JPH1099304A - 運動強度測定装置、および運動機械の運動負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 生体の運動強度を正確に測定する運動強度測
定装置、及び生体の運動について高い効率が得られると
同時に過度の負担を与えない運動負荷制御装置の提供。 【解決手段】 運動強度算出手段８２により、生体の平
均血圧値ＥＢＰ_{ME AN}と脈拍数ＰＲとの積を運動強度値
ＭＰＲＰ（＝ＥＢＰ_{ME AN}ｘＰＲ）として算出する。こ
の平均血圧値は、例えば１拍当たりの血圧波形の積分値
を１拍の周期で除した値、即ち血圧波形の面積の重心の
高さとなる。心臓の血液送出作業量或いは１拍当たりの
血管内に血液を送出する力の大きさに比較的正確に対応
するので、生体の運動負荷を正確に表す運動強度値が測
定される。運動負荷調節手段９０により、運動強度が目
標運動強度値ＭＰＲＰ_M となるようにエルゴメーターの
負荷を調節することにより、生体の運動について高い効
率が得られ、同時に過度の負担を生体に与えない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の運動強度を測定
する運動強度測定装置、および、運動機械の負荷を調節
する運動負荷制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エルゴメータ、トレッドミルなど、生体
の運動に関連して機械的に作動させられることにより生
体に負荷を与える運動負荷装置が知られている。運動療
法などのために、そのような運動機械を用いて生体に運
動負荷を与えるに際しては、運動処方により決定された
運動強度を所定時間継続させることが行われていた。こ
の運動強度は、たとえば脈拍数と最高血圧値との積ＰＲ
Ｐ（Pressure Rate Product ）により表されるとともに
その目標値ＰＲＰ_M が決定され且つその目標値ＰＲＰ_M
の維持時間が決定される。上記脈拍数と最高血圧値との
積ＰＲＰは、運動負荷或いは労作強度とも称されるもの
であり、脈拍数或いは血圧値単独で運動強度を表す場合
に比較して、生体の運動強度を正確に表すことができ
る。このため、従来の運動負荷機械の制御装置では、生
体の実際の運動強度ＰＲＰが逐次求められ、上記目標運
動強度ＰＲＰ_M と実際の運動強度ＰＲＰとが一致するよ
うに運動機械の負荷が制御され、それが所定の維持時間
継続されるようになっている。たとえば、特公平７−４
７０５３号公報に記載された装置がそれである。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】ところで、上記運動強度ＰＲ
Ｐは、最高血圧値と脈拍数との積から算出されるのであ
るが、最高血圧値は、単に血圧波形の最上点の圧力値を
示すものであってその圧波形の面積すなわち血液送出作
業量には正確に対応し得ないものであるから、必ずしも
生体すなわち心臓の負荷を正確に示しているとは言えな
い変数である。このため、その最高血圧値から得られた
運動強度ＰＲＰでは、生体の運動強度を充分な精度で示
すことができなかった。また、生体の運動効率を高める
ために、前記目標運動強度ＰＲＰ_M は、たとえば無酸素
性作業閾値ＡＴとして知られる生体の有酸素運動と無酸
素運動との境界の付近となる大きさに設定される場合が
多いが、上記のような運動強度ＰＲＰを用いて目標運動
負荷ＰＲＰ_M と一致するように運動機械の負荷を制御す
る場合には、必ずしも生体の運動効率を高めることがで
きなかったり、過度の負担を生体に与えたりするという
問題があった。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、生体の運動強度
を正確に表すことができる運動強度を測定する運動強度
測定装置、および生体の運動について高い効率が得られ
ると同時に過度の負担を生体に与えたりすることのない
運動機械の運動負荷制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】上記目的を達成す
るための本第１発明の運動強度測定装置の要旨とすると
ころは、生体の運動強度を測定する装置であって、(a)
前記生体の平均血圧値を決定する平均血圧値決定手段
と、(b) 前記生体の脈拍数を決定する脈拍数決定手段
と、(c) 前記平均血圧値決定手段により決定された前記
生体の平均血圧値と前記脈拍数決定手段により決定され
た脈拍数との積を運動強度値として算出する運動強度算
出手段とを、含むことにある。

【０００６】

【第１発明の効果】このようにすれば、運動強度算出手
段により、平均血圧値決定手段により決定された前記生
体の平均血圧値と脈拍数決定手段により決定された脈拍
数との積が運動強度値として算出される。この平均血圧
値は、たとえば１拍当たりの血圧波形の積分値を１拍の
周期で除した値、すなわち血圧波形の面積の重心の高さ
であることから、心臓の血液送出作業量或いは１拍当た
りの血管内に血液を送出する力の大きさに比較的正確に
対応するものであるので、生体の運動負荷を正確に表す
運動強度値が得られる。

【０００７】

【課題を解決するための第２の手段】また、上記目的を
達成するための本第２発明の運動負荷制御装置の要旨と
するところは、生体の運動に関連して機械的に作動させ
られる運動機械において、その生体の運動強度を逐次決
定し且つ生体の運動期間においてその運動強度が最適運
動強度と一致するようにその運動機械の負荷を調節する
運動負荷制御装置であって、(a) 前記生体の平均血圧値
を決定する平均血圧値決定手段と、(b) 前記生体の脈拍
数を決定する脈拍数決定手段と、(c) 前記平均血圧値決
定手段により決定された前記生体の平均血圧値と前記脈
拍数決定手段により決定された脈拍数との積を前記運動
強度として算出する運動強度算出手段とを、含むことに
ある。

【０００８】

【第２発明の効果】このようにすれば、運動強度算出手
段により、平均血圧値決定手段により決定された前記生
体の平均血圧値と脈拍数決定手段により決定された脈拍
数との積が運動強度値として算出される。この運動強度
値が前記最適強度となるように前記運動機械の負荷が調
節される。上記の平均血圧値は、たとえば１拍当たりの
血圧波形の積分値を１拍の周期で除した値、すなわち血
圧波形の面積の重心の高さであって心拍出量と末梢血管
抵抗との積であることから、心臓の血液送出作業量或い
は１拍当たりの血管内に血液を送出する力の大きさに比
較的正確に対応するものである。従って、生体の運動負
荷を正確に表す運動強度が得られるとともに、その運動
強度が最適強度となるように運動機械の負荷が調節され
ることにより、生体の運動について高い効率が得られる
と同時に過度の負担を生体に与えたりすることがない。

【０００９】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記生体の運動
期間の初期区間においてその生体に付与する負荷を上昇
させる初期負荷上昇手段と、前記初期負荷上昇手段によ
る負荷の上昇に伴って発生する前記運動強度の増加の折
点に基づいて目標運動強度値を決定する目標運動強度値
決定手段と、その目標運動強度値決定手段により目標運
動強度値が決定されると、前記初期負荷上昇手段による
負荷の上昇を停止させ、その目標運動強度値に実際の運
動強度が追従するように前記運動機械の負荷を調節する
運動負荷調節手段とが、さらに含まれる。このようにす
れば、初期負荷上昇手段により生体の運動期間の初期区
間においてその生体に付与する負荷が上昇させるに伴っ
て、運動強度値算出手段により算出された運動強度値の
増加の折点が発生すると、目標運動強度値決定手段によ
り、その折点に基づいて目標運動強度値が決定される。
そして、運動負荷調節手段により、前記初期負荷上昇手
段による負荷の上昇が停止させられ、その目標運動強度
値に実際の運動強度が追従するように前記運動機械の負
荷が調節されるので、生体の運動の実行毎に、生体にそ
れほど負担を強いることなく最適な目標運動強度が決定
され、その目標運動強度が付与されるように運動機械の
負荷が制御される。また、このように、個々の生体に最
大まで負荷を与えることがないので、生体に苦痛を強い
ることがなく、疾患を有する生体に対しても運動療法が
可能となるとともに、生体が運動を行う日の体調に適合
した最適の負荷すなわち無酸素運動の初期或いは有酸素
運動の最大強度の運動が付与される。

【００１０】また、好適には、前記運動負荷制御装置に
は、前記初期負荷上昇手段による負荷の上昇に伴う、前
記運動強度値の増加の折点を判定する折点判定手段が含
まれ、前記目標運動強度値決定手段は、予め設定された
補正値をその折点に対応する運動強度値から差し引くこ
とにより、その折点に対応する運動強度値よりも低い目
標運動強度値を決定するものである。上記予め設定され
た補正値は、予め設定された一定値であってもよいが、
好適には、予め決定された関係から生体の年齢、性別、
運動能力などに基づいて決定された値である。このよう
にすれば、目標運動強度値が運動強度値の増加の折点に
対応する値よりも低い値に設定されるので、上記折点に
対応する値を目標運動強度値とする場合に比較して、生
体の反応の遅れにより目標運動強度値が実際値より高く
なることが補償され、最適な目標運動強度値が決定され
る。

【００１１】また、好適には、前記運動負荷制御装置に
は、前記生体に運動負荷が付与されてからの経過時間が
予め設定された判断基準時間に到達したことに基づいて
その生体に対する運動負荷の付与の終了を判定する運動
負荷終了判定手段と、その運動負荷終了判定手段により
前記生体に対する運動負荷の付与の終了が判定される
と、その生体に対する運動負荷を予め設定された軽減手
順で軽減する運動負荷終了処理手段とが含まれる。この
ようにすれば、運動負荷終了判定手段により、生体に対
する運動負荷の付与が終了したことが判定されると、運
動負荷終了処理手段により、その生体に対する運動負荷
が予め設定された軽減手順で自動的に軽減されるので、
クーリングダウンの不足に起因する不都合が生体に発生
することが解消される。

【００１２】また、好適には、前記初期負荷上昇手段
は、前記生体に対する負荷を所定の速度で連続的に上昇
させるものである。このようにすれば、生体の運動期間
の初期区間において前記生体に付与する負荷が予め設定
された速度で時間の経過に伴って増加させられるので、
段階的に上昇させられる場合に比較して、負荷の段階的
な上昇に対応する労作強度の段階的上昇がなく、折点の
判定が容易となる利点がある。

【００１３】また、好適には、前記初期負荷上昇手段
は、前記生体に対する負荷を、所定の上昇幅で上昇させ
た後にその値を所定期間維持することを繰り返しながら
段階的に上昇させるものである。このようにすれば、生
体に対する負荷が一定であるときに折点が判定されるの
で、生体の反応に起因する労作強度の遅れが少なくなる
利点がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明が適用された運動負荷制
御装置の構成を説明する図であり、運動機械として機能
するよく知られたエルゴメータ６と、血圧監視装置８と
を備えている。

【００１５】上記血圧監視装置８は、ゴム製袋を布製帯
状袋内に有してたとえば患者の上腕部１２に巻回される
カフ１０と、このカフ１０に配管２０を介してそれぞれ
接続された圧力センサ１４、切換弁１６、および空気ポ
ンプ１８とを備えている。この切換弁１６は、カフ１０
内への圧力の供給を許容する圧力供給状態、カフ１０内
を徐々に排圧する徐速排圧状態、およびカフ１０内を急
速に排圧する急速排圧状態の３つの状態に切り換えられ
るように構成されている。

【００１６】圧力センサ１４は、カフ１０内の圧力を検
出してその圧力を表す圧力信号ＳＰを静圧弁別回路２２
および脈波弁別回路２４にそれぞれ供給する。静圧弁別
回路２２はローパスフィルタを備え、圧力信号ＳＰに含
まれる定常的な圧力すなわちカフ圧を表すカフ圧信号Ｓ
Ｋを弁別してそのカフ圧信号ＳＫをＡ／Ｄ変換器２６を
介して電子制御装置２８へ供給する。

【００１７】上記脈波弁別回路２４はバンドパスフィル
タを備え、圧力信号ＳＰの振動成分である脈波信号ＳＭ
₁ を周波数的に弁別してその脈波信号ＳＭ₁ をＡ／Ｄ変
換器２９を介して電子制御装置２８へ供給する。この脈
波信号ＳＭ₁ が表すカフ脈波は、患者の心拍に同期して
図示しない上腕動脈から発生してカフ１０に伝達される
圧力振動波である。

【００１８】上記電子制御装置２８は、ＣＰＵ３０，Ｒ
ＯＭ３２，ＲＡＭ３４，および図示しないＩ／Ｏポート
等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されてお
り、ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３２に予め記憶されたプログ
ラムに従ってＲＡＭ３４の記憶機能を利用しつつ信号処
理を実行することにより、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を
出力して切換弁１６および空気ポンプ１８を制御し、表
示器３６の表示内容を制御する。

【００１９】圧脈波センサ３８は、図２に詳しく示すよ
うに、前記カフ１０が装着された患者の上腕部１２の動
脈下流側の部位、たとえば手首において、容器状を成す
ハウジング４４の開口端が表皮４０に対向する状態で装
着バンド４２により手首に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。圧脈波センサ３８では、ハウジング４
４の内部には、ダイヤフラム４６に固定された押圧部材
５０が相対移動可能かつハウジング４４の開口端からの
突出し可能に設けられており、これらハウジング４４お
よびダイヤフラム４６等によって圧力室４５が形成され
ている。この圧力室４５内には、空気ポンプ５６から調
圧弁５８を経て圧力エアが供給されるようになってお
り、これにより、押圧部材５０は圧力室４５内の圧力に
応じた押圧力Ｐ_HDで表皮４０の直下の撓骨動脈４８に向
かってに押圧される。

【００２０】上記押圧部材５０は、たとえば、単結晶シ
リコン等から成る半導体チップの押圧面５１に多数の半
導体感圧素子（図示せず）が撓骨動脈４８と直交する方
向にたとえば０．２mm程度の間隔で配列されて構成され
ており、手首の表皮４０の直下の撓骨動脈４８に向かっ
て押圧されることにより、撓骨動脈４８から表皮４０を
介して伝達される圧力振動波すなわち圧脈波を１拍毎に
検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号ＳＭ₂ をＡ／Ｄ変
換器５２を介して電子制御装置２８へ供給する。

【００２１】また、前記電子制御装置２８のＣＰＵ３０
は、ＲＯＭ３２に予め記憶されたプログラムに従って、
空気ポンプ５６および調圧弁５８へ駆動信号を出力し、
圧力室４５内の圧力すなわち押圧部材５０の表皮に対す
る押圧力を、撓骨動脈４８の管壁の一部が平坦となる最
適押圧値Ｐ_HDP を決定し且つその値を保持するように調
節する。すなわち、生体の連続血圧監視に際しては、圧
力室４５内の圧力変化過程で逐次得られる圧脈波に基づ
いて押圧部材５０の最適押圧力Ｐ_HDP が決定され、押圧
部材５０の最適押圧力Ｐ_HDP を維持するように調圧弁５
８が制御される。

【００２２】設定器６０は、たとえばキーボードを含む
ものであり、手動操作によって入力された補正値、運動
期間などの設定値を電子制御装置２８へ出力する。ま
た、時計回路６２は、圧脈波、血圧値などの検出時刻を
記録するため、或いは運動期間開始時の時刻を記録し且
つその運動期間の終了を判定するために現在時刻を電子
制御装置２８へ出力するものである。

【００２３】エルゴメータ６は、生体の運動に関連して
駆動される運動機械すなわち運動負荷装置であって、生
体により回転駆動されるペダル６４と、そのペダル６４
とチェーン６６を介して作動的に連結された電磁ブレー
キ６８とを備えている。この電磁ブレーキ６８は、たと
えば回転円板に発生させる渦電流の大きさを調節するこ
とによって回転抵抗を制御したり、或いは回転コイルに
誘導される発電電流の大きさを調節することによって回
転抵抗を制御したりする。この電磁ブレーキ６８は、上
記運動機構の作動状態を変化させることにより、運動中
の生体に荷せられる負荷を変化させる運動負荷調節手段
として機能している。

【００２４】図３は、上記運動負荷装置を制御する電子
制御装置２８の制御機能の要部を説明する機能ブロック
線図である。図において、カフ圧制御手段７０は、たと
えば図４に示す圧脈波血圧対応関係の決定のために、連
続血圧測定に先立って、すなわち上記エルゴメータ６の
使用に先立って起動させられる基準血圧測定手段７２の
測定期間において、カフ１０の圧迫圧力をよく知られた
測定手順に従って変化させる。たとえば、カフ圧制御手
段７０は、生体の最高血圧よりも高い１８０mmHg程度に
予め設定された昇圧目標値までカフ１０の圧迫圧力を急
速昇圧させた後、血圧決定アルゴリズムが実行される測
定区間において３mmHg/sec程度の速度で緩やかに降圧さ
せ、血圧測定が完了するとカフ１０の圧迫圧力を解放さ
せる。

【００２５】基準血圧測定手段７２は、初期負荷上昇手
段８４による負荷上昇や運動負荷調節手段９０による運
動負荷制御に先立つ上記測定区間において、カフ１０の
圧迫圧力が緩やかに降圧させられる過程でカフ１０の圧
力振動として発生したカフ脈波の大きさの変化に基づい
て、よく知られたオシロメトリック法により生体の最高
血圧値ＢＰ_SYS 、平均血圧値ＢＰ_MEAN、最低血圧値ＢＰ
_DIA をそれぞれ測定し、表示器３６に表示させる。

【００２６】圧脈波血圧対応関係決定手段７４は、初期
負荷上昇手段８４による負荷上昇や運動負荷調節手段９
０による運動負荷制御に先立って、基準血圧測定手段７
２により血圧値が測定されると、圧脈波センサ３８によ
り検出された圧脈波の大きさＰ_M (t) の下ピーク値Ｐ
_Mminおよび上ピーク値Ｐ_Mmaxと、その基準血圧測定手段
７２により測定された血圧値ＢＰ（最高血圧値Ｂ
Ｐ_SYS 、最低血圧値ＢＰ_DIA ）との間の圧脈波血圧対応
関係を、所定の生体について予め決定する。この対応関
係は、たとえば図４に示すものであり、ＥＢＰ＝α・Ｐ
_M (t) ＋βなる式により示される。但し、αは傾きを示
す定数、βは切片を示す定数、ＥＢＰは連続的に決定さ
れる推定血圧値である。

【００２７】推定血圧値決定手段７６は、上記圧脈波血
圧対応関係決定手段７４により決定された対応関係ＥＢ
Ｐ＝ｆ（Ｐ_M ）から、圧脈波センサ３８により逐次検出
される圧脈波の大きさＰ_M (t) に基づいて、推定血圧値
ＥＢＰ（最高血圧値ＥＢＰ_{SY S} 、最低血圧値ＥＢ
Ｐ_DIA ）を逐次決定し、その決定した推定血圧値ＥＢＰ
を表示器３６に連続的にトレンド表示させる。上記カフ
圧制御手段７０、基準血圧測定手段７２、圧脈波センサ
３８、圧脈波血圧対応関係決定手段７４、推定血圧値決
定手段７６が、生体の血圧値を非浸襲で脈拍に同期して
連続的に測定する連続血圧測定手段７８として機能して
いる。

【００２８】平均血圧値決定手段７９は、上記圧脈波血
圧対応関係決定手段７４により決定された対応関係ＥＢ
Ｐ＝ｆ（Ｐ_M ）から、圧脈波センサ３８により逐次検出
される圧脈波の大きさＰ_M (t) に基づいて連続血圧波形
すなわち推定血圧波形ＥＢＰ(t) を算出し、その推定血
圧波形ＥＢＰ(t) の一周期内の平均値すなわち推定血圧
波形ＥＢＰ(t) の面積の重心点の大きさ（高さ）から生
体の平均血圧値ＥＢＰ _MEANを決定する。

【００２９】脈拍数決定手段８０は、たとえば圧脈波セ
ンサ３８から出力される圧脈波の周期に基づいて生体の
脈拍数ＰＲ（１／min ）を算出することにより、その脈
拍周期に同期して連続的に脈拍数ＰＲを決定する。運動
強度算出手段８２は、その脈拍数決定手段８０により算
出された脈拍数ＰＲと上記平均血圧決定手段７９により
決定された平均血圧値ＥＢＰ_MEANとの積である運動強度
ＭＰＲＰ（＝ＰＲ×ＥＢＰ_MEAN：Mean Presure Rate Pr
oduct ）を、脈拍周期に同期して逐次算出する。この運
動強度ＭＰＲＰは生体の運動の強さを示すものであり、
運動負荷、労作強度、労作負荷と称されてもよい。

【００３０】初期負荷上昇手段８４は、エルゴメータ６
を用いた生体の運動期間において、たとえば図５のｔ₀
乃至ｔ₂ に示す初期区間においてその生体に付与する負
荷を上昇させる。たとえば、初期負荷上昇手段８４は、
前記生体に対する負荷を所定の速度で連続的に上昇させ
る。上記負荷の連続上昇速度或いは段階的上昇速度は、
後述の折点の判定精度が維持される範囲で最も高い値に
設定される。

【００３１】目標運動強度値決定手段８６は、上記初期
負荷上昇手段８４による負荷の上昇に伴って増加する生
体の運動強度値ＭＰＲＰの折点に基づいて目標運動強度
値ＭＰＲＰ_M を決定する。たとえば、目標運動強度値決
定手段８６は、折点判定手段８８により、初期負荷上昇
手段８４による負荷の上昇に伴う生体の運動強度ＭＰＲ
Ｐの増加の折点Ｆが判定されると、その折点Ｆの発生時
点すなわち図５のｔ₁時点に対応する運動強度ＭＰＲＰ
_F そのままの値か、或いはそれよりも所定値低い目標運
動強度値ＭＰＲＰ_M を決定する。所定値低い目標運動強
度値ＭＰＲＰ_Mを決定する場合には、目標運動強度値決
定手段８６は、たとえば予め求められた関係から生体の
年齢、性別、運動能力などに基づいて予め設定された補
正値ΔＰＲＰを上記の折点Ｆに対応する運動強度値ＭＰ
ＲＰ_F から差し引くことにより目標運動強度値ＭＰＲＰ
_M を決定する。或いは、目標運動運動値決定手段８６
は、前記初期区間において生体に負荷が付与されてから
その生体の血圧値或いは脈拍数が変化するまでの遅れ時
間に対応する値ΔＰＲＰを上記折点Ｆに対応する運動運
動値ＭＰＲＰ_F から差し引くことにより目標運動強度値
ＭＰＲＰ_M を決定する。

【００３２】ここで、前記折点判定手段８８は、運動強
度ＭＰＲＰが折点Ｆに対応する値を越えた後の数拍程度
の後において、折点Ｆが、その数拍程度の後の時点たと
えば図５のｔ₂ 時点よりも数拍前の時点たとえば図５の
ｔ₁ 時点に発生したことを速やかに判定するものであ
る。たとえば、折点判定手段８８は、初期負荷上昇手段
８４による負荷の上昇区間において運動強度算出手段８
２により逐次算出される運動強度ＭＰＲＰ_n の回帰直線
ＫＬを求め、この回帰直線ＫＬを中心として決定された
所定の判断基準範囲たとえば＋１０％の範囲を越える運
動強度ＭＰＲＰ_nが連続して予め設定された所定数検出
されたことにより折点Ｆを決定する。たとえば図６の時
間軸と運動強度値軸とから成る二次元直交座標におい
て、破線に示す判断基準範囲を越える２以上の連続する
運動強度ＭＰＲＰ_m+1 、ＭＰＲＰ_m+2が検出された場合
には、その運動強度ＭＰＲＰ_m+1 またはそれより１つ前
の運動強度ＭＰＲＰ_m の発生時刻ｔ_F2またはｔ_F1に折点
Ｆが発生したと判定され、その発生時刻ｔ_F2またはｔ_F1
における回帰直線ＫＬ上の値Ｆ₂ またはＦ₁ が折点Ｆと
して判定される。

【００３３】運動負荷調節手段９０は、初期負荷上昇手
段８４により負荷が上昇させられる初期負荷上昇区間に
おいて、その負荷の上昇に伴う生体の運動強度ＭＰＲＰ
の増加の折点Ｆが折点判定手段８８により判定される
と、その初期負荷上昇手段８４による負荷の上昇を停止
させた後、それに引き続いて直ちに、前記目標運動強度
値決定手段８６により決定された目標運動強度値ＭＰＲ
Ｐ_M に実際の運動強度ＭＰＲＰが追従するようにすなわ
ち一致するように前記エルゴメータ６の負荷を調節す
る。図５のｔ₂ 乃至ｔ₃ 区間はこの状態を示している。
なお、図５の破線は、上記初期負荷上昇手段８４の上昇
が停止されず、連続して負荷が上昇させられた場合の運
動強度ＭＰＲＰの増加方向を示している。

【００３４】運動負荷終了判定手段９２は、生体に運動
負荷が付与されてからの経過時間Ｔ _ELが、たとえば運動
処方に従って生体を運動させるために予め設定された判
断基準時間Ｔ_S に到達したことに基づいてその生体に対
する運動負荷の付与の終了を判定する。運動負荷終了処
理手段９４は、その運動負荷終了判定手段９２により生
体に対する運動負荷の付与の終了が判定されると、その
生体に対する運動負荷を予め設定された軽減手順で軽減
する。この軽減手順は、予め設定された順序で負荷が段
階的に軽減されるか、或いは、予め設定された減少速度
で連続的に減少させられる。図５のｔ₃ 乃至ｔ₄ 区間は
この状態を示している。

【００３５】図７は、上記電子制御装置２８の制御作動
の要部を説明するフローチャートである。図のステップ
Ｓ１（以下、ステップを省略する。）では、図示しない
操作釦の操作によって運動負荷装置の起動が行われたか
否かが判断される。このＳ１の判断が否定された場合は
待機させられるが、肯定された場合は、エルゴメータ６
を用いて生体が運動を開始した状態であるので、前記初
期負荷上昇手段８４に対応するＳ２において、図５のｔ
₀ 乃至ｔ₂ の初期負荷上昇区間に示すように、運動負荷
が所定の速度で上昇させられる。

【００３６】次いで、Ｓ３において、生体の脈拍数ＰＲ
および連続血圧波形ＥＢＰ(t) が読み込まれた後、平均
血圧値決定手段７９に対応するＳ４において、連続血圧
波形ＥＢＰ(t) の一周期Ｔ内の平均値（ΣＥＢＰ(t) ／
Ｔ）を算出することにより生体の平均血圧値ＥＢＰ_MEAN
が決定される。次いで、前記運動強度算出手段８２に対
応するＳ５において運動強度ＭＰＲＰ（＝ＰＲ×ＥＢＰ
_MEAN）が算出される。この運動強度ＭＰＲＰは、心筋の
負荷の指標として用いられるものであり、酸素消費量に
相関するものである。そして、前記折点判定手段８８に
対応するＳ６において、時間軸と労作強度値軸とから成
る二次元直交座標において、初期負荷上昇区間において
増加させられる運動強度ＭＰＲＰの折点Ｆが発生したか
否かが判断される。

【００３７】当初は上記Ｓ６の判断が否定されることか
ら、上記Ｓ２以下が繰り返し実行される。しかし、図５
のｔ₂ 時点に示すように、Ｓ６において折点Ｆの発生が
判断されると、Ｓ７乃至Ｓ９が実行されて初期負荷上昇
手段８４に対応するＳ２の実行が停止される。先ず、前
記目標運動強度値決定手段８６に対応するＳ７におい
て、折点Ｆの発生時点すなわち図５のｔ₁ 時点に対応す
る運動強度ＭＰＲＰ_F よりも所定値ΔＰＲＰだけ低い目
標運動強度値ＭＰＲＰ_M を決定する。次いで、Ｓ８にお
いて、経過時間Ｔ_ELを計数するためのカウンタＣＴ_ELの
計数が許可される。そして、前記運動負荷調節手段９０
に対応するＳ９において、たとえば図８に示す運動負荷
調節ルーチンが実行されることにより、上記目標運動強
度値ＭＰＲＰ_M と実際の運動強度ＭＰＲＰとが一致する
ようにエルゴメータ６の負荷が調節される。図５のｔ₂
時点はこの状態を示している。

【００３８】図８において、平均血圧値決定手段７９に
対応するＳＢ１では、推定血圧波形ＥＢＰ(t) が読み込
まれるとともにその推定血圧波形ＥＢＰ(t) の１周期内
の平均が算出されることにより平均血圧値ＥＢＰ_MEANが
決定されるとともに、前記脈拍数決定手段８０に対応す
るＳＢ２では、１拍毎に決定される脈拍数ＰＲが算出さ
れる。次いで、前記運動強度算出手段８２に対応するＳ
Ｂ３では、上記平均血圧値ＥＢＰ_MEANおよび脈拍数ＰＲ
に基づいて実際の運動強度ＭＰＲＰ（＝ＰＲ×ＥＢＰ
_MEAN）が算出される。次いで、ＳＢ４では、前記Ｓ７に
おいて決定された目標運動強度値ＭＰＲＰ_M が読み込ま
れる。そして、ＳＢ５乃至ＳＢ８において、実際の運動
強度ＭＰＲＰが目標運動強度値ＭＰＲＰ_M と一致するよ
うにエルゴメータ６の電磁ブレーキ６８が制御される。
すなわち、ＳＢ５では、実際の運動強度ＭＰＲＰが目標
運動強度値ＭＰＲＰ_M を上回ったか否かが判断される。
このＳＢ５の判断が否定された場合には、実際の運動強
度ＭＰＲＰが未だ目標運動強度値ＭＰＲＰ_M に到達して
いないので、ＳＢ６において、前回のサイクルにおける
電磁ブレーキ６８の仕事（消費した運動エネルギ）Ｗに
所定の変化値ΔＷを加算することにより増加させられる
が、上記ＳＢ５の判断が肯定された場合は、実際の運動
強度ＭＰＲＰが目標運動強度値ＭＰＲＰ_M を上回ってい
るので、ＳＢ７において、前回のサイクルにおける電磁
ブレーキ６８の仕事Ｗから所定の変化値ΔＷを差し引く
ことにより減少させられる。そして、ＳＢ８では、上記
のようにして変化させられた仕事Ｗが電磁ブレーキ６８
により行われるように、その励磁コイルの励磁電流すな
わち電磁ブレーキ６８の制動トルクが調節される。

【００３９】続いて、ＳＢ９では、生体の異常が判定さ
れる。たとえば、脈拍数決定手段８０により算出された
脈拍数ＰＲが予め設定された判断基準値を越えたか否か
が判断される。上記ＳＢ９の判断が肯定された場合は、
ＳＢ１０において生体の異常を示す異常表示が表示器３
６において行われるとともに、ＳＢ１１において電磁ブ
レーキ６８の仕事Ｗすなわちエルゴメータ６の回転抵抗
が零とされ、本ルーチンおよび図７のルーチンが終了さ
せられる。しかし、上記ＳＢ９の判断が否定される場合
は、本ルーチンが終了させられ、図７のＳ１０以下が実
行される。

【００４０】図７に戻って、前記運動負荷終了判定手段
９２に対応するＳ１０では、前記経過時間Ｔ_ELが、たと
えば運動処方に従って生体を運動させるために予め設定
された判断基準時間Ｔ_S に到達したか否かが判断され
る。当初はこのＳ１０の判断が否定されるので、Ｓ１１
においてカウンタＣＴ_ELの計数内容Ｔ_ELに「１」が加算
されることによりその計数内容Ｔ_ELが更新された後、前
記Ｓ９以下が繰り返し実行される。しかし、上記Ｓ９の
判断が肯定されると、前記運動負荷終了処理手段９４に
対応するＳ１２において、運動負荷終了処理すなわちク
ーリングダウンが実行され、生体に付与されていた負荷
が所定の軽減手順で軽減される。図５のｔ ₃ 乃至ｔ₄ 区
間はこの状態を示している。

【００４１】上述のように、本実施例によれば、運動強
度算出手段８２（Ｓ５、ＳＢ３）により、平均血圧値決
定手段７９（Ｓ４、ＳＢ１）により決定された生体の平
均血圧値ＥＢＰ_MEANと脈拍数決定手段８０（Ｓ３、ＳＢ
２）により決定された脈拍数ＰＲとの積が運動強度値Ｍ
ＰＲＰ（＝ＥＢＰ_MEAN×ＰＲ）として算出される。この
平均血圧値ＥＢＰ_MEANは、たとえば１拍当たりの血圧波
形の積分値を１拍の周期で除した値、すなわち血圧波形
の面積の重心の高さであることから、心臓の血液送出作
業量或いは１拍当たりの血管内に血液を送出する力の大
きさに比較的正確に対応するものであるので、生体の運
動負荷を正確に表す運動強度値ＭＰＲＰが測定される。

【００４２】また、本実施例の運動負荷制御装置では、
上記運動強度ＭＰＲＰが最適強度である目標運動強度値
ＭＰＲＰ_M となるようにエルゴメータ６の負荷が調節さ
れることにより、生体の運動について高い効率が得られ
ると同時に過度の負担を生体に与えたりすることがな
い。

【００４３】また、本実施例の運動負荷制御装置では、
初期負荷上昇手段８４（Ｓ２）により生体の運動期間の
初期区間においてその生体に付与する負荷が上昇するに
伴って、運動強度算出手段８２（Ｓ５）により算出され
た運動強度ＭＰＲＰの増加の折点Ｆが発生すると、目標
運動強度値決定手段８６（Ｓ７）により、その折点Ｆに
基づいて目標運動強度値ＭＰＲＰ_M が決定される。そし
て、運動負荷調節手段９０（Ｓ９）により、上記初期負
荷上昇手段８４による負荷の上昇が停止させられ、その
目標運動強度値ＭＰＲＰ_M に実際の運動強度ＭＰＲＰが
追従するようにエルゴメータ６の負荷が調節されるの
で、生体の運動の実行毎に、生体にそれほど負担を強い
ることなく最適な目標負荷が決定され、その目標負荷が
付与されるように運動負荷装置の負荷が制御される。ま
た、このように、個々の生体に最大まで負荷を与えるこ
とがないので、生体に苦痛を強いることがなく、疾患を
有する生体に対しても運動療法が可能となるとともに、
生体が運動を行う日の体調に適合した最適の負荷すなわ
ち無酸素運動の初期或いは有酸素運動の最大強度の運動
が付与される。

【００４４】また、本実施例の運動負荷制御装置には、
初期負荷上昇手段８４（Ｓ２）による負荷の上昇に伴
う、運動強度ＭＰＲＰの増加の折点Ｆを判定する折点判
定手段８８（Ｓ６）が含まれ、目標運動強度値決定手段
８６（Ｓ７）は、予め設定された補正値ΔＰＲＰをその
折点Ｆに対応する運動強度ＭＰＲＰ_F から差し引くこと
により、その折点Ｆに対応する労作強度値ＰＲＰ_F より
も低い目標運動強度値ＭＰＲＰ_M を決定するものであ
る。また、上記予め設定された補正値ΔＰＲＰは、予め
設定された一定値であってもよいが、好適には、予め決
定された関係から生体の年齢、性別、運動能力などに基
づいて決定された値である。このため、目標運動強度値
ＭＰＲＰ_M が運動強度値ＭＰＲＰの増加の折点Ｆに対応
する値ＭＰＲＰ_F よりも低い値に設定されるので、上記
折点Ｆに対応する値ＭＰＲＰ_F を目標運動強度値ＭＰＲ
Ｐ_M とする場合に比較して、生体の反応の遅れにより目
標労作強度値が実際値より高くなることが補償され、最
適な目標労作強度値が決定される。

【００４５】また、本実施例の運動負荷制御装置には、
生体に運動負荷が付与されてからの経過時間Ｔ_ELが予め
設定された判断基準時間Ｔ_S に到達したことに基づいて
その生体に対する運動負荷の付与の終了を判定する運動
負荷終了判定手段９２（Ｓ１０）と、その運動負荷終了
判定手段９２により前記生体に対する運動負荷の付与の
終了が判定されると、その生体に対する運動負荷を予め
設定された軽減手順で軽減する運動負荷終了処理手段９
４（Ｓ１２）とが含まれる。このため、運動負荷終了判
定手段９２により生体に対する運動負荷の付与が終了し
たことが判定されると、運動負荷終了処理手段９４によ
り、その生体に対する運動負荷が予め設定された軽減手
順で自動的に軽減されるので、クーリングダウンの不足
に起因する不都合が生体に発生することが解消される。

【００４６】また、本実施例の初期負荷上昇手段８４
は、生体に対する負荷を所定の速度で連続的に上昇させ
るものであることから、生体の運動期間の初期区間にお
いて前記生体に付与する負荷が予め設定された速度で時
間の経過に伴って増加させられるので、段階的に上昇さ
せられる場合に比較して、負荷の段階的な上昇に対応す
る労作強度の段階的上昇がなく、折点の判定が容易とな
る利点がある。

【００４７】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００４８】たとえば、前述の実施例の目標運動強度値
決定手段８６は、折点Ｆに対応する運動強度ＭＰＲＰ_F
と、他の方式により決定された運動強度たとえば交感神
経の活動が副交感神経を上まわったときに決定された運
動強度ＭＰＲＰ_N との平均値に基づいて、目標運動強度
値ＭＰＲＰ_M を決定するものであってもよい。

【００４９】また、前述の実施例の平均血圧値決定手段
７９は、連続血圧波形ＥＢＰ(t) から生体の平均血圧値
ＥＢＰ_MEANを算出するものであったが、たとえば、カフ
１０から得られる脈波が最大振幅であるときのカフ圧を
平均血圧値として決定するものであってもよい。

【００５０】また、前述の実施例において、初期負荷上
昇手段８４は、生体に対する負荷を、所定の速度で連続
的に増加させるものでなく、所定の上昇幅で上昇させた
後にその値を所定期間維持することを繰り返しながら段
階的に上昇させるものでもよい。このようにすれば、生
体に対する負荷が一定であるときに折点が判定されるの
で、生体の反応に起因する労作強度の遅れが少なくなる
利点がある。

【００５１】また、前述の実施例においては、脈拍数Ｐ
Ｒおよび平均血圧値ＥＢＰ_MEANが１拍毎に決定されると
ともに、運動強度ＭＰＲＰも１拍毎に算出されていた
が、必ずしも１拍毎でなくてもよく、運動強度ＭＰＲＰ
は数拍毎に算出されるものでもよいのである。

【００５２】また、前述の実施例の経過時間Ｔ_ELは、折
点Ｆが判定された時点ｔ₂ からの経過時間であったが、
初期負荷上昇区間が開始される時点ｔ₁ からの経過時間
であってもよい。要するに、生体に運動負荷が付与され
てからの経過時間であればよいのである。

【００５３】また、前述の実施例の圧脈波血圧対応関係
は一次式であったが、圧脈波センサ３８が動脈の管壁を
平坦に保持するように押圧されない場合には、二次以上
の多項式が用いられてもよい。

【００５４】また、前述の基準血圧測定手段７２は、カ
フ圧が徐々に降下させられる過程のカフ脈波の変化に基
づいて基準血圧値を決定するものであったが、徐々に昇
圧させられる過程のカフ脈波の変化に基づいて基準血圧
値を決定するものであってもよい。また、その基準血圧
測定手段７２は、所謂オシロメトリック法に従い、カフ
１０の圧迫圧力に伴って変化する圧脈波の大きさの変化
状態に基づいて血圧値を決定するものであったが、カフ
１０の圧迫部から発生するコロトコフ音の発生および消
滅に基づいて生体の血圧値を測定するものであっても差
し支えない。また、基準血圧測定手段７２は、直接法に
よる血圧測定装置、超音波ドプラーを利用して脈波を検
出し、その脈波の変化に基づいて血圧を測定する装置な
ど、カフ１０を用いないで血圧を測定するものであって
もよい。

【００５５】また、前述の実施例では、運動機械として
エルゴメータ６が用いられていたが、それに代えて、た
とえば図９に示すようなトレッドミル１００が用いられ
得る。このトレッドミル１００は、基台１０２に設けら
れた無端ベルト１０４が電動モータ１０６によって回転
駆動されるようになっており、無端ベルト１０４上に位
置する生体が走行させられることにより運動負荷が与え
られるようになっている。この電動モータ１０６は、た
とえば前記電子制御装置２８からの指令に従ってその回
転速度を変化させることにより生体の走行運動の負荷を
変化させられる。

【００５６】その他、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である運動負荷制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例の圧脈波センサおよび押圧力制御
装置を詳しく説明する図である。

【図３】図１の実施例において、電子制御装置の制御機
能の要部を説明する機能ブロック線図である。

【図４】図３の圧脈波血圧対応関係決定手段により決定
される対応関係を例示する図である。

【図５】図１の実施例において、電子制御装置により制
御される運動負荷を示すタイムチャートである。

【図６】図３の折点判定手段による折点判定方式を説明
する図である。

【図７】図１の実施例において、電子制御装置の制御作
動の要部を説明するフローチャートである。

【図８】図７のステップＳ８の運動負荷フィードバック
制御を詳しく説明するフローチャートである。

【図９】本発明の他の実施例における運動負荷装置であ
るトレッドミルを説明する図である。

【符合の説明】

６：エルゴメータ（運動機械） ７９：平均血圧値決定手段 ８０：脈拍数決定手段 ８２：運動強度算出手段 ８４：初期負荷上昇手段 ８６：目標運動強度値決定手段 ８８：折点判定手段 ９０：運動負荷調節手段 ９２：運動負荷終了判定手段 ９４：運動負荷終了処理手段 １００：トレッドミル（運動機械）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の運動強度を測定する装置であっ
   て、 前記生体の平均血圧値を決定する平均血圧値決定手段
   と、 前記生体の脈拍数を決定する脈拍数決定手段と、 前記平均血圧値決定手段により決定された前記生体の平
   均血圧値と前記脈拍数決定手段により決定された脈拍数
   との積を運動強度値として算出する運動強度算出手段と
   を、含むことを特徴とする運動強度測定装置。
2. 【請求項２】 生体の運動に関連して機械的に作動させ
   られる運動機械において、該生体の運動強度を逐次決定
   し且つ該生体の運動期間において該運動強度が最適運動
   強度と一致するように該運動機械の負荷を調節する運動
   負荷制御装置であって、 前記生体の平均血圧値を決定する平均血圧値決定手段
   と、 前記生体の脈拍数を決定する脈拍数決定手段と、 前記平均血圧値決定手段により決定された前記生体の平
   均血圧値と前記脈拍数決定手段により決定された脈拍数
   との積を前記運動強度として算出する運動強度算出手段
   とを、含むことを特徴とする運動機械の運動負荷制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記運動期間の初期区間において前記生
   体に付与する負荷を上昇させる初期負荷上昇手段と、 前記初期負荷上昇手段による負荷の上昇に伴って発生す
   る前記運動強度の増加の折点に基づいて目標運動強度値
   を決定する目標運動強度値決定手段と、 該目標運動強度値決定手段により目標運動強度値が決定
   されると、前記初期負荷上昇手段による負荷の上昇を停
   止させ、該目標運動強度値に実際の運動強度が追従する
   ように前記運動機械の負荷を調節する運動負荷調節手段
   とを、含む請求項２の運動機械の運動負荷制御装置。
4. 【請求項４】 前記初期負荷上昇手段による負荷の上昇
   に伴って発生する運動強度の増加の折点を判定する折点
   判定手段を含み、前記目標運動強度値決定手段は、予め
   設定された補正値を該折点に対応する運動強度値から差
   し引くことにより、該折点に対応する運動強度値よりも
   低い目標運動強度値を決定するものである請求項３の運
   動機械の運動負荷制御装置。
5. 【請求項５】 前記生体に運動負荷が付与されてからの
   経過時間が予め設定された判断基準時間に到達したこと
   に基づいて該生体に対する運動負荷の付与の終了を判定
   する運動負荷終了判定手段と、該運動負荷終了判定手段
   により前記生体に対する運動負荷の付与の終了が判定さ
   れると、該生体に対する運動負荷を予め設定された軽減
   手順で軽減する運動負荷終了処理手段とを含むものであ
   る請求項１乃至３のいずれかの運動機械の運動負荷制御
   装置。