(57)【要約】【課題】サイクリング運動における消費エネルギー量を求めることができるシステムを提供する。【解決手段】被測定者の消費エネルギー量を求める消費エネルギーモニタリングユニット２０を有するシステム１を提供する。消費エネルギーモニタリングユニットは、被測定者が自転車で移動中の第１の消費エネルギー量を以下の式（２）−（５）により推定する第１のユニット２２ａを含む。ｅＶＯ２Ｃ＝ｃ１・ＶＭ＋ｃ２・Ｈｕ＋ｃ３・Ｈｄ・・・（２）０．０４８≦ｃ１≦０．２１０・・・（３）０．４６３≦ｃ２≦２．６０５・・・（４）０．０２０≦ｃ３≦０．６０２・・・（５）【選択図】図１
2019013731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者が自転車で移動中の第１の消費エネルギー量を推定する第１のステップを有する方法であって、
前記第１のステップは、前記被測定者の加速度を測定する３軸加速度センサーにより測定される単位時間当たりの累積加速度ＶＭ、前記被測定者の単位時間当たりの上昇量Ｈｕおよび前記被測定者の単位時間当たりの下降量Ｈｄを含む以下の式により自転車で移動中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを推定することと、
推定された前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｃに基づいて前記第１の消費エネルギー量を求めることとを含む、方法。
ｅＶＯ２Ｃ＝ｃ１・ＶＭ＋ｃ２・Ｈｕ＋ｃ３・Ｈｄ
０．０４８≦ｃ１≦０．２１０
０．４６３≦ｃ２≦２．６０５
０．０２０≦ｃ３≦０．６０２
ただし、前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｃの単位は、ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ、前記累積加速度ＶＭの単位はＧ／ｍｉｎ、前記上昇量Ｈｕの単位はｍ／ｍｉｎ、前記下降量Ｈｄの単位はｍ／ｍｉｎ、前記係数ｃ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、前記係数ｃ２およびｃ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の消費エネルギー量を求めることは、前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｃおよび前記被測定者の体重Ｗを含む以下の式により単位時間当たりの消費エネルギー量ＣＡＬを求めることを含む、方法。
ＣＡＬ＝ｋ１・Ｗ・ｅＶＯ２Ｃ
ただし、前記消費エネルギー量ＣＡＬの単位はｋｃａｌ／ｍｉｎ、前記体重Ｗの単位はｋｇ、前記カロリー変換係数ｋ１の単位はｋｃａｌ／ｍｌである。
【請求項３】
請求項１または２において、さらに、
前記被測定者が徒歩で移動中の第２の消費エネルギー量を推定する第２のステップを有し、
前記第２のステップは、前記累積加速度ＶＭ、前記上昇量Ｈｕおよび前記下降量Ｈｄを含む以下の式により歩行中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを推定することと、
推定された前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｗに基づいて前記第２の消費エネルギー量を求めることとを含む、方法。
ｅＶＯ２Ｗ＝ｗ１・ＶＭ＋ｗ２・Ｈｕ＋ｗ３・Ｈｄ
０．０２２≦ｗ１≦０．０７０
０．７７０≦ｗ２≦１．８８６
０．０９８≦ｗ３≦１．０８２
ただし、前記係数ｗ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、前記係数ｗ２およびｗ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【請求項４】
被測定者の加速度を測定する３軸加速度センサーにより測定される単位時間当たりの累積加速度ＶＭと、前記被測定者の高度の変位を測定する第１のセンサーにより測定される前記被測定者の単位時間当たりの上昇量Ｈｕおよび前記被測定者の単位時間当たりの下降量Ｈｄとを含む測定データに基づいて、前記被測定者の消費エネルギー量を求める消費エネルギーモニタリングユニットを有するシステムであって、
前記消費エネルギーモニタリングユニットは、前記被測定者が自転車で移動中の第１の消費エネルギー量を推定する第１のユニットを含み、
前記第１のユニットは、前記被測定者の加速度を測定する３軸加速度センサーにより測定される単位時間当たりの累積加速度ＶＭ、前記被測定者の単位時間当たりの上昇量Ｈｕおよび前記被測定者の単位時間当たりの下降量Ｈｄを含む以下の式により自転車で移動中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを推定するユニットを含む、システム。
ｅＶＯ２Ｃ＝ｃ１・ＶＭ＋ｃ２・Ｈｕ＋ｃ３・Ｈｄ
０．０４８≦ｃ１≦０．２１０
０．４６３≦ｃ２≦２．６０５
０．０２０≦ｃ３≦０．６０２
ただし、前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｃの単位は、ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ、前記累積加速度ＶＭの単位はＧ／ｍｉｎ、前記上昇量Ｈｕの単位はｍ／ｍｉｎ、前記下降量Ｈｄの単位はｍ／ｍｉｎ、前記係数ｃ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、前記係数ｃ２およびｃ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【請求項５】
請求項４において、さらに、
前記消費エネルギーモニタリングユニットは、前記酸素消費量ｅＶＯ２Ｃおよび前記被測定者の体重Ｗを含む以下の式により単位時間当たりの消費エネルギー量ＣＡＬを求めるユニットを含む、システム。
ＣＡＬ＝ｋ１・Ｗ・ｅＶＯ２Ｃ
ただし、前記消費エネルギー量ＣＡＬの単位はｋｃａｌ／ｍｉｎ、前記体重Ｗの単位はｋｇ、前記カロリー変換係数ｋ１の単位はｋｃａｌ／ｍｌである。
【請求項６】
請求項４または５において、さらに、
前記消費エネルギーモニタリングユニットは、前記被測定者が徒歩で移動中の第２の消費エネルギー量を推定する第２のユニットを含み、
前記第２のユニットは、前記累積加速度ＶＭ、前記上昇量Ｈｕおよび前記下降量Ｈｄを含む以下の式により歩行中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを推定するユニットを含む、システム。
ｅＶＯ２Ｗ＝ｗ１・ＶＭ＋ｗ２・Ｈｕ＋ｗ３・Ｈｄ
０．０２２≦ｗ１≦０．０７０
０．７７０≦ｗ２≦１．８８６
０．０９８≦ｗ３≦１．０８２
ただし、前記係数ｗ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、前記係数ｗ２およびｗ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかにおいて、さらに、
前記３軸加速度センサーおよび前記第１のセンサーを含むユーザー端末から前記測定データを受信するインターフェイスを有する、システム。
【請求項８】
請求項４ないし６のいずれかにおいて、さらに、
前記３軸加速度センサーおよび前記第１のセンサーを有する、システム。
【請求項９】
請求項４ないし６のいずれかに記載のシステムを搭載した携帯端末。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項４ないし８のいずれかに記載のシステムとして機能させるための命令を有するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費エネルギー量算出方法およびモニタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被験者の高度変化のある運動時の消費カロリーを、運動形態、複数の算出式を必要とせず、単一の計算式で、簡便に精度良く算出できる消費カロリーの算出方法が提案されている。具体的には、被験者に取り付けた３軸加速度センサ、気圧センサの出力に基づき当該被験者の運動時の消費カロリーＣａｌを次式（１）で算出することが記載されている。
Ｃａｌ＝Ｗ・(ｋ１・Ｉtotal＋ｋ２・(Ｈａ＋ｋ６)＋ｋ３・(Ｈｄ＋ｋ７)＋ｋ４)・ｋ５
・・・（１）
ただし、Ｗは被験者の体重、Ｉtotalは累積加速度、Ｈａは獲得上昇量、Ｈｄは獲得下降量、ｋ１は累積加速度を酸素摂取量に変換するための係数、ｋ２は獲得上昇量による酸素摂取量補正のための係数、ｋ３は獲得下降量による酸素摂取量補正のための係数、ｋ４は安静時の酸素摂取量、ｋ５は酸素摂取量をカロリーに変換するためのカロリー変換係数、ｋ６は獲得上昇量を補正するための係数、ｋ７は獲得下降量を補正するための係数である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２０５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サイクリング運動における消費エネルギー量を求めることが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、被測定者が自転車で移動中の第１の消費エネルギー量を推定する第１のステップを有する方法である。第１のステップは、以下のステップを含む。
１．被測定者の加速度を測定する３軸加速度センサーにより測定される単位時間当たりの累積加速度（ベクトルノルム）ＶＭ、被測定者の単位時間当たりの上昇量（上昇速度）Ｈｕおよび被測定者の単位時間当たりの下降量（下降速度）Ｈｄを含む以下の式（２）から（５）により自転車で移動中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを推定すること。
２．推定された酸素消費量ｅＶＯ２Ｃに基づいて第１の消費エネルギー量を求めること。
ｅＶＯ２Ｃ＝ｃ１・ＶＭ＋ｃ２・Ｈｕ＋ｃ３・Ｈｄ・・・（２）
０．０４８≦ｃ１≦０．２１０・・・（３）
０．４６３≦ｃ２≦２．６０５・・・（４）
０．０２０≦ｃ３≦０．６０２・・・（５）
式（２）から（５）において、酸素消費量ｅＶＯ２Ｃの単位は、ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ、累積加速度ＶＭの単位はＧ／ｍｉｎ、上昇量Ｈｕの単位はｍ／ｍｉｎ、下降量Ｈｄの単位はｍ／ｍｉｎ、係数ｃ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、係数ｃ２およびｃ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【０００６】
条件（３）の下限は、０．０７５であってもよく、０．１０２であってもよい。条件（３）の上限は、０．１８３であってもよく、０．１５６であってもよい。条件（４）の下限は、０．８２０であってもよく、１．１７７であってもよい。条件（４）の上限は、２．２４８であってもよく、１．８９１であってもよい。さらに条件（５）の下限は、０．１１７であってもよく、０．２１４であってもよい。条件（５）の上限は、０．５０５であってもよく、０．４０８であってもよい。
【０００７】
近年若者から高齢世代まで、健康増進の目的でサイクリング運動の関心が高まっており、本発明の方法により、傾斜地を含む野外におけるサイクリング中のエネルギー消費量を推定することが可能となる。
【０００８】
第１の消費エネルギー量を求めるための上記ステップ２は、酸素消費量ｅＶＯ２Ｃおよび被測定者の体重Ｗを含む以下の式（６）により単位時間当たりの消費エネルギー量ＣＡＬを求めることを含んでもよい。
ＣＡＬ＝ｋ１・Ｗ・ｅＶＯ２Ｃ・・・（６）
ただし、消費エネルギー量ＣＡＬの単位はｋｃａｌ／ｍｉｎ、体重Ｗの単位はｋｇ、カロリー変換係数ｋ１の単位はｋｃａｌ／ｍｌである。カロリー変換係数ｋ１の一例は、４．８２５である。
【０００９】
当該方法は、さらに、被測定者が徒歩で移動中の第２の消費エネルギー量を推定する第２のステップを有してもよい。この第２のステップは、以下のステップを含んでいてもよい。
３．累積加速度ＶＭ、上昇量Ｈｕおよび下降量Ｈｄを含む以下の式（７）から（１０）により歩行中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを推定すること。
４．推定された酸素消費量ｅＶＯ２Ｗに基づいて第２の消費エネルギー量を求めること。
ｅＶＯ２Ｗ＝ｗ１・ＶＭ＋ｗ２・Ｈｕ＋ｗ３・Ｈｄ・・・（７）
０．０２２≦ｗ１≦０．０７０・・・（８）
０．７７０≦ｗ２≦１．８８６・・・（９）
０．０９８≦ｗ３≦１．０８２・・・（１０）
ただし、係数ｗ１の単位はｍｌ／ｋｇ／Ｇ、係数ｗ２およびｗ３の単位はｍｌ／ｋｇ／ｍである。
【００１０】
条件（８）の下限は、０．０３０であってもよく、０．０３８であってもよい。条件（８）の上限は、０．０６２であってもよく、０．０５４であってもよい。条件（９）の下限は、０．９５６であってもよく、１．１４２であってもよい。条件（９）の上限は、１．７００であってもよく、１．５１４であってよい。条件（１０）の下限は、０．２６２であってもよく、０．４２６であってもよい。条件（１０）の上限は、０．９１８であってもよく、０．７５４であってもよい。上記工程４においては、式（６）にｅＶＯ２Ｃの代わりにｅＶＯ２Ｗを用いることにより消費エネルギー量を求めることができる。
【００１１】
本発明の他の態様の１つは、被測定者の加速度を測定する３軸加速度センサーにより測定される単位時間当たりの累積加速度ＶＭと、被測定者の高度の変位を測定する第１のセンサーにより測定される被測定者の単位時間当たりの上昇量Ｈｕおよび被測定者の単位時間当たりの下降量Ｈｄとを含む測定データに基づいて、被測定者の消費エネルギー量を求める消費エネルギーモニタリングユニットを有するシステムである。消費エネルギーモニタリングユニットは、被測定者が自転車で移動中の第１の消費エネルギー量を推定する第１のユニットを含み、第１のユニットは、上記式（２）から（５）により自転車で移動中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを推定するユニットを含む。消費エネルギーモニタリングユニットは、上記式（６）により単位時間当たりの消費エネルギー量ＣＡＬを求めるユニットを含んでもよい。
【００１２】
また、消費エネルギーモニタリングユニットは、被測定者が徒歩で移動中の第２の消費エネルギー量を推定する第２のユニットを含んでもよく、第２のユニットは、上記式（７）から（１０）により歩行中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを推定するユニットを含んでもよい。
【００１３】
このシステムは、３軸加速度センサーおよび第１のセンサーを含むユーザー端末から測定データを受信するインターフェイスを有する、クラウドに接続されたシステムであってもよい。このシステムは、３軸加速度センサーおよび第１のセンサーを有するユーザー端末であってもよい。本発明の一態様は、上記に記載のシステムを搭載した携帯端末であってもよい。また、本発明の他の態様の１つは、コンピュータを、上記に記載のシステムとして機能させるための命令を有するプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】システムの概要を示すブロック図。
【図２】水平地サイクリング試験において測定された酸素消費量とベクトルノルムＶＭとの相関を示す図。
【図３】被測定者の情報を示す図。
【図４】測定プロトコルを示す図。
【図５】傾斜地サイクリング試験において測定された諸数値を示す図。
【図６】被測定者の情報を示す図。
【図７】測定プロトコルを示す図。
【図８】測定された値の一例を示す図。
【図９】検証測定において測定された酸素消費量の実測値と推定値との相関を示す図。
【図１０】Ｂｌａｎｄ−Ａｌｔｍａｎ解析結果を示す図。
【図１１】被測定者の情報を示す図。
【図１２】測定プロトコルを示す図。
【図１３】測定された値の一例を示す図。
【図１４】モニタリングユニットにおける処理の概要を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、人の活動をモニタリングするシステムの一例の概要を示している。このシステム（モニタリングシステム）１は、ユーザー（被測定者、被験者）２に装着される携帯型またはウェアラブルの端末（ユーザー端末）１０と、クラウド９、例えばインターネットなどのコンピュータネットワークを介して端末１０と接続されたサーバーシステム５０とを含む。活動量をモニタリングするシステムは、端末１０のみで提供することも可能であるが、本例では、クラウド９を介してサーバーシステム５０でデータを蓄積し、後日、さらに詳しく、またはアップデートされた方法により解析されるシステム１をもとに本発明を説明する。端末１０の一例は、スマートホン、またはユーザー２の身体に装着できる携帯端末であり自転車３にて移動中は自転車３に搭載されるものであってもよい。端末１０は、腕時計型や、眼鏡型のウェアラブルな端末であってもよい。
【００１６】
端末１０は、センサー群１１と、センサー群１１から得られたデータを処理する機能を含むプロセッサ１２と、入出力を行うユーザーインターフェイス１３と、携帯電話網などを介してクラウド９に接続可能な通信ユニット１４と、メモリー１５とを含む。センサー群１１は、３軸加速度センサー１１ａ、高度計１１ｂ、脈拍計１１ｃ、体温計１１ｄなどを含み、これらに限定されない。高度を測定するセンサー（第１のセンサー）１１ｂの一例は、気圧計であり、本例においては、高度の絶対値ではなく、移動に伴う相対的な高度変位（高度変化）を精度よく測定できるセンサーが好適である。
【００１７】
プロセッサ１２では、メモリー１５にダウンロードされたアプリケーション（ソフトウェア、以下で説明する処理を実行する命令を含むプログラム）１５ａを展開することにより様々な機能が提供される。プロセッサ１２により提供される機能の１つが活動量（消費エネルギー量）のモニタリング機能（消費エネルギーモニタリングユニット）２０である。モニタリングユニット（モニター）２０は、センサー群１１から所定の測定データを取得する測定ユニット２６と、ユーザー２の活動の種別、例えば、歩行中か、サイクリング中（自転車での移動中）か、自家用車あるいは他の交通機関で移動中か、休憩中かなどを判断する活動形態判断ユニット２１と、活動形態に基づいて所定の推定式により酸素消費量ｅＶＯ２を推定する酸素消費量推定ユニット（ＶＯ２ユニット）２２と、推定された酸素消費量を用いてエネルギー消費量を求めるエネルギー消費量推定ユニット（ＣＡＬユニット）２３と、推定値および推定に用いられたセンサーの測定値を含めた測定データ２９を、通信ユニット１４を介してサーバーシステム５０に提供するユニット２４と、求められた消費エネルギー量などをユーザーインターフェイス１３を介してユーザー２に提供する出力ユニット２５とを含む。
【００１８】
ＶＯ２ユニット２２は、活動形態（移動形態）が自転車で移動中（サイクリング中）と判断されたときにサイクリング用として設定された酸素消費量の推定式（２）を用いてサイクリング時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを求める第１のユニット２２ａと、歩行と判断されたときに歩行用に設定された酸素消費量の推定式（７）を用いて歩行時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを求める第２のユニット２２ｂとを含む。それぞれの推定式およびパラメータは上記式（２）から（５）および（７）から（１０）に示した通りである。
【００１９】
ＣＡＬユニット２３は、ＶＯ２ユニット２２により求められた酸素消費量を含む式（６）を用いて、サイクリング中および歩行中の消費エネルギーを随時計算する。また、求められたエネルギー消費量は、出力ユニット２５によりユーザーインターフェイス１３を介してユーザー２に提供される。出力ユニット２５は、同時にあるいは平行して、他のセンサーで測定される脈拍、体温などの生体情報をユーザーインターフェイス１３を介してユーザー２に提供してもよい。
【００２０】
クラウド９を介して端末１０と通信可能なサーバーシステム５０は、クラウド９を介して測定データ２９を受信するインターフェイス５１と、測定データ２９などを格納するデータベース５２と、端末１０から提供される情報、例えば測定データ２９に基づきユーザー２の活動をモニタリングするユニット５４と、測定データ２９およびモニタリングユニット５４の処理結果に基づいてユーザー２に活動方針などについてのアドバイスを行うサービスプロバイダ（アドバイザー）ユニット５３とを含む。
【００２１】
モニタリングユニット５４は、消費エネルギー量をモニタリングするユニット５５を含む。消費エネルギーモニター５５は、活動形態判断ユニット５６と、活動形態に基づいて所定の推定式により酸素消費量ｅＶＯ２を推定する酸素消費量推定ユニット（ＶＯ２ユニット）５７と、推定された酸素消費量を用いてエネルギー消費量を求めるエネルギー消費量推定ユニット（ＣＡＬユニット）５８と、求められた消費エネルギー量などをユーザー２の端末１０に供給する出力ユニット５９とを含む。ＶＯ２ユニット５７は、式（２）を用いてサイクリング時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを求める第１のユニット５７ａと、式（７）を用いて歩行時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを求める第２のユニット５７ｂとを含む。ＶＯ２ユニット５７で用いられるそれぞれの推定式およびパラメータは上記式（２）から（５）および（７）から（１０）に示した通りである。ユーザー２の端末１０の処理能力が低い場合は、インターフェイス５１を介して受信した、加速度センサー１１ａおよび高度センサー１１ｂのデータを含む測定データ２９に基づきエネルギー消費量を求めて、出力ユニット５９がクラウド９を介して端末１０に提供してユーザー２が確認できるようにする機能を含む。
【００２２】
アドバイザーユニット（アドバイザー）５３は、定期的にデータベースに格納された、各ユーザーの消費エネルギー量の履歴５２ａなどを参照し、各ユーザー２が計画したスケジュールとエネルギー消費量との差をアドバイスしたり、過剰または過少なエネルギー消費に対するアラームを提供したり、生活環境・活動環境のアドバイスを提供するなどの機能を含む。
【００２３】
このシステム１に採用されているモニタリングユニット２０および５５は、加速度計１１ａと高度計（気圧計）１１ｂとを用いた傾斜地におけるサイクリング中の酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを推定する新しい機能を備えた装置である。近年若者から高齢世代まで、健康増進の目的でサイクリング運動の関心が高まっており、傾斜地を含む野外におけるサイクリング中のエネルギー消費量を推定する装置の提供が望まれていた。本願の発明者らは、傾斜歩行時のエネルギー消費量を推定するカロリー計を提案しており、エネルギー消費量の計算に必要な単位時間あたりの酸素消費量を推定する式として以下の式（１１）を提案している。
ＶＯ２＝ａ・ＶＭ＋ｂ・Ｈｕ＋ｃ・Ｈｄ・・・（１１）
ＶＯ２は単位時間・単位体重当たりの酸素消費量（ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）であり、ＶＭは３軸加速度センサーのベクトルノルム、すなわち、各方向の加速度を累積した単位時間当たりの累積加速度（Ｇ／ｍｉｎ、Ｇは重力加速度）であり、Ｈｕは単位時間当たりの上昇量（上昇速度、ｍ／ｍｉｎ）であり、Ｈｄは単位時間当たりの下降量（下降速度、ｍ／ｍｉｎ）である。気圧計を用いた場合、上昇速度および下降速度Ｈ（単位時間当たりの上昇量および下降量）は以下の式（１２）を用いて求めることができる。
Ｈ＝１８４１０（１＋０．００３６６１・ｔｖ）｛ｌｏｇ（Ｐ１）−ｌｏｇ（Ｐ２）｝
・・・（１２）
Ｐ１およびＰ２は、１分間隔で測定された移動前後の地点における気圧（ｈＰａ）であり、ｔｖは測定中の平均温度（℃）である。
【００２４】
移動中の速度と勾配とが判明している場合は、上昇速度および下降速度Ｈを以下の式（１３）で求めてもよい。
Ｈ＝ν・ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（ｓ／１００）｝・・・（１３）
νは速度（ｍ／ｍｉｎ）であり、ｓは勾配（％）である。
【００２５】
発明者らは次のように上記式（１１）の係数ａ、ｂおよびｃの値を求めた。まず、平地における測定を行った。この測定においては、携帯用呼気ガス分析計（Metamax 3B、Cortex社（ライプツィヒ））を用いた酸素消費量ＶＯ２と、加速度計によるベクトルノルム（累積加速度）ＶＭとを測定し、係数ａを求めた。具体的には、成人男性５名、成人女性２名（２９−５７歳）に対し、平らな平地（自転車サーキット）において５、１０、１５、２５ｋｍ／ｈの速度で５分間のサイクリング試験を行い、酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭとを測定した。その結果を図２に示している。なお、図３に被測定者７人の情報を示し、図４に、本測定のプロトコルを示している。
【００２６】
図２は、水平地サイクリング試験における各試験の最終３分間の酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭとの関係を示す。この測定により、相関係数ｒが０．９７２、危険率Ｐが０．０００１以下で、係数ａの平均値が０．１２９（±標準偏差（ＳＤ）０．０２７、ｍｌ／ｋｇ／Ｇ）として求められた。
【００２７】
次に、傾斜地における測定を行った。この測定では、傾斜地を自転車で移動した際の携帯用呼気ガス分析計を用いた酸素消費量ＶＯ２と、加速度計によるベクトルノルムＶＭとを測定し、係数ｂおよびｃを求めた。具体的には、成人男性８名、成人女性１名（２５−５７歳）に対し、傾斜地において、各人が主観的に速い速度と遅い速度とで２回のサイクリング試験を行い、酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭとを測定した。傾斜地の条件は、水平距離１１５０ｍおよび高度差６２ｍであり、試験のプロトコルは第１フェーズ１１１で最高高度で５分間の休憩を行い、第２フェーズ１１２で最低高度に向かって自転車で下り、第３フェーズ１１３で最低高度で５分間の休憩を行い、第４フェーズ１１４で最高高度に向かい自転車で上るという活動を順番に行った。その結果を図５に示している。なお、図６に被測定者９人の情報を示し、図７に、本測定のプロトコルを示し、図８に本試験で測定された測定値の例を示している。
【００２８】
具体的には、５分間休憩した後（第１フェーズ１１１）、被験者は自転車で斜面を下り（第２フェーズ１１２）、５分間休憩した後（第３フェーズ１１３）、斜面を自転車で上った（第４フェーズ１１４）。１回目の試験において上り坂ではゆっくりとペダルを漕ぎ、２回目の試験においては上り坂では速い速度でペダルを漕いだ。このサイクリング中、水平地サイクリング試験と同様に酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭとを測定し、さらに脈拍数ＨＲ（ｂｅａｔｓ／ｍｉｎ）を測定した。サイクリング中の高度変位は、気圧計における気圧の変化を測定した。
【００２９】
図５に示すように、上昇時の係数ｂの平均値が１．５３４（±標準偏差（ＳＤ）０．３５７、ｍｌ／ｋｇ／ｍ）として、下降時の係数ｃの平均値が０．３１１（±標準偏差（ＳＤ）０．０９７、ｍｌ／ｋｇ／ｍ）として、求められた。
【００３０】
さらに、検証測定を行った。この測定では、水平および傾斜を含む屋外コースを自転車で移動し、その際の携帯用呼気ガス分析計を用いた酸素消費量ＶＯ２と、加速度計によるベクトルノルムＶＭと、高度変位とを測定し、酸素消費量の推定値と実測値とを比較した。推定値は、上記の結果より求められた係数ａ、ｂおよびｃを用いて以下の式（１４）を用いた。
ｅＶＯ２＝０．１２９ＶＭ＋１．５３４Ｈｕ＋０．３１１Ｈｄ・・・（１４）
【００３１】
具体的には、成人男性５名、成人女性２名（２８−５７歳）が、水平距離２，５００ｍおよび高度差１５ｍの水平・上り・下りからなる屋外コースでサイクリング（試験）を行い、酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭと、高度変位である上昇量Ｈｕおよび下降量（降下量）Ｈｄとを測定した。図９に、酸素消費量の実測値に対する式（１４）を用いた推定値との関係を示し、図１０に、Ｂｌａｎｄ−Ａｌｔｍａｎ解析を行った結果を示している。また、図１１に被測定者（被験者）７人の情報を示し、図１２に本測定に用いた屋外コースの標高差を示し、図１３に本試験で測定された測定値の例を示している。被測定者は自転車に５分間またがって休憩した後、次に屋外コースで約１５分間ペダルを漕ぎ、その間の酸素消費量ＶＯ２と、ベクトルノルムＶＭと、高度変位ＨｕおよびＨｄ（気圧変化を測定した）と、脈拍（心拍数）ＨＲとを測定した。
【００３２】
図９は散布図であり、本図に示すように、呼気ガス分析による酸素消費量の実測値（横軸に示す）と、検証試験により求められた式（１４）により得られた酸素消費量の推定値（縦軸に示す）とは、相関係数ｒが０．９２３、危険率Ｐが０．０００１以下で、実線で示す回帰直線の傾きが０．９９４という高い相関を示した。なお、図９にはｉｄｅｎｔｉｃａｌ  ｌｉｎｅを破線で示している。図１０のＢｌａｎｄ−Ａｌｔｍａｎ解析は、縦軸に示した酸素消費量の推定値と実測値との差と、横軸に示した酸素消費量の推定値と実測値との平均値との相関を示し、実線に示す平均誤差の上下に破線で示した９５％信頼区間（±２ＳＤ、ＳＤ：標準偏差）にほとんどの測定点が含まれている。したがって、この解析においても、酸素消費量の推定値と実測値とが高い相関を示すことがわかる。
【００３３】
以上より、サイクリング時（自転車で移動する際）の酸素消費量の推定値ｅＶＯ２Ｃを求める式として、上記にて求められた係数ａ、ｂおよびｃを用いて、上述したように式（２）を設定した。
ｅＶＯ２Ｃ＝ｃ１・ＶＭ＋ｃ２・Ｈｕ＋ｃ３・Ｈｄ・・・（２）
係数ｃ１は、上記にて求められた係数ａより、０．１２９±３ＳＤが好ましく、０．１２９±２ＳＤであってもよく、０．１２９±１ＳＤであってもよい。なお、係数ｃ１（係数ａ）の標準偏差ＳＤは０．０２７である。係数ｃ２は、上記にて求められた係数ｂより、１．５３４±３ＳＤが好ましく、１．５３４±２ＳＤであってもよく、１．５３４±１ＳＤであってもよい。なお、係数ｃ２（係数ｂ）の標準偏差ＳＤは０．３５７である。係数ｃ３は、上記にて求められた係数ｃより、０．３１１±３ＳＤが好ましく、０．３１１±２ＳＤであってもよく、０．３１１±１ＳＤであってもよい。なお、係数ｃ３（係数ｃ）の標準偏差ＳＤは０．０９７である。
【００３４】
図１４に、モニタリングユニット２０における処理の概要をフローチャートにより示している。ステップ７１において、単位時間ごと、本例では１分毎に、測定ユニット２６が３軸加速度センサー１１ａの出力と、高度計１１ｂ、例えば気圧計の出力とを含む測定データ２９を取得する。ステップ７２において、活動形態判断ユニット２１がユーザー２の活動形態、例えば、移動形態を判断する。本例では、ユーザー２が歩行中かサイクリング中かを判断する。移動形態の判断手法としては、例えば、本願の発明者らが特開２０１１−３０６４３号公報（特許５３３０１４３号）にて開示している、３軸加速度センサー１１ａの出力値と比率のデータを用いて判断する手法を採用できる。
【００３５】
ユーザー２がサイクリング中（自転車にて移動中）と判断されると、サイクリング中（自転車で移動中）の消費エネルギー量（第１の消費エネルギー量）を推定する処理（第１のステップ）を行う。本例では、ステップ７３において、酸素消費量推定ユニット２２は、第１のユニット２２ａにより式（２）からサイクリング時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｃを求める。
【００３６】
一方、ユーザー２が歩行中と判断されると、歩行中（徒歩で移動中）の消費エネルギー量（第２の消費エネルギー量）を推定する処理（第２のステップ）を行う。本例では、ステップ７４においては、酸素消費量推定ユニット２２は、第２のユニット２２ｂにより、歩行用に設定された酸素消費量の推定式（７）を用いて歩行時の単位時間当たりの酸素消費量ｅＶＯ２Ｗを求める。歩行中の酸素消費量の推定値ｅＶＯ２Ｗを求める推定式（７）については、本願の発明者らの「Yamazaki T, Gen-no H, Kamijo Y, Okazaki K, Masuki S, and Nose H. A new device to estimate VO2 during incline walking by accelerometry and barometry. Med Sci Sports Exerc, 41: 2213-2219, 2009」に開示されている。この文献において、係数ａの平均値は０．０４４、係数ｂの平均値は１．３６５、係数ｃの平均値は０．５５３であり、発明者らの最新の測定結果によると、係数ａの平均値は０．０４６（±標準偏差ＳＤ０．００８）、係数ｂの平均値は１．３２８（±ＳＤ０．１８６）、係数ｃの平均値は０．５９０（±ＳＤ０．１６４）である。したがって、ステップ７４においては以下の推定式（７）が用いられる。
ｅＶＯ２Ｗ＝ｗ１・ＶＭ＋ｗ２・Ｈｕ＋ｗ３・Ｈｄ・・・（７）
係数ｗ１は、上記にて求められた係数ａより、０．０４６±３ＳＤが好ましく、０．０４６±２ＳＤであってもよく、０．０４６±１ＳＤであってもよい。係数ｗ２は、上記にて求められた係数ｂより、１．３２８±３ＳＤが好ましく、１．３２８±２ＳＤであってもよく、１．３２８±１ＳＤであってもよい。係数ｗ３は、上記にて求められた係数ｃより、０．５９０±３ＳＤが好ましく、０．５９０±２ＳＤであってもよく、０．５９０±１ＳＤであってもよい。
【００３７】
酸素消費量が求められると、ステップ７５において、エネルギー消費量推定ユニット２３は、以下の推定式（６）により消費エネルギー量ＣＡＬを求める。
ＣＡＬ＝ｋ１・Ｗ・ｅＶＯ２Ｃ・・・（６）
体重Ｗは、予めユーザーによりモニタリングユニット２０を介してメモリー１５に格納された値を使用できる。カロリー変換係数ｋ１の一例として、糖質５０％、脂質５０％、蛋白質０％を仮定した値として４．８２５を用いてもよい。求められた消費エネルギーＣＡＬは、ステップ７６において、出力ユニット２５を介してユーザー２に随意提供されてもよく、クラウド９を介してサーバーシステム５０に提供されてもよい。
【００３８】
以上に説明したように、本発明のモニタリングシステム１においては、傾斜を含む屋外道路でのサイクリング運動中において酸素消費量を精度よく推定することが可能であり、消費エネルギー量を精度よく求めてユーザーに提供することが可能となる。また、得られた消費エネルギー量に基づいて、ユーザーの健康維持および促進につながるサービスを提供することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  モニタリングシステム
【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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