(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体に装着されて走行時の衝撃値を検出する検出手段と、
オーバーユースである場合に警報を出力する警報出力手段と、
当該場合にオーバーユースであることの表示を行う表示手段とを備え、
所定のｍ歩分の衝撃値を検出し、該検出した衝撃値と所定の閾値とを比較して、その比較結果を算出し、
前記ｍ歩分の衝撃値の検出および前記比較結果の算出を複数回行い、
前記複数回の比較結果を積算した比較結果積算値を算出し、
該比較結果積算値と所定のオーバーユース判別値とに基づいてオーバーユースか否かを判別するようにした下肢筋疲労測定装置。
【請求項２】
身体に装着されて走行時の衝撃値を検出する検出手段と、
オーバーユースである場合に警報を出力する警報出力手段と、
当該場合にオーバーユースであることの表示を行う表示手段とを備え、
所定のｍ歩分の衝撃値を検出し、該検出した衝撃値と所定の閾値とを比較して、その比較結果を算出し、
前記ｍ歩分の衝撃値の検出および前記比較結果の算出を所定の時間間隔で複数回行い、
前記複数回の比較結果を積算した比較結果積算値を算出し、
該比較結果積算値と所定のオーバーユース判別値とに基づいてオーバーユースか否かを判別するようにした下肢筋疲労測定装置。
【請求項３】
身体に装着されて走行時の衝撃値を検出する検出手段と、
オーバーユースである場合に警報を出力する警報出力手段と、
当該場合にオーバーユースであることの表示を行う表示手段とを備え、
所定のｍ歩分の衝撃値を検出し、該検出した衝撃値と所定の閾値とを比較して、その比較結果を算出し、
前記ｍ歩分の衝撃値の検出および前記比較結果の算出を前記ｍ歩よりも多い所定のｎ歩ごとに複数回行い、
前記複数回の比較結果を積算した比較結果積算値を算出し、
該比較結果積算値と所定のオーバーユース判別値とに基づいてオーバーユースか否かを判別するようにした下肢筋疲労測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記所定の閾値は、オーバーユースでない状態におけるｍ歩分の衝撃値に対する比で設定されている下肢筋疲労測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はランニング等における下肢のオーバーユース（オーバートレーニング）障害を防止するための下肢筋疲労測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】
長距離走など体力の限界近くでパフォーマンスを競うスポーツの場合、そのランニング等のトレーニングも身体の限界に近いものになる。しかし、身体の限界近くまで行うトレーニングには、常に、オーバーユース障害の発生する危険性がある。ランニング等におけるオーバーユース障害とは、ランニング中に筋疲労などで下肢の疲労が限界に達しているにもかかわらず、全身の疲労がまだ限界に達していないと感じられることにより、ランニングを続けることによって発生する障害であると考えられている。このオーバーユース障害を防止するためには、下肢の疲労度合いに応じてトレーニングの量を調節することが重要であり、このため下肢の筋疲労の度合いを測定する必要がある。
【０００３】
従来より、運動における疲労を測定する方法として、運動直後に採血を行い、血中乳酸濃度を測定することによって疲労の度合いを計測する方法が一般に行われている。しかし、この方法では、一旦、トレーニングを中断して採血を行う必要がある。しかも、この方法は、全身の疲労を測定する方法であり、したがって、下肢の筋疲労の度合いを正確に測定することができない。
【０００４】
一方、下肢など局所の筋疲労を測定する方法として、筋放電量を計測する方法や筋肉の硬度を計測する方法が知られている。しかし、これらの方法は、筋肉を直接計測する必要があるので煩雑であり、したがって、運動現場において容易に計測することができない。
【０００５】
本発明の目的は、運動現場において下肢の筋疲労を簡便、かつ、正確に計測し、オーバーユース障害を防止できる下肢筋疲労測定装置を提供することである。
【０００６】
【本発明の原理】
つぎに、本発明の構成の説明に先立って、本発明の原理について図５を用いて説明する。
図５（ａ）のグラフは１３km/hの速度で９０分間ランニングを行った前後の膝伸展筋力の変化を示す。たとえば、右伸展筋などの耐久用の下肢の筋力は、ランニング前に比べて低下していることが該グラフから分かる。一方、図５（ｂ）のグラフに示すように、１３km/hの速度で１２０分間ランニングを行ったときの内踝（ancle)および腰部（hip)上での衝撃加速度を計測したところ、ランニング時間がある程度以上長くなると内踝に比較して腰部への衝撃加速度が増加していることが分かる。これらのことから、下肢の筋疲労が進み筋力が低下するのに従い衝撃緩衝能力が低下し、腰部への着地衝撃が増加するものと推測される。したがって、腰部の衝撃加速度が大きくなるのに従って、下肢の筋肉の疲労が進行していると推測することができるから、当該衝撃加速度（衝撃値）と所定の閾値とを比較することによって、下肢筋のオーバーユースを判別することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の下肢筋疲労測定装置は、下肢筋の衝撃緩衝能力の低下に基づいてオーバーユースか否かをＣＰＵが判別し、オーバーユースである場合に警報出力手段から警報を出力させると共に、当該場合に表示手段にオーバーユースであることを表示させるようにしたものである。
【０００８】
本発明の下肢筋疲労測定装置は、下肢筋の衝撃緩衝能力の低下を検出することで、間接的に筋疲労の度合いを測定するから、筋肉の硬度を計測するのと異なり、小さな加速度計などを身体に装着して計測することができ、したがって、運動現場において、運動を中断することなくオーバーユースか否かを判別することができる。
【０００９】
なお、本発明の下肢筋疲労測定装置は腰等に装着されるので、トレーニング中に表示手段を見なくてもオーバーユースを直ちに知ることができるようにしておく必要があるため、表示手段にオーバーユースであることの表示を行うと共に警報出力手段から警報を出力する。また、本発明における「衝撃値」としては、一般に、衝撃加速度のピーク値を測定する。
【００１０】
本発明における「警報」とは、下肢筋疲労測定装置に常に着目していなくてもオーバーユースを知ることができるものであればよく、たとえば、音、光（警告燈等）ないし振動によって異常を人に知らせる機能のあるものであればよい。また、「オーバーユースであることの表示」とは、文字で「オーバーユース」，「疲れています」などと表示してもよく、あるいは疲れていることを表すアイコン（絵）などで表示してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
本実施形態にかかる下肢筋疲労測定装置の構成および使用方法の説明に先立ち、本実施形態の計測理論について説明する。
【００１２】
衝撃値の大きさは、グランドの条件やランナーごとに異なるため、まず、下肢筋が何ら疲労していない状態（非疲労時）の走行中の衝撃値を基準値として計測し、当該基準値に基づいて閾値が設定される。すなわち、非疲労時における衝撃加速度と下肢筋が疲労した状態（疲労時）における衝撃加速度の比に基づいて（衝撃緩衝能力の低下に基づいて）下肢筋の疲労度合を算出する。閾値の設定は、たとえば、ランニングを開始した初期に、所定の連続したｊ歩分の衝撃加速度のピーク値（衝撃値）Ｐ1 〜Ｐj が測定され、該ピーク値Ｐ1 〜Ｐj を平均した値が基準ピーク値Ｐｓとして設定される。該基準ピーク値Ｐｓは下記の(1) 式に従って算出される。
Ｐｓ＝（Ｐ1 ＋…＋Ｐj ）／ｊ                …(1)
こうして算出された基準ピーク値Ｐｓに、予め設定された所定の第１の定数Ｃ１を乗じることによって第１の閾値ＳＨ１が設定される。当該基準ピーク値Ｐｓに、第１の定数Ｃ１よりも大きな所定の第２の定数Ｃ２を乗じることによって第２の閾値ＳＨ２が設定される。
なお、前記第１の閾値ＳＨ１および第２の閾値ＳＨ２は、たとえば、図５（ｂ）のそれぞれ１点鎖線および２点鎖線で示すレベルで設定される。
【００１３】
オーバーユースの判別を行うには、まず、図１（ａ）に示すように、所定の連続したｍ歩分の衝撃加速度のピーク値Ｐ1 〜Ｐm から下記の(2) 式に従って平均ピーク値Ｐａを算出する。
Ｐａ＝（Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋…＋Ｐm ）／ｍ          …(2)
つぎに、該平均ピーク値Ｐａと前記第１および第２の閾値ＳＨ１，ＳＨ２とを比較し、当該平均ピーク値Ｐａが第１閾値ＳＨ１よりも小さい場合には、疲労度合つまり比較結果値Ｘを０とする。当該平均ピーク値Ｐａが第１閾値ＳＨ１以上であり、かつ、第２閾値ＳＨ２以下である場合には、疲労度合つまり比較結果値Ｘをたとえば「１」（第１重み係数Ｗ１）とする。当該平均ピーク値Ｐａが第２閾値ＳＨ２よりも大きい場合には、比較結果値Ｘをたとえば「２」（第２重み係数Ｗ２）とする。
【００１４】
前記比較結果値Ｘは、所定のインターバル（たとえば１分）ごとに算出された図１（ｂ）の各平均ピーク値Ｐａi が、図１（ｃ）のように、前記両閾値ＳＨ１，ＳＨ２と比較されて、各インターバルごとに求められる。こうして、求められた比較結果値Ｘ1 〜Ｘn を積算して積算値ΣＸを求める。該比較結果積算値ΣＸと、予め設定された所定のオーバーユース判別基準値ＳＨＥとを図１（ｄ）のように比較し、比較結果積算値ΣＸがオーバーユース判別基準値ＳＨＥを超える場合は、オーバーユースであると判別することができる。
【００１５】
つぎに、本実施形態にかかる下肢筋疲労測定装置の構成について説明する。
図２に示すように、下肢筋疲労測定装置は、本体１と計測部２とを備えている。本体１と計測部２は、それぞれ無線ユニット１１，２１を有しており、相互に送受信可能に設定されている。計測部２は、たとえば圧電素子からなる加速度計測手段（検出手段）２２を備えており、ベルト等を用いて腰部に固定されることで加速度を計測する。
【００１６】
前記本体１は、ベルト等を用いて腕に装着される、いわゆる腕時計タイプの形状をしている。本体１は、マイコン３と該マイコン３に図示しないインターフェイスを介して接続された表示手段４、警報出力手段５および操作手段６とを有している。表示手段４はたとえば液晶などの表示画面を有しており、オーバーユースである場合に当該液晶画面に「オーバーユース」などという文字による表示を行う。警報出力手段５は、たとえばスピーカ等を有しており、オーバーユースである場合に警報（警告音）を出力する。
【００１７】
前記マイコン３はＣＰＵ７とメモリ８とを備えている。メモリ８は、ピーク値Ｐi 、平均ピーク値Ｐａi 、第１定数Ｃ１、第２定数Ｃ２、第１閾値ＳＨ１、第２閾値ＳＨ２、第１重み係数Ｗ１、第２重み係数Ｗ２、比較結果積算値ΣＸおよびオーバーユース判別基準値ＳＨＥをそれぞれ記憶する記憶部を備えている。
【００１８】
ＣＰＵ７は、ピーク検出手段７１、基準ピーク値算出手段７２、平均ピーク値算出手段７３、閾値算出手段７４、比較結果算出手段７５、積算手段７６、およびオーバーユース判別手段７７を有している。マイコン３は無線ユニット１１，２１を介して加速度計測手段２２と交信し、該加速度計測手段２２からの加速度を入力する。ピーク検出手段７１は、所定の連続した数１０歩分のピーク値Ｐ1 〜Ｐj の検出を行って、メモリ８の所定の記憶部に記憶させる。
【００１９】
基準ピーク値算出手段７２は、閾値ＳＨ１，ＳＨ２の設定モードにおいてピーク値Ｐ1 〜Ｐj に基づいて基準ピーク値Ｐｓを算出する。閾値算出手段７４は、同モードにおいて、前記基準ピーク値Ｐｓと第１および第２定数Ｃ１，Ｃ２に基づいて第１の閾値ＳＨ１および第２の閾値ＳＨ２を算出し、メモリ８の所定の記憶部に記憶させる。
【００２０】
測定モードにおいて、平均ピーク値算出手段７３は、ピーク値Ｐ1 〜Ｐm に基づいて平均ピーク値Ｐａを算出し、メモリ８の所定の記憶部に記憶させる。比較結果算出手段７５は、第１の閾値ＳＨ１および第２の閾値ＳＨ２と平均ピーク値Ｐａとを比較し、その比較結果として第１または第２重み定数Ｗ１，Ｗ２を積算手段７６に出力する。
【００２１】
積算手段７６は、当該比較結果値Ｘを積算して比較結果積算値ΣＸ＝（Ｘ1 ＋Ｘ2 ＋…＋Ｘi ＋…＋Ｘn ）を算出し、比較結果積算値ΣＸをメモリ８に記憶させる。オーバーユース判別手段７７は、当該比較結果積算値ΣＸとオーバーユース判別基準値ＳＨＥとを比較してオーバーユースか否かの判別を行う。
【００２２】
つぎに、本実施形態にかかる下肢筋疲労測定装置の使用方法について図３および図４のフローチャートを用いて説明する。
オーバーユースの判別を行う前に、まず、非疲労時に衝撃加速度をＣＰＵ７が求めて閾値ＳＨ１，ＳＨ２の設定を行うために、短時間ランニングを行う。
【００２３】
図３において、操作手段６を操作して設定モードに設定されると、ステップＳ１でピーク値検出手段７１がピーク値Ｐi を算出する。次のステップＳ２では、カウンタをインクリメントし、次のステップＳ３では、カウンタの値が設定回数ｊに達したかどうかの判別を行う。カウンタの値が設定回数ｊに達していない場合は、ステップＳ１に戻り、次のピーク値Ｐi を算出する。カウンタの値が設定回数ｊに達した場合は、すなわち、所定の各ｊ歩分についての最大加速度を測定した後に、ステップＳ４に進む。

【００２４】
ステップＳ４では、ステップＳ１からステップＳ３で算出された所定の連続したｊ歩分のピーク値Ｐ1 〜Ｐj から、基準ピーク値算出手段７２が基準ピーク値Ｐｓを算出する。次のステップＳ５では、閾値算出手段７４が当該基準ピーク値Ｐｓに所定の第１の定数Ｃ１および第２の定数Ｃ２をそれぞれ乗じて、第１閾値ＳＨ１および第２閾値ＳＨ２を算出し、設定モードが終了する。
【００２５】
オーバーユースの判別を行う場合は、操作手段６を用いて使用モードを選択した後、ランニングを開始する。
図４において、使用モードがスタートするとステップＳ１１で、定数Ｃ１，Ｃ２、閾値ＳＨ１，ＳＨ２、重み係数Ｗ１，Ｗ２およびオーバーユース判別基準値ＳＨＥを除くデータが初期化される。次のステップＳ１２では、ピーク値検出手段７１がピーク値Ｐi を算出する。次のステップＳ１３では、カウンタをインクリメントし、次のステップＳ１４では、カウンタの値が設定回数ｍ（たとえば１０）に達したかどうかの判別を行う。カウンタの値が設定回数ｍに達していない場合は、ステップＳ１２に戻り、次のピーク値Ｐi の測定・算出を行う。ステップＳ１４においてカウンタの値が設定回数ｍに達した場合は、ステップＳ１５に進む。

【００２６】
ステップＳ１５では、ステップＳ１２からステップＳ１４で算出された所定の連続したｍ歩分（たとえば１０歩分）のピーク値Ｐ1 〜Ｐ10から、平均ピーク値算出手段７３が平均ピーク値Ｐａi を算出する。次のステップＳ１６では、比較結果算出手段７５が、該平均ピーク値Ｐａi と第１の閾値ＳＨ１および第２の閾値ＳＨ２とを比較し、比較結果値Ｘi （０、Ｗ１またはＷ２）を算出する。
【００２７】
次のステップＳ１７では、積算手段７６が、新たな比較結果積算値ΣＸ（前回の比較結果積算値ΣＸに今回の比較結果値Ｘi （０、Ｗ１またはＷ２）を加えたもの）を算出する。次のステップＳ１８では、オーバーユース判別手段７７が、当該比較結果積算値ΣＸとオーバーユース判別基準値ＳＨＥとの比較を行う。比較結果値ΣＸが、オーバーユース判別基準値ＳＨＥを超えない場合は、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、１分経過したか否かをチェックし、１分経過した場合はステップＳ１２に戻る。このようにステップＳ１２からステップＳ１８を繰り返していくうちに、やがて、下肢筋の疲労度合が大きくなり、比較結果値ΣＸがオーバーユース判別基準値ＳＨＥを超える時が来る。ステップＳ１８において、比較結果値ΣＸがオーバーユース判別基準値ＳＨＥを超えた場合は、オーバーユースであると判別してステップＳ２０に進み、表示手段４を用いて「オーバーユース」の表示を行うと共に、警報発生手段５を用いて警告音を発生させる。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、比較結果値（筋疲労度）Ｘi を所定の時間間隔（１分間隔）で測定・算出し、当該比較結果値Ｘi を積算した比較結果積算値ΣＸと所定のオーバーユース判別値ＳＨＥとを比較することで、オーバーユースか否かを判別することができる。また、衝撃値を測定することで下肢筋の衝撃緩衝能力の低下を検出し、間接的に筋疲労の度合いを測定する。そのため、加速度計とマイコンからなる装置を身体に装着することでオーバーユースを検出することができるから、運動を中断することなくオーバーユースか否かを判別することができる。

【００２９】
また、腕に装着した図２の本体１の表示手段４にオーバーユースであることの表示を行うと共に、警報出力手段５から警報を出力するので、表示手段４を常に着目していなくても、オーバーユースを知ることができる。
【００３０】
さらに、比較結果値Ｘi の算出を所定の時間をおいて行うと共に、比較結果値Ｘi を積算するので、坂道や階段などを下ってピーク値Ｐi の値が一時的に大きくなっても、誤った判別を行うおそれが少なく、正確にオーバーユースの判別を行うことができる。しかも、本体１と計測部２との交信は、所定の間隔をおいて断続的に行うので、本体１と計測部２との無線通信による電力消費を抑えることができるから長時間にわたってオーバーユースの判別を行うことができる。
【００３１】
なお、本装置は、ピーク値Ｐi をカウントすることで、万歩計として使用してもよい。さらに、前記実施形態では、ランニング（長距離走等）の練習時に用いる場合について説明したが、本発明は歩行による耐力の強化訓練に適用して用いることもできる。
【００３２】
また、本実施形態では、比較結果Ｘi の測定・算出を所定の時間をおいて行ったが、たとえば１００歩ごとなどのように所定の歩数ピッチごとに比較結果Ｘi の測定・算出を行うことにしてもよい。また、平均ピーク値Ｐａi と閾値ＳＨ１，ＳＨ２とを比較することで比較結果値Ｘi を算出したが、閾値ＳＨ１，ＳＨ２を用いずに、平均ピーク値Ｐａi を基準ピーク値Ｐｓで除算して得られた値を、その都度、第１定数Ｃ１および第２定数Ｃ２（閾値に相当）と比較することで比較結果値Ｘi を算出してもよい。

【００３３】
また、本体１と計測部２とを無線ユニット１１，２１を介して接続したが、本体１と計測部２とを一体に形成して、ベルト等で腰に固定するようにしてもよい。また、定数Ｃ１，Ｃ２と閾値ＳＨ１，ＳＨ２の種類を２つとしたが、閾値等の数を増やすことで、よりきめ細かなオーバーユースの判別を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、下肢筋の衝撃緩衝能力の低下を検出することで、間接的に筋疲労の度合いを測定するから、筋肉の硬度を計測するのと異なり、小さな加速度計等を身体に装着して計測することができる。したがって、運動現場（運動中）において、運動を中断することなく、下肢の筋疲労を簡便かつ正確に計測でき、その結果、オーバーユース障害を防止することができる。

【００３５】
また、表示手段にオーバーユースであることの表示を行うと共に、警報出力手段から警報を出力するので、下肢筋疲労測定装置に常に着目していなくても、使用者はオーバーユースを知ることができる。
【００３６】
特に、本発明によれば、比較結果を積算した比較結果積算値に基づいてオーバーユースか否かを判別するので、一時的に衝撃が大きくなっても誤動作しないから、より正確な判別を行うことができる。また、測定を所定の時間間隔で行うようにすれば、装置に用いる電力の消費量を節約することができるから、長時間にわたって連続使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の下肢筋疲労測定装置にかかる一実施形態の測定原理を示す表および式である。
【図２】本発明の下肢筋疲労測定装置にかかる一実施形態を示す概略構成図である。
【図３】設定モードを示すフローチャートである。
【図４】使用モードを示すフローチャートである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の原理を示すグラフである。
【符号の説明】
４：表示手段
５：警報出力手段
２２：加速度計測手段（検出手段）
Ｐｉ：ピーク値（衝撃値）
ＳＨ１，ＳＨ２：閾値
ＳＨＥ：オーバーユース判別値
ΣＸ：比較結果積算値
【図１】
0003746890.tif 000002
【図２】
0003746890.tif 000003
【図３】
0003746890.tif 000004
【図４】
0003746890.tif 000005
【図５】
0003746890.tif 000006