JP2005160640A - 生体状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 体動があっても脈拍を正確に検出し、更には、指等の抹消部位以外に装着しても、感度良く脈波や体動を検出する生体状態検出装置を提供する。
【解決手段】 脈拍成分と体動成分とを含む脈波検出信号、及び脈波検出信号と比較して体動成分が強調された体動検出信号についてＦＦＴ処理が行われると、体動検出信号の振幅及び両検出信号の解析結果に基づいて体動の有無を判定し（Ｓ２００）、体動があれば（Ｓ２１０−Ｎ）、両検出信号の解析結果に基づいて体動の定常性を判定する（Ｓ２４０）。これらの判定結果に基づいて、体動がある場合（Ｓ２１０−Ｙ）、体動があり且つ定常性もある場合（Ｓ２４０−Ｙ）、体動があるが定常性はない場合（Ｓ２４０−Ｎ）について、それぞれの状態に応じた方法により、脈拍成分の特定（Ｓ２２０，Ｓ２５０，Ｓ２６０）を行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、脈拍数や脈拍間隔等の生体状態を検出する生体状態検出装置に関する。

近年、健康管理の用途で、日常生活やジョギング等運動時での心臓拍動数（心拍数）をモニターするニーズが高まっている。心拍数を検出するには、心電計により、心拍に伴って発生する活動電位を胸部より計測し、その計測結果（心電図）に現れるＲ波の間隔時間から算出する方法が一般的である。しかし、心電計による計測では、被験者の身体に電極を貼り付ける必要があり、被験者を煩わせるだけでなく、被験者の動きも制約されることになる。

そこで、心電計の代わりに、指やこめかみ等に簡便に装着可能な光学式の脈波センサを用いる方法が提案されている。脈波とは、心拍に従って発生する動脈内の圧力変動が、末梢動脈に波動として伝わったものであり、光学式脈波センサでは、血液中のヘモグロビンの光吸収特性を利用して末梢動脈の血液の波動的な容積変化を計測する。

ところで、脈波センサを用いた場合、図１９に示すように、脈拍数Ｎは、脈波のピークの出現間隔Ｗから算出される。しかし、脈波センサの装着部位に体動が生じると、末梢動脈の血流に乱れが生じることにより、検出される脈波には、脈拍（心拍）とは無関係に、体動に同期したピークが出現し、脈波センサを用いて算出される脈拍数と、実際の脈拍数とが一致しなくなる。しかも、この体動に基づくピーク（体動成分）は、脈拍に基づくピーク（脈拍成分）と重複した周波数領域に出現する場合があり、フィルタ等によって単純には除去することができない。

このような問題を解決するものとして、例えば、脈波センサとは別に、体動を検出する体動センサ（加速度センサ）を設け、体動センサにより体動が検出された時には、脈波センサから得られる検出信号の周波数解析結果（スペクトル）から、体動センサの検出信号から特定される体動成分を除去して脈拍成分を抽出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、波長の異なる２種類の光を放射する光学式脈波センサを用い、血液成分の吸光特性が光の波長に応じて変化すること、及び、生体の運動が血液の流量に影響を与えることを利用して、波長の異なる光のそれぞれについて検出される検出信号に基づき、各検出信号に含まれるピーク周波数成分の振幅の比や、その変化から、脈拍成分と体動成分との識別や、生体の運動強度などを検出する装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特許第２８１６９４４号公報 特開平７−８８０９２号公報

しかし、特許文献１に記載の従来装置では、計測時に被験者の動きが制約されないようにするために小型の光学式脈波センサを用いるにも関わらず、この脈波センサとは別体の体動センサを併せて用いなければならないため、装置の構成部品が増加してしまうという問題があった。

一方、特許文献２に記載の従来装置では、別体の体動センサを必要としないため、装置を小型に構成することができる。しかし、体動成分と脈拍成分との関係は、センサの装着状態や個人差（例えば心肺機能の強さや皮下脂肪の厚さ等）によって様々であり、しかも、この従来装置では、体動の影響を強く受ける皮膚の表面からの反射光の影響が考慮されていないため、この従来装置に用いられている一意的な演算処理では、脈拍や運動量を正確に求めることができないという問題があった。

特に、被験者の利便性を考慮して、腕や脚などに脈波センサを取り付けた場合、指等の抹消部位に取り付けた場合と比較して、皮下脂肪の影響により脈波の検出感度が低下するため、脈波成分が体動成分に埋もれてしまい、検出精度が低下するという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するために、体動があっても脈拍を正確に検出し、更には、指等の抹消部位以外に装着しても、感度良く脈波や体動を検出する生体状態検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の生体状態検出装置において、脈波センサは、被験者に照射する光を発生させる発光部、及び被験者からの反射光を受光する受光部を有し、脈拍に同期した脈拍成分と体動に同期した体動成分とを含む脈波検出信号、及び脈波検出信号と比較して体動成分が強調された体動検出信号を出力する。

すると、解析手段が、脈波センサからの検出信号（脈波検出信号，体動検出信号）を周波数解析し、また、体動判定手段が、少なくとも脈波センサからの検出信号または解析手段での解析結果のいずれかに基づいて体動の有無を判定し、更に、体動判定手段にて体動ありと判定された場合には、定常性判定手段が、解析手段での解析結果に基づいて体動の定常性を判定する。

そして、脈拍成分抽出手段が、これら解析手段での解析結果、体動判定手段及び定常性判定手段での判定結果に基づいて、脈波検出信号から脈拍成分を抽出する。
このように、本発明では、脈波センサに、脈拍成分と体動成分とを含む脈波検出信号だけでなく、体動成分が強調された体動検出信号も出力させているため、加速度センサ等を利用した脈波センサとは別体の体動センサを設けることなく、被験者の体動を精度良く検出することができる。

そして、脈波検出信号から脈拍成分を抽出する際には、体動の有無だけでなく、体動の状態（定常性の有無）も考慮しているため、脈波検出信号に含まれる体動成分を正しく特定でき、脈拍成分の抽出、ひいては脈拍数や脈拍間隔等の生体状態の検出を精度良く行うことができる。

ところで、脈波センサから脈波検出信号と体動検出信号とを出力させるために、具体的には、例えば、発光部を、脈波センサが脈波検出信号を出力する際に発光させる第１発光素子と、脈波センサが前記体動検出信号を出力する際に発光させる第２発光素子とを備えるように構成し、第１発光素子は第２発光素子より血液成分（例えば、ヘモグロビン）での吸光度が大きい波長にて発光するものを用いることが考えられる。

この場合、第１発光素子を用いて検出される脈波検出信号に含まれる脈拍成分は強調され、逆に、第２発光素子を用いて検出される体動検出信号に含まれる脈拍成分は小さくなり、相対的に体動成分が強調されることになる。

具体的には、第１発光素子として、例えば緑色領域（概ね５２０ｎｍ）にて発光するものを、一方、第２発光素子として、例えば赤外領域（概ね９５０ｎｍ）にて発光するものを用いることができる。

また、脈波センサを、発光部（第１発光素子，第２発光素子）と受光部とが筐体に収納されるように構成すると共に、発光部からの放射光及び受光部への反射光を通過させる開口部に透光板が配置されるように構成した場合、透光板は、第１発光素子に基づく放射光を透過させる第１部位が、第２発光素子に基づく放射光を透過させる第２部位より、筐体の外部に向けて突出した形状を有するように構成してもよい。

この場合、透光板の第１部位は第２部位と比較してより被験者に密着するため、第１発光素子を発光させた時には、第２発光素子を発光させた時より、その放射光は血管に到達し易くなり、また、血管からの反射光も受光部にて受光され易くなる。またノイズとなりうる皮膚の反射を軽減することができ、Ｓ／Ｎが向上できる。

つまり、第１発光素子を発光させた時には、第２発光素子を発光させた時より、反射光に含まれる脈拍成分が大きくなり、逆に言えば、第２発光素子を発光させた時には、第１発光素子を発光させた時より、反射光に含まれる脈拍成分が小さくなり、相対的に体動成分が強調されることになる。

そして、透光板は、少なくとも第１部位が筐体より外部に向けて突出していることが望ましく、更に、筐体は、開口部の周縁が開口部が形成された面の他の部位より外部に向けて突出した形状を有することが望ましい。

前者の場合、透光板の第１部位を、筐体に邪魔されることなく、確実に被験者に密着させることができ、また、後者の場合、透光板の取付部位全体が筐体の他の部分より突出するため、部第１部位だけでなく、透光板全体を、確実に被験者に密着させることができる。

そして、このように脈波センサ（の透光板）が被験者に密着する構成を有することにより、本発明の生体状態検出装置は、指等の抹消部位以外の部位（例えば、腕，脚，胴等）に装着しても、感度よく脈波や体動を検出することができる。

なお、受光部は、第１発光素子及び第２発光素子のそれぞれに一つずつ設けられた一対の受光素子により構成してもよいが、両発光素子で共用される単一の受光素子により構成してもよい。この場合、脈波センサの構成要素を削減することができセンサの小型化を図ることができる。

ところで、被験者に体動がある場合、脈波センサからの検出信号（脈波検出信号，体動検出信号）の振幅は、その体動に応じて変化する。また、脈拍は正常時には急激に大きく変化することがないため、脈波センサからの検出信号（特に脈波検出信号）に含まれる脈拍成分は大きな高調波を持たず、被験者に体動がない場合、脈波検出信号から十分な強度にて検出されるピーク周波数成分は、脈拍成分に基づく一つだけとなる。更に、体動検出信号にも脈拍成分が含まれるが、体動成分が強調された体動検出信号では、抽出されるピーク周波数成分が脈拍成分に基づくものである場合、そのピーク周波数成分の強度は、脈波検出信号にて検出される同一周波数のピーク周波数成分の強度より小さくなる。

これらの事実に基づき、体動判定手段として、具体的には、体動検出信号の振幅、又は該体動検出信号の差分値が予め設定されたしきい値より大きい場合に体動ありと判定する第１体動判定手段や、脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が、予め設定された比率（例えば、３〜１０程度）以下である場合、即ち、最大ピーク周波数成分以外のピーク周波数成分も無視できない程度の強度を有している場合に、体動ありと判定する第２体動判定手段や、脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分の強度が、この最大ピーク周波数成分と同じ周波数を有する体動検出信号のピーク周波数成分の強度以下である場合に体動ありと判定する第３体動判定手段などが考えられ、これら第１〜第３体動判定手段は、いずれか一つだけを備えていてもよいが、いずれか二つ又は全てを備えていることが望ましい。

また、体動に定常性がある場合には、体動成分の基本波や高調波が明確に出現することが知られており、これらがピーク周波数成分として検出される。
そこで、定常性判定手段として、具体的には、体動検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が、予め設定された比率より大きい場合に定常性ありと判定する第１定常性判定手段や、体動検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目又は３番目に大きいピーク周波数成分とが、一方が基本波となり他方が第２高調波となる関係にある場合に定常性ありと判定する第２定常性判定手段などが考えられ、これら第１及び第２定常性判定手段は、いずれか一つだけを備えていてもよいが、両方を備えていることが望ましい。

また、脈拍成分抽出手段として、具体的には、体動判定手段にて体動なしと判定された場合に脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第１脈拍成分抽出手段、脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内において、体動成分特定手段にて特定される基本波及び高調波と周波数が一致するものを除いた中での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が予め設定された比率より大きい場合に、その最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第２脈拍成分抽出手段、重なり推定手段にて重なりなしと推定された場合に、探索範囲内での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第３脈拍成分抽出手段、重なり推定手段にて重なりありと推定された場合に、探索範囲内での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を中心とする予め設定された所定範囲内における解析手段での解析結果から、脈拍成分に対応する周波数成分を推定する第４脈拍成分抽出手段などが考えられる。但し、これら第１〜第４脈拍成分抽出手段の中では、最低限、第１脈拍成分抽出手段を備えていればよく、これに加えて、第２〜第４脈拍成分抽出手段を備えると、体動時の脈拍数検出までより正確にすることができる。

なお、体動成分特定手段では、定常性判定手段にて定常性ありと判定された場合に体動成分の基本波及び高調波を特定し、重なり推定手段では、前回の測定で特定された脈拍成分の周波数を中心とする予め設定された探索範囲内での脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と、体動成分特定手段にて特定される体動成分の基本波及び高調波とに基づき、脈拍成分と体動成分との重なり合いの有無を推定する。

即ち、第１脈拍成分抽出手段を備えていれば、被験者に体動がない場合に脈拍成分を抽出でき、第２脈拍成分抽出手段を備えていれば、被験者に体動があり且つその体動に定常性がある場合にも脈拍成分を抽出することができる。また、第３及び第４脈拍成分抽出手段を備えていれば、脈拍成分であると明確に特定できるピーク周波数成分がない場合でも、前回の測定で特定された脈拍成分の周波数から推定することで、脈拍成分を抽出することができる。

そして、特に、第４脈拍成分抽出手段では、具体的には、脈波検出信号及び前記体動検出信号の解析結果を強度について規格化し、両者の差分が最大となる周波数成分を脈拍成分と推定する、いわゆるＦＦＴ減算法がある。これは、周波数分解能が小さい場合には、脈拍成分と体動成分が重なりにくいが、周波数分解能が大きい場合には、両成分が重なりやすいため、単純にピークを検出する方法よりもＦＦＴ減算法の方が精度良く脈拍数を検出することができる。
また、第２〜４の脈拍成分抽出手段において、脈波検出信号の解析結果と体動検出信号の解析結果との相関値を予め設定された分割区間毎に算出し、この相関値が最小となる分割区間における最大強度の周波数成分を脈拍成分と推定する、いわゆる相関係数法を用いてもよい。

ところで、本発明の生体状態検出装置は、脈拍成分抽出手段が抽出した脈拍成分に基づいて、指標算出手段が、脈拍数及び脈拍間隔のうち少なくとも一方からなる指標を算出するように構成してもよい。

そして、この指標算出手段を、脈拍成分抽出手段が抽出した脈拍成分を中心とする予め設定された周波数範囲内に含まれる脈波検出信号の周波数成分に基づき、該周波数成分の強度を重みとした加重平均周波数を求め、その加重平均周波数から指標を算出するようにすれば、解析手段での解析結果の周波数分解能より、みかけ上の分解能を向上させることができる。

また、本発明の生体状態検出装置は、受光部から出力される脈波検出信号の振幅に基づいて、発光強度調整手段が、発光部での発光強度を調整するように構成してもよい。
即ち、身体の表面から血管に至るまでの光の減衰量は、皮下脂肪等の影響を受け、脈波センサの取付位置や個人差によって大きく変化するため、このような発光強度調整手段を備えることにより、常に、最適な状態で検出を行うことができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された生体状態検出装置１の外観、及びその使用状態を示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態の生体状態検出装置１は、腕時計程度の大きさに形成された本体３と、本体３と一体に形成されたベルト状の取付部５とからなる。
そして、本体３の表側には、表示パネル３ａが設けられ、裏側には、生体情報の検出に用いる光を通過させるための検出窓を構成する透光板３ｂ，外部装置との通信や当該装置１の充電に使用するケーブルを接続するためのコネクタ３ｃが設けられている。

この生体状態検出装置１は、その使用時には、図１（ｂ）に示すように、透光板３ｂが形成された本体３の裏側を被験者の皮膚に接触させるようにして、取付部５により被験者の手首や足首などに固定される。但し、取付位置は、手首や足首に限らず、四肢（腕脚）の指先から付け根までのどこであってもよい。また、取付部５は、ベルトの代わりにサポータなどを用いて構成してもよい。

また、本体３を構成する筐体は、当該装置１を被験者に取り付けた時に、透光板３ｂが被験者の皮膚に密着するように、透光板３ｂの周縁部３ｄが他の部位より突出（本実施形態では、０．２ｍｍ程度）した構造（図３参照）を有している。更に、本体３には、被験者が生体状態検出装置１を装着したままでの入浴が可能なように防水加工が施されている。

次に、図２は、生体状態検出装置１の内部構成を示すブロック図である。
図２に示すように、生体状態検出装置１は、透光板３ｂを介して光を照射し、その反射光を受光することで生体情報を検出する情報検出部１０と、情報検出部１０にて検出される生体情報を処理する情報処理部２０と、コネクタ３ｃに接続されるケーブルを介して充電可能に構成され、当該装置の各部に電源供給を行うバッテリ１５とを備えている。

このうち、情報検出部１０は、緑色光（本実施形態では波長が約５２０ｎｍ）を放射する緑色ＬＥＤ１１ａ、赤外光（本実施形態では波長が約９５０ｎｍ）を放射する赤外ＬＥＤ１１ｂ、これらＬＥＤ１１ａ，１１ｂの間に配置され、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから放射された光の反射光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）１１ｃからなる光学式の脈波センサ１１と、情報処理部２０からの指示に従って、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを駆動する駆動回路１２と、ＰＤ１１ｃを駆動して反射光の強度に応じた検出信号を生成する検出回路１３と、検出回路１３からの検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ１４とからなる。

また、透光板３ｂは、緑色ＬＥＤ１１ａ及びフォトダイオード１１ｃと対向する部位（以下「第１部位」と称する。）、即ち緑色ＬＥＤ１１ａからの放射光及びその反射光の通過経路となる部位が、透光板３ｂの周縁部３ｄより突出し（本実施形態では０．２ｍｍ）、且つ赤外ＬＥＤ１１ｂと対向する部位（以下「第２部位」と称する。）、即ち赤外ＬＥＤ１１ｂからの放射光の通過経路となる部位が、透光板３ｂの周縁部３ｄより凹んだ（本実施形態では０．２ｍｍ）形状を有している。つまり、図３に示すように、当該装置１を被験者に取り付けた時に、緑色ＬＥＤ１１ａからの放射光（緑色光）及び反射光の通過経路となる部分は、被験者の皮膚との密着度が高く、赤外ＬＥＤ１１ｂからの放射光（赤外光）の通過経路となる部分は、被験者の皮膚との密着度が低くなる（又は密着しない）ようにされている。

そして、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂから被験者に向けて放射された光は、被験者の体内を通る毛細動脈に到達すると、その一部が毛細動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りは毛細動脈で反射して散乱する。また、その散乱光の一部が反射光としてＰＤ１１ｃに入射する。

この時、血液の脈動により毛細動脈にあるヘモグロビンの量が波動的に変化するため、ヘモグロビンに吸収される光量も波動的に変化する。これに従って、毛細動脈で反射しＰＤ１１ｃで検出される受光量（検出信号の信号レベル）も変化するため、その検出信号から脈波に関する情報が得られる。

なお、血流は、体動の影響も受けるため、ＰＤ１１ｃからの検出信号には、脈拍に同期する脈拍成分だけでなく、体動に同期する体動成分も含まれることになる（図１９参照）。また、放射光の全てが毛細動脈に到達するわけではなく、身体の表面等で反射した反射光（表面反射光）もＰＤ１１ｃにて受光され、この表面反射光にも、体動成分が多く含まれる。

但し、赤外光は緑色光と比較して吸光特性が低いため、赤外ＬＥＤ１１ｂを発光させた時にＰＤ１１ｃにて検出される検出信号（体動検出信号）は、緑色ＬＥＤ１１ａを発光させた時にＰＤ１１ｃにて検出される検出信号（脈波検出信号）と比較して、脈拍に同期した脈拍成分が小さく、相対的に体動に同期した体動成分が強調されたものとなる。

しかも、透光板３ｂの第１部位を介して照射される緑色光は、被験者の体内を通る毛細動脈に到達し易く、且つ毛細動脈からの反射光が受光され易くなるため、脈波検出信号における脈拍成分の検出感度が向上し、一方、透光板３ｂの第２部位を介して照射される赤外光は、皮膚の表面にて反射され易く、且つその照射位置が体動に伴って揺れ易くなるため、体動検出信号における脈拍成分の検出感度が低下すると共に、体動成分の検出感度が向上する。

その結果、脈波検出信号では、図４（ａ）に示すように、脈拍成分と体動成分とは大差のない信号レベル（本実施形態では１：５程度）にて検出され、これに対して、体動検出信号では、図４（ｂ）に示すように、脈拍成分が体動成分と比較して非常に小さな信号レベル（本実施形態では１：５０程度）にて検出されることになる。なお、図４は、被験者に体動がある場合に検出される脈波検出信号及び体動検出信号の周波数スペクトルの概要を示す模式図である。

そして、駆動回路１２は、情報処理部２０からの指令によって起動すると、予め設定されたサンプリング間隔（本実施形態では５０ｍｓｅｃ）毎に、両ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを、それぞれ１回ずつ異なるタイミングで交互に発光させると共に、情報処理部２０からの指令に従って、各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの発光強度を調整できるように構成されている。

また、Ａ／Ｄコンバータ１４は、駆動回路１２の発光タイミングに同期して動作することにより、緑色ＬＥＤ１１ａの発光時に検出される脈波検出信号、赤外ＬＥＤ１１ｂの発光時に検出される体動検出信号を、それぞれデジタルデータに変換し、このデジタルデータを生体情報として情報処理部２０に供給するように構成されている。

更に、検出回路１３では、体動検出信号の検出時（赤外ＬＥＤ１１ｂの発光時）には、脈波検出信号の検出時（緑色ＬＥＤ１１ａの発光時）より、ＰＤ１１ｃからの受光信号を大きな増幅率で増幅し、体動成分がより強調されるように設定されている。

次に、情報処理部２０は、コネクタ３ｃへのケーブル接続の有無を検出すると共に、コネクタ３ｃに接続されたケーブルを介して外部装置との通信を制御する通信制御部２２と、バッテリ１５の電圧を検出する電圧検出部２３と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、当該装置各部の制御や、情報検出部１０にて検出される生体情報の解析等を実行するマイクロコンピュータ（マイコン）２４と、情報検出部１０にて検出される生体情報や、その生体情報に基づいてマイコン２４が生成する各種情報を記憶する記憶部２５と、マイコン２４からの指示に従って表示パネル３ａに文字や図形を表示する表示制御部２６とを備えている。

なお、記憶部２５には、少なくとも、情報検出部１０から供給される生体情報を記憶するバッファ領域が確保されている。このバッファ領域は、予め設定されたＦＦＴ対象期間分（本実施形態では過去１３秒分（＝２６０個））以上のデータを格納可能な容量を有している。

そして、マイコン２４は、当該装置１に電源が投入されると、情報検出部１０を起動し、情報検出部１０から生体情報の供給がある毎に、記憶部２５に確保されたバッファ領域のデータを更新するデータ更新処理、記憶部２５に記憶されたデータを解析する解析処理、解析処理での解析結果に従って生体状態を評価するための指標となる脈拍数や脈拍間隔を求める指標生成処理、指標生成処理にて生成された指標やバッテリ１５の充電状態を表示制御部２６を介して表示パネル３ａに表示する表示処理、コネクタ３ｃに接続されたケーブルを介して外部装置との通信を行い、外部装置から入力されるコマンドに従って、記憶部２５に記憶された各種データの転送や、当該装置１各部の設定の変更、マイコン２４が実行するプログラムの更新等を行う通信処理等を実行する。

以下では、本発明に関わる解析処理及び指標生成処理の詳細について説明する。
図５は、解析処理の内容を示すフローチャートである。なお、解析処理は、情報検出部１０の起動後、予め設定された時間間隔（本実施形態では１秒）毎に起動される。また、情報検出部１０の起動時に、駆動回路１２は、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂを最大強度にて発光させる設定に初期化される。

本処理が起動すると、脈波検出信号及び体動検出信号のそれぞれについて、前回の起動時から現時点までの単位区間（即ち１秒間）の間に取得されたデジタルデータ（本実施形態ではそれぞれ２０個）に基づいて、脈波検出信号の振幅Ｖｇ及び体動検出信号の振幅Ｖirをそれぞれ算出する（Ｓ１００）。具体的には、図６（ａ）に示すように、単位区間の間に取得されたデジタルデータの中の最大値と最小値とを抽出し、その差を振幅Ｖｇ，Ｖirとすればよい。

次に、脈波検出信号が検出される電圧範囲をＶＲとして（図６（ｂ）参照）、過去、規定時間（本実施形態では２０秒）内に、Ｖｇ／ＶＲが下限値ＶＬ（本実施形態では０．１）以下となる単位区間が、一定割合（本実施形態では８０％）以上あるか否かを判断し（Ｓ１１０）、一定割合以上あれば、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの光量が不足しているものとして、駆動回路１２に対して発光強度を増大させる指令を出力する（Ｓ１２０）。

一方、Ｓ１１０にて否定判定された場合には、過去、規定時間内にＶｇ／ＶＲが上限値（本実施形態では０．７）以上となる単位区間が、一定割合（本実施形態では８０％）以上あるか否かを判断し（Ｓ１３０）、一定割合以上あれば、ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの光量が過剰であるものとして、駆動回路１２に対して発光強度を減少させる指令を出力する（Ｓ１４０）。

次に、ＦＦＴ処理を実行するタイミングであるか否かを判断し（Ｓ１５０）、ＦＦＴ実行タイミングでなければ、そのまま本処理を終了する。なお、本実施形態においてＦＦＴ実行タイミングは１３秒間隔に設定されている。但し、ＦＦＴ実行タイミングは、１３秒より短い間隔、例えば、１秒間隔（即ち本処理が起動される毎に毎回）であってもよいし、１３秒より長い間隔であってもよい。

そして、Ｓ１５０にて肯定判定された場合、脈波検出信号及び体動検出信号のそれぞれについてＦＦＴ処理を実行する（Ｓ１６０）。但し、本実施形態では、記憶部２５のバッファ領域に格納されたＦＦＴ対象期間分（即ち２６０個）のデジタルデータがＦＦＴ処理の対象となり、ＦＦＴ処理の際には、図６（ｃ）に示すように、ＦＦＴ処理されるデータ数が２のべき乗（本実施形態では２⁹ ＝５１２）個となるように補間データが付加される。つまり、実際のデータ数より高い周波数分解能で解析されるように設定されている。

このＦＦＴ処理が終了すると、その解析結果に基づいて脈拍成分を抽出し、脈拍数や脈拍間隔等の生体状態を示す指標を生成する指標生成処理を起動して（Ｓ１７０）、本処理を終了する。

つまり、解析処理では、本処理が起動される（即ち１秒）毎に、脈波検出信号及び体動検出信号のそれぞれについて過去単位区間（即ち１秒）の間に検出された波形に基づく振幅Ｖｇ，Ｖirが求められ、また、ＦＦＴ実行タイミング（即ち１３秒）毎に、過去ＦＦＴ対象期間（即ち１３秒）の間に検出された波形に基づくＦＦＴ処理結果が得られることになる。

次に、先のＳ１７０にて起動される指標生成処理を、図７に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理が起動すると、まず、被験者の体動の有無を判定する体動判定処理を実行する（Ｓ２００）。

この体動判定処理では、図８に示すように、まず、脈波検出信号の解析結果から、脈波の基本波が存在する周波数範囲（本実施形態では０．５〜３．３Ｈｚ）内において、強度が最大となるピーク周波数成分Ｇ１と、強度が次に大きいピーク周波数成分Ｇ２とを抽出する（Ｓ３００）と共に、体動検出信号の解析結果から、ピーク周波数成分Ｇ１と同じ周波数の周波数成分ＩＲ１を抽出する（Ｓ３１０）。

そして、先のＳ１８０にて体動検出信号のＦＦＴ処理に使用したＦＦＴ対象期間（過去１３秒）の各単位区間のそれぞれについて、その単位区間での振幅Ｖirが予め設定されたしきい値より小さいか否かを判定し（Ｓ３２０）、いずれか一つでもしきい値以上のものがあれば、体動ありとの判定をして（Ｓ３６０）、本処理を終了する。

また、各単位区間での振幅Ｖirがいずれもしきい値より小さければ、脈波検出信号のピーク周波数成分Ｇ１，Ｇ２の強度比［Ｇ１］／［Ｇ２］（［Ｘ］は、周波数成分Ｘの強度を表すものとする。）が、所定値Ｈ１（本実施形態では１０）より大きいか否かを判断し（Ｓ３３０）、所定値Ｈ１以下であれば、無視することのできない十分な強度を有したピーク周波数成分が複数存在し、脈拍以外に基づくピーク周波数成分、即ち体動に基づくピーク周波数成分が重畳されているものとして、体動ありとの判定をして（Ｓ３６０）、本処理を終了する。

また、ピーク周波数成分Ｇ１，Ｇ２の強度比［Ｇ１］／［Ｇ２］が所定値Ｈ１より大きければ、Ｓ３００にて抽出した脈波検出信号のピーク周波数成分Ｇ１の強度が、Ｓ３１０にて抽出した体動検出信号の周波数成分ＩＲ１の強度より大きいか否かを判断し（Ｓ３４０）、ピーク周波数成分Ｇ１の強度が周波数成分ＩＲ１の強度以下であれば、ピーク周波数成分Ｇ１は体動に基づくものであるものとして、体動ありとの判定をして（Ｓ３６０）、本処理を終了する。

一方、ピーク周波数成分Ｇ１の強度が周波数成分ＩＲの強度より大きければ、体動なしとの判定をして（Ｓ３５０）、本処理を終了する。
つまり、ＦＦＴ対象期間内における体動検出信号の単位区間毎の振幅が、全区間でしきい値より大きく、且つ、脈波検出信号の解析結果において、十分な強度を有したピーク周波数成分が一つしか存在せず（［Ｇ１］／［Ｇ２］＞Ｈ１）、しかも、体動検出信号にて同じ周波数の周波数成分より大きい（［Ｇ１］＞［ＩＲ１］）場合にのみ、体動なしと判定し、それ以外の場合は体動ありと判定するようにされている。

図７に戻り、体動判定処理（Ｓ２００）での判定結果が、体動なしであるか否かを判定し（Ｓ２１０）、判定結果が体動なしであれば、安静時脈拍成分特定処理を実行する（Ｓ２２０）。この処理では、体動判定処理のＳ３００にて抽出された脈波検出信号のピーク周波数成分Ｇ１を、脈拍成分として特定する。

一方、体動判定処理での判定結果が体動ありであれば、その体動の定常性の有無を判定する定常性判定処理を実行する（Ｓ２３０）。
この定常性判定処理では、図９に示すように、まず、体動検出信号の解析結果から、強度の大きい順に四つのピーク周波数成分ＩＲ１〜ＩＲ４を抽出する（Ｓ４００）。そして、最も強度が大きいピーク周波数成分ＩＲ１と次に強度が大きいピーク周波数成分ＩＲ２との強度比［ＩＲ１］／［ＩＲ２］が、所定値Ｈ２（本実施形態では１０）より大きいか否かを判断し（Ｓ４１０）、強度比［ＩＲ１］／［ＩＲ２］が所定値Ｈ２以下であれば、２番目に強度が大きいピーク周波数成分ＩＲ２又は３番目に強度が大きいピーク周波数成分ＩＲ３と、最も強度が大きいピーク周波数成分ＩＲ１とが、一方が基本波、他方が第２高調波となる関係にあるか否かを判断する（Ｓ４２０）。

そして、Ｓ４１０にてピーク周波数成分ＩＲ１，ＩＲ２の強度比［ＩＲ１］／［ＩＲ２］が所定値Ｈ２より大きいと判定されるか、或いはＳ４２０にてピーク周波数成分ＩＲ２，ＩＲ３とピーク周波数成分ＩＲ１との間に、基本波，第２高調波の関係があると判定された場合には、体動に定常性ありとの判定をする（Ｓ４３０）と共に、ピーク周波数成分ＩＲ１〜ＩＲ４から、体動成分の基本波ＭＦ１及び第２〜第４高調波ＭＦ２〜ＭＦ４を特定して（Ｓ４４０）、本処理を終了する。

なお、Ｓ４４０では、Ｓ４１０にて肯定判定された場合には、ピーク周波数成分ＩＲ１が直ちに基本波ＭＦ１として特定され、一方、Ｓ４２０にて肯定判定された場合には、図１０（ａ）に示すように、ピーク周波数成分ＩＲ１が基本波ＭＦ１となる場合もあるが、図１０（ｂ）に示すように、２番目又は３番目に大きいピーク周波数成分ＩＲ２，ＩＲ３（図ではピーク周波数成分ＩＲ２）が基本波ＭＦ１となり、最も大きいピーク周波数成分ＩＲ１が第２高調波となる場合もある。

また、先のＳ４２０にてピーク周波数成分ＩＲ２，ＩＲ３とピーク周波数成分ＩＲ１との間に、基本波，第２高調波の関係がないと判定された場合には、体動に定常性なしとの判定をして（Ｓ４５０）、本処理を終了する。

つまり、本処理では、体動検出信号の解析結果において、十分な強度を有したピーク周波数成分が一つしか存在しないか（［ＩＲ１］／［ＩＲ２］＞Ｈ２）、或いは、ピーク周波数成分ＩＲ１〜ＩＲ４が基本波，高調波の関係にあり且つピーク周波数成分ＩＲ１が基本波又は第２高調波である場合に、定常性ありと判定するようにされている。

図７に戻り、定常性判定手段（Ｓ２３０）での判定結果が、定常性ありであるか否かを判断し（Ｓ２４０）、判定結果が定常性ありであれば、定常運動時脈拍成分特定処理を実行し（Ｓ２５０）、判定結果が定常性なしであれば、非定常運動時脈拍成分特定処理を実行する（Ｓ２６０）。

このうち、定常運動時脈拍成分特定処理では、図１１に示すように、まず、脈波検出信号の解析結果から、脈波の基本波が存在する周波数範囲内において、強度の大きい順に五つのピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ５を抽出し（Ｓ５００）、その抽出したピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ５の中で、体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４とは重ならないものを非重複ピーク周波数成分ＰＭ１，ＰＭ２，…として抽出する（Ｓ５１０）。

そして、最も強度が大きい非重複ピーク周波数成分ＰＭ１と次に強度が大きい非重複ピーク周波数成分ＰＭ２との強度比［ＰＭ１］／［ＰＭ２］が所定値Ｈ３（本実施形態では３）より大きいか否かを判断し（Ｓ５２０）、強度比［ＰＭ１］／［ＰＭ２］が所定値Ｈ３より大きいか、或いはＰＭ１以外の非重複ピーク周波数成分が存在しなければ、非重複ピーク周波数成分ＰＭ１を脈拍成分として特定して（Ｓ５３０）、本処理を終了する（図１２（ａ）参照）。

一方、強度比［ＰＭ１］／［ＰＭ２］が所定値Ｈ３以下であれば、前回の測定時に算出された脈拍数に対応する周波数を中心とする探索範囲（本実施形態では±１０拍分に相当する周波数範囲）内に、ピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ５が存在するか否かを判定し（Ｓ５４０）、探索範囲内にピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ５がいずれも存在しなければ、前回の測定結果を、そのまま今回の測定結果（脈拍成分）として（Ｓ５５０）、本処理を終了する。

また、探索範囲内にピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ５がいずれか一つでも存在すれば、その中で最大のものを候補ピーク周波数成分ＧＭとして抽出し（Ｓ５６０）、その候補ピーク周波数成分ＧＭが、体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４のいずれかと一致するか否かを判定する（Ｓ５７０）。

そして、候補ピーク周波数成分ＧＭが、体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４のいずれとも一致しない場合には、候補ピーク周波数成分ＧＭを脈拍成分として特定して（Ｓ５８０）本処理を終了する。また、候補ピーク周波数成分ＧＭが、体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４のいずれかと一致する場合（図１２（ｂ）参照）には、ＦＦＴ減算処理による脈拍成分の特定を行って（Ｓ５９０）、本処理を終了する。

ここで、Ｓ５９０のＦＦＴ減算処理では、図１３に示すように、まず、脈波検出信号の解析結果から、先のＳ５６０にて抽出した候補ピーク周波数成分ＧＭを中心とする所定範囲内（本実施形態では、両側各５ポイントの合計１１ポイント）の周波数成分を、候補ピーク周波数成分ＧＭの強度が１となるように規格化（以下「規格化脈波スペクトルＧｓ」と称する。）する（Ｓ６００）と共に、体動検出信号の解析結果から、候補ピーク周波数成分ＧＭと同じ周波数を有する周波数成分を中心とする上記所定範囲内の周波数成分を、その中心周波数成分の強度が１となるように規格化（以下「規格化体動スペクトルＩＲｓ」と称する。）する（Ｓ６１０）。なお、両規格化スペクトルＧｓ，ＩＲｓについては、図１４を参照。

これら規格化脈波スペクトルＧｓから規格化体動スペクトルＩＲｓを減算することにより、差分スペクトルＧＩＲｓ（＝Ｇｓ−ＩＲ）を求め（Ｓ６２０）、その差分スペクトルＧＩＲｓでのピーク周波数成分ＧＩＲｓ１（図１４（ｂ）参照）を抽出する（Ｓ６３０）。

そして、抽出したピーク周波数成分ＧＩＲｓ１が、予め設定された所定値Ｈ４（本実施形態では、０．２）以上であるか否かを判断し、ピーク周波数成分ＧＩＲｓ１が所定値Ｈ４以上であれば、差分スペクトルから抽出したピーク周波数成分ＧＩＲｓ１を脈拍成分として特定して（Ｓ６５０）、本処理を終了する。

一方、ピーク周波数成分ＧＩＲｓ１が所定値Ｈ４より小さければ、候補ピーク周波数成分ＧＭを脈拍ピークとして特定して（Ｓ６６０）、本処理を終了する。
つまり、体動に定常性がある時（定常運動時）には、脈波検出信号の解析結果から抽出されるピーク周波数成分の中に、体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４と重複せず、且つ十分に強度の大きなものが存在すれば、そのピーク周波数成分を脈拍成分として特定し、そのようなピーク周波数成分が存在しなければ、前回の測定結果に基づき脈拍成分が存在すると推定される探索範囲内に存在するピーク周波数成分の中で最大のもの（候補ピーク周波数成分ＧＭ）に基づいて、脈拍成分を特定するようにされている。特に、候補ピーク周波数成分ＧＭが体動成分ＭＦ１〜ＭＦ４のいずれかと重なっていれば、候補ピーク周波数成分ＧＭの近傍の周波数成分に対してＦＦＴ減算法を適用して、脈拍成分を抽出するようにされている。また、脈拍成分を特定することができなければ、前回の測定結果を用いるようにされている。

次に、非定常運動時脈拍成分特定処理では、図１５に示すように、まず、脈波検出信号の解析結果から、脈波の基本波が存在する周波数範囲内において、強度の大きい順に九つのピーク周波数成分Ｇ１〜Ｇ９を抽出し（Ｓ７００）、最も強度が大きいピーク周波数成分Ｇ１と９番目に大きいピーク周波数成分Ｇ９との強度比［Ｇ１］／［Ｇ９］が所定値Ｈ５（本実施形態では１０）より大きいか否かを判断する（Ｓ７１０）。そして、強度比［Ｇ１］／［Ｇ９］が所定値Ｈ３より大きければ、無視することのできない十分な強度を有したピーク周波数成分が多数（９点以上）存在し、誤判定を招き易いものとして、前回の測定結果（脈拍成分）をそのまま今回の測定結果として（Ｓ７６０）、本処理を終了する。

また、強度比［Ｇ１］／［Ｇ９］が所定値Ｈ３以下であれば、前回の測定で得られた脈拍数に対応する周波数を中心とする探索範囲（本実施形態では±１０拍に相当する周波数範囲）内にピークが一つだけであるか否かを判断し（Ｓ７２０）、探索範囲内に複数のピークが存在すれば（図１６（ｂ）参照）、前回の測定結果をそのまま今回の測定結果として（Ｓ７６０）、本処理を終了する。

探索範囲内にピークが一つだけであれば（図１６（ａ）参照）、その探索範囲内のピーク周波数成分Ｐ１を中心とする所定範囲（本実施形態では、両側各２ポイントの合計５ポイント）内の他の周波数成分の強度が、いずれも［Ｐ１］／２以下であるか否かを判断し（Ｓ７３０）、いずれか一つでも［Ｐ１］／２より大きい周波数成分があれば、ピーク周波数成分Ｐ１は、明確なピークであるとは言えないものとして、前記の測定結果をそのまま今回の測定結果として（Ｓ７６０）、本処理を終了する。

他の周波数成分の強度がいずれも［Ｐ１］／２以下であれば、ピーク周波数成分Ｐ１は、先のＳ４００にて抽出された体動成分ＩＲ１〜ＩＲ４のいずれかと重なるか否かを判断し（Ｓ７４０）、体動成分ＩＲ１〜ＩＲ４のいずれかと重なれば、ピーク周波数成分Ｐ１は脈拍成分である可能性が低いものとして、前回の測定結果をそのまま今回の測定結果として（Ｓ７６０）、本処理を終了する。

また、ピーク周波数成分Ｐ１が体動成分ＩＲ１〜ＩＲ４のいずれとも重ならなければ、ピーク周波数成分Ｐ１を脈拍成分として特定して（Ｓ７５０）、本処理を終了する。
つまり、体動に定常性がない時（非定常運動時）には、脈波検出信号の解析結果から抽出される十分な強度を有したピーク周波数成分の数が比較的少なく、且つ前回の測定結果に基づき脈拍成分が存在すると推定される探索範囲内に、明確なピークを形成するピーク周波数成分が一つだけ存在し、しかも、そのピーク周波数成分Ｐ１が体動成分ＩＲ１〜ＩＲ４と重ならない場合にのみ、そのピーク周波数成分Ｐ１を脈拍成分として特定するようにされている。

図７に戻り、Ｓ２２０，Ｓ２５０，Ｓ２６０での処理により、脈拍成分が特定されると、脈拍数や脈拍間隔等の指標を求める指標演算処理（Ｓ２７０）を実行して、本処理を終了する。

この指標演算処理では、図１７に示すように、まず、特定された脈拍成分を中心とする所定範囲（本実施形態では、両側各１ポイントの合計３ポイント）内の周波数成分に基づき、強度を重みとした加重平均周波数ｆｍを算出し（Ｓ８００）、その加重平均周波数ｆｍに６０［ｓｅｃ］を乗ずることにより、１分当たりの脈拍数Ｎを算出する（Ｓ８１０）と共に、加重平均周波数ｆｍの逆数１／ｆｍを求めることで、脈拍間隔Ｗを算出して（Ｓ８２０）、本処理を終了する（図１８参照）。

なお、ここでは、指標として脈拍数Ｎと脈拍間隔Ｗとを求めているが、例えば、体動に定常性があると判定された場合には、その体動成分の基本波から、運動のピッチを求めるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の生体状態検出装置１においては、脈波検出信号として、ヘモグロビンでの吸収量の大きい緑色光の受光信号が用いられ、体動検出信号として、緑色光と比較してヘモグロビンでの吸収量の小さい赤外光の受光信号が用いられていると共に、透光板３ｂとして、当該装置を被験者に装着した時に、緑色光を透過させる部位（第１部位）では皮膚との密着性が高く、赤外光を透過させる部位（第２部位）では皮膚との密着性が低くなるような形状を有するものが用いられている。つまり、脈波検出信号では脈拍成分が感度よく検出され、一方、体動検出信号では体動成分が感度よく検出されると共に、脈拍成分の検出が抑制されるようにされている。

また、緑色光及び赤外光を発生させるＬＥＤ１１ａ，１１ｂは、脈波検出信号の振幅に応じて光量が調整されるようにされている。
従って、本実施形態の生体状態検出装置１によれば、指等の抹消部位と比較して、脈波の検出感度が劣る部位に当該装置１が装着されたとしても、感度良く脈波や体動を検出することができ、また、その装着状態（装着対象や装着位置）が変化したとしても、常に、最適な状態で検出を行うことができる。

しかも、本実施形態の生体状態検出装置１では、計測開始時には、光量が最大に設定されているため、測定の開始直後から確実に測定結果を得ることができる。
また、本実施形態の生体状態検出装置１では、脈波センサ１１が脈波検出信号だけでなく体動検出信号も検出するようにされているため、脈波センサ１１とは別体の体動センサを設けることなく、被験者の体動を精度良く検出することができる。

そして、脈波検出信号から脈拍成分を抽出する際には、体動の有無だけでなく、体動の状態（定常性の有無）も判定するようにされているため、その判定結果に従って、脈波検出信号に含まれる体動成分を正しく特定することができ、その結果、被験者に体動があったとしても、精度良く脈拍成分を抽出でき、ひいては脈拍数Ｎや脈拍間隔Ｗ等といった指標を精度良く求めることができる。

しかも、本実施形態の生体状態検出装置１では、脈波検出信号の解析結果から抽出した脈拍成分を中心とする所定範囲内の周波数成分に基づいて加重平均周波数を求め、その加重平均周波数から脈拍数Ｎや脈拍間隔Ｗを求めるようにされているため、見かけ上、ＦＦＴ処理の解析結果の分解能より高い分解能で脈拍数Ｎや脈拍間隔Ｗを求めることができる。

また、本実施形態の生体状態検出装置１では、体動の有無を、体動検出信号の振幅だけでなく、脈拍成分においては基本波と比較して高調波が非常に小さいことや、脈波検出信号と体動検出信号とでは脈拍成分と体動成分との検出比が異なること等を利用して、脈波検出信号や体動検出信号の解析結果に基づいて判定しているため、精度よく体動を検出することができる。

更に、脈拍成分と体動成分とが重なっていると推定される場合、その近傍の周波数帯についてのみＦＦＴ減算法を適用して、脈拍成分を抽出するようにされているため、全周波数範囲に渡ってＦＦＴ減算法を用いる従来装置と比較して、処理量を大幅に削減することができる。

なお、本実施形態において、緑色ＬＥＤ１１ａが第１発光素子、赤外ＬＥＤ１１ｂが第２発光素子、Ｓ１６０が解析手段、Ｓ２００が体動判定手段、Ｓ２３０が定常性判定手段、Ｓ２２０，Ｓ２５０，Ｓ２６０が脈拍成分抽出手段に相当する。また、Ｓ３２０が第１体動判定手段、Ｓ３３０が第２体動判定手段、Ｓ３４０が第３体動判定手段、Ｓ４１０が第１定常性判定手段、Ｓ４２０が第２定常性判定手段、Ｓ２２０が第１脈拍成分抽出手段、Ｓ４４０が体動成分特定手段、Ｓ５００〜Ｓ５３０が第２脈拍成分抽出手段、Ｓ５４０，Ｓ５６０，Ｓ５７０が重なり推定手段、Ｓ５８０が第３脈拍成分抽出手段、Ｓ５９０が第４脈拍成分抽出手段、Ｓ２７０が指標算出手段、Ｓ１１０〜Ｓ１４０が発光強度調整手段に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、ＦＦＴ対象区間での検出データに補間データを付加したものを、ＦＦＴ処理の処理対象データとしているが、体動がない時には、周波数分解能を低下させてもピーク周波数成分の抽出が容易であるため、補間データを付加せず検出データのみを用いてＦＦＴ処理を行うようにしてもよい。この場合、マイコン２４での処理量を大幅に削減することができる。

また、上記実施形態では、ＦＦＴ減算法を用いた処理（Ｓ５９０）の際に、ピーク周波数成分の強度が１となるように規格化しているが、例えば、低周波成分（例えば、０．２５〜０．５Ｈｚ）の平均強度が互いに等しくなるように規格化してもよい。

また、上記実施形態では、脈拍成分と体動成分とが重なり合っていると推定される場合に、ＦＦＴ減算法を用いて脈拍成分を抽出するようにされているが、例えば、相関係数法を用いて抽出するように構成してもよい。

この相関係数法では、脈波検出信号の解析結果及び体動検出信号の解析結果を、それぞれ所定周波数幅（例えば０．５Ｈｚ）を有する区間に分割し、各分割区間毎に両信号の解析結果の相関係数を算出する。そして、相関係数が最小となる分割区間を抽出し、その分割区間内で強度が最大となる周波数成分を、脈拍成分として抽出すればよい。

また、相関係数が最小となる分割区間に対してＦＦＴ減算法を適用する等、複数の手法を組み合わせて脈拍成分を抽出するように構成してもよい。
更に、定常性のない体動がある場合に実行する非定常運動時脈拍成分特定処理にて、ＦＦＴ減算法や相関係数法を用いるように構成してもよい。

また、当該生体状態検出装置１を被験者に装着した直後は、被験者に対して安静を促す表示を表示パネル３ａにて行い、脈拍数が安定するのを待ってから、測定を開始するように構成してもよい。この場合、装着初期に正確な脈拍数を検出することができるため、その後、脈拍成分を抽出できなかった時の脈拍数の追従性能を向上させることができる。

生体状態検出装置の外観及び使用状態を示す説明図である。 生体状態検出装置の内部構成を示すブロック図である。 脈波センサを構成する筐体及び透光板の構造，使用状態を示す説明図である。 被験者に体動がある場合に検出される脈波検出信号及び体動検出信号の周波数スペクトルの概要を示す模式図である。 解析処理の内容を示すフローチャートである。 解析処理にて使用されるパラメータ等を明示するための説明図である。 指標生成処理の内容を示すフローチャートである。 体動判定処理の内容を示すフローチャートである。 定常性判定処理の内容を示すフローチャートである。 定常性判定処理に関わる動作を説明するためのグラフである。 定常運動時脈拍成分特定処理の内容を示すフローチャートである。 定常運動時脈拍成分特定処理に関わる動作を説明するためのグラフである。 ＦＦＴ減算処理の内容を示すフローチャートである。 ＦＦＴ減算処理に関わる動作を説明するためのグラフである。 非定常運動時脈拍成分特定処理の内容を示すフローチャートである。 非定常運動時脈拍成分特定処理に関わる動作を説明するためのグラフである。 指標演算処理の内容を示すフローチャートである。 指標演算処理に関わる動作を説明するためのグラフである。 脈波波形の例を示すグラフである。

符号の説明

１…生体状態検出装置、３…本体、３ａ…表示パネル、３ｂ…透光板、３ｃ…コネクタ、３ｄ…周縁部、５…取付部、１０…情報検出部、１１…脈波センサ、１１ａ…緑色ＬＥＤ、１１ｂ…赤外ＬＥＤ、１１ｃ…フォトダイオード（ＰＤ）、１２…駆動回路、１３…検出回路、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１５…バッテリ、２０…情報処理部、２２…通信制御部、２３…電圧検出部、２４…マイクロコンピュータ（マイコン）、２５…記憶部、２６…表示制御部。

Claims (22)

1. 被験者に照射する光を発生させる発光部、及び被験者からの反射光を受光する受光部を有し、脈拍に同期した脈拍成分と体動に同期した体動成分とを含む脈波検出信号、及び該脈波検出信号と比較して前記体動成分が強調された体動検出信号を出力する脈波センサと、
   該脈波センサが出力する脈波検出信号及び体動検出信号を周波数解析する解析手段と、
   少なくとも前記脈波センサからの検出信号または前記解析手段での解析結果のいずれかに基づいて、体動の有無を判定する体動判定手段と、
   該体動判定手段にて体動ありと判定された場合、前記解析手段での解析結果に基づいて前記体動の定常性を判定する定常性判定手段と、
   前記解析手段での解析結果、前記体動判定手段及び定常性判定手段での判定結果に基づいて、前記脈波検出信号から脈拍成分を抽出する脈拍成分抽出手段と、
   を備えることを特徴とする生体状態検出装置。
2. 前記発光部は、
   前記脈波センサが前記脈波検出信号を出力する際に発光させる第１発光素子と、
   前記脈波センサが前記体動検出信号を出力する際に発光させる第２発光素子と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の生体状態検出装置。
3. 前記第１発光素子は前記第２発光素子より血液成分での吸光度が大きい波長にて発光することを特徴とする請求項２に記載の生体状態検出装置。
4. 前記第１発光素子は緑色領域にて発光し、前記第２発光素子は赤外領域にて発光する
   ことを特徴とする請求項３に記載の生体状態検出装置。
5. 前記脈波センサは、
   前記発光部及び前記受光部を収納し、前記発光部からの放射光及び前記受光部への反射光が通過する部位に開口部を有する筐体と、
   該筐体の開口部に設けられ、光を透過する透光板と、
   を備え、
   前記透光板は、少なくとも前記第１発光素子に基づく放射光を透過させる第１部位が前記筐体より外部に向けて突出していることを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の生体状態検出装置。
6. 前記脈波センサは、
   前記発光部及び前記受光部を収納し、前記発光部からの放射光及び前記受光部への反射光が通過する部位に開口部を有する筐体と、
   該筐体の開口部に設けられ、光を透過する透光板と、
   を備え、
   前記透光板は、前記第１発光素子に基づく放射光を透過させる第１部位が、前記第２発光素子に基づく放射光を透過させる第２部位より、前記筐体の外部に向けて突出した形状を有することを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の生体状態検出装置。
7. 前記筐体は、前記開口部の周縁が該開口部が形成された面の他の部位より外部に向けて突出した形状を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の生体状態検出装置。
8. 前記受光部は、単一の受光素子からなることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の生体状態検出装置。
9. 前記体動判定手段は、
   前記体動検出信号の振幅、又は該体動検出信号の差分値が予め設定されたしきい値より大きい場合に体動ありと判定する第１体動判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の生体状態検出装置。
10. 前記体動判定手段は、
    前記脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が、予め設定された比率以下である場合に体動ありと判定する第２体動判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の生体状態検出装置。
11. 前記体動判定手段は、
    前記脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分の強度が、該最大ピーク周波数成分と同じ周波数を有する前記体動検出信号のピーク周波数成分の強度以下である場合に体動ありと判定する第３体動判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の生体状態検出装置。
12. 前記定常性判定手段は、
    前記体動検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が、予め設定された比率より大きい場合に定常性ありと判定する第１定常性判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の生体状態検出装置。
13. 前記定常性判定手段は、
    前記体動検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目又は３番目に大きいピーク周波数成分とが、一方が基本波となり他方が第２高調波となる関係にある場合に定常性ありと判定する第２定常性判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の生体状態検出装置。
14. 前記脈拍成分抽出手段は、
    前記体動判定手段にて体動なしと判定された場合に前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第１脈拍成分抽出手段を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の生体状態検出装置。
15. 前記脈拍成分抽出手段は、
    前記定常性判定手段にて定常性ありと判定された場合に前記体動成分の基本波及び高調波を特定する体動成分特定手段と、
    前記脈拍成分の基本波が存在し得る周波数領域内において、前記体動成分特定手段にて特定される基本波及び高調波と周波数が一致するものを除いた中での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と２番目に大きいピーク周波数成分との強度比が予め設定された比率より大きい場合に、該最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第２脈拍成分抽出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の生体状態検出装置。
16. 前記脈拍成分抽出手段は、
    前回の測定で特定された脈拍成分の周波数を中心とする予め設定された探索範囲内での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分と、前記体動成分特定手段にて特定される体動成分の基本波及び高調波とに基づき、前記脈拍成分と前記体動成分との重なり合いの有無を推定する重なり推定手段と、
    該重なり推定手段にて重なりなしと推定された場合に、前記探索範囲内での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を脈拍成分として抽出する第３脈拍成分抽出手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載の生体状態検出装置。
17. 前記脈拍成分抽出手段は、
    前記重なり推定手段にて重なりありと推定された場合に、前記探索範囲内での前記脈波検出信号の最大ピーク周波数成分を中心とする予め設定された所定範囲内における前記解析手段での解析結果から脈拍成分に対応する周波数成分を推定する第４脈拍成分抽出手段を備えることを特徴とする請求項１６に記載の生体状態検出装置。
18. 前記第４脈拍成分抽出手段は、
    前記脈波検出信号及び前記体動検出信号の解析結果を強度について規格化し、両者の差分が最大となる周波数成分を脈拍成分と推定することを特徴とする請求項１７に記載の生体状態検出装置。
19. 前記第４脈拍成分抽出手段は、
    前記脈波検出信号の解析結果と前記体動検出信号の解析結果との相関値を予め設定された分割区間毎に算出し、該相関値が最小となる分割区間における最大強度の周波数成分を脈拍成分と推定することを特徴とする請求項１７に記載の生体状態検出装置。
20. 前記脈拍成分抽出手段が抽出した脈拍成分に基づいて、脈拍数及び脈拍間隔のうち少なくとも一方からなる指標を算出する指標算出手段を備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の生体状態検出装置。
21. 前記指標算出手段は、
    前記脈拍成分抽出手段が抽出した脈拍成分を中心とする予め設定された周波数範囲内に含まれる前記脈波検出信号の周波数成分に基づき、該周波数成分の強度を重みとした加重平均周波数を求め、該加重平均周波数から前記指標を算出することを特徴とする請求項２０に記載の生体状態検出装置。
22. 前記受光部から出力される前記脈波検出信号の振幅に基づいて、前記発光部での発光強度を調整する発光強度調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の生体状態検出装置。

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