特開 2020-39855 生体信号成分検出装置、生体信号成分検出方法および記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-39855(P2020-39855A)

(43)【公開日】2020年3月19日

(54)【発明の名称】生体信号成分検出装置、生体信号成分検出方法および記録媒体

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0456 20060101AFI20200225BHJP

   A61B 5/0452 20060101ALI20200225BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20200225BHJP

   A61B 5/113 20060101ALI20200225BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20200225BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/04 312R

   A61B5/04 312C

   A61B5/02 310A

   A61B5/02 310Z

   A61B5/113

   A61B5/11 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-91106(P2019-91106)

(22)【出願日】2019年5月14日

(31)【優先権主張番号】特願2018-168053(P2018-168053)

(32)【優先日】2018年9月7日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】孫 光鎬

(72)【発明者】

【氏名】小林 茉以

(72)【発明者】

【氏名】桐本 哲郎

【テーマコード（参考）】

4C017

4C038

4C127

【Ｆターム（参考）】

4C017AA09

4C017AA12

4C017AB03

4C017AC26

4C017BC01

4C017BC17

4C017FF05

4C038VA04

4C038VB01

4C038VB33

4C038VC20

4C127AA02

4C127FF03

4C127FF05

4C127GG02

4C127GG07

4C127KK03

(57)【要約】

【課題】心拍成分の検出を精度良く安定的に行えるようにする。
【解決手段】生体信号を取得する生体信号取得部４２１と、生体信号取得部が取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得部４２３と、波群取得部で得た波群の範囲を、生体信号から検出する範囲検出部４２４と、範囲検出部が検出した波群の特定位置の最大値を特定の波形成分として検出するピーク検出部４２６とを備える。ピーク検出部４２６は、心電図波形のＲ波やＴ波などを検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体信号を取得する生体信号取得部と、
前記生体信号取得部が取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得部と、
前記波群取得部で得た波群の範囲を、前記生体信号から検出する範囲検出部と、
前記範囲検出部が検出した波群の特定位置の最大値を前記特定の波形成分として検出するピーク検出部と、
を備えることを特徴とする
生体信号成分検出装置。

【請求項2】

前記生体信号取得部が取得する生体信号は、心電波形の生体信号であり、
前記波群取得部が取得する波群は、前記生体信号の積分により得られる台形形状の波群であり、
前記ピーク検出部が検出する波群の特定位置の最大値は、前記台形の波群の前半の最大値と、前記台形の波群の前半の最大値であり、
前記台形の波群の前半の最大値を、心電波形のＲ波とし、
前記台形の波群の後半の最大値を、心電波形のＴ波とすることを特徴とする
請求項１に記載の生体信号成分検出装置。

【請求項3】

前記生体信号取得部が取得する生体信号は、脈波の波形の生体信号であり、
前記波群取得部が取得する波群は、前記生体信号の積分により得られる台形形状の波群であり、
前記ピーク検出部が検出する波群の特定位置の極大値は、前記台形形状の波群の前半の最大値と、前記台形の波群の前半の最大値であり、
前記台形の波群の前半の最大値を、速度脈波の第１波とし、
前記台形の波群の後半の最大値を、速度脈波の第２波とすることを特徴とする
請求項１に記載の生体信号成分検出装置。

【請求項4】

前記生体信号取得部が取得する生体信号は、非接触でドップラーレーダーが被計測者に照射した電波の反射波の生体信号であり、
前記ピーク検出部が検出する波群の特定位置の最大値は、前記波群の特定位置の最大値であり、
前記ピーク検出部が検出した最大値を、前記被計測者の呼気または吸気のピーク成分とすることを特徴とする
請求項１に記載の生体信号成分検出装置。

【請求項5】

生体信号を取得する生体信号取得処理と、
前記生体信号取得処理により取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得処理と、
前記波群取得処理により得た波群の範囲を、前記生体信号から検出する範囲検出処理と、
前記範囲検出処理により検出した波群の特定位置の最大値を前記特定の波形成分として検出するピーク検出処理と、
を含むことを特徴とする
生体信号成分検出方法。

【請求項6】

生体信号を取得する生体信号取得処理と、
前記生体信号取得処理により取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得処理と、
前記波群取得処理により得た波群の範囲を、前記生体信号から検出する範囲検出処理と、
前記範囲検出処理により検出した波群の特定位置の最大値を前記特定の波形成分として検出するピーク検出処理とを、
コンピュータに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体信号から特定の信号成分を検出する生体信号成分検出装置、生体信号成分検出方法および記録媒体に関し、特に心電図計や脈波センサなどから得た心拍に伴って検出される生体信号から、特定の成分を検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、心拍信号を解析することにより被計測者の健康状態をモニタリングする技術が知られている。例えば、被計測者の緊張度を客観的に評価する指標として心拍変動があるが、この指標の算出には心拍の時間間隔の取得が必要である。そのため、精度良く心拍動の時間を検出する技術が求められていた。
心拍信号から心拍動を検出するための技術として、心拍信号に含まれるＲ波を検出するアルゴリズム(例えば非特許文献１参照)が提案されている。これは過去の心拍信号を用いてＲ波のみを検出するための閾値を調節する手法であり、これによってロバストな心拍動の自動検出が可能となる。特許文献１にも、Ｒ波を検出するための閾値を取得して、Ｒ波を検出する手法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−２２１６５号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】J.Pan and W.J.Tompkins,“A real-time QRS detection algorithm,”IEEE Trans. Biomed. Eng., vol.BME-32,pp.230-236,Mar.1985

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１に記載される手法のように、閾値を用いて信号のピークの取捨選択を行う技術では、目的とするもの以外の波が高い場合に対応できないという問題がある。特に、心拍信号に含まれるＴ波は通常Ｒ波より低い振幅であるが、血液中のカリウム濃度や、被計測者が起立した場合などの状態変化、心電計の誘導法等の理由によってＴ波の振幅が増大する場合がある。その場合には閾値との比較によって安定的にＲ波のみを検出するのは難しくなり、Ｔ波を誤検出する可能性が高くなる。

【0006】

図１８は、従来の閾値を用いた方法によるＲ波の検出例を示す。例えば、図１８（ａ）に示すように、Ｔ波振幅がＲ波振幅より高い心電図波形の場合、閾値でＲ波を検出したとき、図１８（ｂ）に示すように、Ｔ波をＲ波と誤検出してしまい、正しい検出ができなくなってしまう。

【0007】

なお、ここまでの説明では、心電計を使って得た心電波形からＲ波やＴ波を検出する場合の問題について述べたが、心電計以外の計測機器を使って、被計測者の心拍などをモニタリングする技術も各種開発されている。例えば被計測者の指などに装着する脈波計で被計測者の心拍を検出したり、ドップラーレーダーを使って非接触で被計測者の心拍を検出したりする技術が開発されている。しかしながら、これらの計測機器を使って検出する場合にも、心拍に含まれる成分を誤検出することがあり、検出精度の向上が求められている。

【0008】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、心拍成分の検出を精度良く安定的に行うことができる生体信号成分検出装置、生体信号成分検出方法および記録媒体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の生体信号成分検出装置は、生体信号を取得する生体信号取得部と、生体信号取得部が取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得部と、波群取得部で得た波群の範囲を、生体信号から検出する範囲検出部と、範囲検出部が検出した波群の特定位置の最大値を特定の波形成分として検出するピーク検出部とを備える。

【0010】

本発明の生体信号成分検出方法は、生体信号を取得する生体信号取得処理と、生体信号取得処理により取得した生体信号の波形から、その波形に周期的に含まれる特定の波形成分を抽出するための波群の幅および形状を取得する波群取得処理と、波群取得処理により得た波群の範囲を、生体信号から検出する範囲検出処理と、範囲検出処理により検出した波群の特定位置の最大値を特定の波形成分として検出するピーク検出処理とを含む。

【0011】

また、本発明の記録媒体は、本発明の生体信号成分検出方法に関する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した記録媒体である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、心拍成分の検出を精度良く安定的に行うことができる。例えば、心電計から取得した心電波形を生体信号とすることで、Ｔ波の振幅に関係なく、安定的にＲ波を検出することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号成分検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理の流れを示したフローチャートである。

【図3】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理のうち特に信号の位置特定処理の流れを示したフローチャートである。

【図4】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理工程（Ｒ波などの強調）を示す波形図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理工程（Ｒ波とＴ波の間の位置検出：その１）を示す波形図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理工程（二次最小二乗近似による台形検出：その２）を示す波形図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理工程（二次最小二乗近似による台形検出）を示す波形図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態となる心拍信号処理工程（心電図成分の検出）を示す波形図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態となるＲ波の検出例とＴ波の検出例を示す波形図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態となる信号の前処理工程を示す波形図である。

【図11】本発明の第２の実施の形態となる心拍信号成分検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図12】本発明の第２の実施の形態となる心拍信号処理の流れを示したフローチャートである。

【図13】本発明の第２の実施の形態となる信号処理工程（平行移動および積分）を示す波形図である。

【図14】本発明の第２の実施の形態となる信号処理工程（最大値の特定処理）を示す波形図である。

【図15】本発明の第２の実施の形態となる速度脈波からの第１波および第２波の検出処理例を示す波形図である。

【図16】本発明の第３の実施の形態となる心拍信号成分検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図17】本発明の第３の実施の形態となるレーダーピークの検出例を示す波形図である。

【図18】従来の検出方法を示した波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施の形態例］
以下、本発明の第１の実施の形態例を、図１〜図１０を参照して説明する。
図１は、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１の全体構成を示すブロック図である。
本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１は、計測装置２と、入力装置３と、信号処理装置４と、表示装置５で構成される。信号処理装置４には、入力手段として計測装置２と入力装置３が接続され、出力手段としては表示装置５が接続されている。計測装置２は心電計２１を備える。入力装置３は、例えばキーボード３１やマウス３２を備える。表示装置５は、液晶ディスプレイなどの出力結果を表示できるものであればよいが、必ずしもディスプレイに限定されるものではない。

【0015】

信号処理装置４は、例えばコンピュータ本体で構成され、内部にオペレーティングシステム４１と、ピーク検出処理部４２と、設定取得部４３とを備えている。ここでピーク検出処理部４２は、例えばプログラムを実行することにより構成される処理部であり、生体信号取得部４２１、信号強調部４２２、波群取得部４２３、範囲検出部４２４、位置特定部４２５、およびピーク検出部４２６を備えている。

【0016】

オペレーティングシステム４１は、システム内の各機能部を制御する機能を有しており、例えば、予め記憶部（図示せず）に記憶されているプログラムを読み込んでシステム内の各機能部に実行させる機能を有する。また、各機能部でプログラムを実行した結果としての生体データ（生体信号）の検出結果などを出力して、表示装置５に表示する。
ピーク検出処理部４２は、計測装置２を介して取得した生体データから、特定の心拍成分を抽出するデータ処理部である。本実施の形態例の場合には、ピーク検出処理部４２が、心電（図）波形に含まれるＲ波とＴ波を抽出する。

【0017】

ピーク検出処理部４２の詳細について説明すると、生体信号取得部４２１は、計測装置２から得られた生体データである心拍信号をデジタル波形として出力する生体信号取得処理を行う。この生体信号取得部４２１が取得する生体データは、心電計２１に接続された電極（不図示）を、被測定者に装着して取得するものである。生体信号取得部４２１は、心電計２１で得られた生体データ（心拍信号）を、デジタル波形として取り込み、信号強調部４２２に供給する。

【0018】

信号強調部４２２は、心拍信号を微分し二乗することによって、心拍信号に含まれる急峻な突起（急峻な波形の傾斜）を強調する。信号強調部４２２で強調された心拍信号は、波群取得部４２３に供給される。
波群取得部４２３は、図５で後述するように、心電計２１で得られた心拍信号波形に含まれるＱＲＳ波とＴ波が入る幅とほぼ同じ長さの幅の信号を加算（積分）することによって、ＱＲＳ波とＴ波を含んだ波形の群である波群の幅や形を表す積分波形を取得する。この処理が波群取得処理である。

【0019】

ＱＲＳ波とＴ波は、心電計２１で得られた心拍信号に周期的に得られる成分である。ＱＲＳ波は心室の興奮（収縮）時の波形であり、Ｔ波は心室興奮の消退（拡張）時の波形である。なお、波群の具体的な例については、図４〜図１０を参照して後述する。

【0020】

範囲検出部４２４は、図６、図７で後述するように、波群取得部４２３で得られた積分波形に含まれている一つの波群の幅を表す台形部分の範囲を、二次最小二乗近似によって検出する。この処理が範囲検出処理である。
位置特定部４２５は、範囲検出部４２４で検出された各台形範囲内においてＱ波とＴ波それぞれの最大値を求め、この最大値が得られる時間の間の位置を、Ｒ波とＴ波の間の位置とする。

【0021】

ピーク検出部４２６は、図８で後述するように、位置特定部４２５で得られたＲ波とＴ波の間の位置を基準とし、指定の範囲内において極大値の中の最大値を求めることで、心拍信号に含まれるＲ波とＴ波を区別して検出する。
設定取得部４３は、波群取得部４２３における波形加算時間や、ピーク検出部４２６において極大値を求める時間範囲の設定を行う。この設定取得部４３での波形加算時間や極大値を求める時間範囲の設定は、入力装置３によって入力された情報に基づいて行われる。

【0022】

図２および図３は、ピーク検出処理部４２が行う心拍信号処理の例を示すフローチャートである。ここでは、図４〜図９を参照して、信号検出部４２２からピーク検出部４２６までの各処理工程における心拍信号の処理例を説明する。
なお、以下の説明では、処理例として心電計２１で得られた心電図波形を用いているため「心拍信号」を「心電図波形」と表現する。また、心電図波形の成分として「ＱＲＳ波」「Ｒ波」といった表現を用いるが、「ＱＲＳ波」という場合は、波の「幅」を含めた表現であり、「Ｒ波」という場合は、ＱＲＳ波の頂点を示す表現である。

【0023】

まず、図２のフローチャートに示すように、ピーク検出処理部４２は、心電計２１を介して生体信号としての心電図波形を取得する（ステップＳ１）。図４（ａ）は実際に被験者から取得した心電図波形である。ここで横軸は時間、縦軸は電圧である。正常心電図の場合、図４（ａ）に示されている通り、心臓の心室興奮を表す急峻で振幅の高いＱＲＳ波の後に、心室興奮の消退を表す比較的緩やかなＴ波が現れる。

【0024】

次に、ピーク検出処理部４２は、ステップＳ１で取得した心電図波形を微分する（処理１）と共に、二乗する（処理２）ことによって、ＱＲＳ波のような急峻な突起（急峻な傾斜）を強調する（ステップＳ２）。
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す心電図波形を微分した波形である。また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す微分した波形にさらに二乗した波形である。図４（ｂ）に示すように心電図波形を微分することで、図４（ａ）に示す心電図波形の変動（トレンド）が除去され、Ｒ波とＴ波の特徴の差を大きくする処理が行われる。また、図４（ｃ）に示すように心電図波形を二乗することで、正の信号になり、Ｒ波が更に強調される。

【0025】

次に、ピーク検出処理部４２は、ステップＳ２で処理された心電図波形より、Ｒ波とＴ波の間の位置を特定する処理（処理３，処理４，処理５）を行う（ステップＳ３）。
最初に、ステップＳ３の処理について、図３のフローチャートを参照して詳しく説明する。

【0026】

まず、ピーク検出処理部４２の波群取得部４２３は、ステップＳ２において、信号強調部４２２で処理された強調後の心電図波形を取得する（ステップＳ３１）。そして、波群取得部４２３は、ＱＲＳ波とＴ波がちょうど入る幅と同じ長さの波形を時間加算（積分）していくことで積分波形を取得する（処理３：ステップＳ３２）。ここで、ＱＲＳ波の始まりからＴ波の終わりまでの時間を表すＱＴ時間は、正常心電図の場合０．３６秒から０．４４秒程度である。

【0027】

ここでは、図５（ａ）に示す波形の加算時間を０．４秒として、ＱＴ時間内にＲ波の成分とＴ波の成分の双方が含まれるようにする。ここで、加算時間を０．４秒とするのは一例であり、この値に限定されるものではない。但し、波形の加算時間は、Ｒ波の成分とＴ波の成分の双方が含まれ、かつ直前の周期のＴ波や直後の周期のＲ波が含まれないようにする必要があるため、０．４秒から大きく変動するものではない。

【0028】

図５は、ステップＳ３２での処理で、積分波形が得られる状態を示す。
図５（ａ）に示す二乗した波形（これは図４（ｃ）に示す波形と同じ）を、ＱＲＳ波とＴ波がちょうど入る幅と同じ長さの幅を有する波形を時間加算（積分）することで、図５（ｂ）に示す心電図波形の積分後の波形が得られる。
この図５（ｂ）に示す積分後の波形は、ＱＲＳ波とＴ波を含めた波群の形や幅を表す台形形状が周期的に繰り返すようになる。台形形状の立ち上がりは、ＱＲＳ波が波形の加算範囲に入る瞬間を示しており、また台形の上底にある小さな突起は、Ｒ波とＴ波の間の位置を示している。台形形状の立ち下がりは、ＱＲＳ波が波形の加算範囲外になることを表している。

【0029】

次に、ピーク検出処理部４２の範囲検出部４２４は、ステップＳ３２で得られた積分波形に含まれている各台形部分の時間範囲を検出することで、ＱＲＳ波とＴ波を含めた各波群の幅を検出する（処理４：ステップＳ３３）。

【0030】

図６および図７は、ステップＳ３３における処理４の内容を示している。
図６に示すように、台形部分と同じ幅である０．５秒のデータを抽出する。ここでは、抽出したデータを二次の多項式に近似し、近似された波形が極大値を持つとき、抽出したデータ内に１つの台形部分があるとみなす。

【0031】

ここでは、図７に記載した計算式、すなわち
［台形部分の幅＝２・（Ｒ波の幅）＋（加算データ時間）−（Ｒ波の幅）］
の計算式により求められた時間（この例では０．５秒前後）の積分波形を抽出し、それを二次の多項式に近似する。近似された波形が極大値を持つとき、抽出したデータ内に一つの台形、つまり波群があるとみなす。

【0032】

続いて、ピーク検出処理部４２の位置特定部４２５およびピーク検出部４２６は、ステップＳ３３で検出した波群の各範囲において、それぞれ最大値を検出する（処理５：ステップＳ３４）。
図８（ａ）は、ステップＳ３４における処理５の例を表している。ここで算出された積分して得た台形部分が最大値になる時間（タイミング）を、Ｒ波とＴ波の間の位置とみなす。なお、台形部分のＲ波とＴ波の間の位置を検出する例は、この処理に限定されない。その他の処理により求めることも可能である。すなわち、単純に台形部分を前半と後半に２分割して、その分割位置を、Ｒ波とＴ波の間の位置としてもよい。

【0033】

積分して得た台形部分が最大値になる箇所は、台形部分の内でＴ波の積分を開始した箇所に相当し、図８（ｂ）に示す心電図波形では、Ｒ波とＴ波の間の位置を検出したことになる。このようにして行われる心電図波形のＲ波とＴ波の間の位置を検出する処理が、ピーク検出処理部４２の位置特定部４２５で行われる。

【0034】

再び図２のフローチャートに戻り、説明する。ピーク検出処理部４２のピーク検出部４２６は、ステップＳ３４（図３）で特定したＲ波とＴ波の間の位置を基準とし、特定した位置より前０．３秒、後ろ０．３秒の範囲において、それぞれ心電図波形から極大値である最大値を求める（ステップＳ４）。
図８（ｂ）は、このときの処理内容を表している。図８（ｂ）に示すように、心電図波形の基準位置より前の０．３秒間の極大値がＲ波として検出され、基準位置より後の０．３秒間の極大値がＴ波として検出される。

【0035】

すなわち、ピーク検出部４２６は、ステップＳ４において、特定した位置（基準位置）より前の範囲か否かが判断され、特定した位置より前のとき（ステップＳ４のＹＥＳ）、特定した位置より前の０．３秒の範囲から極大値をＲ波として検出する（ステップＳ５）。
一方、特定した位置より前の範囲でない場合（即ち特定した位置の後である場合）は（ステップＳ４のＮＯ）、特定した位置より後の０．３秒の範囲から極大値をＴ波として検出する（ステップＳ６）。
このステップＳ５およびステップＳ６において、Ｒ波およびＴ波を検出する処理、すなわち図８（ｂ）に示す処理６が行われる。

【0036】

図９は、ピーク検出処理部４２によって心電図波形からＲ波とＴ波を検出する例を示す。図９（ａ）および（ｂ）は、心電図波形からＲ波を検出する例を示す。それぞれの波形図において、○で示す箇所が、Ｒ波を検出した箇所である。
図９（ａ）の心電図波形は、Ｒ波の後のＴ波の振幅が、Ｒ波よりも高い状態を示す。このような異常を示す心電図波形の場合でも、本発明の第１の実施形態例によれば、正確にＲ波を検出することができる。
また、図９（ｂ）の心電図波形は、心電図波形にノイズが大きく含まれ、変動が大きい状態を示している。このようなノイズが大きい心電図波形の場合にも、本発明の第１の実施形態例によれば、正確にＲ波を検出することができる。

【0037】

図９（ｃ）は、心電図波形からＴ波を検出した例を示す。図９（ｃ）においても、○で示す箇所が、Ｔ波を検出した箇所である。
この図９（ｃ）の心電図波形は、Ｒ波の後のＴ波の振幅が、Ｒ波よりも高い場合を示しているが、このような異常な心電図波形の場合でも、本発明の第１の実施形態例によれば、正確にＴ波を検出することができる。

【0038】

なお、心拍信号に含まれるノイズの程度によっては、バンドパスフィルタによる前処理を行うようにしてもよい。
図１０は、ピーク検出処理部４２において、ステップＳ１（図２）で取得した心電図波形にバンドパスフィルタを通過させて、前処理を行った例を示す。ここでは、心電図波形を通過させるバンドパスフィルタとして、０．１Ｈｚから１５Ｈｚの周波数帯域を通過させる特性とし、前処理により、図１０の左側に示す心電図波形を図１０の右側に示す心電図波形とすることができる。なお、前処理として用いるバンドパスフィルタの通過帯域（０．１Ｈｚから１５Ｈｚ）は、元の波形の形を保てる範囲の帯域として選んだものである。

【0039】

［第２の実施の形態例］
次に、本発明の第２の実施の形態例を、図１１〜図１５を参照して説明する。
図１１は、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１の全体構成を示すブロック図である。
本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１は、計測装置２が脈波センサ２２を備える点が、第１の実施の形態例と異なる。すなわち、第１の実施の形態例では、計測装置２が心電計２１を備えて、ピーク検出処理部４２が、心電図波形からＲ波とＴ波を検出するようにした。これに対して、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１は、ピーク検出処理部４２が、脈波センサ２２が検出した速度脈波波形（心拍信号）から、特定の成分（第１波および第２波）を検出するようにした。脈波センサ２２は、例えば被計測者の指に装着して、動脈血酸素飽和度と脈拍数を測定するものであり、脈波センサ２２に組み込まれた受光部が、拍動する動脈の血流を脈波として検知し、光の吸収値から動脈血酸素飽和度を検知する。

【0040】

心拍信号成分検出装置１の構成ついては、第１の実施の形態例で説明した心拍信号成分検出装置１とほぼ同じであるが、信号の強調や波群の取得などの信号処理の詳細は一部異なっている。なお、図１１に示す本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１は、信号変換部４２２′を備える点が、信号強調部４２２を備える図１例（第１の実施の形態例）の心拍信号成分検出装置１とは相違する。

【0041】

図１２は、ピーク検出処理部４２が行う心拍信号処理例を示すフローチャートである。
まず、ピーク検出処理部４２は、脈波センサ２２を介して脈波（生体信号）を取得する（ステップＳ１１）。次に、ピーク検出処理部４２の信号変換部４２２′は、ステップＳ１１で取得した脈波の変換処理を行う（ステップＳ１２）。変換処理の具体例については後述する。

【0042】

次に、ピーク検出処理部４２は、ステップＳ１２で処理された脈波の波形より、波群の要素間の位置を特定する処理を行う（ステップＳ１３）。その後、ピーク検出処理部４２は、特定した位置より前の範囲か否かを判断し（ステップＳ１４）、特定した位置より前の範囲の場合に（ステップＳ１４のＹＥＳ）、その特定した位置より前の範囲の脈波の波形から脈波の第１波を検出する（ステップＳ１５）。また、特定した位置より前の範囲でない場合（後の範囲である場合）に（ステップＳ１４のＮＯ）、その特定した位置より後の範囲の脈波の波形から、脈波の第２波を検出する（ステップＳ１６）。

【0043】

次に、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１が、速度脈波波形から、第１波および第２波を検出する処理の詳細を、図１３〜図１５を参照して説明する。なお、心拍信号成分検出装置１での基本的な処理は、第１の実施の形態例の心拍信号成分検出装置１で心電図波形からＲ波およびＴ波を検出する処理とほぼ同じであり、以下の説明では、第１の実施の形態例との相違点を中心に示す。

【0044】

図１３は、ピーク検出処理部４２の信号変換部４２２′が、脈波の波形を変換する処理の例を示す。
信号変換部４２２′は、図１３（ａ）に示すように、脈波の波形を正領域に平行移動する。すなわち、脈波センサ２２が出力する速度脈波は、負（マイナス）となる領域があり、信号変換部４２２′は、速度脈波の平行移動により、全区間が正領域となるようにする。

【0045】

この平行移動した速度脈波は、波群取得部４２３で積分処理し、図１３（ｂ）に示す積分波形を得る。この図１３（ｂ）に示す積分波形は、第１の実施の形態例と同様に、心拍に連動した台形形状が繰り返されるようになる。この台形形状の積分波形を使って、元波形から第１波と第２波を検出する処理が行われる。

【0046】

図１４は、位置特定部４２５での位置特定と、ピーク検出部４２６でのピーク検出が行われる状態を示す波形図である。
まず、図１４（ａ）に示す平行移動後の速度脈波が得られたとき、その速度脈波の積分で、図１４（ｂ）に示す台形形状が繰り返される波形が得られる。台形形状を得るための積分処理は、例えば０．４秒の幅で行われる。ここで、位置特定部４２５は、個々の台形形状ごとに、その台形形状の加算窓の中央の位置を判断する。すなわち、位置特定部４２５は、図１４（ｂ）に示す台形形状を得た加算窓の中央位置（窓の中央のライン）を判断する。

【0047】

そして、図１４（ｃ）に示すように、ピーク検出部４２６が、特定した中央位置より前の０．３秒の範囲で極大値の最大値を算出して、最大値を第１波とする。また、ピーク検出部４２６が、特定した中央位置より後の０．３秒の範囲で極大値の最大値を算出して、最大値を第２波とする。

【0048】

図１５は、このような検出処理で、脈波センサ２２が検出した速度脈波から、第１波を検出した例（図１５（ａ））と、第２波を検出した例（図１５（ｂ））を示す。図１５（ａ）および（ｂ）において、第１波または第２波を検出した箇所を、○で示す。
この図１５から分かるように、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１によると、速度脈波に含まれる第１波と第２波を、それぞれのレベルの変動が大きい場合でも、正確に検出することができる。

【0049】

［第３の実施の形態例］
次に、本発明の第３の実施の形態例を、図１６〜図１７を参照して説明する。
図１６は、本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１の全体構成を示すブロック図である。
本実施の形態例の心拍信号成分検出装置１は、計測装置２がドップラーレーダー２３を備える点が、第１および第２の実施の形態例と異なる。また、心拍信号成分検出装置１のピーク検出処理部４２は、第２の実施の形態例の心拍信号成分検出装置１と同様に、信号変換部４２２′を備える。
ドップラーレーダー２３は、被計測者と非接触で電波を照射して、その反射波の生体信号を取得して、心拍信号を得るものである。

【0050】

図１６に示す心拍信号成分検出装置１のその他の構成は、図１１に示す心拍信号成分検出装置１と同じであり、重複説明は省略する。
そして、図１６に示す心拍信号成分検出装置１で行われる検出処理についても、第２の実施の形態例で説明した図１２のフローチャートの処理で行われる。すなわち、信号の変換処理（または強調処理）と、波群（台形形状）の取得処理と、その波群の特定位置（中央位置）の検出処理と、特定位置で分割した上での最大値の検出処理とが行われる。第２の実施形態例では、脈波センサ２２で第１波および第２波の検出を行ったが、これと同様に、第３の実施形態例では、ドップラーレーダー２３で得た心拍信号から呼気のピーク成分と吸気のピーク成分を検出する。このドップラーレーダー２３で得た心拍信号から呼気のピーク成分と吸気のピーク成分を検出する処理は、第２の実施の形態例で説明した脈波センサ２２で第１波および第２波を検出する処理と同じである。

【0051】

図１７は、ドップラーレーダー２３が検出した心拍信号から、呼気または吸気を検出した例を示す。
図１７（ａ）は、レベル変動が比較的少ない心拍信号から、呼気または吸気のピークを検出した例を示す。
図１７（ｂ）は、レベル変動が大きい心拍信号から、呼気または吸気のピークを検出した例を示す。
いずれの場合でも、本実施の形態例によると、呼気や吸気の成分を正確に検出することができる。

【0052】

［変形例］
なお、第１〜第３の実施の形態例で説明した構成や処理は、好適な一例を示すものであり、それぞれの実施の形態例で説明したものに限定されるものではない。
例えば、各実施の形態例で説明した心拍信号成分検出装置１に実装されるプログラムを記録媒体に記録して、そのプログラムを汎用のコンピュータに実装することで、汎用のコンピュータで同様の処理を行って、生体信号から検出処理を行うようにしてもよい。
あるいは、各実施の形態例で説明した心拍信号成分検出装置１は、コンピュータを使用しない専用のハードウェアで構成してもよい。

【符号の説明】

【0053】

１・・・心拍信号成分検出装置、２・・・計測装置、３・・・入力装置、４・・・信号処理装置、５・・・表示装置、２１・・・心電計、２２・・・脈波センサ、２３・・・ドップラーレーダー、３１・・・キーボード、３２・・・マウス、４１・・・オペレーティングシステム、４２・・・ピーク検出処理部、４３・・・設定取得部、４２１・・・生体信号取得部、４２２・・・信号強調部、４２２′・・・信号変換部、４２３・・・波群取得部、４２４・・・範囲検出部、４２５・・・位置特定部、４２６・・・ピーク検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】