JP2005021452A - Pulse wave measuring module and pulse wave measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、睡眠状態計測、自律神経系状態計測、心的負荷計測などにより健康管理を目的とした脈波計測モジュール及び脈波計測方法で、特に日常生活下での外乱による計測データの影響を低減する脈波計測モジュール及び脈波計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
心拍は、人間の様々な状態を反映する指標で、医療目的に限らず、睡眠状態計測、自律神経系状態計測、心的負荷の計測など人間工学的な利用もなされており有用な指標である。心拍の上昇は、運動、緊張など心的負荷、姿勢変化などに伴う交感神経系の活性化により引き起こされる。また、心拍のゆらぎ成分も自律神経系の活動を反映しているといわれている。
【0003】
心拍の計測は、主に心電図のR波の間隔から求めるものと、末梢の血流変化を脈波として捉えるものとの2種類の方法で行われる。心電図の計測は、最低でも心臓をはさむ2点の電極と不関電極の計3つを装着する必要があり、一般の健康な方が日常生活で利用することは困難である。
【0004】
脈波は、心拍に同期して変動するため、このピーク間隔から心拍を取得することができる。また、波形を2回微分して、その波形から動脈硬化の度合いを検出するなど幅広い利用が可能である。脈波の計測方法には、主に光電式と圧力式の2つがある。光電式は、指腹部、手のひら、耳朶などに光の送受信デバイスを装着するだけで基本的には計測が可能であり簡便である(例えば、特許文献1、特許文献2、又は特許文献3参照)。また、もうひとつの方法である圧力式は微小の圧力センサで手首などの動脈上の皮膚の圧力変化を取得するものである(例えば、特許文献4参照)。
【0005】
【特許文献1】
特許第2770371号公報
【0006】
【特許文献2】
特許第3243970号公報
【0007】
【特許文献3】
特許第3208538号公報
【0008】
【特許文献4】
特許第3029912号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
脈波の場合、計測は簡便であるが、一方で末梢にて計測するため、腕の動きなどの影響を受けやすくアーチファクト対策が非常に重要となる。特許文献4では、複数の圧力センサを用いてアーチファクト対策を行っている。しかし、特許文献4では、処理を単純化したために十分な精度で脈波を得ることができない。また、特許文献4では、アーチファクトは各センサに一様であると仮定していて、各センサにアーチファクトが一様でない場合は考慮されていない。
【0010】
本発明は、上述した従来の技術に鑑み、日常生活上発生する外乱の影響を低減し、多様な状況でも脈拍を計測することができる脈波計測モジュール及び脈派計測システムを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の脈波計測モジュールは、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測モジュールにおいて、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出する第1抽出手段と、第1圧力測定値から第1代表値を決定する第1代表値決定手段と、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出する第2抽出手段と、第2圧力測定値から第2代表値を決定する第2代表値決定手段と、第1の代表値と第2の代表値との差分を算出する差分算出手段を備えている。
【0012】
また、本発明の脈波計測モジュールは、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測モジュールにおいて、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出する第1抽出手段と、第1圧力測定値から第1代表値を決定する第1代表値決定手段と、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置及び位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出する第2抽出手段と、第2圧力測定値から第2代表値を決定する第2代表値決定手段と、第1の代表値と第2の代表値との差分を算出する差分算出手段を備えている。
【0013】
さらに、本発明の脈波計測モジュールは、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測モジュールにおいて、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、決定した血管の位置以外で得られる圧力測定値に基づいて、位置と圧力測定値を関係づける回帰直線を決定する回帰直線決定手段と、決定した血管の位置で得られる圧力測定値と、圧力測定値を得た位置での回帰直線から決定される圧力測定値との差分を算出する差分算出手段を備えている。
【0014】
またさらに、本発明の脈波計測モジュールは、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測モジュールにおいて、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、複数の圧力測定値に基づいて、2つの位置間の相互相関関数を算出する算出手段と、相互相関関数に基づいて、2つの位置間の圧力測定値の位相差を取得する位相差取得手段と、位相差を除去するために2つの位置のうち少なくともいずれかの位置での圧力測定値に対応する波形の位相をシフトする位相シフト手段と、位相差を除去した2つの位置での圧力測定値を加算する加算手段を備えている。
【0015】
本発明の脈波計測方法は、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測方法において、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出し、第1圧力測定値から第1代表値を決定し、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出し、第2圧力測定値から第2代表値を決定し、第1の代表値と第2の代表値との差分を算出する。
【0016】
また、本発明の脈波計測方法は、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測方法において、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出し、第1圧力測定値から第1代表値を決定し、複数の圧力測定値から、決定した血管の位置及び位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出し、第2圧力測定値から第2代表値を決定し、第1の代表値と第2の代表値との差分を算出する。
【0017】
さらに、本発明の脈波計測方法は、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測方法において、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、決定した血管の位置以外で得られる圧力測定値に基づいて、位置と圧力成分を関係づける回帰直線を決定し、決定した血管の位置で得られる圧力測定値と、圧力測定値を得た位置での回帰直線から決定される圧力測定値との差分を算出する。
【0018】
またさらに、本発明の脈波計測方法は、人体に接触して人体の脈波を計測する脈波計測方法において、人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、複数の圧力測定値に基づいて、2つの位置間の相互相関関数を算出し、相互相関関数に基づいて、2つの位置間の圧力測定値の位相差を取得し、位相差を除去するために2つの位置のうち少なくともいずれかの位置での圧力測定値に対応する波形の位相をシフトし、位相差を除去した2つの位置での圧力測定値を加算する。
【0019】
ここで、代表値とは、1以上の圧力測定値から抽出された1つの値のことであり、その抽出方法は限定しない。例えば、1以上の圧力測定値の平均値が代表値になりうる。また、1以上の圧力測定値から任意に1つの値を抽出することも考えられる。さらに、ここで平均値とは、例えば、加算平均、相乗平均、メジアン、モードによる演算された値であり、1以上の圧力測定値(振幅対応値)から所定の演算によって得られる代表値を示すものである。またここで、圧力測定値が1つの場合の平均値は、その圧力測定値そのものである。
【0020】
以上のように、人体上の複数位置における圧力値に対応する圧力測定値を計測して、血管上とそれ以外の圧力測定値を得て血管上の外乱による圧力測定値を取得し、血管上の拍動による圧力測定値だけを抽出し、アーチファクトによる影響を低減することができる。また人体上の複数位置における圧力値に対応する圧力測定値の圧力波形の位相差を考慮し加算することでノイズの影響を低減することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脈波計測モジュール及び脈派計測システムを図面を参照して説明する。
図1は、本発明の脈波計測システムを構成するセンサモジュール10とディスプレイ端末20の機能ブロック図である。脈波計測システムは、センサモジュール10とディスプレイ端末20とから構成される。
センサモジュール10は、圧力センサアレイ11及び信号処理データ蓄積通信部12からなる。圧力センサアレイ11は、複数の圧力センサ111、112、113から構成される。図1では、圧力センサ111、112、113は、3個しか描かれていないが、この数量は3個に限定されない。
信号処理データ蓄積通信部12は、圧力センサ111、112、113、アンプ121、122、123、フィルタ124、125、126、マルチプレクサ127、A/Dコンバータ128、DSP129、CPU130、メモリ131、Bluetooth(登録商標)モジュール132、バッテリ133から構成される。
ディスプレイ端末20は、Bluetoothモジュール201、処理部202、及び表示部203から構成される。また、図1の例では、ディスプレイ端末20は腕ベルト21を備えて、この腕ベルト21がディスプレイ端末20を腕に固定する。ディスプレイ端末20は時計としての機能を有していてもよい。
【0022】
圧力センサ111、112、113は、皮膚に接触して接触面にかかる圧力を検出する。圧力センサ111、112、113は、検出した圧力を電気信号に変換しアナログ信号として出力する。
アンプ121、122、123は、図1に示したようにそれぞれ対応する圧力センサ111、112、113に接続している。各アンプ121、122、123は、対応する圧力センサ111、112、113の出力信号を入力し、その出力信号を増幅する。
フィルタ124、125、126は、図1に示したようにそれぞれ対応するアンプ121、122、123に接続している。各フィルタ124、125、126は、対応するアンプ121、122、123の出力信号をフィルタリングして、拍動の周期成分を十分に含む帯域以外の不要な周波数帯域成分を取り除く。 マルチプレクサ127は、フィルタ124、125、126からの信号を入力し、それらの入力信号を組み合わせて多重信号をつくる。A/Dコンバータ128は、多重信号をデジタル信号に変換する。DSP129は、A/Dコンバータ128からの信号に基づいて、後述するデータ処理を行い、脈拍データを取得する。
CPU130は、得られた脈拍データに関する制御を行う。例えば、CPU130は、脈拍データをメモリ131に記憶させる。メモリ131は、脈拍データを記憶し蓄積する。また、CPU130は、脈拍データを所定のタイミングでディスプレイ端末20に送信するようにBluetoothモジュール132に指示する。Bluetoothモジュール132は、近距離無線通信方式の1つであるBluetoothによる通信を実現するものである。Bluetoothモジュール132は、ディスプレイ端末20に含まれているBluetoothモジュール201との間で近距離無線通信を実現する。
【0023】
Bluetoothモジュール201は、上述したBluetoothモジュール132に同様であり、センサモジュール10に含まれるBluetoothモジュール132との間で近距離無線通信を実現する。
処理部202は、Bluetoothモジュール201が受信した脈拍データを表示部203に表示されるように処理する。表示部203は、処理部202に処理されたデータを入力して、脈拍データに関する事項を表示する。
【0024】
図2は、図1のセンサモジュール10の斜視図である。
センサモジュール10は、2次元アレイ状に圧力センサ111、112、113が配置されている圧力センサアレイ11の層と、信号処理データ蓄積通信部12の層からなる。圧力センサアレイ11は、ピエゾ抵抗式又は静電容量式により圧力を検出する。また、MEMS(Micro−Electro−Mechanical Systems)技術を用いて、センサモジュール10に圧力センサアレイ11及び信号処理データ蓄積通信部12を実装する。
【0025】
図3は、図2のセンサモジュール10が皮膚上に装着されている模式図である。センサモジュール10は、パッチタイプに形成されており、手首の動脈血管上に配置されるように装着される。
【0026】
図4は、図2のセンサモジュール10と動脈との位置関係を示す図である。圧力センサアレイ11の圧力センサの行方向又は列方向が可能な限り血管と平行になるようにセンサモジュール10を手首に装着する。
【0027】
図5は、図2のセンサモジュールで計測される、アーチファクトがない場合の圧力波形の一例を示すグラフである。図4の位置y軸上の圧力センサによって得られる圧力値に対応する圧力測定値である振幅の時間変化を示したものである。アーチファクトとは、身体に起因する外乱であり、不要な信号成分の原因になるものである。
図4のようにセンサモジュール10が手首に装着されて圧力センサアレイ11に計測される波形データは、アーチファクトがない場合、図5のように動脈上に位置している圧力センサでは拍動に同期して大きな振幅が得られる。一方、図5から解るように、動脈上以外に位置している圧力センサでは、拍動には同期しているようだが非常に小さい振幅が得られるに過ぎない。
【0028】
このように、アーチファクトがない場合は、拍動を正確に得ることができ、これを基に脈拍を正確に計測することができる。次に、このようなアーチファクトを除去し、かつ身体に起因しない外乱であるノイズを低減する方法を説明する。
【0029】
図6は、図2のセンサモジュールを構成する圧力センサアレイの各圧力センサのうち動脈上にある圧力センサを示す図である。図6において、動脈上にある圧力センサは斜線を付してある。
図6に示すように、圧力センサは、動脈に直交する方向を行、動脈に平行な方向を列として行列状に配置されている。例えば、1行目では、A(1,1)、A(2,1)・・・A(8,1)のように各圧力センサが検出する圧力値に対応する振幅値が得られる。図6の圧力センサアレイ11は、8×8=64個の圧力アレイから構成されるので、8行目まであり最後の圧力センサが検出する振幅値はA(8,8)と示される。
【0030】
動脈上に配置している圧力センサは、動脈上以外に配置している圧力センサに比較して、次図の図7に示すように、検出する振幅値は大きくなる。したがって、圧力センサが検出した振幅値を参照すれば、センサモジュール10が動脈の位置を決定することが可能になる。例えば、所定の閾値を設定して、圧力センサが検出した振幅値がその閾値以上であればその圧力センサは動脈上にあり、閾値未満であればその圧力センサは動脈上にないと判定すればよい。
【0031】
また、すべての圧力センサが検出した振幅値のうち上位の振幅値を検出した圧力センサが血管上にあると判定してもよい。上位の振幅値は、例えば、全ての圧力センサが検出した振幅値の平均値よりも大きいものがそれに該当する。
【0032】
実際的には、センサモジュール10を装着後、しばらくの間(例えば10秒間)、安静状態の下で信号処理データ蓄積通信部12がすべての圧力センサから圧力データ(振幅値)を取得する。信号処理データ蓄積通信部12はそこで得られた圧力波形の振幅値に基づいて各圧力センサが血管上にあるか否かを決定する。
【0033】
図7は、図6の圧力センサの1行目の、アーチファクトが一様である場合の圧力波形の一例を示すグラフである。このグラフは、所定の期間中の振幅値の平均をとって、その平均値を増幅したものに対応する。図7は、図6の8行目に配置している圧力センサにより得られる振幅値を示す。図7に示される振幅分布を参照すれば、血管の位置を把握することが可能になる。
【0034】
図8は、図1の脈波計測システムによるアーチファクト除去及びノイズ低減のフロー図である。ここでは、アーチファクトが一様であるとする。各圧力センサは微小であるので、身体に起因するアーチファクトは各圧力センサに一様にかかるとするのはよい近似である。この図8のフロー図に関する処理は、DSP129で実行される。
まず、図3に示したようにセンサモジュール10を手首の動脈血管上に装着し、血管位置の計測を行う(S11)。この血管位置の計測は、上記に図6を参照して説明した方法で血管位置を決定する。
【0035】
血管にほぼ直交する方向で、かつステップS11で決定された血管位置以外に配置している各圧力センサから得られる振幅値の平均値を計算する(S12)。例えば、圧力センサアレイ11の圧力センサが配置している各行ごとで各圧力センサから得られる振幅値を平均化する。具体的には、図6に示した1行目に配列している圧力センサでは、A(1,1)、A(2,1)、A(3,1)、A(7,1)、及びA(8,1)の平均値Aa1を算出する。同様に、2行目以下も各行ごとに平均値を算出する。
変形例として、ステップS12では、血管にほぼ直交する方向で、かつステップS11で決定された血管位置及び血管位置以外に配置している各圧力センサから得られる振幅値の平均値を計算してもよい。具体的には、図6に示した1行目に配列している圧力センサでは、A(1,1)、A(2,1)、A(3,1)、A(4,1)、A(5,1)、A(6,1)、A(7,1)、及びA(8,1)の平均値Aa1’を算出する。同様に、2行目以下も各行ごとに平均値を算出する。
【0036】
血管にほぼ直交する方向で、かつステップS11で決定された血管位置に配置している圧力センサから得られる振幅値を平均値を計算する(S13)。例えば、ステップS12と同様に圧力センサアレイ11の圧力センサが配置している各行ごとで各圧力センサから得られる振幅値を平均化する。具体的には、図6に示した1行目に配列している圧力センサでは、A(4,1)、A(5,1)、及びA(6,1)の平均値Ab1を算出する。同様に、2行目以下も各行ごとに平均値を算出する。
【0037】
ステップS12で得られた平均値とステップS13で得られた平均値との差分を計算する(S14)。例えば、上記のように各行ごとに血管位置での振幅値の平均値と血管位置以外での振幅値の平均値との差分を計算する。具体的には、Ab1−Aa1を計算する。
以上のステップS11からステップS14までの計算により、アーチファクトを除去し血管の圧力変動のみを反映した圧力データを取得することができる。 また、上記のステップS12及びステップS13では、各圧力センサの振幅値の平均値を算出しているが、これは様々な変形が可能である。例えば、各圧力センサのうちある1つの圧力センサの振幅値を代表値として、平均値の代わりに用いてステップS12及びステップS13を実行する場合もありうる。また、各行の全ての圧力センサではなく、いくつかの圧力センサの振幅値の平均値を代表値としてステップS12及びステップS13を実行する場合もありうる。さらに、平均値とは、例えば、加算平均、相乗平均、メジアン、モードによる演算された値であり、1以上の圧力センサの振幅値から所定の演算によって得られる代表値を示すものである。またここで、ある圧力センサの振幅値が1つの場合の平均値は、その振幅値そのものである。本明細書においては、平均値は上記の意味で使用されている。
【0038】
次に、圧力センサで検出された振幅値を加算することによって、身体に起因しない外乱であるノイズの影響を低減するための以下のプロセスを実行する。
まず血管方向に隣接した圧力センサ間の相互相関を計算し(S15)、その相互相関関数のピークのずれから圧力センサ間の振幅の位相差を取得する(S16)。例えば、上記のように行ごとに圧力センサが検出した振幅値の平均を求めている場合は、隣接した行間で相互相関を計算し、相互相関のピークのずれから位相差を求める。具体的には上記の場合は、Ac1とAc2の位相差tAc12を求める。
【0039】
ステップS16で求めた位相差を補正した上で圧力波形(振幅分布)の加算を行う。すなわち、隣接した圧力センサ間で求められた位相差だけ隣接した圧力センサで検出した圧力波形のどちらかの位相をずらして、互いに位相差が無いようにした上でそれぞれの圧力センサでの振幅値を加算する。例えば、上記のように行ごとに圧力センサが検出した振幅値の平均を求めている場合は、隣接した行間ごとに得られた振幅値の位相差をなくすようにどちらかの行での圧力波形をずらし、加算する。具体的には、上記の場合は、Ac2の波形を位相差tAc12だけ進めた上でAc1に加算する。
【0040】
この加算を圧力センサ間又は圧力センサアレイ11の行間で繰り返して、圧力センサアレイ11から1つの時間に依存した圧力波形を得る。この得られた圧力波形が脈波波形であるとみなして、この脈波波形のピーク検出を行う。このピーク間の時間間隔から脈拍の算出を行う(S17)。
【0041】
図8では、アーチファクト除去(S12、S13、S14)後にノイズ除去(S15、S16)を行っているが、ノイズ除去後にアーチファクト除去を行ってもよい。例えば、列ごとに圧力センサの振幅値の平均をとり、それら隣接する列間で相互相関を計算し、列間の振幅の位相差を計算し、位相差が無くなるように圧力センサによる列の平均で得られた圧力波形の位相をずらす。その後、圧力センサ列のうちほぼ血管上にある列とそれ以外の列とに分けて、血管上にある列から得られる振幅の平均値と血管上以外にある列から得られる振幅の平均値との間で差分を計算する。そして、この得られた差分の時間に依存した圧力波形に基づいて、この脈波波形のピーク検出を行い、このピーク間の時間間隔から脈拍の算出を行う。
【0042】
以下に、具体例として、ステップS15での相互相関関数を計算して、行間の圧力波形の位相差を求める方法を説明する。
図9は、行間の圧力波形の相互相関関数に基づいて位相差を決定する様子を示すグラフである。
ステップS14で得られたアーチファクト除去後の圧力センサアレイ11の行ごとの圧力平均値の時間tを変数とした振幅値に基づいて行間の相互相関を計算する。ここでは、具体例として圧力センサアレイ11の1行目と2行目の間での相互相関を計算する。1行目の圧力平均値をAc1(t)、2行目の圧力平均値をAc2(t)として、それぞれ図9に示したような分布を呈しているとする。図9に示したAc1(t)とAc2(t)は、圧力センサが異なる位置で圧力を検出したことによる位相差以外は同様な波形である。通常このような位相差がある複数の波形がステップS14で得られる。
【0043】
Ac1(t)とAc2(t)の2つの相互相関関数をφAc1Ac2(t)とすると、
φAc1Ac2(t)=Ac1(t)*Ac2(t)
(*はコンボリューション(畳み込み積分)の演算子)
と表される。図9のAc1(t)とAc2(t)を上記の方程式に代入して計算すると相互相関関数φAc1Ac2(t)は図9に示した波形になる。φAc1Ac2(t)は、図9のようにt=0の位置からAc1(t)とAc2(t)の位相差tAc12分だけずれた位置にピークをもつような関数となる。したがって、φAc1Ac2(t)のピークを検出すると位相差tAc12を取得することができる(S15)。
【0044】
次に、Ac1(t)とAc2(t)の位相差をなくすようにAc2(t)の位相をずらし、加算する。加算波形をAc(t)とすると
Ac(t)=Ac1(t)+Ac2(t+tAc12)
と求められる。以降同様に、Ac2(t)とAc3(t)、Ac3(t)とAc4(t)等を加算してゆく。あるいは、Ac1(t)とAc3(t)、Ac1(t)とAc4(t)というようにAc1(t)を基準にして以降の行の圧力波形の加算を行っても良い。
【0045】
図10は、図1の脈波計測システムによる回帰直線によるアーチファクト除去及びノイズ低減のフロー図である。なお、図8と同様なステップには同一符号を付して説明を省略する。
アーチファクトが一様でない場合のアーチファクト除去及びノイズ低減の処理を説明する。ここでは、アーチファクトが位置に関して1次関数(線形)であるとする。各圧力センサは剛体で構成されているので、アーチファクトが一様でない場合は身体の動き等による外部からの圧力によるアーチファクトは線形でかかると考えられる。したがって、アーチファクトが一様でない場合、各圧力センサの縦横の方向にそれぞれ1次関数としてアーチファクトがかかっているとみなすのはよい近似である。また、この図10のフロー図に関する処理は、図8と同様であり、DSP129で実行される。
まず、図8を参照して説明したように血管位置の計測を行い(S11)血管位置を決定する。
血管にほぼ直交する方向で、かつステップS11で決定された血管位置以外に配置している各圧力センサから得られる振幅値に基づき、位置を変数として位置と振幅値を関係づける回帰直線を決定する(S22)。例えば、圧力センサアレイ11の圧力センサが配置している各行ごとで各圧力センサから得られる振幅値に基づいて回帰直線を決定する。具体的には、図6に示した1行目に配列している圧力センサでは、A(1,1)、A(2,1)、A(3,1)、A(7,1)、及びA(8,1)に基づいて、横方向の位置yと振幅値により回帰直線A1(y)を求める。回帰直線A1(y)は、
A1(y)=p×y+c(p、cは定数)
のように表される。A1(y)は、一行目の横方向yに対するアーチファクトによる振幅値の推定値である。同様に、2行目以下も各行ごとに回帰直線を算出する。
【0046】
血管位置にある圧力センサの振幅値と、その位置に対応した回帰直線によりその位置に対応したアーチファクト値の差分を計算する(S23)。その後、例えば、差分データについて各行ごとに平均を取得する。この差分計算後の値は、アーチファクトが除去された値である。
以上のステップS11からステップS23までの計算により、一次関数的なアーチファクトを除去し血管の圧力変動のみを反映した圧力データを取得することができる。
以後の身体に起因しない外乱であるノイズの影響を低減するためのステップは、図8を参照して説明したステップS15、S16、及びS17と同様であり、一次関数的なアーチファクトがある場合でも、ノイズの影響を低減することができる。
【0047】
以上により、微小な複数の圧力センサをアレイ状に配置したセンサモジュール10により動脈下以外のセンサからの信号を元に外乱による信号を推定し、脈波信号と外乱による信号を分離して外乱にロバストな脈波計測が可能になる。
【0048】
図11は、図6の圧力センサの1行目の、アーチファクトが一様でない場合の圧力波形の一例を示すグラフである。図11の点線で示した直線が図10のステップS22で計算された回帰直線である。実線で示した曲線は、各圧力センサが検出した振幅値である。
【0049】
図12は、図1の圧力センサが圧力センサアレイ31上に円形に配置しているセンサモジュール10の変形例を示す図である。
図2に示したセンサモジュール10では、圧力センサが行列状に配置していたので、圧力センサの配置方向と手首の動脈血管の血管方向の位置関係を設定したい場合に、センサモジュール10を手首に取り付ける際にセンサモジュール10の圧力センサの配置方向を考慮する必要がある。
【0050】
図12に示したように圧力センサアレイ31上に圧力センサ311、312、313を円形状に配置すれば、圧力センサの配置方向を考慮してセンサモジュール30を配置する必要が無くなるという効果がある。ユーザがセンサモジュール30を手首に装着する際に、圧力センサの配置方向を気にせずセンサモジュール30を取り付けることが可能になる。
なお、その他のセンサモジュール30の構成及び動作は上述したセンサモジュール10と同様である。その他、ディスプレイ端末20も同様である。また、センサモジュール30を備えた脈波計測システムによるアーチファクト除去及びノイズ低減は、図8、図10及びそれらに関連する図で説明した手順で達成される。
【0051】
図13は、図1のセンサモジュール10及びディスプレイ端末20が腕ベルト21によって一体化されている脈波計測システムの一例を示す図である。
図1では、センサモジュール10のBluetoothモジュール132とディスプレイ端末20のBluetoothモジュール201との間でデータの交換が可能となる構成であるが、この構成に限定されない。例えば、図13に示したように、腕時計の腕ベルト21のリスト部分にセンサモジュール10を装着し、ディスプレイ端末20と一体化してもよい。この場合、センサモジュール10とディスプレイ端末20の間は有線で接続し、有線を介してデータ交換が行われてもよい。
【0052】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0053】
【発明の効果】
本発明の脈波計測モジュール及び脈波計測システムによれば、日常生活上発生する外乱の影響を低減し、多様な状況でも脈拍を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脈波計測システムを構成するセンサモジュールとディスプレイ端末の機能ブロック図。
【図2】図1のセンサモジュールの斜視図。
【図3】図2のセンサモジュールが皮膚上に装着されている模式図。
【図4】図2のセンサモジュールと動脈との位置関係を示す図。
【図5】図2のセンサモジュールで計測される、アーチファクトがない場合の圧力波形の一例を示すグラフ。
【図6】図2のセンサモジュールを構成する圧力センサアレイの各圧力センサのうち動脈上にある圧力センサを示す図。
【図7】図6の圧力センサの1行目の、アーチファクトが一様である場合の圧力波形の一例を示すグラフ。
【図8】図1の脈波計測システムによるアーチファクト除去及びノイズ低減のフロー図。
【図9】行間の圧力波形の相互相関関数に基づいて位相差を決定する様子を示すグラフ。
【図10】図1の脈波計測システムによる回帰直線によるアーチファクト除去及びノイズ低減のフロー図。
【図11】図6の圧力センサの1行目の、アーチファクトが一様でない場合の圧力波形の一例を示すグラフ。
【図12】図1の圧力センサが圧力センサアレイ上に円形に配置しているセンサモジュールの変形例を示す図。
【図13】図1のセンサモジュール及びディスプレイ端末が腕ベルトによって一体化されている脈波計測システムの一例を示す図。
【符号の説明】
10・・・センサモジュール、11・・・圧力センサアレイ、12・・・信号処理データ蓄積通信部、20・・・ディスプレイ端末、21・・・腕ベルト、30・・・センサモジュール、31・・・圧力センサアレイ、111、112、113、311、312、313・・・圧力センサ、121、122、123・・・アンプ、124、125、126・・・フィルタ、127・・・マルチプレクサ、128・・・A/Dコンバータ、129・・・DSP、130・・・CPU、131・・・メモリ、132、201・・・Bluetoothモジュール、133・・・バッテリ、202・・・処理部、203・・・表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a pulse wave measurement module and a pulse wave measurement method for the purpose of health management by sleep state measurement, autonomic nervous system state measurement, mental load measurement, etc., especially for the influence of measurement data due to disturbance in daily life. The present invention relates to a pulse wave measurement module and a pulse wave measurement method to be reduced.
[0002]
[Prior art]
Heart rate is an index that reflects various human conditions, and is useful not only for medical purposes but also for ergonomic use such as sleep state measurement, autonomic nervous system state measurement, and mental load measurement. . The increase in heart rate is caused by the activation of the sympathetic nervous system associated with mental load such as exercise and tension, and posture change. It is said that the fluctuation component of the heartbeat also reflects the activity of the autonomic nervous system.
[0003]
The heart rate is measured mainly by two types of methods: one obtained from the R wave interval of the electrocardiogram and one that captures a peripheral blood flow change as a pulse wave. For electrocardiogram measurement, it is necessary to wear a total of three electrodes, ie, two electrodes sandwiching the heart and an indifferent electrode, and it is difficult for a general healthy person to use in daily life.
[0004]
Since the pulse wave fluctuates in synchronization with the heartbeat, the heartbeat can be acquired from this peak interval. Further, it can be used widely such as differentiating the waveform twice and detecting the degree of arteriosclerosis from the waveform. There are mainly two types of pulse wave measurement methods: photoelectric and pressure. The photoelectric method can be measured basically simply by attaching a light transmitting / receiving device to the finger pad, palm, earlobe, etc. (see, for example,
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2770371
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3243970
[0007]
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3208538
[0008]
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 3029912
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a pulse wave, measurement is simple, but on the other hand, since measurement is performed at the periphery, countermeasures against artifacts are very important because they are easily affected by arm movement and the like. In patent document 4, the countermeasure against an artifact is performed using the several pressure sensor. However, in Patent Document 4, since the process is simplified, a pulse wave cannot be obtained with sufficient accuracy. In Patent Document 4, it is assumed that the artifact is uniform for each sensor, and the case where the artifact is not uniform for each sensor is not considered.
[0010]
An object of the present invention is to provide a pulse wave measurement module and a pulse wave measurement system that can reduce the influence of disturbances that occur in daily life and can measure a pulse even in various situations, in view of the above-described conventional technology. And
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The pulse wave measurement module of the present invention is a pulse wave measurement module that measures a pulse wave of a human body in contact with a human body, and measures the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of a blood vessel on the human body and other positions. Pressure measurement means for obtaining a plurality of pressure measurement values, blood vessel position determination means for determining the position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values, and at least one obtained at the position of the blood vessel determined from the plurality of pressure measurement values A first extraction means for extracting one first pressure measurement value; a first representative value determination means for determining a first representative value from the first pressure measurement value; and a plurality of pressure measurement values other than the determined blood vessel position. Second extraction means for extracting at least one second pressure measurement value obtained; second representative value determination means for determining a second representative value from the second pressure measurement value; a first representative value and a second representative Difference calculation to calculate the difference with the value It is provided with means.
[0012]
The pulse wave measurement module of the present invention is a pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body by contacting the human body, and measures the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions. Pressure measurement means for obtaining a plurality of pressure measurement values, blood vessel position determination means for determining a blood vessel position based on the plurality of pressure measurement values, and a blood vessel position determined from the plurality of pressure measurement values. A first extraction means for extracting at least one first pressure measurement value; a first representative value determination means for determining a first representative value from the first pressure measurement value; and a blood vessel position determined from the plurality of pressure measurement values And a second extraction means for extracting at least one second pressure measurement value obtained at a position other than the position, a second representative value determination means for determining a second representative value from the second pressure measurement value, and a first representative value, The difference from the second representative value And it includes a difference calculation means that out.
[0013]
Furthermore, the pulse wave measurement module of the present invention is a pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body by contacting the human body, and measures the pressure due to the contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions. Pressure measurement means for obtaining a plurality of pressure measurement values, blood vessel position determination means for determining a blood vessel position based on the plurality of pressure measurement values, and pressure measurement values obtained at other than the determined blood vessel position. A regression line determining means for determining a regression line that relates the position and the pressure measurement value, a pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position, and a pressure measurement determined from the regression line at the position where the pressure measurement value was obtained Difference calculation means for calculating a difference from the value is provided.
[0014]
Still further, the pulse wave measurement module of the present invention is a pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body in contact with the human body, and determines the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions. A pressure measuring means for obtaining a plurality of pressure measurement values by measuring, a calculating means for calculating a cross-correlation function between the two positions based on the plurality of pressure measurement values, and between the two positions based on the cross-correlation function A phase difference acquisition unit for acquiring a phase difference between the pressure measurement values of the first phase and a phase shift unit for shifting the phase of the waveform corresponding to the pressure measurement value at at least one of the two positions in order to remove the phase difference And adding means for adding the pressure measurement values at the two positions from which the phase difference has been removed.
[0015]
The pulse wave measurement method of the present invention is a pulse wave measurement method for measuring a pulse wave of a human body in contact with the human body, by measuring the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions. A plurality of pressure measurements are obtained, a blood vessel position is determined based on the plurality of pressure measurements, and at least one first pressure measurement obtained at the determined blood vessel position is extracted from the plurality of pressure measurements. , Determining a first representative value from the first pressure measurement value, extracting at least one second pressure measurement value obtained from other than the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values, and extracting the second representative pressure measurement value from the second pressure measurement value 2 representative values are determined, and a difference between the first representative value and the second representative value is calculated.
[0016]
The pulse wave measurement method of the present invention is a pulse wave measurement method for measuring a pulse wave of a human body in contact with a human body, and measures pressure due to contact at a plurality of positions including the position of a blood vessel on the human body and other positions. To obtain a plurality of pressure measurement values, determine a position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values, and obtain at least one first pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values. Extracting, determining a first representative value from the first pressure measurement value, extracting at least one second pressure measurement value obtained at a position other than the determined blood vessel position and position from the plurality of pressure measurement values; A second representative value is determined from the measured value, and a difference between the first representative value and the second representative value is calculated.
[0017]
Furthermore, the pulse wave measurement method of the present invention is a pulse wave measurement method for measuring a pulse wave of a human body in contact with the human body, and measures pressure due to contact at a plurality of positions including the position of a blood vessel on the human body and other positions. Regression to obtain a plurality of pressure measurement values, determine the position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values, and relate the position and the pressure component based on the pressure measurement values obtained at other than the determined blood vessel position A straight line is determined, and the difference between the pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position and the pressure measurement value determined from the regression line at the position where the pressure measurement value is obtained is calculated.
[0018]
Still further, the pulse wave measurement method of the present invention is a pulse wave measurement method for measuring a pulse wave of a human body in contact with the human body, wherein the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions is measured. Measure to obtain a plurality of pressure measurements, calculate a cross-correlation function between the two positions based on the plurality of pressure measurements, and based on the cross-correlation function, the phase difference between the pressure measurements between the two positions In order to remove the phase difference, the phase of the waveform corresponding to the pressure measurement value at at least one of the two positions is shifted, and the pressure measurement value at the two positions from which the phase difference is removed is obtained. to add.
[0019]
Here, the representative value is one value extracted from one or more pressure measurement values, and the extraction method is not limited. For example, an average value of one or more pressure measurement values can be a representative value. It is also conceivable to arbitrarily extract one value from one or more pressure measurement values. Further, the average value here is, for example, a value calculated by addition average, geometric average, median, or mode, and represents a representative value obtained by a predetermined calculation from one or more pressure measurement values (amplitude correspondence values). Is. Here, the average value when there is one pressure measurement value is the pressure measurement value itself.
[0020]
As described above, the pressure measurement values corresponding to the pressure values at a plurality of positions on the human body are measured, the pressure measurement values on the blood vessel and other pressure values are obtained, and the pressure measurement values due to the disturbance on the blood vessel are obtained. Only the pressure measurement value due to the pulsation can be extracted, and the influence of the artifact can be reduced. In addition, the influence of noise can be reduced by taking into account the phase difference of the pressure waveform of the pressure measurement value corresponding to the pressure value at a plurality of positions on the human body.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a pulse wave measurement module and a pulse wave measurement system of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram of a
The
The signal processing data storage communication unit 12 includes
The
[0022]
The
The
The
The
[0023]
The
The
[0024]
FIG. 2 is a perspective view of the
The
[0025]
FIG. 3 is a schematic diagram in which the
[0026]
FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between the
[0027]
FIG. 5 is a graph showing an example of a pressure waveform measured by the sensor module of FIG. 2 when there is no artifact. FIG. 5 shows a change in amplitude over time, which is a pressure measurement value corresponding to a pressure value obtained by a pressure sensor on the position y-axis in FIG. 4. Artifacts are disturbances caused by the body and cause unnecessary signal components.
Waveform data measured by the
[0028]
Thus, when there is no artifact, the pulsation can be obtained accurately, and the pulse can be accurately measured based on this. Next, a method for removing such artifacts and reducing noise that is a disturbance not caused by the body will be described.
[0029]
6 is a diagram showing a pressure sensor on an artery among the pressure sensors of the pressure sensor array constituting the sensor module of FIG. In FIG. 6, the pressure sensor on the artery is shaded.
As shown in FIG. 6, the pressure sensors are arranged in rows and columns in a direction perpendicular to the artery and a direction parallel to the artery as a column. For example, in the first row, amplitude values corresponding to the pressure values detected by the pressure sensors, such as A (1,1), A (2,1)... A (8,1), are obtained. Since the
[0030]
As shown in FIG. 7 of the next figure, the detected amplitude value of the pressure sensor arranged on the artery is larger than that of the pressure sensor arranged outside the artery. Therefore, referring to the amplitude value detected by the pressure sensor, the
[0031]
Moreover, you may determine with the pressure sensor which detected the upper amplitude value among the amplitude values which all the pressure sensors detected being on the blood vessel. For example, the upper amplitude value is larger than the average value of the amplitude values detected by all the pressure sensors.
[0032]
Actually, after the
[0033]
FIG. 7 is a graph showing an example of a pressure waveform in the first row of the pressure sensor of FIG. 6 when the artifact is uniform. This graph corresponds to an average of amplitude values during a predetermined period and an amplification of the average value. FIG. 7 shows an amplitude value obtained by the pressure sensor arranged in the eighth row in FIG. By referring to the amplitude distribution shown in FIG. 7, it is possible to grasp the position of the blood vessel.
[0034]
FIG. 8 is a flowchart of artifact removal and noise reduction by the pulse wave measurement system of FIG. Here, it is assumed that the artifact is uniform. Since each pressure sensor is small, it is a good approximation that artifacts due to the body are applied uniformly to each pressure sensor. The processing relating to the flowchart of FIG. 8 is executed by the
First, as shown in FIG. 3, the
[0035]
An average value of amplitude values obtained from each pressure sensor arranged in a direction substantially orthogonal to the blood vessel and other than the blood vessel position determined in step S11 is calculated (S12). For example, the amplitude value obtained from each pressure sensor is averaged for each row in which the pressure sensors of the
As a modified example, in step S12, the average value of the amplitude values obtained from the pressure sensors arranged in the direction substantially orthogonal to the blood vessel and other than the blood vessel position determined in step S11 may be calculated. Good. Specifically, in the pressure sensors arranged in the first row shown in FIG. 6, A (1,1), A (2,1), A (3,1), A (4,1), An average value Aa1 ′ of A (5,1), A (6,1), A (7,1), and A (8,1) is calculated. Similarly, the average value is calculated for each of the second and subsequent rows.
[0036]
An average value is calculated from the amplitude values obtained from the pressure sensors arranged in the direction substantially perpendicular to the blood vessel and at the blood vessel position determined in step S11 (S13). For example, similarly to step S12, the amplitude value obtained from each pressure sensor is averaged for each row in which the pressure sensors of the
[0037]
The difference between the average value obtained in step S12 and the average value obtained in step S13 is calculated (S14). For example, as described above, the difference between the average value of the amplitude value at the blood vessel position and the average value of the amplitude value at other than the blood vessel position is calculated for each row. Specifically, Ab1-Aa1 is calculated.
Through the calculations from step S11 to step S14 described above, it is possible to remove pressure artifacts and obtain pressure data that reflects only blood pressure fluctuations. Moreover, in said step S12 and step S13, although the average value of the amplitude value of each pressure sensor is calculated, this can be variously modified. For example, step S12 and step S13 may be executed using the amplitude value of one of the pressure sensors as a representative value instead of the average value. Further, step S12 and step S13 may be executed by using the average value of the amplitude values of several pressure sensors as representative values instead of all the pressure sensors in each row. Furthermore, the average value is a value calculated by, for example, addition average, geometric average, median, or mode, and represents a representative value obtained by a predetermined calculation from the amplitude values of one or more pressure sensors. Here, the average value when the amplitude value of a certain pressure sensor is one is the amplitude value itself. In this specification, the average value is used in the above meaning.
[0038]
Next, by adding the amplitude values detected by the pressure sensor, the following process for reducing the influence of noise, which is a disturbance not caused by the body, is performed.
First, the cross-correlation between pressure sensors adjacent in the blood vessel direction is calculated (S15), and the phase difference of the amplitude between the pressure sensors is obtained from the shift of the peak of the cross-correlation function (S16). For example, when the average of amplitude values detected by the pressure sensor is obtained for each row as described above, the cross-correlation is calculated between adjacent rows, and the phase difference is obtained from the shift of the cross-correlation peak. Specifically, in the above case, the phase difference t between Ac1 and Ac2 Ac12 Ask for.
[0039]
After correcting the phase difference obtained in step S16, the pressure waveform (amplitude distribution) is added. That is, by shifting the phase of one of the pressure waveforms detected by the adjacent pressure sensors by the phase difference obtained between the adjacent pressure sensors so that there is no phase difference between them, the amplitude value at each pressure sensor Is added. For example, if the average of the amplitude values detected by the pressure sensor for each row is obtained as described above, the pressure waveform in either row is eliminated so as to eliminate the phase difference between the amplitude values obtained between adjacent rows. Shift and add. Specifically, in the above case, the waveform of Ac2 is changed to the phase difference t. Ac12 Is added to Ac1.
[0040]
This addition is repeated between the pressure sensors or between the rows of the
[0041]
In FIG. 8, noise removal (S15, S16) is performed after artifact removal (S12, S13, S14), but artifact removal may be performed after noise removal. For example, take the average of the amplitude values of the pressure sensor for each column, calculate the cross-correlation between those adjacent columns, calculate the phase difference of the amplitude between the columns, and average the columns by the pressure sensor so that there is no phase difference Shift the phase of the pressure waveform obtained in. After that, the pressure sensor column is divided into a column almost on the blood vessel and the other columns, and the average value of the amplitude obtained from the column on the blood vessel and the average value of the amplitude obtained from the column outside the blood vessel Calculate the difference between Based on the obtained pressure waveform depending on the time of the difference, the peak of the pulse waveform is detected, and the pulse is calculated from the time interval between the peaks.
[0042]
Hereinafter, as a specific example, a method of calculating the cross-correlation function in step S15 and obtaining the phase difference of the pressure waveform between the rows will be described.
FIG. 9 is a graph showing how the phase difference is determined based on the cross-correlation function of the pressure waveform between rows.
The cross-correlation between the rows is calculated based on the amplitude value using the time t of the pressure average value for each row of the
[0043]
Two cross-correlation functions of Ac1 (t) and Ac2 (t) are expressed as φ Ac1Ac2 (T)
φ Ac1Ac2 (T) = Ac1 (t) * Ac2 (t)
(* Is a convolution operator)
It is expressed. When calculating by substituting Ac1 (t) and Ac2 (t) in FIG. 9 into the above equation, the cross-correlation function φ Ac1Ac2 (T) has the waveform shown in FIG. φ Ac1Ac2 (T) is the phase difference t between Ac1 (t) and Ac2 (t) from the position t = 0 as shown in FIG. Ac12 The function has a peak at a position shifted by the amount. Therefore, φ Ac1Ac2 When the peak of (t) is detected, the phase difference t Ac12 Can be acquired (S15).
[0044]
Next, the phase of Ac2 (t) is shifted and added so as to eliminate the phase difference between Ac1 (t) and Ac2 (t). If the added waveform is Ac (t)
Ac (t) = Ac1 (t) + Ac2 (t + t Ac12 )
Is required. Thereafter, similarly, Ac2 (t) and Ac3 (t), Ac3 (t) and Ac4 (t), etc. are added. Or you may add the pressure waveform of a subsequent line on the basis of Ac1 (t) like Ac1 (t) and Ac3 (t), Ac1 (t) and Ac4 (t).
[0045]
FIG. 10 is a flowchart of artifact removal and noise reduction by a regression line by the pulse wave measurement system of FIG. Steps similar to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
Processing for artifact removal and noise reduction when artifacts are not uniform will be described. Here, it is assumed that the artifact is a linear function (linear) with respect to the position. Since each pressure sensor is composed of a rigid body, when the artifact is not uniform, it is considered that the artifact due to the external pressure due to the movement of the body is linear. Therefore, when the artifact is not uniform, it is a good approximation to consider that the artifact is applied as a linear function in the vertical and horizontal directions of each pressure sensor. 10 is the same as that in FIG. 8 and is executed by the
First, as described with reference to FIG. 8, the blood vessel position is measured (S11), and the blood vessel position is determined.
Based on the amplitude value obtained from each pressure sensor arranged in a direction substantially perpendicular to the blood vessel and other than the blood vessel position determined in step S11, a regression line that relates the position and the amplitude value is determined using the position as a variable. (S22). For example, the regression line is determined based on the amplitude value obtained from each pressure sensor for each row where the pressure sensors of the
A1 (y) = p × y + c (p and c are constants)
It is expressed as A1 (y) is an estimated value of an amplitude value due to an artifact with respect to the horizontal direction y in the first row. Similarly, the regression line is calculated for each row in the second and subsequent rows.
[0046]
A difference between the amplitude value of the pressure sensor at the blood vessel position and the artifact value corresponding to the position is calculated from the regression line corresponding to the position (S23). Thereafter, for example, an average is acquired for each row of the difference data. The value after the difference calculation is a value from which the artifact is removed.
Through the above calculation from step S11 to step S23, it is possible to obtain pressure data that removes linear function artifacts and reflects only blood pressure fluctuations.
The steps for reducing the influence of noise, which is a disturbance that is not caused by the subsequent body, are the same as steps S15, S16, and S17 described with reference to FIG. 8, and even when there is a linear function artifact, The influence of noise can be reduced.
[0047]
As described above, the
[0048]
FIG. 11 is a graph showing an example of a pressure waveform in the first row of the pressure sensor of FIG. 6 when artifacts are not uniform. The straight line indicated by the dotted line in FIG. 11 is the regression line calculated in step S22 in FIG. A curve indicated by a solid line is an amplitude value detected by each pressure sensor.
[0049]
FIG. 12 is a view showing a modification of the
In the
[0050]
If the
The configuration and operation of
[0051]
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a pulse wave measurement system in which the
Although FIG. 1 shows a configuration in which data can be exchanged between the
[0052]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
[0053]
【The invention's effect】
According to the pulse wave measurement module and the pulse wave measurement system of the present invention, it is possible to reduce the influence of disturbances that occur in daily life and to measure the pulse even in various situations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram of a sensor module and a display terminal that constitute a pulse wave measurement system of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the sensor module of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram in which the sensor module of FIG. 2 is mounted on the skin.
4 is a diagram showing a positional relationship between the sensor module of FIG. 2 and an artery.
FIG. 5 is a graph showing an example of a pressure waveform measured by the sensor module of FIG. 2 when there is no artifact.
6 is a view showing a pressure sensor on an artery among the pressure sensors of the pressure sensor array constituting the sensor module of FIG. 2;
7 is a graph showing an example of a pressure waveform in the first row of the pressure sensor in FIG. 6 when the artifact is uniform.
8 is a flowchart of artifact removal and noise reduction by the pulse wave measurement system of FIG.
FIG. 9 is a graph showing how a phase difference is determined based on a cross-correlation function of pressure waveforms between rows.
10 is a flowchart of artifact removal and noise reduction by a regression line by the pulse wave measurement system of FIG.
11 is a graph showing an example of a pressure waveform in the first row of the pressure sensor of FIG. 6 when artifacts are not uniform.
12 is a view showing a modified example of a sensor module in which the pressure sensors of FIG. 1 are arranged in a circle on the pressure sensor array.
13 is a diagram showing an example of a pulse wave measurement system in which the sensor module and the display terminal of FIG. 1 are integrated by an arm belt.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出する第1抽出手段と、
前記第1圧力測定値から第1代表値を決定する第1代表値決定手段と、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出する第2抽出手段と、
前記第2圧力測定値から第2代表値を決定する第2代表値決定手段と、
前記第1の代表値と前記第2の代表値との差分を算出する差分算出手段を具備することを特徴とする脈波計測モジュール。In the pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Pressure measuring means for measuring a pressure at a plurality of positions including a position of a blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurement values;
A blood vessel position determining means for determining the position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values;
First extraction means for extracting at least one first pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values;
First representative value determining means for determining a first representative value from the first pressure measurement value;
A second extracting means for extracting at least one second pressure measurement value obtained from a position other than the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values;
Second representative value determining means for determining a second representative value from the second pressure measurement value;
A pulse wave measurement module comprising difference calculation means for calculating a difference between the first representative value and the second representative value.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出する第1抽出手段と、
前記第1圧力測定値から第1代表値を決定する第1代表値決定手段と、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置及び位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出する第2抽出手段と、
前記第2圧力測定値から第2代表値を決定する第2代表値決定手段と、
前記第1の代表値と前記第2の代表値との差分を算出する差分算出手段を具備することを特徴とする脈波計測モジュール。In the pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Pressure measuring means for measuring a pressure at a plurality of positions including a position of a blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurement values;
A blood vessel position determining means for determining the position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values;
First extraction means for extracting at least one first pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values;
First representative value determining means for determining a first representative value from the first pressure measurement value;
A second extraction means for extracting at least one second pressure measurement value obtained from a position other than the determined blood vessel position and the position from the plurality of pressure measurement values;
Second representative value determining means for determining a second representative value from the second pressure measurement value;
A pulse wave measurement module comprising difference calculation means for calculating a difference between the first representative value and the second representative value.
前記第1代表値決定手段及び前記第2代表値決定手段は、前記決定した血管の延長方向に平行な方向以外の所定方向での位置における前記圧力測定値からそれぞれ、第1代表値及び第2代表値を決定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の脈波計測モジュール。Further comprising blood vessel direction determining means for determining an extension direction of the blood vessel based on the determined position of the blood vessel,
The first representative value determining means and the second representative value determining means are respectively configured to determine a first representative value and a second representative value from the pressure measurement values at positions in a predetermined direction other than a direction parallel to the determined blood vessel extension direction, respectively. The pulse wave measurement module according to claim 1 or 2, wherein a representative value is determined.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定する血管位置決定手段と、
前記決定した血管の位置以外で得られる前記圧力測定値に基づいて、位置と圧力測定値を関係づける回帰直線を決定する回帰直線決定手段と、
前記決定した血管の位置で得られる前記圧力測定値と、該圧力測定値を得た位置での前記回帰直線から決定される圧力測定値との差分を算出する差分算出手段を具備することを特徴とする脈波計測モジュール。In the pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Pressure measuring means for measuring a pressure at a plurality of positions including a position of a blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurement values;
A blood vessel position determining means for determining the position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurement values;
A regression line determining means for determining a regression line relating the position and the pressure measurement value based on the pressure measurement value obtained at a position other than the determined blood vessel position;
And a difference calculating means for calculating a difference between the pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position and the pressure measurement value determined from the regression line at the position where the pressure measurement value is obtained. The pulse wave measurement module.
前記回帰直線決定手段は、前記決定した血管の延長方向に平行方向以外の所定方向にある前記圧力測定値に基づいて前記回帰直線を決定し、
前記差分算出手段は、該所定方向の位置でありかつ前記決定した血管の位置で得た前記圧力測定値と、該所定方向にある前記圧力測定値に基づいて決定した前記回帰直線から決定される圧力測定値との差分を算出することを特徴とする請求項6に記載の脈波計測モジュール。Further comprising blood vessel direction determining means for determining an extension direction of the blood vessel based on the determined position of the blood vessel,
The regression line determining means determines the regression line based on the pressure measurement value in a predetermined direction other than a direction parallel to the determined blood vessel extension direction,
The difference calculation means is determined from the pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position at the position in the predetermined direction and the regression line determined based on the pressure measurement value in the predetermined direction. The pulse wave measurement module according to claim 6, wherein a difference from the pressure measurement value is calculated.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得る圧力計測手段と、
前記複数の圧力測定値に基づいて、2つの位置間の相互相関関数を算出する算出手段と、
前記相互相関関数に基づいて、前記2つの位置間の圧力測定値の位相差を取得する位相差取得手段と、
前記位相差を除去するために前記2つの位置のうち少なくともいずれかの位置での圧力測定値に対応する波形の位相をシフトする位相シフト手段と、
位相差を除去した前記2つの位置での圧力測定値を加算する加算手段を具備することを特徴とする脈波計測モジュール。In the pulse wave measurement module that measures the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Pressure measuring means for measuring a pressure at a plurality of positions including a position of a blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurement values;
Calculation means for calculating a cross-correlation function between two positions based on the plurality of pressure measurement values;
A phase difference acquisition means for acquiring a phase difference of pressure measurement values between the two positions based on the cross-correlation function;
Phase shift means for shifting a phase of a waveform corresponding to a pressure measurement value at at least one of the two positions in order to remove the phase difference;
A pulse wave measurement module comprising addition means for adding pressure measurement values at the two positions from which the phase difference has been removed.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出し、
前記第1圧力測定値から第1代表値を決定し、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出し、
前記第2圧力測定値から第2代表値を決定し、
前記第1の代表値と前記第2の代表値との差分を算出することを特徴とする脈波計測方法。In the pulse wave measuring method for measuring the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Measuring the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurements;
Determining a position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurements;
Extracting from the plurality of pressure measurements at least one first pressure measurement obtained at the determined blood vessel position;
Determining a first representative value from the first pressure measurement,
Extracting at least one second pressure measurement value obtained from other than the determined blood vessel position from the plurality of pressure measurement values;
Determining a second representative value from the second pressure measurement,
A pulse wave measuring method, wherein a difference between the first representative value and the second representative value is calculated.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置で得られる少なくとも1つの第1圧力測定値を抽出し、
前記第1圧力測定値から第1代表値を決定し、
前記複数の圧力測定値から、前記決定した血管の位置及び位置以外で得られる少なくとも1つの第2圧力測定値を抽出し、
前記第2圧力測定値から第2代表値を決定し、
前記第1の代表値と前記第2の代表値との差分を算出することを特徴とする脈波計測方法。In the pulse wave measuring method for measuring the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Measuring the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurements;
Determining a position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurements;
Extracting from the plurality of pressure measurements at least one first pressure measurement obtained at the determined blood vessel position;
Determining a first representative value from the first pressure measurement,
Extracting from the plurality of pressure measurement values at least one second pressure measurement value obtained at a position other than the determined position and position of the blood vessel;
Determining a second representative value from the second pressure measurement,
A pulse wave measuring method, wherein a difference between the first representative value and the second representative value is calculated.
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、
前記複数の圧力測定値に基づいて、血管の位置を決定し、
前記決定した血管の位置以外で得られる前記圧力測定値に基づいて、位置と圧力成分を関係づける回帰直線を決定し、
前記決定した血管の位置で得られる前記圧力測定値と、該圧力測定値を得た位置での前記回帰直線から決定される圧力測定値との差分を算出することを特徴とする脈波計測方法。In the pulse wave measuring method for measuring the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Measuring the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurements;
Determining a position of the blood vessel based on the plurality of pressure measurements;
Based on the pressure measurement obtained at other than the determined blood vessel position, a regression line relating the position and the pressure component is determined,
A pulse wave measuring method comprising calculating a difference between the pressure measurement value obtained at the determined blood vessel position and the pressure measurement value determined from the regression line at the position where the pressure measurement value is obtained .
前記人体上の血管の位置及びそれ以外の位置を含む複数位置における接触による圧力を計測して複数の圧力測定値を得、
前記複数の圧力測定値に基づいて、2つの位置間の相互相関関数を算出し、
前記相互相関関数に基づいて、前記2つの位置間の圧力測定値の位相差を取得し、
前記位相差を除去するために前記2つの位置のうち少なくともいずれかの位置での圧力測定値に対応する波形の位相をシフトし、
位相差を除去した前記2つの位置での圧力測定値を加算することを特徴とする脈波計測方法。In the pulse wave measuring method for measuring the pulse wave of the human body in contact with the human body,
Measuring the pressure due to contact at a plurality of positions including the position of the blood vessel on the human body and other positions to obtain a plurality of pressure measurements;
Calculating a cross-correlation function between two positions based on the plurality of pressure measurements;
Based on the cross-correlation function, obtain a phase difference of pressure measurements between the two positions;
Shifting the phase of the waveform corresponding to the pressure measurement at at least one of the two positions to remove the phase difference;
A pulse wave measuring method characterized by adding pressure measurement values at the two positions from which the phase difference has been removed.
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