JP4521040B2

JP4521040B2 - 消費カロリ測定装置及び消費カロリ測定方法

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Publication number: JP4521040B2
Application number: JP2008048233A
Authority: JP
Inventors: 竜士阿部
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: TWI414272B; DE102009009162B4; US8376944B2; JP2009201805A; CN101518444A; DE102009009162A1; CN101518444B; TW200936099A; US20090221883A1

Description

本発明は、消費カロリ測定装置及び測定方法、特に検出された被測定者の心拍数によって活動時の消費カロリを測定する消費カロリ測定装置及び測定方法に関する。

心拍数と酸素摂取量との相関関係を利用して運動時の消費カロリを測定する装置が従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。従来の消費カロリ測定装置は、あらかじめ求めた心拍数と酸素摂取量との相関直線を示す相関テーブルを有している。そして、心拍数センサから得られる心拍数と加速度の出力から運動強度を特定した上で、相関テーブルを用いて酸素摂取量を算出する。このとき、酸素摂取量３.５ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎが消費カロリ１ｋｃａｌ／ｍｉｎに相当するので、酸素摂取量と運動時間がわかれば運動中の消費カロリが求められる。

相関テーブルは、運動負荷が高いときと低い時で心拍数と酸素摂取量の相関直線の傾きを変えており、あらゆる運動負荷で消費カロリ測定が可能である。

しかし、従来の消費カロリ測定装置では、体力の相違や被測定者の年齢、性別、体重等の個人状態の相違等の個人差を考慮しておらず、個人差による誤差が生じるおそれがある。

そこで、個人差を考慮した消費カロリ測定装置が従来知られている（たとえば、特許文献２参照）。従来の消費カロリ測定装置は、エネルギ代謝率が既知の生活活動状態における基準心拍数を測定し、既知のエネルギ代謝率と、被測定者の年齢、体重及び性別に応じた係数と、により生活活動状態における基準消費カロリを算出している。そして、算出された基準消費カロリと基準心拍数との回帰式を求め、得られた回帰式から運動時の心拍数に応じた消費カロリを算出している。また、運動時と安静時の２つの回帰式を用いて消費カロリを算出することも行われている。
特開平９−５６７０５号公報特開２００２−３３６２１６号公報

前記従来の個人差を考慮した消費カロリ測定装置では、実際の運動により得られた回帰式を用いて消費カロリを算出しているので、被測定者の体力の相違や個人状態の相違等の個人差に応じて消費カロリを算出できる。

しかし、回帰式を算出するためには、エネルギ代謝率が既知の運動（生活活動）に限定されるという問題がある。また、回帰式を算出するためには、エネルギ代謝率が既知の運動を実際に行って基準消費カロリと基準心拍数とを求めなければならない。このため、種々の運動を行う場合、その運動毎の基準消費カロリと基準心拍数とを求めなければならず、消費カロリの測定が煩雑になる。

本発明の課題は、個人差に応じて消費カロリを簡単かつ精度良く測定できるようにすることにある。

発明１に係る消費カロリ測定装置は、検出された被測定者の心拍数によって活動時の消費カロリを測定する装置であって、事前処理部と、心拍数受付部と、消費カロリ算出部と、を備えている。事前処理部は、年齢、性別、身長及び体重を含む被測定者の個人状態を設定し、設定された個人状態により第１個人データを生成する第１個人データ生成部と、被測定者の環境状態を設定し、設定された環境状態に応じて第２個人データを生成する第２個人データ生成部と、を有する。心拍数受付部は、検出された心拍数を受け付ける。消費カロリ算出部は、受け付けた心拍数と、事前処理部で生成された第１及び第２個人データにより消費カロリを算出する。

第２個人データ生成部は、被測定者の環境状態として、運動習慣の有無、体力、体調、及び特定の運動に対する習熟度のいずれか１つを設定し、第１個人データ生成部は、個人状態から第１個人データとしての安静時酸素摂取量を算出する安静時酸素摂取量算出部を有し、第２個人データ生成部は、設定された環境状態に応じて、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定して第２個人データとしての複数の心拍数領域を設定するフレックスポイント設定部と、心拍数からエネルギ消費量を算出するための第２個人データとしてのエネルギ消費係数を複数の領域及び設定された環境状態毎に設定する係数設定部と、を有し、第２個人データ生成部は、設定された環境状態に応じて、第２個人データとしての最大酸素摂取量を算出する最大酸素摂取量算出部を、さらに有し、
消費カロリ算出部は、受け付けた心拍数が複数の心拍数領域のいずれに入るかを判断する心拍数判断部と、判断された心拍数領域での心拍予備を算出する心拍予備算出部と、最大酸素摂取量、安静時酸素摂取量、判断された心拍数領域とその高心拍数側の心拍数領域でのエネルギ係数、及び心拍予備を用いて、受け付けた心拍数での酸素摂取量を算出して消費カロリを計算する計算部と、を有し、第２個人データ生成部は、設定された環境状態に応じて、第２個人データとしての予測最大心拍数を算出する予測最大心拍数算出部を、さらに有し、心拍予備算出部は、予測最大心拍数及び判断された心拍数領域の高低２つのフレックスポイントを用いて心拍予備を算出する。

このカロリ消費測定装置では、測定前に事前処理部の第１個人データ生成部により、年齢、性別、身長及び体重を含む被測定者の個人状態を設定し、設定された個人状態から、たとえば、安息時酸素摂取量などの第１個人データが生成される。また、第２個人データ生成部により、被測定者の環境状態を設定し、設定された環境状態に応じて第２個人データが生成される。これらの２種の個人データが生成されると、検出された心拍数を受け付け、受け付けた心拍数と第１及び第２個人データとにより、消費カロリが算出される。ここでは、個人状態に応じた第１個人データと、環境状態に応じた第２個人データと、を事前に設定するだけで消費カロリを算出できるので、測定前に活動してデータをとる必要がなくなり、消費カロリを簡単に測定できる。また、第１個人データに加えて第２個人データで消費カロリを算出しているので、個人差に応じて消費カロリを算出できる。このため、個人差に応じて消費カロリを簡単かつ精度良く測定できるようになる。

なお、ここで記載した心拍数は、心臓の近辺で測定される心臓の心拍数だけでなく、腕などで測定される脈拍も含まれる。

また、環境状態として運動習慣の有無を設定することにより同じ個人状態であっても運動している人としていない人との相違に応じて消費カロリを精度良く算出できる。

さらに、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定しているので、心拍数領域を３段階以上に分割して消費カロリを算出できる。このため、心拍数に対して指数的に増加する消費カロリをさらに精度よく算出できる。また、設定された個人状態から安静時酸素摂取量が算出されるので、安静時酸素摂取量の算出精度が高くなる。

さらにまた、運動強度を示す心拍予備を用いて酸素摂取量を算出しているので消費カロリに比例する酸素摂取量の算出精度が向上する。

また、運動習慣がある人の方が、運動習慣がない人より最大心拍数が低い場合を考慮して心拍予備を算出できるので心拍予備の算出精度が高くなる。

発明２に係る消費カロリ測定装置は、発明１に記載の装置において、消費カロリ算出部で算出された消費カロリを表示する表示部をさらに備える。この場合には、消費カロリが表示されるので活動中に消費カロリを確認できる。

発明３に係る消費カロリ測定方法は、検出された被測定者の心拍数によって活動時の消費カロリを測定する方法であって、事前処理ステップと、消費カロリ算出ステップと、を含んでいる。事前処理ステップは、年齢、性別、身長及び体重を含む被測定者の個人状態を設定し、設定された個人状態により第１個人データを生成する第１個人データ生成ステップと、被測定者の環境状態を設定し、設定された環境状態に応じて第２個人データを生成する第２個人データ生成ステップと、を含んでいる。消費カロリ算出ステップは、検出された心拍数と、事前処理ステップで生成された第１及び第２個人データにより消費カロリを算出する。

事前処理ステップでは、環境状態として被測定者の運動習慣の有無、体力、体調、及び特定の運動に対する習熟度のいずれか１つを設定する。

第１個人データ生成ステップでは、個人状態から第１個人データとしての安静時酸素摂取量を算出し、第２個人データ生成ステップは、設定された環境状態に応じて、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定して第２個人データとしての複数の心拍数領域を設定するフレックスポイント設定ステップと、心拍数からエネルギ消費量を算出するための第２個人データとしてのエネルギ消費係数を複数の心拍数領域毎に設定された環境状態に応じて設定する係数設定ステップと、を含む。

第２個人データ生成ステップは、設定された環境状態に応じて、第２個人データとしての最大酸素摂取量を算出する最大酸素摂取量算出ステップを、さらに含み、消費カロリ算出ステップは、受け付けた心拍数が複数の心拍数領域のいずれに入るかを判断する心拍数判断ステップと、判断された心拍数領域での心拍予備を算出する心拍予備算出ステップと、最大酸素摂取量、安静時酸素摂取量、判断された心拍数領域とその高心拍数側の心拍数領域でのエネルギ係数、及び心拍予備を用い、受け付けた心拍数での酸素摂取量を算出して消費カロリを計算する計算ステップと、を含む、
第２個人データ生成ステップは、設定された環境状態に応じて、第２個人データとしての予測最大心拍数を算出する予測最大心拍数算出ステップを、さらに含み、心拍予備算出ステップでは、予測最大心拍数と判断された心拍数領域の高低２つのフレックスポイントとを用いて心拍予備を算出する。

この消費カロリ測定方法では、測定前に年齢、性別、身長及び体重を含む被測定者の個人状態を設定し、設定された個人状態から、たとえば、安息時酸素摂取量などの第１個人データが生成される。また、第２個人データ生成部により、被測定者の環境状態を設定し、設定された環境状態に応じて第２個人データが生成される。これらの２種の個人データが生成されると、検出された心拍数を受け付け、受け付けた心拍数と、第１及び第２個人データとにより、消費カロリが算出される。ここでは、個人状態に応じた第１個人データと環境状態に応じた第２個人データと、を事前に設定するだけで消費カロリを算出できるので、測定前に活動してデータをとる必要がなくなり、消費カロリを簡単に測定できる。また、第１個人データに加えて第２個人データで消費カロリを算出しているので、個人差に応じて消費カロリを算出できる。このため、個人差に応じて消費カロリを簡単かつ精度良く測定できるようになる。

さらに、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定しているので、心拍数領域を３段階以上に分割して消費カロリを算出できるので、心拍数に対して指数的に増加する消費カロリをさらに精度よく算出できる。また、設定された個人状態から安静時酸素摂取量が算出されるので、安静時酸素摂取量の算出精度が高くなる。

また、運動習慣がある人の方が、運動習慣がない人より最大心拍数が低い場合を考慮して心拍予備が算出されるので心拍予備の算出精度が高くなる。

本発明によれば、個人状態に応じた第１個人データと環境状態に応じた第２個人データと、を事前に設定するだけで消費カロリを算出できるので、測定前に活動してデータをとる必要がなくなり、消費カロリを簡単に測定できる。また、第１個人データに加えて第２個人データで消費カロリを算出しているので、個人差に応じて消費カロリを算出できる。このため、個人差に応じて消費カロリを簡単かつ精度良く測定できるようになる。

図１において、本発明の一実施形態による消費カロリ測定装置１０は、たとえば、自転車のハンドルバーや衣服等に装着可能なものである。消費カロリ測定装置１０は、活動時のカロリ計算を心拍数に基づいて行う演算処理部２０を有している。演算処理部２０には、キー入力部２１と、測定されたカロリを表示する表示部２２と、たとえば、不揮発メモリからなる記憶部２３と、他の入出力部２４が接続されている。

演算処理部２０は、ＲAM，ＲＯＭ，入出力インターフェース等を含むマイクロプロセッサを有している。演算処理部２０は、たとえば、互いを識別可能な既知の通信規格により、心拍数を検出可能な心拍計３０と無線通信可能である。心拍計３０は、たとえば、被測定者の心臓の近くで体表面にバンドなどにより固定可能であり、前述した通信規格等により、演算処理部２０と無線通信可能である。

操作キー部２１は、測定前の後述するユーザデータの事前処理等に使用する複数の入力キーを有している。表示部２２は、たとえば、カラー又はモノクロ液晶ディスプレイからなり、ユーザデータの事前処理時には、設定操作の内容や設定された数値等を表示するとともに、カロリ測定時には、算出されたカロリ値がたとえば５秒ごとに表示される。

記憶部２３には事前に設定される被測定者の後述する第１個人データと第２個人データとの２種のデータが格納されている。また、記憶部２３には、カロリ計算に必要なテーブルや各種の数値が格納されている。他の入出力部２４には、コンピュータとデータのやり取りを行うためのUSＢ端子などが設けられている。

消費カロリ測定装置１０の機能構成を図２に示す。消費カロリ測定装置１０は、機能構成として、心拍計３０の心拍数のデータＨＲを受け付ける心拍数受付部３５と、操作キー部２１からの入力により第１及び第２個人データを生成する事前設定部４０と、事前設定部４０で生成された第１及び第２個人データにより消費カロリを算出し、消費カロリを表示部２２に出力する消費カロリ算出部５０と、を備えている。

事前処理部４０は、第１個人データを生成する第１個人データ生成部４１と、第２個人データを生成する第２個人データ生成部４２と、を有している。第１個人データ生成部４１は、安静時酸素摂取量算出部４３を有しており、年齢、性別、身長及び体重を含む被測定者の個人状態を設定し、設定された個人状態により第１個人データとしての安静時酸素摂取量ＲＯＩを生成する。

第２個人データ生成部４２は、被測定者の環境状態としての運動習慣の有無を設定し、設定された運動習慣の有無に応じて第２個人データを生成する。第２個人データ生成部４２は、フレックスポイント設定部４４と、係数設定部４５と、最大酸素摂取量算出部４６と、予測最大心拍数算出部４７と、を有している。

フレックスポイント設定部４４は、運動習慣の有無に応じて、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントＦＰを複数（たとえば３つのフレックスポイントＦＰ０〜ＦＰ２）設定して第２個人データとしての複数の心拍数領域（たとえば、３つの心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３）を設定する。

係数設定部４５は、心拍数からエネルギ消費量を算出するための第２個人データとしてのエネルギ消費係数ＥＣＣ０〜ＥＣＣ３を複数の心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３毎に運動習慣の有無に応じて設定する。

最大酸素摂取量算出部４６は、運動習慣の有無に応じて、第２個人データとしての最大酸素摂取量ＭＯＩを算出する。予測最大心拍数算出部４７は、運動習慣の有無に応じて、第２個人データとしての予測最大心拍数ＭＨＲを算出する。

消費カロリ算出部５０は、受け付けた心拍数ＨＲが複数の心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３のいずれに入るかを判断する心拍数判断部５１と、判断された心拍数領域での心拍予備ＨＶ１〜ＨＶ３を算出する心拍予備算出部５２と、受け付けた心拍数での酸素摂取量を算出して消費カロリを計算する計算部５３と、を有している。計算部５３は、最大酸素摂取量ＭＯＩ、安静時酸素摂取量ＲＯＩ、判断された心拍数領域とその高心拍数側の心拍数領域でのエネルギ消費係数及び心拍予備を用いて消費エネルギを計算する。

次に演算処理部２０の概略動作について説明する。

演算処理部２０は、制御プログラムにより動作する。

演算処理部２０では、最初に被測定者の個人状態と運動習慣の有無とにより第１及び第２個人データを生成するためのユーザデータ事前処理を行い、生成された第１及び第２個人データにより活動時の消費カロリを算出する。ここで、個人状態としては、被測定者の身長・体重・性別・年齢であり、運動習慣の有無の判断基準は、たとえば、週に１回以上の運動を持続的に行っているか否かである。被測定者は、ユーザデータ事前処理でこれらのデータを入力する。すると、演算処理部２０がそれらのデータを受け付けて第１個人データ及び第２個人データを生成し、心拍計３０から心拍数を受け取ると、たとえば、５秒経過毎に消費カロリを算出して表示部２２に、たとえば積算表示する。もちろん単位時間を当たりの消費カロリを別に表示するようにしてもよい。

つぎに、演算処理部２０の具体的な処理の流れを図３から図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

消費カロリ測定装置１０に電源が投入されると、図３のステップＳ１では、初期設定がなされる。この初期設定では、心拍計３０からの識別情報を受信して心拍計３０との通信設定等が行われる。また、記憶部２３にすでにユーザデータが格納されユーザデータが設定されている場合は、そのユーザデータを演算処理部２０内に取り込む。

ステップＳ２では、ユーザデータが未設定か否かを判断する。この判断は前述したように記憶部２３内の記憶内容をチェックすることにより行われる。ユーザデータがすでに設定されている場合は、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、ユーザデータの設定の変更処理が選択されたか否かを判断する。被測定者が操作キー部２１の操作により設定変更の入力を行うと、この判断がＹＥＳになる。設定の変更処理が選択されると、ステップＳ４に移行する。また、設定の変更処理が選択されないと、ステップＳ４をスキップしてステップＳ５に移行する。ユーザデータがまだ設定されていない場合は、ステップＳ３をスキップしてステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、図４に示す測定前のユーザデータ事前処理を行いステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、心拍計３０から心拍数ＨＲのデータを受信したか否かを判断する。心拍数ＨＲのデータを受信するとそのデータを受け付けてステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、図５に示す消費カロリ算出表示処理を行い、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４のユーザデータ事前処理では、図４のステップＳ１０で被測定者からの身長・体重・性別・年齢の個人状態のデータを受け付ける。ここでは、操作キー部２１からの入力により個人状態のデータを受け付ける。これらの個人状態のデータを受け付けるとステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、受け付けた身長Ｈ，体重Ｗ，性別Ｓ，年齢Ａを記憶部２３に設定する。

ステップＳ１２では、これらの個人状態のデータから体表面積ＢＳ（ｍ^２）を算出するとともに、基礎代謝基準値ＭＳ（ｋｃａｌ／ｍ^２／ｈ）、すなわち体表面及び時間当たりの代謝量を決定する。具体的には、体表面積ＢＳは、下記（１）式を用いて算出される。

体表面積ＢＳ＝（（体重Ｗ^{０．４４４}×身長Ｈ^{０．６６３}）×８８．８３）／１００００・・・・（１）
基礎代謝基準値ＭＳは、記憶部２３内に格納された性別Ｓ及び年齢Ａにより設定された図６に示す基礎代謝基準値の決定テーブルにより設定する。ステップＳ１２が終わると、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、基礎代謝量ＭＱ（ｋｃａｌ／ｍｉｎ）を算出する。具体的には、基礎代謝量ＭＳは、下記（２）式を用いて算出される。

基礎代謝量ＭＱ＝基礎代謝基準値ＭＳ×体表面積／６０・・・・（２）
ただし、この実施形態では、５秒毎に消費カロリを算出するため、実際には、上記で算出した基礎代謝量ＭＱを１２で除したもの（ＭＱ／１２）を基礎代謝量として算出する。

ステップＳ１４では、安静時酸素摂取量ＲＭＯＩ（ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）を、上記基礎代謝量ＭＱを用いて下記（３）式から算出する。

安静時酸素摂取量ＲＭＯＩ＝（基礎代謝量ＭＱ／４．９２４）×１０００）／体重Ｗ・・・・（３）
ただし、この実施形態では、５秒間毎に消費カロリを算出するため、実際には、上記で算出した基礎代謝量ＭＱを１２で除したもの（ＭＱ／１２）を基礎代謝量として使用する。これらの処理が終わると、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、運動習慣の有無を判断して受け付ける。ここでは、操作キー部２１からの入力により運動習慣の有無のデータを受け付ける。運動習慣有りと判断すると、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、運動習慣有りのフレックスポイントＦＰを設定する。フレックスポイントＦＰは、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数であり、この実施形態では、第１から第３の３つのフレックスポイントＦＲ０，ＦＲ１，ＦＲ２が設定される。したがって、第１から第３フレックスポイントＦＲ０，ＦＲ１，ＦＲ２により心拍数領域が第１から第４の４つの心拍数領域ＢＡ０，ＢＡ１，ＢＡ２，ＢＡ３に分割される。なお、フレックスポイントの設定数は、活動の種類などに応じて異なる数に設定してもよい。

ここで、運動習慣有りの場合のフレックスポイントの値（心拍数ｂｐｍ）は、ＦＰ０が”６６”に、ＦＰ１が”８５”に、ＦＰ０が”１１５”に、それぞれ設定される。ステップＳ１７では、運動習慣有りのときの各心拍数領域の基本エネルギ消費係数ＥＣＣが設定される。基本エネルギ消費係数ＥＣＣは、基礎代謝量ＭＱに対する活動時酸素摂取量の増加割合を示す係数である。ステップＳ１７では、たとえば、第１心拍数領域ＢＡ０の係数ＥＣＣ０が”１．７”に、第２心拍数領域ＢＡ１の係数ＥＣＣ１が”１．７”に、第３心拍数領域ＢＡ２の係数ＥＣＣ２が”３．５”に、第４心拍数領域ＢＡ３の係数ＥＣＣ３が”６．０”に、それぞれ設定される。

ステップＳ１８では、運動習慣有りの場合の最大酸素摂取量ＭＯＩ（ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）を下記（４）式により算出し、ステップＳ１９に移行する。

最大酸素摂取量ＭＯＩ＝６１．７５−０．２７４７×年齢Ａ・・・・（４）
ステップＳ１９では、運動習慣有りの場合の予測最大心拍数ＭＨＲを下記（５）式により算出し、ユーザデータ事前処理を終わってメイン処理ルーチンに戻る。

予測最大心拍数ＭＨＲ=２０８−０．７×年齢Ａ・・・・（５）
一方、運動習慣無しと判断されると、ステップＳ１５からステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、ステップＳ２０では、運動習慣なしの３つのフレックスポイントＦＰ０，ＦＰ１，ＦＰ２を設定する。ここで、運動習慣なしの場合のフレックスポイントの値（心拍数ｂｐｍ）は、ＦＰ０が”６８”に、ＦＰ１が”８７”に、ＦＰ２が”１２０”に、それぞれ設定され、各フレックスポイントＦＰ０，ＦＰ１，ＦＰ２の心拍数は、運動習慣有りの場合より高くなっている。

ステップＳ２１では、運動習慣なしのときの各心拍数領域の基本エネルギ消費係数ＥＣＣが設定される。ステップＳ２１では、たとえば、第１心拍数領域ＢＡ０の係数ＥＣＣ０が”１．６”に、第２心拍数領域ＢＡ１の係数ＥＣＣ１が”１．６”に、第３心拍数領域ＢＡ０の係数ＥＣＣ２が”３．３”に、第４心拍数領域ＢＡ３の係数ＥＣＣ３が”６．３”に、それぞれ設定される。従って、基本エネルギ消費量の係数ＥＣＣは、第４心拍数領域ＢＡ３を除いて運動習慣有りの場合より低く設定されている。

ステップＳ２２では、運動習慣有りの場合の最大酸素摂取量ＭＯＩ（ｍｌ／ｋｇ／ｍｉｎ）を下記（６）式により算出し、ステップＳ２３に移行する。

最大酸素摂取量ＭＯＩ＝４９．８８−０．３０１９×年齢Ａ・・・・（６）
最大酸素摂取量ＭＯＩは、運動習慣有りの場合に比べて低い値で算出される。

ステップＳ２３では、運動習慣無しの場合の予測最大心拍数ＭＨＲを下記（７）式により算出し、ユーザデータ事前処理を終わってメイン処理ルーチンに戻る。

予測最大心拍数ＭＨＲ=２２０−年齢Ａ・・・・（７）
予測最大心拍数ＭＨＲでは、最大値は運動習慣有りの場合より高いが、年齢Ａに対する０．７が乗算されていない。このため、４０歳を過ぎるまでは、予測最大心拍数ＭＨＲは、運動習慣無しの方が高くなり、４０歳を過ぎるとき運動習慣有りの方が低くなる。

これらの関係を図７にグラフで示す。このグラフの横軸は、心拍数であり、縦軸は酸素摂取量である。横軸に運動習慣の有無に応じた第１〜第３フレックスポイントＦＰ０〜ＦＰ２が数値とともに記載され、第１から第４心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３が分割されている。また、縦軸に、運動習慣の有無に応じて各心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３に設定された係数ＥＣＣ０〜ＥＣＣ３の数値が記載されている。このうち、矩形の濃く塗られた部分が各心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３の基礎代謝から基礎ベースまでの第２酸素摂取量ＯＩＢであり、三角形の部分が基礎ベースから現在の心拍数までの第１酸素摂取量ＯＩＡである。この第１及び第２の２つの酸素摂取量ＯＩＡとＯＩＢとを加算することにより運動中の酸素摂取量ＯＩＣを算出できる。

図５の消費カロリ算出表示処理では、ステップＳ３１〜Ｓ３３において、ステップＳ５で受け付けた心拍数ＨＲが第１から第４の４つの心拍数領域ＢＡ０〜ＢＡ３のいずれにあるかを事前に設定されたフレックスポイントＦＰ０〜ＦＰ２との比較により判断する。なお、心拍数ＨＲが、フレックスポイントＦＰ０未満の心拍数であると判断された場合、つまり、第１心拍数領域ＢＡ０では、心拍数ＨＲに後述する予備ＨＶ０及び第１酸素摂取量ＯＩＡは、“０”で一定とする。

受け付けた心拍数ＨＲが第２心拍数領域ＢＡ１にある（ＦＰ１＞ＨＲ≧ＦＰ０）と判断すると、ステップＳ３１からステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、第２心拍数領域ＢＡ１での心拍予備ＨＶ１を下記（８）式により算出し、ステップＳ３８に移行する。

心拍予備ＨＶ１＝（現在の心拍数ＨＲ−ＦＰ０）／（ＦＰ１−ＦＰ０）・・・・（８）
受け付けた心拍数ＨＲが第３心拍数領域ＢＡ２にある（ＦＰ２＞ＨＲ≧ＦＰ１）と判断すると、ステップＳ３１からステップＳ３５に移行する。ステップＳ３５では、第３心拍数領域ＢＡ２での心拍予備ＨＶ２を下記（９）式により算出し、ステップＳ３８に移行する。

心拍予備ＨＶ２＝（現在の心拍数ＨＲ−ＦＰ１）／（ＦＰ２−ＦＰ１）・・・・（９）
受け付けた心拍数ＨＲが第４心拍数領域ＢＡ３にある（ＨＲ≧ＦＰ２）と判断すると、ステップＳ３３からステップＳ３６に移行する。ステップＳ３６では、第４心拍数領域ＢＡ３での心拍予備ＨＶ３を下記（１０）式により算出し、ステップＳ３８に移行する。

心拍予備ＨＶ３＝（現在の心拍数ＨＲ−ＦＰ２）／（予測最大心拍数ＭＨＲ−ＦＰ２）・・・・（１０）
ステップＳ３８では、得られた心拍予備ＨＶ１，ＨＶ２又はＨＶ３から第１酸素摂取量ＯＩＡを算出してステップＳ３９に移行する。第１酸素摂取量ＯＩＡは、前述したように図７に示すグラフの三角形の部分での基礎ベースから現在の心拍数までの酸素摂取量を示している。

ここで、第２及び第３心拍数領域ＢＡ１，ＢＡ２では、第１酸素摂取量ＯＩＡは下記（１１）式で算出され、第４心拍数領域ＢＡ３では、第１酸素摂取量ＯＩＡは、下記（１２）式で算出される。

第１酸素摂取量ＯＩＡ＝（（一つ上の心拍数領域の係数ＥＣＣ２又はＥＣＣ３×安静時酸素摂取量ＲＯＩ）−（現在の心拍数が含まれる心拍数領域での係数ＥＣＣ１又はＥＣＣ２×安静時酸素摂取量ＲＯＩ））×現在の心拍数での心拍予備ＨＶ１又はＨＶ２・・・・（１１）
第１酸素摂取量ＯＩＡ＝（最大酸素摂取量ＭＯＩ−（現在の心拍数が含まれる心拍数領域での係数ＥＣＣ１又はＥＣＣ２×安静時酸素摂取量ＲＯＩ））×現在の心拍数での心拍予備ＨＶ３・・・・（１２）
上記（１１）式では、一つ上の心拍数領域からの係数ＥＣＣ１又はＥＣＣ２を安静時酸素摂取量ＲＯＩに乗算することにより、図７においてフレックスポイントＦＰ１又はＦＰ２での全体の高さ（酸素摂取量）を求めることができる。そして、それから現在の心拍数での係数と安静時酸素摂取量とを乗算したものを減ずることにより、フレックスポイントＦＰ１又はＦＰ２での三角形の高さを算出することができる。算出された高さに心拍予備を乗算することにより、現在の心拍数での三角形の高さを出すことができる。

また、（１２）式で表す第４心拍数領域ＢＡ３では、上側のフレックスポイントがないため、最大酸素摂取量ＭＯＩを用い、その時点での全体の高さを求め、そして、それから現在の心拍数での係数と安静時酸素摂取量とを乗算したものを減ずることにより、予測最大心拍数ＭＨＲでの三角形の高さを算出することができる。そして、それに心拍予備を乗算することにより、現在の心拍数での三角形の高さを出すことができる。

ステップＳ３９では、第２酸素摂取量ＯＩＢ、すなわち基本ベースの矩形の部分の高さを下記（１３）式により算出し、ステップＳ４０に移行する。

第２酸素摂取量ＯＩＢ＝現在の心拍数の心拍数領域ＢＡ１，ＢＡ２又はＢＡ３の係数ＥＣＣ１，ＥＣＣ２又はＥＣＣ３×安静時酸素摂取量ＲＯＩ・・・・（１３）
なお、現在の心拍数ＨＲが、フレックスポイントＦＰ０未満の心拍数であると判断された場合、つまり、第１心拍数領域ＢＡ０では、第２酸素摂取量ＯＩＢは、一定とする。

ステップＳ４０では、第１酸素摂取量ＯＩＡと第２酸素摂取量ＯＩＢとを加算して運動時酸素摂取量を算出する。ステップＳ４１では、運動時酸素摂取量ＯＩＣから消費カロリＥＵを算出する。ステップＳ４２では、表示サイクルを設定するための時間Ｔ（たとえば、５秒）の経過を待つ。時間Ｔが経過するまでは、消費カロリ算出表示処理からメインルーチンに戻り、時間Ｔが経過するとステップＳ４２からステップＳ４３に移行する。ステップＳ４３では、ステップＳ３１で算出された消費カロリを積算する。ステップＳ３４では、カロリ表示を新たな積算値に更新してメインルーチンに戻る。

この消費カロリ測定装置１０では、身長・体重・性別・年齢等の個人状態に応じた安静時酸素摂取量等の第１個人データと、運動習慣の有無に応じたフレックスポイントＦＰ０からＦＰ２、係数ＥＣＣ１〜ＥＣＣ３、予測最大心拍数ＭＨＲ、及び最大酸素摂取量ＭＯＩなどの第２個人データと、を事前に設定するだけで消費カロリを算出できるので、測定前に活動してデータをとる必要がなくなり、消費カロリを簡単に測定できる。また、第１個人データに加えて第２個人データで消費カロリを算出しているので、個人差に応じて消費カロリを算出できる。このため、個人差に応じて消費カロリを簡単かつ精度良く測定できるようになる。

また、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントＦＰを複数設定しているので、心拍数領域を３段階以上に分割して消費カロリを算出できる。このため、心拍数に対して指数的に増加する消費カロリをさらに精度よく算出できる。

＜他の実施形態＞
（ａ）前記実施形態では、フレックスポイントを３つ設定したが、フレックスポイントの設定数は少なくとも１つあればよい。

（ｂ）前記実施形態のフレックスポイントＦＰ、基本エネルギ消費量の係数、基礎代謝基準値等の数値は一例であり、本発明はこれに限定されない。

（ｃ）前記実施形態では、個人状態のデータとして、身長・体重・性別・年齢を例示したが、個人状態のデータはこれらに限定されない。たとえば、体脂肪等を個人データとして用いてもよい。

（ｄ）前記実施形態では、運動習慣の有無を週１回の運動習慣の有無により判定したが本発明はこれに限定されない。たとえば、月間の運動回数や年間の運動回数等で判定してもよい。

（ｅ）前記実施形態では、環境状態の設定として被測定者の運動習慣の有無を設定したが、環境状態の設定には、被測定者の体力や体調や特定の運動に対する習熟度の設定などが含まれる。

本発明の一実施形態による消費カロリ測定装置のハードウェア構成を示すブロック図。その機能構成を示すブロック図。そのメインルーチンの処理内容を示すフローチャート。そのユーザデータ事前処理ルーチンでの処理内容を示すフローチャート。その消費カロリ算出表示処理の処理内容を示すフローチャート。基礎代謝基準値の年齢及び性別毎の数値の一例示すグラフ。心拍数と酸素摂取量とフレックスポイントと係数との関係を示すグラフ。

１０消費カロリ測定装置
２０演算処理部
３０心拍計
３５心拍数受付部
４０事前処理部
４１第１個人データ生成部
４２第２個人データ生成部
４３安静時酸素摂取量算出部
４４フレックスポイント設定部
４５係数設定部
４６最大酸素摂取量設定部
４７予測最大心拍数算出部
５０消費カロリ算出部
５１心拍数判断部
５２心拍予備算出部
５３計算部

Claims

検出された被測定者の心拍数によって活動時の消費カロリを測定する消費カロリ測定装置であって、
年齢、性別、身長及び体重を含む前記被測定者の個人状態を設定し、設定された前記個人状態により第１個人データを生成する第１個人データ生成部と、前記被測定者の環境状態を設定し、設定された前記環境状態に応じて第２個人データを生成する第２個人データ生成部と、を有する事前処理部と、
前記検出された心拍数を受け付ける心拍数受付部と、
前記受け付けた心拍数と、前記事前処理部で生成された第１及び第２個人データにより前記消費カロリを算出する消費カロリ算出部と、備え、
前記第２個人データ生成部は、前記被測定者の環境状態として、運動習慣の有無、体力、体調、及び特定の運動に対する習熟度のいずれか１つを設定し、
前記第１個人データ生成部は、前記個人状態から前記第１個人データとしての安静時酸素摂取量を算出する安静時酸素摂取量算出部を有し、
前記第２個人データ生成部は、
前記設定された環境状態に応じて、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定して前記第２個人データとしての複数の心拍数領域を設定するフレックスポイント設定部と、
前記心拍数からエネルギ消費量を算出するための前記第２個人データとしてのエネルギ消費係数を前記複数の領域及び前記設定された環境状態毎に設定する係数設定部と、
前記設定された環境状態に応じて、前記第２個人データとしての最大酸素摂取量を算出する最大酸素摂取量算出部と、
前記設定された環境状態に応じて、前記第２個人データとしての予測最大心拍数を算出する予測最大心拍数算出部と、を有し、
前記消費カロリ算出部は、
前記受け付けた心拍数が前記複数の前記心拍数領域のいずれに入るかを判断する心拍数判断部と、
前記判断された心拍数領域での心拍予備を算出する心拍予備算出部と、
前記最大酸素摂取量、前記安静時酸素摂取量、判断された前記心拍数領域とその高心拍数側の心拍数領域での前記エネルギ係数、及び前記心拍予備を用いて、前記受け付けた心拍数での酸素摂取量を算出して前記消費カロリを計算する計算部と、を有し、
前記心拍予備算出部は、前記予測最大心拍数及び判断された前記心拍数領域の高低２つの前記フレックスポイントを用いて前記心拍予備を算出する、消費カロリ測定装置。
前記消費カロリ算出部で算出された消費カロリを表示する表示部をさらに備える、請求項１に記載の消費カロリ測定装置。
検出された被測定者の心拍数によって活動時の消費カロリを測定する消費カロリ測定方法であって、
年齢、性別、身長及び体重を含む前記被測定者の個人状態を設定し、設定された前記個人状態により第１個人データを生成する第１個人データ生成ステップと、前記被測定者の環境状態を設定し、設定された前記環境状態に応じて第２個人データを生成する第２個人データ生成ステップと、を含む事前処理ステップと、
前記検出された心拍数と、前記事前処理ステップで生成された第１及び第２個人データにより前記消費カロリを算出する消費カロリ算出ステップと、を含み、
前記事前処理ステップでは、前記環境状態として前記被測定者の運動習慣の有無、体力、体調、及び特定の運動に対する習熟度のいずれか１つを設定し、
前記第１個人データ生成ステップでは、前記個人状態から前記第１個人データとしての安静時酸素摂取量を算出し、
前記第２個人データ生成ステップは、
前記設定された環境状態に応じて、安静時代謝と活動時代謝との境界心拍数としてのフレックスポイントを複数設定して前記第２個人データとしての複数の心拍数領域を設定するフレックスポイント設定ステップと、
前記心拍数からエネルギ消費量を算出するための前記第２個人データとしてのエネルギ消費係数を前記複数の領域及び前記設定された環境状態毎に設定する係数設定ステップと、
前記設定された環境状態に応じて、前記第２個人データとしての最大酸素摂取量を算出する最大酸素摂取量算出ステップと、
前記設定された環境状態に応じて、前記第２個人データとしての予測最大心拍数を算出する予測最大心拍数算出ステップを、さらに含み、
前記消費カロリ算出ステップは、
前記受け付けた心拍数が前記複数の前記心拍数領域のいずれに入るかを判断する心拍数判断ステップと、
前記判断された心拍数領域での心拍予備を算出する心拍予備算出ステップと、
前記最大酸素摂取量、前記安静時酸素摂取量、判断された心拍数領域とその高心拍数側の心拍数領域での前記エネルギ係数、及び前記心拍予備を用い、前記受け付けた心拍数での酸素摂取量を算出して前記消費カロリを計算する計算ステップと、を含み、
前記心拍予備算出ステップでは、前記予測最大心拍数と判断された前記心拍数領域の高低２つの前記フレックスポイントとを用いて前記心拍予備を算出する、消費カロリ測定方法。