WO2016027360A1 - 発汗心拍推定システム、発汗心拍推定装置及び発汗心拍推定方法 - Google Patents

Abstract

　発汗心拍推定システムは、人体に向けて電波を送信する送信部（１）と、前記送信部（１）により送信された前記電波の反射波を受信する受信部（２）と、前記受信部（２）により受信された前記反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍数を推定する心拍推定部（３４，２３４）と、前記受信部（２）により受信された前記反射波の強度から、前記人体の発汗状態を推定する発汗推定部（４４，２４４）と、前記心拍推定部（３４，２３４）により推定された心拍数に関する情報と、前記発汗推定部（４４，２４４）により推定された発汗状態に関する情報とを出力する出力部（４８，２４８）とを有する。

Description

発汗心拍推定システム、発汗心拍推定装置及び発汗心拍推定方法

　本発明は、発汗心拍推定システム等に関する。

　被検者の水分を測定する水分計であって、被検者の腋下に保持されて、被検者の水分量を測定するために腋下の水分を測定するためのプローブ式の水分測定部を備える水分計が知られている（例えば、特許文献１参照）。この水分計では、水分測定部は、発光部からの光を前記腋下の皮膚の水分に照射して、その反射光を受光部で受光して、この受光量の変化により水分量を測定する。

　被験者に電波を照射し、被験者からの反射波を検知し、検知結果を周波数解析して心拍を推定する心拍推定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開2012-71056号公報 特開2014-039666号公報

　しかしながら、従来の装置では、水分量を測定する際は光を用い、心拍を推定する際は電波を用いるといった具合に、１種類の検出波で水分量と心拍の双方を推定することは難しい。

　そこで、１つの側面では、本発明は、１種類の検出波として電波を用いて、心拍数と発汗状態の双方を推定できる発汗心拍推定システム等の提供を目的とする。

　本開示の一局面によれば、人体に向けて電波を送信する送信部と、
　前記送信部により送信された前記電波の反射波を受信する受信部と、
　前記受信部により受信された前記反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍数を推定する心拍推定部と、
　前記受信部により受信された前記反射波の強度から、前記人体の発汗状態を推定する発汗推定部と、
　前記心拍推定部により推定された心拍数に関する情報と、前記発汗推定部により推定された発汗状態に関する情報とを出力する出力部と
を有することを特徴とする、発汗心拍推定システムが提供される。

　１種類の検出波として電波を用いて、心拍数と発汗状態の双方を推定できる発汗心拍推定システム等が得られる。

電波送信部１及び電波受信部２の一例を説明する図である。 一実施例における発汗心拍推定システムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 電波送受信部の一例を示すブロック図である。 発汗心拍推定システム１０－１の機能構成の一例を示すブロック図である。 電波を照射された被験者５からの反射波のデータの検知結果を周波数解析した解析結果の一例を示す図である。 反射波強度と発汗量との間の相関性の説明図である。 発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の一例を表すフローチャートである。 発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の他の一例を表すフローチャートである。 発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の他の一例を表すフローチャートである。 電波送受信部２５の保持方法の一例を示す図である。 ハーネス７の一例を概略的に示す図である。 他の例による発汗心拍推定システム１０－２を示す構成図である。 水分センサ出力の振幅（反射波の振幅）と発汗量との間の相関性の説明図である。 絶対湿度とドップラセンサ出力の波形の振幅との関係を示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

　図１は、電波送信部１及び電波受信部２の一例を説明する図である。発汗心拍推定システム１０－１は、電波送信部１及び電波受信部２を備える。なお以降の説明において、発汗及び心拍を推定される対象となる人を指して、被験者と記載する場合がある。

　電波送信部１は、被験者５の人体に電波を照射する。電波送信部１は、被験者５の人体に電波を直接照射してもよいが、好ましくは、衣類６を着用した被験者５の人体に衣類６越しに電波を照射する。電波の帯域は、任意であるが、人体に害を与えず、また水分により吸収されにくい周波数帯であることが望ましい。電波の一例として極超短波（UHF：Ultra High Frequency）やマイクロ波（SHF：Super High Frequency）が挙げられる。またさらに、電波は例えば2.4G帯であってよい。衣類６とは、人体に着用できる任意の素材の着用物であり、衣服やおむつなどを含んでよい。衣類６越しとは、電波が照射される人体の部位（例えば胸部）と電波送信部１との間に衣類６が存在することを意味する。尚、図1に示す例では、衣類６は、被験者５の上半身に着用される下着である。電波受信部２は、被験者５からの電波の反射波を衣類６越しに受信する。反射波は、電波が被験者５の人体により反射された成分と、電波が衣類６により反射された成分との両方を含む。

　発汗心拍推定システム１０－１の電波送信部１及び電波受信部２は、最も内側（人体側）の衣類６の外側の表面に装着されてもよいし、最も内側の衣類６よりも外側の衣服（図示せず）に装着されてもよい（図１０参照）。例えば、電波送信部１及び電波受信部２は、軍隊などの訓練で装着されるハーネス７（図１１参照）と称される衣類に取り付けられてもよい。ハーネス７に取り付けられることで、発汗心拍推定システム１０－１を被験者５の胸部、特に心臓の近くで心拍を計測可能な位置に保持することができる。

　図２は、一実施例における発汗心拍推定システム１０－１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

　発汗心拍推定システム１０－１は、図２に示すように、バス１９で接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３、記録媒体インターフェイス１４、及び表示制御部１５を含む。また、発汗心拍推定システム１０－１は、入出力制御部１６、及び通信インターフェイス１７を有する。記録媒体インターフェイス１４には、ＳＤ（Secure Digital）カード（または、メモリカード）２１などの記録媒体が接続可能である。表示制御部１５には、表示装置２２が接続されている。入出力制御部１６には、入出力デバイス２４が接続されている。入出力デバイス２４は、タッチパネル、スピーカなどであってよい。表示装置２２及び入出力デバイス２４の機能は、タッチパネルで実現されてもよい。尚、記録媒体インターフェイス１４及びＳＤカード２１、入出力制御部１６及び入出力デバイス２４、表示装置２２及び表示制御部１５、及び／又は、無線送受信部２６は、適宜、省略されてもよい。

　通信インターフェイス１７には、電波送受信部２５、及び無線送受信部２６が接続されている。電波送受信部２５は、図1に示した電波送信部１及び電波受信部２を有する。無線送受信部２６は、携帯電話における無線通信網を利用して無線通信可能な送受信部を含む。無線送受信部２６は、近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）部、ブルーツース（Bluetooth、登録商標）通信部、Ｗｉ－Ｆｉ（Wireless-Fidelity）送受信部、赤外線送受信部などを含んでも良い。

　ＣＰＵ１１は、発汗心拍推定システム１０－１全体の動作を制御する機能を有する。ＲＡＭ１２及びＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１１が実行するプログラムや各種データを格納する記憶部を形成する。プログラムは、ＣＰＵ１１に発汗心拍推定処理を実行させて発汗心拍推定システムとして機能させるプログラムを含む。記憶部には、ＳＤカード２１が含まれても良い。プログラムを格納する記憶部は、コンピュータ読取可能な記憶媒体の一例である。

　表示装置２２は、表示制御部１５の制御下で発汗心拍推定処理の結果、操作画面などを表示する機能を有する。

　図３は、電波送受信部２５の一例を示すブロック図である。

　電波送受信部２５は、制御部２５１、発振回路２５２、アンテナ２５３Ｔ，２５３Ｒ、検波回路２５４、電源回路２５５、及びオペアンプ（Operational Amplifier）２５６，２５８を有する。発振回路２５２で生成された送信波（電波）は、アンテナ２５３Ｔ及び検波回路２５４に分波され、アンテナ２５３Ｔから送信された送信波は被験者５に照射される。被験者５に照射された送信波は反射され、被験者５からの送信波の反射波はアンテナ２５３Ｒで受信される。アンテナ２５３Ｒで受信した一点鎖線で示す反射波は、分波回路２５９において、一方はノードＮへ、他方はオペアンプ２５８へと分波される。ノードＮへ分波された反射波は、ノードＮにおいて実線で示す送信波と干渉し合い、検波回路２５４からは一点鎖線で示す合成波（ＤＣ成分）が出力される。オペアンプ２５６は、合成波を増幅したセンサ出力を通信インターフェイス１７を介してＣＰＵ１１に入力する。オペアンプ２５６からのセンサ出力は、ドップラセンサ出力とも称される。オペアンプ２５８は、反射波を増幅したセンサ出力を通信インターフェイス１７を介してＣＰＵ１１に入力する。オペアンプ２５８からのセンサ出力は、水分センサ出力とも称される。

　電源回路２５５は、制御部２５１、発振回路２５２、検波回路２５４、及びオペアンプ２５６に電源電圧を供給する電池を含む。電池は、例えば充電可能な電池である。なお、電源回路２５５は、電波送受信部２５に対して外部接続されていても良いことは言うまでもない。また、アンテナ２５３Ｔ，２５３Ｒは、送受信アンテナとして一体化されてもよい。

　尚、図３の例では、電波送信部１は少なくとも発振回路２５２及びアンテナ２５３Ｔを含み、電波受信部２は少なくともアンテナ２５３Ｒ、検波回路２５４及びオペアンプ２５６を含む。尚、図３に示す例では、電波送受信部２５は、水分センサ出力を生成する構成を含んでいるが、水分センサ出力を生成する構成は省略されてもよい。

　図４は、発汗心拍推定システム１０－１の機能構成の一例を示すブロック図である。

　図４に示す例では、発汗心拍推定システム１０－１は、電波送信部１と、電波受信部２と、解析部３０と、心拍推定部３４と、反射波強度算出部４２と、発汗推定部４４と、発汗量データベース４６と、出力部４８とを含む。解析部３０は、周波数解析部３１と、心拍特徴点取得部３２とを含む。図４に示す例において、電波送信部１及び電波受信部２は、図２に示す電波送受信部２５により実現できる。また、解析部３０、心拍推定部３４、反射波強度算出部４２、発汗推定部４４及び出力部４８の各機能は、図２に示すＣＰＵ１１により実現できる。発汗量データベース４６は、図２に示すＲＯＭ１３により実現できる。尚、ＲＯＭ１３に代えて、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの他の補助記憶装置が使用されてもよい。

　周波数解析部３１は、電波受信部２から得られる反射波のデータ（ドップラセンサ出力）を周波数解析することでパワースペクトルを変換する。周波数解析は、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）であり、例えば図５に示す解析結果が得られる。図５は、電波を照射された被験者５からの反射波のデータの検知結果を周波数解析した解析結果の一例を示す図である。図５では、横軸が周波数を表し、縦軸が強度を表す。

　心拍特徴点取得部３２は、図５に示す解析結果から所定振幅以上のピークが発生する周波数を特定する。この際、心拍特徴点取得部３２は、ピークが発生する周波数が複数存在する場合、所定のロジックに基づいて、心拍に対応するピークに係る周波数を特定する。所定のロジックは、任意であるが、例えば特許文献２に開示されるロジックであってよい。即ち、マイクロホン、加速度センサ、及び角速度センサ等に基づいて被験者５の動きを表すデータを取得し、当該データを周波数解析してピークが得られる周波数の近傍に存在するピークを、心拍に係るピークの候補から除外してよい。尚、図５に示す例では、呼吸（被験者５の呼吸に伴う体の表面の変位）に対応するピークＰ_０と、心拍（被験者５の心臓の鼓動に伴う体の表面または心臓を含む臓器の変位）にピークＰ_１とが現れている。心拍特徴点取得部３２は、心拍に対応するピークに係る周波数を特定することに代えて、又は加えて、呼吸に対応するピークに係る周波数を特定してもよい。この際、心拍特徴点取得部３２は、ピークが発生する周波数が複数存在する場合、所定のロジックに基づいて、呼吸に対応するピークに係る周波数を特定する。所定のロジックは、任意であるが、例えば特許文献２に開示されるロジックであってよい。

　心拍特徴点取得部３２は、更に、反射波のデータに対して、心拍として特定されたピークの周波数を中心にフィルタ処理を施す。フィルタ処理は、例えばＢＰＦ（Band-Pass Filter）処理であり、一拍毎に揺らいでいる心拍を正確に抽出するために行われる。心拍特徴点取得部３２は、フィルタ処理後のデータに１次微分を施して特徴点を求めて心拍間隔を取得する。同様に、心拍特徴点取得部３２は、呼吸として特定されたピークの周波数を中心にフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の反射波のデータに１次微分を施して特徴点を求めて呼吸間隔を取得してもよい。

　心拍推定部３４は、心拍間隔から心拍数を算出する。心拍推定部３４は、心拍数の算出に加えて、呼吸間隔から呼吸数を算出してもよい。

　反射波強度算出部４２は、心拍として特定されたピークの周波数における反射波の強度（ＦＦＴによるピーク値）を算出する。以下、発汗推定部４４における推定処理に用いられる反射波の強度を、「反射波強度」とも称する。本例では、反射波強度は、心拍として特定されたピークの周波数における反射波の強度に対応する。

　発汗推定部４４は、反射波強度算出部４２から得られた反射波強度に基づいて、被験者５の人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態を推定する。ここで、電波送信部１から送信される電波は、その反射波が電波受信部２で受信されるまでの間、人体での反射の際や、衣類６を通過する際に減衰する。即ち、電波を人体に照射した場合、皮膚、筋肉、脂肪、骨などで電波が吸収される。このとき、肌の水分が多い場合、吸収される量が大きくなり、電波の反射量が減衰する。よって、被験者５が運動を行なう等により汗をかき、汗によって皮膚の表面上に水の膜（衣類６に浸み込んだ水についても同様）ができると、反射信号の強度が減衰する。例えば2.4Ｇ帯の電波を用いた場合、0.1mm厚の水膜で0.4dBの減衰、24G帯であれば6dBの減衰となる。このように、電波の減衰量と、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態との間には相関性があることが本願発明者により確認された（図６参照）。電波の減衰量は、反射波強度の減少量に対応する。図６は、絶対湿度と反射波強度との関係を示す図であり、（Ａ）は絶対湿度が８０％の場合を示し、（Ｂ）は絶対湿度が３０％の場合を示す。図６では、横軸が周波数を表し、縦軸が強度を表す。絶対湿度は、人体と衣類６との間の空間における絶対湿度であり、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態を表す指標である。図６に示すように、反射波強度は、絶対湿度が高くなるほど小さくなる。即ち、減衰量は、絶対湿度が高くなるほど大きくなる。反射波強度と絶対湿度とは、ある関係式Ｆによって関係付けることができる。関係式Ｆは、複数の実データを用いて、カーブフィッティング（曲線あてはめ）により予め導出することができる。関係式Ｆは、発汗量データベース４６に記憶されてよい。

　発汗推定部４４は、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態を推定すると、推定した人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態（絶対湿度）に基づいて、人体の発汗量（発汗状態の一例）を推定する。人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態と発汗量との間には相関性がある。基本的に、発汗量が多いほど、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態が上昇する。人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態（絶対湿度）と発汗量とは、ある関係式Ｆ１によって関係付けることができる。関係式Ｆ１は、例えば比例関係を表す式（一次関数）であってよい。関係式Ｆ１は、発汗量データベース４６に記憶されてよい。

　ただし、発汗推定部４４は、反射波強度算出部４２から得られた反射波強度に基づいて、直接的に人体の発汗量を推定してもよい。即ち、発汗推定部４４は、反射波強度算出部４２から得られた反射波強度に基づいて、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態を推定することなく、人体の発汗量を直接的に推定してもよい。これは、反射波強度と人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態との間には相関性があり且つ人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態と人体の発汗量との間には相関性があるので、反射波強度と人体の発汗量との間には相関性があるためである。

　発汗量データベース４６は、反射波強度と絶対湿度とを関連付ける関係式Ｆを保持する。或いは、発汗量データベース４６は、反射波強度と絶対湿度とを多数組関連付けたテーブルデータを保持してもよい。また、発汗量データベース４６は、絶対湿度と発汗量とを関連付ける関係式Ｆ１を保持する。或いは、発汗量データベース４６は、絶対湿度と発汗量とを多数組関連付けたテーブルデータを保持してもよい。

　或いは、発汗量データベース４６は、反射波強度と発汗量とを関連付ける関係式Ｆ２を保持してもよい。或いは、発汗量データベース４６は、反射波強度と発汗量とを多数組関連付けたテーブルデータを保持してもよい。

　出力部４８は、心拍推定部３４により推定された心拍数を出力する。出力部４８は、心拍数に加えて、心拍推定部３４により推定された呼吸数を出力してもよい。心拍推定部３４により推定された心拍数の出力態様は任意である。例えば、心拍推定部３４により推定された心拍数は、表示装置２２上に出力されてもよいし、音声等により出力されてもよい。また、出力部４８は、例えば心拍推定部３４により推定された心拍数が所定閾値を超えた場合に、その旨を表す情報を出力してもよい。呼吸数を出力する場合の出力態様も同様であってよい。

　出力部４８は、発汗推定部４４により推定された発汗量を出力する。発汗推定部４４により推定された発汗量の出力態様は任意である。例えば、発汗推定部４４により推定された発汗量は、表示装置２２上に出力されてもよいし、音声等により出力されてもよい。また、出力部４８は、例えば発汗推定部４４により推定された発汗量が所定閾値を超えた場合に、その旨を表す情報を出力してもよい。

　図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、ドップラセンサ出力に基づいて、被験者５の心拍のみならず、被験者５の人体の発汗量をも推定及び出力できる。ドップラセンサ出力は、上述の如く、電波送信部１及び電波受信部２により生成される。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、電波（一種類の検出波）を利用して、被験者５の心拍のみならず、被験者５の人体の発汗量をも推定できる。

　また、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、電波を利用するので、非接触で、被験者５の心拍のみならず、人体の発汗量をも推定できる。ここで、電波は、光とは異なり、人体の反射面（＝肌）の色に影響しない。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、被験者５の動き等に伴って人体における電波の照射位置が固定的にはできない場合でも、人体の発汗量を推定できる。また、光による測定の場合は、衣類６の素材によって光の吸収率が異なるため、反射光の量は衣類６の素材に影響される。これに対して、電波は光よりも衣類６による反射波の強度の変化が小さい。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、どのような素材の衣類６を着用しているかがわからない状態でも、人体の発汗量を推定できる。また、光による測定の場合は、発光部や受光部に汗や油などが付着した場合に、反射光の量が低減される。これに対して、電波の場合は、電波送信部１や電波受信部２汗や油などが付着した場合でも、光よりも反射波の強度の低減量が小さい。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、汗や油などが付着しやすい環境下でも、人体の発汗量を推定できる。

　また、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、電波の減衰量と、人体の発汗量との間には相関性があることを利用して、人体の発汗量が推定される。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、人体の発汗量を精度良く推定できる。

　また、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、反射波強度算出部４２は、心拍の特徴点の周波数に係るピーク値（反射波強度）を算出する。心拍の特徴点の周波数に係るピーク値は、心拍推定処理で実行されるＦＦＴの結果に基づいて導出される。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、心拍推定処理で得られる結果を利用して効率良く人体の発汗量を推定できる。

　また、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、反射波強度算出部４２は、心拍の特徴点の周波数に係るピーク値を算出する。心拍の特徴点の周波数に係るピーク値は、値自体が大きいので（図５参照）、反射波強度の減少量を評価する際の分解能を高めることが可能である。従って、図４に示す発汗心拍推定システム１０－１によれば、心拍の特徴点の周波数に係るピーク値に基づいて、人体の発汗量を精度良く推定できる。

　図７は、発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の一例を表すフローチャートである。図７に示す処理は、所定周期毎に繰り返し実行されてもよい。

　ステップＳ７００では、周波数解析部３１は、所定周期に対応する期間ΔＴにわたるドップラセンサ出力を取得し、周波数解析を行う。

　ステップＳ７０１では、心拍特徴点取得部３２は、上記ステップＳ７００の周波数解析結果に基づいて、心拍に係る特徴点を特定する。

　ステップＳ７０２では、心拍推定部３４は、心拍に係る複数の特徴点の出現タイミングから、単位時間当たりの心拍数を推定する。

　ステップＳ７０３では、反射波強度算出部４２は、上記ステップＳ７００の周波数解析結果に基づいて、特徴点の周波数に係るピーク値（反射波強度）を算出する。反射波強度算出部４２は、期間ΔＴにおいて心拍に係る複数のピーク値が存在する場合は、複数のピーク値の平均値を算出してもよい。

　ステップＳ７０４では、発汗推定部４４は、上記ステップＳ７０３で算出された反射波強度に基づいて、発汗量を算出する。この例では、発汗量データベース４６は、反射波強度と発汗量とを関連付ける関係式Ｆ２を保持している。発汗推定部４４は、上記ステップＳ７０３で算出された反射波強度を関係式Ｆ２に代入して、発汗量を得る。

　ステップＳ７０５では、出力部４８は、上記ステップＳ７０４で得られる心拍数の算出結果（推定結果）と、上記ステップＳ７０４で得られる発汗量の算出結果（推定結果）とを同時に出力する。出力先は、任意であり、例えば、被験者５を監視するモニタ（図示せず）等に出力されてもよい。

　図７に示す発汗心拍推定処理によれば、心拍推定部３４は、期間ΔＴにわたるドップラセンサ出力に基づいて、被験者５の心拍数を推定できる。発汗推定部４４は、期間ΔＴにわたるドップラセンサ出力に基づいて、被験者５の発汗量を推定できる。また、出力部４８は、被験者５の心拍数の推定結果及び被験者５の発汗量の推定結果の双方を出力できる。ドップラセンサ出力は、上述の如く、電波送信部１及び電波受信部２により生成される。従って、図７に示す発汗心拍推定処理によれば、電波を利用して、被験者５の心拍数及び被験者５の発汗量を推定及び出力できる。また、電波を利用することで、図４を参照して上述した効果と同様の効果が得られる。

　図８は、発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の他の一例を表すフローチャートである。図８に示す処理は、所定周期毎に繰り返し実行されてもよい。

　図８に示す処理は、図７に示した処理に対して、ステップＳ７０６以降が追加された点が異なる。以下では、異なる部分について説明する。

　ステップＳ７０６では、出力部４８は、上記ステップＳ７０４で得られる発汗量の算出結果の履歴（時間変化）に基づいて、警報条件が成立したか否かを判定する。警報条件は、任意であるが、例えば、発汗量の推定結果が、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が変化しない状態を示した場合に満たされる。これは、発汗した（発汗量が増加）後、発汗量が減らない（汗が蒸発しない）ということは、汗の蒸発時の気化熱による体温低下ができない状態、即ち熱中症になる危険性が高い状態であるためである。また、警報条件は、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が減った状態を示した場合にも満たされてもよい。尚、警報条件は、発汗量が増加している状態や、発汗量が減少している状態では、満たされないこととしてよい。かかる状態は正常であるためである。

　ステップＳ７０７では、出力部４８は、警報を出力する。このようにして、熱中症になる危険性が高い状態を検出した場合に警報を出力することで、被験者５の安全を図ることができる。警報出力態様は、任意である。例えば、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が変化しない状態を示した場合と、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が減った状態を示した場合とで、出力する警報の内容を異ならしてもよい。これは、発汗した（発汗量が増加）後、発汗量が減る（汗が蒸発）しているなら、発汗量が変化しない場合よりも危険度は低いためである。警報の内容は、危険度が高いほど、例えば注意喚起度が高くなる態様（例えば、警報音が大きくなる態様）で可変されてよい。このように、発汗量が増加した後、発汗量の減少の有無に応じて警報の内容を可変することで、熱中症の可能性（危険度）に応じて被験者５の安全を適切に図ることができる。

　図８に示す発汗心拍推定処理によれば、発汗量の算出結果の履歴（時間変化）に基づいて、被験者５の熱中症の可能性を精度良く判定できる。これにより、適切なタイミングで警報を出力でき、被験者５の安全を図ることができる。

　尚、図８に示す処理において、ステップＳ７０５及びステップＳ７０７の処理順序は任意であり、前後逆であってもよいし、ステップＳ７０５及びステップＳ７０７の処理が同時に実行されてもよい。

　図９は、発汗心拍推定システム１０－１のＣＰＵ１１により実行される発汗心拍推定処理の他の一例を表すフローチャートである。図８に示す処理は、所定周期毎に繰り返し実行されてもよい。

　図９に示す処理は、図７に示した処理に対して、ステップＳ７０８以降が追加された点が異なる。以下では、異なる部分について説明する。

　ステップＳ７０８では、出力部４８は、上記ステップＳ７０２で得られる心拍数の算出結果と、上記ステップＳ７０４で得られる発汗量の算出結果の履歴（時間変化）とに基づいて、警報条件が成立したか否かを判定する。例えば、出力部４８は、発汗量が増加している状態、且つ、心拍数が正常範囲である状態を示した場合、"正常"と判定する。正常範囲は、固定値であってもよいし、被験者５毎に設定されてもよい。また、出力部４８は、発汗量が増加している状態、且つ、心拍数が危険範囲である状態を示した場合、"要監視"と判定する。危険範囲は、正常範囲の最大値よりも高い範囲、例えば所定の基準値よりも高い範囲である。所定の基準値は、固定値であってもよいし、被験者５毎に設定されてもよい。また、出力部４８は、発汗量が減少している状態、且つ、心拍数が正常範囲である状態を示した場合、"正常"と判定する。また、出力部４８は、発汗量が減少している状態、且つ、心拍数が危険範囲である状態を示した場合、"要監視"と判定する。また、出力部４８は、発汗量が基準値よりも高い状態が所定時間継続し、且つ、心拍数が正常範囲である状態を示した場合、"要監視"と判定する。発汗量に関する基準値は、固定値であってもよいし、被験者５毎に設定されてもよい。また、出力部４８は、発汗量が基準値よりも高い状態が所定時間継続し、且つ、心拍数が危険範囲である状態を示した場合、"熱中症注意"と判定する。この場合、出力部４８は、"熱中症注意"と判定した場合に、警報条件が成立したと判定する。また、追加的に、出力部４８は、"要監視"と判定した場合に、警報条件が成立したと判定してもよい。

　ステップＳ７０９では、出力部４８は、警報を出力する。このようにして、熱中症になる危険性が高い状態（"熱中症注意"と判定される状態）を検出した場合に警報を出力することで、被験者５の安全を図ることができる。警報出力態様は、任意である。例えば、"熱中症注意"と判定した場合と、"要監視"と判定した場合とで、出力する警報の内容を異ならしてもよい。警報の内容は、危険度が高いほど、例えば注意喚起度が高くなる態様（例えば、警報音が大きくなる態様）で可変されてよい。このように、危険度に応じて警報の内容を可変することで、被験者５の安全を適切に図ることができる。

　図９に示す発汗心拍推定処理によれば、発汗量の算出結果の履歴（時間変化）と心拍数との組み合わせに基づいて、被験者５の熱中症の可能性を更に精度良く判定できる。これにより、適切なタイミングで警報を出力でき、被験者５の安全を図ることができる。

　尚、図９に示す処理において、ステップＳ７０５及びステップＳ７０９の処理順序は任意であり、前後逆であってもよいし、ステップＳ７０５及びステップＳ７０９の処理が同時に実行されてもよい。

　尚、図８及び図９に示す処理では、熱中症に関する警報条件を判定しているが、これに代えて又は加えて、他の警報条件を判定してもよい。即ち、警報条件は、任意であり、監視目的（例えば、熱中症予防、心臓異常の監視、点滴外れ監視、おむつの交換時期の監視等）に応じて適宜決定されてよい。これにより、例えば被験者５に異常な発汗（心臓異常時の大量の冷や汗等）を検出した場合は、その旨を例えば被験者５の監視者に通知できる。また、被験者５が点滴を受けている患者である場合に、点滴が外れたことを、それに伴う衣類６の湿り状態に急激な増加に基づいて検出できる。この場合も、その旨を例えば被験者５の監視者に通知できる。尚、点滴外れ監視やおむつの交換時期の監視の場合は、発汗推定部４４は、発汗量を算出する必要はない。例えば、おむつの交換時期の監視の場合は、発汗推定部４４は、おむつ（衣類６の一例）の湿り状態を推定し、推定した湿り状態に基づいて警報条件（又はケアのタイミング）を判断すればよい。このようにして、発汗心拍推定システム１０－１は、介護、病院等の施設で、ケア対象者（被験者５）の状態の見守り機能を果たすこともできる。

　図１０は、電波送受信部２５の保持方法の一例を示す図である。

　図１０に示す例では、電波送受信部２５は、ハーネス７の保持部８内に保持される。ハーネス７は、衣類６の外側に着用される。保持部８は、ハーネス７における外側（衣類６とは反対側）の表面に設けられる。このような位置関係に設けられたマイクロ波送受信部２５は、衣類６およびハーネス７を着用した被験者５の人体に衣類６およびハーネス７越しに電波を照射することになる。保持部８は、任意の形態であってよく、例えばポケット、ベルト、マジックテープ(Magic Tape)（登録商標）、ベルクロ(Velcro)（登録商標）等の形態であってよい。

　図１１は、ハーネス７の一例を概略的に示す図である。

　図１１に示す例では、ハーネス７は、内側（人体側）に保持部８を有する。ハーネス７は、マイクロ波送受信部２５の他、水筒やその他のセンサ装置や無線装置等を有してよい。ハーネス７は、ベルト状の物でもベストのような形態であってもよい。

　図１２は、他の例による発汗心拍推定システム１０－２を示す構成図である。

　図１２に示す例は、発汗心拍推定システム１０－２は、センサユニット１９０と、発汗心拍推定装置２００とを含む。

　センサユニット１９０は、例えばハーネス７の保持部８（図１０及び図１１参照）に収容される。センサユニット１９０は、電波送受信部２５と、無線送信部１９２とを含む。センサユニット１９０は、ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭ等のハードウェアを備えてもよい。例えば、センサユニット１９０は、図２に示した状態推定システム１０－１における表示装置２２、表示制御部１５、記録媒体インターフェイス１４、ＳＤカード２１、入出力制御部１６及び入出力デバイス２４が省略されたハードウェア構成であってもよい。この場合、無線送信部１９２は、図２に示す無線送受信部２６又はその一部（送信部）により実現できる。

　無線送信部１９２は、電波送受信部２５で得られるドップラセンサ出力を発汗心拍推定装置２００に送信する。

　発汗心拍推定装置２００は、センサユニット１９０に対して遠隔に配置される。発汗心拍推定装置２００は、例えばハーネス７を着用して訓練を受けている訓練者を監視する監視センタに設けられてよい。発汗心拍推定装置２００は、サーバーの形態であってよい。発汗心拍推定装置２００は、図２に示した状態推定システム１０－１と同様のハードウェア構成であってもよい。但し、記録媒体インターフェイス１４、ＳＤカード２１、入出力制御部１６及び入出力デバイス２４等は、適宜、省略されてもよい。以下では、発汗心拍推定装置２００は、図２に示した状態推定システム１０－１と同様のハードウェア構成であるとする。

　発汗心拍推定装置２００は、無線受信部２１０と、解析部２３０と、心拍推定部２３４と、反射波強度算出部２４２と、発汗量推定部２４４と、発汗量データベース２４６と、出力部２４８とを含む。解析部２３０は、周波数解析部２３１と、心拍特徴点取得部２３２とを含む。無線受信部２１０は、図２に示す無線送受信部２６又はその一部（受信部）により実現できる。解析部２３０、心拍推定部２３４、反射波強度算出部２４２、発汗推定部２４４及び出力部２４８の各機能は、図２に示すＣＰＵ１１により実現できる。発汗量データベース２４６は、図２に示すＲＯＭ１３により実現できる。尚、ＲＯＭ１３に代えて、ＨＤＤなどの他の補助記憶装置が使用されてもよい。

　無線受信部２１０は、無線送信部１９２からドップラセンサ出力を受信する。

　解析部２３０、心拍推定部２３４、反射波強度算出部２４２、発汗量推定部２４４及び発汗量データベース２４６の各機能は、上述した状態推定システム１０－１における、対応する各機能と同一であってよい。即ち、解析部２３０、心拍推定部２３４、発汗量推定部２４４等の各機能は、上述した状態推定システム１０－１にける解析部３０、心拍推定部３４、発汗推定部４４等の各機能とそれぞれ同一であってよい。

　出力部２４８の機能は、上述した状態推定システム１０－１における出力部４８と同一であってよい。但し、出力部２４８は、複数の被験者５に係る推定結果を被験者５毎に出力してよい。出力部２４８の出力先は、例えば、監視センタ内にあるモニタ等であってよい。尚、モニタは、図２に示す表示装置２２により実現できる。

　図１２に示す発汗心拍推定システム１０－２によっても、上述した状態推定システム１０－１と同様の効果が得られる。

　尚、図１２に示す例では、無線送信部１９２は、ドップラセンサ出力を発汗心拍推定装置２００に送信しているが、これに限られない。例えば、無線送信部１９２は、被験者５の心拍の推定結果、及び、被験者５の発汗量の推定結果を発汗心拍推定装置２００に送信してもよい。この場合、発汗心拍推定装置２００において、解析部２３０、心拍推定部２３４、反射波強度算出部２４２、発汗量推定部２４４及び発汗量データベース２４６は省略されてもよい。また、この場合、センサユニット１９０は、解析部３０、心拍推定部３４、反射波強度算出部４２、発汗推定部４４及び発汗量データベース４６を備えればよい。或いは、同様の観点から、無線送信部１９２は、被験者５の心拍の推定結果及び発汗量の推定結果を得るための中間データ（例えば周波数解析結果）を発汗心拍推定装置２００に送信してもよい。

　以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

　例えば、上述した実施例では、発汗推定部４４は、反射波強度と絶対湿度との相関を表す情報に基づいて、反射波強度から発汗量を推定している。しかしながら、等価的に、発汗推定部４４は、反射波強度の減衰量と絶対湿度との相関を表す情報に基づいて、反射波強度の減衰量から人体の発汗量を推定してもよい。このとき、反射波強度の減衰量は、反射波強度の基準値に対する減衰量であってよい。反射波強度の基準値は、初期状態（例えば、人体の発汗量が略０の状態）で得られる反射波強度であってよい。また、絶対湿度に代えて、反射波強度と相対湿度又はインピーダンスとの相関を表す情報が用いられてもよい。例えば、発汗推定部４４は、反射波強度と相対湿度との相関を表す情報と、温度センサ（図示せず）からの温度情報とに基づいて、人体の発汗量を推定してもよい。

　また、上述した実施例では、反射波強度算出部４２は、心拍の特徴点の周波数に係るピーク値を反射波強度として算出しているが、発汗推定部４４での推定処理に用いられる反射波強度は、他の方法で算出されてもよい。例えば、反射波強度算出部４２は、心拍の特徴点の周波数に係るピーク値に代えて、呼吸の特徴点の周波数に係るピーク値Ｐ_０（図５参照）を反射波強度として算出してもよい。この場合、発汗推定部４４は、呼吸の特徴点の周波数に係るピーク値Ｐ_０を反射波強度として用いて、人体の発汗量を推定する。

　或いは、発汗推定部４４は、水分センサ出力に基づいて、人体の発汗量を推定してもよい。この場合、反射波強度算出部４２は、電波受信部２のオペアンプ２５８から入力される反射波の信号（水分センサ出力）の振幅を、反射波強度として算出してよい。この際、反射波強度算出部４２は、反射波の信号の波形のピークから次のピークまでの振幅を、反射波強度として算出してよい。反射波強度算出部４２は、所定期間にわたる振幅の平均値を反射波強度として算出してもよい。図１３は、横軸に絶対湿度を取り、縦軸に水分センサ出力の振幅を表す。尚、図１３では、便宜上、振幅は、反射波の信号の電圧値［V］で表されている。図１３に示すように、反射波の振幅は、絶対湿度が高くなるほど小さくなる。即ち、減衰量は、絶対湿度が高くなるほど大きくなる。反射波の振幅と絶対湿度とは、ある関係式Ｆ４によって関係付けることができる。関係式Ｆ４は、図１３に示すように、複数の実データを用いて、カーブフィッティング（曲線あてはめ）により予め導出することができる。関係式Ｆ４は、発汗量データベース４６に記憶されてよい。

　或いは、発汗推定部４４は、ＦＦＴを行う前のドップラセンサ出力に基づいて、人体の発汗量を推定してもよい。この場合、反射波強度算出部４２は、電波受信部２のオペアンプ２５６から入力される反射波の信号（ドップラセンサ出力）の振幅を、反射波強度として算出してよい。この際、反射波強度算出部４２は、反射波の信号の波形のピークから次のピークまでの振幅を、反射波強度として算出してよい。反射波強度算出部４２は、所定期間にわたる振幅の平均値を反射波強度として算出してもよい。図１４は、絶対湿度とドップラセンサ出力の波形の振幅との関係を示す図であり、（Ａ）は絶対湿度が８５％の場合を示し、（Ｂ）は絶対湿度が５０％の場合を示し、（Ｃ）は絶対湿度が２０％の場合を示す。図１４では、横軸が時間を表し、縦軸が振幅を表す。図１４では、便宜上、振幅は、反射波の信号の電圧値［V］で表されている。図１４に示すように、同様に、反射波の振幅は、絶対湿度が高くなるほど小さくなる。従って、同様に、反射波の振幅と絶対湿度とは、ある関係式Ｆ５（図示せず）によって関係付けることができる。関係式Ｆ５は、複数の実データを用いて、カーブフィッティング（曲線あてはめ）により予め導出することができる。関係式Ｆ５は、発汗量データベース４６に記憶されてよい。

　また、上述した実施例では、出力部４８（出力部２４８も同様）は、被験者５の発汗量の推定結果に関する情報を出力しているが、被験者５の発汗量の推定結果に関する情報として、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態に関する情報を出力してもよい。これは、上述の如く、人体の湿り状態又は衣類６の湿り状態と発汗量との間には相関性があるためである。

　１　　電波送信部
　２　　電波受信部
　６　　衣類
　１０－１，１０－２　　発汗心拍推定システム
　２００　　発汗心拍推定装置
　３０、２３０　　解析部
　３４，２３４　　心拍推定部
　４４，２４４　　発汗推定部
　４８，２４８　　出力部

Claims (17)

1. 　人体に向けて電波を送信する送信部と、
   　前記送信部により送信された前記電波の反射波を受信する受信部と、
   　前記受信部により受信された前記反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍数を推定する心拍推定部と、
   　前記受信部により受信された前記反射波の強度から、前記人体の発汗状態を推定する発汗推定部と、
   　前記心拍推定部により推定された心拍数に関する情報と、前記発汗推定部により推定された発汗状態に関する情報とを出力する出力部と
   を有することを特徴とする、発汗心拍推定システム。
2. 　さらに、前記受信部により受信された反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍に係る複数の特徴点の出現タイミングを算出する解析部を有し、
   　前記心拍推定部は、前記解析部により算出された複数の前記特徴点の出現タイミングから、心拍数を推定し、
   　前記発汗推定部は、前記解析部により算出された前記特徴点に対応する前記反射波の強度から、発汗状態を推定する、
   　ことを特徴とする、請求項１に記載の発汗心拍推定システム。
3. 　前記送信部は、衣類越しに、該衣類を着用した前記人体に向けて前記電波を送信し、
   　前記受信部は、前記電波が前記人体により反射された成分と、前記電波が前記衣類により反射された成分との両方を含む反射波を受信する、請求項１に記載の発汗心拍推定システム。
4. 　前記衣類は上半身側の衣類である、請求項３に記載の発汗心拍推定システム。
5. 　前記出力部はさらに、前記発汗推定部による推定結果が、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が変化しない状態を示した場合に、警報を出力する、請求項３に記載の発汗心拍推定システム。
6. 　前記出力部は、前記発汗推定部による推定結果が、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が変化しない状態を示した場合と、発汗量が増加した状態を示した後に発汗量が減った状態を示した場合とで、出力する警報の内容を異ならせる、請求項３に記載の発汗心拍推定システム。
7. 　前記出力部はさらに、前記心拍推定部による推定結果と、前記発汗推定部による推定結果との組み合わせに基づいて、前記出力の態様を変化させる、請求項１に記載の発汗心拍推定システム。
8. 　前記出力部はさらに、前記心拍推定部による推定結果と、前記発汗推定部による推定結果の時間的な変化との組み合わせに基づいて、前記人体の状態判定を行う、請求項１に記載の発汗心拍推定システム。
9. 　前記人体の状態判定は、熱中症の可能性に関する判定を含む、請求項８に記載の発汗心拍推定システム。
10. 　前記出力部は、発汗量が基準値よりも高い状態が所定時間継続し、且つ、心拍数が基準値よりも高い状態を示した場合、警報を出力する、請求項９に記載の発汗心拍推定システム。
11. 　前記出力部は、発汗量が基準値よりも高い状態が所定時間継続し、且つ、心拍数が基準値よりも高い状態を示した場合と、発汗量が基準値よりも高い状態が所定時間継続し、且つ、心拍数が基準値よりも低い状態を示した場合とで、出力する警報の内容を異ならせる、請求項１０に記載の発汗心拍推定システム。
12. 　前記送信部及び前記受信部は、前記衣類の外側に着用されるハーネスに保持される、請求項３に記載の発汗心拍推定システム。
13. 　前記電波は、ＵＨＦ帯またはＳＨＦ帯である、請求項１～１２のうちのいずれか１項に記載の発汗心拍推定システム。
14. 　前記発汗推定部は、前記解析部により算出された前記特徴点に対応する前記反射波の強度を算出し、前記反射波の強度と前記発汗状態とを関係付ける情報に基づいて、前記反射波の強度の算出結果から前記発汗状態を推定する、請求項２に記載の発汗心拍推定システム。
15. 　前記発汗心拍推定システムは、携帯して利用される装置であることを特徴とする、請求項１に記載の発汗心拍推定システム。
16. 　人体に向けて送信された電波の反射波を示す信号を受信する無線受信部と、
    　前記無線受信部により受信された前記反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍数を推定する心拍推定部と、
    　前記無線受信部により受信された前記反射波の強度から、前記人体の発汗状態を推定する発汗推定部と、
    　前記心拍推定部により推定された心拍数に関する情報と、前記発汗推定部により推定された発汗状態に関する情報とを出力する出力部と
    を有することを特徴とする、発汗心拍推定装置。
17. 　人体に向けて送信された電波の反射波を示す信号を受信し、
    　受信した前記反射波を周波数解析した結果に基づいて、心拍数を推定し、
    　受信した前記反射波の強度から、発汗状態を推定し、
    　推定した心拍数に関する情報と、推定した発汗状態に関する情報とを出力する
    ことを特徴とする、コンピュータにより実行される発汗心拍推定方法。

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