DE69731347T2

DE69731347T2 - Vorrichtung zum messen der bewegungsmenge

Info

Publication number: DE69731347T2
Application number: DE69731347T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Amano; Kazuo Uebaba; Hitoshi Ishiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: EP1334693B1; EP0829226A4; EP0829226A1; DE69735683T2; US6042549A; CN1193266A; EP0829226B1; DE69735683D1; DE69731347D1; JP3564482B2; TW365527B; WO1997035514A1; EP1334693A1; CN1185985C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Bewegungsmenge während einer Bewegung (Training), wie z. B. dem Laufen, dem schnellen Gehen und dergleichen.
2. Hintergrund der Erfindung
Viele Leute trainieren, um ihre Gesundheit zu fördern.
Im Allgemeinen stellt ein Individuum, das ein Training durchführt (im Folgenden als Trainierender bezeichnet), sein eigenes Bewegungsvermögen fest und führt anschließend ein Training mit einer Intensität durch, die von seinem Leistungsvermögen abhängt.
Selbst wenn jedoch die Intensität der Bewegung gleich ist, variiert jedes Mal die Belastung, mit der der Körper beansprucht wird, in Abhängigkeit vom Zustand des Körpers.
Selbst wenn der Trainierende entsprechend seinem eigenen Bewegungsvermögen trainiert, ist es aus diesem Grund wünschenswert, dass das Training mit ständiger Überwachung des Belastungsgrades, mit dem der Trainierende belastet wird, ausgeführt wird.
Die Erstveröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-10234 (Titel: Vorrichtung zum Messen der Bewegungsmenge) kann als ein Beispiel für Bewegungsmengenmessvorrichtungen erwähnt werden, die entwickelt wurden, um diesem Zweck zu dienen.
Bei dieser Bewegungsmengenmessvorrichtung ist jedoch der Sensor zum Erfassen des Blutflusses an Ort und Stelle am Laufband befestigt. Unter der Berücksichtigung, dass die Bewegungsintensität nur auf die Bewegung begrenzt ist, bei der das Laufband verwendet wird, muss daher der Nachteil bestehen, dass es nicht möglich ist, die Bewegungsintensität während der Bewegung zu messen, während der das Laufband nicht verfügbar ist.
Außerdem ist ein Schrittzähler als ein Beispiel von Vorrichtungen zum Messen der Bewegungsmenge erhältlich (es ist zu beachten, dass in dieser Spezifikation die Bewegungsintensität die Intensität der Bewegung in jedem Augenblick angibt, während die Bewegungsmenge die Menge der Bewegung innerhalb einer gegebenen Zeitperiode angibt).
Die Bewegung, die unter ein gegebenes Intensitätsniveau fällt, hat jedoch hinsichtlich der Förderung der Ausdauer eine geringe Bedeutung. Im Gegensatz hierzu kann ein Bewegungsniveau, das ein gegebenes Intensitätsniveau überschreitet, gefährlich sein. Es ist daher notwendig, dass eine Bewegung mit einer geeigneten Intensität durchgeführt wird.
Ein Schrittzähler zählt typischerweise die Anzahl der Schritte, unabhängig davon, ob der Benutzer langsam oder schnell geht. Während der Benutzer fähig ist, die Anzahl der Schritte zu kennen, kann er nicht wissen, wie viele Schritte wirklich effektiv sind (d. h. die Bewegungsmenge).
Wenn eine Person mit dem Training fortfährt, steigt ferner die geeignete Intensität an, wie oben beschrieben worden ist. Diesbezüglich stand bisher keine Vorrichtung zur Verfügung, die fähig ist, die Bewegungsmenge entsprechend der Verbesserung des Bewegungsvermögens von Individuen zu messen.
EP 0659384A offenbart einen Pulsratenmonitor, der einen Pulswellensensor zum Erfassen des Pulses eines Benutzers und einen Bewegungssensor zum Erfassen der Bewegung des Benutzers enthält. Die Pulsrate wird auf der Grundlage der Signale berechnet, die von sowohl dem Pulswellensensor als auch dem Bewegungssensor pro vorgegebener Zeitperiode erzeugt werden, z. B. als Pulsrate pro 1 Minute.
WO 91/18550A offenbart ein Pulsratenmessgerät, das eine kumulative Messung der Zeit, in der die gemessene Pulsrate eine vorgegebene Pulsratenschwelle überschritten hat, wie z. B. die Untergrenze einer Trainingszone, hält.
EP 0419103A offenbart ein Pulsratenmessgerät, das die Bewegungsintensität pro Einheitszeit auf der Grundlage des erfassten Herzschlagsignals, beeinflusst durch einen Wert, der ermittelt wird durch Subtrahieren einer Normalwertherzschlagrate von einer Oberwert-Herzschlagrate, berechnet, wobei beide Werte von einem Benutzer festgelegt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bewegungsmengenmessvorrichtung zu schaffen, die die Bewegungsmenge nur für die Bewegung, die für den Benutzer eine angemessene Intensität hat, messen kann.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bewegungsmengenmessvorrichtung geschaffen, umfassend:
Pulsrateneinstellmittel zum Einstellen angemessener Grenzen für die Pulsrate während der Bewegung auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge;
Pulsratenmessmittel zum Messen der Pulsrate des Benutzers;
Akkumulationsmittel zum Akkumulieren der Zeitdauer, in der die vom Pulsratenmessmittel gemessene Pulsrate innerhalb der durch das Pulsrateneinstellmittel eingestellten Grenzen liegt; und
Meldemittel zum Bereitstellen einer Meldung über die Ergebnisse der vom Akkumulationsmittel durchgeführten Akkumulationsoperation, wobei das Pulsrateneinstellmittel umfasst:
Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen der Übereinstimmungsbeziehung zwischen der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge und der Pulsrate;
Eingabemittel zum Eingeben der im voraus erhaltenen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge;
Auslesemittel zum Auslesen der Pulsrate, die der eingegebenen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge entspricht, aus dem Aufzeichnungsmittel;
Korrekturmittel zum Korrigieren der ausgelesenen Pulsrate; und
Berechnungsmittel zum Berechnen der Grenzen mit einer spezifischen Spanne um die korrigierte Pulsrate.
Als Ergebnis ist es möglich, die Bewegungsmenge nur für die Bewegung zu messen, die eine für den Benutzer angemessene Intensität hat.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die ferner die Bewegungsintensität misst.
2 ist eine Schrägansicht des äußeren Erscheinungsbildes der obenerwähnten Bewegungsintensitäts- und Bewegungsmengenmessvorrichtung.
3 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren der Erfassung der Pulswellenformen durch diese Bewegungsintensitäts- und Bewegungsmengenmessvorrichtung zeigt.
4A ist ein Figur, die das Signal zeigt, das erhalten wird durch Addieren der Frequenz fA und der Frequenz fB; 4B ist ein Graph, der die Ergebnisse zeigt, die nach Ausführung einer FFT-Verarbeitung für dieses addierte Signal erhalten werden.
5A bis C sind Graphen, die Beispiele der Ergebnisse zeigen, die nach Ausführung einer FFT für das vom Körperbewegungssensor 302 bzw. vom Pulswellensensor 301 ausgegebene Signal erhalten werden, wenn der Benutzer sich bewegt.
6 ist das Ergebnis, dass nach Ausführen einer FFT-Verarbeitung für das Ausgangssignal des Körperbewegungssensors 302 erhalten wird.
7 ist ein Flussdiagramm, dass das Verarbeitungsverfahren für die Spezifizierung der Herzschlagfrequenzkomponente nach Spezifizieren der Oberwelle des Körperbewegungssignals zeigt.
8 und 9 sind Flussdiagramme, die Beispiele von Modifikationen der 7 zeigen.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel des Frequenzlinienspektrums einer Ping-mai zeigt.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel des Frequenzlinienspektrums einer Hua-mai zeigt.
12 ist ein Graph, der ein Beispiel des Frequenzlinienspektrums einer Xuan-mai zeigt.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel einer Ping-mai zeigt.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel einer Hua-mai zeigt.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel einer Xuan-mai zeigt.
16 ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand der Installation zeigt, wenn ein Piezoelement als Meldemittel verwendet wird.
17 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel einer Pulsratentabelle zeigt.
18A und 18B sind erläuternde Figuren, die ein Beispiel der Anzeigevorrichtung 313 zeigen.
19 und 20 sind Figuren, die Beispiele von Modifikationen der Anordnung zum Anzeigen der Bewegungsintensität und der Bewegungsmenge zeigen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Ausführungsform 1
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
1. Struktur der Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Struktur der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, die auch die Bewegungsintensität misst.
In dieser Figur erfasst der Pulswellensensor 301 die Pulswelle im Körper und gibt das erfasste Pulswellensignal an die Pulswellensignalverstärkerschaltung 303 aus. Der Pulswellensensor 301 kann z. B. ein piezoelektrisches Mikrophon sein.
Der Körperbewegungssensor 302 erfasst die Körperbewegung und gibt das erfasste Körperbewegungssignal an die Körperbewegungssignalverstärkerschaltung 304 aus. Der Körperbewegungssensor 302 kann z. B. ein Beschleunigungssensor sein.
Die Pulswellensignalverstärkerschaltung 303 verstärkt das erfasste Pulswellensignal und gibt das Signal an eine A/D-Umsetzungsschaltung 305 und eine Pulswellenumformungsschaltung 306 aus.
Die Körperbewegungssignalverstärkerschaltung 304 verstärkt das erfasste Körperbewegungssignal und gibt das Signal an eine A/D-Umsetzungsschaltung 305 und eine Körperbewegungswellenumformschaltung 307 aus.
Die A/D-Umsetzungsschaltung 305 konvertiert das verstärkte Pulswellensignal und das verstärkte Körperbewegungssignal von den analogen Signalen in digitale Signale und gibt dieses Ergebnis an die CPU 308 aus.
Die Pulswellenumformschaltung 306 formt das verstärkte Pulswellensignal um und gibt es an die CPU 308 aus.
Die Körperbewegungswellenumformschaltung 307 formt das verstärkte Körperbewegungssignal um und gibt das Ergebnis an die CPU 308 aus.
Das Ruhepulswellenform-Aufzeichnungsmittel 314, das ein nichtflüchtiger Speicher ist (E²PROM, Flash-Speicher, batteriegestützter RAM oder dergleichen), zeichnet die Ruhepulswellenform auf, die von der CPU 308 erhalten wird.
Die Oszillationsschaltung 311 erzeugt einen Taktimpuls mit fester Periode.
Die Frequenzteilerschaltung 312 teilt den von der Oszillationsschaltung 311 erzeugten Taktimpuls und erzeugt einen Impuls mit einer spezifischen Periode.
Die Anzeige 313, die von einer Flüssigkristallvorrichtung gebildet wird, zeigt den kumulativen Wert für die obenerwähnte Zeitspanne an.
Ein Eingabeelement 313 weist einen Modusschalter M auf, der zum Auswählen verschiedener Modi verwendet wird, einen Aufwärtsschalter U und einen Abwärtsschalter D, die verwendet werden, um die Einstellwerte zu ändern, und einen Einstellschalter S, der zum Bestimmen der Einstellwerte verwendet wird.
Ein Pulsratentabellenaufzeichnungselement 315 wird von einem ROM (Nur-Lese-Speicher) gebildet, und speichert insbesondere die Pulsratentabelle.
17 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel dieser Pulsratentabelle zeigt.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, speichert die Pulsratentabelle die Pulsrate, die dem jeweiligen Vo_2max entspricht.
In dieser Figur ist Vo_2max die maximale Sauerstoffaufnahme einer gegebenen Person, wenn diese Person sich mit maximaler Intensität bewegt. Ferner kann zusätzlich zum Zeigen der maximalen Aufnahme von Sauerstoff Vo_2max auch verwendet werden, um die Bewegungsintensität zu zeigen, wie z. B. die Bewegung, bei der Vo_2max gleich 40 ml/kg/min ist.
In dieser Figur ist die Pulsrate für jedes Vo_2max die Pulsrate, die von einer durchschnittlichen Person mit Vo_2max wie angegeben gezeigt wird, wenn sie sich mit einer Intensität entsprechend 50% von derjenigen von Vo_2max bewegt.
Es ist zu beachten, dass es zwei Typen von Pulsratentabellen (für Männer und Frauen) gibt, die in dem Pulsratentabellen-Aufzeichnungselement 315 aufgezeichnet sind. Die in 17 gezeigte Pulsratentabelle gilt für Männer.
2 ist eine Schrägansicht, die das äußere Erscheinungsbild dieser Vorrichtung zeigt.
In dieser Figur ist der Hauptkörper 11 am Arm des Benutzers mittels eines Riemens 12 angebracht.
Der Pulswellensensor 301 (siehe 1) und der Körperbewegungssensor 302 (siehe 1) sind mittels eines Fingerriemens 13 am Finger befestigt.
2. Funktion der Ausführungsform
(1) Messung von Vo_2max
Im Folgenden wird die Funktion der obenerwähnten Bewegungsintensitäts- und Bewegungsmengenmessvorrichtung erläutert.
Der Benutzer schätzt seine eigene Vo_2max im Voraus unter Verwendung eines herkömmlichen indirekten Verfahrens. In diesem Fall ist ein indirektes Verfahren verfügbar, bei dem Vo_2max/wt anhand der Rate und der Leistung unter maximaler Bewegung geschätzt wird (siehe Insurance Science, Bd. 32, Nr. 3, 1990).
Als Nächstes drückt der Benutzer einen Modusschalter M (siehe 1), um somit die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 313 in den in 18(a) gezeigten Zustand zu ändern.
Wenn in diesem Zustand der Benutzer den Aufwärtsschalter U (oder den Abwärtsschalter D) einmal drückt, wechselt die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 313 von 1 (männlich) nach 2 (weiblich) oder von 2 (weiblich) nach 1 (männlich). Nachdem der Benutzer auf diese Weise die Anzeige mit seinem Geschlecht in Übereinstimmung gebracht hat, gibt der Benutzer anschließend den obenerwähnten Wert durch Drücken des Setzschalters S ein. Als Beispiel wird in diesem Fall 1 (männlich) eingegeben.
Sobald das Geschlecht des Benutzers eingegeben worden ist, liest die CPU 308 die Pulsratentabelle entsprechend dem eingegebenen Geschlecht unter den zwei Pulsratentabellen (für Männer und Frauen), die im Pulsratentabellenaufzeichnungselement 315 gespeichert sind, aus. Da in diesem Fall 1 (männlich) eingegeben wurde, liest die CPU 308 die Pulsratentabelle für Männer aus (siehe 17).
Als Nächstes drückt der Benutzer den Modusschalter M, um die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 313 zu veranlassen, in den in 18(b) gezeigten Zustand zu wechseln.
In diesem Zustand wird die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 313 hochgezählt, wenn der Benutzer weiterhin den Aufwärtsschalter U drückt, oder wird heruntergezählt, wenn der Benutzer fortgesetzt den Abwärtsschalter D drückt. Sobald der Benutzer die Anzeige mit seinem eigenen Vo_2max in Übereinstimmung gebracht hat, gibt er diesen Wert durch Drücken des Setzschalters S ein. Als Beispiel wird in diesem Fall 40 eingegeben.
Sobald Vo_2max eingegeben worden ist, liest die CPU 308 die Pulsrate, die diesem Vo_2max entspricht, aus der oben ausgelesenen Pulsratentabelle aus (siehe 17). Da hier 40 eingegeben wurde, liest die CPU 308 den Wert 125 aus, der dem obenerwähnten Wert 40 entspricht.
Als Nächstes ermittelt die CPU 308 den Wert der Obergrenze für die Pulsrate durch Multiplizieren der ausgelesenen Pulsrate mit einem spezifischen Obergrenzwertkoeffizienten 1,2 (d. h. 120%). Da in diesem Beispiel die obenerwähnte Pulsrate 125 betrug, wird der Wert der Obergrenze gleich 150.
In ähnlicher Weise ermittelt die CPU 308 die Grenze des unteren Wertes der Pulsrate durch Multiplizieren der oben ausgelesenen Pulsrate mit einem spezifischen Untergrenzwertkoeffizienten 0,8 (d. h. 80%). Da in diesem Beispiel die obenerwähnte Pulsrate 125 betrug, wird der Wert für die Untergrenze gleich 100.
(2) Sammlung von Daten in Ruhe
Wenn der Benutzer gleichzeitig den Startschalter S und den Mittelschalter M drückt, während er ruht, nachdem er die oberen und unteren Grenzwerte für die Pulsrate eingestellt hat, beginnt die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, die Ruhepulswellenformen des Benutzers zu erfassen. Dies wird mit Bezug auf das Flussdiagramm in 3 genauer erläutert.
Im Schritt SA1 in dieser Figur wird die Pulswelle erfasst, wobei dieses Pulswellensignal verstärkt wird und das verstärkte Pulswellensignal von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgesetzt wird.
Im Schritt SA2 wird die Körperbewegung erfasst, wobei dieses Körperbewegungssignal verstärkt wird und das verstärkte Körperbewegungssignal von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgesetzt wird.
Im Schritt SA3 werden das Pulswellensignal und das Körperbewegungssignal, die von analoge Signale in digitale Signale umgesetzt worden sind, einer FFT-Verarbeitung unterworfen.
Im Schritt SA4 wird die Herzschlagfrequenzkomponente auf der Grundlage des Pulswellensignals und des Körperbewegungssignals, die mittels FFT verarbeitet worden sind, extrahiert.
Die Herzschlagfrequenzkomponente, wie sie in dieser Beschreibung verwendet wird, ist als die Herzschlagfrequenzkomponente definiert, die erhalten wird nach Beseitigen der Frequenzkomponente, die dem Körperbewegungssignal entspricht, aus dem Ergebnis, das nach der FFT-Verarbeitung des Pulswellensignals erhalten wird. Die Einzelheiten dieser Verarbeitung werden im Folgenden unter der Überschrift "(3) Datensammlung während der Bewegung" beschrieben. Wenn jedoch der Benutzer in Ruhe ist, ist der Pegel des Körperbewegungssignals so niedrig, dass er vernachlässigt werden kann. Aus diesem Grund wird die Herzschlagfrequenzkomponente äquivalent zu dem Ergebnis, das nach der FFT-Verarbeitung des Pulswellensignals erhalten worden ist.
Im Schritt SA5 wird die Pulsrate aus der extrahierten Herzschlagfrequenzkomponente berechnet.
Wenn die Ruhepulswellenform erfasst wird, zeichnet die CPU 308 diese Pulswellenform im Ruhepulswellenformaufzeichnungsmittel 314 auf.
Mit anderen Worten, die Grundwellenkomponente wird aus den Herzschlagfrequenzkomponenten extrahiert, wobei der Wert, der nach Teilen von 60 s durch den Kehrwert der Grundwellenkomponente erhalten wird (d. h. die Periode der Grundwellenkomponente) gleich der Pulsrate wird.
4A zeigt das Signal, das nach dem Addieren der Frequenzen fA und fB erhalten wird (wobei jedoch die Amplitude der Frequenz fB gleich 1/2 derjenigen der Frequenz fA ist). 4B ist ein Graph, der das Ergebnis zeigt, das nach der FFB-Verarbeitung des addierten Signals erhalten wird.
Die niedrigste Frequenz, die als Ergebnis der FFB-Verarbeitung erhalten wird, wird entsprechend dem Kehrwert der Analysedauer ermittelt. Wenn z. B. die Analysedauer 16 s betrugt, ist das Linienspektrum gleich 1/16 s. Mit anderen Worten, es wird eine Auflösung von 62,5 ms erhalten. Dementsprechend wird das Signal, das der Analyse unterworfen wird, bis zu einer Oberwellenkomponente aufgelöst, die ein ganzzahliges Vielfaches von 16 Hz ist. Die Größe (Leistung) der entsprechenden Oberwellenkomponenten wird längs der vertikalen Achse ausgedrückt. 4B zeigt, dass die Frequenz fB die halbe Leistung der Frequenz fA aufweist.
(3) Datensammlung während der Bewegung
Wenn der Benutzer während der Bewegung den Startschalter S drückt, wird wiederholt die in 3 gezeigte Routine ausgeführt. Als Ergebnis wird die Pulswellenform während der Bewegung des Benutzers erfasst. Ferner wird über den Schritt SA4 jedes Mal dann, wenn die in 3 gezeigte Routine ausgeführt wird, die in 7 gezeigte Unterroutine aufgerufen. Die Einzelheiten dieser Unterroutine werden im Folgenden erläutert.
Zuerst ist es notwendig, eine Verarbeitung zum Beseitigen der Körperbewegungskomponente auszuführen, da diese Komponente der Pulswelle überlagert ist, wenn der Benutzer sich bewegt.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Ergebnisse zeigt, die nach der Ausführung einer FFT-Verarbeitung der Signale, die vom Pulswellensensor 301 und vom Körperbewegungssensor 302 während der Bewegung ausgegeben werden, erhalten werden. In diesen Figuren zeigt 5A das Ergebnis (Pulswellenspektrum fmg), das nach der Ausführung der FFT-Verarbeitung für das vom Pulswellensensor 301 ausgegebene Signal erhalten wird; 5B zeigt das Ergebnis (Körperbewegungsspektrum fsg), das nach Ausführung der FFT-Verarbeitung für das vom Körperbewegungssensor 302 ausgegebene Signal erhalten wird; und 5C zeigt das Herzschlagspektrum fM, das nach Subtrahieren des Körperbewegungsspektrum fsg vom Pulswellenspektrum fmg erhalten wird.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, sind die Herzschlagfrequenzkomponente und die Frequenzkomponente des durch die Körperbewegung erzeugten Signals beide in 5A enthalten.
Da im Gegensatz hierzu der Körperbewegungssensor 302 nur auf eine Körperbewegung anspricht, wird in 5B nur die Frequenzkomponente von dem durch die Körperbewegung erzeugten Signal erhalten.
Dementsprechend wird das Körperbewegungsspektrum fsg vom Pulswellenspektrum fmg subtrahiert, wobei das größte Spektrum aus dem verbleibenden Linienspektrum fM als die Herzschlagfrequenzkomponente spezifiziert wird.
Jedoch kann es aufgrund des Einflusses der Oberwellensignale in Wirklichkeit schwierig sein, die Analyse der Wellenformen, die von diesen jeweiligen Sensoren ausgegeben werden, mittels eines Verfahrens durchzuführen, das einfach die Differenz zwischen diesen erhält. Dementsprechend im Folgenden das Verfahren zum Spezifizieren der Pulswelle genauer erläutert.
Zuerst wird der Frequenzbereich für die Analyse betrachtet. Gewöhnlich beträgt die Frequenz der Körperbewegung 1 bis 2 Hz. Wenn dementsprechend fmax = 4 Hz gilt, ist eine Prüfung bis zur dritten Oberwelle ausreichend.
In dieser Ausführungsform wird die maximale Körperbewegungskomponente im Frequenzbereich 2 bis 4 Hz extrahiert, wobei die maximale Komponente darin als die zweite Oberwelle der Körperbewegungskomponente angenommen wird. Dies wird im Folgenden genauer erläutert. Als Nächstes wird der Grund für die Annahme diskutiert.
6 zeigt die Ergebnisse, die nach Ausführung der FFT-Verarbeitung für das vom Körperbewegungssensor 302 ausgegebene Signal erhalten werden. Im Allgemeinen während des Bewegens und insbesondere während des Laufens wird die Leistung der zweiten Oberwelle gegenüber der Grundwelle höher (Erhöhung um das 3-fache bis 10-fache z. B. im Fall des normalen Laufens), wie in 6 gezeigt ist. Die folgenden drei Faktoren können berücksichtigt werden, wenn die vom Körperbewegungssensor 302 während des Laufens des Benutzers erfassten Faktoren analysiert werden. Nämlich:

1. Aufwärts- und Abwärtsbewegung während des Laufens
2. Grundwelle der Armschwingung
3. zweite Oberwelle der Armschwingung

Bezüglich (1) erscheint die Aufwärts- und Abwärtsbewegung gleichmäßig, wenn ein Schritt mit dem rechten Fuß durchgeführt wird und wenn ein Schritt mit dem linken Fuß durchgeführt wird, so dass diese Bewegung die zweite Oberwelle der Körperbewegungskomponente wird.
Bezüglich (2) wird eine Pendelbewegung gezeigt, bei der das Schwingen nach vorne und die Rückziehbewegung der Arme eine Periode bilden. Typischerweise ist es jedoch schwierig, die Schwingung der Arme während des Laufens in einer gleichmäßigen Pendelbewegung zu halten, während die Leistung dieser Komponente schwach ist.
Da bezüglich (3) die Beschleunigung zu dem Zeitpunkt ausgeübt wird, zu dem die Arme nach vorne schwingen, und zu dem Zeitpunkt, zu dem die Arme zurückgezogen werden, erscheint die zweite Oberwelle stärker als die Grundwelle.
Innerhalb der Frequenz der Körperbewegung wird daher dementsprechend die zweite Oberwellenkomponente erhalten.
Im Fall des gewöhnlichen Laufens bei einem gegebenen Bereich von 2 bis 4 Hz ist es möglich, den Bereich abzudecken, in dem die zweite Oberwelle erscheint, unabhängig davon, ob die Schrittgeschwindigkeit des Laufens langsam oder schnell ist. Durch Extrahieren der charakteristischen zweiten Oberwellenkomponente nach Begrenzung des Bereiches auf diese Weise, ist es möglich, die Genauigkeit der Erfassung zu erhöhen.
7 ist ein Flussdiagramm für die Unterroutine zum Spezifizieren der Pulswellenfrequenzkomponente nach dem Spezifizieren der Oberwelle des Körperbewegungssignals. Diese Unterroutine wird im obenerwähnten Schritt SA4 aufgerufen.
Im Schritt SD1 ermittelt die CPU 308 das Linienspektrum sf, bei dem die Leistung P maximal ist, auf der Grundlage der Ergebnisse der Frequenzanalyse des Körperbewegungssignals.
Im Schritt SD2 entscheidet die CPU 308, ob eine Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th an einer Frequenzposition vorhanden ist, die gleich der Hälfte der Frequenz fs ist.
Wenn das Ergebnis dieser Ermittlung ja ist, d. h. wenn eine Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zu Schritt SD3 vor.
Im Schritt SD3 wird die Frequenz fs als zweite Oberwelle (HMC = 2) spezifiziert.
Wenn das Ergebnis der Ermittlung im Schritt SD2 nein ist, d. h. wenn eine Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th nicht vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zu Schritt SD4 vor.
Im Schritt SD4 entscheidet die CPU 308, ob eine Körperbewegungskomponente P(fs/3) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th bei einer Frequenz vorhanden ist, die gleich 1/3 der Frequenz fs ist.
Wenn das Ergebnis dieser Ermittlung ja ist, d. h. wenn eine Körperbewegungskomponente P(fs/3) oberhalb eines gegebenen festes Wertes Th vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zum Schritt SD5 vor.
Im Schritt SD5 spezifiziert die CPU 308 fs als die dritte Oberwelle (HMC = 3) der Körperbewegung.
Wenn das Ergebnis der Ermittlung im Schritt SD4 nein ist, d. h. wenn keine Körperbewegungskomponente P(fs/3) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, spezifiziert die CPU 308 die Frequenz fs als Frequenz fs1 der Grundwelle.
Als Ergebnis der vorangehenden Verarbeitung ist es möglich, zu spezifizieren, welche Oberwelle die Frequenz fs ist, so dass im Schritt SD7 die Grundwelle fs1 der Körperbewegung erhalten wird.
In den Schritten SD8–SD11 wird unter Verwendung der Ergebnisse der Frequenzanalyse der Impulswelle ein Vergleich zwischen der Frequenz fm und der Körperbewegungsfrequenz für die Linienspektrum in einer sequentiellen Reihenfolge beginnend mit dem Linienspektrum mit der größten Leistung P durchgeführt. Auf diese Weise wird geprüft, ob diese Frequenz mit der Grundwelle (fs1), der zweiten Oberwelle (2 × fs1) oder der dritten Oberwelle (3 × fs1) des Körperbewegungssignals übereinstimmt.
Als Ergebnis dieser Verarbeitung kann im Schritt SD12 die Maximum-Pulswellenfrequenzkomponente fm, die nicht mit einer Körperbewegungskomponente übereinstimmt, extrahiert werden.
(4) Gesamtverarbeitung
(4.1) Anzeige der Bewegungsmenge
Durch wiederholtes Ausführen der in 3 gezeigten Routine, wie oben beschrieben worden ist, werden die Pulswellenfrequenzkomponente (Schritt SA4) und die Pulsrate (Schritt SA5) zum Zeitpunkt der Bewegung sequentiell ermittelt.
Jedes Mal, wenn die Pulsrate gemessen wird, ermittelt die CPU 308, ob die gemessene Pulsrate zwischen den hierfür vorgesehenen oberen und unteren Grenzwerten liegt.
Während der Zeit, zu der die Pulsrate zwischen den oberen und unteren Grenzwerten hierfür liegt, inkrementiert die CPU 308 die im RAM 309 gespeicherte akkumulierte Zeitspanne in Intervallen auf der Grundlage des von der Oszillationsschaltung 311 und der Frequenzteilerschaltung 312 zugeführten Taktimpulses.
Wenn im Gegensatz hierzu die Pulsrate oberhalb des oberen Grenzwerts UL oder unterhalb des unteren Grenzwertes LL liegt, stellt die CPU 308 die Inkrementierung der akkumulierten Zeitspanne, die im RAM 309 gespeichert ist, zurück.
Es ist zu beachten, dass die CPU 308 die im RAM 309 gespeicherte akkumulierte Zeit zum Anzeigeelement 313 mit einem festen Zyklus unabhängig von der Pulsrate weiterleitet. Somit zeigt das Anzeigeelement 313 die akkumulierte Zeit an. Als Ergebnis der obenbeschriebenen Verarbeitung kann dann die Bewegungsmenge erhalten werden.
(4.2) Anzeige der Bewegungsintensität (die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet)
Jedes Mal dann, wenn die Herzschlagfrequenzkomponente gemessen wird, liest die CPU 308 die Ruhepulswellenform aus, die in Ruhepulswellenaufzeichnungsmitteln 314 gespeichert ist, und schätzt die Bewegungsintensität auf der Grundlage der Ruhepulswellenform und der Herzschlagfrequenzkomponente der Pulswellenform während der Bewegung.
Das Verfahren zum Schätzen der Bewegungsintensität auf der Grundlage der Verzerrung der Herzschlagfrequenzkomponente der Pulswellenform wird im Folgenden erläutert.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel des Frequenzspektrums eines normalen Pulses zeigt; 11 zeigt ein Beispiel des Frequenzspektrums eines gleichmäßigen Pulses; und 12 zeigt ein Beispiel des Frequenzspektrums eines heftigen Pulses. Wie aus diesen Figuren deutlich wird, wird der Verzerrungswert beim Vorrücken von Xuan-mai → Ping-mai → Hua-mai größer. Ferner nimmt während der Bewegung die Verzerrung zu, wenn die Bewegungsintensität zunimmt.
Die CPU 308 berechnet die Verzerrung für die Herzschlagfrequenzkomponenten der Ruhepulswellenform und der Pulswellenform während der Bewegung, und stellt fest, dass die Bewegungsintensität zunimmt, wenn die Differenz zwischen diesen zwei Werten zunimmt.
Es ist zu beachten, dass die Verzerrung mittels der folgenden Gleichung definiert werden kann. Verzerrung = (√Σ(Oberwellenamplitude)²)/(Grundwellenamplitude)
Ausführungsform 2
Die zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden erläutert.
Die Struktur der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform durch die Hinzufügung eines neuen Schalters (Startschalter ST, in 1 mit der gestrichelten Linie gezeigt) zum Eingabeelement 316.
Die Funktion dieser Vorrichtung ist grundsätzlich die gleiche wie die Funktion der Vorrichtung der ersten Ausführungsform.
In der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wurde jedoch mit der Ausnahme dann, wenn die oberen und unteren Grenzwerte für die Pulsrate eingestellt wurden, die Bewegungsmenge konstant gemessen (d. h., die Pulsrate wurde gemessen und die akkumulierte Zeitdauer wurde auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Messung aktualisiert). Im Gegensatz hierzu unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform dadurch, dass dann, sobald das Einstellen der oberen und unteren Grenzwerte abgeschlossen ist, die Messung der Bewegungsmenge durch Drücken des Startschalters ST eingeleitet wird. Um die Messung der Bewegungsmenge zu beenden, wird dann der Startschalter erneut gedrückt.
Ausführungsform 3
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden erläutert.
Die Struktur der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige der Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform (siehe 1).
Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch, dass das Ausgangssignal vom Körperbewegungssensor 302 direkt in die CPU 308 eingegeben wird.
Die Funktion gemäß dieser Ausführungsform ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige der Bewegungsintensitäts- und Bewegungsmengenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
In der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wurde jedoch mit der Ausnahme dann, wenn die oberen und unteren Grenzwerte für die Pulsrate eingestellt wurden, die Bewegungsmenge konstant gemessen (d. h., die Pulsrate wurde gemessen und die akkumulierte Zeitdauer wurde auf der Grundlage des Ergebnisses dieser Messung aktualisiert). Im Gegensatz hierzu wird in der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform die Messung der Bewegungsmenge nur dann ausgeführt, wenn der Pegel des vom Körperbewegungssensor 302 ausgegebenen Signals über einem spezifizierten Wert liegt.
Dies wird so bewerkstelligt, dass die Zeitdauerakkumulation, wie oben beschrieben worden ist, in den Fällen nicht ausgeführt wird, in denen die Pulsrate aufgrund von anderen Faktoren als der Bewegung (wie z. B. psychologischem Druck) ansteigt.
Modifikationen
Oben wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Die spezifische Gestaltung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr sind Modifikationen möglich, wie im Folgenden beschrieben wird, vorausgesetzt, dass diese innerhalb des beabsichtigten Umfangs der beigefügten Ansprüche bleiben.
(1) Modifiziertes Verfahren zum Spezifizieren der Herzschlagkomponente
(1.1) Maximale Gestaltungsvereinfachung
In jeder der vorangehenden Ausführungsformen wird die Herzschlagfrequenzkomponente gemäß dem in 7 gezeigten Flussdiagramm spezifiziert. Wenn jedoch die Verarbeitungskapazität der CPU 308 unzureichend ist, kann die Verarbeitung zum Spezifizieren der Herzschlagfrequenzkompo nente wie folgt vereinfacht werden.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das Verfahren zum Spezifizieren der Herzschlagfrequenzkomponente vereinfacht worden ist.
In dieser Figur führt im Schritt SB3 die CPU 308 eine Pulswellen-Körperbewegungs-Subtraktionsoperation durch (d. h. f_M = f_mg – f_sg), um die Frequenzkomponente zu extrahieren, die nur im Herzschlagsignal vorhanden ist. Im Schritt SB4 spezifiziert die CPU 308 die Maximumfrequenzkomponente aus der extrahieren Pulswellenkomponente fM. Die spezifizierte f_Mmax ist die Herzschlagfrequenzkomponente. Es besteht eine Differenz in der Änderung der Oberwellenkomponente in der Herzschlagkomponente und der Körperbewegungskomponente aufgrund der Bewegungsbelastung, so dass die Änderung der Herzschlagkomponente gut ausgedrückt wird. Dies wird durch die Änderung der Herzfunktion hervorgerufen, und ist in der Änderung des Schlagvolumens pro Herzschlag (SV) gut ausgedrückt. Wie wohlbekannt ist, nimmt die Herzschlagrate ferner zu, wenn die Bewegungsbelastung größer wird.
(1.2) Spezifizieren der Maximumkomponente der Körperbewegungskomponente als zweite Oberwelle
In den vorangehenden Ausführungsformen wurde die Maximumkomponente der Körperbewegungskomponente anfangs als zweite Oberwellenlänge angenommen, wobei eine Untersuchung durchgeführt wurde, um zu ermitteln, ob diese Annahme korrekt war (Schritte SD2, SD4). Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Annahme korrekt war, zeigt sich als entsprechend den Bedingungen schwankend, wie z. B. dem Typ der Bewegung (Laufen, Schwimmen, schnelles Gehen und dergleichen), der Bewegung des Körpers des Benutzers während des bestimmten Bewegungstyps, und dergleichen. Vorausgesetzt, dass die Bedingungen verstanden sind, wird dementsprechend die Wahrscheinlichkeit, dass die Annahme korrekt ist, sehr hoch. In diesem Fall kann die Verarbeitung zur Überprüfung der Annahme gelassen werden.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel zeigt, in welchem das Verfahren zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente auf der Grundlage dieses Prinzips vereinfacht worden ist.
In den Schritten SC1–SC3 in dem in dieser Figur gezeigten Beispiel spezifiziert die CPU 308 die Frequenz fs2 der zweiten Oberwelle vom Körperbewegungssensor 302, die relativ leicht als Körperbewegungskomponente erfasst wird.
In dem Fall, in dem die Bewegung das Laufen ist, ist z. B. die in Schritt SC2 gezeigte f_min zu 2 Hz definiert, d. h. die Frequenz, die die Untergrenze ist, bei der die zweite Oberwelle für die Laufbewegung erscheint.
Andererseits ist die in Schritt SC2 gezeigte f_max die Frequenz, die durch die Abtastrate für die A/D-Umsetzung ermittelt wird. Wenn die Abtastfrequenz auf 8 Hz festgelegt wird, dann ist gemäß dem Abtasttheorem die maximale Frequenz, mit der die ursprüngliche Wellenform wieder erscheint, automatisch mit 4 Hz festgelegt.
Das maximale Linienspektrum in diesem Bereich f_max bis f_min ist als die zweite Oberwelle fs2 der Körperbewegungskomponente spezifiziert.
Als Nächstes erhält im Schritt SC4 die CPU 308 die Frequenz fs1 der Grundwelle der Körperbewegung.
In den Schritten SC5–SC8 beseitigt die CPU 308 die Pulswellenkomponente, die mit der Grundwelle (fs1) übereinstimmt, die zweite Oberwelle (2 × fs1) und die dritte Oberwelle (3 × fs1) der Körperbewegungskomponente aus dem vom Pulswellensensor 301 erfassten Spektrum.
Im Schritt SC9 wird die maximale Frequenzkomponente, die nach dem obenbeschriebenen Beseitigungsprozess übrigbleibt, als Pulswelle fm spezifiziert.
(2) Modifiziertes Verfahren zum Schätzen der Bewegungsintensität (das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet)
In den vorangehenden Ausführungsformen wurde eine Schätzung der Bewegungsintensität auf der Grundlage der Verzerrung der Pulswelle durchgeführt. Es ist jedoch auch annehmbar, die Bewegungsintensität entsprechend dem Typ der Pulswelle zu schätzen. Dies wird im Folgenden genauer erläutert.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel einer Ping-mai zeigt. 14 zeigt ein Beispiel einer Hua-mai. 15 zeigt ein Beispiel einer Xuan-mai. Wie aus diesen Figuren deutlich wird, unterscheiden sich die Amplituden des Blutdrucks dieser Wellenformen.
Die in den jeweiligen 13 bis 15 gezeigten Ping-mai, Hua-mai und Xuan-mai können als repräsentative Blutpulswellenformen, wie sie in der chinesischen Medizin klassifiziert sind, genannt werden, einer medizinischen Lehre, die sowohl im Osten als auch im Westen anerkannt ist. "Ping-mai", wie es hier verwendet wird, gibt die Wellenform an, die von einer gesunden Person erhalten wird, wobei das Blutpulswellenbeispiel in 13 gezeigt ist. Wie in dieser Figur gezeigt ist, ist eine Ping-mai entspannt und weist einen konstanten Rhythmus ohne Unterbrechung auf. Andererseits ist eine Hua-mai Blutpulswellenform in 14 gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, weist die Wellenform einer Hua-mai einen scharten schnellen Anstieg auf und fällt dann unmittelbar ab. Die atonische Kerbe ist tief, während die Spitze in der nachfolgenden Entspannungsperiode beträchtlich höher ist als bei einer Ping-mai. Andererseits ist ein typisches Beispiel einer Xuan-mai in 15 gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, steigt die Wellenform einer Xuan-mai heftig an und fällt nicht unmittelbar ab, sondern bleibt für eine relativ verlängerte Zeitperiode auf einem Hochdruckzustand. In den in den 13 bis 15 gezeigten Wellenformen ist der in mmHG gemessene Blutdruck (BP) an der vertikalen Achse angegeben, während die Zeit in Sekunden an der horizontalen Achse angegeben ist.
Die CPU 308 vergleicht die Größe der Amplituden der Oberwellenkomponenten für die Ruhepulswellenform und ermittelt, ob die Ruhepulswellenform eine Ping-mai, eine Hua-mai oder eine Xuan-mai ist. Zum Beispiel vergleicht die CPU 308 die Amplituden der zweiten Oberwelle und der dritten Oberwel le. Wenn die zweite Oberwelle größer ist, stellt die CPU 308 fest, dass die Welle eine Ping-mai ist, während dann, wenn die dritte Oberwelle größer ist, die CPU 308 feststellt, dass die Welle eine Hua-mai ist. Wenn ferner die Amplitude der zweiten Oberwelle ungefähr weniger als die Hälfte der Amplitude der ersten Oberwelle beträgt, stellt die CPU 308 fest, dass die Welle eine Xuan-mai ist.
In ähnlicher Weise vergleicht die CPU 308 die Größe der Amplituden jeder der Oberwellenkomponenten für die Pulswellenform während der Bewegung, und ermittelt, ob die Pulswellenform während der Bewegung eine normale, eine gleichmäßige oder eine Xuan-mai ist.
Als Nächstes misst die CPU 308 die Bewegungsintensität entsprechend der Wellenformklassifizierung jeder der vorangehenden Wellen.
(3) Modifiziertes Verfahren zum Bereitstellen einer Meldung der Bewegungsintensität (das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet)
(3.1) Meldung unter Verwendung des Sehsinnes
In den vorangehenden Ausführungsformen wurden die Bewegungsintensität und die Bewegungsmenge als numerische Werte auf dem Anzeigeelement 313 angezeigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Wie z. B. in 19 gezeigt ist, ist es annehmbar, die vergangenen und die aktuellen Werte für die Bewegungsintensität und die Bewegungsmenge in Form eines Graphen anzuzeigen. Außerdem kann ein Gesichtsdiagramm, wie z. B. in 20 gezeigt ist, verwendet werden, um anzuzeigen, ob diese Werte innerhalb des geeigneten Bereiches liegen.
(3.2) Meldung unter Verwendung anderer Sinne als dem Sehsinn
Zusätzlich zur Verwendung des Anzeigeelements 313 (Flüssigkristallanzeige) als Verfahren zum Bereitstellen einer Meldung der Bewegungsintensität und dergleichen, ist es auch annehmbar, eine Meldung bereitzustellen, die auf dem Hörsinn oder dem Tastsinn beruht. In dem Fall z. B., in dem ein Meldemittel verwendet wird, das auf dem Hörsinn beruht, kann ein Summer ertönen, wenn aufgrund einer übermäßigen Beanspruchung des Körpers Gefahr droht. Wenn ein Meldemittel verwendet wird, das auf dem Tastsinn beruht, kann eine Formgedächtnislegierung vorgesehen sein, die aus der Rückseitenoberfläche des Hauptkörpers 11 hervorsteht (siehe 2), wobei elektrischer Strom durch diese Formgedächtnislegierung geleitet wird, wenn Gefahr aufgrund einer übermäßigen Beanspruchung des Körpers besteht. Alternativ ist herkömmlicherweise ein Vibrationsalarm bekannt, der durch Rotation einer exzentrischen Last dem Körper des Benutzers eine Schwingung übermittelt. Dieser Vibrationsalarm kann separat oder allein stehend mit dem Körper 11 vorgesehen sein, wobei elektrischer Strom durch den Vibrationsalarm geleitet wird, wenn die Beanspruchung des Körpers übermäßig wird. Außerdem kann ein Hohlraum in einem Abschnitt der Innenseite der Bodenoberfläche des Hauptkörpers 11 mit einer Dicke von 70 μm vorgesehen sein, wie in 16 gezeigt ist. In diesem Hohlraum wird dann ein piezoelektrisches Element PZT angebracht. Wenn diesem Piezoelement ein Wechselstrom mit einer geeigneten Frequenz aufgeprägt wird, schwingt das Piezoelement PZT, wobei diese Schwingung dem Benutzer übermittelt wird. Wenn dementsprechend ein Wechselstrom aufgeprägt wird, wenn aufgrund einer übermäßigen Beanspruchung des Körpers Gefahr droht, ist es möglich, eine fühlbare Meldung der Bewegungsintensität bereitzustellen. Außerdem kann das Piezoelement PZT eine Dicke von 100 μm aufweisen, mit einem Durchmesser gleich 80% des Durchmessers des Hohlraums.
(4) Modifiziertes Verfahren zum Messen von Vo_2max
Zusätzlich zu dem obenerwähnten direkten Verfahren können verschiedene andere Verfahren betrachtet werden, um Vo_2max zu schätzen, einschließlich eines Messverfahrens, das ausgeatmete Gaskomponenten verwendet, oder eines Verfahrens, in dem die Schätzung anhand einer Milchsäureschwelle erhalten wird.
Das hier erwähnte Atemgasverfahren ist ein Verfahren zum Schätzen von Vo_2max/wt anhand des beim Ausatmen vorhandenen CO₂ und der Leistung unter maximaler Bewegungsanstrengung, während das Milchsäureschwellenverfahren Vo_2max/wt anhand der Leistung unter maximaler Bewegungsan strengung und der Milchsäure im Blut schätzt.
Zusätzlich zu einem Verfahren, das den Aufwärtsschalter U und den Abwärtsschalter D verwendet, stehen andere Verfahren zum Eingeben von Vo_2max zur Verfügung, einschließlich des Verfahrens zur Bereitstellung einer kleinen Zehnertastuhr, oder eines Verfahrens, bei dem die Eingabe von Vo_2max mittels Kommunikation von einem Personalcomputer oder einer anderen Vorrichtung (entweder drahtlos oder drahtgebunden) ausgeführt wird.
Ferner ist die in 17 gezeigte Pulsratentabelle lediglich ein einzelnes Beispiel. Dementsprechend ist die Beziehung zwischen der Pulsrate und Vo_2max in den vorangehenden Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt.
(5) Meldung des Bewegungsplans
Nachdem der Benutzer Vo_2max in den vorangehenden ersten bis dritten Ausführungsformen eingegeben hat, kann der Benutzer auf der Grundlage des eingegebenen Vo_2max über einen Bewegungsplan benachrichtigt werden. Die Einzelheiten hierzu werden im Folgenden erläutert. Um eine Meldung eines Bewegungsplanes bereitzustellen, ist es zuerst notwendig, die optimale Bewegungsintensität des Benutzers, die Dauer der Bewegung pro Bewegungssitzung und die Bewegungsfrequenz während einer spezifischen Zeitperiode zu kennen.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die optimale Bewegungsintensität die Bewegungsintensität, die 50% von Vo_2max entspricht. Dieser Wert kann somit direkt ermittelt werden, sobald Vo_2max erhalten worden ist. Wenn ferner eine typische Person als Subjekt angenommen wird, ist eine geeignete Bewegungsdauer pro Sitzung gleich 20 min, während eine geeignete Bewegungsfrequenz gleich 40 bis 50% ist (d. h. vier bis fünf Tage in einer Periode von zehn Tagen).
Dementsprechend wird in dieser Modifikation dann, wenn Vo_2max erhalten worden ist, ein Bewegungszielbildschirm, wie in 21 gezeigt ist, auf der Anzeigevorrichtung 313 angezeigt. Aus dem Beispiel in dieser Figur wird deutlich, dass die Bewegung von 750 kam/min dreimal die Woche für 20 Minuten geeignet ist. Hierbei wird der in 22 gezeigte Bildschirm in der Anzeigevorrichtung 313 angezeigt, wenn der Benutzer eine spezifische Manipulation durchführt.
In der Figur ist 601 eine Bewegungsmengensollwertanzeige, die einen Sollwert für den Benutzer bezüglich der Bewegungsmenge pro Woche anzeigt. Aus dem vorangehenden Beispiel ergibt sich, dass der Bewegungsmengensollwert gleich [750 [kpm/min] × 20 [min] × 3 = 45.000 [kpm]] ist. Dementsprechend wird dieser Wert auf der Anzeigevorrichtung angezeigt. 602 zeigt eine Bewegungsmengen-Istwertanzeige, die den kumulativen Wert für die Bewegungsmenge, die vom Benutzer in der vergangenen Woche ausgeführt wurde, anzeigt. Das in dieser Figur gezeigte Beispiel nimmt jedoch den Zustand unmittelbar nach Initialisieren der Vorrichtung gemäß dieser Modifikation zum erstenmal und nach Erhalten von Vo_2max an. Daher wird auf der Bewegungsmengen-Istwertanzeige 602 eine [0] angezeigt.
Als Nächstes zeigt 603 eine Balkengraphanzeige, die den Bewegungsmengen-Istwert bezüglich des Bewegungsmengen-Sollwertes als prozentualen Anteil desselben anzeigt. 604 ist eine Gesichtsdiagrammanzeige, die ein Gesichtsdiagramm entsprechend dem Bewegungsmengenistwert im Verhältnis zum Bewegungsmengensollwert anzeigt. 607 ist eine Bewegungsintensitäts-Sollwertanzeigen, die den vorher erhaltenen Bewegungsintensität-Sollwert (750 [kpm/min]) anzeigt. 606 ist eine Bewegungsintensitäts-Istwertanzeige, die den Istwert der Bewegungsintensität anzeigt. Das in dieser Figur gezeigte Beispiel nimmt an, dass der Benutzer angehalten hat, so dass die Bewegungsintensitäts-Istwertanzeige 606 eine [0] anzeigt.
Als Nächstes ist 605 eine Bewegungsintensitätsmessvorrichtung, in der 20 LEDs in Intervallen von 10% innerhalb des Bereiches von [0%] bis [200%] angeordnet sind. Mittels des Aufleuchtens dieser LEDs wird das Verhältnis des Bewegungsintensitäts-Istwertes bezüglich des Bewegungsintensitäts-Sollwertes angezeigt. In dem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist der Bewegungsintensitäts-Istwert gleich [0], so dass keine der LEDs aufleuchtet. Unter den LEDs, die die Bewegungsintensitätsmessvorrichtung 605 bilden, sind diejenigen, die [10–70%] entsprechen, gelb, diejenigen, die [80–120%] entsprechen, sind blau, und diejenigen, die [130% oder mehr] entsprechen, sind rot.
Als Nächstes ist in 24 ein Beispiel der Anzeige in dem Zustand gezeigt, in dem der Benutzer eine Bewegung eines gegebenen Grades ausführt. Der Bewegungsmengen-Istwert in dem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist [13.500], so dass [30%] des Bewegungsmengen-Sollwertes erreicht wurden. Dementsprechend wird ein entsprechender Balkengraph auf der Balkengraphanzeige 603 angezeigt und ein Gesichtsdiagramm, das auf der Gesichtsdiagrammanzeige 604 angezeigt wird, wird entsprechend dem Anteil des Sollwertes, der erreicht worden ist, verändert.
Andererseits beträgt der Bewegungsintensitäts-Istwert [1.300], was den Bewegungsintensitäts-Sollwert von [750] deutlich überschreitet. Dementsprechend leuchtet eine Anzahl von roten LEDs unter denjenigen, die im Bewegungsintensitätsmessgerät 605 vorgesehen sind, auf. Dementsprechend kann der Benutzer erkennen, dass die Intensität der Bewegung zu groß ist, indem er auf die Anzeige blickt.
Als Nächstes ist in 23 ein geeigneter Zustand für die Bewegungsmenge und die Bewegungsintensität des Benutzers gezeigt. In dieser Figur ist der Bewegungsmengen-Istwert gleich [45.000 [kpm]], so dass der Bewegungsmengen-Sollwert erreicht worden ist. Dementsprechend entsprechen die Anzeigen auf der Balkengraphanzeige 603 und der Gesichtsdiagrammanzeige 604 diesem Zustand. Ferner beträgt der Bewegungsintensitäts-Istwert [980 kpm/min], was innerhalb von ±20% des Bewegungsintensitäts-Sollwertes liegt. Somit leuchten die entsprechenden grünen LEDs in der Bewegungsintensitätsmessvorrichtung 605 auf.
In dem Beispiel für diese Modifikation wird die Bewegungsmenge jeden Tag über die vergangenen sieben Tage aufgezeichnet, wobei diese kumulative Ergebnis als Bewegungsmengen-Istwert angezeigt wird. Ferner werden zu einem spezifischen Zeitpunkt (z. B. um 12 Uhr mitternachts) die Daten für die Bewegungsmenge vom ältesten Tag verworfen, wobei die Bewegungsmengendaten vom neuen Tag an deren Stelle eingesetzt werden.
Das obige Beispiel verwendete eine Sieben-Tage-Periode für das Intervall, über dem die Bewegungsmengendaten aufaddiert werden. Dieses Intervall kann jedoch auch z. B. zehn Tage oder länger sein. Mit anderen Worten, der Benutzer kann dieses Intervall frei einstellen. Dementsprechend kann der Benutzer ein spezifisches Intervall wie z. B. [drei Monate] setzen und kann anschließend das Training ausführen, indem er eine Bewegungsmenge gezielt für dieses Intervall festlegt.
(6) Andere Modifikationen
Zusätzlich zur FFT können andere Verfahren für das Frequenzanalyseverfahren, das von der CPU 308 ausgeführt wird, verwendet werden, wie z. B. das Maximum-Enthropie-Verfahren, das Elementarwellenkonversionsverfahren oder dergleichen.
Ferner ist die Stelle zum Erfassen des Pulses nicht auf den Finger beschränkt. Vielmehr sind auch andere Stellen (wie z. B. das Ohr) annehmbar, vorausgesetzt, die Pulswelle kann gemessen werden.
In ähnlicher Weise ist ein als Körperbewegungssensor 302 verwendeter Beschleunigungssensor nicht auf die Anbringung nur am Arm beschränkt. Vielmehr kann der Beschleunigungssensor irgendwo am Körper des Benutzers angebracht werden, so dass eine Messung der Schrittzahl anhand der Änderung der Beschleunigung durchgeführt werden kann.
Ferner ist das Verfahren der Anbringung des Sensors in diesem Fall nicht auf den Fingerriemen 13 beschränkt, wie in 2 gezeigt ist. Das heißt es kann auch ein Fingerstrumpf, ein Armriemen oder dergleichen verwendet werden.
Außerdem kann auch berücksichtigt werden, die aus der Pulsratentabelle ausgelesene Pulsrate entsprechend den Faktoren, wie z. B. dem Alter des Benutzers, der Umgebungstemperatur, die über einen (nicht gezeigten) Temperatursensor erhalten wird, der geeigneten Bewegungsintensität für den Körperzustand zu diesem Zeitpunkt und dergleichen, zu korrigieren.
Außerdem wurden in der vorangehenden Ausführungsform die oberen und unteren Grenzwerte auf innerhalb von ±20% der ausgelesenen Pulsrate gesetzt, jedoch kann hierfür eine andere Spanne in Betracht gezogen werden.
Ein photoelektrischer Sensor kann für den Pulswellensensor 301 und den Körperbewegungssensor 302 verwendet werden.
Ferner wurde in jeder der vorangehenden Ausführungsformen das Pulsratentabellenaufzeichnungselement 315 aus einem ROM aufgebaut. Es ist jedoch außerdem möglich, nichtflüchtige Speicher (E²PROM, Flash-Speicher, batteriegestützter RAM und dergleichen), die schreibfähig sind, zu verwenden. In diesem Fall werden die Inhalte der in 17 gezeigte Pulsratentabelle in Reaktion auf eine Verbesserung der Trainingsvermögens des Benutzers überschrieben.

Claims

Bewegungsmengenmessvorrichtung, umfassend: Pulsrateneinstellmittel (308, 315, 316) zum Einstellen angemessener Grenzen für die Pulsrate während der Bewegung auf der Grundlage der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge; Pulsratenmessmittel (301–305, 308) zum Messen der Pulsrate des Benutzers; Akkumulationsmittel (308, 309) zum Akkumulieren der Zeitdauer, in der die vom Pulsratenmessmittel gemessene Pulsrate innerhalb der durch das Pulsrateneinstellmittel eingestellten Grenzen liegt; und Meldemittel (313, 602, 603) zum Bereitstellen einer Meldung über die Ergebnisse der vom Akkumulationsmittel durchgeführten Akkumulationsoperation, wobei das Pulsrateneinstellmittel (308, 315, 316) umfasst: Aufzeichnungsmittel (315) zum Aufzeichnen der Übereinstimmungsbeziehung zwischen der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge und der Pulsrate; Eingabemittel (316) zum Eingeben der im voraus erhaltenen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge; Auslesemittel (308) zum Auslesen der Pulsrate, die der eingegebenen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge entspricht, aus dem Aufzeichnungsmittel; Korrekturmittel (308) zum Korrigieren der ausgelesenen Pulsrate; und Berechnungsmittel (308) zum Berechnen der Grenzen mit einer spezifischen Spanne um die korrigierte Pulsrate.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aufzeichnungsmittel (315) die Übereinstimmungsbeziehung für jedes Geschlecht aufzeichnet; das Eingabemittel (316) zusätzlich zur maximalen Sauerstoffaufnahmemenge das Geschlecht des Benutzers eingibt; und das Auslesemittel (308) aus dem Speichermittel die Pulsrate ausliest, die dem eingegebenen Geschlecht und der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge entspricht.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Pulsratenmessmittel (301–305, 308) umfasst: Erfassungsmittel (301–305) zum Erfassen der Pulswelle und der Körperbewegung des Benutzers; Frequenzanalysemittel (308) zum Analysieren der Frequenz des Körperbewegungssignals und des Pulswellensignals, die vom Erfassungsmittel erfasst worden sind; Extraktionsmittel (308) zum Extrahieren der Pulswellen-Frequenzkomponenten auf der Grundlage des Pulswellensignals und des Körperbewegungssignals, die der Frequenzanalyse mittels des Frequenzanalysemittels unterworfen worden sind; und Pulsratenberechnungsmittel (308) zum Berechnen der Pulsrate aus den Pulswellen-Frequenzkomponenten, die vom Extraktionsmittel extrahiert worden sind.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Erfassungsmittel (301–305) einen Drucksensor (301) und einen Beschleunigungssensor (302) umfasst.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Erfassungsmittel (301–305) photoelektrische Sensoren (301, 302) umfasst.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Eingabemittel (316) ferner Mittel (ST) zum Eingeben eines Startbefehls und eines Endbefehls umfasst, wobei das Akkumulationsmittel die Akkumulationsoperation entsprechend dem Startbefehl startet und die Akkumulationsoperation entsprechend dem Endbefehl beendet.
Bewegungsmengenmessvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Körperbewegungserfassungsmittel (302) zum Erfassen der Körperbewegung des Benutzers umfasst, wobei das Akkumulationsmittel die Akkumulationsoperation ausführt, während der vom Körperbewegungserfassungsmittel erfasste Wert einen im voraus spezifizierten Wert überschreitet.