(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の少なくとも心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、この電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成する信号処理手段と、前記心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備え、前記信号処理手段にはハイパスフィルタが設けられ、前記心拍間隔測定手段は前記ハイパスフィルタを通過した前記心電図信号を等時間隔でサンプリングし、下記方法を用いてＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、このＲ波若しくはＳ波に関する頂点同士の間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
記
隣接して振幅Ｖが、下突条件：Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜Ｖ
(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)、若しくは、上突条件：Ｖ(０)＞Ｖ(
１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ＋
２)の関係を満たす部位を検索し、前記下突条件若しくは上突条件を満たす部位にお
けるＶ(ｎ＋１)をＲ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点として検出する。ここ
でＶの引数は時系列を表し、０＜ｎ＜ｍである。ただし、振幅Ｖは所定のノイズ閾値
外の値とする。
【請求項２】
生体の少なくとも心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、この電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成する信号処理手段と、前記心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備え、前記信号処理手段にはハイパスフィルタが設けられ、前記心拍間隔測定手段は前記ハイパスフィルタを通過した前記心電図信号を等時間隔でサンプリングし、下記方法を用いてＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、このＲ波若しくはＳ波に関する頂点同士の間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
記
（１）隣接して振幅Ｖが、下突条件：Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜
Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)、若しくは、上突条件：Ｖ(０)＞Ｖ
(１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ
＋２)の関係を満たす部位を検索し、前記下突条件若しくは上突条件を満たす部位に
おけるＶ(ｎ＋１)をＲ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点として検出する。こ
こでＶの引数は時系列を表し、０＜ｎ＜ｍである。ただし、振幅Ｖは所定のノイズ閾
値外の値とする。
（２）前記下突条件若しくは上突条件を課してＲ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれか
を検出した後は、同じ条件を課して隣り合うＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出す
る。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段は前記ｍを０．１２ｓ以下に設定するか若しくはｍ−ｎを０．０６ｓ以下に設定したことを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、検索された前記条件を満たす部位における夫々の波高値{｜Ｖ(１)−Ｖ(ｎ＋１)｜若しくは｜Ｖ(ｎ＋１)−Ｖ(ｍ＋１)｜のいずれか大きい方}を比較し、前記上突条件を満たす部位における波高値Ｕｈと前記下突条件を満たす部位における波高値Ｌｈとの比Ｕｈ／Ｌｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記下突条件を課すようにし、前記波高値Ｌｈと前記波高値Ｕｈとの比Ｌｈ／Ｕｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記上突条件を課すように前記心拍間隔測定手段が構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の生体情報測定装置において、前記閾値Ｔｈは０．４から０．７であることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段は、前記Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれかを一度検出した後は、０．３ｓ以下の範囲では次のＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出しないように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記ハイパスフィルタは、８Ｈｚから３０Ｈｚの範囲で設定される所定の閾値以上の周波数のみを通過させるものであることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記信号処理手段には、ローパスフィルタが設けられていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項９】
請求項８記載の生体情報測定装置において、前記ローパスフィルタは３０Ｈｚよりも大きな値で設定される所定の閾値以下の周波数のみを通過させるものであることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速度測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを一つの生体情報組とし、前記生体情報組を１組から１０組まで同時に無線で記録装置に送信する無線送信手段を備えたことを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記三軸加速度測定手段は、前記信号処理手段によって得られる心電図信号における一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の絶対値の最大値若しくは平均値を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記三軸加速度測定手段は、前記信号処理手段によって得られる心電図信号における一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の最大値及び最小値を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、心拍間隔、三軸加速度及び温度を内部で記録するための記録手段を備えたことを特徴とする生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
心臓の拍動周期（心周期）、つまり心拍間隔には様々なメカニズムで生ずるゆらぎが混在している。比較的長周期のゆらぎは日内変動があり、平均すると睡眠中は心拍数が低く、起きているときは心拍数が高いことがわかっている（非特許文献１）。更に、短周期でもゆらぎが生じている。人は呼気時に心拍数が減少し、吸気時に心拍数が増加する。これが繰り返されれば心拍間隔にゆらぎが生じる。たとえば呼吸数が１５回／６０ｓ（秒）ならば、これと等しい１５／６０＝０．２５Ｈｚがゆらぎの周波数である。
【０００３】
心拍数は交感神経と迷走神経（副交感神経）によって支配されている。交感神経と迷走神経による心拍間隔調節には伝達特性があり、具体的には、交感神経は周波数が０．１５Ｈｚ以上の心拍間隔の変動を伝達しないのに対し、迷走神経は周波数が１Ｈｚの心拍間隔の変動までを伝達する（非特許文献２）。この特性のために、心拍間隔の変動の周波数スペクトルを得ると、０．０４Ｈｚ以上０．１５Ｈｚ未満の低周波成分と、０．１５Ｈｚ以上の高周波成分の２つの成分が観測される（非特許文献３）。これらの成分をそれぞれＬＦとＨＦと呼び、上記の理由からＨＦは迷走神経、ＬＦは交感神経と迷走神経の活動を反映していると考えられる。さらにMalianiらはＬＦ／ＨＦが自律神経バランスを表しているとした（非特許文献４）。
【０００４】
交感神経が亢進すると心拍数が増大しＬＦとＬＦ／ＨＦが増大する。これは興奮状態であることを示す。一方、迷走神経が亢進すると心拍数が減少しＨＦが増大しＬＦ／ＨＦが減少する。これはリラックスしている状態である。このような特徴を利用した人の心理解析の事例は非常に多く、ＴＶ視聴時の感情評価（非特許文献５）、ドライバーのストレス評価（非特許文献６）、音楽や映画視聴時のリラックス度評価（非特許文献７）などがある。
【０００５】
このように心拍間隔を測定することで、人の自律神経バランスやストレスの度合いを評価できるが、従来は心拍間隔の測定のために据え置き型の心電計若しくは生体に取り付けて所定時間内の心電図（波形データ）を記憶するホルター心電計が用いられてきた。
【０００６】
しかしながら、単に心拍間隔を測定するためにこれらの機器を用いるのは、オーバースペックであり、具体的にはこれらの機器は心電図の波形データを全て拾うため容量の大きいメモリが必要になり、その分バッテリや心電計本体のサイズが大きくなってしまい、コスト高であり、拾った波形データを後から解析しなければならないため煩雑である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Vanoli E, Adamson PB, Ba-Lin, et al., “Heart rate variability during specific sleep stage: A comparison of healthy subjects with patients after myocardial infarction,” Circulation, 91, 1918-1922 (1995).
【非特許文献２】Berger RD, Saul JP, Cohen RJ,“Transfer function analysis of autonomic regulation, I: canine atrial rate response,”Am J Physiol, 256, H142-H152 (1989).
【非特許文献３】Sayers B.McA.,“Analysis of heart rate variability,”Ergonomics,16,17-32 (1973).
【非特許文献４】Maliani A, Pagani M, Lombardi F, Cerutti S, “Cardiovascular neural regulation explored in the frequency domain,” Circulation, 84, 482-492 (1991).
【非特許文献５】坂本清美, 坂下誠司, el al.,”TV視聴時のユーザの感情状態が生理心理計測に及ぼす影響,” Panasonic Technical Journal, 59, No.1, 29-34 (2013)
【非特許文献６】小川和久, et al., "ドライバーの感情特性と運転行動への影響:感情コントロールのための教育プログラム開発を目指して," 国際交通安全学会報告書 (2009).
【非特許文献７】山田歩,片岡秋子, "好みの音楽とクラシック音楽における自律神経系への影響," ヒューマン・ケア研究, 7, 73-81 (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、心拍間隔測定に特化することで、小型で、身につける負担が少なく、しかもバッテリの長寿命化を図れ、心拍間隔を即時に表示することもできる実用的な生体情報測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨を説明する。
【００１０】
生体の少なくとも心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、この電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成する信号処理手段と、前記心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備え、前記信号処理手段にはハイパスフィルタが設けられ、前記心拍間隔測定手段は前記ハイパスフィルタを通過した前記心電図信号を等時間隔でサンプリングし、下記方法を用いてＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、このＲ波若しくはＳ波に関する頂点同士の間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
記
隣接して振幅Ｖが、下突条件：Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜Ｖ
(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)、若しくは、上突条件：Ｖ(０)＞Ｖ(
１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ＋
２)の関係を満たす部位を検索し、前記下突条件若しくは上突条件を満たす部位にお
けるＶ(ｎ＋１)をＲ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点として検出する。ここ
でＶの引数は時系列を表し、０＜ｎ＜ｍである。ただし、振幅Ｖは所定のノイズ閾値
外の値とする。
【００１１】
また、生体の少なくとも心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、この電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成する信号処理手段と、前記心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備え、前記信号処理手段にはハイパスフィルタが設けられ、前記心拍間隔測定手段は前記ハイパスフィルタを通過した前記心電図信号を等時間隔でサンプリングし、下記方法を用いてＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、このＲ波若しくはＳ波に関する頂点同士の間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
記
（１）隣接して振幅Ｖが、下突条件：Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜
Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)、若しくは、上突条件：Ｖ(０)＞Ｖ
(１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ
＋２)の関係を満たす部位を検索し、前記下突条件若しくは上突条件を満たす部位に
おけるＶ(ｎ＋１)をＲ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点として検出する。こ
こでＶの引数は時系列を表し、０＜ｎ＜ｍである。ただし、振幅Ｖは所定のノイズ閾
値外の値とする。
（２）前記下突条件若しくは上突条件を課してＲ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれか
を検出した後は、同じ条件を課して隣り合うＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出す
る。
【００１２】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段は前記ｍを０．１２ｓ以下に設定するか若しくはｍ−ｎを０．０６ｓ以下に設定したことを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１３】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、検索された前記条件を満たす部位における夫々の波高値{｜Ｖ(１)−Ｖ(ｎ＋１)｜若しくは｜Ｖ(ｎ＋１)−Ｖ(ｍ＋１)｜のいずれか大きい方}を比較し、前記上突条件を満たす部位における波高値Ｕｈと前記下突条件を満たす部位における波高値Ｌｈとの比Ｕｈ／Ｌｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記下突条件を課すようにし、前記波高値Ｌｈと前記波高値Ｕｈとの比Ｌｈ／Ｕｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記上突条件を課すように前記心拍間隔測定手段が構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１４】
また、請求項４記載の生体情報測定装置において、前記閾値Ｔｈは０．４から０．７であることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段は、前記Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれかを一度検出した後は、０．３ｓ以下の範囲では次のＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出しないように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１６】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記ハイパスフィルタは、８Ｈｚから３０Ｈｚの範囲で設定される所定の閾値以上の周波数のみを通過させるものであることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１７】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記信号処理手段には、ローパスフィルタが設けられていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１８】
また、請求項８記載の生体情報測定装置において、前記ローパスフィルタは３０Ｈｚよりも大きな値で設定される所定の閾値以下の周波数のみを通過させるものであることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００１９】
また、請求項１〜９いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速度測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを一つの生体情報組とし、前記生体情報組を１組から１０組まで同時に無線で記録装置に送信する無線送信手段を備えたことを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００２０】
また、請求項１〜１０いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記三軸加速度測定手段は、前記信号処理手段によって得られる心電図信号における一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の絶対値の最大値若しくは平均値を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００２１】
また、請求項１〜１１いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、前記三軸加速度測定手段は、前記信号処理手段によって得られる心電図信号における一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の最大値及び最小値を測定するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【００２２】
また、請求項１〜１２いずれか１項に記載の生体情報測定装置において、心拍間隔、三軸加速度及び温度を内部で記録するための記録手段を備えたことを特徴とする生体情報測定装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上述のように構成したから、小型で、身につける負担が少なく、しかもバッテリの長寿命化を図れ、心拍間隔を即時に表示することもできる実用的な生体情報測定装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例の概略説明図である。
【図２】本実施例の取り付け方法を説明する概略説明図である。
【図３】一般的な心電図の概略説明図である。
【図４】ハイパスフィルタを通した後の心電図の概略説明図である。
【図５】Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波及び心拍間隔を説明する概略説明図である。
【図６】別例１の概略説明図である。
【図７】信号処理手段で処理する前の心電図の概略説明図である。
【図８】信号処理手段で図７の心電図を処理した処理済み心電図の概略説明図である。
【図９】図８におけるＱＲＳ幅部分を拡大した拡大概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２６】
生体に電極を接触させてこの電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成し、心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する。
【００２７】
また、本発明は、心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段のほかに、三軸加速度測定手段と温度測定手段とを備え、心拍間隔と前記三軸加速度測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度を同時に無線で送信する無線送信手段を備えている。従って、心拍間隔だけでなく、三軸加速度から人の姿勢や運動を測定でき、さらに人の置かれた環境温度も測定できることで、これらの測定値を自律神経バランスと併せて人のストレス状態を評価するために有用な指標とすることができる。
【００２８】
また、これらの測定値を同時に送信することで、小さい容量のメモリを使用でき、それだけ装置を小型化できるから、着用者の負担を少なくでき、バッテリを長寿命化できる等、良好に長期間継続的に着用して利用できる生体情報測定装置となる。
【００２９】
また、例えば、心拍間隔測定手段は、信号処理手段に設けたハイパスフィルタを通過した心電図信号を等時間隔でサンプリングし、上記方法を用いてＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、その間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定することができ、この場合、マイコン等による極めて簡単なデータ処理で心拍間隔を測定できることになり、心電図の波形データそのものを記憶せずに心拍間隔の測定結果のみを記憶させることが可能となる。
【実施例】
【００３０】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００３１】
本実施例は、生体の少なくとも心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、この電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成する信号処理手段と、前記心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備えたものである。
【００３２】
具体的には、本実施例は、図１に図示したように、生体情報測定装置２は信号処理手段３と心拍間隔測定手段４と三軸加速度測定手段５と温度測定手段６と無線送信手段７とからなり、図１，２に図示したように電極１が設けられている。被測定者は生体情報測定装置２に複数の電極１を取り付けた状態でそれらを身体に取り付けて心拍間隔等を測定する。電極は３つ以上設けても良いが、心拍間隔測定のためであれば２つあればよい。また、本実施例には測定結果表示用の表示手段（ディスプレイ）が設けられている。
【００３３】
このように構成することで、本実施例は、心拍間隔だけでなく、加速度センサ（三軸加速度測定手段５）で人の姿勢や運動を測定でき、さらに内蔵された温度計（温度測定手段６）で人の置かれた環境温度を測定することができ、被測定者の負担にならず心拍間隔と三軸加速度と温度とを同時期に測定することができる。これらの測定値は自律神経バランスと併せて人のストレス状態を評価するために有用な指標とすることができ、より実用的な生体情報測定装置となる。
【００３４】
また、本実施例は、前記信号処理手段３にハイパスフィルタが設けられ、前記心拍間隔測定手段４は前記ハイパスフィルタを通過した前記心電図信号を等時間隔でサンプリングし、以下に詳述する方法でＲ波若しくはＳ波に関する頂点を２点検出し、このＲ波若しくはＳ波に関する頂点同士の間隔を前記一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは前記一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔として心拍間隔を測定するように構成されている。
【００３５】
ここで心拍間隔とは、図５に図示したような前記一のＲ波11と該一のＲ波と隣り合う他のＲ波11との時間的間隔（心拍間隔15）、若しくは、前記一のＳ波12と該一のＳ波と隣り合う他のＳ波12との時間的間隔（心拍間隔16）のことである。具体的には、所定の時間心臓の拍動周期を測定した際、波高がピークとなる一のＲ波11とその後時間が経過し再び波高がピークとなる他のＲ波11（隣り合うＲ波11）との時間的間隔が心拍間隔15であり、波高がピークとなる一のＳ波12とその後時間が経過し再び波高がピークとなる他のＳ波12（隣り合うＳ波12）との時間的間隔が心拍間隔16である。この時間は秒（ｓ）で表される。被測定者によって個人差があるため、Ｒ波11の波高が大きい被測定者に対しては隣り合うＲ波11を利用して心拍間隔15を測定すれば良く、また、Ｓ波12の波高が大きい被測定者に対しては隣り合うＳ波12を利用して心拍間隔16を測定すれば良い（心拍間隔15と16は同じ時間的間隔になるため）。
【００３６】
また、図５のＱ波10からＳ波12までの幅はＱＲＳ幅14と呼ばれ、ＱＲＳ幅14内にある波のうち、Ｒ波11はＱ波10の後に（Ｑ波10が現れてから時間が経過して）現れるＱ波10と反対方向にピークがある波であり、Ｓ波12はＲ波11の後に（Ｒ波11が現れてから時間が経過して）現れるＲ波11と反対方向にピークがある波を示している。
【００３７】
生体情報測定装置２は、身につける際に被測定者の負担にならないようできる限り小さく構成し、小さなバッテリで長時間運用できる方が望ましい。そこで、本実施例においてはバッテリを長寿命にするため、同時期に測定した心拍間隔と三軸加速度と温度とを一つの組（生体情報組）として同時に内部の記録手段８若しくは外部の記録装置に送信するように無線送信手段７を構成している。
【００３８】
例えば、心拍数が６０ｂｐｍ（６０拍／分）ならば無線送信は１秒に１回程度でよくバッテリサイズの縮小と電池の寿命を延ばすことに貢献できる。前記生体情報組は１組から１０組まで内部の記録手段８若しくは外部の記録装置に同時に無線で送信することが現実的であり、生体情報組を例えば、３組同時に送信するように構成した場合には、心拍数が６０ｂｐｍの時は３秒に１回程度の無線通信になり、さらにバッテリサイズの縮小と電池の寿命を延ばすことに貢献できる。また、同時に10組より多くの組を送信することも可能であるが、無線送信するにもかかわらずデータのリアルタイム性が損なわれ、心拍間隔を即時に表示して確認できるというメリットがなくなるため、10組までのほうが良い。本実施例では、生体情報組を３組同時に送信している。
【００３９】
具体的には、図６に図示した別例１のように生体情報測定装置に無線送信手段７の他に記録手段８があれば、生体情報測定器単体で生体情報を記録でき、一般的なホルター心電計とは異なり生体情報組のみを記録するので、例えば小さな半導体メモリに記録することが可能となり、バッテリのサイズを縮小し電池の寿命を延ばし、生体情報測定装置のサイズ縮小にも貢献できる。
【００４０】
また、無線送信手段７の他に、記録手段８及びモード設定手段17を具備することで、測定された生体情報組を所望の用途に応じてモードを選択して処理することが可能となる。具体的には、前記モードはモード設定手段17を用いて、送信モード、記録モード若しくは記録送信モードから選択し設定する。
【００４１】
送信モードに設定すると、測定された生体情報組を無線送信手段７を用いてパソコンやタブレット端末，スマートフォンなどの外部の記録装置に送信することが可能となり、記録モードに設定すると、測定された生体情報組を内部の記録手段８を用いて記録することが可能となり、更には記録送信モードに設定すると、測定された生体情報組を内部の記録手段８を用いて記録しながら無線送信手段７を用いて外部の記録装置に送信することが可能となり、より実用性に優れたものとなる。
【００４２】
生体情報組は１つの心拍間隔に対応するが、１つのみでは一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間の三軸加速度の変化がわからない。そのため、三軸加速度の変化をみるためには複数の生体情報組を確認する必要があり、例えば人の転倒のような突発的な加速度の変化を検出するためには、三軸加速度測定手段５は一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の絶対値の最大値を測定できるように構成するのが望ましい。また、人の姿勢測定を重視する場合、突発的な加速度を測定する必要はないので、三軸加速度測定手段５は一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の平均値を測定できるように構成するのが望ましい。さらに、人が走る、歩くなどの運動の様子を詳細に測定するために三軸加速度測定手段５は一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間における三軸夫々の加速度の最大値と最小値を同時に測定できるように構成するのが望ましい。また、上述の三軸夫々の加速度の絶対値の最大値、三軸夫々の加速度の平均値、三軸夫々の加速度の最大値と最小値のうち、２組以上を測定できる構成としても良い。
【００４３】
心拍間隔測定手段４には、一般にはマイコンが使われるが、図３に図示したように一般的な心電図にはベースラインの揺動と図５の心電図に示される（Ｓ波12が現れてから時間が経過して現れる）Ｔ波13と識別するために、Ｒ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点を検出するには何らかのフィルタ回路が必要である（ベースラインとは、Ｐ波９の起伏の始まりの位置から隣り合うＰ波９の起伏の始まりの位置までを直線で結んだラインのことを指す。）。
【００４４】
そこで、信号処理手段３として、８Ｈｚから３０Ｈｚの範囲で設定される所定の閾値以上の周波数のみを通過させるハイパスフィルタ（フィルタ回路）、例えば１０Ｈｚ以上の周波数のみを通過させるハイパスフィルタを適用すれば、図４のようにベースラインの揺動が抑えられ、簡単にＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出することができる。周波数が８Ｈｚより小さいとベースラインの揺動を抑えることが困難であり、また３０Ｈｚより大きいとＲ波のデータが取れなくなるため（Ｒ波の起伏には３０Ｈｚ以下の成分までしか含まれていないために３０Ｈｚ以上の周波数のみを通過させるとＲ波が確認できなくなるため）、８Ｈｚから３０Ｈｚの範囲で設定される閾値以上の周波数のみを通過させるほうがよい。
【００４５】
このように、Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点の検出が簡単であれば、マイコンのプログラムステップ数を削減でき、消費電力を抑えられバッテリサイズの縮小と電池の寿命を延ばすことに貢献できる。
【００４６】
なお、ハイパスフィルタのみを適用した場合、心電図に筋電などのノイズが混入し、これをマイコンがＲ波若しくはＳ波と誤検出する可能性がある。そこで、この可能性を減少させるために、信号処理手段３にはハイパスフィルタに加え、ローパスフィルタも設けた方がよい。前記ローパスフィルタは、Ｒ波を通過させる必要があるため、３０Ｈｚよりも大きな値、例えば３１Ｈｚから２０００Ｈｚの範囲で設定される所定の閾値以下の周波数のみを通過させるものである。２０００Ｈｚより大きいと生体信号はないため無意味なので、上限を２０００Ｈｚに設定している。
【００４７】
ここで、Ｒ波に関する頂点とＳ波に関する頂点と心拍間隔の関係について説明する。図７は電極１から得られる心電図18である。この心電図に信号処理手段３がもつハイパスフィルタを適用すると図８の処理済み心電図21が得られる。本実施例では、15Ｈｚ以上の周波数のみを通過させるハイパスフィルタを適用している。心拍間隔測定手段４が検出するのは処理済み心電図21の頂点である。
【００４８】
図８に示す頂点ｒ’(1)22と頂点ｒ’(2)23が測定された時刻と同時刻の図７における心電図18上の点は、それぞれ点ｒ(1)19と点ｒ(2)20である。点ｒ(1)19と点ｒ(2)20はＲ波の頂点（波のピークとなる箇所）ではないが、人の心電図のＱＲＳ夫々の波形は相似的なので（波高の違いはあってもＱＲＳ夫々の波形は同じであるため）、処理済み心電図21の隣り合う頂点の間隔、つまり頂点ｒ’(1)22と頂点ｒ’(2)23の間隔はほぼ心拍間隔に等しい。ここで、（図８における頂点ｒ’(1)22の波をＲ波と便宜上置き換えて、）頂点ｒ’(1)22と頂点ｒ’(2)23をＲ波に関する頂点という。もしも、電極１から得られる心電図においてＳ波がＲ波よりも大きな波高を持つならば、処理済み心電図21の頂点ｒ’(1)22と頂点ｒ’(2)23はＳ波に関する頂点となる。なお、図８においては、頂点ｒ’(1)22をＲ波に関する頂点としている。
【００４９】
次に、Ｒ波に関する頂点若しくはＳ波に関する頂点の検出方法を、図９を用いて説明する。図９は図８のＱＲＳ幅14部分を拡大したものである。まずハイパスフィルタを適用させた処理済み心電図21を等時間隔でサンプリングし、隣接して振幅Ｖが、Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)、若しくは、Ｖ(０)＞Ｖ(１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ＋２)の関係にあるサンプリング点を検索する。ここで振幅Ｖの引数は時系列を表し、０＜ｎ＜ｍである。ただし、これらの値Ｖはベースライン24周辺のノイズを避けるために所定のノイズ閾値外の値、具体的には、ノイズ上限閾値26よりも大きな値若しくはノイズ下限閾値25よりも小さな値であるという条件を課す。さらにｍがある一定の値を超えないというＱＲＳ幅条件若しくはｍ−ｎがある一定の値を超えないというＲＳ幅条件を課す。ＱＲＳ幅はＱＲ幅とＲＳ幅に区分けでき、ほぼ同じ幅となり、人の正常なＱＲＳ幅は０．１２ｓ以下でありＱＲＳ幅条件はｍが０．１２以下若しくはＲＳ幅条件はｍ−ｎが０．０６以下になるため、ＱＲＳ幅条件値とＲＳ幅条件値はそれぞれ０．１２ｓと０．０６ｓ以下程度となり、それぞれ最大値の０．１２ｓ若しくは０．０６ｓが好適である。
【００５０】
また、前記のサンプリング点を検索する条件のうち、Ｖ(０)＜Ｖ(１)＞Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＞Ｖ(ｎ＋１)＜Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＜Ｖ(ｍ＋１)＞Ｖ(ｍ＋２)を下突条件、Ｖ(０)＞Ｖ(１)＜Ｖ(２)かつＶ(ｎ)＜Ｖ(ｎ＋１)＞Ｖ(ｎ＋２)かつＶ(ｍ)＞Ｖ(ｍ＋１)＜Ｖ(ｍ＋２)を上突条件と呼ぶことにする。下突条件・上突条件いずれの場合もＶ(ｎ＋１)がＲ波若しくはＳ波に関する頂点であり、図８の頂点ｒ’(1)22や頂点ｒ’(2)23はＶ(ｎ＋１)が測定された時刻と同時刻の位置を表している。なお、図８及び図９は下突条件で検出された点を表しており、図８の頂点ｒ’（1）22がＲ波に関する頂点であれば、図９におけるＶ(ｎ＋１)もＲ波に関する頂点である。
【００５１】
心電図においてＲ波かＳ波の波高のいずれかが常に大きい場合は、常に上突条件若しくは下突条件いずれかの同じ条件を課して隣り合うＲ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれか一方を検出していく。しかし、心電図においてＲ波とＳ波が同程度の波高を持つ場合、上突条件と下突条件が不規則に一致し、従って心拍間隔の測定値にジッタが生じる（Ｒ波の後に隣り合うＲ波を測定せずにＳ波を測定し、本来測定しなければならないデータとずれが生じる）。そこで、一度下突条件若しくは上突条件でＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出したら、下突条件若しくは上突条件を課しながらＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出することでジッタを避けることができる。即ち、例えば一度上突条件でＲ波に関する頂点を検出したら以後はＲ波に関する頂点のみを検出する。
【００５２】
例えば、生体情報組を３組同時に無線送信する場合、はじめに１点目のＲ波に関する頂点を検出した場合、隣り合う２点目のＲ波に関する頂点を検出後、１点目と２点目の頂点間の時間的間隔を算出すると共に２点目のＲ波に関する頂点と隣り合う３点目のＲ波に関する頂点を検出し、２点目と３点目の頂点間の時間的間隔を算出すると共に３点目のＲ波に関する頂点と隣り合う４点目のＲ波に関する頂点を検出し、３点目と４点目の頂点間の時間的間隔を算出して各頂点間の時間的間隔とこれに関連する他の生体情報（三軸加速度及び温度）とをまとめて無線送信する。
【００５３】
また、日内変動によってＲ波若しくはＳ波の波高は変化するので、一方の波高が他方の波高よりも常に大きくなったら、条件を入れ替えるべきである。例えば、上突条件を課して測定していたが、下突条件を課していた時の波高が上突条件を課していた時の波高よりも常に大きい状態となったときには、下突条件に移行すべきである（即ち、例えば、上突条件を課してＳ波に関する頂点を検出し続けている状態でも、Ｒ波の波高は監視し続ける。）。
【００５４】
ここで、検索された条件を満たす部位における波高値を、｜Ｖ(１)−Ｖ(ｎ＋１)｜若しくは｜Ｖ(ｎ＋１)−Ｖ(ｍ＋１)｜のいずれか大きい方とする。そして前記上突条件を満たす部位における波高値Ｕｈと前記下突条件を満たす部位における波高値Ｌｈとの比Ｕｈ／Ｌｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記下突条件を課すようにし、前記波高値Ｌｈと前記波高値Ｕｈとの比Ｌｈ／Ｕｈが、閾値Ｔｈ以下となった場合は前記上突条件を課してＲ波に関する頂点からＳ波に関する頂点へ、若しくはＳ波に関する頂点からＲ波に関する頂点へ切り替えるように心拍間隔測定手段４を構成している。ここで閾値Ｔｈは０．４から０．７が好適である。閾値Ｔｈが０．７より大きいと入れ替わりが頻繁に生じる可能性がある。入れ替わる瞬間はジッタが生じてしまうため、入れ替わりは出来るだけ頻繁でないほうがよい。また、閾値Ｔｈが０．４より小さいと入れ替わりが生じなくなる。
【００５５】
また、一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間には筋電などによるノイズが入ることがあるので、誤ってノイズをＲ波若しくはＳ波に関する頂点と検出してしまう可能性がある。一方で、人の正常な心拍間隔の変動は±２５％程度なので、ある程度次の（隣り合う）Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点の出現時刻を予測できる。従って、Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点のいずれかを一度検出したら、その後一定の時間内はＲ波若しくはＳ波に関する頂点を検出しない条件を課せば、筋電などのノイズによるＲ波若しくはＳ波に関する頂点の誤検出を抑えることができる。また、前述したローパスフィルタを適用することでさらに誤検出を抑えることができる。人の心拍数は最大２００拍／分程度なので、Ｒ波若しくはＳ波に関する頂点を検出しない時間は０．３ｓ以下、若しくは直前の測定心拍間隔の５０％程度が好適である。
【００５６】
本実施例は上述のように構成したから、生体に電極を接触させてこの電極から得た電圧の変化を電気的に処理して心電図信号を作成し、心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する際、マイコン等による極めて簡単なデータ処理で心拍間隔を測定できることになり、心電図の波形データそのものを記憶せずに心拍間隔の測定結果のみを記憶させることが可能となる。
【００５７】
従って、本実施例は、小さい容量のメモリを使用でき、それだけ装置を小型化できるから、着用者の負担を少なくでき、バッテリを長寿命化できる等、良好に長期間継続的に着用して利用できる生体情報測定装置となる。
【要約】
【課題】小型で、身につける負担が少なく、しかもバッテリの長寿命化を図れ、心拍間隔を即時に表示することもできる実用的な生体情報測定装置の提供。
【解決手段】生体の心拍間隔を測定可能で生体に着用可能な生体情報測定装置であって、生体に接触する複数の電極と、心電図信号を作成する信号処理手段と、心電図信号から該心電図信号中の一のＲ波及び該一のＲ波と隣り合う他のＲ波の間隔若しくは一のＳ波及び該一のＳ波と隣り合う他のＳ波の間隔から心拍間隔を測定する心拍間隔測定手段と、三軸加速度測定手段と、温度測定手段とを備え、前記心拍間隔測定手段によって得られた心拍間隔と前記三軸加速測定手段によって得られた三軸加速度と前記温度測定手段によって得られた温度とを、同時に無線で送信する無線送信手段を備える。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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