JP2004275281A

JP2004275281A - Exercise strength evaluation device and exercise machine

Info

Publication number: JP2004275281A
Application number: JP2003068283A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 和彦天野; Hiroaki Tanaka; 田中　　宏暁
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP4407135B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exercise strength evaluation device which evaluates a strength of an exercise loaded on an examinee taking the exercise from the characteristic pattern in pulse wave and electrocardiogram detected noninvasively. <P>SOLUTION: The exercise strength evaluation device 10 is mounted on an examinee taking an exercise and comprises a pulse wave detector 60 for detecting noninvasively peripheral pulse wave, a relaxation time calculator 90 for determining a relaxation time DT based on the detected pulse wave reflecting characteristically the relaxation time of heart, and a relaxation time change detector 100 for inputting the relaxation time DT determined by the relaxation time calculator 90 in respect with duration time for taking the exercise in order to detect a change in the relaxation time DT. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者の運動負荷強度を評価する運動負荷強度評価装置及び運動機器に関する。特に、現在の運動強度が安全でかつ効果的な運動であるかを評価し、あるいは運動負荷強度自体を評価することができる運動負荷強度評価装置及び運動機器に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
血中乳酸濃度が増加し始める閾値（有酸素運動から無酸素運動へ切り換わる閾値ともいわれている）を運動負荷強度または酸素摂取量の数値として表現した、無酸素性作業閾値（ＡＴ：ａｎａｅｒｏｂｉｃｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、呼吸器系や循環器系の機能に対する運動効果の評価や、スポーツのトレーニングにおける適切な運動負荷強度の選択などを行うために有用な指標であることが知られている。この閾値の検出は、血液中の乳酸濃度が急激に増加し始める運動負荷強度または酸素摂取量の数値である乳酸閾値（ＬＴ：ｌａｃｔａｔｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）の検出、または、運動負荷強度の増加に伴う呼気中の二酸化炭素の増加率が一段と高くなる運動負荷強度または酸素摂取量の数値である換気閾値（ＶＴ：ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）の検出によって行うことができる。また、この閾値は、交感神経活動が亢進する閾値（ＣＴ：ＣａｔｅｃｈｏｌａｍｉｎｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄ）と近似する。
【０００３】
しかしながら、血液中の乳酸値の測定は、血液の採取が必要となるため侵襲的に行わねばならず、運動の実施とともに手軽に行うということは困難である。
【０００４】
また、換気閾値を検出するために行われる、酸素摂取量や二酸化炭素発生量の監視は、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースを通して呼吸を行い、吸気や呼気の量と成分を計測する必要があるため、大掛かりな装置を必要とする。
【０００５】
本発明の目的は、非侵襲的に検出される弛緩時間に基づいて、安全で効果的な運動負荷強度を評価することができる運動負荷強度評価装置及び運動機器を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、運動負荷強度を評価することで、安全でかつ効果的な運動を体得することができる運動負荷強度評価装置及び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】
本発明の一態様に係る運動負荷強度評価装置は、
運動中の被験者の心臓の弛緩時間を非侵襲的に測定する弛緩時間測定部と、
時間経過毎に前記弛緩時間測定部にて測定される前記弛緩時間が入力され、各弛緩時間の変化を検出する弛緩時間変化検出部と、
を有する。
【０００８】
ここで、弛緩時間（ＤＴ：ｄｉａｓｔｏｌｉｃｔｉｍｅ）は、心臓の拡張期の時間であり、非侵襲的に測定される心電波形または脈波波形の特徴より推定することができる。
【０００９】
心臓の弛緩時間は、運動負荷強度の増加に伴い短縮するが、乳酸閾値（ＬＴ）に対応する運動負荷強度を超えると、弛緩時間は不変またはわずかに変化する程度であり、乳酸閾値付近で明瞭な屈曲点が認められる。よって、例えば運動負荷強度を高めながら運動する際に、弛緩時間変化検出部にて弛緩時間の変化を検出すれば、現在の運動が乳酸閾値に達しない運動の運動負荷強度であるのか、あるいは乳酸閾値に達した運動の運動負荷強度であるかを評価できる。例えば一つの指標として、乳酸閾値の付近を安全でかつ効果的な運動と定義することができ、この運動範囲を弛緩時間変化検出部からの出力に基づいて判断できる。この時の運動強度を心拍数と仕事率（ｗａｔｔ）で告知することができる。
【００１０】
ここで、前記被験者の運動負荷強度を測定する運動負荷強度測定部をさらに有することができる。この場合、前記弛緩時間変化検出部は、前記運動負荷強度測定部の出力に基づいて、異なる運動負荷強度に対応する弛緩時間の変化を検出することができる。よって、異なる運動負荷強度に対応する弛緩時間が実質的に等しければ、乳酸閾値を超えた運動であると認識できる。
【００１１】
本発明の一態様では、前記弛緩時間測定部は、前記被験者の運動による体動に起因した、体動波形を検出する体動波形検出部と、前記脈波検出部からの脈波より、前記体動波形検出部からの体動波形を除去する体動波形除去部とをさらに有することができる。運動中の体動が脈波に悪影響を及ぼすので、この悪影響を除去することが望ましいからである。この場合、弛緩時間測定部には、体動波形が除去された脈波が入力されるので、より精度高く運動負荷強度を評価できる。
【００１２】
前記弛緩時間測定部は、前記脈波の一周期から、前記脈波の立ち上がりからディクロティクノッチに至るまでの駆出時間を差し引くことで測定することができる。詳細を後述するように、脈波の立ち上がりからディクロティクノッチに至るまでの時間間隔が駆出時間を反映し、その駆出時間と弛緩時間との和が脈波の一周期であるからである。
【００１３】
心臓での駆出時間は、心音図によって求めることができる。そこで、予め心音図によって求めた大動脈弁解放時間Ｓ１から大動脈弁閉鎖時間Ｓ２に求めた時間間隔を測定した収縮時間と、前記脈波の立ち上がりからディクロティクノッチに至るまでの時間間隔との関係を求めた相関式で、前記脈波の立ち上がりからディクロティクノッチに至るまでの時間間隔を補正して駆出時間とすることができる。
【００１４】
前記弛緩時間測定部は、前記脈波を一次微分する一次微分部と、一次微分波形を二次微分する二次微分部とを有することができる。一次微分波形、さらに二次微分波形では、上述した脈波の特徴がより顕在化するので、それに基づいて弛緩時間を測定することができるからである。
【００１５】
前記弛緩時間測定部は、脈波の波高値と基準値とを比較するコンパレータを含むことができる。このコンパレータからの矩形波の波幅に基づいて駆出時間を測定することができる。脈波の一周期から駆出時間を差し引けば弛緩時間が求められる。このとき、帰還抵抗が正の入力端子に接続されたヒステリシス付コンパレータを用いることができる。ヒステリシス付コンパレータは、例えばディクロティクノッチ付近で矩形波が立ち下がった直後に、脈波の波高値が基準値を再度上回ったとしても、矩形波の立ち上がりを遅らせることができるからである。これにより、駆出時間を反映した矩形波を確保することができる。
【００１６】
前記弛緩時間測定部は、前記脈波検出部からの脈波をフーリエ変換するフーリエ変換部をさらに有することができる。この場合、前記弛緩時間測定部は、フーリエ変換された周波数スペクトルの中から、心臓の弛緩時間を反映する前記脈波の特徴に基づく周波数スペクトルを抽出する。前記弛緩時間変化検出部は、時間経過毎に前記弛緩時間測定部より抽出された周波数スペクトルの周波数の変化を検出する。こうして、周波数スペクトルに基づいて、弛緩時間の変化を検出できる。
【００１７】
前記弛緩時間測定部は、前記脈波検出部からの脈波をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、前記体動波形検出部からの体動波形をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部とをさらに有することができる。この場合、前記体動波形除去部は、前記第１，第２のフーリエ変換部からの各周波数帯域の周波数スペクトルのうち、同一周波数の周波数スペクトル同士を減算する。こうして、周波数スペクトルの段階で体動を除去することができる。これ以降の弛緩時間検出と弛緩時間変化検出も、上記と同様に周波数スペクトルに基づいて実施できる。
【００１８】
あるいは、前記弛緩時間測定部は、前記体動波形除去部からの出力を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、逆フーリエ変換された脈波の立ち上がりからディクロティックノッチに至るまでの時間間隔を測定しても良い。あるいは、一次微分する一次微分部と、一次微分波形を二次微分する二次微分部とを有し、一次微分波形あるいは、二次微分波形に基づいて前記弛緩時間を測定してもよい。
【００１９】
本発明では、前記弛緩時間変化検出部の出力に基づいて、乳酸閾値を越えた無運動であることを告知する告知部をさらに有することができる。これにより、被験者は乳酸閾値付近での運動強度で運動を継続することができ、告知があった場合に運動負荷強度を一定に保てば良い。
【００２０】
この場合、告知部では、弛緩時間変化検出部から出力される心拍の一周期の時間から心拍数を告知しても良い。
【００２１】
本発明の他の態様では、上述した弛緩時間変化検出部に代えて、あるいはそれに追加して、前記弛緩時間測定部にて測定される前記弛緩時間に基づいて、記憶部より対応する運動負荷強度を検出する運動負荷強度検出部を設けることができる。記憶部には予め、被験者の心臓の弛緩時間と運動負荷強度との相関データが記憶されている。こうすると、運動中の負荷強度を認識することができる。
【００２２】
この場合、前記運動負荷強度検出部は、前記弛緩時間変化検出部にて前記弛緩時間が変化した時に、前記運動負荷強度を検出するようにしてもよい。
【００２３】
本発明では、弛緩時間に代えて、心拍または脈波の一周期に対する弛緩時間の割合（正規化された弛緩時間という）を用いることもできる。ここで、心拍または脈波の一周期は運動負荷強度が大きくなるに従い、乳酸閾値ＬＴの前後に拘らずほぼ一定の比率で短くなる。これに対して、弛緩時間は後述する図２の通り乳酸閾値ＬＴの前後で変化率が異なる。よって、正規化された弛緩時間は、乳酸閾値ＬＴに達するまでは、運動負荷強度が大きくなるにしたがい短くなるが、乳酸閾値ＬＴに達した以降は心拍または脈波の一周期の減少にかかわらずほぼ一定かやや上昇する。このことを利用して、上述の各種態様にて正規化された弛緩時間から乳酸閾値ＬＴに達したことを告知し、あるいは運動中の負荷強度と運動の安全性を告知することが可能となる。
【００２４】
さらに、告知部はあらかじめ安全な運動範囲を超える弛緩時間を記憶部にセットしておき、測定された弛緩時間が記憶部に記憶された弛緩時間よりも短くなったときには、安全域を外れたことを知らせることもできる。
【００２５】
また、本発明のさらに他の態様は、運動負荷評価装置を含んで運動機器を構成したものである。この運動機器は、例えば運動負荷強度の異なる運動メニューを表示部等に出力するか、あるいはその運動メニューに従って被験者が体得する運動負荷強度を負荷出力部によって変化させることができる。例えば走行マシーンのベルト速度やペダルマシンーンのペダル負荷を変化させても良い。この運動メニューとしては、各個人について運動負荷強度と心臓の弛緩時間とを予め測定しておき、各個人について安全でかつ効果的な運動メニューを運動機器にセットできるようにしても良い。安全でかつ効果的な運動メニューは、被験者について運動負荷強度と弛緩時間との相関より予め求められる乳酸閾値に基づいた所定の運動負荷範囲に設定される。この運動負荷範囲は、例えば心臓疾患者あるいは一般健常者などに対しては乳酸閾値付近に設定するとよい。しかし、これに限らず、例えば競技者の場合には乳酸閾値を超える範囲に設定してもよい。また、前記弛緩時間変化検出部にて出力された心拍の１周期に基づいて運動負荷強度の範囲を心拍数の範囲で設定しても良い。さらに、被験者固有の運動メニューを記憶する記憶媒体を運動機器に対して着脱自在とすれば、被験者に合った運動メニューを容易に設定できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（弛緩時間の説明）
図１は、心臓の周期を示したものである。図１において、波形ＳＷは心電波形、波形ＭＨ１は心臓から流出する直後の大動脈血圧波形、波形ＭＨ２は末梢部（橈骨動脈）の一般的な脈波波形である。図１において、血液の流動に伴う時間遅れは無視してある。
【００２８】
まず、駆出時間ＥＤ（ＥｊｅｃｔｉｏｎＤｕｒａｔｉｏｎ）について説明する。駆出時間は、厳密な意味においては、大動脈血圧波形ＭＨ１における大動脈弁開放時刻ｔ１と大動脈弁閉鎖時刻ｔ２の時間間隔となり、安静時において、２８０ｍｓ程度である。大動脈弁の解放は心室の収縮によって起こるので、この時間間隔は、心室収縮期の時間（ＳｙｓｔｏｌｉｃＴｉｍｅ）とほぼ一致する（図１の心電波形ＳＷ中のＱ−Ｔ時間に相当）。心室収縮時間は、等容収縮と駆出時間があり、等容収縮は電気的心収縮の開始と大動脈弁の解放との時間差である。
【００２９】
一方、心臓の弛緩時間ＤＴとは心室拡張期の時間であり、等容収縮＋駆出時間ＥＤ＋弛緩時間ＤＴ＝心拍または脈波の一周期（図１の心電波形ＳＷ中の例えばＲ−Ｒ時間または脈波波形ＭＨ２中のＰ０−Ｐ０時間）の関係となる。よって、弛緩時間ＤＴを心音の測定をするなどして直接求めても良いが、心拍または脈波の一周期から駆出時間ＥＤを差し引いて求めても良い。
【００３０】
ところで、末梢部の脈波波形ＭＨ２におけるノッチＮ２は、大動脈弁閉鎖によって生じるものである。このため、脈波波形ＭＨ２における最小ピークＰ０から最大ピークＰ１の直後に生じるピークＰ４までの時間間隔は、見積の収縮時間（ＥｓｔｉｍａｔｅｄＳｙｓｔｏｌｉｃＴｉｍｅ）と呼ばれ、駆出時間ＥＤを推定できる。
【００３１】
ここで、脈波波形には個人差があり、また同一個人においても波形形状が体調などによって変化することが知られている。このため、末梢部の脈波波形ＭＨ２に代えて、波形ＭＨ３に示すように、ピークＰ２とピークＰ３が重なり、ノッチＮ１が生じない場合がある。本実施形態では、図１の脈波ＭＨ２，ＭＨ３の種類に拘らず、点Ｐ０からディクロティクノッチ（ＤｉｃｔｒｏｔｉｃＮｏｔｃｈ）Ｐ４までの時間間隔を駆出時間ＥＤとして取り扱うものとする。
【００３２】
このことから、駆出時間ＥＤは、厳密な意味のみならず、心室収縮期の時間（ＳｙｓｔｏｌｉｃＴｉｍｅ）及び推定の収縮時間（ＥｓｔｉｍａｔｅｄＳｙｓｔｏｌｉｃＴｉｍｅ）を含むものとして、以下の説明を進める。本実施形態では、心拍または脈波の一周期から駆出時間ＥＤを差し引いて求めるものについて主として説明する。
【００３３】
以上の説明から、心臓の弛緩時間ＤＴは心電波形または脈波の特徴から推定できる。なお、以下の説明では、脈波から弛緩時間を推定する実施形態について述べるが、心電図測定部を用いて、図１の心電波形ＳＷから弛緩時間を推定してももちろん良い。図１の心電波形ＳＷでは、Ｑ波を基準としてＱ点及びＴ点の各変極点を求めることができ、Ｑ−Ｔ時間＝収縮時間として推定できる。この収縮時間は、厳密には等容収縮時間＋駆出時間であるが、収縮時間＝駆出時間として推定しても良い。また、図１の心電波形ＳＷのＲ−Ｒ時間を心拍の一周期とすることができ、これから駆出時間を差し引くことで弛緩時間を求めることができる。
【００３４】
（弛緩時間と乳酸量との相関）
図２は、ある被験者の運動負荷強度に対する弛緩時間ＤＴ、駆出時間ＥＤ及び脈波または心拍の一周期（Ｒ−Ｒ時間）と、乳酸値との相関を示す特性図である。図２の横軸は運動の負荷強度（Ｗａｔｔ）であり、左縦軸は時間（ｍｓｅｃ）、右縦軸は血液中に発生する乳酸値（ｍｍｏｌ／ｌ）である。
【００３５】
ここで、血液中の乳酸値と運動負荷強度に応じた疲労との相関は公知であり、図２においても、血液中の乳酸値は運動の負荷強度が大きくなると増大する。
【００３６】
また、運動の負荷強度が小さければ、疲労も少なく血液中の乳酸量はさほど上昇しないことも知られている。
【００３７】
ここで、図２にはＲ−Ｒ時間及び弛緩時間ＤＴと運動負荷強度との関係が示されている。Ｒ−Ｒ時間は運動負荷強度が高くなるに従いほぼ一定の比率で短くなることは公知である。図２において、弛緩時間ＤＴは、乳酸閾値ＬＴに達する前はＲ−Ｒ時間とほぼ同じ比率で短くなるが、乳酸閾値ＬＴを越えるとほとんど変化しないことが分かる。駆出時間ＥＤは、Ｒ−Ｒ時間と等容収縮＋弛緩時間ＤＴとの差分であり、図２に示すように、乳酸閾値ＬＴに達する前はほとんど変化せず、乳酸閾値ＬＴを越えるとＲ−Ｒ時間とほぼ同じ比率で短くなる。人体に最適な運動とは、乳酸閾値ＬＴまたは交感神経活動が亢進する閾値ＣＴの強度で運動を続けることであり、非侵襲的に検出される駆出時間に基づいて閾値ＬＴまたは閾値ＣＴに相当する運動負荷強度を知ることは極めて有用である。
【００３８】
図２に示すように、運動負荷強度が１００［Ｗａｔｔ］付近までは、駆出時間ＥＤはほぼ変化がなく、弛緩時間ＤＴがＲ−Ｒ時間とほぼ同じ比率で短くなるが、血液中の乳酸値の変化は少ない。しかし、運動負荷強度が１００［Ｗａｔｔ］を超えると、駆出時間ＥＤが短くなり、弛緩時間ＤＴはほとんど変化せず、血液中の乳酸値の増加率が高くなる。この被験者の場合、運動負荷強度が１００［Ｗａｔｔ］付近の点が、乳酸閾値ＬＴ（ＬａｃｔａｔｅＴｈｒｅｓｈｏｌｄ）となる。
【００３９】
このように、運動負荷強度を変更した運動中に弛緩時間ＤＴを監視し、それが変化する間は乳酸閾値ＬＴ以下の運動強度であり、弛緩時間ＤＴがほとんど変化しなくなったら乳酸閾値ＬＴ付近の運動強度に至ったことが分かるので、この運動強度を保つなどの指導ができる。
【００４０】
図３は、６名の被験者の橈骨駆出時間と心音収縮時間との関係を示す特性図である。橈骨駆出時間は、橈骨動脈波の立ち上がりからディクロティックノッチに至る時間間隔であり、心音収縮時間は、心音図の１音から２音までの時間間隔で収縮時間を測定している。図３の横軸は橈骨駆出時間（ｍｓｅｃ）であり、縦軸は心音収縮時間（ｍｓｅｃ）である。図３に示すように橈骨駆出時間と心音収縮時間の相関は、相関係数をＲとすると、Ｒ^２＝０．７０４４（決定係数）で、一次式ｙ＝１．２４５６ｘ−８７．１８で近似される。これより、末梢の脈波から求めた駆出時間を中枢に補正することができる。この補正部は、後述する駆出時間測定部９０に設けることができる。上記一次式は、一般式を用いるものに限らず、個々の被験者について予め心音図等から係数を求めておくこともできる。
【００４１】
（運動負荷強度評価装置の概要）
本実施形態の運動負荷強度評価装置は、上述した原理に基づいて、被験者の運動負荷強度を評価するものであり、図４のブロック図に示す構成を有する。図４において、運動負荷強度評価装置１０は、脈波検出部６０、体動波形検出部７０、体動波形除去部８０、弛緩時間算出部９０、弛緩時間変化検出部１００及び告知部１１０を有する。ここで、本実施形態では、脈波検出部６０、体動波形検出部７０、体動波形除去部８０及び弛緩時間算出部９０にて弛緩時間測定部１１が構成されている。
【００４２】
脈波検出部６０は、被験者の末梢部の脈波を非侵襲的に検出するものである。体動波形検出部７０は、運動中の被験者の体動に起因した体動波形を検出するものであり、例えば加速度センサにて構成できる。体動波形除去部８０は、脈波検出部６０からの脈波より、体動波形検出部７０からの体動波形を除去するものである。弛緩時間算出部９０は、体動波形が除去された脈波（例えば図１の脈波ＭＨ２またはＭＨ３）より、ピークＰ０から次のピークＰ０に至る脈波の一周期（Ｒ−Ｒ時間と等しい）と、ピークＰ０からピークＰ４に至る駆出時間ＥＤ）とを求め、両者の差分から弛緩時間ＤＴを算出するものである。弛緩時間変化検出部１００は、時間経過毎に弛緩時間算出部９０にて測定される脈波の一周期の時間間隔と弛緩時間ＤＴが入力され、各弛緩時間ＤＴの変化を検出するものであり、弛緩時間ＤＴが実質的に一定となったときの心拍数を出力することもできる。もし、図２の乳酸閾値ＬＴを越える運度負荷強度にて被験者が運動していれば、弛緩時間ＤＴが実質的に一定または微減するので、乳酸閾値ＬＴに達したか否かを検出できる。告知部１１０は、弛緩時間変化検出部１００にて弛緩時間ＤＴが実質的に一定となった時に、乳酸閾値ＬＴ付近の心拍数を知ることができ、被験者に弛緩時間の変化に加えてその時の心拍数を告知することもできるものである。この告知により、被験者は乳酸閾値ＬＴ付近の運動負荷強度に入ったことを検知できる。よって、その告知後に運動負荷強度を保てば、乳酸閾値ＬＴ付近の強度で運動を継続実施することが可能となる。この場合、弛緩時間が実質一定値になったときの心拍数を告知することがすることが有用である。例えばこの心拍数を上限値とし、上限値の９０％を下限値の範囲に設定して、安全で効果的な運動を継続実施することができる。
【００４３】
ここで、図４に示すように、被験者の運動負荷強度を測定する運動負荷強度測定部１０２をさらに有することができる。この測定部１０２からの出力は弛緩時間変化検出部１００に入力される。よって、弛緩時間変化検出部１００は、異なる運動負荷強度に対応する弛緩時間の変化を検出し、運動負荷強度が変化しない場合には弛緩時間の変化を検出しないように構成できる。よって、弛緩時間変化検出部１００は、異なる運動負荷強度に対応する弛緩時間の変化を検出することができる。
【００４４】
（運動負荷強度評価装置の外観構成）
本実施形態の運動負荷強度評価装置は、例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すような外観的構成とすることができるが、これに限定されない。運動負荷強度評価装置１０は、腕時計状の構造を有する装置本体１２と、この装置本体１２のコネクタ部２０にコネクタピース５７を介して接続されるケーブル５８と、このケーブル５８の先端側に設けられた脈波検出部６０とを含んで構成されている。装置本体１２にはリストバンド５６が取り付けられ、リストバンド５６によって装置本体１２が被験者の手首に装着される。
【００４５】
装置本体１２はコネクタ部２０を備えており、コネクタ部２０にはケーブル５８の端部となっているコネクタピース５７が着脱自在に取り付けられている。
【００４６】
図５（Ｃ）は、このコネクタピース５７を取り外したコネクタ部２０を示しており、例えば、ケーブル５８との接続ピン２１や、データ転送を行うためのＬＥＤ２２、フォトトランジスタ２３を備えている。
【００４７】
また、装置本体１２の表面側には、告知部１１０の一例として例えば液晶パネルからなる表示部５４が設けられている。表示部５４は、セグメント表示領域や、ドット表示領域などを有し、運動負荷強度の評価結果など表示する。なお、表示部５４には液晶パネルではなく他の表示装置を用いてもよい。
【００４８】
装置本体１２の内部には、各種演算や変換などを制御するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）、ＣＰＵを動作させるプログラムその他を記憶するメモリを備え（図示省略）、装置本体１２の外周部には各種操作や入力を行うためのボタンスイッチ１４がそれぞれ設けられている。
【００４９】
一方、脈波検出部６０は、図５（Ｂ）に示すように、センサ固定用バンド６２によって遮光されながら、被験者の人差し指の根本付近に装着される。このように、脈波検出部６０を指の根本付近に装着すると、ケーブル５８が短くて済むので、装着しても邪魔にならない。また、指の根元付近は指先に比べると気温による血流量の変化が少ないため、検出した脈波波形に対する気温などの影響が比較的少ない。
【００５０】
（脈波検出部）
脈波検出部６０は、例えば図６に示すように、ＬＥＤ６４、フォトトランジスタ６５などを含み、非侵襲的すなわち皮膚を破ることなく末梢における脈波を検出できるように構成されている。この脈波検出部６０は、脈波波形が血流量の変動波形（容積脈波波形）とほぼ同様の波形となることを利用し、毛細血管網に対する光照射と、毛細血管内の血液による反射光量の変動または透過光量の変動の検出とを行うように形成された光センサを用いて脈波（容積脈波）を検出する。
【００５１】
さらに具体的には、脈波検出部６０は、スイッチＳＷがオン状態となり、電源電圧が印加されると、ＬＥＤ６４から光が照射される。この照射光は、被験者の血管や組織によって反射した後に、フォトトランジスタ６５によって受光される。したがって、フォトトランジスタ６５の光電流を電圧に変換したものが、脈波検出部６０の信号ＭＨとして出力される。この場合、ＬＥＤ６４に変えてＬＤを用いても良い。
【００５２】
ここで、ＬＥＤ６４の発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長帯域内で選ばれ、本実施形態では、ヘモグロビンの吸収波長ピーク付近に選ばれる。このため、受光レベルは血流量に応じて変化する。したがって、受光レベルを検出することによって、脈波波形が検出されることとなる。例えば、ＬＥＤ６４としては、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが好適である。このＬＥＤの発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近を発光ピークとし、その発光波長域は、３５０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とすることができるが、近赤外線の波長帯域としても良い。。
【００５３】
このような発光特性を有するＬＥＤに対応するフォトトランジスタ６５として、本実施形態においては、例えばＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リン系）のものを用いることができる。このフォトトランジスタ６５の受光波長領域は、主要感度領域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とし、３００ｎｍ以下にも感度領域があるものとすることができる。
【００５４】
このような青色ＬＥＤ６４とフォトトランジスタ６５とを組み合わせると、その重なり領域である３００ｎｍから６００ｎｍまでの波長領域において、脈波を検出することができ、以下のような利点がある。
【００５５】
まず、外光に含まれる光のうち、波長領域が７００ｎｍ以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていない指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトトランジスタ６５まで到達せず、検出に影響を与えない波長領域の光のみがフォトトランジスタ６５に達する。一方、３００ｎｍより長い波長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域を７００ｎｍ以下としても、実質的な受光波長領域は、３００ｎｍ〜７００ｎｍとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくとも、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中のヘモグロビンは、波長が３００ｎｍから７００ｎｍまでの光に対する吸光係数が大きく、波長が８８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大きい。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域（３００ｎｍから７００ｎｍ）の光を検出光として用いると、その検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波波形のＳＮ比を高めることができる。
【００５６】
このように、脈波検出部６０は、血流量に対応して変化する脈波すなわち容積脈波を、皮膚付近に存在する毛細血管網における赤血球量の変動としてとらえ、皮膚に照射した光の透過量または反射量の変動として検出することができるため、センサを末梢動脈例えば橈骨動脈や側指動脈の位置に合わせることなく検出することができる。したがって、脈波検出部６０は、皮膚付近に存在する毛細血管における赤血球量の変動を、末梢動脈における脈波（容積脈波）として安定して検出することが可能である。なお、脈波検出部６０は、脈圧に基づいて脈波を検出するものであっても良い。また、脈波検出部６０は、指先以外の箇所に装着されてもよく、例えば耳から脈波を検出しても良い。
【００５７】
（弛緩時間測定部の構成例１）
本実施形態では、脈波の一周期（図１のＰ０−Ｐ０時間）と駆出時間ＥＤとの差分から弛緩時間ＤＴを求める。駆出時間ＥＤは、図１にて説明した通り、図１の脈波波形ＭＨ２またはＭＨ３において、脈波の立ち上がり点Ｐ０から、ディクロティクノッチＰ４までの時間間隔とする。
【００５８】
ここで、点Ｐ０及び点Ｐ４は脈波波形ＭＨから直接求めても良いが、脈波波形を二回微分した加速度波形を求めると、脈波波形における変極点Ｐ０，Ｐ４の位置がより顕在化する。そこで、図７に示すように、弛緩時間算出部９０は、体動波形除去部８０からの脈波ＰＴＧを一次微分する一次微分部９２と、一次微分波形ＦＤＰＴＧを二次微分する二次微分部９４とを有する。この場合、弛緩時間算出部９０は、脈波ＰＴＧを一次微分する一次微分部９２のみを有することもできる。
【００５９】
図８（Ａ）は体動波形が除去された脈波の原波形ＰＴＧ、図８（Ｂ）は一次微分波形ＦＤＰＴＧ（速度波形）、図８（Ｃ）は二次微分波形ＳＤＰＴＧ（加速度波形）をそれぞれ示している。図８（Ｂ）に示す一次微分波形ＦＤＰＴＧから駆出時間ＥＤを測定することもできる。図８（Ｃ）に示すように、二次微分波形ＳＤＰＴＧには、図１の変極点Ｐ０〜Ｐ４に相当する、より明確な変極点ａ〜ｅが現われる。この二次微分波形ＳＤＰＴＧにおいて、変極点ａ−ａ間の時間が脈波の一周期であり、変極点ａ−ｅ間の時間間隔が、脈波の立ち上がりからディクロティクノッチまでの駆出時間ＥＤに相当している。よって、弛緩時間算出部９０は、二次微分波形ＳＤＰＴＧ中の一周期と駆出時間ＥＤとの差分から弛緩時間ＤＴを測定することができる。
【００６０】
（弛緩時間測定部の構成例２）
弛緩時間算出部９０は、図９に示すように、体動波形が除去された脈波ＰＴＧに対して、ディクロティクノッチＰ４の波高付近に設定され比較値ＣＯが設定されたコンパレータを含んで構成できる。このコンパレータの出力は図９に示す矩形波ＲＥＰとなる。なお、図９には説明の便宜上脈波ＰＴＧ中に矩形波ＲＥＰを記載したが、矩形波のハイレベルはコンパレータの第１の電源電位Ｖｄｄとなり、ローレベルは第２の電源電位Ｖｓｓとなる。
【００６１】
ここで、矩形波の波幅Ｗは、点Ｐ０からディクロティクノッチＰ４までの駆出時間ＥＤと相関がある。よって、矩形波Ｗのパルス幅Ｗに対応する時間幅を駆出時間ＥＤとみなすことができる。他の方法により求められた脈波または心拍の一周期から、駆出時間ＥＤを差し引くことで弛緩時間ＤＴを求めることができる。
【００６２】
特に、このコンパレータを図１０に示すようなヒステリシス付コンパレータ９６とすると良い。このヒステリシス付コンパレータ９６は、帰還抵抗Ｒ２が＋入力端子に接続されて、正帰還がかかるようになっている。
【００６３】
＋入力端子に入力される電圧は、（Ｖ_０−Ｖ_＋）×Ｒ_１／（Ｒ_１＋Ｒ_２）＋Ｖ_＋となる。ここで、出力電圧Ｖ_０は、コンパレータ９６を駆動する第１，第２の電源電位Ｖｄｄ，Ｖｓｓの一方に常に飽和している。
【００６４】
このため、（Ｖ_０−Ｖ_＋）は常に０より大きい値となり、＋入力端子に入力される電圧は常に、脈波ＰＴＧの電圧レベルＶ_＋より常に大きくなる。このように正帰還の効果によって見かけ上の＋入力電圧が増やされることになる。よって、出力電圧Ｖ_０がＶｄｄまたはＶｓｓのどちらかに飽和すると、入力が変化しても出力電圧は容易に反転しない特性を有する。出力電圧Ｖ０がＶｄｄに飽和している時には、脈波ＰＴＧの電圧Ｖ_＋が基準値ＣＯの電圧Ｖ₋を下回っても、直ちに出力が反転しない。よって、図９において、ディクロティクノッチＰ４付近で矩形波ＲＥが一旦立ち下がった後には、容易に立ち上がらないので、矩形波ＲＥＰを確実に生成できる。
【００６５】
（運動負荷強度評価装置の変形例）
図１の脈波波形ＭＨ２またはＭＨ３のディクロティクノッチＰ４は、図２に示す乳酸閾値ＬＴに達した後の運動負荷強度の負荷中であれば、弛緩時間ＤＴがほぼ一定であることから、ほぼ一定の周波数帯域に現われる。よって、予めディクロティックノッチＰ４を反映する周波数帯域に関心周波数を設定しておき、その関心周波数帯域の周波数スペクトラムが周波数軸上で許容値を超えてずれたら、弛緩時間ＤＴが変化したものと判定できる。乳酸閾値ＬＴを超える運動負荷強度であれば、弛緩時間ＤＴが長くなるので、ディクロティクノッチＰ４を反映する周波数スペクトルは低周波側に移動するはずであるので、それを検出すれば弛緩時間ＤＴの変化を検出できる。
【００６６】
このためには、図１１に示すように、脈波検出部６０からの脈波をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部１２０と、体動波形検出部７０からの体動波形をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部１３０とが設けられる。体動波形除去部８０は、第１，第２のフーリエ変換部１２０，１３０の出力である周波数スペクトルを、同一周波数同士で引き算して、体動波形を除去する。弛緩時間算出部９０は、関心周波数帯域抽出部にて構成される。この関心周波数帯域抽出部９０は、体動波形除去部８０からの各種の周波数スペクトルの中から、被験者の弛緩時間ＤＴを反映する関心周波数帯域の周波数スペクトルを抽出する。以上の構成により、弛緩時間測定部１１が構成される。弛緩時間変化検出部１００は、周波数比較部にて形成され、今回抽出された関心周波数帯域内の周波数スペクトルの周波数を、例えば前回に抽出された基準周波数と比較する。もし、今回抽出の周波数スペクトルが基準周波数と実質的に一致すれば、弛緩時間ＤＴが変化しない乳酸閾値ＬＴを越えた運動負荷強度であることが分かる。逆に、今回抽出の周波数スペクトルが基準周波数よりも周波数軸上で低周波数高周波側に許容値を超えて移動していれば、乳酸閾値ＬＴを越えない運動負荷強度であることが分かる。この場合、図１の脈波波形ＭＨ２またはＭＨ３のディクロティックノッチＰ４を反映する関心周波数帯域に周波数スペクトルを設定すると共に、脈波の一周期を反映する関心周波数帯域の周波数スペクトルを抽出することで、心拍数を求めることができる。
【００６７】
図１２は、さらに他の運動強度評価装置を示している。図１１に示す体動波形除去部８０までの構成は同じである。図１２では、体動波形除去部８０からの出力を逆フーリエ変換してアナログ波形に戻す逆フーリエ変換部１４０を有する。
【００６８】
逆フーリエ変換部１４０以降の構成は、図４と同じであり、かつ図４中の弛緩時間算出部９０として、図７の一次、二次微分部９２，９４を採用している。この弛緩時間算出部９０までの構成要素にて弛緩時間測定部１１が構成される。
【００６９】
図１２に示す構成によれば、脈波に含まれる体動波形は周波数帯域で区別されて脈波中から除去され、弛緩時間ＤＴは脈波を一次微分あるいは二次微分した後の特徴から測定される。
【００７０】
図１３は、運動強度評価装置のさらに他の変形例を示している。
【００７１】
例えば、被験者について、図２に示すような運動負荷強度と弛緩時間、あるいは弛緩時間に対応する心拍数の相関データを予め求めておくことができる。すなわち、被験者に歩行や走行などをさせながら運動負荷強度を変化させる運動負荷試験を実施し、各運動負荷時の弛緩時間、あるいは弛緩時間に対応する心拍数を求めておく。その相関データは、図１３に示すように、例えば入力部２００を介して記憶部２１０に記憶される。図１３では、図４の弛緩時間変化検出部１００に加えてさらに、運動負荷強度検出部２２０が設けられている。この運動負荷強度検出部２２０は、弛緩時間算出部９０からの弛緩時間ＤＴ、あるいは弛緩時間に対応する心拍数と対応する運動負荷強度を、記憶部２１０から読み出して告知部１１０に出力するものである。これにより、被験者は現在行っている運動負荷強度を仕事率（ｗａｔｔ）あるいは心拍数（ｂｅｅｔ／ｍｉｎ）で認識することができる。
【００７２】
ここで、図２に示すように、運動負荷強度が乳酸閾値ＬＴと対応する強度を越えた後は、弛緩時間ＤＴは実質的に一定または微減する。よって、弛緩時間の変化の少ない無酸素運動域では、運動負荷強度の検出が困難であるし、その運動負荷強度を知るニーズも少ない。よって、本実施形態では、弛緩時間変化検出部１００にて弛緩時間が実質的に一定または微減する時、つまり乳酸閾値ＬＴを越えた運動域であるときに、運動負荷強度検出部２２０にて運動負荷強度を検出するように構成しても良い。このためには、図１３に示すように、弛緩時間変化検出部１００からの信号が運動負荷強度検出部２２０に入力されている。本実施形態では、弛緩時間変化検出部１００にて弛緩時間ＤＴが実質的に変化しなくなった時に、心拍数を算出する心拍の一周期の時間間隔を出力する。
【００７３】
（運動機器）
上述した運動強度評価装置を組み込んで運動機器を構成することができる。本実施形態では、駆出弛緩変化検出部１００にて弛緩時間ＤＴが実質的に変化しなくなった時、つまり乳酸閾値ＬＴ付近の運動強度に至ったときに、弛緩時間変化検出部１００から出力されることが可能な心拍数に基づいて、運動強度の上限と下限の範囲を心拍数で設定することができる。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は運動負荷強度評価装置として腕時計型のものを示したが、本発明を運動機器に適用する場合には、被験者の脈波または心電図を検出する検出部のみを被験者に装着し、その他の構成は運動機器本体に装着してもよい。
【００７４】
図１４は走行マシーン３００を示し、被験者の耳から脈波を検出する脈波検出部３１０が装置本体部３２０に接続されている。もちろん、耳以外の部分から脈波を検出してもよく、上述の実施形態のように指先の他、手首などでも良い。
【００７５】
図１４に示す走行マシーン３００では負荷出力部としての走行ベルト３３０の速度が本体３２０での制御に基づき可変である。装置本体部３２０には記憶媒体挿入口３２２に対して記憶媒体３２４が挿脱可能となっている。この記憶媒体３２４に被験者に固有の運動メニューが記録され、その運動メニューは装置本体部３２０に設けた出力部例えば表示部３２６に表示可能となっている。この表示部３２６は、運動負荷強度が乳酸閾値を超えた運動領域に入ったことを告知する告知部として兼用できる。
【００７６】
運動メニューとしては、上述した運動負荷強度評価装置を用いて、各個人について運動負荷強度と心臓の弛緩時間とを予め測定しておき、各個人について安全でかつ効果的な運動メニューを設定できる。安全でかつ効果的な運動メニューは、被験者について運動負荷強度と弛緩時間との相関より予め求められる乳酸閾値ＬＴに基づいた所定の運動負荷強度範囲に設定される。この運動負荷強度範囲は、例えば心臓疾患者あるいは一般健常者などに対しては乳酸閾値ＬＴ付近に設定するとよい。しかし、駆出時間がわずかに減少しているか、さらに減少する範囲で有れば、一時的に乳酸閾値を超える範囲に設定してもよい。これに限らず、例えば競技者の場合には乳酸閾値ＬＴを超える範囲に設定してもよい。こうすると、例えば実際の競技でのラストスパートなどの極限の運動状況を運動機器にて再現でき、効果的な訓練となる。
【００７７】
図１５はペダルマシーン３４０に本発明を適用したものである。この例では、被験者の胸部に装着される心電図検出部３５０が装置本体部３６０に接続されている。ペダルマシーン３４０の負荷出力部はペダル３７０であり、装置本体部３７０での制御に基づきペダル３７０を回転するのに要する負荷が可変である。なお、心電図検出部３５０は、図１に示す心電波形ＳＷを検出する。装置本体部３６０内には、弛緩時間測定部が設けられる。この弛緩時間測定部は、心電波形ＳＷの中から図１に示すＲ−Ｒ時間を心拍の一周期、Ｑ−Ｔ時間を駆出時間ＥＤとして検出し、両者の差分から弛緩時間ＤＴを測定する。また、図１５では省略してあるが、図１４に示す記録媒体挿入部３２２、記録媒体３２４及び表示部３２６が同様にして設けられている。
【００７８】
なお、本発明は上述した各種の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００７９】
なお、上述した実施形態での弛緩時間に代えて、心拍または脈波の一周期（図１に示す心電波形ＳＷ中のＲ−Ｒ時間または脈波波形ＭＨ２，ＭＨ３中のＰ０−Ｐ０時間）に対する弛緩時間ＤＴの割合（正規化された弛緩時間という）を指標とし、それに基づいて乳酸閾値ＬＴに達したか否かなどを検出しても良い。ここで、心拍の一周期は運動負荷強度が大きくなるに従い、乳酸閾値ＬＴの前後に拘らずほぼ一定の比率で短くなる。これに対して、弛緩時間ＤＴは図２の通り乳酸閾値ＬＴの前後で変化率が異なる。
【００８０】
ここで、図１６は、運動負荷強度と正規化した弛緩時間の関係をプロットしたものである。運動負荷強度を横軸に、弛緩時間ＤＴを縦軸にとり、正規化された弛緩時間を運動負荷強度毎にプロットしたものである。乳酸閾値ＬＴに相当する運動負荷強度は１００Ｗ付近であり、乳酸閾値ＬＴを越えない範囲では、運動負荷強度が大きくなるに従い正規化された弛緩時間は小さくなり、乳酸閾値ＬＴを越える範囲では、正規化された弛緩時間は運動負荷強度に依存せずにほぼ一定となる。
【００８１】
図１７は、図２に示すＲ−Ｒ時間を横軸に、弛緩時間ＤＴを縦軸にとり、運動負荷強度毎にプロットしたものである。ここで、図２の乳酸閾値ＬＴに相当する運動負荷強度は１００Ｗ付近であり、それに対応するＲ−Ｒ時間はほぼ５００ｍＳである。図１７においては、Ｒ−Ｒ時間が５００ｍＳを越える範囲（換言すれば、乳酸閾値ＬＴを越えない範囲）では、運動負荷強度が大きくなるに従い（横軸で左方向に向かうに従い）、弛緩時間は小さくなる。一方、Ｒ−Ｒ時間が５００ｍＳを越えない範囲（換言すれば、乳酸閾値ＬＴを越える範囲）では、正規化された弛緩時間は運動負荷強度に依存せずにほぼ一定である。
【００８２】
このように、弛緩時間は、乳酸閾値ＬＴに達するまでは、運動負荷強度が大きくなってもほとんど変化せずに実質的に一定であるのに対し、乳酸閾値ＬＴに達した以降の減少率は心拍の一周期の減少率とほぼ比例する。このことを利用して、上述の各種実施形態にて弛緩時間から乳酸閾値ＬＴに達したことを告知し、あるいは運動中の負荷強度を告知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】心臓から流出する直後の脈波波形と末梢部の脈波波形との関係を示す図である。
【図２】運動負荷強度、血液中の乳酸量、弛緩時間及び心拍の一周期の関係を示す特性図である。
【図３】橈骨駆出時間と心音収縮時間との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施形態に係る運動負荷強度評価装置のブロック図である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る運動負荷強度評価装置の外観図である。
【図６】図５（Ｂ）に示す脈波検出部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図７】一次・二次微分回路を有する弛緩時間測定部のブロック図である。
【図８】図８（Ａ）は体動波形が除去された脈波の原波形ＰＴＧ、図８（Ｂ）は一次微分波形ＦＤＰＴＧ（速度波形）、図８（Ｃ）は二次微分波形ＳＤＰＴＧ（加速度波形）をそれぞれ示す波形図である。
【図９】コンパレータにて脈波を比較値と比較することで生成される、駆出時間と相関のある矩形波を示す特性図である。
【図１０】脈波から図９に示す矩形波を生成するヒステリシス付コンパレータの回路図である。
【図１１】弛緩時間に相当する周波数スペクトルを監視する運動負荷強度評価装置の変形例を示すブロック図である。
【図１２】体動除去は周波数スペクトルに基づいて除去し、弛緩時間は脈波の二次微分波形の特徴から測定する運動負荷強度評価装置の変形例を示すブロック図である。
【図１３】予め測定した弛緩時間と運動負荷強度との相関データに基づき、運動時に測定した弛緩時間からその運動負荷強度を検出できる変形例のブロック図である。
【図１４】本発明の運動機器の一例である走行マシーンの概略説明図である。
【図１５】本発明の運動機器の他の一例であるペダルマシーンの概略説明図である。
【図１６】運動負荷強度と正規化した弛緩時間の関係を示す特性図である。
【図１７】心周期と正規化した弛緩時間の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０運動負荷強度評価装置、１１弛緩時間測定部、６０脈波検出部、７０体動波形検出部、８０体動波形除去部、９０弛緩時間算出部、９２一次微分部、９４二次微分部、９６ヒステリシス付コンパレータ、１００弛緩時間変化検出部、１１０告知部、１２０第１のフーリエ変換部、１３０第２のフーリエ変換部、１４０逆フーリエ変換部、２００入力部、２１０記憶部、２２０運動負荷強度検出部、３００，３４０運動機器、３１０脈波検出部、３２０，３６０装置本体、３２２記録媒体挿入口、３２４記録媒体、３２６出力部（表示部）、３３０，３７０負荷出力部、３５０心電図検出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exercise load intensity evaluation device and an exercise device for evaluating an exercise load intensity of a subject. In particular, the present invention relates to an exercise load intensity evaluation device and an exercise device that can evaluate whether the current exercise intensity is a safe and effective exercise, or can evaluate the exercise load intensity itself.
[0002]
BACKGROUND ART AND PROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION
An anaerobic threshold (AT: anaerobic threshold) in which the threshold at which the blood lactate concentration starts to increase (also called the threshold for switching from aerobic exercise to anaerobic exercise) is expressed as a numerical value of exercise load intensity or oxygen intake. ) Is known to be a useful index for evaluating exercise effects on the functions of the respiratory system and circulatory system, and for selecting an appropriate exercise load intensity in sports training. This threshold is detected by detecting a lactate threshold (LT), which is a numerical value of exercise load intensity or oxygen uptake, at which the lactate concentration in the blood starts to rapidly increase, or during expiration due to an increase in exercise load intensity. Can be detected by detecting a ventilation threshold (VT), which is a numerical value of exercise load intensity or oxygen intake at which the rate of increase in carbon dioxide becomes even higher. This threshold is similar to a threshold at which sympathetic nervous activity is enhanced (CT: catecholamine threshold).
[0003]
However, the measurement of the lactate level in the blood must be performed invasively because the blood must be collected, and it is difficult to perform the measurement easily together with the exercise.
[0004]
In addition, monitoring of oxygen intake and carbon dioxide generation, which is performed to detect the ventilation threshold, performs breathing through a mouthpiece connected to a conduit extending from the device, and measures the amount and components of inspiration and expiration Need for large-scale equipment.
[0005]
An object of the present invention is to provide an exercise load intensity evaluation device and an exercise apparatus that can evaluate a safe and effective exercise load intensity based on a relaxation time detected noninvasively.
[0006]
It is another object of the present invention to provide an exercise load intensity evaluation device and an exercise device that can obtain safe and effective exercise by evaluating exercise load intensity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The exercise load intensity evaluation device according to one aspect of the present invention,
A relaxation time measuring unit that non-invasively measures the relaxation time of the subject's heart during exercise,
The relaxation time measured by the relaxation time measurement unit is input for each elapse of time, a relaxation time change detection unit that detects a change in each relaxation time,
Having.
[0008]
Here, the diastolic time (DT) is the time of the diastolic phase of the heart, and can be estimated from the characteristics of the electrocardiographic waveform or pulse waveform measured noninvasively.
[0009]
The relaxation time of the heart decreases with an increase in the exercise load intensity, but when the exercise load intensity corresponding to the lactate threshold (LT) is exceeded, the relaxation time remains unchanged or slightly changes, and is clearly around the lactate threshold. An inflection point is recognized. Therefore, for example, when exercising while increasing the exercise load intensity, if the relaxation time change detection unit detects the change in relaxation time, the current exercise is the exercise load intensity of exercise that does not reach the lactate threshold, or lactate It can be evaluated whether or not the exercise load intensity of the exercise that has reached the threshold value. For example, as one index, the vicinity of the lactate threshold can be defined as safe and effective exercise, and this exercise range can be determined based on the output from the relaxation time change detection unit. The exercise intensity at this time can be notified by the heart rate and the work rate (watt).
[0010]
Here, an exercise load intensity measurement unit for measuring the exercise load intensity of the subject may be further provided. In this case, the relaxation time change detection unit can detect a change in relaxation time corresponding to different exercise load intensities based on the output of the exercise load intensity measurement unit. Therefore, if the relaxation times corresponding to different exercise load intensities are substantially equal, it can be recognized that the exercise exceeds the lactic acid threshold.
[0011]
In one aspect of the present invention, the relaxation time measurement unit is based on a body motion due to the motion of the subject, a body motion waveform detection unit that detects a body motion waveform, and a pulse wave from the pulse wave detection unit, The apparatus may further include a body motion waveform removing unit that removes a body motion waveform from the body motion waveform detection unit. This is because it is desirable to eliminate this adverse effect because the body motion during exercise adversely affects the pulse wave. In this case, since the pulse wave from which the body motion waveform has been removed is input to the relaxation time measuring unit, the exercise load intensity can be evaluated with higher accuracy.
[0012]
The relaxation time measuring unit can measure the relaxation time by subtracting the ejection time from the rising of the pulse wave to the dichroic notch from one cycle of the pulse wave. As described in detail below, the time interval from the rise of the pulse wave to the dichroic notch reflects the ejection time, and the sum of the ejection time and the relaxation time is one cycle of the pulse wave. is there.
[0013]
The ejection time at the heart can be determined from a heart sound chart. Therefore, the relationship between the contraction time obtained by measuring the time interval obtained from the aortic valve opening time S1 and the aortic valve closing time S2 obtained in advance by a heart sound diagram and the time interval from the rise of the pulse wave to the dichroic notch. The time interval from the rise of the pulse wave to the dichroic notch can be corrected using the correlation equation to calculate the ejection time.
[0014]
The relaxation time measuring unit may include a first-order differentiator for performing a first-order differentiation of the pulse wave, and a second-order differentiator for performing a second-order differentiation of the first-order differential waveform. This is because in the first derivative waveform and the second derivative waveform, the characteristics of the pulse wave described above become more apparent, and the relaxation time can be measured based on the characteristics.
[0015]
The relaxation time measuring unit may include a comparator for comparing a pulse wave peak value with a reference value. The ejection time can be measured based on the width of the rectangular wave from the comparator. The relaxation time can be obtained by subtracting the ejection time from one cycle of the pulse wave. At this time, a comparator with hysteresis having a feedback resistor connected to the positive input terminal can be used. This is because the comparator with hysteresis can delay the rise of the rectangular wave, for example, immediately after the rectangular wave falls near the dichroic notch even if the peak value of the pulse wave exceeds the reference value again. As a result, a rectangular wave reflecting the ejection time can be secured.
[0016]
The relaxation time measuring unit may further include a Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the pulse wave from the pulse wave detecting unit. In this case, the relaxation time measuring unit extracts a frequency spectrum based on the characteristics of the pulse wave reflecting the relaxation time of the heart from the frequency spectrum subjected to Fourier transform. The relaxation time change detection unit detects a change in the frequency of the frequency spectrum extracted from the relaxation time measurement unit every time the time elapses. Thus, a change in relaxation time can be detected based on the frequency spectrum.
[0017]
A relaxation time measuring unit, a first Fourier transform unit for Fourier transforming the pulse wave from the pulse wave detecting unit, and a second Fourier transform unit for Fourier transforming the body motion waveform from the body motion waveform detecting unit. Can be further provided. In this case, the body motion waveform removing unit subtracts the frequency spectra of the same frequency from the frequency spectra of each frequency band from the first and second Fourier transform units. Thus, body motion can be removed at the stage of the frequency spectrum. Subsequent relaxation time detection and relaxation time change detection can be performed based on the frequency spectrum in the same manner as described above.
[0018]
Alternatively, the relaxation time measuring section measures an inverse Fourier transform section for performing an inverse Fourier transform on an output from the body motion waveform removing section, and measures a time interval from a rise of the inverse Fourier transformed pulse wave to a dichroic notch. You may. Alternatively, the relaxation time may be measured based on a first-order differential waveform or a second-order differential waveform, including a first-order differentiator for performing a first-order differentiation and a second-order differentiator for performing a second-order differentiation of the first-order differential waveform.
[0019]
In the present invention, it is possible to further include a notifying unit for notifying that there is no exercise exceeding the lactic acid threshold based on the output of the relaxation time change detecting unit. This allows the subject to continue exercising with the exercise intensity near the lactic acid threshold, and it is sufficient to keep the exercise load intensity constant when notified.
[0020]
In this case, the notification unit may notify the heart rate from the time of one cycle of the heartbeat output from the relaxation time change detection unit.
[0021]
In another aspect of the present invention, the exercise load intensity corresponding to the relaxation time from the storage unit based on the relaxation time measured by the relaxation time measurement unit instead of or in addition to the relaxation time change detection unit described above. Can be provided. The storage unit previously stores correlation data between the relaxation time of the subject's heart and the exercise load intensity. In this way, the load intensity during exercise can be recognized.
[0022]
In this case, the exercise load intensity detection unit may detect the exercise load intensity when the relaxation time changes in the relaxation time change detection unit.
[0023]
In the present invention, the ratio of the relaxation time to one cycle of the heartbeat or pulse wave (referred to as normalized relaxation time) may be used instead of the relaxation time. Here, one cycle of the heartbeat or the pulse wave becomes shorter at a substantially constant ratio regardless of before and after the lactate threshold LT as the exercise load intensity increases. On the other hand, the change rate of the relaxation time differs before and after the lactic acid threshold LT as shown in FIG. Therefore, the normalized relaxation time decreases as the exercise load intensity increases until the lactate threshold LT is reached, but after the lactate threshold LT is reached, regardless of the decrease in one cycle of the heartbeat or pulse wave Almost constant or slightly rising. By utilizing this, it is possible to notify that the lactate threshold LT has been reached from the relaxation time normalized in the above-described various modes, or to notify the load intensity during exercise and the safety of exercise. .
[0024]
In addition, the notification unit sets a relaxation time that exceeds the safe exercise range in the storage unit in advance, and when the measured relaxation time becomes shorter than the relaxation time stored in the storage unit, the notification unit is out of the safety range. Can also be notified.
[0025]
Still another embodiment of the present invention is an exercise apparatus including an exercise load evaluation device. This exercise device can output, for example, an exercise menu having a different exercise load intensity to a display unit or the like, or can change an exercise load intensity acquired by the subject according to the exercise menu by the load output unit. For example, the belt speed of the traveling machine or the pedal load of the pedal machine moon may be changed. As this exercise menu, the exercise load intensity and the relaxation time of the heart may be measured in advance for each individual, and a safe and effective exercise menu for each individual may be set in the exercise equipment. The safe and effective exercise menu is set in a predetermined exercise load range based on the lactate threshold value obtained in advance from the correlation between the exercise load intensity and the relaxation time for the subject. The exercise load range may be set near the lactate threshold for, for example, a person with a heart disease or a healthy person. However, the present invention is not limited to this. For example, in the case of an athlete, it may be set to a range exceeding the lactic acid threshold value. Further, the range of the exercise load intensity may be set in the range of the heart rate based on one cycle of the heartbeat output by the relaxation time change detecting unit. Further, if the storage medium for storing the exercise menu unique to the subject is made detachable from the exercise equipment, the exercise menu suitable for the subject can be easily set.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
(Explanation of relaxation time)
FIG. 1 shows the cycle of the heart. In FIG. 1, a waveform SW is an electrocardiographic waveform, a waveform MH1 is an aortic blood pressure waveform immediately after flowing out of the heart, and a waveform MH2 is a general pulse wave waveform of a peripheral portion (radial artery). In FIG. 1, the time delay due to the blood flow is ignored.
[0028]
First, the ejection duration ED (Ejection Duration) will be described. In a strict sense, the ejection time is a time interval between the aortic valve opening time t1 and the aortic valve closing time t2 in the aortic blood pressure waveform MH1, and is about 280 ms at rest. Since the opening of the aortic valve is caused by the contraction of the ventricle, this time interval substantially coincides with the time of the ventricular systole (Systolic Time) (corresponding to the QT time in the electrocardiographic waveform SW in FIG. 1). Ventricular systolic time includes isovolumetric contraction and ejection time, which is the time difference between the onset of electrical systole and the release of the aortic valve.
[0029]
On the other hand, the relaxation time DT of the heart is the time of the ventricular diastole, and isovolumic contraction + ejection time ED + relaxation time DT = one cycle of heartbeat or pulse wave (for example, RR in the electrocardiogram waveform SW in FIG. 1). Time or P0-P0 time in the pulse wave waveform MH2). Therefore, the relaxation time DT may be directly obtained by measuring the heart sound, or may be obtained by subtracting the ejection time ED from one cycle of the heartbeat or pulse wave.
[0030]
The notch N2 in the peripheral pulse wave waveform MH2 is caused by aortic valve closure. Therefore, the time interval from the minimum peak P0 to the peak P4 generated immediately after the maximum peak P1 in the pulse wave waveform MH2 is called an estimated systolic time, and the ejection time ED can be estimated.
[0031]
Here, it is known that there are individual differences in pulse wave waveforms, and even in the same individual, the waveform shape changes depending on the physical condition and the like. For this reason, the peak P2 and the peak P3 may overlap as shown in the waveform MH3 instead of the peripheral pulse wave waveform MH2, and the notch N1 may not occur. In the present embodiment, the time interval from the point P0 to the dichroic notch P4 is treated as the ejection time ED regardless of the types of the pulse waves MH2 and MH3 in FIG.
[0032]
For this reason, the following description will proceed assuming that the ejection time ED includes not only a strict meaning but also a ventricular systolic time (Systemic Time) and an estimated systolic time (Estimated Systolic Time). In the present embodiment, a description will be mainly given of a method of subtracting the ejection time ED from one cycle of a heartbeat or a pulse wave.
[0033]
From the above description, the relaxation time DT of the heart can be estimated from the characteristics of the electrocardiographic waveform or pulse wave. In the following description, an embodiment in which the relaxation time is estimated from the pulse wave will be described. However, the relaxation time may be estimated from the electrocardiogram waveform SW in FIG. 1 using an electrocardiogram measurement unit. In the electrocardiogram waveform SW of FIG. 1, each inflection point of the Q point and the T point can be obtained based on the Q wave, and it can be estimated that Q−T time = contraction time. Although the contraction time is strictly equal to the equal volume contraction time + ejection time, it may be estimated as the contraction time = ejection time. Further, the RR time of the electrocardiographic waveform SW in FIG. 1 can be set as one cycle of the heartbeat, and the relaxation time can be obtained by subtracting the ejection time therefrom.
[0034]
(Correlation between relaxation time and lactic acid amount)
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the correlation between the relaxation time DT, the ejection time ED, the pulse wave or one cycle of the heartbeat (RR time), and the lactate value with respect to the exercise load intensity of a certain subject. The horizontal axis in FIG. 2 is the exercise load intensity (Watt), the left vertical axis is time (msec), and the right vertical axis is the lactate value (mmol / l) generated in blood.
[0035]
Here, the correlation between the blood lactate value and the fatigue according to the exercise load intensity is known, and also in FIG. 2, the blood lactate value increases as the exercise load intensity increases.
[0036]
It is also known that if the exercise load intensity is low, fatigue is small and the amount of lactic acid in blood does not increase so much.
[0037]
Here, FIG. 2 shows the relationship between the RR time and the relaxation time DT and the exercise load intensity. It is known that the RR time decreases at a substantially constant rate as the exercise load intensity increases. In FIG. 2, it can be seen that the relaxation time DT becomes shorter at approximately the same ratio as the RR time before reaching the lactate threshold LT, but hardly changes when it exceeds the lactate threshold LT. The ejection time ED is a difference between the RR time and the isometric contraction + relaxation time DT. As shown in FIG. 2, the ejection time ED hardly changes before the lactic acid threshold LT is reached, and the R exceeds the lactic acid threshold LT. -R time is reduced at almost the same rate as the R time. The optimal exercise for the human body is to continue exercise at an intensity of the lactate threshold LT or the threshold CT at which sympathetic nervous activity is enhanced, and corresponds to the threshold LT or the threshold CT based on the ejection time detected noninvasively. It is very useful to know the intensity of the exercise load.
[0038]
As shown in FIG. 2, up to an exercise load intensity of around 100 [Watt], the ejection time ED hardly changes, and the relaxation time DT becomes shorter at substantially the same ratio as the RR time. The value changes little. However, when the exercise load intensity exceeds 100 [Watt], the ejection time ED becomes short, the relaxation time DT hardly changes, and the rate of increase in the lactate value in the blood increases. In the case of this subject, a point where the exercise load intensity is around 100 [Watt] is the lactate threshold LT (Lactate Threshold).
[0039]
As described above, the relaxation time DT is monitored during the exercise in which the exercise load intensity is changed, and during the change, the exercise intensity is equal to or less than the lactate threshold LT. Since it is known that the exercise intensity has been reached, guidance such as maintaining the exercise intensity can be provided.
[0040]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a radial ejection time and a heart sound contraction time of six subjects. The radial ejection time is a time interval from the rise of the radial artery wave to the dichroic notch, and the heart sound contraction time is measured at a time interval from one sound to two sounds of a heart sound chart. The horizontal axis in FIG. 3 is the radial ejection time (msec), and the vertical axis is the heart sound contraction time (msec). As shown in FIG. 3, the correlation between the radial ejection time and the heart sound contraction time is R, where R is the correlation coefficient. ² = 0.7044 (coefficient of determination), and is approximated by the linear expression y = 1.2456x-87.18. This makes it possible to centrally correct the ejection time determined from the peripheral pulse wave. This correction unit can be provided in the ejection time measurement unit 90 described later. The above-mentioned linear expression is not limited to the one using the general expression, but a coefficient can be obtained in advance for each subject from a heart sound chart or the like.
[0041]
(Overview of exercise load intensity evaluation device)
The exercise load intensity evaluation device of the present embodiment evaluates the exercise load intensity of a subject based on the above-described principle, and has a configuration shown in the block diagram of FIG. 4, the exercise load intensity evaluation device 10 includes a pulse wave detection unit 60, a body movement waveform detection unit 70, a body movement waveform removal unit 80, a relaxation time calculation unit 90, a relaxation time change detection unit 100, and a notification unit 110. . Here, in the present embodiment, the relaxation time measurement unit 11 is configured by the pulse wave detection unit 60, the body movement waveform detection unit 70, the body movement waveform removal unit 80, and the relaxation time calculation unit 90.
[0042]
The pulse wave detection unit 60 non-invasively detects a pulse wave in the peripheral part of the subject. The body movement waveform detection unit 70 detects a body movement waveform caused by the body movement of the subject during exercise, and can be configured by, for example, an acceleration sensor. The body movement waveform removing section 80 removes the body movement waveform from the body movement waveform detecting section 70 from the pulse wave from the pulse wave detecting section 60. The relaxation time calculation unit 90 calculates one cycle (RR time) of the pulse wave from the peak P0 to the next peak P0 from the pulse wave from which the body motion waveform has been removed (for example, the pulse wave MH2 or MH3 in FIG. 1). ) And the ejection time ED from the peak P0 to the peak P4), and the relaxation time DT is calculated from the difference between the two. The relaxation time change detection unit 100 receives the time interval of one cycle of the pulse wave measured by the relaxation time calculation unit 90 and the relaxation time DT every time, and detects a change in each relaxation time DT. It is also possible to output the heart rate when the relaxation time DT becomes substantially constant. If the subject is exercising with a forcible load intensity exceeding the lactate threshold LT in FIG. 2, the relaxation time DT is substantially constant or slightly reduced, so that it is possible to detect whether or not the lactate threshold LT has been reached. The notification unit 110 can know the heart rate near the lactate threshold LT when the relaxation time DT becomes substantially constant in the relaxation time change detection unit 100, and in addition to the change in the relaxation time, gives the subject It can also announce your heart rate. By this notification, the subject can detect that the exercise load intensity has entered near the lactic acid threshold LT. Therefore, if the exercise load intensity is maintained after the notification, the exercise can be continuously performed at an intensity near the lactic acid threshold LT. In this case, it is useful to notify the heart rate when the relaxation time becomes a substantially constant value. For example, by setting this heart rate as the upper limit value and setting 90% of the upper limit value in the range of the lower limit value, safe and effective exercise can be continuously performed.
[0043]
Here, as shown in FIG. 4, an exercise load intensity measurement unit 102 for measuring the exercise load intensity of the subject can be further provided. The output from the measuring unit 102 is input to the relaxation time change detecting unit 100. Therefore, the relaxation time change detection unit 100 can be configured to detect a change in relaxation time corresponding to a different exercise load intensity, and not to detect a change in relaxation time when the exercise load intensity does not change. Therefore, the relaxation time change detection unit 100 can detect a change in relaxation time corresponding to different exercise load intensities.
[0044]
(External configuration of exercise load intensity evaluation device)
The exercise load intensity evaluation device of the present embodiment can have an external configuration as shown in, for example, FIGS. 5A, 5B, and 5C, but is not limited thereto. The exercise load intensity evaluation device 10 is provided on a device main body 12 having a wristwatch-like structure, a cable 58 connected to the connector section 20 of the device main body 12 via a connector piece 57, and a distal end side of the cable 58. And a pulse wave detector 60. A wristband 56 is attached to the device main body 12, and the device main body 12 is attached to the wrist of the subject by the wristband 56.
[0045]
The apparatus main body 12 includes a connector section 20, and a connector piece 57 serving as an end of a cable 58 is detachably attached to the connector section 20.
[0046]
FIG. 5C shows the connector section 20 from which the connector piece 57 is removed, and includes, for example, a connection pin 21 for connecting to a cable 58, an LED 22 for performing data transfer, and a phototransistor 23.
[0047]
In addition, on the front side of the apparatus main body 12, a display unit 54 made of, for example, a liquid crystal panel is provided as an example of the notification unit 110. The display unit 54 has a segment display area, a dot display area, and the like, and displays an evaluation result of exercise load intensity and the like. The display unit 54 may use another display device instead of the liquid crystal panel.
[0048]
A CPU (central processing unit) for controlling various calculations and conversions, and a memory for storing a program for operating the CPU and the like (not shown) are provided inside the apparatus main body 12 (not shown). And a button switch 14 for performing input.
[0049]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the pulse wave detector 60 is worn near the base of the subject's index finger while being shielded from light by the sensor fixing band 62. As described above, when the pulse wave detection unit 60 is mounted near the base of the finger, the cable 58 can be shortened, so that the cable 58 does not become an obstacle even when mounted. Further, since the change in blood flow due to air temperature is smaller in the vicinity of the base of the finger than in the fingertip, the influence of the air temperature or the like on the detected pulse waveform is relatively small.
[0050]
(Pulse wave detector)
The pulse wave detector 60 includes, for example, an LED 64 and a phototransistor 65 as shown in FIG. 6 and is configured to be non-invasive, that is, capable of detecting a pulse wave in the periphery without breaking the skin. The pulse wave detector 60 utilizes the fact that the pulse wave waveform is substantially the same as the fluctuation waveform of the blood flow (volume pulse wave waveform), and irradiates the capillary network with light and reflects the blood in the capillary blood vessels. A pulse wave (volume pulse wave) is detected by using an optical sensor formed to detect a change in light amount or a change in transmitted light amount.
[0051]
More specifically, the pulse wave detector 60 emits light from the LED 64 when the switch SW is turned on and a power supply voltage is applied. This irradiation light is received by the phototransistor 65 after being reflected by blood vessels and tissues of the subject. Therefore, a signal obtained by converting the photocurrent of the phototransistor 65 into a voltage is output as the signal MH of the pulse wave detector 60. In this case, an LD may be used instead of the LED 64.
[0052]
Here, the emission wavelength of the LED 64 is selected within the absorption wavelength band of hemoglobin in blood, and in the present embodiment, is selected near the absorption wavelength peak of hemoglobin. Therefore, the light receiving level changes according to the blood flow. Accordingly, the pulse wave waveform is detected by detecting the light receiving level. For example, as the LED 64, an InGaN-based (indium-gallium-nitrogen-based) blue LED is suitable. The emission spectrum of this LED has an emission peak near 450 nm, and the emission wavelength range can be from 350 nm to 600 nm, but may be a near infrared wavelength range. .
[0053]
In the present embodiment, for example, a GaAsP-based (gallium-arsenic-phosphorus-based) phototransistor can be used as the phototransistor 65 corresponding to an LED having such light emission characteristics. In the light receiving wavelength region of the phototransistor 65, the main sensitivity region is in a range from 300 nm to 600 nm, and the sensitivity region can be 300 nm or less.
[0054]
When such a blue LED 64 and the phototransistor 65 are combined, a pulse wave can be detected in a wavelength region from 300 nm to 600 nm, which is an overlapping region thereof, and has the following advantages.
[0055]
First, among the light included in the external light, light having a wavelength region of 700 nm or less tends to hardly pass through the tissue of the finger, so that the external light is applied to a part of the finger that is not covered with the sensor fixing band. However, only light in a wavelength region that does not affect detection does not reach the phototransistor 65 via the finger tissue, and reaches the phototransistor 65. On the other hand, light in a wavelength region longer than 300 nm is almost absorbed by the skin surface, so that even if the light reception wavelength region is set to 700 nm or less, the substantial light reception wavelength region is 300 nm to 700 nm. Therefore, the influence of external light can be suppressed without covering the finger with a large scale. Further, hemoglobin in blood has a large absorption coefficient for light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and is several times to about 100 times or more larger than the absorption coefficient for light having a wavelength of 880 nm. Therefore, as in this example, when light in a wavelength region (300 nm to 700 nm) having a large light absorption characteristic is used as detection light in accordance with the light absorption characteristic of hemoglobin, the detected value changes with high sensitivity according to a change in blood volume. Therefore, the SN ratio of the pulse waveform based on the change in blood volume can be increased.
[0056]
As described above, the pulse wave detection unit 60 regards a pulse wave, that is, a volume pulse wave, that changes in accordance with the blood flow as a change in the amount of red blood cells in the capillary network existing near the skin, and transmits the light irradiated to the skin. Since it can be detected as a change in the amount or the amount of reflection, it can be detected without adjusting the sensor to the position of a peripheral artery, for example, the radial artery or the lateral digital artery. Therefore, the pulse wave detecting unit 60 can stably detect a change in the amount of red blood cells in the capillaries near the skin as a pulse wave (volume pulse wave) in the peripheral artery. Note that the pulse wave detector 60 may detect a pulse wave based on a pulse pressure. Further, the pulse wave detection unit 60 may be attached to a place other than the fingertip, and may detect a pulse wave from an ear, for example.
[0057]
(Configuration Example 1 of Relaxation Time Measurement Unit)
In the present embodiment, the relaxation time DT is obtained from the difference between one cycle of the pulse wave (P0-P0 time in FIG. 1) and the ejection time ED. As described with reference to FIG. 1, the ejection time ED is a time interval from the pulse wave rising point P0 to the dichroic notch P4 in the pulse wave waveform MH2 or MH3 in FIG.
[0058]
Here, the points P0 and P4 may be directly obtained from the pulse waveform MH. However, if the acceleration waveform obtained by differentiating the pulse waveform twice is obtained, the positions of the inflection points P0 and P4 in the pulse waveform become more apparent. I do. Therefore, as shown in FIG. 7, the relaxation time calculation unit 90 includes a primary differentiator 92 that performs first-order differentiation of the pulse wave PTG from the body motion waveform remover 80, and a second differentiator that performs second-order differentiation of the primary differential waveform FDPTG. 94. In this case, the relaxation time calculating section 90 may include only the primary differentiating section 92 for performing the primary differentiation of the pulse wave PTG.
[0059]
8A is an original waveform PTG of a pulse wave from which a body motion waveform has been removed, FIG. 8B is a first derivative waveform FDPTG (velocity waveform), and FIG. 8C is a second derivative waveform SDPTG (acceleration waveform). Are respectively shown. The ejection time ED can also be measured from the first derivative waveform FDPTG shown in FIG. As shown in FIG. 8C, more distinct inflection points a to e corresponding to the inflection points P0 to P4 in FIG. 1 appear in the second derivative waveform SDPTG. In this secondary differential waveform SDPTG, the time between the inflection points a and a is one cycle of the pulse wave, and the time interval between the inflection points a and e is the ejection time from the rise of the pulse wave to the dichroic notch. It corresponds to ED. Therefore, the relaxation time calculation unit 90 can measure the relaxation time DT from the difference between one cycle in the secondary differential waveform SDPTG and the ejection time ED.
[0060]
(Configuration Example 2 of Relaxation Time Measurement Unit)
As shown in FIG. 9, the relaxation time calculation unit 90 includes a comparator which is set near the wave height of the dichroic notch P4 and sets the comparison value CO with respect to the pulse wave PTG from which the body motion waveform has been removed. Can be configured. The output of this comparator is a rectangular wave REP shown in FIG. Although the rectangular wave REP is described in the pulse wave PTG in FIG. 9 for convenience of description, the high level of the rectangular wave is the first power supply potential Vdd of the comparator, and the low level is the second power supply potential Vss.
[0061]
Here, the wave width W of the rectangular wave has a correlation with the ejection time ED from the point P0 to the dichroic notch P4. Therefore, the time width corresponding to the pulse width W of the rectangular wave W can be regarded as the ejection time ED. The relaxation time DT can be obtained by subtracting the ejection time ED from one cycle of the pulse wave or heartbeat obtained by another method.
[0062]
In particular, this comparator may be a comparator 96 with hysteresis as shown in FIG. In the comparator 96 with hysteresis, the feedback resistor R2 is connected to the + input terminal, and positive feedback is applied.
[0063]
The voltage input to the + input terminal is (V ₀ -V ₊ ) × R ₁ / (R ₁ + R ₂ ) + V ₊ It becomes. Here, the output voltage V ₀ Is always saturated to one of the first and second power supply potentials Vdd and Vss for driving the comparator 96.
[0064]
Therefore, (V ₀ -V ₊ ) Is always greater than 0, and the voltage input to the + input terminal is always the voltage level V of the pulse wave PTG. ₊ It always gets bigger. Thus, the apparent + input voltage is increased by the effect of the positive feedback. Therefore, the output voltage V ₀ Saturates to either Vdd or Vss, the output voltage does not easily reverse even if the input changes. When the output voltage V0 is saturated to Vdd, the voltage V ₊ Is the voltage V of the reference value CO. ₋ Even if it falls below, the output does not reverse immediately. Therefore, in FIG. 9, after the rectangular wave RE once falls near the dichroic notch P4, it does not easily rise, so that the rectangular wave REP can be reliably generated.
[0065]
(Modification of exercise load intensity evaluation device)
The dichroic notch P4 of the pulse wave waveform MH2 or MH3 in FIG. 1 indicates that the relaxation time DT is substantially constant during the exercise load intensity after the lactate threshold LT shown in FIG. 2 is reached. Appears in an almost constant frequency band. Therefore, a frequency of interest is set in advance in a frequency band reflecting the dichroic notch P4, and if the frequency spectrum of the frequency band of interest shifts beyond an allowable value on the frequency axis, it is determined that the relaxation time DT has changed. it can. If the exercise load intensity exceeds the lactate threshold LT, the relaxation time DT becomes longer, and the frequency spectrum reflecting the dichroic notch P4 should move to the lower frequency side. Can be detected.
[0066]
For this purpose, as shown in FIG. 11, a first Fourier transform unit 120 that performs a Fourier transform on the pulse wave from the pulse wave detector 60 and a first Fourier transform that performs a Fourier transform on the body motion waveform from the body motion waveform detector 70 are performed. And two Fourier transform units 130. The body motion waveform removing unit 80 removes the body motion waveform by subtracting the frequency spectra output from the first and second Fourier transform units 120 and 130 at the same frequency. The relaxation time calculation unit 90 includes a frequency band of interest extraction unit. The frequency band of interest extraction unit 90 extracts the frequency spectrum of the frequency band of interest reflecting the relaxation time DT of the subject from the various frequency spectra from the body motion waveform removal unit 80. With the above configuration, the relaxation time measuring unit 11 is configured. The relaxation time change detecting unit 100 is formed by the frequency comparing unit, and compares the frequency of the frequency spectrum within the frequency band of interest extracted this time with, for example, the previously extracted reference frequency. If the frequency spectrum extracted this time substantially matches the reference frequency, it can be understood that the exercise load intensity exceeds the lactate threshold LT where the relaxation time DT does not change. Conversely, if the frequency spectrum extracted this time moves to a lower frequency and higher frequency side on the frequency axis than the reference frequency beyond the allowable value, it can be understood that the exercise load intensity does not exceed the lactic acid threshold LT. In this case, a frequency spectrum is set in a frequency band of interest reflecting the dichroic notch P4 of the pulse waveform MH2 or MH3 in FIG. 1 and a frequency spectrum of the frequency band of interest reflecting one cycle of the pulse wave is extracted. , Heart rate can be determined.
[0067]
FIG. 12 shows still another exercise intensity evaluation device. The configuration up to the body motion waveform removing unit 80 shown in FIG. 11 is the same. FIG. 12 includes an inverse Fourier transform unit 140 that performs an inverse Fourier transform on the output from the body motion waveform removing unit 80 and returns the analog waveform.
[0068]
The configuration after the inverse Fourier transform unit 140 is the same as that in FIG. 4, and the primary and secondary differentiating units 92 and 94 in FIG. 7 are adopted as the relaxation time calculating unit 90 in FIG. The components up to the relaxation time calculating section 90 constitute the relaxation time measuring section 11.
[0069]
According to the configuration shown in FIG. 12, the body motion waveform included in the pulse wave is discriminated by the frequency band and removed from the pulse wave, and the relaxation time DT is measured from the characteristic after the pulse wave is differentiated first or second. Is done.
[0070]
FIG. 13 shows another modification of the exercise intensity evaluation device.
[0071]
For example, correlation data of the exercise load intensity and the relaxation time or the heart rate corresponding to the relaxation time as shown in FIG. 2 can be obtained in advance for the subject. That is, an exercise load test in which the exercise load intensity is changed while the subject is walking or running is performed, and the relaxation time at each exercise load or the heart rate corresponding to the relaxation time is obtained. The correlation data is stored in, for example, the storage unit 210 via the input unit 200, as shown in FIG. 13, an exercise load intensity detecting unit 220 is further provided in addition to the relaxation time change detecting unit 100 of FIG. The exercise load intensity detection unit 220 reads the relaxation time DT from the relaxation time calculation unit 90 or the exercise load intensity corresponding to the heart rate corresponding to the relaxation time from the storage unit 210 and outputs the readout to the notification unit 110. is there. Thereby, the subject can recognize the exercise load intensity currently being performed by the power (watt) or the heart rate (beat / min).
[0072]
Here, as shown in FIG. 2, after the exercise load intensity exceeds the intensity corresponding to the lactate threshold LT, the relaxation time DT is substantially constant or slightly reduced. Therefore, it is difficult to detect the exercise load intensity in the anoxic exercise region where the change in the relaxation time is small, and there is little need to know the exercise load intensity. Therefore, in the present embodiment, when the relaxation time is substantially constant or slightly reduced by the relaxation time change detection unit 100, that is, when the exercise range exceeds the lactic acid threshold LT, the exercise load intensity detection unit 220 performs the exercise. You may comprise so that load intensity may be detected. For this purpose, as shown in FIG. 13, a signal from the relaxation time change detecting unit 100 is input to the exercise load intensity detecting unit 220. In the present embodiment, when the relaxation time change DT does not substantially change in the relaxation time change detection unit 100, the time interval of one cycle of the heartbeat for calculating the heart rate is output.
[0073]
(Exercise equipment)
Exercise equipment can be configured by incorporating the exercise intensity evaluation device described above. In the present embodiment, when the relaxation time DT does not substantially change in the ejection relaxation change detecting unit 100, that is, when the exercise intensity approaches the lactic acid threshold LT, it is output from the relaxation time change detecting unit 100. The range of the upper and lower limits of the exercise intensity can be set by the heart rate based on the possible heart rate. 5 (A) to 5 (C) show a wristwatch-type exercise load intensity evaluation device, but when the present invention is applied to exercise equipment, a detection unit which detects a pulse wave or an electrocardiogram of the subject is used. Only the subject may be mounted on the subject, and other configurations may be mounted on the exercise equipment body.
[0074]
FIG. 14 shows a running machine 300, in which a pulse wave detection unit 310 for detecting a pulse wave from the subject's ear is connected to the device main unit 320. Of course, the pulse wave may be detected from a portion other than the ear, and may be a wrist other than the fingertip as in the above-described embodiment.
[0075]
In the traveling machine 300 shown in FIG. 14, the speed of the traveling belt 330 as a load output unit is variable based on control by the main body 320. A storage medium 324 can be inserted into and removed from the storage body insertion slot 322 in the apparatus main body 320. An exercise menu unique to the subject is recorded in the storage medium 324, and the exercise menu can be displayed on an output unit provided in the apparatus main unit 320, for example, the display unit 326. This display unit 326 can also be used as a notification unit for notifying that the exercise load intensity has entered the exercise area where the lactic acid threshold has been exceeded.
[0076]
As the exercise menu, the exercise load intensity and the relaxation time of the heart are measured in advance for each individual using the above-described exercise load intensity evaluation device, and a safe and effective exercise menu can be set for each individual. The safe and effective exercise menu is set in a predetermined exercise load intensity range based on the lactate threshold LT previously obtained from the correlation between the exercise load intensity and the relaxation time for the subject. This exercise load intensity range may be set near the lactate threshold LT for, for example, a person with a heart disease or a healthy person. However, if the ejection time is slightly reduced or is in a range in which the ejection time is further reduced, the ejection time may be temporarily set to a range exceeding the lactic acid threshold value. However, the present invention is not limited to this. For example, in the case of an athlete, it may be set to a range exceeding the lactic acid threshold LT. In this way, for example, an extreme exercise situation such as a last spurt in an actual competition can be reproduced by the exercise equipment, and effective training can be achieved.
[0077]
FIG. 15 shows a pedal machine 340 to which the present invention is applied. In this example, an electrocardiogram detection unit 350 attached to the chest of the subject is connected to the device main body 360. The load output section of the pedal machine 340 is the pedal 370, and the load required to rotate the pedal 370 under the control of the apparatus main body section 370 is variable. The electrocardiogram detecting section 350 detects the electrocardiogram waveform SW shown in FIG. A relaxation time measuring unit is provided in the apparatus main body 360. The relaxation time measuring unit detects the RR time shown in FIG. 1 as one cycle of the heartbeat and the QT time as the ejection time ED from the electrocardiogram waveform SW, and measures the relaxation time DT from the difference between the two. I do. Although not shown in FIG. 15, the recording medium insertion unit 322, the recording medium 324, and the display unit 326 shown in FIG. 14 are similarly provided.
[0078]
Note that the present invention is not limited to the above-described various embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
[0079]
One cycle of a heartbeat or a pulse wave (RR time in the electrocardiogram waveform SW shown in FIG. 1 or P0-P0 time in the pulse wave waveforms MH2 and MH3) instead of the relaxation time in the above-described embodiment. The ratio (relative relaxation time) of the relaxation time DT to the index may be used as an index, and whether or not the lactic acid threshold LT has been reached may be detected based on the index. Here, one cycle of the heartbeat is shortened at a substantially constant ratio regardless of before and after the lactate threshold LT as the exercise load intensity increases. On the other hand, the rate of change of the relaxation time DT differs before and after the lactate threshold LT as shown in FIG.
[0080]
Here, FIG. 16 plots the relationship between the exercise load intensity and the normalized relaxation time. The exercise load intensity is plotted on the horizontal axis, the relaxation time DT is plotted on the vertical axis, and the normalized relaxation time is plotted for each exercise load intensity. The exercise load intensity corresponding to the lactate threshold LT is around 100 W, and in the range not exceeding the lactate threshold LT, the normalized relaxation time decreases as the exercise load intensity increases. The converted relaxation time is almost constant independently of the exercise load intensity.
[0081]
FIG. 17 is a graph plotting the RR time shown in FIG. 2 on the horizontal axis and the relaxation time DT on the vertical axis for each exercise load intensity. Here, the exercise load intensity corresponding to the lactic acid threshold value LT in FIG. 2 is around 100 W, and the RR time corresponding thereto is approximately 500 mS. In FIG. 17, in the range where the RR time exceeds 500 mS (in other words, the range where the lactic acid threshold LT is not exceeded), the relaxation time increases as the exercise load intensity increases (as the horizontal axis moves leftward). Become smaller. On the other hand, in a range in which the RR time does not exceed 500 mS (in other words, a range in which the lactic acid threshold value LT is exceeded), the normalized relaxation time is substantially constant without depending on the exercise load intensity.
[0082]
As described above, the relaxation time is substantially constant without substantially changing even when the exercise load intensity increases until the relaxation time reaches the lactate threshold LT, whereas the decrease rate after reaching the lactate threshold LT is It is almost proportional to the rate of decrease in one cycle of the heartbeat. By utilizing this fact, it is possible to notify that the lactate threshold LT has been reached from the relaxation time in the above-described various embodiments, or to notify the load intensity during exercise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a pulse waveform immediately after flowing out of a heart and a pulse waveform at a peripheral portion.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship among exercise load intensity, amount of lactic acid in blood, relaxation time, and one cycle of heartbeat.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a radial ejection time and a heart sound contraction time.
FIG. 4 is a block diagram of the exercise load intensity evaluation device according to the embodiment of the present invention.
5 (A), 5 (B), and 5 (C) are external views of an exercise load intensity evaluation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of the pulse wave detector shown in FIG.
FIG. 7 is a block diagram of a relaxation time measuring unit having a primary / secondary differentiating circuit.
8A is an original waveform PTG of a pulse wave from which a body motion waveform has been removed, FIG. 8B is a first derivative waveform FDPTG (velocity waveform), and FIG. 8C is a second derivative waveform SDPTG It is a waveform diagram which shows (acceleration waveform), respectively.
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a rectangular wave that is generated by comparing a pulse wave with a comparison value by a comparator and that has a correlation with the ejection time.
FIG. 10 is a circuit diagram of a comparator with hysteresis that generates the rectangular wave shown in FIG. 9 from a pulse wave.
FIG. 11 is a block diagram showing a modification of the exercise load intensity evaluation device that monitors a frequency spectrum corresponding to a relaxation time.
FIG. 12 is a block diagram showing a modified example of the exercise load intensity evaluation device that removes body motion based on a frequency spectrum and measures relaxation time from characteristics of a second derivative waveform of a pulse wave.
FIG. 13 is a block diagram of a modification in which the exercise load intensity can be detected from the relaxation time measured during exercise based on the correlation data between the relaxation time and the exercise load intensity measured in advance.
FIG. 14 is a schematic explanatory view of a running machine which is an example of the exercise equipment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic explanatory view of a pedal machine which is another example of the exercise equipment of the present invention.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a relationship between exercise load intensity and normalized relaxation time.
FIG. 17 is a characteristic diagram showing a relationship between a cardiac cycle and a normalized relaxation time.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 exercise load intensity evaluation device, 11 relaxation time measurement unit, 60 pulse wave detection unit, 70 body movement waveform detection unit, 80 body movement waveform removal unit, 90 relaxation time calculation unit, 92 primary differentiation unit, 94 secondary differentiation unit, 96 comparator with hysteresis, 100 relaxation time change detection unit, 110 notification unit, 120 first Fourier transformation unit, 130 second Fourier transformation unit, 140 inverse Fourier transformation unit, 200 input unit, 210 storage unit, 220 exercise load intensity Detector, 300,340 Exercise equipment, 310 Pulse wave detector, 320,360 Main unit of device, 322 Recording medium insertion port, 324 Recording medium, 326 Output unit (display unit), 330,370 Load output unit, 350 Electrocardiogram detection unit

Claims

A relaxation time measuring unit that non-invasively measures the relaxation time of the subject's heart during exercise,
The relaxation time measured by the relaxation time measurement unit is input for each elapse of time, a relaxation time change detection unit that detects a change in each relaxation time,
Exercise load intensity evaluation device having:

In claim 1,
Further comprising an exercise load intensity measurement unit that measures the exercise load intensity of the subject,
The exercise load intensity evaluation device, wherein the relaxation time change detection unit detects a change in relaxation time corresponding to different exercise load intensity based on an output of the exercise load intensity measurement unit.

In claim 1 or 2,
An exercise load intensity evaluation device that includes an electrocardiogram measurement unit that measures an electrocardiogram of a subject during exercise, and that measures the relaxation time from characteristics of the electrocardiogram that reflects the relaxation time of the heart.

In claim 1 or 2,
The relaxation time measurement unit is attached to a subject during exercise, includes a pulse wave detection unit that detects a pulse wave in the periphery non-invasively, the relaxation time from the characteristics of the pulse wave that reflects the relaxation time of the heart. Exercise load intensity evaluation device to measure.

In claim 1 or 2,
The ejection time measurement unit,
A pulse wave detection unit that is attached to a moving subject and non-invasively detects a peripheral pulse wave,
An ejection time correction unit that corrects the ejection time of the heart based on the output from the pulse wave detection unit,
Exercise load intensity evaluation device having:

In claim 4 or 5,
The relaxation time measuring unit,
A body motion waveform detection unit that detects a body motion waveform due to body motion due to the movement of the subject,
From a pulse wave from the pulse wave detection unit, a body motion waveform removal unit that removes a body motion waveform from the body motion waveform detection unit,
Further having
The exercise load intensity evaluation device that measures the relaxation time based on the pulse wave from which the body motion waveform has been removed.

In any one of claims 4 to 6,
The exercise load intensity evaluation device for measuring the relaxation time by subtracting the ejection time from the rising of the pulse wave to the dichroic notch from one cycle of the pulse wave.

In any one of claims 4 to 7,
The relaxation time measuring unit has a first differentiating unit that performs a first differentiation of the pulse wave, and a second differentiating unit that performs a second differentiation of the first derivative waveform, and the exercise measures the relaxation time based on the second derivative waveform. Load strength evaluation device.

In any one of claims 4 to 8,
The relaxation time measurement unit includes a comparator that compares the pulse height of the pulse wave with a reference value, measures the ejection time of the heart based on the wave width of the rectangular wave from the comparator, and further includes: An exercise load intensity evaluation device for measuring the relaxation time by subtracting the ejection time from one cycle.

In claim 9,
An exercise load intensity evaluation device, wherein the comparator is a comparator with hysteresis in which a feedback resistor is connected to a positive input terminal.

In claim 4 or 5,
The relaxation time measuring unit further includes a Fourier transform unit that performs a Fourier transform of the pulse wave from the pulse wave detecting unit,
The relaxation time measurement unit, from the Fourier-transformed frequency spectrum, to extract a frequency spectrum based on the characteristics of the pulse wave reflecting the relaxation time of the heart,
The exercise load intensity evaluation device, wherein the relaxation time change detection unit detects a change in the frequency of the frequency spectrum extracted from the relaxation time measurement unit every time elapses.

In claim 6,
The relaxation time measuring unit,
A first Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the pulse wave from the pulse wave detector;
A second Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the body motion waveform from the body motion waveform detection unit;
Further having
The exercise load intensity evaluation device, wherein the body motion waveform removing unit subtracts frequency spectra of the same frequency from among frequency spectra of each frequency band from the first and second Fourier transform units.

In claim 12,
The relaxation time measurement unit, from the frequency spectrum from the body motion waveform removal unit, to extract a frequency spectrum based on the characteristics of the pulse wave reflecting the relaxation time of the heart,
The exercise load intensity evaluation device, wherein the relaxation time change detection unit detects a change in the frequency of the frequency spectrum extracted from the relaxation time measurement unit every time elapses.

In claim 12,
The relaxation time measuring section includes an inverse Fourier transform section for performing an inverse Fourier transform on an output from the body motion waveform removing section, a first differentiating section for performing a first differentiating of the inverse Fourier transformed pulse wave, and a second differentiating the first differentiated waveform. And an exercise load intensity evaluation device for measuring the relaxation time based on a secondary differential waveform.

In any one of claims 1 to 14,
An exercise load intensity evaluation device further comprising a notification unit for notifying that the lactic acid threshold has been exceeded, based on the output of the relaxation time change detection unit.

In any one of claims 1 to 14,
An exercise load intensity evaluation device further comprising a notifying unit for notifying that the user has entered the anaerobic transport based on the output of the relaxation time change detecting unit.

A relaxation time measuring unit that non-invasively measures the relaxation time of the subject's heart during exercise,
A storage unit that stores correlation data between the relaxation time and exercise load intensity,
Based on the relaxation time measured by the relaxation time measurement unit, an exercise load intensity detection unit that detects a corresponding exercise load intensity from the storage unit,
Exercise load intensity evaluation device having:

In claim 17,
The relaxation time measured by the relaxation time measurement unit is input for each elapse of time, a relaxation time change detection unit that detects a change in each relaxation time is further provided,
The exercise load intensity evaluation device detects the exercise load intensity when the relaxation time changes in the relaxation time change detection unit.

In any one of claims 1 to 18,
An exercise load intensity evaluation device that uses the ratio of the relaxation time to one cycle of the heartbeat as an index instead of the relaxation time.

In any one of claims 1 to 18,
The exercise load intensity evaluation device, wherein the relaxation time change detection unit outputs one cycle of a heartbeat when the relaxation time changes.

In claim 15 or 16,
The notification unit has a storage unit that stores a relaxation time that exceeds a safe exercise range, and when the established relaxation time is shorter than the relaxation time stored in the storage unit, the notification unit has fallen out of the safety range. Exercise load intensity evaluation device that notifies you.

An exercise machine comprising the exercise load intensity evaluation device according to any one of claims 1 to 21.

In claim 22,
Exercise equipment for setting a range of exercise load intensity within a range of heart rate based on one cycle of the heartbeat output by the relaxation time change detection unit.

In claim 22 or 23,
An exercise machine further comprising an output unit that outputs an exercise menu having different exercise load intensities.

In claim 22 or 23,
An exercise machine further comprising a load output unit that outputs an exercise load acquired by the subject according to an exercise menu having different exercise load intensities.

In claim 24 or 25,
The exercise equipment wherein the exercise menu is set in a predetermined exercise load intensity range based on a lactate threshold obtained from a correlation between exercise load and relaxation time for the subject.

In claim 26,
An exercise machine having a removable storage medium for storing the exercise menu.