的控制信號輸出到放大單元。根據本結構，利用計算單元，根據利用峰值判定單元判定得到的峰值與利用基準值檢測單元檢測到的基準值之差計算出峰值的大小，將基於計算出的峰值的大小的控制信號輸出到放大單元，從而改變放大單元的放大率。因此，按照與控制信號相對應的放大率進行放大的放大單元以基於計算出的峰值的大小的放大率對生物信號進行放大。因此，計算單元在計算出的峰值的大小為較大的情況下，將控制信號變為使放大單元的放大率減小的控制信號，在計算出的峰值的大小為較小的情況下，將控制信號變為使放大單元的放大率增大的控制信號，由此，利用放大單元進行放大所得到的生物信號的大小被恰當地控制成適合於利用最大值檢測單元進行的生物信號的最大值檢測、以及利用峰值判定單元進行的峰值判定的大小。其結果是，利用最大值檢測單元進行的生物信號的最大值檢測、以及利用峰值判定單元進行的峰值判定不會發生錯誤，能提高峰值的檢測精度。 此外，本發明的特徵在於，生物信號的所述規定時刻是P波、Q波、R波、S波、T波、及U波所構成的生物信號出現ST分節的時刻。根據本結構，利用基準值檢測單元檢測到的基準值成為生物信號的ST分節的值，也就是成為生物信號的振幅的基準的基線值。因此，利用計算單元計算出的峰值的大小成為相對於基線的大小，變得容易評價。此外，本發明的特徵在於，計算單元根據利用峰值判定單元連續地判定得到的多個峰值與利用基準值檢測單元對應於各峰值連續地檢測到的多個基準值的各個差值計算出各峰值的大小，並在計算出的各峰值的大小連續地處於規定範圍內的情況下，改變輸出到放大單元的控制信號。根據本結構，在利用計算單元多次計算出的峰值與基準值之間的各個差值連續地處於規定範圍的情況下，改變輸出到放大單元的控制信號，從而改變放大單元的放大率。因此，在峰值的大小連續地處於規定範圍內並處於穩定狀態的情況下，改變放大單元的放大率，因此，不會發生因誤判定峰值的大小而錯誤地改變放大單元的放大率的情況。此外，本發明包括上述任一項的搏動周期計算裝置而構成生物傳感器。根據本結構，提供能發揮上述各效果的生物傳感器。發明的效果根據本發明，如上所述，只要利用最大值檢測單元檢測到的生物信號的最大值不是埋沒在噪聲中的信號電平，就能進行峰值的判定，能計算出搏動的律動周期。此外，能利用簡便的運算處理隨時恰當地計算出依次變動的生物體搏動的律動周期，能實現搏動周期計算裝置的小型化及低價化。


圖1是表示本發明的實施方式I的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。圖2是表示心搏信號的典型的正常波形的圖。圖3是表示用於對在實施方式I的搏動周期計算裝置的信號處理部進行的峰值判定進行說明的心搏信號序列的圖。圖4是表示用於對實施方式I的搏動周期計算裝置的信號處理部計算出的、連續峰值之間的時間間隔進行說明的心搏信號序列的圖。圖5是表示在實施方式I的搏動周期計算裝置的信號處理部進行的心搏數計算處理的流程圖。圖6是表示利用實施方式I的搏動周期計算裝置計算脈搏數時導出的加速度脈波信號序列的圖。圖7是表示本發明的實施方式2的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。圖8是表示用於對本發明的實施方式2的搏動周期計算裝置的信號處理部計算出的脈波傳輸時間進行說明的加速度脈波信號序列及心搏信號序列的圖。圖9是表示本發明的實施方式3的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。圖10是表示用於對由實施方式3的搏動周期計算裝置的信號處理部根據峰值與基準值之差計算出的峰值的大小進行說明的心搏信號序列的圖。圖11是表示用於對實施方式3的搏動周期計算裝置的信號處理部根據連續的多個峰值與多個基準值之間的各 個差值計算出的各峰值的大小進行說明的心搏信號序列、以及作為控制信號的判定信號的圖。圖12是表示在實施方式3的搏動周期計算裝置的信號處理部進行的心搏數計算處理的流程圖。
具體實施例方式接下來，對將本發明的搏動周期計算裝置應用於心搏數計算的實施方式I進行說明。圖1是表示本實施方式的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。心電傳感器2與搏動周期計算裝置I相連接。心電傳感器2與人或動物這樣的生物體的規定位置相接觸，檢測隨著生物體心臟的搏動而變化的心臟的活動電位的時間變化，並將其作為生物信號即心搏信號輸出到搏動周期計算裝置I。圖2示出了與心搏信號的一次心搏相對應的典型的正常波形。該心搏信號波形由P波、Q波、R波、S波、T波這5個波和未圖示的U波構成。將Q波、R波、S波概括起來稱為QRS波。P波是因心房興奮而產生的活動電位的波，QRS波是因心室興奮而產生的活動電位的波，T波是興奮的心室的心肌細胞進行再極化的過程中產生的活動電位的波。搏動周期計算裝置I由放大電路10、濾波電路11、AD轉換器12、信號處理部13、及顯示部14所構成。從心電傳感器2輸出到搏動周期計算裝置I的心搏信號由放大電路10進行放大，並由濾波電路11除去噪聲分量。利用AD轉換器12將除去了噪聲分量的心搏信號從模擬信號轉換為數位訊號，並提供給信號處理部13。信號處理部13由包括CPU (中央運算處理裝置)、ROM (讀取專用存儲器)、及RAM (讀寫存儲器)的微機等構成。CPU按照存儲在ROM中的心搏數計算程序，將RAM作為臨時存儲工作區域進行規定的運算處理，從而計算出心搏數。將計算出的心搏數在由IXD (液晶顯示裝置)或有機EL (電致發光)等構成的顯示部14上進行顯示。信號處理部13的CPU通過存儲在ROM中的心搏數計算程序，起到最大值檢測單元、峰值判定單元、計算單元、及一定時間變更單元的作用。最大值檢測單元以規定時間間隔獲取從心電傳感器2輸出的心搏信號，並檢測出心搏信號的最大值M。本實施方式中，以600[Hz]的採樣時間間隔獲取心搏信號，並利用CPU將檢測到的心搏信號的最大值M存儲到RAM中。在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內未檢測到比最大值檢測單元已檢測到的最大值M要大的最大值Ml的情況下，將最大值檢測單元已檢測到的最大值M判定為峰值P。例如，利用信號處理部13獲取圖3所示的心搏信號序列，在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內未檢測到比最大值檢測單元在時刻tl已檢測到的、與心搏信號Sa的R波相對應的最大值M要大的最大值Ml的情況下，峰值判定單元將最大值檢測單元在時刻tl檢測到的最大值M判定為峰值P。將從時刻tl經過一定時間Tl後的、利用峰值判定單元判定峰值P的時刻t2作為波峰判定點tp。將利用峰值判定單元判定得到的峰值P存儲到RAM中。此處，心搏信號序列中的各心搏信號以基線G為基準進行振動。此外，一定時間Tl是最大值檢測單元檢測到的最大值M沒有進行更新的時間，通過形成在RAM的規定區域中的最大值更新計數器進行計數來計時。本實施方式中，在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內檢測到比最大值檢測單元已檢測到的最大值M要大的最大值Ml，且利用最大值檢測單元在從檢測到較大的最大值Ml的時間點起的一定時間Tl內未檢測到比較大的最大值Ml還要大的最大值M2的情況下，將最大值檢測單元檢測到的較大的最大值Ml判定為峰值P。例如，如圖3所示，在利用最大值檢測單元從時刻t3起一定時間Tl內的時刻t4檢測到比最大值檢測單元在時刻t3檢測到的心搏信號Sb的最大值M要大的心搏信號Sc的最大值M1，且利用最大值檢測單元在從檢測到較大的最大值Ml 的時間點的時刻t4起的一定時間Tl內未檢測到比較大的最大值Ml還要大的最大值M2的情況下，在從時刻t4起經過一定時間Tl之後的時刻t5的波峰判定點tp，將最大值檢測單元檢測到的較大的最大值Ml判定為峰值P。然後，將判定得到的峰值P存儲到RAM中。此後，同樣地，在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內未檢測到比最大值檢測單元在時刻t6所檢測到的心搏信號Sd的最大值M要大的最大值Ml的情況下，峰值判定單元在從時刻t6起經過一定時刻Tl後的時刻t7的波峰判定點tp，將最大值檢測單元在時刻t6檢測到的最大值M判定為峰值P，並存儲到RAM中。計算單元基於利用峰值判定單元判定得到的連續峰值P之間的時間間隔T2，求出每一分鐘出現的峰值P的個數，將產生生物信號的生物體搏動的律動周期作為心搏數進行計算。連續峰值P之間的時間間隔T2例如如圖4的心搏信號序列所示，是被判定為峰值P而存儲在RAM中的心搏信號Se的最大值M被檢測到的時刻t8與被判定為峰值P而存儲在RAM中的心搏信號Sf的最大值M被檢測到的時刻t9之間的時間間隔。同樣，是被判定為峰值P而存儲在RAM中的心搏信號Sf的最大值M被檢測到的時刻t9與被判定為峰值P而存儲在RAM中的心搏信號Sg的最大值M被檢測到的時刻tlO之間的時間間隔。另外，在圖4中，對與圖3相同的部分標註相同的標號並省略其說明。通過利用對最大值M沒有進行更新的時間Tl進行計時的最大值更新計數器以外的形成在RAM的規定區域中的波峰間隔計數器進行計數，來對該連續峰值P之間的時間間隔T2進行計時。最初的最大值M在剛經過了一定時間Tl後的波峰判定點tp被判定為峰值P，在該波峰判定點tp後接著出現的最大值M在又經過了一定時間Tl後的下一個波峰判定點tp被判定為峰值P的情況下，峰值P之間的時間間隔T2最短，為稍許超過一定時間Tl的時間間隔。此外，最初的最大值M在剛經過了一定時間Tl後的波峰判定點tp被判定為峰值P,從該波峰判定點tp起在要經過一定時間Tl前出現的最大值M在從該波峰判定點tp起經過了一定時間Tl後接著出現的下一個波峰判定點tp被判定為峰值P的情況下，峰值P之間的時間間隔T2最長，為比一定時間Tl的兩倍稍小的時間間隔。成年人的心搏數的標準值為每分鐘60 90下，因此，將一定時間Tl設為0.5[s (秒)]，測量到的峰值P之間的時間間隔T2最短為稍許超過0.5[s]，最長為比0.5[s]的兩倍即l[s]稍小，測量到超過60(=60 + 1)且小於120 (=60 + 0.5)的心搏數。但是，這樣的話只能測定成年人的標準心搏數。因此，一定時間變更單元根據利用峰值判定單元判定得到的連續峰值P之間的時間間隔T2，將一定時間Tl依次變更為根據峰值P之間的時間間隔T2預先確定的多個時間中的任意一個時間。本實施方式中，在連續峰值P之間的時間間隔T2超過0.3[s]且小於0.5[s]時，將一定時間Tl相對應地預先確定為0.3 [S]，在時間間隔T2超過0.5 [S]且小於0.6 [s]時，將一定時間Tl相對應地預先確定為0.4[s]，在時間間隔T2超過0.6[s]且小於0.8 [s]時，將一定時間Tl相對應地預先確定為0.5 [s]，在時間間隔T2超過0.8[s]時將一定時間Tl相對應地預先確定為0.75 [s]。由此，一定時間Tl從0.3 [s]、0.4 [s]、0.5 [s]、及0.75 [s]這四個時間隨時變動為最佳的時間。在一定時間Tl為0.3[s]時，測定得到的心搏數為超過100 (=60 + 0.6)且小於200 (60 + 0.3)的範圍，在一定時間Tl為0.4[s]時，測定得到的心搏數為超過75 (=60 + 0.8)且小於150 (60 + 0.4)的範圍，在一定時間Tl為0.5 [s]時，測定得到的心搏數為超過60 (=60 + 1.0)且小於120 (60 + 0.5)的範圍，在一定時間Tl為0.75[s]時，測定得到的心搏數為超過40 (=60 + 1.5)且小於80 (60 + 0.75)的範圍。其結果是，能測定到超過40且小於200的心搏數，不限於成人的標準心搏數，能測定大範疇的人或動物等的心搏數。此外，本實施方式中，一定時間變更單元根據利用峰值判定單元判定得到的、相互的值處在規定範圍內的連續峰值P之間的時間間隔T2，將一定時間Tl依次進行變更。例如，如圖4所示，心搏信號Sf的峰值P具有從作為心搏信號Se的峰值P的最大值M減去一定值C之後的值以上的最大值M的情況下，一定時間變更單元將心搏信號Se及心搏信號Sf的連續峰值P判斷為相互的值在規定範圍內。同樣，心搏信號Sg的峰值P具有從作為心搏信號Sf的峰值P的最大值M減去一定值C之後的值以上的最大值M的情況下，一定時間變更單元將心搏信號Sf及心搏信號Sg的連續峰值P判斷為相互的值在規定範圍內。由此，利用一定時間變更單元根據被如此判斷為相互的值在規定範圍內的峰值P之間的時間間隔T2，將一定時間Tl依次進行變更。接下來，參照圖5的 流程圖對本實施方式的搏動周期計算裝置I的信號處理部13中CPU按照上述心搏數計算程序進行的心搏數計算處理進行說明。
首先，在圖5的步驟(以下記作S) I中，CPU以規定的時間間隔獲取從心電傳感器2輸出並由放大電路10放大、由濾波電路11除去噪聲並由AD轉換器12轉換為數位訊號的心搏信號。接下來，在S2中，CPU判斷以規定的時間間隔獲取到的心搏信號的最大值M是否為從存儲在RAM中的最新的峰值P減去一定值C後的值以上。在獲取到的心搏信號的最大值M為最新的峰值P減去一定值C後的值以上，S2的判斷結果為「是」的情況下，在S3中，CPU判斷利用波峰間隔計數器進行計數得到的峰值P的時間間隔T2是否超過0.3[s]且小於0.5[s]。在峰值P的時間間隔T2超過0.3[s]且小於0.5[s]，S3的判斷結果為「是」的情況下，在S4中，CPU將一定時間Tl設定為0.3[s]。另一方面，在峰值P的時間間隔T2不是超過0.3 [s]且小於0.5 [s]，S3的判斷結果為「否」的情況下，在S5中，CPU判斷利用波峰間隔計數器進行計數得到的峰值P的時間間隔T2是否超過0.5 [s]且小於0.6 [S]。在峰值P的時間間隔T2超過0.5 [s]且小於
0.6 [s]，S5的判斷結果 為「是」的情況下，在S6中，CPU將一定時間Tl設定為0.4 [S]。另一方面，在峰值P的時間間隔T2不是超過0.5[s]且小於0.6[s]，S5的判斷結果為「否」的情況下，在S7中，CPU判斷利用波峰間隔計數器進行計數得到的峰值P的時間間隔T2是否超過0.6 [s]且小於0.8 [s]。在峰值P的時間間隔T2超過0.6 [s]且小於0.8 [s]，S7的判斷結果為「是」的情況下，在S8中，CPU將一定時間Tl設定為0.5 [s]。另一方面，在峰值P的時間間隔T2不是超過0.6[s]且小於0.8[s]，S7的判斷結果為「否」的情況下，在S9中，CPU判斷利用波峰間隔計數器進行計數得到的峰值P的時間間隔T2是否超過0.8[s]。在峰值P的時間間隔T2超過0.8[s]，S9的判斷結果為「是」的情況下，在SlO中，CPU將一定時間Tl設定為0.75[S]。在峰值P的時間間隔T2未超過0.8 [s]，S9的判斷結果為「否」的情況下，或者所獲取的心搏信號的最大值M不是從最新的峰值P減去一定值C後的值以上，S2的判斷結果為「否」的情況下，或者，S4、S6、S8、或SlO中設定了一定時間Tl的情況下，接下來，在Sll中，CPU判斷在SI中獲取到的心搏信號的最大值M是否比存儲在RAM中的當前的最大值M要大。SI中獲取到的心搏信號的最大值M如圖3所示的心搏信號Sc的最大值Ml那樣比存儲在RAM中的心搏信號Sb的當前的最大值M要大，Sll的判斷結果為「是」的情況下，在S12中，CPU將存儲在RAM中的當前的最大值M改寫為SI中獲取到的心搏信號的最大值M，進行更新。然後，使對一定時間Tl進行計數的最大值更新計數器、以及對峰值P的時間間隔T2進行計數的波峰間隔計數器進行復位，使各計數器重新開始計時。此外，在SI中獲取到的心搏信號的最大值M不比當前的最大值M大，Sll的判斷結果為「否」的情況下，在S13中，CPU使最大值更新計數器及波峰間隔計數器的各計數值進行累計，繼續計時。接下來，在S14中，CPU判斷利用最大值更新計數器進行計時得到的時間是否超過一定時間Tl。在利用最大值更新計數器進行計時得到的時間超過一定時間Tl，S14的判斷結果為「是」的情況下，在S15中，CPU將在SI中獲取到的心搏信號的最大值M判定為峰值P，並作為最新的峰值P存儲到RAM中，並進行設定。然後，根據該最新的峰值P與其前一個峰值P之間的時間間隔T2，求出每一分鐘內峰值P的個數，從而計算出心搏數。接著，將最大值更新計數器復位，且使存儲在RAM中的判定為此次峰值P的最大值M復位。在最大值更新計數器未超過一定時間T1，S14的判斷結果為「否」的情況下，或者，S12或S15的處理結束後，CPU返回SI的處理，重複進行上述的各處理。
根據這樣的本實施方式的搏動周期計算裝置1，利用最大值檢測單元檢測出以規定時間間隔獲取到的心搏信號的最大值M，在Sll及S14的處理中，在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內未檢測到比已檢測到的最大值M要大的最大值M的情況下,在S15的處理中，利用峰值判定單元將最大值檢測單元已檢測到的最大值M判定為峰值P。然後，利用計算單元，基於利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值P之間的時間間隔T2來計算出心搏數。因此，本實施方式的搏動周期計算裝置I與專利文獻I中公開的現有的裝置不同，即使在從心電傳感器2得到的心搏信號的電平較低的情況下，只要利用最大值檢測單元檢測到的心搏信號的最大值M不是埋沒在噪聲中的信號電平，即使心搏信號的P波或T波(參照圖2)埋沒在噪聲中，也能 進行峰值P的判定，能計算出心搏數。此外，即使成為心搏信號的振幅的基準的基線G (參照圖3)發生變動，同樣地，只要利用最大值檢測單元檢測到的心搏信號的最大值P不是埋沒在噪聲中的信號電平，就能進行峰值P的判定，能計算出心搏數。此外，利用一定時間變更單元在S3 SlO的處理中，根據利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值P之間的時間間隔T2，將峰值P的判定中使用的一定時間Tl依次變更為根據峰值P之間的時間間隔T2預先確定的0.3 [S]、0.4 [S]、0.5 [S]、及0.75 [s]這多個時間中的任意一個時間。因此，與使用除法等複雜運算處理來進行峰值P的判定的專利文獻
2、專利文獻3中公開的現有的裝置不同，利用對獲取到的心搏信號的大小單純進行比較的Sll的處理、對一定時間Tl和峰值P之間的時間間隔T2進行計數的S13的處理、根據峰值P之間的時間間隔T2選擇預先確定的多個時間中的任一個時間的S3 SlO的處理這樣簡便的運算處理進行峰值P的判定。其結果是，能利用簡便的運算處理隨時恰當地計算出依次變動的心搏數，能實現搏動周期計算裝置I的小型化及低價化。此外，根據本實施方式的搏動周期計算裝置1，例如，在Sll的處理中，如圖3所示的心搏信號Sc那樣，若利用最大值檢測單元從時刻t3起在一定時間Tl內檢測到比最大值檢測單元已檢測到的心搏信號Sb的最大值M要大的最大值M1，則通過S12的處理，從檢測到較大的最大值Ml的時間點的時刻t4重新開始一定時間Tl的計數。然後，在之後的Sll及S14的處理中，在該一定時間Tl內，在利用最大值檢測單元未檢測到比較大的最大值Ml還要大的最大值M2的情況下，在S15的處理中，利用峰值判定單元將最大值檢測單元檢測到的較大的最大值Ml判定為峰值P。因此，若利用最大值檢測單元在一定時間Tl內檢測到比最大值檢測單元一度檢測到的最大值M要大的最大值M1，則不將該最大值M用于波峰判定，將其從心搏數的計算數據中除去。其結果是，利用最大值檢測單元檢測到的最大值M中，不適合心搏數計算的、相當於心搏信號的P波和T波這樣的信號的最大值M、噪聲引起的最大值M等不會被用于波峰判定的對象，僅將適合於心搏數的計算的相當於R波的最大值M用于波峰判定的對象，從而提高心搏數的計算精度。此外，根據本實施方式的搏動周期計算裝置1，對於在峰值P的判定中使用的一定時間Tl，如圖4所示的心搏信號Sf和心搏信號Sg那樣，根據具有從前一個峰值P減去一定值C後的值以上的峰值P且相互的值處在規定範圍內的連續的峰值P之間的時間間隔T2，利用一定時間變更單元在S3 SlO的處理中將在峰值P的判定中使用的一定時間Tl依次進行變更。因此，即使是利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值P，在相互的值不在規定範圍內的情況下，不將其作為同種的峰值P，在峰值P的判定中使用的一定時間Tl不根據該峰值P之間的時間間隔T2進行變更。另一方面，在連續的相互的峰值P處於規定範圍內的情況下，將其作為同種的峰值P，在峰值P的判定中使用的一定時間Tl根據該峰值P之間的時間間隔T2進行變更。因此，在峰值P的判定中使用的一定時間Tl根據相似的峰值P之間的時間間隔T2進行變更，不會基於噪聲引起的峰值P等進行變更，能準確地跟蹤心搏數的過渡而變更。其結果是，能通過簡便的運算處理更恰當地隨時計算出依次變動的生物體的心搏數。另外，上述實施方式中，對將生物信號作為利用心電傳感器2檢測到的心搏信號、搏動周期計算裝置I將搏動的律動周期作為心搏數進行計算的結構進行了說明，但本發明並不限於該結構。例如，也可以是將生物信號作為利用脈波傳感器檢測到的脈波信號、搏動周期計算裝置I將搏動的律動周期作為脈搏數進行計算的結構。該結構中，在信號處理部13中，對從脈波傳感器獲取到的脈波信號進行二次微分而作為加速度脈波信號，例如，基於圖6所示的加速度脈波信號序列中的各加速度脈波信號Sa的連續的峰值P之間的時間間隔T2，將搏動的律動周期作為脈搏數進行計算。此時，利用最大值檢測單元檢測出加速度脈波信號Sa的最大值M，在利用最大值檢測單元於一定時間Tl內未檢測到比已檢測到的最大值M要大的最大值M的情況下，利用峰值判定單元將最大值檢測單元已檢測到的最大值M在波峰判定點tp判定為峰值P並存儲在RAM中。然後，利用計算單元，基於利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值P之間的時間間隔T2計算出脈搏數。此處，也可以是不對從脈波傳感器獲取到的脈波信號進行二次微分而作為加速度脈波信號，而是基於脈波信號的連續的峰值P之間的時間間隔T2計算出脈搏數的結構。即使是這樣的結構，只要利用最大值檢測單元檢測到的加速度脈波信號Sa或脈波信號的最大值M是不會被埋沒在噪聲中的信號電平，搏動周期計算裝置I就能進行峰值P的判定，能計算出脈搏數，起到與上述實施方式相同的作用效果。接下來，對將本發明的搏動周期計算裝置應用於脈波傳輸時間的計算的實施方式2進行說明。圖7是表示本實施方式的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。另外，在該圖中，對與圖1相同或相當的部分標註相同的標號，並省略其說明。心電傳感器2及脈波傳感器4與搏動周期計算裝置3相連接。脈波傳感器4與人或動物這樣的生物體的規定位置接觸，利用光電檢測器檢測從LED (發光二極體)發出的紅外線的反射光等，從而檢測出隨著生物體心臟的搏動而變化的血管中的血流的時間變化，並將其作為生物信號即脈搏信號輸出到搏動周期計算裝置3。搏動周期計算裝置3包括:對從脈波傳感器4輸出的脈波信號進行放大的放大電路20 ;從利用放大電路20進行了放大的脈波信號中除去噪聲分量的濾波電路21 ;以及將除去了噪聲分量的脈波信號從模擬信號轉換為數位訊號的AD轉換器22。信號處理部13對從AD轉換器22輸出的脈波信號進行二次微分，從而轉換為加速度脈波信號。

在信號處理部13的ROM內存儲有脈波傳輸時間計算程序，該脈波傳輸時間計算程序同時檢測心搏信號的峰值P和加速度脈波信號的峰值P，並根據它們的時間差計算出脈波傳輸時間。將脈波傳輸時間作為圖8 (a)所示的加速度脈波信號序列中的加速度脈波信號Sa的峰值P與圖8 (b)所示的心搏信號序列中的心搏信號S的峰值P之間的時間差T3進行計算。此處，信號處理部13的CPU利用存儲在ROM中的脈波傳輸時間計算程序起到最大值檢測單元、峰值判定單元、計算單元、及一定時間變更單元的作用。最大值檢測單元由以規定時間間隔獲取從心電傳感器2輸出的心搏信號S並對心搏信號S的最大值M進行檢測的心搏最大值檢測單元、以及以規定時間間隔獲取從脈波傳感器4輸出的脈波信號並對進行了二次微分的加速度脈波信號Sa的最大值M進行檢測的脈波最大值檢測單元所構成。峰值判定單元由心搏峰值判定單元和脈波峰值判定單元所構成，其中，該心搏峰值判定單元在利用心搏最大值檢測單元於心搏峰值判定用的一定時間Tl內未檢測到比心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號S的最大值M要大的最大值M的情況下，將利用心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號S的最大值M在波峰判定點tp判定為心搏峰值P，該脈波峰值判定單元在利用脈波最大值檢測單元於加速度脈波峰值判定用的一定時間Tl內未檢測到比脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號Sa的最大值M要大的最大值M的情況下，將脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號Sa的最大值M在波峰判定點tp判定為加速度脈波峰值P。計算單元將利用心搏峰值判定單元判定得到的心搏峰值P與利用脈波峰值判定單元判定得到的加速度脈波峰值P之間的時間差T3作為脈波傳輸時間進行計算。將計算出的脈波傳輸時間顯示在顯示部14上。一定時間變更單元由心搏峰值判定用一定時間變更單元和脈波峰值判定用一定時間變更單元所構成，其中，該心搏峰值判定用一定時間變更單元根據利用心搏峰值判定單元判定得到的連續的心搏峰值P之間的時間間隔T2，將心搏峰值判定用的一定時間Tl依次變更為根據心搏峰值P之間的時間間隔T2預先確定的多個時間中的任一個時間，該脈波峰值判定用一定時間變更單元根據利用脈波峰值判定單元判定得到的連續的加速度脈波峰值P之間的時間間隔T2，將加速度脈波峰值判定用的一定時間Tl依次變更為根據加速度脈波峰值P之間的時間間隔T2預先確定的多個時間中的任一個時間。根據這樣的本實施 方式的搏動周期計算裝置3，利用心搏最大值檢測單元在心搏峰值判定用的一定時間Tl內未檢測到比心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號S的最大值M要大的最大值M的情況下，心搏峰值判定單元將心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號S的最大值M判定為心搏峰值P。此外，利用脈波最大值檢測單元在加速度脈波峰值判定用的一定時間Tl內未檢測到比脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號Sa的最大值M要大的最大值M的情況下，脈波峰值判定單元將脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號Sa的最大值M判定為加速度脈波峰值P。然後，利用計算單元，將利用心搏峰值判定單元判定得到的心搏峰值P與利用脈波峰值判定單元判定得到的加速度脈波峰值P之間的時間差T3作為脈波傳輸時間進行計算。因此，能從計算得到的脈波傳輸時間知道脈波因搏動而在動脈中傳輸的時間，因此，能進行血管年齡的推測、血壓值的計算。此外，搏動周期計算裝置3的信號處理部13的ROM內除了實施方式I中進行了說明的心搏數計算程序以外，還包括脈搏數計算程序，該脈搏數計算程序根據對以規定時間間隔從脈波傳感器4獲取到的脈波信號進行二次微分所得到的加速度脈波信號Sa計算出脈搏數，從而計算出脈波傳輸時間，同時計算出心搏數及脈搏數，並能將它們在顯示部14上進行顯示。在該結構中，將加速度脈波信號Sa提供給實現心搏數計算程序這一功能的單元，因此，能構成實現脈搏數計算程序這一功能的單元，能削減設計資源。接下來，對將本發明的搏動周期計算裝置應用於心搏數計算的實施方式3進行說明。圖9是表示本實施方式的搏動周期計算裝置的電路結構的框圖。另外，在圖9中，對與圖1相同或相當的部分標準相同的標號，並省略其說明。本實施方式的搏動周期計算裝置5中，信號處理部13與放大電路10相連接，形成有從信號處理部13向放大電路10的反饋路徑，這點與實施方式I的搏動周期計算裝置I不同，其他硬體結構與實施方式I的搏動周期計算裝置I相同。
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本實施方式的搏動周期計算裝置5中，從心電傳感器2輸出到搏動周期計算裝置5的心搏信號也由放大電路10進行放大，但其放大率由從信號處理部13反饋的控制信號來確定。以與控制信號相對應的放大率進行了放大的心搏信號經由濾波電路11及AD轉換器12提供給由信號處理部13內的CPU構成的最大值檢測單元。放大電路10構成以與控制信號相對應的放大率對心搏信號進行放大並輸出到最大值檢測單元的放大單元。本實施方式的信號處理部13內的CPU通過存儲在ROM中的後述的心搏數計算程序，起到前面所述的最大值檢測單元、峰值判定單元、計算單元、及一定時間變更單元的作用，並且還起到基準值檢測單元的作用。基準值檢測單元將由放大電路10進行了放大的心搏信號在規定時刻下的大小作為基準值進行檢測。本實施方式中，將該規定時刻設定為由P波、Q波、R波、S波、T波、及U波構成的圖2所示的心搏信號的ST分節出現的時刻。此處，所謂的ST分節是指從S波到T波的平坦部分，相當於成為心搏信號的振幅的基準的基線G (參照圖3)，將基準值作為基線值B進行檢測。本實施方式中，將從作為峰值P檢測到的R波的出現時刻起經過了 0.l[s]的時刻作為ST分節出現的時刻。此外，本實施方式的計算單元根據利用峰值判定單元判定得到的峰值P與利用基準值檢測單元檢測到的基線值B之差(P - B)，計算出利用峰值判定單元判定得到的峰值P的大小，並將基於計算出的峰值P的大小的控制信號輸出到放大電路10。例如，在圖10所示的心搏信號序列中，計算單元根據在時刻t8、t9的R波的峰值P與從檢測到該峰值P的時刻t8、t9起分別經過0.1 [s]的時間點的基線判定點tg檢測到的ST分節的基線值B之差(P — B)，計算出峰值P的大小H。然後，將基於計算出的峰值P的大小H的控制信號輸出到放大電路10。另外，在圖10中，對與圖2及圖4相同或相當的部分標註相同的標號，並省略其說明。此外，計算單元根據利用峰值判定單元連續判定得到的多個峰值P與利用基準值檢測單元對應於上述各峰值P連續檢測到的多個基線值B之間的各差值(P - B)計算出各峰值P的大小H，在計算出的各峰值P的大小H連續地處於規定範圍內的情況下，改變輸出到放大電路10的控制信號。例如，在圖11 Ca)所示的心搏信號序列中，心搏信號Sh的峰值P的大小Hl小於規定的第二閾值Y，但其之後連續的四個心搏信號S1、Sj、Sk、及SI的各峰值的大小H2、H3、H4、及H5都在第二閾值Y以上(H ^ Y)，在這種情況下，改變輸出到放大電路10的控制信號即判定信號的電平。另外，在圖11中，對與圖10相同或相當的部分標註相同的標號，並省略其說明。在此情況下，輸出到放大電路10的控制信號在圖11所示的時刻til從高電平的High的判定信號改變為低電平的Low的判定信號。得到該Low的判定信號反饋的放大電路10以預先準備好的大放大率及小放大率這兩個放大率中的小放大率，對從心電傳感器2輸出的心搏信號S進行放大。因此，信號處理部13中，此後，檢測到峰值P的大小H變為較小的H6的心搏信號Sm。此外，進一步在這之後的連續四個心搏信號Sn、So、Sp、及Sq的各峰值的大小H7、H8、H9、及HlO在第一閾值X以下(HS X)，在這種情況下，輸出到放大電路10的控制信號在圖11所示的時刻tl2從Low的判定信號改變為High的判定信號。得到該High的判定信號反饋的放大電路10以預先準備好的大放大率及小放大率這兩個放大率中的大放大率，對從心電傳感器2輸出的心搏信號S進行放大。因此，信號處理部13中，此後，檢測到峰值P的大小H變為較大的Hll的心搏信號Sr。接下來，參照圖12的流程圖，對在本實施方式的搏動周期計算裝置5的信號處理部13中，CPU按照存儲在ROM中的心搏數計算程序進行的心搏數計算處理進行說明。另外，在圖12中，對與圖5的流程圖相同或相當的步驟標註相同的步驟標號，並省略其說明。在由放大電路10進行放大而在SI中獲取到的心搏信號的最大值M不比存儲在RAM中的當前的最大值M要大，Sll的判斷結果為「否」的情況下，在S13中，CPU將最大值更新計數器及波峰間隔計數器的各計數值進行累計，繼續進行計時。接下來，在S21中，CUP判斷利用最大值更新計數器進行計時得到的時間是否是從存儲在RAM中的最新的峰值P出現的時刻起經過了 0.l[s]的時間點、即出現ST分節的基線判斷點tg。在是經過0.l[s]的時間點，S21的判斷結果為「是」的情況下，在S22中，CPU將在最大值更新計數器的計時經過了 0.l[s]的時間點來自心電傳感器2的輸入值作為基線值B存儲在RAM中，返回SI的處理重複進行上述的各處 理。另一方面，不是經過0.1 [s]的時間點，S21的判斷結果為「否」的情況下，在S14中，如上所述，CPU判斷利用最大值更新計數器進行計時得到的時間是否超過一定時間Tl。在最大值更新計數器進行計時得到的時間超過一定時間T1，S14的判斷結果為「是」的情況下，在S23中，CPU計算出存儲在RAM中的最新的峰值P與在S22中存儲在RAM中的基線值B之差、也就是峰值P的大小H。接下來，在S24中，CPU判斷計算出的峰值P與基線值B之差是否為第一閾值X以下，存儲在RAM中的最新的峰值P的大小H是否較小。峰值P與基線值B之差為第一閾值X以下，並且最新的峰值P的大小H較小，S24的判斷結果為「是」的情況下，在S25中，CPU判斷是否如圖11所示的心搏信號Sn、So、Sp、及Sq那樣連續四次檢測到峰值P與基線值B之差在第一閾值X以下。在連續四次檢測到比第一閾值X要小的值，S25的判斷結果為「是」的情況下，在S26中，CPU將反饋到放大電路10的判定信號例如在時刻t2從Low改變為High。因此，放大電路10的放大率為大放大率，從心電傳感器2輸出的心搏信號例如如心搏信號Sr那樣，峰值P的大小Hll為較大的合適的值。另一方面，峰值P與基線值B之差不是第一閾值X以下，S24的判斷結果為「否」的情況下，在S27中，CPU判斷S23中計算出的峰值P與基線值B之差是否為第二閾值Y以上，存儲在RAM中的最新的峰值P的大小H是否較大。峰值P與基線值B之差為第二閾值Y以上，並且最新的峰值P的大小H較大，S27的判斷結果為「是」的情況下，在S28中，CPU判斷是否如圖11所示的心搏信號S1、Sj、Sk、及SI那樣連續四次檢測到峰值P與基線值B之差在第二閾值Y以上。在連續四次檢測到比第二閾值Y要大的值，S28的判斷結果為「是」的情況下，在S29中，CPU將反饋到放大電路10的判定信號例如在時刻til從High改變為Low。因此，放大電路10的放大率為小放大率，從心電傳感器2輸出的心搏信號例如如心搏信號Sm那樣，峰值P的大小H6為較小的合適的值。在未連續四次檢測到，S25或S28的判斷結果為「否」的情況下，或者，改變判定信號的電平而結束S26或S29的處理的情況下，接下來，在S15中，如上所述，CPU將在SI中獲取到的心搏信號的最大值M判定為峰值P，並作為最新的峰值P在RAM中進行設定，求出每一分鐘內峰值P的個數，從而計算出心搏數，並將最大值更新計數器以及判定為此次峰值P的最大值M進行復位。根據這樣的本實施方式的搏動周期計算裝置5，在圖12的S23中利用計算單元，根據利用峰值判定單元判定得到的峰值P與利用基準值檢測單元檢測到的基線值B之差計算出峰值P的大小H。然後，在S26或S29中將基於計算出的峰值P的大小H的控制信號作為High或Low的判定信號輸出到放大電路10，從而改變放大電路10的放大率。即，在計算出的峰值P的大小H比第二閾值Y要大的情況下，將控制信號改變為使放大電路10的放大率減小的Low的判定信號，在計算出的峰值P的大小H比第一閾值X要小的情況下，將控制信號改變為使放大電路10的放大率增大的High的判定信號。因此，利用放大電路10進行放大得到的心搏信號的大小被適當地控制成適合於Sll及S12中利用最大值檢測單元進行的心搏信號的最大值檢測、以及S14及S15中利用峰值判定單元進行的峰值P判定的大小。其結果是，利用最大值檢測單元進行的心搏信號的最大值檢測、以及利用峰值判定單元進行的峰值P的判定不會發生錯誤，能提高峰值P的檢測精度。此外，本實施方式的搏動周期計算裝置5，利用基準值檢測單元檢測到的基準值成為心搏信號的ST分節的值、也就是成為心搏信號的振幅的基準的基線值B。因此，利用計算單元計算出的峰值P的大小H成為相對於基線G (參照圖3)的大小，變得容易評價。

此外，根據本實施方式的搏動周期計算裝置5，在利用計算單元多次計算出的峰值P與基線值B之間的各個差值連續地處於規定範圍內的情況下，改變反饋輸出到放大電路10的控制信號，從而改變放大電路10的放大率。例如，圖11所示的心搏信號S1、Sj、Sk、及SI的各峰值P與基線值B之間的各個差值連續地處於第二閾值Y以上(H ^ Y)的規定範圍，各峰值P的大小H連續較大的情況下，將輸出到放大電路10的控制信號在時刻til從High改變為Low的判定信號，將放大電路10的放大率改變為小放大率。此外，圖11所示的心搏信號Sn、So、Sp、及Sq的各峰值P與基線值B之間的各個差值連續地處於第一閾值X以下(HS X)的規定範圍，各峰值P的大小H連續較小的情況下，將輸出到放大電路10的控制信號在時刻tl2從Low改變為High的判定信號，將放大電路10的放大率改變為大放大率。因此，峰值P的大小H連續地處於規定範圍並處於穩定狀態的情況下改變放大電路10的放大率，因此,不會發生因誤判定峰值P的大小H而錯誤地改變放大電路10的放大率的情況。另外，上述實施方式中，對連續的四個心搏信號的峰值P的大小H為第一閾值X以下或第二閾值Y以上的情況下改變判定信號電平的結構的情況進行了說明，但本發明並不限於此。例如，也可以是連續的二個、三個、或五個以上的心搏信號的峰值P的大小H為第一閾值X以下或第二閾值Y以上的情況下改變判定信號的電平的結構。此外，也可以是一個心搏信號的峰值P的大小H為第一閾值X以下或第二閾值Y以上的情況下改變判定信號的電平的結構。此外，上述實施方式中，對判定峰值P的大小H的閾值為第一及第二閾值這兩個閾值的情況進行了說明，但本發明並不限於此。例如，也可以是準備三個以上的閾值，更細地判定峰值P的大小H，增加判定信號的種類，將放大電路10的放大率設定為三種以上的結構。此外，上述實施方式中，將出現ST分節的基線判定點tg作為從峰值P出現的時刻起經過了 0.l[s]的時間點，將這一個點的時間點的心搏信號的大小作為基線值B。但是，也可以將包含從峰值P出現的時刻起經過了 0.l[s]的時間點在內的前後多個時間點作為多個基線判定點tg，將上述多個基線判定點tg的心搏信號的各大小的平均值作為基線值B的結構。根據該結構，提高基線值B的檢測精度，能更高精度地計算出峰值P的大小H。此外，上述實施方式中，對將利用基準值檢測單元檢測到的基準值作為出現ST分節的基線值B的情況進行了說明，但本發明並不限於此。例如，也可以是將接在S波後面的T波的峰值出現時的心搏信號的大小、出現在P波與Q波之間的平坦部分的心搏信號的大小等作為基準值，將該基準值與峰值P之差作為峰值P的大小H進行檢測的結構。此外，上述實施方式中，對將生物信號作為利用心電傳感器2檢測到的心搏信號、將搏動的律動周期作為心搏數進行計算的裝置結構中的放大電路10的放大率進行反饋控制的情況進行了說明，但本發明並不限於該結構。例如，也可以對將生物信號作為利用脈波傳感器檢測到的脈波信號、將搏動的律動周期作為脈波數進行計算的裝置結構中的放大電路的放大率進行反饋控制。此外，也可以如圖7所示的搏動周期計算裝置3那樣，將生物信號作為利用心電傳感 器2檢測到的心搏信號、以及利用脈波傳感器4檢測到的脈波信號，將搏動的律動周期作為心搏數及脈搏數進行計算，或計算脈波傳輸時間的裝置結構中的放大電路10及放大電路20的各放大率進行反饋控制。此外，上述實施方式1、2及3的搏動周期計算裝置1、3及5的信號處理部13也可以由ASIC (用於特定用途的特製集成電路)、FPGA (現場可編程門陣列)、DSP (數位訊號處理器)等所構成。工業上的實用性通過包括計算心搏數或脈搏數的上述實施方式I的搏動周期計算裝置1，還同時包括心電傳感器2或脈波傳感器4，能構成生物傳感器。根據該結構，能提供起到上述實施方式I的搏動周期計算裝置I的各效果的生物傳感器。同樣，包括計算脈波傳輸時間的上述實施方式2的搏動周期計算裝置3，還同時包括心電傳感器2及脈波傳感器4，也能構成生物傳感器。根據該結構，能提供起到上述實施方式2的搏動周期計算裝置3的各效果的生物傳感器。同樣，包括對放大心搏信號的放大電路10或放大脈波信號的放大電路20的放大率進行反饋控制的上述實施方式3的搏動周期計算裝置5，還同時包括心電傳感器2或脈波傳感器4，也能構成生物傳感器。根據該結構，能提供起到上述實施方式3的搏動周期計算裝置5的各效果的生物傳感器。標號說明1、3…搏動周期計算裝置
2…心電傳感器4…脈波傳感器10、20…放大電路11、21…濾波電路12、22…AD 轉換器13…信號處理部14…顯示部Tl----定時間T2…峰值之間時間間隔T3…時間差(脈波傳輸時間)M…最大值tp…波峰判定點tg…基線判定點C----定值G…基線H… 峰值的大小
權利要求
1.一種搏動周期計算裝置，其特徵在於，包括: 最大值檢測單元，該最大值檢測單元對以規定時間間隔獲取到的生物信號的最大值進行檢測； 峰值判定單元，該峰值判定單元在利用所述最大值檢測單元於一定時間內未檢測到比所述最大值檢測單元已檢測到的最大值要大的最大值的情況下，將所述最大值檢測單元已檢測到的最大值判定為峰值； 計算單元，該計算單元基於利用所述峰值判定單元判定得到的連續的峰值之間的時間間隔，來對產生所述生 物信號的生物體的搏動的律動周期進行計算；以及 一定時間變更單元，該一定時間變更單元根據利用所述峰值判定單元判定得到的連續的所述峰值之間的時間間隔，將所述一定時間依次改變為根據所述峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間。
2.如權利要求1所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 在利用所述最大值檢測單元於所述一定時間內檢測到比所述最大值檢測單元已檢測到的最大值要大的最大值，且利用所述最大值檢測單元在從檢測到所述較大的最大值的時間點起的所述一定時間內未檢測到比所述較大的最大值還要大的最大值的情況下，所述峰值判定單元將所述最大值檢測單元已檢測到的所述較大的最大值判定為峰值。
3.如權利要求1或2所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述一定時間變更單元根據利用所述峰值判定單元判定得到的、相互的值處於規定範圍內的連續的所述峰值之間的時間間隔，依次改變所述一定時間。
4.如權利要求1至3的任一項所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述生物信號是心搏信號， 所述計算單元將所述搏動的律動周期作為心搏數進行計算。
5.如權利要求1至3的任一項所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述生物信號是脈波信號， 所述計算單元將所述搏動的律動周期作為脈搏數進行計算。
6.如權利要求1至3的任一項所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述最大值檢測單元由心搏最大值檢測單元和脈波最大值檢測單元所構成，其中，該心搏最大值檢測單元檢測以規定時間間隔獲取到的心搏信號的最大值，該脈波最大值檢測單元檢測對以規定時間間隔獲取到的脈波信號進行二次微分所得到的加速度脈波信號的最大值， 所述峰值判定單元由心搏峰值判定單元和脈波峰值判定單元所構成，其中，該心搏峰值判定單元在利用所述心搏最大值檢測單元於心搏峰值判定用的所述一定時間內未檢測至IJ比所述心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值要大的最大值的情況下，將所述心搏最大值檢測單元已檢測到的心搏信號的最大值判定為心搏峰值，該脈波峰值判定單元在利用所述脈波最大值檢測單元於加速度脈波峰值判定用的所述一定時間內未檢測到比所述脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值要大的最大值的情況下，將所述脈波最大值檢測單元已檢測到的加速度脈波信號的最大值判定為加速度脈波峰值， 所述計算單元根據利用所述心搏峰值判定單元判定得到的心搏峰值與利用所述脈波峰值判定單元判定得到的加速度脈波峰值之間的時間差來計算出脈波傳輸時間，所述一定時間變更單元由心搏峰值判定用一定時間變更單元和脈波峰值判定用一定時間變更單元所構成，其中，該心搏峰值判定用一定時間變更單元根據利用所述心搏峰值判定單元判定得到的連續的心搏峰值之間的時間間隔，將心搏峰值判定用的所述一定時間依次改變為根據所述心搏峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間，該脈波峰值判定用一定時間變更單元根據利用所述脈波峰值判定單元判定得到的連續的加速度脈波峰值之間的時間間隔，將加速度脈波峰值判定用的所述一定時間依次改變為根據所述加速度脈波峰值之間的時間間隔所預先確定的多個時間中的任意一個時間。
7.如權利要求1至6的任一項所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於，包括: 放大單元，該放大單元以與控制信號相對應的放大率對所述生物信號進行放大並輸出到所述最大值檢測單元；以及 基準值檢測單元，該基準值檢測單元將利用所述放大單元進行了放大的所述生物信號在規定時刻下的大小作為基準值進行檢測， 所述計算單元根據利用所述峰值判定單元判定得到的峰值與利用所述基準值檢測單元檢測到的基準值之差，計算出利用所述峰值判定單元判定得到的峰值的大小，並將基於計算出的峰值的大小的所述控制信號輸出到所述放大單元。
8.如權利要求7所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述規定時刻是由P波、Q波、R波、S波、T波、及U波構成的所述生物信號出現ST分節的時刻。
9.如權利要求7或權利要求8所述的搏動周期計算裝置，其特徵在於， 所述計算單元根據利用所述峰值判定單元連續判定得到的多個峰值與利用所述基準值檢測單元對應於各所述峰值連續檢測到的多個基準值的各個差值計算出各所述峰值的大小，並在計算出的各所述峰值的大`小連續地處於規定範圍內的情況下，改變輸出到所述放大單元的所述控制信號。
10.一種生物傳感器，其特徵在於， 包括權利要求1至權利要求9中的任一項所述的搏動周期計算裝置。
全文摘要
現有的心搏測定裝置中，在從傳感器得到的生物體的心搏波形信號的電平較低的情況下無法進行波峰判定，而且，運算處理複雜而缺乏簡便性。本發明中，利用最大值檢測單元對以規定時間間隔獲取到的心搏信號的最大值(M)進行檢測，在S11及S14的處理中，在一定時間(T1)內未檢測到比已檢測到的最大值(M)要大的最大值(M)的情況下，在S15的處理中，將利用最大值檢測單元檢測到的最大值(M)判定為峰值(P)。然後，利用計算單元基於利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值(P)之間的時間間隔(T2)計算出心搏數。此外，在S3～S10的處理中，根據利用峰值判定單元判定得到的連續的峰值(P)之間的時間間隔(T2)，將一定時間(T1)依次改變為根據峰值(P)之間的時間間隔(T2)預先確定的多個時間中的任意一個時間。
文檔編號A61B5/0452GK103153177SQ20118004918
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月29日 優先權日2010年10月14日
發明者奧田哲聰, 高橋英司 申請人:株式會社村田製作所