JP3728895B2 - Exercise intensity detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は運動強度を脈波波形から検出するのに好適な運動強度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ランニングやウエイトトレーニングなどの運動強度を測定する方法として、血液中の乳酸濃度を測定する方法が知られている。この測定方法にあっては、乳酸が疲労物質であることに着目し、乳酸濃度が高い場合に運動強度が大きいと判定する。
ここで、運動中にトレーニングしている者自らが運動強度を知ることができれば、健康管理や科学的なトレーニングを行うことができ便利である。しかし、乳酸濃度を測定するには、血液を採取して濃度を調べる必要があるため、運動を継続しながら測定を行うことは不可能である。
そこで、本発明者らは、運動強度を表す指標について検討を重ねたところ、呼吸波形と運動強度に密接な関係があることを発見した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、呼吸波形を如何にして測定するかが重要な問題である。まず、病人等、安静にしている被験者の呼吸波形を測定する方法としては、胸や腹にバンドを巻いて伸縮状態を測定する、鼻孔に熱電対を入れてその抵抗値の変動をカウントする等の方法が一般的である。しかし、日常の健康管理を行う被験者や、トレーニングを行う被験者がそのような物を装着することはきわめて煩わしく不便である。
【0004】
ところで、安静状態の被験者の心電図のR−R周期のゆらぎの周波数成分を解析すると、呼吸数に相当する成分が存在する。脈波は心電図と同期するから、脈波周期(または脈波振幅)のゆらぎ周波数成分においても呼吸波形に相当する成分が含まれる。
そこで、このような成分を抽出することによって、心電あるいは脈波に基づいて呼吸波形を測定する装置が知られている。例えば、特開昭62−22627においては、一連の脈拍間隔を測定し、これら脈拍間隔の変化周期を測定し、この変化周期の逆数によって呼吸数を算出する技術が開示されている。
【0005】
また、実開平4−51912においては、心電波形のR−R間隔の変動周期または脈波波形のピーク値の包絡線のゆらぎに基づいて第1呼吸数を検出し、被験者の腹部表面の往復運動を検出して第2呼吸数を検出し、第1および第2呼吸数のうち低い方を記録・表示する技術が開示されている。
【0006】
また、実開平4−136207においては、脈波波形の振幅のゆらぎの周期に基づいて呼吸数を推定するとともに、脈波波形の平均値(低周波成分のうねり)を算出し、この平均値の傾きが小さい場合のデータを用いることによって、うねりやノイズの影響を低減する技術が開示されている。
【0007】
また、特開平6−142082においては、逐次求められた被験者の脈拍数と最高血圧値とを乗算し、この乗算値の脈動周期に基づいて呼吸数を算出する技術が開示されている。また、実公平6−22325においては、脈波のピーク値を結ぶ曲線の変化周期に基づいて、生体の呼吸数を決定する技術が開示されている。
【0008】
しかし、被験者が運動中であれば、心電波形には筋電波形が重畳し、脈波には体動成分が重畳する。これらの成分は呼吸波形に相当する成分よりもレベルが高くなることもあるため、呼吸波形を誤って算出してしまうという問題があった。
【0009】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、脈波波形から呼吸成分を抽出し、これに基づいて運動強度を簡易に検出する運動強度検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明にあっては、生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段と、前記生体の体動を示す体動波形を検出する体動検出手段と、前記体動波形に基づいて前記脈波波形中の体動成分を生成し、前記脈波波形から前記体動成分を除去して体動除去脈波波形を生成する体動除去手段と、前記体動除去脈波波形に基づいて、呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段と、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
また、請求項2に記載の発明にあっては、前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去脈波波形にウエーブレット変換を施して体動除去脈波解析データを生成するウエーブレット変換部と、前記体動除去脈波解析データから脈波成分に相当する周波数成分を除去して呼吸波形解析データを生成し、当該呼吸波形解析データに逆ウエーブレットを施して、呼吸波形を前記呼吸成分として生成する呼吸波形生成部とを備えることを特徴とする。
【0012】
また、請求項3に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた周波数成分の割合に基づいて、前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0013】
また、請求項4に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた各周波数成分から歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0014】
また、請求項5に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた基本波周波数成分と第3次高調波成分の割合を算出し、当該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0015】
また、請求項6に記載の発明にあっては、前記呼吸成分抽出手段は、呼吸波形を前記呼吸成分として抽出し、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された前記呼吸波形のデューティ比を検出し、当該デューティ比に基づいて前記運動強度を生成することを特徴とする。
【0016】
また、請求項7に記載の発明にあっては、前記体動除去手段は、前記脈波波形の周波数スペクトラムを解析する第1の周波数解析部と、前記体動波形の周波数スペクトラムを解析する第2の周波数解析部と、前記第2の周波数解析部によって解析された周波数スペクトラムと同一周波数のものを、前記第1の周波数解析部によって解析された周波数スペクトラムから除去して、体動が除去された体動除去スペクトラムを生成する体動除去部を備え、前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去スペクトラムの中から呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムを抽出し、前記運動強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムのレベルとその高調波成分に相当する周波数スペクトラムのレベルに基づいて、前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0017】
また、請求項8に記載の発明にあっては、前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去スペクトラムの中から脈拍数に応じて定められる帯域を特定し、この帯域内の周波数スペクトラムの中から呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムを抽出することを特徴とする。
【0018】
また、請求項9に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその高調波成分に相当するスペクトラムのレベルに基づいて、呼吸波形の歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0019】
また、請求項10に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその第3次高調波成分に相当するスペクトラムのレベルとの割合を求め、当該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0020】
また、請求項11に記載の発明にあっては、生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段と、前記脈波波形から呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段と、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段とを備えたことを特徴とする。
【0021】
また、請求項12に記載の発明にあっては、前記呼吸成分抽出手段は、前記脈波波形に周波数解析を施して脈波解析データを生成する周波数解析部と、前記脈波解析データから脈波成分を除去する脈波成分除去部と、体動基本波周波数と呼吸基本波周波数の関係を予め対応付けて格納した基本周波数テーブルと、前記基本波周波数テーブルを参照して、前記解析データの中から呼吸基本波周波数と体動基本波周波数を特定する周波数特定部と、前記周波数特定部によって特定された前記呼吸基本周波数に基づいて、その各高調波周波数を算出し、呼吸成分を抽出する抽出部とを備えたことを特徴とする。
【0022】
また、請求項13に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその高調波成分に相当するスペクトラムのレベルに基づいて、呼吸波形の歪率を算出し、当該歪率に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0023】
また、請求項14に記載の発明にあっては、前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当するスペクトラムのレベルとその第3次高調波成分に相当するスペクトラムのレベルとの割合を求め、当該割合に基づいて前記運動強度を算出することを特徴とする。
【0024】
また、請求項15に記載の発明にあっては、前記前記運度強度生成手段によって生成された前記運動強度を告知する告知手段を備えることを特徴とする。
【0025】
【発明の実施の形態】
A.原理
運動強度が大きくなると、骨格筋の酸素消費量が増加するので、呼吸数が増加する。ここで、運動強度と呼吸波形の関係を図1に示す。なお、同図において、縦軸の+方向は吸入を示しており、−方向は排出を示している。同図(a)は安静時(運動強度X1)の呼吸波形を示したものであり、図(b)は運動強度X2における呼吸波形、図(c)は運動強度X3における呼吸波形、図(d)は運動強度X4における呼吸波形を示したものであり、運動強度X1〜X4には、以下の関係がある。
X1<X2<X3<X4
【0026】
この図から、安静時には、吸入時間が排出時間より長いが、運動強度が大きくなるにつれ、吸入時間と排出時間の差が小さくなって、呼吸波形が次第に正弦波に近づき、さらに運動強度が大きくなると、呼吸波形が大幅に乱れることがわかる。
【0027】
ここで、呼吸波形が正弦波に近づくことは、基本波成分に対する高調波成分が低減されることを意味する。特に、運動強度がある限界を越えない限り、呼吸波形は鋸歯状波から正弦波に変化するので、運動強度の増加に伴って第3次高調波成分が減少していくことになる。
したがって、呼吸波形を周波数解析することによって、運動強度の指標を得ることができる。
【0028】
本出願人はこの点に着目して、脈波波形から呼吸成分を抽出し、これを周波数解析することによって、運動強度を検出することとした。
【0029】
B.機能構成
次に、本実施形態に係わる運動強度検出装置の機能を説明する。図2は本実施形態に係わる運動強度検出装置の機能ブロック図である。図において、f1は脈波検出手段であって、生体の検出部位から脈波波形を検出する。例えば、光学式脈波センサや圧力センサ等が該当する。また、f2は体動検出手段であって、生体の体動を示す体動波形を検出する。例えば、加速度センサが該当する。
【0030】
また、f3は体動除去手段であって、体動波形に基づいて脈波波形中の体動成分を生成し、脈波波形から体動成分を除去して体動除去脈波波形を生成する。具体的には、体動波形に適当な波形処理を施し、これを脈波波形から減算することによって、あるいは、 脈波波形の周波数スペクトラムと体動波形の周波数スペクトラムとを各々解析し、体動波形の周波数スペクトラムと同一周波数のものを、脈波波形の周波数スペクトラムから除去することにより、体動除去波形を生成することができる。
【0031】
また、f4は呼吸成分抽出手段であって、体動除去脈波波形に基づいて、呼吸成分を抽出する。この呼吸成分抽出手段f4は、例えば、体動除去脈波波形にウエーブレット変換を施して体動除去脈波解析データを生成するウエーブレット変換部と、体動除去脈波解析データから脈波成分に相当する周波数成分を除去して呼吸波形解析データを生成し、当該呼吸波形解析データに逆ウエーブレットを施して、呼吸波形を前記呼吸成分として生成する呼吸波形生成部とを備えればよい。また、f5は運度強度生成手段であって、呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出する。この場合、運度強度は、抽出された呼吸成分に周波数解析を施して得られた周波数成分の割合に基づいて、運動強度を算出することができる。
【0032】
C.第1実施形態
1.第1実施形態の構成
本発明の第1実施形態に係わる運動強度検出装置1の構成を図面を参照しつつ説明する。
1−1:第1実施形態の外観構成
図3は第1実施形態に係わる運動強度検出装置1の外観構成を示す斜視図である。図3において、本例の運動強度検出装置1は、腕時計構造を有する装置本体110と、この装置本体110に接続されるケーブル120と、このケーブル120の先端側に設けられた脈波検出用センサユニット130とから大略構成されている。ケーブル120の先端側にはコネクタピース80が構成されており、このコネクタピース80は、装置本体10の6時の側に構成されているコネクタ部70に対して着脱自在である。装置本体10には、腕時計における12時方向から腕に巻きついてその6時方向で固定されるリストバンド60が設けられ、このリストバンド60によって、装置本体110は、腕に着脱自在である。脈波検出用センサユニット130は、センサ固定用バンド140によって遮光されながら人差し指の根本に装着される。このように、脈波検出用センサユニット130を指の根本に装着すると、ケーブル120が短くて済むので、ケーブル120は、ランニング中に邪魔にならない。また、掌から指先までの体温の分布を計測すると、寒いときには、指先の温度が著しく低下するのに対し、指の根本の温度は比較的低下しない。従って、指の根本に脈波検出用センサユニット130を装着すれば、寒い日に屋外でランニングしたときでも、脈拍数などを正確に計測できる。
【0033】
また、装置本体110は、樹脂製の時計ケース200(本体ケース)を備えており、この時計ケース200の表面側には、現在時刻や日付に加えて、走行時や歩行時のピッチ、脈拍数、運動強度、呼吸数などを表示するELバックライト付きの液晶表示装置210が構成されている。液晶表示装置210には、セグメント表示領域の他、ドット表示領域が構成されており、ドット表示領域では、各種の情報をグラフィック表示可能である。
【0034】
また、時計ケース200の内部には、脈波検出用センサユニット130が計測した脈波波形MHに基づいて運動強度、脈拍数あるいは呼吸数の変化などを求めるとともに、それを液晶表示装置210に表示するために、各種の制御やデータ処理を行うマイクロコンピュータなどからなる制御部が構成されている。制御部には計時回路も構成されており、通常時刻、ラップタイム、スプリットタイムなども液晶表示装置210に表示できるようになっている。また、時計ケース200の外周部には、時刻合わせや表示モードの切換などの外部操作を行うためのボタンスイッチ111〜115が構成されている。
【0035】
次に、脈波検出用センサユニット130は、図4に示すようにLED32、フォトトランジスタ33などから構成される。スイッチSWがon状態となり、電源電圧が印加されると、LED32から光が照射され、血管や組織によって反射された後に、フォトトランジスタ33によって受光され、脈波信号Mが検出される。ここで、LEDの発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長ピーク付近に選ばれる。このため、受光レベルは血流量に応じて変化する。したがって、受光レベルを検出することによって、脈波波形を検出できる。
また、LED32としては、InGaN系(インジウム−ガリウム−窒素系)の青色LEDが好適である。青色LEDの発光スペクトルは、例えば450nmに発光ピークを有し、その発光波長域は、350nmから600nmまでの範囲にある。この場合には、かかる発光特性を有するLEDに対応させてフォトトランジスタ33として、GaAsP系(ガリウム−砒素−リン系)のフォトトランジスタを用いればよい。このフォトトランジスタ33の受光波長領域は、例えば、主要感度領域が300nmから600nmまでの範囲にあって、300nm以下にも感度領域がある。このような青色LEDとフォトトランジスタ33とを組み合わせると、その重なり領域である300nmから600nmまでの波長領域において、脈波が検出される。この場合には、以下の利点がある。
【0036】
まず、外光に含まれる光のうち、波長領域が700nm以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていない指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトトランジスタ33まで到達せず、検出に影響を与えない波長領域の光のみがフォトトランジスタ33に達する。一方、300nmより低波長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域を700nm以下としても、実質的な受光波長領域は、300nm〜700nmとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくとも、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中のヘモグロビンは、波長が300nmから700nmまでの光に対する吸光係数が大きく、波長が880nmの光に対する吸光係数に比して数倍〜約100倍以上大きい。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域(300nmから700nm)の光を検出光として用いると、その検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波波形MHのS/N比を高めることができる。
【0037】
1−2:第1実施形態の電気的構成
次に、第1実施形態の電気的構成を図5に示す。図において、10は脈波検出部であり、上述した脈波検出用センサユニット130が相当する。脈波検出部10によって、脈動の大きさを示す脈波波形MHが検出される。また、11は体動検出部であって、例えば、加速度センサによって構成され、時計ケース200の内部に設けられている。これにより、ランニング時の腕の振り等によって生じる体動を示す体動波形THが検出される。
【0038】
また、12は体動波形THに一定の波形処理を施す波形処理部であり、13は体動除去部である。波形処理を行うのは、体動除去部13において体動成分を正確に除去するためである。ここで、脈波波形MH中の体動成分をMHt、真の脈波成分(体動除去脈波波形)をMH’で表すこととすれば、MH=MHt+MH’となる。体動波形THは、例えば、腕の振りの加速度そのものとして検出されるが、血流は血管や組織の影響を受けるので、体動成分MHtは体動波形THを鈍らせたものになる。このため、波形処理部12は、適当なローパスフィルタで構成されている。なお、ローパスフィルタの形式や、係数は実験により得られた値から算出される。これにより、体動波形THから体動成分MHtを求めることができる。また、体動除去部13は、脈波波形MHから体動成分MHtを減算することにより、体動除去脈波波形MH’を生成する。
【0039】
次に、14は呼吸成分抽出部であって、CPU(中央演算処理装置)やA/D変換器等から構成される。この例にあっては、体動除去脈波波形MH’は、A/D変換器によってアナログ信号からデジタル信号に変換された後、体動除去脈波データMH’としてCPUに取り込まれるようになっている。呼吸成分抽出部14は、体動除去脈波データMH’にFFT処理を施して、周波数解析を行う。
【0040】
図6は、体動除去脈波データMH’にFFT処理を施した結果を簡略化して模式的に示す図である。この図において、低域の周波数領域LFにおける最大ピーク周波数が呼吸成分の基本波周波数Fv1であり、高域の周波数領域HFにおける最大ピーク周波数が脈波の基本周波数成分Fm1となる。また、図7は、図6における低域の周波数領域LFを拡大したものである。この図から、呼吸成分は、その基本波周波数Fv1と高調波Fv2,Fv3,Fv4…からなることが判る。この例にあっては、呼吸成分抽出部14は、まず、体動除去脈波波形MH’をFFT処理して、最大ピーク周波数を特定する。脈波の基本波成分は最大となるので、最大ピーク周波数としてFm1が特定されることとなる。この後、Fm1より低域の周波数領域において、最大ピーク周波数を特定する。脈波成分より低域にある周波数成分は、呼吸成分に対応するものであるから、ここでは呼吸成分の基本波周波数Fv1が特定される。この後、呼吸成分抽出部14は、Fv1のレベルL1とその高調波周波数Fv2,Fv3,Fv4…のレベルL2,L3,L4…を検出する。なお、この例にあっては、高調波周波数をFm1未満のものに限定している。これは、Fm1以上になると、脈波成分が存在するため、仮にFm1がFv1の整数倍であるとすれば、呼吸成分を分離できないからである。
【0041】
次に、15は評価部であって、CPUとROM等から構成される。CPUは、呼吸成分抽出部14によって検出されたL1,L2,L3,L4…に基づいて、呼吸波形の歪率Kを算出する。具体的には、以下の算出式に従って歪率Kを算出する。
K=(L22+L32+L42…)1/2/L1
ところで、上述したように、安静時には、吸入時間が排出時間より長いが、運動強度Xが大きくなるにつれ、吸入時間と排出時間の差が小さくなって、呼吸波形が次第に正弦波に近づいていき、更に、運動強度Xが大きくなると、呼吸波形が大幅に乱れる。すなわち、運動強度Xがある限界を越えない限り、運動強度Xが大きくなると、基本波成分に対する高調波成分の割合が低くなる。また、運動強度Xがある限界を越えると、急に基本波成分に対する高調波成分の割合が増大する。このことは、呼吸波形の歪率Kと運度強度Xには一定の関係があり、運動強度Xが大きくなるにつれ歪率Kが小さくなり、運動強度Xがある限界を越えると歪率Kが急増することを意味する。したがって、歪率Kと運動強度Xの関係を予め求めておけば、歪率Kから運動強度Xを求めることができる。
【0042】
次に、ROMには、歪率Kに対応付けられて運動強度Xが格納されている。したがって、歪率KをアドレスとしてROMにアクセスすれば運動強度Xを算出することができる。この意味において、ROMは運動強度テーブルとして機能する。なお、運度強度Xは、5段階、3段階といったグレーディングを施してもよい。この場合には、ROMに格納する運動強度Xを所定の段階数で表せばよい。
【0043】
次に、16は表示部であって、上述した液晶表示装置210がこれに相当する。表示部16は運動強度Xを数値としてそのまま表示してもよいし、ドット表示領域を用いた棒グラフ等で表示してもよい。また、評価部16において、運動強度Xにグレーディングを施した場合には、その段階に応じた文字や記号を表示するようにしてもよい。例えば、歩行時に対応する運動強度をX1、ジョギング時に対応する運動強度をX2、短距離走の運動強度をX3、運動強度が大きすぎて健康に支障をきたす運動強度をX4とすると、X1では「軽い運動です。」、X2では「中程度の運動です。」、X3では「強い運動です。」、X4「危険です。」といったメッセージを表示させる。また、運動強度Xを図8に示すようなフェイスチャートと対応付けて表示するようにしてもよい。
【0044】
2.第1実施形態の動作
次に、第1実施形態の動作を図面を参照しつつ説明する。図9は、第1実施形態の動作を示すフローチャートである。ここでは、停止していた被験者が、走行を開始し、そのスピードを次第に上げていく場合を一例として説明する。まず、被験者が、ボタンスイッチ111〜115(図3参照)を操作して運動強度測定モードに設定すると(ステップS1)、脈波検出部10によって脈波波形MHが検出される(ステップS2)。
【0045】
次に、体動検出部11が、被験者の体動を示す体動波形THを検出すると(ステップS3)、波形処理部12は体動波形THに波形処理を施す(ステップS4)。この波形処理は、上述したように体動波形THを脈波波形MH中の体動成分MHtに変換する処理であるから、脈波波形MHから体動成分MHtを減算することによって、体動除去部13は体動除去脈波波形MH’を生成する(ステップS5)。
【0046】
次に、呼吸成分抽出部13は、体動除去脈波波形MH’にFFTを施して周波数解析を行う。そして、この解析結果に基づいて、体動除去脈波波形MH’の各周波数成分のうち、最大ピーク周波数を特定する(ステップS6)。この場合、脈波成分の基本周波数Fm1が特定される。この後、呼吸成分抽出部13は、Fm1未満の最大ピーク周波数を特定することによって、呼吸成分の基本波周波数Fv1を検知する(ステップS7)。次に、呼吸成分抽出部13は、呼吸周波数成分を算出する。具体的には、基本波周波数Fv1を整数倍することによって各高調波周波数Fv2、Fv3、Fv4…を検出し、基本波周波数Fv1と各高調波周波数Fv2、Fv3、Fv4…に各々対応するレベルL1,L2,L3,L4…を求める。
【0047】
次に、評価部15は、呼吸周波数成分L1,L2,L3,L4…に基づいて、呼吸周波数成分の歪率Kを算出する(ステップS9)。上述したように歪率Kと運動強度Xの関係はROMに予め格納されているので、歪率Kに基づいてROMをアクセスすることによって、運動強度Xを求める(ステップS10)。この後、表示部16に運動強度Xが表示され、これにより、運動強度Xが被験者に告知される。
【0048】
このように、第1実施形態にあっては、体動検出部11および波形処理部12によって脈波波形MHに重畳している体動成分MHtを生成し、これを除去しているので、呼吸成分抽出部14は運動中であっても呼吸成分を抽出することが可能である。また、呼吸成分の歪率Kに基づいて運動強度Xを算出したので、被験者の負担にならず、かつ、簡易に運動強度Xを知ることができる。
【0049】
D.第2実施形態
1.第2実施形態の構成
本発明の第2実施形態に係わる運動強度検出装置1の構成を図面を参照しつつ説明する。第2実施形態に係わる運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様である。また、第2実施形態に係わる運動強度検出装置1の電気的構成については、呼吸成分成分抽出部14および評価部15の内部構成を除いて、図5に示す第1実施形態に係わる運動強度検出装置1と同様である。以下、呼吸成分成分抽出部14および評価部15について説明する。
【0050】
図10は第2実施形態に係わる呼吸成分抽出部14および評価部15の内部構成を示すブロック図である。まず、呼吸成分抽出部14は、ウエーブレット変換部20、呼吸成分生成部21および逆ウエーブレット変換部22から構成される。
【0051】
1−1:ウエーブレット変換部
ウエーブレット変換部20は、体動除去部13から出力される体動除去脈波波形MH’に対して周知のウエーブレット変換を施して、体動除去脈波解析データMKDを生成する。
【0052】
一般に、信号を時間と周波数の両面から同時に捉える時間周波数解析において、ウエーブレットは信号の部分を切り出す単位となる。ウエーブレット変換は、この単位で切り出した信号各部の大きさを表している。ウエーブレット変換を定義するために基底関数として、時間的にも周波数的にも局在化した関数ψ(x)をマザー・ウエーブレットとして導入する。ここで、関数f(x)のマザー・ウエーブレットψ(x)によるウエーブレット変換は次のように定義される。
【数1】
【0053】
数1においてbは、マザー・ウエーブレットψ(x)をトランスレート(平行移動)する際に用いるパラメータであり、一方、aはスケール(伸縮)する際のパラメータである。したがって、数1においてウエーブレットψ((x−b)/a)は、マザー・ウエーブレットψ(x)をbだけ平行移動し、aだけ伸縮したものである。この場合、スケールパラメータaに対応してマザー・ウエーブレットψ(x)の幅は伸長されるので、1/aは周波数に対応するものとなる。
【0054】
ここで、ウエーブレット変換部20の詳細な構成について説明する。図11はウエーブレット変換部20の詳細な構成を示すブロック図である。このウエーブレット変換部20は、上記した数1の演算処理を行う構成であって、クロックCKが供給され、クロック周期で演算処理が行われるようになっている。図示するようにウエーブレット変換部20は、マザー・ウエーブレットψ(x)を記憶する基底関数記憶部W1、スケールパラメータaを変換するスケール変換部W2、バッファメモリW3、トランスレートを行う平行移動部W4および乗算部W5から構成される。なお、基底関数記憶部W1に記憶するマザー・ウエーブレットψ(x)としては、ガボールウエーブレットの他、メキシカンハット、Haarウエーブレット、Meyerウエーブレット、Shannonウエーブレット等が適用できる。
【0055】
まず、基底関数記憶部W1からマザー・ウエーブレットψ(x)が読み出されると、スケール変換部W2はスケールパラメータaの変換を行う。ここで、スケールパラメータaは周期に対応するものであるから、aが大きくなると、マザー・ウエーブレットψ(x)は時間軸上で伸長される。この場合、基底関数記憶部W1に記憶されるマザー・ウエーブレットψ(x)のデータ量は一定であるので、aが大きくなると単位時間当たりのデータ量が減少してしまう。スケール変換部W2は、これを補うように補間処理を行うとともに、aが小さくなると間引き処理を行って、関数ψ(x/a)を生成する。このデータはバッファメモリW3に一旦格納される。
【0056】
次に、平行移動部W4はバッファメモリW3からトランスレートパラメータbに応じたタイミングで関数ψ(x/a)を読み出すことにより、関数ψ(x/a)の平行移動を行い関数ψ(x−b/a)を生成する。
【0057】
次に、乗算部W5には、図示せぬA/D変換器を介して体動除去脈波波形MH’をA/D変換して得た体動除去脈波データMH’が供給される。乗算部W4は、変数1/a1/2、関数ψ(x−b/a)および体動除去脈波データMH’を乗算してウエーブレット変換を行い、体動除去脈波解析データMKDを生成する。この例において、体動除去脈波解析データMKDは、0Hz〜0.5Hz、0.5Hz〜1.0Hz、1.0Hz〜1.5Hz、1.5Hz〜2.0Hz、2.0Hz〜2.5Hz、2.5Hz〜3.0Hz、3.0Hz〜3.5Hz、3.5Hz〜4.0Hzといった周波数領域に分割されて出力される。
【0058】
1−2:呼吸成分生成部
次に、呼吸成分生成部21は、体動除去脈波解析データMKDを各周波数領域で比較し、最大のエネルギー成分を有する領域を特定し、それ以上の周波数成分を除去して、呼吸波形解析データVKDを生成する。最大エネルギー成分を有する周波数領域以上を除去したのは、最大エネルギー成分を有する周波数領域に脈波成分の基本波周波数成分が存在するからである。
【0059】
いまここで、体動除去脈波解析データMKDが図12に示すものであるとすれば、各期間t1〜t8において、図13に斜線で示す領域が最大エネルギー成分として特定される。この場合、斜線で示した領域以上の高域周波数領域は、「0」に置換されて、図14に示すデータが、呼吸波形解析データVKDとして生成される。
【0060】
1−3:逆ウエーブレット変換部
次に、逆ウエーブレット変換部22は、ウエーブレット変換部20と相補的な関係にあり、以下に示す数2を演算し、呼吸波形データVDを生成し、これにA/D変換を施して呼吸波形VHを出力する。
【数2】
【0061】
このようにして、呼吸成分抽出部14は、体動除去脈波データMH’に基づいて呼吸波形VHを抽出する。次に、評価部15は、ゼロクロスコンパレータ23、デューティ比検出部24および運動強度テーブル25から構成される。
【0062】
1−4:ゼロクロスコンパレータ
まず、ゼロクロスコンパレータ23は、例えば、図15に示すようにコンデンサCとオペアンプOPから構成される。コンデンサCの値は、呼吸波形VHが十分通過するように設定される。オペアンプOPは、呼吸波形VHをゼロレベルと比較して矩形波Sを生成するが、コンデンサCを介して呼吸波形VHがオペアンプOPに供給されるので、矩形波Sは、呼吸波形VHの平均値レベルを閾値として波形整形を行っている。
【0063】
ところで、上述したように、人の呼吸は運動強度Xが大きくなるにつれ、吸入時間と排出時間の差がなくなる。このため、運動強度Xが大きくなるにつれ、矩形波Sのデューティ比は50%に近ずく。
【0064】
1−5:デューティ比検出部
次に、デューティ比検出部24の回路図を図16に、また、そのタイミングチャートを図17に示す。クロック信号CK(図17(a)参照)は、各々ゲート241,242の一方の入力に供給される。また、ゲート241の他方の入力には矩形波S(図17(b)参照)が供給され、ゲート242の他方の入力にはインバータ240によって反転された矩形波Sが供給される。ここで、各ゲート241,242によって、クロック信号CKは制限されるから、ゲート241の出力信号は図17(c)に示すように矩形波Sがハイレベルの期間のみクロック信号CKを通過させる。一方、ゲート242の出力信号は図17(d)に示すように矩形波Sがローレベルの期間にのみクロック信号CKを通過させる。
【0065】
各ゲート241,242の出力信号はカウンタ243,244に各々供給されるから、カウンタ243のカウント値C1は矩形波Sのハイレベル期間を、カウンタ244のカウント値C2は矩形波Sのローレベル期間を示すものとなる。
【0066】
そして、除算器245は、C1/C2を算出し、これをデューティ比として出力する。なお、図17に示す時刻Tにおいて除算演算が実行され、またカウンタ243,244はその直後にリセットされるようになっている。
【0067】
この例における除算結果DRは、ハイレベル期間C1/ローレベル期間C2であるから、運動強度Xが大きくなるにつれ、演算結果DRは「1」に近づく。しかしながら、運動強度Xがある限界を越えて増大すると、呼吸波形が大幅に乱れるため、そのような運動強度Xにあっては、演算結果DRの変化が激しい。また逆に、通常の運度強度Xの領域では、呼吸波形のデューティ比が急に変化するようなことはない。以下に説明する構成は、演算結果DRの連続性、換言すれば、デューティ比の連続性を検出することによって、運動強度Xの限界値Xmaxを特定するものである。
【0068】
演算結果DRは、メモリ246に供給され記憶される。なお、記憶内容は、次の演算結果DRが出力される毎に更新されるようになっている。減算器247が現在の演算結果DRから直前の演算結果DR’を減算すると、比較器248は減算結果ΔDRが予め定められた範囲内にあるか否かを判定する。具体的には、以下に示す式を満たすか否かを判定する。
+K>ΔDR>−K
ここで+K,−Kは、運動強度Xが限界値Xmaxを越えて、呼吸波形のデューティ比の連続性がなくなるか否かが判定できるように定められる。
【0069】
上記した式を満たす場合には、通常の運動強度であると判定され比較器248の出力信号はハイレベルになる。一方、上記した式を満たさない場合には、運動強度Xが限界値Xmaxを越えていると判定され比較器248の出力信号はローレベルになる。
【0070】
合成器249は、比較器248の出力信号がハイレベルであれば、演算結果DRを出力し、一方、比較器248の出力信号がローレベルであれば、演算結果DRが取り得ない値、例えば、「0」を出力する。
【0071】
1−6:運動強度テーブル
次に、運動強度テーブル25(図9参照)は、ROM等で構成されており、そこには、演算結果DRに対応付けられて運動強度Xが格納されている。したがって、演算結果DRを参照して運動強度テーブル25にアクセスすれば、運動強度Xを求めることができる。また、演算結果DRが取り得ない値が入力された場合、例えば、「0」の場合には、限界値Xmaxが出力されるようになっている。
これにより、脈波波形から呼吸波形を抽出して、そのデューティ比から運動強度Xを求めることができる。
【0072】
2:第2実施形態の動作
次に、図面を参照して第2実施形態の動作を説明する。図18は第2実施形態に係わる運動強度検出装置1のフローチャートである。図において、ステップS1〜ステップS5までの処理は、図9に示す第1実施形態の動作と同様であり、脈波波形から体動波形が除去されて、体動除去脈波波形MH’が生成される。
【0073】
この後、ウエーブレット変換部20によって、体動除去脈波データMH’にウエーブレット変換処理が施され、体動除去脈波解析データMKDが生成される。この体動除去脈波解析データMKDには、脈波成分と呼吸成分が含まれるが、脈波成分は呼吸成分よりも高い周波数領域に存在し、かつ、脈波成分のエネルギーは呼吸成分のエネルギーと比較して大きい。このため、呼吸成分生成部21は、体動除去脈波解析データMKDの最大エネルギー周波数領域以上を「0」に置換して、呼吸波形データVKDを生成する(ステップS21)。
【0074】
次に、逆ウエーブレット変換部22が、呼吸波形データVKDに逆ウエーブレット変換を施して呼吸波形VHを生成すると、ゼロクロスコンパレータ23は呼吸波形VHをその平均値レベルで比較して矩形波Sを生成する。この後、デューティ比検出部24は、矩形波Sのデューティ比を検出する(ステップS23)。
【0075】
次に、運動強度テーブル25が、デューティ比検出部24の出力データを参照して運動強度Xを求めると(ステップS24)、表示部16は運動強度Xを表示する(ステップS25)。これにより、運動強度Xが被験者に告知される。
【0076】
このように、第2実施形態にあっては、体動検出部11および波形処理部12によって脈波波形MHに重畳している体動成分MHtを生成し、これを除去しているので、呼吸成分抽出部14は運動中であってもウエーブレット変換を用いて呼吸波形を抽出することが可能である。また、呼吸波形のデューティ比に基づいて運動強度Xを算出したので、被験者の負担にならず、かつ、簡易に運動強度Xを知ることができる。
【0077】
E.第3実施形態
1.第3実施形態の構成
本発明の第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の構成を図面を参照しつつ説明する。第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様である。また、第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の電気的構成については、体動除去をFFT処理した後に行う点を除いて、図5に示す第1実施形態に係わる運動強度検出装置1と同様である。
【0078】
図19は第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の構成を示すブロック図である。図において、30,31は第1のFFT処理部、第2のFFT処理部であって、CPU等によって構成される。第1のFFT処理部30は、脈波波形MHにFFT処理を施して、脈波解析データMFDを生成する。また、第2のFFT処理部31は、体動波形THにFFT処理を施して、体動解析データTFDを生成する。
【0079】
次に、体動除去部13は、脈波解析データMFDの各スペクトラム周波数成分の内、体動解析データTFDの各スペクトラム周波数に対応するスペクトラム周波数成分成分を除去して、体動除去脈波解析データMKDを生成する。この体動除去脈波解析データMKDにおいて、低域の周波数領域における最大ピーク周波数が呼吸成分の基本波周波数Fv1であり、高域の周波数領域における最大ピーク周波数が脈波の基本周波数Fm1となる。
【0080】
次に、呼吸成分抽出部14、評価部15および表示部16は、第1実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【0081】
2.第3実施形態の動作
次に、第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の動作を図面を参照しつつ説明する。図20は第3実施形態に係わる運動強度検出装置1の動作を示すフローチャートである。
まず、装置本体が運動強度測定モードに設定されると(ステップS1)、脈波検出部10は脈波波形MHを検出する。この後、第1のFFT処理部30は脈波波形MHにFFT処理を行い、脈波解析データMFDを生成する(ステップS32)。一方、体動検出部11が、被験者の体動を示す体動波形THを検出すると、第2のFFT処理部31は体動波形THにFFT処理を行い、体動解析データTFDを生成する。
【0082】
次に、体動除去部13は、脈波解析データMFDから体動成分を除去して体動除去脈波解析データMKDを生成する。図21は、脈波解析データMFD、体動解析データTFDおよび体動除去脈波解析データMKDの関係について、その一例を示す図である。この図を用いて、体動除去の動作を説明する。まず、図21(a)は脈波解析データMFDの内容を示しており、図21(b)は体動解析データTFDの内容を示している。この例にあっては、体動除去部13は、体動解析データTFDに基づいて、図21(b)に示す各スペクトル周波数Ft1〜Ft6を特定する。この後、体動除去部13は、脈波解析データMFDの各スペクトラム周波数成分の内、スペクトル周波数Ft1〜Ft6に対応するスペクトラム周波数成分を除去して、図21(c)に示す体動除去脈波解析データMKDを生成する。
ところで、体動波形THは、例えば、腕の振りの加速度そのものとして検出されるが、血流は血管や組織の影響を受けるので、脈波解析データMFDの体動成分と体動解析データTFDは一致しない。具体的には、図21(b)と図21(a)に示すように、スペクトル周波数Ft1〜Ft6に対応する各スペクトラム周波数成分が、脈波解析データMFDと体動解析データTFDで異なる。このため、この例では、脈波解析データMFDから体動解析データTFDを減算するのではなく、スペクトル周波数Ft1〜Ft6に対応するスペクトラム周波数成分を除去するようにしている。これにより、体動成分を十分に除去したを生成することができる。
【0083】
次に、呼吸成分抽出部13は、体動除去脈波解析データMKDに基づいて、その各スペクトル周波数成分のうち、最大ピーク周波数を特定する(ステップS35)。この場合、脈波成分の基本周波数Fm1が特定される。この後、第1実施形態で図9を用いて説明したステップS7〜ステップS11の処理が行われ、表示部16に運動強度Xが表示される。
【0084】
このように、第3実施形態にあっては、脈波波形MHおよび体動波形THにFFT処理を各々施して、体動成分を除去しているので、第1実施形態で説明した波形処理部12を省略することができる。これにより、呼吸成分抽出部14は運動中であっても呼吸成分を抽出することが可能である。また、呼吸成分の歪率Kに基づいて運動強度Xを評価部15で算出したので、被験者の負担にならず、かつ、簡易に運動強度Xを知ることができる。
【0085】
F.第4実施形態
上述した第1〜第3実施形態にあっては、体動を除去するため、体動検出部10を用いて体動波形を検出し、これに基づいて脈波波形MHの周波数成分から体動成分を除去するようにしたが、第4実施形態は体動検出部10を用いることなく体動成分を除去するものである。
【0086】
1.第4実施形態の全体構成
本発明の第4実施形態に係わる運動強度検出装置1の構成を図面を参照しつつ説明する。第4実施形態に係わる運動強度検出装置1の外観構成は第1実施形態と同様である。また、第4実施形態に係わる運動強度検出装置1の電気的構成を図22に示す。なお、図19に示す構成と同一の構成には同一の符号を付す。
【0087】
図22において、図19に示す第3実施形態の運動強度検出装置1と構成が相違するのは、体動検出部11および第2のFFT処理部31が設けられていない点、体動除去部13の替わりに脈波成分除去部14が設けられている点、呼吸成分抽出部13の内部構成を変更した呼吸成分抽出部13’が設けられている点である。以下、相違点について説明する。
【0088】
2.脈波成分除去部
次に、脈波成分除去部13’は、ローパスフィルタで構成され、脈波解析データMFDから脈波成分を除去して、脈波成分除去解析データMD’を生成する。ここで、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、脈波成分の基本波周波数よりも若干低く選ばれる。その理由は、体動成分の基本波周波数および呼吸成分の基本波周波数は、脈波成分の基本波周波数より低いからである。具体的には、安静時において測定された脈波成分の基本波周波数より若干低くカットオフ周波数を設定する。
例えば、脈波解析データMFDとローパスフィルタのカットオフ周波数fcが図23に示す関係にあるとすれば、脈波成分除去解析データMD’は図24に示すものとなる。
【0089】
3.呼吸成分抽出部
次に、呼吸成分抽出部13’は脈波成分除去解析データMD’から呼吸成分を抽出するものであって、CPU等によって構成される。図25は呼吸成分抽出部13’の詳細な機能構成を示すブロック図である。
【0090】
図において、スペクトル抽出部40は脈波成分除去解析データMD’の各スペクトル周波数から、2つのスペクトル周波数を1組として抽出し、低い方のスペクトル周波数を基本周波数テーブル41に出力するとともに、高い方のスペクトル周波数を差分検出部42に出力する。
【0091】
例えば、脈波成分除去解析データMD’が図24に示すものであれば、各スペクトル周波数f1〜f14のなから、任意のスペクトル周波数を1組として抽出する。この場合、抽出されるスペクトル周波数の組としては、14C2組ある。また、スペクトル周波数の組が、f1とf3であれば、f1が基本周波数テーブル41に、f3が差分検出部42に出力される。
【0092】
次に、基本周波数テーブル41は、ROM等によって構成され、そこには呼吸成分の基本波周波数fm1に対応付けて体動成分の基本波周波数Ft1が予め格納されてある。この基本周波数テーブル41の内容は、実測値から構成される。
本発明者らは、基本周波数テーブル41のデータを設定するにあたり、被験者に対し走行速度を段階的に変化させ、走行ピッチと呼吸数の関係を実測した。図26は、その実験結果を示したものである。走行ピッチとは、単位時間当たりの歩数である。この例にあっては、脈波検出部10(脈波検出用センサユニット130)は、図3に示すように指の根本に装着されるので、これによって検出される脈波波形MH中に存在する体動成分は、腕の振りに左右される。腕の振りと走行ピッチの関係は、力強く振るか滑らかに振るかにによって異なるが、2ピッチに対して1回の腕の振りであるのが通常である。また、1回の腕の振りの周期が体動波形の1周期に相当する。したがって、走行ピッチ(回/分)をP、呼吸数(回/分)をVとすれば、体動成分の基本周波数Ft1、呼吸成分の基本周波数Fv1は、走行ピッチPと呼吸数Vを用いて以下の式で与えられる。
Ft1=P/(60・2)、 Fv1=V/60
上記した式を用いて、図26に示すグラフを変換すると、体動成分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1の関係が得られる。これを図27に示す。基本周波数テーブル41の内容は、例えば、図27に示すものとなる。
【0093】
次に、差分検出部42は、スペクトル抽出部40から出力される他方のスペクトル周波数と基本周波数テーブル41から出力される周波数の差分を検出する。仮に、スペクトル抽出部40によって抽出されたスペクトル周波数の組が、体動成分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1であるならば、基本周波数テーブル41にはFv1が供給されFt1が出力されるから、差分検出部42の出力は「0」となる。一方、スペクトル抽出部40によって抽出されたスペクトル周波数の組がFv1とF(ただしFv1<F)であるならば、差分検出部42の出力は、「|F−Ft1|」となる。したがって、差分検出部42の出力が最も小さくなるスペクトル周波数の組が、Ft1,Fv1となる。
【0094】
次に、比較部43は、スペクトル抽出部40から出力されるスペクトル周波数の組毎に、差分検出部42の出力を比較して、その値が最も小さくなる組を特定し、当該組を構成するスペクトル周波数の低い方を出力する。この場合、特定される組は、Ft1,Fv1であり、また、Ft1>Fv1の関係があるから、比較部43からは呼吸成分の基本波周波数Fv1が出力される。
【0095】
次に、高調波周波数生成部44は、呼吸成分の基本波周波数Fv1を整数倍して、Fv2、Fv3、Fv4…を生成し、これらに対応する各レベルL1、L2、L3、L4…を呼吸成分として出力する。
このようにして、生成された呼吸成分は、第1実施形態で説明した評価部15に供給され、歪率Kに基づいて運動強度Xが生成され、これが表示部16に表示される。
【0096】
このように、本実施形態によれば、体動成分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1の関係に着目し、体動成分と呼吸成分を呼吸成分抽出部14’で分離するようにしたので、体動検出部11、第2のFFT処理部31等を用いなくとも呼吸成分に基づいて運動強度Xを求めることができる。これにより、小型化、軽量化を図ることができ、被験者により使い勝手のよい運動強度検出装置1を提供することができる。
【0097】
G.変形例
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。
(1)運動強度Xが大きくなると、骨格筋の酸素消費量が増加するため、呼吸数と脈拍数が増加する。ここで、呼吸数と脈拍数には一定の関係がある。図28は、走行時における呼吸数と脈拍数の一例を示す図である。第1〜第4実施形態における呼吸成分抽出部14において、脈拍数との関連でフィルタリング処理を行ってもよい。
【0098】
具体的には、呼吸数と脈拍数の関係を予め格納したテーブルを設けておき、まず、このテーブルを用いて脈拍数(60/fm1)から推定される呼吸数(60/Fv1)を求める。そして、推定される呼吸成分の基本波周波数を中心周波数とするバンドパスファイルタを用いて、呼吸成分の基本周波数Fv1を抽出する。なお、この場合のフィルタリング処理はデジタル的に行えばよい。
これにより、より正確に呼吸成分を抽出することが可能となる。
【0099】
(2)上述した第1実施形態において、第3次高調波成分Fv3は呼吸波形の特徴を最も良く表していると考えられるので、基本波周波数Fv1の第3次高調波成分Fv3に着目して、運動強度Xを求めるようにしてもよい。この場合、呼吸成分抽出部14は、基本波周波数Fv1とその第3次高調波Fv3を抽出する。評価部15は、これらに対応するレベルL1,L3からL3/L1を算出し、L3/L1と運動強度Xとの関係を予め格納した運動強度テーブルを参照して運動強度Xを求める。これにより、歪率Kを算出しなくともよいから、演算処理を簡易にすることができ、この結果、処理を高速にでき、また、CPUの負担を軽減できる。
【0100】
(3)上述した第2実施形態にあっては、FFTを用いて周波数解析を行ったが、本発明はこれに限定されるのではなく、周波数解析を行うのであれば、いかなる手法を用いてもよく、例えば、ウエーブレット変換を用いることができる。ウエーブレット変換では、短い時間で周波数解析を行うことができるが、時間を短くすると周波数解析が粗くなる。そこで、解析時間の一単位(時間分解能)をある程度時間を長くとることによって、周波数領域を細かくすることができる。
【0101】
(4)上述した第2実施形態において、ウエーブレット変換部20は、基底関数展開を行いウエーブレット変換を実現したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ウエーブレット変換をフィルタバンクによって実現してもよい。フィルタバンクの構成例を図29に示す。図において、フィルタバンクは3段で構成されており、その基本単位は、高域フィルタ1Aおよびデシメーションフィルタ1Cと、低域フィルタ1Bおよびデシメーションフィルタ1Cである。高域フィルタ1Aと低域フィルタ1Bは、所定の周波数帯域を分割して、高域周波数成分と低域周波数成分を各々出力するようになっている。この例にあっては脈波データMDの周波数帯域として0Hz〜4Hzを想定しているので、一段目の高域フィルタ1Aの通過帯域は2Hz〜4Hzに設定され、一方、一段目の低域フィルタ1Bの通過帯域は0Hz〜2Hzに設定される。また、デシメーションフィルタ1Cは、1サンプルおきにデータを間引く。
こうして生成されたデータが次段に供給されると、周波数帯域の分割とデータの間引きが繰り返され、最終的には、0Hz〜4Hzの周波数帯域を8分割したデータM1〜M8が得られる。
【0102】
また、高域フィルタ1Aと低域フィルタ1Bとは、その内部に遅延素子(Dフリップフロップ)を含むトランスバーサルフィルタで構成すればよい。ところで、人の脈拍数は40〜200の範囲にあり、脈波波形MHの基本波周波数は、生体の状態に応じて刻々と変動する。この場合、基本波周波数に同期して、分割する帯域を可変することができれば、動的な生体の状態に追従した情報を得ることができる。そこで、トランスバーサルフィルタに供給するクロックを脈波波形MHとさせることによって、分割する帯域を適応的に可変してもよい。
【0103】
(5)上述した第2実施形態において、ウエーブレット変換部20を図29に示すフィルタバンクで構成した場合には、逆ウエーブレット変換部22を図30に示す逆フィルタバンクで構成してもよい。図において、逆フィルタバンクは3段で構成されており、その基本単位は、高域フィルタ2Aおよび補間フィルタ2Cと、低域フィルタ1Bおよび補間フィルタ2Cと、加算器2Dである。高域フィルタ2Aと低域フィルタ2Bは、所定の周波数帯域を分割して、高域周波数成分と低域周波数成分を各々出力するようになっている。また、補間フィルタ2Cは、2サンプル毎に1サンプルを内挿補間する。
【0104】
ここで、波形を再現するためには、図29に示すフィルタバンクと図30に示すフィルタバンクに完全再構成フィルタバンクを用いる必要がある。この場合、高域フィルタ1A,2Aおよび低域フィルタ1B,2Bの特性は、以下の関係があることが必要である。
H0(-Z)F0(Z)+H1(-Z)F1(Z)=0
H0(Z)F0(Z)+H1(-Z)F1(Z)=2Z-L
【0105】
また、高域フィルタ2Aと低域フィルタ2Bとは、その内部に遅延素子(Dフリップフロップ)を含むトランスバーサルフィルタで構成すればよい。
【0106】
(6)また、上述した各実施形態においては、表示部16を告知手段の一例として説明したが、装置から人間に対して告知をするための手段としては以下説明するようなものが挙げられる。これら手段は五感を基準に分類するのが適当かと考えられる。なお、これらの手段は、単独で使用するのみならず複数の手段を組み合わせても良いことは勿論である。そして、以下説明するように、例えば視覚以外に訴える手段を用いれば、視覚障害者であっても告知内容を理解することができ、同様に、聴覚以外に訴える手段を用いれば聴覚障害者に対して告知を行うことができ、障害を持つ使用者にも優しい装置を構成できる。
【0107】
まず、聴覚に訴える告知手段としては、脈象の分析・診断結果などを知らせるための目的、あるいは警告の目的でなされるものなどがある。例えば、ブザーの他、圧電素子、スピーカが該当する。また、特殊な例として、告知の対象となる人間に携帯用無線呼出受信機を持たせ、告知を行う場合にはこの携帯用無線呼出受信機を装置側から呼び出すようにすることが考えられる。また、これらの機器を用いて告知を行うにあたっては、単に告知するだけではなく、何らかの情報を一緒に伝達したい場合も多々ある。そうした場合、伝えたい情報の内容に応じて、以下に示す音量等の情報のレベルを変えれば良い。例えば、音高、音量、音色、音声、音楽の種類(曲目など)である。
【0108】
次に、視覚に訴える告知手段が用いられるのは、装置から各種メッセージ,測定結果を知らせる目的であったり、警告をするためであったりする。そのための手段として以下のような機器が考えられる。例えば、ディスプレイ装置、CRT(陰極線管表示装置),LCD(液晶表示ディスプレ)、プリンタ、X−Yプロッタ、ランプなどがある。なお、特殊な表示装置として眼鏡型のプロジェクターがある。また、告知にあたっては以下に示すようなバリエーションが考えられる。例えば、数値の告知におけるデジタル表示,アナログ表示の別、グラフによる表示、表示色の濃淡、数値そのまま或いは数値をグレード付けして告知する場合の棒グラフ表示、円グラフ、フェイスチャート等である。
【0109】
次に、触覚に訴える告知手段は、警告の目的で使用されることがあると考えられる。そのための手段として以下のようなものがある。まず、腕時計等の携帯機器の裏面から突出する形状記憶合金を設け、この形状記憶合金に通電するようにする電気的刺激がある。また、腕時計等の携帯機器の裏から突起物(例えばあまり尖っていない針など)を出し入れ可能な構造としてこの突起物によって刺激を与える機械的刺激がある。
【0110】
次に、嗅覚に訴える告知手段は、装置に香料等の吐出機構を設けるようにして、告知する内容と香りとを対応させておき、告知内容に応じた香料を吐出するように構成しても良い。ちなみに、香料等の吐出機構には、マイクロポンプなどが最適である。
【0111】
(7)上述した各実施形態においては、脈波検出手段f1の一例として脈波検出用センサユニット130を取りあげ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、脈動を検出できるものであれば、どのようなものであってもよい。
【0112】
例えば、脈波検出用センサユニット130は反射光を利用したものであったが、透過光を利用したものであってもよい。ところで、波長領域が700nm以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向がある。このため、透過光を利用する場合は、発光部から波長が600nm〜1000nmの光を照射し、照射光を組織→血管→組織の順に透過させ、この透過光の光量変化を検出する。透過光は血液中のヘモグロビンの吸収を受けるので、透過光の光量変化を検出することによって、脈波波形を検出することができる。
【0113】
この場合、発光部には、InGaAs系(インジウム−ガリウム−砒素)やGaAs系(ガリウム−砒素)のレーザー発光ダイオードが好適である。ところで、波長が600nm〜1000nmの外光は組織を透過し易いので、受光部に外光が入射すると脈波信号のS/Nが劣化してしまう。そこで、発光部から偏光したレーザー光を照射し、透過光を偏光フィルタを介して受光部で受光するようにしてもよい。これにより、外光の影響を受けることなく、脈波信号を良好なS/N比で検出することができる。
【0114】
この場合には、図31(a)に示すように、発光部200を締着具145の締め付け側に設け、時計本体側には受光部201を設けている。この場合、発光部200から照射された光は、血管143を透過した後、橈骨202と尺骨203の間を通って、受光部201に達する。なお、透過光を用いる場合には、照射光は組織を透過する必要があるため、組織の吸収を考慮すると、その波長は600nm〜1000nmであることが望ましい。
【0115】
また、同図(b)は検出部位を耳朶とする例である。把持部材204と把持部材205は、バネ207で付勢され、軸206を中心に回動できるようになっている。また、把持部材204と把持部材205には、発光部200と受光部201が設けられている。この脈波検出部を用いる場合には、耳朶を把持部材204と把持部材205で把持して脈波を検出する。なお、反射光を用いる場合には、同図(c)に示すように指尖部から脈波波形MHを検出するようにしてもよい。
【0116】
次に、光電式脈波センサを眼鏡と組み合わせた使用態様を説明する。なお、この眼鏡の形態では、使用者に対する告知手段としての表示装置も一緒に組み込まれた構造になっている。したがって、脈波検出部として以外に表示装置としての機能についても併せて説明する。
図32は、脈波検出部が接続された装置を眼鏡に取り付けた様子を表わす斜視図である。図のように、装置本体は本体75aと本体75bに分かれ、それぞれ別々に眼鏡の蔓76に取り付けられており、これら本体が蔓76内部に埋め込まれたリード線を介して互いに電気的に接続されている。
【0117】
本体75aは表示制御回路を内蔵しており、この本体75aのレンズ77側の側面には全面に液晶パネル78が取り付けられ、また、該側面の一端には鏡79が所定の角度で固定されている。さらに本体75aには、光源(図示略)を含む液晶パネル78の駆動回路と、表示データを作成するための回路が組み込まれている。この光源から発射された光は、液晶パネル78を介して鏡79で反射されて、眼鏡のレンズ77に投射される。また、本体75bには、装置の主要部が組み込まれており、その上面には各種のボタンが設けられている。なお、これらボタン80,81の機能は装置毎に異なる。また。光電式脈波センサを構成するLED32およびフォトトランジスタ33(図4を参照)はパッド82,83に内蔵されると共に、パッド82,83を耳朶へ固定するようになっている。これらのパッド82,83は、本体75bから引き出されたリード線84,84によって電気的に接続されている。
【0118】
次に、圧力センサによって脈波波形MHを検出する例を説明する。図33(a)は圧力センサを用いた脈波診断装置の外観構成を示す斜視図である。この図に示すように、脈波診断装置1には、一対のバンド144,144が設けられており、その一方の締着具145の締め付け側には、圧力センサ130’の弾性ゴム131が突出して設けられている。締着具145を備えるバンド144は、圧力センサ130による検出信号を供給するべくFPC(Flexible Printed Circuit)基板を軟性プラスチックで被覆した構造(詳細は図示省略)となっている。
【0119】
また、使用時においては、図33(b)に示すように、締着具145に設けられた弾性ゴム131が橈骨動脈143の近傍に位置するべく、腕時計146が被験者の左腕147に巻回される。このため、脈波を恒常的に検出することが可能となる。なお、この巻回については通常の腕時計の使用状態と何等変わることがない。こうして弾性ゴム131が、被験者の橈骨動脈143近傍に押圧されると、該動脈の血流変動(すなわち脈波)が弾性ゴム131を介して圧力センサ130’に伝達され、圧力センサ130’はこれを血圧として検知する。
【0120】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の発明特定事項によれば、脈波波形から呼吸成分を抽出し、これを周波数解析することによって、運動強度を算出するようにしたので、簡易な構成で運動強度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 運動強度と呼吸波形の関係を示す図である。
【図2】 本実施形態に係わる運動強度検出装置の機能ブロック図である。
【図3】 第1実施形態に係わる運動強度検出装置の外観構成を示す斜視図である。
【図4】 同実施形態に係わる脈波検出用センサユニットの回路図である。
【図5】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図6】 体動除去脈波データMH’にFFT処理を施した結果を示す図である。
【図7】 図6における低域周波数領域LFの拡大図である。
【図8】 同実施形態の表示部の一態様を示すフェイスチャートである。
【図9】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図10】 第2実施形態に係わる呼吸成分抽出部および評価部の内部構成を示すブロック図である。
【図11】 同実施形態に係わるウエーブレット変換部の構成を示すブロック図である。
【図12】 同実施形態に係わる体動除去脈波解析データMKDの一例を示す図である。
【図13】 図12に示した体動除去脈波解析データMKDの最大エネルギー領域を示す図である。
【図14】 同実施形態に係わる呼吸波形解析データVKDの一例を示す図である。
【図15】 同実施形態に係わるゼロクロスコンパレータの回路図である。
【図16】 同実施形態に係わるデューティ比検出部の回路図である。
【図17】 同実施形態に係わるデューティ比検出部のタイミングチャートである。
【図18】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図19】 第3実施形態に係わる運動強度検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図20】 同実施形態に係わる運動強度検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図21】 同実施形態に係わる脈波解析データMFD、体動解析データTFDおよび体動除去脈波解析データMKDの関係について、その一例を示す図である。
【図22】 第4実施形態に係わる運動強度検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図23】 同実施形態に係わる脈波解析データMFDとカットオフ周波数fcの関係の一例を示す図である。
【図24】 同実施形態に係わる脈波成分除去解析データMD’の一例を示す図である。
【図25】 同実施形態に係わる呼吸成分抽出部13’の詳細な構成を示すブロック図である。
【図26】 同実施形態において走行ピッチと呼吸数の関係を実測した結果を示す図である。
【図27】 同実施形態において体動成分の基本周波数Ft1と呼吸成分の基本周波数Fv1の関係を示すグラフである。
【図28】 呼吸数と脈拍数の関係を示す図である。
【図29】 フィルタバンクの構成例を示すブロック図である。
【図30】 逆フィルタバンクの構成例を示すブロック図である。
【図31】 変形例に係わる光電式脈波センサの例を示す図である。
【図32】 変形例において光電式脈波センサを眼鏡に応用した例を示す図である。
【図33】 変形例において圧力センサを用いた脈波診断装置の外観構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
MH 脈波波形
10 脈波検出部(脈波検出手段)
130 脈波検出用センサユニット(脈波検出手段)
11 体動検出部(体動検出手段)
TH 記体動波形
MH’体動除去脈波波形,体動除去脈波データ
13 体動除去部(体動除去手段)
14 呼吸成分抽出手部(呼吸成分抽出手段)
15 評価部(運度強度生成手段)
MKD 体動除去脈波解析データ
20 ウエーブレット変換部
VKD 呼吸波形解析データ
21 呼吸成分生成部(呼吸波形生成部)
22 逆ウエーブレット変換部(呼吸波形生成部)
VH 呼吸波形
30 第1のFFT処理部(第1の周波数解析部、周波数解析部)
31 第2のFFT処理部(第2の周波数解析部)
13’脈波成分除去部、
41 基本周波数テーブル
42 差分検出部(周波数特定部)
43 比較部(周波数特定部)
44 高調波周波数生成部(周波数特定部、抽出部)
16 表示部(告知手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exercise intensity detection apparatus suitable for detecting exercise intensity from a pulse waveform.
[0002]
[Prior art]
As a method for measuring exercise intensity such as running or weight training, a method for measuring the lactic acid concentration in blood is known. In this measurement method, focusing on the fact that lactic acid is a fatigue substance, it is determined that the exercise intensity is high when the lactic acid concentration is high.
Here, if the person who is training during the exercise can know the exercise intensity himself, it is convenient to perform health management and scientific training. However, in order to measure the lactic acid concentration, it is necessary to collect blood and examine the concentration, so it is impossible to perform measurement while continuing exercise.
Therefore, the present inventors have repeatedly studied on an index representing exercise intensity, and found that there is a close relationship between the respiratory waveform and the exercise intensity.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Here, how to measure the respiratory waveform is an important problem. First, as a method of measuring the respiratory waveform of a subject who is resting, such as a sick person, wrap a band around the chest or abdomen to measure the stretched state, put a thermocouple in the nostril, count fluctuations in resistance value, etc. This method is general. However, it is extremely troublesome and inconvenient for a subject who performs daily health care or a subject who performs training to wear such a thing.
[0004]
By the way, when the frequency component of the fluctuation of the RR cycle of the electrocardiogram of the subject in a resting state is analyzed, a component corresponding to the respiratory rate exists. Since the pulse wave is synchronized with the electrocardiogram, the fluctuation frequency component of the pulse wave period (or pulse wave amplitude) includes a component corresponding to the respiratory waveform.
Therefore, an apparatus for measuring a respiratory waveform based on an electrocardiogram or a pulse wave by extracting such a component is known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-22627 discloses a technique for measuring a series of pulse intervals, measuring a change period of these pulse intervals, and calculating a respiration rate by the reciprocal of the change period.
[0005]
In Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-51912, the first respiratory rate is detected based on the fluctuation period of the RR interval of the electrocardiogram waveform or the fluctuation of the envelope of the peak value of the pulse waveform, and the reciprocation of the abdominal surface of the subject A technique is disclosed in which a second respiration rate is detected by detecting exercise, and the lower one of the first and second respiration rates is recorded and displayed.
[0006]
In addition, in the actual utility model 4-136207, the respiratory rate is estimated based on the period of fluctuation of the amplitude of the pulse wave waveform, and the average value of the pulse wave waveform (swell of the low frequency component) is calculated. A technique for reducing the influence of swell and noise by using data when the inclination is small is disclosed.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-142082 discloses a technique for multiplying the subject's pulse rate and the maximum blood pressure value obtained sequentially, and calculating the respiration rate based on the pulsation cycle of the multiplied value. In addition, Japanese Utility Model Publication No. 6-22325 discloses a technique for determining the respiration rate of a living body based on a change period of a curve connecting peak values of pulse waves.
[0008]
However, if the subject is exercising, the electromyogram waveform is superimposed on the electrocardiogram waveform, and the body motion component is superimposed on the pulse wave. Since these components may have a higher level than the component corresponding to the respiratory waveform, there is a problem that the respiratory waveform is erroneously calculated.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an exercise intensity detection device that extracts a respiratory component from a pulse wave waveform and easily detects exercise intensity based on the extracted respiratory component.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to
[0011]
In the invention according to
[0012]
Further, in the invention according to
[0013]
In the invention according to
[0014]
Further, in the invention according to
[0015]
In the invention according to
[0016]
In the invention according to
[0017]
In the invention according to
[0018]
Further, in the invention according to
[0019]
In the invention according to
[0020]
In the invention according to
[0021]
In the invention according to
[0022]
Further, in the invention according to
[0023]
Further, in the invention according to
[0024]
The invention according to
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A. principle
As the exercise intensity increases, the oxygen consumption of the skeletal muscle increases, so the respiration rate increases. Here, the relationship between the exercise intensity and the respiratory waveform is shown in FIG. In the figure, the + direction on the vertical axis indicates inhalation and the − direction indicates discharge. FIG. 4A shows a breathing waveform at rest (exercise intensity X1), FIG. 2B shows a breathing waveform at exercise intensity X2, FIG. 3C shows a breathing waveform at exercise intensity X3, and FIG. ) Shows a respiratory waveform at the exercise intensity X4, and the exercise intensities X1 to X4 have the following relationship.
X1 <X2 <X3 <X4
[0026]
From this figure, when resting, the inhalation time is longer than the excretion time, but as the exercise intensity increases, the difference between the inhalation time and the excretion time decreases, the respiratory waveform gradually approaches a sine wave, and the exercise intensity further increases. It can be seen that the respiratory waveform is greatly disturbed.
[0027]
Here, the fact that the respiratory waveform approaches a sine wave means that the harmonic component with respect to the fundamental component is reduced. In particular, unless the exercise intensity exceeds a certain limit, the respiratory waveform changes from a sawtooth wave to a sine wave, so that the third harmonic component decreases as the exercise intensity increases.
Therefore, an index of exercise intensity can be obtained by frequency analysis of the respiratory waveform.
[0028]
The present applicant pays attention to this point and extracts the respiratory component from the pulse wave waveform and analyzes the frequency to detect the exercise intensity.
[0029]
B. Functional configuration
Next, functions of the exercise intensity detection device according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a functional block diagram of the exercise intensity detection device according to the present embodiment. In the figure, f1 is a pulse wave detection means for detecting a pulse wave waveform from a detection part of a living body. For example, an optical pulse wave sensor or a pressure sensor is applicable. Further, f2 is a body motion detecting means for detecting a body motion waveform indicating the body motion of the living body. For example, an acceleration sensor is applicable.
[0030]
Further, f3 is a body motion removing unit, which generates a body motion component in the pulse waveform based on the body motion waveform, and removes the body motion component from the pulse waveform to generate a body motion removed pulse waveform. . Specifically, by applying appropriate waveform processing to the body motion waveform and subtracting this from the pulse waveform, or analyzing the frequency spectrum of the pulse waveform and the frequency spectrum of the body motion waveform, respectively. A body motion removal waveform can be generated by removing a waveform having the same frequency as the frequency spectrum of the waveform from the frequency spectrum of the pulse wave waveform.
[0031]
Further, f4 is a respiratory component extracting means for extracting a respiratory component based on the body motion removal pulse wave waveform. The respiratory component extraction means f4 includes, for example, a wavelet conversion unit that performs wavelet conversion on a body motion removal pulse wave waveform to generate body motion removal pulse wave analysis data, and a pulse wave component from the body motion removal pulse wave analysis data. A respiratory waveform generation unit that generates respiratory waveform analysis data by removing the frequency component corresponding to the above, and applies a reverse wavelet to the respiratory waveform analysis data to generate a respiratory waveform as the respiratory component. Further, f5 is a mobility intensity generating means for calculating the exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extracting means. In this case, the exercise intensity can be calculated based on the ratio of frequency components obtained by performing frequency analysis on the extracted respiratory components.
[0032]
C. First embodiment
1. Configuration of the first embodiment
The configuration of the exercise
1-1: External configuration of the first embodiment
FIG. 3 is a perspective view showing an external configuration of the exercise
[0033]
The device
[0034]
Further, inside the
[0035]
Next, the pulse wave
As the
[0036]
First, of the light included in the external light, light having a wavelength region of 700 nm or less tends to be difficult to transmit through the finger tissue, so the external light is applied to the finger portion that is not covered with the sensor fixing band. However, only light in a wavelength region that does not reach the
[0037]
1-2: Electrical configuration of the first embodiment
Next, the electrical configuration of the first embodiment is shown in FIG. In the figure,
[0038]
[0039]
Next,
[0040]
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a result of performing the FFT process on the body motion removal pulse wave data MH ′. In this figure, the maximum peak frequency in the low frequency region LF is the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component, and the maximum peak frequency in the high frequency region HF is the fundamental frequency component Fm1 of the pulse wave. FIG. 7 is an enlarged view of the low frequency region LF in FIG. From this figure, it can be seen that the respiratory component is composed of the fundamental frequency Fv1, harmonics Fv2, Fv3, Fv4,. In this example, the respiratory
[0041]
Next,
K = (L22+ L32+ L42…)1/2/ L1
By the way, as described above, at rest, the inhalation time is longer than the excretion time, but as the exercise intensity X increases, the difference between the inhalation time and the excretion time decreases, and the respiratory waveform gradually approaches a sine wave, Furthermore, when the exercise intensity X increases, the respiratory waveform is greatly disturbed. That is, unless the exercise intensity X exceeds a certain limit, the higher the exercise intensity X, the lower the ratio of the harmonic component to the fundamental wave component. When the exercise intensity X exceeds a certain limit, the ratio of the harmonic component to the fundamental component suddenly increases. This indicates that there is a fixed relationship between the distortion rate K of the respiratory waveform and the mobility intensity X. The distortion K decreases as the exercise intensity X increases, and when the exercise intensity X exceeds a certain limit, the distortion K increases. Means a surge. Therefore, if the relationship between the distortion rate K and the exercise intensity X is obtained in advance, the exercise intensity X can be obtained from the distortion rate K.
[0042]
Next, the exercise intensity X is stored in the ROM in association with the distortion rate K. Therefore, if the ROM is accessed using the distortion rate K as an address, the exercise intensity X can be calculated. In this sense, the ROM functions as an exercise intensity table. It should be noted that the luck strength X may be graded such as 5 levels or 3 levels. In this case, the exercise intensity X stored in the ROM may be expressed by a predetermined number of steps.
[0043]
Next,
[0044]
2. Operation of the first embodiment
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the first embodiment. Here, a case where the subject who has stopped starts running and gradually increases its speed will be described as an example. First, when the subject operates the button switches 111 to 115 (see FIG. 3) to set the exercise intensity measurement mode (step S1), the pulse wave detector MH detects the pulse wave waveform MH (step S2).
[0045]
Next, when the body
[0046]
Next, the respiratory
[0047]
Next, the
[0048]
As described above, in the first embodiment, the body
[0049]
D. Second embodiment
1. Configuration of the second embodiment
The configuration of the exercise
[0050]
FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of the respiratory
[0051]
1-1: Wavelet converter
The
[0052]
In general, in a time-frequency analysis in which a signal is simultaneously captured from both time and frequency, a wavelet is a unit for cutting out a signal portion. The wavelet transform represents the size of each part of the signal cut out in this unit. In order to define the wavelet transform, a function ψ (x) localized in terms of time and frequency is introduced as a mother wavelet as a basis function. Here, the wavelet transformation of the function f (x) by the mother wavelet ψ (x) is defined as follows.
[Expression 1]
[0053]
In
[0054]
Here, a detailed configuration of the
[0055]
First, when the mother wavelet ψ (x) is read from the basis function storage unit W1, the scale conversion unit W2 converts the scale parameter a. Here, since the scale parameter a corresponds to the period, the mother wavelet ψ (x) is expanded on the time axis when a increases. In this case, since the amount of data of the mother wavelet ψ (x) stored in the basis function storage unit W1 is constant, the amount of data per unit time decreases as a increases. The scale conversion unit W2 performs an interpolation process so as to compensate for this, and performs a thinning process when a becomes smaller to generate a function ψ (x / a). This data is temporarily stored in the buffer memory W3.
[0056]
Next, the translation unit W4 reads the function ψ (x / a) from the buffer memory W3 at a timing according to the translation parameter b, thereby translating the function ψ (x / a) and performing the function ψ (x−a). b / a) is generated.
[0057]
Next, body motion removal pulse wave data MH ′ obtained by A / D conversion of the body motion removal pulse wave waveform MH ′ via an A / D converter (not shown) is supplied to the multiplication unit W5. The multiplication unit W4 is a variable 1 / a1/2, Function ψ (x−b / a) and body motion removal pulse wave data MH ′ are subjected to wavelet transform to generate body motion removal pulse wave analysis data MKD. In this example, the body motion removal pulse wave analysis data MKD is 0 Hz to 0.5 Hz, 0.5 Hz to 1.0 Hz, 1.0 Hz to 1.5 Hz, 1.5 Hz to 2.0 Hz, 2.0 Hz to 2. Hz. The output is divided into frequency regions such as 5 Hz, 2.5 Hz to 3.0 Hz, 3.0 Hz to 3.5 Hz, and 3.5 Hz to 4.0 Hz.
[0058]
1-2: Respiratory component generator
Next, the respiratory
[0059]
Now, assuming that the body motion removal pulse wave analysis data MKD is as shown in FIG. 12, in each period t1 to t8, a region indicated by hatching in FIG. 13 is specified as the maximum energy component. In this case, the high frequency region above the region indicated by the oblique lines is replaced with “0”, and the data shown in FIG. 14 is generated as the respiratory waveform analysis data VKD.
[0060]
1-3: Inverse wavelet conversion unit
Next, the inverse wavelet conversion unit 22 has a complementary relationship with the
[Expression 2]
[0061]
In this way, the respiratory
[0062]
1-4: Zero cross comparator
First, the zero-
[0063]
By the way, as described above, as the exercise intensity X increases in human breathing, the difference between the inhalation time and the discharge time disappears. For this reason, as the exercise intensity X increases, the duty ratio of the rectangular wave S approaches 50%.
[0064]
1-5: Duty ratio detection unit
Next, a circuit diagram of the duty
[0065]
Since the output signals of the
[0066]
Then, the
[0067]
Since the division result DR in this example is the high level period C1 / the low level period C2, as the exercise intensity X increases, the calculation result DR approaches “1”. However, if the exercise intensity X increases beyond a certain limit, the respiration waveform is greatly disturbed. Therefore, in such exercise intensity X, the calculation result DR changes greatly. On the other hand, in the region of the normal mobility intensity X, the duty ratio of the respiratory waveform does not change suddenly. The configuration described below specifies the limit value Xmax of the exercise intensity X by detecting the continuity of the calculation result DR, in other words, the continuity of the duty ratio.
[0068]
The calculation result DR is supplied to and stored in the
+ K> ΔDR> −K
Here, + K and -K are determined so that it can be determined whether or not the exercise intensity X exceeds the limit value Xmax and the continuity of the duty ratio of the respiratory waveform is lost.
[0069]
If the above equation is satisfied, it is determined that the exercise intensity is normal, and the output signal of the
[0070]
The
[0071]
1-6: Exercise intensity table
Next, the exercise intensity table 25 (see FIG. 9) is composed of a ROM or the like, in which exercise intensity X is stored in association with the calculation result DR. Therefore, if the exercise intensity table 25 is accessed with reference to the calculation result DR, the exercise intensity X can be obtained. In addition, when a value that cannot be taken as the operation result DR is input, for example, in the case of “0”, the limit value Xmax is output.
Thereby, the respiratory waveform is extracted from the pulse waveform, and the exercise intensity X can be obtained from the duty ratio.
[0072]
2: Operation of the second embodiment
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a flowchart of the exercise
[0073]
Thereafter, the
[0074]
Next, when the inverse wavelet transform unit 22 performs the inverse wavelet transform on the respiration waveform data VKD to generate the respiration waveform VH, the zero-
[0075]
Next, when the exercise intensity table 25 obtains the exercise intensity X with reference to the output data of the duty ratio detection unit 24 (step S24), the
[0076]
As described above, in the second embodiment, the body
[0077]
E. Third embodiment
1. Configuration of the third embodiment
The configuration of the exercise
[0078]
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of the exercise
[0079]
Next, the body
[0080]
Next, since the respiratory
[0081]
2. Operation of the third embodiment
Next, the operation of the exercise
First, when the apparatus main body is set to the exercise intensity measurement mode (step S1), the
[0082]
Next, the body
By the way, the body motion waveform TH is detected as, for example, the acceleration of the swing of the arm itself, but since the blood flow is affected by blood vessels and tissues, the body motion component of the pulse wave analysis data MFD and the body motion analysis data TFD are It does not match. Specifically, as shown in FIGS. 21B and 21A, each spectrum frequency component corresponding to the spectrum frequencies Ft1 to Ft6 is different between the pulse wave analysis data MFD and the body motion analysis data TFD. Therefore, in this example, the body frequency analysis data TFD is not subtracted from the pulse wave analysis data MFD, but the spectrum frequency components corresponding to the spectrum frequencies Ft1 to Ft6 are removed. Thereby, it is possible to generate a body motion component sufficiently removed.
[0083]
Next, the respiratory
[0084]
As described above, in the third embodiment, the pulse wave waveform MH and the body motion waveform TH are each subjected to the FFT processing to remove the body motion component, and thus the waveform processing unit described in the first embodiment. 12 can be omitted. Thereby, the respiratory
[0085]
F. Fourth embodiment
In the first to third embodiments described above, in order to remove body movement, the body movement waveform is detected using the body
[0086]
1. Overall configuration of the fourth embodiment
The configuration of the exercise
[0087]
In FIG. 22, the configuration differs from the exercise
[0088]
2. Pulse wave component removal unit
Next, the pulse wave
For example, if the pulse wave analysis data MFD and the cut-off frequency fc of the low pass filter are in the relationship shown in FIG. 23, the pulse wave component removal analysis data MD ′ is as shown in FIG.
[0089]
3. Respiratory component extraction unit
Next, the respiratory component extraction unit 13 'extracts a respiratory component from the pulse wave component removal analysis data MD', and is configured by a CPU or the like. FIG. 25 is a block diagram showing a detailed functional configuration of the respiratory component extraction unit 13 '.
[0090]
In the figure, the
[0091]
For example, if the pulse wave component removal analysis data MD 'is as shown in FIG. 24, an arbitrary spectral frequency is extracted as one set from each of the spectral frequencies f1 to f14. In this case, as a set of extracted spectral frequencies,14C2There are pairs. If the set of spectral frequencies is f1 and f3, f1 is output to the basic frequency table 41 and f3 is output to the
[0092]
Next, the fundamental frequency table 41 is configured by a ROM or the like, in which the fundamental wave frequency Ft1 of the body motion component is stored in advance in association with the fundamental wave frequency fm1 of the respiratory component. The contents of the basic frequency table 41 are composed of actually measured values.
In setting the data of the basic frequency table 41, the present inventors actually measured the relationship between the running pitch and the respiration rate by changing the running speed stepwise for the subject. FIG. 26 shows the experimental results. The traveling pitch is the number of steps per unit time. In this example, since the pulse wave detection unit 10 (pulse wave detection sensor unit 130) is attached to the base of the finger as shown in FIG. 3, it is present in the pulse wave waveform MH detected thereby. The body motion component to be influenced depends on the swing of the arm. The relationship between the arm swing and the running pitch varies depending on whether the arm swings vigorously or smoothly, but it is usually one arm swing for every two pitches. In addition, one arm swing period corresponds to one period of the body movement waveform. Therefore, if the running pitch (times / minute) is P and the respiratory rate (times / minute) is V, the fundamental frequency Ft1 of the body motion component and the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component use the running pitch P and the respiratory rate V. Is given by
Ft1 = P / (60.2), Fv1 = V / 60
When the graph shown in FIG. 26 is converted using the above equation, the relationship between the fundamental frequency Ft1 of the body motion component and the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is obtained. This is shown in FIG. The contents of the basic frequency table 41 are, for example, as shown in FIG.
[0093]
Next, the
[0094]
Next, the
[0095]
Next, the harmonic
The respiratory component thus generated is supplied to the
[0096]
Thus, according to this embodiment, focusing on the relationship between the fundamental frequency Ft1 of the body motion component and the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component, the body motion component and the respiratory component are separated by the respiratory
[0097]
G. Modified example
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications described below are possible.
(1) As the exercise intensity X increases, the oxygen consumption of the skeletal muscle increases, so the respiratory rate and pulse rate increase. Here, there is a certain relationship between the respiratory rate and the pulse rate. FIG. 28 is a diagram showing an example of respiratory rate and pulse rate during running. In the respiratory
[0098]
Specifically, a table storing the relationship between the respiratory rate and the pulse rate in advance is provided, and first, the respiratory rate (60 / Fv1) estimated from the pulse rate (60 / fm1) is obtained using this table. Then, the fundamental frequency Fv1 of the respiratory component is extracted using a bandpass filter having the estimated fundamental frequency of the respiratory component as the center frequency. Note that the filtering process in this case may be performed digitally.
Thereby, it becomes possible to extract a respiratory component more correctly.
[0099]
(2) In the first embodiment described above, the third harmonic component Fv3 is considered to best represent the characteristics of the respiratory waveform, so pay attention to the third harmonic component Fv3 of the fundamental frequency Fv1. The exercise intensity X may be obtained. In this case, the respiratory
[0100]
(3) In the second embodiment described above, frequency analysis is performed using FFT. However, the present invention is not limited to this, and any method can be used as long as frequency analysis is performed. For example, wavelet transformation can be used. In wavelet transform, frequency analysis can be performed in a short time, but if the time is shortened, the frequency analysis becomes coarse. Therefore, the frequency region can be made finer by taking a unit of analysis time (time resolution) as long as possible.
[0101]
(4) In the second embodiment described above, the
When the data thus generated is supplied to the next stage, the frequency band division and the data thinning are repeated, and finally, data M1 to M8 obtained by dividing the frequency band of 0 Hz to 4 Hz into 8 are obtained.
[0102]
Further, the high-
[0103]
(5) In the second embodiment described above, when the
[0104]
Here, in order to reproduce the waveform, it is necessary to use a completely reconstructed filter bank for the filter bank shown in FIG. 29 and the filter bank shown in FIG. In this case, the characteristics of the high-
H0 (-Z) F0 (Z) + H1 (-Z) F1 (Z) = 0
H0 (Z) F0 (Z) + H1 (-Z) F1 (Z) = 2Z-L
[0105]
Further, the high-
[0106]
(6) Moreover, in each embodiment mentioned above, although the
[0107]
First, there are auditory notification means for the purpose of notifying the analysis / diagnosis result of the phenotype or for the purpose of warning. For example, a buzzer, a piezoelectric element, and a speaker are applicable. As a special example, it is conceivable that a person to be notified has a portable wireless call receiver, and when making a notification, this portable wireless call receiver is called from the apparatus side. In addition, when making a notification using these devices, there are many cases where it is desired not only to notify but also to transmit some information together. In such a case, the level of information such as volume shown below may be changed according to the content of the information to be transmitted. For example, the pitch, volume, tone color, voice, and music type (song number, etc.).
[0108]
Next, the visual notification means is used for the purpose of notifying various messages and measurement results from the apparatus or for giving a warning. The following devices can be considered as means for that purpose. For example, there are a display device, a CRT (cathode ray tube display device), an LCD (liquid crystal display), a printer, an XY plotter, a lamp, and the like. Note that there is a glasses-type projector as a special display device. In addition, the following variations can be considered for notification. For example, there are digital display and numerical display in the notification of numerical values, display by graph, shading of display color, bar graph display when displaying numerical values as they are or after numerical values are graded, a pie chart, a face chart, and the like.
[0109]
Next, it is considered that a tactile notification means may be used for warning purposes. The following means are available for that purpose. First, there is an electrical stimulus for providing a shape memory alloy that protrudes from the back surface of a portable device such as a wristwatch and energizing the shape memory alloy. Further, there is a mechanical stimulus that gives a stimulus by the protrusion as a structure in which a protrusion (for example, a needle that is not very sharp) can be taken in and out from the back of a portable device such as a wristwatch.
[0110]
Next, the notification means appealing to the sense of smell may be configured such that the device is provided with a discharge mechanism such as a fragrance, the content to be notified is associated with the scent, and the fragrance according to the notification content is discharged. good. Incidentally, a micropump or the like is optimal for a discharge mechanism for fragrance or the like.
[0111]
(7) In each of the above-described embodiments, the pulse wave
[0112]
For example, the pulse wave
[0113]
In this case, an InGaAs-based (indium-gallium-arsenic) or GaAs-based (gallium-arsenic) laser light-emitting diode is suitable for the light-emitting portion. By the way, since external light having a wavelength of 600 nm to 1000 nm easily passes through the tissue, the S / N of the pulse wave signal is deteriorated when the external light is incident on the light receiving unit. Therefore, it is also possible to irradiate polarized laser light from the light emitting unit and receive the transmitted light at the light receiving unit via a polarizing filter. As a result, the pulse wave signal can be detected with a good S / N ratio without being affected by external light.
[0114]
In this case, as shown in FIG. 31A, the
[0115]
FIG. 5B shows an example in which the detection site is the earlobe. The gripping
[0116]
Next, a usage mode in which a photoelectric pulse wave sensor is combined with glasses will be described. In the form of glasses, a display device as a notification means for the user is also incorporated. Therefore, the function as a display device in addition to the pulse wave detection unit will be described together.
FIG. 32 is a perspective view illustrating a state in which the apparatus to which the pulse wave detection unit is connected is attached to the glasses. As shown in the figure, the apparatus main body is divided into a
[0117]
The
[0118]
Next, an example in which the pulse waveform MH is detected by the pressure sensor will be described. FIG. 33A is a perspective view showing an external configuration of a pulse wave diagnostic apparatus using a pressure sensor. As shown in this figure, the pulse wave
[0119]
In use, as shown in FIG. 33 (b), the
[0120]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention specific matter of the present invention, the exercise intensity is calculated by extracting the respiratory component from the pulse wave waveform and performing frequency analysis on the extracted respiratory component. Can be calculated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between exercise intensity and respiratory waveform.
FIG. 2 is a functional block diagram of the exercise intensity detection device according to the present embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing an external configuration of the exercise intensity detection device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram of a pulse wave detection sensor unit according to the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the exercise intensity detection device according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a result of performing FFT processing on body motion removal pulse wave data MH ′.
7 is an enlarged view of a low frequency region LF in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a face chart showing one aspect of the display unit of the embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of a respiratory component extraction unit and an evaluation unit according to the second embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a wavelet conversion unit according to the embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing an example of body motion removal pulse wave analysis data MKD according to the embodiment.
13 is a diagram showing a maximum energy region of body motion removal pulse wave analysis data MKD shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing an example of respiratory waveform analysis data VKD according to the embodiment.
FIG. 15 is a circuit diagram of a zero cross comparator according to the same embodiment;
FIG. 16 is a circuit diagram of a duty ratio detection unit according to the embodiment;
FIG. 17 is a timing chart of the duty ratio detection unit according to the embodiment;
FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.
FIG. 19 is a block diagram showing an electrical configuration of the exercise intensity detection device according to the third embodiment.
FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the exercise intensity detection device according to the embodiment.
FIG. 21 is a diagram showing an example of the relationship among pulse wave analysis data MFD, body motion analysis data TFD, and body motion removal pulse wave analysis data MKD according to the embodiment;
FIG. 22 is a block diagram showing an electrical configuration of the exercise intensity detection device according to the fourth embodiment.
FIG. 23 is a diagram showing an example of a relationship between pulse wave analysis data MFD and a cut-off frequency fc according to the same embodiment.
FIG. 24 is a diagram showing an example of pulse wave component removal analysis data MD ′ according to the embodiment.
FIG. 25 is a block diagram showing a detailed configuration of a respiratory component extraction unit 13 'according to the embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing a result of actual measurement of a relationship between a running pitch and a respiration rate in the same embodiment.
FIG. 27 is a graph showing a relationship between a fundamental frequency Ft1 of a body motion component and a fundamental frequency Fv1 of a respiratory component in the same embodiment.
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between respiratory rate and pulse rate.
FIG. 29 is a block diagram illustrating a configuration example of a filter bank.
FIG. 30 is a block diagram illustrating a configuration example of an inverse filter bank.
FIG. 31 is a diagram illustrating an example of a photoelectric pulse wave sensor according to a modification.
FIG. 32 is a diagram showing an example in which the photoelectric pulse wave sensor is applied to eyeglasses in a modified example.
FIG. 33 is a perspective view showing an external configuration of a pulse wave diagnostic apparatus using a pressure sensor in a modified example.
[Explanation of symbols]
MH pulse waveform
10 Pulse wave detector (pulse wave detection means)
130 Pulse wave detection sensor unit (pulse wave detection means)
11 Body motion detection unit (body motion detection means)
TH cursive waveform
MH 'body motion elimination pulse wave waveform, body motion elimination pulse wave data
13 body motion removal unit (body motion removal means)
14 Respiratory component extraction hand (respiratory component extraction means)
15 Evaluation part (means for generating strength of handling)
MKD body motion removal pulse wave analysis data
20 Wavelet converter
VKD respiratory waveform analysis data
21 Respiratory component generator (respiratory waveform generator)
22 Inverse wavelet converter (respiration waveform generator)
VH respiratory waveform
30 First FFT processing unit (first frequency analysis unit, frequency analysis unit)
31 2nd FFT process part (2nd frequency analysis part)
13 'pulse wave component removal unit,
41 Basic frequency table
42 Difference detection unit (frequency identification unit)
43 Comparison part (frequency identification part)
44 Harmonic frequency generation unit (frequency identification unit, extraction unit)
16 Display (notification means)
Claims (15)
前記生体の体動を示す体動波形を検出する体動検出手段と、
前記体動波形に基づいて前記脈波波形中の体動成分を生成し、前記脈波波形から前記体動成分を除去して体動除去脈波波形を生成する体動除去手段と、
前記体動除去脈波波形に基づいて、呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段と、
前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段と
を備えたことを特徴とする運動強度検出装置。Pulse wave detection means for detecting a pulse wave waveform from a detection site of a living body;
Body motion detecting means for detecting a body motion waveform indicating the body motion of the living body;
Body motion removing means for generating a body motion component in the pulse wave waveform based on the body motion waveform, and removing the body motion component from the pulse wave waveform to generate a body motion removal pulse wave waveform;
A respiratory component extracting means for extracting a respiratory component based on the body motion removal pulse wave waveform;
An exercise intensity detection apparatus comprising: a exercise intensity generation unit that calculates exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extraction unit.
前記体動除去脈波波形にウエーブレット変換を施して体動除去脈波解析データを生成するウエーブレット変換部と、
前記体動除去脈波解析データから脈波成分に相当する周波数成分を除去して呼吸波形解析データを生成し、当該呼吸波形解析データに逆ウエーブレットを施して、呼吸波形を前記呼吸成分として生成する呼吸波形生成部と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の運動強度検出装置。The respiratory component extraction means includes
A wavelet conversion unit that generates wave motion removal pulse wave analysis data by performing wavelet conversion on the body motion removal pulse wave waveform;
A respiratory waveform analysis data is generated by removing a frequency component corresponding to a pulse wave component from the body motion removal pulse wave analysis data, and a reverse waveform is applied to the respiratory waveform analysis data to generate a respiratory waveform as the respiratory component. The exercise intensity detection device according to claim 1, further comprising: a respiratory waveform generation unit that performs the operation.
前記運度強度生成手段は、前記呼吸成分抽出手段によって抽出された前記呼吸波形のデューティ比を検出し、当該デューティ比に基づいて前記運動強度を生成すること
を特徴とする請求項1または2に記載の運動強度検出装置。The respiratory component extraction means extracts a respiratory waveform as the respiratory component,
3. The exercise intensity generation unit detects a duty ratio of the respiration waveform extracted by the respiration component extraction unit, and generates the exercise intensity based on the duty ratio. 4. The exercise intensity detection device described.
前記脈波波形の周波数スペクトラムを解析する第1の周波数解析部と、
前記体動波形の周波数スペクトラムを解析する第2の周波数解析部と、
前記第2の周波数解析部によって解析された周波数スペクトラムと同一周波数のものを、前記第1の周波数解析部によって解析された周波数スペクトラムから除去して、体動が除去された体動除去スペクトラムを生成する体動除去部を備え、
前記呼吸成分抽出手段は、前記体動除去スペクトラムの中から呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムを抽出し、
前記運動強度生成手段は、前記呼吸成分の基本波成分に相当する周波数スペクトラムのレベルとその高調波成分に相当する周波数スペクトラムのレベルに基づいて、前記運動強度を算出することを特徴とする請求項1に記載の運動強度検出装置。The body movement removing means includes
A first frequency analysis unit for analyzing a frequency spectrum of the pulse wave waveform;
A second frequency analysis unit for analyzing a frequency spectrum of the body movement waveform;
The frequency spectrum analyzed by the second frequency analysis unit is removed from the frequency spectrum analyzed by the first frequency analysis unit to generate a body motion removal spectrum from which body motion has been removed. A body movement removal unit
The respiratory component extraction means extracts a frequency spectrum corresponding to the fundamental component of the respiratory component from the body movement removal spectrum,
The exercise intensity generating unit calculates the exercise intensity based on a frequency spectrum level corresponding to a fundamental wave component of the respiratory component and a frequency spectrum level corresponding to a harmonic component thereof. 2. The exercise intensity detection device according to 1.
前記脈波波形から呼吸成分を抽出する呼吸成分抽出手段と、
前記呼吸成分抽出手段によって抽出された呼吸成分に基づいて、運動強度を算出する運度強度生成手段と
を備えたことを特徴とする運動強度検出装置。Pulse wave detection means for detecting a pulse wave waveform from a detection site of a living body;
A respiratory component extraction means for extracting a respiratory component from the pulse wave waveform;
An exercise intensity detection apparatus comprising: a exercise intensity generation unit that calculates exercise intensity based on the respiratory component extracted by the respiratory component extraction unit.
前記脈波波形に周波数解析を施して脈波解析データを生成する周波数解析部と、
前記脈波解析データから脈波成分を除去する脈波成分除去部と、
体動基本波周波数と呼吸基本波周波数の関係を予め対応付けて格納した基本周波数テーブルと、
前記基本波周波数テーブルを参照して、前記解析データの中から呼吸基本波周波数と体動基本波周波数を特定する周波数特定部と、
前記周波数特定部によって特定された前記呼吸基本周波数に基づいて、その各高調波周波数を算出し、呼吸成分を抽出する抽出部と
を備えたことを特徴とする運動強度検出装置。The respiratory component extraction means includes
A frequency analysis unit for generating a pulse wave analysis data by performing frequency analysis on the pulse wave waveform;
A pulse wave component removing unit for removing a pulse wave component from the pulse wave analysis data;
A fundamental frequency table in which the relationship between the body motion fundamental wave frequency and the respiratory fundamental wave frequency is stored in association with each other;
With reference to the fundamental frequency table, a frequency identifying unit that identifies a respiratory fundamental wave frequency and a body motion fundamental wave frequency from the analysis data;
An exercise intensity detection device comprising: an extraction unit that calculates each harmonic frequency based on the respiration fundamental frequency identified by the frequency identification unit and extracts a respiration component.
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