JP4873792B2

JP4873792B2 - 消費カロリー測定装置

Info

Publication number: JP4873792B2
Application number: JP2001151257A
Authority: JP
Inventors: 博之村松; 正隆新荻
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002336219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体の消費カロリーを演算して表示する消費カロリー測定方法、及び消費カロリー測定装置、特に測定した心拍数から消費カロリーを演算して表示する消費カロリー測定方法、及び消費カロリー測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の消費カロリー測定装置は、運動と消費カロリーの関係のデータベースが存在する運動（ジョギング、歩行など）に限定して、加速度センサや万歩計を利用して、歩数など運動状態を測定し、運動時の基礎代謝に対する割合であるエネルギー代謝率：RMR(Relative Metabolic Rate)から消費カロリーを測定する方法（例えばOMRON TECHNICS Vol.35 No3 1995などに示されている。）、あるいは心拍数と酸素摂取量が比例関係にあることを利用して測定する方法の２種類が提案されている。
ここで、測定した心拍数から消費カロリーを算出して表示する消費カロリー測定装置は、事前にガスアナライザーによるCO2量の測定と同時に心拍数を測定して、非測定者固体の酸素摂取量と心拍数の関係式をデータ書き込み回路で書き込んで、以後被験者の心拍数を測定して消費カロリーを算出するものであった（特開平９−２９４７２７など）。なお、後述するように消費カロリーと酸素摂取量は一定の比例関係にあるため、酸素摂取量と心拍数の関係がわかれば、消費カロリーと心拍数の関係を導出することが可能である。
また、消費カロリーと心拍数の関係式を複数人のデータの平均値から概算する方法も提案されている（特開平６−３０４１５８など）。
さらに、安静時の心拍数を記憶しておき、測定時の心拍数が安静時の心拍数より大きければ、安静時の消費カロリーと心拍数の回帰式を利用し、安静時の心拍数より小さければ安静時の回帰式を利用して消費カロリーを算出するなどしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加速度センサや万歩計を利用して、RMRから消費カロリーを算出する方式に関しては、以下の問題点があった。
１．ジョギング、歩行など、データベースが存在する運動でしか消費カロリーを測定できない。
２．年齢、体重、性別が同じ場合は、同じ運動をしたとき、算出する消費カロリーは同じ値となり、体力差などの個人差を考慮することができない。
また、測定した心拍数から消費カロリーを算出して表示する消費カロリー測定装置については、
３．入排出パイプを備えたマスクを生体の顔面に押圧して取り付け、ダグラスバックへ呼気を溜めた後に分析器で分析したり、パイプを介して直接分析器へ呼気を送ったりして、非測定者に大きな肉体的負担を与える。さらに操作・測定の習熟者しか使用できず、このため、一般用として提供できない。
４．心拍数―消費カロリーの関係式は、年齢、性別、以外の体力差、体調などにも影響され、複数人のデータの平均値から概算すると、誤差が大きく、正確な消費カロリーを求めることができない。
【０００４】
そこで、本発明の消費カロリー測定方法および消費カロリー測定装置においては、特殊な装置を用いることなく、特定の運動時以外、たとえば日常生活、その他の運動時においても消費カロリーの測定が可能で、また、体力差などの個人差を考慮して消費カロリーが測定可能な消費カロリーの測定方法および、消費カロリー測定装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の消費カロリー測定方法および消費カロリー測定装置においては、酸素摂取量と消費カロリーの回帰式を用い、活動時、あるいは安静時の心拍数を測定することで、被験者の前記活動時あるいは前記安静時における消費カロリーを測定する消費カロリー測定方法において、
エネルギー代謝率が既知の生活活動状態における前記被験者の心拍数（基準心拍数）を測定し、前記エネルギー代謝率と、前記被験者の年齢、体重、性別から前記生活活動状態における消費カロリー（以下、基準消費カロリー）を算出し、前記基準消費カロリーと前記基準心拍数の関係から、前記被験者の前記回帰式を導出することとしている。
【０００６】
さらに、運動時、あるいは安静時、または運動時と安静時の生活活動状態について、基準消費カロリーと心拍数の関係を測定し、被験者の運動時、あるいは安静時、または運動時と安静時の前記回帰式を導出することとしている。
【０００７】
また、前記回帰式の導出を一定期間ごとに行うことにより、被験者がトレーニングをした後の体力（心肺機能）の向上程度を評価したり、前記回帰式の補正を行うことができる。
【０００８】
また、運動状態を測定可能な装置を有することで、心拍数の測定と同時に運動状態の測定を行うことが可能となり、被験者が特別な操作をすることなく、上記回帰式の導出、補正を行うことが可能となる。
【０００９】
また、心拍計と、
被験者の性別、年齢、体重等を入力するための入力装置と、
測定又は入力した数値及び演算結果を表示する表示装置を備え、
複数の生活活動時におけるエネルギー代謝率及び前記エネルギー代謝率の性別年齢別係数のデータベース及び演算された回帰式を格納する記憶装置を有し、
前記生活活動状態におけるエネルギー代謝率及び前記性別年齢別係数から前記生活活動状態における前記被験者の酸素摂取量を前記データベースを利用して演算し、前記測定された心拍数と前記演算された酸素摂取量の関係から、心拍数と酸素摂取量の回帰式を演算する演算回路を有する構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般に心拍数と酸素摂取量は比例関係にあり、また運動時と安静時でその比例関係を示す回帰式が異なることが知られており、文献（心拍数によるエネルギー消費量の推定に関する研究弘前医学 40,60-69,1988）などでも報告されている。
【００１１】
酸素摂取量と消費カロリーも比例関係にあり、摂取した酸素１リットルに対して約５ｋcalのエネルギーが消費されることが知られている。
【００１２】
そのため、心拍数と酸素摂取量の回帰式がわかれば、心拍数を測定することで任意の運動状態あるいは安静状態での消費カロリーを求めることができる。
【００１３】
本発明の実施においては、あらかじめ各種運動のエネルギー代謝率（relative metabolic rate,RMR）及び、エネルギー消費の性別年齢別係数のデータベース（文献運動とカロリー臨床医学 vol.11 no.7,1985等）を記憶しておき、被験者に前記データベースに存在する運動、あるいは活動を行わせる。さらに、前記運動あるいは活動時の心拍数（以下、基準心拍数）を同時に測定する。
【００１４】
RMRと消費カロリーの間には関係式が存在し、RMRから消費カロリーが算出できる。この算出された消費カロリー（以下、基準消費カロリー）と基準心拍数の関係を、前記回帰式に当てはめて、前記回帰式を導出することとしている。
【００１５】
詳細は以下の実施の形態で説明する。
［実施の形態１］
本発明の消費カロリー測定方法について、図１〜３を利用して説明する。
図１はある被験者に運動をさせた場合の時間と消費カロリー（Kcal/min）の関係を表した図であり、図２は図１のときの被験者の心拍数と時間の関係を示した図である。
【００１６】
また、図３は同じ被験者の心拍数と酸素摂取量の関係である。
【００１７】
図中で、Cal(A),Cal(B)はエネルギー代謝率（RMR）の異なる２種類の運動A,Bを行った場合に被験者が消費した消費カロリー（基準消費カロリー）であり、HR(A),HR(B)は運動A,Bを行った場合の被験者の心拍数（基準心拍数）である。
以下、消費カロリーの測定方法について図１〜３を利用して説明する。
【００１８】
まずエネルギー代謝率RMRが既知の運動（２種A,B）を行う。
【００１９】
そのときの基準消費カロリーCal(A),Cal(B)を計算により求める。
消費カロリーの計算は、文献（「運動とカロリー」臨床医学vol.11 no.7,1985）を参照して、
Kcal/Kg/min= 0.0177RMR+0.0198 （１）
に年齢、性別によって定まる係数を乗じて算出することができる。
図４に各種運動のエネルギー代謝率（RMR）と消費カロリーの関係を、図５に式（１）の性別、年齢別係数を示す。
図５により、後述する入力装置から入力された年齢、性別を参照して係数を選定し、式（１）に乗じればよい。
また、エネルギー代謝率（RMR）は、基礎代謝に対するエネルギー代謝の比率であり、基礎代謝は年齢、性別、体重などによって算出されるため、この関係から消費カロリーを概算しても良い。
いずれにしても、エネルギー代謝率（RMR）が既知で、被験者の年齢、性別、体重などがわかれば、基準消費カロリーを算出することができる。算出された消費カロリーCal(A),Cal(B)を基準消費カロリーとする。
【００２０】
次に、このときの基準心拍数を測定する。（HR(A),HR(B)）実際には、心拍数を測定しながら運動を行うこととなる。
【００２１】
HR(A),HR(B)とCal(A),Cal(B)の関係から、RMRが既知の運動時の心拍数と消費カロリーの関係を求める。消費カロリーと酸素摂取量は比例関係にあるため、この関係を、酸素摂取量と消費カロリーの関係に直して、運動時の回帰直線を求める（図３）。図３において、２点（運動A,Bにおける心拍数及び酸素摂取量の値）がわかっているため、運動時の回帰直線を導出することができるのである。
【００２２】
以降は、心拍数を測定し、図３の運動時の回帰直線に当てはめることで運動時の酸素摂取量がわかり、同時に消費カロリーを概算することが可能となる。
【００２３】
また、安静時についても同様の測定を行うことで、安静時の心拍数ー酸素摂取量の回帰直線を求めることができる。例えば、図３において、(C)：横臥時、(d)座位安静時、などとすることで安静時と運動時の回帰直線を算出し、以降は運動しているか否かの判定と、心拍数の測定により、消費カロリーを算出することが可能となる。
【００２４】
以下に実際の運動時における消費カロリーの測定例を示す。
【００２５】
例えば、男性20〜29歳で体重60Kgの場合、基準消費カロリーは
（A）散歩50〜60m/min で、基準消費カロリー3.6kcal/min
（B）ジョギング160m/minで、基準消費カロリー10.2kcal/min
であり、基準心拍数が(A)のとき、80(1/min)、(B)のとき、150(1/min)
とすると、消費カロリーと酸素摂取量が比例関係になることを考慮して、回帰式は、
酸素摂取量(l/min)=0.01886×心拍数(1/min)-0.7885 （２）
となる。
酸素摂取量１リットルあたり消費カロリーはおおよそ5Kcalであるため、
消費カロリー(Kcal/min)=5×(0.01886×心拍数(1/min)-0.7885) （３）
である。
この式からRMRが既知でない、あるいは運動強度の変化が激しくRMRを特定できない運動時、例えば野球、サッカーなどの競技時においても、
被験者の心拍数が200(1/min)といったように心拍数が測定できれば、消費カロリーは式（３）を利用して、14.9Kcal/minと算出することができる。
ジョギングの強度とエネルギー代謝率の関係は図４に示すように詳細なデータベースが存在しており、またジョギングの強度を変えることは、たとえばトレッドミルの速度を変えることなどで比較的容易に行うことができる。
そのため、ジョギングの強度を変えることで基準消費カロリーと基準心拍数の関係を複数個求め、回帰式の導出を行うことが、回帰式の精度などから考えても有効な手段である。
運動時の回帰式を求める際に、
一定期間（ある程度のトレーニングを行った際や、１ヶ月、１年などの間隔で）ごとに前述した運動時、あるいは安静時の回帰直線を導出しなおすことで、被験者の体力（心肺能力）が変化したときにも正確に消費カロリーを測定することができるのである。
なお、同一の被験者において心肺機能が高まると前記回帰式の傾き、切片の値が大きくなり、心拍数があまり増加しなくても多くの酸素を摂取できるようになる。そのため、この傾き及び切片の値によって被験者のトレーニング効果を示すことも可能である。
【００２６】
次に、本発明の消費カロリー測定方法を利用した消費カロリー測定装置について説明する。
図６に本発明の消費カロリー装置１を装着した様子を、図７に制御部２４の説明図を示す。
消費カロリー装置１は手首や、腰などに取り付けて携帯可能となっている。
【００２７】
さらに、心拍計４が手首２の橈骨（とうこつ）動脈上の皮膚に接触するように配置されている。心拍計４は、圧力センサなどにより橈骨動脈の脈動による変位を測定することが可能である。脈拍は橈骨動脈の脈動によって計測することができる。心臓の収縮のタイミングと橈骨動脈の脈動とは、時間差が存在するものの、心拍数と脈拍数という見方では、ほぼ同じ値と考えられるので、心拍計４によって心拍数が測定可能である。
【００２８】
なお、心拍計４はこれに限定されるわけではなく、心電計のごとく心臓付近の皮膚上に電極を接触させ、心臓の電気的信号を測定したり、血流からのドップラ変化を測定して心拍数とすることも可能である。
【００２９】
制御部２４はベルト５０によって手首２に巻きつけられる。心拍計４もベルト５０に取り付けられている。
【００３０】
制御部２４の上面には表示部３３が取り付けられ、現在の消費カロリーなどを表示することが可能となっている。
【００３１】
次に制御部２４について図７を用いて説明する。
制御部２４は入力装置２１と、記憶装置２２、演算装置２３から構成されている。
はじめに各構成要素について説明する。
【００３２】
測定の際には、被験者が入力装置２１によって、年齢、性別、体重などの必要事項を入力する。入力装置は、キー操作や、表示部３３をタッチパネルとすることで、表示部３３を触ることで入力したり、あるいはパソコン、携帯電話などの端末から電波、赤外線などで、データを送ることも可能である。
【００３３】
記憶装置２２は入力された個人データ、算出された回帰式、心拍計４によって測定された心拍数、エネルギー代謝率のデータベースなどを記憶することができる。
【００３４】
演算装置２３は、測定された心拍数、エネルギー代謝率のデータベースから運動時、安静時の回帰式を算出したり、回帰式が算出された後は、測定された心拍数と回帰式を利用して消費カロリーを算出することができ、演算された消費カロリーを表示部３３に転送したり、必要であれば記憶装置２２に転送して、消費カロリーのデータを記憶させることもできる。
【００３５】
次に実際の測定時での流れを説明する。
【００３６】
まず入力装置２１により年齢、体重、性別などを入力する。入力ははじめて使用する場合だけでよく、その後は体重についてのみ訂正が必要で、年齢は自動更新が可能となっている。
【００３７】
次に、エネルギー代謝率（RMR）のデータが記憶装置２２に存在する特定の生活活動状態を行う。具体的にはジョギングなどを行うこととなる。この際、心拍計４によって基準心拍数を測定する。
【００３８】
測定された基準心拍数が記憶装置２２に転送され、演算装置２３によって基準心拍数とエネルギー代謝率 RMRから基準消費カロリー、酸素摂取量を算出する。算出された心拍数と酸素摂取量の関係から、心拍数と酸素摂取量の回帰式を導出し、回帰式を記憶装置に転送し、記憶させる。
【００３９】
以上が、はじめに使用する場合や、回帰式を算出しなおしたい場合の回帰式の導出の流れである。
【００４０】
回帰式を導出し終わったら、心拍計４によって測定された心拍数を回帰式に当てはめることで、自動的に消費カロリーを測定することができ、結果を表示部３３によって表示する。
以上が本発明の消費カロリー測定装置の概要であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成要素を適宜変更することが可能であり、表示部に測定された心拍数を表示したり、所定時間内の消費カロリーを算出したり、はじめに目標の消費カロリーを設定し、それに要する時間と運動の目安を表示したり、心肺機能の向上程度を測定することでトレーニングによる体力の向上の程度を表示したりすることが可能である。
図８は表示部３３の拡大図である。例えば、同年齢、同性、同体重における平均的な心拍数と酸素摂取量の回帰式の傾きあるいは切片のデータベースをあらかじめ用意しておき、これに対して被験者の回帰式の傾きあるいは切片の値がどの程度かで、体力レベルを算出し表示することも可能である。
また、本実施の形態では、回帰式を直線と見なして当てはめを行ったが、他の関数と見なすことも可能であり、この場合、回帰式の導出に必要な基準消費カロリーと基準心拍数の関係の数など、導出条件は異なることとなる。
［実施の形態２］
本発明の消費カロリー測定方法及び測定器について、図９を利用して説明する。
本実施の形態は、運動識別装置を有する場合の実施の形態であり、図９はデータ処理の流れを示す説明図である。その他の構成要素は実施の形態１と同じである。
図示しない運動識別装置５０は、加速度センサやジャイロなどで構成され、腰あるいは腕などに取り付けられる。運動識別装置５０は、加速度の変化などにより歩行、ジョギング、階段の上り下りなどを識別することが可能である。
初期使用時、あるいは回帰式を更新する場合に、運動識別装置５０によって例えばジョギングをしているかどうか、またその強度を測定する。これによって例えば、被験者が本発明の消費カロリー装置を携帯して通常の生活を行っているとき、運動を識別し、RMRのデータベースの存在する動作をしていることを運動識別装置５０によって識別し、このときの基準心拍数を心拍計４によって測定する。以上のような手順により、被験者に回帰式の導出、更新を意識させる必要がなくなり、被験者に特別な操作（所定の強度でジョギングを行わなければならない等）が必要なくなる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の消費カロリー測定方法、測定装置によれば、
特定の運動時だけでなく、日常生活、その他の運動時においても消費カロリーの測定が可能で、複雑な装置を身につける必要がなく、また、体力差などの個人差を考慮して消費カロリーを測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ある運動をした場合における被験者の消費カロリーの一例である。
【図２】ある運動をした場合における被験者の心拍数の変化の一例である。
【図３】ある被験者の心拍数と酸素摂取量の関係である。
【図４】各種運動のRMRと消費カロリーの関係である。
【図５】活動時エネルギー消費の性別年齢別係数である。
【図６】本発明の消費カロリー測定装置の位置実施例の説明図である。
【図７】本発明の消費カロリー測定装置の制御部の説明図である。
【図８】本発明の消費カロリー測定装置の制御部の説明図である。
【図９】本発明の消費カロリー測定装置の説明図である。
【符号の説明】
１消費カロリー測定装置
２腕
４心拍計
２１入力装置
２２記憶装置
２３演算装置
２４制御部
３３表示部
５０運動識別装置

Claims

心拍計と、
被験者の性別、年齢、体重等を入力するための入力装置と、
測定された数値、入力した数値及び演算結果を表示する表示装置と、
前記被験者の加速度に応じた複数の生活活動状態におけるエネルギー代謝率ＲＭＲ及び前記エネルギー代謝率ＲＭＲの性別年齢別係数から前記生活活動状態における前記被験者の消費カロリー（以下、基準消費カロリー）を演算し、前記心拍計により前記生活活動状態において測定された前記被験者の心拍数（以下、基準心拍数）と前記基準消費カロリーとの関係から、前記基準心拍数と前記被験者の酸素摂取量との回帰式を演算し、前記測定された心拍数と前記回帰式との関係から前記被験者の消費カロリーを演算する演算回路と、
前記エネルギー代謝率ＲＭＲ及び前記性別年齢別係数のデータベースを有し、前記データベース、前記入力装置に入力された情報、前記測定された心拍数、及び前記回帰式を格納する記憶装置と、
前記生活活動状態を識別する生活活動識別装置とを有し、
前記生活活動識別装置と前記心拍計とにより、前記データベースに存在する前記生活活動状態における前記基準心拍数を測定することで、前記データベースに存在する前記生活活動状態における前記基準消費カロリーを算出し、前記回帰式を導出することを特徴とする消費カロリー測定装置。
前記回帰式が一次式で近似される場合に、
前記回帰式の傾きあるいは切片から、前記被験者の体力状態及び健康状態を前記表示装置あるいはアラームなどにより前記被験者に知らせることを特徴とする請求項１に記載の消費カロリー測定装置。