JPH10155772A - 目標運動負荷測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体の目標運動負荷を正確に得ることができ
る目標運動負荷測定装置を提供する。 【解決手段】 応答遅れ時間決定手段８５により、生体
に所定の負荷を付与してからその生体から得られる労作
強度ＰＲＰがその負荷に対応する大きさとなるまでの時
間Ｔ_TCに基づいて生体の応答遅れ時間Ｔ_D が予め決定さ
れる一方、目標運動負荷値決定手段８６により、生体情
報変化判定手段８８により生体から得られる生体情報
（労作強度ＰＲＰ）が予め設定された条件を満足する変
化を示したことが判定されたときから前記応答遅れ時間
決定手段８５により決定された生体応答遅れ時間Ｔ_D だ
け前の時点で生体に実際に付与されている負荷の大きさ
が、目標運動負荷Ｗ_M として決定される。目標運動負荷
値決定手段８６により決定される目標運動負荷Ｗ_M は、
生体の応答遅れ時間Ｔ_D が加味されることにより精度が
高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体に負荷を与える運
動負荷装置において、生体に付与すべき目標負荷を測定
する目標運動負荷測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エルゴメータ、トレッドミルなど、生体
の運動に関連して機械的に作動させられることにより生
体に負荷を与える運動負荷装置が知られている。運動療
法などのために、そのような運動負荷装置を用いて生体
に運動負荷を与えるに際しては、運動処方により決定さ
れた運動負荷（運動強度）や心拍数（脈拍数）およびそ
の持続時間に従って運動を実施させることが行われてい
た。運動負荷の場合には、たとえば運動負荷装置から生
体に負荷される仕事の能率の目標値すなわち目標ワット
数およびその維持時間が決定され、心拍数の場合には、
目標心拍数およびその維持時間が決定される。このよう
な生体の運動においては、有酸素運動から無酸素運動へ
切り換わる付近の負荷が、運動の効率を高めるために最
適な運動負荷として考えられており、上記運動処方では
そのような最適な運動負荷が生体に付与されるように目
標運動負荷（目標運動強度）が決定される。そして、生
体の運動に際しては、たとえば、その目標運動強度と生
体の実際の運動強度とが一致するようにその生体に運動
を付与する運動負荷装置の負荷たとえば制動トルクが自
動的に調節され、運動処方に従った時間だけ継続され
る。

【０００３】ところで、運動処方を決定するに際して
は、個々の生体に最適な目標負荷の算出の根拠として最
大負荷を用いることから、個々の生体に最大まで負荷を
与えていたので、苦痛があるだけでなく、疾患を有する
生体にはそのように最大まで負荷を与えることが困難で
ある場合があった。また、運動処方により決定された目
標運動強度や目標心（脈）拍数は、数週間から二ヵ月程
度の周期で繰り返し決定されるものであって、生体が運
動を行う日の体調を考慮したものではないため、その日
の生体に対応した最適な目標運動負荷とはならず、重す
ぎたりするおそれがあった。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】これに対し、生体に漸増（ラ
ンプ）負荷を与えたときにその生体から得られる生体情
報、たとえば最高血圧と脈拍数との積ＰＲＰ（Pressure
Rate Product ：労作強度或いはダブルプロダクトＤＰ
とも称する）、脈波振幅、脈波微分値、脈波振幅の時間
波形信号、収縮期血圧、拡張期血圧、平均血圧、心拍
数、心電波形振幅、心電位振幅の時間波形信号などから
選択したものの増加に伴う変曲点が生じた時点の漸増負
荷値を筋持久力測定値すなわちＡＴ値（無酸素性作業閾
値）で運動させるための目標運動負荷として決定する装
置が提案されている。たとえば、特公平７−３８８８５
号公報に記載された測定装置がそれである。これによれ
ば、生体の目標運動負荷が速やかに測定されるので、生
体の運動毎にそれに先立って目標運動負荷を測定し、そ
の測定された目標運動負荷に従って最適な強度で運動を
行うことができる。

【０００５】しかしながら、上記従来の装置によれば、
生体に所定の運動負荷を付与したときにその運動負荷に
対応した大きさの生体情報が発生するまでの生体の応答
遅れ時間が考慮されておらず、その応答遅れ時間に相当
する量だけ目標運動負荷が大きく決定されるため、目標
運動負荷の精度が得られないだけでなく、上記従来の装
置により測定された目標運動負荷を用いて運動を行う
と、無酸素性作業閾値を越えた過大な負荷を生体に与え
ることとなることから、生体に不要な苦痛を与えるだけ
でなく、疾患を有する生体が運動療法を行う場合には危
険となることすら考えられる。

【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、生体の目標運動
負荷を正確に得ることができる目標運動負荷測定装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の要旨とするところは、生体の運動に関連して
機械的に作動させられる運動負荷装置からその生体に付
与すべき目標運動負荷を決定するための目標運動負荷測
定装置であって、(a) 生体に所定の負荷を付与してか
ら、その生体から得られる生体情報がその所定の負荷に
対応する所定の大きさとなるまでの時間に基づいて、生
体の応答遅れ時間を決定する応答遅れ時間決定手段と、
(b) 時間経過に伴って増加する傾斜負荷を前記生体に付
与する傾斜負荷付与手段と、(c) その傾斜負荷付与手段
により前記生体に傾斜負荷が付与されたときにその生体
から得られる生体情報が予め設定された変化条件を満足
したか否かを判定する生体情報変化判定手段と、(d) そ
の生体情報変化判定手段により、前記生体から得られる
生体情報が予め設定された変化条件を満足したことが判
定されたときから前記応答遅れ時間決定手段により決定
された生体応答遅れ時間だけ前の時点で生体に実際に付
与されている負荷の大きさを目標運動負荷として決定す
る目標運動負荷値決定手段とを、含むことにある。

【０００８】

【発明の効果】このようにすれば、応答遅れ時間決定手
段により、生体に所定の負荷を付与してから生体から得
られる生体情報がその負荷に対応する大きさとなるまで
の時間に基づいて生体の応答遅れ時間が予め決定される
一方、目標運動負荷値決定手段により、生体情報変化判
定手段により前記生体から得られる生体情報が予め設定
された条件を満足する変化を示したことが判定されたと
きから前記応答遅れ時間決定手段により決定された生体
応答遅れ時間だけ前の時点で生体に実際に付与されてい
る負荷の大きさが、目標運動負荷として決定される。こ
のため、目標運動負荷値決定手段により決定される目標
運動負荷値は、生体の応答遅れ時間が加味されることに
より従来よりも小さな値となるので、目標運動負荷値の
精度が高められる。また、その目標運動負荷を用いて生
体に運動負荷を与えることにより、生体に不要な苦痛を
与えたり、運動療法を実行中の生体を危険な状態とする
恐れが好適に回避される。

【０００９】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記生体の最高
血圧値および脈拍数の積である労作強度値を算出する労
作強度値算出手段をさらに含み、前記生体情報変化判定
手段は、前記傾斜負荷付与手段により生体に付与される
負荷の増加に伴う、上記労作強度値の増加の折点を判定
するものであり、前記目標運動負荷値決定手段は、その
労作強度値の増加の折れ点が判定されたときから前記応
答遅れ時間決定手段により決定された生体応答遅れ時間
前の時点で生体に実際に付与されている負荷の大きさを
目標運動負荷として決定するものである。このようにす
れば、生体の最高血圧値および脈拍数の積であることか
ら生体の内的負荷を正確に表す労作強度値ＰＲＰが用い
られるので、目標負荷が一層正確に測定される利点があ
る。

【００１０】また、好適には、前記生体の交感神経の活
性度を検出する交感神経活性度検出手段と、前記生体の
副交感神経の活性度を検出する副交感神経活性度検出手
段とをさらに含み、前記生体情報変化判定手段は、前記
傾斜負荷付与手段により生体に付与される負荷の増加に
伴い、上記副交感神経の活性度に対して上記交感神経の
活性度が優位となったことを判定するものであり、前記
目標運動負荷値決定手段は、上記副交感神経の活性度に
対する交感神経の活性度の優位が判定されたときから前
記応答遅れ時間決定手段により決定された生体応答遅れ
時間前の時点で生体に実際に付与されている負荷の大き
さを目標運動負荷として決定するものである。このよう
にすれば、副交感神経の活性度に対する交感神経の活性
度の優位に基づいて目標負荷が測定される利点がある。

【００１１】また、好適には、前記目標運動負荷値決定
手段により目標運動負荷が決定されると、前記傾斜負荷
付与手段による生体への負荷の増加を停止させ、その目
標運動負荷に実際の運動負荷が追従するように前記運動
負荷装置の負荷を調節する運動負荷制御手段を、さらに
含む。このようにすれば、目標運動負荷の決定に引き続
いてその目標運動負荷が付与されるように運動負荷装置
の負荷トルクなどが制御されるので、目標運動負荷の決
定とその目標運動負荷に一致する運動負荷の付与とがリ
アルタイムで行われる利点がある。

【００１２】また、好適には、前記生体に運動負荷が付
与されてからの経過時間が予め設定された判断基準時間
に到達したことに基づいてその生体に対する運動負荷の
付与の終了を判定する運動負荷終了判定手段と、その運
動負荷終了判定手段により前記生体に対する運動負荷の
付与の終了が判定されると、その生体に対する運動負荷
を予め設定された軽減手順で軽減する運動負荷終了処理
手段とが含まれる。このようにすれば、運動負荷終了判
定手段により、生体に対する運動負荷の付与が終了した
ことが判定されると、運動負荷終了処理手段により、そ
の生体に対する運動負荷が予め設定された軽減手順で自
動的に軽減されるので、クーリングダウンの不足に起因
する不都合が生体に発生することが解消される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明が適用された目標運動負
荷測定装置を備えた運動負荷装置の制御装置の構成を説
明する図であり、運動負荷装置として機能するよく知ら
れたエルゴメータ６と、連続血圧測定装置８とを備えて
いる。

【００１４】上記連続血圧測定装置８は、ゴム製袋を布
製帯状袋内に有してたとえば患者の上腕部１２に巻回さ
れるカフ１０と、このカフ１０に配管２０を介してそれ
ぞれ接続された圧力センサ１４、切換弁１６、および空
気ポンプ１８とを備えている。この切換弁１６は、カフ
１０内への圧力の供給を許容する圧力供給状態、カフ１
０内を徐々に排圧する徐速排圧状態、およびカフ１０内
を急速に排圧する急速排圧状態の３つの状態に切り換え
られるように構成されている。

【００１５】圧力センサ１４は、カフ１０内の圧力を検
出してその圧力を表す圧力信号ＳＰを静圧弁別回路２２
および脈波弁別回路２４にそれぞれ供給する。静圧弁別
回路２２はローパスフィルタを備え、圧力信号ＳＰに含
まれる定常的な圧力すなわちカフ圧を表すカフ圧信号Ｓ
Ｋを弁別してそのカフ圧信号ＳＫをＡ／Ｄ変換器２６を
介して電子制御装置２８へ供給する。

【００１６】上記脈波弁別回路２４は、脈拍に同期して
カフ１０に発生する圧力振動波を通過させる周波数帯域
を有するバンドパスフィルタを備え、圧力信号ＳＰの振
動成分である脈波信号ＳＭ₁ を周波数的に弁別し、その
脈波信号ＳＭ₁ をＡ／Ｄ変換器２９を介して電子制御装
置２８へ供給する。この脈波信号ＳＭ₁ が表すカフ脈波
は、患者の心拍に同期して図示しない上腕動脈から発生
してカフ１０に伝達されるものであり、圧迫圧に関連し
て変化する。

【００１７】上記電子制御装置２８は、ＣＰＵ３０，Ｒ
ＯＭ３２，ＲＡＭ３４，および図示しないＩ／Ｏポート
等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されてお
り、ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３２に予め記憶されたプログ
ラムに従ってＲＡＭ３４の記憶機能を利用しつつ信号処
理を実行することにより、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を
出力して切換弁１６および空気ポンプ１８を制御し、表
示器３６の表示内容を制御する。

【００１８】圧脈波センサ３８は、図２に詳しく示すよ
うに、前記カフ１０が装着された患者の上腕部１２の動
脈下流側の部位、たとえば手首において、容器状を成す
ハウジング４４の開口端が表皮４０に対向する状態で装
着バンド４２により手首に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。圧脈波センサ３８では、ハウジング４
４の内部には、ダイヤフラム４６に固定された押圧部材
５０が相対移動可能かつハウジング４４の開口端からの
突出し可能に設けられており、これらハウジング４４お
よびダイヤフラム４６等によって圧力室４５が形成され
ている。この圧力室４５内には、空気ポンプ５６から調
圧弁５８を経て圧力エアが供給されるようになってお
り、これにより、押圧部材５０は圧力室４５内の圧力に
応じた押圧力Ｐ_HDで表皮４０の直下の撓骨動脈４８に向
かって押圧される。

【００１９】上記押圧部材５０は、たとえば、単結晶シ
リコン等から成る半導体チップの押圧面５１に多数の半
導体感圧素子（図示せず）が撓骨動脈４８と直交する方
向にたとえば０．２mm程度の間隔で配列されて構成され
ており、手首の表皮４０の直下の撓骨動脈４８に向かっ
て押圧されることにより、撓骨動脈４８から表皮４０を
介して伝達される圧力振動波すなわち圧脈波を１拍毎に
検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号ＳＭ₂ をＡ／Ｄ変
換器５２を介して電子制御装置２８へ供給する。

【００２０】また、前記電子制御装置２８のＣＰＵ３０
は、ＲＯＭ３２に予め記憶されたプログラムに従って、
空気ポンプ５６および調圧弁５８へ駆動信号を出力し、
圧力室４５内の圧力すなわち押圧部材５０の表皮に対す
る押圧力を、撓骨動脈４８の管壁の一部が平坦となる最
適押圧値Ｐ_HDP を決定し且つその値を保持するように調
節する。すなわち、生体の連続血圧測定に際しては、圧
力室４５内の圧力変化過程で逐次得られる圧脈波に基づ
いて押圧部材５０の最適押圧力Ｐ_HDP が決定され、押圧
部材５０の最適押圧力Ｐ_HDP を維持するように調圧弁５
８が制御される。

【００２１】設定器６０は、たとえばスイッチ或いはキ
ーボードを含むものであり、手動操作によって入力され
た補正値、運動期間などの設定値を電子制御装置２８へ
出力する。また、時計回路６２は、圧脈波、血圧値など
の検出時刻を記録するため、或いは運動期間開始時の時
刻を記録し且つその運動期間の終了を判定するために現
在時刻を電子制御装置２８へ出力するものである。

【００２２】エルゴメータ６は、生体の運動に関連して
駆動される運動機構すなわち運動負荷装置であって、生
体により回転駆動されるペダル６４と、そのペダル６４
とチェーン６６を介して作動的に連結された電磁ブレー
キ６８とを備えている。この電磁ブレーキ６８は、たと
えば回転円板に発生させる渦電流の大きさを調節するこ
とにより、或いは回転コイルに誘導される発電電流の大
きさを調節することによって回転抵抗すなわち制動トル
クを制御して運動中の生体に荷せられる運動負荷を変化
させるので、運動負荷調節装置として機能している。

【００２３】図３は、上記運動負荷装置を制御する電子
制御装置２８の制御機能の要部を説明する機能ブロック
線図である。図において、カフ圧制御手段７０は、たと
えば図４に示す圧脈波血圧対応関係の決定のために、連
続血圧測定に先立って、すなわち上記エルゴメータ６の
使用に先立って起動させられる基準血圧測定手段７２の
測定期間において、カフ１０の圧迫圧力をよく知られた
測定手順に従って変化させる。たとえば、カフ圧制御手
段７０は、生体の最高血圧よりも高い１８０mmHg程度に
予め設定された昇圧目標値までカフ１０の圧迫圧力を急
速昇圧させた後、血圧決定アルゴリズムが実行される測
定区間において３mmHg/sec程度の速度で緩やかに降圧さ
せ、血圧測定が完了するとカフ１０の圧迫圧力を解放さ
せる。

【００２４】基準血圧測定手段７２は、傾斜負荷付与手
段８４による負荷上昇や運動負荷制御手段９０による運
動負荷制御に先立つ測定区間において、カフ１０の圧迫
圧力が緩やかに降圧させられる過程でカフ１０の圧力振
動として発生したカフ脈波の大きさの変化に基づいて、
よく知られたオシロメトリック法により生体の最高血圧
値ＢＰ_SYS 、平均血圧値ＢＰ_MEAN、最低血圧値ＢＰ_DIA
をそれぞれ測定し、表示器３６に表示させる。

【００２５】圧脈波血圧対応関係決定手段７４は、後述
の傾斜負荷付与手段８４による負荷上昇や運動負荷制御
手段９０による運動負荷制御に先立って、基準血圧測定
手段７２により血圧値が測定されると、圧脈波センサ３
８により検出された圧脈波の大きさＰ_M の下ピーク値Ｐ
_Mminおよび上ピーク値Ｐ_Mmaxと、その基準血圧測定手段
７２により測定された血圧値ＢＰ（最高血圧値Ｂ
Ｐ_SYS 、最低血圧値ＢＰ_DIA）との間の圧脈波血圧対応
関係を、生体毎に予め決定する。この対応関係は、たと
えば図４に示すものであり、ＥＢＰ＝α・Ｐ_M ＋βなる
式により示される。但し、αは傾きを示す定数、βは切
片を示す定数、ＥＢＰは連続的に決定される推定血圧値
である。

【００２６】推定血圧値決定手段７６は、上記圧脈波血
圧対応関係決定手段７４により決定された上記の対応関
係ＥＢＰ＝ｆ（Ｐ_M ）から、圧脈波センサ３８により逐
次検出される圧脈波の大きさＰ_M に基づいて、推定血圧
値ＥＢＰ（最高血圧値ＥＢＰ _SYS 、最低血圧値ＥＢＰ
_DIA ）を逐次決定し、その決定した推定血圧値ＥＢＰを
表示器３６に連続的にトレンド表示させる。上記カフ圧
制御手段７０、基準血圧測定手段７２、圧脈波センサ３
８、圧脈波血圧対応関係決定手段７４、推定血圧値決定
手段７６が、生体の血圧値を非浸襲で脈拍に同期して連
続的に測定する連続血圧測定手段７８として機能してい
る。

【００２７】脈拍数算出手段８０は、たとえば圧脈波セ
ンサ３８から出力される圧脈波の周期に基づいて、生体
の脈拍数ＰＲをその脈拍周期に同期して連続的に算出す
る。労作強度値算出手段８２は、その脈拍数算出手段８
０により算出された脈拍数ＰＲと前記連続血圧測定手段
７８により測定された推定血圧値ＥＢＰ_SYS との積であ
る労作強度値ＰＲＰ（＝ＰＲ×ＥＢＰ_SYS ：Pressure R
ate Product ）を、脈拍周期に同期して逐次算出する。

【００２８】一定負荷付与手段８３は、目標運動負荷Ｗ
_M の決定に先立つ区間（図５の付与期間Ｔ₀₁）におい
て、生体の応答遅れ時間Ｔ_D を決定するために、たとえ
ば一定の制動トルクをエルゴメータ６の電磁ブレーキ６
８に発生させることにより、生体に予め設定された一定
の運動負荷Ｗ_I を予め設定された付与期間Ｔ₀₁だけ付与
する。この一定の運動負荷Ｗ_I および付与期間Ｔ₀₁は、
付与期間Ｔ₀₁内において十分に生体情報が反応するよう
に、好ましくは生体の運動能力に応じて予め設定される
値である。上記一定の運動負荷Ｗ_I は、たとえば２０〜
１００Ｗ（ワット）程度の値が用いられ、上記付与期間
Ｔ₀₁は応答遅れ時間Ｔ_D よりも十分に大きい値に設定さ
れ、たとえば３乃至１０分程度の値が用いられる。

【００２９】また、傾斜負荷付与手段８４は、上記一定
負荷付与手段８３により生体の応答遅れ時間Ｔ_D を決定
するため一定の運動負荷の付与が完了した後、それに引
き続いて、生体の実際の運動区間（図５のｔ₂ 以降）に
先立つ運動の初期区間たとえば図５のｔ₁ 乃至ｔ₂ に示
す区間において、その生体に付与する負荷を時間経過に
伴って直線的に上昇させることにより増加させる。上記
連続上昇速度は、後述の折点の判定精度が維持される範
囲で最も高い値に設定されることが望ましい。

【００３０】応答遅れ時間決定手段８５は、一定負荷付
与手段８３により生体に一定の負荷が付与されてから、
その生体から得られる生体情報すなわち労作強度値ＰＲ
Ｐがその一定の負荷に対応する大きさとなるまでの時間
たとえば数分乃至十数分程度の時定数Ｔ_TCに基づいて、
生体の応答遅れ時間Ｔ_D を決定する。この応答遅れ時間
Ｔ_D は、時定数Ｔ_TCそのものの値、或いは時定数Ｔ_TCを
修正した値（＝Ｔ_TC＋Ａ、或いは＝Ｔ_TC・Ｂ：但しＡは
修正値、Ｂは修正係数）が用いられる。その修正値Ａお
よび修正係数Ｂは、応答遅れ時間Ｔ_D が傾斜負荷付与中
における傾斜負荷のある値と労作強度値ＰＲＰがその値
に対応する大きさとなるまでの遅れ時間となるように予
め実験的に求められた値である。

【００３１】目標運動負荷値決定手段８６は、上記傾斜
負荷付与手段８４による負荷の上昇に伴って増加する生
体情報の折れ点、たとえば前記生体の労作強度値ＰＲＰ
の折点Ｆに対応する運動負荷値（運動強度値）Ｗ_F と応
答遅れ時間Ｔ_D とに基づいて目標労作強度値ＰＲＰ_M を
決定する。生体情報変化判定手段８８は、傾斜負荷付与
手段８４により生体に傾斜負荷が付与されたときにその
生体から得られる生体情報が予め設定された変化条件を
満足したか否かを判定する。たとえば、生体から傾斜負
荷の増加とともに増加する労作強度ＰＲＰが採取されて
いる場合は、その労作強度ＰＲＰの折れ点の発生を判定
する。上記目標運動負荷値決定手段８６は、たとえば、
生体情報変化判定手段８８により、傾斜負荷付与手段８
４による負荷の上昇に伴う生体の労作強度値ＰＲＰの増
加の折点Ｆが判定されると、その折点Ｆの発生時点すな
わち図５のｔ₂ 時点に対応する運動負荷値（運動強度
値）Ｗ_F から、応答遅れ時間Ｔ_D の間の増加分ΔＷを差
し引くことにより、運動負荷値Ｗ_F より低い目標運動負
荷値Ｗ_M を決定する。換言すれば、目標運動負荷値決定
手段８６は、折点Ｆの発生時点すなわち図５のｔ₂ 時点
よりも応答遅れ時間Ｔ _D だけ前に生体に付与されていた
運動負荷を目標運動負荷値Ｗ_M として決定し、必要に応
じて表示器３６に表示させる。

【００３２】ここで、前記生体情報変化判定手段８８
は、労作強度値ＰＲＰが折点Ｆに対応する値を越えた後
の数拍程度の後において、折点Ｆが、その数拍程度の後
の時点たとえば図５のｔ₂ 時点よりも数拍前の時点たと
えば図５のｔ₁ 時点に発生したことを速やかに判定する
ものである。たとえば、生体情報変化判定手段８８は、
傾斜負荷付与手段８４による運動負荷の直線的上昇区間
Ｔ₁₂において労作強度値算出手段８２により逐次算出さ
れる労作強度値ＰＲＰ_n の回帰直線ＫＬを求め、この回
帰直線ＫＬを中心として決定された所定の判断基準範囲
たとえば＋１０％の範囲を越える労作強度値ＰＲＰ_n が
連続して予め設定された所定数検出されたことにより折
点Ｆを決定する。たとえば図６の時間軸と労作強度値軸
とから成る二次元直交座標において、破線に示す判断基
準範囲を越える２以上の連続する労作強度値ＰＲＰ
_m+1 、ＰＲＰ_m+2 が検出された場合には、その労作強度
値ＰＲＰ _m+1 またはそれより１つ前の労作強度値ＰＲＰ
_m の発生時刻ｔ_F2またはｔ_F1に折点Ｆが発生したと判定
され、その発生時刻ｔ_F2またはｔ_F1における回帰直線Ｋ
Ｌ上の値Ｆ₂ またはＦ₁ が折点Ｆとして判定される。

【００３３】運動負荷制御手段９０は、傾斜負荷付与手
段８４により負荷が上昇させられる連続負荷上昇区間Ｔ
₁₂において、その負荷の上昇に伴う生体の労作強度値Ｐ
ＲＰの増加の折点Ｆが生体情報変化判定手段８８により
判定されると、その傾斜負荷付与手段８４による負荷の
上昇を停止させた後、それに引き続いて直ちに、前記目
標運動負荷値決定手段８６により決定された目標運動負
荷値Ｗ_M に実際の生体の負荷値Ｗが追従するように前記
エルゴメータ６の制動トルクを制御する。図５のｔ₃ 以
降はこの状態を示している。

【００３４】運動負荷終了判定手段９２は、生体に運動
負荷が付与されてからの経過時間Ｔ _ELが、たとえば運動
処方に従って生体を運動させるために予め設定された判
断基準時間Ｔ_S に到達したことに基づいてその生体に対
する運動負荷の付与の終了を判定する。運動負荷終了処
理手段９４は、その運動負荷終了判定手段９２により生
体に対する運動負荷の付与の終了が判定されると、その
生体に対する運動負荷を予め設定された軽減手順で軽減
する。この軽減手順は、予め設定された順序で負荷が段
階的に軽減されるか、或いは、予め設定された減少速度
で連続的に減少させられる。

【００３５】図７は、上記電子制御装置２８の制御作動
の要部を説明するフローチャートである。図のステップ
Ｓ１（以下、ステップを省略する。）では、図示しない
操作釦の操作によって運動負荷装置の起動が行われたか
否かが判断される。このＳ１の判断が否定された場合は
待機させられるが、肯定された場合は、エルゴメータ６
を用いて生体が運動を開始した状態であるので、前記応
答遅れ時間決定手段８５に対応するＳ２において、図８
に示す応答遅れ時間算出ルーチンが実行されることによ
り、実際の生体の応答遅れ時間Ｔ_D が決定される。

【００３６】図８において、一定負荷付与手段８３に対
応するＳＡ１では、たとえば２０Ｗ（ワット）程度の値
に予め設定された一定の運動負荷（運動強度）Ｗ_I が生
体に付与されるように、すなわち電磁ブレーキ６８の回
転数と制動トルクとの積が一定の運動負荷（運動強度）
Ｗ_I となるように、エルゴメータ６の電磁ブレーキ６８
の制動トルクが調節される。次いで、ＳＡ２では、上記
一定負荷付与期間Ｔ₀₁の経過の判定に用いるためのタイ
マＣ₁ の計時作動が開始され、起動操作後の経過時間ｔ
が計測される。続いて、ＳＡ３およびＳＡ４では、逐次
求められる生体の脈拍数ＰＲおよび推定血圧値ＥＢＰ
_SYS が読み込まれた後、労作強度値算出手段８２に対応
するＳＡ５において労作強度値ＰＲＰ（＝ＥＢＰ_SYS ×
ＰＲ）が算出される。この労作強度値ＰＲＰは、心筋の
負荷の指標として用いられるものであり、酸素消費量に
相関する生体情報である。そして、ＳＡ６において、タ
イマＣ₁ の計数内容が予め設定された一定負荷付与期間
Ｔ₀₁を越えたか否かが判断される。この判断が否定され
るうちはＳＡ１以下が繰り返し実行されるが、肯定され
ると、ＳＡ７において、上記一定負荷付与期間Ｔ₀₁内に
おける労作強度値ＰＲＰの変化曲線から、その変化幅Ｈ
の０．６３２に相当する値に到達するまでの時間である
時定数Ｔ_TCが求められ、その時定数Ｔ_TCに基づいて応答
遅れ時間Ｔ_D が決定される。上記労作強度値ＰＲＰは、
ＰＲＰ＝Ｈ（１−ｅ^-t/TC ）なる関数により表され得る
からである。なお、その関数内のＴＣは、上記時定数Ｔ
_TCと同じものである。

【００３７】図７に戻って、続いて前記傾斜負荷付与手
段８４に対応するＳ３では、図５のｔ₁ 乃至ｔ₂ の連続
負荷上昇区間Ｔ₁₂に示すように、運動負荷が所定の速度
で上昇させられる。次いで、Ｓ４において、生体の脈拍
数ＰＲおよび推定血圧値ＥＢＰ_SYS が読み込まれた後、
前記労作強度値算出手段８２に対応するＳ５において労
作強度値ＰＲＰが算出される。この労作強度値ＰＲＰ
は、心筋の負荷の指標として用いられるものであり、酸
素消費量に相関するものである。そして、前記生体情報
変化判定手段８８に対応するＳ６において、時間軸と労
作強度値軸とから成る二次元直交座標において、連続負
荷上昇区間Ｔ₁₂において増加させられる労作強度値ＰＲ
Ｐの折点Ｆが発生したか否かが判断される。

【００３８】当初は上記Ｓ６の判断が否定されることか
ら、上記Ｓ３以下が繰り返し実行される。しかし、図５
のｔ₂ 時点に示すように、Ｓ６において折点Ｆの発生が
判断されると、傾斜負荷付与手段８４に対応するＳ３の
実行が停止されると同時に、Ｓ７乃至Ｓ９が実行され
る。すなわち、前記目標運動負荷値決定手段８６に対応
するＳ７において、折点Ｆの発生時点すなわち図５のｔ
₂ 時点に対応する運動負荷Ｗ_F よりも応答遅れ時間Ｔ_D
間の変化分ΔＷを差し引いた値、すなわち折点Ｆの発生
時点から応答遅れ時間Ｔ_D だけ前の時点に対応する実際
の運動負荷が、目標運動負荷Ｗ_M として決定される。次
いで、Ｓ８において、実質的な運動開始からの経過時間
Ｔ_ELを計数するためのカウンタＣＴ_ELの計数が許可され
る。そして、前記運動負荷制御手段９０に対応するＳ９
において、たとえば図９に示す運動負荷フィードバック
制御ルーチンが実行されることにより、上記目標運動負
荷（目標運動強度）Ｗ_M と実際に生体に付与される運動
負荷（運動強度）Ｗとが一致するようにエルゴメータ６
の制動トルクが調節される。図５のｔ₂ 時点以後はこの
状態を示している。

【００３９】図９のＳＢ１では、前記Ｓ７において決定
された目標運動負荷Ｗ_M が読み込まれ、続くＳＢ２乃至
ＳＢ５において、実際に生体に付与される運動負荷Ｗが
上記目標運動負荷Ｗ_M と一致するようにエルゴメータ６
の電磁ブレーキ６８の制動トルクが制御される。すなわ
ち、ＳＢ２では、電磁ブレーキ６８の回転数と制動トル
クとの積である実際の運動負荷Ｗが目標運動負荷値Ｗ_M
を上回ったか否かが判断される。このＳＢ２の判断が否
定された場合には、実際の運動負荷（運動強度）Ｗが未
だ目標運動負荷値（目標運動強度値）Ｗ_M に到達してい
ないので、ＳＢ３において、前回のサイクルにおける電
磁ブレーキ６８の制動トルク（或いはそれに対応する励
磁電流）の指令値Ｉ_T に所定の変化値ΔＩ_T を加算する
ことにより増加させられるが、上記ＳＢ２の判断が肯定
された場合は、実際の運動負荷Ｗが目標運動負荷値Ｗ_M
を上回っているので、ＳＢ４において、前回のサイクル
における電磁ブレーキ６８の制動トルクの指令値Ｉ_T か
ら所定の変化値ΔＩ_T を差し引くことにより減少させら
れる。そして、ＳＢ５では、上記のようにして変化させ
られた制動トルクの指令値Ｉ_T が出力され、電磁ブレー
キ６８の制動トルクが調節される。

【００４０】続いて、ＳＢ６では、生体の異常が判定さ
れる。たとえば、脈拍数算出手段８０により算出された
脈拍数ＰＲが予め設定された判断基準値を越えたか否か
が判断される。上記ＳＢ６の判断が肯定された場合は、
ＳＢ７において生体の異常を示す異常表示が表示器３６
において行われるとともに、ＳＢ８において電磁ブレー
キ６８の仕事Ｗすなわちエルゴメータ６の回転抵抗が零
とされ、本ルーチンおよび図７のルーチンが終了させら
れる。しかし、上記ＳＢ６の判断が否定される場合は、
本ルーチンが終了させられ、図７のＳ１０以下が実行さ
れる。

【００４１】図７に戻って、前記運動負荷終了判定手段
９２に対応するＳ１０では、前記経過時間Ｔ_ELが、たと
えば運動処方に従って生体を運動させるために予め設定
された判断基準時間Ｔ_S に到達したか否かが判断され
る。当初はこのＳ１０の判断が否定されるので、Ｓ１１
においてカウンタＣＴ_ELの計数内容Ｔ_ELに「１」が加算
されることによりその計数内容Ｔ_ELが更新された後、前
記Ｓ９以下が繰り返し実行される。しかし、上記Ｓ１０
の判断が肯定されると、前記運動負荷終了処理手段９４
に対応するＳ１２において、運動負荷終了処理すなわち
クーリングダウンが実行され、生体に付与されていた負
荷が所定の軽減手順で軽減される。

【００４２】上述のように、本実施例によれば、応答遅
れ時間決定手段８２（Ｓ２）により、生体に所定の負荷
を付与してからその生体から得られる労作強度ＰＲＰが
その負荷に対応する大きさとなるまでの時間Ｔ_TCに基づ
いて生体の応答遅れ時間Ｔ_Dが予め決定される一方、目
標運動負荷値決定手段８６（Ｓ７）により、生体情報変
化判定手段８８（Ｓ６）により生体から得られる生体情
報（労作強度ＰＲＰ）が予め設定された条件を満足する
変化を示したことが判定されたときから前記応答遅れ時
間決定手段８５により決定された生体応答遅れ時間Ｔ_D
だけ前の時点で生体に実際に付与されている負荷の大き
さが、目標運動負荷Ｗ_M として決定される。このため、
目標運動負荷値決定手段８６により決定される目標運動
負荷Ｗ_Mは、生体の応答遅れ時間Ｔ_D が加味されること
により従来よりも小さな値となるので、目標運動負荷Ｗ
_M の精度が高められる。また、その目標運動負荷Ｗ_M を
用いて生体に運動負荷を与えることにより、生体に不要
な苦痛を与えたり、運動療法を実行中の生体を危険な状
態とする恐れが好適に回避される。

【００４３】また、本実施例によれば、目標運動負荷値
決定手段８６により目標運動負荷Ｗ _M が決定されると、
傾斜負荷付与手段８４（Ｓ３）による生体への負荷の増
加を停止させ、その目標運動負荷Ｗ_M に実際の生体の運
動負荷Ｗが追従するようにエルゴメータ６の制動トルク
を制御する運動負荷制御手段９０（ＳＢ２〜ＳＢ５）
を、さらに含むことから、目標運動負荷Ｗ_M の決定に引
き続いてその目標運動負荷Ｗ_M が付与されるようにエル
ゴメータ６の制動トルクなどが制御されて、目標運動負
荷Ｗ_M の決定とその目標運動負荷Ｗ_M に一致する運動負
荷の付与とがリアルタイムで行われる利点がある。

【００４４】また、本実施例の運動負荷装置の制御装置
には、生体に運動負荷が付与されてからの経過時間Ｔ_EL
が予め設定された判断基準時間Ｔ_S に到達したことに基
づいてその生体に対する運動負荷の付与の終了を判定す
る運動負荷終了判定手段９２（Ｓ１０）と、その運動負
荷終了判定手段９２により前記生体に対する運動負荷の
付与の終了が判定されると、その生体に対する運動負荷
を予め設定された軽減手順で軽減する運動負荷終了処理
手段９４（Ｓ１２）とが含まれる。このため、運動負荷
終了判定手段９２により生体に対する運動負荷の付与が
終了したことが判定されると、運動負荷終了処理手段９
４により、その生体に対する運動負荷が予め設定された
軽減手順で自動的に軽減されるので、クーリングダウン
の不足に起因する不都合が生体に発生することが解消さ
れる。

【００４５】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の説明において前述の実施例と共通する部分に
は同一の符号を付して説明を省略する。

【００４６】前述の実施例では、運動負荷装置としてエ
ルゴメータ６が用いられていたが、それに代えて、たと
えば図１０に示すようなトレッドミル１００が用いられ
得る。このトレッドミル１００は、基台１０２に設けら
れた無端ベルト１０４が電動モータ１０６によって回転
駆動されるようになっており、無端ベルト１０４上に位
置する生体が走行させられることにより運動負荷が与え
られるようになっている。この電動モータ１０６は、た
とえば前記電子制御装置２８からの指令に従って、前記
目標運動強度値Ｗ_M に対応する労作強度値ＰＲＰ_M と実
際の労作強度値（生体の負荷）ＰＲＰとが一致するよう
に、その回転速度が変化させられる。

【００４７】図１１は、たとえ運動能力の高い生体であ
っても一定負荷付与期間Ｔ₀₁において確実に応答遅れ時
間Ｔ_D を決定できるように、たとえば１００Ｗ（ワッ
ト）程度の比較的大きな値に設定された一定負荷Ｗ_I1が
一定負荷付与手段８３により付与される場合には、傾斜
負荷付与期間Ｔ₂₃内において確実に折れ点Ｆを判定でき
るように、その一定負荷Ｗ_I1よりも十分に小さい一定負
荷Ｗ_I2を生体に付与する低負荷付与期間Ｔ₁₂を一定負荷
付与期間Ｔ₀₁と傾斜負荷付与期間Ｔ₂₃との間に設けた実
施例を示している。このような実施例では、一定負荷付
与手段８３或いは傾斜負荷付与手段８４により、上記低
負荷付与期間Ｔ₁₂が設けられる。

【００４８】図１２は、傾斜負荷付与期間Ｔ₁₂におい
て、生体情報変化判定手段８８が自律神経の変化を判定
することに基づいて目標運動負荷値決定手段８６が目標
運動負荷値Ｗ_M を決定する実施例の機能ブロック線図を
示している。図１２において、交感神経活性度検出手段
１１０は、生体の交感神経の活性度を検出する。たとえ
ば、交感神経活性度検出手段１１０は、連続血圧測定手
段７８により１拍毎に測定される最高血圧値ＥＢＰ_SYS
の変動すなわち揺らぎを示す信号を周波数解析すること
により、その信号成分のなかで生体の交感神経の活性度
に対応すると言われている周波数帯、すなわち図１３に
示すように呼吸周波数（０．２〜０．２５Ｈｚ程度）よ
りも充分に低い周波数帯たとえば呼吸周波数の１／４乃
至１／２の周波数帯或いは０．０４Ｈｚ乃至０．１５Ｈ
ｚの周波数帯の信号強度ＳＢＰ_LFを算出する。また、副
交感神経活性度検出手段１１２は、生体の副交感神経の
活性度を検出する。たとえば、副交感神経活性度検出手
段１１２は、圧脈波センサ３８により１拍毎に検出され
る圧脈波の間隔（周期）の変動すなわち揺らぎを示す信
号を周波数解析することにより、その信号成分のなかで
生体の副交感神経の活性度に対応すると言われている周
波数帯、すなわち図１３に示すように呼吸周波数を充分
に含む周波数帯たとえば０．１５Ｈｚ乃至０．４Ｈｚの
周波数帯の信号強度ＰＰ_HFを算出する。そして、生体情
報変化判定手段８８は、傾斜負荷付与手段８４により生
体に付与する負荷が上昇させられる過程で、たとえば上
記呼吸周波数よりも充分に低い周波数帯の信号強度ＳＢ
Ｐ_LFと呼吸周波数を含む周波数帯の信号強度ＰＰ_HFとの
積（ＳＢＰ_LF×ＰＰ_HF）が、傾斜負荷付与手段８４によ
り生体の負荷が上昇させられる過程で最小となったか否
かに基づいて、副交感神経の活性度に対して交感神経の
活性度が優位となったか否かを判定する。上記呼吸周波
数を含む周波数帯の信号強度ＰＰ_HFに対して呼吸周波数
よりも充分に低い周波数帯の信号強度ＳＢＰ_LFが優位と
なる時点は、図１３において、２点鎖線に示すそれらの
積（ＳＢＰ_LF×ＰＰ_HF）が最小となる性質を利用して判
定されるのである。なお、図１３において、実線は交感
神経の活性度に対応する信号強度ＳＢＰ_LFを示し、１点
鎖線は副交感神経の活性度に対応する信号強度ＰＰ_HFを
示している。上記生体情報変化判定手段８８により副交
感神経の活性度に対して交感神経の活性度が優位となっ
たことが判定されると、目標運動負荷値決定手段８６
は、その判定時点から応答遅れ時間Ｔ_D だけ前に生体に
付与されていた運動負荷を目標運動負荷値Ｗ_M として決
定する。

【００４９】図１４は、本発明の他の実施例における応
答遅れ時間Ｔ_D を決定する作動を説明するタイムチャー
トである。本実施例では一定負荷付与手段８３は設けら
れておらず、傾斜負荷付与手段８４により傾斜負荷が最
初から付与される。本実施例の応答遅れ時間決定手段８
５は、上記傾斜負荷付与手段８４により傾斜負荷の付与
が開始された時点ｔ₀ 以後において、労作強度値ＰＲＰ
の立ち上がり時点ｔ₁を判定し、ｔ₀ 時点からｔ₁ 時点
までの時間を応答遅れ時間Ｔ_D として決定する。

【００５０】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００５１】たとえば、前述の図１乃至図９の実施例に
おいて、一定負荷付与期間Ｔ₀₁および傾斜負荷付与期間
Ｔ₁₂において、応答遅れ時間Ｔ_D の決定や生体情報変化
の判定に用いられていた生体情報は労作強度ＰＲＰであ
ったが、脈波振幅値、拡張期血圧、平均血圧、心拍数、
呼吸数などの循環器或いは呼吸器の作動状態に関連する
生体情報が用いられても差し支えない。

【００５２】また、前述の実施例において、傾斜負荷付
与手段８４は、生体に対する負荷を、所定の速度で連続
的に増加させていたが、所定の上昇幅で上昇させた後に
その値を所定期間維持することを繰り返しながら段階的
に上昇させるものでもよい。要するに、時間の経過とと
もに増加するように運動負荷Ｗを漸次増加させるもので
あればよいのである。

【００５３】また、前述の実施例では、運動負荷制御手
段９０は、目標運動負荷値決定手段８６により決定され
た目標運動負荷値Ｗ_M と実際に生体に付与される運動負
荷Ｗとが一致するようにエルゴメータ６の制動トルクを
制御するものであったが、上記目標運動負荷値決定手段
８６は、傾斜負荷とともに増加する労作強度ＰＲＰの折
れ点Ｆの判定時点よりも応答遅れ時間Ｔ_D だけ前の実際
の労作強度値を目標運動負荷値（目標労作強度値）ＰＲ
Ｐ_M として決定し、上記運動負荷制御手段９０は、その
目標労作強度値ＰＲＰ_M と労作強度算出手段８２により
逐次算出される実際の労作強度ＰＲＰとが一致するよう
にエルゴメータ６の制動トルクを制御するものであって
もよい。

【００５４】また、前述の実施例においては、脈拍数Ｐ
Ｒおよび推定血圧値ＥＢＰが１拍毎に決定されるととも
に、労作強度値ＰＲＰも１拍毎に算出されていたが、必
ずしも１拍毎でなくてもよく、労作強度値ＰＲＰは数拍
毎に算出されるものでもよいのである。

【００５５】また、前述の実施例の経過時間Ｔ_ELは、折
点Ｆが判定された時点ｔ₂ からの経過時間であったが、
初期負荷上昇区間が開始される時点ｔ₁ からの経過時間
であってもよい。要するに、生体に運動負荷が付与され
てからの経過時間であればよいのである。

【００５６】また、前述の実施例の圧脈波血圧対応関係
は一次式であったが、圧脈波センサ３８が動脈の管壁を
平坦に保持するように押圧されない場合には、二次以上
の多項式が用いられてもよい。

【００５７】その他、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である目標運動負荷測定装置
を備えた運動負荷装置の制御装置の構成を示すブロック
図である。

【図２】図１の実施例の圧脈波センサおよび押圧力制御
装置を詳しく説明する図である。

【図３】図１の実施例において、電子制御装置の制御機
能の要部を説明する機能ブロク線図である。

【図４】図３の圧脈波血圧対応関係決定手段により決定
される対応関係を例示する図である。

【図５】図１の実施例において、電子制御装置により制
御される運動負荷を示すタイムチャートである。

【図６】図３の折点判定手段による折点判定方式を説明
する図である。

【図７】図１の実施例において、電子制御装置の制御作
動の要部を説明するフローチャートである。

【図８】図７のステップＳ２の応答遅れ時間決定ルーチ
ンを詳しく説明するフローチャートである。

【図９】図７のステップＳ９の運動負荷フィードバック
制御ルーチンを詳しく説明するフローチャートである。

【図１０】本発明の他の実施例における運動負荷装置で
あるトレッドミルを説明する図である。

【図１１】本発明の他の実施例において電子制御装置に
よる運動負荷制御を説明するタイムチャートである。

【図１２】本発明の他の実施例における電子制御装置の
制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。

【図１３】図１２の実施例における生体情報変化を説明
するタイムチャートである。

【図１４】本発明の他の実施例における応答遅れ時間Ｔ
_D の決定作動を説明するタイムチャートである。

【符合の説明】

６：エルゴメータ（運動負荷装置） ８４：傾斜負荷付与手段 ８５：応答遅れ時間決定手段 ８６：目標運動負荷値決定手段 ８８：生体情報変化判定手段 ９０：運動負荷制御手段 １００：トレッドミル（運動負荷装置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体の運動に関連して機械的に作動させ
   られる運動負荷装置から該生体に付与すべき目標運動負
   荷を決定するための目標運動負荷測定装置であって、 生体に所定の負荷を付与してから、該生体から得られる
   生体情報が該所定の負荷に対応する所定の大きさとなる
   までの時間に基づいて、該生体の応答遅れ時間を決定す
   る応答遅れ時間決定手段と、 時間経過に伴って増加する傾斜負荷を前記生体に付与す
   る傾斜負荷付与手段と、 該傾斜負荷付与手段により前記生体に傾斜負荷が付与さ
   れたときに該生体から得られる生体情報が予め設定され
   た変化条件を満足したか否かを判定する生体情報変化判
   定手段と、 該生体情報変化判定手段により、前記生体から得られる
   生体情報が予め設定された変化条件を満足したことが判
   定されたときから前記応答遅れ時間決定手段により決定
   された生体応答遅れ時間だけ前の時点で該生体に実際に
   付与されている負荷の大きさを目標運動負荷として決定
   する目標運動負荷値決定手段とを、含むことを特徴とす
   る目標運動負荷測定装置。