(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の心拍数を所定間隔で測定する心拍数測定手段と、
被検者の移動加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段の検出加速度の前記所定間隔毎の積分値と前記心拍数測定手段で測定した心拍数より、被検者の運動状態が平坦地での移動か、階段もしくは傾斜地での移動かを特定する運動状態特定手段と、
前記運動状態特定手段で特定した運動状態に対応した条件と、前記検出加速度の前記所定間隔毎の積分値とに従ってエネルギー消費量を算出する算出手段とを備えることを特徴とするエネルギー消費量測定装置。
【請求項２】
前記運動状態特定手段は、前記検出加速度の積分値の増加に対する前記心拍数の測定値の増加が所定の値よりも大きい場合には前記階段もしくは傾斜地での移動であり、前記所定の値よりも小さい場合には前記平坦地での移動であると運動状態を特定することを特徴とする請求項１記載のエネルギー消費量測定装置。
【請求項３】
前記算出手段は、予め登録した運動状態毎の算出式に前記検出加速度の積分値を代入してエネルギー消費量を算出することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のエネルギー消費量測定装置。
【請求項４】
前記運動状態毎の算出式が、
前記平坦地での移動状態については、
Ｙ＝０．３０７Ｘ＋０．００２（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）
前記階段もしくは傾斜地での移動状態については、
Ｙ＝１．４７２Ｘ＋０．０１５（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）
ただし、Ｙ＝エネルギー消費量；Ｘ＝検出加速度の積分値（Ｇ）
であることを特徴とする請求項３記載のエネルギー消費量測定装置。
【請求項５】
所定間隔で測定された被検者の心拍数と、前記被検者の移動加速度から求められた前記所定間隔毎の前記被検者の移動加速度の積分値とを取得する取得手段と、
前記移動加速度の積分値と前記心拍数とから、前記被検者の運動状態が平坦地での移動か、階段もしくは傾斜地での移動かを特定する運動状態特定手段と、
前記運動状態特定手段で特定した運動状態に対応した条件と、前記移動加速度の積分値とに従ってエネルギー消費量を算出する算出手段とを備えることを特徴とするエネルギー消費量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は運動に伴うエネルギー消費量を正確に算出することができるエネルギー消費量測定装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エネルギー消費量の評価方法として、体の重心に近い部分の垂直加速度の積分値とエネルギー消費量との間に高い相関関係があることが認められている。このため、これを利用した小型で携帯に便利な加速度センサーを用いたエネルギー消費量を推定する機器が開発されている。しかしながら、この従来の機器では、平地における運動量を基準としたエネルギー消費量を求める機能があるのみであった。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、階段昇降や坂道歩行のような垂直方向への重心移動を伴う運動は、平地における運動に比し、実際のエネルギー消費量の増加に対する加速度の積分値の変化が少なくなっているため、係る場合、例えば階段昇降や坂道歩行及び走行時のエネルギー消費量を過小評価してしまうものであった。このため、正確なエネルギー消費量が求められず、運動環境によっては心臓などに過負荷がかかることにもなっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点を解決することを目的として成されたもので、上述の問題点を解決する一手段として以下の構成を備える。
【０００５】
即ち、被検者の心拍数を所定間隔で測定する心拍数測定手段と、被検者の移動加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段の検出加速度の前記所定間隔毎の積分値と前記心拍数測定手段で測定した心拍数より、被検者の運動状態が平坦地での移動か、階段もしくは傾斜地での移動かを特定する運動状態特定手段と、前記運動状態特定手段で特定した運動状態に対応した条件と、前記検出加速度の前記所定間隔毎の積分値とに従ってエネルギー消費量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
そして例えば、前記運動状態特定手段は、前記検出加速度の積分値の増加に対する前記心拍数の測定値の増加が所定の値よりも大きい場合には前記階段もしくは傾斜地での移動であり、前記所定の値よりも小さい場合には前記平坦地での移動であると運動状態を特定することを特徴とする。
【０００７】
あるいはまた、例えば、前記算出手段は、予め登録した運動状態毎の算出式に前記検出加速度の積分値を代入してエネルギー消費量を算出することを特徴とする。そして、例えば前記運動状態毎の算出式が、前記平坦地での移動状態については、
Ｙ＝０．３０７Ｘ＋０．００２（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）
前記階段もしくは傾斜地での移動状態については、
Ｙ＝１．４７２Ｘ＋０．０１５（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）
ただし、Ｙ＝エネルギー消費量；Ｘ＝検出加速度の積分値（Ｇ）
であることを特徴とする。
また、上述の問題点を解決する別の手段として、所定間隔で測定された被検者の心拍数と、前記被検者の移動加速度から求められた前記所定間隔毎の前記被検者の移動加速度の積分値とを取得する取得手段と、前記移動加速度の積分値と前記心拍数とから、前記被検者の運動状態が平坦地での移動か、階段もしくは傾斜地での移動かを特定する運動状態特定手段と、前記運動状態特定手段で特定した運動状態に対応した条件と、前記移動加速度の積分値とに従ってエネルギー消費量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
以上の構成において、エネルギー消費量の増加と心拍数の変化に密接な関係があることに着目し、心拍数と加速度とを同時に測定し、被検者の運動状態を区別可能とし、各運動状態毎に夫々用意された検出加速度に対応する正確で高精度のエネルギー消費量が測定できる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説明する。
【００１０】
【第１実施例】
図１は本発明に係る一実施例のブロツク構成図である。
【００１１】
図１において、１はＲＯＭ２に格納されたプログラムに従い、本実施例装置の全体制御を司るＣＰＵ、２は上述のＣＰＵ１のプログラム等を記憶するＲＯＭ、３はＣＰＵ１の処理経過等を一時記憶するためのＲＡＭ、４は心拍数を測定するための心電図電極、５はその心電図電極よりの測定信号を増幅すると共に対応するデジタル信号に変換するＥＣＧインタフェースである。
【００１２】
６は、被検者の体の重心に近い部分に装着される垂直方向の加速度を測定する加速度センサであり、例えば富士セラミックス製のＣＲ−３を用いることができる。また、７はセンサインタフェースである。８は後述する算術式に従って被検者のエネルギー消費量を算出するエネルギー消費量算出部、９は心電図電極４よりの検出心電図情報より心拍数を算出する心拍数算出部である。
【００１３】
さらに、１０は被検者の各種処理結果や生体よりの収集データ等を表示するＣＲＴ等で構成可能な表示器、１１はその表示器１０を制御する表示制御部、１２はエネルギー消費量や生体よりの収集データ等を印刷出力するプリンタであり、本実施例では感熱式のものを採用している。１３はプリンタ１２を制御するプリンタ制御部である。
【００１４】
また、本実施例装置は、算出データを他の装置で利用可能な様にＦＤに記録可能なＦＤ装置、１５はそのＦＤ装置１４を制御するＦＤ制御部を供えている。
【００１５】
なお、以上の構成ではすべてを１つの筐体に一体化した形で示しているが、本実施例は以上の例に限定されるものではなく、例えば心電図電極４及びＥＣＧインタフェース５、加速度センサ６、センサインタフェース７のみを一体化して携帯型生体情報収集部として構成し、この部分と他の構成とを別筐体として筐体間を有線ケーブル、あるいは無線で互いに情報の授受可能に構成してもよい。これにより被検者に過度の負担をかけることなく運動負荷をかけた状態でのエネルギー消費量の測定ができる。
【００１６】
そして、本実施例では、この構成を備え、心拍数算出部では心電図情報中の例えばＲ波ピーク間隔を測定して心拍数を算出する。以上の例では心電波形より心拍数を測定する例について説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、例えば心音マイクを装着し、このマイクより収集した心音より心拍数を求めても、あるいは、脈波センサを装着してこの脈波センサにより脈波を検出し、この脈波より心拍数を求めてもよく、その心拍数の検出方法としたは任意の方法を適用できる。
【００１７】
更に、本実施例のエネルギー消費量算出部８は、本実施例のもっとも特徴的な構成であって、本件発明者がエネルギー消費量の増加と心拍数の変化に密接な関係がある点に着目し、係る点を考慮することにより、従来は不可能であった運動状態の検知が可能とならないか実際に多数の被検者に実験を繰り返して運動状態と心拍数との間に一定の相関関係を見出した事に基づいて設けられたものであり、心拍数と被検者の身体の重心に近い部分の垂直加速度を同時に測定することにより、後述する判別関数により運動状態、例えば平地と傾斜地での移動運動を区別し、運動状態に応じて登録されている測定加速度の積分値からのエネルギー消費量推定式により運動状態に応じてエネルギー消費量を算出する回路である。
【００１８】
本実施例においては、上記判別関数を求めるために、複数の被検者の平坦地における歩行、走行時における加速度の積分値及び心拍数とエネルギー消費量との関係、及び傾斜地としての階段昇降における加速度の積分値及び心拍数とエネルギー消費量との関係を測定した。
【００１９】
この測定方法を図２及び図３に示す。図２が平坦地移動時、図３が階段昇降時である。図の心拍数及び加速度マーク欄に示す上矢印が夫々心拍数及び加速度の積分値のデータ収集タイミングである。
【００２０】
まず、図２及び図３に示す様に、平坦地歩行、走行時及び階段昇降時における、「ゆっくり」、「普通」、「早く」の各移動直前の心拍数を測定し、続いて運動開始後所定時間が経過する毎に心拍数と加速度の積分値を同時に測定し、呼吸気を採気してこの採気に基づいて公知の検知方法により運動に伴うエネルギー消費量を測定する。そして、各場合における心拍数と加速度の積分値との関係、及び各場合の加速度の積分値とエネルギー消費量との関係を夫々測定する。
【００２１】
このようにして測定した異なる運動中における加速度の積分値と心拍数との関係例を図４に示す。図４においては、４名の代表的な測定者における実験結果を示している。白丸で示すのが平坦地歩行時、白四角で示すのが平坦地走行時、白三角で示すのが階段走行時である。
【００２２】
各被験者により多少のばらつきは認められるものの、平坦地の移動時の心拍数の増加と加速度の積分値の増加との間に一定の関係があり、階段昇降時においても心拍数の増加と加速度の積分値の増加との間に一定の関係がみられる。そして、明らかに、平坦地を移動した時における関係と、階段を昇降した時における関係とは異なっている。各運動時ごとの測定結果より導き出した判別関数を図中に示している。
【００２３】
従って、以上の結果をふまえれば、例えば、予め所定の閾値を定めて、この閾値以上であれば傾斜地の移動、閾値以下であれば平坦地の移動の様に、容易に運動状態を識別することができる。
【００２４】
更に、予め被検者毎にこの判別関数を求めておき、これをＦＤ装置１４などより装置内に取り込み可能としておけば、非常な高精度で平坦地移動時と傾斜地移動時の区別が可能となる。この場合には、傾斜ごとの判別関数を求めることも可能であり、よりきめ細かな分別ができる。ただし、このような被検者ごとの判別関数を予め定めなくとも、加速度の積分値の変化に比べて心拍数の変化が大きくなる様に変化したこと、あるいは変化が少なく変化したことを検知した場合にそのいずれかで運動状態の変化を検知する様にしても良い。
【００２５】
また、図４に例示した代表的な被験者における各運動ごとの採気結果に基づく算出エネルギー消費量と加速度の積分値との関係を図５に示す。
【００２６】
図５に示す様に各被検者ごとの多少のばらつきはあるが、所定の範囲内に治まっており、各運動ごとに測定した加速度の積分値に対して一定の関係式をもってエネルギー消費量が算出できる。この場合のエネルギー消費量（Ｙ）と測定した加速度の積分値（Ｘ）との関係式を図中に示している。
【００２７】
本件の発明者は、以上の結果に鑑み、異なる運動毎における体の重心に近い部分の垂直加速度の積分値よりエネルギー消費量を求める推定式を特定した。この異なる運動毎における体の重心に近い部分の垂直加速度の積分値とエネルギー消費量の関係および加速度の積分値よりエネルギー消費量を求める推定式の例を図６に示す。
即ち、略平坦地状態では以下の計算式（１）を用い、
Ｙ＝０．３０７Ｘ＋０．００２（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）・・（１）
階段移動状態では、以下の計算式（２）を用いる。
【００２８】
Ｙ＝１．４７２Ｘ＋０．０１５（Ｋｃａｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）・・（２）
ただし、Ｙ＝エネルギー消費量；Ｘ＝検出加速度の積分値（Ｇ）
本実施例のエネルギー消費量算出部８は、予めこの推定式（１）および（２）を保持していると共に、上述した運動状態を判別する判別関数に関するデータを保持している。あるいは、エネルギー消費量算出部８ではなく、これらをパラメータとしてＲＡＭ２あるいはＲＯＭ２に保持している様に構成し、エネルギー消費量算出部８でエネルギー消費量を算出する際に読み出してきて利用する様に構成しても同様の効果が達成できる。
【００２９】
次に、以上の構成を備え、上述した推定式を保持する本実施例装置におけるエネルギー消費量測定処理を図７のフローチャートを参照して以下に説明する。
【００３０】
まず、ステップＳ１で、被検者の皮膚表面の所定部位に心電図電極４を装着すると共に、体の重心に近い部分に垂直加速度の加速度センサ６を装着する。続いてステップＳ２でＣＰＵ１は、エネルギー消費量算出部８を起動すると共に心拍数算出部９を起動する。その結果、心電図電極４よりＥＣＧインタフェース５を介して検出した心電図信号より心拍数が検出可能となると同時に、その時の加速度を算出可能とする。
【００３１】
続いてステップＳ３で所定間隔で心拍数と加速度の積分値を算出する。そして、続くステップＳ４で上述した心拍数と加速度の積分値との判別関数に従って、測定時点での運動状態を判別する。例えば、平坦地の移動であるか、あるいは階段の昇降（傾斜地の移動）であるかを判別する。ここで、平坦地の移動であると判別した場合にはステップＳ５でエネルギー消費量の推定式の（１）を選択し、ステップＳ７に進む。
【００３２】
一方、ステップＳ４で階段の昇降等の傾斜地の移動であると判別した場合にはステップＳ６に進み、エネルギー消費量の推定式の（２）を選択し、ステップＳ７に進む。
【００３３】
ステップＳ７においては、ステップＳ５またはステップＳ６で選択した推定式に、ステップＳ３で算出した加速度の積分値を代入してエネルギー消費量を算出する。そして必要に応じてＲＡＭ３中に記憶したり、あるいはＦＤ装置１４に記憶する処理を行う。同時に、表示器１０よりその結果を表示させたり、不図示の操作部よりの指示に従って測定結果をその都度、あるいはまとめてプリンタ１２より印刷出力させるなどの処理を行う。続くステップＳ８で測定が終了したか否かを調べ、測定が終了していない場合には再びステップＳ３に戻って次の所定サンプリング時間でのエネルギー消費量の測定処理を続行する。
【００３４】
なお、以上の説明は、本実施例単独で処理結果を保持する例について説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、例えば更に通信媒体を介して他の装置、例えばホストコンピュータ等との通信を可能に構成し、測定結果をこのホストコンピュータに転送可能に構成してもよい。これにより、他の測定結果を合わせた総合的な判断等が可能となる。
【００３５】
また、以上の推定式（１）、（２）において特定した計算式の係数については、一例として上記例を示したが、この係数は年齢や性別、あるいは過去の運動経験等により夫々微妙に異なっており、上記各被験者の個人データに基づく更に細分化された推定式の係数を特定することも勿論本発明の範囲に含まれる。更に、将来の運動能力や心肺能力等の変化によっても最適係数がことなることも考えられ、上記推定式の係数は以上の例に限定されるものではなく、適時被検者によって最適の係数を選択すればよい。
【００３６】
以上説明したように本実施例によれば、エネルギー消費量の増加と心拍数の変化に密接な関係があることに着目し、心拍数と加速度とを同時に測定し、被検者の運動状態を区別可能とし、更に、各運動状態毎に加速度の積分値よりのエネルギー消費量推定式を備えることにより、各運動状態毎に高精度のエネルギー消費量推定式を選択でき、正確で高精度のエネルギー消費量が測定できる。
【００３７】
なお、以上の説明では階段昇降と、平坦地歩行（走行）との２つの運動状態に分けた例を説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、傾斜角度に応じて更に細分化した判別関数および推定式を備える構成とすれば、更に高精度のエネルギー消費量の測定が可能となる。
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、運動状態にかかわらず検出加速度に対応した正確で高精度のエネルギー消費量が測定できる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例のエネルギー消費量測定装置のブロツク構成図である。
【図２】本実施例の運動状態判別関数の特定および加速度の積分値よりのエネルギー消費量推定式の特定のための実験方法を示す図である。
【図３】本実施例の運動状態判別関数の特定および加速度の積分値よりのエネルギー消費量推定式の特定のための実験方法を示す図である。
【図４】運動中における加速度の積分値と心拍数との関係を説明するための図である。
【図５】各運動時における加速度の積分値とエネルギー消費量との関係を説明するための図である。
【図６】本実施例の異なる運動中の加速度の積分値とエネルギー消費量との関係を説明するための図である。
【図７】本実施例のエネルギー消費量測定処理を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  ＲＯＭ
３  ＲＡＭ
４  心電図電極
５  ＥＣＧインタフェース
６  加速度センサ
７  センサインタフェース
８  エネルギー消費量算出部
９  心拍数算出部
１０  表示器
１１  表示制御部
１２  プリンタ
１３  プリンタ制御部
１４  ＦＤ制御部
１５  ＦＤ装置
【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】
0003600312.tif 000008