JP5533152B2 - 生体情報測定装置 - Google Patents
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Description
ることが可能な生体情報測定装置に関する
ロリーと、これを日常生活により消費するカロリーのバランスがとれていることが重要で
ある。しかし、現代社会においては、交通機関などの発達により、カロリー消費量は減少
する傾向にある。その一方で、食物によるカロリー摂取量は増加する傾向にあり、摂取カ
ロリーとカロリー消費量とのバランスが崩れてきている。そこで、積極的に運動を行って
、カロリー消費量を増やし、カロリー摂取量とカロリー消費量との関係を管理することが
重要となる。そこで、以下の特許文献1には、一般の利用者が簡単に健康管理を行える携
帯型の装置について記載されている。この装置によれば、利用者の心拍数を常時計測し、
その心拍数と利用者の身体的情報(身長、体重、年齢、性別など)とに基づいて、酸素摂
取量を推定することができるようになっている。酸素摂取量は、単位時間、単位重量あた
りの酸素の消費量(体積)であり、カロリー消費量は、利用者の体重と酸素摂取量との乗
算値に比例する。
いるメタボリック症候群などに起因する生活習慣病を予防することを目的として、以下の
非特許文献1に記載されているように、厚生労働省は、2006年にカロリー消費量の指
標として、運動強度を表す「メッツ」、およびその「メッツ」に時間を乗じた運動量を表
す「エクササイズ」という単位を策定し、様々な運動の種別と運動強度(メッツ)との対
応関係を規定した。そして、理想的な運動量は、1週間で23エクササイズであるとした
。
ことが判明した。例えば、早歩き(ウォーキング)や自転車走行は、4メッツの運動強度
であり、ウォーキングを毎日30分行って、毎日4エクササイズの運動を行っていたとし
ても、1週間の運動量は14エクササイズであり、23エクササイズには、遠く及ばない
。もちろん、運動の時間を長くしたり、強度が大きな運動を日常的に行ったりすれば23
エクササイズは、達成可能な数値であるが、繁忙で疲労が蓄積しやすい平日に強度の大き
な運動をしたり、長時間継続して運動を行ったりすること自体が現実的ではない。
楽しむ人が多くなって来た。ハイキングの運動強度は6メッツといわれており、1週間に
4時間のハイキングを行えば、1週間分のエクササイズを達成することができる。したが
て、ハイキングや登山は平日に運動機会が少ない人には有効な健康管理手法と言える。
一つとして有効である。ところで、ハイキングや登山は、複数人でパーティを組んで行う
ことが普通である。そのため、パーティを構成する複数のメンバーは、同じ行程を同じ速
度で歩くことが前提となる。しかし、パーティの中の各メンバーは、それぞれに、体力、
経験、体調、携行する装備の重量などが異なり、同じ行程でも、大きな疲労感を感じる人
、物足りないと感じる人など、各メンバーで負荷の度合いに差が生じる。したがって、ハ
イキングや登山においては、メンバー間の健康状態に不均衡が生じる可能性がある。これ
では、パーティを組んでハイキングや登山を行うことの意義が無くなる。
ぞれ同じような負荷を感じるようにするための指標となる情報を心拍数から生成して表示
する生体情報測定装置を提供することを目的としている。なお、その他の目的については
以下で明らかにする。
体情報を測定して、酸素摂取量を推定する生体情報測定装置であって、
利用者の拍動に相当する信号成分を含んだ脈波信号を測定する脈波測定部と、
利用者の身体的特徴に関わる身体情報を記憶する記憶部と、
前記脈波信号に基づいて心拍数を計算する心拍数計算部と、
上記身体情報に基づいて相対心拍数と相対酸素摂取量との関係を示す回帰式情報を生成
する回帰式生成部と、
前記回帰式情報と前記心拍数計算部により計算された心拍数HRaとに基づいて、当該
心拍数HRaに対応する自己の相対酸素摂取量%VO2aを計算する相対酸素摂取量計算
部と、
他者の相対酸素摂取量%VO2bを取得して、前記自己の相対酸素摂取量%VO2aと
の平均値%VO2taを目標相対酸素摂取量として計算するとともに、当該目標相対酸素
摂取量%VO2taと前記自己の相対酸素摂取量%VO2aとの差分Δ%VO2aを計算
する目標値計算部と、
前記差分Δ%VO2aを付帯するディスプレイに表示出力する目標値表示部と
を備えたことを特徴としている。
パーティでのハイキングや登山(以下、便宜上「トレッキング」と総称する。)におい
て、パーティのメンバー全員が感じる負荷を同程度にさせるための何らかの情報を提示で
きれば、メンバー間の健康状態を均等に維持、増進させることができると考えた。また、
体力がない登山者のパーティからの離脱を抑止し、体力不足による無理な登山による怪我
などの危険性を低減することにも寄与できると考えた。
しかし、パーティでのトレッキングでは、全メンバーが、同じ距離を、ほぼ同じ歩速で
、同じ時間歩くことになり、運動強度を各メンバーで変えることができない。
りの体積で表現される酸素摂取量がほぼ同じであり、その酸素摂取量に重量を乗算したエ
ネルギー消費量の差がメンバー間での負荷の度合いの差となることに着目した。そして、
携行する荷物の当初の重量(装備重量)を再配分し、各メンバーが感じる負荷を同程度に
しようと考えた。もちろん、その重量の再配分に際しては、感じる負荷を客観的な数値に
するとともに、その負荷の差を、装備重量の差に換算することが必要となる。本発明はこ
のような要求に応えるために創作されたものであり、本発明の実施例は、上記主たる発明
に対応する実施例における特徴の他に、以下の特徴を備えている。
心拍数HRaと前記回帰式情報とに基づいて、酸素素摂取量VO2aを計算するととも
に、前記目標相対酸素摂取量%VO2taと前記回帰式情報とに基づいて、目標酸素摂取
量VO2taを計算する酸素摂取量推定部と、
前記目標値計算部により計算された前記差分Δ%VO2aと、前記酸素摂取量VO2a
と、前記目標酸素摂取量VO2taと、前記身体情報と、前記装備の重量waとに基づい
て、装備重量に対して増減すべき重量Δwaを計算する重量配分計算部とを備え、
前記目標値表示部は、当該増減すべき重量Δwaを前記ディスプレイに表示すること。
前記回帰式情報生成部は、前記他者の身体情報に基づいて当該他者の前記回帰式情報を
生成し、
前記相対酸素摂取量計算部は、他者の心拍数HRbを入力して、当該他者の心拍数HR
bと前記他者の回帰式情報とに基づいて、当該他者の心拍数HRbに対応する他者の相対
酸素摂取量%VO2bを計算し、
前記目標値計算部は、前記目標相対酸素摂取量%VO2taと前記他者の相対酸素摂取
量%VO2bとの差分Δ%VO2bを計算し、
前記重量配分計算部は、前記目標値計算部により計算された前記差分Δ%VO2bと、
前記他者の身体情報と、前記他者の装備の重量wbとに基づいて、当該装備重量wbに対
する他者の増減すべき重量Δwbと、前記利用者と前記他者のそれぞれについての前記増
減すべき重量Δwの絶対値の平均値Δwaveとを計算し、
前記目標値表示部は、少なくとも、前記他者の増減すべき重量Δwbと前記平均値Δw
aveいずれかを前記ディスプレイに表示すること。
前記体動信号に基づいて、利用者が休憩状態にあるか否かを判断する休憩検出部と、
前記目標値計算部は、前記休憩検出部により、利用者が休憩中にあると判断されると、
前記差分Δ%VO2aを計算する際に、当該休憩の開始直前における心拍数HRaを採用
すること。
前記記憶部は、前記利用者以外の他者の身体情報と他者の装備の重量とを前記通信部を
受け取って前記記憶部に記憶し、
前記相対酸素摂取量計算部は、前記信部を介して前記他者の心拍数を入力すること。
本発明の具体的な実施形態として、腕時計型の生体情報測定装置(以下、測定装置)を
挙げる。この測定装置は、例えば、トレッキングのパーティにおいて、荷物を分担し合え
るメンバーがそれぞれ装着し、これを装着している人(以下、利用者、あるいは装着者)
の脈波をセンサーを用いて電気信号(脈波信号)に変換してその脈波信号を解析するとと
もに、ユーザー入力により装着者の身体情報を受け付け、脈波信号の解析結果と身体情報
とに基づいて,トレッキング中の負荷を推定し、最終的には、パーティのメンバー間で荷
物を再配分する際の装備重量の過不足分を提示する重量分配機能を備えている。
図1に当該測定装置1の外観図を示した。この測定装置1は、一般的なデジタル腕時計
と同様の外観を有し、人の手首に装着するためのリストバンド2を備え、ケース3の前面
には時刻、この装置の動作状態、および各種生体情報(脈拍数、カロリー消費量など)を
文字や数字、あるいはアイコンによって表示するための液晶表示器(LCD)4が配置さ
れている。また、ケース3の周囲やケース3前面のフレーム部分にはこの測定装置を操作
するための各種ボタン5が配設されている。また、この測定装置は、内蔵する二次電池を
電源として動作し、ケース3の側面には、外部の充電器と接続されて、内蔵二次電池を充
電するための充電端子6が配設されている。
した。また、図2(B)に利用者の腕100に装着された状態の測定装置1の側面を示し
た。ケース3の背面には、利用者の脈波を検出して脈波信号を出力するための脈波センサ
ー10が配設されている。この脈波センサー10は、ケース3の背面に接触している利用
者の手首100にて脈波を検出する。本実施形態では、脈波を光学的に検出するための構
成を備えている。
ケース3の背面側に円形底面を有する半球状の収納空間内に、LEDなどの光源12と、
フォトトランジスタなどの受光素子13とが内蔵されている。半球の内面は鏡面11であ
り、半球の底面側を下方とすると、受光素子13と光源12は、基板14の上面と下面に
それぞれ実装されている。
の照射光Leが皮下の血管102に反射して半球内に反射光Lrとして戻ってくる。その
反射光Lrは、半球状の鏡面11にてさらに反射して、受光素子13に上方から入射する
。
変動を反映してその強度が変動する。脈波センサー10は、拍動よりも早い周期で光源1
2を所定の周期で点滅させ、受光素子13は、光源12の点灯機会ごとに受光強度に応じ
た脈波信号を光電変換によって出力する。なお、本実施形態では、128Hzの周波数で
光源12を点滅させている。
図4に上記測定装置1の機能ブロック構成を示した。測定装置1のードウエア構成は、
時刻やタイマーなどの計時に関わる機能と、拍動、体動、体温などの生体情報を測定する
機能とを備えたコンピューターである。測定装置1は、CPU20、RAM21、ROM
22からなるコンピューター本体を制御部とし、外部記憶としてフラッシュメモリー23
を備えている。そして、CPU20を動作させるための基準クロックを生成するための発
振回路24と、その基準クロックから計時用のクロックを生成する分周回路25を備えて
いる。
をLCD4に表示するための表示部26、圧電振動子27などを用いてアラーム音や振動
を出力するための警報部28、操作ボタン5に対する操作状態を記述する操作データを生
成してCPU20に入力するための入力部29を備えている。
1)を備えている。脈波センサー10は、上述したように、LEDなどの光源12と受光
素子13を主体にして構成されている。体動センサー31は、3軸の加速度センサーであ
り、3軸方向のそれぞれの加速度に応じて3系統の体動信号を出力する。なお3軸方向は
、例えば、図1に示したように、ケース3前面の法線方向(紙面奥から手前方向)をZ軸
、時計の6時から12に向かう方向をY軸、そして、これら2軸と直交する方向をX軸、
などとすることができる。この場合、X軸は、測定装置1を装着した状態で、肘から手首
に向かう方向とほぼ一致する。
増幅する脈波信号増幅回路32、および体動信号増幅回路33と、それぞれの増幅回路(
32,33)を経て増幅された脈波信号と体動信号を所定のサンプリング周期ごとに個別
にサンプリングして数値化し、それぞれの信号を脈波データ、および体動データに変換す
るA/D変換回路34を備えている。本実施形態では、16Hzのサンプリング周波数で
各信号をA/D変換している。
体動信号増幅回路33を経て増幅された脈波信号、および体動信号を、それぞれに所定の
閾値との比較に基づいて2値化する。CPU20は、これらの波形整形回路(35,36
)からの入力信号に基づいて脈波あるいは体動の有無を検出する。
部44、酸素摂取量推定部45、荷物配分計算部46は、CPU20がROM22などに
格納されたプログラムを実行することで実現される機能ブロック構成であり、本実施形態
では、個別のハードウエアとしては存在していない。もちろん、これらの構成(41〜4
6)は、DSPなどに置換することも可能である。
データ通信に関わる情報処理を行う。CPU20は、この通信部50を介して情報処理装
置に各種データを転送したり、情報処理装置から各種データを受け取ったりする。なお、
通信部50と外部の情報処理装置とは、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して直接
接続される形態もあり得るし、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接
続される形態もあり得る。無線信号により通信する形態も考えられる。ケーブル接続の場
合は、ケース3の外面にケーブルと接続するためのコネクターを設けておけばよい。無線
通信の場合は、情報処理装置側にその無線通信用のインターフェイスがあればよい。
用している。そして、通信部50とクレイドルとは無線信号により通信し、クレイドルと
情報処理装置とが有線接続されて通信するように構成されている。それによって、情報処
理装置には、特殊な無線通信インターフェイスが不要となり、測定装置1には、コネクタ
ーが不要となる。
にある測定装置と無線信号により測定装置1の通信部50と通信するための構成と、情報
処理装置とUSBなどの汎用の通信規格に準じたプロトコルで通信するための構成とを備
え、測定装置1と情報処理装置の双方との通信において送受信されるプロトコルの異なる
信号を解釈して相互変換する。それによって、CPU20は、通信部50を介して情報処
理装置とのデータ通信が可能となる。
に従ってROM22に記憶されている所定のプログラムを実行するとともに、その実行結
果やA/D変換回路34からのデータなどをRAM21に書込んだり、その書き込んだデ
ータをRAM21から読み出したりする。また、表示部26を制御して情報処理の実行結
果、測定装置1の動作状態、あるいは時刻などをLCD4に表示させたり、警報部28を
制御して音声や振動による信号を出力したりする。
上記構成を備えた本実施形態に係る測定装置1の主要な機能は、脈波センサー10から
の脈波信号に基づいて心拍数を常時測定し、その測定結果に基づいて、酸素摂取量を推定
することにある。そして、トレッキング時にパーティのメンバー間で、相互の体力差に見
合うように荷物を重量配分するための指標となる情報を、推定した酸素摂取量に基づいて
計算する。以下では、まず、測定装置1の基本機能である、心拍数の測定機能と酸素摂取
量の推定機能とについて、その動作や情報処理の内容を説明する。
測定装置1の装着者に歩行などの体動がある場合、脈波センサー10が出力する脈波信
号は、体動の影響により乱れた血流の変動を反映している。そこで、CPU20は、心拍
数測定部41により、脈波データから体動に相関するノイズ成分を除去して拍動信号のみ
を抽出するともに、拍動信号の周波数(あるいは周期)に基づいて心拍数を計算する。具
体的には、FIRフィルターなどによって構成されるデジタルフィルターを適用フィルタ
ーとして生成し、その適用フィルター用いてノイズを含んだ脈波信号から拍動信号を抽出
する。そして、抽出した拍動信号のデータをFFT解析することにより拍動の周波数(あ
るいは周期)を特定し、その特定された周波数や周期に基づいて1分間あたりの拍動、す
なわち心拍数を計算する。
たピークを示す。このような場合には、そのピークの出現間隔が拍動周期となり、上記の
フィルタリング処理やFFT解析をしなくても心拍数を測定することができる。すなわち
、トレッキングに際し、歩行を停止した状態で測定装置1に心拍数に基づく酸素摂取量を
推定させることを前提とすれば、体動データ処理に関わる構成や情報処理は不要となる。
図5は、酸素摂取量の推定原理の一例を示す図である。フラッシュメモリー23などに
は、心拍数HRと酸素摂取量VO2との対応関係(回帰式)を記述するデータ(回帰式情
報)が記憶されている。本実施形態に係る測定装置1では、図5に示したように、心拍数
HRと酸素摂取量VO2を、それぞれ、相対心拍数%HRと相対酸素摂取量%VO2とい
う数値で扱っている。当該図5に示したグラフ110の横軸111である相対心拍数%H
Rは、安静時の心拍数HRrestを0%とし、最大心拍数HRmaxを100%とした
ときに実際の心拍数HRの割合であり、以下の式(2)によって求められる。
%HR=(HR−HRrest)/(HRmax−HRrest)×100[%]…(
1)
酸素摂取量VO2restを0%とし、同じ利用者の最大酸素摂取量VO2maxを10
0%としたときに対する実際の酸素摂取量VO2の割合であり、以下の式(2)によって
求められる。
%VO2=(VO2−VO2rest)/(VO2max−VO2rest)×100
[%]…(2)
ax、安静時の酸素摂取量VO2rest、最大酸素摂取量VO2maxは、ACSM(
American College of Sports Medicine )が提唱する推定法に従って、利用者の身体的特
徴を示す身体情報(身長T、体重W、年齢Age、性別)から求めることができる。具体
的には、ACSMでは、HRmaxを220から年齢Ageを減算した値とし、HRre
stとVO2maxについては、以下の表1に示した対応関係を採用することを推奨して
いる。
当該方程式について、男性(M)用を以下の式(3)に、女性(F)用を以下の式(4)
に示した。
VO2rest(M)=66.47+(13.75×W)
+(5.0×T)−(6.76×Age)…(3)
VO2rest(F)=66.51+(9.56×W)
+(1.85×T)−(4.68×Age)…(4)
ついては、ユーザー入力により取得する。利用者は、測定装置1を操作し、自身の身体情
報として、身長T(m)、体重W(Kg)、年齢Age、性別を入力する。また、装備重
量w(Kg)も入力しておく。CPU20は、入力部29から身体情報と装備重量の情報
とを受け取り、フラッシュメモリー23などの適宜な記憶領域に記憶する。そして、CP
U20は、回帰式生成部42により、入力された身体情報と上記表1に示したテーブルと
に基づいてHRrestとVO2max特定し、回帰式情報を生成する。
PU20の計時に関わる基本機能であるカレンダー機能によって毎年自動更新されるよう
にしておいてもよい。また、身体情報の入力方法としては、通信部50を介して通信可能
に接続されている外部の情報処理装置を用いることもできる。この場合は、情報処理装置
に、身体情報のユーザー入力を受け付けて、その身体情報を測定装置1に転送するための
プログラムをインストールしておけばよい。
では、図5に示した直線(回帰直線)130のように、%HR=%VO2の関係となる。
CPU20は、相対酸素摂取量計算部43により、測定した心拍数HRを式(1)に代入
して相対心拍数%HR=相対酸素摂取量%VO2を求め、酸素摂取量推定部45がこの相
対酸素摂取量%VO2を式(2)に代入して酸素摂取量VO2を計算する。
測定装置1は、トレッキング時にパーティの各メンバーの腕に装着されて使用され、各
メンバーは、自身の測定装置1を操作し、トレッキング中に自身の相対酸素摂取量を計算
させるとともに、この自身の相対酸素摂取量と他のメンバーの相対酸素摂取量とに基づい
て自身が目標とすべき相対酸素摂取量(目標相対酸素摂取量)を提示させる。最終的には
、その目標相対酸素摂取量と、身体情報や装備重量とに基づいて、重量配分の目安などを
計算させて表示させる。そして、本発明の実施形態に係る測定装置1は、重量配分の目安
やその目安の指標となる情報を表示する重量分配機能に特徴があり、以下では、本発明の
実施例として、その重量分配機能に関わる具体的な情報処理や動作の例をいくつか挙げる
。
本発明の第1の実施例として、重量を再配分する際の目安を計算するために最も重要な
情報である目標相対酸素摂取量を、自他の相対酸素摂取量から求めるための情報処理や動
作を示す。ここでは、具体的に、二人のメンバーAとBを想定し、メンバーAが装着する
測定装置1によって、メンバーAに対する目標相対酸素摂取量を推定し、さらにその目標
相対酸素摂取量からメンバーAにおける装備重量の過不足分を計算する例を挙げる。
パラメーター(HRrest,HRmax,VO2rest,VO2max)を示した。
また、図6(A)(B)に、表2から導き出されるメンバーAとBのそれぞれに対応する
回帰式情報を示すグラフ(110a,110b)を示した。なお、表2、および以下の記
載では、身体情報や各パラメーターについて、メンバー「A」のものと、メンバー「B」
のものとを区別するために、身体情報や装備重量を示す記号や符号(T,W,wなど)、
およびパラメーターを示す記号や符号(%HRrest,%HRmax,%VO2res
t,%VO2max,HRrest,HRmax,VO2rest,VO2max)の後
に「a」または「b」を付記している。
行程中に心拍数HRを測定する。歩行を開始すると、心拍数は、徐々に上昇していき、急
激な歩速変化が少ないトレッキングなどでは、歩行時間の経過とともに、心拍数がある一
定値内で推移するようになる。もちろん、メンバー間では、心拍数HRや相対心拍数%H
Rが各人の体力差に応じて異なってくる。
図7に、第1の実施例におけるCPU20による情報処理の流れを示した。メンバーA
の測定装置1におけるCPU20は、心拍数測定部41により、脈波信号を測定すること
で心拍数を計算し、その心拍数の経時変化をフラッシュメモリー23などに記憶していく
(s1,s2)。そして、例えば、1分前と現在の心拍数を比較していき、その差が所定
の数値範囲内で所定時間継続したことを検出すると、現時点から過去所定時間分の平均の
心拍数(以下、心拍数)HRaを随時計算していく(s3→s4)。
置1に対して相対酸素摂取量%VO2aを推定させるための所定の操作を行う。CPU2
0は、相対酸素摂取量計算部43により、その操作時点以前で計算された直近の心拍数H
Raを式(1)に代入して相対心拍数(以下、相対心拍数)%HRaを計算し、図6(A
)に示した回帰直線130a上の点を特定する(s5→s6)。具体的に、以下の表3に
、メンバーAとBのそれぞれの測定装置1にて計算される、酸素摂取量に関わる数値を示
した。なお、表3には、後述する装備重量を再配分する際の指標となる差分エネルギー、
およびその差分エネルギーに基づいて計算される装備重量の過不足分も含まれている。
であるとすると、上記式(1)により、%HRa=54%=%VO2aと計算される。そ
して、CPU20は、表示部26を制御して、この計算値%HRa(=%VO2a)をL
CD4に表示させる(s7)。
させる。ここでは、メンバーBの心拍数HRbを135(bpm)であり、%HRb=6
4%と計算され、この数値がメンバーBの相対酸素摂取量%VO2bであり、この相対酸
素摂取量%VO2bがメンバーBの測定装置1にて表示出力される。
相対酸素摂取量%VO2bの値「64」を自身の測定装置1に入力する。CPU20は、
目標値計算部44により、メンバーAの相対酸素摂取量%VO2a=54%と、入力され
たメンバーBの相対酸素摂取量%VO2b=64%との平均値%VO2t=59%を計算
する(s8→s9)。
すれば、これがメンバーAとBのトレッキングによる負荷の平均値であり、この値%VO
2t=59%が、メンバーAとBの双方がトレッキングによって健康状態を均等に維持、
増進するための目標相対酸素摂取量%VO2tとなる。
と、計算した目標相対酸素摂取量%VO2tを表示出力する(s10)。メンバーAは、
先に計算された自身の相対酸素摂取量%VO2a=54%が目標相対酸素摂取量%VO2
t=59%よりも小さいことから、メンバーBの装備重量の一部を自身が負担すべきであ
ることを認知することができる。
メンバーAとBのそれぞれについて、相対酸素摂取量(%VO2a,%VO2b)に対応
する回帰直線上130cの二点(Pa,Pb)の中点Ptが目標相対酸素摂取量%VO2
tに対応する。
以上までの情報処理(s1〜s10)では、メンバーAにメンバーBの装備重量の一部
を負担すべきことを認知させることができる。つぎに、測定装置1において、その負担す
べき重量がどのくらいであるのかを計算するための情報処理について説明する。概略的に
は、先に求めたメンバーAとBの目標相対酸素摂取量%VO2t=59%を、メンバーA
における絶対値としての酸素摂取量(目標酸素摂取量)VO2ta(mL/Kg/min
)に換算し(s11)、その目標酸素摂取量VO2taと実際の酸素摂取量VO2aとの
差分に相当するエネルギー消費量ΔE(mL/min)から装備重量の過不足分を計算し
てそれを表示する(s13〜s15)、という情報処理の流れとなる。
、測定されたメンバーAの心拍数HRa=131(bpm)から求めた相対酸素摂取量(
推定相対酸素摂取量)%VO2a=54%を上記式(2)に代入して、表3に示した酸素
摂取量の絶対値VO2a=27.9(mL/Kg/min)を求める。また、目標相対酸
素摂取量%VO2t=59%から同様にしてメンバーAの目標酸素摂取量VO2at=3
0.26(mL/Kg/min)を求める。
2a=2.36に相当するエネルギーが、メンバーAにとっての過不足分のエネルギー量
(差分エネルギー)ΔEである。差分エネルギーΔEの単位は、mL/minであり、酸
素摂取量VO2の単位がmL/Kg/minであるので、差分エネルギーΔEaは、次式
(5)によって求めることができる。
ΔEa=ΔVO2at×(Wa+wa)…(5)
の差分エネルギーに相当する重量、すなわち、最終的な単位がKgとなるように、装備重
量の過不足分Δwaを次式(6)により計算する。
Δwa=ΔE/V02t…(6)
る。そして、このΔwaをLCD4に表示出力すれば、メンバーAにおける目標酸素摂取
量V02tと実際の心拍数HRaから推定された酸素摂取量V02aとの差分に相当する
重量Δwaが分かり、メンバーAはメンバーBから、このΔwaに相当する荷物を配分し
てもらえばよい。
第1の実施例では、メンバーAにおける装備重量waの過不足分Δwaを計算していた
が、メンバーAとBでは体重(Wa,Wb)が異なり、当初の装備重量(wa,wb)も
異なることが多い。そのため、メンバーBの測定装置1におけるメンバーBの装備重量w
bの過不足分Δwbと、第1の実施例において計算したメンバーAの過不足分ΔWaとは
必ずしも相殺し合わない。すなわち、ΔWa+Δwb=0となるとは限らない。
んど差が無いが、身体情報の差によって相対酸素摂取量(%V02a,%V02b)に差
が生まれる。そして、その差がメンバーA、Bの二人の目標酸素摂取量%V02at,%
V02btの違いとなる。さらに、総重量(Wa+wa,Wb+wb)の差によってエネ
ルギー消費量に差が出るため、結局、双方の測定装置1において計算される装備重量の過
不足分(Δwa,Δwb)は、その絶対値が異なった数値となる。
の過不足分(Δwa,Δwb)をメンバー同士で確認し合い、双方の過不足分の絶対値の
範囲(約5.8Kg〜6.2Kg)でメンバーBの装備重量の一部をメンバーAに負担さ
せたり、その平均値(約6.00Kg)を別途計算したりすればよいが、ここでは、第1
の実施例の応用例として、メンバーAとBの双方の測定装置1にて計算された重量の過不
足分(Δwa,Δwb)の平均値ΔwaveをメンバーAの測定装置1にて計算させる例
を示す。
不足分Δwb=−6.17Kg、あるいは、その絶対値|Δwb|=6.17をメンバー
Aの測定装置1に入力する。メンバーAの測定装置1は、荷物配分計算部45により、自
身にて計算した装備重量の不足分Δwa=5.85Kgの絶対値と入力されたメンバーB
における過不足分ΔWbの絶対値|Δwb|=6.17Kgとの平均値Δwaveを6.
00Kgと計算し、その数値を表示する。
上記第1、および第2の実施例では、基本的に、メンバーA(B)は、自身の測定装置
1では、自身の身体情報のみを記憶させて、相手B(A)に関する情報として、相手の相
対酸素摂取量%VO2b(%VO2a)、および相手の重量過不足分Δwb(Δwa)を
適時に入力して、目標相対酸素摂取量%VO2ta(%VO2tb)や、再配分すべき重
量Δwaveを表示出力させて、確認していた。
報を自身A(B)の測定装置1に入力し、自身A(B)の測定装置1に相手B(A)の回
帰式情報110b(110a)を生成させておけば、相手B(A)の心拍数HRb(HR
a)を入力するだけで、相手B(A)の相対心拍数%HRb(%HRa)、すなわち相手
B(A)の相対酸素摂取量%VO2b(%VO2a)や目標酸素摂取量VO2tb(VO
2ta)が計算でき、最終的に、再配分すべき重量Δwaveを計算することができる。
それによって、煩わしい数値入力操作を最小限に押さえることができる。また、相手が、
測定装置1を所持していない場合でも、他の計器や自身で脈を取って計測した心拍数を入
力すれば再配分すべき重量Δwaveを計算することができる。なお、相手B(A)の身
体情報については、外部の情報処理装置を用いて入力してもよいし、測定装置1のボタン
5を操作することで入力してもよい。
上記第1および第2の実施例では、休憩時などにメンバーAが自身の測定装置1を操作
して心拍数HRaに基づく酸素摂取量VO2aを計算させていた。しかし、休憩時にその
操作を忘れると、休憩後に適正に重量配分された装備でトレッキングを再開することがで
きなくなる。そこで、第3の実施例として、測定装置1にて休憩の開始を判断し、自動的
に心拍数HRに基づく酸素摂取量VO2の計算を行って、目標相対酸素摂取量%VO2t
を表示したり、他のメンバーの相対酸素摂取量%VO2などの入力を促したりする事例を
示す。
を利用している。体動センサー31からの体動信号は3次元方向のそれぞれの加速度の変
化を示しており、CPU20は、その3次元方向の各加速度を表現する体動データをフィ
ルタリング処理とFFT解析とによって、体動信号に含まれている歩行に伴う振動を抽出
する。もし、その歩行に伴う振動が検出できない状態が所定時間継続すれば、利用者が休
憩をしているものとし、その継続時間の開始以前の直近の平均の心拍数HRに基づいて、
上記第1あるいは第2の実施例にて示した、重量再配分機能に関わる情報処理を実行して
く。
動データが示す加速度が所定の範囲内であれば、体動が少なく、歩行していないと判断し
、その状態が所定時間継続することを持って休憩状態であるか否かを判断してもよい。
上記第2の実施例では、装備重量を分かち合うメンバー同士が自身の測定装置1に相手
の身体情報を入力し、重量再配分機能に関わる数値入力作業を必要最小限とすることがで
きた。しかし、事前の情報入力やトレッキングの現場での操作は可能な限り少ない方がよ
い。そこで、測定装置1を構成する通信部50の無線通信機能を利用し、各メンバーの測
定装置間1で情報をやりとりするようにしてもよい。
定の操作を行い、互いに通信させて各種情報を通信相手に記憶させる。また、トレッキン
グに際しては、通信相手B(A)の測定装置1にて随時測定されている心拍数HRb(H
Ra)の情報を随時受信し、その心拍数HRb(HRa)と、先に記憶した他のメンバー
B(A)の身体情報とに基づいて、相手の酸素摂取量VO2b(VO2a)と、それに基
づく再配分すべき重量Δwaveをリアルタイムで計算する。各メンバーA(B)はその
計算結果の表示を測定装置1に指示するだけでよい。常時更新しながら連続的に表示させ
るようにしてもよい。
たが、3人以上であっても、他のメンバーの全ての相対酸素摂取量が分かれば、その平均
値から目標相対酸素摂取量が計算でき、最終的に3人以上のメンバーで装備重量を再配分
する際の各自の減量分、あるいは増量分を計算することが可能である。
その脈波信号から心拍数を計算できる構成であれば、例えば、脈波センサーと制御部とが
ケーブルや無線通信などによって分離されている形態であってもよい。その一方で、汎用
のコンピューターにも腕時計型など、常時装着が可能な形態のものがあり、そのようなコ
ンピューターに脈波センサーを搭載することは容易である。したがて、脈波センサーを備
えた常時装着型のコンピューターにインストールされて、当該コンピューターを生体情報
測定装置として機能させるためのプログラムを本発明の実施例とすることも可能である。
能である。例えば、健康管理やダイエットなどを目的として、パーティで登山やハイキン
グを行う際に、パーティの各メンバーが使用してメンバー間の体力差を加味して装備の重
量を調整する用途などに利用可能である。
20 CPU、21 RAM、22 ROM、23 発振回路24、
25 分周回路、23 フラッシュメモリー、26 表示部、29 入力部、
31 体動センサー、34 A/D変換回路、41 心拍数計算部、
42 回帰式生成部、43 相対酸素摂取量計算部、44 目標値計算部、
45 酸素摂取量推定部、46 荷物配分計算部、50 通信部
Claims (5)
- 利用者の身体に装着されて、当該利用者の生体情報を測定して、酸素摂取量を推定する
生体情報測定装置であって、
利用者の拍動に相当する信号成分を含んだ脈波信号を測定する脈波測定部と、
利用者の身体的特徴に関わる身体情報を記憶する記憶部と、
前記脈波信号に基づいて心拍数を計算する心拍数計算部と、
上記身体情報に基づいて相対心拍数と相対酸素摂取量との関係を示す回帰式情報を生成する回帰式生成部と、
前記回帰式情報と前記心拍数計算部により計算された心拍数HRaとに基づいて、当該心拍数HRaに対応する自己の相対酸素摂取量%VO2aを計算する相対酸素摂取量計算部と、
他者の相対酸素摂取量%VO2bを取得して、前記自己の相対酸素摂取量%VO2aとの平均値%VO2taを目標相対酸素摂取量として計算するとともに、当該目標相対酸素摂取量%VO2taと前記自己の相対酸素摂取量%VO2aとの差分Δ%VO2aを計算する目標値計算部と、
前記差分Δ%VO2aを付帯するディスプレイに表示出力する目標値表示部と
を備えたことを特徴とする生体情報測定装置。 - 請求項1において、
前記記憶部は、前記利用者が携行する装備の重量waを記憶し、
心拍数HRaと前記回帰式情報とに基づいて、酸素摂取量VO2aと、目標酸素摂取量VO2taとを計算する酸素摂取量推定部と、
前記目標値計算部により計算された前記差分Δ%VO2aと、前記酸素摂取量VO2aと、前記目標酸素摂取量VO2taと、前記身体情報と、前記装備の重量waとに基づいて、装備重量に対して増減すべき重量Δwaを計算する重量配分計算部とを備え、
前記目標値表示部は、当該増減すべき重量Δwaを前記ディスプレイに表示する、
ことを特徴とする生体情報測定装置。 - 請求項2において、
前記記憶部は、前記利用者以外の他者の身体情報と装備の重量wbとを記憶し、
前記回帰式生成部は、前記他者の身体情報に基づいて当該他者の前記回帰式情報を生成し、
前記相対酸素摂取量計算部は、他者の心拍数HRbを入力して、当該他者の心拍数HRbと前記他者の回帰式情報とに基づいて、当該他者の心拍数HRbに対応する他者の相対酸素摂取量%VO2bを計算し、
前記目標値計算部は、前記目標相対酸素摂取量%VO2taと前記他者の相対酸素摂取量%VO2bとの差分Δ%VO2bを計算し、
前記重量配分計算部は、前記目標値計算部により計算された前記差分Δ%VO2bと、前記他者の身体情報と、前記他者の装備の重量wbとに基づいて、当該装備重量wbに対する他者の増減すべき重量Δwbと、前記利用者と前記他者のそれぞれについての前記増減すべき重量Δwの絶対値の平均値Δwaveとを計算し、
前記目標値表示部は、少なくとも、前記他者の増減すべき重量Δwbと前記平均値Δwaveいずれかを前記ディスプレイに表示する、
ことを特徴とする生体情報測定装置。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
人体の体動に伴う体動信号を測定する体動信号測定部と
前記体動信号に基づいて、利用者が休憩状態にあるか否かを判断する休憩検出部と、
前記目標値計算部は、前記休憩検出部により、利用者が休憩中にあると判断されると、前記差分Δ%VO2aを計算する際に、当該休憩の開始直前における心拍数HRaを採用する、
ことを特徴とする生体情報測定装置。 - 請求項3において、
他の生体情報測定装置と無線信号により通信する通信部を備え、
前記記憶部は、前記利用者以外の他者の身体情報と他者の装備の重量とを前記通信部を受け取って前記記憶部に記憶し、
前記相対酸素摂取量計算部は、前記通信部を介して前記他者の心拍数を入力する、
ことを特徴とする生体情報測定装置。
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