(57)【要約】      （修正有）【課題】運動者の心拍数または脈拍数等の運動生理反応の応答時定数が運動者によって異なる場合でも、運動者が過負荷とならないように運動負荷をより適切に制御することができる運動療法装置の提供。【解決手段】運動生理反応の目標値および運動者の運動生理反応の応答時定数を、運動者による入力操作に応じて運動療法装置の記憶部に設定し、応答時定数を用いて、運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算し、運動生理反応の目標値と運動生理反応の測定値の差を補正前運動生理反応偏差として計算し、補正後の運動生理反応目標値と運動生理反応の測定値との差を補正後運動生理反応偏差として計算し、補正後運動生理反応偏差を基にして、運動者の運動生理反応が補正後の運動生理反応目標値に近づくように運動負荷の指令値を生成し、運動者への運動負荷を制御する。【選択図】図５
2015177873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動者の運動生理反応である心拍数または脈拍数の測定値が予め設定した運動生理反応の目標値に近づくように前記運動者への運動負荷を制御する演算制御部を備えた運動療法装置であって、
前記演算制御部は、
前記運動生理反応の目標値および前記運動者の前記運動生理反応の応答時定数を、前記運動者による入力操作に応じて前記運動療法装置の記憶部に設定し、
前記応答時定数を用いて、前記運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算し、
前記運動生理反応の目標値と前記運動生理反応の測定値の差を補正前運動生理反応偏差として計算し、
前記補正後の運動生理反応目標値と前記運動生理反応の測定値との差を補正後運動生理反応偏差として計算し、
前記補正前運動生理反応偏差および前記補正後運動生理反応偏差を基にして、前記運動者の運動生理反応が前記運動生理反応の目標値または前記補正後の運動生理反応目標値に近づくように運動負荷の指令値を生成し、前記運動者への前記運動負荷を制御する
運動療法装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記演算制御部は、
前記運動者の運動生理反応を前記運動生理反応の目標値に近づけるために必要な前記運動者への運動負荷の増減量を、前記補正後運動生理反応偏差を基にして計算し、
前記補正後運動生理反応偏差の絶対値が予め設定した許容範囲内である場合には現在の運動負荷をそのまま前記運動負荷の指令値とし、一方、前記補正後運動生理反応偏差の絶対値が前記許容範囲外である場合には前記現在の運動負荷に対して前記運動負荷の増減量を加減した値を前記運動負荷の指令値として計算する
運動療法装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記演算制御部は、
前記運動者の運動生理反応を前記運動生理反応の目標値に近づけるために必要な前記運動者への運動負荷の増減量を、前記補正前運動生理反応偏差を基にして計算し、
前記補正後運動生理反応偏差の絶対値が予め設定した許容範囲内である場合には現在の運動負荷をそのまま前記運動負荷の指令値とし、一方、前記補正後運動生理反応偏差の絶対値が前記許容範囲外である場合には前記現在の運動負荷に対して前記運動負荷の増減量を加減した値を前記運動負荷の指令値として計算する
運動療法装置の制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記演算制御部は、
前記運動生理反応の心拍数上昇時間および心拍数下降時間を、前記運動者による入力操作に応じて前記記憶部に設定し、
階段状に変化する前記運動生理反応の目標値の波形を、前記心拍数上昇時間または前記心拍数下降時間において一定の変化率で変化する波形としたうえで、前記応答時定数を用いて、前記運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算する
運動療法装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記記憶部には、心疾患の重症度分類と前記運動者の前記運動生理反応の前記応答時定数との関係を規定するテーブルが予め設定され、
前記演算制御部は、
前記運動者の操作入力として設定された前記重症度分類を、前記記憶部に設定し、
前記重症度分類に対応する前記応答時定数を前記テーブルに従って取得する
運動療法装置の制御装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の運動療法装置の制御装置において、
前記演算制御部は、
前記補正後運動生理反応偏差の絶対値が前記予め設定した許容範囲外であり、かつ、前記運動生理反応の測定値が前記補正後の運動生理反応目標値よりも小さい状態の時間が、予め設定した時間を超えている場合に異常を通知する
運動療法装置の制御装置。
【請求項７】
運動者の運動生理反応である心拍数または脈拍数の測定値が予め設定した運動生理反応の目標値に近づくように前記運動者への運動負荷を制御する演算制御部を備えた運動療法装置において用いられる運動療法装置の制御方法であって、
前記演算制御部において、
前記運動生理反応の目標値および前記運動者の前記運動生理反応の応答時定数を、前記運動者による入力操作に応じて前記運動療法装置の記憶部に設定するステップと、
前記応答時定数を用いて、前記運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算するステップと、
前記運動生理反応の目標値と前記運動生理反応の測定値の差を補正前運動生理反応偏差として計算するステップと、
前記補正後の運動生理反応目標値と前記運動生理反応の測定値との差を補正後運動生理反応偏差として計算するステップと、
前記補正前運動生理反応偏差および前記補正後運動生理反応偏差を基にして、前記運動者の運動生理反応が前記運動生理反応の目標値または前記補正後の運動生理反応目標値に近づくように運動負荷の指令値を生成し、前記運動者への前記運動負荷を制御するステップと、
を有する
運動療法装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エルゴメータやトレッドミル等の運動療法装置に係り、特に、運動者の心拍数または脈拍数等の運動生理反応の測定値が予め設定した目標値に近づくように運動者への運動負荷を制御する運動療法装置の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のサイクル型エルゴメータに代表される運動療法装置では、搭載されたエンコーダを用いてペダルの回転速度を測定すると共に、負荷モータに流れる電流値からペダルへの負荷トルクを測定している。そして、こうして得られたペダルの回転速度または負荷トルクの測定値が、ペダルの回転速度または負荷トルクの目標値に近づくように負荷モータを制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、運動者の運動生理反応である心拍数または脈拍数に応じて運動負荷を制御するものもある。このような運動療法装置では、運動者の運動生理反応の測定値が予め運動療法装置に設定された目標値となるように、ペダルの回転速度および負荷トルクを制御して運動者への運動負荷を調整している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このような、運動者の運動生理反応に応じて運動者への運動負荷を制御する運動療法装置としては、サイクル型エルゴメータの他にも、例えば、トレッドミルを用いるものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７９６６０号公報
【特許文献２】特開昭６３−３５２５４号公報
【特許文献３】特開２００２−１７７４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
エルゴメータやトレッドミル等の運動療法装置において、運動者の心拍数が運動負荷の変化に追随して変化後の状態に遷移するまでの応答遅れ時間は、運動者の交感神経と副交感神経の状態や、運動生理反応としての無駄時間および１次遅れからなる応答時定数などにより異なる。特に、心疾患患者の運動生理反応の応答時定数は、心疾患の重症度度合いが高くなるにつれ、健常者よりも大きくなることが知られている。例えば、ニューヨーク心臓協会（ＮＹＨＡ）では、心疾患の重症度をＮＹＨＡ分類として分類しているが、重症度が大きいＮＹＨＡ分類ほど心拍数の応答時定数は大きい。
【０００７】
しかしながら、従来の運動療法装置では、このような運動者の心拍数の応答時定数については考慮されていなかった。このため、心疾患患者のような応答時定数が大きい運動者においては、心拍数の目標値と測定値との乖離が健常者の場合と比較して大きくなってしまう。この結果、運動負荷の制御による運動負荷の増加量が大きくなって、運動者または運動療法装置に許容される運動負荷の上限値を超え易くなってしまうという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運動者の心拍数または脈拍数等の運動生理反応の応答時定数が運動者によって異なる場合でも、運動者が過負荷とならないように運動負荷をより適切に制御することができる運動療法装置の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る運動療法装置の制御装置は、運動者の運動生理反応である心拍数または脈拍数の測定値が予め設定した運動生理反応の目標値に近づくように運動者への運動負荷を制御する演算制御部を備えた運動療法装置であって、演算制御部は、運動生理反応の目標値および運動者の運動生理反応の応答時定数を、運動者による入力操作に応じて運動療法装置の記憶部に設定し、応答時定数を用いて、運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算し、運動生理反応の目標値と運動生理反応の測定値の差を補正前運動生理反応偏差として計算し、補正後の運動生理反応目標値と運動生理反応の測定値との差を補正後運動生理反応偏差として計算し、補正前運動生理反応偏差および補正後運動生理反応偏差を基にして、運動者の運動生理反応が運動生理反応の目標値または補正後の運動生理反応目標値に近づくように運動負荷の指令値を生成し、運動者への運動負荷を制御するものである。
【００１０】
また、この発明に係る運動療法装置の制御方法は、運動者の運動生理反応である心拍数または脈拍数の測定値が予め設定した運動生理反応の目標値に近づくように運動者への運動負荷を制御する演算制御部を備えた運動療法装置において用いられる運動療法装置の制御方法であって、演算制御部において、運動生理反応の目標値および運動者の運動生理反応の応答時定数を、運動者による入力操作に応じて運動療法装置の記憶部に設定するステップと、応答時定数を用いて、運動生理反応の目標値の波形の一次遅れ波形を、補正後の運動生理反応目標値として計算するステップと、運動生理反応の目標値と運動生理反応の測定値の差を補正前運動生理反応偏差として計算するステップと、補正後の運動生理反応目標値と運動生理反応の測定値との差を補正後運動生理反応偏差として計算するステップと、補正前運動生理反応偏差および補正後運動生理反応偏差を基にして、運動者の運動生理反応が運動生理反応の目標値または補正後の運動生理反応目標値に近づくように運動負荷の指令値を生成し、運動者への運動負荷を制御するステップと、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、運動者の心拍数または脈拍数等の運動生理反応の測定値が予め設定した目標値に近づくように運動者への運動負荷を制御する運動療法装置において、運動者により入力設定された応答時定数に関連する情報に基づいて、運動者への運動負荷を運動者ごとの運動生理反応の応答時定数に応じて制御するようにしている。この結果、運動者の運動生理反応の応答時定数が運動者によって異なる場合でも、運動者が過負荷とならないように運動負荷を適切に制御することができる運動療法装置の制御装置および制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置として、サイクル型エルゴメータを用いる場合の構成の例示図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御装置の内部構成の例示図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置のタッチパネルに表示するユーザインタフェースの例示図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御方法の概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御方法の詳細を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る運動療法装置における、運動者の心拍数の応答時定数が考慮された場合の運動負荷の指令値を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る運動療法装置のタッチパネルに表示するユーザインタフェースの例示図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２に係る運動療法装置における、心拍数目標値の波形を、一定期間において一定の変化率で遷移する波形とする方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る運動療法装置のタッチパネルに表示するユーザインタフェースの例示図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】従来の運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】従来の運動療法装置における、運動者の心拍数の応答時定数が考慮されない場合の運動負荷の指令値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明における、運動療法装置の制御装置および制御方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。また、以下では、まず始めに、図１３、図１４を用いて、従来技術の概要を説明し、その後、図１〜図１２を用いて、本発明の構成、効果を詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
運動者の心拍数または脈拍数等の運動生理反応（以下では、運動生理反応の１つである「心拍数」を採用して説明する）の測定値が予め設定した目標値に近づくように、運動者への運動負荷を制御する運動療法装置は、既に存在する。
【００１５】
従来の運動療法装置では、運動者の心拍数を目標値に近づける制御方法として、運動者の心拍数の目標値（以下「心拍数目標値」という）と、現在の運動者の心拍数の測定値（以下「心拍数測定値」という）とを比較する。そして、心拍数測定値が心拍数目標値より小さい場合は、運動者の心拍数を増加させるために、運動者への運動負荷を上げる。一方、心拍数測定値が心拍数目標値より大きい場合は、運動者の心拍数を下降させるために、運動者への運動負荷を下げる。
【００１６】
図１３は、従来の運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。まず、図１３を用いて、従来の運動療法装置における運動負荷の制御方法を説明する。
【００１７】
まず、ステップＳ５０１において、制御装置に予め設定された心拍数目標値を読み込む。そして、ステップＳ５０２において、心拍数目標値と心拍数測定値との差として心拍数偏差を計算するとともに、心拍数偏差を基にして、運動者の心拍数を心拍数目標値に近づけるために必要な運動負荷の増減量ΔＷを計算する。
【００１８】
次に、ステップＳ５０３において、心拍数測定値と心拍数目標値とを比較する。比較の結果、ステップＳ５０４において、心拍数目標値が心拍数測定値よりも大きい場合は、ステップＳ５０５に進み、心拍数偏差に見合った運動負荷の増減量ΔＷを現在の運動負荷に加算して運動負荷の指令値とする。
【００１９】
次に、ステップＳ５０６において、心拍数目標値が心拍数測定値よりも小さい場合は、ステップＳ５０７に進み、心拍数偏差に見合った運動負荷の増減量ΔＷを現在の運動負荷から減算して運動負荷の指令値とする。
【００２０】
最後に、ステップＳ５０８において、運動負荷の指令値が、運動者または運動療法装置に許容される上限値を超えないように、運動負荷の指令値にクランプをかける。具体的には、例えば、運動負荷の指令値が予め設定した上限値を超えているような場合には、この上限値を運動負荷の指令値とする。
【００２１】
しかし、このような従来の運動療法装置では、前述のように、運動者の心拍数の応答時定数が考慮されていない。このため、心疾患患者のように応答時定数が大きい場合には、心拍数が変化している過渡期間における運動負荷の増減量の積算値が大きくなってしまう。この結果、運動負荷の指令値が、運動者または運動療法装置に許容される運動負荷の上限値を超え易くなってしまうという課題があった。
【００２２】
図１４は、従来の運動療法装置における、運動者の心拍数の応答時定数が考慮されない場合の運動負荷の指令値を示す図である。従来の運動療法装置の制御方法では、図１４に示すように、心拍数の応答時定数が経過して変化後の値に安定しても、心拍数の過渡状態中の運動負荷の過大な増加により、運動負荷の指令値が運動負荷の目標値を大きく上回る状態となってしまう。
【００２３】
更に、現在の運動負荷にこの過大な運動負荷の指令値が反映されると、反対に運動者の心拍数が増大して心拍数目標値を大きく上回り、今度は、運動負荷の指令値が急激に減少して過小となるような運動負荷の指令値の振動が発生する可能性がある。そして、この結果として、本来の運動負荷の制御が適切に行われないばかりでなく、運動者に過剰な運動負荷がかかってしまうという課題があった。
【００２４】
そこで、運動者の心拍数の応答時定数が考慮された、本実施の形態１の運動療法装置の制御装置について、図１から図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置として、サイクル型エルゴメータを用いる場合の構成の例示図である。
【００２５】
図１に示す本実施の形態１の運動療法装置は、負荷モータ制御装置１０、心拍数検出センサ１２、制御装置１４、負荷モータ２０２、減速機２０３、伝達機構２０４、ペダル２０５を備えて構成される。
【００２６】
心拍数検出センサ１２は、運動者に取付けられ、運動者の心拍数を測定して制御装置１４に出力する。制御装置１４は、心拍数検出センサ１２が出力する心拍数測定値を取り込み、心拍数測定値が心拍数目標値に近づくような運動負荷の指令値を計算して負荷モータ制御装置１０に出力する。
【００２７】
負荷モータ制御装置１０は、制御装置１４からの運動負荷の指令値に見合った電流を負荷モータ２０２に流す。負荷モータ２０２は、負荷モータ制御装置１０が出力する電流値に見合った回転トルクを出力し、減速機２０３および伝達機構２０４を介してペダル２０５に運動負荷を発生させる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御装置１４の内部構成の例示図である。運動者は、制御装置１４を用いることによって、運動療法装置への入力設定、および状態の確認を行う。制御装置１４は、タッチパネル８、演算制御部６、記憶部７、Ｉ／Ｏ５、センサ入力インタフェース２、外部機器通信インタフェース４、負荷モータ制御装置インタフェース９を備えて構成される。
【００２９】
制御装置１４は、心拍数検出センサ１２が出力する心拍数測定値を、センサ入力インタフェース２を介して入力する。なお、ここで、心拍数測定値は、外部の心拍数検出センサ１３が負荷制御装置通信インタフェース３を介して出力する通信データを、外部機器通信インタフェース４を介して入力するようにしてもよい。制御装置１４が入力した心拍数測定値は、Ｉ／Ｏ５を介して演算制御部６に入力される。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置のタッチパネル８に表示するユーザインタフェースの例示図である。運動者の心拍数目標値、および心拍数の応答時定数が、それぞれタッチパネル８の目標心拍数表示設定部１０１、応答時定数設定表示部１０３に入力されると、演算制御部６は、入力された心拍数目標値および応答時定数を記憶部７に設定する。なお、ここで、運動者の心拍数目標値は、目標心拍数増減設定表示部１０２に表示されている「＋」または「−」により増減させて指定することもできる。
【００３１】
次に、演算制御部６は、応答時定数を用いて、心拍数目標値を後述のように補正するとともに、運動者の心拍数が補正後の心拍数目標値に近づくような運動負荷の指令値を計算し、負荷モータ制御装置インタフェース９を介して負荷モータ制御装置１０に出力する。
【００３２】
なお、図３では、心拍数目標値および応答時定数の入力装置としてタッチパネル８を用いているが、タッチパネル８に限定されるものではない。入力装置としては、運動生理反応の応答時定数等の情報を入力できるような最低限の機能を備えていればよい。例えば、タッチパネル８の代わりに、音声の指示により運動生理反応の応答時定数等の情報を入力する音声認識装置を用いることも可能である。
【００３３】
図４は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御方法の概要を示すフローチャートである。図４は、運動者の心拍数測定値が心拍数目標値に近づくように運動者への運動負荷を制御する心拍制御の概要を示している。
【００３４】
図４に示すフローチャートにおいて、演算制御部６は、ステップＳ１００において、応答時定数を用いて、心拍数目標値の波形の一次遅れ波形を補正後の心拍数目標値として計算する。すなわち、変化前の心拍数目標値が、変化後の心拍数目標値に対して、応答時定数で指数関数的に遷移するような波形となるように、心拍数目標値を補正する。
【００３５】
次に、演算制御部６は、ステップＳ２００において、補正後の心拍数目標値から心拍数測定値を減算して心拍数偏差を計算するとともに、心拍数偏差を基にして、運動者の心拍数を補正後の心拍数目標値に近づけるために必要な運動負荷の増減量ΔＷを計算する。具体的には、例えば、心拍数偏差に、予め設定したゲイン値を乗算した値を、運動負荷の増減量ΔＷとする。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置の制御方法の詳細を示すフローチャートである。以下、図５を用いて、図４に示す心拍制御を更に詳細に説明する。
【００３７】
演算制御部６は、まず、ステップＳ００１において、記憶部７に設定された心拍数目標値および応答時定数を読み込む。そして、図４に示すステップＳ１００、ステップＳ２００と同じ処理を行う。
【００３８】
次に、演算制御部６は、ステップＳ３００において、補正後の心拍数目標値と心拍数測定値とを比較する。比較の結果、演算制御部６は、ステップＳ３０７において、心拍数偏差Ｍの絶対値が、記憶部７に予め設定した心拍数偏差の許容範囲ＨＲｔｈ内であれば、現在の運動負荷Ｗｎをそのまま運動負荷の指令値Ｗｎ＋１とする。
【００３９】
次に、ステップＳ３０１において、演算制御部６は、心拍数偏差が正の場合、すなわち、補正後の心拍数目標値が心拍数測定値よりも大きい場合は、運動負荷不足と判断する。そして、ステップＳ３０２において、演算制御部６は、現在の運動負荷Ｗｎに対して運動負荷の増減量ΔＷ＞０を加算したＷｎ＋ΔＷを運動負荷の指令値Ｗｎ＋１とする。
【００４０】
次に、ステップＳ３０３において、演算制御部６は、心拍数偏差が負の場合、すなわち、補正後の心拍数目標値が心拍数測定値よりも小さい場合は、運動負荷過剰と判断する。そして、ステップＳ３０４において、演算制御部６は、現在の運動負荷Ｗｎに対して運動負荷の増減量ΔＷ＞０を減算したＷｎ−ΔＷを運動負荷の指令値Ｗｎ＋１とする。
【００４１】
次に、ステップＳ４００において、運動者または運動療法装置に許容される運動負荷の上限値を超えないように、運動負荷の指令値にクランプをかける。具体的には、例えば、運動負荷の指令値が予め設定した上限値を超えているような場合には、この上限値を運動負荷の指令値とする。
【００４２】
図６は、本発明の実施の形態１に係る運動療法装置における、運動者の心拍数の応答時定数が考慮された場合の運動負荷の指令値を示す図である。図６では、運動者の心拍数が運動負荷の変化に追随して遷移する際の応答遅れ時間が大きい場合でも、設定された応答時定数を用いて、心拍数目標値の波形の一次遅れ波形を算出し、補正後の心拍数目標値としている。この結果、補正後の心拍数目標値と心拍数測定値の差である心拍数偏差は、微小となっているので、心拍数偏差を基に計算される運動負荷の指令値は、殆ど増加しない。
【００４３】
更に、心拍数偏差が予め設定した心拍数偏差の許容範囲内であれば、運動負荷の指令値は変化することなく安定する。この結果、心拍数の応答時定数が大きい場合でも、それに見合う十分な時間経過の後には、運動者の心拍数は心拍数目標値に到達することになる。すなわち、応答時定数の大小に関係なく、一次遅れの心拍数目標値に対して、心拍数測定値が、大きな偏差なく、追随していくこととなる。
【００４４】
以上のように、実施の形態１では、運動者への運動負荷を、運動者ごとの運動生理反応の応答時定数に応じて制御するようにしている。この結果、運動者の運動生理反応の応答時定数が運動者によって異なる場合でも、運動者が過負荷とならないように運動負荷を適切に制御することができる。また、運動者は、運動処方どおりの運動療法を効果的に実施することができる。
【００４５】
更に、応答時定数を用いて、心拍数目標値の波形の一次遅れ波形を補正後の心拍数目標値として計算している。このため、運動者の実際の心拍数の過渡状態における波形を高精度に予測して、運動負荷を適切に制御することができる。
【００４６】
なお、図５のステップＳ２００においては、運動負荷の増減量ΔＷを、補正後の心拍数目標値と心拍数測定値の心拍数偏差を基にして計算したが、代わりに、補正前の心拍数目標値と心拍数測定値との偏差を基にして計算するようにしてもよい。この場合でも、ステップＳ３０７において、補正後の心拍数目標値と心拍数測定値との心拍数偏差が心拍数偏差の許容範囲ＨＲｔｈ内である場合には、現在の運動負荷Ｗｎをそのまま運動負荷の指令値Ｗｎ＋１とするようにしているので、運動者が過負荷とならないように制御することができる。
【００４７】
また、上記の発明では、運動者がペダルを漕ぐことによりトレーニングを行うエルゴメータのような運動療法装置を仮定したが、これに限定されるものではない。例えば、トレッドミルのような運動療法装置に適用することも可能である。
【００４８】
また、上記の説明では、運動者の運動生理反応として心拍数を用いたが、心拍数の代わりに脈拍数を用いる場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４９】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、心拍数目標値の波形を、応答時定数で指数関数的に遷移する一次遅れ波形として補正する方法について説明した。これに対して、本実施の形態２では、階段状に変化する心拍数目標値の波形を、一定期間において一定の変化率で遷移する波形とした上で、更に一次遅れ波形として補正する方法について説明する。
【００５０】
図７は、本発明の実施の形態２に係る運動療法装置のタッチパネル８に表示するユーザインタフェースの例示図である。図７に示す本実施の形態２のユーザインタフェースでは、図３に示す先の実施の形態１のユーザインタフェースに対して、更に一定変化期間設定表示部１０４が追加されている。
【００５１】
心拍数上昇時間および心拍数下降時間がタッチパネル８の一定変化期間設定表示部１０４に入力されると、演算制御部６は、入力された心拍数上昇時間および心拍数下降時間を記憶部７に設定する。
【００５２】
図８は、本発明の実施の形態２に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。また、図９は、本発明の実施の形態２に係る運動療法装置における、心拍数目標値の波形を、一定期間において一定の変化率で遷移する波形とする方法を示す図である。図８に示す本実施の形態２のフローチャートでは、図５に示す先の実施の形態１のフローチャートに対して、ステップＳ００１ｂの処理がステップＳ００１とは異なるとともに、ステップＳ００２ｂが追加されている。その他のステップについては、先の実施の形態１と同じである。
【００５３】
図８に示すフローチャートにおいて、演算制御部６は、まず、ステップＳ００１ｂにおいて、記憶部７に設定された心拍数目標値、心拍数の応答時定数、心拍数上昇時間および心拍数下降時間を読み込む。次に、演算制御部６は、ステップＳ００２ｂにおいて、階段状に変化する心拍数目標値の波形を、図９に示すような一定期間において一定の変化率で変化する波形とする。
【００５４】
この後、演算制御部６は、一定期間において一定の変化率で変化する波形とした後の心拍数目標値に対して、先の実施の形態１の図５のステップＳ１００以降と同じ処理を実施する。
【００５５】
以上のように、実施の形態２では、階段状に変化する心拍数目標値の波形を、一定期間において一定の変化率で遷移する波形とした後で、更に一次遅れ波形として補正するようにしている。この結果、運動者の実際の心拍数の過渡状態における波形を更に高精度に予測して、運動負荷を適切に制御することができる。
【００５６】
また、運動者へ加わる運動負荷は心拍数上昇時間に見合った量で緩やかに増加し、心拍数下降時間に見合った量で緩やかに減少するので運動者への負荷の負担を緩やかに軽減できる。例えば、図９では、運動者の心拍数の応答時定数に応じた負荷が急峻に運動負荷の目標値まで上がらないので、運動者への運動負荷を軽減できる。なお、図９では処理時間ｔｎを見やすいように時間幅を大きく記載しているが、実際には心拍数上昇時間に比べ処理時間は非常に短いので、運動負荷の増加量も徐々に増えて行くことになる。
【００５７】
実施の形態３．
本実施の形態３では、心不全の重症度の分類値であるＮＹＨＡ分類を指定することにより応答時定数を設定する方法について説明する。
【００５８】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る運動療法装置のタッチパネル８に表示するユーザインタフェースの例示図である。図１０に示す本実施の形態３のユーザインタフェースでは、図３に示す先の実施の形態１のユーザインタフェースに対して、更にＮＹＨＡ分類設定表示部１０５が追加されている。ＮＹＨＡ分類設定表示部１０５では、ＮＹＨＡ分類値を入力または選択できる。
【００５９】
ニューヨーク心臓協会（ＮＹＨＡ）が定める心疾患の重症度分類であるＮＹＨＡ分類がタッチパネル８のＮＹＨＡ分類設定表示部１０５に入力されると、演算制御部６は、入力されたＮＹＨＡ分類を記憶部７に設定する。
【００６０】
本実施の形態３の記憶部７には、ＮＹＨＡ分類と心拍数の応答時定数との関係を規定するテーブルが予め記憶されている。演算制御部６は、このテーブルを参照することにより、ＮＹＨＡ分類設定表示部１０５に指定されたＮＹＨＡ分類値から、対応する心拍数の応答時定数を取得することができる。
【００６１】
具体的には、例えば、図１０では、ＮＹＨＡ分類設定表示部１０５に「１」〜「４」が設定されると、それぞれＮＹＨＡ分類１〜４に対応する応答時定数が読み出され、「０」が設定されると、応答時定数設定表示部１０３に設定された応答時定数が有効となるようになっている。
【００６２】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。図１１に示す本実施の形態３のフローチャートでは、図５に示す先の実施の形態１のフローチャートに対して、ステップＳ００１ｃの処理がステップＳ００１とは異なっている。その他のステップについては先の実施の形態１と同じである。
【００６３】
演算制御部６は、ステップＳ００１ｃにおいて、記憶部７に設定された心拍数目標値およびＮＹＨＡ分類を読み込むとともに、同じく記憶部７に記憶されているＮＹＨＡ分類と心拍数の応答時定数との関係を規定するテーブルを参照することにより、ＮＹＨＡ分類から対応する心拍数の応答時定数を取得する。ステップＳ１００以降の処理は、先の実施の形態１の図５と同じである。
【００６４】
以上のように、実施の形態３では、タッチパネル８に表示するユーザインタフェースにおいて、記憶部７に設定する心拍数の応答時定数の設定値として、応答時定数を設定するか、ＮＹＨＡ分類（４段階）を設定するかの合計５つを選択できる。この結果、運動者の心拍数の応答時定数を予め測定しなくても、代わりにＮＹＨＡ分類を指定することにより心拍数の応答時定数を設定することができる。
【００６５】
実施の形態４．
本実施の形態４では、運動者の心拍数が運動負荷の変化に追随して変化後の状態に遷移するまでの応答遅れ時間が、予め設定した時間を超えている場合に、運動者の心拍数応答の異常を通知する方法について説明する。
【００６６】
図１２は、本発明の実施の形態４に係る運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。図１２に示す本実施の形態４のフローチャートでは、図５に示す先の実施の形態１のフローチャートに対して、ステップＳ３０５とステップＳ３０６の処理が追加されている。また、ステップＳ３００には、Ｔ、Ｔａｌｍが追加されている。その他のステップについては先の実施の形態１と同じである。
【００６７】
図１２に示すフローチャートにおいて、演算制御部６は、ステップＳ３０５において、心拍数偏差の絶対値Ｍが、記憶部７に予め設定した心拍数偏差の許容範囲を超えており、かつＭ＞０となっている継続時間Ｔを測定している。そして、演算制御部６は、この継続時間Ｔが、ステップＳ３００において記憶部７に予め設定した時間Ｔａｌｍを超えている場合には、ステップＳ３０６において、運動者の心拍数応答の異常をタッチパネル８またはアラーム音等により通知する。
【００６８】
以上のように、実施の形態４では、運動負荷の指令値を与えているにもかかわらず、運動者の心拍数測定値が上昇しない状態が予め設定した時間を超えて継続した場合には、運動者の心拍数応答が異常であると判断して異常を通知するようにしている。この結果、運動者の心拍数の応答が予想とは異なっている異常状態を検知することができ、運動者に対して過剰な負担を与えることを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６９】
２  センサ入力インタフェース、３  負荷制御装置通信インタフェース、４  外部機器通信インタフェース、５  Ｉ／Ｏ、６  演算制御部、７  記憶部、８  タッチパネル、９  負荷モータ制御装置インタフェース、１０  負荷モータ制御装置、１２  心拍数検出センサ、１３  心拍数検出センサ、１４  制御装置、１０１  目標心拍数表示設定部、１０２  目標心拍数増減設定表示部、１０３  応答時定数設定表示部、１０４  一定変化期間設定表示部、１０５  ＮＹＨＡ分類設定表示部、２０２  負荷モータ、２０３  減速機、２０４  伝達機構、２０５  ペダル。
【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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