JP2009011850A - 生体情報計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な装着を実現し、体型を問わず誰でも装着可能な生体情報計測装置を提供すること。
【解決手段】手首に装着する生体情報計測装置１０において、被験者の指と指の間の水かき部を狭持する屈曲形状に形成され、一方の狭持部に光源１５２を、他方の狭持部に受光部１５３が設けられたセンサヘッド１５１と、センサヘッド１５１と生体情報処理装置１００とを接続するケーブル１１１と、センサヘッド１５１を手首方向に引っ張るケーブル巻取部１０９と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指の間の脈波等に基づいて利用者の生体情報を計測する生体情報計測装置に関し、特にその構造と、計測された生体情報に基づいて通信を行う条件を設定する技術とに関するものである。

被験者の指や耳たぶに光を照射し、その反射光あるいは透過光を検出することによって脈波を計測することができる。計測された脈波を用いることで脈拍数の算出が可能となる。脈拍数を算出する装置は、脈拍モニタ等としてスポーツ時の心肺負荷のチェックなどに用いられる。

また、赤外光と赤色光の２波長の光を被験者の指や耳たぶに照射し、その反射光あるいは透過光を検出することによって動脈血の血中酸素飽和濃度を計測することができる。このような装置は、パルスオキシメータとして医療現場などで主に呼吸状態管理に利用されている。

脈波データは、心拍数または血中酸素飽和濃度の計測のみならず、例えば、被験者の体動を示す体動データと組み合わせることによって被験者の睡眠状態を判定するなど、他の目的に利用することもできる。また、パルスオキシメータで血中酸素飽和濃度を睡眠中に連続的に計測することによって、睡眠時無呼吸症候群のスクリーニングを行なうこともできる。

このような使用目的の観点から、脈波や血中酸素飽和濃度等の生体情報を計測する装置（生体情報計測装置）は、被験者に長時間装着されている必要がある。

しかし、上述した生体情報計測装置は、光源と受光部を含むセンサヘッドを、サポータで指に巻き付けるか、クリップで指に挟むような構造であり、特定用途に用いられることを想定している。そのため、従来の生体情報計測装置は、長時間装着されることを前提としておらず、長時間装着するとかなりの痛みを伴う。医療現場においては長時間装着用のセンサも用いられているが、このタイプは、絆創膏などでセンサヘッドを固定する必要があるため装着が非常に煩雑である。

そこで、長時間装着することを目的とした脈波あるいは血中酸素飽和濃度を算出する指輪タイプ（例えば、特許文献１、２）および新生児のベルトタイプ（例えば、特許文献３）の装置が提案されている。これらの装置は、指輪の形状の内側に光源と受光部が内蔵され、反射光あるいは透過光を計測し、結果を無線で外部に送信するか、あるいは指輪形状の装置のディスプレイに表示している。

また、脈波の計測によって被験者の心拍の揺らぎを解析し、その結果から自律神経状態を判定する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。特に、この技術を利用して、自律神経状態及び睡眠時における睡眠状態をリアルタイムに計測し、家電製品など外部機器を制御することが提案されている。

しかしながら、生体情報計測装置において、自律神経状態や睡眠状態がその計測の度に送信されるとなると、消費電力が高くなり電池が激しく消耗してしまう。利用者による快適な使用のためには所定の電池で長時間使用できる必要があり、また、利用者の生体情報を取得しているならば、取得した生体情報に基づいて省電力化を図るのが好ましい。

そこで、取得した利用者の生体情報または環境情報に基づいて装置の省電力化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この技術は、例えばノートブック型コンピュータなどの情報処理装置の省電力化を図るために、利用者の生体情報または環境情報から、その利用者が情報処理装置を利用しているか否かを判断し、利用していないと判断した場合に限り情報処理装置への電力の供給を制御するものである。

特開２００１−７０２６４号公報 特開２００１−２２４０８８号公報 特開２００１−２２４５６１号公報 特開平７−１４３９７２号公報 特開２００１−１００８７０号公報

しかしながら、特許文献１及び２で開示された指輪タイプの装置の場合、外部からの光を遮断すること、指の同じ部位を介して光源から発せられた光を受光部が受光すること、および装置を指に固定することなどの要求によって、指輪と指のサイズを一致させる必要がある。また、装着する際にあらかじめ被験者の指のサイズを計測し、計測した指のサイズと一致した装置を用意する必要がある。これらの理由によって、上記した指輪タイプの装置は、装着から計測までの作業が容易に行えないという問題がある。

また、特許文献３で開示されたベルトタイプの装置の場合、ベルトにより緩やかに装着することとしているが、これは新生児の動きによる皮膚の損傷の防止および新生児の成長により皮膚の一箇所に大きな圧縮力が係るのを防ぐことを目的としているものであり、新生児の下肢のサイズを問わない装着を可能としたものではない。そのため、新生児の下肢のサイズに合わせたベルトタイプの装置を用意し、それを成長を考慮したうえで装着する必要があり、装着から計測までの作業が容易に行えないという問題がある。

また、特許文献４に開示された技術は、利用者が情報処理装置を使用していない場合にその電力の供給を制御して省電力化を目指したものであり、常に稼動してリアルタイムに利用者の生体情報を算出する必要がある生体情報計測装置に用いることはできない。また、特許文献５に開示された技術は、機器内部の電力を制御して省電力化を計るものであり、生体情報を通信する場合における省電力化を目指したものではない。

さらに、生体情報に基づいて家電製品などの外部機器を制御するのであれば、生体情報は常に送信される必要はない。利用者が睡眠中の場合は、生体情報が変化したときにのみそれを送信すれば、機器の制御を十分に行えると考えられる。一方、利用者が覚醒している場合、利用者が動いているときの生体情報にはノイズが多く含まれていることから、利用者が動いていないときの生体情報のみの送信であっても、機器の制御を十分行えると考えられる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生体情報の安定した計測を可能としつつ、装着から生体情報を計測するまでの作業を容易にした生体情報計測装置を提供することを目的としたものである。

また、本発明は、計測された生体情報の送信を必要最小限にとどめて、送信のための消費電力を抑えることを目的としたものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本態様における発明は、利用者の脈波に基づいて自律神経活動の状態を示す指標を算出する指標算出手段と、前記利用者の体動を示す体動情報を計測する体動計測手段と、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する睡眠判定手段と、前記睡眠判定手段により覚醒していると判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の動作の有無を判定する体動判定手段と、前記体動判定手段により利用者が動作をしていないと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標を、ネットワークを介して外部装置に送信する第１の送信手段と、前記睡眠判定手段により睡眠中と判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標から睡眠中における睡眠深さを示す睡眠状態情報を特定する睡眠状態特定手段と、前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報が、以前に前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報と比較して、前記睡眠状態情報が変化したか否か判定する状態変化判定手段と、前記状態変化判定手段により前記睡眠状態情報が変化したと判定された場合、前記睡眠状態情報を、ネットワークを介して外部装置に送信する第２の送信手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本態様における発明は、利用者の脈波に基づいて自律神経活動の状態を示す指標を算出する指標算出手段と、前記利用者の体動を示す体動情報を計測する体動計測手段と、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する睡眠判定手段と、前記睡眠判定手段により覚醒していると判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の動作の有無を判定する体動判定手段と、前記体動判定手段により利用者が動作をしていないと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標を、ネットワークを介して外部装置に送信する第１の送信手段と、前記睡眠判定手段により睡眠中と判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の睡眠中の体動の有無を判定する睡眠体動判定手段と、前記睡眠体動判定手段により睡眠中に体動があったと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標から睡眠中における睡眠深さを示す睡眠状態情報を特定する睡眠状態特定手段と、前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報を、ネットワークを介して外部装置に送信する第２の送信手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる生体情報計測装置は、利用者が覚醒しているときでは、利用者が動作していないと判定した場合に自律神経活動情報を送信し、また、利用者が睡眠中のときは、睡眠状態情報が変化したと判定した場合に睡眠状態情報を送信するので、自律神経活動情報または睡眠状態情報の送信する回数が抑えられ、省電力化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明にかかる生体情報計測装置は、利用者が覚醒しているときでは、利用者が動作していないと判定した場合に自律神経活動情報を送信し、また、利用者が睡眠中のときは、利用者の体動があったと判定した場合に睡眠状態情報を送信するので、自律神経活動情報または睡眠状態情報の送信する回数が抑えられ、省電力化を図ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる生体情報計測装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すとおり、生体情報計測装置１０は、生体情報処理装置１００と、ケーブル１１１を介して接続されたセンサヘッド１５１とを有する。また、生体情報処理装置１００は、入力部１０１と、表示部１０２と、記憶部１０３と、データ通信部１０４と、電源供給部１０５と、制御部１０６と、光源制御部１０７と、脈波計測部１０８と、ケーブル巻取部１０９と、血中酸素飽和濃度演算部１１０とを有する。

この生体情報計測装置１０を被験者が装着することで、被験者の生体情報の計測が可能となる。図２は、第１の実施の形態における生体情報計測装置１０の被験者による装着例を示した図である。図２では、センサヘッド１５１を指と指の間に、生体情報処理装置１００を手首に装着している。なお、図２ではセンサヘッド１５１を人差し指と中指の間に装着しているが、これに制限するものではなく、どの指の間に装着してもよい。

図１に戻り、入力部１０１は、被験者による電源のオン・オフ、後述する表示部１０２の表示の切り替え、あるいは生体情報の計測に必要な条件の設定に用いられる。

記憶部１０３は、脈波などの計測データ、血中酸素濃度データなどの算出処理後のデータ、あるいは血中酸素飽和濃度の算出に必要な校正用パラメータなどを記憶する。記憶部１０３は、例えば、フラッシュメモリである。

電源供給部１０５は、生体情報処理装置１００に電力を供給する。この電源供給部１０５を備えることで、生体情報計測装置１０を携帯した状態で、脈波の計測から脈拍数および血中酸素飽和濃度の算出が可能となる。また、電源供給部１０５を生体情報処理装置１００側に備えることで、従来の指輪タイプと比べて電源供給部１０５のサイズを大きくでき、長時間の使用が可能となる。

光源制御部１０７は、赤外光あるいは赤色光がパルス状に出射されるように光源１５２の駆動間隔を制御する。

脈波計測部１０８は、後述するセンサヘッド１５１からの出力電流を電流電圧変換器により電圧に変換し、増幅器でその電圧を増幅して、ハイパスフィルタ（カットオフ周波数：０．１Ｈｚ）とローパスフィルタ（カットオフ周波数：１００Ｈｚ）を通過させた後、１０ビットＡ／Ｄ変換器でデジタル量に変換することで、脈波データを取得する。取得した脈波データは制御部１０６に出力される。なお、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタのカットオフ周波数は、上述した値に制限するものではない。

制御部１０６は、生体情報処理装置１００に内蔵された各部およびデータの入出力を制御する。さらに、制御部１０６は、光源１５２を構成する赤外ＬＥＤあるいは赤色ＬＥＤの駆動タイミングに合わせて受光部１５３のフォトダイオードから信号を取得することにより、赤外ＬＥＤによる透過光と赤色ＬＥＤによる透過光とを選択的に検出することができる。また、制御部１０６は、それぞれのＬＥＤの無発光時における受光部１５３の信号を取得することで、外光の影響を打ち消すための校正データを算出することができる。

血中酸素飽和濃度演算部１１０は、脈波計測部１０８から得られた、赤外ＬＥＤまたは赤色ＬＥＤの拍動成分の比を求め、記憶部１０３に記憶されていた校正用パラメータを用いて血中酸素飽和濃度を算出する。なお、血中酸素飽和濃度の算出する方法はどんな方法を用いてもよいこととする。

センサヘッド１５１は、被験者の指と指の間に装着され、センサヘッド１５１に備えられた光源１５２と受光部１５３により、被験者の脈波データを取得する。光源１５２は、赤外ＬＥＤ（例えば波長９４０nm）と赤色ＬＥＤ（例えば波長６６０nm）の発光ダイオードからなる。第１の実施の形態においては手の甲側に光源１５２が配置され、手のひら側に受光部１５３が配置されることとするが、これに制限するものではなく、手のひら側に光源１５２が配置され、手の甲側に受光部１５３が配置されてもよい。

図３−１〜図３−３は、センサヘッド１５１の形状を示した図である。図３−１は、センサヘッド１５１の側面図を示し、図３−２は、その上面図を示し、図３−３は、その正面図を示す。センサヘッド１５１本体はエポキシなどの固い樹脂で形成され、その樹脂の内部に、検知部を構成する光源１５２および受光部１５３を有する。この樹脂部分は、センサヘッド１５１を指と指との間に支持する支持部材として機能し、被験者の指と指の間の水かき部に沿うように屈曲した狭持部を有する。この狭持部による手の甲側と手のひら側との間の狭持力によりセンサヘッド１５１が固定される。さらにセンサヘッド１５１を形成する樹脂は、指の間に抵抗なく挟めるように、図３−３に示すように、樹脂の両側が内方に凹状に形成された湾曲形状とするのが好ましく、また、図３−２に示すように、屈曲箇所から手首へと向かう方向において手の甲側の樹脂の形状が幅広となっていることが好ましい。これにより、センサヘッド１５１を非常に安定に装着することができ、被験者はセンサヘッド１５１を装着しているにもかかわらず快適に指を動かすことが可能となる。

図４は、被験者の手にセンサヘッド１５１が装着された状態を示した図である。また、図５は、図４のＸ−Ｘ’で示した点線におけるセンサヘッド１５１および被験者の手の断面図である。図５に示すように、光源１５２から発せられた光は、被験者の手の水かきを通過した透過光として受光部１５３において受信される。この透過光を検知することで、脈波および血中酸素飽和濃度などの生体情報の測定が可能となる。

次に、第１の実施の形態での光源１５２あるいは受光部１５３のセンサヘッド１５１への内蔵方法について説明する。図６は、センサヘッド１５１の断面図であり、特に光源１５２が配置された部分を示している。センサヘッド１５１の支持部材と光源１５２との間に弾力性のあるスペーサ６０１が設けられており、光源１５２に接続されたケーブル１１１はケーブル通し穴６０２を通ってセンサヘッド１５１の外部へと導かれている。このスペーサ６０１によって、光源１５２はセンサヘッド１５１の支持部材表面から少し突き出される。この突き出しによって、センサヘッド１５１を装着した際の光源１５２と被験者の水かき部との密着性が向上する。すなわち、光源１５２から受光部１５３までの距離が常に一定となり、安定した生体情報の計測が可能となる。さらに、光源１５２の周囲を囲むようにクッション６０３が設けられており、これにより光源１５２を外光から遮蔽することが可能となる。また、光源１５２の基板はセンサヘッド１５１内に埋め込まれるので、光源１５２はセンサヘッド１５１に安定した状態で固定される。

また、図６に示した光源１５２の構成に替えて、例えば図７に示すようにセンサヘッド１５１の支持部材内において光源１５２を包み込んだクッション７０１が設けられてもよい。この場合、光源１５２からのケーブル１１１はクッション７０１を介し、ケーブル通し穴７０２を通ってセンサヘッド１５１の外部に導かれる。この構成においても図６と同様に、光源１５２はセンサヘッド１５１から突き出され、これにより、被験者の水かき部との密着性が向上し、かつクッション７０１により外光を遮光することができる。また、光源１５２を包み込んだクッション７０１はセンサヘッド１５１内に接着によって固定することができるため、センサヘッド１５１内への光源１５２の装着が容易になる。なお、図６および図７においては、光源１５２についてのみ説明したが、受光部１５３も同様の構成によってセンサヘッド１５１内に設けることができる。

センサヘッド１５１の支持部材は、エポキシなどの硬い樹脂以外の他の樹脂によって形成されてもよい。図８は、センサヘッド１５１の支持部材をシリコーンゴムにより形成した場合のセンサヘッド８０１の一例を示したものである。図８に示すように、シリコーンゴムの支持部材では、指の間の水かき部との密着性を高めるために、矢印で指し示した挟持部の間隔を狭くしておき、これによって生ずる狭持力によりセンサヘッド８０１を水かき部に固定する。挟持部以外の部分は、図３−１〜図３−３に示したセンサヘッド１５１と同様の形状であってよい。また、シリコーンゴムは、エポキシなどの硬い樹脂と比べて弾力性が高いため、センサヘッド８０１においては、上述したクッション６０３もしくはスペーサ６０１は不要となり、被験者がセンサヘッド８０１を装着したときの装着感も向上する。

図１に戻り、ケーブル１１１は、光源１５２への信号及び受光部１５３からの信号を生体情報処理装置１００に送受信するための信号線を内部に含んでいる。また、ケーブル１１１はケーブル巻取部１０９により所定の張力で引っ張られる。

図９は、ケーブル１１１が生体情報処理装置１００に内蔵されたケーブル巻取部１０９により引っ張られる概念を示した図である。図９では、説明を容易にするため、センサヘッド１５１の形状は簡略化されている。図９に示すように、センサヘッド１５１を被験者の指と指の間に引っかけ、ケーブル巻取部１０９によりケーブル１１１を所定の張力で引くことで、被験者の手の動きに関わらず、センサヘッド１５１を指と指の間に固定することが可能となる。なお、所定の張力は、実測により適切な値として定めることができる。

図１に戻り、ケーブル巻取部１０９は、ケーブル１１１を所定の張力で引っ張るために用いられる。また、ケーブル巻取部１０９は、被験者が生体情報計測装置１０を装着しない時、ケーブル１１１を生体情報処理装置１００内部にしまい込むために用いられる。

次に、ケーブル巻取部１０９によるケーブルの巻き取りについて説明する。図１０は、生体情報処理装置１００に内蔵されたケーブル巻取部１０９を点線で示した図である。図１０に示すように、ケーブル１１１は横巻きで巻き取ることができる。このケーブル巻取部１０９による巻き取り力が、上述したケーブル１１１を引っ張るための所定の張力となる。

ケーブル巻取部１０９は、生体情報処理装置１００の内部でケーブル１１１を巻き取るために回転可能な機構を有する。特に、ケーブル１１１内の信号線からの信号が生体情報処理装置１００に入力されるように、その回転可能な機構としてスリップリングを用いる。図１１は、生体情報処理装置１００に内蔵されたスリップリングを示した図である。図１１に示すように、ケーブル１１１内の４本の信号線がそれぞれ４つの接点１１０１に接続されている。なお、４本の信号線とは、２本の信号入出力用ラインと、１本の電源ラインと、１本のグラウンドラインである。また、生体情報処理装置１００は、４つの接点１１０１のそれぞれに対応付けられた４つのリング状の金属板１１０２を備えている。それぞれの接点１１０１は、ケーブル１１１の巻き取り状態とは関係なく、常に金属板１１０２に接触している。これにより生体情報処理装置１００は、金属板１１０２を介し、ケーブル１１１内の信号線からの信号を取得することが可能となる。

ケーブル巻取部１０９は、生体情報処理装置１００との着脱が可能な構造であってもよい。具体的には、センサヘッド１５１、ケーブル１１１及びケーブル巻取部１０９を一体に形成したカートリッジを、取り替え可能に生体情報処理装置１００に装着することが考えられる。なお、ケーブル巻取部１０９は、スリップリングを用いなくとも、回転によるねじれをケーブルで吸収するような構造でも構わない。

ケーブル巻取部１０９は、横巻きによる巻き取りに限らず、縦巻きによってケーブル１１１を巻き取ってもよい。図１２は、縦巻きのケーブル巻取部１２０１を備えた生体情報処理装置１２００を示す図である。図１２においては、ケーブル巻取部１２０１は点線で示されている。

図１に戻り、表示部１０２は、脈拍数、あるいは血中酸素飽和濃度の算出結果を表示する。具体的にはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などが考えられる。また、表示部１０２は、センサヘッド１５１と隔てられた生体情報処理装置１００に備えられているので、従来の指輪型の装置と比べて、十分に大きな表示エリアを確保することができる。

図１３、図１４および図１５は、生体情報計測装置１０により計測された情報を表示部１０２に表示した例を示した図である。表示の切り替えは、入力部１０１からの被験者の入力により行われる。図１３は、血中酸素飽和濃度（ＳｐＯ２）及び脈拍数の表示例を示した図である。図１４は、血中酸素飽和濃度低下頻度（ＯＤＩ：Oxygen Desaturation Index）の表示例を示した図である。図１５は、血中酸素飽和濃度の平均に対して例えば４％以上の低下があった場合、この低下をカウントし、表示部１０２に一時間毎にこの低下の頻度を表示した場合の例を示した図である。このように、第１の実施の形態における生体情報計測装置１０を使用することで、睡眠時に装置の装着による不快感を伴わずに、睡眠時無呼吸症候群のスクリーニングが可能となる。

図１に戻り、データ通信部１０４は、生体情報の計測結果を管理するパソコンやＰＤＡ端末と、Bluetooth（登録商標）や赤外線などを用いた無線通信または通信ケーブルを介した有線通信によってデータ通信を行う。このデータ通信部１０４によって外部機器に計測結果を送信することで、外部機器での計測結果の保存、および第三者による計測結果の閲覧等が可能となる。

第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置１０によれば、センサヘッド１５１と生体情報処理装置１００とが別体で形成されているので、センサヘッド１５１の安定な装着によって、痛みを伴わずかつ日常生活に支障がない生態情報の計測を行え、かつ生体情報処理装置１００により長時間の生体情報の計測が行える。

また、生体情報処理装置１００を手首に装着し、センサヘッド１５１を指と指の間に装着するだけで装着が完了するため、被験者の体型を問わない装着が可能となり、容易な装着方法を提供することができる。また、指と指の間の形状に併せて形成されたセンサヘッド１５１を装着し、装着されたセンサヘッド１５１をケーブル巻取部１０９が所定の張力で引っ張るので、光源１５２及び受光部１５３が安定性の高い状態で固定され、被験者の動き、姿勢による影響も少なく安定した脈波の計測が可能となる。これにより脈波あるいは血中酸素飽和濃度などの生体情報の計測精度が向上する。

なお、第１の実施の形態においては、センサヘッド１５１と生体情報処理装置１００を結ぶ信号線をケーブル１１１内部に含めたが、ケーブル１１１と信号線を別の線とし、それぞれの線によってセンサヘッドと生体情報計測装置を接続してもよい。加えて、ケーブル１１１に含まれていた信号線からの信号の取得を、スリップリングを介した取得に制限するものではなく、信号線から信号を取得できればどのような方法を用いてもよい。

（変形例）
なお、本発明は、上述した第１の実施の形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。なお、各変形例におけるセンサヘッドを横から見た図は、センサヘッドを人差し指と中指の間に装着し、図４で示したＸ―Ｘ’と同様の位置による断面図である。

（変形例１）
上述した第１の実施の形態では、センサヘッド１５１の支持部材を樹脂により形成した。しかし、センサヘッド１５１は、樹脂によって形成可能な形状に限らず、被験者の指と指の間の水かき部を狭持する屈曲形状で形成され、一方の狭持部に光源を、他方の狭持部に受光部が設けられた形状であればよい。

図１６−１は、変形例１におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図１６−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例１は、センサヘッドが、光源１６０１と、受光部１６０２と、くさび状の支持部１６０３とにより構成された例である。支持部１６０３は、指と指の間で狭持できる程度の弾力性を備えた材料、例えばプラスチックを用いて形成することができる。検知部を構成する光源１６０１と受光部１６０２とは、支持部１６０３の両端に備えられる。この支持部１６０３はセンサヘッドの支持部材に相当する。光源１６０１は、ケーブル１１１を介して生体情報処理装置１００に接続される。また、受光部１６０２は、支持部１６０３内部とケーブル１１１を介して生体情報処理装置１００に接続される。この変形例１によりセンサヘッドをより安価に生成することが可能となる。なお、図１６−１では、光源１６０１は手の甲側に配置され、受光部１６０２は手のひら側に配置されているが、その逆でもよい。これは変形例１に限らず、後述する変形例９まで同様とする。

（変形例２）
図１７−１は、変形例２におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図１７−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例２は、変形例１で示したセンサヘッドの光源１６０１および受光部１６０２の各々にクッション１７０２、１７０１を装着した例である。図１７−１に示すように、光源１６０１内のＬＥＤの周囲にクッション１７０２が設けられ、受光部１６０２内のフォトダイオードの周囲にクッション１７０１が設けられる。クッション１７０１、１７０２として、スポンジ状の材料を使用することができる。スポンジ状の材料以外にも、例えばゲル状のパッチを使用してもよい。但し、ゲル状のパッチは取り替え可能な形状にする必要がある。変形例２においては、クッション材を装着することで、被験者の皮膚表面への密着性が向上し、外光の遮断が可能となる。

（変形例３）
図１８−１は、変形例３におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図１８−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例３では、変形例１で示した態様と同様の支持部１６０３を用いるが、光源１８０１および受光部１８０２は、支持部１６０３に近いほど幅が狭く、支持部１６０３から遠くなるほど幅が広い。変形例３では、図１８−２に示すような形状の光源１８０１および受光部１８０２を備えることで、装着時の指の間の違和感が低減されるとともに、手首方向と垂直方向の回転を抑え、安定した計測が可能となる。

（変形例４）
図１９−１は、変形例４におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図１９−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例４では、変形例３で示した手の甲側の光源１８０１の代わりに、ケーブル１１１方向にさらに長く、かつその途中で屈曲した平面形状である光源１９０１を用いた例である。図１９−１に示すように、手の甲にある光源１９０１の、支持部１６０３側の部分と手首側の部分では、手の甲に沿うように途中で屈曲しており、光源１９０１の手首側の部分が手のひら側の受光部１８０２と平行程度の角度になるように調節されている。この変形例４により、さらに、手の動きの影響を受けにくく安定した生体情報の計測が可能となる。

（変形例５）
図２０−１は、変形例５におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２０−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例５は、図１６−１に示した支持部１６０３の代わりに支持部２００１を用いた例であり、支持部２００１は、支持部１６０３と比較して、手の甲側の光源１６０１との結合点からその屈曲先端までの長さが、手のひら側の受光部１６０２との結合点からその屈曲先端までの長さよりも長い。図２０−１に示すように、光源１６０１が水かき部よりさらに手首に近い位置に配置されるため、被験者は光源１６０１に阻害されず指を閉じることができる。これにより光源１６０１の配置における安定性が高まり、かつ被験者の装着感が向上する。ただし、変形例５では、光源１６０１から発せられる光が透過する部分の肉厚は、水かき部の厚みよりも大きいため、上述した第１の実施の形態および変形例１〜４よりも、光源１６０１から発せられる光の強度を受光部１６０２で受光可能な程度に強くする必要がある。

（変形例６）
図２１−１は、変形例６におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２１−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例６は、光源１６０１もしくは受光部１６０２と支持部２１０１との間に回転部材２１０２、２１０３を設けた例である。回転部材２１０２、２１０３は、例えば図２１−２に示すように、支持部２１０１の先端に連結された回転軸２１０４からなり、これにより、支持部２１０１は光源１６０１あるいは受光部１６０２に対して揺動可能に連結される。これら回転部材２１０２、２１０３によって、光源１６０１及び受光部１６０２は、被験者の動きにかかわらず、被験者の水かき部表面に常に密着した状態となる。これは、外光の影響を受けにくくなるとともに、検知における被験者の動きの影響が低減され、安定した生体情報の計測が可能となることを意味する。なお、回転部材２１０２、２１０３は、図２１−２において、一方向にのみ回転する回転軸２１０４を含んだ機構として示されているが、光源１６０１及び受光部１６０２が複数の方向に回転することができる部材を用いてもよい。例えば、回転部材２１０２、２１０３として球状のジョイントを用いると、縦横２軸の自由度が得られ、センサヘッドの装着性および生体情報の計測の安定性をより向上させることができる。

（変形例７）
図２２−１は、変形例７におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２２−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例７は、金属板を曲げることで形成した板バネ２２０１をセンサヘッドの支持部材として用い、この屈曲した板バネ２２０１の内面に光源１６０１および受光部１６０２を設けた例である。図２２−１に示すように、受光部１６０２から光源１６０１を介してケーブル１１１内へ導かれる信号線は板バネ２２０１の内面側に設けられる。この変形例７により、被験者の指の間の水かき部は所定の圧力で押され、センサヘッドがずれにくくなる。また、光源１６０１及び受光部１６０２と水かき部との密着性が向上するので、外光が遮断され、光源１６０１から受光部１６０２までの距離が一定となる。これにより安定した生体情報の計測が可能となる。

（変形例８）
図２３−１は、変形例８におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２３−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例８は、金属板を貼り合わせたピンセット機構による板バネ２３０１をセンサヘッドの支持部材として用い、この板バネ２３０１の内面側に光源１６０１および受光部１６０２を設けた例である。この変形例８は、変形例７と同様に、被験者の指の間の水かき部が所定の圧力で押されるので、センサヘッドがずれにくくなり、外光が遮断され、光源１６０１から受光部１６０２までの距離が一定となり、安定した生体情報の計測が可能となる。

（変形例９）
図２４−１は、変形例９におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２４−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例９は、直径１ｍｍ程度のピアノ線あるいはステンレスなどにより形成されたクリップバネ２４０１でセンサヘッドの支持部材を形成し、このクリップバネ２４０１の内面側に光源１６０１および受光部１６０２を設けた例である。この変形例９は、変形例７と同様に、被験者の指の間の水かき部が所定の圧力で押されるので、センサヘッドがずれにくくなり、外光が遮断され、光源１６０１から受光部１６０２までの距離が一定となり、安定した生体情報の計測が可能となる。

（変形例１０）
上述した第１の実施の形態および変形例１〜９では、センサヘッド１５１の狭持部の一方に光源を備え、他方に受光部を備える、いわゆる透過型の検知部が設けられた例であったが、それに替えて、光源と受光部がともにセンサヘッドの狭持部の片側に設けられた、いわゆる反射型の検知部が設けられてもよい。図２５は、変形例１０として、反射型の検知部を設けたセンサヘッド１６１を示す図であり、特に、図３−１に対応する側面図を示す。図２５に示すように、変形例１０では、センサヘッド１６１の支持部材となる樹脂内の手のひら側に、光源１６６と受光部１６３とが隣接して配置される。光源１６６から発せられた光は、水かき部の内部において反射され、受光部１６３に入射する。これにより、センサヘッド１６１は、脈波データをケーブル１１１を介して生体情報処理装置１００へと送信することができる。なお、図２５では、光源１６６と受光部１６３は、センサヘッド１６１の支持部材の長手方向（屈曲部から手首方向に向かう方向）に沿って並べられているが、この並置方向に限らず、その長手方向に対して垂直に並べられてもよい。また、光源１６６と受光部１６３とは、センサヘッド１６１の支持部材となる樹脂内の手の甲側に設けられてもよい。

（変形例１１）
図２６−１は、変形例１１におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２６−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。変形例１１は、変形例１に示した構造において、透過型の検知部に替えて、上述した反射型の検知部を設けた例である。図２６−１および図２６−２に示すように、光源部１６０１と受光部１６０２はともに支持部１６０３の手のひら側に配置される。特に、これら図では、光源部１６０１と受光部１６０２は、支持部１６０３の屈曲部先端から手首方向に向かって並べられている。しかしながら、光源部１６０１と受光部１６０２は、この並置方向に限らず、支持部１６０３の長手方向に対して垂直に並べられてもよい。また、光源部１６０１と受光部１６０２とは、支持部１６０３の手の甲側に設けられてもよい。また、この変形例１１と同様に、他の変形例２〜９において反射型の検知部を採用することもでき、この場合にも上述した各変形例による効果を享受することができる。

（変形例１２）
図２７−１は、変形例１２におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図であり、図２７−２は、同センサヘッドを上から見た形状を示す図である。上述した第１の実施の形態および変形例においては、ケーブル巻取部１０９は生体情報処理装置１００内に内蔵されていたが、変形例１２ではケーブル巻取部１０９に相当するケーブル巻取部２５０２がセンサヘッド内に内蔵される。具体的には、図２７−１に示すように、ケーブル巻取部２５０２は、光源２５０１内に内蔵される。なお、図２７−１および図２７−２では、変形例１に示した構造のセンサヘッド内にケーブル巻取部を備える構成を示しているが、本変形例１２は、変形例２〜１１に対しても同様に適用することができる。これにより、生体情報処理装置１００内においてケーブル巻取部１０９を備える必要がなく、生体情報処理装置１００にセンサヘッドとの接続を果たすコネクタが備えられれば、血中酸素飽和濃度などの生体情報の計測が可能となる。

（変形例１３）
上述した第１の実施の形態および変形例においては、センサヘッドの手の甲側からの一本のケーブル１１１により生体情報処理装置１００と接続されていたが、これに制限するものではない。例えば指と指の間に装着したセンサヘッドを手のひら側からケーブルを伸ばして生体情報処理装置１００に接続されてもよい。また、センサヘッドから生体情報処理装置１００への接続を一本のケーブルに制限するものではなく、複数のケーブルによりセンサヘッドから生体情報処理装置１００に接続することとしてもよい。

図２８は、第１の実施の形態において示した生体情報処理装置１００に相当する生体情報処理装置２６００内に、２つのケーブル巻取部２６０１、２６０３を備えた例を示す図である。生体情報処理装置２６００からは、ケーブル巻取部２６０１、２６０３にそれぞれ接続されたケーブル２６０２、２６０４が外側に導き出されている。

図２９−１および図２９−２は、上述した生体情報処理装置２６００を被験者が装着した状態を示す図である。図２９−１は手の甲側を示し、図２９−２は手のひら側を示す。これらの図に示すように、手の甲側および手のひら側の両方から所定の張力でセンサヘッド２７０１を引くことで、よりセンサヘッド２７０１の装着の安定化を図ることが可能となる。なお装着方法は図２９−１および図２９−２に示した方法に限らず、どの指の間に装着してもよく、またセンサヘッド２７０１を固定できれば、ケーブル２６０２、２６０４はどの部位の表面を介してもよい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置は、生体情報処理装置内にケーブル巻取部を備えていたが、第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置では、センサヘッドと生体情報処理装置とを電気的に接続するケーブルを、伸縮性を有する素材と信号線とで形成し、これにより、ケーブル巻取部を不要としている。

図３０は、第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置の機能ブロック構成を示す図である。図３０において、図１と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図３０に示す生体情報処理装置２００には、ケーブル巻取部は備えられず、センサヘッド１５１は、生体情報処理装置２００の光源制御部１０７と脈波計測部１０８とに直接接続されている。

ケーブル１２０は、その長手方向において伸縮自在であり、内部に信号線を含んでいる。図３１は、ケーブル１２０の一例を示す図である。図３１では、電話の受話器のケーブルのような螺旋構造のチューブ１１３内に信号線１１２が封入されている。この例では特に、チューブ１１３は、引っ張り力を確保するために通常の受話器ケーブルより硬度の高い素材で形成されていることが好ましい。

図３２は、ケーブル１２０の他の例を示す図である。図３２では、信号線１１２は、伸縮性のあるゴム素材１１４内に螺旋状に埋設されている。これら２つの例に示すような構造よって、伸縮性のあるケーブル１２０を提供することができる。

このように、第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置では、ケーブル１１２を巻き取るための機構が不要となるので、第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置と比べて、より簡単な構成で同じ機能を実現することができる。

（第３の実施の形態）
図３３は、本発明の第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置３００の構成、および生体情報計測装置３００から送信されたデータを受信する通信装置３５１そしてＰＣ（Personal Computer）３５２を介して制御される照明３５３およびエアコン３５４を示すブロック図である。図３３に示すとおり、第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置３００は、加速度センサ３０１と、脈波センサ３０２と、メモリ３０３と、バッテリ３０４と、通信部３０５と、制御部３１０とから構成される。なお、生体情報計測装置３００は、利用者の生活環境を妨げないよう携帯できる方が好ましく、例えば加速度センサ３０１および脈波センサ３０２を含んで一体となった指輪形状等が考えられるが、形状または携帯できるか否かについて制限を設けるものではない。

脈波センサ３０２は、反射型の脈波センサであり赤色ダイオードとフォトダイオードからなり、血流量を赤色ダイオードによる発光の反射からフォトダイオードにおいて電気信号に変換するものであり、利用者の指先など脈波が計測できる部位に装着する必要がある。ただし、第３の実施の形態は、装着する部位を指先に制限するものではない。

加速度センサ３０１は、利用者に装着させて体動を計測するための手段であり、例えば３軸加速度センサである。なお、加速度センサ３０１は、利用者に対し装着する部位を選ぶことで、得られる情報の種類や精度が変化するので、生体情報計測装置３００とは分離して設けられてもよい。

バッテリ３０４は、生体情報計測装置３００に電力を供給するためのものである。バッテリ３０４から電力が供給されるため、生体情報計測装置３００は自律神経指標の算出、及び自律神経指標または睡眠状態データの送信が可能となる。なお、バッテリ３０４は、生体情報計測装置３００に内蔵できればよく、形状等について制限するものではない。

制御部３１０は、脈波センサ３０２または加速度センサ３０１から取得したデータに基づいて、利用者の自律神経指標の算出、覚醒時もしくは睡眠時であるかの判定、さらに睡眠時ならば睡眠深さを示す睡眠状態データの特定を行うものである。この制御部３１０は、睡眠覚醒判定部３１１と、無体動判定部３１２と、指標算出部３１３と、状態特定部３１４と、状態変化判定部３１５とから構成されている。ここで、睡眠深さとは、レム睡眠、ノンレム睡眠という睡眠の質と、ノンレム睡眠の中の深さの程度の両方を含んでいる。

睡眠覚醒判定部３１１は、睡眠を判定する手段であり、加速度センサ３０１から取得した加速度により、利用者が連続して体動したか否かを検知し、覚醒しているか睡眠中か判定する。第３の実施の形態においては、加速度センサ３０１から得られるデータに基づいて加速度を算出する。体動の判定値Ｍｇは、例えば、以下に示す式（１）によって算出される。ここで、前回記録された加速度を（Ｘpre, Ｙpre, Ｚpre）と、今回計測された加速度を（Ｘcur, Ｙcur, Ｚcur）とする。

すなわち、体動の判定値Ｍｇは、前回記録された加速度（Ｘpre, Ｙpre, Ｚpre）から、今回計測された加速度（Ｘcur, Ｙcur, Ｚcur）において、それぞれの軸別に差を求め、それぞれの２乗和の平方により算出される。この算出された判定値Ｍｇが１Ｇを超えたか否かにより体動の有無を判定し、さらに１Ｇを超えた回数が５秒以内に３回を超えた場合に、覚醒していると判定し、３回未満の場合には睡眠中と判定する。また、この５秒以内に３回というのが第１の条件である。５秒以内に１Ｇが３回を超えることが連続して５分以上続いて計測された場合、その後５秒以内に３回未満であっても一定の期間に限り利用者は覚醒していると判定する。なお、この一定期間は実測により最適な値を定めるものとする。

無体動判定部３１２は、睡眠覚醒判定部３１１において利用者が覚醒していると判断された場合において、さらに加速度センサ３０１から取得した加速度により、覚醒時の利用者が体動したか否かを判定する。具体的には、上述した睡眠覚醒判定部３１１で、体動が５秒以内に３回未満であっても利用者が覚醒していると判定される一定の期間内において、２０秒間、加速度センサ３０１から体動がない場合に利用者は動作していないものと判定し、その旨を通信部３０５に出力し、通信部３０５から、このとき指標算出部３１３によって算出された自律神経指標を送信する。

指標算出部３１３は、自律神経活動情報を生成する手段であり、具体的には、脈波センサ３０２で計測された脈波及びメモリ３０３に蓄積された脈波に基づいて、一定期間毎に自律神経指標を算出し、算出された自律神経指標をメモリ３０３に蓄積する。具体的な算出方法としては、メモリ３０３に蓄積されていた脈波データから得られる心拍変動の周波数分析を行い、その結果得られたパワースペクトル中の約０．３Ｈｚ前後の成分のパワー値の全体のパワー値に占める割合をＨＦとし、パワースペクトル中の約０．１Ｈｚ前後の成分のパワー値を約０．３Ｈｚ前後の成分のパワー値で割った値をＬＦとして算出する。ＨＦは自律神経系の副交感神経の活動状態を反映した値であり、ＬＦは自律神経系の交感神経の活動状態を反映した値であり、このＨＦおよびＬＦを自律神経指標とする。なお、自律神経指標は上述したＨＦおよびＬＦの値に制限するものではなく、睡眠状態データについて判定できる値であり、また家電製品などを制御するために必要な自律神経状態を表す値であればよい。なお、自律神経指標の算出を行う一定期間は、実測により最適な期間を定めるものとする。

状態特定部３１４は、メモリ３０３に蓄積されていた自律神経指標に基づいて、利用者の睡眠状態を示す睡眠状態データを特定し、メモリ３０３に蓄積する。第３の実施の形態においては、状態特定部３１４は、ＨＦが第１の所定値より大きいか否かにより、Ｎｏｎ−ＲＥＭ睡眠かＲＥＭ睡眠かを特定し、Ｎｏｎ−ＲＥＭ睡眠と特定した場合にはさらに、第２の所定値より大きいか否かにより、深い睡眠状態か浅い睡眠状態かを特定する。また、ＬＦの値についても同様に睡眠状態データを特定するための所定値を設けて、ＨＦおよびＬＦの値により判定を加えることで、精度の高い睡眠状態データの特定が可能となる。さらに、上述した所定値は個人によって異なるため実測により最適な値を設定する必要がある。なお、睡眠状態データの特定の特定方法は、上述した方法に制限するものではなく、指標算出部３１３から算出された自律神経指標に基づいて睡眠状態データを特定できる方法であればよい。さらに、第３の実施の形態においては、睡眠状態データをＲＥＭ、浅い睡眠状態、深い睡眠状態の３つに分けたが、この分け方に限らず、ＲＥＭとＮｏｎ−ＲＥＭのみ、もしくはさらに多くの睡眠状態に分けてもよい。

状態変化判定部３１５は、本発明の状態変化判定手段に相当し、状態特定部３１４から入力された睡眠状態データと前回特定されメモリ３０３に蓄積されていた睡眠状態データとに基づいて睡眠状態データが変化したか否か判定する。変化したと判定された場合は、その旨を通信部３０５に送信し、睡眠状態データを通信部３０５から送信する。

通信部３０５は、算出された自律神経指標または特定された睡眠状態データを送信する。メモリ３０３は、脈波、自律神経指標、睡眠状態データを蓄積する。具体的には、脈波は自律神経指標を算出するために、自律神経指標は睡眠状態データの特定または通信部１０５より送信されるために、睡眠状態データは計測された睡眠状態データと比較して睡眠状態データが変化したか否か判定するために必要となる。なお、メモリ１０３に蓄積する情報は、脈波、自律神経指標、睡眠状態データに制限するものではなく、自律神経指標を算出するため、もしくは送信するために必要な情報であればよい。

第３の実施の形態における生体情報計測装置３００の構成は上述したとおりであり、次に、生体情報計測装置３００から送信された情報を受信する通信装置３５１と、情報を取得し家電製品の等の制御を行う外部装置であるＰＣ３５２と、そしてＰＣにより制御される照明３５３と、エアコン３５４とについて説明する。

通信装置３５１は、生体情報計測装置３００の通信部３０５から送信された自律神経指標または睡眠状態データを受信し、受信した自律神経指標または睡眠状態データをＰＣ３５２に出力する。生体情報計測装置３００の通信部３０５との通信方式は、利用者の生活環境において利用可能な通信方式であればよく、例えば無線を用いた通信方式などが考えられる。

ＰＣ３５２は、通信装置３５１から入力された自律神経指標または睡眠状態データに基づいて、利用者に適した環境にするために照明３５３またはエアコン３５４を制御する。例えば、ＰＣ３５２が、入力された自律神経指標であるＨＦおよびＬＦに基づいて、利用者が興奮状態と判断した場合、リラックスさせるために照明３５３を暖かみのある色に変更する。あるいは明るさを和らげる等の制御を行うことが考えられる。他には睡眠状態データから深い睡眠状態と判断した場合、エアコン３５４の温度を調節するなどの制御を行うことが考えられる。送信される生体情報により照明３５３およびエアコン３５４を制御するので、利用者に快適な生活環境を提供することが可能となる。また、睡眠状態データが変化したとき、もしくは覚醒時に無体動の時に限り情報が送信されるため、ＰＣ３５２における処理の軽減が可能となる。なおＰＣ３５２により制御される家電製品を照明３５３またはエアコン３５４に限るものではない。

照明３５３およびエアコン３５４は、利用者に快適な環境を提供するために、ＰＣ３５２により制御される。このため、照明３５３およびエアコン３５４は、ＰＣ３５２と通信可能である必要があるが、通信方式について特に制限はないものとする。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る生体情報計測装置３００の処理を説明する。図３４は第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置３００の処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、生体情報計測装置３００の処理を以下の手順に制限するものではない。

まず、脈波センサ３０２は、脈波を計測する（ステップＳ２０１）。計測された脈波はメモリ３０３に蓄積される（ステップＳ２０２）。この計測あるいは蓄積された脈波に基づいて指標算出部３１３は、自律神経指標を算出する（ステップＳ２０３）。ここで、自律神経指標とは、自律神経系の副交感神経の活動状態を反映した活動値ＨＦと、自律神経系の交感神経の活動状態を反映した活動値ＬＦとによって表わされる。算出された自律神経指標はメモリ３０３に蓄積される（ステップＳ２０４）。

加速度センサ３０１は、加速度を計測することにより利用者の体動を計測する（ステップＳ２０５）。そして睡眠覚醒判定部３１１は、加速度センサ３０１により検出された体動に基づいて利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する（ステップＳ２０６）。具体的には加速度センサ３０１により計測された加速度において１Ｇを超える加速度が５秒以内に３回以上検出された場合は覚醒していると判定し、５秒以内に３回未満の場合は睡眠中と判定する。また、加速度センサ３０１において５秒以内に１Ｇが３回を超えることが連続して５分以上続いて計測された場合、その後５秒以内に３回未満であっても一定の期間に限り利用者は覚醒していると判定する。

図３５は、加速度センサ３０１により検出された加速度による、覚醒しているときと睡眠中における体動の頻度を示した図である。図３５に示したように５秒で１Ｇ以上を３回以上超えるようなら睡眠覚醒判定部３１１は、覚醒時と判定し、５秒以上で１Ｇ以上を３回未満の場合は睡眠中と判定している。

図３４に戻り、睡眠覚醒判定部３１１により睡眠中と判定された場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、状態特定部３１４は、メモリ３０３に蓄積されていた自律神経指標を取得し、睡眠状態データを特定する（ステップＳ２０７）。詳しくは自律神経指標とされるＨＦおよびＬＦに基づいて睡眠状態データを特定する。睡眠状態データはＲＥＭ睡眠、浅い睡眠状態、深い睡眠状態の３つに分けられる。そして、今回特定された睡眠状態データは、状態変化判定部３１５により、メモリ３０３に蓄積されていた前回特定された睡眠状態データと比較し、睡眠状態データが変化したか否か判定される（ステップＳ２０８）。睡眠状態データの変化とは、具体的には前回の睡眠状態データが浅い睡眠状態ならば、今回特定された睡眠状態データが、深い睡眠状態もしくはＲＥＭ睡眠の場合に睡眠状態が変化したと判定されたことをいう。そして、状態変化判定部３１５により睡眠状態データが変化した判定された場合（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、通信部３０５が、今回特定された睡眠状態データを送信する（ステップＳ２０９）。また状態変化判定部３１５により睡眠状態データが変化しなかったと判定された場合（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、特に処理を行わない。その後、特定された睡眠状態データをメモリ３０３に蓄積する（ステップＳ２１０）。なお、蓄積された睡眠状態データは、次回利用者の睡眠状態データに変化があったか否かに用いられる。

図３６は、利用者の睡眠状態の変化による、睡眠状態データのデータ送信時を示した図である。ＷＡＫＥは利用者が覚醒している状態を示し、上述したとおり加速度センサ３０１において５秒で１Ｇ以上を３回以上超える場合などが該当する。ＲＥＭ、浅い睡眠状態、深い睡眠状態は、状態変化判定部３１５により判定された睡眠状態データである。そして睡眠状態が変化した直後となる、矢印の元で表された時間において、睡眠状態データが通信部３０５により送信される。また、送信される睡眠状態データは、矢印で指し示した変化後の睡眠状態である。

図３４に戻り、睡眠覚醒判定部３１１により覚醒していると判定された場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、無体動判定部３１２は、利用者が動いているか否か判定する（ステップＳ２１１）。具体的には加速度センサ３０１により得られた加速度が１Ｇを超える値が２０秒計測されなかった場合に利用者は動いていないと判定する。また、この１Ｇを超える加速度が２０秒計測されなかった場合が第２の条件である。無体動判定部３１２により利用者は動いていないと判定された場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、通信部３０５によりメモリ３０３に蓄積されていた自律神経指標を送信する（ステップＳ２１２）。無体動判定部３１２により利用者が動いていると判定された場合（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、特に処理は行わない。また、自律神経指標の計算を所定時間範囲で無体動と判定された場合、その時間範囲での自律神経指標を提示してもよい。

第３の実施の形態により、睡眠中においては睡眠状態データを送信し、覚醒しているときにおいては自律神経指標を送信する。つまり睡眠時と覚醒時では異なるパラメータを送信するので、利用者の状態に適した家電製品等の制御が可能となる。なお、ステップＳ２０１からステップＳ２０４における脈波の計測から自律神経指標の蓄積までの処理手順と、ステップＳ２０５からステップＳ２１２までの加速度計測から睡眠状態データまたは自律神経指標の送信および睡眠状態データの蓄積までの処理手順は並列して行われる処理であり、脈波計測や加速度計測などのタイミングを制限するものではない。

また、状態変化判定部３１５により利用者の睡眠状態データの変化を判定し、前回の睡眠状態データと異なる場合に限り、通信部３０５により睡眠状態データの送信を行うことで、通信回数が抑えられ、省電力化を図ることができる。さらに無体動判定部３１２により利用者が動作していないものと判定した場合に限りデータ通信を行うため、通信回数が抑えられ、省電力化を図ることができる。また、無体動判定部３１２により無体動時の脈波に基づいて自律神経指標を算出し、算出された自律神経指標を送信するため、ノイズなど影響が少なく信頼性の高いデータの送信が可能となる。

なお、第３の実施の形態において記載されたパラメータの値は一例として示したものであり、これらの値に制限されることはない。具体的には、睡眠覚醒判定部３１１における、加速度センサ３０１で計測された値が１Ｇを超えたか否かで判断するもの制限せず、睡眠か覚醒か判定するための回数も５秒間に３回のみに制限するものでもない。無体動判定部３１２において覚醒していると判断するための時間を５分に、また動作をしていないと判定するための時間を２０秒間に制限するものではない。

（第４の実施の形態）
第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置では、睡眠時において睡眠状態データに変化があった場合に、睡眠状態データを送信したが、この第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置では、睡眠時において加速度センサ３０１により利用者の体動が計測された場合に、睡眠状態データを送信するものである。

図３７は、本発明の第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置４００の構成を示すブロック図である。図３７に示すとおり、第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置４００は、加速度センサ３０１と、脈波センサ３０２と、メモリ４０１と、バッテリ３０４と、通信部３０５と、制御部４１０とから構成され、第３の実施の形態の制御部３１０は、それとは処理の異なる制御部４１０に変更され、メモリ３０３は、蓄積している情報の異なるメモリ４０１に変更されている。以下の説明では、上述した第３の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。

制御部４１０は、睡眠覚醒判定部３１１、無体動判定部３１２、指標算出部３１３、状態特定部３１４、睡眠体動判定部４１１とから構成され、上述した第３の実施の形態における生体情報計測装置３００から状態変化判定部３１５を削除し、その代わりに睡眠体動判定部４１１が追加されている。

睡眠体動判定部４１１は、睡眠覚醒判定部３１１で睡眠中と判定された場合において、利用者の睡眠時において体動の有無を判定する。これは睡眠状態に変化が生じる時に体動が起こることが知られているため、体動があったと判定した場合に睡眠状態が変化したものとみなし、睡眠状態データを通信部３０５により送信する。

メモリ４０１は、脈波、神経活動指標を蓄積し、第１の実施の形態にかかるメモリ３０３では蓄積していた睡眠状態データを蓄積しないこととした。これは第４の実施の形態においては睡眠状態データの変化を判定しないからである。当然メモリ４０１に蓄積する情報は、脈波、自律神経指標に制限するものではなく、自律神経指標を算出するため、もしくは送信するために必要な情報であればよい。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る生体情報計測装置４００の処理を説明する。図３８は第４の実施の形態に係る生体情報計測装置４００の処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、生体情報計測装置４００の処理を以下の手順に制限するものではない。

まず第３の実施の形態の図３４のステップＳ２０１からステップＳ２０４と同様に脈波から自律神経指標を算出し、自律神経指標をメモリ４０１に蓄積する。

そして第３の実施の形態の図３４のステップＳ２０５からステップＳ２０６と同様に加速度を計測し、計測された加速度に基づいて利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する。そして睡眠覚醒判定部３１１において睡眠中と判定された場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、睡眠体動判定部４１１は、睡眠中において体動があるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。睡眠体動判定部４１１における体動の有無の判定では、例えば加速度センサ３０１が１Ｇを超えた値が１０秒間に２回あった場合に体動があったと判定する。この１０秒間に２回が第３の条件に相当する。ただし、睡眠中の体動の有無は、利用者の違いによる個人差があるため２回に制限するものではなく、利用者各人にとって最適な値を実測により設定する必要がある。

睡眠体動判定部４１１により体動ありと判定された場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、状態特定部３１４により睡眠状態データを特定する（ステップＳ３０２）。睡眠状態データの特定する方法は第１の実施の形態のステップＳ２０７と同様とする。状態特定部３１４により特定された睡眠状態データは通信部３０５により送信される（ステップＳ３０３）。

また、睡眠覚醒判定部３１１において覚醒していると判定された場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）は、第３の実施の形態の図３４のステップＳ２１１からステップＳ２１２と同様に、利用者が体動していない場合に限り、自律神経指標を送信する。

図３９は、利用者の体動の測定による、睡眠状態データのデータ送信時を示した図である。上述した睡眠体動判定部４１１により体動があったと判定された場合、その時の睡眠状態データを通信部３０５により送信される。また、図３９における矢印先で示された睡眠状態を睡眠状態データとして、矢印の元で表された時間に、通信部３０５により送信される。

第４の実施の形態においては、睡眠時に体動があった場合に限り睡眠状態データを送信することで、通信回数が抑えられ、消費電力を押さえることが可能となる。

また、第４の実施の形態においては第３の実施の形態と同様に、無体動判定部３１２により利用者が動作していないものと判定した場合に限りデータ通信を行うため、通信回数が抑えられ、省電力化が図られ、かつ、無体動判定部３１２により無体動時の脈波に基づいて自律神経指標を算出し、算出された自律神経指標を送信するため、ノイズなど影響が少なく信頼性の高いデータの送信が可能となる。なお、第４の実施の形態においても第３の実施の形態と同様に、記載されたパラメータの値は一例として示したものであり、これらの値に制限されない。

なお、第４の実施の形態においては、睡眠中において体動があったと判定された場合に、その時の睡眠状態データを通信部３０５により送信されることとしたが、判定を睡眠中の体動があったか否かのみに制限するものではなく、例えば第３の実施の形態で示した睡眠中の睡眠状態データの変化があったか否かの判定と組み合わせて、データ通信するか否かを決定してもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその趣旨を逸脱しない範囲で構成要件を変形して具体化できる。また、上記実施形態・変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態・変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる変形例の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、第３および第４の実施の形態において説明した脈波センサ３０２や加速度センサ３０１を、第１の実施の形態において説明したセンサヘッド１５１とケーブル１１１とケーブル巻取部１０９とからなる構成に置換することができる。同様に、第３および第４の実施の形態において説明した脈波センサ３０２や加速度センサ３０１を、第２の実施の形態において説明したセンサヘッド１５１とケーブル１２０とからなる構成に置換することができる。

以上のように、本発明にかかる生体情報計測装置は、脈波および血中酸素飽和濃度などの生体情報の測定や生活環境の制御に有用であり、特に、日常生活や睡眠時における長時間計測や快適な生活環境の提供に適している。

第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の機能ブロック構成を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置における被験者の装着例を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドの側面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドの上面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドの正面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドを被験者の手に装着した状態を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドおよびセンサヘッドを装着した被験者の手の断面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のセンサヘッドの光源周囲の断面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の他の例のセンサヘッドの光源周囲の断面図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の他の例のセンサヘッドの形状を示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置のケーブルが生体情報計測装置に内蔵されたケーブル巻取部により引っ張られる概念を示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置に内蔵された横巻きによるケーブル巻取部を点線で示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置に内蔵されたスリップリングを示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置に内蔵された縦巻きによるケーブル巻取部を点線で示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の表示部上の血中酸素飽和濃度（ＳｐＯ２）及び脈拍数の表示例を示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の表示部上の血中酸素飽和濃度低下頻度（ＯＤＩ：Oxygen Desaturation Index）の表示例を示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の表示部上に、血中酸素飽和濃度の平均に対して４％以上の低下があった頻度を一時間毎に表示した場合の例を示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例２におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例２におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例３におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例３におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例４におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例４におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例５におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例５におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例６におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例６におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例７におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例７におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例８におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例８におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例９におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例９におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１０におけるセンサヘッドを示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１１におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１１におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１２におけるセンサヘッドを横から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１２におけるセンサヘッドを上から見た形状を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１３において内蔵された２つのケーブル巻取部を点線で示した図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１３の手の甲側の状態を示す図である。 第１の実施の形態にかかる生体情報計測装置の変形例１３の手のひら側の状態を示す図である。 第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置の機能ブロック構成を示す図である。 第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置のケーブルの一例を示す図である。 第２の実施の形態にかかる生体情報計測装置のケーブルの他の例を示す図である。 第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置の機能ブロック構成および生体情報計測装置から送信されたデータを受信する通信装置そしてＰＣを介して制御される照明およびエアコンを示す図である。 第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置の処理手順の一例を示す図である。 第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置の加速度センサにより検出された加速度による生体情報計測装置の利用者が覚醒しているときと睡眠中における体動の頻度を示す図である。 第３の実施の形態にかかる生体情報計測装置の睡眠状態の変化に基づく睡眠状態データのデータ送信時を示す図である。 第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置の機能ブロック構成および生体情報計測装置から送信されたデータを受信する通信装置そしてＰＣを介して制御される照明およびエアコンを示す図である。 第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置の処理手順の一例を示した図である。 第４の実施の形態にかかる生体情報計測装置の睡眠中の体動の計測に基づく睡眠状態データのデータ送信時を示す図である。

符号の説明

１０，３００，４００ 生体情報計測装置
１００，１２００，２６００ 生体情報処理装置
１０１ 入力部
１０２ 表示部
１０３ 記憶部
１０４ データ通信部
１０５ 電源供給部
１０６ 制御部
１０７ 光源制御部
１０８ 脈波計測部
１０９，１２０１，２５０２，２６０１，２６０３ ケーブル巻取部
１１０ 血中酸素飽和濃度演算部
１１１，１２０，２６０２、２６０４ ケーブル
１１２ 信号線
１５１，８０１，２７０１ センサヘッド
１５２，１６０１，１８０１，１９０１，２５０１ 光源
１５３，１６０２，１８０２ 受光部
３００、４００ 生体情報計測装置
３０１ 加速度センサ
３０２ 脈波センサ
３０３、４０１ メモリ
３０４ バッテリ
３０５ 通信部
３１０、４１０ 制御部
３１１ 睡眠覚醒判定部
３１２ 無体動判定部
３１３ 指標算出部
３１４ 状態特定部
３１５ 状態変化判定部
３５１ 通信装置
３５２ ＰＣ
３５３ 照明
３５４ エアコン
４１１ 睡眠体動判定部
６０１ スペーサ
６０２，７０２ ケーブル通し穴
６０３，７０１，１７０１，１７０２ クッション
１１０１ 接点
１１０２ 金属板
１６０３，２００１，２１０１ 支持部
２１０２，２１０３ 回転軸
２２０１，２３０１ 板バネ
２４０１ クリップバネ

Claims (5)

1. 利用者の脈波に基づいて自律神経活動の状態を示す指標を算出する指標算出手段と、
   前記利用者の体動を示す体動情報を計測する体動計測手段と、
   前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する睡眠判定手段と、
   前記睡眠判定手段により覚醒していると判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の動作の有無を判定する体動判定手段と、
   前記体動判定手段により前記利用者が動作をしていないと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標を、ネットワークを介して外部装置に送信する第１の送信手段と、
   前記睡眠判定手段により睡眠中と判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標から睡眠中における睡眠深さを示す睡眠状態情報を特定する睡眠状態特定手段と、
   前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報が、以前に前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報と比較して、変化したか否か判定する状態変化判定手段と、
   前記状態変化判定手段により前記睡眠状態情報が変化したと判定された場合、前記睡眠状態情報を、ネットワークを介して外部装置に送信する第２の送信手段と、
   を備えたことを特徴とする生体情報計測装置。
2. 利用者の脈波に基づいて自律神経活動の状態を示す指標を算出する指標算出手段と、
   前記利用者の体動を示す体動情報を計測する体動計測手段と、
   前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者が覚醒しているか睡眠中かを判定する睡眠判定手段と、
   前記睡眠判定手段により覚醒していると判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の動作の有無を判定する体動判定手段と、
   前記体動判定手段により前記利用者が動作をしていないと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標を、ネットワークを介して外部装置に送信する第１の送信手段と、
   前記睡眠判定手段により睡眠中と判定された場合、前記体動計測手段により計測された前記体動情報に基づいて、前記利用者の睡眠中の体動の有無を判定する睡眠体動判定手段と、
   前記睡眠体動判定手段により睡眠中に体動があったと判定された場合、前記指標算出手段により算出された前記指標から睡眠中における睡眠深さを示す睡眠状態情報を特定する睡眠状態特定手段と、
   前記睡眠状態特定手段により特定された前記睡眠状態情報を、ネットワークを介して外部装置に送信する第２の送信手段と、
   を備えたことを特徴とする生体情報計測装置。
3. 前記睡眠判定手段は、前記体動計測手段により計測された前記体動情報が、あらかじめ定められた第１の条件を満たす場合に覚醒していると判定し、前記第１の条件を満たさない場合に睡眠中と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報計測装置。
4. 前記体動判定手段は、前記体動計測手段により計測された前記体動情報が、あらかじめ定められた第２の条件を満たす場合に利用者が動作していると判定し、前記第２の条件を満たさない場合に利用者が動作していないと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報計測装置。
5. 前記睡眠体動判定手段は、前記体動計測手段により計測された前記体動情報が、あらかじめ定められた第３の条件を満たす場合に睡眠中に体動したと判定し、前記第３の条件を満たさない場合に体動なしと判定することを特徴とする請求項２に記載の生体情報計測装置。

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