JPH1156827A - Motion intensity detector - Google Patents

Motion intensity detector

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JPH1156827A
JPH1156827A JP9230075A JP23007597A JPH1156827A JP H1156827 A JPH1156827 A JP H1156827A JP 9230075 A JP9230075 A JP 9230075A JP 23007597 A JP23007597 A JP 23007597A JP H1156827 A JPH1156827 A JP H1156827A
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respiratory
waveform
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exercise intensity
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和彦 天野
Kazuo Uebaba
和夫 上馬場
Hitoshi Ishiyama
仁 石山
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    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7253Details of waveform analysis characterised by using transforms
    • A61B5/726Details of waveform analysis characterised by using transforms using Wavelet transforms

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect motion intensity so as not to give a burden to an examinee. SOLUTION: A pulse wave detection part 10 detects pulse waveform MH. When a body motion detecting part 11 detects a body motion waveform TH showing body motion, a waveform processing part 12 gives waveform processing to the waveform TH to convert to a body motion component MHt. Next, by subtracting the component MHt from the waveform MH, a body motion removing part 13 generates a body motion removing pulse waveform MH'. After this, a breath component extracting part 14 gives FFT to the waveform MH' to execute frequency analyzing and calculates a breath frequency component based on the analyzing result. An evaluation part 15 calculates a distortion ratio K based on the breath frequency component and reads motion intensity X corresponding to this from ROM. A display part 16 displays the intensity X. Thereby, the subject is informed of the intensity X.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は運動強度を脈波波形
から検出するのに好適な運動強度検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exercise intensity detection device suitable for detecting exercise intensity from a pulse wave waveform.

【0002】[0002]

【従来の技術】ランニングやウエイトトレーニングなど
の運動強度を測定する方法として、血液中の乳酸濃度を
測定する方法が知られている。この測定方法にあって
は、乳酸が疲労物質であることに着目し、乳酸濃度が高
い場合に運動強度が大きいと判定する。ここで、運動中
にトレーニングしている者自らが運動強度を知ることが
できれば、健康管理や科学的なトレーニングを行うこと
ができ便利である。しかし、乳酸濃度を測定するには、
血液を採取して濃度を調べる必要があるため、運動を継
続しながら測定を行うことは不可能である。そこで、本
発明者らは、運動強度を表す指標について検討を重ねた
ところ、呼吸波形と運動強度に密接な関係があることを
発見した。
2. Description of the Related Art As a method of measuring exercise intensity such as running and weight training, a method of measuring the concentration of lactic acid in blood is known. In this measurement method, attention is paid to the fact that lactic acid is a fatigue substance, and it is determined that exercise intensity is high when the lactic acid concentration is high. Here, if the person training during exercise can know the exercise intensity by himself, it is convenient because he can perform health management and scientific training. However, to measure the lactate concentration,
Since it is necessary to collect blood and check the concentration, it is impossible to measure while continuing exercise. Therefore, the present inventors have repeatedly studied an index representing exercise intensity and found that there is a close relationship between a respiratory waveform and exercise intensity.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここで、呼吸波形を如
何にして測定するかが重要な問題である。まず、病人
等、安静にしている被験者の呼吸波形を測定する方法と
しては、胸や腹にバンドを巻いて伸縮状態を測定する、
鼻孔に熱電対を入れてその抵抗値の変動をカウントする
等の方法が一般的である。しかし、日常の健康管理を行
う被験者や、トレーニングを行う被験者がそのような物
を装着することはきわめて煩わしく不便である。
Here, how to measure the respiratory waveform is an important problem. First, as a method of measuring the respiratory waveform of a subject who is at rest, such as a sick person, a band is wrapped around the chest or abdomen to measure the stretching state,
A general method is to insert a thermocouple into the nostril and count the change in the resistance value. However, it is extremely inconvenient and inconvenient for a subject performing daily health care and a subject performing training to wear such an object.

【0004】ところで、安静状態の被験者の心電図のR
−R周期のゆらぎの周波数成分を解析すると、呼吸数に
相当する成分が存在する。脈波は心電図と同期するか
ら、脈波周期(または脈波振幅)のゆらぎ周波数成分に
おいても呼吸波形に相当する成分が含まれる。そこで、
このような成分を抽出することによって、心電あるいは
脈波に基づいて呼吸波形を測定する装置が知られてい
る。例えば、特開昭62−22627においては、一連
の脈拍間隔を測定し、これら脈拍間隔の変化周期を測定
し、この変化周期の逆数によって呼吸数を算出する技術
が開示されている。
[0004] By the way, R of an electrocardiogram of a subject in a resting state
When analyzing the frequency component of the fluctuation of the -R cycle, there is a component corresponding to the respiratory rate. Since the pulse wave is synchronized with the electrocardiogram, a fluctuation frequency component of the pulse wave cycle (or pulse wave amplitude) includes a component corresponding to a respiratory waveform. Therefore,
A device that measures a respiratory waveform based on an electrocardiogram or a pulse wave by extracting such a component is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-22627 discloses a technique in which a series of pulse intervals are measured, a change cycle of these pulse intervals is measured, and a respiratory rate is calculated based on a reciprocal of the change cycle.

【0005】また、実開平4−51912においては、
心電波形のR−R間隔の変動周期または脈波波形のピー
ク値の包絡線のゆらぎに基づいて第1呼吸数を検出し、
被験者の腹部表面の往復運動を検出して第2呼吸数を検
出し、第1および第2呼吸数のうち低い方を記録・表示
する技術が開示されている。
In Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-51912,
Detecting a first respiratory rate based on a fluctuation cycle of an RR interval of an electrocardiographic waveform or a fluctuation of an envelope of a peak value of a pulse wave waveform;
There is disclosed a technique of detecting a reciprocating motion of the abdomen surface of a subject to detect a second respiratory rate, and recording and displaying a lower one of the first and second respiratory rates.

【0006】また、実開平4−136207において
は、脈波波形の振幅のゆらぎの周期に基づいて呼吸数を
推定するとともに、脈波波形の平均値(低周波成分のう
ねり)を算出し、この平均値の傾きが小さい場合のデー
タを用いることによって、うねりやノイズの影響を低減
する技術が開示されている。
In Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 4-136207, the respiratory rate is estimated based on the period of the fluctuation of the amplitude of the pulse waveform, and the average value of the pulse waveform (swell of the low frequency component) is calculated. There is disclosed a technique for reducing the influence of undulations and noises by using data in the case where the slope of the average value is small.

【0007】また、特開平6−142082において
は、逐次求められた被験者の脈拍数と最高血圧値とを乗
算し、この乗算値の脈動周期に基づいて呼吸数を算出す
る技術が開示されている。また、実公平6−22325
においては、脈波のピーク値を結ぶ曲線の変化周期に基
づいて、生体の呼吸数を決定する技術が開示されてい
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-142082 discloses a technique in which a pulse rate of a subject sequentially obtained is multiplied by a systolic blood pressure value, and a respiratory rate is calculated based on a pulsation cycle of the multiplied value. . In addition, actual fairness 6-22525
Discloses a technique for determining a respiratory rate of a living body based on a change period of a curve connecting peak values of pulse waves.

【0008】しかし、被験者が運動中であれば、心電波
形には筋電波形が重畳し、脈波には体動成分が重畳す
る。これらの成分は呼吸波形に相当する成分よりもレベ
ルが高くなることもあるため、呼吸波形を誤って算出し
てしまうという問題があった。
However, if the subject is exercising, a myoelectric waveform is superimposed on the electrocardiographic waveform, and a body motion component is superimposed on the pulse wave. Since the level of these components may be higher than the component corresponding to the respiratory waveform, there is a problem that the respiratory waveform is incorrectly calculated.

【0009】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、脈波波形から呼吸成分を抽出し、これに基
づいて運動強度を簡易に検出する運動強度検出装置を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an exercise intensity detecting device that extracts a respiratory component from a pulse wave waveform and easily detects exercise intensity based on the extracted respiratory component. I do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明にあっては、生体の検出部位
から脈波波形を検出する脈波検出手段と、前記生体の体
動を示す体動波形を検出する体動検出手段と、前記体動
波形に基づいて前記脈波波形中の体動成分を生成し、前
記脈波波形から前記体動成分を除去して体動除去脈波波
形を生成する体動除去手段と、前記体動除去脈波波形に
基づいて、呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段と、前
記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づ
いて、運動強度を算出する運度強度生成手段とを備えた
ことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a pulse wave detecting means for detecting a pulse wave waveform from a detection part of a living body, and a body movement of the living body. Body movement detecting means for detecting a body movement waveform indicating the body movement, generating a body movement component in the pulse wave waveform based on the body movement waveform, and removing the body movement component from the pulse wave waveform to remove the body movement A body motion removing unit that generates a pulse wave waveform, a respiratory component extracting unit that extracts a respiratory component based on the body motion removed pulse wave waveform, and a motion based on a respiratory component extracted by the respiratory component extracting unit. And a forcing intensity generating means for calculating the intensity.

【0011】また、請求項2に記載の発明にあっては、
前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去脈波波形にウエ
ーブレット変換を施して体動除去脈波解析データを生成
するウエーブレット変換部と、前記体動除去脈波解析デ
ータから脈波成分に相当する周波数成分を除去して呼吸
波形解析データを生成し、当該呼吸波形解析データに逆
ウエーブレットを施して、呼吸波形を前記呼吸成分とし
て生成する呼吸波形生成部とを備えることを特徴とす
る。
Further, in the invention according to claim 2,
The respiratory component extraction means performs a wavelet transform on the body motion-removed pulse wave waveform to generate a body motion-removed pulse wave analysis data, and a pulse wave component from the body motion-removed pulse wave analysis data. A respiratory waveform generating unit that generates respiratory waveform analysis data by removing a corresponding frequency component, applies an inverse wavelet to the respiratory waveform analysis data, and generates a respiratory waveform as the respiratory component. .

【0012】また、請求項3に記載の発明にあっては、
前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によっ
て抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた周
波数成分の割合に基づいて、前記運動強度を算出するこ
とを特徴とする。
Further, in the invention according to claim 3,
The mobility intensity generating means calculates the exercise intensity based on a ratio of frequency components obtained by performing frequency analysis on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means.

【0013】また、請求項4に記載の発明にあっては、
前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によっ
て抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた各
周波数成分から歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記
運動強度を算出することを特徴とする。
Further, in the invention according to claim 4,
The fortitude intensity generation means calculates a distortion rate from each frequency component obtained by performing frequency analysis on the respiration component extracted by the respiration component extraction means, and calculates the exercise intensity based on the distortion rate. It is characterized by the following.

【0014】また、請求項5に記載の発明にあっては、
前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によっ
て抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた基
本波周波数成分と第3次高調波成分の割合を算出し、当
該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴と
する。
Further, in the invention according to claim 5,
The mobility intensity generating means calculates a ratio between a fundamental frequency component and a third harmonic component obtained by performing frequency analysis on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means, and calculates the ratio based on the ratio. The exercise intensity is calculated.

【0015】また、請求項6に記載の発明にあっては、
前記呼吸成分抽出手段は、呼吸波形を前記呼吸成分とし
て抽出し、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出
手段によって抽出された前記呼吸波形のデューティ比を
検出し、当該デューティ比に基づいて前記運動強度を生
成することを特徴とする。
In the invention according to claim 6,
The respiratory component extracting means extracts a respiratory waveform as the respiratory component, and the fortitude intensity generating means detects a duty ratio of the respiratory waveform extracted by the respiratory component extracting means, based on the duty ratio. The exercise intensity is generated.

【0016】また、請求項7に記載の発明にあっては、
前記体動除去手段は、前記脈波波形の周波数スペクトラ
ムを解析する第1の周波数解析部と、前記体動波形の周
波数スペクトラムを解析する第2の周波数解析部と、前
記第2の周波数解析部によって解析された周波数スペク
トラムと同一周波数のものを、前記第1の周波数解析部
によって解析された周波数スペクトラムから除去して、
体動が除去された体動除去スペクトラムを生成する体動
除去部を備え、前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去
スペクトラムの中から呼吸成分の基本波成分に相当する
周波数スペクトラムを抽出し、前記運動強度生成手段
は、前記呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペク
トラムのレベルとその高調波成分に相当する周波数スペ
クトラムのレベルに基づいて、前記運動強度を算出する
ことを特徴とする。
In the invention according to claim 7,
The body motion removing unit includes a first frequency analysis unit that analyzes a frequency spectrum of the pulse wave waveform, a second frequency analysis unit that analyzes a frequency spectrum of the body motion waveform, and the second frequency analysis unit. A frequency spectrum having the same frequency as that of the frequency spectrum analyzed by the first frequency analyzer is removed from the frequency spectrum analyzed by the first frequency analyzer.
A body movement removal unit that generates a body movement removal spectrum from which body movement has been removed, wherein the respiratory component extracting unit extracts a frequency spectrum corresponding to a fundamental component of a respiratory component from the body movement removal spectrum, The exercise intensity generating means calculates the exercise intensity based on a frequency spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a frequency spectrum level corresponding to a harmonic component thereof.

【0017】また、請求項8に記載の発明にあっては、
前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去スペクトラムの
中から脈拍数に応じて定められる帯域を特定し、この帯
域内の周波数スペクトラムの中から呼吸成分の基本波成
分に相当する周波数スペクトラムを抽出することを特徴
とする。
Further, in the invention according to claim 8,
The respiratory component extracting means specifies a band determined according to a pulse rate from the body motion removal spectrum, and extracts a frequency spectrum corresponding to a fundamental component of a respiratory component from a frequency spectrum within this band. It is characterized by the following.

【0018】また、請求項9に記載の発明にあっては、
前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に
相当するスペクトラムのレベルとその高調波成分に相当
するスペクトラムのレベルに基づいて、呼吸波形の歪率
を算出し、当該歪率に基づいて前記運動強度を算出する
ことを特徴とする。
In the invention according to claim 9,
The mobility intensity generating means calculates a distortion rate of a respiratory waveform based on a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiration component and a spectrum level corresponding to a harmonic component thereof, and calculates the distortion rate based on the distortion rate. And calculating the exercise intensity.

【0019】また、請求項10に記載の発明にあって
は、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成
分に相当するスペクトラムのレベルとその第3次高調波
成分に相当するスペクトラムのレベルとの割合を求め、
当該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴
とする。
Further, in the invention according to claim 10, the mobility intensity generating means includes a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a spectrum corresponding to a third harmonic component thereof. Of the level of the
The exercise intensity is calculated based on the ratio.

【0020】また、請求項11に記載の発明にあって
は、生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手
段と、前記脈波波形から呼吸成分を抽出する呼吸成分抽
出手段と、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼
吸成分に基づいて、運動強度を算出する運度強度生成手
段とを備えたことを特徴とする。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a pulse wave detecting means for detecting a pulse wave waveform from a detection part of a living body, a respiratory component extracting means for extracting a respiratory component from the pulse wave waveform, The present invention is characterized in that a fork intensity generating means for calculating exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means is provided.

【0021】また、請求項12に記載の発明にあって
は、前記呼吸成分抽出手段は、前記脈波波形に周波数解
析を施して脈波解析データを生成する周波数解析部と、
前記脈波解析データから脈波成分を除去する脈波成分除
去部と、体動基本波周波数と呼吸基本波周波数の関係を
予め対応付けて格納した基本周波数テーブルと、前記基
本波周波数テーブルを参照して、前記解析データの中か
ら呼吸基本波周波数と体動基本波周波数を特定する周波
数特定部と、前記周波数特定部によって特定された前記
呼吸基本周波数に基づいて、その各高調波周波数を算出
し、呼吸成分を抽出する抽出部とを備えたことを特徴と
する。
[0021] In the twelfth aspect of the present invention, the respiratory component extracting means performs a frequency analysis on the pulse wave waveform to generate pulse wave analysis data,
Refer to the pulse wave component removing unit that removes a pulse wave component from the pulse wave analysis data, a fundamental frequency table in which the relationship between the body motion fundamental wave frequency and the respiratory fundamental wave frequency is stored in advance and the fundamental wave frequency table Then, from the analysis data, a frequency specifying unit that specifies a respiratory fundamental frequency and a body motion fundamental frequency, and based on the respiratory fundamental frequency specified by the frequency specifying unit, calculates each harmonic frequency thereof. And an extractor for extracting a respiratory component.

【0022】また、請求項13に記載の発明にあって
は、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成
分に相当するスペクトラムのレベルとその高調波成分に
相当するスペクトラムのレベルに基づいて、呼吸波形の
歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記運動強度を算出
することを特徴とする。
Further, in the invention according to the thirteenth aspect, the mobility intensity generating means converts the level of a spectrum corresponding to a fundamental component of the respiratory component into a level of a spectrum corresponding to a harmonic component thereof. And calculating the exercise intensity based on the distortion rate based on the calculated distortion rate.

【0023】また、請求項14に記載の発明にあって
は、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成
分に相当するスペクトラムのレベルとその第3次高調波
成分に相当するスペクトラムのレベルとの割合を求め、
当該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴
とする。
Further, in the invention according to claim 14, the mobility intensity generating means includes a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a spectrum corresponding to a third harmonic component thereof. Of the level of the
The exercise intensity is calculated based on the ratio.

【0024】また、請求項15に記載の発明にあって
は、前記前記運度強度生成手段によって生成された前記
運動強度を告知する告知手段を備えることを特徴とす
る。
[0024] Further, the invention according to claim 15 is characterized in that there is provided a notifying means for notifying the exercise intensity generated by the fortitude intensity generating means.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

A.原理 運動強度が大きくなると、骨格筋の酸素消費量が増加す
るので、呼吸数が増加する。ここで、運動強度と呼吸波
形の関係を図1に示す。なお、同図において、縦軸の+
方向は吸入を示しており、−方向は排出を示している。
同図(a)は安静時(運動強度X1)の呼吸波形を示し
たものであり、図(b)は運動強度X2における呼吸波
形、図(c)は運動強度X3における呼吸波形、図
(d)は運動強度X4における呼吸波形を示したもので
あり、運動強度X1〜X4には、以下の関係がある。 X1<X2<X3<X4
A. Principle When exercise intensity increases, oxygen consumption of skeletal muscle increases, and respiratory rate increases. Here, the relationship between exercise intensity and respiratory waveform is shown in FIG. Note that, in FIG.
The direction indicates inhalation and the-direction indicates expulsion.
FIG. 7A shows a respiratory waveform at rest (exercise intensity X1), FIG. 8B shows a respiratory waveform at exercise intensity X2, FIG. 8C shows a respiratory waveform at exercise intensity X3, and FIG. ) Shows the respiration waveform at the exercise intensity X4, and the exercise intensity X1 to X4 has the following relationship. X1 <X2 <X3 <X4

【0026】この図から、安静時には、吸入時間が排出
時間より長いが、運動強度が大きくなるにつれ、吸入時
間と排出時間の差が小さくなって、呼吸波形が次第に正
弦波に近づき、さらに運動強度が大きくなると、呼吸波
形が大幅に乱れることがわかる。
From this figure, at rest, the inhalation time is longer than the discharge time, but as the exercise intensity increases, the difference between the inhalation time and the discharge time decreases, and the respiratory waveform gradually approaches a sine wave. It can be seen that the respiratory waveform is greatly disturbed as the value of becomes larger.

【0027】ここで、呼吸波形が正弦波に近づくこと
は、基本波成分に対する高調波成分が低減されることを
意味する。特に、運動強度がある限界を越えない限り、
呼吸波形は鋸歯状波から正弦波に変化するので、運動強
度の増加に伴って第3次高調波成分が減少していくこと
になる。したがって、呼吸波形を周波数解析することに
よって、運動強度の指標を得ることができる。
Here, the fact that the respiratory waveform approaches a sine wave means that a harmonic component with respect to the fundamental wave component is reduced. In particular, unless the exercise intensity exceeds a certain limit
Since the respiratory waveform changes from a sawtooth wave to a sine wave, the third harmonic component decreases as the exercise intensity increases. Therefore, an index of exercise intensity can be obtained by frequency-analyzing the respiratory waveform.

【0028】本出願人はこの点に着目して、脈波波形か
ら呼吸成分を抽出し、これを周波数解析することによっ
て、運動強度を検出することとした。
Focusing on this point, the applicant has determined that exercise intensity is detected by extracting a respiratory component from a pulse wave waveform and performing frequency analysis of the respiratory component.

【0029】B.機能構成 次に、本実施形態に係わる運動強度検出装置の機能を説
明する。図2は本実施形態に係わる運動強度検出装置の
機能ブロック図である。図において、f1は脈波検出手
段であって、生体の検出部位から脈波波形を検出する。
例えば、光学式脈波センサや圧力センサ等が該当する。
また、f2は体動検出手段であって、生体の体動を示す
体動波形を検出する。例えば、加速度センサが該当す
る。
B. Functional Configuration Next, the function of the exercise intensity detection device according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a functional block diagram of the exercise intensity detecting device according to the present embodiment. In the figure, f1 is a pulse wave detecting means, which detects a pulse wave waveform from a detection part of a living body.
For example, an optical pulse wave sensor, a pressure sensor, and the like correspond.
F2 is a body movement detecting means for detecting a body movement waveform indicating the body movement of the living body. For example, an acceleration sensor is applicable.

【0030】また、f3は体動除去手段であって、体動
波形に基づいて脈波波形中の体動成分を生成し、脈波波
形から体動成分を除去して体動除去脈波波形を生成す
る。具体的には、体動波形に適当な波形処理を施し、こ
れを脈波波形から減算することによって、あるいは、
脈波波形の周波数スペクトラムと体動波形の周波数スペ
クトラムとを各々解析し、体動波形の周波数スペクトラ
ムと同一周波数のものを、脈波波形の周波数スペクトラ
ムから除去することにより、体動除去波形を生成するこ
とができる。
F3 is a body movement removing means which generates a body movement component in the pulse wave waveform based on the body movement waveform and removes the body movement component from the pulse wave waveform to remove the body movement. Generate Specifically, by performing appropriate waveform processing on the body motion waveform and subtracting this from the pulse waveform, or
Generate a body motion removal waveform by analyzing the frequency spectrum of the pulse wave waveform and the frequency spectrum of the body motion waveform, and removing the same frequency as the frequency spectrum of the body motion waveform from the frequency spectrum of the pulse wave waveform. can do.

【0031】また、f4は呼吸成分抽出手段であって、
体動除去脈波波形に基づいて、呼吸成分を抽出する。こ
の呼吸成分抽出手段f4は、例えば、体動除去脈波波形
にウエーブレット変換を施して体動除去脈波解析データ
を生成するウエーブレット変換部と、体動除去脈波解析
データから脈波成分に相当する周波数成分を除去して呼
吸波形解析データを生成し、当該呼吸波形解析データに
逆ウエーブレットを施して、呼吸波形を前記呼吸成分と
して生成する呼吸波形生成部とを備えればよい。また、
f5は運度強度生成手段であって、呼吸成分抽出手段に
よって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出
する。この場合、運度強度は、抽出された呼吸成分に周
波数解析を施して得られた周波数成分の割合に基づい
て、運動強度を算出することができる。
F4 is a respiratory component extracting means,
A respiratory component is extracted based on the pulse waveform of the body motion removal. The respiratory component extracting unit f4 includes, for example, a wavelet transform unit that performs a wavelet transform on the body motion removal pulse wave waveform to generate body motion removal pulse wave analysis data, and a pulse wave component from the body movement removal pulse wave analysis data. And a respiratory waveform generating unit that generates respiratory waveform analysis data by removing a frequency component corresponding to the above, applies an inverse wavelet to the respiratory waveform analysis data, and generates a respiratory waveform as the respiratory component. Also,
f5 is a fortune intensity generating means for calculating exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means. In this case, the exercise intensity can be calculated based on the ratio of the frequency component obtained by performing frequency analysis on the extracted respiratory component.

【0032】C.第1実施形態 1.第1実施形態の構成 本発明の第1実施形態に係わる運動強度検出装置1の構
成を図面を参照しつつ説明する。 1−1:第1実施形態の外観構成 図3は第1実施形態に係わる運動強度検出装置1の外観
構成を示す斜視図である。図3において、本例の運動強
度検出装置1は、腕時計構造を有する装置本体110
と、この装置本体110に接続されるケーブル120
と、このケーブル120の先端側に設けられた脈波検出
用センサユニット130とから大略構成されている。ケ
ーブル120の先端側にはコネクタピース80が構成さ
れており、このコネクタピース80は、装置本体10の
6時の側に構成されているコネクタ部70に対して着脱
自在である。装置本体10には、腕時計における12時
方向から腕に巻きついてその6時方向で固定されるリス
トバンド60が設けられ、このリストバンド60によっ
て、装置本体110は、腕に着脱自在である。脈波検出
用センサユニット130は、センサ固定用バンド140
によって遮光されながら人差し指の根本に装着される。
このように、脈波検出用センサユニット130を指の根
本に装着すると、ケーブル120が短くて済むので、ケ
ーブル120は、ランニング中に邪魔にならない。ま
た、掌から指先までの体温の分布を計測すると、寒いと
きには、指先の温度が著しく低下するのに対し、指の根
本の温度は比較的低下しない。従って、指の根本に脈波
検出用センサユニット130を装着すれば、寒い日に屋
外でランニングしたときでも、脈拍数などを正確に計測
できる。
C. First Embodiment 1. First Embodiment Configuration of First Embodiment The configuration of the exercise intensity detecting device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-1: External Configuration of First Embodiment FIG. 3 is a perspective view showing an external configuration of the exercise intensity detection device 1 according to the first embodiment. In FIG. 3, the exercise intensity detecting device 1 of the present embodiment is a device main body 110 having a wristwatch structure.
And a cable 120 connected to the apparatus main body 110.
And a pulse wave detection sensor unit 130 provided on the distal end side of the cable 120. A connector piece 80 is formed on the distal end side of the cable 120, and the connector piece 80 is detachable from a connector section 70 formed on the 6:00 side of the apparatus main body 10. The device main body 10 is provided with a wristband 60 which is wound around the wrist from the 12 o'clock direction and fixed at the 6 o'clock direction of the wristwatch. The pulse wave detection sensor unit 130 includes a sensor fixing band 140.
It is attached to the base of the index finger while being shielded from light.
As described above, when the pulse wave detection sensor unit 130 is attached to the base of the finger, the length of the cable 120 can be reduced, so that the cable 120 does not interfere with the running. Also, when the distribution of body temperature from the palm to the fingertip is measured, when the temperature is cold, the temperature at the fingertip drops significantly, whereas the temperature at the root of the finger does not drop relatively. Therefore, if the pulse wave detection sensor unit 130 is attached to the base of the finger, the pulse rate and the like can be accurately measured even when running outdoors on a cold day.

【0033】また、装置本体110は、樹脂製の時計ケ
ース200(本体ケース)を備えており、この時計ケー
ス200の表面側には、現在時刻や日付に加えて、走行
時や歩行時のピッチ、脈拍数、運動強度、呼吸数などを
表示するELバックライト付きの液晶表示装置210が
構成されている。液晶表示装置210には、セグメント
表示領域の他、ドット表示領域が構成されており、ドッ
ト表示領域では、各種の情報をグラフィック表示可能で
ある。
The main body 110 of the apparatus has a watch case 200 (body case) made of resin. The watch case 200 has a front surface on which the running time and walking pitch are added in addition to the current time and date. , A liquid crystal display device 210 with an EL backlight for displaying pulse rate, exercise intensity, respiratory rate and the like. The liquid crystal display device 210 includes a dot display area in addition to the segment display area, and various information can be graphically displayed in the dot display area.

【0034】また、時計ケース200の内部には、脈波
検出用センサユニット130が計測した脈波波形MHに
基づいて運動強度、脈拍数あるいは呼吸数の変化などを
求めるとともに、それを液晶表示装置210に表示する
ために、各種の制御やデータ処理を行うマイクロコンピ
ュータなどからなる制御部が構成されている。制御部に
は計時回路も構成されており、通常時刻、ラップタイ
ム、スプリットタイムなども液晶表示装置210に表示
できるようになっている。また、時計ケース200の外
周部には、時刻合わせや表示モードの切換などの外部操
作を行うためのボタンスイッチ111〜115が構成さ
れている。
Further, inside the watch case 200, changes in exercise intensity, pulse rate or respiratory rate, etc. are obtained based on the pulse wave waveform MH measured by the pulse wave detecting sensor unit 130, and the results are displayed on a liquid crystal display device. In order to display the data on the control unit 210, a control unit including a microcomputer for performing various controls and data processing is configured. The control unit also includes a timekeeping circuit, so that the normal time, lap time, split time, and the like can be displayed on the liquid crystal display device 210. Button switches 111 to 115 for performing external operations such as time adjustment and switching of display modes are configured on the outer peripheral portion of the watch case 200.

【0035】次に、脈波検出用センサユニット130
は、図4に示すようにLED32、フォトトランジスタ
33などから構成される。スイッチSWがon状態とな
り、電源電圧が印加されると、LED32から光が照射
され、血管や組織によって反射された後に、フォトトラ
ンジスタ33によって受光され、脈波信号Mが検出され
る。ここで、LEDの発光波長は、血液中のヘモグロビ
ンの吸収波長ピーク付近に選ばれる。このため、受光レ
ベルは血流量に応じて変化する。したがって、受光レベ
ルを検出することによって、脈波波形を検出できる。ま
た、LED32としては、InGaN系(インジウム−
ガリウム−窒素系)の青色LEDが好適である。青色L
EDの発光スペクトルは、例えば450nmに発光ピー
クを有し、その発光波長域は、350nmから600n
mまでの範囲にある。この場合には、かかる発光特性を
有するLEDに対応させてフォトトランジスタ33とし
て、GaAsP系(ガリウム−砒素−リン系)のフォト
トランジスタを用いればよい。このフォトトランジスタ
33の受光波長領域は、例えば、主要感度領域が300
nmから600nmまでの範囲にあって、300nm以
下にも感度領域がある。このような青色LEDとフォト
トランジスタ33とを組み合わせると、その重なり領域
である300nmから600nmまでの波長領域におい
て、脈波が検出される。この場合には、以下の利点があ
る。
Next, the pulse wave detecting sensor unit 130
Is composed of an LED 32, a phototransistor 33 and the like as shown in FIG. When the switch SW is turned on and a power supply voltage is applied, light is emitted from the LED 32 and is reflected by blood vessels and tissues. Then, the light is received by the phototransistor 33 and the pulse wave signal M is detected. Here, the emission wavelength of the LED is selected near the absorption wavelength peak of hemoglobin in blood. Therefore, the light receiving level changes according to the blood flow. Therefore, the pulse wave waveform can be detected by detecting the light receiving level. Further, as the LED 32, an InGaN-based (indium-
Gallium-nitrogen based blue LEDs are preferred. Blue L
The emission spectrum of the ED has an emission peak at, for example, 450 nm, and the emission wavelength range is from 350 nm to 600 n.
m. In this case, a GaAsP-based (gallium-arsenic-phosphorus-based) phototransistor may be used as the phototransistor 33 corresponding to an LED having such light emission characteristics. The light-receiving wavelength region of the phototransistor 33 has, for example, a main sensitivity region of 300
In the range from nm to 600 nm, there is a sensitivity region even below 300 nm. When such a blue LED and the phototransistor 33 are combined, a pulse wave is detected in a wavelength region from 300 nm to 600 nm, which is an overlapping region thereof. In this case, there are the following advantages.

【0036】まず、外光に含まれる光のうち、波長領域
が700nm以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向
があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていな
い指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトト
ランジスタ33まで到達せず、検出に影響を与えない波
長領域の光のみがフォトトランジスタ33に達する。一
方、300nmより低波長領域の光は、皮膚表面でほと
んど吸収されるので、受光波長領域を700nm以下と
しても、実質的な受光波長領域は、300nm〜700
nmとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくと
も、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中
のヘモグロビンは、波長が300nmから700nmま
での光に対する吸光係数が大きく、波長が880nmの
光に対する吸光係数に比して数倍〜約100倍以上大き
い。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光
特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域(300n
mから700nm)の光を検出光として用いると、その
検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血
量変化に基づく脈波波形MHのS/N比を高めることが
できる。
First, of the light included in the external light, light having a wavelength region of 700 nm or less tends to hardly penetrate the finger tissue, so that the external light is not covered with the sensor fixing band. , Does not reach the phototransistor 33 via the finger tissue, and only light in a wavelength region that does not affect detection reaches the phototransistor 33. On the other hand, since light in a wavelength region lower than 300 nm is almost absorbed by the skin surface, even if the light receiving wavelength region is set to 700 nm or less, the substantial light receiving wavelength region is 300 nm to 700 nm.
nm. Therefore, the influence of external light can be suppressed without covering the finger in a large scale. In addition, hemoglobin in blood has a large absorption coefficient for light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and is several times to about 100 times or more larger than the absorption coefficient for light having a wavelength of 880 nm. Therefore, as in this example, in accordance with the absorption characteristics of hemoglobin, the wavelength region where the absorption characteristics are large (300 n
When the light of (m to 700 nm) is used as the detection light, the detection value changes with high sensitivity according to the change in blood volume, so that the S / N ratio of the pulse wave waveform MH based on the change in blood volume can be increased.

【0037】1−2:第1実施形態の電気的構成 次に、第1実施形態の電気的構成を図5に示す。図にお
いて、10は脈波検出部であり、上述した脈波検出用セ
ンサユニット130が相当する。脈波検出部10によっ
て、脈動の大きさを示す脈波波形MHが検出される。ま
た、11は体動検出部であって、例えば、加速度センサ
によって構成され、時計ケース200の内部に設けられ
ている。これにより、ランニング時の腕の振り等によっ
て生じる体動を示す体動波形THが検出される。
1-2: Electrical Configuration of First Embodiment Next, the electrical configuration of the first embodiment is shown in FIG. In the figure, reference numeral 10 denotes a pulse wave detection unit, which corresponds to the above-described pulse wave detection sensor unit 130. The pulse wave detection unit 10 detects a pulse wave waveform MH indicating the magnitude of the pulsation. Reference numeral 11 denotes a body movement detecting unit, which is constituted by, for example, an acceleration sensor, and is provided inside the watch case 200. As a result, a body motion waveform TH indicating a body motion caused by the swing of the arm during running or the like is detected.

【0038】また、12は体動波形THに一定の波形処
理を施す波形処理部であり、13は体動除去部である。
波形処理を行うのは、体動除去部13において体動成分
を正確に除去するためである。ここで、脈波波形MH中
の体動成分をMHt、真の脈波成分(体動除去脈波波
形)をMH’で表すこととすれば、MH=MHt+M
H’となる。体動波形THは、例えば、腕の振りの加速
度そのものとして検出されるが、血流は血管や組織の影
響を受けるので、体動成分MHtは体動波形THを鈍ら
せたものになる。このため、波形処理部12は、適当な
ローパスフィルタで構成されている。なお、ローパスフ
ィルタの形式や、係数は実験により得られた値から算出
される。これにより、体動波形THから体動成分MHt
を求めることができる。また、体動除去部13は、脈波
波形MHから体動成分MHtを減算することにより、体
動除去脈波波形MH’を生成する。
Reference numeral 12 denotes a waveform processing unit for performing a predetermined waveform processing on the body motion waveform TH, and 13 denotes a body motion removing unit.
The reason why the waveform processing is performed is that the body motion removing unit 13 accurately removes the body motion component. Here, if the body motion component in the pulse wave waveform MH is represented by MHt and the true pulse wave component (body motion removal pulse wave waveform) is represented by MH ′, MH = MHt + M
H '. The body movement waveform TH is detected, for example, as the acceleration itself of the swing of the arm. However, since the blood flow is affected by blood vessels and tissues, the body movement component MHt is obtained by dulling the body movement waveform TH. For this reason, the waveform processing unit 12 is configured by an appropriate low-pass filter. Note that the type and coefficient of the low-pass filter are calculated from values obtained by experiments. Thereby, the body motion component MHt is calculated from the body motion waveform TH.
Can be requested. Further, the body movement removing unit 13 generates a body movement removed pulse wave waveform MH ′ by subtracting the body movement component MHt from the pulse wave waveform MH.

【0039】次に、14は呼吸成分抽出部であって、C
PU(中央演算処理装置)やA/D変換器等から構成さ
れる。この例にあっては、体動除去脈波波形MH’は、
A/D変換器によってアナログ信号からデジタル信号に
変換された後、体動除去脈波データMH’としてCPU
に取り込まれるようになっている。呼吸成分抽出部14
は、体動除去脈波データMH’にFFT処理を施して、
周波数解析を行う。
Next, reference numeral 14 denotes a respiratory component extracting unit,
It is composed of a PU (Central Processing Unit), an A / D converter and the like. In this example, the body motion removal pulse wave waveform MH ′ is
After being converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter, the CPU converts the signal into body motion removal pulse wave data MH '.
Has been taken into. Respiratory component extraction unit 14
Performs FFT processing on the body motion removal pulse wave data MH ′,
Perform frequency analysis.

【0040】図6は、体動除去脈波データMH’にFF
T処理を施した結果を簡略化して模式的に示す図であ
る。この図において、低域の周波数領域LFにおける最
大ピーク周波数が呼吸成分の基本波周波数Fv1であり、
高域の周波数領域HFにおける最大ピーク周波数が脈波
の基本周波数成分Fm1となる。また、図7は、図6にお
ける低域の周波数領域LFを拡大したものである。この
図から、呼吸成分は、その基本波周波数Fv1と高調波F
v2,Fv3,Fv4…からなることが判る。この例にあって
は、呼吸成分抽出部14は、まず、体動除去脈波波形M
H’をFFT処理して、最大ピーク周波数を特定する。
脈波の基本波成分は最大となるので、最大ピーク周波数
としてFm1が特定されることとなる。この後、Fm1より
低域の周波数領域において、最大ピーク周波数を特定す
る。脈波成分より低域にある周波数成分は、呼吸成分に
対応するものであるから、ここでは呼吸成分の基本波周
波数Fv1が特定される。この後、呼吸成分抽出部14
は、Fv1のレベルL1とその高調波周波数Fv2,Fv3,F
v4…のレベルL2,L3,L4…を検出する。なお、こ
の例にあっては、高調波周波数をFm1未満のものに限定
している。これは、Fm1以上になると、脈波成分が存在
するため、仮にFm1がFv1の整数倍であるとすれば、呼
吸成分を分離できないからである。
FIG. 6 shows that FF is added to the body motion removal pulse wave data MH '.
It is a figure which shows the result of having performed T processing simplified and typically. In this figure, the maximum peak frequency in the low frequency range LF is the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component,
The maximum peak frequency in the high frequency range HF is the fundamental frequency component Fm1 of the pulse wave. FIG. 7 is an enlarged view of the low frequency region LF in FIG. From this figure, the respiratory component has its fundamental frequency Fv1 and harmonic F
It can be seen that it consists of v2, Fv3, Fv4 ... In this example, the respiratory component extracting unit 14 firstly outputs the body motion removal pulse wave waveform M
H ′ is subjected to FFT processing to specify the maximum peak frequency.
Since the fundamental wave component of the pulse wave becomes maximum, Fm1 is specified as the maximum peak frequency. Thereafter, the maximum peak frequency is specified in a frequency range lower than Fm1. Since the frequency component lower than the pulse wave component corresponds to the respiratory component, the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is specified here. Thereafter, the respiratory component extraction unit 14
Is the level L1 of Fv1 and its harmonic frequencies Fv2, Fv3, F
The levels L2, L3, L4... of v4. In this example, the harmonic frequency is limited to a frequency lower than Fm1. This is because if Fm1 or more, a pulse wave component exists, and if Fm1 is an integral multiple of Fv1, the respiratory component cannot be separated.

【0041】次に、15は評価部であって、CPUとR
OM等から構成される。CPUは、呼吸成分抽出部14
によって検出されたL1,L2,L3,L4…に基づい
て、呼吸波形の歪率Kを算出する。具体的には、以下の
算出式に従って歪率Kを算出する。 K=(L22+L32+L42…)1/2/L1 ところで、上述したように、安静時には、吸入時間が排
出時間より長いが、運動強度Xが大きくなるにつれ、吸
入時間と排出時間の差が小さくなって、呼吸波形が次第
に正弦波に近づいていき、更に、運動強度Xが大きくな
ると、呼吸波形が大幅に乱れる。すなわち、運動強度X
がある限界を越えない限り、運動強度Xが大きくなる
と、基本波成分に対する高調波成分の割合が低くなる。
また、運動強度Xがある限界を越えると、急に基本波成
分に対する高調波成分の割合が増大する。このことは、
呼吸波形の歪率Kと運度強度Xには一定の関係があり、
運動強度Xが大きくなるにつれ歪率Kが小さくなり、運
動強度Xがある限界を越えると歪率Kが急増することを
意味する。したがって、歪率Kと運動強度Xの関係を予
め求めておけば、歪率Kから運動強度Xを求めることが
できる。
Next, reference numeral 15 denotes an evaluation unit, which includes a CPU and an R.
OM and the like. The CPU determines the respiratory component extraction unit 14
The distortion factor K of the respiratory waveform is calculated based on L1, L2, L3, L4,. Specifically, the distortion factor K is calculated according to the following calculation formula. K = (L2 2 + L3 2 + L4 2 ...) 1/2 / L1 As described above, at rest, the inhalation time is longer than the discharge time, but as exercise intensity X increases, the difference between the inhalation time and the discharge time. Becomes smaller, the respiratory waveform gradually approaches a sine wave, and when the exercise intensity X further increases, the respiratory waveform is greatly disturbed. That is, exercise intensity X
As long as the exercise intensity X does not exceed a certain limit, the ratio of the harmonic component to the fundamental component decreases.
When the exercise intensity X exceeds a certain limit, the ratio of the harmonic component to the fundamental component suddenly increases. This means
There is a certain relationship between the distortion rate K of the respiratory waveform and the fortune intensity X,
As the exercise intensity X increases, the distortion rate K decreases, and when the exercise intensity X exceeds a certain limit, the distortion rate K sharply increases. Therefore, if the relationship between the distortion rate K and the exercise intensity X is determined in advance, the exercise intensity X can be determined from the distortion rate K.

【0042】次に、ROMには、歪率Kに対応付けられ
て運動強度Xが格納されている。したがって、歪率Kを
アドレスとしてROMにアクセスすれば運動強度Xを算
出することができる。この意味において、ROMは運動
強度テーブルとして機能する。なお、運度強度Xは、5
段階、3段階といったグレーディングを施してもよい。
この場合には、ROMに格納する運動強度Xを所定の段
階数で表せばよい。
Next, the exercise intensity X is stored in the ROM in association with the distortion rate K. Therefore, the exercise intensity X can be calculated by accessing the ROM using the distortion rate K as an address. In this sense, the ROM functions as an exercise intensity table. Note that the fortune intensity X is 5
Grading such as three or three stages may be performed.
In this case, the exercise intensity X stored in the ROM may be represented by a predetermined number of steps.

【0043】次に、16は表示部であって、上述した液
晶表示装置210がこれに相当する。表示部16は運動
強度Xを数値としてそのまま表示してもよいし、ドット
表示領域を用いた棒グラフ等で表示してもよい。また、
評価部16において、運動強度Xにグレーディングを施
した場合には、その段階に応じた文字や記号を表示する
ようにしてもよい。例えば、歩行時に対応する運動強度
をX1、ジョギング時に対応する運動強度をX2、短距
離走の運動強度をX3、運動強度が大きすぎて健康に支
障をきたす運動強度をX4とすると、X1では「軽い運
動です。」、X2では「中程度の運動です。」、X3で
は「強い運動です。」、X4「危険です。」といったメ
ッセージを表示させる。また、運動強度Xを図8に示す
ようなフェイスチャートと対応付けて表示するようにし
てもよい。
A display unit 16 corresponds to the liquid crystal display device 210 described above. The display unit 16 may display the exercise intensity X as a numerical value as it is, or may display it as a bar graph or the like using a dot display area. Also,
When the evaluation unit 16 grades the exercise intensity X, characters or symbols corresponding to the grade may be displayed. For example, if the exercise intensity corresponding to walking is X1, the exercise intensity corresponding to jogging is X2, the exercise intensity of short-distance running is X3, and the exercise intensity that is too large and impairs health is X4. Light exercise. "X2 displays" moderate exercise. "X3 displays" strong exercise. "X4" Dangerous. " Further, the exercise intensity X may be displayed in association with a face chart as shown in FIG.

【0044】2.第1実施形態の動作 次に、第1実施形態の動作を図面を参照しつつ説明す
る。図9は、第1実施形態の動作を示すフローチャート
である。ここでは、停止していた被験者が、走行を開始
し、そのスピードを次第に上げていく場合を一例として
説明する。まず、被験者が、ボタンスイッチ111〜1
15(図3参照)を操作して運動強度測定モードに設定
すると(ステップS1)、脈波検出部10によって脈波
波形MHが検出される(ステップS2)。
2. Operation of First Embodiment Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the first embodiment. Here, a case where the stopped subject starts running and gradually increases the speed will be described as an example. First, the examinee sets the button switches 111 to 1
15 (see FIG. 3) to set the exercise intensity measurement mode (step S1), the pulse wave detection unit 10 detects the pulse wave waveform MH (step S2).

【0045】次に、体動検出部11が、被験者の体動を
示す体動波形THを検出すると(ステップS3)、波形
処理部12は体動波形THに波形処理を施す(ステップ
S4)。この波形処理は、上述したように体動波形TH
を脈波波形MH中の体動成分MHtに変換する処理であ
るから、脈波波形MHから体動成分MHtを減算するこ
とによって、体動除去部13は体動除去脈波波形MH’
を生成する(ステップS5)。
Next, when the body movement detecting section 11 detects a body movement waveform TH indicating the body movement of the subject (step S3), the waveform processing section 12 performs a waveform process on the body movement waveform TH (step S4). This waveform processing is performed by the body motion waveform TH as described above.
Is converted into the body motion component MHt in the pulse wave waveform MH, the body motion removing unit 13 subtracts the body motion component MHt from the pulse wave waveform MH, and the
Is generated (step S5).

【0046】次に、呼吸成分抽出部13は、体動除去脈
波波形MH’にFFTを施して周波数解析を行う。そし
て、この解析結果に基づいて、体動除去脈波波形MH’
の各周波数成分のうち、最大ピーク周波数を特定する
(ステップS6)。この場合、脈波成分の基本周波数F
m1が特定される。この後、呼吸成分抽出部13は、Fm1
未満の最大ピーク周波数を特定することによって、呼吸
成分の基本波周波数Fv1を検知する(ステップS7)。
次に、呼吸成分抽出部13は、呼吸周波数成分を算出す
る。具体的には、基本波周波数Fv1を整数倍することに
よって各高調波周波数Fv2、Fv3、Fv4…を検出し、基
本波周波数Fv1と各高調波周波数Fv2、Fv3、Fv4…に
各々対応するレベルL1,L2,L3,L4…を求め
る。
Next, the respiratory component extraction unit 13 performs an FFT on the body motion removal pulse wave waveform MH 'to perform frequency analysis. Then, based on the result of the analysis, the body motion removal pulse wave waveform MH ′
The maximum peak frequency is specified among the respective frequency components (step S6). In this case, the fundamental frequency F of the pulse wave component
m1 is specified. Thereafter, the respiratory component extraction unit 13 outputs Fm1
The fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is detected by specifying the maximum peak frequency less than (Step S7).
Next, the respiratory component extraction unit 13 calculates a respiratory frequency component. Specifically, each harmonic frequency Fv2, Fv3, Fv4... Is detected by multiplying the fundamental frequency Fv1 by an integer, and the level L1 corresponding to each of the fundamental frequency Fv1 and each of the harmonic frequencies Fv2, Fv3, Fv4. , L2, L3, L4...

【0047】次に、評価部15は、呼吸周波数成分L
1,L2,L3,L4…に基づいて、呼吸周波数成分の
歪率Kを算出する(ステップS9)。上述したように歪
率Kと運動強度Xの関係はROMに予め格納されている
ので、歪率Kに基づいてROMをアクセスすることによ
って、運動強度Xを求める(ステップS10)。この
後、表示部16に運動強度Xが表示され、これにより、
運動強度Xが被験者に告知される。
Next, the evaluation unit 15 calculates the respiratory frequency component L
The distortion factor K of the respiratory frequency component is calculated based on 1, L2, L3, L4,... (Step S9). As described above, since the relationship between the distortion factor K and the exercise intensity X is stored in the ROM in advance, the exercise intensity X is obtained by accessing the ROM based on the distortion factor K (step S10). After that, the exercise intensity X is displayed on the display unit 16, whereby
Exercise intensity X is notified to the subject.

【0048】このように、第1実施形態にあっては、体
動検出部11および波形処理部12によって脈波波形M
Hに重畳している体動成分MHtを生成し、これを除去
しているので、呼吸成分抽出部14は運動中であっても
呼吸成分を抽出することが可能である。また、呼吸成分
の歪率Kに基づいて運動強度Xを算出したので、被験者
の負担にならず、かつ、簡易に運動強度Xを知ることが
できる。
As described above, in the first embodiment, the pulse wave waveform M
Since the body motion component MHt superimposed on H is generated and removed, the respiratory component extraction unit 14 can extract the respiratory component even during exercise. In addition, since the exercise intensity X is calculated based on the distortion factor K of the respiratory component, the exercise intensity X can be easily known without burdening the subject.

【0049】D.第2実施形態 1.第2実施形態の構成 本発明の第2実施形態に係わる運動強度検出装置1の構
成を図面を参照しつつ説明する。第2実施形態に係わる
運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様で
ある。また、第2実施形態に係わる運動強度検出装置1
の電気的構成については、呼吸成分成分抽出部14およ
び評価部15の内部構成を除いて、図5に示す第1実施
形態に係わる運動強度検出装置1と同様である。以下、
呼吸成分成分抽出部14および評価部15について説明
する。
D. Second embodiment 1. Configuration of Second Embodiment The configuration of the exercise intensity detecting device 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The external configuration of the exercise intensity detection device 1 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In addition, the exercise intensity detection device 1 according to the second embodiment
The electrical configuration is the same as that of the exercise intensity detecting device 1 according to the first embodiment shown in FIG. Less than,
The respiratory component extraction unit 14 and the evaluation unit 15 will be described.

【0050】図10は第2実施形態に係わる呼吸成分抽
出部14および評価部15の内部構成を示すブロック図
である。まず、呼吸成分抽出部14は、ウエーブレット
変換部20、呼吸成分生成部21および逆ウエーブレッ
ト変換部22から構成される。
FIG. 10 is a block diagram showing the internal configuration of the respiratory component extraction unit 14 and the evaluation unit 15 according to the second embodiment. First, the respiratory component extractor 14 includes a wavelet converter 20, a respiratory component generator 21, and an inverse wavelet converter 22.

【0051】1−1:ウエーブレット変換部 ウエーブレット変換部20は、体動除去部13から出力
される体動除去脈波波形MH’に対して周知のウエーブ
レット変換を施して、体動除去脈波解析データMKDを
生成する。
1-1: Wavelet Transformation Unit The wavelet transformation unit 20 performs a well-known wavelet transformation on the body movement removal pulse wave waveform MH ′ output from the body movement removal unit 13 to remove body movement. Pulse wave analysis data MKD is generated.

【0052】一般に、信号を時間と周波数の両面から同
時に捉える時間周波数解析において、ウエーブレットは
信号の部分を切り出す単位となる。ウエーブレット変換
は、この単位で切り出した信号各部の大きさを表してい
る。ウエーブレット変換を定義するために基底関数とし
て、時間的にも周波数的にも局在化した関数ψ(x)を
マザー・ウエーブレットとして導入する。ここで、関数
f(x)のマザー・ウエーブレットψ(x)によるウエ
ーブレット変換は次のように定義される。
Generally, in time-frequency analysis in which a signal is simultaneously captured from both the time and frequency sides, a wavelet is a unit for cutting out a signal portion. The wavelet transform indicates the size of each part of the signal extracted in this unit. In order to define the wavelet transform, a function ψ (x) localized in time and frequency is introduced as a mother wavelet as a basis function. Here, the wavelet transform of the function f (x) by the mother wavelet ψ (x) is defined as follows.

【数1】 (Equation 1)

【0053】数1においてbは、マザー・ウエーブレッ
トψ(x)をトランスレート(平行移動)する際に用い
るパラメータであり、一方、aはスケール(伸縮)する
際のパラメータである。したがって、数1においてウエ
ーブレットψ((x−b)/a)は、マザー・ウエーブ
レットψ(x)をbだけ平行移動し、aだけ伸縮したも
のである。この場合、スケールパラメータaに対応して
マザー・ウエーブレットψ(x)の幅は伸長されるの
で、1/aは周波数に対応するものとなる。
In Equation 1, b is a parameter used when translating (translating) the mother wavelet ψ (x), while a is a parameter when scaling (expanding or contracting). Therefore, in Equation 1, the wavelet ψ ((xb) / a) is obtained by translating the mother wavelet ψ (x) by b and expanding and contracting by a. In this case, since the width of the mother wavelet ψ (x) is expanded in accordance with the scale parameter a, 1 / a corresponds to the frequency.

【0054】 ここで、ウエーブレット変換部20の
詳細な構成について説明する。図11はウエーブレット
変換部20の詳細な構成を示すブロック図である。この
ウエーブレット変換部20は、上記した数1の演算処理
を行う構成であって、クロックCKが供給され、クロッ
ク周期で演算処理が行われるようになっている。図示す
るようにウエーブレット変換部20は、マザー・ウエー
ブレットψ(x)を記憶する基底関数記憶部W1、スケ
ールパラメータaを変換するスケール変換部W2、バッ
ファメモリW3、トランスレートを行う平行移動部W4
および乗算部W5から構成される。なお、基底関数記憶
部W1に記憶するマザー・ウエーブレットψ(x)とし
ては、ガボールウエーブレットの他、メキシカンハッ
ト、Haarウエーブレット、Meyerウエーブレッ
ト、Shannonウエーブレット等が適用できる。
Here, a detailed configuration of the wavelet conversion unit 20 will be described. FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of the wavelet conversion unit 20. The wavelet conversion unit 20 is configured to perform the above-described arithmetic processing of Equation 1, and is supplied with a clock CK and performs the arithmetic processing in a clock cycle. As shown in the figure, the wavelet conversion unit 20 includes a basis function storage unit W1 that stores a mother wavelet ψ (x), a scale conversion unit W2 that converts a scale parameter a, a buffer memory W3, and a translation unit that performs translation. W4
And a multiplication unit W5. As the mother wavelet ψ (x) stored in the basis function storage unit W1, a Mexican hat, a Haar wavelet, a Meyer wavelet, a Shannon wavelet, or the like can be applied in addition to the Gabor wavelet.

【0055】まず、基底関数記憶部W1からマザー・ウ
エーブレットψ(x)が読み出されると、スケール変換
部W2はスケールパラメータaの変換を行う。ここで、
スケールパラメータaは周期に対応するものであるか
ら、aが大きくなると、マザー・ウエーブレットψ
(x)は時間軸上で伸長される。この場合、基底関数記
憶部W1に記憶されるマザー・ウエーブレットψ(x)
のデータ量は一定であるので、aが大きくなると単位時
間当たりのデータ量が減少してしまう。スケール変換部
W2は、これを補うように補間処理を行うとともに、a
が小さくなると間引き処理を行って、関数ψ(x/a)
を生成する。このデータはバッファメモリW3に一旦格
納される。
First, when the mother wavelet ψ (x) is read from the basis function storage unit W1, the scale conversion unit W2 converts the scale parameter a. here,
Since the scale parameter a corresponds to the period, as a becomes larger, the mother wavelet ψ
(X) is extended on the time axis. In this case, the mother wavelet ψ (x) stored in the basis function storage unit W1
Is constant, the data amount per unit time decreases as a increases. The scale conversion unit W2 performs an interpolation process to compensate for this, and a
Becomes smaller, a thinning process is performed, and the function ψ (x / a)
Generate This data is temporarily stored in the buffer memory W3.

【0056】次に、平行移動部W4はバッファメモリW
3からトランスレートパラメータbに応じたタイミング
で関数ψ(x/a)を読み出すことにより、関数ψ(x
/a)の平行移動を行い関数ψ(x−b/a)を生成す
る。
Next, the parallel moving section W4 is connected to the buffer memory W
3 by reading the function ψ (x / a) at the timing corresponding to the translation parameter b, the function ψ (x / a)
/ A) to generate a function ψ (x−b / a).

【0057】次に、乗算部W5には、図示せぬA/D変
換器を介して体動除去脈波波形MH’をA/D変換して
得た体動除去脈波データMH’が供給される。乗算部W
4は、変数1/a1/2、関数ψ(x−b/a)および体
動除去脈波データMH’を乗算してウエーブレット変換
を行い、体動除去脈波解析データMKDを生成する。こ
の例において、体動除去脈波解析データMKDは、0H
z〜0.5Hz、0.5Hz〜1.0Hz、1.0Hz
〜1.5Hz、1.5Hz〜2.0Hz、2.0Hz〜
2.5Hz、2.5Hz〜3.0Hz、3.0Hz〜
3.5Hz、3.5Hz〜4.0Hzといった周波数領
域に分割されて出力される。
Next, the body movement removal pulse wave data MH 'obtained by A / D converting the body movement removal pulse wave waveform MH' via an A / D converter (not shown) is supplied to the multiplying unit W5. Is done. Multiplication unit W
4 multiplies the variable 1 / a 1/2 , the function ψ (x−b / a), and the body motion removal pulse wave data MH ′ to perform a wavelet transform to generate body movement removal pulse wave analysis data MKD. . In this example, the body motion removal pulse wave analysis data MKD is 0H
z ~ 0.5Hz, 0.5Hz ~ 1.0Hz, 1.0Hz
~ 1.5Hz, 1.5Hz ~ 2.0Hz, 2.0Hz ~
2.5 Hz, 2.5 Hz to 3.0 Hz, 3.0 Hz to
It is divided into frequency ranges of 3.5 Hz, 3.5 Hz to 4.0 Hz and output.

【0058】1−2:呼吸成分生成部 次に、呼吸成分生成部21は、体動除去脈波解析データ
MKDを各周波数領域で比較し、最大のエネルギー成分
を有する領域を特定し、それ以上の周波数成分を除去し
て、呼吸波形解析データVKDを生成する。最大エネル
ギー成分を有する周波数領域以上を除去したのは、最大
エネルギー成分を有する周波数領域に脈波成分の基本波
周波数成分が存在するからである。
1-2: Respiratory component generator Next, the respiratory component generator 21 compares the body motion elimination pulse wave analysis data MKD in each frequency region, specifies the region having the largest energy component, and Is removed to generate respiratory waveform analysis data VKD. The reason why the frequency region having the maximum energy component or more is removed is that the fundamental frequency component of the pulse wave component exists in the frequency region having the maximum energy component.

【0059】いまここで、体動除去脈波解析データMK
Dが図12に示すものであるとすれば、各期間t1〜t
8において、図13に斜線で示す領域が最大エネルギー
成分として特定される。この場合、斜線で示した領域以
上の高域周波数領域は、「0」に置換されて、図14に
示すデータが、呼吸波形解析データVKDとして生成さ
れる。
Now, the body motion removal pulse wave analysis data MK
Assuming that D is as shown in FIG. 12, each of the periods t1 to t
In FIG. 8, an area indicated by oblique lines in FIG. 13 is specified as the maximum energy component. In this case, the high frequency region beyond the hatched region is replaced with “0”, and the data shown in FIG. 14 is generated as the respiratory waveform analysis data VKD.

【0060】1−3:逆ウエーブレット変換部 次に、逆ウエーブレット変換部22は、ウエーブレット
変換部20と相補的な関係にあり、以下に示す数2を演
算し、呼吸波形データVDを生成し、これにA/D変換
を施して呼吸波形VHを出力する。
1-3: Inverse Wavelet Transform Unit Next, the inverse wavelet transform unit 22 has a complementary relationship with the wavelet transform unit 20, and calculates the following equation 2 to convert the respiratory waveform data VD. A respiratory waveform VH is output by performing A / D conversion.

【数2】 (Equation 2)

【0061】このようにして、呼吸成分抽出部14は、
体動除去脈波データMH’に基づいて呼吸波形VHを抽
出する。次に、評価部15は、ゼロクロスコンパレータ
23、デューティ比検出部24および運動強度テーブル
25から構成される。
As described above, the respiratory component extracting unit 14
The respiratory waveform VH is extracted based on the body motion removal pulse wave data MH '. Next, the evaluation unit 15 includes a zero cross comparator 23, a duty ratio detection unit 24, and an exercise intensity table 25.

【0062】1−4:ゼロクロスコンパレータ まず、ゼロクロスコンパレータ23は、例えば、図15
に示すようにコンデンサCとオペアンプOPから構成さ
れる。コンデンサCの値は、呼吸波形VHが十分通過す
るように設定される。オペアンプOPは、呼吸波形VH
をゼロレベルと比較して矩形波Sを生成するが、コンデ
ンサCを介して呼吸波形VHがオペアンプOPに供給さ
れるので、矩形波Sは、呼吸波形VHの平均値レベルを
閾値として波形整形を行っている。
1-4: Zero Cross Comparator First, the zero cross comparator 23 is, for example, as shown in FIG.
As shown in the figure, the circuit comprises a capacitor C and an operational amplifier OP. The value of the capacitor C is set so that the respiratory waveform VH sufficiently passes. The operational amplifier OP has a respiratory waveform VH
Is compared with the zero level to generate a square wave S. However, since the respiratory waveform VH is supplied to the operational amplifier OP via the capacitor C, the rectangular wave S is shaped using the average value level of the respiratory waveform VH as a threshold. Is going.

【0063】ところで、上述したように、人の呼吸は運
動強度Xが大きくなるにつれ、吸入時間と排出時間の差
がなくなる。このため、運動強度Xが大きくなるにつ
れ、矩形波Sのデューティ比は50%に近ずく。
By the way, as described above, the difference between the inhalation time and the discharge time disappears as the exercise intensity X increases in human breathing. Therefore, as the exercise intensity X increases, the duty ratio of the rectangular wave S approaches 50%.

【0064】1−5:デューティ比検出部 次に、デューティ比検出部24の回路図を図16に、ま
た、そのタイミングチャートを図17に示す。クロック
信号CK(図17(a)参照)は、各々ゲート241,
242の一方の入力に供給される。また、ゲート241
の他方の入力には矩形波S(図17(b)参照)が供給
され、ゲート242の他方の入力にはインバータ240
によって反転された矩形波Sが供給される。ここで、各
ゲート241,242によって、クロック信号CKは制
限されるから、ゲート241の出力信号は図17(c)
に示すように矩形波Sがハイレベルの期間のみクロック
信号CKを通過させる。一方、ゲート242の出力信号
は図17(d)に示すように矩形波Sがローレベルの期
間にのみクロック信号CKを通過させる。
1-5: Duty Ratio Detector Next, FIG. 16 is a circuit diagram of the duty ratio detector 24, and FIG. 17 is a timing chart thereof. The clock signal CK (see FIG. 17A) is applied to the gates 241 and 241 respectively.
242 is provided to one input. Also, the gate 241
The other input of the gate 242 is supplied with a rectangular wave S (see FIG. 17B).
Supplies the inverted rectangular wave S. Here, since the clock signal CK is restricted by the gates 241 and 242, the output signal of the gate 241 is as shown in FIG.
As shown in (1), the clock signal CK passes only during the period when the rectangular wave S is at the high level. On the other hand, the output signal of the gate 242 allows the clock signal CK to pass only during the period when the rectangular wave S is at the low level as shown in FIG.

【0065】各ゲート241,242の出力信号はカウ
ンタ243,244に各々供給されるから、カウンタ2
43のカウント値C1は矩形波Sのハイレベル期間を、
カウンタ244のカウント値C2は矩形波Sのローレベ
ル期間を示すものとなる。
The output signals of the gates 241 and 242 are supplied to the counters 243 and 244, respectively.
The count value C1 of 43 indicates the high level period of the rectangular wave S,
The count value C2 of the counter 244 indicates the low level period of the rectangular wave S.

【0066】そして、除算器245は、C1/C2を算
出し、これをデューティ比として出力する。なお、図1
7に示す時刻Tにおいて除算演算が実行され、またカウ
ンタ243,244はその直後にリセットされるように
なっている。
Then, the divider 245 calculates C1 / C2 and outputs this as a duty ratio. FIG.
At time T shown in FIG. 7, a division operation is performed, and the counters 243 and 244 are reset immediately thereafter.

【0067】この例における除算結果DRは、ハイレベ
ル期間C1/ローレベル期間C2であるから、運動強度
Xが大きくなるにつれ、演算結果DRは「1」に近づ
く。しかしながら、運動強度Xがある限界を越えて増大
すると、呼吸波形が大幅に乱れるため、そのような運動
強度Xにあっては、演算結果DRの変化が激しい。また
逆に、通常の運度強度Xの領域では、呼吸波形のデュー
ティ比が急に変化するようなことはない。以下に説明す
る構成は、演算結果DRの連続性、換言すれば、デュー
ティ比の連続性を検出することによって、運動強度Xの
限界値Xmaxを特定するものである。
Since the division result DR in this example is the high-level period C1 / the low-level period C2, as the exercise intensity X increases, the operation result DR approaches "1". However, when the exercise intensity X increases beyond a certain limit, the respiratory waveform is greatly disturbed, so that the calculation result DR changes drastically at such exercise intensity X. Conversely, in the region of the normal fork intensity X, the duty ratio of the respiratory waveform does not suddenly change. The configuration described below specifies the limit value Xmax of the exercise intensity X by detecting the continuity of the calculation result DR, in other words, the continuity of the duty ratio.

【0068】演算結果DRは、メモリ246に供給され
記憶される。なお、記憶内容は、次の演算結果DRが出
力される毎に更新されるようになっている。減算器24
7が現在の演算結果DRから直前の演算結果DR’を減
算すると、比較器248は減算結果ΔDRが予め定めら
れた範囲内にあるか否かを判定する。具体的には、以下
に示す式を満たすか否かを判定する。 +K>ΔDR>−K ここで+K,−Kは、運動強度Xが限界値Xmaxを越え
て、呼吸波形のデューティ比の連続性がなくなるか否か
が判定できるように定められる。
The operation result DR is supplied to and stored in the memory 246. The storage contents are updated each time the next calculation result DR is output. Subtractor 24
7 subtracts the immediately preceding operation result DR ′ from the current operation result DR, the comparator 248 determines whether the subtraction result ΔDR is within a predetermined range. Specifically, it is determined whether or not the following equation is satisfied. + K>ΔDR> −K Here, + K and −K are determined so that it can be determined whether the exercise intensity X exceeds the limit value Xmax and the continuity of the duty ratio of the respiratory waveform is lost.

【0069】上記した式を満たす場合には、通常の運動
強度であると判定され比較器248の出力信号はハイレ
ベルになる。一方、上記した式を満たさない場合には、
運動強度Xが限界値Xmaxを越えていると判定され比較
器248の出力信号はローレベルになる。
If the above equation is satisfied, it is determined that the exercise intensity is normal, and the output signal of the comparator 248 goes high. On the other hand, if the above equation is not satisfied,
It is determined that the exercise intensity X exceeds the limit value Xmax, and the output signal of the comparator 248 goes low.

【0070】合成器249は、比較器248の出力信号
がハイレベルであれば、演算結果DRを出力し、一方、
比較器248の出力信号がローレベルであれば、演算結
果DRが取り得ない値、例えば、「0」を出力する。
When the output signal of the comparator 248 is at a high level, the combiner 249 outputs the operation result DR.
When the output signal of the comparator 248 is at a low level, a value that cannot be obtained by the operation result DR, for example, “0” is output.

【0071】1−6:運動強度テーブル 次に、運動強度テーブル25(図9参照)は、ROM等
で構成されており、そこには、演算結果DRに対応付け
られて運動強度Xが格納されている。したがって、演算
結果DRを参照して運動強度テーブル25にアクセスす
れば、運動強度Xを求めることができる。また、演算結
果DRが取り得ない値が入力された場合、例えば、
「0」の場合には、限界値Xmaxが出力されるようにな
っている。これにより、脈波波形から呼吸波形を抽出し
て、そのデューティ比から運動強度Xを求めることがで
きる。
1-6: Exercise Intensity Table Next, the exercise intensity table 25 (see FIG. 9) is composed of a ROM or the like, in which the exercise intensity X is stored in association with the calculation result DR. ing. Therefore, by accessing the exercise intensity table 25 with reference to the calculation result DR, the exercise intensity X can be obtained. When a value that cannot be obtained from the operation result DR is input, for example,
In the case of "0", the limit value Xmax is output. As a result, the respiratory waveform is extracted from the pulse wave waveform, and the exercise intensity X can be obtained from the duty ratio.

【0072】2:第2実施形態の動作 次に、図面を参照して第2実施形態の動作を説明する。
図18は第2実施形態に係わる運動強度検出装置1のフ
ローチャートである。図において、ステップS1〜ステ
ップS5までの処理は、図9に示す第1実施形態の動作
と同様であり、脈波波形から体動波形が除去されて、体
動除去脈波波形MH’が生成される。
2: Operation of Second Embodiment Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 18 is a flowchart of the exercise intensity detection device 1 according to the second embodiment. In the figure, the processing from step S1 to step S5 is the same as the operation of the first embodiment shown in FIG. 9, and the body motion waveform is removed from the pulse wave waveform to generate the body motion removed pulse wave waveform MH '. Is done.

【0073】この後、ウエーブレット変換部20によっ
て、体動除去脈波データMH’にウエーブレット変換処
理が施され、体動除去脈波解析データMKDが生成され
る。この体動除去脈波解析データMKDには、脈波成分
と呼吸成分が含まれるが、脈波成分は呼吸成分よりも高
い周波数領域に存在し、かつ、脈波成分のエネルギーは
呼吸成分のエネルギーと比較して大きい。このため、呼
吸成分生成部21は、体動除去脈波解析データMKDの
最大エネルギー周波数領域以上を「0」に置換して、呼
吸波形データVKDを生成する(ステップS21)。
After that, the wavelet conversion processing is performed on the body movement removal pulse wave data MH ′ by the wavelet conversion unit 20, and the body movement removal pulse wave analysis data MKD is generated. The body motion removal pulse wave analysis data MKD includes a pulse wave component and a respiratory component. The pulse wave component exists in a frequency region higher than the respiratory component, and the energy of the pulse wave component is the energy of the respiratory component. Large compared to. For this reason, the respiratory component generation unit 21 generates respiratory waveform data VKD by substituting “0” for the maximum energy frequency region or more of the body motion removal pulse wave analysis data MKD (Step S21).

【0074】次に、逆ウエーブレット変換部22が、呼
吸波形データVKDに逆ウエーブレット変換を施して呼
吸波形VHを生成すると、ゼロクロスコンパレータ23
は呼吸波形VHをその平均値レベルで比較して矩形波S
を生成する。この後、デューティ比検出部24は、矩形
波Sのデューティ比を検出する(ステップS23)。
Next, when the inverse wavelet transform unit 22 performs the inverse wavelet transform on the respiratory waveform data VKD to generate the respiratory waveform VH, the zero-cross comparator 23
Compares the respiratory waveform VH with its average value level and
Generate Thereafter, the duty ratio detector 24 detects the duty ratio of the rectangular wave S (Step S23).

【0075】次に、運動強度テーブル25が、デューテ
ィ比検出部24の出力データを参照して運動強度Xを求
めると(ステップS24)、表示部16は運動強度Xを
表示する(ステップS25)。これにより、運動強度X
が被験者に告知される。
Next, when the exercise intensity table 25 obtains the exercise intensity X with reference to the output data of the duty ratio detector 24 (step S24), the display unit 16 displays the exercise intensity X (step S25). Thereby, the exercise intensity X
Is announced to the subject.

【0076】このように、第2実施形態にあっては、体
動検出部11および波形処理部12によって脈波波形M
Hに重畳している体動成分MHtを生成し、これを除去
しているので、呼吸成分抽出部14は運動中であっても
ウエーブレット変換を用いて呼吸波形を抽出することが
可能である。また、呼吸波形のデューティ比に基づいて
運動強度Xを算出したので、被験者の負担にならず、か
つ、簡易に運動強度Xを知ることができる。
As described above, in the second embodiment, the pulse wave waveform M
Since the body motion component MHt superimposed on H is generated and removed, the respiratory component extraction unit 14 can extract the respiratory waveform using the wavelet transform even during exercise. . Further, since the exercise intensity X is calculated based on the duty ratio of the respiratory waveform, the exercise intensity X can be easily known without burdening the subject.

【0077】E.第3実施形態 1.第3実施形態の構成 本発明の第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の構
成を図面を参照しつつ説明する。第3実施形態に係わる
運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様で
ある。また、第3実施形態に係わる運動強度検出装置1
の電気的構成については、体動除去をFFT処理した後
に行う点を除いて、図5に示す第1実施形態に係わる運
動強度検出装置1と同様である。
E. Third embodiment 1. Configuration of Third Embodiment The configuration of an exercise intensity detection device 1 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The external configuration of the exercise intensity detection device 1 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment. In addition, the exercise intensity detection device 1 according to the third embodiment
The electrical configuration is the same as that of the exercise intensity detection device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 5 except that the body motion is removed after the FFT processing.

【0078】図19は第3実施形態に係わる運動強度検
出装置1の構成を示すブロック図である。図において、
30,31は第1のFFT処理部、第2のFFT処理部
であって、CPU等によって構成される。第1のFFT
処理部30は、脈波波形MHにFFT処理を施して、脈
波解析データMFDを生成する。また、第2のFFT処
理部31は、体動波形THにFFT処理を施して、体動
解析データTFDを生成する。
FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the exercise intensity detecting device 1 according to the third embodiment. In the figure,
Reference numerals 30 and 31 denote a first FFT processing unit and a second FFT processing unit, which are constituted by a CPU or the like. First FFT
The processing unit 30 performs an FFT process on the pulse wave waveform MH to generate pulse wave analysis data MFD. Further, the second FFT processing unit 31 performs FFT processing on the body movement waveform TH to generate body movement analysis data TFD.

【0079】次に、体動除去部13は、脈波解析データ
MFDの各スペクトラム周波数成分の内、体動解析デー
タTFDの各スペクトラム周波数に対応するスペクトラ
ム周波数成分成分を除去して、体動除去脈波解析データ
MKDを生成する。この体動除去脈波解析データMKD
において、低域の周波数領域における最大ピーク周波数
が呼吸成分の基本波周波数Fv1であり、高域の周波数領
域における最大ピーク周波数が脈波の基本周波数Fm1と
なる。
Next, the body motion removing unit 13 removes the spectrum frequency component corresponding to each spectrum frequency of the body motion analysis data TFD from among the spectrum frequency components of the pulse wave analysis data MFD, and removes the body motion. Pulse wave analysis data MKD is generated. This body motion removal pulse wave analysis data MKD
, The maximum peak frequency in the low frequency region is the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component, and the maximum peak frequency in the high frequency region is the fundamental frequency Fm1 of the pulse wave.

【0080】次に、呼吸成分抽出部14、評価部15お
よび表示部16は、第1実施形態と同様であるので、こ
こでは説明を省略する。
Next, the respiratory component extraction unit 14, the evaluation unit 15, and the display unit 16 are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted here.

【0081】2.第3実施形態の動作 次に、第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の動作
を図面を参照しつつ説明する。図20は第3実施形態に
係わる運動強度検出装置1の動作を示すフローチャート
である。まず、装置本体が運動強度測定モードに設定さ
れると(ステップS1)、脈波検出部10は脈波波形M
Hを検出する。この後、第1のFFT処理部30は脈波
波形MHにFFT処理を行い、脈波解析データMFDを
生成する(ステップS32)。一方、体動検出部11
が、被験者の体動を示す体動波形THを検出すると、第
2のFFT処理部31は体動波形THにFFT処理を行
い、体動解析データTFDを生成する。
2. Operation of Third Embodiment Next, the operation of the exercise intensity detecting device 1 according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the exercise intensity detection device 1 according to the third embodiment. First, when the apparatus main body is set to the exercise intensity measurement mode (step S1), the pulse wave detection unit 10
H is detected. Thereafter, the first FFT processing unit 30 performs FFT processing on the pulse wave waveform MH to generate pulse wave analysis data MFD (step S32). On the other hand, the body motion detection unit 11
However, when detecting the body movement waveform TH indicating the body movement of the subject, the second FFT processing unit 31 performs FFT processing on the body movement waveform TH to generate body movement analysis data TFD.

【0082】次に、体動除去部13は、脈波解析データ
MFDから体動成分を除去して体動除去脈波解析データ
MKDを生成する。図21は、脈波解析データMFD、
体動解析データTFDおよび体動除去脈波解析データM
KDの関係について、その一例を示す図である。この図
を用いて、体動除去の動作を説明する。まず、図21
(a)は脈波解析データMFDの内容を示しており、図
21(b)は体動解析データTFDの内容を示してい
る。この例にあっては、体動除去部13は、体動解析デ
ータTFDに基づいて、図21(b)に示す各スペクト
ル周波数Ft1〜Ft6を特定する。この後、体動除去部1
3は、脈波解析データMFDの各スペクトラム周波数成
分の内、スペクトル周波数Ft1〜Ft6に対応するスペク
トラム周波数成分を除去して、図21(c)に示す体動
除去脈波解析データMKDを生成する。ところで、体動
波形THは、例えば、腕の振りの加速度そのものとして
検出されるが、血流は血管や組織の影響を受けるので、
脈波解析データMFDの体動成分と体動解析データTF
Dは一致しない。具体的には、図21(b)と図21
(a)に示すように、スペクトル周波数Ft1〜Ft6に対
応する各スペクトラム周波数成分が、脈波解析データM
FDと体動解析データTFDで異なる。このため、この
例では、脈波解析データMFDから体動解析データTF
Dを減算するのではなく、スペクトル周波数Ft1〜Ft6
に対応するスペクトラム周波数成分を除去するようにし
ている。これにより、体動成分を十分に除去したを生成
することができる。
Next, the body movement removing section 13 removes the body movement component from the pulse wave analysis data MFD to generate the body movement removed pulse wave analysis data MKD. FIG. 21 shows pulse wave analysis data MFD,
Body motion analysis data TFD and body motion removal pulse wave analysis data M
It is a figure which shows an example about the relationship of KD. The operation of removing the body motion will be described with reference to FIG. First, FIG.
(A) shows the contents of the pulse wave analysis data MFD, and FIG. 21 (b) shows the contents of the body motion analysis data TFD. In this example, the body motion removing unit 13 specifies each of the spectrum frequencies Ft1 to Ft6 shown in FIG. 21B based on the body motion analysis data TFD. Thereafter, the body movement removing unit 1
3 removes the spectrum frequency components corresponding to the spectrum frequencies Ft1 to Ft6 from among the spectrum frequency components of the pulse wave analysis data MFD, and generates the body motion removal pulse wave analysis data MKD shown in FIG. . By the way, the body movement waveform TH is detected, for example, as the acceleration itself of the swing of the arm, but since the blood flow is affected by blood vessels and tissues,
Body motion component of pulse wave analysis data MFD and body motion analysis data TF
D does not match. Specifically, FIG. 21B and FIG.
As shown in (a), each spectrum frequency component corresponding to the spectrum frequencies Ft1 to Ft6 is the pulse wave analysis data M
The FD differs from the body motion analysis data TFD. For this reason, in this example, the body motion analysis data TF
Instead of subtracting D, the spectral frequencies Ft1 to Ft6
Is removed. Thereby, it is possible to generate a body movement component that has been sufficiently removed.

【0083】次に、呼吸成分抽出部13は、体動除去脈
波解析データMKDに基づいて、その各スペクトル周波
数成分のうち、最大ピーク周波数を特定する(ステップ
S35)。この場合、脈波成分の基本周波数Fm1が特定
される。この後、第1実施形態で図9を用いて説明した
ステップS7〜ステップS11の処理が行われ、表示部
16に運動強度Xが表示される。
Next, the respiratory component extraction unit 13 specifies the maximum peak frequency among the respective spectral frequency components based on the body motion removal pulse wave analysis data MKD (step S35). In this case, the fundamental frequency Fm1 of the pulse wave component is specified. Thereafter, the processing of steps S7 to S11 described in the first embodiment with reference to FIG. 9 is performed, and the exercise intensity X is displayed on the display unit 16.

【0084】このように、第3実施形態にあっては、脈
波波形MHおよび体動波形THにFFT処理を各々施し
て、体動成分を除去しているので、第1実施形態で説明
した波形処理部12を省略することができる。これによ
り、呼吸成分抽出部14は運動中であっても呼吸成分を
抽出することが可能である。また、呼吸成分の歪率Kに
基づいて運動強度Xを評価部15で算出したので、被験
者の負担にならず、かつ、簡易に運動強度Xを知ること
ができる。
As described above, in the third embodiment, the pulse wave waveform MH and the body movement waveform TH are each subjected to the FFT processing to remove the body movement component, and thus are described in the first embodiment. The waveform processing unit 12 can be omitted. Thereby, the respiratory component extraction unit 14 can extract the respiratory component even during exercise. In addition, since the exercise intensity X is calculated by the evaluation unit 15 based on the distortion rate K of the respiratory component, the exercise intensity X can be easily known without burdening the subject.

【0085】F.第4実施形態 上述した第1〜第3実施形態にあっては、体動を除去す
るため、体動検出部10を用いて体動波形を検出し、こ
れに基づいて脈波波形MHの周波数成分から体動成分を
除去するようにしたが、第4実施形態は体動検出部10
を用いることなく体動成分を除去するものである。
F. Fourth Embodiment In the above-described first to third embodiments, in order to remove a body motion, a body motion waveform is detected using the body motion detection unit 10, and the frequency of the pulse wave waveform MH is determined based on the detected waveform. Although the body movement component is removed from the component, the fourth embodiment
This removes the body motion component without using the.

【0086】1.第4実施形態の全体構成 本発明の第4実施形態に係わる運動強度検出装置1の構
成を図面を参照しつつ説明する。第4実施形態に係わる
運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様で
ある。また、第4実施形態に係わる運動強度検出装置1
の電気的構成を図22に示す。なお、図19に示す構成
と同一の構成には同一の符号を付す。
1. Overall Configuration of Fourth Embodiment A configuration of an exercise intensity detection device 1 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The external configuration of the exercise intensity detection device 1 according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment. In addition, the exercise intensity detecting device 1 according to the fourth embodiment
FIG. 22 shows the electrical configuration of the first embodiment. The same components as those shown in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals.

【0087】図22において、図19に示す第3実施形
態の運動強度検出装置1と構成が相違するのは、体動検
出部11および第2のFFT処理部31が設けられてい
ない点、体動除去部13の替わりに脈波成分除去部14
が設けられている点、呼吸成分抽出部13の内部構成を
変更した呼吸成分抽出部13’が設けられている点であ
る。以下、相違点について説明する。
FIG. 22 differs from the exercise intensity detecting apparatus 1 of the third embodiment shown in FIG. 19 in that the body movement detecting section 11 and the second FFT processing section 31 are not provided. Pulse wave component removing unit 14 instead of the motion removing unit 13
Is provided, and a respiratory component extracting unit 13 ′ in which the internal configuration of the respiratory component extracting unit 13 is changed is provided. Hereinafter, the differences will be described.

【0088】2.脈波成分除去部 次に、脈波成分除去部13’は、ローパスフィルタで構
成され、脈波解析データMFDから脈波成分を除去し
て、脈波成分除去解析データMD’を生成する。ここ
で、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、脈波成分
の基本波周波数よりも若干低く選ばれる。その理由は、
体動成分の基本波周波数および呼吸成分の基本波周波数
は、脈波成分の基本波周波数より低いからである。具体
的には、安静時において測定された脈波成分の基本波周
波数より若干低くカットオフ周波数を設定する。例え
ば、脈波解析データMFDとローパスフィルタのカット
オフ周波数fcが図23に示す関係にあるとすれば、脈
波成分除去解析データMD’は図24に示すものとな
る。
2. Pulse wave component removing unit Next, the pulse wave component removing unit 13 'is configured by a low-pass filter, removes a pulse wave component from the pulse wave analysis data MFD, and generates pulse wave component removal analysis data MD'. Here, the cutoff frequency of the low-pass filter is selected to be slightly lower than the fundamental wave frequency of the pulse wave component. The reason is,
This is because the fundamental frequency of the body motion component and the fundamental frequency of the respiration component are lower than the fundamental frequency of the pulse wave component. Specifically, the cutoff frequency is set slightly lower than the fundamental frequency of the pulse wave component measured at rest. For example, assuming that the pulse wave analysis data MFD and the cutoff frequency fc of the low-pass filter have the relationship shown in FIG. 23, the pulse wave component removal analysis data MD 'is as shown in FIG.

【0089】3.呼吸成分抽出部 次に、呼吸成分抽出部13’は脈波成分除去解析データ
MD’から呼吸成分を抽出するものであって、CPU等
によって構成される。図25は呼吸成分抽出部13’の
詳細な機能構成を示すブロック図である。
3. Respiratory component extractor Next, a respiratory component extractor 13 'extracts a respiratory component from the pulse wave component removal analysis data MD', and is constituted by a CPU or the like. FIG. 25 is a block diagram showing a detailed functional configuration of the respiratory component extraction unit 13 '.

【0090】図において、スペクトル抽出部40は脈波
成分除去解析データMD’の各スペクトル周波数から、
2つのスペクトル周波数を1組として抽出し、低い方の
スペクトル周波数を基本周波数テーブル41に出力する
とともに、高い方のスペクトル周波数を差分検出部42
に出力する。
In the figure, the spectrum extracting unit 40 calculates the spectrum frequency of the pulse wave component removal analysis data MD 'from each spectrum frequency.
Two spectral frequencies are extracted as one set, the lower spectral frequency is output to the basic frequency table 41, and the higher spectral frequency is detected by the difference detector 42.
Output to

【0091】例えば、脈波成分除去解析データMD’が
図24に示すものであれば、各スペクトル周波数f1〜
f14のなから、任意のスペクトル周波数を1組として抽
出する。この場合、抽出されるスペクトル周波数の組と
しては、142組ある。また、スペクトル周波数の組
が、f1とf3であれば、f1が基本周波数テーブル41
に、f3が差分検出部42に出力される。
For example, if the pulse wave component removal analysis data MD 'is as shown in FIG.
An arbitrary spectrum frequency is extracted as one set from f14. In this case, there are 14 C 2 sets as the set of spectral frequencies to be extracted. If the set of spectral frequencies is f1 and f3, f1 is the basic frequency table 41.
Then, f3 is output to the difference detection unit 42.

【0092】次に、基本周波数テーブル41は、ROM
等によって構成され、そこには呼吸成分の基本波周波数
fm1に対応付けて体動成分の基本波周波数Ft1が予め格
納されてある。この基本周波数テーブル41の内容は、
実測値から構成される。本発明者らは、基本周波数テー
ブル41のデータを設定するにあたり、被験者に対し走
行速度を段階的に変化させ、走行ピッチと呼吸数の関係
を実測した。図26は、その実験結果を示したものであ
る。走行ピッチとは、単位時間当たりの歩数である。こ
の例にあっては、脈波検出部10(脈波検出用センサユ
ニット130)は、図3に示すように指の根本に装着さ
れるので、これによって検出される脈波波形MH中に存
在する体動成分は、腕の振りに左右される。腕の振りと
走行ピッチの関係は、力強く振るか滑らかに振るかにに
よって異なるが、2ピッチに対して1回の腕の振りであ
るのが通常である。また、1回の腕の振りの周期が体動
波形の1周期に相当する。したがって、走行ピッチ(回
/分)をP、呼吸数(回/分)をVとすれば、体動成分
の基本周波数Ft1、呼吸成分の基本周波数Fv1は、走行
ピッチPと呼吸数Vを用いて以下の式で与えられる。 Ft1=P/(60・2)、 Fv1=V/60 上記した式を用いて、図26に示すグラフを変換する
と、体動成分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数
Fv1の関係が得られる。これを図27に示す。基本周波
数テーブル41の内容は、例えば、図27に示すものと
なる。
Next, the fundamental frequency table 41 is stored in the ROM
In this case, the fundamental frequency Ft1 of the body motion component is stored in advance in association with the fundamental frequency fm1 of the respiratory component. The contents of the fundamental frequency table 41 are as follows:
Consists of measured values. In setting the data of the fundamental frequency table 41, the present inventors measured the relationship between the running pitch and the respiratory rate by gradually changing the running speed of the subject. FIG. 26 shows the result of the experiment. The running pitch is the number of steps per unit time. In this example, the pulse wave detection unit 10 (pulse wave detection sensor unit 130) is attached to the base of the finger as shown in FIG. 3, and therefore exists in the pulse wave waveform MH detected thereby. The moving body motion component depends on the swing of the arm. The relationship between the arm swing and the running pitch differs depending on whether the player swings vigorously or smoothly, but it is usual that the arm swings once for two pitches. Further, one arm swing cycle corresponds to one cycle of the body motion waveform. Therefore, assuming that the running pitch (times / minute) is P and the respiratory rate (times / minute) is V, the basic frequency Ft1 of the body motion component and the basic frequency Fv1 of the respiratory component use the running pitch P and the respiratory rate V. And is given by the following equation: Ft1 = P / (60 · 2), Fv1 = V / 60 By using the above equation and converting the graph shown in FIG. 26, the relationship between the fundamental frequency Ft1 of the body motion component and the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is obtained. . This is shown in FIG. The contents of the fundamental frequency table 41 are, for example, as shown in FIG.

【0093】次に、差分検出部42は、スペクトル抽出
部40から出力される他方のスペクトル周波数と基本周
波数テーブル41から出力される周波数の差分を検出す
る。仮に、スペクトル抽出部40によって抽出されたス
ペクトル周波数の組が、体動成分の基本周波数Ft1と呼
吸成分の基本周波数Fv1であるならば、基本周波数テー
ブル41にはFv1が供給されFt1が出力されるから、差
分検出部42の出力は「0」となる。一方、スペクトル
抽出部40によって抽出されたスペクトル周波数の組が
Fv1とF(ただしFv1<F)であるならば、差分検出部
42の出力は、「|F−Ft1|」となる。したがって、
差分検出部42の出力が最も小さくなるスペクトル周波
数の組が、Ft1,Fv1となる。
Next, the difference detector 42 detects a difference between the other spectrum frequency output from the spectrum extractor 40 and the frequency output from the fundamental frequency table 41. If the set of spectral frequencies extracted by the spectrum extracting unit 40 is the fundamental frequency Ft1 of the body motion component and the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component, Fv1 is supplied to the fundamental frequency table 41 and Ft1 is output. Therefore, the output of the difference detection unit 42 is “0”. On the other hand, if the set of spectrum frequencies extracted by the spectrum extraction unit 40 is Fv1 and F (where Fv1 <F), the output of the difference detection unit 42 is “| F−Ft1 |”. Therefore,
The set of spectral frequencies at which the output of the difference detection unit 42 becomes the smallest is Ft1, Fv1.

【0094】次に、比較部43は、スペクトル抽出部4
0から出力されるスペクトル周波数の組毎に、差分検出
部42の出力を比較して、その値が最も小さくなる組を
特定し、当該組を構成するスペクトル周波数の低い方を
出力する。この場合、特定される組は、Ft1,Fv1であ
り、また、Ft1>Fv1の関係があるから、比較部43か
らは呼吸成分の基本波周波数Fv1が出力される。
Next, the comparing section 43 is connected to the spectrum extracting section 4.
For each set of spectrum frequencies output from 0, the output of the difference detection unit 42 is compared, the set whose value is the smallest is specified, and the lower one of the spectrum frequencies constituting the set is output. In this case, the specified pair is Ft1, Fv1, and since there is a relationship of Ft1> Fv1, the comparison unit 43 outputs the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component.

【0095】次に、高調波周波数生成部44は、呼吸成
分の基本波周波数Fv1を整数倍して、Fv2、Fv3、Fv4
…を生成し、これらに対応する各レベルL1、L2、L
3、L4…を呼吸成分として出力する。このようにし
て、生成された呼吸成分は、第1実施形態で説明した評
価部15に供給され、歪率Kに基づいて運動強度Xが生
成され、これが表示部16に表示される。
Next, the harmonic frequency generation unit 44 multiplies the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component by an integer to obtain Fv2, Fv3, Fv4.
Are generated, and the corresponding levels L1, L2, L
3, L4... Are output as respiratory components. The respiratory component thus generated is supplied to the evaluation unit 15 described in the first embodiment, and the exercise intensity X is generated based on the distortion rate K, and this is displayed on the display unit 16.

【0096】このように、本実施形態によれば、体動成
分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1の関係
に着目し、体動成分と呼吸成分を呼吸成分抽出部14’
で分離するようにしたので、体動検出部11、第2のF
FT処理部31等を用いなくとも呼吸成分に基づいて運
動強度Xを求めることができる。これにより、小型化、
軽量化を図ることができ、被験者により使い勝手のよい
運動強度検出装置1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, focusing on the relationship between the fundamental frequency Ft1 of the body movement component and the fundamental frequency Fv1 of the respiration component, the body movement component and the respiration component are extracted by the respiration component extraction unit 14 '.
, The body motion detection unit 11 and the second F
The exercise intensity X can be obtained based on the respiratory component without using the FT processing unit 31 or the like. This allows for downsizing,
The exercise intensity detecting device 1 can be reduced in weight and can be used more easily by the subject.

【0097】G.変形例 本発明は、上述した実施形態に限定されるものではな
く、以下に述べる各種の変形が可能である。 (1)運動強度Xが大きくなると、骨格筋の酸素消費量
が増加するため、呼吸数と脈拍数が増加する。ここで、
呼吸数と脈拍数には一定の関係がある。図28は、走行
時における呼吸数と脈拍数の一例を示す図である。第1
〜第4実施形態における呼吸成分抽出部14において、
脈拍数との関連でフィルタリング処理を行ってもよい。
G. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications described below are possible. (1) When the exercise intensity X increases, the oxygen consumption of the skeletal muscle increases, so that the respiration rate and the pulse rate increase. here,
There is a certain relationship between respiratory rate and pulse rate. FIG. 28 is a diagram illustrating an example of a respiratory rate and a pulse rate during running. First
-In the respiratory component extraction unit 14 in the fourth embodiment,
Filtering processing may be performed in relation to the pulse rate.

【0098】具体的には、呼吸数と脈拍数の関係を予め
格納したテーブルを設けておき、まず、このテーブルを
用いて脈拍数(60/fm1)から推定される呼吸数(6
0/Fv1)を求める。そして、推定される呼吸成分の基
本波周波数を中心周波数とするバンドパスファイルタを
用いて、呼吸成分の基本周波数Fv1を抽出する。な
お、この場合のフィルタリング処理はデジタル的に行え
ばよい。これにより、より正確に呼吸成分を抽出するこ
とが可能となる。
Specifically, a table in which the relationship between the respiratory rate and the pulse rate is stored in advance is provided. First, the respiratory rate (6 / fm1) estimated from the pulse rate (60 / fm1) using this table.
0 / Fv1). Then, the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is extracted by using a bandpass filter having the center frequency of the estimated fundamental frequency of the respiratory component. Note that the filtering process in this case may be performed digitally. This makes it possible to extract the respiratory component more accurately.

【0099】(2)上述した第1実施形態において、第
3次高調波成分Fv3は呼吸波形の特徴を最も良く表して
いると考えられるので、基本波周波数Fv1の第3次高調
波成分Fv3に着目して、運動強度Xを求めるようにして
もよい。この場合、呼吸成分抽出部14は、基本波周波
数Fv1とその第3次高調波Fv3を抽出する。評価部15
は、これらに対応するレベルL1,L3からL3/L1
を算出し、L3/L1と運動強度Xとの関係を予め格納
した運動強度テーブルを参照して運動強度Xを求める。
これにより、歪率Kを算出しなくともよいから、演算処
理を簡易にすることができ、この結果、処理を高速にで
き、また、CPUの負担を軽減できる。
(2) In the above-described first embodiment, since the third harmonic component Fv3 is considered to best represent the characteristic of the respiratory waveform, the third harmonic component Fv3 of the fundamental frequency Fv1 is used as the third harmonic component Fv3. Attention may be paid to determine the exercise intensity X. In this case, the respiratory component extraction unit 14 extracts the fundamental frequency Fv1 and its third harmonic Fv3. Evaluation unit 15
Are the levels L1, L3 to L3 / L1 corresponding to these.
Is calculated, and the exercise intensity X is obtained by referring to an exercise intensity table in which the relationship between L3 / L1 and the exercise intensity X is stored in advance.
As a result, it is not necessary to calculate the distortion factor K, so that the arithmetic processing can be simplified, and as a result, the processing can be performed at a high speed and the load on the CPU can be reduced.

【0100】(3)上述した第2実施形態にあっては、
FFTを用いて周波数解析を行ったが、本発明はこれに
限定されるのではなく、周波数解析を行うのであれば、
いかなる手法を用いてもよく、例えば、ウエーブレット
変換を用いることができる。ウエーブレット変換では、
短い時間で周波数解析を行うことができるが、時間を短
くすると周波数解析が粗くなる。そこで、解析時間の一
単位(時間分解能)をある程度時間を長くとることによ
って、周波数領域を細かくすることができる。
(3) In the second embodiment described above,
Although frequency analysis was performed using FFT, the present invention is not limited to this, and if frequency analysis is performed,
Any method may be used. For example, wavelet transform can be used. In the wavelet transform,
Although the frequency analysis can be performed in a short time, the frequency analysis becomes coarse when the time is shortened. Therefore, by taking one unit (time resolution) of the analysis time to some extent longer, the frequency domain can be made finer.

【0101】(4)上述した第2実施形態において、ウ
エーブレット変換部20は、基底関数展開を行いウエー
ブレット変換を実現したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、ウエーブレット変換をフィルタバンクに
よって実現してもよい。フィルタバンクの構成例を図2
9に示す。図において、フィルタバンクは3段で構成さ
れており、その基本単位は、高域フィルタ1Aおよびデ
シメーションフィルタ1Cと、低域フィルタ1Bおよび
デシメーションフィルタ1Cである。高域フィルタ1A
と低域フィルタ1Bは、所定の周波数帯域を分割して、
高域周波数成分と低域周波数成分を各々出力するように
なっている。この例にあっては脈波データMDの周波数
帯域として0Hz〜4Hzを想定しているので、一段目
の高域フィルタ1Aの通過帯域は2Hz〜4Hzに設定
され、一方、一段目の低域フィルタ1Bの通過帯域は0
Hz〜2Hzに設定される。また、デシメーションフィ
ルタ1Cは、1サンプルおきにデータを間引く。こうし
て生成されたデータが次段に供給されると、周波数帯域
の分割とデータの間引きが繰り返され、最終的には、0
Hz〜4Hzの周波数帯域を8分割したデータM1〜M
8が得られる。
(4) In the above-described second embodiment, the wavelet transform unit 20 implements the wavelet transform by performing basis function expansion. However, the present invention is not limited to this. It may be realized by a filter bank. Fig. 2 shows a configuration example of the filter bank.
It is shown in FIG. In the figure, the filter bank is composed of three stages, the basic units of which are a high-pass filter 1A and a decimation filter 1C, and a low-pass filter 1B and a decimation filter 1C. High-pass filter 1A
And the low-pass filter 1B divides a predetermined frequency band,
A high frequency component and a low frequency component are output. In this example, since the frequency band of the pulse wave data MD is assumed to be 0 Hz to 4 Hz, the pass band of the first-stage high-pass filter 1A is set to 2 Hz to 4 Hz, while the first-stage low-pass filter is set. 1B passband is 0
Hz to 2 Hz. The decimation filter 1C thins out data every other sample. When the data generated in this way is supplied to the next stage, the division of the frequency band and the thinning of the data are repeated, and finally, the 0
Data M1 to M obtained by dividing the frequency band of Hz to 4 Hz into eight
8 is obtained.

【0102】また、高域フィルタ1Aと低域フィルタ1
Bとは、その内部に遅延素子(Dフリップフロップ)を含
むトランスバーサルフィルタで構成すればよい。ところ
で、人の脈拍数は40〜200の範囲にあり、脈波波形
MHの基本波周波数は、生体の状態に応じて刻々と変動
する。この場合、基本波周波数に同期して、分割する帯
域を可変することができれば、動的な生体の状態に追従
した情報を得ることができる。そこで、トランスバーサ
ルフィルタに供給するクロックを脈波波形MHとさせる
ことによって、分割する帯域を適応的に可変してもよ
い。
The high-pass filter 1A and the low-pass filter 1
B may be constituted by a transversal filter including a delay element (D flip-flop) therein. By the way, the pulse rate of a person is in the range of 40 to 200, and the fundamental frequency of the pulse wave waveform MH fluctuates every moment according to the state of the living body. In this case, if the band to be divided can be changed in synchronization with the fundamental frequency, information that follows a dynamic biological state can be obtained. Therefore, the clock to be supplied to the transversal filter may have a pulse wave waveform MH to adaptively change the band to be divided.

【0103】(5)上述した第2実施形態において、ウ
エーブレット変換部20を図29に示すフィルタバンク
で構成した場合には、逆ウエーブレット変換部22を図
30に示す逆フィルタバンクで構成してもよい。図にお
いて、逆フィルタバンクは3段で構成されており、その
基本単位は、高域フィルタ2Aおよび補間フィルタ2C
と、低域フィルタ1Bおよび補間フィルタ2Cと、加算
器2Dである。高域フィルタ2Aと低域フィルタ2B
は、所定の周波数帯域を分割して、高域周波数成分と低
域周波数成分を各々出力するようになっている。また、
補間フィルタ2Cは、2サンプル毎に1サンプルを内挿
補間する。
(5) In the above-described second embodiment, when the wavelet transform unit 20 is constituted by the filter bank shown in FIG. 29, the inverse wavelet transform unit 22 is constituted by the inverse filter bank shown in FIG. You may. In the figure, an inverse filter bank is composed of three stages, and its basic unit is a high-pass filter 2A and an interpolation filter 2C.
, A low-pass filter 1B, an interpolation filter 2C, and an adder 2D. High-pass filter 2A and low-pass filter 2B
Is configured to divide a predetermined frequency band and output a high frequency component and a low frequency component, respectively. Also,
The interpolation filter 2C interpolates one sample every two samples.

【0104】ここで、波形を再現するためには、図29
に示すフィルタバンクと図30に示すフィルタバンクに
完全再構成フィルタバンクを用いる必要がある。この場
合、高域フィルタ1A,2Aおよび低域フィルタ1B,
2Bの特性は、以下の関係があることが必要である。 H0(-Z)F0(Z)+H1(-Z)F1(Z)=0 H0(Z)F0(Z)+H1(-Z)F1(Z)=2Z-L
Here, in order to reproduce the waveform, FIG.
It is necessary to use a completely reconstructed filter bank for the filter bank shown in FIG. In this case, the high-pass filters 1A, 2A and the low-pass filters 1B,
The characteristics of 2B need to have the following relationship. H0 (-Z) F0 (Z) + H1 (-Z) F1 (Z) = 0 H0 (Z) F0 (Z) + H1 (-Z) F1 (Z) = 2Z- L

【0105】また、高域フィルタ2Aと低域フィルタ2
Bとは、その内部に遅延素子(Dフリップフロップ)を含
むトランスバーサルフィルタで構成すればよい。
The high-pass filter 2A and the low-pass filter 2A
B may be constituted by a transversal filter including a delay element (D flip-flop) therein.

【0106】(6)また、上述した各実施形態において
は、表示部16を告知手段の一例として説明したが、装
置から人間に対して告知をするための手段としては以下
説明するようなものが挙げられる。これら手段は五感を
基準に分類するのが適当かと考えられる。なお、これら
の手段は、単独で使用するのみならず複数の手段を組み
合わせても良いことは勿論である。そして、以下説明す
るように、例えば視覚以外に訴える手段を用いれば、視
覚障害者であっても告知内容を理解することができ、同
様に、聴覚以外に訴える手段を用いれば聴覚障害者に対
して告知を行うことができ、障害を持つ使用者にも優し
い装置を構成できる。
(6) In each of the above-described embodiments, the display unit 16 has been described as an example of a notifying unit. However, as a unit for notifying a human from the apparatus, the following unit may be used. No. It is considered appropriate to classify these means based on the five senses. Of course, these means may be used alone or in combination with a plurality of means. And, as described below, for example, if a means that appeals other than visual is used, even a visually impaired person can understand the contents of the notification, and similarly, if a means that appeals other than hearing is used, Can be notified, and a device friendly to a user with a disability can be configured.

【0107】まず、聴覚に訴える告知手段としては、脈
象の分析・診断結果などを知らせるための目的、あるい
は警告の目的でなされるものなどがある。例えば、ブザ
ーの他、圧電素子、スピーカが該当する。また、特殊な
例として、告知の対象となる人間に携帯用無線呼出受信
機を持たせ、告知を行う場合にはこの携帯用無線呼出受
信機を装置側から呼び出すようにすることが考えられ
る。また、これらの機器を用いて告知を行うにあたって
は、単に告知するだけではなく、何らかの情報を一緒に
伝達したい場合も多々ある。そうした場合、伝えたい情
報の内容に応じて、以下に示す音量等の情報のレベルを
変えれば良い。例えば、音高、音量、音色、音声、音楽
の種類(曲目など)である。
First, as a means for notifying the sense of hearing, there is a means for notifying a result of analysis and diagnosis of a pulse or a warning. For example, in addition to a buzzer, a piezoelectric element and a speaker correspond. Further, as a special example, it is conceivable that a portable radio paging receiver is provided to a person to be notified, and the portable radio paging receiver is called from the device side when performing the notification. In addition, when making a notification using these devices, there are many cases where it is desired not only to make a notification but also to transmit some information together. In such a case, the level of the information such as the volume shown below may be changed according to the content of the information to be transmitted. For example, pitch, volume, tone, voice, and music type (such as a song).

【0108】次に、視覚に訴える告知手段が用いられる
のは、装置から各種メッセージ,測定結果を知らせる目
的であったり、警告をするためであったりする。そのた
めの手段として以下のような機器が考えられる。例え
ば、ディスプレイ装置、CRT(陰極線管表示装置),
LCD(液晶表示ディスプレ)、プリンタ、X−Yプロ
ッタ、ランプなどがある。なお、特殊な表示装置として
眼鏡型のプロジェクターがある。また、告知にあたって
は以下に示すようなバリエーションが考えられる。例え
ば、数値の告知におけるデジタル表示,アナログ表示の
別、グラフによる表示、表示色の濃淡、数値そのまま或
いは数値をグレード付けして告知する場合の棒グラフ表
示、円グラフ、フェイスチャート等である。
Next, the visual notification means is used for the purpose of notifying various messages and measurement results from the apparatus or for giving a warning. The following devices can be considered as means for that. For example, a display device, a CRT (cathode ray tube display),
There are an LCD (Liquid Crystal Display), a printer, an XY plotter, a lamp, and the like. Note that there is a spectacle-type projector as a special display device. Further, in the notification, the following variations are conceivable. For example, there are digital display and analog display in notification of numerical values, graphical display, display color shading, bar graph display in the case of notifying numerical values as they are or by grading numerical values, pie graphs, face charts, and the like.

【0109】次に、触覚に訴える告知手段は、警告の目
的で使用されることがあると考えられる。そのための手
段として以下のようなものがある。まず、腕時計等の携
帯機器の裏面から突出する形状記憶合金を設け、この形
状記憶合金に通電するようにする電気的刺激がある。ま
た、腕時計等の携帯機器の裏から突起物(例えばあまり
尖っていない針など)を出し入れ可能な構造としてこの
突起物によって刺激を与える機械的刺激がある。
Next, it is considered that the tactile notification means may be used for a warning purpose. There are the following means for that purpose. First, there is an electric stimulus for providing a shape memory alloy protruding from the back surface of a portable device such as a wristwatch and energizing the shape memory alloy. Further, there is a mechanical stimulus that is stimulated by the projection as a structure that allows a projection (for example, a needle that is not sharp) to be inserted into and removed from the back of a portable device such as a wristwatch.

【0110】次に、嗅覚に訴える告知手段は、装置に香
料等の吐出機構を設けるようにして、告知する内容と香
りとを対応させておき、告知内容に応じた香料を吐出す
るように構成しても良い。ちなみに、香料等の吐出機構
には、マイクロポンプなどが最適である。
Next, the notifying means for appealing to the sense of smell is configured such that the device to be provided with a discharge mechanism of fragrance or the like, the contents to be notified correspond to the fragrance, and the fragrance is discharged in accordance with the content of the notification. You may. By the way, a micropump or the like is most suitable for a mechanism for discharging a fragrance or the like.

【0111】(7)上述した各実施形態においては、脈
波検出手段f1の一例として脈波検出用センサユニット
130を取りあげ説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、脈動を検出できるものであれば、どの
ようなものであってもよい。
(7) In each of the embodiments described above, the pulse wave detecting sensor unit 130 has been described as an example of the pulse wave detecting means f1, but the present invention is not limited to this. Anything that can be used may be used.

【0112】例えば、脈波検出用センサユニット130
は反射光を利用したものであったが、透過光を利用した
ものであってもよい。ところで、波長領域が700nm
以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向がある。この
ため、透過光を利用する場合は、発光部から波長が60
0nm〜1000nmの光を照射し、照射光を組織→血
管→組織の順に透過させ、この透過光の光量変化を検出
する。透過光は血液中のヘモグロビンの吸収を受けるの
で、透過光の光量変化を検出することによって、脈波波
形を検出することができる。
For example, the pulse wave detection sensor unit 130
Uses reflected light, but may use transmitted light. By the way, the wavelength region is 700 nm
The following light tends to hardly penetrate the finger tissue. For this reason, when using transmitted light, a wavelength of 60
Light of 0 nm to 1000 nm is irradiated, the irradiated light is transmitted in the order of tissue → blood vessel → tissue, and a change in the amount of transmitted light is detected. Since the transmitted light is absorbed by hemoglobin in blood, a pulse wave waveform can be detected by detecting a change in the amount of transmitted light.

【0113】この場合、発光部には、InGaAs系
(インジウム−ガリウム−砒素)やGaAs系(ガリウ
ム−砒素)のレーザー発光ダイオードが好適である。と
ころで、波長が600nm〜1000nmの外光は組織
を透過し易いので、受光部に外光が入射すると脈波信号
のS/Nが劣化してしまう。そこで、発光部から偏光し
たレーザー光を照射し、透過光を偏光フィルタを介して
受光部で受光するようにしてもよい。これにより、外光
の影響を受けることなく、脈波信号を良好なS/N比で
検出することができる。
In this case, an InGaAs-based (indium-gallium-arsenic) or GaAs-based (gallium-arsenic) laser light emitting diode is suitable for the light emitting section. By the way, since external light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm easily passes through the tissue, when external light enters the light receiving portion, the S / N of the pulse wave signal deteriorates. Therefore, the light emitting unit may emit polarized laser light, and the transmitted light may be received by the light receiving unit via the polarizing filter. Thus, the pulse wave signal can be detected with a good S / N ratio without being affected by external light.

【0114】この場合には、図31(a)に示すよう
に、発光部200を締着具145の締め付け側に設け、
時計本体側には受光部201を設けている。この場合、
発光部200から照射された光は、血管143を透過し
た後、橈骨202と尺骨203の間を通って、受光部2
01に達する。なお、透過光を用いる場合には、照射光
は組織を透過する必要があるため、組織の吸収を考慮す
ると、その波長は600nm〜1000nmであること
が望ましい。
In this case, as shown in FIG. 31A, the light emitting section 200 is provided on the fastening side of the fastener 145,
A light receiving unit 201 is provided on the main body of the timepiece. in this case,
The light emitted from the light emitting unit 200 passes through the blood vessel 143 and then passes between the radius 202 and the ulna 203, and passes through the light receiving unit 2
Reach 01. In the case where transmitted light is used, the irradiation light needs to pass through the tissue. Therefore, the wavelength is preferably 600 nm to 1000 nm in consideration of the absorption of the tissue.

【0115】また、同図(b)は検出部位を耳朶とする
例である。把持部材204と把持部材205は、バネ2
07で付勢され、軸206を中心に回動できるようにな
っている。また、把持部材204と把持部材205に
は、発光部200と受光部201が設けられている。こ
の脈波検出部を用いる場合には、耳朶を把持部材204
と把持部材205で把持して脈波を検出する。なお、反
射光を用いる場合には、同図(c)に示すように指尖部
から脈波波形MHを検出するようにしてもよい。
FIG. 14B shows an example in which the detection site is an earlobe. The holding member 204 and the holding member 205
07, and can rotate about the shaft 206. The light emitting unit 200 and the light receiving unit 201 are provided on the holding members 204 and 205. When using this pulse wave detector, the earlobe is
The pulse wave is detected by grasping with the grasping member 205. When using reflected light, the pulse wave waveform MH may be detected from the fingertip as shown in FIG.

【0116】次に、光電式脈波センサを眼鏡と組み合わ
せた使用態様を説明する。なお、この眼鏡の形態では、
使用者に対する告知手段としての表示装置も一緒に組み
込まれた構造になっている。したがって、脈波検出部と
して以外に表示装置としての機能についても併せて説明
する。図32は、脈波検出部が接続された装置を眼鏡に
取り付けた様子を表わす斜視図である。図のように、装
置本体は本体75aと本体75bに分かれ、それぞれ別
々に眼鏡の蔓76に取り付けられており、これら本体が
蔓76内部に埋め込まれたリード線を介して互いに電気
的に接続されている。
Next, a description will be given of a use mode in which the photoelectric pulse wave sensor is combined with eyeglasses. In addition, in the form of these glasses,
A display device as a means for notifying the user is also incorporated. Therefore, functions as a display device in addition to the pulse wave detection unit will also be described. FIG. 32 is a perspective view illustrating a state in which the device to which the pulse wave detection unit is connected is attached to eyeglasses. As shown in the figure, the apparatus main body is divided into a main body 75a and a main body 75b, each of which is separately attached to the vine 76 of the glasses, and these main bodies are electrically connected to each other through lead wires embedded inside the vine 76. ing.

【0117】本体75aは表示制御回路を内蔵してお
り、この本体75aのレンズ77側の側面には全面に液
晶パネル78が取り付けられ、また、該側面の一端には
鏡79が所定の角度で固定されている。さらに本体75
aには、光源(図示略)を含む液晶パネル78の駆動回
路と、表示データを作成するための回路が組み込まれて
いる。この光源から発射された光は、液晶パネル78を
介して鏡79で反射されて、眼鏡のレンズ77に投射さ
れる。また、本体75bには、装置の主要部が組み込ま
れており、その上面には各種のボタンが設けられてい
る。なお、これらボタン80,81の機能は装置毎に異
なる。また。光電式脈波センサを構成するLED32お
よびフォトトランジスタ33(図4を参照)はパッド8
2,83に内蔵されると共に、パッド82,83を耳朶
へ固定するようになっている。これらのパッド82,8
3は、本体75bから引き出されたリード線84,84
によって電気的に接続されている。
The main body 75a has a built-in display control circuit. A liquid crystal panel 78 is mounted on the entire surface of the main body 75a on the side of the lens 77, and a mirror 79 is provided at one end of the side at a predetermined angle. Fixed. Further body 75
In a, a driving circuit of the liquid crystal panel 78 including a light source (not shown) and a circuit for creating display data are incorporated. The light emitted from this light source is reflected by a mirror 79 via a liquid crystal panel 78 and is projected on a lens 77 of spectacles. The main part of the apparatus is incorporated in the main body 75b, and various buttons are provided on the upper surface thereof. The functions of these buttons 80 and 81 differ for each device. Also. The LED 32 and the phototransistor 33 (see FIG. 4) constituting the photoelectric pulse wave sensor are connected to the pad 8.
2 and 83, and the pads 82 and 83 are fixed to the earlobe. These pads 82, 8
3 are lead wires 84, 84 drawn from the main body 75b.
Are electrically connected by

【0118】次に、圧力センサによって脈波波形MHを
検出する例を説明する。図33(a)は圧力センサを用
いた脈波診断装置の外観構成を示す斜視図である。この
図に示すように、脈波診断装置1には、一対のバンド1
44,144が設けられており、その一方の締着具14
5の締め付け側には、圧力センサ130’の弾性ゴム1
31が突出して設けられている。締着具145を備える
バンド144は、圧力センサ130による検出信号を供
給するべくFPC(Flexible Printed Circuit)基板を
軟性プラスチックで被覆した構造(詳細は図示省略)と
なっている。
Next, an example in which the pulse wave waveform MH is detected by the pressure sensor will be described. FIG. 33A is a perspective view showing an external configuration of a pulse wave diagnostic device using a pressure sensor. As shown in this figure, a pair of bands 1
44, 144, one of the fasteners 14 is provided.
5, the elastic rubber 1 of the pressure sensor 130 '
A projection 31 is provided. The band 144 having the fastener 145 has a structure in which an FPC (Flexible Printed Circuit) substrate is covered with a soft plastic to supply a detection signal from the pressure sensor 130 (details are not shown).

【0119】また、使用時においては、図33(b)に
示すように、締着具145に設けられた弾性ゴム131
が橈骨動脈143の近傍に位置するべく、腕時計146
が被験者の左腕147に巻回される。このため、脈波を
恒常的に検出することが可能となる。なお、この巻回に
ついては通常の腕時計の使用状態と何等変わることがな
い。こうして弾性ゴム131が、被験者の橈骨動脈14
3近傍に押圧されると、該動脈の血流変動(すなわち脈
波)が弾性ゴム131を介して圧力センサ130’に伝
達され、圧力センサ130’はこれを血圧として検知す
る。
At the time of use, as shown in FIG. 33B, the elastic rubber 131 provided on the fastener 145 is used.
Is placed in the vicinity of the radial artery 143 so that the watch 146
Is wound around the left arm 147 of the subject. For this reason, a pulse wave can be constantly detected. Note that this winding does not differ from the usual use state of the wristwatch. In this way, the elastic rubber 131 is applied to the radial artery 14 of the subject.
When pressed near 3, the blood flow fluctuation (ie, pulse wave) of the artery is transmitted to the pressure sensor 130 'via the elastic rubber 131, and the pressure sensor 130' detects this as blood pressure.

【0120】[0120]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の発明特定
事項によれば、脈波波形から呼吸成分を抽出し、これを
周波数解析することによって、運動強度を算出するよう
にしたので、簡易な構成で運動強度を算出することがで
きる。
As described above, according to the present invention, the exercise intensity is calculated by extracting the respiratory component from the pulse wave waveform and frequency-analyzing the extracted respiratory component. Exercise intensity can be calculated with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 運動強度と呼吸波形の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between exercise intensity and a respiratory waveform.

【図2】 本実施形態に係わる運動強度検出装置の機能
ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram of the exercise intensity detecting device according to the embodiment.

【図3】 第1実施形態に係わる運動強度検出装置の外
観構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an external configuration of the exercise intensity detection device according to the first embodiment.

【図4】 同実施形態に係わる脈波検出用センサユニッ
トの回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a pulse wave detection sensor unit according to the embodiment.

【図5】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の電気
的な構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the exercise intensity detection device according to the embodiment.

【図6】 体動除去脈波データMH’にFFT処理を施
した結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of performing FFT processing on body motion removal pulse wave data MH ′.

【図7】 図6における低域周波数領域LFの拡大図で
ある。
FIG. 7 is an enlarged view of a low frequency region LF in FIG. 6;

【図8】 同実施形態の表示部の一態様を示すフェイス
チャートである。
FIG. 8 is a face chart showing one mode of the display unit of the embodiment.

【図9】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動作
を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.

【図10】 第2実施形態に係わる呼吸成分抽出部およ
び評価部の内部構成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an internal configuration of a respiratory component extraction unit and an evaluation unit according to the second embodiment.

【図11】 同実施形態に係わるウエーブレット変換部
の構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a wavelet conversion unit according to the embodiment.

【図12】 同実施形態に係わる体動除去脈波解析デー
タMKDの一例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of body motion removal pulse wave analysis data MKD according to the embodiment.

【図13】 図12に示した体動除去脈波解析データM
KDの最大エネルギー領域を示す図である。
13 is a pulse wave analysis data M for removing body motion shown in FIG.
It is a figure showing the maximum energy area of KD.

【図14】 同実施形態に係わる呼吸波形解析データV
KDの一例を示す図である。
FIG. 14 shows respiratory waveform analysis data V according to the embodiment.
It is a figure showing an example of KD.

【図15】 同実施形態に係わるゼロクロスコンパレー
タの回路図である。
FIG. 15 is a circuit diagram of a zero-cross comparator according to the same embodiment.

【図16】 同実施形態に係わるデューティ比検出部の
回路図である。
FIG. 16 is a circuit diagram of a duty ratio detection unit according to the same embodiment.

【図17】 同実施形態に係わるデューティ比検出部の
タイミングチャートである。
FIG. 17 is a timing chart of the duty ratio detection unit according to the embodiment.

【図18】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動
作を示すフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart showing an operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.

【図19】 第3実施形態に係わる運動強度検出装置の
電気的な構成を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram illustrating an electrical configuration of an exercise intensity detection device according to a third embodiment.

【図20】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動
作を示すフローチャートである。
FIG. 20 is a flowchart showing an operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.

【図21】 同実施形態に係わる脈波解析データMF
D、体動解析データTFDおよび体動除去脈波解析デー
タMKDの関係について、その一例を示す図である。
FIG. 21 is pulse wave analysis data MF according to the embodiment.
D is a diagram showing an example of the relationship between body motion analysis data TFD and body motion removal pulse wave analysis data MKD.

【図22】 第4実施形態に係わる運動強度検出装置の
電気的な構成を示すブロック図である。
FIG. 22 is a block diagram illustrating an electrical configuration of an exercise intensity detection device according to a fourth embodiment.

【図23】 同実施形態に係わる脈波解析データMFD
とカットオフ周波数fcの関係の一例を示す図である。
FIG. 23 is a pulse wave analysis data MFD according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the cut-off frequency fc and the frequency.

【図24】 同実施形態に係わる脈波成分除去解析デー
タMD’の一例を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an example of pulse wave component removal analysis data MD 'according to the embodiment.

【図25】 同実施形態に係わる呼吸成分抽出部13’
の詳細な構成を示すブロック図である。
FIG. 25 is a respiratory component extraction unit 13 ′ according to the same embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration.

【図26】 同実施形態において走行ピッチと呼吸数の
関係を実測した結果を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a result of actually measuring a relationship between a running pitch and a respiratory rate in the embodiment.

【図27】 同実施形態において体動成分の基本周波数
Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1の関係を示すグラフで
ある。
FIG. 27 is a graph showing a relationship between a fundamental frequency Ft1 of a body motion component and a fundamental frequency Fv1 of a respiratory component in the embodiment.

【図28】 呼吸数と脈拍数の関係を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a relationship between a respiratory rate and a pulse rate.

【図29】 フィルタバンクの構成例を示すブロック図
である。
FIG. 29 is a block diagram illustrating a configuration example of a filter bank.

【図30】 逆フィルタバンクの構成例を示すブロック
図である。
FIG. 30 is a block diagram illustrating a configuration example of an inverse filter bank.

【図31】 変形例に係わる光電式脈波センサの例を示
す図である。
FIG. 31 is a diagram showing an example of a photoelectric pulse wave sensor according to a modification.

【図32】 変形例において光電式脈波センサを眼鏡に
応用した例を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing an example in which a photoelectric pulse wave sensor is applied to eyeglasses in a modified example.

【図33】 変形例において圧力センサを用いた脈波診
断装置の外観構成を示す斜視図である。
FIG. 33 is a perspective view showing an external configuration of a pulse wave diagnostic device using a pressure sensor in a modified example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

MH 脈波波形 10 脈波検出部(脈波検出手段) 130 脈波検出用センサユニット(脈波検出手段) 11 体動検出部(体動検出手段) TH 記体動波形 MH’体動除去脈波波形,体動除去脈波データ 13 体動除去部(体動除去手段) 14 呼吸成分抽出手部(呼吸成分抽出手段) 15 評価部(運度強度生成手段) MKD 体動除去脈波解析データ 20 ウエーブレット変換部 VKD 呼吸波形解析データ 21 呼吸成分生成部(呼吸波形生成部) 22 逆ウエーブレット変換部(呼吸波形生成部) VH 呼吸波形 30 第1のFFT処理部(第1の周波数解析部、周波
数解析部) 31 第2のFFT処理部(第2の周波数解析部) 13’脈波成分除去部、 41 基本周波数テーブル 42 差分検出部(周波数特定部) 43 比較部(周波数特定部) 44 高調波周波数生成部(周波数特定部、抽出部) 16 表示部(告知手段)
MH pulse wave waveform 10 pulse wave detection unit (pulse wave detection means) 130 pulse wave detection sensor unit (pulse wave detection means) 11 body movement detection unit (body movement detection means) TH notational movement waveform MH 'body movement removal pulse Wave waveform, body movement removal pulse wave data 13 Body movement removal unit (body movement removal unit) 14 Respiratory component extraction hand unit (respiration component extraction unit) 15 Evaluation unit (fortune intensity generation unit) MKD Body movement removal pulse wave analysis data Reference Signs List 20 wavelet conversion unit VKD respiration waveform analysis data 21 respiration component generation unit (respiration waveform generation unit) 22 inverse wavelet conversion unit (respiration waveform generation unit) VH respiration waveform 30 first FFT processing unit (first frequency analysis unit) , Frequency analyzing unit) 31 second FFT processing unit (second frequency analyzing unit) 13 ′ pulse wave component removing unit, 41 basic frequency table 42 difference detecting unit (frequency specifying unit) 43 comparing unit (frequency specifying unit) 44 harmonic frequency generator (frequency identification unit, extraction unit) 16 display unit (notifying means)

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体の検出部位から脈波波形を検出する
脈波検出手段と、 前記生体の体動を示す体動波形を検出する体動検出手段
と、 前記体動波形に基づいて前記脈波波形中の体動成分を生
成し、前記脈波波形から前記体動成分を除去して体動除
去脈波波形を生成する体動除去手段と、 前記体動除去脈波波形に基づいて、呼吸成分を抽出する
呼吸成分抽出手段と、 前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基
づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段とを備え
たことを特徴とする運動強度検出装置。
1. A pulse wave detecting means for detecting a pulse wave waveform from a detection part of a living body, a body movement detecting means for detecting a body movement waveform indicating the body movement of the living body, and the pulse based on the body movement waveform. A body movement removing unit that generates a body movement component in the wave waveform, removes the body movement component from the pulse wave waveform to generate a body movement removal pulse wave waveform, based on the body movement removal pulse wave waveform, An exercise intensity detection device comprising: a respiratory component extracting unit that extracts a respiratory component; and a fortitude intensity generating unit that calculates exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting unit.
【請求項2】 前記呼吸成分抽出手段は、 前記体動除去脈波波形にウエーブレット変換を施して体
動除去脈波解析データを生成するウエーブレット変換部
と、 前記体動除去脈波解析データから脈波成分に相当する周
波数成分を除去して呼吸波形解析データを生成し、当該
呼吸波形解析データに逆ウエーブレットを施して、呼吸
波形を前記呼吸成分として生成する呼吸波形生成部とを
備えることを特徴とする請求項1に記載の運動強度検出
装置。
2. A wavelet conversion unit that performs a wavelet transform on the body motion removal pulse wave waveform to generate body motion removal pulse wave analysis data, and the body motion removal pulse wave analysis data. A respiratory waveform generating unit that generates a respiratory waveform analysis data by removing a frequency component corresponding to a pulse wave component from the data, applies an inverse wavelet to the respiratory waveform analysis data, and generates a respiratory waveform as the respiratory component. The exercise intensity detecting device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分
抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施
して得られた周波数成分の割合に基づいて、前記運動強
度を算出することを特徴とする請求項1または2に記載
の運動強度検出装置。
3. The exercise intensity generating means calculates the exercise intensity based on a ratio of a frequency component obtained by performing a frequency analysis on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means. The exercise intensity detecting device according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分
抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施
して得られた各周波数成分から歪率を算出し、当該歪率
に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする請
求項3に記載の運動強度検出装置。
4. The fortitude intensity generating means calculates a distortion rate from each frequency component obtained by performing a frequency analysis on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means, and calculates the distortion rate based on the distortion rate. The exercise intensity detection device according to claim 3, wherein the exercise intensity is calculated.
【請求項5】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分
抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施
して得られた基本波周波数成分と第3次高調波成分の割
合を算出し、当該割合に基づいて前記運動強度を算出す
ることを特徴とする請求項3に記載の運動強度検出装
置。
5. The fortitude intensity generating means calculates a ratio between a fundamental frequency component and a third harmonic component obtained by performing frequency analysis on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means, The exercise intensity detection device according to claim 3, wherein the exercise intensity is calculated based on the ratio.
【請求項6】 前記呼吸成分抽出手段は、呼吸波形を前
記呼吸成分として抽出し、 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によっ
て抽出された前記呼吸波形のデューティ比を検出し、当
該デューティ比に基づいて前記運動強度を生成すること
を特徴とする請求項1または2に記載の運動強度検出装
置。
6. The respiratory component extracting means extracts a respiratory waveform as the respiratory component, and the fortitude intensity generating means detects a duty ratio of the respiratory waveform extracted by the respiratory component extracting means. The exercise intensity detection device according to claim 1, wherein the exercise intensity is generated based on a duty ratio.
【請求項7】 前記体動除去手段は、 前記脈波波形の周波数スペクトラムを解析する第1の周
波数解析部と、 前記体動波形の周波数スペクトラムを解析する第2の周
波数解析部と、 前記第2の周波数解析部によって解析された周波数スペ
クトラムと同一周波数のものを、前記第1の周波数解析
部によって解析された周波数スペクトラムから除去し
て、体動が除去された体動除去スペクトラムを生成する
体動除去部を備え、 前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去スペクトラムの
中から呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクト
ラムを抽出し、 前記運動強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に
相当する周波数スペクトラムのレベルとその高調波成分
に相当する周波数スペクトラムのレベルに基づいて、前
記運動強度を算出することを特徴とする請求項1に記載
の運動強度検出装置。
7. The body movement removing unit, wherein: a first frequency analysis unit for analyzing a frequency spectrum of the pulse wave waveform; a second frequency analysis unit for analyzing a frequency spectrum of the body movement waveform; A frequency spectrum having the same frequency as that of the frequency spectrum analyzed by the second frequency analysis unit is removed from the frequency spectrum analyzed by the first frequency analysis unit to generate a body motion removal spectrum from which the body motion has been removed. A motion removing unit, wherein the respiratory component extracting unit extracts a frequency spectrum corresponding to a fundamental component of the respiratory component from the body motion removing spectrum, and the exercise intensity generating unit includes a fundamental component of the respiratory component. The exercise intensity is calculated based on the frequency spectrum level corresponding to the frequency spectrum level and the frequency spectrum level corresponding to the harmonic component thereof. Exercise intensity detecting device according to claim 1, wherein the.
【請求項8】 前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去
スペクトラムの中から脈拍数に応じて定められる帯域を
特定し、この帯域内の周波数スペクトラムの中から呼吸
成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムを抽出
することを特徴とする請求項7に記載の運動強度検出装
置。
8. The respiratory component extracting means specifies a band determined according to a pulse rate from the body motion removal spectrum, and corresponds to a fundamental component of a respiratory component from a frequency spectrum within the band. The exercise intensity detection device according to claim 7, wherein a frequency spectrum is extracted.
【請求項9】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分
の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその高
調波成分に相当するスペクトラムのレベルに基づいて、
呼吸波形の歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記運動
強度を算出することを特徴とする請求項7または8に記
載の運動強度検出装置。
9. The mobility intensity generating means, based on a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a spectrum level corresponding to a harmonic component thereof,
The exercise intensity detecting device according to claim 7 or 8, wherein a distortion rate of a respiratory waveform is calculated, and the exercise intensity is calculated based on the distortion rate.
【請求項10】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成
分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその
第3次高調波成分に相当するスペクトラムのレベルとの
割合を求め、当該割合に基づいて前記運動強度を算出す
ることを特徴とする請求項7または8に記載の運動強度
検出装置。
10. The mobility intensity generating means obtains a ratio between a spectrum level corresponding to a fundamental wave component of the respiratory component and a spectrum level corresponding to a third harmonic component thereof, and based on the ratio. The exercise intensity detecting device according to claim 7 or 8, wherein the exercise intensity is calculated by using the following method.
【請求項11】 生体の検出部位から脈波波形を検出す
る脈波検出手段と、 前記脈波波形から呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段
と、 前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基
づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段とを備え
たことを特徴とする運動強度検出装置。
11. A pulse wave detecting means for detecting a pulse waveform from a detection part of a living body, a respiratory component extracting means for extracting a respiratory component from the pulse waveform, and a respiratory component extracted by the respiratory component extracting means. An exercise intensity detecting device comprising: a fortitude intensity generating means for calculating exercise intensity based on the exercise intensity.
【請求項12】 前記呼吸成分抽出手段は、前記脈波波
形に周波数解析を施して脈波解析データを生成する周波
数解析部と、 前記脈波解析データから脈波成分を除去する脈波成分除
去部と、 体動基本波周波数と呼吸基本波周波数の関係を予め対応
付けて格納した基本周波数テーブルと、 前記基本波周波数テーブルを参照して、前記解析データ
の中から呼吸基本波周波数と体動基本波周波数を特定す
る周波数特定部と、 前記周波数特定部によって特定された前記呼吸基本周波
数に基づいて、その各高調波周波数を算出し、呼吸成分
を抽出する抽出部とを備えたことを特徴とする運動強度
検出装置。
12. A respiratory component extracting means for performing a frequency analysis on the pulse wave waveform to generate pulse wave analysis data, and a pulse wave component removing unit for removing a pulse wave component from the pulse wave analysis data. And a fundamental frequency table in which the relationship between the fundamental frequency of the body motion and the fundamental frequency of the respiration is stored in association with each other in advance, and by referring to the fundamental frequency table, the fundamental frequency of the respiratory A frequency specifying unit that specifies a fundamental frequency, and an extracting unit that calculates each harmonic frequency thereof based on the respiratory basic frequency specified by the frequency specifying unit and extracts a respiratory component. Exercise intensity detection device.
【請求項13】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成
分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその
高調波成分に相当するスペクトラムのレベルに基づい
て、呼吸波形の歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記
運動強度を算出することを特徴とする請求項11または
12に記載の運動強度検出装置。
13. The fortitude intensity generating means calculates a distortion rate of a respiratory waveform based on a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a spectrum level corresponding to a harmonic component thereof, 13. The exercise intensity detection device according to claim 11, wherein the exercise intensity is calculated based on the distortion rate.
【請求項14】 前記運度強度生成手段は、前記呼吸成
分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその
第3次高調波成分に相当するスペクトラムのレベルとの
割合を求め、当該割合に基づいて前記運動強度を算出す
ることを特徴とする請求項11または12に記載の運動
強度検出装置。
14. The fortitude intensity generating means obtains a ratio between a spectrum level corresponding to a fundamental component of the respiratory component and a spectrum level corresponding to a third harmonic component thereof, and based on the ratio. The exercise intensity detection device according to claim 11, wherein the exercise intensity is calculated by using the following method.
【請求項15】 前記前記運度強度生成手段によって生
成された前記運動強度を告知する告知手段を備えること
を特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか1項に記
載の運動強度検出装置。
15. The exercise intensity detection device according to claim 1, further comprising a notification unit that notifies the exercise intensity generated by the fortitude intensity generation unit.
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