生体情報処理装置
【課題】脈拍数を正しく推定するための新たな手法を提案すること。
【解決手段】脈拍計１において、脈拍数測定部１１０が、脈波センサー１０の検出結果を用いて脈拍数を測定し、ピッチ演算部１２０が、体動センサー２０の検出結果を用いて被検者のピッチを演算する。また、脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する。そして、表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、脈拍数測定部１１０によって測定された脈拍数を表示部３００に表示させ、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる制御を行う。
【解決手段】脈拍計１において、脈拍数測定部１１０が、脈波センサー１０の検出結果を用いて脈拍数を測定し、ピッチ演算部１２０が、体動センサー２０の検出結果を用いて被検者のピッチを演算する。また、脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する。そして、表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、脈拍数測定部１１０によって測定された脈拍数を表示部３００に表示させ、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍数を推定するための生体情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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検知して、被検者の脈拍数を測定するものである。脈拍計としては、光を利用するものや、超音波を利用するもの、赤外線を利用するものなどが知られている。
【０００３】
脈拍数を正しく測定するためには、被検者の血流量の変化を精細に検出することが必要となる。この検出の正確性を低下させる要因の１つとして、被検者の体動が挙げられる。体動により被検者の血流が乱れるためである。特に、手を握ったり広げたりするような微細な動作は検知が難しく、脈拍数の特定を困難にしていた。そこで、特許文献１には、圧力センサーや荷重センサーを利用して被検者の微細な動作を検知し、これを考慮して脈拍数を測定する技術が開示されている。
【０００４】
また、脈拍数測定の正確性を低下させる他の要因としては、外気温の低下が挙げられる。外気温の低下により、被検者の血流量が低下し、脈波信号それ自体を検出することが困難となる。そこで、特許文献２には、外気温の変化を考慮して脈拍数を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８３２２８号公報
【特許文献２】特開２００９−３４３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
脈拍数測定の正確性を低下させる要因は様々である。上記のような体動や外気温の他に、脈拍数測定の正確性は、被検者の体質、着衣の状態等によっても左右される。検出される脈波信号の強度は、極端な場合には、理想状態における強度の１／２０程度にまで低下する場合さえある。
【０００７】
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。つまり、被検者が動作をすることで、脈拍計の装着位置が理想的な装着位置からずれてしまい、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た。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、脈拍数を正しく推定するための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、被検者の脈拍数を測定する脈拍数測定部と、前記被検者の体動を検出する体動検出部と、前記体動検出部の検出結果を用いて前記被検者の運動強度を演算する運動強度演算部と、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部と、前記脈拍数測定部による測定ができている場合に当該測定結果の脈拍数を表示し、前記脈拍数測定部による測定ができていない場合に前記脈拍数推定部によって推定された推定脈拍数を表示する制御を行う表示制御部と、を備えた生体情報処理装置である。
【００１０】
この第１の形態によれば、脈拍数測定部が被検者の脈拍数を測定し、且つ、体動検出部が被検者の体動を検出する。そして、運動強度演算部が、体動検出部の検出結果を用いて被検者の運動強度を演算する。運動強度は、被検者の運動の強さであり、被検者の脈拍数と相関がある。そこで、脈拍数推定部が、運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する。運動強度を用いることで、脈拍数の測定が困難な場合であっても、脈拍数を高い正確性で推定することができる。
【００１１】
また、第２の形態として、第１の形態の生体情報処理装置における前記脈拍数推定部が、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして前記推定脈拍数を求める漸次収束推定部を有する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１２】
被検者が運動を行う際には、脈拍数が過渡的に変化する。そこで、第２の形態のように、脈拍数推定部が、運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求める。そして、時間経過に応じて脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に見合った脈拍数の推定が実現可能となる。
【００１３】
より具体的には、第３の形態として、第２の形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１４】
運動開始時といった脈拍数が上昇する状況では、脈拍数は比較的速やかに立ち上がり、その後、徐々に安定していく傾向がある。そこで、第３の形態のように、漸次収束推定部が、脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【００１５】
また、第４の形態として、第２又は第３の形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１６】
運動終了時といった脈拍数が低下する状況では、脈拍数は当初は比較的下がりにくく、一定時間経過後に急速に低下し、その後、緩やかに収束する傾向がある。そこで、第４の形態のように、漸次収束推定部が、脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【００１７】
また、第５の形態として、第２〜第４の何れかの形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記暫定脈拍数の下限値を、前記脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１８】
この第５の形態によれば、漸次収束推定部が、暫定脈拍数の下限値を脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする。これにより、脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数よりも暫定脈拍数が低くなったとしても、この最低の脈拍数よりも低くならないように脈拍数を推定することができる。また、収束する脈拍数には個人差があるが、脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数を暫定脈拍数の下限値とすることで、個人差をも考慮することができる。
【００１９】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の生体情報処理装置における前記体動検出部が、加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成されてなる、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２０】
この第６の形態によれば、体動検出部が加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成される。これらのセンサーにより、簡単な構成で被検者の加速度や速度を体動として検出することができる。
【００２１】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の生体情報処理装置における前記体動検出部が、少なくとも加速度センサーを有して構成され、前記運動強度演算部が、前記加速度センサーで検出された加速度から前記被検者のピッチを算出することで、前記被検者の運動強度を演算する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２２】
この第７の形態によれば、体動検出部が少なくとも加速度センサーを有して構成される。加速度センサーにより、簡単な構成で被検者の加速度を体動として検出することができる。そして、検出した加速度を用いて被検者のピッチを算出することで、被検者の運動強度を適切に求めることができる。また、加速度センサーは、脈波信号から体動成分を除去する目的で機器に備えられる場合がある。この場合は、加速度センサーを、体動成分の除去と運動強度の推定との２つの目的に使用することができる。
【００２３】
また、第８の形態として、第１〜第７の何れかの形態の生体情報処理装置において、前記運動強度演算部によって演算された運動強度と、前記脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づき、前記被検者が安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定部を更に備え、前記脈拍数推定部は、前記安定状態判定部によって前記安定状態にあると判定された後に、前記脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と前記運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を前記推定脈拍数とする安定状態継続推定部を有する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２４】
この第８の形態によれば、運動強度演算部によって演算された運動強度と、脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づくことで、安定状態判定部は、被検者が安定状態にあるか否かを簡易且つ適切に判定することができる。被検者が安定状態にあれば、脈拍数にそれほど大きな変化は生じないと考えられる。そこで、安定状態判定部によって安定状態にあると判定された後に、脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、脈拍数推定部が、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とする。これにより、被検者の状態を考慮して、脈拍数を適切に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】脈拍計の正面図。
【図２】（Ａ）脈拍計の背面図。（Ｂ）脈拍計の使用状態図。
【図３】脈波センサーの動作の説明図。
【図４】脈拍計の機能構成を示すブロック図。
【図５】被検者の運動前後における脈拍数及びピッチの時間変化を示すグラフ。
【図６】（Ａ）運動開始時モデルを示す図。（Ｂ）運動終了時モデルを示す図。
【図７】メイン処理の流れを示すフローチャート。
【図８】ピッチ安定度判定処理の流れを示すフローチャート。
【図９】脈安定度判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】脈拍数推定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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、各種生体情報（脈拍数、運動強度、カロリー消費量等）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、ケース３の背面に接触している被検者の手首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。
【００３１】
図３は、脈波センサー１０の内部構造をケース３の側面から見たときの拡大図である。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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による被検者の体動の検出結果を用いて被検者の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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、次式（１）で与えられる近似式に従って、ピッチから脈拍数を推定する。
【数１】
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。
【００４０】
式（１）のように２次関数を用いてピッチと脈拍数との対応関係を定めたのには理由がある。運動強度には、大きく分けて生理的運動強度と物理的運動強度との２種類がある。生理的運動強度は、被検者の生理情報を尺度とする運動強度であり、例えば酸素摂取量や脈拍数による表現がこれに含まれる。また、物理的運動強度は、被検者の物理情報を尺度とする運動強度であり、例えば速度や時間による表現がこれに含まれる。本実施形態で運動強度として用いるピッチは、物理的運動強度の一例である。
【００４１】
生理的運動強度のうち、脈拍数による表現として相対脈拍数“％ＨＲＲ”が広く用いられている。相対脈拍数“％ＨＲＲ”は、次式（２）で与えられる。
【数２】
但し、“ＨＲ”は被検者の未知の脈拍数である。また、“ＨＲmax”及び“ＨＲrest”は、それぞれ被検者の既知の最大脈拍数及び安静時脈拍数である。
【００４２】
また、生理的運動強度のうち、酸素摂取量による表現として相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”が広く用いられている。相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”は、次式（３）で与えられる。
【数３】
但し、“ＶＯ2”は被検者の未知の酸素摂取量である。また、“ＶＯ2max”及び“ＶＯ2rest”は、それぞれ被検者の既知の最大酸素摂取量及び安静時酸素摂取量である。
【００４３】
式（３）における被検者の酸素摂取量“ＶＯ2”は、被検者の移動速度“ｖ”を用いて推定することができる。具体的には、例えば次式（４）に従って酸素摂取量“ＶＯ2”を近似的に求めることができる。
【数４】
【００４４】
但し、式（４）は、アメリカスポーツ医学界ＡＣＳＭ（American College of Sports Medicine）が提唱する推定法に倣って定式化した。
【００４５】
また、被検者の移動速度“ｖ”と被検者のピッチ“ｐ”との間には相関があることが知られている。例えば、次式（５）に従って移動速度“ｖ”を近似的に求めることができることが知られている。
【数５】
但し、“ｈ”は被検者の身長である。
【００４６】
式（２）〜（５）から、被検者のピッチ“ｐ”と相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”とが結び付けられる。つまり、物理的運動強度として被検者のピッチ“ｐ”を演算することで、生理的運動強度として相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”を演算することができる。本願発明者は、このように物理的運動強度から演算される相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”が、生理的運動強度としての相対脈拍数“％ＨＲＲ”と一致すると仮定した。つまり、次式（６）の仮定を設けた。
【数６】
【００４７】
式（２）〜（５）より、相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”は、ピッチ“ｐ”の２次関数で表されることがわかる。従って、式（６）の仮定により、相対脈拍数“％ＨＲＲ”もピッチ“ｐ”の２次関数で表される。式（２）より、相対脈拍数“％ＨＲＲ”は脈拍数“ＨＲ”と線形の関係にあるため、脈拍数“ＨＲ”も、式（１）のようにピッチ“ｐ”の２次関数で近似することができる。
【００４８】
式（１）における係数“Ａ〜Ｃ”の値は、例えば、多数の被検者についてピッチ“ｐ”及び脈拍数“ＨＲ”のデータをサンプルデータとして収集し、これらのサンプルデータに対して２次曲線のフィッティングを行うことで決定することができる。なお、各被検者それぞれについて、ピッチ“ｐ”及び脈拍数“ＨＲ”のサンプルデータを収集してフィッティングを行い、被検者毎に係数“Ａ〜Ｃ”の値を決定することとしてもよい。
【００４９】
２−２．過渡状態における脈拍数の推定
上記のようにピッチから脈拍数を推定することに加えて、本実施形態では、過渡状態における脈拍数の推定を行う。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る。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、（１）運動開始→運動中、（２）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。
【００５０】
図５は、被検者の運動前後における脈拍数及びピッチの時間変化を示すグラフであり、実際の測定データを元に作成したグラフである。図５において、横軸は時間軸であり、縦軸は脈拍数及びピッチである。被検者が時刻“ｔ1”において運動を開始し、時刻“ｔ2”において運動を終了した。また、このグラフは、負荷がそれほど高くない運動（例えばウォーキング）を想定したグラフである。
【００５１】
（１）運動開始→運動中
時刻“ｔ1”において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。この脈拍数の時間変化は、対数関数形の時間変化である。
【００５２】
（２）運動中→運動終了
時刻“ｔ2”において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。この脈拍数の時間変化は、シグモイド形（Ｓ字形）の時間変化である。
【００５３】
このように、（１）運動開始→運動中の状態と（２）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、（１）運動開始→運動中の状態を想定した脈拍数推定モデル（以下、「運動開始時モデル」と称す。）と、（２）運動中→運動終了の状態を想定した脈拍数推定モデル（以下、「運動終了時モデル」と称す。）との２種類のモデルを個別に定義し、状態に応じたモデルを選択して脈拍数を推定する。
【００５４】
図６は、脈拍数推定モデルの説明図である。運動開始時モデルを図６（Ａ）に示し、運動終了時モデルを図６（Ｂ）に示す。本実施形態では、脈拍数推定モデルを、所与の基準時刻“ｔc”からの経過時間“ｔ”の関数として定義した。
【００５５】
本実施形態では、脈波信号に基づいて脈拍数の測定ができている状態において最後に測定された時刻を基準時刻“ｔc”として設定する。また、便宜的に、基準時刻“ｔc”における脈拍数を基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”と定義する。つまり、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”は、脈拍数の測定ができている状態において最後に測定された脈拍数となる。
【００５６】
また、式（１）に従ってピッチ“ｐ”から推定した脈拍数“ＨＲ（ｐ）”を、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”として設定する。ターゲット脈拍数“ＨＲtar”は、ピッチ“ｐ”から暫定的に求められる被検者の脈拍数（暫定脈拍数）である。そして、基準時刻“ｔc”からの経過時間“ｔ”に応じて、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”からターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。つまり、運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。
【００５７】
運動開始時モデルは、経過時間“ｔ”が長くなるにつれて脈拍数が対数関数的に増加して、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づくような関数として定式化する。例えば、次式（７）のように定式化される運動開始時モデルを用いて、推定脈拍数“ＨＲup（ｔ）”を求める。
【数７】
但し、“ｔup”は、脈拍数の増加の程度（増加率）を決定付ける時間幅である。
【００５８】
運動終了時モデルは、経過時間“ｔ”が長くなるにつれて脈拍数がシグモイド的に減少して、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づくような関数として定式化する。例えば、次式（８）のように定式化される運動終了時モデルを用いて、推定脈拍数“ＨＲdown（ｔ）”を求める。
【数８】
但し、“ｔdown”は、脈拍数の減少の程度（減少率）を決定付ける時間幅である。
【００５９】
（１）運動開始→運動中、（２）運動中→運動終了、の状態に応じたモデルを選択して脈拍数を推定する。例えば、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”がターゲット脈拍数“ＨＲtar”よりも低い場合は、脈拍数が増加する状態にあると考えられるため、（１）運動開始→運動中と判断し、運動開始時モデルを選択して脈拍数を推定する。つまり、最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように推定脈拍数を求める。
【００６０】
一方、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”がターゲット脈拍数“ＨＲtar”よりも高い場合は、脈拍数が減少する状態にあると考えられるため、（２）運動中→運動終了と判断し、運動終了時モデルを選択して脈拍数を推定する。つまり、最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように推定脈拍数を求める。
【００６１】
また、本実施形態では、暫定脈拍数であるターゲット脈拍数“ＨＲtar”の下限値として下限脈拍数“ＨＲmin”を設定する。通常、運動前後における安静状態において、被検者の脈拍数は安静時脈拍数“ＨＲrest”まで下がりきらない場合が多い。つまり、図５に示したように、被検者の脈拍数は、運動開始前は安静時脈拍数よりもやや高い値となり、運動終了時には、安静時脈拍数よりもやや高い値に収束する傾向がある。そこで、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”が下限脈拍数“ＨＲmin”よりも低くならないように調整する。
【００６２】
本実施形態では、下限脈拍数“ＨＲmin”を、脈波信号に基づいて測定した脈拍数のうちの最低の脈拍数とする。そして、ターゲット脈拍数が下限脈拍数以上である場合は（ＨＲtar≧ＨＲmin）、ターゲット脈拍数をそのままとする（ＨＲtar＝ＨＲtar）。一方、ターゲット脈拍数が下限脈拍数未満である場合は（ＨＲtar＜ＨＲmin）、ターゲット脈拍数を下限脈拍数とする（ＨＲtar＝ＨＲmin）。
【００６３】
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と、体動センサー２０と、脈波信号増幅回路部３０と、脈波形整形回路部４０と、体動信号増幅回路部５０と、体動波形整形回路部６０と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部７０と、処理部１００と、操作部２００と、表示部３００と、報知部４００と、通信部５００と、時計部６００と、記憶部７００とを備えて構成される。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。体動センサー２０は、被検者の体動を検出する体動検出部に相当する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。そして、変換したデジタル信号を処理部１００に出力する。
【００７１】
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制御装置及び演算装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。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。
【００７２】
処理部１００は、主要な機能部として、脈拍数測定部１１０と、ピッチ演算部１２０と、安定度判定部１３０と、安定状態判定部１４０と、脈拍数推定部１５０と、表示制御部１６０とを有する。
【００７３】
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）を用いて脈拍数を測定する。
【００７４】
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）を用いて被検者のピッチを演算する。ピッチ演算部１２０は、体動検出部の検出結果を用いて被検者の運動強度を演算する運動強度演算部に相当する。
【００７５】
安定度判定部１３０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。また、安定状態判定部１４０は、安定度判定部１３０による安定度の判定結果に基づいて、被検者が安定状態にあるか否かを判定する。
【００７６】
脈拍数推定部１５０は、上記の原理に従って脈拍数を推定する。脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部に相当する。
【００７７】
脈拍数推定部１５０は、ピッチを用いて暫定脈拍数（ターゲット脈拍数）を求め、時間経過に応じて脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数（基準脈拍数）から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める漸次収束推定部（不図示）を有する。また、脈拍数推定部１５０は、安定状態判定部１４０によって被検者が安定状態にあると判定された後に、脈拍数測定部１１０による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度（ピッチ）とピッチ演算部１２０によって演算された運動強度（ピッチ）とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とする安定状態継続推定部（不図示）を有する。
【００７８】
表示制御部１６０は、脈拍数の測定／推定結果を表示部３００に表示制御する。表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、当該測定結果の脈拍数を表示部３００に表示させる。一方、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる。
【００７９】
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、脈拍数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。
【００８０】
表示部３００は、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、各種の生体情報（脈拍数、運動強度、カロリー消費量等）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。
【００８１】
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ることで、被検者への各種報知を行う。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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、カロリー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。
【００８５】
４．データ構成
図４に示すように、記憶部７００には、メイン処理（図７参照）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、ピッチ安定度判定処理（図８参照）として実行されるピッチ安定度判定プログラム７２０と、脈安定度判定処理（図９参照）として実行される脈安定度判定プログラム７３０と、脈拍数推定処理（図１０参照）として実行される脈拍数推定プログラム７５０とをサブルーチンとして含む。
【００８６】
また、記憶部７００には、例えば、測定脈拍数７６０と、ピッチ安定度７６５と、脈安定度７７０と、基準脈拍数７７５と、下限脈拍数７８０と、ターゲット脈拍数７８５と、推定脈拍数７９０とがデータとして記憶される。
【００８７】
５．処理の流れ
図７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の流れを示すフローチャートである。
【００８８】
最初に、処理部１００は、初期設定を行う（ステップＡ１）。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７６５や脈安定度７７０）の値を初期化する。
【００８９】
次いで、処理部１００は、脈波センサー１０及び体動センサー２０の検出結果の取得を開始する（ステップＡ３）。ピッチ演算部１２０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演算するピッチ演算処理を開始する（ステップＡ５）。また、脈拍数測定部１１０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、その測定結果を測定脈拍数７６０として記憶部７００に記憶させる（ステップＡ７）。
【００９０】
その後、処理部１００は、記憶部７００に記憶されているピッチ安定度判定プログラム７２０に従ってピッチ安定度判定処理を行う（ステップＡ９）。
【００９１】
図８は、ピッチ安定度判定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、安定度判定部１３０は、ピッチ演算部１２０によってピッチが演算できたか否かを判定する（ステップＢ１）。そして、ピッチが演算できたと判定した場合は（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、所定のピッチ安定条件が成立したか否かを判定する（ステップＢ３）。ピッチ安定条件は、例えば、今回演算したピッチと前回演算したピッチとの差の絶対値が所定の閾値未満（或いは閾値以下）になることとして定めておくことができる。このピッチ安定条件は、運動強度が所定の同強度条件を満たすか否かを判定するための条件である。
【００９２】
ステップＢ３においてピッチ安定条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＢ３；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００のピッチ安定度７６５をゼロにリセットする（ステップＢ５）。そして、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９３】
ステップＢ３においてピッチ安定条件が成立したと判定した場合は（ステップＢ３；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度７６５が予め定められたピッチ安定度上限値未満であるか否かを判定する（ステップＢ７）。ピッチ安定度上限値は、ピッチ安定度７６５が取り得る最大の値であり、例えば“ピッチ安定度上限値＝５”と定めておくことができる。
【００９４】
ピッチ安定度７６５がピッチ安定度上限値未満であると判定した場合は（ステップＢ７；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００のピッチ安定度７６５を“１”インクリメントする（ステップＢ９）。そして、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９５】
ステップＢ１においてピッチが演算できなかったと判定した場合（ステップＢ１；Ｎｏ）、又は、ステップＢ７においてピッチ安定度７６５がピッチ安定度上限値以上であると判定した場合は（ステップＢ７；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、そのままピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９６】
図７のメイン処理に戻り、ピッチ安定度判定処理を行った後、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている脈安定度判定プログラム７３０に従って脈安定度判定処理を行う（ステップＡ１１）。
【００９７】
図９は、脈安定度判定処理の流れを示すフローチャートである。
安定度判定部１３０は、脈拍数測定部１１０によって脈拍数が測定されたと判定すると（ステップＣ１；Ｙｅｓ）、所定の脈安定条件が成立したか否かを判定する（ステップＣ３）。脈安定条件は、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（或いは閾値以下）になることとして定めておくことができる。この脈安定条件は、脈拍数が所定の近似条件を満たすか否かを判定するための条件である。
【００９８】
ステップＣ３において脈安定条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＣ３；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００の脈安定度７７０をゼロにリセットする（ステップＣ５）。そして、安定度判定部１３０は、脈安定度判定処理を終了する。
【００９９】
ステップＣ３において脈安定条件が成立したと判定した場合は（ステップＣ３；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、脈安定度７７０が予め定められた脈安定度上限値未満であるか否かを判定する（ステップＣ７）。脈安定度上限値は、脈安定度７７０が取り得る最大の値であり、例えば“脈安定度上限値＝５”と定めておくことができる。
【０１００】
脈安定度７７０が脈安定度上限値未満であると判定した場合は（ステップＣ７；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００の脈安定度７７０を“１”インクリメントする（ステップＣ９）。そして、安定度判定部１３０は、脈安定度判定処理を終了する。
【０１０１】
ステップＣ１において脈拍数が測定できなかったと判定した場合（ステップＣ１；Ｎｏ）、又は、ステップＣ７において脈安定度７７０が脈安定度上限値以上であると判定した場合は（ステップＣ７；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、そのまま脈安定度判定処理を終了する。
【０１０２】
図７のメイン処理に戻り、脈安定度判定処理を行った後、安定状態判定部１４０は、安定状態判定処理を行う（ステップＡ１３）。具体的には、予め定められた安定状態条件が成立したか否かを判定する。安定状態条件は、例えば「ピッチ安定度＝ピッチ安定度上限値、且つ、脈安定度＝脈安定度上限値」となることである。つまり、記憶部７００に記憶されたピッチ安定度７６５及び脈安定度７７０が、それぞれ取り得る値の最大値となっている場合に、被検者の状態を「安定状態」と判定する。安定状態条件が成立しなかった場合は、被検者の状態を「非安定状態」と判定する。なお、安定状態条件は、「ピッチ安定度が所定値以上、且つ、脈安定度が所定値以上」といった他の条件としてもよいことは勿論である。
【０１０３】
次いで、処理部１００は、脈拍数の測定不能条件が成立したか否かを判定する（ステップＡ１５）。測定不能条件は、脈拍数の測定が不能となる条件である。処理部１００は、脈波形整形回路部４０から出力される脈波形や、脈波センサー１０によって検出された脈波信号の信号強度に基づいて、脈拍数の測定が不能になったか否かを判定する。
【０１０４】
測定不能条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＡ１５；Ｎｏ）、処理部１００は、脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数を下限脈拍数と判定し、記憶部７００の下限脈拍数７８０を更新する（ステップＡ１７）。そして、表示制御部１６０は、最新の測定脈拍数７６０を表示部３００に表示させる制御を行った後（ステップＡ１９）、ステップＡ２５へと移行する。
【０１０５】
一方、脈拍数の測定不能条件が成立したと判定した場合は（ステップＡ１５；Ｙｅｓ）、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている脈拍数推定プログラム７５０に従って脈拍数推定処理を行う（ステップＡ２１）。
【０１０６】
図１０は、脈拍数推定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、脈拍数推定部１５０は、ステップＡ１３の判定結果に基づいて、被検者の現在の状態を判定する（ステップＤ１）。このステップＤ１は、過渡状態における脈拍数の推定を行うかどうかの判断するステップである。
【０１０７】
被検者の状態を安定状態と判定した場合は、被検者は安静状態にあるか運動中の定常状態にあると考えられるため、脈拍数推定モデルを用いた脈拍数の推定は行わない。一方、被検者が非安定状態であると判定した場合は、被検者は運動開始時や運動終了時といった過渡状態にあると考えられるため、脈拍数推定モデルを用いた脈拍数の推定を行う。
【０１０８】
具体的には、被検者が安定状態である場合は（ステップＤ１；安定状態）、脈拍数推定部１５０は、前回の脈拍数を推定脈拍数７９０として維持する（ステップＤ１７）。これは、安定状態判定部１４０によって安定状態と判定された後（ステップＡ１３）、脈拍数測定部１１０による測定ができなくなり（ステップＡ１５；Ｙｅｓ）、且つ、当該安定状態にあると判定された際のピッチ（運動強度）とピッチ演算部１２０によって演算されたピッチとが同強度条件を満たす間は（ステップＢ３；Ｙｅｓ）、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とすることに相当する。
【０１０９】
一方、被検者が非安定状態である場合は（ステップＤ１；非安定状態）、脈拍数推定部１５０は、被検者のピッチを用いて、式（１）に従って脈拍数を求める（ステップＤ３）。そして、求めた脈拍数をターゲット脈拍数７８５として設定する（ステップＤ５）。
【０１１０】
脈拍数推定部１５０は、ステップＤ５で設定したターゲット脈拍数７８５が、記憶部７００の下限脈拍数７８０よりも低いか否かを判定する（ステップＤ７）。そして、低いと判定した場合は（ステップＤ７；Ｙｅｓ）、脈拍数推定部１５０は、下限脈拍数７８０でターゲット脈拍数７８５を更新する（ステップＤ９）。また、ターゲット脈拍数７８５が下限脈拍数７８０以上であると判定した場合は（ステップＤ７；Ｎｏ）、何もせずにステップＤ１１へと移行する。
【０１１１】
次いで、脈拍数推定部１５０は、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低いか否かを判定する（ステップＤ１１）。このステップは、被検者の脈拍数が増減何れに変化しているかを判定するステップである。
【０１１２】
基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低いのであれば、被検者が運動を開始して脈拍数が増加している状態であると判断することができる。運動強度（ピッチ）の急激な立ち上がりに遅れて、脈拍数が急激に上昇する過渡状態である。それに対し、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５以上であれば、被検者が運動を終了して脈拍数が減少している状態であると判断することができる。運動強度（ピッチ）の急激な立ち下がりに遅れて、脈拍数が緩やかに低下する過渡状態である。
【０１１３】
そこで、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低い場合は（ステップＤ１１；Ｙｅｓ）、脈拍数推定部１５０は、式（７）の運動開始時モデルを用いて脈拍数を推定し、記憶部７００の推定脈拍数７９０を更新する（ステップＤ１３）。そして、脈拍数推定部１５０は、脈拍数推定処理を終了する。
【０１１４】
一方、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５以上である場合は（ステップＤ１１；Ｎｏ）、脈拍数推定部１５０は、式（８）の運動終了時モデルに基づいて脈拍数を推定し、記憶部７００の推定脈拍数７９０を更新する（ステップＤ１５）。そして、脈拍数推定部１５０は、脈拍数推定処理を終了する。
【０１１５】
図７のメイン処理に戻り、ステップＡ２１において脈拍数推定処理を行った後、表示制御部１６０は、記憶部７００の推定脈拍数７９０を表示部３００に表示させる制御を行う（ステップＡ２３）。
【０１１６】
ステップＡ１９又はＡ２３の後、処理部１００は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＡ２５）。例えば、操作部２００を介して被検者によって脈拍数の測定終了の指示操作がなされたか否かを判定する。
【０１１７】
まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＡ２５；Ｎｏ）、処理部１００は、ステップＡ９に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２５；Ｙｅｓ）、処理部１００は、メイン処理を終了する。
【０１１８】
６．作用効果
脈拍計１において、脈拍数測定部１１０が、脈波センサー１０の検出結果を用いて脈拍数を測定し、ピッチ演算部１２０が、体動センサー２０の検出結果を用いて被検者のピッチを演算する。また、脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する。そして、表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、脈拍数測定部１１０によって測定された脈拍数を表示部３００に表示させ、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる制御を行う。
【０１１９】
ピッチは、被検者の運動の強さを物理的な尺度で表した運動強度（物理的運動強度）であり、被検者の脈拍数と相関がある。このため、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いることで、脈拍数の測定が困難な場合であっても、脈拍数を高い正確性で推定することができる。
【０１２０】
脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて暫定脈拍数であるターゲット脈拍数を求める。そして、時間経過に応じて脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数から当該ターゲット脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。
【０１２１】
運動開始時といった脈拍数が上昇する状況では、脈拍数は比較的速やかに立ち上がり、その後、徐々に安定していく傾向がある。そこで、基準脈拍数がターゲット脈拍数よりも低い場合は、時間経過に応じて対数関数的に変化（増加）するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【０１２２】
一方、運動終了時といった脈拍数が低下する状況では、脈拍数は当初は比較的下がりにくく、一定時間経過後に急速に低下し、その後、緩やかに収束する傾向がある。そこで、基準脈拍数がターゲット脈拍数よりも高い場合は、時間経過に応じてシグモイド的に変化（減少）するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【０１２３】
７．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
【０１２４】
７−１．生体情報処理装置
上記の実施形態では、生体情報処理装置として腕時計型の脈拍計を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な生体情報処理装置はこれに限られない。例えば、指先に装着して脈拍を測定する指装着形の脈拍計に適用することも可能である。また、脈波信号の検出方法も光を用いた検出方法に限られず、超音波を用いた検出方法や、赤外線を用いた検出方法であってもよい。
【０１２５】
７−２．体動検出部
上記の実施形態では、体動検出部である体動センサーが、少なくとも加速度センサーを有して構成されるものとして説明したが、加速度センサーではなく他のセンサーを有して構成されることとしてもよい。例えば、体動センサーが速度センサーを有して構成されることとし、被検者の移動速度を体動として検出することとしてもよい。
【０１２６】
この場合は、体動センサーによって検出された移動速度“ｖ”と、被検者の身長“ｈ”とを用いて、例えば式（５）に従って被検者のピッチ“ｐ”を演算する。そして、原理で説明したように、ピッチ“ｐ”を用いて脈拍数を推定する。また、体動センサーによって検出された移動速度“ｖ”を時間微分して被検者の加速度を算出し、算出した加速度からピッチ“ｐ”を演算して脈拍数を推定することも可能である。
【０１２７】
なお、体動センサーが加速度センサー及び速度センサーの両方を有して構成されることとし、加速度センサーによって検出された被検者の加速度と、速度センサーによって検出された被検者の速度とを併用して、上記と同様に脈拍数を推定することとしてもよい。
【０１２８】
７−３．下限脈拍数
上記の実施形態では、暫定脈拍数（ターゲット脈拍数）の下限値（下限脈拍数）を、脈拍数測定部１１０によって測定された最低の脈拍数とするものとして説明した。しかし、下限脈拍数として設定可能な値はこれに限られるわけではない。
【０１２９】
例えば、脈拍数の測定開始後の所定時間内（例えば２分以内）に測定された脈拍数のうちの最低値を下限脈拍数としてもよい。また、安静時脈拍数よりも所定割合（例えば２０％）だけ高い値を下限脈拍数としてもよい。
【０１３０】
また、被検者が運動を開始する際には、ウォーミングアップを行うことが想定される。この場合、測定開始時には、脈拍数が既に一定以上高くなっている可能性がある。従って、下限脈拍数を脈拍数測定部１１０によって測定された最低の脈拍数としてしまうと、必要以上に高い脈拍数がターゲット脈拍数として採用される事態が生じ得る。この問題を回避するため、測定開始時の最低脈拍数が、安静時脈拍数よりも所定割合（例えば３０％）だけ高い脈拍数として定められた閾値脈拍数を超えている場合は、ターゲット脈拍数を当該閾値脈拍数とするなどの調整を行うと効果的である。
【０１３１】
７−４．脈拍数推定モデル
上記の実施形態で説明した脈拍数推定モデルはあくまでも一例である。つまり、上記の実施形態でモデルに適用した関数以外の関数を用いて、脈拍数推定モデルをモデル化してもよいことは勿論である。図５に示した脈拍数の時間変化を模擬した関数であればよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 脈拍計、 １０ 脈波センサー、 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、 ２００ 操作部、 ３００ 表示部、 ４００ 報知部、 ５００ 通信部、 ６００ 時計部、 ７００ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍数を推定するための生体情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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検知して、被検者の脈拍数を測定するものである。脈拍計としては、光を利用するものや、超音波を利用するもの、赤外線を利用するものなどが知られている。
【０００３】
脈拍数を正しく測定するためには、被検者の血流量の変化を精細に検出することが必要となる。この検出の正確性を低下させる要因の１つとして、被検者の体動が挙げられる。体動により被検者の血流が乱れるためである。特に、手を握ったり広げたりするような微細な動作は検知が難しく、脈拍数の特定を困難にしていた。そこで、特許文献１には、圧力センサーや荷重センサーを利用して被検者の微細な動作を検知し、これを考慮して脈拍数を測定する技術が開示されている。
【０００４】
また、脈拍数測定の正確性を低下させる他の要因としては、外気温の低下が挙げられる。外気温の低下により、被検者の血流量が低下し、脈波信号それ自体を検出することが困難となる。そこで、特許文献２には、外気温の変化を考慮して脈拍数を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８３２２８号公報
【特許文献２】特開２００９−３４３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
脈拍数測定の正確性を低下させる要因は様々である。上記のような体動や外気温の他に、脈拍数測定の正確性は、被検者の体質、着衣の状態等によっても左右される。検出される脈波信号の強度は、極端な場合には、理想状態における強度の１／２０程度にまで低下する場合さえある。
【０００７】
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。つまり、被検者が動作をすることで、脈拍計の装着位置が理想的な装着位置からずれてしまい、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た。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、脈拍数を正しく推定するための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、被検者の脈拍数を測定する脈拍数測定部と、前記被検者の体動を検出する体動検出部と、前記体動検出部の検出結果を用いて前記被検者の運動強度を演算する運動強度演算部と、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部と、前記脈拍数測定部による測定ができている場合に当該測定結果の脈拍数を表示し、前記脈拍数測定部による測定ができていない場合に前記脈拍数推定部によって推定された推定脈拍数を表示する制御を行う表示制御部と、を備えた生体情報処理装置である。
【００１０】
この第１の形態によれば、脈拍数測定部が被検者の脈拍数を測定し、且つ、体動検出部が被検者の体動を検出する。そして、運動強度演算部が、体動検出部の検出結果を用いて被検者の運動強度を演算する。運動強度は、被検者の運動の強さであり、被検者の脈拍数と相関がある。そこで、脈拍数推定部が、運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する。運動強度を用いることで、脈拍数の測定が困難な場合であっても、脈拍数を高い正確性で推定することができる。
【００１１】
また、第２の形態として、第１の形態の生体情報処理装置における前記脈拍数推定部が、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして前記推定脈拍数を求める漸次収束推定部を有する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１２】
被検者が運動を行う際には、脈拍数が過渡的に変化する。そこで、第２の形態のように、脈拍数推定部が、運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求める。そして、時間経過に応じて脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に見合った脈拍数の推定が実現可能となる。
【００１３】
より具体的には、第３の形態として、第２の形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１４】
運動開始時といった脈拍数が上昇する状況では、脈拍数は比較的速やかに立ち上がり、その後、徐々に安定していく傾向がある。そこで、第３の形態のように、漸次収束推定部が、脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【００１５】
また、第４の形態として、第２又は第３の形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１６】
運動終了時といった脈拍数が低下する状況では、脈拍数は当初は比較的下がりにくく、一定時間経過後に急速に低下し、その後、緩やかに収束する傾向がある。そこで、第４の形態のように、漸次収束推定部が、脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【００１７】
また、第５の形態として、第２〜第４の何れかの形態の生体情報処理装置における前記漸次収束推定部が、前記暫定脈拍数の下限値を、前記脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００１８】
この第５の形態によれば、漸次収束推定部が、暫定脈拍数の下限値を脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする。これにより、脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数よりも暫定脈拍数が低くなったとしても、この最低の脈拍数よりも低くならないように脈拍数を推定することができる。また、収束する脈拍数には個人差があるが、脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数を暫定脈拍数の下限値とすることで、個人差をも考慮することができる。
【００１９】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の生体情報処理装置における前記体動検出部が、加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成されてなる、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２０】
この第６の形態によれば、体動検出部が加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成される。これらのセンサーにより、簡単な構成で被検者の加速度や速度を体動として検出することができる。
【００２１】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の生体情報処理装置における前記体動検出部が、少なくとも加速度センサーを有して構成され、前記運動強度演算部が、前記加速度センサーで検出された加速度から前記被検者のピッチを算出することで、前記被検者の運動強度を演算する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２２】
この第７の形態によれば、体動検出部が少なくとも加速度センサーを有して構成される。加速度センサーにより、簡単な構成で被検者の加速度を体動として検出することができる。そして、検出した加速度を用いて被検者のピッチを算出することで、被検者の運動強度を適切に求めることができる。また、加速度センサーは、脈波信号から体動成分を除去する目的で機器に備えられる場合がある。この場合は、加速度センサーを、体動成分の除去と運動強度の推定との２つの目的に使用することができる。
【００２３】
また、第８の形態として、第１〜第７の何れかの形態の生体情報処理装置において、前記運動強度演算部によって演算された運動強度と、前記脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づき、前記被検者が安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定部を更に備え、前記脈拍数推定部は、前記安定状態判定部によって前記安定状態にあると判定された後に、前記脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と前記運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を前記推定脈拍数とする安定状態継続推定部を有する、生体情報処理装置を構成することとしてもよい。
【００２４】
この第８の形態によれば、運動強度演算部によって演算された運動強度と、脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づくことで、安定状態判定部は、被検者が安定状態にあるか否かを簡易且つ適切に判定することができる。被検者が安定状態にあれば、脈拍数にそれほど大きな変化は生じないと考えられる。そこで、安定状態判定部によって安定状態にあると判定された後に、脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、脈拍数推定部が、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とする。これにより、被検者の状態を考慮して、脈拍数を適切に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】脈拍計の正面図。
【図２】（Ａ）脈拍計の背面図。（Ｂ）脈拍計の使用状態図。
【図３】脈波センサーの動作の説明図。
【図４】脈拍計の機能構成を示すブロック図。
【図５】被検者の運動前後における脈拍数及びピッチの時間変化を示すグラフ。
【図６】（Ａ）運動開始時モデルを示す図。（Ｂ）運動終了時モデルを示す図。
【図７】メイン処理の流れを示すフローチャート。
【図８】ピッチ安定度判定処理の流れを示すフローチャート。
【図９】脈安定度判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】脈拍数推定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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、各種生体情報（脈拍数、運動強度、カロリー消費量等）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、ケース３の背面に接触している被検者の手首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。
【００３１】
図３は、脈波センサー１０の内部構造をケース３の側面から見たときの拡大図である。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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による被検者の体動の検出結果を用いて被検者の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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、次式（１）で与えられる近似式に従って、ピッチから脈拍数を推定する。
【数１】
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。
【００４０】
式（１）のように２次関数を用いてピッチと脈拍数との対応関係を定めたのには理由がある。運動強度には、大きく分けて生理的運動強度と物理的運動強度との２種類がある。生理的運動強度は、被検者の生理情報を尺度とする運動強度であり、例えば酸素摂取量や脈拍数による表現がこれに含まれる。また、物理的運動強度は、被検者の物理情報を尺度とする運動強度であり、例えば速度や時間による表現がこれに含まれる。本実施形態で運動強度として用いるピッチは、物理的運動強度の一例である。
【００４１】
生理的運動強度のうち、脈拍数による表現として相対脈拍数“％ＨＲＲ”が広く用いられている。相対脈拍数“％ＨＲＲ”は、次式（２）で与えられる。
【数２】
但し、“ＨＲ”は被検者の未知の脈拍数である。また、“ＨＲmax”及び“ＨＲrest”は、それぞれ被検者の既知の最大脈拍数及び安静時脈拍数である。
【００４２】
また、生理的運動強度のうち、酸素摂取量による表現として相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”が広く用いられている。相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”は、次式（３）で与えられる。
【数３】
但し、“ＶＯ2”は被検者の未知の酸素摂取量である。また、“ＶＯ2max”及び“ＶＯ2rest”は、それぞれ被検者の既知の最大酸素摂取量及び安静時酸素摂取量である。
【００４３】
式（３）における被検者の酸素摂取量“ＶＯ2”は、被検者の移動速度“ｖ”を用いて推定することができる。具体的には、例えば次式（４）に従って酸素摂取量“ＶＯ2”を近似的に求めることができる。
【数４】
【００４４】
但し、式（４）は、アメリカスポーツ医学界ＡＣＳＭ（American College of Sports Medicine）が提唱する推定法に倣って定式化した。
【００４５】
また、被検者の移動速度“ｖ”と被検者のピッチ“ｐ”との間には相関があることが知られている。例えば、次式（５）に従って移動速度“ｖ”を近似的に求めることができることが知られている。
【数５】
但し、“ｈ”は被検者の身長である。
【００４６】
式（２）〜（５）から、被検者のピッチ“ｐ”と相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”とが結び付けられる。つまり、物理的運動強度として被検者のピッチ“ｐ”を演算することで、生理的運動強度として相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”を演算することができる。本願発明者は、このように物理的運動強度から演算される相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”が、生理的運動強度としての相対脈拍数“％ＨＲＲ”と一致すると仮定した。つまり、次式（６）の仮定を設けた。
【数６】
【００４７】
式（２）〜（５）より、相対酸素摂取量“％ＶＯ2Ｒ”は、ピッチ“ｐ”の２次関数で表されることがわかる。従って、式（６）の仮定により、相対脈拍数“％ＨＲＲ”もピッチ“ｐ”の２次関数で表される。式（２）より、相対脈拍数“％ＨＲＲ”は脈拍数“ＨＲ”と線形の関係にあるため、脈拍数“ＨＲ”も、式（１）のようにピッチ“ｐ”の２次関数で近似することができる。
【００４８】
式（１）における係数“Ａ〜Ｃ”の値は、例えば、多数の被検者についてピッチ“ｐ”及び脈拍数“ＨＲ”のデータをサンプルデータとして収集し、これらのサンプルデータに対して２次曲線のフィッティングを行うことで決定することができる。なお、各被検者それぞれについて、ピッチ“ｐ”及び脈拍数“ＨＲ”のサンプルデータを収集してフィッティングを行い、被検者毎に係数“Ａ〜Ｃ”の値を決定することとしてもよい。
【００４９】
２−２．過渡状態における脈拍数の推定
上記のようにピッチから脈拍数を推定することに加えて、本実施形態では、過渡状態における脈拍数の推定を行う。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る。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、（１）運動開始→運動中、（２）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。
【００５０】
図５は、被検者の運動前後における脈拍数及びピッチの時間変化を示すグラフであり、実際の測定データを元に作成したグラフである。図５において、横軸は時間軸であり、縦軸は脈拍数及びピッチである。被検者が時刻“ｔ1”において運動を開始し、時刻“ｔ2”において運動を終了した。また、このグラフは、負荷がそれほど高くない運動（例えばウォーキング）を想定したグラフである。
【００５１】
（１）運動開始→運動中
時刻“ｔ1”において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。この脈拍数の時間変化は、対数関数形の時間変化である。
【００５２】
（２）運動中→運動終了
時刻“ｔ2”において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。この脈拍数の時間変化は、シグモイド形（Ｓ字形）の時間変化である。
【００５３】
このように、（１）運動開始→運動中の状態と（２）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、（１）運動開始→運動中の状態を想定した脈拍数推定モデル（以下、「運動開始時モデル」と称す。）と、（２）運動中→運動終了の状態を想定した脈拍数推定モデル（以下、「運動終了時モデル」と称す。）との２種類のモデルを個別に定義し、状態に応じたモデルを選択して脈拍数を推定する。
【００５４】
図６は、脈拍数推定モデルの説明図である。運動開始時モデルを図６（Ａ）に示し、運動終了時モデルを図６（Ｂ）に示す。本実施形態では、脈拍数推定モデルを、所与の基準時刻“ｔc”からの経過時間“ｔ”の関数として定義した。
【００５５】
本実施形態では、脈波信号に基づいて脈拍数の測定ができている状態において最後に測定された時刻を基準時刻“ｔc”として設定する。また、便宜的に、基準時刻“ｔc”における脈拍数を基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”と定義する。つまり、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”は、脈拍数の測定ができている状態において最後に測定された脈拍数となる。
【００５６】
また、式（１）に従ってピッチ“ｐ”から推定した脈拍数“ＨＲ（ｐ）”を、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”として設定する。ターゲット脈拍数“ＨＲtar”は、ピッチ“ｐ”から暫定的に求められる被検者の脈拍数（暫定脈拍数）である。そして、基準時刻“ｔc”からの経過時間“ｔ”に応じて、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”からターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。つまり、運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。
【００５７】
運動開始時モデルは、経過時間“ｔ”が長くなるにつれて脈拍数が対数関数的に増加して、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づくような関数として定式化する。例えば、次式（７）のように定式化される運動開始時モデルを用いて、推定脈拍数“ＨＲup（ｔ）”を求める。
【数７】
但し、“ｔup”は、脈拍数の増加の程度（増加率）を決定付ける時間幅である。
【００５８】
運動終了時モデルは、経過時間“ｔ”が長くなるにつれて脈拍数がシグモイド的に減少して、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”に漸次近づくような関数として定式化する。例えば、次式（８）のように定式化される運動終了時モデルを用いて、推定脈拍数“ＨＲdown（ｔ）”を求める。
【数８】
但し、“ｔdown”は、脈拍数の減少の程度（減少率）を決定付ける時間幅である。
【００５９】
（１）運動開始→運動中、（２）運動中→運動終了、の状態に応じたモデルを選択して脈拍数を推定する。例えば、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”がターゲット脈拍数“ＨＲtar”よりも低い場合は、脈拍数が増加する状態にあると考えられるため、（１）運動開始→運動中と判断し、運動開始時モデルを選択して脈拍数を推定する。つまり、最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように推定脈拍数を求める。
【００６０】
一方、基準脈拍数“ＨＲ（ｔc）”がターゲット脈拍数“ＨＲtar”よりも高い場合は、脈拍数が減少する状態にあると考えられるため、（２）運動中→運動終了と判断し、運動終了時モデルを選択して脈拍数を推定する。つまり、最後に測定された脈拍数が暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように推定脈拍数を求める。
【００６１】
また、本実施形態では、暫定脈拍数であるターゲット脈拍数“ＨＲtar”の下限値として下限脈拍数“ＨＲmin”を設定する。通常、運動前後における安静状態において、被検者の脈拍数は安静時脈拍数“ＨＲrest”まで下がりきらない場合が多い。つまり、図５に示したように、被検者の脈拍数は、運動開始前は安静時脈拍数よりもやや高い値となり、運動終了時には、安静時脈拍数よりもやや高い値に収束する傾向がある。そこで、ターゲット脈拍数“ＨＲtar”が下限脈拍数“ＨＲmin”よりも低くならないように調整する。
【００６２】
本実施形態では、下限脈拍数“ＨＲmin”を、脈波信号に基づいて測定した脈拍数のうちの最低の脈拍数とする。そして、ターゲット脈拍数が下限脈拍数以上である場合は（ＨＲtar≧ＨＲmin）、ターゲット脈拍数をそのままとする（ＨＲtar＝ＨＲtar）。一方、ターゲット脈拍数が下限脈拍数未満である場合は（ＨＲtar＜ＨＲmin）、ターゲット脈拍数を下限脈拍数とする（ＨＲtar＝ＨＲmin）。
【００６３】
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と、体動センサー２０と、脈波信号増幅回路部３０と、脈波形整形回路部４０と、体動信号増幅回路部５０と、体動波形整形回路部６０と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部７０と、処理部１００と、操作部２００と、表示部３００と、報知部４００と、通信部５００と、時計部６００と、記憶部７００とを備えて構成される。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。体動センサー２０は、被検者の体動を検出する体動検出部に相当する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。そして、変換したデジタル信号を処理部１００に出力する。
【００７１】
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制御装置及び演算装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。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。
【００７２】
処理部１００は、主要な機能部として、脈拍数測定部１１０と、ピッチ演算部１２０と、安定度判定部１３０と、安定状態判定部１４０と、脈拍数推定部１５０と、表示制御部１６０とを有する。
【００７３】
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）を用いて脈拍数を測定する。
【００７４】
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）を用いて被検者のピッチを演算する。ピッチ演算部１２０は、体動検出部の検出結果を用いて被検者の運動強度を演算する運動強度演算部に相当する。
【００７５】
安定度判定部１３０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。また、安定状態判定部１４０は、安定度判定部１３０による安定度の判定結果に基づいて、被検者が安定状態にあるか否かを判定する。
【００７６】
脈拍数推定部１５０は、上記の原理に従って脈拍数を推定する。脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部に相当する。
【００７７】
脈拍数推定部１５０は、ピッチを用いて暫定脈拍数（ターゲット脈拍数）を求め、時間経過に応じて脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数（基準脈拍数）から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める漸次収束推定部（不図示）を有する。また、脈拍数推定部１５０は、安定状態判定部１４０によって被検者が安定状態にあると判定された後に、脈拍数測定部１１０による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度（ピッチ）とピッチ演算部１２０によって演算された運動強度（ピッチ）とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とする安定状態継続推定部（不図示）を有する。
【００７８】
表示制御部１６０は、脈拍数の測定／推定結果を表示部３００に表示制御する。表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、当該測定結果の脈拍数を表示部３００に表示させる。一方、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる。
【００７９】
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、脈拍数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。
【００８０】
表示部３００は、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、各種の生体情報（脈拍数、運動強度、カロリー消費量等）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。
【００８１】
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ることで、被検者への各種報知を行う。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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、カロリー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。
【００８５】
４．データ構成
図４に示すように、記憶部７００には、メイン処理（図７参照）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、ピッチ安定度判定処理（図８参照）として実行されるピッチ安定度判定プログラム７２０と、脈安定度判定処理（図９参照）として実行される脈安定度判定プログラム７３０と、脈拍数推定処理（図１０参照）として実行される脈拍数推定プログラム７５０とをサブルーチンとして含む。
【００８６】
また、記憶部７００には、例えば、測定脈拍数７６０と、ピッチ安定度７６５と、脈安定度７７０と、基準脈拍数７７５と、下限脈拍数７８０と、ターゲット脈拍数７８５と、推定脈拍数７９０とがデータとして記憶される。
【００８７】
５．処理の流れ
図７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の流れを示すフローチャートである。
【００８８】
最初に、処理部１００は、初期設定を行う（ステップＡ１）。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７６５や脈安定度７７０）の値を初期化する。
【００８９】
次いで、処理部１００は、脈波センサー１０及び体動センサー２０の検出結果の取得を開始する（ステップＡ３）。ピッチ演算部１２０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演算するピッチ演算処理を開始する（ステップＡ５）。また、脈拍数測定部１１０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、その測定結果を測定脈拍数７６０として記憶部７００に記憶させる（ステップＡ７）。
【００９０】
その後、処理部１００は、記憶部７００に記憶されているピッチ安定度判定プログラム７２０に従ってピッチ安定度判定処理を行う（ステップＡ９）。
【００９１】
図８は、ピッチ安定度判定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、安定度判定部１３０は、ピッチ演算部１２０によってピッチが演算できたか否かを判定する（ステップＢ１）。そして、ピッチが演算できたと判定した場合は（ステップＢ１；Ｙｅｓ）、所定のピッチ安定条件が成立したか否かを判定する（ステップＢ３）。ピッチ安定条件は、例えば、今回演算したピッチと前回演算したピッチとの差の絶対値が所定の閾値未満（或いは閾値以下）になることとして定めておくことができる。このピッチ安定条件は、運動強度が所定の同強度条件を満たすか否かを判定するための条件である。
【００９２】
ステップＢ３においてピッチ安定条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＢ３；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００のピッチ安定度７６５をゼロにリセットする（ステップＢ５）。そして、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９３】
ステップＢ３においてピッチ安定条件が成立したと判定した場合は（ステップＢ３；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度７６５が予め定められたピッチ安定度上限値未満であるか否かを判定する（ステップＢ７）。ピッチ安定度上限値は、ピッチ安定度７６５が取り得る最大の値であり、例えば“ピッチ安定度上限値＝５”と定めておくことができる。
【００９４】
ピッチ安定度７６５がピッチ安定度上限値未満であると判定した場合は（ステップＢ７；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００のピッチ安定度７６５を“１”インクリメントする（ステップＢ９）。そして、安定度判定部１３０は、ピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９５】
ステップＢ１においてピッチが演算できなかったと判定した場合（ステップＢ１；Ｎｏ）、又は、ステップＢ７においてピッチ安定度７６５がピッチ安定度上限値以上であると判定した場合は（ステップＢ７；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、そのままピッチ安定度判定処理を終了する。
【００９６】
図７のメイン処理に戻り、ピッチ安定度判定処理を行った後、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている脈安定度判定プログラム７３０に従って脈安定度判定処理を行う（ステップＡ１１）。
【００９７】
図９は、脈安定度判定処理の流れを示すフローチャートである。
安定度判定部１３０は、脈拍数測定部１１０によって脈拍数が測定されたと判定すると（ステップＣ１；Ｙｅｓ）、所定の脈安定条件が成立したか否かを判定する（ステップＣ３）。脈安定条件は、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（或いは閾値以下）になることとして定めておくことができる。この脈安定条件は、脈拍数が所定の近似条件を満たすか否かを判定するための条件である。
【００９８】
ステップＣ３において脈安定条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＣ３；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００の脈安定度７７０をゼロにリセットする（ステップＣ５）。そして、安定度判定部１３０は、脈安定度判定処理を終了する。
【００９９】
ステップＣ３において脈安定条件が成立したと判定した場合は（ステップＣ３；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、脈安定度７７０が予め定められた脈安定度上限値未満であるか否かを判定する（ステップＣ７）。脈安定度上限値は、脈安定度７７０が取り得る最大の値であり、例えば“脈安定度上限値＝５”と定めておくことができる。
【０１００】
脈安定度７７０が脈安定度上限値未満であると判定した場合は（ステップＣ７；Ｙｅｓ）、安定度判定部１３０は、記憶部７００の脈安定度７７０を“１”インクリメントする（ステップＣ９）。そして、安定度判定部１３０は、脈安定度判定処理を終了する。
【０１０１】
ステップＣ１において脈拍数が測定できなかったと判定した場合（ステップＣ１；Ｎｏ）、又は、ステップＣ７において脈安定度７７０が脈安定度上限値以上であると判定した場合は（ステップＣ７；Ｎｏ）、安定度判定部１３０は、そのまま脈安定度判定処理を終了する。
【０１０２】
図７のメイン処理に戻り、脈安定度判定処理を行った後、安定状態判定部１４０は、安定状態判定処理を行う（ステップＡ１３）。具体的には、予め定められた安定状態条件が成立したか否かを判定する。安定状態条件は、例えば「ピッチ安定度＝ピッチ安定度上限値、且つ、脈安定度＝脈安定度上限値」となることである。つまり、記憶部７００に記憶されたピッチ安定度７６５及び脈安定度７７０が、それぞれ取り得る値の最大値となっている場合に、被検者の状態を「安定状態」と判定する。安定状態条件が成立しなかった場合は、被検者の状態を「非安定状態」と判定する。なお、安定状態条件は、「ピッチ安定度が所定値以上、且つ、脈安定度が所定値以上」といった他の条件としてもよいことは勿論である。
【０１０３】
次いで、処理部１００は、脈拍数の測定不能条件が成立したか否かを判定する（ステップＡ１５）。測定不能条件は、脈拍数の測定が不能となる条件である。処理部１００は、脈波形整形回路部４０から出力される脈波形や、脈波センサー１０によって検出された脈波信号の信号強度に基づいて、脈拍数の測定が不能になったか否かを判定する。
【０１０４】
測定不能条件が成立しなかったと判定した場合は（ステップＡ１５；Ｎｏ）、処理部１００は、脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数を下限脈拍数と判定し、記憶部７００の下限脈拍数７８０を更新する（ステップＡ１７）。そして、表示制御部１６０は、最新の測定脈拍数７６０を表示部３００に表示させる制御を行った後（ステップＡ１９）、ステップＡ２５へと移行する。
【０１０５】
一方、脈拍数の測定不能条件が成立したと判定した場合は（ステップＡ１５；Ｙｅｓ）、処理部１００は、記憶部７００に記憶されている脈拍数推定プログラム７５０に従って脈拍数推定処理を行う（ステップＡ２１）。
【０１０６】
図１０は、脈拍数推定処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、脈拍数推定部１５０は、ステップＡ１３の判定結果に基づいて、被検者の現在の状態を判定する（ステップＤ１）。このステップＤ１は、過渡状態における脈拍数の推定を行うかどうかの判断するステップである。
【０１０７】
被検者の状態を安定状態と判定した場合は、被検者は安静状態にあるか運動中の定常状態にあると考えられるため、脈拍数推定モデルを用いた脈拍数の推定は行わない。一方、被検者が非安定状態であると判定した場合は、被検者は運動開始時や運動終了時といった過渡状態にあると考えられるため、脈拍数推定モデルを用いた脈拍数の推定を行う。
【０１０８】
具体的には、被検者が安定状態である場合は（ステップＤ１；安定状態）、脈拍数推定部１５０は、前回の脈拍数を推定脈拍数７９０として維持する（ステップＤ１７）。これは、安定状態判定部１４０によって安定状態と判定された後（ステップＡ１３）、脈拍数測定部１１０による測定ができなくなり（ステップＡ１５；Ｙｅｓ）、且つ、当該安定状態にあると判定された際のピッチ（運動強度）とピッチ演算部１２０によって演算されたピッチとが同強度条件を満たす間は（ステップＢ３；Ｙｅｓ）、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を推定脈拍数とすることに相当する。
【０１０９】
一方、被検者が非安定状態である場合は（ステップＤ１；非安定状態）、脈拍数推定部１５０は、被検者のピッチを用いて、式（１）に従って脈拍数を求める（ステップＤ３）。そして、求めた脈拍数をターゲット脈拍数７８５として設定する（ステップＤ５）。
【０１１０】
脈拍数推定部１５０は、ステップＤ５で設定したターゲット脈拍数７８５が、記憶部７００の下限脈拍数７８０よりも低いか否かを判定する（ステップＤ７）。そして、低いと判定した場合は（ステップＤ７；Ｙｅｓ）、脈拍数推定部１５０は、下限脈拍数７８０でターゲット脈拍数７８５を更新する（ステップＤ９）。また、ターゲット脈拍数７８５が下限脈拍数７８０以上であると判定した場合は（ステップＤ７；Ｎｏ）、何もせずにステップＤ１１へと移行する。
【０１１１】
次いで、脈拍数推定部１５０は、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低いか否かを判定する（ステップＤ１１）。このステップは、被検者の脈拍数が増減何れに変化しているかを判定するステップである。
【０１１２】
基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低いのであれば、被検者が運動を開始して脈拍数が増加している状態であると判断することができる。運動強度（ピッチ）の急激な立ち上がりに遅れて、脈拍数が急激に上昇する過渡状態である。それに対し、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５以上であれば、被検者が運動を終了して脈拍数が減少している状態であると判断することができる。運動強度（ピッチ）の急激な立ち下がりに遅れて、脈拍数が緩やかに低下する過渡状態である。
【０１１３】
そこで、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５よりも低い場合は（ステップＤ１１；Ｙｅｓ）、脈拍数推定部１５０は、式（７）の運動開始時モデルを用いて脈拍数を推定し、記憶部７００の推定脈拍数７９０を更新する（ステップＤ１３）。そして、脈拍数推定部１５０は、脈拍数推定処理を終了する。
【０１１４】
一方、基準脈拍数７７５がターゲット脈拍数７８５以上である場合は（ステップＤ１１；Ｎｏ）、脈拍数推定部１５０は、式（８）の運動終了時モデルに基づいて脈拍数を推定し、記憶部７００の推定脈拍数７９０を更新する（ステップＤ１５）。そして、脈拍数推定部１５０は、脈拍数推定処理を終了する。
【０１１５】
図７のメイン処理に戻り、ステップＡ２１において脈拍数推定処理を行った後、表示制御部１６０は、記憶部７００の推定脈拍数７９０を表示部３００に表示させる制御を行う（ステップＡ２３）。
【０１１６】
ステップＡ１９又はＡ２３の後、処理部１００は、処理を終了するか否かを判定する（ステップＡ２５）。例えば、操作部２００を介して被検者によって脈拍数の測定終了の指示操作がなされたか否かを判定する。
【０１１７】
まだ処理を終了しないと判定した場合は（ステップＡ２５；Ｎｏ）、処理部１００は、ステップＡ９に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２５；Ｙｅｓ）、処理部１００は、メイン処理を終了する。
【０１１８】
６．作用効果
脈拍計１において、脈拍数測定部１１０が、脈波センサー１０の検出結果を用いて脈拍数を測定し、ピッチ演算部１２０が、体動センサー２０の検出結果を用いて被検者のピッチを演算する。また、脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて推定脈拍数を推定する。そして、表示制御部１６０は、脈拍数測定部１１０による測定ができている場合は、脈拍数測定部１１０によって測定された脈拍数を表示部３００に表示させ、脈拍数測定部１１０による測定ができていない場合は、脈拍数推定部１５０によって推定された推定脈拍数を表示部３００に表示させる制御を行う。
【０１１９】
ピッチは、被検者の運動の強さを物理的な尺度で表した運動強度（物理的運動強度）であり、被検者の脈拍数と相関がある。このため、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いることで、脈拍数の測定が困難な場合であっても、脈拍数を高い正確性で推定することができる。
【０１２０】
脈拍数推定部１５０は、ピッチ演算部１２０によって演算されたピッチを用いて暫定脈拍数であるターゲット脈拍数を求める。そして、時間経過に応じて脈拍数測定部１１０によって最後に測定された脈拍数から当該ターゲット脈拍数に漸次近づけるようにして推定脈拍数を求める。
【０１２１】
運動開始時といった脈拍数が上昇する状況では、脈拍数は比較的速やかに立ち上がり、その後、徐々に安定していく傾向がある。そこで、基準脈拍数がターゲット脈拍数よりも低い場合は、時間経過に応じて対数関数的に変化（増加）するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【０１２２】
一方、運動終了時といった脈拍数が低下する状況では、脈拍数は当初は比較的下がりにくく、一定時間経過後に急速に低下し、その後、緩やかに収束する傾向がある。そこで、基準脈拍数がターゲット脈拍数よりも高い場合は、時間経過に応じてシグモイド的に変化（減少）するように推定脈拍数を求めることで、実際の脈拍数の時間変化に追従するように脈拍数を推定することができる。
【０１２３】
７．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
【０１２４】
７−１．生体情報処理装置
上記の実施形態では、生体情報処理装置として腕時計型の脈拍計を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な生体情報処理装置はこれに限られない。例えば、指先に装着して脈拍を測定する指装着形の脈拍計に適用することも可能である。また、脈波信号の検出方法も光を用いた検出方法に限られず、超音波を用いた検出方法や、赤外線を用いた検出方法であってもよい。
【０１２５】
７−２．体動検出部
上記の実施形態では、体動検出部である体動センサーが、少なくとも加速度センサーを有して構成されるものとして説明したが、加速度センサーではなく他のセンサーを有して構成されることとしてもよい。例えば、体動センサーが速度センサーを有して構成されることとし、被検者の移動速度を体動として検出することとしてもよい。
【０１２６】
この場合は、体動センサーによって検出された移動速度“ｖ”と、被検者の身長“ｈ”とを用いて、例えば式（５）に従って被検者のピッチ“ｐ”を演算する。そして、原理で説明したように、ピッチ“ｐ”を用いて脈拍数を推定する。また、体動センサーによって検出された移動速度“ｖ”を時間微分して被検者の加速度を算出し、算出した加速度からピッチ“ｐ”を演算して脈拍数を推定することも可能である。
【０１２７】
なお、体動センサーが加速度センサー及び速度センサーの両方を有して構成されることとし、加速度センサーによって検出された被検者の加速度と、速度センサーによって検出された被検者の速度とを併用して、上記と同様に脈拍数を推定することとしてもよい。
【０１２８】
７−３．下限脈拍数
上記の実施形態では、暫定脈拍数（ターゲット脈拍数）の下限値（下限脈拍数）を、脈拍数測定部１１０によって測定された最低の脈拍数とするものとして説明した。しかし、下限脈拍数として設定可能な値はこれに限られるわけではない。
【０１２９】
例えば、脈拍数の測定開始後の所定時間内（例えば２分以内）に測定された脈拍数のうちの最低値を下限脈拍数としてもよい。また、安静時脈拍数よりも所定割合（例えば２０％）だけ高い値を下限脈拍数としてもよい。
【０１３０】
また、被検者が運動を開始する際には、ウォーミングアップを行うことが想定される。この場合、測定開始時には、脈拍数が既に一定以上高くなっている可能性がある。従って、下限脈拍数を脈拍数測定部１１０によって測定された最低の脈拍数としてしまうと、必要以上に高い脈拍数がターゲット脈拍数として採用される事態が生じ得る。この問題を回避するため、測定開始時の最低脈拍数が、安静時脈拍数よりも所定割合（例えば３０％）だけ高い脈拍数として定められた閾値脈拍数を超えている場合は、ターゲット脈拍数を当該閾値脈拍数とするなどの調整を行うと効果的である。
【０１３１】
７−４．脈拍数推定モデル
上記の実施形態で説明した脈拍数推定モデルはあくまでも一例である。つまり、上記の実施形態でモデルに適用した関数以外の関数を用いて、脈拍数推定モデルをモデル化してもよいことは勿論である。図５に示した脈拍数の時間変化を模擬した関数であればよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 脈拍計、 １０ 脈波センサー、 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、 ２００ 操作部、 ３００ 表示部、 ４００ 報知部、 ５００ 通信部、 ６００ 時計部、 ７００ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の脈拍数を測定する脈拍数測定部と、
前記被検者の体動を検出する体動検出部と、
前記体動検出部の検出結果を用いて前記被検者の運動強度を演算する運動強度演算部と、
前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部と、
前記脈拍数測定部による測定ができている場合に当該測定結果の脈拍数を表示し、前記脈拍数測定部による測定ができていない場合に前記脈拍数推定部によって推定された推定脈拍数を表示する制御を行う表示制御部と、
を備えた生体情報処理装置。
【請求項２】
前記脈拍数推定部は、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして前記推定脈拍数を求める漸次収束推定部を有する、
請求項１に記載の生体情報処理装置。
【請求項３】
前記漸次収束推定部は、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項２に記載の生体情報処理装置。
【請求項４】
前記漸次収束推定部は、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項２又は３に記載の生体情報処理装置。
【請求項５】
前記漸次収束推定部は、前記暫定脈拍数の下限値を、前記脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする、
請求項２〜４の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項６】
前記体動検出部は、加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成されてなる、
請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項７】
前記体動検出部は、少なくとも加速度センサーを有して構成され、
前記運動強度演算部は、前記加速度センサーで検出された加速度から前記被検者のピッチを算出することで、前記被検者の運動強度を演算する、
請求項１〜６の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項８】
前記運動強度演算部によって演算された運動強度と、前記脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づき、前記被検者が安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定部を更に備え、
前記脈拍数推定部は、前記安定状態判定部によって前記安定状態にあると判定された後に、前記脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と前記運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を前記推定脈拍数とする安定状態継続推定部を有する、
請求項１〜７の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項１】
被検者の脈拍数を測定する脈拍数測定部と、
前記被検者の体動を検出する体動検出部と、
前記体動検出部の検出結果を用いて前記被検者の運動強度を演算する運動強度演算部と、
前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて推定脈拍数を推定する脈拍数推定部と、
前記脈拍数測定部による測定ができている場合に当該測定結果の脈拍数を表示し、前記脈拍数測定部による測定ができていない場合に前記脈拍数推定部によって推定された推定脈拍数を表示する制御を行う表示制御部と、
を備えた生体情報処理装置。
【請求項２】
前記脈拍数推定部は、前記運動強度演算部によって演算された運動強度を用いて暫定脈拍数を求め、時間経過に応じて前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数から当該暫定脈拍数に漸次近づけるようにして前記推定脈拍数を求める漸次収束推定部を有する、
請求項１に記載の生体情報処理装置。
【請求項３】
前記漸次収束推定部は、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも低い場合、時間経過に応じて脈拍数が対数関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項２に記載の生体情報処理装置。
【請求項４】
前記漸次収束推定部は、前記脈拍数測定部によって最後に測定された脈拍数が前記暫定脈拍数よりも高い場合、時間経過に応じて脈拍数がシグモイド関数として変化するように前記推定脈拍数を求める、
請求項２又は３に記載の生体情報処理装置。
【請求項５】
前記漸次収束推定部は、前記暫定脈拍数の下限値を、前記脈拍数測定部によって測定された最低の脈拍数とする、
請求項２〜４の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項６】
前記体動検出部は、加速度センサー及び速度センサーの何れかを有して構成されてなる、
請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項７】
前記体動検出部は、少なくとも加速度センサーを有して構成され、
前記運動強度演算部は、前記加速度センサーで検出された加速度から前記被検者のピッチを算出することで、前記被検者の運動強度を演算する、
請求項１〜６の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【請求項８】
前記運動強度演算部によって演算された運動強度と、前記脈拍数測定部によって測定された脈拍数とに基づき、前記被検者が安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定部を更に備え、
前記脈拍数推定部は、前記安定状態判定部によって前記安定状態にあると判定された後に、前記脈拍数測定部による測定ができなくなり、且つ、当該安定状態にあると判定された際の運動強度と前記運動強度演算部によって演算された運動強度とが所定の同強度条件を満たす間は、当該安定状態にあると判定された際の脈拍数を前記推定脈拍数とする安定状態継続推定部を有する、
請求項１〜７の何れか一項に記載の生体情報処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３２０１０（Ｐ２０１２−２３２０１０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３４４８（Ｐ２０１１−１０３４４８）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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