特開 2022-138625 モニタ装置、生体信号処理装置、およびコンピュータプログラム

(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】P2022138625

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】モニタ装置、生体信号処理装置、およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0245 20060101AFI20220915BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20220915BHJP

   A61B 5/352 20210101ALI20220915BHJP

   A61B 5/33 20210101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0245 100B

A61B5/02 310A

A61B5/352

A61B5/33 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021038608

(22)【出願日】2021-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000230962

【氏名又は名称】日本光電工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竒藤 圭人

(72)【発明者】

【氏名】原田 喜晴

(72)【発明者】

【氏名】宮田 賢治

【テーマコード（参考）】

4C017

4C127

【Ｆターム（参考）】

4C017AA02

4C017AA09

4C017AA10

4C017BC16

4C017BC20

4C017BD01

4C017EE15

4C017FF05

4C127AA02

4C127GG05

(57)【要約】

【課題】被検者の体動などに起因する脈拍基本周波数の推定精度の低下を抑制する。
【解決手段】受付部１１１は、第一波長を含む第一の光を被検者２０の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号ＰＳ１、および被検者２０の心拍に対応する心拍信号ＨＳを受け付ける。処理部１１２は、心拍信号ＨＳに基づいて被検者２０の心拍数に対応する心拍基本周波数ｆｈを算出し、心拍基本周波数ｆｈを第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分と比較することにより、被検者２０の脈拍基本周波数ｆｐを推定する。情報提供部１２は、脈拍基本周波数ｆｐに基づいて取得された情報を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号、および当該被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付ける受付部と、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出し、当該心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定する処理部と、
前記脈拍基本周波数に基づいて取得された情報を提供する情報提供部と、
を備えている、
モニタ装置。

【請求項2】

前記心拍信号は、前記被検者から取得された心電図信号に基づいている、
請求項１に記載のモニタ装置。

【請求項3】

前記処理部は、所定の時間内に有効なＲＲ間隔が所定数以上含まれている前記心電図信号に基づいて前記心拍基本周波数の算出を行なう、
請求項２に記載のモニタ装置。

【請求項4】

前記処理部は、前記ＲＲ間隔が不整脈と関連付けられているか、前記ＲＲ間隔が所定値範囲に含まれているか、および前記ＲＲ間隔のゆらぎが所定値未満であるかに基づいて前記ＲＲ間隔が有効であることを判断する、
請求項３に記載のモニタ装置。

【請求項5】

特定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタを備えており、
前記処理部は、推定された前記脈拍基本周波数を含むように前記周波数帯域を設定するとともに、前記フィルタを通過させた前記第一光電脈波信号に基づいて前記被検者の脈拍数を算出し、
前記情報提供部は、前記情報として、算出された前記脈拍数を提供する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のモニタ装置。

【請求項6】

特定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタを備えており、
前記受付部は、前記被検者の血中吸光物質による吸光度が前記第一波長と異なる第二波長を含む第二の光を前記身体に照射することにより取得された第二光電脈波信号を受け付け、
前記処理部は、推定された前記脈拍基本周波数を含むように前記周波数帯域を設定するとともに、前記フィルタを通過させた前記第一光電脈波信号と前記第二光電脈波信号に基づいて前記血中吸光物質の濃度を算出し、
前記情報提供部は、前記情報として、算出された前記血中吸光物質の濃度を提供する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のモニタ装置。

【請求項7】

前記処理部は、推定された前記脈拍基本周波数に基づいて前記第一光電脈波信号における前記被検者の脈拍に対応している部分を特定し、
前記情報提供部は、前記情報として、前記脈拍に対応している部分を表すアノテーションが付与された前記第一光電脈波信号を視認可能な態様で提供する、
請求項１から６のいずれか一項に記載のモニタ装置。

【請求項8】

前記処理部は、前記心拍数に対応する周波数と前記第一光電脈波信号の周波数成分を比較することにより前記第一光電脈波信号を取得するためのプローブが前記被検者に正規に装着されているかの判断を行い、
前記情報提供部は、前記情報として、前記判断の結果を提供する、
請求項１から７のいずれか一項に記載のモニタ装置。

【請求項9】

前記第一の光は、赤外光である、
請求項１から８のいずれか一項に記載のモニタ装置。

【請求項10】

第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号、および当該被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付ける受付部と、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出し、当該心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定する処理部と、
を備えている、
生体信号処理装置。

【請求項11】

生体信号処理装置の処理部により実行可能なコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記生体信号処理装置に、
第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号を受け付けさせ、
前記被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付けさせ、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出させ、
前記心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定させる、
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検者の脈拍基本周波数に基づいて取得された情報を提供するモニタ装置に関連する。本発明は、当該基本周波数を推定するために光電脈波信号と心拍信号を処理する生体信号処理装置、および当該生体信号処理装置の処理部により実行可能なコンピュータプログラムにも関連する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、被検者から取得された光電脈波信号に基づいて当該被検者の脈拍数を算出する装置が開示している。脈拍数の算出にあたっては、過去に算出された脈拍数を基準にして光電脈波信号の周波数成分を分析し、脈拍基本周波数を推定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２２５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、被検者の体動などに起因する脈拍基本周波数の推定精度の低下を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的を達成するための一態様は、モニタ装置であって、
第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号、および当該被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付ける受付部と、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出し、当該心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定する処理部と、
前記脈拍基本周波数に基づいて取得された情報を提供する情報提供部と、
を備えている。

【0006】

上記の目的を達成するための一態様は、生体信号処理装置であって、
第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号、および当該被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付ける受付部と、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出し、当該心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定する処理部と、
を備えている。

【0007】

上記の目的を達成するための一態様は、生体信号処理装置の処理部により実行可能なコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記生体信号処理装置に、
第一波長を含む第一の光を被検者の身体に照射することにより取得された第一光電脈波信号を受け付けさせ、
前記被検者の心拍に対応する心拍信号を受け付けさせ、
前記心拍信号に基づいて前記被検者の心拍数に対応する心拍基本周波数を算出させ、
前記心拍基本周波数を前記第一光電脈波信号の周波数成分と比較することにより、前記被検者の脈拍基本周波数を推定させる。

【0008】

第一光電脈波信号に含まれるノイズ成分が比較的小さい場合、第一光電脈波信号の周波数成分は脈動成分に対応する顕著な単一のピーク周波数を有するので、当該周波数を被検者の脈拍基本周波数とみなすことができる。しかしながら、被検者の体動などにより第一光電脈波信号に比較的大きなノイズ成分が重畳すると、第一光電脈波信号の周波数成分は複数のピーク周波数を含みうる。この場合、何らかの手法を通じて脈拍基本周波数を推定する必要が生じる。

【0009】

上記の各態様に係る構成においては、被検者の心拍と脈拍は相関している蓋然性が高いという着想に基づき、心拍信号に基づいて算出される心拍基本周波数と第一光電脈波信号周波数成分との比較に基づいて脈拍基本周波数が推定される。これにより、被検者の体動などに起因する脈拍基本周波数の推定精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るモニタ装置の機能構成を例示している。

【図2】図１の処理部により実行される処理の流れを例示している。

【図3】図１の処理部により実行される処理を説明するための図である。

【図4】図１の処理部により実行される処理を説明するための図である。

【図5】図１の処理部により実行される処理を説明するための図である。

【図6】図１の処理部により実行される処理を説明するための図である。

【図7】図１のモニタ装置と生体信号処理装置の別構成例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0011】

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。各図面においては、説明対象の各要素を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

【0012】

図１は、一実施形態に係るモニタ装置１０の機能構成を例示している。モニタ装置１０は、被検者２０の脈拍基本周波数に基づいて取得された情報をユーザに提供する装置である。モニタ装置１０は、生体信号処理装置１１と情報提供部１２を備えている。

【0013】

生体信号処理装置１１は、被検者２０から取得された脈波と心拍に係る情報に基づいて脈拍基本周波数を推定するように構成されている。生体信号処理装置１１は、受付部１１１と処理部１１２を備えている。

【0014】

受付部１１１は、第一光電脈波信号ＰＳ１と心拍信号ＨＳを受け付けるインターフェースとして構成されている。第一光電脈波信号ＰＳ１と心拍信号ＨＳの各々は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。第一光電脈波信号ＰＳ１と心拍信号ＨＳの各々がアナログ信号である場合、受付部１１１は、Ａ／Ｄコンバータを含む適宜の変換回路を備える。

【0015】

第一光電脈波信号ＰＳ１は、被検者２０に装着されたプローブ３０を通じて取得される。プローブ３０は、発光素子と受光素子を備えている。発光素子は、被検者２０の身体に赤外光を照射する。赤外光は、第一の光の一例である。身体を透過した赤外光または身体により反射された赤外光は、受光素子に入射する。受光素子は、当該赤外光に感度を有しており、入射光の強度に対応する振幅を有する第一光電脈波信号ＰＳ１を出力する。

【0016】

赤外光は当該身体に含まれる血管を流れる血液による吸収を受けるので、受光素子に入射する赤外光の強度は、発光素子から出射された赤外光の強度よりも低下する。心臓の拍動に伴って血管が脈動すると、吸収に係る光路長が変化するので、受光素子における入射光強度も変化する。すなわち、第一光電脈波信号ＰＳ１の振幅は、血管の脈動に対応して増減する。発光素子からの出射光強度と受光素子への入射光強度の比も同様に変化するので、当該比を第一光電脈波信号ＰＳ１の振幅に対応させてもよい。

【0017】

心拍信号ＨＳは、被検者２０の心拍に対応する振幅の経時変化を呈する信号である。本例においては、心拍信号ＨＳは、被検者２０の身体に接続された心電計４０から出力される心電図信号に対応している。

【0018】

図２から図４を参照しつつ、処理部１１２により行なわれる処理について説明する。

【0019】

処理部１１２は、所定の期間にわたって第一光電脈波信号ＰＳ１を取得する（ＳＴＥＰ１）。前述の通り、第一光電脈波信号ＰＳ１は、受付部１１１を通じて取得される。図３においては、取得された第一光電脈波信号ＰＳ１が実線で例示されている。

【0020】

続いて、処理部１１２は、取得された第一光電脈波信号ＰＳ１に対して周波数分析を実行する（ＳＴＥＰ２）。図４においては、図３の第一光電脈波信号ＰＳ１に対して周波数分析が実行された結果として得られた周波数スペクトルが例示されている。

【0021】

取得される第一光電脈波信号ＰＳ１には、図３において破線で示される呼吸性ノイズ成分が重畳している。呼吸性ノイズは、被検者２０の呼吸に伴う体動や血管内の血液量の変化などに起因して発生し、純粋な血管の脈動成分に重畳する。呼吸性ノイズ成分の基本周波数と脈動成分の基本周波数は異なるので、図４に例示される周波数スペクトルにおいては、呼吸性ノイズ成分を反映しているピーク周波数ｆ１と脈動成分を反映しているピーク周波数ｆ２とが現れている。

【0022】

他方、図２に例示されるように、処理部１１２は、第一光電脈波信号ＰＳ１と同じタイミングで心拍信号ＨＳを取得する（ＳＴＥＰ３）。前述の通り、心拍信号ＨＳは、受付部１１１を通じて取得される。

【0023】

続いて、処理部１１２は、取得された心拍信号ＨＳに基づいて被検者２０の心拍数に対応する心拍基本周波数ｆｈを算出する（ＳＴＥＰ４）。心電図波形から心拍基本周波数ｆｈを算出する演算は、周知の手法が用いられうる。

【0024】

図２において、ＳＴＥＰ１の処理とこれに後続して行なわれるＳＴＥＰ２の処理の第一組と、ＳＴＥＰ３の処理とこれに後続して行なわれるＳＴＥＰ４の処理の第二組とは、少なくとも一部が並行して行なわれてもよい。また、第二組の処理が先行して開始され、第一組の処理が後続して開始されてもよい。

【0025】

続いて、処理部１１２は、被検者２０の脈拍基本周波数を推定する（ＳＴＥＰ５）。具体的には、ＳＴＥＰ４で算出された心拍基本周波数ｆｈをＳＴＥＰ２で取得された第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分（周波数スペクトル）と比較し、心拍基本周波数ｆｈに最も近いピーク周波数を、脈拍基本周波数と推定する。

【0026】

図４においては、ＳＴＥＰ４で算出された心拍基本周波数ｆｈがＳＴＥＰ２で取得された第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数スペクトルに重畳表示されている。本例においては、ピーク周波数ｆ２が心拍基本周波数ｆｈに最も近い。したがって、ピーク周波数ｆ２が、被検者２０の脈拍基本周波数ｆｐであると推定される。

【0027】

第一光電脈波信号ＰＳ１に含まれるノイズ成分が比較的小さい場合、第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分は脈動成分に対応する顕著な単一のピーク周波数を有するので、当該周波数を被検者２０の脈拍基本周波数とみなすことができる。しかしながら、被検者２０の体動などにより第一光電脈波信号ＰＳ１に比較的大きなノイズ成分が重畳すると、第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分は複数のピーク周波数を含みうる。この場合、何らかの手法を通じて脈拍基本周波数を推定する必要が生じる。

【0028】

本実施形態においては、被検者２０の心拍と脈拍は相関している蓋然性が高いという着想に基づき、心拍信号ＨＳに基づいて算出される心拍基本周波数ｆｈと第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分との比較に基づいて脈拍基本周波数が推定される。これにより、被検者２０の体動などに起因する脈拍基本周波数の推定精度の低下を抑制できる。

【0029】

例えば、図４に例示された周波数スペクトルについてスペクトル強度が最も高いピーク周波数を脈拍基本周波数と推定するような処理が適用された場合、呼吸性ノイズ成分に対応するピーク周波数ｆ１に基づいて脈拍基本周波数と推定されてしまう。他方、本実施形態に係る手法によれば、脈動成分に対応するピーク周波数ｆ２に基づいて脈拍基本周波数が推定されうる。

【0030】

なお、脈拍基本周波数の推定に際しては、「心拍基本周波数ｆｈに最も近いピーク周波数」という条件に加えて、「心拍基本周波数ｆｈとの差異が所定値未満であるピーク周波数」という条件が付与されることが好ましい。この条件によれば、脈動成分に対応する顕著なピーク周波数が得られていない状況下で偶然に心拍基本周波数ｆｈの近くに得られたノイズ成分に対応するピーク周波数に基づいて推定がなされる可能性を低減できる。

【0031】

本実施形態においては、処理部１１２は、脈拍基本周波数の推定のために心電図信号における「ＲＲ間隔」という指標を用いる。「ＲＲ間隔」とは、心電図信号に現れる特定のＲ波から次のＲ波までの間隔を表している。

【0032】

具体的には、処理部１１２は、心電図信号において所定の時間Ｔ内に有効なＲＲ間隔が所定数Ｎ以上含まれている場合に、心拍基本周波数ｆｈの算出を行なうように構成されうる。所定の時間Ｔは、例えば８秒間である。所定数Ｎは、例えば５である。

【0033】

図５は、被検者から取得された心電図信号を例示している。時間軸に沿って並んでいる複数の縦棒は、ＱＲＳ波を模式的に表している。同図においては、有効と判断されたＲＲ間隔に番号（＃）が付与されている。本例に係る心電図信号においては所定の時間Ｔ内に６個の有効なＲＲ間隔が含まれているので、処理部１１２は、当該心電図信号に対応する心拍信号ＨＳに基づいて心拍基本周波数ｆｈの算出が行なわれる。

【0034】

具体的には、有効と判断されたＮ個以上のＲＲ間隔の平均値に対応する心拍数が算出され、その逆数に基づいて心拍基本周波数ｆｈが算出される。なお、取得された複数のＲＲ間隔のうち、最大値と最小値を除いた（Ｎ－２）個以上のＲＲ間隔の平均値が取得されることが好ましい。この場合、ノイズの影響をさらに抑制できる。

【0035】

特定のＲＲ間隔が有効であるかは、以下に列挙される複数の条件に基づいて判断されうる。具体的には、特定のＲＲ間隔について以下に列挙される複数の条件の全てが満足された場合、当該ＲＲ間隔は有効であると判断される。

条件１：当該ＲＲ間隔が不整脈と関連付けられていない。
条件２：当該ＲＲ間隔が所定値範囲に含まれている。
条件３：当該ＲＲ間隔のゆらぎが所定値未満である。

【0036】

ＲＲ間隔に基づいて不整脈を判断するアルゴリズムは、心電計４０に実装されていることが一般的である。したがって、心拍信号ＨＳは、ＲＲ間隔が検出されるごとに付与される不整脈との関連に係る情報を含みうる。処理部１１２は、当該情報を参照することによって条件１が満足されているかを判断しうる。

【0037】

条件２に係る所定値範囲は、生体の心拍数がとりうる値（３０～３００など）に対応するＲＲ間隔として定められる。

【0038】

条件３に係る「ゆらぎ」は、ある時点で取得されたＲＲ間隔の当該時点の直前に取得されたＲＲ間隔に対する比として算出される。例えば、図５において時点ｔ３において取得されたＲＲ間隔の場合、時点ｔ２において取得されたＲＲ間隔に対する比が算出される。処理部１２２は、当該比の値が所定値未満であるかを判断する。

【0039】

図５に示される例においては、時点ｔ４、時点ｔ５、および時点ｔ６の各々において取得されたＲＲ間隔が上記の条件１～３の全てが満足されておらず、処理部１１２により有効でないと判断されている。

【0040】

このような構成によれば、適切な心拍基本周波数ｆｈの算出に寄与しない情報を排除できるので、ノイズに起因する脈拍基本周波数の推定精度の低下を抑制できる。

【0041】

処理部１１２は、所定の時間Ｔの経過ごとに上記の処理を行なうのではなく、処理に供される区間の重複を許容するように所定の時間Ｔに対応する枠を移動させつつ上記の処理を行なう。例えば、図５に示される例の場合、時点ｔ０～ｔ９を含む所定の時間Ｔについて上記の処理が行なわれた後、時点ｔ１～ｔ１０を含む所定の時間Ｔについて上記の処理が行なわれる。枠の移動量（時間）は、適宜に定められうる（例えば１秒）。

【0042】

図２に例示されるように、処理部１１２は、推定された脈拍基本周波数に基づいて被検者２０に係る所定の情報を取得し（ＳＴＥＰ６）、当該情報をモニタ装置１０のユーザに提供する（ＳＴＥＰ７）。

【0043】

被検者２０に係る情報の一例として、脈拍数が算出されうる。この場合、図１に例示されるように、生体信号処理装置１１は、フィルタ１１３を備えうる。フィルタ１１３は、特定の周波数帯域の信号を通過させるディジタルフィルタである。以降の説明においてはフィルタ帯域と称される当該特定の周波数帯域は、可変とされている。処理部１１２は、上記の処理を通じて推定された脈拍基本周波数ｆｐを含むように、フィルタ１１３のフィルタ帯域を設定する。

【0044】

フィルタ周波数の設定後、処理部１１２は、受付部１１１により受け付けられた第一光電脈波信号ＰＳ１を、フィルタ１１３に通過させる。図４に示される例の場合、第一光電脈波信号ＰＳ１のうちピーク周波数ｆ２付近の帯域はフィルタ１１３を通過し、ピーク周波数ｆ１付近の帯域は除去される。結果として、図１に例示されるように、脈動成分以外の周波数成分が低減された第一光電脈波信号ＰＳ１’が得られる。

【0045】

処理部１１２は、第一光電脈波信号ＰＳ１’に基づいて被検者２０の脈拍数を算出する。算出は、周知の手法を用いて行なわれうる。

【0046】

生体信号処理装置１１は、出力部１１４を備えている。出力部１１４は、上記のように算出された被検者２０の脈拍数を情報提供部１２に提供させる制御信号ＣＳを出力するインターフェースとして構成されている。制御信号ＣＳは、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。制御信号ＣＳがアナログ信号である場合、出力部１１４は、Ｄ／Ａコンバータを含む適宜の変換回路を備える。

【0047】

制御信号ＣＳを受け付けた情報提供部１２は、算出された脈拍数を、視覚的手法と聴覚的手法の少なくとも一方を用いてモニタ装置１０のユーザに提供する。例えば、情報提供部１２は、スクリーンを備えうる。算出された脈拍数は、当該スクリーンに表示されうる。脈拍数に対応する色で発光する発光装置により視覚的情報提供がなされてもよい。例えば、情報提供部１２は、スピーカーを備えうる。算出された脈拍数に対応する音声が、当該スピーカーを通じて出力されうる。

【0048】

上記のような構成によれば、被検者２０の体動などの影響を抑制しつつ推定された脈拍基本周波数ｆｐに基づいてフィルタ１１３のフィルタ帯域が設定され、当該フィルタ１１３により脈動成分以外の周波数成分が低減された第一光電脈波信号ＰＳ１’に基づいて被検者２０の脈拍数が算出されるので、脈拍数の算出精度を高めることができる。

【0049】

被検者２０に係る情報の別例として、第一光電脈波信号ＰＳ１における被検者２０の脈拍に対応している部分が特定されうる。具体的には、第一光電脈波信号ＰＳ１において脈拍基本周波数ｆｐに対応する周期で現れるピーク波形部分が、被検者２０の脈拍に対応する部分として特定される。

【0050】

この場合、出力部１１４は、脈拍に対応している部分を表すアノテーションが付与された第一光電脈波信号ＰＳ１を情報提供部１２のスクリーンに表示させる制御信号ＣＳを出力する。図６においては、第一光電脈波信号ＰＳ１の波形の下方に、複数の縦棒としてアノテーションが表示されている。

【0051】

このような構成によれば、ノイズ成分が重畳した第一光電脈波信号ＰＳ１からユーザが被検者２０の脈拍に対応する部分を特定する作業を支援できる。特に、被検者２０の体動などの影響を抑制しつつ推定された脈拍基本周波数ｆｐに基づいてアノテーションが付与されるので、脈拍に対応する部分の特定精度を高めることができる。

【0052】

被検者２０に係る情報の別例として、プローブ３０が被検者２０に装着されているかが判断されうる。

【0053】

プローブ３０が被検者２０の身体に適切に装着されていない場合においても、周期的に振幅が増減する第一光電脈波信号ＰＳ１が出力される場合がある。処理部１１２は、第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数スペクトルに現れるピーク周波数と、心拍信号ＨＳに基づいて算出された心拍基本周波数ｆｈとを比較する。両者の間に相関が見られない場合、第一光電脈波信号ＰＳ１の振幅の増減は、脈動ではなくプローブ３０が被検者２０の身体に適切に装着されていないことに起因してもたらされている蓋然性が高い。したがって、処理部１１２は、第一光電脈波信号ＰＳ１の周波数成分と心拍基本周波数ｆｈの比較結果に基づいて、プローブ３０が被検者２０に正規に装着されているかを判断できる。

【0054】

出力部１１４は、処理部１１２による判断結果を情報提供部１２に提供させる制御信号ＣＳを出力する。例えば、当該制御信号ＣＳを受け付けた情報提供部１２は、プローブ３０が正規に装着されていないという判断結果に基づくアラームを、視覚的手法と聴覚的手法の少なくとも一方を用いてモニタ装置１０のユーザに提供する。例えば、アラームは、情報提供部１２のスクリーンに表示されうる。アラームに対応する色で発光する発光装置により視覚的情報提供がなされてもよい。これに加えてあるいは代えて、アラームに対応する音声が、情報提供部１２のスピーカーを通じて出力されうる。

【0055】

このような構成によれば、被検者２０の体動などの影響を抑制しつつ推定された脈拍基本周波数ｆｐに基づいてプローブ３０が正規に装着されているかの判断がなされるので、ユーザにプローブ３０の再装着を促すための判断精度を高めることができる。

【0056】

被検者２０に係る情報の別例として、経皮的動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）が算出されうる。ＳｐＯ２は、被検者２０の動脈血における酸素化ヘモグロビンの濃度に対応している。酸素化ヘモグロビンは、血中吸光物質の一例である。この場合、図１に例示されるように、プローブ３０は、第二光電脈波信号ＰＳ２を出力するように構成される。第二光電脈波信号ＰＳ２もまた、受付部１１１により受け付けられる。

【0057】

具体的には、プローブ３０は、赤色光を出射する発光素子と、赤色光に感度を有する受光素子を備える。赤外光と赤色光の双方に感度を有する受光素子が共用されてもよい。赤色光は、第二の光の一例である。赤外光の波長と赤色光の波長は、酸素化ヘモグロビンによる吸光度が相違する二波長として適宜に選択される。赤外光の波長は、第一波長の一例である。赤色光の波長は、第二波長の一例である。受光素子は、入射光の強度に対応する振幅を有する第二光電脈波信号ＰＳ２を出力する。

【0058】

心臓の拍動に伴って血管が脈動すると、赤色光の吸収に係る光路長が変化するので、受光素子における入射光強度も変化する。すなわち、第二光電脈波信号ＰＳ２の振幅は、血管の脈動に対応して増減する。発光素子からの出射光強度と受光素子への入射光強度の比も同様に変化するので、当該比を第二光電脈波信号ＰＳ２の振幅に対応させてもよい。

【0059】

処理部１１２は、推定された脈拍基本周波数ｆｐを含むようにフィルタ１１３のフィルタ帯域を設定した後、受付部１１１により受け付けられた第二光電脈波信号ＰＳ２を、フィルタ１１３に通過させる。結果として、脈動成分以外の周波数成分が低減された第二光電脈波信号ＰＳ２’が得られる。

【0060】

処理部１１２は、第一光電脈波信号ＰＳ１’と第二光電脈波信号ＰＳ２’に基づいて被検者２０のＳｐＯ２を算出する。ＳｐＯ２は、受光素子における赤色光の受光強度と赤外光の受光強度の比に対応する第一光電脈波信号ＰＳ１’の振幅と第二光電脈波信号ＰＳ２’の振幅の比に基づいて、周知の手法により算出される。

【0061】

出力部１１４は、上記のように算出された被検者２０のＳｐＯ２を情報提供部１２に提供させる制御信号ＣＳを出力する。制御信号ＣＳを受け付けた情報提供部１２は、算出されたＳｐＯ２を、視覚的手法と聴覚的手法の少なくとも一方を用いてモニタ装置１０のユーザに提供する。例えば、情報提供部１２は、スクリーンを備えうる。算出されたＳｐＯ２は、当該スクリーンに表示されうる。ＳｐＯ２に対応する色で発光する発光装置により視覚的情報提供がなされてもよい。例えば、情報提供部１２は、スピーカーを備えうる。算出されたＳｐＯ２あるいはＳｐＯ２に対応する音声が、当該スピーカーを通じて出力されうる。

【0062】

ＳｐＯ２の算出に際しては、血管の脈動に伴う赤色光と赤外光の各減光度変化が考慮される場合がある。上記のような構成によれば、被検者２０の体動などの影響を抑制しつつ推定された脈拍基本周波数ｆｐに基づいてフィルタ１１３のフィルタ帯域が設定され、当該フィルタ１１３により脈動成分以外の周波数成分が低減された第一光電脈波信号ＰＳ１’と第二光電脈波信号ＰＳ２’に基づいて被検者２０のＳｐＯ２が算出されるので、ＳｐＯ２の算出精度を高めることができる。

【0063】

これまで説明した各種の機能を有する処理部１１２は、汎用メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されうる。汎用マイクロプロセッサとしては、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵが例示されうる。汎用メモリとしては、ＲＯＭやＲＡＭが例示されうる。この場合、ＲＯＭには、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記憶されうる。ＲＯＭは、コンピュータプログラムが記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体の一例である。汎用マイクロプロセッサは、ＲＯＭ上に記憶されたコンピュータプログラムの少なくとも一部を指定してＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭと協働して上述した処理を実行する。上記のコンピュータプログラムは、汎用メモリにプリインストールされてもよいし、図７に例示される通信ネットワーク５０を介して外部サーバ装置６０からダウンロードされて汎用メモリにインストールされてもよい。この場合、外部サーバ装置６０は、コンピュータプログラムが記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体の一例である。

【0064】

これまで説明した各種の機能を有する処理部１１２は、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの上記のコンピュータプログラムを実行可能な専用集積回路によって実現されてもよい。この場合、当該専用集積回路に含まれる記憶素子に上記のコンピュータプログラムがプリインストールされる。当該記憶素子は、コンピュータプログラムが記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体の一例である。処理部１１２は、汎用マイクロプロセッサと専用集積回路の組合せによっても実現されうる。

【0065】

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

【0066】

上記の実施形態においては、体動に起因するノイズへの耐性が比較的強いことで知られている赤外光を用いて生成される第一光電脈波信号ＰＳ１が生体信号処理装置１１による処理の対象とされている。しかしながら、必要に応じて、赤色光を用いて生成される第一光電脈波信号ＰＳ１が処理の対象とされてもよい。

【0067】

上記の実施形態においては、赤外光と赤色光を用いて被検者２０のＳｐＯ２が算出されている。しかしながら、ＳｐＯ２を算出するために用いられる少なくとも二つの波長は、酸素飽和度によって血液の吸光係数の比が異なる組み合わせであれば、ともに赤外光であってもよいし、ともに赤色光であってもよい。同様に、他の血中吸光物質の濃度を算出するために用いられる少なくとも二つの波長は、当該血中吸光物質の吸光特性に応じて適宜に定められうる。他の血中吸光物質の例としては、一酸化炭素ヘモグロビン、メトヘモグロビンなどの被検者２０の体内で生成される物質だけでなく、造影検査などの目的で血管に注入される色素も含まれうる。

【0068】

上記の実施形態においては、心電計４０を通じて取得される心電図信号に基づいて心拍信号ＨＳが生成されている。この場合、前述の通り不整脈に係る情報を心拍信号ＨＳに含めうる点において有利である。なお、心電計４０により心電図信号に基づいて心拍数が算出され、当該心拍数に対応する心拍信号ＨＳが生成されてもよい。心電図信号に代えて、カテーテルを通じて取得される観血血圧信号に基づいて心拍信号ＨＳが生成されてもよい。観血血圧信号の振幅もまた、心臓の拍動に対応して増減する。

【0069】

上記の実施形態においては、生体信号処理装置１１は、モニタ装置１０に搭載されている。しかしながら、生体信号処理装置１１は、図７に例示される通信ネットワーク５０を介してモニタ装置１０と通信可能な外部サーバ装置６０に搭載されてもよい。モニタ装置１０と外部サーバ装置６０の間の通信は、有線通信によりなされてもよいし、無線通信によりなされてもよい。この場合、モニタ装置１０は、第一光電脈波信号ＰＳ１、第二光電脈波信号ＰＳ２、および心拍信号ＨＳを外部サーバ装置６０へ送信し、制御信号ＣＳを外部サーバ装置６０から受信するための通信インターフェースを備えるように構成される。

【符号の説明】

【0070】

１０：モニタ装置、１１：生体信号処理装置、１１１：受付部、１１２：処理部、１１３：フィルタ、１２：情報提供部、２０：被検者、３０：プローブ、ＨＳ：心拍信号、ＰＳ１：第一光電脈波信号、ＰＳ２：第二光電脈波信号、ｆｈ：心拍基本周波数、ｆｐ：脈拍基本周波数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】