(57)【要約】      （修正有）【課題】安価でより精度の高い至適運動強度決定装置を提供する。【解決手段】負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出する収縮時間検出部と、測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部と、収縮時間検出部で検出した収縮時間と心拍時間検出部で検出した１心拍時間との比率である収縮時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づき、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出する収縮時間検出部と、
前記測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部と、
前記収縮時間検出部で検出した収縮時間と前記心拍時間検出部で検出した１心拍時間との比率である収縮時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置。
【請求項２】
前記至適運動強度決定部は、前記運動負荷と、該運動負荷の付与時に測定された前記測定データに基づく前記収縮時間比率とに基づいて、予め設定された前記収縮時間比率である基準値に対応する前記運動負荷を前記至適運動強度とする請求項１に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項３】
前記収縮時間は、心音波形のＩ音からII音までの収縮期の時間である収縮期時間、心電波形のＱ点から心音波形のＩ音までの時間であるＱＳ１時間、心電波形のＱ点から心音波形のII音までの時間であるＱＳ２時間、または心電波形のＱ点から心電波形のＴ波終点までの時間であるＱＴ時間である請求項１または２に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項４】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出する拡張時間検出部と、
前記測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部と、
前記拡張時間検出部で検出した拡張時間と前記心拍時間検出部で検出した１心拍時間との比率である拡張時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置。
【請求項５】
前記至適運動強度決定部は、前記運動負荷と、該運動負荷の付与時に測定された前記測定データに基づく前記拡張時間比率とに基づいて、予め設定された前記拡張時間比率である基準値に対応する前記運動負荷を至適運動強度とする請求項４に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項６】
前記拡張時間は、心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間である拡張期時間、心音波形のII音から心電波形のＱ点までの時間であるＳ２Ｑ時間、または心電波形のＴ波終点から心電波形のＱ点までの時間であるＴＱ時間である請求項４または５に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項７】
前記１心拍時間は、心電波形の互いに隣り合うＲ点間の時間であるＲＲ時間、心音波形の互いに隣り合うＩ音間の時間であるＳ１Ｓ１時間、または心音波形の互いに隣り合うII音間の時間であるＳ２Ｓ２時間である請求項１から６のいずれか１項に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項８】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出する収縮時間検出部と、
前記測定データに基づいて測定対象者の心室の拡張時間を検出する拡張時間検出部と、
前記収縮時間検出部で検出した収縮時間と前記拡張時間検出部で検出した拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置。
【請求項９】
前記至適運動強度決定部は、前記運動負荷と、該運動負荷の付与時に測定された前記測定データに基づく前記収縮対拡張時間比率とに基づいて、予め設定された前記収縮対拡張時間比率の基準値に対応する前記運動負荷を至適運動強度とする請求項８に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項１０】
前記収縮時間は、心音波形のＩ音からII音までの収縮期の時間である収縮期時間、心電波形のＱ点から心音波形のＩ音までの時間であるＱＳ１時間、心電波形のＱ点から心音波形のII音までの時間であるＱＳ２時間、または心電波形のＱ点から心電波形のＴ波終点までの時間であるＱＴ時間であり、
前記拡張時間は、心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間である拡張期時間、心音波形のII音から心電波形のＱ点までの時間であるＳ２Ｑ時間、または心電波形のＴ波終点から心電波形のＱ点までの時間であるＴＱ時間である請求項８または９に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項１１】
前記負荷試験は、時間とともに一定の割合で運動負荷を上げるランプ負荷を測定対象者に与えるとともに、各時刻の前記測定データを計測する試験である請求項１から１０のいずれか１項に記載の至適運動強度決定装置。
【請求項１２】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出し、
前記測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出し、
前記収縮時間と前記１心拍時間との比率である収縮時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法。
【請求項１３】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出し、
前記測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出し、
前記拡張時間と前記１心拍時間との比率である拡張時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法。
【請求項１４】
負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出し、
前記測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出し、
前記収縮時間と前記拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、前記負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、至適運動強度決定装置および至適運動強度決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康の維持・改善における運動の効果が多くの臨床研究で明らかになり、糖尿病などの生活習慣病や心臓病などの治療の方法として、運動療法が実施されるようになってきた。運動療法の中心は、ウォーキングやサイクリングなどの有酸素運動であるが、有酸素運動をより安全かつ効果的に行うためには、個人毎に最適な運動強度（以下、「至適運動強度」と呼ぶ）を調べ、その至適運動強度で運動を行うことが重要である。
ここで、至適運動強度の測定方法としては、測定対象者に漸増的に運動負荷を与えながら呼気ガスを収集して分析を行うＣＰＸ検査（心肺運動負荷検査）が一般的である。ＣＰＸ検査では、呼気ガス分析で求まる酸素摂取量と二酸化炭素排出量とから、有酸素運動と無酸素運動との境界付近の運動強度（ＡＴポイント）を決定して至適運動強度とする。
【０００３】
しかしながら、ＣＰＸ検査は、測定対象者に大きな身体的負担がかかり、また、検査装置も高額で実施可能な施設が限られるなどの問題がある。そこで、至適運動強度の測定をより簡便かつ安価に実現するための至適運動強度決定装置がいくつか提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の至適運動強度決定装置は、時間とともに一定の割合で運動強度を上げるランプ負荷を測定対象者に与えながら、測定対象者の心音データ・心電データを測定し、測定した心音データ・心電データから運動強度毎に心音波形のＩ音の振幅と心拍数とを検出し、検出したＩ音の振幅と心拍数とをそれぞれ安静時の値との比率に変換した後に掛け合わせて二重積を算出する。そして、算出した二重積と運動強度との関係を曲線で近似し、近似した曲線が屈曲する運動強度を至適運動強度とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５２６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の至適運動強度決定装置では、至適運動強度の決定に用いられるＩ音（心音）の振幅が周辺ノイズや運動中の体動によるノイズの影響を受けやすいため、例えば、ノイズの多い環境下で測定する場合や測定対象者の体動が大きな場合には、心音の振幅の正確な測定が難しく、至適運動強度の精度が低下する可能性がある。
本発明は、上記のような課題に着目したもので、安価でより精度の高い至適運動強度決定装置および至適運動強度決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出する収縮時間検出部と、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部と、（ｃ）収縮時間検出部で検出した収縮時間と心拍時間検出部で検出した１心拍時間との比率である収縮時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置であることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出する拡張時間検出部と、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部と、（ｃ）拡張時間検出部で検出した拡張時間と心拍時間検出部で検出した１心拍時間との比率である拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置であることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の他の態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出する収縮時間検出部と、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出する拡張時間検出部と、（ｃ）収縮時間検出部で検出した収縮時間と拡張時間検出部で検出した拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部と、を備える至適運動強度決定装置であることを要旨とする。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出し、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出し、（ｃ）収縮時間と１心拍時間との比率である収縮時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法であることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出し、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出し、（ｃ）拡張時間と１心拍時間との比率である拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法であることを要旨とする。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、（ａ）負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室の収縮時間を検出し、（ｂ）測定データに基づいて、測定対象者の心室の拡張時間を検出し、（ｃ）収縮時間と拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発明者は、多数の実験を行った結果、収縮時間比率、拡張時間比率および収縮対拡張時間比率が測定対象者に与えた運動負荷（運動強度）に応じて増減することを発見した。そして、このような発見をもとに、本発明の発明者は、収縮時間比率、拡張時間比率および収縮対拡張時間比率を用いて、至適負荷強度を決定する本発明を案出した。
本発明によれば、心音データの時間情報を用いて至適運動強度を決定するため、例えば、心音データや心電データの振幅情報を用いて至適運動強度を決定する方法に比べて、周辺ノイズや運動中の体動によるノイズの影響を受けにくい。また、心音データや心電データは、簡易で安価なハードウェアで測定可能である。したがって、安価でより精度の高い至適運動強度決定装置および至適運動強度決定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置の内部構成の一例を示す構成図である。
【図２】心臓の内部構造を示す断面図である。
【図３】心臓の刺激伝導系を示す断面図である。
【図４】２心拍分の心音波形、心電波形の一例を示す図であり、（ａ）は心音波形を示す心音図であり、（ｂ）は心電波形を示す心電図である。
【図５】至適運動強度検出部の内部構成の一例を示す構成図である。
【図６】至適運動強度の決定方法を説明するための図であり、（ａ）はランプ負荷が与えられているときの収縮時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフにおいて、基準値を１５［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。
【図７】収縮時間比率から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度（ＡＴポイント運動強度）との関係を示した散布図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る至適運動強度検出部の内部構成の一例を示す構成図である。
【図９】至適運動強度の決定方法を説明するための図であり、（ａ）はランプ負荷が与えられているときの拡張時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフにおいて、基準値を５０［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。
【図１０】拡張時間比率から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度（ＡＴポイント運動強度）との関係を示した散布図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る至適運動強度検出部の内部構成の一例を示す構成図である。
【図１２】至適運動強度の決定方法を説明するための図であり、（ａ）はランプ負荷が与えられているときの収縮対拡張時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフにおいて、基準値を１３０［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。
【図１３】収縮対拡張時間比率から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度（ＡＴポイント運動強度）との関係を示した散布図である。
【図１４】本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置のハードウェア構成の一例を示す構成図である。
【図１５】信号処理端末の内部構成の一例を示す構成図である。
【図１６】本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置のハードウェア構成の別の一例を示す構成図である。
【図１７】信号処理端末の内部構成の別の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置および至適運動強度決定方法について、図面を参照しつつ説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付し、第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置等の説明において、実質的に同様な構成等についての重複する説明を省略する。
本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置および至適運動強度決定方法は、測定対象者に運動負荷を与え、測定対象者の心音データおよび心電データを測定する負荷試験を行って、負荷試験時に測定した心音データおよび心電データと、測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定するものである。
【００１５】
なお、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、ハードウェアやソフトウェア等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。すなわち、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０の内部構成の一例を示す構成図である。本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、図１に示すように、運動負荷制御部１５、心音採取部１１、心電採取部１２、心音処理部１３、心電処理部１４、基準値設定部１６、記憶部１７、至適運動強度検出部２０および出力部１８を備える。
【００１７】
運動負荷制御部１５は、負荷試験において、時間とともに一定の割合で運動負荷（以下、「運動強度」とも呼ぶ）を上げるランプ負荷を測定対象者に与えるように負荷装置１９を制御する。運動負荷の増加率としては、例えば、２０［Watts／分］が用いられる。また、負荷装置１９としては、例えば、測定対象者に与える運動負荷（運動強度）の大きさを制御可能なエルゴメータが用いられる。そして、運動負荷制御部１５は、各時刻（例えば、１［秒］毎）の運動強度のデータ（以下、「運動強度データ」と呼ぶ）を記憶部１７と至適運動強度検出部２０とに出力する。運動強度データは、例えば、デジタルデータ形式とする。
【００１８】
心音採取部１１は、マイクロフォン、加速度センサ、圧力センサ等で構成される。そして、測定対象者に装着され、測定対象者にランプ負荷が与えられているときに、測定対象者の心臓の各時刻の心音を電気信号として取り出す。電気信号としては、例えば、測定対象者の胸部を伝播する心音振動に応じた心音信号が用いられる。また、心音採取部１１は、心音信号が取り出されるたびに、取り出された心音信号を心音処理部１３に出力する。
【００１９】
心電採取部１２は、２つ以上の電極で構成される。そして、測定対象者に装着され、測定対象者にランプ負荷が与えられているときに、測定対象者の心臓の各時刻の電位を電極毎に電気信号（以下、「電極信号」とも呼ぶ）として取り出す。また、心電採取部１２は、電極信号が取り出されるたびに、取り出された電極信号を心電処理部１４に出力する。
【００２０】
心音処理部１３は、心音採取部１１が出力した心音信号、つまり、アナログ信号に対して所定の信号処理を行うことにより、デジタル信号とされた各時刻の心音データを生成する。例えば、心音処理部１３は、図示しないフィルタ回路、増幅器およびＡ／Ｄ(Analog to Digital)変換器を有する。フィルタ回路は、心音信号からＤＣ(Direct Current)周波数成分、エイリアシングを引き起こす可能性のある高周波成分、および心音解析に不要な高周波成分を取り除く。また、増幅器は、フィルタ回路がＤＣ周波数成分等を取り除いた心音信号をＡ／Ｄ変換器の入力レンジに合わせて増幅する。さらに、Ａ／Ｄ変換器は、増幅器が増幅した心音信号をデジタル信号に変換して心音データを生成する。これにより、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの心音データを生成する。そして、心音処理部１３は、生成した心音データを記憶部１７と至適運動強度検出部２０とに出力する。
【００２１】
心電処理部１４は、心電採取部１２が出力した複数の電極信号間の電位差に基づいて各時刻の心電データを生成する。例えば、心電処理部１４は、図示しない差動増幅器、フィルタ回路、Ａ／Ｄ変換器を有する。差動増幅器は、電極信号間の電位差を増幅する。また、フィルタ回路は、差動増幅器が増幅した電位差からなる心電信号に含まれるＤＣ周波数成分や高周波ノイズ成分を取り除く。さらにＡ／Ｄ変換器は、フィルタ回路がＤＣ周波数成分等を取り除いた信号をデジタル信号に変換して心電データを生成する。これにより、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの心電データを生成する。そして、心電処理部１４は、生成した心電データを記憶部１７と至適運動強度検出部２０とに出力する。  
【００２２】
基準値設定部１６は、至適運動強度検出部２０で至適運動強度を決定する際に必要となる所定の収縮時間比率（後述）（以下、「基準値」とも呼ぶ）を設定する。基準値の設定方法としては、例えば、測定対象者別の基準値または測定対象者共通の基準値をキーボードなどの入力機器から入力する方法が用いられる。そして、基準値設定部１６は、設定した基準値を示すデータ（以下、「基準値データ」と呼ぶ）を記憶部１７と至適運動強度検出部２０とに出力する。
【００２３】
記憶部１７は、心音処理部１３が出力した心音データ、心電処理部１４が出力した心電データ、運動負荷制御部１５が出力した運動強度データ、および基準値設定部１６が出力した基準値データのそれぞれを記憶する。すなわち、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの各時刻の心音データおよび心電データを記憶する。記憶部１７としては、例えば、ハードディスク、ＳＤ(Secure Digital)カードなどの記録メディアが用いられる。
【００２４】
至適運動強度検出部２０は、心音処理部１３が出力した心音データ、心電処理部１４が出力した心電データ、運動負荷制御部１５が出力した運動強度データおよび基準値設定部１６が出力した基準値データに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する。なお、測定対象者の至適運動強度の決定には、記憶部１７が記憶している心音データ、心電データ、運動強度データおよび基準値データの一部または全部を使用するようにしてもよい。
【００２５】
ここで、至適運動強度の決定方法について説明するために、図２、図３、図４（ａ）（ｂ）を用いて、心音波形と心電波形との関係について説明する。
図２は、心臓２００を正面と平行な面で切断したと仮定した場合の、心臓２００の内部構造を示す断面図である。心臓２００の内部は、図２に示すように、右心房２００ａ、右心室２００ｂ、左心房２００ｃおよび左心室２００ｄの４室に仕切られている。また、各室２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄの出口には、血液の逆流を防ぐ三尖弁２００ｅ、肺動脈弁２００ｆ、僧帽弁２００ｇおよび大動脈弁２００ｈの４つの弁が存在する。
【００２６】
図３は、心臓２００の刺激伝導系を示す断面図である。心臓２００の刺激伝導系では、図３に示すように、洞結節３００ａで生じた電気的興奮は心房２００ａ、２００ｃに伝えられて心房２００ａ、２００ｃの筋肉を収縮させ、続いて、電気的興奮は房室結節３００ｂに伝えられ、ヒス束３００ｃ、左脚（左脚前枝３００ｄと左脚後枝３００ｅ）と右脚３００ｆ、プルキンエ繊維３００ｇを通って心室２００ｂ、２００ｄの筋肉を収縮させる。
【００２７】
図４（ａ）は、２拍分の心音信号を示す心音波形図である。図４（ａ）では、横軸は時間［秒］であり、縦軸は心音信号である。また、図４（ｂ）は、２拍分の心電信号を示す心電波形図である。図４（ｂ）では、横軸は時間［秒］であり、横軸は心電信号である。
まず、図３に示した洞結節３００ａで電気的興奮が生じると、電気的興奮が図３に示した房室結節３００ｂから図３に示した心室２００ｂ、２００ｄに伝搬し、図４（ｂ）に示した心電波形のＱＲＳ波が生じる。また、図３に示した心室２００ｂ、２００ｄの筋肉が電気的興奮により収縮を開始し、心室圧が心房圧より高くなると、図２に示した三尖弁２００ｅと僧帽弁２００ｇとが閉じて、図４（ａ）に示した心音波形のＩ音を生じる。さらに心室圧が上昇して肺動脈圧や大動脈圧より高くなると、図２に示した肺動脈弁２００ｆ、大動脈弁２００ｈが開き、心室２００ｂ、２００ｄ内の血液が肺や全身に駆出される。
【００２８】
また、血液の駆出と同じタイミングで図３に示した心室２００ｂ、２００ｄが電気的興奮前の状態に戻り始め、この過程で図４（ｂ）に示した心電波形のＴ波を生ずる。図３に示した心室２００ｂ、２００ｄの収縮が終わって心室圧が低下し、肺動脈圧や大動脈圧より低くなると、図２に示した肺動脈弁２００ｆ、大動脈弁２００ｈが閉じ、図４（ａ）に示した心音波形のII音を生じる。さらに、心室圧が低下して心房圧より低くなると、図２に示した三尖弁２００ｅ、僧帽弁２００ｇが開いて、図２に示した心房２００ａ、２００ｃ内の血液が心室２００ｂ、２００ｄに入り込み、心室２００ｂ、２００ｄが拡張する。
【００２９】
以上のように、図３に示した洞結節３００ａで生じた電気的興奮を起点として、図３に示した心室２００ｂ、２００ｄは、収縮と拡張とを繰り返し行う。そして、図３に示した心室２００ｂ、２００ｄは、拡張期に流入した血液を、収縮期に肺や全身に送出する。
ここで、心音波形と心電波形との関係の説明から、至適運動強度検出部２０の説明に戻る。図５は、至適運動強度検出部２０の内部構成の一例を示す構成図である。至適運動強度検出部２０は、例えば、図５に示すように、収縮時間検出部２１、心拍時間検出部２３、収縮時間比率計算部２４および至適運動強度決定部２７を備えるようにしてもよい。
【００３０】
図５に示した収縮時間検出部２１は、図１に示した心音処理部１３が出力した心音データ、および図１に示した心電処理部１４が出力した心電データの少なくとも一方（以下、「測定データ」とも呼ぶ）に基づいて、各時刻の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出する。収縮時間としては、至適運動強度の高精度化の観点から、図４（ａ）に示した心音波形のＩ音からII音までの収縮期の時間（以下、「収縮期時間」と呼ぶ）、図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ａ）に示した心音波形のＩ音までの時間（以下、「ＱＳ１時間」と呼ぶ）、図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ａ）に示した心音波形のII音までの時間（以下、「ＱＳ２時間」と呼ぶ）、または図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ｂ）に示した心電波形のＴ波終点までの時間（以下、「ＱＴ時間」と呼ぶ）が好ましい。そして、図５に示した収縮時間検出部２１は、１心拍毎に、検出された収縮時間を収縮時間比率計算部２４に出力する。なお、複数の収縮時間に対して統計処理を行った後に、収縮時間比率計算部２４に出力する構成としてもよい。例えば、１０秒間に検出された収縮時間の平均値を計算し、１０秒毎に収縮時間の平均値を収縮時間比率計算部２４に出力する。これにより、収縮時間の精度を向上することができる。
【００３１】
図５に示した心拍時間検出部２３は、測定データに基づいて、各時刻の１心拍時間を検出する。１心拍時間としては、至適運動強度の高精度化の観点から、図４（ｂ）に示した心電波形の互いに隣り合うＲ点間の時間（以下、「ＲＲ時間」と呼ぶ）、図４（ａ）に示した心音波形の互いに隣り合うＩ音間の時間（以下、「Ｓ１Ｓ１時間」と呼ぶ）、または図４（ａ）に示した心音波形の互いに隣り合うII音間の時間（以下、「Ｓ２Ｓ２時間」と呼ぶ）が好ましい。そして、図５に示した心拍時間検出部２３は、１心拍毎に、検出された１心拍時間を収縮時間比率計算部２４に出力する。なお、複数の１心拍時間に対して統計処理を行った後に、収縮時間比率計算部２４に出力する構成としてもよい。例えば、１０秒間に検出された１心拍時間の平均値を計算し、１０秒毎に１心拍時間の平均値を収縮時間比率計算部２４に出力する。これにより、１心拍時間の精度を向上することができる。
【００３２】
図５に示した収縮時間比率計算部２４は、図５に示した収縮時間検出部２１が出力した収縮時間と、図５に示した心拍時間検出部２３が出力した１心拍時間とに基づいて各時刻の収縮時間比率を計算する。収縮時間比率としては、例えば、収縮時間を１心拍時間で割った比率が用いられる。そして、図５に示した収縮時間比率計算部２４は、収縮時間比率が計算されるたびに、計算された収縮時間比率を至適運動強度決定部２７に出力する。
【００３３】
図５に示した至適運動強度決定部２７は、図５に示した収縮時間比率計算部２４が出力した収縮時間比率と、図１に示した運動負荷制御部１５が出力した運動強度データ、つまり負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷（運動強度）と、図１に示した基準値設定部１６が出力した基準値データとに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する。
具体的には、図６（ａ）に示すように、ランプ負荷による運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された測定データに基づく収縮時間比率とに基づいて、基準値（予め設定された収縮時間比率）に対応する運動負荷を至適運動強度とする。例えば、まず測定対象者にランプ負荷が与えられているときの各時刻の収縮時間比率と運動強度（運動負荷）とを互いに対応付けるテーブルを作成する。ここで、図６（ａ）は、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの収縮時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフである。図６（ａ）では、横軸は運動強度［Watts］、縦軸は収縮時間比率［%］の一例である「ＱＳ１時間／心拍時間」である。図６（ａ）によれば、収縮時間比率は運動強度（運動負荷）の増加に対して単調増加していることがわかる。
【００３４】
続いて、図６（ｂ）に示すように、作成したテーブルを参照し、基準値と一致する収縮時間比率に対応付けられている運動強度を至適運動強度とする。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した収縮時間比率（ＱＳ１時間／心拍時間）と運動強度との関係を示すグラフにおいて、基準値を１５［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。そして、図５に示した至適運動強度決定部２７は、決定した至適運動強度を、図１に示した出力部１８に出力する。
【００３５】
なお、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、ランプ負荷が与えられているときの各時刻の収縮時間比率と運動強度（運動負荷）とを互いに対応付けるテーブルを用いて、基準値に対応する運動負荷を求める例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、各時刻の収縮時間比率と運動負荷との関係を表す近似式を推定し、推定した近似式を用いて、基準値に対応する運動負荷を求める構成としてもよい。
図１に示した出力部１８は、図１に示した至適運動強度検出部２０（図５に示した至適運動強度決定部２７）が出力した至適運動強度を至適運動強度決定装置１０の外部に出力する。例えば、至適運動強度をディスプレイ（不図示）に表示させたり、至適運動強度決定装置１０の外部にあるハードディスク等の記憶装置（不図示）に記憶させたりする。
【００３６】
（実施例）
次に、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法の実施例について説明する。
本実施例では、成人男性５名を測定対象者とし、５名の測定対象者それぞれに対して、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法により、運動強度毎の収縮時間比率（ＱＳ１時間／心拍時間）を算出し、算出した収縮時間比率が基準値（１５［%］）と一致する場合の運動強度を至適運動強度とした。また従来のＣＰＸ検査により有酸素運動と無酸素運動との境界付近の運動強度（ＡＴポイント運動強度）を至適運動強度とした。
【００３７】
図７は、収縮時間比率（ＱＳ１時間／心拍時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との関係を示した散布図である。収縮時間比率（ＱＳ１時間／心拍時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との相関係数は「０．７４」であった。これにより、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０によれば、心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間比率を使用することで、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度と同程度に、至適運動強度を精度よく検出できることがわかった。なお図７では、測定対象者５名に対して同じ基準値（１５［%］）を用いている例を示したが、測定対象者毎に互いに異なる基準値を用いてもよい。
【００３８】
（第１実施形態の効果）
以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出する収縮時間検出部２１と、測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部２３と、収縮時間検出部２１で検出した収縮時間と心拍時間検出部２３で検出した１心拍時間との比率である収縮時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部２７と、を備えるようにした。すなわち、至適運動強度決定装置１０による、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定方法では、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出し、測定データに基づいて測定対象者の１心拍時間を検出し、収縮時間と１心拍時間との比率である収縮時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定している。
【００３９】
それゆえ、心音データや心電データの時間情報を用いて至適運動強度を決定するため、例えば、特許文献１に記載の発明のように、心音データの振幅情報を用いて至適運動強度を決定する方法に比べて、周辺ノイズや運動中の体動によるノイズの影響を受けにくい。また、心音データや心電データは、簡易で安価なハードウェアで測定可能である。したがって、安価でより精度の高い至適運動強度決定装置１０を提供できる。したがって、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、糖尿病などの生活習慣病や心臓病などの治療として運動療法を行う際の至適運動強度の測定に非常に有用である。
【００４０】
また、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、至適運動強度決定部２７は、運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された測定データに基づく収縮時間比率とに基づいて、予め設定された収縮時間比率である基準値に対応する運動強度を至適運動強度とするようにした。そのため、至適運動強度をより適切に決定できる。
さらに、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、収縮時間は、心音波形のＩ音からII音までの収縮期の時間である収縮期時間、心電波形のＱ点から心音波形のＩ音までの時間であるＱＳ１時間、心電波形のＱ点から心音波形のII音までの時間であるＱＳ２時間、または心電波形のＱ点から心電波形のＴ波終点までの時間であるＱＴ時間とした。そのため、至適運動強度をより適切に決定することができる。
【００４１】
さらに、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、１心拍時間は、心電波形の互いに隣り合うＲ点間の時間であるＲＲ時間、心音波形の互いに隣り合うＩ音間の時間であるＳ１Ｓ１時間、または心音波形の互いに隣り合うII音間の時間であるＳ２Ｓ２時間とした。そのため、至適運動強度をより適切に決定することができる。
また、本発明の第１実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、負荷試験は、時間とともに一定の割合で運動負荷を上げるランプ負荷を測定対象者に与えるとともに、各時刻の測定データを計測する試験であるため、測定データを比較的容易に取得できる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法について説明する。
本発明の第２実施形態は、至適運動強度検出部２０が、収縮時間比率に代えて、拡張時間比率（後述）を用いて至適運動強度を決定する点が、第１実施形態と異なる。
【００４３】
図１に示した基準値設定部１６は、図１に示した至適運動強度検出部２０で至適運動強度を決定する際に必要となる所定の拡張時間比率を基準値として設定する。そして、図１に示した基準値設定部１６は、設定した基準値を示すデータ、つまり、基準値データを図１に示した記憶部１７と図１に示した至適運動強度検出部２０とに出力する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度検出部２０の内部構成の一例を示す構成図である。本発明の第２実施形態に係る至適運動強度検出部２０は、図８に示すように拡張時間検出部２２、心拍時間検出部２３、拡張時間比率計算部２５および至適運動強度決定部２８を備える。
【００４４】
図８に示した拡張時間検出部２２は、測定データに基づいて、各時刻の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出する。拡張時間としては、至適運動強度の高精度化の観点から、図４（ａ）に示した心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間（以下、「拡張期時間」と呼ぶ）、図４（ａ）に示した心音波形のII音から図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点までの時間（以下、「Ｓ２Ｑ時間」と呼ぶ）、または図４（ｂ）に示した心電波形のＴ波終点から図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点までの時間（以下、「ＴＱ時間」と呼ぶ）が好ましい。そして、図８に示した拡張時間検出部２２は、１心拍毎に、検出された拡張時間を拡張時間比率計算部２５に出力する。なお、複数の拡張時間に対して統計処理を行った後に、拡張時間比率計算部２５に出力する構成としてもよい。例えば、１０秒間に検出された拡張時間の平均値を計算し、１０秒毎に拡張時間の平均値を拡張時間比率計算部２５に出力する。これにより、拡張時間の精度を向上することができる。
【００４５】
図８に示した拡張時間比率計算部２５は、図８に示した拡張時間検出部２２が出力した拡張時間を、図８に示した心拍時間検出部２３が出力した１心拍時間で割った比率（以下、「拡張時間比率」と呼ぶ）を計算する。そして、図８に示した拡張時間比率計算部２５は、計算した拡張時間比率を至適運動強度決定部２８に出力する。
図８に示した至適運動強度決定部２８は、図８に示した拡張時間比率計算部２５が出力した拡張時間比率と、図１に示した運動負荷制御部１５が出力した運動強度データ、つまり負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷（運動強度）と、図１に示した基準値設定部１６が出力した基準値データとに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する。
【００４６】
具体的には、図９（ａ）に示すように、ランプ負荷による運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された心音データおよび心電データの少なくとも一方に基づく拡張時間比率とに基づいて、基準値（予め設定された収縮時間比率）に対応する運動負荷を至適運動強度とする。例えば、まず測定対象者にランプ負荷が与えられているときの各時刻の拡張時間比率と運動強度（運動負荷）とを互いに対応付けるテーブルを作成する。ここで、図９（ａ）は、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの拡張時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフである。図９（ａ）では、横軸は運動強度［Watts］、縦軸は拡張時間比率［%］の一例である「拡張期時間／心拍時間」である。図９（ａ）によれば、拡張時間比率は運動強度（運動負荷）の増加に対して単調減少していることがわかる。
【００４７】
続いて、図９（ｂ）に示すように、作成したテーブルを参照し、基準値と一致する拡張時間比率に対応付けられている運動強度を至適運動強度とする。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した拡張時間比率（拡張期時間／心拍時間）と運動強度との関係を示すグラフにおいて、基準値を５０［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。そして、図８に示した至適運動強度決定部２７は、決定した至適運動強度を、図１に示した出力部１８に出力する。
【００４８】
（実施例）
次に、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法の実施例について説明する。
本実施例では、成人男性５名を測定対象者とし、５名の測定対象者それぞれに対して、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法により、運動強度毎の拡張時間比率（拡張期時間／心拍時間）を算出し、算出した拡張時間比率が基準値（５０［%］）と一致する場合の運動強度を至適運動強度とした。また従来のＣＰＸ検査により有酸素運動と無酸素運動との境界付近の運動強度（ＡＴポイント運動強度）を至適運動強度とした。
【００４９】
図１０は、拡張時間比率（拡張期時間／心拍時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との関係を示した散布図である。拡張時間比率（拡張期時間／心拍時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との相関係数は「０．９６」であった。これにより、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０によれば、心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間比率を使用することで、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度と同程度に、至適運動強度を精度よく検出できることがわかった。なお図１０では、測定対象者５名に対して同じ基準値（５０［%］）を用いる例を示したが、測定対象者毎に互いに異なる基準値を用いてもよい。
【００５０】
（第２実施形態の効果）
以上説明したように、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出する拡張時間検出部２２と、測定データに基づいて、測定対象者の１心拍時間を検出する心拍時間検出部２３と、拡張時間検出部２２で検出した拡張時間と心拍時間検出部２３で検出した１心拍時間との比率である拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部２８と、を備えるようにした。すなわち、至適運動強度決定装置１０による、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定方法では、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出し、測定データに基づいて測定対象者の１心拍時間を検出し、拡張時間と１心拍時間との比率である拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定している。
【００５１】
それゆえ、心音データや心電データの時間情報を用いて至適運動強度を決定するため、例えば、特許文献１に記載の発明のように、心音データの振幅情報を用いて至適運動強度を決定する方法に比べて、周辺ノイズや運動中の体動によるノイズの影響を受けにくい。また、心音データや心電データは、簡易で安価なハードウェアで測定可能である。したがって、安価でより精度の高い至適運動強度決定装置１０を提供できる。したがって、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、糖尿病などの生活習慣病や心臓病などの治療として運動療法を行う際の至適運動強度の測定に非常に有用である。
【００５２】
また、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、至適運動強度決定部２８は、運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された測定データに基づく拡張時間比率とに基づいて、予め設定された拡張時間比率である基準値に対応する運動強度を至適運動強度とするようにした。そのため、至適運動強度をより適切に決定できる。
さらに、本発明の第２実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、拡張時間は、心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間である拡張期時間、心音波形のII音から心電波形のＱ点までの時間であるＳ２Ｑ時間、または心電波形のＴ波終点から心電波形のＱ点までの時間であるＴＱ時間とした。そのため、至適運動強度をより適切に決定できる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法について説明する。
本発明の第３実施形態は、至適運動強度検出部２０が、収縮時間比率に代えて、収縮対拡張時間比率（後述）を用いて至適運動強度を決定する点が、第１実施形態と異なる。
【００５４】
図１に示した基準値設定部１６は、図１に示した至適運動強度検出部２０で至適運動強度を決定する際に必要となる所定の収縮対拡張時間比率を基準値として設定する。そして、図１に示した基準値設定部１６は、設定した基準値を示すデータ、つまり、基準値データを図１に示した記憶部１７と図１に示した至適運動強度検出部２０とに出力する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度検出部２０の内部構成の一例を示す構成図である。本発明の第３実施形態に係る至適運動強度検出部２０は、図１１に示すように、収縮時間検出部２１、拡張時間検出部２２、収縮対拡張時間比率計算部２６および至適運動強度決定部２９を備える。
【００５５】
図１１に示した収縮時間検出部２１は、測定データに基づいて、各時刻の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出する。本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、収縮時間としては、至適運動強度の高精度化の観点から、図４（ａ）に示した心音波形のＩ音からII音までの時間である収縮期時間、図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ａ）に示した心音波形のＩ音までの時間であるＱＳ１時間、図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ａ）に示した心音波形のII音までの時間であるＱＳ２時間、または図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点から図４（ｂ）に示した心電波形のＴ波終点までの時間であるＱＴ時間が好ましい。そして、図１１に示した収縮時間検出部２１は、１心拍毎に、検出された収縮時間を図１１に示した収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する。なお、複数の収縮時間に対して統計処理を行った後に、収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する構成としてもよい。例えば、１０秒間に検出された収縮時間の平均値を計算し、１０秒毎に収縮時間の平均値を収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する。これにより、収縮時間の精度を向上することができる。
【００５６】
図１１に示した拡張時間検出部２２は、測定データに基づいて、各時刻の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出する。第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、拡張時間としては、至適運動強度の高精度化の観点から、図４（ａ）に示した心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間である拡張期時間、図４（ａ）に示した心音波形のII音から図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点までの時間であるＳ２Ｑ時間、または図４（ｂ）に示した心電波形のＴ波終点から図４（ｂ）に示した心電波形のＱ点までの時間であるＴＱ時間が好ましい。そして、図１１に示した拡張時間検出部２２は、１心拍毎に、検出された拡張時間を収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する。なお、複数の拡張時間に対して統計処理を行った後に、収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する構成としてもよい。例えば、１０秒間に検出された拡張時間の平均値を計算し、１０秒毎に拡張時間の平均値を収縮対拡張時間比率計算部２６に出力する。これにより、拡張時間の精度を向上することができる。
【００５７】
図１１に示した収縮対拡張時間比率計算部２６は、図１１に示した収縮時間検出部２１が出力した収縮時間を、図１１に示した拡張時間検出部２２が出力した拡張時間で割った比率（以下、「収縮対拡張時間比率」と呼ぶ）を計算する。収縮対拡張時間比率としては、特に、ＱＳ１時間を拡張期時間で割って算出した比率（以下、「ＱＳ１時間／拡張期時間」と呼ぶ）、またはＱＳ２時間を拡張期時間で割って算出した比率（以下、「ＱＳ２時間／拡張期時間」と呼ぶ）が好ましい。そして、図１１に示した収縮対拡張時間比率計算部２６は、計算した収縮対拡張時間比率を至適運動強度決定部２９に出力する。
【００５８】
図１１に示した至適運動強度決定部２９は、図１１に示した収縮対拡張時間比率計算部２６で算出した収縮対拡張時間比率（例えば、ＱＳ１時間／拡張期時間、ＱＳ２時間／拡張期時間）と、図１に示した運動負荷制御部１５が出力した運動強度データ、つまり、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷（運動強度）と、図１で示した基準値設定部１６が出力した基準値データ（基準値）とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定する。
【００５９】
具体的には、図１１に示した至適運動強度決定部２９は、図１２（ａ）に示すように、ランプ負荷による運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された心音データおよび心電データに基づく収縮対拡張時間比率とに基づいて、基準値、つまり、予め設定された収縮対拡張時間比率に対応する運動負荷を至適運動強度とする。例えば、まず、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの各時刻の収縮対拡張時間比率と運動強度（運動負荷）とを互いに対応付けるテーブルを作成する。ここで、図１２（ａ）は、測定対象者にランプ負荷が与えられているときの収縮対拡張時間比率と運動強度との関係の一例を示すグラフである。図１２（ａ）では、横軸は運動強度［Watts］、縦軸は収縮対拡張時間比率の一例である「ＱＳ２時間／拡張期時間［%］」である。図１２（ａ）によれば、収縮対拡張時間比率は、運動強度（運動負荷）の増加に対して単調増加していることがわかる。
【００６０】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、作成したテーブルを参照し、基準値と一致する収縮対拡張時間比率に対応付けられている運動強度を至適運動強度とする。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した収縮対拡張時間比率（ＱＳ２時間／拡張期時間）と運動強度との関係を示すグラフにおいて、基準値を１３０［%］に設定した場合の至適運動強度の決定方法を示すグラフである。そして、図１１に示した至適運動強度決定部２９は、決定した至適運動強度を、図１に示した出力部１８に出力する。
【００６１】
（実施例）
次に、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法の実施例について説明する。
本実施例では、成人男性５名を測定対象者とし、５名の測定対象者それぞれに対して、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０、および至適運動強度決定装置１０による至適運動強度決定方法により、運動強度毎の収縮対拡張時間比率（ＱＳ２時間／拡張期時間）を算出し、算出した収縮対拡張時間比率が基準値（１．３［%］）と一致する場合の運動強度を至適運動強度とした。また、従来のＣＰＸ検査により有酸素運動と無酸素運動との境界付近の運動強度（ＡＴポイント運動強度）を至適運動強度とした。
【００６２】
図１３は、収縮対拡張時間比率（ＱＳ２時間／拡張期時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との関係を示した散布図である。収縮対拡張時間比率（ＱＳ２時間／拡張期時間）から求めた至適運動強度と、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度との相関係数は「０．９６」であった。これにより、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０によれば、心室２００ｂ、２００ｄの収縮対拡張時間比率を使用することで、従来のＣＰＸ検査により求めた至適運動強度と同程度に、至適運動強度を精度よく検出できることがわかった。なお、図１３では、測定対象者５名に対して同じ基準値（１．３［%］）を用いる例を示したが、測定対象者毎に互いに異なる基準値を用いてもよい。
【００６３】
（第３実施形態の効果）
以上、説明したように、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出する収縮時間検出部２１と、測定データに基づいて測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出する拡張時間検出部２２と、収縮時間検出部２１で検出した収縮時間と拡張時間検出部２２で検出した拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づき、測定対象者の至適運動強度を決定する至適運動強度決定部２９とを備えるようにした。
【００６４】
すなわち、至適運動強度決定装置１０を用いて行われる、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定方法では、負荷試験時に測定した測定対象者の心音データおよび心電データの少なくとも一方である測定データに基づいて、測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの収縮時間を検出し、測定データに基づいて測定対象者の心室２００ｂ、２００ｄの拡張時間を検出し、検出した収縮時間と拡張時間との比率である収縮対拡張時間比率と、負荷試験時に測定対象者に与えていた運動負荷とに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定している。
【００６５】
それゆえ、心音データや心電データの時間情報を用いて至適運動強度を決定するため、例えば、特許文献１に記載の発明のように、心音データの振幅情報を用いて至適運動強度を決定する方法に比べて、周辺ノイズや運動中の体動によるノイズの影響を受けにくい。また、心音データや心電データは、簡易で安価なハードウェアで測定可能である。したがって、安価でより精度の高い至適運動強度決定装置１０を提供できる。したがって、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、糖尿病などの生活習慣病や心臓病などの治療として運動療法を行う際の至適運動強度の測定に非常に有用である。
【００６６】
また、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、至適運動強度決定部２９は、運動負荷と、その運動負荷の付与時に測定された測定データに基づく収縮対拡張時間比率とに基づいて、予め設定された収縮対拡張時間比率の基準値に対応する運動強度を至適運動強度とするようにした。そのため、至適運動強度をより適切に決定できる。
【００６７】
さらに、本発明の第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０では、収縮時間は、心音波形のＩ音からII音までの収縮期の時間である収縮期時間、心電波形のＱ点から心音波形のＩ音までの時間であるＱＳ１時間、心電波形のＱ点から心音波形のII音までの時間であるＱＳ２時間、または心電波形のＱ点から心電波形のＴ波終点までの時間であるＱＴ時間とした。また、拡張時間は、心音波形のII音からＩ音までの拡張期の時間である拡張期時間、心音波形のII音から心電波形のＱ点までの時間であるＳ２Ｑ時間、または心電波形のＴ波終点から心電波形のＱ点までの時間であるＴＱ時間とした。そのため、至適運動強度をより適切に決定できる。
【００６８】
（至適運動強度決定装置のハードウェア構成）
次に、本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０を実現するための、より具体的なハードウェア構成の一例について説明する。
図１４は、本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０のハードウェア構成の一例である。本発明の第１〜第３実施形態に係る至適運動強度決定装置１０は、図１４に示すように、加速度センサ２０３、心電用電極２０４、信号処理端末２０２、運動負荷モニタリング装置２０５およびコンピュータ２０６を備える。図１４では、加速度センサ２０３は図１の心音採取部１１に対応し、以下同様に、心電用電極２０４は図１の心電採取部１２に対応し、信号処理端末２０２は図１の心音処理部１３、心電処理部１４に対応し、運動負荷モニタリング装置２０５は図１の運動負荷制御部１５に対応し、エルゴメータ２０１は図１の負荷装置１９に対応し、コンピュータ２０６は図１の基準値設定部１６、記憶部１７、至適運動強度検出部２０および出力部１８に対応する。
【００６９】
図１４に示した加速度センサ２０３は、測定対象者４００の胸部に装着され、測定対象者４００の心臓の各時刻の心音を電気信号（心音信号）として取り出す。
図１４に示した心電用電極２０４は、測定対象者４００胸部に装着され、測定対象者４００の心臓２００の各時刻の電気的状態を電気信号（電極信号）として取り出す。
図１４に示した信号処理端末２０２は、図１５に示すように、心音信号を処理するためのフィルタ回路２１０、増幅器２１１、およびＡ／Ｄ変換器２１２と、電極信号を処理するための差動増幅器２１３、フィルタ回路２１４、およびＡ／Ｄ変換器２１５とを備え、デジタル化された心音データと心電データとをコンピュータ２０６に送信する。
【００７０】
図１４に示した運動負荷モニタリング装置２０５は、時間とともに一定の割合で運動負荷（運動強度）を上げるランプ負荷を測定対象者に与えるようにエルゴメータ２０１を制御する。そして、各時刻の運動強度データをコンピュータ２０６に送信する。
図１４に示したコンピュータ２０６は、図１４に示した信号処理端末２０２が出力した心音データおよび心電データと、図１４に示した運動負荷モニタリング装置２０５が出力した運動強度データと、基準値データとに基づいて、測定対象者の至適運動強度を決定し、ディスプレイ２０７に表示、または外部のハードディスク等の記憶装置に出力する。
【００７１】
なお、図１４では、信号処理端末２０２とコンピュータ２０６との間の通信、運動負荷モニタリング装置２０５とコンピュータ２０６との間の通信を有線通信としているが、無線通信としてもよい。また、図１６に示すように、デジタル化された心音データおよび心電データと、運動強度データとのいずれかをＳＤカードなどの記録メディア２０８、２０９を使用してコンピュータ２０６に入力するようにしてもよい。心音データおよび心電データを、記録メディア２０８を使用してコンピュータ２０６に入力する場合には、信号処理端末２０２は、図１７に示すように、記憶装置２１６を含む構成となる。
【符号の説明】
【００７２】
１０…至適運動強度決定装置、１１…心音採取部、１２…心電採取部、１３…心音処理部、１４…心電処理部、１５…運動負荷制御部、１６…基準値設定部、１７…記憶部、１８…出力部、１９…負荷装置、２０…至適運動強度検出部、２１…収縮時間検出部、２２…拡張時間検出部、２３…心拍時間検出部、２４…収縮時間比率計算部、２５…拡張時間比率計算部、２６…収縮対拡張時間比率計算部、２７、２８、２９…至適運動強度決定部、２００…心臓、２００ａ…右心房、２００ｂ…右心室、２００ｃ…左心房、２００ｄ…左心室、２００ｅ…三尖弁、２００ｆ…肺動脈弁、２００ｇ…僧帽弁、２００ｈ…大動脈弁、２０１…エルゴメータ、２０２…信号処理端末、２０３…加速度センサ、２０４…心電用電極、２０５…運動負荷モニタリング装置、２０６…コンピュータ、２０７…ディスプレイ、２０８…記録メディア、２０９…記録メディア、２１０…フィルタ回路、２１１…増幅器、２１２…Ａ／Ｄ変換器、２１３…差動増幅器、２１４…フィルタ回路、２１５…Ａ／Ｄ変換器、２１６…記憶装置、３００ａ…洞結節、３００ｂ…房室結節、３００ｃ…ヒス束、３００ｄ…左脚前枝、３００ｅ…左脚後枝、３００ｆ…右脚、３００ｇ…プルキンエ繊維、４００…測定対象者
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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