JP2003154028A - 運動強度決定方法及び装置，運動負荷の制御方法及び装置，並びに運動機器 - Google Patents
運動強度決定方法及び装置，運動負荷の制御方法及び装置，並びに運動機器Info
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- JP2003154028A JP2003154028A JP2001353844A JP2001353844A JP2003154028A JP 2003154028 A JP2003154028 A JP 2003154028A JP 2001353844 A JP2001353844 A JP 2001353844A JP 2001353844 A JP2001353844 A JP 2001353844A JP 2003154028 A JP2003154028 A JP 2003154028A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より短時間で運動者に適した運動強度を決定
でき、さらに、運動者に適した運動強度の決定後にトレ
ーニングを行う場合にスムーズに移行できる運動強度の
決定方法及び装置、運動負荷制御方法及び装置、運動機
器を提供する。 【解決手段】 Ramp負荷を運動者に与え、運動中に測定
された運動者の心拍間隔のゆらぎパワー｛ＲＲ（ｎ）−
ＲＲ（ｎ−１）｝2の所定時間の平均値を所定間隔で算
出する。最適運動強度に達する以前の運動強度に対応し
て設定された所定値以下へと心拍間隔のパワーゆらぎが
収束する際に、所定値に達する以前の変化パターンを外
挿し、所定値以下における心拍間隔ゆらぎパワーの変化
を推定し、運動者に適した運動強度を算出する。さらに
最適な運動強度となるまで運動負荷を増加させて、トレ
ーニングに移行してもよい。
でき、さらに、運動者に適した運動強度の決定後にトレ
ーニングを行う場合にスムーズに移行できる運動強度の
決定方法及び装置、運動負荷制御方法及び装置、運動機
器を提供する。 【解決手段】 Ramp負荷を運動者に与え、運動中に測定
された運動者の心拍間隔のゆらぎパワー｛ＲＲ（ｎ）−
ＲＲ（ｎ−１）｝2の所定時間の平均値を所定間隔で算
出する。最適運動強度に達する以前の運動強度に対応し
て設定された所定値以下へと心拍間隔のパワーゆらぎが
収束する際に、所定値に達する以前の変化パターンを外
挿し、所定値以下における心拍間隔ゆらぎパワーの変化
を推定し、運動者に適した運動強度を算出する。さらに
最適な運動強度となるまで運動負荷を増加させて、トレ
ーニングに移行してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】運動者に適した運動強度を決
定する方法及び装置、運動者に適した運動強度となるよ
うに運動負荷を制御する方法及び装置、並びにそのよう
な運動負荷で運動をすることができる運動機器に関す
る。
定する方法及び装置、運動者に適した運動強度となるよ
うに運動負荷を制御する方法及び装置、並びにそのよう
な運動負荷で運動をすることができる運動機器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、運動の強度を決定する方法として
は、以下に示すような方法があった。
は、以下に示すような方法があった。
【０００３】特開平９−３８０５１号公報には、収縮期
血圧値と心拍数の積（二重積値）を連続的に算出し、負
荷の上昇に伴って二重積値の上昇率が変化し急上昇を開
始するポイント（折れ線グラフ上の屈曲点）から運動強
度を決定する方法が開示されている。
血圧値と心拍数の積（二重積値）を連続的に算出し、負
荷の上昇に伴って二重積値の上昇率が変化し急上昇を開
始するポイント（折れ線グラフ上の屈曲点）から運動強
度を決定する方法が開示されている。
【０００４】また、運動中の心拍間隔のゆらぎに基づい
て、運動者の運動レベルを推定する方法も提案されてい
る。ここでは、心拍間隔のゆらぎのエントロピーを算出
し運動レベルを決定する場合は、エントロピーの極小点
から運動レベルが決定され、心拍間隔のゆらぎのパワー
を算出し運動レベルを決定する場合は、パワーの変化特
性の収束点から運動レベルが決定される。
て、運動者の運動レベルを推定する方法も提案されてい
る。ここでは、心拍間隔のゆらぎのエントロピーを算出
し運動レベルを決定する場合は、エントロピーの極小点
から運動レベルが決定され、心拍間隔のゆらぎのパワー
を算出し運動レベルを決定する場合は、パワーの変化特
性の収束点から運動レベルが決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術では、計測したパラメータの屈曲点や収
束点を見つけるために、個人に最適な強度よりも高いレ
ベルまで運動しなくてはならない。そのため、運動強度
の決定までに要する時間が長くなるという問題点があっ
た。また、運動強度の決定後に、続いて最適な運動強度
でのトレーニングを実施する場合は、運動強度決定直後
のトレーニングの初期においては疲労を残しながらトレ
ーニングを行わなければならないという問題点があっ
た。
ような従来技術では、計測したパラメータの屈曲点や収
束点を見つけるために、個人に最適な強度よりも高いレ
ベルまで運動しなくてはならない。そのため、運動強度
の決定までに要する時間が長くなるという問題点があっ
た。また、運動強度の決定後に、続いて最適な運動強度
でのトレーニングを実施する場合は、運動強度決定直後
のトレーニングの初期においては疲労を残しながらトレ
ーニングを行わなければならないという問題点があっ
た。
【０００６】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、より短時間で運動者に適した運動強度を決定するこ
とができ、さらに、運動者に適した運動強度を決定した
後に、続いてトレーニングを行う場合には運動者に過度
の負担を与えることなくスムーズにトレーニングに移行
できる運動強度の決定方法及び装置、そのような運動強
度となるように運動負荷を制御する方法及び装置、並び
にそのような運動負荷で運動をすることができる運動機
器を提供することにある。
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、より短時間で運動者に適した運動強度を決定するこ
とができ、さらに、運動者に適した運動強度を決定した
後に、続いてトレーニングを行う場合には運動者に過度
の負担を与えることなくスムーズにトレーニングに移行
できる運動強度の決定方法及び装置、そのような運動強
度となるように運動負荷を制御する方法及び装置、並び
にそのような運動負荷で運動をすることができる運動機
器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、運動負荷時における運動者の生理状態を
示す生理指標を取得し、運動負荷変化に対する前記生理
指標に基づいて、前記運動者に適した運動強度を決定す
る方法であって、前記運動者の運動強度が適切な運動強
度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変化パ
ターンを外挿することによって前記運動者に適した運動
強度を決定する運動強度決定方法である。
に、本発明は、運動負荷時における運動者の生理状態を
示す生理指標を取得し、運動負荷変化に対する前記生理
指標に基づいて、前記運動者に適した運動強度を決定す
る方法であって、前記運動者の運動強度が適切な運動強
度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変化パ
ターンを外挿することによって前記運動者に適した運動
強度を決定する運動強度決定方法である。
【０００８】ここで、生理指標は、運動者から検出手段
によって検出できるものでもよいし、検出された指標に
対する種々の情報処理を施すことにより得られる指標で
あってもよい。すなわち、生理指標は、心拍、脈拍等の
生理信号のみならず、これらの生理信号に対して情報処
理を施すことによって得られる指標をも含む。
によって検出できるものでもよいし、検出された指標に
対する種々の情報処理を施すことにより得られる指標で
あってもよい。すなわち、生理指標は、心拍、脈拍等の
生理信号のみならず、これらの生理信号に対して情報処
理を施すことによって得られる指標をも含む。
【０００９】前記生理指標としては、例えば、心電信号
により得られた心拍変動間隔の変動の大きさを示す値を
採用することができる。
により得られた心拍変動間隔の変動の大きさを示す値を
採用することができる。
【００１０】また、心電信号により得られた心拍変動間
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍間隔のゆらぎ
パワーがある。
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍間隔のゆらぎ
パワーがある。
【００１１】また、心電信号により得られた心拍変動間
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍変動スペクト
ルの高周波領域のパワーがある。
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍変動スペクト
ルの高周波領域のパワーがある。
【００１２】また、本発明は、運動者に与える運動負荷
を制御する運動負荷の制御方法であって、運動負荷時に
おける前記運動者の生理状態を示す生理指標を取得し、
運動負荷変化に対応する該運動者の運動強度が適切な運
動強度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変
化パターンを外挿することによって前記運動者に適した
運動強度を決定し、前記運動者に与える運動負荷を、前
記運動者の運動強度が前記決定された該運動者に適した
運動強度となる運動負荷へと変化させる運動負荷の制御
方法である。
を制御する運動負荷の制御方法であって、運動負荷時に
おける前記運動者の生理状態を示す生理指標を取得し、
運動負荷変化に対応する該運動者の運動強度が適切な運
動強度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変
化パターンを外挿することによって前記運動者に適した
運動強度を決定し、前記運動者に与える運動負荷を、前
記運動者の運動強度が前記決定された該運動者に適した
運動強度となる運動負荷へと変化させる運動負荷の制御
方法である。
【００１３】前記運動者に適した運動強度を決定するた
めには次第に増加する運動負荷を与えることができる。
めには次第に増加する運動負荷を与えることができる。
【００１４】また、本発明は、運動負荷時における運動
者の生理状態を示す生理指標を取得する生理指標取得手
段と、運動負荷変化に対する前記生理指標に基づいて前
記運動者に適した運動強度を決定する運動強度決定手段
とを備える運動強度決定装置であって、前記運動強度決
定手段は、前記運動者の運動強度が適切な運動強度に達
する前の前記生理指標の変化からその後の変化パターン
を外挿することによって前記運動者に適した運動強度を
決定する機能を有する運動強度決定装置である。
者の生理状態を示す生理指標を取得する生理指標取得手
段と、運動負荷変化に対する前記生理指標に基づいて前
記運動者に適した運動強度を決定する運動強度決定手段
とを備える運動強度決定装置であって、前記運動強度決
定手段は、前記運動者の運動強度が適切な運動強度に達
する前の前記生理指標の変化からその後の変化パターン
を外挿することによって前記運動者に適した運動強度を
決定する機能を有する運動強度決定装置である。
【００１５】前記生理指標としては、例えば、心電信号
により得られた心拍変動間隔の変動の大きさを示す値を
採用することができる。
により得られた心拍変動間隔の変動の大きさを示す値を
採用することができる。
【００１６】また、心電信号により得られた心拍変動間
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍間隔のゆらぎ
パワーがある。
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍間隔のゆらぎ
パワーがある。
【００１７】また、心電信号により得られた心拍変動間
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍変動スペクト
ルの高周波領域のパワーがある。
隔の変動の大きさを示す値としては、心拍変動スペクト
ルの高周波領域のパワーがある。
【００１８】前記生理指標取得手段は、前記運動者から
非侵襲的に前記生理指標を取得する手段であることが好
適である。
非侵襲的に前記生理指標を取得する手段であることが好
適である。
【００１９】また、本発明は、運動者に与える運動負荷
を制御する運動負荷の制御装置であって、運動負荷時に
おける前記運動者の生理状態を示す生理指標を取得する
生理指標取得手段と、運動負荷変化に対する前記生理指
標に基づいて前記運動者に適した運動強度を決定する運
動強度を決定する運動強度決定手段と、前記運動者に与
える運動負荷を制御する運動負荷制御手段と、を備える
運動負荷制御装置であって、前記運動強度決定手段は、
運動負荷変化に対応する該運動者の運動強度が適切な運
動強度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変
化パターンを外挿することによって前記運動者に適した
運動強度を決定する機能を有し、前記運動負荷制御手段
は、運動強度を決定するための運動負荷を与えた後に、
前記運動者に与える運動負荷を、前記決定された運動者
に適した運動強度となる運動負荷に変化させる機能を有
する運動負荷制御装置である。
を制御する運動負荷の制御装置であって、運動負荷時に
おける前記運動者の生理状態を示す生理指標を取得する
生理指標取得手段と、運動負荷変化に対する前記生理指
標に基づいて前記運動者に適した運動強度を決定する運
動強度を決定する運動強度決定手段と、前記運動者に与
える運動負荷を制御する運動負荷制御手段と、を備える
運動負荷制御装置であって、前記運動強度決定手段は、
運動負荷変化に対応する該運動者の運動強度が適切な運
動強度に達する前の前記生理指標の変化からその後の変
化パターンを外挿することによって前記運動者に適した
運動強度を決定する機能を有し、前記運動負荷制御手段
は、運動強度を決定するための運動負荷を与えた後に、
前記運動者に与える運動負荷を、前記決定された運動者
に適した運動強度となる運動負荷に変化させる機能を有
する運動負荷制御装置である。
【００２０】また、本発明は、運動者に制御された運動
運動負荷を与えて運動を行わせる運動機器であって、運
動負荷時における前記運動者の生理状態を示す生理指標
を取得する生理指標取得手段と、運動負荷変化に対する
前記生理指標に基づいて前記運動者に適した運動強度を
決定する運動強度を決定する運動強度決定手段と、前記
運動者に与える運動負荷を制御する運動負荷制御手段
と、を備え、前記運動強度決定手段は、運動負荷変化に
対応する該運動者の運動強度が適切な運動強度に達する
前の前記生理指標の変化からその後の変化パターンを外
挿することによって前記運動者に適した運動強度を決定
する機能を有し、前記運動負荷制御手段は、運動強度を
決定するための運動負荷を与えた後に、前記運動者に与
える運動負荷を、前記決定された運動者に適した運動強
度となる運動負荷に変化させる機能を有する運動機器で
ある。
運動負荷を与えて運動を行わせる運動機器であって、運
動負荷時における前記運動者の生理状態を示す生理指標
を取得する生理指標取得手段と、運動負荷変化に対する
前記生理指標に基づいて前記運動者に適した運動強度を
決定する運動強度を決定する運動強度決定手段と、前記
運動者に与える運動負荷を制御する運動負荷制御手段
と、を備え、前記運動強度決定手段は、運動負荷変化に
対応する該運動者の運動強度が適切な運動強度に達する
前の前記生理指標の変化からその後の変化パターンを外
挿することによって前記運動者に適した運動強度を決定
する機能を有し、前記運動負荷制御手段は、運動強度を
決定するための運動負荷を与えた後に、前記運動者に与
える運動負荷を、前記決定された運動者に適した運動強
度となる運動負荷に変化させる機能を有する運動機器で
ある。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２２】図１は、本発明の運動強度決定装置及び運
動負荷制御装置を含む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と心電信号をさらに適正なレベル
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
や体力レベルなどを表示する表示器８と、回転負荷を変
えることができる負荷装置９とを備える。ＣＰＵ６は、
運動負荷時における被検者の生理状態を示す生理指標に
基づいて適切な運動強度を決定する運動強度決定機能な
どを有する。ここでは、生理指標取得手段は、心電セン
サ１、プリアンプ２、フィルタ３、アンプ４、Ａ／Ｄ変
換器５、ＣＰＵ６を含んで構成される。また、運動強度
決定手段はＣＰＵ６を含む。また、運動負荷制御手段は
ＣＰＵ６及び負荷装置９を含む。
動負荷制御装置を含む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と心電信号をさらに適正なレベル
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
や体力レベルなどを表示する表示器８と、回転負荷を変
えることができる負荷装置９とを備える。ＣＰＵ６は、
運動負荷時における被検者の生理状態を示す生理指標に
基づいて適切な運動強度を決定する運動強度決定機能な
どを有する。ここでは、生理指標取得手段は、心電セン
サ１、プリアンプ２、フィルタ３、アンプ４、Ａ／Ｄ変
換器５、ＣＰＵ６を含んで構成される。また、運動強度
決定手段はＣＰＵ６を含む。また、運動負荷制御手段は
ＣＰＵ６及び負荷装置９を含む。
【００２３】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（不図示）等を有する操作部１３と、ペダル１
４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には心電センサとして心電検出用の一
対の電極１７が設けられ、運動時に運動者がハンドル１
２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。
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（不図示）等を有する操作部１３と、ペダル１
４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には心電センサとして心電検出用の一
対の電極１７が設けられ、運動時に運動者がハンドル１
２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。
【００２４】このエルゴメータでは、被検者（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、運動強度の度合い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、このような構成は公知の手段によって実現すること
ができる。
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、運動強度の度合い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、このような構成は公知の手段によって実現すること
ができる。
【００２５】なお、図２の実施形態では、心電センサと
して心電検出用の電極１７をハンドル１２に設けてある
が、運動機器に設けられる生理指標取得手段の構成には
種々の変更が可能である。
して心電検出用の電極１７をハンドル１２に設けてある
が、運動機器に設けられる生理指標取得手段の構成には
種々の変更が可能である。
【００２６】図３に示す例では、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の操作部に相当す
る）が設けられている。この場合には、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。ここでは、生理指標取得手段は、チェス
トベルト４１に設けられた一対の電極及び送信部並びに
受信部４２を含んで構成される。
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の操作部に相当す
る）が設けられている。この場合には、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。ここでは、生理指標取得手段は、チェス
トベルト４１に設けられた一対の電極及び送信部並びに
受信部４２を含んで構成される。
【００２７】また、図４に示す例では、＋（プラス）、
−（マイナス）、Ｇ（グランド）の３個の電極４５、４
６、４７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
型の構成を採用している。ここでは、生理指標取得手段
は、３個の電極４５、４６、４７及び有線４８を含んで
構成される。
−（マイナス）、Ｇ（グランド）の３個の電極４５、４
６、４７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
型の構成を採用している。ここでは、生理指標取得手段
は、３個の電極４５、４６、４７及び有線４８を含んで
構成される。
【００２８】また、図５に示す例では、心電センサに代
えて運動者Ｍの耳朶に脈拍センサ４９が取付けられてお
り、この脈拍センサ４９によって運動者Ｍの脈拍が検出
される。ここでは、生理指標取得手段は脈拍センサ４９
を含んで構成され、生理指標は脈拍センサ４９によって
検出される脈拍を用いて算出される。
えて運動者Ｍの耳朶に脈拍センサ４９が取付けられてお
り、この脈拍センサ４９によって運動者Ｍの脈拍が検出
される。ここでは、生理指標取得手段は脈拍センサ４９
を含んで構成され、生理指標は脈拍センサ４９によって
検出される脈拍を用いて算出される。
【００２９】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拍信号と
いった運動負荷変化に応じて変化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化パターンから適切
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１４をこぐ強度が変化する。
センサや脈拍センサで検出された心電信号や脈拍信号と
いった運動負荷変化に応じて変化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化パターンから適切
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１４をこぐ強度が変化する。
【００３０】以下に、本実施形態に係る運動機器におけ
る運動強度の決定方法を説明する。
る運動強度の決定方法を説明する。
【００３１】はじめに、運動中に心拍数と、心拍間隔の
ゆらぎパワーを検出する。心拍数は次のように算出す
る。すなわち、運動中にエルゴメータのハンドル１２に
設けられた電極１７（図２）から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。例えば、その間隔の５拍の平均値から心拍数
を算出する。また、ゆらぎパワー（Power）の算出式
は、
ゆらぎパワーを検出する。心拍数は次のように算出す
る。すなわち、運動中にエルゴメータのハンドル１２に
設けられた電極１７（図２）から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。例えば、その間隔の５拍の平均値から心拍数
を算出する。また、ゆらぎパワー（Power）の算出式
は、
【００３２】
【数１】
によって求められる。これは、前回と今回の１周期の差
を２乗したもので、ここでは心拍間隔のゆらぎパワーと
称している。例えば、このゆらぎパワーの値を、３０秒
間の平均値を１５秒間隔で算出する。この値が予め定め
たパワー基底値（ベースライン）を下回り、１５秒ごと
の変化量が予め定めた値よりも小さくなった時点に基づ
いて最適運動レベルを決定する。
を２乗したもので、ここでは心拍間隔のゆらぎパワーと
称している。例えば、このゆらぎパワーの値を、３０秒
間の平均値を１５秒間隔で算出する。この値が予め定め
たパワー基底値（ベースライン）を下回り、１５秒ごと
の変化量が予め定めた値よりも小さくなった時点に基づ
いて最適運動レベルを決定する。
【００３３】なお、最適運動強度は、収束点における心
拍値、あるいは運動負荷として表現することもできる。
拍値、あるいは運動負荷として表現することもできる。
【００３４】最適運動強度決定の例を図６に示す。図６
において、ゆらぎパワーの変化パターンに基づき、対応
する時間と時間―運動負荷特性を示す曲線の交点におけ
る運動負荷を最適運動強度として求める。図６に示すグ
ラフはいずれも横軸に時間［ｍｉｎ］をとり、縦軸には
上段のグラフが運動負荷［Ｗ］、中段のグラフが心拍数
［ｂｐｍ］、下段のグラフがゆらぎパワー［ｍｓ2］を
それぞれとったものである。この収束点の決定方法を図
７のフローチャートを用いて説明する。このフローチャ
ートは、標準的なパターンの最適運動強度の決定方法を
示すものである。すなわち、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（ＳＴ１）、心電センサ
１からの信号があ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（ＳＴ２）。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の制御を開始する（ＳＴ４）。この制御として
は、例えば、初期負荷値１５［Ｗ］で２分間ウォーミン
グアップを行った後に１５［Ｗ／ｍｉｎ］のＲａｍｐ負
荷を与える。
において、ゆらぎパワーの変化パターンに基づき、対応
する時間と時間―運動負荷特性を示す曲線の交点におけ
る運動負荷を最適運動強度として求める。図６に示すグ
ラフはいずれも横軸に時間［ｍｉｎ］をとり、縦軸には
上段のグラフが運動負荷［Ｗ］、中段のグラフが心拍数
［ｂｐｍ］、下段のグラフがゆらぎパワー［ｍｓ2］を
それぞれとったものである。この収束点の決定方法を図
７のフローチャートを用いて説明する。このフローチャ
ートは、標準的なパターンの最適運動強度の決定方法を
示すものである。すなわち、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（ＳＴ１）、心電センサ
１からの信号があ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（ＳＴ２）。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の制御を開始する（ＳＴ４）。この制御として
は、例えば、初期負荷値１５［Ｗ］で２分間ウォーミン
グアップを行った後に１５［Ｗ／ｍｉｎ］のＲａｍｐ負
荷を与える。
【００３５】次いで、心電信号のピーク値を検出し、前
記（１）式より、ゆらぎパワーを算出する（ＳＴ５）。
算出後、ウォーミングアップ時の２分が経過したかどう
かを判定し（ＳＴ６）、経過していなければＳＴ５に戻
る。ウォーミングアップ終了後に２分経過すればＳＴ６
の判定においてＹｅｓとなり、パワー基底値を３０［ｍ
ｓ2］とする（ＳＴ７）。
記（１）式より、ゆらぎパワーを算出する（ＳＴ５）。
算出後、ウォーミングアップ時の２分が経過したかどう
かを判定し（ＳＴ６）、経過していなければＳＴ５に戻
る。ウォーミングアップ終了後に２分経過すればＳＴ６
の判定においてＹｅｓとなり、パワー基底値を３０［ｍ
ｓ2］とする（ＳＴ７）。
【００３６】続いて、最適運動強度の決定を行う（ＳＴ
８）。図８（ａ）に示すゆらぎパワーの変動特性（ゆら
ぎ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パワーは指数関数的に減少
し、その後、収束する。このゆらぎパワーが収束する時
の値は、これまでの実験結果から２０［ｍｓ2］以下の
値であることがわかっている。そのため、パワー基底値
を最適運動強度よりも前のレベルである例えば３０［ｍ
ｓ2］と設定し、時間―ゆらぎパワー関係のデータか
ら、最小二乗法によって近似曲線を引く。この近似曲線
をゆらぎパワー３０［ｍｓ2］以下に延長し、それ以降
のゆらぎパワーの変化を外挿する（図８（ｂ）左図）。
この外挿したゆらぎパワーの変化の傾き（前回のパワー
値との差：Power（ｎ−１）−Power（ｎ））を求め、こ
の傾きが１［ｍｓ2］未満になった時点を収束点と判定
し最適運動強度とする（図８（ｂ）右図）。このとき、
ゆらぎパワーが収束せず、ゆらぎパワーの変化の傾きが
１［ｍｓ2］以上であれば、さらに運動負荷を増加させ
て（ＳＴ９）、ＳＴ５に戻る。
８）。図８（ａ）に示すゆらぎパワーの変動特性（ゆら
ぎ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パワーは指数関数的に減少
し、その後、収束する。このゆらぎパワーが収束する時
の値は、これまでの実験結果から２０［ｍｓ2］以下の
値であることがわかっている。そのため、パワー基底値
を最適運動強度よりも前のレベルである例えば３０［ｍ
ｓ2］と設定し、時間―ゆらぎパワー関係のデータか
ら、最小二乗法によって近似曲線を引く。この近似曲線
をゆらぎパワー３０［ｍｓ2］以下に延長し、それ以降
のゆらぎパワーの変化を外挿する（図８（ｂ）左図）。
この外挿したゆらぎパワーの変化の傾き（前回のパワー
値との差：Power（ｎ−１）−Power（ｎ））を求め、こ
の傾きが１［ｍｓ2］未満になった時点を収束点と判定
し最適運動強度とする（図８（ｂ）右図）。このとき、
ゆらぎパワーが収束せず、ゆらぎパワーの変化の傾きが
１［ｍｓ2］以上であれば、さらに運動負荷を増加させ
て（ＳＴ９）、ＳＴ５に戻る。
【００３７】解析に用いるデータの開始点は図９（ａ）
〜（ｄ）の４つの条件に基づいて決定する。図９（ａ）
〜（ｄ）に示すグラフはいずれも横軸に時間［秒］、縦
軸にゆらぎパワー［ｍｓ2］をとったものである。図９
（ａ）に示すように、２分間のウォーミングアップを終
了した後のデータを用いることとし、この場合、１３５
秒でのデータからとなる。また、運動強度の増加ととも
にゆらぎパワーは減少するが、図９（ｂ）に示すように
ウォーミングアップ終了後もゆらぎパワー値が増加傾向
を示す例もある。この場合、傾き：Power（ｎ−１）−P
ower（ｎ）の値は負となるが、このように、ゆらぎパワ
ーが減少した後に増加する場合には、極小点からの増加
の合計値が１００を超えた場合には、その後の減少開始
点を解析開始点とする（図９（ｃ））。また、図９
（ｄ）に示したように、ゆらぎパワーが１００以上増加
していなくても、解析開始時のゆらぎパワー値を上まわ
った場合には、その後の減少開始点を解析開始点とす
る。
〜（ｄ）の４つの条件に基づいて決定する。図９（ａ）
〜（ｄ）に示すグラフはいずれも横軸に時間［秒］、縦
軸にゆらぎパワー［ｍｓ2］をとったものである。図９
（ａ）に示すように、２分間のウォーミングアップを終
了した後のデータを用いることとし、この場合、１３５
秒でのデータからとなる。また、運動強度の増加ととも
にゆらぎパワーは減少するが、図９（ｂ）に示すように
ウォーミングアップ終了後もゆらぎパワー値が増加傾向
を示す例もある。この場合、傾き：Power（ｎ−１）−P
ower（ｎ）の値は負となるが、このように、ゆらぎパワ
ーが減少した後に増加する場合には、極小点からの増加
の合計値が１００を超えた場合には、その後の減少開始
点を解析開始点とする（図９（ｃ））。また、図９
（ｄ）に示したように、ゆらぎパワーが１００以上増加
していなくても、解析開始時のゆらぎパワー値を上まわ
った場合には、その後の減少開始点を解析開始点とす
る。
【００３８】解析に用いる最終点は設定した基底値（こ
こでは、３０［ｍｓ2］）以下になったポイントまでと
し（図１０（ａ））、解析開始点から１分以内（４ポイ
ント以内）にパワーが基底値以下となった場合は、解析
開始点から１分後まで計測を継続し、解析開始点から１
分後（４ポイント）までのデータを用いる（図１０
（ｂ））。なお、図１０（ａ），（ｂ）に示すグラフは
いずれも横軸に時間［秒］、縦軸にゆらぎパワー［ｍｓ
2］をとったものである。
こでは、３０［ｍｓ2］）以下になったポイントまでと
し（図１０（ａ））、解析開始点から１分以内（４ポイ
ント以内）にパワーが基底値以下となった場合は、解析
開始点から１分後まで計測を継続し、解析開始点から１
分後（４ポイント）までのデータを用いる（図１０
（ｂ））。なお、図１０（ａ），（ｂ）に示すグラフは
いずれも横軸に時間［秒］、縦軸にゆらぎパワー［ｍｓ
2］をとったものである。
【００３９】最適運動強度が決定したら、運動負荷に対
する生体の応答の遅れを考慮して、最適運動強度決定の
１分前の負荷値を算出し、算出した最適運動強度に該当
する運動負荷でトレーニングを行うトレーニングモード
に移行する（ＳＴ１１）。
する生体の応答の遅れを考慮して、最適運動強度決定の
１分前の負荷値を算出し、算出した最適運動強度に該当
する運動負荷でトレーニングを行うトレーニングモード
に移行する（ＳＴ１１）。
【００４０】最適運動強度でのトレーニングモードに入
るトレーニングプログラムの具体例を図１１に示す。図
１１に示すグラフはいずれも横軸に時間［ｍｉｎ］をと
り、縦軸には上段のグラフが運動負荷［Ｗ］、中段のグ
ラフが心拍数［ｂｐｍ］、下段のグラフがゆらぎパワー
［ｍｓ2］をそれぞれとったものである。図１１に示す
ように、最適運動強度が決定した後、そのまま最適運動
強度まで徐々に運動負荷を増加させていき、最適運動強
度を維持するように制御される運動プログラムを実行す
る。この方法を用いることで、従来の運動強度決定から
トレーニングへ移行するプログラムで行われているよう
な、最適運動強度を超えた強度まで運動を行った後にト
レーニングに移行するといった過度の負担を与えること
なく、トレーニングに移行することができる。その結
果、最適運動強度の決定後、一度運動負荷を減少させ身
体を少し休めた後にトレーニングプログラムに移行して
いた従来の方法よりも時間短縮ができるとともにスムー
ズにトレーニングプログラムに移行することができる。
るトレーニングプログラムの具体例を図１１に示す。図
１１に示すグラフはいずれも横軸に時間［ｍｉｎ］をと
り、縦軸には上段のグラフが運動負荷［Ｗ］、中段のグ
ラフが心拍数［ｂｐｍ］、下段のグラフがゆらぎパワー
［ｍｓ2］をそれぞれとったものである。図１１に示す
ように、最適運動強度が決定した後、そのまま最適運動
強度まで徐々に運動負荷を増加させていき、最適運動強
度を維持するように制御される運動プログラムを実行す
る。この方法を用いることで、従来の運動強度決定から
トレーニングへ移行するプログラムで行われているよう
な、最適運動強度を超えた強度まで運動を行った後にト
レーニングに移行するといった過度の負担を与えること
なく、トレーニングに移行することができる。その結
果、最適運動強度の決定後、一度運動負荷を減少させ身
体を少し休めた後にトレーニングプログラムに移行して
いた従来の方法よりも時間短縮ができるとともにスムー
ズにトレーニングプログラムに移行することができる。
【００４１】その後、終了ボタンが押されると負荷量が
減少して運動者に一定時間（例えば１分間）クールダウ
ンを行わせ、その後、運動を終了する。
減少して運動者に一定時間（例えば１分間）クールダウ
ンを行わせ、その後、運動を終了する。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
より短時間で運動者に適した運動強度を決定することが
でき、さらに、運動者に適した運動強度を決定した後
に、続いてトレーニングを行う場合には運動者に過度の
負担を与えることなくスムーズにトレーニングに移行す
ることができる。
より短時間で運動者に適した運動強度を決定することが
でき、さらに、運動者に適した運動強度を決定した後
に、続いてトレーニングを行う場合には運動者に過度の
負担を与えることなくスムーズにトレーニングに移行す
ることができる。
【図１】図１は本発明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。
ータの回路構成を示すブロック図である。
【図２】図２は自転車エルゴメータの外観斜視図であ
る。
る。
【図３】図３は他の構成の生理信号計測手段を備えた自
転車エルゴメータを示す図である。
転車エルゴメータを示す図である。
【図４】図４は他の構成の生理信号計測手段を備えた自
転車エルゴメータを示す図である。
転車エルゴメータを示す図である。
【図５】図５は他の構成の生理信号計測手段を備えた自
転車エルゴメータを示す図である。
転車エルゴメータを示す図である。
【図６】図６はゆらぎパワーの変化パターンから最適運
動運動強度を求める方法の概略を説明する図である。
動運動強度を求める方法の概略を説明する図である。
【図７】図７は本発明の実施形態に係る自転車エルゴメ
ータで最適運動強度を決定する手順を示すフローチャー
トである。
ータで最適運動強度を決定する手順を示すフローチャー
トである。
【図８】図８はゆらぎパワーの変動特性から最適運動強
度を求める方法を具体的に悦名する図である。
度を求める方法を具体的に悦名する図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は解析に用いるデータの開
始点を決定方法を説明する図である。
始点を決定方法を説明する図である。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ）は解析に用いるデータ
の最終点を決定する方法を説明する図である。
の最終点を決定する方法を説明する図である。
【図１１】図１１はトレーニングプログラムにおける運
動負荷変化を説明する図である。
動負荷変化を説明する図である。
１ 心電センサ
２ プリアンプ
３ フィルタ
４ アンプ
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ＣＰＵ
７ キー入力装置
８ 表示器
９ 負荷装置
１０ 自転車エルゴメータ
１７ 電極
４１ チェストベルト
４２ 受信部
４５,４６,４７ 電極
４８ 有線
４９ 脈拍センサ
Claims (13)
- 【請求項１】 運動負荷時における運動者の生理状態を
示す生理指標を取得し、運動負荷変化に対する前記生理
指標に基づいて、前記運動者に適した運動強度を決定す
る方法であって、 前記運動者の運動強度が適切な運動強度に達する前の前
記生理指標の変化からその後の変化パターンを外挿する
ことによって前記運動者に適した運動強度を決定する運
動強度決定方法。 - 【請求項２】 前記生理指標は、心電信号により得られ
た心拍変動間隔の変動の大きさを示す値である請求項１
に記載の運動強度決定方法。 - 【請求項３】 前記生理指標は、心拍間隔のゆらぎパワ
ーである請求項２に記載の運動強度決定方法。 - 【請求項４】 前記生理指標は、心拍変動スペクトルの
高周波領域のパワーである請求項２に記載の運動強度決
定方法。 - 【請求項５】 運動者に与える運動負荷を制御する運動
負荷の制御方法であって、 運動負荷時における前記運動者の生理状態を示す生理指
標を取得し、運動負荷変化に対応する該運動者の運動強
度が適切な運動強度に達する前の前記生理指標の変化か
らその後の変化パターンを外挿することによって前記運
動者に適した運動強度を決定し、 前記運動者に与える運動負荷を、前記運動者の運動強度
が前記決定された該運動者に適した運動強度となる運動
負荷へと変化させる運動負荷の制御方法。 - 【請求項６】 前記運動者に適した運動強度を決定する
ために次第に増加する運動負荷を与える運動負荷の制御
方法。 - 【請求項７】 運動負荷時における運動者の生理状態を
示す生理指標を取得する生理指標取得手段と、 運動負荷変化に対する前記生理指標に基づいて前記運動
者に適した運動強度を決定する運動強度決定手段とを備
える運動強度決定装置であって、 前記運動強度決定手段は、前記運動者の運動強度が適切
な運動強度に達する前の前記生理指標の変化からその後
の変化パターンを外挿することによって前記運動者に適
した運動強度を決定する機能を有する運動強度決定装
置。 - 【請求項８】 前記生理指標は、心電信号により得られ
た心拍変動間隔の変動の大きさを示す値である請求項７
に記載の運動強度決定装置。 - 【請求項９】 前記生理指標は、心拍間隔のゆらぎパワ
ーである請求項８に記載の運動強度決定装置。 - 【請求項１０】 前記生理指標は、心拍変動スペクトル
の高周波領域のパワーである請求項８に記載の運動強度
決定装置。 - 【請求項１１】 前記生理指標取得手段は、前記運動者
から非侵襲的に前記生理指標を取得する手段である請求
項７乃至１０のいずれかに記載の運動強度決定装置。 - 【請求項１２】 運動者に与える運動負荷を制御する運
動負荷の制御装置であって、 運動負荷時における前記運動者の生理状態を示す生理指
標を取得する生理指標取得手段と、 運動負荷変化に対する前記生理指標に基づいて前記運動
者に適した運動強度を決定する運動強度を決定する運動
強度決定手段と、 前記運動者に与える運動負荷を制御する運動負荷制御手
段と、 を備える運動負荷制御装置であって、 前記運動強度決定手段は、運動負荷変化に対応する該運
動者の運動強度が適切な運動強度に達する前の前記生理
指標の変化からその後の変化パターンを外挿することに
よって前記運動者に適した運動強度を決定する機能を有
し、 前記運動負荷制御手段は、運動強度を決定するための運
動負荷を与えた後に、前記運動者に与える運動負荷を、
前記決定された運動者に適した運動強度となる運動負荷
に変化させる機能を有する運動負荷制御装置。 - 【請求項１３】 運動者に制御された運動運動負荷を与
えて運動を行わせる運動機器であって、 運動負荷時における前記運動者の生理状態を示す生理指
標を取得する生理指標取得手段と、 運動負荷変化に対する前記生理指標に基づいて前記運動
者に適した運動強度を決定する運動強度を決定する運動
強度決定手段と、 前記運動者に与える運動負荷を制御する運動負荷制御手
段と、 を備え、 前記運動強度決定手段は、運動負荷変化に対応する該運
動者の運動強度が適切な運動強度に達する前の前記生理
指標の変化からその後の変化パターンを外挿することに
よって前記運動者に適した運動強度を決定する機能を有
し、 前記運動負荷制御手段は、運動強度を決定するための運
動負荷を与えた後に、前記運動者に与える運動負荷を、
前記決定された運動者に適した運動強度となる運動負荷
に変化させる機能を有する運動機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001353844A JP2003154028A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 運動強度決定方法及び装置，運動負荷の制御方法及び装置，並びに運動機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001353844A JP2003154028A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 運動強度決定方法及び装置，運動負荷の制御方法及び装置，並びに運動機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003154028A true JP2003154028A (ja) | 2003-05-27 |
Family
ID=19165789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001353844A Withdrawn JP2003154028A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 運動強度決定方法及び装置，運動負荷の制御方法及び装置，並びに運動機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003154028A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009063597A1 (ja) * | 2007-11-12 | 2009-05-22 | Ssd Company Limited | 運動支援装置、ペースメーカ、運動支援方法、コンピュータプログラム、及び記録媒体 |
| CN104287748A (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-21 | 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 | 基于可穿戴设备的人体负重检测方法及可穿戴设备 |
| JP2018051138A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | オムロン株式会社 | 運動インストラクション装置、システム、方法およびプログラム |
-
2001
- 2001-11-19 JP JP2001353844A patent/JP2003154028A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009063597A1 (ja) * | 2007-11-12 | 2009-05-22 | Ssd Company Limited | 運動支援装置、ペースメーカ、運動支援方法、コンピュータプログラム、及び記録媒体 |
| CN104287748A (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-21 | 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 | 基于可穿戴设备的人体负重检测方法及可穿戴设备 |
| JP2018051138A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | オムロン株式会社 | 運動インストラクション装置、システム、方法およびプログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050201 |