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JP4807598B2 - Pulse photometer - Google Patents
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JP4807598B2 - Pulse photometer - Google Patents

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Description

本発明は、一つの媒体からほぼ同時に抽出される2つの同種の信号を処理して共通の信
号成分を抽出する信号処理に関し、特には医療の分野において、特に循環器系の診断に用
いられるパルスフォトメータにおける信号処理の改良に関する。
The present invention relates to signal processing for extracting two common signals extracted from a single medium at the same time to extract a common signal component, and more particularly, a pulse used in the medical field, particularly for diagnosis of the circulatory system. The present invention relates to improvement of signal processing in a photometer.

一つの媒体からほぼ同時に抽出された2つの信号から信号成分と雑音成分に分離する方
法には様々な方法が提案されている。
それらは、一般的には周波数領域や時間領域による処理が行われている。
医療現場でも、光電脈波計と言われる脈波波形や脈拍数を測定する装置、血液に含まれ
る吸光物質の濃度測定として、酸素飽和度SpO2の測定装置、一酸化炭素ヘモグロビン
やMetヘモグロビン等の特殊ヘモグロビンの濃度の測定装置、注入色素濃度の測定装置
などがパルスフォトメータとして知られている。
中でも酸素飽和度SpO2の測定装置を特にパルスオキシメータと呼んでいる。
Various methods have been proposed for separating a signal component and a noise component from two signals extracted almost simultaneously from one medium.
In general, they are processed in the frequency domain or the time domain.
Even in the medical field, a device that measures the pulse waveform and pulse rate, which is called a photoelectric pulse wave meter, a concentration measurement of light-absorbing substances in blood, a device for measuring oxygen saturation SpO2, carbon monoxide hemoglobin, Met hemoglobin, etc. A device for measuring the concentration of special hemoglobin, a device for measuring the concentration of injected dye, and the like are known as pulse photometers.
In particular, the oxygen saturation SpO2 measuring device is called a pulse oximeter.

パルスフォトメータの原理は、対象物質への吸光性が異なる複数の波長の光を生体組織
に透過又は反射させ、その透過光又は反射光の光量を連続的に測定することで得られる脈
波データ信号から対象物質の濃度を求めるものである。
そしてその脈波データに雑音が混入すると、正しい濃度の計算が出来ず、誤処置につな
がる危険が生じる。
パルスフォトメータにおいても従来より雑音を低減するために周波数帯域を分割して信
号成分に着目したり、2つの信号の相関を取るなどの方法が提案されてきた。
しかし、これらの方法は解析に時間がかかるなどの問題があった。
The principle of the pulse photometer is that pulse wave data obtained by transmitting or reflecting light of multiple wavelengths with different absorption to the target substance to the living tissue and continuously measuring the amount of transmitted or reflected light. The concentration of the target substance is obtained from the signal.
If noise is mixed in the pulse wave data, the correct concentration cannot be calculated, and there is a risk of mishandling.
Conventionally, in a pulse photometer, in order to reduce noise, a method of dividing a frequency band and paying attention to a signal component or taking a correlation between two signals has been proposed.
However, these methods have a problem that analysis takes time.

そこで、本出願人は、特許第3270917号(特許文献1)において、異なる2つの
波長の光を生体組織に照射して透過光から得られる2つの脈波信号のそれぞれの大きさを
縦軸、横軸としてグラフを描き、その回帰直線を求め、その回帰直線の傾きに基づいて、
動脈血中の酸素飽和度ないし吸光物質濃度を求めることを提案している。
この発明により、測定精度を高め、低消費電力化することができた。
しかし、各波長の脈波信号についての多くのサンプリングデータを用いて回帰直線ない
しその傾きを求めるためには、なお多くの計算処理を要していた。
Therefore, in the patent No. 32701717 (Patent Document 1), the applicant of the present invention irradiates the biological tissue with light of two different wavelengths and expresses the magnitudes of the two pulse wave signals obtained from the transmitted light on the vertical axis, Draw a graph as the horizontal axis, find the regression line, and based on the slope of the regression line,
It has been proposed to determine oxygen saturation or light-absorbing substance concentration in arterial blood.
According to the present invention, measurement accuracy can be improved and power consumption can be reduced.
However, in order to obtain the regression line or its inclination using a large amount of sampling data for pulse wave signals of each wavelength, a lot of calculation processing is still required.

更に本出願人は、特願2001−332383号(特許文献2)においては、周波数解
析を用いてはいるが、その解析においては従来技術のように脈波信号そのものを抽出する
のではなく、脈波信号の基本周波数を求め、さらには精度を高めるためにその高調波周波
数を用いたフィルタを用いて脈波信号をフィルタリングする方法を提案している。
しかし、基本周波数を求める点に関しては更なる改善が望まれていた。
Further, the present applicant uses frequency analysis in Japanese Patent Application No. 2001-332383 (Patent Document 2), but in the analysis, the pulse wave signal itself is not extracted as in the prior art. In order to obtain the fundamental frequency of a wave signal and to further improve the accuracy, a method of filtering the pulse wave signal using a filter using the harmonic frequency is proposed.
However, further improvements have been desired in terms of obtaining the fundamental frequency.

特許第3270917号 (請求項1、2、図2、図4)Japanese Patent No. 3,270,917 (Claims 1, 2, 2, 4) 特願2003−135434号(0006)Japanese Patent Application No. 2003-135434 (0006)

本発明の課題(目的)は、同一の媒体からほぼ同時に抽出される2つの同種の信号を処
理して共通の信号成分を抽出する計算処理負担を軽減したパルスフォトメータを提供することにある。
また、上記信号処理方法を適用して、前記媒体の体動によるノイズが脈波信号に生じた
場合であっても、対象物質の濃度を精度よく測定することにある。
また、体動によるノイズが脈波データ信号に生じた場合であっても、脈波信号からノイ
ズを除去し、精度よく脈拍を求めることにある。
An object (object) of the present invention is to provide a pulse photometer that reduces the processing load of processing by processing two identical signals extracted from the same medium almost simultaneously to extract a common signal component.
Further, by applying the signal processing method, the concentration of the target substance is accurately measured even when noise due to body movement of the medium is generated in the pulse wave signal.
In addition, even when noise due to body motion occurs in the pulse wave data signal, the noise is removed from the pulse wave signal and the pulse is accurately obtained.

・前記課題を解決するために、本発明のパルスフォトメータは、異なる2つの波長の光を同一の生体組織に照射する発光手段と、前記発光手段から発生し前記同一の生体組織を透過または反射した各波長の光を電気信号に変換する受光手段と、前記受光手段で変換された前記電気信号より得られた2つの波長の離散的時系列脈波データをそれぞれ縦軸または横軸とする2次元直交座標に展開した、各波長の脈波データそれぞれについてノルム値を求め、さらにそのノルム値の比を求めるノルム比計算手段と、前記ノルム比計算手段により計算されたノルム比に基づいて、血中の酸素の濃度を求める血中酸素濃度演算手段とを具備することを特徴とする。(請求項1) In order to solve the above problems, a pulse photometer according to the present invention includes a light emitting means for irradiating light of two different wavelengths to the same biological tissue, and a transmission or reflection generated from the light emitting means and transmitted through the same biological tissue. A light receiving means for converting the light of each wavelength into an electrical signal, and discrete time-series pulse wave data of two wavelengths obtained from the electrical signal converted by the light receiving means, respectively, with a vertical axis or a horizontal axis 2 Based on the norm ratio calculation means for obtaining the norm value for each pulse wave data of each wavelength developed in the two-dimensional orthogonal coordinates, and further calculating the ratio of the norm values, and the norm ratio calculated by the norm ratio calculation means, Blood oxygen concentration calculating means for determining the concentration of oxygen in the blood. (Claim 1)

また、参考例では、
・同一の媒体から抽出される所定期間の2つの信号を2次元直交座標上に展開するステップと、前記展開された信号を、回転行列を用いて、あらかじめ決められた角度または所定条件に基づいて決められた角度に回転させるステップとにより前記2つの信号を処理する。
この信号処理方法によって、同一の媒体からほぼ同時に抽出される2つの同種の信号を
処理して共通の信号成分を抽出する計算処理負担を軽減することができる。
・前記信号処理の結果、信号主成分の基本周波数を求める。
この構成により、ノイズが低減された基本波波形を容易に取得することができる。
・同一の媒体からの2つの信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された所定
期間分の2つの信号を2次元直交座標上に展開する展開手段と、該展開されたデータをあ
らかじめ決められた角度または所定条件に基づいて決められた角度に回転させる回転行列
を用いて処理する処理手段とを具えた構成とする。
この構成により、回転行列を用いて処理することでノイズが低減された波形を容易に取
得することができる。
In the reference example,
A step of expanding two signals of a predetermined period extracted from the same medium on a two-dimensional orthogonal coordinate, and using the rotation matrix to determine the expanded signal based on a predetermined angle or a predetermined condition The two signals are processed by rotating to a predetermined angle.
With this signal processing method, it is possible to reduce the calculation processing burden of processing two identical signals extracted from the same medium almost simultaneously and extracting a common signal component.
As a result of the signal processing, the fundamental frequency of the signal main component is obtained.
With this configuration, it is possible to easily obtain a fundamental waveform with reduced noise.
An input means for inputting two signals from the same medium, a developing means for expanding two signals for a predetermined period input from the input means on two-dimensional orthogonal coordinates, and the expanded data in advance And a processing means for processing using a rotation matrix that rotates to a predetermined angle or a predetermined angle based on a predetermined condition.
With this configuration, it is possible to easily acquire a waveform with reduced noise by processing using a rotation matrix.

・異なる2つの波長の光を生体組織に照射する発光手段と、前記発光手段から発生し前記
生体組織を透過または反射した各波長の光を電気信号に変換する受光手段とを具えたパル
スフォトメータにおいて、
前記各波長の電気信号より得られた脈波データを、あらかじめ決められた角度にまたは
所定条件に基づいて決められた角度に回転させる回転行列を用いて処理する処理手段とを
具備することを特徴とする。
この構成により、脈波データを回転行列を用いて処理することでノイズが低減された波
形を容易に取得することができる。
・前記脈波データが、ほぼ同時点に受光した2つの波長の受光信号から得られる電気信号
を、前記2つの波長をそれぞれ縦軸または横軸とする2次元直交座標に展開したものであ
ることを特徴とする。
・前記脈波データは所定時間分であり、かつ経時移動して処理されることを特徴とする。
・異なる2つの波長の光を生体組織に照射する発光手段と、前記発光手段から発生し前記
生体組織を透過または反射した各波長の光を電気信号に変換する受光手段とを具えたパル
スフォトメータにおいて、前記各波長の電気信号より得られた脈波信号を、各波長をそれ
ぞれ縦軸または横軸とする2次元直交座標に展開し、縦軸または横軸に射影される領域が
最大または最小となるいずれかの条件を満足するように回転行列を用いて回転させて処理
する第2の処理手段とを具備することを特徴とする。
A pulse photometer comprising light emitting means for irradiating a living tissue with light of two different wavelengths, and light receiving means for converting light of each wavelength generated from the light emitting means and transmitted or reflected by the biological tissue into an electrical signal In
Processing means for processing the pulse wave data obtained from the electrical signals of the respective wavelengths using a rotation matrix that rotates the data to a predetermined angle or an angle determined based on a predetermined condition. And
With this configuration, it is possible to easily acquire a waveform with reduced noise by processing pulse wave data using a rotation matrix.
The pulse wave data is an electrical signal obtained from light reception signals of two wavelengths received at substantially the same point, developed into two-dimensional orthogonal coordinates with the two wavelengths as vertical and horizontal axes, respectively. It is characterized by.
The pulse wave data is for a predetermined time and is processed by moving with time.
A pulse photometer comprising light emitting means for irradiating a living tissue with light of two different wavelengths, and light receiving means for converting light of each wavelength generated from the light emitting means and transmitted or reflected by the biological tissue into an electrical signal The pulse wave signal obtained from the electrical signal of each wavelength is expanded into a two-dimensional orthogonal coordinate with each wavelength as a vertical axis or a horizontal axis, and the region projected onto the vertical axis or the horizontal axis is maximum or minimum. And a second processing means for performing processing by rotating using a rotation matrix so as to satisfy any of the following conditions.

・異なる2つの波長の光を生体組織に照射する発光手段と、前記発光手段で発生し前記生
体組織を透過または反射した各波長の光を電気信号に変換する受光手段と、前記受光部に
より得られる前記2つの波長の脈波信号をそれぞれ縦軸または横軸とする2次元直交座標
に展開した、各波長の各波長の脈波データを、所定角度に回転させる回転行列を用いて処
理した波形を求める波形取得手段と、前記波形取得手段により得られた波形の周波数解析
により、脈波の基本周波数または脈拍数を求める波形解析手段と、前記波形解析手段の出
力から血中の吸光物質の濃度を求める血中吸光物質濃度演算手段とを具備するパルスフォ
トメータ。
・前記血中吸光物質濃度演算手段は、動脈血中の酸素飽和度、特殊ヘモグロビン濃度、ま
たは注入色素濃度のうち少なくとも1つを演算する。
A light emitting means for irradiating a living tissue with light of two different wavelengths, a light receiving means for converting light of each wavelength generated by the light emitting means and transmitted or reflected by the biological tissue into an electrical signal, and the light receiving section. A waveform obtained by processing pulse wave data of each wavelength of each wavelength, which is developed into two-dimensional orthogonal coordinates having the pulse wave signals of the two wavelengths respectively having a vertical axis or a horizontal axis, using a rotation matrix that rotates the wave to a predetermined angle. A waveform acquisition means for obtaining a waveform, a waveform analysis means for obtaining a fundamental frequency or pulse rate of a pulse wave by frequency analysis of the waveform obtained by the waveform acquisition means, and a concentration of a light-absorbing substance in the blood from the output of the waveform analysis means A pulse photometer comprising blood light-absorbing substance concentration calculating means for obtaining a blood pressure.
The blood light-absorbing substance concentration calculating means calculates at least one of oxygen saturation, special hemoglobin concentration, or injected dye concentration in arterial blood.

請求項1に記載のパルスフォトメータによれば、各波長の脈波データから得られるノル
ム比から精度よく血中の酸素の濃度を求めることができる。
また、パルスフォトメータによれば、動脈血中の酸素飽和度、特殊ヘモグロビン濃度、または注入色素濃度のうち少なくとも1つを演算することができる。
According to the pulse photometer of the first aspect, the oxygen concentration in the blood can be accurately obtained from the norm ratio obtained from the pulse wave data of each wavelength.
In addition, according to the pulse photometer, at least one of oxygen saturation, special hemoglobin concentration, or injected dye concentration in arterial blood can be calculated.

参考例のパルスフォトメータによれば、脈波データを回転行列を用いて処理することでノイズが低減された波形を取得することができる。   According to the pulse photometer of the reference example, it is possible to acquire a waveform with reduced noise by processing pulse wave data using a rotation matrix.

参考例のパルスフォトメータによれば、脈波データを回転行列を用いて処理することでノイズが低減された波形を取得し、その波形から精度よく脈波データの基本周波数または脈拍数を求めることができる。   According to the pulse photometer of the reference example, the pulse wave data is processed using a rotation matrix to obtain a waveform with reduced noise, and the basic frequency or pulse rate of the pulse wave data is accurately obtained from the waveform. Can do.

参考例のパルスフォトメータによれば、脈波データを回転行列を用いてノイズを除去するのに適した回転角度を決定でき、その決定した回転角度の回転行列によって処理することでノイズが低減された波形を取得することができる。   According to the pulse photometer of the reference example, it is possible to determine a rotation angle suitable for removing noise from the pulse wave data using a rotation matrix, and the noise is reduced by processing with the rotation matrix of the determined rotation angle. Waveform can be acquired.

参考例のパルスフォトメータによれば、脈波データを回転行列を用いてノイズを除去するのに適した回転角度を決定でき、その決定した回転角度の回転行列によって処理することでノイズが低減された波形を取得し、その波形から精度よく脈波データの基本周波数または脈拍数を求めることができる。   According to the pulse photometer of the reference example, it is possible to determine a rotation angle suitable for removing noise from the pulse wave data using a rotation matrix, and the noise is reduced by processing with the rotation matrix of the determined rotation angle. The basic frequency or pulse rate of the pulse wave data can be accurately obtained from the waveform.

参考例のパルスフォトメータによれば、回転行列の回転角の決定を容易に決定できる。   According to the pulse photometer of the reference example, the rotation angle of the rotation matrix can be easily determined.

参考例のパルスフォトメータによれば、脈波データを回転行列を用いて処理することでノイズが低減された波形による精度の良い脈波の基本周波数または脈拍数の取得と、動脈血中の酸素飽和度、特殊ヘモグロビン濃度、または注入色素濃度のうち少なくとも1つの演算とが同一の装置でほぼ同時に処理して出力することができる。
参考例のパルスフォトメータによれば、動脈血中の酸素飽和度、特殊ヘモグロビン濃度、または注入色素濃度のうち少なくとも1つを演算することができる。
According to the pulse photometer of the reference example, the pulse wave data is processed by using a rotation matrix to obtain the accurate fundamental frequency or pulse rate of the pulse wave by using a waveform with reduced noise, and oxygen saturation in arterial blood At the same time, at least one calculation of the degree, the special hemoglobin concentration, or the injected dye concentration can be processed and output almost simultaneously.
According to the pulse photometer of the reference example, at least one of oxygen saturation, special hemoglobin concentration, or injected dye concentration in arterial blood can be calculated.

本発明の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of this invention. 検出された脈波を示す図である。It is a figure which shows the detected pulse wave. 図9に示される赤外光IRのデータを横軸に、赤色光Rのデータを縦軸にと ったグラフである。10 is a graph in which infrared light IR data shown in FIG. 9 is plotted on the horizontal axis and red light R data is plotted on the vertical axis. 図3のグラフをπ/30[rad]ずつ回転させた図である。FIG. 4 is a diagram obtained by rotating the graph of FIG. 3 by π / 30 [rad]. 回転角度9π/30[rad]の回転行列により処理された脈波の波形を示す図 である。It is a figure which shows the waveform of the pulse wave processed by the rotation matrix of rotation angle 9π / 30 [rad]. 図5に示すX1の波形のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of the waveform of X1 shown in FIG. 第1の実施例における処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in a 1st Example. 第2の実施例における処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in a 2nd Example. 血液中の吸光物質の吸光度の変動の測定原理を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the measurement principle of the fluctuation | variation of the light absorbency of the light absorption substance in the blood. 第3の実施例における処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in a 3rd Example. 第4の実施例における処理フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in a 4th Example.

本発明の実施の形態を説明するにあたり、動脈血酸素飽和度を測定するパルスオキシメ
ータを例に挙げて原理を説明する。
なお、本発明の技術は、パルスオキシメータに限られず、特殊ヘモグロビン(一酸化炭
素ヘモグロビン、Metヘモグロビンなど)、血中に注入された色素などの血中吸光物質
をパルスフォトメトリーの原理を用いて測定する装置(パルスフォトメータ)に適用できる。
In describing an embodiment of the present invention, the principle will be described by taking a pulse oximeter for measuring arterial blood oxygen saturation as an example.
The technique of the present invention is not limited to a pulse oximeter, and a blood photoabsorbing substance such as special hemoglobin (carbon monoxide hemoglobin, Met hemoglobin, etc.) or a dye injected into blood is used by the principle of pulse photometry. It can be applied to a measuring device (pulse photometer).

動脈血酸素飽和度を測定するパルスオキシメータの構成は、概略構成ブロック図である
図1のようになっている。
異なる波長の光を発光する発光素子1、2は、交互に発光するように駆動回路3により
駆動される。
発光素子1、2に採用する光はそれぞれ動脈血酸素飽和度による影響が少ない赤外光(
例えば940[nm])、動脈血酸素飽和度の変化に対する感度が高い赤色光(例えば660
[nm])がよい。
The configuration of the pulse oximeter for measuring arterial blood oxygen saturation is as shown in FIG. 1, which is a schematic configuration block diagram.
The light-emitting elements 1 and 2 that emit light of different wavelengths are driven by the drive circuit 3 so as to emit light alternately.
The light used for the light-emitting elements 1 and 2 is infrared light that is less affected by arterial oxygen saturation (
For example, 940 [nm]), red light (eg, 660 with high sensitivity to changes in arterial oxygen saturation)
[nm]) is good.

これらの発光素子1、2からの発光は生体組織4を透過してフォトダイオード5で受光
して電気信号に変換される。
なお、反射光を受光するようにしてもよい。
そして、これらの変換された信号は増幅器6で増幅され、マルチプレクサ7によりそれ
ぞれの光波長に対応したフィルタ8−1、8−2に振り分けられる。
各フィルターに振り分けられた信号はフィルタ8−1、8−2によりフィルタリングさ
れてノイズ成分が低減され、A/D変換器9によりデジタル化される。
Light emitted from the light emitting elements 1 and 2 is transmitted through the living tissue 4, received by the photodiode 5, and converted into an electrical signal.
The reflected light may be received.
These converted signals are amplified by the amplifier 6 and distributed by the multiplexer 7 to the filters 8-1 and 8-2 corresponding to the respective optical wavelengths.
The signals distributed to the filters are filtered by the filters 8-1 and 8-2 to reduce noise components, and are digitized by the A / D converter 9.

デジタル化された赤外光、赤色光に対応する各信号列が、それぞれの脈波信号を形成し
ている。
デジタル化された各信号列は処理部10に入力され、ROM12に格納されているプロ
グラムにより処理され、酸素飽和度SpO2が測定され、その値が表示部11に表示され
る。
Each signal sequence corresponding to digitized infrared light and red light forms a respective pulse wave signal.
Each digitized signal sequence is input to the processing unit 10, processed by a program stored in the ROM 12, the oxygen saturation SpO 2 is measured, and the value is displayed on the display unit 11.

<回転行列によるノイズ低減と脈波の基本周波数の演算>
先ず、血液中の吸光物質の吸光度(減光度)の変動の測定について説明する。
図9(a)及び(b)は、前記発光素子1、2からの発光された光が生体組織4を透過してフ
ォトダイオード5で受光して電気信号に変換された脈波データで、(a)は赤色光の場合を
、(b)は赤外光を示している。
図9の(a)では、横軸を時間、縦軸を受光出力とすると、フォトダイオード5での受光
出力は、赤色光の直流成分(R’)と脈動成分(ΔR’)が重畳された波形となっている。
また、図9の(b)では、横軸を時間、縦軸を受光出力とすると、フォトダイオード5で
の受光出力は、赤外光の直流成分(IR’)と脈動成分(ΔIR’)が重畳された波形となっている。
図2は、図9に示すような脈波において、8秒間分の、直流成分(R’、IR’)に対
する脈動成分(ΔR’、ΔIR’)の比(IR=ΔIR’/IR’)をとり、さらにその8秒間分のデータの平均値をゼロに合わせたものである。
なお、図2の如き、平均値をゼロとする処理を行わなくとも演算は可能である。
図3は、図9に示される赤外光IRのデータを横軸に、赤色光Rのデータを縦軸にとっ
たグラフである。
<Noise reduction by rotation matrix and calculation of fundamental frequency of pulse wave>
First, measurement of the change in absorbance (light attenuation) of a light-absorbing substance in blood will be described.
FIGS. 9A and 9B are pulse wave data in which the light emitted from the light emitting elements 1 and 2 is transmitted through the living tissue 4 and received by the photodiode 5 and converted into an electrical signal. a) shows red light, and (b) shows infrared light.
In (a) of FIG. 9, assuming that the horizontal axis is time and the vertical axis is the received light output, the received light output from the photodiode 5 is obtained by superimposing the direct current component (R ′) and the pulsating component (ΔR ′) of red light. It has a waveform.
Further, in FIG. 9B, when the horizontal axis is time and the vertical axis is the light reception output, the light reception output of the photodiode 5 includes the direct current component (IR ′) and the pulsation component (ΔIR ′) of infrared light. The waveform is superimposed.
FIG. 2 shows the ratio (IR = ΔIR ′ / IR ′) of pulsating components (ΔR ′, ΔIR ′) to DC components (R ′, IR ′) for 8 seconds in the pulse wave as shown in FIG. In addition, the average value of the data for 8 seconds is set to zero.
Note that the calculation is possible without performing the process of setting the average value to zero as shown in FIG.
FIG. 3 is a graph in which the infrared light IR data shown in FIG. 9 is plotted on the horizontal axis and the red light R data is plotted on the vertical axis.

次に、A/D変換器9によってデジタル化した各波長の2つの脈波データ信号を回転行
列を用いてノイズを低減する演算処理について説明する。
なお、赤外光と赤色光とは交互に発光されるため厳密には同時に発光されるものではな
いが、隣り合う得られた赤外光受光値と赤色光受光値を同時刻に得られたものとして扱い
、所定時間分の赤外光の脈波信号と赤色光の脈波信号を2次元直交座標上に展開する。
すなわち図3のグラフを作成している。
また、脈波の直流成分に対する脈動成分の比をとることで脈拍による吸光度の脈動分が
近似される。
図3のグラフに見られる推移は45度になっていないが、その理由は、赤外光脈波の脈
動成分の振幅と赤色光脈波の脈動成分の振幅とに差があるため、およびノイズが重畳して
いるためである。
Next, calculation processing for reducing noise using two rotation wave data signals of two wavelengths digitized by the A / D converter 9 will be described.
In addition, since infrared light and red light are alternately emitted, they are not emitted at the same time. However, adjacent infrared light reception values and red light reception values obtained at the same time were obtained. The pulse wave signal of infrared light and the pulse wave signal of red light for a predetermined time are developed on a two-dimensional orthogonal coordinate.
That is, the graph of FIG. 3 is created.
Further, by taking the ratio of the pulsating component to the DC component of the pulsating wave, the absorbance pulsation due to the pulse is approximated.
The transition shown in the graph of FIG. 3 is not 45 degrees because the difference between the amplitude of the pulsating component of the infrared light pulse wave and the amplitude of the pulsating component of the red light pulse wave is due to noise. This is because is superimposed.

次に、展開された脈波データに回転行列を用いて回転演算を施すこととする。
赤外光脈波の直流成分に対する脈動成分の比(IR)のデータ列を、
Next, a rotation calculation is performed on the developed pulse wave data using a rotation matrix.
A data string of the ratio (IR) of the pulsating component to the direct current component of the infrared light pulse wave,

Figure 0004807598
Figure 0004807598

赤色光脈波の直流成分に対する脈動成分の比(R)のデータ列を、   A data string of the ratio (R) of the pulsating component to the direct current component of the red light pulse wave is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

とする。
同じ時刻tiに得られたIRとRとのデータを次のように行列で定義する。
すなわち、
And
Data of IR and R obtained at the same time ti is defined by a matrix as follows.
That is,

Figure 0004807598
Figure 0004807598

また、θ[rad]回転させる回転行列をAとすると、Aは次のように表すことができる。 Further, if the rotation matrix for rotating θ [rad] is A, A can be expressed as follows.

Figure 0004807598
Figure 0004807598

そうすると、SをAによりθ[rad]回転させることにより次のXが得られる。   Then, the following X is obtained by rotating S by θ [rad] by A.

Figure 0004807598
Figure 0004807598

なお、回転行列Aは、上記のほか、 In addition to the above, the rotation matrix A is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

を用いてもよい。
ここで、θを0〜9π/30[rad] までπ/30[rad]ずつ脈波データSを回転させて
得られるグラフを図4に示す。
図4からわかるように、横軸ゼロ、縦軸ゼロの点(赤色光脈波と赤外光脈波との両方が
平均である点)を中心として回転されており、θが9π/30[rad]のときに、横軸(X1)
へ射影した領域が最小になり、縦軸(X2)へ射影した領域が最大となっている。
θを9π/30[rad]よりさらにπ/2[rad]回転させ24π/30[rad] (=12π/
15[rad])回転させた場合には横軸(X1)へ射影した領域が最大になり、縦軸(X2)へ射影
した領域が最小となることは明らかである。
May be used.
Here, a graph obtained by rotating the pulse wave data S by π / 30 [rad] from 0 to 9π / 30 [rad] is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 4, the image is rotated around a point with zero horizontal axis and zero vertical axis (a point where both the red light pulse wave and the infrared light pulse wave are average), and θ is 9π / 30 [ rad], horizontal axis (X1)
The area projected onto the vertical axis is the smallest, and the area projected onto the vertical axis (X2) is the largest.
θ is further rotated by π / 2 [rad] from 9π / 30 [rad] to 24π / 30 [rad] (= 12π /
It is clear that the region projected onto the horizontal axis (X1) is maximized and the region projected onto the vertical axis (X2) is minimized when rotated by 15 [rad]).

次に、θを9π/30[rad]、24π/30[rad]としたときの回転行列Aにより、測定
された脈波データSが処理されてXとなった結果、どのような波形となるかを説明する。
図5は、図2に示した脈波データSを、θを9π/30[rad]として回転行列Aにより
処理したXの波形を示す。
横軸へ射影した領域が最小になったX1(t i)は、
Next, the measured pulse wave data S is processed into X by the rotation matrix A when θ is 9π / 30 [rad] and 24π / 30 [rad]. Explain how.
FIG. 5 shows a waveform of X obtained by processing the pulse wave data S shown in FIG. 2 by the rotation matrix A with θ being 9π / 30 [rad].
X1 (ti) where the area projected onto the horizontal axis is minimized is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

一方、横軸へ射影した領域が最大になったX2(t i)は、   On the other hand, X2 (t i) where the area projected onto the horizontal axis is maximized is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

により演算される。
図5のX1の波形からはノイズが除去されたことがわかる。
なお、脈波データSを、θを24π/30[rad]として回転行列Aにより処理した場合
には、X2の波形がノイズが除去された波形となる。
横軸へ射影した領域が最大になるX1(t i)は、
Is calculated by
It can be seen from the waveform of X1 in FIG. 5 that noise has been removed.
When the pulse wave data S is processed by the rotation matrix A with θ being 24π / 30 [rad], the waveform of X2 is a waveform from which noise is removed.
X1 (ti) that maximizes the area projected on the horizontal axis is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

一方、横軸へ射影した領域が最小になるX2(t i)は、 On the other hand, X2 (t i) that minimizes the area projected onto the horizontal axis is

Figure 0004807598
Figure 0004807598

により演算される。
このように横軸へ射影した領域が最小になるように回転角θを設定して、脈波データSを処理すれば、ノイズが抑制された脈波主成分波形を得ることができる。
Is calculated by
If the rotation angle θ is set so that the region projected onto the horizontal axis in this way is minimized and the pulse wave data S is processed, a pulse wave main component waveform with suppressed noise can be obtained.

次に、脈波の基本周波数の演算について説明する。
ノイズが低減される前の図2に示した脈波信号と、回転行列を用いてノイズが低減された
脈波主成分波形を周波数解析して得られたスペクトルをそれぞれ図6に示す。
横軸は周波数、縦軸はスペクトルである。
ノイズが低減される前の脈波(Before-rotation)信号のスペクトルは、ノイズの周波数帯
域fnのスペクトルが強くでており、脈波信号の基本周波数fsのスペクトルはほとんど
現れていない。
一方、回転行列を用いてノイズが低減された脈波主成分波形(After-rotation)を周波数
解析して得られたスペクトルでは、脈波信号の基本周波数fsのスペクトルがノイズの周
波数帯域fnのスペクトルと区別できるほど強く現れていることがわかり、脈波信号の基
本周波数fsを求めることができる。
そして、脈波信号の基本周波数fs[Hz]が求まれば、脈拍数fs×60[回/min]を容
易に求めることができる。
Next, calculation of the fundamental frequency of the pulse wave will be described.
FIG. 6 shows the spectrum obtained by frequency analysis of the pulse wave signal shown in FIG. 2 before the noise is reduced and the pulse wave main component waveform whose noise is reduced using the rotation matrix.
The horizontal axis is frequency and the vertical axis is spectrum.
The spectrum of the pulse wave (Before-rotation) signal before the noise is reduced has a strong spectrum in the frequency band fn of the noise, and the spectrum of the fundamental frequency fs of the pulse wave signal hardly appears.
On the other hand, in the spectrum obtained by frequency analysis of a pulse wave main component waveform (after-rotation) in which noise is reduced using a rotation matrix, the spectrum of the fundamental frequency fs of the pulse wave signal is the spectrum of the noise frequency band fn. The fundamental frequency fs of the pulse wave signal can be obtained.
If the fundamental frequency fs [Hz] of the pulse wave signal is obtained, the pulse rate fs × 60 [times / min] can be easily obtained.

このように、所定角度の回転行列を用いることにより、ノイズが低減された脈波主成分
波形を得ることができ、脈波信号の基本周波数ないし脈拍数を求めることができる。
ここで、所定角度は、予め決められたものでもよく、測定期間中アダプティブに変化さ
せてもよい。
Thus, by using a rotation matrix of a predetermined angle, a pulse wave main component waveform with reduced noise can be obtained, and the fundamental frequency or pulse rate of the pulse wave signal can be obtained.
Here, the predetermined angle may be determined in advance or may be changed adaptively during the measurement period.

<酸素飽和度の演算>
図3は、上述のように図9に示される赤外光IRのデータを横軸に、赤色光Rのデータ
を縦軸にとったグラフであるが、このグラフの傾きをノルム比を用いて求める。
まず、赤外光脈波データIRのL2ノルムを求める。
赤外光脈波データ列はIR = [ IR(ti) : ti = 0, 1, 2, 3, ・・・](1)であるから、L2ノルムは次の式で表すことができる。
<Calculation of oxygen saturation>
FIG. 3 is a graph in which the infrared light IR data shown in FIG. 9 is plotted on the horizontal axis and the red light R data is plotted on the vertical axis, as described above. The slope of this graph is expressed using the norm ratio. Ask.
First, the L2 norm of the infrared light pulse wave data IR is obtained.
Since the infrared light pulse wave data string is IR = [IR (ti): ti = 0, 1, 2, 3,...] (1), the L2 norm can be expressed by the following equation.

Figure 0004807598
Figure 0004807598

次に、赤色光脈波データRのL2ノルムを求める。
赤色光脈波データ列はR = [ R(ti) : ti = 0, 1, 2, 3, ・・・](2)であるから、L2ノルムは次の式で表すことができる。
Next, the L2 norm of the red light pulse wave data R is obtained.
Since the red light pulse wave data string is R = [R (ti): ti = 0, 1, 2, 3,...] (2), the L2 norm can be expressed by the following equation.

Figure 0004807598
Figure 0004807598

そこで、 Therefore,

Figure 0004807598
Figure 0004807598

とすればΦは、酸素飽和度SpO2と相関するので、その相関を表す関数をfとすれば、 Φ correlates with the oxygen saturation SpO2, so if the function representing the correlation is f,

Figure 0004807598
Figure 0004807598

と表され、酸素飽和度SpO2を求めることができる。
なお、ノルム比を傾きとした直線を図3に示す。
ノルムとは、数学的概念の1つで、ユークリッドノルム(Euclidean-norm)又は2乗ノ
ルムは、n個の要素を持つベクトルの大きさをスカラ量に写像するものである。
このように、所定期間の赤色光脈波データRのL2ノルム値(2乗ノルム)と赤外光脈波データのL2ノルム値の比に基づいて、酸素飽和度SpO2を求めることができる。
ここで、所定期間は逐次得られる現在の脈波から過去にさかのぼって所定期間分の赤色
光脈波データR、赤外光脈波データIRを用いるとよい。
また、ノルム値として、L2ノルムを用いたが、他の演算方法によるノルム値を用いて
もよい。
The oxygen saturation SpO2 can be obtained.
A straight line with the norm ratio as an inclination is shown in FIG.
The norm is one of mathematical concepts, and the Euclidean-norm or square norm maps the size of a vector having n elements to a scalar quantity.
As described above, the oxygen saturation SpO2 can be obtained based on the ratio of the L2 norm value (square norm) of the red light pulse wave data R and the L2 norm value of the infrared light pulse wave data for a predetermined period.
Here, it is preferable to use the red light pulse wave data R and the infrared light pulse wave data IR for a predetermined period from the current pulse wave obtained sequentially to the past for a predetermined period.
Further, although the L2 norm is used as the norm value, a norm value obtained by another calculation method may be used.

また、酸素飽和度の演算に関しては、
脈波信号に対して、ノイズ信号が比較的小なる場合は上記ノルム比を用いて演算しても良
いが、比較的大なる場合は、上記のノルム比を用いて求める方法とは別に、前記特願20
01−332383号に記載した周波数解析を用いて求めた基本周波数に替えて、前記回
転による処理により求めた基本周波数を用いて演算することもできる。
Regarding the calculation of oxygen saturation,
If the noise signal is relatively small with respect to the pulse wave signal, it may be calculated using the norm ratio, but if the noise signal is relatively large, separately from the method of obtaining using the norm ratio, Japanese Patent Application 20
In place of the fundamental frequency obtained by using the frequency analysis described in 01-332383, calculation can also be performed using the fundamental frequency obtained by the processing by the rotation.

(第1の実施例)
次に、上記原理を用いた装置を、概略構成ブロック図と処理フローにより説明する。
概略構成ブロック図は先に説明した図1と同じである。
発光素子1、2から、交互に発光するように駆動回路3により駆動されることにより、
異なる波長の光が発光される。
これらの発光素子1、2からの発光は生体組織4を透過して受光部(フォトダイオード
)5で受光され、電気信号に変換される。
そして、これらの変換された信号は増幅器6で増幅され、マルチプレクサ7によりそれ
ぞれの光波長に対応したフィルタ8−1、8−2に振り分けられる。
各フィルターに振り分けられた信号はフィルタ8−1、8−2によりフィルタリングさ
れてノイズ成分が低減され、A/D変換器9によりデジタル化される。
デジタル化された赤外光、赤色光に対応する各信号列が、それぞれの脈波を形成してい
る。
デジタル化された各信号列は処理部10に入力され、ROM12に格納されているプロ
グラムにより処理され、脈拍数PR、酸素飽和度SpO2が演算され、その値が表示部1
1に表示される。
(First embodiment)
Next, an apparatus using the above principle will be described with reference to a schematic configuration block diagram and a processing flow.
The schematic block diagram is the same as FIG. 1 described above.
By being driven by the drive circuit 3 so as to emit light alternately from the light emitting elements 1 and 2,
Different wavelengths of light are emitted.
Light emitted from the light emitting elements 1 and 2 is transmitted through the living tissue 4 and received by the light receiving unit (photodiode) 5 and converted into an electric signal.
These converted signals are amplified by the amplifier 6 and distributed by the multiplexer 7 to the filters 8-1 and 8-2 corresponding to the respective optical wavelengths.
The signals distributed to the filters are filtered by the filters 8-1 and 8-2 to reduce noise components, and are digitized by the A / D converter 9.
Each signal sequence corresponding to digitized infrared light and red light forms a pulse wave.
Each digitized signal sequence is input to the processing unit 10 and processed by a program stored in the ROM 12, and the pulse rate PR and oxygen saturation SpO2 are calculated.
1 is displayed.

次に、脈拍数PR、酸素飽和度SpO2を演算する処理フローを図7を用いて説明する。
測定が開始される(ステップS1)と、上記のように赤色光脈波、赤外光脈波が検出され
(ステップS2)、デジタル化された各信号列(各脈波データ)が処理部10に取り込ま
れる。
処理部10では、ROM12に格納されているプログラムにより、処理過程のデータを
RAM13に読み書きしながら、各脈波データを次のように処理する。
Next, a processing flow for calculating the pulse rate PR and the oxygen saturation SpO2 will be described with reference to FIG.
When the measurement is started (step S1), the red light pulse wave and the infrared light pulse wave are detected as described above (step S2), and each digitized signal sequence (each pulse wave data) is processed by the processing unit 10. Is taken in.
In the processing unit 10, each pulse wave data is processed as follows while reading / writing data of the process in the RAM 13 by a program stored in the ROM 12.

先ず、赤外光脈波、赤色光脈波それぞれの脈波の直流成分に対する脈動成分の比を脈波ご
とに求める。(ステップS3)
次に、脈拍数PRを求める処理(ステップS4〜S6)と酸素飽和度SpO2を求める
処理(ステップS7〜S9)が同時に行われる。
First, the ratio of the pulsating component to the direct current component of the pulse wave of each of the infrared light pulse wave and the red light pulse wave is obtained for each pulse wave. (Step S3)
Next, processing for determining the pulse rate PR (steps S4 to S6) and processing for determining the oxygen saturation SpO2 (steps S7 to S9) are performed simultaneously.

脈拍数PRを求める処理(ステップS4〜S6)では、
予め回転角が設定された回転行列Aにより、赤外光脈波データIRと赤色光脈波データ
RとのデータSから、式5よりノイズが低減された波形を得る。(ステップS4)
設定する回転角は、図3に示すような赤外光脈波データIRを横軸に赤色光脈波データ
Rを縦軸にとったグラフを回転すると図4に示すように軸方向へ射影した領域が最小とな
るような角度である。
回転角度は例えば、9π/30[rad]あるいは24π/30[rad]がよい。
ノイズが低減された波形は、射影領域が最小となる軸成分のデータより得ることができ
る。
そして、ノイズが低減された波形を図6に示すように周波数解析を行い、脈波データの基
本周波数を求める。(ステップS5)
そして、その基本周波数から脈拍数fsをfS×60[回/min]から求め、表示部11
に表示する。
In the process of calculating the pulse rate PR (steps S4 to S6),
From the data S of the infrared light pulse wave data IR and the red light pulse wave data R, a waveform with reduced noise is obtained from Equation 5 by the rotation matrix A in which the rotation angle is set in advance. (Step S4)
The rotation angle to be set is projected in the axial direction as shown in FIG. 4 by rotating a graph having the infrared light pulse wave data IR as shown in FIG. 3 and the red light pulse wave data R as the vertical axis. The angle is such that the area is minimized.
For example, the rotation angle is preferably 9π / 30 [rad] or 24π / 30 [rad].
The waveform with reduced noise can be obtained from the data of the axis component that minimizes the projection area.
Then, the frequency analysis of the waveform with reduced noise is performed as shown in FIG. 6 to obtain the fundamental frequency of the pulse wave data. (Step S5)
Then, the pulse rate fs is obtained from the fundamental frequency by fS × 60 [times / min], and the display unit 11
To display.

酸素飽和度SpO2を求める処理(ステップS7〜S9)では、所定期間分の赤外光脈
波データIRと赤色光脈波データRとからそれぞれのL2ノルム値を式10、式11から
求め、さらにそれぞれのL2ノルム値の比を式12から求める。
次に、ノイズの除去された赤外光と赤色光の脈波信号の比を求め、酸素飽和度を演算する。
(ステップS7)
そのL2ノルム比をΦとして、式12より酸素飽和度SpO2を求め(ステップS8)
、表示部11に表示する。(ステップS9)
In the process of obtaining the oxygen saturation SpO2 (steps S7 to S9), the respective L2 norm values are obtained from the infrared light pulse wave data IR and the red light pulse wave data R for a predetermined period from the expressions 10 and 11, and The ratio of the respective L2 norm values is obtained from Equation 12.
Next, the ratio of the pulse wave signal of the infrared light and the red light from which noise is removed is obtained, and the oxygen saturation is calculated.
(Step S7)
Using the L2 norm ratio as Φ, the oxygen saturation SpO2 is obtained from Equation 12 (step S8).
Is displayed on the display unit 11. (Step S9)

測定を継続するときはステップS2に戻り処理を繰り返し、測定を計測しない場合は測
定を終了する。(ステップS11)
When the measurement is continued, the process returns to step S2 and is repeated. When the measurement is not measured, the measurement is terminated. (Step S11)

(第2の実施例)
次に、別の第2の実施例を図8を用いて説明する。
第2の実施例が第1の実施例と相違する点はステップS4において、回転角は予め定め
られたものではなく、得られるデータから回転角を求める点であり、図8に示すようにス
テップS4−1とステップS4−2に分けて処理する。
他のステップは第1の実施例と同様なので、説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, another second embodiment will be described with reference to FIG.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the rotation angle is not determined in advance in step S4, but the rotation angle is obtained from the obtained data. As shown in FIG. Processing is divided into S4-1 and step S4-2.
The other steps are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

脈拍数PRを求める処理(ステップS4−1〜S6)では、
先ず、所定期間分の赤外光脈波データIRと赤色光脈波データRとのデータを用い、図
3に示すようなグラフを描く。
そして、いかなる回転角度であれば軸方向へ射影した領域が最小になるかを求める。(
ステップS4−1)
次に、求められた回転角度による回転行列により、各波長の脈波データを処理し、射影
領域が最小となる軸の成分のデータからノイズが低減された波形を得る。(ステップS4
−2)。
このように、第2の実施例の特徴は、回転行列の回転角度が、固定化された角度ではな
く、検出される脈波データに応じて適時変更されるアダプティブ性を有する点にある。
In the process of calculating the pulse rate PR (steps S4-1 to S6),
First, a graph as shown in FIG. 3 is drawn using data of infrared light pulse wave data IR and red light pulse wave data R for a predetermined period.
Then, what rotation angle is used to determine the minimum projected area in the axial direction. (
Step S4-1)
Next, the pulse wave data of each wavelength is processed by the rotation matrix based on the obtained rotation angle, and a waveform with reduced noise is obtained from the axis component data that minimizes the projection area. (Step S4
-2).
As described above, the feature of the second embodiment is that the rotation angle of the rotation matrix is not a fixed angle but has an adaptive property that is changed in time according to the detected pulse wave data.

(第3実施例)
次に、脈拍数PR、酸素飽和度SpO2を、周波数解析を用いて求めた基本周波数に替
えて、前記回転による処理により求めた基本周波数を用いて演算する処理フローを図10
を用いて説明する。
測定が開始される(ステップS1)と、上記のように赤色光脈波、赤外光脈波が検出さ
れ(ステップS2)、デジタル化された各信号列(各脈波データ)が処理部10に取り込
まれる。
処理部10では、ROM12に格納されているプログラムにより、処理過程のデータを
RAM13に読み書きしながら、各脈波データを次のように処理する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 10 shows a processing flow for calculating the pulse rate PR and the oxygen saturation SpO2 using the fundamental frequency obtained by the processing by the rotation in place of the fundamental frequency obtained by frequency analysis.
Will be described.
When the measurement is started (step S1), the red light pulse wave and the infrared light pulse wave are detected as described above (step S2), and each digitized signal sequence (each pulse wave data) is processed by the processing unit 10. Is taken in.
In the processing unit 10, each pulse wave data is processed as follows while reading / writing data of the process in the RAM 13 by a program stored in the ROM 12.

先ず、赤外光脈波、赤色光脈波それぞれの脈波の直流成分に対する脈動成分の比を脈波
ごとに求める。(ステップS3)
次に、脈拍数PRを求める処理(ステップS4〜S6)と酸素飽和度SpO2を求める
処理(ステップS7〜S9)が同時に行われる。
First, the ratio of the pulsating component to the direct current component of the pulse wave of each of the infrared light pulse wave and the red light pulse wave is obtained for each pulse wave. (Step S3)
Next, processing for determining the pulse rate PR (steps S4 to S6) and processing for determining the oxygen saturation SpO2 (steps S7 to S9) are performed simultaneously.

脈拍数PRを求める処理(ステップS4〜S6)では、
予め回転角が設定された回転行列Aにより、赤外光脈波データIRと赤色光脈波データ
RとのデータSから、式5よりノイズが低減された波形を得る。(ステップS4)
設定する回転角は、図3に示すような赤外光脈波データIRを横軸に赤色光脈波データ
Rを縦軸にとったグラフを回転すると図4に示すように軸方向へ射影した領域が最小とな
るような角度である。
回転角度は例えば、9π/30[rad]あるいは24π/30[rad]がよい。
ノイズが低減された波形は、射影領域が最小となる軸成分のデータより得ることができ
る。
そして、ノイズが低減された波形を図6に示すように周波数解析を行い、脈波データの
基本周波数を求める。(ステップS5)
更に、その基本周波数から脈拍数fsをfS×60[回/min]から求め、表示部11に
表示する。
In the process of calculating the pulse rate PR (steps S4 to S6),
From the data S of the infrared light pulse wave data IR and the red light pulse wave data R, a waveform with reduced noise is obtained from Equation 5 by the rotation matrix A in which the rotation angle is set in advance. (Step S4)
The rotation angle to be set is projected in the axial direction as shown in FIG. 4 by rotating a graph having the infrared light pulse wave data IR as shown in FIG. 3 and the red light pulse wave data R as the vertical axis. The angle is such that the area is minimized.
For example, the rotation angle is preferably 9π / 30 [rad] or 24π / 30 [rad].
The waveform with reduced noise can be obtained from the data of the axis component that minimizes the projection area.
Then, the frequency analysis of the waveform with reduced noise is performed as shown in FIG. 6 to obtain the fundamental frequency of the pulse wave data. (Step S5)
Further, the pulse rate fs is obtained from the fundamental frequency from fS × 60 [times / min] and displayed on the display unit 11.

また、酸素飽和度SpO2を求める処理(ステップS7〜S9)では、
赤外光及び赤色光の脈波信号を前記基本周波数で、または基本周波数とその高調波で構
成したフィルタを通し、ノイズの除去された信号を求める。(ステップS7)
次に、ノイズの除去された赤外光と赤色光の脈波信号の比を求め、酸素飽和度を演算し
(ステップS8)表示部11に表示する。(ステップS9)
In the process of obtaining the oxygen saturation SpO2 (steps S7 to S9),
A signal from which noise is removed is obtained by passing a pulse wave signal of infrared light and red light at the fundamental frequency or through a filter composed of the fundamental frequency and its harmonics. (Step S7)
Next, the ratio of the pulse wave signal of infrared light and red light from which noise has been removed is obtained, and the oxygen saturation is calculated (step S8) and displayed on the display unit 11. (Step S9)

測定を継続するとき(ステップS10)は、ステップS2に戻り処理を繰り返し、測定
を計測しない場合は測定を終了する。(ステップS11)
When the measurement is continued (step S10), the process returns to step S2 and is repeated. When the measurement is not measured, the measurement is terminated. (Step S11)

(第4の実施例)
更に、別の第4の実施例を図11を用いて説明する。
第4の実施例が第3の実施例と相違する点はステップS4において、回転角は予め定めら
れたものではなく、得られるデータから回転角を求める点であり、図11に示すようにス
テップS4−1とステップS4−2に分けて処理する。
他のステップは第3の実施例と同様なので、説明は省略する。
(Fourth embodiment)
Furthermore, another 4th Example is described using FIG.
The difference between the fourth embodiment and the third embodiment is that the rotation angle is not predetermined in step S4, but the rotation angle is obtained from the obtained data. As shown in FIG. Processing is divided into S4-1 and step S4-2.
The other steps are the same as those in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

脈拍数PRを求める処理(ステップS4−1〜S6)では、
先ず、所定期間分の赤外光脈波データIRと赤色光脈波データRとのデータを用い、図
3に示すようなグラフを描く。
そして、いかなる回転角度であれば軸方向へ射影した領域が最小になるかを求める。(
ステップS4−1)
次に、求められた回転角度による回転行列により、各波長の脈波データを処理し、射影
領域が最小となる軸の成分のデータからノイズが低減された波形を得る。(ステップS4
−2)。
このように、第4の実施例の特徴は、回転行列の回転角度が、固定化された角度ではな
く、検出される脈波データに応じて適時変更されるアダプティブ性を有する点にある。
In the process of calculating the pulse rate PR (steps S4-1 to S6),
First, a graph as shown in FIG. 3 is drawn using data of infrared light pulse wave data IR and red light pulse wave data R for a predetermined period.
Then, what rotation angle is used to determine the minimum projected area in the axial direction. (
Step S4-1)
Next, the pulse wave data of each wavelength is processed by the rotation matrix based on the obtained rotation angle, and a waveform with reduced noise is obtained from the axis component data that minimizes the projection area. (Step S4
-2).
As described above, the feature of the fourth embodiment is that the rotation angle of the rotation matrix is not a fixed angle, but has an adaptive property that is changed in time according to the detected pulse wave data.

以上は、動脈血酸素飽和度を測定するパルスオキシメータを例に挙げて説明したが、本
発明の技術はパルスオキシメータに限られず、特殊ヘモグロビン(一酸化炭素ヘモグロビ
ン、Metヘモグロビンなど)、血中に注入された色素などの血中吸光物質をパルスフォ
トメトリーの原理を用いて測定する装置(パルスフォトメトリー)にも光源の波長を選択す
ることで適用できる。
なお、本明細書中において、生体組織(媒体)を介して測定された信号を、2次元直交
座標に展開する前までは、「脈波信号」と記載し、2次元直交座標に展開中は、「脈波デ
ータ」と記載し、求められた波形は「脈波主成分波形」と区別して記載している。
The pulse oximeter for measuring arterial blood oxygen saturation has been described above as an example. However, the technique of the present invention is not limited to the pulse oximeter, and special hemoglobin (carbon monoxide hemoglobin, Met hemoglobin, etc.), The present invention can also be applied to an apparatus (pulse photometry) that measures a blood light-absorbing substance such as an injected dye using the principle of pulse photometry by selecting the wavelength of the light source.
In this specification, a signal measured via a living tissue (medium) is described as a “pulse wave signal” before being expanded to two-dimensional orthogonal coordinates, and before being expanded to two-dimensional orthogonal coordinates. , “Pulse wave data”, and the obtained waveform is distinguished from “pulse wave main component waveform”.

本発明では、同一の媒体からほぼ同時に抽出される2つの同種の信号
を処理して共通の信号成分を抽出する計算処理負担を軽減した信号処理が実現できる。
また、本発明では、前記媒体の体動によるノイズが脈波信号に生じ
た場合であっても、対象物質の濃度を精度よく測定できる。
また、体動によるノイズが脈波データ信号に生じた場合であっても、脈波信号からノイ
ズを除去し、精度よく脈拍や血中の吸光物質の濃度を求めることができるので、産業上の
利用可能性は極めて大きい。
According to the present invention, it is possible to realize signal processing that reduces the calculation processing burden of processing two similar signals extracted from the same medium almost simultaneously and extracting a common signal component.
In the present invention, the concentration of the target substance can be accurately measured even when noise due to body movement of the medium occurs in the pulse wave signal.
In addition, even if noise due to body movement occurs in the pulse wave data signal, the noise can be removed from the pulse wave signal, and the concentration of the light-absorbing substance in the pulse and blood can be obtained with high accuracy. The availability is extremely large.

1 発光素子
2 発光素子
3 駆動回路
4 生体組織
5 フォトダイオード
6 変換器
7 マルチプレクサ
8 フィルタ
9 A/D変換器
10 処理部
11 表示部
12 ROM
13 RAM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Light emitting element 3 Drive circuit 4 Living body tissue 5 Photodiode 6 Converter 7 Multiplexer 8 Filter 9 A / D converter 10 Processing part 11 Display part 12 ROM
13 RAM

Claims (1)

異なる2つの波長の光を同一の生体組織に照射する発光手段と、
前記発光手段から発生し前記同一の生体組織を透過または反射した各波長の光を電気信号に変換する受光手段と、
前記受光手段で変換された前記電気信号より得られた2つの波長の離散的時系列脈波データをそれぞれ縦軸または横軸とする2次元直交座標に展開した、各波長の脈波データそれぞれについてノルム値を求め、さらにそのノルム値の比を求めるノルム比計算手段と、
前記ノルム比計算手段により計算されたノルム比に基づいて、血中の酸素の濃度を求める血中酸素濃度演算手段とを具備することを特徴とするパルスフォトメータ。

A light emitting means for irradiating the same biological tissue with light of two different wavelengths;
A light receiving means for converting light of each wavelength generated from the light emitting means and transmitted or reflected through the same living tissue into an electrical signal;
About each pulse wave data of each wavelength developed in two-dimensional orthogonal coordinates with the vertical axis or the horizontal axis of discrete time series pulse wave data of two wavelengths obtained from the electrical signal converted by the light receiving means A norm ratio calculating means for obtaining a norm value and further obtaining a ratio of the norm values;
A pulse photometer comprising blood oxygen concentration calculating means for obtaining a blood oxygen concentration based on the norm ratio calculated by the norm ratio calculating means.

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JPH11183377A (en) * 1997-12-17 1999-07-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical component meter
JP3627214B2 (en) * 1999-09-13 2005-03-09 日本光電工業株式会社 Blood absorption substance measuring device
JP4236352B2 (en) * 1999-10-26 2009-03-11 株式会社島津製作所 Biological signal measuring device
JP2003235819A (en) * 2001-12-14 2003-08-26 Nippon Koden Corp Signal processing method and pulse wave signal processing method

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