呼吸調整装置及び呼吸調整方法
【課題】 特別な外的環境を必要とせず、使用者の呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置および呼吸調整方法を提供する。
【解決手段】 生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、心拍を検出する心拍検出部と、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする。
【解決手段】 生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、心拍を検出する心拍検出部と、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の心拍あるいは脈拍の間隔変動に基づいて、最適な呼吸タイミングを促し、呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生体の緊張状態を緩和し、リラックス状態に導いて疲労を回復させるため、種々のリラクゼーション装置が開発されている。例えば、特許文献１には、生体の心拍や呼吸に関する情報を検出し、検出した情報に基づいて生体のリラックス状態を判定し、判定されたリラックス状態に応じた音楽を生成、制御するリラクゼーション装置が開示されている。また、特許文献２には、入浴者の生体情報を検出し、生体情報の変化に同期して、浴槽内の水流を制御したり、浴室内の照明を制御することにより、入浴者のリラックス効果及び快適性を向上させる浴室用機器の制御装置が開示されている。
【０００３】
また、医療の現場では、たとえば、血圧測定時において、医師や看護師が被測定者に対し、測定前にしばらく安静状態を保つように指示したり、また深呼吸をさせるなどして緊張を緩和してリラックスさせる方法がとられている。あるいは、出産時に妊婦がリラックスできるように、助産師等が妊婦に対し、所定のリズムに応じて呼吸を整えさせるなどの方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４―３４４２８４（平成１６年１２月９日公開）
【特許文献２】特開２００７―２７１２４０（平成１９年１０月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示の装置は、音楽や浴槽内の水流、照明など、生体の外的環境を変える、あるいはある環境に使用者をおくことにより、生体をリラックス状態に導いているため、特別な設備や装置が必要となる。また、人的な方法として、ただ単に深呼吸する、あるいは呼吸を整えるだけでは、生体のリズムと同期させて深いリラックス状態にするのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、特別な外的環境を必要とせず、生体の呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置および呼吸調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る呼吸調整装置は、生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、心拍を検出する心拍検出部と、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る呼吸調整装置は、前記呼吸タイミング算出部は、２回以上の心拍に対して１回の呼気又は吸気タイミングを算出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る呼吸調整装置は、前記呼吸タイミング算出部は、呼気タイミングに対応する心拍数と吸気タイミングに対応する心拍数を個別に設定できる心拍回数設定部を備え、前記設定されたそれぞれの心拍数に対応して、呼気タイミングと、吸気タイミングを算出し、該タイミングを報知する報知部を有すること特徴とする。
【００１０】
本発明に係る呼吸調整方法は、生体の心拍と呼気及び吸気を一定の比率で同期させる呼吸調整方法であって、心拍を検出する心拍検出ステップと、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出ステップと、前記呼吸タイミングを報知する報知ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特別な外的環境を必要とせず、生体の呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置および呼吸調整方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る呼吸調整装置のブロック図である。
【図２】赤外線指尖光電脈波センサの断面図である。
【図３】赤外線指尖光電脈波センサを用いて得られる典型的な脈波波形である。
【図４】呼吸タイミング算出部を構成するＣＰＵの処理フローチャートを示す図である。
【図５】呼吸タイミング表示部の外観を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る呼吸調整装置のブロック図である。
【図７】呼吸タイミング算出部を構成するＣＰＵの処理フローチャートを示す図である。
【図８】典型的な心拍間隔変動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。一般的に、人の精神状態における緊張とリラックスは、自律神経における交感神経と副交感神経の活動のバランスで制御されている。リラックスしている状態のときは、副交感神経の活動が活発である。この副交感神経の活動度合いは、心拍間隔あるいは、その反映である脈拍間隔の計測から知ることができる。
【００１４】
図８に、典型的な心拍間隔変動、すなわち心拍のゆらぎの周波数スペクトルを示す。図において、縦軸は心拍間隔変動のパワースペクトル密度［Ｗ／Ｈｚ］、横軸は周波数［Ｈｚ］を示している。このように心拍間隔変動には、いくつかの周波数成分のピークが見られる。この周波数成分の内、０．１５Ｈｚ以上の周波数領域は、呼吸活動を反映すると考えられており、ＨＦ成分（高周波数成分）と呼ばれ、このＨＦ成分の大小が副交感神経の活動度合いを表していると言われている。従って、このＨＦ成分のパワースペクトル密度が大きくなるような状態を作り出せれば、副交感神経を活性化し、リラックスした状態に誘導できることが期待できる。具体的には、心拍と呼吸が一定の比率で同期した状態になれば、ＨＦ成分のパワースペクトル密度が大きくなるため、心拍と呼吸を一定の比率で同期させる手段を提供すれば、生体を、リラックスを伴い、呼吸が整った状態にすることが可能となる。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る呼吸調整装置１のブロック図である。呼吸調整装置１は、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、呼吸タイミング算出部１２、報知部１３とを備えている。本実施形態では、心拍を直接計測するかわりに、より簡便に計測でき、かつ、心拍を十分正確に反映している脈拍を計測する。このため、本実施形態では、心拍検出手段を、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１で構成している。
【００１５】
図２は、脈波センサ１０の一種である赤外線指尖光電脈波センサ２００の構造図である。９００ｎｍ程度の波長を持つ赤外線発光ダイオード２０１で、指先を照明し、その反射量を赤外線センサ２０２で検出する。脈波に応じて、指先に含まれる血液量が変化するが、この血液量に比例して赤外線の反射量が増減することを利用して、赤外線センサ２０２で、脈波の計測を実現している。
【００１６】
図３は、赤外線指尖光電脈波センサ２００を用いて得られる典型的な脈波波形である。縦軸は、反射光量の強さに対応した赤外線センサ２０２の出力［Ｖ］、横軸は時間［ｓｅｃ］を示している。脈波は通常、このようにほぼ規則性を持った波形となる。
【００１７】
脈拍検出部１１では、脈拍を検出する。本実施例では、脈波波形の一周期内の最大値（図３における山の部分）を検出する方法を採用した。しかし、脈波波形の立ち上がり点（図３における谷の部分）を検出する方式を用いても良い。立ち上がり点を検出する方が、より正確に心拍に対応しているが、処理は複雑になるため、必要な精度に応じて選択すればよい。
【００１８】
呼吸タイミング算出部１２は、ＣＰＵにより構成され、脈拍検出部１１で検出された脈拍カウント結果に基づき、最適な呼気及び吸気のタイミングを算出する。ここでは、脈拍検出部１１で脈拍を検出した時点で１カウントとし、検出しなかった場合は０カウントとしている。
【００１９】
図４は、呼吸タイミング算出部１２におけるフローチャートであり、呼吸タイミング装置１２の具体的な処理を以下に説明する。なお、図中のＳはフローチャートにおける各ステップを表す。呼吸調整装置１には、あらかじめ、生体あるいは使用場面に応じた、心拍と呼吸の回数の最適な比率が記憶されている。例えば、この比率を心拍回数ｎ回に対して呼気又は吸気回数１回とすると、処理は以下の順に進められる。
【００２０】
まず、呼吸調整装置１を起動後、１呼吸に対応する心拍回数ｎを変数Ｎに設定する（ステップＳ４０１）。例えば、２回の心拍に対し、１回息を吸う（吸気）、あるいは１回息を吐く（呼気）という指示を行う場合は、Ｎ＝２と設定する。通常、２回以上の心拍に対し、１回息を吸うあるいは吐くという動作が行われる。次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ４０２）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ４０４に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ４０３）。次にカウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ４０４）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｎを比較し、一致したらステップＳ４０６へ進み、一致しない場合は、ステップＳ４０３に戻る（ステップＳ４０５）。次に呼吸タイミング算出部１２の出力を１にする（ステップＳ４０６）。
【００２１】
次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ４０７）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ４０９に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ４０８）。次に、カウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ４０９）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｎを比較し、一致したらステップＳ４１１へ進み、一致しない場合は、ステップＳ４０８に戻る（ステップＳ４１０）。次に呼吸タイミング算出部１２の出力を０にする（ステップＳ４１１）。再度、ステップＳ４０２に戻る。
【００２２】
以上の処理により、呼吸タイミング算出部１２は、心拍をｎ回計測した段階で、出力を０から１へ、または１から０に切り替えることになる。呼吸タイミング算出部１２の出力の定義として、ここでは、１は、使用者に呼気を指示するタイミングを示し、０は、使用者に吸気を指示するタイミングを示すものとすると、呼吸タイミング算出部１２は、使用者の心拍と呼吸（呼気＋吸気）を２＊ｎ：１の一定の比率に同期させる、つまり、２＊ｎ回の心拍に対して１呼吸するためのタイミング信号を作り出していることになる。
【００２３】
図５は、報知部１３の一例を示している。図に示すように、息を吐くタイミングを使用者に知らせるために発光するランプ１３１と、息を吸うタイミングを使用者に知らせるために発光するランプ１３２を備えており、呼吸タイミング算出部１２からの信号に従って、呼吸タイミング算出部１２の出力が１（呼気）ならば、息を吐くランプ１３１を発光させ、呼吸タイミング算出部１２の出力が０（吸気）ならば、息を吸うランプ１３２を発光させるように構成する。なお、報知部としては、本実施形態で用いられているランプなどの視覚的手段以外に音声などの聴覚的手段など、使用者に息を吸う、あるいは息を吐くタイミングを知らせる手段であれば、どのような方法でも構わない。
【００２４】
以上により、使用者は、指に脈波センサ１０を装着し、呼吸調整装置１の呼吸タイミング表示部１３が指示する「呼気」と「吸気」のタイミングに合わせて、意識的に呼吸するように使用すると、心拍と呼吸を同期させることができる。そして、心拍と呼吸が同期した状態は、副交感神経を活性化することが期待できるため、リラックスを伴った、呼吸が整った状態へと使用者を誘導することが可能となる。
【００２５】
なお、上述の説明においては、心拍検出手段として、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるわけではない。たとえば、心拍検出手段として、心電計を用いてもよい。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、以下に説明する。本実施形態では、呼吸タイミング算出部における呼気の場合の心拍回数と、吸気の場合の心拍回数を別々に設定できる点で第１の実施形態とは異なる。
【００２６】
図６は、第２の実施形態に係る呼吸調整装置１´のブロック図である。呼吸調整装置１´は、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、呼吸タイミング算出部１２´、報知部１３とを備えている。図６において、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、報知部１３は、第１の実施形態と同じ構成で、同じ動作を行う。呼吸タイミング算出部１２´について、以下に説明を行う。
【００２７】
呼吸タイミング算出部１２´は、ＣＰＵにより構成され、脈拍検出部１１で検出された脈拍カウント結果に基づき、最適な呼吸タイミングを算出する。ここでは、脈拍検出部１１で脈拍を検出した時点で１カウントとし、検出しなかった場合は０カウントとしている。また、呼吸タイミング算出装置１２´は、心拍回数設定スイッチ１２１を備えている。心拍回数設定スイッチ１２１は、呼気の場合の心拍回数（ｐ回とする）と、吸気の場合の心拍回数（ｑ回とする）を個別に、使用者が設定できるように、２つのスイッチからなり、これらの値ｐ、ｑは、呼吸タイミング算出装置１２´にあらかじめ入力されている。
【００２８】
図７は、呼吸タイミング算出部１２´における処理の流れを示したフローチャートである。図に基づき、呼吸タイミング装置１２´の具体的な処理を以下に説明する。なお、図中のＳはフローチャートにおける各ステップを表す。
【００２９】
まず、呼吸調整装置１を起動し、心拍回数設定スイッチよりあらかじめ設定された呼気の場合の心拍回数ｐ、吸気の場合の心拍回数ｑを取り込み、呼気の場合の心拍回数ｐを、変数Ｐに設定し、吸気の場合の心拍回数ｑを、変数Ｑに設定する。（ステップＳ７０１）。次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ７０２）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ７０４に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ７０３）。次にカウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ７０４）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｑを比較し、一致したらステップＳ７０６へ進み、一致しない場合は、ステップＳ７０３に戻る（ステップＳ７０５）。次に呼吸タイミング算出部１２´の出力を１にする（ステップＳ７０６）。
【００３０】
次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ７０７）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ７０９に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ７０８）。次に、カウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ７０９）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｐを比較し、一致したらステップＳ７１１へ進み、一致しない場合は、ステップＳ７０８に戻る（ステップＳ７１０）。次に呼吸タイミング算出部１２´の出力を０にする（ステップＳ７１１）。再度、ステップＳ７０２に戻る。
【００３１】
以上の処理により、呼吸タイミング算出部１２´は、心拍をｐ回計測する間は、１を出力し、心拍をｑ回計測する間は、０を出力する。呼吸タイミング算出部１２´の出力の定義として、第１の実施形態の場合と同様に、１は、使用者に呼気を指示するタイミングを示し、０は、使用者に吸気を指示するタイミングを示すものとすると、呼吸タイミング算出部１２´は、使用者の心拍と呼吸（呼気＋吸気）を（ｐ＋ｑ）：１の一定の比率に同期させる、つまり、（ｐ＋ｑ）回の心拍に対して1呼吸を行うためのタイミング信号を作り出していることになるが、さらに、本実施形態では、心拍回数設定スイッチ１２１を設けたことによって、呼気と吸気の比率を、使用者の必要に応じて違った値に設定できるので、よりきめ細かな調整をすることができる。
【００３２】
以上により、使用者は、指に脈波センサ１０を装着し、呼吸調整装置１の報知部１３が指示する「呼気」と「吸気」のタイミングに合わせて、意識的に呼吸するように使用すると、心拍と呼吸を同期させることができる。そして、心拍と呼吸が同期した状態は、副交感神経を活性化することが期待できるため、リラックスを伴った、呼吸が整った状態へと使用者を誘導することが可能となる。
【００３３】
なお、上述の説明においては、心拍検出手段として、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるわけではない。たとえば、心拍検出手段として、心電計を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、リラックス状態を伴って呼吸を整える機能を提供している。したがって、健康機器や、リラクゼーション機器に、あるいは医療現場に幅広く応用されうる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１´ 呼吸調整装置
１０ 脈波センサ部
１１ 脈拍検出部
１２、１２´ 呼吸タイミング算出部
１３ 報知部
１２１ 心拍回数設定スイッチ
１３１、１３２ ランプ
２００ 赤外線指尖光電脈波センサ
２０１ 赤外線発光ダイオード
２０２ 赤外線センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の心拍あるいは脈拍の間隔変動に基づいて、最適な呼吸タイミングを促し、呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生体の緊張状態を緩和し、リラックス状態に導いて疲労を回復させるため、種々のリラクゼーション装置が開発されている。例えば、特許文献１には、生体の心拍や呼吸に関する情報を検出し、検出した情報に基づいて生体のリラックス状態を判定し、判定されたリラックス状態に応じた音楽を生成、制御するリラクゼーション装置が開示されている。また、特許文献２には、入浴者の生体情報を検出し、生体情報の変化に同期して、浴槽内の水流を制御したり、浴室内の照明を制御することにより、入浴者のリラックス効果及び快適性を向上させる浴室用機器の制御装置が開示されている。
【０００３】
また、医療の現場では、たとえば、血圧測定時において、医師や看護師が被測定者に対し、測定前にしばらく安静状態を保つように指示したり、また深呼吸をさせるなどして緊張を緩和してリラックスさせる方法がとられている。あるいは、出産時に妊婦がリラックスできるように、助産師等が妊婦に対し、所定のリズムに応じて呼吸を整えさせるなどの方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４―３４４２８４（平成１６年１２月９日公開）
【特許文献２】特開２００７―２７１２４０（平成１９年１０月１８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示の装置は、音楽や浴槽内の水流、照明など、生体の外的環境を変える、あるいはある環境に使用者をおくことにより、生体をリラックス状態に導いているため、特別な設備や装置が必要となる。また、人的な方法として、ただ単に深呼吸する、あるいは呼吸を整えるだけでは、生体のリズムと同期させて深いリラックス状態にするのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、特別な外的環境を必要とせず、生体の呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置および呼吸調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る呼吸調整装置は、生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、心拍を検出する心拍検出部と、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る呼吸調整装置は、前記呼吸タイミング算出部は、２回以上の心拍に対して１回の呼気又は吸気タイミングを算出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る呼吸調整装置は、前記呼吸タイミング算出部は、呼気タイミングに対応する心拍数と吸気タイミングに対応する心拍数を個別に設定できる心拍回数設定部を備え、前記設定されたそれぞれの心拍数に対応して、呼気タイミングと、吸気タイミングを算出し、該タイミングを報知する報知部を有すること特徴とする。
【００１０】
本発明に係る呼吸調整方法は、生体の心拍と呼気及び吸気を一定の比率で同期させる呼吸調整方法であって、心拍を検出する心拍検出ステップと、呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出ステップと、前記呼吸タイミングを報知する報知ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特別な外的環境を必要とせず、生体の呼吸を整え、リラックス状態に導くための呼吸調整装置および呼吸調整方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る呼吸調整装置のブロック図である。
【図２】赤外線指尖光電脈波センサの断面図である。
【図３】赤外線指尖光電脈波センサを用いて得られる典型的な脈波波形である。
【図４】呼吸タイミング算出部を構成するＣＰＵの処理フローチャートを示す図である。
【図５】呼吸タイミング表示部の外観を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る呼吸調整装置のブロック図である。
【図７】呼吸タイミング算出部を構成するＣＰＵの処理フローチャートを示す図である。
【図８】典型的な心拍間隔変動の周波数スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。一般的に、人の精神状態における緊張とリラックスは、自律神経における交感神経と副交感神経の活動のバランスで制御されている。リラックスしている状態のときは、副交感神経の活動が活発である。この副交感神経の活動度合いは、心拍間隔あるいは、その反映である脈拍間隔の計測から知ることができる。
【００１４】
図８に、典型的な心拍間隔変動、すなわち心拍のゆらぎの周波数スペクトルを示す。図において、縦軸は心拍間隔変動のパワースペクトル密度［Ｗ／Ｈｚ］、横軸は周波数［Ｈｚ］を示している。このように心拍間隔変動には、いくつかの周波数成分のピークが見られる。この周波数成分の内、０．１５Ｈｚ以上の周波数領域は、呼吸活動を反映すると考えられており、ＨＦ成分（高周波数成分）と呼ばれ、このＨＦ成分の大小が副交感神経の活動度合いを表していると言われている。従って、このＨＦ成分のパワースペクトル密度が大きくなるような状態を作り出せれば、副交感神経を活性化し、リラックスした状態に誘導できることが期待できる。具体的には、心拍と呼吸が一定の比率で同期した状態になれば、ＨＦ成分のパワースペクトル密度が大きくなるため、心拍と呼吸を一定の比率で同期させる手段を提供すれば、生体を、リラックスを伴い、呼吸が整った状態にすることが可能となる。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る呼吸調整装置１のブロック図である。呼吸調整装置１は、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、呼吸タイミング算出部１２、報知部１３とを備えている。本実施形態では、心拍を直接計測するかわりに、より簡便に計測でき、かつ、心拍を十分正確に反映している脈拍を計測する。このため、本実施形態では、心拍検出手段を、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１で構成している。
【００１５】
図２は、脈波センサ１０の一種である赤外線指尖光電脈波センサ２００の構造図である。９００ｎｍ程度の波長を持つ赤外線発光ダイオード２０１で、指先を照明し、その反射量を赤外線センサ２０２で検出する。脈波に応じて、指先に含まれる血液量が変化するが、この血液量に比例して赤外線の反射量が増減することを利用して、赤外線センサ２０２で、脈波の計測を実現している。
【００１６】
図３は、赤外線指尖光電脈波センサ２００を用いて得られる典型的な脈波波形である。縦軸は、反射光量の強さに対応した赤外線センサ２０２の出力［Ｖ］、横軸は時間［ｓｅｃ］を示している。脈波は通常、このようにほぼ規則性を持った波形となる。
【００１７】
脈拍検出部１１では、脈拍を検出する。本実施例では、脈波波形の一周期内の最大値（図３における山の部分）を検出する方法を採用した。しかし、脈波波形の立ち上がり点（図３における谷の部分）を検出する方式を用いても良い。立ち上がり点を検出する方が、より正確に心拍に対応しているが、処理は複雑になるため、必要な精度に応じて選択すればよい。
【００１８】
呼吸タイミング算出部１２は、ＣＰＵにより構成され、脈拍検出部１１で検出された脈拍カウント結果に基づき、最適な呼気及び吸気のタイミングを算出する。ここでは、脈拍検出部１１で脈拍を検出した時点で１カウントとし、検出しなかった場合は０カウントとしている。
【００１９】
図４は、呼吸タイミング算出部１２におけるフローチャートであり、呼吸タイミング装置１２の具体的な処理を以下に説明する。なお、図中のＳはフローチャートにおける各ステップを表す。呼吸調整装置１には、あらかじめ、生体あるいは使用場面に応じた、心拍と呼吸の回数の最適な比率が記憶されている。例えば、この比率を心拍回数ｎ回に対して呼気又は吸気回数１回とすると、処理は以下の順に進められる。
【００２０】
まず、呼吸調整装置１を起動後、１呼吸に対応する心拍回数ｎを変数Ｎに設定する（ステップＳ４０１）。例えば、２回の心拍に対し、１回息を吸う（吸気）、あるいは１回息を吐く（呼気）という指示を行う場合は、Ｎ＝２と設定する。通常、２回以上の心拍に対し、１回息を吸うあるいは吐くという動作が行われる。次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ４０２）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ４０４に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ４０３）。次にカウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ４０４）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｎを比較し、一致したらステップＳ４０６へ進み、一致しない場合は、ステップＳ４０３に戻る（ステップＳ４０５）。次に呼吸タイミング算出部１２の出力を１にする（ステップＳ４０６）。
【００２１】
次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ４０７）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ４０９に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ４０８）。次に、カウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ４０９）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｎを比較し、一致したらステップＳ４１１へ進み、一致しない場合は、ステップＳ４０８に戻る（ステップＳ４１０）。次に呼吸タイミング算出部１２の出力を０にする（ステップＳ４１１）。再度、ステップＳ４０２に戻る。
【００２２】
以上の処理により、呼吸タイミング算出部１２は、心拍をｎ回計測した段階で、出力を０から１へ、または１から０に切り替えることになる。呼吸タイミング算出部１２の出力の定義として、ここでは、１は、使用者に呼気を指示するタイミングを示し、０は、使用者に吸気を指示するタイミングを示すものとすると、呼吸タイミング算出部１２は、使用者の心拍と呼吸（呼気＋吸気）を２＊ｎ：１の一定の比率に同期させる、つまり、２＊ｎ回の心拍に対して１呼吸するためのタイミング信号を作り出していることになる。
【００２３】
図５は、報知部１３の一例を示している。図に示すように、息を吐くタイミングを使用者に知らせるために発光するランプ１３１と、息を吸うタイミングを使用者に知らせるために発光するランプ１３２を備えており、呼吸タイミング算出部１２からの信号に従って、呼吸タイミング算出部１２の出力が１（呼気）ならば、息を吐くランプ１３１を発光させ、呼吸タイミング算出部１２の出力が０（吸気）ならば、息を吸うランプ１３２を発光させるように構成する。なお、報知部としては、本実施形態で用いられているランプなどの視覚的手段以外に音声などの聴覚的手段など、使用者に息を吸う、あるいは息を吐くタイミングを知らせる手段であれば、どのような方法でも構わない。
【００２４】
以上により、使用者は、指に脈波センサ１０を装着し、呼吸調整装置１の呼吸タイミング表示部１３が指示する「呼気」と「吸気」のタイミングに合わせて、意識的に呼吸するように使用すると、心拍と呼吸を同期させることができる。そして、心拍と呼吸が同期した状態は、副交感神経を活性化することが期待できるため、リラックスを伴った、呼吸が整った状態へと使用者を誘導することが可能となる。
【００２５】
なお、上述の説明においては、心拍検出手段として、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるわけではない。たとえば、心拍検出手段として、心電計を用いてもよい。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について、以下に説明する。本実施形態では、呼吸タイミング算出部における呼気の場合の心拍回数と、吸気の場合の心拍回数を別々に設定できる点で第１の実施形態とは異なる。
【００２６】
図６は、第２の実施形態に係る呼吸調整装置１´のブロック図である。呼吸調整装置１´は、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、呼吸タイミング算出部１２´、報知部１３とを備えている。図６において、脈波センサ部１０、脈拍検出部１１、報知部１３は、第１の実施形態と同じ構成で、同じ動作を行う。呼吸タイミング算出部１２´について、以下に説明を行う。
【００２７】
呼吸タイミング算出部１２´は、ＣＰＵにより構成され、脈拍検出部１１で検出された脈拍カウント結果に基づき、最適な呼吸タイミングを算出する。ここでは、脈拍検出部１１で脈拍を検出した時点で１カウントとし、検出しなかった場合は０カウントとしている。また、呼吸タイミング算出装置１２´は、心拍回数設定スイッチ１２１を備えている。心拍回数設定スイッチ１２１は、呼気の場合の心拍回数（ｐ回とする）と、吸気の場合の心拍回数（ｑ回とする）を個別に、使用者が設定できるように、２つのスイッチからなり、これらの値ｐ、ｑは、呼吸タイミング算出装置１２´にあらかじめ入力されている。
【００２８】
図７は、呼吸タイミング算出部１２´における処理の流れを示したフローチャートである。図に基づき、呼吸タイミング装置１２´の具体的な処理を以下に説明する。なお、図中のＳはフローチャートにおける各ステップを表す。
【００２９】
まず、呼吸調整装置１を起動し、心拍回数設定スイッチよりあらかじめ設定された呼気の場合の心拍回数ｐ、吸気の場合の心拍回数ｑを取り込み、呼気の場合の心拍回数ｐを、変数Ｐに設定し、吸気の場合の心拍回数ｑを、変数Ｑに設定する。（ステップＳ７０１）。次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ７０２）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ７０４に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ７０３）。次にカウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ７０４）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｑを比較し、一致したらステップＳ７０６へ進み、一致しない場合は、ステップＳ７０３に戻る（ステップＳ７０５）。次に呼吸タイミング算出部１２´の出力を１にする（ステップＳ７０６）。
【００３０】
次に、カウンタに使用する変数Ａを０にクリアする（ステップＳ７０７）。次に、脈拍検出部１１が脈拍を検出するのを待ち、検出したらステップＳ７０９に進み、検出しなければ検出するまで待つ（ステップＳ７０８）。次に、カウンタの変数Ａに１を加える（ステップＳ７０９）。次に、カウンタの変数Ａと設定した心拍回数Ｐを比較し、一致したらステップＳ７１１へ進み、一致しない場合は、ステップＳ７０８に戻る（ステップＳ７１０）。次に呼吸タイミング算出部１２´の出力を０にする（ステップＳ７１１）。再度、ステップＳ７０２に戻る。
【００３１】
以上の処理により、呼吸タイミング算出部１２´は、心拍をｐ回計測する間は、１を出力し、心拍をｑ回計測する間は、０を出力する。呼吸タイミング算出部１２´の出力の定義として、第１の実施形態の場合と同様に、１は、使用者に呼気を指示するタイミングを示し、０は、使用者に吸気を指示するタイミングを示すものとすると、呼吸タイミング算出部１２´は、使用者の心拍と呼吸（呼気＋吸気）を（ｐ＋ｑ）：１の一定の比率に同期させる、つまり、（ｐ＋ｑ）回の心拍に対して1呼吸を行うためのタイミング信号を作り出していることになるが、さらに、本実施形態では、心拍回数設定スイッチ１２１を設けたことによって、呼気と吸気の比率を、使用者の必要に応じて違った値に設定できるので、よりきめ細かな調整をすることができる。
【００３２】
以上により、使用者は、指に脈波センサ１０を装着し、呼吸調整装置１の報知部１３が指示する「呼気」と「吸気」のタイミングに合わせて、意識的に呼吸するように使用すると、心拍と呼吸を同期させることができる。そして、心拍と呼吸が同期した状態は、副交感神経を活性化することが期待できるため、リラックスを伴った、呼吸が整った状態へと使用者を誘導することが可能となる。
【００３３】
なお、上述の説明においては、心拍検出手段として、脈波センサ部１０と脈拍検出部１１を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるわけではない。たとえば、心拍検出手段として、心電計を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、リラックス状態を伴って呼吸を整える機能を提供している。したがって、健康機器や、リラクゼーション機器に、あるいは医療現場に幅広く応用されうる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１´ 呼吸調整装置
１０ 脈波センサ部
１１ 脈拍検出部
１２、１２´ 呼吸タイミング算出部
１３ 報知部
１２１ 心拍回数設定スイッチ
１３１、１３２ ランプ
２００ 赤外線指尖光電脈波センサ
２０１ 赤外線発光ダイオード
２０２ 赤外線センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、
心拍を検出する心拍検出部と、
呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、
呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする呼吸調整装置。
【請求項２】
前記呼吸タイミング算出部は、２回以上の心拍に対して１回の呼気又は吸気タイミングを算出することを特徴とする請求項１記載の呼吸調整装置。
【請求項３】
前記呼吸タイミング算出部は、呼気タイミングに対応する心拍数と吸気タイミングに対応する心拍数を個別に設定できる心拍回数設定部を備え、
前記設定されたそれぞれの心拍数に対応して、呼気タイミングと、吸気タイミングを算出し、該タイミングを報知する報知部を有すること特徴とする請求項１または請求項２記載の呼吸調整装置。
【請求項４】
生体の心拍と呼気及び吸気を一定の比率で同期させる呼吸調整方法であって、
心拍を検出する心拍検出ステップと、
呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出ステップと、
前記呼吸タイミングを報知する報知ステップとを備えることを特徴とする呼吸調整方法。
【請求項１】
生体の心拍と呼気及び吸気を所定の比率で同期させる呼吸調整装置であって、
心拍を検出する心拍検出部と、
呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出部と、
呼吸タイミングを報知する報知部とから構成されることを特徴とする呼吸調整装置。
【請求項２】
前記呼吸タイミング算出部は、２回以上の心拍に対して１回の呼気又は吸気タイミングを算出することを特徴とする請求項１記載の呼吸調整装置。
【請求項３】
前記呼吸タイミング算出部は、呼気タイミングに対応する心拍数と吸気タイミングに対応する心拍数を個別に設定できる心拍回数設定部を備え、
前記設定されたそれぞれの心拍数に対応して、呼気タイミングと、吸気タイミングを算出し、該タイミングを報知する報知部を有すること特徴とする請求項１または請求項２記載の呼吸調整装置。
【請求項４】
生体の心拍と呼気及び吸気を一定の比率で同期させる呼吸調整方法であって、
心拍を検出する心拍検出ステップと、
呼気及び吸気タイミングを算出する呼吸タイミング算出ステップと、
前記呼吸タイミングを報知する報知ステップとを備えることを特徴とする呼吸調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６１５３９（Ｐ２０１２−１６１５３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５５３（Ｐ２０１１−２５５５３）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／革新的な三次元映像技術による超臨場感コミュニケーション技術の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／革新的な三次元映像技術による超臨場感コミュニケーション技術の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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