JP6796772B2 - 運動テスト評価システム、運動テスト評価装置、運動テスト評価方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
[1−1.実施の形態1に係る運動テスト評価システムの構成]
まず、図1を参照して、実施の形態1に係る運動テスト評価システム100の構成を説明する。なお、図1は、実施の形態1における運動テスト評価システム100の構成を示すブロック図である。運動テスト評価システム100は、運動テストを行う被験者に対する計測結果から、被験者の運動機能の状態を推定する。具体的には、本実施の形態に係る運動テスト評価システム100は、被験者の最大酸素摂取量を推定する。このため、本実施の形態に係る運動テスト評価システム100は、最大酸素摂取量推定システムとも呼ばれる。また、以下の説明において、被験者を、ユーザとも呼ぶ。
test、Am J Respir Crit Care Med(American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine)社、2002年、166:111−117が参照される。
センサ110は、心拍センサ111と、加速度センサ112とを含む。心拍センサ111は、ユーザの心拍を計測する。図2に示されるように、心拍センサ111は、例えば、ユーザの手首、足首、又は胸に配置される。なお、図2は、ユーザに装着される図1のセンサ110の配置例を示す。心拍センサ111は、計測結果を処理回路200に出力する。
運動テスト評価装置300は、処理回路200及び格納部130を構成要素として備える。運動テスト評価装置300は、これらの構成要素を含むハードウェアで構成されてもよい。このような運動テスト評価装置300は、例えば、コンピュータ装置、MPU(Micro Processing Unit)、CPU(Central Processing Unit)、プロセッサ、LSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)などの回路、ICカード(Integrated Circuit Card)又は単体のモジュール等であってもよい。運動テスト評価装置300は、センサ110と共に、図2に示すバンド110aに配置され、出力部170又は出力部170を備える装置等と、有線通信又は無線通信してもよい。又は、運動テスト評価装置300は、センサ110から離れた位置に配置され、センサ110と有線通信又は無線通信してもよい。この場合、運動テスト評価装置300は、単独で1つのモジュールを構成してもよく、コンピュータ装置等の他の装置に組み込まれてもよい。上記有線通信には、既存のいかなる有線通信が適用されてもよい。上記無線通信には、既存のいかなる無線通信が適用されてもよい。例えば、上記無線通信には、Wi−Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)などの無線LAN(Local Area Network)が適用されてもよく、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等の近距離無線通信が適用されてもよい。
処理回路200は、運動テスト評価装置300全体の動作を制御する。処理回路200は、センサ110から検出結果を取得する。また、処理回路200は、センサ110から取得した検出結果等の種々の情報を格納部130に格納し、格納部130に格納されている種々の情報を取り出す。処理回路200はまた、出力部170へ情報を出力する。さらに、処理回路200は、センサ110の加速度値に基づいて、運動テストの信頼スコアを算出する機能も有する。
格納部130は、種々の情報を格納すること、及び、格納した情報を取り出すことが可能であるように構成されている。格納部130は、例えば、ハードディスク又は半導体メモリで構成される。格納部130には、最大加速度取得部120が取得した最大加速度値等が格納される。
出力部170は、運動テスト評価装置300から入力される種々の情報を、視覚的及び/又は聴覚的に出力する。例えば、出力部170は、液晶パネル、有機若しくは無機EL(Electro Luminescence)等の表示パネルを備えるディスプレイ、スピーカ又はこれらの組み合わせであってもよい。出力部170は、運動テスト評価装置300を搭載するコンピュータ装置の一部であってもよく、運動テスト評価装置300を搭載しないコンピュータ装置等の装置の一部であってもよく、単独の装置であってもよい。出力部170は、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット等のユーザの携帯端末の一部であってもよい。又は、出力部170は、センサ110と共に、図2に示すバンド110aに配置されてもよい。出力部170は、例えば、処理回路200で算出された信頼スコア、最大酸素摂取量推定部160で推定された最大酸素摂取量等の情報を出力する。
次に、図4を参照して、実施の形態1に係る運動テスト評価システム100の動作を説明する。なお、図4は、実施の形態1に係る運動テスト評価システム100の動作の流れの一例を示すフローチャートである。本実施の形態では、ユーザが、運動テストとして、6分間歩行テスト(6−minute walk test:6MWT)を行うケースを例に説明する。
運動テスト評価システム100は、ユーザが歩行を開始する前に、心拍センサ111を動作させて、ユーザの安静時の心拍を計測する。例えば、運動テスト評価システム100は、心拍センサ111により、運動テスト開始前に、ユーザの安静時の心拍を計測する。例えば、運動テスト評価システム100は、出力部170により、ユーザへ安静することを指示した後に、心拍センサ111により、ユーザの心拍を計測してもよい。心拍センサ111は、心拍の計測結果を最大酸素摂取量推定部160に出力するが、格納部130に出力して格納してもよく、最大酸素摂取量推定部160及び格納部130に出力してもよい。また、心拍センサ111は、心拍の計測結果を、計測時刻と共に出力してもよい。又は、運動テスト評価装置300が、心拍センサ111から取得する心拍の計測結果と、その計測時刻とを対応付けてもよい。本実施の形態では、運動テスト評価システム100は、運動テスト開始前の心拍を計測後、心拍センサ111を停止する。しかしながら、運動テスト評価システム100は、例えば運動テストが終了するまで、心拍センサ111を継続して動作させ、心拍の計測を連続的に行ってもよい。
次いで、運動テスト評価システム100は、ユーザが歩行を開始する際に、加速度センサ112を動作させ、ユーザの足の加速度を計測する。6分間テストの場合、加速度センサ112は、6分間、ユーザの足の加速度を連続的に計測する。加速度センサ112は、加速度の計測結果である加速度値を最大加速度取得部120に出力するが、格納部130に出力して格納してもよく、最大加速度取得部120及び格納部130に出力してもよい。加速度センサ112は、加速度の計測結果である加速度値を、計測時刻と共に出力してもよい。又は、運動テスト評価装置300が、加速度センサ112から取得する加速度の計測結果である加速度値と、その計測時刻とを対応付けてもよい。
最大加速度取得部120は、ユーザの運動テスト中、つまり、歩行中、ユーザの足の加速度の計測結果である加速度値を加速度センサ112から、経時的に取得する。最大加速度取得部120は、ユーザの足の加速度の計測結果である加速度値を、一定の時間である所定時間範囲毎に区分けする。さらに、最大加速度取得部120は、各所定時間範囲におけるユーザの足の加速度値の中から、最大加速度値を取得する。ここでの所定時間範囲を第1の時間範囲とも表記する。例えば、図3に示す例において、第1の時間範囲は、6.0秒である。さらに、図3における第1の時間範囲内の最大の加速度値は、3.2秒の時点の加速度25800mGである。
最大加速度取得部120は、取得した最大加速度値と、最大加速度値を計測した計測時刻とを対応付けて、格納部130に格納する。ここでの計測時刻は、第1の時間範囲を1単位とし、各第1の時間範囲の中で設定された時刻に基づいてもよい。当該計測時刻は、第1の時間範囲と関係なく設定された時刻に基づいてもよく、例えば、運動テストの開始時点を基準として設定された時刻に基づいてもよい。第1の時間範囲と関係なく設定された時刻に基づく計測時刻は、最大加速度値を計測した時刻(Time point)で表されてもよい。例えば、上位の複数の加速度値の平均値を最大加速度値とする場合には、当該加速度値それぞれが計測された時刻を平均した時刻が、最大加速度値と対応付けられる。
最大加速度取得部120は、運動テスト、つまり歩行が終了したかを経時的に判断する。例えば、所定の時間範囲において、加速度センサ112が所定値以上の加速度値を検出しない場合、最大加速度取得部120は、運動テストが終了したと判断する。上記所定値は、例えば、ユーザが運動テストを行っていないときの加速度値としてもよい。又は、最大加速度取得部120は、外部装置等からの入力情報によって運動テスト終了の情報を取得した場合、運動テストが終了したと判断してもよい。最大加速度取得部120は、運動テストが継続している場合(ステップS50でNo)、ステップS20の処理に戻り、運動テストが終了した場合(ステップS50でYes)、ステップS60の処理に進む。
運動テスト評価システム100は、運動テストの終了後、心拍センサ111を動作させ、運動テスト終了後のユーザの心拍を計測する。例えば、処理回路200が、心拍センサ111に、運動テストが終了した時刻を含む終了情報を送信する。心拍センサ111は、終了情報に基づいて、心拍の計測を開始する。例えば、心拍センサ111は、運動テストが終了した時刻の直後から30秒以内に、心拍の計測を開始する。なお、心拍センサ111が、運動テスト開始後も継続して心拍計測を行う場合、運動テスト評価システム100は、運動テスト終了後も心拍センサ111に計測を継続させてもよい。
信頼スコア算出部140は、最大加速度値の時間変化に相当する信頼スコアを算出する。信頼スコア算出部140は、格納部130から、例えば、図5に示すような計測時刻と関連付けられた最大加速度値を取得する。取得される最大加速度値は、運動テストの期間全体にわたる計測結果である加速度値から算出された最大加速度値である。信頼スコア算出部140は、取得した最大加速度値を用いて、最大加速度値の時間変化に相当する信頼スコアを算出する。例えば、信頼スコア算出部140は、最大加速度値に対応する時刻番号と最大加速度値とから信頼スコアを算出する。具体的には、信頼スコアは以下の式によって計算される。
判定部150は、信頼スコア算出部140から信頼スコアを取得し、取得した信頼スコアが、第1の所定の閾値以上であるか否かを判定する。第1の所定の閾値の一例は、0である。信頼スコアが0である場合、ユーザは、運動テストの期間の終始にわたって、自分のペースを保つように一定の努力をしつつ歩行していたと見なすことができ、運動テスト全体の信頼性が高いと見なすことができる。信頼スコアが0超である場合、ユーザは、運動テストの期間の前半において、歩行速度を上げるために過剰な努力をしたと見なすことができ、運動テスト全体の信頼性が高いと見なすことができる。信頼スコアが0未満である場合、上述のように、運動テスト全体の信頼性は低いと見なすことができる。そして、判定部150は、信頼スコアが第1の所定の閾値以上の場合(ステップS80でYes)、ステップS90の処理に進む。判定部150は、信頼スコアが第1の所定の閾値よりも小さい場合(ステップS80でNo)、ステップS100の処理に進む。信頼スコアに関する第1の所定の閾値は、運動テスト全体の信頼性が高いと見なすことができる値であってもよい。このため、信頼スコアに関する所定の閾値は、0超の値であってもよい。
信頼スコアが第1の所定の閾値以上である場合、最大酸素摂取量推定部160は、心拍センサ111から心拍数の計測結果を取得し、加速度センサ112から加速度の計測結果を取得する。最大酸素摂取量推定部160は、取得した加速度の計測結果である加速度値から、ユーザの平均歩行速度を算出する。さらに、最大酸素摂取量推定部160は、第1基準、平均歩行速度、及び心拍数に基づいて、最大酸素摂取量を推定する。平均歩行速度は、運動テストの期間中のユーザの平均歩行速度である。第1基準は、平均歩行速度及び心拍数と最大酸素摂取量とが対応付けられた式又はテーブルで例示され得る。このような第1基準は、平均歩行速度及び心拍数と、最大酸素摂取量とを対応付ける規準であってもよい。
信頼スコアが第1の所定の閾値未満である場合、最大酸素摂取量推定部160は、ステップS90の処理と同様にして、平均歩行速度を取得する。最大酸素摂取量推定部160は、第2基準及び平均歩行速度に基づいて、最大酸素摂取量を推定する。第2基準は、平均歩行速度と最大酸素摂取量とが対応付けられた式又はテーブルで例示され得る。このような第2基準は、平均歩行速度と、最大酸素摂取量とを対応付ける規準であってもよい。また、最大酸素摂取量推定部160は、平均歩行速度に基づいて、線形回帰又はロジスティック回帰を用いて、最大酸素摂取量を推定してもよい。
出力部170は、推定された最大酸素摂取量を最大酸素摂取量推定部160から取得し出力する。処理回路200は、外部のデバイスに、最大酸素摂取量推定部160が推定した最大酸素摂取量の情報を出力してもよい。なお、ステップS80での判定の結果、信頼スコアが第1の所定の閾値未満である場合、処理回路200は、出力部170に、運動テストの再テストの推奨を提示してもよく、運動テストの結果が得られないことを示すエラー表示をしてもよい。例えば、信頼スコアが低い場合の運動テストの結果は、誤ったユーザの運動機能の状態を示している可能性がある。再テストの推奨及びエラーの表示をするか否かは、例えば、第1の所定の閾値よりも小さい別の信頼スコアの閾値を用いて、処理回路200によって判定されてもよい。
実施の形態1に係る運動テスト評価システム100が、信頼スコアを用いて運動テストの計測結果を評価した結果に基づき、被験者の最大酸素摂取量を推定していたことに対して、実施の形態2に係る運動テスト評価システム100Aは、信頼スコアに基づき、被験者の持久力等の運動機能の推定結果の信頼性を出力する。以下において、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。なお、実施の形態2では、実施の形態1と同一又は同様の構成要素に、同一又は同様の参照符号を付している。
運動テスト評価システム100Aが行うステップS210〜S230の処理はそれぞれ、実施の形態1に係る運動テスト評価システム100が行うステップS20〜S40の処理と同様である。
最大加速度取得部120は、運動テスト、つまり歩行が終了したかを判断する。最大加速度取得部120は、運動テストが継続している場合(ステップS240でNo)、ステップS210の処理に戻り、運動テストが終了した場合(ステップS240でYes)ステップS250の処理に進む。
信頼スコア算出部140は、例えば、図5に示すような計測時刻と関連付けられた最大加速度値を格納部130から取得し、信頼スコアを算出する。取得される最大加速度値は、運動テストの期間全体にわたる計測結果から算出された最大加速度値である。例えば、格納部130に格納された時刻番号と最大加速度とから信頼スコアが算出される。信頼スコアの算出方法は、実施の形態1での算出方法と同様である。
処理回路200Aは、出力部170に、ステップS250で算出された信頼スコアを出力させる。例えば、処理回路200Aは、信頼スコアが第2の所定の閾値以上の場合、運動テストによる持久力評価を、出力部170、外部のデバイス等に出力してもよい。運動テストによる持久力評価は、6分間歩行テストで採用される既知の方法で行われてもよい。処理回路200Aは、信頼スコアが第2の所定の閾値未満の場合、運動テストを再実験すること、又は、運動テストによる持久力評価を出力できないことを、出力部170に出力させてもよい。処理回路200Aは、外部のデバイスに、信頼スコアを出力してもよく、さらに、被験者の最大酸素摂取量の情報を出力してもよい。信頼スコアの第2の所定の閾値は、実施の形態1における信頼スコアの第1の閾値と同一であってもよく、異なっていてもよい。
実施の形態1及び2では、複数の最大加速度値及びそれらの時刻番号を用いて、式「信頼スコア=(最大加速度値が最小の時刻番号)−(最大加速度値が最大の時刻番号)」に基づき、信頼スコアを算出していた。本変形例では、信頼スコア算出部140は、複数の最大加速度値をその値の降順に並べ替える。さらに、信頼スコア算出部140は、各最大加速度値について、降順に並べられた複数の最大加速度値の順序を示す順序番号と時刻番号との差の絶対値を求める。そして、信頼スコア算出部140は、全ての最大加速度値における差の絶対値を合計して得られる和を、信頼スコアとする。
以上、1つ又は複数の態様に係る運動テスト評価システム等について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本開示は、これら実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、1つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
110,110A センサ
111 心拍センサ
112 加速度センサ
120 最大加速度取得部
130 格納部
140 信頼スコア算出部
150 判定部
160 最大酸素摂取量推定部
170 出力部
200,200A 処理回路
300,300A 運動テスト評価装置
Claims (10)
- 運動テストを行うユーザに装着され、前記ユーザの足の加速度値を取得する加速度センサと、
前記運動テストを行う前記ユーザに装着され、前記ユーザの心拍数を計測する心拍センサと、
処理回路と、
出力部とを備え、
前記処理回路は、
前記加速度値に基づいて、第1の時間範囲における第1の最大加速度値と、前記第1の時間範囲よりも後の第2の時間範囲における第2の最大加速度値とを取得し、
前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値を用いて、前記運動テストの信頼スコアを算出し、
前記信頼スコアが所定の閾値以上の場合、前記運動テスト中の前記ユーザの歩行速度と、前記心拍数とを取得し、前記歩行速度と前記心拍数とを用いて、前記ユーザの最大酸素摂取量を推定し、
前記信頼スコアが所定の閾値未満の場合、前記歩行速度を取得し、前記歩行速度を用いて、前記最大酸素摂取量を推定し、
前記出力部は、前記最大酸素摂取量を出力する、
運動テスト評価システム。 - 前記加速度センサは、所定の時間範囲において、前記加速度値を取得し、
前記所定の時間範囲は、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲を含み且つ時間的に順序付けられた複数の時間範囲を、含み、
前記複数の時間範囲それぞれの最大加速度値のうちで、前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値の一方は、最小であり、前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値の他方は、最大であり、
前記処理回路は、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲のうちで、前記一方の最大加速度値を有する時間範囲の時間的な順序の番号から、前記他方の最大加速度値を有する時間範囲の時間的な順序の番号を減じた差を、前記信頼スコアとして算出する、
請求項1に記載の運動テスト評価システム。 - 前記加速度センサは、所定の時間範囲における前記加速度値を取得し、
前記所定の時間範囲は、前記第1の時間範囲、第3の時間範囲及び前記第2の時間範囲を、この順の時間的な順序で含み、
前記処理回路は、
前記加速度値に基づいて、前記第3の時間範囲における第3の最大加速度値を取得し、
前記第1の最大加速度値、前記第2の最大加速度値及び前記第3の最大加速度値を加速度値の降順で並べた場合の順序の番号それぞれと、前記第1の最大加速度値、前記第2の最大加速度値及び前記第3の最大加速度値のそれぞれに対応する時間範囲の時間的な順序の番号それぞれとの差を取得し、
前記差の絶対値の和を、前記信頼スコアとして算出する、
請求項1に記載の運動テスト評価システム。 - 前記処理回路は、
前記加速度値に基づいて、前記ユーザの歩行周期を取得し、
前記歩行周期に基づいて、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲を取得する、
請求項1に記載の運動テスト評価システム。 - 処理回路を備え、
前記処理回路は、
運動テスト中のユーザの足の加速度値を取得し、
前記ユーザの心拍数を取得し、
前記加速度値に基づいて、第1の時間範囲における第1の最大加速度値と、前記第1の時間範囲よりも後の第2の時間範囲における第2の最大加速度値とを取得し、
前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値を用いて、前記運動テストの信頼スコアを算出し、
前記信頼スコアが所定の閾値以上の場合、前記運動テスト中の前記ユーザの歩行速度と、前記心拍数とを取得し、前記歩行速度と前記心拍数とを用いて、前記ユーザの最大酸素摂取量を推定し、
前記信頼スコアが所定の閾値未満の場合、前記歩行速度を取得し、前記歩行速度を用いて、前記最大酸素摂取量を推定し、
前記最大酸素摂取量を出力する、
運動テスト評価装置。 - コンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
運動テスト中のユーザの足の加速度値を取得させ、
前記ユーザの心拍数を取得させ、
前記加速度値に基づいて、第1の時間範囲における第1の最大加速度値と、前記第1の時間範囲よりも後の第2の時間範囲における第2の最大加速度値とを取得させ、
前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値を用いて、前記運動テストの信頼スコアを算出させ、
前記信頼スコアが所定の閾値以上の場合、前記運動テスト中の前記ユーザの歩行速度と、前記心拍数とを取得し、前記歩行速度と前記心拍数とを用いて、前記ユーザの最大酸素摂取量を推定させ、
前記信頼スコアが所定の閾値未満の場合、前記歩行速度を取得し、前記歩行速度を用いて、前記最大酸素摂取量を推定させ、
前記最大酸素摂取量を出力させる、
コンピュータプログラム。 - 所定の時間範囲における前記加速度値を取得させ、
ここで、前記所定の時間範囲は、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲を含み且つ時間的に順序付けられた複数の時間範囲を、含んでおり、
前記複数の時間範囲それぞれの最大加速度値のうちで、前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値の一方は、最小であり、前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値の他方は、最大であり、
さらに、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲のうちで、前記一方の最大加速度値を有する時間範囲の時間的な順序の番号から、前記他方の最大加速度値を有する時間範囲の時間的な順序の番号を減じた差を、前記信頼スコアとして算出させる、
請求項6に記載のコンピュータプログラム。 - 所定の時間範囲における前記加速度値を取得させ、
ここで、前記所定の時間範囲は、前記第1の時間範囲、第3の時間範囲及び前記第2の時間範囲を、この順の時間的な順序で含んでおり、
さらに、前記加速度値に基づいて、前記第3の時間範囲における第3の最大加速度値を取得させ、
前記第1の最大加速度値、前記第2の最大加速度値及び前記第3の最大加速度値を加速度値の降順で並べた場合の順序の番号それぞれと、前記第1の最大加速度値、前記第2の最大加速度値及び前記第3の最大加速度値のそれぞれに対応する時間範囲の時間的な順序の番号それぞれとの差を取得させ、
前記差の絶対値の和を、前記信頼スコアとして算出させる、
請求項6に記載のコンピュータプログラム。 - 前記加速度値に基づいて、前記ユーザの歩行周期を取得させ、
前記歩行周期に基づいて、前記第1の時間範囲及び前記第2の時間範囲を取得させる、
請求項6に記載のコンピュータプログラム。 - 運動テスト中のユーザの足の加速度値を取得し、
前記ユーザの心拍数を取得し、
前記加速度値に基づいて、第1の時間範囲における第1の最大加速度値と、前記第1の時間範囲よりも後の第2の時間範囲における第2の最大加速度値とを取得し、
前記第1の最大加速度値及び前記第2の最大加速度値を用いて、前記運動テストの信頼スコアを算出し、
前記信頼スコアが所定の閾値以上の場合、前記運動テスト中の前記ユーザの歩行速度と、前記心拍数とを取得し、前記歩行速度と前記心拍数とを用いて、前記ユーザの最大酸素摂取量を推定し、
前記信頼スコアが所定の閾値未満の場合、前記歩行速度を取得し、前記歩行速度を用いて、前記最大酸素摂取量を推定し、
前記最大酸素摂取量を出力する、
運動テスト評価方法。
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