JP2001198114A - 脂肪燃焼値算出方法、脂肪燃焼値算出装置及び運動機器 - Google Patents

脂肪燃焼値算出方法、脂肪燃焼値算出装置及び運動機器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動強度の高低にかかわらず個人の運動中の
脂肪燃焼率及び脂肪燃焼量を精度良く算出する脂肪燃焼
値算出方法及び脂肪燃焼値算出装置を提供する。 【解決手段】 運動開始により心電信号を検出し（ＳＴ
５）、その検出値から心拍数を算出し（ＳＴ６）、更に
心拍間隔のゆらぎパワーを算出し（ＳＴ７）、ゆらぎパ
ワーからＡＴ強度を決定する（ＳＴ８）。ＡＴ強度を決
定できたら、予め設定した運動プログラムを実行し（Ｓ
Ｔ１１）、運動中の負荷値を検出し（ＳＴ１２）、消費
カロリーを算出する（ＳＴ１３）。次いで、運動中の心
電信号を検出し（ＳＴ１４）、その検出信号から心拍数
を算出し（ＳＴ１５）、運動中の脂肪燃焼率を算出する
（ＳＴ１６）。そして、消費カロリーと脂肪燃焼率から
脂肪燃焼量を算出し（ＳＴ１７）、それらの累積値も算
出し（ＳＴ１８）、これらの値を表示する（ＳＴ１
９）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、運動中の生体から
測定される生理信号に基づいて脂肪燃焼率や脂肪燃焼量
を算出する脂肪燃焼値算出方法、脂肪燃焼値算出装置及
び運動機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、脂肪燃焼量（脂肪消費量）を算出
する装置としては、特開平９−１７３５００号：「トレ
ーニングシステム」や、特開平７−８４９９４号：「消
費脂肪量算出装置」などがある。
【０００３】前者のトレーニングシステムでは、数十人
の被験者に対し、呼吸代謝測定装置を用いて実験的に脂
肪燃焼率を算出し、その結果から統計的手法を用い、運
動開始からの経過時間に応じて脂肪燃焼比（％）を推定
できるようになっている。
【０００４】後者の消費脂肪量算出装置では、脂肪消費
率が運動時間に比例し、運動強度に反比例するという特
性に基づいたテーブルに従って脂肪消費率（％）を算出
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の脂肪燃焼量の算出においては、次のような
問題点がある。
【０００６】前者では、脂肪燃焼率が運動開始からの経
過時間のみに基づいて算出されており、運動強度の変化
による脂肪燃焼率の変化が考慮されていない。このた
め、運動中に負荷強度が高低に変化すると、正確な脂肪
燃焼率が適用されず、延いては脂肪燃焼量の算出精度が
悪くなる。
【０００７】後者では、脂肪燃焼量が運動強度に反比例
するように予め作成されたテーブルを用いて脂肪燃焼率
を算出しており、これも運動強度と脂肪燃焼率との関
係、即ち最大運動強度の５０〜６０％までは、糖質と脂
肪の燃焼比率は約５０％であるが、それよりも大きい運
動強度では強度の増加に伴って脂肪燃焼率が低下し、最
大強度での運動時には脂肪燃焼率が０％になる特性に合
致しておらず、脂肪燃焼量の算出に誤差が生じる。
【０００８】本発明は、そのような従来の問題点に着目
してなされたもので、運動強度の高低にかかわらず個人
の運動中の脂肪燃焼率及び脂肪燃焼量を精度良く算出す
る脂肪燃焼値算出方法、脂肪燃焼値算出装置及び運動機
器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の脂肪燃焼値算出方法は、運動中の生体から
生理信号を測定し、得られた生理信号に基づいて脂肪燃
焼率を算出することを特徴としている。
【００１０】この算出方法では、運動中の生理信号、即
ち運動中に時々刻々と変化する生理信号から脂肪燃焼率
を算出するので、前記従来の技術（脂肪燃焼率の変化を
考慮しないもの、脂肪燃焼量が運動強度に反比例するよ
うに予め作成したテーブルを用いるもの）に比べて、脂
肪燃焼率を精度良く算出することができ、それにより脂
肪燃焼を目的として運動を行う者に対して正確で有効な
情報を提供できる。
【００１１】この算出方法において、具体的に生理信号
は、心電信号又は拍動信号であるが、より具体的には、
例えば少なくとも心電信号により得られた心拍数又は拍
動信号により得られた脈拍数と、心電信号により得られ
た心拍間隔のゆらぎ値との両方である。ここに心拍間隔
のゆらぎ値は、心拍間隔のゆらぎのパワー値でもよい
し、心拍間隔のゆらぎのエントロピーでもよい。又は、
より具体的な生理信号として、少なくとも心電信号によ
り得られた心拍数又は拍動信号により得られた脈拍数
と、心拍数変動スペクトルのパワー値との両方でもよ
い。
【００１２】上記算出方法は、生理信号に基づいて脂肪
燃焼率を算出するものであるが、運動中の生体から測定
した生理信号から無酸素性運動閾値（ＡＴ）を決定し、
決定した無酸素性運動閾値における運動強度に基づいて
脂肪燃焼率を算出するのでも構わない。脂肪燃焼率は、
具体的には例えば無酸素性運動閾値における運動強度と
運動時の運動強度との比率から算出する。
【００１３】この算出方法において、無酸素性運動閾値
における運動強度は、次のいずれの方法で決定してもよ
い。 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのパワー値
の変化から決定する。 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのエントロ
ピーの変化から決定する。 心拍数変動スペクトルのパワー値の変化から決定す
る。 心拍数と収縮期血圧の積の値の変化から決定する。 以前に測定した無酸素性運動閾値を用いて決定する。
【００１４】また、上記算出方法は脂肪燃焼率を算出す
るものであるが、算出した脂肪燃焼率と、運動強度から
算出した消費カロリーとから脂肪燃焼量を算出すれば、
脂肪燃焼量も精度良く算出することができる。
【００１５】一方、本発明の脂肪燃焼値算出装置は、運
動中の生体から生理信号を測定する生理信号測定手段
と、この生理信号測定手段により得られた生理信号に基
づいて脂肪燃焼率を算出する脂肪燃焼率算出手段とを備
える。この装置は、上記前者の算出方法を実施するもの
である。
【００１６】この装置で用いる生理信号は前記したとお
りである。
【００１７】また、後者の算出方法を実施する脂肪燃焼
値算出装置は、運動中の生体から生理信号を測定する生
理信号測定手段と、この生理信号測定手段により得られ
た生理信号から無酸素性運動閾値（ＡＴ）を決定する無
酸素性運動閾値決定手段と、決定した無酸素性運動閾値
における運動強度に基づいて脂肪燃焼率を算出する脂肪
燃焼率算出手段とを備える。ここでも、脂肪燃焼率は、
具体的には例えば無酸素性運動閾値における運動強度と
運動時の運動強度との比率から算出する。
【００１８】この装置において決定する無酸素性運動閾
値における運動強度も、前記した〜のいずれの方法
で決定してもよい。
【００１９】これらの装置は、いずれも脂肪燃焼率を算
出するものであるが、脂肪燃焼率算出手段により算出さ
れた脂肪燃焼率と、運動強度から算出した消費カロリー
とから脂肪燃焼量を算出する脂肪燃焼量算出手段を備え
れば、精度の良い脂肪燃焼量を算出することができる。
【００２０】更に、この装置において、目標とする脂肪
燃焼量を入力する入力手段と、脂肪燃焼量算出手段によ
り算出された脂肪燃焼量と運動時間から目標の脂肪燃焼
量に達するまでの残り時間を算出する残余時間算出手段
とを備えれば、各人が希望する脂肪燃焼量になるまで、
後どのくらい運動を続ければいいかが分かり、運動への
意気込みや楽しみを増すように働きかけることができ
る。
【００２１】或いは、運動を開始してからの脂肪燃焼量
の累積値を算出する累積値算出手段を備えれば、脂肪を
どの程度燃焼できたか分かり、これも運動に対する取組
意欲を向上させることができる。
【００２２】他方、本発明の運動機器は、被験者に所定
の負荷運動をさせる運動負荷装置と、前記運動負荷装置
を制御する運動負荷装置制御部と、運動時における前記
被験者の心電信号を測定する生理信号測定手段と、前記
生理信号測定手段により測定された心電信号より心拍間
隔のゆらぎ値を算出し、ゆらぎ値に基づいて無酸素性運
動閾値（ＡＴ）を決定する無酸素性運動閾値決定手段
と、前記無酸素性運動閾値決定手段で決定された無酸素
性運動閾値における運動強度を記憶しておき、運動時の
運動強度と記憶された無酸素性運動閾値における運動強
度との関係から脂肪燃焼率を算出する脂肪燃焼率算出手
段と、前記脂肪燃焼率算出手段で算出された脂肪燃焼率
に基づき燃焼された脂肪に関する情報を表示する表示手
段とを備えることを特徴とする。
【００２３】この運動機器は、前記後者の脂肪燃焼値算
出装置を組み込んだものである。ここに表示手段に表示
される“燃焼された脂肪に関する情報”は、脂肪燃焼
量、運動中に累積された脂肪燃焼量、目標の脂肪燃焼量
に達するまでの時間等の情報を意味する。
【００２４】なお、本発明における脂肪燃焼値とは、脂
肪燃焼率や脂肪燃焼量を指す。
【００２５】
【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。
【００２６】図１は、本発明の脂肪燃焼値算出装置を組
み込んだ運動機器としての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、運動強度や脂肪燃焼量などを表
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。
【００２７】ＣＰＵ６は、運動負荷時における生体から
の生理信号に基づいて、運動負荷時における生理信号の
変動パターンから適切な運動強度を決定して負荷装置９
を制御する機能、決定された運動強度に基づいて脂肪燃
焼率を算出する機能、算出した脂肪燃焼率と、計測した
運動時間及び運動強度から算出した消費カロリーとから
脂肪燃焼量を算出する機能、消費カロリーや脂肪燃焼量
の累積値を算出する機能などを有する。
【００２８】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の電極１７の部分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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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心電信号や脈波信号と
いっ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から適切な運動
強度が決定され、決定された運動強度に応じてペダル１
４を漕ぐ強度が変化する。
【００３４】次に、生理信号の変化から無酸素性運動閾
値（ＡＴ）を決定し、決定した無酸素性運動閾値におけ
る運動強度（以下、ＡＴ強度という）に基づいて脂肪燃
焼率及び脂肪燃焼量を算出する方法について、図６及び
図７のフロー図を参照して具体的に説明する。図６及び
図７のフロー図は、ゆらぎパワーの算出後、心拍間隔の
ゆらぎパワーの収束レベルからＡＴ強度を決定し、脂肪
燃焼量を算出する処理の一例を示すものである。
【００３５】まず、ステップ（以下、ＳＴと略す）１に
おいて、図１のキー入力装置７によって年齢が入力さ
れ、トレーニング開始キーが押されると（ＳＴ２）、表
示器８に“トレーニング開始”を表示し（ＳＴ３）、負
荷装置９の制御を開始する（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、毎分１５〔Ｗ〕のランプ負荷を与え
る。次に、心電センサ１で心電信号を検出し（ＳＴ
５）、心電信号のピーク値の検出から心拍数を算出し
（ＳＴ６）、次式（１）よりゆらぎパワーを算出する
（ＳＴ７）。
【００３６】 Power （ｎ）〔ｍｓ2 〕＝｛ＲＲ（ｎ）−ＲＲ（ｎ−１）｝2 ………（１） 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値と称している。このPo
wer データにおいて、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パワーの
変動特性を求める。
【００３７】次いで、ゆらぎパワーの変動特性からＡＴ
強度を求めるのであるが、無酸素性運動閾値（ＡＴ）を
決定する方法は、本願の先願に係るＰＣＴ／ＪＰ９９／
００８２９〔特願平１０−４６８０３号：「運動機器及
び体力評価方法」を基礎にした国際出願特許で未公開〕
に記載されている。それによれば、上記式（１）から算
出したゆらぎパワーは、図８に示すように、運動負荷の
増加に伴って減少し、収束する。このゆらぎパワーが予
め定めた基底値を下回り、且つ次式（２）より算出した
前回のパワー値との差が予め定めた基準値以下に達した
場合、収束点と判断され、ＡＴポイントとなる。
【００３８】 Δｐｏｗｅｒ＝ｐｏｗｅｒ（ｎ−１）−ｐｏｗｅｒ（ｎ） ………（２） このように、心拍間隔のゆらぎパワーを算出し（ＳＴ
７）、ゆらぎパワーが指数関数的に低下する収束点から
ＡＴ強度を決定する（ＳＴ８）。ＡＴ強度と判断できな
い場合は、ＳＴ８の判定がＮｏとなり、運動負荷を漸増
し（ＳＴ９）、ＳＴ５〜ＳＴ８の処理を繰り返す。ＡＴ
強度と判断できたら、図９に示したように、ＡＴ強度に
基づいて予め設定された運動負荷の制御を行う各種運動
プログラムに移行する（ＳＴ１１）。
【００３９】次に、運動プログラムによって制御されて
いる現在の運動中の負荷値を検出し（ＳＴ１２）、次式
（３）により運動中の単位時間当たりの消費カロリーを
算出する（ＳＴ１３）。
【００４０】 消費カロリー〔kcal／分〕＝運動負荷値〔Watt〕÷0.232 ×14.3÷1000 ………（３） Watt：表示負荷値，0.232 ：エルゴメータの運動効率
（23.2％），14.3：１Ｗ＝14.3 cal／分，÷1000：cal
をkcalに換算 次いで、運動中の心電信号を検出し（ＳＴ１４）、その
検出信号から心拍数を算出し（ＳＴ１５）、運動中の脂
肪燃焼率を算出する（ＳＴ１６）。即ち、図１０に示す
ように、運動中の心拍数がＡＴ強度での心拍数（以下、
ＡＴ心拍数という）以下の場合には、脂肪燃焼率が５０
％に決定され、ＡＴ心拍数よりも高い場合には、心拍数
の増加に反比例して脂肪燃焼率が減少し、最大心拍数
（２２０−年齢）での脂肪燃焼率が０％となるように、
次式（４）によって脂肪燃焼率を算出する。
【００４１】 脂肪燃焼率（＞ＡＴ）〔％〕＝−｛５０／（最大心拍数−ＡＴ心拍数）｝ ＋｛５０／（最大心拍数−ＡＴ心拍数）｝ ×最大心拍数 ………（４） この式（４）から算出された脂肪燃焼率と消費カロリー
に基づき、次式（５）から単位時間当たりの脂肪燃焼量
を算出する（ＳＴ１７）。
【００４２】 脂肪燃焼量〔ｇ〕＝消費カロリー〔kcal〕×脂肪燃焼率〔％〕÷９ ………（５） 更に、運動時間を計測し、運動時間と単位時間当たりの
消費カロリー及び単位時間当たりの脂肪燃焼量から、消
費カロリー及び脂肪燃焼量の累積値を算出し（ＳＴ１
８）、その各種値を表示器８に表示する（ＳＴ１９）。
【００４３】消費カロリー及び脂肪燃焼量等の表示は、
図１１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５２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。
【００４４】この表示部による具体的な表示例は、図１
２に示すとおりである。図１２の（ａ）は、消費カロリ
ーと累積消費カロリーを表示している場合、図１２の
（ｂ）は、脂肪燃焼量と累積脂肪燃焼量を表示している
場合である。いずれも、上段のデータ表示領域５１に消
費カロリーや脂肪燃焼量等の数値が表示され、下段のグ
ラフィック表示領域５４に“消費カロリー”や“脂肪燃
焼量”等の文字が水平方向にスクロールされながら表示
される。
【００４５】続いて、図１のキー入力装置７のトレーニ
ング終了キーが押されると（ＳＴ２０）、表示器８に
“トレーニング終了”を表示し（ＳＴ２１）、プログラ
ムが終了する（ＳＴ２２）。また、トレーニング終了キ
ーが押されない場合は、運動プログラムを継続し、ＳＴ
１２〜ＳＴ２０の処理を繰り返す。
【００４６】なお、上記図６及び図７のフロー図では、
運動中の心拍数とＡＴ心拍数との比率から脂肪燃焼率を
算出したが、図１３及び図１４のフロー図に示すよう
に、運動時の負荷値とＡＴ強度との比率から脂肪燃焼率
を算出してもよい。
【００４７】即ち、図１３及び図１４のフロー図におい
て、まず図１のキー入力装置７によってトレーニング開
始キーが押されると（ＳＴ３１）、表示器８に“トレー
ニング開始”を表示し（ＳＴ３２）、負荷装置９の制御
を開始する（ＳＴ３３）。次に、心電センサ１で心電信
号を検出し（ＳＴ３４）、心電信号のピーク値から心拍
数を算出し（ＳＴ３５）、上記式（１）よりゆらぎパワ
ーを算出する（ＳＴ３６）。このゆらぎパワーの変化特
性から収束判定を行い、ＡＴ強度を決定する（ＳＴ３
７）。ＳＴ３７でＡＴ強度と判断できない場合は、判定
Ｎｏで運動負荷を漸増し（ＳＴ３８）、ＳＴ３４〜ＳＴ
３７の処理を繰り返す。ＡＴ強度と判断できたら、図９
に示したようなＡＴ強度に基づいて予め設定された運動
負荷の制御を行う各種運動プログラムに移行する（ＳＴ
４１）。
【００４８】続いて、運動プログラムによって制御され
ている現在の運動中の負荷値を検出し（ＳＴ４２）、上
記式（３）より運動中の単位時間当たりの消費カロリー
を求める（ＳＴ４３）。
【００４９】それから、ＡＴ強度以下の運動負荷での脂
肪燃焼率は５０％に決定する一方、ＡＴ強度は平均的に
最大運動強度の約５０％で出現することが報告されてい
ることから〔公知文献名：「Exercise Physiology in h
ealth and desease 」，Wasserman K, and Whipp BJ
〕、ＡＴ強度よりも高い強度での脂肪燃焼率は、図１
５に示すように、ＡＴ強度から最大運動強度までの脂肪
燃焼率が負荷強度の増加に反比例して減少するように、
次式（６）で算出する（ＳＴ４４）。
【００５０】 脂肪燃焼率（＞ＡＴ強度）〔％〕＝−0.5 ×（負荷強度／ＡＴ強度×100 ） ＋１００ ………（６） なお、ここでは、ＡＴ強度が平均的に最大運動強度の約
５０％で出現することを利用して脂肪燃焼率を算出した
が、図１６に示したように、最大下での運動時の負荷強
度と心拍数との関係から、心拍数＝ａ×負荷強度＋ｂの
回帰直線を算出し、この式の心拍数の値に最大心拍数
（２２０−年齢）の値を代入することで最大負荷強度を
求めてもよい。或いは、疲労困憊まで運動を行い、最大
負荷強度を実測してもよく、この場合は次式（７）によ
って、ＡＴ強度よりも高い強度での運動時の脂肪燃焼率
が算出される。
【００５１】 脂肪燃焼率（＞ＡＴ）〔％〕＝−｛５０／（最大強度−ＡＴ強度）｝ ＋｛５０／（最大強度−ＡＴ強度）｝ ×最大強度 ………（７） 上記式から算出した脂肪燃焼率と消費カロリーに基づ
き、上記式（５）によって単位時間当たりの脂肪燃焼量
を算出する（ＳＴ４５）。
【００５２】更に、運動時間と単位時間当たりの消費カ
ロリー及び単位時間当たりの脂肪燃焼量から、消費カロ
リー及び脂肪燃焼量の累積値を算出し（ＳＴ４６）、そ
れらの値を前記したような表示器８の表示部に表示する
（ＳＴ４７）。
【００５３】そして、図１のキー入力装置７のトレーニ
ング終了キーが押されると（ＳＴ４８）、表示器８に
“トレーニング終了”を表示し（ＳＴ４９）、プログラ
ムが終了する（ＳＴ５０）。また、トレーニング終了キ
ーが押されない場合は、運動プログラムを継続し、ＳＴ
４２〜ＳＴ４８の処理を繰り返す。
【００５４】なお、上記実施形態は、運動負荷時におけ
る心拍間隔のゆらぎパワーの変動パターンに応じてＡＴ
強度を決定して脂肪燃焼率を算出する方法に係るもので
あるが、心拍間隔のゆらぎパワーの代わりに、心拍間隔
のゆらぎのエントロピーを用いてもよい。また、ＡＴ強
度の決定には、呼気ガス分析により酸素摂取量（Ｖ
Ｏ 2 ）の増加に対する二酸化炭素排出量（ＶＣＯ2 ）の
増加の変曲点、ＶＯ2 に対する換気当量（ＶＥ／Ｖ
Ｏ2 ）の上昇点から求めた無酸素性運動閾値（ＡＴ）、
或いは心拍数と収縮期血圧の積であるダブルプロダクト
の変曲点を用いてもよい。
【００５５】また、上記表示器８では、図１２に示すよ
うに消費カロリー及び脂肪燃焼量やその累積値を表示し
ているが、予めキー入力装置７により入力した目標とす
る脂肪燃焼量、運動により消費した脂肪燃焼量及び運動
時間から目標の脂肪燃焼量に達するまでの残り時間を算
出し、この残余時間を表示するようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の脂肪燃焼
値算出方法、脂肪燃焼値算出装置及び運動機器によれ
ば、運動中に時々刻々と変化する生理信号から脂肪燃焼
率を算出するので、前記従来の技術（脂肪燃焼率の変化
を考慮しないもの、脂肪燃焼量が運動強度に反比例する
ように予め作成したテーブルを用いるもの）に比べて、
脂肪燃焼率及び脂肪燃焼量を精度良く算出することがで
き、それにより脂肪燃焼を目的として運動を行う者に対
して正確で有効な情報を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脂肪燃焼値算出装置を組み込んだ運動
機器としての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
のさら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】生理信号の変化から無酸素性運動閾値（ＡＴ）
を決定し、決定した無酸素性運動閾値における運動強度
（ＡＴ強度）に基づいて脂肪燃焼率及び脂肪燃焼量を算
出する方法の一例を具体的に示すフロー図である。
【図７】図６に続くフロー図である。
【図８】運動機器による時間とゆらぎパワーとの関係を
示す図（ａ）、及び時間と負荷との関係を示す図（ｂ）
である。
【図９】ＡＴ強度に基づいて予め設定された運動負荷の
制御を行う各種運動プログラムを示す図である。
【図１０】心拍数と脂肪燃焼率との関係を示す図であ
る。
【図１１】図１のブロック図における表示器の表示部の
具体例を示す平面図である。
【図１２】図１１の表示部での各種表示の具体例を示す
平面図である。
【図１３】運動時の負荷値とＡＴ強度との比率から脂肪
燃焼率及び脂肪燃焼量を算出する方法の一例を具体的に
示すフロー図である。
【図１４】図１３に続くフロー図である。
【図１５】運動負荷と脂肪燃焼率との関係を示す図であ
る。
【図１６】運動負荷強度と心拍数との関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 心電センサ（生理信号測定手段） ６ ＣＰＵ（無酸素性運動閾値決定手段、脂肪燃焼率
算出手段、脂肪燃焼量算出手段、累積値算出手段、運動
負荷装置制御部） ７ キー入力装置 ８ 表示器 ９ 負荷装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月２８日（２０００．１２．
２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】前記目的を達成するために、本発明の脂肪
燃焼値算出方法は、生体から得た心電信号より心拍数を
又は生体から得た拍動信号から脈拍数を抽出する拍数抽
出過程と、前記心電信号より心拍間隔のゆらぎ値を算出
する心拍間隔ゆらぎ値算出過程と、少なくとも前記心拍
数又は脈拍数と、心拍間隔のゆらぎ値とから脂肪燃焼率
を算出する脂肪燃焼率算出過程と、からなるものであ
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】上記算出方法は、心拍数又は脈拍数と心拍
間隔ゆらぎ値から脂肪燃焼率を算出するものであるが、
運動中の生体から得た生理信号から無酸素性運動閾値
（ＡＴ）を決定し、決定した無酸素性運動閾値における
運動強度に基づいて脂肪燃焼率を算出するのでも構わな
い。脂肪燃焼率は、具体的には例えば無酸素性運動閾値
における運動強度と運動時の運動強度との比率から算出
する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】一方、この発明の脂肪燃焼値算出装置は、
運動中の生体から心電信号又は拍動信号を測定する生理
信号測定手段と、前記心電信号より心拍数を、又は前記
拍動信号より脈拍数を抽出する拍数抽出手段と、前記心
電信号より心拍間隔のゆらぎ値を算出する心拍間隔ゆら
ぎ値算出手段と、少なくとも前記心拍数又は脈拍数と、
心拍間隔のゆらぎ値とから脂肪燃焼率を算出する脂肪燃
焼率算出手段とを備える。この装置は、上記前者の脂肪
燃焼値算出方法を実施するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】次いで、ゆらぎパワーの変動特性からＡＴ
強度を求めるのであるが、無酸素性運動閾値（ＡＴ）を
決定する方法は、本願の先願に係るＰＣＴ／ＪＰ９９／
００８２９〔特願平１０−４６８０３号：「運動機器及
び体力評価方法」を基礎にした国際出願〕に記載されて
いる。それによれば、上記式（１）から算出したゆらぎ
パワーは、図８に示すように、運動負荷の増加に伴って
減少し、収束する。このゆらぎパワーが予め定めた基底
値を下回り、且つ次式（２）より算出した前回のパワー
値との差が予め定めた基準値以下に達した場合、収束点
と判断され、ＡＴポイントとなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】 消費カロリー〔kcal／分〕＝運動負荷値〔Watt〕÷0.232 ×14.3÷1000 ……（３） Watt：表示負荷値 ０．２３２：エルゴメータの運動効率（２３．２％） １４．３：１Ｗ＝１４．３ｃａｌ／分 ÷１０００：ｃａｌをｋｃａｌに換算 次いで、運動中の心電信号を検出し（ＳＴ１４）、その
検出信号から心拍数を算出し（ＳＴ１５）、運動中の脂
肪燃焼率を算出する（ＳＴ１６）。即ち、図１０に示す
ように、運動中の心拍数がＡＴ強度での心拍数（以下、
ＡＴ心拍数という）以下の場合には、脂肪燃焼率が５０
％に決定され、ＡＴ心拍数よりも高い場合には、心拍数
の増加に反比例して脂肪燃焼率が減少し、最大心拍数
（２２０−年齢）での脂肪燃焼率が０％となるように、
次式（４）によって脂肪燃焼率を算出する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】 脂肪燃焼率（＞ＡＴ）〔％〕＝−｛５０／（最大心拍数−ＡＴ心拍数）｝ ×運動中の心拍数＋｛５０／（最大心拍数−ＡＴ心拍数）｝ ×最大心拍数 ………（４） この式（４）から算出された脂肪燃焼率と消費カロリー
に基づき、次式（５）から単位時間当たりの脂肪燃焼量
を算出する（ＳＴ１７）。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】 脂肪燃焼率（＞ＡＴ）〔％〕＝−｛５０／（最大強度−ＡＴ強度）｝ ×運動時の運動強度＋｛５０／（最大強度−ＡＴ強度）｝ ×最大強度 ………（７） 上記式から算出した脂肪燃焼率と消費カロリーに基づ
き、上記式（５）によって単位時間当たりの脂肪燃焼量
を算出する（ＳＴ４５）。
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） Ａ６１Ｂ 5/04 ３１２Ｒ Ｆターム(参考） 4C017 AA02 AA10 AC15 BC11 BC16 4C027 AA00 AA02 DD07 FF01 FF02 GG00 GG05 GG07 GG09 GG13 GG18 HH11 KK03 KK05

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】運動中の生体から生理信号を測定し、得ら
    れた生理信号に基づいて脂肪燃焼率を算出することを特
    徴とする脂肪燃焼値算出方法。
  2. 【請求項２】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記載の脂肪燃焼値算出方
    法。
  3. 【請求項３】前記生理信号は、少なくとも心電信号によ
    り得られた心拍数又は拍動信号により得られた脈拍数
    と、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎ値との両
    方であることを特徴とする請求項１記載の脂肪燃焼値算
    出方法。
  4. 【請求項４】前記心拍間隔のゆらぎ値は、心拍間隔のゆ
    らぎのパワー値であることを特徴とする請求項３記載の
    脂肪燃焼値算出方法。
  5. 【請求項５】前記心拍間隔のゆらぎ値は、心拍間隔のゆ
    らぎのエントロピーであることを特徴とする請求項３記
    載の脂肪燃焼値算出方法。
  6. 【請求項６】前記生理信号は、少なくとも心電信号によ
    り得られた心拍数又は拍動信号により得られた脈拍数
    と、心拍数変動スペクトルのパワー値との両方であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の脂肪燃焼値算出方法。
  7. 【請求項７】運動中の生体から生理信号を測定し、得ら
    れた生理信号から無酸素性運動閾値（ＡＴ）を決定し、
    決定した無酸素性運動閾値における運動強度に基づいて
    脂肪燃焼率を算出することを特徴とする脂肪燃焼値算出
    方法。
  8. 【請求項８】前記無酸素性運動閾値における運動強度と
    運動時の運動強度との比率から脂肪燃焼率を算出するこ
    とを特徴とする請求項７記載の脂肪燃焼値算出方法。
  9. 【請求項９】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのパワー
    値の変化から決定することを特徴とする請求項７又は請
    求項８記載の脂肪燃焼値算出方法。
  10. 【請求項１０】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのエント
    ロピーの変化から決定することを特徴とする請求項７又
    は請求項８記載の脂肪燃焼値算出方法。
  11. 【請求項１１】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心拍数変動スペクトルのパワー値の変化から決定す
    ることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の脂肪燃
    焼値算出方法。
  12. 【請求項１２】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心拍数と収縮期血圧の積の値の変化から決定するこ
    とを特徴とする請求項７又は請求項８記載の脂肪燃焼値
    算出方法。
  13. 【請求項１３】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、以前に測定した無酸素性運動閾値を用いて決定する
    ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の脂肪燃焼
    値算出方法。
  14. 【請求項１４】算出した脂肪燃焼率と、運動強度から算
    出した消費カロリーとから脂肪燃焼量を算出することを
    特徴とする請求項１又は請求項７記載の脂肪燃焼値算出
    方法。
  15. 【請求項１５】運動中の生体から生理信号を測定する生
    理信号測定手段と、この生理信号測定手段により得られ
    た生理信号に基づいて脂肪燃焼率を算出する脂肪燃焼率
    算出手段とを備えることを特徴とする脂肪燃焼値算出装
    置。
  16. 【請求項１６】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１５記載の脂肪燃焼値算
    出装置。
  17. 【請求項１７】前記生理信号は、少なくとも心電信号に
    より得られた心拍数又は拍動信号により得られた脈拍数
    と、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎ値との両
    方であることを特徴とする請求項１５記載の脂肪燃焼値
    算出装置。
  18. 【請求項１８】前記心拍間隔のゆらぎ値は、心拍間隔の
    ゆらぎのパワー値であることを特徴とする請求項１７記
    載の脂肪燃焼値算出装置。
  19. 【請求項１９】前記心拍間隔のゆらぎ値は、心拍間隔の
    ゆらぎのエントロピーであることを特徴とする請求項１
    ７記載の脂肪燃焼値算出装置。
  20. 【請求項２０】前記生理信号は、少なくとも心電信号に
    より得られた心拍数又は拍動信号により得られた脈拍数
    と、心拍数変動スペクトルのパワー値との両方であるこ
    とを特徴とする請求項１５記載の脂肪燃焼値算出装置。
  21. 【請求項２１】運動中の生体から生理信号を測定する生
    理信号測定手段と、この生理信号測定手段により得られ
    た生理信号から無酸素性運動閾値（ＡＴ）を決定する無
    酸素性運動閾値決定手段と、決定した無酸素性運動閾値
    における運動強度に基づいて脂肪燃焼率を算出する脂肪
    燃焼率算出手段とを備えることを特徴とする脂肪燃焼値
    算出装置。
  22. 【請求項２２】前記脂肪燃焼率算出手段は、無酸素性運
    動閾値における運動強度と運動時の運動強度との比率か
    ら脂肪燃焼率を算出することを特徴とする請求項２１記
    載の脂肪燃焼値算出装置。
  23. 【請求項２３】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのパワー
    値の変化から決定することを特徴とする請求項２１又は
    請求項２２記載の脂肪燃焼値算出装置。
  24. 【請求項２４】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎのエント
    ロピーの変化から決定することを特徴とする請求項２１
    又は請求項２２記載の脂肪燃焼値算出装置。
  25. 【請求項２５】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心拍数変動スペクトルのパワー値の変化から決定す
    ることを特徴とする請求項２１又は請求項２２記載の脂
    肪燃焼値算出装置。
  26. 【請求項２６】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、心拍数と収縮期血圧の積の値の変化から決定するこ
    とを特徴とする請求項２１又は請求項２２記載の脂肪燃
    焼値算出装置。
  27. 【請求項２７】前記無酸素性運動閾値における運動強度
    は、以前に測定した無酸素性運動閾値を用いて決定する
    ことを特徴とする請求項２１又は請求項２２記載の脂肪
    燃焼値算出装置。
  28. 【請求項２８】前記脂肪燃焼率算出手段により算出され
    た脂肪燃焼率と、運動強度から算出した消費カロリーと
    から脂肪燃焼量を算出する脂肪燃焼量算出手段を備える
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項２１記載の脂肪
    燃焼値算出装置。
  29. 【請求項２９】目標とする脂肪燃焼量を入力する入力手
    段と、前記脂肪燃焼量算出手段により算出された脂肪燃
    焼量と運動時間から目標の脂肪燃焼量に達するまでの残
    り時間を算出する残余時間算出手段とを備えることを特
    徴とする請求項２８記載の脂肪燃焼値算出装置。
  30. 【請求項３０】運動を開始してからの脂肪燃焼量の累積
    値を算出する累積値算出手段を備えることを特徴とする
    請求項２８記載の脂肪燃焼値算出装置。
  31. 【請求項３１】被験者に所定の負荷運動をさせる運動負
    荷装置と、 前記運動負荷装置を制御する運動負荷装置制御部と、 運動時における前記被験者の心電信号を測定する生理信
    号測定手段と、 前記生理信号測定手段により測定された心電信号より心
    拍間隔のゆらぎ値を算出し、ゆらぎ値に基づいて無酸素
    性運動閾値（ＡＴ）を決定する無酸素性運動閾値決定手
    段と、 前記無酸素性運動閾値決定手段で決定された無酸素性運
    動閾値における運動強度を記憶しておき、運動時の運動
    強度と記憶された無酸素性運動閾値における運動強度と
    の関係から脂肪燃焼率を算出する脂肪燃焼率算出手段
    と、 前記脂肪燃焼率算出手段で算出された脂肪燃焼率に基づ
    き燃焼された脂肪に関する情報を表示する表示手段とを
    備えることを特徴とする運動機器。
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