JP2009207713A

JP2009207713A - 生体情報処理装置、生体情報処理方法および制御プログラム

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Publication number: JP2009207713A
Application number: JP2008054467A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kuroda; 真朗黒田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】運動負荷が小さい場合でも個人差の影響を排除して、正確に消費カロリーを算出
する。
【解決手段】生体情報処理装置は、脈拍センサ３０および体動センサ３０２により脈拍数
を検出し、ＭＰＵ３０８は、検出した脈拍数並びに被験者に対応する所定の安静時脈拍数
、最大脈拍数、安静時酸素摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、
算出した前記酸素摂取量に基づいて当該被験者の消費カロリー量を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、生体情報処理装置、生体情報処理方法および制御プログラムに係り、特に
被験者（ユーザ）毎により正確に消費カロリーを推定することが可能な生体情報処理装置
、生体情報処理方法および制御プログラムに関する。

健康的な観点および予防医学的な観点からも人間が食物を摂取し、体内に取り込んだカ
ロリーと、これを日常生活により消費するカロリーのバランスがとれていることが重要で
ある。
ところで、現代社会においては、交通機関などの発達により、消費カロリーは減少する
傾向にある。
一方、食物によるカロリー摂取量は減少どころか、増加する傾向にあり、摂取カロリー
と消費カロリーとのバランスが崩れてきている。
このため、積極的に運動を行って、カロリー消費を増やすことが重要であり、運動をす
る人も増加してきている。

このような状況下での運動を考えると、各個人が適当に行うのではなく、消費カロリー
を考慮した上で運動メニューを作成し、管理していくのが望ましい。
このような観点から、従来においては、運動におけるカロリー消費量を算出する方法と
して、例えば、次のようなものが提案されている。
特許文献１記載の技術は、心拍数と消費カロリーとの代表的な相関直線を一つだけ決定
し、これに基づいて心拍数の測定と同時に消費カロリーを計算するものである。
また、特許文献２に記載の技術は、心拍数と消費カロリーについて複数の相関直線を記
憶し、入力された個人データからいずれかの相関直線を選択し、心拍数の測定と同時に消
費カロリーを計算するものである。
特開昭５４−１６０２８０号公報特許第３２５０６２２号

しかしながら、特許文献１記載の技術では、相関直線を一つ用いているだけなので、多
くの被験者を測定調査した場合には、個人差に起因して測定値が大幅にずれてしまうとい
う不具合があり、多数の被験者に対しては実用に適さなかった。
また、特許文献２記載の技術では、複数の相関直線を用いているため、特許文献１記載
の技術と比較すれば、多くの被験者に対して適用することが可能であるが、より多くの被
験者に適用可能とするために多数の相関直線を記憶するのは、現実的には困難であり、実
用的には限度があった。
ところで、いずれの手法においても、相関直線は、心拍数が低い領域、すなわち、運動
負荷が小さい領域においては、相関性が低く（＝相関係数が小さく）、実用的ではなかっ
た。
特に相対心拍数が２０［％］以下の領域においては、相関性が異常に低く、現実的な処
理としては、カロリー計算の対象から除外したり、参考値として採用したりすることとな
っていた。
そこで、本発明の目的は、運動負荷が小さい場合でも個人差の影響を排除して、正確に
消費カロリーを算出できる生体情報処理装置、生体情報処理方法および制御プログラムを
提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の生体情報処理装置は、被験者の脈拍数
を検出する脈拍数検出部と、前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所定の安静時脈拍数
、最大脈拍数、安静時酸素摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、
算出した前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出する消費カロリー算出部と、を
備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、脈拍数検出部は、被験者の脈拍数を検出する。
これにより消費カロリー算出部は、脈拍数並びに被験者に対応する所定の安静時脈拍数
、最大脈拍数、安静時酸素摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、
算出した酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出する。
したがって、簡易な演算で、個人差の影響を排除してより正確に消費カロリーを算出す
ることができる。
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記消費カロリー算出部は、次式
により消費カロリー量Ｃを算出することを特徴としている。

ここで、ＨＲは前記脈拍数、ＨＲｒｅｓｔは前記安静時脈拍数、ＨＲｍａｘは前記被験
者の最大脈拍数、ＶＯ２ｒｅｓｔは前記被験者の安静時酸素摂取量、Ｗは前記被験者の体
重である。
また、本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記最大酸素摂
取量ＶＯ₂ｍａｘは、外部からユーザが入力した値が設定され、若しくは、年齢、性別あ
るいは運動能力のうち少なくとも年齢と前記最大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａｘとの対応関係を
示す予め記憶したテーブルを参照して設定されることを特徴としている。
したがって、実測が難しい最大酸素摂取量をより簡易に設定して、消費カロリー計算が
行える。
また、本発明の第４の態様は、第１ないし第３のいずれかの態様において、前記安静時
脈拍数ＨＲｒｅｓｔは、外部からユーザが入力した値が設定され、若しくは、年齢、性別
あるいは運動能力のうち少なくとも年齢と前記安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔとの対応関係を
示す予め記憶したテーブルを参照して設定されることを特徴としている。
また本発明の第５の態様は第１の態様ないし第４の態様において、前記消費カロリー量
算出部が算出した消費カロリーを消費カロリーデータとして記憶する消費カロリーデータ
記憶部を備えたことを特徴としている。
また、本発明の第６の態様は、被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出部を有する生体情
報処理装置の制御方法において、前記脈波数検出部により、前記被験者の脈拍数を検出す
る脈拍数検出過程と、前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所定の安静時脈拍数、最大
脈拍数、安静時酸素摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、算出し
た前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出する消費カロリー算出過程と、を備え
たことを特徴としている。
上記構成によれば、簡易な演算で、個人差の影響を排除してより正確に消費カロリーを
算出することができる。
また、本発明の第７の態様は、被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出部を有する生体情
報処理装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、前記脈波数検
出部により、前記被験者の脈拍数を検出させ、前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所
定の安静時脈拍数、最大脈拍数、安静時酸素摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素
摂取量を算出させ、前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出させる、ことを特徴
としている。
上記構成によれば、簡易な演算で、個人差の影響を排除してより正確に消費カロリーを
算出することができる。

本発明によれば、簡易な装置構成で手軽に人の脈拍数から、被験者の個人差（安静時脈
拍数、最大脈拍数、安静時酸素摂取量、最大酸素摂取量など）の影響を受けることなく、
精度の高い消費カロリー量を算出することができる。

次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明の原理について説明する。
発明者は、従来、運動におけるカロリー消費量を算出するに際して用いていた相関直線
に対して、運動負荷が小さい領域で相関性が低い理由について考察した。
上述したように、従来のカロリー消費量算出に用いる相関直線は、複数の被験者の実測
データに基づいて作成していたが、発明者は、運動負荷が小さい領域では、個人差による
ばらつきが、運動負荷が比較的大きい領域に比べて、大きいということに気づいた。
そこで、発明者は、被験者毎に脈拍数と酸素摂取量との関係を検討してみた。
図１は、脈拍数と酸素摂取量との関係説明図である。
図１において、縦軸（ｙ軸）は、酸素摂取量ＶＯ２であり、横軸（ｘ軸）は、脈拍数Ｈ
Ｒである。
図１に示す相関直線は、一被験者のものであり、脈拍数ＨＲと酸素摂取量ＶＯ２とは、
きれいな相関直線を描いていることがわかった。
同様に、複数の被験者についても脈拍数ＨＲと酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を調べた
ところ、その傾きは、被験者によって変化するものの、いずれの被験者についても、きれ
いな相関直線を描いていた。
このことは、被験者毎に当該被験者の脈拍数ＨＲと酸素摂取量ＶＯ２との相関関係を用
いて、酸素摂取量を算出すれば、正確に消費カロリーＣを算出できるということである。
そこで、発明者らは、上記相関直線における脈拍数ＨＲと酸素摂取量ＶＯ２との関係に
基づいて、次式により、消費カロリーＣを算出することとした。

ここで、ＨＲは被験者の脈拍数、ＨＲｒｅｓｔは被験者の安静時脈拍数、ＨＲｍａｘは
前記被験者の最大脈拍数、Ａ１は実験により求めた第１実験係数、Ａ２は実験により求め
た第２実験係数、ＶＯ２ｍａｘは被験者の相対酸素摂取量、ＶＯ２ｒｅｓｔは前記被験者
の安静時相対酸素摂取量、Ｗは前記被験者の体重である。
この場合において、最大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａｘは、外部からユーザが入力した値が設
定され、若しくは、年齢、性別あるいは運動能力のうち少なくとも年齢と最大酸素摂取量
ＶＯ₂ｍａｘとの対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して設定される。しかしな
がら、年齢、性別および運動能力のうちより多くとの対応関係を示すテーブルを予め記憶
しておき、参照した方が、より正確な値に設定できる。
同様に、安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔについても、外部からユーザが入力した値が設定さ
れ、若しくは、年齢、性別あるいは運動能力のうち少なくとも年齢と安静時脈拍数ＨＲｒ
ｅｓｔとの対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して設定される。この場合におい
ても、年齢、性別および運動能力のうちより多くとの対応関係を示すテーブルを予め記憶
しておき、参照した方が、より正確な値に設定できる。
この結果、被験者によらず、より正確な消費カロリーを算出することができる。

図２は、実施形態の生体情報処理装置の構成を示す説明図である。
図３は、生体情報処理装置の脈拍センサ近傍の断面図である。
本実施形態においては、生体情報として脈拍を用い、生体情報値として脈拍数を検出し
、さらに検出した脈拍数から消費カロリー量を算出するものとする。
生体情報処理装置１は、大別すると、腕時計型の装置本体１０と、この装置本体１０に
接続されるケーブル２０と、このケーブル２０の先端側に設けられ、センサ固定用バンド
４０により小指に密着するように固定された脈拍センサ３０と（図２参照）、を備えて構
成されている。
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１２が設けられている。このリストバンド１２によって、装置本体１
０は、腕に着脱自在に装着される。

脈拍センサ３０は、図３に示すように、センサ固定用バンド４０によって遮光された状
態で小指の根元から指関節までの間に装着されている。このように、脈拍センサ３０を指
の根元に装着することにより、ケーブル２０が短くて済むので、ケーブル２０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、指の根元の温度は比較的低下しない。したが
って、指の根元に脈拍センサ３０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のである。なお、脈拍センサ３０を装着する指は、小指
に限らず、他の指でも良い。

図４は、生体情報処理装置１の装置本体１０を、リストバンドやケーブルなどを外した
状態で示す平面図、図５は、生体情報処理装置１を腕時計における３時の方向からみた側
面図である。
図４において、装置本体１０は、樹脂製の時計ケース１１（本体ケース）を備えている
。時計ケース１１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、及
び脈拍数などの脈波情報などを表示するＥＬバックライト付きの液晶表示装置１３（表示
装置）が設けられている。
液晶表示装置１３には、表示面の左上側に位置する第１のセグメント表示領域１３１、
右上側に位置する第２のセグメント表示領域１３２、右下側に位置する第３のセグメント
表示領域１３３、及び左下側に位置するドット表示領域１３４が構成されており、ドット
表示領域１３４では、各種の情報をグラフィック表示可能である。
時計ケース１１の内部には、ピッチを求めるための体動センサ３０２（図６参照）が内
蔵されており、この体動センサ３０２としては、加速度センサなどを用いることができる
。

また、時計ケース１１の内部には、各種の制御やデータ処理を行う制御部５が設けられ
ている。
この制御部５は、体動センサ３０２による検出結果（体動信号）および脈拍センサ３０
による検出結果（脈波信号）に基づいて脈拍数、ひいては、消費カロリーを算出し、被験
者であるユーザの消費カロリーを液晶表示装置１３で表示する。
この場合において、制御部５には、計時回路も構成されているため、通常時刻なども液
晶表示装置１３に表示可能となっている。
また、時計ケース１１の外周部（側面部）には、図４に示すように、時刻合わせや表示
モードの切り換えなどの外部操作を行うためのボタンスイッチ１１１〜１１５が設けられ
ている。また、時計ケースの正面の表面には、運動中の操作を想定した大きめのボタンス
イッチ１１６、１１７が構成されている。

生体情報処理装置１の電源は、時計ケース１１に内蔵されているボタン形の小型の電池
５９（図４参照）であり、ケーブル２０は、電池５９から脈拍センサ３０に電力を供給す
るとともに、脈拍センサ３０の検出結果を時計ケース１１の制御部５に入力している。
生体情報処理装置１では、その機能を増やすに伴って、装置本体１０を大型化する必要
がある。しかしながら、装置本体１０には、腕に装着されるという制約があるため、装置
本体１０を腕時計における６時及び１２時の方向に向けては拡大できない。
そこで、本実施形態では、図４に示すように、装置本体１０には、３時及び９時の方向
における長さ寸法が６時及び１２時の方向における長さ寸法よりも長い横長の時計ケース
１１を用いてある。
この場合において、リストバンド１２は、３時の方向側に偏った位置で接続しているた
め、リストバンド１２からみると、腕時計における９時の方向には、３時の方向とは異な
り張出部分１０１が設けられている。したがって、横長の時計ケース１１を用いたわりに
は、手首を自由に曲げることができ、また、転んでも手の甲を時計ケース１１にぶつけた
りすることもない。

時計ケース１１の内部において、電池５９に対して９時の方向には、図４に一点鎖線で
示すように、ブザー用の偏平な圧電素子５８が配置されている。電池５９は、圧電素子５
８に比較して重いため、装置本体１０の重心位置は、３時の方向に偏った位置にある。こ
の重心が偏っている側にリストバンド１２が接続しているので、装置本体１０を腕に安定
した状態で装着できる。また、電池５９と圧電素子５８とを平面方向に配置してあるため
、装置本体１０を薄型化できる。
これとともに、図５に示すように、裏面部１１９に電池蓋１１８を設けることによって
、ユーザは、電池５９を簡単に交換できる。
図５において、時計ケース１１の１２時の方向には、リストバンド１２の端部に取り付
けられた止め軸１２１を保持するための連結部１０５が形成されている。時計ケース１１
の６時の方向には、腕に巻かれたリストバンド１２が長さ方向の途中位置で折り返される
とともに、この途中位置を保持するための留め具１２２が取り付けられる受け部１０６が
形成されている。

装置本体１０の６時の方向において、裏面部１１９から受け部１０６に至る部分は、時
計ケース１１と一体に成形されて裏面部１１９に対して約１１５［゜］の角度をなす回転
止め部１０８になっている。すなわち、リストバンド１２によって装置本体１０を左の手
首Ｌ（腕）の上面部Ｌ１（手の甲の側）に位置するように装着したとき、時計ケース１１
の裏面部１１９は、手首Ｌの上面部Ｌ１に密着する。これと並行して、回転止め部１０８
は、橈骨Ｒのある側面部Ｌ２に当接する。
この状態で、装置本体１０の裏面部１１９は、橈骨Ｒと尺骨Ｕを跨ぐ感じになる。これ
とともに、回転止め部１０８と裏面部１１９との屈曲部分１０９から回転止め部１０８に
かけては、橈骨Ｒに当接する感じになる。このように、回転止め部１０８と裏面部１１９
とは、約１１５°という解剖学的に理想的な角度をなしているため、装置本体１０を矢印
Ａまたは矢印Ｂの方向に回そうとしても、装置本体１０は、腕の周りで不必要にずれるこ
とがない。
また、裏面部１１９及び回転止め部１０８によって腕の回りの片側２ヵ所で装置本体１
０の回転を規制するだけである。このため、腕が細くても、裏面部１１９及び回転止め部
１０８は確実に腕に接するので、回転止め効果が確実に得られる。さらに、腕が太くても
窮屈な感じがない。

図６は、実施形態の脈拍センサ３０の断面図である。
図６において、脈拍センサ３０は、そのケース体としてのセンサ枠３６の裏側に裏蓋４
０２が被されることによって、内側に部品収納空間４００が構成されている。部品収納空
間４００の内部には、回路基板３５が配置されている。回路基板３５には、ＬＥＤ３１、
フォトトランジスタ３２、その他の電子部品が実装されている。脈拍センサ３０には、ブ
ッシュ４９３によってケーブル２０の端部が固定され、ケーブル２０の各配線は、各回路
基板３５のパターン上にはんだ付けされている。ここで、脈拍センサ３０は、ケーブル２
０が指の根元側から装置本体１０の側に引き出されるようにして指に取り付けられる。し
たがって、ＬＥＤ３１及びフォトトランジスタ３２は、指の長さ方向に沿って配列される
ことになり、そのうち、ＬＥＤ３１は指の先端側に位置し、フォトトランジスタ３２は指
の根元の方に位置する。このように配置すると、外光がフォトトランジスタ３２に届きに
くいという効果がある。

脈拍センサ３０では、センサ枠３６の上面部分（実質的な脈波信号検出部）にガラス板
からなる透光板３４によって光透過窓が形成されている。そして、この透光板３４に対し
て、ＬＥＤ３１及びフォトトランジスタ３２は、それぞれ発光面及び受光面を透光板３４
の方に向けている。このため、透光板３４の外側表面４４１（指表面との接触面／センサ
面）に指表面を密着させると、ＬＥＤ３１は、指表面の側に向けて光を発する。これとと
もに、フォトトランジスタ３２は、ＬＥＤ３１が発した光のうち指の側から反射してくる
光を受光可能である。ここで、透光板３４の外側表面４４１と指表面との密着性を高める
目的に、透光板３４の外側表面４４１は、その周囲部分４６１から突出している構造にな
っている。

本実施形態では、ＬＥＤ３１として、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）
の青色ＬＥＤを用いてあり、その発光スペクトルは、４５０ｎｍに発光ピークを有してい
る。さらにＬＥＤ３１の発光波長領域は、３５０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲にある。
かかる発光特性を有するＬＥＤ３１に対応させて、本例では、フォトトランジスタ３２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ている。フ
ォトトランジスタ３２自身の受光波長領域は、主要感度領域が３００ｎｍから６００ｎｍ
までの範囲にあって、３００ｎｍ以下にも感度領域がある。

このように構成した脈拍センサ３０を、センサ固定用バンド４０によって指の根元に装
着し、この状態で、ＬＥＤ３１から指に向けて光を照射すると、この光が血管に届いて血
液中のヘモグロビンによって光の一部が吸収され、一部が反射する。指（血管）から反射
してきた光は、フォトトランジスタ３２によって受光され、その受光量変化が血量変化（
血液の脈波）に対応する。すなわち、血量が多いときには、反射光が弱くなる一方、血量
が少なくなると、反射光が強くなるので、反射光強度の変化を検出すれば、脈拍数を含む
各種生体情報などを計測できる。

また、本実施形態では、ＬＥＤ３１の発光波長領域とフォトトランジスタ３２の受光波
長領域との重なり領域である約３００ｎｍから約６００ｎｍまでの波長領域、すなわち、
約７００ｎｍ以下の波長領域における検出結果に基づいて生体情報を表示する。
このような構成を採っている理由は、外光が指の露出部分にあたっても、外光に含まれ
る光のうち波長領域が７００ｎｍ以下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ３２
（受光部）にまで到達しないからである。これは、外光に含まれる波長領域が７００ｎｍ
以下の光は、指を透過しにくい傾向にあるためである。したがって、外光がセンサ固定用
バンド４０で覆われていない指の部分に照射されても、指を通ってフォトトランジスタ３
２まで届かず、測定結果に影響を与えることがないのである。
また、約７００ｎｍ以下の波長領域の光を利用して、脈波情報を得ているので、血量変
化に基づく脈波信号のＳ／Ｎ比が高い。この理由としては、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従来の検出光である波長が８
８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大きいからと考えられる。
したがって、血量変化に感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波の検出率（Ｓ／Ｎ
比）が高くなるのであると考えられる。

図７は、制御部周辺の概要構成ブロック図である。
制御部５は、大別すると、脈拍センサ３０からの入力結果に基づいて脈拍数などを求め
る脈波データ処理部５００と、体動センサ３０２からの入力結果に基づいてピッチを求め
るピッチデータ処理部５０１と、動作クロック信号を生成するクロック生成部５０２と、
制御部全体を制御するコントロール部５０３と、が構成されている。
脈波データ処理部５００は、大別すると、脈波信号増幅回路３０３と、脈波波形整形回
路３０６と、を独自に備え、ピッチデータ処理部５０１と共有してＡ／Ｄ変換回路３０５
を備えている。
脈波信号増幅回路３０３は、脈拍センサ３０の出力である脈波信号を増幅して脈波増幅
信号をＡ／Ｄ変換回路３０５および脈波波形整形回路３０６に出力する。
脈波波形整形回路３０６は、脈波増幅信号の波形整形を行ってコントロール部５０３に
出力する。

Ａ／Ｄ変換回路３０５は、脈波増幅信号のＡ／Ｄ変換を行って脈波データとしてコント
ロール部５０３に出力する。
ピッチデータ処理部５０１は、大別すると、体動信号増幅回路３０４と、体動波形整形
回路３０７と、を独自に備え、上述したように脈波データ処理部５００と共有してＡ／Ｄ
変換回路３０５を備えている。
体動信号増幅回路３０４は、体動センサ３０２の出力である体動信号を増幅して体動増
幅信号をＡ／Ｄ変換回路３０５および体動波形整形回路３０７に出力する。
体動波形整形回路３０７は、体動増幅信号の波形整形を行ってコントロール部５０３に
出力する。
Ａ／Ｄ変換回路３０５は、体動増幅信号のＡ／Ｄ変換を行って体動データとしてコント
ロール部５０３に出力する。

クロック生成部５０２は、大別すると、発振回路３１２および分周回路３１３を備えて
いる。
発振回路３１２は、水晶発振器などを備え、コントロール部５０３にクロック信号を基
準動作クロックとして供給するとともに、クロック信号から計時用クロック信号を生成さ
せるべく、分周回路３１３に供給する。
分周回路３１３は、供給されたクロック信号を分周して、各種の計時用クロック信号を
生成してコントロール部５０３に供給する。
コントロール部５０３は、大別すると、ＭＰＵ３０８と、ＲＡＭ３０９と、ＲＯＭ３１
０と、通信部３１１と、を備えている。

ＭＰＵ３０８は、ＲＯＭ３１０内に格納された制御プログラムに基づいて制御部５全体
、ひいては、生体情報処理装置１全体を制御する。
ＲＡＭ３０９は、脈波データ、体動データを含む各種データを一時的に格納し、作業領
域として用いられる。
ＲＯＭ３１０は、ＭＰＵ３０８、ひいては、生体情報処理装置１全体を制御するための
制御プログラムを予め格納している。
通信部３１１は、ＭＰＵ３０８の制御の下、通信用コネクタを介して接続された外部機
器と、データの送受信を行う。すなわち、外部機器に測定データを出力したり、外部機器
から当該生体情報処理装置１の設定データの入力をしたりすることが可能となっている。

ここで、具体的な消費カロリー量の算出動作説明に先立ち、本実施形態の消費カロリー
量算出方法について説明する。
まず、本実施形態の適用にあたり、前提条件として以下の要件を満たしているものとす
る。
・本実施形態では、消費カロリー量を酸素摂取量から算出しているため、脈拍数が
運動強度に比例するものとして取り扱える範囲内にあること。

脈拍数が低い場合、あるいは、高い場合には比例しない場合があるのは、運動量が少な
く脈拍数が低い場合には、脈拍数には心理的な影響が大きく現れ、酸素摂取能力の限界を
超えて脈拍数が高くなる場合があるからである。
・年齢、性別、運動能力などによる脈拍数の個人差が存在している。
また、以下の説明においては、安静時脈拍数とは、測定開始時の安静座位、かつ、脈拍
数安定状態で測定した最低脈拍数のこととしている。しかしながら、同一条件で安定的に
図れるのであれば、これに限られるものではない。

次に、相対脈拍数と相対酸素摂取量の関係について説明する。
図８は、実施形態の相対脈拍数と相対酸素摂取量の関係説明図である。
本実施形態においては、被験者の脈拍数をＨＲとし、被験者の安静時の脈拍数である安
静時脈拍数をＨＲｒｅｓｔとし、被験者の年齢の関数として定義した最大脈拍数をＨＲｍ
ａｘを（１）式により算出している。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ ……（１）
ここで、ＡＧＥは、被験者の年齢である。

次に相対酸素摂取量ＲＶＯ₂ｍａｘと酸素摂取量ＶＯ₂の関係について説明する。
本実施形態において、酸素摂取量ＶＯ₂は、最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘとし、基礎代
謝量としての安静時酸素摂取量をＶＯ₂ｒｅｓｔとして、（２）式により定義している。
ここで、最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘは、予めユーザが入力装置１１０を介して入力し
、設定しておくものとする。

（２）式において、安静時酸素摂取量をＶＯ₂ｒｅｓｔについては、ハリス・ベネディ
クト方程式を利用している。

具体的には、１日当たりの安静時酸素摂取量ＶＯ₂ｒｅｓｔは、体重をＷ、身長をＴ、
年齢をＡＧＥとした場合に、性別毎に以下のように定義されている。
男性：ＶＯ₂ｒｅｓｔ＝６６．４７＋（１３．７５・Ｗ）
＋（５．０・Ｔ）−（６．７６×ＡＧＥ）
女性：ＶＯ₂ｒｅｓｔ＝６６．５１＋（９．５６・Ｗ）
＋（１．８５・Ｔ）−（４．６８×ＡＧＥ）

上記式における安静時酸素摂取量ＶＯ₂ｒｅｓｔは、１日当たりであるので、実際の消
費カロリー量を算出する場合には、１分当たりの安静時酸素摂取量ＶＯ₂ｒｅｓｔに変換
して処理を行っている。すなわち、得られた値に１／（２４×６０）を乗じた値を用いて
いる。

次に被験者であるユーザの体重Ｗを考慮し、酸素摂取量ＶＯ₂（単位ｍｌ／ｋｇ／ｍｉ
ｎ）から消費カロリー量Ｃ（単位ｋｃａｌ／ｍｉｎ）を算出している。
具体的には、１リットル酸素を摂取した場合における消費カロリーを５ｋｃａｌとし、
同一の酸素摂取量ＶＯ₂（（２）式参照）に相当する脈拍数継続時間をｔとした場合に、
次に示す（３）式により消費カロリー量Ｃを算出している。

次に上記各式を適用した場合の実施形態の動作について説明する。
図７は、実施形態の生体情報処理装置の消費カロリー量算出処理フローチャートである
。
まず、生体情報処理装置１のＭＰＵ３０８は、脈拍数ＨＲを計測する（ステップＳ１１
）。

ここで、脈拍数ＨＲの計測について詳細に説明する。
まず、ＭＰＵ３０８は、脈拍センサ３０と体動センサ３０２の出力信号を取得する。
具体的には、脈拍センサ３０は生体から脈波を検出し、検出した脈波信号を脈波信号増
幅回路３０３に出力する。脈波信号増幅回路３０３は、入力された脈波信号を増幅し、Ａ
／Ｄ変換回路３０５及び脈波波形整形回路３０６に出力する。脈波波形整形回路３０６は
、脈波信号を整形し、ＭＰＵ３０８に出力する。
一方、体動センサ３０２は、ユーザの動きを検出し、検出した体動信号を体動信号増幅
回路３０４に出力する。体動信号増幅回路３０４は、体動信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路
３０５及び体動波形整形回路３０７に出力する。体動波形整形回路３０７は、体動信号を
整形し、ＭＰＵ３０８に出力される。
これらの結果、Ａ／Ｄ変換回路３０５は脈波信号および体動信号をそれぞれＡ／Ｄ変換
し、脈波データおよび体動データとしてＭＰＵ３０８に出力する。

続いてＭＰＵ３０８は、脈波データおよび体動データに基づいて高速フーリエ変換（Ｆ
ＦＴ）処理を行い、脈波データおよび体動データのＦＦＴ処理の結果から、脈拍成分Ｆｍ
および体動成分Ｆｔを抽出する。
次にＭＰＵ３０８は、体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい
値よりも大きいか否かを判別する。
そして、体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい値よりも大き
い場合には、今回の脈拍数については、体動成分が多すぎて不可能であるので、計測不能
とする。
一方、体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい値以下である場
合には、脈拍成分Ｆｍから体動成分Ｆｔを除去したものを本来の脈拍成分Ｆｍとする。
具体的には、
Ｆｍ＝Ｆｍ−Ｆｔ
という処理を行う。すなわち、脈波信号だけに存在する周波数成分を取り出す。

そして、取り出された脈拍成分Ｆｍの中の最大の周波数成分を脈拍スペクトルとする。
次にＭＰＵ３０８は、抽出した脈拍スペクトルの周波数に基づいて、脈拍数ＨＲを算出
することとなる。
続いてＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ₂を（５）式により算出する（ステップ
Ｓ１３）。この場合に、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ₂を（５）式により算出
するに際し、上述したハリス・ベネディクト方程式により安静時酸素摂取量ＶＯ₂ｒｅｓ
ｔ（＝基礎代謝量）を算出する。

そして、算出した安静時酸素摂取量ＶＯ₂ｒｅｓｔに基づいて、現在の酸素摂取量ＶＯ₂
を（４）式により算出する。

続いて、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ₂から消費カロリー量Ｃを算出する（
ステップＳ１７）。
具体的には、（５）式により消費カロリー量Ｃを算出する。

そして、この運動状態を１時間続けた場合には、総カロリー消費量ＣＴとして、
ＣＴ＝Ｃ×６０
を算出し、算出結果である総カロリー消費量ＣＴ（ｋｃａｌ／ｈ）が、図４に示すように
、液晶表示装置１３に表示されることとなる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、脈拍数から運動に伴うカロリー消費量を自
動的に算出するので、専門的知識及び複雑で高価な測定機器を必要とせずにユーザは自己
が行っている運動のカロリー消費量を容易に把握することができる。
また、脈拍数の測定が行えれば、演算処理だけでカロリー消費量を算出することができ
るので、装置の小型化および製造コストの低減が図れる。
さらに、カロリー消費量の算出には、相対酸素摂取量を用いているので、各ユーザの個
人差、すなわち、各ユーザの体力差を考慮した誤差の少ないカロリー消費量を算出するこ
とができる。

図９は、年齢／性別−最大酸素摂取量対応テーブルの説明図である。
以上の説明においては、最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘをユーザが入力装置１１０を介
して予め入力し、設定しておく場合について述べたが、図９に示すように、年齢／性別−
最大酸素摂取量対応テーブルＴＢ２を予め記憶し、この年齢／性別−最大酸素摂取量対応
テーブルＴＢ２を参照して、入録された年齢および性別に基づいて最大酸素摂取量ＶＯ₂
ｍａｘを設定するように構成することも可能である。
この構成によれば、ユーザが最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘを把握していない場合であ
っても、より正確な計測結果を容易に得ることができる。
また、一定の運動負荷を与えるプログラムをユーザ（被験者）に課して脈拍数を測定し
、予め定めた脈拍数と最大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａｘとの関係に基づいて、当該ユーザの最
大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａｘを決定し、設定するように構成することも可能である。
この構成によれば、ユーザが最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘを把握していない場合であ
っても、ユーザが自分で入力する場合や、年齢および性別に基づいて設定する場合と比較
して、より当該ユーザに最適な最大酸素摂取量をＶＯ₂ｍａｘを用いて計測を行うことが
可能となる。

以上の説明においては、生体情報処理装置を制御するための制御プログラムが予めＲＯ
Ｍに記憶されている場合について説明したが、各種磁気ディスク、光ディスク、メモリカ
ードなどの記録媒体に制御用プログラムを予め記録し、これらの記録媒体から読み込み、
インストールするように構成することも可能である。また、通信インターフェースを設け
、インターネット、ＬＡＮなどの通信ネットワークを介して制御用プログラムをダウンロ
ードし、インストールして実行するように構成することも可能である。

脈拍数と酸素摂取量との関係説明図である。実施形態の生体情報処理装置の構成を示す説明図である。生体情報処理装置の脈拍センサ近傍の断面図である。生体情報処理装置の装置本体を、リストバンドやケーブルなどを外した状態で示す平面図である。生体情報処理装置を腕時計における３時の方向からみた側面図である。実施形態の脈拍センサの断面図である。制御部周辺の概要構成ブロック図である。実施形態の生体情報処理装置の消費カロリー量算出処理フローチャートである。年齢／性別−最大酸素摂取量対応テーブルの説明図である。

符号の説明

１…生体情報処理装置、５…制御部、１０…装置本体、１１…時計ケース、１２…リス
トバンド、１３…液晶表示装置、２０…ケーブル、３０…脈拍センサ、３０２…体動セン
サ、３０３…脈波信号増幅回路、３０４…体動信号増幅回路、３０５…Ａ／Ｄ変換回路、
３０６…脈波波形整形回路、３０７…体動波形整形回路、３０８…ＭＰＵ、３０９…ＲＡ
Ｍ、３１０…ＲＯＭ、３１１…発振回路、３１２…分周回路、５００…脈波データ処理部
、５０１…ピッチデータ処理部、５０２…クロック生成部、５０３…コントロール部、Ｈ
Ｒ…脈拍数、ＨＲｍａｘ…最大脈拍数、ＨＲｒｅｓｔ…安静時脈拍数、ＲＨＲｍａｘ…相
対脈拍数。

Claims

被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出部と、
前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所定の安静時脈拍数、最大脈拍数、安静時酸素
摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、算出した前記酸素摂取量に
基づいて消費カロリー量を算出する消費カロリー算出部と、
を備えたことを特徴とする生体情報処理装置。
請求項１記載の生体情報処理装置において、
前記消費カロリー算出部は、次式により消費カロリー量Ｃを算出することを特徴とする
生体情報処理装置。

ここで、ＨＲは前記脈拍数、ＨＲｒｅｓｔは前記安静時脈拍数、ＨＲｍａｘは前記被験
者の最大脈拍数、ＶＯ２ｒｅｓｔは前記被験者の安静時酸素摂取量、Ｗは前記被験者の体
重である。
請求項１または請求項２記載の生体情報処理装置において、
前記最大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａｘは、外部からユーザが入力した値が設定され、若しく
は、年齢、性別あるいは運動能力のうち少なくとも年齢と前記最大酸素摂取量ＶＯ₂ｍａ
ｘとの対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して設定されることを特徴とする生体
情報処理装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の生体情報処理装置において、
前記安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔは、外部からユーザが入力した値が設定され、若しくは
、年齢、性別あるいは運動能力のうち少なくとも年齢と前記安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔと
の対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して設定されることを特徴とする生体情報
処理装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の生体情報処理装置において、
前記消費カロリー量算出部が算出した消費カロリーを消費カロリーデータとして記憶す
る消費カロリーデータ記憶部を備えたことを特徴とする生体情報処理装置。
被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出部を有する生体情報処理装置の制御方法において
、
前記脈波数検出部により、前記被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出過程と、
前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所定の安静時脈拍数、最大脈拍数、安静時酸素
摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出し、算出した前記酸素摂取量に
基づいて消費カロリー量を算出する消費カロリー算出過程と、
を備えたことを特徴とする生体情報処理装置の制御方法。
被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出部を有する生体情報処理装置をコンピュータによ
り制御するための制御プログラムにおいて、
前記脈波数検出部により、前記被験者の脈拍数を検出させ、
前記脈拍数並びに前記被験者に対応する所定の安静時脈拍数、最大脈拍数、安静時酸素
摂取量および最大酸素摂取量に基づいて酸素摂取量を算出させ、
前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出させる、
ことを特徴とする制御プログラム。