代謝量算出装置
【課題】歩数計や心拍計に比べて、より高精度に代謝量を算出することができる代謝量算出装置を提供する。
【解決手段】被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサ１０と、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量Ｑ１を算出する運動代謝量算出手段とを備える。
【解決手段】被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサ１０と、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量Ｑ１を算出する運動代謝量算出手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の代謝量を算出する代謝量算出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、代謝量（エネルギー消費量）の算出には、歩数計や心拍計が用いられていた。歩数計は、歩行に伴う振動を検出し、検出された振動に基づいて代謝量を推定するものである（特許文献１参照）。また、心拍計は、心拍数と酸素摂取量とに強い相関があることを利用して、心拍数に基づいて代謝量を算出している（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２００７−５４２３４号公報
【特許文献２】特開２００１−１６１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、歩数計は、歩行時における代謝量の算出は可能であるが、例えば、自転車を運転している場合などには、正確な代謝量を算出することができない。自転車を運転しているときには、振動を検出しにくいため、実際の代謝量に比べて小さくなってしまうことがある。さらに、歩数計は、歩行に関係のない振動であっても検出してしまうため、この場合には実際の代謝量よりも大きな代謝量として算出されてしまう。また、心拍数は、食事や感情の変化によって変化する。そのため、心拍計によっては、精度良く代謝量を算出することはできない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、歩数計や心拍計に比べて、より高精度に代謝量を算出することができる代謝量算出装置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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、
被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサと、
前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する運動代謝量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
被検者の筋肉伸縮量は、被検者の実際の活動に応じたものとなる。そして、本発明者は、筋肉伸縮量を時間積分した値が、代謝量に相関があることを見出した。そこで、筋肉伸縮量を検出することで、この筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて代謝量を算出することができるようになった。
【０００８】
ここで、本発明では、筋肉伸縮量を用いている。そのため、歩数計によって検出できない自転車運転時においても、高精度に代謝量を算出できる。さらに、歩数計では、歩行に関係のない振動を検出した場合には、実際の代謝量より大きな代謝量とされていた。しかし、本発明によれば、実際の活動に応じた筋肉伸縮量を用いているため、活動に関係のない動作の影響を受けにくい。このことからも、高精度に代謝量を算出できる。また、心拍計の場合に問題であった食事の場合や感情の変化がある場合であっても、筋肉伸縮量は影響を受けないため、高精度に代謝量を算出できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
所定期間に前記筋肉伸縮量検出センサにより検出された前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行う周波数解析手段をさらに備え、
前記運動代謝量算出手段は、前記筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出することである。
【００１０】
運動時には、筋肉が伸長と収縮とを繰り返す。つまり、筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合には、運動していると推定される。この場合に、筋肉伸縮量を時間積分した値を用いることで、運動時の代謝量を高精度に算出することができる。ここでいう運動とは、走行や自転車運転などの場合のみならず、ゆっくりとした歩行も含む。筋肉伸縮量の周波数は、走行や自転車運転などの場合には高周波数となり、ゆっくりとした歩行の場合には低周波数となる。ただし、ほとんど活動していない場合には、筋肉伸縮量の周波数は、ゆっくりとした歩行に比較してさらに低周波数となる。つまり、ゆっくりとした歩行の場合を含み、且つ、ほとんど活動していない場合を含まないように、所定周波数を設定すればよい。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２において、
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数より小さい場合に、基礎代謝量を安静時の代謝量として算出する安静代謝量算出手段と、
前記運動時の代謝量と前記安静時の代謝量とを合計して総代謝量を算出する総代謝量算出手段と、
を備えることである。
【００１２】
上述したように、運動時には、筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上となると推定される。一方、非運動時、すなわち安静時には、筋肉伸縮量の周波数は所定周波数より小さくなると推定される。そして、運動時には、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出することができるが、安静時には、同じ算出方法を適用することは適切ではないことを本発明者は見出した。そこで、安静時における代謝量は、基礎代謝量とすることした。そして、安静時の代謝量と運動時の代謝量とを合計することで、総代謝量を算出することができる。
【００１３】
ここで、一般に、歩数計や心拍計は、運動時の代謝量を算出することができるものであった。これに対して、本発明の代謝量算出装置は、運動時のみならず、安静時の代謝量も勘案して、総代謝量を算出することができる。従って、例えば、被検者の１日に総代謝量を算出することもできる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２または３において、
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の推定心拍数を算出する推定心拍数算出手段を備えることである。
【００１５】
これにより、代謝量のみならず、運動時の推定心拍数を算出することができる。上述したように、実際の心拍数は、食事や感情の変化などの影響を受ける。そして、心拍計は実際の心拍数を検出することができる。しかし、運動時の心拍数に特化した心拍数を抽出することは容易ではない。本発明によれば、運動時に特化した心拍数のみを抽出することができるため、運動に応じた心拍数の変化を確実に観察することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項２〜４の何れか一項において、
前記周波数解析手段は、前記所定期間における前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行い、前記所定期間に検出された前記筋肉伸縮量の各周波数成分のうち前記筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を前記所定期間における前記筋肉伸縮量の周波数として設定することである。
【００１７】
筋肉伸縮量の周波数は、運動の種類によっても異なるが、同じ運動を行っていたとしても複数の周波数成分を含むことがある。このような場合には、筋肉伸縮量の周波数として、どの周波数成分を用いるかを明確にしておく必要がある。そこで、本発明によれば、所定期間において筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を所定期間における筋肉伸縮量の周波数として設定する。これにより、運動時か安静時かの判定を確実できる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚の変形量に基づき前記筋肉伸縮量を検出することである。
被検者の皮膚の変形は、筋肉の伸縮に伴って生じる。つまり、被検者の皮膚の変形量を検出することで、被検者の筋肉伸縮量を検出することができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項６において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚に当接して設けられ、前記皮膚の動きに応じて変形可能であって、当該変形量に応じた物理量を出力するセンサとすることである。
これにより、確実に筋肉伸縮量を検出できる。
【００２０】
請求項８に係る発明は、請求項７において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、当該筋肉伸縮量検出センサの変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量の何れかを変化させるセンサとすることである。
【００２１】
これにより、確実に被検者の筋肉伸縮量に応じた物理量を出力することができる。ここで、筋肉伸縮量センサとして、例えば、導電性の高分子材料を用いることができる。導電性高分子材料は、変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量などが変化する。導電性高分子材料の他に、被検者の皮膚の動作を観察できる画像センサなどを用いることもできる。ただし、導電性高分子材料を用いる場合には、当該導電性高分子材料を被検者の皮膚に当接するように直接装着することが容易である。従って、装着性を考慮すると、導電性高分子材料などを当該センサとして適用することは、有用性が高くなる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れか一項において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の脚部における前記筋肉伸縮量を検出することである。
通常の活動に際しては、脚部の筋肉を使用する。つまり、本発明によれば、通常の活動における運動に対して、高精度に運動時の代謝量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】代謝量算出装置を示す斜視図である。
【図２】代謝量算出装置のブロック構成図である。
【図３】代謝量算出装置の演算処理部における主演算処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）走行時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。（ｂ）ゆっくりとした歩行時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。（ｃ）安静時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。
【図５】（ａ）走行時の出力値の周波数解析結果を示す図である。（ｂ）ゆっくりとした歩行時の出力値の周波数解析結果を示す図である。（ｃ）安静時の出力値の周波数解析結果を示す図である。
【図６】筋肉伸縮量センサの出力値の時間積分値に対する被検者の実際の心拍数および推定心拍数との関係を示す図である。
【図７】被検者の実際の心拍数と酸素摂取量との関係を示す図である。
【図８】代謝量算出装置の演算処理部における表示処理を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）表示装置における表示画面１,すなわち現在の総代謝量および現在の推定心拍数を表示する画面である。（ｂ）表示装置における表示画面２、すなわち総代謝量の時間経過グラフを表示する画面である。（ｃ）表示装置における表示画面３、すなわち推定心拍数の時間経過グラフを表示する画面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の代謝量算出装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（代謝量算出装置の構成）
本実施形態の代謝量算出装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、代謝量算出装置は、全体として環状に形成され、周方向に伸縮可能とされている。この代謝量算出装置は、被検者の大腿部の位置に配置される。この代謝量算出装置は、筋肉伸縮量検出センサ１０と、コントローラ２０と、表示装置３０と、ベルト部材４０とを備えている。
【００２６】
筋肉伸縮量検出センサ１０は、被検者の大腿部の皮膚に当接して設けられている。具体的には、筋肉伸縮量検出センサ１０は、被検者の大腿四頭筋の動きに応じて動く皮膚に当接して設けられ、当該部位の皮膚の動きに応じて伸縮変形する。そして、筋肉伸縮量検出センサ１０は、当該センサ１０の伸縮変形量に応じた物理量を出力する。つまり、当該物理量は、大腿四頭筋の動きに応じた値となる。
【００２７】
この筋肉伸縮量検出センサ１０は、基材１１と、センサ本体１２と、電極１３、１４とから構成される。基材１１は、長尺板状に形成され、長手方向に伸縮可能な織りゴム製からなる。基材１１は、被検者の大腿部の前面、すなわち、大腿四頭筋の動きを検出できる位置に配置されている。
【００２８】
センサ本体１２は、基材１１よりも一回り小さな長尺板状に形成され、基材１１の表面（前面）に貼付されている。センサ本体１２は、長手方向に伸縮可能であって、伸縮変形量が増加するにつれて電気抵抗が増加するように形成されている。すなわち、センサ本体１２は、定電流が供給されている場合には、伸縮変形量に応じた電圧を出力できる。例えば、センサ本体１２は、導電性フィラーを含有するゴム製からなる。このセンサ本体１２の長手方向のばね定数は、基材１１の長手方向のばね定数よりも大きく設定されている。つまり、センサ本体１２は、基材１１よりも伸縮しやすい。
【００２９】
電極１３、１４は、センサ本体１２の長手方向の両端にそれぞれ設けられている。つまり、電極１３、１４間の電気抵抗は、センサ本体１２の電気抵抗に応じて変化する構成としている。これらの電極１３、１４は、基材１１に固定されている。
【００３０】
コントローラ２０（運動代謝量算出手段、安静代謝量算出手段、総代謝量算出手段、推定心拍数算出手段）は、基材１１の前面のうち電極１３よりも基材１１の一端側に配置されている。コントローラ２０と、電極１３、１４に導線により電気的に接続されている。表示装置３０は、基材１１の前面のうちコントローラ２０よりも基材１１の一端側に配置されている。
【００３１】
ベルト部材４０は、伸縮可能な織りゴム製であって、長尺状に形成されている。ベルト部材４０の長手方向の両端部は、基材１１の両端部に連結されている。つまり、ベルト部材４０と基材１１とにより、環状を形成している。ベルト部材４０は、大腿部の後面に配置されている。
【００３２】
次に、図２を参照して、コントローラ２０の詳細について説明する。図２に示すように、コントローラ２０は、直流電源２１と、電圧計２２と、記憶装置２３と、演算処理部２４とを備えている。
【００３３】
直流電源２１は、センサ本体１２に定電流を供給すると共に、コントローラ２０内の各部に供給する電源としての役割を有している。電圧計２２は、電極１３、１４の間の電圧を計測することができる。つまり、センサ本体１２に直流電源２１から定電流が供給された場合に、センサ本体１２の電極１３、１４の間の電圧を計測できる。この電圧値は、センサ本体１２の電気抵抗に応じた値となる。
【００３４】
記憶装置２３は、電圧計２２により計測された電圧値（「センサ本体１２から出力された出力値」に相当）のデータを記憶すると共に、演算処理部２４により算出された推定心拍数、総代謝量を記憶する。また、記憶装置２３は、電圧値の時間積算値と推定心拍数との関係マップを記憶している。この関係マップは、後述する図６に示すものである。
【００３５】
演算処理部２４は、センサ本体１２から出力された出力値に基づいて代謝量算出処理を行うと共に、主演算処理の結果に基づいて表示装置３０に対して表示処理を行う。演算処理部２４における代謝量算出処理、および表示処理の詳細については、後述する。
【００３６】
（演算処理部２４における代謝量算出処理）
次に、演算処理部２４における代謝量算出処理について図３〜図７を参照して説明する。図３に示すように、代謝量算出処理は、記憶装置２３に既に記憶されているセンサ本体１２から出力された出力値を、所定期間（例えば、２ｓｅｃ）の分だけ取得する（Ｓ１）。ここで、このセンサ本体１２から出力された出力値は、筋肉伸縮量検出センサ１０により検出された被験者の大腿四頭筋の筋肉伸縮量に相当する値である。また、所定期間とは、電圧計２２により計測された電圧値のサンプリング周期よりも十分に長く設定され、後述する周波数解析をするために十分なデータ量となるような期間に設定されている。
【００３７】
ここで、走行時、ゆっくりとした歩行時、および、安静時のそれぞれにおけるセンサ本体１２からの出力値について、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す。図４（ａ）（ｂ）から明らかなように、センサ本体１２からの出力値は、走行時および歩行時には、周期的な挙動を示している。さらに、走行時には、歩行時に比べて、出力値が高くなり、且つ、周期が短くなっている。また、安静時（具体的には、床に足を伸ばして着座している状態としている）には、センサ本体１２からの出力値は、周期的な挙動ではなく、不規則な挙動を示している。
【００３８】
続いて、取得した所定期間の出力データに基づいて周波数解析を行う（Ｓ２）。ただし、センサ本体１２からの出力データそのものを周波数解析すると、各行為に応じて周波数の差が出にくいため、センサ本体１２からの出力データに対して所定の係数を乗算したデータを用いた。この場合の図４（ａ）〜図４（ｃ）の出力データの周波数解析結果について、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す。図５（ａ）に示すように、走行時における周波数解析結果は、図５（ａ）に示すように、約４５Ｈｚ付近が出力値のピークとなり、その高調波成分がやや高くなっている。また、ゆっくりとした歩行時における周波数解析結果は、図５（ｂ）に示すように、約２０Ｈｚ付近が出力値のピークとなり、その高調波成分がやや高くなっている。そして、安静時における周波数解析結果は、図５（ｃ）に示すように、ゼロ付近が出力値のピークとなり、その他の周波数帯域においては出力値がほぼゼロに近い値となっている。
【００３９】
続いて、周波数解析による出力値が最大値（ピーク）となる周波数Ｆが、周波数閾値ｆｔｈより大きいか否かを判定する（Ｓ３）。この周波数閾値ｆｔｈは、運動している状態か、それとも運動していない状態かを区別するための閾値である。ここでは、周波数閾値ｆｔｈを、１５Ｈｚと設定している。つまり、走行時および歩行時における周波数解析による出力値最大の周波数Ｆは、周波数閾値ｆｔｈよりも大きな周波数となる。一方、安静時における周波数解析による出力値最大の周波数Ｆは、周波数閾値ｆｔｈ以下の周波数となる。
【００４０】
続いて、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈより大きい場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、上述した所定期間におけるセンサ本体１２からの出力データを時間積分して、時間積分値ＩＳＯ（Integrated Sensor Output）を算出する（Ｓ４）。図４（ａ）（ｂ）から明らかなように、走行時の時間積分値ＩＳＯは、歩行時の時間積分値ＩＳＯよりも大きな値となる。
【００４１】
続いて、算出した時間積分値ＩＳＯに基づいて、推定心拍数ＨＲを算出し、算出した推定心拍数ＨＲを記憶装置２３に記憶する（Ｓ５）。ここで、算出した時間積分値ＩＳＯと被検者の実際の心拍数または推定心拍数ＨＲとの関係について説明する。時間積分値ＩＳＯと実際の心拍数との関係について実験を行った結果を、図６の黒丸印にて示す。実験値は、図６の黒丸印を三次式の関数にて最小自乗法により近似した実線近傍に一致する。このように、時間積分値ＩＳＯと実際の心拍数とは、ある相関を持っていることが分かる。そこで、時間積分値ＩＳＯと推定心拍数ＨＲとの関係を、図６の三次式の実線にて示す関係マップとして記憶しておく。つまり、時間積分値ＩＳＯが決定されれば、図６の関係マップを用いることで、推定心拍数ＨＲを得ることができる。
【００４２】
続いて、推定心拍数ＨＲに基づいて、酸素摂取量ＶＯ２の算出を行う（Ｓ６）。ここで、心拍数と酸素摂取量とは、ほぼ比例の関係または一次式の関係を有することが知られている。実際に実験を行った結果を図７に示す。図７に示すように、実際の心拍数と酸素摂取量の関係は、一次式の関係を有する。ただし、実際の心拍数が１１０ＨＲを超える範囲にて、上記の関係を有することが知られている。ここでは、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈより大きい場合、すなわち、運動時における処理であるため、推定心拍数ＨＲはほぼ１１０以上の場合である。つまり、当該処理においては、運動時における酸素摂取量を算出していることに相当する。
【００４３】
続いて、算出された運動時の酸素摂取量ＶＯ２に基づいて、運動時における代謝量（以下、「運動代謝量」と称する）Ｑ１を算出する（Ｓ７）。運動代謝量Ｑ１は、酸素摂取量ＶＯ２に対してほぼ比例の関係を有する。例えば、一般には、運動代謝量Ｑ１は、酸素摂取量ＶＯ２に５ｋｃａｌを乗算した値にほぼ等しいと考えられている。そこで、ここでは、当該関係式に基づいて、運動代謝量Ｑ１を算出する。
【００４４】
一方、ステップＳ３において、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈ以下の場合には（Ｓ３：Ｎｏ）、基礎代謝量に基づいて安静時における代謝量（以下、「安静代謝量」と称する）Ｑ２を算出する。ここで、基礎代謝量は、被検者によって異なるものである。そこで、本実施形態においては、予め被検者に関する情報、例えば、性別、年齢、身長、体重などの情報を入力しておき、これらの情報に基づいて基礎代謝量を決定しておく。そして、安静代謝量は、基礎代謝量に上述した所定期間を乗算することにより算出される。
【００４５】
続いて、現時点における総代謝量Ｑｔを算出する（Ｓ９）。まず、初期においては、運動代謝量Ｑ１が算出されたとすると、当該運動代謝量Ｑ１が総代謝量Ｑｔとなる。その後に、安静代謝量Ｑ２が算出されると、既に算出された総代謝量Ｑｔに、今回算出された安静代謝量Ｑ２を加算して、総代謝量Ｑｔを更新して記憶する。つまり、総代謝量Ｑｔは、これまでの運動代謝量Ｑ１とこれまでの安静代謝量Ｑ２とを合計した値となる。そして、総代謝量Ｑｔの更新を繰り返すことにより、代謝量算出装置の起動から現在までの総代謝量Ｑｔを算出できる。ここで、記憶装置２３には、現在の総代謝量Ｑｔのみならず、これまでの総代謝量Ｑｔの情報を記憶している。
【００４６】
続いて、取得可能なデータが存在する場合には、ステップＳ１に戻り処理を繰り返す（Ｓ１０）。一方、取得可能なデータが存在しない場合には、処理を終了する。
【００４７】
（演算処理部２４における表示処理）
次に、演算処理部２４における表示処理について図８〜図９を参照して説明する。図８に示すように、まず、代謝量算出装置が起動されると、初期画面表示処理を実行する（Ｓ１１）。初期画面は、図９（ａ）に示すように、画面上段に現在における総代謝量Ｑｔが表示され、画面下段に現在における推定心拍数ＨＲが表示されている。
【００４８】
続いて、総代謝量時間経過グラフの表示要求がされたか否かを判定する（Ｓ１２）。総代謝量時間経過グラフの表示要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。総代謝量時間経過グラフの表示要求がされた場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ｂ）に示すような総代謝量時間経過グラフが表示される（Ｓ１３）。つまり、代謝量算出装置が起動されてから現在までにおいて、総代謝量の変化した挙動が表示される。
【００４９】
一方、総代謝量時間経過グラフの表示要求がされていない場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされたか否かを判定する（Ｓ１４）。推定心拍数時間経過グラフの表示要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされた場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ｃ）に示すような推定心拍数時間経過グラフが表示される。つまり、代謝量算出装置が起動されてから現在までにおいて、推定心拍数ＨＲの変化した挙動が表示される（Ｓ１５）。ただし、推定心拍数ＨＲは、上述した代謝量算出処理において説明したように、運動時のみ算出されるものである。従って、安静時と判定された場合には、推定心拍数ＨＲはゼロとして表示される。
【００５０】
一方、推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされていない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、初期画面切替要求がされたか否かを判定する（Ｓ１６）。初期画面切替要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。初期画面切替要求がされた場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ａ）に示す画面に切り替えられる。初期画面切替要求がされていない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、代謝量算出装置がＯＦＦされるまで、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。つまり、表示装置３０の表示画面は、操作者による表示要求に応じた表示画面に適宜切り替えられる。
【００５１】
（本実施形態の効果）
本実施形態において、被検者の筋肉伸縮量に相当するものを用いて代謝量の算出を行った。被検者の筋肉伸縮量は、被検者の実際の活動に応じたものとなる。また、筋肉伸縮量を時間積分した値が代謝量に相関があることを見出すことにより、筋肉伸縮量を検出することで運動時における代謝量を算出することができるようになった。
【００５２】
従って、本実施形態によれば、歩数計によって検出できない自転車運転時においても高精度に代謝量を算出でき、歩数計において誤検出の原因であった活動に関係のない動作の影響を受けることもなく、高精度に代謝量を算出できる。また、心拍計の場合に問題であった食事の場合や感情の変化がある場合であっても、筋肉伸縮量は影響を受けないため、高精度に代謝量を算出できる。
【００５３】
さらに、筋肉伸縮量の周波数に基づいて運動時であるか、それとも安静時であるかを区別することにより、確実に両者を区別することができる。従って、運動時の代謝量Ｑ１は、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて算出し、安静時の代謝量Ｑ２は、基礎代謝量に基づいて算出することにより、全体としての総代謝量Ｑｔを高精度に算出できる。
【００５４】
ただし、筋肉伸縮量の周波数解析した結果では、通常、複数の周波数成分を含む。この複数の周波数成分の中で、どの周波数成分により判定するかは重要である。本実施形態においては、筋肉伸縮量の出力値最大の周波数Ｆを抽出して、当該周波数Ｆを判定基準として用いた。これにより、確実に、運動時であるか安静時であるかを判定することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、推定心拍数ＨＲを算出している。ここで、実際の心拍数は、食事や感情の変化などの影響を受ける。しかし、本実施形態によれば、運動時の心拍数に特化した心拍数を抽出することができるため、運動に応じた心拍数の変化を確実に観察することができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、筋肉伸縮量の検出に際して、被検者の皮膚の動きを検出できるセンサを用いた。被検者の皮膚の近傍に、検出したい筋肉が存在すれば、当該皮膚の動きは、当該筋肉の動きに相当するものとなる。従って、被検者の皮膚の動きを検出することで、確実に、被検者の筋肉伸縮量を検出できる。
【００５７】
また、本実施形態のおけるセンサ本体１２は、センサ本体１２の伸縮量に応じて抵抗が変化するものを用いている。このように、変形量に応じて物理量が変化するセンサを用いることで、確実に被検者の皮膚の動きを検出できる。さらに、小型化を図ることもできるため、被検者に対する装着性の点でも有効となる。さらに、筋肉伸縮量検出センサ１０は、伸縮可能な材料により形成した。従って、装着性や、装着感を良好とすることができる。
【００５８】
＜その他＞
上記実施形態においては、センサ本体１２として、変形量に応じて抵抗が変化するものを用いた。この他に、センサ本体１２として、変形量に応じてインピーダンスまたは静電容量が変化するものを適用することもできる。この場合には、電源として交流電源を供給することで、他は実質的に同様の構成を適用できる。
【００５９】
また、上記実施形態においては、代謝量算出装置を被検者の大腿部に装着することとした。大腿部は、人間の通常の生活において最も使用する部位である。従って、大腿部に代謝量算出装置を装着することで、被検者の総代謝量Ｑｔを算出することができる。ただし、上半身に特化した運動を行う場合、例えばベンチプレスを用いた運動や、下半身の身障者に対しては、腕部や腹部に代謝量算出装置を装着することで、適切な総代謝量Ｑｔの算出が可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１０：筋肉伸縮量検出センサ
１１：基材、 １２：センサ本体、 １３、１４：電極
２０：コントローラ
２１：直流電源、 ２２：電圧計、 ２３：記憶装置、 ２４：演算処理部
３０：表示装置
４０：ベルト部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の代謝量を算出する代謝量算出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、代謝量（エネルギー消費量）の算出には、歩数計や心拍計が用いられていた。歩数計は、歩行に伴う振動を検出し、検出された振動に基づいて代謝量を推定するものである（特許文献１参照）。また、心拍計は、心拍数と酸素摂取量とに強い相関があることを利用して、心拍数に基づいて代謝量を算出している（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２００７−５４２３４号公報
【特許文献２】特開２００１−１６１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、歩数計は、歩行時における代謝量の算出は可能であるが、例えば、自転車を運転している場合などには、正確な代謝量を算出することができない。自転車を運転しているときには、振動を検出しにくいため、実際の代謝量に比べて小さくなってしまうことがある。さらに、歩数計は、歩行に関係のない振動であっても検出してしまうため、この場合には実際の代謝量よりも大きな代謝量として算出されてしまう。また、心拍数は、食事や感情の変化によって変化する。そのため、心拍計によっては、精度良く代謝量を算出することはできない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、歩数計や心拍計に比べて、より高精度に代謝量を算出することができる代謝量算出装置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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、
被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサと、
前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する運動代謝量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
被検者の筋肉伸縮量は、被検者の実際の活動に応じたものとなる。そして、本発明者は、筋肉伸縮量を時間積分した値が、代謝量に相関があることを見出した。そこで、筋肉伸縮量を検出することで、この筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて代謝量を算出することができるようになった。
【０００８】
ここで、本発明では、筋肉伸縮量を用いている。そのため、歩数計によって検出できない自転車運転時においても、高精度に代謝量を算出できる。さらに、歩数計では、歩行に関係のない振動を検出した場合には、実際の代謝量より大きな代謝量とされていた。しかし、本発明によれば、実際の活動に応じた筋肉伸縮量を用いているため、活動に関係のない動作の影響を受けにくい。このことからも、高精度に代謝量を算出できる。また、心拍計の場合に問題であった食事の場合や感情の変化がある場合であっても、筋肉伸縮量は影響を受けないため、高精度に代謝量を算出できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
所定期間に前記筋肉伸縮量検出センサにより検出された前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行う周波数解析手段をさらに備え、
前記運動代謝量算出手段は、前記筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出することである。
【００１０】
運動時には、筋肉が伸長と収縮とを繰り返す。つまり、筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合には、運動していると推定される。この場合に、筋肉伸縮量を時間積分した値を用いることで、運動時の代謝量を高精度に算出することができる。ここでいう運動とは、走行や自転車運転などの場合のみならず、ゆっくりとした歩行も含む。筋肉伸縮量の周波数は、走行や自転車運転などの場合には高周波数となり、ゆっくりとした歩行の場合には低周波数となる。ただし、ほとんど活動していない場合には、筋肉伸縮量の周波数は、ゆっくりとした歩行に比較してさらに低周波数となる。つまり、ゆっくりとした歩行の場合を含み、且つ、ほとんど活動していない場合を含まないように、所定周波数を設定すればよい。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２において、
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数より小さい場合に、基礎代謝量を安静時の代謝量として算出する安静代謝量算出手段と、
前記運動時の代謝量と前記安静時の代謝量とを合計して総代謝量を算出する総代謝量算出手段と、
を備えることである。
【００１２】
上述したように、運動時には、筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上となると推定される。一方、非運動時、すなわち安静時には、筋肉伸縮量の周波数は所定周波数より小さくなると推定される。そして、運動時には、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出することができるが、安静時には、同じ算出方法を適用することは適切ではないことを本発明者は見出した。そこで、安静時における代謝量は、基礎代謝量とすることした。そして、安静時の代謝量と運動時の代謝量とを合計することで、総代謝量を算出することができる。
【００１３】
ここで、一般に、歩数計や心拍計は、運動時の代謝量を算出することができるものであった。これに対して、本発明の代謝量算出装置は、運動時のみならず、安静時の代謝量も勘案して、総代謝量を算出することができる。従って、例えば、被検者の１日に総代謝量を算出することもできる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２または３において、
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の推定心拍数を算出する推定心拍数算出手段を備えることである。
【００１５】
これにより、代謝量のみならず、運動時の推定心拍数を算出することができる。上述したように、実際の心拍数は、食事や感情の変化などの影響を受ける。そして、心拍計は実際の心拍数を検出することができる。しかし、運動時の心拍数に特化した心拍数を抽出することは容易ではない。本発明によれば、運動時に特化した心拍数のみを抽出することができるため、運動に応じた心拍数の変化を確実に観察することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項２〜４の何れか一項において、
前記周波数解析手段は、前記所定期間における前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行い、前記所定期間に検出された前記筋肉伸縮量の各周波数成分のうち前記筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を前記所定期間における前記筋肉伸縮量の周波数として設定することである。
【００１７】
筋肉伸縮量の周波数は、運動の種類によっても異なるが、同じ運動を行っていたとしても複数の周波数成分を含むことがある。このような場合には、筋肉伸縮量の周波数として、どの周波数成分を用いるかを明確にしておく必要がある。そこで、本発明によれば、所定期間において筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を所定期間における筋肉伸縮量の周波数として設定する。これにより、運動時か安静時かの判定を確実できる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚の変形量に基づき前記筋肉伸縮量を検出することである。
被検者の皮膚の変形は、筋肉の伸縮に伴って生じる。つまり、被検者の皮膚の変形量を検出することで、被検者の筋肉伸縮量を検出することができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項６において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚に当接して設けられ、前記皮膚の動きに応じて変形可能であって、当該変形量に応じた物理量を出力するセンサとすることである。
これにより、確実に筋肉伸縮量を検出できる。
【００２０】
請求項８に係る発明は、請求項７において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、当該筋肉伸縮量検出センサの変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量の何れかを変化させるセンサとすることである。
【００２１】
これにより、確実に被検者の筋肉伸縮量に応じた物理量を出力することができる。ここで、筋肉伸縮量センサとして、例えば、導電性の高分子材料を用いることができる。導電性高分子材料は、変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量などが変化する。導電性高分子材料の他に、被検者の皮膚の動作を観察できる画像センサなどを用いることもできる。ただし、導電性高分子材料を用いる場合には、当該導電性高分子材料を被検者の皮膚に当接するように直接装着することが容易である。従って、装着性を考慮すると、導電性高分子材料などを当該センサとして適用することは、有用性が高くなる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れか一項において、
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の脚部における前記筋肉伸縮量を検出することである。
通常の活動に際しては、脚部の筋肉を使用する。つまり、本発明によれば、通常の活動における運動に対して、高精度に運動時の代謝量を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】代謝量算出装置を示す斜視図である。
【図２】代謝量算出装置のブロック構成図である。
【図３】代謝量算出装置の演算処理部における主演算処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）走行時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。（ｂ）ゆっくりとした歩行時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。（ｃ）安静時における筋肉伸縮量センサの出力値を示す図である。
【図５】（ａ）走行時の出力値の周波数解析結果を示す図である。（ｂ）ゆっくりとした歩行時の出力値の周波数解析結果を示す図である。（ｃ）安静時の出力値の周波数解析結果を示す図である。
【図６】筋肉伸縮量センサの出力値の時間積分値に対する被検者の実際の心拍数および推定心拍数との関係を示す図である。
【図７】被検者の実際の心拍数と酸素摂取量との関係を示す図である。
【図８】代謝量算出装置の演算処理部における表示処理を示すフローチャートである。
【図９】（ａ）表示装置における表示画面１,すなわち現在の総代謝量および現在の推定心拍数を表示する画面である。（ｂ）表示装置における表示画面２、すなわち総代謝量の時間経過グラフを表示する画面である。（ｃ）表示装置における表示画面３、すなわち推定心拍数の時間経過グラフを表示する画面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の代謝量算出装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（代謝量算出装置の構成）
本実施形態の代謝量算出装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、代謝量算出装置は、全体として環状に形成され、周方向に伸縮可能とされている。この代謝量算出装置は、被検者の大腿部の位置に配置される。この代謝量算出装置は、筋肉伸縮量検出センサ１０と、コントローラ２０と、表示装置３０と、ベルト部材４０とを備えている。
【００２６】
筋肉伸縮量検出センサ１０は、被検者の大腿部の皮膚に当接して設けられている。具体的には、筋肉伸縮量検出センサ１０は、被検者の大腿四頭筋の動きに応じて動く皮膚に当接して設けられ、当該部位の皮膚の動きに応じて伸縮変形する。そして、筋肉伸縮量検出センサ１０は、当該センサ１０の伸縮変形量に応じた物理量を出力する。つまり、当該物理量は、大腿四頭筋の動きに応じた値となる。
【００２７】
この筋肉伸縮量検出センサ１０は、基材１１と、センサ本体１２と、電極１３、１４とから構成される。基材１１は、長尺板状に形成され、長手方向に伸縮可能な織りゴム製からなる。基材１１は、被検者の大腿部の前面、すなわち、大腿四頭筋の動きを検出できる位置に配置されている。
【００２８】
センサ本体１２は、基材１１よりも一回り小さな長尺板状に形成され、基材１１の表面（前面）に貼付されている。センサ本体１２は、長手方向に伸縮可能であって、伸縮変形量が増加するにつれて電気抵抗が増加するように形成されている。すなわち、センサ本体１２は、定電流が供給されている場合には、伸縮変形量に応じた電圧を出力できる。例えば、センサ本体１２は、導電性フィラーを含有するゴム製からなる。このセンサ本体１２の長手方向のばね定数は、基材１１の長手方向のばね定数よりも大きく設定されている。つまり、センサ本体１２は、基材１１よりも伸縮しやすい。
【００２９】
電極１３、１４は、センサ本体１２の長手方向の両端にそれぞれ設けられている。つまり、電極１３、１４間の電気抵抗は、センサ本体１２の電気抵抗に応じて変化する構成としている。これらの電極１３、１４は、基材１１に固定されている。
【００３０】
コントローラ２０（運動代謝量算出手段、安静代謝量算出手段、総代謝量算出手段、推定心拍数算出手段）は、基材１１の前面のうち電極１３よりも基材１１の一端側に配置されている。コントローラ２０と、電極１３、１４に導線により電気的に接続されている。表示装置３０は、基材１１の前面のうちコントローラ２０よりも基材１１の一端側に配置されている。
【００３１】
ベルト部材４０は、伸縮可能な織りゴム製であって、長尺状に形成されている。ベルト部材４０の長手方向の両端部は、基材１１の両端部に連結されている。つまり、ベルト部材４０と基材１１とにより、環状を形成している。ベルト部材４０は、大腿部の後面に配置されている。
【００３２】
次に、図２を参照して、コントローラ２０の詳細について説明する。図２に示すように、コントローラ２０は、直流電源２１と、電圧計２２と、記憶装置２３と、演算処理部２４とを備えている。
【００３３】
直流電源２１は、センサ本体１２に定電流を供給すると共に、コントローラ２０内の各部に供給する電源としての役割を有している。電圧計２２は、電極１３、１４の間の電圧を計測することができる。つまり、センサ本体１２に直流電源２１から定電流が供給された場合に、センサ本体１２の電極１３、１４の間の電圧を計測できる。この電圧値は、センサ本体１２の電気抵抗に応じた値となる。
【００３４】
記憶装置２３は、電圧計２２により計測された電圧値（「センサ本体１２から出力された出力値」に相当）のデータを記憶すると共に、演算処理部２４により算出された推定心拍数、総代謝量を記憶する。また、記憶装置２３は、電圧値の時間積算値と推定心拍数との関係マップを記憶している。この関係マップは、後述する図６に示すものである。
【００３５】
演算処理部２４は、センサ本体１２から出力された出力値に基づいて代謝量算出処理を行うと共に、主演算処理の結果に基づいて表示装置３０に対して表示処理を行う。演算処理部２４における代謝量算出処理、および表示処理の詳細については、後述する。
【００３６】
（演算処理部２４における代謝量算出処理）
次に、演算処理部２４における代謝量算出処理について図３〜図７を参照して説明する。図３に示すように、代謝量算出処理は、記憶装置２３に既に記憶されているセンサ本体１２から出力された出力値を、所定期間（例えば、２ｓｅｃ）の分だけ取得する（Ｓ１）。ここで、このセンサ本体１２から出力された出力値は、筋肉伸縮量検出センサ１０により検出された被験者の大腿四頭筋の筋肉伸縮量に相当する値である。また、所定期間とは、電圧計２２により計測された電圧値のサンプリング周期よりも十分に長く設定され、後述する周波数解析をするために十分なデータ量となるような期間に設定されている。
【００３７】
ここで、走行時、ゆっくりとした歩行時、および、安静時のそれぞれにおけるセンサ本体１２からの出力値について、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す。図４（ａ）（ｂ）から明らかなように、センサ本体１２からの出力値は、走行時および歩行時には、周期的な挙動を示している。さらに、走行時には、歩行時に比べて、出力値が高くなり、且つ、周期が短くなっている。また、安静時（具体的には、床に足を伸ばして着座している状態としている）には、センサ本体１２からの出力値は、周期的な挙動ではなく、不規則な挙動を示している。
【００３８】
続いて、取得した所定期間の出力データに基づいて周波数解析を行う（Ｓ２）。ただし、センサ本体１２からの出力データそのものを周波数解析すると、各行為に応じて周波数の差が出にくいため、センサ本体１２からの出力データに対して所定の係数を乗算したデータを用いた。この場合の図４（ａ）〜図４（ｃ）の出力データの周波数解析結果について、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す。図５（ａ）に示すように、走行時における周波数解析結果は、図５（ａ）に示すように、約４５Ｈｚ付近が出力値のピークとなり、その高調波成分がやや高くなっている。また、ゆっくりとした歩行時における周波数解析結果は、図５（ｂ）に示すように、約２０Ｈｚ付近が出力値のピークとなり、その高調波成分がやや高くなっている。そして、安静時における周波数解析結果は、図５（ｃ）に示すように、ゼロ付近が出力値のピークとなり、その他の周波数帯域においては出力値がほぼゼロに近い値となっている。
【００３９】
続いて、周波数解析による出力値が最大値（ピーク）となる周波数Ｆが、周波数閾値ｆｔｈより大きいか否かを判定する（Ｓ３）。この周波数閾値ｆｔｈは、運動している状態か、それとも運動していない状態かを区別するための閾値である。ここでは、周波数閾値ｆｔｈを、１５Ｈｚと設定している。つまり、走行時および歩行時における周波数解析による出力値最大の周波数Ｆは、周波数閾値ｆｔｈよりも大きな周波数となる。一方、安静時における周波数解析による出力値最大の周波数Ｆは、周波数閾値ｆｔｈ以下の周波数となる。
【００４０】
続いて、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈより大きい場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、上述した所定期間におけるセンサ本体１２からの出力データを時間積分して、時間積分値ＩＳＯ（Integrated Sensor Output）を算出する（Ｓ４）。図４（ａ）（ｂ）から明らかなように、走行時の時間積分値ＩＳＯは、歩行時の時間積分値ＩＳＯよりも大きな値となる。
【００４１】
続いて、算出した時間積分値ＩＳＯに基づいて、推定心拍数ＨＲを算出し、算出した推定心拍数ＨＲを記憶装置２３に記憶する（Ｓ５）。ここで、算出した時間積分値ＩＳＯと被検者の実際の心拍数または推定心拍数ＨＲとの関係について説明する。時間積分値ＩＳＯと実際の心拍数との関係について実験を行った結果を、図６の黒丸印にて示す。実験値は、図６の黒丸印を三次式の関数にて最小自乗法により近似した実線近傍に一致する。このように、時間積分値ＩＳＯと実際の心拍数とは、ある相関を持っていることが分かる。そこで、時間積分値ＩＳＯと推定心拍数ＨＲとの関係を、図６の三次式の実線にて示す関係マップとして記憶しておく。つまり、時間積分値ＩＳＯが決定されれば、図６の関係マップを用いることで、推定心拍数ＨＲを得ることができる。
【００４２】
続いて、推定心拍数ＨＲに基づいて、酸素摂取量ＶＯ２の算出を行う（Ｓ６）。ここで、心拍数と酸素摂取量とは、ほぼ比例の関係または一次式の関係を有することが知られている。実際に実験を行った結果を図７に示す。図７に示すように、実際の心拍数と酸素摂取量の関係は、一次式の関係を有する。ただし、実際の心拍数が１１０ＨＲを超える範囲にて、上記の関係を有することが知られている。ここでは、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈより大きい場合、すなわち、運動時における処理であるため、推定心拍数ＨＲはほぼ１１０以上の場合である。つまり、当該処理においては、運動時における酸素摂取量を算出していることに相当する。
【００４３】
続いて、算出された運動時の酸素摂取量ＶＯ２に基づいて、運動時における代謝量（以下、「運動代謝量」と称する）Ｑ１を算出する（Ｓ７）。運動代謝量Ｑ１は、酸素摂取量ＶＯ２に対してほぼ比例の関係を有する。例えば、一般には、運動代謝量Ｑ１は、酸素摂取量ＶＯ２に５ｋｃａｌを乗算した値にほぼ等しいと考えられている。そこで、ここでは、当該関係式に基づいて、運動代謝量Ｑ１を算出する。
【００４４】
一方、ステップＳ３において、周波数解析による出力値最大の周波数Ｆが周波数閾値ｆｔｈ以下の場合には（Ｓ３：Ｎｏ）、基礎代謝量に基づいて安静時における代謝量（以下、「安静代謝量」と称する）Ｑ２を算出する。ここで、基礎代謝量は、被検者によって異なるものである。そこで、本実施形態においては、予め被検者に関する情報、例えば、性別、年齢、身長、体重などの情報を入力しておき、これらの情報に基づいて基礎代謝量を決定しておく。そして、安静代謝量は、基礎代謝量に上述した所定期間を乗算することにより算出される。
【００４５】
続いて、現時点における総代謝量Ｑｔを算出する（Ｓ９）。まず、初期においては、運動代謝量Ｑ１が算出されたとすると、当該運動代謝量Ｑ１が総代謝量Ｑｔとなる。その後に、安静代謝量Ｑ２が算出されると、既に算出された総代謝量Ｑｔに、今回算出された安静代謝量Ｑ２を加算して、総代謝量Ｑｔを更新して記憶する。つまり、総代謝量Ｑｔは、これまでの運動代謝量Ｑ１とこれまでの安静代謝量Ｑ２とを合計した値となる。そして、総代謝量Ｑｔの更新を繰り返すことにより、代謝量算出装置の起動から現在までの総代謝量Ｑｔを算出できる。ここで、記憶装置２３には、現在の総代謝量Ｑｔのみならず、これまでの総代謝量Ｑｔの情報を記憶している。
【００４６】
続いて、取得可能なデータが存在する場合には、ステップＳ１に戻り処理を繰り返す（Ｓ１０）。一方、取得可能なデータが存在しない場合には、処理を終了する。
【００４７】
（演算処理部２４における表示処理）
次に、演算処理部２４における表示処理について図８〜図９を参照して説明する。図８に示すように、まず、代謝量算出装置が起動されると、初期画面表示処理を実行する（Ｓ１１）。初期画面は、図９（ａ）に示すように、画面上段に現在における総代謝量Ｑｔが表示され、画面下段に現在における推定心拍数ＨＲが表示されている。
【００４８】
続いて、総代謝量時間経過グラフの表示要求がされたか否かを判定する（Ｓ１２）。総代謝量時間経過グラフの表示要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。総代謝量時間経過グラフの表示要求がされた場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ｂ）に示すような総代謝量時間経過グラフが表示される（Ｓ１３）。つまり、代謝量算出装置が起動されてから現在までにおいて、総代謝量の変化した挙動が表示される。
【００４９】
一方、総代謝量時間経過グラフの表示要求がされていない場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされたか否かを判定する（Ｓ１４）。推定心拍数時間経過グラフの表示要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされた場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ｃ）に示すような推定心拍数時間経過グラフが表示される。つまり、代謝量算出装置が起動されてから現在までにおいて、推定心拍数ＨＲの変化した挙動が表示される（Ｓ１５）。ただし、推定心拍数ＨＲは、上述した代謝量算出処理において説明したように、運動時のみ算出されるものである。従って、安静時と判定された場合には、推定心拍数ＨＲはゼロとして表示される。
【００５０】
一方、推定心拍数時間経過グラフの表示要求がされていない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、初期画面切替要求がされたか否かを判定する（Ｓ１６）。初期画面切替要求は、表示装置３０の表面に被検者が操作可能なボタン（図示せず）によって行われる。初期画面切替要求がされた場合には（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、表示装置３０の画面には、図９（ａ）に示す画面に切り替えられる。初期画面切替要求がされていない場合には（Ｓ１６：Ｎｏ）、代謝量算出装置がＯＦＦされるまで、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。つまり、表示装置３０の表示画面は、操作者による表示要求に応じた表示画面に適宜切り替えられる。
【００５１】
（本実施形態の効果）
本実施形態において、被検者の筋肉伸縮量に相当するものを用いて代謝量の算出を行った。被検者の筋肉伸縮量は、被検者の実際の活動に応じたものとなる。また、筋肉伸縮量を時間積分した値が代謝量に相関があることを見出すことにより、筋肉伸縮量を検出することで運動時における代謝量を算出することができるようになった。
【００５２】
従って、本実施形態によれば、歩数計によって検出できない自転車運転時においても高精度に代謝量を算出でき、歩数計において誤検出の原因であった活動に関係のない動作の影響を受けることもなく、高精度に代謝量を算出できる。また、心拍計の場合に問題であった食事の場合や感情の変化がある場合であっても、筋肉伸縮量は影響を受けないため、高精度に代謝量を算出できる。
【００５３】
さらに、筋肉伸縮量の周波数に基づいて運動時であるか、それとも安静時であるかを区別することにより、確実に両者を区別することができる。従って、運動時の代謝量Ｑ１は、筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて算出し、安静時の代謝量Ｑ２は、基礎代謝量に基づいて算出することにより、全体としての総代謝量Ｑｔを高精度に算出できる。
【００５４】
ただし、筋肉伸縮量の周波数解析した結果では、通常、複数の周波数成分を含む。この複数の周波数成分の中で、どの周波数成分により判定するかは重要である。本実施形態においては、筋肉伸縮量の出力値最大の周波数Ｆを抽出して、当該周波数Ｆを判定基準として用いた。これにより、確実に、運動時であるか安静時であるかを判定することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、推定心拍数ＨＲを算出している。ここで、実際の心拍数は、食事や感情の変化などの影響を受ける。しかし、本実施形態によれば、運動時の心拍数に特化した心拍数を抽出することができるため、運動に応じた心拍数の変化を確実に観察することができる。
【００５６】
また、本実施形態においては、筋肉伸縮量の検出に際して、被検者の皮膚の動きを検出できるセンサを用いた。被検者の皮膚の近傍に、検出したい筋肉が存在すれば、当該皮膚の動きは、当該筋肉の動きに相当するものとなる。従って、被検者の皮膚の動きを検出することで、確実に、被検者の筋肉伸縮量を検出できる。
【００５７】
また、本実施形態のおけるセンサ本体１２は、センサ本体１２の伸縮量に応じて抵抗が変化するものを用いている。このように、変形量に応じて物理量が変化するセンサを用いることで、確実に被検者の皮膚の動きを検出できる。さらに、小型化を図ることもできるため、被検者に対する装着性の点でも有効となる。さらに、筋肉伸縮量検出センサ１０は、伸縮可能な材料により形成した。従って、装着性や、装着感を良好とすることができる。
【００５８】
＜その他＞
上記実施形態においては、センサ本体１２として、変形量に応じて抵抗が変化するものを用いた。この他に、センサ本体１２として、変形量に応じてインピーダンスまたは静電容量が変化するものを適用することもできる。この場合には、電源として交流電源を供給することで、他は実質的に同様の構成を適用できる。
【００５９】
また、上記実施形態においては、代謝量算出装置を被検者の大腿部に装着することとした。大腿部は、人間の通常の生活において最も使用する部位である。従って、大腿部に代謝量算出装置を装着することで、被検者の総代謝量Ｑｔを算出することができる。ただし、上半身に特化した運動を行う場合、例えばベンチプレスを用いた運動や、下半身の身障者に対しては、腕部や腹部に代謝量算出装置を装着することで、適切な総代謝量Ｑｔの算出が可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１０：筋肉伸縮量検出センサ
１１：基材、 １２：センサ本体、 １３、１４：電極
２０：コントローラ
２１：直流電源、 ２２：電圧計、 ２３：記憶装置、 ２４：演算処理部
３０：表示装置
４０：ベルト部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサと、
前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する運動代謝量算出手段と、
を備えることを特徴とする代謝量算出装置。
【請求項２】
所定期間に前記筋肉伸縮量検出センサにより検出された前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行う周波数解析手段をさらに備え、
前記運動代謝量算出手段は、前記筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する請求項１に記載の代謝量算出装置。
【請求項３】
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数より小さい場合に、基礎代謝量を安静時の代謝量として算出する安静代謝量算出手段と、
前記運動時の代謝量と前記安静時の代謝量とを合計して総代謝量を算出する総代謝量算出手段と、
を備える請求項２に記載の代謝量算出装置。
【請求項４】
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の推定心拍数を算出する推定心拍数算出手段を備える請求項２または３に記載の代謝量算出装置。
【請求項５】
前記周波数解析手段は、前記所定期間における前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行い、前記所定期間に検出された前記筋肉伸縮量の各周波数成分のうち前記筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を前記所定期間における前記筋肉伸縮量の周波数として設定する請求項２〜４の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【請求項６】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚の変形量に基づき前記筋肉伸縮量を検出する請求項１〜５の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【請求項７】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚に当接して設けられ、前記皮膚の動きに応じて変形可能であって、当該変形量に応じた物理量を出力するセンサである請求項６に記載の代謝量算出装置。
【請求項８】
前記筋肉伸縮量検出センサは、当該筋肉伸縮量検出センサの変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量の何れかを変化させるセンサである請求項７に記載の代謝量算出装置。
【請求項９】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の脚部における前記筋肉伸縮量を検出する請求項１〜８の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【請求項１】
被検者の筋肉伸縮量を検出する筋肉伸縮量検出センサと、
前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する運動代謝量算出手段と、
を備えることを特徴とする代謝量算出装置。
【請求項２】
所定期間に前記筋肉伸縮量検出センサにより検出された前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行う周波数解析手段をさらに備え、
前記運動代謝量算出手段は、前記筋肉伸縮量の周波数が所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の代謝量を算出する請求項１に記載の代謝量算出装置。
【請求項３】
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数より小さい場合に、基礎代謝量を安静時の代謝量として算出する安静代謝量算出手段と、
前記運動時の代謝量と前記安静時の代謝量とを合計して総代謝量を算出する総代謝量算出手段と、
を備える請求項２に記載の代謝量算出装置。
【請求項４】
前記筋肉伸縮量の周波数が前記所定周波数以上である場合に、前記筋肉伸縮量を時間積分した値に基づいて運動時の推定心拍数を算出する推定心拍数算出手段を備える請求項２または３に記載の代謝量算出装置。
【請求項５】
前記周波数解析手段は、前記所定期間における前記筋肉伸縮量に対して周波数解析を行い、前記所定期間に検出された前記筋肉伸縮量の各周波数成分のうち前記筋肉伸縮量が最大値となる周波数を抽出し、抽出された当該周波数を前記所定期間における前記筋肉伸縮量の周波数として設定する請求項２〜４の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【請求項６】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚の変形量に基づき前記筋肉伸縮量を検出する請求項１〜５の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【請求項７】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の皮膚に当接して設けられ、前記皮膚の動きに応じて変形可能であって、当該変形量に応じた物理量を出力するセンサである請求項６に記載の代謝量算出装置。
【請求項８】
前記筋肉伸縮量検出センサは、当該筋肉伸縮量検出センサの変形量に応じて抵抗値、インピーダンス、静電容量の何れかを変化させるセンサである請求項７に記載の代謝量算出装置。
【請求項９】
前記筋肉伸縮量検出センサは、前記被検者の脚部における前記筋肉伸縮量を検出する請求項１〜８の何れか一項に記載の代謝量算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２０１０６６（Ｐ２０１０−２０１０６６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２０３５（Ｐ２００９−５２０３５）
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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