WO2001012270A1 - Procede de determination de la force d'un exercice et dispositif correspondant - Google Patents

Procede de determination de la force d'un exercice et dispositif correspondant Download PDF

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WO2001012270A1
WO2001012270A1 PCT/JP2000/005371 JP0005371W WO0112270A1 WO 2001012270 A1 WO2001012270 A1 WO 2001012270A1 JP 0005371 W JP0005371 W JP 0005371W WO 0112270 A1 WO0112270 A1 WO 0112270A1
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WO
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load
exercise
fluctuation
physiological signal
signal
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PCT/JP2000/005371
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hiromi Kinoshita
Toshikazu Shiga
Original Assignee
Omron Corporation
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Publication date
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/06—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
    • A63B22/0605—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2230/00—Measuring physiological parameters of the user
    • A63B2230/04—Measuring physiological parameters of the user heartbeat characteristics, e.g. ECG, blood pressure modulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
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    • A63B2230/062—Measuring physiological parameters of the user heartbeat characteristics, e.g. ECG, blood pressure modulations heartbeat rate only used as a control parameter for the apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining an exercise intensity that is optimal for an individual, and an exercise device and an exercise intensity determination device capable of exercising with the exercise load.
  • the heart rate is measured during a gradually increasing load (hereinafter referred to as a “ramp load”), and the physical strength level is determined from the relationship between the load and the heart rate. Perform an evaluation. At that time, it is necessary to give an appropriate load fluctuation rate of the ramp load (here, it indicates the gradually increasing load) according to the physical strength level.
  • FIG. 65 shows an example of a flowchart for determining the load fluctuation rate of the Ramp load in this case.
  • the age is 60 or more (ST91), further, whether or not the weight is 4 O kg or less (ST92), and whether or not the weight is 80 kg or more (ST93).
  • ST 94, ST 96, ST 98 After each judgment result, it is judged whether it is male or female (ST 94, ST 96, ST 98), and the load fluctuation rate of the Ramp load is set to 5, 10, 15, 20 [W / min] based on the result. Decided (ST95, ST97, ST99, ST100).
  • a device for knowing an appropriate exercise level is also disclosed.
  • a prior art for determining exercise intensity (exercise level) according to the level of heartbeat fluctuation is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-509877.
  • a method of determining exercise intensity of an exerciser based on a heart rate fluctuation value during exercise is disclosed. According to this technique, the exercise intensity is determined based on the heart rate fluctuation value during exercise, because the heart rate fluctuation value monotonously decreases as the exercise intensity increases.
  • the heart rate variability tends to decrease as the exercise intensity increases, or the spectrum power derived from the heart rate, HI (0-0.15 HZ) and LO (0.15-5-1). 0 HZ) also tends to decrease as exercise intensity increases.
  • the exercise intensity is determined only by the heartbeat fluctuation, and the subject's health is determined by the fluctuation fluctuation pattern during exercise, focusing on the difference in the fluctuation fluctuation pattern due to a disease state such as diabetes.
  • the fact is that no method has been devised for detecting the state.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is an exercise machine capable of exercising with an optimal exercise load for an individual; a physical fitness level evaluation device for accurately evaluating an individual's physical fitness level;
  • the purpose of the present invention is to provide an exercise intensity determination device that determines the optimal exercise intensity for an individual.
  • Another object of the present invention is to provide a method for determining exercise intensity capable of determining an optimal exercise intensity for an individual irrespective of a healthy person or a diseased person such as diabetes, a device for assisting in discriminating a health condition from exercise, a health condition It is an object of the present invention to provide a device for measuring the weight of an animal, and an exercise machine having those functions. Disclosure of the invention
  • An exercise machine includes: an exercise load section having a variable exercise load; a physiological signal measuring section for non-invasively measuring a physiological signal during exercise by the exercise load section; and a physiological signal obtained during exercise.
  • a load determining unit that determines a load change rate of the gradually increasing load or the gradually decreasing load, wherein the exercise load unit changes the exercise load based on the load change rate of the gradually increasing load or the gradually decreasing load determined by the load determining unit.
  • the physical strength level evaluation device includes a physiological signal measuring unit that non-invasively measures a physiological signal during exercise, and a load of a gradually increasing load or a gradually decreasing load based on the physiological signal obtained during the exercise.
  • a load determining unit that determines the rate of change, and an evaluation of the physical fitness level based on the relationship between the load value and the heart rate during the gradually increasing or decreasing load exercise according to the load variation rate of the gradually increasing or gradually decreasing load determined by the load determining unit.
  • a physical fitness level evaluation unit that performs
  • the physical fitness level of each person can be accurately evaluated by performing exercise.
  • the exercise intensity determining device includes a physiological signal measuring unit that non-invasively measures a physiological signal during exercise, and a gradually increasing or decreasing load based on the physiological signal obtained during the exercise. Optimum from the relationship between the exercise load and the fluctuation of the heartbeat interval during the gradual or declining load exercise according to the load deciding unit that determines the load fluctuation rate of the gradual load or the gradual load determined by the load deciding unit. And an exercise intensity determination unit that determines an appropriate exercise intensity.
  • the exercise intensity determining device includes a physiological signal measuring unit that non-invasively measures a physiological signal during exercise, and a gradually increasing or decreasing load based on the physiological signal obtained during the exercise.
  • a load determining unit that determines the load fluctuation rate of the exercise load and the power of the heart rate variability spectrum during the exercise of the increasing or decreasing load according to the load variation rate of the increasing load or the decreasing load determined by the load determining unit.
  • An exercise intensity determination unit that determines an optimal exercise intensity from the relationship.
  • the exercise intensity determination device can determine the optimal exercise intensity for each person by exercise.
  • the above exercise device further includes an exercise load section that can change the exercise load, and the exercise load section is based on the physical strength level obtained by the physical strength level evaluation device or the exercise intensity obtained by the exercise intensity determination device. Change exercise load.
  • a method of determining exercise intensity includes measuring a physiological signal non-invasively during an exercise load, and detecting a change in the physiological signal during the exercise load based on the obtained physiological signal corresponding to the change in the exercise load. The pattern is determined and the fluctuation pattern determined Determine the appropriate exercise intensity.
  • a fluctuation pattern of a physiological signal at the time of exercise load is determined, and an appropriate exercise intensity is determined according to the determined fluctuation pattern. Therefore, not only healthy persons but also persons with diseases such as diabetes and hypertension are determined. It is possible to accurately determine the appropriate exercise intensity.
  • the discrimination of the fluctuation pattern of the physiological signal at the time of the exercise load is performed based on, for example, a warm-up time and a predetermined time interval accompanying the increase of the exercise load, or a change rate of the physiological signal at each exercise load value interval. To determine the pattern.
  • an exercise machine in still another aspect of the present invention, includes a load device having a variable load, a physiological signal measuring unit for measuring a physiological signal non-invasively with time, and an exercise load change obtained by the physiological signal measuring unit.
  • An exercise intensity determining unit that determines a variation pattern of the physiological signal at the time of exercise load based on the physiological signal corresponding to the exercise load, and determines an appropriate exercise intensity according to the determined variation pattern.
  • the load is set to a load corresponding to the exercise intensity determined by the exercise intensity determining unit.
  • an exercise machine in still another aspect of the present invention, includes a load device having a variable load, a physiological signal measuring unit for measuring a physiological signal non-invasively with time, and an exercise load change obtained by the physiological signal measuring unit. And a health condition discriminator for discriminating a fluctuation pattern of the physiological signal at the time of exercise load based on the physiological signal corresponding to the exercise condition, and discriminating a health condition according to the discriminated fluctuation pattern.
  • This exercise equipment can check your health by exercising.
  • a health condition determination support device includes a physiological signal measuring unit that measures a physiological signal non-invasively with time, and a change in exercise load obtained by the physiological signal measuring unit during exercise load.
  • a fluctuation pattern discriminating unit for discriminating a fluctuation pattern of a physiological signal at the time of exercise load based on a physiological signal, and an output unit for outputting the fluctuation pattern determined by the fluctuation pattern determining unit.
  • this support device determines the fluctuation pattern of the physiological signal during exercise load and outputs the determined fluctuation pattern, whether it is a healthy person or whether there is an abnormality in the autonomic nerves due to a disease such as diabetes or hypertension. To know the output fluctuation pattern Can be determined.
  • a measurement device includes: a physiological signal measuring unit that measures a physiological signal over time in a non-invasive manner; and a physiological signal corresponding to a change in exercise load obtained by the physiological signal measuring unit.
  • a health condition discriminating unit for discriminating a fluctuation pattern of a physiological signal during exercise load, and discriminating a health condition according to the discriminated fluctuation pattern; and an output unit for outputting the health condition discriminated by the health condition discrimination unit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a bicycle ergometer according to an embodiment of the exercise equipment of the present invention.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the bicycle ergometer.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which another example of the electrocardiographic sensor used in the bicycle ergometer is worn on an exerciser.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which another example of an electrocardiographic sensor used in the bicycle ergometer is attached to an exerciser.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a pulse sensor used in the bicycle ergometer is attached to an exerciser.
  • FIGS. 6A and 6B are classification tables of the fluctuation peak values used for the automatic ramp load control in the flow chart of FIG.
  • FIG. 7 is a front view showing an example of the operation of the bicycle ergometer.
  • FIG. 8 is a flowchart following the flowchart of FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for obtaining the exercise load, which is the optimal exercise intensity, from the convergence point of the fluctuation power.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process for determining a convergence point of fluctuation.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a process for determining the convergence point of the fluctuation, together with FIG.
  • FIGS. 12A and 12B show the relationship between the Ramp load and the fluctuation power.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the processing of the automatic ramp load control in the flowchart of FIG.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams showing display examples of determining the optimal exercise intensity.
  • FIGS. 15A to 15C are diagrams showing display examples of exercise intensity.
  • FIGS. 16A to 16C are diagrams for explaining a state in which the training mode at the optimal exercise intensity is entered.
  • FIGS. 17A to 17C are explanatory diagrams for obtaining a physical strength level from the relationship between exercise load and heart rate.
  • FIGS. 18A and 18B are diagrams showing display examples when the physical strength level is determined.
  • FIG. 19 is a flowchart showing the process of S Ta in the flowchart of FIG.
  • FIG. 20 is a flowchart showing the process of STb in the flowchart of FIG.
  • FIGS. 21 and 22 are flowcharts showing the processing of STc in the flowchart of FIG.
  • FIG. 23 is a flowchart showing the process of ST d in the flowchart of FIG.
  • FIG. 24 shows 28-year-old male data for which the optimal exercise intensity was determined using the bicycle ergometer of the embodiment.
  • FIG. 25 shows data of a 23-year-old woman whose optimal exercise intensity was determined using the bicycle ergometer of the embodiment.
  • FIGS. 26A and 26B are diagrams showing patterns a and b of power fluctuation patterns of heartbeat interval fluctuations during exercise.
  • FIGS. 27A and 27B show patterns c and d of the fluctuation pattern of the power of the fluctuation of the heartbeat interval during exercise.
  • FIG. 28 is a flowchart showing an example of the operation of the bicycle ergometer.
  • FIGS. 29A to 29C are diagrams showing display examples of determination of the optimal exercise intensity in the bicycle ergometer.
  • FIGS. 30A to 30C are diagrams showing display examples of exercise intensity after the display of the optimal exercise intensity determination display.
  • FIG. 31 is a diagram for explaining an example of executing an exercise program at an optimal exercise intensity.
  • FIG. 32 is a flowchart showing the pattern determination processing in the flowchart of FIG. Fig. 33 is a flowchart showing the processing for determining the exercise levels a and b in the flowchart of Fig. 32.
  • FIG. 32 is a flowchart showing the pattern determination processing in the flowchart of FIG. Fig. 33 is a flowchart showing the processing for determining the exercise levels a and b in the flowchart of Fig. 32.
  • FIGS. 34A to 34C are diagrams illustrating a method of determining exercise intensity from the convergence point of fluctuation power.
  • FIG. 35 is a flowchart showing a process of determining the exercise level c in the flowchart of FIG.
  • FIG. 36 is a view for explaining another example of determining exercise intensity from fluctuation power.
  • FIG. 37 is a flowchart showing a process of determining the exercise level d in the flowchart of FIG.
  • FIG. 38 is a view for explaining still another example of determining exercise intensity from fluctuation power.
  • FIG. 39 is a flowchart showing another example of the determination process of the exercise level c in the flowchart of FIG.
  • FIG. 40 is a plan view showing the display unit of the display unit in the operation unit of the bicycle ergometer.
  • FIGS. 41A and 41B are plan views showing specific display examples by the display unit of FIG.
  • FIGS. 42A and 42B are diagrams illustrating display examples of fluctuation patterns of fluctuation power.
  • FIG. 43 is a flowchart showing another example of the operation of the bicycle ergometer.
  • FIG. 44 is a flowchart following the flowchart of FIG.
  • FIG. 45 is a diagram showing a fluctuation pattern of fluctuation power with respect to exercise load.
  • FIG. 46 is a classification table used for pattern discrimination of a variation pattern in the flowcharts of FIGS.
  • FIG. 47 is a diagram showing where classifications a to e in the table of FIG.
  • FIG. 48 is a flowchart showing an example of the fluctuation power fluctuation pattern discrimination processing in detail.
  • FIG. 49 is a flowchart showing a process 3 in the flowchart of FIG.
  • FIG. 50 is a flowchart showing a process 4 in the flowchart of FIGS. 50 and 48.
  • FIG. 51 is a flow chart following the branch B in the flowchart of FIG.
  • FIG. 52 is a flow chart following the branch D in the flow chart of FIG.
  • FIG. 53 is a flow chart following the branch E in the flow chart of FIG.
  • FIG. 54 is a flow chart following the branch C in the flow chart of FIG.
  • FIG. 55 is a flowchart showing a process 2 in the flowchart of FIG.
  • FIG. 56 is a flow chart following the branch G in the flow chart of FIG.
  • FIG. 57 is a flow chart following the branch F in the flow chart of FIG.
  • FIG. 58 is a flow chart following the branch I in the flow chart of FIG.
  • FIG. 59 is a flowchart following the branch H in the flowchart of FIG.
  • FIGS. 6OA to 63 show patterns a to j in the flowcharts of FIGS. 48 to 59.
  • FIG. 64A is a graph showing the relationship between time and entropy
  • FIG. 64B is a graph showing the relationship between time and load.
  • FIG. 65 is a flowchart showing a conventional example in which personal information such as age, gender, and weight is input to determine the load fluctuation rate of the Ramp load.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a bicycle ergometer according to an embodiment of the exercise equipment of the present invention.
  • the ergometer includes an electrocardiographic sensor 1 for detecting an electrocardiographic signal, a preamplifier 2 for amplifying the output signal, a filter 3 for removing noise, and an amplifier 4 for amplifying the electrocardiographic signal to an appropriate level.
  • the CPU 6 has a load determination function for determining a load fluctuation rate of a gradually increasing load or a gradually decreasing load based on a physiological signal obtained during exercise, and exercise load during exercise according to the determined load fluctuation rate of the gradually increasing or decreasing load.
  • the heart rate and the physical fitness level evaluation function that evaluates the physical fitness level, or the fluctuation of the exercise load and the heartbeat interval during the gradually increasing or decreasing load exercise according to the determined load fluctuation rate of the increasing or decreasing load It has a function to determine the optimal exercise intensity from the relationship between the exercise load and the exercise load and the power of the heart rate variability vector.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the bicycle ergometer. In FIG.
  • the enolegometer includes a saddle 11, a handle 12, an operation unit 13 having a key input device 7, a display 8, an alarm (not shown), a pedal 14, and a front leg.
  • a frame 15 and a rear leg frame 16 are provided.
  • the handle 12 is provided with a pair of electrodes (physiological signal measurement unit) 17 for detecting electrocardiograms. When the exerciser holds the electrode 17 of the handle 12 with both hands during exercise, both hands and the electrode 17 are connected. Contact is made, and the ECG signal is detected from the hand.
  • the electrode 17 for detecting the electrocardiogram is provided on the handle 12, but various changes can be made.
  • a chest belt 41 equipped with a pair of electrodes and a transmitting unit is attached to the chest of the exerciser M, and a receiving unit 42 (corresponding to the operating unit 13 in FIG. 2) is provided on the handle 12. Have been.
  • the electrocardiographic signal detected from the chest of the athlete M is transmitted to the receiving unit 42 wirelessly and processed.
  • three electrodes 45, 46, and 47 of + (plus), one (minus), and G (ground) are attached to the chest of the exerciser M. It is a chest-leading type that is connected to the circuit inside the body and detects electrocardiographic signals.
  • the pulse sensor 49 is attached to the earlobe of the exerciser M instead of the electrocardiographic sensor, and the pulse is detected.
  • Exercise equipment configured in this way, during exercise, based on physiological signals to the change in exercise load, such as the electrocardiogram (electrocardiogram signal) and pulse wave signal (pulsation signal) detected by the electrocardiogram sensor ⁇ pulse sensor
  • the load fluctuation rate of the gradually increasing load or the gradually decreasing load is determined based on the physiological signal obtained in step (1).
  • the physiological signal is assumed to be the power of the fluctuation of the heart rate and the heartbeat interval, and a method of obtaining a gradually increasing load (hereinafter, referred to as a Ramp load) will be described.
  • the heart rate is Is calculated as follows.
  • the peak of the ECG signal detected from the electrode 17 (Fig. 2) provided on the handle 12 of the ergometer is detected, and the RR interval data (one cycle of the heartbeat) is calculated.
  • the heart rate is calculated from the average value of five beats at that interval.
  • the fluctuation power (Power) is calculated by the following equation (1),
  • Power (n) [ms 2 ] ⁇ RR (n) one RR (n-1) ⁇ 2 ⁇ (1) This is the square of the difference between the previous and current one cycle, and is referred to here as the power of the heartbeat fluctuation.
  • the average value for 30 seconds is calculated at 15 second intervals.
  • the load fluctuation rate of the Ramp load is determined.
  • it is divided into points a to e and thereafter.
  • the point a is defined as the value at the time of warming up (Wup)
  • the average value of one minute from the elapse of one minute out of two minutes of warming up is defined as Wup.
  • FIGS. 7 and 8 show an example of a flow chart for determining the optimal exercise intensity using the automatic control of the Ramp load in the above exercise equipment (ergometer).
  • the optimal exercise intensity here is, for example, the convergence point of fluctuation power during exercise load, and the optimal exercise intensity is the exercise load at the time of convergence point display.
  • step (hereinafter abbreviated as ST) an electrocardiographic signal is detected by the electrocardiographic sensor 1, and a calibration operation is performed so that the signal from the electrocardiographic sensor 1 becomes a certain level (ST2). .
  • This calibration operation is performed by adjusting the gain in the amplifier 4 based on a signal from the CPU 6.
  • Start (ST 4) is displayed on the display 8 (ST3), and the control of the load device 9 is started.
  • Start (ST 4) for example, after forming up for 2 minutes at an initial load value of 15 [w], a ramp load of 10 [WZmin] is initially applied.
  • the peak value of the electrocardiographic signal is detected, and the heart rate and the fluctuation are calculated as described above (ST5, ST6).
  • the average heart rate and fluctuation power during warm-up are calculated. For example, in a 2-minute warm-up, an average value (HR of Wup) for 15 seconds after a lapse of 1 minute and 30 seconds is calculated as a heart rate, and the Wup value is used as the power of fluctuation (see Fig. 6A). ] Is calculated.
  • the calculation of the heart rate and fluctuation power is continued until two minutes have elapsed since the start of warm-up (ST 7). After 2 minutes, it is determined whether it is the Ramp load control timing (ST8). If Yes, an appropriate Ramp according to the physical strength level of each individual is used at any time based on the measured heart rate and fluctuation power.
  • the load fluctuation rate of the load is set (ST 9).
  • the convergence determination is performed following the processing of S7 in FIG. 7 (ST10).
  • the convergence judgment Y e s is determined and the optimal exercise intensity is determined.
  • the difference from the power of the previous fluctuation [Power ⁇ T (n-1) ⁇ -Power ⁇ T ( ⁇ ) ⁇ : the gradient of the fluctuation curve of the fluctuation power] is equal to or less than the specified gradient.
  • the optimal exercise intensity may indicate a heartbeat value or an exercise load at the convergence point shown in FIG.
  • Fig. 9 shows an example of determining the optimal exercise intensity.
  • the exercise load at the intersection of the time-exercise load characteristics from the convergence point of the fluctuation is determined as the optimal exercise intensity.
  • the method of determining the convergence point will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 10 and 11.
  • This flow diagram is a standard 9 shows a method of determining a convergence point used for determining the exercise intensity of a simple pattern.
  • the processing from ST61 to ST65 is the same as ST1 to ST5 in FIG. That is, when the measurement start key of the key input device 7 in FIG. 1 is pressed, the measurement is started.
  • an electrocardiographic signal is detected by the electrocardiographic sensor 1 (ST61), and a calibration operation is performed so that the signal from the electrocardiographic sensor 1 becomes a certain constant level (ST62).
  • This calibration operation is performed by adjusting the gain in the amplifier 4 based on a signal from the CPU 6.
  • “Start measurement” is displayed on display 8.
  • the control of the load device 9 is started (ST64).
  • ST63 the control of the load device 9 is started (ST64).
  • this control for example, after performing a warm-up for 2 minutes at an initial load value of 20 [w], a lamp load of 15 [w] per minute is applied.
  • the peak value of the electrocardiogram signal is detected, and the fluctuation power is calculated from the calculation formula (1) (ST65). After the calculation, it is determined whether or not 2 minutes have passed during warm-up (ST66), and if not, the process returns to ST65. After lapse of 2 minutes after completion of the warm-up period, ST 67 is YE S, and the power base value of 25 [ms 2], and the inclination 6 [ms 2] (ST 70 , 71).
  • convergence determination is performed. This is because in the fluctuation characteristics of the fluctuation power shown in Fig. 12 (change of the fluctuation power and the exercise load with time), the fluctuation power decreases and converges as the exercise load increases.
  • the convergence point of the fluctuation curve of the power of this fluctuation is the AT point.
  • the power of the fluctuation falls below a predetermined reference value and the difference from the previous power value [Power ⁇ T (n-1) ⁇ -Power ⁇ T ( ⁇ ) ⁇ : Slope of the fluctuation curve of the fluctuation power) reaches a predetermined reference value (power base value) or less.
  • the exercise load is gradually increased with the determination NO (ST69), and the processing of ST66 to ST68 is repeated. If the convergence point is determined, the exercise intensity corresponding to the calculated load value is displayed on the display 8 as a result (ST72).
  • the fluctuation power used for pattern classification is as shown in FIG. 6A, and classifications a to e correspond to the positions shown in FIG. 6B in fluctuation power.
  • a load value one minute before the determination of the optimal exercise intensity is calculated, and the exercise load corresponding to the calculated optimal exercise intensity is displayed on the display 8 as a result (ST12).
  • the display example shows “Optimal luck”, “Dynamic strength” and “Determination” while scrolling horizontally.
  • Exercise intensity may be displayed as shown in B, 15C.
  • the point at which multiple levels of “level 5” are displayed as the load level is set as the best mode (Fig. 15A), and the other display examples are “heart rate (beat Z)” [Fig. 15 B], and “exercise load” W [Fig. 15C].
  • the exercise load is reduced and the exerciser is allowed to cool down for a certain period of time (for example, 1 minute) (ST13). Thereafter, the exercise load control ends (ST14).
  • the exercise is terminated after the cool-down has been performed.However, without ending the exercise, the load is temporarily reduced to 1Z2 of the optimal exercise intensity. It is also possible to have a training program in which the exercise is performed for approximately one minute after the exercise is reduced to a certain degree and then increased again to the optimal exercise intensity to enter the training mode at the optimal exercise intensity.
  • a training program that enters the training mode with optimal exercise intensity
  • the exercise load is optimized once.
  • the exercise intensity is reduced to about 1Z2 (Fig. 16A, b), and the exercise with the exercise load is performed for about 1 minute, and then increased again to the determined optimal exercise intensity (Fig. 16A, c), and the optimal exercise is performed. Run an intensity-controlled exercise program.
  • the automatic control of the Ramp load is used in the same manner as described above, and the physical fitness level can be determined from the relationship between the heart rate and the load value during the Ramp exercise.
  • a specific example of determining the physical strength level will be described with reference to FIGS. 17 to 18B.
  • the heart rate and exercise obtained during Ramp exercise using automatic Ramp exercise control from the end of warming up to 75% HRamx, for example.
  • Load relationship [Fig. 17B] From the force, the maximum predicted exercise load (Wmax [w]) corresponding to the maximum predicted heart rate (HRmax [bpm]) is calculated [Fig. 17C].
  • Age and gender are used to determine the maximum oxygen uptake, and the estimated maximum oxygen uptake is used to determine the physical fitness level, for example, physical fitness level 1 (poor) to physical fitness level 6 (very good).
  • the determined health level is displayed as shown in Figs. 18A and 18B.
  • FIGS. 19 to 23 show specific examples of the flowchart for determining the load fluctuation rate of the ramp load by the automatic ramp load control process (ST 9) in the flowchart of FIG.
  • the symbols for each parameter in these flowcharts are as shown in Figure 6A.
  • the linear pattern of the heart rate during the ramp exercise of the ergometer and the exponential decrease of the power of the fluctuation of the heartbeat interval are used as standard patterns.
  • the load variation rate of the current Ramp load will be 5 (W / min). ] To 5 [W / min] (ST 16). If the AHR l is less than 15 [bpm], change the load regulation to 10 [W / min].
  • the process of STb shown in FIG. 20 is a case where four minutes have elapsed from the start of warm-up.
  • HR of STb heart rate
  • P2min fluctuation power
  • ST21 the HR of Wup and the HR of STb are compared (ST22), and if the heart rate rises remarkably, the load fluctuation rate is reduced. If the rise in heart rate is small and the rate of decrease in fluctuation power is small compared to Wup, increase the load fluctuation rate.
  • the load fluctuation rate of the current Ramp load is 5 [W / min] to 5 [W / min] (ST 24).
  • the current load change rate is 5 [W / min] or less (ST23).
  • the processing of STc shown in FIGS. 21 and 22 is a case where 5 minutes have passed from the start of warming-up.
  • the heart rate (HR of STc) and the power of fluctuation (P3min) 3 minutes after the end of the warm-up are obtained (ST31).
  • the HR of STb and the HR of STc one minute before are compared (ST32), and if the increase in heart rate is remarkable, the load fluctuation rate is relaxed.
  • the load fluctuation rate is increased.
  • the load change rate of the current Ramp load will be 5 (W / min) to decrease.
  • the current load fluctuation rate is 15 [W / min]
  • it is 10 [WZmin] it is 5 [W / min] (ST34).
  • the current load change rate is less than 10 [WZmin] (ST33)
  • the current load change rate is kept.
  • the fluctuation power is larger than the Wup power 1Z2. If it is large (ST39), it is considered that the fluctuation power reduction rate is small, and in all cases, the current load fluctuation rate is increased by 5 [W / rn in], and when the current load fluctuation rate is 5 [WZmin], Set to 10 [WZmin], and when set to 10 [W / min], set to 15 [W / min] (ST37, ST41).
  • the processing of ST d shown in FIG. 23 is a case after a lapse of 6 minutes from the start of warm-up.
  • heart rate after 4 minutes from the end of warm-up (HR of ST4) (ST "*" in the drawing applies the fractional value according to the elapsed time from the end of warm-up.
  • the absolute value of the fluctuation power is as large as 500 [ms2] or more (ST52), it is considered that the fluctuation rate of the fluctuation power is small, and the current load fluctuation rate is increased by 5 [W / min]. If the current load fluctuation rate is 5. [WZmin], set it to 10 [WZmin], and if it is 10 [WZmin], set it to 15 [W / min] (ST55). However, when the current load change rate is 20 [W / min] or more (ST54), the current load change rate is kept.
  • the HR of STc and the HR of STd one minute before are compared (ST53), and if the heart rate is significantly increased (NO), the load fluctuation rate is kept as it is. For example, if the increase in the heart rate [AHR4 ⁇ (HR of ST d) — (HR of ST c)]] is 5 [bpm] or more, the current load fluctuation rate is maintained. If the determination of ST53 is Yes, and the absolute value of the fluctuation power is larger than the preset power base value (Pbase) (ST56), the current load fluctuation rate is increased by 5 (W / min).
  • the current load fluctuation rate is 5 [W / min], it is set to 10 [WZmin], and 10 [WZm 1 [n], it is set to 15 [W / min] (ST 58). However, when the current load regulation is 20 [W / min] or more (ST57), the current load regulation is maintained. If the determinations in ST52 and ST53 are both No, the current load fluctuation rate is maintained.
  • the power of the fluctuation of the heart rate and the heart rate interval is calculated every minute in the same manner, and the heart rate rises from the value one minute ago.
  • the power of the fluctuation of the heartbeat interval is judged from the magnitude of the absolute value, and the load fluctuation rate of the Ramp load is changed based on those results.
  • the lower limit of the Ramp load is 5 [W / min] and the upper limit is 20 [WZ min], so that it is not set smaller than 5 [W / min] and larger than 20 [W / min]. ing.
  • an accurate physical strength level and an optimal exercise intensity can be determined for each person, and an appropriate R amp load according to each individual's physical strength can be provided.
  • personal information such as age, gender, and weight before starting exercise, and there is no need to input personal information, which improves usability.
  • the load fluctuation rate of the Ramp load is fixed at 10 [WZmin] at the beginning after the warm-up ends, but becomes 15 [WZmin] on the way and further 20 [W / min] Has been changed to The convergence point of the fluctuation power is determined at 8.75 min.
  • Figure 25 shows data for a 23-year-old woman, whose physical strength level is that of a normal subject.
  • the load fluctuation rate of the Ramp load has been set to 10 [W / in] from the beginning after the end of warm-up, and has not been changed since then.
  • the convergence point of the fluctuation power is determined at 6.75 min.
  • an auxiliary line is drawn in the vertical direction by a dotted line from the position of the convergence point of the fluctuation, and the relationship between the auxiliary line and the heart rate (bpm) curve (polyline) is shown.
  • the intersection indicates the value of the optimal exercise intensity indicated by the heart rate, and the intersection of the auxiliary line and the curve (line) of the exercise load [w] is indicated by the exercise load.
  • the value of the optimal exercise intensity is indicated by the heart rate.
  • the power of the fluctuation of the heart rate and the heartbeat interval is used as the physiological signal, but the pulse rate obtained by the pulsation signal may be used instead of the heart rate.
  • the pulse rate obtained by the pulsation signal may be used instead of the heart rate.
  • an event of fluctuation of the heartbeat interval may be used instead of the power of the fluctuation of the heartbeat interval.
  • the power of the heart rate variability spectrum may be used as the physiological signal.
  • the above flow chart is for obtaining a gradually increasing load, but the same applies to a case of obtaining a gradually decreasing load.
  • the external view of the bicycle ergometer, the circuit configuration, the method of detecting an electrocardiographic signal, and the like are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • a variation pattern of a physiological signal during an exercise load is determined based on a physiological signal corresponding to an exercise load change detected by an electrocardiographic sensor and a pulse sensor, and an appropriate exercise intensity in accordance with the determined variation pattern. Is determined, and the ergometer is controlled so that the intensity of paddling 14 changes according to the determined exercise intensity.
  • FIGS. 26A and 26B and FIGS. 27 and 27B show the fluctuation characteristics of the fluctuation.
  • Figure 26A shows the standard pattern (pattern a) found in healthy subjects. According to this, it can be seen that in a healthy person, the fluctuation power drops exponentially when a certain load intensity is exceeded.
  • FIG. 26B and FIGS. 27A and 27B show examples in which the power fluctuation pattern of the fluctuation of the heartbeat interval during exercise is different from the standard pattern a observed in healthy subjects.
  • the pattern (pattern!) In Fig. 26B is the case where the absolute value of the fluctuation power is relatively small compared to pattern a. Pattern b is also seen in diabetic and obese individuals, but also in healthy individuals.
  • Fig. 27 The pattern of pattern 7A (pattern c) has a significantly smaller absolute value of fluctuation power than pattern a, and an increase in exercise intensity. This is a case where the fluctuation of the fluctuation power with respect to is hardly obtained. Pattern c is a pattern found in diabetic patients and is also common in obese people.
  • Pattern d In the pattern (pattern d) in Fig. 27B, the power of the fluctuation is drastically reduced at a certain exercise intensity, and the power of the fluctuation tends to decrease exponentially as the exercise intensity increases, as in pattern a. Different from Pattern d is a pattern seen in hypertensives.
  • the fluctuation pattern of the fluctuation power greatly differs between a healthy person and a non-healthy person.
  • the exercise intensity of a weight loss program is fixed at about 65% of the predicted maximum heart rate.However, in patients with diabetes or hypertension, exercise intensity is lower than that of healthy subjects. Is reported to be desirable.
  • the standard pattern a seen in healthy subjects determines the exercise intensity to be 65% of the predicted maximum heart rate, but the pattern c seen in diabetic patients c Therefore, it is preferable to determine the exercise intensity to be lower than 65% of the predicted maximum heart rate.
  • the exercise intensity determined by the above method is determined for the standard patterns a and b observed in healthy subjects. Since the healthy person is converging from the time of warm-up), the lightest exercise intensity, for example, the intensity of warm-up exercise, is determined. Further, for pattern d, the fluctuation power is drastically reduced at a certain exercise intensity, and for example, the exercise intensity immediately before the drastic decrease is determined as the exercise intensity.
  • FIGS. 28 to 33 show an example of a process of calculating the fluctuation power, determining the fluctuation pattern, and determining the exercise intensity according to the determined pattern.
  • step ST101 an electrocardiographic signal is detected by the electrocardiographic sensor 1, and a calibration operation is performed so that the signal from the electrocardiographic sensor 1 becomes a certain constant level (ST102).
  • This calibration operation is performed by adjusting the gain in the amplifier 4 based on a signal from the CPU 6.
  • "Start measurement” appears on display 8. Is displayed (ST 103), and exercise load control of the load device 9 is started (ST 104). As this control, for example, after performing a warm-up for 2 minutes at an initial load value of 20 [w], a ramp load of 15 [w] per minute is applied.
  • the pattern determination process is performed as shown in the flowchart of FIG.
  • patterns a to d are determined using the magnitude of the absolute value of the fluctuation power at the time of up-timing and the rate of decrease of the fluctuation power with respect to the increase in exercise load. While the pattern judgment and the convergence point of the fluctuation power cannot be determined, the judgment of ST 107 becomes No, the exercise load is gradually increased (ST 108), and the processing of ST 105 to ST 107 is repeated.
  • the pattern is determined, the exercise intensity according to the pattern is determined. That is, exercise intensity a, b is determined for pattern a or pattern b, exercise intensity c is determined for pattern c, and exercise intensity d is determined for pattern d.
  • the result is displayed on the display 8 (ST109).
  • the displayed contents include a heart rate [bpm] at an exercise intensity corresponding to the pattern, an exercise load [W], an intensity display for the exercise load, and the like. Examples of the display are shown in Figures 29A, 29B and 29.
  • “optimal luck”, “dynamic strength”, and “determination” are displayed on the LCD of the display while horizontally scrolling through the screen.
  • the exercise intensity is displayed by heart rate display, so that the optimal exercise intensity of the subject at that time can be notified.
  • the exercise intensity is displayed by heart rate display, so that the optimal exercise intensity of the subject at that time can be notified.
  • the exercise load [w] or the level of the exercise intensity with respect to the exercise load depends on which of the multiple stages, as shown in Figs. 30B and 30C. , Can be informed.
  • the exercise load is reduced, the exerciser is allowed to cool down for a predetermined time (for example, 1 minute) (ST110), and the exercise load is terminated (ST111).
  • the determined exercise intensity is stored in the storage area in the CPU 6 as it is, and when the exercise is performed next using the load device, the exercise can be performed with the stored exercise intensity. .
  • the exercise program is continued with the determined exercise intensity.
  • a specific example of this program is executed in the same manner as in FIGS. 16A to 16C of the first embodiment.
  • the exercise load was once reduced to the optimal exercise intensity of about 12 (Fig. 31b), and the exercise with that exercise load was performed for about 1 minute.
  • the exercise intensity is again raised to the determined optimal exercise intensity (FIG. 31c), and the exercise program controlled by the optimal exercise intensity is executed.
  • the pattern d is used.However, for the other patterns a to c, the exercise program with the exercise intensity determined to be optimal for the subject is similarly executed. .
  • the result was displayed on the display unit 8 to start the cool down.
  • the result can be displayed on the display 8 and the exercise can be performed while controlling the exercise load as it is without entering the cool down step. .
  • various types of exercise programs such as a weight loss program, a physical strength increase program, and an exercise deficiency elimination program.
  • the determined exercise intensity is the optimal exercise intensity according to the individual's physical condition and the state of the autonomic nervous system at the time of the determination, so that exercise with an appropriate exercise intensity can be performed.
  • Exercise intensities a and b (ST 125) in the flow chart of FIG. 32 are determined as shown in FIG. First, it is determined whether or not the convergence point of the fluctuation power can be determined (ST 13 1). If it cannot be determined, the process returns. ST 1 32). In this case, as shown in FIG. 34C, the convergence point is determined, and the exercise load at the convergence point is referred to as shown in FIG. 34C (FIG. 34A), and this exercise load is determined as the exercise intensity of the person.
  • the exercise intensity c (ST 26) is the exercise intensity during warm-up (here, the above-mentioned 20 [w]) as shown in FIG. 35 (ST 133). That is, in the case of the pattern c, as shown in FIG.
  • the exercise load at the end of the warm-up is defined as the exercise intensity of the person.
  • the exercise intensity d (ST 127) is determined as shown in FIG. First, it is determined whether or not the convergence point of the fluctuation power can be determined (ST134). If it cannot be determined, the process returns. If it can be determined, as shown in FIG. 38, it corresponds to immediately before the fluctuation power drastically decreases.
  • the exercise load is defined as the exercise intensity (ST 135).
  • FIG. 39 shows a flow chart of one example. In the flow chart of FIG. 39, first, it is determined whether or not the age of the exerciser input through the key input device 7 is 60 years or older (ST 1336). It is determined whether the weight is 40 kg or less (ST137). If the weight is more than 40 kg, it is further determined whether it is 80 kg or less (ST138). If the weight is more than 80 kg, the exercise intensity is determined to be 20 [w] (ST 140).
  • the exercise intensity is determined to be 15 [w] (ST 141). If the weight is 80 kg or less in ST38, it is determined whether the subject is male or female (ST139), and the exercise intensity is set to 20 [w] for men and 15 [w] for women. ].
  • the result display of ST 9 in the flow chart of FIG. 28 is performed on the display unit of the display 8 as shown in FIG.
  • This display unit is composed of an LCD, and has a program display mark area 50, a data display area 51, a unit display area 52, and a program display mark area 53 in the upper part, and a graphic display area 54 in the lower part.
  • FIGS. 41A and 41B Specific display examples of this display unit are as shown in FIGS. 41A and 41B.
  • the pattern a is determined and the exercise intensity (exercise level) force is set to “5”.
  • the pattern b is determined and the exercise intensity is set to “2”. This is the case.
  • a pattern of exercise intensity and fluctuation power is displayed in the lower graphic display area 54 while being scrolled horizontally leftward.
  • the fluctuation pattern of the physiological signal (the physiological signal may be a fluctuation value of the power of the heart rate fluctuation vector in addition to the electrocardiogram signal or the pulsation signal) during the exercise load is determined.
  • the present invention relates to a method of determining an appropriate exercise intensity according to the determined variation pattern.
  • the variation pattern of the heartbeat fluctuation it is possible to determine the health status of the exerciser. That is, by determining which of the patterns a to d the fluctuation pattern of the fluctuation power corresponds to, for example, it can be determined whether the exerciser is a healthy person or has a tendency to diabetes or hypertension. Obedience Therefore, if the fluctuation pattern is output and displayed as shown in FIGS. 42A and 42B, it is possible to know one's own health condition.
  • the heartbeat of the fluctuation of the heartbeat interval may be used instead of the power of the fluctuation of the heartbeat interval.
  • FIGS. 43 and 44 An example of the processing for determining the health condition is shown in the flowcharts of FIGS. 43 and 44.
  • This flowchart shows the method of determining the convergence point used to determine the motion level of the standard pattern.
  • the processing from ST 51 to ST 55 is the same as ST 1 to ST 5 in FIG. That is, when the measurement start key of the key input device 7 in FIG. 1 is pressed, the measurement is started.
  • an electrocardiographic signal is detected by the electrocardiographic sensor 1 (ST155), and a calibration operation is performed so that the signal from the electrocardiographic sensor 1 becomes a certain constant level (ST155).
  • This calibration operation is performed by adjusting the gain in the amplifier 4 based on a signal from the CPU 6.
  • the peak value of the electrocardiographic signal is detected, and the fluctuation fluctuation is calculated from the calculation formula (1) (ST155).
  • ST156 it is determined whether or not two minutes have elapsed during warm-up (ST156), and if not, the process returns to ST155.
  • ST 157 becomes Yes, the power base value is 25 Cms 2 ], and the slope is 6 [ms 2 ] (ST60, 61).
  • convergence determination is performed. This is because in the fluctuation characteristics of the fluctuation power shown in Fig. 45 (changes with the time between the fluctuation power and the exercise load), the fluctuation power decreases and converges as the exercise load increases.
  • the AT point is the convergence point of the fluctuation curve, which is the largest fluctuation curve.
  • the convergence judgment corresponding to this AT point the fluctuation power falls below a predetermined reference value and the difference from the previous power [Power ⁇ T (n-1) ⁇ -Power ⁇ T ( ⁇ ) ⁇ : The slope of the fluctuation curve of the power of fluctuations] reaches a predetermined reference value (power reference value) or less.
  • the exercise load is gradually increased with a determination of NO (ST159), and the processing of ST155-ST158 is repeated. If you can determine the convergence point, The exercise intensity corresponding to the calculated load value is displayed on the display 8 as a result (ST162). After displaying the results, reduce the exercise load and give the exerciser a fixed time (for example, 1 minute).
  • the pattern is determined using, for example, the average value of the fluctuation power at the time of warming-up, and the patterns at 2 , 3 , 4 , and 5 minutes after the end of the warming-up.
  • the values of the fluctuation power used in the pattern classification are as shown in FIG. 46, and the classifications a to e correspond to the positions shown in FIG. 47 in the fluctuation power.
  • Symbols related to patterns in the flow chart are shown in FIG. 26, and patterns a to j are the patterns shown in FIGS. 6OA to 63, respectively.

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Description

明細書 運動強度決定方法およびそれを用いた装置 技術分野
この発明は、 個人に最適な運動強度を決定する方法およびその運動負荷で運動 をすることのできる運動機器や運動強度決定装置に関する。 背景技術
エルゴバイクなどの運動負荷装置を用いて簡易的に体力測定を行う場合、 例え ば漸増負荷.（以下、 Ramp負荷という） 時における心拍数を測定し、 負荷と心拍 数との関係から体力レベルの評価を行う。 その際、 体力レベルに応じて適切な Ramp負荷 （ここでは漸増負荷を指す） の負荷変動率を与える必要がある。
従来は、 年齢、 性別、 体重などの個人データを入力し、 入力した個人データに おける標準的な体力に見合った Ramp負荷の負荷変動率を提供している。 この場 合の Ramp負荷の負荷変動率を決定するフロー図の一例を図 65に示す。 図 65 のフロー図では、 年齢が 60以上か否かを判定し （ST91) 、 さらに体重が 4 O k g以下か否か （ST92) 、 80 k g以上か否かを判定し （ST93) 、 そ れぞれの判定結果の次に男性か女性かを判定し （ST 94， ST 96, ST 9 8) 、 その結果により Ramp負荷の負荷変動率を 5， 10， 15， 20 〔W/m i n] に決定している （ST95， ST 97, ST 99, ST 100) 。
また、 前記個人情報に加え、 体力の有無 （高体力者、 一般者、 低体力者など） を入力したり、 或いは前回行った体力測定の結果を用いて Ramp負荷の負荷変動 率を決定している。 この場合の体力の有無を入力する例を挙げると、 次のとおり である。 男 女
一般者向け ： 1 5 10
低体力者向け ： 8 5
高体力者向け ： 25 1 5
〔単位： W/m i n〕 運動前に、 年齢 · '14別などの個人情報とともに、 自分が属すると思われる上記 体力レベルを選択すると、 予め設定された上記 Ramp負荷の負荷変動率が提供さ れる。
しかしながら、 入力された個人データに応じた Ramp負荷の負荷変動率を決定 する場合は、 当然ながら、 標準体力より劣る被験者に対しては、 過度な負荷をか ける恐れがある。 また反対に、 標準体力より優れる被験者に対しては、 体力測定 に時間が掛かり過ぎ、 正確な体力レベルの評価ができないなどの問題点がある。 さらに、 年齢 ·性別 ·体重などの個人データを予め入力する必要があり、 操作が 煩雑で面倒であるだけでなく、 個人情報を入力するため、 他人に個人情報を知ら れたりするのを嫌がる人もいる。
また、 個人情報の他に、 入力された体力の有無を用いて Ra即負荷の負荷変動 率を決定する場合は、 自分がどの体力レベルの分類に当て嵌まるの力判らず、 体 カレベルの入力を誤ることがある。 また、 体力測定の結果を用いて Ramp負荷の 負荷変動率を決定する場合は、 事前に必ず体力測定を行わなければならず、 手間 が掛かる。
一方適切な運動レベルを知るための装置も開示されている。 たとえば心拍ゆら ぎのレベルによって運動強度 （運動レベル） を決定する従来技術が、 例えば特表 平 9一 5 0 9 8 7 7号公報に開示されている。 同公報によれば、 運動中の心拍数 変動値に基づいて運動者の運動強度を決定する方法が開示されている。 この技術 によれば、 運動強度の増加に従い心拍数変動値が単調減少するという関係から、 運動中の心拍数変動値に基づいて運動強度が決定される。
また、 心拍数変動値は、 運動強度の増加に従って減少する傾向があること、 或 いは心拍数から導かれるスペク トルパワーの H I ( 0— 0 . 1 5 H Z ) と L O ( 0 . 1 5— 1 . 0 H Z ) も、 運動強度の增加に従い滅少する傾向があること力 複数の論文等から報告されている。
一方、 糖尿病患者においては、 運動中における心拍数変動の絶対値的変化が健 常者に比べ顕著に小さいことが報告されている 〔公知例文献名 ： 「安静時および 運動負荷時における糖尿病患者の自律神経活動」 森谷敏夫ノ京都大学大学院人 間 ·環境学研究科、 その他 6名〕 。 しかしながら、 上記従来の運動強度の決定方法では、 健常者では特に問題ない 力 前記公知文献で報告されているように、 糖尿病患者のような単調減少しない ゆらぎ変動パターンの被験者においては運動強度が決められず、 運動強度の決定 方法が適用できる範囲が限られてしまう。
また、 上記従来の運動強度の決定方法では、 心拍ゆらぎにより運動強度が決定 されるだけであり、 糖尿病のような病態によるゆらぎ変動パターンの違いに着目 した、 運動中のゆらぎ変動パターンにより被験者の健康状態をも検出する方法は、 考案されていないのが実情である。
本発明は、 上記のような問題点に着目してなされたもので、 個人に最適な運動 負荷で運動をすることのできる運動機器、 個人の正確な体力レベルの評価を行う 体力レベル評価装置、 個人に最適な運動強度の決定を行う運動強度決定装置を提 供することを目的とする。
この発明の他の目的は、 健常者や糖尿病などの疾患者を問わず個人に最適な運 動強度を決定できる運動強度の決定方法、 運動から健康状態を判別するのを支援 する装置、 健康状態を測定する装置、 及びそれらの機能を備えた運動機器を提供 することを目的とする。 発明の開示
この発明にかかる運動機器は、 運動負荷可変の運動負荷部と、 この運動負荷部 による運動中に生理信号を非侵襲で測定する生理信号測定部と、 運動中に得られ た生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負荷決定部 とを備え、 前記運動負荷部が、 負荷決定部で決定された漸増負荷又は漸減負荷の 負荷変動率に基づいて運動負荷を変更する。
この運動機器では、 個人に見合った漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率が決定 され、 この決定された負荷の負荷変動率に応じて運動負荷が変化する。 このため、 年齢 ·性別 ·体重などの個人情報を入力する必要や、 事前に体力測定を行う必要 がない上に、 自分の体力レベルを把握していなくても、 各人に応じた最適な負荷 で運動することができ、 過度の負荷がかかったり、 反対に負荷が弱過ぎたりする ことがない。 この発明の他の局面においては、 体力レベル評価装置は、 運動中に生理信号を 非侵襲で測定する生理信号測定部と、 運動中に得られた生理信号に基づいて漸増 負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負荷決定部と、 この負荷決定部で決定 された漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時にお ける負荷値と心拍数との関係から体力レベルの評価を行う体力レベル評価部とを 備える。
この体力レベル評価装置では、 運動を行うことにより、 各人の体力レベルを正 確に評価することができる。
この発明のさらに他の局面においては、 運動強度決定装置は、 運動中に生理信 号を非侵襲で測定する生理信号測定部と、 運動中に得られた生理信号に基づいて 漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負荷決定部と、 この負荷決定部で 決定された漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時 における運動負荷と心拍間隔のゆらぎとの関係から最適な運動強度の決定を行う 運動強度決定部とを備える。
この発明のさらに他の局面においては、 運動強度決定装置は、 運動中に生理信 号を非侵襲で測定する生理信号測定部と、 運動中に得られた生理信号に基づいて 漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負荷決定部と、 この負荷決定部で 決定された漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時 における運動負荷と心拍数変動スペク トルのパワーとの関係から最適な運動強度 の決定を行う運動強度決定部とを備える。
この発明に係る運動強度決定装置では、 運動により各人に最適な運動強度を決 定することができる。
好ましくは上記の運動機器は、 運動負荷可変の運動負荷部とをさらに含み、 運 動負荷部は、 体力レベル評価装置で得られた体力レベル又は運動強度決定装置で 得られた運動強度に基づいて運動負荷を変更する。
この運動機器では、 各人に応じた最適な運動負荷で運動することができる。 この発明のさらに他の局面においては、 運動強度の決定方法は、 運動負荷時に 生理信号を非侵襲で測定し、 得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パタ一ンを判別し、 判別した変動パターンに 応じた適切な運動強度を決定する。
この決定方法では、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別し、 判 別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決定するので、 健常者は勿論のこ と、 糖尿病や高血圧などの疾患者に対しても適切な運動強度を正確に決定するこ とができる。 ここで、 運動負荷時における生理信号の変動パターンの判別は、 例 えばウォーミングアップした時、 及び運動負荷の増大に伴った予め決定した時間 間隔、 或いは運動負荷値間隔毎の生理信号の変化率に基づいてパターン判別する。 この発明のさらに他の局面においては、 運動機器は、 負荷可変の負荷装置と、 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定部と、 この生理信号測定部で 得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信 号の変動パターンを判別し、 判別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決 定する運動強度決定部とを備え、 前記負荷装置の負荷は、 運動強度決定部で決定 された運動強度に相当する負荷に設定される。
この運動機器では、 健常者や糖尿病や高血圧などの疾患者に関係なく、 個人に 最適な運動強度で運動を行うことができる。
この発明のさらに他の局面においては、 運動機器は、 負荷可変の負荷装置と、 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定部と、 この生理信号測定部で 得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信 号の変動パターンを判別し、 判別した変動パターンに従って健康状態を判別する 健康状態判別部とを備えることを特徴とする。
この運動機器は、 運動を行うことで健康状態をチェックできる。
この発明のさらに他の局面においては、 健康状態判別支援装置は、 生理信号を 非侵襲で経時的に測定する生理信号測定部と、 運動負荷時に前記生理信号測定部 により得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における 生理信号の変動パターンを判別する変動パターン判別部と、 この変動パターン判 別部により判別した変動パターンを出力する出力部とを備える。
この支援装置では、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別し、 判 別した変動パターンを出力するので、 健常者か、 或いは糖尿病や高血圧などの疾 患に伴う自律神経の異常がないかどうかを、 出力された変動パターンを知ること で判別できる。
この発明のさらに他の局面においては、 測定装置は、 生理信号を非侵襲で経時 的に測定する生理信号測定部と、 この生理信号測定部で得られた運動負荷変化に 対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別 し、 判別した変動パターンに従って健康状態を判別する健康状態判別部と、 この 健康状態判別部で判別された健康状態を出力する出力部とを備える。
この測定装置は、 例えば自転車ェルゴメータに組み込めば、 運動することで自 分の健康状態を知ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の運動機器の実施形態に係る自転車ェルゴメータの回路構成を示 すブロック図である。
図 2は同自転車エルゴメータの外観斜視図である。
図 3は同自転車ェルゴメータで使用される心電センサの別例を運動者に装着し た状態を示す図である。
図 4は同自転車ェルゴメータで使用される心電センサのさらに別例を運動者に 装着した状態を示す図である。
図 5は同自転車エルゴメータで使用される脈拍センサを運動者に装着した状態 を示す図である。
図 6 A、 6 Bは図 7のフロー図における Ramp負荷自動制御に用いたゆらぎパ ヮ一値の分類表である。
図 7は同自転車エルゴメータの動作の一例を示すフ口一図である。
図 8は図 7のフロー図に続くフロー図である。
図 9はゆらぎのパワーの収束点から最適運動強度である運動負荷を求める説明 図である。
図 1 0はゆらぎの収束点を決定するための処理を示すフロー図である。
図 1 1は図 1 0とともに、 ゆらぎの収束点を決定するための処理を示すフロー 図である。
図 1 2 A、 1 2 Bは Ramp負荷とゆらぎのパワーの関係を示す図である。 図 1 3は図 7のフ口一図における Ramp 負荷自動制御の処理を示すフロー図で ある。
図 1 4 A〜 1 4 Cは最適運動強度決定の表示例を示す図である。
図 1 5 A〜 1 5 Cは運動強度の表示例を示す図である。
図 1 6 A〜 1 6 Cは最適運動強度でのトレーニングモードに入る状態を説明す る図である。
図 1 7 A〜1 7 Cは運動負荷と心拍数の関係から体力レベルを求める説明図で ある。
図 1 8 A、 1 8 Bは体力レベル決定時の表示例を示す図である。
図 1 9は図 1 3のフロー図における S T aの処理を示すフロー図である。
図 2 0は図 1 3のフロー図における S T bの処理を示すフロー図である。
図 2 1、 2 2は図 1 3のフロー図における S T cの処理を示すフロー図である。 図 2 3は図 1 3のフ口一図における S T dの処理を示すフロー図である。
図 2 4は実施形態自転車ェルゴメータを用いて最適運動強度を決定した 2 8歳 の男性データである。
図 2 5は実施形態自転車ェルゴメータを用いて最適運動強度を決定した 2 3歳 の女性データである。
図 2 6 A、 2 6 Bは運動時における心拍間隔のゆらぎのパワーの変動パターン のパターン a及びパターン bを示す図である。
図 2 7 A、 2 7 Bは運動時における心拍間隔のゆらぎのパワーの変動パターン のパターン c及びパターン dである。
図 2 8は同自転車ェルゴメータの動作の一例を示すフロー図である。
図 2 9 A〜2 9 Cは同自転車ェルゴメータにおける最適運動強度決定の表示例 を示す図である。
図 3 0 A〜3 0 Cは同最適運動強度決定表示後の運動強度の表示例を示す図で ある。
図 3 1は最適な運動強度での運動プログラム実行例を説明する図である。
図 3 2は図 8のフロー図におけるパターン判定処理を示すフロー図である。 図 3 3は図 3 2のフロー図における運動レベル a， bの決定処理を示すフロー 図である。
図 3 4 A〜 3 4 Cはゆらぎのパワーの収束点から運動強度を決定する方法を説 明する図である。
図 3 5は図 3 2のフロー図における運動レベル cの決定処理を示すフロー図で ある。
図 3 6はゆらぎのパワーから運動強度を決定する他の例を説明する図である。 図 3 7は図 3 2のフロー図における運動レベル dの決定処理を示すフロー図で ある。
図 3 8はゆらぎのパワーから運動強度を決定するさらに他の例を説明する図で ある。
図 3 9は図 3 2のフロー図における運動レベル cの決定処理の別例を示すフロ 一図である。
図 4 0は同自転車エルゴメ一タの操作部における表示器の表示部を示す平面図 である。
図 4 1 A、 4 1 Bは図 4 0の表示部による具体的な表示例を示す平面図である。 図 4 2 A、 4 2 Bはゆらぎのパワーの変動パターンの表示例を示す図である。 図 4 3は同自転車ェルゴメータの動作の別例を示すフロー図である。
図 4 4は図 4 3のフロー図に続くフロー図である。
図 4 5は運動負荷に対するゆらぎのパワーの変動パターンを示す図である。 図 4 6は図 4 8〜図 4 9のフロー図において、 変動パターンのパターン判別に 用いる分類表である。
図 4 7は図 4 6の表における分類 a〜 eがゆらぎのパヮ一のどこに位置するか 示す図である。
図 4 8はゆらぎのパワーの変動パターン判別処理の一例を詳細に示すフロー図 である。
図 4 9は図 4 8のフ口一図における処理 3を示すフロー図である。
図 5 0図 4 8のフロー図における処理 4を示すフロー図である。
図 5 1は図 4 8のフ口一図における分岐 Bに続くフロー図である。
図 5 2は図 4 1のフロー図における分岐 Dに続くフロー図である。 図 5 3は図 4 1のフロー図における分岐 Eに続くフロー図である。
図 5 4は図 4 8のフロー図における分岐 Cに続くフロー図である。
図 5 5は図 4 8のフロー図における処理 2を示すフロ一図である。
図 5 6は図 5 5のフロー図における分岐 Gに続くフロー図である。
図 5 7は図 5 5のフロー図における分岐 Fに続くフロー図である。
図 5 8は図 5 7のフロー図における分岐 Iに続くフロー図である。
図 5 9は図 5 5のフロー図における分岐 Hに続くフロー図である。
図 6 O A〜図 6 3は図 4 8〜図 5 9のフロー図におけるパターン a —パターン jを示す図である。
図 6 4 Aは時間とエントロピーとの関係を示すグラフであり、 図 6 4 Bは 時間と負荷との関係を示すグラフである。
図 6 5は年齢 ·性別 ·体重などの個人情報を入力して Ramp負荷の負荷変動率 を決定する従来例を示すフロー図である。 発明を実施するための最良の形態
( 1 ) 第 1実施例
図 1は、 本発明の運動機器の実施形態に係る自転車ェルゴメータの回路構成を 示すブロック図である。 このエルゴメータは、 心電信号を検知する心電センサ 1 と、 その出力信号を増幅するプリアンプ 2と、 ノイズを除去するためのフィルタ 3と、 心電信号をさらに適正なレベルまで増幅するアンプ 4と、 AZD変換器 5 と、 種々の処理を実行する C P U 6と、 キー入力装置 7と、 運動強度や体カレべ ルなどを表示する表示器 8と、 回転負荷を変えることができる負荷装置 9とを備 える。 C P U 6は、 運動中に得られた生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷 の負荷変動率を決定する負荷決定機能、 決定された漸増負荷又は漸減負荷の負荷 変動率に従い、 運動時における運動負荷と心拍数との関係から体力レベルの評価 を行う体力レベル評価機能、 或レ、は決定された漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動 率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時における運動負荷と心拍間隔のゆらぎとの関 係又は運動負荷と心拍数変動スぺク トルのパワーとの関係から最適な運動強度の 決定を行う運動強度決定機能などを有する。 図 2は、 この自転車ェルゴメータの外観斜視図である。 図 2において、 このェ ノレゴメータは、 サドル 1 1と、 ハンドル 1 2と、 キー入力装置 7、 表示器 8及び 報知器 （図示せず） などを有する操作部 1 3と、 ペダル 1 4と、 前脚フレーム 1 5と、 後脚フレーム 1 6とを備える。 ハンドル 1 2には心電検出用の一対の電極 (生理信号測定部） 1 7が設けられ、 運動時に運動者がハンドル 1 2の電極 1 7 を両手で握ることで、 両手と電極 1 7が接触し、 手から心電信号が検出されるよ うになつている。
このエルゴメータでは、 被験者 （運動者） がサドル 1 1に腰掛けてペダル 1 4 を踏み、 ペダル 1 4を回転させることによって運動を行うものである。 ペダル 1 4は、 運動強度の度合に応じた重みとなるように運動負荷が加えられ、 運動負荷 が大きいと、 ペダル 1 4を一定数回転させるのに、 当然多くの運動量が要求され る。 但し、 このこと自体は周知である。
なお、 図 2の実施形態では、 心電検出用の電極 1 7をハンドル 1 2に設けてあ るが、 種々の変更が可能である。 例えば図 3では、 運動者 Mの胸に一対の電極及 び送信部を備えたチェストベルト 4 1が装着され、 ハンドル 1 2に受信部 4 2 (図 2の操作部 1 3に相当） が設けられている。 この場合、 運動者 M [の胸から検 出された心電信号は、 無線で受信部 4 2に送信されて処理される。
図 4に示した例は、 + (プラス） 、 一 （マイナス） 、 G (グランド） の 3個の 電極 4 5， 4 6， 4 7が運動者 Mの胸に貼り付けられ、 有線 4 8で本体内の回路 部に接続され、 心電信号を検出する胸部誘導型のものである。
図 5に示した例では、 心電センサに代えて運動者 Mの耳朶に脈拍センサ 4 9が 取付けられ、 脈拍が検出される。
このように構成された運動機器では、 心電センサゃ脈拍センサで検出された心 電波形 （心電信号） や脈波信号 （拍動信号） といった運動負荷変化に対する生理 信号に基づいて、 運動中に得られた生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の 負荷変動率が決定される。 次に漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を求める方法 の 1例を示す。 ここでは、 生理信号は心拍数及び心拍間隔のゆらぎのパワーとし、 漸増負荷 （以下、 Ramp負荷と称する） を求める方法を説明する。
まず、 運動中に心拍数と心拍間隔のゆらぎのパワーを検出する。 心拍数は次の ように算出する。 運動中にエルゴメータのハンドル 1 2に設けられた電極 1 7 (図 2) より検出された心電信号のピーク検出を行い、 RR間隔データ （心拍の 1周期） を算出する。 例えば、 その間隔の 5拍の平均値から心拍数を算出する。 また、 ゆらぎパワー （Power)の算出は、 次式 （1) 、
Power (n) 〔ms2〕 = {RR (n) 一 RR (n— 1) } 2 · · · (1) で求められる。 これは前回と今回の 1周期の差を二乗したもので、 ここでは心拍 間隔のゆらぎのパワーと称している。 この Power データにおいて、 例えば 30 秒間の平均値を 1 5秒間隔で算出する。
上記算出した心拍数とゆらぎのパワーを、 例えば図 6 Aに示す Ramp負荷自動 制御ポイントの値を用い、 Ramp 負荷の負荷変動率を決めていく。 ここでは、 ポ イント a〜 eとそれ以降に区分される。 具体的には、 ポイント aは、 ウォーミン グアップ時の値 （Wu p) として、 ウォーミングアップ 2分間のうち 1分経過後 からの 1分間の平均値を Wu pとする。 その後、 ポイント bとしてウォーミング アップ終了から 2分後の値 （P 2m i n) 、 ポイント として 3分後の値 （P 3 m i n) 、 ポイント dとして 4分後の値 （P4m i n) 、 ポイント eとして 5分 後の値 （P 5m i n) を用い、 同様にさらにウォーミングアップ終了から 6分以 降は 1分毎の値を用いる。 これらのポイント a〜 eは、 ェルゴメータの Ramp負 荷運動中における典型的な （標準） ゆらぎのパワーの指数関数的な減少傾向を示 す変動曲線上では、 図 6の （b) に示すような位置に対応する。
次に、 上記運動機器 （ェルゴメータ） において、 Ramp 負荷の自動制御を用い た最適運動強度を決定するフロー図の一例を図 7及び図 8に示す。 但し、 ここで の最適運動強度は、 例えば運動負荷時におけるゆらぎのパワーの収束点とし、 収 束点示現時の運動負荷を最適運動強度とする。
図 7において、 図 1のキ一入力装置 7の測定開始キーが押されると、 測定が開 始される。 まずステップ （以下、 STと略す） ST 1で、 心電センサ 1で心電信 号を検出し、 心電センサ 1からの信号が或る一定レベルになるようにキヤリブレ —シヨン動作を行う （ST2) 。 このキャリブレーション動作は、 CPU6から の信号により、 アンプ 4でゲインを調整することで行われる。 キヤリブレーショ ン終了後、 表示器 8に "測定開始" を表示し （ST3) 、 負荷装置 9の制御を開 始する （ST 4) 。 この制御としては、 例えば初期負荷値 1 5 〔w〕 で 2分間ゥ ォ一ミングアップを行った後に、 最初は 10 [WZm i n〕 の Ramp負荷を与え る。
次いで、 心電信号のピーク値を検出し、 前記したように心拍数とゆらぎのパヮ 一を算出する （ST5， ST6) 。 このとき、 ウォーミングアップ時における平 均心拍数とゆらぎのパワーを算出しておく。 例えば、 2分間のウォーミングアツ プにおいて、 心拍数として 1分 30秒経過後からの 1 5秒間の平均値 （Wu pの HR) を算出し、 ゆらぎのパワーとして Wu p値 〔図 6 A参照〕 を算出する。 こ の心拍数及びゆらぎのパワーの算出は、 ウォーミングアップ開始から 2分が経過 するまで続けられる （ST 7) 。 2分経過後、 Ramp負荷制御タイミングである か否かを判定し （ST8) 、 Ye sであれば、 計測した心拍数とゆらぎのパワー から、 随時、 各個人の体力レベルに応じた適切な Ramp 負荷の負荷変動率を設定 していく （ST 9) 。
Ramp負荷の自動制御処理は、 図 1 3に示すように行われる。 即ち、 ウォーミ ングアップ開始から 3分経過すれば S丁 aの処理へ （ST81) 、 4分経過すれ ば STbの処理へ （ST82) 、 5分経過すれば ST cの処理へ （ST83) 、 6分以降は ST dの処理へ移行する （ST84) 。 なお、 各処理については後述 する。
図 7の S丁 7の処理に続いて収束判定を行う （ST 10) 。 一
ゆらぎのパワーの変動特性において、 下記の （a) (b) の両条件が満たされ た場合に、 収束判定 Y e sとし最適運動強度を決定する。
(a) ゆらぎのパワーが予め定めたパワー基底値 （ベースライン） を下回る。
(b) 前回のゆらぎのパワーとの差 [Power {T (n - 1 ) } -Power {T (η) } ：ゆらぎのパワーの変動曲線の傾き〕 が規定する傾き以下になる。 なお、 最適運動強度は、 図 24に示す収束点における心拍値、 或いは運動負荷 を指してもよい。
最適運動強度決定の例を図 9に示す。 図 9において、 ゆらぎの収束点から時間 —運動負荷特性の交点の運動負荷を最適運動強度として求める。 この収束点の決 定方法を図 10、 図 1 1のフロー図を用いて説明する。 このフロー図は、 標準的 なパターンの運動強度の決定に用いる収束点の決定方法を示すものである。 S T 6 1〜S T 65までの処理は、 図 8の ST 1〜ST5と同様である。 即ち、 図 1 のキー入力装置 7の測定開始キーが押されると、 測定が開始される。 まず、 心電 センサ 1で心電信号を検出し （ST6 1) 、 心電センサ 1からの信号が或る一定 レベルになるようにキャリブレーション動作を行う （ST62) 。 このキヤリブ レ一シヨン動作は、 CPU 6からの信号により、 アンプ 4でゲインを調整するこ とで行われる。 キャリブレーション終了後、 表示器 8に "測定開始" を表示し
(ST63) 、 負荷装置 9の制御を開始する （ST64) 。 この制御としては、 例えば初期負荷値 20 〔w〕 で 2分間ウォーミングアップを行った後に、 毎分 1 5 〔w〕 のランプ負荷を与える。
次いで、 心電信号のピーク値を検出し、 前記算出式 （1) よりゆらぎのパワー を算出する （ST 65) 。 算出後、 ウォーミングアップ時の 2分が経過したかど うか判定し （ST66) 、 まだなら ST65に戻る。 ウォーミングアップ終了後 に 2分が経過したら、 ST 67が YE Sとなり、 パワー基底値を 25 〔ms2 〕 、 傾きを 6 [m s 2 ] とする （S T 70， 71) 。
続いて収束判定 （ST68) を行う。 これは、 図 1 2に示すゆらぎのパワーの 変動特性 （ゆらぎのパワーと運動負荷との時間による変化） において、 運動負荷 の増加に伴いゆらぎのパワーは減少し収束する。 このゆらぎのパワーの変動曲線 の収束点が ATポイントである。 ここでは、 この ATポイントに相当する収束点 の判定として、 ゆらぎのパワーが予め定めた基準値を下回り、 かつ前回のパワー 値との差 [Power {T (n - 1 ) } -Power {T (η) } ：ゆらぎのパワーの変 動曲線の傾き〕 が予め定めた基準値 （パワー基底値） 以下に達した場合を、 収束 点と判断する。 即ち、 収束点と判断できない場合は、 判定 NOで運動負荷を漸増 し （ST69) 、 ST 66〜ST 68の処理を繰り返す。 収束点と判断できたら、 算出した負荷値に該当する運動強度を結果として表示器 8に表示する （ST 7 2) 。 なお、 これらのフロー図において、 パターン分類に用いたゆらぎのパワー は図 6 Aに示すとおりであり、 分類 a〜 eはゆらぎのパワーでは図 6 Bに示す位 置に該当する。
さて、 図 8の ST 1 0において、 収束点と判断できない場合、 即ち最適運動強 度を決定できない場合は、 判定 Noで、 前記設定された Ramp負荷に従い負荷を 漸増し （ST 1 1) 、 ST5に戻り、 心拍数算出、 ゆらぎのパワー算出及び収束 判定を続ける。
一方、 最適運動強度が決定したら、 最適運動強度決定の 1分前の負荷値を算出 し、 算出した最適運動強度に該当する運動負荷を結果として表示器 8に表示する (S T 1 2) 。 その表示例は、 図 1 4 A→ 1 4 B→ 1 4 Cに示すように 「最適 運」 、 「動強度」 、 「決定」 と、 水平スクロールしながら表示した後、 図 1 5A, 1 5 B, 1 5 Cに示すように、 運動強度を表示してもよい。 ここでは、 負荷レべ ルとして複数段階の 「レべノレ 5」 を表示する点をべストモードとし 〔図 1 5A〕 、 その他の表示例として 「心拍数 （拍 Z分） 」 〔図 1 5 B〕 、 や 「運動負荷」 W 〔図 1 5 C〕 として表示する。 結果表示後、 運動負荷を減少させ、 運動者に一定 時間 （例えば 1分間） クールダウンを行わせる （ST 1 3) 。 その後、 運動負荷 制御を終了する （ST 14) 。
なお、 上記図 7及び図 8のフロー図では、 最適運動強度決定後、 クールダウン を行わせてから運動を終了しているが、 運動終了とせずに、 一旦、 負荷を最適運 動強度の 1Z2程度まで減少させ、 この軽負荷による運動を 1分程度行わせた後、 再び最適運動強度まで上昇させ、 最適運動強度でのトレーニングモードに入るト レーニングプログラムも可能である。
最適運動強度でのトレーニングモードに入るトレーニングプログラムの具体例 としては、 図 1 6 A〜l 6 Cに示すように、 最適運動強度決定した 〔図 1 6 Aの a〕 後、 一旦運動負荷を最適運動強度の 1Z2程度まで減少させ 〔図 16A の b〕 、 その運動負荷での運動を 1分程度行わせた後、 再び決定した最適運動強 度まで上昇させ 〔図 1 6Aの c〕 、 最適運動強度で制御される運動プログラムを 実行する。
また、 体力レベルを評価する処理も、 前記と同様に Ramp負荷の自動制御を用 レ、、 Ramp 負荷運動時における心拍数と負荷値との関係から体力レベルを決定す ることが可能である。 この体力レベルを決定する具体例を図 1 7 〜図1 8 Bに より説明する。 先ず、 Ramp負荷の自動制御を用いた Ramp負荷運動時 （ウォーミ ングアップ終了以降から、 例えば 75%HRamx まで） に得られた心拍数と運動 負荷の関係 〔図 1 7 B〕 力 ら、 最大予測心拍数 （HRmax [b p m] ) に値する最 大予測運動負荷 （Wmax 〔w] ) を算出する 〔図 1 7 C〕 。 例示の 75<%HRmaX は、 キー入力部 7より年令が入力されており、 内部で H I max = 2 20—年令を 計算し、 その 7 5%の値を心拍数とする Ramp負荷運動時の時間と傾きから Wmax 〔w〕 を求める。 つまり、 図 1 7 Cに示すように、 ウォーミングアップ終了後か らの運動負荷と心拍数の関係から、 近似直線ィを求め、 HRtnax に対する運動負 荷 （Wmax 〔w〕 ) を推定する。 算出した Wmax を用い、 公知の式を用いて最大 酸素摂取量 〔l/m i n〕 を推定し、 体重で割って体重 1 K g当たりの最大酸素 摂取量 〔m l /KgZm i n〕 を求める。 年令 ·性別による最大酸素摂取量の評 価表を用い、 推定した最大酸素摂取量から体力レベル、 例えば体力レベル 1 (劣 る） 〜体力レベル 6 (非常に優れる） を決定する。 決定した体力レベルは、 図 1 8A、 1 8 Bのように表示される。
図 7のフロー図の Ramp負荷自動制御処理 （ST 9) による Ramp負荷の負荷変 動率の決定フロー図の具体例を図 1 9〜図 2 3に示す。 これらフロー図中におけ る各パラメータの記号は、 図 6 Aに示したものである。 また、 ここでは、 ェルゴ メータの Ramp負荷運動時における心拍数の直線的な上昇と、 心拍間隔のゆらぎ のパワーの指数関数的な減少を標準パターンとして用いたものである。
図 1 9に示す S T aの処理 〔以下の図 1 9〜図 2 3における S T a、 S T b、 ST c、 S T d、 ……はウォーミングアップ経過後、 1分、 2分、 3分、 ……と いう意味で ST 1、 ST 2、 ST 3、 ST4、 ……であるが、 図 7における ST 1、 ST 2、 ST 3、 ……と区別するために、 ST a、 STb、 ST c、 ST d、 ……を用いている〕 は、 図 1 3のフロー図に示すようにウォーミングアップ開始 から 3分経過した場合である。 ウォーミングアップ終了から 1分経過後の心拍数 (ST aの HR) を求める。 ここで、 前記図 7のフロー図の ST 5で求めた心拍 数 （Wu pの HR) と ST aの HRを比較し （ST 1 5) 、 心拍数の上昇が著し い場合は、 負荷変動率を緩くする。 例えば、 心拍数の増加 〔AHR 1 { (ST a の HR) — （Wu pの HR) } 〕 が 1 5 [b p m) より大きい場合は、 現在の Ramp負荷の負荷変動率を 5 (W/m i n] 減少させ、 5 [W/m i n) とする (ST 1 6) 。 AHR lが 1 5 [ b p m] 以下の場合は、 負荷変動率を 1 0 〔W /m i n〕 のままとする。
図 2 0に示す S T bの処理は、 ウォーミングアップ開始から 4分経過した場合 である。 ウォーミングアップ終了から 2分経過後の心拍数 （S T bの HR) とゆ らぎのパワー （P 2 m i n) を求める （S T 2 1 ) 。 ここで、 前記 Wu pの HR と S T bの HRを比較し （S T 2 2) 、 心拍数の上昇が著しい場合は、 負荷変動 率を緩くする。 また、 心拍数の上昇が小さく、 ゆらぎのパワーの減少率が Wu p と比べて小さい場合は、 負荷変動率を大きくする。 例えば、 心拍数の増加 〔ΔΗ R 2 { (S T bの HR) — （Wu pの HR) } 〕 が 2 0 [ b p m] より大きい場 合は、 現在の Ramp 負荷の負荷変動率を 5 〔W/m i n] 減少させ、 5 [W/m i n) とする （S T 2 4) 。 但し、 現在の負荷変動率が 5 [W/m i n] 以下で あれば （S T 2 3) 、 現在の負荷変動率のままとする。
一方、 ΔΗΙ¾ 2が 5 〔b p m〕 未満で （S T 2 5) 、 ゆらぎのパワーが Wu p のパワーの 2Z3よりも大きい場合は （S T 2 6) 、 ゆらぎのパワーの減少率が 小さいとみなし、 現在の負荷変動率を 5 〔W/m i n] 増加させ、 現在の負荷変 動率が 5 [W/m i n〕 のときは 1 0 〔W/m i n] とし、 1 0 [WZm i n] のときは 1 5 [W/m i n〕 とする （S T 2 7) 。 S T 2 2、 S T 2 5がいずれ も NOの場合は、 現在の負荷変動率のままとする。
図 2 1及び図 2 2に示す S T cの処理は、 ウォーミングアップ開始から 5分経 過した場合である。 ウォーミングアップ終了から 3分経過後の心拍数 （S T cの HR) とゆらぎのパワー （P 3 m i n) を求める （S T 3 1 ) 。 ここで、 1分前 の前記 S T bの HRと S T cの HRを比較し （S T 3 2) 、 心拍数の上昇が著し い場合は、 負荷変動率を緩くする。 また、 心拍数の上昇が小さく、 ゆらぎのパヮ 一の減少率が Wu pと比べて小さい場合は、 負荷変動率を大きくする。 例えば、 心拍数の増加 〔AHR 3 { (S T cの HR) — （S T bの HR) } 〕 が 1 5 [b pm] より大きい場合は、 現在の Ramp負荷の負荷変動率を 5 (W/m i n ) 減 少させる。 例えば、 現在の負荷変動率が 1 5 [W/m i n〕 の時は 1 0 〔W/m i n] とし、 1 0 〔WZm i n〕 の時は 5 [W/m i n〕 とする （S T 34) 。 伹し、 現在の負荷変動率が 1 0 〔WZm i n〕 未満であれば （S T 3 3) 、 現在 の負荷変動率のままとする。 一方、 ゆらぎのパワーの絶対値が 500 〔ms2 〕 以上と大きい場合 （ST 3 5) 、 或いは AHR3が 5 [b pm] 未満で （ST 38) 、 ゆらぎのパワーが W u pのパワーの 1Z2よりも大きい場合は （ST39) 、 ゆらぎのパワーの減少 率が小さいとみなし、 いずれも現在の負荷変動率を 5 [W/rn i n) 増加させ、 現在の負荷変動率が 5 〔WZm i n〕 のときは 1 0 [WZm i n] とし、 1 0 [W/m i n〕 のときは 1 5 [W/m i n] とする （ST37， ST41) 。 但 し、 前者及び後者の場合、 いずれも現在の負荷変動率が 1 5 [W/m i n] 以上 のときは （ST 36, ST40) 、 現在の負荷変動率のままとする。 また、 ST 32、 ST 35、 ST 38がいずれも NOの場合も、 現在の負荷変動率のままと する。
図 23に示す ST dの処理は、 ウォーミングアップ開始から 6分経過以降の場 合である。 例えば、 ウォーミングアップ終了から 4分経過後の心拍数 （ST4の HR) (図面中の ST "*" はウォーミングアップ終了からの時間経過により分 数値を適用することになる。 ここでは、 ウォーミングアップ終了から 4分経過の 例であるので、 ST "d" 〔d = 4〕 となる） と、 ゆらぎのパワー （P 4m i n) (同じ理由から図面中の P "*" m i nで、 ここでは * = 4となる） を求め る （ST 5 1) 。 ここで、 ゆらぎのパワーの絶対値が 500 〔ms2 〕 以上と大 きい場合は （ST 52) 、 ゆらぎのパワーの減少率が小さいとみなし、 現在の負 荷変動率を 5 [W/m i n〕 増加させ、 現在の負荷変動率が 5.〔WZm i n〕 の ときは 1 0 〔WZm i n] とし、 1 0 〔WZm i n〕 のときは 1 5 [W/m i n〕 とする （ST 55) 。 但し、 現在の負荷変動率が 20 [W/m i n] 以上の ときは （ST 54) 、 現在の負荷変動率のままとする。
—方、 1分前の前記 S T cの HRと S T dの HRを比較し （ST53) 、 心拍 数の上昇が著しい場合 （NOの場合） は、 負荷変動率をそのままとする。 例えば、 心拍数の增加 〔AHR4 { (ST dの HR) — （ST cの HR) } 〕 が 5 [b p m] 以上の場合は、 現在の負荷変動率のままとする。 ST 53の判定が Ye sで、 ゆらぎのパワーの絶対値が予め設定してあるパワー基底値 （Pbase) よりも大き い場合は （ST56) 、 現在の負荷変動率を 5 (W/m i n] 增加させ、 現在の 負荷変動率が 5 〔W/m i n] のときは 10 〔WZm i n〕 とし、 1 0 〔WZm 1 n] のときは 1 5 [W/m i n〕 とする （S T 5 8) 。 但し、 現在の負荷変動 率が 2 0 [W/m i n] 以上のときは （S T 5 7) 、 現在の負荷変動率のままと する。 S T 5 2、 S T 5 3の判定がいずれも N oの場合は、 現在の負荷変動率の ままとする。
このように、 ウォーミングアップ終了から 4分経過した以降は、 同様の方法で、 1分毎に心拍数と心拍間隔のゆらぎのパワーを算出し、 心拍数に関しては、 1分 前の値からの上昇値を検討し、 心拍間隔のゆらぎのパワーに関しては、 絶対値の 大きさから判断し、 それらの結果に基づいて Ramp負荷の負荷変動率を変更して いく。 但し、 ここでは Ramp負荷の下限は 5 [W/m i n] 、 上限は 2 0 〔WZ m i n] としており、 5 [W/m i n] より小さく、 2 0 [W/m i n] より大 きく設定されないようにしている。
以上のように、 各人に対して正確な体力レベル及び最適な運動強度を決定でき、 各個人の体力に応じた適切な Ramp 負荷を提供できる。 また、 運動開始前に年 齢 ·性別 ·体重などの個人情報を入力する必要がなく、 入力する手間も掛からず、 使い勝手が向上する。
実際に、 上記のような運動機器 （ェルゴメータ） を用い、 Ramp負荷の自動制 御を行い、 最適運動強度を決定したデータを図 24及び図 2 5に示す。 図 24は、
2 8歳の男性データを示し、 体力レベルが高めの被験者である。 この場合、 Ramp 負荷の負荷変動率は、 ウォーミングアップ終了後の最初は 1 0 .[WZm i n〕 に 固定されているが、 途中で 1 5 [WZm i n] になり、 さらに 2 0 [W/m i n] に変更されている。 また、 ゆらぎのパワーの収束点は 8. 7 5m i nで決定 されている。
—方、 図 2 5は、 2 3歳の女性データを示し、 体力レベルは普通の被験者であ る。 Ramp 負荷の負荷変動率は、 ウォーミングアップ終了後の最初から 1 0 〔W / i n) に設定されたままであり、 以後変更されていない。 ゆらぎパワーの収 束点は 6. 7 5m i nで決定されている。 図 2 4、 図 2 5において、 ゆらぎのパ ヮ一の収束点の位置から点線で垂直方向に補助線を引いているが、 その補助線と 心拍数 （b pm) の曲線 （折れ線） との交点は、 心拍数で示した最適運動強度の 値を示し、 補助線と運動負荷 〔w〕 の曲線 （折れ線） との交点を運動負荷で示し た最適運動強度の値である。
なお、 上記実施形態に係るフロー図は、 生理信号として、 心拍数と心拍間隔の ゆらぎのパワーを用いたが、 心拍数の代わりに拍動信号により得られる脈拍数で もよい。 また、 心拍間隔のゆらぎのパワーの代わりに心拍間隔のゆらぎのェント 口ピーでもよい。 或いは、 生理信号として、 心拍数変動スペク トルのパワーを用 いてもよい。 さらに、 上記フロー図は、 漸増負荷を求めるものであるが、 漸減負 荷を求める場合も基本的に同様である。
( 2 ) 第 2実施例
以下、 本発明を第 2の実施の形態について説明する。
第 2実施例においても自転車ェルゴメータの外観図や回路構成や心電信号の検 出方法等は第 1実施例と同様であるのでその説明は省略する。
第 2実施例では、 心電センサゃ脈拍センサで検出された運動負荷変化に対する 生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンが判別され、 判別した変動パターンに応じた適切な運動強度が決定され、 決定された運動強度 に応じてぺダノレ 1 4を漕ぐ強度が変化するようェルゴメータが制御される。
次に、 生理信号の変動パターンを判別する方法について具体的に説明する。 こ こでは、 生理信号として第 1実施例で説明したゆらぎのパワーを使用する。 この Power データを、 第 1実施例と同様に 3 0秒間の平均値を 1 5秒間隔で算出し、 運動負荷の増加に対するゆらぎのパワーの変動特性を求める。 このゆらぎのパヮ 一の変動特性を図 2 6 A、 2 6 8及び図2 7 、 2 7 Bに示す。 図 2 6 Aは健常 者にみられる標準的なパターン （パターン a ) を示す。 これによると、 健常者で は、 或る負荷強度を越えると、 ゆらぎのパワーが指数関数的に低下することが分 かる。
一方、 図 2 6 B及び図 2 7 A、 2 7 Bは、 運動時における心拍間隔のゆらぎの パワーの変動パターンが健常者にみられる標準的なパターン aと異なる例を示す。 図 2 6 Bのパターン （パターン！）） は、 パターン aに比べゆらぎのパワーの絶対 値が比較的小さレ、場合である。 パターン bは糖尿病患者や肥満者にもみられるが、 健常者にもみられるパターンである。 図 2 7 Aのパターン （パターン c ) は、 ノ ターン aに比べゆらぎのパワーの絶対値が顕著に小さく、 しかも運動強度の増加 に対するゆらぎのパワーの変動が殆ど得られない場合である。 パターン cは糖尿 病患者にみられるパターンであり、 肥満者にも多くみられる。 図 2 7 Bのパター ン （パターン d ) は、 或る運動強度でゆらぎのパワーが激減しており、 パターン aのように運動強度の増加に従いゆらぎのパワーが指数関数的に減少する傾向が あるのとは異なる。 パターン dは高血圧者にみられたパターンである。
このように、 ゆらぎのパワーの変動パターンは、 健常者とそうでない者との間 に大きな違いがある。 従来は、 例えば減量プログラムの運動強度は予測最大心拍 数の 6 5 %程度と一律に決められているが、 糖尿病や高血圧症などの疾患者にお いては、 健常者より軽度の運動強度から運動を行うことが望ましいと報告されて レ、る。 そこで、 上記変動パターンの分類を行うことにより、 健常者にみられる標 準的なパターン aには、 運動強度を予測最大心拍数の 6 5 %に決定するが、 糖尿 病患者にみられるパターン cに対しては、 予測最大心拍数の 6 5 %より低めの運 動強度に決定することが好ましいのである。
上記変動パターンの分類を行うことにより、 健常者にみられる標準的なパター ン a , bには、 上記方法により決定した運動強度を決定するが、 パターン cに対 しては、 運動開始時 （ウォーミングアップ時） から健常者の収束状態にあるため、 最も軽い運動強度、 例えばウォーミングアップ程度の運動強度を決定することと する。 また、 パターン dに対しては、 或る運動強度でゆらぎのパワーが激減して いるため、 例えば激減する直前の運動強度を運動強度として決定する。
次に、 運動強度を決定する具体的な処理の一例を図 2 8〜図 3 3のフロー図に 示す。 即ち、 図 2 8〜図 3 3のフロー図は、 ゆらぎのパワーの算出後、 変動パタ ーンを判別し、 判別したパターンに応じた運動強度を決定する処理の一例を示す ものである。
図 2 8において、 第 1実施例の図 1のキー入力装置 7の測定開始キーが押され ると、 測定が開始され第 1実施例の図 7と同様の処理が開始される。 まずステッ プ S T 1 0 1で、 心電センサ 1で心電信号を検出し、 心電センサ 1からの信号が 或る一定レベルになるようにキャリブレーション動作を行う （S T 1 0 2 ) 。 こ のキャリブレーション動作は、 C P U 6からの信号により、 アンプ 4でゲインを 調整することで行われる。 キャリブレーション終了後、 表示器 8に "測定開始" を表示し （ST 1 03) 、 負荷装置 9の運動負荷制御を開始する （ST 104) 。 この制御としては、 例えば初期負荷値 20 〔w〕 で 2分間ウォーミングアップを 行った後に、 毎分 1 5 〔w〕 の Ramp負荷を与える。
次いで、 心電信号のピーク値を検出し、 前記算出式 （1) よりゆらぎのパワー を算出する （ST 1 05) 。 算出したゆらぎのパワーに基づいてパターン判定を 行う （ S T 1 06 ) 。
パターン判定処理は、 図 32に示すフロー図のように行う。 つまり、 ゥォ一ミ ングアップ時のゆらぎのパヮ一の絶対値の大きさ及び運動負荷の増加に対するゆ らぎのパワーの減少率を用いて、 パターン a〜dに判別する。 パターン判定及び ゆらぎのパワーの収束点を決定できない間は、 ST 1 07の判定が Noとなり、 運動負荷を漸増し （ST 1 08) 、 ST 1 05〜ST 1 07の処理を繰り返す。 パターンを判定すると、 パターンに応じた運動強度を決定する。 即ち、 パター ン a又はパターン bであれば運動強度 a , bを、 パターン cであれば運動強度 c を、 パターン dであれば運動強度 dをそれぞれ決定する。 ST 1 07で運動強度 を決定したら、 その結果を表示器 8に表示する （ST 1 09) 。 表示内容は、 ノ ターンに応じた運動強度での心拍数 〔b pm〕 、 運動負荷 〔W〕 、 運動負荷に対 する強度表示などである。 その表示例は図 29 A、 29B、 29。のように、 表 示部の液晶表示器に 「最適運」 、 「動強度」 、 「決定」 と画面内を水平スクロー ノレしながら表示する。 その後、 図 3 OAのように、 心拍数表示による運動強度を 表示することで、 被験者のその時の最適な運動強度を知らせることができるよう になっている。 なお、 図 3 OAの心拍数による運動強度以外に、 図 30B、 図 3 0Cのように、 運動負荷 〔w〕 、 あるいは運動強度の運動負荷に対するレベルを 複数の段階中のどの段階であるかにより、 知らせることができる。 結果表示後、 運動負荷を減少させ、 運動者に所定時間 （例えば 1分間） クールダウンを行わせ (ST 1 10) 、 運動負荷を終了する （ST 1 1 1) 。
決定された運動強度は、 そのまま C PU 6内の記憶領域に記憶されており、 次 に負荷装置を用いて運動を行う時には、 記憶されている前記決定された運動強度 で運動をさせることができる。
運動強度決定後、 決定された運動強度で引き続き運動プログラムが実施される。 このプログラムの具体例としては、 第 1実施例の図 1 6 A〜l 6 Cと同様に行な う。 図 31 Aで示すように、 最適運動強度決定後、 一旦、 運動負荷を最適運動強 度の 1 2程度まで減少させ （図 31の b) 、 その運動負荷での運動を 1分程度 行わせた後、 再び決定した最適運動強度まで上昇させ （図 31の c) 、 最適運動 強度で制御される運動プログラムを実行する。
また、 ここでの例は、 パターン dの場合であるが、 それ以外のパターン a〜c に対しても同様に、 被験者に最適と決定された運動強度での運動プログラムが同 じょうに実行される。 前述では、 運動強度を決定した後は、 その結果を表示器 8 に表示し、 クールダウンに入るようにしていた。 それ以外に、 運動強度を決定し た後は、 結果を表示器 8に表示し、 クールダウンのステップに入らずに、 そのま ま決定された運動負荷に制御しながら運動させることも可能である。 又は、 決定 された運動強度に基づいて、 各種運動プログラムである減量プログラムや体力増 強プログラムや運動不足解消プログラムを実行させることが可能になる。 決定さ れた運動強度は、 その決定された時の個人個人の体調や自律神経の状態に合った 最適な運動強度であるため、 適切な運動強度での運動ができる。
図 32のフロー図における運動強度 a， b (ST 1 25) は、 図 33に示すよ うに決定する。 まず、 ゆらぎのパワーの収束点を決定できるかどうか判別し （S T 1 3 1) 、 判別できないときはリターンし、 判別できるときはゆらぎのパワー の収束点に対応する運動負荷を運動強度とする （ST 1 32) 。 この場合の決定 方法は、 図 34Cに示すように、 収束点を決定し、 その収束点での運動負荷を参 照し 〔図 34A〕 、 この運動負荷をその人の運動強度と決定する。 運動強度 c (ST 26) は、 図 35に示すように、 ウォーミングアップ時の運動強度 （ここ では前記 20 〔w〕 ) とする （ST 1 33) 。 即ち、 パターン cの場合は、 図 3 6に示すように、 ウォーミングァップ終了時点の運動負荷をその人の運動強度と する。 運動強度 d (ST 1 27) は、 図 37に示すように決定する。 まず、 ゆら ぎのパワーの収束点を決定できるかどうか判別し （ST 1 34) 、 判別できない ときはリターンし、 判別できるときは図 38に示すように、 ゆらぎのパワーが激 減する直前に対応する運動負荷を運動強度とする （ST 1 35) 。
なお、 パターン cに関して、 上記フロー図の例ではウォーミングアップ時の運 動負荷は一定 （20[W]) としていたため、 運動強度 c w o 20[W]に決定した 力 年齢などの個人情報によりウォーミングアップ時の運動負荷設定値を変えて 運動した場合は、 それに応じて運動強度 cの設定値を分けて決定してもよい。 その一例のフロー図を図 39に示す。 図 39のフロー図では、 まずキー入力装 置 7により入力された運動者の年齢が 60歳以上であるか否か判定し （ST 1 3 6) 、 60歳よりも低年齢ならば、 次に体重が 40 k g以下であるか否か判定し (ST 1 37) 、 40 k gよりも重いときは、 更に 80 k g以下であるか判定す る （ST 1 38) 。 そして、 体重が 80 k gよりも重いときは、 運動強度を 20 [w] に決定する （S T 140) 。
一方、 年齢が 60歳以上である場合、 体重が 40 k g以下である場合は、 運動 強度を 1 5 〔w〕 に決定する （ST 14 1) 。 また、 ST38で体重が 80 k g 以下であるときは、 男性か女性か判定し （ST 1 39) 、 男性の場合は運動強度 を 20 〔w〕 に、 女性の場合は運動強度を 1 5 〔w〕 に決定する。
図 28のフロー図における ST 9の結果表示は、 図 40に示すような表示器 8 の表示部で行われる。 この表示部は LCDで構成され、 上段にプログラム表示マ ーク領域 50、 データ表示領域 51、 単位表示領域 52及びプログラム表示マー ク領域 53を有し、 下段にグラフィック表示領域 54を有する。
この表示部による具体的な表示例は、 図 41 A、 41 Bに示すとおりである。 図 41 Aでは、 パターン aと判定されて運動強度 （運動レベル) 力； 「5」 に設定 された場合であり、 図 4 1 Bでは、 パターン bと判定されて運動強度が 「2」 に 設定された場合である。 いずれも、 下段のグラフィック表示領域 54に運動強度、 ゆらぎのパワーのパターンが水平左方向にスクロールされながら表示される。 上記実施形態は、 運動負荷時における生理信号 （生理信号としては心電信号又 は拍動信号の他に、 心拍数変動スぺク トルのパワーの変動値でもよい） の変動パ ターンを判別し、 判別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決定する方法 に係るものであるが、 同様に心拍ゆらぎの変動パターンを判別することで、 運動 者の健康状態を判別することができる。 つまり、 ゆらぎのパワーの変動パターン が例えば前記パターン a〜 dのいずれに該当するのかを判定することで、 運動者 が健常者か、 或いは糖尿病又は高血圧の傾向があるのかどうかを判別できる。 従 つて、 ゆらぎのパターンを図 42 A、 42 Bに示すように出力表示すれば、 自分 の健康状態を知ることが可能となる。 また、 心拍間隔のゆらぎのパワーの代わり に、 心拍間隔のゆらぎのェント口ピーを用いてもよい。
この健康状態を判別する処理の一例を図 43及び図 44のフロー図に示す。 こ のフロー図は、 標準的なパターンの運動レベルの決定に用いる収束点の決定方法 を示すものである。 S T 51〜S T 55までの処理は、 図 28の ST 1〜ST 5 と同様である。 即ち、 図 1のキー入力装置 7の測定開始キーが押されると、 測定 が開始される。 まず、 心電センサ 1で心電信号を検出し （ST 1 5 1) 、 心電セ ンサ 1からの信号が或る一定レベルになるようにキヤリブレーション動作を行う (ST 1 52) 。 このキャリブレーション動作は、 CPU 6からの信号により、 アンプ 4でゲインを調整することで行われる。 キャリブレーション終了後、 表示 器 8に "測定開始" を表示し （ST 1 53) 、 負荷装置 9の運動負荷制御を開始 する （ST 1 54) 。 この運動負荷制御としては、 例えば初期運動負荷 2 0 〔w〕 で 2分間ウォーミングアップを行った後に、 毎分 1 5 〔w〕 の Ramp負荷 を与える。
次いで、 心電信号のピーク値を検出し、 前記算出式 （1) よりゆらぎのパヮ一 を算出する （ST 1 55) 。 算出後、 ウォーミングアップ時の 2分が経過したか どうか判定し （ST 1 56) 、 まだなら ST 1 55に戻る。 ウォーミングアップ 終了後に 2分が経過したら、 S T 1 57が Y e sとなり、 パワー基底値を 25 Cm s2 ] 、 傾きを 6 [m s2 ] とする （ST60, 61) 。
続いて収束判定 （ST 1 58) を行う。 これは、 図 45に示すゆらぎのパワー の変動特性 （ゆらぎのパワーと運動負荷との時間により変化） において、 運動負 荷の増加に伴いゆらぎのパヮ一は減少し収束する。 このゆらぎのパヮ一の変動曲 線の収束点が ATポイントである。 ここでは、 この ATポイントに相当する収束 判定として、 ゆらぎのパワーが予め定めた基準値を下回り、 かつ前回のパワーと の差 [Power {T (n— 1) } -Power {T (η) } ：ゆらぎのパワーの変動曲 線の傾き〕 が予め定めた基準値 （パワー基準値） 以下に達した場合を収束点と判 断する。 即ち、 収束点と判断できない場合は、 判定 NOで運動負荷を漸増し （S T 1 59) , ST 1 55— ST 1 58の処理を繰り返す。 収束点と判断できたら、 算出した負荷値に該当する運動強度を結果として表示器 8に表示する （ST 16 2) 。 結果表示後、 運動負荷を減少させ、 運動者に一定時間 （例えば 1分間） ク
—ルダウンを行わせる （ST 1 63) 。 その後、 運動負荷制御を終了する （ST 1 64) 。
次に、 ゆらぎのパワーの変動パターン判別処理の一例を、 図 48〜図 59のフ 口一図に詳細に示す。 ここでは、 例えばウォーミングアップ時におけるゆらぎの パワーの平均値、 ウォーミングアップ終了から 2分後、 3分後、 4分後、 5分後 の各パヮ一を用いてパターンの判別を行う。 なお、 それらのフロー図において、 パターン分類に用いたゆらぎのパワーの値は図 46に示すとおりであり、 分類 a 〜 eはゆらぎのパワーでは図 47に示す位置に該当する。 また、 フロー図中のパ ターンに関する記号は図 26に示し、 パターン a〜 jはそれぞれ図 6 OA〜図 6 3に示すパターンである。

Claims

請求の範囲
1. 運動負荷可変の運動負荷手段 （9) と、 この運動負荷手段 （9) による運動 中に生理信号を非侵襲で測定する生理信号測定手段と、 運動中に得られた生理信 号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負荷決定手段 （6) とを備え、 前記運動負荷手段 （6) は、 負荷決定手段 （6) で決定された漸増負 荷又は漸減負荷の負荷変動率に基づいて運動負荷を変更する運動機器。
2. 前記生理信号は、 心電信号又は拍動信号である請求項 1記載の運動機器。
3. 前記生理信号は、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎである請求項 1 記載の運動機器。
4. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのパワーである請求項 3記載の 運動機器。
5. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのエントロピーである請求項 3 記載の運動機器。
6. 前記生理信号は、 心拍数変動スペク トルのパワーである請求項 1記載の運動 機器。
7. 前記生理信号は、 少なくとも心電信号により得られた心拍数又は拍動信号に より得られた脈拍数と、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎとの両方であ る請求項 1記載の運動機器。
8. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのパワーである請求項 7記載の 運動機器。
9. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのエントロピーである請求項 7 記載の運動機器。
10. 前記生理信号は、 少なくとも心電信号により得られた心拍数又は拍動信号 により得られた脈拍数と、 心拍数変動スペク トルのパワーとの両方である請求項
1記載の運動機器。
1 1. 運動中に生理信号を非侵襲で測定する生理信号測定手段 （1) と、 運動中 に得られた生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負 荷決定手段 （6) と、 この負荷決定手段 （6) で決定された漸増負荷又は漸減負 荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時における運動負荷と心拍数との 関係から体力レベルの評価を行う体力レベル評価手段 （6) とを備える、 体カレ ベル評価装置。
1 2. 運動中に生理信号を非侵襲で測定する生理信号測定手段 （1) と、 運動中 に得られた生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負 荷決定手段 （6) と、 この負荷決定手段 （6) で決定された漸増負荷又は漸減負 荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時における運動負荷と心拍間隔の ゆらぎとの関係から最適な運動強度の決定を行う運動強度決定手段 （6) とを備 える、 運動強度決定装置。
1 3. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのパワーである、 請求項 1 2 記載の運動強度決定装置。
14. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのエントロピーである、 請求 項 12記載の運動強度決定装置。
1 5. 運動中に生理信号を非侵襲で測定する生理信号測定手段 （1) と、 運動中 に得られた生理信号に基づいて漸増負荷又は漸減負荷の負荷変動率を決定する負 荷決定手段 （6) と、 この負荷決定手段 （6) で決定された漸増負荷又は漸減負 荷の負荷変動率に従い、 漸増又は漸減負荷運動時における運動負荷と心拍数変動 スぺク トルのパワーとの関係から最適な運動強度の決定を行う運動強度決定手段 (6) とを備える、 運動強度決定装置。
1 6. 負荷値可変の運動負荷手段 （9) と、 請求項 1 1、 請求項 1 2又は請求項 15記載のいずれかの装置とを備え、 前記運動負荷手段 （9) は、 前記体カレべ ル評価装置で得られた体力レベル又は前記運動強度決定装置で得られた運動強度 に基づいて運動負荷を変更する運動機器。
1 7. 運動負荷時に生理信号を非侵襲で測定し、 得られた運動負荷変化に対する 生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別し、 判 別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決定する運動強度の決定方法。
18. 前記運動負荷時における生理信号の変動パターンの判別は、 ウォーミング アップ時、 及び運動負荷の増大に伴った予め決定した時間間隔、 或いは運動負荷 値間隔毎の生理信号の変化率に基づいてパターン判別する請求項 1記載の運動強 度の決定方法。
1 9. 前記生理信号は、 心電信号又は拍動信号である請求項 1記載の運動強度の 決定方法。
20. 前記生理信号は、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎである請求項 1 7記載の運動強度の決定方法。
21. 前記心拍間隔のゆらぎは、 心拍間隔のゆらぎのパワーである請求項 4記载 の決定方法。
22. 前記変動パターンに応じた適切な運動強度の決定は、 変動パターンに応じ た演算方法を用いる請求項 1 7、 請求項 1 8、 請求項 1 9又は請求項 20記載の 運動強度の決定方法。
23. 負荷可変の負荷装置 （9) と、 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理 信号測定手段 （1) と、 この生理信号測定手段 （1) で得られた運動負荷変化に 対する生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別 し、 判別した変動パターンに応じた適切な運動強度を決定する運動強度決定手段 (6) とを備え、 前記負荷装置 （9) の負荷は、 運動強度決定手段 （6) で決定 された運動強度に相当する負荷に設定される運動機器。
24. 負荷可変の負荷装置 （9) と、 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理 信号測定手段 （1) と、 この生理信号測定手段で得られた運動負荷変化に対する 生理信号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別し、 判 別した変動パターンに従って健康状態を判別する健康状態判別手段 （6) とを備 える運動機器。
25. 前記生理信号は、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎである請求項 23又は請求項 24記載の運動機器。
26. 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定手段 （1) と、 運動負 荷時に前記生理信号測定手段 （1) により得られた運動負荷変化に対する生理信 号に基づいて、 運動負荷時における生理信号の変動パターンを判別する変動バタ —ン判別手段 （6) と、 この変動パターン判別手段 （6) により判別した変動パ ターンを出力する出力手段 （6) とを備える健康状態判別支援装置。
27. 前記生理信号は、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎである請求項 2 6記載の健康状態判別支援装置。
2 8 . 生理信号を非侵襲で経時的に測定する生理信号測定手段 （1 ) と、 この生 理信号測定手段 （1 ) で得られた運動負荷変化に対する生理信号に基づいて、 運 動負荷時における生理信号の変動パタ一ンを判別し、 判別した変動パターンに従 つて健康状態を判別する健康状態判別手段 （6 ) と、 この健康状態判別手段で判 別された健康状態を出力する出力手段とを備える測定装置。
2 9 . 前記生理信号は、 心電信号により得られた心拍間隔のゆらぎである請求項 2 8記載の測定装置。
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