JP5012866B2 - 生体情報処理装置、および、生体情報処理方法 - Google Patents
生体情報処理装置、および、生体情報処理方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、生体情報処理装置、および、生体情報処理方法にかかり、特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、および、生体情報処理方法に関する。
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。
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。
さらに、特許文献３に記載の技術は、基礎代謝状態、即ち、安静状態か否かを判別し、消費カロリーを計算するものである。
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。
さらに、特許文献３に記載の技術は、基礎代謝状態、即ち、安静状態か否かを判別し、消費カロリーを計算するものである。
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いという問題点があった。
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るという問題点があった。
さらに、特許文献３記載の技術では、基礎代謝状態であるか否かの判定手段を設ける必要があり、装置構成が複雑になってしまうという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、消費カロリーの算出に際し、多数の被験者にも適用可能であるとともに、装置構成を簡略化することができる生体情報処理装置、および、生体情報処理方法を提供することにある。
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るという問題点があった。
さらに、特許文献３記載の技術では、基礎代謝状態であるか否かの判定手段を設ける必要があり、装置構成が複雑になってしまうという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、消費カロリーの算出に際し、多数の被験者にも適用可能であるとともに、装置構成を簡略化することができる生体情報処理装置、および、生体情報処理方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、生体情報処理装置は、生体の脈拍数を検出する脈拍数検出部と、前記脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体固有の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する相対脈拍数算出部と、前記相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する相対酸素摂取量算出部と、前記相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する酸素摂取量推定部と、前記酸素摂取量に基づいて前記生体の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、生体の脈拍数を検出する。
相対脈拍数算出部は、前記脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体固有の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する。
相対酸素摂取量算出部は、相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する。
酸素摂取量推定部は、相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する。
これらの結果、消費カロリー算出部は、前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出する。
上記構成によれば、脈拍数検出部は、生体の脈拍数を検出する。
相対脈拍数算出部は、前記脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体固有の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する。
相対酸素摂取量算出部は、相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する。
酸素摂取量推定部は、相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する。
これらの結果、消費カロリー算出部は、前記酸素摂取量に基づいて消費カロリー量を算出する。
この場合において、前記安静時脈拍数は、安静状態で測定した安静時脈拍数の値、入力された値、あるいは、年齢と安静時脈拍数との対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して得られる値のうち少なくともいずれか一つが設定されるようにしてもよい。
また、前記相対酸素摂取量算出部は、前記相対脈拍数をＲＨＲｍａｘとし、相対酸素摂取量をＲＶＯ2ｍａｘとし、予め実験により求めた前記相対脈拍数ＲＨＲｍａｘおよび前記相対酸素摂取量ＲＶＯ2ｍａｘの関係を表す近似直線の傾きをａとし、前記近似直線の前記相対脈拍数ＲＨＲｍａｘに対応する軸の切片をｂとした場合に、相対酸素摂取量をＲＶＯ2ｍａｘを（１）式あるいは（２）式により算出するようにしてもよい。
（Ａ）相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ≧２０％の場合
ＲＶＯ2ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−ｂ）／ａ …（１）
（Ｂ）相対脈拍数ＲＨＲ＜２０％の場合
ＲＶＯ2ｍａｘ＝０ …（２）
また、前記相対酸素摂取量算出部は、前記相対脈拍数をＲＨＲｍａｘとし、相対酸素摂取量をＲＶＯ2ｍａｘとし、予め実験により求めた前記相対脈拍数ＲＨＲｍａｘおよび前記相対酸素摂取量ＲＶＯ2ｍａｘの関係を表す近似直線の傾きをａとし、前記近似直線の前記相対脈拍数ＲＨＲｍａｘに対応する軸の切片をｂとした場合に、相対酸素摂取量をＲＶＯ2ｍａｘを（１）式あるいは（２）式により算出するようにしてもよい。
（Ａ）相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ≧２０％の場合
ＲＶＯ2ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−ｂ）／ａ …（１）
（Ｂ）相対脈拍数ＲＨＲ＜２０％の場合
ＲＶＯ2ｍａｘ＝０ …（２）
さらに、前記相対酸素摂取量推定部は、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とした場合に、次式により前記酸素摂取量ＶＯ2を算出するようにしてもよい。
ＶＯ2＝ＲＶＯ2ｍａｘ×（ＶＯ2ｍａｘ−ＶＯ2ｒｅｓｔ）＋ＶＯ2ｒｅｓｔ
さらにまた、当該装置に入力された値、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前記最大酸素摂取量ＶＯ2ｍａｘが設定されるようにしてもよい。
また、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るようにしてもよい。
さらに、外部機器と通信ネットワークを介して接続され、前記カロリーデータを前記外部機器に対して送信する通信部を備えるようにしてもよい。
ＶＯ2＝ＲＶＯ2ｍａｘ×（ＶＯ2ｍａｘ−ＶＯ2ｒｅｓｔ）＋ＶＯ2ｒｅｓｔ
さらにまた、当該装置に入力された値、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前記最大酸素摂取量ＶＯ2ｍａｘが設定されるようにしてもよい。
また、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るようにしてもよい。
さらに、外部機器と通信ネットワークを介して接続され、前記カロリーデータを前記外部機器に対して送信する通信部を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記相対脈拍数が所定の基準相対脈拍数以上である場合に運動状態であると判別する運動状態判別部を備え、前記消費カロリー算出部は、運動時と安静時とで前記消費カロリー量を算出するための演算式を異ならせているようにしてもよい。
また、前記消費カロリー算出部は、所定の脈拍領域において得られる前記酸素摂取量のデータを前記カロリー計算から除外するようにしてもよい。
また、前記消費カロリー算出部は、前記生体が所定の状態にある時は消費カロリー量をゼロとするようにしてもよい。
また、前記消費カロリー算出部は、所定の脈拍領域において得られる前記酸素摂取量のデータを前記カロリー計算から除外するようにしてもよい。
また、前記消費カロリー算出部は、前記生体が所定の状態にある時は消費カロリー量をゼロとするようにしてもよい。
さらに、前記相対脈拍数が所定の基準相対脈拍数以上である場合に運動状態であると判別する運動状態判別部を備え、前記消費カロリー算出部は、運動時と安静時とで前記消費カロリー量を算出するための演算式を異ならせるようにしてもよい。
また、前記相対脈拍数が所定値以下である場合には（例えば、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ＜２０％）、心理的な影響や食事、体調等によって簡単に変動してしまう領域であるため、消費カロリーの計算区間から除外してもよい。
また、前記相対脈拍数算出部は、前記脈拍数をＨＲとし、前記安静時脈拍数をＨＲｒｅｓｔとし、前記生体の年齢の関数として定義した最大脈拍数をＨＲｍａｘとした場合に、次式により前記相対脈拍数ＲＨＲを算出するようにしてもよい。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
さらに、前記最大脈拍数ＨＲｍａｘは、前記生体の年齢をＡＧＥとした場合に、次式により算出するようにしてもよい。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ
また、前記相対脈拍数が所定値以下である場合には（例えば、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ＜２０％）、心理的な影響や食事、体調等によって簡単に変動してしまう領域であるため、消費カロリーの計算区間から除外してもよい。
また、前記相対脈拍数算出部は、前記脈拍数をＨＲとし、前記安静時脈拍数をＨＲｒｅｓｔとし、前記生体の年齢の関数として定義した最大脈拍数をＨＲｍａｘとした場合に、次式により前記相対脈拍数ＲＨＲを算出するようにしてもよい。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
さらに、前記最大脈拍数ＨＲｍａｘは、前記生体の年齢をＡＧＥとした場合に、次式により算出するようにしてもよい。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ
また、生体情報処理方法は、生体の脈拍数を検出する脈拍数検出過程と、脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体固有の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する相対脈拍数算出過程と、前記相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する相対酸素摂取量算出過程と、前記相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する酸素摂取量推定過程と、前記酸素摂取量に基づいて前記生体の消費カロリー量を算出する消費カロリー算出過程と、前記算出した消費カロリーを表示する表示過程と、を備えたことを特徴としている。
また、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、検出された脈拍数に基づいて生体固有の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出させ、前記相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出させ、前記相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を推定させ、前記酸素摂取量に基づいて前記生体の消費カロリー量を算出させ、前記算出させた消費カロリーを表示させる、ことを特徴としている。
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、精度の高い消費カロリー量を被験者の個人差の影響を受けることなく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。
図１は、実施形態の生体計測機器の構成を示す説明図である。
図２は、生体情報処理装置の脈拍センサ３０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１０は、腕に着脱自在に装着される。
図１は、実施形態の生体計測機器の構成を示す説明図である。
図２は、生体情報処理装置の脈拍センサ３０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１０は、腕に着脱自在に装着される。
脈拍センサ３０は、図２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。従って、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３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４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３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。
図３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３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。
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３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３参照）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３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。従って、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。
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３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。従って、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３に一転鎖線で示すように、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５８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４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４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。
これとともに、図４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４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１０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。
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１０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５は、実施形態の脈拍センサ３０の断面図である。
図５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４０２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２０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。従って、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。
図５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４０２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２０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。従って、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。従って、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３２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８８０ｎｍ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。従って、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。
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。従って、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３２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８８０ｎｍ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。従って、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６は、制御部近傍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。
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。
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、ＲＯＭ３１０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。
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、ＲＯＭ３１０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。
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。
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７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、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ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ＨＲｍａｘとして、（１）式により算出している。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
……（１）
（１）式において、最大脈拍数をＨＲｍａｘは、次に示す（２）式により定義している。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ ……（２）
ここで、ＡＧＥは、被験者の年齢である。
図７に示すように、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合と、２０％未満の場合、すなわち、運動負荷が高い場合と、低い場合とで関係式が異なっている。
ここで例示されている閾値は、ＡＴと呼ばれているポイントを想定している。
ＡＴ（ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；嫌気性代謝閾値）とは、有酸素的な代謝に加えて嫌気的な代謝が始まる点の酸素摂取量（ＶＯ２）であり、比較的安全に長時間持続可能な最大の運動レベルとされる。
図７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、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ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ＨＲｍａｘとして、（１）式により算出している。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
……（１）
（１）式において、最大脈拍数をＨＲｍａｘは、次に示す（２）式により定義している。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ ……（２）
ここで、ＡＧＥは、被験者の年齢である。
図７に示すように、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合と、２０％未満の場合、すなわち、運動負荷が高い場合と、低い場合とで関係式が異なっている。
ここで例示されている閾値は、ＡＴと呼ばれているポイントを想定している。
ＡＴ（ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；嫌気性代謝閾値）とは、有酸素的な代謝に加えて嫌気的な代謝が始まる点の酸素摂取量（ＶＯ２）であり、比較的安全に長時間持続可能な最大の運動レベルとされる。
より詳細には、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合（運動負荷が高い場合）には、予め実験により求めた相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ（ｙ軸）および相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘ（ｘ軸）の関係を表す近似直線ｙの傾きをａとし、近似直線ｙの相対脈拍数ＲＨＲｍａｘに対応する軸（ｙ軸）の切片をｂとした場合に、（３）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％未満の場合（運動負荷が低い場合）には、（４）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出している。
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−ｂ）／ａ …（３）
ＲＶＯ２ｍａｘ＝０ …（４）
これは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが低い状態では、上述したように脈拍数そのものの信頼性が低いため誤差が大きいからである。しかしながら、この領域では、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘの誤差がある程度大きくても、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘの算出への大きな影響がないため、実験的に求め、かつ、取り扱いの容易な算出式として（４）式を定義している。
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−ｂ）／ａ …（３）
ＲＶＯ２ｍａｘ＝０ …（４）
これは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが低い状態では、上述したように脈拍数そのものの信頼性が低いため誤差が大きいからである。しかしながら、この領域では、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘの誤差がある程度大きくても、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘの算出への大きな影響がないため、実験的に求め、かつ、取り扱いの容易な算出式として（４）式を定義している。
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、（５）式により定義している。ここで、最大酸素摂取量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。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
……（５）
（５）式において、安静時酸素摂取量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。
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、（５）式により定義している。ここで、最大酸素摂取量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。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
……（５）
（５）式において、安静時酸素摂取量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。
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／ｍｉｎ）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に相当する脈拍数継続時間をｔとした場合に、次に示す（６）式により消費カロリー量Ｃを算出している。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ …（６）
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８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）。
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に相当する脈拍数継続時間をｔとした場合に、次に示す（６）式により消費カロリー量Ｃを算出している。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ …（６）
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８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。
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（ＦＦＴ）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。
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、上述した（１）、（２）式により相対脈拍数ＲＨＲｍａｘを算出する（ステップＳ１２）。すなわち、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘは、次式により算出される。
ＲＨＲｍａｘ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００
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、上述した（１）、（２）式により相対脈拍数ＲＨＲｍａｘを算出する（ステップＳ１２）。すなわち、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘは、次式により算出される。
ＲＨＲｍａｘ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００
続いて、ＭＰＵ３０８は、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きいか否かを判別する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きい場合、すなわち、運動負荷が高い場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（３）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
また、ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］以下である場合、すなわち、運動負荷が低い場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（４）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
続いて、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定する（ステップＳ１６）。
ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定するに際し、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ＶＯ２ｒｅｓｔ（＝基礎代謝量）を算出する。
ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きい場合、すなわち、運動負荷が高い場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（３）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
また、ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］以下である場合、すなわち、運動負荷が低い場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（４）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
続いて、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定する（ステップＳ１６）。
ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定するに際し、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ＶＯ２ｒｅｓｔ（＝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を次式により算出する。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
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、上述した（６）式により消費カロリー量Ｃを算出する。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ
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３に示すように、液晶表示装置１３に表示されることとなる。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
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、上述した（６）式により消費カロリー量Ｃを算出する。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ
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３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。
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−安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ対応テーブルの説明図である。
以上の説明においては、安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔをユーザが設定する場合について説明したが、図９に示すような、年齢−安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ対応テーブルＴＢ１を予め記憶し、この年齢−安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ対応テーブルＴＢ１を参照して、入力された年齢に基づいて安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ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、ユーザが自己の安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔを知らない場合であっても、より実測値の安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔを用いた場合に近い計測結果を容易に得ることができる。
以上の説明においては、安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔをユーザが設定する場合について説明したが、図９に示すような、年齢−安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ対応テーブルＴＢ１を予め記憶し、この年齢−安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ対応テーブルＴＢ１を参照して、入力された年齢に基づいて安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ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、ユーザが自己の安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔを知らない場合であっても、より実測値の安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔを用いた場合に近い計測結果を容易に得ることができる。
図１０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１０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、入力された年齢および性別に基づいて最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘ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、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上であるか否かに基づいて算出処理を切り換えていたが、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが所定値以下である場合には、（例えば、２０％未満）、心理的な影響や食事、体調等によって簡単に変動してしまう領域であるため、消費カロリーの計算にデータを用いないようにすることも可能である。
以上の説明においては、最大酸素摂取量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１０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、入力された年齢および性別に基づいて最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘ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、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上であるか否かに基づいて算出処理を切り換えていたが、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが所定値以下である場合には、（例えば、２０％未満）、心理的な影響や食事、体調等によって簡単に変動してしまう領域であるため、消費カロリーの計算にデータを用いないようにすることも可能である。
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ＲＯＭ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。
次により具体的な消費カロリー量の実施例について説明する。
本実施例においても、上述した実施形態と同様に、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り、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り、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ということを前提としている。
本実施例においても、上述した実施形態と同様に、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り、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り、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ということを前提としている。
まず、相対脈拍数と相対酸素摂取量の関係について具体的に説明する。
本実施例における実験の測定条件は、以下の通りとなっている。
被験者は、１０歳から４０歳の男女約１０名である。
そして、相対脈拍数および相対酸素摂取量の関係については、予め実施形態で説明した生体情報処理装置で脈拍数の測定を行うとともに、一般的な負荷制御が可能な呼吸代謝測定装置を用いて実験データを取得している。
また、安静時脈拍数については、測定開始前にウォーミングアップ期間を設け、このウォーミングアップ期間に脈が安定状態になった場合（具体的には、ウォーミングアップの開始から１０分程度経過後）の脈拍数を自動的に測定している。
図１１は、実施例の相対脈拍数と相対酸素摂取量の関係説明図である。
本実施例においては、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ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ＨＲｍａｘとして、（７）式により算出している。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
……（７）
（７）式において、最大脈拍数をＨＲｍａｘは、（８）式により定義している。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ ……（８）
ここで、ＡＧＥは、被験者の年齢である。
図１１に示すように、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合と、２０％未満の場合、すなわち、運動負荷が高い場合と、低い場合とで関係式が異なっている。
ここで例示されている閾値は、ＡＴと呼ばれているポイントを想定している。
ＡＴ（ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；嫌気性代謝閾値）とは、有酸素的な代謝に加えて嫌気的な代謝が始まる点の酸素摂取量（ＶＯ２）であり、比較的安全に長時間持続可能な最大の運動レベルとされる。
本実施例における実験の測定条件は、以下の通りとなっている。
被験者は、１０歳から４０歳の男女約１０名である。
そして、相対脈拍数および相対酸素摂取量の関係については、予め実施形態で説明した生体情報処理装置で脈拍数の測定を行うとともに、一般的な負荷制御が可能な呼吸代謝測定装置を用いて実験データを取得している。
また、安静時脈拍数については、測定開始前にウォーミングアップ期間を設け、このウォーミングアップ期間に脈が安定状態になった場合（具体的には、ウォーミングアップの開始から１０分程度経過後）の脈拍数を自動的に測定している。
図１１は、実施例の相対脈拍数と相対酸素摂取量の関係説明図である。
本実施例においては、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ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ＨＲｍａｘとして、（７）式により算出している。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］
……（７）
（７）式において、最大脈拍数をＨＲｍａｘは、（８）式により定義している。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ ……（８）
ここで、ＡＧＥは、被験者の年齢である。
図１１に示すように、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合と、２０％未満の場合、すなわち、運動負荷が高い場合と、低い場合とで関係式が異なっている。
ここで例示されている閾値は、ＡＴと呼ばれているポイントを想定している。
ＡＴ（ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；嫌気性代謝閾値）とは、有酸素的な代謝に加えて嫌気的な代謝が始まる点の酸素摂取量（ＶＯ２）であり、比較的安全に長時間持続可能な最大の運動レベルとされる。
より詳細には、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％以上の場合（運動負荷が高い場合）には、（９）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０％未満の場合（運動負荷が低い場合）には、（１０）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出している。
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−６．７２）／０．９３ …（９）
ＲＶＯ２ｍａｘ＝０ …（１０）
これは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが低い状態では、上述したように脈拍数そのものの信頼性が低いため誤差が大きいからである。しかしながら、この領域では、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘの誤差がある程度大きくても、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘの算出への大きな影響をないため、実験的に求め、かつ、取り扱いの容易な算出式として（１０）式を定義している。
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（ＲＨＲｍａｘ−６．７２）／０．９３ …（９）
ＲＶＯ２ｍａｘ＝０ …（１０）
これは、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが低い状態では、上述したように脈拍数そのものの信頼性が低いため誤差が大きいからである。しかしながら、この領域では、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘの誤差がある程度大きくても、相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘの算出への大きな影響をないため、実験的に求め、かつ、取り扱いの容易な算出式として（１０）式を定義している。
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、（５）式により定義している。ここで、最大酸素摂取量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。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
……（１１）
この（１１）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。
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、（５）式により定義している。ここで、最大酸素摂取量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。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
……（１１）
この（１１）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。
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／ｍｉｎ）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に相当する脈拍数継続時間をｔとした場合に、次に示す（１２）式により消費カロリー量Ｃを算出している。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ ……（１２）
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１２は、実施例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）。
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に相当する脈拍数継続時間をｔとした場合に、次に示す（１２）式により消費カロリー量Ｃを算出している。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ ……（１２）
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１２は、実施例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。
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（ＦＦＴ）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。
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、上述した（７）、（８）式により相対脈拍数ＲＨＲｍａｘを算出する（ステップＳ１２）。
具体的に、計測された脈拍数ＨＲ＝１４０（拍／ｍｉｎ）とし、年齢ＡＧＥ＝４０（歳）、ユーザが設定した安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ＝６０（拍／ｍｉｎ）とした場合、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘは、以下の通りとなる。
ＲＨＲｍａｘ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００
＝（１４０−６０）／｛（２２０−４０）−６０｝×１００
＝６６．７［％］
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、上述した（７）、（８）式により相対脈拍数ＲＨＲｍａｘを算出する（ステップＳ１２）。
具体的に、計測された脈拍数ＨＲ＝１４０（拍／ｍｉｎ）とし、年齢ＡＧＥ＝４０（歳）、ユーザが設定した安静時脈拍数ＨＲｒｅｓｔ＝６０（拍／ｍｉｎ）とした場合、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘは、以下の通りとなる。
ＲＨＲｍａｘ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００
＝（１４０−６０）／｛（２２０−４０）−６０｝×１００
＝６６．７［％］
続いて、ＭＰＵ３０８は、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きいか否かを判別する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きい場合、すなわち、運動負荷が高い場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（９）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
また、ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］以下である場合、すなわち、運動負荷が低い場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（１０）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きい場合、すなわち、運動負荷が高い場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（９）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
また、ステップＳ１３の判別において、算出した相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］以下である場合、すなわち、運動負荷が低い場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ＭＰＵ３０８は、上述した（１０）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１６に移行することとなる。
本具体例の場合には、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘ＝６６．７［％］であり、相対脈拍数ＲＨＲｍａｘが２０［％］より大きいので、上述した（９）式により相対酸素摂取量ＲＶＯ２ｍａｘを算出することとなる。すなわち、
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（６６．７−６．７２）／０．９３
＝６４．５［％］
となる。
続いて、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（１１）式により推定する（ステップＳ１６）。
ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定するに際し、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ＶＯ２ｒｅｓｔ（＝基礎代謝量）を算出する。
被験者が男性であり、身長Ｔ＝１７３ｃｍ、体重Ｗ＝６５ｋｇであるとすると、
ＶＯ２ｒｅｓｔ＝６６．４７＋（１３．７５×Ｗ）
＋（５．０×Ｔ）−（６．７６×ＡＧＥ）
＝６６．４７＋（１３．７５×６５）
＋（５．０×１７３）−（６．７６×４０）
＝１５５４．８ｋｃａｌ／日
となる。従って、体重１ｋｇ当たり、かつ、１分間当たりの安静時酸素摂取量ＶＯ２ｒｅｓｔは、酸素摂取量１リットル当たりの消費カロリーを５ｋｃａｌとした場合、
ＶＯ２ｒｅｓｔ＝１５５４．８／２４／６０×１０００／５／６５
＝３．３２２［ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ］
となる。
ＲＶＯ２ｍａｘ＝（６６．７−６．７２）／０．９３
＝６４．５［％］
となる。
続いて、ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（１１）式により推定する（ステップＳ１６）。
ＭＰＵ３０８は、現在の酸素摂取量ＶＯ２を（５）式により推定するに際し、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ＶＯ２ｒｅｓｔ（＝基礎代謝量）を算出する。
被験者が男性であり、身長Ｔ＝１７３ｃｍ、体重Ｗ＝６５ｋｇであるとすると、
ＶＯ２ｒｅｓｔ＝６６．４７＋（１３．７５×Ｗ）
＋（５．０×Ｔ）−（６．７６×ＡＧＥ）
＝６６．４７＋（１３．７５×６５）
＋（５．０×１７３）−（６．７６×４０）
＝１５５４．８ｋｃａｌ／日
となる。従って、体重１ｋｇ当たり、かつ、１分間当たりの安静時酸素摂取量ＶＯ２ｒｅｓｔは、酸素摂取量１リットル当たりの消費カロリーを５ｋｃａｌとした場合、
ＶＯ２ｒｅｓｔ＝１５５４．８／２４／６０×１０００／５／６５
＝３．３２２［ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ］
となる。
従って、現在の酸素摂取量ＶＯ２は、次式の通りとなる。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
＝０．６４５×（４０−３．３２２）＋３．３２２
＝２７．０［ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ］
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、上述した（１２）式により消費カロリー量Ｃを算出する。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ
＝２７．０×６５×５×１
＝８．８［ｋｃａｌ／ｍｉｎ］
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
＝５２８．０［ｋｃａｌ／ｈ］
を算出し、算出結果である総カロリー消費量ＣＴ＝４２４ｋｃａｌ／ｈが、図３に示すように、液晶表示装置１３に表示されることとなる。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ
＝０．６４５×（４０−３．３２２）＋３．３２２
＝２７．０［ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ］
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、上述した（１２）式により消費カロリー量Ｃを算出する。
Ｃ＝ＶＯ２×Ｗ×５×ｔ
＝２７．０×６５×５×１
＝８．８［ｋｃａｌ／ｍｉｎ］
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
＝５２８．０［ｋｃａｌ／ｈ］
を算出し、算出結果である総カロリー消費量ＣＴ＝４２４ｋｃａｌ／ｈが、図３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、本実施例によれば、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。
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。
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、３１…ＬＥＤ、３２…フォトトランジスタ、３４…透光板、３５…回路基板、３６…センサ枠、４０…センサ固定用バンド、５８…圧電素子、５９…電池、７０…コネクタ部、８０…コネクタピース、１０１…張出部分、１０５…連結部、１０６…部、１０８…部、１０９…屈曲部分、１１１…ボタンスイッチ、１１６…ボタンスイッチ、１１８…電池蓋、１１９…裏面部、１２１…軸、１２２…具、１３１…第１のセグメント表示領域、１３２…第２のセグメント表示領域、１３３…第３のセグメント表示領域、１３４…ドット表示領域、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…ＲＡＭ、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、ＨＲ…脈拍数、ＨＲｍａｘ…最大脈拍数、ＨＲｒｅｓｔ…安静時脈拍数、ＲＨＲｍａｘ…相対脈拍数。
Claims (11)
- 生体の脈拍数を検出する脈拍数検出部と、
前記脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する相対脈拍数算出部と、
前記相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する相対酸素摂取量算出部と、
前記相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する酸素摂取量推定部と、
前記酸素摂取量に基づいて前記生体の消費カロリー量を算出する消費カロリー算出部と、
前記生体が運動状態であるか安静状態であるかを判別する運動状態判別部と、
を備え、
前記運動状態判別部が前記運動状態と判別した時と前記安静状態と判別した時とで前記消費カロリー算出部は前記消費カロリー量を算出するための演算式を異ならせている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、
前記運動状態判別部は、前記相対脈拍数が所定の基準相対脈拍数以上である場合に運動状態であると判別し、前記相対脈拍数が所定の基準相対脈拍数未満である場合に前記安静状態であると判別することを特徴とする生体情報処理装置。 - 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、
前記安静時脈拍数は、前記安静状態で測定した安静時脈拍数の値、入力された値、あるいは、年齢と安静時脈拍数との対応関係を示す予め記憶したテーブルを参照して得られる値のうち少なくともいずれか一つが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、
前記相対酸素摂取量推定部は、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とした場合に、次式により前記酸素摂取量ＶＯ２を算出することを特徴とする生体情報処理装置。
ＶＯ２＝ＲＶＯ２ｍａｘ×（ＶＯ２ｍａｘ−ＶＯ２ｒｅｓｔ）＋ＶＯ２ｒｅｓｔ - 請求項４記載の生体情報処理装置において、
前記安静時酸素摂取量は、当該装置に入力された前記生体の年齢、性別、体重に基づいて算出されることを特徴とする生体情報処理装置。 - 請求項４または請求項５記載の生体情報処理装置において、
当該装置に入力された値、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前記最大酸素摂取量ＶＯ2ｍａｘが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６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前記消費カロリー量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。 - 請求項７記載の生体情報処理装置において、
外部機器と通信ネットワークを介して接続され、前記消費カロリーデータを前記外部機器に対して送信する通信部を備えた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８のいずれかに記載の生体情報処理装置において、
前記相対脈拍数算出部は、前記脈拍数をＨＲとし、前記安静時脈拍数をＨＲｒｅｓｔとし、前記生体の年齢の関数として定義した最大脈拍数をＨＲｍａｘとした場合に、次式により前記相対脈拍数ＲＨＲを算出することを特徴とする生体情報処理装置。
ＲＨＲ＝（ＨＲ−ＨＲｒｅｓｔ）／（ＨＲｍａｘ−ＨＲｒｅｓｔ）×１００［％］ - 請求項９記載の生体情報処理装置において、
前記最大脈拍数ＨＲｍａｘは、前記生体の年齢をＡＧＥとした場合に、次式により算出することを特徴とする生体情報処理装置。
ＨＲｍａｘ＝２２０−ＡＧＥ - 生体の脈拍数を検出する脈拍数検出過程と、
脈拍数検出部が検出した脈拍数に基づいて、前記生体の安静時脈拍数に応じた相対値である相対脈拍数を算出する相対脈拍数算出過程と、
前記相対脈拍数に基づいて相対酸素摂取量を算出する相対酸素摂取量算出過程と、
前記相対酸素摂取量を基に酸素摂取量を算出する酸素摂取量推定過程と、
前記酸素摂取量に基づいて前記生体の消費カロリー量を算出する消費カロリー算出過程と、
前記算出した消費カロリーを表示する表示過程と、
前記生体が運動状態であるか安静状態であるかを判別する運動状態判別過程と、
を備え、
前記運動状態判別過程が前記運動状態と判別した時と前記安静状態と判別した時とで前記消費カロリー算出過程は前記消費カロリー量を算出するための演算式を異ならせていることを特徴とする生体情報処理方法。
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