JPH05329136A

JPH05329136A - 運動モニター

Info

Publication number: JPH05329136A
Application number: JP4137385A
Authority: JP
Inventors: Riichi Shiga; 利一志賀; Kazuhisa Tanabe; 一久田部; Masanao Kawatahara; 雅直川田原; Akitoshi Miki; 章利三木
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】最大酸素摂取量を簡易に測定することがで
き、しかもこの値に基づいてスポーツマン度などを客観
的に決定できる運動モニターを提供する【構成】各被験者ごとに決定される所定の運動負荷を
一定時間だけ与える負荷供給手段（ＳＴ１０〜ＳＴ１
２）と、被験者が運動している状態における生体内の酸
素変化などを計測する生体情報計測手段（ＳＴ１３）
と、所定負荷の運動を終了した後における酸素変化など
の回復時間を計測する回復時間計測手段（ＳＴ１５）
と、この回復時間と予め求められている相関関係式とに
基づいて被験者の最大酸素摂取量を算出する算出手段
（ＳＴ１６）と、この最大酸素摂取量に基づいて被験者
の相対的な運動能力を計算して表示する表示手段（ＳＴ
１６，ＳＴ１７）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被験者の最大酸素摂
取量を簡易に計測することができ、しかも、各被験者の
スポーツマン度や疲労度についての客観的数値を表示す
ることのできる運動モニターに関する。

【０００２】

【従来の技術】各人の運動能力や筋肉疲労について、こ
れを簡易かつ客観的に測定できる装置があれば非常に便
利である。運動能力を示す指標としては最大酸素摂取量
が一般に認知されているが、この最大酸素摂取量を測定
するには、従来、呼気ガス分析によるしかなかった。ま
た、疲労度を客観的に把握するには、被験者から採血を
してラクテート（乳酸）などの生化学物質を分析するし
かなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のいずれの技術にも以下の問題点がある。（１）すなわち、呼気ガス分析用の装置は大型かつ高価
であり、しかも最大酸素摂取量の測定を完了までが煩雑
であるという問題点がある。更に、呼気ガス収集のため
にはマスク等を付けなければならないが、これが被験者
にとっては大きな負担となるという問題点もある。

【０００４】ところで、各人の運動能力に関連したパラ
メータとして、一定負荷の運動を終えた後の酸素変化の
回復時間なども考えられるが、この回復時間は、未だ一
般に認知された指標とは言えないので、これを表示して
も一般ユーザには理解できないという問題がある。理解
できないという点では、例えばフィットネスクラブ等に
おけるスポーツトレーナにとっても同様であり、従っ
て、回復時間を運動能力の指標とするのは妥当でない。

【０００５】（２）また、ラクテートなどを分析するこ
とによって疲労度を計測する方法は、採血という侵襲的
な行為を要するので、被験者に対する生理的、心理的負
担が大きく実際的ではないという問題点がある。また、
生化学物質の分析装置は高価で大型であり、しかも専門
知識なども必要とするので、この点からも一般的でな
い。

【０００６】その為、従来は、各人の自覚症状に基づい
て運動疲労度を主観的に判断するしかなく、実際に行っ
た運動がどの程度の生理的ダメージを生体（筋肉）に与
えたのかが的確に把握できないので、例えば過度の運動
を行ってしまう等の弊害も生じていた。この発明は、こ
れらの問題点に着目してなされたものであって、最大酸
素摂取量を簡易に測定することができ、しかもこの値に
基づいてスポーツマン度などを客観的に決定できる運動
モニター、及び、被験者の運動疲労度などを簡易かつ客
観的に把握できる運動モニターを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
為、請求項１に係る運動モニターは、各被験者ごとに
決定される所定の運動負荷を一定時間だけ与える負荷供
給手段と、この運動負荷に対応して被験者が運動して
いる状態における生体情報を計測する生体情報計測手段
と、前記一定時間の運動を終了した後の特定生体パラ
メータの回復時間を計測する回復時間計測手段と、計
測されたこの回復時間と予め求められている相関関係式
とに基づいて被験者の最大酸素摂取量を算出する算出手
段と、算出された最大酸素摂取量に基づいて被験者の
相対的な運動能力を計算して表示する表示手段とを特徴
的に備えている。

【０００８】また、請求項２に係る運動モニターは、
各被験者ごとに決定される所定の運動負荷を一定時間だ
け与える負荷供給手段と、この運動負荷に対応して被
験者が運動している状態における生体情報を計測する生
体情報計測手段と、前記一定時間の運動を終了した後
の特定生体パラメータの回復時間を計測する回復時間計
測手段と、計測された回復時間に基づいて被験者の疲
労度を計算して表示する表示手段とを特徴的に備えてい
る。

【０００９】

【作用】

〔請求項１の運動モニター〕負荷供給手段は、各被験者ごとに決定される所定の運
動負荷を一定時間だけ与える。ここで所定の運動負荷
は、予め把握されている各被験者ごとの１００％負荷に
基づいて各被験者ごとに決定される量の運動負荷であ
る。

【００１０】この運動負荷に対応して被験者は運動を
行うが、生体情報計測手段は、この運動状態における生
体情報を計測する。ここで、生体情報とは、例えば運動
している筋肉中の血液量や酸素変化が該当する。なお、
筋肉中の血液量や酸素変化は、例えば、近赤外２波長光
によって計測することができる。回復時間計測手段は、前記一定時間の運動を終了した
後の特定生体パラメータについての回復時間を計測す
る。ここで、特定生体パラメータについての回復時間と
は、例えばoxy-hemoglobin及びoxy-myoglobin の回復の
半減期（Ｔ1/2 ）が該当する。

【００１１】算出手段は、計測されたこの回復時間と
予め求められている相関関係式とに基づいて被験者の最
大酸素摂取量を算出する。ここで、oxy-hemoglobin及び
oxy-myoglobin の回復の半減期（Ｔ1/2 ）と、ＶＯ₂ｍ
ａｘ（最大酸素摂取量、なお標記の都合上、ドット記号
を省略した）との相関関係の一例を図示すると図９の通
りである。

【００１２】表示手段は、算出された最大酸素摂取量
に基づいて被験者の相対的な運動能力を計算して表示す
る。ここで、相対的な運動能力とは、スポーツマン度で
あり、例えば、トライアスロンなどの優勝者の回復時間
（Ｔ1/2 ）や最大酸素摂取量を基準にして、当該被験者
の最大酸素摂取量などを等級表示したものをいう。〔請求項２の運動モニター〕負荷供給手段、生体情報計測手段、回復時間計測
手段の作用は上記の場合と同じである。

【００１３】表示手段は、回復時間計測手段によって
計測された回復時間に基づいて被験者の疲労度を計算し
て表示する。ここで疲労度とは、当該被験者の平均的な
回復時間Ｔ_Sと疲労度検査時における回復時間Ｔ_Aとの
偏差に基づいて定まる客観的で定量的な数値をいう。

【００１４】

【実施例】以下、実施例に基づいて、この発明を更に詳
細に説明する。図１は、この発明に係る運動モニターを
エルゴメータに適用した場合の回路ブロック図を図示し
たものである。この装置は、近赤外の２波長光による光
センサ部１と、光センサ部１からの信号を受ける計測部
２と、スポーツマン度や疲労度などを報知する表示部３
と、この装置の動作モードを選択する為に使用するキー
入力部４と、各個人の運動能力データなどを記憶するＩ
Ｃカードとの間でデータの授受を行うＩＣカード部５
と、装置使用者に適宜な運動負荷を与える運動負荷装置
６と、種々の演算によってスポーツマン度や疲労度など
を算出すると共に装置各部の動作を制御する演算制御部
７と、演算制御部７からの指令に応じて運動負荷装置６
を制御する装置制御部８とで構成されている。

【００１５】ここで、光センサ部１及び計測部２は、例
えば図２に示す如く、近赤外の２波長を生体組織９に照
射するＬＥＤ１０_-1，１０_-2と、ＬＥＤ１０を駆動する
ＬＥＤドライバ１１と、生体組織９からの反射光を受け
るフォトダイオード１２と、フォトダイオード１２の出
力を増幅するアンプ１３などで構成されている。なお、
フォトダイオード１２の出力などに基づいて所定の演算
をすると筋肉中の血液量や酸素変化（Ｈｂ／ＨｂＯ₂）
を知ることができる。

【００１６】図３は、図１の構成からなるエルゴメータ
の使用状態を示した概略図であり、光センサ部１と計測
部２とは一体化されてセンサプローブ１４となり、装置
使用者の太股に装着されている。また、表示部３、キー
入力部４、及びＩＣカード部５などは一体化されて入出
力部１５となり、エルゴメータのハンドル部１６に装備
されている。なお、装置制御部８と運動負荷装置６と
は、エルゴメータの本体部１７に装備されており、計測
部２と演算制御部７とはワイアレスで接続されている
（図１参照）。

【００１７】図４は、入出力部１５を更に詳細に図示し
たものであり、表示部３、キー入力部４、及びＩＣカー
ド部５が一体化されてハンドル部１６の近くに装備され
ている。このエルゴメータには各種の動作モードがある
が、どの動作モードで使用するかはキー入力部４のモー
ド選択スイッチ４_-1〜４_-4で選択される。そして、表示
部３には、装置使用者のスポーツマン度や疲労度が数値
などと共に表示される（図５の（ａ）（ｂ）参照）。

【００１８】以上の構成からなる図１のエルゴメータ
は、モード選択スイッチ４_-1〜４_-4の操作に応じて各種
の動作をするが、以下、図６、図７、図８のフローチャ
ートを参照しつつ動作内容を説明する。装置使用者は、
モード選択スイッチ４_-1〜４_-4の内のいずれかを操作し
て動作モードを選択する（ステップＳＴ１，ステップＳ
Ｔ２）。ここで、モード選択スイッチ４_-3を操作したと
すると、それ以降は最大酸素摂取量（ＶＯ₂max：ドット
記号は以下も含め省略する）算出モードとなり、図７に
示す処理が開始される。また、モード選択スイッチ４_-4
を操作すると、それ以降は運動疲労度算出モードとなり
図８に示す処理が開始される。

【００１９】今、最大酸素摂取量（ＶＯ₂max）算出モー
ドが選択されたとすると（以降、図７参照）、演算制御
部７は、装置制御部８を介して運動負荷装置６を制御し
て、装置使用者の１００％負荷を発生させ（ステップＳ
Ｔ１０）、表示部３にはスタートの点灯を行わせる（ス
テップＳＴ１１）。装置使用者は、このスタート点灯に
呼応して運動を開始するが、装置制御部８は、常に一定
の負荷を与えるように運動負荷装置６を制御する（フテ
ップＳＴ１２）。また、光センサ部１及び計測部２は、
運動中における太股部の血液量ＢＶや酸素変化を常に計
測する（ステップＳＴ１３）。

【００２０】このようにして、血液量ＢＶや酸素変化が
時間順次に計測されるので、演算制御部７はこれを記憶
してゆき、一定時間が経過すれば、運動負荷装置６から
の運動負荷を停止させ表示部３にその旨の表示をさせる
（ステップＳＴ１４）。光センサ部１及び計測部２は、
運動負荷停止後も太股部の血液量ＢＶや酸素変化を計測
し続け、演算制御部７は、例えば、oxy-hemoglobin及び
oxy-myoglobinの回復の半減期Ｔ1/2 から回復時間を算
出する（ステップＳＴ１５）。

【００２１】回復時間が算出されたら、回復時間（Ｔ1/
2 ）と最大酸素摂取量（ＶＯ₂max）との相関関係式（図
９参照）に基づいて最大酸素摂取量（ＶＯ₂max）を求め
る（ステップＳＴ１６）。なお、最大酸素摂取量は、摂
取できる最大の酸素量を意味するものであり、これが大
きいほど運動能力が高いと解され、運動能力を表す指標
として広く一般に認知されている。

【００２２】また、ステップＳＴ１５の処理によって回
復時間が算出されたら、この回復時間を、最高水準の運
動能力を有する者（例えばトライアスロン優勝者）の回
復時間と比較して、例えば複数段階に区分した評価とし
てスポーツマン度を求める（ステップＳＴ１６）。この
ようにして、最大酸素摂取量（ＶＯ₂max）とスポーツマ
ン度が求まれば、これを表示部３に表示してＶＯ₂maxモ
ードの動作を終了する（ステップＳＴ１７）。図５の
（ａ）は、ＶＯ₂maxモード終了状態における表示部３の
表示例を図示したものである。尚、図５の（ａ）では、
回復時間（Ｔ1/2 ）や最大酸素摂取量（ＶＯ₂max）を数
値でのみ表示しているが、最高水準の者の値と比較した
等級表示を加えてもよい。なお、この場合の評価は、例
えば、トライアスロンなどの競技をした場合の成績に対
応するものと解され、従って、このエルゴメータを使用
する者にとってトレーニングの励みとなるものである。

【００２３】次に、運動疲労度算出モードが選択された
場合の動作を説明する（以降、図８参照）。装置使用者
が選択スイッチ４_-4押すと、表示部３には「個人カード
を入れてください」という表示がされる（ステップＳＴ
２０）。個人カードとは、各人の過去に測定した回復時
間や１００％負荷量などを記憶するＩＣカードであり、
装置使用者はこのＩＣカードをＩＣカード部５に挿入す
る必要がある。

【００２４】ＩＣカードが挿入された以降のステップＳ
Ｔ２１からステップＳＴ２６までの処理は、図７に示す
ステップＳＴ１０からステップＳＴ１５までの処理と同
じであり、ステップＳＴ２６では、ＶＯ₂max算出モード
の場合と同じ処理によって回復時間が算出される。そこ
で、次に演算制御部７は、ＩＣカードから読み取った当
該被験者の日々の回復時間の平均値Ｔ_Sと、いま算出さ
れた回復時間Ｔ_Aとに基づいて、以下の式から運動疲労
度を計算する（ステップＳＴ２７）。すなわち、運動疲
労度を、運動疲労度＝（Ｔ_A−Ｔ_S）／Ｔ_S×１００
〔％〕の式から算出する。このように、過去に測定した
回復時間の平均値Ｔ_Sに基づいて、新たに測定された回
復時間Ｔ_Aを評価するので、算出された疲労度は各人の
体調や筋肉疲労状態を客観的に表したものとなる。

【００２５】そして、算出された運動疲労度は、例えば
図５の（ｂ）の形式で表示部３に表示される（ステップ
ＳＴ２８）。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る運
動モニターでは、各被験者ごとに最適と考えられる一定
運動負荷を与え、その後の酸素変化の回復時間などを光
学的に計測して、その結果を最大酸素摂取量に換算して
表示している。従って、従来装置のようにマスク等を装
着しなくても安価で且つ簡易に最大酸素摂取量を計測す
ることができ、しかも各被験者の運動能力を的確に把握
することができる。また、最大酸素摂取量は相対的な運
動能力に換算されて表示されるので、例えば、特定競技
の優勝者とのデータ比較により、予想される競技順位な
どを表示することもでき、そうすれば、一般ユーザが楽
しく運動するモチベーション（動機付け）として有用で
あり、運動能力の向上を具体的に把握しつつ楽しくトレ
ーニングを続けることができる。

【００２７】また、請求項２に係る運動モニターによれ
ば、計測された回復時間をその被験者の平均的数値とし
て比較して運動疲労度を表示することができ、従来のよ
うに採血によらず非襲的に疲労度を把握できて有用であ
る。また、疲労度を計測するのに専門知識は不要であ
り、安価で小型の装置によって誰でも簡易に疲労度を測
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る運動モニターをエルゴメータに
適用した場合のブロック図である。

【図２】図１の装置の一部を示す回路ブロック図であ
る。

【図３】図１の装置を使用している状態を示す概略図で
ある。

【図４】図１の装置の一部を詳細に示す外観図である。

【図５】図１の装置の表示部における表示例を図示した
ものである。

【図６】図１の装置の動作を説明する為のフローチャー
トの一部である。

【図７】図１の装置の動作を説明する為のフローチャー
トの別の一部である。

【図８】図１の装置の動作を説明する為のフローチャー
トの更に別の一部である。

【図９】回復時間Ｔ1/2 と最大酸素摂取量ＶＯ₂maxの関
係を図示したものである。

【符号の説明】

ＳＴ１０〜ＳＴ１２（ＳＴ２０〜ＳＴ２３）負荷供給
手段ＳＴ１３（ＳＴ２４）生体情報
計測手段ＳＴ１５（ＳＴ２６）回復時間
計測手段ＳＴ１６算出手段ＳＴ１６〜ＳＴ１７（ＳＴ２７〜ＳＴ２８）表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川田原雅直京都市下京区中堂寺南町17番地サイエンスセンタービル株式会社オムロンライフサイエンス研究所内 (72)発明者三木章利京都市下京区中堂寺南町17番地サイエンスセンタービル株式会社オムロンライフサイエンス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各被験者ごとに決定される所定の運動負荷
を一定時間だけ与える負荷供給手段と、この運動負荷に
対応して被験者が運動している状態における生体情報を
計測する生体情報計測手段と、前記一定時間の運動を終
了した後の特定生体パラメータの回復時間を計測する回
復時間計測手段と、計測されたこの回復時間と予め求め
られている相関関係式とに基づいて被験者の最大酸素摂
取量を算出する算出手段と、算出された最大酸素摂取量
に基づいて被験者の相対的な運動能力を計算して表示す
る表示手段とを備えることを特徴とする運動モニター。
【請求項２】各被験者ごとに決定される所定の運動負荷
を一定時間だけ与える負荷供給手段と、この運動負荷に
対応して被験者が運動している状態における生体情報を
計測する生体情報計測手段と、前記一定時間の運動を終
了した後の特定生体パラメータの回復時間を計測する回
復時間計測手段と、計測された回復時間に基づいて被験
者の疲労度を計算して表示する表示手段とを備えること
を特徴とする運動モニター。