JP6018025B2 - 検体情報処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、検体情報を検出して、この検体情報について処理を行う検体情報処理装置に関する。
検体の耳内にセンサを配置して、耳の中から検体情報を検出する試みがなされている。
特許文献１（特開２００６−５０５３００）では、外耳道において身体内で発生する生体音によって引き起こされる鼓膜の振動等を検出するために、外耳道が検出素子と外耳の間で音響的に遮断された状態として、身体内から発生される音を検出する検出装置が開示されている。
特許文献１（特開２００６−５０５３００）では、外耳道において身体内で発生する生体音によって引き起こされる鼓膜の振動等を検出するために、外耳道が検出素子と外耳の間で音響的に遮断された状態として、身体内から発生される音を検出する検出装置が開示されている。
特許文献２（特開２００５−１６８８８４）では、外耳道を密閉するように弾性材料により形成される挿入部と、外部からの音を遮断して内部に音を伝達しない材料により形成された筐体とを有し、耳内の空気振動や空気圧を生体信号として検出する呼吸検査装置が開示されている。
特許文献３（特開２０１０−２２５７２）では、外耳道挿入部が外耳道に挿入された際に外耳道を閉じて鼓膜との間に閉空間を形成し、その閉空間を介して生体振動である音を検出する生体情報検出装置が開示されている。またローパスフィルタにより生体情報を多く含んでいる低周波数帯域の信号成分だけを抽出することが開示されている。
従来より特許文献１〜３のように、外耳道を閉鎖した状態で検体情報の検出を行い、検出された検体情報に信号処理を行う試みがなされている。
しかしながら、外耳道を物理的に閉鎖を行おうとしても、外耳道に存在する体毛等の存在により外耳道を完全に閉鎖することは困難であり、外耳道の閉鎖による検出感度の向上には制限があった。また、検出された検体情報の信号処理について、特定の周波数領域を抽出する試みがなされているが、従来の処理方法では、外耳道が完全に閉鎖されていないことに着眼した信号処理は行われていなかった。
さらに、外耳道を完全に閉鎖することができないために、検出される検体情報が、外耳道内部に入ってくる外部の音（外来雑音）によるノイズ（外来ノイズ）の影響を受けることがある。検出される信号に外来ノイズが含まれることにより、本発明の対象となる検体情報が外来ノイズに埋もれてしまい、検出が困難となる場合がある。
音楽分野などでは外部雑音を軽減するノイズキャンセリングとして知られる技術が用いられているが、ノイズキャンセリングの周波数域は主に４０〜１．５ｋＨｚの人の可聴域に対応して設定されている。このようなノイズキャンセリングの手法によっては、１Ｈｚ付近に検出される脈波のような検体情報が含まれる、人に聞こえない低周波数の領域のノイズキャンセリングに対応したものではなかった。
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、外耳道をほぼ閉鎖された状態で、外耳道における血管の脈動性信号を高感度で検出するとともに、外部の音による影響を軽減可能な検体情報処理装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の検体情報処理装置は、検体の外耳道における外部開口部を塞いで該外耳道をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成可能に該検体の外耳に装着することのできる筐体部と、該筐体部に設けられ、該外耳道における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、該脈動性信号に起因する該空洞内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出するとともに、該外耳道の外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出する内部センサと、該外耳道の外部の音を集音する外部センサとが設けられた検体情報検出装置を備えるとともに、該外部センサからの信号に対して、上記の内部センサにより検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、該低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施す漏れ補正処理部と、該内部センサからの信号から上記の漏れ補正処理部により処理された信号を減算する減算処理を施す減算処理部と、上記の減算処理部により処理された信号に対して、上記の内部センサにより検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施す波形等化処理部とを備えることを特徴としている。
このとき、上記の血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域が、上記のゲインが低下している低周波領域に含まれ、上記の漏れ補正処理部による漏れ補正処理が、該外部センサからの信号について、該脈波情報検出帯域より大きい周波数成分を通過させて、該脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させる処理であり、上記の波形等化処理部による波形等化処理が、上記減算処理部により処理された信号について、該脈波情報検出帯域より高い周波数成分のゲインを変えずに、該脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させる処理であり、該漏れ補正処理におけるゲインの漸増の程度と該波形等化処理におけるゲインの漸増の程度とが等しくなるよう構成されていてもよい。
また、上記の漏れ補正処理部による漏れ補正処理において、該外部センサからの信号について、該脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させ、上記の波形等化処理部による波形等化処理において、上記減算処理部により処理された信号について、該脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させ、該漏れ補正処理におけるゲインの増幅の大きさと該波形等化処理におけるゲインの増幅の大きさとが等しくなるよう構成されていてもよい。
さらに、上記の波形等化処理部により処理された信号について、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成されていてもよい。
また、上記の波形等化処理部により処理された信号、または上記の周波数補正処理部により処理された信号について、該脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調処理を施すことにより、該検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す抽出処理部を備えて構成されていてもよい。
また、上記の波形等化処理部により処理された信号、または上記の周波数補正処理部により処理された信号について、該脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調処理を施すことにより、該検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す抽出処理部を備えて構成されていてもよい。
さらに、該内部センサ及び該外部センサが、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで構成されたコンデンサマイクであってもよい。
また、該内部センサが、入力された電気信号に応じて該空洞内を伝播する圧力情報として空気振動を生じさせるスピーカーとして機能するように構成されていてもよい。
また、該内部センサが、入力された電気信号に応じて該空洞内を伝播する圧力情報として空気振動を生じさせるスピーカーとして機能するように構成されていてもよい。
本発明によれば、外耳道をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として、内部センサが外耳道における血管の脈動性信号を脈動性信号に起因し空洞内を伝播する圧力情報として検出し、外部センサにより外部の音を集音して、漏れ補正処理と減算処理を施すことによって、低周波数領域におけるＳ／Ｎ比及び感度が改善されるとともに、外部の音の影響を軽減した脈動性信号を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［１．検体情報処理装置の構成例］
本発明の実施形態に係る検体情報処理装置１は、図１、図２に示すように、検体情報検出装置２と、信号処理部３を備えて構成されている。
検体情報検出装置２は、図１、図２に示すように、筐体部１０と、内部センサ１１と、外部センサ１２とを備えて構成されている。
信号処理部３は、図１に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備えて構成されている。
［１．検体情報処理装置の構成例］
本発明の実施形態に係る検体情報処理装置１は、図１、図２に示すように、検体情報検出装置２と、信号処理部３を備えて構成されている。
検体情報検出装置２は、図１、図２に示すように、筐体部１０と、内部センサ１１と、外部センサ１２とを備えて構成されている。
信号処理部３は、図１に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備えて構成されている。
以下、本実施形態に係る検体情報検出装置２、信号処理部３、及び検体情報処理装置１の構成、並びに各部を構成する要素について詳細に説明する。
なお、図１は、本実施形態に係る検体情報処理装置１の構成を模式的に表わしたものである。図２は、図１に示した検体情報検出装置２の構成を説明するための図であり、検体情報検出装置２と外耳９４との関係を模式的に表わしたものである。
なお、図１は、本実施形態に係る検体情報処理装置１の構成を模式的に表わしたものである。図２は、図１に示した検体情報検出装置２の構成を説明するための図であり、検体情報検出装置２と外耳９４との関係を模式的に表わしたものである。
＜検体情報検出装置の構成＞
検体情報検出装置２は、一例として、図１、図２に示すように、検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞ぐ筐体部１０をそなえ、筐体部１０に血管の脈動性信号を検出する内部センサ１１が設けられている。さらに、検体情報検出装置２は、外耳道９１の外部の音を集音する外部センサ１２を備えている。
検体情報検出装置２は、一例として、図１、図２に示すように、検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞ぐ筐体部１０をそなえ、筐体部１０に血管の脈動性信号を検出する内部センサ１１が設けられている。さらに、検体情報検出装置２は、外耳道９１の外部の音を集音する外部センサ１２を備えている。
なお、図２は、検体情報検出装置２と外耳９４との関係の一例を模式的に示す図である。図２では検体９０である人の耳の構造を示しており、蝸牛と三半規管とを有し前庭神経及び蝸牛神経に接続する内耳、耳小骨と耳菅とを有し鼓膜９３から奥の部分である中耳、外耳道９１と耳介９５を有する外耳９４が図示されている。
（筐体部）
筐体部１０は、図２に示すように、検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成可能に検体９０の外耳９４に装着することのできるものである。筐体部１０には、図２に示すように、内部センサ１１、外部センサ１２が設けられている。
筐体部１０は、図２に示すように、検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成可能に検体９０の外耳９４に装着することのできるものである。筐体部１０には、図２に示すように、内部センサ１１、外部センサ１２が設けられている。
筐体部１０は、外耳道９１における外部に開かれた部分の付近である外部開口部９２を塞ぐことのできる外形であれば、形状、サイズ、材質ともに限定はされないが、外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成可能に検体９０の外耳９４に装着するために、筐体部１０は、図２に示すように、円筒状、ドーム形状、砲弾形状又は釣鐘形状の外形を少なくとも一部に有することが好ましい。この外形を有することにより、筐体部１０は、円筒状、ドーム形状、砲弾形状又は釣鐘形状の突端部側を外耳道９１の奥に向け挿入することで、円筒状、ドーム形状、砲弾形状又は釣鐘形状の形状に合わせて外部開口部９２を好適に塞ぐことができる。
また、筐体部１０は、円筒状、ドーム形状、砲弾形状又は釣鐘形状の突端部側を外耳道９１に挿入した際に外部開口部９２を塞ぐ程度の大きさを有することが好ましく、筐体部１０の周方向の直径が、外耳道９１の外部開口部９２の内径と略同一か大きいサイズであることが好ましい。この形状により、筐体部１０は、外部開口部９２を好適に塞ぐことができる。
また、筐体部１０は、少なくとも一部が弾性素材で構成されていることが好ましく、例えばゴムやシリコンゴムが用いられる。筐体部１０が外耳道９１の外部開口部９２の内部形状に合わせて弾性変形するとともに、外部開口部９２を塞ぐように構成されていることが好ましい。この材質により、筐体部１０は外耳道９１の形状に合わせて外部開口部９２を塞ぐことができる。
より具体的には、筐体部１０は、図２に示すように、内部センサ１１及び外部センサ１２を納めるハウジング１３と、外耳道９１に向けて挿入されるシリコンゴム製のイヤーピース１４により構成されている。
ハウジング１３は内部に内部センサ１１及び外部センサ１２を納める空間を有し、内部センサ１１のセンシング用の第一開口部１５と、外部センサ１２のセンシング用の第二開口部１６とが設けられている。ハウジング１３の内部の空間内には、内部センサ１１がその圧力情報を検出しうるセンシング部分を第一開口部１５に向けて取り付けられており、また、外部センサ１２がその圧力情報を検出しうるセンシング部分を第二開口部１６に向けて取り付けられている。
イヤーピース１４は、図２に示すように、砲弾形状又は釣鐘形状の形状を有し、砲弾形状又は釣鐘形状の突端部の頂部１７の中心からイヤーピース１４の内部に向けて凹状に円筒形状の空間を有する凹状部１８が形成されており、さらに凹状部１８の端部が開口して貫通孔１９が形成されている。イヤーピース１４の貫通孔１９は、ハウジング１３の第一開口部１５に連結して取り付けられており、内部センサ１１がイヤーピース１４の貫通孔１９を塞ぐようになっている。
この構成により、筐体部１０のイヤーピース１４が外耳道９１に挿入されて、筐体部１０が外耳道９１における外部開口部９２を塞いだ際に、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成するように構成されている。この状態で、内部センサ１１が貫通孔１９を通じて血管の脈動性信号を検出することができる。
このような構成を有するイヤーピース１４として、例えばカナル型インナーイヤホンのイヤーピースを用いることができる。
このような構成を有するイヤーピース１４として、例えばカナル型インナーイヤホンのイヤーピースを用いることができる。
（空洞）
図２に示すように、筐体部１０により検体９０の外耳道９１における外部開口部９２が塞がれることで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０とによって、外耳道９１が閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となるよう空洞９６が形成される。このように空洞９６が形成する閉鎖された空間構造を、「Closed Cavity；クローズドキャビティ」ともいう。なお、筐体部１０の貫通孔１９と連結する第一開口部１５に内部センサ１１が設けられた場合、外部開口部９２が筐体部１０及び内部センサ１１によって塞がれることで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とによって空洞９６が形成されるようになっている。
図２に示すように、筐体部１０により検体９０の外耳道９１における外部開口部９２が塞がれることで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０とによって、外耳道９１が閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となるよう空洞９６が形成される。このように空洞９６が形成する閉鎖された空間構造を、「Closed Cavity；クローズドキャビティ」ともいう。なお、筐体部１０の貫通孔１９と連結する第一開口部１５に内部センサ１１が設けられた場合、外部開口部９２が筐体部１０及び内部センサ１１によって塞がれることで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とによって空洞９６が形成されるようになっている。
筐体部１０により外部開口部９２を塞ぐことで外耳道９１が閉鎖された空間構造となるようにすることができるが、実際には、例えば外耳道９１内に存在する体毛により筐体部１０のイヤーピース１４と外耳道９１との間に空隙が生じて完全には閉鎖できない場合がある。このため、筐体部１０により外部開口部９２を塞ぐことで、外耳道９１が完全に閉じられた空間構造となる空洞として形成されている場合を、外耳道９１が閉鎖された空間構造をとるという。一方、筐体部１０により外部開口部９２を塞いだ際に、例えば上述したような体毛等の影響により、外部開口部９２が塞がれているものの外耳道９１が完全に閉じられた空間構造とはならない空洞として形成されている場合を、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造という。
（内部センサ）
内部センサ１１は、図１、図２に示すように、筐体部１０のハウジング１３にセンシング部分を外耳道９１の内部に向けて設けられ、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報として検出するとともに、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出するものである。内部センサ１１により検出された信号は、信号処理部３の減算処理部３１に出力される。
内部センサ１１は、図１、図２に示すように、筐体部１０のハウジング１３にセンシング部分を外耳道９１の内部に向けて設けられ、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報として検出するとともに、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出するものである。内部センサ１１により検出された信号は、信号処理部３の減算処理部３１に出力される。
図２に示すように、内部センサ１１は、筐体部１０の貫通孔１９を塞ぐようにして設けられていることが好ましく、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とによって、外耳道９１が閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となるよう構成されることが好ましい。また、内部センサ１１には、図示しないＧＮＤ線及び信号線が接続されており、この信号線を通じて信号処理部３に信号が出力される。
外耳道９１における血管の振動が、空洞９６内を伝播して、貫通孔１９を通じて内部センサ１１に伝わることにより、内部センサ１１は、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報として検出する。また、外耳道９１の外部からの音が、筐体部１０のイヤーピース１４と外耳道９１の外部開口部９２との間に生じている空隙から外耳道９１の内部に侵入し、空洞９６内を伝播して、貫通孔１９を通じて内部センサ１１に伝わることにより、内部センサ１１は、外部からの音に基づく外来信号を検出する。内部センサ１１により得られる脈動性信号は、血管の脈動に起因する信号、呼吸の振動に起因する信号等が含まれるものである。また、内部センサ１１により得られる信号は、脈動性信号と外来信号とを含んでなるものである。
内部センサ１１は、検体情報検出装置２の筐体部１０が検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成した状態で、脈動性信号及び外来信号の検出を行う。ここで、外耳道９１が完全に閉じられないことにより、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、内部センサ１１により検出される信号は、脈波情報が検出される周波数帯域（以降、「脈波情報検出帯域」ともいう）において周波数特性の変化が生じる。
内部センサ１１により検出される脈動性信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出される。脈波情報検出帯域は、このゲインが低下している低周波数領域に含まれている。
一方、内部センサ１１により検出される外来信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出される。これは、外耳道９１の外部からの音が、筐体部１０のイヤーピース１４と外耳道９１の外部開口部９２との間に生じている空隙から外耳道９１の内部に侵入する際に、低周波数の周波数成分が空隙を通じて外耳道９１の内部に侵入することで、内部センサ１１により検出される外来信号は、脈波情報が検出される脈波情報検出帯域が含まれる低周波数領域が強調されるためであると考えられる。
内部センサ１１としては、外耳道９１における血管の脈動性信号を検出できるものであれば、特に限定されないが、外耳道９１における血管の脈動に起因する外耳道９１における皮膚または鼓膜部分の振動によって生じる空気の振動（音圧情報）を電気的に検出するマイクロホン、又は圧電素子のような感圧素子を好適に用いることができる。
なお、外耳道９１における血管という場合、外耳道９１または鼓膜９３に存在する血管をいう。
なお、外耳道９１における血管という場合、外耳道９１または鼓膜９３に存在する血管をいう。
マイクロホンの中でも、指向性、Ｓ／Ｎ比、感度の点からコンデンサマイクが好ましく、ＥＣＭ（electret condenser microphone；エレクトレットコンデンサーマイクロホン、以下、単に「ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。また、ＭＥＭＳ（microelectromechanical system）技術を用いて作製したＥＣＭである、ＭＥＭＳ型ＥＣＭ（以下、「ＭＥＭＳ−ＥＣＭ」、「ＭＥＭＳＭＩＣ」ともいう）を好適に用いることができる。圧電素子としては、高い圧電性を示すセラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴともいう）を使用したＰＺＴ圧電素子を好適に用いることができる。中でも、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは品質が安定しており、小型、軽量であることから内部センサ１１に好適に用いられる。
また、内部センサ１１として、ダイナミック型のスピーカー（ダイナミックスピーカー）を用いるようにしても良い。ダイナミックスピーカーは、振動版、コイル、磁石、ヨークを備えている。ダイナミックスピーカーがスピーカーとして機能する場合には、入力された電気信号が磁石及びコイルの作用により振動版を振動させて、入力された電気信号に応じて空洞内を伝播する圧力情報として空気振動を生じさせることで動作する。一方、ダイナミックスピーカー３２をマイクロホンとして機能する場合には、入力された空気振動が振動版を振動させて、コイル及び磁石の作用で空気振動を気信号に変えることで動作する。
検体情報検出装置２は、内部センサ１１としてダイナミックスピーカーが設けられている場合には、ダイナミックスピーカーをマイクロホンとスピーカーとで時分割に切り替えて使用することができる。
（外部センサ）
外部センサ１２は、図２に示すように、筐体部１０のハウジング１３にセンシング部分を外耳道９１の外側に向けて設けられ、オープンの（開放された）状態で外耳道９１の外部の音を集音するものである。外部センサ１２より集音された外部の音は、電気信号として信号処理部１２の漏れ補正処理部２１に出力される。
外部センサ１２は、図２に示すように、筐体部１０のハウジング１３にセンシング部分を外耳道９１の外側に向けて設けられ、オープンの（開放された）状態で外耳道９１の外部の音を集音するものである。外部センサ１２より集音された外部の音は、電気信号として信号処理部１２の漏れ補正処理部２１に出力される。
外部センサ１２としては、上述した内部センサ１１と同様のセンサを用いる事ができる。後述する漏れ補正処理及び減算処理を好適に行う観点から、外部センサ１２は、内部センサ１１と同じ種類のセンサを用いることが好ましく、同様の周波数特性を持つセンサを用いる事が好ましい。中でも、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは品質が安定しており、小型、軽量であることから外部センサ１２に好適に用いられる。
なお、外部センサ１２は、外耳道９１の外部の音を集音するものであるため、内部センサ１１のように、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、脈波情報検出帯域において周波数特性の変化が生じない。すなわち、外部センサ１２により得られる信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号としては検出されない。
＜信号処理部の構成＞
信号処理部３は、脈動性信号検出ユニット１の内部センサ１１及び外部センサ１２からの信号出力について信号処理を施すものである。本実施形態に係る信号処理部３は、図１に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１と備えて構成されている。
信号処理部３は、脈動性信号検出ユニット１の内部センサ１１及び外部センサ１２からの信号出力について信号処理を施すものである。本実施形態に係る信号処理部３は、図１に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１と備えて構成されている。
信号処理部３は、少なくとも漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１とを備えていれば良く、周波数補正処理部５１、抽出処理部６１は必ずしも備えていなくともよい。
（漏れ補正処理部）
漏れ補正処理部２１は、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施すものである。このような漏れ補正処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。漏れ補正処理部２１は、漏れ補正処理を施した信号を減算処理部３１に出力する。
漏れ補正処理部２１は、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施すものである。このような漏れ補正処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。漏れ補正処理部２１は、漏れ補正処理を施した信号を減算処理部３１に出力する。
内部センサ１１により検出される外来信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出されるのに対して、外部センサ１２により得られる信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号としては検出されない。漏れ補正処理部２１は、このような内部センサ１１により検出される周波数特性に相当する特性を持たせるように、減算処理前に、外部センサ１２により得られる信号の低周波数領域のゲインを上昇させるものである。
（減算処理部）
減算処理部３１は、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理を受けた信号と内部センサ１１からの信号に対して、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により処理された信号を減算する減算処理を施すものである。このような減算処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。減算処理部３１は、減算処理を施した信号を、波形等化処理部４１に出力するが、周波数補正処理部５１に出力するようにしてもよい。
減算処理部３１は、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理を受けた信号と内部センサ１１からの信号に対して、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により処理された信号を減算する減算処理を施すものである。このような減算処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。減算処理部３１は、減算処理を施した信号を、波形等化処理部４１に出力するが、周波数補正処理部５１に出力するようにしてもよい。
（波形等化処理部）
波形等化処理部４１は、減算処理部３１により減算処理を受けた信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施すものである。このような波形等化処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。波形等化処理部４１は、波形等化処理を施した信号を周波数補正処理部５１に出力するが、抽出処理部６１に出力するようにしてもよい。
波形等化処理部４１は、減算処理部３１により減算処理を受けた信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施すものである。このような波形等化処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。波形等化処理部４１は、波形等化処理を施した信号を周波数補正処理部５１に出力するが、抽出処理部６１に出力するようにしてもよい。
内部センサ１１により検出される脈動性信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出される。波形等化処理部４１は、このような内部センサ１１により検出される脈動性信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するものである。
または、波形等化処理部４１は、周波数補正処理部５１によって周波数補正処理を受けた信号に対して波形等化処理を施すようにしてもよい。このとき、波形等化処理部４１は、波形等化処理を施した信号を抽出処理部６１に出力する。
（周波数補正処理部）
周波数補正処理部５１は、波形等化処理部４１により波形等化処理を受けた信号に対して、血管の脈波情報の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理を施すものである。このような周波数補正処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。このとき、周波数補正処理部５１は、周波数補正処理を施した信号を抽出処理部６１に出力する。
周波数補正処理部５１は、波形等化処理部４１により波形等化処理を受けた信号に対して、血管の脈波情報の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理を施すものである。このような周波数補正処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。このとき、周波数補正処理部５１は、周波数補正処理を施した信号を抽出処理部６１に出力する。
または、周波数補正処理部５１は、減算処理部３１により減算処理を受けた信号に対して周波数補正処理を施すようにしてもよい。このとき、周波数補正処理部５１は、周波数補正処理を施した信号を波形等化処理部４１に出力する。
なお、周波数補正処理部５１により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
なお、周波数補正処理部５１により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
（抽出処理部）
抽出処理部６１は、波形等化処理部４１により処理された信号、または周波数補正処理部５１により処理された信号に対して信号処理を施して、検体の脈波情報または呼吸情報を取り出すものである。このような処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。検体の脈波情報または呼吸情報の取り出しは、例えば位相同期回路（Phase-locked loop、以下、「ＰＬＬ」ともいう）を利用する周波数復調処理により脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出することにより行われる。抽出処理部６１により検体の脈波情報または呼吸情報を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
抽出処理部６１は、波形等化処理部４１により処理された信号、または周波数補正処理部５１により処理された信号に対して信号処理を施して、検体の脈波情報または呼吸情報を取り出すものである。このような処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現できる。検体の脈波情報または呼吸情報の取り出しは、例えば位相同期回路（Phase-locked loop、以下、「ＰＬＬ」ともいう）を利用する周波数復調処理により脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出することにより行われる。抽出処理部６１により検体の脈波情報または呼吸情報を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
（脈波情報と信号について）
本実施形態において、脈波情報とは、検体９０の心臓の拍動に伴って生じる血管内を伝わってくる振動を示す信号である。脈波情報は、外耳道９１から検出される血管の脈動性信号から、脈波情報以外に起因する信号を除かれたものであることが好ましい。脈波情報としては、例えば、容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号等が挙げられる。
また、呼吸情報とは、検体９０の呼吸に伴って生じる呼吸状態を示す信号である。
本実施形態において、脈波情報とは、検体９０の心臓の拍動に伴って生じる血管内を伝わってくる振動を示す信号である。脈波情報は、外耳道９１から検出される血管の脈動性信号から、脈波情報以外に起因する信号を除かれたものであることが好ましい。脈波情報としては、例えば、容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号等が挙げられる。
また、呼吸情報とは、検体９０の呼吸に伴って生じる呼吸状態を示す信号である。
内部センサ１１により検出される信号は、脈動性信号と外来信号とを含んでなるものである。外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号は、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報として内部センサ１１により検出されるものであるが、この信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出される信号であって、さらに、外部の音による影響を受けて外来信号（外来ノイズ）を含んだ信号となっているということもできる。
検体情報処理装置１の信号処理部３は、内部センサ１１及び外部センサ１２からの信号を処理することにより、内部センサ１１により検出される、脈動性信号と外来信号が含まれる信号から、外部の音による影響を軽減した脈動性信号を得るとともに、この脈動性信号から低周波数領域におけるゲインの低下を補償した脈動性信号を得るものである。
＜検体情報処理装置の構成＞
本実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一例として、図１に示すように、上述の検体情報検出装置２と、信号処理部３とを備えて構成されている。
信号処理部３は検体情報検出装置２と一体として構成されていてもよく、検体情報検出装置２と分離して無線又は有線により電気的に接続されて構成されていてもよい。
本実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一例として、図１に示すように、上述の検体情報検出装置２と、信号処理部３とを備えて構成されている。
信号処理部３は検体情報検出装置２と一体として構成されていてもよく、検体情報検出装置２と分離して無線又は有線により電気的に接続されて構成されていてもよい。
検体情報処理装置１は、外部のコンピュータ８１、及び波形表示器８２に有線又は無線の回線を介して接続されている。
コンピュータ８１は、信号処理部３によって処理された信号が入力されて、信号の処理又は保存を行うものである。コンピュータ８１は、周波数補正処理部５１によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体９１の健康状態の診断を行うことが出来る。また、コンピュータ８１は、抽出処理部６１によって抽出された呼吸信号を利用して、検体９０の呼吸状態の検査や、検体９０の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
コンピュータ８１は、信号処理部３によって処理された信号が入力されて、信号の処理又は保存を行うものである。コンピュータ８１は、周波数補正処理部５１によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体９１の健康状態の診断を行うことが出来る。また、コンピュータ８１は、抽出処理部６１によって抽出された呼吸信号を利用して、検体９０の呼吸状態の検査や、検体９０の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
波形表示器８２は、信号処理部３から出力された信号が入力されて、信号波形の表示を行うものである。信号処理部３の周波数補正処理部５１から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。信号処理部３の抽出処理部６１から呼吸信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は呼吸信号の波形を表示する。また、センサ３１からの脈動性信号について、信号処理部３の周波数補正処理部５１によって増幅動作を行った脈動性信号の波形を表示する。波形表示器８２としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ、プリンタ、又はペンレコーダを用いることができる。
＜検体情報処理装置について＞
本実施形態に係る検体情報処理装置１は、上述のように構成されており、検体情報検出装置２を検体９０の外耳９４に装着することで、筐体部１０が検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いだ際に、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１１のイヤーピース３９と、内部センサ１１とがほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６を形成する。検体情報検出装置２を装着した状態で、内部センサ１１が外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出するとともに、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出し、外部センサ２１が、外耳道の外部の音を収音する。
本実施形態に係る検体情報処理装置１は、上述のように構成されており、検体情報検出装置２を検体９０の外耳９４に装着することで、筐体部１０が検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いだ際に、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１１のイヤーピース３９と、内部センサ１１とがほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６を形成する。検体情報検出装置２を装着した状態で、内部センサ１１が外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出するとともに、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出し、外部センサ２１が、外耳道の外部の音を収音する。
さらに検体情報処理装置１は、漏れ補正処理部２１による漏れ補正処理、減算処理部３１による減算処理を行うことにより、内部センサ１１及び外部センサ１２により検出された信号から外部の音の影響を軽減した脈動性信号を得ることができる。
また、検体情報処理装置１は、波形等化処理部４１による波形等化処理を行うことにより、低周波領域のゲインの低下を補償した脈動性信号を得ることができる。
また、検体情報処理装置１は、周波数補正処理部５１による周波数補正処理を行うことにより、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を得ることができる。
また、検体情報処理装置１は、抽出処理部６１による抽出処理を行うことにより、検体９０の脈波情報または呼吸情報を取り出すことができる。
また、検体情報処理装置１は、波形等化処理部４１による波形等化処理を行うことにより、低周波領域のゲインの低下を補償した脈動性信号を得ることができる。
また、検体情報処理装置１は、周波数補正処理部５１による周波数補正処理を行うことにより、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を得ることができる。
また、検体情報処理装置１は、抽出処理部６１による抽出処理を行うことにより、検体９０の脈波情報または呼吸情報を取り出すことができる。
［２．信号処理］
［２−１．信号処理の概要］
検体情報処理装置１は、検体情報検出装置２の内部センサ１１及び外部センサ１２からの信号を、信号処理部３により処理を行う。以下に、信号処理部３において行う信号処理について説明する。
ここでは、内部センサ１１及び外部センサ１２により得られる信号の周波数特性と信号処理との関係について概要を説明して、次に各信号処理の詳細を説明する。
［２−１．信号処理の概要］
検体情報処理装置１は、検体情報検出装置２の内部センサ１１及び外部センサ１２からの信号を、信号処理部３により処理を行う。以下に、信号処理部３において行う信号処理について説明する。
ここでは、内部センサ１１及び外部センサ１２により得られる信号の周波数特性と信号処理との関係について概要を説明して、次に各信号処理の詳細を説明する。
検体情報検出装置２は、筐体部１０が、検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成した状態で、内部センサ１１が血管の脈波情報に基づく脈動性信号の検出を行う。このとき、検出される信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で内部センサ１１によって検出されることによる影響を受ける。すなわち、内部センサ１１は、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出する。また、内部センサ１１は、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出する。
このような内部センサ１１により検出される信号について、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受ける周波数特性を説明するために、まず、クローズドキャビティの形成と周波数応答について説明する。
また、内部センサ１１及び外部センサ１２（以降、これらをあわせて単に「センサ」ともいう）により検出される信号は、センサの構造に起因して、センサそのものが有する周波数特性によっても影響を受ける。このようなセンサの周波数特性によって影響を受けた信号について説明するととともに、周波数補正処理部５１による周波数補正処理について説明する。
また、内部センサ１１及び外部センサ１２（以降、これらをあわせて単に「センサ」ともいう）により検出される信号は、センサの構造に起因して、センサそのものが有する周波数特性によっても影響を受ける。このようなセンサの周波数特性によって影響を受けた信号について説明するととともに、周波数補正処理部５１による周波数補正処理について説明する。
さらに、外耳道９１の閉鎖レベルと、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受ける周波数特性について説明するとともに、このような周波数特性を補償するために行う、波形等化処理部４１による波形等化処理について説明する。また、波形等化処理に関連して、最適ブースト量の決定についても説明する。
さらに、検体情報検出装置２の内部センサ１１により検出される信号は、外耳道の外部の音によっても影響を受けて外来ノイズを含んだ信号となっている。このため、検体情報処理装置１は、外部の音の影響を低減することを目的として、内部センサからの信号から、外部センサからの信号を減算する処理を行う。ここで、内部センサ１１は外耳道９１がほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を検出するのに対して、外部センサ１２はオープンの状態で外部の音を収音するため、内部センサ１１と外部センサ１２とで検出される外来信号の周波数特性が異なることになる。また、外耳道９１内の内部センサ１１が外来雑音（外部の音）を拾うのは、外耳道９１に挿入されたイヤーピース１４と外耳道９１の外部開口部９２との隙間を通じててあると考えると、外耳道９１内部に入ってくる外来雑音は、低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として内部センサ１１により検出されると考えられる。このため、内部センサ１１と外部センサ１２とのセンサの周波数特性が同じであるとすれば、単に内部センサ１１により検出される信号から、外部センサ１２からの信号を減算しただけでは、外部の音の影響を十分に低減することができない。よって、減算処理を行う前に、外部の音を拾う外部センサ１２により検出される信号にも、低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持たせなければならない。
そこで、本検体情報処理装置１は、漏れ補正処理部２１において、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される外来信号にみられるような、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを上昇させる漏れ補正処理を施す。さらに、本検体情報処理装置１は、減算処理部３１において、内部センサ１１からの信号から漏れ補正処理された信号を減算する減算処理を施すことで、外部の音の影響を低減した脈動性信号を得る。これらの処理についても説明する。
また、脈動性信号に変調成分として含まれる脈波情報または呼吸情報を取り出す、抽出処理部６１による抽出処理についても説明する。
また、脈動性信号に変調成分として含まれる脈波情報または呼吸情報を取り出す、抽出処理部６１による抽出処理についても説明する。
［２−２．クローズドキャビティの形成と周波数応答］
＜開放状態における周波数応答とクローズの状態における周波数応答＞
検体情報検出装置２は、血管の拍動に起因する脈動性信号の振動を内部センサ１１によって開放状態（開放系）で測定を行うのではなく、内部センサ１１と振動源との関係において、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とが閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するように、すなわち内部センサ１１と振動源とをクローズの状態にするようにして測定する。
この測定条件の違いを説明するために、まず、内部センサ１１として電磁型であるダイナミック型のマイクロホン（ダイナミックマイクロホン）を使用した場合における、開放状態（オープンの状態）とクローズの状態との周波数応答の相違について説明する。
＜開放状態における周波数応答とクローズの状態における周波数応答＞
検体情報検出装置２は、血管の拍動に起因する脈動性信号の振動を内部センサ１１によって開放状態（開放系）で測定を行うのではなく、内部センサ１１と振動源との関係において、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とが閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するように、すなわち内部センサ１１と振動源とをクローズの状態にするようにして測定する。
この測定条件の違いを説明するために、まず、内部センサ１１として電磁型であるダイナミック型のマイクロホン（ダイナミックマイクロホン）を使用した場合における、開放状態（オープンの状態）とクローズの状態との周波数応答の相違について説明する。
検体９０における血管の脈動性信号を検出するにあたって、人体のどこからでも、心臓の動きに端を発する振動を捉えることはできる。しかし、その動きの振幅はきわめて小さく、単にマイクロホン等の圧力を感知できるものを人体の近くに配置しても、心臓の動きに端を発する振動を検出することは困難である。それはセンサを開放状態にした場合では、音の放射の原理でいったん空間に放射された振動は、図３に示すように、その素子の固有周波数ｆ0においてレスポンスがピークとなり、固有周波数ｆ0よりも高周波数領域では定出力となるが、低周波数領域に向けてレスポンスが下降し、心臓の動きの基本周波数のところではきわめて微少な信号になっている周波数応答を示すためである。ダイナミックマイクロホンが無指向性の場合には、図３に示すように、固有周波数ｆ0よりも低周波数領域に向けていわゆる−４０ｄＢ／ｄｅｃのカーブをたどり、ダイナミックマイクロホンが指向性の場合には、固有周波数ｆ0よりも低周波数領域に向けて−２０ｄＢ／ｄｅｃのカーブをたどる。
小型の音響機器では固有周波数ｆ0は数ｋＨｚであるとされており、図３の周波数応答を示すようなダイナミックマイクロホンを使用した場合には、心臓の動き等の１Ｈｚ付近では高い周波数に対する振幅に対して−１２０ｄＢ以下に信号が減衰することになり、レスポンスが低く十分な感度で測定を行うことが困難である。なお、図３で何本ものトレースがあるのはいわゆるダンピングファクターの差であり、横軸のｆoの位置が固有周波数を意味する。
一方で、この振動を感知する素子（センサ）の先端に閉じた空間を作り上げてクローズの状態にすることで、周波数特性は一変し図４のようになる。図４における複数のトレースの存在は先に説明したとおり、いわゆるダンピングファクターの差である。図４からは、クロ−ズドキャビティ形成時には、低周波数領域の信号を感度よく測定可能であることが分かる。これは図３の開放状態の周波数応答と比較すると、１Ｈｚ付近の心臓の振動であっても、固有周波数ｆ0付近の振動と同ゲインで正しい振幅で検出できることを意味している。このことは振動を音響エネルギーとして空気中に放出するのではなく、閉じた空間の圧力変化に変換しているためであると考えられる。
上述のとおり、内部センサ１１としてダイナミックマイクロホンを用いてクロ−ズドキャビティを形成するようにして、内部センサ１１と振動源を有する外耳道９１とをクローズの状態にして測定することで、脈波が検出される低周波数領域の周波数応答を向上させることができる。
なお、内部センサ１１としてコンデンサマイクロホンを用いる場合には、センサをオープンの状態であっても、クローズの状態にした場合であっても同様に、図４に示すように、低周波数領域のゲインが上昇したフラットな周波数特性で検出できる。ただし、オープンの状態では、クローズの状態と比較して、周波数全体においてレベルが大幅に低下する。
言い換えれば、内部センサ１１としてコンデンサマイクロホンを用いてクロ−ズドキャビティを形成するようにして、内部センサ１１と振動源を有する外耳道９１とをクローズの状態にして測定することで、周波数全体においてレベルが上昇することにより、脈波が検出される低周波数領域の周波数応答を向上させることができる。
また、内部センサ１１としてバランスドアーマチュア型のマイクロホン（バランスドアーマチュアマイクロホン）を用いた場合も、コンデンサマイクロホンを用いた場合と同様に、クロ−ズドキャビティを形成するようにして、内部センサ１１と振動源を有する外耳道９１とをクローズの状態にして測定することで、脈波が検出される低周波数領域の周波数応答を向上させることができると考えられる。
また、内部センサ１１としてバランスドアーマチュア型のマイクロホン（バランスドアーマチュアマイクロホン）を用いた場合も、コンデンサマイクロホンを用いた場合と同様に、クロ−ズドキャビティを形成するようにして、内部センサ１１と振動源を有する外耳道９１とをクローズの状態にして測定することで、脈波が検出される低周波数領域の周波数応答を向上させることができると考えられる。
すなわち、内部センサ１１としてダイナミックマイクロホン、コンデンサマイクロホン、またはバランスドアーマチュアマイクロホンを用いる場合には、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化またはレベルの上昇を利用して、従来のオープンの状態では測定が困難であった、１Ｈｚ付近の検体９０における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９０における血管の脈動性信号を感度良く検出することができ、また１Ｈｚ付近の脈動性信号から検体９０の呼吸信号を抽出することができる。
本実施形態に係る検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１では、内部センサ１１及び外部センサ１２としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを使用しており、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成した状態で測定した際に、内部センサ１１により検体９０における血管の脈動性信号を感度良く検出することができ、また１Ｈｚ付近の脈動性信号から検体９０の呼吸信号を抽出することができる。また、内部センサ１１と外部センサ１２がともにＭＥＭＳ−ＥＣＭであるため、内部センサ１１により検出される信号と外部センサ１２により検出される信号とは、共に図４に示すような低周波数領域のゲインが上昇したフラットな周波数特性で検出できるため、少なくとも、図３、図４に示したようなクローズドキャビティの形成による周波数特性の変化は生じないと考えてよい。
＜クローズドキャビティの形成と脈動性信号の検出＞
内部センサ１１としてダイナミックマイクロホンを用いて、心臓に起因する血管の振動（脈動性信号）を捕らえようとするとき、上述したように内部センサ１１を図４のような周波数特性で応答させるために、空洞９６が形成する閉じた空間（クローズドキャビティ）の圧力変化として検出することが望ましい。そこで、内部センサ１１としてダイナミックマイクロホンを用いる場合には、検体９０の外耳道９１に筐体部１０を挿入し、筐体部１０で外耳道９１における外部開口部９２を塞いで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とによって、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、検体情報検出装置２を検体９０に装着するようにすることが好ましい。これにより、図４のような脈波が検出される低周波数領域の周波数応答が向上した周波数特性で信号が検出できると期待される。
内部センサ１１としてダイナミックマイクロホンを用いて、心臓に起因する血管の振動（脈動性信号）を捕らえようとするとき、上述したように内部センサ１１を図４のような周波数特性で応答させるために、空洞９６が形成する閉じた空間（クローズドキャビティ）の圧力変化として検出することが望ましい。そこで、内部センサ１１としてダイナミックマイクロホンを用いる場合には、検体９０の外耳道９１に筐体部１０を挿入し、筐体部１０で外耳道９１における外部開口部９２を塞いで、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とによって、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、検体情報検出装置２を検体９０に装着するようにすることが好ましい。これにより、図４のような脈波が検出される低周波数領域の周波数応答が向上した周波数特性で信号が検出できると期待される。
［２−３．センサの周波数特性と周波数補正処理］
＜センサの周波数特性について＞
内部センサ１１及び外部センサ１２としてのコンデンサマイクロホンに用いられるＥＣＭやＭＥＭＳ−ＥＣＭ等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき（吹かれ）などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴（数十μｍ）の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
＜センサの周波数特性について＞
内部センサ１１及び外部センサ１２としてのコンデンサマイクロホンに用いられるＥＣＭやＭＥＭＳ−ＥＣＭ等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき（吹かれ）などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴（数十μｍ）の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
なお、半導体プロセスによりダイヤフラムの穴が形成されるＭＥＭＳ−ＥＣＭでは、穴の形成を安定して同品質で行うことが可能であり、ＥＣＭと比較するとＭＥＭＳ−ＥＣＭ毎の個体間において周波数応答が安定していることが知られている。
低周波数領域の感度低下は、可聴音域（例えば２０Ｈｚ以上）を対象とする通常のマイクロホンの使い方においては風音や吹かれを防止する上で効果的である。しかしながら、本検体情報検出装置２において検出したい脈波の中心周波数は約１Ｈｚであり、呼吸信号の周波数も数Ｈｚオーダーの領域において顕著に現れるため、この低周波数領域の感度低下は検出に影響することが考えられる。
ＭＥＭＳ−ＥＣＭは前述の風除けのための小さな穴をダイヤフラムに空けており、一例として、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製のＳＰＭ０４０８（部品型番）の場合には、１００Ｈｚ付近から低い周波数において２０ｄＢ／ｄｅｃで周波数の低い方（低域）に向かって減衰しているモデルで周波数特性を推定できる。１００Ｈｚ付近から高い周波数ではフラットな周波数特性を示す。
一方、ダイナミック型のイヤホンをマイクとして用いた場合は速度応答型の原理により全周波数帯域にわたり２０ｄＢ／ｄｅｃで低域に向かい減衰しているモデルで周波数特性が示される。
すなわち、ＭＥＭＳ−ＥＣＭとダイナミック型のイヤホンともに、脈波情報検出帯域である０．１Ｈｚから１０Ｈｚの周波数範囲では、２０ｄＢ／ｄｅｃで低域に向かい減衰している周波数特性であると考えてよい。
一方、ダイナミック型のイヤホンをマイクとして用いた場合は速度応答型の原理により全周波数帯域にわたり２０ｄＢ／ｄｅｃで低域に向かい減衰しているモデルで周波数特性が示される。
すなわち、ＭＥＭＳ−ＥＣＭとダイナミック型のイヤホンともに、脈波情報検出帯域である０．１Ｈｚから１０Ｈｚの周波数範囲では、２０ｄＢ／ｄｅｃで低域に向かい減衰している周波数特性であると考えてよい。
ここで、内部センサ１１及び外部センサ１２として用いられるダイナミック型のイヤホン、及びＭＥＭＳ−ＥＣＭがクローズドキャビティを形成した場合において、１００Ｈｚ以下の低周波数領域の周波数特性は、横軸に周波数（Ｈｚ）のスケールをＬｏｇ（対数）としたものとり、縦軸にＧａｉｎ（ゲイン）（ｄＢ）をとることで、図５（ａ）のように表わされる。
なお、図５において、図中の横軸の「Ｌｏｇ（周波数）」とは、周波数のスケールを対数表記したものを表し、単位はＨｚである（以降、図中の「Ｌｏｇ（周波数）」についても同様）。
なお、図５において、図中の横軸の「Ｌｏｇ（周波数）」とは、周波数のスケールを対数表記したものを表し、単位はＨｚである（以降、図中の「Ｌｏｇ（周波数）」についても同様）。
図５（ａ）に示すように、ダイナミック型のイヤホン及びＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性は、１００Ｈｚ以下の低周波数領域に向かって、２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下が認められる（これを「低周波が落ちる」ともいう）。心臓の動きに関するものであれば脈拍は普通１Ｈｚ（脈拍が一分間で６０の場合）程度なので、これは本来の検出すべき信号の微分特性を示すものといえる。また、１００Ｈｚ付近に１つの極を持つ微分回路と等価であるといえる。
この時、血管の脈動の容積変化などの信号を検出すべき信号とすると、内部センサ１１及び外部センサ１２としてダイナミック型のイヤホン及びＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いてクローズドキャビティを形成して脈波を計測する場合、対象とする周波数帯域（およそ０．５〜１０Ｈｚ）において、単純な微分回路であって、その計測波形は通常の脈波の微分である速度成分を示すことになり、速度脈波であると考えることができる。
なお、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
なお、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
＜周波数補正処理について＞
次に、内部センサ１１及び外部センサ１２としてＭＥＭＳ−ＥＣＭ、又はダイナミック型のイヤホンを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理について説明する。
次に、内部センサ１１及び外部センサ１２としてＭＥＭＳ−ＥＣＭ、又はダイナミック型のイヤホンを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理について説明する。
周波数補正処理とは、脈動性信号について、周波数補正処理部５１により、血管の脈波情報の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なう補正処理をいう。この周波数補正処理により、すくなくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すことが可能である。
周波数補正処理部５１を機能的に表わすとき、周波数補正処理部５１は、図６に示すように、増幅器５２、積分補正部５３、微分補正部５４を備えている。
脈動性信号は、周波数補正処理部５１の増幅器５２に入力され、増幅処理が行われる。内部センサ１１としてＥＣＭまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１において、増幅器５２の出力信号は速度脈波が得られるため、周波数補正処理部５１では増幅処理以外の周波数補正処理を行わずに、速度脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を積分補正部５３に入力し、積分回路での補償を行うこと（積分動作）により、容積脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を微分補正部５４に入力し、微分回路での補償を行うこと（微分動作）により、加速度脈波を得ることができる。
脈動性信号は、周波数補正処理部５１の増幅器５２に入力され、増幅処理が行われる。内部センサ１１としてＥＣＭまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１において、増幅器５２の出力信号は速度脈波が得られるため、周波数補正処理部５１では増幅処理以外の周波数補正処理を行わずに、速度脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を積分補正部５３に入力し、積分回路での補償を行うこと（積分動作）により、容積脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を微分補正部５４に入力し、微分回路での補償を行うこと（微分動作）により、加速度脈波を得ることができる。
また、周波数補正処理は、図７に示すような周波数応答をする電気回路（補償回路）を通過させる処理として説明することもできる。または、このような処理はハードウェア回路やソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアとを組み合わせたものによって実現してもよい。
図５（ａ）のように、１００Ｈｚ付近から低周波数領域に向かって２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下する応答を示すダイナミック型のイヤホン及びＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力（測定データ）は、速度脈波（脈動性速度信号ともいう）として得られる。このため、クローズドキャビティを形成して、ダイナミック型のイヤホン又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて血管の脈動性信号を検出した際に、図７に示すように、積分動作または微分動作の周波数補正処理を行わない場合には、図５（ａ）に示すＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力と同様の周波数特性となるため、速度脈波を得ることができる。図５（ａ）に示す速度脈波は、周波数が高くなるにつれて２０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇しており、脈波の周波数付近では速度脈波を発生する周波数特性となっている。
また、図７に示すように、ダイナミック型のイヤホンまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭからの脈動性信号出力に対して超低周波域から１００Ｈｚまで−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブの周波数応答をする電気回路を通過させる積分動作により、（容積）脈波が得られることになる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）に示す容積脈波は、周波数の変化に伴うゲインの変化は０ｄＢ／ｄｅｃであり、脈波の周波数付近では容積脈波を発生するフラットな周波数特性となっている。
また、図７に示すように、ダイナミック型のイヤホンまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して超低域から１００Ｈｚまで２０ｄＢ／ｄｅｃで上昇しその後フラットなカーブの周波数応答をする電気回路を通過させる微分動作により、加速度脈波が得られることになる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図５（ｃ）のようになる。図５（ｃ）に示す加速度脈波は、周波数が高くなるにつれて４０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇しており、脈波の周波数付近では加速度脈波を発生する周波数特性となっている。
上述の周波数補正処理は、内部センサ１１及び外部センサ１２として用いられるダイナミック型のイヤホン及びＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて血管の脈動性信号を検出した際に得られる速度脈波について、１００Ｈｚ以下を積分回路で補償する（積分する）ことにより容積脈波を得ることができ、また、速度脈波について、１００Ｈｚ以下を微分回路で補償する（微分する）ことにより加速度脈波を得ることができる処理と同等の処理を行うものであるということができる。また、周波数補正処理では、必要に応じて増幅動作を行っても良い。
また、周波数補正処理とは、脈波の周波数１Ｈｚに対して、積分動作を行うことで容積脈波を得て、微分動作を行うことで加速度脈波を得て、増幅動作を行うことで速度脈波を得る処理であるということもできる。
周波数補正処理において、容積脈波、加速度脈波、速度脈波のいずれを得る処理を行ってもよいが、特に１００Ｈｚ以下における積分動作により容積脈波を得ることが好ましい。図５（ａ）に示されるような内部センサ１１としてのダイナミック型のイヤホン又はＭＥＭＳ−ＥＣＭによって検出される脈動性信号について、低周波数領域に向かって２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下がみられる速度脈波の周波数特性から、図７に示されるように超低周波数領域から１００Ｈｚ付近まで−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させる積分動作による周波数補正処理を行う。これにより、図５（ｂ）に示されるような周波数の変化に伴うゲインの変化は０ｄＢ／ｄｅｃであるフラットな周波数特性を有する、容積脈波を得ることができる。このような周波数特性を有する容積脈波であれば、脈波が検出される１Ｈｚ付近の低周波数領域の信号のゲインが向上しているために好ましい。
［２−４．外耳道の閉鎖レベルと周波数特性と波形等化処理］
＜外耳道の閉鎖レベルと周波数特性と波形等化処理＞
上述のダイナミックマイクロホンを使用した場合のクローズドキャビティの形成による周波数応答、またはコンデンサマイクロホンを使用した場合の周波数応答に鑑みて、検体情報検出装置２によって外耳道９１が閉鎖またはほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で内部センサ１１によって脈動性信号を検出し、この脈動性信号に内部センサ１１の周波数特性を考慮して周波数補正処理を行うことにより、低周波数領域が補償された脈波を得ることが出来るとも考えられる。
＜外耳道の閉鎖レベルと周波数特性と波形等化処理＞
上述のダイナミックマイクロホンを使用した場合のクローズドキャビティの形成による周波数応答、またはコンデンサマイクロホンを使用した場合の周波数応答に鑑みて、検体情報検出装置２によって外耳道９１が閉鎖またはほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で内部センサ１１によって脈動性信号を検出し、この脈動性信号に内部センサ１１の周波数特性を考慮して周波数補正処理を行うことにより、低周波数領域が補償された脈波を得ることが出来るとも考えられる。
しかしながら、実際には、例えば外耳道９１内には体毛が存在するために、筐体部１０と外耳道９１との間に空隙が生じて十分に閉鎖できず、完全なクローズドキャビティを形成できない場合がほとんどである。このように、外部開口部９２が塞がれているものの外耳道９１が完全に閉じられた空間構造とはならない空洞として形成されている場合、すなわち完全なクローズドキャビティを形成できない場合を、外耳道の閉鎖レベルが「ほぼ閉鎖」であるという。
このような、外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖の場合に、内部センサ１１により検出される脈動性信号の周波数特性は図８（ａ）のように表される。完全に外耳道９１を閉鎖できない場合には、図８（ａ）に示されるように、高周波数領域から１０Ｈｚ付近までは図５（ｂ）に示したようにフラットな周波数特性であるものの、脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域が、外耳道の閉鎖レベルに応じて減衰してゲインが落ちることで、検出される脈波の波形が乱れることになる。
このため外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖の場合には、図８（ｂ）に示すように、脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域のゲインの減衰にあわせて、信号のゲインを上昇させるような周波数補償を行い、脈波の検出に好適なレベルまで持ち上げる必要がある。なお、外耳道９１の閉じ方（閉鎖の度合、閉鎖レベル）によって、図８（ａ）に示すような低周波数領域の減衰は変化するため、変化に応じて補償を行うブースト量を変化させて周波数補償を行うことが好ましい。
このように、完全に外耳道９１を閉鎖できず、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となっている場合に生じる０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域の減衰を補償するように行う補正を、波形等化処理ともいう。
＜外耳道の閉鎖レベルと周波数特性の変化＞
クローズドキャビティの形成と外耳道の閉鎖レベルによる周波数特性の変化の一例は、図９、図１０に示す脈波波形により示すことができる。
クローズドキャビティの形成と外耳道の閉鎖レベルによる周波数特性の変化の一例は、図９、図１０に示す脈波波形により示すことができる。
指先または腕においてクローズドキャビティを形成、すなわち完全に閉鎖した状態で、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを内部センサ１１として用いて血管の脈動性信号を検出した際に得られる脈波の波形の一例を示すのが図９（ｂ）である。図９（ｂ）に表される波形は、上述したように、クローズドキャビティを形成して脈波を計測する際のＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性から、速度脈波であると考えることができる。図９（ｂ）の波形を示す速度脈波の脈動性信号を積分することで、図９（ａ）の波形を示す容積脈波が得られる。また、図９（ｂ）の波形を示す速度脈波の脈動性信号を微分することで、図９（ｃ）に示す加速度脈波が得られる。
なお、図９（ａ）〜（ｃ）において、図中横軸の単位［ｓ］は秒を表す（以降、図中の単位［ｓ］についても同様）。
なお、図９（ａ）〜（ｃ）において、図中横軸の単位［ｓ］は秒を表す（以降、図中の単位［ｓ］についても同様）。
一方、外耳道９１に筐体部１０を挿入し、筐体部１０のイヤーピース１４で外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを内部センサ１１として用いて外耳道９１における血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形の一例を示すのが図１０（ｂ）である。図１０（ｂ）の波形を示す脈動性信号を積分することで、図１０（ａ）の波形を示す脈波が得られる。また、図１０（ｂ）の波形を示す脈動性信号を微分することで、図１０（ｃ）に示す脈波が得られる。
図９において、図９（ａ）はいわゆる脈波（容積脈波）、図９（ｂ）は速度脈波、図９（ｃ）は加速度脈波を示す。図９（ａ）〜（ｃ）の各波形と、図１０（ａ）〜（ｃ）の各波形とを比較すると、図１０（ａ）の波形は図９（ｂ）の速度脈波に近く、図１０（ｂ）の波形は図９（ｃ）の加速度脈波に近く、図１０（ｃ）の波形は図９（ｂ）の加速度脈波の２重微分の波形、又は図９（ｃ）の加速度脈波の微分波形に近いことが分かる。このことは、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成して脈動性信号を検出した場合の図１０（ａ）〜（ｃ）に表される波形は、クローズドキャビティを形成して脈動性信号を検出した場合の図９（ａ）〜（ｃ）に表される波形と比較して、これら脈波成分の周波数で新たな微分要素が加わっていることを示す。
センサの周波数特性について説明したように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭには風よけなどの理由で小さな穴があけられており、この穴から空気が漏れる結果、１００Ｈｚより低い周波数では例えば６ｄＢ／Ｄｅｃで低い周波数に向かって信号が減衰している。このような低い周波数における信号の減衰は、イヤーピース１４によって外耳道９１を閉空間にできなかったときに同じように起きると考えられる。すなわち、ダイヤフラムにあけた小さな穴では周波数の遅い空気の振動はその周波数が低いほど（ゆっくりした圧力の変動であればあるほど）空気がその穴から漏れやすいため、圧力の振幅が落ちることで信号が減衰する。これに対して、空気の振動がその周波数が高いほど（高速の圧力の変動であればあるほど）穴から空気の振動が漏れにくくなり、圧力の振幅が落ちることがなく振動が減衰しにくいといえる。同様に、イヤーピース１４と外耳道９１における外部開口部９２との隙間が開いている場合にも、空気の振動の周波数が低いほど空気が漏れやすく振動が減衰し、空気の振動の周波数が高いほど空気が漏れにくく振動が減衰しにくいと考えられる。このことから、図９と図１０に示したような脈波の変化に見られる、脈波成分の周波数での周波数特性の変化は、上述したように、外耳道９１が完全に塞げていないからであると考えられる。
＜波形等化処理と脈波の波形＞
ここで、図１０（ｂ）に表されるように、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形を、図９（ｂ）に表されるように、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形のように補正をするには、上述の図８（ｂ）にて説明した波形等化処理における周波数補償と同様に、検出された脈動性信号を、図１１に示すように脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるような周波数補償を行う周波数特性を持つ電気回路に入れればよい。
ここで、図１０（ｂ）に表されるように、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形を、図９（ｂ）に表されるように、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形のように補正をするには、上述の図８（ｂ）にて説明した波形等化処理における周波数補償と同様に、検出された脈動性信号を、図１１に示すように脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるような周波数補償を行う周波数特性を持つ電気回路に入れればよい。
なお、図１１では、一例として、０．１Ｈｚから０．６８Ｈｚまで、０．１Ｈｚから７Ｈｚまで、０．１Ｈｚから１０．６Ｈｚまで、−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させることで、それぞれ０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるブースト量が異なる、３通りの周波数特性の補償パターンを示している。
すなわち、図１１は、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させて、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる波形等化処理の一例を示すものである。
すなわち、図１１は、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させて、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる波形等化処理の一例を示すものである。
このような周波数特性の補償を実現できる電気回路として、例えば図１２のような回路が挙げられる。図１２の電気回路は、演算増幅器（以下、オペアンプという）２０１、容量Ｃ1のコンデンサ２０２、抵抗値Ｒ1の抵抗２０３、抵抗値Ｒ2の抵抗２０４、抵抗値Ｒ3の抵抗２０５からなる。
図１２の電気回路の伝達関数は下記式（１）のように表すことができる。
図１２の電気回路の伝達関数は下記式（１）のように表すことができる。
また、図１２の電気回路をボード線図で表すと、図１３のように示すことができる。
図１２、図１３のＲ1〜Ｒ3及び／またはＣ1の値を変化させることで、図１１に示されるような３種類の周波数特性の補償パターンを実現することが出来る。中でも、Ｒ3を変化させることで、図１１に示す３パターンのように周波数特性の補償パターンを変化させることが望ましい。アナログ回路ではこのＲ3を連続的に変化させることが困難である場合があるため、何個かのＲ3の値を準備してそれらを切り替えて最適なものを選ぶことで、Ｒ3の値を変化させることが出来る。
図１２、図１３のＲ1〜Ｒ3及び／またはＣ1の値を変化させることで、図１１に示されるような３種類の周波数特性の補償パターンを実現することが出来る。中でも、Ｒ3を変化させることで、図１１に示す３パターンのように周波数特性の補償パターンを変化させることが望ましい。アナログ回路ではこのＲ3を連続的に変化させることが困難である場合があるため、何個かのＲ3の値を準備してそれらを切り替えて最適なものを選ぶことで、Ｒ3の値を変化させることが出来る。
本実施形態では、Ｒ1を１ｋΩ、Ｒ2を１００ｋΩ、Ｃ1を２２μＦとし、Ｒ3を６８０Ωの固定抵抗＋１０ｋΩの可変抵抗として、Ｒ3の１０ｋΩの可変抵抗を動かすことで、図１３に示される１／Ｒ3Ｃ1の値を、図１１に示されるように時間周波数で０．６８Ｈｚ、７Ｈｚ、１０．６Ｈｚの３通りに変化させることにより、周波数補償を行う電気回路の周波数特性の補償パターンを３つのパターンに変化させた。
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に表される波形を、１／Ｒ3Ｃ1の値が０．６８Ｈｚ、すなわち図１１に示すように０．１Ｈｚから０．６８Ｈｚまでの領域を上昇させるように周波数特性を補償した場合には、図１０（ａ）から図１４（ａ）、図１０（ｂ）から図１４（ｂ）、図１０（ｃ）から図１４（ｃ）に表される波形が得られた。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に表される波形を、１／Ｒ3Ｃ1の値が７Ｈｚ、すなわち図１１に示すように０．１Ｈｚから７Ｈｚまでの領域を上昇させるように周波数特性を補償した場合には、図１０（ａ）から図１５（ａ）、図１０（ｂ）から図１５（ｂ）、図１０（ｃ）から図１５（ｃ）に表される波形が得られた。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に表される波形を、１／Ｒ3Ｃ1の値が１０．６Ｈｚ、すなわち図１１に示すように０．１Ｈｚから１０．６Ｈｚまでの領域を上昇させるように周波数特性を補償した場合には、図１０（ａ）から図１６（ａ）、図１０（ｂ）から図１６（ｂ）、図１０（ｃ）から図１６（ｃ）に表される波形が得られた。
これら図１４（ａ）〜図１４（ｃ）、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に表される周波数特性の補償後の波形と、図１０に表される周波数特性の補償前の波形と、図９に表されるクローズドキャビティを形成した状態で得られる脈波の波形とを比較すると、図１６に表される波形ではブースト量が過多であり周波数特性の補償が過剰であって、図１４に表される波形ではブースト量が不足しており周波数特性の補償が不十分であることが分かる。一方で、図１５に表される波形は図９に表される波形に近い波形が得られており、ブースト量がほぼ最適であって、周波数特性の補償が適正であることが分かる。すなわち、図１１に示した３パターンの周波数特性の補償パターンの中では、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形を、０．１Ｈｚから７Ｈｚまでの領域を上昇させるように周波数特性を補償したことで、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形と同様の波形を得ることで、波形等化処理を適切な条件で施すことができたことがわかる。
このように、波形等化処理とは、外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、内部センサ１１により血管の脈動性信号を検出した際に得られる微分要素が加わっている脈波について、０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域の減衰を補償するようにして、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる微分要素が加わっていない脈波を得る補正ともいうことができる。または、波形等化処理とは、外耳道９１がほぼ閉鎖されたクローズドキャビティを形成するようにした状態で内部センサ１１によって信号が検出されることによる影響を受けることにより、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号の低周波領域のゲインの低下を補償するように、低周波領域のゲインを増幅させる処理ともいうことができる。
＜最適ブースト量の決定＞
波形等化処理においては、図１０（ｂ）に表されるように、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形から、図９（ｂ）に表されるように、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形のように補正をするには、図１５の波形が得られるように適正なブースト量を有する周波数特性の補償を行うことが好ましい。このような周波数特性の補償における最適ブースト量の決定について説明する。
波形等化処理においては、図１０（ｂ）に表されるように、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形から、図９（ｂ）に表されるように、クローズドキャビティを形成した状態で血管の脈動性信号を検出した際に得られる波形のように補正をするには、図１５の波形が得られるように適正なブースト量を有する周波数特性の補償を行うことが好ましい。このような周波数特性の補償における最適ブースト量の決定について説明する。
波形等化処理のブースト量は、波形等化処理を図１２のような回路で表わした場合に、抵抗値Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及び／または容量Ｃ1の値を変化させることにより調整することができる。抵抗値Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、及び／または容量Ｃ1の値を変化させることで、図１３に示す波形等化処理の周波数特性の横軸（周波数）の「１／（Ｒ2＋Ｒ3）Ｃ1」または「１／Ｒ3Ｃ1」、縦軸（ゲイン）の「−（Ｒ2／Ｒ1）・Ｒ3／（Ｒ2＋Ｒ3）」または「Ｒ2／Ｒ1」の値が変化する。これにより、図１３に示す波形等化処理の周波数特性において、ゲインの漸増の程度（傾き）、ゲインの増幅の大きさ、ゲインを漸増させる周波数帯域（コーナー周波数、立ち上がり周波数）、ゲインを増幅させる周波数帯域、信号を通過させる周波数帯域等を所定の値に設定することで、波形等化処理のブースト量を調整することができる。
周波数特性の補償を行うとともに最適ブースト量を決定する回路の構成は、一例として図１７に示すブロック図により示すことができる。
図１７に示すように、内部センサ１１により検出された耳（外耳道９１の血管）からの脈動性信号は、第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３にそれぞれ入力されてそれぞれ異なる周波数特性の補償によって、異なるブースト量の周波数補償を受ける。第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３において周波数補償を受けた信号は、ＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７、及びセレクタ２１９にそれぞれ出力される。第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３は、それぞれ図１８（ｂ−１）、図１８（ｂ−２）、図１８（ｂ−３）に示すように、周波数補償を行う周波数領域が異なり、３通りのブースト量により周波数補償が行われるようになっている。なお、ここでは、一例として、第一周波数特性補償部２１１では０．１Ｈｚから０．６８Ｈｚまで、第二周波数特性補償部２１２では０．１Ｈｚから７Ｈｚまで、第三周波数特性補償部２１３では０．１Ｈｚから１０．６Ｈｚまで、−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させることで、それぞれ０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるブースト量が異なる、３通りの周波数特性の補償パターンを示している。
図１７に示すように、内部センサ１１により検出された耳（外耳道９１の血管）からの脈動性信号は、第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３にそれぞれ入力されてそれぞれ異なる周波数特性の補償によって、異なるブースト量の周波数補償を受ける。第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３において周波数補償を受けた信号は、ＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７、及びセレクタ２１９にそれぞれ出力される。第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３は、それぞれ図１８（ｂ−１）、図１８（ｂ−２）、図１８（ｂ−３）に示すように、周波数補償を行う周波数領域が異なり、３通りのブースト量により周波数補償が行われるようになっている。なお、ここでは、一例として、第一周波数特性補償部２１１では０．１Ｈｚから０．６８Ｈｚまで、第二周波数特性補償部２１２では０．１Ｈｚから７Ｈｚまで、第三周波数特性補償部２１３では０．１Ｈｚから１０．６Ｈｚまで、−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させることで、それぞれ０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるブースト量が異なる、３通りの周波数特性の補償パターンを示している。
また、図１７に示すように、内部センサ１１により検出された耳からの脈動性信号は、ＰＬＬ２１４に入力される。脈動性信号は脈波の周期成分を持っているため、ＰＬＬ２１４によりロックをかけることができる。ＰＬＬ２１４は、図１９に一例として示すように、脈動性信号の波形の立ち上がりを検出して、脈動性信号の立ち上がりから次の脈動性信号の立ち上がりまでを１周期として検出し、１周期を１０２４分割して０から１０２３までの計１０２４のロック位相をＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７にそれぞれ出力する。
ＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７は、アナログ−デジタル変換回路、又はサンプルホールドを行うサンプルホールド回路を含み、ＰＬＬ２１４から入力されるロック位相に応じて、第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３から入力される信号を、それぞれデジタル変換又はサンプルホールドを行い、論理演算部２１８に出力するものである。
論理演算部２１８では、ＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７から入力された信号の比較演算を行い、比較結果を２ビットの信号としてセレクタ２１９に出力する。
セレクタ２１９では、論理演算部２１８からの信号を受けて、第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３のいずれかからの最適なブースト量の周波数補償を受けた信号を、周波数特性を補償した速度脈波、すなわち波形等化処理を受けた信号として出力する。
以下に、最適なブースト量の周波数補償の決定の処理についてより詳細に説明する。
以下に、最適なブースト量の周波数補償の決定の処理についてより詳細に説明する。
ＰＬＬ２１４により得られるロック位相の処理では、図１９に示すように、タイミングａ〜ｅのサンプリング点をとる。ＰＬＬ２１４は、脈波波形のがピークをとるＰｅａｋ値をＰＬＬの同期位相０として、このタイミングをサンプリング点ｂとする。サンプリング点ｂの時間軸の前後にサンプリング点ａとサンプリング点ｃを、そして脈波の極性でマイナスに触れる点、すなわち容積脈波の偏曲点にサンプリング点ｅを、そしてサンプリング点ｃとサンプリング点ｅとの間にサンプリング点ｄを配置する。
図１８（ａ−１）は、第一周波数特性補償部２１１による周波数補償を受けた脈動性信号の波形を表し、図１８（ａ−２）は第二周波数特性補償部２１２による周波数補償を受けた脈動性信号の波形を表し、図１８（ａ−３）は第三周波数特性補償部２１３による周波数補償を受けた脈動性信号の波形を表し、それぞれの波形に対応する前述のタイミングａ〜ｅのサンプリング点を示している。図１８（ｂ−１）〜図１８（ｂ−３）に示される３通りのブースト量による周波数補償を受けて、各サンプリング点ａ〜ｅにおけるサンプル値（信号の強さ）が、図１８（ａ−１）〜図１８（ａ−３）の間で変化していることがわかる。
ＡＤ変換・サンプリング２１５は、第一周波数特性補償部２１１から入力される周波数補償を受けた信号について、サンプリング点ａ〜ｅのサンプル値Ａ１〜Ａ５を取得し、論理演算部２１８に出力する。ＡＤ変換・サンプリング２１６は、第二周波数特性補償部２１２から入力される周波数補償を受けた信号について、サンプリング点ａ〜ｅのサンプル値Ｂ１〜Ｂ５を取得し、論理演算部２１８に出力する。ＡＤ変換・サンプリング２１７は、第三周波数特性補償部２１３から入力される周波数補償を受けた信号について、サンプリング点ａ〜ｅのサンプル値Ｃ１〜Ｃ５を取得し、論理演算部２１８に出力する。
論理演算部２１８では、ＡＤ変換・サンプリング２１５、２１６、２１７から出力される、サンプリング点ａ〜ｅに対応する各々のサンプル値Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｃ１〜Ｃ５を比較演算する。
ここで、図１８（ｂ−１）は、第一周波数特性補償部２１１による周波数補償の周波数特性を模式的に示したものであって、図１８（ｂ−１）に示すように、低周波数領域から０．６８Ｈｚまでの領域において周波数補償を行った場合には、補償回路の折れ点が低すぎることになり周波数補償のブースト量が不足する。このような場合には、周波数補償後の波形に微分効果が残ることになる。また、図１８（ａ−１）に示すようにサンプリング点ｄのサンプル値Ａ４が負になる傾向が強く、またサンプリング点ｂでのサンプル値Ａ２が大きく、サンプリング点ａとｃでのサンプル値Ａ１とＡ３が小さくなり、波形の形状としては本来の波形よりもピークがスリム（急峻）になるというパターンを示す。
図１８（ｂ−２）は、第二周波数特性補償部２１２による周波数補償の周波数特性を模式的に示したものである。図１８（ｂ−２）に示すように、低周波数領域から７Ｈｚまでの領域において周波数補償を行った場合には、補償回路の折れ点が最適付近となり周波数補償のブースト量がほぼ最適となる。このような場合には、サンプリング点ｅのサンプル値Ｂ５が負の値となり、サンプリング点ｄのサンプル値Ｂ４が０に近い値となり、サンプリング点ａとサンプリング点ｃのサンプル値Ｂ１とＢ３がサンプリング点ｂのサンプル値Ｂ２の約１／２付近となるというパターンを示す。
図１８（ｂ−３）は、第三周波数特性補償部２１３による周波数補償の周波数特性を模式的に示したものである。図１８（ｂ−３）に示すように、低周波数領域から１０．６Ｈｚまでの領域において周波数補償を行った場合には、補償回路の折れ点が低すぎることになり周波数補償のブースト量がやや過多となる。このような場合には、サンプリング点ｂのサンプル値（ピーク値）Ｃ２が、他の周波数補償を行った場合に比べて低くなるというパターンを示す。
このように、周波数補償の周波数特性が異なることでブースト量が変わることにより、周波数補償後に得られる波形が変化し、各サンプリング点におけるサンプル値が変化する。論理演算部２１８では各サンプリング点のサンプル値を比較することにより、各サンプル値が周波数補償のブースト量が最適となる場合に表れるパターンに最も近くなるような補償を行った周波数特性補償部を決定して、その結果をセレクタ２１９に出力する。
セレクタ２１９では、論理演算部２１８での比較結果を基にして、周波数補償が最適となるような補償を行ったいずれかの周波数特性補償部からの信号を出力することにより、最適ブースト量により波形等化処理が行われた信号を速度脈波として得ることが出来る。
なお、本実施形態では、第一周波数特性補償部２１１、第二周波数特性補償部２１２、第三周波数特性補償部２１３の３つの周波数特性補償部により周波数補償を行いそれらの結果を比較することで最適ブースト量を決定したが、周波数特性補償部は２つでもよく、４つ以上でもよく、複数の周波数特性補償部からの補償結果を比較して、ブースト量が最適となる場合に表れるパターンに最も近くなる周波数補償部を決定するようにすればよい。
また、本実施形態では、内部センサ１１により検出された耳（外耳道９１の血管）からの脈動性信号、すなわち、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成して脈動性信号を検出した場合に検出される速度脈波に微分要素が加わっている信号を入力して、波形等化処理により速度脈波を得る場合について説明したが、周波数補正処理部５１により周波数補正処理を行った脈動性信号を入力して波形等化処理を行ってもよい。言い換えれば、外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成して脈動性信号を検出した場合に検出される速度脈波に微分要素が加わっている信号に対して、１００Ｈｚ以下を積分回路で補償する（積分する）周波数補正処理を行うことで容積脈波に微分要素が加わっている信号となり、この信号を入力して波形等化処理を行ってもよい。この場合、波形等化処理が行われた信号を容積脈波として得ることができる。
＜外耳道の閉鎖レベルとイヤホン＞
外耳道の閉鎖レベルイヤホンの種類との関係を図２０に示す。
外耳道９１が開放されている場合、外耳道の閉鎖レベルが「オープン（Ｏｐｅｎ）」という。図２０（ａ）の実線部に示すように、例えば非カナル型のオープンイヤホンを装着した場合には、外耳道の閉鎖レベルがオープンであるとみなすことができる。この場合、図２０（ａ）に示す破線部の領域の完全に閉鎖から少し閉鎖までのレベルは達成できず、外耳道９１においてクローズドキャビティを形成することができないため、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化を利用した脈動性信号の検出は困難である。
外耳道の閉鎖レベルイヤホンの種類との関係を図２０に示す。
外耳道９１が開放されている場合、外耳道の閉鎖レベルが「オープン（Ｏｐｅｎ）」という。図２０（ａ）の実線部に示すように、例えば非カナル型のオープンイヤホンを装着した場合には、外耳道の閉鎖レベルがオープンであるとみなすことができる。この場合、図２０（ａ）に示す破線部の領域の完全に閉鎖から少し閉鎖までのレベルは達成できず、外耳道９１においてクローズドキャビティを形成することができないため、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化を利用した脈動性信号の検出は困難である。
外部開口部９２が塞がれているものの外耳道９１が閉じられた空間構造とはならない空洞として形成されている場合には、外耳道の閉鎖レベルが「少し閉鎖」であるという。図２０（ｂ）の実線部に示すように、例えばカナル型のインナー型イヤホンを装着した場合には、外耳道の閉鎖レベルが少し閉鎖であるとみなすことができる。この場合、図２０（ｂ）に示す破線部の領域の完全に閉鎖からほぼ閉鎖レベルは達成できず、外耳道９１において完全なクローズドキャビティを形成することができないため、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化を利用した脈動性信号の検出は困難である。また、内部センサ１１により検出される脈動性信号について、低周波数領域における減衰が高い周波数域から生じることで、波形等化処理の際の補償量を大きくする必要があり、得られる脈動性信号のＳ／Ｎ比が低下すると考えられる。
外部開口部９２が塞がれているものの外耳道９１が完全に閉じられた空間構造とはならない空洞として形成されている場合、すなわち完全なクローズドキャビティを形成できない場合を、外耳道の閉鎖レベルが「ほぼ閉鎖」という。図２０（ｃ）の実線部に示すようにインナー密閉型イヤホンと呼ばれるイヤホンを装着した場合には、外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖であるとみなすことが出来る。この場合、図２０（ｃ）の破線部に示すように、完全ではないもののクローズドキャビティを形成することができ、上述の波形等化処理により、微分要素が加わっている脈波から、外耳道の閉鎖レベルが完全に閉鎖の状態と同等の脈波を得ることが出来る。また、外耳道の閉鎖レベルが少し閉鎖の場合と比べて、波形等化処理の際の補償量が少なくとも補償が可能となり、得られる脈動性信号の十分なＳ／Ｎ比の確保が可能となる。
外部開口部９２が塞がれて外耳道９１が完全に閉じられた空間構造となる空洞として形成されている場合を、外耳道の閉鎖レベルが「閉鎖」であるという。この場合、完全に外耳道を閉鎖できず外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となっている場合に生じる、内部センサ１１により検出される脈動性信号についての低周波数領域の減衰が生じないため、上述の波形等化処理を行うことなく微分要素が加わっていない脈波を得ることができる。
図２０に示すように、周波数が０．１〜１０Ｈｚである脈波を検出する際には、外耳道の閉鎖レベルが完全に閉鎖からほぼ閉鎖であることが求められる。さらには、外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖である場合には、波形等化処理により微分要素が加わっていない脈波を得ることが可能である。
検体９０によって外耳９４の構造は異なり、外耳道９１の閉鎖レベルは、検体情報検出装置２の筐体１０、中でもイヤーピース１４と検体９０の外部開口部９２との接触状況によっても影響を受ける。よって、検体情報検出装置２と検体９０との組み合わせにより、外耳道９１の閉鎖レベルは変化し、検出される信号の周波数特性にも変化が生じることで、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる、内部センサ１１により検出される脈動性信号についての他の周波数領域よりも低周波数領域におけるゲインの低下も変化する。さらに、このような低周波数領域におけるゲインの低下を補償する波形等化処理の最適ブースト量も影響を受ける。また、漏れ補正処理の最適ブースト量も影響を受ける。
このため、検体情報検出装置２と検体９０との組み合わせに応じて、あらかじめ、波形等化処理及び漏れ補正処理の最適ブースト量を決定しておくキャリブレーションを行うことが好ましい。
さらには、検体情報検出装置２のイヤーピース１４と検体９０の外部開口部９２との関係は、装着した状況、例えば検体情報検出装置２の外耳道への装着時の深さや傾き具合等、が変わることによっても外耳道９１の閉鎖レベルが変化する場合がある。ゆえに、検体情報検出装置２を検体９０に装着して、検体情報処理装置１により検体情報の検出を行う度に、波形等化処理及び漏れ補正処理の最適ブースト量を決定しておくキャリブレーションを行うようにしてもよい。
さらには、検体情報検出装置２のイヤーピース１４と検体９０の外部開口部９２との関係は、装着した状況、例えば検体情報検出装置２の外耳道への装着時の深さや傾き具合等、が変わることによっても外耳道９１の閉鎖レベルが変化する場合がある。ゆえに、検体情報検出装置２を検体９０に装着して、検体情報処理装置１により検体情報の検出を行う度に、波形等化処理及び漏れ補正処理の最適ブースト量を決定しておくキャリブレーションを行うようにしてもよい。
［２−５．漏れ補正処理］
内部センサ１１からの信号と外部センサ１２からの信号との減算処理を行うためには、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を、外部センサ１２によって外耳道９１の外部の音を集音することによって得られる信号に対して、内部センサ１１によって他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出される信号と同じ周波数特性を持たせる信号処理を行う必要がある。すなわち、外部センサ１２によって検出される信号に対して、内部センサにより検出される外来信号の、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けた周波数特性に相当する特性を持たせるように信号処理を行う必要がある。
内部センサ１１からの信号と外部センサ１２からの信号との減算処理を行うためには、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を、外部センサ１２によって外耳道９１の外部の音を集音することによって得られる信号に対して、内部センサ１１によって他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出される信号と同じ周波数特性を持たせる信号処理を行う必要がある。すなわち、外部センサ１２によって検出される信号に対して、内部センサにより検出される外来信号の、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けた周波数特性に相当する特性を持たせるように信号処理を行う必要がある。
上述したように、外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖の場合に、内部センサ１１により検出される脈動性信号は、図８（ａ）に示すように、脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域のゲインが、外耳道の閉鎖レベルに応じて低下している周波数特性を有する信号として検出される。すなわち、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下しているように変化した周波数特性を持っている。このとき、内部センサ１１により検出される外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号は、内部センサ１１により検出される脈動性信号の周波数特性の変化とは逆向きの特性の変化を示す信号として検出され、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出される。このため、漏れ補正処理部２１では、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される脈動性信号に対する補償回路の周波数特性と同様に、図８（ｂ）に示すような周波数特性となるように、低周波数領域のゲインを増幅する漏れ補正処理を施せばよい。これは、脈波情報検出帯域である０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を上昇させるような図８（ｂ）に示すような周波数補償とは同様の周波数特性により、０．１〜１０Ｈｚの低周波数領域を増幅させる処理である。すなわち、漏れ補正処理は、波形等化処理部の波形等化処理と同様の特性であるような処理を行うものであるといえる。
漏れ補正処理は、血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域が、ゲインが上昇している他の周波数領域よりも低周波の領域に含まれている場合に、少なくとも脈波情報検出帯域の周波数特性のゲインを増幅させればよい。
上記の波形等化処理部４１による波形等化処理が、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させて、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる処理であるならば、漏れ補正処理部２１による漏れ補正処理は、波形等化処理と同様の特性となるように、外部センサ１２からの信号に対して、脈波情報検出帯域より大きい周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させて、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる処理を行えばよい。
このとき、漏れ補正処理におけるゲインの増幅の大きさと波形等化処理におけるゲインの増幅の大きさとが等しいかほぼ等しくなるようにすればよい。また、漏れ補正処理におけるゲインの漸増の程度と波形等化処理におけるゲインの漸増の程度とが等しいかほぼ等しくなるようにすればよい。
外部センサ１２からの信号を、内部センサ１１により検出される外来信号の、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受ける周波数特性に相当する特性を持たせるようにするためには、漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるゲインの増幅の大きさ、また漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるとゲインの漸増の程度がそれぞれ等しくなることが好ましい。しかしながら、後述する減算処理において、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部により処理された信号を減算する際には、漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるゲインの増幅の大きさ、また漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるゲインの漸増の程度が、全く同じでなくとも、外部センサ１２からの信号を内部センサにより検出される外来信号のほぼ閉鎖された空間構造の影響による周波数特性と近い特性とすることにより、外部の音の軽減の効果は期待できる。このため、漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるゲインの増幅の大きさ、また漏れ補正処理と波形等化処理とにおけるゲインの漸増の程度とは、等しいか、ほぼ等しくなるようにすればよい。
一例として、外耳道の閉鎖レベルがほぼ閉鎖の場合に、内部センサ１１により検出される脈動性信号が、図２１（ａ）に示すように、脈波情報検出帯域を含む７Ｈｚ付近よりも低周波数領域において２０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出される場合の漏れ補正処理について説明する。なお、この場合、内部センサ１１により検出される外来信号は、図２１（ｂ）に示すように、脈波情報検出帯域を含む７Ｈｚ付近よりも低周波数領域において２０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出される。
この場合、波形等化処理部４１による波形等化処理では、内部センサ１１により検出される信号に対して、図２１（ｃ）に示すような周波数特性により波形等化処理を行うことで、低周波数領域のゲインの低下を補償することができる。このときの波形等化処理の最適ブースト量は、上述したような周波数補償後に得られる波形の各サンプリング点におけるサンプル値をパターンと対比する方法により決定することができる。ここでは、図２１（ｃ）に示すように、７Ｈｚより高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域である０．１Ｈｚから７Ｈｚまでのゲインを周波数の減少とともに２０ｄＢ／ｄｅｃで漸増させて、０．１Ｈｚより低い周波数成分のゲインを増幅させる周波数特性による処理が最適なブースト量であったとする。
図２１（ｃ）に示すような周波数特性は適正なブースト量を有すると考えられるため、内部センサ１１で検出される図１２（ａ）に示すような周波数特性を有する信号に対して、図２１（ｃ）に示すような周波数特性により周波数補償を行うと、低周波数領域のゲインの低下が補償された周波数特性の信号が得られるといえる。このことから、内部センサ１１は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることにより、血管の脈波情報に基づく脈動性信号が、図２１（ｃ）に示すような周波数特性とは逆向きの特性の周波数特性の信号処理を受けているといえる。このため、外部センサ１２で検出される信号に対して、図２１（ｃ）に示すような周波数特性とは同様の特性となる、図２１（ｄ）に示すような周波数特性により処理を行うことで、図２１（ｂ）に示すような、内部センサ１１で検出される外来信号と同様の低周波数領域のゲインが上昇した周波数特性となるといえる。
このとき、漏れ補正処理部２１による漏れ補正処理では、図２１（ｄ）に示すような周波数特性により、７Ｈｚより大きい周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域である０．１Ｈｚから７Ｈｚの周波数成分のゲインを周波数の減少とともに２０ｄＢ／ｄｅｃで漸増させて、０．１Ｈｚより低い周波数成分のゲインを増幅させる処理を行えばよい。またこのとき、図２１（ｄ）に示す０．１Ｈｚ以下の周波数成分の増幅の大きさと、図２１（ｃ）に示す０．１Ｈｚ以下の周波数成分の増幅の大きさとが等しいかほぼ等しくなるようにすればよい。または、図２１（ｄ）に示す０．１Ｈｚから７Ｈｚの周波数成分の漸増の程度と、図２１（ｃ）に示す０．１Ｈｚから７Ｈｚの周波数成分の漸増の程度とが等しいかほぼ等しくなるようにすればよい。
なお、漏れ補正処理部２１では、少なくとも、脈波情報検出帯域より大きい周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させる処理を行えばよく、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる処理は必ずしも行わなくともよい。これは、波形等化処理部についても同様であって、脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数減少とともに漸増せる処理を行えばよく、脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させる処理は必ずしも行わなくともよい。
例えば、図２１（ｄ）では、０．１Ｈｚより低い周波数成分のゲインを増幅させる漏れ補正処理について説明したが、０．１Ｈｚから７Ｈｚの周波数成分のゲインを周波数の減少とともに２０ｄＢ／ｄｅｃで漸増させる処理を、０．１Ｈｚ以下の周波数成分においても適用してもよい。また、図２１（ｃ）では、０．１Ｈｚより低い周波数成分のゲインを増幅させる波形等化処理について説明したが、０．１Ｈｚから７Ｈｚまでのゲインを周波数の減少とともに２０ｄＢ／ｄｅｃで漸増させる処理を、０．１Ｈｚ以下の周波数成分においても適用してもよい。
ただし、漏れ補正処理及び波形等化処理において脈波情報検出帯域より低い周波数成分をゲインを周波数の減少とともに漸増させる場合には、周波数の減少とともに信号のゲインを増大させ続けることになるため、図２１（ｃ）、図２１（ｄ）に示すように適当な周波数でフラットな処理となるようにすることが好ましい。
［２−６．減算処理］
減算処理部３１では、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理された信号を減算する減算処理を施す。この減算処理により、外部の音により影響が軽減された脈動性信号を得ることができる。
減算処理部３１では、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理された信号を減算する減算処理を施す。この減算処理により、外部の音により影響が軽減された脈動性信号を得ることができる。
内部センサ１１により検出される外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号は、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる影響を受けて、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出されている。一方で、外部センサ１２からの信号は、漏れ補正処理部２１により、内部センサ１１により検出される信号の、低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理が施されている。このため、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理された信号は、外部センサ１２により得られる信号に漏れ補正処理を行わない場合よりも、内部センサ１１が外来信号をほぼ閉鎖された空間構造の影響を受けて検出した信号の特性と近いものとなっている。よって、減算処理部３１による減算処理によって、内部センサ１１により検出される信号に含まれる外部の音（外来信号）の影響を効果的に軽減することができる。
減算処理を行う前に、内部センサ１１からの信号と、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理された信号とのレベルを合わせるように、漏れ補正処理部２１により漏れ補正処理された信号のレベルを増幅させる処理を行ってもよい。
従来より、音楽分野などでノイズキャンセリングとして知られる技術が用いられている。これは、外部の音を集音するマイクロホンにより得られた音を元にして、外部の音を打ち消す信号を音楽信号と共に出力することにより、外部の音の影響を軽減するものである。
音楽用ノイズキャンセリングでは図２２の示されるような特性を有する音声帯域のノイズキャンセリングが知られている。図２２では、横軸に周波数、縦軸にノイズキャンセリングによる外部の音のキャンセル量を表わしている。また、図２２では１０１、１０２、１０３の符号を付した三本の曲線を表わしているが、これはノイズキャンセリングが用いられる環境ごとに適した３種類の異なるノイズキャンセリングモードを表わしている。１０１の符号を付したものは、例えば電車やバス車内の騒音に適しており、低周波領域のノイズをキャンセルするモードとなっている。１０２の符号を付したものは、例えば航空機内の騒音に適しており、電車やバス車内よりも高い周波数において高いキャンセル量となるモードとなっている。１０３の符号を付したものは、例えばＯＡ機器や空調機器の騒音に適しており、低周波領域から高周波領域にかけて、広がりを持たせたモードとなっている。
通常、音楽分野のイヤホンまたはヘッドホンに用いられるノイズキャンセリングでは、およそ４０〜１．５ｋＨｚの周波数域において外部の音を打ち消す信号が出力されることで、ノイズキャンセリングがなされている。これは、人の可聴域に対応して設定されているものである。図２２に示した３種類のノイズキャンセリングの例についても同様に、人の可聴域のところにキャンセリングの中心がセットされている。このようなノイズキャンセリングの手法によっては、人に聞こえない１Ｈｚ付近の低周波数の領域のノイズキャンセリングに対応したものではなかった。
本実施形態の検体情報処理装置１では、減算処理部３１により、血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域である、０．１〜１０Ｈｚにおいて、減算処理を行う。これにより、内部センサ１１により検出される血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、外部の音の影響が軽減された状態で得ることができる。
［２−７．呼吸信号の抽出処理］
抽出処理部６１によって行われる、検体９０の脈波情報または呼吸情報を取り出す（抽出する）処理について説明する。
抽出処理部６１によって行われる、検体９０の脈波情報または呼吸情報を取り出す（抽出する）処理について説明する。
抽出処理部６１は、例えばＰＬＬを利用する周波数復調処理により脈動性信号に変調成分として含まれる脈波情報または呼吸情報を取り出す、抽出処理を行う。
抽出処理部６１を機能的に表わすとき、抽出処理部６１は、図２３に示すように、位相比較器６２、ローパスフィルタ６３、ＶＣＯ（voltage controlled oscillator；電圧制御発振器）６４、分周器６５を備えている。
抽出処理部６１を機能的に表わすとき、抽出処理部６１は、図２３に示すように、位相比較器６２、ローパスフィルタ６３、ＶＣＯ（voltage controlled oscillator；電圧制御発振器）６４、分周器６５を備えている。
周波数復調処理とは、ＰＬＬによって位相を同期させた二つの信号を比較することで、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する処理である。一例として、図２３に示すように、抽出処理部６１において、位相比較器６２に脈動性信号を入力し、位相比較器６２からの出力をローパスフィルタ６３に入力してその出力でＶＣＯ６４の発振周波数を調整し、分周器６５によって分周し、位相比較器６２に戻してこれらの二つの信号を同期させることで、ローパスフィルタ６３の出力波形を呼吸成分として得ることができる。
すなわち、検体９０の呼吸成分が変調された脈動性信号について、復調処理を施すことにより、脈動性信号に含まれる呼吸成分を、呼吸信号として脈動性信号から抽出できるのである。
また、検体９０の呼吸成分が変調された脈動性信号から、脈動性信号に含まれる呼吸成分を除くことで、脈波情報として脈動性信号を抽出できる。
また、検体９０の呼吸成分が変調された脈動性信号から、脈動性信号に含まれる呼吸成分を除くことで、脈波情報として脈動性信号を抽出できる。
本実施形態に係る検体情報処理装置１における検体９０の脈波情報または呼吸情報の抽出は、図２４に示すように、検体情報検出装置２の外部センサ１２からの信号に対して漏れ補正処理部が漏れ補正処理を施し、内部センサ１１からの信号と漏れ補正処理部２１により処理された信号に対して減算処理部３１が減算処理を施し、減算処理後の信号に対して波形等化処理部４１が波形等化処理を施し、波形等化処理後の信号に対して周波数補正処理部５１にが少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理を施した後に、周波数補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの少なくとも１つの脈動性信号に対して、抽出処理部６１が周波数復調処理を行う。
［３．検体情報処理装置の動作］
検体情報処理装置１は上述のように構成されており、図２に示すように、検体９０の外耳道９１に筐体部１０を挿入し、筐体部１０で外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、検体情報検出装置２を検体９０に装着する。この状態で検体情報検出装置２の内部センサ１１及び外部センサ１２による信号の検出と、信号処理部３による信号処理を行う。本実施形態に係る信号処理部３では、図１、図２４に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備え、各々信号処理を行うようになっている。
検体情報処理装置１は上述のように構成されており、図２に示すように、検体９０の外耳道９１に筐体部１０を挿入し、筐体部１０で外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１を閉鎖またはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として形成するようにして、検体情報検出装置２を検体９０に装着する。この状態で検体情報検出装置２の内部センサ１１及び外部センサ１２による信号の検出と、信号処理部３による信号処理を行う。本実施形態に係る信号処理部３では、図１、図２４に示すように、漏れ補正処理部２１と、減算処理部３１と、波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備え、各々信号処理を行うようになっている。
信号処置部３における信号処理は少なくとも漏れ補正処理部２１と減算処理部３１による漏れ補正処理と減算処理とを行えばよいが、さらに波形等化処理部４１と、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備えて、波形等化処理と周波数補正処理と抽出処理とを行うことが好ましい。なお、波形等化処理と周波数補正処理とは、信号処理の順番を適宜変えてもよい。
本実施形態では、検体情報処理装置１が図２４に示す機能構成を備え、漏れ補正処理部が外部センサ１２からの信号に対して漏れ補正処理を施し、減算処理部３１が内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により処理された信号を減算する減算処理を施し、波形等化処理部４１が減算処理部３１により処理された信号に対して波形等化処理を施し、周波数補正処理部５１が波形等化処理部４１により処理された信号に対して周波数補正処理を施し、抽出処理部６１が周波数補正処理部５１により処理された信号に対して抽出処理を施す場合について説明する。
図２５に示すように、まず、検体情報検出装置２の内部センサ１１によって、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出するととともに、外耳道９１の外部からの音に基づく外来信号を、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出し、得られた信号を減算処理部３１に出力する（ステップＳ１１）。
検体情報検出装置２の外部センサ１２は、外耳道の外部の音を集音し、得られた信号を漏れ補正処理部２１に出力する（ステップＳ１２）。
検体情報検出装置２の外部センサ１２は、外耳道の外部の音を集音し、得られた信号を漏れ補正処理部２１に出力する（ステップＳ１２）。
信号処理部３の漏れ補正処理部は、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施し、漏れ補正処理を施した信号を減算処理部３１に出力する（ステップＳ１３）。
減算処理部３１は、内部センサ１１からの信号から、漏れ補正処理部２１により処理された信号を減算する減算処理を施し、減算処理を施した信号を波形等化処理部に出力する（ステップＳ１４）。減算処理により、内部センサ１１により検出された信号から外部の音（外来信号）の影響を軽減した脈動性信号を得ることができる。
波形等化処理部は、減算処理部３１により処理された信号に対して、内部センサ１１により検出される脈動性信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施し、波形等化処理を施した信号を周波数補正処理部に出力する（ステップＳ１５）。波形等化処理により、低周波領域のゲインの低下を補償した脈動性信号を得ることができる。
周波数補正処理部５１は、波形等化処理部４１により処理された信号に対して、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す周波数補正処理を施し、周波数補正処理を施した脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの少なくとも一つの信号を抽出処理部６１に出力する（ステップＳ１６）。
抽出処理部６１は、周波数補正処理部５１により処理された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの少なくとも一つの信号に対して、抽出処理を施し、脈動性信号出力に含まれる脈波情報または呼吸信号を取り出す（ステップＳ１７）。
ステップＳ１５における波形等化処理部４１による波形等化処理を施すために、あらかじめ、検体情報検出装置２を検体９０の外耳９４に装着した状態で、波形等化処理における最適ブースト量を決定するキャリブレーションを行うことが好ましい。
ステップＳ１３における漏れ補正処理部２１による漏れ補正処理を施すために、漏れ補正処理における最適ブースト量は、あらかじめ、検体情報検出装置２を検体９０の外耳９４に装着した状態で、波形等化処理における最適ブースト量を決定するキャリブレーションを行い、波形等化処理と同様の特性であるような処理を行えばよい。
ステップＳ１３における漏れ補正処理部２１による漏れ補正処理を施すために、漏れ補正処理における最適ブースト量は、あらかじめ、検体情報検出装置２を検体９０の外耳９４に装着した状態で、波形等化処理における最適ブースト量を決定するキャリブレーションを行い、波形等化処理と同様の特性であるような処理を行えばよい。
［４．検体情報処理装置の効果］
本実施形態にかかる検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１によれば、筐体部１０により検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１をはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として、内部センサ１１が外耳道９１における血管の脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞内を伝播する圧力情報として検出することで、外耳道９１に存在する血管、特に鼓膜９３に存在する血管を利用して、検体９０の脈動性信号を検出することが出来る。
本実施形態にかかる検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１によれば、筐体部１０により検体９０の外耳道９１における外部開口部９２を塞いで外耳道９１をはほぼ閉鎖された空間構造となる空洞９６として、内部センサ１１が外耳道９１における血管の脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞内を伝播する圧力情報として検出することで、外耳道９１に存在する血管、特に鼓膜９３に存在する血管を利用して、検体９０の脈動性信号を検出することが出来る。
また、検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１によれば、外耳道９１と、鼓膜９３と、筐体部１０と、内部センサ１１とがほぼ閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するようにして測定することで、従来よりも低周波数領域における脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度が改善される。また、脈動性信号から抽出される呼吸信号のＳ／Ｎ比及び感度も向上させることができる。
さらに、検体情報処理装置１によれば、減算処理部３１によって、内部センサ１１からの信号から、外部センサ１２からの信号を減算することにより、外部の音（外来信号）の影響を低減して、外来ノイズを減少させた脈動性信号を得ることができる。外耳道９１をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成可能した状態では、外耳道９１の外部からの音が、筐体部１０のイヤーピース１４と外耳道９１の外部開口部９２との間に生じている空隙から外耳道９１の内部に侵入することにより、内部センサ１１は、外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出する。すなわち、内部センサ１１により検出される信号には外部からの音に基づく外来信号が含まれ、この外来信号は、脈波情報が検出される脈波情報検出帯域が含まれる低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出されると考えられる。このため、検体情報処理装置１によれば、この外来信号の影響を低減することにより、人体の血管の脈動情報に基づく脈動性信号等の、比較的信号の小さい生体信号の検出に特に有効であるといえる。
また、検体情報処理装置１によれば、漏れ補正処理部２１によって、減算処理に用いられる外部センサ１２からの信号について、内部センサ１１により検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせる漏れ補正処理を施すことにより、減算処理に用いられる内部センサ１１からの信号に含まれる内部センサ１１により検出された外来信号と、外部センサ１２からの信号とが同様の周波数特性をもつことになる。このため、漏れ補正処理後の減算処理により、内部センサ１１からの信号から外部の音の影響を効果的に低減することができる。
また、検体情報処理装置１によれば、波形等化処理部４１によって、外耳道９１がほぼ閉鎖された空間構造となることによる、内部センサ１１により検出される脈動性信号の低周波数領域のゲインの低下を補償することができ、脈波が検出される０．１〜１０Ｈｚ付近の低周波数領域の脈動性信号の検出感度を上げることができる。また、波形等化処理部４１よって、脈動性信号を微分要素の加わっていない速度脈波信号として得ることが出来る。
また、検体情報処理装置１によれば、周波数補正処理部５１によって、外部の音の影響が低減されているとともに、低周波数領域のゲインの低下が補償されて微分要素の加わっていない、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出すことができる。
中でも、図７に示すように超低周波数領域から１００Ｈｚ付近まで−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させる積分動作により、図５（ｂ）のような周波数特性の脈波（容積脈波）が得られる。図５（ｂ）に示す容積脈波は、周波数の変化に伴うゲインの変化は０ｄＢ／ｄｅｃであり、脈波の周波数付近では容積脈波を発生するフラットな周波数特性となっている。容積脈波信号の場合、内部センサ１１としてダイナミック型のイヤホン、ＥＣＭ、及びＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた場合に見られる、１００Ｈｚ付近以下の低周波数領域の周波数特性（低域周波数特性）の感度を向上させることができるために有用である。
また、検体情報処理装置１によれば、抽出処理部６１による抽出処理を行うことで、外部の音の影響が低減されているとともに、低周波数領域のゲインの低下が補償されて微分要素の加わっていない、検体９０の脈波情報または呼吸情報を取り出すことができる。
また、内部センサ１１及び外部センサ１２としてのダイナミックスピーカーを用いることにより、ダイナミックスピーカーをスピーカーまたはマイクロホンとで切り替えて機能させることで、検体情報検出装置２をマイクロホンとして用いる場合の脈動性信号の検出と、検体情報検出装置２をイヤホン（イヤホンのスピーカーユニット）として用いる場合の動作とを併用することができる。
［５．その他］
＜クローズドキャビティを形成することによる周波数特性の変化と補正処理について＞
上記の説明においては、漏れ補正処理部２１が、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施すことについて説明したが、内部センサ１１及び外部センサ１２にダイナミックマイクロホンを用いる場合、中でも無指向性ダイナミックマイクロホンを用いる場合には、減算処理部３１による減算処理の前に、さらに外部センサ１２からの信号に対して、クローズドキャビティを形成することによる周波数特性に相当する特性を持たせるように補正処理（周波数応答補正処理）を行うことが好ましい。
＜クローズドキャビティを形成することによる周波数特性の変化と補正処理について＞
上記の説明においては、漏れ補正処理部２１が、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施すことについて説明したが、内部センサ１１及び外部センサ１２にダイナミックマイクロホンを用いる場合、中でも無指向性ダイナミックマイクロホンを用いる場合には、減算処理部３１による減算処理の前に、さらに外部センサ１２からの信号に対して、クローズドキャビティを形成することによる周波数特性に相当する特性を持たせるように補正処理（周波数応答補正処理）を行うことが好ましい。
図３、図４を用いて説明したように、内部センサ１１及び外部センサ１２にダイナミックマイクロホンを用いる場合には、クロ−ズドキャビティ形成時に内部センサ１１により検出される信号は、振動源からの振動が閉じた空間の圧力変化に変換されて検出されることにより、低周波数領域の信号を感度よく測定可能であるフラットな周波数特性となる。内部センサ１１は振動源を有する外耳道９１とクローズの状態にして測定しているため、図４に示すような低周波領域までフラットな周波数特性になると考えられる。一方、外部センサ１２はクローズな状態にしておらず、オープンの状態で外部の音を集音するため、外部センサにより検出される信号は、図３に示すように、低周波数領域のゲインが低下する周波数特性を示す。このため、内部センサ１１及び外部センサ１２に、低周波数領域のゲインが低下が大きい無指向性ダイナミックマイクロホンを用いる場合には、内部センサ１１からの信号から、外部センサからの信号を減算する前に、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、低周波数領域のゲインが上昇したフラットな周波数特性となる補正処理を行うことが好ましい。
すなわち、内部センサ１１及び外部センサ１２に無指向性ダイナミックマイクロホンを用いる場合には、外部センサ１２からの信号に対して、内部センサ１１により検出される信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、減算処理部３１による減算処理の前に、クローズドキャビティを形成することによる周波数特性の変化を補償するためのフラットな周波数特性となる処理と、漏れ補正処理による低周波数領域のゲインを増幅させる処理とを共に行うことが好ましい。
＜外部センサについて＞
上記の説明においては、外部センサ１２は筐体部１０のハウジング１３において、内部センサ１１とともに設けられている構成について説明したが、外部センサ１２は、内部センサ１１及び筐体１０から離隔して設けられていてもよい。なお、内部センサ１１における外部の音の影響を低減する観点からは、外部センサ１２を内部センサ１１と同様の環境におくことが好ましく、少なくとも外耳道９１の外部の音を収音できる状況において、内部センサ１１に近い位置に設けられることが好ましい。
上記の説明においては、外部センサ１２は筐体部１０のハウジング１３において、内部センサ１１とともに設けられている構成について説明したが、外部センサ１２は、内部センサ１１及び筐体１０から離隔して設けられていてもよい。なお、内部センサ１１における外部の音の影響を低減する観点からは、外部センサ１２を内部センサ１１と同様の環境におくことが好ましく、少なくとも外耳道９１の外部の音を収音できる状況において、内部センサ１１に近い位置に設けられることが好ましい。
＜イヤホンまたはヘッドホンの利用について＞
音楽を視聴する際にイヤホンまたはヘッドホンが用いられるが、これらは通常左耳と右耳とで少なくとも１対のスピーカーユニットを備えている。本検体情報処理装置１の内部センサ１１及び外部センサ１２は、イヤホンまたはヘッドホンのスピーカーユニットをセンサとして用いてもよい。このとき、１対のスピーカーユニットのうち、一方を内部センサ１１として用いて、他方を外部センサ１２として用いればよい。
音楽を視聴する際にイヤホンまたはヘッドホンが用いられるが、これらは通常左耳と右耳とで少なくとも１対のスピーカーユニットを備えている。本検体情報処理装置１の内部センサ１１及び外部センサ１２は、イヤホンまたはヘッドホンのスピーカーユニットをセンサとして用いてもよい。このとき、１対のスピーカーユニットのうち、一方を内部センサ１１として用いて、他方を外部センサ１２として用いればよい。
また、ノイズキャンセリングイヤホンまたはノイズキャンセリングイヤホンヘッドホンとして、視聴用の音を発するスピーカーユニットと、外部の音を収音するマイクロホンとを備えたものが知られている。本検体情報処理装置１の内部センサ１１及び外部センサ１２は、ノイズキャンセリングイヤホンまたはノイズキャンセリングイヤホンヘッドホンの視聴用の音を発するスピーカーユニットを内部センサ１１として用いて、外部の音を収音するマイクロホンを外部センサ１２として用いてもよい。
＜内部センサと外部センサとのキャリブレーションについて＞
上記の説明においては、外部センサ１２は、内部センサ１１と同じ種類のセンサを用いることが好ましく、同様の周波数特性を持つセンサを用いる事が好ましいと説明したが、さらにあらかじめキャリブレーションを行うことで、内部センサ１１と外部センサ１２の各々の周波数特性を確認しておいてもよい。内部センサ１１と外部センサ１２のそれぞれの特性に応じて、漏れ補正処理または波形等化処理を行ってもよい。また、内部センサ１１と外部センサ１２のそれぞれの特性に応じて、減算処理部３１における減算処理の前に、特定の周波数成分の信号のゲインを増幅または減衰させるようにしてもよく、全体の信号のゲインを増幅または減衰させるようにしてもよい。
上記の説明においては、外部センサ１２は、内部センサ１１と同じ種類のセンサを用いることが好ましく、同様の周波数特性を持つセンサを用いる事が好ましいと説明したが、さらにあらかじめキャリブレーションを行うことで、内部センサ１１と外部センサ１２の各々の周波数特性を確認しておいてもよい。内部センサ１１と外部センサ１２のそれぞれの特性に応じて、漏れ補正処理または波形等化処理を行ってもよい。また、内部センサ１１と外部センサ１２のそれぞれの特性に応じて、減算処理部３１における減算処理の前に、特定の周波数成分の信号のゲインを増幅または減衰させるようにしてもよく、全体の信号のゲインを増幅または減衰させるようにしてもよい。
＜最適ブースト量の決定について＞
上記の説明においては、最適ブースト量の決定について、周波数補償後に得られる波形の各サンプリング点におけるサンプル値をパターンと対比する方法について説明した。この他の最適ブースト量の決定方法としては、内部センサ１１がスポンジを介して信号を検出するようにして、スポンジに応じた所定の周波数特性に合わせてブースト量を決定する方法が挙げられる。スポンジとしては、例えばウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンからなる発泡性のフォーム素材が用いられる。
上記の説明においては、最適ブースト量の決定について、周波数補償後に得られる波形の各サンプリング点におけるサンプル値をパターンと対比する方法について説明した。この他の最適ブースト量の決定方法としては、内部センサ１１がスポンジを介して信号を検出するようにして、スポンジに応じた所定の周波数特性に合わせてブースト量を決定する方法が挙げられる。スポンジとしては、例えばウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンからなる発泡性のフォーム素材が用いられる。
イヤーピースの貫通孔１９をスポンジで塞ぐようにすることで、内部センサ１１と外耳道９１または鼓膜９３との間にスポンジを設けることができる。このとき、内部センサ１１が、外耳道９１における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因する空洞９６内を伝播する圧力情報として検出する際に、スポンジを介して信号を検出することになる。スポンジを介して内部センサ１１により検出される脈動性信号は、周波数特性が変化して、図８（ａ）に示されるような低周波数領域のゲインの減衰が、スポンジに応じて特定の周波数特性を示すようになる。このため、スポンジに応じた特定の周波数特性に合わせて最適ブースト量を決定することができる。
＜信号処理部と信号処理について＞
上記の説明においては、検体情報処理装置１が図２４に示す機能構成を備える場合について説明したが、減算処理部３１による減算処理の後に、減算処理部３１により処理された信号に対して周波数補正処理部５１が周波数補正処理を施してもよく、さらに、周波数補正処理部５１により処理された信号に対して波形等化処理部４１が波形等化処理を施してもよく、さらに、波形等化処理部４１により処理された信号に対して抽出処理部６１が抽出処理を施すようにしてもよい。
上記の説明においては、検体情報処理装置１が図２４に示す機能構成を備える場合について説明したが、減算処理部３１による減算処理の後に、減算処理部３１により処理された信号に対して周波数補正処理部５１が周波数補正処理を施してもよく、さらに、周波数補正処理部５１により処理された信号に対して波形等化処理部４１が波形等化処理を施してもよく、さらに、波形等化処理部４１により処理された信号に対して抽出処理部６１が抽出処理を施すようにしてもよい。
また、減算処理部３１による減算処理の後に、減算処理部３１により処理された信号に対して波形等化処理部４１が波形等化処理を施し、この波形等化処理部４１により処理された信号に対して抽出処理部６１が抽出処理を施すようにしてもよい。
＜アナログ回路による信号処理とデジタル回路による信号処理について＞
上記の説明においては、脈動性信号の処理を検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１が備えるアナログ回路による処理について説明したが、検体情報検出装置及び検体情報処理装置がデジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」ともいう）を含む回路とアナログ回路とを組み合わせたり、演算処理装置（ＣＰＵ）やＤＳＰを組み合わせたりして、このデジタル回路を含む回路により信号を処理する構成としてもよい。
上記の説明においては、脈動性信号の処理を検体情報検出装置２及び検体情報処理装置１が備えるアナログ回路による処理について説明したが、検体情報検出装置及び検体情報処理装置がデジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」ともいう）を含む回路とアナログ回路とを組み合わせたり、演算処理装置（ＣＰＵ）やＤＳＰを組み合わせたりして、このデジタル回路を含む回路により信号を処理する構成としてもよい。
１ 検体情報処理装置
２ 検体情報検出装置
３ 信号処理部
１０ 筐体部
１１ 内部センサ
１２ 外部センサ
１３ ハウジング
１４ イヤーピース
２１ 漏れ補正処理部
３１ 減算処理部
４１ 波形等化処理部
５１ 周波数補正処理部
６１ 抽出処理部
９０ 検体
９１ 外耳道
９２ 外部開口部
９３ 鼓膜
９４ 外耳
９５ 耳介
９６ 空洞
２ 検体情報検出装置
３ 信号処理部
１０ 筐体部
１１ 内部センサ
１２ 外部センサ
１３ ハウジング
１４ イヤーピース
２１ 漏れ補正処理部
３１ 減算処理部
４１ 波形等化処理部
５１ 周波数補正処理部
６１ 抽出処理部
９０ 検体
９１ 外耳道
９２ 外部開口部
９３ 鼓膜
９４ 外耳
９５ 耳介
９６ 空洞
Claims (7)
- 検体の外耳道における外部開口部を塞いで該外耳道をほぼ閉鎖された空間構造となる空洞として形成可能に該検体の外耳に装着することのできる筐体部と、
該筐体部に設けられ、該外耳道における血管の脈波情報に基づく脈動性信号を、該脈動性信号に起因する該空洞内を伝播する圧力情報であって、他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが低下している周波数特性を持つ信号として検出するとともに、該外耳道の外部からの音に基づく外来信号を他の周波数領域よりも低周波数領域においてゲインが上昇している周波数特性を持つ信号として検出する内部センサと、
該外耳道の外部の音を集音する外部センサとが設けられた検体情報検出装置を備えるとともに、
該外部センサからの信号に対して、上記の内部センサにより検出される外来信号の周波数特性に相当する特性を持たせるように、該低周波数領域のゲインを増幅させる漏れ補正処理を施す漏れ補正処理部と、
該内部センサからの信号から上記の漏れ補正処理部により処理された信号を減算する減算処理を施す減算処理部と、
上記の減算処理部により処理された信号に対して、上記の内部センサにより検出される信号の周波数特性における低周波領域のゲインの低下を補償するように、該低周波領域のゲインを増幅させる波形等化処理を施す波形等化処理部とを備える
ことを特徴とする、検体情報処理装置。 - 上記の血管の脈波情報が検出される周波数帯域である脈波情報検出帯域が、上記のゲインが低下している低周波領域に含まれ、
上記の漏れ補正処理部による漏れ補正処理が、
該外部センサからの信号について、
該脈波情報検出帯域より大きい周波数成分を通過させて、
該脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させる処理であり、
上記の波形等化処理部による波形等化処理が、
上記減算処理部により処理された信号について、
該脈波情報検出帯域より高い周波数成分を通過させて、
該脈波情報検出帯域の周波数成分のゲインを周波数の減少とともに漸増させる処理であり、
該漏れ補正処理におけるゲインの漸増の程度と該波形等化処理におけるゲインの漸増の程度とが等しい
ことを特徴とする、請求項１記載の検体情報処理装置。 - 上記の漏れ補正処理部による漏れ補正処理において、該外部センサからの信号について、該脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させ、
上記の波形等化処理部による波形等化処理において、上記減算処理部により処理された信号について、該脈波情報検出帯域より低い周波数成分のゲインを増幅させ、
該漏れ補正処理におけるゲインの増幅の大きさと該波形等化処理におけるゲインの増幅の大きさとが等しい
ことを特徴とする、請求項２記載の検体情報処理装置。 - 上記の波形等化処理部により処理された信号について、該脈波情報の有する周波数帯域で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なう周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理部を備えて構成された
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の検体情報処理装置。 - 上記の波形等化処理部により処理された信号、または上記の周波数補正処理部により処理された信号について、該脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調処理を施すことにより、該検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す抽出処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。 - 該内部センサ及び該外部センサが、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで構成されたコンデンサマイクである
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の検体情報検出装置。 - 該内部センサが、入力された電気信号に応じて該空洞内を伝播する圧力情報として空気振動を生じさせるスピーカーとして機能する
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の検体情報検出装置。
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