JP2002336219A

JP2002336219A - 消費カロリー測定方法及び消費カロリー測定装置

Info

Publication number: JP2002336219A
Application number: JP2001151257A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Muramatsu; 博之村松; Masataka Araogi; 正隆新荻
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-11-26
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP4873792B2

Abstract

(57)【要約】【課題】特定の運動時だけでなく、日常生活、その他
の運動時においても消費カロリーの測定が可能で、ま
た、煩雑な装置を使用することなく体力などの個人差を
考慮して消費カロリーが測定可能な消費カロリーの測定
方法および、消費カロリー測定装置を提供することを課
題とする。【解決手段】上記課題を解決するため、本発明の消費
カロリー測定方法および消費カロリー測定装置において
は、エネルギー代謝率が既知の生活活動状態における前
記被験者の心拍数を測定し、前記エネルギー代謝率と、
前記被験者の年齢、体重、性別から前記生活活動状態に
おける消費カロリーを算出し、これらの関係から、前記
被験者の前記回帰式を導出し、以降は心拍数の測定のみ
で消費カロリーを算出することとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体の消費カロリー
を演算して表示する消費カロリー測定方法、及び消費カ
ロリー測定装置、特に測定した心拍数から消費カロリー
を演算して表示する消費カロリー測定方法、及び消費カ
ロリー測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の消費カロリー測定装置は、運動と
消費カロリーの関係のデータベースが存在する運動（ジ
ョギング、歩行など）に限定して、加速度センサや万歩
計（登録商標）を利用して、歩数など運動状態を測定
し、運動時の基礎代謝に対する割合であるエネルギー代
謝率：RMR(Relative Metabolic Rate)から消費カロリ
ーを測定する方法（例えばOMRON TECHNICS Vol.35 N
o3 1995などに示されている。）、あるいは心拍数と酸
素摂取量が比例関係にあることを利用して測定する方法
の２種類が提案されている。ここで、測定した心拍数か
ら消費カロリーを算出して表示する消費カロリー測定装
置は、事前にガスアナライザーによるCO2量の測定と同
時に心拍数を測定して、非測定者固体の酸素摂取量と心
拍数の関係式をデータ書き込み回路で書き込んで、以後
被験者の心拍数を測定して消費カロリーを算出するもの
であった（特開平９−２９４７２７など）。なお、後
述するように消費カロリーと酸素摂取量は一定の比例関
係にあるため、酸素摂取量と心拍数の関係がわかれば、
消費カロリーと心拍数の関係を導出することが可能であ
る。また、消費カロリーと心拍数の関係式を複数人のデ
ータの平均値から概算する方法も提案されている（特開
平６−３０４１５８など）。さらに、安静時の心拍数を
記憶しておき、測定時の心拍数が安静時の心拍数より大
きければ、安静時の消費カロリーと心拍数の回帰式を利
用し、安静時の心拍数より小さければ安静時の回帰式を
利用して消費カロリーを算出するなどしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の加速度センサや
万歩計を利用して、RMRから消費カロリーを算出する方
式に関しては、以下の問題点があった。１．ジョギング、歩行など、データベースが存在する運
動でしか消費カロリーを測定できない。２．年齢、体重、性別が同じ場合は、同じ運動をしたと
き、算出する消費カロリーは同じ値となり、体力差など
の個人差を考慮することができない。また、測定した心
拍数から消費カロリーを算出して表示する消費カロリー
測定装置については、３．入排出パイプを備えたマスクを生体の顔面に押圧し
て取り付け、ダグラスバックへ呼気を溜めた後に分析器
で分析したり、パイプを介して直接分析器へ呼気を送っ
たりして、非測定者に大きな肉体的負担を与える。さら
に操作・測定の習熟者しか使用できず、このため、一般
用として提供できない。４．心拍数―消費カロリーの関係式は、年齢、性別、以
外の体力差、体調などにも影響され、複数人のデータの
平均値から概算すると、誤差が大きく、正確な消費カロ
リーを求めることができない。

【０００４】そこで、本発明の消費カロリー測定方法お
よび消費カロリー測定装置においては、特殊な装置を用
いることなく、特定の運動時以外、たとえば日常生活、
その他の運動時においても消費カロリーの測定が可能
で、また、体力差などの個人差を考慮して消費カロリー
が測定可能な消費カロリーの測定方法および、消費カロ
リー測定装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の消費カロリー測定方法および消費カロリー
測定装置においては、酸素摂取量と消費カロリーの回帰
式を用い、活動時、あるいは安静時の心拍数を測定する
ことで、被験者の前記活動時あるいは前記安静時におけ
る消費カロリーを測定する消費カロリー測定方法におい
て、エネルギー代謝率が既知の生活活動状態における前
記被験者の心拍数（基準心拍数）を測定し、前記エネル
ギー代謝率と、前記被験者の年齢、体重、性別から前記
生活活動状態における消費カロリー（以下、基準消費カ
ロリー）を算出し、前記基準消費カロリーと前記基準心
拍数の関係から、前記被験者の前記回帰式を導出するこ
ととしている。

【０００６】さらに、運動時、あるいは安静時、または
運動時と安静時の生活活動状態について、基準消費カロ
リーと心拍数の関係を測定し、被験者の運動時、あるい
は安静時、または運動時と安静時の前記回帰式を導出す
ることとしている。

【０００７】また、前記回帰式の導出を一定期間ごとに
行うことにより、被験者がトレーニングをした後の体力
（心肺機能）の向上程度を評価したり、前記回帰式の補
正を行うことができる。

【０００８】また、運動状態を測定可能な装置を有する
ことで、心拍数の測定と同時に運動状態の測定を行うこ
とが可能となり、被験者が特別な操作をすることなく、
上記回帰式の導出、補正を行うことが可能となる。

【０００９】また、心拍計と、被験者の性別、年齢、体
重等を入力するための入力装置と、測定又は入力した数
値及び演算結果を表示する表示装置を備え、複数の生活
活動時におけるエネルギー代謝率及び前記エネルギー代
謝率の性別年齢別係数のデータベース及び演算された回
帰式を格納する記憶装置を有し、前記生活活動状態にお
けるエネルギー代謝率及び前記性別年齢別係数から前記
生活活動状態における前記被験者の酸素摂取量を前記デ
ータベースを利用して演算し、前記測定された心拍数と
前記演算された酸素摂取量の関係から、心拍数と酸素摂
取量の回帰式を演算する演算回路を有する構成とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】一般に心拍数と酸素摂取量は比例
関係にあり、また運動時と安静時でその比例関係を示す
回帰式が異なることが知られており、文献（心拍数によ
るエネルギー消費量の推定に関する研究弘前医学 4
0,60-69,1988）などでも報告されている。

【００１１】酸素摂取量と消費カロリーも比例関係にあ
り、摂取した酸素１リットルに対して約５ｋcalのエネ
ルギーが消費されることが知られている。

【００１２】そのため、心拍数と酸素摂取量の回帰式が
わかれば、心拍数を測定することで任意の運動状態ある
いは安静状態での消費カロリーを求めることができる。

【００１３】本発明の実施においては、あらかじめ各種
運動のエネルギー代謝率（relativemetabolic rate,RM
R）及び、エネルギー消費の性別年齢別係数のデータベ
ース（文献運動とカロリー臨床医学 vol.11 no.
7,1985等）を記憶しておき、被験者に前記データベース
に存在する運動、あるいは活動を行わせる。さらに、前
記運動あるいは活動時の心拍数（以下、基準心拍数）を
同時に測定する。

【００１４】RMRと消費カロリーの間には関係式が存在
し、RMRから消費カロリーが算出できる。この算出され
た消費カロリー（以下、基準消費カロリー）と基準心拍
数の関係を、前記回帰式に当てはめて、前記回帰式を導
出することとしている。

【００１５】詳細は以下の実施の形態で説明する。［実施の形態１］本発明の消費カロリー測定方法につい
て、図１〜３を利用して説明する。図１はある被験者に
運動をさせた場合の時間と消費カロリー（Kcal/min）の
関係を表した図であり、図２は図１のときの被験者の心
拍数と時間の関係を示した図である。

【００１６】また、図３は同じ被験者の心拍数と酸素摂
取量の関係である。

【００１７】図中で、Cal(A),Cal(B)はエネルギー代謝
率（RMR）の異なる２種類の運動A,Bを行った場合に被験
者が消費した消費カロリー（基準消費カロリー）であ
り、HR(A),HR(B)は運動A,Bを行った場合の被験者の心拍
数（基準心拍数）である。以下、消費カロリーの測定方
法について図１〜３を利用して説明する。

【００１８】まずエネルギー代謝率RMRが既知の運動
（２種A,B）を行う。

【００１９】そのときの基準消費カロリーCal(A),Cal
(B)を計算により求める。消費カロリーの計算は、文献
（「運動とカロリー」臨床医学vol.11 no.7,1985）
を参照して、 Kcal/Kg/min= 0.0177RMR+0.0198 （１）に年齢、性別によって定まる係数を乗じて算出すること
ができる。図４に各種運動のエネルギー代謝率（RMR）
と消費カロリーの関係を、図５に式（１）の性別、年齢
別係数を示す。図５により、後述する入力装置から入力
された年齢、性別を参照して係数を選定し、式（１）に
乗じればよい。また、エネルギー代謝率（RMR）は、基
礎代謝に対するエネルギー代謝の比率であり、基礎代謝
は年齢、性別、体重などによって算出されるため、この
関係から消費カロリーを概算しても良い。いずれにして
も、エネルギー代謝率（RMR）が既知で、被験者の年
齢、性別、体重などがわかれば、基準消費カロリーを算
出することができる。算出された消費カロリーCal(A),C
al(B)を基準消費カロリーとする。

【００２０】次に、このときの基準心拍数を測定する。
（HR(A),HR(B)）実際には、心拍数を測定しながら運動
を行うこととなる。

【００２１】HR(A),HR(B)とCal(A),Cal(B)の関係から、
RMRが既知の運動時の心拍数と消費カロリーの関係を求
める。消費カロリーと酸素摂取量は比例関係にあるた
め、この関係を、酸素摂取量と消費カロリーの関係に直
して、運動時の回帰直線を求める（図３）。図３におい
て、２点（運動A,Bにおける心拍数及び酸素摂取量の
値）がわかっているため、運動時の回帰直線を導出する
ことができるのである。

【００２２】以降は、心拍数を測定し、図３の運動時の
回帰直線に当てはめることで運動時の酸素摂取量がわか
り、同時に消費カロリーを概算することが可能となる。

【００２３】また、安静時についても同様の測定を行う
ことで、安静時の心拍数ー酸素摂取量の回帰直線を求め
ることができる。例えば、図３において、(C)：横臥
時、(d)座位安静時、などとすることで安静時と運動時
の回帰直線を算出し、以降は運動しているか否かの判定
と、心拍数の測定により、消費カロリーを算出すること
が可能となる。

【００２４】以下に実際の運動時における消費カロリー
の測定例を示す。

【００２５】例えば、男性20〜29歳で体重60Kgの場合、
基準消費カロリーは（A）散歩50〜60m/min で、基準消費カロリー3.6kcal/m
in （B）ジョギング160m/minで、基準消費カロリー10.2kca
l/min であり、基準心拍数が(A)のとき、80(1/min)、(B)のと
き、150(1/min)とすると、消費カロリーと酸素摂取量が
比例関係になることを考慮して、回帰式は、酸素摂取量(l/min)=0.01886×心拍数(1/min)-0.7885 （２）となる。酸素摂取量１リットルあたり消費カロリーはお
およそ5Kcalであるため、消費カロリー(Kcal/min)=5×(0.01886×心拍数(1/min)-0.7885) （３）である。この式からRMRが既知でない、あるいは運動強
度の変化が激しくRMRを特定できない運動時、例えば野
球、サッカーなどの競技時においても、被験者の心拍数
が200(1/min)といったように心拍数が測定できれば、消
費カロリーは式（３）を利用して、14.9Kcal/minと算出
することができる。ジョギングの強度とエネルギー代謝
率の関係は図４に示すように詳細なデータベースが存在
しており、またジョギングの強度を変えることは、たと
えばトレッドミルの速度を変えることなどで比較的容易
に行うことができる。そのため、ジョギングの強度を変
えることで基準消費カロリーと基準心拍数の関係を複数
個求め、回帰式の導出を行うことが、回帰式の精度など
から考えても有効な手段である。運動時の回帰式を求め
る際に、一定期間（ある程度のトレーニングを行った際
や、１ヶ月、１年などの間隔で）ごとに前述した運動
時、あるいは安静時の回帰直線を導出しなおすことで、
被験者の体力（心肺能力）が変化したときにも正確に消
費カロリーを測定することができるのである。なお、同
一の被験者において心肺機能が高まると前記回帰式の傾
き、切片の値が大きくなり、心拍数があまり増加しなく
ても多くの酸素を摂取できるようになる。そのため、こ
の傾き及び切片の値によって被験者のトレーニング効果
を示すことも可能である。

【００２６】次に、本発明の消費カロリー測定方法を利
用した消費カロリー測定装置について説明する。図６に
本発明の消費カロリー装置１を装着した様子を、図７に
制御部２４の説明図を示す。消費カロリー装置１は手首
や、腰などに取り付けて携帯可能となっている。

【００２７】さらに、心拍計４が手首２の橈骨（とうこ
つ）動脈上の皮膚に接触するように配置されている。心
拍計４は、圧力センサなどにより橈骨動脈の脈動による
変位を測定することが可能である。脈拍は橈骨動脈の脈
動によって計測することができる。心臓の収縮のタイミ
ングと橈骨動脈の脈動とは、時間差が存在するものの、
心拍数と脈拍数という見方では、ほぼ同じ値と考えられ
るので、心拍計４によって心拍数が測定可能である。

【００２８】なお、心拍計４はこれに限定されるわけで
はなく、心電計のごとく心臓付近の皮膚上に電極を接触
させ、心臓の電気的信号を測定したり、血流からのドッ
プラ変化を測定して心拍数とすることも可能である。

【００２９】制御部２４はベルト５０によって手首２に
巻きつけられる。心拍計４もベルト５０に取り付けられ
ている。

【００３０】制御部２４の上面には表示部３３が取り付
けられ、現在の消費カロリーなどを表示することが可能
となっている。

【００３１】次に制御部２４について図７を用いて説明
する。制御部２４は入力装置２１と、記憶装置２２、演
算装置２３から構成されている。はじめに各構成要素に
ついて説明する。

【００３２】測定の際には、被験者が入力装置２１によ
って、年齢、性別、体重などの必要事項を入力する。入
力装置は、キー操作や、表示部３３をタッチパネルとす
ることで、表示部３３を触ることで入力したり、あるい
はパソコン、携帯電話などの端末から電波、赤外線など
で、データを送ることも可能である。

【００３３】記憶装置２２は入力された個人データ、算
出された回帰式、心拍計４によって測定された心拍数、
エネルギー代謝率のデータベースなどを記憶することが
できる。

【００３４】演算装置２３は、測定された心拍数、エネ
ルギー代謝率のデータベースから運動時、安静時の回帰
式を算出したり、回帰式が算出された後は、測定された
心拍数と回帰式を利用して消費カロリーを算出すること
ができ、演算された消費カロリーを表示部３３に転送し
たり、必要であれば記憶装置２２に転送して、消費カロ
リーのデータを記憶させることもできる。

【００３５】次に実際の測定時での流れを説明する。

【００３６】まず入力装置２１により年齢、体重、性別
などを入力する。入力ははじめて使用する場合だけでよ
く、その後は体重についてのみ訂正が必要で、年齢は自
動更新が可能となっている。

【００３７】次に、エネルギー代謝率（RMR）のデータ
が記憶装置２２に存在する特定の生活活動状態を行う。
具体的にはジョギングなどを行うこととなる。この際、
心拍計４によって基準心拍数を測定する。

【００３８】測定された基準心拍数が記憶装置２２に転
送され、演算装置２３によって基準心拍数とエネルギー
代謝率 RMRから基準消費カロリー、酸素摂取量を算出
する。算出された心拍数と酸素摂取量の関係から、心拍
数と酸素摂取量の回帰式を導出し、回帰式を記憶装置に
転送し、記憶させる。

【００３９】以上が、はじめに使用する場合や、回帰式
を算出しなおしたい場合の回帰式の導出の流れである。

【００４０】回帰式を導出し終わったら、心拍計４によ
って測定された心拍数を回帰式に当てはめることで、自
動的に消費カロリーを測定することができ、結果を表示
部３３によって表示する。以上が本発明の消費カロリー
測定装置の概要であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で構成要素を適宜変更することが可能であり、表示部
に測定された心拍数を表示したり、所定時間内の消費カ
ロリーを算出したり、はじめに目標の消費カロリーを設
定し、それに要する時間と運動の目安を表示したり、心
肺機能の向上程度を測定することでトレーニングによる
体力の向上の程度を表示したりすることが可能である。
図８は表示部３３の拡大図である。例えば、同年齢、同
性、同体重における平均的な心拍数と酸素摂取量の回帰
式の傾きあるいは切片のデータベースをあらかじめ用意
しておき、これに対して被験者の回帰式の傾きあるいは
切片の値がどの程度かで、体力レベルを算出し表示する
ことも可能である。また、本実施の形態では、回帰式を
直線と見なして当てはめを行ったが、他の関数と見なす
ことも可能であり、この場合、回帰式の導出に必要な基
準消費カロリーと基準心拍数の関係の数など、導出条件
は異なることとなる。［実施の形態２］本発明の消費カロリー測定方法及び測
定器について、図９を利用して説明する。本実施の形態
は、運動識別装置を有する場合の実施の形態であり、図
９はデータ処理の流れを示す説明図である。その他の構
成要素は実施の形態１と同じである。図示しない運動識
別装置５０は、加速度センサやジャイロなどで構成さ
れ、腰あるいは腕などに取り付けられる。運動識別装置
５０は、加速度の変化などにより歩行、ジョギング、階
段の上り下りなどを識別することが可能である。初期使
用時、あるいは回帰式を更新する場合に、運動識別装置
５０によって例えばジョギングをしているかどうか、ま
たその強度を測定する。これによって例えば、被験者が
本発明の消費カロリー装置を携帯して通常の生活を行っ
ているとき、運動を識別し、RMRのデータベースの存在
する動作をしていることを運動識別装置５０によって識
別し、このときの基準心拍数を心拍計４によって測定す
る。以上のような手順により、被験者に回帰式の導出、
更新を意識させる必要がなくなり、被験者に特別な操作
（所定の強度でジョギングを行わなければならない等）
が必要なくなる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明の消費カロリー測
定方法、測定装置によれば、特定の運動時だけでなく、
日常生活、その他の運動時においても消費カロリーの測
定が可能で、複雑な装置を身につける必要がなく、ま
た、体力差などの個人差を考慮して消費カロリーを測定
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ある運動をした場合における被験者の消費カロ
リーの一例である。

【図２】ある運動をした場合における被験者の心拍数の
変化の一例である。

【図３】ある被験者の心拍数と酸素摂取量の関係であ
る。

【図４】各種運動のRMRと消費カロリーの関係である。

【図５】活動時エネルギー消費の性別年齢別係数であ
る。

【図６】本発明の消費カロリー測定装置の位置実施例の
説明図である。

【図７】本発明の消費カロリー測定装置の制御部の説明
図である。

【図８】本発明の消費カロリー測定装置の制御部の説明
図である。

【図９】本発明の消費カロリー測定装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１消費カロリー測定装置２腕４心拍計２１入力装置２２記憶装置２３演算装置２４制御部３３表示部５０運動識別装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】心拍数と酸素摂取量の回帰式を用い、運動時、あるいは安静時の心拍数を測定することで、被験者の前記運動時あるいは前記安静時における消費カ
ロリーを測定する消費カロリー測定方法において、エネルギー代謝率が既知の生活活動状態下における前記
被験者の心拍数（以下、基準心拍数）を測定し、前記エネルギー代謝率と、前記被験者の年齢、体重、性
別から前記生活活動状態下における前記被験者の消費カ
ロリー（以下、基準消費カロリー）を算出し、前記基準消費カロリーと前記基準心拍数の関係から前記
被験者の前記回帰式を導出することを特徴とする消費カ
ロリー測定方法。
【請求項２】前記生活活動状態として、エネルギー代謝率が異なる少なくとも２種類の運動状態
下において、前記基準心拍数を測定し、前記基準消費カロリーを算出
することで前記運動時における前記回帰式を導出するこ
とを特徴とする請求項１記載の消費カロリー測定方法。
【請求項３】前記生活活動状態として、エネルギー代謝率が異なる少なくとも２種類の安静状態
における前記基準消費カロリーと前記基準心拍数の関係
から、前記安静時における前記回帰式を導出することを特徴と
する請求項１記載の消費カロリー測定方法。
【請求項４】前記生活活動状態が、ジョギングであ
り、前記少なくとも２種類の運動状態を前記ジョギング
の速度を変えることによって作り出すことを特徴とする
請求項２に記載の消費カロリー測定方法。
【請求項５】前記基準消費カロリーと基準心拍数の関
係を、所定期間毎、あるいは被験者の意志で測定可能し、前記回帰式を任意に変更可能であることを特徴とする請
求項１から４のいずれかに記載の消費カロリー測定方
法。
【請求項６】心拍計と、被験者の性別、年齢、体重等を入力するための入力装置
と、測定又は入力した数値及び演算結果を表示する表示装置
を備え、複数の生活活動状態におけるエネルギー代謝率及び前記
エネルギー代謝率の性別年齢別係数のデータベースを有
し、前記データベース、前記入力装置により入力された情
報、前記心拍計により測定された心拍数及び演算された
回帰式を格納する記憶装置を有し、前記生活活動状態におけるエネルギー代謝率及び前記性
別年齢別係数から前記生活活動状態における前記被験者
の消費カロリー（以下、基準消費カロリー）を前記デー
タベースを利用して演算し、前記測定された心拍数と前
記演算された基準消費カロリーの関係から、心拍数と酸
素摂取量の回帰式を演算し、前記回帰式導出後は前記心
拍計により測定された心拍数と前記回帰式の関係から消
費カロリーを演算する演算回路とを、有することを特徴
とする消費カロリー測定装置。
【請求項７】前記生活活動状態を識別する装置を有
し、該生活活動識別装置と前記心拍計により、前記データベースに存在する前記生活活動状態と、該生
活活動状態における前記被験者の心拍数を測定すること
で、前記データベースに存在する生活活動状態における
基準消費カロリーを算出し、前記回帰式を導出することを特徴とする請求項６に記載
の消費カロリー測定装置。
【請求項８】前記回帰式が一次式で近似する場合に、前記回帰式の傾きあるいは切片から、前記被験者の体力状態、健康状態を前記表示装置あるい
はアラームなどにより被験者に知らせることを特徴とす
る請求項６あるいは請求項７に記載の消費カロリー測定
装置。