TWI395573B - Calorie consumption assessment method - Google Patents

Description

熱量消耗的評估方法

本發明是有關於一種評估方法，特別是指一種熱量消耗的評估方法。

體適能(physical fitness)亦即身體適應生活與環境(例如；溫度、氣候變化或病毒等因素)的綜合能力。體適能較好的人在日常生活或工作中，有較佳的活力及適應能力，不會輕易產生疲勞或力不從心的感覺；相反的，體適能較差的人則較容易產生疲累或精神不濟的狀況。

在科技進步且工商業發達的文明社會中，人們活動的機會越來越少，但是所攝取的營養反而越來越高，同時工作與生活壓力相對增加，造成我國文明病的人口也愈來愈多，其中，又以肥胖對於身體健康的影響最大，肥胖不但影響外觀、人際關係和身心健康，時間一久更會降低體能和運動能力還會影響學習和工作效率，最後更會引發高血壓、糖尿病及心臟病...等疾病。

如何控制體重就成了提升體適能的主要關鍵因素，而要控制體重就要從運動著手，利用運動消耗多餘的熱量達到控制體重的目的。雖然現有多數的運動器材雖多已可以量測運動所消耗之熱量，但是，要精確地測量運動所消耗之熱量還是需要利用精密的儀器配合電腦才能進行測量。

為了能使一般民眾能正確的掌握運動所消耗的熱量，有效控制體重避免肥胖，以達到國人身心靈健康的目標， 相關人士提出如中華民國第I263488號「熱量消耗量測方法及其裝置」發明專利所揭露的技術，該熱量消耗量測方法是以受測者的年齡、體重、體脂率、安靜心率、運動心率以及運動時間資料，計算出受測者所消耗的熱量。

由相關研究可知，人體的呼吸交換率(respiratory exchange ratio,RER)會隨著運動強度增加而增加，換言之，遞增的運動強度能提升產生的二氧化碳體積對消耗氧氣體積的比值，以增加產生能量供應肌肉做功需求。例如當中強度運動時，RER等於0.8，人體消耗每公升氧氣能夠產生4.801 kcal的能量；當RER等於0.9時，人體消耗每公升氧氣能夠產生4.924 kcal的能量；當高強度運動時，RER等於1，人體消耗每公升氧氣則能夠產生5.047 kcal的能量，而中華民國第I263488號「熱量消耗量測方法及其裝置」發明專利的量測方法，並非以考量運動強度與每公升氧氣之能量消耗的關係，而是以肌肉質量多寡作為計算的依據。因此該量測方法所測得之熱量消耗無法將運動強度多寡考量進去，有其應用上的瑕疵，例如只適用有功率呈現的腳踏車，無法適用於跑步機或其他綜合運動。

此外，本案發明人亦於民國94年間於台師大體研中心發表以「活力輪」評估運動的熱量消耗，該活力輪轉盤的功能在於評估運動的熱量消耗，將受測者生理參數包括年齡、安靜心率、運動穩定心率、體重、登階指數等五項生理參數帶入即可估算運動20及30分鐘所消耗之熱量。

該活力輪轉盤可提供20及30分鐘連續穩定心率下的 運動熱量消耗數據，其運動強度原始設定範圍為50~85%。惟，雖然該活力輪之設計有將運動強度的變因考慮進去，但受限於活力輪之轉盤刻度限制及原先設計的公式缺陷，其誤差率仍嫌稍高，且在輸入登階指數時其運算步驟亦較繁瑣，故確實有其改善的必要。

因此，本發明之目的，即在提供一種準確度高之熱量消耗的評估方法。

於是，本發明熱量消耗的評估方法，用以評估一受測者於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，該評估方法包含一記錄步驟、一最大攝氧量計算步驟、一目標攝氧量計算步驟，及一將攝氧量轉換為熱量的熱量轉換步驟。

該記錄步驟是記錄該受測者的年齡、體重、安靜攝氧量、安靜心率、瞬時心率，及三分鐘登階測驗末心率；該最大攝氧量計算步驟是以一最大攝氧量運算式配合該受測者之三分鐘登階測驗末心率，即可得出該受測者的一最大攝氧量。

該目標攝氧量計算步驟是利用一目標攝氧量計算式對該安靜心率，及最高心率進行運算，再配合該受測者的最大攝氧量與安靜攝氧量，得出該受測者的一目標攝氧量。

該熱量轉換步驟是將該目標攝氧量乘以一熱量轉換式，獲得該受測者於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量。

本發明之功效在於利用記錄受測者之年齡、體重、安靜攝氧量、安靜心率、瞬時心率，及三分鐘登階測驗末心率，再配合目標攝氧量計算式而獲得該目標攝氧量，最後，利用該熱量轉換式將該目標攝氧量轉換成該受測者於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，提升了目前運動能量消耗估算方式的準確度、經濟性與方便性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明熱量消耗的評估方法之較佳實施例，是用以評估一受測者15(僅顯示於圖2)於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，該評估方法包含一記錄步驟11、一目標攝氧量計算步驟12，及一將攝氧量轉換為熱量的熱量轉換步驟13，以及一最大攝氧量計算步驟14。

參閱圖1、2，該記錄步驟11是記錄該受測者15的年齡、體重、安靜攝氧量、安靜心率(resting heart rate)、瞬時心率(instantaneous heart rate)，及三分鐘登階測驗末心率，其中，該受測者15之三分鐘登階測驗末心率是利用一佩帶於該受測者15手腕上之腕上量測裝置16，量測該受測者15以每分鐘96次的頻率往復上下一35公分高之登階箱17三分鐘後即刻所測得之心率。於本較佳實施例中，該腕上量測裝置16是一POLAR錶，型號為S720i。

該最大攝氧量計算步驟14是以一最大攝氧量運算式配 合該受測者15之三分鐘登階測驗末心率，得出該受測者15的一最大攝氧量，其中，該最大攝氧量運算式為：

其中，HR3'step為利用該腕上量測裝置16所量測之該受測者15的三分鐘登階測驗末心率，而-0.285及82.039為以迴歸公式(regression equation)推估的預測值並加以調整後(顯著性由p <0.05增至p <.01)所得到的係數(大專體育學刊 2006,8卷2期，第90頁)。

該目標攝氧量計算步驟12是利用一目標攝氧量計算式對該安靜心率，及最高心率進行運算，再配合該受測者15的最大攝氧量與安靜攝氧量，得出該受測者15的一目標攝氧量，其中，而該目標攝氧量計算式為：

其中，為該記錄該受測者15的最大攝氧量，為該受測者15的安靜攝氧量一般為常數值3.5，而%為該受測者15所設定的運動強度，為該受測者15於所設定的運動強度下之目標攝氧量。

理論上前述%=(HRt-HRrest)/(HRmax-HRrest)，其中，該HRt為該受測者15的瞬時心率，HRrest為該受測者15的安靜心率，HRmax為受測者15的最高心率，一般可以年齡預測，即220-age。

參閱圖3A、3B及圖4A、4B，在此需要特別指出的是，當應用於跑步運動或腳踏車運動時，尚需考量該運動局部肌肉使用增加心率比例之特徵修正係數，由圖3A、3B及 圖4A、4B中可以發現自開始運動後在某強度後%差距會變較大而穩定。為求得其關係，先彙集11位受測者的測試數據再作圖，可發現此種關係更明確。據此，定義在腳踏車測試時，當HRR計算法達33%後，將%數值再乘以0.7(圖3A、3B)；在跑步機測試時，當HRR計算法達33%後，將%數值再乘以0.9(圖4A、4B)。所以當本發明以心率估算運動強度%時，在運動強度超過33%後，計算跑步運動之熱量消耗須再乘以調整係數0.9，而腳踏車運動須再乘以調整係數0.7。

下表一即為本案發明人對11位受測者所進行量測的記錄列表：

該熱量轉換步驟13是將該目標攝氧量乘以一熱量轉換式，獲得該受測者15於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，該熱量轉換式為：△t*Wt/60/1000*4.66......(3)

其中，△t為該受測者15於所設定之運動強度下的運動時間(秒)，Wt為該受測者15的體重(公斤)，4.66為本發明定義之耗氧量與熱量兌換當量常數(kcal/O₂ )。

以下，以評估一受測者15進行慢跑運動30分鐘所能消耗的熱量代入前述公式為例作說明，首先進行該記錄步驟11，記錄該受測者15的身高為168公分，體重為65公斤，年齡為24歲，安靜心率為每分鐘55次，三分鐘登階測驗末心率為130，瞬時心率為每分鐘157次，接下來進行該目標攝氧量計算步驟12，將三分鐘登階測驗末心率65代入該(1)式中可得：

計算該受測者15的運動強度：%=0.9*(157-55)/(220-24-55)=0.648

再將VO₂ max=45.00與%=0.648代入該(2)式中可得：TargetVO₂ =3.5+0.648*(45.00-3.5)=30.39

最後評估該受測者15進行慢跑運動30分鐘大約能消耗多少熱量，將、與%=0.648、運動時間30分鐘與體重65公斤代入(3)式中可得：1800*65/60/1000*4.66*30.39=276.15。因此，我們就可以得到該受測者15進行慢跑運動30分鐘，一共消耗了276.15 kcal。

再者，發明人為了比較本發明之評估方法的準確度，特別以攝氧量分析儀(MetaMax 3B)所測得之熱量消耗數值為基準，比較本方法與現有如以儲備心跳率(heart rate reserve；HRR)、儲備攝氧量(VO₂ R)，及POLAR錶所預估之熱量消耗之間的誤差，其結果如圖5~6所示。

由於，運動強度變項以VO₂ R計算法求得之%帶入計算所得之熱量消耗數值與MetaMax3B測得數值之間誤差率較低，因此，在圖5~6中我們是以VO₂ R之計算結果為基準，比較儲備心跳率(heart rate reserve；HRR)、POLAR錶，及本發明方法所預估之熱量消耗(modified HRR)之間的誤差。

參閱圖5A、5B，可知測量60%與80%HRR腳踏車運動之熱量消耗時，本發明之評估方法與VO₂ R法所測得之熱量消耗值與攝氧量分析儀所測得的之值較為接近。

參閱圖6A、6B，可知測量60%與80%HRR跑步機運動之熱量消耗時，本發明之評估方法的誤差率與VO₂ R所測得的誤差率最接近攝氧量分析儀所測得的熱量消耗值。

由上述實驗例可知，本發明之評估方法的準確度確實較以POLAR錶或儲備心跳率所得之熱量消耗更為準確，且與以儲備攝氧量所得之熱量消耗也相差無幾，足可見本發明之評估方法確實具有高準確度。

綜上所述，本發明之熱量消耗的評估方法，利用記錄受測者15之年齡、體重、安靜攝氧量、安靜心率、瞬時心率，及三分鐘登階測驗末心率，再配合該最大攝氧量運算式與目標攝氧量計算式而獲得該受測者的目標攝氧量，最後，利用該熱量轉換式將該目標攝氧量轉換成該受測者15於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，不但準確度高而且也較現有量測方式更加方便，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧記錄步驟

12‧‧‧目標攝氧量計算步驟

13‧‧‧熱量轉換步驟

14‧‧‧最大攝氧量計算步驟

15‧‧‧受測者

16‧‧‧腕上量測裝置

17‧‧‧登階箱

圖1是一流程圖，說明本發明熱量消耗的評估方法之較佳實施例；

圖2是一示意圖，說明該較佳實施例中受測者進行三分鐘登階測驗時的態樣；

圖3A、3B是一比較圖，說明本發明之評估方法中以心率估算腳踏車運動強度時必須乘以常數0.9。

圖4A、4B是一比較圖，說明本發明之評估方法中以心率估算跑步運動強度時必須乘以常數0.7。

圖5A、5B是一比較圖，說明本發明之評估方法與現有方法在量測60% HRR ＆ 80% HRR腳踏車運動之熱量消耗時的誤差率；

圖6A、6B是一比較圖，說明本發明之評估方法與現有方法在量測60% HRR ＆ 80% HRR跑步機運動之熱量消耗時的誤差率。

11‧‧‧記錄步驟

12‧‧‧目標攝氧量計算步驟

13‧‧‧熱量轉換步驟

14‧‧‧最大攝氧量計算步驟

Claims (7)

1. 一種熱量消耗的評估方法，用以評估一受測者於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量，包含：一記錄步驟，記錄該受測者的年齡、體重、安靜攝氧量、安靜心率、瞬時心率，及三分鐘登階測驗末心率；一最大攝氧量計算步驟，是利用一最大攝氧量運算式配合該受測者之三分鐘登階測驗末心率，即可得出該受測者的一最大攝氧量，該最大攝氧量運算式為VO₂ max=-0.285*HR3'step+82.039，其中，HR3'step為該受測者的三分鐘登階測驗末心率；一目標攝氧量計算步驟，利用一目標攝氧量計算式對該安靜心率，及最高心率進行運算，再配合該受測者的最大攝氧量與安靜攝氧量，得出該受測者的一目標攝氧量；及一熱量轉換步驟，將該目標攝氧量乘以一熱量轉換式，獲得該受測者於所設定之運動強度下單位時間內所消耗的熱量。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之熱量消耗的評估方法，其中，該目標攝氧量計算步驟中的目標攝氧量計算式為，其中，為該記錄該受測者的最大攝氧量，為該受測者的安靜攝氧量，%為該受測者所設定的運動強度，為該受測者於所設定的運動強度下之目標攝 氧量。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之熱量消耗的評估方法，其中，%=k*(HRt-HRrest)/(220-age-HRrest)，其中，該HRt為該受測者的瞬時心率，HRrest為該受測者的安靜心率，age為該受測者的年齡；當運動為跑步且強度33%時，k=0.9；當運動為腳踏車且強度33%時，k=0.7。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之熱量消耗的評估方法，其中，該受測者的安靜攝氧量是3.5。
5. 依據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之熱量消耗的評估方法，其中，該熱量轉換步驟中的熱量轉換式為△t*Wt/60/1000*4.66，其中，△t為該受測者於所設定之運動強度下的運動時間(秒)，Wt為該受測者的體重(公斤)，4.66為耗氧量兌換熱量之當量(kcal/LO₂ )。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之熱量消耗的評估方法，其中，該記錄步驟是以一腕上量測裝置量測該受測者之三分鐘登階測驗末心率。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之熱量消耗的評估方法，其中，該記錄步驟的三分鐘登階測驗末心率是以該腕上量測裝置，量測該受測者以每分鐘96次的頻率往復上下一35公分之登階箱三分鐘後所測得之心率。