JPH06142083A - 身体活動度警報装置 - Google Patents

身体活動度警報装置

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JPH06142083A
JPH06142083A JP4051135A JP5113592A JPH06142083A JP H06142083 A JPH06142083 A JP H06142083A JP 4051135 A JP4051135 A JP 4051135A JP 5113592 A JP5113592 A JP 5113592A JP H06142083 A JPH06142083 A JP H06142083A
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正寿 原
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進 高橋
Takeshi Soma
健 相馬
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Nippon Koden Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 日常自由に行動しながら簡単に身体活動度を
測定できるとともに、過剰に運動が行われた場合に警報
を発せられる身体活動度警報装置を提供。 【構成】 被験者に装着され、被験者の上下方向の体動
を検出する加速度センサからなる体動センサ1と、セン
サ出力を半波整流して、重力に逆らう上方向の体動の加
速度成分だけを取り出す半波整流回路1と、この半波整
流回路1からの出力信号を所定の周期でサンプリングす
るA/D変換器3と、このサンプリング信号を所定の期
間毎に順次積分して、上方向の体動の速度成分を取り出
す積分器4,5と、この出力信号を互いに掛け合わせて
(二乗して)被験者の身体活動度に相当する測定値を算
出する乗算器6と、この測定値を警報設定値Vfと比較
するコンパレータ12と、この比較出力に基づき測定値
が警報設定値を超えたときに被験者に警報を発する発音
体14と表示器10とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被験者が行なう運動の消
費エネルギに対応する身体活動度を測定する装置に関
し、特にリハビリテーションなどの際に過剰な運動を防
止できるように警報を発することができる身体活動度警
報装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、運動時の消費エネルギを測定する
には、被験者の酸素消費量をまず測定して、この測定値
を所定の換算式に入力することで消費エネルギを求める
方法がとられていた。しかし、酸素消費量を測定するに
は図9に示すように被験者に吸入マスク30を装着さ
せ、このマスク30を呼吸代謝装置31に接続して、ト
レッドミル32などの運動負荷装置上で運動する被験者
の呼気から酸素消費量を計る必要があり、装置の構成が
大変大掛かりなものとなっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように従来は、運
動時の消費エネルギに対応する被験者の身体活動度を測
定するにあたって、酸素消費量を測定する必要があり、
測定中の被験者の負担が大変大きいとともに、測定中被
験者は自由に行動できないという問題点があった。この
ため心疾患を伴う外来患者などが日常生活の合間に運動
療法を行なう場合に、従来の測定方法では身体活動度を
測定して被験者に運動の目安を提示することが困難であ
り、簡便に被験者の身体活動度を測定できる装置の提案
が望まれていた。
【0004】本発明はこのような従来の技術が有する課
題を解決するために提案されたものであり、被験者に負
担を与えるなく、日常自由に行動しながら簡単に身体活
動度を測定できるとともに、過剰に運動が行われた場合
に警報を発せられる身体活動度警報装置を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による身体活動度警報装置は、被験者に装着さ
れ、被験者の上下方向の体動を検出する加速度センサ
と、この加速度センサからのセンサ出力を半波整流し
て、重力に逆らう上方向の体動の加速度成分だけを取り
出す半波整流回路と、この半波整流回路からの出力信号
を所定の周期でサンプリングするサンプリング回路と、
このサンプリング回路からのサンプリング信号を所定の
期間毎に順次積分して、上方向の体動の速度成分を取り
出す積分器と、この積分器からの出力信号を二乗して被
験者の身体活動度に相当する測定値を算出する乗算器
と、この乗算器からの測定値を警報設定値と比較するコ
ンパレータと、このコンパレータの比較出力に基づき、
上記測定値が警報設定値を超えたときに被験者に運動を
抑制させるための警報を発する警報報知手段とを有する
構成としてある。
【0006】また本発明による身体活動度警報装置は、
被験者に装着され、被験者の上下方向の体動を検出する
加速度センサと、この加速度センサからのセンサ出力を
半波整流して、重力に逆らう上方向の体動の加速度成分
だけを取り出す半波整流回路と、この半波整流回路から
の出力信号を所定の周期でサンプリングするサンプリン
グ回路と、このサンプリング回路からのサンプリング信
号を所定の期間毎に順次積分して、被験者の身体活動度
の目安を与える測定値を出力する積分器と、この積分器
からの測定値を警報設定値と比較するコンパレータと、
このコンパレータの比較出力に基づき、上記測定値が警
報設定値を超えたときに被験者に運動を抑制させるため
の警報を発する警報報知手段とを有する構成としてあ
る。
【0007】
【作用】上述した構成によれば、被験者に装着した加速
度センサからの出力信号を処理することで、被験者の身
体活動度を測定することができ、この測定値が警報設定
値を超えたときに、運動中の被験者に運動の度合を抑制
させるための警報を発することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明による身体活動度警報装置の具
体的な実施例を図面に基づき詳細に説明する。図1のブ
ロック図にこの身体活動度警報装置の一実施例を示し、
図2に装置本体の正面図を示す。これらの図で、体動セ
ンサ1は加速度センサからなり、装置本体U1に内蔵さ
れている。この装置本体U1が被験者のたとえば腰部に
装着されることで、被験者の上下方向の動きの度合が検
出される。図3中でW1の波形は、被験者が歩行中のと
きのこの体動センサ1から得られるセンサ出力信号を示
している。この波形W1で、p1は一方の足が地面に着
地したときに地面からの反作用で身体が上方向に受けた
加速度を示している。p2は加速度センサの反作用によ
る加速度、p3は足を蹴り上げたときの重力方向上向き
の加速度を示している。kは足を蹴り上げてから着地す
るまでの期間である。ここで、身体がエネルギを消費す
るのは、重力に逆らって運動する上方向への体動だけで
あるから、センサ出力信号W1は半波整流回路2に供給
されて、図3中でW2の波形に示すように上方向への体
動だけの信号に変換される。
【0009】半波整流回路2の出力信号W2は、サンプ
リング回路であるA/D変換器3に供給されることで、
図3中でW3に示すようにたとえば20msecの周期
tで順次サンプリングされる。このA/D変換器3から
のサンプリング信号W3は、2つの積分器4,5に供給
されることで、たとえば1分間の周期Tでそれぞれ積分
が行なわれる。図4でW4はこの積分出力信号を示す。
サンプリング信号W3は被験者の上方向への体動の度合
を現わす加速度信号であり、この加速度信号W3を積分
することにより、速度成分に相当する信号W4を取り出
すことができる。ここで、運動エネルギEは、質量(被
験者の体重)をm、速度をvとすると、 E=1/2・m・v2 で与えられる。したがって、2つの積分器4,5からの
速度信号W4を乗算器6に取り込んで互いに掛け合わせ
る(二乗する)ことにより、乗算器6からは被験者の運
動エネルギの相対値に相当する信号W5を取り出すこと
ができる。この被験者の運動エネルギの相対値は、被験
者が運動を行なっているときの消費エネルギの相対値す
なわち身体活動度を与えるものである。
【0010】積分器4,5は、リセット回路7からの積
分周期を定めるたとえば1分毎のリセット信号W6によ
ってリセットされるので、乗算器6からは1分毎に変化
する運動中の被験者の身体活動度を現わす信号W5を取
り出すことができる。この信号W5はホールド回路8に
保持されたあと、表示回路9を介して順次液晶表示器1
0に送出されて身体活動度が表示される。
【0011】一方、警報設定値記憶部11には、被験者
の運動の安全値の上限値に相当する警報設定値Vfが予
め記憶されており、図5に示すようにホールド回路8か
ら出力される現在運動中の被験者の身体活動度を現わす
信号W7(W5と同じ)とこの警報設定値Vfとがコン
パレータ12で比較される。被験者の運動が過剰とな
り、身体活動度が警報設定値Vfを超えると、コンパレ
ータ12の比較出力が警報信号発生回路13に供給さ
れ、被験者に運動を抑制するように警報をうながすため
の警報音が発音体14から発せられる。この発音体14
はスピーカや圧電ブザーなどからなる。またこのとき警
報信号発生回路13からの警報信号W8が表示回路9に
出力され、表示器10にたとえば「アラーム」と表示さ
れる。運動中の被験者がこの警報に気付き、警報解除ス
イッチ15を押すと、警報解除信号W9が警報信号発生
回路13に送出され、警報音が停止されるとともに、
「アラーム」の表示が解除される。図5のW7の波形
中、W7aは、この警報後に被験者が運動の度合を弱め
たときの身体活動度の測定値を示している。ここで、発
音体14と表示器10は警報報知手段を構成している。
【0012】なお、装置本体U1内に内蔵された電池1
6は、電源スイッチ17を介して電源回路18に接続さ
れており、この電源回路18から装置本体U1内の各回
路ブロックに給電されるようになっている。この実施例
では、体動センサ1を装置本体U1内に内蔵している
が、体動センサ1を外付けとして装置本体U1に信号ケ
ーブルで接続するようにしてもよい。
【0013】つぎに、警報設定値Vfを警報設定値記憶
部11に書き込む手順を図6の流れ図を参照して説明す
る。まず、装置本体U1の前面部にある警報値設定スイ
ッチ19を押しながら、電源スイッチ17をオンする。
この操作で、装置本体は警報設定モードとなり、表示器
10にも「警報設定モード」と表示される(ステップS
a)。続いて、被験者に装置本体U1を装着して、たと
えばトレッドミル上で被験者に運動をさせ、既知の運動
負荷を被験者に加える(ステップSb〜Sc)。徐々に
運動負荷量を増しながら、被験者の状態を監視する。こ
のとき被験者から心電図や血圧信号を計測しながら被験
者の監視を行なう(ステップSd〜Se)。被験者の運
動状態が限界であると判断されたときに、警報値設定ス
イッチ19を押す。この操作で、被験者の活動度の安全
値の上限に対応する警報値Vfが記憶部11に取り込ま
れて記憶される(ステップSf)。その後、電源スイッ
チ17をオフする(ステップSg)。
【0014】つぎに、この身体活動度警報装置を用いて
被験者の身体活動度を実測する手順を図7の流れ図を参
照して説明する。まず、装置本体U1の電源スイッチ1
7をオンする。この操作で、装置本体は実測モードとな
り、表示器10には「測定開始」と表示される(ステッ
プS1)。被験者に装置本体U1を装着し、被験者が運
動を開始すると、一定の期間T毎に被験者の身体活動度
の測定が行なわれる(ステップS2〜S4)。被験者の
身体活動度の測定値W7は、順次警報設定値Vfと比較
され、警報設定値Vfを超えた場合に、警報が発せられ
る(ステップS5〜S6)。警報が発せられたあと、警
報解除スイッチ15が押されると、警報音が停止すると
ともに、表示器10に表示されていた「アラーム」の表
示が解除される(ステップS7〜S9)。このとき測定
中の身体活動度の測定値がリセットされる(ステップS
10)。以降、同様な手順で運動中の被験者の身体活動
度の計測が続けられる。
【0015】つぎに、図8に示す他の実施例の身体活動
度警報装置の構成を説明する。この実施例では、A/D
変換器3から出力される加速度成分のサンプリング信号
が、積分器20で一定の期間T、たとえば1分間積算さ
れ、被験者の身体活動度の目安となる測定値が得られ
る。この積分出力は、平均値算出回路21で1分間の平
均値が求められたあと、ホールド回路8に送られる。ホ
ールド回路8から出力される測定信号は、コンパレータ
12で警報設定値と比較され、測定値が警報設定値を超
えたときに被験者に運動を抑制させるための警報を発す
ることができるようになっている。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
験者に装着した加速度センサからの出力信号に基づいて
被験者の身体活動度を測定することができるので、従来
のように酸素消費量を測定して身体活動度を求める場合
に比べて、被験者に与える負担が大幅に軽減することが
でき、被験者は自由に活動しながら測定を行なえるとい
う利点がある。このように被験者の行動を制約すること
なく簡便に身体活動度を計測でき、しかも過剰に運動が
行われたときに警報を発することができるので、たとえ
ば心疾患を伴う外来患者などが、日常生活しながら運動
療法を行なう場合や他の患者がリハビリテーションを行
なう際に適切な運動の度合を被験者に提示することがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による身体活動度警報装置の一実施例を
示すブロック図である。
【図2】この警報装置の装置本体を示す正面図である。
【図3】図1の身体活動度警報装置の動作を説明するた
めの波形図である。
【図4】図1の身体活動度警報装置の動作を説明するた
めの波形図である。
【図5】図1の身体活動度警報装置の動作を説明するた
めの波形図である。
【図6】上記身体活動度警報装置に警報設定値を書き込
む際の手順を示す流れ図である。
【図7】上記身体活動度警報装置を用いた実測の手順を
示す流れ図である。である。
【図8】他の実施例の身体活動度警報装置を示すブロッ
ク図である。
【図9】身体活動度を測定するための従来の方法を説明
するための模式図である。
【符号の説明】
1 体動センサ 2 半波整流回路 3 A/D変換器 4,5,20 積分器 6 乗算器 7 リセット回路 8 ホールド回路 9 表示回路 10 液晶表示器 11 警報設定値記憶部 12 コンパレータ 13 警報信号発生回路 14 発音体 15 警報解除スイッチ 16 電池 17 電源スイッチ 18 電源回路 19 警報値設定スイッチ 21 平均値算出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 正寿 東京都稲城市向陽台4丁目4番2号 ビュ ープラザ2−812 (72)発明者 高橋 進 東京都新宿区西落合1丁目31番4号 日本 光電工業株式会社内 (72)発明者 相馬 健 東京都新宿区西落合1丁目31番4号 日本 光電工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被験者に装着され、被験者の上下方向の
    体動を検出する加速度センサと、 この加速度センサからのセンサ出力を半波整流して、重
    力に逆らう上方向の体動の加速度成分だけを取り出す半
    波整流回路と、 この半波整流回路からの出力信号を所定の周期でサンプ
    リングするサンプリング回路と、 このサンプリング回路からのサンプリング信号を所定の
    期間毎に順次積分して、上方向の体動の速度成分を取り
    出す積分器と、 この積分器からの出力信号を二乗して被験者の身体活動
    度に相当する測定値を算出する乗算器と、 この乗算器からの測定値を警報設定値と比較するコンパ
    レータと、 このコンパレータの比較出力に基づき、上記測定値が警
    報設定値を超えたときに被験者に運動を抑制させるため
    の警報を発する警報報知手段とを有することを特徴とす
    る身体活動度警報装置。
  2. 【請求項2】 被験者に装着され、被験者の上下方向の
    体動を検出する加速度センサと、 この加速度センサからのセンサ出力を半波整流して、重
    力に逆らう上方向の体動の加速度成分だけを取り出す半
    波整流回路と、 この半波整流回路からの出力信号を所定の周期でサンプ
    リングするサンプリング回路と、 このサンプリング回路からのサンプリング信号を所定の
    期間毎に順次積分して、被験者の身体活動度の目安を与
    える測定値を出力する積分器と、 この積分器からの測定値を警報設定値と比較するコンパ
    レータと、 このコンパレータの比較出力に基づき、上記測定値が警
    報設定値を超えたときに被験者に運動を抑制させるため
    の警報を発する警報報知手段とを有することを特徴とす
    る身体活動度警報装置。
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