JP2005198828A - 生体情報解析装置、生体情報解析方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、手軽に人の感情状態を評価する。
【解決手段】 脈拍センサ３０および体動センサ３０２により脈拍数を検出し、ＭＰＵ３０８は、脈拍数に基づいて平均脈拍数および脈拍数の平均脈拍数に対するばらつきである脈拍数ばらつきを求め、平均脈拍数および脈拍数ばらつきに基づいて生体情報を解析する。ここで、ＭＰＵ３０８は、脈拍数ばらつきが予め定めた基準脈拍数ばらつきよりも高く、感情評価指数があらかじめ定めた基準感情評価指数よりも高い場合にリラックスしている状態であると判別し、低い場合には、集中している状態であると判別する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、生体情報解析装置、生体情報解析方法、制御プログラムおよび記録媒体に係り、特に人の感情状態を評価することが可能な生体情報解析装置、生体情報解析方法、制御プログラムおよび記録媒体に関する。

従来の自立神経を評価する手法としては、脈拍数や血圧の傾向を周波数解析し、その低周波成分（ＬＦ）あるいは高周波成分（ＨＦ）から交感神経や副交感神経の活性度を評価する手法が一般的であった。
また、特許文献１記載の技術は、一次処理された脳波ゆらぎ信号を入力として、覚醒度を推定する覚醒度ニューラルネットワークと、この覚醒度ニューラルネットワークによって推定された覚醒度と、一次処理された脳波ゆらぎ信号とを入力し、快適度の推定を行い、その推定値を出力する快適度ニューラルネットワーク、とを含んだ構成が開示されており、従来の統計解析の手法と比較してより正確な心理状態の推定が行える旨が記載されている。
特開平８−１１７１９９号公報

しかしながら、上記従来の手法では、複雑な計算を必要とするため、計測のために大規模な演算・機器システムを必要とし、簡単に評価できるものでもないという問題点があった。特に携帯型のシステムを構築することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、手軽に人の感情状態を評価することができる生体情報解析装置、生体情報解析方法、制御プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

上記課題を解決するため、生体情報解析装置は、生体情報値を検出する生体情報値検出部と、前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求める演算部と、前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析する解析部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、生体情報値検出部は、生体情報値を検出する。
演算部は、前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求める。
これらの結果、解析部は。平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析する。
この場合において、前記解析部は、前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行うようにしてもよい。
ＥＩ＝σ／ＨＲ

また、前記解析部は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別するようにしてもよい。
さらに、前記解析部は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別するようにしてもよい。
さらにまた、前記解析部は、前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別し、低い場合に集中している状態であると判別するようにしてもよい。
また、前記生体情報値検出部は、脈拍信号を出力する脈拍センサと、前記脈拍信号について周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部における周波数分析結果から候補スペクトルを抽出し、生体情報値を算出する生体情報値算出部と、を備えるようにしてもよい。
さらに、前記生体情報の解析結果を外部の集計装置に無線通信により送信する通信部を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかであるようにしてもよい。
また、生体情報解析方法は、生体情報値を検出する脈拍検出過程と、前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求める演算過程と、前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析する解析過程と、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記解析過程は、前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行うようにしてもよい。
ＥＩ＝σ／ＨＲ

また、前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別するようにしてもよい。
さらに、前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別するようにしてもよい。
さらにまた、前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別し、低い場合に集中している状態であると判別するようにしてもよい。
また、前記脈拍検出過程は、脈拍信号の周波数分析を行う周波数分析過程と、前記周波数分析結果から候補スペクトルを抽出し、生体情報値を算出する生体情報値算出過程と、を備えるようにしてもよい。
さらに、前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかであるようにしてもよい。
また、コンピュータにより生体情報の解析を行う生体情報解析装置を制御するための制御プログラムにおいて、生体情報値を検出させ、前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求めさせ、前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析させる、ことを特徴としている。

この場合において、前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行わせるようにしてもよい。
ＥＩ＝σ／ＨＲ
また、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別させるようにしてもよい。
さらに前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別させるようにしてもよい。
さらにまた、前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別させ、低い場合に集中している状態であると判別させるようにしてもよい。
また、前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかであるようにしてもよい。
また、上記各制御プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記録するようにすることも可能である。

本発明によれば、簡易な装置構成で手軽に人の感情状態を評価することができる。

次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の生体情報解析装置を生体情報解析表示システムに適用した場合の概要構成ブロック図である。本実施形態においては、生体情報値として脈拍数を検出している場合について説明する。
生体情報解析表示システム１は、大別すると、複数の生体計測機器２-1〜２-nと、管理センタ３と、表示端末４と、を備えている。
この生体情報解析表示システム１は、例えば、講演会において、講演会の聴衆全員に生体計測機器２-x（x＝1〜n）を装着させ、各生体計測機器２-xにおいて得られた計測データを管理センタ３に配置した管理サーバにより集計し、講演者の演台上に設けられた表示端末４に集計結果を表示する。
この結果、講演者は公演中のプログラムをより聴衆の興味のある方向へ発展させたり、講演主催者が今後の講演者の選択などに用いることができるのである。
図２は、実施形態の生体計測機器の構成を示す説明図である。
生体計測機器２-xは、大別すると、腕時計構造を有する装置本体１０と、この装置本体１０に接続されるケーブル２０と、このケーブル２０の先端側に設けられた脈拍センサ３０と、を備えて構成されている。

ケーブル２０の一端側にはコネクタピース８０が構成されている。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に対して着脱自在に構成されている。
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１２が設けられている。このリストバンド１２によって、装置本体１０は、腕に着脱自在に装着される。
図３は、生体計測機器の脈拍センサ３０近傍の断面図である。
脈拍センサ３０は、センサ固定用バンド４０によって遮光された状態で人差し指の根元から指関節までの間に装着されている。このように、脈拍センサ３０を指の根元に装着することにより、ケーブル２０が短くて済むので、ケーブル２０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、指の根元の温度は比較的低下しない。従って、指の根元に脈拍センサ３０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のである。

図４は、生体計測機器２-xの装置本体１０を、リストバンドやケーブルなどを外した状態で示す平面図、図５は、生体計測機器２-xを腕時計における３時の方向からみた側面図である。
図４において、装置本体１０は、樹脂製の時計ケース１１（本体ケース）を備えている。時計ケース１１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、及び脈拍数などの脈波情報などを表示するＥＬバックライト付きの液晶表示装置１３（表示装置）が設けられている。
液晶表示装置１３には、表示面の左上側に位置する第１のセグメント表示領域１３１、右上側に位置する第２のセグメント表示領域１３２、右下側に位置する第３のセグメント表示領域１３３、及び左下側に位置するドット表示領域１３４が構成されており、ドット表示領域１３４では、各種の情報をグラフィック表示可能である。
時計ケース１１の内部には、ピッチを求めるための体動センサ３０２（図７参照）が内蔵されており、この体動センサ３０２としては、加速度センサなどを用いることができる。

また、時計ケース１１の内部には、各種の制御やデータ処理を行う制御部５が設けられている。
この制御部５は、体動センサ３０２による検出結果（体動信号）および脈拍センサ３０による検出結果（脈波信号）に基づいて平均脈拍数および平均脈拍数に対する脈拍数ばらつきの時間変化などを求め、必要に応じて液晶表示装置１３で表示するとともに、送受信回路２００およびアンテナ部２０１（図７参照）を介して管理センタ３に当該生体計測機器２-xを特定するＩＤコードとともに、計測した各演算タイミングに対応する平均脈拍データ、平均脈拍データに対応する平均脈拍数に対する脈拍数のばらつきを表す脈拍ばらつきデータを送信する。
この場合において、制御部５には、計時回路も構成されているため、通常時刻なども液晶表示装置１３に表示可能となっている。
また、時計ケース１１の外周部には、入力装置１１０（図７参照）を構成し、時刻合わせや表示モードの切り換えなどの外部操作を行うためのボタンスイッチ１１１〜１１５が設けられている。また、時計ケースの表面には、同じく、入力装置１１０（図７参照）を構成する、大きめのボタンスイッチ１１６、１１７が構成されている。

生体計測機器２-xの電源は、時計ケース１１に内蔵されているボタン形の小型の電池５９であり、ケーブル２０は、電池５９から脈拍センサ３０に電力を供給するとともに、脈拍センサ３０の検出結果を時計ケース１１の制御部５に入力している。
生体計測機器２-xでは、その機能を増やすにともなって、装置本体１０を大型化する必要がある。しかしながら、装置本体１０には、腕に装着されるという制約があるため、装置本体１０を腕時計における６時及び１２時の方向に向けては拡大できない。
そこで、本実施形態では、装置本体１０には、３時及び９時の方向における長さ寸法が６時及び１２時の方向における長さ寸法よりも長い横長の時計ケース１１を用いてある。
この場合において、リストバンド１２は、３時の方向側に偏った位置で接続しているため、リストバンド１２からみると、腕時計における９時の方向には、３時の方向とは異なり張出部分１０１が設けられている。従って、横長の時計ケース１１を用いたわりには、手首を自由に曲げることができ、また、転んでも手の甲を時計ケース１１にぶつけたりすることもない。

時計ケース１１の内部において、電池５９に対して９時の方向には、ブザー用の偏平な圧電素子５８が配置されている。電池５９は、圧電素子５８に比較して重いため、装置本体１０の重心位置は、３時の方向に偏った位置にある。この重心が偏っている側にリストバンド１２が接続しているので、装置本体１０を腕に安定した状態で装着できる。また、電池５９と圧電素子５８とを平面方向に配置してあるため、装置本体１０を薄型化できる。これとともに、図５に示すように、裏面部１１９に電池蓋１１８を設けることによって、ユーザーは、電池５９を簡単に交換できる。
また、時計ケース１１の内部には、管理センタ３と通信を行うためのアンテナ部２０１が設けられている。
図５において、時計ケース１１の１２時の方向には、リストバンド１２の端部に取り付けられた止め軸１２１を保持するための連結部１０５が形成されている。時計ケース１１の６時の方向には、腕に巻かれたリストバンド１２が長さ方向の途中位置で折り返されるとともに、この途中位置を保持するための留め具１２２が取り付けられる受け部１０６が形成されている。

装置本体１０の６時の方向において、裏面部１１９から受け部１０６に至る部分は、時計ケース１１と一体に成形されて裏面部１１９に対して約１１５［゜］の角度をなす回転止め部１０８になっている。すなわち、リストバンド１２によって装置本体１０を左の手首Ｌ（腕）の上面部Ｌ１（手の甲の側）に位置するように装着したとき、時計ケース１１の裏面部１１９は、手首Ｌの上面部Ｌ１に密着する。これと並行して、回転止め部１０８は、橈骨Ｒのある側面部Ｌ２に当接する。
この状態で、装置本体１０の裏面部１１９は、橈骨Ｒと尺骨Ｕを跨ぐ感じになる。これとともに、回転止め部１０８と裏面部１１９との屈曲部分１０９から回転止め部１０８にかけては、橈骨Ｒに当接する感じになる。このように、回転止め部１０８と裏面部１１９とは、約１１５°という解剖学的に理想的な角度をなしているため、装置本体１０を矢印Ａまたは矢印Ｂの方向に回そうとしても、装置本体１０は、腕Ｌの周りを不必要にずれることがない。

また、裏面部１１９及び回転止め部１０８によって腕の回りの片側２ヵ所で装置本体１０の回転を規制するだけである。このため、腕が細くても、裏面部１１９及び回転止め部１０８は確実に腕に接するので、回転止め効果が確実に得られる。さらに、腕が太くても窮屈な感じがない。
図６は、実施形態の脈拍センサ３０の断面図である。
図６において、脈拍センサ３０は、そのケース体としてのセンサ枠３６の裏側に裏蓋４０２が被されることによって、内側に部品収納空間４００が構成されている。部品収納空間４００の内部には、回路基板３５が配置されている。回路基板３５には、ＬＥＤ３１、フォトトランジスタ３２、その他の電子部品が実装されている。脈拍センサ３０には、ブッシュ４９３によってケーブル２０の端部が固定され、ケーブル２０の各配線は、各回路基板３５のパターン上にはんだ付けされている。ここで、脈拍センサ３０は、ケーブル２０が指の根元側から装置本体１０の側に引き出されるようにして指に取り付けられる。従って、ＬＥＤ３１及びフォトトランジスタ３２は、指の長さ方向に沿って配列されることになり、そのうち、ＬＥＤ３１は指の先端側に位置し、フォトトランジスタ３２は指の根元の方に位置する。このように配置すると、外光がフォトトランジスタ３２に届きにくいという効果がある。

脈拍センサ３０では、センサ枠３６の上面部分（実質的な脈波信号検出部）にガラス板からなる透光板３４によって光透過窓が形成されている。そして、この透光板３４に対して、ＬＥＤ３１及びフォトトランジスタ３２は、それぞれ発光面及び受光面を透光板３４の方に向けている。このため、透光板３４の外側表面４４１（指表面との接触面／センサ面）に指表面を密着させると、ＬＥＤ３１は、指表面の側に向けて光を発する。これとともに、フォトトランジスタ３２は、ＬＥＤ３１が発した光のうち指の側から反射してくる光を受光可能である。ここで、透光板３４の外側表面４４１と指表面との密着性を高める目的に、透光板３４の外側表面４４１は、その周囲部分４６１から突出している構造になっている。
本実施形態では、ＬＥＤ３１として、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤを用いてあり、その発光スペクトルは、４５０ｎｍに発光ピークを有している。さらにＬＥＤ３１の発光波長領域は、３５０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲にある。かかる発光特性を有するＬＥＤ３１に対応させて、本例では、フォトトランジスタ３２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ている。フォトトランジスタ３２自身の受光波長領域は、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。

このように構成した脈拍センサ３０を、センサ固定用バンド４０によって指の根元に装着し、この状態で、ＬＥＤ３１から指に向けて光を照射すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビンによって光の一部が吸収され、一部が反射する。指（血管）から反射してきた光は、フォトトランジスタ３２によって受光され、その受光量変化が血量変化（血液の脈波）に対応する。すなわち、血量が多いときには、反射光が弱くなる一方、血量が少なくなると、反射光が強くなるので、反射光強度の変化を検出すれば、脈拍数を含む各種生体情報などを計測できる。
また、本実施形態では、ＬＥＤ３１の発光波長領域とフォトトランジスタ３２の受光波長領域との重なり領域である約３００ｎｍから約６００ｎｍまでの波長領域、すなわち、約７００ｎｍ以下の波長領域における検出結果に基づいて生体情報を表示する。

このような構成を採っている理由は、外光が指の露出部分にあたっても、外光に含まれる光のうち波長領域が７００ｎｍ以下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ３２（受光部）にまで到達しないからである。これは、外光に含まれる波長領域が７００ｎｍ以下の光は、指を透過しにくい傾向にあるためである。従って、外光がセンサ固定用バンド４０で覆われていない指の部分に照射されても、指を通ってフォトトランジスタ３２まで届かず、測定結果に影響を与えることがないのである。
また、約７００ｎｍ以下の波長領域の光を利用して、脈波情報を得ているので、血量変化に基づく脈波信号のＳ／Ｎ比が高い。この理由としては、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従来の検出光である波長が８８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大きいからと考えられる。従って、血量変化に感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波の検出率（Ｓ／Ｎ比）が高くなるのであると考えられる。

図７は、制御部近傍の概要構成ブロック図である。
制御部５は、大別すると、脈拍センサ３０からの入力結果に基づいて脈拍数などを求める脈波データ処理部５００と、体動センサ３０２からの入力結果に基づいてピッチをもとめるピッチデータ処理部５０１と、動作クロック信号を生成するクロック生成部５０２と、制御部全体を制御するコントロール部５０３と、が構成されている。
脈波データ処理部５００は、大別すると、脈波信号増幅回路３０３と、脈波波形整形回路３０６と、を独自に備え、ピッチデータ処理部５０１と共有してＡ／Ｄ変換回路３０５を備えている。
脈波信号増幅回路３０３は、脈拍センサ３０の出力である脈波信号を増幅して脈波増幅信号をＡ／Ｄ変換回路３０５および脈波波形整形回路３０６に出力する。
脈波波形整形回路３０６は、脈波増幅信号の波形整形を行ってコントロール部５０３に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路３０５は、脈波増幅信号のＡ／Ｄ変換を行って脈波データとしてコントロール部５０３に出力する。
ピッチデータ処理部５０１は、大別すると、体動信号増幅回路３０４と、体動波形整形回路３０７と、を独自に備え、上述したように脈波データ処理部５００と共有してＡ／Ｄ変換回路３０５を備えている。
体動信号増幅回路３０４は、体動センサ３０２の出力である体動信号を増幅して体動増幅信号をＡ／Ｄ変換回路３０５および体動波形整形回路３０７に出力する。
体動波形整形回路３０７は、体動増幅信号の波形整形を行ってコントロール部５０３に出力する。
Ａ／Ｄ変換回路３０５は、体動増幅信号のＡ／Ｄ変換を行って体動データとしてコントロール部５０３に出力する。
クロック生成部５０２は、大別すると、発振回路３１１および分周回路３１２を備えている。

発振回路３１１は、水晶発振器などを備え、コントロール部５０３にクロック信号を基準動作クロックとして供給するとともに、クロック信号から計時用クロック信号を生成させるべく、分周回路３１２に供給する。
分周回路３１２は、供給されたクロック信号を分周して、各種の計時用クロック信号を生成してコントロール部５０３に供給する。
コントロール部５０３は、大別すると、ＭＰＵ３０８と、ＲＡＭ３０９と、ＲＯＭ３１０と、を備えており、ＭＰＵ３０８には上述して液晶表示装置１３の他、入力装置１１０、送受信回路２００およびアンテナ部２０１が接続されている。
ＭＰＵ３０８は、ＲＯＭ３１０内に格納された制御プログラムに基づいて制御部５全体、ひいては、腕時計型情報機器１全体を制御する。
ＲＡＭ３０９は、脈波データ、体動データを含む各種データを一時的に格納し、作業領域として用いられる。
ＲＯＭ３１０は、ＭＰＵ３０８、ひいては、生体計測機器２-x全体を制御するための制御プログラムをあらかじめ格納している。

ここで、具体的な動作説明に先立ち、本実施形態の原理について説明する。
図８は、講演中の脈拍数の推移を説明するための図である。また、図９は、図８に対応する脈拍数の集計結果を説明する図である。
この場合において、図８および図９に示すＡさんは、講演内容にあまり興味がない人であり、Ｂさんは、講演内容に興味がある人である。また、講演のうち、Ｂさんの興味の対象となる講演内容は、講演開始後１０分前後に始められている。
図８に示すように、ＡさんおよびＢさんのいずれもあまり講演内容に興味がなかった講演開始から講演開始後１０分前においては、ＡさんおよびＢさんの脈拍数の変化は同様なものとなっている。
ところが、Ｂさんの興味の対象となる講演内容が始まった講演開始後１０分前後において、Ｂさんの脈拍数は多少上昇し、そのまま安定状態となった。一方、Ａさんの脈拍数は、講演開始後１０分前と比較してあまり変化がない。

ここで、平均脈拍数ＨＲおよび平均脈拍数に対する脈拍数ばらつきσから感情評価指数（生体情報解析指数）ＥＩを以下のように定義する。
ＥＩ＝σ／ＨＲ
具体的な数値を挙げれば、図９に示すように、Ａさんの場合、講演開始後１分〜１０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝６５．７であり、脈拍数ばらつきσ＝４．７６であるので、感情評価指数ＥＩ＝４．７６／６５．７＝０．０７２となった。同様に講演開始後１０分〜２０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝６４．６であり、脈拍数ばらつきσ＝４．４５であるので、感情評価指数ＥＩ＝４．４５／６４．６＝０．０６８となり、講演開始後２０分〜３０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝６３．４であり、脈拍数ばらつきσ＝５．０８であるので、感情評価指数ＥＩ＝５．０８／６３．４＝０．０８となった。

一方、Ｂさんの場合、講演開始後１分〜１０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝６５．０であり、脈拍数ばらつきσ＝５．６０であるので、感情評価指数ＥＩ＝５．６０／６５．０＝０．０８６となる。同様に講演開始後１０分〜２０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝７６．１であり、脈拍数ばらつきσ＝２．１８であるので、感情評価指数ＥＩ＝２．１８／７６．１＝０．０２９となり、講演開始後２０分〜３０分の間の平均脈拍数ＨＲ＝７７．６であり、脈拍数ばらつきσ＝１．２６であるので、感情評価指数ＥＩ＝１．２６／７７．６＝０．０１６となる。
これらの結果から、脈拍ばらつきσが大きく、感情評価指数ＥＩが高ければ、比較的リラックスしている状態（興味がない状態）であり、脈拍ばらつきσが小さく、感情評価指数ＥＩが低ければ、集中している状態（興味がある状態）であると判別することができるという結論が得られた。
さらに発明者らは、実験の結果、脈拍ばらつきσ＝４、感情評価指数ＥＩ＝０．０４（ｎ＝１０の場合）を基準脈拍ばらつきσREFおよび基準感情評価指数ＥＩREFとして、感情状態を把握することとした。

次に図１０の処理フローチャートを参照して実施形態の動作を説明する。
図１０は、生体計測機器２-xの処理フローチャートである。
まず、生体計測機器２-xのＭＰＵ３０８は、脈拍センサ３０と体動センサ３０２の出力信号を取得する（ステップＳ１）。
具体的には、脈拍センサ３０は生体から脈波を検出し、検出した脈波信号を脈波信号増幅回路３０３に出力する。脈波信号増幅回路３０３は、入力された脈波信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器３０５及び脈波波形整形回路３０６に出力する。脈波波形整形回路３０６は、脈波信号を整形し、ＭＰＵ３０８に出力される。
一方、体動センサ３０２は生体の動きを検出し、検出した体動信号を体動信号増幅回路３０４に出力する。体動信号増幅回路３０４は、体動信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器３０５及び体動波形整形回路３０７に出力する。体動波形整形回路３０７は、体動信号を整形し、ＭＰＵ３０８に出力される。
これらの結果、Ａ／Ｄ変換器３０５は脈波信号および体動信号をそれぞれＡ／Ｄ変換し、脈波データおよび体動データとしてＭＰＵ３０８に出力する。

続いてＭＰＵ３０８は、脈波データおよび体動データに基づいて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、脈波データおよび体動データのＦＦＴ処理の結果から、脈拍成分Ｆｍおよび体動成分Ｆｔを抽出する（ステップＳ２）。
次にＭＰＵ３０８は、体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい値よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ３）。
ステップＳ３の判別において体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい値よりも大きい場合には（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、今回の脈拍数については、体動成分が多すぎて不可能であるので、計測不能として（ステップＳ１１）、処理をステップＳ６に移行する。
ステップＳ３の判別において、体動成分の量が脈拍数算出の可否を判別するための所定のしきい値以下である場合には（ステップＳ３；Ｎｏ）、脈拍成分から体動成分を除去する（ステップＳ４）。

具体的には、
Ｆｍ ＝Ｆｍ−Ｆｔ
という処理を行う。すなわち、脈波信号だけに存在する周波数成分を取り出す。
そして、取り出された脈拍成分Ｆｍの中の最大の周波数成分を脈拍スペクトルとする。
次にＭＰＵ３０８は、抽出した脈拍スペクトルの周波数に基づいて、脈拍数を算出する（ステップＳ５）。
続いてＭＰＵ３０８は、得られた脈拍数を所定のサンプリング期間中に順次蓄積し、当該サンプリング期間に対応する感情評価指数ＥＩを算出する（ステップＳ６）。
具体的には、当該サンプリング期間における平均脈拍数ＨＲおよびの平均脈拍数ＨＲに対する脈拍数ばらつきσから上記式に基づいて感情評価指数ＥＩを算出する。
次にＭＰＵ３０８は、脈拍数ばらつきσおよび算出した感情評価指数ＥＩが、基準脈拍ばらつきσREF（上述の例の場合、σREF＝４）および基準感情評価指数ＥＩREF（上述の例の場合、ＥＩREF＝０．０４）以下であるか否かをそれぞれ判別する（ステップＳ７）。

ステップＳ７の判別において、脈拍数ばらつきσおよび算出した感情評価指数ＥＩが、基準脈拍ばらつきσREFおよび基準感情評価指数ＥＩREF以下である場合には、感情が高ぶっている状態、すなわち、興味があり集中している状態であるので、ＭＰＵ３０８は、液晶表示装置１３に丸印（○）を表示し（ステップＳ９）、評価結果を送受信回路２００およびアンテナ部２０１を介して管理センタ３に送信する（ステップＳ１０）。
ステップＳ７の判別において、脈拍数ばらつきσおよび算出した感情評価指数ＥＩが、基準脈拍ばらつきσREFおよび基準感情評価指数ＥＩREFより大きい場合には、感情が高ぶっていない状態、すなわち、興味がなく意識が分散している状態であるので、ＭＰＵ３０８は、液晶表示装置１３にばつ印（×）を表示し（ステップＳ８）、評価結果を送受信回路２００およびアンテナ部２０１を介して管理センタ３に送信する（ステップＳ１０）。

図１１は、管理センタにおける管理サーバの表示画面に感情推移グラフを表示した場合の説明図である。図１２は、図１１の表示画面の拡大説明図である。
図１１に示すように、生体計測機器２-xから送られた評価結果データは、管理センタ３の管理サーバにより集計され、管理サーバのディスプレイ３Ａの表示画面には、講演会の聴衆全員の感情状態の推移を表す感情推移グラフが表示される。
すなわち、図１２に示すように、ディスプレイ３Ａの表示画面３Ｂには、縦軸に感情評価指数ＥＩ、横軸には講演開始からの経過時間が示され、複数人の感情推移グラフが表示される。
図１３は、管理センタにおける管理サーバのディスプレイの表示画面に聴衆の座席と感情評価結果を視覚的に表示した場合の説明図である。
すなわち、各聴衆の座席に対応する位置に、当該聴衆の感情が高ぶっている状態、すなわち、興味があり集中している状態を丸印（○）で表示し、当該聴衆の感情が高ぶっていない状態、すなわち、興味がなく意識が分散している状態をばつ印（×）で表示している。
この結果、管理センタ３における管理サーバのディスプレイの表示画面３Ｂを監視しているだけで、講演会の主催者などは、聴衆が興味を持って講演を聴いているか、すなわち、講演のどの部分が盛り上がったかを、アンケートなどをとる必要もなく、容易に把握することができる。

さらに、この表示と同様の表示を講演者の演台上に設けられた表示端末４に集計結果として表示することにより、講演者も聴衆が現在講演している内容を興味を持って聴いてくれているかをリアルタイムで把握することができ、複数の講演ストーリーのうちから聴衆の興味を持った方向を選択して講演を行うことができる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、簡易なシステムで感情状態を解析することができる。
以上の説明では、感情状態を解析するに際し、脈拍数ばらつきσおよび生体情報解析指数ＥＩの双方に基づいていたが、脈拍数ばらつきσのみでも同様の傾向が見られるので、脈拍数ばらつきσが予め定めた基準脈拍数ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別させ、低い場合に集中している状態であると判別させるように構成することも可能である。
以上の説明では、生体計測機器およびそのシステムを講演会を行う場合について説明したが、大学などで講義を行う場合等に学生に生体計測機器を装着させ、各学生が集中して講義を聴いているか、あるいは、講義の内容が適切であるかを把握するシステムに適用することも可能である。
また、講演者や、講義を行う者の査定、あるいは、受講者の受講態度などを判定するようにすることも可能である。

さらに、音楽、落語、映画などの観客に装着させて、その反応をみるようにすることも可能である。
さらにまた、以上の説明では、リアルタイムで無線通信を行ってデータを収集する構成を採っていたが、生体計測機器に所定時間のデータを記憶できるように構成しておき、音楽、落語、映画などを録音、録画して生体計測機器を装着した状態で緩衝してもらうことにより、後に生体計測機器を回収して集計するように構成することも可能である。
以上の説明では、体動成分の除去を高速フーリエ変換後に行っていたが、高速フーリエ変換前の原波形を用いて除去するように構成することも可能である。

また、体動センサの出力した体動信号に適応フィルタ等を適用して、信号処理によって、脈拍センサの出力した脈拍信号から体動成分を除去するように構成することも可能である。
以上の説明においては、生体情報値として脈拍数を検出する場合について説明したが、生体情報値として血圧値、体温値あるいは呼吸数を検出しても、同様に適用が可能である。さらに複数の生体情報値を検出して、総体的に生体情報を解析するように構成することも可能である。
以上の説明においては、生体計測機器を制御するための制御プログラムが予めＲＯＭに記憶されている場合について説明したが、各種磁気ディスク、光ディスク、メモリカードなどの記録媒体に制御用プログラムをあらかじめ記録し、これらの記録媒体から読み込み、インストールするように構成することも可能である。また、通信インターフェースを設け、インターネット、ＬＡＮなどのネットワークを介して制御用プログラムをダウンロードし、インストールして実行するように構成することも可能である。

実施形態の生体情報解析装置を生体情報解析表示システムに適用した場合の概要構成ブロック図である。 実施形態の生体計測機器の構成を示す説明図である。 生体計測機器の脈拍センサ近傍の断面図である。 生体計測機器の装置本体を、リストバンドやケーブルなどを外した状態で示す平面図である。 生体計測機器を腕時計における３時の方向からみた側面図である。 実施形態の脈拍センサの断面図である。 制御部近傍の概要構成ブロック図である。 講演中の脈拍数の推移を説明するための図である。 図８に対応する脈拍数の集計結果を説明する図である。 生体計測機器の処理フローチャートである。 管理センタにおける管理サーバの表示画面に感情推移グラフを表示した場合の説明図である。 図１１の表示画面の拡大説明図である。 管理センタにおける管理サーバのディスプレイの表示画面に聴衆の座席と感情評価結果を視覚的に表示した場合の説明図である。

符号の説明

１…生体情報解析表示システム、２-1〜２-n…生体計測機器、３…管理センタ、４…表示端末、５…制御部、１０…装置本体、１２…リストバンド、１３…液晶表示装置（表示部）、２０…ケーブル、３０…脈拍センサ、３１…ＬＥＤ、３２…フォトトランジスタ、２００…送受信回路、２０１…アンテナ部、３０２…体動センサ、３０３…脈波信号増幅回路、３０４…体動信号増幅回路、３０６…脈波波形整形回路、３０７…体動波形整形回路、３０８…ＭＰＵ（解析部、脈拍数算出部）、３０９…ＲＡＭ、３１０…ＲＯＭ

Claims (22)

1. 生体情報値を検出する生体情報値検出部と、
   前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求める演算部と、
   前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析する解析部と、
   を備えたことを特徴とする生体情報解析装置。
2. 請求項１記載の生体情報解析装置において、
   前記解析部は、前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行うことを特徴とする生体情報解析装置。
   ＥＩ＝σ／ＨＲ
3. 請求項２記載の生体情報解析装置において、
   前記解析部は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別することを特徴とする生体情報解析装置。
4. 請求項２または請求項３記載の生体情報解析装置において、
   前記解析部は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別することを特徴とする生体情報解析装置。
5. 請求項１記載の生体情報解析装置において、
   前記解析部は、前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別し、低い場合に集中している状態であると判別することを特徴とする生体情報解析装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の生体情報解析装置において、
   前記生体情報値検出部は、脈拍信号を出力する脈拍センサと、
   前記脈拍信号について周波数分析を行う周波数分析部と、
   前記周波数分析部における周波数分析結果から候補スペクトルを抽出し、生体情報値を算出する生体情報値算出部と、
   を備えたことを特徴とする生体情報解析装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の生体情報解析装置において、
   前記生体情報の解析結果を外部の集計装置に無線通信により送信する通信部を備えたことを特徴とする生体情報解析装置。
8. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の生体情報解析装置において、
   前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかである、
   ことを特徴とする生体情報解析装置。
9. 生体情報値を検出する脈拍検出過程と、
   前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求める演算過程と、
   前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析する解析過程と、
   を備えたことを特徴とする生体情報解析方法。
10. 請求項９記載の生体情報解析方法において、
    前記解析過程は、前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行うことを特徴とする生体情報解析方法。
    ＥＩ＝σ／ＨＲ
11. 請求項１０記載の生体情報解析方法において、
    前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別することを特徴とする生体情報解析方法。
12. 請求項１０または請求項１１記載の生体情報解析方法において、
    前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別することを特徴とする生体情報解析方法。
13. 請求項９記載の生体情報解析方法において、
    前記解析過程は、前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別し、低い場合に集中している状態であると判別することを特徴とする生体情報解析方法。
14. 請求項９ないし請求項１３のいずれかに記載の生体情報解析方法において、
    前記脈拍検出過程は、脈拍信号の周波数分析を行う周波数分析過程と、
    前記周波数分析結果から候補スペクトルを抽出し、生体情報値を算出する生体情報値算出過程と、
    を備えたことを特徴とする生体情報解析方法。
15. 請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載の生体情報解析方法において、
    前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかである、
    ことを特徴とする生体情報解析方法。
16. コンピュータにより生体情報の解析を行う生体情報解析装置を制御するための制御プログラムにおいて、
    生体情報値を検出させ、
    前記生体情報値に基づいて平均生体情報値および生体情報値の平均生体情報値に対するばらつきである生体情報値ばらつきを求めさせ、
    前記平均生体情報値および生体情報値ばらつきに基づいて生体情報を解析させる、
    ことを特徴とする制御プログラム。
17. 請求項１６記載の制御プログラムにおいて、
    前記平均生体情報値をＨＲとし、前記生体情報値ばらつきをσとした場合に、次式で表される感情評価指数ＥＩの値に基づいて前記解析を行わせることを特徴とする制御プログラム。
    ＥＩ＝σ／ＨＲ
18. 請求項１７記載の制御プログラムにおいて、
    前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高く、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別させることを特徴とする制御プログラム。
19. 請求項１７または請求項１８記載の制御プログラムにおいて、
    前記生体情報値ばらつきσが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも低い場合、あるいは、前記感情評価指数ＥＩがあらかじめ定めた基準感情評価指数ＥＩREFよりも低い場合に集中している状態であると判別させることを特徴とする制御プログラム。
20. 請求項１６記載の制御プログラムにおいて、
    前記生体情報値ばらつきが予め定めた基準生体情報値ばらつきよりも高い場合にリラックスしている状態であると判別させ、低い場合に集中している状態であると判別させることを特徴とする制御プログラム。
21. 請求項１６ないし請求項２０のいずれかに記載の制御プログラムにおいて、
    前記生体情報値は、脈拍数、血圧値、体温値あるいは呼吸数のいずれかである、
    ことを特徴とする制御プログラム。
22. 請求項１６ないし請求項２１のいずれかに記載の制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
    
    

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