JP3672724B2 - 運動療法装置及び運動療法装置の制御方法 - Google Patents
運動療法装置及び運動療法装置の制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筋力の回復や増強を図る必要がある患者等が使用する運動療法装置及び運動療法装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は例えば特公平７−４７０５３号公報に示された従来の運動療法装置を示す構成図であり、図において、１は筋力トレーニングの実施に使用するエルゴメータ、２はエルゴメータ１のペダル、３はエルゴメータ１の電磁ブレーキ、４は筋力トレーニングを実施する実施者の腕を圧迫するカフ、５は実施者のコロトコフ音を検出するマイクロフォン、６はマイクロフォン５により検出されたコロトコフ音に基づいてカフ４の圧力を制御して、実施者の血圧値と脈拍数を測定する測定装置、７は目標値を設定する設定器、８は実施者の血圧値と脈拍数の積を労作強度値とし、その労作強度値が目標値に一致するように電磁ブレーキ３の制動トルクを調整するコントローラ、９は労作強度値が警報値を越えると異常内容を表示する表示器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、筋力トレーニングを実施する実施者が、筋力トレーニングを実施するに先だって設定器７から年令や性別等を入力すると、コントローラ８が実施者の年令や性別等を考慮して目標値を設定する。
そして、実施者が腕をカフ４に通したのち、実際に、ペダル２の踏み込みを開始すると、測定装置６が実施者の血圧値と脈拍数を測定する。
【０００４】
このようにして、測定装置６が実施者の血圧値と脈拍数を測定すると、コントローラは、実施者の血圧値に脈拍数を乗算して、労作強度値を演算する。
そして、コントローラ８は、実施者の労作強度値が目標値を上回っている場合には、実施者に与える負荷が大き過ぎるため、電磁ブレーキ３の制動トルクが小さくなるように調整し、実施者の労作強度値が目標値を下回っている場合には、実施者に与える負荷が小さ過ぎるため、電磁ブレーキ３の制動トルクが大きくなるように調整する。
これにより、労作強度値が目標値に一致する状態に保持されながら実施者は筋力トレーニングを継続することができるようになる。
なお、生体情報（例えば、血圧と脈拍数の積）の変曲点を検出し、その変曲点が生じたときのランプ負荷の値を筋持久力の測定値とする技術が特公平７−３８８８５号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の運動療法装置は以上のように構成されているので、心肺機能と筋力のバランスが良好の実施者の場合には、労作強度値が目標値に一致する状態で筋力トレーニングを実施することができるが、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合には（例えば、足を手術した患者等）、実施者に与える運動負荷が大き過ぎてエルゴメータ１のペダル２を回転させることができず、筋力トレーニングの実施が困難になる場合があるなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる運動療法装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る運動療法装置は、実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、負荷手段における負荷量の初期値を筋力推定手段により推定された筋力値に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるようにしたものである。
【０００８】
この発明に係る運動療法装置は、実施者が踏み込むペダルが取り付けられたクランクの回転トルクと、そのクランクに対するペダルの角度から実施者の筋力値を推定するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る運動療法装置は、アイソキネティック運動様式の下で検出された回転トルクと、クランクに対するペダルの角度を用いて実施者の筋力値を推定するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る運動療法装置は、負荷モータの消費電力及び回転速度とクランクの角加速度からクランクの回転トルクを検出するトルク検出部を設けるとともに、その回転トルクとペダルの角度から実施者の筋力値を演算する演算部を設けたものである。
【００１１】
この発明に係る運動療法装置は、筋力推定手段が実施者の筋力値を推定する推定モードの場合には、負荷手段の負荷量を所定の基準値に設定するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る運動療法装置は、基準値を変更する変更手段を設けたものである。
【００１３】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の最大筋力値に基づいて負荷手段の負荷量を制御するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の筋持久力に基づいて負荷量の減少率を決定するようにしたものである。
【００１５】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の筋持久力を推定する持久力推定手段を設けたものである。
【００１６】
この発明に係る運動療法装置は、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合に比べて、負荷量の初期値を小さく設定するとともに、運動時間を長く設定するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る運動療法装置は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って初期値を越えない範囲内で負荷量をランダムに変更するようにしたものである。
【００１８】
この発明に係る運動療法装置は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷手段における負荷量の初期値を直前の推定モードにおいて推定手段により推定された筋力値に基づいて設定するようにしたものである。
【００１９】
この発明に係る運動療法装置は、実施者のバイタル情報を計測する計測手段を設けたものである。
【００２０】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示する表示手段を設けたものである。
【００２１】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、警報音を発生する報知手段を設けたものである。
【００２２】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を零に変更するようにしたものである。
【００２３】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を実施者がクランクを回転させることができない範囲の値に変更するようにしたものである。
【００２４】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報を考慮して負荷手段の負荷量を制御するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係る運動療法装置の制御方法は、実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、その実施者に運動負荷を与える負荷手段の初期値を筋力値の推定結果に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による運動療法装置を示す構成図であり、図において、１１は筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値Ｆd を推定する筋力推定部（筋力推定手段）、１２は実施者に運動負荷を与える負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測する負荷モータ電力計測部（計測部）、１３は負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する負荷モータ速度計測部（計測部）、１４は実施者が踏み込むペダル３３が取り付けられたクランク３２（図２を参照）の角加速度ω* を計測するクランク角加速度計測部（計測部）、１５はクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測するペダル角度計測部（計測部）、１６は負荷モータ２１の消費電力ＷM 及び回転速度Ｖとクランク３２の角加速度ω* からクランク３２の回転トルクＴC を検出するトルク検出部、１７はトルク検出部１６により検出された回転トルクＴC 及びペダル角度計測部１５により計測されたペダル３３の角度θから実施者の筋力値Ｆd を演算する筋力値演算部（演算部）、１８は実施者の筋持久力ＦJ を推定する持久力演算部（持久力推定手段）である。
【００２７】
また、１９は筋力推定部１１が実施者の筋力値Ｆd を推定する際に設定される負荷モータ２１の負荷量Ｆを必要に応じて変更する変更部（変更手段）、２０は筋力推定部１１により推定された実施者の筋力値Ｆd 等に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御する制御部（制御手段）、２１は筋力トレーニングを実施する実施者に運動負荷を与える負荷モータ（負荷手段）である。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態１による運動療法装置を示す断面図であり、図において、３１は実施者が座る椅子、３２は実施者が踏み込むペダル３３が取り付けられたクランク、３３は実施者が踏み込むペダル、３４はペダル軸プーリー、３５は中間プーリー、３６，３７はベルト、３８はハンドル、３９は実施者に各種情報を提示する表示部（表示手段）である。
なお、図３はこの発明の実施の形態１による運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００２９】
次に動作について説明する。
まず、筋力トレーニングを実施する実施者が椅子３１に座った状態で、例えば、図示せぬスタートスイッチを押すと、これから実施者の筋力値（最大筋力値）と筋持久力を推定する処理を実施する旨を示す情報が表示部３９に表示される。具体的には、実施者の筋力値Ｆd を推定する際には、例えば、左右のペダル３３を全力で５回踏み込むように指示する内容の情報が表示される。
一方、筋持久力ＦJ を推定する際には、例えば、左右のペダル３３を連続的に２５回踏み込むように指示する内容の情報が表示される。
【００３０】
そして、実施者の筋力値Ｆd を推定する際には、図５に示すように、負荷モータ２１の負荷量Ｆが症例別に用意された基準値Ｆ１に設定され（実施者の病状等を示す個人データが制御部２０に登録されており、制御部２０が個人データを参照して、基準値Ｆ１を選択する。ただし、実施者は必要に応じて変更部１９を操作して基準値Ｆ１を変更することができる。）、実施者が左右のペダル３３を全力で踏み込むごとに、負荷モータ電力計測部１２が負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測し、負荷モータ速度計測部１３が負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する。また、クランク角加速度計測部１４がクランク３２の角加速度ω* を計測し、ペダル角度計測部１５がクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測する（ステップＳＴ１）。
なお、これらの計測結果は、実施者の体重が運動筋に負荷された状態で計測されるアイソキネティック運動様式が採用されている。
【００３１】
そして、負荷モータ２１の消費電力ＷM 等が計測されるごとに、例えばクランク３２の一回転で一回計測されるごとにトルク検出部１６が、負荷モータ２１の消費電力ＷM ，負荷モータ２１の回転速度Ｖ及びクランク３２の角加速度ω* を下記の演算式に代入して、クランク３２の回転トルクＴC を検出する（ステップＳＴ２）。
ＴC ＝（ＷM ／Ｖ）＋ＴF ＋（ω* ×（ＪP ＋ＪF ））
そして、トルク検出部１６がクランク３２の回転トルクＴC を検出するごとに、筋力値演算部１７が、クランク３２の回転トルクＴC とクランク３２に対するペダル３３の角度θを下記の演算式に代入して、実施者の筋力値Ｆd を演算する（図４を参照）。
Ｆd ＝ＴC ／（ｒP ×ｃｏｓθ）
なお、ＴF は機構部損失トルク（ベルト部換算）、ＪP はクランクギヤ部のイナーシャ、ＪF は足部のイナーシャ、ｒP はクランクの長さ（クランク半径）である。
【００３２】
そして、筋力値演算部１７は、実施者の筋力値Ｆd を５回演算すると、その中の最大の筋力値Ｆd を実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）であると推定し（ステップＳＴ３）、その筋力値Ｆd を制御部２０に出力する。
【００３３】
一方、実施者の筋持久力ＦJ を推定する際には、図５に示すように、負荷モータ２１の負荷量Ｆが症例別に用意された基準値Ｆ２に設定され（実施者の病状等を示す個人データが制御部２０に登録されており、制御部２０が個人データを参照して、基準値Ｆ２を選択する。ただし、実施者は必要に応じて変更部１９を操作して基準値Ｆ２を変更することができる。）、実施者が左右のペダル３３を連続的に２５回踏み込むと、負荷モータ電力計測部１２が負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測し、負荷モータ速度計測部１３が負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する。また、クランク角加速度計測部１４がクランク３２の角加速度ω* を計測し、ペダル角度計測部１５がクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測する（ステップＳＴ４）。
なお、これらの計測結果は、実施者の体重が運動筋に負荷された状態で計測されるアイソキネティック運動様式が採用されている。
【００３４】
そして、負荷モータ２１の消費電力ＷM 等が計測されるごとに、例えばクランク３２の一回転で一回計測されるごとにトルク検出部１６が、負荷モータ２１の消費電力ＷM ，負荷モータ２１の回転速度Ｖ及びクランク３２の角加速度ω* を下記の演算式に代入して、クランク３２の回転トルクＴC を検出する（ステップＳＴ５）。
ＴC ＝（ＷM ／Ｖ）＋ＴF ＋（ω* ×（ＪP ＋ＪF ））
そして、トルク検出部１６がクランク３２の回転トルクＴC を検出するごとに、筋力値演算部１７が、クランク３２の回転トルクＴC とクランク３２に対するペダル３３の角度θを下記の演算式に代入して、実施者の筋力値Ｆd を演算する（図４を参照）。
Ｆd ＝ＴC ／（ｒP ×ｃｏｓθ）
【００３５】
そして、持久力演算部１８は、筋力値Ｆd の演算を終了すると、最初から数えて４，５，６回目のピーク値の平均値Ｆa と、最後の３回（２３，２４，２５回目）のピーク値の平均値Ｆb を求め、平均値Ｆa と平均値Ｆb から筋持久力ＦJ を推定し（ステップＳＴ６）、その筋持久力ＦJ を制御部２０に出力する。
ＦJ ＝（Ｆb ／Ｆa ）×１００
【００３６】
このようにして、実施者の筋力値Ｆd が筋力推定部１１から出力されると、制御部２０が、筋力値Ｆd 等を推定する推定モードから筋力をトレーニングするトレーニングモードに移行する旨の情報を表示部３９に表示するが、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）の２０〜４０％の筋力で長時間トレーニングを実施できるようにするため、制御部２０が、下記に示すように、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を実施者の筋力値Ｆd に基づいて設定するとともに、運動時間を設定する（ステップＳＴ７）。
Ｆ＝Ｆd ×Ｋ１
ただし、Ｋ１は０．２〜０．４の値の係数
【００３７】
一方、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、短時間のトレーニングであるが、実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）の４０〜８０％の筋力でトレーニングを実施できるようにするため、制御部２０が、下記に示すように、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を実施者の筋力値Ｆd に基づいて設定するとともに、運動時間を設定する（ステップＳＴ７）。
Ｆ＝Ｆd ×Ｋ２
ただし、Ｋ２は０．４〜０．８の値の係数
【００３８】
そして、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値が設定された後、実施者が実際に筋力トレーニングを開始すると、負荷量Ｆの運動負荷が実施者に与えられるが、時間の経過に伴って疲労が蓄積し、負荷量Ｆが初期値のままでは、運動負荷が大き過ぎてペダル３３を回転させることができず、筋力トレーニングの実施が困難になる場合があるので、制御部２０は、図５に示すように、時間の経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるように制御する（ステップＳＴ８）。
【００３９】
具体的は、実施者の筋持久力ＦJ に基づいて負荷量の減少率Ｇを決定し、時間ｔの経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるように制御する。
Ｇ＝１−（ＦJ ／１００）
Ｆ＝（Ｆd ×Ｋ１）×（１−Ｇ×ｔ）
そして、筋力トレーニングの開始後、設定された運動時間を経過すると、負荷モータ２１の負荷量Ｆが零になり、筋力トレーニングが終了する。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、予め、筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値Ｆd を推定し、その実施者の筋力値Ｆd に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、実施者の筋力値Ｆd に係数Ｋ１またはＫ２を乗算し、その乗算結果を負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値とするものについて示したが、筋力の推定モード時の負荷モータ２１の１分間の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を検出し、その回転数Ｎと実施者の筋力値Ｆd を下記に示す演算式に代入し、その演算結果を負荷モータ２１における負荷量Ｆ（ワット）の初期値とするようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
Ｆ＝Ｆd ×ｒP ×Ｎ×ｓｉｎθ×９．５５
【００４２】
実施の形態３．
上記実施の形態１，実施の形態２では、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるものについて示したが、初期値を越えない範囲内で負荷量Ｆをランダムに変更するようにしてもよい。
具体的には、図６に示すように、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングと、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを交互に繰り返すようにしてもよい。
これにより、実施者の筋力の状態によっては、同時に、筋持久力の向上と最大筋力値の向上を図ることができる効果を奏する。
【００４３】
実施の形態４．
上記実施の形態１から実施の形態３では、実施者の筋力値Ｆd を推定する推定モードの後に、実施者が筋力をトレーニングするトレーニングモードに移行するものについて示したが、図７に示すように、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を直前の推定モードにおいて推定された筋力値Ｆd に基づいて設定するようにしてもよい。
これにより、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、そのときの筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５による運動療法装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４１は実施者の血圧や心拍数等のバイタル情報を計測するバイタル情報計測部（計測手段）、４２はバイタル情報計測部４１により計測されたバイタル情報を表示部３９に表示するとともに、そのバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示する表示インタフェース部（表示手段）、４３は図１の制御部２０と同様の機能を有する他に、バイタル情報計測部４１により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量Ｆを零に変更する制御部（制御手段）である。
【００４５】
次に動作について説明する。
筋力推定部１１及び持久力演算部１８等の動作は上記実施の形態１等と同様であるため説明を省略する。
まず、バイタル情報計測部４１が、実施者の血圧や心拍数等のバイタル情報を計測すると、そのバイタル情報が表示インタフェース部４２に出力され、表示インタフェース部４２が、そのバイタル情報を表示部３９に表示するが、表示インタフェース部４２は、常時、そのバイタル情報を監視する。
【００４６】
そして、表示インタフェース部４２は、そのバイタル情報が警報値を逸脱した場合には（例えば、実施者の最高血圧が１５０を越えた場合）、実施者にトレーニングの中止を促すため、その旨を表示部３９に表示するとともに、制御部４３にその旨を通知する。
そして、制御部４３は、表示インタフェース部４２から通知を受けると、負荷モータ２１の負荷量Ｆを零に変更し、実施者の筋力トレーニングを強制的に中止させる。
【００４７】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示するように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果を奏する。
また、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量を零に変更するように構成したので、実施者の体調に異変が生じた場合には、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果を奏する。
【００４８】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示するものについて示したが、警報音を発生するスピーカ（報知手段）等を設けるようにしてもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
実施の形態７．
上記実施の形態５では、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量を零に変更するものについて示したが、負荷モータ２１の負荷量Ｆを実施者がクランク３２を回転させることができない範囲の値に変更するようにしてもよい。
具体的には、制御部４３が、負荷モータ２１の負荷量Ｆを実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）より大きい値に変更する。
これにより、実施者はクランク３２を回転させることができなくなり、結果として、筋力トレーニングを強制的に中止させることになる。
【００５０】
実施の形態８．
上記実施の形態１から実施の形態７では、実施者の筋力値Ｆd 等に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するものについて示したが、実施者のバイタル情報を考慮して負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するようにしてもよい。
具体的には、例えば、実施者の血圧が１４０より高い場合には、実施者の筋力値Ｆd に基づいて初期設定された負荷モータ２１の負荷量Ｆを２０％程度減じるようにする。
これにより、実施者の健康状態が考慮された筋力トレーニングの実施を可能にする効果を奏する。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、筋力トレーニングを実施する実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、負荷手段における負荷量の初期値を筋力推定手段により推定された筋力値に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。また、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、筋力トレーニングを継続することができる効果がある。
【００５２】
この発明によれば、実施者が踏み込むペダルが取り付けられたクランクの回転トルクと、そのクランクに対するペダルの角度から実施者の筋力値を推定するように構成したので、実施者の筋力値を推定するために実施者が特別の運動を実施することなく、実施者の筋力値を推定することができる効果がある。
【００５３】
この発明によれば、アイソキネティック運動様式の下で検出された回転トルクと、クランクに対するペダルの角度を用いて実施者の筋力値を推定するように構成したので、実際の筋力発揮場面に即した運動筋力を推定することができる効果がある。
【００５４】
この発明によれば、負荷モータの消費電力及び回転速度とクランクの角加速度からクランクの回転トルクを検出するトルク検出部を設けるとともに、その回転トルクとペダルの角度から実施者の筋力値を演算する演算部を設けるように構成したので、簡単な構成で実施者の筋力値を推定することができる効果がある。
【００５５】
この発明によれば、筋力推定手段が実施者の筋力値を推定する推定モードの場合には、負荷手段の負荷量を所定の基準値に設定するように構成したので、実施者の筋力値を推定する際に、実施者の病状等を考慮した運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５６】
この発明によれば、基準値を変更する変更手段を設けるように構成したので、実施者が必要に応じて基準値を変更することができる効果がある。
【００５７】
この発明によれば、実施者の最大筋力値に基づいて負荷手段の負荷量を制御するように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５８】
この発明によれば、実施者の筋持久力に基づいて負荷量の減少率を決定するように構成したので、実施者に常に適切な運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５９】
この発明によれば、実施者の筋持久力を推定する持久力推定手段を設けるように構成したので、実施者が自己の筋持久力を認識しておらず、自己の筋持久力を設定できない場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合に比べて、負荷量の初期値を小さく設定するとともに、運動時間を長く設定するように構成したので、筋力トレーニングの目的に沿ったトレーニングの実施が可能になる効果がある。
【００６１】
この発明によれば、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って初期値を越えない範囲内で負荷量をランダムに変更するように構成したので、実施者の筋力の状態によっては、同時に、筋持久力の向上と最大筋力値の向上を図ることができる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷手段における負荷量の初期値を直前の推定モードにおいて推定手段により推定された筋力値に基づいて設定するように構成したので、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、そのときの筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、実施者のバイタル情報を計測する計測手段を設けるように構成したので、実施者はトレーニング中のバイタル情報を認識することができる効果がある。
【００６４】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示する表示手段を設けるように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、警報音を発生する報知手段を設けるように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を零に変更するように構成したので、実施者の体調に異変が生じた場合には、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を実施者がクランクを回転させることができない範囲の値に変更するように構成したので、実施者はクランクを回転させることができなくなり、結果として、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報を考慮して負荷手段の負荷量を制御するように構成したので、実施者の健康状態が考慮された筋力トレーニングの実施を可能にする効果がある。
【００６９】
この発明によれば、筋力トレーニングを実施する実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、その実施者に運動負荷を与える負荷手段の初期値を筋力値の推定結果に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。また、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、筋力トレーニングを継続することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による運動療法装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による運動療法装置を示す断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】 実施者の筋力値等の力学関係を説明する説明図である。
【図５】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図６】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図７】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態５による運動療法装置を示す構成図である。
【図９】 従来の運動療法装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１ 筋力推定部（筋力推定手段）、１２ 負荷モータ電力計測部（計測部）、１３ 負荷モータ速度計測部（計測部）、１４ クランク角加速度計測部（計測部）、１５ ペダル角度計測部（計測部）、１６ トルク検出部、１７ 筋力値演算部（演算部）、１８ 持久力演算部（持久力推定手段）、１９ 変更部（変更手段）、２０，４３ 制御部（制御手段）、２１ 負荷モータ（負荷手段）、３９ 表示部（表示手段）、４１ バイタル情報計測部（計測手段）、４２ 表示インタフェース部（表示手段）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、筋力の回復や増強を図る必要がある患者等が使用する運動療法装置及び運動療法装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は例えば特公平７−４７０５３号公報に示された従来の運動療法装置を示す構成図であり、図において、１は筋力トレーニングの実施に使用するエルゴメータ、２はエルゴメータ１のペダル、３はエルゴメータ１の電磁ブレーキ、４は筋力トレーニングを実施する実施者の腕を圧迫するカフ、５は実施者のコロトコフ音を検出するマイクロフォン、６はマイクロフォン５により検出されたコロトコフ音に基づいてカフ４の圧力を制御して、実施者の血圧値と脈拍数を測定する測定装置、７は目標値を設定する設定器、８は実施者の血圧値と脈拍数の積を労作強度値とし、その労作強度値が目標値に一致するように電磁ブレーキ３の制動トルクを調整するコントローラ、９は労作強度値が警報値を越えると異常内容を表示する表示器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、筋力トレーニングを実施する実施者が、筋力トレーニングを実施するに先だって設定器７から年令や性別等を入力すると、コントローラ８が実施者の年令や性別等を考慮して目標値を設定する。
そして、実施者が腕をカフ４に通したのち、実際に、ペダル２の踏み込みを開始すると、測定装置６が実施者の血圧値と脈拍数を測定する。
【０００４】
このようにして、測定装置６が実施者の血圧値と脈拍数を測定すると、コントローラは、実施者の血圧値に脈拍数を乗算して、労作強度値を演算する。
そして、コントローラ８は、実施者の労作強度値が目標値を上回っている場合には、実施者に与える負荷が大き過ぎるため、電磁ブレーキ３の制動トルクが小さくなるように調整し、実施者の労作強度値が目標値を下回っている場合には、実施者に与える負荷が小さ過ぎるため、電磁ブレーキ３の制動トルクが大きくなるように調整する。
これにより、労作強度値が目標値に一致する状態に保持されながら実施者は筋力トレーニングを継続することができるようになる。
なお、生体情報（例えば、血圧と脈拍数の積）の変曲点を検出し、その変曲点が生じたときのランプ負荷の値を筋持久力の測定値とする技術が特公平７−３８８８５号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の運動療法装置は以上のように構成されているので、心肺機能と筋力のバランスが良好の実施者の場合には、労作強度値が目標値に一致する状態で筋力トレーニングを実施することができるが、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合には（例えば、足を手術した患者等）、実施者に与える運動負荷が大き過ぎてエルゴメータ１のペダル２を回転させることができず、筋力トレーニングの実施が困難になる場合があるなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる運動療法装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る運動療法装置は、実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、負荷手段における負荷量の初期値を筋力推定手段により推定された筋力値に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるようにしたものである。
【０００８】
この発明に係る運動療法装置は、実施者が踏み込むペダルが取り付けられたクランクの回転トルクと、そのクランクに対するペダルの角度から実施者の筋力値を推定するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る運動療法装置は、アイソキネティック運動様式の下で検出された回転トルクと、クランクに対するペダルの角度を用いて実施者の筋力値を推定するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る運動療法装置は、負荷モータの消費電力及び回転速度とクランクの角加速度からクランクの回転トルクを検出するトルク検出部を設けるとともに、その回転トルクとペダルの角度から実施者の筋力値を演算する演算部を設けたものである。
【００１１】
この発明に係る運動療法装置は、筋力推定手段が実施者の筋力値を推定する推定モードの場合には、負荷手段の負荷量を所定の基準値に設定するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る運動療法装置は、基準値を変更する変更手段を設けたものである。
【００１３】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の最大筋力値に基づいて負荷手段の負荷量を制御するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の筋持久力に基づいて負荷量の減少率を決定するようにしたものである。
【００１５】
この発明に係る運動療法装置は、実施者の筋持久力を推定する持久力推定手段を設けたものである。
【００１６】
この発明に係る運動療法装置は、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合に比べて、負荷量の初期値を小さく設定するとともに、運動時間を長く設定するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る運動療法装置は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って初期値を越えない範囲内で負荷量をランダムに変更するようにしたものである。
【００１８】
この発明に係る運動療法装置は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷手段における負荷量の初期値を直前の推定モードにおいて推定手段により推定された筋力値に基づいて設定するようにしたものである。
【００１９】
この発明に係る運動療法装置は、実施者のバイタル情報を計測する計測手段を設けたものである。
【００２０】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示する表示手段を設けたものである。
【００２１】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、警報音を発生する報知手段を設けたものである。
【００２２】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を零に変更するようにしたものである。
【００２３】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を実施者がクランクを回転させることができない範囲の値に変更するようにしたものである。
【００２４】
この発明に係る運動療法装置は、計測手段により計測されたバイタル情報を考慮して負荷手段の負荷量を制御するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係る運動療法装置の制御方法は、実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、その実施者に運動負荷を与える負荷手段の初期値を筋力値の推定結果に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による運動療法装置を示す構成図であり、図において、１１は筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値Ｆd を推定する筋力推定部（筋力推定手段）、１２は実施者に運動負荷を与える負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測する負荷モータ電力計測部（計測部）、１３は負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する負荷モータ速度計測部（計測部）、１４は実施者が踏み込むペダル３３が取り付けられたクランク３２（図２を参照）の角加速度ω* を計測するクランク角加速度計測部（計測部）、１５はクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測するペダル角度計測部（計測部）、１６は負荷モータ２１の消費電力ＷM 及び回転速度Ｖとクランク３２の角加速度ω* からクランク３２の回転トルクＴC を検出するトルク検出部、１７はトルク検出部１６により検出された回転トルクＴC 及びペダル角度計測部１５により計測されたペダル３３の角度θから実施者の筋力値Ｆd を演算する筋力値演算部（演算部）、１８は実施者の筋持久力ＦJ を推定する持久力演算部（持久力推定手段）である。
【００２７】
また、１９は筋力推定部１１が実施者の筋力値Ｆd を推定する際に設定される負荷モータ２１の負荷量Ｆを必要に応じて変更する変更部（変更手段）、２０は筋力推定部１１により推定された実施者の筋力値Ｆd 等に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御する制御部（制御手段）、２１は筋力トレーニングを実施する実施者に運動負荷を与える負荷モータ（負荷手段）である。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態１による運動療法装置を示す断面図であり、図において、３１は実施者が座る椅子、３２は実施者が踏み込むペダル３３が取り付けられたクランク、３３は実施者が踏み込むペダル、３４はペダル軸プーリー、３５は中間プーリー、３６，３７はベルト、３８はハンドル、３９は実施者に各種情報を提示する表示部（表示手段）である。
なお、図３はこの発明の実施の形態１による運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００２９】
次に動作について説明する。
まず、筋力トレーニングを実施する実施者が椅子３１に座った状態で、例えば、図示せぬスタートスイッチを押すと、これから実施者の筋力値（最大筋力値）と筋持久力を推定する処理を実施する旨を示す情報が表示部３９に表示される。具体的には、実施者の筋力値Ｆd を推定する際には、例えば、左右のペダル３３を全力で５回踏み込むように指示する内容の情報が表示される。
一方、筋持久力ＦJ を推定する際には、例えば、左右のペダル３３を連続的に２５回踏み込むように指示する内容の情報が表示される。
【００３０】
そして、実施者の筋力値Ｆd を推定する際には、図５に示すように、負荷モータ２１の負荷量Ｆが症例別に用意された基準値Ｆ１に設定され（実施者の病状等を示す個人データが制御部２０に登録されており、制御部２０が個人データを参照して、基準値Ｆ１を選択する。ただし、実施者は必要に応じて変更部１９を操作して基準値Ｆ１を変更することができる。）、実施者が左右のペダル３３を全力で踏み込むごとに、負荷モータ電力計測部１２が負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測し、負荷モータ速度計測部１３が負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する。また、クランク角加速度計測部１４がクランク３２の角加速度ω* を計測し、ペダル角度計測部１５がクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測する（ステップＳＴ１）。
なお、これらの計測結果は、実施者の体重が運動筋に負荷された状態で計測されるアイソキネティック運動様式が採用されている。
【００３１】
そして、負荷モータ２１の消費電力ＷM 等が計測されるごとに、例えばクランク３２の一回転で一回計測されるごとにトルク検出部１６が、負荷モータ２１の消費電力ＷM ，負荷モータ２１の回転速度Ｖ及びクランク３２の角加速度ω* を下記の演算式に代入して、クランク３２の回転トルクＴC を検出する（ステップＳＴ２）。
ＴC ＝（ＷM ／Ｖ）＋ＴF ＋（ω* ×（ＪP ＋ＪF ））
そして、トルク検出部１６がクランク３２の回転トルクＴC を検出するごとに、筋力値演算部１７が、クランク３２の回転トルクＴC とクランク３２に対するペダル３３の角度θを下記の演算式に代入して、実施者の筋力値Ｆd を演算する（図４を参照）。
Ｆd ＝ＴC ／（ｒP ×ｃｏｓθ）
なお、ＴF は機構部損失トルク（ベルト部換算）、ＪP はクランクギヤ部のイナーシャ、ＪF は足部のイナーシャ、ｒP はクランクの長さ（クランク半径）である。
【００３２】
そして、筋力値演算部１７は、実施者の筋力値Ｆd を５回演算すると、その中の最大の筋力値Ｆd を実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）であると推定し（ステップＳＴ３）、その筋力値Ｆd を制御部２０に出力する。
【００３３】
一方、実施者の筋持久力ＦJ を推定する際には、図５に示すように、負荷モータ２１の負荷量Ｆが症例別に用意された基準値Ｆ２に設定され（実施者の病状等を示す個人データが制御部２０に登録されており、制御部２０が個人データを参照して、基準値Ｆ２を選択する。ただし、実施者は必要に応じて変更部１９を操作して基準値Ｆ２を変更することができる。）、実施者が左右のペダル３３を連続的に２５回踏み込むと、負荷モータ電力計測部１２が負荷モータ２１の消費電力ＷM を計測し、負荷モータ速度計測部１３が負荷モータ２１の回転速度Ｖを計測する。また、クランク角加速度計測部１４がクランク３２の角加速度ω* を計測し、ペダル角度計測部１５がクランク３２に対するペダル３３の角度θを計測する（ステップＳＴ４）。
なお、これらの計測結果は、実施者の体重が運動筋に負荷された状態で計測されるアイソキネティック運動様式が採用されている。
【００３４】
そして、負荷モータ２１の消費電力ＷM 等が計測されるごとに、例えばクランク３２の一回転で一回計測されるごとにトルク検出部１６が、負荷モータ２１の消費電力ＷM ，負荷モータ２１の回転速度Ｖ及びクランク３２の角加速度ω* を下記の演算式に代入して、クランク３２の回転トルクＴC を検出する（ステップＳＴ５）。
ＴC ＝（ＷM ／Ｖ）＋ＴF ＋（ω* ×（ＪP ＋ＪF ））
そして、トルク検出部１６がクランク３２の回転トルクＴC を検出するごとに、筋力値演算部１７が、クランク３２の回転トルクＴC とクランク３２に対するペダル３３の角度θを下記の演算式に代入して、実施者の筋力値Ｆd を演算する（図４を参照）。
Ｆd ＝ＴC ／（ｒP ×ｃｏｓθ）
【００３５】
そして、持久力演算部１８は、筋力値Ｆd の演算を終了すると、最初から数えて４，５，６回目のピーク値の平均値Ｆa と、最後の３回（２３，２４，２５回目）のピーク値の平均値Ｆb を求め、平均値Ｆa と平均値Ｆb から筋持久力ＦJ を推定し（ステップＳＴ６）、その筋持久力ＦJ を制御部２０に出力する。
ＦJ ＝（Ｆb ／Ｆa ）×１００
【００３６】
このようにして、実施者の筋力値Ｆd が筋力推定部１１から出力されると、制御部２０が、筋力値Ｆd 等を推定する推定モードから筋力をトレーニングするトレーニングモードに移行する旨の情報を表示部３９に表示するが、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）の２０〜４０％の筋力で長時間トレーニングを実施できるようにするため、制御部２０が、下記に示すように、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を実施者の筋力値Ｆd に基づいて設定するとともに、運動時間を設定する（ステップＳＴ７）。
Ｆ＝Ｆd ×Ｋ１
ただし、Ｋ１は０．２〜０．４の値の係数
【００３７】
一方、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、短時間のトレーニングであるが、実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）の４０〜８０％の筋力でトレーニングを実施できるようにするため、制御部２０が、下記に示すように、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を実施者の筋力値Ｆd に基づいて設定するとともに、運動時間を設定する（ステップＳＴ７）。
Ｆ＝Ｆd ×Ｋ２
ただし、Ｋ２は０．４〜０．８の値の係数
【００３８】
そして、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値が設定された後、実施者が実際に筋力トレーニングを開始すると、負荷量Ｆの運動負荷が実施者に与えられるが、時間の経過に伴って疲労が蓄積し、負荷量Ｆが初期値のままでは、運動負荷が大き過ぎてペダル３３を回転させることができず、筋力トレーニングの実施が困難になる場合があるので、制御部２０は、図５に示すように、時間の経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるように制御する（ステップＳＴ８）。
【００３９】
具体的は、実施者の筋持久力ＦJ に基づいて負荷量の減少率Ｇを決定し、時間ｔの経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるように制御する。
Ｇ＝１−（ＦJ ／１００）
Ｆ＝（Ｆd ×Ｋ１）×（１−Ｇ×ｔ）
そして、筋力トレーニングの開始後、設定された運動時間を経過すると、負荷モータ２１の負荷量Ｆが零になり、筋力トレーニングが終了する。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、予め、筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値Ｆd を推定し、その実施者の筋力値Ｆd に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、実施者の筋力値Ｆd に係数Ｋ１またはＫ２を乗算し、その乗算結果を負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値とするものについて示したが、筋力の推定モード時の負荷モータ２１の１分間の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を検出し、その回転数Ｎと実施者の筋力値Ｆd を下記に示す演算式に代入し、その演算結果を負荷モータ２１における負荷量Ｆ（ワット）の初期値とするようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
Ｆ＝Ｆd ×ｒP ×Ｎ×ｓｉｎθ×９．５５
【００４２】
実施の形態３．
上記実施の形態１，実施の形態２では、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷モータ２１の負荷量Ｆを減じるものについて示したが、初期値を越えない範囲内で負荷量Ｆをランダムに変更するようにしてもよい。
具体的には、図６に示すように、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングと、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを交互に繰り返すようにしてもよい。
これにより、実施者の筋力の状態によっては、同時に、筋持久力の向上と最大筋力値の向上を図ることができる効果を奏する。
【００４３】
実施の形態４．
上記実施の形態１から実施の形態３では、実施者の筋力値Ｆd を推定する推定モードの後に、実施者が筋力をトレーニングするトレーニングモードに移行するものについて示したが、図７に示すように、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷モータ２１における負荷量Ｆの初期値を直前の推定モードにおいて推定された筋力値Ｆd に基づいて設定するようにしてもよい。
これにより、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、そのときの筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５による運動療法装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４１は実施者の血圧や心拍数等のバイタル情報を計測するバイタル情報計測部（計測手段）、４２はバイタル情報計測部４１により計測されたバイタル情報を表示部３９に表示するとともに、そのバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示する表示インタフェース部（表示手段）、４３は図１の制御部２０と同様の機能を有する他に、バイタル情報計測部４１により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量Ｆを零に変更する制御部（制御手段）である。
【００４５】
次に動作について説明する。
筋力推定部１１及び持久力演算部１８等の動作は上記実施の形態１等と同様であるため説明を省略する。
まず、バイタル情報計測部４１が、実施者の血圧や心拍数等のバイタル情報を計測すると、そのバイタル情報が表示インタフェース部４２に出力され、表示インタフェース部４２が、そのバイタル情報を表示部３９に表示するが、表示インタフェース部４２は、常時、そのバイタル情報を監視する。
【００４６】
そして、表示インタフェース部４２は、そのバイタル情報が警報値を逸脱した場合には（例えば、実施者の最高血圧が１５０を越えた場合）、実施者にトレーニングの中止を促すため、その旨を表示部３９に表示するとともに、制御部４３にその旨を通知する。
そして、制御部４３は、表示インタフェース部４２から通知を受けると、負荷モータ２１の負荷量Ｆを零に変更し、実施者の筋力トレーニングを強制的に中止させる。
【００４７】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示するように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果を奏する。
また、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量を零に変更するように構成したので、実施者の体調に異変が生じた場合には、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果を奏する。
【００４８】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示部３９に表示するものについて示したが、警報音を発生するスピーカ（報知手段）等を設けるようにしてもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
実施の形態７．
上記実施の形態５では、実施者のバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷モータ２１の負荷量を零に変更するものについて示したが、負荷モータ２１の負荷量Ｆを実施者がクランク３２を回転させることができない範囲の値に変更するようにしてもよい。
具体的には、制御部４３が、負荷モータ２１の負荷量Ｆを実施者の筋力値Ｆd （最大筋力値）より大きい値に変更する。
これにより、実施者はクランク３２を回転させることができなくなり、結果として、筋力トレーニングを強制的に中止させることになる。
【００５０】
実施の形態８．
上記実施の形態１から実施の形態７では、実施者の筋力値Ｆd 等に基づいて負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するものについて示したが、実施者のバイタル情報を考慮して負荷モータ２１の負荷量Ｆを制御するようにしてもよい。
具体的には、例えば、実施者の血圧が１４０より高い場合には、実施者の筋力値Ｆd に基づいて初期設定された負荷モータ２１の負荷量Ｆを２０％程度減じるようにする。
これにより、実施者の健康状態が考慮された筋力トレーニングの実施を可能にする効果を奏する。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、筋力トレーニングを実施する実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、負荷手段における負荷量の初期値を筋力推定手段により推定された筋力値に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。また、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、筋力トレーニングを継続することができる効果がある。
【００５２】
この発明によれば、実施者が踏み込むペダルが取り付けられたクランクの回転トルクと、そのクランクに対するペダルの角度から実施者の筋力値を推定するように構成したので、実施者の筋力値を推定するために実施者が特別の運動を実施することなく、実施者の筋力値を推定することができる効果がある。
【００５３】
この発明によれば、アイソキネティック運動様式の下で検出された回転トルクと、クランクに対するペダルの角度を用いて実施者の筋力値を推定するように構成したので、実際の筋力発揮場面に即した運動筋力を推定することができる効果がある。
【００５４】
この発明によれば、負荷モータの消費電力及び回転速度とクランクの角加速度からクランクの回転トルクを検出するトルク検出部を設けるとともに、その回転トルクとペダルの角度から実施者の筋力値を演算する演算部を設けるように構成したので、簡単な構成で実施者の筋力値を推定することができる効果がある。
【００５５】
この発明によれば、筋力推定手段が実施者の筋力値を推定する推定モードの場合には、負荷手段の負荷量を所定の基準値に設定するように構成したので、実施者の筋力値を推定する際に、実施者の病状等を考慮した運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５６】
この発明によれば、基準値を変更する変更手段を設けるように構成したので、実施者が必要に応じて基準値を変更することができる効果がある。
【００５７】
この発明によれば、実施者の最大筋力値に基づいて負荷手段の負荷量を制御するように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５８】
この発明によれば、実施者の筋持久力に基づいて負荷量の減少率を決定するように構成したので、実施者に常に適切な運動負荷を与えることができる効果がある。
【００５９】
この発明によれば、実施者の筋持久力を推定する持久力推定手段を設けるように構成したので、実施者が自己の筋持久力を認識しておらず、自己の筋持久力を設定できない場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合に比べて、負荷量の初期値を小さく設定するとともに、運動時間を長く設定するように構成したので、筋力トレーニングの目的に沿ったトレーニングの実施が可能になる効果がある。
【００６１】
この発明によれば、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って初期値を越えない範囲内で負荷量をランダムに変更するように構成したので、実施者の筋力の状態によっては、同時に、筋持久力の向上と最大筋力値の向上を図ることができる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷手段における負荷量の初期値を直前の推定モードにおいて推定手段により推定された筋力値に基づいて設定するように構成したので、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、そのときの筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、実施者のバイタル情報を計測する計測手段を設けるように構成したので、実施者はトレーニング中のバイタル情報を認識することができる効果がある。
【００６４】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示する表示手段を設けるように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、警報音を発生する報知手段を設けるように構成したので、実施者は体調に異変が生じたことを認識することができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を零に変更するように構成したので、実施者の体調に異変が生じた場合には、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を実施者がクランクを回転させることができない範囲の値に変更するように構成したので、実施者はクランクを回転させることができなくなり、結果として、筋力トレーニングを強制的に中止させることができる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、計測手段により計測されたバイタル情報を考慮して負荷手段の負荷量を制御するように構成したので、実施者の健康状態が考慮された筋力トレーニングの実施を可能にする効果がある。
【００６９】
この発明によれば、筋力トレーニングを実施する実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、その実施者に運動負荷を与える負荷手段の初期値を筋力値の推定結果に基づいて設定し、実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って負荷手段の負荷量を減じるように構成したので、実施者の筋力が心肺機能に比べて劣っている場合でも、実施者の筋力に見合った運動負荷を与えることができる効果がある。また、時間の経過に伴って疲労が蓄積されても、筋力トレーニングを継続することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による運動療法装置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による運動療法装置を示す断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による運動療法装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】 実施者の筋力値等の力学関係を説明する説明図である。
【図５】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図６】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図７】 負荷量の設定等を説明する説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態５による運動療法装置を示す構成図である。
【図９】 従来の運動療法装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１ 筋力推定部（筋力推定手段）、１２ 負荷モータ電力計測部（計測部）、１３ 負荷モータ速度計測部（計測部）、１４ クランク角加速度計測部（計測部）、１５ ペダル角度計測部（計測部）、１６ トルク検出部、１７ 筋力値演算部（演算部）、１８ 持久力演算部（持久力推定手段）、１９ 変更部（変更手段）、２０，４３ 制御部（制御手段）、２１ 負荷モータ（負荷手段）、３９ 表示部（表示手段）、４１ バイタル情報計測部（計測手段）、４２ 表示インタフェース部（表示手段）。
Claims (19)
- 筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値を推定する筋力推定手段と、上記実施者に運動負荷を与える負荷手段と、上記実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、上記負荷手段における負荷量の初期値を上記筋力推定手段により推定された筋力値に基づいて設定し、上記実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って上記負荷手段の負荷量を減じる制御手段とを備えた運動療法装置。
- 筋力推定手段は、実施者が踏み込むペダルが取り付けられたクランクの回転トルクと、そのクランクに対するペダルの角度から実施者の筋力値を推定することを特徴とする請求項１記載の運動療法装置。
- 筋力推定手段は、アイソキネティック運動様式の下で検出された回転トルクと、クランクに対するペダルの角度を用いて実施者の筋力値を推定することを特徴とする請求項２記載の運動療法装置。
- 筋力推定手段は、負荷手段を構成する負荷モータの消費電力及び回転速度，クランクの角加速度並びにクランクに対するペダルの角度を計測する計測部と、上記計測部により計測された負荷モータの消費電力及び回転速度とクランクの角加速度からクランクの回転トルクを検出するトルク検出部と、上記トルク検出部により検出された回転トルク及び上記計測部により計測されたペダルの角度から実施者の筋力値を演算する演算部とから構成されたことを特徴とする請求項２記載の運動療法装置。
- 制御手段は、筋力推定手段が実施者の筋力値を推定する推定モードの場合には、負荷手段の負荷量を所定の基準値に設定することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 基準値を変更する変更手段を設けたことを特徴とする請求項５記載の運動療法装置。
- 筋力値は最大筋力値であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 制御手段は、実施者の筋持久力に基づいて負荷量の減少率を決定することを特徴とする請求項１記載の運動療法装置。
- 実施者の筋持久力を推定する持久力推定手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の運動療法装置。
- 制御手段は、筋持久力の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合には、最大筋力値の向上を目的とする筋力トレーニングを実施する場合に比べて、負荷量の初期値を小さく設定するとともに、運動時間を長く設定することを特徴とする請求項１記載の運動療法装置。
- 制御手段は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って初期値を越えない範囲内で負荷量をランダムに変更することを特徴とする請求項１記載の運動療法装置。
- 制御手段は、実施者がトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って推定モードとトレーニングモードを交互に繰り返し、推定モードからトレーニングモードに移行する際、負荷手段における負荷量の初期値を直前の推定モードにおいて推定手段により推定された筋力値に基づいて設定することを特徴とする請求項１記載の運動療法装置。
- 実施者のバイタル情報を計測する計測手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、その旨を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１３記載の運動療法装置。
- 計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、警報音を発生する報知手段を設けたことを特徴とする請求項１３記載の運動療法装置。
- 制御手段は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を零に変更することを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 制御手段は、計測手段により計測されたバイタル情報が警報値を逸脱した場合には、負荷手段の負荷量を実施者がクランクを回転させることができない範囲の値に変更することを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 制御手段は、計測手段により計測されたバイタル情報を考慮して負荷手段の負荷量を制御することを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちのいずれか１項記載の運動療法装置。
- 予め筋力トレーニングを実施する実施者の筋力値を推定し、その実施者が筋力のトレーニングを開始するに際して、その実施者に運動負荷を与える負荷手段の初期値を上記筋力値の推定結果に基づいて設定し、その実施者が実際にトレーニングを開始すると、時間の経過に伴って上記負荷手段の負荷量を減じる運動療法装置の制御方法。
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