JP5742441B2 - 生体情報処理装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態における脈拍計1の正面図である。脈拍計1は、リストバンド2を備え、ケース3には、時刻や脈拍計1の動作状態、各種生体情報(脈拍数、運動強度、カロリー消費量等)を文字や数字、アイコン等によって表示するための液晶表示器4が配置されている。
脈拍計1は、脈波センサー10によって検出される脈波信号に基づいて脈拍数を測定する。脈波信号は、被検者の拍動成分信号と体動ノイズ成分信号とが重畳された信号となる。そこで、脈拍計1は、体動センサー20から出力される体動信号に基づいて、脈波信号から体動ノイズ成分信号を除去し、拍動成分信号を抽出する。そして、抽出した拍動成分信号に基づいて脈拍数を測定する。
本実施形態では、加速度センサーを用いて被検者の加速度を体動として検出する。また、加速度センサーで検出された加速度から被検者のピッチ(歩調)を算出することで、被検者の運動強度を演算する。ピッチの演算は、加速度センサーから出力される加速度信号に対して所定の周波数解析(例えばFFT)を行い、ピッチに相当する周波数成分を特定・抽出することで演算することができる。かかる演算方法の詳細については、例えば特開2004−81745号公報に開示されている。
上記のようにピッチから脈拍数を推定することに加えて、本実施形態では、過渡状態における脈拍数の推定を行う。過渡状態とは、ある状態から別の状態に遷移する途中段階の状態である。本実施形態では、脈拍計1を装着した被検者が運動する状況を想定し、(1)運動開始→運動中、(2)運動中→運動終了、の2通りの状態遷移を過渡状態として考える。
時刻“t1”において被検者が運動を開始すると、ピッチは急激に立ち上がる。それに伴い、脈拍数は比較的速やかに増加し、運動時の最大脈拍数に収束するように変化する。この脈拍数の時間変化は、対数関数形の時間変化である。
時刻“t2”において被検者が運動を終了すると、ピッチは急激に低下する。それに伴い、脈拍数は緩やかに低下する。具体的には、運動を終了しても脈拍数は直ぐには下がらず、一定時間経過後に急激に低下し始める。その後、再び脈拍数の低下速度が鈍化し、最終的に安静時脈拍数よりもやや高い値に収束する。この脈拍数の時間変化は、シグモイド形(S字形)の時間変化である。
図4は、脈拍計1の機能構成の一例を示すブロック図である。脈拍計1は、脈波センサー10と、体動センサー20と、脈波信号増幅回路部30と、脈波形整形回路部40と、体動信号増幅回路部50と、体動波形整形回路部60と、A/D(Analog/Digital)変換部70と、処理部100と、操作部200と、表示部300と、報知部400と、通信部500と、時計部600と、記憶部700とを備えて構成される。
図4に示すように、記憶部700には、メイン処理(図7参照)として実行されるメインプログラム710が記憶されている。メインプログラム710は、ピッチ安定度判定処理(図8参照)として実行されるピッチ安定度判定プログラム720と、脈安定度判定処理(図9参照)として実行される脈安定度判定プログラム730と、脈拍数推定処理(図10参照)として実行される脈拍数推定プログラム750とをサブルーチンとして含む。
図7は、記憶部700に記憶されているメインプログラム710が処理部100によって読み出されることで、脈拍計1において実行されるメイン処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、安定度判定部130は、ピッチ演算部120によってピッチが演算できたか否かを判定する(ステップB1)。そして、ピッチが演算できたと判定した場合は(ステップB1;Yes)、所定のピッチ安定条件が成立したか否かを判定する(ステップB3)。ピッチ安定条件は、例えば、今回演算したピッチと前回演算したピッチとの差の絶対値が所定の閾値未満(或いは閾値以下)になることとして定めておくことができる。このピッチ安定条件は、運動強度が所定の同強度条件を満たすか否かを判定するための条件である。
安定度判定部130は、脈拍数測定部110によって脈拍数が測定されたと判定すると(ステップC1;Yes)、所定の脈安定条件が成立したか否かを判定する(ステップC3)。脈安定条件は、例えば、今回測定した脈拍数と前回測定した脈拍数との差の絶対値が所定の閾値未満(或いは閾値以下)になることとして定めておくことができる。この脈安定条件は、脈拍数が所定の近似条件を満たすか否かを判定するための条件である。
先ず、脈拍数推定部150は、ステップA13の判定結果に基づいて、被検者の現在の状態を判定する(ステップD1)。このステップD1は、過渡状態における脈拍数の推定を行うかどうかの判断するステップである。
脈拍計1において、脈拍数測定部110が、脈波センサー10の検出結果を用いて脈拍数を測定し、ピッチ演算部120が、体動センサー20の検出結果を用いて被検者のピッチを演算する。また、脈拍数推定部150は、ピッチ演算部120によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する。そして、表示制御部160は、脈拍数測定部110による測定ができている場合は、脈拍数測定部110によって測定された脈拍数を表示部300に表示させ、脈拍数測定部110による測定ができていない場合は、脈拍数推定部150によって推定された推定脈拍数を表示部300に表示させる制御を行う。
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
上記の実施形態では、生体情報処理装置として腕時計型の脈拍計を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な生体情報処理装置はこれに限られない。例えば、指先に装着して脈拍を測定する指装着形の脈拍計に適用することも可能である。また、脈波信号の検出方法も光を用いた検出方法に限られず、超音波を用いた検出方法や、赤外線を用いた検出方法であってもよい。
上記の実施形態では、体動検出部である体動センサーが、少なくとも加速度センサーを有して構成されるものとして説明したが、加速度センサーではなく他のセンサーを有して構成されることとしてもよい。例えば、体動センサーが速度センサーを有して構成されることとし、被検者の移動速度を体動として検出することとしてもよい。
上記の実施形態では、暫定脈拍数(ターゲット脈拍数)の下限値(下限脈拍数)を、脈拍数測定部110によって測定された最低の脈拍数とするものとして説明した。しかし、下限脈拍数として設定可能な値はこれに限られるわけではない。
上記の実施形態で説明した脈拍数推定モデルはあくまでも一例である。つまり、上記の実施形態でモデルに適用した関数以外の関数を用いて、脈拍数推定モデルをモデル化してもよいことは勿論である。図5に示した脈拍数の時間変化を模擬した関数であればよい。
Claims (7)
- 被検者の脈波を検出し脈波信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数測定部と、
前記被検者の体動を検出し体動信号を出力する体動検出部と、
前記体動信号を用いて前記被検者の運動強度を演算する運動強度演算部と、
前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部と、
前記脈波が検出できている場合に前記脈拍数測定部により算出された脈拍数を表示し、前記脈波が検出できていない場合に前記脈拍数推定部によって推定された前記推定脈拍数を表示する制御を行う表示制御部と、を備え、
前記脈拍数推定部は、前記運動強度演算部によって演算された前記運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から前記暫定脈拍数に漸次近づけるようにして前記推定脈拍数を求める漸次収束推定部を有することを特徴とする生体情報処理装置。 - 前記漸次収束推定部は、前記脈波信号に基づいて最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも低い場合、脈拍数が対数関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項1に記載の生体情報処理装置。 - 前記漸次収束推定部は、前記脈波信号に基づいて最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも高い場合、脈拍数がシグモイド関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項1又は2に記載の生体情報処理装置。 - 前記漸次収束推定部は、前記暫定脈拍数の下限値を、前記脈波信号に基づいて測定された最低の脈拍数とする、
請求項1〜3の何れか一項に記載の生体情報処理装置。 - 前記体動検出部は、加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成されてなる、
請求項1〜4の何れか一項に記載の生体情報処理装置。 - 前記体動検出部は、少なくとも加速度センサーを有して構成され、
前記運動強度演算部は、前記加速度センサーで検出された加速度から前記被検者のピッチを算出することで、前記被検者の運動強度を演算する、
請求項1〜5の何れか一項に記載の生体情報処理装置。 - 前記運動強度演算部によって演算された前記運動強度と、前記脈拍数測定部により算出された脈拍数とに基づき、前記被検者が安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定部を更に備え、
前記脈拍数推定部は、前記安定状態判定部によって前記安定状態にあると判定された後に、前記脈波の検出ができなくなり、且つ、前記安定状態にあると判定された際の運動強度と前記運動強度演算部によって演算された前記運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、前記安定状態にあると判定された際の脈拍数を前記推定脈拍数とする安定状態継続推定部を有する、
請求項1〜6の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
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