(57)【要約】  運動負荷制御装置は、運動療法装置を利用する患者が心房細動患者か否かを示す患者情報を入力する患者情報入力部と、運動療法装置を利用する患者の心拍数を示す心拍数情報を取得する心拍数情報取得部と、患者情報入力部が入力した患者情報、及び心拍数情報取得部が取得した心拍数情報を基に、運動療法装置が患者に与える負荷の大きさを制御する負荷制御部と、を備える。
2020240651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動療法装置を利用する患者が心房細動患者か否かを示す患者情報を入力する患者情報入力部と、
前記運動療法装置を利用する前記患者の心拍数を示す心拍数情報を取得する心拍数情報取得部と、
前記患者情報入力部が入力した前記患者情報、及び前記心拍数情報取得部が取得した前記心拍数情報を基に、前記運動療法装置が前記患者に与える負荷の大きさを制御する負荷制御部と、
を備える運動負荷制御装置。
【請求項２】
前記負荷制御部は、前記患者情報を基に、前記心拍数情報が示す前記心拍数と設定された目標値との間の差分に乗算する第１の係数、及び、前記差分、或いは前記差分を用いた積分値に乗算する第２の係数のうちの少なくとも一方を変更し、前記心拍数を前記目標値に一致させるように、前記負荷の大きさを制御する、
請求項１に記載の運動負荷制御装置。
【請求項３】
前記負荷制御部は、前記患者情報を基に、前記心拍数情報が示す前記心拍数の移動平均を算出するための移動平均数を変更し、前記移動平均数分の前記心拍数を用いて算出した心拍数である平均心拍数を前記目標値に一致させるように、前記負荷の大きさを制御する、
請求項２に記載の運動負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動療法装置に用いられる運動負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動療法は、心疾患患者における心臓リハビリテーションの中心的な役割を担っている。エルゴメータ、トレッドミル等の運動療法装置は、その心臓リハビリテーションに用いられる。運動療法装置のなかには、運動者の耳、手首、胸部等に装着するセンサで運動生理反応を測定し、その測定値があらかじめ設定した一定の目標値に近づくよう、負荷強度の制御を行うことにより、一定心拍運動を支援するものがある（例えば、特許文献１）。また、運動負荷の変化に伴う運動者の心拍数の遷移に要する時間は、運動者の運動生理反応の応答時定数によって異なる。このことから、応答時定数を設定可能な運動療法装置も製品化されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３５２５４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
心疾患患者では、一定心拍制御が安全性、及び心臓への負荷負担の面で望ましいと考えられている。一定心拍制御では、運動者の心拍数と目標心拍数との間の差分である偏差から、負荷強度が決定される。この負荷強度の決定は、運動療法装置に用いられる運動負荷制御装置によって行われる。負荷強度の決定には、通常心拍数の目標値と現在地の偏差を基にしたＰＩ（Proportional-Integral）等のフィードバック制御が用いられる。【０００５】
心疾患にも様々な種類がある。不整脈患者、特に心房細動があるＡＦ（Atrial Fibrillation）患者は、他の心疾患患者と比較し、測定される心拍数が大きく変動、つまり心拍数が大きく上下する傾向がある。また、ＡＦ患者は、運動負荷の変化に対応する心拍数の応答も悪い。例えば負荷強度をステップ状に変化させた場合の立ち上がり時間では、ＡＦ患者は他の心疾患患者と比較し、２〜３倍程度の時間を要することも多い。また立ち上がり期の他に心拍定常期における運動負荷の差分に対する応答性も異なる。【０００６】
このようなことから、特にＡＦ患者は、他の心疾患患者とは区別するのが好ましいと考えられる。その理由は、ＰＩ制御による負荷強度の決定には、心拍数の大きな変動、心拍数の応答速度が影響するからである。ＰＩ制御に用いられる運動者の心拍数と目標心拍数との間の偏差は、心拍数の大きな変動、心拍数の応答速度によって変化する。不適切な負荷強度を決定する場合、運動者が快適な運動を行うのを阻害すると共に、過度の負担をかける恐れがある。【０００７】
運動療法装置は、様々な病気の心疾患患者が利用すると想定される。ＰＩ制御に係数として用いられる定数を変更することにより、心疾患患者別に対応することが可能である。しかし、定数の変更は、患者の運動処方時間内における一定心拍での運動時間を増すために応答性を改善しようとするとフィードバック制御の安定性が難しくなり、最悪の場合には患者の心拍数が発振する危険性を有し、医学的知識を有するだけでなく制御工学の知識を有する運動者の監督者に行わせる必要がある。そのため、心疾患患者別の定数の変更は、運動療法装置の快適な使用を阻害する他に、監督者等のフィードバック制御の積分項と比例項の係数の患者に合わせた適正な係数を模索する負荷を増大させるという面もある。【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、心疾患患者が運動療法装置を用いる場合の利便性をより向上させる運動負荷制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る運動負荷制御装置は、運動療法装置を利用する患者が心房細動患者か否かを示す患者情報を入力する患者情報入力部と、運動療法装置を利用する患者の心拍数を示す心拍数情報を取得する心拍数情報取得部と、患者情報入力部が入力した患者情報、及び心拍数情報取得部が取得した心拍数情報を基に、運動療法装置が患者に与える負荷の大きさを制御する負荷制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、心疾患患者が運動療法装置を用いる場合の利便性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る運動負荷制御装置が適用された運動療法装置の構成例を示す図である。
【図２】操作部のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る運動負荷制御装置の機能構成例を示す図である。
【図４】通常画面の例を示す図である。
【図５】ＡＦボタンの操作後の通常画面の例を示す図である。
【図６】パラメータ設定画面の例を示す図である。
【図７】ＳＲ患者の心拍数の移動平均数による標準偏差の変化の例を示す図である。
【図８】ＡＦ患者の心拍数の移動平均数による標準偏差の変化の例を示す図である。
【図９】移動平均数による運動負荷の制御内容の変化の例を示す模式図である。
【図１０】ＳＲ患者を想定したパラメータ設定でＳＲ患者が運動した場合の負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。
【図１１】ＳＲ患者を想定したパラメータ設定での運動時のＡＦ患者に対する負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。
【図１２】ＡＦ患者を想定したパラメータ設定での運動時のＡＦ患者に対する負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。
【図１３】全体処理の例を示すフローチャートである。
【図１４】全体処理の例を示すフローチャートである。
【図１５】設定変更処理の例を示すフローチャートである。
【図１６】運動支援処理の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る運動負荷制御装置の実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る運動負荷制御装置が適用された運動療法装置の構成例を示す図である。この運動療法装置１０は、運動者がペダル１を漕ぐ運動を行うサイクル型のエルゴメータである。図１に示すように、運動療法装置１０は、ペダル１の他に、心拍数検出センサ２、操作部３、減速機４、伝達機構５、モータ６、及び負荷駆動装置７を備える。ペダル１、操作部３、減速機４、伝達機構５、モータ６、及び負荷駆動装置７は、運動療法装置１０の本体を構成する。なお、運動療法装置は、エルゴメータに限定されない。
【００１４】
心拍数検出センサ２は、例えば設定された周期が到来する度に、取り付けられた運動者の測定した心拍数を示す心拍数情報を操作部３に出力する。操作部３は、運動者等への各種情報の表示、運動者等による各種情報入力等を可能にする。
【００１５】
モータ６は、運動者に運動負荷を与えるための動力源である。負荷駆動装置７は、操作部３から、負荷を指定する指令値である負荷指令値を入力し、入力した負荷指令値に従ってモータ６を駆動する。モータ６の回転力が伝達される減速機４は、その回転速度の調節用である。伝達機構５にモータ６から伝達された回転力は、伝達機構５を介して、ペダル１に伝達される。
【００１６】
図２は、操作部のハードウェア構成例を示す図である。図２に示すように、操作部３は、タッチパネルモニタ３１及びマイクロコンピュータ３２を備える。マイクロコンピュータ３２には、心拍数検出センサ２からの信号入力用のセンサ入力インタフェース３３、及び負荷駆動装置７との通信用の通信インタフェース３４と接続されている。負荷駆動装置７にも、通信インタフェース７１が設けられている。通信インタフェース３４と通信インタフェース７１との間は、有線により接続されている。
【００１７】
タッチパネルモニタ３１は、表示装置であるモニタの画面上にタッチパネルが配置されたものである。それにより、タッチパネルモニタ３１は、各種情報の表示、各種情報の入力に用いることができる。
【００１８】
マイクロコンピュータ３２は、タッチパネルモニタ３１を制御し、各種情報の表示、及びタッチパネルモニタ３１への操作に対応する情報処理装置である。また、マイクロコンピュータ３２は、負荷駆動装置７に出力する負荷指令値を決定し、決定した負荷指令値を負荷駆動装置７に出力することにより、運動者の運動負荷を制御する。このマイクロコンピュータ３２は、本実施の形態における運動負荷制御装置に相当する。以降、マイクロコンピュータ３２は、「マイコン３２」と略記する。
【００１９】
マイコン３２は、図２に示すように、メモリ３５、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３６、及びインタフェースコントローラ３７を備える。メモリ３５は、例えば複種類のメモリ、例えば不揮発性メモリ、及び揮発性メモリを備えた構成要素である。不揮発性メモリは、ＣＰＵ３６が実行するプロセッサ、及び各種データの保存に用いられる。ＣＰＵ３６は、メモリ３５に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、運動療法装置１０全体を制御する。インタフェースコントローラ３７は、ＣＰＵ３６と心拍数検出センサ２との間の通信、及びＣＰＵ３６と負荷駆動装置７との間の通信を実現する。
【００２０】
図３は、マイクロコンピュータ、つまり本発明の実施の形態１に係る運動負荷制御装置の機能構成例を示す図である。マイコン３２は、図３に示すように、機能構成として、測定結果取得部３２１、測定結果処理部３２２、主制御部３２３、記憶部３２４、表示制御部３２５、及び操作内容解析部３２６を備える。
【００２１】
測定結果取得部３２１は、心拍数検出センサ２から信号として出力される心拍数情報を測定結果として取得する。測定結果処理部３２２は、測定結果取得部３２１が取得した心拍数情報を処理し、負荷指令値を含む各種データを生成する。
【００２２】
測定結果処理部３２２が生成した負荷指令値が負荷駆動装置７に出力される。測定結果取得部３２１は、本実施の形態における心拍数情報取得部に相当する。測定結果処理部３２２は、本実施の形態における狭義の負荷制御部に相当する。なお、測定結果取得部３２１は、心拍数検出センサ２から信号として出力される情報を用いて、運動者の心拍数を算出するものであっても良い。
【００２３】
主制御部３２３は、マイコン３２全体を制御する。記憶部３２４は、各種情報、各種データの保存に用いられる。各種データには、２つのパラメータ群３２４ａ、３２４ｂが含まれる。本実施の形態では、心疾患患者をＡＦ患者か否かにより分けている。パラメータ群３２４ａはＡＦ患者用であり、パラメータ群３２４ｂはＡＦ患者以外の心疾患患者用である。その詳細については後述する。
【００２４】
主制御部３２３は、運動者がＡＦ患者か否かの判定を行い、その判定結果を測定結果処理部３２２に通知する。それにより、測定結果処理部３２２は、記憶部３２４からパラメータ群３２４ａ、３２４ｂのうちの少なくとも一方を読み出し、心拍数情報の処理、及び各種データの生成に用いる。このため、測定結果処理部３２２は、運動療法装置１０を運動者として使用する心疾患患者に対し、その心疾患患者がＡＦ患者か否かにより、負荷を与えるための制御内容を異ならせる。
【００２５】
表示制御部３２５は、主制御部３２３からの指示に従い、主制御部３２３から入力するデータをタッチパネルモニタ３１に表示させる。タッチパネルモニタ３１は、ユーザが操作した位置、及び操作の種類を示す操作情報を出力する。操作内容解析部３２６は、タッチパネルモニタ３１から入力した操作情報を解析し、ユーザが行った操作内容を特定する。特定された操作内容は、主制御部３２３に通知される。それにより、主制御部３２３は、操作内容解析部３２６から通知された操作内容により、タッチパネルモニタ３１に表示させる内容の更新、運動療法装置１０の制御内容の変更等を必要に応じて行う。なお、ここでのユーザは、主に、運動者として想定する心疾患患者、或いは心疾患患者を監督する監督者である。ユーザは、運動者以外の人を含む意味で用いる。
【００２６】
マイコン３２が図２に示すようなハードウェア構成であった場合、測定結果取得部３２１は、メモリ３５、ＣＰＵ３６、インタフェースコントローラ３７、及びセンサ入力インタフェース３３によって実現される。同様に、測定結果処理部３２２は、メモリ３５、ＣＰＵ３６、インタフェースコントローラ３７、及び通信インタフェース３４によって実現される。主制御部３２３、表示制御部３２５、及び操作内容解析部３２６は全て、メモリ３５、及びＣＰＵ３６によって実現される。記憶部３２４は、メモリ３５である。
【００２７】
図４〜図６は、タッチパネルモニタに表示されるユーザインタフェース例を示す図である。次に図４〜図６を参照し、タッチパネルモニタ３１にユーザインタフェースとして表示される画面の例について具体的に説明する。
【００２８】
図４は、通常画面の例を示す図である。通常画面は、運動療法装置１０の起動後、最初に表示される画面である。この通常画面は、図４に示すように、２つのエリア４０ａ、４０ｂに分割されている。
【００２９】
エリア４０ａは、運動療法を行ううえでの各種設定用のエリアである。このエリア４０ａには、図４に示すように、ＡＦ患者ボタン４１、２つの入力ボックス４２ａ、４２ｂ，及び変更ボタン４３が配置されている。
【００３０】
不整脈患者のうちのＡＦ患者には、他の心疾患患者と比較し、心拍数の変動が大きく、且つ激しい、運動負荷の切り替えに伴う心拍数の変化に時間がかかる、という特徴がある。このことから、本実施の形態では、心疾患患者は、ＡＦ患者と、ＡＦ患者以外とに分けている。ＡＦ患者ボタン４１は、運動者がＡＦ患者か否かを入力するためのボタンである。それにより、本実施の形態における患者情報は、ＡＦ患者ボタン４１の操作、或いは非操作により入力されるデータに相当する。そのデータの入力には、ＡＦ患者ボタン４１の表示、そのＡＦ患者ボタン４１への操作の有無の判定を行う必要から、図３に示す機能構成では、本実施の形態における患者情報入力部は、主制御部３２３、表示制御部３２５，及び操作内容解析部３２６が相当する。以降、ＡＦ患者以外の心疾患患者は、ＳＲ（Sinus Rhythm）患者と表記する。
【００３１】
入力ボックス４２ａは、目標心拍数データの入力用である。入力ボックス４２ｂは、運動時間データの入力用である。変更ボタン４３は、パラメータ設定の変更用のボタンである。この変更ボタン４３の操作により、別の画面であるパラメータ設定画面を表示させることができる。入力ボックス４２ａによりデータとして入力可能な目標心拍数は、本実施の形態における目標値に相当する。
【００３２】
エリア４０ｂは、運動療法時に運動者に提供するデータの表示用である。このエリア４０ｂには、図４に示すように、運動療法の開始を指示するための運動開始ボタン４４が配置されている。データとしては、心拍数、ペダル速度、目標負荷、及び消費カロリーの各データがエリア４０ｂ内に表示される。
【００３３】
負荷制御は、エリア４０ａに表示された内容に沿って行われる。図４に示す例では、運動時間として設定された２０分間の間、運動者の心拍数が目標心拍数として設定された１００ｂｐｍ（beats per minute）と一致するように、運動負荷が制御される。
【００３４】
図５は、ＡＦボタンの操作後の通常画面の例を示す図である。図５は、ＡＦボタン４１への操作、より具体的にはクリック操作により、ＡＦボタン４１が強調表示に変更されたことを示している。ＡＦボタン４１の強調表示は、運動者がＡＦ患者であることが入力されたことを示している。強調表示されているＡＦボタン４１を再度、操作した場合、ＡＦボタン４１は、図４に示すような通常表示に変更される。それにより、運動療法装置１０のユーザは、ＡＦボタン４１の表示状態により、運動者がＡＦ患者であることの入力、言い換えれば、運動者がＡＦ患者か否かの設定内容を確認することができる。
【００３５】
なお、運動者がＡＦ患者か否かのデータ入力は、ＡＦボタン４１への操作以外の方法でユーザに行わせても良い。例えばＡＦボタン４１に加え、例えばＳＲ患者ボタンを配置し、そのうちの何れかへの操作により、運動者がＡＦ患者か否かのデータ入力をユーザに行わせるようにしても良い。また、患者に係わる個人情報を記録したカードを各患者に所持させるようにしている場合、そのカードに記録された個人情報を読み取り可能なカードリーダをタッチパネルモニタ３１の代わりとして用いても良い。このようなことから、運動者がＡＦ患者か否かのデータ入力には、様々な変形が可能である。
【００３６】
図６は、パラメータ設定画面の例を示す図である。このパラメータ設定画面は、上記のように、通常画面上の変更ボタン４３への操作により表示される画面である。このパラメータ設定画面では、図６に示すように、パラメータ入力用の入力ボックス６１ａ〜６１ｆが配置されている。他に、ＯＫボタン６２、及びキャンセルボタン６３がパラメータ設定画面に配置されている。
【００３７】
本実施の形態では、ＰＩ（Proportional-Integral）制御により、負荷強度、つまり負荷指令値を決定するようにしている。このことから、図６に示すようにパラメータ設定画面では、ＡＦ患者、ＳＲ患者に分けて、比例定数、及び積分定数を設定できるようになっている。比例定数は、運動者の測定された心拍数と目標心拍数との間の差分である偏差に乗算される係数である。積分定数は、偏差を用いて得られる積分値に乗算される係数である。本実施の形態において、比例定数は第１の係数に相当し、積分定数は第２の係数に相当する。
【００３８】
上記のように、図３に示す記憶部３２４には、２つのパラメータ群３２４ａ、３２４ｂが保存される。パラメータ群３２４ａは、例えばＳＲ患者を想定した複数のパラメータ、つまり移動平均数、比例定数、及び積分定数を含むデータである。他方のパラメータ群３２４ｂは、ＡＦ患者を想定した移動平均数、比例定数、及び積分定数を含むパラメータ群である。
【００３９】
本実施の形態では、ＰＩ制御により、負荷指令値の増減分を決定するようにしている。積分定数は、各増減分に対してそれぞれ乗算される係数である。それにより、比例定数をＫｐ、積分定数をＫｉ、偏差をＨＲｄとした場合、増減分ΔＷは、例えば以下の式により算出される。
ΔＷ＝Ｋｐ・ＨＲｄ＋Σ（Ｋｉ・ＨＲｄ）    ・・・  （１）
【００４０】
負荷指令値をＷとした場合、負荷指令値Ｗは
Ｗ＝Ｗ＋ΔＷ    ・・・  （２）
により算出される。
【００４１】
本実施の形態では、更に、ＡＦ患者、ＳＲ患者に分けて、移動平均数を設定できるようにしている。ＯＫボタン６２は、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示された数値をパラメータとして新たに保存するのを指示するためのボタンである。キャンセルボタン６３は、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示された数値の無効を指示するためのボタンである。キャンセルボタン６３が操作された場合、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示された数値は、パラメータの更新に使用されることなくクリアされる。
【００４２】
ここで、移動平均数をＡＦ患者、ＳＲ患者に分けて設定可能にした理由について、図７〜図９を参照して具体的に説明する。図７は、ＳＲ患者の心拍数の移動平均数による標準偏差の変化の例を示す図である。図８は、ＡＦ患者の心拍数の移動平均数による標準偏差の変化の例を示す図である。図９は、移動平均数による運動負荷の制御内容の変化の例を示す模式図である。図７及び図８では、横軸に移動平均数、縦軸に標準偏差をとっている。図９では、上段に時間による心拍数の変化の例、下段に時間による負荷強度の変化の例をそれぞれ示している。
【００４３】
標準偏差は、データのばらつきの程度を示す数値である。図７及び図８に示すように、ＳＲ患者はおおむね移動平均数が５から１０の間で標準偏差の値が収束する傾向が見られるが、ＡＦ患者は移動平均数が３０を超えないと標準偏差の値が収束する傾向が見られない。心拍数の変動の程度、つまり変動幅、及び変動の頻度は、ＰＩ制御に大きく影響する。このことから、本実施の形態では、ＡＦ患者、ＳＲ患者に分けて、移動平均数を設定可能にしている。そのように移動平均数を設定可能にすることにより、ＡＦ患者、ＳＲ患者ともに、より適切なＰＩ制御を行うことができる。これは、運動者にとってより適切な運動負荷を設定できることを意味する。
【００４４】
ＳＲ患者に設定される移動平均数をＸａ、ＡＦ患者に設定される移動平均数をＸｂとした場合、通常、Ｘａ＜Ｘｂ、の関係となる。心拍数の測定回数が移動平均数Ｘｂに達するまでは、移動平均数Ｘｂによる心拍数の移動平均を算出することはできない。このことから、本実施の形態では、図９に示すように、実際に設定する移動平均数Ｘは、心拍数の測定回数が移動平均数Ｘｂに達するまでの間、移動平均数Ｘａとしている。移動平均数Ｘを移動平均数Ｘａから移動平均数Ｘｂに切り替えることにより、心拍数の移動平均の変動はより抑えられる。以降、混乱を避けるために、測定により得られた心拍数は瞬時心拍数、心拍数の移動平均は平均心拍数とそれぞれ表記する。
【００４５】
偏差ＨＲｄは、心拍数の移動平均を用いて算出される。目標心拍数をＨＲｄｓｔ、心拍数の移動平均をＨＲａｖｅとする場合、偏差ＨＲｄは、例えば、ＨＲｄ＝ＨＲｄｓｔ−ＨＲａｖｅ、により算出される。負荷強度の決定、つまり負荷指令値の算出には、偏差ＨＲｄが用いられる。そのため、心拍数の移動平均の変動が抑えられることにより、負荷強度の変動も抑えられる。これは、運動者にとっては、ペダル１の漕ぎ心地の悪化が抑えられることを意味する。それにより、運動者にとっては、運動療法装置１０をより快適に利用できるようになる。
【００４６】
次に、心疾患患者に比例定数、及び積分定数の各パラメータが及ぼす影響について、図１０〜図１２を参照して具体的に説明する。図１０は、運動時のＳＲ患者に対する負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。図１１は、ＳＲ患者を想定したパラメータ設定での運動時のＡＦ患者に対する負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。図１２は、ＡＦ患者を想定したパラメータ設定での運動時のＡＦ患者に対する負荷制御の内容例、及び心拍数の変化例を説明する図である。
【００４７】
図１０〜図１２では、横軸に時間をとっている。図１０〜図１２では、心拍数として、瞬時心拍数、及び平均心拍数の両方を示している。負荷制御の内容としては、図１０〜図１２では、負荷指令値により指定される負荷である設定負荷を示している。図１０，図１１では、負荷制御の内容として、他に、実際に与えられた負荷である実負荷を示している。また、ペダル速度を併せて示している。
【００４８】
図１０に示すように、ＳＲ患者を想定したパラメータが設定されている場合、ＳＲ患者の心拍数は瞬時心拍数、平均心拍数ともに、変動は狭い範囲内に収まっている。そのため、ＳＲ患者は、一定心拍での運動を適切に行うことができる。
【００４９】
ＳＲ患者を想定したパラメータが設定されている場合、図１１に示すように、ＡＦ患者の瞬時心拍数の変動により、設定負荷も大きく変動し、その設定負荷の変更により、平均心拍数も大きく変動している。しかし、ＡＦ患者を想定したパラメータが設定されている場合、図１２に示すように、ＡＦ患者の瞬時心拍数が大きく変動していても、平均心拍数の変動は極めて狭い範囲に収まっている。このことから、ＡＦ患者の運動療法では、ＡＦ患者を想定したパラメータを設定することが重要である。ＡＦ患者にとって適切なパラメータを設定することにより、より質の高い運動療法をＡＦ患者は行うことができる。より質の高い運動療法とするためには、平均心拍数がより早く目標心拍数に達しさせる、平均心拍数が目標心拍数と近い範囲内となっている時間をより長くする、といったことが求められる。
【００５０】
本実施の形態では、ＡＦ患者、ＳＲ患者のパラメータ、つまり比例定数、及び積分定数の設定切り替えは、ＡＦ患者ボタン４１への操作により行うことができる。そのため、例え観察者が居ない場合であっても、運動者は、自身に合ったパラメータでの運動を行うことができる。従って、運動療法装置１０を使用するうえでの高い利便性が実現される。運動者にとっては、より迅速に適切な設定で運動療法装置１０を使用できるようになる。監督者にとっては、そのような運動を運動者に行わせるうえでの負担が軽減される。結果、運動者、及び監督者ともに、より時間を有効に使えるようになる。
【００５１】
図１３及び図１４は、全体処理の例を示すフローチャートである。この全体処理は、運動療法装置１０の起動後に、言い換えれば通常画面をタッチパネルモニタ３１に表示させた後に、マイコン３２が実行する主な処理の全体的な流れを示したものである。全体処理は、マイコン３２に搭載されたＣＰＵ３６が、メモリ３５に格納された制御用のプログラムを実行することにより、実現される。次に図１３及び図１４を参照し、全体処理について具体的に説明する。処理を実行する主体は、ＣＰＵ３６とする。
【００５２】
先ず、ステップＳ１１では、ＡＦ患者ボタン４１が操作されたか否か判定する。ユーザ、つまり運動者、或いは監督者がＡＦ患者ボタン４１を操作した場合、その操作は、解析によりＣＰＵ３６が特定する。このことから、ステップＳ１１の判定はＹＥＳとなってステップＳ１２に移行する。ユーザがＡＦ患者ボタン４１を操作していない場合、ステップＳ１１の判定はＮＯとなってステップＳ１５に移行する。
【００５３】
ステップＳ１２では、ＣＰＵ３６は、現在、ＡＦ患者ボタン４１を選択状態にしているか否か判定する。ＡＦ患者ボタン４１を図５に示すような強調表示させている場合、ステップＳ１２の判定はＹＥＳとなってステップＳ１３に移行する。ＡＦ患者ボタン４１を強調表示させていない場合、ステップＳ１２の判定はＮＯとなってステップＳ１４に移行する。
【００５４】
ステップＳ１３では、ＣＰＵ３６は、ＡＦ患者ボタン４１を非選択状態にする。つまりＡＦ患者ボタン４１を強調表示から通常表示に変更する。その後、ステップＳ１５に移行する。一方のステップＳ１４では、ＣＰＵ３６は、ＡＦ患者ボタン４１を選択状態にし、ＡＦ患者ボタン４１を通常表示から強調表示に変更する。その後、ステップＳ１５に移行する。
【００５５】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ３６は、入力ボックス４２ａ、４２ｂのうちの何れかが操作、例えばタップ操作が行われたか否か判定する。そのようなタップ装置をユーザが行った場合、ステップＳ１５の判定はＹＥＳとなってステップＳ１６に移行する。そのような操作をユーザが行っていない場合、ステップＳ１５の判定はＮＯとなって図１４のステップＳ２３に移行する。
【００５６】
ステップＳ１６では、ＣＰＵ３６は、入力ボックス４２ａ、４２ｂへのデータ入力用のテンキーをタッチパネルモニタ３１に表示させる。そのテンキーは、例えば０〜９の数値キーの他に、入力されたデータを削除するための削除キー、ＯＫボタン、キャンセルボタンが配置された画面である。そのような画面を表示させることにより、本実施の形態では、データ入力は、ＯＫボタン、或いはキャンセルボタンへの操作により終了させるようになっている。テンキーを表示させた後は、ステップＳ１７に移行する。
【００５７】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ３６は、ユーザがテンキーへの何らかの操作を行ったか否か判定する。そのような操作をユーザが行った場合、ステップＳ１７の判定はＹＥＳとなってステップＳ１８に移行する。そのような操作をユーザが行っていない場合、ステップＳ１７の判定はＮＯとなり、再度、ステップＳ１７の判定処理を実行する。それにより、テンキーを表示させた後、テンキーへの操作にのみ対応することになる。
【００５８】
ステップＳ１８では、ＣＰＵ３６は、操作されたのはＯＫボタンか否か判定する。ユーザがＯＫボタンを操作した場合、ステップＳ１８の判定はＹＥＳとなってステップＳ１９に移行する。ユーザがＯＫボタン以外の操作対象を操作した場合、ステップＳ１８の判定はＮＯとなってステップＳ２０に移行する。
【００５９】
ステップＳ１９では、ＣＰＵ３６は、入力されたデータを保存する。その保存後、図１４のステップＳ２３に移行する。その結果、ユーザが入力した任意の目標心拍数、或いは任意の運動時間が設定されることになる。
【００６０】
ステップＳ２０では、ＣＰＵ３６は、操作されたのはキャンセルボタンか否か判定する。ユーザがキャンセルボタンを操作した場合、ステップＳ２０の判定はＹＥＳとなってステップＳ２２に移行する。ユーザがキャンセルボタンを操作していない場合、ステップＳ２０の判定はＮＯとなってステップＳ２１に移行する。
【００６１】
ステップＳ２１では、ＣＰＵ３６は、ＯＫボタン、及びキャンセルボタン以外の操作対象への操作に応じた処理を実行する。その処理の実行により、ユーザは任意の数値をデータとして入力することができる。その処理の実行後、上記ステップＳ１７に戻る。
【００６２】
ステップＳ２２では、ＣＰＵ３６は、入力されたデータを保存することなくクリアする。そのクリアを行った後、図１４のステップＳ２３に移行する。
【００６３】
図１４のステップＳ２３では、ＣＰＵ３６は、変更ボタン４３が操作されたか否か判定する。ユーザが変更ボタンを操作した場合、ステップＳ２３の判定はＹＥＳとなってステップＳ２４に移行し、ＣＰＵ３６は、ユーザによるパラメータの設定変更を可能にさせる設定変更処理を実行する。この設定変更処理の実行後、ステップＳ２５に移行する。なお、ここでのユーザは、主に監督者のことである。
【００６４】
ステップＳ２５では、ＣＰＵ３６は、運動開始ボタン４４が操作されたか否か判定する。ユーザが運動開始ボタン４４を操作した場合、ステップＳ２５の判定はＹＥＳとなってステップＳ２６に移行する。運動開始ボタン４４をユーザが操作していない場合、ステップＳ２５の判定はＮＯとなって図１３のステップＳ１１に戻る。
【００６５】
ステップＳ２６では、ＣＰＵ３６は、運動時間として設定された時間、設定された目標心拍数に平均心拍数を一致させるように、運動者の一定心拍運動を支援するための運動支援処理を実行する。その運動支援処理の実行後、図１３のステップＳ１１に戻る。
【００６６】
図１５は、上記ステップＳ２４として実行される設定変更処理の例を示すフローチャートである。次に図１５を参照し、設定変更処理について詳細に説明する。
【００６７】
図１０〜図１２に示すように、パラメータの設定変更は影響が大きい。このことから、本実施の形態では、パラメータの設定変更を行える人を制限している。そのために、先ず、ステップＳ３１では、ＣＰＵ３６は、変更ボタン４３を操作したユーザがパラメータの設定変更を行えるとした人である権利者か否かを確認するための認証処理を実行する。
【００６８】
その認証処理は、例えばパスワードにより、ユーザが権利者か否かを確認する処理である。ユーザが権利者と確認できないか、或いは認証のキャンセルをユーザが行った場合、設定変更処理は、認証処理の実行により終了する。ユーザが管理者と確認できた場合、認証処理の実行後、ステップＳ３２に移行することとなる。
【００６９】
ステップＳ３２では、ＣＰＵ３６は、図６に示すようなパラメータ設定画面をタッチパネルモニタ３１に表示させる。各入力ボックス６１ａ〜６１ｆ内には、現在、設定されている数値を表示させる。次にステップＳ３３に移行して、ＣＰＵ３６は、入力ボックス６１ａ〜６１ｆのうちの何れかが操作されたか否か判定する。ユーザが入力ボックス６１ａ〜６１ｆのうちの何れかを操作した場合、ステップＳ３３の判定はＹＥＳとなってステップＳ３４に移行する。ユーザが入力ボックス６１ａ〜６１ｆのうちの何れも操作していない場合、ステップＳ３３の判定はＮＯとなってステップＳ３５に移行する。
【００７０】
ステップＳ３４では、ＣＰＵ３６は、タッチパネルモニタ３１にテンキーを表示させる。ここで表示させるテンキーは、上記テンキーとは異なり、例えば０〜９の数値キーの他に、入力されたデータを削除するための削除キーのみが配置された画面である。テンキーを表示させた後も、ＯＫボタン６２、及びキャンセルボタン６３への操作は有効となっている。テンキーを表示させた後は、ステップＳ３５に移行する。
【００７１】
ステップＳ３５では、ＣＰＵ３６は、ＯＫボタンが操作されてか否か判定する。ユーザがＯＫボタンを操作した場合、ステップＳ３５の判定はＹＥＳとなってステップＳ３６に移行する。ユーザがＯＫボタン以外の操作対象を操作した場合、ステップＳ３５の判定はＮＯとなってステップＳ３９に移行する。
【００７２】
ステップＳ３６では、ＣＰＵ３６は、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示させている数値の全てが適正範囲内となっているか否か判定する。各入力ボックス６１ａ〜６１ｆのうちの１つ以上に明らかに不適切な数値をユーザが入力しているような場合、ステップＳ３６の判定はＮＯとなってステップＳ３８に移行する。各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示されている数値の全てが適切であった場合、ステップＳ３６の判定はＹＥＳとなってステップＳ３７に移行する。
【００７３】
ステップＳ３７では、ＣＰＵ３６は、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示させていた数値をメモリ３５に保存する。その保存により、記憶部３２４に保存されているパラメータ群３２４ａ、３２４ｂが共に更新されることとなる。その保存を行った後、この設定変更処理が終了する。
【００７４】
ステップＳ３８では、ＣＰＵ３６は、不適切な数値の再入力をユーザに行わせるためのエラーメッセージをタッチパネルモニタ３１に表示させる。その後、上記ステップＳ３２に戻る。この結果、再度、パラメータ設定画面がタッチパネルモニタ３１に表示されることとなる。
【００７５】
上記ステップＳ３５の判定がＮＯとなって移行するステップＳ３９では、キャンセルボタン６３が操作されたか否か判定する。ユーザがキャンセルボタン６３を操作した場合、ステップＳ３９の判定はＹＥＳとなってステップＳ４１に移行する。ユーザがキャンセルボタン６３を操作していない場合、ステップＳ３９の判定はＮＯとなってステップＳ４０に移行する。
【００７６】
ステップＳ４０では、ＣＰＵ３６は、ＯＫボタン６２、及びキャンセルボタン６３以外の操作対象へのユーザの操作に対応するための処理を実行する。この処理の実行により、ユーザのテンキーへの操作に対応することができる。つまりユーザは、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆに表示させていた数値を任意に更新することができる。ユーザが操作した対象が存在しない場合、ステップＳ４０では処理は実行されないことになる。このステップＳ４０の処理を実行した後、上記ステップＳ３３に戻る。
【００７７】
ステップＳ４１では、ＣＰＵ３６は、各入力ボックス６１ａ〜６１ｆにデータとして表示させていた数値を保存することなくクリアする。そのため、記憶部３２４に保存されているパラメータ群３２４ａ、３２４ｂの何れも更新されない。そのようなクリアを行った後、この設定変更処理が終了する。
【００７８】
全体処理では、この設定変更処理の実行後、ステップＳ２５に移行する。そのステップＳ２５に移行する前に、或いはステップＳ２５の移行時に、ＣＰＵ３６は、通常画面をたちパネルモニタ３１に表示させることになる。
【００７９】
図１６は、上記ステップＳ２６として実行される運動支援処理の例を示すフローチャートである。最後に図１６を参照し、この運動支援処理について詳細に説明する。この運動支援処理は、上記のように、設定された運動時間の間、運動者の平均心拍数が目標心拍数と一致するように、運動者の運動を支援するための処理である。
【００８０】
先ず、ステップＳ５１では、ＣＰＵ３６は、ユーザが入力した病気の種類、つまり運動者がＡＦ患者か否かに応じて、各パラメータを設定する。また、運動時間、目標心拍数、及び各種初期値を設定する。その後、ステップＳ５２に移行する。
【００８１】
設定の対象となるパラメータは、上記のように、移動平均数、比例定数、及び積分定数を含む。運動者がＡＦ患者か否かについては、直前のＡＦ患者ボタン４１の選択状態から特定することができる。運動者がＡＦ患者と特定された場合、上記のように、移動平均数として、ＡＦ患者用に設定された移動平均数が設定される。目標心拍数としては、入力ボックス４２ａに表示させた数値に相当する値が設定される。運動時間としては、入力ボックス４２ｂに表示させた数値に相当する値が設定される。各種初期値には、負荷指令値、及び現在時刻が含まれる。現在時刻は、設定された運動時間、運動者の運動を支援するために参照される。
【００８２】
ステップＳ５２では、ＣＰＵ３６は、運動時間が経過したか否か判定する。初期値として設定した現在時刻から、運動時間以上、経過している場合、ステップＳ５２の判定はＹＥＳとなり、ここで運動支援処理が終了する。そうでない場合、ステップＳ５２の判定はＮＯとなってステップＳ５３に移行する。
【００８３】
ステップＳ５３では、ＣＰＵ３６は、運動者の瞬時心拍数の測定結果を示す心拍数情報を心拍数検出センサ２から受信したか否か判定する。その心拍数情報をインタフェースコントローラ３７が受信した場合、ステップＳ５３の判定はＹＥＳとなってステップＳ５４に移行する。心拍数情報をインタフェースコントローラ３７が受信していない場合、ステップＳ５４の判定はＮＯとなり、再度ステップＳ５４の判定処理を実行する。それにより、心拍数情報が心拍数検出センサ２から受信されるのを待つ。
【００８４】
ステップＳ５４では、ＣＰＵ３６は、運動者がＡＦ患者か否か判定する。ＡＦ患者ボタン４１を強調表示させた状態で運動開始ボタン４４が操作された場合、運動者はＡＦ患者とされる。このことから、その場合、ステップＳ５４の判定はＹＥＳとなってステップＳ５５に移行する。そうでない場合、ステップＳ５４の判定はＮＯとなってステップＳ５８に移行する。
【００８５】
ステップＳ５５では、ＣＰＵ３６は、ＡＦ患者用に設定された移動平均数分、心拍数情報が受信されたか否か判定する。運動支援処理の実行を開始した後、その移動平均数分の心拍数情報が受信された場合、ステップＳ５５の判定はＹＥＳとなってステップＳ５６に移行する。その移動平均数分の心拍数情報が受信されていない場合、ステップＳ５５の判定はＮＯとなってステップＳ５８に移行する。
【００８６】
本実施の形態では、図９に示すように、運動者がＡＦ患者であった場合、ＡＦ患者用に設定された移動平均数分の心拍数情報の受信により、移動平均数の設定を、ＳＲ患者用の移動平均数からＡＦ患者用の移動平均数に切り替える。このことから、ステップＳ５６では、ＣＰＵ３６は、移動平均数の設定が変更済みか否か判定する。移動平均数の設定をＡＦ患者用の移動平均数に変更していた場合、ステップＳ５６の判定はＹＥＳとなってステップＳ５８に移行する。その設定の変更を行っていない場合、ステップＳ５６の判定はＮＯとなってステップＳ５７に移行する。
【００８７】
ステップＳ５７では、ＣＰＵ３６は、移動平均数の設定をＡＦ患者用の移動平均数に変更する。その後、ステップＳ５８に移行する。
【００８８】
ステップＳ５８では、ＣＰＵ３６は、新たに受信された心拍数情報を含む移動平均数分の心拍数情報を用いて、負荷指令値を算出する。負荷指令値の算出は、上記のように、平均心拍数を算出し、算出した平均心拍数、及び目標心拍数を用いて偏差を算出し、この偏差を用いて式（１）から増減分ΔＷを算出し、増減分ΔＷを用いて式（２）から負荷指令値を求めることにより行われる。その後、ステップＳ５９に移行する。
【００８９】
ステップＳ５９では、ＣＰＵ３６は、インタフェースコントローラ３７、及び通信インタフェース３４を介して、算出した負荷指令値を負荷駆動装置７に出力させる。次にステップＳ６０では、ＣＰＵ３６は、タッチパネルモニタ３１の表示内容を更新するための表示データを生成する。その後に移行するステップＳ６１では、ＣＰＵ３６は、生成した表示データの例えばイメージデータをタッチパネルモニタ３１に出力することにより、タッチパネルモニタ３１に表示内容を更新させる。その後、ステップＳ５２に戻る。
【００９０】
運動者の運動中には、図４及び図５に示すように、心拍数、ペダル速度、目標負荷、及び消費カロリーが随時、更新される。ステップＳ５６で生成する表示データは、例えばペダル速度、目標負荷、及び消費カロリーの各データである。なお、ここでの心拍数は、平均心拍数であり、目標負荷は、負荷指令値に対応する値である。
【００９１】
なお、本実施の形態では、ＡＦ患者ボタン４１への操作を通して、運動者にＡＦ患者か否かを入力させているが、ＡＦ患者を更に複数のカテゴリに分類するようにしても良い。つまり運動者に、ＡＦ患者か否かのデータ入力に加え、ＡＦ患者のカテゴリをデータ入力させるようにしても良い。ＡＦ患者のカテゴリとしては、例えばＮＹＨＡ（New York Heart Association）心機能分類を適用しても良い。
【００９２】
本実施の形態では、負荷指令値の算出にＰＩ制御を用いている。負荷指令値の算出に用いるのは、ＰＩ制御に限定されない。負荷指令値の算出にＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御を用いても良く、Ｐ制御を用いても良い。パラメータである固定定数、及び積分定数の用い方も特に限定されない。
【００９３】
また、本実施の形態では、運動者が運動中に得られるデータを運動終了によりクリアしているが、そのデータを保存するか、或いは外部装置に送信するようにしても良い。個人を特定可能な情報を更に入力させるようにした場合、例えばカード等により個人情報を入力可能にした場合、データを個人情報と対応付けて保存、或いは送信させるようにしても良い。データを後から確認できるようにした場合、心疾患患者にとって最適なパラメータの設定を支援することができる。個人を特定可能な情報を入力させる場合、個人毎にパラメータを保存し、入力した情報に対応するパラメータを自動的に設定するようにしても良い。そのようにパラメータを設定することにより、より質の高い運動をより確実に運動者に行わせることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  ペダル、２  心拍数検出センサ、３  操作部、４  減速機、５  伝達機構、６  モータ、７  負荷駆動装置、１０  運動療法装置、１１  本体、３１  タッチパネルモニタ、３２  マイクロコンピュータ（運動負荷制御装置）、３５  メモリ、３６  ＣＰＵ、３７  インタフェースコントローラ、３２１  測定結果取得部、３２２  測定結果処理部、３２３  主制御部、３２４  記憶部、３２４ａ、３２４ｂ  パラメータ群、３２５  表示制御部、３２６  操作内容解析部。
【図１】
2020240651.tif 000003
【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】
2020240651.tif 000009
【図８】
2020240651.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020240651.tif 000014
【図１３】
2020240651.tif 000015
【図１４】
2020240651.tif 000016
【図１５】
2020240651.tif 000017
【図１６】
2020240651.tif 000018
【国際調査報告】
2020240651.tif 000019
2020240651.tif 000020
2020240651.tif 000021
2020240651.tif 000022