運動能力判定装置
【課題】従来の運動能力判定装置は、統計的に算出された標準値に基づいて運動目標値が設定されているので、歩行を行なう使用者にとって適切な目標とは言い難いものであった。
【解決手段】安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを算出する心拍数算出手段３と、個人データ入力手段７１と最高心拍数算出手段７２と心拍運動強度算出手段７と心拍ＭＥＴｓ算出手段８１と、歩行速度算出手段５と歩行ＭＥＴｓ算出手段６と、歩行ＭＥＴｓデータＨｍと心拍ＭＥＴｓデータＳｍと、から運動能力データＵｎを算出する運動能力算出手段８とを備えた。
【解決手段】安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを算出する心拍数算出手段３と、個人データ入力手段７１と最高心拍数算出手段７２と心拍運動強度算出手段７と心拍ＭＥＴｓ算出手段８１と、歩行速度算出手段５と歩行ＭＥＴｓ算出手段６と、歩行ＭＥＴｓデータＨｍと心拍ＭＥＴｓデータＳｍと、から運動能力データＵｎを算出する運動能力算出手段８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動能力を判定する運動能力判定装置に関するものであり、特に適正な歩行運動を行なうための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、疾病予防や健康増進のために歩行運動がよいとされている。そして効果的な歩行運動を行なうために歩行運動の強度は、その個人が持つ運動能力の５０％から７０％程度が適切とされている。
しかし、運動をしようとする人が、その運動能力の範囲内で適切に運動ができているかを知り得ることは難しいので、運動中や運動後に運動強度を報知したりする技術が広く提案されている。
【０００３】
一例をあげると、歩数計に関わる技術である。運動を歩行運動としたときに、標準的な運動強度と比較してその結果を表示する技術である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に示した従来技術は、１分間の歩数から歩行速度を求め、歩行速度と運動の強度とを示す単位であるＭＥＴｓ値の関係テーブルからＭＥＴｓを算出する。更に個人データを入力し、入力された個人データからその個人に当てはまる統計的な運動強度を得る。そして、個人の実際の歩行による運動強度と統計的な運動強度とを比較し表示するのである。
また、運動をする人が運動強度レベルの目標を設定することができるため、運動後にどの程度の達成度があったのかも判定できる。
【０００５】
図１８を使用して特許文献１に示した従来技術の詳細を詳述する。
説明に先だって「ＭＥＴｓ」という単位について若干説明を行なう。「ＭＥＴｓ」とは身体の活動度の指標である体重１ｋｇ当りのエネルギ代謝量（単位はＫｃａｌ／ｋｇであり、以下の記述では単位は省略する）が、安静時の何倍に相当するかを示す数値である。例えば「３ＭＥＴｓの運動」とは、その運動は安静時の３倍のエネルギ代謝量を必要とする運動強度である、ということを示す。
【０００６】
図１８は特許文献１に示した従来技術の構成を示すブロック図であり、図１８のＣＰＵ２００には、入力部１５０の年令入力部１５１と性別入力部１５２とから入力した年令と性別に対応する標準的な最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘを記憶したテーブル３２０と、テーブル３２０に記憶された最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘと入力部１５０の運動強度入力部１５４から入力した運動強度とから設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２を参照することができるテーブル３１０とが備えられている。
【０００７】
そして、使用者が年令と性別および運動強度を入力すると、テーブル３２０及びテーブル３１０から歩行運動の目標値である設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２が自動的に設定される。
また身長入力手段１５３によって入力された身長と、歩数カウンタ２２０と１分当りの歩数算出手段２２０ａによって算出された１分間当りの歩数とから歩行速度算出手段２３０によって歩行速度が算出され、算出された歩行速度からＭＥＴｓ係数算出手段２４０によってＭＥＴｓ係数Ｍ１が算出される。
【０００８】
そして、ＭＥＴｓ係数Ｍ１と設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２との比を比較手段３３０によって算出し、その比に基づいて運動レベル決定手段３４０によって運動レベルＬが決定される。
また、運動量算出手段２５０は、ＭＥＴｓ係数Ｍ１に基づき運動量Ｑを算出する。
運動量判断手段３５０は、運動量Ｑと運動レベルＬとを比較し、運動レベルＬ以上の運動量Ｑｍを累積手段３６０に累積し累積運動量表示手段４４０に表示する。
【０００９】
また、運動を行なう人の運動負荷度を表示することで、体の状態を報知する技術も知られている。例えば、心拍数を計測して、運動負荷度を見やすく表示する技術である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
特許文献２に示した従来技術は、運動する人の情報に基づき、最高心拍数を算出する。この最高心拍数と運動中の心拍数とから、運動中の人に加わる運動負荷度を算出し、バーグラフなどにより表示する技術である。
このようにすれば、運動する人は、適切な運動負荷度の範囲内で運動を行なっているか否かを把握することができて、便利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許３６９８６０８号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平５−２９３０８９号公報（第２頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、効果的な運動を行なうためには、運動を行なう対象者の運動能力が、同性同世代の標準的な運動能力に対してどの程度乖離しているかを的確に把握することが重要である。
運動をする人にとって、標準的な運動能力に対する自身の運動能力の優劣を知れば、運動能力を向上させようと考えるきっかけにも成り得るし、また、運動能力が次第に向上して行くように、運動の強さ（運動負荷度）を調整するなどして、無理なく運動能力を向上させることができる。
【００１３】
特許文献１に示した従来技術は、個人の実際の歩行による運動強度と統計的な運動強度との比較によって運動強度を決定し表示する技術である。
すなわち、算出された運動レベルＬを、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２とＭＥＴｓ係数Ｍ１との比によって決定し、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２を、年齢、性別、運動強度によって統計的に算出された標準値としている。さらに、ＭＥＴｓ係数Ｍ１も歩行速度からＭＥＴｓ値に換算する過程で統計的に算出された標準値が使用されている。したがって、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２とＭＥＴｓ係数Ｍ１とから算出される運動レベルＬもまた、統計的に算出された標準値を基準にしたものとなっている。
【００１４】
このため、使用者は、統計的に算出された標準値を基準にした運動強度レベルに基づき歩行運動を行なうことになるので、使用者の固有の運動能力に適した運動を行なうための情報を得ることはできない。
【００１５】
特許文献２に示した従来技術では、運動中の使用者に対し、適切な運動負荷度の範囲内で運動を行なっているか否かを把握させる技術であるが、使用者の固有の運動負荷度を判定して表示しているに過ぎず、特許文献１に示した従来技術と同様に、使用者の固有の運動能力に適した運動を行なうための情報を得ているとは言い難い。
【００１６】
本発明の目的は上記課題を解決するものである。使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に対してどの程度差があるかをＭＥＴｓ値を用いて数値化することによって、簡便に運動能力を判定することができる。
これにより、使用者固有の運動能力に適した運動を行なわせることができ、運動による運動能力の向上も把握することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の運動能力判定装置は下記記載の構成を採用する。
【００１８】
生体の情報を検出して運動能力を判定する運動能力判定装置において、生体に現れる生体情報を検出して生体信号を出力する生体センサと、生体信号に基づき心拍信号を出力する心拍信号検出手段と、心拍信号に基づき安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを出力する心拍数算出手段と、個人データを入力する個人データ入力手段と、個人データに基づき最高心拍数を出力する最高心拍数算出手段と、最高心拍数と安静心拍数と運動心拍数とに基づき心拍運動強度データを出力する心拍運動強度算出手段と、心拍運動強度データに基づき心拍ＭＥＴｓデータを出力する心拍ＭＥＴｓ算出手段と、生体が動作したことによって生じる加速度を検出して加速度信号を出力する加速度検出手段と、加速度信号に基づき歩行ピッチを算出して歩行ピッチ信号を出力する歩行ピッチ算出手段と、歩幅データを算出する歩幅データ算出手段と、歩行ピッチ信号と歩幅データとから歩行速度を算出する歩行速度算出手段と、歩行速度に基づき歩行ＭＥＴｓデータを算出する歩行ＭＥＴｓ算出手段と、歩行ＭＥＴｓデータと心拍ＭＥＴｓデータとから運動能力データを算出する運動能力算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、使用者個人の身体的生理的活動の最も直接的な指標である心拍数を基準にしたＭＥＴｓ値である心拍ＭＥＴｓデータに基づいて運動能力が判定されるので、使用者固有の運動能力が標準からどの程度差があるかを判定することができる。
【００２０】
また、加速度検出手段は、所定の加速度が印加されたときに加速度信号を出力する加速度センサで構成しても良い。
【００２１】
これにより、歩行運動によって生じる加速度信号から、歩行ピッチ信号を容易に検出することができる。
【００２２】
また、加速度検出手段は、ＧＰＳ受信機と、このＧＰＳ受信機から得られた衛星情報から位置情報を抽出するデータ処理部と、位置情報に基づいて加速度信号を出力するデータ算出部とで構成しても良い。
【００２３】
これにより、ＧＰＳ受信機のデータから歩行運動における歩行速度や加速度信号を正確に算出することができる。
【００２４】
また、歩幅データ算出手段は、データ処理部から得られた位置情報から距離情報を算出して歩行ピッチ信号で除算することにより歩幅データを算出する数値演算部で構成しても良い。
【００２５】
これにより、歩幅データはＧＰＳ受信機のデータによってより実態に近い数値とすることができる。
【００２６】
また、歩幅データ算出手段は、歩幅の数値を入力する数値設定部で構成しても良い。
【００２７】
これにより歩行の際の歩幅データを簡便に入力することができる。
【００２８】
また、運動能力算出手段が算出する運動能力データは、歩行ＭＥＴｓデータと心拍ＭＥＴｓデータとの差に基づくようにしてもよい。
【００２９】
これにより、使用者個人の運動能力と統計的に算出された標準的な運動能力との差が、ＭＥＴｓ値により数値化されるので運動能力を簡便に判定することができる。
【００３０】
また、心拍ＭＥＴｓ算出手段は、心拍運動強度データを心拍ＭＥＴｓデータに、直線回帰法により換算してもよい。
【００３１】
これにより、使用者個人の運動能力の重要な指標である心肺能力に基づく心拍ＭＥＴｓ値を正確に算出することができる。
【００３２】
また、心拍数算出手段は、心拍信号に基づき心拍数を算出する心拍数計算部と、歩行運動停止後の遅延時間に基づき上乗せ心拍数を算出する上乗せ心拍数算出部と、心拍数計算部が算出する心拍数を上乗せ心拍数で補正して運動心拍数を算出する運動心拍数補正部とで構成しても良い。
【００３３】
これにより、使用者が歩行運動を停止して心拍数を測定する際の心拍数の低下は容易に補正され、正確な運動心拍数が算出されるので、心拍ＭＥＴｓデータの算出がより正確になり、運動能力データがより正確に算出される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、日常的に行なう歩行運動と心拍数の計測によって得られる歩行ＭＥＴｓと心拍ＭＥＴｓとから、使用者固有の運動能力を簡便に算出することが可能となる。
そして使用者は、使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に比べどの程度差があるかをＭＥＴｓ値を用いて認識し、無理のない効果的な運動を持続しながら運動能力の向上も簡便に認識することができるので、本発明は簡便かつ有用な運動能力判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の機能ブロック図である。
【図２】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の回路ブロック図である。
【図３】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態のフローチャートである。
【図４】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の外観図である。
【図５】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の使用状態を示す外観図である。
【図６】歩行ＭＥＴｓを算出するためのグラフである。
【図７】心拍ＭＥＴｓを算出するための定数表である。
【図８】本発明による運動能力判定装置の使用結果を示す表である。
【図９】本発明による運動能力判定装置の評価ランクを示す表である。
【図１０】本発明による運動能力判定装置の第２の実施形態の機能ブロック図である。
【図１１】本発明による運動能力判定装置の第２の実施形態のフローチャートである。
【図１２】心拍数の時間変化を示すグラフである。
【図１３】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の機能ブロック図である。
【図１４】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の回路ブロック図である。
【図１５】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の外観図である。
【図１６】本発明による運動能力判定装置の第４の実施形態の外観図である。
【図１７】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の使用状態を示す外観図である。
【図１８】特許文献１に示した従来技術を説明する機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の運動能力判定装置は、まず、使用者は予め安静時の心拍数を測定または入力しておき、その後、所定の運動量の歩行運動を行ない歩行運動中の心拍数を計測する。安静時の心拍数と運動中の心拍数とから「心拍ＭＥＴｓデータ」を算出する。一般に知られている「歩行速度とＭＥＴｓの関係」から、歩行運動による「歩行ＭＥＴｓデータ」を算出し、両方のＭＥＴｓ値の差から、使用者の運動能力をＭＥＴｓ値による数値で判定するものである。
【００３７】
なお、ここで、「歩行ＭＥＴｓ」および「心拍ＭＥＴｓ」という用語の定義について予め詳述する。
前述したように、「ＭＥＴｓ」とは身体の活動度の指標である体重１ｋｇ当りのエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍に相当するかを示す数値である。
【００３８】
従って「歩行ＭＥＴｓ」とは、ある速度で歩行する際に、身体が必要とするエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍かを、歩行速度をパラメータにして数値化したものであり、身体への外的要因を表すＭＥＴｓとみなすことができる。
【００３９】
一方「心拍ＭＥＴｓ」は、ある強度の運動を行なった際に身体が必要とするエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍であるかを、心拍数をパラメータにして数値化したものである。この考え方は、エネルギ代謝に不可欠な酸素は血流によって運搬されるのでエネルギ代謝量と心拍数とは比例関係にあるという、知られている理論に基づいている。
すなわち、「心拍ＭＥＴｓ」とは、外的要因によって増加した身体の内的活性度を表すＭＥＴｓとみなすことができる。
【００４０】
以後の説明では、歩行速度から算出したＭＥＴｓを歩行ＭＥＴｓ、心拍数の増加から算出したＭＥＴｓを心拍ＭＥＴｓと表記する。
【実施例１】
【００４１】
以下、図１から図７を用いて運動能力判定装置の第１の実施形態を詳述する。
図１は第１の実施形態である運動能力判定装置１の機能ブロック図であり、図２は回路ブロック図であり、図３はフローチャートであり、図４は外観図であり、図５は使用例を示す外観図である。図６は歩行ＭＥＴｓデータＨｍ算出グラフ、図７は定数表である。
【００４２】
［第１の実施形態の構成説明：図１、図２、図６、図７］
図１、図２、図６、図７を用いて運動能力判定装置１の構成を説明する。
図１において、１は運動能力判定装置、２１は生体センサ、２は心拍信号検出手段、３は心拍数算出手段、３５は安静心拍数記憶手段、３１は計時手段３１、４は歩行ピッチ算出手段、４１は加速度検出手段、５は歩行速度算出手段、５１は歩幅データ算出手段、６は歩行ＭＥＴｓ算出手段、７は心拍運動強度算出手段、７１は個人データ入力手段、７２は最高心拍数算出手段、８は運動能力算出手段、８１は心拍ＭＥＴｓ算出手段、９は報知手段である。
【００４３】
生体センサ２１は、運動能力判定装置１に設けた複数の心電位電極２１ａで構成され、使用者の左右の指などを心電位電極２１ａ押し当てることによって生体信号Ｂｓを検出し、心拍信号検出手段２に出力する。
心拍信号検出手段２は、生体信号Ｂｓから心拍に同期した心拍信号Ｓｐを検出し、心拍数算出手段３に出力する。
【００４４】
心拍数算出手段３は、心拍信号Ｓｐと心拍数算出手段３が内蔵するクロック信号（図示せず）によって、身体の２つの状態における心拍数を算出し、安静心拍数記憶手段３５と心拍運動強度算出手段７に出力する。
より詳細に説明すると、心拍数算出手段３は、安静時に測定した心拍数を安静心拍数Ｓｓｒとして安静心拍数記憶手段３５に出力し、歩行運動時に測定した心拍数を運動心拍数Ｓｓｄとして心拍運動強度算出手段７に出力する。
【００４５】
安静心拍数記憶手段３５は、安静心拍数Ｓｓｒを記憶するとともに、この安静心拍数Ｓｓｒを心拍運動強度算出手段７に出力する。
【００４６】
個人データ入力手段７１は、例えばキーボードや操作スイッチで構成され、個人データＫｄを入力する。この個人データＫｄは、使用者の年令Ｙ、性別Ｗ、身体を安静にしたときの心拍数である安静心拍数Ｓｓｒとからなる。この例では、安静時の心拍数である安静心拍数Ｓｓｒを直接入力する例である。もちろん、生体センサ２１により計測してもよい。それについては、後述する。
【００４７】
最高心拍数算出手段７２は、個人データ入力手段７１によって入力された使用者の個人データＫｄの年令Ｙに基づき、一般的に知られている式１に基づき最高心拍数Ｓｈを算出する。
【００４８】
［式１］
最高心拍数Ｓｈ＝２２０−年令Ｙ（単位：Ｐ／ｍｉｎ）
【００４９】
心拍運動強度算出手段７は、最高心拍数算出手段７２から入力された最高心拍数Ｓｈと安静心拍数Ｓｓｒと運動心拍数Ｓｓｄとから、一般的に知られている式２に基づき心拍運動強度データＳｕを算出する。
なお、式２における安静心拍数Ｓｓｒは、前述したように身体を安静にして測定した安静心拍数で、運動心拍数Ｓｓｄは歩行運動中に測定した心拍数である。詳細については後述の動作の説明で詳述する。
【００５０】
［式２］
心拍運動強度データＳｕ＝（運動心拍数Ｓｓｄ−安静心拍数Ｓｓｒ）／（最高心拍数Ｓｈ−安静心拍数Ｓｓｒ）×１００（単位：％）
【００５１】
心拍ＭＥＴｓ算出手段８１は、心拍運動強度算出手段７から入力された心拍運動強度データＳｕから式３に示した直線回帰式によって心拍ＭＥＴｓデータＳｍを算出する。
【００５２】
［式３］
心拍ＭＥＴｓデータＳｍ＝心拍運動強度Ｓｕ×α／１０−β（単位：ＭＥＴｓ）
【００５３】
式３におけるαおよびβは、図７に示す定数表が用いられる。この定数表は、「慶応義塾大学スポーツ医学研究センター紀要：１９９９年」の表３に示された統計的なデータから導き出されたものである。すなわち、種々の強度の運動において身体が必要とするエネルギ代謝量を、性別や年令別に求めた研究に基づくものである。
【００５４】
心拍ＭＥＴｓ算出手段８１は、この図７に示す定数表を内蔵する図示しないメモリなどの記憶手段に格納しておき、算出に用いるものであるが、その記憶手段は、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００５５】
加速度検出手段４１は、例えば、セラミックピエゾ素子などを用いた１座標軸方向、または３座標軸方向の加速度を検出する加速度センサ４１ｋで構成され、歩行などの運動によって生じる加速度信号Ａｓを出力する。
【００５６】
歩行ピッチ算出手段４は、加速度検出手段４１から入力された加速度信号Ａｓから、歩行ピッチ信号Ｈｐを検出し、歩行速度算出手段５に出力する。
【００５７】
歩幅データ算出手段５１は、例えばキーボードや操作スイッチで構成される数値設定部５１ａを含んでいる。この数値設定部５１ａにより入力された歩幅データＨｄを歩行速度算出手段５に出力する。
【００５８】
歩行速度算出手段５は、歩行ピッチ信号Ｈｐのパルス数Ｈｐｎと、数値設定部５１ａによって入力された歩幅データＨｄと、後述する計時手段３１が出力する判定時間データＴとから、式４によって歩行速度Ｈｓを算出する。
【００５９】
［式４］
歩行速度Ｈｓ＝歩幅データＨｄ×パルス数Ｈｐｎ／判定時間データＴ
【００６０】
歩行ＭＥＴｓ算出手段６の説明に際しては、図６のグラフも用いて説明する。
図６は、歩行ＭＥＴｓデータＨｍ算出グラフで、横軸は歩行速度Ｈｓ（ｋｍ／ｈ）で、縦軸は歩行ＭＥＴｓデータＨｍ（ＭＥＴｓ）であり、歩行速度（ｋｍ／ｈ）から運動強度（ＭＥＴｓ）を算出する場合に使用するグラフである。このグラフの元になるデータは、厚生労働省の「健康づくりのための運動指針２００６」から得ているものである。
歩行ＭＥＴｓ算出手段６は、図６に示すグラフから歩行速度Ｈｓに基づき歩行ＭＥＴｓデータＨｍを算出し、運動能力算出手段８に出力する。
【００６１】
歩行ＭＥＴｓ算出手段６も、図６に示すグラフを内蔵する図示しないメモリなどの記憶手段に格納しておき、算出に用いるものであるが、その記憶手段は、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１と同様に、歩行ＭＥＴｓ算出手段６の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００６２】
計時手段３１は、内蔵しているクロック信号（図示せず）に基づき、使用者が歩行運動を開始してからの時間を計測するとともに、歩行ＭＥＴｓ算出手段６が算出する歩行ＭＥＴｓデータＨｍと歩行時間とから、使用者が予め定められた運動量Ｅｘ０を行なったか否かを検出し、使用者が予め定められた運動量Ｅｘ０を完了した時点で、歩行終了信号Ｍｃを出力し、使用者が歩行運動を開始してから運動量Ｅｘ０を完了するまでの時間を判定時間データＴとして出力する。
【００６３】
なお、計時手段３１は、カレンダー情報（図示せず）を格納しており、必要な日付情報を随時各要素に供給している。カレンダー情報は、メモリなどの記憶手段に格納しておくものであるが、その記憶手段は、計時手段３１の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００６４】
なお、ここで運動量Ｅｘについて詳述する。運動量Ｅｘとは、式５に示すように運動強度ＭＥＴｓと運動時間の積であって、運動量を表す単位である。
【００６５】
［式５］
運動量Ｅｘ＝運動強度ＭＥＴｓ×時間（単位：エクササイズ）
【００６６】
したがって、運動強度が１ＭＥＴｓの運動を１時間行なった場合は、式６のようになる。
【００６７】
［式６］
１Ｅｘ＝１ＭＥＴｓ×１時間（単位：エクササイズ）
【００６８】
運動能力判定装置１においては、定められた運動量Ｅｘ０として、４ＭＥＴｓ以上の歩行運動によって、運動量がＥｘ０＝０．３４エクササイズ、になった時点で計時手段３１は歩行終了信号Ｍｃを出力するようになっている。
【００６９】
運動能力算出手段８は、歩行ＭＥＴｓ算出手段６によって算出された歩行ＭＥＴｓデータＨｍと、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１によって算出された心拍ＭＥＴｓデータＳｍと、を入力して、式７に基づいて運動能力データＵｎを算出する。
【００７０】
［式７］
運動能力データＵｎ＝歩行ＭＥＴｓデータＨｍ―心拍ＭＥＴｓデータＳｍ（単位：ＭＥＴｓ）
【００７１】
報知手段９は、表示を行なう部分とアラームなどを発する部分とで構成されている。運動能力算出手段８から算出される運動能力データＵｎと計時手段３１から出力される歩行終了信号Ｍｃとを入力し、ＭＥＴｓ値を表示することができる。また、表示に合わせて報知音などを発することができる。
【００７２】
［回路ブロックの説明：図２、図１、図４］
次に、図２を用いて運動能力判定装置１の回路構成を説明する。
図２において、１０は全体の動作を制御するマイクロプロセッサ、１１は操作スイッチ、１２は情報を記憶する記憶部、１３は装置に電力を供給するための知られている電源、９１はＭＥＴｓ値などを表示する表示器、９２はアラーム音などを発する報音器である。
【００７３】
操作スイッチ１１は、図１に示す個人データ入力手段７１と歩幅データ算出手段５１の数値設定部５１ａとを概念化したものである。キーボードや複数のスイッチなどで構成される。また、運動能力判定装置１の起動スイッチを兼ねていてもかまわない。
【００７４】
マイクロプロセッサ１０は、運動能力判定装置１の全体の動作を制御するためのものであって、図１に示す各構成要素の動作を制御するものである。図１に示す各構成要素のうち、生体センサ２１を構成する心電位電極２１ａ、加速度検出手段４１を構成する加速度センサ４１ｋ、歩幅データ算出手段５１を構成する数値設定部５１ａ、個人データ入力手段７１、報知手段９を除いた要素をソフトウエアモジュールの形態でマイクロプロセッサ１０に有していてもよい。
【００７５】
記憶部１２は、マイクロプロセッサ１０が演算処理を行なうときに数値やデータを格納する記憶手段である。図６に示すグラフ、図７に示す定数表、計時手段３１のカレンダー情報なども格納しておくことができる。また、個人データＫｄや歩幅データＨｄ、図１に示す各要素が情報を算出するときに一時的に数値なども格納しておくことができる。
記憶部１２は、電気的に書込および消去が可能な、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性記憶装置を用いることができる。
【００７６】
報知手段９は、表示器９１と報音器９２とからなる。表示器９１は、例えば液晶表示器などを用いることができ、ＭＥＴｓ値などの情報のほか、入力された個人データ、装置の情報などを文字やアイコンを用いて表示することができる。また、報音器９２は、例えば圧電式のブザーなどを用いることができる。
【００７７】
電源１３は、運動能力判定装置１を駆動するための知られている電源手段であるが、乾電池や蓄電池などでもよい。この電源１３は、本発明の主要部分ではないので、詳細な説明は省略する。
【００７８】
［外観図の説明：図１、図４、図５］
次に、図１と図４および図５とを用いて運動能力判定装置１の外観を説明する。
図４において、運動能力判定装置１は手のひらに乗る程度の大きさで、前面に表示器９１と報音器９２と操作スイッチ１１と心電位電極２１ａを備えている。図５において、２２は使用者の手である。
【００７９】
表示器９１は、測定結果を示す数値表示部９１ａと単位表示部９１ｂとマーカーエリア９１ｃと測定終了アイコン９１ｄとバーグラフ表示部９１ａｇとを有している。
図４には、数値表示部９１ａに「＋」、「−」、「１８８．８」と表示されているが、これらの記号や数字は測定結果に応じて表示されるものである。
単位表示部９１ｂには、「ＭＦ」、「ｃｍ」、「Ｐ／ｍｉｎ」、「ＭＥＴｓ」が表示できるようになっており、測定結果に応じて適する単位が表示される。
マーカーエリア９１ｃには、「年令」、「性別」、「歩幅」、「心拍数」が表示できるようになっており、個人データ入力手段７１により個人データＫｄを入力するときなどにマーカーとして表示することができる。
バーグラフ表示部９１ａｇは、図４に示す例では、メモリと三角マークが表示できるようになっており、運動能力データＵｎの相対的レベルをバーグラフで表示できるようになっている。
【００８０】
報音器９２は、音による報知を行うためのブザーなどによって構成されるものであるが、図４に示すようにスピーカーも含んでいてもよい。
したがって、計時手段３１からの歩行終了信号Ｍｃによって、報音器９２からアラーム音やチャイム、音声などからなる報知音を発生する。そして、同時に、表示器９１の測定終了アイコン９１ｄを点滅させてもよい。
測定終了アイコン９１ｄは、図４に示す例では、ハート型をしているがこれに限定はしない。測定終了を認識させる記号や文字、マークであればよい。
【００８１】
操作スイッチ１１は、電源スイッチ１１ａと選択スイッチ１１ｂとアップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄと確定スイッチ１１ｅとからなる５つのスイッチを有している。
【００８２】
心電位電極２１ａは、生体表面から心電位信号すなわち生体信号Ｂｓを検出するための左右１組の金属電極で、ステンレス材などが用いられる。
なお、図４に示すように、心電位電極２１ａは生体との接触を確実にするため、運動能力判定装置１の前面から側面にわたって設けられている。このようにすれば、図５に示すように使用者は左右の手２２で装置を挟みこむように持つだけで、例えば親指と人指し指との両方が心電位電極２１ａに自然に触れることができると共に、多くの指が接することで生体と電極との間に隙間ができにくくなるから、生体信号Ｂｓを安定して測定することができる。
【００８３】
図５に示す例では、表示器９１には、“−２．３ ＭＥＴｓ”と表示されており、これは、運動能力算出手段８から算出される運動能力データＵｎを示している。
なお、この“−２．３ Ｍｅｔｓ”の表示例は、使用者固有の運動能力が統計的に算出された標準値より２．３ＭＥＴｓ低いことを示している。バーグラフ表示部９１ａｇは、運動能力データＵｎを視覚的に把握する効果があり、バーグラフ上の三角マークは運動能力データＵｎの相対的レベルを表している。
【００８４】
［第１の実施形態の動作説明：図３、図１〜図５、図８］
つぎに図３のフローチャートを用い、さらに図１〜図５および図８を併用して、運動能力判定装置１の動作を詳述する。
【００８５】
まず、使用者が図４の操作スイッチ１１の電源スイッチ１１ａを押すと、運動能力判定装置１は動作状態に移行する（ステップＳＴ１）。
【００８６】
始めに表示器９１の点灯確認を行う。図４に示すように表示器９１の全ての表示エレメントを点灯させ、使用者に表示文字の欠落の有無を知らせる。
なお、表示器９１にドットマトリクス形の液晶表示装置を用いる場合は、全てのドットを点灯させてもよい（ステップＳＴ２）。
【００８７】
つぎに、図１の個人データ入力手段７１により、使用者の年齢Ｙと性別Ｗと必要に応じ安静心拍数Ｓｓｒからなる個人データＫｄと、歩幅データＨｄを入力する。
すなわち、ステップＳＴ２の点灯確認の後、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“年令”のマークが点滅し、使用者が既に“４５”と入力してあれば数値表示部９１ａと単位表示部９１ｂに、“４５ Ｙ”のように、年令と単位“Ｙ”とが点灯するが、もし何も入力してなければ“３０ Ｙ”のように、デフォルト値が表示されるので、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄとを用いて所定の数値に合わせた後、決定スイッチ１１ｅを押す（ステップＳＴ３）。
【００８８】
すると、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“性別”のマークが点滅するで、単位表示部９１ｂに表示された”Ｍ“（男性）あるいは“Ｆ”（女性）の何れかをアップスイッチ１１ｃまたはダウンスイッチ１１ｄで点灯させ、確定スイッチ１１ｅを押す。
歩幅データＨｄの入力も同様の手続きで入力することができる。なお、ステップＳＴ３で入力された歩幅データは、図１の歩行速度算出手段５１における歩行速度算出に用いられる。
【００８９】
個人データＫｄのいずれか、または歩幅データＨｄを変更する場合は、図４に示す操作スイッチ１１の選択スイッチ１１ｂをやや長めに押すと再入力モードになり、選択スイッチ１１ｂを押す毎にマークーエリア９１ｃの各マークが順に点滅するので、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄを用いて設定したい値に設定し、確定スイッチ１１ｅを押せばよい。
【００９０】
つぎに、図１の心拍数演算手段３および安静心拍数記憶手段により、安静心拍数を入力する過程を説明する。
図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅し、使用者に安静心拍数Ｓｓｒの測定を促す。使用者が既に安静心拍数を入力してあれば数値表示部９１ａおよび単位表示部９１ｂに“６８ Ｐ／ｍｉｎ”のように入力されている数値が表示され、もし何も入力してなければ“６０ Ｐ／ｍｉｎ”のように、デフォルト値が表示される。
【００９１】
ここで、安静心拍数を測定して入力する場合は、図５に示すように使用者は左右の指先をそれぞれ左右の心電位電極２１ａに静かに当てる。特に限定するものではないが、その時間は、例えば約１５秒間である。
心拍の測定が終わるとマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅から連続点灯に変わり、安静心拍数Ｓｓｒの測定が終了したことを使用者に知らせる。使用者は、確定スイッチ１１ｅを押して、安静心拍数Ｓｓｒの入力を完了させる（ステップＳＴ４）。
【００９２】
なお、安静心拍数を数値設定で入力する場合は、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅し、既に入力してある安静心拍数Ｓｓｒの値やデフォルト値が表示された状態で、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄとを用いて値を増減し、所定の値、例えば“６５ Ｐ／ｍｉｎ”に合わせた後、確定スイッチ１１ｅを押せばよい。
【００９３】
以上の過程によって、入力された年令Ｙと性別Ｗと歩幅データＨｄと安静心拍数Ｓｓｒとは、図２に示す記憶部１２に記憶される。
【００９４】
つぎに、使用者は運動能力判定装置１を腰のベルト付近に固定して歩行運動を始める（ステップＳＴ５）。
ところで、運動能力判定装置１には、衣服やベルトに固定するための図示しない固定具を備えるようにしてもよい。この固定具は、例えばクリップである。
【００９５】
使用者が歩行運動を開始すると、図１に示す加速度センサ４１ｋが歩行運動によって加速度信号Ａｓを発生し、歩行ピッチ算出手段４は、歩行動作の一歩毎に発生するパルス状の歩行ピッチ信号Ｈｐを検出し、歩行ピッチ信号Ｈｐのパルス数Ｈｐｎを計数するとともに図２に示す記憶部１２にパルス数Ｈｐｎを記憶する。
【００９６】
そして、歩行運動の間、図１の計時手段３１により、歩行時間が計測されるとともに、歩行ＭＥＴｓデータＨｍが、Ｈｍ≧４ＭＥＴｓ、かつ、運動量Ｅｘ＝０．３４エクササイズ、になったか否かが監視される。
【００９７】
歩行ＭＥＴｓデータＨｍが、Ｈｍ≧４ＭＥＴｓ、かつ、運動量Ｅｘ＝０．３４エクササイズ、の条件が満たされると、歩行開始からの時間を判定時間データＴとして図２に示す記憶部１２に記憶するとともに、図１に示すように歩行終了信号Ｍｃが報知手段９に入力される（ステップＳＴ６）。
【００９８】
すると、図２に示す報知手段９の報音器９２から報音されるとともに、図１の表示器９１の測定終了アイコン９１ｄが点滅し、使用者に所定の判定時間が経過したことを知らせる（ステップＳＴ７）。
【００９９】
すると、図１の表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマークが点滅し、使用者に直ちに運動心拍数Ｓｓｄを測定するように要求する。使用者は歩行運動を継続しながら図１の心拍数算出手段３により、左右の手の指を図５に示すように心電位電極２１ａに約１５秒間当て、運動心拍数Ｓｓｄを測定する。
【０１００】
運動心拍数Ｓｓｄが測定されると、運動心拍数Ｓｓｄは図２に示す記憶部１２に記憶され、測定終了アイコン９１ｄが点滅から連続点灯に変わるとともに報知音が発せられて測定終了を知らせる（ステップＳＴ８）。
【０１０１】
つぎに、図１の歩行速度演算手段５により、図２に示す記憶部１２に記憶された歩行ピッチ信号のパルス数Ｈｐｎと歩幅データＨｄと判定時間データＴとから歩行速度Ｈｓを算出する（ステップＳＴ９）。
【０１０２】
つぎに、図１の歩行ＭＥＴｓ算出手段６により、図２の記憶部１２に記憶されている図６に示すグラフに基づき、歩行速度Ｈｓに対応する歩行ＭＥＴｓデータＨｍが算出される（ステップＳＴ１０）。
【０１０３】
つぎに、図１の心拍運動強度算出手段７と心拍ＭＥＴｓ算出手段８１により、心拍数から心拍ＭＥＴｓを算出する過程を説明する。
図２の記憶部１２に記憶されている安静心拍数Ｓｓｒと運動心拍数Ｓｓｄと最高心拍数Ｓｈとから、心拍運動強度データＳｕが算出され、さらに心拍運動強度データＳｕから心拍ＭＥＴｓデータＳｍが算出される（ステップＳＴ１１）。
【０１０４】
つぎに、図１の運動能力算出手段８により、歩行ＭＥＴｓデータＨｍと心拍ＭＥＴｓデータＳｍとから、運動能力データＵｎが算出される（ステップＳＴ１２）。
【０１０５】
つぎに、算出された運動能力データＵｎは、図２の表示器９１に表示されるとともに、計時手段３１に内蔵しているカレンダー（図示せず）によって、運動能力データＵｎが算出された日付が読み出され、運動能力データＵｎと日付が図２に示す記憶装置１２に記憶される（ステップＳＴ１３）。
【０１０６】
以上、運動能力判定装置１は、使用者が歩行などの運動を行う場合に統計的に算出された標準値に基づいて運動目標値が設定され、使用者にとって適切な目標とは言い難いという課題を克服する。
【０１０７】
参考までに図８を用いて、運動能力判定装置１を用いて運動経験のある３人と運動経験が無い４人の計７人について、時速７ｋｍの歩行を５分間行ない、運動能力データＵｎを算出した結果を示す。運動経験の有無によって運動能力データＵｎの差が、ＭＥＴｓ値で明確に示されていることが判る。
【０１０８】
また、図９を用いて運動能力データＵｎと運動能力の評価ランクとを一覧表した一例を示す。図９に示すように、±０．５ＭＥＴｓ以内は、運動能力としては標準レベルであり、±１．０ＭＥＴｓを境にやや優れている（やや劣っている）となり、±２．５ＭＥＴｓ以上は優れている（劣っている）、と表すことができる。
【０１０９】
［発明の効果詳細説明］
以上のように、運動能力判定装置１によれば、日常的に行なう歩行と心拍数の計測によって得られる歩行ＭＥＴｓと心拍ＭＥＴｓとから、使用者固有の運動能力を簡便に算出することが可能となる。
すなわち、図８に示すように使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に比べてどの程度差があるか、ＭＥＴｓ値を用いて数値化することができるので、使用者は無理のない効果的な運動を持続しながら運動能力の向上も簡便に認識することが可能となる。
【実施例２】
【０１１０】
つぎに、図１０と図１１および図１２とを用いて、運動能力判定装置の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態である運動能力判定装置１００は、運動心拍数Ｓｓｄの測定を、歩行運動停止後に所定の時間内に行い、運動心拍数Ｓｓｄの測定を容易かつ簡便に行なうものである。すなわち、歩行運動の停止後、時間とともに心拍数は低下するが、歩行運動の停止からの遅延時間Ｔａによって心拍数を補正し、正確な運動心拍数Ｓｓｄを得るものである。
なお、説明にあっては、この所定の時間を３０秒とする例で説明する。
【０１１１】
第２の実施形態である運動能力判定装置１００は、第１の実施形態に対して心拍数算出手段３の構成と入出力とが異なるものである。
図１０は、運動能力判定装置１００の構成を示す機能ブロック図であり、第２の実施形態の特徴を示す部分を表した機能ブロック図である。図１１は、運動能力判定装置１００
の動作を示すフローチャートである。図１２は、上乗せ心拍数Ｓｓａ算出グラフであり、歩行運動停止後の時間Ｔａによって心拍数Ｓｓが時間とともにどのように変化するかを示すグラフである。
【０１１２】
なお、第２の実施形態における運動能力判定装置１００は、前述の第１の実施形態における運動能力判定装置１と基本的な構成は同じであるので、各図において同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略し、第２の実施形態の構成と動作のみ説明する。また以下の説明において、第１の実施形態についての図１〜図５および、図６〜図９も参照されたい。
【０１１３】
［第２の実施形態の構成説明：図１０、図１２］
はじめに図１０を用いては運動能力判定装置１００の構成を説明する。
図１０に示すように心拍数算出手段３は心拍数計算部３０と運動心拍数補正部３２と上乗せ心拍数計算部３３とから構成される。以下に各要素の機能を詳述する。
【０１１４】
心拍数計算部３０は、心拍信号Ｓｐと心拍数計算部３０が内蔵するクロック信号（図示せず）とから心拍数Ｓｓを算出する。
計時手段３１は、歩行終了信号Ｍｃを出力すると同時に遅延時間データＴａの計測を開始し、刻々と変わる遅延時間データＴａを上乗せ心拍数計算部３３に出力する。
【０１１５】
上乗せ心拍数計算部３３の説明に先だって、図１２のグラフについて説明する。
図１２は、上乗せ心拍数Ｓｓａ算出グラフで、横軸は運動停止後の秒単位の時間（ｓｅｃ）で、縦軸は上乗せする心拍数（回／分）であり、運動中の心拍数を運動後の心拍数から推定する場合に使用するグラフである。なお、このグラフは、使用者を固定して歩行運動と歩行運動後の心拍数の変化とを複数回測定し、その結果に基づき作成したものであり、図２に示す記憶部１２に記憶されている。
【０１１６】
上乗せ心拍数計算部３３は、計時手段３１から入力される遅延時間データＴａと歩行ピッチ信号Ｈｐとから、上乗せ心拍数Ｓｓａを計算し、運動心拍数補正部３２に出力する。
より詳細には、上乗せ心拍数計算部３３は、歩行ピッチ信号Ｈｐが発生していなければ、図１２のグラフに基づき計時手段３１から入力された時点の遅延時間データＴａに対応する上乗せ心拍数Ｓｓａを参照し、歩行ピッチ信号Ｈｐが発生していれば、上乗せ心拍数Ｓｓａを参照しない。
【０１１７】
運動心拍数補正部３２は、心拍数計算部３０によって算出された心拍数Ｓｓに上乗せ心拍数Ｓｓａを加算して運動心拍数Ｓｓｄとして出力する。もし、上乗せ心拍数計算部３３から上乗せ心拍数Ｓｓａが入力されなければ、運動心拍数補正部３２は、心拍数計算部３０によって算出された心拍数Ｓｓをそのまま出力する。
なお、第２の実施形態の他の要素は第１の実施形態と同じなので、重複する説明は省略する。
【０１１８】
［第２の実施形態の動作説明：図１１、図２、図１０］
つぎに、図１１を用いて運動能力判定装置１００の動作を説明する。説明にあっては、第１の実施形態についての図２および図１０も参照されたい。
【０１１９】
ステップＳＴ１からステップＳＴ７までは、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【０１２０】
ステップＳＴ８において、心拍数Ｓｓを測定したのち、歩行運動を停止しているか歩行運動中であるかが、歩行ピッチ信号Ｈｐの有無で判別される（ステップＳＴ８ａ）。
【０１２１】
使用者が歩行運動を停止していると判断された場合は、図１０の運動心拍補正部３２によって、図２の記録部１２に記憶された図１２に示す表から、その時点の遅延時間データＴａに対応する上乗せ心拍数Ｓｓａを参照し、図１０の上乗せ心拍数計算部３３により、心拍数Ｓｓに加算して運動心拍数Ｓｓｄとして算出する。もし使用者が歩行運動を停止していないと判断された場合はステップＳＴ９に進む（ステップＳＴ８ｂ）。
ステップＳＴ９以降は、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【０１２２】
［発明の効果詳細説明］
以上、説明した第２の実施形態の効果は、次のようなものである。
すなわち、歩行運動中に運動心拍数Ｓｓｄを測定するには、指を約１５秒間心電位電極２１ａに静かに当てる必要があるが、歩行運動によっては指と電極の接触が不安定になり、雑音等が生じて心電位信号の検出が困難になる場合が多い。よって第２の実施形態のように歩行運動を停止して測定することは、より安定な測定を可能とするのである。
【０１２３】
また、歩行運動の停止によって心拍数Ｓｓが低下するが、この低下する量は使用者固有の特性を一旦把握しておけば、遅延時間データＴａによって算出することができるので、より正確な運動心拍数Ｓｓｄの測定が可能となり、結果として運動能力Ｕｎの安定かつ正確な測定が可能となるのである。
【実施例３】
【０１２４】
［第３の実施形態の全図面説明：図１３〜図１５、図１〜図５、図６〜図９］
次に、図１３〜図１５を用いて、運動能力判定装置の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態である運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態に対して加速度検出手段４１の構成および歩幅データ算出手段５１の構成が異なるものである。より詳細には第３の実施形態では、加速度検出手段４１および歩幅データ算出手段５１において、ＧＰＳ受信機が用いられることが第１の実施形態と異なっている。
【０１２５】
図１３は、運動能力判定装置１０１の機能ブロック図であり、図１４は回路ブロック図であり、図１５は外観図である。
なお、第３の実施形態である運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態における運動能力判定装置１と基本的な構成は同じであるので、各図において同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略し、第３の実施形態の構成と動作のみ説明する。また、以下の説明にあっては、第１の実施形態についての図１〜図５および、図６〜図９も参照されたい。
【０１２６】
［第３の実施形態の外観図の説明：図１５］
まず、図１５を用いて運動能力判定装置１０１の外観図を説明する。
図１５に示すように、運動能力判定装置１０１は、背面にＧＰＳ受信機４１ａを備えており、ＧＰＳ受信機４１ａとの機械的かつ電気的な接続を行う構造になっている。その構造は、例えば、ロック機構を備えたコネクタなどである。また、ＧＰＳ受信機４１ａの背面には衣服やベルトに固定するための図示しないクリップを備えるようにしてもよい。その他の構成要素は第１の実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【０１２７】
［第３の実施形態の構成説明：図１３］
つぎに図１３を用いて運動能力判定装置１０１の構成を説明する。既に述べたように、運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態と加速度検出手段４１および歩幅データ算出手段５１との構成が異なるので、加速度検出手段４１の構成をまず説明する。
図１３に示すように、加速度検出手段４１は、ＧＰＳ受信機４１ａとデータ処理部４１
ｂとデータ算出部４１ｃとから構成される。以下に各要素の機能を詳述する。
【０１２８】
ＧＰＳ受信機４１ａは、複数個のＧＰＳ衛星から発せられる電波を受信することができる、知られている受信機であり、複数個のＧＰＳ衛星からの衛星情報Ｇｓを出力する。
【０１２９】
データ処理部４１ｂは、ＧＰＳ受信機４１ａから入力される複数個のＧＰＳ衛星からの衛星情報Ｇｓから、ＧＰＳ受信機４１ａの位置情報Ｒｊを抽出する。
【０１３０】
データ算出部４１ｃは、データ処理部４１ｂが抽出するＧＰＳ受信機４１ａの位置情報Ｒｊに基づいて、ＧＰＳ受信機４１ａの移動により発生する加速度信号Ａｓを出力する。
【０１３１】
つぎに図１３を用いて、第３の実施形態における歩幅データ算出手段５１の構成を説明する。
図１３に示すように、歩幅データ算出手段５１は、距離情報算出部５１ｃと数値演算部５１ｂとによって構成される。
距離情報算出部５１ｃは、加速度検出手段４１のデータ処理部４１ｂの位置情報Ｒｊに基づき距離情報Ｋｊを算出し数値演算部５１ｂに入力する。
数値演算部５１ｂは、距離情報算出部５１ｃから入力される距離情報Ｋｊを、歩行ピッチ算出手段４から入力される歩行ピッチ信号Ｈｐで除算して歩幅データＨｄを算出する。
【０１３２】
以上のように、ＧＰＳ受信機４１ａの採用によって加速度信号Ａｓと歩幅データＨｄとを得ることができる。なお、歩幅データ算出手段５１の距離情報算出部５１ｃによって算出された距離情報Ｋｊを歩行速度算出手段５に直接入力し、計時手段３１から歩行速度算出手段５に入力される判定時間データＴと距離情報Ｋｊとから歩行速度Ｈｓを算出するようにしてもよい。
【０１３３】
［発明の効果詳細説明］
以上、説明した第３の実施形態の効果は、次のようなものである。
すなわち、ＧＰＳ受信機によって歩行運動は逐一詳細にデータ化され、位置情報Ｒｊや距離情報Ｋｊなどから、加速度信号Ａｓおよび歩幅データＨｄおよび歩行速度Ｈｓが自動的に算出される。一方、歩幅データＨｄにおいては、しばしば身長からの推定値や実際に歩幅を測定して得た数値などが用いられるが、これらの方法は一般的に誤差が大きくなりがちである。しかし、第３の実施形態によれば、歩幅データＨｄおよび歩行速度Ｈｓの算出は、実際の値通りの正確なものとなり、歩行ＭＥＴｓデータＨｍの測定精度を向上させることができる。
【実施例４】
【０１３４】
［第４の実施形態の全図面説明：図１６、図１７、図１］
次に、図１６、図１７を用いて、運動能力判定装置の第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態である運動能力判定装置１０２は、第１の実施形態に対して心拍信号Ｓｐの検出方法が異なるものである。
【０１３５】
図１６は、運動能力判定装置１０２の外観図であり、図１７は、運動能力判定装置１０２による実際の脈波検出方法を示す外観図である。なお、説明に際しては図１に示す第１の実施形態の機能ブロック図も参照されたい。
【０１３６】
図１６に示す光電型センサ２１ｂは、心拍に準じる脈拍を指先の毛細血流の変化から検出する光電型センサである。図１４に示すように片手の任意の指の先端を当てることによって、脈拍すなわち生体信号Ｂｓの測定が可能である。
【０１３７】
この光電型センサ２１ｂは、例えば、赤外線波長の光を照射する照射部、反射光や透過光を受光する受光部、そして信号を検出する検出部などで構成する、知られているセンサを用いることができる。
赤外線光が使用者の指先に照射されると、血液中のヘモグロビンの量に応じて反射光や透過光が変化することで脈拍を検出するものである。
【０１３８】
［発明の効果詳細説明］
第３の実施形態である運動能力判定装置１０２の効果は、心拍の検出に両方の指を必要とせず、より簡便に心拍と同等の脈拍の検出ができることである。心電位の検出においては、心臓を挟む２点間の電位計測が必要なので、２つ以上の電極を身体に安定に当てなくてはならないが、運動能力判定装置１０２における脈拍の検出は、光電型センサ２１ｂを用いることで片手の任意の指で行える。このため、身体の拘束の程度や、測定の簡便性という点で有利である。
【０１３９】
［全体説明まとめ］
以上述べたように、本発明の運動能力判定装置によれば、使用者個人の運動能力が標準からどの程度差があるかを、ＭＥＴｓ値を用いて数値化されるので、使用者固有の運動能力に適した運動を無理なく効果的に持続することが可能となり、かつまた運動による運動能力の向上の把握においても、有用な運動能力判定装置を提供することができる。
なお、以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、心臓手術後のリハビリテーションにおける運動負荷決定などで運動処方に応用することができる。また生体の各バイタルサインについて本発明の考え方を利用し、生体の各組織の活性度の評価指標としても応用可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１、１００、１０１、１０２ 運動能力判定装置
２ 心拍信号検出手段
２１ 生体センサ
２１ａ 心電位電極
２１ｂ 光電型センサ
２２ 手
３ 心拍数算出手段
３０ 心拍数計算部
３１ 計時手段
３２ 運動心拍数補正部
３３ 上乗せ心拍数計算部
３５ 安静心拍数記憶手段
４ 歩行ピッチ算出手段
４１ 加速度検出手段
４１ａ ＧＰＳ受信機
４１ｂ データ処理部
４１ｃ データ算出部
４１ｋ 加速度センサ
５ 歩行速度算出手段
５１ 歩幅データ算出手段
５１ａ 数値設定部
５１ｂ 数値演算部
５１ｃ 距離情報算出部
６ 歩行ＭＥＴｓ算出手段
７ 心拍運動強度算出手段
７１ 個人データ入力手段
７２ 最高心拍数算出手段
８ 運動能力算出手段
８１ 心拍ＭＥＴｓ算出手段
９ 報知手段
９１ 表示器
９１ａ 数値表示部
９１ａｇ バーグラフ表示部
９１ｂ 単位表示部
９１ｃ マーカーエリア
９１ｄ 測定終了アイコン
９２ 報音器
１０ マイクロプロセッサ
１１ 操作スイッチ
１１ａ 電源スイッチ
１１ｂ 選択スイッチ
１１ｃ アップスイッチ
１１ｄ ダウンスイッチ
１１ｅ 確定スイッチ
１２ 記憶部
１３ 電源
Ａｓ 加速度信号
Ｂｓ 生体信号
Ｂｓ１ 心電位信号
Ｂｓ２ 光電脈波信号
Ｇｓ 衛星情報
Ｒｊ 位置情報
Ｋｊ 距離情報
Ｈｐ 歩行ピッチ信号
Ｈｐｎ （歩行ピッチ信号の）パルス数
Ｈｄ 歩幅データ
Ｈｓ 歩行速度
Ｌ 歩行距離
Ｈｍ 歩行ＭＥＴｓデータ
Ｔ 判定時間データ
Ｔａ 遅延時間データ
Ｓｐ 心拍信号
Ｓｓ 心拍数
Ｓｓｒ 安静心拍数
Ｓｓｄ 運動心拍数
Ｓｓａ 上乗せ心拍数
Ｋｄ 個人データ
Ｓｈ 最高心拍数
Ｓｕ 心拍運動強度データ
Ｓｍ 心拍ＭＥＴｓデータ
Ｕｎ 運動能力データ
Ｍｃ 歩行終了信号
ＭＥＴｓ 運動強度を表す単位
Ｅｘ 運動量を表す単位
Ｅｘ０ 定められた運動量（０．３４エクササイズ）
１５０ 入力部
１５１ 年令入力部
１５２ 性別入力部
１５３ 身長入力手段
１５４ 運動強度入力部
２００ ＣＰＵ
２２０ 歩数カウンタ
２２０ａ 歩数算出手段
２３０ 歩行速度算出手段
２４０ ＭＥＴｓ係数算出手段
２５０ 運動量算出手段
３１０ テーブル
３２０ テーブル
３３０ 比較手段
３４０ 運動レベル決定手段
３５０ 運動量判断手段
３６０ 累積手段
４４０ 累積運動量表示手段
Ｌ 運動レベル
Ｑ 運動量
Ｑｍ 運動量
Ｍ１ ＭＥＴｓ係数
Ｍ２ 設定ＭＥＴｓ係数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動能力を判定する運動能力判定装置に関するものであり、特に適正な歩行運動を行なうための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、疾病予防や健康増進のために歩行運動がよいとされている。そして効果的な歩行運動を行なうために歩行運動の強度は、その個人が持つ運動能力の５０％から７０％程度が適切とされている。
しかし、運動をしようとする人が、その運動能力の範囲内で適切に運動ができているかを知り得ることは難しいので、運動中や運動後に運動強度を報知したりする技術が広く提案されている。
【０００３】
一例をあげると、歩数計に関わる技術である。運動を歩行運動としたときに、標準的な運動強度と比較してその結果を表示する技術である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に示した従来技術は、１分間の歩数から歩行速度を求め、歩行速度と運動の強度とを示す単位であるＭＥＴｓ値の関係テーブルからＭＥＴｓを算出する。更に個人データを入力し、入力された個人データからその個人に当てはまる統計的な運動強度を得る。そして、個人の実際の歩行による運動強度と統計的な運動強度とを比較し表示するのである。
また、運動をする人が運動強度レベルの目標を設定することができるため、運動後にどの程度の達成度があったのかも判定できる。
【０００５】
図１８を使用して特許文献１に示した従来技術の詳細を詳述する。
説明に先だって「ＭＥＴｓ」という単位について若干説明を行なう。「ＭＥＴｓ」とは身体の活動度の指標である体重１ｋｇ当りのエネルギ代謝量（単位はＫｃａｌ／ｋｇであり、以下の記述では単位は省略する）が、安静時の何倍に相当するかを示す数値である。例えば「３ＭＥＴｓの運動」とは、その運動は安静時の３倍のエネルギ代謝量を必要とする運動強度である、ということを示す。
【０００６】
図１８は特許文献１に示した従来技術の構成を示すブロック図であり、図１８のＣＰＵ２００には、入力部１５０の年令入力部１５１と性別入力部１５２とから入力した年令と性別に対応する標準的な最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘを記憶したテーブル３２０と、テーブル３２０に記憶された最大酸素摂取量ＶＯ２ｍａｘと入力部１５０の運動強度入力部１５４から入力した運動強度とから設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２を参照することができるテーブル３１０とが備えられている。
【０００７】
そして、使用者が年令と性別および運動強度を入力すると、テーブル３２０及びテーブル３１０から歩行運動の目標値である設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２が自動的に設定される。
また身長入力手段１５３によって入力された身長と、歩数カウンタ２２０と１分当りの歩数算出手段２２０ａによって算出された１分間当りの歩数とから歩行速度算出手段２３０によって歩行速度が算出され、算出された歩行速度からＭＥＴｓ係数算出手段２４０によってＭＥＴｓ係数Ｍ１が算出される。
【０００８】
そして、ＭＥＴｓ係数Ｍ１と設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２との比を比較手段３３０によって算出し、その比に基づいて運動レベル決定手段３４０によって運動レベルＬが決定される。
また、運動量算出手段２５０は、ＭＥＴｓ係数Ｍ１に基づき運動量Ｑを算出する。
運動量判断手段３５０は、運動量Ｑと運動レベルＬとを比較し、運動レベルＬ以上の運動量Ｑｍを累積手段３６０に累積し累積運動量表示手段４４０に表示する。
【０００９】
また、運動を行なう人の運動負荷度を表示することで、体の状態を報知する技術も知られている。例えば、心拍数を計測して、運動負荷度を見やすく表示する技術である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
特許文献２に示した従来技術は、運動する人の情報に基づき、最高心拍数を算出する。この最高心拍数と運動中の心拍数とから、運動中の人に加わる運動負荷度を算出し、バーグラフなどにより表示する技術である。
このようにすれば、運動する人は、適切な運動負荷度の範囲内で運動を行なっているか否かを把握することができて、便利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許３６９８６０８号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平５−２９３０８９号公報（第２頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、効果的な運動を行なうためには、運動を行なう対象者の運動能力が、同性同世代の標準的な運動能力に対してどの程度乖離しているかを的確に把握することが重要である。
運動をする人にとって、標準的な運動能力に対する自身の運動能力の優劣を知れば、運動能力を向上させようと考えるきっかけにも成り得るし、また、運動能力が次第に向上して行くように、運動の強さ（運動負荷度）を調整するなどして、無理なく運動能力を向上させることができる。
【００１３】
特許文献１に示した従来技術は、個人の実際の歩行による運動強度と統計的な運動強度との比較によって運動強度を決定し表示する技術である。
すなわち、算出された運動レベルＬを、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２とＭＥＴｓ係数Ｍ１との比によって決定し、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２を、年齢、性別、運動強度によって統計的に算出された標準値としている。さらに、ＭＥＴｓ係数Ｍ１も歩行速度からＭＥＴｓ値に換算する過程で統計的に算出された標準値が使用されている。したがって、設定ＭＥＴｓ係数Ｍ２とＭＥＴｓ係数Ｍ１とから算出される運動レベルＬもまた、統計的に算出された標準値を基準にしたものとなっている。
【００１４】
このため、使用者は、統計的に算出された標準値を基準にした運動強度レベルに基づき歩行運動を行なうことになるので、使用者の固有の運動能力に適した運動を行なうための情報を得ることはできない。
【００１５】
特許文献２に示した従来技術では、運動中の使用者に対し、適切な運動負荷度の範囲内で運動を行なっているか否かを把握させる技術であるが、使用者の固有の運動負荷度を判定して表示しているに過ぎず、特許文献１に示した従来技術と同様に、使用者の固有の運動能力に適した運動を行なうための情報を得ているとは言い難い。
【００１６】
本発明の目的は上記課題を解決するものである。使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に対してどの程度差があるかをＭＥＴｓ値を用いて数値化することによって、簡便に運動能力を判定することができる。
これにより、使用者固有の運動能力に適した運動を行なわせることができ、運動による運動能力の向上も把握することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の運動能力判定装置は下記記載の構成を採用する。
【００１８】
生体の情報を検出して運動能力を判定する運動能力判定装置において、生体に現れる生体情報を検出して生体信号を出力する生体センサと、生体信号に基づき心拍信号を出力する心拍信号検出手段と、心拍信号に基づき安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを出力する心拍数算出手段と、個人データを入力する個人データ入力手段と、個人データに基づき最高心拍数を出力する最高心拍数算出手段と、最高心拍数と安静心拍数と運動心拍数とに基づき心拍運動強度データを出力する心拍運動強度算出手段と、心拍運動強度データに基づき心拍ＭＥＴｓデータを出力する心拍ＭＥＴｓ算出手段と、生体が動作したことによって生じる加速度を検出して加速度信号を出力する加速度検出手段と、加速度信号に基づき歩行ピッチを算出して歩行ピッチ信号を出力する歩行ピッチ算出手段と、歩幅データを算出する歩幅データ算出手段と、歩行ピッチ信号と歩幅データとから歩行速度を算出する歩行速度算出手段と、歩行速度に基づき歩行ＭＥＴｓデータを算出する歩行ＭＥＴｓ算出手段と、歩行ＭＥＴｓデータと心拍ＭＥＴｓデータとから運動能力データを算出する運動能力算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、使用者個人の身体的生理的活動の最も直接的な指標である心拍数を基準にしたＭＥＴｓ値である心拍ＭＥＴｓデータに基づいて運動能力が判定されるので、使用者固有の運動能力が標準からどの程度差があるかを判定することができる。
【００２０】
また、加速度検出手段は、所定の加速度が印加されたときに加速度信号を出力する加速度センサで構成しても良い。
【００２１】
これにより、歩行運動によって生じる加速度信号から、歩行ピッチ信号を容易に検出することができる。
【００２２】
また、加速度検出手段は、ＧＰＳ受信機と、このＧＰＳ受信機から得られた衛星情報から位置情報を抽出するデータ処理部と、位置情報に基づいて加速度信号を出力するデータ算出部とで構成しても良い。
【００２３】
これにより、ＧＰＳ受信機のデータから歩行運動における歩行速度や加速度信号を正確に算出することができる。
【００２４】
また、歩幅データ算出手段は、データ処理部から得られた位置情報から距離情報を算出して歩行ピッチ信号で除算することにより歩幅データを算出する数値演算部で構成しても良い。
【００２５】
これにより、歩幅データはＧＰＳ受信機のデータによってより実態に近い数値とすることができる。
【００２６】
また、歩幅データ算出手段は、歩幅の数値を入力する数値設定部で構成しても良い。
【００２７】
これにより歩行の際の歩幅データを簡便に入力することができる。
【００２８】
また、運動能力算出手段が算出する運動能力データは、歩行ＭＥＴｓデータと心拍ＭＥＴｓデータとの差に基づくようにしてもよい。
【００２９】
これにより、使用者個人の運動能力と統計的に算出された標準的な運動能力との差が、ＭＥＴｓ値により数値化されるので運動能力を簡便に判定することができる。
【００３０】
また、心拍ＭＥＴｓ算出手段は、心拍運動強度データを心拍ＭＥＴｓデータに、直線回帰法により換算してもよい。
【００３１】
これにより、使用者個人の運動能力の重要な指標である心肺能力に基づく心拍ＭＥＴｓ値を正確に算出することができる。
【００３２】
また、心拍数算出手段は、心拍信号に基づき心拍数を算出する心拍数計算部と、歩行運動停止後の遅延時間に基づき上乗せ心拍数を算出する上乗せ心拍数算出部と、心拍数計算部が算出する心拍数を上乗せ心拍数で補正して運動心拍数を算出する運動心拍数補正部とで構成しても良い。
【００３３】
これにより、使用者が歩行運動を停止して心拍数を測定する際の心拍数の低下は容易に補正され、正確な運動心拍数が算出されるので、心拍ＭＥＴｓデータの算出がより正確になり、運動能力データがより正確に算出される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、日常的に行なう歩行運動と心拍数の計測によって得られる歩行ＭＥＴｓと心拍ＭＥＴｓとから、使用者固有の運動能力を簡便に算出することが可能となる。
そして使用者は、使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に比べどの程度差があるかをＭＥＴｓ値を用いて認識し、無理のない効果的な運動を持続しながら運動能力の向上も簡便に認識することができるので、本発明は簡便かつ有用な運動能力判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の機能ブロック図である。
【図２】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の回路ブロック図である。
【図３】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態のフローチャートである。
【図４】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の外観図である。
【図５】本発明による運動能力判定装置の第１の実施形態の使用状態を示す外観図である。
【図６】歩行ＭＥＴｓを算出するためのグラフである。
【図７】心拍ＭＥＴｓを算出するための定数表である。
【図８】本発明による運動能力判定装置の使用結果を示す表である。
【図９】本発明による運動能力判定装置の評価ランクを示す表である。
【図１０】本発明による運動能力判定装置の第２の実施形態の機能ブロック図である。
【図１１】本発明による運動能力判定装置の第２の実施形態のフローチャートである。
【図１２】心拍数の時間変化を示すグラフである。
【図１３】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の機能ブロック図である。
【図１４】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の回路ブロック図である。
【図１５】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の外観図である。
【図１６】本発明による運動能力判定装置の第４の実施形態の外観図である。
【図１７】本発明による運動能力判定装置の第３の実施形態の使用状態を示す外観図である。
【図１８】特許文献１に示した従来技術を説明する機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の運動能力判定装置は、まず、使用者は予め安静時の心拍数を測定または入力しておき、その後、所定の運動量の歩行運動を行ない歩行運動中の心拍数を計測する。安静時の心拍数と運動中の心拍数とから「心拍ＭＥＴｓデータ」を算出する。一般に知られている「歩行速度とＭＥＴｓの関係」から、歩行運動による「歩行ＭＥＴｓデータ」を算出し、両方のＭＥＴｓ値の差から、使用者の運動能力をＭＥＴｓ値による数値で判定するものである。
【００３７】
なお、ここで、「歩行ＭＥＴｓ」および「心拍ＭＥＴｓ」という用語の定義について予め詳述する。
前述したように、「ＭＥＴｓ」とは身体の活動度の指標である体重１ｋｇ当りのエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍に相当するかを示す数値である。
【００３８】
従って「歩行ＭＥＴｓ」とは、ある速度で歩行する際に、身体が必要とするエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍かを、歩行速度をパラメータにして数値化したものであり、身体への外的要因を表すＭＥＴｓとみなすことができる。
【００３９】
一方「心拍ＭＥＴｓ」は、ある強度の運動を行なった際に身体が必要とするエネルギ代謝量が安静時のエネルギ代謝量の何倍であるかを、心拍数をパラメータにして数値化したものである。この考え方は、エネルギ代謝に不可欠な酸素は血流によって運搬されるのでエネルギ代謝量と心拍数とは比例関係にあるという、知られている理論に基づいている。
すなわち、「心拍ＭＥＴｓ」とは、外的要因によって増加した身体の内的活性度を表すＭＥＴｓとみなすことができる。
【００４０】
以後の説明では、歩行速度から算出したＭＥＴｓを歩行ＭＥＴｓ、心拍数の増加から算出したＭＥＴｓを心拍ＭＥＴｓと表記する。
【実施例１】
【００４１】
以下、図１から図７を用いて運動能力判定装置の第１の実施形態を詳述する。
図１は第１の実施形態である運動能力判定装置１の機能ブロック図であり、図２は回路ブロック図であり、図３はフローチャートであり、図４は外観図であり、図５は使用例を示す外観図である。図６は歩行ＭＥＴｓデータＨｍ算出グラフ、図７は定数表である。
【００４２】
［第１の実施形態の構成説明：図１、図２、図６、図７］
図１、図２、図６、図７を用いて運動能力判定装置１の構成を説明する。
図１において、１は運動能力判定装置、２１は生体センサ、２は心拍信号検出手段、３は心拍数算出手段、３５は安静心拍数記憶手段、３１は計時手段３１、４は歩行ピッチ算出手段、４１は加速度検出手段、５は歩行速度算出手段、５１は歩幅データ算出手段、６は歩行ＭＥＴｓ算出手段、７は心拍運動強度算出手段、７１は個人データ入力手段、７２は最高心拍数算出手段、８は運動能力算出手段、８１は心拍ＭＥＴｓ算出手段、９は報知手段である。
【００４３】
生体センサ２１は、運動能力判定装置１に設けた複数の心電位電極２１ａで構成され、使用者の左右の指などを心電位電極２１ａ押し当てることによって生体信号Ｂｓを検出し、心拍信号検出手段２に出力する。
心拍信号検出手段２は、生体信号Ｂｓから心拍に同期した心拍信号Ｓｐを検出し、心拍数算出手段３に出力する。
【００４４】
心拍数算出手段３は、心拍信号Ｓｐと心拍数算出手段３が内蔵するクロック信号（図示せず）によって、身体の２つの状態における心拍数を算出し、安静心拍数記憶手段３５と心拍運動強度算出手段７に出力する。
より詳細に説明すると、心拍数算出手段３は、安静時に測定した心拍数を安静心拍数Ｓｓｒとして安静心拍数記憶手段３５に出力し、歩行運動時に測定した心拍数を運動心拍数Ｓｓｄとして心拍運動強度算出手段７に出力する。
【００４５】
安静心拍数記憶手段３５は、安静心拍数Ｓｓｒを記憶するとともに、この安静心拍数Ｓｓｒを心拍運動強度算出手段７に出力する。
【００４６】
個人データ入力手段７１は、例えばキーボードや操作スイッチで構成され、個人データＫｄを入力する。この個人データＫｄは、使用者の年令Ｙ、性別Ｗ、身体を安静にしたときの心拍数である安静心拍数Ｓｓｒとからなる。この例では、安静時の心拍数である安静心拍数Ｓｓｒを直接入力する例である。もちろん、生体センサ２１により計測してもよい。それについては、後述する。
【００４７】
最高心拍数算出手段７２は、個人データ入力手段７１によって入力された使用者の個人データＫｄの年令Ｙに基づき、一般的に知られている式１に基づき最高心拍数Ｓｈを算出する。
【００４８】
［式１］
最高心拍数Ｓｈ＝２２０−年令Ｙ（単位：Ｐ／ｍｉｎ）
【００４９】
心拍運動強度算出手段７は、最高心拍数算出手段７２から入力された最高心拍数Ｓｈと安静心拍数Ｓｓｒと運動心拍数Ｓｓｄとから、一般的に知られている式２に基づき心拍運動強度データＳｕを算出する。
なお、式２における安静心拍数Ｓｓｒは、前述したように身体を安静にして測定した安静心拍数で、運動心拍数Ｓｓｄは歩行運動中に測定した心拍数である。詳細については後述の動作の説明で詳述する。
【００５０】
［式２］
心拍運動強度データＳｕ＝（運動心拍数Ｓｓｄ−安静心拍数Ｓｓｒ）／（最高心拍数Ｓｈ−安静心拍数Ｓｓｒ）×１００（単位：％）
【００５１】
心拍ＭＥＴｓ算出手段８１は、心拍運動強度算出手段７から入力された心拍運動強度データＳｕから式３に示した直線回帰式によって心拍ＭＥＴｓデータＳｍを算出する。
【００５２】
［式３］
心拍ＭＥＴｓデータＳｍ＝心拍運動強度Ｓｕ×α／１０−β（単位：ＭＥＴｓ）
【００５３】
式３におけるαおよびβは、図７に示す定数表が用いられる。この定数表は、「慶応義塾大学スポーツ医学研究センター紀要：１９９９年」の表３に示された統計的なデータから導き出されたものである。すなわち、種々の強度の運動において身体が必要とするエネルギ代謝量を、性別や年令別に求めた研究に基づくものである。
【００５４】
心拍ＭＥＴｓ算出手段８１は、この図７に示す定数表を内蔵する図示しないメモリなどの記憶手段に格納しておき、算出に用いるものであるが、その記憶手段は、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００５５】
加速度検出手段４１は、例えば、セラミックピエゾ素子などを用いた１座標軸方向、または３座標軸方向の加速度を検出する加速度センサ４１ｋで構成され、歩行などの運動によって生じる加速度信号Ａｓを出力する。
【００５６】
歩行ピッチ算出手段４は、加速度検出手段４１から入力された加速度信号Ａｓから、歩行ピッチ信号Ｈｐを検出し、歩行速度算出手段５に出力する。
【００５７】
歩幅データ算出手段５１は、例えばキーボードや操作スイッチで構成される数値設定部５１ａを含んでいる。この数値設定部５１ａにより入力された歩幅データＨｄを歩行速度算出手段５に出力する。
【００５８】
歩行速度算出手段５は、歩行ピッチ信号Ｈｐのパルス数Ｈｐｎと、数値設定部５１ａによって入力された歩幅データＨｄと、後述する計時手段３１が出力する判定時間データＴとから、式４によって歩行速度Ｈｓを算出する。
【００５９】
［式４］
歩行速度Ｈｓ＝歩幅データＨｄ×パルス数Ｈｐｎ／判定時間データＴ
【００６０】
歩行ＭＥＴｓ算出手段６の説明に際しては、図６のグラフも用いて説明する。
図６は、歩行ＭＥＴｓデータＨｍ算出グラフで、横軸は歩行速度Ｈｓ（ｋｍ／ｈ）で、縦軸は歩行ＭＥＴｓデータＨｍ（ＭＥＴｓ）であり、歩行速度（ｋｍ／ｈ）から運動強度（ＭＥＴｓ）を算出する場合に使用するグラフである。このグラフの元になるデータは、厚生労働省の「健康づくりのための運動指針２００６」から得ているものである。
歩行ＭＥＴｓ算出手段６は、図６に示すグラフから歩行速度Ｈｓに基づき歩行ＭＥＴｓデータＨｍを算出し、運動能力算出手段８に出力する。
【００６１】
歩行ＭＥＴｓ算出手段６も、図６に示すグラフを内蔵する図示しないメモリなどの記憶手段に格納しておき、算出に用いるものであるが、その記憶手段は、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１と同様に、歩行ＭＥＴｓ算出手段６の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００６２】
計時手段３１は、内蔵しているクロック信号（図示せず）に基づき、使用者が歩行運動を開始してからの時間を計測するとともに、歩行ＭＥＴｓ算出手段６が算出する歩行ＭＥＴｓデータＨｍと歩行時間とから、使用者が予め定められた運動量Ｅｘ０を行なったか否かを検出し、使用者が予め定められた運動量Ｅｘ０を完了した時点で、歩行終了信号Ｍｃを出力し、使用者が歩行運動を開始してから運動量Ｅｘ０を完了するまでの時間を判定時間データＴとして出力する。
【００６３】
なお、計時手段３１は、カレンダー情報（図示せず）を格納しており、必要な日付情報を随時各要素に供給している。カレンダー情報は、メモリなどの記憶手段に格納しておくものであるが、その記憶手段は、計時手段３１の内部にあっても外部に設けていてもよい。
【００６４】
なお、ここで運動量Ｅｘについて詳述する。運動量Ｅｘとは、式５に示すように運動強度ＭＥＴｓと運動時間の積であって、運動量を表す単位である。
【００６５】
［式５］
運動量Ｅｘ＝運動強度ＭＥＴｓ×時間（単位：エクササイズ）
【００６６】
したがって、運動強度が１ＭＥＴｓの運動を１時間行なった場合は、式６のようになる。
【００６７】
［式６］
１Ｅｘ＝１ＭＥＴｓ×１時間（単位：エクササイズ）
【００６８】
運動能力判定装置１においては、定められた運動量Ｅｘ０として、４ＭＥＴｓ以上の歩行運動によって、運動量がＥｘ０＝０．３４エクササイズ、になった時点で計時手段３１は歩行終了信号Ｍｃを出力するようになっている。
【００６９】
運動能力算出手段８は、歩行ＭＥＴｓ算出手段６によって算出された歩行ＭＥＴｓデータＨｍと、心拍ＭＥＴｓ算出手段８１によって算出された心拍ＭＥＴｓデータＳｍと、を入力して、式７に基づいて運動能力データＵｎを算出する。
【００７０】
［式７］
運動能力データＵｎ＝歩行ＭＥＴｓデータＨｍ―心拍ＭＥＴｓデータＳｍ（単位：ＭＥＴｓ）
【００７１】
報知手段９は、表示を行なう部分とアラームなどを発する部分とで構成されている。運動能力算出手段８から算出される運動能力データＵｎと計時手段３１から出力される歩行終了信号Ｍｃとを入力し、ＭＥＴｓ値を表示することができる。また、表示に合わせて報知音などを発することができる。
【００７２】
［回路ブロックの説明：図２、図１、図４］
次に、図２を用いて運動能力判定装置１の回路構成を説明する。
図２において、１０は全体の動作を制御するマイクロプロセッサ、１１は操作スイッチ、１２は情報を記憶する記憶部、１３は装置に電力を供給するための知られている電源、９１はＭＥＴｓ値などを表示する表示器、９２はアラーム音などを発する報音器である。
【００７３】
操作スイッチ１１は、図１に示す個人データ入力手段７１と歩幅データ算出手段５１の数値設定部５１ａとを概念化したものである。キーボードや複数のスイッチなどで構成される。また、運動能力判定装置１の起動スイッチを兼ねていてもかまわない。
【００７４】
マイクロプロセッサ１０は、運動能力判定装置１の全体の動作を制御するためのものであって、図１に示す各構成要素の動作を制御するものである。図１に示す各構成要素のうち、生体センサ２１を構成する心電位電極２１ａ、加速度検出手段４１を構成する加速度センサ４１ｋ、歩幅データ算出手段５１を構成する数値設定部５１ａ、個人データ入力手段７１、報知手段９を除いた要素をソフトウエアモジュールの形態でマイクロプロセッサ１０に有していてもよい。
【００７５】
記憶部１２は、マイクロプロセッサ１０が演算処理を行なうときに数値やデータを格納する記憶手段である。図６に示すグラフ、図７に示す定数表、計時手段３１のカレンダー情報なども格納しておくことができる。また、個人データＫｄや歩幅データＨｄ、図１に示す各要素が情報を算出するときに一時的に数値なども格納しておくことができる。
記憶部１２は、電気的に書込および消去が可能な、例えばＥＥＰＲＯＭのような不揮発性記憶装置を用いることができる。
【００７６】
報知手段９は、表示器９１と報音器９２とからなる。表示器９１は、例えば液晶表示器などを用いることができ、ＭＥＴｓ値などの情報のほか、入力された個人データ、装置の情報などを文字やアイコンを用いて表示することができる。また、報音器９２は、例えば圧電式のブザーなどを用いることができる。
【００７７】
電源１３は、運動能力判定装置１を駆動するための知られている電源手段であるが、乾電池や蓄電池などでもよい。この電源１３は、本発明の主要部分ではないので、詳細な説明は省略する。
【００７８】
［外観図の説明：図１、図４、図５］
次に、図１と図４および図５とを用いて運動能力判定装置１の外観を説明する。
図４において、運動能力判定装置１は手のひらに乗る程度の大きさで、前面に表示器９１と報音器９２と操作スイッチ１１と心電位電極２１ａを備えている。図５において、２２は使用者の手である。
【００７９】
表示器９１は、測定結果を示す数値表示部９１ａと単位表示部９１ｂとマーカーエリア９１ｃと測定終了アイコン９１ｄとバーグラフ表示部９１ａｇとを有している。
図４には、数値表示部９１ａに「＋」、「−」、「１８８．８」と表示されているが、これらの記号や数字は測定結果に応じて表示されるものである。
単位表示部９１ｂには、「ＭＦ」、「ｃｍ」、「Ｐ／ｍｉｎ」、「ＭＥＴｓ」が表示できるようになっており、測定結果に応じて適する単位が表示される。
マーカーエリア９１ｃには、「年令」、「性別」、「歩幅」、「心拍数」が表示できるようになっており、個人データ入力手段７１により個人データＫｄを入力するときなどにマーカーとして表示することができる。
バーグラフ表示部９１ａｇは、図４に示す例では、メモリと三角マークが表示できるようになっており、運動能力データＵｎの相対的レベルをバーグラフで表示できるようになっている。
【００８０】
報音器９２は、音による報知を行うためのブザーなどによって構成されるものであるが、図４に示すようにスピーカーも含んでいてもよい。
したがって、計時手段３１からの歩行終了信号Ｍｃによって、報音器９２からアラーム音やチャイム、音声などからなる報知音を発生する。そして、同時に、表示器９１の測定終了アイコン９１ｄを点滅させてもよい。
測定終了アイコン９１ｄは、図４に示す例では、ハート型をしているがこれに限定はしない。測定終了を認識させる記号や文字、マークであればよい。
【００８１】
操作スイッチ１１は、電源スイッチ１１ａと選択スイッチ１１ｂとアップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄと確定スイッチ１１ｅとからなる５つのスイッチを有している。
【００８２】
心電位電極２１ａは、生体表面から心電位信号すなわち生体信号Ｂｓを検出するための左右１組の金属電極で、ステンレス材などが用いられる。
なお、図４に示すように、心電位電極２１ａは生体との接触を確実にするため、運動能力判定装置１の前面から側面にわたって設けられている。このようにすれば、図５に示すように使用者は左右の手２２で装置を挟みこむように持つだけで、例えば親指と人指し指との両方が心電位電極２１ａに自然に触れることができると共に、多くの指が接することで生体と電極との間に隙間ができにくくなるから、生体信号Ｂｓを安定して測定することができる。
【００８３】
図５に示す例では、表示器９１には、“−２．３ ＭＥＴｓ”と表示されており、これは、運動能力算出手段８から算出される運動能力データＵｎを示している。
なお、この“−２．３ Ｍｅｔｓ”の表示例は、使用者固有の運動能力が統計的に算出された標準値より２．３ＭＥＴｓ低いことを示している。バーグラフ表示部９１ａｇは、運動能力データＵｎを視覚的に把握する効果があり、バーグラフ上の三角マークは運動能力データＵｎの相対的レベルを表している。
【００８４】
［第１の実施形態の動作説明：図３、図１〜図５、図８］
つぎに図３のフローチャートを用い、さらに図１〜図５および図８を併用して、運動能力判定装置１の動作を詳述する。
【００８５】
まず、使用者が図４の操作スイッチ１１の電源スイッチ１１ａを押すと、運動能力判定装置１は動作状態に移行する（ステップＳＴ１）。
【００８６】
始めに表示器９１の点灯確認を行う。図４に示すように表示器９１の全ての表示エレメントを点灯させ、使用者に表示文字の欠落の有無を知らせる。
なお、表示器９１にドットマトリクス形の液晶表示装置を用いる場合は、全てのドットを点灯させてもよい（ステップＳＴ２）。
【００８７】
つぎに、図１の個人データ入力手段７１により、使用者の年齢Ｙと性別Ｗと必要に応じ安静心拍数Ｓｓｒからなる個人データＫｄと、歩幅データＨｄを入力する。
すなわち、ステップＳＴ２の点灯確認の後、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“年令”のマークが点滅し、使用者が既に“４５”と入力してあれば数値表示部９１ａと単位表示部９１ｂに、“４５ Ｙ”のように、年令と単位“Ｙ”とが点灯するが、もし何も入力してなければ“３０ Ｙ”のように、デフォルト値が表示されるので、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄとを用いて所定の数値に合わせた後、決定スイッチ１１ｅを押す（ステップＳＴ３）。
【００８８】
すると、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“性別”のマークが点滅するで、単位表示部９１ｂに表示された”Ｍ“（男性）あるいは“Ｆ”（女性）の何れかをアップスイッチ１１ｃまたはダウンスイッチ１１ｄで点灯させ、確定スイッチ１１ｅを押す。
歩幅データＨｄの入力も同様の手続きで入力することができる。なお、ステップＳＴ３で入力された歩幅データは、図１の歩行速度算出手段５１における歩行速度算出に用いられる。
【００８９】
個人データＫｄのいずれか、または歩幅データＨｄを変更する場合は、図４に示す操作スイッチ１１の選択スイッチ１１ｂをやや長めに押すと再入力モードになり、選択スイッチ１１ｂを押す毎にマークーエリア９１ｃの各マークが順に点滅するので、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄを用いて設定したい値に設定し、確定スイッチ１１ｅを押せばよい。
【００９０】
つぎに、図１の心拍数演算手段３および安静心拍数記憶手段により、安静心拍数を入力する過程を説明する。
図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅し、使用者に安静心拍数Ｓｓｒの測定を促す。使用者が既に安静心拍数を入力してあれば数値表示部９１ａおよび単位表示部９１ｂに“６８ Ｐ／ｍｉｎ”のように入力されている数値が表示され、もし何も入力してなければ“６０ Ｐ／ｍｉｎ”のように、デフォルト値が表示される。
【００９１】
ここで、安静心拍数を測定して入力する場合は、図５に示すように使用者は左右の指先をそれぞれ左右の心電位電極２１ａに静かに当てる。特に限定するものではないが、その時間は、例えば約１５秒間である。
心拍の測定が終わるとマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅から連続点灯に変わり、安静心拍数Ｓｓｒの測定が終了したことを使用者に知らせる。使用者は、確定スイッチ１１ｅを押して、安静心拍数Ｓｓｒの入力を完了させる（ステップＳＴ４）。
【００９２】
なお、安静心拍数を数値設定で入力する場合は、図４に示す表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマーカーが点滅し、既に入力してある安静心拍数Ｓｓｒの値やデフォルト値が表示された状態で、アップスイッチ１１ｃとダウンスイッチ１１ｄとを用いて値を増減し、所定の値、例えば“６５ Ｐ／ｍｉｎ”に合わせた後、確定スイッチ１１ｅを押せばよい。
【００９３】
以上の過程によって、入力された年令Ｙと性別Ｗと歩幅データＨｄと安静心拍数Ｓｓｒとは、図２に示す記憶部１２に記憶される。
【００９４】
つぎに、使用者は運動能力判定装置１を腰のベルト付近に固定して歩行運動を始める（ステップＳＴ５）。
ところで、運動能力判定装置１には、衣服やベルトに固定するための図示しない固定具を備えるようにしてもよい。この固定具は、例えばクリップである。
【００９５】
使用者が歩行運動を開始すると、図１に示す加速度センサ４１ｋが歩行運動によって加速度信号Ａｓを発生し、歩行ピッチ算出手段４は、歩行動作の一歩毎に発生するパルス状の歩行ピッチ信号Ｈｐを検出し、歩行ピッチ信号Ｈｐのパルス数Ｈｐｎを計数するとともに図２に示す記憶部１２にパルス数Ｈｐｎを記憶する。
【００９６】
そして、歩行運動の間、図１の計時手段３１により、歩行時間が計測されるとともに、歩行ＭＥＴｓデータＨｍが、Ｈｍ≧４ＭＥＴｓ、かつ、運動量Ｅｘ＝０．３４エクササイズ、になったか否かが監視される。
【００９７】
歩行ＭＥＴｓデータＨｍが、Ｈｍ≧４ＭＥＴｓ、かつ、運動量Ｅｘ＝０．３４エクササイズ、の条件が満たされると、歩行開始からの時間を判定時間データＴとして図２に示す記憶部１２に記憶するとともに、図１に示すように歩行終了信号Ｍｃが報知手段９に入力される（ステップＳＴ６）。
【００９８】
すると、図２に示す報知手段９の報音器９２から報音されるとともに、図１の表示器９１の測定終了アイコン９１ｄが点滅し、使用者に所定の判定時間が経過したことを知らせる（ステップＳＴ７）。
【００９９】
すると、図１の表示器９１のマーカーエリア９１ｃの“心拍数”のマークが点滅し、使用者に直ちに運動心拍数Ｓｓｄを測定するように要求する。使用者は歩行運動を継続しながら図１の心拍数算出手段３により、左右の手の指を図５に示すように心電位電極２１ａに約１５秒間当て、運動心拍数Ｓｓｄを測定する。
【０１００】
運動心拍数Ｓｓｄが測定されると、運動心拍数Ｓｓｄは図２に示す記憶部１２に記憶され、測定終了アイコン９１ｄが点滅から連続点灯に変わるとともに報知音が発せられて測定終了を知らせる（ステップＳＴ８）。
【０１０１】
つぎに、図１の歩行速度演算手段５により、図２に示す記憶部１２に記憶された歩行ピッチ信号のパルス数Ｈｐｎと歩幅データＨｄと判定時間データＴとから歩行速度Ｈｓを算出する（ステップＳＴ９）。
【０１０２】
つぎに、図１の歩行ＭＥＴｓ算出手段６により、図２の記憶部１２に記憶されている図６に示すグラフに基づき、歩行速度Ｈｓに対応する歩行ＭＥＴｓデータＨｍが算出される（ステップＳＴ１０）。
【０１０３】
つぎに、図１の心拍運動強度算出手段７と心拍ＭＥＴｓ算出手段８１により、心拍数から心拍ＭＥＴｓを算出する過程を説明する。
図２の記憶部１２に記憶されている安静心拍数Ｓｓｒと運動心拍数Ｓｓｄと最高心拍数Ｓｈとから、心拍運動強度データＳｕが算出され、さらに心拍運動強度データＳｕから心拍ＭＥＴｓデータＳｍが算出される（ステップＳＴ１１）。
【０１０４】
つぎに、図１の運動能力算出手段８により、歩行ＭＥＴｓデータＨｍと心拍ＭＥＴｓデータＳｍとから、運動能力データＵｎが算出される（ステップＳＴ１２）。
【０１０５】
つぎに、算出された運動能力データＵｎは、図２の表示器９１に表示されるとともに、計時手段３１に内蔵しているカレンダー（図示せず）によって、運動能力データＵｎが算出された日付が読み出され、運動能力データＵｎと日付が図２に示す記憶装置１２に記憶される（ステップＳＴ１３）。
【０１０６】
以上、運動能力判定装置１は、使用者が歩行などの運動を行う場合に統計的に算出された標準値に基づいて運動目標値が設定され、使用者にとって適切な目標とは言い難いという課題を克服する。
【０１０７】
参考までに図８を用いて、運動能力判定装置１を用いて運動経験のある３人と運動経験が無い４人の計７人について、時速７ｋｍの歩行を５分間行ない、運動能力データＵｎを算出した結果を示す。運動経験の有無によって運動能力データＵｎの差が、ＭＥＴｓ値で明確に示されていることが判る。
【０１０８】
また、図９を用いて運動能力データＵｎと運動能力の評価ランクとを一覧表した一例を示す。図９に示すように、±０．５ＭＥＴｓ以内は、運動能力としては標準レベルであり、±１．０ＭＥＴｓを境にやや優れている（やや劣っている）となり、±２．５ＭＥＴｓ以上は優れている（劣っている）、と表すことができる。
【０１０９】
［発明の効果詳細説明］
以上のように、運動能力判定装置１によれば、日常的に行なう歩行と心拍数の計測によって得られる歩行ＭＥＴｓと心拍ＭＥＴｓとから、使用者固有の運動能力を簡便に算出することが可能となる。
すなわち、図８に示すように使用者個人の運動能力が標準的な運動能力に比べてどの程度差があるか、ＭＥＴｓ値を用いて数値化することができるので、使用者は無理のない効果的な運動を持続しながら運動能力の向上も簡便に認識することが可能となる。
【実施例２】
【０１１０】
つぎに、図１０と図１１および図１２とを用いて、運動能力判定装置の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態である運動能力判定装置１００は、運動心拍数Ｓｓｄの測定を、歩行運動停止後に所定の時間内に行い、運動心拍数Ｓｓｄの測定を容易かつ簡便に行なうものである。すなわち、歩行運動の停止後、時間とともに心拍数は低下するが、歩行運動の停止からの遅延時間Ｔａによって心拍数を補正し、正確な運動心拍数Ｓｓｄを得るものである。
なお、説明にあっては、この所定の時間を３０秒とする例で説明する。
【０１１１】
第２の実施形態である運動能力判定装置１００は、第１の実施形態に対して心拍数算出手段３の構成と入出力とが異なるものである。
図１０は、運動能力判定装置１００の構成を示す機能ブロック図であり、第２の実施形態の特徴を示す部分を表した機能ブロック図である。図１１は、運動能力判定装置１００
の動作を示すフローチャートである。図１２は、上乗せ心拍数Ｓｓａ算出グラフであり、歩行運動停止後の時間Ｔａによって心拍数Ｓｓが時間とともにどのように変化するかを示すグラフである。
【０１１２】
なお、第２の実施形態における運動能力判定装置１００は、前述の第１の実施形態における運動能力判定装置１と基本的な構成は同じであるので、各図において同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略し、第２の実施形態の構成と動作のみ説明する。また以下の説明において、第１の実施形態についての図１〜図５および、図６〜図９も参照されたい。
【０１１３】
［第２の実施形態の構成説明：図１０、図１２］
はじめに図１０を用いては運動能力判定装置１００の構成を説明する。
図１０に示すように心拍数算出手段３は心拍数計算部３０と運動心拍数補正部３２と上乗せ心拍数計算部３３とから構成される。以下に各要素の機能を詳述する。
【０１１４】
心拍数計算部３０は、心拍信号Ｓｐと心拍数計算部３０が内蔵するクロック信号（図示せず）とから心拍数Ｓｓを算出する。
計時手段３１は、歩行終了信号Ｍｃを出力すると同時に遅延時間データＴａの計測を開始し、刻々と変わる遅延時間データＴａを上乗せ心拍数計算部３３に出力する。
【０１１５】
上乗せ心拍数計算部３３の説明に先だって、図１２のグラフについて説明する。
図１２は、上乗せ心拍数Ｓｓａ算出グラフで、横軸は運動停止後の秒単位の時間（ｓｅｃ）で、縦軸は上乗せする心拍数（回／分）であり、運動中の心拍数を運動後の心拍数から推定する場合に使用するグラフである。なお、このグラフは、使用者を固定して歩行運動と歩行運動後の心拍数の変化とを複数回測定し、その結果に基づき作成したものであり、図２に示す記憶部１２に記憶されている。
【０１１６】
上乗せ心拍数計算部３３は、計時手段３１から入力される遅延時間データＴａと歩行ピッチ信号Ｈｐとから、上乗せ心拍数Ｓｓａを計算し、運動心拍数補正部３２に出力する。
より詳細には、上乗せ心拍数計算部３３は、歩行ピッチ信号Ｈｐが発生していなければ、図１２のグラフに基づき計時手段３１から入力された時点の遅延時間データＴａに対応する上乗せ心拍数Ｓｓａを参照し、歩行ピッチ信号Ｈｐが発生していれば、上乗せ心拍数Ｓｓａを参照しない。
【０１１７】
運動心拍数補正部３２は、心拍数計算部３０によって算出された心拍数Ｓｓに上乗せ心拍数Ｓｓａを加算して運動心拍数Ｓｓｄとして出力する。もし、上乗せ心拍数計算部３３から上乗せ心拍数Ｓｓａが入力されなければ、運動心拍数補正部３２は、心拍数計算部３０によって算出された心拍数Ｓｓをそのまま出力する。
なお、第２の実施形態の他の要素は第１の実施形態と同じなので、重複する説明は省略する。
【０１１８】
［第２の実施形態の動作説明：図１１、図２、図１０］
つぎに、図１１を用いて運動能力判定装置１００の動作を説明する。説明にあっては、第１の実施形態についての図２および図１０も参照されたい。
【０１１９】
ステップＳＴ１からステップＳＴ７までは、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【０１２０】
ステップＳＴ８において、心拍数Ｓｓを測定したのち、歩行運動を停止しているか歩行運動中であるかが、歩行ピッチ信号Ｈｐの有無で判別される（ステップＳＴ８ａ）。
【０１２１】
使用者が歩行運動を停止していると判断された場合は、図１０の運動心拍補正部３２によって、図２の記録部１２に記憶された図１２に示す表から、その時点の遅延時間データＴａに対応する上乗せ心拍数Ｓｓａを参照し、図１０の上乗せ心拍数計算部３３により、心拍数Ｓｓに加算して運動心拍数Ｓｓｄとして算出する。もし使用者が歩行運動を停止していないと判断された場合はステップＳＴ９に進む（ステップＳＴ８ｂ）。
ステップＳＴ９以降は、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【０１２２】
［発明の効果詳細説明］
以上、説明した第２の実施形態の効果は、次のようなものである。
すなわち、歩行運動中に運動心拍数Ｓｓｄを測定するには、指を約１５秒間心電位電極２１ａに静かに当てる必要があるが、歩行運動によっては指と電極の接触が不安定になり、雑音等が生じて心電位信号の検出が困難になる場合が多い。よって第２の実施形態のように歩行運動を停止して測定することは、より安定な測定を可能とするのである。
【０１２３】
また、歩行運動の停止によって心拍数Ｓｓが低下するが、この低下する量は使用者固有の特性を一旦把握しておけば、遅延時間データＴａによって算出することができるので、より正確な運動心拍数Ｓｓｄの測定が可能となり、結果として運動能力Ｕｎの安定かつ正確な測定が可能となるのである。
【実施例３】
【０１２４】
［第３の実施形態の全図面説明：図１３〜図１５、図１〜図５、図６〜図９］
次に、図１３〜図１５を用いて、運動能力判定装置の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態である運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態に対して加速度検出手段４１の構成および歩幅データ算出手段５１の構成が異なるものである。より詳細には第３の実施形態では、加速度検出手段４１および歩幅データ算出手段５１において、ＧＰＳ受信機が用いられることが第１の実施形態と異なっている。
【０１２５】
図１３は、運動能力判定装置１０１の機能ブロック図であり、図１４は回路ブロック図であり、図１５は外観図である。
なお、第３の実施形態である運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態における運動能力判定装置１と基本的な構成は同じであるので、各図において同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略し、第３の実施形態の構成と動作のみ説明する。また、以下の説明にあっては、第１の実施形態についての図１〜図５および、図６〜図９も参照されたい。
【０１２６】
［第３の実施形態の外観図の説明：図１５］
まず、図１５を用いて運動能力判定装置１０１の外観図を説明する。
図１５に示すように、運動能力判定装置１０１は、背面にＧＰＳ受信機４１ａを備えており、ＧＰＳ受信機４１ａとの機械的かつ電気的な接続を行う構造になっている。その構造は、例えば、ロック機構を備えたコネクタなどである。また、ＧＰＳ受信機４１ａの背面には衣服やベルトに固定するための図示しないクリップを備えるようにしてもよい。その他の構成要素は第１の実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【０１２７】
［第３の実施形態の構成説明：図１３］
つぎに図１３を用いて運動能力判定装置１０１の構成を説明する。既に述べたように、運動能力判定装置１０１は、第１の実施形態と加速度検出手段４１および歩幅データ算出手段５１との構成が異なるので、加速度検出手段４１の構成をまず説明する。
図１３に示すように、加速度検出手段４１は、ＧＰＳ受信機４１ａとデータ処理部４１
ｂとデータ算出部４１ｃとから構成される。以下に各要素の機能を詳述する。
【０１２８】
ＧＰＳ受信機４１ａは、複数個のＧＰＳ衛星から発せられる電波を受信することができる、知られている受信機であり、複数個のＧＰＳ衛星からの衛星情報Ｇｓを出力する。
【０１２９】
データ処理部４１ｂは、ＧＰＳ受信機４１ａから入力される複数個のＧＰＳ衛星からの衛星情報Ｇｓから、ＧＰＳ受信機４１ａの位置情報Ｒｊを抽出する。
【０１３０】
データ算出部４１ｃは、データ処理部４１ｂが抽出するＧＰＳ受信機４１ａの位置情報Ｒｊに基づいて、ＧＰＳ受信機４１ａの移動により発生する加速度信号Ａｓを出力する。
【０１３１】
つぎに図１３を用いて、第３の実施形態における歩幅データ算出手段５１の構成を説明する。
図１３に示すように、歩幅データ算出手段５１は、距離情報算出部５１ｃと数値演算部５１ｂとによって構成される。
距離情報算出部５１ｃは、加速度検出手段４１のデータ処理部４１ｂの位置情報Ｒｊに基づき距離情報Ｋｊを算出し数値演算部５１ｂに入力する。
数値演算部５１ｂは、距離情報算出部５１ｃから入力される距離情報Ｋｊを、歩行ピッチ算出手段４から入力される歩行ピッチ信号Ｈｐで除算して歩幅データＨｄを算出する。
【０１３２】
以上のように、ＧＰＳ受信機４１ａの採用によって加速度信号Ａｓと歩幅データＨｄとを得ることができる。なお、歩幅データ算出手段５１の距離情報算出部５１ｃによって算出された距離情報Ｋｊを歩行速度算出手段５に直接入力し、計時手段３１から歩行速度算出手段５に入力される判定時間データＴと距離情報Ｋｊとから歩行速度Ｈｓを算出するようにしてもよい。
【０１３３】
［発明の効果詳細説明］
以上、説明した第３の実施形態の効果は、次のようなものである。
すなわち、ＧＰＳ受信機によって歩行運動は逐一詳細にデータ化され、位置情報Ｒｊや距離情報Ｋｊなどから、加速度信号Ａｓおよび歩幅データＨｄおよび歩行速度Ｈｓが自動的に算出される。一方、歩幅データＨｄにおいては、しばしば身長からの推定値や実際に歩幅を測定して得た数値などが用いられるが、これらの方法は一般的に誤差が大きくなりがちである。しかし、第３の実施形態によれば、歩幅データＨｄおよび歩行速度Ｈｓの算出は、実際の値通りの正確なものとなり、歩行ＭＥＴｓデータＨｍの測定精度を向上させることができる。
【実施例４】
【０１３４】
［第４の実施形態の全図面説明：図１６、図１７、図１］
次に、図１６、図１７を用いて、運動能力判定装置の第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態である運動能力判定装置１０２は、第１の実施形態に対して心拍信号Ｓｐの検出方法が異なるものである。
【０１３５】
図１６は、運動能力判定装置１０２の外観図であり、図１７は、運動能力判定装置１０２による実際の脈波検出方法を示す外観図である。なお、説明に際しては図１に示す第１の実施形態の機能ブロック図も参照されたい。
【０１３６】
図１６に示す光電型センサ２１ｂは、心拍に準じる脈拍を指先の毛細血流の変化から検出する光電型センサである。図１４に示すように片手の任意の指の先端を当てることによって、脈拍すなわち生体信号Ｂｓの測定が可能である。
【０１３７】
この光電型センサ２１ｂは、例えば、赤外線波長の光を照射する照射部、反射光や透過光を受光する受光部、そして信号を検出する検出部などで構成する、知られているセンサを用いることができる。
赤外線光が使用者の指先に照射されると、血液中のヘモグロビンの量に応じて反射光や透過光が変化することで脈拍を検出するものである。
【０１３８】
［発明の効果詳細説明］
第３の実施形態である運動能力判定装置１０２の効果は、心拍の検出に両方の指を必要とせず、より簡便に心拍と同等の脈拍の検出ができることである。心電位の検出においては、心臓を挟む２点間の電位計測が必要なので、２つ以上の電極を身体に安定に当てなくてはならないが、運動能力判定装置１０２における脈拍の検出は、光電型センサ２１ｂを用いることで片手の任意の指で行える。このため、身体の拘束の程度や、測定の簡便性という点で有利である。
【０１３９】
［全体説明まとめ］
以上述べたように、本発明の運動能力判定装置によれば、使用者個人の運動能力が標準からどの程度差があるかを、ＭＥＴｓ値を用いて数値化されるので、使用者固有の運動能力に適した運動を無理なく効果的に持続することが可能となり、かつまた運動による運動能力の向上の把握においても、有用な運動能力判定装置を提供することができる。
なお、以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、心臓手術後のリハビリテーションにおける運動負荷決定などで運動処方に応用することができる。また生体の各バイタルサインについて本発明の考え方を利用し、生体の各組織の活性度の評価指標としても応用可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１、１００、１０１、１０２ 運動能力判定装置
２ 心拍信号検出手段
２１ 生体センサ
２１ａ 心電位電極
２１ｂ 光電型センサ
２２ 手
３ 心拍数算出手段
３０ 心拍数計算部
３１ 計時手段
３２ 運動心拍数補正部
３３ 上乗せ心拍数計算部
３５ 安静心拍数記憶手段
４ 歩行ピッチ算出手段
４１ 加速度検出手段
４１ａ ＧＰＳ受信機
４１ｂ データ処理部
４１ｃ データ算出部
４１ｋ 加速度センサ
５ 歩行速度算出手段
５１ 歩幅データ算出手段
５１ａ 数値設定部
５１ｂ 数値演算部
５１ｃ 距離情報算出部
６ 歩行ＭＥＴｓ算出手段
７ 心拍運動強度算出手段
７１ 個人データ入力手段
７２ 最高心拍数算出手段
８ 運動能力算出手段
８１ 心拍ＭＥＴｓ算出手段
９ 報知手段
９１ 表示器
９１ａ 数値表示部
９１ａｇ バーグラフ表示部
９１ｂ 単位表示部
９１ｃ マーカーエリア
９１ｄ 測定終了アイコン
９２ 報音器
１０ マイクロプロセッサ
１１ 操作スイッチ
１１ａ 電源スイッチ
１１ｂ 選択スイッチ
１１ｃ アップスイッチ
１１ｄ ダウンスイッチ
１１ｅ 確定スイッチ
１２ 記憶部
１３ 電源
Ａｓ 加速度信号
Ｂｓ 生体信号
Ｂｓ１ 心電位信号
Ｂｓ２ 光電脈波信号
Ｇｓ 衛星情報
Ｒｊ 位置情報
Ｋｊ 距離情報
Ｈｐ 歩行ピッチ信号
Ｈｐｎ （歩行ピッチ信号の）パルス数
Ｈｄ 歩幅データ
Ｈｓ 歩行速度
Ｌ 歩行距離
Ｈｍ 歩行ＭＥＴｓデータ
Ｔ 判定時間データ
Ｔａ 遅延時間データ
Ｓｐ 心拍信号
Ｓｓ 心拍数
Ｓｓｒ 安静心拍数
Ｓｓｄ 運動心拍数
Ｓｓａ 上乗せ心拍数
Ｋｄ 個人データ
Ｓｈ 最高心拍数
Ｓｕ 心拍運動強度データ
Ｓｍ 心拍ＭＥＴｓデータ
Ｕｎ 運動能力データ
Ｍｃ 歩行終了信号
ＭＥＴｓ 運動強度を表す単位
Ｅｘ 運動量を表す単位
Ｅｘ０ 定められた運動量（０．３４エクササイズ）
１５０ 入力部
１５１ 年令入力部
１５２ 性別入力部
１５３ 身長入力手段
１５４ 運動強度入力部
２００ ＣＰＵ
２２０ 歩数カウンタ
２２０ａ 歩数算出手段
２３０ 歩行速度算出手段
２４０ ＭＥＴｓ係数算出手段
２５０ 運動量算出手段
３１０ テーブル
３２０ テーブル
３３０ 比較手段
３４０ 運動レベル決定手段
３５０ 運動量判断手段
３６０ 累積手段
４４０ 累積運動量表示手段
Ｌ 運動レベル
Ｑ 運動量
Ｑｍ 運動量
Ｍ１ ＭＥＴｓ係数
Ｍ２ 設定ＭＥＴｓ係数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の情報を検出して運動能力を判定する運動能力判定装置において、
生体に現れる生体情報を検出して生体信号を出力する生体センサと、
前記生体信号に基づき心拍信号を出力する心拍信号検出手段と、
前記心拍信号に基づき安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを出力する心拍数算出手段と、
個人データを入力する個人データ入力手段と、
前記個人データに基づき最高心拍数を出力する最高心拍数算出手段と、
前記最高心拍数と前記安静心拍数と前記運動心拍数とに基づき心拍運動強度データを出力する心拍運動強度算出手段と、
前記心拍運動強度データに基づき心拍ＭＥＴｓデータを出力する心拍ＭＥＴｓ算出手段と、
生体が動作したことによって生じる加速度を検出して加速度信号を出力する加速度検出手段と、
前記加速度信号に基づき歩行ピッチを算出して歩行ピッチ信号を出力する歩行ピッチ算出手段と、
歩幅データを算出する歩幅データ算出手段と、
前記歩行ピッチ信号と前記歩幅データとから歩行速度を算出する歩行速度算出手段と、
前記歩行速度に基づき歩行ＭＥＴｓデータを算出する歩行ＭＥＴｓ算出手段と、
前記歩行ＭＥＴｓデータと前記心拍ＭＥＴｓデータとから運動能力データを算出する運動能力算出手段と、
を備えたことを特徴とする運動能力判定装置。
【請求項２】
前記加速度検出手段は、所定の加速度が印加されたときに前記加速度信号を出力する加速度センサで構成することを特徴とする請求項１に記載の運動能力判定装置。
【請求項３】
前記加速度検出手段は、
ＧＰＳ受信機と、
前記ＧＰＳ受信機から得られた衛星情報から位置情報を抽出するデータ処理部と、
前記位置情報に基づいて前記加速度信号を出力するデータ算出部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の運動能力判定装置。
【請求項４】
前記歩幅データ算出手段は、前記データ処理部から得られた位置情報から距離情報を算出して前記歩行ピッチ信号で除算することにより歩幅データを算出する数値演算部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項５】
前記歩幅データ算出手段は、歩幅の数値を入力する数値設定部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項６】
前記運動能力データは、前記歩行ＭＥＴｓデータと前記心拍ＭＥＴｓデータとの差に基づくものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項７】
前記心拍ＭＥＴｓ算出手段は、前記心拍運動強度データを前記心拍ＭＥＴｓデータに、直線回帰法により換算するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項８】
前記心拍数算出手段は、
前記心拍信号に基づき前記心拍数を算出する心拍数計算部と、
歩行運動停止後の遅延時間に基づき上乗せ心拍数を算出する上乗せ心拍数算出部と、
前記心拍数を前記上乗せ心拍数で補正して前記運動心拍数を算出する運動心拍数補正部と、
を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項１】
生体の情報を検出して運動能力を判定する運動能力判定装置において、
生体に現れる生体情報を検出して生体信号を出力する生体センサと、
前記生体信号に基づき心拍信号を出力する心拍信号検出手段と、
前記心拍信号に基づき安静時の心拍数である安静心拍数と歩行運動中の心拍数である運動心拍数とを出力する心拍数算出手段と、
個人データを入力する個人データ入力手段と、
前記個人データに基づき最高心拍数を出力する最高心拍数算出手段と、
前記最高心拍数と前記安静心拍数と前記運動心拍数とに基づき心拍運動強度データを出力する心拍運動強度算出手段と、
前記心拍運動強度データに基づき心拍ＭＥＴｓデータを出力する心拍ＭＥＴｓ算出手段と、
生体が動作したことによって生じる加速度を検出して加速度信号を出力する加速度検出手段と、
前記加速度信号に基づき歩行ピッチを算出して歩行ピッチ信号を出力する歩行ピッチ算出手段と、
歩幅データを算出する歩幅データ算出手段と、
前記歩行ピッチ信号と前記歩幅データとから歩行速度を算出する歩行速度算出手段と、
前記歩行速度に基づき歩行ＭＥＴｓデータを算出する歩行ＭＥＴｓ算出手段と、
前記歩行ＭＥＴｓデータと前記心拍ＭＥＴｓデータとから運動能力データを算出する運動能力算出手段と、
を備えたことを特徴とする運動能力判定装置。
【請求項２】
前記加速度検出手段は、所定の加速度が印加されたときに前記加速度信号を出力する加速度センサで構成することを特徴とする請求項１に記載の運動能力判定装置。
【請求項３】
前記加速度検出手段は、
ＧＰＳ受信機と、
前記ＧＰＳ受信機から得られた衛星情報から位置情報を抽出するデータ処理部と、
前記位置情報に基づいて前記加速度信号を出力するデータ算出部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の運動能力判定装置。
【請求項４】
前記歩幅データ算出手段は、前記データ処理部から得られた位置情報から距離情報を算出して前記歩行ピッチ信号で除算することにより歩幅データを算出する数値演算部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項５】
前記歩幅データ算出手段は、歩幅の数値を入力する数値設定部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項６】
前記運動能力データは、前記歩行ＭＥＴｓデータと前記心拍ＭＥＴｓデータとの差に基づくものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項７】
前記心拍ＭＥＴｓ算出手段は、前記心拍運動強度データを前記心拍ＭＥＴｓデータに、直線回帰法により換算するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【請求項８】
前記心拍数算出手段は、
前記心拍信号に基づき前記心拍数を算出する心拍数計算部と、
歩行運動停止後の遅延時間に基づき上乗せ心拍数を算出する上乗せ心拍数算出部と、
前記心拍数を前記上乗せ心拍数で補正して前記運動心拍数を算出する運動心拍数補正部と、
を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の運動能力判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−２００３７６（Ｐ２０１１−２００３７６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９６９８（Ｐ２０１０−６９６９８）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（５０７３５１８８３）シチズン・システムズ株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（５０７３５１８８３）シチズン・システムズ株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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