JP2008246165A - 活動量計 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の上下方向の移動を考慮した活動量を導出できる活動量計を提供する。
【解決手段】活動量計Ｋは、使用者の運動を検出する加速度センサ１と、ＧＰＳ機能を利用して水平方向および高さ方向の位置を検出する位置検出部５と、加速度センサ１の検出出力および位置検出部５が検出した使用者の高さ方向の位置情報に基づいて使用者の活動量を演算する活動量演算部１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、活動量計に関するものである。

従来、使用者が携行する活動量計は、加速度センサを用いて運動強度を演算し、その運動強度の履歴に基づいて活動量を導き出していた。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２０４４４６号公報

身体活動の指導において、日常的によく指導される項目として、「エレベータを使わないで、階段を使う」という項目があり、階段を上ることによる運動強度は高く、例えばＭＥＴｓ値（活動強度）では８ＭＥＴｓと、かなりの効果が認められている。なお、この「ＭＥＴｓ」値（活動強度）は、アメリカスポーツ医学会で用いられている、運動時の消費エネルギーが安静時の消費エネルギーの何倍になっているか示す値である。

しかしながら、従来の活動量計で導出される活動量は加速度センサの検出出力のみに基づいており、加速度センサは運動強度とその変動を計測できるが、使用者の位置の変化までは検出できない。したがって、使用者の高さ方向の移動を検出することができず、使用者が水平方向に移動しているのか、あるいは階段や坂道等で上り下りしているのかを判別できず、平坦な道を歩いているときの活動量と、階段や坂道等で上り下りしているときの活動量とがほぼ同じ値になってしまうという不具合があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の上下方向の移動を考慮した活動量を導出できる活動量計を提供することにある。

請求項１の発明は、使用者の運動を検出する運動検出手段と、使用者の位置を検出する位置検出手段と、運動検出手段の検出出力および位置検出手段が検出した使用者の高さ方向の位置情報に基づいて使用者の活動量を演算する活動量演算手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、階段や坂道等の使用者の上下方向の移動を考慮した活動量を導出しており、使用者の実際の活動に合った活動量を評価することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記位置検出手段が検出した位置情報を表示端末へ送信する送信手段を備えることを特徴とする。

この発明によれば、徘徊や迷子の位置検知ができる。

以上説明したように、本発明では、使用者の上下方向の移動を考慮した活動量を導出できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
図１は本実施形態の活動量計Ｋの回路構成を、図２は活動量計本体１５の外観構成を夫々示しており、本実施形態の活動量計Ｋは、使用者の運動を検知する検知手段としての、３軸の加速度センサ１と、各種データの入力のための複数の操作ボタン２０等からなる入力操作部２と、後述する使用者の運動強度や運動の積算時間等の履歴データや、更に設定された所定の運動強度を記憶する活動量メモリ部３と、活動量メモリ部３に記憶した運動レベルや履歴データ等を表示する液晶表示器４と、ＧＰＳ機能を利用して水平方向および高さ方向の位置を検出する位置検出部５と、位置検出部５の出力から上昇距離、下降距離を検出する昇降判断部６と、位置検出部５の出力から使用者の位置を特定する位置判断部７と、検出された位置情報や自宅の位置情報、マップ情報等を記憶する位置情報記憶部８と、位置判断部７で特定された使用者の位置を移動体通信網やインターネット等のネットワークＮＴ経由で送信する位置情報送信部９と、活動量に関する演算処理、表示処理、データの読み込み・書き込み処理を行う活動量演算部１０とで構成される。なお、加速度センサ１は、人体の加速度を計測することができるものであれば、１軸以上の加速度計測手段を用いてもよく、３軸の加速度センサに特に限定されるものでない。

次に、本実施形態での活動量計測装置としての機能を説明する。

加速度センサ１の検出出力を取り込む活動量演算部１０は、一定時間ｔｗの加速度の変動平均（標準偏差値）を求める演算機能と、この変動平均（或いはその積分値）から、運動強度ｗｉを求める演算機能とを備えている。

この運動強度ｗｉの演算は、呼気ガス計測装置により運動強度を変化させて測定した酸素消費量と、加速度分散値との関係式により演算する。演算方法については、図３を用いて説明する。ある一定時間ｔｗ[秒]の各軸の変動分の合成値を算出する。その合成値の時間平均（標準偏差）をＳｗとすると以下の式により得られる。

ここで、ａｘｋ、ａｙｋ、ａｚｋは一定時間ｔｗ［秒］のｋ番目における加速度サンプリング値を示し、ｂｘ、ｂｙ、ｂｚは一定時間ｔｗ［秒］における平均値を示す。

したがって、一定時間ｔｗにおける運動強度ｗｉの値は図４に示したデータにより求まる。つまり、図４でプロットされた点（加速度の変動平均値）と後述するＭＥＴｓ値（活動強度）の関連を散布図上で示した点を最小自乗近似して得られた図４の直線の関係が
ｙ＝ａｘ＋ｂ、相関関数Ｒ＝０．９２で示される。
（ｙ：加速度変動値 ｘ：ＭＥＴｓ値）
加速度変動値ｙ、つまり上述の合成値の時間平均値Ｓｗが求まると、一定時間ｔｗの運動強度ｗｉ（ＭＥＴｓ値）は次の式から求まる。
ｗｉ＝αＳｗ＋β …（２）
ここでα、βは呼気ガス計測装置により運動強度を変化させ測定した酸素消費量と、加速度分散値との間に得られた関係式における係数である。

なお、運動強度の値はアメリカスポーツ医学会で用いられている、運動時の消費エネルギーが安静時の消費エネルギーの何倍になっているか示す値 「ＭＥＴｓ」値（活動強度）を基準としている。

また前記方法では一定時間ｔｗとして４秒から１５秒が適当な値であるが、運動強度の算出時間幅を長くする場合、例えば１分以上にする場合などでは、時間平均Ｓｗをとった後、運動強度ｗｉを演算する。したがって、新たな時間幅をＴｗとすると、ｗｉ＝α（ΣＳｗ×（Ｔｗ／ｔｗ）））＋β …（２）’となる。

なお、変動平均の積分値或いは所定時間以上の時間における時間積分値を用いて運動強度ｗｉを演算するようにしてもよい。

さらに、位置検出部５のＧＰＳ機能によって使用者の位置情報（水平方向、高さ方向）が得られており、高さ方向の位置情報に基づく運動強度も算出する。まず、昇降判断部６は、位置検出部５が検出した高さ方向の位置情報から使用者の上下の移動方向を判別するとともに、移動距離を導出し、その移動方向（上昇または下降）と移動距離の情報を活動量演算部１０へ引き渡す。

活動量演算部１０は、この移動方向と移動距離の情報に基づいて、上昇運動強度ｗｕ、下降運動強度ｗｄを、以下のように導出する。
ｗｕ＝Ｍ×Ｇ×Ｌｕ …（３）
ｗｄ＝Ｍ×Ｇ×Ｌｄ …（４）
ここで、Ｌｕは時間当たりに上がった高さ方向の距離（上昇距離）、Ｌｄは時間当たりに下った高さ方向の距離（下降距離）、Ｍは使用者の体重、Ｇは重力加速度である。

また、昇降判断部６は、上昇、下降の動作を検出したときに、坂道を移動しているのか、あるいは階段を移動しているのかを判別し、その判別結果に応じて上昇運動強度ｗｕ、下降運動強度ｗｄに係数を乗じてもよい。この判別方法としては、ａｔａｎ（垂直移動距離／水平移動距離）を演算することで勾配を求め、この勾配が２０度未満であれば坂道と判別し、２０度以上であれば階段であると判別する。この基準は、階段の快適な勾配は２９〜３５度、住宅に設置されている通常の階段の勾配は４５度であり、一方、急な坂道でもその勾配は一般に２０度未満であることから設定した。

そして、活動量演算部１０は、上記求めた運動強度ｗｉと上昇運動強度ｗｕとの和［ｗｉ＋ｗｕ］、または上記求めた運動強度ｗｉと下降運動強度ｗｄとの差［ｗｉ−ｗｄ］を、総運動強度Ｗとして活動量メモリ部３に記憶させる。したがって、活動量メモリ部３には、使用者の上下方向の移動を考慮した総運動強度Ｗが格納されている。
Ｗ＝ｗｉ＋ｗｕ ｏｒ ｗｉ−ｗｄ …（５）
このように、総運動強度Ｗは、使用者の上下方向の移動を考慮した上昇運動強度ｗｕ、下降運動強度ｗｄによって、階段や坂道等の使用者の上下方向の移動を考慮した値となる。

さらに活動量演算部１０は、上述のように求めた総運動強度Ｗと比較する所定の最適運動強度を下記のように設定する運動強度設定機能を備えている。

具体的には１９８９年、「厚生省 健康づくりのための運動所要量策定委員会」が定めた、日本人の体重１キログラム当たりに１分間に摂取できる酸素の最大量（ｍｌ／ｋｇ／分）の推定値（表１）と維持目標値（表２）を用いて下記のように所定の最適運動強度を定める。

ここで生活活動強度Ｉとは事務的な仕事やこれに類似した仕事に従事しているものや幼児のいない専業主婦などで、余暇にも特に運動をしていない者を対象とし、生活活動強度IIとは製造業、サービス業などに従事する者、乳幼児の世話に手間のかかる主婦などを対象とする。

而して、表１及び表２を基に運動能力レベルを３段階（Ｉ〜ＩＩＩ）を定め、それぞれの運動能力レベルに応じた、所定の最適運動強度（最適運動強度 Ａａ）を次式（６）により定める。また、運動能力レベルと表１、表２との対応は次の通りである。

運動能力レベルＩ → 生活活動強度Ｉ（表１参照）
運動能力レベルII → 維持目標値（表２参照）
運動能力レベルIII → 生活活動強度II（表１参照）
Ａａ ＝ ＶＯｉ＿ａｇｅ ／２／３．５ …（６）
なお、ＶＯｉ＿ａｇｅは各運動能力レベルＩ〜IIIの各年齢階級での最大酸素摂取量の値である。

次に使用者（被測定対象者）に応じた所定の最適運動強度の設定の手法について説明を行う。
まず（６）式によって定められたテーブル（表３）の値を製造メーカ側において予め活動量メモリ部３に記憶させておく。

次に使用者が活動量計Ｋを使用するに当たり、入力操作部２の操作ボタンを操作することにより運動強度の設定モードを設定する。このモードでは活動量演算部１０の制御の下で使用者が自己の年齢、性別、自己申告による運動レベルを入力する画面が液晶表示器４に表示され、使用者はこの表示画面を確認しながら年齢、性別、運動レベルを入力する。なお、この画面では夫々を選択する画面であって、操作ボタンの操作で年齢、性別、運動レベルが選択できるようになっている。

さて、入力が確定されると、活動量演算部１０は入力された情報を基に、活動量メモリ部３に記憶されたテーブル（表３）から該当する運動レベルに対応した設定値を読み出し当該使用者の効果的な最適運動強度として登録設定する。

この設定後、使用者が本実施形態の活動量計Ｋを身体に装着し、入力操作部２の操作ボタンの操作により動作モードを使用モードに設定すると、活動量演算部１０は加速度センサ１からのデータのサンプリングを開始するとともに、位置検出部５の出力に基づく昇降判断部６からの上昇距離、下降距離のデータを取り込んで、上述の式（１）〜（５）に基づいて総運動強度Ｗの演算を開始するとともに、求めた総運動強度Ｗと設定した最適運動強度とを比較して、当該使用者が設定した最適運動強度に対応する運動レベル以上の運動時間の持続時間及びその積算時間を算出する処理を行って活動量メモリ部３に蓄積する。

そして、これらの情報を液晶表示器４においてリアルタイムに表示することで、使用者に対して自己の運動レベルを提示することができることになる。

また、活動量演算部１０により求められた活動量は、運動強度毎に運動時間が積算されて活動量メモリ部３に記憶され、さらには活動量の消費カロリー換算値や、加速度センサ１の出力値の周期から活動量演算部１０により求められた歩数も活動量メモリ部３に記憶され、これらの記憶された運動強度毎の運動時間や消費カロリーや歩数は活動量演算部１０の制御の下で液晶表示器４に表示される。

そして、上記総運動強度Ｗは、使用者の上下方向の移動を考慮した上昇運動強度ｗｕ、下降運動強度ｗｄによって、階段や坂道等の使用者の上下方向の移動を考慮した値であるので、平坦な道を歩いているときだけでなく、階段や坂道等で上り下りしているときでも、使用者の実際の活動に合った活動量を評価することができる。

さらに、位置判断部７は、位置検出部５のＧＰＳ機能によって得られた使用者の位置情報と、位置情報記憶部８に予め登録されている使用者の自宅位置とを比較し、使用者の在宅・外出を判断するとともに、位置情報記憶部８に予め登録されているマップ情報に照らし合わせて使用者の位置を特定する。この使用者の在宅・外出判断結果と、使用者の位置特定情報とは、位置情報記憶部８に格納され、使用者の位置特定情報を液晶表示器４に表示させることで、使用者は現在の自分の位置がわかる。

また、液晶表示器４での上記活動量表示の際に、在宅・外出判断結果や移動距離も表示させれば、在宅時の活動による活動量か、あるいは外出時の活動による活動量かを識別でき、外出時にはその移動範囲までわかる。これは、高齢者の介護予防にとっては、家の外に出ることが大切であるといわれており、単に歩数だけでなく、自宅からどの範囲まで移動しているかがわかることで、より客観的な指導に結び付けることができる。

また、使用者の位置特定情報は、位置情報送信部９から移動体通信網やインターネット等のネットワークＮＴ経由で送信され、ネットワークＮＴ上の表示端末Ｈに使用者の位置を表示することができる。したがって、高齢者や子供にこの活動量計Ｋを持たせることで、活動量の評価だけでなく、自宅Ｊ内の表示端末Ｈで徘徊や迷子の位置検知もできる。

さらに、犬や猫等のペットの肥満防止のために、この活動量計Ｋをペットに装着することも考えられ、その場合はペットが行方不明になったとしても、この位置検知機能によって探し出すことができる。

実施形態の活動量計の構成図である。 同上の外観を示す斜視図である。 同上の運動強度の変換の演算方法の説明図である。 同上の運動強度の計算に用いるデータを示す図である。

符号の説明

Ｋ 活動量計
１ 加速度センサ
２ 入力操作部
３ 活動量メモリ部
４ 液晶表示器
５ 位置検出部
６ 昇降判断部
７ 位置判断部
８ 位置情報記憶部
９ 位置情報送信部
１０ 活動量演算部
ＮＴ ネットワーク
Ｈ 表示端末

Claims (2)

1. 使用者の運動を検出する運動検出手段と、使用者の位置を検出する位置検出手段と、運動検出手段の検出出力および位置検出手段が検出した使用者の高さ方向の位置情報に基づいて使用者の活動量を演算する活動量演算手段とを備えることを特徴とする活動量計。
2. 前記位置検出手段が検出した位置情報を表示端末へ送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項１記載の活動量計。

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