JPH09238911A

JPH09238911A - 運動支援装置

Info

Publication number: JPH09238911A
Application number: JP8055115A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 和彦天野; Kazuo Uebaba; 和夫上馬場; Hitoshi Ishiyama; 仁石山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-16
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP3582211B2

Abstract

(57)【要約】【課題】健康づくりのために適切と考えられる運動
を、使用者の体調を考慮に入れた上で処方することので
きる運動支援装置を簡易な構成で提供する。【解決手段】運動実施前は、脈波センサ４で検出した
脈波を携帯部７０から定置部８０へ転送し、定置部８０
は、該脈波の加速度脈波から生体の状態を抽出するとと
もに、これから行う運動の目標値を決定して使用者へ処
方する。運動中は携帯部７０と定置部８０を切り離し、
携帯部７０で脈拍数等を計測して作業メモリ３へ蓄積す
ると共に、上記処方に従って運動の指導を行う。運動実
施後は、脈波センサ４で検出した脈波と蓄積データを携
帯部７０から定置部８０へ転送し、定置部８０側は運動
実施前と同様に生体の状態を抽出し、運動前後の生体の
状態から使用者の体調を評価し、該結果をもとに以後の
運動の処方内容を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、健康づくりのため
に適切と考えられる運動の処方を行う運動支援装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢化社会が一段と進み、成人病
を中心とした中高年者の健康問題が大きく取り上げられ
てきており、これら疾病の原因として巷間さまざまな要
因が挙げられている。それら原因の一つとして、血液循
環が十分でなくなったことに起因すると見られる証拠が
発見されている。血液循環が不充分になると、組織，細
胞が、必要とするだけの酸素や栄養の補給を受けられな
くなる。このような状態が長期間持続すると、臓器や組
織に器質的な病変が準備され、これがある程度進行した
時点で、突如のごとく症状が発現する。

【０００３】このようなことから、器質的な病変が進行
してしまわないうちに、その基盤となる血液循環の良否
を判定して疾病の予防に役立てようとする試みが種々な
されてきた。そのようなことから、以前は、危険因子と
して血圧，心電図の変化，血中コレステロール，中性脂
肪濃度などに着目して血液循環の良否を判定していた。

【０００４】ところが、実際には、血圧が低くとも脳卒
中，心不全が発病することも少なくなく、他方、高血圧
であっても高齢でなお健在の人もいる。さらに、かなり
の器質的変化があっても心電図等で発見されないことも
多い。このような場合でも、さらに器質的変化が進行す
れば検査器械で発見することは可能であるが、それでは
遅きに失することとなる。

【０００５】そうした所、近年において、加速度脈波が
血液循環の良否を表わすものとして有効であることが見
い出されて注目を集めている。そこでまず、血液循環の
目安となる加速度脈波について概説する。周知のよう
に、血液循環の基本は、心臓から押し出された血液が動
脈→組織／臓器の毛細血管→静脈へと如何にうまく移行
していくかにある。

【０００６】一方、酸素や栄養の補給は毛細血管で行わ
れており、血液循環の良否は微小血管部分の血行動態に
関わりがあることから、毛細血管の血液含有量の推移が
血液循環の良い目安となると考えられる。というのは、
末端の動脈血圧と静脈血圧との僅かな差が毛細血管にお
ける栄養補給とガス交換に微妙な差を生じさせ、そのた
めに、長い間にはその差が拡大されて、組織や臓器に器
質的な病変が生じると考えられるからである。

【０００７】そのため、毛細血管の血液含有量の時間的
推移を観察する方法の一つとして、指尖容積脈波の検査
を行うことが主流となっている。しかしながら、指尖容
積脈波それ自体は比較的起伏に乏しい波形を呈し、従っ
て、微妙な波形の変化の解釈が困難であると考えられて
いた。また、血液循環に関わる変化が微小で、なおか
つ、生体の環境変化に敏感に反応してしまうという問題
もあるとされていた。

【０００８】ところが、指尖容積脈波の波形の２回微分
をとり、変化加速度波形（即ち、加速度脈波波形）へと
変換することで、血液循環に関わる情報を拡大，抽出し
て血液循環の状態を分かりやすい形で表示することが可
能となる。図２５（ａ）は指尖容積脈波の原波形の一例
であって、図２５（ｂ）は図２５（ａ）の波形の１回微
分である速度脈波の波形を示しており、図２５（ｃ）は
図２５（ａ）の波形の２回微分である加速度脈波の波形
を示している。

【０００９】また、図２６は典型的な加速度脈波の一波
形を抽出したものである。同図に示すように、加速度脈
波の一波形中には３つのピークと２つのバレイ（谷）が
存在する。すなわち、最初のピークａの後にバレイｂが
見られ、次いでピークｃ，バレイｄ，ピークｅが続き、
ピークｅから次の波形のピークａまでは略平坦である。
もっとも、ピークａを除けば、各点はピークやバレイと
はならずに単なる変曲点となることもある。

【００１０】ここで、上記のピークやバレイの振幅は、
それぞれ以下に示すような意味を有している。まず、ピ
ークａは心臓から送り出された血液が指尖の毛細血管床
に到達した信号である。また、バレイｂは心臓の拍出量
に関わるものであって、拍出量が多ければ大きく下降す
る。

【００１１】また、ピークｃは静脈還流に関わり、血液
循環の尺度から見た場合、細静脈が適度に収縮して過度
に血液をプールしていないかどうかを示すものと言え
る。静脈還流が良好な場合、ピークｃは基線の近傍或い
は基線より上に上がることもある。一方、細静脈の血液
プールが増加してくると、ピークｃは上昇しなくなり、
バレイｂより下になることもある。他方、バレイｄは心
臓の負担に関わりを持ち、心臓の負担が増加してくると
大きく下降してくる。なお、ピークｅは指尖容積脈波の
収縮後隆起の位置に相当するが、具体的な意味は見つか
っていない。

【００１２】このような加速度脈波から捉えられる血液
循環の不具合は、ジョギングなどの持久的トレーニング
によって改善されることが知られている。また、一回の
トレーニングだけでも一時的な改善効果が見られ、継続
的なトレーニングを実施すれば、さらに安定した改善効
果が認められるようになる。他方、トレーニングを中断
すると再び血液循環が悪化してしまう。従って、このよ
うな血液循環の改善の程度については、加速度脈波を解
析することにより知ることができると言える。

【００１３】ところで、いま説明したような加速度脈波
を運動に応用した技術として特開平８−１０２３４号公
報（発明の名称：運動量測定装置）が挙げられる。この
文献では、トレッドミルや自転車エルゴメータなどを用
いて被験者に健康増進のための運動を行わせ、実施した
運動が被験者に与える影響を測定するものである。その
ために、加速度脈波波形から算出される波形代表値と呼
ぶ情報を運動の前後でそれぞれ測定し、これら波形代表
値の差分を表示させるようにしている。また、被験者が
運動中は、運動中の各時点における波形代表値と予め決
めておいた波形代表値とを比較して、これら波形代表値
の差が例えば被験者にとって限界負荷になるような値に
到達した時点で運動を中止させるようにしている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、健康づ
くりのためには血液循環を良好な状態に保つ必要があ
り、そのためには適度な運動を行って、良好な状態をな
るべく長期間に亘って維持することが肝要である。しか
しながら、上記の文献に記載されたような装置を用いる
ことには問題がある。

【００１５】すなわち、運動中に正確な脈波波形を測定
することは非常に困難だということがわかっているから
である。したがって、運動中に測定される加速度脈波を
もとに被験者の運動をコントロールしようとしてもうま
くゆかず、結局のところ、適度な運動を行わせるという
目標は達成しえない。ちなみに、本発明者が上記文献に
記載された構成を用いて行った実験により、脈波が正し
く測定できないことが確認されている。これは、例えば
トレッドミルで運動を行う際、センサーを取り付けた手
の部分を固定するように構成しても同じである。

【００１６】また、上記のような装置では、加速度脈波
から抽出した情報を単に被験者へ提示するだけであるこ
とから、専門の医師や医師から教育を受けた看護婦が付
き添っている必要があった。ところが、毎日多数の患者
が運動を行う度に、その結果を医師や看護婦が評価して
次に実施すべき運動を患者たちへ指導するなどというの
は、医師や看護婦の負担が過大になりすぎ、医療の実態
にそぐわないものと言える。

【００１７】とは言っても、専門の医師や看護婦が付き
添わずに、装置の使用者自らが血液循環の良否を判断す
ることは非常に煩わしく不便である。また、医師らの立
ち会いなしに運動を行っても、医師が立ち会っていれば
指導したであろう運動と同程度の質の運動を確実に実施
できる保証は全くなく、運動が弱すぎて効果が出なかっ
たり、反対に、運動が強すぎて逆効果になるなど様々な
問題が生じる。

【００１８】他方、２〜３週間に一遍でも医師の指導を
仰ぐように指導したとしても、医師の所まで足を運ぶの
が億劫となって定期的な指導を行うのもままならない恐
れもある。このように、従来からある装置を用いた場
合、効果的な運動の指導を行えるかどうか大いに疑問が
あった。本発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、健康づくりのために適切と考えられる
運動を、使用者の体調を考慮に入れた上で処方すること
のできる運動支援装置を簡易な構成で提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、使用者が実施する運動の
目標値を設定する目標設定手段と、前記使用者の生体の
状態をもとに前記目標値を補正する目標補正手段と、第
１の通信手段とが組み込まれた機器と、前記目標値を前
記使用者へ告知する告知手段と、前記使用者から前記生
体の状態を測定する測定手段と、前記第１の通信手段と
双方向通信可能な第２の通信手段とが組み込まれた携帯
機器とを有し、前記第１ないし第２の通信手段により前
記目標値および前記生体の状態を授受することを特徴と
している。

【００２０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記目標値は、運動中の脈拍数，１
回の運動当たりの運動時間，運動の頻度のうちの少なく
とも一つからなることを特徴としている。また、請求項
３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記使
用者から脈拍数を測定する脈拍測定手段と、前記使用者
から前記脈拍数の測定指示が与えられている間、前記脈
拍測定手段が測定した脈拍数が前記運動中の脈拍数の目
標値を含む所定範囲内にあるように前記使用者へ指導を
行う指導手段とを有することを特徴としている。

【００２１】また、請求項４記載の発明は、請求項１な
いし３の何れかの項記載の発明において、前記目標設定
手段は、前記使用者から与えられる年齢および性別に基
づいて前記目標値の初期値を決定することを特徴として
いる。また、請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
の何れかの項記載の発明において、前記測定手段は、前
記使用者から脈波を検出する脈波検出手段を有し、該脈
波から前記生体の状態を取り出すことを特徴としてい
る。

【００２２】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の発明において、前記生体の状態は、隣接する脈波の
時間間隔の変動に対してスペクトル分析を行った結果得
られるスペクトル成分の振幅値であることを特徴として
いる。また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記生体の状態は、隣接する脈波の時間間
隔の変動に対してスペクトル分析を行った結果得られる
低周波のスペクトル成分の振幅値と高周波のスペクトル
成分の振幅値の比であることを特徴としている。

【００２３】また、請求項８記載の発明は、請求項５記
載の発明において、前記生体の状態は、隣接する脈波の
時間間隔の変動量が所定時間を越える個数であることを
特徴としている。また、請求項９記載の発明は、請求項
５記載の発明において、前記脈波に対する加速度脈波を
算出する加速度脈波算出手段を有し、前記生体の状態
は、前記加速度脈波に現れる複数のピークと複数のバレ
イの中から選択された２つのピーク或いはバレイの振幅
比であることを特徴としている。

【００２４】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載の発明において、前記生体の状態は、前記加速度脈
波に現れる第２のバレイの振幅値を第１のピークの振幅
値で除した振幅比であることを特徴としている。また、
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の発明
において、前記使用者が実施した運動に対する運動量を
算出する運動量算出手段を有し、前記目標補正手段は、
前記運動量と前記振幅比をもとに、前記運動による前記
使用者の状態変化を評価し、該評価の結果をもとに前記
運動の目標値を補正することを特徴としている。

【００２５】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
ないし１１の何れかの項記載の発明において、前記測定
手段は前記生体の状態を測定するセンサーを有し、該セ
ンサーを前記携帯機器へ取り付ける第１の接合部材と前
記第２の通信手段を前記携帯機器へ取り付ける第２の接
合部材とを、前記携帯機器に設けられたコネクタ部へ着
脱自在に取り付けたことを特徴としている。また、請求
項１３記載の発明は、請求項１ないし１２の何れかの項
記載の発明において、所定期間にわたる運動を実施する
度に再評価される前記使用者の運動能力に基づいて、前
記運動目標値の初期値を新たに設定する手段を有するこ
とを特徴としている。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。まず初めに、健康づくりの
ためにはどのような運動が好ましいものであるかを説明
する。健康づくりの観点からすると、実施すべき運動の
運動強度は強ければ強いほど良いというものではなく、
また、運動時間についても長ければ良いというものでも
ない。過度の運動はかえって健康を害することとなる。

【００２７】このようなことから、健康づくりに適した
運動のための研究がなされ、近時、最大酸素摂取量と呼
ばれる指標が健康状態の目安となるとともに運動強度の
設定に重要な役割を果たすことがわかってきている。最
大酸素摂取量は１分間に摂取可能な酸素の最大量で定義
され、各個人が有する運動能力を評価するための絶対指
標となりうる。なお、実用上は、最大酸素摂取量の値を
体重１キログラム当たりに換算した値が一般的に用いら
れる。

【００２８】そして、健康維持の観点からは最大酸素摂
取量を所定の維持目標値以上に保つことが推奨されてい
る。このような目標値として、例えば図２に示すように
性別及び年齢を基準に定めたものが用いられる（出典：
運動所要量の適用方法とその効果測定に関する研究及び
健康づくりのために適した運動時間，運動強度，運動頻
度に関する研究、平成元年，２年，３年度厚生科学研究
補助金 NO.00209065,NO.00264886,NO.00464607）及び健
康体力づくり事業財団委託研究）。

【００２９】ところで、この維持目標値を安全に獲得し
維持するためには、運動中に呼吸によって酸素を取り込
みながらエネルギーを発生させる有酸素運動が適当とさ
れている。有酸素運動を維持するためには、運動強度を
最大酸素摂取量の７０％以下に抑えることが必要であ
る。さらに、どの程度の運動強度が適切であるかは見解
が種々あるが、本発明者は運動強度を各個人の最大酸素
摂取量の５０％に設定するのが望ましいと考えている。

【００３０】このように、運動強度を最大酸素摂取量の
５０％に設定する利点として以下のような点が挙げられ
る。第１に、この程度であればきつい運動とは言えず、
運動中も精神的に余裕がある。第２に、もっと強い運動
に比べて脂質代謝の活性化に適している。第３に、心臓
の酸素不足が起こりにくいことから安全度が高く、血圧
が危険なほど上がる恐れがない。第４に、脚の筋肉や関
節を痛めることが殆どなく、疲労物質である乳酸の生成
も少ないことから、長時間運動を継続することができ
る。

【００３１】また、運動強度を最大酸素摂取量の５０％
とした場合に、目標となる運動量，すなわち健康づくり
のための望ましい運動所要量，は図３のようになる。こ
の図の場合では、安静時の心拍数（≒脈拍数）がおおよ
そ７０拍／分の平均的な人間を対象に、１週間当たりに
実施すべき運動時間の合計と目標となる心拍数とが示さ
れている。例えば、心拍数を１１０拍／分に保った運動
を１週間に１４０分だけ実施すれば、最大酸素摂取量の
値は６０歳代の目標値（図２を参照のこと）である３７
［ｍｌ／ｋｇ／分］（男性）或いは３１［ｍｌ／ｋｇ／
分］（女性）に到達することを意味している。加えて、
図３からわかることは、運動強度を最大酸素摂取量の５
０％に固定するとした場合、最大酸素摂取量の到達水準
が１週間当たりの運動時間と正比例することである。

【００３２】一方、個々の運動の運動時間に着目した場
合、身体が有酸素運動として反応するための時間を考慮
して少なくとも１０分間以上は継続して運動する必要が
ある。また、１日の合計の運動時間としては２０分以
上、週当たりで言えばその頻度（運動の回数）は３回以
上（より望ましくは毎日）が良い。以上をまとめると、
年齢，性別に応じた適度な運動強度で、なおかつ、週当
たりに必要とされる運動時間だけ運動を行うようにする
のが望ましく、その結果として最大酸素摂取量を望まし
い目標値にまで引き上げて行くのが良い。

【００３３】このような基準の下になされたトレーニン
グによる運動強度の推移を図４に示す（出典は上述した
健康づくりに関する文献である）。同図（ａ）は％Ｖo
_2max／ｗｔの推移を示しており、横軸がトレーニング期
間，縦軸が％Ｖo_2max／ｗｔの値である。ここで、Ｖo
_2maxとは最大酸素摂取量のことであり、％Ｖo_2maxは最
大酸素摂取量に対する各運動時点での酸素摂取量の割合
を意味している。さらに、％Ｖo_2max／ｗｔは％Ｖo_2max
の値を体重（ｋｇ）当たりに換算した値である。また、
同図（ｂ）は体重当たりの最大酸素摂取量Ｖo_2max／ｗ
ｔ及びトレーニング強度のトレーニングによる時間推移
を示しており、横軸がトレーニング期間，縦軸が絶対的
な運動強度である。ここで、縦軸の単位はｍｅｔｓ〔m
etabolic equivalents〕であり、エネルギー代謝の絶対
的評価の単位として用いられる。なお、被験者は男性で
あり、最大酸素摂取量の５０％に相当する運動強度を一
週間当たり１８０分間実施させている。

【００３４】同図（ａ）に示すように、トレーニング開
始時点である０週目では５０％の運動強度に設定されて
いる。そして、この運動強度に相当する運動強度でトレ
ーニングを積み重ねてゆくと、徐々にその人の運動能力
が向上してゆくため、同図（ｂ）に示すようにＶo_2max
／ｗｔの値が向上してゆく。したがって、トレーニング
している人間にとっては運動が軽いものになるから、運
動中の脈拍数などが下がってゆく。すなわち、同図
（ａ）中の０〜１０週に示されるごとく相対的運動強度
が低下してゆき、１０週目ではその値が４０％程度にな
る。

【００３５】そこで、運動能力の向上に合わせた適切な
トレーニングを実施するために、１０週目の段階で、向
上した運動能力に対応した新たな最大酸素摂取量の５０
％を運動の目標値に再設定する。すなわち、同図（ｂ）
に示すように、トレーニング強度がより高い運動強度に
設定し直される。そしてこれ以後は、上記と同様にし
て、トレーニングを１０週間実施する毎に、向上した運
動能力（最大酸素摂取量）に応じて運動の目標値を再設
定し、新たな目標値でトレーニングをしてゆく。したが
って、％Ｖo_2max／ｗｔは同図（ａ）に示すように１０
週毎にジグザグに変動する一方、Ｖo_2max／ｗｔはトレ
ーニングが進むにつれて増加してゆく。しかしながら、
運動能力には所詮限界があることから、図中の４０週目
になると、％Ｖo_2max／ｗｔとＶo_2max／ｗｔの何れも
が、３０週目から変化が見られなくなる。そこで、これ
以後は３０週目に設定した運動強度でトレーニングを継
続させてゆくことになる。

【００３６】以上のように、本発明では、長期的に見た
場合に、運動の目標値の処方所定期間にわたるトレーニングトレーニングによる運動能力の評価評価結果に基づく新たな目標値の設定の一連のサイクルから成り立つ。これらのうち、〜
については各トレーニングの間（例えば１０週間ごと）
に、医者と患者の間，或いは，トレーニングを行う選手
とコーチとの間で話し合いが持たれ、医師なりコーチな
りが患者或いは選手の運動能力を再評価するとともに、
目標値の再設定を行うようにする。

【００３７】ところで、上述したような運動所要量はあ
くまで平均的な人間を基準とした標準値であって、実際
には、各個人にとっての運動所要量は年齢，性別のほか
健康の程度，生理的状態等によっても異なってくる。こ
のようなことを踏まえ、本発明では、加速度脈波などか
ら得られる生体の状態を用いて人体の健康状態の程度を
評価し、この評価結果を勘案した運動目標値を調整する
ことで、個体差や体調をも考慮した運動の処方を可能に
し、以て健康づくりのために適切な運動の指導を行って
ゆくものである。

【００３８】すなわち、図４の例で言うと、原則として
１０週間は医師やコーチの指導を受けずにトレーニング
することになるから、その期間中は指示された一定の運
動目標値に従うことになる。しかしながら、いま述べた
理由から、患者や選手の体調等を考慮して、運動時間，
運動強度，頻度の各目標値を微妙に調整するのである。
そのために、短期的に見た場合、本発明に係る装置によ
り、処方に従ったトレーニングトレーニングによる健康状態の評価評価結果に基づいた目標値の微調整微調整後の目標値の処方（告知）という一連のサイクルが例えば上記１０週間のうちに行
われる。

【００３９】例えば、運動時間を例にとると、図５に示
すように体調の良否等に応じて運動時間の目標値が変化
することになる。これは運動時間以外の要素である運動
強度や頻度についても同様である。さらに、この微調整
は毎週或いは毎日行うのは勿論のこと、１日のうちに何
回かトレーニングを実施する場合にも行うのであって、
例えば１５分なり２０分なりのトレーニング毎に、次の
運動の目標値を微調整してゆくのである。

【００４０】〈第１実施形態〉まず初めに、本実施形態
で用いる加速度脈波波形の特徴について述べることとす
る。図６（ａ）には色々なタイプの加速度脈波波形を示
してある。血液循環が良好な場合、ピークａに対してバ
レイｂは大きく下降し、ピークｃは基線の近傍まで上昇
し、バレイｄの下降が少ない波形（同図又は）が見
られる。一方、血液循環が不十分になってくると、心臓
の負担が増加してバレイｂとバレイｄが同じ程度（同図
）となる。さらに、本格的に血液循環が悪くなってく
ると、バレイｄがバレイｂより下となる波形（同図
）、ピークｃがバレイｂと同位置となる波形（同図
）、ピークｃがバレイｂより下になる波形（同図）
などに変容する。

【００４１】測定した加速度脈波が、図６（ａ）の〜
の何れのパターンに属するかの判断基準としては、図
６（ｂ）に示すように、ピークａの振幅とこれ以外のピ
ーク或いはバレイの振幅との比を用いることが考えられ
る。まず、バレイｄとピークａの振幅比ｄ／ａを基準と
する場合、この値が１０％以内であればパターン，１
０〜３５％であればパターン，３５〜６０％であれば
パターン，６０〜１００％であればパターン乃至
に区分される。

【００４２】一方、ピークｃとピークａの振幅比ｃ／ａ
を基準とする場合、この値が−１０％以内であればパタ
ーン，１０〜１５％であればパターン，−１５％以
内であればパターン，０〜２０％であればパターン
，２０〜４０％であればパターン，４０％以上であ
ればパターンに区分される。もっとも、パターン〜
は互いに範囲が重複するため、パターン〜のみの
区別に使用するか、振幅比ｄ／ａの値と組み合わせて用
いることになる。なお、振幅比が負となることがある
が、これは、ピークｃやバレイｄが基線の上側に位置し
ていることを意味する。

【００４３】ここで、ある一人の使用者に着目した場
合、当該使用者の加速度脈波の波形がパターンに近い
ほど健康状態は良好であると言え、逆に、パターンに
近いほど健康状態は悪いという傾向が見られる。このよ
うに、加速度脈波の波形を見ることによって使用者の健
康状態を推知することができ、例えば、虚血性心疾患
（心筋梗塞や狭心症）或いは脳血管障害（脳卒中やくも
膜下出血）の発生の予知にも有用であると考えられる。

【００４４】一方、使用者の年齢と加速度脈波との関連
を調べてみると、加齢に従って加速度脈波の波形がパタ
ーンからパターンへと移行してゆく傾向が見られ
る。そこで、使用者から測定した加速度脈波の波形が、
その人の年齢から推定される加速度脈波の波形に比べて
極端にパターン側へ偏っているようであれば、やはり
上記のような疾病の前兆を示すものであると推断するこ
とができる。

【００４５】次に、本実施形態による運動支援装置の構
成を説明する。図１は、同装置の構成を示すブロック図
であって、大きく分けて２つのブロックから構成されて
いる。第１のブロックである携帯部７０は腕時計などの
携帯機器に組み込まれ、運動の実施前及び実施後におい
て次に述べる定置部８０と協同して加速度脈波の測定を
行うとともに、運動を実施中は脈拍数を測定し、使用者
に対して適宜運動の指導を行う。

【００４６】これに対し、第２のブロックである定置部
８０は所謂パーソナルコンピュータであって、脈波の解
析，運動の処方といった携帯部７０で処理するには負担
が大きい複雑な処理を扱う。そして、図１或いは図７に
示すように、携帯部７０と定置部８０の間は着脱自在の
通信ケーブルＣＢによって接続されている。

【００４７】また、これら携帯部７０，定置部８０の役
割をより詳しく言うと、運動実施前には携帯部７０と定
置部８０とを接続した状態で加速度脈波の測定を行うと
ともに、使用者に対してこれから実施する運動に関する
処方を定置部８０側で行う。次に、運動中は定置部８０
を切り離し、携帯部７０だけで脈拍数を測定し、処方さ
れた運動を忠実に遂行するように適宜指導を行う。そし
て運動実施後は、再び、携帯部７０と定置部８０とを接
続して加速度脈波を測定するとともに、運動中に携帯部
７０で測定したデータを定置部８０側へ転送し、これら
データをもとに定置部８０が使用者の健康状態を評価
し、この評価結果に基づいた運動処方の調整を必要に応
じて行う。

【００４８】次に、携帯部７０を構成する各回路につい
て説明を行う。図１において、プロセッサ１は携帯部７
０内部の各回路を制御する中枢部であって、その機能に
ついては後述する動作の項にて説明する。ＲＯＭ（リー
ドオンリーメモリ）２にはプロセッサ１が実行する制御
プログラムや各種の制御データ等が格納されている。作
業メモリ３は、次に述べる脈波センサ４から取り込んだ
計測データ，当該計測データの取り込み時刻，取り込ん
だ脈波から算出される脈拍数，運動開始時点からの総運
動量等が格納される。

【００４９】脈波センサ４は、使用者の手の指などに装
着された光学式のセンサである。この脈波センサ４の構
造例として、発光ダイオードと、フォトトランジスタ等
を用いた光センサとから構成したものが考えられる。そ
して、発光ダイオードから放射された光が、指尖部等の
血管を介して反射され、光センサにて受光されて光電変
換された結果、脈波検出信号が得られる。なお、信号対
雑音（ＳＮ）比を考慮した場合、発光ダイオードには青
色光の発光ダイオードを用いると良い。

【００５０】センサインターフェイス５は、脈波センサ
４の出力を所定時間間隔で取り込み、得られるアナログ
信号をデジタル信号へ変換して出力する。操作部６は、
使用者が携帯部７０に対して加速度脈波の測定指示，脈
拍数測定指示等を行うためのもので、例えば腕時計に設
けられたボタンスイッチ等で構成されている。表示装置
７は例えば腕時計に設けられた液晶表示装置であって、
計測した脈拍数や運動開始時点からの総運動量のほか、
これから実施する運動のための処方内容なども表示され
る。そのために、表示制御回路８はプロセッサ１から表
示情報を受け取り、これを表示装置７に適したフォーマ
ットへ変換して表示装置７上に表示を行う。

【００５１】外部インターフェイス９は、携帯部７０の
外部に設置された定置部８０とのデータ交換を行うため
の回路であって、例えば携帯部７０と定置部８０との間
をシリアル伝送で実現する場合は、シリアルデータとパ
ラレルデータとを相互に変換する変換回路から構成され
る。時計回路１０は、通常の計時機能を有するものであ
り、その出力は測定したデータの計測時刻として用いら
れる。さらに時計回路１０は、プロセッサ１が予め設定
した時刻に達した時点或いはプロセッサ１が予め設定し
た時間が経過した時点で、当該プロセッサ１へ割り込み
信号を送出する機能を有している。

【００５２】次に、定置部８０を構成する各回路を説明
する。ＣＰＵ（中央処理装置）１１は定置部８０内部の
各回路を制御する中枢部であって、その機能に関しては
後述する動作の項にて説明する。ちなみに、このＣＰＵ
１１は、後述するように様々な解析処理を短時間に実行
する必要があるため、携帯部７０に設けられたプロセッ
サ１に比べて高性能なものが採用されている。

【００５３】ＲＯＭ１２にはＣＰＵ１１が実行する制御
プログラムや各種の制御データ等が格納されるほか、図
２ないし図３に示されているような、望ましい運動を実
現するための規準となる目標値が格納されている。ＲＡ
Ｍ（ランダムアクセスメモリ）１３は、ＣＰＵ１１のた
めの作業領域を提供するほか、携帯部７０からアップロ
ードされた各種データ等が所定期間にわたって蓄積され
る。したがって、ＲＡＭ１３は携帯部７０に設けた作業
メモリ３に比較すると大容量の記憶素子から構成され
る。

【００５４】キーボード１６は、定置部８０に対して使
用者がコマンドを投入するための入力機器である。ディ
スプレイ装置１７はグラフィック表示が可能な出力機器
であって、携帯部７０及び定置部８０で計測した様々な
測定データのほか、種々のメッセージを表示する。そし
て、表示制御回路８と同様、ディスプレイ制御回路１８
はディスプレイ装置１７のためのコントローラである。

【００５５】外部インターフェイス１９は、携帯部７０
とのデータ交換を行う回路であって、外部インターフェ
イス９と同様の回路構成となっている。ところで、携帯
部７０と定置部８０との接続の態様は、先に触れた図７
のようなものであり、定置部８０を構成するパソコンに
は通信ケーブルＣＢを接続するためのコネクタ（図示
略）が設けられている。なお、図７では携帯部７０とし
て図８に示す腕時計の場合を図示してあるが、後に説明
する図９乃至図１１に示した態様であっても同様であ
る。

【００５６】携帯部７０を携帯機器に組み込むにあたっ
ては幾つかの態様が考えられる。以下にその一例を示す
が、これら以外の様々な携帯機器と組み合わせることも
当然可能である。まず、第１の態様として、図８に示す
ような腕時計と組み合わせた形態が挙げられる。この図
に示すように、本態様における携帯部７０は、腕時計構
造を有する装置本体１００，この装置本体１００に接続
されたケーブル１０１，このケーブル１０１の先端側に
設けられたセンサユニット１０２から構成されている。
また、装置本体１００には腕時計の１２時方向から使用
者の腕に巻き付いて、腕時計の６時方向で固定されるリ
ストバンド１０３が取り付けられている。そして、装置
本体１００は、このリストバンド１０３によって使用者
の腕から着脱自在となっている。

【００５７】センサユニット１０２は、センサ固定用バ
ンド１０４によって遮光されており、使用者の人指し指
の根元〜第２指関節の間に装着されている。センサユニ
ット１０２をこのように指の根元に装着すると、ケーブ
ル１０１が短くて済む上、運動中においてもケーブル１
０１が使用者の邪魔にならない。また、掌から指先まで
の体温の分布を計測してみると、周囲の温度が低い場合
に、指先の温度は著しく低下するのに対して指の根元の
温度は比較的低下しないことが知られている。したがっ
て、指の根元にセンサユニット１０２を装着すれば、寒
い日に屋外で運動した場合であっても、脈拍数等を正確
に計測することができる。

【００５８】一方、腕時計の６時の方向の表面側には、
コネクタ部１０５ａ及びコネクタ部１０５ｂが設けられ
ている。コネクタ部１０５ａには上述したセンサユニッ
ト１０２がケーブル１０１を介して接続されており、一
方、コネクタ部１０５ｂは通信ケーブルＣＢを介して定
置部８０に接続されている。また、これらコネクタ部１
０５ａ，１０５ｂには、ケーブル１０１，通信ケーブル
ＣＢの端部に設けられたコネクタピース１０６ａ，１０
６ｂがそれぞれ着脱自在に取り付けられており、コネク
タピース１０６ａ，１０６ｂをコネクタ部１０５ａ，１
０５ｂから取り外すことにより、携帯部７０を通常の腕
時計やストップウオッチとして用いることができる。

【００５９】さらに、コネクタ部１０５ａ，１０５ｂを
保護する目的から、ケーブル１０１，ケーブルＣＢをそ
れぞれコネクタ部１０５ａ，１０５ｂから外した状態に
おいては、所定のコネクタカバーを装着するようになっ
ている。このコネクタカバーは、コネクタピース１０６
ａ，１０６ｂと同様に構成された部品から電極部などを
除いたものが用いられる。

【００６０】そして、このように構成されたコネクタ構
造によれば、コネクタ部１０５ａ，１０５ｂが使用者か
ら見て手前側に配置されることとなり、使用者にとって
は操作が簡便になる。その上、コネクタ部１０５ａ，１
０５ｂが装置本体１００から腕時計の３時の方向に張り
出さないために、運動中に使用者が手首を自由に動かす
ことができ、仮に運動中に転んだ場合であっても使用者
の手の甲がコネクタ部１０５ａ，１０５ｂにぶつかるこ
とはない。

【００６１】他方、樹脂製の時計ケース１０７の表面に
は、日付や時刻のほか脈拍数や運動量をデジタル表示す
るための液晶表示部１０８が設けられている。また、時
計ケース１０７の外周部と表面部には、ボタンスイッチ
が幾つか設けられている。これらのうち、腕時計の６時
方向にあるボタンスイッチ１１４は、使用者が運動を開
始／終了する場合に押下するものであって、実際のとこ
ろ、このボタンスイッチは脈拍数の測定の開始／停止を
指示するためにある。また、液晶表示部１０８の１２時
方向に位置するボタンスイッチ１１７は、携帯部７０か
ら定置部８０に対して加速度脈波の測定を指示するため
のボタンスイッチである。

【００６２】また、本装置の電源として用意されている
のは、時計ケース１０７に内蔵されたボタン形の電池
（図示省略）であり、ケーブル１０１はこの電池からセ
ンサユニット１０２に電力を供給し、センサユニット１
０２の検出結果を装置本体１００側へ送出する役割を果
たしている。

【００６３】なお、図１と図８との対応であるが、図１
のプロセッサ１，ＲＯＭ２，作業メモリ３，センサイン
ターフェイス５，表示制御回路８，外部インターフェイ
ス９，時計回路１０が、すべて時計ケース１０７の内部
に組み込まれている。また、図８のセンサユニット１０
２が図１の脈波センサ４に、図８の各種ボタンスイッチ
が図１の操作部６に、図８の液晶表示部１０８が図１の
表示装置７にそれぞれ相当する。

【００６４】また、この態様においては、脈波を使用者
の手の指の根元で測定することとした。しかし、脈波の
測定部位はこれに限られるものではなく、例えば、橈骨
動脈部あるいはその周辺部において脈波の測定を行うよ
うにしても良い。さらに、この態様を一部変形したもの
として、図９に示すように、センサユニット１０２とセ
ンサ固定用バンド１０４とを指尖部へ取り付けるように
して、指尖容積脈波を測定するようにした態様が考えら
れる。

【００６５】次に、第２の態様として、図１０のような
ネックレス等のアクセサリーと組み合わせる形態が考え
られる。この図において、図８又は図９に示したものと
同一の部品については同じ符号を付してあり、その説明
を省略する。この図において、３１はセンサパッドであ
って、たとえばスポンジ状の緩衝材である。センサパッ
ド３１の中には図１の脈波センサ４が取り付けられてお
り、ネックレスを首にかけることで、このセンサが首の
後ろ側の皮膚に接触して脈波を測定することができる。

【００６６】さらに、ブローチ様の形状をしたケース３
２には、図１のプロセッサ１，ＲＯＭ２，作業メモリ
３，センサインターフェイス５，表示制御回路８，外部
インターフェイス９，時計回路１０が組み込まれてお
り、その裏面には通信ケーブルＣＢを接続するためのコ
ネクタ（図示省略）が設けられるとともに、図８のケー
ブル１０１に相当する導線が鎖３３の中に埋め込まれて
いる。

【００６７】次に、第３の態様として、図１１のように
眼鏡と組み合わせることも考えられる。この図におい
て、図８乃至図１０に示したものと同一の部品について
は同じ符号を付してあり、その説明を省略する。図１１
に示すように、ここでは装置本体が眼鏡の蔓４１に取り
付けられており、その本体はさらにケース４２ａとケー
ス４２ｂに分かれ、蔓４１内部に埋め込まれたリード線
を介して互いに接続されている。なお、このリード線は
蔓４１に沿って這わせるようにしても良い。

【００６８】ケース４２ａにおいて、レンズ４３側の側
面にはその全面に液晶パネル４４が取り付けられてい
る。さらに、該側面の一端には鏡４５が所定の角度で固
定されている。加えて、ケース４２ａには光源（図示
略）を含む液晶パネル４４の駆動回路が組み込まれ、こ
の光源から発射された光は、液晶パネル４４を介して鏡
４５で反射されて眼鏡のレンズ４３に投射される。した
がって、この態様においては、レンズ４３が図１の表示
装置７の役割を担っていると言える。

【００６９】また、ケース４２ｂには、図１のプロセッ
サ１，ＲＯＭ２，作業メモリ３，センサインターフェイ
ス５，表示制御回路８，外部インターフェイス９，時計
回路１０が組み込まれるとともに、その底面部には通信
ケーブルＣＢを接続するコネクタ（図示省略）が設けら
れている。さらに、脈波センサ４はパッド４６，４６に
内蔵されており、これらパッドで耳朶を挟むことにより
耳へ固定するようになっている。したがって、本態様で
は耳朶における脈波が測定されることになる。なお、図
示を省略したが、図１０ないし図１１の態様について
も、図８に示すような各種のボタンスイッチが設けられ
ており、年齢，性別の入力などの用に供される。

【００７０】次に、上記構成による運動支援装置の動作
を説明するが、ここでは図７に示すように、センサを指
の根元に取り付けるタイプの腕時計について説明を行う
こととする。まず初めに、使用者は健康づくりのための
運動を開始するにあたって、これから行う運動の効果を
見るために、運動開始前における加速度脈波の測定及び
付随する脈波解析処理を実施する。

【００７１】そこで使用者は携帯部７０と定置部８０を
通信ケーブルＣＢで接続し、脈波の測定に支障が出ない
ような安静状態にあることを確認したのち、ボタンスイ
ッチ１１７を押下して測定開始を指示する。これによ
り、加速度脈波の測定に加えて、以下説明するような処
理が携帯部７０側でなされる。

【００７２】まず、脈波センサ４の検出した脈波波形が
センサインターフェイス５へ送出されてデジタル信号へ
変換されており、プロセッサ１は、センサインターフェ
イス５から脈波波形を所定時間だけ読み取って順次作業
メモリ３へ格納してゆく。次いで、使用者の安静時の脈
拍数が計測される。すなわち、プロセッサ１は作業メモ
リ３に取り込んだ脈波波形を拍単位に分割して拍数をカ
ウントし、このカウント値を１分当たりに換算し、得ら
れた値を安静時の脈拍数として作業メモリ３へ格納す
る。

【００７３】他方、後述するように運動の処方には使用
者の年齢と性別が必要となる。そこでプロセッサ１は、
使用者の年齢及び性別が未だ設定されていない場合は、
これらの値の入力を促すメッセージを表示装置７に表示
させる。これに応じて、使用者は腕時計に設けられたボ
タンスイッチを操作し、操作部６から年齢と性別を順次
入力し、プロセッサ１は入力された値を逐次作業メモリ
３へ格納する。

【００７４】次いで、プロセッサ１は、外部インターフ
ェイス９を介して、安静時の脈拍数，年齢，性別，測定
した脈波波形のデータを作業メモリ３から読み出して定
置部８０側へ送出する。するとＣＰＵ１１は、外部イン
ターフェイス１９を経由して送られてきたこれらデータ
を順にＲＡＭ１３へ格納してゆく。

【００７５】続いて、ＣＰＵ１１はＲＡＭ１３に格納さ
れた脈波波形の中から一拍分を読み取り、この波形に対
して時間微分を２回とり、図２６に示すごとき加速度脈
波波形を求める。次いで、ＣＰＵ１１は加速度脈波の波
形の変曲点を求めてピークａ，バレイｂ，ピークｃ，バ
レイｄを決定し、各変曲点における振幅値を求める。な
お、これらの変曲点は、加速度脈波の時間微分をとるな
どの一般的な手法によって求めることができる。また、
算出された加速度脈波の波形や、該加速度脈波を求める
過程で得られる速度脈波の波形のデータをディスプレイ
制御回路１８へ送出して、ディスプレイ装置１７上にこ
れらの波形をグラフィック表示するようにしても良い。

【００７６】次いで、ＣＰＵ１１は、バレイｂ，ピーク
ｃ，バレイｄの各振幅値をピークａの振幅値で正規化し
た値、つまり振幅比ｂ／ａ，ｃ／ａ，ｄ／ａ、を算出し
てＲＡＭ１３へ格納する。ここで、これらの振幅比のう
ち血液循環の状態を表わす指標としては振幅比ｄ／ａが
最も有用である。そこで、以後、本実施形態では原則と
して振幅比ｄ／ａだけを用いて説明する。ちなみに、後
述するように、より厳密には振幅比ｄ／ａと振幅比ｃ／
ａとを用いることがいっそう望ましいのではあるが、以
下では最も簡便な方法として振幅比ｄ／ａだけを用いた
場合を取り上げることとする。

【００７７】次に、ＣＰＵ１１は、上記のようにして求
めた振幅比ｄ／ａと図６（ｂ）に示したテーブルに基づ
いて、加速度脈波波形がパターン〜の何れに属する
かを判定し、そのパターンの種類を加速度脈波波形のパ
ターンとしてＲＡＭ１３へ格納する。また、ＣＰＵ１１
は、プロセッサ１と協同して、当該パターンの種類を表
示装置７に表示させる。しかるに、パターンの種類だけ
を告知されても、使用者にとってはわかりづらい面があ
る。そこで、例えばパターンと決定された場合に、
「健康状態が不十分になり始めています。」などという
補助的なメッセージも携帯部７０側へ送出し、プロセッ
サ１がこのメッセージを表示装置７上へ表示させる。

【００７８】次に、ＣＰＵ１１は使用者がこれから実施
する運動の処方を行うが、初めは使用者の健康状態が不
明なことから、ＲＯＭ１２に格納されている標準的な目
標値を用いる。すなわち、使用者が入力した年齢，性別
から当該使用者が例えば５１歳の男性であるとすれば、
１週間の合計運動時間として１５０分，目標心拍数とし
て１１５が読み出される。なお、最大酸素摂取量といっ
た使用者個人の運動能力が把握できているのであれば、
最初の目標値の設定自体は医師などの専門家が行い、設
定した値を使用者に指示してやるようにしても良いのは
勿論である。

【００７９】次いで、ＣＰＵ１１は１週間の合計運動時
間の目標値から運動の頻度ならびに１回の運動当たりの
運動時間を決定するが、ここでは例えば週に５日間，１
日に２度の運動を行うように決定する。したがって、運
動時間は１回当たり１５分，１日当たり３０分となり、
上述した条件を満足する。さらに、ＣＰＵ１１は、運動
中に測定される脈拍数が、いま決定した目標心拍数から
逸脱しても問題ないと考えられる範囲を決定して、脈拍
数の上限値及び下限値を算出する。次いで、ＣＰＵ１１
は、１回当たりの運動時間，目標心拍数とその上下限
値，運動の頻度（週に５日間，１日に２度）の情報をＲ
ＡＭ１３へ格納したのち、これらの値を携帯部７０側へ
送出する。これにより、プロセッサ１は送られたデータ
を順次作業メモリ３へ格納する。

【００８０】そして、以上の処理が全て完了すると、Ｃ
ＰＵ１１は、運動を実施するにあたっての事前設定がす
べて終了した旨を携帯部７０側へ通知し、プロセッサ１
はこの旨のメッセージを表示装置７上に表示させる。こ
れに加えて、プロセッサ１は、実施すべき運動の内容
（すなわち、１週間に５日間，１日２回の運動を目標心
拍数１１５で１回当たり１５分間づつ実施するようにと
いう旨の内容）を表示装置７に表示させる。すると、こ
れを契機に使用者は通信ケーブルＣＢを携帯部７０から
取り外し、コネクタ部１０５ａ，１０５ｂにコネクタカ
バー１０６ａ，１０６ｂを取り付けておく。これによ
り、使用者は定置部８０の設置場所から他の場所へ自由
に移動できるようになる。

【００８１】その後、使用者は指示された運動を実施す
る。すなわち、使用者は携帯部７０のボタンスイッチ１
１４を押下して装置に対して運動の開始を通知する。こ
のボタン押下は操作部６によってプロセッサ１へ伝達さ
れる。するとプロセッサ１は、時計回路１０から時刻を
読み取り、運動開始時刻として作業メモリ３へ格納する
とともに、定置部８０から指示された１回当たりの目標
運動時間だけ経過した時点で割り込みが発生するように
時計回路１０へ設定を行う。

【００８２】次に、使用者は運動を開始し、一方で、プ
ロセッサ１は所定時間（例えば１分間隔）間隔で割り込
みを起こすように時計回路１０に設定を行い、使用者が
運動を実施している間は、１分毎に脈拍数と運動量の計
測を行って、使用者に対して運動の指導を行う。以下、
これらの処理について詳述する。まずプロセッサ１は、
運動中の総運動量を算出するために作業メモリ３上に設
けた記憶域を「０」に初期化する。次に、割り込みが入
る度に、プロセッサ１は脈波をセンサインターフェイス
５から所定時間だけ作業メモリ３上に取り込み、上記と
同様の手順で脈拍数を算出する。

【００８３】次に、プロセッサ１は運動量の算出を行う
が、ここでは運動量をカロリーで表示することとする。
カロリーは近似的に「脈拍数と運動時間の積」で算出さ
れるので、プロセッサ１は、上記の手順に従って求めた
脈拍数と直前の脈拍数測定時から今回の脈拍数測定時ま
での経過時間とを乗ずることによって運動量を求めるこ
とができる。なお、運動量の算出にあたっては、直前の
脈拍数と今回の脈拍数は異なるのが普通であるから、前
回測定時の脈拍数と今回測定した脈拍数の平均をとるな
どしても良い。

【００８４】次いで、プロセッサ１は、作業メモリ３上
に格納されている総運動量の格納場所の内容を読み出
し、いま求めた運動量を加えて運動開始時から現時点ま
での総運動量として上記の格納場所へ書き戻す。さらに
プロセッサ１は、以上のようにして求めた脈拍数と現時
点までの総運動量とを、時計回路１０から読み取った測
定時刻と一緒に作業メモリ３へ格納するとともに、これ
らの値を表示装置７に表示させる。

【００８５】ところで、運動量は「運動強度と運動時間
の積」でも求められるから、これを上述したカロリーの
代わりに使用しても良い。つまり、計測された脈拍数と
運動強度は、次に示す周知のカルボーネの式を満足する
から、作業メモリ３に格納されている安静時の脈拍数及
び年齢と運動中に計測した脈拍数とから運動強度が算出
でき、これから運動量が求められる。計測される脈拍数＝（安静時の脈拍数）＋｛（２２０−年齢）−安静時の脈拍数｝＊運動強度 … （１）

【００８６】次に、プロセッサ１は、計測した脈拍数が
上述した目標心拍数の上下限値で決まる範囲を逸脱して
いないかどうかを調べる。そして、実測した脈拍数が上
限値を上回っているのであればもう少し運動を軽くする
ように表示装置７上に指示し、他方、実測した脈拍数が
下限値を下回っているのであればもう少し運動の強さを
増すように指示を出す。

【００８７】以上のように、脈拍数等を表示装置７へ表
示することで、実施する運動を使用者自身が加減できる
ようにするとともに、適正な脈拍数で運動がなされてい
るかが調べられ、過度に強い運動をしたり効果的でない
運動を漫然と行うことなく適度な運動の強さとなるよう
な監視がなされる。

【００８８】そして、予定していた運動時間が経過して
時計回路１０から割り込みが入ると、プロセッサ１は運
動を終えるように使用者へ指示を出す。これにより、使
用者はすぐに運動を止めるか或いは区切りの良いところ
で運動を止め、ボタンスイッチ１１４を再度押下して運
動が終了した旨を携帯部１０へ通知する。これにより、
プロセッサ１は時計回路１０から現時点の時刻を読み取
って、運動終了時刻として作業メモリ３へ格納するとと
もに、上述した脈拍数等測定と運動の指導を終了させ
る。

【００８９】次に、運動後における加速度脈波の測定を
実施するため、使用者は携帯部７０と定置部８０の間を
通信ケーブルＣＢで接続してから、ボタンスイッチ１１
７を押下する。するとプロセッサ１は、作業メモリ３上
に記憶された各測定時点における脈拍数と運動開始時点
からの総運動量およびこれらの測定時刻，運動開始時
刻，運動終了時刻を順に定置部８０へ送出し、これに同
期して、ＣＰＵ１１は送られてきたデータを逐一ＲＡＭ
１３へ書き込んでゆく。

【００９０】次に、ＣＰＵ１１は、運動中に計測された
脈拍数を逐一検査して目標心拍数とその上下限値から逸
脱した程度を調べる。また、運動開始時刻と運動終了時
刻とから正味の運動時間を求めて、この値が目標運動時
間から逸脱した程度を調べる。そして、これらの逸脱の
程度が著しい場合は、この旨を使用者へ通知して指示通
りの運動が行われていないことを知らせるとともに、計
測された脈拍数が既定の範囲を逸脱した回数，運動時間
の実測値，運動時間の目標値をそれぞれ携帯部７０側へ
転送して表示装置７上に表示させる。

【００９１】次いでＣＰＵ１１は、運動開始前と同様の
手順に従って運動後における加速度脈波を計測する。そ
して、この結果から振幅比ｄ／ａを算出してＲＡＭ１３
へ格納するとともに、運動後に測定した振幅比ｄ／ａの
パターンの種類を決定してＲＡＭ１３へ格納し、パター
ンの種類を表示装置７上に表示させる。

【００９２】さらにＣＰＵ１１は、運動前のパターンと
運動後のパターンとを比較し、その結果、パターンが
側へ変化しており状態に改善が見られるか、或いはパタ
ーンが変化しておらず状態が維持されているのであれ
ば、「健康状態が改善されてきています。」或いは「健
康状態が維持されています。」などと言うメッセージを
携帯部７０側へ送出して、これらメッセージを表示装置
７上に表示させる。なお、実際にはパターンの種類を比
較するのではなく、振幅比ｄ／ａの値を直接比較するよ
うにしても良いのはもちろんである。

【００９３】一方、パターンが側へ変化しており状態
が悪化している場合は、その日の体調に対していま行っ
た運動が過度のものであったものと言える。そこで、Ｃ
ＰＵ１１は、先に設定された目標心拍数，１週間当たり
の運動の頻度，１回当たりの運動時間の各要素のうち、
少なくとも１つ以上の要素について運動が軽くなるよう
な調整を行う。

【００９４】一番簡便な方法としては、図３に示す目標
値のテーブル上で年齢階級を高年齢の方向へ１段階だけ
シフトさせることが考えられる。上述したように、例え
ば初期の目標値が５０代のものであれば、今度は６０代
のものへ目標値を変更する。また、目標値を徐々に下げ
ていった結果、最高年代である６０代のものになってし
まった場合は、医師等に相談するように指導するか、あ
るいは、これ以後は１週間の合計目標時間を１０分ずつ
減らすとともに、目標心拍数を５ずつ下げてゆくように
すれば良い。

【００９５】なお、目標値を上げる場合には上記とは正
反対であり、１週間の合計目標時間を１０分ずつ増やす
とともに、目標心拍数を５ずつ上げてゆくようにすれば
良い。ちなみに、心拍数（脈拍数）と運動強度は（１）
式で定義される関係にあることから、目標心拍数を下げ
ることは運動強度を軽くすることに相当する。また、こ
れらの調整方法はあくまで一例であって、上記の３つの
要素を適宜組み合わせることで、目標値を如何ようにも
調整することができる。

【００９６】以上の処理が終了すると、新たな運動の目
標値をもとに、運動実施前にあっては運動の処方，運動
中にあっては運動の指導，運動実施後にあっては健康状
態・運動内容の評価と目標値の再調整の処理が繰り返し
なされてゆく。そして、以上のようなトレーニングを例
えば１０週間実施した段階で、医師などの専門家が使用
者自身の運動能力を再評価し、この評価結果をもとに新
たな運動目標値の初期値を装置へ設定することになる。
このようにして、適正な運動処方と運動指導によって、
無理せず安全に、使用者の健康状態を良好な状態へ移行
させてゆくことができる。

【００９７】なお、本装置では、キーボード１６から表
示コマンドを投入することで、ＣＰＵ１１がＲＡＭ１３
に格納されている各種データをディスプレイ装置１７に
表示させる。これらデータとしては、運動前の振幅比ｄ
／ａ，運動後の振幅比ｄ／ａ，各測定時点における脈拍
数及び運動開始時点からの総運動量，正味の運動時間，
脈拍数の時間推移のグラフ表示，運動実施前および運動
実施後にそれぞれ測定した脈波波形などがある。

【００９８】また、使用者の実施した運動を評価する手
法としては、以下に述べるようなものも考えられる。図
１２は、使用者が実施した運動開始時からの総運動量
と、運動の前後における振幅比ｄ／ａの変化率との関係
の一例を示したものである。この図に示すように、運動
量が少ない場合には、振幅比ｄ／ａの変化率は小さく、
概ね＋５％未満の値が得られる（図１２の”Ｉ”の領
域）。次に、これよりも運動量を多くしてゆくと、振幅
比ｄ／ａの変化率は徐々に上昇して＋５％を越えるよう
になり、その後は、ある時点から該変化率が下降を始
め、振幅比ｄ／ａの変化率が再び＋５％程度となる（図
１２の”ＩＩ”の領域）。次いで、運動量をもっと増や
すと、振幅比ｄ／ａの変化率はさらに下降して＋５％を
下回り、−１０％程度まで下降する（図１２の”ＩＩ
Ｉ”の領域）。さらに運動量を増やしてゆくと、振幅比
ｄ／ａの変化率はさらに下降して、−１０％を下回るよ
うになる（図１２の”ＩＶ”の領域）。

【００９９】そこでＣＰＵ１１は、各測定時点における
運動開始時点からの総運動量と振幅比ｄ／ａの変化率と
の関係をもとに運動の評価を行う。そのために、ＣＰＵ
１１は運動後の振幅比ｄ／ａと運動前の振幅比ｄ／ａと
の差分を求め、この差分を運動前の振幅比ｄ／ａで除し
て振幅比ｄ／ａの変化率を算出する。そして、得られた
振幅比ｄ／ａの変化率と運動中に計測された運動量とを
図１２のグラフにプロットした場合に、このプロットが
領域Ｉ〜ＩＶの何れの領域に位置するかに応じて評価を
下す。

【０１００】すなわち、図１２の”Ｉ”の領域に存在す
れば、実施した運動が弱すぎたものと評価し、図１２
の”ＩＩ”の領域に存在すれば運動が適度であったと評
価し、図１２の”ＩＩＩ”の領域に存在すれば運動がや
や強かったものと評価し、図１２の”ＩＶ”の領域に存
在すれば運動が強すぎたと評価する。そしてＣＰＵ１１
は、この評価結果に基づいて、次に実施すべき運動の目
標値を調整して以後の処方を行うようにする。

【０１０１】例えば、評価結果が領域Ｉとされた場合に
は、目標値を図３の年齢階級上で１段階だけ低年齢側に
シフトするようにする。同様に、評価結果が領域ＩＩ
Ｉ，又は，ＩＶとされた場合は、目標値を図３の年齢階
級上で１段階だけ高年齢側にシフトとする，又は，２段
階だけ高年齢側にシフトすることが考えられる。さらに
ＣＰＵ１１は、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶの各々の場
合について、それぞれ「運動が軽すぎます」，「丁度良
い運動です」，「運動がやや強い状態です」，「運動が
強すぎます」などというメッセージを携帯部７０側へ転
送して、これらメッセージを表示装置７上へ表示させて
評価結果を使用者へ告知する。

【０１０２】なお、前述したように、上記では振幅比ｄ
／ａだけを用いた場合について説明したが、振幅比ｄ／
ａと振幅比ｃ／ａとを参照した評価方法を用いることに
よって、いっそう高い精度で運動の評価を行うことが可
能となる。つまり、例えば、振幅比ｄ／ａの値が２０％
であれば、図６（ｂ）から、加速度脈波の波形がパター
ンに属するものと決定することができる。一方、振幅
比ｄ／ａの値が８０％であれば、パターン〜の何れ
かに属することまでは特定できるので、これらのパター
ンのうちの何れのパターンであるかを絞り込むために、
さらに振幅比ｃ／ａの値を参照する。いま、振幅比ｃ／
ａの値が例えば３０％であれば、図６（ｂ）から、加速
度脈波の波形がパターンに属するものと決定すること
ができる。

【０１０３】〈第２実施形態〉近年、心拍変動から得ら
れるパワースペクトルなどの情報が心臓病，中枢神経疾
患，末梢神経疾患，糖尿病，高血圧，脳血管障害，突然
死などの様々な疾病の診断，治療に用いられ始めてきて
いる。このようなことから、本実施形態では、心拍変動
のゆらぎに対応する脈波のゆらぎの解析からＬＦ，Ｈ
Ｆ，ＲＲ５０の各指標を得て、加速度脈波から得られる
指標の代わりにこれら指標を使用者の身体の状態を表わ
す指標として用いることとする。そこでまず、これら指
標の意味について説明する。

【０１０４】心電図において、ある心拍のＲ波と次の心
拍のＲ波との時間間隔はＲＲ間隔と呼ばれており、人体
における自律神経機能の指標となる数値である。図１３
は、心電図における心拍と、これら心拍の波形から得ら
れるＲＲ間隔を図示したものである。同図からも見て取
れるように、心電図の測定結果の解析からＲＲ間隔が時
間の推移とともに変動することが知られている。

【０１０５】一方、橈骨動脈部などで測定される血圧の
変動は、収縮期血圧および拡張期血圧の一拍毎の変動と
して定義され、心電図におけるＲＲ間隔の変動と対応し
ている。図１４は、心電図と血圧との関係を示したもの
である。この図からわかるように、一拍毎の収縮期およ
び拡張期の血圧は、各ＲＲ間隔における動脈圧の最大値
および該最大値の直前に見られる極小値として測定され
る。

【０１０６】これら心拍変動或いは血圧変動のスペクト
ル分析を行うことで、これらの変動が複数の周波数の波
から構成されていることがわかる。これらの波は以下に
示す３種類の変動成分に区分される。・呼吸に一致した変動であるＨＦ（High Frequency）成
分・１０秒前後の周期で変動するＬＦ（Low Frequency）
成分・測定限界よりも低い周波数で変動するトレンド（Tren
d）

【０１０７】これら成分を得るには、まず、測定した脈
波の各々について、隣接する脈波と脈波の間のＲＲ間隔
を求めて、得られたＲＲ間隔の離散値を適当な方法（た
とえば３次のスプライン補間）により補間する（図１３
を参照）。そして、補間後の曲線にＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）処理を施してスペクトル分析を行うことで、上
記の変動成分を周波数軸上のピークとして取り出すこと
が可能となる。図１５（ａ）は、測定した脈波のＲＲ間
隔の変動波形、および、該変動波形を上記３つの周波数
成分に分解した場合の各変動成分の波形を示している。
また図１５（ｂ）は、同図（ａ）に示したＲＲ間隔の変
動波形に対するスペクトル分析の結果である。

【０１０８】この図からわかるように、０．０７Ｈｚ付
近，０．２５Ｈｚ付近の２つの周波数においてピークが
見られる。前者がＬＦ成分であり後者がＨＦ成分であ
る。なお、トレンドの成分は測定限界以下であるため図
からは読み取れない。ＬＦ成分は交感神経の活動に関係
しており、本成分の振幅が大きいほど緊張の傾向にあ
る。一方、ＨＦ成分は副交感神経の活動に関係してお
り、本成分の振幅が大きいほどリラックスの傾向にあ
る。

【０１０９】ＬＦ成分およびＨＦ成分の振幅値には個人
差があるので、このことを考慮した場合、ＬＦ成分とＨ
Ｆ成分の振幅比である「ＬＦ／ＨＦ」が人体の状態の推
定に有用である。そして、上述したＬＦ成分とＨＦ成分
の特質から、「ＬＦ／ＨＦ」の値が大きいほど緊張の傾
向にあり、「ＬＦ／ＨＦ」の値が小さいほどリラックス
の傾向にあることが導かれる。

【０１１０】一方、ＲＲ５０とは、所定時間（例えば１
分間）の脈波の測定において、連続する２心拍のＲＲ間
隔の絶対値が５０ミリ秒以上変動した個数で定義され
る。ＲＲ５０の値が大きいほど人体の状態は鎮静状態に
あり、ＲＲ５０の値が小さいほど興奮状態にあることが
知られている。ところで、使用者の身体の状態とこれら
の指標との間には相関関係が存在している。

【０１１１】強化トレーニングを実施させて、副交感神
経の機能を低下させ交感神経優位の状態とすることによ
って、上述したような疾病を抱える患者の身体の状態に
類似した状況を作り出すことができる。そして、強化ト
レーニングを中止した後の身体の回復期に上記の指標の
変化を観察してみると、例えば、ＨＦ成分は日が経つに
つれて増加する傾向を示し、他方、「ＬＦ／ＨＦ」の値
は日増しに減少する傾向が見られる。

【０１１２】つまり、身体の状態が回復してゆくにつれ
て、ＨＦ成分或いは「ＬＦ／ＨＦ」の値は、緊張した状
態を示す値からリラックスした状態を示す値へと増加或
いは減少してゆく。したがって、ＨＦ成分や「ＬＦ／Ｈ
Ｆ」のみならずＬＦ成分やＲＲ５０も含め、これら各指
標の値の増減を観察することで人体の状態の良否を判定
できるという推定が成り立ち、これら指標を上述した振
幅比ｄ／ａの代わりに用いることができるものと考えら
れる。

【０１１３】次に、本実施形態による運動支援装置につ
いて説明する。本実施形態では第１実施形態における振
幅比ｄ／ａの代わりに上記４つの指標のうちの１つを用
いる形態であって、その装置構成は第１実施形態と同じ
ものである。そこで、以下、本実施形態に特有の動作を
中心に装置の動作を説明することとする。なお、第１実
施形態では、加速度脈波波形を６つのパターンに分類す
ることとしたが、本実施形態では、これら指標の値に応
じて幾つかのグレードに分けるようにする。もっとも、
このようにグレード分けをすることなしに、これら指標
の値そのものを用いても良いのはもちろんである。

【０１１４】運動実施前において、使用者はまず携帯部
７０と定置部８０を接続し、安静状態を確認してからボ
タンスイッチ１１７を押下する。これにより、プロセッ
サ１は所定時間分の脈波を取り込んで該脈波波形から安
静時の脈拍数を算出し、年齢と性別が未だ入力されてい
なければこれらの値を使用者に入力させ、所定時間分の
脈波波形，安静時の脈拍数，年齢，性別をそれぞれ作業
メモリ３へ格納する。次いで、プロセッサ１とＣＰＵ１
１が協同してこれらデータを作業メモリ３からＲＡＭ１
３へ転送する。

【０１１５】次にＣＰＵ１１は、送られた脈波の波形を
もとに上記の４つの指標を算出する処理に入る。以下、
この処理を詳述する。ＣＰＵ１１は脈波の波形から極大
点を抽出するために、ＲＡＭ１３上に格納されている脈
波波形に対して時間微分をとり、時間微分値がゼロの時
刻を求めて波形が極点をとる時刻をすべて求める。次い
で、各時刻の極点が極大・極小のいずれであるのかを、
該極点の近傍の波形の傾斜（すなわち時間微分値）から
決定する。たとえば、ある極点に対して、該極点よりも
以前の所定時間分につき波形の傾斜の移動平均を算出す
る。この移動平均が正であれば該極点は極大であり、負
であれば極小であることがわかる。

【０１１６】次に、ＣＰＵ１１は抽出した極大点の各々
について該極大点の直前に存在する極小点を求める。そ
して、極大点および極小点における脈波の振幅をＲＡＭ
１３から読み出して両者の振幅差を求め、この差が所定
値以上であれば該極大点の時刻を脈波のピークとする。
そして、取り込んだ全ての脈波波形に対してこのピーク
の検出処理を行ったのち、隣接する２つのピークの時刻
をもとに両者の時間間隔（心拍におけるＲＲ間隔に相当
する）を計算する。

【０１１７】ここで、上記で得られたＲＲ間隔の値は時
間軸上で離散的であるため、隣接するＲＲ間隔の間を適
当な補間方法により補間して、図１５（ａ）に示すごと
き曲線を得る。次いで、補間後の曲線に対してＦＦＴ処
理を施して、図１５（ｂ）に示すようなスペクトルを得
る。そして、脈波の波形に対して実施したのと同様の極
大判別処理を適用して、このスペクトルにおける極大値
と該極大値に対応する周波数を求めて、低い周波数領域
で得られた極大値をＬＦ成分，高い周波数で得られた極
大値をＨＦ成分とし、各成分の振幅を求めて両者の振幅
比「ＬＦ／ＨＦ」を算出する。さらに、ＣＰＵ１１は、
上記で得られたＲＲ間隔をもとにして隣接するＲＲ間隔
の時間差を順次求め、その各々につき該時間差が５０ミ
リ秒を越えるかどうかを調べる。そして、これに該当す
る個数を数えてＲＲ５０とする。

【０１１８】次にＣＰＵ１１は、上記で求めた指標の値
が何れのグレードに属するかを決定して、これを指標の
値と一緒にＲＡＭ１３へ格納し、さらに、グレードの種
類と指標の値をディスプレイ装置１７上に表示する。次
いで、ＣＰＵ１１はこれから実施する運動の処方のため
の準備を第１実施形態と同様に行う。すなわち、１回当
たりの運動時間，目標心拍数とその上下限値，運動の頻
度を決定し、これらをＲＡＭ１３へ格納したのち、プロ
セッサ１と協同してこれらの値を作業メモリ３へ転送す
る。

【０１１９】以上の処理がすべて終了すると、ＣＰＵ１
１は事前の設定が終了したの旨を処方内容とともに携帯
部７０側へ転送し、これらを表示装置７上に表示させ
る。これにより、使用者は携帯部７０と定置部８０を分
離したのち、ボタンスイッチ１１４を押下して運動の開
始を装置へ通知する。そして、これ以後の動作は第１実
施形態に準じる。すなわち、プロセッサ１は、運動実施
中は脈拍数と運動開始時点からの総運動量を算出してこ
れらを測定時刻とともに作業メモリ３へ書き込むととも
に、表示装置７上に表示させる。さらにプロセッサ１
は、計測した脈拍数，目標脈拍数およびその上下限値に
基づいて運動の指導を行う。

【０１２０】その後、目標運動時間が経過すると、プロ
セッサ１は運動の終了を使用者へ指示し、のちに使用者
がボタンスイッチ１１４を押した時点で脈拍数等の測
定，運動の指導を終了させる。次いで使用者は携帯部７
０と定置部８０を接続して、ボタンスイッチ１１７を押
下する。これにより、ＣＰＵ１１は運動開始前と同様の
手順で上記指標を算出し、当該指標に対応するグレード
を求めて、グレードの値と指標そのものの値とをＲＡＭ
１３へ格納する。さらにＣＰＵ１１は、プロセッサ１と
協同して、携帯部７０側で計測されたデータを作業メモ
リ３からＲＡＭ１３へアップロードする。さらにＣＰＵ
１１は、運度中に計測された脈拍数と正味の運動時間が
それぞれ目標値から著しく逸脱していないかを調べて、
そうであれば使用者へ告知を行う。

【０１２１】次に、ＣＰＵ１１は運動前後における指標
の値を比較して、使用者の健康状態が改善，現状維持，
悪化の何れであるかを使用者へ告知する。ここで、状態
が改善されたか悪化したかの判断基準については、ＬＦ
或いは「ＬＦ／ＨＦ」の場合は、運動したことによって
値が減少していれば改善されたものと言え、増加してい
れば悪化したものと言える。一方、ＨＦ或いはＲＲ５０
の場合は、減少していれば悪化しているものと言え、増
加していれば改善されたものと言える。

【０１２２】健康状態が悪化していると判断した場合、
ＣＰＵ１１は運動の処方内容を、より軽い運動となるよ
うに調整する。そして以後は、上記と同様にして、運動
の処方，指導，診断のサイクルを繰り返して実施してゆ
く。なお、以上の説明では、４つの指標の何れか１つを
用いることとしたが、これら指標の幾つかを総合的に勘
案するようにしても良い。

【０１２３】〈コネクタ部の他の実施形態〉上記の各実
施形態では、装置本体１００のコネクタ部１０５ａ，１
０５ｂにケーブル１０１，ケーブルＣＢを独立に着脱で
きるようにしていたが、これらケーブルを装着する形態
はこれに限られるものではない。以下では、これらケー
ブルを腕時計のコネクタ部に接続するための他の形態に
ついて説明する。ちなみに、以下に説明するコネクタ部
の構造は、本出願人らによって出願された特願平７−１
６６５５１号公報（発明の名称；腕装着型脈波計測機器
および脈波情報処理装置）に記載されたコネクタ部等に
改良を加えたものである。

【０１２４】図１６は、図８〜図９に示した腕時計を上
面から見た拡大図であり、これらの図に示されたものと
同じ部品については同一の符号を付してありその説明を
省略する。この図ではケーブル類を取り外した状態を示
してあり、図中の符号２００がコネクタ部である。一
方、図１７にはコネクタ部２００の部分を拡大した斜視
図を示してある。図示したように、コネクタ部２００の
上面部２１１には、図１における脈波センサ４及び通信
ケーブルＣＢを携帯部７０と電気的に接続するための端
子２２１，２２２が設けられている。

【０１２５】次に、図１８はコネクタ部２００に装着さ
れるコネクタピース２３０の斜視図である。コネクタピ
ース２３０にはケーブル１０１が接続されるとともに、
その下面部２３１には、ケーブル１０１を接続した場合
に静電気の影響を防止する回路（図示略）を作動させる
ための可動ピン２４７〜２４８と、上記の端子２２１，
２２２と電気的に接続される電極部２５１，２５２が形
成されている。また、これに加えて、コネクタピース２
３０の上面部２３２には、後述するコネクタピース３０
０との間で電気的な接続を持つための端子２６１と、四
隅には孔２６６が形成されている。

【０１２６】コネクタピース２３０をコネクタ部２００
に装着するには、コネクタピース２３０をコネクタ部２
００に向けて押し付けた後に、矢印Ｑの方向にコネクタ
ピース２３０をスライドさせれば良く、これにより、各
電極部２５１，２５２に対して各端子２２１，２２２が
電気的に接続される。一方、コネクタピース２３０をコ
ネクタ部２００から外すには、コネクタピース２３０を
矢印Ｒの方向にスライドさせた後に、コネクタピース２
３０を持ち上げれば良い。

【０１２７】次に、図１９はコネクタカバー２６０の構
成を示す図である。コネクタカバー２６０は、コネクタ
部２００からコネクタピース２３０を外し、通常の腕時
計として用いる際にコネクタ部へ装着するものである。
このコネクタカバー２６０の下面部２６１には、コネク
タ部２００の各端子２２１，２２２が配置された位置に
対応して、孔２７１，２７２が形成されている。

【０１２８】一方、コネクタ部２００にコネクタピース
２３０だけを装着させた場合、コネクタピース２３０に
設けられた各端子２６１を保護するために、図２０に示
すコネクタカバー２８０を装着する。コネクタピース２
８０の下面部２８１の四隅にはピン２８６が設けられて
おり、これらのピンは上述したコネクタピース２３０の
孔２６６に圧着するようにしており、運動中などであっ
てもコネクタカバー２８０がコネクタピース２３０から
外れないようになっている。また、コネクタカバー２８
０の下面部２８１には孔２９１が設けられており、これ
らの孔はコネクタピース２３０の端子２６１と嵌合す
る。

【０１２９】次に、図２１にはコネクタピース３００の
斜視図を示してある。コネクタピース３００は、コネク
タピース２３０の上に積み重ねるようにして使用される
ものであり、図示したようにケーブルＣＢが接続されて
いる。また、コネクタピース３００の下面部３０１には
電極部３１１が設けられ、これらの電極部はコネクタピ
ース２３０に設けられた端子２６１と電気的に接続され
る。なお、上述した各実施形態の説明からわかるよう
に、コネクタピース３００は携帯部７０と定置部８０と
を接続する必要のある場合にだけコネクタピース２３０
に装着される。

【０１３０】〈携帯部７０と定置部８０との間の他の接
続形態〉携帯部７０と定置部８０の間を接続するには、
上記各実施形態で説明した態様以外にも種々のものが考
えられる。以下にその一例を示す。図２２は、携帯部７
０と定置部８０との接続の様子を示した図であり、図１
〜図２１に示した部品と同一のものには同じ符号を付し
てある。図２２では、コネクタ部２００からケーブル１
０１を外してあり、さらに、バンド１０３をコネクタ部
２００側の端部から外した状態を示してある。

【０１３１】図中、定置部８０は上述したパーソナルコ
ンピュータの代わりに筐体４００に収納されている。こ
の筐体４００にはコネクタピース４０１が形成されてお
り、その構造は図１８に示すコネクタピース２３０と略
同様である。これらコネクタピースの違いは、コネクタ
ピース４０１ではケーブル１０１の接続が不要となるこ
とに起因するものであって、図１８に示す電極部２５
１，端子２６１，孔２６６がコネクタピース４０１には
設けられていない点だけが異なる。したがって、コネク
タピース４０１の詳細な構造についてはその説明を省略
する。

【０１３２】また、コネクタ部２００とコネクタピース
４０１の着脱方法は、上述したコネクタ部２００及びコ
ネクタピース２３０に関するものと同じであって、上記
ではコネクタピース２３０を把持してコネクタ部２００
へ装着する形であったのが、ここでは、腕時計を把持し
てコネクタ部２００をコネクタピース４０１へ装着させ
ることになる。

【０１３３】〈変形例〉なお、上記各実施形態では脈波
から生体の状態を抽出することとしたが、脈波および生
体の状態は何れも上述したものに限られるものではな
い。また、上述したように、心拍数（脈拍数）と運動強
度とは（１）式で記述される関係にあることから、運動
の処方を実施するにあたっては心拍数の代わりに運動強
度を用いるようにしても良い。

【０１３４】また、運動の処方を行うにあたっては、必
ずしも目標脈拍数，１回当たりの運動時間，運動の頻度
の全てを用いる必要はなく、これらのうち１つ又は２つ
を組み合わせて用いるようにしても良い。また、上記各
実施形態では、図３に示す運動の目標値の標準値を年齢
と性別から決定するようにしたが、これら以外に安静時
の脈拍数などをも考慮して決めるようにしても良い。

【０１３５】また、上記各実施形態では、使用者に対す
る様々な告知をメッセージ表示するようにしたが、音で
告知するようにしても良い。例えば、本装置を腕時計と
組み合わせるのであれば、腕時計に組み込まれている既
存のアラーム機能を流用することができる。また、それ
以外の携帯機器の場合であっても、スピーカなどを用い
た音源を設ければ、アラーム音のみならず音声メッセー
ジなどによる告知も実現することができる。

【０１３６】こうした音による告知を行えば、視覚障害
を持つ人であっても本装置を何らの支障もなく使用する
ことができる。また、使用者が運動の最中においては、
いちいち表示されたメッセージを見る必要がなくなるた
め、健常者にしてみても煩わしくなくて好ましいと言え
る。また、運動の評価結果や使用者への指示内容に応じ
て、鳴らす音楽の種類を変えたり音のピッチを変えるな
どして、使用者に違いがわかるような工夫をすることも
考えられる。さらに、メッセージと音とを併用して告知
するようにしても良い。

【０１３７】また、聴力障害者のためには、メッセージ
や音の代わりに触覚へ訴えるようにしても良い。例え
ば、腕時計の裏面に振動板を取り付けてこの振動板を振
動させるか、あるいは、腕時計全体を振動させる構造と
して、振動によって使用者へ告知することが考えられ
る。さらに、振動の強弱や振動時間に変化を持たせるこ
とによって、メッセージや音声と同様に様々な態様での
告知が可能となる。

【０１３８】また、上記各実施形態では、携帯部７０と
定置部８０との間を通信ケーブルＣＢで接続することと
したが、これ以外にも、赤外線，近赤外線等を用いた光
通信によるもの，電波を使用した無線通信によるものな
どでも良い。この場合、定置部８０のディスプレイ装置
１７に表示させている内容は全て携帯部７０の表示装置
７上に表示させるようにする。このように、携帯部７０
と定置部８０の間をワイヤレス化することで、ケーブル
を接続するといった使用者の手間が大幅に軽減される。

【０１３９】また、パソコン側にも脈波センサを設け、
携帯部７０から定置部８０へ脈波波形のデータを転送す
ることなく、パソコン側で加速度脈波を直接に計測する
ようにしても良い。また、上記第１実施形態では、加速
度脈波を用いることとしたが、これは加速度脈波が最も
良く知られており、理解しやすいからに過ぎない。従っ
て、本発明は、脈波の原波形，１次微分の波形，加速度
脈波よりも高次の微分波形，の何れにも適用することが
できるのは勿論である。

【０１４０】ここでは、その一例として、脈波の原波形
を用いた場合について若干の説明を行うこととする。図
２３は、典型的な脈波の原波形を示したものである。こ
の図において、図２３（ａ）はいわゆる平脈と呼ばれて
いるものであり、３つの峰を持つことを特徴とした三峰
波である。ここで、同図におけるＰ１〜Ｐ５は脈波の変
曲点（ピーク）である。一方、図２３（ｂ）はいわゆる
滑脈と言われている脈波であり、２つの峰を持つことを
特徴とした二峰波である。他方、図２３（ｃ）は弦脈と
呼ばれている脈波である。

【０１４１】これらの各脈波と使用者が行う運動との関
連を調べてみると、一般に、運動前においては、図２３
（ａ）に示す平脈が見られる。また、運動を行った場合
であっても、その運動が軽すぎるような場合には、運動
後においても平脈が観察される。一方、実施した運動が
適度なものであれば、運動後においては図２３（ｂ）に
示す滑脈が観察されるようになる。他方、実施した運動
が過度なものであると、運動後においては図２３（ｃ）
に示す弦脈の状態を呈することとなる。このように、脈
波の原波形を用いた場合には、運動後における脈波の波
形が平脈，滑脈，弦脈の何れに分類されるかを判別する
ことによって、使用者が行った運動を評価できることが
わかる。

【０１４２】ここで、測定された脈波から変曲点Ｐ１〜
Ｐ５を抽出して該脈波の特徴を捉えるには、例えば、本
発明の発明者による特許出願（特願平５−１９７５６９
号，ストレス評価装置および生理的年齢評価装置）に詳
述された手法を用いることが可能である。そこで、以下
にその概要を述べることとする。

【０１４３】この手法によれば、脈波の各拍の波形につ
いて、次のような情報を採取して脈波の特徴を抽出する
ものである。すなわち、図２４に示すように、１）脈波の各拍内に順次現れる変曲点Ｐ１〜Ｐ５におけ
る脈圧ｙ₁〜ｙ₅ ２）脈波が立ち上がる脈波開始時刻ｔ₀ を基準とした場
合において、各変曲点Ｐ１〜Ｐ５が出現するまでの経過
時間Ｔ₁〜Ｔ₅と次の拍の脈波が立ち上がるまでの経過時
間Ｔ₆ ３）変曲点Ｐ１〜Ｐ５の各々が極大であるか極小である
かの別である。なお、図１のＲＯＭ１２には、平脈，滑脈，弦
脈の各々に関する脈波の特徴である経過時間Ｔ₁ 〜Ｔ
₆ ，脈圧ｙ₁〜ｙ₅，各変曲点の極大／極小の別などを、
予め格納しておくようにする。

【０１４４】また、この場合における運動の評価手法は
大略次のようなものである。まず、ＣＰＵ１１は、脈波
の波形から所定のカットオフ周波数よりも低域の周波数
成分だけを取り出して、得られた波形のデータをＲＡＭ
１３へ格納する。次に、低周波数成分だけからなる脈波
波形について、その時間微分を求める処理を施す。次い
で、算出された時間微分値について所定期間内の移動平
均を算出し、この算出結果を傾斜情報としてＲＡＭ１３
へ格納する。この傾斜情報は、脈圧が上昇する傾向にあ
れば正の値をとり、下降する傾向にあれば負の値をと
る。

【０１４５】次に、ＣＰＵ１１は、上記の演算の結果を
調べて、時間微分値として０が出力された場合には、こ
れを変曲点として、この時点における波形の採取時刻及
び脈圧（脈圧ｙ₁〜ｙ₅に相当する）を求めておく。ま
た、上記の傾斜情報を参照することにより、それぞれの
変曲点が極大であるのか極小であるのかを決定する。す
なわち、ある変曲点に対応して求めた傾斜情報が正であ
ればこの変曲点は極大点であり、傾斜情報が負であれば
この変曲点は極小点である。さらに、ＣＰＵ１１は、変
曲点が検出される度に、変曲点における脈圧と直前に検
出された変曲点における脈圧との差分を求め、得られた
差分データをストローク情報としてＲＡＭ１３へ格納す
る。

【０１４６】そして、測定時間内のすべての脈波につい
て以上の処理を行ったあとで、ＣＰＵ１１は、脈波を１
拍毎に分離する処理を行う。まずＣＰＵ１１は、各変曲
点に対応した傾斜情報とストローク情報をＲＡＭ１３か
ら取り出し、取り出されたストローク情報の中から正の
傾斜情報を有するものを選び出す。次いで、これらの中
からストローク情報の大きなものを上位から所定個数だ
け選択し、さらにその中から中央値に相当するものを選
び、脈波の各拍における立ち上がり部分が決定される。
これにより、この立ち上がりの開始時点を脈波開始時刻
ｔ₀ として求めることができる。

【０１４７】以上のようにして、変曲点Ｐ１〜Ｐ５と、
これら変曲点に対する極大／極小の別，各変曲点におけ
る脈圧ｙ₁〜ｙ₅が決定される。また、上述した各変曲点
における波形採取時刻と脈波開始時刻ｔ₀ との差分を求
めることにより、経過時間Ｔ₁ 〜Ｔ₅ が算出される。さ
らに、隣接する脈波の拍の間で、脈波開始時刻ｔ₀ の間
の時刻の差を求めることにより、脈波の各拍に対して経
過時間Ｔ₆ が得られる。

【０１４８】そして、経過時間Ｔ₁〜Ｔ₅，脈圧ｙ₁ 〜ｙ
₅ ，変曲点Ｐ１〜Ｐ５における極大／極小の別の各々に
つき、測定された脈波のものとＲＯＭ１２に格納されて
いる既定の脈波のものとを比較すれば、測定された脈波
に最も適合する脈波のタイプが、平脈，滑脈，弦脈の中
から選択でき、脈波のタイプから使用者が行った運動を
評価することができる。したがって、運動実施後の脈波
波形として例えば弦脈が観察された場合は、運動の目標
値を下げて以後の運動の処方を行うようにする。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１，２，４
〜６，８記載の発明によれば、運動の目標値を設定して
使用者へ告知するとともに、使用者から得た生体の状態
をもとに随時目標値を補正するようにしたので、その時
々の使用者の体調や運動能力の改善具合に応じた運動の
処方が可能となるとともに、専門の医師や医師から教育
を受けた看護婦が付き添うことなく、体調の改善，健康
維持を無理なく実践できるという効果が得られる。ま
た、第１ないし第２の通信手段によって２つの機器の間
で必要な情報を通信するようにしたので、高速な演算や
多量のメモリーを要する処理などを、携帯機器の外部に
設けた機器で実行でき、携帯機器の構成を簡易なものに
できるという効果が得られる。

【０１５０】また、請求項３記載の発明によれば、脈拍
数の測定指示が与えられている間、測定された脈拍数が
目標値を含む所定範囲内にあるように指導を行うので、
過度に強い運動をしたり効果的でない運動を漫然と行う
ことなく、効率的な運動を無理なく行って健康状態の改
善，維持を図ることができるという効果が得られる。ま
た、請求項７記載の発明によれば、隣接する脈波の時間
間隔の変動のスペクトル分析から得られる低周波及び高
周波のスペクトル成分の振幅比を生体の状態としたの
で、運動の処方を行う上で、個人差による指標のばらつ
きを排除できるという効果が得られる。

【０１５１】また、請求項９又は１０記載の発明によれ
ば、加速度脈波に現れる複数のピークと複数のバレイの
中から選択された２つのピーク或いはバレイの振幅比を
生体の状態としたので、血液循環の状態を端的に表わす
指標によって運動の処方を行うことができるという効果
が得られる。また、請求項１１記載の発明によれば、実
施した運動の運動量と加速度脈波から得られる振幅比と
から運動を評価して新たな運動の目標値を補正するよう
にしたので、上記の振幅比から推定される使用者の状態
が、実施した運動の運動量に依存するという特性をも考
慮した精密な運動処方を行うことができるという効果が
得られる。

【０１５２】また、請求項１２記載の発明によれば、セ
ンサー及び第２の通信手段のそれぞれを携帯機器へ取り
付けるための接合部材を、携帯機器に設けたコネクタ部
へ着脱自在に取り付け可能としたので、コネクタ部分を
コンパクトに作製できるとともに、必要に応じてセンサ
ーや第２の通信手段を携帯機器へ繋いで使用すれば良い
という効果がある。

【０１５３】また、請求項１３記載の発明によれば、所
定期間にわたる運動を実施する度に再評価される運動能
力をもとにして運動目標値の初期値を新たに設定するの
で、医師等の運動処方の専門家の指導の下に、使用者の
運動能力の向上に見合った最適な運動処方を実現できる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による運動支援装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】最大酸素摂取量の目標値を表わす図である。

【図３】健康づくりのために必要な運動の所要量を表
わす図である。

【図４】最大酸素摂取量の５０％に相当する運動強度
でトレーニングを実施した場合に、トレーニング時間と
ともに最大酸素摂取量が推移してゆく様子を表わした図
である。

【図５】使用者の体調に応じて運動の目標値を微調整
する様子を表わした図である。

【図６】（ａ）は指尖容積脈波における加速度脈波の
様々な態様を表わした図であり、（ｂ）は（ａ）の各パ
ターンについて振幅比ｄ／ａ及び振幅比ｃ／ａの範囲を
示した図である。

【図７】同装置の携帯部７０と定置部８０との機械的
な接続状態を表わした図である。

【図８】同装置を腕時計と組み合わせた場合の図であ
る。

【図９】同装置を腕時計と組み合わせた場合の他の態
様における図である。

【図１０】同装置をネックレスと組み合わせた場合の
図である。

【図１１】同装置を眼鏡と組み合わせた場合の図であ
る。

【図１２】使用者が実施した運動の運動量と運動の前
後において測定された振幅比ｄ／ａの変化率との関係を
表わす図である。

【図１３】心電図とＲＲ間隔の関係を示す図である。

【図１４】心電図と脈波との関係を示す図である。

【図１５】（ａ）はＲＲ間隔変動と該変動を構成する周
波数成分の関係を示す図である。また、（ｂ）はＲＲ間
隔変動のスペクトル分析を行った結果を示した図であ
る。

【図１６】図７〜図９に示す腕時計を拡大した上面図
である。

【図１７】腕時計のコネクタ部２００の斜視図であ
る。

【図１８】腕時計に装着するコネクタピース２３０の
斜視図である。

【図１９】腕時計に装着するコネクタカバー２６０の
斜視図である。

【図２０】腕時計に装着するコネクタカバー２８０の
斜視図である。

【図２１】腕時計に装着するコネクタピース３００の
斜視図である。

【図２２】携帯部７０と定置部８０を接続するための
他の形態を示した図である。

【図２３】典型的な脈波の原波形を示す図であって、
（ａ）は平脈，（ｂ）は滑脈，（ｃ）は弦脈である。

【図２４】脈波の１拍について、脈波の波形の特徴を
説明するための図である。

【図２５】指尖容積脈波の波形を表わす図であって、
（ａ）は測定された原波形，（ｂ）は速度脈波，（ｃ）
は加速度脈波である。

【図２６】指尖容積脈波における加速度脈波の一波形
分を取り出した図である。

【符号の説明】

１…プロセッサ、３…作業メモリ、４…脈波センサ、７
…表示装置、８…表示制御回路、１０…時計回路、１１
…ＣＰＵ、１３…ＲＡＭ、１７…ディスプレイ装置、１
８…ディスプレイ制御回路、７０…携帯部、８０…定置
部、ＣＢ…通信ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用者が実施する運動の目標値を設定す
る目標設定手段と、前記使用者の生体の状態をもとに前
記目標値を補正する目標補正手段と、第１の通信手段と
が組み込まれた機器と、前記目標値を前記使用者へ告知する告知手段と、前記使
用者から前記生体の状態を測定する測定手段と、前記第
１の通信手段と双方向通信可能な第２の通信手段とが組
み込まれた携帯機器とを有し、前記第１ないし第２の通信手段により前記目標値および
前記生体の状態を授受することを特徴とする運動支援装
置。
【請求項２】前記目標値は、運動中の脈拍数，１回の
運動当たりの運動時間，運動の頻度のうちの少なくとも
一つからなることを特徴とする請求項１記載の運動支援
装置。
【請求項３】前記使用者から脈拍数を測定する脈拍測
定手段と、前記使用者から前記脈拍数の測定指示が与えられている
間、前記脈拍測定手段が測定した脈拍数が前記運動中の
脈拍数の目標値を含む所定範囲内にあるように前記使用
者へ指導を行う指導手段とを有することを特徴とする請
求項２記載の運動支援装置。
【請求項４】前記目標設定手段は、前記使用者から与
えられる年齢および性別に基づいて前記目標値の初期値
を決定することを特徴とする請求項１ないし３の何れか
の項記載の運動支援装置。
【請求項５】前記測定手段は、前記使用者から脈波を
検出する脈波検出手段を有し、該脈波から前記生体の状
態を取り出すことを特徴とする請求項１ないし４の何れ
かの項記載の運動支援装置。
【請求項６】前記生体の状態は、隣接する脈波の時間
間隔の変動に対してスペクトル分析を行った結果得られ
るスペクトル成分の振幅値であることを特徴とする請求
項５記載の運動支援装置。
【請求項７】前記生体の状態は、隣接する脈波の時間
間隔の変動に対してスペクトル分析を行った結果得られ
る低周波のスペクトル成分の振幅値と高周波のスペクト
ル成分の振幅値の比であることを特徴とする請求項５記
載の運動支援装置。
【請求項８】前記生体の状態は、隣接する脈波の時間
間隔の変動量が所定時間を越える個数であることを特徴
とする請求項５記載の運動支援装置。
【請求項９】前記脈波に対する加速度脈波を算出する
加速度脈波算出手段を有し、前記生体の状態は、前記加速度脈波に現れる複数のピー
クと複数のバレイの中から選択された２つのピーク或い
はバレイの振幅比であることを特徴とする請求項５記載
の運動支援装置。
【請求項１０】前記生体の状態は、前記加速度脈波に
現れる第２のバレイの振幅値を第１のピークの振幅値で
除した振幅比であることを特徴とする請求項９記載の運
動支援装置。
【請求項１１】前記使用者が実施した運動に対する運
動量を算出する運動量算出手段を有し、前記目標補正手段は、前記運動量と前記振幅比をもと
に、前記運動による前記使用者の状態変化を評価し、該
評価の結果をもとに前記運動の目標値を補正することを
特徴とする請求項９又は１０記載の運動支援装置。
【請求項１２】前記測定手段は、前記生体の状態を測
定するセンサーを有し、該センサーを前記携帯機器へ取り付ける第１の接合部材
と前記第２の通信手段を前記携帯機器へ取り付ける第２
の接合部材とを、前記携帯機器に設けられたコネクタ部
へ着脱自在に取り付けたことを特徴とする請求項１ない
し１１の何れかの項記載の運動支援装置。
【請求項１３】所定期間にわたる運動を実施する度に
再評価される前記使用者の運動能力に基づいて、前記運
動目標値の初期値を新たに設定する手段を有することを
特徴とする請求項１ないし１２の何れかの項記載の運動
支援装置。