特許 7658924 心拍間隔検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-31

(45)【発行日】2025-04-08

(54)【発明の名称】心拍間隔検出システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0245 20060101AFI20250401BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20250401BHJP

   A61B 5/08 20060101ALI20250401BHJP

   A61B 5/113 20060101ALI20250401BHJP

   A61B 7/04 20060101ALI20250401BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0245 100E

A61B5/02 350

A61B5/08

A61B5/113

A61B7/04 Q

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022003208

(22)【出願日】2022-01-12

(65)【公開番号】P2023102612

(43)【公開日】2023-07-25

【審査請求日】2024-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安野 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】程 帆

【審査官】▲高▼原 悠佑

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０７５１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８８５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１２３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３４６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１０６０３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２９６２２８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００－５／０５３８

Ａ６１Ｂ ５／０６－５／３９８

Ａ６１Ｂ ７／００－７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検者（１００）の第一心音および第二心音を検出するためのセンサ部（１）と、
前記センサ部により検出された前記第一心音に基づく第一心音波形と、前記センサ部により検出された前記第二心音に基づく第二心音波形と、を抽出する心音波形抽出部（２１，２２）と、
前記第一心音波形と前記第二心音波形とのうちから、心拍間隔を取得するために使用する波形である使用心音波形を、前記第一心音波形と前記第二心音波形との振幅の大きさに関連する情報である振幅関連情報に基づき、切り替えて選択する選択部（２８）と、
前記選択部において選択された前記使用心音波形から算出された前記心拍間隔を取得する取得部（２９）と、
を備える心拍間隔検出システム。

【請求項2】

前記センサ部は、前記第一心音および前記第二心音を検出する両心音検出センサ（１１）を有し、
前記振幅関連情報は、前記第一心音波形の振幅値を含み、
前記選択部は、前記使用心音波形として、
前記第一心音の振幅値が閾値以上であるときは前記第一心音波形を選択し、前記第一心音の振幅値が前記閾値より小さいときは前記第二心音波形を選択する、請求項１に記載の心拍間隔検出システム。

【請求項3】

前記閾値は、前記第一心音と同じ拍動を形成する前記第二心音の振幅値と同一値に設定される請求項２に記載の心拍間隔検出システム。

【請求項4】

前記センサ部は、前記第一心音を検出するための第一心音検出センサ（１２）と、前記第一心音検出センサとは別に設けられ前記第二心音を検出するための第二心音検出センサ（１３）と、を含んで構成され、
前記心音波形抽出部は、前記第一心音検出センサにより検出された前記第一心音に基づく前記第一心音波形と、前記第二心音検出センサにより検出された前記第二心音に基づく前記第二心音波形と、を抽出する、請求項１に記載の心拍間隔検出システム。

【請求項5】

被検者（１００）の第一心音および第二心音のうち、少なくとも一つを含む複数の心音を検出するためのセンサ部（１）と、
前記センサ部により検出された前記複数の心音に基づく複数の心音波形を抽出する心音波形抽出部（２１，２２）と、
前記複数の心音波形のうちから、心拍間隔を取得するために使用する波形である使用心音波形を、前記心音波形の振幅の大きさに関連する情報である振幅関連情報に基づき、切り替えて選択する選択部（２８）と、
前記選択部において選択された前記使用心音波形から算出された前記心拍間隔を取得する取得部（２９）と、を備え、
前記センサ部は、前記第一心音および前記第二心音のうち少なくとも一つの心音を検出する複数のセンサにより構成され、
前記センサ部は、
前記第一心音および前記第二心音を検出するための第１両心音検出センサ（１４）と、
前記第１両心音検出センサとは別に設けられ、振幅変動が前記第１両心音検出センサにより検出される心音とは逆の特性となる前記第一心音および前記第二心音、を検出するための第２両心音検出センサ（１５）と、を含んで構成され、
前記心音波形抽出部は、
前記第１両心音検出センサにより検出された心音に基づく第一心音波形および第二心音波形と、前記第２両心音検出センサにより検出された心音に基づく第一心音波形および第二心音波形と、を抽出し、
前記選択部は、前記使用心音波形として、
前記第１両心音検出センサにより検出された心音に基づく前記第一心音波形および前記第二心音波形のうちいずれかと、前記第２両心音検出センサにより検出された心音に基づく前記第一心音波形および前記第二心音波形のうちいずれかと、を選択する、
心拍間隔検出システム。

【請求項6】

前記センサ部により検出された生体振動信号から呼吸波形を抽出する呼吸波形抽出部（２３）、をさらに備え、
前記振幅関連情報は、前記呼吸波形を含み、
前記選択部は、前記呼吸波形抽出部により抽出された前記被検者の前記呼吸波形に基づいて前記使用心音波形を選択する、請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の心拍間隔検出システム。

【請求項7】

前記センサ部により検出された生体振動信号から呼吸波形を抽出する呼吸波形抽出部（２３）と、
前記センサ部により検出された生体振動信号から心弾道波形を抽出する心弾道波形抽出部（２４）と、
前記センサ部により検出された生体振動信号から脈波形を抽出する脈波形抽出部（２５）と、
前記心音波形抽出部により抽出された前記複数の心音波形、前記呼吸波形抽出部により抽出された前記呼吸波形、前記心弾道波形抽出部により抽出された前記心弾道波形、および前記脈波形抽出部により抽出された前記脈波形、のうち複数の波形における関係性を用いて、前記心音波形に基づく前記心拍間隔を真値に近づくように補正する学習処理を行う学習処理部（３０）と、
をさらに備え、
前記取得部は、前記学習処理部により補正された前記心拍間隔を取得する、請求項１～請求項６のうちいずれか一項に記載の心拍間隔検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、心拍間隔検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人の呼吸活動や心臓の拍動による振動等を振動センサで検出し、人の健康状態を２４時間検出できるようにした装置が知られている。例えば、特許文献１には、振動センサによって検出した心音の音波や、心弾動又は脈波の振動から、人の心拍数又は心拍間隔を算出する生体振動信号検出装置が記載されている。検出した心拍間隔情報から、疲労や眠気、ストレス、覚醒、自律神経状態をモニタリングすることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－７５１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記のように人の健康状態を精度良くモニタリングするためには、心拍間隔精度が平均５ｍｓ以下程度の高い精度が求められるところ、上記装置では、その実現には至っていなかった。本開示は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、精度良く心拍間隔を算出することが可能な心拍間隔検出システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

本開示の一形態によれば、心拍間隔検出システムが提供される。心拍間隔検出システムは、被検者の第一心音および第二心音を検出するためのセンサ部（１）と、前記センサ部により検出された前記第一心音に基づく第一心音波形と、前記センサ部により検出された前記第二心音に基づく第二心音波形と、を抽出する心音波形抽出部（２１，２２）と、前記第一心音波形と前記第二心音波形とのうちから、心拍間隔を取得するために使用する波形である使用心音波形を、前記第一心音波形と前記第二心音波形との振幅の大きさに関連する情報である振幅関連情報に基づき、切り替えて選択する選択部（２８）と、前記選択部において選択された前記使用心音波形から算出された前記心拍間隔を取得する取得部（２９）と、を備える。

【0007】

この構成によれば、選択部により、心拍間隔を取得するために使用する使用心音波形が、複数の心音波形の振幅の大きさに関連する情報である振幅関連情報に基づいて切り替えて選択される。そして、取得部により、使用心音波形から算出された心拍間隔が取得される。１種類の心音波形のみを継続的に使用心音波形として心拍間隔を取得する場合と比較して、本構成によれば、例えば、振幅関連情報として、心音波形の振幅値の大きさや呼吸状態等の状況に応じて、複数の心音波形から適切な使用心音波形を適宜選択できる。このため、精度良く心拍間隔を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の第１実施形態における心拍間隔検出システムの機能的構成を示す概略ブロック図である。

【図2】心電図波形と心音波形を示す図である。

【図3】心拍間隔検出システムが実行する心拍間隔の検出処理手順を示すフローチャートである。

【図4】第一心音心拍間隔および第二心音心拍間隔における、心電心拍間隔からのずれ量をグラフに示す図である。

【図5】本開示の第２実施形態における心拍間隔検出システムが実行する、心拍間隔の検出処理手順を示すフローチャートである。

【図6】被検者の背中に振動センサを配置した場合の、吐き出し後の状態における心音波形を示す図である。

【図7】被検者の背中に振動センサを配置した場合の、吸い込み後の状態における心音波形を示す図である。

【図8】心電波形、心音波形、心弾道波形、および脈波形を示す図である。

【図9】学習処理部による学習処理を説明する図である。

【図10】本開示の第３実施形態における心拍間隔検出システムの機能的構成を示す概略ブロック図である。

【図11】本開示の第３実施形態における心拍間隔検出システムが実行する、心拍間隔の検出処理手順を示すフローチャートである。

【図12】本開示の第４実施形態における心拍間隔検出システムの使用態様および概念を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．心拍間隔検出システム１０１の構成：
本開示の第１実施形態の心拍間隔検出システム１０１について、図１～図４を参照して説明する。第１実施形態の心拍間隔検出システム１０１は、被検者の生体振動信号の一種である第一心音および第二心音から、心拍間隔を検出するものである。一般的に、心拍計測において心電図法が最も信頼性があるとされるが、心電図法では、体表面に直接電極を貼り付ける必要があり、測定中はケーブルで拘束されてしまう。医療目的などで心拍の状態を測定することが主目的であれば信頼性を優先して拘束されることを容認できると考えられる。しかし、心拍の信号から感情やストレス状態などを測定し、例えば自動車運転中のドライバを被検者とするときなど、より広い用途に展開する場合には、ケーブル等に拘束されるということは好ましくない。

【0010】

本開示の心拍間隔検出システム１０１は、被検者のストレスの増加を抑えつつ、被検者の疲労や眠気、ストレス、覚醒状況、自立神経状態等を精度良くモニタリングするために、心音から心拍間隔を検出する。以下、システムの構成から順に詳細に説明する。図１に示すように、心拍間隔検出システム１０１は、センサ部１と、信号処理部２と、出力部３と、を備えている。

【0011】

センサ部１は、単一の生体振動信号検出センサ１１（以下、単に「振動センサ１１」という）を有している。振動センサ１１は、生体から発生した振動を示す信号である生体振動信号および、生体振動信号に基づいて取得可能な心音、呼吸、心弾道、脈などを測定する。振動センサ１１は、取得した信号を信号処理部２に送信する。振動センサ１１は、生体振動信号を検出するために非常に微小な信号（例えばμＶの電圧）についても検出できる高感度のものを採用することが好ましい。

【0012】

振動センサ１１は、心臓内における機械的振動または音響振動を含む心臓の心音情報を検出する。心臓内における機械的振動または音響振動は、心臓の弁の開閉によりもたらされる、または心臓内へ流入する、もしくは心臓から流出する血液の移動によりもたらされる、振動センサ１１は、具体的には、加速度計、マイクロフォン、ダイヤフラム等のセンサを含むことができる。振動センサ１１は、被検者の例えば心臓近くの部位に装着されて使用され、被検者を拘束することなく振動信号を測定可能である。振動センサ１１の外見としては、薄いシート状などであることが装着性能上好ましい。第１実施形態の振動センサ１１は、一つのセンサで第一心音と第二心音を検出する「両心音検出センサ」に相当する。

【0013】

信号処理部２は、第一心音波形抽出部２１と、第二心音波形抽出部２２と、呼吸波形抽出部２３と、心弾道波形抽出部２４と、脈波形抽出部２５と、第一心音振幅値取得部２６と、第二心音振幅値取得部２７と、使用心音波形選択部２８と、心拍間隔取得部２９と、学習処理部３０と、を備えている。信号処理部２は、中央処理装置（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭにより構成されたマイクロコンピュータ等からなり、予めインストールされたプログラムを中央処理装置が実行することによって、上記各部の機能を実現する。ただし、これらの各部の機能の一部又は全部をハードウェア回路で実現してもよい。

【0014】

第一心音波形抽出部２１は、生体振動信号から第一心音の音波に基づく第一心音波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。心音は、心臓の拍動に伴って発生する音であり、気体、液体、固体の媒質を介して伝播する弾性波である。正常時においては、心音は、心室収縮期の初めに左右の房室弁が閉鎖するために発生する第一心音と、心室収縮期の直後に大動脈弁と肺動脈弁が閉鎖するために発生する第二心音とからなる周期信号である。一般的に、第一心音は低調で長く、第二心音は高調で短い。第一心音から第二心音までの期間が心臓の収縮期であり、第二心音から次の周期の第一心音までの期間が心臓の拡張期である。

【0015】

図２において心音波形として示すように、第一心音から次の第一心音までの期間又は第二心音から次の第二心音までの期間が心拍間隔ＨＲＩ（Ｈｅａｒｔ Ｒａｔｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）に相当し、１分間の第一心音の数又は第二心音の数が心拍数に相当する。本実施形態では、各心音に基づく心拍間隔を区別するため、第一心音に基づくＸ番目の心拍間隔を「第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘ」とし、第二心音に基づくＸ番目の心拍間隔を「第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘ」とする。なお、特に第一心音と第二心音とを区別することのない心拍間隔については単に「心拍間隔ＨＲＩ」ともいう。また、図２において心電図波形におけるＸ番目の心拍間隔を心電心拍間隔ＨＲＩａｘとする。

【0016】

第二心音波形抽出部２２は、生体振動信号から第二心音の音波に基づく心音波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。呼吸波形抽出部２３は、生体振動信号から呼吸情報を示す波形を抽出する。呼吸の周波数は、第一心音の周波数よりさらいに低い。心弾道波形抽出部２４は、生体振動信号から心弾道波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。

【0017】

心弾道波形は、心臓により拍出される血液の勢いに起因する振動の波形である。脈波形抽出部２５は、生体振動信号から脈波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。脈波形は、脈動する血流による血管の容積変化に起因する波形である。なお、各抽出部２１，２２，２３，２４，２５は、ノイズとなる信号を除去する処理を適宜行うことが好ましい。例えば、信号の強度を適度に強調処理した後、所定の周波数範囲の通過域を有するフィルタを通過させてもよい。

【0018】

第一心音振幅値取得部２６は、第一心音波形から、拍動ごとの心拍タイミング時における第一心音の振幅値を取得する。第二心音振幅値取得部２７は、第二心音波形から、拍動ごとの心拍タイミング時における第二心音の振幅値を取得する。以下、抽出された波形のうち、Ｘ番目の第一心音の振幅値を「第一心音振幅値Ａｂｘ」と表記し、Ｘ番目の第二心音の振幅値を「第二心音振幅値Ａｃｘ」と表記する。

【0019】

使用心音波形選択部２８は、複数の心音波形のうちから、心拍間隔を取得するために使用する波形である使用心音波形を、心音波形の振幅の大きさに関連する情報である振幅関連情報に基づき、切り替えて選択する。本実施形態では、使用心音波形選択部２８は、第一心音波形と第二心音波形のうちいずれかを、使用心音波形として選択する。第一心音振幅値Ａｂｘは、「振幅関連情報」に相当する。なお、使用心音波形を選択する処理手順については後述する。

【0020】

心拍間隔取得部２９は、使用心音波形選択部２８において選択された使用心音波形から算出された心拍間隔を取得する。本実施形態では、この心拍間隔取得部２９において、使用心音波形選択部２８により選択された使用心音波形から心拍間隔を算出する。なお、心拍間隔の算出は、使用心音波形を選択する前に行ってもよい。心拍間隔取得部２９により取得された心拍間隔の情報は、出力部３に出力される。出力部３は、心拍間隔の情報を保管および適宜更新する。また、出力部３を、画像表示や音声出力が可能な装置を含んで構成し、心拍間隔の情報を画像表示したり、異常な心拍間隔を検知したときに音声出力したりしてもよい。なお、心音、呼吸、心弾道、および脈は、それぞれ周波数帯域が異なるため、単一の振動センサ１１で全ての情報を取得することができる。

【0021】

学習処理部３０は、複数の心音波形、呼吸波形、心弾道波形、および脈波形、のうち複数の波形における関係性を用いて、心音波形に基づく心拍間隔を真値に近づくように補正する学習処理を行う。学習処理の詳細については後述する。

【0022】

Ａ２．心拍間隔検出システム１０１による心拍間隔検出処理：
次に、上記説明した心拍間隔検出システム１０１が実行する心拍間隔検出の処理手順について説明する。図３に示される処理は、所定時間ごと、または、心拍間隔検出システム１０１での処理に応じて適宜繰り返し実行される。図３に示すように、ステップ１０（以下、ステップを「Ｓ」と略す）において、振動センサ１１により測定される振動信号が、信号処理部２により受信される。次に、Ｓ２０において、振動信号に基づいて、第一心音波形および第二心音波形が抽出される。具体的には、第一心音波形抽出部２１により第一心音波形が抽出され、第二心音波形抽出部２２により第二心音波形が抽出される。

【0023】

そして、Ｓ３０において、第一心音波形および第二心音波形におけるそれぞれの心拍タイミングが検出される。具体的には、第一心音波形抽出部２１により第一心音における心拍タイミングが検出され、第二心音波形抽出部２２により第二心音における心拍タイミングが検出される。

【0024】

次に、Ｓ４０において、第一心音および第二心音の振幅値が取得される。具体的には、第一心音振幅値取得部２６により第一心音振幅値Ａｂｘが取得され、第二心音振幅値取得部２７により第二心音振幅値Ａｃｘが取得される。そして、Ｓ５０において、使用心音波形選択部２８により、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値以上であるか否かが判断される。この判断は、１拍動ごとに判断される。

【0025】

閾値は、例えば、被検者の標準的な第一心音振幅値の下限値として予め実験等により決定される値であってよい。または、閾値は、取得した第一心音波形から得られる最大振幅値の一定割合値（例えば８０％等）に設定してもよいし、１拍動を共に構成する第二心音振幅値Ａｃｘと同一値を閾値としてもよい。

【0026】

第一心音振幅値Ａｂｘが閾値以上である場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０に進み、心拍間隔取得部２９により第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘが算出される。一方、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値より小さい場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、Ｓ７０に進み、心拍間隔取得部２９により第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘが算出される。Ｓ６０およびＳ７０の後には、Ｓ８０において、算出された心拍間隔ＨＲＩｂｘ、ＨＲＩｃｘが出力部３に出力される。Ｓ８０の処理の後、本処理ルーチンは終了する。

【0027】

上記Ｓ５０での判断処理について、例を用いて詳しく説明する。上記したように、第一心音および第二心音とで、一つの拍動が形成される。以下、この拍動を時系列順に、すなわち図２において左から順に、第一拍動、第二拍動、第三拍動・・・という。図２に示す例では、第一心音振幅値Ａｂｘのうち、第３拍動の第一心音振幅値Ａｂ３が閾値より小さく、それ以外の第一心音振幅値Ａｂｘは閾値以上である。

【0028】

この場合、使用心音波形選択部２８は、使用心音波形として、第一拍動から第二拍動間に相当する第１番目の心拍間隔の検出については第一心音波形を選択し、第二拍動から第三拍動間に相当する第２番目および、第三拍動から第四拍動間に相当する第３番目の心拍間隔の検出については第二心音波形を選択する。よって、結果的に採用される心拍間隔としては、時系列の順に、第一心音心拍間隔ＨＲＩｂ１、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃ２、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃ３、第一心音心拍間隔ＨＲＩｂ４、・・・となる。

【0029】

上述したように、第一心音は第二心音と比較して、基本的には低周波に強度を持っており、振幅値も大きいため、第一心音波形を使用心音波形のベースとすることが好ましい。振幅値が大きいほど、小さい場合と比較して、電子ノイズやその他の外乱の影響により発生する大きな波形との誤検出の虞が小さいためである。しかし、呼吸の状態やその他の予期せぬ外乱を受けたときなど、第一心音を一応検出はできるけれども、一時的に第一心音の検出精度が低くなった場合には、第二心音波形を使用心音波形とすることにより、より精度を向上させることができる。このため、本実施形態では、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値以上であるかの判断結果に応じて、使用心音波形を第一心音と第二心音とで適宜切り替えて選択している。

【0030】

Ａ３．第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘの補正処理：
次に、学習処理部３０による第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘの補正処理について説明する。図４において、横軸は時間であり、縦軸は、心電心拍間隔ＨＲＩａｘからのずれ量ΔＨＲＩを示している。図４において、第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘにおけるずれ量ΔＨＲＩを黒丸印で示し、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘにおけるずれ量ΔＨＲＩを白丸印で示している。また、心拍間隔取得部２９により取得された心拍間隔ＨＲＩｂｘ、ＨＲＩｃｘについてのずれ量ΔＨＲＩを、時間経過方向に実線で繋いである。

【0031】

図４に示すように、時間Ｔ０～Ｔ１および時間Ｔ２以降では、第一心音波形が使用心音波形として選択されており、時間Ｔ１～Ｔ２では、第二心音波形が使用心音波形として選択されている。時間Ｔ１～Ｔ２は、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値より小さい領域である。時間Ｔ０～Ｔ１および時間Ｔ２以降は、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値以上であり十分に大きい領域である。学習処理部３０は、例えば周知の機械学習モデルを用いて、第一心音振幅値Ａｂｘが十分に大きい領域における第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘを真値とし、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘを真値に近づける学習を行う。そして、時間経過に伴い、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘの精度を第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘと同程度の精度に近づける。

【0032】

学習処理部３０による学習により補正されたデータは、心拍間隔取得部２９に送信される。心拍間隔取得部２９は、第二心音波形が使用心音波形として選択された場合には、補正処理された第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘを取得する。これにより、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘを選択した区間における精度を向上させることができる。

【0033】

［効果］
（１）上記第１実施形態の心拍間隔検出システム１０１では、第一心音振幅値Ａｂｘが閾値以上であるかの判断結果に応じて、使用心音波形を第一心音と第二心音とで適宜切り替えて選択している。このため、第一心音を検出できるものの、一時的に第一心音の検出精度が低くなった場合には、第二心音波形を使用心音波形とすることにより、精度良く心拍間隔を算出することができる。

【0034】

（２）さらに、上記第１実施形態の心拍間隔検出システム１０１では、学習処理部３０により、第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘを、より真値に近づくように補正処理することができる。このため、使用心音波形として第二心音が選択された区間における第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘの検出精度を向上させることができる。

【0035】

Ｂ．第２実施形態：
次に、本開示の第２実施形態の心拍間隔検出システムについて、図５～図９を参照して説明する。なお、以下説明する複数の実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、図１に示す心拍間隔検出システム１０１の全体構成は同様であり、心拍間隔検出システム１０１が実行する心拍間隔検出の処理手順の一部、および学習処理部３０が学習処理する内容が異なる。以下、順に具体的に説明する。

【0036】

Ｂ１．心拍間隔検出システムによる心拍間隔検出処理：
第２実施形態では、使用心音波形を選択する際の判断として、振幅関連情報として、振幅値ではなく、呼吸波形を用いる。第一心音波形および第二心音波形におけるそれぞれの心拍タイミングが検出されるまでの処理（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０）については、上記第１実施形態と同様である。第１実施形態における、第一心音および第二心音の振幅値の取得（Ｓ４０）および閾値判定（Ｓ５０）の処理に代えて、第２実施形態では、図５に示すＳ５１において、使用心音波形選択部２８により、呼吸状態が、呼気時後半から吸気時前半であるか否かが判断される。この判断は、１拍動ごとに判断される。なお、本実施形態では、振動センサ１１は被検者の背中に配置されているものとする。

【0037】

呼気時後半から吸気時前半である場合には（Ｓ５１：ＹＥＳ）、Ｓ６０に進み、心拍間隔取得部２９により第一心音心拍間隔ＨＲＩｂｘが算出される。一方、呼気時後半から吸気時前半ではない場合、すなわち、吸気時後半から呼気時前半である場合には（Ｓ５１：ＮＯ）、Ｓ７０に進み、心拍間隔取得部２９により第二心音心拍間隔ＨＲＩｃｘが算出される。

【0038】

本発明者の実験により、被検者の背中に振動センサ１１を配置した場合、吐き出し後の状態では、図６に示すように第一心音振幅値Ａｂｘの方が第二心音振幅値Ａｃｘよりも大きく、図７に示すように吸い込み後の状態では、第一心音振幅値Ａｂｘの方が第二心音振幅値Ａｃｘよりも小さいという結果が得られた。このため、吐き出し後の状態に近い呼気時後半から吸気時前半では、より大きな振幅値が得られる第一心音振幅値Ａｂｘを採用し、吸い込み後の状態に近い吸気時後半から呼気時前半では、より大きな振幅値が得られる第二心音振幅値Ａｃｘを採用する。

【0039】

すなわち、第２実施形態では、第一心音波形および第二心音波形のうち、呼吸波形から取得される呼吸情報に基づいて、振幅値がより大きく取れる方の心音波形を使用心音波形として切り替えて選択できる。なお、Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０の処理については、上記第１実施形態と同様である。

【0040】

Ｂ２．第一心音波形および第二心音波形の精度向上のための学習処理：
次に、学習処理部３０による、第一心音波形および第二心音波形の精度向上のための学習処理について説明する。図８に示すように、心電に対して、心音、心弾道、脈においてピークが現れる時間は概ね決まっている。なお、このピークの位置は、振動センサ１１の配置箇所により変動する。これらの各波形の関係性から、心音の心拍ポイントを真値により近くなるような補正を行う。本システムにおいて、心電波形は得られないため、具体的には、抽出される５つの各波形（第一心音波形、第二心音波形、心弾道波形、脈波形、呼吸波形）から例えば平均値などにより真値がどこかを求め、求められた真値に対して第一心音および第二心音のピーク位置を補正する。

【0041】

図９において、横軸は時間であり、縦軸は、心電心拍間隔ＨＲＩａｘからのずれ量ΔＨＲＩを示している。図９に示すように、ピーク位置を補正した各心音波形に基づいて算出された心拍間隔のずれ量ΔＨＲＩは、学習・補正を経て時間が経過したのちには小さくなっており、心拍間隔の取得精度を向上させることができる。

【0042】

Ｃ．第３実施形態：
次に、本開示の第３実施形態の心拍間隔検出システム１０３について、図１０、図１１を参照して説明する。図１０に示すように、第３実施形態の心拍間隔検出システム１０３が備えるセンサ部１は、複数（本実施形態では２つ）のセンサを有している。センサ部１は、第一心音を専用に検出するための第一心音検出センサ１２と、第二心音を専用に検出するための第二心音検出センサ１３とを有している。第一心音波形抽出部２１は、第一心音検出センサ１２により検出された生体振動信号から第一心音の音波に基づく心音波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。第二心音波形抽出部２２は、第二心音検出センサ１３により検出された生体振動信号から第二心音の音波に基づく心音波形を抽出し、併せて心拍タイミングを検出する。

【0043】

第一心音検出センサ１２は、第一心音の上記発生原理上、第一心音を比較的強く受信しやすい部位、例えば、被検者の腹側の胸部周辺のうち下側に配置することができる。同様に、第二心音検出センサ１３は、第二心音の上記発生原理上、第二心音を比較的強く受信しやすい部位、例えば、被検者の背中側の胸部周辺のうち上側に配置することができる。なお、こうしたセンサの配置は一例であって、被検者によって心音が強く取れる位置は異なるため、適宜変更できる。

【0044】

図１１に示すように、第３実施形態では、各心音を専用に検出するセンサ１２，１３によってそれぞれの心音を受信する。Ｓ１１において、第一心音検出センサ１２により測定される振動信号が、信号処理部２により受信される。次に、Ｓ２１において、受信された振動信号に基づいて、第一心音波形抽出部２１により第一心音波形が抽出される。そして、Ｓ３１において、第一心音波形における心拍タイミングが検出される。次に、Ｓ４１において、第一心音振幅値取得部２６により第一心音振幅値Ａｂｘが取得される。

【0045】

第二心音についても、第二心音検出センサ１３により、上記第一心音検出センサ１２による第一心音振幅値Ａｂｘの取得までの処理（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）と同様の処理（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）を経て、第二心音振幅値Ａｃｘが取得される。なお、図１１のフローチャートでは、第一心音検出センサ１２による信号受信から第一心音振幅値Ａｂｘの取得までの処理（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１）と、第二心音検出センサ１３による信号受信から第二心音振幅値Ａｃｘの取得までの処理（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）と、を便宜状分岐した状態で図示したが、これらの一連の処理は同時に実行されてもよいし、順次実行されてもよい。Ｓ５０、Ｓ６０，Ｓ７０、Ｓ８０の処理については上記第１実施形態と同様である。

【0046】

第３実施形態の心拍間隔検出システム１０３によれば、第一心音検出センサ１２により第一心音を検出し、第二心音検出センサ１３により第二心音を検出している。このため、センサ１２，１３の配置に応じて、どちらの心音についても、波形自体が大きな強い信号として検出できるため、振幅値を大きくできる。よって、各心音の検出精度を高めることができる。また、これに伴い、一時的に振幅値が小さくなったとしても、継続して第一心音波形を使用心音波形として用いることも可能となり得る。さらに、第二心音波形を使用心音波形として用いる場合でも、振幅値が大きいため、検出精度を高めることができる。ひいては心拍間隔取得部２９による心拍間隔の取得精度を向上させることができる。

【0047】

Ｄ．第４実施形態：
次に、本開示の第４実施形態の心拍間隔検出システムについて、図１２を参照して説明する。第４実施形態の心拍間隔検出システムが備えるセンサ部１は、第３実施形態と同様に、複数のセンサを有している。システム構成図については省略するが、第３実施形態における第一心音検出センサ１２に代えて第１両心音検出センサ１４を有し、第３実施形態における第二心音検出センサ１３に代えて第２両心音検出センサ１５を有している。

【0048】

第４実施形態における第１両心音検出センサ１４および第２両心音検出センサ１５は、それぞれ第一心音および第二心音の両方の心音を検出する点が上記第３実施形態とは異なっている。第１両心音検出センサ１４および第２両心音検出センサ１５は、検出する心音波形の振幅変動が互いに逆の特性となる心音波形を検出する。逆の特性を検出するために、図１２に示すように、例えば第１両心音検出センサ１４は被検者１００の腹側に設置され、第２両心音検出センサ１５は被検者１００の背中側に設置される。

【0049】

ここで、振幅変動とは、心音の振幅強度の時間的な周期変動を意味し、図１２において右側に示すように、心音が発生したときの心音振幅値を時系列に繋いだ波形として表すことができる。また、逆の特性とは、振幅変動においてピークが現れる時間がずれることにより、振幅変動の波形の山と谷とが互いに逆になっている特性を意味している。

【0050】

第４実施形態においても、上記各実施形態と略同様に、複数の心音波形から適宜最適な波形が使用心音波形として選択される。本実施形態では、第１両心音検出センサ１４から検出される第一心音波形および第二心音波形と、第２両心音検出センサ１５から検出される第一心音波形および第二心音波形と、の合計４つの波形が得られる。これらの波形のうち、時系列において最も大きな振幅値を取る波形を優先的に使用心音波形として選択して心拍間隔を算出できる。

【0051】

その他、例えばベースとしては、第１両心音検出センサ１４から検出される第一心音波形を使用心音波形としておき、上記第１実施形態のように、第１両心音検出センサ１４から検出される第一心音波形の振幅値が閾値より小さい場合には、第２両心音検出センサ１５から検出される第一心音波形を使用心音波形として選択してもよい。

【0052】

また、さらに、呼吸情報とも併せて、振幅値がより大きく取れる心音波形を使用心音波形として切り替えて選択してもよい。例えば、呼吸状態を判定して、吸気時後半から呼気時前半であれば、背中側の第２両心音検出センサ１５から検出される第二心音波形を使用心音波形として選択してもよい。

【0053】

以上のように、第４実施形態の心拍間隔算出システムによれば、第一心音および第二心音に関して、逆の特性となる複数の心音波形が得られるため、使用心音波形として選択できる波形の組み合わせが増え、状況に合わせて、適宜最適な心音波形を選択することができる。

【0054】

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上記第１実施形態において、振幅値の閾値を、時間経過によりデータが蓄積された場合に、適宜変更するようにしてもよい。例えば、測定初期は任意の一定値に設定しておき、データが蓄積されたら、それまでの最大振幅値の８０％の値に変更する等、適宜変更可能である。

【0055】

（Ｅ２）上記第３，第４実施形態において、センサ部１を、３つ以上の複数のセンサを有して構成してもよい。

【0056】

（Ｅ３）上記第３実施形態において、呼吸状態で判定することにより使用心音波形を選択してもよい。その場合、図１１に示すフローチャートにおいて、Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ５０の処理に代えて、図５に示すフローチャートにおけるＳ５１の処理を実行すればよい。

【0057】

（Ｅ４）上記第１実施形態と上記第２実施形態を組み合わせて、振幅値の閾値による判定と、呼吸情報による判定と、を組み合わせてもよい。例えば、閾値判定のあとに、呼吸情報を加味して最終的に使用心音波形を決定してもよい。

【0058】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0059】

１…センサ部、２…信号処理部、３…出力部、１１…生体振動信号検出センサ（両心音検出センサ）、１２…第一心音検出センサ、１３…第二心音検出センサ、１４…第１両心音検出センサ、１５…第２両心音検出センサ、２１…第一心音波形抽出部、２２…第二心音波形抽出部、２３…呼吸波形抽出部、２４…心弾道波形抽出部、２５…脈波形抽出部、２６…第一心音振幅値取得部、２７…第二心音振幅値取得部、２８…使用心音波形選択部、２９…心拍間隔取得部、３０…学習処理部、１００…被検者、１０１，１０３…心拍間隔検出システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】