JPH09294727A

JPH09294727A - 消費カロリー測定装置

Info

Publication number: JPH09294727A
Application number: JP8109981A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 和彦天野; Kazuo Uebaba; 和夫上馬場; Hitoshi Ishiyama; 仁石山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】安静／活動の各状態を正確に把握すると共に
脈拍数の周期的変動を考慮に入れて、消費カロリーを精
度良く算出できる消費カロリー測定装置を提供する。【解決手段】ＲＡＭ３には、個人別に用意された脈拍
数−酸素摂取量の回帰式が安静時／運動時について各々
記憶されると共に、日内変動のベースとなる基準脈拍数
が格納される。ＣＰＵ１は脈波センサ４が検出した脈波
信号から脈拍数を算出すると共に、加速度センサ５が検
出した体動検出信号に基づいて安静状態／運動状態の別
を弁別する。ＣＰＵ１は弁別結果に基づいて選択した何
れかの回帰式と測定した脈拍数から消費カロリーを算出
し、これを表示装置７に表示する。またＣＰＵ１は所定
時間間隔で安静時脈拍数を測定し、上記基準脈拍数との
差分に基づいてＲＡＭ３に格納された回帰式を校正し、
脈拍数の日内変動による消費カロリーへの影響を排除す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脈拍数に基づいて
ユーザーが消費したカロリーを算出する消費カロリー測
定装置に関し、とりわけ、安静時／活動時を問わず消費
カロリーを精密に計測できる消費カロリー測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】運動時および日常労作における消費カロ
リーは、飽食の時代といわれる現代にあって健康管理の
重要な指標の一つとして認識されている。したがって、
こうした消費カロリーを求めることには大いに意義があ
るものと言える。ここで、一日の標準的な総カロリー消
費量は、最低は１才の乳児の１０００ｋｃａｌ程度か
ら、最高は１７才の３８００ｋｃａｌ程度までとかなり
の幅がある。一方、消費カロリーの測定精度としては、
最低値の５％程度は必要であると見込まれることから、
５０ｋｃａｌ程度の測定誤差に収まるという要件を満た
さねばならないと言える。

【０００３】さて、こうした生体の消費カロリーを計測
する装置として、例えば特開平８−５２１１９号公報に
記載された消費カロリー計が挙げられる。この消費カロ
リー計によると、予め被測定者の性別，年齢，身長，体
重，体脂肪率等の各定数と、単位体表面積当たりの基礎
代謝基準値のテーブルとを記憶しておくと共に、安静時
及び運動時における消費カロリーの演算式を用意してお
く。そして消費カロリーを計る段階で、測定した脈拍数
と上記の各定数とを安静時，運動時に応じた演算式へ代
入すると共に、上記基礎代謝基準値のテーブルをも参照
して消費カロリーを算出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記文献に
よる消費カロリー計には次のような問題がある。まず第
１に、この消費カロリー計には安静時，運動時を判定す
るための比較判別装置と呼ぶ構成要素が設けられてい
る。この比較判別装置は、被測定者がこの判別処理を行
うにあたって、単に「脈拍数の閾値（立位安静時脈拍
数）」を設けているだけである。ところが、周知のよう
に脈拍数は精神性の原因やその他様々な要因によって増
加することがままある。したがって、こうした従来の構
成であると、精神性等の活動以外の要因による脈拍数の
増加であるのか、被測定者が活動したことによる脈拍数
の増加であるのかの違いを判別することはできず、誤っ
た消費カロリーを算出してしまうことになる。

【０００５】第２に、近時、脈拍数を含めた様々な生体
の状態が周期的な変動（日内変動，月内変動，年内変動
などと呼ばれる）をしていることがわかってきている。
そのため、こうした脈拍数の変動を考慮しつつ、消費カ
ロリーを校正してゆかなければ、正確な消費カロリーの
計測は到底望めない。しかるに、上述した消費カロリー
計は、脈拍数が周期的に変動する点を何ら考慮しておら
ず、やはり精密な消費カロリーの測定を行うことは難し
い。

【０００６】このように、従来のようなカロリー計を用
いたのでは、上述したような約５０ｋｃａｌという測定
精度を確保することは到底できないものと考えられる。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、安静／活動の各状態を正確に把握すると共に脈拍
数の周期的変動を考慮に入れることで、消費カロリーを
精度良く算出することの可能な消費カロリー測定装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、生体から測定した脈拍数
と該生体の体動の弁別結果に基づいて、該生体の消費カ
ロリーを算出することを特徴としている。また、請求項
２記載の発明は、生体から測定した脈拍数，該生体の体
動の弁別結果及び予め測定された脈拍数の周期的変動に
基づいて、該生体の消費カロリーを算出することを特徴
としている。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、生体から脈
拍数を測定する脈拍数測定手段と、前記生体の体動を検
出する体動検出手段と、脈拍数と消費カロリーの関係を
表わす回帰式を安静時及び活動時につきそれぞれ記憶す
る回帰式記憶手段と、前記体動の検出結果に基づいて、
前記生体の安静状態／活動状態を判別する判別手段と、
前記判別結果に対応する回帰式を選択し、選択された回
帰式を前記回帰式記憶手段から取り出して、該回帰式と
測定した前記脈拍数から前記生体の消費カロリーを算出
するカロリー算出手段と、前記消費カロリーを告知する
告知手段とを具備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の発明において、予め設定された基準脈拍数を記憶す
る基準脈拍数記憶手段を有し、前記脈拍数測定手段は、
前記生体から所定時間間隔で安静時脈拍数を測定し、前
記カロリー算出手段は、前記安静時脈拍数の各測定時点
において、前記基準脈拍数と測定した前記安静時脈拍数
に基づいて前記回帰式を校正して、前記消費カロリーを
算出することを特徴としている。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項３又
は４記載の発明において、前記カロリー算出手段が算出
した消費カロリーを積算する積算手段を有し、前記告知
手段は、該消費カロリーの積算値を告知することを特徴
としている。また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の発明において、外部から設定された消費カロリーの
目標値を記憶する第１の目標値記憶手段を有し、前記告
知手段は、前記積算値と共に前記消費カロリーの目標値
を告知することを特徴としている。

【００１１】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の発明において、外部に設けられた機器との間で、前
記第１の目標値記憶手段に記憶された前記消費カロリー
の目標値を授受する第１の通信手段を有することを特徴
としている。また、請求項８記載の発明は、請求項３乃
至７の何れかの項記載の発明において、前記カロリー算
出手段は、所定時間単位の消費カロリー量を算出して、
前記告知手段が、該所定時間単位の消費カロリー量を告
知することを特徴としている。

【００１２】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載の発明において、外部から設定された所定時間単位の
消費カロリーの目標値を記憶する第２の目標値記憶手段
を有し、前記告知手段は、前記積算値と共に前記所定時
間単位の消費カロリーの目標値を告知することを特徴と
している。また、請求項１０記載の発明は、請求項９記
載の発明において、外部に設けられた機器との間で、前
記第２の目標値記憶手段に記憶された前記所定時間単位
の消費カロリーの目標値を授受する第２の通信手段を有
することを特徴としている。

【００１３】また、請求項１１記載の発明は、請求項３
乃至１０の何れかの項記載の発明において、前記体動検
出手段は、加速度センサで構成されていることを特徴と
している。また、請求項１２記載の発明は、請求項３乃
至１０の何れかの項記載の発明において、前記体動検出
手段は、脈波の周波数解析から得られる基本波及び高調
波の各成分の振幅値に基づいて前記体動の大きさを算出
する周波数解析手段から構成されていることを特徴とし
ている。

【００１４】また、請求項１３記載の発明は、請求項３
乃至１２の何れかの項記載の発明において、外部に設け
られた機器との間で、測定した脈拍数及び算出された消
費カロリーを授受する第３の通信手段を有することを特
徴としている。また、請求項１４記載の発明は、請求項
１乃至１３の何れかの項記載の発明において、前記脈拍
数の代わりに、前記生体から測定した心拍数を用いるこ
とを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の各
実施形態について説明する。《第１実施形態》図１は、本実施形態による消費カロリ
ー測定装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、ＣＰＵ（中央処理装置）１はこの装置内部に設置
された各回路を制御する中枢部であって、その機能に関
しては、後述する動作の項にて説明することとする。

【００１６】ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２にはＣ
ＰＵ１が実行する制御プログラムや各種の制御データ等
が格納されているほか、音声によってユーザーへ告知を
行うために、音声に変換されるべき音声メッセージ情報
等が格納されている。ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）３は不揮発性のメモリーで構成されており、ＣＰＵ
１が演算を行う際の作業領域として使われるほか、特に
以下の情報が格納される。（ａ）安静時／活動時の各々につき、個人別に用意され
た脈拍数と酸素摂取量との間の回帰式（図２参照）（ｂ）定期的に測定される脈拍数（ｃ）消費カロリーの積算値（ｄ）消費カロリーの目標値

【００１７】ここで、上記の（ａ）について詳述する。
図２に示すように、脈拍数と酸素摂取量の間の関係は回
帰式で表わすことができ、図中の「安静時回帰直線」と
「活動時回帰直線」が本発明による装置で用いているも
のである。ユーザーは、後述する操作部１０を操作する
ことで、予め自身のために作成しておいた脈拍数と酸素
摂取量の回帰式の情報（回帰直線の傾き及び縦軸の切片
など）をＲＡＭ３に格納しておく。この回帰式は、文献
「弘前医学４０巻１号６０−６９；心拍数によるエネル
ギー消費量の推定に関する研究」に記載されているよう
に、安静時のものと運動時のものを用意しておく。そし
て、これら回帰式を求める方法は上記文献に記載された
手法を用いることができる。すなわち、酸素摂取量に関
しては、睡眠中等の基礎代謝時のものはDouglas bag 法
により常法に従って測定することとし、安静時及び運動
負荷時については市販の呼気分析装置などを用いて測定
する。また、運動負荷時の測定の際の運動負荷方法とし
ては、ユーザーの脈拍数と酸素摂取量が一定になるのを
待って、トレッドミルにより漸増的運動負荷をかけるよ
うにすれば良い。

【００１８】なお、基礎代謝に対応した酸素摂取量をい
っそう簡易に算出する方法としては、上述した方法の他
にも、睡眠中における脈拍数の実測値，および，体表面
積と基礎代謝基準値の表から得た基礎代謝を算出して、
脈拍数（心拍数）と基礎代謝量の関係を決定する方法も
ある。基礎代謝を求めることができれば、その時の酸素
摂取量は容易に求められるから、脈拍数と酸素摂取量の
回帰式が得られることになる。

【００１９】そこで以下、酸素摂取量の算出方法につい
て説明する。まず、ユーザーは予め自分の身長，体重，
年齢及び性別を操作部１０から入力しておく。次に、ユ
ーザーの体重Ｗ及び身長Ｈに基づき、体面積ＢＳＡを D
u Bois-Boothby-Sanford の方式に従って、次式により
算出する。ＢＳＡ［ｍ²］＝Ｗ^0.425×Ｈ^0.72×７１．８４ここで、体表面積ＢＳＡの一例を示すと、日本人男性２
４才の平均は１．６５［ｍ²］であり、日本人女性２４
才の平均は１．４４［ｍ²］である。

【００２０】次いで、ユーザーの年齢及び性別と図１３
に示すテーブル（厚生省発表の昭和４４年算定時の体表
面積当たり基礎代謝基準値）を用いて基礎代謝基準値を
選択する。例えば、２４才の女性であれば３４．４
［ｋｃａｌ／ｍ²／Ｈ（時）］が選択されることなる。
そして次式に従って基礎代謝を算出する。基礎代謝［ｋｃａｌ／Ｈ］＝体表面積×基礎代謝基準値最後に、基礎代謝から酸素摂取量を算出する。ここで、
文献「厚生年金病院年報１９９０年第１７巻；２４時間
連続心拍数記録装置による１日消費熱量計測の試み（第
４報告）」の２０６ページに記載されているように、酸
素消費１リットルは４．８５ＫＣａｌと概算できること
から、この係数値と得られた基礎代謝とに基づいて、酸
素摂取量が算出されることになる。

【００２１】再び図１において、脈波センサ４は本装置
のユーザー（或いは携帯者）の手の指などに装着された
光学式の脈波検出センサである。この脈波センサ４は、
例えば、フォトトランジスタ等を用いた光センサと発光
ダイオードから構成されており、発光ダイオードから放
射された光が、皮膚下の血管を介して反射され、光セン
サで受光されて光電変換された結果として脈波検出信号
が得られる。なお、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を考慮した
場合、発光ダイオードには青色光の発光ダイオードを用
いると良い。

【００２２】加速度センサ５は、ユーザーの体の動きを
捉える体動センサであって、上記の脈波センサ４と同じ
場所，例えば手の指に取り付けられている。センサイン
ターフェイス６は、脈波センサ４および加速度センサ５
の出力を、それぞれ所定の間隔で取り込み、取り込まれ
たアナログ信号をデジタル信号へ変換して時分割して出
力する。表示装置７はユーザーに対してメッセージ等の
各種情報を表示するための装置であって、例えば、腕時
計に設けられた液晶表示装置である。

【００２３】表示制御回路８は、ＣＰＵ１から表示情報
を受け取って、これを表示装置７が使用するフォーマッ
トへ変換して表示装置７へ表示を行わせる。時計回路９
は、通常の計時機能のほか、ＣＰＵ１が予め設定した時
刻に達した時点或いはＣＰＵ１が予め設定した時間が経
過した時点で、当該ＣＰＵ１へバスを介して割り込み信
号を送出する機能を有する。操作部１０は、ユーザーが
本装置に対して各種の指示を行うために設けられた手段
であって、腕時計に取り付けられたボタンやアップダウ
ンスイッチなどから構成される。外部インターフェイス
１１は、消費カロリー測定装置の外部に設けられた各種
の機器と通信するためのインターフェイス部であって、
図１においては光通信を行う光インターフェイス部とし
て図示してある。

【００２４】ここで、消費カロリー測定装置を「携帯機
器」として人体へ装着する方法として幾つかの態様が考
えられる。以下にはその一例を示すが、これら以外の様
々な携帯機器と組み合わせることも当然可能である。ま
ず、第１の態様として、図３に示すような腕時計と組み
合わせた形態が挙げられ、後述する動作の説明はこの形
態を前提に行う。同図のように、この態様では、腕時計
構造を有する装置本体１００，この装置本体１００に接
続されたケーブル１０１，このケーブル１０１の先端側
に設けられたセンサユニット１０２から構成されてい
る。また、装置本体１００には、腕時計の１２時方向か
らユーザーの腕に巻き付いて、腕時計の６時方向で固定
されるリストバンド１０３が取り付けられている。そし
て、装置本体１００は、このリストバンド１０３によっ
てユーザーの腕から着脱自在となっている。

【００２５】また、センサユニット１０２は、センサ固
定用バンド１０４によって遮光されており、ユーザーの
人指し指の根元〜第２指関節の間に装着されている。セ
ンサユニット１０２をこのように指の根元に装着する
と、ケーブル１０１が短くて済む上、運動中においても
ケーブル１０１がユーザーの邪魔にならない。また、掌
から指先までの体温の分布を計測してみると、周囲の温
度が低い場合に、指先の温度は著しく低下するのに対し
て、指の根元の温度は比較的低下しないことが知られて
いる。従って、指の根元にセンサユニット１０２を装着
すれば、寒い日に屋外で運動した場合であっても、脈拍
数などを正確に計測することができる。

【００２６】一方、腕時計の６時の方向の表面側には、
コネクタ部１０５が設けられている。このコネクタ部１
０５には、ケーブル１０１の端部に設けられたコネクタ
ピース１０６が着脱自在に取り付けられており、コネク
タピース１０６をコネクタ部１０５から外すことによ
り、本装置を通常の腕時計やストップウオッチとして用
いることができる。なお、コネクタ部１０５を保護する
目的から、ケーブル１０１とセンサユニット１０２をコ
ネクタ部１０５から外した状態では、所定のコネクタカ
バーを装着する。このコネクタカバーは、コネクタピー
ス１０６と同様に構成された部品から電極部などを除い
たものが用いられる。

【００２７】他方、符号１０７は時計ケース，符号１０
８はグラフィック表示が可能な液晶表示部である。ま
た、ボタン１１１〜１１７はユーザーが本装置に対して
様々な指示を行ったり、色々な設定を行う上での設定値
の調整等に使用される。なかでも、ボタン１１４は、後
述するように消費カロリーを表示する上での表示態様を
切り替えるための切り替えボタンである。また、ボタン
１１６は本装置が有する各種のモードを切り替えるため
のモード切り替えボタンである。これらモードとしては
消費カロリーの目標値を設定するモード、脈拍数や消費
カロリー等を外部の機器へ転送するためのモードなどが
あり、装置へ目標値等の設定を行う場合には、ボタン１
１１及び１１２のアップスイッチ及びダウンスイッチが
使用される。さらに、ボタン１１７は安静時脈拍数を測
定する際に用いられるが、その詳細については後述す
る。

【００２８】また、上記の態様を一部変形したものとし
て、図４に示すように、センサユニット１０２とセンサ
固定用バンド１０４とを指尖部へ取り付けるようにし
て、指尖容積脈波を測定するようにした態様が考えられ
る。さらに、腕時計の形態における上記以外の測定部位
を橈骨動脈部としても良いく、この場合の態様を図５に
示す。同図では、図１の脈波センサ４を歪ゲージを用い
た圧力式のセンサで構成する。

【００２９】腕時計１２０において、時計本体１２１の
上面には液晶表示部１２２が設けられ、その側面にはボ
タン１２４〜１２５が設けられている。これらボタン１
２４〜１２５は、形状は異なるものの図３のボタン１１
４，１１７と同一の機能を有している。また、脈波セン
サ４に相当する圧力センサ１２７は取り付け具１２８の
表面に取り付けられ、この取り付け具１２８自体は時計
バンド１２９に摺動自在に装着される。このように構成
すると、腕時計１２０を手首に装着することで、圧力セ
ンサ１２７が適度な圧力で橈骨動脈部へ押し当てられ
て、圧力センサ１２７の両端に設けられた端子（図示
略）から橈骨動脈波形を表わす脈波信号が得られる。こ
の脈波信号は、時計バンド１２９に埋め込まれた信号線
（図示略）を介して、腕時計２０の本体に内蔵されたセ
ンサインターフェイス６（図１参照）へ送られる。

【００３０】次に、第２の態様として、図６のようなネ
ックレス等のアクセサリーと組み合わせる形態が考えら
れる。この図において、図４〜図５に示したものと同一
の部品については同じ符号を付してあり、その説明を省
略する。図６において、符号１３１はセンサパッドであ
って、例えばスポンジ状の緩衝材である。センサパッド
１３１の中には、図１の脈波センサ４／加速度センサ５
が取り付けられている。これにより、ネックレスを首に
かけることで、首の後ろ側の皮膚に接触して脈波を測定
することができる。一方、ブローチ様の形状をしたケー
ス１３２には、図１のＣＰＵ１，ＲＯＭ２，ＲＡＭ３，
センサインターフェイス６，表示制御回路８，時計回路
９が組み込まれているとともに、上記のケーブル１０１
は鎖１３３に埋め込まれている。

【００３１】次に、第３の態様として、図７のように眼
鏡と組み合わせることが考えられる。この図において、
図４〜図６に示したものと同一の部品については同じ符
号を付してあり、その説明を省略する。図７に示すよう
に、ここでは装置本体が眼鏡のフレームの蔓１４１に取
り付けられており、その本体はさらにケース１４２ａと
ケース１４２ｂに分かれ、蔓１４１内部に埋め込まれた
リード線を介して接続されている。なお、このリード線
は蔓１４１に沿って這わせても良い。

【００３２】また、ケース１４２ａにおいて、そのレン
ズ１４３側の側面の全面には液晶パネル１４４が取り付
けられている。さらに、該側面の一端には鏡１４５が所
定の角度で固定されている。加えて、ケース１４２ａに
は、光源（図示略）を含む液晶パネル１４４の駆動回路
が組み込まれている。そして、この光源から発射された
光は、液晶パネル１４４を介して鏡１４５で反射され
て、眼鏡のレンズ１４３に投射される。したがって、こ
の場合にはレンズ１４３が図１の表示装置７に相当する
と言える。

【００３３】また、ケース１４２ｂには、図１のＣＰＵ
１，ＲＯＭ２，ＲＡＭ３，センサインターフェイス６，
表示制御回路８，時計回路９の各部が組み込まれてい
る。脈波センサ４は、パッド４６，４６に内蔵されてお
り、これらパッドを耳へ固定するようになっている。な
お、この態様においては加速度センサ５の図示を省略し
てあるが、ケース１４１ａ或いは１４２ｂに内蔵した構
成としても良い。なお、図５〜図７では、図３〜図４の
腕時計に設けられたいるような各種ボタンが設けられる
が、図示を簡略化するためにこれらの図では省略してあ
る。

【００３４】次に、上記構成による消費カロリー測定装
置の動作を説明する。まず、装置の電源が投入される
と、脈波センサ４がユーザーの身体から脈波を検出する
ようになる。そうすると、センサインターフェイス６は
脈波検出信号をサンプリングしてデジタル値に変換し
て、変換値をバスへ出力する。これと並行して、加速度
センサ５がユーザーの体動状態を検出するようになる。
この体動検出信号はセンサインターフェイス６で脈波信
号と同様にデジタル値へ変換されてバスへ出力される。

【００３５】一方、ユーザーは操作部１０を操作して予
め消費カロリーの目標値を設定しておく。すなわち、ユ
ーザーはボタン１１６を操作して、装置のモードを目標
値設定モードに切り替えたのち、ボタン１１１及び１１
２のアップダウンスイッチを用いて、消費カロリーの目
標値として所望の値を装置へ設定する。そのために、Ｃ
ＰＵ１は操作部１０を介してこれらボタンの操作を検知
し、設定された目標値をＲＡＭ３へ記憶する。なお、こ
の設定値は消費カロリーの積算値を表示する際に一緒に
表示されるものである。

【００３６】その後に、ユーザーにより測定開始が指示
されると、ＣＰＵ１は消費カロリーの積算値が格納され
たＲＡＭ３上の領域を初期化する。またＣＰＵ１は、脈
拍数の定期測定の時間間隔の設定のために、１分間隔で
割り込み信号が発生するように時計回路９に設定を行
う。これにより、以下に詳述する消費カロリー算出処理
が１分間隔で起動されることになる。

【００３７】まずＣＰＵ１は、バスを介し、センサイン
ターフェイス６から脈波信号を取り出して順次ＲＡＭ３
へ蓄積してゆく。ＣＰＵ１はこの蓄積処理を所定時間だ
け実施した後、ＲＡＭ３に格納しておいた脈波波形の振
幅を逐一調べて、所定時間分の脈波波形を拍単位に分割
する。これにより、上記所定時間における拍数が求めら
れるから、この拍数を１分当たりに換算して脈拍数とす
る。そして、時計回路９から読み取った時刻を測定時刻
として、これを脈拍数と一緒にＲＡＭ３へ格納する。

【００３８】次に、ＣＰＵ１はセンサインターフェイス
６を介して、加速度センサ５の出力をＲＡＭ３上に取り
込み、その振幅値と所定値（例えば、０．１Ｇに相当す
る振幅値）との比較を行う。加速度センサ５の振幅値が
所定値以下であれば安静状態であり、それとは反対に、
加速度センサ５の振幅値が所定値を越えていれば活動状
態（運動状態）にあるものと見なす。次いで、ＣＰＵ１
はこの安静状態／運動状態の判定結果に従って、何れか
に対応した回帰式を選択してＲＡＭ３から回帰式の情報
を読み出す。そして、この回帰式の情報に基づいて、上
記文献に記載された手法に準じて消費カロリーを算出す
る。すなわち、ＣＰＵ１は測定された脈拍数に相当する
酸素摂取量を選択された回帰式から求めて、これを１分
当たりの消費カロリーとする。

【００３９】ちなみに、消費カロリーを時間単位など長
い時間周期で算出する場合には、次のような方法を採る
ようにする。すなわち、ＣＰＵ１は、１分毎に測定され
て蓄積された脈拍数をＲＡＭ３から読み出して、図８に
示すように１０拍毎の度数分布を求める。次にＣＰＵ１
は、各階級毎に、その階級の中央値の脈拍数に相当する
酸素摂取量を選択された回帰式から算出し、得られた酸
素摂取量に脈拍数の階級別度数を乗ずる操作を行う。こ
れにより、総酸素摂取量が算出されるので、この値を消
費カロリーとする。

【００４０】以上のようにして消費カロリーが算出され
ると、ＣＰＵ１はいま算出したカロリー値を、ＲＡＭ３
上の消費カロリー積算値へ加算して更新する。次いでＣ
ＰＵ１は、得られた消費カロリー値を表示制御回路８へ
送出して、これにより表示装置７上に消費カロリーを表
示させる。ここで、ユーザーはボタン１１４を押下して
ゆくことで消費カロリーなどの計測値を様々な態様で表
示させることができる。

【００４１】まず本装置では、消費カロリーのほかに測
定した脈拍数を表示することができるが、これら計測値
の表示態様として、消費カロリーと脈拍数を表示装置７
に並べて同時表示させることができる。また、消費カロ
リーだけを表示させたり、脈拍数だけを表示させること
も可能であって、こうすれば、ボタン１１４によって切
り替え表示ができることになる。なお、これらの計測値
の表示更新周期は、消費カロリーの更新周期の方が脈拍
数の更新周期の方よりも長く設定されている。

【００４２】また本装置では、加速度センサ５が測定し
た体動検出信号の値を表示装置７上に表示させることが
できる。この場合も、上記脈拍数のケースと同様に、表
示装置７に同時表示が可能であるし、切り替え表示する
ことも可能である。さらに本装置では、測定開始時点か
らの消費カロリーの積算値を表示させることもできる。
この積算値の表示は、単なる数値表示することもできる
が、さらに、図９に示すような棒グラフや図１０に示す
ような円グラフでの表示も可能である。なお本装置で
は、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示したように、単位
時間毎（図示した例では１時間毎）の消費カロリーを表
示させることができるようになっている。そして、これ
ら棒グラフや円グラフでは、ユーザーが予め設定してお
いた消費カロリーの目標値が▽マークで表示されるよう
になっており、現在までの消費カロリーと目標との関係
が一目でわかるようになっている。以上に加えて、本装
置では消費カロリーを例えば１時間当たりで表示させる
ことができるほか、その時間経過を所定単位（分単位，
時間単位など）で表示させることもできる。

【００４３】なお、上記の説明で言う安静状態とは、加
速度センサ５によって測定される脈波センサ４近傍の動
きが所定の限界値（例えば０．１Ｇ）以下だということ
である。より具体的に言うと、例えば腕を振っているよ
うな場合も含め、散歩や部屋の中を歩く程度であっても
安静状態とはみなされない場合がある。そこで、例えば
ユーザーが屋内に居るのであれば、机と椅子のある部屋
へ移動して、図１１（ａ）に示すように椅子に腰掛け
て、腕時計２０を装着した方の手を机の上に置き、手を
動かさないように留意する。

【００４４】もっとも、本来はこのするのが理想とは言
え、例えばユーザーが屋外にいる場合などもある。その
ような場合は、運動の最中であればまず運動を中断させ
て呼吸を整え、散歩中であれば一旦歩行を止めて立ち止
まる。次いで、例えば図１１（ｂ）に示すような姿勢を
とって、腕時計２０を装着した腕を動かさないようにし
ながら、反対側の手で腕時計２０のボタンの押下などの
必要な操作を行う。ちなみに、ネックレスや眼鏡に脈波
センサ４を取り付ける態様では、椅子に座っても良い
し、立ち止まったままでも良いから、とにかく身体をで
きる限り動かさないようにじっとしているようにする。
要するに、脈波センサ４に振動を与えない程度であれば
安静状態と言える。

【００４５】《第２実施形態》上述したように、ユーザ
ーの脈拍数は日内変動等の周期的変動を有しており、た
とえ同じ安静状態であっても測定時刻によって得られる
脈拍数は異なってくる。そこで本実施形態では、こうし
た脈拍数の日内変動を考慮して、定期的に安静時脈拍数
を測定し、第１実施形態で用いた回帰直線をこの測定値
でもって校正することにより、いっそう精密な消費カロ
リーの計測を実現している。

【００４６】本実施形態の消費カロリー測定装置の構成
は、基本的に第１実施形態に同じである。そこで以下、
本実施形態に固有の構成について説明する。すなわち、
ボタン１１７は、ＣＰＵ１が安静時脈拍数を一定の時間
間隔で測定するにあたって、ユーザーが安静状態となっ
たことを装置側へ知らせるための確認用ボタンとして機
能する。

【００４７】これに加え、ボタン１１７は、安静時脈拍
数の日内変動を考慮する上で基準となる安静時脈拍数
（以下、基準脈拍数と呼ぶ）を設定するために用いられ
る。この基準脈拍数は、日内変動を考慮する上でベース
となる安静時の脈拍数のことであって、消費カロリーの
測定を開始するにあたって予め測定されることが前提と
なる。この基準脈拍数を測定するために、ユーザーは、
安静時の回帰式を算出したときとほぼ同じ状態（外部環
境，体調等）をつくるようにして、ボタン１１７を例え
ば５秒間だけ押し続ける。すると、このボタン押下を検
知して、ＣＰＵ１は基準脈拍数の測定を認識し、上記と
同様の手順に従って脈拍数を測定し、得られた測定結果
を基準脈拍数として、別途、ＲＡＭ３へ格納しておく。
なお、ボタン１１７以外のボタンにこれらの機能を割り
当てても何ら問題ない。

【００４８】以上の下準備をした後は、第１実施形態と
同様、ＣＰＵ１は脈拍数から消費カロリーを算出してこ
れを表示装置７上に表示させてゆく。ここで、本実施形
態ではこの処理に加えて以下のような処理がなされる。
すなわち、ＣＰＵ１は一定の時間間隔（以下では、４時
間間隔とする）で安静時脈拍数を測定する。そして各測
定時点では、ユーザーに対して安静時脈拍数の測定を告
知するため、腕時計に内蔵されたアラーム（図示省略）
を鳴動させるなどして、図１の表示装置７上に「安静時
脈拍数を測定する時刻になりました」などといったメッ
セージを表示させる。

【００４９】すると、ユーザーが覚醒状態にあっては、
上述した安静状態の体勢が整った段階でボタン１１７を
押下すれば、ＣＰＵ１はユーザーが安静状態になったと
見なす。これに対し、ユーザーが睡眠中である場合は、
ユーザーがボタン１１７を押すことはまず有り得ない。
そこでＣＰＵ１は、上記の測定を実施する旨の告知をし
てから時計回路９に設定を行って時間監視をするように
しておくこととし、所定期間内にボタン１１７が押され
ない場合は、ユーザーが睡眠中と見なす。そしてＣＰＵ
１は、体動検出信号をセンサインターフェイス６から読
み取って、上記安静状態の範囲内となったことを確認し
た後に、自動的に安静時脈拍数を測定してしまう。この
ようにして、ＣＰＵ１は安静時脈拍数の測定値を各測定
時点での測定時刻と一緒にＲＡＭ３へ格納してゆく。

【００５０】以上のようにすれば、毎日、４時間間隔で
都合６回の安静時脈拍数が測定できる。そしてＣＰＵ１
は、これら安静時脈拍数の各時点において、予め測定し
ておいた基準脈拍数をもとに、図２に示した安静時及び
活動時の各回帰直線に係る回帰式を校正する。つまり、
各測定時点における安静時脈拍数が基準脈拍数よりも大
きい場合であれば、これら脈拍数の差分に応じた分だけ
回帰直線に対してオフセット分を加算する。これとは逆
に、各測定時点における安静時脈拍数が基準脈拍数より
も小さい場合は、これら脈拍数の差分に応じた分だけ回
帰直線に対してオフセット分を減算する。なお、各測定
時点の安静時脈拍数と基準脈拍数とがほぼ一致していれ
ば、ＣＰＵ１はこうした校正処理を行わないようにす
る。

【００５１】こうして、４時間間隔で回帰直線を校正し
た後は、安静時脈拍数の次回の測定時点までの各測定時
点では、いま校正した回帰直線に基づいて消費カロリー
を算出し、これを表示してゆく。以上のようにすれば、
安静時脈拍数の日内変動を考慮した消費カロリーの算出
が可能となって、いっそう精密なカロリー測定が実現で
きる。また、安静時脈拍数の測定間隔をもっと短くすれ
ば、若干の煩わしさはあるものの、いっそう精密な測定
も可能となる。さらに、各測定時点における安静時脈拍
数を測定時刻と一緒にＲＡＭ３へ蓄積してゆけば、自然
と安静時脈拍数の日内変動が計測されてしますことにな
る。

【００５２】《変形例》・安静状態／活動状態の切り分け手法として、脈波の周
波数解析により得られる高調波成分に基づくものが考え
られる。すなわち、拍動（脈拍或いは心拍）と体動とを
比較した場合、一般に体動の方が高調波成分が多く含ま
れている。そこで、このことから脈波の周波数解析を行
って体動の基本波を求め、この脈波の基本波の振幅で体
動の基本波の振幅を正規化して、得られた値を体動の大
きさとすれば良い。そして、この手法を用いた場合には
加速度センサ５が不要となる。なお、脈波の周波数解析
の手法としては、ＦＦＴ（高速フーリエ変換），ＭＥＭ
（最大エントロピー法），ウェーブレット変換などが適
用可能である。

【００５３】・脈拍数の代わりに心拍数を用いても良
く、その場合、脈波センサ４の代わりに心電計を接続す
るようにする。ここで、本発明では心拍数を測定するだ
けで良いことから、心電計の各電極を心臓の対極に取り
付けるようにすれば、心拍のＲＲ間隔を求めるには十分
であると言える。・実際のところ、加速度センサ５は身体の何処に装着さ
せても良い。・体動検出信号から判定した安静状態／運動状態の別を
表示装置７上に常時表示させるようにしても良い。

【００５４】・算出された消費カロリーの値をユーザー
へ告知するには幾つか方法が考えられる。まず、視覚に
訴える手段としては、得られた数値をデジタル表示する
もの、数値を棒グラフ／円グラフとして表示するもの
（前述）が考えられる。一方、聴覚に訴える手段として
は、装置に音源を設けて、音声メッセージによって消費
カロリーの値を聴取させるようにすることが考えられ
る。

【００５５】・本装置に、パーソナルコンピュータ（以
下、パソコンと呼ぶ）等の外部機器と情報を授受するた
めの通信手段を設けるようにしても良い。この様子を図
１２に示す。この図に示すように、パソコンは機器本体
２００，ディスプレイ３００，キーボード４００，プリ
ンタ５００などから構成されており、以下の点を除いて
通常のパーソナルコンピュータから構成されているた
め、その内部構成の説明の詳細は省略する。すなわち、
機器本体２００は、光信号によるデータを送受信するた
めの図示しない送信制御部及び受信制御部を内蔵してお
り、これら送信制御部と受信制御部は、それぞれ光信号
を送信するためのＬＥＤ６１と光信号を受信するための
フォトトランジスタ６２を有する。これらＬＥＤ６１，
フォトトランジスタ６２は何れも近赤外線用のもの（例
えば中心波長が９４０ｎｍのもの）が用いられ、可視光
を遮断するための可視光カット用のフィルタ６３を介
し、機器本体２００の前面に設けられた光通信用の通信
窓６００から光通信を行う。

【００５６】一方、消費カロリー測定装置側について、
図３に示す腕時計を例に挙げて説明すると、前述したよ
うに、腕時計の装置本体１００では、コネクタ部１０５
が着脱可能に構成されている。したがって、コネクタ部
１０５が取り外されたコネクタ部分に対して、コネクタ
カバーの代わりに、図１２に示すように通信コネクタ１
０００を取り付けるようにすれば良い。この通信コネク
タ１０００には、パソコン側と同様にＬＥＤとフォトト
ランジスタ及び光通信用のインターフェイスとが組み込
まれている。また、腕時計の装置本体１００の内部には
光通信のための光インターフェイス部（図示略）が設け
られている。

【００５７】そして、キーボード４００から消費カロリ
ーの目標値設定のコマンドと一緒に当該目標値を入力す
ると、この目標値がパソコン側のＬＥＤ６１，通信窓６
００を介して近赤外光が出力される。消費カロリー測定
装置側では、この近赤外光が通信コネクタ１０００を介
して光インターフェイス部へ送られ、ＣＰＵ１は光イン
ターフェイス部からの消費カロリーの目標値を読み取
り、これをＲＡＭ３へ格納する。

【００５８】他方、消費カロリー測定装置側からパソコ
ン側へ計測値を転送する場合は、通信方向が上記と逆に
なる。すなわち、ユーザーが腕時計のボタン１１６を操
作して装置をデータ転送モードに設定すると、消費カロ
リー測定装置のＣＰＵ１は、ＲＡＭ３に格納されている
各種計測値読み出し、これらを光インターフェイス部へ
送出する。これにより、計測値が光信号へ変換されて通
信コネクタ１０００から送出され、通信窓６００及びフ
ォトトランジスタ６２を介してパソコン側へ転送され
る。なお、実際の所、通信コネクタ１０００は外部機器
と有線で接続しても良いし、無線や光通信（上述）等で
ワイヤレスに通信するように構成しても良い。

【００５９】このように外部機器と通信可能とすること
で、測定した脈拍数や消費カロリーを外部機器側へ転送
することができ、医師や運動指導者が適切な指導や運動
処方を行うための用に供することができる。また、医師
や運動指導者の処方に基づいて、外部機器から本装置側
に対して消費カロリーの目標値を設定させるようなこと
も可能になってくる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
脈拍数と体動の弁別結果に基づいて消費カロリーを算出
するようにしたので、安静時／運動時の判別を正確に実
施することができ、消費カロリー測定誤差を、必要とさ
れる５０ｋｃａｌ程度の精度に収めることができるとい
う効果が得られる。また、請求項２又は４記載の発明に
よれば、予め測定された脈拍数の周期的変動をも考慮し
て消費カロリーを算出するようにしたので、いっそう精
密に消費カロリーを測定できるという効果が得られる。

【００６１】また、請求項５記載の発明によれば、消費
カロリーの積算値を告知するようにしたので、ユーザー
はトレーニング等を行うことによって確実にカロリーが
消費できていることを随時確認しながらトレーニングで
きるという効果が得られる。また、請求項６又は９記載
の発明によれば、消費カロリーの目標値又は所定時間単
位の消費カロリーの目標値を積算値と一緒に告知するよ
うにしたので、ユーザーは消費カロリーの積算値とこれ
ら目標値とを比較することで、適宜調整を行いながらト
レーニングを行うことができるという効果が得られる。
また、医師や運動指導者の処方に基づいて各目標値を設
定することも可能であるから、ユーザー自身が各目標値
を設定するのに比して、より適切な目標値を設定するこ
とも可能になるという効果が得られる。

【００６２】また、請求項１２記載の発明によれば、脈
波の周波数解析によって体動を検出するようにしたの
で、ソフトウェアなどで実現することができ、したがっ
て加速度センサ等のハードウェアが不要となることか
ら、装置の構成を簡略化できるという効果が得られる。
また、請求項７，１０又は１３記載の発明によれば、外
部機器との間で計測値及び各目標値を授受するようにし
たので、外部機器に転送された各種の情報に基づいて、
医師や運動指導者が外部機器を使用して適切な指導や運
動処方を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による消費カロリー測定
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】同装置による消費カロリー算出で用いる安静
時及び活動時における回帰式を示した図である。

【図３】同装置を腕時計と組み合わせ、脈波センサを
指の根元に装着させた態様の図である。

【図４】同装置を腕時計と組み合わせ、脈波センサを
指尖部に装着させた態様の図である。

【図５】同装置を腕時計と組み合わせ、脈波センサを
腕時計のバンドに取り付けて、橈骨動脈部の脈波を測定
するようにした態様の図である。

【図６】同装置をネックレスと組み合わせた態様の図
である。

【図７】同装置を眼鏡と組み合わせた態様の図であ
る。

【図８】同装置において、消費カロリーを算出するの
に必要となる脈拍数の度数分布を説明するための図であ
る。

【図９】消費カロリーの積算値およびその目標値を棒
グラフとして表示させた場合の図である。

【図１０】消費カロリーの積算値およびその目標値を
円グラフとして表示させた場合の図である。

【図１１】同実施形態において、安静覚醒時における
脈拍数測定の望ましい態様を示す図であって、（ａ）は
座位における態様，（ｂ）は立位における態様である。

【図１２】同装置および該装置と光通信を行うパーソ
ナルコンピュータを示す図である。

【図１３】年齢及び性別毎に決められた単位体表面積
当たり基礎代謝基準値を示した図である。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、３…ＲＡＭ、４…脈波センサ、５…加速度
センサ、７…表示装置、９…時計回路、１０…操作部、
１１…外部インターフェイス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体から測定した脈拍数と該生体の体動
の弁別結果に基づいて、該生体の消費カロリーを算出す
ることを特徴とする消費カロリー測定装置。
【請求項２】生体から測定した脈拍数，該生体の体動
の弁別結果及び予め測定された脈拍数の周期的変動に基
づいて、該生体の消費カロリーを算出することを特徴と
する消費カロリー測定装置。
【請求項３】生体から脈拍数を測定する脈拍数測定手
段と、前記生体の体動を検出する体動検出手段と、脈拍数と消費カロリーの関係を表わす回帰式を安静時及
び活動時につきそれぞれ記憶する回帰式記憶手段と、前記体動の検出結果に基づいて、前記生体の安静状態／
活動状態を判別する判別手段と、前記判別結果に対応する回帰式を選択し、選択された回
帰式を前記回帰式記憶手段から取り出して、該回帰式と
測定した前記脈拍数から前記生体の消費カロリーを算出
するカロリー算出手段と、前記消費カロリーを告知する告知手段とを具備すること
を特徴とする消費カロリー測定装置。
【請求項４】予め設定された基準脈拍数を記憶する基
準脈拍数記憶手段を有し、前記脈拍数測定手段は、前記生体から所定時間間隔で安
静時脈拍数を測定し、前記カロリー算出手段は、前記安静時脈拍数の各測定時
点において、前記基準脈拍数と測定した前記安静時脈拍
数に基づいて前記回帰式を校正して、前記消費カロリー
を算出することを特徴とする請求項３記載の消費カロリ
ー測定装置。
【請求項５】前記カロリー算出手段が算出した消費カ
ロリーを積算する積算手段を有し、前記告知手段は、該消費カロリーの積算値を告知するこ
とを特徴とする請求項３又は４記載の消費カロリー測定
装置。
【請求項６】外部から設定された消費カロリーの目標
値を記憶する第１の目標値記憶手段を有し、前記告知手段は、前記積算値と共に前記消費カロリーの
目標値を告知することを特徴とする請求項５記載の消費
カロリー測定装置。
【請求項７】外部に設けられた機器との間で、前記第
１の目標値記憶手段に記憶された前記消費カロリーの目
標値を授受する第１の通信手段を有することを特徴とす
る請求項６記載の消費カロリー測定装置。
【請求項８】前記カロリー算出手段は、所定時間単位
の消費カロリー量を算出して、前記告知手段が、該所定時間単位の消費カロリー量を告
知することを特徴とする請求項３乃至７の何れかの項記
載の消費カロリー測定装置。
【請求項９】外部から設定された所定時間単位の消費
カロリーの目標値を記憶する第２の目標値記憶手段を有
し、前記告知手段は、前記積算値と共に前記所定時間単位の
消費カロリーの目標値を告知することを特徴とする請求
項８記載の消費カロリー測定装置。
【請求項１０】外部に設けられた機器との間で、前記
第２の目標値記憶手段に記憶された前記所定時間単位の
消費カロリーの目標値を授受する第２の通信手段を有す
ることを特徴とする請求項９記載の消費カロリー測定装
置。
【請求項１１】前記体動検出手段は、加速度センサで
構成されていることを特徴とする請求項３乃至１０の何
れかの項記載の消費カロリー測定装置。
【請求項１２】前記体動検出手段は、脈波の周波数解
析から得られる基本波及び高調波の各成分の振幅値に基
づいて前記体動の大きさを算出する周波数解析手段から
構成されていることを特徴とする請求項３乃至１０の何
れかの項記載の消費カロリー測定装置。
【請求項１３】外部に設けられた機器との間で、測定
した脈拍数及び算出された消費カロリーを授受する第３
の通信手段を有することを特徴とする請求項３乃至１２
の何れかの項記載の消費カロリー測定装置。
【請求項１４】前記脈拍数の代わりに、前記生体から
測定した心拍数を用いることを特徴とする請求項１乃至
１３の何れかの項記載の消費カロリー測定装置。