JP2015213686A - 生体情報測定装置およびこの装置を備える生体情報測定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生体情報測定装置1は、手首に光を照射する発光部22、および、発光部22が手首に照射した際の反射光を受光する受光部23を有し、受光部23が受光する反射光に基づいて手首の脈波を検出する脈波検出部21、ならびに、使用者の体動を検出する体動検出部を有する装置本体10を備えている。生体情報測定装置1は、脈波検出部21により検出された脈波に基づいて自律神経機能を判定する。
【選択図】図1
Description
〔1〕本生体情報測定装置の独立した一形態によれば、生体に光を照射する発光部、および、前記発光部が前記生体に照射した際の反射光を受光する受光部を含み、前記受光部が受光する前記反射光に基づいて前記生体の脈波を検出する脈波検出部を含む装置本体を備え、前記装置本体は、前記脈波検出部が検出した前記生体の脈波情報に基づいて自律神経機能を判定する。
この生体情報測定装置によれば、生体の体動が閾値以上のとき、生体の体動が脈波の検出に与える影響が大きいため、発光部の発光を停止して脈波の検出を停止する。これにより、生体の体動が脈波の検出に影響を与えることが抑制される。
この生体情報測定装置によれば、例えば脈波の測定時に生体の体動が激しく、装置本体が生体に対してずれてしまうことにより装置本体と生体との間で発光部の光が漏れるような場合、発光部の発光量を多くする。このため、生体の脈波の検出精度の低下を抑制することができる。また脈波の測定時に生体の体動が激しくない、または生体が体動していないことにより、装置本体が生体に対してずれにくいことにより装置本体と生体との間で発光部の光が漏れないような場合、発光部の発光量を少なくする。このため、装置本体の消費電力を少なくすることができる。
この生体情報測定装置によれば、複数の日数にわたり生体の脈波を測定する場合、毎日同じ時間に生体の脈波を検出するため、日内変動の影響を低減することができる。
図1を参照して、生体情報測定装置1の構成について説明する。
図1(a)に示されるように、生体情報測定装置1は、装置本体10と、装置本体10の両側に取り付けられた一対の装着部30とを備えている。装着部30の一例は、ベルトである。装置本体10の表面10Aには、液晶ディスプレイとなる表示部11が設けられている。装置本体10の側面10Cには、操作ボタンとなる入力部12が設けられている。また、図1(b)に示されるように、装置本体10の裏面10Bには、使用者の脈波を測定する脈波検出部21の発光部22および受光部23が設けられている。発光部22および受光部23は、互いに隣り合っている。
発光部22が手首に光を照射した場合、心拍にともないヘモグロビンの量が変化することに起因して、手首からの反射光量が変化する。受光部23は、反射光を受光し、反射光量に応じた受光信号を生成する。この受光信号は、受光部23が受光する反射光量(以下、「受光量」)が心拍にともなう血液の脈動により変化するため、脈動のサイクルに応じて変化する。このため、脈波検出部21は、受光信号の変化に基づいて脈波を検出する。
装置本体10は、脈波検出部21、体動検出部24、制御部25、演算部26、記憶部27、時刻計測部28、および、電源部29を備えている。装置本体10は、歩数および睡眠時間の計測と、脈波、歩数、および、睡眠時間に基づいて自律神経機能の低下およびその低下の原因の判定(以下、「自律神経機能の判定」)とを行う。
制御部25は、発光部22の駆動回路22Bを制御する発光制御回路25A、および、時間を計測するタイマー25Bを備えている。制御部25は、所定のサンプリング周期において体動検出部24の体動信号を取り込む。制御部25は、制御モードとして、自律神経機能の判定を行う測定モード、睡眠時間を計測する睡眠モード、および、自律神経機能の判定および睡眠時間の計測を行わない待機モードを含む。制御部25は、入力部12の操作に基づいて、各制御モードを切り替える。
活動状態判定部26Bは、体動検出部24の体動信号が所定の閾値Tr以上か否かを判定する。この閾値Trは、使用者が歩行等の運動を行ったと判別するための値であり、試験等により予め設定されている。
・・・(1)
そして、自律神経指標演算部26Cは、式(1)で演算されたPI値の確率分布に基づいて、エントロピー値Eを次の式(2)に基づいて演算する。なお、式(2)におけるp(i)は、PI値の確率分布である。
・・・(2)
上記式(2)に示すように、2個以上となるN個のp(i)を用いるため、N個の心拍間隔PPのデータが必要となる。
自律神経機能判定部26Dは、まず歩数と自律神経活動度との相関係数が閾値Ts以上か否かを判定する。自律神経機能判定部26Dは、相関係数が閾値Ts以上のとき、歩数が自律神経機能の低下の原因であると判断する。次に、自律神経機能判定部26Dは、睡眠時間と自律神経活動度との相関関係が閾値Ts以上か否かを判定する。自律神経機能判定部26Dは、相関係数が閾値Ts以上のとき、睡眠時間が自律神経機能の低下の原因であると判断する。なお、閾値Tsは、試験等により予め設定される。一例として、図4(a)および(b)の散布図に示されるように、睡眠時間が歩数よりも自律神経機能との相関係数が高く、かつ、相関係数が閾値Ts以上のとき、自律神経機能判定部26Dは、睡眠時間が自律神経機能の低下の原因であると判定する。
表示部11は、図3(a)〜(c)に示される10日分の自律神経活動度、歩数、および、睡眠時間を棒グラフ、図4(a)および(b)に示される自律神経活動度と歩数との関係の散布図、ならびに、自律神経活動度と睡眠時間との関係の散布図を表示する。また表示部11は、自律神経機能の判定結果およびアドバイス情報を表示する。表示部11は、入力部12の操作によりスクロールして表示することができる。
装置本体10は、ステップS17において肯定判定のとき、ステップS18においてアドバイス情報を生成する。アドバイス情報は、ステップS17において判定された自律神経機能の低下の原因に基づいて記憶部27から取り出される。自律神経機能の低下の原因が睡眠時間の場合、一例として、「あなたはこの10日間、睡眠時間によって自律神経活動が影響されやすくなっています。睡眠時間を十分にとり、ストレスをためないように心がけましょう。」旨のアドバイス情報が記憶部27から取り出される。
一方、装置本体10は、ステップS16およびステップS17の一方において否定判定のとき、ステップS19に移行する。
自律神経機能は、睡眠不足および運動不足によるストレスの増加、または過剰な運動による疲労に起因したストレスの増加により低下する場合がある。
(1)生体情報測定装置1の装置本体10は、脈波検出部21および体動検出部24を備え、自律神経機能の低下および自律神経機能の低下の原因を判定している。このため、従来の自律神経機能診断装置のように脈波を検出するための心電図モニター、および、自律神経機能を判定するための制御装置を装置本体とは個別に形成しなくてもよい。したがって、使用者が生体情報測定装置1を携帯することができる。そして、使用者は、装着部30により装置本体10を手首に装着した状態で自律神経機能の判定を行う。これにより、使用者は、自律神経機能を判定しているときでも両手が空くため、日常生活を送るのに支障が出ることが抑制される。
図7および図8を参照して、実施の形態2の生体情報測定装置1について説明する。本実施の形態の生体情報測定装置1の自律神経機能の判定は、実施の形態1の自律神経機能の判定と比較して、現在の時刻および体動信号に基づいて脈波検出部21の発光部22の動作を制御する点および体動信号に基づいて発光部22の発光を制御する点が異なる。以下では、実施の形態1の生体情報測定装置1と異なる点について詳細に説明し、実施の形態1の生体情報測定装置1と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
(5)自律神経機能には、日内変動があることが知られている。このため、自律神経機能の判定は、日内変動の影響を小さくするため、1日のうちの決められた時間に行うことが好ましい。そこで、生体情報測定装置1は、時刻計測部28により計測された時刻に基づいて予め設定された時間に自律神経機能の判定を行う。このため、自律神経機能の判定において日内変動の影響を抑制することができる。
図9を参照して、実施の形態3の生体情報測定装置1について説明する。本実施の形態の生体情報測定装置1は、実施の形態1の生体情報測定装置1に対して制御部25による脈波検出部21の発光部22の制御内容が異なる。以下では、実施の形態1の生体情報測定装置1と異なる点について詳細に説明し、実施の形態1の生体情報測定装置1と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。なお、以下の説明において、符号が付された生体情報測定装置1の各構成要素は、図1および図2の生体情報測定装置1の各構成要素を示す。
制御部25には、図9に示されるような体動信号と発光部22の駆動回路22BのオンDUTY比との関係を示すマップが記憶されている。図9のマップは、体動信号が大きくなるにつれて駆動回路22BのオンDUTY比が大きくなる関係を示している。制御部25は、図9のマップに基づいて、発光制御回路25Aにより駆動回路22Bに出力するオンDUTY比を生成する。これにより、駆動回路22BがオンDUTY比に基づいて発光部22を駆動させるため、発光部22の発光量が体動信号に基づいて制御される。
使用者が生体情報測定装置1を手首に装着した腕を動かしたとき、装置本体10が手首からずれることにより発光部22の光が手首と装置本体10との間から漏れる場合、および、太陽光等の外部の光が手首と装置本体10との間に侵入する場合がある。このような光の漏れおよび外部の光の侵入は、腕の動きが激しくなるにつれて、すなわち体動信号が大きくなるにつれて多くなる。このため、発光部22の発光量が一定としたとき、体動信号が大きくなるにつれて手首に照射される光が少なくなるため、受光部23の受光量が少なくなる。また、体動信号が大きくなるにつれて手首と装置本体10との間に侵入する外部の光の量が多くなるため、受光部23の反射光に基づく受光信号に含まれるノイズが多くなり、受光信号に対するノイズの割合が多くなる。これにより、演算部26が受光量に応じた受信信号を精度よく取り込むことが困難となる。その結果、受光信号の極大値を精度よく検出することが困難となるため、心拍間隔PPの測定の精度が低下するおそれがある。
(7)生体情報測定装置1は、体動信号が大きくなるにつれて発光部22の発光量を多くすることにより心拍間隔PPの測定の精度の低下を抑制している。このため、心拍間隔PPに基づく自律神経活動度の演算値の精度の低下が抑制されるため、自律神経機能の判定の精度の低下が抑制される。したがって、使用者が例えば運動しているときでも自律神経機能の判定を行うことができる。
図10および図11を参照して、実施の形態4の生体情報測定装置1について説明する。本実施の形態の生体情報測定装置1は、実施の形態1の生体情報測定装置1に対して制御部25による脈波検出部21の受光部23の制御内容が異なる。以下では、実施の形態1の生体情報測定装置1と異なる点について詳細に説明し、実施の形態1の生体情報測定装置1と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
(8)実施の形態3においても説明したように、体動信号が大きくなるにつれて受光部23の受光量が少なくなるため、受光信号が小さくなる。そこで、生体情報測定装置1は、体動信号が大きくなるにつれてアンプ23Dのゲインを大きくする。このため、受光量が少なくなるにつれてアンプ23Dのゲインを大きくすることにより受光信号が小さくなること、および受光信号に対するノイズの割合が大きくなることが抑制される。したがって、心拍間隔PPの測定の精度が低下することが抑制される。したがって、心拍間隔PPに基づく自律神経活動度の演算値の精度が低下することが抑制されるため、自律神経機能の判定の精度の低下が抑制される。
図12を参照して、実施の形態5の生体情報測定装置1について説明する。本実施の形態の生体情報測定装置1は、実施の形態1の生体情報測定装置1に対して、生体情報測定装置1と外部機器の一例としての携帯型情報端末50とを通信させる構成である点で異なる。以下では、実施の形態1の生体情報測定装置1と異なる点について詳細に説明し、実施の形態1の生体情報測定装置1と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。なお、以下の説明において、符号が付された生体情報測定装置1の各構成要素は、図1および図2の生体情報測定装置1の各構成要素を示す。
(9)携帯型情報端末50の表示部51により生体情報測定装置1の情報が表示されるため、装置本体10の表示部11に生体情報測定装置1の情報が表示される場合と比較して、各情報を大きく表示することができる。したがって、使用者が携帯型情報端末50を介して自律神経機能の判定結果等の情報を確認しやすい。
図13を参照して、生体情報測定システム2について説明する。本実施の形態の生体情報測定システム2は、生体情報測定装置1および外部機器60を備える。本実施の形態の生体情報測定装置1は、実施の形態5の生体情報測定装置1と比較して、制御構成が異なる。以下では、実施の形態1の生体情報測定装置1と異なる点について詳細に説明する。また、実施の形態1の生体情報測定装置1と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
生体情報測定装置1の装置本体10における制御部25が使用者による入力部12の操作により測定モードに設定されたとき、発光部22の発光および受光部23の受光が開始される。そして装置本体10は、受光信号に基づいて演算された心拍間隔PPおよび体動検出部24の体動信号に基づいて演算された歩数および睡眠時間を記憶する。
(10)使用者が心拍間隔PPと歩数および睡眠時間とを外部機器60に通信することにより外部機器60が自律神経機能を判定する。これにより、生体情報測定装置1が従来の自律神経機能診断装置のように脈波を検出するための心電図モニター、および、自律神経機能を判定するための制御装置を備えなくてもよい。このため、使用者が生体情報測定装置1を携帯することができる。そして、使用者が外部機器60を携帯しなくても装置本体10に記憶された心拍間隔PPと歩数および睡眠時間とを通信すれば外部機器60が自律神経機能を判定することができる。このため、生体情報測定システム2では、生体情報測定装置1のみを携帯すればよい。したがって、使用者は、自律神経機能を判定しているときでも両手が空くため、日常生活を送るのに支障が出ることが抑制される。
本生体情報測定装置および本生体情報測定システムが取り得る具体的な形態は、上記各実施形態に例示された形態に限定されない。本生体情報測定装置および本生体情報測定システムは、本発明の目的が達成される範囲において、上記各実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記各実施形態の変形例は、本生体情報測定装置および本生体情報測定システムが取り得る各種の形態の一例である。
・実施の形態2の生体情報測定装置1は、自律神経機能の判定において、予め設定された時間を1日当たり1回の時間としてもよい。
・実施の形態5の携帯型情報端末50は、スマートフォンに代えて、タブレット型の情報端末またはラックトップ型のPCであってもよい。また携帯型情報端末50を含む外部機器は、携帯型に限定されず、デスクトップ型のPCまたはその他の据え置き型の情報端末であってもよい。
・実施の形態1〜6の発光素子22Aは、複数の発光ダイオードを有してもよい。
・実施の形態1〜6の記憶部27は、RAMに代えて、ハードディスク、フラッシュメモリー、または、SSD(solid state drive)であってもよい。
・実施の形態1〜6の活動指標演算部26Aは、活動状態として、METs(Metabolic equivalents)および消費カロリーの少なくとも一方を演算してもよい。そして、第1〜実施の形態5の装置本体10および実施の形態6の外部機器60は、METsおよび消費カロリーと、自律神経活動度との関係に基づいて、自律神経機能の低下の原因の判定にMETsおよび消費カロリーを用いてもよい。
・実施の形態1〜6の自律神経機能判定部26Dは、活動指標としての睡眠時間、睡眠効率、歩数、および、消費カロリーと、自律神経指標としての自律神経活動度および自律神経バランスに基づいて総合的な判定をしてもよい。一例として、図14に示されるように、自律神経機能判定部26Dは、睡眠時間、睡眠効率、歩数、消費カロリー、自律神経活動度、および、自律神経バランスを5段階で評価し、レーダーチャートを作成する。図14では、今年の総合評価(実線)と昨年の総合評価(二点鎖線)とを比較表示している。そして自律神経機能判定部26Dは、今年の総合評価である実線により囲まれた面積、および、昨年の総合評価である二点鎖線により囲まれた面積を演算することにより、今年および昨年の総合判定値を演算する。この総合判定値は、上記面積が大きくなるにつれて総合評価がよいことを示す。また、自律神経機能判定部26Dは、今年の総合評価の面積および昨年の総合評価の面積を比較することにより、今年の評価が昨年の評価よりも総合評価が改善したか否かを判定する。
・実施の形態2の脈波検出部21は、実施の形態3の発光部22および実施の形態3の受光部23の少なくとも一方を適用してもよい。
・実施の形態5は、実施の形態1の生体情報測定装置1に代えて、実施の形態2〜4の生体情報測定装置1を適用してもよい。
2…生体情報測定システム
10…装置本体
21…脈波検出部
22…発光部
23…受光部
23B…増幅回路
24…体動検出部
40…通信部
50…携帯型情報端末(外部機器)
60…外部機器
Claims (11)
- 生体に光を照射する発光部、および、前記発光部が前記生体に照射した際の反射光を受光する受光部を含み、前記受光部が受光する前記反射光に基づいて前記生体の脈波を検出する脈波検出部を含む装置本体を備え、
前記装置本体は、前記脈波検出部が検出した前記生体の脈波情報に基づいて自律神経機能を判定する
生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記生体の体動を検出する体動検出部を備え、前記体動検出部により検出された前記生体の体動情報に基づいて、前記脈波検出部を制御する
請求項1に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記体動検出部により検出された前記生体の体動が閾値以上のとき、前記発光部の発光を停止する
請求項2に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記体動検出部により検出された前記生体の体動が大きくなるにつれて前記発光部の発光量を多くする
請求項2または3に記載の生体情報測定装置。 - 前記受光部は、受光した前記反射光に応じた信号を増幅する増幅回路を備え、
前記増幅回路は、前記体動検出部により検出された前記生体の体動が大きくなるにつれて前記信号を大きくする
請求項2〜4のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、予め設定された時間に前記脈波検出部により前記生体の脈波を検出する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記生体の体動を検出する体動検出部を備え、前記脈波検出部により検出された前記生体の脈波情報、および、前記体動検出部により検出された前記生体の体動情報に基づいて、前記自律神経機能を判定する
請求項1〜6のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記体動検出部により検出された前記生体の体動情報に基づいて活動状態を測定し、前記活動状態と前記自律神経機能とに基づいて、前記自律神経機能の低下の原因となる活動状態の種類を判定する
請求項7に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、前記自律神経機能の低下の原因となる活動状態の種類の判定結果に基づいて、前記自律神経機能の低下を改善するための情報を提供する
請求項8に記載の生体情報測定装置。 - 前記装置本体は、外部機器に通信する通信部を備え、前記自律神経機能の判定結果を前記外部機器に表示させるため、前記通信部により前記自律神経機能の判定結果を前記外部機器に通信する
請求項7〜9のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 - 生体に光を照射する発光部、および、前記発光部が前記生体に照射した際の反射光を受光する受光部を含み、前記受光部が受光する前記反射光に基づいて前記生体の脈波を検出する脈波検出部を含む装置本体を備える生体情報測定装置と、
前記生体情報測定装置と通信可能な外部機器と
を備える生体情報測定システムであって、
前記装置本体は、前記脈波検出部により検出された前記生体の脈波情報を前記外部機器に通信する通信部を備え、
前記外部機器は、
前記通信部より通信された前記生体の脈波情報に基づいて自律神経機能を判定する
生体情報測定システム。
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