JP7024768B2 - 生体情報取得装置、生体情報取得方法及びプログラム - Google Patents
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Description
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得手段と、
想定される最小の心拍間隔の2倍の時間幅の時間窓を第1の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第1の時間窓の中の振幅の最大値を検出し、検出された前記最大値に対応するタイミングが前記着目タイミングである場合、前記最大値に対応するタイミングを暫定拍動タイミングとして抽出する暫定拍動タイミング抽出手段と、
前記対象の体幹の固有振動数の逆数以下の時間幅の時間窓を第2の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第2の時間窓の中の振幅の最大値を抽出し、抽出された前記最大値が所定の閾値以上の値であり、前記最大値に対応するタイミングが前記第2の時間窓の端のタイミングでないものを、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる修正用ピークタイミングとして複数取得する修正用ピークタイミング取得手段と、
前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正手段と、
前記修正手段が修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心拍間隔を取得する生体情報取得手段と、
を備える。
第1の実施形態に係る生体情報取得装置100は、心弾動図(BCG:Ballistocardiogram)波形から、生体情報として被験者の心拍間隔を取得する装置である。図1に示すように、生体情報取得装置100は、機能構成として、制御部10と、記憶部20と、センサ部30と、入力部41と、出力部42と、通信部43と、を備える。
第1の実施形態では、離散最適化処理(図6)において、全ての暫定拍動タイミングをその振幅値によらずに同等に扱ったが、振幅が大きい心拍の暫定拍動タイミングは正しい拍動タイミングである可能性がより高いと考えることもできる。この考え方に基づいて離散最適化処理を変更した第2の実施形態について説明する。
評価値D=拍間隔前後差÷振幅調整値 …(1)
ただし、拍間隔前後差は第1の実施形態で説明したものと同じものである。また、振幅調整値とは、着目している暫定拍動タイミングでの心弾動図波形の振幅値に、調整係数Kを乗算した値である。調整係数Kの値は、例えば、全ての暫定拍動タイミングでの振幅値の平均値の逆数である。
上記第2の実施形態では、評価値Dを求める式(1)において、振幅調整値を「着目している暫定拍動タイミングでの心弾動図波形の振幅値に、調整係数Kを乗算した値」としていたが、振幅調整値はこれに限られない。例えば、振幅調整値を、着目している暫定拍動タイミングでの心弾動図波形の振幅値と、当該暫定拍動タイミングに隣り合う修正用ピークタイミングでの心弾動図波形の振幅値と、の差分としてもよい。もっとも隣り合う修正用ピークタイミングでの振幅値は着目している暫定拍動タイミングの両側(直前と直後)にあるので、この差分は2つ求められることになる。そこで、この2つの差分の平均値を振幅調整値としてもよいし、2つの差分のうち大きい方を振幅調整値としてもよいし、2つの差分のうち小さい方を振幅調整値としてもよい。また、この差分(平均値、最大値、最小値のいずれについても)に調整係数Lをかけたものを振幅調整値としてもよい。ここで、調整係数Lの値としては、例えば、心弾動図波形上で、修正用ピークタイミングでの振幅値と、当該修正用ピークタイミングの直後の修正用ピークタイミングでの振幅値と、の差分を、全ての修正用ピークタイミングについて平均し、求めた平均値の逆数が調整係数Lの値である。
上述の実施形態では、心拍間隔取得処理(図4)のステップS105において、着目タイミングにおけるの暫定拍間隔と近傍拍間隔平均との比に基づいて、暫定拍動タイミングの追加及び削除を行っていた。しかし、着目タイミングにおける暫定拍間隔と対比される代表値は近傍拍間隔平均に限られない。例えば、着目タイミングにおけるの暫定拍間隔と近傍拍間隔中央値(着目タイミングの近傍における暫定拍間隔の中央値)との比に基づいて、暫定拍動タイミングの追加及び削除を行ってもよい。着目タイミングの近傍における暫定拍間隔の平均値や中央値のことを、近傍拍間隔代表値ともいう。
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得手段と、
前記波形取得手段が取得した波形信号から、前記対象の心臓の拍動が発生した時のタイミングである拍動タイミングの暫定値である暫定拍動タイミングを、第1の時間窓に基づいて抽出する暫定拍動タイミング抽出手段と、
前記波形取得手段が取得した波形信号から、前記第1の時間窓よりも時間長が短い第2の時間窓に基づいて、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる複数の修正用ピークタイミングを取得する修正用ピークタイミング取得手段と、
前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正手段と、
前記修正手段が修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心臓の拍動に関する生体情報を取得する生体情報取得手段と、
を備える生体情報取得装置。
前記暫定拍動タイミング抽出手段は、前記波形取得手段が取得した波形から、前記第1の時間窓を用いて振幅の第1の最大値を検出し、検出された前記第1の最大値に対応するタイミングが前記第1の時間窓の中央のタイミングであるなら、前記第1の最大値に対応するタイミングを前記暫定拍動タイミングとして抽出する、
付記1に記載の生体情報取得装置。
前記修正用ピークタイミング取得手段は、前記波形取得手段が取得した波形から、前記対象の固有振動数の逆数以下の時間幅の前記第2の時間窓を用いて振幅の第2の最大値を検出し、前記第2の最大値に対応するタイミングを前記修正用ピークタイミングとして取得する、
付記1又は2に記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングに基づいて前記暫定拍動タイミングから次の暫定拍動タイミングまでの時間を暫定拍間隔として算出し、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングの各々について、
前記暫定拍動タイミングの近傍の複数の前記暫定拍間隔の代表値である近傍拍間隔代表値を算出し、
前記暫定拍間隔と前記近傍拍間隔代表値との乖離度合に基づき、前記暫定拍動タイミングを追加したり削除したりする、
付記1から3のいずれか1つに記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記暫定拍間隔が前記近傍拍間隔代表値の第1基準値倍以上となる前記暫定拍動タイミングが存在するなら、前記暫定拍動タイミングと前記次の暫定拍動タイミングとの間に、新たな暫定拍動タイミングを追加する、
付記4に記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記暫定拍間隔が前記近傍拍間隔代表値の第2基準値倍未満となる前記暫定拍動タイミングが存在するなら、前記暫定拍動タイミング又は、前記暫定拍動タイミングの次の暫定拍動タイミングを削除する、
付記4に記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングの各々について、前記暫定拍動タイミングの直前の暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングまでの時間と、前記暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングの直後の暫定拍動タイミングまでの時間と、の乖離度合を表す拍間隔前後差を算出し、
前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正する、
付記1から6のいずれか1つに記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングの各々について、前記暫定拍動タイミングの直前の暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングまでの時間と、前記暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングの直後の暫定拍動タイミングまでの時間と、の乖離度合を表す拍間隔前後差を算出し、
前記拍間隔前後差に基づいて、又は、前記拍間隔前後差と、前記暫定拍動タイミングでの振幅値と、に基づいて、評価値を算出し、
前記評価値が所定の閾値以上の場合に前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正する、
付記1から6のいずれか1つに記載の生体情報取得装置。
前記修正手段は、
前記評価値が前記所定の閾値より小さい場合は前記拍間隔前後差が小さくなったと判断して前記暫定拍動タイミングを修正せず、
前記評価値が前記所定の閾値以上の場合に、前記評価値が大きい前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正する、
付記8に記載の生体情報取得装置。
前記対象は人間であり、
前記心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号は心弾動図波形を表す心弾動信号であり、
前記生体情報は心拍間隔である、
付記1から9のいずれか1つに記載の生体情報取得装置。
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得ステップと、
前記波形取得ステップで取得した波形信号から、前記対象の心臓の拍動が発生した時のタイミングである拍動タイミングの暫定値である暫定拍動タイミングを、第1の時間窓に基づいて抽出する暫定拍動タイミング抽出ステップと、
前記波形取得ステップで取得した波形信号から、前記第1の時間窓よりも時間長が短い第2の時間窓に基づいて、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる複数の修正用ピークタイミングを取得する修正用ピークタイミング取得ステップと、
前記修正用ピークタイミング取得ステップで取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出ステップで抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正ステップと、
前記修正ステップで修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心臓の拍動に関する生体情報を取得する生体情報取得ステップと、
を備える生体情報取得方法。
コンピュータに、
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得ステップ、
前記波形取得ステップで取得した波形信号から、前記対象の心臓の拍動が発生した時のタイミングである拍動タイミングの暫定値である暫定拍動タイミングを、第1の時間窓に基づいて抽出する暫定拍動タイミング抽出ステップ、
前記波形取得ステップで取得した波形信号から、前記第1の時間窓よりも時間長が短い第2の時間窓に基づいて、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる複数の修正用ピークタイミングを取得する修正用ピークタイミング取得ステップ、
前記修正用ピークタイミング取得ステップで取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出ステップで抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正ステップ、及び、
前記修正ステップで修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心臓の拍動に関する生体情報を取得する生体情報取得ステップ、
を実行させるためのプログラム。
Claims (10)
- 対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得手段と、
想定される最小の心拍間隔の2倍の時間幅の時間窓を第1の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第1の時間窓の中の振幅の最大値を検出し、検出された前記最大値に対応するタイミングが前記着目タイミングである場合、前記最大値に対応するタイミングを暫定拍動タイミングとして抽出する暫定拍動タイミング抽出手段と、
前記対象の体幹の固有振動数の逆数以下の時間幅の時間窓を第2の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第2の時間窓の中の振幅の最大値を抽出し、抽出された前記最大値が所定の閾値以上の値であり、前記最大値に対応するタイミングが前記第2の時間窓の端のタイミングでないものを、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる修正用ピークタイミングとして複数取得する修正用ピークタイミング取得手段と、
前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正手段と、
前記修正手段が修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心拍間隔を取得する生体情報取得手段と、
を備えることを特徴とする生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングに基づいて前記暫定拍動タイミングから次の暫定拍動タイミングまでの時間を暫定拍間隔として取得するとともに、前記暫定拍動タイミングの各々について前記暫定拍動タイミングの近傍の複数の前記暫定拍間隔の代表値である近傍拍間隔代表値を取得し、前記暫定拍間隔と前記近傍拍間隔代表値との乖離度合に基づき、前記暫定拍動タイミングを追加又は削除することを特徴とする、
請求項1に記載の生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記暫定拍間隔が前記近傍拍間隔代表値の第1基準値倍以上となる前記暫定拍動タイミングが存在する場合、前記暫定拍動タイミングと前記次の暫定拍動タイミングとの間に、新たな暫定拍動タイミングを追加することを特徴とする、
請求項2に記載の生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記暫定拍間隔が前記近傍拍間隔代表値の第2基準値倍未満となる前記暫定拍動タイミングが存在する場合、前記暫定拍動タイミング又は前記暫定拍動タイミングの次の暫定拍動タイミングを削除することを特徴とする、
請求項2に記載の生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングの各々について、前記暫定拍動タイミングの直前の暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングまでの時間と、前記暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングの直後の暫定拍動タイミングまでの時間と、の乖離度合を表す拍間隔前後差を取得し、前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正することを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングの各々について、前記暫定拍動タイミングの直前の暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングまでの時間と、前記暫定拍動タイミングから前記暫定拍動タイミングの直後の暫定拍動タイミングまでの時間と、の乖離度合を表す拍間隔前後差を取得し、
前記拍間隔前後差に基づいて、又は、前記拍間隔前後差と前記暫定拍動タイミングでの振幅値とに基づいて、評価値を取得し、
前記評価値が所定の閾値以上の場合に前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正することを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の生体情報取得装置。 - 前記修正手段は、
前記評価値が前記所定の閾値より小さい場合は前記拍間隔前後差が小さくなったと判断して前記暫定拍動タイミングを修正せず、
前記評価値が前記所定の閾値以上の場合に、前記評価値が大きい前記暫定拍動タイミングを、前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングを用いて、前記拍間隔前後差が小さくなるように修正することを特徴とする、
請求項6に記載の生体情報取得装置。 - 前記対象は人間であり、
前記心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号は心弾動図波形を表す心弾動信号であることを特徴とする、
請求項1から7のいずれか1項に記載の生体情報取得装置。 - 生体情報取得装置が実行する生体情報取得方法であって、
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得ステップと、
想定される最小の心拍間隔の2倍の時間幅の時間窓を第1の時間窓とし、前記波形取得ステップにて取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第1の時間窓の中の振幅の最大値を検出し、検出された前記最大値に対応するタイミングが前記着目タイミングである場合、前記最大値に対応するタイミングを暫定拍動タイミングとして抽出する暫定拍動タイミング抽出ステップと、
前記対象の体幹の固有振動数の逆数以下の時間幅の時間窓を第2の時間窓とし、前記波形取得ステップにて取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第2の時間窓の中の振幅の最大値を抽出し、抽出された前記最大値が所定の閾値以上の値であり、前記最大値に対応するタイミングが前記第2の時間窓の端のタイミングでないものを、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる修正用ピークタイミングとして複数取得する修正用ピークタイミング取得ステップと、
前記修正用ピークタイミング取得ステップにて取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出ステップにて抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正ステップと、
前記修正ステップにて修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心拍間隔を取得する生体情報取得ステップと、
を含むことを特徴とする生体情報取得方法。 - コンピュータを、
対象の心臓の拍動に起因した振動を表す波形信号を取得する波形取得手段、
想定される最小の心拍間隔の2倍の時間幅の時間窓を第1の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第1の時間窓の中の振幅の最大値を検出し、検出された前記最大値に対応するタイミングが前記着目タイミングである場合、前記最大値に対応するタイミングを暫定拍動タイミングとして抽出する暫定拍動タイミング抽出手段、
前記対象の体幹の固有振動数の逆数以下の時間幅の時間窓を第2の時間窓とし、前記波形取得手段が取得した波形信号を時間方向にずらしながら着目タイミングを中心とする前記第2の時間窓の中の振幅の最大値を抽出し、抽出された前記最大値が所定の閾値以上の値であり、前記最大値に対応するタイミングが前記第2の時間窓の端のタイミングでないものを、前記暫定拍動タイミングを修正する際の離散的な修正単位となる修正用ピークタイミングとして複数取得する修正用ピークタイミング取得手段、
前記修正用ピークタイミング取得手段が取得した修正用ピークタイミングに基づいて、前記暫定拍動タイミング抽出手段が抽出した暫定拍動タイミングを最終的な拍動タイミングに修正する修正手段、
前記修正手段が修正した拍動タイミングに基づいて、前記対象の心拍間隔を取得する生体情報取得手段、
として機能させるためのプログラム。
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