TW201739421A - 生物資訊取得裝置 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種生物資訊取得裝置。其中，複數個候選心跳位置提取部(38a~38t)根據規定的特定形狀對振動感測器(VS)的振動信號所含的各波形賦予特徵，從而提取一連串的候選心跳位置。次數分布計算部(39)係對於上述提取出的各個一連串的候選心跳位置，計算心跳間隔的次數分布、心跳間隔變動的次數分布。分布比率計算部(40)係對於計算出的複數個次數分布分別計算最頻分布相對於總次數的分布比率。選定部(41)係以計算出的複數個分布比率作為示出上述一連串的候選心跳位置之正確度的評價指標，來選定上述提取出的複數個一連串的候選心跳位置中的一個。

Description

生物資訊取得裝置

本發明係關於一種生物資訊取得裝置，特別關於一種精度良好地檢測出人的生物資訊的結構。

一直以來，作為生物資訊取得裝置，例如在專利文獻1中公開有下述裝置：對在駕駛車輛時的駕駛者的入眠徵兆進行檢測來監視生物狀態的裝置。

在上述專利文獻1中，具體而言係這樣做的：在汽車座椅的椅背部的整個面上分散布置六個空氣相互不流通的小空氣袋，並且布置一個對位於就座者腰部附近的一個小空氣袋內部的氣壓變動進行測量的感測器，從該感測器測量出的氣壓變動獲得包含就座者的腰部附近的大動脈之脈波的時間序列信號資料，對該時間序列信號資料進行信號處理，由此檢測出作為生物資訊的入眠徵兆。

〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2010-46236號公報

然而，作為受試者的生物資訊，不只是駕駛汽車時的駕駛者的入眠徵兆，人的心跳數的波動或心跳間隔的波動也是重要的指標。就人的心跳來說，在測量該心跳狀態而得到的心電圖中，被稱為R波的較大的脈波之間隔(R-R間隔)的波動係壓力度、自律神經活動度的重要指標。

於是，例如只要在椅子、床上布置振動感測器，並在受試者坐在該椅子上、仰躺在床上的狀態下對與該受試者的心跳相應的振動進行檢測，就能夠從該振動感測器的振動信號取得受試者在清醒時的心跳數或心跳間隔的波動，由此，不需要在受試者身上安裝心電圖檢查用的複數個電極，就能夠容易且在短時間內、而且在受試者不知不覺的情況下不使受試者感到束縛地取得壓力度或自律神經活動度。

在該情況下，由於伴隨著人的心跳產生的振動在體內的胸部、背部、臀部等中傳播，因此與心電圖中的R波相當的、波形較尖銳而陡峭的成分會鈍化。由此，伴隨著人的心跳產生的振動係作為在軀幹發生了諧振的波形被觀測到。此外，由於該振動中含有由受試者的心跳以外的呼吸、身體微動等產生的成分，因此在例如圖12(a)中所示那樣的心電圖的波形中，R波係尖銳而陡峭的波形，相對於此，在利用振動感測器檢測出的圖12(b)所示出的振動信號中，與R波相當的波形的陡峭度變小。

因此，較安全而理想的是：例如，使用帶通濾波器等來提取由振動感測器檢測出的振動信號中的、由心跳引起的軀幹部的諧振頻率(4~10Hz)成分，並根據該提取後的軀幹諧振成分來提取與R波相當的波形。

但是，就利用帶通濾波器等進行的軀幹成分的濾波、提取來說，雖然能夠如圖13(a)所示那樣在軀幹成分提取波形(以實線表示)中找出與R波相當的陡峭的波形，然而視情況而定，也有可能如圖13(b)所示那樣，在濾波後的軀幹成分提取波形中，心跳的特徵衰減或消失，從而難以精度良好地提取與心電圖中的R波相當的波形。在該情況下，就例如圖13(b)所示的軀幹成分提取波形來說，經常發生將位於與R波相當的波形前後的、振幅(或極值)較大的波形錯誤地作為與R波相當的波形提取出來的情況，其結果是該等R波相當波形的間隔(心 跳間隔)的正確性降低。

本發明係鑑於上述問題而完成的，其目的在於：在具備對包含人的心跳的振動信號進行檢測的振動感測器之生物資訊取得裝置中，做到精度良好地從該振動感測器檢測出的振動信號本身或該振動信號的軀幹成分提取波形中提取與心電圖中的R波相當的波形。

為達成上述目的，在本發明中係這樣做：準備複數次與心電圖中的R波相當之心跳波形(候選心跳位置)的提取處理，對於該等提取處理所獲得的各提取處理之一連串的候選心跳位置，以規定的評價指標進行評價，並選定任一個提取處理所獲得的一連串的候選心跳位置。

具體而言，第一樣態的發明之生物資訊取得裝置具備對包含人(S)的心跳之振動進行檢測的檢測單元(VS)，該生物資訊取得裝置用於取得人的生物資訊。所述生物資訊取得裝置具備：複數個候選提取單元(38a~38t)，該等候選提取單元(38a~38t)係以與來自上述檢測單元(VS)的振動信號相關之信號作為對象信號，根據規定的特定形狀來提取一連串的候選心跳位置；分布計算單元(39)，其對於複數個上述候選提取單元(38a~38t)所提取出的各個一連串的候選心跳位置，計算與心跳間隔相關的次數分布；分布比率計算單元(40)，其對於上述分布計算單元所計算出的複數個次數分布，分別計算最頻分布相對於總次數的分布比率；以及選定單元(41)，其以上述分布比率計算單元(40)所計算出的複數個分布比率作為示出上述一連串的候選心跳位置之正確度的評價指標，來選定複數個上述候選提取單元(38a~38t)中的一個候選提取單元所提取出的一連串的候選心跳位置。

在上述第一樣態的發明中，一旦檢測單元檢測出包含人的心跳之振動，複數個候選提取單元就各自提取一連串的候選心跳位置。然後，以評價指標分別對該等一連串的候選心跳位置進行評價，並且選 定單元選定一個候選提取單元所提取出的一連串的候選心跳位置。

此時，次數分布計算單元對於上述各個一連串的候選心跳位置計算與心跳間隔相關的次數分布。在與該心跳間隔相關的次數分布中，在提取出的多數一連串的候選心跳位置係與心電圖中的R波相當之波形位置之情況下，次數分布係集中的，相對於此，將與R波相當之波形的一個以上的相鄰的波形作為候選心跳位置提取出之情況發生得較頻繁時(發生了後述“波形跳躍”時)，次數分布係分散的。如圖7所示，在此時的次數分布中，存在波峰較高的最頻分布和位於最頻分布之左邊、右邊的、波峰較低的分布。在該次數分布中，最頻分布相對於總次數的分布比率示出了上述“波形跳躍”之多寡，並反映了“波形跳躍”的發生頻率。由此，由於計算出的最頻分布的分布比率係表現出了提取出的一連串的候選心跳位置之正確度，若將該最頻分布的分布比率用作為評價指標，就能夠選定高正確度的一連串的候選心跳位置。

第二樣態的發明是這樣的：上述分布計算單元(39)係計算心跳間隔本身的次數分布或心跳間隔的變動的次數分布來作為與上述心跳間隔相關的次數分布。

在第二樣態的發明中，在與心跳間隔相關的次數分布為心跳間隔本身的次數分布之情況下，當對象時間(為了獲得有效的心跳間隔之資料數的期間)較短時，其最頻分布的分布比率成為有效的評價指標。此外，在次數分布為心跳間隔的變動分布之情況下，不管對象時間是長是短，其最頻分布的分布比率都成為有效的評價指標。

第三樣態的發明是這樣的：上述選定單元(41)係選定具有上述分布比率計算單元(40)所計算出的複數個分布比率中最高的分布比率之一連串的候選心跳位置。

在第三樣態的發明中，選定單元係在複數個一連串的候選心跳 位置中，選定最頻分布相對於總次數的分布比率最高的次數分布、亦即將與心電圖中的R波相當的波形作為候選心跳位置提取出之情況最多的一連串的候選心跳位置，因此能夠選定正確度最高的一連串的候選心跳位置。

第四樣態的發明是這樣的：複數個上述候選提取單元(38a~38t)具有第一候選提取單元(38a~38j)和第二候選提取單元(38k~38t)，上述第一候選提取單元(38a~38j)以來自上述檢測單元(VS)的振動信號本身作為對象信號來提取一連串的候選心跳位置，上述第二候選提取單元(38k~38t)對於從來自上述檢測單元(VS)的振動信號提取出軀幹成分而得的軀幹成分提取信號，提取一連串的候選心跳位置。

在第四樣態的發明中，由於作為用來提取一連串的候選心跳位置的對象信號採用了來自檢測單元的振動信號本身以及從該振動信號提取出的軀幹成分提取信號這兩種信號，因此能夠準備多種次數分布相異之一連串的候選心跳位置，從而能夠選定正確度更高的一連串的候選心跳位置。

第五樣態的發明是這樣的：上述複數個候選提取單元(38a~38t)具備振幅提取型的候選提取單元(38a~38d、38g~38j、38k~38n、38q~38t)和極值提取型的候選提取單元(38e、38f、38o、38p)，上述候選提取單元(38a~38d、38g~38j、38k~38n、38q~38t)使用波形之振幅作為上述規定的特定形狀，上述候選提取單元(38e、38f、38o、38p)使用波形之極值作為上述規定的特定形狀。

在第五樣態的發明中，由於至少包含利用波形之振幅來提取候選心跳位置之情況、以及利用波形之極值來提取候選心跳位置之情況，因此能夠準備多種次數分布相異之一連串的候選心跳位置，從而能夠選定正確度更高的一連串的候選心跳位置。

第六樣態的發明是這樣的：上述生物資訊取得裝置具備波動計 算單元(42)和壓力度計算單元(43)，上述波動計算單元(42)根據上述選定單元(41)所選定之一連串的候選心跳位置來計算心跳間隔的波動或心跳間隔變動的波動，上述壓力度計算單元(43)根據上述波動計算單元(42)所計算出的心跳間隔的波動或心跳間隔變動的波動來計算人(S)的壓力度或自律神經活動度。

在第六樣態的發明中，能夠根據檢測出的振動信號來容易地計算、測量出人的壓力度或自律神經活動度。

根據上述第一樣態的發明之生物資訊取得裝置，由於以最頻分布相對於總次數的分布比率作為評價指標，因此能夠獲得高正確度之一連串的候選心跳位置。

根據上述第二樣態的發明，能夠將在心跳間隔本身的次數分布、心跳間隔的變動分布下的最頻分布的分布比率作為評價指標，來獲得高正確度之一連串的候選心跳位置。

根據上述第三樣態的發明，能夠選定將與心電圖中的R波相當之波形作為候選心跳位置提取出之情況最多而正確度最高之一連串的候選心跳位置。

根據上述第四樣態和第五樣態的發明，能夠準備多種次數分布相異之一連串的候選心跳位置，從而選定正確度更高之一連串的候選心跳位置。

根據上述第六樣態的發明，不需要使用心電圖，就能夠容易地計算、測量出人的壓力度或自律神經活動度。

10‧‧‧生物資訊取得裝置

21‧‧‧沙發

31‧‧‧感壓管

35‧‧‧感測器本體

36‧‧‧麥克風

37‧‧‧前處理部

38a~38t‧‧‧候選心跳位置提取部(候選提取單元)

39‧‧‧次數分布計算部(分布計算單元)

40‧‧‧分布比率計算部(分布比率計算單元)

41‧‧‧選定部(選定單元)

42‧‧‧波動計算部(波動計算單元)

43‧‧‧壓力度計算部(壓力度計算單元)

51‧‧‧顯示部

S‧‧‧受試者(人)

VS‧‧‧振動感測器(檢測單元)

圖1係示出本發明之實施方式的生物資訊取得裝置的整體概略結構的圖。

圖2係示出同一生物資訊取得裝置的概略剖面結構的圖。

圖3係示出同一生物資訊取得裝置中具備的感測器本體周圍的概 略結構之方塊圖。

圖4(a)~(j)係示出同一感測器本體中具備的候選心跳位置提取部的提取處理(1~10)的情況之圖。

圖5(a)係正確地提取了候選心跳位置之情況的說明圖，圖5(b)係示出發生了“波形跳躍”之情況的候選心跳位置的圖。

圖6係示出發生了“波形跳躍”之情況的心跳間隔變動分布的圖。

圖7係說明圖，用來說明在心跳間隔變動分布或心跳間隔分布下計算最頻分布相對於總次數的分布比率之情況。

圖8係示出感測器本體的動作之流程圖。

圖9係按每個規定區間示例出了最頻分布的分布比率最佳的次數分布之說明圖。

圖10(a)係示出未發生“波形跳躍”的、良好的情況下的心電圖波形與體動信號之心跳間隔分布圖，圖10(b)係示出在該情況下的心跳間隔變動分布的圖。

圖11(a)係示出發生了“波形跳躍”之情況下的心電圖波形與體動信號之心跳間隔分布圖，圖11(b)係示出在該情況下的心跳間隔變動分布圖。

圖12(a)係示出心電圖波形的圖，圖12(b)係示出振動感測器的振動信號波形的圖。

圖13(a)係示例出能夠良好地從軀幹成分提取信號R波相當波形之情況的圖，圖13(b)係示例出無法良好地提取R波相當波形之情況的圖。

下面，根據圖式詳細說明本發明的實施方式。需要說明的是，以下實施方式是本質上的較佳示例，沒有意圖對本發明、其應用物或其用途之範圍進行限制。

(實施方式)

圖1和圖2示出本發明之實施方式的生物資訊取得裝置的概略結構。

在圖1和圖2中，取得人體之生物資訊的生物資訊取得裝置(10)係對受試者(人)(S)的壓力度或自律神經活動度進行檢測而作為生物資訊取得該壓力度或自律神經活動度。生物資訊取得裝置(10)係從受試者(S)的包含心跳振動在內的體動取得心跳間隔的波動或心跳間隔變動的波動，由此計算出受試者(S)的壓力度或自律神經活動度。

如圖1和圖2所示，生物資訊取得裝置(10)具備沙發組(20)、資訊取得單元(30)、信號輸出部(45)和平板終端(50)。

沙發組(20)具備單人用沙發(21)、布置在沙發(21)前側的腳凳(ottoman)(26)。沙發(21)和腳凳(26)的本體表面被合成皮革(20a)(例如聚氨酯製皮革)覆蓋住。

沙發(21)具備坐部(22)、形成在坐部(22)後側的椅背部(23)、支承沙發(21)的四隻腳部(24)。

坐部(22)以其表面越靠後方(椅背部(23)側)就越接近下方的方式傾斜著。受試者(S)的臀部和大腿部相應地位於坐部(22)上。受試者(S)的背部和頭部相應地位於椅背部(23)上。椅背部(23)以其表面越靠後方就越接近上方的方式傾斜著。亦即，沙發(21)的坐部(22)和椅背部(23)呈大致V字形。在椅背部(23)的上部中的與受試者(S)的頭部相對應之位置安裝有軟墊(cushion)(25)。

腳凳(26)形成為上表面呈大致正方形之長方體狀，腳凳(26)被四隻腳部(27)支承著。在腳凳(26)的上表面上形成有供受試者(S)的腳部擱放的擱腳面(28)。

如圖2所示，資訊取得單元(30)具備感壓管(pressure-sensitive tube)(31)和感測器本體(35)。

感壓管(31)構成承受由受試者(S)的體動產生的壓力之感壓部。感壓管(31)係由內徑約為4mm之樹脂製(例如氯乙烯製)的管構成的。感壓管(31)的一端被密封住。感壓管(31)的另一端經由連接部(33)與感測器本體(35)相連接。感壓管(31)的中間部構成布置在沙發(21)之坐部(22)的表面附近的感壓部本體(管本體(34))。

如圖1和圖2所示，管本體(34)布置在沙發(21)之坐部(22)的表面附近。管本體(34)係沿著坐部(22)之寬度方向(左右方向)筆直地延伸著。管本體(34)位於比坐部(22)的前後方向上的中間部稍微靠後側之處。

如圖3所示，在感測器本體(35)中設有用來對感壓管(31)之內壓進行檢測的麥克風(36)。麥克風(36)受到感壓管(31)之內壓的作用而輸出壓力信號。與上述感壓管(31)之內壓相應的麥克風(36)的壓力信號係與受試者(S)之體動相應的振動信號，該振動信號係如圖12(b)所示那樣的信號波形。

由上述感壓管(31)和麥克風(36)構成對與受試者(S)之體動相應的振動信號進行檢測的振動感測器(檢測單元)(VS)。

如圖2所示，資訊取得單元(30)的感測器本體(35)係經由纜線(例如USB纜線(46))與信號輸出部(45)相連接。信號輸出部(45)構成為以無線的方式向平板終端(50)輸出從感測器本體(35)傳輸過來的信號(例如後述之心跳間隔、壓力度等)。需要說明的是，信號輸出部(45)亦可以不是利用無線的方式而是利用有線的方式來輸出規定的信號。平板終端(50)具有顯示部(51)，該顯示部(51)用來顯示由上述感測器本體(35)計算出的壓力度等。

如圖3所示，感測器本體(35)具備前處理部(37)、二十個候選心跳位置提取部(38a~38t)、次數分布計算部(39)、分布比率計算部(40)、選定部(41)、波動計算部(42)、壓力度計算部(43)以及存儲部(44)。

接下來，對上述感測器本體(35)之內部結構的詳細情況進行說明。在感測器本體(35)中，前處理部(37)係使用帶通濾波器對從麥克風(36)輸出的振動信號提取由受試者(S)的心跳引起的軀幹部的諧振頻率(4~10Hz)成分，從而得到軀幹成分提取信號。

此外，二十個候選心跳位置提取部(38a~38t)中的十個候選心跳位置提取部(38a~38j)係接收從上述麥克風(36)輸出的振動信號本身即體動信號，而其他的十個候選心跳位置提取部(38k~38t)係接收從上述前處理部(37)輸出的軀幹成分提取信號。該等二十個候選心跳位置提取部(候選提取單元)(38a~38t)係以接收的信號作為對象信號，對該對象信號中所含的各波形進行預先定好的特徵賦予，並進行與心電圖中的R波相當的振動波形之提取處理，從而提取一連串的候選心跳位置。

在圖4(a)~圖4(j)中示出上述二十個候選心跳位置提取部(38a~38t)之提取處理的狀況。如圖4(a)所示，候選心跳位置提取部(38a、38k)之提取處理(1)係以信號中的每一波形(在圖4(a)中以粗線示例出一個波形)之波峰的平均振幅Aa(波峰的上升側的振幅Au與波峰的下降側的振幅Ad之平均值((Au+Ad)/2))來對該波形賦予特徵。如圖4(b)所示，候選心跳位置提取部(38b、38l)之提取處理(2)係以信號中的每一波形之波谷的平均振幅Av(波谷的下降側的振幅Ad與波谷的上升側的振幅Au之平均值((Ad+Au)/2))來賦予特徵。

此外，如圖4(c)所示，候選心跳位置提取部(38c、38m)之提取處理(3)係以信號中的每一波形之波峰的上升側的振幅Au來賦予特徵；如圖4(d)所示，候選心跳位置提取部(38d、38n)之提取處理(4)係以信號中的每一波形之波谷的下降側的振幅Ad來賦予特徵；如圖4(e)所示，候選心跳位置提取部(38e、38o)之提取處理(5)係以信號中的每一波形之極大Mb來賦予特徵；如圖4(f)所示，候選心跳位置提取部 (38f、38p)之提取處理(6)係以信號中的每一波形之極小Ms來賦予特徵。

再者，如圖4(g)所示，候選心跳位置提取部(38g、38q)之提取處理(7)係以信號中的相鄰兩個波峰之波形的平均振幅Aan-1和Aan之差值(Aan減Aan-1)、亦即相連的兩個波峰之波形的振幅變化來對波形賦予特徵。此外，如圖4(h)所示，候選心跳位置提取部(38h、38r)之提取處理(8)係以信號中的相鄰兩個波谷之波形的平均振幅Avn-1和Avn之差值(Avn減Avn-1)、亦即相連的兩個波谷之波形的振幅變化來賦予特徵；如圖4(i)所示，候選心跳位置提取部(38i、38s)之提取處理(9)係以信號中的相鄰兩個波峰之上升側的振幅Aun-1和Aun之差值(Aun減Aun-1)來賦予特徵；如圖4(j)所示，候選心跳位置提取部(38j、38t)之提取處理(10)係以信號中的相鄰兩個波谷之下降側的振幅Adn-1和Adn之差值(And減Adn-1)來對波形賦予特徵。

而且，在上述二十個候選心跳位置提取部(38a~38t)之提取處理(1~10)中，在如上述那樣對各波形賦予特徵後，每隔規定期間反覆地進行：計算出一個波形的、與前、後或前後之波形的平均差或平均比，將該平均差或平均比在該規定期間內為最大值之波形決定為候選心跳位置並提取該候選心跳位置。

上述二十個候選心跳位置提取部(38a~38t)中的十六個候選心跳位置提取部(第一候選提取單元)(38a~38d、38g~38j、38k~38n、38q~38t)係以波形的振幅作為特定形狀來決定候選心跳位置之振幅提取型候選心跳位置提取部。剩餘的四個候選心跳位置提取部(第二候選提取單元)(38e、38f、38o、38p)係以波形之極值作為特定形狀來決定候選心跳位置之極值提取型候選心跳位置提取部。

再者，在圖3中，感測器本體(35)之次數分布計算部(分布計算單元)(39)係接收：上述候選心跳位置提取部(38a~38j)對體動信號進行 的十種提取處理(1~10)之處理結果；以及上述候選心跳位置提取部(38k~38t)對軀幹成分提取信號進行的十種提取處理(1~10)之處理結果。而且，對於針對體動信號的十種提取處理結果(一連串的候選心跳位置)，分別反覆地計算出相鄰兩個候選心跳位置間的間隔(心跳間隔)，並且計算出該些心跳間隔間的差異(變動)來製作該些心跳間隔的變動分布。另外，對於針對軀幹成分提取信號的十種提取處理結果(一連串的候選心跳位置)，分別與上述同樣地計算出心跳間隔且製作該些心跳間隔的變動分布，並且還製作心跳間隔的分布。

上述次數分布計算部(39)所計算出的心跳間隔的變動分布、心跳間隔的分布成為例如圖6所示之次數分布的情況較多。亦即，就如上所述那樣具有最大振幅、最大極值的極大波形之提取來說，提取的極大波形之位置有時候會因為受試者(S)坐在沙發(5)上的姿勢、受試者(S)與振動感測器(VS)之相對位置關係的變化而發生變化。例如，在圖5(a)中，作為與心電圖中的R波相當的波形，三個極大波形(Mn-1)、(Mn)、(Mn+1)作為候選心跳位置被正確地提取之情況下，在圖5(b)中，例如由於受試者(S)的姿勢不同，因此中央的極大波形(Mn-F)之候選心跳位置發生了變化，比圖5(a)中央的極大波形(Mn)的候選位置往前跳躍了一個波形。將極大波形的位置變化稱為“波形跳躍”，若存在複數個這樣的波形跳躍，則與圖5(a)的不存在“波形跳躍”之情況下的心跳間隔(Bin-1)、(Bin)的值相比，在存在圖5(b)的“波形跳躍”之情況下，提取的心跳間隔(Bjn-1)就較短，並且提取的心跳間隔(Bjn)就較長。其結果是，如圖6所示，在存在“波形跳躍”之情況下的心跳間隔的變動分布中，在將與心電圖中的R波相對應的波形位置作為候選心跳位置正確地提取了的情況下的最頻分布(M)之左側和右側出現離開最頻分布(M)的側峰即次數分布(J1)、(J2)。最頻分布(M)旁邊的分布(J1)係發生了“一波形跳躍”之情況下的變動分布，在該分布(J1) 的旁邊的分布(J2)係發生了“兩波形跳躍”之情況下的變動分布。

因此，例如若在心跳間隔的變動分布中，在最頻分布(M)與其左右兩側的分布(J1)、(J2)之間存在波谷(V)，就能夠判斷為發生了“波形跳躍”。對於該波谷(V)之外側的分布(J1)、(J2)的候選心跳位置，能夠視為需要修正為位於其前方或後方之波形資料，或者視為需要丟棄。

又，對於上述次數分布計算部(39)所計算出的二十種心跳間隔變動分布以及十種心跳間隔分布，上述圖3中示出的感測器本體(35)之分布比率計算部(分布比率計算單元)(40)係分別計算出最頻分布相對於總次數的分布比率。例如在製作出了圖7所示的次數分布(心跳間隔分布等)的情況下，該最頻分布的分布比率係以位於兩個波谷(v1、v2)間的最頻分布(M)中存在的次數(心跳間隔等)的合計值(Fm)與總次數(Ft)之比率Fm/Ft來表示。

此外，選定部(選定單元)(41)係從上述分布比率計算部(40)所計算出的三十種分布比率中選定具有最佳分布比率的一連串的候選心跳位置，其中該三十種分布比率即：針對上述體動信號的十種在心跳間隔變動分布下的最頻分布的分布比率；針對軀幹成分提取信號的十種在心跳間隔變動分布下的最頻分布的分布比率；以及針對軀幹成分提取信號的十種在心跳間隔分布下的最頻分布的分布比率。

再者，波動計算部(波動計算單元)(42)係根據上述選定的具有最佳分布比率的一連串的候選心跳位置來計算出心跳間隔的波動或該心跳間隔之變動的波動。該計算的詳細情況後述。

此外，壓力度計算部(壓力度計算單元)(43)係根據上述波動計算部(42)所計算出的心跳間隔的波動或該心跳間隔之變動的波動來計算出受試者(S)的壓力度。該計算的詳細情況後述。

再者，存儲部(44)係時時刻刻地存儲上述麥克風(36)所檢測出的振動信號、候選心跳位置提取部(38a~38t)所提取的一連串的候選心 跳位置、次數分布計算部(39)所計算出的心跳間隔分布或心跳間隔變動分布、分布比率計算部(40)所計算出的三十種最頻分布的分布比率、選定部(41)所選定的最佳分布比率、壓力度計算部(43)所計算出的壓力度等。需要說明的是，也可以是存儲部(44)只存儲振動信號，其他的指標在之後計算出。

<感測器本體(35)的動作說明>

以下，根據圖8中所示的動作流程圖來說明感測器本體(35)的動作。

在圖8中，在步驟S1中，輸入上述振動感測器(VS)所檢測出的包含受試者(S)的心跳的振動信號。在步驟S2中，能夠從該輸入了的振動信號之波形判斷出受試者(S)正在笑、正在點頭等受試者(S)的身體明顯地正在微動之情況下，將該身體微動期間作為信號處理之無效期間，在該無效期間中不進行信號處理。此外，在判斷出該身體微動時，在步驟S3中，在平板終端(50)的顯示部(51)顯示身體正在微動之警告。需要說明的是，在輸入了的振動信號消失等、能夠判斷為受試者(S)從沙發(21)站起了的情況下，從平板終端(50)登出以保護個人資訊。

此外，在步驟S4中，使用帶通濾波器來從上述輸入了的振動信號中提取心跳所引起的的軀幹部的諧振頻率(4~10Hz)成分，從而得到軀幹成分提取信號。在上述步驟S2的作為無效期間的微動期間中不進行該軀幹部的諧振頻率成分之提取。

接著，當在上述步驟S2中受試者(S)身體不微動而呈靜止之通常時，在步驟S5中，對於上述振動信號本身、亦即示出受試者(S)之體動的體動信號進行基於用來提取與心電圖中的R波相當之波形的振幅、極值的上述十種提取處理(1~10)，然後，在步驟S6中，反覆在各提取處理(1~10)中從位於附近的複數個波形中提取具有最大振 幅、最大極值之極大波形，以該些極大波形作為一連串的候選心跳位置。

需要說明的是，在該極大波形之提取中，對最初(具體而言係計算出平均心跳數為止)的期間設定規定的最小週期或最大週期。在設定了最小週期之情況下，假設在一個週期內存在零個或一個極大波形而提取出極大形狀，在其與前後之週期中的極大波形之提取結果之間進行極大波形的位置間隔、形狀之比較，將在該一個週期中不視為極大波形的提取結果(候選心跳位置)丟棄。另一方面，在設定了最大週期之情況下，假設在一個週期內存在規定個極大波形而提取出複數個個極大形狀，按照提取出的極大形狀的大小順序來暫時決定候選心跳位置，並將其中的間隔異常(即間隔過小)的候選心跳位置丟棄，採用規定個極大形狀作為候選心跳位置。

接著，在步驟S7中，計算相鄰兩個拍動位置間的間隔，將該心跳間隔與前次計算值的差異(變動)記錄為心跳間隔的變動分布。在該心跳間隔的變動分布之製作中，為了以更少的次數來評價該分布形狀，不是只單純地反覆計算出次數，而是以變動分布成為考慮了必要解析度或設想的分布寬度、次數等的、具有既定的分散之高斯分布(常態分布；Gaussian distribution)的方式反覆計算出次數。在本實施方式中，為了獲得平滑的分布曲線，係以變動分布成為標準差σ±25msec之高斯分布的方式反覆計算出次數。

隨後，在步驟S8中，對該心跳間隔的變動分布中的次數與規定數(有效數)進行比較。為了避免受試者(S)為健全人之情況下也會出現的偶發性或低頻率之心律不整的影響，以及為了正確地計算下述分布比率，該有效數存在下限值。就該下限值來說，採取該下限值之下限有效數所需之振動信號的期間(對象時間)係心跳數30次以上之期間，亦即例如為30秒以上，較佳為60秒以上。在本實施方式中，將下限值 設為60秒之期間中累積的次數(心跳檢測數)。再者，在評價後述心跳間隔分布之情況下，為了限制受試者(S)之平均心跳數的變化所造成的影響，上限值為與數分鐘~10分鐘左右之期間相當的次數，較佳為將該等期間分割開來進行評價。在本實施方式中，根據以上情況，作為用來收集有效數之振動信號的對象期間，採用0~100秒、100~200秒、200~300秒中的各個時間以及0~300秒之整體時間。需要說明的是，該等時間係收集有效數(有效的心跳間隔之數量)所需的時間，在由於受試者(S)的身體微動等原因而無法收集有效的心跳間隔之情況下，不包含該期間。

然後，在上述步驟S8中，在次數小於上述有效數之情況下，回到上述步驟S2將上述心跳間隔的變動分布更新，若得到有效數以上的心跳間隔的變動分布，就在步驟S9中，按每個有效數(0~100秒之期間、100~200秒之期間、200~300秒之期間、以及0~300秒之期間的累積次數)，從該心跳間隔的變動分布計算出最頻分布相對於總次數的分布比率。若以圖7所示的次數分布為例來說明，則該分布比率係以位於兩個波谷(v1、v2)間的最頻分布(M)中存在的次數(心跳間隔)的合計值(Fm)與總次數(Ft)之比率Fm/Ft來表示。

以上，對於振動信號本身即體動信號製作了十種心跳間隔的變動分布，而對於在上述步驟S4中提取出的軀幹成分提取信號，也在步驟S10~S14中按照與上述同樣的方式進行上述十種提取處理(1~10)，分別提取出一連串的候選心跳位置，再獲得十種心跳間隔的變動分布，並分別計算出最頻分布相對於總次數的分布比率。

此外，在上述步驟S7、S12中製作了心跳間隔的變動分布，但還在步驟S15中，從在上述步驟S11中獲得的針對軀幹成分提取信號的十種一連串的候選心跳位置分別製作出心跳間隔的分布並進行更新，隨後，在步驟S16、S17中，一旦次數達到有效數，就按照與上述同樣的 方式，對於十種心跳間隔的分布計算出最頻分布相對於總次數的分布比率。

之後，在步驟S18中，在針對上述心跳間隔變動分布獲得的二十個分布比率中選擇具有最高值的分布比率；並且在步驟S19中，在針對上述心跳間隔分布獲得的十個分布比率中選擇具有最佳分布比率的一連串的候選心跳位置，該最佳分布比率係具有最高值之分布比率。

然後，在步驟S20中，對上述選擇了的最佳分布比率的值進行判斷，在最佳分布比率的值小於規定值(下限值)之情況下，例如小於60%之情況下，判斷為受試者(S)坐在沙發(21)上的姿勢等不佳而難以進行壓力度之判斷，將在上述提取處理(1~10)中提取出的十種一連串的候選心跳位置丟棄，並且在步驟S21中，在平板終端(50)的顯示部(51)顯示促使受試者(S)修正姿勢之訊息，而且重頭開始重新輸入振動感測器(VS)的振動信號，再次進行壓力度的測量。

根據以上所述，在本實施方式中，在例如圖9所示之情況，即在連續的三個期間亦即0~100秒之期間、100~200秒之期間、200~300秒之期間中，分別判斷為例如提取處理(1)中的分布比率(A)、提取處理(5)中的分布比率(B)、提取處理(8)中的分布比率(C)為最佳分布比率，而且在0~300秒之整體期間中，判斷為提取處理(7)中的分布比率(D)為最佳分布比率這樣的情況下，在步驟S18中進行的最佳分布比率之選擇係：在上述三個100秒期間中的最佳分布比率(A)~(C)之平均值((A+B+C)/3)與300秒期間中的最佳分布比率(D)之間選擇具有較高值的分布比率。

然後，若如上述那樣選擇了最佳分布比率，則在該最佳分布比率大於等於規定值(下限值)之情況下，在步驟S22中，計算出心跳數波動，對受試者(S)的壓力度進行判斷。在該心跳數波動的計算中，首先，為了進行上述心跳間隔的變動(心跳間隔的波動)之頻率分析， 利用線性內插法將上述一連串的心跳間隔資料(不等時間間隔資料)變換為等時間間隔資料後，對該等時間間隔的心跳間隔資料進行高速傅立葉轉換(FFT；Fast Fourier Transform)，得到心跳間隔的波動之低頻成分LF(例如0.04~0.15Hz)和高頻成分HF(例如0.15Hz以上)之比率(LH/HF)，將該比作為壓力度或自律神經活動度之指標顯示在顯示部(51)。能夠這樣判斷：該比率(LH/HF)為第一規定值(例如“2”)以上之情況下，壓力度高；該比率(LH/HF)為第二規定值(例如“5”)以上之情況下，處於過度的壓力狀態。

再者，為了計算出受試者(S)的平均心跳數，對於在上述步驟S4中獲得的軀幹成分提取信號執行步驟S23~S28。具體而言，首先在步驟S23中，製作軀幹成分提取信號的包絡線。然後，在步驟S24中，對作為上述軀幹成分提取信號的有效期間是否經過了規定區間(例如相當20秒之期間)進行判斷，在未經過之情況下，返回上述步驟S23來繼續製作包絡線，若經過了規定區間，就在步驟S25進行高速傅立葉轉換(FFT)，並在步驟S26中計算出平均心跳數、以及第一波譜峰值與第二波譜峰值之高度比。此外，在步驟S27中，係根據在上述步驟S19選擇了的具有最佳分布比率的一連串的候選心跳位置來計算出平均心跳數的最頻值。該最頻值係藉由分布比率/(1-分布比率)之式子計算出的。然後，在步驟S28中，在於上述步驟S26中計算出的平均心跳數以及波譜高度比與於上述步驟S27中計算出的平均心跳數之最頻值之間進行加權，隨後計算出該等之算術平均數，並根據計算出的平均心跳數來決定上述在步驟S6、S11中的規定期間(極大波形的提取週期)。

(本實施方式之效果)

在本實施方式中，如上所述，對於基於振動感測器(VS)之振動信號的、300秒期間中的一連串的候選心跳位置，製作出了心跳間隔變動分布和心跳間隔分布。如圖10(a)和圖10(b)所示，在不存在“波形跳 躍”之良好的分布的情況下，該心跳間隔變動分布、心跳間隔分布與從心電圖製作出的心跳間隔變動分布或心跳間隔分布(在圖10中以虛線示出)同樣地成為以實線示出的單分散，其最頻分布(M)相對於總次數的分布比率呈現與從心電圖製作之情況下的最頻分布的分布比率相近的值。例如，在圖10(a)之心跳間隔分布中，相對於基於心電圖之情況下的99.9%，基於振動感測器(VS)的振動信號之情況下為95.1%，在圖10(b)之心跳間隔變動分布中，相對於基於心電圖之情況下的99.7%，基於振動感測器(VS)的振動信號之情況下為92.3%。

另一方面，如圖11(a)和圖11(b)所示，當在基於振動感測器(VS)的振動信號製作出的次數分布(以實線示出)中包含多個存在“波形跳躍”之異常值時，在最頻分布(M)的旁邊存在“一波形跳躍”之分布(j1)、“兩波形跳躍”之分布(j2)，最頻分布(M)之分布比率成為比心電圖之情況(以虛線表示)下的最頻分布的分布比率還要低很多的值。例如，圖11(a)的心跳間隔分布中，相對於基於心電圖之情況下的99.9%，基於振動感測器(VS)的振動信號之情況下為57.9%，在圖11(b)之心跳間隔變動分布中，相對於基於心電圖之情況下的99.7%，基於振動感測器(VS)的振動信號之情況下為39.9%。

因此，只要計算出最頻分布(M)的分布比率並確認該最頻分布(M)的分布比率，就能夠知道是否存在“波形跳躍”，而且在存在“波形跳躍”之情況下，該分布比率反映了“波形跳躍”的發生頻率，能夠使用在上述十種提取處理(1~10)中的每一提取處理的合格與否判定，也能夠作為用來從這十種提取處理(1~10)中選定最佳的提取處理之評價值使用。因此，能夠得知：最頻分布(M)的分布比率之值越高，一連串的候選心跳位置中的“波形跳躍”就越少，提取出的一連串的候選心跳位置之正確度就越高。

由此，只要在針對上述提取處理(1~10)所獲得的二十種一連串 的候選心跳位置製作出的心跳間隔變動分布、心跳間隔分布中，選定最頻分布(M)的分布比率為最高值者，就能夠選擇“波形跳躍”不存在或最少之一連串的候選心跳位置。而且，能夠根據該選定了的一連串的候選心跳位置來計算出高精度之壓力度。

此外，在上述實施方式中，製作了一連串的候選心跳位置的心跳間隔分布和心跳間隔變動分布這兩種分布。由於該心跳間隔分布有受到受試者(S)的平均心跳數之變動的影響而寬度變寬之傾向，因此較佳為：將振動感測器(VS)的振動信號之對象期間(進行從振動信號中提取有效的候選心跳位置之處理所需的時間)設為平均心跳數的變動較少之短時間，來製作心跳間隔分布。另一方面，就心跳間隔變動分布來說，不管來自振動感測器(VS)的振動信號之對象期間的是長是短，心跳間隔變動分布都不易受到受試者(S)的平均心跳數之變動的影響，因此比起心跳間隔分布，更理想的是製作心跳間隔變動分布。

再者，在根據來自振動感測器(VS)的振動信號提取一連串的候選心跳位置之情況下，對於上述振動感測器(VS)的振動信號本身(亦即體動信號)、以及從該振動信號提取出的軀幹成分提取信號雙方進行上述十種提取處理(1~10)，提取出了合計二十種的一連串的候選心跳位置。由此，能夠從許多次數分布中選定具有最頻分布的分布比率最佳之次數分布的一連串的候選心跳位置。

(其他實施方式)

本發明之上述實施方式還可以採用下述結構。

在上述實施方式中，利用感壓管(31)和麥克風(36)來構成振動感測器(VS)，但也可以將麥克風(36)替換為壓力感測器。此外，也可以利用壓電片和壓電檢測電路來構成振動感測器(VS)，還可以利用靜電片和靜電容量檢測電路來構成振動感測器(VS)。

此外，在上述實施方式中，係將振動感測器(VS)的感壓管(31)布 置在沙發(21)的寬度方向上，但例如也可以是：在椅背部(23)上也設置振動感測器，該振動感測器的感壓管布置為沿著上下方向延伸，對於來自複數個振動感測器的振動信號以及從該等振動信號提取之軀幹成分提取信號分別進行上述十種提取處理(1~10)。

再者，在上述實施方式中，將振動感測器(VS)之麥克風(36)布置在感測器本體(35)中，但也可以是：將該麥克風(36)布置在感壓管(31)的端部，藉由信號線將該麥克風(36)之壓力信號輸向感測器本體(35)。

此外，在檢查壓力度或自律神經活動度時，使受試者(S)坐在沙發(21)上，但是除了沙發(21)以外，還可以是椅子等各種坐具，也可以使受試者(S)仰臥或橫臥在床等寝具上。

〔產業上的可利用性〕

如上所述，由於本發明係能夠在複數個提取出的一連串的候選心跳位置中選定將與心電圖中的R波相當之R波相當波形作為候選心跳位置提取出之情況最多的一連串的候選心跳位置，因此例如作為檢查受試者之壓力度或自律神經活動度之生物資訊取得裝置係有用的。

31‧‧‧感壓管

35‧‧‧感測器本體

36‧‧‧麥克風

37‧‧‧前處理部

38a~38t‧‧‧候選心跳位置提取部(候選提取單元)

39‧‧‧次數分布計算部(分布計算單元)

40‧‧‧分布比率計算部(分布比率計算單元)

41‧‧‧選定部(選定單元)

42‧‧‧波動計算部(波動計算單元)

43‧‧‧壓力度計算部(壓力度計算單元)

44‧‧‧存儲部

45‧‧‧信號輸出部

46‧‧‧USB纜線

50‧‧‧平板終端

51‧‧‧顯示部

VS‧‧‧振動感測器(檢測單元)

Claims (6)

1. 一種生物資訊取得裝置，其具備對包含人(S)的心跳之振動進行檢測的檢測單元(VS)，該生物資訊取得裝置用於取得人的生物資訊，其中：所述生物資訊取得裝置具備：複數個候選提取單元(38a~38t)，該等候選提取單元(38a~38t)係以與來自上述檢測單元(VS)的振動信號相關之信號作為對象信號，根據規定的特定形狀來提取一連串的候選心跳位置；分布計算單元(39)，其對於複數個上述候選提取單元(38a~38t)所提取出的各個一連串的候選心跳位置，計算與心跳間隔相關的次數分布；分布比率計算單元(40)，其對於上述分布計算單元所計算出的複數個次數分布，分別計算最頻分布相對於總次數的分布比率；以及選定單元(41)，其以上述分布比率計算單元(40)所計算出的複數個分布比率作為示出上述一連串的候選心跳位置之正確度的評價指標，來選定複數個上述候選提取單元(38a~38t)中的一個候選提取單元所提取出的一連串的候選心跳位置。
2. 如請求項1所述之生物資訊取得裝置，其中：上述分布計算單元(39)係計算心跳間隔本身的次數分布或心跳間隔的變動的次數分布來作為與上述心跳間隔相關的次數分布。
3. 如請求項1或2所述的生物資訊取得裝置，其中： 上述選定單元(41)係選定具有上述分布比率計算單元(40)所計算出的複數個分布比率中最高的分布比率之一連串的候選心跳位置。
4. 如請求項1~3中任一項所述的生物資訊取得裝置，其中：複數個上述候選提取單元(38a~38t)具有：第一候選提取單元(38a~38j)，其以來自上述檢測單元(VS)的振動信號本身作為對象信號來提取一連串的候選心跳位置；以及第二候選提取單元(38k~38t)，其對於從來自上述檢測單元(VS)的振動信號提取出軀幹成分而得的軀幹成分提取信號，提取一連串的候選心跳位置。
5. 如請求項1~4中任一項所述的生物資訊取得裝置，其中：上述複數個候選提取單元(38a~38t)具備：振幅提取型的候選提取單元(38a~38d、38g~38j、38k~38n、38q~38t)，其使用波形之振幅作為上述規定的特定形狀；以及極值提取型的候選提取單元(38e、38f、38o、38p)，其使用波形之極值作為上述規定的特定形狀。
6. 如請求項1~5中任一項所述的生物資訊取得裝置，其具備：波動計算單元(42)，其根據上述選定單元(41)所選定之一連串的候選心跳位置來計算心跳間隔的波動或心跳間隔變動的波動；以及壓力度計算單元(43)，其根據上述波動計算單元(42)所計算出的心跳間隔的波動或心跳間隔變動的波動來計算人(S)的壓力度或自律神經活動度。