JP2013063124A - 呼吸トレーニング装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率の高い腹式の深呼吸のトレーニングを行う。
【解決手段】 ユーザの胸部、腹部に、それぞれ中空の弾性チューブを巻きつけ、弾性チューブの空気圧を高くして胸部、腹部を圧迫する。そして、呼吸による胸部、腹部の膨張度を圧力値として検出し、検出した圧力値から腹式呼吸が成功しているかを判定する。そして、それぞれの膨張度と、腹式呼吸が成功しているかの判定結果を、時間軸に沿って表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、腹式呼吸のトレーニングを行うための呼吸数指示装置及びその制御方法に関するものである。

自律神経、循環器系に対して呼吸が大きな影響を与えることが明らかになってきた。呼吸は、一般に胸式（又は胸郭）呼吸、腹式呼吸に大別でき、とりわけ腹式呼吸が健康維持のために望ましいことも判明してきた。

かかる点に鑑み、腹式呼吸を誘導させ、或いは計測する技術が特許文献１、２として知られている。特許文献１は、被検者の腹部に電極を接触させ、その電極に所定数の電流を流し、筋肉を収縮させることで腹式呼吸を誘導させる技術を開示している。一方、特許文献２は、膨張、収縮を検出する可動部を有する装置を、ベルトやバンド等を用いて被検者の腹部に取り付け、被検者の腹部の膨張、収縮の回数を、腹式呼吸数として計数する技術が開示されている。

特開２００４−１３６０８３号公報 特開２００３−２５０７７９号公報

胸式呼吸、腹式呼吸のいずれか一方のみで呼吸しているのは希である。多くの場合には、胸式呼吸と腹式呼吸とが混在した状態であり、その比率も個人毎に異なっている。先に示した特許文献１、２に係る技術では、たしかに腹式呼吸を誘導もしくは推奨するように作用するものの、胸式呼吸を行っているか否かは勿論のことその度合を示すには至っていない。従って、効果的な腹式呼吸（胸式呼吸の比率が少ない呼吸）のトレーング法を被検者に示しているとは言えない。

さらにまた、とりわけ１分間に６回程度（１呼吸に１０秒）の非常にゆっくりしたサイクルでの腹式深呼吸を５分間継続するトレーニングでも、自律神経を刺激し、循環器系にとって良いとされている。

本発明は、効率の高い腹式の深呼吸のトレーニングを補助する技術を提供しようとするものである。

上記の目的を達成するための、例えば本発明の呼吸トレーニング装置は以下の構成を備える。すなわち、
１サイクル当たり予め設定された時間Ｔ１をかけて腹式深呼吸を行うための呼吸トレーニング装置であって、
胸部の膨張度を検出する第１の検出手段と、
腹部の膨張度を検出する第２の検出手段と、
前記時間Ｔ１を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第１の表示手段と、
前記第１の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第２の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定手段と、
前記第１、第２の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定手段による判定結果を時間軸に沿って表示する第２の表示手段とを有する。

本発明によれば、効率の高い腹式の深呼吸のトレーニングを行うことが可能になる。

実施形態における呼吸トレーニング装置のブロック構成図である。 呼吸トレーニング中の表示装置の表示例を示す図である。 呼吸トレーニング装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明で、本装置を操作する者と腹式呼吸のトレーニングを行う者は同一であるものとして説明し、以降、単にユーザとして表記するが、それぞれが別人であっても良いのは明らかである。

図１は実施形態における腹式呼吸トレーニング装置のブロック構成図である。図中、１０１は装置全体の制御を司るＣＰＵであり、１０２はＣＰＵ１の処理手順であるプログラムを格納しているＲＯＭである。このＲＯＭ１０２には後述するように、１０秒で１回の腹式深呼吸を行うのに適したリズムの複数の音楽データ１０３が格納されている。この音楽データ１０３は、例えばＭＰ３形式で符号化されたデータであって、初期段階でメニュー表示させ、そのいずれかを選択させ再生しながら腹式呼吸のトレーニングを行うこととなる。１０４はＣＰＵ１０１の処理中にワークエリアとして使用されるＲＡＭである。１０５はメニューの選択等、各種パラメータの設定等を行うため等の各種スイッチやキーで構成される操作部である。１０６は液晶等の表示装置であり、各種設定のためのメニュー表示、更には、呼吸トレーニング中の状態をトレーニング中のユーザに知らせる装置としても機能する。

１０７は、ユーザの胸郭に巻きつける帯状の胸郭バンドであって、内部には中空の気密状態を保持可能な、例えば、ウレタン、シリコンや塩ビなどで形成された外径１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度、内径８ｍｍ〜９ｍｍ程度の弾性チューブを収容している。胸郭バンド１０７の両端には、例えば面ファスナーが取り付けられ、胸郭に巻きつけた状態を保持するようになっている。１０８は、胸郭バンド１０７内の弾性チューブ内の空気圧を高めるため、圧縮空気を送り込むためのポンプである。１０９は胸郭バンド１０７の弾性チューブ内の空気圧を検出する圧力センサである。かかる構成において、胸郭バンド１０７をユーザの胸郭に巻きつけ維持し、弾性チューブ内の圧力が所定値になるまでポンプ１０８を駆動する。その後、圧力センサ１０９による圧力変化を検出することで、ユーザの胸郭の膨張、収縮を検出することがき、この膨張、収縮の１サイクルを胸式呼吸の運動として検出することができる。

腹式バンド１１０、ポンプ１１１、圧力センサ１１２は、上記の胸郭バンド１０７、ポンプ１０８、圧力センサ１０９にそれぞれ対応する構造を有するものである。すなわち、腹部バンド１１０をユーザの腹部に巻きつけ維持し、その内部の弾性チューブ内の圧力が所定値になるまでポンプ１１１を駆動する。その後、圧力センサ１１２による圧力変化を検出することで、ユーザの腹部の膨張、収縮を検出することがき、この膨張、収縮の１サイクルを腹式呼吸の運動として検出することができる。なお、胸部バンド１０７、及び、腹部バンド１１０とも、後述する呼吸トレーニング終了後に内部の空気を排気する排気弁（図示せず）が設けられている。

１１３は、ＣＰＵ１０１からの指示に従って復号した音楽データからアナログ信号を生成し、スピーカ１１４を駆動する音声合成回路であり、先に説明した呼吸トレーングのためにユーザが選曲した音楽を再生するためのものである。なお、スピーカ１１４は、床上に設置されるものでも良いしヘッドホンとして装着するタイプでも良く、その種類は問わない。１１５は時刻を計時するためのタイマである。

上記構成における本実施形態の装置は、６サイクル／分というゆっくりした腹式深呼吸のトレーニング装置として機能する。このため本実施形態では、第１には、ユーザが腹式呼吸を行っているかどうかは勿論のこと、効率の良い腹式呼吸を行っているのか否かの指標を提示する。第２には、１呼吸が１０秒（＝１分／６サイクル＝１０秒／サイクル）で呼吸を行うことを容易にするための、空気を肺に取込む吸息運動と、空気を排出する呼息運動のそれぞれの期間を提示する。

第１の課題のため、先ず、ポンプ１０８、１１１を駆動し、圧力センサ１０９、１１２からの検出圧力をモニタしながら、胸郭バンド１０７、腹部バンド１１０内の弾性チューブの内圧を予め設定した圧力にまで昇圧する。

この状態で、ユーザに胸郭を最大に広げる動作と最小に縮小する動作を行ってもらい、その際の最大圧力と最小圧力を圧力センサ１０９で検出して、その最小圧力と最大圧力の範囲を０乃至１００に正規化する。これ以降、圧力センサ１０９で検出した実測した圧力値ではなく、この正規化範囲にマッピングした値を胸部圧Ｐｋとして検出する。

この後、腹部を最大に広げる動作と最小に縮小する動作を行ってもらい、その際の最大圧力と最小圧力を圧力センサ１１２で検出して、その最小圧力と最大圧力の範囲を０乃至１００に正規化する。これ以降、圧力センサ１１２で検出した実測した圧力値ではなく、この正規化範囲にマッピングした値を腹部圧Ｐｆとして検出する。

上記の結果、ユーザの体型、サイズにかかわらず、胸部、腹部の双方の膨張、収縮の度合を同じ尺度で比較できるようになる。

さて、本実施形態では、腹部圧Ｐｆ＞胸部圧Ｐｋの場合に、腹部の膨張度が胸部のそれに対して大きいことになり、この関係を満たしているとき腹式呼吸を行っていると判定するようにした。そして、この腹式呼吸状態であるか否かをユーザに視覚的に報知するようにした。

なお、適当な係数Ｒを設け、Ｐｆ＞Ｐｋ×Ｒを満たす場合に腹式呼吸と判定するようにしても良い。この場合、Ｒはユーザが自由に設定できるようにすることが望ましい。特に、Ｒを１より大きい係数とした場合、腹式呼吸であるとの判定が厳しくなることを意味するので、トレーニングに慣れてきたユーザに対処できる。

次に第２の課題のため、１呼吸１０秒に見合った音楽を再生するだけでなく、１０秒という間隔を前、後半それぞれ５秒の期間に分け、今現在が吸息運動、呼息運動のいずれを行うかの指標をユーザに視覚的に示すようにした。

図２は、本実施形態における上記第１，第２の課題を実現するための、腹式深呼吸のトレーニング中の表示装置１０６の表示画面２００の一例を示している。

図示において、２０１は１０秒という時間軸に対して、吸息運動、呼息運動の区間を示す表示部であり、この直下のバー２０２上を、その左端から右端にポインタ２０３が移動表示するようにした。ポインタ２０３は、右端まで移動すると、左端から再度表示されることを繰り返し、直上の表示部２０１との関係から、今現在が吸息期間であるのか、呼息期間であるのかは勿論のこと、次の吸息運動までどの程度経過すれば良いのかの指標を示すことができる。なお、実施形態では、１回の腹式深呼吸のトレーングする期間を５分としているので、残り時間も図示の符号２０４で示される領域に示すようにした。

一方、画面の上部には、呼吸動作中の胸部圧Ｐｋ、腹部圧Ｐｆを示すためのウインドウ２０５が設けられている。このウインドウ２０５内の上部には、胸部圧Ｐｋの時間推移を示す胸部圧曲線２０６が表示され、下部が腹部圧Ｐｆの時間推移を示す腹部圧曲線２０７が表示される。そして、図示のウインドウ２０５の右端が現在点を示し、左側が過去の測定結果を示している。すなわち、図示のウインドウ２０６内の胸部圧Ｐｋ、腹部圧Ｐｆそれぞれの胸部圧曲線２０６、腹部圧曲線２０７は、画面右から左側に向かってスクロール表示されることになる。

また、胸部圧曲線２０６、腹部圧曲線２０７には、破線部分と実線部分が示されている。破線部分は腹部圧Ｐｆ≦胸部圧Ｐｋとなって腹式呼吸とは見なされていないとを示し、実線部分は腹部圧Ｐｆ＞胸部圧Ｐｋとなって腹式呼吸と判定されていることを示している。なお、図示では、線の種別で腹式呼吸に成功しているか否かを示したが、曲線の色で示してよい。また、曲線の色ではなく、背景色で示してもよい。要は、腹式呼吸を行っているか否かがユーザに知らしめる表示形態になっていればよい。

また、トレーニングを開始してから、現在までの経過時間における何割程度が腹式呼吸として判定されているのかを示すため、図示の符号２０８で示される領域に、腹式呼吸指数を百分率で表示するようにした。

次に、実施形態におけるＣＰＵ１０１の処理手順を図３のフローチャートに従って説明する。

同図の処理は、操作部１０５によるトレーニング開始の指示が入力された場合に開始するものであり、それ以前に、胸部バンド１０７、腹部バンド１１０をユーザの胸部、腹部に巻きつけが完了しているものとする。

先ず、ステップＳ１１にて初期設定処理を行う。この初期設定処理では、ポンプ１０８、１１１を駆動し、胸部バンド１０７、腹部バンド１１０内の弾性チューブの内圧が予め設定した所定圧になるまで加圧する。このときの加圧については高い精度は要求しないので、所定圧に到達したところでポンプを停止すれば良い。そして、表示装置１０６に、胸郭を最大に膨らませ、そして、最小にする動作を何回か行うようメッセージを表示し、その間の最大圧力、最小圧力を圧力センサ１０９で検出し、胸部の膨張、収縮による圧力変化範囲の正規化を行う。同様に表示装置１０６に、腹部を最大に膨らませ、そして、最小にする動作を何回か行うようメッセージを表示し、その間に最大圧力、最小圧力を圧力センサ１１２で検出し、腹部の膨張、収縮による圧力変化範囲の正規化を行う。また、トレーニング中に再生可能な音楽データ１０３の一覧を表示し、その中の所望とする１つを選択させる。

この後、ステップＳ１２にて、トレーニング期間である５分間の計時を開始する（タイマ１１５から現在時刻を取得し、その５分後の時刻をトレーニング終了時刻とすればよい）。そして、ステップＳ１３に進み、ポインタ２０３の移動表示、選曲した音楽データの再生を開始する。

この後、ステップＳ１４にて、先に説明したように、圧力センサ１０９、１１２で圧力を検出することで、胸部圧Ｐｋ、腹部圧Ｐｆを取得する。なお、圧力センサ１０９、１１２による圧力検出のサンプリング間隔は１００ｍｓ程度あれば十分である。さて、胸部圧Ｐｋ、腹部圧Ｐｆが取得されると、ステップＳ１５に進み、Ｐｆ＞Ｐｋの関係が成立するか否かを判断する。Ｐｆ＞Ｐｋであると判断した場合、腹式呼吸が成功していると見なし、ステップＳ１６にて、実線で前回の測定圧とを線分で結ぶ描画処理、ならびにスクロール処理を行う。一方、Ｐｆ≦Ｐｋであると判断した場合、腹式呼吸に失敗していると判断し、破線で前回の測定圧とを線分で結ぶ描画処理、ならびにスクロール処理を行う。

いずれの場合であっても、トレーニング開始から現在までの圧力値の検出する総回数を分母とし、腹式呼吸の成功解を分子とする腹式呼吸成功率を演算し、その演算結果を図２の領域２０８に腹式呼吸指数として表示すると共に、残り時間を領域２０４に表示する。

この後、ステップＳ１８にて、トレーニング開始から５分経過したか否かを判断し、否の場合にはステップＳ１４以降の処理を繰り返す。また、トレーニング開始から５分経過したと判断した場合、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、呼吸による胸部、腹部の膨張、収縮の度合、並びに、腹式呼吸、胸式呼吸の判定結果を表示するので、ユーザからすると腹式呼吸が成功しているのか否かは勿論のこと、胸部圧の変動から、より効率の良い腹式呼吸となっているのか否かを容易に把握できる。また、６サイクル／分という深呼吸の吸息、呼息のタイミングを示すマーカを表示することで、容易にその深呼吸動作を行うことが可能になる。

なお、上記実施形態では、ユーザが実際に１呼吸を１０秒かけて深呼吸を行っているかどうかを判定しなかったが、この判定は、圧力センサ１１２による圧力のピークと次のピークとの時間差が１０秒であるか否かで判定できる。そこで、予め許容される時間差Δｔを設け、検出した時間間隔が１０秒±Δｔの範囲外にあるとき、もう少し早く（或いは遅く）呼吸するようにメッセージを表示装置１０６に表示しても良い。

また、実施形態では胸郭、腹部の膨張、収縮を空気圧を利用して検出するものとしたが、伸縮によりインピーダンスが変化する部材等でも良いので、上記実施形態で本願発明が限定されるものではない。

また、実施形態では、腹式深呼吸を１サイクル＝１０秒（６サイクル／分）を例にしたが、この数字は適宜修正できるようにしても良い。

１００：ＣＰＵ １０２：ＲＯＭ １０３：音楽データ １０４：ＲＡＭ １０５：操作部 １０６：表示装置 １０７：胸郭バンド １０８、１１１：ポンプ １０９、１１２：圧力センサ １１０：腹部バンド １１３：音声合成回路 １１４：スピーカ １１５：タイマ

Claims (9)

1. １サイクル当たり予め設定された時間Ｔ１をかけて腹式深呼吸を行うための呼吸トレーニング装置であって、
   胸部の膨張度を検出する第１の検出手段と、
   腹部の膨張度を検出する第２の検出手段と、
   前記時間Ｔ１を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第１の表示手段と、
   前記第１の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第２の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定手段と、
   前記第１、第２の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定手段による判定結果を時間軸に沿って表示する第２の表示手段と
   を有することを特徴とする呼吸トレーニング装置。
2. 前記第１、第２の検出手段は、それぞれ圧縮空気を収容し、被検者の胸部又は腹部に巻きつけるための弾性チューブと、当該弾性チューブ内の空気圧を検出する圧力センサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の呼吸トレーニング装置。
3. 前記第１の表示手段は、前記時間Ｔ１を水平軸に沿って前記吸息期間と前記呼息期間とに区別して表示すると共に、前記水平軸に沿って時間Ｔ１をかけて移動するポインタを繰り返し表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の呼吸トレーニング装置。
4. 前記第２の表示手段は、前記第１、第２の検出手段で検出されたそれぞれの膨張度を、水平軸を時間軸とする曲線に表示すると共に、前記判定手段の判定結果を前記時間軸に沿って表示することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の呼吸トレーニング装置。
5. 前記第２の表示手段は、前記判定手段で腹式呼吸を行っていると判定されている期間と、非腹式呼吸であると判定されている期間とで、曲線の線分の種類或いは色を変えることを特徴とする請求項４に記載の呼吸トレーニング装置。
6. 前記時間Ｔ１は１０秒とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の呼吸トレーニング装置。
7. 前記第１，第２の検出手段による検出処理を開始してから現在までの時間のうち、腹式呼吸と判定された時間の割合を表示する第３の表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の呼吸トレーニング装置。
8. 前記時間Ｔ１をリズムとする音楽を再生する音楽再生手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の呼吸トレーニング装置。
9. 胸部の膨張度を検出する第１の検出手段、及び、腹部の膨張度を検出する第２の検出手段を有し、１サイクル当たり予め設定された時間Ｔ１をかけて腹式深呼吸を行うための呼吸トレーニング装置の制御方法であって、
   前記時間Ｔ１を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第１の表示工程と、
   前記第１の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第２の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定工程と、
   前記第１、第２の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定工程による判定結果を時間軸に沿って表示する第２の表示工程と
   を有することを特徴とする呼吸トレーニング装置の制御方法。

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