JP3865862B2 - 運動療法装置のバイタル情報計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、自転車エルゴメータ等を用いた運動療法終了後のクールダウン時において、バイタル情報の減少率および経過時間との関係から運動療法者の心臓能力値を把握することができるとともに、上記バイタル情報の経過時間に対する減少率を計測することにより運動療法者の異常を早期に確認し、運動療法の安全性を向上させることができる運動療法装置のバイタル情報計測装置およびバイタル情報計測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13は従来の運動療法装置のバイタル情報計測装置の使用方法を示す説明図、図14はコロトコフ音検出センサ部を用いた運動療法装置のバイタル情報計測装置の構成を示すブロック図であり、図において、1は複数のセンサエレメントが互いに独立して、橈骨動脈の1脈動毎の血圧値を検出するトノメトリ型血圧センサ、2はトノメトリ型血圧センサ1を被験者の手首に固定するセンサ取付バンド、3はトノメトリ型血圧センサ1からの計測データに基づいて、最も計測状態が良好と思われるセンサエレメントを選定し、それ以降は、その選定したセンサエレメントが計測したデータに基づいて1拍毎の最高血圧,最低血圧,脈拍数等を決定するトノメトリ型血圧計、4は上腕部を加圧するカフ5の減圧過程において上腕動脈の脈動を検知するマイクロフォン等から構成されるマイクロフォン方式カフ型血圧計であり、トノメトリ型血圧計3の血圧較正用として使用される。5は自転車エルゴメータ6からの運動療法開始信号を受信すると小型ポンプ(図示なし)が作動し空気が送り込まれるカフである。
【0003】
7はカフ5の減圧過程でカフ5内の圧力を検出する圧力センサ、8は圧力センサ7およびマイクロフォン9からの信号を受信した後、血圧測定に必要な処理を実行し、最高血圧値および最低血圧値を決定し、LCD10に表示するマイクロコンピュータ、9はカフ5加圧後の減圧過程でカフ圧が動脈圧以下になったときに発生するコロトコフ音とカフ圧が動脈血流を阻害しないでコロトコフ音の消失する時を検出するマイクロフォンである。
【0004】
次に動作について説明する。
まず、被験者は手首にセンサ取付バンド2および上腕部にカフ型血圧計4のカフ5を装着した後に電源スイッチを入れると、圧力0mmHgの設定や各部の初期設定が行われ、自転車エルゴメータ6からの運動療法開始信号を受信すると小型ポンプが作動しカフ5に空気が送り込まれ上腕を加圧する。次に、所定の圧力に達した後に、徐々に排気弁により2〜4mmHg/秒の一定の排気速度で減圧が行われ、この減圧過程でカフ5内の圧力が圧力センサ7により検出され、増幅器11、A/D変換器12を介して出力されたデジタル信号がマイクロコンピュータ8に出力される。また、マイクロフォン9からの信号は、増幅器13、フィルタ14、コンパレータ15を介してマイクロコンピュータ8に出力される。
【0005】
次に、マイクロコンピュータ8では圧力センサ7およびマイクロフォン9からの信号を受信した後、血圧測定に必要な処理を実行し、最高血圧値および最低血圧値を決定しLCD10に表示する。そして、最高血圧値と最低血圧値とを表示した後に、電磁式の急速排気弁を作動させカフ5内の空気を排気し、カフ型血圧計4による血圧測定を終了する。その後、再び小型ポンプが作動し、トノメトリ型血圧センサ1の上部に設けられた空気圧室に空気が送り込まれ、その結果、皮膚に密着したトノメトリ型血圧センサ1は、皮膚内の血管(橈骨動脈)を圧迫する。そして、血管を圧迫すると、複数のセンサエレメントが互いに独立して血管内の圧力を連続的に計測し、計測した計測データはトノメトリ型血圧計3の処理部に伝送され、最も計測状態が良好と思われるセンサエレメントを選定する。そして、自転車エルゴメータ6による運動療法中は、その選定したセンサエレメントが計測したデータに基づいて1拍毎の最高血圧,最低血圧,脈拍数等を決定する。
【0006】
このような自転車エルゴメータ6による運動療法においては、運動療法者の健康状態に合わせて最大ペダル回転数や最大ペダル負荷が設定されているが、例えば、バイタル情報として計測された運動療法者の最高血圧値が予め設定された最高血圧値より高くなったとき、又は、バイタル情報として計測された運動療法者の最高心拍値が予め設定された最高脈拍数より高くなったとき、ブザー等を鳴らすことによって運動療法者に警報を発し、運動の中止を促すようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の運動療法装置のバイタル情報計測装置は以上のように構成されているので、自転車エルゴメータ等を用いた運動療法中の運動療法者の血圧値や心拍値を表示することはできるが、運動療法終了時のクールダウン時において、運動療法者のバイタル情報を得ることができないとともに、運動療法後の運動療法者の異常を把握することができず、運動療法の安全性を低下させるなどの課題があった。
【0008】
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、自転車エルゴメータ等を用いた運動療法終了時のクールダウン時において、バイタル情報の減少率および経過時間との関係から運動療法者の心臓能力値を把握することができるとともに、上記バイタル情報の経過時間に対する減少率を計測することにより運動療法者の異常を早期に確認し、運動療法の安全性を向上させることができる運動療法装置のバイタル情報計測装置およびバイタル情報計測方法を得ることを目的とする。
【0009】
【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のバイタル情報計測装置は、バイタル情報計測センサにより運動療法者の血圧値や心拍値を取り込み、自転車エルゴメータによりバイタル情報計測センサからの運動療法者の血圧値や心拍値に応じてペダル負荷を変化させ、運動療法者に運動療法を行わせ、処理部により運動療法終了後のクールダウン時に所定の減少方法に基づいてペダル負荷値を減少し、この時の血圧値や心拍値の減少率および経過時間との関係から心臓能力値を算出し、この処理部で算出された心臓能力値を表示部に表示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のバイタル情報計測装置は、心臓能力値として、血圧値と心拍値との乗算値の減少率および経過時間との関係から心臓能力値を算出するようにしたものである。
【0011】
この発明に係る運動療法装置のバイタル情報計測装置は、バイタル情報計測センサにおいて、運動療法者の腕に巻かれたセンサ取付バンド内に装着され、複数のセンサエレメントが互いに独立して血管内の圧力を連続的に計測し脈圧波形を検知するトノメトリ型血圧センサと、運動療法者の腕に巻かれたカフの減圧過程においてこのカフ内の圧力を検出する圧力センサを備えたものである。
【0012】
この発明に係る運動療法装置のバイタル情報計測装置は、処理部において、血圧値や心拍値、またはその乗算値が経過時間に応じて所定の減少率で変化しない場合には心臓能力値の異常と判定し、表示部に異常情報を表示することにより、運動療法者に対して心臓能力の異常を知らせるようにしたものである。
【0013】
この発明に係る運動療法装置のバイタル情報計測装置は、クールダウン時の減少手段において、ペダル負荷値をクールダウン後直ちに無負荷にするか、ペダル負荷値をクールダウン後直ちに低運動負荷にするか、または上記ペダル負荷値を段階状に減少するかの何れかであるようにしたものである。
【0016】
【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のバイタル情報計測装置を示す構成図であり、図2はこの発明の実施の形態1による運動療法装置のバイタル情報計測装置の使用方法を示す説明図、図3はこの発明の実施の形態1による運動療法装置のバイタル情報計測装置のトノメトリ型血圧センサの構成を示す断面図、図4は図3のトノメトリ型血圧センサで検知される脈圧波形を示す波形図である。図において、20はトノメトリ型血圧センサ1とこのトノメトリ型血圧センサ1の較正用のカフ型血圧計とを備え、1拍毎の血圧値を測定するとともに、運動療法終了時のクールダウン時において、血圧(バイタル情報)と心拍値(バイタル情報)との乗算値(以下、PRTという)を算出し、このPRTの減少率と経過時間との関係より心臓能力値を算出するバイタル情報計測装置である。
【0017】
従来のマイクロフォン方式のカフ型血圧計では、カフ5の加圧後の減圧過程での血流の流れ初めに発生するコロトコフ音の発生点(収縮期血圧点)を最高血圧値とし、カフ5が血流を阻害しないでコロトコフ音の消失する点(拡張期血圧点)を最低血圧値としていた。このバイタル情報計測装置20のカフ型血圧測定方法では、マイクロフォン9(図12を参照)による血流の流れ状態を検知する代わりに、トノメトリ型血圧センサ1でこの血流の流れ状態を検知し、最高血圧値および最低血圧値を決定するものである。
【0018】
1は複数のセンサエレメント1dが互いに独立して、橈骨動脈の1脈動毎の血圧値を検出するトノメトリ型血圧センサ、2はトノメトリ型血圧センサ1を運動療法者の手首に固定するセンサ取付バンド、5はスタートスイッチ22が押下されるとエアーポンプ23が作動し空気が送り込まれ上腕部を加圧するカフ、7はカフ5の減圧過程でカフ5内の圧力を検出し、増幅器11を介して処理部21に出力する圧力センサ、21はトノメトリ型血圧センサ1から1脈動毎の血圧値を読み込むとともに、カフ5に設けられた圧力センサ7からの血圧値を読み込み、この圧力センサ7からの血圧値に基づいてトノメトリ型血圧センサ1からの血圧値を較正する処理部、22は自転車エルゴメータ6による運動療法を開始させるスタートスイッチ、24は処理部21からの命令に基づいてエアーポンプ23からの空気をトノメトリ型血圧センサ1の空気圧室1eへ送る経路か、またはカフ5へ送る経路に切り換える電磁弁、25はトノメトリ型血圧センサ1により測定された運動療法中の血圧値や運動療法終了時のクールダウン時のPRTから算出された心臓能力値を表示する表示部である。
【0019】
次に、トノメトリ型血圧センサ1の計測原理を図3および図4を用いて説明する。皮膚に密着したトノメトリ型血圧センサ1は、センサフレーム1a内の空気圧室1eの圧力を高めることにより、皮膚1f内の血管1g(橈骨動脈)を圧迫する。そして、血管1gを圧迫すると、ダイヤフラム1cを介してセンサフレーム1aに固定されたセンサ固定部1bの内に設けられた複数のセンサエレメント1dが互いに独立して血管1g内の圧力を連続的に計測し、図4に示すような脈圧波形を得る。そして、処理部21は各センサエレメント1dが計測した脈圧波形を取り込み、各測定データ(脈圧波形)を互いに比較し、最も計測状態が良好と思われるセンサエレメント1dを選定する。そして、それ以降は、その選定したセンサエレメント1dが計測した測定データに基づいて1拍毎の最高血圧,最低血圧,脈拍数等を決定する。
【0020】
次に動作について説明する。
図5はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の血圧測定手順を示すフローチャートである。まず、運動療法者がセンサ取付バンド2によりトノメトリ型血圧センサ1を手首に取り付けるとともに、カフ5を上腕部に取り付けた後に電源スイッチをONにすると(ステップST1)、圧力0mmHgの設定や各部の初期設定が行われる(ステップST2)。その後、スタートスイッチ22が押下されると、エアーポンプ23が作動し(ステップST3)、トノメトリ型血圧センサ1の空気圧室1eに空気が注入される(ステップST4)。そして、空気圧室1eの圧力が設定圧力になったか否かが判断され(ステップST5)、設定圧力になった時点でトノメトリ型血圧センサ1が脈動現象(脈圧と血流の変化)を検出し(ステップST6)、A/D変換後に処理部21に出力する。
【0021】
次に、トノメトリ型血圧センサ1による脈圧測定を終了するか否かの判断が実行され(ステップST7)、脈圧測定が終了した時点で、処理部21では各測定データ(脈圧波形)を互いに比較し、最も計測状態が良好と思われるセンサエレメント1dを選定する。そして、それ以降は、その選定したセンサエレメント1dが計測した測定データに基づいて1拍毎の最高血圧,最低血圧,脈拍数等を決定する(ステップST8)。その後、電磁式の急速排気弁を作動させ空気圧室1e内の空気を排気する(ステップST9)。そして、先に決定された最高血圧値および最低血圧値を表示部25に表示した後(ステップST10)、カフ型血圧計による較正処理時間が経過したか否かが判断され(ステップST11)、較正処理時間が経過していない場合には、血圧測定を終了するか否かが判断される(ステップST13)。そして、血圧測定を終了しない場合には、ステップST5へ戻り、測定処理が繰り返される。一方、ステップST11の判断の結果、較正処理時間が経過している場合には、下記に示す較正処理が実行される(ステップST12)。
【0022】
次に、較正処理の処理手順を説明する。
図6はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の較正処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、電磁弁24の切り換えが行われ(ステップST21)、エアーポンプ23での空気がカフ5に注入される(ステップST22)。そして、この空気の注入中にトノメトリ型血圧センサ1により血流の有無が判断され(ステップST23)、血流が検知される間はカフ5内の圧力が所定圧力に達していないとして、カフ5に空気が注入される。一方、血流が検知された時点でカフ5内の圧力が所定圧力に達したものと判断されて、カフ5内への空気の注入を終了し、一定速度での排気が実行される(ステップST24)。そして、この空気の排気中にトノメトリ型血圧センサ1により血流の有無が判断され(ステップST25)、血流が検知された時点で、処理部21は圧力センサ7からの圧力値を最高血圧値として取り込む(ステップST26)。
【0023】
引き続き一定速度での排気が実行され(ステップST27)、この空気の排気中にトノメトリ型血圧センサ1により血流の有無が判断され(ステップST28)、血流が検知されなくなった時点で、処理部21は圧力センサ7からの圧力値を最低血圧値として取り込む(ステップST29)。その後、電磁式の急速排気弁を作動させカフ5内の空気を全て排気し、(ステップST30)、処理部21はトノメトリ型血圧センサ1から測定した最高血圧値および最低血圧値と圧力センサ7から測定した最高血圧値および最低血圧値とを比較し(ステップST31)、設定以上の誤差が生じているか否かの判断が行われ(ステップST32)、設定以上の誤差が生じていない場合には較正処理を終了する。一方、設定以上の誤差が生じている場合には、表示部25にトノメトリ型血圧センサ1の位置変更の表示をするか、または空気圧室1e内の圧力を調整し(ステップST33)、較正処理を終了する。なお、この較正処理は初期時にも実行される。
【0024】
自転車エルゴメータ等を用いた運動療法においては、運動療法者の健康状態に合わせて最大ペダル負荷値(最大運動負荷値)が予め設定される。また、運動療法中のペダル負荷値においては、図7に示すように、例えば上記の最大ペダル負荷値、上記の計測処理により得られた血圧値や心拍値、および算出されたPRTの変曲点に基づいて設定される。
【0025】
次に、図8はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の心臓能力値測定の処理手順を示すフローチャート、図9はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の運動療法後のクールダウン処理におけるペダル負荷値の減少方法を示すグラフ図、図10はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置のPRTを基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図、図11はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の経過時間を基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図、図12はこの発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の経過時間を基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図である。
【0026】
まず、上記運動療法中においては血圧値や心拍値を計測し(ステップST40)、予め設定された運動療法時間が経過した否かを判断する(ステップST41)。このステップST41の判断において、運動療法時間が経過していない場合には、ステップST40へ戻り、血圧値や心拍値を計測し続け、運動療法時間が経過した場合には処理部21では、トノメトリ型血圧センサ1および圧力センサ7から得られた血圧値と心拍値とからPRT2を算出する(ステップST42)。その後、図9に示すように、運動療法後(t2)のクールダウン処理に移行した後(ステップST43)、ペダル負荷値を一定値減少し(ステップST43)、このクールダウン時の血圧値と心拍値とからPRT3を算出する(ステップST45)。次に、所定時間経過後(例えば、10sec)において(ステップST46)、先に算出したPRT3をPRT2で除算することにより、PRT3がPRT2の50%値に達しているか否かを判断し(ステップST47)、PRT3がPRT2の50%値に達していない場合には、ステップST44に戻り、ペダル負荷値を一定値減少した後、処理を繰り返す。
【0027】
なお、ステップST44の運動療法後のクールダウン処理におけるペダル負荷値の減少方法にあっては、図9に示すように、階段状に減少する方法の他に、あるペダル負荷値に一挙に減少する方法や無負荷にする方法がある。この場合には、ステップST46の処理後に、ステップST48の処理を実行する。
【0028】
一方、ステップST47の判断において、PRT3がPRT2の50%値に達した場合には、図10に示すように、PRTを基準にした心臓能力値の算出方法では、PRT3がPRT2の50%値に達した時間をt3とし、運動療法後t2−t3の時間差を算出し(ステップST48)、例えば、t2−t3が5分以上であれば、クールダウン後5分経過しても血液中の排出されるべき二酸化炭素が排出されていないと判断し、心臓能力値を異常と判定する。一方、t2−t3が5分未満であれば、クールダウン後5分経過内に血液中の排出されるべき二酸化炭素が排出されていると判断し、心臓能力値が正常と判定する(ステップST49)。
【0029】
また、図11に示すように、経過時間を基準にした心臓能力値の算出方法では、運動療法後t2から所定時間経過した時間をt4とし、このt4分経過後のPRT4を算出する。そして、例えば、PRT6がPRT2の50%以上であれば、クールダウン後の所定時間経過後に血液中の排出されるべき二酸化炭素が排出されていないと判断し、心臓能力値を異常と判定する(図12の波線参照)。一方、PRT5がPRT2の50%未満であれば、クールダウン後の所定時間経過後に血液中の排出されるべき二酸化炭素が排出されていると判断し、心臓能力値が大と判定する(図12の実線参照)。そして、このバイタル情報計測装置20では、ステップST49において、心臓能力値を異常と判定した場合、運動療法者に心臓能力値の異常を知らせる。
【0030】
以上のように、この実施の形態1によれば、自転車エルゴメータ等を用いた運動療法終了時のクールダウン時において、バイタル情報の減少率および経過時間との関係から運動療法者の心臓能力値を把握することができるとともに、上記バイタル情報の経過時間に対する減少率を計測することにより、運動療法者の異常を早期に確認し、運動療法の安全性を向上させることができるなどの効果が得られる。
【0031】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、バイタル情報計測センサにより運動療法者の血圧値や心拍値を取り込み、自転車エルゴメータによりバイタル情報計測センサからの運動療法者の血圧値や心拍値に応じてペダル負荷を変化させ、運動療法者に運動療法を行わせ、処理部により運動療法終了後のクールダウン時に所定の減少方法に基づいてペダル負荷値を減少し、この時の血圧値や心拍値の減少率および経過時間との関係から心臓能力値を算出し、この処理部で算出された心臓能力値を表示部に表示するように構成したので、運動療法終了時のクールダウン時において、運動療法者の心臓能力値を把握することができる効果がある。
【0032】
この発明によれば、バイタル情報計測センサにおいて、運動療法者の腕に巻かれたセンサ取付バンド内に装着され、複数のセンサエレメントが互いに独立して血管内の圧力を連続的に計測し脈圧波形を検知するトノメトリ型血圧センサと、運動療法者の腕に巻かれたカフの減圧過程においてこのカフ内の圧力を検出する圧力センサを備えるように構成したので、血圧値と心拍値とを計測することができる効果がある。
【0033】
この発明によれば、処理部において、血圧値や心拍値、またはその乗算値が経過時間に応じて所定の減少率で変化しない場合には心臓能力値の異常と判定し、表示部に異常情報を表示することにより、運動療法者に対して心臓能力の異常を知らせるように構成したので、運動療法者の異常を早期に確認し、運動療法の安全性を向上させることができる効果がある。
【0034】
この発明によれば、クールダウン時の減少手段において、ペダル負荷値をクールダウン後直ちに無負荷にするか、ペダル負荷値をクールダウン後直ちに低運動負荷にするか、または上記ペダル負荷値を段階状に減少するかの何れかであるように構成したので、運動療法者に応じてPRTを算出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のバイタル情報計測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のバイタル情報計測装置の使用方法を示す説明図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による運動療法装置のバイタル情報計測装置のトノメトリ型血圧センサの構成を示す断面図である。
【図4】 図3のトノメトリ型血圧センサで検知される脈圧波形を示す波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の血圧測定手順を示すフローチャートである。
【図6】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の較正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図7】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置による運動療法中の運動負荷を決定する方法を示すグラフ図である。
【図8】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の心臓能力値測定の処理手順を示すフローチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の運動療法後のクールダウン処理におけるペダル負荷値の減少方法を示すグラフ図である。
【図10】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置のPRTを基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図である。
【図11】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の経過時間を基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図である。
【図12】 この発明の実施の形態1によるバイタル情報計測装置の経過時間を基準にした心臓能力値の算出方法を説明するためのグラフ図である。
【図13】 従来の運動療法装置のバイタル情報計測装置の使用方法を示す説明図である。
【図14】 コロトコフ音検出センサ部を用いた運動療法装置のバイタル情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 トノメトリ型血圧センサ(バイタル情報計測センサ)、1d センサエレメント、
2 センサ取付バンド、6 自転車エルゴメータ、7 圧力センサ(バイタル情報計測センサ)、21 処理部、25 表示部。
Claims (5)
- 運動療法者の血圧値や心拍値を取り込むバイタル情報計測センサと、このバイタル情報計測センサからの運動療法者の血圧値や心拍値に応じてペダル負荷を変化させ、上記運動療法者に運動療法を行わせる自転車エルゴメータと、上記運動療法終了後のクールダウン時に所定の減少手段に基づいてペダル負荷値を減少し、この時の血圧値や心拍値の減少率および経過時間との関係から心臓能力値を算出する心臓能力処理を有する処理部と、この処理部で算出された上記心臓能力値を表示する表示部とを備えた運動療法装置のバイタル情報計測装置。
- 心臓能力値として、血圧値と心拍値との乗算値の減少率および経過時間との関係から心臓能力値を算出することを特徴とする請求項1記載の運動療法装置のバイタル情報計測装置。
- バイタル情報計測センサは、運動療法者の腕に巻かれたセンサ取付バンド内に装着され、複数のセンサエレメントが互いに独立して血管内の圧力を連続的に計測し脈圧波形を検知するトノメトリ型血圧センサと、上記運動療法者の腕に巻かれたカフの減圧過程においてこのカフ内の圧力を検出する圧力センサとであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の運動療法装置のバイタル情報計測装置。
- 処理部は、血圧値や心拍値、またはその乗算値が経過時間に応じて所定の減少率で変化しない場合には心臓能力値の異常と判定し、表示部に異常情報を表示することにより、運動療法者に対して心臓能力の異常を知らせることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の運動療法装置のバイタル情報計測装置。
- クールダウン時の減少手段は、ペダル負荷値をクールダウン後直ちに無負荷にするか、上記ペダル負荷値をクールダウン後直ちに低運動負荷にするか、または上記ペダル負荷値を段階状に減少するかの何れかであ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のバイタル情報計測装置。
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