JP2003265448A - 消費カロリ測定装置および消費カロリ導出方法 - Google Patents

消費カロリ測定装置および消費カロリ導出方法

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JP2003265448A
JP2003265448A JP2002068438A JP2002068438A JP2003265448A JP 2003265448 A JP2003265448 A JP 2003265448A JP 2002068438 A JP2002068438 A JP 2002068438A JP 2002068438 A JP2002068438 A JP 2002068438A JP 2003265448 A JP2003265448 A JP 2003265448A
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rest
calorie
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oxygen
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Toru Ozaki
徹 尾崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽い運動負荷の運動を行った時の消費カロリ
の測定精度を改善するための消費カロリ導出方法と、こ
の導出方法を搭載した消費カロリ測定装置を提供するこ
と。 【解決手段】 あらかじめ安静時の酸素摂取量と、運動
時拍動数の安静時からの変動量と運動時酸素摂取量の安
静時からの変動量との相関直線を求めておき、この相関
直線を用いて消費カロリを求めることで、軽い運動負荷
の運動について、拍動数から消費カロリを求める時に、
消費カロリ算出の精度を30%向上することができる消費
カロリ導出方法および消費カロリ測定装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、運動中あるいは作
業中に使用者が消費したカロリを計測する消費カロリ測
定装置、及び消費カロリ導出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、運動中の脈拍あるいは心拍数(以
下、あわせて拍動数という)と酸素摂取量に相関がある
ことを利用して、運動中の拍動数を検出し、この拍動数
と酸素摂取量との相関から酸素摂取量を求めることで、
消費カロリを算出する方法があった。
【0003】例えば、特開平9−56705では、あら
かじめ求めた拍動数と酸素摂取量の相関直線をテーブル
として持ち、センサから得られる心拍数と加速度の出力
から運動強度を特定した上で、前記テーブルを用いて酸
素摂取量を高い精度で算出する。このとき、酸素摂取量
3.5ml/kg/minが消費カロリ1kcal/minに相当するので、
酸素摂取量と運動時間がわかれば運動中の消費カロリが
求められる。前述したテーブルは、運動負荷が高いとき
と低い時で拍動数と酸素摂取量の相関直線の傾きを変え
ており、従来の消費カロリ計よりも、あらゆる運動負荷
で精度の良い消費カロリ測定が可能である、とされてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、拍動数と酸素
摂取量の相関は、運動負荷が高いときは精度が良いが、
例えばウォーキングなど運動負荷の低い運動の時や、運
動を始めた直後のような拍動数や酸素摂取量の値が小さ
い時に拍動数と酸素摂取量の相関が悪くなる。
【0005】拍動数と酸素摂取量の相関が悪くなるの
は、使用者が運動負荷の低い運動をしたり、安静にして
いる時でも、例えば緊張やストレスなどの心理的原因や
体調の良し悪しのために拍動数が変動することによる、
拍動数のばらつきが大きな原因である。
【0006】この原因により、拍動数を検出して消費カ
ロリを算出すると、特に運動負荷が低い運動時に精度が
著しく低下するという問題があった。
【0007】そして従来例では、運動負荷の高い時と低
い時で拍動数と酸素摂取量の相関直線を変えてはいるも
のの、安静時の拍動数のばらつきを考慮しておらず、運
動開始直後から低い運動負荷で運動しつづける、例えば
ウォーキング等の場合に誤差が大きくなる、という問題
があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】ここで、運動負荷の低い
運動時や安静時の拍動数に大きなばらつきが見られる一
方で、拍動数と酸素摂取量の相関直線の傾きは一定と考
えてもよく、再現性が有る。また、安静時の酸素摂取量
のばらつきが、拍動数のばらつきに比べて小さく、算出
される消費カロリの誤差に影響が小さいことも明らかで
ある。
【0009】そこで、本発明の消費カロリ導出方法で
は、あらかじめ行う拍動数と酸素摂取量とのキャリブレ
ーションにおいて、運動時の拍動数の、安静時の拍動数
からの変動量と、運動時の酸素摂取量の、安静時からの
変動量の間の相関直線を求めておく。
【0010】そして、安静時と運動中の拍動を検出して
安静時からの拍動数の変動量を測定し、あらかじめ求め
た相関直線と安静時の酸素摂取量と、拍動数の変動量と
を用いて運動時の酸素摂取量を導出し、さらに導出され
た運動時の酸素摂取量から運動時の消費カロリを算出す
る。
【0011】また、本発明の消費カロリ測定装置では、
まず、心拍あるいは脈拍の拍動数を検出する拍動検出部
と、その拍動数を算出したあとに、その拍動数と、キャ
リブレーションを行って得られた、運動時酸素摂取量の
安静時からの変動量と運動時拍動数の安静時からの変動
量との相関の、使用者特有の相関直線と、キャリブレー
ションを行って得られた、使用者特有の安静時酸素摂取
量から、運動中の酸素摂取量を導出して、さらに消費カ
ロリに換算する信号処理部と、この信号処理部からの出
力信号を受けて使用者に対して表示する表示部とからな
ることを特徴とした消費カロリ測定装置を構成する。
【0012】これにより、本発明の消費カロリ測定装置
および消費カロリ導出方法では、従来精度の低かった軽
い運動負荷の運動中の消費カロリを精度良く導出するこ
とができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明の消費カロリ測定装置1の
構成を示すブロック図であり、本発明の基本形例を示
す。図1において、本発明の消費カロリ測定装置1は、
大別して、使用者が装着し脈拍あるいは心拍を検出して
電気信号に変換し、変換した電気信号を出力する拍動検
出部2と、後述する信号処理部3と、この信号処理部か
らの出力信号を受けて、使用者の運動中の消費カロリを
表示する表示部9とから構成している。
【0015】ここで信号処理部3は、拍動検出部2から
の出力信号に基づいて一定時間における拍動数を算出す
る拍動数算出部4と、個人情報を使用者自身で入力する
ためのデータ入力部5と、あらかじめキャリブレーショ
ンを行って得られた、使用者特有の運動時酸素摂取量の
安静時からの変動量と運動時拍動数の安静時からの変動
量との相関直線と、安静時酸素摂取量を記憶する記憶部
6と、消費カロリを算出するために運動時間を計測する
時間計測部7と、データ入力部5、拍動数算出部4、記
憶部6、時間計測部7からの情報をもとに消費カロリを
算出する消費カロリ演算部8により構成される。
【0016】拍動検出部2は、例えばトランスデューサ
としての圧電素子を駆動して超音波を生体に送信して反
射波を得て、この反射波から脈拍を検出するものや、医
師が使用する聴診器のように心拍を検出するものによっ
て得られた心拍音を電気信号に変換して心拍または脈拍
を検出するもの、また光電脈波方式により指先や耳朶で
脈拍を検出するもの、さらには胸部に電極を装着して心
拍を検出するものというように、脈拍や心拍を検出して
電気信号に変換するものであれば、すべて適用可能であ
る。
【0017】データ入力部5は、例えば使用者の体重、
身長、年齢、性別といった、使用者の個人情報を入力で
きる。また前記項目に含まれないその他の情報であって
も、使用者の個人情報であればデータ入力部5で入力で
きる。
【0018】以上のように構成した本発明の消費カロリ
測定装置1は、拍動検出部2、信号処理部3、表示部9
を一体的に一つの筐体内に収納する構成とすることもで
きるし、また信号処理部3や表示部9を収納する筐体と
は別に、拍動検出部2だけ別体として構成することもで
きる。
【0019】またさらには、拍動検出部2、信号処理部
3、表示部9をそれぞれ別体として構成することもでき
る。
【0020】次に、以上のように構成した本発明の消費
カロリ測定装置1の動作について説明する。図2は、本
発明の消費カロリ測定装置1の動作を示すフロー図であ
る。
【0021】本発明の消費カロリ導出方法S1は、まず
使用者ごとに特有の生体信号の相関を求める準備段階S
2と、前記準備段階S2で求めた相関を用いて消費カロ
リを測定する消費カロリ測定段階S7から構成される。
【0022】準備段階S2では、まずS3で安静時の拍
動数と安静時の酸素摂取量を測定する。ここで拍動数の
測定は、例えばトランスデューサとしての圧電素子を駆
動して超音波を生体に送信して反射波を得て、この反射
波から脈拍を検出するものや、医師が使用する聴診器の
ように心拍を検出するものによって得られた心拍音を電
気信号に変換して心拍または脈拍を検出するもの、また
光電脈波方式により指先や耳朶で脈拍を検出するもの、
さらには胸部に電極を装着して心拍を検出するものを用
いて、脈拍や心拍を検出して電気信号に変換する方法を
用いて容易に行うことができる。また酸素摂取量の測定
は、ブレスバイブレス法やミキシングチャンバ法に基づ
いた呼吸代謝装置を用いて容易に行うことができる。
【0023】次に、S4にて運動時の拍動数と運動時の
酸素摂取量を測定する。拍動数と酸素摂取量の測定は、
S3と同じ方法で測定することができるので、説明を省
略する。運動負荷は例えばエルゴメータやトレッドミル
のように任意の運動負荷を与えることができる装置を用
いても良いし、装置を用いなくても運動負荷量のわかっ
ている運動を行えば良い。
【0024】さらにS5にて、S3とS4の結果から運
動時の拍動数、酸素摂取量の、安静時からの変動量をそ
れぞれ算出し、S6で拍動数の変動量と酸素摂取量の変
動量の、相関直線を求めて前記記憶部6に記憶する。
【0025】消費カロリ測定段階S7は、準備段階S2
を行った上で、消費カロリ測定装置1を装着して行う。
まずS8で安静時の拍動数を測定し、次にS9で任意の
運動負荷の運動を行った時の拍動数を測定して、運動中
の拍動数の、安静時に対する変動量を算出する。
【0026】さらにS10で、S6で求められた拍動数
の変動量と酸素摂取量の変動量の、相関直線と、S9に
て測定された運動中の拍動数から運動中の酸素摂取量
の、安静時からの変動量を導出する。
【0027】さらにS11で、S3であらかじめ求めて
おいた安静時酸素摂取量と前記相関直線から、運動中の
時間あたりの酸素摂取量を導出することができる。次に
S12で、式1に示す酸素摂取量と運動強度の関係式お
よび式2に示す運動強度と消費カロリの関係式を用いる
ことで、酸素摂取量から酸素摂取量と消費カロリとの間
の関係式を用いることで運動中の単位時間あたりの消費
カロリを算出する。
【0028】 METS(運動強度) = VO2(酸素摂取量) / 3.5 ----(1) C(単位時間あたりの消費カロリ) = METS(運動強度) × W(体重) ----(2) さらに時間計測部7によって計測された運動時間を上記
算出された単位時間あたりの消費カロリに乗ずることで
運動中の消費カロリを求め、S13で表示手段9に表示
する。
【0029】消費カロリ測定段階は、一定時間ごとのサ
イクルを持ち、例えば1分ごとに消費カロリを算出し、
S13まで処理が行われると、S9に再び戻って消費カ
ロリの導出を続ける。
【0030】ここで図3は従来のキャリブレーション方
法によって得られた相関直線で、図4が本発明の消費カ
ロリ導出方法で用いた相関直線である。
【0031】図3では、酸素摂取量10ml/kg/min付近の
軽い運動負荷時において、拍動数と酸素摂取量の相関が
悪いのに対して、図4では軽い運動負荷時においても高
い相関が見られる。定量的には、図3で、拍動数80に対
して酸素摂取量は5.7〜12.2ml/kg/minと8.9ml/kg/min±
30%の誤差が認められるのに対し、図4では軽い運動負
荷時の誤差は0%とみなせる。よって、運動負荷の低い
領域に限って言えば、従来のキャリブレーション方法よ
りも、本発明のキャリブレーション方法を用いた方が、
消費カロリ算出の精度が30%向上する。
【0032】以上説明したように、実施の形態で示す本
発明の消費カロリ測定装置1は、あらかじめ求めた安静
時の酸素摂取量と、あらかじめ求めた運動時拍動数の安
静時からの変動量と運動時酸素摂取量の安静時からの変
動量との、相関直線を記憶した記憶部6を備え、前記安
静時の酸素摂取量と前記相関直線を用いた消費カロリ導
出方法を用いて算出することで、従来精度が著しく悪か
った、低い運動負荷時の消費カロリ算出に関して、従来
の測定精度より30%の精度向上を可能とする。
【0033】
【発明の効果】消費カロリを求める際に、あらかじめ安
静時の酸素摂取量と、運動時拍動数の安静時からの変動
量と運動時酸素摂取量の安静時からの変動量との、相関
の相関直線を求めておき、この相関直線を用いて消費カ
ロリを求めることで、従来は、拍動数から消費カロリを
求める時に、精度が低かった軽い運動負荷の運動につい
て、消費カロリ算出の精度を30%向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の消費カロリ測定装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図2】本発明の消費カロリ測定装置の動作を示すフロ
ー図である。
【図3】従来用いられている拍動数と酸素摂取量の相関
を示した相関図である。
【図4】本発明の消費カロリ導出方法で用いた拍動数変
動量と酸素摂取量変動量の相関を示した相関図である。
【符号の説明】
1 消費カロリ測定装置 2 拍動検出部 3 信号処理部 4 拍動数算出部 5 データ入力部 6 記憶部 7 時間計測部 8 消費カロリ演算部 9 表示部
───────────────────────────────────────────────────── 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 5/02 321D

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 運動中あるいは作業中の使用者のカロリ
    消費量を測定する消費カロリ測定装置であって、 前記使用者の拍動を検出して電気信号に変換する拍動検
    出部と、 前記拍動検出部から得られる信号から算出した安静時お
    よび運動中の拍動数と、あらかじめ求めておいた安静時
    酸素摂取量と、あらかじめ求めておいた運動時酸素摂取
    量の安静時からの変動量と運動時拍動数の安静時からの
    変動量との相関とから、運動中の酸素摂取量を導出し
    て、さらに消費カロリに換算する信号処理部と、 前記信号処理部からの出力を使用者に対して表示する表
    示部と、を具備することを特徴とする消費カロリ測定装
    置。
  2. 【請求項2】 前記信号処理部は、少なくとも、前記拍
    動検出部から出力される前記電気信号を受けて前記使用
    者の拍動数を算出する拍動数算出部と、 あらかじめキャリブレーションを行って得られた、使用
    者特有の運動時酸素摂取量の安静時からの変動量と運動
    時拍動数の安静時からの変動量との相関直線と、 安静時酸素摂取量を記憶する記憶部と、 消費カロリを算出するために運動時間を計測する時間計
    測部と、 個人情報を使用者自身で入力するためのデータ入力部
    と、を具備することを特徴とする請求項1に記載の消費
    カロリ測定装置。
  3. 【請求項3】 あらかじめ安静時の酸素摂取量を求める
    とともに、運動時酸素摂取量の安静時からの変動量と運
    動時拍動数の安静時からの変動量との間の相関を直線近
    似する準備段階と、 安静時と運動中の拍動を検出して安静時からの拍動数の
    変動量を測定し、あらかじめ前記準備段階で求めている
    前記相関直線と安静時の酸素摂取量と、前記拍動数の変
    動量とを用いて運動時の酸素摂取量を導出し、さらに導
    出された前記運動時の酸素摂取量から運動時の消費カロ
    リを算出する消費カロリ測定段階と、 により消費カロリを求めることを特徴とした、消費カロ
    リ導出方法。
  4. 【請求項4】 前記準備段階は、まず安静時拍動数と安
    静時酸素摂取量を測定し、 次に運動負荷を加えて運動時拍動数と運動時酸素摂取量
    を測定し、 次に安静時に対する運動時の拍動数の変動量と酸素摂取
    量の変動量を算出して、 前記拍動数の変動量と前記酸素摂取量の変動量との相関
    を直線近似することを特徴とした、請求項3に記載の消
    費カロリ導出方法。
  5. 【請求項5】 前記消費カロリ測定段階は、まず安静時
    拍動数を測定し、 任意の運動中の拍動数を検出して安静時からの拍動数の
    変動量を算出し、 前記拍動数の変動量と前記準備段階で求めておいた前記
    相関直線から、安静時に対する運動時の酸素摂取量の変
    動量を導出し、 前記安静時に対する運動時の酸素摂取量の変動量と、前
    記準備段階で求めておいた安静時の酸素摂取量から運動
    時の酸素摂取量とを算出し、 さらに酸素摂取量から運動によって消費されたカロリを
    算出することを特徴とした、請求項3または4に記載の
    消費カロリ導出方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009061246A (ja) * 2006-12-11 2009-03-26 Seiko Epson Corp 生体情報処理装置、生体情報処理方法および制御プログラム
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