(57)【要約】【課題】負荷運動中でも第１心音を正確に、かつ容易に測定できることで、自動的に至適運動強度を測定することが可能な心音測定装置、至適運動強度測定装置、心音測定方法および心音測定プログラムを提供する。【解決手段】至適運動強度測定装置１は、心音を採取する心音マイク２１、および心音信号を心音データに変換するＡＤ変換手段２３とを含む心音採取手段２と、心電を採取する測定電極３１、測定電極３１の心電信号を心電データに変換するＡＤ変換手段３３とを含む心電採取手段３と、心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段４３と、基準タイミング検出手段４３が検出したＲ波のタイミングからＲ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段４４と、ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を、第１心音振幅データとして抽出する第１心音検出手段４５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、
前記生体の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、
前記心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、
前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段と、
前記ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出する第１心音検出手段とを備えたことを特徴とする心音測定装置。
【請求項２】
生体の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、
前記生体の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、
前記心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、
前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段と、
前記ゲート信号が出力されている間の前記心音データからピーク波形を、第１心音振幅データとして抽出する第１心音検出手段とを備えたことを特徴とする至適運動強度測定装置。
【請求項３】
前記第１心音波検出手段により抽出された第１心音振幅データの所定回数分の平均値を演算し、第１心音平均値データとして出力する平均算出手段を備えた請求項２記載の至適運動強度測定装置。
【請求項４】
前記第１心音平均値データが負荷運動の強度を示す運動負荷器具からの運動強度データに対して急激に増加するときの運動強度を抽出し、この運動強度を至適運動強度とする至適運動強度検出手段を備えた請求項３記載の至適運動強度測定装置。
【請求項５】
前記運動負荷器具からの運動強度データが至適運動強度となったとき、または該至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、警告する旨の通知をする報知手段を備えた請求項４記載の至適運動強度測定装置。
【請求項６】
生体の心音を心音信号として採取する心音マイクを胸骨に配置するステップと、
前記生体の心電を心電信号として採取する測定電極を胸部または腹部に配置するステップと、
前記心音信号から心音データを、前記心電信号から心電データを生成するステップと、
前記心電データからＲ波を検出するステップと、
前記心音データから、前記Ｒ波を検出の基点としてピーク波形を、第１心音振幅データとして抽出するステップとを含む心音測定方法。
【請求項７】
コンピュータを、
生体から採取した心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段、
前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから、前記生体から採取した心音から生成された心音データの前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段、
前記ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出する第１心音検出手段として機能させることを特徴とする心音測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、的確な至適運動強度の測定を可能とする心音測定装置、至適運動強度測定装置、心音測定方法および心音測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車エルゴメーター等の運動負荷器具を用いた負荷運動は、健常者が健康維持増進のために、または肥満やメタボリックシンドロームの者が状態改善のために行われるようになってきた。また、心筋梗塞や高血圧の患者などを対象とした運動療法では、この負荷運動は欠かせないリハビリとなっている。
負荷運動は、負荷（強度）が不足するようであれば効果が得られ難いし、過度な負荷は反対に身体への悪影響が懸念される。従って、それぞれの被測定者に対して、最もよい至適運動強度を見極めるのが望ましい。
【０００３】
それぞれの被測定者に対して、このような至適運動強度を測る方法としては、運動した後の血液を採取して、乳酸の蓄積量を測定し、運動強度に対する乳酸濃度の増加の度合いが急減に変化する変化点を至適運動強度として検出することが知られている（図５（Ａ）参照）。この方法では、被測定者の血液を採取する必要があるため被測定者に対する負担が大きく、負荷運動中での測定が困難である。
【０００４】
また、他の方法としては、心拍数と収縮期血圧をそれぞれ測定してその積を二重積として算出し、運動強度に対する二重積の増加の度合いが急減に変化する変化点（二重積屈曲点）を、至適運動強度として検出することが知られている（図５（Ｂ）参照）。この方法では、血液採取などは不要であるが、負荷運動中に血圧を簡易に測定するのは困難であり、運動中に血圧を測定する装置があるにはあるが高価であるため、介護施設やトレーニングジムなどでの実施が難しい。
【０００５】
心音を測定することで、至適運動強度を測定する方法が、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の至適運動強度の決定方法は、段階的な負荷運動を行い、各負荷段階毎の左右房室弁が閉じる際に発生する第１心音（Ｓ１音）振幅を被測定者胸部に取り付けた心音マイクロフォンを通して心音図に記録し、これより心音振幅が急激に上昇する変化点（ＨＳＢＰ）が認められた負荷運動段階での運動強度をもって当該被測定者の至適運動強度とするというものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１６１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この特許文献１に記載の至適運動強度の決定方法は、安静時と各負荷運動時での最後の４０秒間に記録した心音から第１心音（ＨＳ−１）振幅の大きい１０個を選び計測し、安静時振幅の値と各負荷段階での平均値をそれぞれ算出し、算出した平静時及び各負荷段階での平均値を当該段階における振幅値とし、各負荷段階での振幅値を安静時での振幅値で割った値（振幅率）を求めているので、第１心音（Ｓ１音）が正確に測定できないと、至適運動強度を決定することが困難である。
【０００８】
これは、目的とする第１心音の振幅より第２心音の振幅が大きい場合があるだけでなく、呼吸をするタイミングに合わせて胸が膨らみ、心音を採取するための心音マイクと心臓との距離が変わることで、一定の音量が得られないことがあり、単に採取した心音の最大振幅を第１心音とすることができないからである。
【０００９】
特に、負荷運動が自転車エルゴメーターのような運動負荷器具を用いたものでなく、踏み台を昇降するステップ運動のようなものである場合には、心音マイクに心音の他にステップしたときのノイズが混入してしまうため、測定された心音から一律に第１心音を抽出するのは容易ではない。
【００１０】
従って、第１心音を正確に測定する作業は、採取した心音から心音波形を紙面上に作成した後に、測定者が手作業で一つ一つ心音の各波形を確認しながら第１心音を抽出し、抽出した第１心音の振幅を定規などで測定し、横軸に運動強度、縦軸に振幅としたグラフを作成することで、至適運動強度を検出していたため、数時間を要している。
従って、正確に第１心音が測定できれば、至適運動強度も自動的に検出することができ、煩雑な手作業を行うことも省くことができるので、第１心音を確実に検出できる装置および方法の開発が望まれている。
【００１１】
そこで本発明は、負荷運動中でも第１心音を正確に、かつ容易に測定できることで、自動的に至適運動強度を測定することが可能な心音測定装置、至適運動強度測定装置、心音測定方法および心音測定プログラム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】
【００１２】
本発明の心音測定装置は、生体の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、前記生体の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、前記心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段と、前記ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出する第１心音検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の至適運動強度測定装置は、生体の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、前記生体の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、前記心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段と、前記ゲート信号が出力されている間の前記心音データからピーク波形を、第１心音振幅データとして抽出する第１心音検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、心電採取手段が生体の心電を採取して出力する心電データと、心音採取手段が生体の心音を採取して出力する心音データとに基づいて第１心音を抽出するものである。第１心音は、周期的に発生するＲ波の直後に現れるので、まず基準タイミング検出手段が心電データからＲ波を検出する。次にゲート信号生成手段が検出したＲ波から第２心音前までの期間を示すゲート信号を発生する。そして、第１心音検出手段がこのゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出することで、ゲート信号の期間以外の心音データにノイズが混入していても、第１心音を抽出する期間をゲート信号の期間に限定することによりノイズを排除することができるので、負荷運動中であっても採取した心音データから第１心音を検出することができる。従って、正確に第１心音の振幅を検出することができる。
【００１５】
本発明の至適運動強度測定装置においては、前記第１心音波検出手段により抽出された第１心音振幅データの所定回数分の平均値を演算し、第１心音平均値データとして出力する平均算出手段を備えるのが望ましい。
第１心音波検出手段により抽出された第１心音振幅データにおいてはばらつきがある。また、ゲート信号の期間にノイズが混入するおそれもある。従って、第１心音振幅データの所定回数分の平均をとることで、第１心音の振幅にばらつきがあっても、全体に対する影響を抑えることができる。
【００１６】
また、前記第１心音平均値データが負荷運動の強度を示す運動負荷器具からの運動強度データに対して急激に増加するときの運動強度を抽出し、この運動強度を至適運動強度とする至適運動強度検出手段を備えるのが望ましい。
前記至適運動強度検出手段が、負荷運動の強度を示す運動負荷器具からの運動強度データに対して第１心音平均値データが急激に増加するときの運動強度を抽出することで、生体ごとの至適運動強度を測定することができる。
【００１７】
更に、前記運動負荷器具からの運動強度データが至適運動強度となったとき、または該至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、警告する旨の通知をする報知手段を備えるのが望ましい。
療養を目的としたものであれば負荷運動が至適運動強度を超えたとき、また健康維持や体力増強を目的としたものであっても負荷運動が至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときは、身体への悪影響が懸念される。従って、このような場合に、報知手段が警告する旨の通知をすることで、過度な負荷運動が抑制されるので不慮の事故を防止することができる。
【００１８】
また、本発明の心音測定方法は、生体の心音を心音信号として採取する心音マイクを胸骨に配置するステップと、前記生体の心電を心電信号として採取する測定電極を胸部または腹部に配置するステップと、前記心音信号から心音データを、前記心電信号から心電データを生成するステップと、前記心電データからＲ波を検出するステップと、前記心音データから、前記Ｒ波を検出の基点としてピーク波形を、第１心音振幅データとして抽出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
心音を採取するための心音マイクは、通常、心臓の下端である心尖部上となる乳頭下付近が適している。しかし、乳頭下付近は、負荷運動を行う際の呼吸により位置変動が大きく、心音の音量がばらつくだけでなく、ノイズを採取しやすい。本発明では、心音マイクを胸骨上に配置することで、負荷運動中であっても位置の変化が少ないので、心音をばらつきが抑えられる共に、ノイズの混入を減少させることができる。従って、正確に第１心音を測定することができる。
【００２０】
また、本発明の心音測定プログラムは、コンピュータを、生体から採取した心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波のタイミングから、前記生体から採取した心音から生成された心音データの前記Ｒ波に対応する第２心音前までの所定期間を示すゲート信号を出力するゲート信号生成手段、前記ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出する第１心音検出手段として機能させることを特徴とする。
コンピュータに心音測定プログラムを動作させることで、正確に第１心音を測定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、正確に、かつ容易に第１心音の振幅を検出することができるので、煩雑な手作業を行うことなく、自動的に至適運動強度を測定することができる。従って、負荷運動中や負荷運動終了後に直ちに至適運動強度を確認することができるので、健康に悪影響を与える過度な負荷運動を防止すると共に、それぞれに最適な負荷運動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態に係る至適運動強度測定装置を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る至適運動強度測定装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、至適運動強度測定装置１は、生体である被測定者が運動負荷器具Ａを用いて負荷運動することで至適運動強度を測定するものである。至適運動強度測定装置１は、心音採取手段２と、心電採取手段３と、制御手段４と、表示手段５と、印刷手段６とを備え、心音測定装置を含むものである。
【００２３】
心音採取手段２は、心音マイク２１と、増幅手段２２と、ＡＤ変換手段２３とを備えている。
心音マイク２１は、取付面に設けられた両面テープなどの貼着手段によって、生体である被測定者に取り付けられ、被測定者の心臓が脈動する際の心音を採取して心音信号として出力する機能を備えている。増幅手段２２は、心音信号を増幅するアンプである。ＡＤ変換手段２３は、増幅された心音信号をデジタルデータである心音データに変換して制御手段４へ出力する機能を備えている。
【００２４】
心電採取手段３は、測定電極３１と、増幅手段３２と、ＡＤ変換手段３３とを備えている。測定電極３１は、被測定者の心臓が脈動する際に身体上に発生する電位を心電信号として採取するための２つの端子である。測定電極３１は、バンドで被測定者の胴部に巻き回して固定してもよいし、測定電極３１をクリップ状に形成して皮膚を挟み込むようにして固定してもよい。
増幅手段３２は、心電信号を増幅するアンプである。ＡＤ変換手段３３は、増幅された心電信号をデジタルデータである心電データに変換して制御手段４へ出力する機能を備えている。
【００２５】
心音マイク２１と増幅手段２２との間、および測定電極３１と増幅手段３２との間は、長尺のケーブルによって接続されている。そうすることで、被測定者に設けられた心音マイク２１および測定電極３１が運動の度にケーブルによって引っ張られ、負荷運動の邪魔にならないようにしている。
【００２６】
制御手段４は、ＡＤ変換手段２３，３３からの心音データおよび心電データに基づいて至適運動強度の解析を行う機能を備えている。制御手段４は、心音測定プログラムを含む至適運動強度測定プログラムを実行するパーソナルコンピュータとすることができる。
【００２７】
制御手段４は、入力手段４１と、記憶手段４２と、基準タイミング検出手段４３と、ゲート信号生成手段４４と、第１心音検出手段４５と、平均算出手段４６と、至適運動強度検出手段４７と、報知手段４８と、表示制御手段４９と、印刷制御手段５０と、抑止手段５１とを備えている。
【００２８】
入力手段４１は、ＡＤ変換手段２３，３３からの心音データと心電データと、および運動負荷器具Ａからの運動強度データ（単位：Ｗ）とを入力して、記憶手段４２へ格納する機能を備えてる。
【００２９】
記憶手段４２は、各データが読み書き可能な不揮発性メモリである。記憶手段４２としては、大容量で高速アクセスが可能なハードディスク装置を採用することができる。
【００３０】
基準タイミング検出手段４３は、記憶手段４２に格納された心電データを参照して、この心電データに基づいてＲ波を検出する機能を備えている。
ゲート信号生成手段４４は、基準タイミング検出手段４３が検出したＲ波から第２心音前までの期間を示すゲート信号を出力する機能を備えている。
【００３１】
第１心音検出手段４５は、ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出する機能を備えている。
平均算出手段４６は、第１心音振幅データの所定回数分の平均値を演算し、第１心音振幅値として出力する機能を備えている。本実施の形態では、１０回分の第１心音振幅データごとに平均値を演算して第１心音振幅値としている。
【００３２】
至適運動強度検出手段４７は、負荷運動の運動強度を示す運動負荷器具Ａからの運動強度データに対して、平均算出手段４６から入力した第１心音平均値データが急激に上昇する運動強度を抽出し、この運動強度を至適運動強度とする機能を備えている。至適運動強度検出手段４７は、測定された第１心音平均値データと運動強度データをグラフにして、表示制御手段４９を介して表示手段５へ表示することも可能である。また、至適運動強度検出手段４７は、そのグラフを、印刷制御手段５０を介して印刷手段６で所定の用紙に印刷することも可能である。
【００３３】
報知手段４８は、負荷運動が至適運動強度以上、または至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、被測定者に警告する旨を報知する機能を備えている。この報知手段４８は、連続音または断続音や、音声メッセージなどの音により報知したり、図示しないランプでの点灯または点滅や、表示制御手段４９を介して表示手段５によるメッセージ表示などにより報知したりするものとすることができる。
【００３４】
表示制御手段４９は、表示手段５に対する表示を制御する機能を備えている。印刷制御手段５０は、印刷手段６に対する印刷を制御する機能を備えている。
抑止手段５１は、至適運動強度検出手段４７により検出された至適運動強度に基づいて、被測定者による負荷運動が至適運動強度を超える運動とならないように、運動負荷器具Ａに対して抑止信号を出力する機能を備えている。
【００３５】
本実施の形態では、心音採取手段２、心電採取手段３、入力手段４１、基準タイミング検出手段４３、ゲート信号生成手段４４、および第１心音検出手段４５により心音測定装置が形成されているが、平均算出手段４６を含むものであってもよい。
【００３６】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る至適運動強度測定装置による至適運動強度の測定方法と動作内容について、図面に基づいて説明する。図２（Ａ）は被測定者が負荷運動をするときの状態を示す図、同図（Ｂ）は心音を測定するときの位置を示す図である。図３は、心電図と心音図との一例を示す図である。図４は、運動強度と第１心音の振幅との関係を示すグラフである。
被測定者が負荷運動を行うに当たり、まず、被測定者に心音マイク２１と、測定電極３１とを装着する。心音マイク２１は、被測定者の胸部に装着するが、胸部でも図２（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように胸骨上に配置するのが望ましい。また、配置位置は胸骨上でも胸骨柄Ｐ１とするが更に望ましい。
【００３７】
左の乳頭の下の位置に相当する心臓の下端である心尖部が、体表面に近く第一心音を聴取しやすいので、安静時を含む非運動時には最も条件がよい。しかし、負荷運動中や負荷運動を行った直後では、この心尖部上で心音を採取しようとすると、心尖部付近は大きく前後したり上下したりして位置が変化するので、心音マイク２１と心臓との距離が変わる。音は伝達距離の２乗に比例して変化するので、心音マイク２１を心尖部付近に装着した場合には心音のばらつきが大きくなる。また、心音マイク２１が大きく動くことによって、心音と共に他のノイズを採取してしまうおそれがあるので、乳頭付近への装着は適さない。本実施の形態では、心音マイク２１を胸骨上に配置することで、負荷運動中であっても位置の変化が少なく、胸骨柄では更に位置の変化が少ないので、心音に混入するノイズを抑えることで、よりクリアな心音を採取することができる。
【００３８】
次に、測定電極３１を装着する。測定電極３１は、負荷運動を行っていても脱落しないように、腹部の２ヵ所に装着した上をバンドＢで固定すると、負荷運動の邪魔になり難いので望ましい。
【００３９】
次に被測定者により負荷運動を開始する、負荷運動は、被測定者が心音マイク２１と測定電極３１とを装着した状態で、運動負荷機器Ａである自転車エルゴメーターに乗車して、ペダルを連続的に踏む。
【００４０】
心音マイク２１からの心音信号は、増幅手段２２により増幅され、ＡＤ変換手段２３により所定時間ごとに増幅された心音信号がサンプリングされてデジタルデータである心音データに変換される。また、測定電極３１からの心電信号は、増幅手段３２により増幅され、ＡＤ変換手段３３により所定時間ごとに増幅された心電信号がサンプリングされてデジタルデータである心電データに変換される。
【００４１】
制御手段４の入力手段４１は、心音採取手段２からの心音データ、および心電採取手段３からの心電データを入力して、運動負荷機器Ａからの運動強度データと共に、記憶手段４２へ格納する。
【００４２】
基準タイミング検出手段４３は、記憶手段４２に格納された心電データに基づいてＲ波を検出する。ここでＲ波について、図３に基づいて説明する。図３は、心電図と心音図との一例を示す図である。
【００４３】
Ｒ波は心臓の拡張末期時点において観測される波なので、Ｒ波を、心臓が鼓動する際に、房室弁（僧帽弁・三尖弁）の閉鎖によって発生する第１心音と、動脈弁（大動脈弁・肺動脈弁）の閉鎖によって発生する第２心音などを検出するための基準とすることができる。
【００４４】
Ｒ波は、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、そしてＴ波と比較してピークが大きく、かつ急峻に立ち上がる。従って、基準タイミング検出手段４３は、最も高いピークの心電データを検出することで、比較的容易にＲ波を検出することが可能である。
Ｒ波を検出した基準タイミング検出手段４３は、検出した旨の通知をゲート信号生成手段４４へ出力する。
【００４５】
Ｒ波を検出した旨の通知を入力したゲート信号生成手段４４は、このＲ波のタイミングに基づいて、Ｒ波から第２心音前までの期間（図３参照）を示すゲート信号を第１心音検出手段４５へ出力する。このＲ波から第２心音前までの期間は、個人差があり、負荷運動の運動量によっても異なるものである。またＲ波から第１心音までの期間も被測定者の条件によって異なる。従って、ゲート信号は短すぎれば第１心音が含まれない期間となり、長すぎれば第２心音までが含まれてしまう。そこで、本実施の形態では、若年者から高齢者までを統計的に測定することで決定した所定値を用いている。
【００４６】
第１心音検出手段４５は、ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を抽出して、第１心音振幅データとして検出して、記憶手段４２へ格納する。ゲート信号が出力されている間の心音には、必ず第１心音が含まれる。
【００４７】
つまり、ケート信号により心音データの中から第１心音に対応するデータを抽出する範囲を制限することで、第２心音やノイズを除外することができる。従って、ゲート信号の期間内でのピーク波形を抽出することで、確実に第１心音振幅データを検出することができる。
【００４８】
次に、平均算出手段４６は、記憶手段４２に格納された１０回分の第１心音振幅データを読み出して平均値を演算して、１回分の第１心音平均値データとして記憶手段４２に格納する。所定回数の第１心音振幅データを平均することで、第１心音の振幅にばらつきがあっても、全体に対する影響を抑えることができる。この平均化は、本実施の形態のように１０回ごとの第１心音振幅データを単に平均する以外に、他の統計的な手法を用いて平均化することが可能である。
【００４９】
そして、至適運動強度検出手段４７は、記憶手段４２に蓄積された第１心音平均値データを参照すると共に、記憶手段４２に格納された運動強度データを参照して、第１心音平均値データが運動強度データに対して急激に上昇するときの運動強度を抽出し、この運動強度を至適運動強度とする。例えば、図４に示すように、横軸に運動強度（単位Ｗ）、縦軸に第１心音振幅比（安静時に対する負荷運動時の振幅の比率）を割り当て、第１心音平均値データをプロットすると、近似値線の勾配が急激に増加する点が至適運動強度となる。従って、至適運動強度検出手段４７は、運動強度データと、第１心音平均値データとから最小自乗法により折れ線を求め、屈曲する強度を基に至適運動強度を検出することができる。
【００５０】
至適運動強度検出手段４７は、至適運動強度を検出すると、予め設定された被測定者を特定する識別データ（例えば名前やＩＤ）に関連付けて記憶手段４２に格納する。このように識別データと関連付けて至適運動強度を記憶手段４２に格納することで、至適運動強度測定装置１は被測定者ごとの至適運動強度の登録を行うことができる。
【００５１】
至適運動強度検出手段４７が至適運動強度を検出する過程で、図４に示すグラフが作図できるので、このグラフを表示制御手段４９を介して表示手段５へ表示させたり、印刷制御手段５０を介して印刷手段６にて紙媒体に印刷したりすることができる。
【００５２】
このように至適運動強度が検出できれば、負荷運動が至適運動強度以上、または至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、報知手段４８より警告が報知されるので、危険な負荷運動を回避することができる。
また、至適運動強度を測定して登録した被測定者であれば、この被測定者を特定する識別データと関連付けられた至適運動強度を報知手段４８が記憶手段４２から読み出し、運動負荷器具Ａからの運動強度データと比較して、警告を報知することで、再び負荷運度を行うときに、あらためて至適運動強度を測定することなく、最適な負荷運動を行うことができる。
【００５３】
例えば、被測定者が至適運動強度を超えた負荷運動が危険な心臓病の患者であれば、負荷運動が至適運動強度以上となったときに報知するように、報知手段４８に設定する。また、被測定者が至適運動強度を超えた適度な負荷運動を望む健常者であれば、至適運動強度の所定以上となったときに報知するように、報知手段４８に設定する。そうすることで、被測定者に対して心臓に過度な負担をかけない最適な負荷運動を実施することができる。
【００５４】
更に、報知手段４８による報知を行いつつ、抑止手段５１により運動負荷機器Ａの運動強度を制御させるようにしてもよい。つまり、負荷運動が至適運動強度以上、または至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、抑止手段５１が運動負荷機器Ａへ負荷を軽減するように指示する通知を出力する。例えば、運動負荷機器Ａが自転車エルゴメーターであれば、ペダルを踏む重さを軽減するなどである。そうすることで、被測定者に対して心臓に過度な負担をかけない最適な負荷運動を実施することができる。
また、報知手段４８と運動負荷器具Ａとをケーブルで接続して、報知手段４８からの通知を運動負荷器具Ａ側で表示したり警告音を発したりして被測定者に報知するようにしてもよい。この報知を、抑止手段５１からの通知に基づいて行えば、報知手段４８と運動負荷器具Ａとを接続するケーブルは省略することができる。
【００５５】
このようにして、本実施の形態に係る至適運動強度測定装置１によれば、負荷運動中であっても、心音と心電を測定することで正確に第１心音を検出することができ、この第１心音から至適運動強度を測定することができる。従って、健常者やリハビリの患者であっても最適な負荷運動を実施することができ、他の運動をするときも至適運動強度に対する意識を促すことができるので、軽度な運動との誤解から発生する不慮な事故を防止することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、運動負荷機器Ａとして自転車エルゴメーターを例に説明したが、負荷運動がステップ運動のような場合には運動強度データが期待できない。この場合には、所定時間ごとの運動強度を累積した値を横軸に、第１心音平均値データから算出した第１心音振幅の比を縦軸にして至適運動強度を検出する。そうすることで、ステップ運動でも至適運動強度を測定することが可能である。
【００５７】
また、本実施の形態では、ケーブルによりＡＤ変換手段２３，３３と入力手段４１とが接続されているが、ＡＤ変換手段２３，３３からのデータを無線信号で送信する送信手段を被測定者に装着させ、送信手段からの無線信号を受信して入力手段４１へ出力する受信手段を制御手段４に備えることで、コードレスで測定することも可能である。コードレスとすることで被測定者は負荷運動を行う際に邪魔なケーブルがないため、快適な負荷運動を行うことができる。
【００５８】
更に、本実施の形態では、制御手段４として一つの筐体に格納されたパーソナルコンピュータを例に説明したが、記憶手段４２に格納された心音データと心電データと運動強度データとをインターネット等の電気通信回線へ送信するようにし、インターネットに接続されたサーバ側で至適運動強度を測定し、その結果を返信するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、至適運動強度の測定を容易に、かつ的確に測定できるので、スポーツジム、介護施設、病院や福祉施設なでの機能回復訓練を行うことができる施設などへの設置に最適である。また、本発明は、人体だけでなく犬や猫などのペットの健康維持などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態に係る至適運動強度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は被測定者が負荷運動をするときの状態を示す図、（Ｂ）は心音を測定するときの位置を示す図である。
【図３】心電図と心音図との一例を示す図である。
【図４】運動強度と第１心音の振幅との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は運動強度に対する乳酸濃度から至適運動強度を検出するグラフ、（Ｂ）は運動強度に対する心拍数と収縮期血圧との二重積から至適運動強度を検出するグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１  至適運動強度測定装置
２  心音採取手段
２１  心音マイク
２２  増幅手段
２３  ＡＤ変換手段
３  心電採取手段
３１  測定電極
３２  増幅手段
３３  ＡＤ変換手段
４  制御手段
４１  入力手段
４２  記憶手段
４３  基準タイミング検出手段
４４  ゲート信号生成手段
４５  第１心音検出手段
４６  平均算出手段
４７  至適運動強度検出手段
４８  報知手段
４９  表示制御手段
５０  印刷制御手段
５１  抑止手段
５  表示手段
６  印刷手段
Ａ  運動負荷器具
Ｐ１  胸骨柄
【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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