专利名称：生物体信息处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于推断脉搏数的生物体信息处理装置。
背景技术：
在现有技术中，作为用于受测者的运动管理、健康管理的生物体信息处理装置，已知有佩带在受测者身体的一部分上，用于测定受测者的脉搏数的脉搏计。脉搏计是用于检测佩带有装置的受测者的血流量变化而测定受测者的脉搏数的装置。作为脉搏计，已知有利用光的脉搏计、利用超声波的脉搏计、利用红外线的脉搏计等。为了准确地测定脉搏数，需要精细地检测受测者的血流量变化。作为使该检测的准确性下降的主要原因之一，可以列举出受测者的身体活动。这是因为身体活动导致受测 者的血流紊乱。尤其是难以检测握手或者张开手掌这样的微细动作，从而难以确定脉搏数。于是，在专利文献I中，公开了如下所述的技术，即、利用压力传感器或者负荷传感器来检测受测者的微细动作，在考虑了该微细动作的基础之上来测定脉搏数。另外，作为使脉搏数测定的准确性下降的其他主要原因，可以列举出外部气温的下降。由于外部气温的下降，受测者的血流量降低，从而难以检测脉搏信号自身。于是，在专利文献2中，公开了一种在考虑了外部气温变化的基础之上来测定脉搏数的技术。在先技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2004-283228号公报专利文献2 日本专利特开2009-34366号公报使脉搏数测定的准确性下降的主要原因是各种各样的。除了上述那样的身体活动或者外部气温以外，脉搏数测定的准确性也会被受测者的体质、着装状态等所左右。在极端情况下，所检测的脉搏信号的强度有时甚至下降至理想状态下的强度的1/20左右。另外，在受测者平时就佩带脉搏计来生活的情况下，由于脉搏计的佩带位置发生变化，有时会难以测定脉搏数。也就是说，由于受测者做动作，导致脉搏计的佩带位置偏离了理想的佩带位置，会发生难以准确地测定脉搏数的状况。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于提出一种用于准确地推断脉搏数的新方法。用于解决上述课题的第一方式是一种生物体信息处理装置，该生物体信息处理装置具备测定部，用于测定受测者的脉搏数；检测部，用于检测所述受测者的身体活动；运算部，使用所述检测部的检测结果运算所述受测者的运动强度；第一推断部，使用由所述运算部运算出的运动强度对推断脉搏数进行推断；以及控制部，进行如下控制在完成了所述测定部的测定的情况下，显示该测定结果的脉搏数，在无法进行所述测定部的测定情况下，显示所述第一推断部推断出的推断脉搏数。
根据该第一方式，脉搏数测定部测定受测者的脉搏数，并且，检测部检测受测者的身体活动。然后，运算部使用检测部的检测结果来运算受测者的运动强度。运动强度是受测者的运动的强度，与受测者的脉搏数具有相关性。于是，第一推断部使用运算部运算出的运动强度来对推断脉搏数进行推断。通过使用运动强度，即使在脉搏数的测定困难的情况下，也能够以较高的准确性推断脉搏数。另外，作为第二方式，可以构成为第一方式的生物体信息处理装置中的所述第一推断部具有第二推断部的生物体信息处理装置，所述第二推断部使用由所述运算部运算出的运动强度来求出暂定脉搏数，以随着时间经过从所述测定部最后测定的脉搏数逐渐接近于所述暂定脉搏数的方式求出所述推断脉搏数。在受测者进行运动时，脉搏数过渡性地进行变化。于是，如第二方式那样，第一推断部使用运算部运算出的运动强度来求出暂定脉搏数。然后，以随着时间经过从所述测定 部最后测定的脉搏数逐渐接近于所述暂定脉搏数的方式求出所述推断脉搏数，从而能够实现与实际脉搏数的时间变化相符的脉搏数的推断。更具体而言，作为第三方式，可以构成如下所述生物体信息处理装置根据第二方式所述的生物体信息处理装置中的所述渐近收敛推断部在由所述测定部最后测定的脉搏数低于所述暂定脉搏数的情况下，以随着时间经过而脉搏数作为对数函数进行变化的方式求出所述推断脉搏数。在运动开始时这样的脉搏数上升的状况下，脉搏数具有比较快速地上升，然后缓缓地稳定下去的趋势。于是，如第三方式那样，在由测定部最后测定的脉搏数低于暂定脉搏数时，第二推断部通过以随着时间经过而脉搏数作为对数函数进行变化的方式求出推断脉搏数，从而能够以追随着实际的脉搏数的时间变化的方式推断脉搏数。另外，作为第四方式，可以构成如下所述的生物体信息处理装置即、根据第二或第三方式所述的生物体信息处理装置中的所述第二推断部在由所述测定部最后测定的脉搏数高于所述暂定脉搏数的情况下，以随着时间经过而脉搏数作为Sigmoid形函数进行变化的方式求出所述推断脉搏数。在运动结束时这样的脉搏数下降的状况下，脉搏数具有开始比较难以下降，在经过一定时间后急速地下降，然后缓缓地收敛的趋势。于是，如第四方式那样，在由测定部最后测定的脉搏数高于暂定脉搏数时，第二推断部通过以随着时间经过而脉搏数作为Sigmoid函数进行变化的方式求出所述推断脉搏数，从而能够以追随着实际的脉搏数的时间变化的方式推断脉搏数。另外，作为第五方式，可以构成如下所述的生物体信息处理装置根据第二至第四方式中的任一种方式所述的生物体信息处理装置中的所述第二推断部将所述暂定脉搏数的下限值设定为所述脉搏数测定部测定的最低脉搏数。根据该第五方式，第二推断部将暂定脉搏数的下限值设定为由测定部测定的最低脉搏数。由此，即使暂定脉搏数低于由测定部测定出的最低脉搏数，也能够以使不低于该最低脉搏数的方式推断脉搏数。另外，收敛的脉搏数具有个人差异，而通过将由测定部测定出的最低脉搏数作为暂定脉搏数的下限值，也能够考虑个人差异。另外，作为第六方式，可以构成如下这样的生物体信息处理装置根据第一至第五方式中任一种方式所述的生物体信息处理装置中的所述检测部构成为具有加速度传感器和速度传感器中的至少任一个。根据该第六方式，身体活动检测部构成为具有加速度传感器和速度传感器中的至少任一个。通过这些传感器，能够以简单的构成作为身体活动而检测出受测者的加速度或者速度。另外，作为第七方式，可以构成如下这样的生物体信息处理装置根据第一至第六方式中任一种方式的生物体信息处理装置中的所述检测部构成为至少具有加速度传感器，所述运算部根据所述加速度传感器检测出的加速度算出所述受测者的步调，从而运算所述受测者的运动强度。根据该第七方式，检测部至少具有加速度传感器而构成。利用加速度传感器，能够以简单的构成作为身体活动而检测出受测者的加速度。然后，通过使用检测出的加速度来算出受测者的步调(Pitch)，从而恰当地求出受测者的运动强度。另外，在从脉波信号中除去身体活动成分的目的上，有时设备上具有加速度传感器。这种情况，能够将加速度传感器 用于除去身体活动成分和推断运动强度这两个目的。另外，作为第八方式，可以构成如下所述的生物体信息处理装置在第一至第七方式中的任一种方式所述的生物体信息处理装置中，还具备判断部，该判断部根据所述运算部运算出的运动强度和所述测定部测定的脉搏数，判断所述受测者是否处于稳定状态，并且，所述第一推断部具有第三推断部，在所述判断部判断为处于所述稳定状态之后无法由所述测定部进行测定且在被判断为处于该稳定状态时的运动强度与所述运算部运算出的运动强度满足规定的相同强度条件的期间，该第三推断部将被判断为处于该稳定状态时的脉搏数作为所述推断脉搏数。根据该第八方式，通过基于由运算部运算的运动强度和由测定部测定的脉搏数，判断部能够简易且恰当地判断受测者是否处于稳定状态。如果受测者处于稳定状态，则可以认为脉搏数没有发生那么大的变化。因此，在由判断部判断为处于稳定状态之后，不能够由测定部进行测定，并且，在被判断为处于该稳定状态时的运动强度与由运算部运算的运动强度满足规定的相同强度条件的期间，第一推断部将被判断为处于该稳定状态时的脉搏数作为推断脉搏数。由此，能够考虑到受测者的状态，恰当地推断脉搏数。
图I是脉搏计的正面图。图2的㈧是脉搏计的背面图，图2的⑶是脉搏计的使用状态图。图3是脉波传感器的动作的说明图。图4表示脉搏计的功能构成的框图。图5是表示受测者在运动前后的脉搏数以及步调(pitch)的时间变化的曲线图。图6的⑷是表示运动开始时范例(model)的图，图6的⑶是表示运动结束时范例的图。图7是表不主处理的流程的流程图。图8是表示步调稳定度判断处理的流程的流程图。图9是表示脉搏稳定度判断处理的流程的流程图。图10是表示脉搏数推断处理的流程的流程图。
具体实施例方式下面，将参照附图来说明本发明的优选实施方式。本实施方式是将本发明的生物体信息处理装置适用于手表式脉搏计的实施方式。当然，能够适用本发明的方式并不是限定于以下说明的实施方式。I.外观构成图I是本实施方式中的脉搏计I的正面图。脉搏计I具备腕带2，在外壳3上配置有液晶显示器4，该液晶显示器4用于通过文字或者数字、图标等显示时刻、脉搏计I的动作状态、各种生物体信息(脉搏数、运动强度、卡路里消耗量等)。另外，在外壳3的周围部分(侧面)上，配置有用于操作脉搏计I的操作按钮5。 脉搏计I例如将内置的二次电池作为电源而进行动作。在外壳3的侧面上配置有充电端子6，该充电端子6用于与外部的充电器连接，对内置二次电池进行充电。图2的(A)是脉搏计I的背面图，示出了从外壳3的背面观察脉搏计I时的外观图。另外，图2的(B)是脉搏计I的使用状态图，示出了佩带在受测者的手腕WR上的状态下的脉搏计I的侧面图。在外壳3的背面，配置有用于检测受测者的脉波而输出脉波信号的脉波传感器10。脉波传感器10在与外壳3的背面接触的受测者的手腕WR处检测脉波。在本实施方式中，脉波传感器10是光电脉波传感器，具备用于光学检测脉波的机构。图3是从外壳3的侧面观察脉波传感器10的内部结构时的放大图。脉波传感器10设置在具有在外壳3的背面侧形成的圆形底面的半球状的容纳空间内。而且，在该容纳空间内，内置有LED (Light Emitting Diode :发光二极管)等光源12和光电晶体管等受光元件13等。半球的内面为镜面11，如果将半球的底面侧作为下方，则受光元件13和光源12分别被安装在基板14的上表面和下表面。如果由光源12向使用者的手腕WR的皮肤SK照射光Le，则该照射光Le在皮下的血管BV上反射并作为反射光Lr返回到半球内。该反射光Lr在半球状的镜面11上再次反射，并从上方射入受光元件13。由于血液中的血红蛋白的吸光作用，来自于该血管BV的反射光Lr反映血流的变化导致其强度发生变化。脉波传感器10以比脉跳快的周期使光源12在规定的周期内亮灯灭灯。此外，受光元件13以光源12的每次亮灯为契机，通过光电转换输出受光强度所对应的脉波信号。脉波传感器10例如以128Hz的频率使光源12亮灯灭灯。另外，如图2的(A)所示，脉搏计I内置有用于检测受测者的身体活动的身体活动传感器20。在本实施方式中，身体活动传感器20构成为至少具有加速度传感器。如图I所示，加速度传感器例如是将显示面侧为正的外壳3的防护玻璃面的法线方向作为Z轴、将以指向表的12点的方向为正的上下方向作为Y轴、将指向表的3点的方向为正的左右方向作为X轴的三轴加速度传感器。在佩带有脉搏计I的状态下，X轴与从受测者的肘部朝向手腕的方向一致。身体活动传感器20检测X轴、Y轴和Z轴三轴的加速度，将其结果作为身体活动信号输出。2.原理脉搏计I根据由脉波传感器10检测的脉波信号而测定脉搏数。脉波信号为受测者的脉跳成分信号与身体活动噪声成分信号重叠了的信号。于是，脉搏计I根据从身体活动传感器20输出的身体活动信号，从脉波信号中除去身体活动噪声成分信号，提取出脉跳成分信号。并且，根据所提取出的脉跳成分信号来测定脉搏数。具体而言,例如,将FIR(Finite Impulse Response :限定脉冲应答)滤波器等数字滤波器构成为自适应滤波器，使用该自适应滤波器，执行从脉波信号中除去身体活动噪声成分信号的处理来作为数字信号处理。并且，对所提取的脉跳成分信号进行频率解析而确定脉跳呈现光谱，再根据其频率(或者周期)来测定脉搏数。作为频率解析，可以适用例如快速傅里叶变换 FFT (Fast Fourier Transform)。在本实施方式中，设想在使用了上述方法时难以测定脉搏数的状况，使用基于身体活动传感器20的受测者的身体活动检测结果来运算受测者的运动强度。并且，使用运算出的运动强度来推断受测者的脉搏数。2-1.使用了运动强度的脉搏数的推断
在本实施方式中，使用加速度传感器，将受测者的加速度作为身体活动来进行检测。另外，基于加速度传感器所检测到的加速度算出受测者的步调(Pitch:步频)，从而运算受测者的运动强度。步调的运算可以通过如下所述的方式来进行，即、对从加速度传感器输出的加速度信号进行规定的频率解析(例如FFT)，确定/提取相当于步调的频率成分。关于该运算方法的详细情况，例如在日本专利特开2004-81745号公报中有所揭示。接着，根据预先设定的步调与脉搏数的对应关系，基于步调来推断脉搏数。在本实施方式中，按照由下式(I)给出的近似式，根据步调推断脉搏数。数IHR(p) =Α· p2+B · p+C... (I)其中，“p”为步调，“HR(p) ”为根据步调“P”推断的脉搏数。另外，“A”、“B”、“C”分
别为近似式的二次项、一次项、零次项的系数。如式(I)那样地使用二次函数来规定步调与脉搏数的对应关系是有理由的。运动强度大致划分为生理运动强度和物理运动强度这两种。生理运动强度是将受测者的生理信息作为尺度的运动强度，例如基于摄氧量或者脉搏数的表现即包含在其中。此外，物理运动强度是将受测者的物理信息作为尺度的运动强度，例如基于速度或者时间的表现即包含在其中。在本实施方式中作为运动强度所采用的步调是物理运动强度的一个示例。在生理运动强度中，作为基于脉搏数的表现，广泛使用了相对脉搏数HRR”。相对脉搏数“ ％ HRR”由下式⑵给出数2 %臓=:一〒7 …P)
/"/ f\- ··· I i 3\其中，“HR”是受测者的未知的脉搏数。另外，“HRmax”和“HR_t”分别为受测者的已知的最大脉搏数和安静时脉搏数。此外，在生理运动强度中，作为基于摄氧量的表现，广泛使用了相对摄氧量VO2R'相对摄氧量“ ％ V02R”由下式(3)给出数权利要求
1.一种生物体信息处理装置，具备 测定部，用于测定受测者的脉搏数； 检测部，用于检测所述受测者的身体活动； 运算部，使用所述检测部的检测结果运算所述受测者的运动强度； 第一推断部，使用由所述运算部运算出的运动强度来推断出一推断脉搏数；以及 控制部，进行如下控制在完成了所述测定部的测定的情况下，显示该测定结果的脉搏数，在不能进行所述测定部的测定的情况下，显示所述第一推断部推断出的推断脉搏数。
2.根据权利要求I所述的生物体信息处理装置，其中，所述第一推断部具有第二推断部，所述第二推断部使用由所述运算部运算出的运动强度来求出暂定脉搏数，以随着时间经过而从所述测定部最后测定的脉搏数逐渐接近于所述暂定脉搏数的方式求出所述推断脉搏数。
3.根据权利要求2所述的生物体信息处理装置，其中，所述第二推断部在所述测定部最后测定的脉搏数低于所述暂定脉搏数的情况下，以随着时间经过而脉搏数作为对数函数进行变化的方式求出所述推断脉搏数。
4.根据权利要求2或3所述的生物体信息处理装置，其中，所述第二推断部在由所述测定部最后测定的脉搏数高于所述暂定脉搏数的情况下，以随着时间经过而脉搏数作为S形函数进行变化的方式求出所述推断脉搏数。
5.根据权利要求2或3所述的生物体信息处理装置，其中，所述第二推断部将所述暂定脉搏数的下限值设定为所述脉搏数测定部测定的最低脉搏数。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的生物体信息处理装置，其中，所述检测部被构成为具有加速度传感器和速度传感器中的至少任一个。
7.根据权利要求I至3中任一项所述的生物体信息处理装置，其中，所述检测部被构成为至少具有加速度传感器，所述运算部根据所述加速度传感器检测出的加速度算出所述受测者的步调，从而运算所述受测者的运动强度。
8.根据权利要求I至3中任一项所述的生物体信息处理装置，还具备 判断部，根据所述运算部运算出的运动强度和所述测定部测定的脉搏数，判断所述受测者是否处于稳定状态， 其中，所述第一推断部具有第三推断部，在所述判断部判断为处于所述稳定状态之后无法由所述测定部进行测定、且被判断为处于该稳定状态时的运动强度与所述运算部运算出的运动强度满足规定的相同强度条件的期间，所述第三推断部将被判断为处于该稳定状态时的脉搏数作为所述推断脉搏数。
全文摘要
本发明提供一种生物体信息处理装置，该生物体信息处理装置具备测定部，用于测定受测者的脉搏数；检测部，用于检测所述受测者的身体活动；运算部，使用所述检测部的检测结果运算所述受测者的运动强度；第一推断部，使用由所述运算部运算出的运动强度对推断脉搏数进行推断；以及控制部，进行如下控制在完成了所述测定部的测定的情况下，显示该测定结果的脉搏数，在不能进行所述测定部的测定情况下，显示所述第一推断部推断出的推断脉搏数。
文档编号A61B5/02GK102764111SQ20121013536
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月2日 优先权日2011年5月6日
发明者黑田真朗 申请人:精工爱普生株式会社