JP4881517B2 - 身体状態の監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体状態の監視装置に関し、特に人または動物の身体動作、たとえば腕の振りなどから運動の評価を行い、さらに生体情報の評価を行うことができる新規な身体状態の監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、老人などの使用者の運動の評価を行うとともに、生体情報を評価するための先行技術は存在しない。たとえば特開平１０−２９５６５１は、使用者の運動量を健康診断に反映する構成を開示し、特開２０００−４１９５２、特開２０００−４１９５３もまた運動の評価を行う構成を開示する。特開平９−１８７４３３は、耳たぶに取付けた脈波センサの出力によって体調異常を通報する構成を開示する。したがって先行技術では、運動と生体情報とを用いて身体状態を監視するための構成は実現されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、運動の評価と生体情報の評価とを用いて身体状態を監視することができるようにした身体状態の監視装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）人の上肢の手首に巻付けられるベルトと、
（ｂ）ベルトの内側に設けられるセンサであって、このセンサは、
（ｂ１）人の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、
（ｂ２）発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、
（ｃ）ベルトに設けられ、受光素子からの検出信号のうち、脈波を判定して選択する脈波センサと、
（ｄ）ベルトに設けられる運動センサであって、
（ｄ１）上肢の長手方向Ｘの直線運動の加速度Ｇｘを検出する加速度センサと、
（ｄ２）角速度センサであって、
上肢の長手方向Ｘと上肢の幅方向Ｙとに垂直なＺ軸まわりの角速度ωｚを検出するジャイロセンサである角速度センサとを含む運動センサと、
（ｅ）ベルトに設けられ、脈波センサからの脈波の検出信号と、運動センサの出力信号とを、電磁波で送信する送信手段と、
（ｆ）送信手段の出力を受信して演算する演算手段であって、
（ｆ１）加速度センサと角速度センサとの出力を演算して運動量を求める運動量演算手段と、
（ｆ２）脈波センサからの脈波の検出信号を演算して脈拍を演算する脈拍演算手段と、
（ｆ３）運動量演算手段と脈拍演算手段との出力に応答し、運動量が予め定める第１の値Ｑ１未満であって正常であり、かつ、脈拍が予め定める第２の値ｕ１以上であって過多であるとき、または第２の値ｕ１未満である予め定める第３の値ｕ２未満であって過少であるとき、警報信号を出力する警報手段と，
（ｆ４）所定の期間内で、加速度センサの出力Ｇｘの分散の第１の対数を求め、角速度センサの出力ωｚの分散の第２の対数を求め、これらの第１および第２の対数の組合せによって、前記所定の期間内における運動の種類とその強度とを判定し評価する手段とを含む演算手段と、
（ｇ）演算手段の出力に応答し、前記警報信号ならびに前記運動の種類とその強度および評価の身体状態を表す情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする身体状態の監視装置である。
本発明は、（ａ）人の上肢の手首に巻付けられるベルトと、
（ｂ）ベルトの内側に設けられるセンサであって、このセンサは、
（ｂ１）人の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、
（ｂ２）発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、
（ｃ）ベルトに設けられ、受光素子からの検出信号のうち、脈波を判定して選択する脈波センサと、
（ｄ）ベルトに設けられる運動センサであって、
（ｄ１）上肢の長手方向Ｘの直線運動の加速度Ｇｘを検出する加速度センサと、
（ｄ２）角速度センサであって、
上肢の長手方向Ｘと上肢の幅方向Ｙとに垂直なＺ軸まわりの角速度ωｚを検出するジャイロセンサである角速度センサとを含む運動センサと、
（ｅ）ベルトに設けられ、脈波センサからの脈波の検出信号と、運動センサの出力信号とに応答して演算する演算手段であって、
（ｅ１）加速度センサと角速度センサとの出力を演算して運動量を求める運動量演算手段と、
（ｅ２）脈波センサからの脈波の検出信号を演算して脈拍を演算する脈拍演算手段と、
（ｅ３）運動量演算手段と脈拍演算手段との出力に応答し、運動量が予め定める第１の値Ｑ１未満であって正常であり、かつ、脈拍が予め定める第２の値ｕ１以上であって過多であるとき、または第２の値ｕ１未満である予め定める第３の値ｕ２未満であって過少であるとき、警報信号を出力する警報手段と，
（ｅ４）所定の期間内で、加速度センサの出力Ｇｘの分散の第１の対数を求め、角速度センサの出力ωｚの分散の第２の対数を求め、これらの第１および第２の対数の組合せによって、前記所定の期間内における運動の種類とその強度とを判定し評価する手段とを含む演算手段と、
（ｆ）演算手段の出力に応答し、前記警報信号ならびに前記運動の種類とその強度および評価の身体状態を表す情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする身体状態の監視装置である。
本発明の脈拍演算手段は、
加速度センサの出力に応答し、加速度センサのパルス状出力が得られる状態で、脈波センサからの脈波の検出信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去手段を含むことを特徴とする。
【０００５】
本発明に従えば、運動センサと脈波センサとは、身体の上肢の手首に巻付けて着脱自在に装着するベルトに設けられ、加速度および角速度を検出するとともに脈波を検出し、これによって身体状態を表す情報、すなわち前記警報信号ならびに前記運動の種類とその強度および評価を演算して監視することができる。身体状態というのは、運動の評価および生体情報の評価との両者を用いて得られる状態である。
【０００８】
本発明に従えば、運動センサと脈波センサとの出力を送信手段で電波を用いて、または赤外線などの光を用いて電磁波で送信し、その電磁波を受信して演算し、身体状態の情報を表示手段で表示するようにしてもよく、あるいはまた運動センサと脈波センサとに一体的に、したがってベルトに、身体状態の情報を演算する演算手段と、その情報を表示する表示手段とを設けて構成してもよい。表示手段は、液晶表示パネルを有する目視表示を行う構成であってもよいが、音響を出力する構成であってもよく、あるいはまた振動などによって表示を行う構成によって実現されてもよい。
【００１１】
本発明に従えば、運動量が予め定める第１の値未満であって、正常であるにもかかわらず、脈拍が過多または過少であるとき、警報信号を出力し、また運動量が過多であって脈拍も過多であるとき、警報信号が出力される。これによって、運動センサまたは脈波センサのいずれか一方だけで身体の異常を判断するよりも、誤報を回避することができる。
【００１２】
警報信号は、たとえば病院または福祉施設に設けられたコンピュータなどを備える処理装置に伝送されるように構成されてもよい。運動の評価に関する警報信号は、たとえばフィットネスクラブなどに備えられたコンピュータを含む処理装置に伝送されるように構成されてもよい。
【００１４】
本発明に従えば、角速度センサを人体の上肢、たとえば腕の手首などに装着されてもよく、あるいはまた下肢、たとえば足首などに装着されてもよく、この長手方向Ｘと幅方向Ｙとに垂直なＺ軸のまわりの角速度ωｚをジャイロセンサで検出することによって、その使用者の運動量を正確に得ることができる。
【００１６】
本発明に従えば、脈拍の演算の際、加速度センサからの出力に含まれるパルスに対応して、脈波センサの出力に含まれるノイズを除去する。脈波センサの出力に含まれるノイズは、身体のたとえば上肢または下肢などの少なくとも一部分が激しく動いたときに生じやすく、たとえば血管内の血液が、身体の一部の動きによって移動し、これによって脈波にノイズが含まれる結果になる。そこで本発明では、パルス状の加速度が発生したときに、脈波に含まれるノイズを除去する。こうして脈波の正確な検出が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の全体の構成を簡略化して示す図である。身体センシング装置３０１は、たとえば人の身体に装着される。身体センシング装置３０１から無線で送信される信号は、受信端末装置３６１における受信機３６２で受信され、その受信機３６２にライン３６３で接続された端末手段３６４によって、身体状態を演算して監視することができる。使用者の身体状態が異常であるとき、警報信号を出力して警告を行い、また病院、福祉施設などへの緊急通報を、公衆電話回線などを介して行うこともできる。
【００１８】
図２は、身体センシング装置３０１の全体の構成を示すブロック図である。身体センシング装置３０１が装着された身体４（後述の図１４参照）の一部分の加速度を検出するために加速度センサ１１が設けられる。その身体の一部分の角速度を検出するために、角速度センサであるジャイロセンサ１２が設けられる。さらに脈波を検出する脈波センサＳＲが設けられる。これらの各センサ１１，１２，ＳＲの各出力は、信号処理手段３６５〜３６７にそれぞれ与えられて信号処理され、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路３６８に与えられる。この処理回路３６８の出力は、通信回路２２に与えられて無線送信される。
【００１９】
図３は、身体センシング装置３０１の具体的な構成を示すブロック図である。この身体センシング装置３０１は、参照符ＳＲで示されるセンサと、このセンサＳＲの動作を制御し、その検出信号が与えられる送信用処理手段３０５と、この送信用処理手段３０５からの出力を電波などの電磁波で送信する送信手段３０６とを含む。
【００２０】
人体４のたとえば上肢３０８には、身体センシング装置３０１を構成するベルト３０９によって、センサＳＲが人体に密着するように装着される。このようにセンサＳＲが上肢３０８に密着させて設けられることによって、上肢３０８を動かす体動が生じても、センサＳＲが身体から離れることが防がれ、確実な検出が可能となる。身体センシング装置３０１は、上肢３０８だけでなく下肢に装着されてもよく、その他、体の一部分にセンサＳＲが密着するように装着して、用いられてもよい。
【００２１】
図４は、身体センシング装置３０１の簡略化した斜視図である。ベルト３０９は、可撓性材料、たとえば布、合成樹脂などから成り、自然状態ではたとえば円形であってもよい。このベルト３０９の外周部には、ハウジング３１１が固定され、このハウジング３１１内に、送信用処理手段３０５および送信手段３０６などが収納される。
【００２２】
図４に示されるように、ベルト３０９の周方向に、２つの発光素子３１４，３１５間に受光素子３１６が配置される。こうして各発光素子３１４，３１５による生体組織の散乱光を、受光素子３１６によって正確に受光することができる。
【００２３】
図５は、身体センシング装置３０１を人３０７の上肢３０８に装着した状態を示す断面図である。センサＳＲは、ベルト３０９の内側に設けられ、上肢３０８の掌側に密着するようにして装着される。
【００２４】
センサＳＲは、赤色光３１７（図５参照）を発生する赤色光発光素子３１４と、赤外光３１８（図５参照）を発生する赤外光発光素子３１５と、これらの赤色光３１７および赤外光３１８が上肢に照射され、その生体組織による散乱光を共通に受光する受光素子３１６とを含む。
【００２５】
図６は、赤色光発光素子３１４からの赤色光が上肢３０８に照射され、その上肢の生体組織による散乱光を受光素子３１６で受光したときにおける受光素子３１６の出力波形を示す。このとき赤外光発光素子３１５は休止されている。赤色光発光素子３１４の光照射時に受光素子３１６から得られる図６の検出信号は、脈波成分３２１と直流成分３２２とを含む。脈波成分３２１のピーク・ピーク値は、参照符ＡＣ１で示され、直流成分３２２は参照符ＤＣ１で示される。また同様に赤外光発光素子３１５からの赤外光を上肢３０８に照射し、その上肢の生体組織による散乱光を受光素子３１６で受光したときにもまた、図６と同様な脈波成分と直流成分とが得られ、このとき赤色光発光素子３１４は休止している。赤外光発光素子３１５からの赤外光の照射時に、受光素子３１６から得られる検出信号の脈波成分のピーク・ピーク値をＡＣ２とし、そのときの直流成分をＤＣ２とする。これによって動脈血の酸素飽和度ＳｐＯ₂に対応した値Φを演算して求めることができる。
【００２６】
【数１】

【００２７】
式１によって求められた値Фに基づき、酸素飽和度ＳｐＯ₂を求めることができる。
【００２８】
図６に示される赤外光の上肢３０８への照射時、受光素子３１６からの検出信号の脈波成分３２１の周期ΔＴを演算して求めることによって、脈拍を求めることができる。本実施の他の形態では、赤外光の照射時、受光素子３１６から得られる検出信号の脈波成分の周期から、脈拍を演算するようにしてもよい。
【００２９】
身体センシング装置３０１のセンサＳＲの受光素子３１６からの検出信号は、送信用処理手段３３５に与えられる。これらの検出信号のうち、外来光を含む検出信号と外来光を含まない検出信号とが判定され、外来光を含まない検出信号の１つが選択され、送信手段３０６によって送信される。
【００３０】
本発明の実施の他の形態では、前記赤色光および赤外光のうちいずれか一方、あるいは青色などの１色の光を用いても、脈波を計測することができる。
【００３１】
図７は、送信回路２２から送信される送信信号３７１の構成を示す図である。この送信信号３７１は、身体センシング装置３０１が装着される使用者を表す識別コード３７２と、加速度、角速度および脈波などの検出信号の種類を表す種類コード３７３と、その検出信号の値である検出データ３７４とを含む。本発明の実施の他の形態では、複数の身体センシング装置３０１毎に、無線信号の搬送波周波数は異なっていてもよい。受信端末装置３６１の受信機３６２では、各身体センシング装置３０１からの無線信号を受信し、その無線信号に含まれる前記検出信号に応答し、動脈血の酸素飽和度、脈拍およびその他の健康状態を表す値を演算して求める。処理装置３０２において、各身体センシング装置３０１を装着している人３０７の健康状態の異常が検出されたときに、そのことを表す警報信号はライン３２５から、緊急通報用端末装置２６に与えられる。緊急通報用端末装置３２６は、警報信号に応答し、病院の建物に配線されたラインを介して、または公衆電話回線を介するなどして、集中管理センタに設置された集中管理装置３２７に、緊急通報信号３２８を送信する。これによって医師などは、人３０７の健康状態を観察確認するために出動することができ、人３０７の健康状態の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
図８は、図３に示される身体センシング装置３０１の一部の動作を説明するための波形図である。この身体センシング装置３０１は、電池３２９を含み、この電池３２９の電力によって駆動される。センサＳＲの受光素子３１６からの検出信号は、送信用処理手段３０５における増幅回路３３２によって増幅される。センサＳＲの赤色光発光素子３１４は、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路３３３の発光素子スケジューリング回路３３４からの各制御信号によって、図８（１）に示されるように一定周期で間欠的に駆動される。赤外光発光素子１５は、図８（２）に示されるように、発光素子スケジューリング回路３３４によって間欠的に駆動される。これらの発光素子３１４，３１５は、一方が駆動されている期間中、他方が休止され、その点滅周波数は、たとえば３００Ｈｚであってもよい。
【００３３】
発光素子スケジューリング回路３３４は、センサＳＲの赤色光発光素子３１４を、期間Ｗ１だけ駆動し、赤外光発光素子３１５を次の期間Ｗ２だけ駆動し、たとえばＷ１＝Ｗ２であり、このような１周期（＝Ｗ１＋Ｗ２）が繰返えされる。たとえばセンサＳＲの受光素子３１６の検出信号が、切換えスイッチ３３１を経て増幅回路３３２に与えられ、切換えスイッチ３３７から、赤色光サンプルホールド回路３３８および赤外光サンプルホールド回路３３９にそれぞれ切換えられて与えられる。期間Ｗ１において赤色光発光素子３１４が駆動されるとき、増幅回路３３２の出力は切換えスイッチ３３７から赤色光サンプルホールド回路３３８に与えられる。また赤外光発光素子３１５が駆動される期間Ｗ２では、増幅回路３３２の出力は切換えスイッチ３３７から赤外光サンプルホールド回路３３９にそれぞれ与えられる。
【００３４】
赤色光発光素子３１４が駆動されている期間Ｗ１中で増幅回路３３２から切換えスイッチ３３７を経て赤色光用サンプルホールド回路３３８に与えられる信号は、図８（３）の参照符３４１で示される。赤外光発光素子３１５が駆動される期間Ｗ２中、増幅回路３３２から切換えスイッチ３３７を経て赤外光サンプルホールド回路３３９に与えられる信号は、図８（３）の参照符３４２に示される。これらの各信号３４１，３４２は、各サンプルホールド回路３３８，３３９によってサンプリングされ、そのサンプル値は、次のサンプリング時まで保持され、新たなサンプリング値に更新される。赤色光サンプルホールド回路３３８は、期間Ｗ１における増幅回路３３２から切換えスイッチ３７を介して与えられる出力３４１をサンプリングし、また赤外光サンプルホールド回路３３９は、増幅回路３３２から切換えスイッチ３３７を介して与えられる期間Ｗ２の信号３４２をサンプリングする。こうして赤色光サンプルホールド回路３３８は、図８（４）の出力３４３を導出し、赤外光サンプルホールド回路３３９は図８（４）の出力３４４を導出する。
【００３５】
各サンプルホールド回路３３８，３３９の各出力が与えられるローパスフィルタ３４３，３４４の遮断周波数は、たとえば約１０Ｈｚに選ばれる。したがってたとえば６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの照明光などの外来光が受光素子３１６に混入しても、そのような外来光の成分は、遮断される。
【００３６】
ローパスフィルタ３４３，３４４からの各出力波形は、図８（５）の参照符３４５，３４６でそれぞれ示される。こうしてローパスフィルタ３４３，３４４からの赤色光および赤外光に対応する受光素子３１６の検出信号に対応する出力は、脈波成分と直流成分とを含む。バンドパスフィルタ３４８，３４９は、約１．５〜約１０Ｈｚの周波数帯域の信号を通過させて濾波する。したがってバンドパスフィルタ３４８，３４９の出力は、赤色光発光素子３１４および赤外光発光素子３１５が駆動される各期間Ｗ１，Ｗ２における受光素子３１６の検出信号のうち、脈波成分だけを含む。
【００３７】
ローパスフィルタ３４３，３４４およびバンドパスフィルタ３４８，３４９の各出力は、アナログ／デジタル（略称Ａ／Ｄ）変換器３５２，３５３によってデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路３５４に与えられる。
【００３８】
図９は、処理回路３５４の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１からステップａ２に移り、処理回路３５４は、ローパスフィルタ３４３，３４４からの脈波成分および直流成分を含む検出信号のデジタル信号を読込み、またバンドパスフィルタ３４８，３４９からの脈波成分のデジタル信号を読込む。処理回路３５４は次のステップａ３で、センサＳＲからのローパスフィルタ３４３，３４４によって濾波された脈波成分および直流成分を含む検出信号のうち、外来光を含む検出信号と、外来光を含まない検出信号とを判定して選択する。
【００３９】
図１０は、処理回路３５４によって、外来光を含む検出信号と、外来光を含まない検出信号とを判定して選択する動作を説明するための受光素子３１６からの検出信号の波形３５６を示す図である。この検出信号の波形３５６は、期間Ｗ１における赤色光による脈波成分ＡＣ１と直流成分ＤＣ１とを含む。この検出信号３５６の予め定める時間Ｗ３内の変化量Δｘが、脈波成分のピーク・ピーク値ＡＣ１を超える予め定める値ΔＬ（ただしＡＣ１＜ΔＬ）未満であるとき（すなわち図１０のように、Δｘ＜ΔＬ）、検出信号３５６は外来光を含まない検出信号であると判定する。また前記変化量Δｘが、前記予め定める値ΔＬ以上であるとき（すなわちΔｘ≧ΔＬ）、検出信号３５６は、外来光を含む検出信号であると判定する。
【００４０】
人３０７の上肢に装着されたベルト３０９は、密着して上肢３０８に巻付けられており、したがってセンサＳＲが上肢３０８の皮膚の表面に接触しているとき、生体組織による散乱光を受光し、外来光を含まない検出信号として受光素子３１６から導出されるけれども、センサＳＲが皮膚から離間したとき、生体組織からの散乱光だけでなく、さらに照明光、太陽光などの外来光もまた受光素子３１６に入射し、受光素子３１６からは、外来光を含む検出信号が導出される。受光素子３１６に外来光が混入したとき、検出信号３５６のレベルΔｘが大きく変化し、不安定になる。そこで本件実施の形態では、この予め定める時間Ｗ３における変化量Δｘを演算して求め、その変化量Δｘが、予め定める値ΔＬ以上であるとき、その検出信号３５６は、上述のように外来光を含む検出信号であるものと判定する。
【００４１】
前記予め定める時間Ｗ３は、検出される人３０７の脈拍にほぼ等しい時間に定められ、たとえば０．５〜１秒の範囲内の値に定められてもよい。この時間Ｗ３が、たとえば脈拍の半周期に選ばれたとき、変化量Δｘは、脈波成分ＡＣ１にぼ等しい値になる（Δｘ≒ＡＣ１）。このようなときであっても、検出信号３５６に外来光が含まれているかどうかを判別することができるようにするために、前述のように予め定める値ΔＬは、脈波成分ＡＣ１のピーク・ピーク値を超える値（ＡＣ１＜ΔＬ）に定められる。こうして受光素子３１６の検出信号が、外来光を含む検出信号であるかどうかを判別することができる。受光素子３１６の検出信号は、赤色光発光素子３１４が駆動される期間Ｗ１による検出信号であってもよいけれども、本発明の実施の他の形態では、赤外光発光素子３１５の駆動期間Ｗ２における出力であってもよい。
【００４２】
本発明の実施の他の形態では、検出信号（＝ＡＣ１＋ＤＣ１）を、予め定める値でレベル弁別することによって、外来光を含む検出信号であるかどうかを判別するようにしてもよい。
【００４３】
また本発明の実施の他の形態では、前記処理回路３５４はセンサＳＲの上肢３０８への密着状態が良好であれば、上記外来光の有無を判定しない構成であってもよい。
【００４４】
再び図３を参照して、身体センシング装置３０１において、その特定の方向への加速度を検知する加速度センサ１１、特定の面に平行な回転の角速度を検知する角速度センサ１２、それら機械的振動体であるセンサを各々励振し（駆動信号はＰ１３０およびＰ１４０）また加速度および角速度の検出信号Ｐ１１およびＰ１２を抽出し、検波・増幅等の処理をしてそれぞれ検出値に比例する電圧を出力する加速度測定回路１３および角速度測定回路１４を含んでいる。
【００４５】
所定の期間（使用者自身が決める、あるいは予め使用者と医療関係者が打合わせて決める、あるいは装置が自己の時計で決める等種々考えられる）内の加速度出力Ｐ１３と角速度出力Ｐ１４はそれぞれ加速度演算回路１５および角速度演算回路１６によって所定の演算が施される。所定の演算とは信号Ｐ１３，Ｐ１４の波形に加工を施して信号を変換することであり、たとえば入力波形のピーク値を抽出する、整流・平滑化を行って平均化する、所定期間に現れる波形のピーク値の分散値を求める、所定期間の信号を細かくサンプリングしてその分散値を出す、またさらにそれらの対数を求める、あるいはその他の数学的処理を行うことや、振動する波形の周期を求めること等を意味する。それらの出力である運動データは加速度演算出力Ｐ１５および角速度演算出力Ｐ１６である。この両出力は通信回路２２によって、たとえば電波出力Ｐ２２として外部装置２に対して、ともに送信される。データの送受信は双方の通信回路２２，２３が連携し、互いの動作をチェックしながら双方向的に行われる。また制御回路２４は身体側装置１内の各回路に作用し、制御信号Ｐ２４１，Ｐ２４２，Ｐ２４３，Ｐ２４４，Ｐ２４５を発生し、各回路の動作タイミングや各回路間の連携動作を調整する役割を持つ。
【００４６】
図１１は、外部装置２である受信端末装置３６１のブロック図である。この装置３６１の構成および動作は以下のようである。電波信号Ｐ２２に含まれる運動データを受信した通信回路２３はそれを復調し内部信号Ｐ２３に変換する。運動判定回路１７は内部信号Ｐ２３を受けて、それに含まれる加速度演算出力と角速度演算出力の２種類の情報と、予め何種類かの運動について実験的に求めておいたそれぞれの数値範囲とを比較し、ある期間（すなわち前記所定の期間）内に使用者が行った運動の種類とその強度を判定する。あるいはさらに判定された運動に対する評価（たとえばリハビリテーションの進度状況等）の情報も付加する。
【００４７】
それらの情報を含む判定結果信号Ｐ１７は記憶装置１９に記憶されるとともに表示装置１８（必要な回路を含む）に送られてその内容（運動の種類、強度、その評価）等が予め登録されていた使用者の個人情報とともに表示され、記録装置２１にて記録され、医療担当者など観察者の診断を可能にする。また記憶された内容を含む記憶信号Ｐ１９は、再生回路２０によって必要に応じて再生信号Ｐ２０として随時再生され、表示装置１８により表示される。制御回路２５は外部装置２内の各回路に作用し、受信信号Ｐ２３１を受け、制御信号Ｐ２５１，Ｐ２５２，Ｐ２５３，Ｐ２５４，Ｐ２５５，Ｐ２５６を発生し、各回路の動作タイミングや各回路間の連携動作を調整する役割を持つ。
【００４８】
以下、図１２および図１３によって本発明の運動測定装置の実施の形態の具体的な形態の一例を紹介しておく。図１２は身体センシング装置３０１の一例を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。身体センシング装置３０１はほぼ腕時計形をしており、腕巻き用のバンド３６を備えて手首に装着できる。主要な部品として運動センサ３１、表示装置３２、外部装置との通信回路モジュール３３、電源となる電池３４、操作スイッチ３５を示す。身体センシング装置３０１は、装着が使用者の負担にならぬように薄形・小形でなくてはならない。表示装置３２は見やすさを重視すると腕時計の表示面に相当する最も広い表面に配置することになる。運動センサ３１も同じ面に、したがって表示装置３２と平行に配置する。表示装置３２は液晶表示パネル等薄形のものが利用できるので、運動センサ３１も充分薄いパッケージに納められていなければならない。
【００４９】
薄形の運動センサ３１を表示装置３２と平行に配置する理由は次のとおりである。最適な運動検出方向はすでに述べたように、加速度Ｇについては身体の上下（鉛直）方向の直線運動すなわち図１２のＸ方向である。回転角速度ωについては身体の上下方向Ｘと前後方向Ｙの双方を含む平面に垂直なＺ軸まわりの回転（同図１２のωｚ方向）、すなわち身体の左右方向を向き、かつ水平な回転軸（図１２のＺ軸に平行）まわりの回転運動である。身体側装置３を腕時計のように、表示面が手首の甲側または掌側になるよう装着したとき、これが最も自然で望ましく、状態を直立させ肘を自然に曲げ伸ばしするとき、その回転面は身体側装置３の表示面すなわち表示装置３２と平行になるので、その最も広い面に平行な回転検出面を持つ薄形の角速度センサがあれば、それを内部に含む運動センサ３１を表示装置３２と平行に配置することが好ましい。
【００５０】
図１３は、本発明の実施の形態における運動センサ３１の一例の内部構造を示す平面図である。この運動センサ３１の構造は上記のような形状、配置、検出方向に関する要求を全て満たすものである。図１３では、薄い箱形で気密（好ましくは真空）の容器４０の内部構造を示すために、蓋（容器の天井部分）を取除いてある。容器４０の底部を貫通する多数のハーメチック端子ピン４１が設けられる。各ピン４１は運動センサ振動体５０上の電極膜群の個々と、たとえばワイヤボンディングの手法で接続されるが、電極膜やボンディングワイヤは図示を省略してある。運動センサ振動体５０は１枚の電圧性材料の平板から成形されており、加速度センサ部と角速度センサ部が一体化されている。運動センサ振動体５０は総基部５１の裏面の固定部Ａ５２（斜線部）と、小面積の固定部Ｂ６４（斜線部）の裏面とが容器４０側の台座（図示せず）上に接着され支持されている。
【００５１】
角速度センサ部は、いわゆる三脚音叉形の形状をした部分であり、各々遊端部が外側方（図１３の上下方向）に屈曲したＬ字形の外脚Ａ５３、外脚Ｂ５５、中脚Ｃ５４、および音叉基部５６、支点５７より成る。外脚Ａ５３と外脚Ｂ５５とは通常の２脚音叉と同様にそれぞれが片持ち梁的で対称軸（図示せず）に関して対称な振動を行うように、角速度測定回路に含まれる励振回路（発振回路）によって一定振幅で励振させられている。中脚Ｃ５４は励振されないが、その撓みを検出するための表面電極（図示せず）を持っている。固定部と異なるハッチングを付して示した５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃはそれぞれ負荷質量で、固有振動数を下げ、かつ互いに等しくするために脚先端部に施した金属の厚メッキ層より成る。中脚Ｃ５４の固有振動数は両外脚の固有振動数と適宜に差をつけることがある。
【００５２】
今、運動センサ振動体５０が図示の方向、すなわち紙面に垂直なＺ軸に平行な回転軸のまわりに角速度ωｚで回転すると、両外側の振動脚には角速度に比例するコリオリ力が作用する。その方向は脚の長手方向であって、ある瞬間外脚Ａ５３に脚先端向きの力が作用すれば、外脚Ｂ５５には脚の基部に向う力が作用する。力の方向は脚の振動と同期して正弦的に変化し周期的に反転する。２つの力は両外脚が平行に離れており、かつ負荷質量の偏心方向も外脚軸に対して逆であるため偶力を構成し、音叉基部５６を揺さぶり、支点５７のまわりに微小な回転振動を惹起する。このコリオリ力によるモーメントに起因する音叉基部５６の振動を感知して中脚Ｃ５４はコリオリ力に比例した振幅で振動する。中脚Ｃ５４に設けた検出電極で抽出された振動電圧が角速度の検出信号である。
【００５３】
運動センサ振動体５０の加速度センサ部は１対の平行な振動する２本の棒Ａ、棒Ｂと負荷質量より成る。ばね部である棒Ａ６１、棒Ｂ６２、負荷質量６０（広い面積の素材板の一部の質量とその表面に施した厚メッキ材の質量とより成る）、２本の支持ばね６３（負荷質量６０を支持しながら図示Ｘ方向の微小な変位を許すための部材）、固定部Ｂ６４（負荷質量６０が特にＸ方向に大きく変位しないように支持固定するための部分）より成る。各々両端固定である棒Ａ６１、棒Ｂ６２は運動センサ振動体５０の対称軸に関して対称な弓状を成す振動姿態で発振回路（たとえば図１の角速度測定回路１４に含まれる）によって励振させられる。
【００５４】
その発振周波数は通常一定であるが、負荷質量６０に図示Ｘ方向の加速度Ｇｘが作用すると、その大きさに比例する力で負荷質量６０は棒Ａ６１、棒Ｂ６２をその長手方向に圧縮あるいは引っ張ることになり、その力の方向と大きさにより発振周波数が増減し変化する。そこで別途設けた基準周波数と上記発振周波数とを比較し、発振周波数の偏かの方向と量を知ればＸ軸方向の加速度を求めることができる。基準周波数源を特に設けず、代りに角速度センサ用の振動体である外脚Ａ５３、Ｂ５５の発振周波数を利用し得る可能性もある。本運動センサの最大の利点は薄形であり、しかも腕時計形装置の最大の面（表示面）に平行に配置して、重要なＧｘ，ωｚが検出可能なことである。
【００５５】
次に、本発明の最適な実施の形態を求めるために行った諸実験について、図１４〜図１９を用いて説明する。まず図１４は身体動作センシングにおける振動応答の実験状況の説明図である。被験者である人体４を直立させ、片足を固定台５に乗せ、他の脚を鉛直方向に振動する加振機６の台上に乗せた。なお人体４を基準として図示のようにＸ，Ｙ，Ｚの座標軸を設定した。人体４に付した黒丸は、加速度センサを含む身体センシング装置３０１を装着した部位を示す。そして先ずＸ方向（鉛直方向）の加振に対する各部位に装着したセンサの応答を求めた。加振は正弦波で４．９ｍ／ｓ＊ｓの一定加速度で５〜１０００Ｈｚをスイープした。なおＸ方向の加速度は歩行等の普通の運動での消費カロリーを求めるために必須のデータでもある。
【００５６】
図１５は上記の実験条件で片方の足裏を加振したときの身体の各部位に装着した加速度センサのＺ方向の振動応答の実験結果を示すグラフで、横軸は加振周波数、縦軸は検出された加速度をそれぞれ対数目盛で示した。（ａ）は頭頂、（ｂ）は胸ポケット、（ｃ）は腰ベルト、（ｄ）は足首、（ｅ）は肘を伸ばした手首、（ｆ）は肘を曲げて水平にした手首にそれぞれ装着した場合である。（ｃ）腰ベルト、（ｄ）足首、（ｅ）肘を伸ばした場合、（ｆ）肘を曲げた手首の各場合はセンサを体の加振側に取付けた場合と体の中心軸（左右を分ける面）に関して対称な部位に取付けた場合の両者を同じ図上に示して比較を容易にしてある。これらのデータを見るに、（ｅ）図で加振側と対称側の応答の差が全周波数範囲にわたってほとんどなく波形も最もなだらかである。また約２０Ｈｚ以上の足裏振動は伝達率が低く、歩行や走行の検出において履物や地面の固さの影響を受けにくく安定した検出が期待できる。これらの理由で、特別な身体部位の測定が目的でなければ、一般的には手首にセンサを装着するのが最も優れていることが判る。
【００５７】
次に脳梗塞による片麻痺患者の病状の程度を評価するために行われるテストの一例である「指−鼻テスト」の運動検出を、手首に装着した加速度センサと角速度センサを用いて行ってみた。これはメトロノーム信号に合わせて指を繰返し自分の鼻に持ってゆく動作を被験者にしてもらう。図１６は指−鼻テストにおける右手および左手の運動の計測結果をそのまま検出波形で示すグラフで、横軸は時間（秒）、縦軸は検出値である。（ａ），（ｂ）は健常者Ａ、（ｃ），（ｄ）は健常者Ｂ、（ｅ），（ｆ）は左上肢まひ患者の場合を示す。これらの図を見るに、二人の健常者ではいずれの側の手の動作も加速度、角速度とも滑らかで一定のリズムが認められるが、片側麻痺患者では動作のテンポが遅く、波形も乱れており、特に麻痺側の上肢の場合それが顕著であるから、症状の重篤さや過去のデータと比較しての改善程度などが容易に判断でき、手首形の身体側装置が極めて有効であることが判る。
【００５８】
次に、手首に正しく装着した運動センサによって、数種類の歩行を各方向の加速度と角速度の測定結果を用いて識別する実験を行った。座標軸は図５に示したとおりであり、Ｘ軸は直立した身体の上下軸、Ｙ軸は前後軸、Ｚ軸は水平な左右軸である。被験者は２０〜４０代の男女１４名、運動の種類は普通歩行、早歩き、ジョギング、走行、腕拘束歩き（腕組み、ポケット入れ、鞄持ち）の５種であり、２０歩あるいは５０歩を一まとめとしてデータ採取を行った。検出波形はそのままではなく演算処理し加工してある。１つは振動のピーク（歩行に応じて測定回路から出力される振動的な電圧波形の各ピーク値）を検出した場合、他は波形を多点サンプリング（２０〜５０歩の歩行中の波形電圧を５０Ｈｚでサンプリングする）して各点の値の分散（各データと平均値との差の２乗の平均）を計算した場合で、さらにそれらの対数を取っている。結果は図１７〜図１９に分けて示してある。
【００５９】
図１７（ａ）はＸ軸とＹ軸の加速度波形の分散値同士、（ｂ）はＸ軸とＹ軸の加速度波形のピーク値同士を用いた図である。
【００６０】
図１８（ａ）はＸ軸加速度とＺ軸角速度、（ｂ）はＹ軸加速度とＺ軸角速度を取り、いずれも検出波形のピーク値を用いた図である。
【００６１】
図１９（ａ）はＸ軸加速度ＧｘとＺ軸角速度Ωｚ（本件明細書では、前述のようにωｚと記載することもある）、（ｂ）はＹ軸加速度ＧｙとＺ軸角速度Ωｚの、いずれも分散値同士を用いた図である。図１７〜図１９の横軸と縦軸とは、いずれも対数目盛である。
【００６２】
各図を見るに、先ずピーク値同士を組合わせた図１７（ｂ）および図１８（ａ）、図１８（ｂ）では各種の運動を示す測定点に互いに固まり、しかもかなり入組んで入るものがあるため、運動の識別が確実に行われない恐れがある。それに対し、検出波形の分散値同士を組合わせた例では、加速度同士である図１７（ａ）では運動の分離性が悪いが、加速度と角速度を組合わせた図１９の両図は比較的分離性が良い。中でも上下方向加速度Ｇｘと上下−前後面内回転角速度ωｚを用いた図１７（ａ）の方がやや識別性が良いと考えられる。
【００６３】
以上の結果から、身体側装置内の運動の感受性方向として上下方向加速度Ｇｘと上下−前後面内回転角速度ωｚを用いるのが一般的な場合に運動識別上最適であり、これは図１６のようなリハビリテーションの判定にも適しており、またたとえば図１３のような検出方向を持つ薄形の運動センサを用いて図１２のような装着性と使用感の良い身体側装置によって実現できることを示している。
【００６４】
本発明の実施の形態は、以上述べた幾つかの形態に限られないことはもちろんである。たとえば、加速度や角速度の感受性の方向は、装置の使用目的によって異なる方位を選んでもよい。身体側装置と外部装置との間で送受信されるデータは必要な運動情報が伝達される限りどのようなものであってもよい。また身体側装置は時計や携帯電話等の機能を備えていてもよい。時計機能はタイミングの制御にも用い得る。また身体側装置の装着位置も必ずしも手首に限らず、たとえば腕上任意の位置とすることができる。また運動計測結果は常に図１７以下のように加工して表示するとは限らず、図１６の各図のように加速度あるいは角速度の検出波形をそのまま表示してもよい。また測定値の演算処理も実験で示した以外に、たとえば絶対値の平均を求めるなど種々の場合があり得る。また他の方向の加速度あるいは角速度をも計測して補助データとし、診断や運動評価の精度を上げることも考えられる。
【００６５】
また本装置の用途としては運動データの採取と評価に限られず、たとえばコミュニケーションツールとして利用がある。使用者が遠隔の医療担当者に対し「すぐに来て欲しい」等の何種類かの要求や意志の伝達を、予め取決めておいた身体動作を合図として行い、外部装置側で運動検出波形を分析してその合図動作すなわち意図を知ることができる。
【００６６】
図２０は、受信端末装置３６１に備えられる端末装置３６４の運動判定回路１７（図１１参照）および制御回路２５の動作を説明するためのフローチャートである。これらの運動判定回路１７と制御回路２５とは、たとえば１つのマイクロコンピュータなどによって実現されることができる。ステップｂ１からステップｂ２に移り、加速度Ｇｘおよび角速度ωｚを検出し、さらに脈波を、受信機３６２の通信回路２３において受信する。ステップｂ３では、加速度Ｇｘおよび角速度ωｚに基づいて運動量Ｑを演算する。
【００６７】
ステップｂ３ではまた、脈波に基づいて脈拍を計算する。脈拍Ｕの演算にあたっては、予め定める時間Ｗ１、たとえば１０秒間の脈拍パルスの回数を、カウンタによって計数し、その計数値を、Ｎ倍することによって１分間あたりの脈拍Ｕを得ることができる。ここで、Ｗ１・Ｎ＝１分間である。
【００６８】
ステップｂ４では、運動量が過多であるか、すなわちステップｂ３において演算された運動量Ｑが、予め定める第１の値Ｑ１未満であって正常であるかどうかが判断される。正常であれば、ステップｂ４からステップｂ５に移り、脈拍Ｕが、予め定める値Ｕ１，Ｕ２の範囲内（すなわちＵ２≦Ｕ＜Ｕ１）であるかが判断される。ステップｂ５において脈拍が正常であれば、ステップｂ６において運動量Ｑと脈拍Ｕとが表示装置１８によってたとえば液晶パネルに表示され、またプリンタなどの記録装置２１によって記録紙に印字される。
【００６９】
ステップｂ５において脈拍が過多であり（すなわちＵ１≦Ｕ）、または脈拍が過少であるか（すなわちＵ＜Ｕ２）であるとき、ステップｂ７に移り、表示装置１８および記録装置２１による警報が発生され、また緊急通報が、公衆電話回線を介して送信され、または無線で送信され、これによって医療機関または福祉施設などにおいて、その警報信号を受信し、使用者に対する処置を適切に行うことができる。
【００７０】
ステップｂ４において運動量Ｑが過多であるとき（すなわちＱ１≦Ｑ）、ステップｂ８において脈拍Ｕが正常であるかが判断される。ステップｂ８において脈拍Ｕが過多であるとき（すなわちＵ１≦Ｕ）、ステップｂ７において警報信号が発生され、また緊急通報が前述と同様に行われる。ステップｂ８において脈拍Ｕが正常であるものと判断されたとき（すなわちＵ１≦Ｕ）、正常であり、ステップｂ６において表示、記録が行われる。
【００７１】
図２１は、受信端末装置３６１における運動判定回路１７および制御回路２５の使用者が安静時における動作を説明するための波形図である。センサＳＲから得られる脈波信号は、ピーク４６１に対応し、これらのピーク４６１間の時間間隔Ｗ２は、脈拍に対応する値である。
【００７２】
図２１の縦軸は、受光素子３１６（図４参照）によって受光される反射光の強度であり、図２１の横軸は時間を示す。使用者の安静時、脈波にはノイズが混入せず、脈拍を正確に演算することができる。
【００７３】
図２２は、受信端末装置６３１における運動判定回路１７および制御回路２５の使用者が運動している状態における演算処理を説明するための図である。図２２（１）に示されるように、使用者が運動しているとき、身体センシング装置３０１によって加速度センサ１１は、パルス数４６３を導出する。脈拍センサＳＲからの出力波形は、図２２（２）に示されるように、ノイズ成分４６４が混入される。運動判定回路１７は、加速度センサ１１のパルス状出力４６３が得られる状態で、脈波センサＳＲの出力に含まれるノイズ成分４６４を除去するノイズ除去手段を含む。こうして脈波センサＳＲの出力に含まれるノイズ成分４６４が除去されることによって、使用者の運動時においても、図２１の安静時の脈波出力波形と同様に、滑らかな脈波信号を得ることができる。これによって脈拍を正確に演算して求めることができるようなる。
【００７４】
図２３は、本発明の実施の他の形態の身体状態の端子装置４０１の全体の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、前述の図１〜図２２の実施の形態における送信手段２２と受信機３６２とが省略され、ベルト３０９に一体的に全体の構成が取付けられ、しかも構成が小形化される。前述の身体センシング装置３０１内にすでに説明した必要な各回路および表示装置１８を有し、通信回路は不要となり、運動の状況やその評価の情報が表示され、使用者（着用者）自信がそれを確認できる利点がある。得られた情報は、再生回路２０によって後刻再生され、第三者等に確認させる外部機器に記憶させたりすることも可能である。制御回路２６は、身体側装置１内の各回路に作用し、制御信号Ｐ２６１，Ｐ２６２，Ｐ２６３，Ｐ２６４，Ｐ２６５を発生し、各回路の動作タイミングや各回路間の連携動作を調整する。
【００７５】
本発明の身体センシング装置３０１の実施の形態の一例について述べる。その主要部は腕時計に似た形であり、腕巻きバンドによって手首に装着される。その内部には少なくとも運動センサとその動作回路を内蔵している。運動センサは運動測定装置の固有の方向に対する少なくともそれぞれ１つの方向の加速度および角速度を測定する。測定される加速度Ｇｘの方向は、着用者が立って腕を自然に体側に下げたとき、体の上下方向（すなわち鉛直方向、これをＸ軸とする）に相当する方向である。また測定される角速度ωｚの出力は、腕を体側面に平行に振るときの、身体の左右軸（Ｚ軸）まわりの手首の自然な回転方向に相当するものである。計測された加速度Ｇｘや角速度ωｚの出力は様々に加工され、運動の識別や消費エネルギの計算に用いられ、それらの最終情報は手首の装置で直ちに使用者が観測してもよく、演算以前あるいは途中のデータを固定されたコンピュータに無線転送し、あるいは、たとえば１日分のデータをまとめて有線で転送して、固定装置側の演算で最終情報の視覚化や記録をするようにしてもよい。ジャイロセンサ１２は、Ｘ軸またはＹ軸まわりの角速度ωｘまたはωｙをさらに検出するように構成することができる。
【００７６】
本発明の主要な特徴は身体側機器や外部機器の構成や機能分担にあるのではなく、加速度Ｇｘや角速度ωｚから必要な情報を得るためのアルゴリズムにある。以下その概略を述べ、さらに本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートにより詳細に説明する。
【００７７】
なお加速度Ｇｘや角速度ωｚは測定値を１０〜１００Ｈｚ（たとえば２０または５０Ｈｚ）でサンプリングしたデータを用いる。また加速度Ｇｘや角速度ωｚの大きさを示す量として、サンプリングしたデータの所定個数の絶対値の和、あるいは２乗和を使用する。
【００７８】
（１）身体の行動の識別：加速度Ｇｘや角速度ωｚのサンプリングデータにある程度の周期性が見られれば歩行または走行であり、周期性が認められなければその他の運動であると判断する。さらに歩行と走行は加速度Ｇｘの差が顕著に見られることで区別できる。それらの行動は、加速度Ｇｘまたは角速度ωｚの大きさを示す量によってさらに強度を何段階かに分ける。また歩行か走行の場合はデータの周期性から歩数をカウントすることができる。
【００７９】
（２）短時間の消費エネルギ：従来の広範な研究により、２０〜２９歳の男性を基準として、種々の行動の形態毎に単位体重（ｋｇ）当りの消費エネルギが「行動別係数」として表１のように与えられている（日本体育協会スポーツ科学委員会による）。さらに年齢や性別の異なる被験者（使用者）についてはその補正係数が表１のように与えられている（第４次改定「日本人の栄養所要量」による）。これらにより消費エネルギ（基礎代謝を含む）は、行っている行動の種類が決まれば消費エネルギが計算できる。
【００８０】
【表１】

【００８１】
【表２】

【００８２】
（３）長時間の消費エネルギ：時間的に変化する短時間の消費エネルギを積分すればよい。あるいは運動センサを常時ではなく間欠的に動作させ、動作中のデータより識別された行動の種類および強度が、たとえば数分〜１０数分である間欠動作間隔期間中持続するものとして計算した消費エネルギを積算してもよい。
【００８３】
図２４は本発明の運動測定装置の実施の形態の一例の測定動作のフローチャート、図２５はそのうちのエネルギ計算を行う部分のフローチャートの動作を示す。図１において、ステージ１では使用者の年齢、性別、体重、さらに目的に応じて歩幅等のデータを入力する。ステージ２にて電源がＯＮになると運動センサと測定回路が動作を開始し、ステージ３において所定のタイミングでＧｘとωｚが多数測定される。ステージ４ではωｚをたとえば２０Ｈｚでサンプリングし、４Ｈｚ以下の周波数がないかを０．１Ｈｚおきに精査する周波数分析（Ｓｈｏｒｔｔｉｍｅ ＤＦＴによる）を行う。データは２秒毎に更新する。歩行の周波数は０．５〜１．８Ｈｚ程度である。またステージ５では期間中のＧｘデータの平均値ａとピーク値ｂとの比を計算する。
【００８４】
ステージ６では周期性の判定を行う。周期性が認められないか、ｂ／ａ＜７であるときは周期性なしとして図２の分岐Ａ点に移行し、非周期運動のエネルギ計算が行われる。周期性が明瞭でｂ／ａ≧７であるときはステージ７で歩行または走行を行っていると識別され、ステージ８でωｚのピーク周波数の２倍×２秒を２秒間の歩数としてカウントする（なお判断の境界に用いたｂ／ａ＝７の値は実験的に選ばれるもので、この場合はデータに絶対値の和を用いた今回の場合にほぼ最適と判断した値である）。ステージ９ではその歩数が（２秒遅れであるが）表示され（たとえば最大２４時間分）、またその変化（たとえば１５分毎、あるいは１日毎の積算歩数値）が数日分記憶保存される（外部コンピュータにデータを転送してもよい）。そしてさらに走行、歩行のエネルギ計算のフローの開始点Ｂに移行する。
【００８５】
図２５において、ステージ１１では歩行または走行以外の行動であると判断し、ステージ１２において、Ｇｘのたとえば２０Ｈｚでサンプリングした２秒間のデータの２乗和を（または絶対値の和）を用い、次の数式で非周期的行動を分類し、図示のように行動係数を決める。すなわちＧｘ＜２ならばデスクワーク（座位）、２＜Ｇｘ＜６なら軽作業（立位での家事等）、６＜Ｇｘ＜１６なら軽い運動（スポーツ）、１６＜Ｇｘなら激しい運動（スポーツ）とみなす。それぞれ分類された運動に体して所定の行動係数を適用する。なお、ここで用いているＧｘやωｚの大きさを表す数値は、本実施の形態において用いた測定回路の出力電圧値であり、加速度や角速度またはそれらの絶対値（あるいは２乗和）との比例的な関係はあるが、それらの力学的な単位を持つ値ではないことを断っておく。
【００８６】
ステージ１３においては次式で消費エネルギを計算する。
消費エネルギ［ｋｃａｌ］＝行動別係数［ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ］×体重［ｋｇ］×時間［分］×補正係数
そしてステージ１４では消費エネルギ値の表示と保存が、必要ならば外部コンピュータにデータ（計算前のデータでもよい）を無線転送して行われる。消費エネルギ値はたとえば１５分間毎の値、あるいは１日毎の値を表示するのが妥当であろう。データ処理が終了したならば終点Ｃから図１のステージ４のＣ点に戻り、次の運動解析を行う。
【００８７】
走行・歩行の場合はＢ点より、ステージ１５においてさらにその分類を行い、それぞれ行動係数を決定する。すなわちＧｘ，ωｚの２乗和（または絶対値の和）を用いて、Ｇｘ＜８かつωｚ＜２．８なら歩行１、２．８＜ωｚ＜５なら歩行２、５＜ωｚ＜７．２なら歩行３、７．２＜ωｚなら歩行４、８＜Ｇｘ＜１６なら走行１、Ｇｘ＜１６なら走行１、１６＜Ｇｘなら走行２とする。ステージ１６では行動係数を用いて既述の式により消費エネルギを計算する。Ｄ点を出たフローは図２のステージ１４に送られてデータの表示と保持を行う。
【００８８】
以下、本発明のアルゴリズムを用いた実験結果を示す図２６〜図３４を用いて、本発明の考え方の妥当性と実用性を検証してみる。
【００８９】
図２６は被験者Ｐの周期性ありと判断された運動のＧｘとωｚの絶対値の和の関連を表すグラフ、図２７は同じ被験者が行った非周期性であると判断された運動におけるＧｘとωｚの絶対値の和の関連を表すグラフである。これから、走行と強い運動の強度はＧｘで、歩行と他の運動の強度ωｚで分類可能であることが判る。
【００９０】
図２８は、５人の被験者Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔにおける、歩行、走行の速度とωｚの絶対値の和との関連を表すグラフである。歩行の速度はωｚとよく比例しており、ωｚで歩行速度（強度）が推定可能であることが判る。一方、走行速度はωｚでは推定困難である。走行時は肘を曲げることがその理由であると思われる。
【００９１】
図２９は、同じ被験者の歩行、走行の速度とＧｘの絶対値の和との関連を表すグラフである。走行速度はＧｘにより推定可能であることが判る。
【００９２】
図３０は、被験者Ｐにほぼ指定した速度で歩行、走行をさせたときのＧｘ，ωｚ絶対値の和の分布を表すグラフである。同じ速度のデータはよくまとまっており、走行をＧｘの大きさで、歩行をＧｘのレベルとωｚの大きさで充分に分類できることが示されている。
【００９３】
図３１は被験者Ｒについて採取した同様なデータのグラフであるが、この場合はωｚが小さめに固まっており、歩行速度の分類に成功していない。被験者Ｒの行動を観察したところ、歩行時に掌を前方に向ける癖があって手首の装置のセンサの向きが変わり、正しいωｚが測定されていないことが判った。この対策はたとえば運動測定装置を手首のまわりで少しずらして装着すれば補正することが可能である。他の方法もあるが後述する。一方Ｇｘによる走行速度の分類に支障は見られない。
【００９４】
図３２は、被験者Ｐの１日間の運動を１５分毎に識別した結果を示すグラフである。本発明によって使用者の行動解析が可能となり、有用性が高いことを示すものである。
【００９５】
図３３は、被験者Ｐの１日間にわたる、１５分毎の消費エネルギの変動を示すグラフである。これも使用者のエネルギ消費パターン、あるいは総消費エネルギを把握するために、本発明が有用であることを示している。
【００９６】
図３４は、被験者Ｐの１日間にわたる歩数の変動を１５分毎に示したグラフである。本図も使用者の行動パターンを知り、他のグラフやデータ等と併せてたとえば診断や生活改善上の資料とすることができる。
【００９７】
本発明の実施の形態は、以上述べたものにとらわれないことはもちろんである。たとえば、加速度や角速度の検出の方向は、上記実施の形態ではともに１軸（１方向）であり、これが運動測定装置が最も低コストで実現できる構成であるが、２軸あるいは３軸のＧまたはωセンサを組込んでもよい。この場合は運動を解析するための情報が増えるメリットがある。また測定装置の姿勢や方向によらず、加速度や角速度の絶対的な最大値や最小値を算出することが可能となる。これは図１１の被験者Ｒのように使用者の癖により検出したい方向が装置上でずれても、たとえば２方向の角速度成分から最大値（手首装置の場合、体側に沿った腕の回転で起こると思われる）を計算して求めることができる。
【００９８】
また身体センシング装置３０１の運動センサ３０を手首以外（上膊、胸、腰、脚など）に装着し、これらから得た計測値を単独で、または手首における計測値と関連させて、より高度な運動解析を目指すこともできる。たとえば脚部に角速度センサを装着することにより、自転車での運動の解析が容易になると思われる。
【００９９】
また、腕に装着する装置に全ての機能を持たせる構成の他に、腕に装着する部分は機能をセンサ関連に極力限定して装置を小形軽量化して装着付加を軽減し、演算部以降はベルト等に付けた装置や携帯電話機（必要な機能を備えたもの）等に分割し、これらに解析結果を表示したり、これらからデータをホストコンピュータに転送したりする構成もあり得る。こうすることでペースメーカ使用者へのある程度の配置も可能である。
【０１００】
また既述の演算機能の他に特殊な場合の検出機能を持たせて、使用者の安全に寄与することができる。たとえば加速度や角速度が所定時間ほとんど検出されない場合や通常考えられない緩い頻度で動作する場合は、使用者が失神したかもしれないし、使用者が転んだ場合は運動センサが一時的に異常な波形（たとえば衝撃的な波形）の出力を生じるであろう。また使用者が緊急の助けを求める場合、装置を激しく叩いたり振ったりなどして合図を送ることがあり得る。その場合には運動検出装置が発音や無線で緊急信号を発信することが望ましい。発音の場合は機器に付属するスピーカを使用し、無線の場合は直接外部機器に対して電波を発信するか、所持している携帯電話機等の無線機能を持った機器を経由して救難信号を発信することが考えられる。装置が加速度や角速度の異常値を検出した場合救難信号発生機能は、たとえば図２４および図２５で示したような通常処理ルートに割込み、優先処理される。
【０１０１】
図３５は、角速度センサ１２の構成を示す斜視図である。この角速度センサ１２は、２軸ジャイロセンサである。このセンサ部の基本構成としては、金属円板４７１の片面に４分割した駆動電極を兼ねる検出電極を形成した圧電セラミックス（ＰＺＴ）４７２を接合し、反対面に球状重錘４７３を接合してある。金属円板４７１は、ＰＺＴ４７２上に形成される駆動電極に電気信号を加えることで、その表面に対し垂直に振動する。振動に対し垂直方向に角速度が加えられた場合、発生したコリオリ力が重錘４７３を偏向させ円板４７１が歪む。このとき４分割した検出電極中、相対向する２対の検出電極によって、一つのセンサで２軸Ｚ，Ｘの角速度ωｚ，ωｘを同時に検出することができる。
【０１０２】
図３６は、角速度センサ１２の電気的構成を示すブロック図である。この実施の形態では、駆動と検出を４分割電極で兼用する。図３６に示すように、駆動に用いられる４分割電極は、抵抗を介した発信器と帰還増幅回路部に接続する。図中のＸ１，Ｘ２（Ｚ１，Ｚ２）電極はフィードバック増幅回路４７４〜４７７を介して差動増幅回路４７８，４７９に接続する。信号は同期検波回路４８１，４８２により全波整流され、全波整流された信号は、低域フィルタ（ＬＰＦ）４８４，４８５をかけることにより直流電流となり、直流電流増幅回路４８６，４８７により増幅され外部出力端子に送られる。駆動電圧は帰還信号により制御されているため、センサはほぼ一定の電流で安定に振動することができる。駆動回路により発生させた駆動電圧１．５Ｖｐ−ｐのＡＣ電圧を、ＰＺＴ円板に形成された駆動電極と、ＰＺＴ円板の裏面に金属円板と電気的に接続されるように形成された基準電極の間に印加する。駆動と検出モードのノードを一致させる。ＦＥＭシミュレーションにより計算しその結果をもとに試作を行ったところ、検出モードのノード円は０．５５Ｒ付近であり、駆動モードと若干ずれがあることが判明した。このため、シリコーンゴムによる軟支持とし、ノード円のずれの影響を小さくする。
【０１０３】
角速度センサ１２の動作原理を、図３７（ａ），（ｂ）に模式的に示す。図３７（ａ）はセンサがＹ軸方向に振動している状態（振動速度：Ｖｙ）であり、この状態においてセンサに対しＺ軸まわりに回転角速度（ωｚ）が与えられたとき、回転角速度により発生したコリオリの力（Ｆｘ）が、球状重錘に対しＸ軸方向に作用する。その結果、球状重錘の質量が円板に対してモーメントを発生する（図３７（ｂ））。このときのコリオリの力は、以下の式（２）で与えられる。
【０１０４】
Ｆｘ＝２ｍ・Ｖｙ・ωｚ …（２）
ｍ：質量 Ｖｙ：Ｙ軸方向の振動速度
同様に、Ｘ軸まわりに回転角速度ωｘが与えられた場合、発生したコリオリの力（Ｆｚ）は、球状重錘に対しＺ軸方向に作用する。その結果、球状重錘の質量が円板にモーメントを発生する。このときのコリオリの力も以下の式（３）で与えられる。
【０１０５】
Ｆｚ＝２ｍ・Ｖｙ・ωｘ …（３）
以上により、回転角速度ωｘ，ωｚは既知のＶｙ，ｍ，Ｆｚ，Ｆｘによって決定される。実際には、回転角速度は金属円板の中心に接合した球状重錘に作用し、円板の歪み量の変化をＰＺＴ４７２により検出することにより測定される。また、振動ジャイロの場合、加速度等の外力の影響をできるだけ小さくすることが重要である。そのために、▲１▼支持構造をシリコーン接着剤等による軟支持構造とし、高周波成分の外力がセンサ部へ伝達するのをできるだけ抑える。▲２▼金属円板４７１を厚くし、▲３▼重錘４７３の重量をできるだけ軽く、かつ重心をできるだけ金属円板４７１に近付けることによって、振動子のＱｍを高くして共振時の振動変位を高くしてコリオリ力の検出力を高くし、逆に加速度等の外力の影響を小さくする。
【０１０６】
図３８は、角速度センサ１２における駆動モードおよび検出モードにおける電荷分布と歪みの説明を行うための図である。図３８（ｂ）に示すように球状重錘にＸ軸方向の力が加わった場合、その球状重錘の動作の方向により、ＰＺＴ上に電荷が発生し、その発生した電荷量を検出することによりその向きと量を決定することができる。実際には、駆動モードと検出モードにより発生した総電荷が外部出力信号として検出されるので、差動増幅回路４７８，４７９は、必要な信号である検出モードの信号であるコリオリの力に関する信号のみを検出し、不要の信号はキャンセルする。Ｚ軸の場合も図３８（ｃ）に示す模式図のように同様である。
【０１０７】
本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）（ａ）人または動物の体の一部分に巻付けられるベルトと、（ｂ）ベルトの内側に配置されるセンサであって、センサは、人または動物の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し、散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、（ｃ）ベルトに設けられ、各受光素子からの検出信号のうち、脈波を判定して選択する脈波センサとしての判定手段と、（ｄ）ベルトに設けられ、判定手段によって選択された脈波の検出信号を、電磁波で送信する送信手段とを含むことを特徴とする健康状態検出装置である。
【０１０８】
（２）（ａ）健康状態検出装置であって、人または動物の体の一部分に巻付けられるベルトと、ベルトの周方向に間隔をあけて配置される複数のセンサであって、各センサは、人または動物の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し、散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、ベルトに設けられ、各受光素子からの検出信号のうち、外来光を含む検出信号と、外来光を含まない検出信号とを判定して選択する判定手段と、ベルトに設けられ、判定手段によって選択された外来光を含まない検出信号を、電磁波で送信する送信手段とを含み、センサは、発光素子として、赤色光を発光する赤色光発光素子と、赤外光を発光する赤外光発光素子とを有し、受光素子は、赤色光発光素子と赤外光発光素子とによる散乱光を共通に受光する健康状態検出装置と、（ｂ）処理装置であって、送信手段からの電磁波を受信する受信手段と、受信手段の出力に応答し、赤色光および赤外光による受光素子の検出信号のレベルを演算して動脈血の酸素飽和度を演算するとともに、赤色光または赤外光による受光素子の検出信号のレベルを演算して脈拍を演算する演算手段と、演算手段の出力に応答し、動脈血の酸素飽和度および脈拍を表示する表示手段とを含む処理装置とを備えることを特徴とする健康状態監視装置である。
【０１０９】
本発明に従えば、健康状態検出装置１の発光素子３１４，３１５は、赤色光および赤外光をそれぞれ発生し、単一の共通の受光素子３１６によって散乱光を受光し、こうして得られた受光素子からの検出信号を電磁波で送信し、処理装置３０２の受信手段３６４で受信し、動脈血の酸素飽和度を演算して求めることができる。さらに赤色光または赤外光による受光素子の検出信号を用いて脈拍を演算することができる。こうして表示手段３６７に動脈血の酸素飽和度および脈拍を表示し、人または動物の健康状態を監視することができる。
【０１１０】
（３）（ａ）健康状態検出装置であって、人または動物の体の一部分に巻付けられるベルトと、ベルトの周方向に間隔をあけて配置される複数のセンサであって、各センサは、人または動物の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し、散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、ベルトに設けられ、各受光素子からの検出信号のうち、外来光を含む検出信号と、外来光を含まない検出信号とを判定して選択する判定手段と、ベルトに設けられ、判定手段によって選択された外来光を含まない検出信号と、その外来光を含まない検出信号が出力されたセンサを識別する識別データとを電磁波で送信する送信手段とを含む健康状態検出装置と、（ｂ）処理装置であって、送信手段からの電磁波を受信する受信手段と、識別データが変化する時間間隔が予め定める時間未満であるとき、警報信号を出力する演算手段とを含む処理装置とを備えることを特徴とする健康状態監視装置である。
【０１１１】
本発明に従えば、ベルトの周方向に取付けられた複数のセンサからの検出信号とともに識別データを、送信し、処理装置２では、この識別データが変化する時間間隔が、予め定める時間未満であって、その変化が頻繁であれば、健康状態検出装置１が装着された人または動物の体動が激しいものと判断し、警報信号を発生する。こうして人または動物の健康状態の異常の有無を、確認することが確実になる。識別データが変化する時間間隔が予め定める時間未満であるということは、たとえば一定時間内における識別データの変化回数が予め定める回数を超えることと等価であり、たとえば１０ｓｅｃ間に１０回を超える識別データの変化が生じたとき、警報信号を出力する。
【０１１２】
（４）前記各センサの発光素子として、赤色光を発光する赤色光発光素子と、赤外光を発光する赤外光発光素子とを有し、受光素子は、赤色光発光素子と赤外光発光素子とによる散乱光を共通に受光し、演算手段は、赤色光および赤外光による受光素子の検出信号のレベルを演算して動脈血の酸素飽和度を演算するとともに、赤色光または赤外光による受光素子の検出信号のレベルを演算して脈拍を演算し、動脈血の酸素飽和度が予め定める第１の範囲外であり、または脈拍が予め定める第２の範囲外であるときにも、警報信号を出力することを特徴とする。
【０１１３】
上記目的を達成するため、本発明の身体動作センシング装置は次の特徴を備える。
【０１１４】
（５）１つの方向の加速度と１津の軸のまわりの回転角速度を測定できる運動センサと、該運動センサによって前記１つの方向の加速度と１つの軸のまわりの回転角速度とを所定の期間測定する測定回路手段とを含み、身体の所定の部位に装着される身体側装置と、該測定回路手段の加速度出力と角速度出力とにそれぞれ所定の演算を施す演算回路手段と、前記所定の演算が施された加速度出力と角速度出力との組合わせによって前記所定の期間における身体運動の種類および強度を判定する判定回路手段と、前記判定された身体運動の種類および強度あるいはその評価結果は表示する表示手段とを有すること。
【０１１５】
本発明の身体動作センシング装置は、１方向の加速度と１方向の回転角速度を検出し、それらに所定の演算を加えて運動を判定しあるいは評価するので、最小限のセンサと測定回路により、簡素な構成でかつ身体側装置が小形化され、その電源にも余裕を持たせることができるし、取扱いやすいコミュニケーションツールともなる基本的な効果を有する。
【０１１６】
（６）前記運動センサと、前記測定回路手段と、前記演算回路手段と、前記判定回路手段と、前記表示手段が、全て身体の所定の部位に装着される身体側装置に内蔵されていること。動作判定結果や評価結果が身体側装置にて直読できる使用者が健康の自己管理を容易に行える効果がある。
【０１１７】
（７）前記運動センサと、前記測定回路手段と、前記演算回路手段と、前記判定回路手段と、前記表示手段のうち、少なくとも前記運動センサと前記測定回路手段とが身体の所定の部位に装着される身体側装置に内蔵されており、その他の手段が前記身体に装着されない外部装置に内蔵されており、かつ前記身体側装置は中間データの送信手段を備え、前記外部装置は前記中間データの受信手段を備えていること。身体側装置からのデータ送信により、動作判定結果や評価結果が外部装置側に表示されるので、医療機関側で複数の使用者（患者）の状態を観察し管理することができる。また使用者からのメッセージを受け、対応した処理を行うことができる効果がある。
【０１１８】
（８）前記運動センサの検出する１つの方向の加速度は身体のほぼ上下方向の加速度であり、また前記運動センサの検出する１つの方向の角速度は身体のほぼ鉛直方向および前後方向を含む平面内における回転運動に対する角速度であること。身体側装置の直線運動と回転運動の身体に関する検出方向を特定することにより少ない検出要素数で目的に応じた必要かつ充分な情報が得られる効果がある。また特に重要な歩行や走行運動と上肢の運動の双方を検出できるので、たとえば消費エネルギの推定やリハビリテーションの評価が可能となる。
【０１１９】
（９）前記身体側装置は腕に装着される機器であり、その内部で前記運動センサの角速度センサ部は厚みの薄い箱形の容器に収納されていて前記身体側装置の最も広い面にほぼ平行に配置されており、前記角速度センサ部の検出回転方向は前記箱形の容器の最も広い表面にほぼ平行な方向であること。身体側装置の最も広い面と薄形の運動センサの最も広い面と検出回転面をほぼ平行としたので、薄形で装着負担感が少ない身体側装置が実現できた効果がある。
【０１２０】
（10）前記身体側装置は主な表面に表示装置を有し、前記運動センサの箱形の容器には一体化された構造の加速度センサ部のと角速度センサ部とが収納されており、また前記運動センサの容器は前記表示装置にほぼ平行に前記身体側装置内に配置されており、前記運動センサの加速度検出方向は前記薄形の容器の最も広い表面にほぼ平行な方向であること。さらに加速度センサを角速度センサと一体化しかつ表示部と重ねたのでさらに小形化され表示も見やすい身体側装置が実現できた効果がある。
【０１２１】
（11）前記所定の演算は、前記加速度出力と前記角速度出力の少なくとも一方の分散を求めることであること。加速度出力あるいは角速度出力の分散を求めることにより、運動の種類の判別がより明確になる効果がある。
【０１２２】
（12）前記所定の演算は、前記加速度出力と前記角速度出力の少なくとも一方の分散を求め、さらにその対数をとることである。さらに運動計測値の対数を取ることにより、運動の種類の判別がさらない明確になる効果がある。
【０１２３】
上記目的を達成するため本発明の運動測定装置は次の特徴を備える。
（13)身体の所定の部分の少なくとも1つの方向の加速度と少なくとも1つの方向の角速度を測定する運動センサを備え、所定のタイミングで前記運動センサを動作せしめて、前記運動センサの加速度出力、角速度出力、およびそれら出力の少なくとも一方の周期性、の少なくとも３種類の情報を用いて人体の行動の種類および強度を分類する識別手段と、分類された行動別に所定の演算を施す演算手段を備え、該演算手段の演算結果を出力すること。本発明においては、運動センサを用いて測定した身体の所定の部分の加速度、角速度、それらの周期性を用いて人体の行動の種類および強度を分類し、それぞれに所定の演算を施すようにして、比較的簡単な構成で少ない運動センサ出力により、合理的に運動の解析や消費エネルギの精度の高い推定が可能で、健康管理等の目的に適し、実用性に優れた運動測定装置を得ることができる。
【０１２４】
（14）前記１つの方向の加速度は前記身体の一部の上下方向の加速度であり、前記１つの方向の角速度は身体の左右軸のまわりの回転角速度であること。また身体の一部の上下方向の加速度と左右軸のまわりの回転角速度を採用することにより、少ない運動要素の検出で行動の種類と強度が精度よく識別分類できる運動測定装置を提供することができる。
【０１２５】
（15）前記身体の一部は手首であり、前記運動センサと、前記運動センサ動作手段と、前記識別手段が腕時計形の装置内に搭載されていること。また身体の一部を手首とし、装置を腕時計形とすることにより小形で使用上の負荷の少ない運動測定装置を提供することができる。
【０１２６】
（16）さらに前記演算手段が前記腕時計形の装置内に搭載されていること。さらに前記消費エネルギ算出手段を前記腕時計形の装置内に搭載したことによって、使用者が随時自由に自信の行動の状況や結果を直読確認することができ、運動測定装置の利便性を増すことができる。
【０１２７】
（17）前記識別手段は行動の種類を、前記加速度出力と前記角速度出力の少なくとも一方の出力の周期性の有無によって走行または歩行とその他の運動とに分類し、さらに前記加速度出力あるいは前記角速度出力の少なくとも一方の大きさに関係する量に基づいて、それらの運動の強度を分類すること。加速度出力または角速度出力の多き里周期性の有無を用いて、走行、歩行、それ意外の運動と、それらの強度を分類した尚で、比較的少ないセンサ出力を用いて分類が的確で消費エネルギの推定精度が高い運動測定装置を提供することができる。
【０１２８】
（18）前記走行または歩行の運動を、前記加速度出力の大きさに関係する量によって走行と歩行とにさらに分類し、さらに前記走行を前記加速度出力の大きさに関係する量によって複数の強度に分類し、前記角速度出力の大きさに関係する量によって前記歩行を複数の強度に分類すること。加速度出力の大きさに関連する量によって走行と歩行との分類および走行の強度を分類し、角速度出力の大きさに関係する量によって歩行強度を分類するようにしたので、運動測定装置の分類の的確さと消費エネルギの高い推定精度を得ることができる。
【０１２９】
（19）前記加速度出力あるいは前記角速度出力の大きさに関係する量として、前記加速度出力あるいは前記角速度出力の２乗和または絶対値の和を用いること。加速度出力あるいは前記角速度出力の大きさに関係する量としてそれぞれの２乗和あるいは絶対値の和を用いたので、データ作成が容易で、かつ運動測定装置の分類の的確さと消費エネルギの高い推定精度を得ることができる。加速度出力あるいは前記角速度出力の異常値に対して信号を発生するので、使用者の救難に寄与することができる効果がある。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明によれば、人および動物などの身体状態を、運動の評価と生体情報の評価とを組合せて行って、監視することが初めて可能になる。本発明によれば、たとえば運動センサと脈波センサの出力は無線または光などの電磁波によって伝送されるので、このような構成によれば、運動センサおよび脈波センサなどを身体に装着していても、動きが拘束されることはない。また本発明は、万歩計とは異なり、運動センサと脈波センサとによって、実際の運動量を把握することができ、さらに生体情報も同時に検出することができる。運動量と生体情報とを同時に検出することによって、使用者が無理な運動をしているかどうかの把握が可能になり、たとえば運動量が多くても脈拍が正常値の範囲内であれば問題はない。運動量と生体情報とを同時に検出することによって、身体の健康状態の異常をより正確に把握することができるようになり、たとえば脈拍が正常値範囲外であって、運動量が小さい場合、危険な状態であるものと検出して警報信号を出力することができる。このような警報信号が発生されたとき、使用者に対する適切な介護などを行うこともまた可能になる。またこうして得られた運動センサの出力および脈波センサの出力、さらにはそれらの各出力の演算結果の情報を、たとえば定期的に病院などの医療機関に伝送し、医療機関で適切な評価を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を簡略化して示す図である。
【図２】身体センシング装置３０１の全体の構成を示すブロック図である。
【図３】身体センシング装置３０１の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】身体センシング装置３０１の一部の簡略化した斜視図である。
【図５】身体センシング装置３０１を人３０７の上肢３０８に装着した状態を示す断面図である。
【図６】赤色光発光素子３１４からの赤色光が上肢３０８に照射され、その上肢３０８の生体組織による散乱光を受光素子３１６で受光したときにおける受光素子１６の出力波形図である。
【図７】通信信号３７１の構成を示す図である。
【図８】図３に示される身体センシング装置３０１の一部の動作を説明するための波形図である。
【図９】処理回路３５４の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】処理回路３５４によって、外来光を含む検出信号と、外来光を含まない検出信号５６を示す図である。
【図１１】受信端末装置３６１の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態における身体側装置の一例を示し、（ａ）は部分平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における運動センサの内部構造を示す平面図である。
【図１４】身体動作センシングにおける振動応答の実験状況の説明図である。
【図１５】身体の各部位の振動応答の実験結果を示すグラフで、（ａ）は頭頂、（ｂ）は胸ポケット、（ｃ）は腰ベルト、（ｄ）は脚首、（ｅ）は肘を伸ばした手首、（ｆ）は肘を曲げて水平にした手首の場合である。
【図１６】指−鼻テストにおける右手および左手の運動の計測結果を示すグラフで、（ａ），（ｂ）は健常者Ａ、（ｃ），（ｄ）は健常者Ｂ、（ｅ），（ｆ）は左上肢まひ患者の場合を示す。
【図１７】各種の身体運動を行って手首の各方向の運動データを演算処理して組合わせた実験結果を示すグラフで、（ａ）はＸ軸とＹ軸の加速度波形の分散値同士、（ｂ）はＸ軸とＹ軸の加速度波形のピーク値同士を用いた図である。
【図１８】各種の身体運動を行って手首の各方向の運動データを演算処理して組み合わせた実験結果を示すグラフで、（ａ）はＸ軸加速度とＺ軸角速度、（ｂ）はＹ軸加速度とＺ軸角速度を採り、いずれも検出波形のピーク値を用いた図である。
【図１９】各種の身体運動を行って手首の各方向の運動データを演算処理して組合わせた実験結果を示すグラフで、（ａ）はＸ軸加速度とＺ軸角速度、（ｂ）はＹ軸加速度とＺ軸角速度の、いずれも分散値同士を用いた図である。
【図２０】本発明の処理装置による運動の評価と生体情報の評価とを組合わせて身体状態を監視する動作を説明するためのフローチャートである。
【図２１】使用者の安静時における加速度と脈波の出力波形を示す図である。
【図２２】運動時における加速度と脈波の出力波形を示す図である。
【図２３】本発明の実施のさらに他の形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の運動測定装置の実施の形態の一例の測定動作のフローチャートの要部である。
【図２５】本発明の運動測定装置の実施の形態の一例の測定動作のフローチャートの消費エネルギ計算を行う部分である。
【図２６】被験者Ｐの周期性運動のＧｘとωｚの関連を示すグラフである。
【図２７】被験者Ｐの非周期性の行動のＧｘとωｚの関連を表すグラフである。
【図２８】歩行、走行とωｚとの関連を表すグラフである。
【図２９】歩行、走行とＧｘとの関連を表すグラフである。
【図３０】被験者Ｐの歩行、走行のＧｘとωｚの関連を表すグラフである。
【図３１】被験者Ｒの歩行、走行のＧｘとωｚの関連を表すグラフである。
【図３２】被験者Ｐの１５分毎の運動を識別した結果を示すグラフである。
【図３３】被験者Ｐの１５分毎の消費エネルギの変動を示すグラフである。
【図３４】被験者Ｐの１５分毎の歩数の変動を示すグラフである。
【図３５】角速度センサ１２の構成を示す斜視図である。
【図３６】角速度センサ１２の電気的構成を示すブロック図である。
【図３７】角速度センサ１２の動作原理を模式的に示す図である。
【図３８】角速度センサ１２における駆動モードおよび検出モードにおける電荷分布と歪みの説明を行うための図である。
【符号の説明】
４ 人体
５ 固定台
６ 加振機
１１ 加速度センサ
１２ 角速度センサ
１３ 加速度測定回路
１４ 角速度測定回路
１５ 加速度演算回路
１６ 角速度演算回路
１７ 運動判定回路
１８ 表示装置
１９ 記憶装置
２０ 再生回路
２１ 記録装置
２２，２３ 通信回路
２４，２５，２６ 制御回路
３１ 運動センサ
３２ 表示装置
３３ 通信モジュール
３４ 電池
３５ 操作スイッチ
３６ 腕巻きバンド
４０ センサ容器
４１ ハーメチック端子ピン
５０ 運動センサ振動体
５１ 総基部
５２ 固定部Ａ
５３ 外脚Ａ
５４ 中脚Ｂ
５５ 外脚Ｃ
５６ 音叉基部
５７ 支点
５８Ａ，５８Ｂ．５８Ｃ 脚負荷質量
６０ 負荷質量
６１ 棒Ａ
６２ 棒Ｂ
６３ 支持バネ
６４ 固定部Ｂ
Ｘ，Ｚ 座標軸
Ｇｘ Ｘ 方向の加速度
ωｚ Ｚ方向の角速度
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ 被験者
３０１ 身体センシング装置
３０２ 処理装置
３０３ 健康状態監視装置
３０５ 送信処理手段
３０６ 送信手段
３０７ 人
３０８ 上肢
３０９ ベルト
３１４ 赤色光発光素子
３１５ 赤外光発光素子
３１６ 受光素子
３２９ 電池
３３１，３３７ 切換えスイッチ
３３２ 増幅回路
３３３ 処理手段
３３４ 発光素子スケジューリング回路
３３８ 赤色光サンプルホールド回路
３３９ 赤外光サンプルホールド回路
３４３，３４４ ローパスフィルタ
３４８，３４９ バンドパスフィルタ
３５４ 処理回路
ＳＲ センサ

Claims (3)

1. （ａ）人の上肢の手首に巻付けられるベルトと、
   （ｂ）ベルトの内側に設けられるセンサであって、このセンサは、
   （ｂ１）人の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、
   （ｂ２）発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、
   （ｃ）ベルトに設けられ、受光素子からの検出信号のうち、脈波を判定して選択する脈波センサと、
   （ｄ）ベルトに設けられる運動センサであって、
   （ｄ１）上肢の長手方向Ｘの直線運動の加速度Ｇｘを検出する加速度センサと、
   （ｄ２）角速度センサであって、
   上肢の長手方向Ｘと上肢の幅方向Ｙとに垂直なＺ軸まわりの角速度ωｚを検出するジャイロセンサである角速度センサとを含む運動センサと、
   （ｅ）ベルトに設けられ、脈波センサからの脈波の検出信号と、運動センサの出力信号とを、電磁波で送信する送信手段と、
   （ｆ）送信手段の出力を受信して演算する演算手段であって、
   （ｆ１）加速度センサと角速度センサとの出力を演算して運動量を求める運動量演算手段と、
   （ｆ２）脈波センサからの脈波の検出信号を演算して脈拍を演算する脈拍演算手段と、
   （ｆ３）運動量演算手段と脈拍演算手段との出力に応答し、運動量が予め定める第１の値Ｑ１未満であって正常であり、かつ、脈拍が予め定める第２の値ｕ１以上であって過多であるとき、または第２の値ｕ１未満である予め定める第３の値ｕ２未満であって過少であるとき、警報信号を出力する警報手段と，
   （ｆ４）所定の期間内で、加速度センサの出力Ｇｘの分散の第１の対数を求め、角速度センサの出力ωｚの分散の第２の対数を求め、これらの第１および第２の対数の組合せによって、前記所定の期間内における運動の種類とその強度とを判定し評価する手段とを含む演算手段と、
   （ｇ）演算手段の出力に応答し、前記警報信号ならびに前記運動の種類とその強度および評価の身体状態を表す情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする身体状態の監視装置。
2. （ａ）人の上肢の手首に巻付けられるベルトと、
   （ｂ）ベルトの内側に設けられるセンサであって、このセンサは、
   （ｂ１）人の生体組織に向けて光を発生する発光素子と、
   （ｂ２）発光素子からの光の生体組織による散乱光を受光し散乱光の強度を表す検出信号を出力する受光素子とを有するセンサと、
   （ｃ）ベルトに設けられ、受光素子からの検出信号のうち、脈波を判定して選択する脈波センサと、
   （ｄ）ベルトに設けられる運動センサであって、
   （ｄ１）上肢の長手方向Ｘの直線運動の加速度Ｇｘを検出する加速度センサと、
   （ｄ２）角速度センサであって、
   上肢の長手方向Ｘと上肢の幅方向Ｙとに垂直なＺ軸まわりの角速度ωｚを検出するジャイロセンサである角速度センサとを含む運動センサと、
   （ｅ）ベルトに設けられ、脈波センサからの脈波の検出信号と、運動センサの出力信号とに応答して演算する演算手段であって、
   （ｅ１）加速度センサと角速度センサとの出力を演算して運動量を求める運動量演算手段と、
   （ｅ２）脈波センサからの脈波の検出信号を演算して脈拍を演算する脈拍演算手段と、
   （ｅ３）運動量演算手段と脈拍演算手段との出力に応答し、運動量が予め定める第１の値Ｑ１未満であって正常であり、かつ、脈拍が予め定める第２の値ｕ１以上であって過多であるとき、または第２の値ｕ１未満である予め定める第３の値ｕ２未満であって過少であるとき、警報信号を出力する警報手段と，
   （ｅ４）所定の期間内で、加速度センサの出力Ｇｘの分散の第１の対数を求め、角速度センサの出力ωｚの分散の第２の対数を求め、これらの第１および第２の対数の組合せによって、前記所定の期間内における運動の種類とその強度とを判定し評価する手段とを含む演算手段と、
   （ｆ）演算手段の出力に応答し、前記警報信号ならびに前記運動の種類とその強度および評価の身体状態を表す情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする身体状態の監視装置。
3. 脈拍演算手段は、
   加速度センサの出力に応答し、加速度センサのパルス状出力が得られる状態で、脈波センサからの脈波の検出信号に含まれるノイズを除去するノイズ除去手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の身体状態の監視装置。

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