(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定められたリズムで呼吸を行うように教示する呼吸統制手段と、前記呼吸統制手段により呼吸を統制された生体の生体信号を検出するセンサ手段とを備えた生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段に記録された生体信号の特徴量を算出する特徴量算出手段と、前記特徴量算出手段により算出された特徴量を保存する保存手段と、現在又は前記保存手段に保存された過去の前記特徴量を利用者に報知する報知手段とを備えた体調判定支援装置。
【請求項２】
生体の呼吸状態を報知する呼吸モニター手段を備えた請求項１記載の体調判定支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体信号を記録し生体の呼吸を統制する生体信号検出手段と、これを用いた体調判定支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体信号を利用した体調判定・健康判定の技術はこれまでにもいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、特開平５−２２８１１６号公報では、尿分析機能・心電図記録機能・体脂肪率測定機能・血圧測定機能・体重測定機能を備えた便所設備とコントローラをローカルエリアネットワークで接続し、便所設備で得られる生体情報をコントローラの記憶媒体に格納し健康管理に利用する方法が記載されている。
【０００４】
このうち特に心電図や脈波など循環器系の生体情報に関して、これらを利用するための具体的方法として、そのカオス性に着目したものが提案されており興味深い。例えば特開平４−２０８１３６号公報によれば被験者の体表面から採取した脈波または心拍データをｎ次元の空間に埋め込むことによって得た写像と、脈波または心拍データがカオスの定義条件に適合する程度を示す数値とから心身の状態を把握する方法が記載されている。
【０００５】
また、特開平６−２１７９５１号公報によれば、収集した生体情報からアトラクタを生成し、これを記憶部に格納することによって過去に生成したアトラクタとの比較を可能にして利用者の体調を判定する方法が記載されている。
【０００６】
もちろん、必ずしもカオスにこだわる必要はない。従来のフーリエ変換など周波数解析を行うことによって生体情報の特徴量を抽出することも可能である。例えば、心拍波形には、図４（ａ）に示す通りＲ波という急峻で振幅の大きい波が含まれている。このＲ波の間隔（以下、Ｒ−Ｒ間隔と呼ぶ）を測定し時系列データに変換して周波数解析すると、被験者がリラックスした状態においては図４（ｂ）に示す通り１／ｆ様のパワースペクトルが得られる。また被験者の加齢や心理的・生理的状態によって結果が異なることも知られている。このことを利用して体調判定を行うことも可能であろう。ただ、パワースペクトルに見られる１／ｆのゆらぎは、原波形における非定常成分の存在を示唆している。従ってこのような処理方法も、データを非線形な系として扱うカオス処理と全く無縁であるとはいえないことをつけ加えておく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
心拍のゆらぎを特徴づける主な成分は何であろうか。図４（ｂ）をよく見てみると、０．３Ｈｚ近傍にはっきりしたピークが認められる。これは、実は呼吸成分なのである。一般に、吸気で心拍数は上昇し（即ちＲ−Ｒ間隔が短くなり）、呼気で下降する（Ｒ−Ｒ間隔が長くなる）ことがわかっており、それは以下のような機序による。
【０００８】
図５（ａ）は、吸気時の肺と心臓および主要な血管の模式図である。説明の都合上、位置関係は無視している。吸気時には胸腔の圧力差により、肺動脈１００から環流する血液量が増加する。しかし、肺胞が膨張することによって肺内の血液貯蔵量が増加し、肺静脈１０１を通って心臓に流れる血液量は減少する。従って左心室からの拍出量が低下し、圧受容器がこれを検知して副交感神経の抑制をやわらげることにより心拍数が上昇する。一方、呼気時には図５（ｂ）に示す通り、肺から多くの血液が心臓に帰還するので、拍出量が増加する。圧受容器がこれを検知して、心拍数が減少する。
【０００９】
当然のことながら、呼吸のリズムが心拍（あるいは脈拍、心機図）のゆらぎを強く特徴づける。１０回／分程度の呼吸リズムで心拍変動と呼吸曲線が同期し、呼吸がそれより速くなったり遅くなったりすることにより位相のずれが生じるものの、変動の周波数は呼吸周波数とほぼ等しい。
【００１０】
このことは、被験者の呼吸リズムが、検出された心拍データから得られるパワースペクトルに大きな影響を及ぼすことを示唆している。体調判定を行う際に、この点に注意しないと判定を誤ることもあり得る。測定中、息が荒い場合もあるだろうし、そうでない場合もある。個人内、個人間でこのような呼吸条件の統制をとらないと、Ｒ−Ｒ間隔などを指標とした体調判定の信頼性は著しく低下する。
【００１１】
従来の技術においては、この呼吸に対する配慮がなされておらず、測定の度に被験者の呼吸リズムが異なる場合があるという課題があった。
【００１２】
また、被験者が呼吸のリズムを整えようと意識しても実際に教示通りに呼吸を行っているのかわかりにくいという課題があった。
【００１３】
さらに、呼吸のリズムが異なった状態で生体情報から特徴量を抽出するため、体調判定の結果の信頼性が低下するという課題があった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するもので、被験者の呼吸を統制することにより、計測時毎の呼吸による変動誤差を低減すること、また、呼吸を統制することで正しい生体情報を検出し、信頼性のある体調判定の支援を行うことを第１の目的とする。
【００１５】
また、呼吸の状態を被験者にフィードバックすることで呼吸の統制をより確実にすることを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第１の目的を達成するため、定められたリズムで呼吸を行うように教示する呼吸統制手段と、前記呼吸統制手段により呼吸を統制された生体の生体信号を検出するセンサ手段とを備えた生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段に記録された生体信号の特徴量を算出する特徴量算出手段と、前記特徴量算出手段により算出された特徴量を保存する保存手段と、前記特徴量を利用者に報知する報知手段とを備えた構成としてある。
【００１７】
本発明は上記第２の目的を達成するため、生体の呼吸状態を報知する呼吸モニター手段を備えた構成としてある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は上記第１の構成によって、呼吸統制手段は定められたリズムで被験者に呼吸を行うように視覚又は聴覚情報などを用いて教示を行う。被験者はこれによって呼吸を統制し、そのときの生体信号をセンサ手段が検出することにより呼吸性の変動成分を統制した生体信号を記録することができるのである。生体信号検出手段は呼吸統制下の被験者の生体信号を記録する。記録された生体情報の特徴量を特徴量算出手段が算出し、その結果を保存手段に保存すると共に報知手段により利用者に報知することにより、長期にわたる特徴量の変化の傾向が把握でき体調判定に役立てることができるのである。
【００１９】
また、第２の構成によって、呼吸モニター手段は、呼吸統制手段によって呼吸統制を行っている被験者の呼吸を検出し、その情報を被験者に提示する。被験者はこれにより、自分がどの程度呼吸統制手段の教示に忠実に呼吸を行っているかを把握することができるのである。
【００２０】
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、生体信号検出手段の構成を示すブロック図である。生体信号検出手段１は、呼吸統制手段２（ディスプレイ２）、センサ手段３、およびパーソナルコンピュータ４より構成されている。センサ手段３は、光電脈波計５と生体アンプ６より構成されている。被験者７は、指尖部を光電脈波計５内に挿入して利用する。
【００２２】
光電脈波計５は、被験者７の指尖部を流れる血流を赤外線を用いて計測する。血流は心拍動に同期して変化するので、赤外線を指尖部に照射しその反射もしくは透過光をフォトダイオード等により観測することにより脈波信号を得ることができる。得られた脈波情報は生体アンプ６により増幅され、パーソナルコンピュータ４へ送られる。パーソナルコンピュータ４において、脈波データはＡ／Ｄ変換されてハードディスクなどの記録媒体に記録される。
【００２３】
このような脈波計測において、パーソナルコンピュータ４はディスプレイ２に図２に示すような画面を表示させて、被験者の呼吸を統制する。図２において画面８上のグラフ枠９には呼吸教示曲線１０が描かれる。呼吸教示曲線１０は、右から左に向かってスクロールする周期的な曲線である。Ｙ軸１１との交点が現在時刻の値を表しており、大きくなるに従って息を吸い、小さくなるに従ってはくという呼吸動作を教示している。被験者は、この画面８を見ながら呼吸曲線１０の変化に応じて自分の呼吸を統制する。このときの呼吸周期が、例えば２０回／分であるとすると、脈波のピーク間隔のパワースペクトルには０．３Ｈｚ近傍にピークが現れる。
【００２４】
なお、実施例１においては脈波を例にとって説明を行ったが、その他に心電図・心機図など呼吸性の変動を受ける全ての生体情報に対して適用可能であることはいうまでもない。
【００２５】
以上のように、実施例１の構成によれば呼吸統制手段を通して被験者の呼吸を統制することができるため、測定毎に同じ呼吸変動成分を持つ生体情報を検出することができるという効果が期待できる。
【００２６】
（実施例２）
図１において、呼吸モニター手段１２は、チューブ１３と変換器１４より構成されている。チューブ１３は、被験者７の胸部に装着されている。チューブ１３内部には例えば水銀や炭素粉末などが封入されている。
【００２７】
被験者７が呼吸を行うことにより、被験者７の胸郭の径が変動し、それに伴ってチュープ１３内部の水銀の抵抗値が変化する。変換器１４はチュープ１３の抵抗変化を電圧変化に変換する。この電圧変化は、パーソナルコンピュータ４によってディスプレイ２に表示されるよう構成されている。変換器１４の出力をパーソナルコンピュータ４に送る前に生体アンプ６により信号を増幅してもよい。
【００２８】
図２において、呼吸曲線１５は被験者の呼吸状態を示している。この例では呼吸教示曲線９に比較してやや早いリズムで被験者は呼吸を行っていることがわかる。画面８を見た被験者は、これにより自分の呼吸リズムを遅らせて呼吸曲線１５を呼吸教示曲線１０に同期させることができる。
【００２９】
以上のように、実施例２によれば被験者が自分の呼吸をモニターできるため呼吸の統制をより正確に行うことができるという効果が期待できる。
【００３０】
（実施例３）
図３は、体調判定支援装置の構成を示すブロック図である。体調判定支援装置は、生体信号検出手段１、特徴量算出手段１６、保存手段１７、報知手段１８より構成されている。これらの実現は、例えば表示装置を備えたパーソナルコンピュータを利用することによって可能となる。
【００３１】
生体信号検出手段１は、呼吸統制された被験者の心電図、脈拍、心機図などの生体信号を一定時間分記憶する。心電図の場合で、サンプリング周波数を１００Ｈｚとして１分間の計測を行うと６０００個のデータを記憶しなければならなくなる。１データ当たり１６ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換器を用いたとすると１２Ｋバイト分の記憶容量があればよい。
【００３２】
特徴量算出手段１６は、生体信号検出手段１が検出した一定時間分の生体信号に対してその特徴量を算出する。実施例３において生体信号の特徴量とは、生体信号として心電図を用いた場合、例えばＲ−Ｒ間隔の周波数解析を行った際のパワースペクトル、またはパワースペクトルの傾向を近似した直線の傾き、あるいはｎ次元空間に再構成したアトラクターの構造、さらにリアプノフ指数・フラクタル次元などカオス的振る舞いを定量化する指標等を指す。もちろん、生体信号として心電図に限ることはなく、脈波・心機図など呼吸性変動の影響がある全ての生体信号に対して特徴量の算出は可能である。
【００３３】
保存手段１７は特徴量算出手段が算出した特徴量を順次保存していく。保存手段１７を実現する媒体としては、ハードディスク・フロッピーディスク・光磁気ディスク・ＲＡＭカードなどが利用可能である。特徴量を、１週間・１カ月・１年と保存することによって被験者即ち利用者の平常時の特徴量の変化の傾向が明らかになる。この傾向を報知手段１８で確認する。報知手段１８としては、ディスプレイなどの利用が可能である。傾向をグラフで表示することにより、利用者の体調がどのように推移しているのかを利用者は知ることができる。
【００３４】
以上のように実施例３によれば、呼吸統制がなされた生体情報の特徴量を利用することにより、より正確な体調の判定が可能となるという効果が期待できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明の排便装置は、次のような効果がある。
【００３６】
呼吸統制手段により被験者の呼吸を統制しそのときの生体情報を検出するため、呼吸性の変動成分を一定にし、信頼性のある生体情報が記録できて、この呼吸を統制した状態での生体情報を利用することにより、信頼性のある特徴量を用いて正しい体調判定の為の支援を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
【図２】呼吸統制手段の表示の一例を示す図
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図
【図４】（ａ）心電図
（ｂ）心拍の揺らぎを示すグラフ
【図５】呼吸による心拍率の変動を説明する図
【符号の説明】
１  生体信号検出手段
２  呼吸統制手段
３  センサ手段
１２  呼吸モニター手段
１３  チューブ
１４  変換器
１６  特徴量算出手段
１７  保存手段
１８  報知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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