JP3980969B2 - 心拍数計測システム、心拍数計測方法、心拍数計測プログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体等から取得した心拍信号等に基づいて心拍数を検出する心拍数検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ストレスや疲労による自律神経系への影響が心拍数や心拍揺らぎ等に現れることから、心臓の収縮動作を現す心電図は、心疾患の発見や診断、病態監視等の医学の分野のみならず、人間工学や産業医学といった分野でも利用されている。このため、最近では、容易な設備で的確に心拍数や心拍揺らぎを取得することの可能な計測装置の製品化が望まれている。
【０００３】
従来、心拍数を求める方法としては、心臓の心房における興奮により出現する心拍信号に基づいて当該心拍数を算出する心電図解析装置が知られており、このような心電図解析装置の代表的なものに、特願平５−１６４４５６号公報に記載のものが知られている。
【０００４】
同公報記載の心電図解析装置は、人体から心拍信号を取得して当該心拍信号に基づいて心電図波形（ＥＣＧ（electrocardiogram）波形）の周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎に出現する最大値であるＲ波を検出し、この各Ｒ波とＲ波の間隔に基づいて心拍数を算出するようになっている。
【０００５】
具体的には、同公報記載の心電図解析装置は、以下のように動作するようになっている。
【０００６】
まず、心拍信号より心電図波形を求め、この心電図波形の１フレーム分のデータを予め定められた周波数でサンプリングし、次いで、この１フレームのデータに対して予め設定されたテンプレートデータ、すなわち、Ｒ波を模擬した参照波形データを用いてパターンマッチング（相互相関処理）を行ってＲ波を強調する。最後に、強調された各周期毎のＲ波とＲ波の間隔、すなわち、Ｒ−Ｒ間隔を算出し、この値の逆数を６０倍することによって１分間の心拍数を算出するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の心電図解析装置にあっては、心電図波形におけるＲ波の検出誤差が大きいという問題を有していた。
【０００８】
本来、心電図波形は、個々人による差が大きいので、心拍信号を検出する際のノイズが的確に除去されていない場合には、正確に心電図波形を生成することができないという問題が生ずる。
【０００９】
特に、従来の心電図解析装置では、参照波形データにＲ波の周辺の要素（Ｒ波周辺の１０ｍｓｅｃの範囲）、すなわち、Ｐ波、Ｔ波などによる各要素に基づいてパターンマッチングを行うようになっているが、ＰＱ間隔、ＱＴ間隔、Ｔ波振幅の各要素など心電図波形は個人差によって異なるため、ノイズ除去の性能が劣化し、Ｒ波の誤検出が生ずるという問題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例としては、当該心拍数の検出における検出精度の高い心拍数検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の心拍数計測装置の発明は、生体から発生する心拍信号を取得する取得手段と、前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段と、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段と、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段と、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段と、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段と、を備え、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の心拍数計測方法の発明は、生体から検出された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成工程と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出工程と、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出工程と、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索工程と、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理工程と、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出工程と、を備え、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索工程において特定することができなかった場合に、前記相互相関処理工程においては、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１１に記載の心拍数計測プログラムの発明は、コンピュータによって、生体から取得された心拍信号に基づいて当該生体の心拍数を計測する心拍数計測プログラムであって、前記コンピュータを、生体から発生する心拍信号を取得する取得手段、前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段、として機能させ、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１５に記載の記録媒体の発明は、請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の心拍数計測プログラムをコンピュータに読み取り可能に記録した構成を有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本願に係る心拍数計測装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１〜図９は、本願に係る心拍数計測装置の第１実施形態を示す図であり、まず、図１を用いて本実施形態の心拍数計測装置の構成について説明する。
【００１７】
なお、図１は、本実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【００１８】
本実施形態の心拍数計測装置１００は、図１に示すように、人体より心拍信号を検出する検出部１０１と、検出された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、後述する複数のテンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎、すなわち、各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間の間隔（以下、Ｒ−Ｒ間隔という。）を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、生成された心電図波形データのノイズ成分の有無を判断するともに、各部を制御する制御部１１０と、各部の操作を行う操作部１１１を備えている。
【００１９】
なお、例えば、本実施形態の検出部１０１は、本発明の取得手段を、生体アンプ１０２は、本発明の生成手段を、データベース１０５は、本発明のデータベースを構成するとともに、本実施形態の検索部１０６は、本発明の検索手段、類似度算出手段およびデータ波形特定手段を構成する。
【００２０】
また、例えば、本実施形態のデータ波形抽出部１０４は、本発明の生成手段、類似度算出手段、波形切出手段および平均算出手段を構成し、本実施形態の相互相関処理部１０７は、本発明の相互相関処理手段を構成する。
【００２１】
さらに、例えば、本実施形態のピーク検出・算出部１０８および心拍数算出部１０９は、本発明の算出手段を構成し、操作部１１１および制御部１１０は、本発明の設定手段を構成する。
【００２２】
検出部１０１は、例えば、人体の足や腕または胸部などの部位から予め定められた時間に亘って起電力を検出し、この検出した起電力を心拍信号として生体アンプ１０２に出力するようになっている。
【００２３】
例えば、検出部１０１は、図示しない自動車その他の車両のハンドルや健康器具の一部に設けられ、この検出部１０１を両手で握ることによって人体の心臓の活動電位の時間軸上の変化を示す心拍信号、すなわち、周期的に繰り返される心臓の運動を示す心拍を検出するようになっている。
【００２４】
なお、本実施形態では、心拍信号を１０秒間、２５０Ｈｚのサンプリング周波数でサンプリングした場合の２５００個のデータを１フレームとし、検出部は、このように検出したデータを生体アンプに出力するようになっている。
【００２５】
生体アンプ１０２には、検出部１０１において検出された心拍信号が入力されるようになっており、この生体アンプ１０２は、入力された心拍信号を増幅し、当該心拍信号に基づいて心電図波形データを生成するようになっている。
【００２６】
この心電図とは、人体の心臓の活動電位の時間的変化によって示される波形図であり、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波と呼ばれる一連の波から構成され、１心拍、すなわち、１周期の心電図の波形は、一般的には、図２に示すような波形で現すことができるようになっている。
【００２７】
ここで、図２に示される１周期の心電図波形データについて説明する。
【００２８】
なお、図２は、心電図波形データの１周期を示す代表的なグラフである。
【００２９】
図２に示されるＰ波とは、心房筋の興奮により生ずる波をいい、心臓の司令塔である洞房結節(右心房にある心臓の電気のスイッチの場所）から発生した電気の刺激が心房全体に伝わって、心房が収縮する際に出現するものである。
【００３０】
Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波は、心室筋の興奮を示す波をいい、それぞれ、心室に心房からの電気が伝わって、心室全体が収縮を起こしたときに出現するものである。特に、Ｑ波は、１周期の最大振幅を示すときの波をいう。
【００３１】
Ｔ波とは、心室筋の興奮による回復消退を示す波をいい、心室に電流が流れるときに発生した電流が消失していく時に出現するものである。
【００３２】
図２に示すように、通常、周期的に繰り返される運動を示す１心拍、すなわち、１周期の心電図波形は、Ｒ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃ程度の範囲を含むようになっている。このため、生体アンプでは、１０秒程度の時間に亘って検出された心拍信号を取得することにより、心電図波形データにおける１周期分の波形データを約１０個程度取得するようになっている。
【００３３】
生体アンプ１０２は、人体から人体内部において発生する起電力に基づいて図２に示すような心電図波形データを生成し、微分回路１０３に出力するようになっている。
【００３４】
微分回路１０３には、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データが入力されるようになっており、この微分回路１０３は、当該入力された心電図波形データを微分して低周波数成分を除去し、この低周波数成分が除去された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力するようになっている。
【００３５】
データ波形抽出部１０４には、微分回路１０３から出力された心電図波形データが入力されるようになっており、このデータ波形抽出部１０４は、入力された１フレームの心電図波形データから１の代表波形データを生成する（以下、代表波形データ生成処理という。）とともに、生成した代表波形データを検索部１０６またはデータベース１０５に出力するようになっている。
【００３６】
具体的には、データ波形抽出部１０４は、図３に示すように、まず、入力された周期的な変動を示す心電図波形データから予め定められた複数の区間、すなわち、１心拍と推定される区間毎に、存在する最大値を示すＲ波を検出するとともに、各Ｒ波から次のＲ波までの間隔を示すＲ−Ｒ間隔を算出する。次いで、データ波形抽出部１０４は、当該各Ｒ−Ｒ間隔に基づいて当該波形データ（ｔ1、ｔ2、…、ｔ10）を重ね合わせて加重平均化して１心拍（１周期）の波形データを生成し、最後に、当該重ね合わせた波形データにハニング窓などの窓関数を掛け合わせて代表波形データを生成する。このようにして、データ波形抽出部１０４は、代表波形データを生成するようになっている。
【００３７】
なお、図３（ａ）は、入力された１フレームの心電図波形データ、図３（ｂ）は、入力された１フレームの心電図波形データを各心拍毎に切り出して重ね合わせた１つの心電図波形データ、および、図３（ｃ）は、（ｂ）の波形データにハニング窓関数を掛け合わせた心電図波形データである。
【００３８】
また、このように生成された代表波形データは、例えば、本発明の平均波形データを構成する。
【００３９】
ここで、図４用いてデータ波形抽出部１０４における代表波形データ生成処理の動作について説明する。
【００４０】
なお、図４は、データ波形抽出部１０４よって行われる代表波形データ生成処理の動作を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、データ波形抽出部１０４は、心電図波形データから予め定められた１心拍と推定される区間（ｔn）毎の最大値、すなわち、各周期毎のＲ波を検出し、各Ｒ−Ｒ間隔を算出する（ステップＳ１１）。
【００４２】
次いで、算出された各Ｒ−Ｒ間隔に基づいて各心拍毎のデータを重ね合わせて加重平均化された１心拍、すなわち、１周期の波形データを生成する（ステップＳ１２）。
【００４３】
最後に、当該重ね合わせた波形データにハニング窓などの窓関数を掛け合わせて代表波形データを生成する（ステップＳ１３）。
【００４４】
本実施形態のデータ波形抽出部１０４は、このように代表波形データを生成するようになっている。
【００４５】
なお、本実施形態の代表波形データ生成処理では、窓関数にハニング窓を用いているが、勿論、他の窓関数でも上述の代表波形データ生成処理に用いてもよい。
【００４６】
データベース１０５には、予め１または２以上の参照波形データであるテンプレートデータが格納されており、このデータベース１０５は、テンプレート設定処理時に、被検体名や代表波形データに基づいて検索され、該当するテンプレートデータが存在する場合、すなわち、１のテンプレートデータが特定された場合には、そのテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００４７】
具体的には、このデータベース１０５には、被験者名に関連付けられて図３に示すようなＲ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃの範囲を有する心電図波形データであるテンプレートデータが格納されている。
【００４８】
また、このデータベース１０５は、後述するように、制御部１１０の指示に基づいて、データ波形抽出部１０４によって抽出された新たな代表波形データをテンプレートデータとして格納するようになっている。
【００４９】
検索部１０６には、被験者名または代表波形データが入力されるようになっており、この検索部１０６は、入力された被験者名または代表波形データに基づいてデータベース１０５内から当該入力された被験者名と同一または当該入力された代表波形データと同一の被験者のテンプレートデータを検索するようになっている。
【００５０】
具体的には、検索部１０６は、被験者名によってテンプレートデータを設定する場合には、入力された被験者名と同じ被験者名を有するテンプレートデータについてデータベース１０５内を検索し、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在するときには、データベース１０５を制御して該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させるようになっている。
【００５１】
また、検索部１０６は、代表波形データに基づいてテンプレートデータを設定する場合には、入力された代表波形データとデータベース１０５内に格納される各テンプレートデータの波形との類似度を算出するとともに、入力された心電図波形データと類似度が高いテンプレートデータが存在する場合に、そのテンプレートデータをデータベース１０５から相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５２】
本実施形態では、検索部１０６は、代表波形データと各テンプレートデータとの類似度として、代表波形データと各テンプレートデータとの各相関値を算出し、当該相関値に基づいてデータベース１０５内を検索するようになっている。
【００５３】
例えば、検索部１０６は、（式１）に示すように、代表波形データと、各テンプレートデータとの差の絶対値εnを求め、各絶対値εnが予め定められたε0より大きいか否かを判定し、各絶対値εnが予め定められたε0より大きいテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合に、当該テンプレートデータを代表波形データとして相互相関処理部１０７に出力させるようになっている。
【００５４】
【数１】
ただし、ｙ0は、入力された代表波形データ、ｙ1、ｙ2、…、ｙnは、データベース１０５に格納されているテンプレートデータを示す。
【００５５】
なお、閾値としての絶対値ε0は、一般的には、０．６以上が好ましく、また、複数のテンプレートデータについて絶対値εが０．６以上と算出された場合には、その中で値が最も１．０に近いテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５６】
また、検索部１０６は、入力された代表波形データが、データベース１０５に格納される何れのテンプレートデータとも相関値が低い、すなわち、各テンプレートデータとの絶対値εnが予め設定された閾値より低い場合には、制御部１１０に対して該当するテンプレートデータが無い旨を通知するようになっており、このように該当するテンプレートデータが無い場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５７】
なお、この場合は、制御部１１０は、操作部１１１を用いて被験者に対して当該代表図波形データの被験者名の入力を促し、当該被験者名が入力された場合には当該被験者名に関連付けられて当該代表波形データをデータベース１０５に格納するようになっている。
【００５８】
相互相関処理部１０７には、低周波数成分を除去した心電図波形データと、データベース１０５から出力されたテンプレートデータまたはテンプレートデータとしてデータ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データの何れかの波形データと、が入力されるようになっており、この相互相関処理部１０７は、入力された心電図波形データとテンプレートデータとの相互相関処理を行い、当該相互相関処理された心電図波形データをピーク検出・算出部１０８に出力するようになっている。
【００５９】
具体的には、この相互相関処理部１０７は、心電図波形データに対してテンプレートデータを予め定められた時間毎に遅延させ、それぞれの遅延時間に対して相互相関関数を算出し、当該算出した各相互相関関数の値をピーク・検出部１０１に出力するようになっている。
【００６０】
例えば、本実施形態では、相互相関処理部１０７は、（式２）に示すＲxyを算出するようになっており、遅延時間τを予め定められた時間毎にずらして各Ｒxyを求め、ピーク・検出部１０１に出力するようになっている。
【００６１】
【数２】
ただし、ｘは、低周波数成分が除去された心電図波形データ、ｙは、テンプレートデータを示す。
【００６２】
ここで、従来の心拍数計測方法により算出された心電図波形データと相互相関処理部１０７において相互相関処理を行った際の心電図波形データを図５および図６に示す。
【００６３】
図５（ｃ）に示すように、従来の心拍数計測方法では、参照波形データにＲ波の周辺の要素に基づいてパターンマッチングを行うようになっているため、ＰＱ間隔、ＱＴ間隔、Ｔ波振幅の各要素など心電図波形が個人差によって異なることから、検出した心電図波形データにおけるノイズ除去の性能が劣化し、図５（ｃ）中に示すように、○が一定間隔毎に出現せず、一定間隔毎、すなわち、１周期毎（１心拍毎）にピークを検出することができず、検出誤差が発生している。
【００６４】
一方、図６（ｃ）に示すように、本実施形態の心拍計測方法によれば、Ｒ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃの範囲を有する心電図波形データを用いているため、検出した心電図波形データから的確にノイズを除去することができるので、図６（ｃ）中に示すように、○が一定間隔毎に出現し、ピークを的確に抽出することができるようになっている。
【００６５】
なお、図５（ａ）は、従来の心拍数計測装置における入力された１フレームの心電図波形データ、図５（ｂ）は、検索部１０６において特定されたテンプレートデータ、および、図５（ｃ）は、相互相関処理を行った心電図波形データであり、図６（ａ）は、本実施形態における入力された１フレームの心電図波形データ、図６（ｂ）は、検索部１０６において特定されたテンプレートデータ、および、図６（ｃ）は、相互相関処理を行った心電図波形データである。
【００６６】
ピーク検出・算出部１０８には、相互相関処理されたデータ（以下、相互相関処理データという。）が入力されるようになっており、具体的には、（式２）で算出された各Ｒxyが入力されるようになっている。
【００６７】
このピーク検出・算出部１０８は、入力された相互相関処理データに基づいてピークを抽出するようになっており、当該抽出したピーク波形のデータ（以下、ピーク波形データを）に基づいて任意のピークから次に現れるピークまでの間隔（peak to peak の間隔）、すなわち、Ｒ−Ｒ間隔を算出し、当該算出された各Ｒ−Ｒ間隔に基づいてピーク間隔を示す値を心拍数算出部１０９に出力するようになっている。
【００６８】
なお、例えば、ピーク検出・算出部１０８は、各Ｒ−Ｒの間隔の平均値を、ピーク間隔を示す値（以下、ピーク間隔値という。）として心拍数算出部１０９に出力するようになっている。
【００６９】
心拍数算出部１０９には、ピーク検出・算出部１０８から出力されたピーク間隔値が入力されるようになっており、この心拍数算出部１０９は、入力されたピーク間隔値の逆数をとり、それを６０倍して１分間の心拍数を算出し、当該算出した心拍数を外部に出力するようになっている。
【００７０】
なお、本実施形態では、心拍数算出部１０９において算出された心拍数を外部に出力するようになっているが、当該外部出力に代えて、また、当該外部出力とともに、操作部１１１にある表示部に表示するようにしてもよい。
【００７１】
制御部１１０は、操作部１１１の指示に基づいて、または、微分回路１０３から出力される心電図波形データに基づいて各部を制御するようになっている。
【００７２】
この制御部１１０は、微分回路１０３において微分された心電図波形データを監視し、当該微分回路１０３から出力される心電図波形データに重畳されるノイズ成分が少ない場合には、当該心電図波形データに基づいてテンプレートデータを生成するよう各部を制御するようになっている。
【００７３】
具体的には、制御部１１０は、微分された心電図波形データにおけるＲ−Ｒ間隔の標準偏差（σ）を算出するとともに、当該標準偏差（σ）と予め設定された閾値とを比較し、標準偏差（σ）が閾値より低い場合には、ノイズ無と判断し、微分回路１０３の出力をデータ波形抽出部１０４に出力し、当該データ波形抽出部１０４を制御して微分された心電図波形データからテンプレートデータを生成するようデータ波形抽出部１０４を制御するようになっている。
【００７４】
また、制御部１１０は、検索部１０６においてデータベース１０５内のテンプレートデータに該当する波形データが無かった場合にも、上述と同様にデータ波形抽出部１０４を制御してテンプレートデータを生成させるようになっている。ただし、この場合であっても、微分された心電図波形データに含まれるノイズ成分が少ないか否かを判断し、ノイズ成分が一定値以上含まれている場合には、再度、心拍信号を検出するよう操作者または被験者にその旨を警告するようになっている。
【００７５】
また、制御部１１０は、操作部１１１より心拍数計測を行う被検体名が予め入力された場合には、検索部１０６を制御して当該被検体のテンプレートデータを検索させ、当該被検体のテンプレートデータに基づいて相互相関処理および心拍数の算出処理を行せるようになっている。
【００７６】
操作部１１１は、例えば、図示しない複数のスイッチと表示部を有し、表示部を参照しつつ、複数のスイッチによって被験者を選択および特定を行うようになっている。
【００７７】
次に、図７を用いて心拍数計測動作について説明する。
【００７８】
なお、図７は、制御部１１０により各部を制御して行われる心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【００７９】
また、本実施形態では、検出部１０１は自動車のハンドルに設けられているものとする。
【００８０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、被験者による個人認証に基づいてデータ波形抽出部１０４、検索部１０６およびデータベース１０５を制御してテンプレートデータの設定処理（以下、テンプレート設定処理という。）を行う（ステップＳ２１）。
【００８１】
なお、この制御部１１０におけるテンプレートデータの設定処理の詳細については、後述する。
【００８２】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ２２）。
【００８３】
なお、制御部１１０は、当該ステップＳ２２の処理を行う前段で後述するテンプレート設定処理（ステップＳ２１）を行っている場合には、当該ステップＳ２２において心電図データを生成させず、当該テンプレート設定処理によって生成された心電図波形データを相互相関処理部１０７に出力するようにしてもよい。
【００８４】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、後述するテンプレート設定処理において設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ２３）。
【００８５】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各周期毎、１心拍毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ２４）。
【００８６】
最後に、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ２５）。
【００８７】
なお、本動作は、基本的には本動作開始後は、ステップＳ２２〜ステップＳ２５の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【００８８】
次に、図８を用いてデータ波形抽出部１０４におけるテンプレートデータの設定処理について説明する。
【００８９】
なお、図８は、制御部１１０により各部を制御して行われるテンプレートデータの設定処理動作を示すフローチャートである。
【００９０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、操作部１１１に設けられた図示しない複数のスイッチおよび表示部を用いて被験者に対して個人認証を指示し、被験者名の設定を促すとともに、制御部１１０は被験者名が設定された場合には個人認証行う（ステップＳ３１）。
【００９１】
なお、本実施形態では、例えば、表示部を用い、予め設定された被験者名のリストを表示しつつ、スイッチによって被験者名の検索および選択を行うことによって個人認証を行う。
【００９２】
次いで、被験者の設定が行われると、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索させ、設定された被験者名のテンプレートデータがデータベース１０５内に存在するか否かを判断し（ステップＳ３２）、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、データベース１０５を制御して該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ３３）、本動作を終了させる。
【００９３】
一方、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、以下の動作を行う。
【００９４】
まず、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させる（ステップＳ３４）。
【００９５】
次いで、制御部１１０は、微分回路１０３から出力される心電図波形データを監視するとともに、この心電図波形データに含まれるノイズが少ないか否かを判断する（ノイズ判定処理）。
【００９６】
なお、このノイズの有無を判断するノイズ判定処理の動作については後述する。
【００９７】
ここで、制御部１１０が心電図波形データにノイズが多いと判断した場合には、心拍信号を再検出するために、すなわち、再度、１フレームのハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出するために、ステップＳ３４に戻る（ステップＳ３５）。
【００９８】
一方、制御部１１０は、心電図波形データにノイズが少ないと判断した場合には、制御部１１０は以下の動作を行う。
【００９９】
まず、制御部１１０は、当該入力された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して上述の代表波形データ生成処理を行わせる（ステップＳ３６）。
【０１００】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データに基づいてデータベース１０５内を検索させ（ステップＳ３７）、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かを判断するとともに（ステップＳ３８）、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ３９）、本動作を終了させる。
【０１０１】
なお、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かの判断は、上述のように代表波形データとテンプレートデータとの相関値を用いて行う。
【０１０２】
一方、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ４０）、本動作を終了させる。
【０１０３】
次に、図９を用いて制御部１１０によるテンプレートデータの設定処理において行われるノイズ判定処理の動作について説明する。
【０１０４】
なお、図９は、心電図波形データにおけるノイズ判定処理の動作を示すフローチャートである。
【０１０５】
また、本実施形態では、微分回路１０３によって低周波数成分が除去された心電図波形データを対象としているため、制御部１１０は、テンプレート設定処理を行う際に、当該心電図波形データに対してノイズ判定処理を行うようになっている。
【０１０６】
まず、制御部１１０は、テンプレート設定処理を行う際に、微分回路１０３から出力される１フレームの心電図波形データにおける各Ｒ−Ｒ間隔を算出する（ステップＳ５１）。
【０１０７】
次いで、制御部１１０は、（式３）に示す各Ｒ−Ｒ間隔の値（ｘn）およびその平均値（ｘ0）に基づいて分散（σ2）および標準偏差（σ）を算出する（ステップＳ５２）。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
次いで、制御部１１０は、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃより小さいか否かを判断し（ステップＳ５３）、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃ以上の場合には「ノイズ有り」と判断して（ステップＳ５４）本動作を終了し、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃより小さい場合にはノイズ無と判断して（ステップＳ５５）本動作を終了させる。
【０１１０】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１１１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１２】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１３】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１５】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１６】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０１１７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１８】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１２０】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１２１】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置１００について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１２３】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０１２４】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０１２５】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０１２６】
〔第２実施形態〕
図１０は、本願に係る心拍数計測装置の第２実施形態を示す図である。
【０１２７】
本実施形態は、第１実施形態において、人体の足や腕または胸部などの部位から心拍信号を検出する検出部に代えて、脈波計測によって心拍信号を検出する脈波検出部を有する点に特徴があり、この他の構成および心拍数計測動作については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０１２８】
なお、図１０は、本実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【０１２９】
本実施形態の心拍数計測装置２００は、図１０に示すように、人体より心拍信号を検出する脈波検出部２０１と、検出された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、テンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間のＲ−Ｒ間隔を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、生成された心電図波形データがノイズ成分の有無を判断するともに、各部を制御する制御部１１０と、各部の操作を行う操作部１１１を備えている。
【０１３０】
脈波検出部２０１は、例えば、手のひらにある何れか１つの指を挿入し、または、耳たぶを挟み、脈波を検出・測定するようになっており、赤外線を発光する発光素子２０２と当該赤外線の反射波を受光する受光素子２０３とから構成される計測部２０４と、当該計測部２０４を制御する計測制御部２０５とを有している。
【０１３１】
発光素子２０２は、挿入された指または挟み込まれた耳たぶに赤外線を照射するようになっており、受光素子２０３は、当該挿入された指または挟み込んだ耳たぶから反射された赤外線を検出するようになっている。
【０１３２】
計測制御部２０５は、受光素子２０３において検出された赤外線の反射率を算出して心拍信号を生成し、当該心拍信号を生体アンプ１０２に出力するようになっている。
【０１３３】
なお、生体アンプ１０２は、第１実施形態と同様に、入力された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成するようになっている。
【０１３４】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する脈波検出部２０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１３５】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１３６】
また、本実施形態によれば、脈波検出部２０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１３７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１３８】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１３９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４０】
また、本実施形態によれば、脈波検出部２０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０１４１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４２】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１４３】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４４】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１４５】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置２００について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１４７】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０１４８】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０１４９】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０１５０】
〔第３実施形態〕
図１１および図１２は、本願に係る心拍数計測装置の第３実施形態を示す図である。
【０１５１】
本実施形態は、第１実施形態において、識別情報として被験者名を用い、当該被験者名に基づいてデータベース内を検索し、テンプレートデータを特定する点に代えて、心電図波形データである代表波形データの特徴量に基づいてデータベース内を検索し、テンプレートデータを特定する点に特徴があり、この他の構成については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０１５２】
本実施形態では、代表波形データの特徴量として、心電図波形データのＰＱ間隔の値（以下、ＰＱ間隔値という。）、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔の値（以下、ＱＴ間隔値という。）を用いるようになっている。
【０１５３】
これらのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値は、心拍数が変化したとしてもその特性が変化しないという特徴を有しているため、個々人によって識別可能な値である。
【０１５４】
なお、通常、ＰＱ間隔値は、０．１２〜０．２０ｓｅｃ、ＱＲＳ幅は、０．０６〜０．１０ｓｅｃおよびＱＴ間隔値は、０．３０〜０．４５ｓｅｃの範囲に存在するようになっており、これらの値を総合することによって個々人を識別できるようになっている（図３参照）。
【０１５５】
本実施形態のデータベース１０５は、各テンプレートデータとともに各テンプレートデータに基づいて算出された各ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を当該テンプレートデータに基づいて格納するようになっている。
【０１５６】
また、データ波形抽出部１０４は、これらＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を当該代表波形データから取得するとともに、検索部１０６は、代表波形データによってデータベース１０５内を検索する際に、この取得したＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値に一致するテンプレートデータを検索するようになっている。
【０１５７】
具体的には、本実施形態では、個人認証を行う際には、検索部１０６が代表波形データの特徴量とデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータの特徴量を比較し、テンプレートデータの特徴量が代表波形データの特徴量に類似度が高い被験者リストを提示するようになっている。
【０１５８】
例えば、検索部１０６は、入力された代表波形データのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の各特徴量を算出するとともに、（式４）に示すように、当該代表波形データと各テンプレートデータのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の各特徴量に基づいて各誤差ｅnを算出するようになっており、この検索部１０６は、この各誤差ｅnが予め定められたｅ0より小さいテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、当該テンプレートデータを類似度の高いテンプレートデータとして図示しない表示部に提示するようになっている。
【０１５９】
【数４】
ただし、ＰＱ0、ＱＲＳ0、ＱＴ0は、各代表波形データの各特徴量の値、ＰＱn、ＱＲＳn、ＱＴnはデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータの特徴量を示す。
【０１６０】
なお、閾値としての誤差ｅ0は、一般的には、０．０１以下が好ましく、また、複数のテンプレートデータについて誤差ｅnが０．０１以下と算出された場合には、複数のテンプレートデータにおける被験者名を提示するようになっている。
【０１６１】
また、本実施形態では、テンプレートデータを図示しない表示部に提示する際には、後述するように、当該テンプレートデータが有する被験者名を提示するようになっており、さらに、提示されたテンプレートデータの中からから操作部１１１によって１のテンプレートデータが選択された場合には、検索部１０６は、当該選択されたテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【０１６２】
また、本実施形態の検索部１０６は、例えば、本発明の設定手段を構成する。
【０１６３】
次に、図１１を用いて本実施形態の心拍数検出動作について説明する。
【０１６４】
なお、図１１は、本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【０１６５】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させ、当該心電図波形データの特徴量を算出する（ステップＳ６１）。
【０１６６】
具体的には、制御部１１０は、生成された心電図波形データを、微分回路１０３を介してデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して代表波形データ生成処理を行わせ、当該代表波形データの特徴量、すなわち、ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を算出させる。
【０１６７】
なお、本動作では、心電図波形データの特徴量を算出する際に、心電図波形データを生成させてから算出するようになっているが、当該心電図波形データを生成せずに、直接的に心電図波形データの特徴量を算出するようにしてもよい。
【０１６８】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索させ、当該代表波形データの特徴量に類似するテンプレートデータの被験者名のリストを操作部１１１に設けられた図示しない表示部に表示させる（ステップＳ６２）。
【０１６９】
次いで、制御部１１０は、心拍信号を検出した被験者が、新規被験者であるかまたは図示しない表示部に表示された被験者名リストにある被験者であるかの選択を当該被験者に促し（ステップＳ６３）、新規被験者であると操作部１１１によって選択された場合には、制御部１１０は、当該代表波形データ並びにこの代表波形データの特徴量および被験者名をデータベース１０５に登録し、当該代表波形を相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ６４）。
【０１７０】
なお、制御部１１０は、データベース１０５に代表波形データを登録する際に、被験者に対して操作部１１１を用いて代表波形データの被験者名を登録するよう被験者に促し、各部を制御する。
【０１７１】
一方、操作部１１１の表示部に表示された被験者名リストから被験者が選択された場合には、データベース１０５に登録された当該選択された被験者名を有するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力する（ステップＳ６５）
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、テンプレート設定処理において設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ６６）。
【０１７２】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各フレーム毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ６７）。
【０１７３】
次いで、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ６８）。
【０１７４】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させて本動作を繰り返す（ステップＳ６９）。
【０１７５】
なお、本動作は、基本的には本動作開始後は、心拍計測動作を繰り返すため、ステップＳ６６〜ステップＳ６９の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【０１７６】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１７７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１７８】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの特徴量（ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値）を比較することにより類似度を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１７９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８０】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１８１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８２】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行うＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の特徴量として識別情報が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する検索部１０６を有し、データベース１０５には、識別情報として心電図波形データの特徴量に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１８３】
したがって、被験者名によってテンプレートデータを特定することができるので、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができ、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるとともに、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８４】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１８５】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８６】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１８７】
また、本実施形態では、心拍数を計測する被験者の特定に関しては、心電図波形データの特徴量に基づいて当該心電図波形データの特徴量に類似するテンプレートデータを、データベース１０５内からリストアップして被験者に選択させることにより行っているが、第１実施形態と同様に、ノイズ判定処理を行い、テンプレートデータの設定処理の自動化を行うようにしてもよい。
【０１８８】
この場合の本実施形態の心拍数計測動作を図１２を用いて以下に説明する。
【０１８９】
なお、図１２は、本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【０１９０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させる（ステップＳ７１）。
【０１９１】
次いで、制御部１１０は、微分回路１０３から出力される心電図波形データを監視してこの心電図波形データに含まれるノイズが少ないか否かを判断し（ノイズ判定処理（ステップＳ７２））、制御部１１０が心電図波形データにノイズが多いと判断した場合には、心拍信号を再検出するために、すなわち、再度、１フレームのハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出するために、ステップＳ７１に戻る。
【０１９２】
なお、この心電図波形データにおけるノイズ判定処理の動作は、第１実施形態と同様である。
【０１９３】
一方、制御部１１０は、心電図波形データにノイズが少ないと判断した場合には、制御部１１０は以下の動作を行う。
【０１９４】
まず、制御部１１０は、当該入力された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して上述の代表波形データ生成処理を行わせ、当該代表波形データの特徴量、すなわち、ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を算出させる（ステップＳ７３）。
【０１９５】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索させ（ステップＳ７４）、当該代表波形データの特徴量に類似するテンプレートデータが存在するか否かを判断するとともに（ステップＳ７５）、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ７６）。
【０１９６】
なお、上述したように、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かの判断は、類似度として心電図波形データの特徴量を用いて行う。
【０１９７】
一方、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ７７）。
【０１９８】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ７８）。
【０１９９】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各フレーム毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ７９）。
【０２００】
次いで、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ８０）。
【０２０１】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させて本動作を繰り返すため、ステップＳ７８に行く（ステップＳ８１）。
【０２０２】
なお、上述と同様に、本動作は、基本的には本動作開始後は、心拍計測動作を繰り返すため、ステップＳ７８〜ステップＳ８１の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【０２０３】
以上のように、制御部１１０は、各部を制御することによって心拍数計測動作を行うようになる。
【０２０４】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０２０５】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０２０６】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０２０７】
〔第４実施形態〕
図１３は、再生制御装置の第４実施形態を示す図である。
【０２０８】
本実施形態は、第１実施形態において、検出部、生体アンプなど全ての構成部材が心拍計測装置に設けられている点に代えて、心拍信号の検出および心拍数計測に関する操作を行う検出部１０１および操作部１１１を備えた端末装置と、予め心電図波形を格納するデータベース１０５、データベース１０５内を検索する検索部１０６並びに心拍数を算出する相互相関処理部１０７および心拍数算出部１０９などその他の構成を備えたサーバ装置とから構成する点に特徴があり、各部材の構成については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０２０９】
また、本実施形態の心拍数計測動作は、端末装置の操作部の指示がサーバ装置の制御部を介して当該サーバ装置の各部に入力される点およびサーバ装置によって算出された心拍数を端末装置に送信する点以外は、第１実施形態と同様の動作処理を行うため、本実施形態の心拍数計測動作の説明は省略する。
【０２１０】
なお、図１３は、本実施形態の心拍数計測システムを示す構成図である。
【０２１１】
本実施形態の心拍数計測システム３００は、車両などの移動体に搭載される端末装置３１０と、任意の場所に設けられ、固定設置されたサーバ装置３２０とから構成され、端末装置３１０とサーバ装置３２０は、無線または有線の電気通信回線を介して互いに回線を接続するようになっている。
【０２１２】
本実施形態の端末装置３１０は、図１３に示すように、人体より心拍信号を検出する検出部１０１と、検出した心拍信号をサーバ装置に送信する送信部３１１と、算出された心拍数の計測結果を受信する受信する受信部３１２と、各部を制御する制御部３１３と、各部の操作を行う操作部３１４とを備えている。
【０２１３】
送信部３１１および受信部３１２は、アンテナＡＴを介してサーバ装置３２０と心拍信号、心拍数の情報（以下、心拍数情報という）および端末装置３１０を操作する被験者によって入力された操作を指示する信号（以下、操作指示信号という）の送受信を行うようになっている。
【０２１４】
また、操作部３１４は、第１実施形態の操作部と同様に、例えば、図示しない複数のスイッチと表示部を有し、表示部を参照しつつ、複数のスイッチによって被験者を選択および特定を行うようになっている。
【０２１５】
なお、本実施形態の操作部３１４は、被験者によって選択および特定された内容を指示信号として、送信部３１１を介してサーバ装置３２０に送信するようになっている。
【０２１６】
また、本実施形態のサーバ装置３２０は、図１３に示すように、端末装置３１０から送信された心拍信号および操作指示信号を受信する受信部３２１と、受信した心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、テンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎、すなわち、各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間のＲ−Ｒ間隔を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、算出された心拍数情報を端末装置３１０に送信する送信部３２２と、生成された心電図波形データがノイズ成分の有無を判断するともに、端末装置３１０から送信された指示信号に基づいて各部を制御する制御部３２３と、を備えている。
【０２１７】
なお、例えば、本実施形態の受信部３２１は、本発明の取得手段を構成し、本実施形態の制御部３２３は、本発明の設定手段を構成する。
【０２１８】
受信部３２１および送信部３２２は、端末装置３１０と同様に、アンテナＡＴをサーバ装置３２０と心拍信号、心拍数の情報（以下、心拍数情報という）および端末装置３１０を操作する被験者によって入力された操作を指示する信号（以下、操作指示信号という）の送受信を行うようになっている。
【０２１９】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０２２０】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２１】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２２】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２３】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２４】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２５】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０２２６】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２７】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２８】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２９】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０２３０】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２３１】
なお、本実施形態では、検出部は車両のハンドルなどに設けられているが、当該検出部に代えて、第２実施形態で説明した脈波検出部を設けるようにしてもよい。
【０２３２】
また、本実施形態では、心拍数計測動作は、第１実施形態と同様であり、被検体名および代表波形データとテンプレートデータとの相関値によって総合相関処理に用いるテンプレートデータを検索するようになっているが、第２実施形態と同様に、心電図波形データの特徴量を用いて総合相関処理に用いるテンプレートデータを検索するようにしてもよい。
【０２３３】
この場合は、本実施形態の心拍数計測動作は、第２実施形態と同様の動作を行うこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願に係る第１実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【図２】心電図波形データの１周期を示す代表的なグラフである。
【図３】（ａ）は、第１実施形態のデータ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、当該データ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データを各周期毎に切り出して重ね合わせた１つの心電図波形データ、（ｃ）は、（ｂ）の波形データにハニング窓関数を掛け合わせた心電図波形データである。
【図４】第１実施形態のデータ波形抽出部よって行われる代表波形データ生成処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は、従来の心拍数計測装置に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、従来の心拍数計測装置によって特定されたテンプレートデータ、（ｃ）は、従来の心拍数計測装置によって相互相関処理を行った心電図波形データである。
【図６】（ａ）は、第１実施形態のデータ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、第１実施形態の特定されたテンプレートデータ、（ｃ）は、第１実施形態において相互相関処理を行った心電図波形データである。
【図７】第１実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態のテンプレートデータの設定処理動作を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態のノイズ判定処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本願に係る第２実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【図１１】第３本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【図１２】第３本実施形態の心拍数計測動作を示すその他のフローチャートである。
【図１３】本願に係る第４実施形態の心拍数計測システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００ … 心拍数計測装置
１０１ … 検出部
１０２ … 生体アンプ
１０４ … データ抽出部
１０５ … データベース
１０６ … 検索部
１０７ … 相互相関処理部
１０８ … ピーク検出・算出部
１０９ … 心拍数算出部
１１０ … 制御部
１１１ … 操作部
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体等から取得した心拍信号等に基づいて心拍数を検出する心拍数検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ストレスや疲労による自律神経系への影響が心拍数や心拍揺らぎ等に現れることから、心臓の収縮動作を現す心電図は、心疾患の発見や診断、病態監視等の医学の分野のみならず、人間工学や産業医学といった分野でも利用されている。このため、最近では、容易な設備で的確に心拍数や心拍揺らぎを取得することの可能な計測装置の製品化が望まれている。
【０００３】
従来、心拍数を求める方法としては、心臓の心房における興奮により出現する心拍信号に基づいて当該心拍数を算出する心電図解析装置が知られており、このような心電図解析装置の代表的なものに、特願平５−１６４４５６号公報に記載のものが知られている。
【０００４】
同公報記載の心電図解析装置は、人体から心拍信号を取得して当該心拍信号に基づいて心電図波形（ＥＣＧ（electrocardiogram）波形）の周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎に出現する最大値であるＲ波を検出し、この各Ｒ波とＲ波の間隔に基づいて心拍数を算出するようになっている。
【０００５】
具体的には、同公報記載の心電図解析装置は、以下のように動作するようになっている。
【０００６】
まず、心拍信号より心電図波形を求め、この心電図波形の１フレーム分のデータを予め定められた周波数でサンプリングし、次いで、この１フレームのデータに対して予め設定されたテンプレートデータ、すなわち、Ｒ波を模擬した参照波形データを用いてパターンマッチング（相互相関処理）を行ってＲ波を強調する。最後に、強調された各周期毎のＲ波とＲ波の間隔、すなわち、Ｒ−Ｒ間隔を算出し、この値の逆数を６０倍することによって１分間の心拍数を算出するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の心電図解析装置にあっては、心電図波形におけるＲ波の検出誤差が大きいという問題を有していた。
【０００８】
本来、心電図波形は、個々人による差が大きいので、心拍信号を検出する際のノイズが的確に除去されていない場合には、正確に心電図波形を生成することができないという問題が生ずる。
【０００９】
特に、従来の心電図解析装置では、参照波形データにＲ波の周辺の要素（Ｒ波周辺の１０ｍｓｅｃの範囲）、すなわち、Ｐ波、Ｔ波などによる各要素に基づいてパターンマッチングを行うようになっているが、ＰＱ間隔、ＱＴ間隔、Ｔ波振幅の各要素など心電図波形は個人差によって異なるため、ノイズ除去の性能が劣化し、Ｒ波の誤検出が生ずるという問題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例としては、当該心拍数の検出における検出精度の高い心拍数検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の心拍数計測装置の発明は、生体から発生する心拍信号を取得する取得手段と、前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段と、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段と、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段と、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段と、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段と、を備え、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の心拍数計測方法の発明は、生体から検出された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成工程と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出工程と、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出工程と、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索工程と、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理工程と、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出工程と、を備え、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索工程において特定することができなかった場合に、前記相互相関処理工程においては、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１１に記載の心拍数計測プログラムの発明は、コンピュータによって、生体から取得された心拍信号に基づいて当該生体の心拍数を計測する心拍数計測プログラムであって、前記コンピュータを、生体から発生する心拍信号を取得する取得手段、前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段、前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段、前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段、前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段、前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段、として機能させ、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１５に記載の記録媒体の発明は、請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の心拍数計測プログラムをコンピュータに読み取り可能に記録した構成を有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本願に係る心拍数計測装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１〜図９は、本願に係る心拍数計測装置の第１実施形態を示す図であり、まず、図１を用いて本実施形態の心拍数計測装置の構成について説明する。
【００１７】
なお、図１は、本実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【００１８】
本実施形態の心拍数計測装置１００は、図１に示すように、人体より心拍信号を検出する検出部１０１と、検出された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、後述する複数のテンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎、すなわち、各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間の間隔（以下、Ｒ−Ｒ間隔という。）を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、生成された心電図波形データのノイズ成分の有無を判断するともに、各部を制御する制御部１１０と、各部の操作を行う操作部１１１を備えている。
【００１９】
なお、例えば、本実施形態の検出部１０１は、本発明の取得手段を、生体アンプ１０２は、本発明の生成手段を、データベース１０５は、本発明のデータベースを構成するとともに、本実施形態の検索部１０６は、本発明の検索手段、類似度算出手段およびデータ波形特定手段を構成する。
【００２０】
また、例えば、本実施形態のデータ波形抽出部１０４は、本発明の生成手段、類似度算出手段、波形切出手段および平均算出手段を構成し、本実施形態の相互相関処理部１０７は、本発明の相互相関処理手段を構成する。
【００２１】
さらに、例えば、本実施形態のピーク検出・算出部１０８および心拍数算出部１０９は、本発明の算出手段を構成し、操作部１１１および制御部１１０は、本発明の設定手段を構成する。
【００２２】
検出部１０１は、例えば、人体の足や腕または胸部などの部位から予め定められた時間に亘って起電力を検出し、この検出した起電力を心拍信号として生体アンプ１０２に出力するようになっている。
【００２３】
例えば、検出部１０１は、図示しない自動車その他の車両のハンドルや健康器具の一部に設けられ、この検出部１０１を両手で握ることによって人体の心臓の活動電位の時間軸上の変化を示す心拍信号、すなわち、周期的に繰り返される心臓の運動を示す心拍を検出するようになっている。
【００２４】
なお、本実施形態では、心拍信号を１０秒間、２５０Ｈｚのサンプリング周波数でサンプリングした場合の２５００個のデータを１フレームとし、検出部は、このように検出したデータを生体アンプに出力するようになっている。
【００２５】
生体アンプ１０２には、検出部１０１において検出された心拍信号が入力されるようになっており、この生体アンプ１０２は、入力された心拍信号を増幅し、当該心拍信号に基づいて心電図波形データを生成するようになっている。
【００２６】
この心電図とは、人体の心臓の活動電位の時間的変化によって示される波形図であり、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波と呼ばれる一連の波から構成され、１心拍、すなわち、１周期の心電図の波形は、一般的には、図２に示すような波形で現すことができるようになっている。
【００２７】
ここで、図２に示される１周期の心電図波形データについて説明する。
【００２８】
なお、図２は、心電図波形データの１周期を示す代表的なグラフである。
【００２９】
図２に示されるＰ波とは、心房筋の興奮により生ずる波をいい、心臓の司令塔である洞房結節(右心房にある心臓の電気のスイッチの場所）から発生した電気の刺激が心房全体に伝わって、心房が収縮する際に出現するものである。
【００３０】
Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波は、心室筋の興奮を示す波をいい、それぞれ、心室に心房からの電気が伝わって、心室全体が収縮を起こしたときに出現するものである。特に、Ｑ波は、１周期の最大振幅を示すときの波をいう。
【００３１】
Ｔ波とは、心室筋の興奮による回復消退を示す波をいい、心室に電流が流れるときに発生した電流が消失していく時に出現するものである。
【００３２】
図２に示すように、通常、周期的に繰り返される運動を示す１心拍、すなわち、１周期の心電図波形は、Ｒ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃ程度の範囲を含むようになっている。このため、生体アンプでは、１０秒程度の時間に亘って検出された心拍信号を取得することにより、心電図波形データにおける１周期分の波形データを約１０個程度取得するようになっている。
【００３３】
生体アンプ１０２は、人体から人体内部において発生する起電力に基づいて図２に示すような心電図波形データを生成し、微分回路１０３に出力するようになっている。
【００３４】
微分回路１０３には、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データが入力されるようになっており、この微分回路１０３は、当該入力された心電図波形データを微分して低周波数成分を除去し、この低周波数成分が除去された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力するようになっている。
【００３５】
データ波形抽出部１０４には、微分回路１０３から出力された心電図波形データが入力されるようになっており、このデータ波形抽出部１０４は、入力された１フレームの心電図波形データから１の代表波形データを生成する（以下、代表波形データ生成処理という。）とともに、生成した代表波形データを検索部１０６またはデータベース１０５に出力するようになっている。
【００３６】
具体的には、データ波形抽出部１０４は、図３に示すように、まず、入力された周期的な変動を示す心電図波形データから予め定められた複数の区間、すなわち、１心拍と推定される区間毎に、存在する最大値を示すＲ波を検出するとともに、各Ｒ波から次のＲ波までの間隔を示すＲ−Ｒ間隔を算出する。次いで、データ波形抽出部１０４は、当該各Ｒ−Ｒ間隔に基づいて当該波形データ（ｔ1、ｔ2、…、ｔ10）を重ね合わせて加重平均化して１心拍（１周期）の波形データを生成し、最後に、当該重ね合わせた波形データにハニング窓などの窓関数を掛け合わせて代表波形データを生成する。このようにして、データ波形抽出部１０４は、代表波形データを生成するようになっている。
【００３７】
なお、図３（ａ）は、入力された１フレームの心電図波形データ、図３（ｂ）は、入力された１フレームの心電図波形データを各心拍毎に切り出して重ね合わせた１つの心電図波形データ、および、図３（ｃ）は、（ｂ）の波形データにハニング窓関数を掛け合わせた心電図波形データである。
【００３８】
また、このように生成された代表波形データは、例えば、本発明の平均波形データを構成する。
【００３９】
ここで、図４用いてデータ波形抽出部１０４における代表波形データ生成処理の動作について説明する。
【００４０】
なお、図４は、データ波形抽出部１０４よって行われる代表波形データ生成処理の動作を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、データ波形抽出部１０４は、心電図波形データから予め定められた１心拍と推定される区間（ｔn）毎の最大値、すなわち、各周期毎のＲ波を検出し、各Ｒ−Ｒ間隔を算出する（ステップＳ１１）。
【００４２】
次いで、算出された各Ｒ−Ｒ間隔に基づいて各心拍毎のデータを重ね合わせて加重平均化された１心拍、すなわち、１周期の波形データを生成する（ステップＳ１２）。
【００４３】
最後に、当該重ね合わせた波形データにハニング窓などの窓関数を掛け合わせて代表波形データを生成する（ステップＳ１３）。
【００４４】
本実施形態のデータ波形抽出部１０４は、このように代表波形データを生成するようになっている。
【００４５】
なお、本実施形態の代表波形データ生成処理では、窓関数にハニング窓を用いているが、勿論、他の窓関数でも上述の代表波形データ生成処理に用いてもよい。
【００４６】
データベース１０５には、予め１または２以上の参照波形データであるテンプレートデータが格納されており、このデータベース１０５は、テンプレート設定処理時に、被検体名や代表波形データに基づいて検索され、該当するテンプレートデータが存在する場合、すなわち、１のテンプレートデータが特定された場合には、そのテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００４７】
具体的には、このデータベース１０５には、被験者名に関連付けられて図３に示すようなＲ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃの範囲を有する心電図波形データであるテンプレートデータが格納されている。
【００４８】
また、このデータベース１０５は、後述するように、制御部１１０の指示に基づいて、データ波形抽出部１０４によって抽出された新たな代表波形データをテンプレートデータとして格納するようになっている。
【００４９】
検索部１０６には、被験者名または代表波形データが入力されるようになっており、この検索部１０６は、入力された被験者名または代表波形データに基づいてデータベース１０５内から当該入力された被験者名と同一または当該入力された代表波形データと同一の被験者のテンプレートデータを検索するようになっている。
【００５０】
具体的には、検索部１０６は、被験者名によってテンプレートデータを設定する場合には、入力された被験者名と同じ被験者名を有するテンプレートデータについてデータベース１０５内を検索し、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在するときには、データベース１０５を制御して該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させるようになっている。
【００５１】
また、検索部１０６は、代表波形データに基づいてテンプレートデータを設定する場合には、入力された代表波形データとデータベース１０５内に格納される各テンプレートデータの波形との類似度を算出するとともに、入力された心電図波形データと類似度が高いテンプレートデータが存在する場合に、そのテンプレートデータをデータベース１０５から相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５２】
本実施形態では、検索部１０６は、代表波形データと各テンプレートデータとの類似度として、代表波形データと各テンプレートデータとの各相関値を算出し、当該相関値に基づいてデータベース１０５内を検索するようになっている。
【００５３】
例えば、検索部１０６は、（式１）に示すように、代表波形データと、各テンプレートデータとの差の絶対値εnを求め、各絶対値εnが予め定められたε0より大きいか否かを判定し、各絶対値εnが予め定められたε0より大きいテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合に、当該テンプレートデータを代表波形データとして相互相関処理部１０７に出力させるようになっている。
【００５４】
【数１】
【００５５】
なお、閾値としての絶対値ε0は、一般的には、０．６以上が好ましく、また、複数のテンプレートデータについて絶対値εが０．６以上と算出された場合には、その中で値が最も１．０に近いテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５６】
また、検索部１０６は、入力された代表波形データが、データベース１０５に格納される何れのテンプレートデータとも相関値が低い、すなわち、各テンプレートデータとの絶対値εnが予め設定された閾値より低い場合には、制御部１１０に対して該当するテンプレートデータが無い旨を通知するようになっており、このように該当するテンプレートデータが無い場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【００５７】
なお、この場合は、制御部１１０は、操作部１１１を用いて被験者に対して当該代表図波形データの被験者名の入力を促し、当該被験者名が入力された場合には当該被験者名に関連付けられて当該代表波形データをデータベース１０５に格納するようになっている。
【００５８】
相互相関処理部１０７には、低周波数成分を除去した心電図波形データと、データベース１０５から出力されたテンプレートデータまたはテンプレートデータとしてデータ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データの何れかの波形データと、が入力されるようになっており、この相互相関処理部１０７は、入力された心電図波形データとテンプレートデータとの相互相関処理を行い、当該相互相関処理された心電図波形データをピーク検出・算出部１０８に出力するようになっている。
【００５９】
具体的には、この相互相関処理部１０７は、心電図波形データに対してテンプレートデータを予め定められた時間毎に遅延させ、それぞれの遅延時間に対して相互相関関数を算出し、当該算出した各相互相関関数の値をピーク・検出部１０１に出力するようになっている。
【００６０】
例えば、本実施形態では、相互相関処理部１０７は、（式２）に示すＲxyを算出するようになっており、遅延時間τを予め定められた時間毎にずらして各Ｒxyを求め、ピーク・検出部１０１に出力するようになっている。
【００６１】
【数２】
【００６２】
ここで、従来の心拍数計測方法により算出された心電図波形データと相互相関処理部１０７において相互相関処理を行った際の心電図波形データを図５および図６に示す。
【００６３】
図５（ｃ）に示すように、従来の心拍数計測方法では、参照波形データにＲ波の周辺の要素に基づいてパターンマッチングを行うようになっているため、ＰＱ間隔、ＱＴ間隔、Ｔ波振幅の各要素など心電図波形が個人差によって異なることから、検出した心電図波形データにおけるノイズ除去の性能が劣化し、図５（ｃ）中に示すように、○が一定間隔毎に出現せず、一定間隔毎、すなわち、１周期毎（１心拍毎）にピークを検出することができず、検出誤差が発生している。
【００６４】
一方、図６（ｃ）に示すように、本実施形態の心拍計測方法によれば、Ｒ波を中心としてＰ波、Ｑ波、Ｓ波を含む１００ｍｓｅｃの範囲を有する心電図波形データを用いているため、検出した心電図波形データから的確にノイズを除去することができるので、図６（ｃ）中に示すように、○が一定間隔毎に出現し、ピークを的確に抽出することができるようになっている。
【００６５】
なお、図５（ａ）は、従来の心拍数計測装置における入力された１フレームの心電図波形データ、図５（ｂ）は、検索部１０６において特定されたテンプレートデータ、および、図５（ｃ）は、相互相関処理を行った心電図波形データであり、図６（ａ）は、本実施形態における入力された１フレームの心電図波形データ、図６（ｂ）は、検索部１０６において特定されたテンプレートデータ、および、図６（ｃ）は、相互相関処理を行った心電図波形データである。
【００６６】
ピーク検出・算出部１０８には、相互相関処理されたデータ（以下、相互相関処理データという。）が入力されるようになっており、具体的には、（式２）で算出された各Ｒxyが入力されるようになっている。
【００６７】
このピーク検出・算出部１０８は、入力された相互相関処理データに基づいてピークを抽出するようになっており、当該抽出したピーク波形のデータ（以下、ピーク波形データを）に基づいて任意のピークから次に現れるピークまでの間隔（peak to peak の間隔）、すなわち、Ｒ−Ｒ間隔を算出し、当該算出された各Ｒ−Ｒ間隔に基づいてピーク間隔を示す値を心拍数算出部１０９に出力するようになっている。
【００６８】
なお、例えば、ピーク検出・算出部１０８は、各Ｒ−Ｒの間隔の平均値を、ピーク間隔を示す値（以下、ピーク間隔値という。）として心拍数算出部１０９に出力するようになっている。
【００６９】
心拍数算出部１０９には、ピーク検出・算出部１０８から出力されたピーク間隔値が入力されるようになっており、この心拍数算出部１０９は、入力されたピーク間隔値の逆数をとり、それを６０倍して１分間の心拍数を算出し、当該算出した心拍数を外部に出力するようになっている。
【００７０】
なお、本実施形態では、心拍数算出部１０９において算出された心拍数を外部に出力するようになっているが、当該外部出力に代えて、また、当該外部出力とともに、操作部１１１にある表示部に表示するようにしてもよい。
【００７１】
制御部１１０は、操作部１１１の指示に基づいて、または、微分回路１０３から出力される心電図波形データに基づいて各部を制御するようになっている。
【００７２】
この制御部１１０は、微分回路１０３において微分された心電図波形データを監視し、当該微分回路１０３から出力される心電図波形データに重畳されるノイズ成分が少ない場合には、当該心電図波形データに基づいてテンプレートデータを生成するよう各部を制御するようになっている。
【００７３】
具体的には、制御部１１０は、微分された心電図波形データにおけるＲ−Ｒ間隔の標準偏差（σ）を算出するとともに、当該標準偏差（σ）と予め設定された閾値とを比較し、標準偏差（σ）が閾値より低い場合には、ノイズ無と判断し、微分回路１０３の出力をデータ波形抽出部１０４に出力し、当該データ波形抽出部１０４を制御して微分された心電図波形データからテンプレートデータを生成するようデータ波形抽出部１０４を制御するようになっている。
【００７４】
また、制御部１１０は、検索部１０６においてデータベース１０５内のテンプレートデータに該当する波形データが無かった場合にも、上述と同様にデータ波形抽出部１０４を制御してテンプレートデータを生成させるようになっている。ただし、この場合であっても、微分された心電図波形データに含まれるノイズ成分が少ないか否かを判断し、ノイズ成分が一定値以上含まれている場合には、再度、心拍信号を検出するよう操作者または被験者にその旨を警告するようになっている。
【００７５】
また、制御部１１０は、操作部１１１より心拍数計測を行う被検体名が予め入力された場合には、検索部１０６を制御して当該被検体のテンプレートデータを検索させ、当該被検体のテンプレートデータに基づいて相互相関処理および心拍数の算出処理を行せるようになっている。
【００７６】
操作部１１１は、例えば、図示しない複数のスイッチと表示部を有し、表示部を参照しつつ、複数のスイッチによって被験者を選択および特定を行うようになっている。
【００７７】
次に、図７を用いて心拍数計測動作について説明する。
【００７８】
なお、図７は、制御部１１０により各部を制御して行われる心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【００７９】
また、本実施形態では、検出部１０１は自動車のハンドルに設けられているものとする。
【００８０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、被験者による個人認証に基づいてデータ波形抽出部１０４、検索部１０６およびデータベース１０５を制御してテンプレートデータの設定処理（以下、テンプレート設定処理という。）を行う（ステップＳ２１）。
【００８１】
なお、この制御部１１０におけるテンプレートデータの設定処理の詳細については、後述する。
【００８２】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ２２）。
【００８３】
なお、制御部１１０は、当該ステップＳ２２の処理を行う前段で後述するテンプレート設定処理（ステップＳ２１）を行っている場合には、当該ステップＳ２２において心電図データを生成させず、当該テンプレート設定処理によって生成された心電図波形データを相互相関処理部１０７に出力するようにしてもよい。
【００８４】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、後述するテンプレート設定処理において設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ２３）。
【００８５】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各周期毎、１心拍毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ２４）。
【００８６】
最後に、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ２５）。
【００８７】
なお、本動作は、基本的には本動作開始後は、ステップＳ２２〜ステップＳ２５の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【００８８】
次に、図８を用いてデータ波形抽出部１０４におけるテンプレートデータの設定処理について説明する。
【００８９】
なお、図８は、制御部１１０により各部を制御して行われるテンプレートデータの設定処理動作を示すフローチャートである。
【００９０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、操作部１１１に設けられた図示しない複数のスイッチおよび表示部を用いて被験者に対して個人認証を指示し、被験者名の設定を促すとともに、制御部１１０は被験者名が設定された場合には個人認証行う（ステップＳ３１）。
【００９１】
なお、本実施形態では、例えば、表示部を用い、予め設定された被験者名のリストを表示しつつ、スイッチによって被験者名の検索および選択を行うことによって個人認証を行う。
【００９２】
次いで、被験者の設定が行われると、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索させ、設定された被験者名のテンプレートデータがデータベース１０５内に存在するか否かを判断し（ステップＳ３２）、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、データベース１０５を制御して該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ３３）、本動作を終了させる。
【００９３】
一方、該当するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、以下の動作を行う。
【００９４】
まず、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させる（ステップＳ３４）。
【００９５】
次いで、制御部１１０は、微分回路１０３から出力される心電図波形データを監視するとともに、この心電図波形データに含まれるノイズが少ないか否かを判断する（ノイズ判定処理）。
【００９６】
なお、このノイズの有無を判断するノイズ判定処理の動作については後述する。
【００９７】
ここで、制御部１１０が心電図波形データにノイズが多いと判断した場合には、心拍信号を再検出するために、すなわち、再度、１フレームのハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出するために、ステップＳ３４に戻る（ステップＳ３５）。
【００９８】
一方、制御部１１０は、心電図波形データにノイズが少ないと判断した場合には、制御部１１０は以下の動作を行う。
【００９９】
まず、制御部１１０は、当該入力された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して上述の代表波形データ生成処理を行わせる（ステップＳ３６）。
【０１００】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データに基づいてデータベース１０５内を検索させ（ステップＳ３７）、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かを判断するとともに（ステップＳ３８）、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ３９）、本動作を終了させる。
【０１０１】
なお、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かの判断は、上述のように代表波形データとテンプレートデータとの相関値を用いて行う。
【０１０２】
一方、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力させ（ステップＳ４０）、本動作を終了させる。
【０１０３】
次に、図９を用いて制御部１１０によるテンプレートデータの設定処理において行われるノイズ判定処理の動作について説明する。
【０１０４】
なお、図９は、心電図波形データにおけるノイズ判定処理の動作を示すフローチャートである。
【０１０５】
また、本実施形態では、微分回路１０３によって低周波数成分が除去された心電図波形データを対象としているため、制御部１１０は、テンプレート設定処理を行う際に、当該心電図波形データに対してノイズ判定処理を行うようになっている。
【０１０６】
まず、制御部１１０は、テンプレート設定処理を行う際に、微分回路１０３から出力される１フレームの心電図波形データにおける各Ｒ−Ｒ間隔を算出する（ステップＳ５１）。
【０１０７】
次いで、制御部１１０は、（式３）に示す各Ｒ−Ｒ間隔の値（ｘn）およびその平均値（ｘ0）に基づいて分散（σ2）および標準偏差（σ）を算出する（ステップＳ５２）。
【０１０８】
【数３】
次いで、制御部１１０は、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃより小さいか否かを判断し（ステップＳ５３）、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃ以上の場合には「ノイズ有り」と判断して（ステップＳ５４）本動作を終了し、標準偏差（σ）が１００ｍｓｅｃより小さい場合にはノイズ無と判断して（ステップＳ５５）本動作を終了させる。
【０１１０】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１１１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１２】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１３】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１５】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１６】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０１１７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１１８】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１１９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１２０】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１２１】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１２２】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置１００について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１２３】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０１２４】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０１２５】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０１２６】
〔第２実施形態〕
図１０は、本願に係る心拍数計測装置の第２実施形態を示す図である。
【０１２７】
本実施形態は、第１実施形態において、人体の足や腕または胸部などの部位から心拍信号を検出する検出部に代えて、脈波計測によって心拍信号を検出する脈波検出部を有する点に特徴があり、この他の構成および心拍数計測動作については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０１２８】
なお、図１０は、本実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【０１２９】
本実施形態の心拍数計測装置２００は、図１０に示すように、人体より心拍信号を検出する脈波検出部２０１と、検出された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、テンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間のＲ−Ｒ間隔を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、生成された心電図波形データがノイズ成分の有無を判断するともに、各部を制御する制御部１１０と、各部の操作を行う操作部１１１を備えている。
【０１３０】
脈波検出部２０１は、例えば、手のひらにある何れか１つの指を挿入し、または、耳たぶを挟み、脈波を検出・測定するようになっており、赤外線を発光する発光素子２０２と当該赤外線の反射波を受光する受光素子２０３とから構成される計測部２０４と、当該計測部２０４を制御する計測制御部２０５とを有している。
【０１３１】
発光素子２０２は、挿入された指または挟み込まれた耳たぶに赤外線を照射するようになっており、受光素子２０３は、当該挿入された指または挟み込んだ耳たぶから反射された赤外線を検出するようになっている。
【０１３２】
計測制御部２０５は、受光素子２０３において検出された赤外線の反射率を算出して心拍信号を生成し、当該心拍信号を生体アンプ１０２に出力するようになっている。
【０１３３】
なお、生体アンプ１０２は、第１実施形態と同様に、入力された心拍信号に基づいて心電図波形データを生成するようになっている。
【０１３４】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する脈波検出部２０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１３５】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１３６】
また、本実施形態によれば、脈波検出部２０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１３７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１３８】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１３９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４０】
また、本実施形態によれば、脈波検出部２０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０１４１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４２】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１４３】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４４】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１４５】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１４６】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置２００について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１４７】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０１４８】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０１４９】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０１５０】
〔第３実施形態〕
図１１および図１２は、本願に係る心拍数計測装置の第３実施形態を示す図である。
【０１５１】
本実施形態は、第１実施形態において、識別情報として被験者名を用い、当該被験者名に基づいてデータベース内を検索し、テンプレートデータを特定する点に代えて、心電図波形データである代表波形データの特徴量に基づいてデータベース内を検索し、テンプレートデータを特定する点に特徴があり、この他の構成については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０１５２】
本実施形態では、代表波形データの特徴量として、心電図波形データのＰＱ間隔の値（以下、ＰＱ間隔値という。）、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔の値（以下、ＱＴ間隔値という。）を用いるようになっている。
【０１５３】
これらのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値は、心拍数が変化したとしてもその特性が変化しないという特徴を有しているため、個々人によって識別可能な値である。
【０１５４】
なお、通常、ＰＱ間隔値は、０．１２〜０．２０ｓｅｃ、ＱＲＳ幅は、０．０６〜０．１０ｓｅｃおよびＱＴ間隔値は、０．３０〜０．４５ｓｅｃの範囲に存在するようになっており、これらの値を総合することによって個々人を識別できるようになっている（図３参照）。
【０１５５】
本実施形態のデータベース１０５は、各テンプレートデータとともに各テンプレートデータに基づいて算出された各ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を当該テンプレートデータに基づいて格納するようになっている。
【０１５６】
また、データ波形抽出部１０４は、これらＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を当該代表波形データから取得するとともに、検索部１０６は、代表波形データによってデータベース１０５内を検索する際に、この取得したＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値に一致するテンプレートデータを検索するようになっている。
【０１５７】
具体的には、本実施形態では、個人認証を行う際には、検索部１０６が代表波形データの特徴量とデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータの特徴量を比較し、テンプレートデータの特徴量が代表波形データの特徴量に類似度が高い被験者リストを提示するようになっている。
【０１５８】
例えば、検索部１０６は、入力された代表波形データのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の各特徴量を算出するとともに、（式４）に示すように、当該代表波形データと各テンプレートデータのＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の各特徴量に基づいて各誤差ｅnを算出するようになっており、この検索部１０６は、この各誤差ｅnが予め定められたｅ0より小さいテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、当該テンプレートデータを類似度の高いテンプレートデータとして図示しない表示部に提示するようになっている。
【０１５９】
【数４】
【０１６０】
なお、閾値としての誤差ｅ0は、一般的には、０．０１以下が好ましく、また、複数のテンプレートデータについて誤差ｅnが０．０１以下と算出された場合には、複数のテンプレートデータにおける被験者名を提示するようになっている。
【０１６１】
また、本実施形態では、テンプレートデータを図示しない表示部に提示する際には、後述するように、当該テンプレートデータが有する被験者名を提示するようになっており、さらに、提示されたテンプレートデータの中からから操作部１１１によって１のテンプレートデータが選択された場合には、検索部１０６は、当該選択されたテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力するようになっている。
【０１６２】
また、本実施形態の検索部１０６は、例えば、本発明の設定手段を構成する。
【０１６３】
次に、図１１を用いて本実施形態の心拍数検出動作について説明する。
【０１６４】
なお、図１１は、本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【０１６５】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させ、当該心電図波形データの特徴量を算出する（ステップＳ６１）。
【０１６６】
具体的には、制御部１１０は、生成された心電図波形データを、微分回路１０３を介してデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して代表波形データ生成処理を行わせ、当該代表波形データの特徴量、すなわち、ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を算出させる。
【０１６７】
なお、本動作では、心電図波形データの特徴量を算出する際に、心電図波形データを生成させてから算出するようになっているが、当該心電図波形データを生成せずに、直接的に心電図波形データの特徴量を算出するようにしてもよい。
【０１６８】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索させ、当該代表波形データの特徴量に類似するテンプレートデータの被験者名のリストを操作部１１１に設けられた図示しない表示部に表示させる（ステップＳ６２）。
【０１６９】
次いで、制御部１１０は、心拍信号を検出した被験者が、新規被験者であるかまたは図示しない表示部に表示された被験者名リストにある被験者であるかの選択を当該被験者に促し（ステップＳ６３）、新規被験者であると操作部１１１によって選択された場合には、制御部１１０は、当該代表波形データ並びにこの代表波形データの特徴量および被験者名をデータベース１０５に登録し、当該代表波形を相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ６４）。
【０１７０】
なお、制御部１１０は、データベース１０５に代表波形データを登録する際に、被験者に対して操作部１１１を用いて代表波形データの被験者名を登録するよう被験者に促し、各部を制御する。
【０１７１】
一方、操作部１１１の表示部に表示された被験者名リストから被験者が選択された場合には、データベース１０５に登録された当該選択された被験者名を有するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力する（ステップＳ６５）
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、テンプレート設定処理において設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ６６）。
【０１７２】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各フレーム毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ６７）。
【０１７３】
次いで、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ６８）。
【０１７４】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させて本動作を繰り返す（ステップＳ６９）。
【０１７５】
なお、本動作は、基本的には本動作開始後は、心拍計測動作を繰り返すため、ステップＳ６６〜ステップＳ６９の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【０１７６】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０１７７】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１７８】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの特徴量（ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値）を比較することにより類似度を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１７９】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８０】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度を算出し、算出された類似度に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１８１】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８２】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行うＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値の特徴量として識別情報が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する検索部１０６を有し、データベース１０５には、識別情報として心電図波形データの特徴量に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０１８３】
したがって、被験者名によってテンプレートデータを特定することができるので、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができ、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるとともに、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８４】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０１８５】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０１８６】
なお、本実施形態では、人体に対して心拍数の計測を行う心拍数計測装置について説明したが、人体以外の生体であって、心拍がある生物であっても適用可能である。
【０１８７】
また、本実施形態では、心拍数を計測する被験者の特定に関しては、心電図波形データの特徴量に基づいて当該心電図波形データの特徴量に類似するテンプレートデータを、データベース１０５内からリストアップして被験者に選択させることにより行っているが、第１実施形態と同様に、ノイズ判定処理を行い、テンプレートデータの設定処理の自動化を行うようにしてもよい。
【０１８８】
この場合の本実施形態の心拍数計測動作を図１２を用いて以下に説明する。
【０１８９】
なお、図１２は、本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【０１９０】
まず、被験者によって操作部１１１が操作され、制御部１１０に心拍数計測動作の開始が指示されると、制御部１１０は、ハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出させるとともに、心電図波形データを生成させる（ステップＳ７１）。
【０１９１】
次いで、制御部１１０は、微分回路１０３から出力される心電図波形データを監視してこの心電図波形データに含まれるノイズが少ないか否かを判断し（ノイズ判定処理（ステップＳ７２））、制御部１１０が心電図波形データにノイズが多いと判断した場合には、心拍信号を再検出するために、すなわち、再度、１フレームのハンドルを握るよう被験者に当該動作を促し、検出部１０１および生体アンプ１０２を制御して被験者の１フレームの心拍信号を検出するために、ステップＳ７１に戻る。
【０１９２】
なお、この心電図波形データにおけるノイズ判定処理の動作は、第１実施形態と同様である。
【０１９３】
一方、制御部１１０は、心電図波形データにノイズが少ないと判断した場合には、制御部１１０は以下の動作を行う。
【０１９４】
まず、制御部１１０は、当該入力された心電図波形データをデータ波形抽出部１０４に出力させ、データ波形抽出部１０４を制御して上述の代表波形データ生成処理を行わせ、当該代表波形データの特徴量、すなわち、ＰＱ間隔値、ＱＲＳ幅およびＱＴ間隔値を算出させる（ステップＳ７３）。
【０１９５】
次いで、制御部１１０は、検索部１０６を制御して当該代表波形データの特徴量に基づいてデータベース１０５内を検索させ（ステップＳ７４）、当該代表波形データの特徴量に類似するテンプレートデータが存在するか否かを判断するとともに（ステップＳ７５）、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在する場合には、該当するテンプレートデータを相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ７６）。
【０１９６】
なお、上述したように、当該代表波形データに類似するテンプレートデータが存在するか否かの判断は、類似度として心電図波形データの特徴量を用いて行う。
【０１９７】
一方、代表波形データに類似するテンプレートデータがデータベース１０５内に存在しない場合には、当該代表波形データをテンプレートデータとして相互相関処理部１０７に出力させる（ステップＳ７７）。
【０１９８】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理部１０７を制御して、設定されたテンプレートデータおよび微分回路１０３を介して入力された心電図波形データとの相互相関処理を行わせる（ステップＳ７８）。
【０１９９】
次いで、制御部１１０は、相互相関処理されたデータをピーク検出・算出部１０８に出力させ、当該ピーク検出・算出部１０８によって各フレーム毎のＲ波を検出させるとともに、任意のピークから次に現れるピークまでのpeak to peak の間隔を算出し、ピーク間隔値を算出する（ステップＳ７９）。
【０２００】
次いで、制御部１１０は、心拍数算出部１０９を制御して上述したようにピーク間隔値の逆数を６０倍して心拍数を算出させ、当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力する（ステップＳ８０）。
【０２０１】
次いで、制御部１１０は、被験者にハンドルを握らせるよう促し、検出部１０１によって心拍信号を検出させ、生体アンプ１０２によって心電図波形データを生成させるとともに、当該心電図波形データを微分回路１０３に出力させて低周波数成分を除去した心電図データを相互相関処理部１０７に出力させて本動作を繰り返すため、ステップＳ７８に行く（ステップＳ８１）。
【０２０２】
なお、上述と同様に、本動作は、基本的には本動作開始後は、心拍計測動作を繰り返すため、ステップＳ７８〜ステップＳ８１の動作を一定時間毎に繰り返し、当該一定時間毎に当該算出した心拍数を操作部１１１にある表示部または外部に出力するようになっている。
【０２０３】
以上のように、制御部１１０は、各部を制御することによって心拍数計測動作を行うようになる。
【０２０４】
また、本実施形態では、上述の心拍数計測装置によって心拍数計測を行うようになっているが、心拍数計測装置にコンピュータおよび記録媒体を備え、この記録媒体に上述の心拍数計測動作を行うプログラムを格納し、コンピュータによって当該心拍数計測プログラムを読み込むことによって上述と同様の心拍数計測動作を行うようにしてもよい。
【０２０５】
また、この心拍数計測プログラムを実行する心拍数計測装置において、記録媒体をＤＶＤやＣＤなどの記録媒体により構成するようにしてもよい。
【０２０６】
この場合、心拍数計測装置には、記録媒体からプログラムを読み出す読出装置を備えるようになる。
【０２０７】
〔第４実施形態〕
図１３は、再生制御装置の第４実施形態を示す図である。
【０２０８】
本実施形態は、第１実施形態において、検出部、生体アンプなど全ての構成部材が心拍計測装置に設けられている点に代えて、心拍信号の検出および心拍数計測に関する操作を行う検出部１０１および操作部１１１を備えた端末装置と、予め心電図波形を格納するデータベース１０５、データベース１０５内を検索する検索部１０６並びに心拍数を算出する相互相関処理部１０７および心拍数算出部１０９などその他の構成を備えたサーバ装置とから構成する点に特徴があり、各部材の構成については第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
【０２０９】
また、本実施形態の心拍数計測動作は、端末装置の操作部の指示がサーバ装置の制御部を介して当該サーバ装置の各部に入力される点およびサーバ装置によって算出された心拍数を端末装置に送信する点以外は、第１実施形態と同様の動作処理を行うため、本実施形態の心拍数計測動作の説明は省略する。
【０２１０】
なお、図１３は、本実施形態の心拍数計測システムを示す構成図である。
【０２１１】
本実施形態の心拍数計測システム３００は、車両などの移動体に搭載される端末装置３１０と、任意の場所に設けられ、固定設置されたサーバ装置３２０とから構成され、端末装置３１０とサーバ装置３２０は、無線または有線の電気通信回線を介して互いに回線を接続するようになっている。
【０２１２】
本実施形態の端末装置３１０は、図１３に示すように、人体より心拍信号を検出する検出部１０１と、検出した心拍信号をサーバ装置に送信する送信部３１１と、算出された心拍数の計測結果を受信する受信する受信部３１２と、各部を制御する制御部３１３と、各部の操作を行う操作部３１４とを備えている。
【０２１３】
送信部３１１および受信部３１２は、アンテナＡＴを介してサーバ装置３２０と心拍信号、心拍数の情報（以下、心拍数情報という）および端末装置３１０を操作する被験者によって入力された操作を指示する信号（以下、操作指示信号という）の送受信を行うようになっている。
【０２１４】
また、操作部３１４は、第１実施形態の操作部と同様に、例えば、図示しない複数のスイッチと表示部を有し、表示部を参照しつつ、複数のスイッチによって被験者を選択および特定を行うようになっている。
【０２１５】
なお、本実施形態の操作部３１４は、被験者によって選択および特定された内容を指示信号として、送信部３１１を介してサーバ装置３２０に送信するようになっている。
【０２１６】
また、本実施形態のサーバ装置３２０は、図１３に示すように、端末装置３１０から送信された心拍信号および操作指示信号を受信する受信部３２１と、受信した心拍信号に基づいて心電図波形データを生成する生体アンプ１０２と、生成された心電図波形データから低周波数成分を除去する微分回路１０３と、生成した心電図波形データから１の代表波形データを抽出するデータ波形抽出部１０４と、テンプレートデータを予め格納するデータベース１０５と、被験者のテンプレートデータまたは被験者から取得した心電図波形データに基づいて抽出された代表波形データについて、データベース１０５内を検索する検索部１０６と、生成された心電図波形データと検索されたテンプレートデータまたは抽出されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理された心電図波形データから周期的に繰り返される運動を示す各心拍毎、すなわち、各周期毎のピーク値を示すＲ波を検出し、その間のＲ−Ｒ間隔を算出するピーク検出・算出部１０８と、算出されたＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、算出された心拍数情報を端末装置３１０に送信する送信部３２２と、生成された心電図波形データがノイズ成分の有無を判断するともに、端末装置３１０から送信された指示信号に基づいて各部を制御する制御部３２３と、を備えている。
【０２１７】
なお、例えば、本実施形態の受信部３２１は、本発明の取得手段を構成し、本実施形態の制御部３２３は、本発明の設定手段を構成する。
【０２１８】
受信部３２１および送信部３２２は、端末装置３１０と同様に、アンテナＡＴをサーバ装置３２０と心拍信号、心拍数の情報（以下、心拍数情報という）および端末装置３１０を操作する被験者によって入力された操作を指示する信号（以下、操作指示信号という）の送受信を行うようになっている。
【０２１９】
以上により本実施形態によれば、予め１または２以上の被験者のテンプレートデータを格納するデータベース１０５と、被験者から発生する心拍信号を取得する検出部１０１と、当該心拍信号に基づいて被験者の心電図波形データを生成する生体アンプ１０２およびデータ波形抽出部１０４と、データ波形抽出部１０４によって生成された代表波形データ基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する検索部１０６と、生体アンプ１０２によって生成された心電図波形データに対して特定されたテンプレートデータとの相互相関処理を行う相互相関処理部１０７と、相互相関処理データの各心拍毎、すなわち、各周期毎に最大値を算出するピーク検出・算出部１０８と、当該各最大値に基づいて心拍数を算出する心拍数算出部１０９と、を備えた構成を有している。
【０２２０】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２１】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、生成された代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの相関値を算出するとともに、当該算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被験者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２２】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２３】
また、本実施形態によれば、データ波形抽出部１０４が、生体アンプ１０２によって生成される心電図波形データをＲ−Ｒ間隔に基づいて心拍毎、すなわち、周期毎に切り出し、当該切り出された各周期毎の波形データに基づいて１の代表波形データを算出するとともに、検索部１０６が、この代表波形データとデータベース１０５に格納されているテンプレートデータとの類似度として相関値を算出し、算出された相関値に基づいて心拍信号を取得した被検者と同一の被験者のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２４】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２５】
また、本実施形態によれば、検出部１０１が、代表波形データとデータベース１０５に格納されている各テンプレートデータとの相関値が予め設定された値より小さいと判断した場合に、代表波形データをテンプレートデータとして特定する構成を有している。
【０２２６】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２７】
また、本実施形態によれば、生成された代表波形データおよびデータベース１０５に格納されているテンプレートデータには、他の前記心電図波形データとの識別を行う被験者名が含まれるとともに、代表波形データに識別情報として被験者名を設定する操作部１１１を有し、データベース１０５には、被験者名に関連付けられてテンプレートデータが格納され、検索部１０６が、代表波形データの被験者名に基づいてデータベース１０５内を検索し、心拍信号を取得した被験者名と同一の被験者名のテンプレートデータを特定する構成を有している。
【０２２８】
したがって、被検者の心拍信号から生成した心電図波形データのピーク波形を的確に強調することができるとともに、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２２９】
また、本実施形態によれば、ピーク検出・算出部１０８が、心電図波形データの１心拍毎、すなわち、１周期毎に極値を算出する際に、当該１周期毎の最大値（Ｒ波）を算出し、当該各最大値（Ｒ波）に基づいて心拍数を算出する構成を有している。
【０２３０】
したがって、本実施形態では、各個人毎に心拍数の算出の基になるデータの最適化を行うことができるので、心拍信号を検出する際に被験者が動くことによって、または、心拍信号を検出する際の接触抵抗によって生ずる心電図波形データ生成時のノイズを容易に除去することができ、検出精度の高い心拍数検出装置を提供することができる。
【０２３１】
なお、本実施形態では、検出部は車両のハンドルなどに設けられているが、当該検出部に代えて、第２実施形態で説明した脈波検出部を設けるようにしてもよい。
【０２３２】
また、本実施形態では、心拍数計測動作は、第１実施形態と同様であり、被検体名および代表波形データとテンプレートデータとの相関値によって総合相関処理に用いるテンプレートデータを検索するようになっているが、第２実施形態と同様に、心電図波形データの特徴量を用いて総合相関処理に用いるテンプレートデータを検索するようにしてもよい。
【０２３３】
この場合は、本実施形態の心拍数計測動作は、第２実施形態と同様の動作を行うこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願に係る第１実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【図２】心電図波形データの１周期を示す代表的なグラフである。
【図３】（ａ）は、第１実施形態のデータ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、当該データ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データを各周期毎に切り出して重ね合わせた１つの心電図波形データ、（ｃ）は、（ｂ）の波形データにハニング窓関数を掛け合わせた心電図波形データである。
【図４】第１実施形態のデータ波形抽出部よって行われる代表波形データ生成処理の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は、従来の心拍数計測装置に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、従来の心拍数計測装置によって特定されたテンプレートデータ、（ｃ）は、従来の心拍数計測装置によって相互相関処理を行った心電図波形データである。
【図６】（ａ）は、第１実施形態のデータ抽出部に入力された１フレームの心電図波形データ、（ｂ）は、第１実施形態の特定されたテンプレートデータ、（ｃ）は、第１実施形態において相互相関処理を行った心電図波形データである。
【図７】第１実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態のテンプレートデータの設定処理動作を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態のノイズ判定処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本願に係る第２実施形態の心拍数計測装置の構成を示す図である。
【図１１】第３本実施形態の心拍数計測動作を示すフローチャートである。
【図１２】第３本実施形態の心拍数計測動作を示すその他のフローチャートである。
【図１３】本願に係る第４実施形態の心拍数計測システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００ … 心拍数計測装置
１０１ … 検出部
１０２ … 生体アンプ
１０４ … データ抽出部
１０５ … データベース
１０６ … 検索部
１０７ … 相互相関処理部
１０８ … ピーク検出・算出部
１０９ … 心拍数算出部
１１０ … 制御部
１１１ … 操作部
Claims (15)
- 生体から発生する心拍信号を取得する取得手段と、
前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、
前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段と、
前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段と、
前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段と、
前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段と、
前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段と、を備え、
前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする心拍数計測システム。 - 請求項１に記載の心拍数計測システムにおいて、
前記検索手段が、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データと前記データベースに格納されている前記各参照波形データとの類似度を算出する類似度算出手段と、
前記算出された類似度に基づいて前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する波形データ特定手段と、
を有することを特徴とする心拍数計測システム。 - 請求項２に記載の心拍数計測システムにおいて、
前記類似度算出手段が、前記平均波形データと前記データベースに格納されている各参照波形データとの類似度が予め設定された値より小さいと判断した場合に、
前記データ波形特定手段が、前記算出手段によって算出された前記平均波形データを前記参照波形データとして特定することを特徴とする心拍数計測システム。 - 請求項１に記載の心拍数計測システムにおいて、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データおよび前記データベースに格納されている前記平均波形データである前記参照波形データには、他の前記平均波形データとの識別を行う識別情報が含まれるとともに、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データに識別情報を設定する設定手段を有し、
前記データベースには、前記生体の識別情報に関連付けられて前記参照波形データが格納され、
前記検索手段が、前記平均波形データの識別情報に基づいて前記データベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定することを特徴とする心拍数計測システム。 - 請求項４に記載の心拍数計測システムにおいて、
前記識別情報には、前記生体の名称を示す生体名または前記平均波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の情報が含まれるとともに、
前記データベースには、前記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報に関連付けて前記参照波形データが格納され、
前記設定手段が、記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報を設定することを特徴とする心拍数計測システム。 - 請求項１乃至５の何れか一項に記載の心拍数計測システムにおいて、
前記算出手段が、前記予め設定された区間毎に極値を算出する際に、当該予め設定された区間毎の最大値を算出し、当該各最大値に基づいて心拍数を算出することを特徴とする心拍数計測システム。 - 生体から検出された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成工程と、
前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出工程と、
前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出工程と、
前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索工程と、
前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理工程と、
前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出工程と、を備え、
前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索工程において特定することができなかった場合に、前記相互相関処理工程においては、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする心拍数計測方法。 - 請求項７に記載の心拍数計測方法において、
前記検索工程においては、
前記平均算出工程において算出された前記平均波形データと前記データベースに格納されている前記各参照波形データとの類似度を算出する類似度算出工程と、
前記算出された類似度に基づいて前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定するデータ波形特定工程と、
を含むことを特徴とする心拍数計測方法。 - 請求項７に記載の心拍数計測方法において、
前記平均算出工程において算出された前記平均波形データおよび前記データベースに格納されている前記平均波形データである前記参照波形データには、他の前記平均波形データとの識別を行う識別情報が含まれるとともに、
前記平均算出工程において算出された前記平均波形データに識別情報を設定する設定工程を含み、
前記検索工程においては、前記平均波形データの識別情報に基づいて前記生体の識別情報に関連付けられて前記参照波形データが格納されている前記データベース内を検索し、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定することを特徴とする心拍数計測方法。 - 請求項９に記載の心拍数計測方法において、
前記識別情報には、前記生体の名称を示す生体名または前記平均波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の情報が含まれるとともに、
前記設定工程においては、記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報を設定し、
前記検索工程においては、前記平均波形データの識別情報に基づいて前記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報に関連付けられて前記参照波形データが格納されている前記データベース内を検索し、前記心拍信号が検出された生体と同一の生体の前記参照波形データを特定することを特徴とする心拍数計測方法。 - コンピュータによって、生体から取得された心拍信号に基づいて当該生体の心拍数を計測する心拍数計測プログラムであって、
前記コンピュータを、
生体から発生する心拍信号を取得する取得手段、
前記取得された心拍信号に基づいて前記生体の心電図波形データを生成する生成手段と、
前記生成される心電図波形データである生成波形データを予め設定された区間毎に切り出す波形切出手段、
前記切り出された各区間の波形データに基づいて１の平均波形データを算出する平均算出手段、
前記算出された平均波形データに基づいて予め１または２以上の生体の前記平均波形データが参照波形データとして格納されているデータベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段、
前記生成された生成波形データに対して前記特定された参照波形データとの相互相関処理を行う相互相関処理手段、
前記相互相関処理されたデータである相互相関処理データの予め設定された区間毎に極値を算出するとともに、当該各区間毎の極値に基づいて心拍数を算出する算出手段、として機能させ、
前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを前記検索手段によって特定することができなかった場合に、前記相互相関処理手段が、前記生成された生成波形データに対して前記算出された平均波形データとの相互相関処理を行うことを特徴とする心拍数計測プログラム。 - 請求項１１に記載の心拍数計測プログラムであって、
前記コンピュータを検索手段として機能させる際に、
当該コンピュータを、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データと前記データベースに格納されている前記各参照波形データとの類似度を算出する類似度算出手段、
前記算出された類似度に基づいて前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定するデータ波形特定手段、
として機能させることを特徴とする心拍数計測プログラム。 - 請求項１１に記載の心拍数計測プログラムにおいて、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データおよび前記データベースに格納されている前記平均波形データである前記参照波形データには、他の前記平均波形データとの識別を行う識別情報が含まれるとともに、
前記コンピュータを、
前記平均算出手段によって算出された前記平均波形データに識別情報を設定する設定手段として機能させるとともに、
前記平均波形データの識別情報に基づいて前記生体の識別情報に関連付けられて前記参照波形データが格納されている前記データベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段として機能させることを特徴とする心拍数計測プログラム。 - 請求項１３に記載の心拍数計測プログラムにおいて、
前記識別情報には、前記生体の名称を示す生体名または前記平均波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の情報が含まれるとともに、
前記コンピュータを、
記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報を設定する設定手段、
前記平均波形データの識別情報に基づいて前記生体名または前記参照波形データの特徴量の少なくとも何れか一方の識別情報に関連付けられて前記参照波形データが格納されている前記データベース内を検索し、前記心拍信号を取得した生体と同一の生体の前記参照波形データを特定する検索手段、
として機能させることを特徴とする心拍数計測プログラム。 - 請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の心拍数計測プログラムをコンピュータに読み取り可能に記録したことを特徴とする記録媒体。
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