特開 2024-63664 心拍数推定装置及びヘッドセットシステム

(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】P2024063664

(43)【公開日】2024-05-13

(54)【発明の名称】心拍数推定装置及びヘッドセットシステム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/02 20060101AFI20240502BHJP

【ＦＩ】

A61B5/02 310N

A61B5/02 310G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022171796

(22)【出願日】2022-10-26

(71)【出願人】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】日比野 陽

(72)【発明者】

【氏名】川部 智明

(72)【発明者】

【氏名】三保 秀仁

【テーマコード（参考）】

4C017

【Ｆターム（参考）】

4C017AA02

4C017AA09

4C017AB08

4C017AC28

4C017AC31

4C017BC16

4C017FF15

(57)【要約】

【課題】本発明は、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することを目的とする。
【解決手段】心拍数推定装置は、密閉空間の圧力変動を表す波形から波形特徴点を抽出する特徴点抽出部と、前記波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成するパルス波形生成部と、前記パルス波形に対して周波数解析を実施する周波数解析部と、前記周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する心拍数推定部と、を含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

密閉空間の圧力変動を表す波形から波形特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
前記波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成するパルス波形生成部と、
前記パルス波形に対して周波数解析を実施する周波数解析部と、
前記周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する心拍数推定部と、
を備える心拍数推定装置。

【請求項2】

前記特徴点抽出部は、密閉空間の圧力変動を表す波形から、閾値以上の変動幅を持つゼロクロス、ピーク点、又はボトム点を、前記波形特徴点として抽出する請求項１記載の心拍数推定装置。

【請求項3】

前記パルス波形生成部は、所定の振幅のパルスを形成した前記パルス波形を生成する請求項１記載の心拍数推定装置。

【請求項4】

前記周波数解析部は、離散フーリエ変換により、前記周波数解析を実施する請求項１記載の心拍数推定装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１項記載の心拍数推定装置と、
使用者の耳に装着される中空のハウジング、
前記ハウジング内部に設けられた音信号出力用のドライバ、
前記ハウジング内部であって、前記ドライバより後方に設けられたマイクロフォン、及び
前記マイクロフォンから出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する出力部
を含むヘッドセットと、
を含むヘッドセットシステム。

【請求項6】

請求項１～請求項４の何れか１項記載の心拍数推定装置と、
使用者の耳に装着される中空のハウジング、
前記ハウジング内部に設けられた音信号出力用のドライバ、
前記ハウジング内部であって、前記ドライバより後方に設けられた光検出部、及び
前記光検出部から出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する出力部
を含むヘッドセットと、
を含むヘッドセットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、心拍数推定装置及びヘッドセットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

イヤフォンを用いて人体の頭部から生体情報を収集する試みが活発に行われている。生体情報の中でも、頭部の動き、深部体温、及び心拍に対しては、特に精度の高い情報を収集することが要望されている。

【0003】

心拍数を推定する処理においては、体動により発生するノイズによる誤検出を排除することが重要となる。そこで、光学式の心拍数推定方式において、複数の光源やセンサーを用いて同一箇所を複数方向から観測し体動によるノイズを除去する手法を組み合わせた方式が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第８，９９８，８１５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、密閉空間の圧力変動から心拍数を推定する場合においては、同一空間内の圧力変動はほぼ均一であるため、複数の圧力センサーやマイクロフォンを用いてもノイズ削減のための効果は見込めない。

【0006】

そのため、圧力センサーやマイクロフォンでセンシングした圧力変動について、ノイズを含む状態のまま解析し心拍数を推定する必要がある。しかし、密閉空間の圧力変動においては、血流に伴う血管の膨張収縮よりも体動に起因する変動の方が著しく大きなものとなることが多い。

【0007】

そのため、密閉空間の圧力変動に対して一般的な周波数解析（スペクトラム解析）を行っても、体動やアーチファクト等に起因する特性が支配的となり、血管の膨張収縮に起因する周期特徴点は埋もれてしまうことが課題となる。

【0008】

本発明は、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる心拍数推定装置及びヘッドセットシステム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】

本発明に係る心拍数推定装置は、密閉空間の圧力変動を表す波形から波形特徴点を抽出する特徴点抽出部と、前記波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成するパルス波形生成部と、前記パルス波形に対して周波数解析を実施する周波数解析部と、前記周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する心拍数推定部と、を含んで構成されている。

【0010】

本発明によれば、特徴点抽出部によって、密閉空間の圧力変動を表す波形から波形特徴点を抽出する。パルス波形生成部によって、前記波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成する。周波数解析部によって、前記パルス波形に対して周波数解析を実施する。心拍数推定部によって、前記周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。

【0011】

このように、密閉空間の圧力変動を表す波形から波形特徴点を抽出して、波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成し、パルス波形に対して周波数解析を実施した結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。これにより、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。

【0012】

本発明に係る特徴点抽出部は、密閉空間の圧力変動を表す波形から、閾値以上の変動幅を持つゼロクロス、ピーク点、又はボトム点を、前記波形特徴点として抽出することができる。

【0013】

本発明に係るパルス波形生成部は、所定の振幅のパルスを形成した前記パルス波形を生成することができる。

【0014】

本発明に係る周波数解析部は、離散フーリエ変換により、前記周波数解析を実施することができる。

【0015】

本発明に係るヘッドセットシステムは、上記の心拍数推定装置と、使用者の耳に装着される中空のハウジング、前記ハウジング内部に設けられた音信号出力用のドライバ、前記ハウジング内部であって、前記ドライバより後方に設けられたマイクロフォン、及び前記マイクロフォンから出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する出力部を含むヘッドセットと、を含んで構成されている。

【0016】

本発明によれば、ヘッドセットにおいて、出力部によって、前記マイクロフォンから出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する。

【0017】

そして、心拍数推定装置によって、マイクロフォンから出力された信号から、心拍数を推定する。

【0018】

このように、マイクロフォンから出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。

【0019】

本発明に係るヘッドセットシステムは、上記の心拍数推定装置と、使用者の耳に装着される中空のハウジング、前記ハウジング内部に設けられた音信号出力用のドライバ、前記ハウジング内部であって、前記ドライバより後方に設けられた光検出部、及び前記光検出部から出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する出力部を含むヘッドセットと、を含んで構成されている。

【0020】

本発明によれば、ヘッドセットにおいて、出力部によって、前記光検出部から出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として前記心拍数推定装置へ出力する。

【0021】

そして、心拍数推定装置によって、光検出部から出力された信号から、心拍数を推定する。

【0022】

このように、光検出部から出力された信号を、密閉空間の圧力変動を表す波形として、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、本発明の心拍数推定装置及びヘッドセットシステムによれば、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1A】マイクロフォンから出力された信号の波形の例を示す図である。

【図1B】マイクロフォンから出力された信号の波形から抽出される波形特徴点の例を示す図である。

【図1C】波形特徴点と同じタイミングの例を示す図である。

【図1D】パルス波形を生成する方法を説明するための図である。

【図1E】パルス波形の例を示す図である。

【図1F】パルス波形に対する周波数解析の結果の例を示す図である。

【図1G】周波数解析の結果から得られる周期特徴点の例を示す図である。

【図2A】静止時での密閉空間の圧力変動の波形から抽出される波形特徴点の例を示す図である。

【図2B】周波数解析の結果から得られる周期特徴点の例を示す図である。

【図3A】体動時での密閉空間の圧力変動の波形から抽出される波形特徴点の例を示す図である。

【図3B】周波数解析の結果から得られる周期特徴点の例を示す図である。

【図4A】離散フーリエ変換による周波数解析の結果の例を示す図である。

【図4B】高速フーリエ変換による周波数解析の結果の例を示す図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係るヘッドセットの全体構成を示す断面図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る情報処理部の構成を示すブロック図である。

【図7】ゼロクロスポイントを波形特徴点として抽出する方法を説明するための図である。

【図8】信号の波形から検出された仮ピーク及び仮ボトムの例を示す図である。

【図9】誤検出と推定される仮ピーク及び仮ボトムを除去した後の仮ピーク及び仮ボトムの例を示す図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態に係る情報処理部による心拍数推定処理の内容を示すフローチャートである。

【図11】本発明の第２の実施の形態に係るヘッドセットの全体構成を示す断面図である。

【図12】実施例に係るヘッドセットの全体構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

【0026】

［第１の実施の形態］
＜本発明の第１の実施の形態の概要＞
心拍数を推定する処理においては、体動やアーチファクト等により発生するノイズによる心拍の誤検出を排除することが重要となる。

【0027】

本実施の形態では、密閉空間の圧力変動の波形について、そのまま周波数解析を実施するのではなく、その波形の特徴点である波形特徴点を抽出し、その波形特徴点と同じタイミングでパルスを形成したパルス波形を生成し、そのパルス波形に対して周波数解析を実施し、周波数解析の特徴点である周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。

【0028】

具体的には、図１Ａに示すような密閉空間の圧力変動の波形を取得し、図１Ｂに示すように、波形特徴点を抽出する（図１Ｂの×マーク参照）。そして、図１Ｃ、図１Ｄに示すように、波形特徴点と同じタイミングでパルスを形成したパルス波形を生成する。そして、図１Ｅに示すようなパルス波形に対し、周波数解析を実施し、図１Ｆに示す周波数解析結果を得る。そして、図１Ｇの矢印マークが示す周期特徴点から心拍数を推定する。

【0029】

体動などによる、密閉空間の大きな圧力変化による波形特徴点と、血管の膨張収縮による、密閉空間の微細な圧力変化による波形特徴点とを同じ変動レベルに変換して周波数解析する。このため、従来の方式では体動の周波数特性に埋もれてしまうようなケースであっても、血管の膨張収縮により発現した周期特徴点を判別することが容易となり、体動が発生する状態であっても精度よく心拍数の推定を行う事が可能となる。

【0030】

ここで、静止時での密閉空間の圧力変動の波形から抽出される波形特徴点の例を図２Ａに示す。この例では、血管の膨張収縮の波形間隔から脈拍は６４ｐｐｍ（１．０７Ｈｚ）と推定される。このとき、本実施の形態では、図２Ｂに示すような周波数解析の結果が得られ、波形間隔から算出した帯域にピーク（図２Ｂの矢印マーク参照）が明確に現れ、周期特徴点として抽出される。この周期特徴点は、６４ｐｐｍ（１．０７Ｈｚ）に対応するものであることが分かる。

【0031】

また、体動時での密閉空間の圧力変動の波形から抽出される波形特徴点の例を図３Ａに示す。この例では、血管の膨張収縮の波形間隔から脈拍は６８ｐｐｍ（１．１３Ｈｚ）と推定される。このとき、本実施の形態では、図３Ｂに示すような周波数解析の結果が得られ、波形間隔から算出した帯域にピーク（図３Ｂの矢印マーク参照）が明確に現れ、周期特徴点として抽出される。この周期特徴点は、６８ｐｐｍ（１．１３Ｈｚ）に対応するものであることが分かる。

【0032】

また、パルス波形の振幅については任意の値を用いて変化させても良いが、一定の値に固定しても良い。また、周波数解析については高速フーリエ変換を用いても良いが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いることが好ましい。

【0033】

心拍数を推定するという目的においては、強度の強い周波数を抽出できれば良いことから、パルス波Ｘ（ｎ）の周波数特性Ｆｆを求める離散フーリエ変換は、二乗平均の平方根算出などの出力を正規化するための演算を省略して、以下のように簡略化することができる。

【0034】

（１）

【0035】

式（１）においてＮはパルス波Ｘ（ｎ）のサンプル数を示し、ｆ_ｓはＸ（ｎ）のサンプリング周波数を示し、ｆは解析する周波数を示す。

【0036】

なお、Ｘ（ｎ）はパルス波であるため、パルスの存在するパルスポイントｎ以外はゼロであるため演算を行う必要がなく、また、振幅が固定値の場合はｓｉｎ値／ｃｏｓ値はテーブル参照のみで求まるため、周波数ｆごとにＮ回のＡＬＵ／ＭＵＸ演算（テーブル参照、乗算および加算の複合処理）の演算を行うことで強度を得られる。それに加えて、心拍数推定に要する周波数ｆについてのみ限定して演算することが可能となる。このため、高速フーリエ変換を実施した場合（計算量：Ｎｌｏｇ_２Ｎ）と比較して大幅な計算量の削減が実現される。

【0037】

式（１）を上記図１Ｅのパルス波形に適用した場合の実施例を以下に示す。

【0038】

サンプリング周波数ｆ_ｓ＝１００Ｈｚ
サンプル長Ｎ＝２０４８
パルスポイント数４５ｐｏｉｎｔ
解析周波数０．５≦ｆ≦３．０（３０ｐｐｍ～１８０ｐｐｍに相当）

【0039】

上記図１Ｅのパルス波形における周波数特性Ｘｆの算出に要するコストは以下であった。

【0040】

テーブルメモリの容量は、２０４８×１６ｂｉｔである。ＡＬＵ／ＭＵＸ演算の回数は、４５００回（＝４５（パルスポイント数）×５０（解析帯域数）×２（実数部＋虚数部））である。ここで、「４５」はパルスポイント数であり、「５０」は解析帯域数であり、「２」は、実数部と虚数部の２つであることを示す。

【0041】

高速フーリエ変換で求めた場合に要するコストは下記である。

【0042】

テーブルメモリの容量は、２０４８×１６ｂｉｔである。ＡＬＵ／ＭＵＸ演算の回数は、４０９６０回（＝２０４８×ｌｏｇ_２（２０４８）×２）である。

【0043】

このように、高速フーリエ変換で求めた場合に要するコストと比較すると、本実施形態での効果を確認できる。

【0044】

求めた周波数特性を図４Ａ、図４Ｂに示す。図４Ａは、離散フーリエ変換による周波数解析の結果の例を示す図であり、解析周波数ｆが、０．５Ｈｚから３．０Ｈｚである例を示している。図４Ｂは、高速フーリエ変換による周波数解析の結果の例を示す図である。

【0045】

離散フーリエ変換による周波数解析の結果は、Ｙ軸のスケールが、高速フーリエ変換による周波数解析の結果と異なるが、形状は一致していることから、離散フーリエ変換により簡略化しても問題ないことが確認できる。

【0046】

＜本発明の第１の実施の形態のヘッドセットシステムの構成＞
本発明の第１の実施の形態に係るヘッドセットシステムは、図５に示すヘッドセット１００を有する。

【0047】

図５に示すように、ヘッドセット１００は、内部に各種の機能部品を収容する、使用者の耳に装着される中空のハウジング１０を有する。また、ヘッドセット１００は、ハウジング１０の一部分であって、使用者の耳に装着されたときのハウジング１０の外耳道側の部分に設けられた、中空部を有する筒状の外耳道挿入部１２を有する。

【0048】

また、ヘッドセット１００は、ハウジング１０内部に設けられた音信号出力用のドライバ１４を有する。

【0049】

また、ヘッドセット１００は、外耳道挿入部１２の中空部に伝播する信号を収集するように設けられたマイクロフォン１６と、ドライバ１４から音信号を出力させる再生部２０と、マイクロフォン１６の出力を情報処理部５０へ送信する通信部２３と、を備えている。

【0050】

再生部２０及び通信部２３は、ハウジング１０内に配置されたメイン基板（図示省略）上に実装されている。

【0051】

ドライバ１４から音信号が出力されていないときにマイクロフォン１６から出力された信号を、通信部２３により情報処理部５０へ送信する。ここで、ドライバ１４から音信号が出力されていないときにマイクロフォン１６から出力された信号は、ハウジング１０の中空部と使用者の外耳道とで形成される密閉空間の圧力変動を表す波形であり、例えば、上記図１Ａに示す波形である。

【0052】

本発明の第１の実施の形態に係るヘッドセットシステムは、図６に示す情報処理部５０を有する。なお、情報処理部５０は、心拍数推定装置の一例である。

【0053】

情報処理部５０は、携帯端末、あるいはコンピュータ端末等からなり、もしくは情報処理部５０はヘッドセットシステムに内蔵される。ここで、携帯端末には、スマートフォン端末、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）端末が含まれる。コンピュータ端末には、ノート型・ブック型コンピュータ端末、デスクトップ型コンピュータ端末が含まれる。情報処理部５０は、ヘッドセット１００のハウジング１０内に設けられてもよいし、ヘッドセット１００とは別に設けられてもよい。

【0054】

情報処理部５０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する心拍数推定処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したＲＯＭとを備えたコンピュータで構成され、機能的には次に示すように構成されている。

【0055】

図６に示すように、情報処理部５０は、入力部６０、演算部７０、及び出力部８０を備えている。演算部７０は、特徴点抽出部７２、パルス波形生成部７４、周波数解析部７６、及び心拍数推定部７８を備えている。

【0056】

入力部６０は、ヘッドセット１００から受信した、マイクロフォン１６から出力された信号の入力を受け付ける。

【0057】

特徴点抽出部７２は、マイクロフォン１６から出力された信号から、上記図１Ｂに示すように、波形特徴点を抽出する。

【0058】

具体的には、特徴点抽出部７２は、密閉空間の圧力変動を表す波形である、マイクロフォン１６から出力された信号から、閾値以上の変動幅を持つゼロクロスを、波形特徴点として抽出する（図７の×印参照）。

【0059】

図７下図は、図７上図の矩形枠部分の拡大図である。図７下図では、ゼロクロスの前後で閾値以上の変動幅を持つゼロクロスポイントのうち、矢印マークで示すゼロクロスポイントが、心拍によると推定されるゼロクロスポイントであり、それ以外のゼロクロスポイントが、体動によると推定されるゼロクロスポイントである。

【0060】

ここで、ゼロクロスポイント抽出における変動幅の閾値を状況に応じて変動させても良い。なお、閾値以上の変動幅を持つゼロクロスとして抽出されたゼロクロスポイント全ての周期性が周波数特性に現れることから、心拍と体動によるゼロクロスポイントが混在していても心拍の周期に周期特徴点は発現する。ただし、体動による波形特徴点が多ければその分だけ体動による周期特徴点も発現するため、可能な限り体動による波形特徴点は少ない方が良いが、体動による波形特徴点を除外することは必須ではない。

【0061】

また、心拍に連動する点を含めて波形特徴点を抽出できる手法であれば、ゼロクロス以外を、波形特徴点として抽出しても良い。例えば、密閉空間の圧力変動を表す波形から、ピーク点及びボトム点を、波形特徴点として抽出してもよい。この場合、密閉空間の圧力変動を表す波形から、ピーク点及びボトム点を検出し（図８）、検出されたピーク点及びボトム点のうち、誤検出と推定されるピーク点及びボトム点を除去する（図９）。より具体的には、図８に示すように、密閉空間の圧力変動を表す波形から、上極限それぞれの移動平均を超えているポイントを仮のピーク点（白丸部分を参照）として抽出する。また、下極限それぞれの移動平均を下回るポイントを仮のボトム点（黒丸部分を参照）として抽出する。そして、仮のボトム点から仮のピーク点までの時間差と振幅量、有効な仮のピーク点の間隔、及び有効な仮のボトム点の間隔を考慮し、誤検出と推定される仮のピーク点及び仮のボトム点を除去する。

【0062】

また、機械学習を用いて、密閉空間の圧力変動を表す波形からピーク点及びボトム点を抽出し、波形特徴点としてもよい。例えば、参考文献１に記載の手法を用いて、ピーク点及びボトム点を抽出すればよい。

【0063】

［参考文献１］："Robust ECG R-peak Detection Using LSTM", Juho Laitala et al., SAC ‘20: Proceedings of the 35th Annual ACM Symposium on Applied Computing. March 2020Pages 1104-1111, https://doi.org/10.1145/3341105.3373945

【0064】

パルス波形生成部７４は、波形特徴点と同じタイミングに所定の振幅のパルスを形成したパルス波形を生成する。例えば、上記図１Ｄに示すように、波形特徴点と同じタイミングに一定の振幅のパルスを形成したパルス波形を生成する。なお、パルス波形のパルスは、一定の振幅でなくてもよく、任意の値を用いて変化させてもよい。

【0065】

周波数解析部７６は、パルス波形に対して周波数解析を実施する。具体的には、周波数解析部７６は、離散フーリエ変換により、周波数解析を実施し、図１Ｆに示すような周波数特性を得る。なお、離散フーリエ変換ではなく、高速フーリエ変換を用いてもよい。

【0066】

心拍数推定部７８は、周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。

【0067】

具体的には、心拍数推定部７８は、上記図１Ｇに示すように、周波数解析の結果から、周波数成分が閾値より大きい周波数に対応する周期を、周期特徴点として抽出し、抽出した周期特徴点のうち、心拍間隔に対応する周期特徴点を特定し、特定した周期特徴点から、単位時間当たりの心拍数を推定する。

【0068】

＜本発明の第１の実施の形態のヘッドセットシステムの動作＞
ヘッドセット１００のハウジング１０が、使用者の耳に装着されているときであって、使用者の情報処理部５０から、心拍数の推定指示が無線通信により受信されると、ヘッドセット１００は、ドライバ１４から音信号が出力されていないときにマイクロフォン１６から出力された信号を、通信部２３により情報処理部５０へ送信する。

【0069】

そして、情報処理部５０は、マイクロフォン１６から出力された信号を受信したときに、図１０に示すような心拍数推定処理を実行する。

【0070】

まず、ステップＳ１００において、入力部６０は、ヘッドセット１００から受信した、マイクロフォン１６から出力された信号を取得する。

【0071】

ステップＳ１０２において、特徴点抽出部７２は、マイクロフォン１６から出力された信号から、波形特徴点を抽出する。

【0072】

ステップＳ１０４において、パルス波形生成部７４は、波形特徴点と同じタイミングに所定の振幅のパルスを形成したパルス波形を生成する。

【0073】

ステップＳ１０６において、周波数解析部７６は、パルス波形に対して周波数解析を実施する。

【0074】

ステップＳ１０８において、心拍数推定部７８は、周波数解析の結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定して、出力部８０により表示し、心拍数推定処理を終了する。

【0075】

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係るヘッドセットシステムによれば、心拍数推定装置が、ヘッドセットのマイクロフォンから出力された、密閉空間の圧力変動を表す波形の信号から波形特徴点を抽出して、波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成し、パルス波形に対して周波数解析を実施した結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。これにより、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。特に、体動が発生する状態であっても心拍数の推定を行う事が可能となる。

【0076】

また、密閉空間の圧力変動を表す波形の信号から、閾値以上の変動幅を持つゼロクロスポイントを、波形特徴点として抽出することにより、心拍数の推定精度を向上させる。

【0077】

また、パルス波形に対する周波数解析において、離散フーリエ変換を使用することにより、高速フーリエ変換を用いた場合と比較して大幅な計算量の削減が実現される。

【0078】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態のヘッドセットシステムについて説明する。第１の実施の形態と同様の構成となる部分につては、同一符号を付して説明を省略する。

【0079】

第２の実施の形態では、光電脈波を用いて、生体情報を取得する点が、第１の実施の形態と異なっている。

【0080】

＜本発明の第２の実施の形態のヘッドセットシステムの構成＞
本発明の第２の実施の形態に係るヘッドセットシステムは、図１１に示すヘッドセット２００を有する。ヘッドセット２００は、上記第１の実施の形態に係るヘッドセット１００と同様の構成の他、光電脈波を計測する光電脈波計測器２１６を備えている。光電脈波計測器２１６は、光検出部の一例である。

【0081】

光電脈波計測器２１６は、近赤外ＬＥＤなどの発光部及びフォトトランジスタなどの光検出部を含み、外耳道内の光電脈波を計測し、計測された光電脈波を示す信号を出力する。光電脈波計測器２１６から出力された信号が、通信部２３により情報処理部５０へ送信される。ここで、光電脈波計測器２１６から出力された信号は、ハウジング１０の中空部と使用者の耳とで形成される密閉空間の圧力変動を表す波形であり、例えば、上記図１Ａに示す波形と同様の波形である。

【0082】

情報処理部５０の入力部６０は、ヘッドセット２００から受信した、光電脈波計測器２１６から出力された信号の入力を受け付ける。

【0083】

特徴点抽出部７２は、光電脈波計測器２１６から出力された信号から、波形特徴点を抽出する。

【0084】

なお、第２の実施の形態に係るヘッドセットシステムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

【0085】

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係るヘッドセットシステムによれば、心拍数推定装置が、ヘッドセットの光電脈波計測器から出力された、密閉空間の圧力変動を表す波形の信号から波形特徴点を抽出して、波形特徴点と同じタイミングにパルスを形成したパルス波形を生成し、パルス波形に対して周波数解析を実施した結果から得られる周期特徴点を分析することにより心拍数を推定する。これにより、密閉空間の圧力変動から精度よく心拍数を推定することができる。特に、体動が発生する状態であっても心拍数の推定を行う事が可能となる。

【0086】

＜実施例＞
上記第１の実施の形態のヘッドセットの実施例について説明する。図１２に示すように、本実施例のヘッドセットのハウジング１０は、メインハウジング１ａとフロントハウジング１ｂが嵌合して形成される。

【0087】

メインハウジング１ａは、全体として円筒形をした中空状の部材であり、後方の開口部はカバー２によって塞がれている。メインハウジング１ａの内部には、その開口部に対向してメイン基板３が配置される。メイン基板３は、再生部２０、及び通信部２３として機能する電子部品を実装した基板である。

【0088】

メイン基板３の前方には、電池６が電池クッション７及び電池キャップ８を介して配置される。

【0089】

メインハウジング１ａの外周には、ハウジングラバー９が設けられる。ハウジングラバー９は、メインハウジング１ａの外周に嵌め込まれた円筒状の弾性部材であり、耳との接触を緩和するとともに、ハウジング１０内への水の進入を防止する。

【0090】

フロントハウジング１ｂは、円筒状をしたメインハウジング１ａの前方の開口部を塞ぐように配置される。フロントハウジング１ｂは、全体として斜円錐台の形状をしており、周縁の一部が鼓膜側に向かってやや盛り上がっている。

【0091】

フロントハウジング１ｂの前方には、斜円錐台の頂部から鼓膜側に向かって突出した外耳道挿入部１２が設けられる。外耳道挿入部１２は、フロントハウジング１ｂの一部に設けられた円筒状の形状であり、前方及び後方とも開口し、フロントハウジング１ｂの内外を連通させている。外耳道挿入部１２の内部には、円筒状のケースを備えたドライバ１４が設置される。そのため、外耳道挿入部１２の前方開口部に近接して、ドライバ１４の位置決め部１１が設けられ、ドライバ１４の前端部がこの位置決め部１１に係合することにより、ドライバ１４は外耳道挿入部１２の内側面に固定される。ドライバ１４の後端部は、フロントハウジング１ｂの前端部付近に来るよう配置される。ドライバ１４は、円筒状のケース内に出力信号を生成するための磁気回路、振動板などを備え、適宜の周知構造のものが用いられる。

【0092】

本実施例のヘッドセットは、マイクロフォン１６を有する。マイクロフォン１６は、フロントハウジング１ｂ内の外耳道挿入部１２の近傍、すなわちドライバ１４の後方に設けられる。

【0093】

マイクロフォン１６は、マイクロフォン用基板１５に実装される。マイクロフォン用基板１５は、ブロック４１６に固定される。ブロック４１６は、マイクロフォン１６とマイクロフォン用基板１５を支持するブロック状の部材である。マイクロフォン用基板１５及びブロック４１６には、マイクロフォン１６に外耳道内の音響信号が到達することができるように開口部１５ａ，１６ａが設けられている。

【0094】

外耳道挿入部１２の内面には、外耳道挿入部１２の軸方向に沿って形成された溝である中空部１６Ａが設けられる。中空部１６Ａは、ドライバ１４の側面との間に形成された角溝型の空間であって、外耳道挿入部１２の前端部からフロントハウジング１ｂに固定されたブロック４１６の開口部１６ａにまで連通している。

【0095】

外耳道挿入部１２の外周には、イヤピース１３が固定される。イヤピース１３は、イヤチップ、イヤパッド、イヤキャップとも呼ばれており、例えばシリコーンゴムなどの弾性部材からなる。イヤピース１３は、外耳道挿入部１２の外周に嵌め込まれる円筒部１３ｂの先端に、半球に形成された外耳道壁面への密着部１３ａを有する。外耳道挿入部１２の外周には、イヤピース取付溝４１２が設けられ、一方、イヤピース１３の円筒部１３ｂの内周に嵌合部１３ｃが設けられており、嵌合部１３ｃがイヤピース取付溝４１２に噛み合うことにより、イヤピース１３が外耳道挿入部１２に固定される。

【0096】

上記の実施例で説明したように、マイクロフォンをドライバ後方に配置した構造にすることにより、必要とされる構成部品を内蔵したヘッドセットのハウジングと外耳道とにより構成される密閉空間の体積について、マイクロフォンをドライバ前方に配置した場合よりも小さくすることが可能となる。

【0097】

なお、このヘッドセットのハウジングと外耳道とにより構成される密閉空間については、密閉空間の体積が小さいほうが血流に伴う血管の膨張収縮を含めた圧力変動がより大きくなるとされている（参考文献２参照）。そのため、上記の実施例で説明した構造により密閉空間の体積を小さくすることで、密閉空間の圧力変動をより正確に取得することが可能となり、精度よく心拍数を推定することができる。

【0098】

［参考文献２］：特許第６０８２１３１号

【0099】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【0100】

例えば、上述した各実施形態では、ヘッドセットに本発明を適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。ヘッドセット以外に本発明を適用してもよく、例えば電子聴診器に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0101】

１０ ハウジング
１４ ドライバ
１６ マイクロフォン
５０ 情報処理部
６０ 入力部
７０ 演算部
７２ 特徴点抽出部
７４ パルス波形生成部
７６ 周波数解析部
７８ 心拍数推定部
８０ 出力部
１００、２００ ヘッドセット
２１６ 光電脈波計測器

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】