JPH0217170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は運動者の測定装置に関し、特に使用者
の心拍数を測定してその使用者の移動距離をその
関数として求める運動者用測定装置に関する。
又、その移動距離から使用者の移動速度を求める
運動者用測定装置に関する。 （従来の技術） 心拍数のような生理的なパラメータを測定する
装置は既知である。標準的な心電図（EKG）装
置は心拍数を検知してそれを示す出力電気信号を
発生するものとして使用されている。心電図装置
により発生する出力は被検者の生理的条件を決定
するのに有用であり、特に心臓血管系の異常性あ
るいは潜在的な問題を検知するのに有用である。 活発な運動を行う人の数が近年増加してきてい
る。肉体運動をしている間、増加した肉体の要求
を満たすために肉体はより多くの酸素と血液の供
給を必要とする。これによつて心臓の負荷が重く
なり、脈拍数（pulse rate）即ち所定の時間の心
臓の鼓動数（心拍数）が増加する。運動中に心臓
に過負荷がかかると勿論生理的に逆効果である
が、肉体運動から利益を得るにはある程度頑張ら
なければならない。 脈拍を監視するのにはいくかつの装置が現在利
用可能である。その種の一つは米国特許第
3792700号に述べられているが、そこでは心電計
の電極を被検者のわきの下に置くことにより脈拍
数が測定される。これは座つている使用者の脈拍
数を測定するのには好都合であるが、運動を行つ
ている人が使うには非常にやつかいなものであ
る。米国特許第3902698号には特定の脈拍数に達
すると信号を発生する静止型運動制御装置を備え
た脈拍測定装置が述べられている。米国特許第
3742937号と第3807388号と第3863626号には肉体
運動を行う人が身につけて、あらかじめ定めた脈
拍数を越えたときに指示する小型の脈拍監視装置
が述べられている。米国特許第3978249号には、
安静時の脈拍数と肉体運動中の脈拍数と両方を測
定してそれらの差に基づいて比較信号を発生する
脈拍数指示器が述べられている。その差があらか
じめ定めた値を越えたときに、警報が発生して使
用者に頑張り過ぎであると警告する。その装置は
脈拍数の変化を示す表示器を含んでいる。 脈拍数の他に身体内部の温度即ち体温も肉体に
よつてなされた仕事量と全部の肉体的ストレスを
評価するのに重要な因子である。特に暑い天気の
中で激しい運動を行う人は体温が104〓（40℃）
に上がると熱射病のような逆効果をこうむりやす
い。長時間の運動を行つているような肉体作業が
行われると、体温が上昇し、これがために心臓の
鼓動が速くなる。体温を正確に測定するには口腔
や脇の下や直腸付近の開口のような体の腔にサー
モメータや他の温度測定装置を挿入しなければな
らないが、これは体温を連続的に監視するのには
実用的でない。 ランナーや競泳者や競輪者のような運動家にと
つて主要なパラメータは所定の時間内に移動した
距離である。移動距離を測定する先行技術の方法
は、慣性検知器をランナーに付けて、歩数を数え
てあらかじめ定めた歩幅に基づいて距離を計算す
るものであつた。しかしこの方法でしばしば不正
確な結果が出る。 なぜならば歩幅は体重や体温を一般的な肉体的
精神的状態のような肉体的生理的要因によつて変
わるからである。 （発明の目的と要約） 本発明は上記事情に鑑み成されたもので、通過
した距離と速度が大になるほど身体によつてなさ
れる仕事量（心拍数の関数）が大となることに着
目し、検出した心拍数と、予め記憶された移動距
離と心拍数の関係（較正値）とから使用者の移動
距離を求める運動者用測定装置を提供するもので
ある。更に移動に要した時間を計時することによ
り、移動速度を求める運動者用測定装置を提供す
るものである。本発明により、従来技術に比しよ
り正確な移動距離ならびに移動速度の測定が可能
になる。 （実施例） 以下図面を参照しながら本発明の実施例を詳細
に説明して、他の目的や利点を明らかにする。 第１図を参照すると、運動を行う人が身につけ
るのに好適な運動者用測定装置１１が示されてい
る。測定装置１１は手首に装着する装置１２と耳
に装着する検知器１３とから成り、検知器１３は
導電体１４を経由して装置１２に接続されてい
る。耳の検知器１３は心臓の鼓動を検出するため
の心電図（EKG）用電極と身体の内部即ち「芯」
の温度を検出するためのサーミスタ検知器とを含
む。脳に血液を供給するいくつかの主な血管（例
えば、耳後部の動脈、こめかみの動脈、頚静脈な
ど）は耳の導管の近くを通るので、また脳の温度
（体の他の部分の温度ではない）は心臓の緊張を
決定するのに重要な因子であるから、耳の導管内
の温度を測るのは口腔や直腸のような他の場所の
温度を測るのよりもすぐれている。心臓の鼓動を
監視するために耳の検知器１３にある心電計電極
と共に用いられる第２の心電計電極は、第１図に
示した手首装着装置１２の後面にあり、前面１２
ａの反対側にある。装置１２が手首に適切にとり
つけられると、第２の電極は手首の背面と接触し
て、前面１２ａが運動者に見える。 手首装着装置１２は耳の検知器１３から入力さ
れる心臓の鼓動と体温信号とを受信して肉体運動
を行つている人に関する各種のパラメータ、例え
ば脈拍数、身体の温度差、走行距離、速度、経過
時間、消費カロリー、累積エアロビクス点等を計
算する。この点については後で詳しく説明する。
前面１２ａは一対の文字数字表示器１５ａと１５
ｂとを有する。これらは同時に選択されたパラメ
ータを表示するためのもので、液晶表示器が好ま
しい。測定装置１１に設定された所定の値よりも
脈拍が多いときと少ないとき上段と下段の心拍監
視器１６ａと１６ｂが夫々周期的に点滅する。指
パルス板１７は心電計の電極でつくられており、
使用者が指を各板１７に触れると使用者の脈拍数
を測定するもので、耳の検知器１３の代わりに用
いることができる。３つのボタン１８，１９，２
０が装置の側部から突出しており、これを用いて
使用者は測定装置１１に各種のパラメータを入力
して、測定装置の特定の動作モードを選択するこ
とができるようになつている。この点については
後で詳述する。 第２図に示したように、耳の検知器１３はこれ
を使用者が耳の中に入れたときに心臓の鼓動を検
知するための心電計用電極２１と体温を測定する
ためのサーミスタ２２とを含む。前述したよう
に、第２の電極は手首装着装置１２に付いてお
り、使用者の手首の背面に接触している。第３ａ
図を参照すると、心電計用電極２１から発生する
脈拍を表わす心電計用電気信号とサーミスタ２２
からの体温情報とを受信して夫々線２８と２９を
経由してデイジタル処理装置２７に脈拍と体温の
情報を送る。デイジタル処理装置２７は線３０を
経由して電力を検知器チツプ２６に供給し、チツ
プ２６から脈拍と体温の信号を受信して脈拍数、
体温差、走行距離、速度、経過時間などのパラメ
ータを計算する。選択されたパラメータは表示器
３１により使用者に示される。表示器３１は第１
図で示したように上段表示器１５ａと下段表示器
１５ｂとから成る。表示器３１はデイジタル処理
装置２７により制御され、共通線３２とセグメン
ト選択線３３により文字数字が選択されて計算結
果が表示される。またデイジタル処理装置２７は
モード選択スイツチ１８、スタート／ストツプス
イツチ１９、較正／設定スイツチ２０を経由して
使用者からの入力を受けて、較正データを受信
し、選択されたパラメータを測定して表示する。 第３ｂ図に示したように、デイジタル処理装置
２７はリードオンリーメモリ２７ａ、ランダムア
クセスメモリ２７ｂ、加算／比較器２７ｃ、クロ
ツク回路２７ｄを有するマイクロプロセツサが１
個のCMOS半導体チツプに測定されているのを
用いるのが好ましい。これは比較的低電力で動作
し、パワーダウンモードでは約10マイクロアンペ
アの電流を要する。パワーダウンモードとは測定
装置１１が時計としてのみ働いておりメモリに前
の計算結果を記憶しているときである。パワーア
ツプモードのときには約250マイクロアンペアの
電流を要するが、これは運動を行つているときに
測定装置１１が脈拍と体温とを測定して各種の生
理的パラメータを計算するのに使われているとき
である。 第３ｃ図を参照すると、検知器チツプ２６は信
号整形装置３４、ラツチ回路３５、発振器３６を
含む。電極２１から発生する心電計信号は整形さ
れて本質的に矩形波のパルス信号となり、信号の
各ピークは１回の心臓の鼓動を表わす。パルス信
号は使用者の心臓が鼓動する度にラツチ回路の心
臓ラツチをセツトする。デイジタル処理装置２７
は各心臓鼓動の後、線３７を経由して（第３ａ図
も参照のこと）心臓ラツチをリセツトし、心臓ラ
ツチがセツトされてリセツトされた回数に基づい
て脈拍数を数える。サーミスタ２２の電気抵抗は
次の式にしたがつて温度と共に変る。 (1) RT＝e^B/T ここでRT＝電気抵抗 Ｔ＝温度（〓） Ｂ＝材料定数（〓） ｅ＝自然対数の底 発振器３６はサーミスタ２２の電気抵抗に応じ
た出力周波数を発生し、この出力周波数はサーミ
スタの電気抵抗の変化を示すものであるから体温
の変化を示している。発振器３６の出力周波数は
次式で表わされる。 (2) ｆ＝１／KRT ここでｆ＝発振器３６の出力周波数 Ｋ＝定数 所定の期間に発生した発振数はデイジタル処理
装置２７により検出されて、出力周波数ｆがそれ
によつて決定される。デイジタル処理装置２７は
プログラム可能であつて、典型的に98.6±２〓
（37±１℃）である「安静時」の体温T₁からの体
温差（ΔT）を計算する。実際の安静時の体温は
測定装置１１の較正中に使用者がデイジタル処理
装置２７にセツトすることができる。あるいは正
規化した参照体温、例えば98.6〓（37℃）をデイ
ジタルプロセツサ２７のリードオンリーメモリ２
７ａに永久に記憶させておいてもよい。 体温T₁は発振器３６の特定の出力周波数f₁と対
応する。この関係は次式で表わされる。 (3) f₁＝１／KRT₁ ここでf₁＝体温T₁における出力周波数 RT₁＝体温T₁のときのサーミスタ２２の抵抗 長時間肉体運動を行なつているときのように体
温がT₂に上昇すると、発振器３６の出力周波数
は次式によつて表わされる周波数f₂に比例して増
加する。 (4) f₂＝１／KRT₂ ここでf₂＝体温T₂における出力周波数 RT₂＝体温T₂におけるサーミスタ２２の抵抗 (3)式と(4)式とを組合わせると、 (5) f₂／f₁＝RT₁／RT₂ (1)式を参照すると RT₁＝e^B/T ₁で且つRT₂＝Ｂ／T₂ であるから (6) RT₁／RT₂＝e^B(1/T ₁ ^-1/T ₂ ⁾ (5)式と(6)式とを組合わせて f₂／f₁＝e^B（１／T₁−１／T₂） 組変えると l_of₂／f₁＝BΔT／T₁（T₁＋ΔT） (7) ΔT＝T₁／Ｂ／T₁ln（f₂／f₁）−１ ここでΔT＝T₂−T₁即ち体温の差 l_o＝自然対数 (7)式を用いると、デイジタル処理装置２７は使
用者の実際の安静時の体温を知らなくとも正規化
された安静時の体温（T₁）からの温度差（ΔT）
を発振器の出力周波数の変化に基づいて計算する
ことができる。正規化された安静時体温T₁のほ
かに、サーミスタの抵抗と温度との関係を表わす
材料定数Ｂもまたデイジタル処理装置２７のリー
ドオンリーメモリ２７ａに記憶されている。 デイジタル処理装置２７がT₁＝98.6〓（37℃）、
Ｂ＝3887〓とプログラムされているとすると、使
用者の実際の安静時体温が±２〓（１℃）変わ
り、サーミスタ２２のＢの許容誤差がゆるい（最
も良い温度検知用のサーミスタが±51〓に対して
±100〓）場合でも、ΔTは8.4〓（4.7℃）の体温
範囲（98.6〓−107〓（37℃−41.7℃））にわたり
±0.3〓（0.17℃）の精度で測定される。したが
つて名目上の抵抗の許容誤差がゆるく且つＢの許
容誤差も比較的ゆるい安価なサーミスタ２２を用
いて精確な結果を得ることができる。ΔTを計算
するのにデイジタル処理装置２７を用いると、サ
ーミスタの温度対抵抗特性は直線である必要はな
くなる。 第４図と第１表は測定装置１１の５つの動作モ
ードを示している。第２表を参照すると、測定装
置１１を時刻と日付モード（モード１）で動作さ
せるとき、較正／設定スイツチ２０を押して、ス
タート／ストツプスイツチ１９は正しい時刻が上
段の表示器１５ａに現われる迄下に押しておく。
較正／設定スイツチ２０を再び押して、正しい日
付が下段の表示器１５ｂに表示される迄スター
ト／ストツプボタンを下に押しておく。一旦正し
い時刻とデータが設定されると、測定装置１１は
計時を開始する。時刻と日付の情報はスタート／
ストツプスイツチ１９を押すことにより表示され
る。使用者は２本の指で夫々のパルス板１７に触
れて下段の表示器１５ｂに表示された脈拍数を読
むことにより、自分の脈拍数を決定することがで
きる。使用者の指が板１７に触れているとき、心
臓を表わす符号４１が心臓の各鼓動毎に点滅す
る。 測定装置１１をモード１から較正モード（モー
ド４）に変更するには、第１表に示したようにモ
ード選択スイツチ１８を３回押す。表３に示すよ
うに使用者は英国式又はメートル法のいずれかで
測定装置１１が各種のパラメータを計算して表示
するようにプログラムすることができる。もし使
用者が英国式を使いたいと思うならば、彼はスタ
ート／ストツプスイツチを１回押して、マイルで
距離をポンドで体重を入力する。もし使用者が測
定装置１１にメートル単位で表示したいと思うな
らば、スタート／ストツプスイツチ１９を２回押
して、キロメートルで距離をキログラムで体重を
入力する。 測定装置１１を較正するには、既知の距離につ
いて較正用に走らなければならない。較正／設定
スイツチ２０を最初に押す（選択した測定方式に
より１回又は２回）と、上段の表示器１５ａは距
離をゼロから始めて順次増しながら表示する。較
正距離が表示されたときに、使用者は較正／設定
スイツチ２０を再び押す。すると下段の表示器１
５ｂが体重を50ポンド（又はキログラムで相当の
数字）から表示し始める。使用者の正しい体重が
表示されたときに、使用者は較正／設定スイツチ
２０を再び押して自分の年令を入力する。一旦正
しい年令を入力してから使用者は較正／設定スイ
ツ２０を再び押して、脈拍数の上限と下限とを入
力する。較正用走行の初めにスタート／ストツプ
スイツチを押してデイジタル処理装置２７内にあ
る経過時間計数器を作動させる。 走つている間測定装置１１は経過時間と脈拍数
と体温変化（ΔT）のみを表示する。デイジタル
処理装置２７は較正用に走つている間心臓の鼓動
の合計数を計数し、１マイル当りの合計鼓動数、
即ち１マイル当りの較正鼓動数（CBPM）を次
式に従つて決定する。 (8) CBPM＝SHB−AF（ｔ）−TC−0.7（ｔ）／距離 ここでSHB＝較正走行中の心拍数の和 AF（ｔ）＝参照脈拍数で表わした補正因子 TC＝温度補正因子 0.7（ｔ）＝エアロビクスから非エアロビクスの酸
素供給状態に身体が遷移すると0.7心拍／分に
分で表わした運動経過時間を掛けることにより
決定されるのを説明するために導き出された補
正因子。 AFは使用者の年令に関係する参照脈拍数であ
る。一般的に肉体作業率が増加すると年配の人の
方が若い人よりも脈拍数が増加する。ランナーや
ジヨギングする人にとつて速度を増すことは肉体
作業率を増加することを意味し、第５ａ図と第５
ｂ図に示すように脈拍数が増加する。第５ａ図は
26才のランナーの速度対脈拍数を示したものであ
り、第５ｂ図は49才のランナーの速度対脈拍数を
示したものである。第５ａ図の方が急勾配に示さ
れているように、26才のランナーの方が49才のラ
ンナーよりも速度の増加分に対する脈拍数の増加
分は少ない。更に生理学上の統計によれば速度対
脈拍数のグラフの勾配はランナーの年令に基づい
て予想することができることが示されてきた。い
ろんな年令の運動者の速度と脈拍数に関する経験
的データを用いると、参照脈拍数（速度対脈拍数
のグラフ上で速度ゼロの点でとつた脈拍数）と年
令との経験的な関係は第６図に示すようになる。
使用者の年令補正因子AFはプログラムされてい
る年令と参照脈拍数間の経験的に導き出された関
係に従つて、デイジタル処理装置２７により決定
される。運動期間中に測定された脈拍数の合計と
年令補正因子AFに経過時間を掛けたものとの間
の差は使用者が所定の距離を通過するのに寄与し
た心拍数の増加を示すものである。体温補正因子
TCは体温が増加するのに寄与することができる
脈拍数の増加を説明するものであるが、これは次
のように心拍単位で示される。 (9) TC＝ΔT・10・ｔ ここでΔT＝〓で表わした体温の増加 10＝体温が１〓増加するのに寄与する１分間の心
拍数 ｔ＝運動時分（分） ΔTが℃で表わされるときはTC＝ΔT・18・ｔ
となる。(8)式を用いてデイジタル処理装置２７は
１マイル当りの較正心拍数を計算する。この較正
心拍数は１マイルの距離にわたつて心臓が行つた
仕事量の関数である。生理的研究によれば最大の
運動をくり返し行つている間人の脈拍数は各種の
条件下で驚くほど類似しており、標準期間では１
分間当り±３回である。同様に運動者の脈拍数は
運動時間の初期に特定のレベル迄急速に増加し、
その後は比較的安定になり、0.7回／分位でわず
かに増加するにすぎない。維持される特定の脈拍
数は主に運動者の速度の関数であり、脈拍数の増
加は本質的に速度の増加に線型に依存している。
したがつてもし較正用運動が使用者の最適の運動
速度すなわち運動ペースで行われるならば、その
結果は同様なペースで続けて運動している間の脈
拍数を予報するものとなろう。しかし、もし使用
者が続いて実質的により遅く又はより速いペース
で運動を行うならば、肉体はそれに応じてより低
い又は高い仕事率を実行するので、脈拍数は較正
走行中の脈拍数とはかなり違つたものとなろう。 同様に、合計心拍数と運動者が通過した所定の
距離とは肉体が行なつた合計作業量の関数であ
る。較正走行中に、運動者が較正距離を通過する
のに寄与した心拍数の増加を示す経験的な関係は
式(8)を用いて確立される。この関係は１マイル当
りの較正心拍であり、これは運動者がその距離を
通過するのに寄与した心拍数の増加に基づいて、
続いて行う運動期間中に運動者が走行した距離を
決める参照値として用いられる。 前述したように、測定装置１１には脈拍数の上
限と下限とをプログラムすることができる。生理
学の研究により自分の脈拍数を特定の範囲内に維
持すれば危険な過度の努力をせずに肉体運動を行
なうことにより最高の利益を得ることができるこ
とが示されてきた。例えば健康な25才の男子は肉
体運動により最高の利益を得るには運動期間中は
約165〜185回／分（175が平均値）のレベルに脈
拍数を保つことが必要である。測定装置１１が較
正モード（モード４）にあるとき、脈拍数の上限
と下限（上述の例の場合夫々185と165）が使用者
により設定され、デイジタル処理装置２７内に記
憶される。あるいはデイジタル処理装置２７は使
用者の年令に基づいて脈拍数の上限と下限を自動
的に決定するようにプログラムすることができ
る。引続き行う運動期間中、デイジタル処理装置
２７は所定の時間に使用者の脈拍数を上限と下限
の脈拍数と比較し、使用者の脈拍数があらかじめ
定めた上限の脈拍数を越えると高心拍監視器１６
ａを点滅させ、使用者の脈拍数があらかじめ定め
た下限の脈拍数を越えると低心拍監視器１６ｂを
点滅させる。デイジタル処理装置２７はまたΔT
が５〓（2.8℃）を越えると高低両方の心拍監視
器１６ａと１６ｂを点灯させる。こうして高低の
心拍監視器１６ａと１６ｂは使用者が最適の運動
脈拍数を保つのを可能ならしめるのに役立つだけ
でなく、過度の脈拍数且つ（又は）体温状態が起
きたことを使用者に警告する役目もする。他の実
施例では耳の検知器１３は使用者の脈拍数又は体
温があらかじめ設定した限界の外にあるかどうか
を警報する可聴警報器を含む。更に他の実施例で
は、手首に装着する装置１２は除かれ、耳の検知
器１３は体温を監視して体温が過度になつたか否
かを使用者に音で警報する独立の体温測定装置で
ある。 一旦測定装置１１が適当に設定較正されると、
モード２と（又は）３で正常な動作を行う用意が
できる。使用者がモード選択スイツチ１８を押す
と、測定装置１１は較正モード（モード４）から
時刻日付モード（モード１）に変わる。モード選
択スイツチ２回又は３回押すと、測定装置１１は
監視モード（モード２）又は実行モード（モード
３）に夫々変わる。使用者は表示される情報とし
て何がほしいかにしたがつてモード２かモード３
のいずれかを選択する。運動期間の最初にスター
ト／ストツプスイツチ１９を押すと、デイジタル
処理装置２７は脈拍の計数と体温の監視を始め
る。運動期間中使用者はモード選択スイツチ１８
を押してモード２とモード３を交代させることが
できる。デイジタル処理装置２７は脈拍数の合計
と実時間の脈拍数で計算して第４図と表４と表５
に示すようにモード３と２でこれらのパラメータ
を夫夫下段の表示器１５ｂに表示する。脈拍数
（１分当りの脈拍数）は次の式で決まる。 (10) 脈拍数（PR）＝4.60／ｙ＝240／ｙ ここでｙ＝４心拍周期に要した時間（秒）モー
ド２のときは下段の表示器１５ｂに１秒間隔で脈
拍数の実時間表示を行うのと交互にΔTを〓又は
℃で実時間表示を行う。ΔTは第３ａ図と第３ｂ
図に関して前述したようにデイジタル処理装置２
７により決定される。同様にモード３では１秒間
隔で脈拍数の合計と、消費カロリー数と獲得した
エアロビクス得点とが交代で下段の表示器１５ｂ
に表示される。 デイジタル処理装置２７は次の方程式を解くこ
とにより１時間当りに消費されるカロリー数を決
める。 (11) カロリー／時＝1.2｛53［W_t （2.3＋0.32（Ｖ−25）1.65）］｝＋423 ここでW_t＝キログラムで表わした使用者の体
重 Ｖ＝キロメートル／時で表わした使用者の速度 (11)式で体重をキログラムの代わりにポンドで入
力する場合はW_t（ポンド）を2.205で割る。速度
をキロメートル／時の代わりにマイル／時で入力
するにはＶ（マイル／秒）に1.609を掛ける。デイ
ジタル処理装置２７は15秒毎に速度を計算して式
(11)を解き各15秒間隔で消費されたカロリー数を求
める。得られた結果を240で割り、即ち１分間に
４回計算、60分を掛ける。デイジタル処理装置２
７は15秒毎に消費されたカロリー数を累積して、
運動期間中に消費された合計カロリー数を求め
る。 エアロビクス点方式は一般向けの教材本のシリ
ーズでケネス・クーパ（Kenneth Couper）博士
より開発されたもので肉体運動の量とそれにより
得られる利得とを定量化する手段である。（本と
してAerobics（1968）、the New Aerobics
（1970）、Aerobics For Women（1972）、The
Aerobics Way（1977）がある。） エアロビクス点は次の式で計算される。 (12) エアロビクス点（AP）＝V_A×Ｄ／1.4 ここでV_A＝所定の時間内での平均速度 Ｄ＝所定の時間内の移動距離 デイジタル処理装置２７は選択した時間間隔、
例えば５分間隔、の間に獲得したエアロビクス点
を計算して連続した間隔の間に獲得したエアロビ
クス点の合計を累計するようにプログラムするこ
とができる。 測定装置１１がモード２で動作しているとき、
経過時間と合計移動距離とが交互に１秒ずつ上段
の表示器１５ａに実時間で表示される。経過時間
が１時間以内のときは、分、秒、100分の１秒で
表示される。経過時間が１時間を越えると、時
間、分、秒で表示される。処理装置２７は心拍数
の合計と経過時間とを測定して次の式により移動
した距離を計算する。 （13）距離（マイル） ＝SHB−AF（ｔ）−TC−0.7（ｔ）／CBPM ここでSHB＝運動期間中の合計脈拍数 AF（ｔ）＝年令補正因子 TC＝体温補正因子（(9)式参照のこと） 0.7（ｔ）＝エアロビクスから非エアロビクスへ酸
素供給が遷移するための補正因子（(8)式参照の
こと） CBPM＝較正運動から得た１マイル当りの較正
心拍 前述したように、ランナーやジヨギング者のよ
うな運動者が移動した合計距離は心臓によつてな
された仕事の関数であるから、運動者がその距離
を通過するのに寄与した脈拍の増加数の関数であ
る。距離は100分の１マイルの単位で9.99マイル
迄又は100分の１キロメートルの単位で19.99キロ
メートルまで表示される。 測定装置１１がモード３で動作するとき、平均
速度と分／マイル、又は分／キロメートル、が交
互に１秒間隔で上段の表示器15aに実時間表示さ
れる。平均速度は次のように計算される。 （14） V_a＝Ｄ／ET （マイル／時又はキロメートル／時） ここでＤ＝マイル又はキロメートルで表わした
（13）式から得られる移動距離 ET＝時で表わした経過時間 分／マイル（MPM）は次式で計算される。 （15） MPM＝60／V_a ここでV_a＝マイル／時で表わした平均速度 この代わりに分／キロメートル（MPK）は次
式で計算される。 （16） MPK＝60／V_a ここで V_a＝キロメートル／時で表わした平均速度 上述の４つの動作モードの他に、測定装置１１
はまた標準的な1/4マイルトラツクで練習するラ
ンナー用に設計された特別の途中計時モード（表
６）でも動作する。測定装置１１が始動してから
４分以内にスタート／ストツプスイツチ１９を押
すと、測定装置１１は自動的にモード２又はモー
ド３から途中計時モードに切替わる。このモード
では、ランナーは1/4マイル１周まわる毎にスタ
ート／ストツプスイツチ１９を押す。測定装置１
１は１周終る毎に５秒間個々の途中計時を計算し
て表示し、周数を合計して距離を決める。測定装
置１１はまた前のモード即ちモード２かモード３
にしたがつて情報を表示することもできる。走行
終了を短らせるために、ランナーはスタート／ス
トツプスイツチ１９を２回すばやくつづけて押
す。デイジタル処理装置２７は前述したように脈
拍と体温の情報よりむしろ1/4マイル１周毎の増
分に基づいて速度、合計距離、エアロビクス点、
消費カロリー、分／マイルを計算する。もし使用
者がメートル単位で測定装置１１を較正したので
あれば、１周440ヤードを400メートルとみなして
距離を扱う。表７は４つの正規の動作モードに途
中計時モードを加えて運動中に表示される情報を
まとめたものである。 デイジタル処理装置２７は使用者が運動してい
る間速度、移動距離、脈拍数、ΔTのようなパラ
メータを実時間で計算し表示する他に、測定装置
１１がモード２又はモード３にあるときに運動が
終つた後に表示するために次のパラメータを1/4
マイル又は0.4キロメートル距離が増える毎に計
算して記憶する。 マイル／時又はキロメートル／時で表わした速
度 分／マイル又は分／キロメートル 合計心拍数 脈拍数 ΔT デイジタル処理装置２７は次のパラメータを全
運動期間表示するために計算して記憶する。 平均速度 通過した合計距離 平均分／マイル又はキロメートル 合計心拍数 平均脈拍数 最大ΔT 合計エアロビクス点 合計消費カロリー デイジタル処理装置２７は７日間に獲得したエ
アロビクス点と消費したカロリーの累積合計を表
示するために累計した記憶する。 表８は運動が終つた後で表示するためにデイジ
タル処理装置２７のメモリに記憶されている各種
のパラメータ（とその例）を示したものである。
データは各1/4マイル又は0.4キロメートル増す毎
に５マイル迄表示される。５マイルと10マイルの
間は、データは1/2マイル増す毎に表示される。
10マイル以降は、データは１マイル増す毎に表示
される。 上述の測定装置１１は脈拍数と体温のような重
要な生理的パラメータを実時間で示すものであ
り、それによつて使用者の心臓にかかる相対的負
荷と肉体にかかるすべての肉体的緊張とを評価す
るものである。運動者はこの情報を利用すること
により、危険な程度に無理せずに自分の運動の程
度を調整することができる。更に測定装置１１は
ランナーやジヨギング者のような運動者に興味あ
る他の情報を提供する。体温と脈拍のデータに基
づいて通過距離、速度、分／マイル、獲得したエ
アロビクス点、消費したカロリーが運動中に実時
間方式で計算されて表示され、運動が終つた後で
表示するために記憶される。 上述の実施例では、所定の時間に移動した距離
と速度を心拍数の関数として計算し表示する運動
者用測定装置が提供される。 更に、運動を行つている者が身に付けるのに適
する体温測定装置が提供される。 更に、移動距離や速度やその他運動者に興味あ
るパラメータを、運動中に測定した心拍と体温の
関数として計算する運動者用測定装置が提供され
る。 更に、運動している間に消費したカロリーと又
は累積したエアロビクス点を決定する運動者用測
定装置が提供される。 更に、危険な過度の心臓の鼓動と又は体温状態
が起きたことを使用者に警告する運動者用測定装
置が提供される。 更に、選択された生理的パラメータの表示を行
う表示器を有する生理的測定装置が提供される。 更に、あらかじめ定めた時間に測定した各種の
生理的測定結果を累算して記憶するメモリ装置を
有する生理的測定装置が提供される。 更に、心臓の鼓動と体温とを常に監視して、実
時間で脈拍数と体温の変化と他の生理的パラメー
タを計算する生理的監視装置が提供される。 一つの実施例では、身体に付けた測定装置が使
用者の心臓の鼓動と体温とを測定する。この測定
装置は心臓の鼓動の合計数を数えて、あらかじめ
定めた時間に数えた心拍数に基づいて脈拍数を決
める計算手段を含む。測定した脈拍数と体温の値
を示す表示手段もそなえている。ある実施例では
計算手段は体温にも反応してあらかじめ定めた安
静時の体温から体温の変化を計算する。他の実施
例では使用者の脈拍数と又は体温が測定装置にプ
ログラムされている特定の値を越えたときに使用
者に知らせる手段を含む。 更に他の実施例では、本測定装置は運動者のタ
イム、距離、速度を測定するのに用いられるよう
になつている。計算手段は運動者の心臓が行つた
仕事量に基づいて運動者が移動した距離を計算す
るようにプログラムされる。仕事量は心臓の鼓動
数と体温の変化との関係であるから、計算手段は
運動を行つている間に測定した心臓の鼓動数と体
温の変化とに従つて運動中に移動した距離を計算
する。計算手段は更に経過時間を測定する時計回
路を含み、それによつて速度を計算することがで
きる。測定装置はまた脈拍数や分／マイルや消費
したカロリーや獲得したエアロビクス点のような
運動者に興味がある他のパラメータも計算するよ
うにプログラムされている。 好ましい実施例では、本測定装置はデジタル腕
時計のように手首に装着される装置と、それと電
気的に接続した耳に装着される検知器とから成
る。手首装着装置と耳装着検知器に夫々配置され
た一対の心電計電極は、心臓の鼓動を検出して、
それを示す電気信号を送信する。温度と共に抵抗
が変わるサーミスタ装置が耳装着検知器内にあつ
て体温を測定する。手首装着装置は心臓の鼓動が
検知される度に心電計電極から電気信号を受信し
て第１の電気信号を発生する検知器チツプを含
む。検知器チツプは更にサーミスタの電気抵抗に
応答して体温変化を示す第２の電気信号を発生す
る。また手首装着装置には計算手段として働くデ
イジタル処理装置と、運動に関連した情報を選択
されて表示する液晶表示器も含まれる。デイジタ
ル処理装置は第１と第２の電気信号に反応して、
記憶されている永久的命令にしたがつて合計鼓動
数と脈拍数と体温変化と移動距離と他の運動に関
するパラメータを計算する。 上述の実施例に関連し、更に以下の事項を参考
迄に開示する。 (1) 以下の手段を含む使用者の脈拍数と体温とを
測定する携帯可能で、身体に装着される生理測
定装置、 (イ) 使用者の心拍数を検知してそれを表わす電
気的信号を発生する心拍検知手段と、 (ロ) 前記電気的信号に応じてあらかじめ定めた
期間検知された心拍の合計数を計数して、計
数した心拍数に基づいて平均脈拍数を計算す
る計算手段と、 (ハ) 使用者の身体の内部の温度を測定する温度
検知手段と、 (ニ) 平均脈拍数と体温の測定された値を表示す
る手段。 (2) 第(1)項記載の装置において、腕時計と実質的
に同じ大きさと形とを有する手首に装着する装
置を含む、測定装置。 (3) 第(1)項記載の装置において、前記表示手段は
複数個の文字数字を表示することができる液晶
表示器からできている、測定装置。 (4) 第(1)項記載の装置において、前記計算手段は
使用者の体温に応じてあらかじめ定めてプログ
ラムされている参照体温との差を計算し、前記
参照体温は正常な安静時の体温である、測定装
置。 (5) 第(4)項記載の装置において、前記参照体温は
使用者により調整可能である、測定装置。 (6) 第(4)項記載の装置において、体温の変化があ
らかじめ定めた値を越えたときに、使用者に知
らせる手段を含む、測定装置。 (7) 第(1)項記載の装置において、前記計算手段は
運動中の脈拍数の範囲をプログラム可能であ
り、所定の時間における使用者の脈拍数を前記
脈拍数の範囲と比較して、脈拍数が範囲を越え
ていることを示す第１の信号と脈拍数が範囲よ
り低いことを示す第２の信号とを発生する手段
を含む、測定装置。 (8) 第(1)項記載の装置において、前記心拍検知手
段は以下のものから成る、測定装置、 (イ) 使用者の身体に触れる位置に在つて心拍を
検出してそれを表わす電気的信号を発生する
一対の心電計用電極と、 (ロ) 前記電気的信号を前記心電計用電極から受
信して、前記信号を整形して本質的に矩形波
のパルス信号をつくる信号整形手段と、 (ハ) 前記信号整形手段に接続していて、前記矩
形波パルス信号を受信して各心拍に応じて特
定のラツチをセツトするラツチ回路。 (9) 第(8)項記載の装置において、前記計算手段は
各心拍の後で前記ラツチをリセツトして前記ラ
ツチがセツトされてリセツトされた回数を計数
し、それによつて脈拍の合計数を決める、測定
装置。 (10) 第(1)項記載の装置において、前記体温検知手
段は以下のものから成る、測定装置、 (イ) あらかじめ定めた温度対抵抗の関係にした
がつて使用者の体温と共に変わる電気抵抗を
有するサーミスタ装置と、 (ロ) 出力周波数が前記サーミスタ装置の電気抵
抗に反比例するようになつていて、選択され
た周波数の電気的信号を出力する発振器。 (11) 第(10)項記載の装置において、前記発振器の出
力周波数があらかじめ定めた参照周波数と比べ
て変化すると体温があらかじめ定めた参照体温
と差が生じたことを意味し、前記計算手段は前
記計算手段に記憶されている命令に従つて前記
出力周波数の変化から前記体温の差を計算す
る、測定装置。 (12) 第(1)項記載の装置において、前記計算手段は
デイジタル処理装置から成り、前記デイジタル
処理装置は以下のものを有する測定装置、 (イ) 永久的な命令がセツトされているリード・
オンリ・メモリと、 (ロ) 前記永久的命令にしたがつて脈拍数と体温
のデータに数学的演算を施す演算論理手段
と、 (ハ) 前記データが前記デイジタル処理装置によ
り処理されている間脈拍と体温のデータを記
憶するランダム・アクセス・メモリと、 (ニ) 経過時間を計時する計時回路手段。 (13) 第(1)項記載の装置において、時刻とカレン
ダーの日付とを含む各種の時間パラメータを計
時する時計回路を含む、測定装置。 (14) 使用者の身に付けて使用者の心拍数と体温
とを測定する次の手段を含む携帯可能な生理測
定装置、 (イ) 使用者の心拍数を検知してそれを示す第１
の電気信号を発生する心拍検知手段と、 (ロ) 使用者の身体の内部の温度を測定してそれ
を示す第２の電気信号を発生する体温検知手
段と、 (ハ) 前記第１の電気信号に応じて検知された心
拍の合計数を計数し、前記第２の電気信号に
応じてあらかじめ定めた参照体温と今の体温
との差を計算する計算手段と、 (ニ) 測定された心拍と体温の値を表示する手
段。 (15) 肉体活動を行つている使用者が移動した距
離を使用者の身体によつてなされた仕事の量の
関数として計算する次の手段を含む身体に装着
する生理測定装置、 (イ) 使用者の心拍数を検知してそれを表わす第
１の電気信号を発生する心拍検知手段と、 (ロ) 前記電気信号に応じて検知した心拍の合計
数を計算して、内部に記憶されているプログ
ラム命令に従つて肉体活動期間に移動した距
離を決定する計算手段であつて、前記プログ
ラム命令は心拍の合計数と移動距離との関数
をあらかじめ定めてある計算手段と、 (ハ) 前記計算手段によつて計算された活動中の
移動距離と心拍の合計数を含む計算結果を選
択的に表示する表示手段。 (16) 第（15）項記載の装置に使用者の体温を測
定する体温検知手段を更に含み、前記計算手段
は更に前記体温に応じてあらかじめ定めた参照
体温との今の体温との差を計算して、計算され
た体温の差に基づいて使用者の移動した距離を
計算する、測定装置。 (17) 第（16）項記載の装置において、前記計算
手段は使用者がその距離を通過するのに寄与し
た心拍の増加数に基づいて移動した距離を決定
し、前記心拍の増加数は使用者の年令に基づい
た参照心拍数と体温変化に寄与した心拍数との
和と、今の心拍の合計数との差を表わすように
なつている、測定装置。 (18) 第（17）項記載の装置において、前記計算
手段は合計心拍数に基づいて運動者の速度、
分／マイル、消費カロリー、獲得したエアロビ
クス点を含む運動者にとつて興味ある複数個の
パラメータと、移動距離と、経過時間とを計算
するようにプログラムされている、測定装置。 (19) 第（18）項記載の装置において、前記計算
手段は使用者が選択した複数のモードに対して
プログラムされていて、選択されたモードに応
じて前記表示手段を制御して運動者に興味のあ
るパラメータを表示せしむる、測定装置。 (20) 第（15）項記載の装置において、前記計算
手段はデイジタル処理装置から成り、前記デイ
ジタル処理装置はプログラム命令と前記デイジ
タル処理装置により処理されつつあるデータと
を記憶するメモリ手段と、前記メモリ手段に記
憶されているプログラム命令に従つて前記メモ
リ手段に記憶されているデータに数学的操作を
行う演算論理手段とを有する、測定装置。 (21) 運動期間中に人によつて行われた仕事量に
基づいて肉体運動を行う人が移動した距離を計
算する方法であつて、次の段階を含む計算方
法、 (イ) 人の心拍を検出する心拍検知手段と身体の
内部の温度を測定する体温検知手段と、経過
時間を測定する計時手段とを用意する段階
と、 (ロ) 人が既知の距離を通過する間初期運動の心
拍合計数と経過時間とを計数する段階と、 (ハ) 人の体温を測定してあらかじめ定めた参照
温度との体温差を計算する段階と、 (ニ) 人の年令と、初期運動中の合計心拍数と体
温の差と経間時間とに基づいて、人が既知の
距離を通過するのに寄与した心拍数の増加を
示す経験的関係を確立する段階と、 (ホ) 続いて行う運動期間の合計心拍数と、体温
の差と経過時間とを測定して、前記経験的関
係にしたがつて前記続いて行う運動期間に移
動した距離を計算する段階。 (22) 第（21）項記載の方法において、合計心拍
数と移動距離との間の経験的関係を確立する段
階は、次式に従つて人が既知の距離を通過する
のに寄与した心拍数の増加を決める段階から成
る測定方法、 心拍数／マイル ＝合計心拍数−AF（ｔ）−TC−0.7t／既知の距離 ここで合計心拍数とは運動中に数えた合計心
拍数であり、AFはその人の年令に基づいた参
照脈拍数として表わされる年令補正因子であ
り、ｔは分で表わした経過時間であり、TCは
体温の上昇に寄与した心拍数の増加を示す体温
補正因子であり、0.7tはエアロビクスから非エ
アロビクスの酸素供給状態に身体が変化するの
に寄与した心拍の増加数を表わす補正因子であ
り、既知の距離とは初期運動の間に通過した距
離であり、心拍数／マイルはその人が１マイル
の距離を通過するのに寄与した心拍の増加数を
表わす比である。 (23) 第（22）項記載の方法において、続いて行
う運動期間に移動した距離を計算する段階は次
式にしたがつて計算される測定方法、 距離＝合計心拍数−AF（ｔ）−TC−0.7t／心拍数／マ
イル ここで合計心拍数、経過時間（ｔ）、TC、
0.7tの値は続いて行つた運動期間の心拍数、経
過時間体温の差にしたがつて決められる。 (24) 第（23）項記載の方法において、人の年令
補正因子は年齢と参照脈拍数間の経験的に誘導
された関係に基づいたものであり、前記関係は
各種の年令の運動者の速度変化の関数としての
脈拍数の変化のデータから導かれる、測定方
法。 (25) 脈拍数、体温の変化、移動距離、速度を含
む運動者に興味のある運動に関するパラメータ
を測定する運動者用の測定装置であつて、以下
のものを含む測定装置、 (イ) 運動者の心拍数を検知して、それを示す電
気信号を発生する心拍検知手段と、 (ロ) 運動者の体温を測定して、それを示す体温
検知手段と、 (ハ) 前記心拍検知手段と前記体温検知手段とに
接続した検知回路手段であつて、以下のもの
を含む検知回路手段と、 前記電気信号を受信して前記電気信号を
整形して本質的に矩形波のパルス信号を発
生する信号整形手段と、 前記矩形波パルス信号に反応して運動者
の心臓が鼓動する度に特定のラツチをセツ
トするラツチ回路手段と、 前記体温を示すものに反応してあらかじ
め定めた周波数の電気信号を出力する発振
器手段であつて、前記発振器手段の出力周
波数は運動者の体温とあらかじめ定めた参
照体温との差を表わすものである発振器手
段、 (ニ) 前記ラツチのセツト状態に反応して各心拍
の後前記ラツチをリセツトし、前記ラツチが
セツトされてリセツトされた回数に基づいて
心拍合計数を計数するデイジタル処理装置で
あつて、前記デイジタル処理装置は更に前記
発振器手段の出力周波数に反応して記憶され
ているプログラム命令にしたがつて前記体温
の差を計算し、前記デイジタル処理装置は運
動期間の合計心拍数と体温差と経過時間とに
基づいて運動期間の脈拍数と移動距離と速度
とを含む複数個の運動に関するパラメータを
計算するようにプログラムされているデイジ
タル処理装置と、 (ホ) 前記デイジタル処理装置に接続し、前記デ
イジタル処理装置により計算された前記運動
に関するパラメータのうち選択されたものを
表示する表示装置。 (26) 運動期間中の経過時間と移動距離に基づい
て各種の運動に関するパラメータを計算する身
体に装着する装置であつて、以下のものを含む
計算装置、 (イ) あらかじめ定めた距離の増分を記憶するメ
モリ手段と、 (ロ) 使用者がその距離の増分を通過したことを
示す電気信号を送信するための使用者が操作
することができる入力手段と、 (ハ) 運動期間中の時間を計る時計手段と、 (ニ) 前記電気信号と前記経過時間とに反応し
て、運動期間中の使用者の速度を含む複数個
の運動に関するパラメータを計算する計算手
段と、 (ホ) 前記計算手段により実行された計算結果を
選択的に表示する表示手段。 (27) 第（26）項記載の装置において、前記あら
かじめ定めた距離の増分は４分の１マイルであ
る、計算装置。 (28) 第（26）項記載の装置において、複数個の
距離の増分が前記メモリ手段に記憶されてい
て、前記入力手段は使用者が夫々の距離の増分
を終る度に使用者により操作される、計算装
置。 (29) 第（28）項記載の装置において、前記運動
に関するパラメータは前記距離の増分の各々と
その累積合計数に対して計算されて表示され
る、計算装置。 (30) 第（26）項記載の装置において、前記計算
手段により計算される運動に関するパラメータ
は分／マイルと獲得したエアロビクス点と消費
カロリーとを含む、計算装置。

【表】

【表】 はモードの
情報

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定装置の正面図である。第
２図は本発明の測定装置に用いられる耳に装着す
る検知器の斜視図である。第３ａ図は本発明の電
子回路をブロツク図形式で表わした略図である。
第３ｂ図は体温と心臓の鼓動のデータを記憶して
処理する本発明に用いられるデイジタル処理装置
のブロツク図である。第３ｃ図は本発明の検知器
チツプのブロツク図である。第４図は測定装置の
４つの動作モード中に表示される情報を示してい
る本発明の測定装置の一連の正面図である。第５
ａ図と第５ｂ図は運動を行つている26才の運動家
と49才の運動家の脈拍数対速度の関係を夫夫示し
たグラフである。第６図は運動者の年令の関数と
しての年令補正因子のグラフである。 １２……手首に装着する装置、１３……耳に装
着する装置、１５ａ，１５ｂ……表示器、２１…
…心電計の電極、２２……サーミスタ、２６……
検知器チツプ、２７……デイジタル処理装置、３
１……表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 使用者の心拍を検出し、この検出した心拍を
   表わす電気信号を発生する心拍検知手段と、 所定距離を移動した際の心拍数を較正値として
   予め記憶させ得る記憶手段を含み、前記電気信号
   に基いて前記検出心拍の数を計数し、この計数値
   と前記記憶手段に記憶された前記較正値から使用
   者の移動距離を決定する計算手段と、 前記計算手段により決定された使用者の移動距
   離を表示する表示手段とを含む運動者用測定装
   置。 ２ 使用者の心拍を検出し、この検出した心拍を
   表わす電気信号を発生する心拍検知手段と、 所定距離を移動した際の心拍数を較正値として
   予め記憶させ得る記憶手段と使用者の移動に要し
   た時間を計時する手段を含み、前記電気信号に基
   いて前記検出心拍の数を計数し、この計数値と前
   記記憶手段に記憶された前記較正値から使用者の
   移動距離を決定し、かつこの決定した移動距離を
   前記計時値で除することにより使用者の移動速度
   を決定する計算手段と、 前記計算手段により決定された使用者の移動速
   度を表示する表示手段とを含む運動者用測定装
   置。