CN1203805C - 生物体状态测量装置及放松指导装置 - Google Patents

Abstract

基于受验者的心电波形和脉搏测量受验者的呼吸数的装置已为人所知。然而，受验者在运动中或日常活动中，在心电波形中叠加有生物电波形，在脉波中叠加有体动成分，测量结果有误。所以，要改善此点。设有由安装在受验者上的手表型的携带单元和机器主体330等构成的个人计算机。携带单元连接安装在手指根部分的光电式脉波传感器，测量脉波波形。还有，在携带单元上设置加速度传感器，这样来检测受验者的体动频谱。机器主体330对脉波施加窗函数，进一步除去加速度成分，从脉波的频谱中除去体动频谱。并且，使用该结果可生成呼吸数及呼吸数变化率。

Description

生物体状态测量装置及放松指导装置

                         技术领域

本发明涉及一种适用于运动时的健康管理特别是呼吸数测量的生物体状态测量装置，本发明还涉及利用应用上述测量装置算出的呼吸数的变化计算冥想时和运动时的放松程度、通过报告放松程度指导受验者进入放松状态的放松指导装置。

                          背景技术

以前已经认识到，心搏数与呼吸数的关系是心理、生理健康的指标。例如，在疾病状态下，心搏数/呼吸数变小或变大。

对心搏数与呼吸数的关系，已经认识到：

(1)安静时，呼吸数的变化率大；

(2)进行适当运动时，呼吸数的变化率变小；

(3)进行激烈运动时，呼吸不规则，呼吸数的变化率变大。

可是，自立训练法(亦称凝神自我弛缓法)通过消除紧张，对增进健康与恢复健康有益。其中，提出了将精神置于放松状态的课题。然而，即使想着放松，越想进入放松状态，反而越是紧张。在自立训练法中，开发了能够消除紧张、进入放松状态的呼吸训练。其中，受验者通过心里反复念“放松吸气”，能够转移到放松状态。

还有，在日本出现的各种冥想法和健康法中，特别重视呼吸方式。例如，在坐禅中，格外关注“调身、调息、调心”的呼吸调整，在瑜迦功的八级训练法中也有呼吸训练法一级。还有，在静坐法中进行气充丹田的丹田呼吸法。在这些日本呼吸法中，共同之处在于训练复式呼吸，这样能使精神放松。

这样精神处于放松的状态时，呼吸的变化率减少。

还有，睡眠中的呼吸在医学上受到重视，无呼吸症候群与猝死有关联的可能性很高。按照日本医学观点，健康者的心搏数是呼吸数的四倍。心搏数比此少时称为慢脉，心搏数比此多时称为快脉，受验者有某处生理疾病的可能性变高。换言之，呼吸数与心搏数之比存在正常域与异常域，进而，本发明人发现，在运动时也保持着这种关系。

即，慢脉的受验者处于副交感神经占优势的状态，多有喘息、自律神经失调症、洞不全症候群等疾病。另一方面，快脉的受验者患高血压、肺炎、肝炎、及其它疾病的情况增多，恐怕脑溢血的情况也高。因此，在日常生活中，若能测量呼吸数与心搏数的数据，则能推测健康状态。另外，近年来，在进行运动员的健康管理和科学训练等时，不仅在日常生活中、而且在活动状态及运动时也能够检测生物体状态(心搏数、脉搏不齐、呼吸数等)的需要增多。

这里，如何测量呼吸数是一重量问题。首先，作为测量病人等处于安静状态中的受验者的呼吸数的方法，一般有在胸、腹上缠绕绑带测量伸缩次数、向算孔中插入热电偶计数电阻值变化的方法。然而，进行日常健康管理的受验者和进行训练的受验者安装这种物品则极为繁琐，且不方便。

可是，在分析安静状态的受验者的心电图的R-R周期起伏频率成分时，存在相当于呼吸数的成分。由于脉波与心电图同步，所以，在脉波周期(或脉波振幅)的起伏频率成分中，也包括相当于呼吸数的成分。

所以，通过提取这样的成分、根据心电或脉波测量呼吸数的装置已为人所知。例如，在特开昭62-22627号中公开了测量一连串的脉搏间隔、测量这些脉搏间隔的变化周期利用该变化周期的倒数计算呼吸数的技术。

还有，在实开平4-51912中公开了根据心电波形的R-R间隔的变化周期或脉波波形的峰值包络线的起伏检测第一呼吸数、检测受验者的复部表面的往复运动后检测第二呼吸数、记录和显示第一及第二呼吸数中的较低值的技术。

还有，在实开平4-136207中公开了根据脉波波形的振幅的起伏周期推测呼吸数并同时计算脉波波形的平均值(低频成分的起伏)、通过使用该平均值斜度小时的数据来降低起伏和噪声的影响的技术。

还有，在特开平6-142082中公开了将逐次计算的受验者的脉搏数与最高血压值相乘、根据该乘法值的脉动周期计算呼吸数的技术。还有，在实公开6-22325中公开了根据连接脉波峰值的曲线的变化周期确定生物体的呼吸数的技术。

因此，本发明人对在运动时是否还维持这样的关系、换言之根据运动时的心电及脉波以及是否能推算呼吸数的假说进行了临床实验。并且，实验的结果表明，在运动状态中，在心电的R-R周期或脉波起伏频率成分中也存在相当于呼吸数的成分。

然而，受验者正在运动的话，在心电波形中叠加有生物电波形，在脉波中叠加有体动成分。由于这些成分的程度比与呼吸数相当的成分还高，所以，存在着由于运动的成分而错误计算出呼吸数的问题。

本发明是为解决上述问题而做的，目的在于提供一种能够简便且正确地测量生物体的呼吸数、特别是运动时的呼吸数的生物体状态测量装置。另一目的在于提供能够从脉波中提取呼吸成分、根据其变化率指导精神进入放松状态的装置。

发明内容

本发明是在上述背景下而做的。

本发明第一方面的特征在于，包括：用于检测受验者的循环系统信息的循环系统信息检测装置；用于在所检测的循环系统信息的基础上检测受验者脉膊率的装置；用于进行频率分析并确定所检测的循环系统信息的频谱的装置；用于提取循环信息频谱中的一个区域的装置；所述区域根据脉膊率确定；根据所提取的区域中的频谱测量受验者的呼吸速率的装置。

还有，本发明第二方面的特征在于：上述循环器系统信息是脉波或心电位的周期变化量。

还有，本发明第三方面的特征在于：上述循环器系统信息是脉波或心电位的振幅值变化量。

还有，本发明第四方面的特征在于，包括：携带单元，为检测上述循环器系统信息而安装在受验者上；主体单元，可与携带单元进行通信。

还有，本发明第五方面的特征在于：包括体动除去装置，从由上述提取装置提取的频谱中将对应于受验者的体动的体动频谱除去；根据上述体动除去装置的输出生成上述受验者的呼吸数。

还有，本发明第六方面的特征在于，上述体动除去装置包括：体动检测装置，检测上述受验者的体动；体动频谱检测装置，根据该体动检测装置的检测结果，求取与上述体动对应的体动频谱；体动校正装置，从由上述提取装置提取的频谱中除去上述体动频谱。

还有，本发明第七方面的特征在于，上述体动除去装置包括：基频表，预先对应连接存储与运动强度的变化对应的体动基波频率与呼吸基波频率的关系：频率特别指定单元，参照上述基波频率表，从上述提取装置提取的频谱中确定呼吸基波频率和体动基波频率；根据由上述频率确定单元确定的上述呼吸基频计算上述呼吸数。

还有，本发明第八方面的特征在于：上述体动检测装置检测受验者的腕的加速度；上述体动校正装置从上述频谱中除去相当于该加速度的频率的体动频谱。

还有，本发明第九方面的特征在于：设有报警装置，测量的呼吸数在规定范围之外时，就告诉五官进行报警。

还有，本发明第十方面的特征在于：设有计算装置，根据测量的上述呼叫数计算上述呼吸数的变化率。

还有，本发明第十一方面的特征在于：包括通信装置，与设在装置主体外部的外部机器之间进行包括表示物体状态的通信信息的收发。

还有，本发明第十二方面的特征在于：上述通信装置包括提供固有的识别编号的识别信息存储装置，对上述通信信息添加该识别编号后，在与上述外部机器之间进行通信。

还有，本发明第十三方面的特征在于：使用压缩数据进行与上述装置主体和上述外部机器之间的数据传送。

还有，本发明第十四方面是一种使用上述生物体状态测量装置的放松指导装置，其特征在于，包括：指标生成装置，根据由上述计算装置计算的上述呼吸数的变化率，生成表示上述受验者的放松程度的指标；告知装置，告知上述指标。

还有，本发明第十五方面的特征在于：上述指标生成装置通过将阈值与上述呼吸数的变化率进行比较，生成表示上述受验者的放松程度的指标。

还有，本发明第十六方面的特征在于，上述指标生成装置包括：脉搏数计算装置，根据上述循环器系统信息求取脉搏数；脉搏数变化率计算装置，计算上述脉搏数的变化率；阈值表，存储与上述脉膊数的变化率对应的上述阈值；上述指标生成装置参照由上述脉膊数变化率计算装置计算的上述脉搏数的变化率，从上述阈值表读出上述阈值，根据该阈值生成表示上述受验者的放松程度的指标。

还有，本发明第十七方面的特征在于：包括通信装置，在与设在装置主体外部的外部机器之间进行由上述计算装置计算的上述呼吸数的变化率的发送，并接收由设在上述外部机器上的上述指标生成装置生成的上述指标；利用设在上述装置主体上的上述告知装置，将上述指标告知受验者。

附图说明

图1是表示装有与本发明的第1实施例及第2实施例有关的装置的手表及与该装置进行光通信的个人计算机的图。

图2是设在装有与本发明的第1实施例及第2实施例有关的装置的输入输出接口内部的发送装置的详细框图。

图3是光电式脉波传感器(传感器单元102)的电路图。

图4是表示一拍脉波的波形与波形参数的对应的图。

图5是表示参数提取单元180的结构的框图。

图6是举例表示在波形存储器184中存储的桡骨动脉波形的图。

图7是表示峰值信息存储器205的存储内容的图。

图8是表示心电图与脉波的关系的图。

图9是表示血压峰值包络线、构成该包络线的频率成分及进行血压峰值包络线频谱分析的结果的图。

图10是将光电式脉动波传感器与手表进行组合、将光电式脉动波传感器安装在手指根部的形态的图。

图11是更详细地表示图10所示实施例的手表的结构的平面图。

图12是将光电式脉波传感器与手表进行组合、将光电式脉波传感器安装在手指尖部的形态的图。

图13是将光电式脉波传感器与项链进行组合时的图。

图14是将光电式脉波传感器与眼镜进行组合的图。

图15是表示作为告知装置使用的脸形图。

图16是在通过使用压电元件振动进行告知时将告知装置装入手表内部的例子中的手表的剖面图。

图17是表示本发明的微泵501的结构的剖面图。

图18是表示驱动微泵501的驱动单元的结构的框图。

图19是说明微泵501的动作的图。

图20是说明微泵501的动作的图。

图21是表示第1实施例的功能结构的功能框图。

图22是就与同一实施例的脉波分析数据MFD、体动分析数据TFD及体动除去脉波分析数据MKD的关系示出其一例的图。

图23是表示第3实施例的功能结构的功能框图。

图24是表示脉波分析数据MFD与低通滤波器的截止频率fc的关系的图。

在图25中，(a)是表示脉波成分分析数据MD的图；(b)是表示脉波成分除去分析数据MD’的图。

图26是表示呼吸数提取单元22的详细功能结构的框图。

图27是表示测量行走步距与呼吸数的关系的实验结果的图。

图28是表示体动成分的基频Ft1与呼吸成分的基频Fv1的关系的图。

图29是表示子波变换单元的详细结构的框图。

图30是表示行走时的呼吸数与脉搏数的一例的图。

具体实施方式

1：实施例的理论前提

1.1.波形参数的定义

一拍脉波的波形具有图4所示的形状，在图中，纵轴表示血压值，横轴表示时间。作为用于确定这样的脉波波形的形状的波形参数，定义下述参数。

(1)与一拍对应的脉波上升沿(以下，将该上升沿称为脉波开始时刻)到与下一拍对应的脉波开始上升沿的时间：t₆

(2)在脉波中依次出现的极大点P1、极小点P2、极大点P3、极小点P4及极大点P5的血压值：y₁～y₅

(3)从脉波开始时刻以后到上述各点P1～P5出现为止的经过时间：t₁～t₅

(4)从P1点出现以后到下一P1点出现的时间(脉波周期)：Tpulse

1.2.波形提取存储单元

为计算波形参数，对上述极大点或极小点提取与各点有关的称为“峰值信息”的信息。下面所述波形提取存储单元从取入的脉波波形中提取该峰值的信息。还有，对峰值信息的详细说明，由于其内容与波形提取存储单元的结构、动作有关，所以，在说明电路结构时，再详细说明峰值信息。

1.3.脉波传感器(传感器单元102)

(1)结构及动作

作为使用光的脉波传感器的一例，有光电式脉波传感器，图3示出了该传感器单元102的结构。在图3中，32是兰色光发光二极管，光传感器33由光敏晶体管构成。

还有，作为先有的光电式脉波传感器，一般使用人体穿透性好的红外线用的发光二极管，但由于外部光通过人体进入传感器单元102的可能性高，所以，在本实施例中，使用兰色光发光二极管。当然，只要产生血红蛋白的吸光特性，则发光二极管32的波长能够任意设定。

从发光二极管32发射的光被通过与传感器单元102接触的皮肤下的血管内的红血球的血红蛋白吸收，从皮下组织等反射来的反射光的光量发生变化。该反射光由光传感器33受光，作为光电变换的结果，得到脉波检测信号M。

(2)低功率化

在将该脉波传感器装入例如电池式手表时，为抑制耗电，最好只在需要测量脉波时驱动传感器单元102的电源。因此，在向脉波传感器供给电源的电线上设置图3的符号SW所示的开关。并且，未图示的开关驱动电路切换这些开关的通/断状态，断续向传感器等供给电源。

例如，电池式手表只在作为通常的手表动作时，开关SW才成为断开状态，不向传感器单元102供给电源。另一方面，在需要测量脉波时，开关SW成为接通状态，向传感器单元102供给电源。

第1实施例

2.1.硬件结构

(1)个人计算机的构成

下面，参照图1说明本发明的第1实施例。在图中，本实施例的生物体状态测量装置由个人计算机和安装在受验者上的手表构成。个人计算机由机器主体330、显示器331、键盘332、打印机333等构成，由于除上述各点外都由通常的个人计算机构成，所以省略其内部结构的详细说明。

即，机器主体330内装有利用光信号进行数据收发的未图示的发送控制单元和接收控制单元，这些发送控制单元和接收控制单元具有为分别发送光信号的LED334和为接收光信号的光敏晶体管335。

这些LED334、光敏晶体管335都使用近红外线用的类型(例如中心波长为940nm)，通过用于遮断可见光的可见光遮断用的滤光器336，从设在机器主体330前面的光通信用的通信窗337进行光通信。

(2)手表主体的整体构成

接着，参照图10～12说明手表的结构。

在图10中，手表由具有手表结构的装置主体100、与该装置主体100连接的电缆101、设在该电缆101的尖端侧的传感器单元102构成。

在装置主体100中，安装有从手表的12时方向起卷绕在使用者的腕上的、在6时方向固定的腕带103。利用腕带103，该装置主体100可以从使用者的腕上自由装卸。

还有，传感器单元102由传感器固定用带104遮光，安装在使用者的食指指根～第2指关节之间。如果这样在手指根上安装传感器单元102的话，电缆101可以做得短一些，例如即使在运动中，电缆101也不会对使用者有什么妨碍。还有，如果测量从手掌到指尖的体温分布的话，在周围温度低时，指尖的温度显著降低，而指根的温度降低的不那么低。所以，如果将传感器单元102安装在指根上，那么，即使在寒冷的日子里在户外运动时，也可以进行精确的测量。

另一方面，在手表的6时方向的表面侧设有连接单元105。设在电缆101的端部的连接件106可装卸自如地安装在该连接单元105上，通过从连接单元105取出连接件106，能够将本装置作为通常的手表和秒表使用。还有，从保护连接单元的目的出发，在从连接单元105取下电缆101和传感器单元102的状态下安装规定的连接器外壳。该连接器外壳使用从与连接件106相同结构的部件中除去电极单元等的部件。

根据这样构成的连接器结构，通过将连接单元105配置在使用者看去配置在跟前的一侧，使用者操作简单。还有，由于连接单元105不在3时方向从装置主体100延伸出去，所以，即使在运动中使用者也可灵活活动手腕，即使使用者在运动中摔倒，手背也不会碰撞连接单元105。

接着，参照图11说明图10中的其他部件。图11是以取下电缆101和腕带103的状态表示本实施例的装置主体100的详细情况的图。这里，在图11中，与图10相同的部件标以相同的编号，省略其说明。

在图11中，装置主体100包括树脂制的时钟壳107。在时钟壳107的表面设有数字显示当前时刻和日期、此外还有脉搏数及呼吸数等脉波信息的液晶显示装置108。该液晶显示装置108由位于显示面左上侧的第1段显示区108-1、位于右上侧的第2段区108-2、位于右下侧的第3段区108-3、位于左下侧的点显示区108-D构成。

这里，在第1段区108-1显示日期、星期、当前时刻等。还有，在第2段区108-2显示进行各种时间测量时的经过时间等。还有，在第3段区108-3显示脉波测量中测量的各种测量值。进而，在点显示区108-D可图形显示各种信息，还可进行在某一时刻装置是处于什么样的方式的方式显示、脉波波形显示、条形图显示、呼吸数显示、呼吸数的变化率等各种显示。

还有，在这里所说的方式中，有设定时刻和日期的方式、作为秒表使用的方式、作为脉波分析装置和诊断装置动作的方式等。这些方式和在上述各显示区中显示的内容随用途而各异，所以，根据需要进行说明。

一方面，在时钟壳107的内部，内装有在液晶显示装置108进行显示而进行信号处理的控制单元109。该控制单元109可以是由CPU(中央处理装置)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)等构成的普通微处理器和单片微机等。还有，该控制单元109包括用于进行计时的时钟电路，除可以在液晶显示装置108进行通常的时刻显示外，在作为秒表工作的方式中，还可进行一圈时间显示分段时间显示等。

另一方面，在时钟壳107的外周部和表面部设有按钮开关111～117。下面，示出了作为这些按钮开关功能的一例，但是，有关这些功能，在与组合手表的各个装置，其功能也各相异。

首先，若按下手表2时方向的按钮开关111后，在从按下该按钮的时刻起经过一个小时后的时刻，发生报警声。

在手表4时方向的按钮开关112用于指示装置具有的各种方式的切换。

若按下手表11时方向的按钮开关113后，液晶显示装置108的EL(电子亮度)背照光例如点亮3秒钟后自动熄灭。

在手表8时方向的铵钮开关114用于切换应在点显示区108-D显示的图形显示的种类。

通过按下手表7时方向的按钮开关115，能够在校正时刻、日期的方式下切换是设定为时分秒、年月日及12/24时间显示切换的哪一个。

位于液晶显示装置108下侧的按钮开关116除用于校正上述时刻、日期时的设定值使其减一外，在测量跑一圈的时间，也可以作为向控制单元109指示各跑一圈的时间的开关使用。

位于液晶显示装置108上侧的按钮开关117用于指示开始/停止作为脉波的分析装置或诊断装置的动作。还有，该按钮开关除在上述时刻、日期的校正方式将设定值加一外，还可以作为指示开始/停止各种经过时间的测量而使用。

还有，在作为该手表的电源而准备的是内装在时钟壳107的按钮形的电池118，图10所示的电缆101具有从电池118向传感器单元102供电、向控制单元109发送传感器单元102的检测结果的作用。

还有，该手表随着自身所具备功能的增加，产生了使装置主体100大型化的需要。然而，由于受安装在腕部的限制，装置主体100不能在手表的6时方向和12时方向上扩大。因此，在本实施例中，手表的3时方向及9时的方向的长度尺寸使用比在手表的6时方向及12时方向上的长度尺寸还长的横长的时钟壳107。

还有，在本实施例中，将腕带103在向3时的方向一侧偏的位置上与时钟壳107连接。还有，从腕带103看去时，在手表的9时方向具有大的伸出部分119，但在手表的3时方向上不存在这样大的伸出部分。于是，在使用横长的时钟壳107时，使用者可以曲腕，使用者即使倒下，手背也不会碰到时钟壳。

还有，在时钟壳107的内部，在对电池118的9时的方向上配置作为蜂鸣器使用的扁平的压电元件120。电池118比压电元件120重，装置主体100的重心位置位于向3时方向偏转的位置。结果，由于腕带103与重心偏转的一侧连接，所以，能够以稳定的状态将装置主体100安装在腕上。

进而，由于电池118和压电元件120配置在面方向上，所以，装置主体100能够薄型化，通过在手表的里面设置电盖，使用者能够容易更换电池118。

进而，在手表内部设有未图示的加速度传感器。因此，若受验者振动手腕，则可由该加速度传感器检测手表的加速度。

那么，如上所述，在手表的装置主体100中，构成为可装卸的连接单元105。因此，为使手表和个人计算机可以通信，对取出连接单元105的连接器部分安装图1所示的通信连接器338来替代连接器外壳。

在该通信连接器338中，在个人计算机侧同样装入LED和光敏电晶体管及光通信用的接口。还有，在手表的装置主体100内部设有用于光通信的光接口单元(图示略)。

(3)手表内的波形提取存储单元180

(3-1)电路结构

还有，在手表内装有波形提取存储单元180(参照图5)，这样来进行脉波分析。下面，参照图5说明其详细结构。

图5中，181是微机，控制手表整体的操作。182是A/D变换器，根据一定周期的采样时钟φ将通过上述接收控制单元将从手表输入的脉波信号变换成数字信号后输出。

183是低通滤波器，对从A/D变换器182顺序输出的数字信号进行除去规定的截止频率以上成分的处理，将其结果作为波形值W顺序输出。

184是由RAM构成的波形存储器，顺序存储通过低通滤波器183供给的波形值W。

191是波形值地址计数器，在从微机181输出波形采集指示START的期间，计数采样时钟φ，将其计数结果作为应写入波形值W的波形值地址ADR1输出。由微机181监视该波形值地址ADR1。

192是选择器，在不从微机181输出选择信号S1时，波形值地址计数器191选择输出的波形值地址ADR1后供给波形存储器184的地址输入端。另一方面，在从微机181输出选择信号S1时，选择微机181输出的读出地址ADR4后供给波形存储器184的地址输入端。

201是微分电路，对从低通滤波器183顺序输出的波形值W的时间微分进行运算后输出。

202是过零检测电路，在波形组W为极大值或极小值而使波形值W的时间微分为0时，输出过零检测脉冲Z。如果更详细地说明的话，过零检测电路202是用于检测图6例示的脉波波形的峰值点P1、P2、…而设置的电路，在输入与这些峰值点对应的波形值W时输出过零检测脉冲Z。

203是峰值地址计数器，在从微机181输出波形采取指示START的期间，计数过零检测脉冲Z，将其计数结束作为峰值地址ADR2输出。

204是移动平均计算电路，计算到当前时刻为止从微分电路201输出的过去规定个数波形值W的时间微分值的平均值，将其结果作为表示到当前时刻为止的脉波倾斜的倾斜信息SLP输出。

205是为存储下面说明的峰值信息而设置的峰值信息存储器。这里，下面说明峰值信息的详细情况。即，下面通过列举来说明图7所示峰值信息的内容的详细情况。

(1)波形值地址ADR1

是在从低通滤波器183输出的波形值W为极大值或极小值时从波形值地址计数器191输出的写入地址。换言之，是相当于极大值或极小值的在波形值W的波形存储器184中的写入地址。

(2)峰值种类B/T

是表示写入上述波形值地址ADR1的波形值W是极大值T(Top)还是极小值B(Bottom)的信息。

(3)波形值W

是相当于上述极大值或极小值的波形值。

(4)行程信息STRK

是从即将达到峰值到达到该峰值的波形值的变化成分。

(5)倾斜信息SLP

是到该峰值为止的过去规定个数的波形值的时间微分的平均值。

(3-2)电路的动作

下面，说明在微机181的控制下的波形提取存储单元180的动作。

(a)波形及其峰值信息的采集

在用微机181输出波形采取指示START后，解除波形值地址计数器191及峰值地址计数器203的复位。

该结果，用波形值地址计数器191开始采样时钟φ计数，通过选择器192将该计数值作为波形值地址ADR1供给波形存储器184。并且，将从手表供给的脉波信号输入到A/D变换器182，根据采样时钟φ而顺序变换成数字信号，通过低通滤波器183，作为波形值W顺序输出。

这样，输出的波形值W被顺序供给波形存储器184，在该时刻写入到由波形值地址ADR1指定的存储区。根据上述动作，与图6例示的桡骨动脉波形对应的一串波形值W存储在波形存储器184。

另一方面，与上述动作并行，峰值信息的检测及向峰值信息存储器205的写入按以下说明进行。

首先，由微分电路201计算从低通滤波器183输出的波形值W的时间微分，将该时间微分输入到过零检测电路202及移动平均计算电路204。这样，移动平均计算电路204每当供给波形值W的时间微分值时就计算过去规定个数的时间微分值的平均值(即移动平均值)，运算结果作为倾斜信息SLP而输出。

这里，波形值W在正在上升或在结束上升为极大状态时作为倾斜信息SLP输出正的值，在正在下降或结束下降为极小状态时作为倾斜信息SLP输出负的值。

并且，例如从低通滤波器183输出与图6所示的极大点P1对应的波形值W时，作为时间微分0从微分电路201输出，从过零检测电路202输出过零检测脉冲Z。

该结果，由微机181装入该时刻的波形值地址计数器191的计数值波形地址ADR1、波形值W和峰值地址计数器的计数值峰值地址ADR2(这时，ADR2＝0)及倾斜信息SLP。还有，通过输出过零检测脉冲Z，峰值地址计数器203的计数值ADR2变为1。

另一方面，微机181根据装入的倾斜信息SLP的符号制作峰值类别B/T。这时，在输出极大值P1的波形值W时，在该时刻输出正的倾斜信息，所以，微机181将峰值信息B/T的值与极大值对应。

并且，微机181将从峰值地址计数器203装入的峰值地址ADR2(这时，ADR2＝0)原样作为写入地址ADR3指定，波形值W将与该波形值W对应的波形地址ADR1、峰值种类B/T、倾斜信息SLP作为第一次的峰值信息写入峰值信息存储器205。还有，在写入第一次的峰值信息时，由于没有上一次的峰值信息，所以，不进行行程信息STRK的作成及写入。

之后，从低通滤波器183输出与图6所示的极小点P2对应的波形值W后，与上述相同，输出过零检测脉冲Z，由微机181装入写入地址ADR1、波形值W、峰值地址ADR2(＝1)和倾斜信息SLP(＜0)。

并且，与上述相同，由微机181根据倾斜信息SLP确定峰值种类B/T(这时为“B”)。还有，由微机181将只比峰值地址ADR2还小1的地址作为读出地址ADR3供给峰值信息存储器205，读出第一次写入的波形值W。并且，由微机181计算从低通滤波器183这次装入的波形值W与从峰值信息存储器205读出的第一次的波形值W的差分，求行程信息SPRK。

这样求得的峰值种类B/T、行程信息STRK与其他信息即波形值地址ADR1、波形值W、倾斜信息SLP一起作为第二次的峰值信息写入与峰值信息存储器205的峰值地址ADR3＝1对应的存储区。之后，在检测到峰值点P3、P4…时也进行相同动作。

并且，经过规定时间后，由微机181停止波形采取指示START的输出，波形值W及峰值信息的采集结束。

(b)脉波波形的分割处理

在峰值信息存储器205存储的各种信息中，用于确定与进行波形参数采集的1拍波形对应的信息的处理，可由微机181进行。

首先，从峰值信息存储器205顺序读出与各峰值点P1、P2、…对应的倾斜信息SLP及行程信息STRK。接着，从各行程信息STRK中选择与正的倾斜对应的行程信息(即，对应的倾斜信息SLP为正值的信息)，再从这些行程信息中选择值大的上一级规定个数。

并且，从选择的行程信息STRK中选择相当于中值的信息，求应提取波形参数的一拍脉波的上升沿部(例如图6中用符号STRKM表示的上升沿部)的行程信息。并且，求比该行程信息的峰值地址还提前1个的峰值地址(即，应提取波形参数的一拍脉波的开始点P6的峰值地址)。

(c)波形参数的提取

微机181参照与峰值信息存储器205中存储的上述一拍脉波对应的各峰值信息计算各波形参数。例如该处理可如下求得

(1)血压值y₁～y₅

将与峰值点P7～P11对应的波形值分别作为y₁～y₅

(2)时间t₁

从与峰值点P7对应的波形地址中扣除与峰值点P6对应的波形地址，将其结果乘以采样时钟φ的周期算出t₁

(3)时间t₂～t₆及脉波周期T_pulse

与上述t₁相同，根据对应的各峰值点间的波形地址差进行计算。

并且，如上得到的各波形参数被存储到微机181内部的缓冲存储器。

(d)脉动的谱分析

在微机181中，血压值y₁以规定时间(例如30秒～1分)继续存储。即，以图8的2条虚线的间隔存储。然而，由于所得的血压值y₁的值在时间轴上是离散的，所以，用适当的插值法在相邻的血压值y₁间进行插值，得到图9(a)所示的曲线。下面，将该曲线称作“血压峰值包络线”。接着，对该血压峰值包络线进行FFT处理后，得到图9(b)所示的谱。

图中，血压峰值包络线的频谱中含有如下成分。

(1)与呼吸一致变化的高频(HF)成分

(2)以10秒左右的周期变化的低频(LF)成分

(3)以极低的频率变化的趋向

现有装置通过从该频谱的峰值中检测出HF成分来求受验者的呼吸数。然而，由于图9(b)所示的频谱为安静状态的频谱，所以，若受验者在运动中，则体动成分(下游为体动频谱)在血压峰值包络线中重叠。这些成分的值比相当于呼吸数的成分还高，所以，难以正确地检测出HF成分。

(e)体动频谱的除去

于是，在本实施例中，在手表中设有加速度传感器。即，将该加速度传感器的输出信号供给微机181后，微机181从全部频谱中除去该加速度的频率及其倍音成分。这样，体动频谱的相当部分被除去。

(f)滤波处理

然而，也有只在加速度传感器的输出信号的频率及其倍音成分中不能完全除去体动频谱的情况。于是，本实施例，将与脉拍数N_pulse对应移动的“窗函数”适用于频谱(进行带通滤波)，这样，提取HF成分存在的范围，除去此外范围的成分的影响。

这里，窗函数(通频带)被设定在“(1-δ₁)α₀N_pulse～(1+δ₂)α₀N_pulse”的范围中。这里，α₀脉搏数N_pulse与是受验者的通常呼吸数的比例(脉搏呼吸比)，可根据受验者使用“4±0.5”左右的值。还有，δ₁及δ₂是表示实际值与通常的脉搏呼吸比偏移多大程度的常数，最好设定在“0.5”左右。还有，这样的滤波处理可使用众知的数字滤波器技术。

如上，如果得到除去了运动或日常生活劳动导致的体动频谱且进行了滤波处理的频谱，就检测出了该频谱的峰值(最大值的频谱成分)。该检测的成分是与呼吸数对应的成分。并且，检测的呼吸数存储在微机181中，同时还通过发送单元发送到个人计算机的机器主体330。

(g)变化率计算处理

接着，微机181根据检测的呼吸数计算其变化率，将其与预定的各阈值进行比较。这里，如上所述，呼吸数的变化率能够作为表示精神放松程度的指标使用，所以，能够根据比较结果求放松度。

(h)生物体信息的通信处理

这里，在从该个人计算机侧向手表侧传送存储在个人计算机侧的RAM和硬盘等中的各种信息时，例如由键盘332投入传送命令。这样，个人计算机侧的信息以近红外光通过LED334及通信窗337输出。一方面，在手表侧，该近红外光通过通信连接器338发送到手表的光接口单元。

另一方面，在从手表侧向个人计算机侧传送生物体状态的测量值等各种信息时，通信方向与上述相反。即，携带机器的使用者操作设在手表上的按钮开关等，将携带机器设定为用于数据传送的方式。

由此，由装在装置中的处理器等从RAM等读出应传送的信息，将其送出到光接口单元。由此，将测量值变换成光信号后从通信连接器338送出，通过通信窗337及光敏晶体管335传送到个人计算机侧。

作为个人计算机及手表的数据传送方式，设有只限1次数据传送的方式(单一传送方式)和每隔规定时间(例如几秒～几十秒)自动传送的方式(断续传送方式)。根据呼吸数和脉波波形在个人计算机侧进行诊断等时，由于需要向个人计算机断续地传送这些数据，所以采用后者的断续传送方式。还有，在传送这些数据时进行数据压缩。

可是，在多个个人计算机和手表进行如上的光通信时，如果不能识别机器是否发送信息的话，会产生误接收本来应为其他机器接收的信息的情况。因此，在与本发明有关的I/O接口装置使用表示在发送或接收信息时是由哪个装置发送信息的识别信息。

下面，参照图2对存在多个发送光信号的机器时用于防止竞争的结构进行说明。该图所示的发送装置340内装在I/O接口装置中。还有，在该图中，在总线上载有从内装在携带机器或个人计算机的处理器等来的信息。

A/D变换器341以规定时间间隔将从总线发送的各种信息信号进行采样，变换成数字信号。

识别编号存储单元342存储用于识别光信号是从哪个装置发送的识别编号，该识别编号在向发送装置340外部送出信息时与该一起载于光信号中。各发送装置340中的识别编号存储单元342中存储的识别编号由出厂时的设定等而被赋予互不相同的编号。因而，在包括携带机器、个人计算机及其他机器的全部机器中进行赋予唯一编号的设定。

控制单元343是用于控制发送装置340中的各单元的电路。还有，发送单元344内装有用于驱动发送光信号的LED 345的驱动电路，通过驱动LED 345，将控制单元343作成的发送数据变换成光信号后向外部送出。

如上所述，通过可与外部机器进行通信，能够将携带机器侧的信息向外部机器侧发送，同时，能够从外部机器对携带机器侧进行各种设定和指示。

最后，举一具体例就携带机器和外部机器间的信息传送进行说明。现在，在设在外部机器侧的显示器331(参照图1)上显示在携带机器侧测量的脉波波形。还有，在显示器331上显示的脉波波形的种类是平脉、滑脉和弦脉之一。并且，测量的脉波波形的种类在携带机器侧压缩后，从携带机器侧向外部机器传送。

为实现上述处理，首先在携带机器侧分析从生物体测量的脉波波形，判断是平脉、滑脉还是弦脉。作为进行判断的方法，有预先调查脉波的失真率(或循环动态参数)与平脉、滑脉及弦脉间的相关关系、从测量的脉波计算脉波的失真率(或循环动态参数)来确定脉波种类的方法。进而，在携带机器上计算呼吸数。

接着，使之与判别的脉波种类对应，例如将其编码为字符码。并且，通过把编码信息分别设置在携带机器及外部机器上的I/O接口装置，利用光通信向外部机器侧传送。如果这样做的话，则在外部机器侧根据发送来的编码信息判断脉波的种类是平脉、滑脉还是弦脉，从存储在外部机器内部的ROM等读出与该识别的脉波种类对应的脉波波形，在显示器331上进行描绘。

还有，在显示器331上，除如上所述描绘脉波波形外，当然，还显示呼吸数。还有，也可以用文字显示与平脉、滑脉及弦脉等分类的波形对应的名称，还可以显示代表这些波形的符号和图标等。

如上所述，若构成为在携带机器和外部机器之间使用压缩信息实现通信，则能够减少应传送的信息量。还有，即使在从外部机器侧向携带机器侧传送信息时，使用这样的压缩信息的通信，也完全相同。

2.2功能结构

接着，说明第1实施例的功能结构。图21是表示第1实施例的功能结构的功能框图。图中，11是加速度传感器，检测表示受验者身体动作的体动波形TH。另一方面，如上所述，传感器单元102由光学式脉波传感器构成，检测受验者的脉波波形。还有，10、12是第1 FFT处理单元和第2 FFT处理单元，由上述微机181等构成。第1 FFT处理单元10对脉波波形MH进行FFT处理，生成脉波分析数据MFD。还有，第2 FFT处理单元31对体动波形TH进行FFT处理，生成体动分析数据TFD。

接着，体动除去单元13除去脉波分析数据MFD的各频谱频率成分中与体动分析数据TFD的各频谱频率对应的频谱频率成分，生成体动除去脉波分析数据MKD。在该体动除去脉波分析数据MFD中，低通频域的最大峰值频率为呼吸成分的基波频率FV1，高通频域的最大峰值频率为脉波的基波频率Fm1。

这里，图22是表示脉波分析数据MFD、体动分析数据TFD及体动除去脉波分析数据MKD的关系的一例的图。使用该图说明体动除去的动作。首先，图22(a)表示脉波分析数据MFD的内容，图22(b)表示体动分析数据TFD的内容。在该例中，体动除去单元13根据体动分析数据TFD确定图22(b)所示的各频谱频率F11～F16。之后，体动除去单元13除去脉波分析数据MFD的各频谱频率成分中与频谱频率Ft1～Ft6对应的频谱频率成分，生成图22(c)所示的体动除去脉波分析数据MKD。

然而，体动波形TH例如是作为腕振动的加速度等检测的，但由于血流受血管和组织的影响，所以脉波分析数据MFD的体动成分和体动分析数据TFD不一致。具体地说，如图22(b)和图22(a)所示，与频谱频率Ft1～Ft6对应的各频谱频率成分在脉波分析数据MFD和体动分析数据TFD是不同的。因此，在本例中，不是从脉波分析数据MFD中减去体动分析数据TFD，而是除去与频谱频率Ft1～Ft6对应的频谱频率成分。还有，在体动除去单元13中，通过合并进行上述滤波处理，可以更正确地除去体动成分。

接着，脉搏数·呼吸数提取单元14根据体动除去脉波分析数据MKD确定其各频谱频率成分中的最大峰值频率。在脉波波形中，脉波成分能量比呼吸成分能量还大。因此，这里确定的最大峰值频率相当于图22(c)所示的脉波的基频率Fm1。脉搏数·呼吸数提取单元14通过计算60/Fm1来生成脉搏数信息MJ。

之后，脉搏数·呼吸数提取单元14通过确定小于Fm1的最大峰值频率提取呼吸成分的基波频率Fv1。并且，脉搏数·呼吸数提取单元14通过计算60/Fv1来生成呼吸数信息KJ。脉搏数信息MJ和呼吸数信息KJ被传送到个人计算机，同时还供给显示单元17。

接着，将某一采样时刻作为Tn、将一个采样前的采样时刻作为T_n-1时，呼吸数变化率计算单元15由从下表达式计算呼吸数变化率信息KJ’，将该信息传送给个人计算机，同时供给显示单元17。

KJ’(Tn)＝{KJ(Tn)-KJ(T_n-1)}/KJ(Tn)

上述表达式是计算呼吸数变化率信息KJ’的一个例子，另外也可以计量规定时间(例如1分钟)的呼吸数、根据该计量结果和上一检测时间中计量的呼吸数计算呼吸数变化率信息KJ’。

接着，比较单元16将呼吸数变化率信息KJ’同预定的阈值R1、R2进行比较，生成消息信息。这里，阈值R1、R2预先设定为能够识别受验者的放松程度。例如，若将R1设定为10％、将R2设定为20％，作为表示放松程度的指标，若KJ’＞R1，则生成表示放松程度低的“C”，若R1≥KJ’＞R2，则生成表示放松程度为中等程度的“B”，若R2≥KJ’，则生成表示放松程度为中等程度的“A”。消息信息可以是这些指标，也可以是与各指标对应连接的语言和图标等。例如，可以在“C”上对应加注“调整呼吸，慢呼吸”、在“B”上加注“注意更放松地呼吸”，有“A”上加注“维持本状态”的消息文字。

这里，考虑进行持续跑步时的放松程度。这时的脉搏数为120次/分，呼吸数为26次/分左右(参照图30)。若所述阈值R1为10％、阈值R2为20％，则呼吸数为24～28次/分时放松指标为“A”，在呼吸数为21～23次/分或28～31次/分时，放松指标为“B”，在呼吸数小于20次或大于32次时，放松指标为“C”。

接着，显示单元17显示脉搏信息MJ、呼吸数信息KJ、呼吸数变化率信息KJ’和消息信息等。这样，受验者能够了解生物体状态。还有，能够通过消息信息了解放松程度的进展情况。还有，在装置主体不设置呼吸数变化率计算单元15和比较单元16时，个人计算机根据传送的呼吸数信息KJ生成呼吸数变化率信息KJ’，同时生成消息信息，将这些信息传送到装置主体。这时，显示单元17显示传送的呼吸数变化率信息KJ’及消息信息。

2.3实施例的动作

接着，说明本实施例的动作。最初，操作个人计算机的机器主体330及手表，将传送方式设定为断续传送方式。

在手表中，通过传感器单元102逐次检测脉波波形，由加速度传感器检测加速度，计算呼吸数。这些检测·计算结果用规定的采样频率量化，编码后暂时存储在控制单元109中，根据需要在点显示区108-D上显示。

即，如上所述，可以在点显示区108-D上显示各种信息，可由按钮开关114进行其方式设定。因此，如果受验者操作按钮开关114将点显示区108-D的动作方式设定为“呼吸数显示方式”的话，则在点显示区108-D中显示上述呼吸数。这样对存储的脉波波形、脉搏数、呼吸数和呼吸数的变化率等，每隔规定时间进行数据压缩后，通过发送装置340传送给个人计算机。

在个人计算机中，存储和显示从手表传送的脉波波形、脉搏数、呼吸数和呼吸数的变化率。这些内容由医生和训练指导者监测，根据需要向受验者发送消息。该消息的内容例如是“减小步幅使脉搏数在150以下”或“加大步幅以呼吸数在50之上”。这时，医生和训练指导者能够考虑呼吸数的变化率向受验者发送消息。例如，在呼吸数的变化率处于一定范围内时，考虑为适当的运动强度，所以就发送“维持步幅”的消息。还有，在呼吸数的变化率非常大时，考虑到受验者的负担增大呼吸不匀，所以，可发送“减少步幅”的消息。

另外，还能够根据状况发送消息。例如，当受验者在马拉松竞赛中与其他选手竞争时，尽管以适当的运动强度运动，受验者兴奋后呼吸数的变化率还是增大。在兴奋的状态中，不能进行冷静的判断，体力过分消耗，不能发挥受验者所具有的原有运动能力的情况很多。在这种情况下，希望使精神镇静、充分发挥受验者所具有的运动能力。于是，训练指导者能够根据呼吸数的变化率检测受验者的放松度，发送如“注意调整呼吸”的消息。

如上所述，若构成为使用压缩信息在手表和个人计算机间通信，则能够减少应传送的信息量。还有，使用这样的压缩信息的通信即使在从个人计算机侧向手表侧传送呼吸数等信息时也完全相同的。

那么，有关呼吸数、脉搏数或呼吸数的变化率，在手表中，通过进行规定的操作，能够设定其上限值或下限值。呼吸数，脉搏数或呼吸数的变化率超过该上限值或小于下限值后，压电元件120就发出报警声，同时闪烁显示该值(呼吸数、脉搏数或呼吸数的变化率)。

这样，即使在没有医生和训练指导者的情况下，受验者自己也能在一定程度的适当范围内设定训练负荷。还有，通过意识并控制运动中的精神状态，能够维持放松状态。

2.4实施例的效果

如上所述，根据本实施例，对血压峰值包络线的频谱应用窗函数进行带通滤波，同时根据加速度传感器的输出信号除去体动频谱，所以，能够除去运动导致的心律不齐、干扰和随意呼吸的影响，能够简便且正确地测量呼吸数。

另外，在本实施例中，由于几乎沿用脉波测量用的硬件，所以，不需要呼吸数测量用的特殊传感器等，能够极廉价地构成装置。

3.第2实施例

接着，对本发明的第2实施例进行说明。第2实施例的硬件结构及动作几乎与第1实施例1相同。但第1实施例中是根据血压值y₁(血压峰值包络线)计算呼吸数的，对此，在第2实施例中是根据脉波周期T_pulse来计算呼吸数的，这一点不同。

首先，在手表的波形提取存储单元180中，脉波周期T_pulse经过规定时间(例如30秒～1分)存储。由于该脉波周期T_pulse在时间轴上也是离散的，所以，通过适当的插值法对相邻的脉波周期T_pulse间进行插值，得到与图9(a)相同的曲线(脉波周期包络线)。由于该脉波周期包络线与血压峰值包络线相同也包括CF成分、HF成分及趋势，所以，通过用与第1实施例相同的方法进行分析，可求呼吸数和呼吸数变化率。

4.第3实施例

为检测体动，上述第1实施例和第2实施例使用加速度传感器11作为体动检测单元。对此，第3实施例不使用加速度传感器11来除去体动成分。

4.1第3实施例的整体结构

与本发明的第3实施例有关的外观构成与和第1实施例相同。这里，参照图23所示的功能框图说明第3实施例的结构。在图23中与图21所示第1实施例的结构的不同点在于：未设置加速度传感器11及第2FFT处理单元12；设有脉波成分分离单元20来代替体动除去单元13；设有脉波搏数提取单元21和呼吸数提取单元22来代替脉搏数·呼吸数提取单元14。下面就不同点进行说明。

4.2脉波成分分离单元

接着，脉波成分分离单元20由低通滤波器构成，从脉波分析数据MFD中除去脉波成分，生成脉波成分除去分析数据MD’，同时生成脉波成分分析数据MD。这时，低通滤波器的截止频率可选择比脉波成分的基波频率还低一些。其原因是由于体动成分的基波频率及呼吸成分的基波频率比脉波成分的基波频率还低。具体地说，将截止频率设定得比安静时测量的脉波成分的基波频率还低。

例如，若脉波分析数据MFD和低通滤波器的截止频率fc为图24所示的关系，则脉波成分分析数据MD如图25(a)所示，脉波成分除去分析数据MD’如图25(b)所示。

4.3脉波搏数提取单元

接着，脉拍数提取单元21将脉波成分分析数据MD的最大峰值频率确定为脉波成分的基波频率Fm1，计算60/Fm1生成脉搏数信息MJ。

4.4呼吸数提取单元

接着，呼吸数提取单元22从脉波成分除去分析数据MD’中生成呼吸数信息KJ。图26是表示呼吸数提取单元22的详细功能结构的框图。

图中，频谱提取单元40从脉波成分除去分析数据MD’的各频谱频率中提取两个频谱频率作为1组，向基频表41输出较低的频谱频率，同时，向差分检测单元42输出较高的频谱频率。

例如，若脉波成分除去分析数据MD’为图25(b)所示，则从各频谱频率f₁～f₁₄中提取任意的频谱频率作为1组。此时，作为提取的频谱频率组，有₁₄C₂组。还有，若频谱频率组为f₁和f₃，则将f₁输出到基频表41，将f₃输出到差分检测单元42。

接着，基频表41由ROM等构成，与呼吸成分的基波频率Fm1对应，将体动成分的基波频率F11预先存储到那里。该基频表41的内容由实测值构成。

本发明人在设定基频表41的数据时，对受验者分级改变行走速度，实测了行走间距和呼吸数的关系。图27示出了其实验结果。所谓行走间距是指单位时间的步数。在本例中，图10所示传感器单元102安装在指根处，所以，由此检测的脉波波形MH中存在的体动成分受腕摆动左右。腕的摆动和行走间距的关系随用力摆动还是平缓地摆动而不同，但通常是两个间距摆动1次腕。还有，摆一次腕的周期相当于体动波形的一个周期。于是，若行走间距(次/分)为P、呼吸数(次/分)为V，则体动成分的基频Ft1、呼吸成分的基频Fv1用行走间距P和呼吸数V由以下表达式给出。

Ft1＝P/(60·2)、Fv1＝v/60

使用以上表达式变换图27所示的曲线图后，可得到体动成分的基频Ft1和呼吸成分的基频fv1的关系。图28示出了其关系。基频表41的内容例如如图28所示。

接着，差分检测单元42检测从频谱提取单元40输出的另一频谱频率和从基频表41输出的频率的差分。假如由频谱提取单元41提取的频谱频率组是体动成分的基频Ft1和呼吸成分的基频Fv1，则向基频表41供给Fv1后输出Ft1，所以，差分检测单元42的输出为“0”。另一方面，若由频谱提取单元40提取的频谱频率组是Fv1和F(这里，Fuv＜F)，则差分检测单元42的输出为“|F-Ft1|”。所以，差分检测单元42的输出最小的频谱频率组为Ft1和Fv1。

接着，比较单元43对从频谱提取单元40输出的每个频谱频率组进行差分检测单元42的输出比较，确定其值最小的组，输出构成该组的频谱频率的较低者。这时，确定的组是Ft1、Fv1，还有，由于存在Ft1＞Vt1的关系，所以，从比较单元43输出呼吸成分的基波频率Fv1。

接着，运算单元44根据呼吸成分的基波频率计算60/Fv1并计算呼吸数信息KJ。这样，生成的呼吸数信息KJ被供给在第1实施例说明的呼吸数变化率计算单元15，生成呼吸数变化率信息KJ’。

这样，根据本实施例，如果着眼于体动成分的基频Ft1与呼吸成分的基频Fv1的关系，则用呼吸数提取单元22分离体动成分和呼吸成分，所以，不使用加速度传感器11、第2FFT处理单元12等也能算出呼吸数信息KJ和呼吸数变化率信息KJ’。由此，能够谋求装置的小型化和轻量化，能提供受验者更便利使用的好装置。

5.变形例

本发明不限定于上述实施例，例如可进行如下各种变形。

(1)首先，在上述各实施例中，作为安装在受验者上的携带单元是以使用手表为例，但携带单元也能够使用手表之外的各种物品。

例如，可以将光电脉冲传感器与附属物(安装工具)进行组合。这里，作为附属物的一例，采纳图13所示的项链。在该图中，61是传感器板，例如由海绵状缓冲材料构成。在传感器板61中安装有光电式脉波传感器62，使其与皮肤接触。这样，把项链戴上脖子后，光电式脉波传感器62与脖子后侧的皮肤接触，能够测量脉波。

还有，在具有空心单元的主体63中装有装入了该脉冲检测单元的装置的主要成分。该主体63是做成尖塔形状的壳，在其前面设有例如图形显示单元和按钮。还有，在装有脉波检测单元的各装置中，这些显示单元64和按钮65、66的功能是不同的。

还有，光电式脉波传感器62和主体63分别安装在锁67上，通过埋设在该锁67中的引线(图示略)进行电连接。

(2)同样，光电式脉波传感器也可与眼镜组合。还有，在该眼镜的形态中，成为与作为通知使用者的通知装置的显示装置一起装入的结构。因而，除作为脉波检测部之外还对作为显示装置的功能一并说明。

图14是表示将与脉波检测单元连接的装置安装在眼镜上的情况的斜视图。如图所示，装置主体被分为主体75a和主体75b，分别安装在眼镜的镜腿76上，这些主体通过埋设在镜腿76内部的导线相互电连接。

主体75a内装有显示控制电路，将液晶屏78安装在该主体75a的镜片77侧的整个侧面上，将镜79以规定的角度固定在该侧面的一端。还有，在主体75a上装有包括光源(图示略)的液晶屏78的驱动电路和用于制作显示数据的电路。从光源发射的光通过液晶屏78由镜79反射后，投射到眼镜的镜片77上。还有，装置75b上装有装置的主要单元，在其上面设有各种按钮。还有，这些按钮80、81的功能随每一装置而不同。

另一方面，构成光电式脉波传感器的发光二极管和光传感器(参照图3)被装在板82、83中，同时将板82、83固定到耳朵上。这些板82、83通过从主体75b引出的引线84、84进行电连接。

(3)还有，即使在作为携带单元使用手表的情况下，传感器单元102也不限于安装在手指根上。例如，如图12所示，也可以将传感器单元102和传感器固定用带104安装到指尖部、测量指尖容积脉波。

(4)在上述各实施例中，作为循环系统信息的一例，是以根据脉波计算呼吸数为例说明的，但循环器系统信息并不限于脉波，例如可以根据心电来计算。

例如，如果对图8所示的心电图求与对图8的脉波所求的包络线(虚线)相同的包络线，则能够根据心电位的振幅值变化计算呼吸数。

还有，如果使用R-R周期来代替脉波周期Tpulse，则能够根据心电位的周期变化量计算呼吸数。这样，在使用心电位时，如果受验者运动时的话作为心电波形的噪声成分由于生物电波形而重叠，所以可用与在上述实施例所述的相同的方法除去生物电成分。

(5)还有，在上述实施例中，脉搏呼吸比α₀是根据受验者而被设定为“4±0.5”左右的值，但也可以设置测量受验者体表温度的温度传感器，可与体表温度对应调整脉搏呼吸比。这是根据在沐浴中时的体表温度变高、受验者即使处于正常状态其脉搏呼吸比α₀也变高这一事实。

(6)在上述各实施例中，作为报警装置的一例举出了发生报警声的压电元件120和闪烁显示的液晶显示装置108。另外，液晶显示装置108也用于向受验者显示呼吸数和脉搏数等数据时。然而，报警装置及呼吸数和脉搏数等的显示装置不限于如上所述，只要是使用于五种感觉的物品就能够使用。下面详细说明其具体例。

(6-1)使用于听觉的装置

作为诉之于听觉的装置，例如考虑如下装置。还有，这些装置多埋设在手表等携带机器中，在这样的情况下，能够挪用作为时钟的一部分装入的元件。

(1)蜂鸣器

(2)压电元件

(3)扬声器

(4)作为特殊例，在成为告知对象的人们持有携带用无线通话接收机进行告知时，考虑使该携带用无线通话接收机从装置侧通话。

还有，在使用这些机器进行告知时，在很多情况下不但只是告知，而且还想一起传达某些信息。在这种情况下，可以根据想传达的信息内容改变如下所示的音量等信息的值。

(1)音高

(2)音量

(3)音色

(4)声音

(5)音乐种类(曲目等)

(6-2)使用于视觉的装置

使用于视觉的装置是出于通知从装置来的各种消息和测量结果的目的和进行报警。因而，在上述实施例中可使用CRT显示器331和液晶显示装置108等，但如上所述，能够使用眼镜型的投影仪(参照图14)。另外，当然也可以使用X-Y绘图仪和灯等。

还有，在告知中，考虑如下所示的变更。

(1)数值告知中的数字显示和模拟显示的区别

(2)用图表显示

(3)在显示色中添加浓淡

(4)数值原样或将数值添加级别后告知时的棒条图显示

(5)圆图

(6)脸形图

(7)显示的闪烁

在对呼吸数等数值添加级别后告知时，根据级别显示图15所示的脸形图。图15中假定有六个级别。

(6-3)使用于触觉的部件

警告单元能够用使用于触觉的部件来构成。还有，能够利用一连串刺激的间隔和强度、也可以某一程度的精度传递呼吸数和象脉搏数等的数值信息。这样的装置如下。

(1)电刺激

设有从手表等携带机器的里面突出的形状记忆合金，向该形状记忆合金通电。

(2)机械刺激

利用具有突起物(例如不太尖的计等)可从手表等携带机器内侧出入的结构的突起物提供刺激。

另一方面，若告知内容简单，则能采用利用机械振动的下述形态告知使用者。首先，虽然使偏心载重旋转传达振动的振动警铃已为人所知，但可将其与携带机器主体一体或分开地设置。还有，如图16所示，也可以在携带机器主体的下面内侧的一部分上形成70μm左右厚度的凹部，在这里安装压电元件PZT。

如果在该压电元件PZT上外加适当频率的交流电压的话，压电元件PZT就振动，传递给装有携带机器的使用者。还有，压电元件PZT的厚度为100μm，其直径为凹部直径的80％左右。这样，如果压电元件PZT的直径为凹部直径的80％左右，就能增大告知音的声压。

并且，若使用上述机构根据告知内容改变振动的强弱、振动时间、振动频率等，并进行富于变化的告知。

(6-4)使用于嗅觉的装置

作为使用于嗅觉的装置，可以构成为在装置中设有香料等排出机构，使告知的内容和香味对应，根据告知内容排出香料。顺便说明，香料等排出机构最好是下面详述的微泵等。

(6-4-1)微泵的构造

图17是微泵501的剖面图。该微泵501是基板502、簿膜板503及表面板504的层状结构。

基板502例如由厚约1mm左右的玻璃基板构成，设有输入口505及输出口506。管505T及506T用不发生液漏的粘接剂粘接在这些口上。

薄膜板503例如由厚约0.3mm左右的Si基板构成，利用腐蚀法形成入口阀507和出口阀508，同时在这些阀间形成薄膜509。还有，形成薄膜509下方的泵室522及与其相通的泵流路系统。在薄膜509的上部粘接有作为驱动装置的压电盘的压电元件526。

入口阀507形成为盖着基板502，几乎在其上平面部的中心形成通孔518，同时形成向下方突出的阈体516，使其围着通孔518。该阀体516的尖端部一直到基板502，利用入口阀587的侧面和阀体516形成室517。该室517通过未图示的流路与输入口505相通。另一方面，出口阀508用盖住输出口506的入口的帽状的阀体525构成。

在薄膜板503上，用阳极粘接法粘接由与基板502相同的玻璃基板构成的表面板504，由该表面板504构成上述泵流路系统的一部分流路的上部壁。在与该表面板504的上述薄膜509对应的地方形成窗528。上述压电元件526通过该窗528露出，粘接在上述薄膜509的表面上。表面板504的厚度约为1mm。

接着，对动作检测开关550进行说明。该动作检测开关550是为检测出口阀508的隔壁的举动而设的，由突出到该隔壁的上部的突起单元551、粘接在该突起单元551的表面上的电极板552和粘接在表面板504的下部使其与该电极板552对置的背面电极板553构成。

还有，如下所述，通过图18所示的电容C及电阻R，在电极板552和553上外加振荡电路564的输出脉冲。作为电极板552及553，例如使用Pt-Ir、WlTa、Ni、Pt、Pd、Mo、Ti、多晶体Si、WSi₂、CP1、CP2等接点材料。

(6-4-2)驱动单元的构造

图18是表示用于驱动上述微泵501的驱动单元的构成的图。在图18中，用符号500(600)表示的电路整体构成下文所述的装置内的投药单元或香料排出单元。

在该图中，501是上述微泵，将该输入口505通过管505T插入到箱561中，输出口506与管506T相连。

管506T在装置被用于投药时，如图示那样与投药用的注射针562连接。还有，装置在用于排出香料时，不安装注射针562，将管506T的尖端邻近香料排出用的喷射孔(后述)配置。

驱动电路563通过从微机等外部装置提供驱动指令来产生规定值(约100V)的驱动脉冲，供给微泵501的驱动装置即压电元件526。

振荡电路564产生周期比上述驱动脉冲的脉宽还短的多个脉冲，通过电容C及电阻R外加到微泵501的动作检测开关550上。这里，动作检测开关550构成为每当从微泵501的输出口506排出液体时仅形成规定时间宽度的接通状态。因而，在微泵501正常动作时，向微泵501上外加驱动脉冲，这样每当进行液体排出时，动作检测开关550两端的电压就降低。

异常检测电路565将动作检测开关550两端的电压进行整流，通过该整流所得的电压值不随与驱动脉冲对应的时间变化时，输出异常检测信号。该异常检测信号被送出到控制该微泵的微机等。

(6-4-3)微泵及驱动单元的动作

首先，驱动电路563通过从设在微泵的外部的微机等提供驱动指令而产生规定值(约100V)的驱动脉冲，供给微泵501的压电元件526。外加该驱动脉冲时，如图19所示压电元件526变形，薄膜509弯曲成凹形。

该结果，泵室522内的压力上升，出口阀508的间隔壁上升，阀体525从基板502离开。并且，泵室522中的液体(在投药时为药液，在排出药物时为香料)通过该阀体525和基板502间的间隙流出到输出口506，通过管506T(在投药时还通过注射针562)排出。

并且，在驱动脉冲下降时，如图20所示，由于薄膜509从弯面内侧的凹状态复原，所以，在泵室522中产生负压。因此，通过将出口阀508的阀体525接压在基板502上来塞住输出口506，反之，在入口阀507的隔壁向上方上升，与此相随，阀体516从基板502离开。该结果，液体从输入口505流入，通过阀体516和基板502的间隙及通孔518流向泵室522被吸收。之后，每外加驱动脉冲时，就重复与上述相同的液体排出及吸入。

然而，在微泵501动作期间，由异常检测电路505监视动作检测开关550的两端的电压。如果液体因管阻塞和针阻塞等而不能流畅排出时，驱动脉冲的发生时序和动作检测开关550成为接通状态的时序之间的关系就从正常时偏离。异常检测电路565在检测到该偏离时，就向微机等输出异常检测信号。

(7)在上述各实施例中，脉波波形MH和体动波形TH的频率分析由FFT处理来进行，但本发明并不限于此，可以使用小波变换等，关键的是，若能频率分析脉波波形MH和体动波形TH(循环器系统信息)，则使用什么样的方法都可以。

子波变换能够如下来进行，一般地，在从时间和频率两方面同时捕捉信号的时间频率分析中，子波成为提取信号部分的单位。子波变换表示以该单位提取的信号各部的大小。为定义子波变换，作为基函数，将在时间和频率上都局部化的函数ψ(x)作为母函数导入。这里，由函数f(x)的母函数φ(x)按如下定义子波变换。

(wφf)(b，a)＝∫¹/a^-1/2·4((x-b)/a)f(x)dx

在该表达式中，b是变换(平移)母函数ψ(x)时用的参数，另一方面，a是标度变换(伸缩)时的参数。因而，在表达式1中，子波ψ((x-b)/a)只b平行移动母波ψ(x)，只伸缩a。在这种情况下，与标度参数a对应的母波ψ(x)的幅度伸长，所以，1/a与频率对应。

这里，就子波变换的详细结构进行说明。图29是表示子波变换单元的详细构成的框图。该子波变换单元是在进行上述表达式1的运算处理的结构中供给时钟CK，以时钟周期进行运算处理。如图所示，子波变换单元20由存储子波ψ(x)的基函数存储单元W1、变换标度参数a的标度变换单元W2、缓冲存储器W3、进行变换的平行移动单元W4及乘法单元W5构成。还有，作为基函数存储单元W1中存储的母子波ψ(x)，除加博尔子波外，还能够适用墨西哥帽子波、哈尔(Haar)子波、麦耶尔(Meyer)子波、仙农(Shannon)子波等。

首先，如果从基函数存储单元W1读出母波ψ(x)的话，标度变换单元W2就进行标度参数a的变换。这里，由于标度参数a与周期对应，所以，如果a变大的话，母波ψ(x)就在时间轴上伸长。在这种情况下，由于在基函数存储单元W1中存储的母波ψ(x)的数据量是固定的，所以，如果a增大的话，单位时间的数据量就减少。标度变换单元W2进行插值处理对其插值，如果a变小的话，就进行间选处理，生成函数ψ(x/a)。将该数据暂时存储在缓冲存储器W3。

接着，平行移动单元W4通过根据对应于变换参数b的时序从缓冲存储器W3读出函数ψ(x/a)，进行函数ψ(x/a)的平行移动，生成函数ψ(x-b/a)。

接着，将作为子波变换对象的数据供给乘法单元W5。例如，在使用上述子波变换单元来代替图21所示的第1FFT处理单元10的情况下，通过未图示的A/D变换器供给脉波波形MH。乘法单元W4进行变量1/a^1/2、函数ψ(x-b/a)及脉波波形MH乘法运算，进行子波变换，生成脉波分析数据MFD。同样，在图21所示的第2FFT处理单元12中也可应用子波变换单元。

(8)如果运动强度增大的话，骨骼肌肉的耗氧量增加，故呼吸数和脉搏数增加。这里，呼吸数和脉搏数存在一定的关系。图30是表示行走时呼吸数和脉搏数的一例的图。在第1～第3实施例中，也可用呼吸数和脉搏数的关系进行滤波处理。

具体地说，设有预先存储呼吸数和脉搏数的关系的表，首先，使用该表从脉搏数(60/Fm1)求推测的呼吸数(60/Fv1)。并且，使用将推测的呼吸成分的基波频率作为中心频率的带通滤波器，提取呼吸成分的基频Fv1。还有，这种情况下的滤波处理可以数字化进行。

由此，可更正确地提取呼吸成分。

(9)在上述各实施例中，说明了比较单元16中使用的阈值R1、R2固定的情况，但如上所述，呼吸数和脉搏数存在图30所示的关系。例如，在短跑和中长跑那样运动强度加速增加的情况下，脉搏数和呼吸数短时间增加。在这样的情况下，跑步者即使以放松的状态跑，呼吸数的变化率也变大。因此，如果将呼吸数变化率信息KJ’用固定的阈值R1、R2比较的话，则会误检测放松程度。因此，可以根据脉搏数和呼吸数的关系使阈值R1、R2可变。

具体地说，设有预先存储与脉搏数变化率对应的阈值R1、R2的阈值表和根据脉搏数信息MJ计算脉搏数变化率信息MJ’的运算单元，可以参照运算单元算出的脉搏数变化率信息MJ’，从阈值表中读出阈值R1、R2。

由此，即使在运动强度动态改变的情况下，也能检测受验者的放松程度，能够在显示单元17上显示正确的消息文字。

如上所述，根据本发明的生物体状态测量装置，从受验者的循环器系统信息的频谱中提取与脉搏数对应的区域，所以，能够除去运动导致的脉搏不齐、干扰、随意呼吸的影响，能够简便且正确地测量呼吸数。还有，能够根据呼吸数的变化率了解受验者放松到什么程度。

Claims (17)

1.一种生理状态测量装置，其特征在于包括：

用于检测受验者的循环系统信息的循环系统信息检测装置；

用于在所检测的循环系统信息的基础上检测受验者脉搏率的装置；

用于进行频率分析并确定所检测的循环系统信息的频谱的装置；

用于提取循环信息频谱中的一个区域的装置，所述区域根据脉搏率确定；

根据所提取的区域中的频谱测量受验者的呼吸速率的装置。

2.如权利要求1记载的生理状态测量装置，其特征在于：

上述循环系统信息是脉波的周期变化量。

3.如权利要求1记载的生理状态测量装置，其特征在于：

上述循环系统信息是脉波的振幅值变化量。

4.如权利要求1～3中任何一项记载的生理状态测量装置，其特征在于包括：

携带单元，为检测上述循环系统信息而安装在受验者上；

主体单元，可与携带单元进行通信。

5.如权利要求1～3中任何一项记载的生理状态测量装置，其特征在于包括：

体动除去装置，从由上述提取装置提取的频谱中将对应于受验者的体动的体动频谱除去；

其中，根据上述体动除去装置的输出生成上述受验者的呼吸率。

6.如权利要求5记载的生理状态测量装置，其特征在于上述体动除去装置包括：

体动检测装置，检测上述受验者的体动；

体动频谱检测装置，根据该体动检测装置的检测结果，求取与上述体动对应的体动频谱；

体动校正装置，从由上述提取装置提取的频谱中除去上述体动频谱。

7.如权利要求5记载的生理状态测量装置，其特征在于上述体动除去装置包括：

基频表，预先根据运动强度的变化，建立体动基波频率与呼吸基波频率之间的关系；

频率确定单元，参照上述基频表，从上述提取装置提取的频谱中确定呼吸基波频率和体动基波频率，

其中，根据由上述频率确定单元确定的上述呼吸基波频率计算呼吸率。

8.如权利要求5记载的生理状态测量装置，其特征在于：

上述体动检测装置检测受验者的腕的加速度；以及上述体动校正装置从上述频谱中除去相当于该加速度频率的体动频谱。

9.如权利要求1～3中任何一项记载的生理状态测量装置，其特征在于设有：

报警装置，用于在测量的呼吸率在规定范围之外时，就提供一个依赖于受验者五官之一的报警。

10.如权利要求1～3中任何一项记载的生理状态测量装置，其特征在于设有：

计算装置，根据测量的呼吸率计算呼吸率的变化率。

11.如权利要求1～3中任何一项记载的生理状态测量装置，其特征在于包括：

通信装置，与设在装置主体外部的外部机器之间进行包括表示生理状态的信息的收发。

12.如权利要求11记载的生理状态测量装置，其特征在于上述通信装置包括：

提供特定识别编号的识别信息记录装置，其中将识别编号与上述通信信息相关，并在上述外部机器和装置主体之间进行通信。

13.如权利要求12记载的生理状态测量装置，其特征在于：

使用压缩数据进行上述装置主体和上述外部机器之间的数据传送。

14.一种放松指导装置，使用如权利要求10记载的生物状态测量装置，其特征在于包括：

指标生成装置，根据由上述计算装置计算的呼吸率的变化率，生成表示受验者的放松程度的指标；

告知装置，告知受验者上述指标。

15.如权利要求14记载的放松指导装置，其特征在于：

上述指标生成装置根据一个阈值与上述呼吸率的变化率之间的比较结果，生成表示受验者的放松程度的指标。

16.如权利要求15记载的放松指导装置，其特征在于上述指标生成装置包括：

脉搏率计算装置，根据上述循环系统信息求取脉搏率；

脉搏率变化率计算装置，计算上述脉搏率的变化率；

阈值表，事先存储与上述脉搏率的变化率相关的阈值；

其中上述指标生成装置参照由上述脉搏率变化率计算装置计算的上述脉搏率的变化率，从上述阈值表读出阈值，根据该阈值生成表示受验者的放松程度的指标。

17.如权利要求14～16中任何一项记载的放松指导装置，其特征在于包括：

通信装置，用于与设在装置主体外部的外部机器之间进行由上述计算装置计算的上述呼吸率的变化率的发送，并接收由设在上述外部机器上的上述指标生成装置生成的上述指标；

其中，利用设在上述装置主体上的告知单元将上述指标告知受验者。

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