JP2001112729A

JP2001112729A - 運動強度の決定方法、健康状態判別支援装置、測定装置及び運動機器

Info

Publication number: JP2001112729A
Application number: JP2000050740A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kinoshita; 弘美木下; Riichi Shiga; 利一志賀
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】健常者や糖尿病などの疾患者を問わず個人に
最適な運動強度を決定できる運動強度の決定方法を提供
する。【解決手段】測定開始により心電信号を検出し（ＳＴ
１）、運動負荷の制御を開始し（ＳＴ４）、心電信号の
ピーク値を検出し、心拍間隔のゆらぎのパワーを算出し
（ＳＴ５）、そのゆらぎのパワーがどのパターンに該当
するのかのパターン判定を行い（ＳＴ６）、判定したパ
ターンに応じた運動強度を決定し（ＳＴ７）、その決定
結果を表示した（ＳＴ９）後、運動負荷を減少させ、運
動者にクールダウンを行わせ（ＳＴ１０）、運動負荷制
御を終了する（ＳＴ１１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、個人に最適な運動
強度を決定する方法、運動から個人の健康状態を判別す
るのを支援する装置、健康状態を測定する装置、及びそ
れらの機能を備える運動機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】心拍ゆらぎのレベルによって運動強度
（運動レベル）を決定する従来技術としては、例えば次
のようなものがある。

【０００３】特表平９−５０９８７７号公報によれば、
運動中の心拍数変動値に基づいて運動者の運動強度を決
定する方法が開示されている。この技術によれば、運動
強度の増加に従い心拍数変動値が単調減少するという関
係から、運動中の心拍数変動値に基づいて運動強度が決
定されるものである。

【０００４】一方、本願の先願に係る特願平１０−４６
８０３号「運動機器及び体力評価方法」によれば、運動
中の心拍間隔のゆらぎに基づいて、運動者の運動強度を
推定する方法が開示されている。それによると、心拍間
隔のゆらぎのエントロピーを算出して運動強度を決定す
る場合は、図４４に示すようにエントロピーの変化特性
の極小点（エントロピー変曲点ＡＴ）から運動強度が決
定され、心拍間隔のゆらぎのパワーを算出して運動強度
を決定する場合は、図４５に示すようにパワーの変化特
性の収束点から運動強度が決定される。

【０００５】また、心拍数変動値は、運動強度の増加に
従って減少する傾向があること、或いは心拍数から導か
れるスペクトルパワーのＨＩ（０−０．１５ＨＺ）とＬ
Ｏ（０．１５−１．０ＨＺ）も、運動強度の増加に従い
減少する傾向があることが、複数の論文等から報告され
ている。

【０００６】一方、糖尿病患者においては、運動中にお
ける心拍数変動の絶対値的変化が健常者に比べ顕著に小
さいことが報告されている〔公知例文献名：「安静時お
よび運動負荷時における糖尿病患者の自律神経活動」森
谷敏夫／京都大学大学院人間・環境学研究科、その他６
名〕。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の運動強度の決定方法では、健常者では特に問題ない
が、前記公知文献で報告されているように、糖尿病患者
のような単調減少しないゆらぎ変動パターンの被験者に
おいては運動強度が決められず、運動強度の決定方法が
適用できる範囲が限られてしまう。

【０００８】また、上記従来の運動強度の決定方法で
は、心拍ゆらぎにより運動強度が決定されるだけであ
り、糖尿病のような病態によるゆらぎ変動パターンの違
いに着目した、運動中のゆらぎ変動パターンにより被験
者の健康状態をも検出する方法は、考案されていないの
が実情である。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点や現状
に着目してなされたもので、健常者や糖尿病などの疾患
者を問わず個人に最適な運動強度を決定できる運動強度
の決定方法、運動から健康状態を判別するのを支援する
装置、健康状態を測定する装置、及びそれらの機能を備
えた運動機器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の運動強度の決定方法は、運
動負荷時に生理信号を非侵襲で測定し、得られた運動負
荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負荷時におけ
る生理信号の変動パターンを判別し、判別した変動パタ
ーンに応じた適切な運動強度を決定することを特徴とす
る。定方法。

【００１１】この決定方法では、運動負荷時における生
理信号の変動パターンを判別し、判別した変動パターン
に応じた適切な運動強度を決定するので、健常者は勿論
のこと、糖尿病や高血圧などの疾患者に対しても適切な
運動強度を正確に決定することができる。ここで、運動
負荷時における生理信号の変動パターンの判別は、例え
ばウォーミングアップした時、及び運動負荷の増大に伴
った予め決定した時間間隔、或いは運動負荷値間隔毎の
生理信号の変化率に基づいてパターン判別する。

【００１２】請求項７記載の運動機器は、負荷可変の負
荷装置と、生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信
号測定手段と、この生理信号測定手段で得られた運動負
荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負荷時におけ
る生理信号の変動パターンを判別し、判別した変動パタ
ーンに応じた適切な運動強度を決定する運動強度決定手
段とを備え、前記負荷装置の負荷は、運動強度決定手段
で決定された運動強度に相当する負荷に設定されること
を特徴とする。

【００１３】この運動機器では、健常者や糖尿病や高血
圧などの疾患者に関係なく、個人に最適な運動強度で運
動を行うことができる。

【００１４】請求項８記載の運動機器は、負荷可変の負
荷装置と、生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信
号測定手段と、この生理信号測定手段で得られた運動負
荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負荷時におけ
る生理信号の変動パターンを判別し、判別した変動パタ
ーンに従って健康状態を判別する健康状態判別手段とを
備えることを特徴とする。

【００１５】この運動機器は、運動を行うことで健康状
態をチェックできる。

【００１６】請求項１０記載の健康状態判別支援装置
は、生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定
手段と、運動負荷時に前記生理信号測定手段により得ら
れた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負
荷時における生理信号の変動パターンを判別する変動パ
ターン判別手段と、この変動パターン判別手段により判
別した変動パターンを出力する出力手段とを備えること
を特徴とする。

【００１７】この支援装置では、運動負荷時における生
理信号の変動パターンを判別し、判別した変動パターン
を出力するので、健常者か、或いは糖尿病や高血圧など
の疾患に伴う自律神経の異常がないかどうかを、出力さ
れた変動パターンを知ることで判別できる。

【００１８】また、請求項１２記載の測定装置は、生理
信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定手段と、
この生理信号測定手段で得られた運動負荷変化に対する
生理信号に基づいて、運動負荷時における生理信号の変
動パターンを判別し、判別した変動パターンに従って健
康状態を判別する健康状態判別手段と、この健康状態判
別手段で判別された健康状態を出力する出力手段とを備
えることを特徴とする。

【００１９】この測定装置は、例えば自転車エルゴメー
タに組み込めば、運動することで自分の健康状態を知る
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。

【００２１】図１は、本発明の運動機器の実施形態に係
る自転車エルゴメータの回路構成を示すブロック図であ
る。このエルゴメータは、心電信号を検知する心電セン
サ１と、その出力信号を増幅するプリアンプ２と、ノイ
ズを除去するためのフィルタ３と、心電信号を更に適正
なレベルまで増幅するアンプ４と、Ａ／Ｄ変換器５と、
種々の処理を実行するＣＰＵ６と、キー入力装置７と、
運動強度や健康状態などを表示する表示器８と、回転負
荷を可変できる負荷装置９とを備える。ＣＰＵ６は、運
動負荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負荷時に
おける生理信号の変動パターンを判別し、判別した変動
パターンに応じた適切な運動強度を決定する運動強度決
定機能、判別した変動パターンに従って健康状態を判別
する健康状態判別機能などを有する。

【００２２】図２は、この自転車エルゴメータの外観斜
視図である。図２において、このエルゴメータは、サド
ル１１と、ハンドル１２と、キー入力装置７、表示器８
及び報知器（図示せず）などを有する操作部１３と、ペ
ダル１４と、前脚フレーム１５と、後脚フレーム１６と
を備える。ハンドル１２には心電検出用の一対の電極
（生理信号測定手段）１７が設けられ、運動時に運動者
がハンドル１２を両手で握ることで、両手と電極１７が
接触し、手から心電信号が検出されるようになってい
る。

【００２３】このエルゴメータでは、被験者（運動者）
がサドル１１に腰掛けてペダル１４を踏み、ペダル１４
を回転させることによって運動を行うものである。ペダ
ル１４は、運動強度の度合に応じた重みとなるように負
荷が加えられ、負荷が大きいと、ペダル１４を一定数回
転させるのに、当然多くの運動量が要求される。但し、
このこと自体は周知である。

【００２４】なお、図２の実施形態では、心電検出用の
電極１７をハンドル１２に設けてあるが、種々の変更が
可能である。例えば図３では、運動者Ｍの胸に一対の電
極及び送信部を備えたチェストベルト４１が装着され、
ハンドル１２に受信部４２（図２の操作部１３に相当）
が設けられている。この場合、運動者Ｍの胸から検出さ
れた心電信号は、無線で受信部４２に送信されて処理さ
れる。

【００２５】図４の実施形態は、＋（プラス）、−（マ
イナス）、Ｇ（グランド）の３個の電極４５，４６，４
７が運動者Ｍの胸に貼り付けられ、有線４８で本体内の
回路部に接続され、心電信号を検出する胸部誘導型のも
のである。

【００２６】図５の実施形態では、心電センサに代えて
運動者Ｍの耳朶に脈拍センサ４９が取付けられ、脈拍が
検出される。

【００２７】このように構成された運動機器では、心電
センサや脈拍センサで検出された運動負荷変化に対する
生理信号に基づいて、運動負荷時における生理信号の変
動パターンが判別され、判別した変動パターンに応じた
適切な運動強度が決定され、決定された運動強度に応じ
てペダル１４を漕ぐ強度が変化する。

【００２８】次に、生理信号の変動パターンを判別する
方法について具体的に説明する。まず、センサにより検
出された心電信号のピーク検出を行い、ＲＲ間隔データ
（心拍の１周期）を算出する。ゆらぎのパワー (Power)
の算出は、次式（１）、 Power （ｎ）〔ｍｓ²〕＝｛ＲＲ（ｎ）−ＲＲ（ｎ−１）｝²・・・（１）で求められる。これは前回と今回の１周期の差を二乗し
たもので、ここでは心拍間隔のゆらぎのパワーと称して
いる。このPower データを、例えば３０秒間の平均値を
１５秒間隔で算出し、運動負荷の増加に対するゆらぎの
パワーの変動特性を求める。このゆらぎのパワーの変動
特性を図６及び図７に示す。図６の（ａ）は健常者にみ
られる標準的なパターン（パターンａ）を示す。これに
よると、健常者では、或る負荷強度を越えると、ゆらぎ
のパワーが指数関数的に低下することが分かる。

【００２９】一方、図６の（ｂ）及び図７の（ａ），
（ｂ）は、運動時における心拍間隔のゆらぎのパワーの
変動パターンが健常者にみられる標準的なパターンａと
異なる例を示す。図６の（ｂ）のパターン（パターン
ｂ）は、パターンａに比べゆらぎのパワーの絶対値が比
較的小さい場合である。パターンｂは糖尿病患者や肥満
者にもみられるが、健常者にもみられるパターンであ
る。図７の（ａ）のパターン（パターンｃ）は、パター
ンａに比べゆらぎのパワーの絶対値が顕著に小さく、し
かも運動強度の増加に対するゆらぎのパワーの変動が殆
ど得られない場合である。パターンｃは糖尿病患者にみ
られるパターンであり、肥満者にも多くみられる。図７
の（ｂ）のパターン（パターンｄ）は、或る運動強度で
ゆらぎのパワーが激減しており、パターンａのように運
動強度の増加に従いゆらぎのパワーが指数関数的に減少
する傾向があるのとは異なる。パターンｄは高血圧者に
みられたパターンである。

【００３０】このように、ゆらぎのパワーの変動パター
ンは、健常者とそうでない者との間に大きな違いがあ
る。従来は、例えば減量プログラムの運動強度は予測最
大心拍数の６５％程度と一律に決められているが、糖尿
病や高血圧症などの疾患者においては、健常者より軽度
の運動強度から運動を行うことが望ましいと報告されて
いる。そこで、上記変動パターンの分類を行うことによ
り、健常者にみられる標準的なパターンａには、運動強
度を予測最大心拍数の６５％に決定するが、糖尿病患者
にみられるパターンｃに対しては、予測最大心拍数の６
５％より低めの運動強度に決定することが好ましいので
ある。

【００３１】また、本願の先願に係る先行技術では、前
記したようにゆらぎのパワーの収束点から運動強度を決
定している。しかしながら、ゆらぎのパワーのパターン
ｃ，ｄでは、運動強度の増加に従うゆらぎのパワーの指
数関数的な減少傾向が得られず、運動強度を決定できな
い。そこで、上記変動パターンの分類を行うことによ
り、健常者にみられる標準的なパターンａ，ｂには、前
記方法により決定した運動強度を決定するが、パターン
ｃに対しては、運動開始時（ウォーミングアップ時）か
ら健常者の収束状態にあるため、最も軽い運動強度、例
えばウォーミングアップ程度の運動強度を決定すること
とする。また、パターンｄに対しては、或る運動強度で
ゆらぎのパワーが激減しているため、例えば激減する直
前の運動強度を運動強度として決定する。

【００３２】次に、運動強度を決定する具体的な処理の
一例を図８〜図１３のフロー図に示す。即ち、図８〜図
１３のフロー図は、ゆらぎのパワーの算出後、変動パタ
ーンを判別し、判別したパターンに応じた運動強度を決
定する処理の一例を示すものである。

【００３３】図８において、図１のキー入力装置７の測
定開始キーが押されると、測定が開始される。まずステ
ップ（以下、ＳＴと略す）１で、心電センサ１で心電信
号を検出し、心電センサ１からの信号が或る一定レベル
になるようにキャリブレーション動作を行う（ＳＴ
２）。このキャリブレーション動作は、ＣＰＵ６からの
信号により、アンプ４でゲインを調整することで行われ
る。キャリブレーション終了後、表示器８に“測定開
始”を表示し（ＳＴ３）、負荷装置９の運動負荷制御を
開始する（ＳＴ４）。この制御としては、例えば初期負
荷値２０〔ｗ〕で２分間ウォーミングアップを行った後
に、毎分１５〔ｗ〕のRamp負荷を与える。

【００３４】次いで、心電信号のピーク値を検出し、前
記算出式（１）よりゆらぎのパワーを算出する（ＳＴ
５）。算出したゆらぎのパワーに基づいてパターン判定
を行う（ＳＴ６）。

【００３５】パターン判定処理は、図１２に示すフロー
図のように行う。つまり、ウォーミングアップ時のゆら
ぎのパワーの絶対値の大きさ及び運動負荷の増加に対す
るゆらぎのパワーの減少率を用いて、パターンａ〜ｄに
判別する。パターン判定及びゆらぎのパワーの収束点を
決定できない間は、ＳＴ７の判定がＮｏとなり、運動負
荷を漸増し（ＳＴ８）、ＳＴ５〜ＳＴ７の処理を繰り返
す。

【００３６】パターンを判定すると、パターンに応じた
運動強度を決定する。即ち、パターンａ又はパターンｂ
であれば運動強度ａ，ｂを、パターンｃであれば運動強
度ｃを、パターンｄであれば運動強度ｄをそれぞれ決定
する。ＳＴ７で運動強度を決定したら、その結果を表示
器８に表示する（ＳＴ９）。表示内容は、パターンに応
じた運動強度での心拍数〔ｂｐｍ〕、運動負荷〔Ｗ〕、
運動負荷に対する強度表示などである。その表示例は図
９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、表示部の液晶表
示器に「最適運」、「動強度」、「決定」と画面内を水
平スクロールしながら表示する。その後、図１０の
（ａ）のように、心拍数表示による運動強度を表示する
ことで、被験者のその時の最適な運動強度を知らせるこ
とができるようになっている。なお、図１０の（ａ）の
心拍数による運動強度以外に、図１０の（ｂ）、図１０
の（ｃ）のように、運動負荷〔ｗ〕、あるいは運動強度
の運動負荷に対するレベルを複数の段階中のどの段階で
あるかにより、知らせることができる。結果表示後、運
動負荷を減少させ、運動者に所定時間（例えば１分間）
クールダウンを行わせ（ＳＴ１０）、運動負荷を終了す
る（ＳＴ１１）。

【００３７】決定された運動強度は、そのままＣＰＵ６
内の記憶領域に記憶されており、次に負荷装置を用いて
運動を行う時には、記憶されている前記決定された運動
強度で運動をさせることができる。

【００３８】運動強度決定後、決定された運動強度で引
き続き運動プログラムが実施される。このプログラムの
具体例としては、図１１のイで示すように、最適運動強
度決定後、一旦、運動負荷を最適運動強度の１／２程度
まで減少させ（図１１のロ）、その運動負荷での運動を
１分程度行わせた後、再び決定した最適運動強度まで上
昇させ（図１１のハ）、最適運動強度で制御される運動
プログラムを実行する。

【００３９】また、ここでの例は、パターンｄの場合で
あるが、それ以外のパターンａ〜ｃに対しても同様に、
被験者に最適と決定された運動強度での運動プログラム
が同じように実行される。前述では、運動強度を決定し
た後は、その結果を表示器８に表示し、クールダウンに
入るようにしていた。それ以外に、運動強度を決定した
後は、結果を表示器８に表示し、クールダウンのステッ
プに入らずに、そのまま決定された運動負荷に制御しな
がら運動させることも可能である。又は、決定された運
動強度に基づいて、各種運動プログラムである減量プロ
グラムや体力増強プログラムや運動不足解消プログラム
を実行させることが可能になる。決定された運動強度
は、その決定された時の個人個人の体調や自律神経の状
態に合った最適な運動強度であるため、適切な運動強度
での運動ができる。

【００４０】図１２のフロー図における運動強度ａ，ｂ
（ＳＴ２５）は、図１３に示すように決定する。まず、
ゆらぎのパワーの収束点を決定できるかどうか判別し
（ＳＴ３１）、判別できないときはリターンし、判別で
きるときはゆらぎのパワーの収束点に対応する運動負荷
を運動強度とする（ＳＴ３２）。この場合の決定方法
は、図１４の（ｃ）に示すように、収束点を決定し、そ
の収束点での運動負荷を参照し〔図１４の（ａ）〕、こ
の運動負荷をその人の運動強度と決定する。運動強度ｃ
（ＳＴ２６）は、図１５に示すように、ウォーミングア
ップ時の運動強度（ここでは前記２０〔ｗ〕）とする
（ＳＴ３３）。即ち、パターンｃの場合は、図１６に示
すように、ウォーミングアップ終了時点の運動負荷をそ
の人の運動強度とする。運動強度ｄ（ＳＴ２７）は、図
１７に示すように決定する。まず、ゆらぎのパワーの収
束点を決定できるかどうか判別し（ＳＴ３４）、判別で
きないときはリターンし、判別できるときは図１８に示
すように、ゆらぎのパワーが激減する直前に対応する運
動負荷を運動強度とする（ＳＴ３５）。

【００４１】なお、パターンｃに関して、前記フロー図
の例ではウォーミングアップ時の運動負荷は一定（２０
〔ｗ〕）としていたため、運動強度ｃを２０〔ｗ〕に決
定したが、年齢などの個人情報によりウォーミングアッ
プ時の運動負荷設定値を変えて運動した場合は、それに
応じて運動強度ｃの設定値を分けて決定してもよい。

【００４２】その一例のフロー図を図１９に示す。図１
９のフロー図では、まずキー入力装置７により入力され
た運動者の年齢が６０歳以上であるか否か判定し（ＳＴ
３６）、６０歳よりも低年齢ならば、次に体重が４０ｋ
ｇ以下であるか否か判定し（ＳＴ３７）、４０ｋｇより
も重いときは、更に８０ｋｇ以下であるか判定する（Ｓ
Ｔ３８）。そして、体重が８０ｋｇよりも重いときは、
運動強度を２０〔ｗ〕に決定する（ＳＴ４０）。

【００４３】一方、年齢が６０歳以上である場合、体重
が４０ｋｇ以下である場合は、運動強度を１５〔ｗ〕に
決定する（ＳＴ４１）。また、ＳＴ３８で体重が８０ｋ
ｇ以下であるときは、男性か女性か判定し（ＳＴ３
９）、男性の場合は運動強度を２０〔ｗ〕に、女性の場
合は運動強度を１５〔ｗ〕に決定する。

【００４４】図８のフロー図におけるＳＴ９の結果表示
は、図２０に示すような表示器８の表示部で行われる。
この表示部はＬＣＤで構成され、上段にプログラム表示
マーク領域５０、データ表示領域５１、単位表示領域５
２及びプログラム表示マーク領域５３を有し、下段にグ
ラフィック表示領域５４を有する。

【００４５】この表示部による具体的な表示例は、図２
１に示すとおりである。図２１の（ａ）では、パターン
ａと判定されて運動強度（運動レベル）が「５」に設定
された場合であり、図２１の（ｂ）では、パターンｂと
判定されて運動強度が「２」に設定された場合である。
いずれも、下段のグラフィック表示領域５４に運動強
度、ゆらぎのパワーのパターンが水平左方向にスクロー
ルされながら表示される。

【００４６】上記実施形態は、運動負荷時における生理
信号（生理信号としては心電信号又は拍動信号の他に、
心拍数変動スペクトルのパワーの変動値でもよい）の変
動パターンを判別し、判別した変動パターンに応じた適
切な運動強度を決定する方法に係るものであるが、同様
に心拍ゆらぎの変動パターンを判別することで、運動者
の健康状態を判別することができる。つまり、ゆらぎの
パワーの変動パターンが例えば前記パターンａ〜ｄのい
ずれに該当するのかを判定することで、運動者が健常者
か、或いは糖尿病又は高血圧の傾向があるのかどうかを
判別できる。従って、ゆらぎのパターンを図２２に示す
ように出力表示すれば、自分の健康状態を知ることが可
能となる。また、心拍間隔のゆらぎのパワーの代わり
に、心拍間隔のゆらぎのエントロピーを用いてもよい。

【００４７】この健康状態を判別する処理の一例を図２
３及び図２４のフロー図に示す。このフロー図は、標準
的なパターンの運動レベルの決定に用いる収束点の決定
方法を示すものである。ＳＴ５１〜ＳＴ５５までの処理
は、図８のＳＴ１〜ＳＴ５と同様である。即ち、図１の
キー入力装置７の測定開始キーが押されると、測定が開
始される。まず、心電センサ１で心電信号を検出し（Ｓ
Ｔ５１）、心電センサ１からの信号が或る一定レベルに
なるようにキャリブレーション動作を行う（ＳＴ５
２）。このキャリブレーション動作は、ＣＰＵ６からの
信号により、アンプ４でゲインを調整することで行われ
る。キャリブレーション終了後、表示器８に“測定開
始”を表示し（ＳＴ５３）、負荷装置９の運動負荷制御
を開始する（ＳＴ５４）。この運動負荷制御としては、
例えば初期運動負荷２０〔ｗ〕で２分間ウォーミングア
ップを行った後に、毎分１５〔ｗ〕のRamp負荷を与え
る。

【００４８】次いで、心電信号のピーク値を検出し、前
記算出式（１）よりゆらぎのパワーを算出する（ＳＴ５
５）。算出後、ウォーミングアップ時の２分が経過した
かどうか判定し（ＳＴ５６）、まだならＳＴ５５に戻
る。ウォーミングアップ終了後に２分が経過したら、Ｓ
Ｔ５７がＹｅｓとなり、パワー基底値を２５〔ｍ
ｓ²〕、傾きを６〔ｍｓ²〕とする（ＳＴ６０，６
１）。

【００４９】続いて収束判定（ＳＴ５８）を行う。これ
は、図２５に示すゆらぎのパワーの変動特性（ゆらぎの
パワーと運動負荷との時間による変化）において、運動
負荷の増加に伴いゆらぎのパワーは減少し収束する。こ
のゆらぎのパワーの変動曲線の収束点がＡＴポイントで
ある。ここでは、このＡＴポイントに相当する収束判定
として、ゆらぎのパワーが予め定めた基準値を下回り、
かつ前回のパワーとの差〔Power ｛Ｔ（ｎ−１）｝−Po
wer ｛Ｔ（ｎ）｝：ゆらぎのパワーの変動曲線の傾き〕
が予め定めた基準値（パワー基底値）以下に達した場合
を、収束点と判断する。即ち、収束点と判断できない場
合は、判定ＮＯで運動負荷を漸増し（ＳＴ５９）、ＳＴ
５５〜ＳＴ５８の処理を繰り返す。収束点と判断できた
ら、算出した負荷値に該当する運動強度を結果として表
示器８に表示する（ＳＴ６２）。結果表示後、運動負荷
を減少させ、運動者に一定時間（例えば１分間）クール
ダウンを行わせる（ＳＴ６３）。その後、運動負荷制御
を終了する（ＳＴ６４）。

【００５０】次に、ゆらぎのパワーの変動パターン判別
処理の一例を、図２８〜図３９のフロー図に詳細に示
す。ここでは、例えばウォーミングアップ時におけるゆ
らぎのパワーの平均値、ウォーミングアップ終了から２
分後、３分後、４分後、５分後の各パワーを用いてパタ
ーンの判別を行う。なお、それらのフロー図において、
パターン分類に用いたゆらぎのパワーの値は図２６に示
すとおりであり、分類ａ〜ｅはゆらぎのパワーでは図２
７に示す位置に該当する。また、フロー図中のパターン
に関する記号は図２６に示し、パターン〜（１０）は
それぞれ図４０〜図４３に示すパターンである。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
るため、次の効果を有する。

【００５２】請求項１〜請求項６記載の運動強度の決定
方法によれば、健常者は勿論のこと、糖尿病や高血圧な
どの疾患者に対しても適切な運動強度を正確に決定する
ことができる。

【００５３】請求項７，請求項９記載の運動機器によれ
ば、健常者や糖尿病や高血圧などの疾患者に関係なく、
個人に最適な運動強度で運動を行うことができる。

【００５４】請求項８，請求項９記載の運動機器によれ
ば、運動を行うことで、健康状態をチェックできる。

【００５５】請求項１０，請求項１１記載の健康状態判
別支援装置によれば、健常者か、或いは糖尿病や高血圧
などの疾患に伴う自律神経の異常がないかどうかを、出
力された変動パターンを知ることで判別できる。

【００５６】請求項１２，請求項１３記載の測定装置に
よれば、例えば自転車エルゴメータに組み込めば、運動
することで自分の健康状態を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の運動機器の実施形態に係る自転車エル
ゴメータの回路構成を示すブロック図である。

【図２】同自転車エルゴメータの外観斜視図である。

【図３】同自転車エルゴメータで使用される心電センサ
の別例を運動者に装着した状態を示す図である。

【図４】同自転車エルゴメータで使用される心電センサ
の更に別例を運動者に装着した状態を示す図である。

【図５】同自転車エルゴメータで使用される脈拍センサ
を運動者に装着した状態を示す図である。

【図６】運動時における心拍間隔のゆらぎのパワーの変
動パターンのパターンａを示す図（ａ）、及びパターン
ｂを示す図（ｂ）である。

【図７】運動時における心拍間隔のゆらぎのパワーの変
動パターンのパターンｃを示す図（ａ）、及びパターン
ｄを示す図（ｂ）である。

【図８】同自転車エルゴメータの動作の一例を示すフロ
ー図である。

【図９】同自転車エルゴメータにおける最適運動強度決
定の表示例を示す図である。

【図１０】同最適運動強度決定表示後の運動強度の表示
例を示す図である。

【図１１】最適な運動強度での運動プログラム実行例を
説明する図である。

【図１２】図８のフロー図におけるパターン判定処理を
示すフロー図である。

【図１３】図１２のフロー図における運動レベルａ，ｂ
の決定処理を示すフロー図である。

【図１４】ゆらぎのパワーの収束点から運動強度を決定
する方法を説明する図である。

【図１５】図１２のフロー図における運動レベルｃの決
定処理を示すフロー図である。

【図１６】ゆらぎのパワーから運動強度を決定する他の
例を説明する図である。

【図１７】図１２のフロー図における運動レベルｄの決
定処理を示すフロー図である。

【図１８】ゆらぎのパワーから運動強度を決定するさら
に他の例を説明する図である。

【図１９】図１２のフロー図における運動レベルｃの決
定処理の別例を示すフロー図である。

【図２０】同自転車エルゴメータの操作部における表示
器の表示部を示す平面図である。

【図２１】図２０の表示部による具体的な表示例を示す
平面図である。

【図２２】ゆらぎのパワーの変動パターンの表示例を示
す図である。

【図２３】同自転車エルゴメータの動作の別例を示すフ
ロー図である。

【図２４】図２３のフロー図に続くフロー図である。

【図２５】運動負荷に対するゆらぎのパワーの変動パタ
ーンを示す図である。

【図２６】図２８〜図３９のフロー図において、変動パ
ターンのパターン判別に用いる分類表である。

【図２７】図２６の表における分類ａ〜ｅがゆらぎのパ
ワーのどこに位置するか示す図である。

【図２８】ゆらぎのパワーの変動パターン判別処理の一
例を詳細に示すフロー図である。

【図２９】図２８のフロー図における処理３を示すフロ
ー図である。

【図３０】図２８のフロー図における処理４を示すフロ
ー図である。

【図３１】図２８のフロー図における分岐Ｂに続くフロ
ー図である。

【図３２】図３１のフロー図における分岐Ｄに続くフロ
ー図である。

【図３３】図３１のフロー図における分岐Ｅに続くフロ
ー図である。

【図３４】図２８のフロー図における分岐Ｃに続くフロ
ー図である。

【図３５】図２８のフロー図における処理２を示すフロ
ー図である。

【図３６】図３５のフロー図における分岐Ｇに続くフロ
ー図である。

【図３７】図３５のフロー図における分岐Ｆに続くフロ
ー図である。

【図３８】図３７のフロー図における分岐Ｉに続くフロ
ー図である。

【図３９】図３５のフロー図における分岐Ｈに続くフロ
ー図である。

【図４０】図２８〜図３９のフロー図におけるパターン
〜を示す図である。

【図４１】図２８〜図３９のフロー図におけるパターン
〜を示す図である。

【図４２】図２８〜図３９のフロー図におけるパターン
〜を示す図である。

【図４３】図２８〜図３９のフロー図におけるパターン
(１０)を示す図である。

【図４４】心拍間隔のゆらぎのエントロピーから運動レ
ベルを決定する場合を説明するためのグラフであり、時
間とエントロピーとの関係を示すグラフ（ａ）、及び時
間と負荷との関係を示すグラフ（ｂ）である。

【図４５】心拍間隔のゆらぎのパワーから運動レベルを
決定する場合を説明するためのグラフであり、時間とゆ
らぎパワーとの関係を示すグラフ（ａ）、及び時間と負
荷との関係を示すグラフ（ｂ）である。

【符号の説明】

１心電センサ（生理信号測定手段）６ＣＰＵ（運動強度決定手段、健康状態判別手段）８表示器（出力手段）９負荷装置（負荷印加・可変手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６３Ｂ 71/06 Ａ６１Ｂ 5/04 ３１２ＵＦターム(参考） 4C017 AA10 AA19 AB02 AB04 AB08 AC16 BC07 BC14 BC21 CC04 CC06 DD14 FF12 4C027 AA02 DD07 FF01 FF02 FF07 GG05 GG15 GG18 HH06 HH11 KK03 KK05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運動負荷時に生理信号を非侵襲で測定し、
得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、運
動負荷時における生理信号の変動パターンを判別し、判
別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決定する
ことを特徴とする運動強度の決定方法。
【請求項２】前記運動負荷時における生理信号の変動パ
ターンの判別は、ウォーミングアップ時、及び運動負荷
の増大に伴った予め決定した時間間隔、或いは運動負荷
値間隔毎の生理信号の変化率に基づいてパターン判別す
ることを特徴とする請求項１記載の運動強度の決定方
法。
【請求項３】前記生理信号は、心電信号又は拍動信号で
あることを特徴とする請求項１記載の運動強度の決定方
法。
【請求項４】前記生理信号は、心電信号により得られた
心拍間隔のゆらぎであることを特徴とする請求項１記載
の運動強度の決定方法。
【請求項５】前記心拍間隔のゆらぎは、心拍間隔のゆら
ぎのパワーであることを特徴とする請求項４記載の決定
方法。
【請求項６】前記変動パターンに応じた適切な運動強度
の決定は、変動パターンに応じた演算方法を用いること
を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項
４記載の運動強度の決定方法。
【請求項７】負荷可変の負荷装置と、生理信号を非侵襲
で経時的に測定する生理信号測定手段と、この生理信号
測定手段で得られた運動負荷変化に対する生理信号に基
づいて、運動負荷時における生理信号の変動パターンを
判別し、判別した変動パターンに応じた適切な運動強度
を決定する運動強度決定手段とを備え、前記負荷装置の
負荷は、運動強度決定手段で決定された運動強度に相当
する負荷に設定されることを特徴とする運動機器。
【請求項８】負荷可変の負荷装置と、生理信号を非侵襲
で経時的に測定する生理信号測定手段と、この生理信号
測定手段で得られた運動負荷変化に対する生理信号に基
づいて、運動負荷時における生理信号の変動パターンを
判別し、判別した変動パターンに従って健康状態を判別
する健康状態判別手段とを備えることを特徴とする運動
機器。
【請求項９】前記生理信号は、心電信号により得られた
心拍間隔のゆらぎであることを特徴とする請求項７又は
請求項８記載の運動機器。
【請求項１０】生理信号を非侵襲で経時的に測定する生
理信号測定手段と、運動負荷時に前記生理信号測定手段
により得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づい
て、運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別
する変動パターン判別手段と、この変動パターン判別手
段により判別した変動パターンを出力する出力手段とを
備えることを特徴とする健康状態判別支援装置。
【請求項１１】前記生理信号は、心電信号により得られ
た心拍間隔のゆらぎであることを特徴とする請求項１０
記載の健康状態判別支援装置。
【請求項１２】生理信号を非侵襲で経時的に測定する生
理信号測定手段と、この生理信号測定手段で得られた運
動負荷変化に対する生理信号に基づいて、運動負荷時に
おける生理信号の変動パターンを判別し、判別した変動
パターンに従って健康状態を判別する健康状態判別手段
と、この健康状態判別手段で判別された健康状態を出力
する出力手段とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１３】前記生理信号は、心電信号により得られ
た心拍間隔のゆらぎであることを特徴とする請求項１２
記載の測定装置。