JPS63246136A - 脈拍数決定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、マイクロプロセッサを用いた携帯用の脈拍モ
ニタ装置において容易に実行され得る脈拍数決定方法お
よびそれを実施するための脈拍数決定装置に関するもの
である。

従来技術 生体においては、脈拍数は医学的に重要な情報であるが
、この脈拍数を決定するに際しては、不整脈やアーティ
ファクトなどの発生に起因して正確な測定結果が得られ
ないことが多い。たとえば、異常な脈拍（ノイズ）が誤
って検出された場合には、決定された脈拍数が異常に高
くなってしまい、また有効な脈拍を検出し得なかった場
合には、決定された脈拍数が異常に低くなってしまう。

従来の脈拍数決定装置においては、予め定められた一定
の測定期間内で測定された脈拍を単に平均したものが脈
拍数として表示されるので上述のような不都合が発生し
易く、異常な脈拍データを除去するための効果的な手段
は得られなかった。

これに対して、本発明の脈拍数決定方法および装置によ
れば、不整脈やアーティファクトのような異常な脈拍デ
ータの影響を最小限に抑制するための効果的な手段が提
供されるのである。

発明の要旨 本発明の脈拍測定方法および装置では、２つの段階に分
けて脈拍数測定が実行される。第１段階においては、脈
拍の脈拍間隔が決定されるとともに、第２段階において
は、第１段階において得られたデータに基づいて脈拍数
が表示されるのである。すなわち、第１段階においては
、トランスジューサなどから検出される脈拍に同期した
パルス列、すなわち脈拍パルスに基づいて脈拍数分布を
形成するためのアルゴリズムが実行される。このパルス
列においては、有効パルスと共に、モーシコンアーティ
ファクト、カフのずれおよび外部からの他のノイズに起
因して発生する異常信号も時系列的に配列される。そし
て、このようなパルス列に基づいて以下の■から■の処
理が実行されることにより、脈拍数分布が形成される。

■　脈拍パルスの発生に基づいて有効パルスのデータ番
号を表す整数列を算出する。

■　各有効パルス間隔に基づいて脈拍数をそれぞれ算出
する。

■　算出された一群の脈拍数の度数分布を脈拍数分布と
して記憶する。

また、第２段階においては、上述のように形成された脈
拍数分布内が検索されて、パルスの発生頻度が最高とな
る最高頻度領域が位ヱづけされる。

そして、この最高頻度領域内における一群の脈拍数が平
均化されることにより、脈拍数が決定されるのである。

本発明の脈拍数決定方法は、２つの方式で実行され得る
ものである。一方の方式では、時間枠に関係なく一定数
の脈拍パルスが記憶されるようになっている。また、他
方の方式では、脈拍検出の時間枠が固定されており、記
憶されるパルス数が変化する。両方式とも、パルス間隔
が脈拍数分布を形成するのに用いられるのである。

すなわち、本発明の脈拍数決定方法および装置において
は、脈拍数が算出されるより前に大量の異常信号が除去
されることにより、上述した従来からの問題点が解決さ
れるのである。また、脈拍数分布を形成するためのアル
ゴリズムにおいては、脈拍データを構成するデータポイ
ントのデータ番号を表す整数列に基づいて脈拍数分布が
形成されるので、脈拍数の決定に要するデータの記憶量
および処理時間が必要最小限とされるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本実施例の脈拍数決定装置１０が生体に装着
された状態を示す図である。この脈拍数決定装置１０に
おいては、後述するように、比較的低速で作動し且つ必
要最小限の記憶量のみを有するマイクロプロセッサ２０
により実行される有効データ処理アルゴリズムが用いら
れるため、装置が非常に小型となって生体に対してベル
トあるいは肩ひもＳにより支持され得るのである。生体
の脈拍に対応する圧力は、血管から圧力が伝達される圧
カドランスジューサ１４により測定されるが、この圧力
測定には圧迫カフなどが用いられる。

また、たとえば末梢の車量測定法などに基づく指尖脈波
検出用光学トランスジューサが用いられて脈拍データが
検出されても良い。本実施例においては、図中示すよう
に、圧カドランスジューサ１４は生体の指に装着されて
いるが、他の位置にも装着することができるのは周知で
ある。

第２図は、脈拍数決定装置１０の構成を説明するブロッ
ク線図である。圧カドランスジューサ１４からは、生体
の血管内の脈動変化成分に対応するアナログ出力信号が
出力される。このアナログ出力信号が配管１２を介して
バンドパスフィルタ１６を通過することにより、脈拍数
を決定するための脈波（心拍に同期して発生する圧力変
動波）成分が弁別され、その脈波成分を表す信号が、Ａ
／Ｄ変換器１８を介してマイクロプロセッサ２０に供給
される。マイクロプロセッサ２０においては、上記のよ
うに入力された脈波データがデータ記憶装置２２内に順
次記憶されるとともに、プログラム記憶装置２４に予め
記憶されたプログラムに従って処理される。なお、上記
脈波データは、Ａ／Ｄ変換器１８におけるサンプリング
周期に基づく細かなデータポイントの連なりにより構成
される。

マイクロプロセッサ２０は比較的低速で且つ記憶量が限
定されているので、マイクロプロセッサ２０のデータ処
理ルーチンにおいては、専ら整数の演算および比較が行
われる。マイクロプロセッサ２０のプログラムでは、圧
カドランスジューサ１４から出力されるアナログ脈波信
号を表す不連続の整数である脈波データが処理される。

また、上記データ処理アルゴリズムを用いると、マイク
ロプロセッサ２０および各記憶装置にとって極めて効率
的であり、異常パルスや他の異常なデータ信号の影響が
効果的に最小限に抑制される。このデータ処理アルゴリ
ズムの各工程は以下に説明される。

データ処理アルゴリズムの第１段階においては、バンド
パスフィルタ１６により濾波された脈波の各データポイ
ントに対応するデータ番号に基づいて各データポイント
の大きさを示す整数データ列が形成されるとともに、そ
れ等整数データから脈波の立ち上がり位置或いは脈波の
ピー゛り位置に対応するデータ番号が脈波パルスの発生
時点として読み取られる。このように読み取られた脈波
の立ち上がり或いは脈波のピーク時点に対応した整数デ
ータ列には、前述したように、異常パルスも含まれてい
る。かかる整数データ列においては、脈波パルスの発生
時間はそれに対応するデータ番号とサンプリング周期と
を乗じることにより算出される。たとえば、データポイ
ントのサンプリング率が１秒間に２５０個すなわち２５
０　ｆｉｚの場合にはサンプリング周期はｄ　ｍａとな
るので、このサンプリング周期とデータ番号とを乗算し
て発生時間を求め、且つ隣接する脈波の発生時間差を求
めることにより脈波発生周期が求められる。本実施例で
は、各脈波間の間隔がデータ番号の大きさの差により求
められることにより脈拍数が算出される。

すなわち、たとえば脈波パルス１がデータ番号１０であ
りまた脈波パルス２がデータ番号１８９である場合、そ
れらの脈波パルス１および脈波パルス２の間には１７９
個のデータポイントが存在することとなり、次式に示す
ように、１分光たりの脈拍の数すなわち脈拍数が８３．
８　ｐｐｍ（ｐｕｌｓｅ　ｐｅｒｍ　ｉｎｕ　ｔｅ）　
　と算出される。

（２５０ｘ６０）／　（１８９−１０）＝８３．８そし
て、この脈拍数８３．８　ｐｐｍが求められた前記整数
データ列において次の脈波パルス発生間隔を求めるため
に次のデータ番号がさらに読み取られ、順次脈拍数が算
出されるのである。なお、以上のように算出された脈拍
数の小数部は、演算の効率を維持するために切り捨てら
れる。しかしながら、上記データ処理アルゴリズムは、
いくつか演算式を追加してより複雑な端数の丸めを行う
ように変更され得る。第５図は脈波を構成する各データ
ポイントの例を示しており、第６図は脈波のピークに対
応するデータポイント位置における脈波パルスの例を示
している。

上述のような脈拍数の算出のためのデータ処理は、脈波
パルス１および脈波パルス２の場合と同　　・様に、続
く脈波パルス２．脈波パルス３．脈波パルス４・・・・
・の各脈波パルス間隔においても繰り返されるが、上記
のようなデータ処理を用いてｎ個の脈波パルス間の間隔
から（ｎ−１）個の脈拍数が算出された後、度数分布を
示す脈拍数分布として記憶される。なお、本実施例にお
いては、予め定められた４０乃至１８０ｐｐｍの脈拍数
の領域内に存在する脈拍数のみが脈拍数分布を構成する
。これにより、異常な人力データ（ノイズ）に基づく脈
拍数が除去される。

このようにして脈拍数分布が求められると、次にデータ
処理アルゴリズムの第２段階が実行されて、ウィンドウ
内のサンプリングにより脈拍数の発生頻度が最高である
最高頻度領域が決定される。

この最高頻度領域は、脈拍数分布においてサンプリング
ウィンドウ内で最多の脈拍数発生度数を有する位置とさ
れる。なお、等しい頻度を有する領域が２つある場合に
は、その脈拍数の低い方の領域が選択される。これは、
脈波パルスが欠落されるよりもノイズなどにより脈波パ
ルスが増加させられることの方がより一般的に発生する
ためである。′このようにして最高頻度領域が決定され
ると、この領域内の脈拍数の平均値が算出されて脈拍数
として表示装置２６により表示される。

以下に、上記データ処理プログラムの作動を第３図ａ、
第３図す、および第３図Ｃのフローチャートに従って説
明する。

第３図ａに示すステップ１００乃至ステップ１）２にお
いては、脈拍数分布が形成される。先ず、ステップ１０
０では、脈拍数分布を形成するための前記整数データが
記憶される記憶領域（整数データ列）が初期化されて零
とされ、ステップ１０２においては、ループカウンタの
計数内容ｉが初期化されるとともに脈拍数を算出する基
礎となる所望の脈波パルスの数（脈拍データの長さ、す
なわち整数データのデータポイント数）が設定される。

続くステップ１０４においては、現在の脈波パルスと直
前の脈波パルスとの間の時間間隔が算出され、この脈波
パルス間隔に基づいて脈拍数が求められる。前述のよう
に、ステップ１０４において求められた脈拍数の値の小
数部分は切り捨てられるが、さらに処理工程を加えてよ
り複雑な端数の丸めが行われても良い。ステップ１０６
では、ステップ１０４において算出された脈拍数が予め
定められた制限領域すなわち４０乃至１８０ｐｐｍ内に
あるか否かが判断される。脈拍数がこの制限領域内にあ
るすなわち正常であると判断された場合には、ステップ
１０８にて脈拍数カウンタの計数内容が１つ加算される
とともに、脈拍数が脈拍数分布を記憶するための所定の
記憶領域内に記憶される。また、ステップ１０６の判断
が否定されると、ステップ１）０においてループカウン
タの計数内容ｉに「１」が加算された後、その計数内容
ｉが続くステップ１）２においてステップ１０２にて設
定された設定数と比較されることにより、読み取られた
パルスが全て処理されたか否かが判断される。ｉが設定
数より少ないか或いは同じである場合にはステップ１０
４以下の作動が再び実行されるが、ｉが設定パルス数を
超えて設定された全ての脈波パルスの処理が終了したと
判断されると、脈拍数分布の形成も終了したと判断され
て、脈拍数の最高頻度領域の決定が開始される。

脈拍数の最高頻度領域は、第３図すに示すステップ１）
４乃至ステップ１３０において決定される。ステップ１
）４においては、前記ループカウンタの計数内容ｉ、お
よびウィンドウ内の脈拍数の総和を示す総和変数ＳＵＭ
が初期化されて零となるとともに、ウィンドウの寸法Ｗ
が設定される。

このウィンドウ寸法Ｗは、かなり広い範囲で変化するも
のであるが、通常はデータ番号５から２０までの範囲と
されており、本実施例においては９と設定されている。

続いて、ステップ１）６が実行されると、計数内容ｉが
ウィンドウ寸法Ｗと比較されて、予め定められたウィン
ドウ寸法Ｗの設定範囲を充足させる数の脈拍数データ、
すなわちデータ番号Ｏから８までの９個の脈拍数データ
が処理されたか否かが判断される。この場合のループカ
ウンタの計数内容ｉは、第４図の脈拍数分布の横軸上に
おいて順次配列された度数データ毎の計数値であり、ま
た上記データ番号はその度数データ個々に順次付されて
いる。このステップ１）６の判断が否定されると、ステ
ップ１）８において合計アルゴリズムが実行され、現在
ウィンドウ内に存在する０から８までの全てのデータ番
号毎の脈拍数データが総和変数ＳＵＭに加算されるとと
もに計数内容ｉに「１」が加算される。このようにして
ステップ１）８の合計アルゴリズムが繰り返し実行され
る過程でステップ１）６の判断が肯定されると、ステッ
プ１２０において演算アルゴリズムが開始される。この
ステップ１２０では、現在ウィンドウ内に存在する脈拍
数分布内のデータポイント中の最大値およびその位置を
決定するために、計数内容ｉにさらに「１」が加算され
てウィンドウの一端がデータ番号１個分移動させられる
とともに、新たなループカウンタの計数内容ｊと最大値
ＭＡＸおよびそのデータ番号ＩＭＡＸとが初期化されて
零とされる。続くステップ１２２では、一端がデータ番
号１個分移動させられたウィンドウ内の全データ、すな
わちデータ番号１乃至９に対応する脈拍数データが合計
され、ステップ１２４において、その合計値ＳＵＭが最
大値ＭＡＸを超えたか否かが判断される。今回のウィン
ドウ内のデータの合計数ＳＵＭが最大値ＭＡＸを超えて
いないと判断された場合には、ステップ１２８が実行さ
れるが、最初は最大値ＭＡＸは零であるので、総和変数
ＳＵＭが最大値ＭＡＸよりも大きいと判断されて、ステ
ップ１２６が実行される。ステップ１２６においては、
今回のデータ合計値ＳＵＭが新たな最大値ＭＡＸとされ
て、その新たな最大値ＭＡＸに対応するデータ番号ＩＭ
ＡＸにカウンタの計数内容ｊが対応させられる。

すなわち、ウィンドウの一端のデータ番号に対応する計
数内容をｉとするウィンドウの他端のデータ番号に対応
する計数内容がｊとされるのである。

続いて、ステップ１２８が実行されて、ループカウンタ
の計数内容であってウィンドウの両端のデータ番号に対
応するｉおよびｊに「１」がそれぞれ加算されることに
より、ウィンドウがデータ番号１つ分移動させられる。

ステップ１３０では、ループカウンタの計数内容ｉが脈
拍数１８０ｐｐｍに対応して予め定められた上限値１４
０と比較される。ｉが上限値を超えていないと判断され
ると、ステップ１２２以下が再び実行されるが、ｉが上
限値を超えたと判断されると、第３図Ｃに示すステップ
１３２乃至ステップ１４０において脈拍数の平均値が算
出される。

ステップ１３２においては、上述のように決定された最
高頻度領域の開始点のデータ番号に対応する計数内容が
ｉ、および終点のデータ番号に対応する計数内容がｊと
されて、データ合計数ＳＵＭが初期化されて零となる。

続いてステップ１３４が実行されて、現在のウィンドウ
内におけるパルス間隔が算出される。このステップ１３
４の演算において、ループカウンタの計数内容ｉは、デ
ータ処理プログラム中の第１段階で決定したように脈拍
数４０乃至１８０に対応する整数列成分０乃至１４０を
得るために、４０ずつ加算される。

ステップ１３６では、計数内容ｉにｒｌＪが加算されて
整数列中の次の位置へ移動させられるとともに、ステッ
プ１３８においては、計数内容ｉが計数内容ｊよりも大
きいか否か、すなわちウィンドウ内の全てのデータポイ
ントが処理されたか否かが判断される。未処理のデータ
があると判断された場合には、ステップ１３４以下が再
び実行されて続くデータポイントが処理されるが、デー
タポイントが全て処理されたと判断されると、ステップ
１４０およびステップ１４２が実行されて、平均脈拍数
が算出されるとともに表示される。ステップ１４０にて
算出された平均脈拍数は、前記ウィンドウ内のパルス間
隔の加重平均値であ北。

第４図は、上述のデータ処理アルゴリズムにより求めら
れた脈拍数分布を表すグラフである。符号には、生体の
脈拍数を測定するために平均化されたパルスの最高頻度
領域を表している。ここで、従来の脈拍数決定装置にお
いては、たとえば、図における脈拍数１）０乃至１２０
の領域内に示すパルスデータのような異常なパルスデー
タ、あるいは脈拍数６０以下の誤ったパルスデータなど
が、正常なパルスデータと共に測定に用いられていた。

これに対し、本実施例によれば、脈拍数を算出する前に
異常なパルス信号が除去されるのでより正確な脈拍数表
示が行われるという効果が得られる。

なお、上述の実施例においては、脈波パルスが発生する
時間枠には関係なく、データ記憶装置２２内に記憶され
た一定数のパルスデータに基づいて脈拍数が決定されて
いたが、脈波パルス発生の時間枠を固定して記憶される
脈波パルス数は変化されるようにしても良い。このよう
な場合においても、脈拍数分布を形成するためにパルス
間隔が用いられる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である脈拍数決定装置が生体
に装着された状態を示す図である。第２図は第１図の脈
拍数決定装置の主な構成部品を示すブロック線図である
。第３図ａ、第３図す、および第３図Ｃは、第１図およ
び第２図の装置におけるパルスデータの脈拍数分布を形
成するためのデータ処理工程、脈拍数分布におけるパル
スの最高頻度領域を決定するためのデータ処理工程、お
よび最高頻度領域が決定されたパルス分布曲線における
平均脈拍数を算出するためのデータ処理工程を、それぞ
れ説明するフローチャートである。 第４図は脈拍数分布を表すグラフである。第５図は脈波
を構成するデータポイントの例、第６図は第５図の脈波
のピークに対応して発生させられる脈波パルスの例をそ
れぞれ示している。 １０：脈拍数決定装置 １４：圧カドランスジューサ（トランスジューサ）出願
人　　コーリン電子株式会社 第１図 第２図 第３図ａ 第３図Ｃ 支Ｗ織響赴聴４ 第５図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体の脈拍数を決定する方法であって、前記生体
   の血管内の脈動変化成分に対応する一連の脈波データを
   構成するデータポイントを検出する脈波データ検出工程
   と、 前記脈波データを処理して前記脈拍数の分布を決定する
   データ処理工程と、 前記脈拍数分布において該脈拍数の発生頻度が最も高い
   最高頻度領域を決定する最高頻度領域決定工程と、 前記最高頻度領域内における脈拍数に基づいて前記生体
   の脈拍数を求める工程と、 を含むことを特徴とする脈拍数決定方法。
2. （２）前記データ処理工程は、前記脈波データのデータ
   ポイントに対応するデータ番号を経時的に配列したデー
   タ列を形成するとともに、該各データ番号に対応する脈
   拍数を算出する工程を含むものである特許請求の範囲第
   １項に記載の脈拍数決定方法。
3. （３）前記最高頻度領域決定工程は、５乃至２０個のデ
   ータ番号に対応する予め定められた幅寸法を有する可動
   ウィンドウを備えた合計アルゴリズムにより前記脈拍数
   分布を読み取る工程を含むものである特許請求の範囲第
   ２項に記載の脈拍数決定方法。
4. （４）前記生体の脈拍数を求める工程は、前記最高頻度
   領域内の脈拍数の平均値を求めるものである特許請求の
   範囲第３項に記載の脈拍数決定方法。
5. （５）生体の脈拍数を決定する脈拍数決定装置であって
   、 前記生体の血管から圧力を伝達されるトランスジューサ
   により該血管内の脈動変化成分に対応する正常な脈波形
   および異常なノイズ波形を含む一連の脈波データを構成
   するデータポイントを検出するデータ検出手段と、 前記脈波データを処理して前記脈動変化成分に対応する
   データ番号を時系列的に配列した脈波データ列を求める
   データ処理手段と、 前記各データ番号毎の脈拍数を算出する脈拍数算出手段
   と、 前記脈拍数の分布を形成する脈拍数分布決定手段と、 前記脈拍数分布において脈拍数の発生頻度が最も高い最
   高頻度領域を決定するとともに、該最高頻度領域から前
   記異常なノイズ波形に基づく脈拍数を除去する最高頻度
   領域決定手段と、 前記最高頻度領域における脈拍数の加重平均値を算出し
   て前記生体の脈拍数を表示する加重平均値算出手段と、 を含むことを特徴とする脈拍数決定装置。
6. （６）前記最高頻度領域決定手段は、予め定めらた幅寸
   法を有する可動ウィンドウにより実行される合計アルゴ
   リズムによって前記脈拍数分布を読み取る手段を含むも
   のである特許請求の範囲第５項に記載の脈拍数決定装置
   。
7. （７）前記可動ウィンドウの幅寸法は５乃至２０個のデ
   ータ番号に対応するものである特許請求の範囲第６項に
   記載の脈拍数決定装置。
8. （８）前記可動ウィンドウの幅寸法は９個のデータ番号
   に対応するものである特許請求の範囲第７項に記載の脈
   拍数決定装置。