(57)【要約】【課題】運動者のより多角的な情報から運動者の現状により適した運動負荷を決定する固定運動負荷装置の制御装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】運動者に運動装置で発生する負荷による運動を行わせる固定運動負荷装置の制御装置であって、各種の標準データを格納したデータベース３と、運動者の身体機能に関する運動者情報に基づいて前記運動装置の運動負荷の大きさを示す運動強度を算出する運動強度算出部１０１と、入力される運動者の運動習慣に関する情報を含む運動者情報と前記データベースの該当標準データに基づいて前記運動装置での運動時間を算出する運動時間算出部１０２と、前記算出された運動強度と運動時間に基づいて前記運動装置の負荷制御装置に制御信号を送る運動負荷制御部１０４と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動者に運動装置で発生する負荷による運動を行わせる固定運動負荷装置の制御装置であって、
各種の標準データを格納したデータベースと、
運動者の身体機能に関する運動者情報に基づいて前記運動装置の運動負荷の大きさを示す運動強度を算出する運動強度算出部と、
入力される運動者の運動習慣に関する情報を含む運動者情報と前記データベースの該当標準データに基づいて前記運動装置での運動時間を算出する運動時間算出部と、
前記算出された運動強度と運動時間に基づいて前記運動装置の負荷制御装置に制御信号を送る運動負荷制御部と、
を備えたことを特徴とする固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項２】
運動者の身体機能に関する運動者情報が、運動者の最大下肢筋力であることを特徴とする請求項１に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項３】
運動時間算出部が、運動習慣に加えて入力される運動者の食事習慣と前記データベースのそれぞれの該当標準データに基づいて前記運動装置での運動時間を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項４】
前記運動装置での運動負荷と入力される前記運動装置の動作状態検出情報から運動者が運動装置で運動中の最大下肢筋力を測定する最大下肢筋力測定部を備え、測定した最大下肢筋力で前記運動強度算出部が運動強度算出を行うことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項５】
運動者が身体的運動機能疾患が有ることを示す運動者情報が入力されたことを判定する運動補助機能付加判定部をさらに備え、運動負荷制御部が、運動補助機能付加判定に従って運動中に前記運動装置の動作の低下又は停止を示す動作状態検出情報が入力されると、前記運動装置の負荷制御装置に運動装置を回転させ運動者を他動運動させる制御信号を送ることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項６】
データベースが標準体重データテーブル又は標準体脂肪率データテーブルを格納し、入力される運動者情報が体重又は体脂肪率を含み、運動強度算出部及び運動時間算出部が、入力された体重又は体脂肪率がデータベースのそれぞれ標準体重又は標準体脂肪率より大きい場合に、求めた運動強度又は運動時間を増加させることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項７】
データベースが運動強度と運動時間の各組に対する標準運動効果を示す運動強度−時間標準運動効果データテーブルを格納し、運動負荷制御部が、算出された運動強度と運動時間の組での前記運動強度−時間標準運動効果データテーブルにおける標準運動効果を検索し、該標準運動効果が所定値未満の場合に、運動強度又は運動時間を増加させることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項８】
データベースが運動強度と運動時間の各組に対する標準運動効果を示す運動強度−時間標準運動効果データテーブルを格納し、決定された運動強度と運動時間の組での前記運動強度−時間標準運動効果データテーブルにおける標準運動効果を検索し、該標準運動効果に基づく運動効果を表示装置に表示させる運動効果推定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の固定運動負荷装置の制御装置。
【請求項９】
運動者に運動装置で発生する負荷による運動を行わせる固定運動負荷装置の制御方法であって、
運動者の身体機能に関する運動者情報に基づいて前記運動装置の運動負荷の大きさを示す運動強度を算出する工程と、
入力される運動者の運動習慣に関する情報を含む運動者情報とデータベースに格納された該当標準データに基づいて前記運動装置での運動時間を算出する工程と、
前記算出された運動強度と運動時間に基づいて前記運動装置の負荷制御を行う工程と、
を備えたことを特徴とする固定運動負荷装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、病院や健康増進施設などで行われている運動療法において運動するのに利用されるエルゴメータやフィットネス運動機器などの固定運動負荷装置の制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の装置として、運動者の身体データに基づいて負荷パターンの負荷の大きさを自動的に適切なものに変える装置がある。この装置では、体重、年令、男女などの運動者の身体データとトレーニングプログラムを予め入力した後、身体データに基づいて負荷の大きさを表す縦軸のスケーリングを行い，さらに複数の負荷パターンの中から上記入力データに基づいて適切な負荷パターンを選択して表示するものがある(例えば特許文献１参照)。
【０００３】
また、運動者に対する負荷を可変としている運動負荷装置における運動負荷決定において、設定される目標脈拍数に対する運動負荷を少なくとも運動者の脈拍数と負荷値とを入力変数とする多変量モデル式を用いて最適に決定するものがある(例えば特許文献２参照)。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２８３９５号公報
【特許文献２】特開平６−１５４３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のこの種の装置では、運動負荷は運動者の一過性の身体データを考慮して決定されており、運動者の現状をより詳細に考慮して運動負荷を決定する装置が望まれる。
【０００６】
また、基本的に四肢の動作が正常な健常者向けに設計されているため、麻痺や整形外科疾患を持つ非健常者では利用しづらく、非健常者向けの対応も望まれる。
【０００７】
この発明は、運動者のより多角的な情報から運動者の現状により適した運動負荷を決定する固定運動負荷装置の制御装置およびその制御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】
【０００８】
この発明は、運動者に運動装置で発生する負荷による運動を行わせる固定運動負荷装置の制御装置であって、各種の標準データを格納したデータベースと、運動者の身体機能に関する運動者情報に基づいて前記運動装置の運動負荷の大きさを示す運動強度を算出する運動強度算出部と、入力される運動者の運動習慣に関する情報を含む運動者情報と前記データベースの該当標準データに基づいて前記運動装置での運動時間を算出する運動時間算出部と、前記算出された運動強度と運動時間に基づいて前記運動装置の負荷制御装置に制御信号を送る運動負荷制御部と、を備えたことを特徴とする固定運動負荷装置の制御装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、運動者に関するより多角的な情報から、運動者の現状により適した運動負荷を決定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に、従来の運動処方および生活習慣指導においては、運動、生活習慣、食事を個別に指導されることが多かった。しかしながら、多様化する生活習慣の中では必ずしも各指導内容に沿った運動の実施や生活習慣の改善および食事の量、質の改善を実行を容易にできる訳ではない。
【００１１】
また運動処方を行うのに利用していた身体機能の評価では、専ら心肺機能(最大酸素摂取量)による心肺持久力を運動負荷試験などで検査して行っている。しかしながら、例えば最大酸素摂取量の測定を実施するには、運動者に測定のためのマスクを付けて運動させる等、測定設備を多く揃えるとともに、測定に要する時間と運動者の身体的負担が多く、非常に面倒なものであった。
【００１２】
すなわち、運動、食事を含む総合的な生活習慣を加味した運動処方、さらにより簡単に得られる身体機能(体力検査指標)による運動処方を行うことが望まれている。またさらに、麻痺や整形外科疾患を有する非健常者の運動機能の特徴を考慮した運動処方や、その運動処方に基づく運動を実現させる固定運動負荷装置の制御装置を提供することが望まれている。
【００１３】
例えば、
・「最大等速脚伸展力による嫌気系閾値の運動負荷の推定(Estimation of workload for anaerobic threshold by maximal isokinetic leg extension power)」、山田  他(聖マリアンナ医科大学病院リハビリテーション科)、日本循環器ジャーナル、社団法人日本循環器学会、2005年,Vol.56、増刊I-A、第６５回人日本循環器学会定例科学会議、p112、OE043、
・「最大努力による運動と換気性作業閾値の関係」、由利  他(北海道大学病院リハビリテーション部)、北海道理学療法士会誌、2005年、第22巻、
などにおいて、呼気ガス分析器を利用した運動負荷試験にて心肺機能を測定評価して得られる最適な運動作業閾値が、この運動負荷試験と比較して簡便に測定可能な最大脚伸展力(エルゴメータ等のペダルの踏み込み力)と高い相関があり、最大脚伸展力から最適な運動作業閾値が推定されることが示唆されている。
【００１４】
そこでこの発明では、上述の研究報告に基づき、最大脚伸展力である最大下肢筋力を測定あるいは別装置にて測定した結果のデータを入力し、前述の研究報告を考慮した所定の推定係数を乗じた値を最適な運動強度として設定する。
【００１５】
また運動時間については、運動強度と運動時間の積がその運動における消費カロリーとなり、肥満解消などの運動量の目安となる。
【００１６】
そこでこの発明では、運動する者の体脂肪率やＢＭＩ(Body Mass Index)などの肥満度から見てその運動者の摂取カロリーが多い場合は、運動時間も長くして余分な摂取カロリーを消費する判断処理を設ける。
【００１７】
また別な研究報告として、
・「健康的な加齢における高コレステロール濃度下での低強度好気系運動の影響(Effects of low-intensity aerobic training on the high-density cholesterol concentration in healthy elderly subjects))」、Y.Sunami他、Metabolism、1999年、48(8)：984-8、
において１週当たり運動時間と血液中の免疫物質量(例えば抗動脈硬化物質)の間には相関があり、１週当たりの目標運動時間が推定されている。
【００１８】
そこでこの発明では、１週当たりの運動時間が少なく運動習慣がない者には、運動時間を目標運動時間に達するよう長くする判断処理を設ける。
【００１９】
また
・「大腿切断者のStrengthErgo240による片脚駆動の運動療法」、坂上  他(東京大学医学部附属病院)、理学療法学、財団法人日本理学療法士協会、2004年、Vol.31,増刊  N0.2、2004、第３９回日本理学療法学術大会、第３１巻、大会特別号  No.2,p160、
にあるように、片脚の大腿切断者のように通常の運動装置では継続的に運動が困難な運動疾患を有する運動者の場合、この研究報告にあるように他動運動機能を付加することにより連続的に運動することができる。
【００２０】
そこでこの発明では、自身で連続的な運動が困難か否かの設定を行うことで、自動的に他動運動機能を有効にする処理判断も付加する。
【００２１】
以上のような機能を備えることにより、運動強度については、最大下肢筋力の強弱により最適値を求めることとし、運動時間については、１週間あたりの運動時間の長短および摂取カロリーの大小により最適値を求める。
更に、麻痺や整形外科疾患の有無により、円滑な動作が困難な運動者に対しては、他動的に運動させるよう運動装置を動かして、円滑な運動となるよう補助するよう運動処方を決定し設定する。
更にまた、予め研究などで得た結果を基に体脂肪減少効果が見込める運動強度を判定できる機能を備えることにより、最低運動強度がこれ以上となるように演算および判断する機能を付加して、効果的に体脂肪が減少できる運動処方を提供する。
【００２２】
以下、この発明を具体的な実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明による制御装置を備えた固定運動負荷装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。エルゴメータ又はフィットネス運動機器からなる運動装置７は漕ぐペダル７０を設けたペダル装置７ａと、このペダル装置７ａに回転負荷を与えたり回転運転をさせるモータ７ｂからなる。ペダル装置７ａの回転速度は、運動装置７の運転状態検出部である回転速度検出器５で検出される。モータ７ｂで発生させる回転負荷及び回転トルクは負荷制御装置６で制御される。
【００２３】
コンピュータから構成される制御装置１は、入力装置２から入力される運動者情報、データベース３に格納された各種基準データである運動負荷算出関連情報、回転速度検出器５等のセンサ機器からの運転状態検出情報に従って運動負荷を算出、決定して負荷制御装置６の制御を行うと共に、表示装置４に各種情報を表示する。制御装置１は機能ブロックとして示される、運動強度算出部１０１、運動時間算出部１０２、運動補助機能付加判定部１０３、運動負荷制御部１０４、最大下肢筋力測定部１０５、運動効果推定部１０６を含む。なお、運動強度とは運動装置７での運動負荷の強度を示す。
【００２４】
またデータベース３は、標準運動時間データテーブル３００、標準摂取カロリーデータテーブル３０１、標準体重／体脂肪率データテーブル３０２、運転強度−時間標準運動効果データテーブル３０３を含む。これらのデータベースは、予め実験等により採取された大量のデータを統計的にまとめて、所定のファクタ(複数種の場合もある)をキーデータとして所望のデータが検索できるものである。
【００２５】
図２にはこの発明の実施の形態１による動作を説明するためのフローチャートを示し、以下、動作について説明する。入力装置２からは運動者の例えば、性別Ｓ、年齢Ａ、体重ＷＥ、身長Ｈ、体脂肪率Ｆ、身体機能に関する最大下肢筋力データＴmax(Ｎ．ｍ)、１週当たりの運動習慣データ(運動時間)ｔetc(sec)、１週当たりの装置利用回数データ(利用回数)Ｎ(回)、１日当たりの(食事)摂取カロリーデータ(摂取カロリー)Ｋ(kcal)、身体的運動機能疾患有無データＸ、が運動者情報として入力される。
【００２６】
＜運動強度設定＞
運動強度算出部１０１は、運動者の運動機能情報である最大下肢筋力Ｔmax(Ｎ．ｍ)が入力されると(ステップＳ１)、最大下肢筋力Ｔmaxに任意に設定された所定の係数ｋ１(例えば２０％)を掛けたトルク値
Ｔ１(Ｎ．ｍ)＝Ｔmax(Ｎ．ｍ)×ｋ１
又はこのトルク値に任意に設定された所定の回転速度ω１(例えば５０ｒｐｍ)を掛けた仕事量Ｗ１
Ｗ１(Ｗ)＝Ｔ１(Ｎ．ｍ)×ω１(ｒｐｍ)／９．５５
９．５５：変換係数
を求める運動強度計算を行う(ステップＳ２)。そして求めたトルク値Ｔ１又は仕事量Ｗ１(トルク×回転速度)を運動強度として設定し、例えば記憶部Ｍに一次的に記憶する(ステップＳ３)。トルク値Ｔ１、仕事量Ｗ１を両方設定し、固定運動負荷装置の運動負荷の制御モードにより選択して使用するようにしてもよい。
【００２７】
なお、最大下肢筋力Ｔmaxは運動装置７で測定することも可能である。これは最大下肢筋力測定部１０５で行われる。例えば、入力装置２から最大下肢筋力測定指示が入力されると、最大下肢筋力測定部１０５は、表示装置４に運動者に最大下肢筋力測定のためにペダル装置７ａを全力で漕ぐことを促す表示を行わせる。そして例えば、運動装置７での運動強度(トルク)を徐々に弱めていき、ペダル装置７ａの回転開始を回転速度検出器５の出力により検出する。そして回転開始時に負荷制御装置６に与えたトルク指令の値を上記最大下肢筋力Ｔmaxとする。
【００２８】
＜運動時間設定＞
運動時間算出部１０２は、１週当たりの運動(累積)時間ｔetc(sec)、１週当たりの運動負荷装置の利用回数Ｎ(回)が入力されると(ステップＳ４、Ｓ５)、この固定運動負荷装置による１回当たりの運動時間ｔｘを、一例として目標運動時間を３００(分／週)と設定し、
ｔｘ＝(３００−ｔetc)÷Ｎ
として求める。また、一例として最低運動時間を２０(分／回)と設定し、
ｔｘ≦２０ならｔｘ＝２０とする(ステップＳ６)。後述する加算時間を考慮しない場合は、このｔｘを運動時間として設定し、例えば記憶部Ｍに一次的に記憶する。
【００２９】
なお目標運動時間に関しては、運動時間算出部１０２が、同様に入力された運動者の例えば性別Ｓ、年齢Ａ等に基づきデータベース３に格納された標準運動時間データテーブル３００から標準運動時間ｔrefを求め、これを目標運動時間とするようにしてもよい。
【００３０】
以上のステップＳ４〜Ｓ６は、運動習慣を考慮した運動時間の設定に関するものであるが、さらに食事習慣も考慮する場合には以下のステップＳ７〜Ｓ９を行う。
【００３１】
運動時間算出部１０２はさらに、１日当たりの摂取カロリーＫ(kcal)が入力されると(ステップＳ７)、同様に入力された性別Ｓ、年齢Ａに基づきデータベース３に格納された標準摂取カロリーデータテーブル３０１から求まる標準摂取カロリーＫrefを超えているか否かを判断する。そして摂取カロリーＫが標準摂取カロリーＫrefを超えていれば、単位摂取カロリーに対する運動の加算時間に基づき運動加算時間ｔexを求める。なお、標準摂取カロリーデータテーブル３０１は性別Ｓ、年齢Ａをファクタに標準摂取カロリーを検索するデータテーブルである。
【００３２】
摂取カロリーが超過の場合、例えば摂取カロリー５００ｋｃａｌ毎に５分、運動時間を加算すると予め設定したとする。そして標準摂取カロリーＫref＝２５００kcalであるのに対して摂取カロリーＫ＞２５００kcalであった場合には、運動加算時間ｔex＝５(分)×(２５００÷５００)＝２５分となる。また、運動加算時間の上限、例えば最大で６０分、を設ける(ステップＳ８)。そして運動加算時間ｔexを加えた運動時間ｔｘ＝運動時間ｔｘ＋運動加算時間ｔexを設定し記憶させる(ステップＳ９)。
【００３３】
＜運動負荷制御＞
運動負荷制御部１０４は、上述の記憶部Ｍに設定された運動強度(トルク値Ｔ１又は仕事量Ｗ１)、運動時間ｔｘに従って、回転速度検出器５からの回転速度信号等をモニタしながら負荷制御装置６へ制御信号を送り、運動装置７を駆動させて運動者に運動を行わせる。運動強度を仕事量Ｗ１で設定する場合には、回転速度に対してトルクを調整する。
また、必要に応じて表示装置４に、運動強度Ｔ１又はＷ１、運動時間ｔｘ、運動の残り時間、設定通りに運動がされているか等を表示させる。
【００３４】
＜運動補助機能付加判定＞
また、運動補助機能付加判定部１０３は、疾患有の身体的運動機能疾患有無データＸが入力された場合に、運動負荷制御部１０４に運動補助機能付加を知らせる。運動負荷制御部１０４は、設定運動時間ｔｘ内に回転速度検出器５からの回転速度信号がゼロ又は所定値以下になった場合に、負荷制御装置６にモータ７ｂを回転させてペダル装置７ａを回転させ、設定運動時間ｔｘまで運動者を他動運動させる制御信号を送る。
【００３５】
＜標準体重／体脂肪率に基づく運動強度、運動時間の修正＞
またデータベース３の標準体重／体脂肪率データテーブル３０２は、例えは性別Ｓ、年齢Ａ、身長Ｈをファクタに標準体重又は体脂肪率を検索するデータテーブルである。運動強度算出部１０１及び運動時間算出部１０２は、入力された性別Ｓ、年齢Ａ、身長Ｈにより標準体重／体脂肪率データテーブル３０２を検索して標準体重ＷＥre又は標準体脂肪率Ｆreを求める。そして入力された体重ＷＥ又は体脂肪率Ｆがそれぞれ標準体重ＷＥre又は標準体脂肪率Ｆreより大きい場合には、求めた運動強度Ｔ１又はＷ１、運動時間ｔｘにそれぞれ所定の係数ｋ２を掛けて、運動強度、運動時間を増加させるようにしてもよい。
【００３６】
＜運動強度−時間標準運動効果に基づく運動強度、運動時間の修正＞
またデータベース３の運動強度−時間標準運動効果データテーブル３０３は、例えば各性別Ｓ、年齢Ａ毎に、運動強度と運動時間の各組に対する標準運動効果が、体重又は体脂肪率の減少率で示されたデータベースである。運動負荷制御部１０４は、入力された性別Ｓ、年齢Ａ、及び設定された運動強度と運動時間の組での標準運動効果を運動強度−時間標準運動効果データテーブル３０３で検索し、体重又は体脂肪率の減少率が所定値未満の場合に、運動強度を、減少率が所定値以上になる運動強度まで増加させ、増加させた運動強度で運動負荷制御を行うようにしてもよい。
【００３７】
運動負荷制御部１０４は、運動強度の代わりに運動時間を、減少率が所定値以上になる運動時間まで増加させ、増加させた運動時間で運動負荷制御を行うようにしてもよい。
【００３８】
＜運動強度−時間標準運動効果の表示＞
また運動効果推定部１０６は、入力された性別Ｓ、年齢Ａ、及び運動負荷制御部１０４で最終的に決定された運動強度と運動時間の組に基づく標準運動効果を、運動強度−時間標準運動効果データテーブル３０３で検索する。運動強度−時間標準運動効果データテーブル３０３では標準運動効果を、このまま該運動強度−時間の運動を続けた場合の所定期間後の体重又は体脂肪率の減少率(例えばｘ％／３ヶ月)として格納している。運動効果推定部１０６は入力された体重ＷＥ、体脂肪率Ｆに標準運動効果データテーブル３０３で得られた所定期間後の体重又は体脂肪率の減少率を掛けて、所定期間後の推定体重、推定体脂肪率を算出する。そしてこれを、運動者のモチベーションを向上させるために表示装置４に表示させるようにする。
【００３９】
なお、上記１週当たりの運動習慣データや１日当たりの摂取カロリーデータ等に関する期間は、これに限定されるものではなく、それぞれに所望の期間を設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明による制御装置を備えた固定運動負荷装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１  制御装置、２  入力装置、３  データベース、４  表示装置、５  回転速度検出器、６  負荷制御装置、７  運動装置、７ａ  ペダル装置、７ｂ  モータ、７０  ペダル、１０１  運動強度算出部、１０２  運動時間算出部、１０３  運動補助機能付加判定部、１０４  運動負荷制御部、１０５  最大下肢筋力測定部、１０６  運動効果推定部、３００  標準運動時間データテーブル、３０１  標準摂取カロリーデータテーブル、３０２  標準体重／体脂肪率データテーブル、３０３  運動強度−時間標準運動効果データテーブル、Ｍ  記憶部。
【図１】
2008237726.tif 000003
【図２】
2008237726.tif 000004