CN103298396B - 身体信息测定装置和身体信息测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可容易且准确地测定被测定者的最佳运动强度的身体信息测定装置和身体信息测定方法。身体信息测定装置（1）包括：心音采集装置（3），采集被测定者的心音作为心音数据输出；第1心音抽取装置（51），基于心音数据，检测第1心音；第1心音振幅测定装置（506），从所检测出的第1心音测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；心率数计数装置（509），测定被测定者的心率数，作为心率数数据输出；以及运动强度运算装置（510），以心率数数据和第1心音振幅数据的双乘积作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。表示心肌的耗氧量的双乘积由于作为准确地反映心脏负荷的状态的指标是有效的，所以可准确地测定对心脏的负荷的程度。

Description

身体信息测定装置和身体信息测定方法

技术领域

本发明涉及测定与心脏有关的信息及与运动强度有关的信息等各种身体信息的技术。

背景技术

健康维持者及肥胖者、代谢障碍者为了改善状态而进行散步，或进行慢跑。另外，在以心肌梗塞及高血压患者等为对象的运动疗法中，为了康复训练而进行负荷运动。

负荷运动若负荷（强度）不足，则难以取得效果，过度的负荷反而担心对身体有不良影响。从而，对各个被测定者，希望弄清最好的最佳运动强度。

作为与最佳运动强度有关的技术，专利文献1、2中所述的技术为人们所知。

专利文献1中所述的最佳运动强度的决定方法为，进行阶段性的负荷运动，将各负荷阶段的左右房室瓣膜关闭时所发生的第1心音（S1音）振幅通过安装于被测定者胸部的心音微音器记录于心音图中，借此，采取在断定了心音振幅急剧上升的变化点（HSBP）的负荷运动阶段的运动强度作为该被测定者的最佳运动强度。

另外，专利文献2中所述的最佳运动强度的判定方法为，调查第1心音的振幅相对于运动负荷强度的变化的变化，调查心扩张时间对一心周期的比例相对于运动负荷强度的变化的变化，在第1心音的振幅的变化的弯曲点，在心扩张时间对一心周期的比例的变化为第1基准值以上的情况下，将该弯曲点判定为最佳运动强度。

这些专利文献1、2是仅用第1心音的振幅值判定最佳运动强度的方法，而作为用于判定最佳运动强度的指标，仅用第1心音的振幅值进行判定缺乏准确性。在具有心脏疾患的患者为被测定者的情况下，以仅用第1心音的振幅值所测定的最佳运动强度，这有成为过度的运动负荷之虞，担心对身体有 不良影响。

作为心肌的耗氧量表示运动负荷程度的指标，已知有相关性。心肌的耗氧量可用心率数×心室内压的双乘积（double product）算出，而由于心室内压测定困难，所以可用在上臂可测定的收缩期血压代替。但是，用该双乘积评价心脏的耗氧量，较之仅用第1心音的振幅值来评价为佳，但为了更加提高准确性，作为心肌的耗氧量，希望采用心率数×心肌的收缩性×心室壁的张力的三乘积。于是，得知心肌的收缩性可用第1心音的振幅值代替，心室壁的张力可用第2心音的振幅值代替。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：特开2006-116161号公报

专利文献2：特开2007-14777号公报

发明内容

但是，第2心音比第1心音振幅小，有在运动中埋入杂音内之虞，有难以准确测定的方面。从而，若能准确地评价心肌的耗氧量，即可测定最佳运动强度，既可施行对被测定者的最适合的运动疗法，又可改善被测定者的状态，并可提高被测定者的运动力。

因此，本发明的目的在于，提供一种可容易且准确地测定被测定者的最佳运动强度的身体信息测定装置和身体信息测定方法。

本发明人对许多被测定者进行实验，发现收缩期血压与第1心音的振幅之间具有相关关系，以至做出了本发明。

本发明的身体信息测定装置的特征在于，包括：心音采集装置，采集被测定者的心音作为心音数据输出；第1心音抽取装置，基于来自上述心音采集装置的心音数据，检测第1心音；第1心音振幅测定装置，根据由上述第1心音抽取装置所检测出的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；心率数计数装置，测定上述被测定者的心率数，作为心率数数据输出；存储装置，上述被测定者的安静时的心率数数据和上述被测定者的安静时的第1心音振幅数据被存储起来；以及运动强度运算装置，以来自上述存储装置的安静时的心率数数据与来自上述心率数计数装置的运动时的心率数数据的比率、和来自上述存储装置的安静时的第1心音振幅数据与来自上述第 1心音振幅测定装置的运动时的第1心音振幅数据的比率的双乘积作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。

另外，本发明的身体信息测定方法的特征在于，包含：心音采集步骤，心音采集装置采集被测定者的心音作为心音数据输出；第1心音抽取步骤，第1心音抽取装置基于由上述心音采集步骤所采集到的心音数据，检测第1心音；第1心音振幅测定步骤，第1心音振幅测定装置根据由上述第1心音抽取步骤所检测出的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；心率数计数步骤，心率数计数装置测定上述被测定者的心率数，作为心率数数据输出；以及运动强度运算步骤，运动强度运算装置以上述心率数计数步骤的安静时的心率数数据与运动时的心率数数据的比率、和上述第1心音振幅测定步骤的安静时的第1心音振幅数据与运动时的第1心音振幅数据的比率的双乘积采用运动强度运算装置作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。

按照本发明，首先，心音采集装置采集被测定者的心音作为心音数据输出，基于该心音数据，第1心音抽取装置若检测出第1心音，则第1心音振幅测定装置从第1心音测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出。接着，心率数计数装置测定被测定者的心率数，作为心率数数据输出。然后，运动强度运算装置以心率数数据与第1心音振幅数据的双乘积作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。表示心肌的耗氧量的第1心音的振幅值与心率数的双乘积与仅以第1心音的振幅值作为指标相比，由于作为准确地反映心脏负荷的状态的指标是有效的，故即使是具有心脏疾患的被测定者，亦可准确地测定对心脏的负荷的程度。

上述运动强度运算装置基于双乘积数据的分布，分割成弯曲点发现前的第1组和弯曲点发现后的第2组，以上述第1组的回归直线作为第1近似直线进行运算，并且以上述第2组的回归直线作为第2近似直线进行运算，通过从上述第1近似直线和上述第2近似直线的组合之中，选出两近似直线的残差平方和的合计值成为最小的组合，以该两近似直线的交点作为最佳运动强度进行检测，可得到精度高的最佳运动强度。

优选是，包括有氧性作业能力检测装置，其将上述运动强度运算装置检测出的最佳运动强度代入从借助于测定多个被测定者而得到的运动负荷时 的最高氧摄取量与最佳运动强度所示的相关关系中所导出的关系式，检测被测定者在负荷运动时的最高氧摄取量。

由于利用有氧性作业能力检测装置，根据借助于运动强度运算装置检测到的最佳运动强度和从运动负荷时的最高氧摄取量与最佳运动强度所示的相关关系中导出的关系式，可检测出被测定者的最大运动负荷时的最高氧摄取量，所以通过运算可得到被测定者的有氧性作业能力。也就是说，从第1心音的振幅值与心率数的双乘积求得最佳运动强度，若求得最佳运动强度则求得最高氧摄取量，故从该最高氧摄取量可评估被测定者的有氧性作业能力。

另外，本发明人对许多被测定者进行实验，发现在中心血压与第1心音的振幅之间有相关关系，以至做出了本发明。

即，本发明的身体信息测定装置的特征在于，包括：心音采集装置，采集被测定者的心音作为心音数据输出；第1心音抽取装置，基于来自上述心音采集装置的心音数据，检测第1心音；第1心音振幅测定装置，根据由上述第1心音抽取装置所检测出的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；存储装置，上述被测定者的安静时的中心血压值作为安静时中心血压数据被存储起来；以及中心血压推定装置，基于来自上述第1心音振幅测定装置的安静时进行测定而作为基准的第1心音振幅数据与检查时的第1心音振幅数据的比率，根据从上述存储装置读出的安静时中心血压数据，运算出检查时的中心血压值。

另外，本发明的身体信息测定方法的特征在于，包含：心音采集步骤，利用心音采集装置采集被测定者的心音作为心音数据输出；第1心音抽取步骤，基于采用上述心音采集步骤所采集的心音数据，利用第1心音抽取装置检测第1心音；第1心音振幅测定步骤，根据由上述第1心音抽取步骤所检测出的第1心音利用第1心音振幅测定装置来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；以及中心血压推定步骤，基于上述第1心音振幅测定步骤的安静时进行测定而作为基准的第1心音振幅数据与检查时的第1心音振幅数据的比率，根据从上述存储装置读出的安静时中心血压数据，运算出检查时的中心血压值。

按照本发明，首先，采用心音采集步骤，心音采集装置采集被测定者的 心音作为心音数据。接着，采用第1心音抽取步骤，第1心音抽取装置基于心音数据检测第1心音。接着，采用第1心音振幅测定步骤，根据第1心音振幅测定装置检测到的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据。然后，采用中心血压运算步骤，基于来自第1心音振幅测定装置的安静时进行测定而作为基准的第1心音振幅数据与检查时的第1心音振幅数据的比率，根据从存储装置读出的安静时中心血压数据，运算出检查时的中心血压值。通过这样做，可推定检查时的中心血压值。在此处，所谓安静时，表示被测定者躺卧或坐在椅子上等而处于平静状态的时候。另外，所谓检查时，表示检查的时候，被测定者的状态可以是从安静状态起移动身体的运动状态。

由于上述中心血压推定装置通过基于测定安静时的中心血压值和第1心音的振幅值以及运动时的中心血压值和第1心音的振幅值而给予的各个被测定者的第1心音的振幅值与中心血压值的关系式，运算推定检查时的中心血压值，从而用与各个被测定者相应的关系式可算出中心血压值，所以可高精度地求得中心血压值。在此处，所谓运动时，表示移动身体的运动状态的时候。

优选是，上述第1心音抽取装置包括：心电采集装置，采集被测定者的心电作为心电数据输出；基准定时检测装置，从来自上述心电采集装置的心电数据检测R波；门控信号（gate signal）生成装置，根据上述基准定时检测装置检测出的R波的发生定时，生成表示包含与该R波对应的第1心音的规定期间的门控信号；以及第1心音检测装置，从作为来自上述心音采集装置的心音数据的、上述门控信号生成装置输出门控信号期间的心音数据中，检测第1心音。

利用心电采集装置采集心电数据，利用基准定时检测装置检测R波。通过根据门控信号生成装置检测到的R波的发生定时，生成表示包含与该R波对应的第1心音的规定期间的门控信号，从而第1心电检测装置可检测该门控信号中所包含的第1心音。

发明的效果 

按照本发明，通过仅测定第1心音的振幅值和心率数，可容易地检测比仅从第1心音的振幅值进行检测更准确的最佳运动强度。另外，按照本发明，作为心肌的耗氧量，不必采用心率数×心肌的收缩性×心室壁的张力的三乘 积，采用第1心音的振幅值与心率数的双乘积即可简单地求得。

附图说明

图1是示出利用本发明的实施方式1的身体信息测定装置而测定心脏应力的被测定者的图。

图2是示出图1所示的身体信息测定装置的方框图。

图3（A）是示出心音采集装置的一例的方框图，（B）是示出心电采集装置的一例的方框图。

图4（A）是示出测定心音和心电时的位置的图，（B）是用于说明传感装置的立体图。

图5是示出心电图和心音图的一例的图。

图6（A）～（D）是示出4个被测定者的第1心音的振幅值与中心血压值的关系的坐标图。

图7是示出运动强度与双乘积的关系的坐标图。

图8是示出运动强度与双乘积和肾上腺素的分泌量的关系的坐标图。

图9是示出双乘积与三乘积的关系的坐标图。

图10是示出最佳运动强度与最高氧摄取量的关系的坐标图。

图11是示出本发明的实施方式2的身体信息测定装置的方框图。

附图标记说明 

1，10×     心脏负荷测定装置

2           心电采集装置

21          测定电极

22          放大装置

23          AD变换装置

3           心音采集装置

31          加速度传感器

32          放大装置

33          AD变换装置

4           心率采集装置

5，5×      控制装置

501         心电输入装置

502         心音输入装置

503         基准定时检测装置

504         门控信号生成装置

505         第1心音检测装置

506         第1心音振幅测定装置

507         中心血压推定装置

508         心率输入装置

509，509×  心率数计数装置

510         运动强度运算装置

511         过负荷检测装置

511         运动负荷输入装置

512         制止装置

513         通知装置

514         显示控制装置

515         印刷控制装置

516         有氧性作业能力检测装置

517         存储装置

51          第1心音抽取装置

6           显示装置

7           印刷装置

8           传感装置

9           电缆

BP          胸骨柄

S1          第1心音

S2          第2心音

G           门控信号

V1          振幅值

P1，P2      间隔

P           弯曲点

A           运动负荷器具

L11～L14    近似线

L21、L22    近似直线

具体实施方式

（实施方式1）

基于附图说明本实施方式1的身体信息测定装置。

如图1所示，身体信息测定装置1用于测定被测定者安静时的状态及使用运动负荷器具A进行负荷运动时的状态，得到与身体有关的各种信息。

身体信息测定装置1如图2所示，包括心电采集装置2、心音采集装置3、心率采集装置4、控制装置5、显示装置6和印刷装置7。

心电采集装置2例如如图3（A）所示，可用测定电极21、放大装置22和AD变换装置23形成。测定电极21是将被测定者的心脏脉动时身体上所发生的电位作为心电信号采集的2个端子。放大装置22是放大心电信号的放大器。AD变换装置23具备将放大了的心电信号变换为数字数据即心电数据输出到控制装置5的功能。

心音采集装置3例如如图3（B）所示，可用加速度传感器31、放大装置32和AD变换装置33形成。在本实施方式中，作为将测定电极21和加速度传感器31一并纳入机壳内的传感装置8（参照图4）。

加速度传感器31是测定对各个移动方向的加速度的传感器，具备将基于被测定者心脏的脉动的心音作为加速度采集、作为心音信号输出的功能。该加速度传感器31如图4（B）所示，利用在安装面上所设置的双面胶带等黏贴单元被安装到被测定者身上。加速度传感器31若任一方向的加速度能够测定，则各种类型的传感器皆可使用。

例如，加速度传感器31若为MEMS型，则可采取通过检测传感器元件的可动部与固定部之间的电容变化而测定加速度的静电电容检测方式；利用配置于连接传感器元件的可动部和固定部的弹簧部分的压电电阻元件，通过检测由加速度产生的弹簧部的应变而测定加速度的压电电阻方式；以及用热敏电阻等检测由加热器所发生的热气流的对流的变化而测定加速度的热探 测方式等。加速度传感器31在任一方式的情况下，在被贴附到被测定者身上时，都优选采用不会成为运动的干扰的小型物。放大装置32是放大心音信号的放大器。AD变换装置33具备将放大了的心音信号变换为数字数据即心音数据输出到控制装置5的功能。

在心电采集装置2与控制装置5之间，在心音采集装置3与控制装置5之间，如图1所示，从传感装置8到控制装置5用汇总为1条的长电缆9连接。通过这样做，利用电缆9拉伸至运动的程度，使其不会成为负荷运动的干扰。

心率采集装置4是将被测定者的心率作为心率数据输出的装置。心率采集装置4例如可使用安装于耳翼及手腕、腰身、心脏附近者，但在本实施方式中，采用夹住耳翼的夹子式。

如图2所示，控制装置5通过运算进行中心血压值的测定及肾上腺素的分泌量的测定、心脏负荷量的测定，可采用执行身体信息测定程序的个人计算机。

控制装置5包括心电输入装置501、心音输入装置502、基准定时检测装置503、门控信号生成装置504、第1心音检测装置505、第1心音振幅测定装置506、中心血压推定装置507、心率输入装置508、心率数计数装置509、运动强度运算装置510、运动负荷输入装置511、制止装置512、通知装置513、显示控制装置514、印刷控制装置515、有氧性作业能力检测装置516和存储装置517。

心电输入装置501是将来自心电采集装置2的心电数据输入到控制装置5并存储于存储装置517的接口。心音输入装置502是将来自心音采集装置3的心音数据输入到控制装置5并存储于存储装置517的接口。

基准定时检测装置503具备基于存储于存储装置517的心电数据以检测R波的功能。门控信号生成装置504具备根据基准定时检测装置503所检测到的R波，输出表示包含与该R波对应的第1心音的规定期间、亦即至第2心音前的期间的门控信号的功能。第1心音检测装置505具备从门控信号被输出的期间的心音数据中检测峰值波形，并将其作为第1心音进行检测的功能。第1心音振幅测定装置506具备根据第1心音检测装置505检测到的第1心音来测定振幅值，并作为第1心音振幅数据输出的功能。

中心血压推定装置507具备基于来自第1心音振幅测定装置506的检查时的第1心音振幅数据、存储于存储装置517的安静时所测定的第1心音数据（安静时振幅数据）以及表示安静时的中心血压值的中心血压数据（安静时中心血压数据）进行运算，推定检查时的中心血压值（心收缩期的血压值），作为中心血压数据输出的功能。

心率输入装置508是将来自心率采集装置4的心率数据输入到控制装置5并存储于存储装置517的接口。心率数计数装置509具备基于心率数据对心率数进行计数的功能。

运动强度运算装置510具备将来自第1心音振幅测定装置506的第1心音振幅数据与来自心率数计数装置509的心率数数据相乘，运算出双乘积，形成双乘积数据（心脏负荷数据），基于该双乘积数据，检测对运动强度的斜率的弯曲点的功能。

运动负荷输入装置511是将来自运动负荷器具A的运动强度数据输入到控制装置5并存储于存储装置517的接口。

制止装置512具备基于利用运动强度运算装置510检测出的最佳运动强度，对运动负荷器具A输出制止信号，使得被测定者的负荷运动不会变成超过最佳运动强度的运动的功能。

通知装置513具备在运动强度运算装置510检测到斜率的弯曲点时，或者从该弯曲点超过规定强度时，发出警告意味的告知的功能。此时的规定强度超过最佳运动强度，但以对心脏不形成过度负担程度的运动负荷为佳，可按照被测定者而决定。该通知装置513可作为利用连续音或断续音及声音信息等声音通知，或用未图示的灯的点亮或熄灭以及经显示控制装置514利用显示装置6的消息显示等进行通知的装置。

显示控制装置514具备控制对显示装置6的显示的功能。印刷控制装置515具备控制对印刷装置7的印刷的功能。

有氧性作业能力检测装置516具备根据从运动负荷时的最高氧摄取量与最佳运动强度所示的相关关系导出的关系式（以下，将该关系式称为有氧性作业能力算式。）和利用运动强度运算装置检测到的最佳运动强度，检测被测定者的最大运动负荷时的最高氧摄取量的功能。该有氧性作业能力算式是表现出表示通过测定多个被测定者所得到的运动负荷时的最高氧摄取量与 最佳运动强度的分布的倾向的回归直线的一次函数。

存储装置517是各数据可读写的非易失性存储器。作为存储装置517，可采用大容量可高速存取的硬盘装置。在该存储装置517中，心音数据、心电数据、心率数据在测定时被存储起来。另外，在存储装置517中，安静时所测定的被测定者的第1心音的振幅值、中心血压值、心率数、将第1心音的振幅值和心率数相乘得到的双乘积分别作为安静时振幅数据、安静时血压数据、安静时心率数数据、安静时双乘积数据被存储起来。

在本实施方式中，利用心音输入装置502、基准定时检测装置503、门控信号生成装置504、第1心音检测装置505，形成第1心音抽取装置51。

显示装置6可采取CRT、LCD、有机EL显示。印刷装置7可采取可印刷在纸媒介上的喷墨打印机、激光打印机、点冲击式打印机、热转印打印机。

对如上所构成的本发明的实施方式1的身体信息测定装置的工作状态和测定方法，基于附图进行说明。

每当被测定者进行负荷运动时，首先，对被测定者安装作为传感装置8的加速度传感器31和测定电极21。加速度传感器31安装于被测定者的胸部，但即使在胸部，也优选如图4（A）所示配置在胸骨上。另外，配置位置即使在胸骨上，也更优选定在胸骨柄BP处。心率采集装置4安装于耳翼及手腕、腰身、心脏附近。

接着，由被测定者开始负荷运动，负荷运动在被测定者安装了传感装置8的状态下，运动负荷器具A即自行车测力计安装在车上，连续踏脚蹬。

来自加速度传感器31的心音信号由放大装置32放大，由AD变换装置33每在规定时间内放大了的心音信号被取样变换为数字数据即心音数据（心音采集步骤）。另外，来自测定电极21的心电信号由放大装置22放大，由AD变换装置23每在规定时间内放大了的心电信号被取样变换为数字数据即心电数据（心电采集步骤）。

控制装置5的心音输入装置502输入来自心音采集装置3的心音数据，心电输入装置501输入来自心电采集装置2的心电数据，与来自运动负荷器具A的运动强度数据一起，存储到存储装置517内。心率输入装置508输入来自心率采集装置4的心率数据，存储到存储装置517内（心率采集步骤）。 心率数计数装置509从存储装置517读出心率数据，对心率数进行计数，作为心率数数据存储于存储装置517内（心率数计数步骤）。

基准定时检测装置503基于存储于存储装置517内的心电数据检测R波。在此处，基于图5说明R波。

R波由于是在心脏的扩张末期时刻观测到的波，故R波在心脏鼓动时，可定为用于检测房室瓣膜（僧帽瓣膜·三尖瓣膜）因闭锁而发生的第1心音S1、动脉瓣膜（大动脉瓣膜·肺动脉瓣膜）因闭锁而发生的第2心音S2等的基准。

R波与P波、Q波、S波还有T波相比，峰值大，并且上升陡峭。从而，基准定时检测装置503通过检测最高峰值的心电数据，比较容易地检测R波是可能的。

检测到R波的基准定时检测装置503将检测到的意旨的告知输出到门控信号生成装置504（基准定时检测步骤）。

输入了检测到R波的意旨的告知的门控信号生成装置504基于该R波的定时，生成表示包含与该R波对应的第1心音S1的规定期间的门控信号G。该规定期间可定为从R波的发生定时到第2心音S2之前的期间。从该R波到第2心音S2之前的期间有个人差异，也因负荷运动的运动量而异。另外，从R波到第1心音S1的期间也因被测定者的条件而异。从而，若门控信号G过短，则成为第1心音S1不被包含在内的期间，若过长，则直至第2心音S2都被包含了。因此，在本实施方式中，采用通过对从青年人到老年人用统计方法加以测定所决定的规定值。

第1心音检测装置505从输出门控信号G的期间的心音数据抽取峰值波形（第1心音S1）（第1心音检测步骤）。

在输出门控信号的期间的心音内必然包含第1心音S1。也就是说，通过由门控信号G限制从心音数据之中抽取与第1心音S1对应的数据的范围，从而可将第2心音S2及噪声排除在外。在负荷运动开始后不久，与第1心音S1相比，第2心音这一方往往较大，只是振幅的大小往往看不到第1心音S1与第2心音S2的区别。也就是说，仅从心音数据难以确定第1心音。从而，在本发明的实施方式的身体信息测定装置1中，通过根据R波生成成为基准的门控信号，检测出在该期间内的峰值波形作为第1心音S1，从而 可可靠地抽取第1心音S1的数据。

第1心音振幅测定装置506测定峰值波形的振幅值V1，作为第1心音振幅数据存储到存储装置517内（第1心音振幅测定步骤）。

此时，第1心音振幅测定装置506读出存储于存储装置517内的10次的量的第1心音振幅数据，运算得到平均值，可作为1次的量的第1心音平均值数据存储于存储装置517内。通过对规定次数的第1心音振幅数据加以平均，从而即使第1心音S1的振幅有分散性，也可抑制对整体的影响。该平均化如本实施方式那样，在单单对每10次的第1心音振幅数据加以平均以外，采用其它的统计学方法平均化也是可能的（第1心音平均化步骤）。

接着，中心血压推定装置507用从第1心音振幅测定装置506存储到存储装置517内的安静时进行测定并作为基准的第1心音振幅数据（安静时振幅数据）去除来自第1心音振幅测定装置506的检查时所测定的第1心音振幅数据，算出其比率，基于该比率，根据从存储装置517读出的安静时中心血压数据运算出检查时的中心血压值，作为中心血压数据输出（中心血压推定步骤）。该运算基于第1心音的振幅值与中心血压值的关系式进行。在此处，基于图6说明第1心音的振幅值与中心血压值的关系式。

图6（A）～图6（D）所示的坐标图为，从安静时到高负荷施加了的状态，使负荷运动强度的程度缓慢增加，测定4个被测定者的第1心音的振幅值和中心血压值（收缩期血压）。该测定的中心血压值的现有的测定方法，亦即将探针从手腕插入体内，使之到达心脏附近进行测定。4个被测定者均为健康状态良好的20来岁一代的男性。然后，以第1心音的安静时所测定的振幅值与检查时的振幅值的比率为横轴(x轴)，以中心血压（心收缩期）的安静时所测定的血压值与检查时的血压值的比率为纵轴(y轴)绘出坐标图。

其结果是，如图6（A）～图6（D）所示的坐标图那样，可知第1心音的振幅值与中心血压值有相关关系。该相关可用近似线L11～L14表示。

例如，表示被测定者A的近似线L11的关系式可用以下的式（1）表示。

y=-0.0138x²+0.1683x+0.8535···（1）

该关系式（1）由皮阿松的相关系数评价的结果可知，由于贡献率R²为0.9256，所以具有高相关性，在几乎所有的情形中都一致。

从而，若将x1定为表示安静时的第1心音的振幅值的第1心音测振幅 数据，将x2定为表示检查时的第1心音的振幅值的第1心音测振幅数据，将y1定为表示安静时的中心血压值的中心血压数据，将y2定为表示检查时的中心血压值的中心血压值，则表示检查时的中心血压值的中心血压值y2可用以下的运算式（2）求得。

y2=（-0.0138（x2/x1）²+0.1683（x2/x1）+

0.8535×y1···（2）

中心血压推定装置507基于该运算式（2）通过算出检查时的中心血压值，可高精度地求得检查时（运动时）的中心血压值。

同理，将关于被测定者B～D的表示近似线L12～L14的关系式示于式（3）～式（5）。

y=-0.0451x²+0.3727x+0.6989···（3）

y=-0.0058x²+0.1388x+0.8871···（4）

y=-0.0242x²+0.2697x+0.6874···（5）

关于测定者B～D，贡献率R²对测定者B而言R²=0.9082，对测定者C而言R²=0.972，对测定者D而言R²=0.9258，具有高相关性。从而，关于测定者B～测定者D，利用基于这些关系式（3）～关系式（5）的运算式，可通过运算推定中心血压值。

在此处，优选将中心血压推定装置507在推定时所用的运算式按每个被测定者来进行设定。也就是说，对每个被测定者，采用现有的方法，从安静时到高负荷施加了的状态，使负荷运动强度的程度缓慢增加，测定第1心音的振幅值和中心血压值（收缩期血压），导出中心血压值与第1心音的振幅值的关系式，从该关系式变换为求得检查时的中心血压的运算式，使该运算式与识别被测定者的识别数据（例如名字或ID）相关联，预先存储于存储装置517内。然后，在被测定者运动时，中心血压推定装置507通过从存储装置517中读出与被测定者对应的运算式，算出检查时的中心血压值，从而即使在运动中也可进行精度较高的测定。

这样，以往在准确地测定中心血压值时，由于将探针从手腕插入体内，使之到达心脏附近进行测定，运动时的测定是不可能的，但按照本实施方式的身体信息测定装置，通过测定第1心音的振幅值，从该第1心音的振幅值用运算推定运动时的中心血压值，从而身体的状态无论是在安静中或运动 中，均可准确且容易地测定中心血压。从而，可用安全并且高效、廉价的装置测定以健康维持为目的的运动及运动疗法。

再有，即使没有对每个被测定者求得运算式，即使袭用其他测定者的运算式，由于中心血压值与第1心音的振幅值之间有相关关系，所以虽说准确性较差，但也可得到规定的评价值。

接着，说明运动强度运算装置510求得双乘积的情况。求得双乘积如下：若由未图示的输入装置输入，并设定于存储装置517中，则运动强度运算装置510根据存储于存储装置517内的心率数数据与存储于存储装置517内的第1心音振幅数据，运算出双乘积，作为双乘积数据(心脏负荷数据)输出。

在本实施方式1中，将双乘积数据作为使安静时与检查时(运动时)的心率数的比率和安静时与检查时的第1心音的振幅值的比率相乘得到的双乘积。

图7所示的坐标图是健康状态良好的20来岁一代的男性，绘出图6(B)中的被测定者的运动强度(运动强度数据)和双乘积(心脏负荷数据)。在该图7所示的坐标图中，取纵轴(Y轴)作为该双乘积，取横轴(X轴)作为运动强度。该坐标图的数据通过运动强度运算装置510从存储装置517读出安静时振幅数据与安静时心率数数据，根据运动时的第1心音振幅数据与运动时的心率数数据，算出各个比率，使这些比率彼此相乘算出双乘积数据而求得。

从该坐标图可看出，近似线L的斜率急剧增加的弯曲点P即为最佳运动强度。

在此处，将详细说明由运动强度运算装置510求得弯曲点P的方法。

首先，在以x作为运动强度，以y作为双乘积的情况下，得到n个数据(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，，，(x_n，y_n)。作为回归直线，若用y＝ax+b表示最适合的直线，则a和b可由下述的式(6)、(7)求得。

[数学式1]

$a=\frac{n\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k{y}_k-\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_k}{n\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\right)}^2}\text{.....}\left(6\right)$

[数学式2]

$b=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k^2\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_k-\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k{y}_k\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k}{n\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k^2-{\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k\right)}^2}.....\left(7\right)$

运动强度运算装置510作出的最佳运动强度的判定，根据随运动负荷的 逐渐增加的双乘积的坐标图表示指数函数的变化的特征，首先，在弯曲点P的发现前后，将数据分割成2个（弯曲点发现前的第1组,弯曲点发现后的第2组）组。

接着，运动强度运算装置510基于分割后的第1、2组的各数据，从上述式（1）、式（2）求得回归直线作为第1近似直线和第2近似直线。接着，运动强度运算装置510从多个存在的第1近似直线和第2近似直线的组合之中，选出两近似直线的残差平方和的合计值为最小的组合。然后，运动强度运算装置510将选出的第1近似直线L21和第2近似直线L22的交点（弯曲点P）的x值判定为最佳运动强度。

这样一来，运动强度运算装置510根据将表示心脏收缩力的第1心音的振幅值与心率数相乘得到的双乘积的数值数据即心脏负荷数据，可求得近似线L的折线，以弯曲的强度为基础，检测出最佳运动强度。

另外，第1心音的振幅值与心率数的双乘积与肾上腺素的分泌量之间有高相关关系。据认为这反映了第1心音的振幅值与心率数的双乘积在心脏的氧消耗中有高相关关系，使诱发肾上腺素的分泌的神经传递物质增加。

例如，图8是从安静时到高负荷施加了的状态，被测定者进行负荷运动，使运动强度的程度缓慢增加，以纵轴（Y轴）作为双乘积和肾上腺素的分泌量（血液中浓度），以横轴（x轴）作为运动强度进行测定后的坐标图。该测定中的肾上腺素的分泌量用现有的测定方法，即从运动中的被测定者采集血液进行测定。从图8所示的坐标图可知，第1心音的振幅值与心率数的双乘积与肾上腺素的分泌量有相关关系。然后，利用近似线L5，可知近似线L的斜率急剧增加的变化点P为最佳运动强度，并且可知该变化点P是肾上腺素的分泌量开始急增的强度阈值。

从而，以往每每在检查时要采集血液，测定肾上腺素的分泌量，故运动时的测定有困难，但通过测定第1心音的振幅值和心率数形成双乘积，不仅可检测最佳运动强度，而且可容易且准确地测定肾上腺素的分泌量开始急增的强度阈值。

在本实施方式的身体信息测定装置1中，利用双乘积测定最佳运动强度。在最佳运动强度的测定中，可形成第1心音的振幅值与心率数再与第2心音的三乘积，而如图9所示，可知在双乘积与三乘积之间，有大致接近于1的 相关关系。从而，在身体信息测定装置1中，不必运算出三乘积，利用双乘积即可由运动强度运算装置510进行最佳运动强度的检测。

运动强度运算装置510若检测出最佳运动强度，则与预先设定的确定被测定者的识别数据（例如名字或ID）相关联，存储于存储装置517中。这样，通过与识别数据相关联，将最佳运动强度存储于存储装置517内，从而心脏负荷测定装置1可进行每个被测定者的最佳运动强度的注册。

运动强度运算装置510在检测最佳运动强度的过程中，由于可绘出图7所示的坐标图，所以可经显示控制装置514使该坐标图在显示装置6上显示出来，或可经印刷控制装置515用印刷装置7印刷到纸媒介上。

这样，只要检测出最佳运动强度，则当负荷运动达到最佳运动强度以上，或者超过最佳运动强度，达到规定运动强度以上时，由于由通知装置513发出警告，故可避免危险的负荷运动。

另外，测定最佳运动强度，若是已注册的被测定者，则通知装置513从存储装置517中读出与确定该被测定者的识别数据相关联的最佳运动强度，与来自运动负荷器具A的运动强度数据进行比较，通过发出警告，在再次进行负荷运动时，能在不必重新测定最佳运动强度的情况下进行最适合的负荷运动。

接着，说明由有氧性作业能力检测装置516作出的被测定者的最高氧摄取量的检测。

图10所示的坐标图是以多个被测定者的最佳运动强度（双乘积的弯曲点）作为x，以最高氧摄取量作为y，绘出其关系的图。

从图10所示的坐标图可知，表示最佳运动强度与最高氧摄取量的关系的近似直线（回归直线）可用以下的关系式（8）表示。

y=11.4x+806···（8）

该式（8）由皮阿松的相关系数所评价的结果是，由于相关系数R为0.760（有意水平P﹤0.01），可知有高相关性。

有氧性作业能力检测装置516通过将由运动强度运算装置510检测出的最佳运动强度代入式（8）所示的有氧性作业能力算式，可算出被测定者的最高氧摄取量。

这样，若由运动强度运算装置510得到被测定者的双乘积数据，则可得 到最佳运动强度，若得到最佳运动强度，则由有氧性作业能力检测装置516通过运算得到被测定者的有氧性作业能力，故可从该最高氧摄取量评估被测定者的有氧性作业能力。

（实施方式2）

本发明的实施方式2的身体信息测定装置10x是以从R波或第1心音求得心率数为特征的装置。再有，在图11中，凡与图2有相同构成的，标以相同附图标记而省略其说明。

设置于图11所示的身体信息测定装置10x的控制装置5x中的心率数计数装置509x通过测定由基准定时检测装置503检测出的R波与下一个R波的间隔P1（参照图5），从而对心率数进行计数。

另外，心率数计数装置509x基于由第1心音检测装置505检测到的第1心音S1，根据其间隔P1对心率数进行计数是可能的。

这样，基于在测定运动强度的过程中所测定的R波及第1心音，通过根据R波的间隔、第1心音的间隔对心率数进行计数，从而如实施方式1的身体信息测定装置1所示，可不必特意设置采集心率数的装置（心率采集装置4）而进行测定。

产业上的可利用性

本发明适合于大动脉起始部的血压即中心血压的测定及对心脏的应力的测定，特别是最适合于最佳运动强度的测定。

Claims (7)

1.一种身体信息测定装置，其特征在于，包括：

心音采集装置，采集被测定者的心音作为心音数据输出；

第1心音抽取装置，基于来自上述心音采集装置的心音数据，检测第1心音；

第1心音振幅测定装置，根据由上述第1心音抽取装置所检测出的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；

心率数计数装置，测定上述被测定者的心率数，作为心率数数据输出；

存储装置，上述被测定者的安静时的心率数数据和上述被测定者的安静时的第1心音振幅数据被存储起来；以及

运动强度运算装置，以来自上述存储装置的安静时的心率数数据与来自上述心率数计数装置的运动时的心率数数据的比率、和来自上述存储装置的安静时的第1心音振幅数据与来自上述第1心音振幅测定装置的运动时的第1心音振幅数据的比率的双乘积作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。

2.如权利要求1所述的身体信息测定装置，

上述运动强度运算装置基于双乘积数据的分布，分割成弯曲点发现前的第1组和弯曲点发现后的第2组，以上述第1组的回归直线作为第1近似直线进行运算，并且以上述第2组的回归直线作为第2近似直线进行运算，从上述第1近似直线和第2近似直线的组合之中，选出两近似直线的残差平方和的合计值成为最小的组合，以该两近似直线的交点作为最佳运动强度进行检测。

3.如权利要求1或2所述的身体信息测定装置，包括：

有氧性作业能力检测装置，将上述运动强度运算装置检测出的最佳运动强度代入从借助于测定多个被测定者而得到的运动负荷时的最高氧摄取量与最佳运动强度所示的相关关系中所导出的关系式，检测被测定者在负荷运动时的最高氧摄取量。

4.如权利要求1所述的身体信息测定装置，

在上述存储装置中，上述被测定者的安静时的中心血压值作为安静时中心血压数据被存储起来，

上述身体信息测定装置包括：中心血压推定装置，基于来自上述第1心音振幅测定装置的安静时进行测定而作为基准的第1心音振幅数据与检查时的第1心音振幅数据的比率，根据从上述存储装置读出的安静时中心血压数据，运算出检查时的中心血压值。

5.如权利要求4所述的身体信息测定装置，

上述中心血压推定装置基于测定安静时的中心血压值和第1心

音的振幅值以及运动时的中心血压值和第1心音的振幅值而给予的各个被测定者的第1心音的振幅值与中心血压值的关系式，推定检查时的中心血压值。

6.如权利要求1所述的身体信息测定装置，

上述第1心音抽取装置包括：

心电采集装置，采集上述被测定者的心电作为心电数据输出；

基准定时检测装置，从来自上述心电采集装置的心电数据检测R波；

门控信号生成装置，根据上述基准定时检测装置检测出的R波的发生定时，生成表示包含与该R波对应的第1心音的规定期间的门控信号；以及

第1心音检测装置，从作为来自上述心音采集装置的心音数据的、上述门控信号生成装置输出门控信号期间的心音数据中，检测第1心音。

7.一种身体信息测定方法，其特征在于，包含：

心音采集步骤，心音采集装置采集被测定者的心音作为心音数据输出；

第1心音抽取步骤，第1心音抽取装置基于由上述心音采集

步骤所采集到的心音数据，检测第1心音；

第1心音振幅测定步骤，第1心音振幅测定装置根据由上述第1心音抽取步骤所检测出的第1心音来测定振幅值，作为第1心音振幅数据输出；

心率数计数步骤，心率数计数装置测定上述被测定者的心率数，作为心率数数据输出；以及

运动强度运算步骤，运动强度运算装置以上述心率数计数步骤的安静时的心率数数据与运动时的心率数数据的比率、和上述第1心音振幅测定步骤的安静时的第1心音振幅数据与运动时的第1心音振幅数据的比率的双乘积采用运动强度运算装置作为双乘积数据进行运算，以近似于该双乘积数据的分布的近似线的弯曲的运动强度作为最佳运动强度进行检测。