JP3905536B2

JP3905536B2 - 脈拍計の制御方法

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Publication number: JP3905536B2
Application number: JP2004330575A
Authority: JP
Inventors: 博之小田切; 尚昭安川
Original assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: JP2005095653A

Description

本発明は、連続的に脈拍を測定する脈拍計に関し、詳しくは体動による脈拍計測値の乱れを除去しながら、長時間連続的に脈拍を測定および記録等が可能な脈拍計に関する。

ウオーキングやジョギング等の手軽にできるスポーツにより自己の健康管理を行おうとする人々が増加している。また、スポーツの場面以外でも日常の脈拍を測定することで健康管理の指標にする人々が増加して来ている中で、脈拍計は、それらの人々に広く利用されている。

図３は、従来の脈拍計の動作を示す機能ブロック図である。脈拍検出手段３０１は、脈拍信号を検出し、検出した脈拍信号を脈拍増幅手段３０２に出力する。脈拍増幅手段３０２は入力された脈拍信号を増幅し波形整形して脈拍数演算手段３０４に出力する。脈拍数演算手段３０４は、計時手段３０３から入力される基準時間信号を基準として、脈拍増幅手段３０２から入力される脈拍の周期信号を一分当たりの脈拍数に換算する。

表示手段３０５は、脈拍数演算手段３０４で演算された脈拍数を表示すると共に、計時手段３０３で計時されている時刻データも表示する。入力手段３０６は、脈拍計測を行う時に操作されるスイッチであり、その出力は脈拍検出制御手段３０７に接続される。脈拍検出制御手段３０７は、入力手段３０６からの入力にしたがって脈拍検出手段３０１、脈拍増幅手段３０２、脈拍数演算手段３０４の動作・非動作を制御する。

しかし、従来の脈拍計においては、使用者が脈拍計測を行いたい時、スイッチ操作をして脈拍検出機能を動作させ、それまでの作業を中断して意識して脈拍計測を行う必要があった。この様に瞬間の脈拍数しか計れない理由として、運動時の脈を捕らえるのが極めて難しい事が挙げられる。

図４に安静時に心電波形と同時に指先で捕らえた脈波波形を示す。安静時に於いては、心電波形よりやや遅れて奇麗な脈波波形が得られている。脈波波形を矩形波変換した波形も心電波形と同数発生している。図では、７０拍／分の心電波形に対して、脈波波形を矩形波変換した波形も同数の７０拍／分発生している。

これに対して、図５に腕の振りを１００回／分のストロークで行った運動時に得られた心電波形と脈波波形を示す。心電波形は胸に電極を貼りつけて測定する為、運動時においても安定した波形が得られている。その心電波形に対して、脈波波形は乱れており矩形波変換した波形の数も心電波形の数と合っていない。図の例では、心電波形が１２０拍／分であるのに対して矩形波変換した波形の数は９８拍／分となっている。

この理由としては、心電波形と異なり、血管の血流量の変化を見る脈拍計測では、運動によって血管内の血流自体が変化してしまう為であると思われる。この様に測定対象である血流そのものが変化してしまう為、運動時の脈拍計測は極めて難しい。したがって、従来から有る脈拍計は、意識して静止した状態だけでの測定を前提として構成されている。

しかしながら、脈拍数のような生体情報は本来、無意識の内に採取した多数のデータに意味が有ると言われている事からすると、従来の脈拍計は真に有用なものとは言えなかった。

そこで本発明の目的は、意識しないで連続的に脈拍数の測定が可能な脈拍計の制御方法を提供することにある。

さらに、得られた脈拍数の推移パターンから使用者の健康状態あるいは精神状態を判定可能な脈拍計の制御方法を提供するものである。

さらにまた、脈拍が測定不能となっていた期間の脈拍数データを推定する機能を備えた脈拍計の制御方法を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、体動検出手段が体動センサにより体動を検出しアナログ電圧信号を出力するステップと、Ａ／Ｄ変換手段が前記体動検出手段の出力信号をデジタル信号に変換するステップと、体動レベル判定手段が、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力するデジタル信号に基づいて脈拍計測が可能か否かを判定し、判定結果に応じた制御信号を出力するステップと、脈拍検出手段が生体から脈拍を検出し、前記脈拍の周期信号を出力するステップと、脈拍数演算手段がタイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号により、前記脈拍検出手段の出力する脈拍の周期信号を単位時間当たりの脈拍数データに換算するステップと、脈拍数記憶手段が前記脈拍数演算手段の出力する前記脈拍数データを前記体動レベル判定手段の出力する制御信号によって選択的に保持するステップと、脈拍検出制御手段が、前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベル以下であるときは、前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を動作させ、前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベルより大きいときは、前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を非動作とし、前記非動作した後に前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベル以下となったときに前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を再動作させるステップと、表示手段が前記脈拍数データを保持した場合に前記タイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号により、前記脈拍数記憶手段の出力する前記脈拍数データを表示するステップと、を有する構成とした。

また、上記構成に、計時手段が前記タイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号に基づいて現在時刻の時刻データを計数するステップと、
前記脈拍数記憶手段が更に前記時刻データを記憶するステップと、
前記表示手段が前記脈拍数記憶手段の前記脈拍数データと前記時刻データを表示するステップと、をさらに備えた構成とした。

そしてさらに、パターン記憶手段が所定の脈拍数の参照推移パターンを記憶するステップと、パターン比較手段が計測により前記脈拍数記憶手段に記憶された脈拍数の実測推移パターンを前記パターン記憶手段に記憶された前記参照推移パターンと比較するステップと、比較結果判定手段が前記パターン比較手段の比較結果から脈拍数の前記実測推移パターンの特性を判定するステップと、を備えた構成とすることもできる。

また、体動レベル記憶手段が前記体動レベル判定手段の出力が脈拍計測不能の時の前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を記憶するステップと、脈拍数推定手段が前記体動レベル記憶手段に記憶された体動レベルデータと前記脈拍数記憶手段に記憶された前記脈拍数データとから、脈拍計測が不能の期間中の前記脈拍数データを推定するステップと、を備えた構成とすることもできる。

以上述べてきたように本発明による脈拍計によれば、体動検出手段により定期的に体動レベル、例えば腕の動きを監視し、その動きが比較的に小さく、脈拍計測が可能な時に脈拍計測を行わせる事で、断続的ではあるが半日或いは一日というスパンで連続的な脈拍データを得る事が可能となる。また腕の動きが大きく脈拍計測が不能の期間中の脈拍数を、腕の動きに対応する体動レベルから推定することにより、運動状態に関するデータをも得ることが可能となる。

脈拍数のような生体情報は、瞬間的なデータではあまり意味が無いと言われているが、本発明によれば無意識の内に連続的に脈拍数データを記録することが出来る真に役に立つ脈拍計を提供できるという効果を有する。

図１は、本発明の基本的な構成を示す機能ブロック図であり、脈拍検出と同時に体動レベルを検出し、その体動レベルが所定の範囲内か否かを判定することにより、正しい脈拍のみを記憶し、表示するものである。

体動検出手段１０１は、腕の動きに比例したアナログ出力電圧信号をＡ／Ｄ変換手段１０２へ出力する。Ａ／Ｄ変換手段１０２は体動検出手段１０１から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して体動レベル判定手段１０３に出力する。電源１０４により動作するタイミング信号発生手段１０５は、所定のタイミング信号を脈拍数演算手段１０７と表示手段１０９に出力する。脈拍検出手段１０６は、脈拍を検出してその周期信号を脈拍数演算手段１０７へ出力する。脈拍数演算手段１０７は、タイミング信号発生手段１０５からのタイミング信号を基準として、脈拍検出手段１０６から入力される周期信号を１分当たりの脈拍数に換算して脈拍数記憶手段１０８へ出力する。

体動レベル判定手段１０３は、Ａ／Ｄ変換手段１０２から入力される体動に比例したデジタル信号の大きさから、脈拍が検出可能か否かを判定し、脈拍検出が可能の時、脈拍数データを保持する為の保持信号を脈拍数記憶手段１０８へ出力する。脈拍数記憶手段１０８は、体動レベル判定手段１０３からの保持信号が有る時の脈拍数演算手段１０７の出力を保持し、保持したデータを表示手段１０９へ出力する。表示手段１０９は、脈拍数記憶手段１０８で保持したデータを、タイミング発生手段１０５から入力されるタイミング信号にしたがって表示する。

ここで、脈拍数記憶手段１０８の保持する脈拍数データは、体動レベル判定手段１０３の出力する保持信号が有るときだけ更新される。したがって、体動レベルが低く脈拍が確実に計れる状態の、最新の脈拍数データが常時、表示手段１０９に表示される様になる。

図２は、図１で示した本発明の基本構成に、さらに体動検出を所定の時間間隔で間欠的に動作させる機能と、現在時刻の計時機能を付け加えたブロック図であり、消費電力の低減とともに、脈拍数を記憶する際に検出した時刻も一緒に記憶して、脈拍数の推移を確認できるようにしたものである。

電源２０１により動作するタイミング信号発生手段２０２は、所定のタイミング信号を脈拍数演算手段２０４、加速度検出・Ａ／Ｄ変換制御手段２０３、計時手段２０５、表示手段２１２へそれぞれ出力する。

加速度検出・Ａ／Ｄ変換制御手段２０３は、タイミング信号発生手段２０２からのタイミング信号に基づいて体動検出手段２０６とＡ／Ｄ変換手段２０７を間欠的に動作させる。体動検出手段２０６は、腕の動きに比例したアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換手段２０７へ出力する。Ａ／Ｄ変換手段２０７は、体動検出手段２０６の出力するアナログ電圧信号をデジタル信号に変換して体動レベル判定手段２０８へ出力する。体動レベル判定手段２０８は、Ａ／Ｄ変換手段２０７の出力するデジタル信号の大きさに基づいて、脈拍検出が可能か否かを判定し、制御信号を脈拍検出制御手段２０９と脈拍数記憶制御手段２１０へ出力する。

脈拍検出制御手段２０９は、体動レベル判定手段２０８の出力する制御信号に基づいて、脈拍検出が可能な時に脈拍検出手段２１１と脈拍数演算手段２０４を動作させる。脈拍検出手段２１１は、脈拍を検出してその周期信号を脈拍数演算手段２０４へ出力する。脈拍数演算手段２０４は、脈拍検出手段２１１から入力される脈拍の周期信号を、タイミング信号発生手段２０２からのタイミング信号を基準として一分間当たりの脈拍数データに変換して、脈拍数記憶制御手段２１０へ出力する。

計時手段２０５は、タイミング信号発生手段２０２からのタイミング信号に基づいて計時を行い、時刻データを脈拍数記憶制御手段２１０と表示手段２１２へ出力する。脈拍数記憶制御手段２１０は、体動レベル判定手段２０８の出力する制御信号が、脈拍計測が可能であることを示している時に脈拍数演算手段２０４の出力する脈拍データと計時手段２０５の出力する時刻データを脈拍数記憶手段２１３へ出力する。脈拍数記憶手段２１３は、脈拍数記憶制御手段２１０から伝達される脈拍データと時刻データを記憶するとともに最新の脈拍データと時刻データを表示手段２１２へ出力する。

入力手段２１４によって制御される読み出し制御手段２１５は、脈拍数記憶手段２１３に記憶されている複数の脈拍データと時刻データのどれを読み出すかを制御する。

図２の機能ブロックでは、体動検出手段２０６とＡ／Ｄ変換手段２０７が間欠的に動作し、体動レベル判定手段２０８が脈拍の検出の可否を判定する。脈拍検出が可能な時に、脈拍検出手段２１１と脈拍演算手段２０４が動作して脈拍データを求める。求められた脈拍データとその時刻が脈拍数記憶手段２１３に記憶される。この結果常時、最新の脈拍データが表示手段に表示されるとともに、脈拍検出手段２１１や体動検出手段２０６を間欠的に動作させることによって、低消費電力化が実現できる。さらに入力手段２１４によって、脈拍数の推移が確認できるとともに、過去の任意の脈拍データを表示手段２１２に表示する事も可能になる。

図７は、図１で示した本発明の基本構成に、体動検出を所定の時間間隔で間欠的に動作させる機能と、現在時刻の計時機能を付け加えるとともに、さらに脈拍数の参照推移パターンを予め記憶する機能を備えたブロック図であり、得られた脈拍数の実測推移パターンと、予め記憶されている参照推移パターンを比較して使用者の健康状態あるいは精神状態を判定するものである。

図中の機能ブロックの内、図２のものと同一機能のものは、そのブロック番号の下二桁を同一とし説明を一部省略する。ここでは主として図７に於いて新たに追加された機能ブロックについて説明する。

パターン記憶手段７１６には、一般的な脈拍数の参照推移パターンが数種類予め記憶されている。また、このパターン記憶手段７１６には、使用者固有の脈拍数の参照推移パターンを適宜書き込み記憶することもできる。そのパターン記憶手段７１６は、読み出し制御手段７１５が指定するアドレスの時刻データと脈拍データをパターン比較手段７１７へ出力する。パターン比較手段７１７は、脈拍数記憶手段７１３が出力するデータとパターン記憶手段７１６が出力するデータを比較し、比較結果を比較結果判定手段７１８へ出力する。比較結果判定手段７１８は、判定結果を表示手段７１２へ出力する。

図７の機能ブロックでは、パターン記憶手段７１６に記憶されている脈拍数の参照推移パターンと、脈拍数記憶手段７１３に記憶されている計測された脈拍数の参照推移パターンとを比較し、その比較結果を判定して判定結果を表示手段７１２で表示する事が出来る。

この実施形態では、体動レベルが比較的低く脈拍が連続して検出できる状態の脈拍数の推移パターンが比較の対象となるので、パターン記憶手段７１６に記憶しておく推移パターンとしては、たとえば散歩等の軽い運動や、睡眠中の推移パターンなどが適当である。パターン記憶手段７１６に睡眠中の典型的な脈拍数の推移パターンを記憶しておく事で、睡眠の良否を判定する事も可能になる。又、安静状態での脈拍数の推移パターンを記憶しておく事で、脈拍数の推移パターンのゆらぎから精神状態の安定度の判定評価を行うことも可能になる。

図８は、図１で示した本発明の基本構成に、体動検出を所定の時間間隔で間欠的に動作させる機能と、現在時刻の計時機能を付け加えるとともに、さらに体動レベルが所定の範囲を越えて脈拍が測定不能となった時の体動レベルを記憶する機能と、記憶された体動レベルデータと部分的に得られた脈拍数データから、脈拍が測定不能となっていた期間の脈拍数データを推定する機能を備えたブロック図であり、ジョギング等の比較的激しい運動の際の脈拍数の推移パターンを体動レベルデータから推定するとか、さらに推定した脈拍数の推移パターンと体動レベルデータから消費カロリー等の運動に関するデータを推定できるものである。

図８においても機能ブロックの内、図２のものと同一機能のものは、そのブロック番号の下二桁を同一とし説明を一部省略する。ここでは主として図８において新たに追加された機能ブロックについて説明する。

体動レベル記憶手段８１６は、体動レベル判定手段８０８が脈拍検出が不能と判断した期間のＡ／Ｄ変換手段８０７の出力信号を記憶する。脈拍数推定手段８１７は、脈拍数記憶手段８１３から入力される脈拍計測が不能になる直前の脈拍数と脈拍計測再開後の脈拍数と、体動レベル記憶手段８１６に記憶されている体動レベルデータとから、脈拍計測が不能であった期間中の脈拍数の推移パターンを推定し、表示手段８１２に推定脈拍数を出力する。

この実施形態では、測定不能である運動中の脈拍数の推移パターンを推定する事が出来る。また推定した脈拍数を用いて、運動中の消費カロリーを計算で求める事も可能になる。

以下、本発明の具体的な実施例を図面に基づいて詳しく説明する。

（１）第一実施例図６は、本発明の脈拍計の第一の実施例を示すシステムブロック図である。電源６０４により動作するタイミング信号発生回路６０５は、所定のタイミング信号をＡ／Ｄコンバータ６０２と、カウンタ６０８と体動レベル判定回路６０３と、表示装置６１１に出力する。体動センサ６０１は、腕の動きに比例したアナログ電圧信号をＡ／Ｄコンバータ６０２へ出力する。

Ａ／Ｄコンバータ６０２は、体動センサ６０１の出力する腕の動きに比例したアナログ電圧信号を、タイミング信号発生回路６０５からのタイミング信号によってデジタル信号に変換して体動レベル判定回路６０３へ出力する。体動レベル判定回路６０３は、Ａ／Ｄコンバータ６０２の出力するデジタル信号の大きさが所定の範囲内である場合に、タイミング信号発生回路６０５から供給されるタイミング信号に基づいて保持信号を脈拍数レジスタ６１０へ出力する。

脈拍センサ６０６は生体から脈拍を検出して、脈拍信号を脈拍増幅回路６０７へ出力する。脈拍増幅回路６０７は、脈拍センサ６０６から入力される微小な電圧信号を増幅しパルス信号に整形してカウンタ６０８へ出力する。カウンタ６０８は脈拍増幅回路６０７から入力される脈拍の周期信号の一周期を、タイミング信号発生回路６０５から入力されるクロック信号で数え、数えた結果を脈拍数換算ＲＯＭ６０９へ出力する。

例えば、カウンタのクロック信号が２５６Ｈｚで脈拍増幅回路６０７の出力する脈拍信号の周期が１Ｈｚであったとすると、カウンタ６０８のカウント値は２５６になる。脈拍数換算ＲＯＭ６０９はカウンタ６０８のカウント値を一分当たりの脈拍数に換算して脈拍数レジスタ６１０へ出力する。前述の例の場合、脈拍数換算ＲＯＭ６０９は８ｂｉｔデータで６０を出力する。

脈拍数レジスタ６１０は、脈拍数換算ＲＯＭ６０９の出力を、体動レベル判定回路６０３からの保持信号によって保持し表示装置６１１へ出力する。この保持信号は腕の動きが比較的に穏やかで確実に脈拍が検出できる時だけ体動レベル判定回路６０３から出力される。したがって、脈拍数レジスタ６１０には、測定確実な時の最新の脈拍データがいつも保持される。表示装置６１１は、脈拍数レジスタ６１０の保持したデータをタイミング信号発生回路６０５からのタイミング信号に基づいて表示する。

図９は、体動センサの具体的回路例である。加速度センサ９０１は体動、例えば腕の動きに比例した電圧を発生する。加速度センサ９０１に並列に接続される抵抗９０２は、加速度によって加速度センサ９０１が発生する電荷を電圧に変換する抵抗である。抵抗９０２と正電源の間に接続されるダイオード９０３は、落下衝撃等による過電圧を正電源に逃がす為の保護ダイオードである。同じく、抵抗９０２に並列に接続されるダイオード９０４も保護ダイオードである。

ダイオード９０３のアノードとダイオード９０４のカソードにゲート電極が接続されるＦＥＴ９０５は、ドレインに接続される抵抗９０６とともに加速度センサ９０１の出力インピーダンスを下げる。ＦＥＴ９０５のドレインが体動センサの出力となる。第一実施例では、このＦＥＴ９０５のドレインが直接Ａ／Ｄコンバータに接続される形で説明したが、この出力電圧のレベルによってはオペアンプ等の増幅回路が必要になることが有る。この増幅回路は容易に実現出来るので説明は省略した。

図１０に脈拍センサの具体例を示す。正電源にアノード電極が接続されたＬＥＤ１００１は、カソードに接続された電流制限抵抗１００２を介して供給される電流によって、発光する。正電源にコレクタ電極が接続されたホトトランジスタ１００３は、ＬＥＤ１００１が生体に照射した反射光を受光して光電流を発生しエミッタに接続された抵抗１００４に電流を流す。この電流によって抵抗１００４に発生する電圧が脈拍センサの出力になる。

上記のように構成された脈拍計によれば、体動レベルを常に監視することにより、正確な脈拍データのみを保持し、体動の影響による不正確な脈拍データを除去できる。そのため使用者は、測定環境を意識せず所定の時間間隔で連続的に脈拍データを得ることができる。

（２）第二実施例図１１は、本発明の脈拍計の第二の実施例を示すシステムブロック図である。図１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭによるワンチップマイコンで本発明を実現した場合の実施例である。

電源１１０１により動作する発振回路１１０２は、その発振出力を計時の為の基準信号として分周回路１１０３へ出力するとともに、演算のためのシステムクロックとしてＣＰＵ１１０４へ出力する。分周回路１１０３は、発振回路１１０２から入力される発振信号を分周して必要な周波数信号を、Ａ／Ｄコンバータ１１０５及びＣＰＵ１１０４、表示装置１１０６へ出力する。

体動センサ１１０７は、ＣＰＵ１１０４からの動作許可信号に基づき腕の動きに比例したアナログ電圧信号をＡ／Ｄコンバータ１１０５へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ１１０５は、体動センサ１１０７の出力するアナログ電圧信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ１１０４へ出力する。

脈拍センサ１１０８は、ＣＰＵ１１０４からの動作許可信号に基づき生体の脈拍信号を検出して、脈拍信号を脈拍信号増幅回路１１０９へ出力する。脈拍信号増幅回路１１０９は、ＣＰＵ１１０４からの動作許可信号に基づいて脈拍センサ１１０８から入力される微小な脈拍電圧信号を増幅するとともに、波形整形をして脈拍の周期信号をＣＰＵ１１０４へ出力する。ＣＰＵ１１０４はＲＯＭ１１１０にプログラムされた処理ステップに従って以下に述べる処理を行う。

第一には分周回路１１０３からの計時の為の基準周波数信号を数えることで、現在時刻の計時処理を行う。この時、ＣＰＵ１１０４に接続されるＲＡＭ１１１１の一部は計時用のレジスタとして使われる。

第二には分周回路１１０３からの基準周波数信号をカウントして定期的に体動センサ１１０７を動作させＡ／Ｄコンバータ１１０５からのデジタル信号を読み取り、その時のデジタル信号の大きさに基づいて脈拍検出が可能か否かの判定を行う。

第三には、脈拍検出が可能な時、脈拍センサ１１０８と脈拍信号増幅回路１１０９を動作させ、脈拍信号増幅回路１１０９の出力する脈拍の周期を計数し、その周期を一分当たりの脈拍数に換算する。

第四には、脈拍数に換算したデータをＲＡＭ１１１１にストアするとともに表示装置１１０６へ脈拍データを出力する。

このようなＣＰＵの処理結果は、表示装置１１０６で表示される。更に、入力回路１１１２からＣＰＵ１１０４に入力される制御信号によって、ＲＡＭ１１１１の任意のアドレスの脈拍数データと時刻データを読み出し、表示装置１１０６で表示させる事が出来る。

図１２に脈拍計測の動作フローを示し、図１１と共にさらに詳細に説明する。

脈拍計測状態が開始（ＳＴＡＲＴ）すると、「タイマーカウント」（Ｓ１０１）で分周回路１１０３からの例えば１Ｈｚ割り込みを６０回カウントする。６０回のカウントを「タイムアップ？」（Ｓ１０２）で確認すると「タイマーリセット」（Ｓ１０３）でタイマーをリセットした後、「体動検出」（Ｓ１０４）で体動センサ１１０７の動作を開始させる。

体動センサ１１０７を動作させた後、「Ａ／Ｄコンバータレベルリード」（Ｓ１０５）でＡ／Ｄコンバータ１１０５の出力信号を読み込む。読み込んだデータＡＤが脈拍検出可能レベルＸを越えているか否かを「ＡＤ＞Ｘ？」（Ｓ１０６）で判断する。データＡＤが脈拍検出可能レベルＸより大きい場合、すなわち脈拍検出が不能と判断した場合、「体動検出停止」（Ｓ１０７）で体動センサ１１０７の動作を停止させる。体動センサ１１０７の動作を停止させた後、脈拍計測状態が終了しているかどうかを「測定終了？」（Ｓ１１５）で確認し、測定終了で有れば脈拍計測状態を「ＥＮＤ」（Ｓ１１６）で終了させる。脈拍計測状態が継続している場合は、再び「タイマーカウント」（Ｓ１０１）に戻り次の測定に備えタイマーカウントを行う。

「ＡＤ＞Ｘ？」（Ｓ１０６）で読み込んだデータＡＤが脈拍検出可能レベルＸより小さい場合、すなわち脈拍検出が可能と判断した場合は、脈拍計測中の体動を監視する目的で、読み込みデータＡＤがＸを越えた場合にセットするＲＡＭ１１１１内に有る体動監視フラグを「体動監視フラグリセット」（Ｓ１０８）でリセットする。体動監視フラグをリセットした後、「脈拍計測」（Ｓ１０９）で脈拍センサ１１０８と脈拍信号増幅回路１１０９の動作を開始させ、脈拍計測をスタートさせる。脈拍計測をスタートさせた後、ＣＰＵ１１０４に入力されてくる脈拍の周期信号を一分当たりの脈拍数に換算する脈拍数演算を「脈拍数演算」（Ｓ１１０）で行う。「脈拍数演算」（Ｓ１１０）で脈拍数を求めた後、脈拍計測中に脈拍計測が不能になるような激しい体動が有ったか否かを「体動監視フラグセット？」（Ｓ１１１）で確認する。

図１２のフローチャート上には記載していないが、ある周期でＡ／Ｄコンバータ１１０５のデータＡＤを読み込み、脈拍検出可能レベルＸを越えていないか監視し、越えた場合、ＲＡＭ１１１１にある体動監視フラグをセットする処理が行われている。「体動監視フラグセット？」（Ｓ１１１）でフラグがセットされている事が確認されると、「脈拍検出回路停止」（Ｓ１１４）で脈拍検出回路の動作が中止され、得られた脈拍データは廃棄される。

その後、脈拍計測状態が続いているか否かを「測定終了？」（Ｓ１１５）で判断し、測定終了の場合は「ＥＮＤ」（Ｓ１１６）で測定を終了し、継続の場合は「タイマーカウント」（Ｓ１０１）へ戻り次の測定に備える。

脈拍計測中に体動監視フラグがセットされていない事を「体動監視フラグセット？」（Ｓ１１１）で確認した後は、「脈拍数記憶」Ｓ１１２で得られた脈拍数データをＲＡＭ１１１１にストアする。ストアした後、「脈拍数の表示」（Ｓ１１３）で表示装置１１０６に脈拍数データを表示させる。この時、脈拍数と同時に脈拍数データの得られた時刻を表示することも出来る。

脈拍数データの表示を行った後、「脈拍検出回路停止」（Ｓ１１４）で脈拍センサ１１０８と脈拍信号増幅回路１１０９の動作は停止される。「脈拍検出回路停止」（Ｓ１１４）を行った後、脈拍計測状態が継続している場合は「タイマーカウント」（Ｓ１０１）へ再び戻り、次の測定に備える。脈拍計測状態が終了した場合は、「ＥＮＤ」（Ｓ１１６）で脈拍計測状態を終了する。

以上述べたのが本発明による脈拍計測の基本動作である。この基本動作で測定した脈拍データを用いて、さらに使用者にとって有用な情報を提供する構成が実現できる。

例えば、標準的な脈拍の参照推移パターンと計測した脈拍の実測推移パターンの比較から、健康状態や精神状態の判定を行う事が可能である。標準的に記憶された脈拍データは、図１１のシステムブロック図の場合、ＲＡＭ１１１１又はＲＯＭ１１１０のどちらに記憶されていても実測データと比較することが出来る。使用者を特定しない一般的な参照推移パターンは、ＲＯＭ１１１０に固定的なデータとして記憶する。また、使用者の個人の特性に合わせた参照推移パターンは、ＲＡＭ１１１１に適宜書き込み記憶することができ、また書き換えも容易である。

どちらにしても、記憶済みのデータと実測データを比較し、ある範囲での整合性を見て判断する様な処理をＲＯＭ１１１０にプログラミングすることで、使用者の健康状態や精神の安定度を評価する事が可能になる。実測データと比較するデータとしては、脈拍計測が不能とならない程度の軽い運動での脈拍数の参照推移パターン、あるいは睡眠中の脈拍数の参照推移パターンや、安静時の脈拍数の参照推移パターン等が考えられる。これらの参照推移パターンとの比較により、例えば逆説睡眠（ＲＥＭ睡眠）の頻度や持続時間のような睡眠の良否に関わる情報の判定評価を行うことが可能になる。また、安静状態での脈拍数の参照推移パターンを記憶しておく事で、脈拍数の実測推移パターンのゆらぎから精神状態の安定度の判定評価を行うことも可能になる。

他の具体的な使用例としては、脈拍計測が不能になる直前の脈拍数および脈拍計測再開後の脈拍数と、脈拍が計測不能中の体動レベルデータから、計測不能中の脈拍数の推移を推定する構成がある。このような構成も、図１１のシステムブロック図の場合、ＲＯＭ１１１０のプログラムを適宜変更することにより実現できる。

図１３および図１４に脈拍が測定不能中の脈拍推移を推定する処理の動作フローを示し、図１１と共に説明する。図１３および図１４中の脈拍計測の動作フローの中で、図１２で説明した動作フローと同一の処理ステップについては、ステップ番号の下二桁に同じ番号を付して説明の一部を省略する。

Ａ／Ｄコンバータ１１０５の出力信号を「Ａ／Ｄコンバータレベルリード」（Ｓ２０５）で読み込み、読み込んだデータＡＤが脈拍検出可能レベルを越えているか否かを「ＡＤ〉Ｘ？」（Ｓ２０６）で判断する。データＡＤが脈拍検出可能レベルＸより大きい場合、ある一定期間以上連続的に脈拍が計れなかった時間を監視する目的で測定不能カウンタＮをカウントアップする（Ｓ２１１）。カウントアップした後、その時のＡ／Ｄコンバータの出力レベル、例えば腕振りの強さに比例した信号をＲＡＭ１１１１内に設けられた体動レベル記憶レジスタにストアする（Ｓ２１２）。

Ａ／Ｄコンバータの出力をストアした後、ＲＡＭ１１１１内に時系列的に連続的に記憶されている脈拍数データの最後のデータを読み出し、同じＲＡＭ１１１１内に用意されている前回脈レジスタにストアする（Ｓ２１３）。前回脈レジスタにストア後、「体動検出停止」（Ｓ２２３）で体動センサ１１０７の動作を停止させる。体動センサ１１０７の動作を停止させた後、脈拍計測状態が終了しているかどうかを「測定終了」（Ｓ２２４）で確認し、測定終了であれば脈拍計測状態を「ＥＮＤ」（Ｓ２２５）で終了させる。脈拍計測状態が続いている時は、次の測定の為に「タイマーカウント」（Ｓ２０１）に戻り次の測定に備えたタイマーカウントを行う。

この様にデータＡＤが大きく脈拍計測が出来ない時は、その時の体動、例えば腕振りの強さに比例したデジタル信号がＲＡＭ１１１１内に設けられた体動レベル記憶レジスタに連続的に記憶され、その周期はタイマーカウント時間になる。したがって、体動レベル記憶レジスタのデータを見る事で、腕振りの強さが多い時は身体の運動量も大きいという前提のもとに、運動の強さと継続時間を知ることが出来る。

次に脈拍検出が可能な状態の動作を説明する。「ＡＤ〉Ｘ？」（Ｓ２０６）で読み込んだデータＡＤが脈拍検出可能レベルＸより小さい場合は、脈拍計測中の体動を監視する目的で、ＲＡＭ１１１１内に有る体動監視フラグをリセット（Ｓ２０７）する。体動監視フラグをリセットした後、「脈拍計測」（Ｓ２０８）で脈拍センサ１１０８と脈拍信号増幅回路１１０９の動作を開始させ、脈拍計測をスタートさせる。脈拍計測をスタートさせた後、ＣＰＵ１１０４に入力されてくる脈拍の周期信号を一分当たりの脈拍数に換算する脈拍数演算を「脈拍数演算」（Ｓ２０９）で行う。

脈拍数を求めた後、今得られた脈拍数の測定中に脈拍計測が不能になる様な体動が有ったかどうかを体動監視フラグでチェックする（Ｓ２１０）。脈拍計測中に脈拍計測が不能になるような激しい体動が有った場合、求めた脈拍数データは廃棄し、脈拍計測不能状態での処理である測定不能カウンタＮをカウントアップする処理（Ｓ２１１）に飛び、以降の処理を行い次のタイムアップを待つ。

脈拍数の測定中に、測定が不能になるような体動が無かった時は、得られた脈拍数データをＲＡＭ１１１１に記憶する（Ｓ２１４）。ＲＡＭ１１１１にデータを記憶させた後、同じくＲＡＭ１１１１内に設けられた最新脈レジスタに測定データをストアする（Ｓ２１５）。最新脈レジスタにストア後、表示装置１１０６に脈拍数データを表示する（Ｓ２１６）。表示後、測定不能カウンタＮの値をチェックし今得られた脈拍数データの前に、ある一定期間以上測定不能が続いたかどうかを確認する（Ｓ２１７）。本実施例の場合、一定期間に相当するカウント値を１０に設定に、タイマー時間を一分に設定しているので、１０分間測定不能が続いたかどうかをチェックしている。測定不能カウンタＮのカウント値が１０未満であった場合、測定不能カウンタＮをリセットする（Ｓ２２１）。

測定不能カウンタＮのカウント値が１０以上の場合、最新脈レジスタに蓄えられた最新脈拍数データと、連続的に脈拍数が測定不能になる前の脈拍数を記憶している前回脈レジスタの前回脈拍数データと、測定不能期間中の体動レベルを記憶している体動レベル記憶レジスタのデータから、脈拍数の測定不能期間中の脈拍数の推移を推定演算する（Ｓ２１８）。推定演算する場合、本実施例には記載していないが画一的な推定だけでは無く、個人差の特徴を表すパラメータをＲＡＭ１１１１内に用意しておく事で、個人の特性を考慮した推定を行う事も可能である。推定したデータはＲＡＭ１１１１内に用意されている記憶領域にストアされる（Ｓ２１９）。ストア後、測定不能カウンタＮはリセットする（Ｓ２２０）。

測定不能カウンタＮをリセットした後、脈拍センサ、脈拍信号増幅回路１１０９からなる脈拍検出回路の動作を停止させる（Ｓ２２２）。脈拍検出回路の動作を停止させたのち脈拍計測状態が終了しているかどうかを「測定終了」（Ｓ２２４）で確認し、測定終了で有れば脈拍計測状態を「ＥＮＤ」（Ｓ２２５）で終了させる。測定状態が継続する場合は、次の測定の為に「タイマーカウント」（Ｓ２０１）に戻り次のタイムアップを待つ。

以上述べた様に、測定不能カウンタＮのカウント値が１０以上の時だけ脈拍数の推移を推定演算する。これは、あまり短い時間内の脈拍の推移を推定しても意味が無いと考えられるからである。推定演算の対象とする時間は、測定不能カウンタＮのカウント値を変える事で容易に変更可能である。

このように、脈拍が測定不能中の推移を推定する機能により、推定した脈拍数の推移パターンから、運動中の消費カロリーを計算で求める事が可能になる。また、最高脈拍数の推定値から使用者の運動強度を推定することも可能になる。

図１５に本発明の脈拍計の外観を示す。センサの装着部分違いで二種類の外観図を示す。図１５（Ａ）は指サック型のセンサ１５０１を使用した場合でありセンサの出力信号はケーブルで時計ヘッド１５０２に接続される。図１５（Ｂ）は、手首のとう骨部分に圧電マイク等のセンサ１５０３、１５０４を配置した場合の外観図である。

本発明の基本的構成を示す機能ブロック図である。本発明の構成の一例を示す機能ブロック図である。従来の脈拍計の機能ブロック図である。安静時の心電波形と脈波波形を示す図である。運動時の心電波形と脈波波形を示す図である。本発明の第一の実施例を示すシステムブロック図である。本発明の構成の他の例を示す機能ブロック図である。本発明の構成の他の例を示す機能ブロック図である。体動センサの具体的回路例を示す図である。脈拍センサの具体的回路例を示す図である。本発明の脈拍計の第二の実施例を示すシステムブロック図である。脈拍計測の動作フローを示す図である。脈拍計測の他の動作フローの一部を示す図である。脈拍計測の他の動作フローの一部を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の脈拍計の外観を示す図である。

符号の説明

１０１体動検出手段
１０２Ａ／Ｄ変換手段
１０３体動レベル判定手段
１０４電源
１０５タイミング信号発生手段
１０６脈拍検出手段
１０７脈拍数演算手段
１０８脈拍数記憶手段
１０９表示手段

Claims

体動検出手段が体動センサにより体動を検出しアナログ電圧信号を出力するステップと、
Ａ／Ｄ変換手段が前記体動検出手段の出力信号をデジタル信号に変換するステップと、
体動レベル判定手段が、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力するデジタル信号に基づいて脈拍計測が可能か否かを判定し、判定結果に応じた制御信号を出力するステップと、
脈拍検出手段が生体から脈拍を検出し、前記脈拍の周期信号を出力するステップと、
脈拍数演算手段がタイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号により、前記脈拍検出手段の出力する脈拍の周期信号を単位時間当たりの脈拍数データに換算するステップと、
脈拍数記憶手段が前記脈拍数演算手段の出力する前記脈拍数データを前記体動レベル判定手段の出力する制御信号によって選択的に保持するステップと、
脈拍検出制御手段が、前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベル以下であるときは、前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を動作させ、前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベルより大きいときは、前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を非動作とし、前記非動作した後に前記体動レベル判定手段からの制御信号が検出レベル以下となったときに前記脈拍検出手段と前記脈拍数演算手段を再動作させるステップと、
表示手段が前記脈拍数データを保持した場合に前記タイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号により、前記脈拍数記憶手段の出力する前記脈拍数データを表示するステップとを有する脈拍計の制御方法。
計時手段が前記タイミング信号発生手段から出力された所定のタイミング信号に基づいて現在時刻の時刻データを計数するステップと、
前記脈拍数記憶手段が更に前記時刻データを記憶するステップと、
前記表示手段が前記脈拍数記憶手段の前記脈拍数データと前記時刻データを表示するステップと、
を有する請求項１記載の脈拍計の制御方法。
パターン記憶手段が所定の脈拍数の参照推移パターンを記憶するステップと、
パターン比較手段が計測により前記脈拍数記憶手段に記憶された脈拍数の実測推移パターンを前記パターン記憶手段に記憶された前記参照推移パターンと比較するステップと、
比較結果判定手段が前記パターン比較手段の比較結果から脈拍数の前記実測推移パターンの特性を判定するステップと、
を有する請求項２記載の脈拍計の制御方法。
体動レベル記憶手段が前記体動レベル判定手段の出力が脈拍計測不能の時の前記Ａ／Ｄ変換手段の出力信号を記憶するステップと、
脈拍数推定手段が前記体動レベル記憶手段に記憶された体動レベルデータと前記脈拍数記憶手段に記憶された前記脈拍数データとから、脈拍計測が不能の期間中の前記脈拍数データを推定するステップと、
を有する請求項２記載の脈拍計の制御方法。