JPWO2018047945A1 - 乳酸性作業閾値推定装置及び乳酸性作業閾値推定方法 - Google Patents

Abstract

乳酸性作業閾値の推定対象となる人物に設置されたセンサから前記人物の歩容に関する情報を取得する取得部と、取得された前記情報に基づいて前記人物の乳酸性作業閾値を推定する推定部と、を備える乳酸性作業閾値推定装置。

Description

本発明は、乳酸性作業閾値の推定技術に関する。
本願は、２０１６年９月９日に、日本に出願された特願２０１６−１７６７５７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、歩行や走運動の歩容を計測する技術は、健康増進、運動に伴う事故の防止、科学実験、スポーツ科学、スポーツ生理学、医学、リハビリテーション医学などの様々な分野から求められている。しかし、従来の歩容の計測は、床下に床反力計を備えた特殊な屋内走路上で行われるため、大会競技中、日常生活、トレーニング中の計測は困難であった。
また、反力計は走路の一部に設置されるという制約から走運動全体の計測は困難であり、競技中の歩容を連続して計測する技術が求められている。
歩容に関しては、歩行ならびに走運動における下肢の運動、踵部の接地から拇指球（足趾の蹴り出し）の時間関係とその床反力の推移は、走運動の研究、走行速度の向上や運動の効率化などに重要な情報であるが一般化されるには至っていない。マラソンや中距離走、自転車競技などの持久系の運動では、各選手が筋活動をゴールまで持続可能な最大出力を発揮する代謝能力と技術が求められている。例えば、血中乳酸素濃度が顕著な上昇を示す運動強度は、乳酸性作業閾値と呼ばれ、運動選手の持久力を表す指標として選手強化やスポーツ科学の分野で広く活用されている。

Matthew L. Goodwin, M.A. , James E. Harris, M.Ed. , Andres Hernandez, M.A., and L. Bruce Gladden, Ph.D. , "Blood Lactate Measurements and Analysis during Exercise: A Guide for Clinicians" , Journal of Diabetes Scienceand Technology, Vol. 1, Issue 4, July 2007 八田 秀雄、「乳酸をどう考えたらよいのか」、体力科学 59、8−10、2010

乳酸性作業閾値は、各選手の持久力を示す指標として信頼性の高いパラメータではあるが、以下の二つの問題があるためスポーツ一般に普及するには至っていない。一つ目の問題として、血中乳酸値の計測に血液サンプルを必要とする。二つ目の問題として、出力パワーを計測するためには、エルゴメーターやパワーメーターなどの計測装置を用いる必要があるのとともに、出力パワー値がクランク動作時のトルクから直接算出可能な自転車競技を除き、歩行や走運動時の出力を計測する方法が確立されていない。このように、従来の技術では、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することができないという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、乳酸性作業閾値の推定対象となる人物に設置されたセンサから前記人物の歩容に関する情報を取得する取得部と、取得された前記情報に基づいて前記人物の乳酸性作業閾値を推定する推定部と、を備える乳酸性作業閾値推定装置である。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記推定部は、歩行運動中又は走行運動中の足底圧、床反力の少なくとも一つを含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記推定部は、歩行運動中又は走行運動中のストライド、ピッチ、接地時間、足底圧分布、足底圧の左右差、一歩毎の分散の少なくとも一つの特徴量を含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記推定部は、運動強度の変化に伴う前記ストライドまたは前記ピッチの増減量の変化点に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記推定部は、歩行運動又は走行運動の運動強度の変化に伴う足底圧、床反力の少なくとも一つを含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記センサの感度の変動を補正する機構、圧力の計測範囲の調節機構の少なくとも一つを備える。

本発明の一態様は、上記の乳酸性作業閾値推定装置であって、前記乳酸性作業閾値と、現在もしくは過去の運動強度との相互関係を表す結果を、少なくとも前記被験者にフィードバックする出力部をさらに備える。

本発明の一態様は、乳酸性作業閾値の推定対象となる人物に設置されたセンサから前記人物の歩容に関する情報を取得し、取得された前記情報に基づいて前記人物の乳酸性作業閾値を推定する、乳酸性作業閾値推定方法である。

本発明により、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することが可能となる。

本実施形態において用いる複数の圧センサを説明する図である。 本実施形態において用いるトランスミッタを説明する図である。 本実施形態において用いる動きセンサを説明する図である。 本実施形態において用いる受信機及び推定装置を説明する図である。 ストライドと走速度（運動強度）との関係に基づく乳酸性作業閾値推定の概念を示す図である。 ピッチと走速度（運動強度）との関係に基づく乳酸性作業閾値推定の概念を示す図である。 歩容の左右差や一歩の差に基づく乳酸性作業閾値推定において、乳酸性作業閾値よりも低速（低強度）の走運動の際の足底圧の特徴を表す図である。 歩容の左右差や一歩の差に基づく乳酸性作業閾値推定において、乳酸性作業閾値の走運動の際の足底圧の特徴を表す図である。 足底圧センサとフォースの関係を表す図である。 乳酸性作業閾値付近の走速度での圧の関係を表す図である。 走速度と血中乳酸値との関係を表す図である。 走速度と歩幅（ストライド）の関係を表す図である。 ピッチ（ステップ数毎分）と走速度の関係を表す図である。 乳酸性作業閾値以下の走速度で観察される左右差の一例を示す図である。 Ａ選手の走速度と足底３点での圧力の相互関係に関する図である。 Ｂ選手の走速度と足底３点での圧力の相互関係に関する図である。 推定装置７の機能構成を表す概略ブロック図である。 推定装置７の具体的な処理を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［概略］
歩行や走運動の強度、例えば歩行速度や走速度を徐々に増加すると、運動強度の上昇に伴って歩容の変化が生じる。例えば、ストライド、ピッチ及び接地時間の左右差やばらつきが減少する。これは、運動強度の増大に対応するために身体の動かし方がより効率の良い状態に向かって最適化されるという生理的な適応現象によって生じる現象である。それに対して、運動強度が低い場合には、歩容にいわば「遊び」が生じてしまうため効率が悪い状態になっている。運動強度が乳酸性作業閾値よりも高い場合には、身体のエネルギー代謝の経路において持続性のある脂質酸化を主体とした代謝から、より利用しやすい糖酸化が主体になる。しかし、糖の貯蔵量は多くはなく、自覚的なきつさが高まるため運動の長時間の持続は困難である。そのため、前述の走運動の最適化によって消費パワーをできる限り抑え、無駄な出力を抑制しようとする働きが生じる。その結果、歩容に関するストライド、ピッチ及び接地時間が、乳酸性作業閾値の運動強度の前後で変化する。また、個体差はあるものの左右脚の床反力の差や、ステップ毎の各パラメータの分散などが減少する傾向も観察される。また、着地の間の足底の圧力中心（重心）の軌跡も乳酸性作業閾値付近で変化するケースも観察される。

乳酸性作業閾値を超える運動強度の高い領域では、上記の最適化は限界に達する中で、さらに運動強度（走速度）を高めるため、ピッチの上昇や接地時間の短縮などの特徴が観察される。上記の生理的な適応反応によって生じる、歩容に関するデータの変化、特に運動強度と前述の特徴量の相関の変化（変曲点、変化点ともいう）から、体内エネルギー代謝の状態を、低強度の乳酸性作業閾値未満の状態、乳酸性作業閾値、乳酸性作業閾値を超えた高強度領域とに判別することができる。本発明では、歩行運動又は走運動の強度変化に伴う生理的な適応反応によって生じる歩容の変化を、足底圧、及び加速度を計測するウエアラブルセンサを用いて推定し、推定結果に基づいて乳酸性作業閾値を推定する。

［詳細］
まず、図１Ａ〜図１Ｄを用いて本実施形態において用いる機器及び装置について説明する。
図１Ａ〜図１Ｄに示すように、本実施形態では、複数の圧センサ１〜３、トランスミッタ４、動きセンサ５、受信機６及び推定装置７を用いる。
圧センサ１〜３は、被験者の足底部に設置される。ここで、被験者とは、乳酸性作業閾値の推定対象となる人物である。圧センサ１は、被験者の拇指球の圧力分布の中心に設置される。圧センサ２は、被験者の小指球の圧力分布の中心に設置される。圧センサ３は、被験者の踵部の圧力分布の中心に設置される。踵部においては踵骨隆起内外側突起部直下など踵部の圧の集中する部位に配置されることが望ましい。なお、圧センサ１〜３は、両足に対象に配置されることが望ましい。圧センサ１〜３は、被験者の足底部に加えられた圧力を推定する。

トランスミッタ４は、圧センサ１〜３によって推定された圧力情報を送信する。
動きセンサ５は、被験者の歩行や走運動の歩容計測のために被験者に設置される。動きセンサ５は、腰骨盤部、体幹部、四肢、頭部の少なくとも一か所に設置される。より好ましくは、動きセンサ５は腰部から骨盤部までの間に設置される。動きセンサ５は、被験者の動きに関する情報（以下、「動き情報」という。）を取得する。動き情報は、例えば速度、加速度、ジャイロ、方位等である。
受信機６は、トランスミッタ４から送信された圧力情報と、動きセンサ５によって取得された動き情報とを受信する。
推定装置７は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成される。推定装置７は、受信機６によって受信された情報に基づいて被験者の乳酸性作業閾値を推定し、乳酸性作業閾値と、現在の運動強度との関係を被験者や観察者に推定結果としてフィードバックする。

図２Ａ及び図２Ｂは、歩容のパラメータに基づく乳酸性作業閾値推定の概念を示す図である。
図２Ａ及び図２Ｂでは、歩容のパラメータであるストライドとピッチの二つについての推定概念を示している。図２Ａはストライドと走速度（運動強度）との関係を表し、図２Ｂはピッチ（ステップ数毎分）と走速度（運動強度）との関係を表す。運動強度は、肉体にかかる負荷を表す尺度である。運動強度は、走速度、歩行速度、走路や歩行路の傾斜、階段の高さ、ステッパーにおける踏み込み強度、等である。図２Ａ及び図２Ｂは、運動強度が走速度である場合の歩容のパラメータと運動強度との関係を例示する。
走速度を階段状もしくは連続的に上昇させながらストライドを計測すると、図２Ａに示すように乳酸性作業閾値を超えた地点からストライドの延長が頭打ちとなり増加が抑えられていることが分かる。すなわち、走速度の増加に伴うストライドの増加幅が閾値以下になる走速度を調べることで、乳酸性作業閾値を推定することができる。例えば、閾値は、計測開始時には確定しておらず、ストライドの増減の急激な変化に基づいて推定される。このように、走速度の増加に伴うストライドの増加幅が変化する点（以下、変化点と称する）の走速度を調べることで、乳酸性作業閾値を推定することができる。
同様に、図２Ｂに示すように乳酸性作業閾値を超えた速度でピッチの上昇が顕著になることが示された。すなわち、走速度の増加に伴うピッチの増加幅が閾値以上になる走速度を調べることで、乳酸性作業閾値を推定することができる。例えば、閾値は、計測開始時には確定しておらず、ピッチの増減の急激な変化に基づいて推定される。このように、走速度の増加に伴うピッチの増加幅の変化点の走速度を調べることで、乳酸性作業閾値を推定することができる。
乳酸性作業域値はストライドもしくはピッチと運動強度との間の相互関係の変化点から推定するものであれば、上述の走速度の増加、すなわち運動強度が増加する場合の変化点に基づく推定に限定されるものではない。乳酸性作業域値は、例えば走速度の減少、すなわち運動強度の低減に伴うストライドの減少幅の変化点や、ピッチの下降が緩やかとなる変化点から推定されても良い。
具体的に、走速度の減少に伴うストライドの変化点に基づく場合、ストライドの減少幅が閾値以上になる走速度を検出することで、乳酸性作業閾値を推定することができる。一方、走速度の減少に伴うピッチの変化点に基づく場合、ピッチの減少幅が閾値以下になる走速度を検出することで、乳酸性作業閾値を推定することができる。
このように、運動強度の変化（増減）に伴うストライドやピッチの増減量（増減幅）の変化点に対応する運動強度に基づいて、乳酸性作業閾値を推定することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、歩容の左右差や一歩の差に基づく乳酸性作業閾値推定の概念を示す図である。
図３Ａは乳酸性作業閾値よりも低速（低強度）の走運動の際の足底圧の特徴を表す図であり、図３Ｂは乳酸性作業閾値の走運動の際の足底圧の特徴を表す図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、太い実線は右足の足底圧の特徴を表し、点線は左足の足底圧の特徴を表し、細い実線は基準となる足底圧の特徴を表す。乳酸性作業閾値よりも低い速度での歩行や走運動では、図３Ａに示すように左右差や一歩毎の値の変動が散見される。それに対して、運動強度が乳酸性作業閾値に近づくと、図３Ｂに示すように、足底圧の左右差や、足底圧の一歩毎の値の変動（ばらつき）が減少している。すなわち、足底圧の左右差の減少や歩容のパラメータのばらつき（分散）の減少に基づいて乳酸性作業閾値を推定することができる。このように、運動強度の変化に伴う、足底圧の左右差の変化点や、各一歩の足底圧の分散の変化点に基づいて、乳酸性作業閾値を推定することができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、足底圧センサとフォースの関係及び乳酸性作業閾値付近の走速度での圧の関係を表す図である。
図４Ａは、足底圧力センサとフォースの関係を表す図である。足底に設置する圧センサ１〜３にフォースゲージの圧を加え、その圧を変化させながら出力信号との関係を表したグラフ出力信号（相対値）は図４Ａに示すように圧の上昇により増加している。今回は直線関係のある圧領域を用いて計測を行った。図４Ｂは、走速度２７５ｍ毎分の乳酸性作業閾値付近の走速度での拇指球ＣＨ１、小指球ＣＨ２、踵部ＣＨ３の圧力の時系列グラフを示す図である。踵着地により短時間の圧力上昇が踵部に生じるＣＨ３、小指球ＣＨ２、拇指球ＣＨ１の順に生じ、拇指球ＣＨ１に最後まで圧が残る。このように足底圧の移動が観察される。

図５Ａ〜図５Ｃは、走速度との関係を表す図である。図５Ａは、走速度と血中乳酸値との関係を表す図である。図５Ａは走速度を階段状に上昇させながら血液サンプルを採取し、血中乳酸値を計測した結果を示す。走速度２５０−３００ｍ毎分の走速度から急激に乳酸値が上昇しており、２７５ｍ毎分が乳酸性作業閾値と考えられる。図５Ｂは走速度と歩幅（ストライド）の関係を表す図である。図５Ｂを見ると、乳酸性作業閾値（２７５ｍ毎分）付近で歩幅の増加幅が減じており、歩容と乳酸性作業閾値の関係性が示されている。図５Ｃはピッチ（ステップ数毎分）と走速度の関係を表す図である。図５Ｃでは、乳酸性作業閾値（２７５ｍ毎分）付近でピッチ上昇により走速度を上げていることが示されている。

図６は、乳酸性作業閾値以下の走速度で観察される左右差の一例を示す図である。図６において、線ＣＨ１−３は右足における踵部から爪先の接地時間と走速度の関係を表し、線ＣＨ４−６は左足における踵部から爪先の接地時間と走速度の関係を表す。線ＣＨ１−３と、線ＣＨ４−６とを比較すると、大きな左右差が低走速度で観察されるのに対し、乳酸性作業閾値に向かって走速度が上がると左右差が減少していることが分かる。

図７Ａ及び図７Ｂは、走速度と足底３点での圧力の相互関係に関する図である。
図７Ａ及び図７Ｂでは、２選手（Ａ選手及びＢ選手）それぞれの結果を示している。図７ＡはＡ選手の結果を示し、図７ＢはＢ選手の結果を示す。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、線ＣＨ１は踵部の圧力を表し、線ＣＨ２は小指球の圧力を表し、線ＣＨ３は拇指球の圧力を表す。足前方の内外側方向での圧力変化に注目し、小指球（線ＣＨ２）と拇指球（線ＣＨ３）の圧の相互関係を見ると、Ａ選手においては、走速度の上昇により、拇指球（内側）から小指球（外側）へと圧の逆転が生じている。すなわち外側加重へと歩容が変化している。換言すると、足底の圧力の分布が変化し、足底重心が移動している。Ｂ選手においても同様の傾向がある。Ｂ選手のデータにおいては、センサの特性により３点の表示値に差が出ており補正が必要である。補正後の走速度の変化に伴うＦｏｒｃｅの値の変化はＡ選手と同様に、拇指球部の圧が高強度域でやや低下し、小指球部の圧は上がっており、相対値の変化はＡ選手のパターンと同様の傾向が示された。
このように、運動強度の変動に伴う、足底の圧力の分布の変化点に基づいて、乳酸性作業閾値を推定することができる。

図８は、推定装置７の機能構成を表す概略ブロック図である。
推定装置７は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、推定プログラムを実行する。推定プログラムの実行によって、推定装置７は、取得部７１、推定部７２、出力制御部７３、出力部７４を備える装置として機能する。なお、推定装置７の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、推定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、推定プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

取得部７１は、圧センサ１〜３によって取得された圧力情報及び動きセンサ５によって取得された動き情報（歩容に関する情報）を取得する。取得部７１は、取得した情報を推定部７２に出力する。
推定部７２は、取得部７１から出力された情報に基づいて、被験者の乳酸性作業閾値を推定する。推定部７２の具体的な処理については後述する。評価部１０２は、推定結果を出力制御部７３に出力する。

出力制御部７３は、推定部７２の推定結果に基づいて出力部７４を制御する。例えば、出力制御部７３は、推定結果と、現在の走速度（運動強度）との関係を出力部７４に出力させる。出力の態様としては、振動、音、光、画像、数値表示等などが挙げられる。
出力部７４は、出力制御部７３の制御に従って出力を行う。また、出力部７４は、推定結果を他の装置（例えば、ホストコンピュータ等）に出力してもよい。

図９は、推定装置７の具体的な処理を説明するための図である。
推定部７２は、取得された圧力情報を床反力に変換する。また、推定部７２は、動き情報から走速度、移動距離を検出する。例えば、圧センサ１〜３を靴下や靴の中敷に設置して、足底の圧力分布を計測し床反力を求めることができる。圧力の経時変化から、足の着地から足が地面から離れるまでの接地する時間などの歩容の時間パラメータが求まる。そして、推定部７２は、床反力、走速度、移動距離などに基づいて歩容に関する特徴量、例えばストライド、ピッチ、左右差、一歩毎の差、足底重心等を含む足底圧の分布、等を取得し、当該特徴量の変化点に基づいて乳酸性作業閾値を推定する。例えば、図２Ａに示したように、推定部７２は、ストライドの増加幅が閾値以下になる走速度、すなわち、ストライドの増加幅の変化点を示す走速度を乳酸性作業閾値として推定する。また、例えば、図２Ｂに示したように、推定部７２は、ピッチの増加幅が閾値以上になる走速度、すなわち、ピッチの増加幅の変化点を示す走速度を乳酸性作業閾値として推定する。また、例えば、図３に示したように、推定部７２は、左右差や一歩毎の値の変動における左右差の減少や歩容のパラメータのばらつきの減少に基づいて乳酸性作業閾値を推定する。
その後、推定部７２は、推定結果と、現在の走速度との関係、すなわち現在の走速度が乳酸性作業閾値にあるか、それよりも低いか、それを上回る強度の運動であるかを示す情報とを出力制御部７３に出力する。出力制御部７３は、推定部７２から出力された情報を出力部７４に出力させることによって被験者や観察者に対して情報をフィードバックする。

以上のように構成された推定装置７によれば、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することが可能となる。具体的には、推定装置７は、歩容を非拘束で継続的に計測するウエアラブルセンサ（圧センサ１〜３、動きセンサ５）から得た床反力、加速度の時系列情報に基づいて、歩行・走運動の時間空間パラメータ、運動、仕事、エネルギー代謝の状態から特徴量を算出し、算出した特徴量に基づいて被験者の乳酸性作業閾値を推定する。これにより、エルゴメーターやパワーメーターなどの計測装置を用いずに歩行や走運動時の出力パワーを推定することが可能となる。また、血中乳酸値計測のための血液サンプルが不要になる。そのため、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することが可能になる。

また、推定装置７は、走運動中の足底圧、床反力の少なくとも一つの情報から乳酸性作業閾値を推定する。走運動の歩容から乳酸性作業閾値を推定するには、非拘束で連続的に歩容を計測することが望ましい。歩容の計測には各種の計測法を用いることができるが、特に足底圧、床反力は走運動の出力（仕事あるいは運動負荷）ならびに乳酸性作業閾値付近での走運動の変化が計測値に現れるため、そのうち少なくとも一つの情報に基づいて乳酸性作業閾値を計測することができる。さらに、推定装置７は他の生体信号やセンサ情報を基に推定した足底圧、床反力を用いて乳酸性作業域値を推定しても良い。例えば、下肢の筋電図の信号強度から足底圧や床反力を推定し、それを基に乳酸性作業域値を推定しても良く、あるいは身体に設置したモーションセンサの情報を基に足底圧や床反力を推定し、それを基に乳酸性作業域値を推定しても良い。
また、推定装置７は、現在の走運動の運動強度が、被験者の乳酸性作業域閾値と同じであるか、それを超えているか、下回っているかという相互関係を被験者や観察者に、振動、音、光、画像、数値表示等によりフィードバックする。これにより、被験者は、自己の現在の運動強度が、適切であるのか、不適切であるのかを知ることができる。このため、被験者は、運動強度の調節により、適切なペース配分による走運動を維持できるとともに、オーバーペースによる失速などの失敗を回避することができる。

また、推定装置７は、走運動等の運動中の歩容のストライド、ピッチ、接地時間、足底圧分布の遷移、左右差、一歩毎の各パラメータの分散の少なくとも一つの特徴量から乳酸性作業閾値を推定する。乳酸性作業閾値付近の運動強度の走運動中には、前述のように走運動の最適化が行われ歩容が変化する。その結果、ストライド、ピッチ、接地時間などの歩容に関する特徴量は乳酸性作業閾値の運動強度で変化する。また、個体差はあるが左右脚の床反力の差や、一歩毎の各パラメータの分散などが上記最適化により減少する傾向が観察される。これらのデータの特徴から乳酸性作業閾値の特定が可能である。さらに着地相における足底の圧力の中心（重心）の軌跡が乳酸性作業閾値付近で変化する特徴から閾値を特定できる。また、乳酸性作業域閾値を超える、運動強度の非常に高い領域では、上記の最適化が限界に達する中で、さらに運動強度（走速度）を高めるため、ピッチの上昇や接地時間の短縮などが観察される。このため、これらの特徴の検出により乳酸性作業閾値の推定も可能である。
なお、推定装置７は、ストライド、ピッチ、接地時間、足底圧分布、左右差、一歩毎の各パラメータの分散等を含む特徴量の組み合わせに基づいて、乳酸性作業閾値を推定してもよい。特徴量の組み合わせに基づいて乳酸性作業閾値を推定することにより、対象の人物の乳酸性作業閾値をより高精度に推定できる。

また、本実施形態では、被験者の踵部、拇指球及び小指球の少なくとも一か所に圧センサが設置される。着踵から爪先離床の間の、身体の重心移動と足の運動に伴い、足底にかかる力の分布は、踵部、小指球から拇指球、足指へ移動する。足底の圧力の変化を上記の特に踵部、小指球から拇指球のいずれかで計測することにより、歩容の分析が可能となる。特に、踵部と拇指球部の二か所の圧力もしくはフォースを推定することによる前後方向の圧の移動の把握は歩容解析に重要であり、これに小指球を加えた3カ所の圧力を計測し、横方向（内外側）と前後方向の圧移動の把握は、乳酸性作業閾値付近で変化する歩容の検出にもっとも望ましい。圧力を計測する部位は上記に限定されず、足指や土踏まず、小指球拇指球間などの足底の他の領域を加えてもよい。

＜変形例＞
本実施形態では、走運動時を中心に説明したが、推定装置７は競歩などの歩行中にも適用可能である。
本実施形態では、推定装置７は、圧センサ１〜３から取得した圧力情報と、動きセンサから取得した動き情報とを用いて、被験者の乳酸性作業閾値を推定する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、推定装置７は、圧力情報、動き情報の他に筋電図や生体組織内圧などの生体信号（例えば、足の筋電図の情報）を用いて乳酸性作業閾値を推定してもよい。このように構成される場合、生体信号を計測する生体センサが被験者に設置される。この場合、推定装置７は、歩行運動又は走行運動の速度もしくは運動強度変化に伴う足底圧もしくは生体信号の特徴量から乳酸性作業閾値を推定してもよい。前述の、歩容の変化から乳酸性作業閾値を推定するには、被験者の運動強度、すなわち水平路においては走速度の上昇とともに運動強度が上昇する明確な対応がある。一定時間（または区間）毎に階段状に走速度を上昇させながら歩容を計測し、乳酸性作業閾値と関連する前述のパラメータ、特徴量を記録する方法は、乳酸性作業閾値の計測に有効である。すなわち、運動強度の低い状態から、徐々に高い強度に引き上げる方法により、乳酸性作業閾値に達した（あるいは超えた）際の運動強度を、走速度を基準として計測することができる。
この方法は水平路だけでなく、例えば傾斜路（上り坂）や階段、傾斜したトレッドミルを利用し、走速度に加えて高度上昇や上昇速度を前述の分析に加えてもよい。
なお、前述したとおり、運動強度の高い状態から、徐々に低い強度に引き下げる方法により、乳酸性作業閾値に達した（あるいは超えた）際の運動強度を、走速度を基準として計測してもよい。

また、推定装置７は、センサ情報に基づいて、設定したゴール地点の通過によりタイムを記録したり、設定時間や設定距離の到達により計測の自動停止や機器を待機状態にしたり、あるいは歩行によるセンサ応答の消失をもって歩行停止を判断してもよい。
また、動きセンサ５の他に、被験者には光学式マーカーが設置されてもよい。
圧センサ、フォースゲージは、たわみ量の検出によるため応答速度に制限がある。走速度の上昇に伴う、ピッチ上昇や、圧の急激な変動は計測誤差の原因となる。また、長距離走や急激な着踵などにより圧センサのドリフトや感度低下が生じ誤差を拡大する。さらにセンサの設置位置が走運動により足底の設置場所から移動し、感度低下や応答の変化が生じる。これらの誤差を補正するために、推定装置７は、走速度変化に伴う感度補正を加味したキャリブレーションの実施、位置移動に伴う感度補正や応答曲線の補正値の適応、複数計測箇所の計測値の時間空間相互関係から補正の実施のうちいずれかを行うように構成されてもよい。また、キャリブレーション用の補助センサが被験者に設置されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明により、実際の運動環境に近い状態で乳酸性作業閾値を推定することが可能となる。

１、２、３…圧センサ， ４…トランスミッタ， ５…動きセンサ， ６…受信機， ７…推定装置， ７１…取得部， ７２…推定部， ７３…出力制御部， ７４…出力部

Claims (8)

1. 乳酸性作業閾値の推定対象となる人物に設置されたセンサから前記人物の歩容に関する情報を取得する取得部と、
   取得された前記情報に基づいて前記人物の乳酸性作業閾値を推定する推定部と、
   を備える乳酸性作業閾値推定装置。
2. 前記推定部は、歩行運動中又は走行運動中の足底圧、床反力の少なくとも一つを含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する、請求項１に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
3. 前記推定部は、歩行運動中又は走行運動中のストライド、ピッチ、接地時間、足底圧分布、足底圧の左右差、一歩毎の分散の少なくとも一つの特徴量を含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する、請求項１又は２に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
4. 前記推定部は、運動強度の変化に伴う前記ストライドまたは前記ピッチの増減量の変化点に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する、請求項３に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
5. 前記推定部は、歩行運動中又は走行運動中の運動強度の変化に伴う足底圧、床反力の少なくとも一つを含む前記情報に基づいて前記乳酸性作業閾値を推定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
6. 前記センサの感度の変動を補正する機構、圧力の計測範囲の調節機構の少なくとも一つを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
7. 前記乳酸性作業閾値と、現在もしくは過去の運動強度との相互関係を表す結果を、少なくとも前記人物にフィードバックする出力部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の乳酸性作業閾値推定装置。
8. 乳酸性作業閾値の推定対象となる人物に設置されたセンサから前記人物の歩容に関する情報を取得し、
   取得された前記情報に基づいて前記人物の乳酸性作業閾値を推定する、
   乳酸性作業閾値推定方法。

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