JP6372804B2 - 生体情報計測装置およびそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は携帯可能な生体情報計測装置およびそのプログラムに関する。

近年のウェアラブル機器の発達により、日常生活において生体情報の計測が可能な生体情報計測装置が普及している。その一例である特許文献１の生体情報計測装置は、身体の動きに応じて信号を出力する３軸加速度センサー、心拍に応じて信号を出力する心拍センサー、および、各センサーから出力される信号を取得する演算部を備える。演算部は、３軸加速度センサーの出力信号、生体の体重、および、生体の基礎代謝係数、および、生体情報計測装置の使用時間に基づいて消費カロリーを演算し、心拍センサーの出力信号を高速フーリエ変換することにより自律神経機能の指標値を演算する。演算部は次に、生体の特性を分類する判定テーブルと、演算した消費カロリーおよび指標値の組み合わせとに基づいて、生体の特性を判定する。

特開２０１３−７８５４３号公報 特開２００４−２６７４０９号公報

上述のとおり、特許文献１の生体情報計測装置は、消費カロリーおよび指標値に基づいて生体の特性を総合的に評価する計測装置である。このため、日常生活における自律神経機能の変化を計測できない。

一方、自律神経機能を計測可能な装置として、例えば特許文献２は、浴槽に浸かっている生体の自律神経機能を計測する生体情報計測装置を開示している。この生体情報計測装置の機能を携帯可能な計測装置に転用することにより、日常生活における自律神経機能を計測可能な生体情報計測装置が実現されると考えられる。

ただし、自律神経機能は生体の活動状態の影響を受けて変化する。生体の活動状態は例えば生体の姿勢である。しかし、特許文献２の生体情報計測装置は、生体の活動状態が自律神経機能に及ぼす影響について特に考慮していない。このため、特許文献２の生体情報計測装置をベースに携帯型の生体情報計測装置が構成される場合、例えば、自律神経機能が低下しているにもかかわらず、生体の活動状態の影響により自律神経機能が正常であると判定されるおそれがある。

本発明の目的は、自律神経機能の活動状態に関する正確な測定結果が得られやすい生体情報計測装置およびそのプログラムを提供することである。

本発明に従う生体情報計測装置の一形態は、自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、脈波に関する情報である脈波情報、および、生体状態計測部により計測された生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備える。

本発明に従う生体情報計測装置のプログラムの一形態は、生体情報計測装置を動作させるためのプログラムであって、生体状態計測部により計測された活動状態計測情報、および、演算部により演算された神経指標値を、生体情報計測装置に取得させるステップと、神経状態計測部に活動状態計測情報および神経指標値に基づいて自律神経機能の活動状態を計測させるステップとを含む。

上記生体情報計測装置およびそのプログラムによれば、自律神経機能の活動状態に関する正確な測定結果が得られやすい。

は実施の形態１の生体情報計測装置の正面図である。 は図１の生体情報計測装置の背面図である。 は図１の生体情報計測装置の使用の一例を示す正面図である。 は図１の生体情報計測装置の制御構成を示すブロック図である。 は生体の活動状態と自律神経指標との関係の一例である。 は自律神経機能の活動状態に関する計測結果の一例である。 は図１の生体情報計測装置の動作を示すフローチャートである。 は図７のステップＳ５の詳細を示すフローチャートである。 は実施の形態２の生体情報計測装置の使用の一例を示す側面図である。 は図９の生体情報計測装置の背面図である。 は図９の生体情報計測装置の制御構成を示すブロック図である。 は図９の生体情報計測装置の動作を示すフローチャートである。 は図１２のステップＳ１０５の詳細を示すフローチャートである。 は図９の表示部に表示される自律神経活動度のグラフである。 は図９の表示部に表示される自律神経バランスのグラフである。

（生体情報計測装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本発明に従う生体情報計測装置の一形態は、自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、脈波に関する情報である脈波情報、および、生体状態計測部により計測された生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備える。

自律神経機能の活動状態は主に脈波に反映される。このため、脈波が実質的に外乱の影響を受けていない場合、脈波情報に基づいて計測された自律神経機能の活動状態は実際の自律神経機能の活動状態と高い相関を有すると考えられる。一方、生体の活動状態が脈波に大きな影響を及ぼしている場合、脈波情報に基づいて計測された自律神経機能の活動状態は実際の自律神経機能の活動状態と乖離しているおそれがある。

上記生体情報計測装置はこの点を踏まえ、基本的には自律神経機能の活動状態を反映する脈波情報と、脈波情報に影響を及ぼしている可能性がある生体の活動状態とに基づいて、自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響が除かれた、または、低減された自律神経機能の活動状態が計測される。このため、上記生体情報計測装置により例えば日常生活における自律神経機能の活動状態に関する正確な測定結果が得られやすい。

〔２〕前記生体情報計測装置の一例によれば、自律神経機能の活動状態を示す指標である神経指標値を脈波情報に基づいて演算する演算部をさらに備え、神経状態計測部は、演算部により演算された神経指標値、および、活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する。

自律神経機能の活動状態を計測する方法の一例によれば、神経指標値と判定値とが比較され、その結果に応じて自律神経機能の活動状態が予め決められた複数の分類のいずれに該当するかが判定される。しかし、生体の活動状態が脈波情報に大きな影響を及ぼしている場合、神経指標値が実際の自律神経機能の活動状態と乖離しているおそれがある。このため、その神経指標値が計測に用いられても自律神経機能の活動状態が正確に計測されにくい。

上記生体情報計測装置はこの点を踏まえ、神経指標値および活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態が脈波情報に大きな影響を及ぼしていたとしても、生体の活動状態が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響が除かれた、または、低減された自律神経機能の活動状態が計測される。

〔３〕前記生体情報計測装置の一例によれば、活動状態計測情報と神経指標値とを関連付けて記憶する記憶部をさらに備える。
関連付けて記憶される活動状態計測情報および神経指標値が例えば外部の装置に出力される場合、活動状態計測情報と神経指標値との関係を解析装置により詳細に解析できる。そして、解析の結果が例えば神経状態計測部に反映されることにより、自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすくなる。

〔４〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は同じ種類に分類される複数の生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する。
この生体情報計測装置によれば、同じ種類の生体の活動状態における自律神経機能の変化が確認できる。一般に、生体の活動状態の種類が同じであれば自律神経機能の活動状態はおおよそ類似すると考えられる。このため、同じ種類の生体の活動状態における自律神経機能の活動状態に有意な違いが確認できる場合、例えば生体が健康な状態を維持できていない可能性がある。このため、上記生体情報計測装置は自律神経機能の活動状態の比較結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔５〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は異なる種類に分類される複数の生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する。
この生体情報計測装置によれば、同じ種類の生体の活動状態における自律神経機能の変化が確認できる。一般に、生体の活動状態の種類が異なる場合、それぞれの活動状態における自律神経機能は異なる活動状態を示すと考えられる。このため、異なる種類の生体の活動状態における自律神経機能の活動状態の比較結果は、それぞれの生体の活動状態に対する自律神経機能の反応度合の相対的な関係を反映することがある。このため、上記生体情報計測装置はその比較結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔６〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は生体状態計測部により計測された生体の活動状態が安定期である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。
生体の活動状態が安定期である場合、生体の活動状態が脈波に及ぼす影響が小さい、または、生体の活動状態は脈波に実質的に影響を及ぼさない。このため、上記生体情報計測装置によれば、自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすい。

〔７〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は生体状態計測部により計測された生体の活動状態が過渡期である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。
生体の活動状態が過渡期である場合、生体の活動状態が脈波に及ぼす影響が大きい。このため、上記生体情報計測装置は、生体の活動状態の変化が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響を計測し、計測結果を生体の活動状態に対する自律神経機能の反応速度等に関する多様な判定に応用できる。

〔８〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は生体状態計測部により計測された生体の活動状態が覚醒状態である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。
この生体情報計測装置によれば、覚醒状態における生体の活動状態の変化にともなう自律神経機能の活動状態の変化を計測できる。このため、上記生体情報計測装置は例えば日常生活における自律神経機能の活動状態の変化を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔９〕前記生体情報計測装置の一例によれば、生体状態計測部は生体の姿勢および生体の活動量の少なくとも一方に関する情報を含む生体状態情報に基づいて生体の活動状態を計測する。

この生体情報計測装置によれば、生体の姿勢および生体の活動量の少なくとも一方に応じて計測される生体の活動状態毎に自律神経機能の活動状態を計測できる。このため、上記生体情報計測装置は計測結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔１０〕前記生体情報計測装置の一例によれば、神経状態計測部は生体状態計測部により計測された生体の活動状態が睡眠状態である場合に、自律神経機能の活動状態を計測する。

この生体情報計測装置によれば、睡眠状態における生体の活動状態の変化にともなう自律神経機能の活動状態の変化を計測できる。このため、上記生体情報計測装置は例えば睡眠状態における自律神経機能の活動状態の変化を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔１１〕前記生体情報計測装置の一例によれば、生体状態計測部は睡眠状態を複数の睡眠ステージに区分する。
この生体情報計測装置によれば、睡眠ステージ毎に自律神経機能の活動状態を計測できる。このため、上記生体情報計測装置は、計測結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

〔１２〕前記生体情報計測装置の一例によれば、生体状態計測部は、生体の活動状態が睡眠状態であるか否かを第１の判定方法により判定する第１の判定部、および、第１の判定部により生体の活動状態が睡眠状態であると判定された場合に生体の活動状態が睡眠状態であるか否かを第２の判定方法により判定し、肯定結果が得られた場合に生体の活動状態が睡眠状態であると決定する第２の判定部を備える。

この生体情報計測装置によれば、生体の活動状態が睡眠状態であることが２つの段階を経て判定される。このため、睡眠状態における自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすい。

〔１３〕生体情報計測装置を動作させるためのプログラムであって、生体状態計測部により計測された活動状態計測情報、および、演算部により演算された神経指標値を、生体情報計測装置に取得させるステップと、神経状態計測部に活動状態計測情報および神経指標値に基づいて自律神経機能の活動状態を計測させるステップとを含む。

〔１４〕前記生体情報計測装置のプログラムの一例によれば、演算部に脈波情報に基づいて神経指標値を演算させるステップをさらに含む。
上記〔１３〕または〔１４〕のプログラムが携帯型の生体情報計測装置に記憶されることにより、上記〔１〕または〔２〕の生体情報計測装置と同様または類似の構成を備える生体情報計測装置が得られる。このため、その生体情報計測装置により得られる効果と同様または類似の効果が得られる。

（実施の形態１）
生体情報計測装置１の構成について説明する。
図１に示されるように、生体情報計測装置１は、生体情報を計測する部品を格納する本体１０と、本体１０の両側に取り付けられた一対の装着部１３とを備える。装着部１３の一例は、ベルトである。本体１０の正面１０Ａには、生体情報等を表示する表示部１１が設けられている。表示部１１の一例は、液晶ディスプレイである。本体１０の側面１０Ｃには、操作ボタンとなる入力部１２が設けられている。本体１０の内部には、３軸加速度センサー２０が設けられている。

図２に示されるように、本体１０の背面１０Ｂには、生体の脈波を測定する脈波検出部２１の発光部２２および受光部２３が設けられている。発光部２２の一例は、緑色光の発光ダイオードである。受光部２３の一例は、フォトダイオードである。

図３に示されるように、生体情報計測装置１は、装着部１３により生体の手首に装着される。発光部２２および受光部２３（図２参照）が手首に対面し生体の脈波を計測する。
図４を参照して、生体情報計測装置１の制御構成について説明する。生体情報計測装置１は、生体の運動に関する情報である運動情報を計測する３軸加速度センサー２０、脈波に関する情報である脈波情報を検出する脈波検出部２１、自律神経機能の計測を行う生体情報計測部３０、および、表示部１１を備えている。生体情報計測部３０は、生体の状態を計測する生体状態計測部３２、自律神経バランスおよび自律神経活動度を演算する演算部３３、演算結果を記憶する記憶部３４、および、自律神経機能を計測する神経状態計測部３６を備えている。

３軸加速度センサー２０は、生体の運動情報の一例である本体１０のＸＹＺ軸の３方向の加速度を計測する。発光部２２は手首に光を照射する。受光部２３は手首によって反射された光を受光し、受光した光量に応じて受光信号を生成する。脈波検出部２１は、受光信号に基づいて生体の脈波を検出する。

生体状態計測部３２は、３軸加速度センサー２０の計測結果の運動情報から合成加速度を演算する。生体状態計測部３２は次に、合成加速度と活動閾値とを比較することにより、生体の活動状態である活動状態計測情報を、睡眠している状態である睡眠状態と覚醒している状態である覚醒状態とに分類する。活動閾値は睡眠状態と覚醒状態とを判別するための値であり、試験等により予め設定されている。生体状態計測部３２は、覚醒状態と判定したとき、活動状態計測情報を安静状態、歩行状態、または、走行状態にさらに細かく判定する。

演算部３３は、脈波検出部２１が検出した脈波から、自律神経活動度であるエントロピーＥと自律神経バランスであるトーンＴとを演算する。まず心臓の収縮および弛緩の１回の経過である心拍間隔ＰＰを演算する。心拍間隔ＰＰは、脈波の周期であり、受光信号の極大値と次の受光信号の極大値との間の時間である。次に、心拍間隔ＰＰの変化を百分率で示したＰＩ（Percentage Index）値を、以下の［１］式により演算する。

ただし、ＰＰ_ｉはｉ番目に測定した心拍間隔ＰＰを示す。
そして、演算部３３は、Ｓｈａｎｎｏｎの平均情報量の式である［２］式によりエントロピーＥを演算する。

ただし、ｐ（ｊ）は、［１］式によって求めたＰＩ値をＮ個の区間に分け、ｊ番目の区間に対してＰＩ値が生じる確率を示す。
さらに、心拍間隔ＰＰの測定数をＭ個とし、演算部３３は、以下の［３］式によりトーンＴを生体の活動状態毎に演算する。

記憶部３４は、生体状態計測部３２が判定した活動状態計測情報、演算部３３が演算した神経指標値、脈波検出部２１が計測した脈波情報、および、計測時刻を関連付けて記憶する。神経指標値の例は、トーンＴおよびエントロピーＥである。記憶部３４の一例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）である。記憶部３４は、所定のサンプリング間隔で記憶動作を行う。例えばサンプリング間隔を１時間とした場合、１日で２４回記憶する。また記憶部３４には、状態判定に用いる閾値、および、自律神経機能判定に用いる閾値が記憶されている。

神経状態計測部３６は、記憶部３４から読み出した活動状態計測情報および神経指標値を用いて、自律神経機能を計測する。神経状態計測部３６は自律神経活動度および自律神経バランスを、一例として、次のように計測する。エントロピーＥを自律神経活動度として、また、トーンＴの負の値を自律神経バランスとして計測する。閾値の例としては、判定対象の生体と同年代の生体の平均値、または、過去の測定値である。

表示部１１は、神経状態計測部３６の判定結果を表示する。表示例を図５に示す。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、および、Ｔ４は生体の状態毎のトーンＴの値、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、およびＥ４は生体の状態毎のエントロピーＥの値であり、例として平均値または最大値である。

また、図６に示されるように、表示部１１は自律神経機能の判定結果表を表示する。自律神経機能の活動状態は、自律神経活動度および自律神経バランスによって表される。一例では、判定結果は正常、低下、または、亢進に分類される。分類の閾値は、実験等により予め定められている。

図７を参照して、実施の形態１の生体情報計測装置１の動作について説明する。まず、ステップＳ１において、脈波検出部２１が生体の脈波を計測し、生体の脈波の情報である脈波情報を作成する。ステップＳ２において、演算部３３が脈波情報から神経指標値を演算する。

ステップＳ３において、３軸加速度センサー２０が、生体の運動情報の一例である本体１０のＸＹＺ軸の３方向の加速度を計測する。ステップＳ４において、生体状態計測部３２が、ステップＳ３の計測結果の運動情報から合成加速度を演算する。ステップＳ５において、生体状態計測部３２が、合成加速度と活動閾値とを比較することにより、生体の状態である活動状態計測情報を作成する。

図８を参照して、ステップＳ５の動作について詳しく説明する。ステップＳ５Ａでは、生体状態計測部３２が、ステップＳ４で演算された合成加速度の積分値を演算する。そして、生体状態計測部３２が覚醒時の合成加速度の積分値の目安を示す活動閾値と比較することにより、活動状態計測情報を、睡眠している状態である睡眠状態または覚醒している状態である覚醒状態と判定する。

活動状態計測情報が覚醒状態を示す場合、ステップＳ５Ｂにおいて、演算部３３が生体の活動量を演算する。生体の活動量の一例として、ＭＥＴｓ（METabolic equivalents）が使用される。合成加速度の標準偏差値等からＭＥＴｓ値へ換算する。換算する係数に関しては予め実験等により定めた値を用いる。ＭＥＴｓ値が安静閾値よりも小さい場合、生体の活動状態は安静状態であると、ステップＳ５Ｃにて生体状態計測部３２が判定する。

ＭＥＴｓ値が安静閾値以上、かつ、歩行閾値以下である場合、生体の活動量は歩行状態であると、ステップＳ５Ｄにて生体状態計測部３２が判定する。ＭＥＴｓ値が歩行閾値よりも大きい場合、生体の活動量は走行状態であると、ステップＳ５Ｄにて生体状態計測部３２が判定する。安静閾値及び歩行閾値は予め実験等により定められている。

活動状態計測情報が睡眠状態を示す場合、ステップＳ５Ｅにおいて、演算部３３が合成加速度の閾値を超える回数を１分間積算した値であるカウント数を演算する。そして、ステップＳ５Ｆにおいて、生体状態計測部３２が覚醒の判定を行う。判定方法の一例として、Ｃｏｌｅ式である以下の［４］式を用いる。

ただし、α０は判定時のカウント数であり、αｎ１、αｎ２、αｎ３、αｎ４、α１、および、α２は、それぞれ判定時の４分前、３分前、２分前、１分前、１分後、および、２分後のカウント数である。そして、Ｗｎ４、Ｗｎ３、Ｗｎ２、Ｗｎ１、Ｗ０、Ｗ１、および、Ｗ２は定数である。生体状態計測部３２は、ステップＳ５Ｆにて、判定値Ｓが１以上の場合に生体の活動状態が覚醒状態であると判定し、判定値Ｓよりも小さい場合に生体の活動状態が睡眠状態であると判定する。

図７を参照して、ステップＳ５以後の動作について説明する。ステップＳ６において、記憶部３４は、ステップＳ２で計測された神経指標値と、ステップＳ５で判定された活動状態計測情報とを関連付けて記憶する。

ステップＳ７において、演算部３３は計測時間の判定を行う。すなわち、計測時間が予め設定された設定時間を超過するまで、ステップＳ１〜ステップＳ６を繰り返す。計測時間が設定時間を超えたとき、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、神経状態計測部３６は、活動状態計測情報および神経指標値に基づいて、自律神経機能の活動状態を計測する。ステップＳ８の一部であるステップＳ８Ａでは、神経状態計測部３６が、神経指標値と、自律神経機能が低下していることを判定するための閾値である低下閾値Ｌとを比較し、自律神経機能を判定する。低下閾値Ｌは、生体の状態毎に別々に設定されており試験等により予め求められている。自律神経機能が低下であると判定した場合は、ステップＳ９において、表示部１１が自律神経機能の低下を表示する。自律神経機能が低下でないと判定した場合は、ステップＳ８の一部であるステップＳ８Ｂに進む。

ステップＳ８Ｂにおいて、神経状態計測部３６が、神経指標値と、自律神経機能が亢進していることを判定するための閾値である亢進閾値Ｈとを比較し、自律神経機能を判定する。亢進閾値Ｈは、生体の状態毎に別々に設定されており試験等により予め求められている。自律神経機能が亢進であると判定した場合は、ステップＳ９において、表示部１１が自律神経機能の亢進を表示する。自律神経機能が亢進でないと判定した場合は、ステップＳ９において、表示部１１が自律神経機能の正常を表示する。

実施の形態１の生体情報計測装置１によれば、以下に示される効果が得られる。
（１）生体情報計測部３０は、自律神経機能の活動状態を反映する脈波情報と、脈波情報に影響を及ぼしている可能性がある生体の活動状態とに基づいて、自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響が除かれた、または、低減された自律神経機能の活動状態が計測される。このため、日常生活における自律神経機能の活動状態に関する正確な測定結果が得られやすい。

（２）生体情報計測部３０は、神経指標値および活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態が脈波情報に大きな影響を及ぼしていたとしても、生体の活動状態が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響が除かれた、または、低減された自律神経機能の活動状態が計測される。

（３）記憶部３４は、活動状態計測情報と神経指標値とを関連付けて記憶する。このため、活動状態計測情報および神経指標値が例えば外部の装置に出力される場合、活動状態計測情報と神経指標値との関係を解析装置により詳細に解析できる。そして、解析の結果が例えば神経状態計測部に反映されることにより、自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすくなる。

（４）神経状態計測部３６は、同じ種類に分類される複数の生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する。このため、同じ種類の生体の活動状態における自律神経機能の活動状態に有意な違いが確認でき、自律神経機能の活動状態の比較結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

（５）神経状態計測部３６は、生体状態計測部３２により計測された生体の活動状態が覚醒状態である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。このため、覚醒状態における生体の活動状態の変化にともなう自律神経機能の活動状態の変化を計測でき、日常生活における自律神経機能の活動状態の変化を生体に関する多様な判定に応用できる。

（６）生体の活動状態は、生体の活動量に応じて分類される。このため、活動量に応じて分類される生体の活動状態毎に自律神経機能の活動状態を計測できる。したがって、計測結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

（７）神経状態計測部３６は、生体状態計測部３２により計測された生体の活動状態が睡眠状態である場合に、自律神経機能の活動状態を計測する。このため、睡眠状態における生体の活動状態の変化にともなう自律神経機能の活動状態の変化を計測でき、睡眠状態における自律神経機能の活動状態の変化を生体に関する多様な判定に応用できる。

（８）生体状態計測部３２は、生体の活動状態が睡眠状態であることを２つの段階を経て判定する。このため、睡眠状態における自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすい。

（実施の形態２）
図９を参照して、実施の形態２の生体情報計測装置１の構成について説明する。実施の形態２の生体情報計測装置１は、実施の形態１と比較して、外部機器の一例としての携帯情報端末４０と通信する構成である点と、脳波および気圧を考慮する点とが異なる。

生体情報計測装置１は、本体１０と生体情報を表示するための携帯情報端末４０とを備える。携帯情報端末４０は、一例としてスマートフォンである。携帯情報端末４０と本体１０とは無線により通信する。通信方式の一例としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）である。携帯情報端末４０は、本体１０から送信された情報を取得し、自律神経機能の判定結果等を表示部１１に表示する。表示の例としては、図５、図６、図１４、および、図１５である。また、本体１０は生体の頭部に装着される。

図１０を参照して、実施の形態２の本体１０の構造を説明する。本体１０の背面１０Ｂには、脈波検出部２１の発光部２２と受光部２３、生体の脳波を計測する脳波センサー２４、および、生体の姿勢を計測する気圧センサー２５が設置される。生体の頭部への装着時には、脳波センサー２４は生体の前額部に接触する。

図１１を参照して、実施の形態２の生体情報計測装置１の制御構成について説明する。
本体１０は、３軸加速度センサー２０、脈波検出部２１、脳波センサー２４、気圧センサー２５、および、本体１０と携帯情報端末４０とにまたがる生体情報計測部３０の一部である生体情報計測部本体３０Ａを備える。携帯情報端末４０は、生体情報計測部３０の一部である生体情報計測部端末３０Ｂ、および、表示部１１を備える。

３軸加速度センサー２０は、生体の運動情報を計測する。脈波検出部２１は、生体の脈波を検出する。脳波センサー２４は電極を備えており、頭部の少なくとも２箇所以上の計測場所について電位差を計測する。脳の活動に伴う微弱な電気的信号の変化が頭部の表面の微弱な電位差として検出される。測定する部位により脳の活動部位を特定し、微弱な電流を増幅することで脳波の波形を取得する。気圧センサー２５は、相対的または絶対的な高度を気圧の変化によって検出する。

生体情報計測部３０は、生体状態計測部３２、演算部３３、記憶部３４、および、携帯情報端末４０と通信するための本体通信部３７、本体１０と通信するための端末通信部３８、記憶部３４、および、神経状態計測部３６を備える。

生体状態計測部３２は、３軸加速度センサー２０の計測結果の加速度から合成加速度を演算する。気圧センサー２５が検知した高度の変化によって生体の姿勢の判定を行う。また、合成加速度、脳波センサー２４が計測した脳波、および、生体の姿勢により、活動状態計測情報を判定する。また、生体状態計測部３２は、睡眠状態を判定する第１の判定方法により睡眠状態であるか否か判定する第１の判定部３２Ａと、睡眠状態を判定する第２の判定方法により睡眠状態であるか否かを判定する第２の判定部３２Ｂとを含む。

演算部３３は、脈波検出部２１が検出した脈波情報から、エントロピーＥとトーンＴとを演算する。記憶部３４は、生体状態計測部３２が判定した活動状態計測情報、演算部３３が演算したトーンＴとエントロピーＥ、脈波検出部２１が計測した脈波情報、および、計測時刻を記憶する。本体通信部３７は、記憶部３４が記憶した情報を、携帯情報端末４０に送信する。

携帯情報端末４０は、端末通信部３８、記憶部３４、神経状態計測部３６、および、表示部１１を備える。端末通信部３８は、本体通信部３７が送信した情報を取得し、記憶部３４に送る。記憶部３４は受け取った情報を記憶する。神経状態計測部３６は、記憶部３４から読み出した活動状態計測情報と、トーンＴおよびエントロピーＥとを用いて自律神経機能を判定する。神経状態計測部３６の判定結果は、記憶部３４が記憶する。さらに、表示部１１が神経状態計測部３６の判定結果の表示を行う。

図１２を参照して、実施の形態２の生体情報計測装置１の動作について説明する。ステップＳ１０１において、脈波検出部２１が生体の脈波を計測し、脈波情報を作成する。ステップＳ１０２において、演算部３３が脈波情報から神経指標値を演算する。神経指標値の例は、トーンＴおよびエントロピーＥである。また、ステップＳ１０３において、３軸加速度センサー２０が、生体の運動情報を計測する。ステップＳ１０４において、生体状態計測部３２が、ステップＳ１０３の計測結果の加速度から合成加速度を演算する。ステップＳ１０５では、ＸＹＺ軸の３方向の加速度および合成加速度に基づき生体の状態である活動状態計測情報を作成する。

図１３を参照して、ステップＳ１０５の動作を詳しく説明する。ステップＳ１０５Ａにおいて、生体状態計測部３２がＸＹＺ軸の３方向の加速度から重力ベクトルの方向を演算し、生体の頭部方向を判定する。生体の頭部方向の例として、仰向け左、仰向け、仰向け右、右向き、うつ伏せ左、うつ伏せ、うつ伏せ右、左向き、および、立位である。

ステップＳ１０５Ｂにおいて、気圧センサー２５が気圧を計測して生体の頭部の高さを推定する。ステップＳ１０５Ｃにおいて、生体状態計測部３２が生体の頭部方向と、測定された気圧とから生体の姿勢を判定する。生体の姿勢の例として、臥位、座位、および、立位である。

ステップＳ１０５Ｄにおいて、生体状態計測部３２が、第１の判定方法により睡眠状態であるか否か判定する。第１の判定方法の一例は、ステップＳ１０５Ｃで判定された生体の姿勢が、臥位かつ安静状態が一定時間続くか否かの判定である。一定時間続いた場合、第１の判定部が活動状態計測情報を睡眠状態と判定する。ステップＳ１０５Ｄにて活動状態計測情報を睡眠状態と判定した場合、ステップＳ１０５Ｅにおいて、合成加速度の閾値を超える回数を１分間積算した回数であるカウント数を演算する。ステップＳ１０５Ｆにおいて、ステップＳ１０５Ｅで得られたカウント数を用いて、第２の判定方法によって覚醒の判定を行う。第２の判定方法の一例は、Ｃｏｌｅ式である。Ｃｏｌｅ式の判定値Ｓが１以上の場合、第２の判定部は生体を覚醒状態と判定し、ステップＳ１０６に進む。判定値Ｓが１よりも小さい場合、第２の判定部は生体を睡眠状態と判定し、ステップＳ１０５Ｇにおいて脳波センサー２４が生体の脳波の計測を行う。ステップＳ１０５Ｈにおいて、生体状態計測部３２は計測された生体の脳波を周波数解析する。

ステップＳ１０５Ｉにおいて、生体状態計測部３２は、ステップＳ１０５Ｈの解析結果により睡眠の段階を表す睡眠ステージを判定し、ステップＳ１０６に進む。睡眠ステージの例は、レム睡眠状態、ステージ１、ステージ２、ステージ３、および、ステージ４である。

ステップＳ１０５Ｄにおいて、活動状態計測情報が睡眠状態でないと判定した場合、ステップＳ１０５Ｊにおいて、演算部３３が生体の活動量の一例であるＭＥＴｓ値を演算する。ＭＥＴｓ値が安静閾値よりも小さい場合、生体状態計測部３２は生体の活動状態を安静状態と判定し、ステップＳ１０６に進む。ＭＥＴｓ値が安静閾値以上の場合、生体状態計測部３２は生体の活動量を安静状態でないと判定し、ステップＳ１０５Ｌに進む。ステップＳ１０５Ｌにて、ＭＥＴｓ値が安静閾値以上、かつ、歩行閾値以下である場合、生体状態計測部３２は生体の活動量を歩行状態と判定し、ステップＳ１０６に進む。ＭＥＴｓ値が歩行閾値よりも大きい場合、生体状態計測部３２は生体の活動量は走行状態と判定し、ステップＳ１０６に進む。

図１２を参照して、ステップＳ１０５以後の動作について説明する。ステップＳ１０６において、記憶部３４は、ステップＳ１０２で計測された神経指標値と、ステップＳ１０５で判定された活動状態計測情報とを関連付けて記憶する。

ステップＳ１０７において、演算部３３は計測時間の判定を行う。すなわち、計測時間が予め設定された設定時間を超過するまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６を繰り返す。計測時間が設定時間を超えたとき、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、本体通信部３７（図１１参照）が携帯情報端末４０に、神経指標値、活動状態計測情報、脈波情報、および計測時刻を含む計測情報を送信する。ステップＳ１０９では、端末通信部３８（図１１参照）が計測情報を取得し、記憶部３４が記憶する。

ステップＳ１１０において、神経状態計測部３６は活動状態計測情報および神経指標値に基づいて、自律神経機能の活動状態を計測する。ステップＳ１１０の一部であるステップＳ１１０Ａでは、神経状態計測部３６が、神経指標値と、低下閾値Ｌとを比較し、自律神経機能を判定する。自律神経機能が低下していると判定した場合、ステップＳ１１１にて、表示部１１が自律神経機能が低下していること表示する。自律神経機能が低下していないと判定した場合、ステップＳ１１０の一部であるステップＳ１１０Ｂに進む。

ステップＳ１１０Ｂでは、神経状態計測部３６が、トーンＴおよびエントロピーＥと、亢進閾値Ｈとを比較し、自律神経機能を判定する。自律神経機能が亢進していると判定した場合、ステップＳ１１１にて表示部１１が、自律神経機能が亢進していることを表示する。自律神経機能が正常であると判定した場合、ステップＳ１１１にて表示部１１が、自律神経機能が正常であると表示する。

ここで、睡眠状態時の自律神経機能の判定では、自律神経活動度と睡眠ステージとが用いられる。図１４を参照して、自律神経活動度を用いた判定の一例を説明する。睡眠ステージ毎の自律神経活動度を比較し、自律神経機能を判定する。正常な状態では睡眠ステージが深くなるにつれ自律神経活動度が高くなり、ステージ４で最大となる。正常値は事前に実験等により予め設定されており、同年代の生体、同性、および、生体の過去の記憶を基準にした正常値を用いてもよい。また、自律神経活動度としてエントロピーＥではなく、例えば心拍変動の周波数解析より得られるＴＰ（Total Power）を用いてもよい。ＴＰは、例えばパワースペクトルの積分値である。

そして、覚醒状態時の自律神経機能の判定では、自律神経バランスを用いる。図１５を参照して、自律神経バランスを用いた判定の一例を説明する。ステップＳ１０５Ｃ（図１３参照）で判定された姿勢が変化する時刻を時刻ｔ０とする。変化の一例は座位から立位である。生体の自律神経は姿勢変換によって反射的に交感神経が高まることが知られている。時刻ｔ０における自律神経バランスをＳｔ０、時刻ｔ０から自律神経が安定するために必要な時間の目安である安定時間ｔｓ経過以後の時刻ｔ２における自律神経バランスをＳｔ２とする。時刻ｔ０から安定時間ｔｓ経過以前の時刻ｔ１における自律神経バランスをＳｔ１とする。時刻ｔ１は、時刻ｔ０から、例えば１〜２分程度経過した時刻である。例えば、時刻ｔ１での自律神経バランスの回復を確認することによって、姿勢の変換に対する自律神経機能の反応を評価できる。

時刻ｔ２での自律神経バランスの評価は、姿勢の変化から十分時間が経過した状態での評価である。神経指標値の変動がほとんどなくなった安定した状態について、座位と立位との状態を比較することで姿勢変換による定常的な自律神経機能を判定できる。ここで、自律神経バランスが高い状態である場合は、交感神経機能が亢進していると判定する。

自律神経機能指標評価の一例として、過去の神経指標値との比較を行う。例えば、時刻ｔ０にて測定した回の前回の測定時において姿勢が変化した時刻であるｔ３における自律神経バランスをＳｔ３とする。時刻ｔ３から安定時間ｔｓ経過以後の時刻ｔ５における自律神経バランスをＳｔ５、時刻ｔ３から安定時間ｔｓ経過以前の時刻ｔ４における自律神経バランスをＳｔ４とする。前回の測定時の自律神経バランスとの比率である、Ｓｔ２／Ｓｔ０とＳｔ５／Ｓｔ０とを比較する。また、Ｓｔ１／Ｓｔ０とＳｔ４／Ｓｔ０とを比較する。例えば、Ｓｔ２／Ｓｔ０とＳｔ１／Ｓｔ０とが高ければ、交感神経機能が亢進していると判定する。また、自律神経バランスとして、例えば心拍変動の周波数解析より得られるＬＦ／ＨＦを用いてもよい。ＬＦ（Low Frequency）は、例えば、約１０秒の周期の波形のパワースペクトルである。ＨＦ（High Frequency）は、例えば３秒から４秒の周期の波形のパワースペクトルである。

実施の形態２の生体情報計測装置１によれば、実施の形態１の生体情報計測装置１により得られる効果に加えて、以下に示される効果がさらに得られる。
（９）神経状態計測部３６は、異なる種類に分類される複数の生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する。このため、異なる種類の生体の活動状態に対する自律神経機能の反応度合の相対的な関係を確認でき、生体に関する多様な判定に応用できる。

（１０）神経状態計測部３６は、生体状態計測部３２により計測された生体の活動状態が安定期である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態が脈波に及ぼす影響が小さい、または、生体の活動状態は脈波に実質的に影響を及ぼさない。このため、自律神経機能の活動状態に関するより正確な測定結果が得られやすい。

（１１）神経状態計測部３６は、生体状態計測部３２により計測された生体の活動状態が過渡期である場合に自律神経機能の活動状態を計測する。このため、生体の活動状態の変化が自律神経機能の活動状態に及ぼす影響を計測し、計測結果を生体の活動状態に対する自律神経機能の反応速度等に関する多様な判定に応用できる。

（１２）生体状態計測部３２は、生体の姿勢および生体の活動量の少なくとも一方に関する情報を含む生体状態情報に基づいて生体の活動状態を計測する。このため、生体の姿勢に応じて計測される生体の活動状態毎に自律神経機能の活動状態を計測でき、計測結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

（１３）生体状態計測部３２は、睡眠状態を複数の睡眠ステージに区分する。このため、睡眠ステージ毎に自律神経機能の活動状態を計測でき、計測結果を生体に関する多様な判定に応用できる。

（変形例）
上記各実施の形態に関する説明は本発明に従う生体情報計測装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う生体情報計測装置は実施の形態以外に例えば以下に示される上記各実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。

・脈波検出部２１は電極を用いた心電計測を行ってもよい。
・３軸加速度センサー２０は角速度センサーでもよい。角速度センサーが出力する各軸の角速度を合成した合成角速度を、３軸加速度センサー２０が各軸の出力する加速度を合成した合成加速度の代わりに使用してもよい。

・携帯情報端末４０は、スマートフォンに代えて、タブレット型の情報端末またはノート型のパソコンであってもよい。また、携帯情報端末４０を含む外部機器は、携帯型に限定されず、デスクトップ型のパソコンまたはその他の据え置き型の情報端末であってもよい。

・記憶部３４は、ＲＡＭに代えて、磁気ディスク、フラッシュメモリー、または、ＳＳＤ（Solid State Drive）であってもよい。記憶部３４を着脱可能とすることにより、データの入力または出力を実施することもできる。

・演算部３３は、生体の活動状態として、歩数、ＭＥＴｓ、消費カロリー、または、ＰＡＬ（Physical Activity Level）を演算してもよい。また、周波数解析による周波数成分を用いてもよい。

・演算部３３は、エントロピーＥをＳｈａｎｎｏｎの平均情報量により演算する方法に代えて、Ｒｅｎｙｉエントロピーにより演算する方法を用いてもよい。
・神経指標値として、交感神経指標と副交感神経指標を使用してもよい。この交感神経指標は、周波数解析法のＬＦ／ＨＦにより演算することができる。

・演算部３３は、エントロピーＥの演算に代えて、周波数解析を実施してもよい。
・本体１０は装着部１３を備えていなくてもよい。例えば、生体の衣服のポケットに本体１０を収容することにより生体が本体１０を携帯することができる。また、手で本体１０を手首に固定することにより本体１０を装着できる。

・覚醒状態時の生体の活動状態は、活動量によりさらに細かく分けてもよい。
・睡眠状態時の生体の活動状態は、カウント数によりさらに細かく分けてもよい。
・ステップＳ５Ｆでは、Ｃｏｌｅ式に代えて睡眠の判定を行う式であるＡＷ２式を用いてもよい。

・自律神経機能の判定の閾値等を調整することにより、生体は人間に限らず動物であってもよい。
・ステップＳ１０５Ｄにて、睡眠でないと判定した場合には、ステップＳ１０５Ｊに進まずにステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０５Ｄをさらに繰り返してもよい。

・実施の形態２の本体１０は、手首に装着し脈波を計測してもよい。
・実施の形態２の神経状態計測部３６は、生体情報計測部本体３０Ａに設けてもよい。
・実施の形態２の睡眠状態時の自律神経の判定では、自律神経バランスや交感神経活動、副交感神経活動など他の自律神経指標を用いてもよい。

・実施の形態２の活動状態時の自律神経の判定では、自律神経活動度や交感神経活動、副交感神経活動など他の自律神経指標を用いてもよい。
・ステップＳ１０５Ａ〜Ｓ１０５Ｃは、ステップＳ１０４での合成加速度の演算の前に実施してもよい。

本発明の一形態に従う生体情報計測装置は、高精度な自律神経機能の判定が可能となるので、スポーツ中の自律神経機能計測や、赤ん坊、高齢者、または、動物に対する計測等の用途に利用できる。

１ ：生体情報計測装置
２１ ：脈波検出部
３２ ：生体状態計測部
３２Ａ：第１の判定部
３２Ｂ：第２の判定部
３３ ：演算部
３４ ：記憶部
３６ ：神経状態計測部

Claims (12)

1. 自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、
   生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、
   脈波に関する情報である脈波情報、および、前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備え、
   前記神経状態計測部は同じ種類に分類される複数の前記生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する
   生体情報計測装置。
2. 自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、
   生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、
   脈波に関する情報である脈波情報、および、前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備え、
   前記神経状態計測部は異なる種類に分類される複数の前記生体の活動状態のそれぞれについて自律神経機能の活動状態を計測する
   生体情報計測装置。
3. 自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、
   生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、
   脈波に関する情報である脈波情報、および、前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備え、
   前記神経状態計測部は前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態が睡眠状態である場合に前記自律神経機能の活動状態を計測し、
   前記生体状態計測部は前記睡眠状態を複数の睡眠ステージに区分する
   生体情報計測装置。
4. 自律神経機能を計測する携帯可能な生体情報計測装置であって、
   生体の運動に関する情報である運動情報に基づいて生体の活動状態を計測する生体状態計測部と、
   脈波に関する情報である脈波情報、および、前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態である活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する神経状態計測部とを備え、
   前記神経状態計測部は前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態が睡眠状態である場合に前記自律神経機能の活動状態を計測し、
   前記生体状態計測部は、前記生体の活動状態が睡眠状態であるか否かを第１の判定方法により判定する第１の判定部、および、前記第１の判定部により前記生体の活動状態が睡眠状態であると判定された場合に前記生体の活動状態が睡眠状態であるか否かを第２の判定方法により判定し、肯定結果が得られた場合に前記生体の活動状態が睡眠状態であると決定する第２の判定部を備える
   生体情報計測装置。
5. 自律神経機能の活動状態を示す指標である神経指標値を前記脈波情報に基づいて演算する演算部をさらに備え、
   前記神経状態計測部は、前記演算部により演算された前記神経指標値、および、前記活動状態計測情報に基づいて自律神経機能の活動状態を計測する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体情報計測装置。
6. 前記活動状態計測情報と前記神経指標値とを関連付けて記憶する記憶部をさらに備える
   請求項５に記載の生体情報計測装置。
7. 前記神経状態計測部は前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態が安定期である場合に前記自律神経機能の活動状態を計測する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体情報計測装置。
8. 前記神経状態計測部は前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態が過渡期である場合に前記自律神経機能の活動状態を計測する
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体情報計測装置。
9. 前記神経状態計測部は前記生体状態計測部により計測された前記生体の活動状態が覚醒状態である場合に前記自律神経機能の活動状態を計測する
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体情報計測装置。
10. 前記生体状態計測部は生体の姿勢および生体の活動量の少なくとも一方に関する情報を含む生体状態情報に基づいて前記生体の活動状態を計測する
    請求項９に記載の生体情報計測装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の生体情報計測装置を動作させるためのプログラムであって、
    前記脈波情報および前記活動状態計測情報を前記生体情報計測装置に取得させる第１ステップと、
    前記脈波情報および前記活動状態計測情報に基づく自律神経機能の活動状態の計測を前記神経状態計測部に実行させる第２ステップとを含む
    生体情報計測装置のプログラム。
12. 前記第１ステップと前記第２ステップとの間で前記脈波情報に基づく前記神経指標値の演算を前記演算部に実行させる第３ステップをさらに含み、
    前記第２ステップでは、前記神経指標値および前記活動状態計測情報に基づく自律神経機能の活動状態の計測を前記神経状態計測部に実行させる
    請求項２または少なくとも請求項２を引用する請求項５〜１０のいずれか一項に記載の生体情報計測装置を動作させる請求項１１に記載の生体情報計測装置のプログラム。