JP6692909B2

JP6692909B2 - 残存無酸素運動許容量算出方法および残存無酸素運動許容量算出装置

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Publication number: JP6692909B2
Application number: JP2018537348A
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Inventors: 雄一樋口; 孝治藤井
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Description

本発明は、心拍を用いて残存無酸素運動許容量を算出するための方法および装置に関する。

自転車競技等のスポーツでは、運動能力を表す指標として無酸素運動許容量（Ａｎａｅｒｏｂｉｃｗｏｒｋｃａｐａｃｉｔｙ）が用いられている。具体的には、人がペダルを介して自転車に与えた動力を自転車に取り付けた動力計（パワーメータ）によって測定し、測定した動力（パワー）から無酸素運動許容量を推定することにより、運動能力を比較することができる。

例えば、非特許文献１には、人が運動しているときの無酸素運動許容量の残存量（以下、「残存無酸素運動許容量」と称する。）を推定する手法が開示されている。非特許文献１に開示された手法によれば、パワーメータによって測定した動力（パワー）から残存無酸素運動許容量を算出することができる。

しかしながら、非特許文献１に開示された手法では、動力を測定するために、非常に高価な計測機器であるパワーメータが必要となるという課題があった。

Skiba, Philip Friere (2014). The Kinetics of the Work Capacity Above Critical Power (Doctoral dissertation), University of Exeter, pp.101-103 and pp.156-157. Retrieved from http://ore.exeter.ac.uk/repository/handle/10871/15727

本発明の目的は、高価なパワーメータを用いることなく、残存無酸素運動許容量を算出することにある。

本発明の残存無酸素運動許容量算出方法は、プロセッサが、心拍数を取得するステップと、プロセッサが、取得された心拍数と、残存無酸素運動許容量と心拍数との関係とに基づいて、残存無酸素運動許容量を算出するステップとを備え、前記算出するステップは、前記プロセッサが、前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出するステップを含み、無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は、式（Ｅ）または（Ｅ’）で表される。

本発明の残存無酸素運動許容量算出装置は、心拍数を取得する心拍数取得部と、残存無酸素運動許容量と心拍数との関係と、心拍数取得部によって取得された心拍数とに基づいて、残存無酸素運動許容量を算出する演算部とを備え、前記演算部は、前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、前記心拍数取得部によって取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出する残存無酸素運動許容量算出部を含み、無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は式（Ｅ）または（Ｅ’）で表される。

本発明によれば、高価なパワーメータを用いることなく、残存無酸素運動許容量を算出することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１である残存無酸素運動許容量算出装置のブロック図である。図２は、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置による残存無酸素運動許容量算出処理の流れを示すフロー図である。図３は、図２のステップＳ３の処理の流れを示すフロー図である。図４は、本発明の実施の形態２である残存無酸素運動許容量算出装置のブロック図である。図５は、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置による残存無酸素運動許容量算出処理の流れを示すフロー図である。図６は、図５のステップＳ３Ａの処理の流れを示すフロー図である。図７は、本発明の実施の形態３である残存無酸素運動許容量算出装置のブロック図である。図８は、図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置による残存無酸素運動許容量算出処理の流れを示すフロー図である。図９は、図８のステップＳ３Ｂの処理の流れを示すフロー図である。図１０は、コンピュータの主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態１≫
図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１は、例えば運動している人の残存無酸素運動許容量を、その人の心拍数から推定する装置である。残存無酸素運動許容量算出装置１は、装着した人の生体情報を計測するウェアラブル機器の一つの機能部として実現されうる。この残存無酸素運動許容量算出装置１は、例えば自転車競技等の無酸素運動を行っている人の体に、心拍数を計測する心拍計２と共に装着され、心拍計２で計測された心拍数に基づいて残存無酸素運動許容量をリアルタイムに算出する。

図１に示すように、残存無酸素運動許容量算出装置１は、心拍数取得部１０、演算部１１、および記憶部１４を備えている。

心拍数取得部１０は、例えば人体に装着された心拍計２によって計測され、心拍計２から所定の時間間隔（例えば、１秒間隔）で出力された心拍数のデータを順次取得する機能部である。心拍数取得部１０によって取得された心拍数のデータ１４１は、記憶部１４に順次記憶される。なお、残存無酸素運動許容量算出装置１と心拍計２との間のデータの送受信は、有線による通信であってもよいし、無線による通信であってもよく、データの送受信の方法は特に限定されない。また、心拍数のデータ１４１は、上述したように心拍計２から残存無酸素運動許容量算出装置１に直接入力されてもよいし、心拍計２によって計測された心拍数のデータ１４１がパーソナルコンピュータ等の端末内の記憶装置に一旦記憶され、その後、残存無酸素運動許容量算出装置１によって上記記憶装置から読み出されてもよい。

記憶部１４は、上述した心拍数のデータ１４１の他に、後述する残存無酸素運動許容量を算出するための関係式に関する各種パラメータを記憶する機能部である。

演算部１１は、心拍数取得部１０によって取得された心拍数のデータ１４１と、残存無酸素運動許容量と心拍数との関係とに基づいて、残存無酸素運動許容量を算出する機能部である。具体的には、演算部１１は、パワー算出部１２と残存無酸素運動許容量算出部１３とを含む。

パワー算出部１２は、心拍数からパワーを算出する機能部である。ここで、“パワー”とは、人が操作対象物に与える動力である。本実施の形態では、一例として、“パワー”は、自転車を漕いでいる人がその自転車に与える動力であるとして説明する。

パワーと心拍数とは相関がある。例えば式（１）に示すように、パワーＰと心拍数ＨＲとの関係は一次式で表すことができる。

式（１）において、“ａ”，“ｂ”は、残存無酸素運動許容量の算出対象の人によって異なる値である。

心拍数とパワーの関係を表す関係式の算出手法としては、以下の手法を例示することができる。例えば、コンコーニテスト（ＣｏｎｃｏｎｉＴｅｓｔ）等によって検量線を取得することにより、心拍数とパワーの関係を表す関係式を算出してもよい。または、運動中にパワーと心拍を計測し、その計測値を統計解析すること得られた検量線から関係式を算出してもよい。この場合のパワーの計測は、パワーメータを用いてもよいし、ローラー台など速度とパワーの関係があらかじめ分かっている状態で速度を計測し間接的にパワーデータを取得してもよい。

本実施の形態の残存無酸素運動許容量算出装置１では、上記手法によって得られた心拍数とパワーの関係を表す関係式を、予め記憶部１４に記憶しておく。例えば、心拍数とパワーとの関係を表す式（１）とパラメータ“ａ”および“ｂ”の値を、関係式データ１４２として、予め記憶部１４に記憶しておく。そして、パワー算出部１２が、記憶部１４に記憶された式（１），“ａ”，および“ｂ”と、心拍数取得部１０によって取得された心拍数のデータ１４１とに基づいて、パワーを算出する。パワーは、順次取得された心拍数の各々について算出される。算出されたパワーのデータ１４３は、記憶部１４に順次記憶され、後述する残存無酸素運動許容量算出部１３による演算処理で用いられる。

残存無酸素運動許容量算出部１３は、パワーと残存無酸素運動許容量との関係と、パワー算出部１２によって算出されたパワーとに基づいて、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを算出する機能部である。

上述の非特許文献１に示されているように、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌとパワーＰとの関係は、式（２）〜（５）を用いて表すことができる。

式（２）において、“Ｗ₀”は無酸素運動許容量、“ｔ”および“ｕ”は時間、“τ”は無酸素運動許容量Ｗ₀の回復に係る時定数である。

“Ｗ′_EXP”は消費した無酸素運動量である。式（３）に示すように、パワーを“Ｐ”とし、クリティカルパワーを“ＣＰ”としたとき、その時点でのパワーＰがクリティカルパワーＣＰよりも大きい場合に、無酸素運動量Ｗ′_EXPは“Ｐ−ＣＰ”となり、その時点でのパワーＰがクリティカルパワーＣＰよりも小さい場合に“０”となる。なお、クリティカルパワーＣＰとは、長時間、疲労なく維持できる最大パワーのことをいう。

時定数τは、式（４）で表すことができる。式（４）における“Ｄ_CP”は、パワーＰがクリティカルパワーＣＰ以下であるときのパワーＰの平均値Ｐ_avgとクリティカルパワーＣＰとの差であり、式（５）で表すことができる。

上記式（２）〜（５）に示されるように、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌはパワーＰの関数として表される。一方、式（１）に示したように、パワーＰは、心拍数ＨＲの関数として表すことができる。したがって、式（１）〜（５）を用いることにより、計測した心拍数ＨＲから残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを算出することができる。

ここで、上記式（１）〜（５）に含まれる無酸素運動許容量Ｗ₀およびクリティカルパワーＣＰは、予め、そのデータを取得しておく必要がある。一般に、無酸素運動許容量Ｗ₀とクリティカルパワーＣＰとの関係は、式（６）で表されることが知られている。

式（６）において“ｔ_lim”は最大持続時間である。同じパワーＰで漕ぎ続けたとき、最大持続時間ｔ_limはパワーＰに対して反比例の関係となる。したがって、残存無酸素運動許容量の計測対象の人について、クリティカルパワーＣＰ以上の２点のパワーＰにおける夫々の持続時間ｔ_limを測定し、測定したパワーＰおよび持続時間ｔ_limの２組の値を式（６）に夫々代入することによって得られる２つの方程式を解くことにより、“Ｗ₀”と“ＣＰ”の値を求めることができる。

このようにして算出された無酸素運動許容量Ｗ₀、およびクリティカルパワーＣＰと、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌとパワーＰとの関係を示す式（２）〜（５）は、関係式データ１４４として記憶部１４に予め記憶される。

残存無酸素運動許容量算出部１３は、予め記憶部１４に記憶された、関係式データ１４４とパワー算出部１２によって算出されたパワーＰとに基づいて、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを算出し、残存無酸素運動許容量のデータ１４５として記憶部１４に記憶させる。

次に、図２を用いて、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１による残存無酸素運動許容量算出処理の流れについて説明する。

残存無酸素運動許容量算出装置１では、先ず、心拍数取得部１０が、例えば心拍計２から心拍数の計測値を取得し、その値（心拍数ＨＲ）を記憶部１４に記憶させる（ステップＳ１）。次に、パワー算出部１２が、最新の心拍数ＨＲおよび式（１）を記憶部１４から読み出し、その心拍数ＨＲを式（１）に代入してパワーＰを算出し、そのパワーＰを記憶部１４に記憶させる（ステップＳ２）。

次に、残存無酸素運動許容量算出部１３が、ステップＳ２で算出されたパワーＰと、式（２）〜（５）とに基づいて、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを算出する（ステップＳ３）。

具体的には、図３に示すように、残存無酸素運動許容量算出部１３は、先ず、最新のパワーＰ、クリティカルパワーＣＰ、および式（３）を記憶部１４から読み出し、そのパワーＰおよびクリティカルパワーＣＰを用いて式（３）を計算することにより、消費した無酸素運動量Ｗ′_EXPを算出する（ステップＳ３１）。

また、残存無酸素運動許容量算出部１３は、過去の処理で求められた過去のパワーＰを記憶部１４からさらに読み出し、過去のパワーＰおよび最新のパワーＰを用いて、パワーＰがクリティカルパワーＣＰ以下であるときのパワーの平均値Ｐ_avgを算出する。このとき、過去のパワーＰをすべて用いてもよいし、新しいものから順に所定数個の過去のパワーＰを用いてもよい。そして、残存無酸素運動許容量算出部１３は、記憶部１４から式（５）を読み出し、式（５）に基づいてパワーの平均値Ｐ_avgとクリティカルパワーＣＰとの差Ｄ_CPを算出する（ステップＳ３２）。

次に、残存無酸素運動許容量算出部１３は、記憶部１４から式（４）を読み出し、ステップＳ３２で算出した差Ｄ_CPを用いて式（４）を計算することにより、時定数τを算出する（ステップＳ３３）。その後、残存無酸素運動許容量算出部１３は、記憶部１４から無酸素運動許容量Ｗ₀および式（２）を読み出し、ステップＳ３１で算出した無酸素運動量Ｗ′_EXPおよびステップＳ３３で算出した時定数τを用いて式（２）を計算することにより、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを算出し、その残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを記憶部１４に記憶させる（ステップＳ３４）。

記憶部１４に記憶された残存無酸素運動許容量のデータ１４５は、例えば、外部機器に無線または有線により送信されてもよいし、残存無酸素運動許容量算出装置１が備える表示装置（図示せず）の画面上に表示されてもよい。

以上、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１によれば、計測した心拍数と、予め記憶部１４に記憶された、無酸素運動許容量Ｗ₀およびクリティカルパワーＣＰのデータと残存無酸素運動許容量と心拍数との関係（式（１）〜（５））とに基づいて、残存無酸素運動許容量を推定することができる。すなわち、残存無酸素運動許容量算出装置１によれば、残存無酸素運動許容量を算出する際に、心拍数を計測すればよく、高価なパワーメータを用いてパワーを計測する必要はない。

≪実施の形態２≫
図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａは、心拍数からパワーに換算することなく、無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合（以下、「残存無酸素運動許容量割合」と称する。）を算出する点において、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１と相違する。具体的には、残存無酸素運動許容量算出装置１Ａは、無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合を算出する残存無酸素運動許容量算出部１３Ａを含む演算部１１Ａを備える。

上述の非特許文献１に示されているように、残存無酸素運動許容量を推定する別の近似式として、式（７）がある。

式（７）は、残存無酸素運動許容量とパワーとの関係を示し、時刻ｔでの残存無酸素運動許容量Ｗ′（ｔ）を時刻ｕでの残存無酸素運動許容量Ｗ′（ｕ）から推定する式である。式（７）において、“Ｋ”は無酸素運動許容量Ｗ₀の回復に係る定数であり、一般にＫ＝１である。

残存無酸素運動許容量とパワーとの関係を示す式（７）を、無酸素運動許容量Ｗ₀によって規格化することにより、式（８）が導かれる。

ここで、無酸素運動許容量Ｗ₀対する残存無酸素運動許容量Ｗ′の割合を“Ｆ”としたとき、式（８）は、式（９）で表すことができる。

ここで、“ＨＲ_CP”は、パワーＰがクリティカルパワーＣＰとなるときのＨＲである。本明細書では、ＨＲは心拍数であるとして説明するが、心拍数をパーセンテージに換算した値をＨＲとして用いてもよい。“ＨＲ_recovery”は、パワーＰがクリティカルパワーＣＰ以下であるときの心拍数ＨＲの平均値、すなわち、ＨＲ_CP以下の心拍数ＨＲの平均値である。“ＨＲ_n”は、ＨＲ_CP以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数であり、“ｔ_nlim”は、ＨＲ_CP以上の一定の運動強度で運動した場合の最大持続時間である。

無酸素運動許容量Ｗ₀を心拍数ＨＲで換算した値Ｗ_0HRと、ＨＲ_CPと、ＨＲ_nと、ｔ_nlimとの間の関係式は、式（１０）で表すことができる。

式（１０）を変形すると、“Ｗ_0HR＝（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”となる。Ｗ_0HRの値、すなわち“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”の値は、例えば、一定の運動強度で最大持続時間ｔ_nlimの間自転車を漕ぎ続けることにより、取得することができる。

また、Ｗ_0HRは、式（１１）を代用してもよい。この場合、式（８）は、式（１２）で表すことができる。ここで、“Δｔ”はデータ間隔である。

なお、ＨＲ_CPの値は、式（１０）から推定しても良いし、下記式（１３）から算出してもよい。式（１３）において、“ＨＲ_max”は心拍数の最大値であり、“ＨＲ_min”は心拍数の最小値である。

ここで、上記式（９）に含まれるパラメータのうち、定数Ｋ、ＨＲ_CP、“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”は、上述した手法により予めデータが取得され、式（９）または式（１２）と共に、関係式データ１４６として記憶部１４に記憶されている。式（１３）における“７０〜８０％”は一般的な値であり，人によっては異なる値となる場合がある。

ＨＲ_recoveryは、心拍数取得部１０によって取得された心拍数のデータ１４１に基づいて算出されるデータである。例えば、残存無酸素運動許容量算出部１３Ａが、順次取得された心拍数のデータ１４１に基づいて、ＨＲ_CP以下の心拍数ＨＲの平均値を計算し、その値をＨＲ_recoveryのデータ１４７として記憶部１４に記憶させる。

残存無酸素運動許容量算出部１３Ａは、記憶部１４に記憶されている関係式データ１４６と算出したＨＲ_recoveryの値とに基づいて、式（９）を計算することにより、無酸素運動許容量Ｗ₀対する残存無酸素運動許容量Ｗ′（ｔ）の割合（残存無酸素運動許容量割合）Ｆ（ｔ）を算出し、残存無酸素運動許容量割合のデータ１４８として記憶部１４に記憶させる。

次に、図５を用いて、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａによる残存無酸素運動許容量算出処理の流れについて説明する。

残存無酸素運動許容量算出装置１Ａでは、先ず、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１と同様に、心拍数取得部１０が、例えば心拍計２から心拍数の計測値を取得し、その値（心拍数ＨＲ）を記憶部１４に記憶させる（ステップＳ１）。

次に、残存無酸素運動許容量算出部１３Ａが、ステップＳ１で取得された心拍数ＨＲに基づいて、無酸素運動許容量Ｗ₀対する残存無酸素運動許容量Ｗ′（ｔ）の割合Ｆ（ｔ）を算出する（ステップＳ３Ａ）。具体的には、図６に示すように、先ず、残存無酸素運動許容量算出部１３Ａは、過去の処理で取得された過去の心拍数ＨＲ、ステップＳ１で取得された最新の心拍数ＨＲ、およびＨＲ_CPを記憶部１４から読み出し、ＨＲ_CP以下の心拍数ＨＲの平均値ＨＲ_recoveryを算出する（ステップＳ３１Ａ）。このとき、過去の心拍数ＨＲをすべて用いてもよいし、新しいものから順に所定数個の過去の心拍数ＨＲを用いてもよい。次に、残存無酸素運動許容量算出部１３Ａは、Ｋ、ＨＲ_CP、および“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”の値と、式（９）または式（１２）とを記憶部１４から読み出し、ステップＳ３１Ａで算出したＨＲ_recoveryの値を用いて式（９）または式（１２）を計算することにより、残存無酸素運動許容量割合Ｆ（ｔ）を算出し、その残存無酸素運動許容量割合Ｆ（ｔ）を記憶部１４に記憶させる（ステップＳ３２Ａ）。

記憶部１４に記憶された残存無酸素運動許容量割合のデータ１４８は、例えば、外部機器に無線または有線により送信されてもよいし、残存無酸素運動許容量算出装置１Ａが備える表示装置（図示せず）の画面上に表示されてもよい。

以上、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａによれば、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１と同様に、計測した心拍数に基づいて、残存無酸素運動許容量を推定することができる。

また、残存無酸素運動許容量算出装置１Ａでは、無酸素運動許容量Ｗ₀によって規格化した数式（式（９）または式（１２））を用いて残存無酸素運動許容量割合Ｆ（ｔ）を算出する。このため、心拍数からパワーを換算することなく、残存無酸素運動許容量を推定することができる。

更に、予め記憶部１４に記憶しておくべき、Ｋ、ＨＲ_CP、および“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim等の各種パラメータの値についても、パワーメータを用いずに心拍数を計測することによって取得することができる。このため、より低コストに残存無酸素運動許容量を算出することが可能となる。

≪実施の形態３≫
図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂは、差分方程式に基づいて残存無酸素運動許容量割合を算出する点において、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａと相違する。具体的には、残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂは、差分方程式に基づいて残存無酸素運動許容量割合を算出する残存無酸素運動許容量算出部１３Ｂを含む演算部１１Ｂを備える。

残存無酸素運動許容量を推定する別の近似式として、式（１４）、式（１５）がある。ここで、式（１４）は、Ｐ＞ＣＰの場合の近似式であり、式（１５）は、ＣＰ＞Ｐの場合の近似式である。

式（１４），（１５）は、残存無酸素運動許容量とパワーとの関係を表している。式（１４）の右辺の第１項目は、使用した無酸素運動量を表し、第２項目は、無酸素運動許容量Ｗ₀の回復量を表している。

残存無酸素運動許容量とパワーとの関係を示す式（１４），（１５）を、無酸素運動許容量Ｗ₀によって規格化することにより、式（１６），（１７）が得られる。ここで、式（１６）は、Ｐ＞ＣＰの場合の式であり、式（１７）は、ＣＰ＞Ｐの場合の式である。

ここで、無酸素運動許容量Ｗ₀対する残存無酸素運動許容量Ｗ′の割合（残存無酸素運動許容量割合）をＦとしたとき、式（１６），（１７）は、式（１８），（１９）で夫々表すことができる。式（１８）は、Ｐ＞ＣＰの場合の式であり、式（１９）は、ＣＰ＞Ｐの場合の式である。

更に、式（１８），（１９）を差分方程式で表すと、式（２０），（２１）が得られる。式（２０）は、Ｐ＞ＣＰの場合の式であり、式（２１）は、ＣＰ＞Ｐの場合の式である。

上述の式（２０），（２１）において、定数Ｋ、ＨＲ_CP、および“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”は、実施の形態２と同様に、予めデータが取得され、式（２０），（２１）と共に、関係式データ１４９として予め記憶部１４に記憶される。

また、実施の形態２と同様に、式（１１）を用いた場合、式（１８）は、式（２２），（２３）で表すことができる。ここで、式（２２）は、Ｐ＞ＣＰの場合の式であり、式（２３）は、ＣＰ＞Ｐの場合の式である。また、“Δｔ”はデータ間隔である。式（２０），（２１）に代えて、式（２２），（２３）が関係式データ１４９として予め記憶部１４に記憶されてもよい。

ＨＲ_recoveryのデータ１４７は、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａと同様に、残存無酸素運動許容量算出部１３ＢがＨＲ_CP以下の心拍数ＨＲの平均値を算出することによって得られる。

残存無酸素運動許容量算出部１３Ｂは、記憶部１４に記憶されているＫ、ＨＲ_CP、および“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”の値と、算出したＨＲ_recoveryの値とを用いて式（１７）または式（１８）を計算することにより、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを算出し、残存無酸素運動許容量割合のデータ１５０として記憶部１４に記憶させる。

次に、図８を用いて、図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂによる残存無酸素運動許容量算出処理の流れについて説明する。

残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂでは、先ず、図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１と同様に、心拍数取得部１０が、例えば心拍計２から心拍数の計測値を取得し、その値（心拍数ＨＲ）を記憶部１４に記憶させる（ステップＳ１）。次に、残存無酸素運動許容量算出部１３Ｂが、ステップＳ１で取得された心拍数ＨＲに基づいて、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを算出する（ステップＳ３Ｂ）。

具体的には、図９に示すように、先ず、残存無酸素運動許容量算出部１３Ｂは、残存無酸素運動許容量算出部１３Ａと同様に、過去の心拍数ＨＲ、最新の心拍数ＨＲ、およびＨＲ_CPに基づいて、ＨＲ_recoveryを算出する（ステップＳ３１Ａ）。次に、残存無酸素運動許容量算出部１３Ｂは、Ｋ、ＨＲ_CP、および“（ＨＲ_n−ＨＲ_CP）ｔ_nlim”の値と、式（２０）〜（２３）の何れかを記憶部１４から読み出し、ステップＳ３１Ａで算出したＨＲ_recoveryの値を用いて式（２０）〜（２３）の何れかを計算することにより、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを算出し、その残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを記憶部１４に記憶させる（ステップＳ３２Ｂ）。

記憶部１４に記憶された残存無酸素運動許容量割合Ｆｎのデータ１５０は、例えば、外部機器に無線または有線により送信されてもよいし、残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂが備える表示装置（図示せず）の画面上に表示されてもよい。

以上、図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂは、図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａと同様に、無酸素運動許容量Ｗ₀によって規格化した数式（式（２０）〜（２３）の何れか）を用いて、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを算出する。このため、予め記憶部１４に記憶しておくべき各種パラメータについても、パワーメータを用いることなく、心拍を計測することによって取得することができ、より低コストで残存無酸素運動許容量を算出することが可能となる。

また、残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂによれば、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを算出するための数式として差分方程式（式（２０）〜（２３）の何れか）を用いるので、残存無酸素運動許容量を算出するためのプログラムの製品への実装が容易となる。

≪ハードウェア構成≫
図１、図４、および図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１，１Ａ，１Ｂの各機能部は、ソフトウェアがコンピュータに読み込まれ、ソフトウェアとコンピュータのハードウェア資源とが協働することによって実現される。コンピュータとしては、例えばスマートフォンのような携帯端末を用いることができる。

コンピュータの主要なハードウェア構成を図１０に示す。コンピュータ３は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ)３３と、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４と、通信回路３５と、ディスプレイ３６と、入力装置３７とを含んでいる。これらのデバイスは、バス３８を介して接続されている。

ＭＰＵ３１は、コンピュータ３全体の動作を制御するプロセッサである。ＭＰＵ３１の代わりに、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を用いることもできる。

ＲＯＭ３２は、オペレーティングシステム、コンピュータ３で実行される制御プログラム、および各種データなどを格納するメモリである。制御プログラムには、残存無酸素運動許容量算出装置１，１Ａ，１Ｂの各機能部を実現するための残存無酸素運動許容量算出プログラムも含まれる。図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１の各機能部を実現する場合、ＲＯＭ３２は、データ１４１〜１４５を記憶する。図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａの各機能部を実現する場合、ＲＯＭ３２は、データ１４１，１４６〜１４８を記憶する。図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂの各機能部を実現する場合、ＲＯＭ３２は、データ１４１，１４７，１４９，１５０を記憶する。

ＲＡＭ３３は、ＭＰＵ３１のワークエリアとして使用されるメモリであり、プログラムの実行に必要な各種データを一時的に格納する。残存無酸素運動許容量算出プログラムを実行する場合、ＲＡＭ３３は、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌまたは残存無酸素運動許容量割合Ｆ（ｔ），Ｆｎを計算する途中で得られた値を一時的に記憶する。図１に示した残存無酸素運動許容量算出装置１の各機能部を実現する場合、ＲＡＭ３３は、心拍数ＨＲ、パワーＰ、無酸素運動量Ｗ′_EXP、パワーの平均値Ｐ_avg、パワーの平均値Ｐ_avgとクリティカルパワーＣＰとの差Ｄ_CP、時定数τ、残存無酸素運動許容量Ｗ′ｂａｌを記憶する。図４に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ａの各機能部を実現する場合、ＲＡＭ３３は、心拍数ＨＲ、心拍数ＨＲの平均値ＨＲ_recovery、残存無酸素運動許容量割合Ｆ（ｔ）を記憶する。図７に示した残存無酸素運動許容量算出装置１Ｂの各機能部を実現する場合、ＲＡＭ３３は、心拍数ＨＲ、心拍数ＨＲの平均値ＨＲ_recovery、残存無酸素運動許容量割合Ｆｎを記憶する。

入出力インタフェース３４は、周辺機器をコンピュータ３に接続するためのインタフェースであり、例えば心拍計２をコンピュータ３に有線で接続するために使用される。通信回路３５は、データの送受信を行うための装置である。ディスプレイ３６はタッチパネル等により構成され、入力装置３７は操作ボタン等により構成される。

ＭＰＵ３１が、ＲＯＭ３２から残存無酸素運動許容量算出プログラムを読み出し、このプログラムにしたがって動作してコンピュータ３の各部を制御することにより、残存無酸素運動許容量算出装置１，１Ａ，１Ｂの各機能部が実現される。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

上記実施の形態において、残存無酸素運動許容量の算出に係る処理をＭＰＵ等によるプログラム処理によって実現する場合を例示したが、上記処理のうち一部または全部を専用ハードウェア回路によって実現してもよい。例えば、心拍数取得部１０、パワー算出部１２、残存無酸素運動許容量算出部１３，１３Ａ，１３Ｂをプログラマブルコントローラによりディスクリートに構成してもよい。また、残存無酸素運動許容量算出装置１，１Ａ，１Ｂを心拍計２とは別の装置として説明したが、残存無酸素運動許容量算出装置が心拍計２を内蔵していてもよい。この場合、心拍数取得部１０が心拍計２によって構成されることになる。

本発明に係る残存無酸素運動許容量算出方法および装置は、自転車競技のみならず、無酸素運動を行うスポーツ全般において、人の生体情報を取得し、管理するための技術に広く適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ…残存無酸素運動許容量算出装置、２…心拍計、１０…心拍数取得部、１１，１１Ａ，１１Ｂ…演算部、１２…パワー算出部、１３，１３Ａ，１３Ｂ…残存無酸素運動許容量算出部、１４…記憶部、１４１…心拍数のデータ、１４２，１４４，１４６，１４９…関係式データ、１４３…パワーのデータ、１４５…残存無酸素運動許容量のデータ、１４７…ＨＲ_recoveryのデータ、１４８，１５０…残存無酸素運動許容量割合のデータ。

Claims

プロセッサが、心拍数を取得するステップと、
前記プロセッサが、取得された前記心拍数と、残存無酸素運動許容量と前記心拍数との関係とに基づいて、前記残存無酸素運動許容量を算出するステップと
を備え、
前記算出するステップは、
前記プロセッサが、前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出するステップ
を含み、
無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は、式（Ｅ）または（Ｅ’）で表されることを特徴とする残存無酸素運動許容量算出方法。
プロセッサが、心拍数を取得するステップと、
前記プロセッサが、取得された前記心拍数と、残存無酸素運動許容量と前記心拍数との関係とに基づいて、前記残存無酸素運動許容量を算出するステップと
を備え、
前記算出するステップは、
前記プロセッサが、前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出するステップ
を含み、
無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は、Ｐ＞ＣＰの場合、式（Ｆ）または（Ｇ）で表され、ＣＰ＞Ｐの場合、式（Ｈ）または（Ｉ）で表されることを特徴とする残存無酸素運動許容量算出方法。
心拍数を取得する心拍数取得部と、
残存無酸素運動許容量と前記心拍数との関係と、前記心拍数取得部によって取得された前記心拍数とに基づいて、前記残存無酸素運動許容量を算出する演算部と
を備え、
前記演算部は、
前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、前記心拍数取得部によって取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出する残存無酸素運動許容量算出部
を含み、
無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は式（Ｅ）または（Ｅ’）で表されることを特徴とする残存無酸素運動許容量算出装置。
心拍数を取得する心拍数取得部と、
残存無酸素運動許容量と前記心拍数との関係と、前記心拍数取得部によって取得された前記心拍数とに基づいて、前記残存無酸素運動許容量を算出する演算部と
を備え、
前記演算部は、
前記残存無酸素運動許容量とパワーとの関係が無酸素運動許容量によって規格化された関係式と、前記心拍数取得部によって取得された前記心拍数とに基づいて、前記無酸素運動許容量に対する前記残存無酸素運動許容量の割合を算出する残存無酸素運動許容量算出部
を含み、
無酸素運動許容量に対する残存無酸素運動許容量の割合をＦ、時間をｔ，ｕ（ｕ＜ｔ）、データ間隔をΔt、無酸素運動許容量Ｗ０の回復に係る係数をＫ、パワーがクリティカルパワーとなるときの心拍数をＨＲＣＰ、パワーがクリティカルパワー以下であるときの心拍数の平均値をＨＲｒｅｃｏｖｅｒｙ、ＨＲＣＰ以上の一定の運動強度で運動したときの心拍数をＨＲｎ、前記運動強度で運動した場合の最大持続時間をｔｎｌｉｍとしたとき、前記関係式は、Ｐ＞ＣＰの場合、式（Ｆ）または（Ｇ）で表され、ＣＰ＞Ｐの場合、式（Ｈ）または（Ｉ）で表されることを特徴とする残存無酸素運動許容量算出装置。