JP6115329B2 - 生体情報処理装置および生体情報処理方法 - Google Patents

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関する。

従来から、被検者の運動管理や健康管理に供する生体情報処理装置として、被検者の身体の一部に装着し、被検者の脈拍数を測定する脈拍計が知られている。脈拍計は、装置を装着した被検者の血流量の変化を脈波センサーが検知して被検者の脈拍数を算出し、算出した脈拍数を測定結果として被検者に報知するものである。脈波センサーとしては、光を利用するものや、超音波を利用するもの、あるいは赤外線を利用するものなどが知られている。
このような脈拍計では血流量の変化を検知して脈拍数を算出するため、被検者の体動による血流の乱れや外気温に加えて、被検者の体質、着衣の状態等によっても脈拍数測定の正確性が低下することがある。

また、被検者が脈拍計を常時装着して生活する場面では、脈拍計の装着位置が変化することで、脈拍数の測定が困難になる場合がある。即ち、被検者が何らかの動作を実行することで、脈拍計の装着位置が理想的な装着位置から外れてしまい、脈拍数を正確に測定することが困難になる状況が生じ得る。
このように脈拍数を正確に測定できない問題を解決すべく、下記特許文献１に示すように、脈波センサーによる脈拍数の検出に加えて、被検者の体動から脈拍数を検出する装置が提案されている。この装置は、検出した体動情報から運動強度を算出し、多数の被検者のサンプルデータから予め決定した運動強度と脈拍数との関係に基づいて、算出した運動強度から脈拍数を推定する。そして、脈波センサーで脈拍数を正しく検出できない場合、推定した脈拍数を被検者に表示する。

特開２０１２−２３２０１０号公報

しかしながら、サンプルデータから決定した運動強度と脈拍数との関係には、運動能力などの個人差や、脈拍計が使用される使用環境等による変動が考慮されていないことに加え、運動強度と脈拍数との関係は予め決定されていて脈拍計の使用状況に応じて変更されないため、運動強度から脈拍数を推定する場合の推定精度を向上させることは困難であった。
そこで本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、運動強度から推定する脈拍数の精度向上を図るべく、脈拍数の測定に応じて運動強度と脈拍数の関係を改善することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる生体情報処理装置は、被検者に関する生体情報を検出する生体情報検出部と、前記被検者の動作に関する体動情報を検出する体動情報検出部と、所定基準に基づき前記生体情報の信頼性を判定する信頼性判定部と、前記体動情報と前記生体情報との相関関係を記憶する記憶部と、前記記憶部が記憶する前記相関関係を更新する更新部と、を備え、前記生体情報は前記所定基準を満たすと前記信頼性判定部が判定した場合、前記更新部は、前記生体情報と前記体動情報とに基づいて前記相関関係を更新することを特徴とする。

このような構成によれば、生体情報と体動情報との相関関係は被検者と関連付けて記憶部に記憶され、検出された生体情報は所定基準を満たすと判定された場合、その生体情報と体動情報とに基づいて相関関係が更新される。従って、生体情報と体動情報との被検者毎の相関関係は、所定基準を満たした生体情報が得られた場合に順次更新されるため、相関関係に対する信頼性の向上を図ることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記記憶部に記憶された前記相関関係に基づいて、前記体動情報検出部が検出した前記体動情報から推定生体情報を出力する推定部と、前記信頼性判定部の判定結果に基づいて前記生体情報および前記推定生体情報の何れかを出力情報として決定する決定部と、前記決定部が決定した前記出力情報を出力する出力部と、を備えることが好ましい。

このような構成によれば、体動情報から推定生体情報を出力できると共に、生体情報検出部が検出した生体情報の信頼性に基づいて出力情報を決定するため、信頼性が高い情報を出力できる。

［適用例３］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記信頼性判定部は、前記生体情報に対して前記所定基準に基づいて信頼性を第１判定、第２判定および第３判定の何れかに判定し、前記決定部は、前記生体情報に対して前記第１判定が判定された場合、前記推定部が推定した前記推定生体情報を前記出力情報に決定し、前記生体情報に対して前記第２判定または前記第３判定が判定された場合、前記生体情報検出部が検出した前記生体情報を前記出力情報に決定し、前記更新部は、前記生体情報に対して前記第３判定が判定された場合、前記相関関係を更新することが好ましい。

このような構成によれば、生体情報検出部が検出した生体情報の信頼性が第１判定である場合は、推定部が推定した推定生体情報が出力され、他方で、生体情報の信頼性が第２判定または第３判定である場合は、生体情報検出部が検出した生体情報が出力され、更に、生体情報の信頼性が第３判定である場合は、相関関係が更新される。従って、生体情報の信頼性に応じて相関関係の信頼性をより向上させることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記信頼性判定部は、生体情報検出部が検出する前記生体情報の安定性、および前記生体情報を示す信号に含まれるノイズ成分の比率を示すノイズ比率情報の少なくとも１つに基づいて前記生体情報の信頼性を判定しても良い。

［適用例５］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記更新部は、前記生体情報検出部による前記生体情報の検出開始時において前記記憶部に記憶されている第１の前記相関関係と、前記生体情報検出部による前記生体情報の検出時において第１の前記相関関係から更新された第２の前記相関関係と、に基づいて第３の前記相関関係を生成し、生成した第３の前記相関関係を前記記憶部に記憶することが好ましい。

このような構成によれば、生体情報の検出が終了した場合、記憶部に記憶する相関関係は、今回の検出が開始される前の相関関係と、今回の検出により更新された相関関係とに基づいて生成されるため、検出変動による相関関係への影響を抑制できる。

［適用例６］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記更新部は、第１の前記相関関係と第２の前記相関関係との差異が所定の範囲内である場合、第３の前記相関関係を前記記憶部に記憶することが好ましい。

このような構成によれば、今回の測定で更新した相関関係と、今までの相関関係との差異が所定範囲内である場合、相関関係を記憶するため、相関関係の信頼性低下を回避できる。

［適用例７］
上記適用例にかかる生体情報処理装置において、前記更新部は、前記生体情報および前記体動情報の関係が前記相関関係と大きく異なる場合、前記信頼性判定部の判定結果に依らず前記相関関係を非更新とすることが好ましい。

このような構成によれば、今回得られた生体情報および体動情報の関係が相関関係から大きく外れる場合、相関関係は非更新であるため、特異な測定結果を除外することで相関関係の信頼性低下を回避できる。

［適用例８］
本適用例にかかる生体情報処理方法は、被検者に関する生体情報を検出する生体情報検出工程と、前記被検者に関する体動情報を検出する体動情報検出工程と、所定基準に基づき前記生体情報の信頼性を判定する信頼性判定工程と、前記胎動情報と前記生体情報との相関関係を記憶する記憶工程と、前記信頼性判定工程で前記生体情報が前記所定基準を満たすと判定した場合、前記相関関係を前記生体情報と前記体動情報とに基づいて更新する更新工程と、を有することを特徴とする。

このような方法によれば、生体情報と体動情報との相関関係は被検者と関連付けて記憶部に記憶され、検出された生体情報は所定基準を満たすと判定された場合、その生体情報と体動情報とに基づいて相関関係が更新される。従って、生体情報と体動情報との被検者毎の相関関係は、所定基準を満たした生体情報が得られた場合に順次更新されるため、相関関係に対する信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る脈拍計の正面図。 （Ａ）は脈拍計の背面図を示し、（Ｂ）は脈拍計の使用状態図を示す。 脈波センサーの動作を説明する図。 脈拍計の機能構成を示すブロック図。 メイン処理の流れを示すフローチャート。 第１信頼性判定処理の流れを示すフローチャート。 第２信頼性判定処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態）

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態は、本発明の生体情報処理装置を腕時計型の脈拍計に適用した実施形態である。なお、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。

１．外観構成
図１は、本実施形態における脈拍計１の正面図である。脈拍計１は、リストバンド２を備え、ケース３には、時刻や脈拍計１の動作状態、各種生体に関する情報（脈拍数、運動強度等）を文字や数字、アイコン等によって表示するための液晶表示器４が配置されている。

また、ケース３の周部（側面）には脈拍計１を操作するための操作ボタン５が配設されている。脈拍計１は、例えば内蔵する二次電池を電源として動作する。ケース３の側面には、外部の充電器と接続されて、内蔵二次電池を充電するための充電端子６が配設されている。

図２（Ａ）は脈拍計１の背面図であり、ケース３の背面から脈拍計１を見たときの外観図を示している。また、図２（Ｂ）は脈拍計１の使用状態図であり、被検者の手首ＷＲに装着された状態の脈拍計１の側面図を示している。

ケース３の背面には、被検者の脈波を検出して脈波信号を出力する脈波センサー１０が配設されている。脈波センサー１０は被検者の手首ＷＲにおいて脈波を検出する。本実施形態において、脈波センサー１０は光電脈波センサーであり、脈波を光学的に検出するための機構を備えている。

図３は、脈波センサー１０の動作を示す図であり、内部構造をケース３の側面から見たときの拡大図である。尚、図３における各部材は図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
脈波センサー１０は、ケース３の背面側に形成された円形底面を有する半球状の収納空間内に設置されている。そして、この収納空間内に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源１２と、フォトトランジスターなどの受光素子１３とが内蔵されている。半球の内面は鏡面１１であり、半球の底面側を下方とすると、受光素子１３及び光源１２は、それぞれ基板１４の上面及び下面に実装されている。

光源１２により、利用者の手首ＷＲの皮膚ＳＫに向けて光Ｌｅが照射されると、その照射光Ｌｅが皮下の血管ＢＶに反射して半球内に反射光Ｌｒとして戻ってくる。その反射光Ｌｒは、半球状の鏡面１１においてさらに反射して、受光素子１３に上方から入射する。

この血管ＢＶからの反射光Ｌｒは、血液中のヘモグロビンの吸光作用により、血流の変動を反映してその強度が変動する。脈波センサー１０は、拍動よりも早い周期で光源１２を所定の周期で点滅させる。そして、受光素子１３は、光源１２の点灯機会毎に受光強度に応じた脈波信号を光電変換によって出力する。脈波センサー１０は、例えば１２８Ｈｚの周波数で光源１２を点滅させる。

また、図２（Ａ）に示すように、脈拍計１は、被検者の体動を検出するための体動センサー２０を内蔵している。本実施形態では、体動センサー２０は、少なくとも加速度センサーを有して構成される。加速度センサーは、図１に示すように、例えば、ケース３のカバーガラス面の法線方向であって表示面側を正とするＺ軸、時計の１２時に向かう方向を正とする上下方向をＹ軸、時計の３時に向かう方向を正とする左右方向をＸ軸とする３軸の加速度センサーである。脈拍計１を装着した状態において、Ｘ軸は、被検者の肘から手首に向かう方向と一致する。体動センサー２０は、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸の３軸の加速度を検出し、その結果を体動信号として出力する。

２．原理
脈拍計１は、脈波センサー１０によって検出される脈波信号に基づいて脈拍数を測定する。脈波信号は、被検者の拍動成分信号と体動ノイズ成分信号とが重畳された信号となる。そこで、脈拍計１は、体動センサー２０から出力される体動信号に基づいて、脈波信号から体動ノイズ成分信号を除去し、拍動成分信号を抽出する。そして、抽出した拍動成分信号に基づいて脈拍数を測定する。

具体的には、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルター等のデジタルフィルターを適応フィルターとして構成し、当該適応フィルターを用いて、脈波信号から体動ノイズ成分を除去する処理をデジタル信号処理として実行する。そして、抽出した拍動成分信号に対して周波数解析を行って拍動呈示スペクトルを特定し、その周波数（或いは周期）に基づいて脈拍数を測定する。周波数解析としては、例えば高速フーリエ変換ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を適用することができる。

本実施形態では、上記の方法を用いた場合に脈拍数の測定が困難になる状況を想定し、体動センサー２０による被検者の測定結果を用いて被検者の体動情報の１つである運動強度を演算する。そして、演算した運動強度を用いて被検者の脈拍数を推定する。

２−１．運動強度を用いた脈拍数の推定
本実施形態では、加速度センサーを用いて被検者の加速度を体動として検出する。また、加速度センサーで検出された加速度から被検者のピッチ（歩調）を算出することで、被検者の運動強度を演算する。ピッチの演算は、加速度センサーから出力される加速度信号に対して所定の周波数解析（例えばＦＦＴ）を行い、ピッチに相当する周波数成分を特定・抽出することで演算することができる。かかる演算方法の詳細については、例えば特開２００４−８１７４５号公報に開示されている。

次いで、予め定められたピッチと脈拍数との対応関係に基づいて、ピッチから脈拍数を推定する。本実施形態では、ピッチと脈拍数との相関関係を示すテーブルを参照し、ピッチに対応する脈拍数を推定する態様を想定する。このテーブルは、想定されるピッチの範囲が所定数のピッチ（例えば、数ピッチ）毎に分割され、それぞれのピッチ領域に対応する脈拍数が記載されている。本実施形態では、このようなテーブル（ユーザー別脈拍推定テーブル７８０（図４））が被検者毎に作成される。尚、本実施形態では、ピッチは１分当たりの腕振り回数を採用するが、１分当たりの歩数を採用しても良い。

３．機能構成
図４は、脈拍計１の機能構成の一例を示すブロック図である。脈拍計１は、脈波センサー１０、体動センサー２０、脈波信号増幅回路部３０、脈波形整形回路部４０、体動信号増幅回路部５０、体動波形整形回路部６０、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部７０、処理部１００、操作部２００、表示部３００、報知部４００、通信部５００、時計部６００および記憶部７００を備える。

脈波センサー１０は、脈拍計１が装着された被検者の脈波を計測するセンサーであり、例えば光電脈波センサーを有して構成される。脈波センサー１０は、身体組織への血流の流入によって生じる容積変化を脈波信号として検出し、脈波信号増幅回路部３０に出力する。

脈波信号増幅回路部３０は、脈波センサー１０から入力した脈波信号を所定のゲインで増幅する増幅回路である。脈波信号増幅回路部３０は、増幅した脈波信号を脈波形整形回路部４０及びＡ／Ｄ変換部７０に出力する。

脈波形整形回路部４０は、脈波信号増幅回路部３０によって増幅された脈波信号を整形する回路部であり、高周波のノイズ成分を除去する回路やクリッピング回路等を有して構成される。処理部１００は、脈波形整形回路部４０によって整形された脈波形に基づいて、脈波の検出有無を判定する。

体動センサー２０は、脈拍計１が装着された被検者の動きを捉えるためのセンサーであり、少なくとも加速度センサーを有して構成される。

体動信号増幅回路部５０は、体動センサー２０から入力した体動信号を所定のゲインで増幅する増幅回路である。体動信号増幅回路部５０は、増幅した体動信号を体動波形整形回路部６０及びＡ／Ｄ変換部７０に出力する。

体動波形整形回路部６０は、体動信号増幅回路部５０によって増幅された体動信号を整形する回路部であり、高周波のノイズ成分を除去する回路や、重力加速度成分とそれ以外の成分とを判定する回路、クリッピング回路等を有して構成される。処理部１００は、体動波形整形回路部６０によって整形された体動波形に基づいて、体動の検出有無を判定する。

Ａ／Ｄ変換部７０は、脈波信号増幅回路部３０によって増幅されたアナログ形式の脈波信号と、体動信号増幅回路部５０によって増幅されたアナログ形式の体動信号とを、それぞれ所定のサンプリング時間間隔でサンプリング及び数値化して、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部７０は、変換したデジタル信号を処理部１００に出力する。

処理部１００は、記憶部７００に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って脈拍計１の各部を統括的に制御する機能を有し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを具備する。処理部１００は、記憶部７００に記憶されたメインプログラム７１０に従ってメイン処理を行い、脈拍計１が装着された被検者の脈拍数を測定／推定して表示部３００に表示させる制御を行う。

処理部１００は、主要な機能部として、脈拍数測定部１１０、ピッチ演算部１２０、脈拍数推定部１３０、表示制御部１４０、安定度判定部１５０、信号状態取得部１５５、信頼性判定部１６０、テーブル更新部１７０およびユーザー設定部１８０を有する。

脈拍数測定部１１０は、Ａ／Ｄ変換部７０から入力した体動信号（体動データ）を用いて、脈波センサー１０が検出した脈波信号（脈波データ）から体動ノイズ成分を除去し、抽出した拍動成分（拍動データ）を用いて生体情報の１つである脈拍数を算出する。算出した脈拍数は記憶部７００に測定脈拍数７５０として記憶する。尚、脈拍数測定部１１０は生体情報を検出する生体情報検出部に相当する。

ピッチ演算部１２０は、Ａ／Ｄ変換部７０から入力した体動信号（体動データ）を用いて被検者の体動情報の１つであるピッチを演算する。尚、本実施形態では、ピッチ演算部１２０は被験者の動作に関する体動情報を検出する体動情報検出部に相当する。尚、体動情報検出部が検出する対象はピッチには限定されず、他のパラメーターを抽出する態様も想定できる。

脈拍数推定部１３０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて脈拍数（推定生体情報）を推定する。本実施形態では、脈拍数推定部１３０は、脈拍計１を使用する被検者に対応するユーザー別脈拍推定テーブル７８０を参照し、ピッチ演算部１２０で算出されたピッチに対応する脈拍数を取得する。このようにして取得された脈拍数は記憶部７００に推定脈拍数７５５として記憶される。尚、脈拍数推定部１３０は推定部に相当する。
本実施形態では、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０は、ピッチと脈拍数との相関関係を被検者と関連付けて示し、記憶部７００に記憶されている。例えば、所定の被検者のピッチが９８以上１０４以下の場合には脈拍数は９３が対応付けられ、ピッチが１０５以上１１１以下の場合には脈拍数は９６が対応付けられている。従って、脈拍数推定部１３０は、被検者に応じたユーザー別脈拍推定テーブル７８０を記憶部７００から取得し、取得したユーザー別脈拍推定テーブル７８０を参照し、算出したピッチに対応付けられている脈拍数を取得できる。

また、脈拍数推定部１３０は、ピッチから推定脈拍数７５５を推定することに加え、ピッチから推定した脈拍数をターゲット脈拍数とし、ターゲット脈拍数に漸次近づく過渡状態における脈拍数の推定を行う態様も想定できる。ここで、過渡状態とは、ある状態から別の状態に遷移する途中段階の状態であり、本実施形態では、脈拍計１を装着した被検者が運動する状況を想定し、運動開始→運動中、および運動中→運動終了、の２通りの状態遷移を過渡状態として考えることができる。
運動開始→運動中においては、被検者が運動を開始すると、ピッチは急激に立ち上がる。それに伴い、脈拍数は比較的速やかに増加し、運動時の最大脈拍数に収束するように変化する。また、運動中→運動終了においては、被検者が運動を終了すると、ピッチは急激に低下する。それに伴い、脈拍数は緩やかに低下する。具体的には、運動を終了しても脈拍数は直ぐには下がらず、一定時間経過後に急激に低下し始める。その後、再び脈拍数の低下速度が鈍化し、最終的に安静時脈拍数よりもやや高い値に収束する。

このように、運動開始→運動中の状態と運動中→運動終了の状態とでは、脈拍数の時間変化の傾向が異なることがわかる。そこで、２つの場合をそれぞれ想定し、時刻の経過に応じて脈拍数およびピッチが遷移する脈拍数推定モデルを定義し、状態に応じたモデルを選択して過渡状態における脈拍数を推定できる。
尚、過渡状態における脈拍数の詳細な推定方法は、例えば、特開２０１２−２３２０１０号公報に開示されている。

表示制御部１４０は、信頼性判定部１６０の判定結果に基づいて脈拍数の測定／推定結果を表示部３００に表示制御する。即ち、信頼性判定部１６０が脈拍数測定部１１０の測定結果に対して信頼性が高いと判定した場合は、出力情報としての測定脈拍数７５０を記憶部７００から取得し、表示部３００に表示させる。一方、信頼性判定部１６０が脈拍数測定部１１０の測定結果に対して信頼性が低いと判定した場合は、出力情報としての推定脈拍数７５５を記憶部７００から取得し、表示部３００に表示させる。尚、表示制御部１４０は、測定脈拍数７５０または推定脈拍数７５５の何れを表示させるかを決定する決定部に相当する。
安定度判定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチと、脈拍数測定部１１０によって測定された脈拍数とに基づき、ピッチ及び脈の安定度を判定する。
尚、ピッチの安定度はピッチから脈拍数推定の妥当性を判定するために使用され、安定条件は、例えば、今回測定したピッチと、前回測定したピッチとの差の絶対値が所定の閾値未満になる場合である。また、脈の安定度の安定条件は、例えば、今回測定した脈拍数と、前回測定した脈拍数との差の絶対値が所定の閾値未満になる場合である。
安定度判定部１５０の判定結果は信頼性判定部１６０に参照される。

信号状態取得部１５５は、脈波信号に対して周波数解析を行った結果に基づき、検出した脈波信号と、これらの信号に含まれるノイズ成分の比率を示すノイズ比率情報を取得する。本実施形態では、ノイズ比率情報として、脈波信号に含まれるノイズの比率（Ｓ／Ｎ）を示すＳＮ値を採用する態様を想定するが、これには限定されず、例えば、脈波信号を高速フーリエ変換ＦＦＴした場合における脈波信号とノイズとの比率（ＭＮ比）を採用し、ＭＮ比の連続性や予測値との変動性に基づいて信頼性の高低を判定する態様も想定できる。信号状態取得部１５５が取得したＳＮ値は信頼性判定部１６０に参照される。

ＳＮ値はＰmax／Ｎ（但し、Ｐmaxは基線スペクトルＰmaxの大きさを示し、Ｎは基線スペクトルＮの大きさを示す。）で定義される。ＳＮ値の検出方法は、例えば、各信号に対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行うことで得られる基線スペクトルにおいて、最大の基線スペクトルＰmaxから数えて１０番目の大きさを持つ基線スペクトルＮをノイズ成分の基線スペクトルの代表とする。この基線スペクトルＮをノイズ成分の基線スペクトルの代表とするのは、１０番目の基線スペクトルがノイズである確率が実験に基づいて高いからである。また、ＳＮ値は、最大の基線スペクトルＰmaxの大きさと基線スペクトルＮの大きさとの比率の値を採用する。

尚、上述の例では、最大の基線スペクトルＰmaxから数えて１０番目の大きさをもつ基線スペクトルＮをノイズ成分の基線スペクトルの代表としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の基線スペクトル、例えば７番目の基線スペクトルをノイズ成分の代表としてもよい。
信頼性判定部１６０は、判定するための所定基準として、安定度判定部１５０が判定したピッチの安定度、脈の安定度および信号状態取得部１５５が取得した情報に基づいて、測定脈拍数７５０に対する信頼性の有無を判定するが、信頼性を判定するための情報はこれらに限定されるものではない。

また、本実施形態では、信頼性判定部１６０は、測定脈拍数７５０に対して２段階の信頼性判定処理を行うことにより、信頼性が低い方から、第１判定（「低い」）、第２判定（「高い」）および第３判定（「極めて高い」）の何れかを判定する。
即ち、第１信頼性判定処理では、測定脈拍数７５０が想定する範囲内に入っているか否かの判定や、信号状態取得部１５５で取得したＳＮ値が所定の基準（第１基準）を超えるか否かの判定に基づいて、測定脈拍数７５０の信頼性が「高い」か「低い」かの判定を行う。つまり、測定脈拍数７５０が信頼性に関する所定条件を満たすか否かを判定する。本実施形態では、この第１信頼性判定処理の判定結果に基づいて、被検者の脈拍数として表示部３００に表示する脈拍数を決定する。

また、第２信頼性判定処理では、第１信頼性判定処理で信頼性が「高い」と判定された測定脈拍数７５０に対して、ＳＮ値が第１基準よりも厳しい基準（第２基準）を超えるか否かの判定や、脈拍数およびピッチが安定しているか否かの判定に基づいて、測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」か、否かの判定を行う。判定結果はテーブル更新部１７０に送られる。
尚、本実施形態では、ＳＮ値の判定基準は、第１基準として「０．５」を採用し、第２基準として「２．０」を採用するが、これらの値に限定されるものでは無い。
また、第１信頼性判定処理および第２信頼性判定処理における各判定は記載した組み合わせに限定されるものではなく、各判定の組み合わせはＭＮ比の判定も含めて種々の態様が想定できる。

テーブル更新部１７０は、信頼性判定部１６０の信頼性判定結果に基づいて、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更新する。尚、テーブル更新部１７０は更新部に相当する。
本実施形態では、信頼性判定部１６０が測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と判定した場合、ピッチ演算部１２０が算出した被検者のピッチと測定脈拍数７５０との関係をユーザー別脈拍推定テーブル７８０に追加する。この結果、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０は、信頼性が「極めて高い」と判定されたピッチと測定脈拍数７５０との関係を順次学習する。
このように、被検者が脈拍計１を使い込むに従い、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０が更新され、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０には信頼性が極めて高いピッチと測定脈拍数７５０との関係が反映されていく。従って、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０の信頼性は、被験者の脈拍を計測することで漸次向上すると共に、脈拍数推定部１３０の推定精度も漸次向上する。

また、テーブル更新部１７０は、以下のような機能を更に備えても良い。即ち、テーブル更新部１７０は、脈拍計１が起動されて脈拍の計測を開始する前のユーザー別脈拍推定テーブル７８０を記憶部７００から取得して所定の場所に保持する。そして、信頼性が高い脈拍数を取得した場合に、更新されたユーザー別脈拍推定テーブル７８０と、所定の場所に保持したユーザー別脈拍推定テーブル７８０とを比較し、比較した結果に基づいてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更に更新し、更新したユーザー別脈拍推定テーブル７８０を記憶部７００に記憶する。

例えば、計測開始前のユーザー別脈拍推定テーブル７８０と、計測終了時のユーザー別脈拍推定テーブル７８０のテーブル値の平均値をそれぞれ算出し、算出した平均値を各テーブル値としてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更新しても良い。ここで、それぞれのテーブル値における差異が所定の基準を超えた場合、テーブル値の変更幅を差異の２５％程度に圧縮する態様や、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０の更新を行わない態様が想定できる。
また、所定の回数を超えて脈拍を計測した場合や、所定の回数を超えてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更新した場合、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０に追加しようとするピッチと測定脈拍数７５０が、既存のユーザー別脈拍推定テーブル７８０のテーブル値から大きくかい離している場合には、テーブル更新部１７０はユーザー別脈拍推定テーブル７８０の更新を行わない態様も想定できる。この結果、ユーザーが高山等の特殊な環境下で使用した場合、得られるデータをユーザー別脈拍推定テーブル７８０に組み入れることなく除外することで、脈拍推定処理の誤差要因を排除し、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０の信頼性を更に向上させることができる。

ユーザー設定部１８０は、脈拍計１を装着する被検者の設定を行う。本実施形態では、初期設定時や、脈拍計１を装着する被検者が変更される場合、ユーザーが操作部２００を操作して設定を行う。この場合、例えば、ユーザーは自身を識別可能な情報を操作部２００から入力し、入力した情報に対応するユーザー別脈拍推定テーブル７８０が記憶部７００に記憶されている場合、ユーザーは既存のユーザーとして認識され、脈拍数推定部１３０が脈拍を推定する場合、このユーザーに対応するユーザー別脈拍推定テーブル７８０が参照される。
一方、設定したユーザーに対応するユーザー別脈拍推定テーブル７８０が記憶部７００に記憶されていない場合、ユーザーに対応するユーザー別脈拍推定テーブル７８０が新たに作成される。新たに作成されるユーザー別脈拍推定テーブル７８０は、多数の被検者から収集されたサンプルデータに基づいて決定したピッチと脈拍数の関係を示すデータテーブルであっても良い。また、ユーザー設定時に、被検者に対して所定の動作（例えば、平地において一定ピッチによる運動）を指示し、被検者による所定の動作結果に基づいてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を作成しても良い。

操作部２００は、ボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を処理部１００に出力する。この操作部２００の操作により、脈拍の測定指示等の各種指示入力がなされる。操作部２００は、図１の操作ボタン５に相当する。

表示部３００は、出力部の１つとしてＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を有して構成され、処理部１００から入力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部３００には、各種の生体に関する情報（脈拍数や運動強度等）が表示される。表示部３００は、図１の液晶表示器４に相当する。

報知部４００は、スピーカーや圧電振動子等を有して構成され、処理部１００から入力される報知信号に基づく各種報知を行う報知装置である。例えば、アラーム音をスピーカーから出力させたり、圧電振動子を振動させたりすることで、被検者への各種報知を行う。

通信部５００は、処理部１００の制御に従って、装置内部で利用される情報をパソコン（ＰＣ（Personal Computer））等の外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。この通信部５００の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
尚、報知部４００や通信部５００を出力部として、各種の生体に関する情報を音声で出力する態様や、情報処理装置に対して送信する態様も想定できる。

時計部６００は、水晶振動子及び発振回路でなる水晶発振器等を有して構成され、脈拍計１の時刻を計時する計時装置である。時計部６００の計時時刻は、処理部１００に随時出力される。

記憶部７００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、脈拍計１のシステムプログラムや、脈拍数測定／推定機能、運動強度測定機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。

４．機能構成
図４に示すように、記憶部７００には、メイン処理（図５）として実行されるメインプログラム７１０が記憶されている。メインプログラム７１０は、測定脈拍数７５０において信頼性を判定するための第１信頼性判定プログラム７２０および第２信頼性判定プログラム７３０をサブルーチンとして含む。

また、記憶部７００には、測定脈拍数７５０、推定脈拍数７５５、ピッチ安定度７６０、脈安定度７６５およびユーザー別脈拍推定テーブル７８０がデータとして記憶される。

５．処理の流れ
図５は、記憶部７００に記憶されているメインプログラム７１０が処理部１００によって読み出されることで、脈拍計１において実行されるメイン処理（生体情報処理方法）の流れを示すフローチャートである。

最初に、処理部１００は初期設定を行う（ステップＳ８００）。具体的には、メイン処理で用いる各種の演算パラメーター（例えばピッチ安定度７６０や脈安定度７６５）や、記憶部７００に記憶される測定脈拍数７５０および推定脈拍数７５５の値を初期化する。

次いで、処理部１００は、この脈拍計１を使用するユーザー、即ち、ユーザー設定部１８０が設定した被検者に対応し、脈拍推定時に参照すべきユーザー別脈拍推定テーブル７８０を決定する（ステップＳ８０２）。
次いで、処理部１００は、脈波センサー１０及び体動センサー２０の検出結果の取得する（ステップＳ８０４）。
次いで、処理部１００は、体動センサー２０の検出結果を用いて被検者のピッチを算出するピッチ演算処理を開始する（ステップＳ８０６）＜体動情報検出工程＞。

次いで、処理部１００は、被検者に応じたユーザー別脈拍推定テーブル７８０を参照し、ピッチ演算部１２０が算出した被検者のピッチから脈拍数を推定し（ステップＳ８０８）、推定した脈拍数を推定脈拍数７５５として記憶部７００に記憶させる。
次いで、処理部１００は、脈波センサー１０の脈波信号の検出結果及び体動センサー２０の検出結果を用いて被検者の脈拍数を測定する脈拍数測定処理を開始し、測定結果から脈拍数を算出し、算出した脈拍数を測定脈拍数７５０として記憶部７００に記憶させる（ステップＳ８１０）＜生体情報検出工程＞。

次いで、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている第１信頼性判定プログラム７２０に従って測定脈拍数７５０の信頼性判定処理を行う（ステップＳ８５０）。
図６は、第１信頼性判定処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、信頼性判定部１６０は、所定の範囲内に測定脈拍数７５０が収まるか、否かを判定する（ステップＳ８５２）。尚、所定の範囲は、想定される脈拍数の範囲を示し、予め設定された範囲である。ここで、信頼性判定部１６０は、測定脈拍数７５０が所定の範囲内に収まると判定した場合（ステップＳ８５２でＹｅｓ）、脈波信号のＳＮ値を取得する（ステップＳ８５４）。

信頼性判定部１６０は、ＳＮ値が所定の第１基準を満足するか、否かを判定し（ステップＳ８５６）、ＳＮ値が所定の第１基準を満足すると判定した場合（ステップＳ８５６でＹｅｓ）、信頼性判定部１６０は測定脈拍数７５０の信頼性が「高い」と判定し（ステップＳ８５８）、第１信頼性判定処理を終了する。
また、ステップＳ８５２において測定脈拍数７５０が所定の範囲内に収まらないと判定した場合（Ｎｏ）、または、ステップＳ８５６においてＳＮ値が所定の第１基準を満足しないと判定した場合（Ｎｏ）、信頼性判定部１６０は測定脈拍数７５０の信頼性が「低い」と判定し（ステップＳ８６０）、第１信頼性判定処理を終了する。

図５に戻り、処理部１００は、信頼性判定部１６０において測定脈拍数７５０の信頼性が「高い」と評価したか、否かを判定する（ステップＳ８１２）。
ここで、測定脈拍数７５０の信頼性が「低い」と評価した場合（ステップＳ８１２でＮｏ）、処理部１００は、被検者の脈拍数として推定脈拍数７５５を記憶部７００から取得して表示部３００に表示し（ステップＳ８２０）、ステップＳ８２２に進む。
他方で、測定脈拍数７５０の信頼性が「高い」と評価した場合（ステップＳ８１２でＹｅｓ、）処理部１００は、被検者の脈拍数として測定脈拍数７５０を記憶部７００から取得して表示部３００に表示する（ステップＳ８１４）。

次いで、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている第２信頼性判定プログラム７３０に従って測定脈拍数７５０の信頼性判定処理を行う（ステップＳ８８０）。
図７は、第２信頼性判定処理（信頼性判定工程）の流れを示すフローチャートである。
最初に、信頼性判定部１６０は、ＳＮ値が第１基準よりも厳しい第２基準を満足するか、否かを判定する（ステップＳ８８２）。
ここで、ＳＮ値が第２基準を満足すると判定した場合（ステップＳ８８２でＹｅｓ）、信頼性判定部１６０は、安定度判定部１５０が判定した脈安定度７６５を記憶部７００から取得し、測定脈拍数７５０の安定性を判定する（ステップＳ８８４）。

ここで、測定脈拍数７５０は安定していると判定された場合（ステップＳ８８６でＹｅｓ）、信頼性判定部１６０は、安定度判定部１５０が判定したピッチ安定度７６０を記憶部７００から取得し、ピッチの安定性を判定する（ステップＳ８８８）。
ここで、ピッチは安定していると判定された場合（ステップＳ８８８でＹｅｓ）、信頼性判定部１６０は測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と判定し（ステップＳ８９２）、第２信頼性判定処理を終了する。
また、ステップＳ８８２においてＳＮ値が第２基準を満足しないと判定した場合（Ｎｏ）、または、ステップＳ８８６において測定脈拍数７５０は安定していないと判定された場合（Ｎｏ）、または、ステップＳ８９０においてピッチは安定していないと判定された場合（Ｎｏ）、信頼性判定部１６０は測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と判定することなく処理を終了する。この場合、測定脈拍数７５０の信頼性は「高い」という判定結果は維持される。

図５に戻り、処理部１００は、信頼性判定部１６０において測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と評価したか、否かを判定する（ステップＳ８１６）。
ここで、信頼性判定部１６０において測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と評価された場合（ステップＳ８１６でＹｅｓ）、ピッチと測定脈拍数７５０との関係に基づいてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更新し（ステップＳ８１８）＜更新工程＞、ステップＳ８２２に進む。
他方で、信頼性判定部１６０において測定脈拍数７５０の信頼性が「極めて高い」と評価されない場合（ステップＳ８１６でＮｏ）、ステップＳ８２２に進む。

ステップＳ８２２では、処理部１００はメイン処理を終了するか、否かを判定し、メイン処理を終了しない場合（ステップＳ８２２でＮｏ）、ステップＳ８０４に戻る。
他方で、メイン処理を終了する場合（ステップＳ８２２でＹｅｓ）、次回のメイン処理実行時に使用するユーザー別脈拍推定テーブル７８０と初期値を設定し（ステップＳ８２４）、メイン処理を終了する。

以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）脈拍数の推定に使用するユーザー別脈拍推定テーブル７８０は、被検者毎に作成され、使用に応じて更新される。従って、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０は、被検者が脈拍計１を使用するのに従って、被検者毎に異なる運動能力や使用状況を考慮した特徴を備えていく。この結果、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０から推定する被検者毎の脈拍数の推定精度は、脈拍計１を使用するのに従って向上する。
（２）信頼性判定部１６０は、脈波センサー１０が検出した脈波信号に基づいて算出した測定脈拍数７５０の信頼性を判定する。判定の結果、極めて信頼性を有すると判定された場合、テーブル更新部１７０は、被検者のピッチと測定脈拍数７５０との関係に基づいてユーザー別脈拍推定テーブル７８０を更新する。従って、測定脈拍数７５０が信頼できる場合に限って、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０が更新されるため、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０の更新に従ってテーブル値の信頼性が向上し、脈拍数の推定精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０からピッチに対応する脈拍数を推定する態様に限定されるものではなく、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０には被検者毎のピッチと脈拍数のデータが記憶され、これらのデータからピッチと脈拍数の相関関係を示す脈拍推定式である次式（１）の近似式を算出し、算出した近似式に基づいて脈拍数を推定する態様も想定できる。

但し、“ｐ”はピッチであり、“ＨＲ（ｐ）”はピッチ“ｐ”から推定される脈拍数である。また、“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”は、それぞれ近似式の２次，１次，０次の係数である。
この場合、脈拍数推定部１３０は、ユーザー別脈拍推定テーブル７８０に保持されている被検者毎のデータに対して２次曲線のフィッティングを行うことで、式（１）における係数“Ａ〜Ｃ”の値を算出し、係数“Ａ〜Ｃ”が決定した式（１）にピッチ演算部１２０が算出したピッチを適用して脈拍数を算出し、算出した脈拍数を推定脈拍数７５５とする態様も想定できる。

また、推定脈拍数７５５から消費したカロリー量を算出し、算出したカロリー量に関する情報を表示部３００に表示しても良い。また、被検者の脈拍数やカロリー量は表示部３００に対する表示には限定されず、出力部として印刷装置、投射装置および通信装置等を想定し、これらの装置に対する出力も想定できる。
また、生体情報処理装置として腕時計型の脈拍計１を想定したが、指先に装着して脈拍を測定する指装着型の脈拍計に適用しても良い。また、脈波信号の検出方法は光を用いた検出方法には限定されず、超音波や赤外線を用いた検出方法でもよい。

また、体動センサー２０は加速度センサーを含む態様には限定されず、速度センサーのような他のセンサーにより体動を検出する態様も想定できる。また、体動センサー２０は加速度センサーおよび速度センサーの両方を有し、２つのセンサーから出力される信号に基づいて被検者の体動を検出しても良い。
また、ユーザーが高山等の特殊な環境下で使用する場合、脈拍数推定部１３０は、参照するテーブルをユーザー別脈拍推定テーブル７８０に替えて、予め作成した特殊な環境に対応する脈拍推定テーブルとする態様も想定できる。この場合、脈拍数推定部１３０は、２つのテーブルの連続性を検証し、テーブル間の遷移は連続性が損なわれないタイミングで実行されることが好ましい。
また、以上のような手法を実施する装置は、単独の装置によって実現される場合もあれば、複数の装置を組み合わせることによって実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。
各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態では限定されるものではなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

１…脈拍計、２…リストバンド、３…ケース、４…液晶表示器、５…操作ボタン、６…充電端子、１０…脈波センサー、１１…鏡面、１２…光源、１３…受光素子、１４…基板、２０…体動センサー、３０…脈波信号増幅回路部、４０…脈波形整形回路部、５０…体動信号増幅回路部、６０…体動波形整形回路部、７０…Ａ／Ｄ変換部、１００…処理部、１１０…脈拍数測定部、１２０…ピッチ演算部、１３０…脈拍数推定部、１４０…表示制御部、１５０…安定度判定部、１５５…信号状態取得部、１６０…信頼性判定部、１７０…テーブル更新部、１８０…ユーザー設定部、２００…操作部、３００…表示部、４００…報知部、５００…通信部、６００…時計部、７００…記憶部、７１０…メインプログラム、７２０…第１信頼性判定プログラム、７３０…第２信頼性判定プログラム、７５０…測定脈拍数、７５５…推定脈拍数、７６０…ピッチ安定度、７６５…脈安定度、７８０…ユーザー別脈拍推定テーブル。

Claims (8)

1. 被検者の生体情報を検出する生体情報検出部と、
   前記被検者の動作に関する体動情報を検出する体動情報検出部と、
   所定基準に基づき前記生体情報の信頼性を判定する信頼性判定部と、
   前記体動情報と前記生体情報との相関関係を更新する更新部と、を備え、
   前記生体情報は前記所定基準を満たすと前記信頼性判定部が判定した場合、前記更新部は、前記生体情報と前記体動情報とに基づいて前記相関関係を更新することを特徴とする生体情報処理装置。
2. 請求項１に記載の生体情報処理装置において、
   前記相関関係に基づいて、前記体動情報検出部が検出した前記体動情報から推定生体情報を出力する推定部と、
   前記信頼性判定部の判定結果に基づいて前記生体情報および前記推定生体情報の何れかを出力情報として決定する決定部と、
   前記決定部が決定した前記出力情報を出力する出力部と、を備えることを特徴とする生体情報処理装置。
3. 請求項２に記載の生体情報処理装置において、
   前記信頼性判定部は、前記生体情報に対して前記所定基準に基づいて信頼性を第１判定、第２判定および第３判定の何れかに判定し、
   前記決定部は、前記生体情報に対して前記第１判定が判定された場合、前記推定部が推定した前記推定生体情報を前記出力情報に決定し、前記生体情報に対して前記第２判定または前記第３判定が判定された場合、前記生体情報検出部が検出した前記生体情報を前記出力情報に決定し、
   前記更新部は、前記生体情報に対して前記第３判定が判定された場合、前記相関関係を更新することを特徴とする生体情報処理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体情報処理装置において、
   前記信頼性判定部は、生体情報検出部が検出する前記生体情報の安定性、および前記生体情報を示す信号に含まれるノイズ成分の比率を示すノイズ比率情報の少なくとも１つに基づいて前記生体情報の信頼性を判定することを特徴とする生体情報処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体情報処理装置において、
   前記相関関係を記憶する記憶部を備え、
   前記更新部は、前記生体情報検出部による前記生体情報の検出開始時において前記記憶部に記憶されている第１の前記相関関係と、前記生体情報検出部による前記生体情報の検出時において第１の前記相関関係から更新された第２の前記相関関係と、に基づいて第３の前記相関関係を生成し、生成した第３の前記相関関係を前記記憶部に記憶することを特徴とする生体情報処理装置。
6. 請求項５に記載の生体情報処理装置において、
   前記更新部は、第１の前記相関関係と第２の前記相関関係との差異が所定の範囲内である場合、第３の前記相関関係を前記記憶部に記憶することを特徴とする生体情報処理装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体情報処理装置において、
   前記更新部は、前記生体情報および前記体動情報の関係が前記相関関係と大きく異なる場合、前記信頼性判定部の判定結果に依らず前記相関関係を非更新とすることを特徴とする生体情報処理装置。
8. 被検者に関する生体情報を検出する生体情報検出工程と、
   前記被検者に関する体動情報を検出する体動情報検出工程と、
   所定基準に基づき前記生体情報の信頼性を判定する信頼性判定工程と、
   前記信頼性判定工程で前記生体情報が前記所定基準を満たすと判定した場合、前記体動情報と前記生体情報との相関関係を前記生体情報と前記体動情報とに基づいて更新する更新工程と、を有することを特徴とする生体情報処理方法。

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