JP4759860B2

JP4759860B2 - Anoxic work threshold detection device

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Publication number: JP4759860B2
Application number: JP2001210864A
Authority: JP
Inventors: 和彦天野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP2003024310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動強度として表された無酸素性作業閾値を導出する無酸素性作業閾値検出装置に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
有酸素運動から無酸素運動へ切り換わる閾値を運動強度または酸素摂取量の数値として表現した、無酸素性作業閾値（ＡＴ：anaerobic threshold）は、呼吸器系や循環器系の機能に対する運動効果の評価や、スポーツのトレーニングにおける適切な運動強度の選択などを行うために有用な指標であることが知られている。無酸素性作業閾値の検出は、血液中の乳酸濃度が急激に増加し始める運動強度または酸素摂取量の数値である乳酸閾値（ＬＴ：lactic threshold）の検出、または、運動強度の増加に伴う呼気中の二酸化炭素の増加率が一段と高くなる運動強度または酸素摂取量の数値である換気閾値（ＶＴ：ventilatory threshold）の検出によって行うことができる。
【０００３】
しかしながら、血液中の乳酸値の測定は、血液の採取が必要となるため侵襲的に行わねばならず、運動の実施とともに手軽に行うということは困難である。
【０００４】
また、換気閾値を検出するために行われる、酸素摂取量や二酸化炭素発生量の監視は、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースを通して呼吸を行い、吸気や呼気の量と成分を計測する必要があるため、大掛かりな装置を必要とする。
【０００５】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであって、少なくとも下記のいずれかの作用効果を奏することができる無酸素性作業閾値検出装置を提供することにある。
【０００６】
１）無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出できる。
【０００７】
２）無酸素性作業閾値を携帯可能な小型の装置で検出できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る無酸素性作業閾値検出装置は、
運動強度を検出する運動強度検出部と、
血圧を非侵襲的に検出する血圧検出部と、
前記血圧検出部によって検出された血圧波形から、当該血圧波形の指標を導出する血圧波形指標導出部と、
前記運動強度の所与の範囲にわたり、前記運動強度と、前記血圧波形指標とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたデータを用いて、前記運動強度として表された無酸素性作業閾値を導出する無酸素性作業閾値導出部と、
を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、運動強度検出部が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、血圧検出部によって検出された血圧波形から、血圧波形指標導出部が血圧波形の指標を導出し、運動強度に関連付けられて血圧波形の指標が記憶部に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部は、記憶部に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
（２）本発明に係る無酸素性作業閾値検出装置は、
運動強度を検出する運動強度検出部と、
非侵襲的に末梢における脈波を検出する脈波検出部と、
予め検出された前記末梢における脈波波形と、当該脈波波形に対応する血圧波形とを用いて予め算出された伝達関数を記憶する伝達関数記憶部と、
前記脈波検出部によって新たに検出された前記末梢における脈波波形と、前記伝達関数とを用いて、当該脈波波形に対応する血圧波形を算出する血圧波形算出部と、
前記血圧波形算出部によって算出された血圧波形から、当該血圧波形の指標を導出する血圧波形指標導出部と、
前記運動強度の所与の範囲にわたり、前記運動強度と、前記血圧波形指標とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたデータを用いて、前記運動強度の数値として表された無酸素性作業閾値を導出する無酸素性作業閾値導出部と、
を有することを特徴としている。
【００１０】
ここで、「予め検出された前記末梢における脈波波形」は、例えば、前記脈波検出部と同様に形成された脈波検出装置または前記脈波検出部によって検出しておく。
【００１１】
本発明によれば、運動強度検出部が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、脈波検出部によって検出された末梢における脈波波形と伝達関数とを用いて血圧波形算出部が算出した血圧波形から、血圧波形指標導出部が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標が運動強度に関連付けられて記憶部に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部は、記憶部に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【００１２】
（３）本発明に係る無酸素性作業閾値検出装置は、
運動強度を検出する運動強度検出部と、
非侵襲的に末梢における脈波を検出する脈波検出部と、
前記脈波検出部が脈波を検出する部位付近における血圧を測定する血圧測定部と、
前記血圧測定部が測定した血圧値を用いて、前記脈波検出部が検出した脈波波形を前記末梢における血圧波形に変換する変換部と、
前記変換部によって得られた血圧波形から、当該血圧波形の指標を導出する血圧波形指標導出部と、
前記運動強度の所与の範囲にわたり、前記運動強度と前記血圧波形指標とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたデータを用いて、前記運動強度の数値として表された無酸素性作業閾値を導出する無酸素性作業閾値導出部と、
を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、運動強度検出部が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、脈波検出部によって検出された末梢における脈波波形を変換して得られた血圧波形から血圧波形指標導出部が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標が運動強度に関連付けられて記憶部に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部は、記憶部に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【００１４】
（４）本発明に係る無酸素性作業閾値検出装置は、
運動強度を検出する運動強度検出部と、
非侵襲的に末梢における脈波を検出する脈波検出部と、
前記脈波検出部が脈波を検出する部位付近において予め測定した血圧値を記憶する血圧値記憶部と、
前記血圧値記憶部に記憶された血圧値を用いて、前記脈波検出部が検出した脈波波形を前記末梢における血圧波形に変換する変換部と、
前記変換部によって得られた血圧波形から、当該血圧波形の指標を導出する血圧波形指標導出部と、
前記運動強度の所与の範囲にわたり、前記運動強度と前記血圧波形指標とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたデータを用いて、前記運動強度の数値として表された無酸素性作業閾値を導出する無酸素性作業閾値導出部と、
を有することを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、運動強度検出部が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、脈波検出部によって検出された末梢における脈波波形を変換して得られた血圧波形から血圧波形指標導出部が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標が運動強度に関連付けられて記憶部に記憶される。なお、脈波波形から血圧波形への変換においては、血圧値記憶部に記憶された血圧値が用いられるため、血圧測定部を備える必要がない。そして、無酸素性作業閾値導出部は、記憶部に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【００１６】
（５）前記脈波検出部は、血流量に対応して変動する容積脈波を、皮膚付近に存在する毛細血管における赤血球量の変動として検出するように形成されていてもよい。
【００１７】
血流量に対応して変化する容積脈波は、皮膚付近に存在する毛細血管網における赤血球量の変動としてとらえることができる。この変動は、例えば皮膚に照射した光の透過量または反射量の変化として検出することができるため、センサを末梢動脈例えば橈骨動脈の位置に合わせることなく検出することができる。したがって、脈波検出部は、皮膚付近に存在する毛細血管における赤血球量の変動を、末梢動脈における脈波（容積脈波）として安定して検出することが可能である。
【００１８】
（６）前記伝達関数記憶部は、異なる脈拍数に対応する複数の伝達関数を記憶し、
前記血圧波形算出部は、前記脈波検出部が検出した脈波から導出される脈拍数に対応する伝達関数を前記複数の伝達関数から選択して用いて血圧波形を算出するようにしてもよい。
【００１９】
本発明によれば、被験者の活動状態に関わらず、脈波検出部が検出した脈波からにおける血圧波形を高い精度で導出できる。
【００２０】
（７）前記伝達関数記憶部は、異なる年齢に対応する複数の伝達関数を記憶し、
前記血圧波形算出部は、前記脈波検出部が脈波を検出する被験者の年齢に対応する伝達関数を前記複数の伝達関数から選択して用いて血圧波形を算出するようにしてもよい。
【００２１】
本発明によれば、被験者の年齢に関わらず、脈波検出部が検出した脈波からにおける血圧波形を高い精度で導出できる。
【００２２】
（８）前記伝達関数記憶部は、異なる生理的な年齢に対応する複数の伝達関数を記憶し、
前記血圧波形算出部は、前記脈波検出部が脈波を検出する被験者の生理的な年齢に対応する伝達関数を前記複数の伝達関数から選択して用いて血圧波形を算出するようにしてもよい。
【００２３】
本発明によれば、被験者の生理的な年齢に関わらず、脈波検出部が検出した脈波からにおける血圧波形を高い精度で導出できる。
【００２４】
（９）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、拡張期血圧であってもよい。
【００２５】
（１０）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、平均血圧であってもよい。
【００２６】
（１１）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、収縮期前期血圧と切痕での血圧との差圧であってもよい。
【００２７】
（１２）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、収縮期前期血圧と切痕での血圧との比であってもよい。
【００２８】
（１３）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、収縮期血圧と拡張期血圧の差圧としての脈圧であってもよい。
【００２９】
（１４）前記血圧波形指標導出部が導出する指標は、収縮期前期血圧と収縮期後期血圧の比であってもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００３１】
１．＜第１実施形態＞
１．１無酸素性作業閾値検出装置の外観的構成
本実施形態の無酸素性作業閾値検出装置１０における運動強度検出部を除く部分は、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）、および図１（Ｃ）に示すような外観的構成とすることができる。無酸素性作業閾値検出装置１０は、腕時計状の構造を有する装置本体１２と、この装置本体１２のコネクタ部２０にコネクタピース５７を介して接続されるケーブル５８と、このケーブル５８の先端側に設けられた脈波検出部６０とを含んで構成されている。装置本体１２にはリストバンド５６が取り付けられ、リストバンド５６によって装置本体１２が被験者の手首に装着される。
【００３２】
装置本体１２はコネクタ部２０を備えており、コネクタ部２０にはケーブル５８の端部となっているコネクタピース５７が着脱自在に取り付けられている。
【００３３】
図１（Ｃ）は、このコネクタピース５７を取り外したコネクタ部２０を示しており、例えば、ケーブル５８との接続ピン２１や、データ転送を行うためのＬＥＤ２２、フォトトランジスタ２３を備えている。
【００３４】
また、装置本体１２の表面側には、液晶パネルからなる表示部５４が設けられている。表示部５４は、セグメント表示領域や、ドット表示領域などを備え、血圧波形、血圧波形指標、または無酸素性作業閾値などの情報を表示する。なお、表示部５４は液晶パネルではなく他の表示装置を用いて構成されていてもよい。
【００３５】
装置本体１２の内部には、各種演算や変換などを制御するＣＰＵ（central processing unit）、ＣＰＵを動作させるプログラムその他を記憶するメモリを備え（図示省略）、装置本体１２の外周部には各種操作や入力を行うためのボタンスイッチ１４が設けられている。
【００３６】
一方、脈波検出部６０は、図１（Ｂ）に示すように、センサ固定用バンド６２によって遮光されながら、被験者の人差し指の根本付近に装着される。このように、脈波検出部６０を指の根本付近に装着すると、ケーブル５８が短くて済むので、装着しても邪魔にならない。また、指の根元付近は指先に比べると気温による血流量の変化が少ないため、検出した脈波波形に対する気温などの影響が比較的少ない。
【００３７】
運動強度検出部は、図示しない加速度センサを含んで構成することができる。その加速度センサは、例えば、被験者の、上肢、下肢、または腰部などに取り付けて用いられる。
【００３８】
１．２無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成
図２は、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置１０の機能的構成を示すブロック図である。この図に示すように、無酸素性作業閾値検出装置１０は、脈波検出部６０、伝達関数記憶部２６、血圧波形算出部２４、血圧波形指標算出部３０、記憶部３４、運動強度検出部４６、無酸素性作業閾値導出部３８、表示部５４、および制御部５０を備えて構成される。なお、これらの各部は、装置本体１２に組み込まれていてもよいし、脈波検出部６０や表示部５４とは別体として形成して、脈波検出部６０や、表示部５４などに電気的に接続されていてもよい。
【００３９】
脈波検出部６０は、例えば図３に回路図として示すように、ＬＥＤ６４、フォトトランジスタ６５などを含み、非侵襲的すなわち皮膚を破ることなく末梢における脈波を検出できるように構成されている。この脈波検出部６０は、脈波波形が血流量の変動波形（容積脈波波形）とほぼ同様の波形となることを利用し、動脈に対する光照射と、動脈内の血液による反射光量の変動または透過光量の変動の検出とを行うように形成された光センサを用いて容積脈波としての脈波を検出する。
【００４０】
さらに具体的には、脈波検出部６０は、スイッチＳＷがオン状態となり、電源電圧が印加されると、ＬＥＤ６４から光が照射される。この照射光は、被験者の血管や組織によって反射した後に、フォトトランジスタ６５によって受光される。したがって、フォトトランジスタ６５の光電流を電圧に変換したものが、脈波検出部６０の信号ＭＨとして出力される。
【００４１】
ここで、ＬＥＤ６４の発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長ピーク付近に選ばれる。このため、受光レベルは血流量に応じて変化する。したがって、受光レベルを検出することによって、脈波波形が検出されることとなる。例えば、ＬＥＤ６４としては、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが好適である。このＬＥＤの発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近を発光ピークとし、その発光波長域は、３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とすることができる。
【００４２】
このような発光特性を有するＬＥＤに対応するフォトトランジスタ６５として、本実施形態においては、例えばＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リン系）のものを用いることができる。このフォトトランジスタ６５の受光波長領域は、主要感度領域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲とし、３００ｎｍ以下にも感度領域があるものとすることができる。
【００４３】
このような青色ＬＥＤ６４とフォトトランジスタ６５とを組み合わせると、その重なり領域である３００ｎｍから６００ｎｍまでの波長領域において、脈波を検出することができ、以下のような利点がある。
【００４４】
まず、外光に含まれる光のうち、波長が７００ｎｍ以下の光は、指の組織を透過しにくい傾向があるため、外光がセンサ固定用バンドで覆われていない指の部分に照射されても、指の組織を介してフォトトランジスタ６５まで到達せず、検出に影響を与えない波長領域の光のみがフォトトランジスタ６５に達する。一方、３００ｎｍより短い波長の光は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域を７００ｎｍ以下としても、実質的な受光波長領域は、３００ｎｍ〜７００ｎｍとなる。したがって、指を大掛かりに覆わなくとも、外光の影響を抑圧することができる。また、血液中のヘモグロビンは、波長が３００ｎｍから７００ｎｍまでの光に対する吸光係数が大きく、波長が８８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して数倍〜約１００倍以上大きい。したがって、この例のように、ヘモグロビンの吸光特性に合わせて、吸光特性が大きい波長領域（３００ｎｍから７００ｎｍ）の光を検出光として用いると、その検出値は、血量変化に応じて感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波波形ＭＨのＳＮ比を高めることができる。
【００４５】
このように、脈波検出部６０は、血流量に対応して変化する脈波すなわち容積脈波を、皮膚付近に存在する毛細血管網における赤血球量の変動としてとらえ、皮膚に照射した光の透過量または反射量の変動として検出することができるため、センサを末梢動脈例えば橈骨動脈や側指動脈の位置に合わせることなく検出することができる。したがって、脈波検出部６０は、皮膚付近に存在する毛細血管における赤血球量の変動を、末梢動脈における脈波（容積脈波）として安定して検出することが可能である。
【００４６】
伝達関数記憶部２６は、所与の部位における血圧波形例えばカテーテルを用いたマイクロ血圧計によって予め測定された中枢血圧波形すなわち大動脈起始部における血圧波形と、前述した脈波検出部６０によって予め検出された末梢における脈波波形とを用いて、予め算出された伝達関数を記憶している。図４（Ａ）および（Ｂ）はそのような伝達関数の一例を、各高調波に対する係数および位相のグラフとして示している。
【００４７】
なお、伝達関数記憶部２６は、脈波検出部６０と同様に形成された脈波検出装置によって予め検出された脈波波形と、予め侵襲的に測定した所与の部位の血圧波形とを用いて、予め算出された伝達関数を記憶していてもよい。また、この伝達関数は各個人において顕著な相違がないことも知られているため、一般的に当てはまる汎用の伝達関数を用いるようにしてもよい。
【００４８】
血圧波形算出部２４は、伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数と、脈波検出部６０によって検出された末梢における脈波波形とを用いて、その脈波波形に対応する、前述した所与の部位における血圧波形を算出する。例えば、血圧波形算出部２４は、脈波検出部６０によって検出された末梢における脈波波形をフーリエ変換し、それを伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数で除算し、その結果をフーリエ逆変換することによって前述した所与の部位における血圧波形を算出する。
【００４９】
血圧波形指標導出部３０は、血圧波形算出部２４によって算出された血圧波形から、その血圧波形の指標を導出する。そして、血圧波形指標導出部３０は、導出した血圧波形の指標を、記憶部３４、および表示部５４に対して出力する。血圧波形指標導出部３０は、例えば、ＣＰＵと、そのＣＰＵを動作させるプログラムが格納されたメモリとを含んで構成される。
【００５０】
ここで、図５に示した典型的な中枢血圧波形すなわち大動脈起始部における血圧波形を示す図を参照しながら中枢血圧波形について説明する。この図に示すように、中枢血圧波形は、収縮期前期血圧、収縮期後期血圧、拡張期血圧、切痕（dicrotic notch）、などの特徴を用いて比較されることがある。
【００５１】
血圧波形指標導出部３０は、例えば、このような血圧波形から、拡張期血圧、平均血圧、収縮期前期血圧と切痕での血圧との差圧、収縮期前期血圧と切痕での血圧との比、収縮期血圧と拡張期血圧の差圧である脈圧、または収縮期前記血圧と収縮期後期血圧の比を指標として導出する。平均血圧は血圧波形を整数周期にわたって積分し、その結果を積分区間に対応する時間で除算することによって求められる。
【００５２】
運動強度検出部４６は、加速度センサ４７および運動強度算出部４８を備えて構成され、被験者が実施している運動の仕事率（Ｗ）を検出する。加速度センサ４７は、被験者の、上肢、下肢、または腰部などに装着されて用いられる。
【００５３】
本願発明者は、次の式で表される加速度センサ強度と、被験者が実施している特定の運動の仕事率との間にほぼ比例関係があることを見いだした。なお、その比例係数ｋは、運動の種類によって定まる係数（活動量係数）であり、運動の種類ごとに予め測定されて、運動強度算出部４８が利用できるようになっている。
【００５４】
加速度センサ強度＝Ｘ（Ａ₁ ²＋Ａ₂ ²＋Ａ₃ ²＋・・・・）^1/2
ここで、
Ｘは、単位時間における運動のサイクル数
Ａ_nは、サイクルｎにおける加速度値（ピーク値または平均値）
である。
【００５５】
そして、単位時間における運動のサイクル数Ｘ、および、サイクルｎにおける加速度値Ａ_nは、運動加速度センサ４７からの出力を強度算出部４８が分析することによって検出される。
【００５６】
したがって、運動強度検出部４６は、例えば、自転車による運動を実施する被験者の足首付近に加速度センサ４７を装着すると、その加速度センサ４７が検出する加速度データから、運動強度算出部４８が運動の単位時間におけるサイクル数Ｘと、サイクルｎにおける加速度値Ａｎを抽出し、被験者の実施している運動の仕事率すなわち運動強度を検出することができる。
【００５７】
なお、被験者が実施する運動には、前述した自転車のペダルを漕ぐ運動、歩行運動、ランニング、ステップエクセサイズなど、さまざまな種類の運動を用いることができる。前述した、活動量係数ｋはこれらを含む運動の種類ごと、加速度センサ４７の装着部位ごとに予め算出されて、運動強度算出部４８が利用できるようになっている。例えば、自転車のペダルを漕ぐ運動における活動量係数ｋは、自転車エルゴメータが検出する仕事量と、その運動において測定した前述の加速度センサ強度とを用いて算出することができる。
【００５８】
記憶部３４は、半導体メモリ、あるいは、磁気または光を利用した記憶媒体と半導体メモリとの組み合わせとして構成され、運動強度の予め設定した範囲にわたり、運動強度と、血圧波形指標とを関連付けて記憶する。
【００５９】
無酸素性作業閾値導出部３８は、記憶部３４に記憶されたデータを用いて、運動強度として表された無酸素性作業閾値を導出する。
【００６０】
ここで、無酸素性作業閾値導出部３８の動作を説明するために、運動強度と血圧との関係について発見された事実について述べる。図６は、R. Nagaya, Y. Kawabata, M. Tanaka らの論文“ Mean Blood Pressure Increases Above the Ventilatory Threshold”(H. Tanaka, M. Shindo,“Exercise for Preventing Common Diseases,”pp. 181-184, Springer，2000）から引用したグラフである。なお、このデータは、２２〜２５歳の健康な成人に自転車エルゴメータによる運動を課し、最初の４分は１０Ｗの運動量でサイクリングを行い、その後４秒ごとに１Ｗずつ運動量を増加させながら、血圧を計測した結果の典型例である。なお、血圧の測定は、血管壁の一部が平坦化した状態となるように動脈に圧力センサを押圧した状態で圧力を測定することによって血圧を検出する圧平圧力測定法によって行われている。また、このグラフには、マウスピースに接続されたフローメータによって得られたデータをもとに算出した換気性作業閾値（Ventilatory Threshold）もＶＴとして示してある。
【００６１】
本願発明者は、このグラフから、平均血圧、拡張期血圧、および脈圧は、換気性作業閾値（ＶＴ）の運動強度を境に傾向が明白に変化していることを見いだした。すなわち、平均血圧および拡張期血圧は、換気性作業閾値までは運動強度が増加するにつれてほぼ直線的に低下し、換気性作業閾値を過ぎると運動強度が増加するにつれてほぼ直線的に上昇している。また、収縮期血圧においても、換気性作業閾値を過ぎると血圧上昇の傾きが増加している。さらに、収縮期血圧と拡張期血圧の差圧である脈圧は、図６において収縮期血圧と拡張期血圧とを比較することによって、換気性閾値（ＶＴ）までは比較的高い増加率で直線的に増加するが、換気性閾値を過ぎると換気性閾値までに比べるとに低い増加率で直線的に増加することを、本願発明者は見いだした。したがって、換気性作業閾値あるいは無酸素性作業閾値は、運動強度の変化に対する、拡張期血圧、平均血圧、収縮期血圧、または脈圧の変化のグラフを、２本の直線で近似しそれらの交点における運動強度として求めることができることがわかる。
【００６２】
ここで、無酸素性作業閾値導出部３８における無酸素性作業閾値の導出の具体例を図７に示したフローチャートとともに説明する。まず、無酸素性作業閾値導出部３８は、運動強度の所与の範囲内の最初の１点を仮想的な無酸素性作業閾値であるとし（Ｓ１）、例えば測定された拡張期血圧のデータをもとに、その仮想的な無酸素性作業閾値を境とする２本の直線を直線回帰により決定し（Ｓ２）、それらの直線を記憶する（Ｓ３）。そして、仮想的な無酸素性作業閾値を単位運動強度ずつ増加させながら（図４）、そのような直線の決定を運動強度の所与の範囲内の各点について繰り返す（図４、図５、Ｓ２）。次に、それらの２直線近似について、実際のデータとの誤差平方和を求め、最小の誤差平方和となる２直線近似を選択する（図６）。最後に、選択された２直線の交点における運動強度を無酸素性作業閾値として算出する（図７）。
【００６３】
表示部５４は、血圧波形算出部２４が算出した血圧波形、血圧波形指標導出部３０が導出した指標、または、無酸素性作業閾値導出部３８が導出した無酸素性作業閾値などの情報を、文字や記号またはグラフなどとして表示する。
【００６４】
制御部５０は、ＣＰＵと、そのＣＰＵを動作させるプログラムが格納されたメモリとを含んで構成され、前述した各部の動作を制御する。
【００６５】
１．３無酸素性作業閾値検出装置の動作
無酸素性作業閾値検出装置１０は、例えば次のように動作して被験者の血圧波形を推定しその解析を行う。
【００６６】
まず、時計形状に形成された無酸素性作業閾値検出装置１０のリストバンド５６を手首に巻き回す。そして、脈波検出部６０を、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、被験者の人差し指の根本付近に装着し、コネクタピース５７を装置本体１２のコネクタ部２０に取り付けて、脈波検出部６０を装置本体１２に接続する。
【００６７】
また、運動強度検出部４６の加速度センサ４７を被験者の所与の部位例えば足首に装着する。
【００６８】
次に、ボタンスイッチ１４の所定操作または所定音声パターンの発声によって、制御部５０に検出指示が入力されると、脈波検出部６０は脈波の検出を開始する。すなわち、検出指示が入力されると、フォトトランジスタ６５は、指の毛細血管網における血流量の変化に対応して変化する光量を検出し、脈波検出部６０はその検出光量の変化に対応する信号ＭＨとして脈波波形を血圧波形算出部２４に対して出力する。
【００６９】
そして、血圧波形算出部２４は、脈波検出部６０から入力された脈波波形と、伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数とを用いて、その脈波波形に対応する血圧波形を算出する。算出された血圧波形は、大動脈血圧波形指標算出部３０および表示部５４に対して出力される。
【００７０】
血圧波形算出部２４によって算出された血圧波形が入力された血圧波形指標導出部３０は、その血圧波形から血圧波形の指標、例えば、拡張期血圧、平均血圧、収縮期前期血圧と切痕での血圧との差圧、収縮期前期血圧と切痕での血圧との比、収縮期血圧と拡張期血圧の差圧である脈圧、または収縮期前記血圧と収縮期後期血圧の比を導出する。そして、血圧波形指標導出部３０は、導出した血圧波形の指標を、記憶部３４、変動解析部３８、比較解析部４６および表示部５４に対して出力する。変動解析部３８や比較解析部４６においては入力された指標を用いて解析が行われる。
【００７１】
ボタンスイッチ１４の所定操作または所定音声パターンの発声によって制御部５０に検出指示が入力されると、すなわち前述した脈波検出部６０による脈波の検出開始と同時に、運動強度検出部４６は、加速度センサ４７が加速度の検出を開始する。そして、加速度センサ４７が検出したデータに基づいて運動強度算出部４８が運動強度を算出することによって、運動強度検出部４６が被験者が実施している運動の仕事率すなわち運動強度を検出する。
【００７２】
同時に、記憶部３４は、運動強度の予め設定した範囲にわたり、運動強度検出部４６が検出した運動強度と、血圧波形指標導出部３０が導出した血圧波形指標とを関連付けて記憶する。
【００７３】
次に、無酸素性作業閾値導出部３８は、記憶部３４に記憶されたデータを用いて、例えば図７を示して前述したようにして、運動強度として表された無酸素性作業閾値を導出する。
【００７４】
そして、例えば液晶表示装置を含んで構成された表示部５４は、大動脈血圧波形算出部２４が算出した血圧波形、血圧波形指標導出部３０が導出した指標、または無酸素性作業閾値などを、文字やグラフなどとして表示する。
【００７５】
１．４第１実施形態の作用効果
以上のように本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置１０は、運動強度検出部４６が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、脈波検出部６０によって検出された末梢における脈波波形と、伝達関数とを用いて、血圧波形算出部２４が算出した血圧波形から、血圧波形指標導出部３０が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標が運動強度に関連付けられて記憶部３４に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部３８は、記憶部３４に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【００７６】
２．＜第２実施形態＞
第２実施形態の無酸素性作業閾値検出装置は、血圧測定部および変換部を備えて構成された点が第１実施形態とは異なる。以下においては、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。それ以外の点については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、図面において対応する部分には同一の符号を付す。
【００７７】
２．１無酸素性作業閾値検出装置の外観的構成
本実施形態の無酸素性作業閾値検出装置は、例えば第１実施形態の無酸素性作業閾値検出装置１０とほぼ同様の外観に形成した部分と、血圧測定部の部分とを備えて外観的に構成される。
【００７８】
２．２無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成
図８は、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置７０の機能的構成を示すブロック図である。この図に示すように、第１実施形態の無酸素性作業閾値検出装置１０における各部に加えて、血圧測定部８０、および変換部７２を備えて構成される。これらの各部を除き、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置７０の各部は、第１実施形態の血圧推定装置１０とほぼ同様に構成される。
【００７９】
血圧測定部８０は、脈波検出部６０が脈波を検出する部位における血圧を測定する。血圧測定部８０の一例についてはさらに後述する。
【００８０】
変換部７２は、血圧測定部８０が測定した血圧値を用いて、脈波検出部６０が検出した脈波波形をその部位すなわち末梢における血圧波形に変換する。例えば、変換部７２は、血圧測定部８０が測定した拡張期血圧と収縮期後期血圧との間の振幅を持つように、脈波波形を対応する血圧波形に変換する。
【００８１】
血圧波形算出部２４は、伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数と、変換部７２の算出により得られた血圧波形とを用いて、その血圧波形に対応する血圧波形を算出する。例えば、血圧波形算出部２４は、変換部７２の算出により得られた末梢における血圧波形をフーリエ変換し、それを伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数で除算し、その結果をフーリエ逆変換することによって算出する。
【００８２】
２．３血圧測定部
図９は、血圧測定部の一例としての血圧測定部８２を用いて血圧測定を行う様子を示す模式図である。また、図１０は血圧測定部８０の機能的構成を示すブロック図である。図９に示すように、血圧測定部８２は、脈波検出部６０が脈波を検出する部位である指の根元付近に帯状体９１を装着して血圧測定を行う。帯状体９１は、その内面側に、袋状の圧力付加部８９を備えており、圧力付加部が側指動脈９８に対向する位置となるようにして指に巻き付けられる。
【００８３】
圧力付加部８９は、袋状に形成されており、管路８７を介してポンプ８６および排気バルブ８８が接続されている。圧力付加部８９に充填される流体例えば空気の量をポンプ８６や排気バルブ８８などで調節することによって、圧力付加部８９の体積が制御され、それによって圧力付加部８９が側指動脈９８を押圧する押圧力が調節される。
【００８４】
また、前述した管路８７には、流体の圧力変化を検出する圧力センサ９０が取り付けられている。圧力センサ９０は、圧力付加部８９および圧力付加部８９を介して流体の圧力変化として伝わる側指動脈９８の振動を検出するように形成されている。すなわち、側指動脈９８上に位置する圧力付加部８９は側指動脈９８の振動に対応して押圧されるため、圧力付加部８９内の流体の圧力が側指動脈９８の振動によって変化することになる。したがって、そのような圧力変化を検出する圧力センサ９０は、側指動脈９８の振動に対応する信号を出力することができる。
【００８５】
また、図１０の一部として示すように、血圧測定部８２は、前述した各部に加えて、制御部８４および血圧決定部９２を備えて構成されている。
【００８６】
制御部８４は、ポンプ８６や排気バルブ８８の動作を制御して圧力付加部８９内に充填された流体の量を調節して、圧力付加部８９が印加する圧力を変化させて、圧力付加部８９が側指動脈９８を所定範囲のさまざまな押圧力で押圧するように制御する。制御部８４は、例えば、ＣＰＵと、そのＣＰＵを動作させるプログラムが格納されたメモリを含んで構成される。
【００８７】
血圧決定部９２は、圧力付加部８９が加えているさまざまな押圧力の情報を制御部８４から取り込み、それら各押圧力における圧力センサ９０からの検出信号を取り込んで、それらをもとに、最高血圧および最低血圧を決定する。血圧決定部９２は、例えば、ＣＰＵと、そのＣＰＵを動作させるプログラムが格納されたメモリを含んで構成されている。
【００８８】
ここで、前述のように構成された血圧測定部８２が血圧測定を行う動作について説明する。
【００８９】
まず、圧力付加部８９が側指動脈９８に対応する位置となるようにして、カフ状の帯状体９１が指の根元付近に巻き付けられる。
【００９０】
次に、制御部８４によってポンプ８６および排気バルブ８８を制御して、圧力付加部８９内に充填された流体の量を調節して、圧力付加部８９が印加する圧力を変化させて、圧力付加部８９が側指動脈９８を所定範囲のさまざまな押圧力で押圧するように制御する。すなわち、圧力付加部８９の押圧力は、血圧値として一般的に遭遇しうる範囲を幾分超える範囲、例えば２５０〜２０ｍｍＨｇの範囲となるように制御部８４によって制御される。
【００９１】
それらの圧力付加部８９の各押圧力において、側指動脈９８の振動を検出する圧力センサ９０が、圧力付加部８９によって狭窄状態とされた血管を流れる血流による血管壁の振動に対応する信号を検出する。その結果は、圧力付加部８９の各押圧力に対応させて、血圧決定部９２に記憶される。なお、圧力付加部８９が印加する各押圧力値は、その押圧力を制御する制御部８４から血圧決定部９２に伝達される。
【００９２】
次いで、圧力付加部８９の前述した押圧力の設定範囲に分布して、十分なサンプル数が得られた時点で、血圧決定部９２は、血圧の決定を行う。すなわち、圧力センサ９０が狭窄状態の血管を流れる血流に伴う振動を検出する最も高い圧力付加部８９の押圧力を最高血圧とし、圧力センサ９０が狭窄状態の血管を流れる血流に伴う振動を検出する最も低い圧力付加部８９の押圧力を最低血圧として、決定する。なお、この血圧決定の原理は、腕帯に加える圧力を変化させながら、腕帯により押圧される動脈の末梢側において押圧により狭められた血管を流れる血流に伴う血管壁の振動をモニタして血圧を決定する血圧測定法、いわゆる聴診法と同様である。
【００９３】
２．４無酸素性作業閾値検出装置の動作
本実施形態の無酸素性作業閾値検出装置７０は、前述した血圧測定の動作が加わる点と以下の点を除いて第１実施形態の血圧推定装置１０と同様に動作して被験者の血圧波形を推定しその解析を行う。
【００９４】
第１実施形態の場合と同様に脈波検出部によって検出された信号ＭＨとしての脈波波形が入力されると、変換部７２は、血圧測定部８０が測定した血圧値を用いて、脈波波形を検出部位における血圧波形に変換する。
【００９５】
そして、血圧波形算出部２４は、変換部７２の算出により得られた血圧波形と、伝達関数記憶部２６に記憶されている伝達関数とが入力されると、それらのデータを用いて、その血圧波形に対応する血圧波形を算出する。
【００９６】
以降の動作については、第１実施形態と同様である。
【００９７】
２．５第２実施形態の変形例
２．５．１本実施形態のここまでの記載においては、脈波検出部６０が脈波を検出する部位における血圧を測定する血圧測定部８０が測定した血圧値を用いて脈波検出部６０が検出した脈波波形をその部位すなわち末梢における血圧波形に変換する例を示した。しかしながら、図１１にブロック図として示したように、脈波検出部６０が脈波を検出する部位において予め測定した血圧値を記憶する血圧値記憶部７６を血圧測定部に替えて設けておき、変換部７２は、その血圧値記憶部７６に記憶された血圧値を用いて脈波検出部６０が検出した脈波波形を末梢における血圧波形に変換するようにしてもよい。
【００９８】
２．５．２また、図１２にブロック図として示したように、伝達関数記憶部２６および血圧波形算出部２４を省き、変換部７２が導出した血圧波形が、直接、血圧波形指標導出部３０および表示部５４に入力されるようにしてもよい。この場合、血圧波形指標導出部３０は、変換部７２によって得られた血圧波形から、血圧波形の指標を導出する。
【００９９】
２．５．３さらに、本実施形態のここまでの記載においては、脈波検出部６０が指の根元付近で脈波を検出し、血圧測定部も同様の部位で血圧を測定する例を示した。しかしながら、脈波検出部６０が上腕部で脈波を検出し、血圧測定部も上腕部で血圧を測定するようにしてもよいし、脈波検出部６０が手首で脈波を検出し、血圧測定部も手首で血圧を測定するようにしてもよい。
【０１００】
なお、血圧測定部は、必ずしも本装置専用のものを用いなくともよく、例えば上腕部または手首において血圧を測定する市販の血圧計を用い、そのデータを自動またはキーボードなどを介して変換部７２に入力するようにしてもよい。
【０１０１】
２．６第２実施形態の作用効果
以上のように本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置７０は、運動強度検出部４６が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、脈波検出部６０によって検出された末梢における脈波波形を変換して得られた血圧波形と伝達関数とを用いて、血圧波形算出部２４が算出した血圧波形から血圧波形指標導出部３０が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標が運動強度に関連付けられて記憶部３４に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部３８は、記憶部３４に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行う必要がない。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【０１０２】
３．＜第３実施形態＞
第３実施形態の無酸素性作業閾値検出装置は、脈波検出部、伝達関数記憶部、および血圧波形算出部がなく、血圧検出部を備えて構成された点が第１実施形態とは異なる。以下においては、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。それ以外の点については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。また、図面において対応する部分には同一の符号を付す。
【０１０３】
３．１無酸素性作業閾値検出装置の外観的構成
本実施形態の無酸素性作業閾値検出装置は、例えば図１３に示すようなネックレス型の外観的構成として形成することができる。
【０１０４】
この図において、血圧検出部１０２としての圧力センサ１０４はケーブル１１２の先端に設けられており、例えば、図１４に示すように、粘着テープ１１４などを用いて、被験者の頸動脈部に取り付けられる。
【０１０５】
また、図１３において、ブローチのような形状をした装置本体１２０には、この装置の主要部分が組み込まれているとともに、その前面には表示部５４、ボタンスイッチ１４が設けられている。なお、ケーブル１１２はその一部が鎖１１０に埋め込まれており、圧力センサ１０４により出力される信号を、装置本体１２０に供給している。装置本体１２０の内部には、各種演算や変換などを制御するＣＰＵ（central processing unit）や、ＣＰＵを動作させるプログラムその他を記憶するメモリを備えている。
【０１０６】
なお、運動強度検出部は、例えば第１実施形態と同様な外観的構成とすることができる。
【０１０７】
３．２無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成
図１５は、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置１００の機能的構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置１００は、第１実施形態における脈波検出部６０、伝達関数記憶部２６、および血圧波形算出部２４は備えておらず、血圧検出部１０２を備えて構成される。これ以外については、本実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置１００の各部は、第１実施形態の血圧推定装置１０とほぼ同様に構成される。
【０１０８】
血圧検出部１０２は、血圧を非侵襲的に検出する。血圧検出部１０２は、圧力センサ１０４を用いて、血圧例えば中枢血圧すなわち大動脈起始部の血圧とほぼ同様な血圧を示す頸動脈における血圧を非侵襲的に検出する。この血圧測定は、例えば、血管壁の一部が平坦化した状態となるように動脈に圧力センサを押圧した状態で圧力を測定することによって血圧を検出する圧平圧力測定法によって行われる。
【０１０９】
血圧波形指標導出部３０は、血圧検出部１０２によって検出された血圧波形から、その中枢血圧波形の指標を導出する。
【０１１０】
３．３無酸素性作業閾値検出装置の動作
本実施形態の無酸素性作業閾値検出装置１００は、以下の点を除いて第１実施形態の血圧推定装置１０と同様に動作して被験者の無酸素作業閾値を検出する。
【０１１１】
まず、ネックレス形状に形成された無酸素性作業閾値検出装置１００の鎖１１０を首にかける。そして、血圧検出部１０２としての圧力センサ１０４を、図１４に示すように、粘着テープ１１４などを用いて、被験者の頸動脈部に取り付ける。これによって、頸動脈の血管壁の一部が平坦化した状態となるように動脈に圧力センサ１０４が押圧され、その状態で圧力を測定する圧平圧力測定法によって血圧が検出される。
【０１１２】
血圧波形指標導出部３０は、圧力センサ１０４が検出した血圧波形から、その血圧波形の指標を導出する。
【０１１３】
その他の動作は第１実施形態の無酸素作業閾値検出装置１０と同様である。
【０１１４】
３．４第３実施形態の作用効果
本実施形態によれば、運動強度検出部４６が検出する運動強度の所与の範囲にわたり、血圧検出部１０２によって検出された血圧波形から、血圧波形指標導出部３０が血圧波形の指標を導出し、血圧波形の指標は運動強度に関連付けられて記憶部３４に記憶される。そして、無酸素性作業閾値導出部３８は、記憶部３４に記憶されたデータを用いて、運動強度の数値として表された無酸素閾値を導出する。したがって、装置から伸びる管路に接続されたマウスピースの装着や、血液採取を行うことなく無酸素閾値を導出できる。その結果、携帯可能な小型の装置で無酸素性作業閾値を非侵襲的に検出することができる。
【０１１５】
４．＜変形例＞
４．１前述した第１および第２実施形態においては、脈波検出部６０が発光素子と受光素子とを利用したセンサを用いた例を示した。しかしながら、脈波検出部６０は末梢の動脈例えば橈骨動脈上に位置させた圧力センサを利用した脈波検出部であってもよい。この場合、血管壁の一部が平坦化した状態となるように動脈に押圧された圧力センサで血圧を測定する圧平圧力測定法を用いて脈波（圧脈波）の検出が行われる。
【０１１６】
図１６および図１７は、そのような脈波検出部を用いた無酸素性作業閾値検出装置１０ａにおける運動強度検出部を除く部分を示す図であり、図１６は無酸素性作業閾値検出装置１０ａの外観を示す斜視図であり、図１７は無酸素性作業閾値検出装置１０ａを手首に装着した状態を示す斜視図である。
【０１１７】
これらの図に示すように、無酸素性作業閾値検出装置１０ａは、装置本体１２に取り付けられたリストバンド５６に沿って移動可能にリストバンド５６に取り付けられたセンサ保持部６７を備えており、そのセンサ保持部６７から突出して設けられた圧力センサ６８を含んで脈波検出部６０ａが構成されている。脈波検出部６０ａと装置本体１２とは、脈波検出部６０ａからの検出信号などを伝達する図示しない配線例えばＦＰＣ（flexible printed circuit）基板によって結ばれている。
【０１１８】
そして、無酸素性作業閾値検出装置１０ａの使用時においては、図１５に示すように、センサ保持部６７が橈骨動脈９９付近に位置するように、無酸素性作業閾値検出装置１０ａが被験者の手首に巻き回される。そして、センサ保持部６７に設けられている脈波検出部６０ａが例えば橈骨動脈９９上に位置するように、センサ保持部６７がリストバンド５６に沿ってスライドされて位置決めされる。
【０１１９】
このようにして脈波検出部６０ａが、被験者の橈骨動脈９９に適切に押圧されると、その動脈における血流の変動に伴う血管壁の振動に対応する脈波が脈波検出部６０ａに伝達され、無酸素性作業閾値検出装置１０ａは脈波を随時検出することが可能となる。この脈波波形はその血管における血圧波形とほぼ同様の形状を持つ波形として検出される。
【０１２０】
図１８（Ａ）および（Ｂ）は、このように橈骨動脈において検出された脈波波形について、中枢血圧波形すなわち大動脈起始部における血圧波形に対する伝達関数を算出した結果の一例を、各高調波に対する係数と位相のグラフとして示している。図１８（Ａ）および（Ｂ）を前述した図４（Ａ）および（Ｂ）と比較すると、本変形例において橈骨動脈の脈波波形について算出した伝達関数と、第１実施形態において指の根元付近の毛細血管網における血流量の変化を光センサで検出した脈波波形（容積脈波）について算出された伝達関数がほぼ同様な特徴を持つことがわかる。なお、本変形例においても、このような伝達関数が伝達関数記憶部２６に記憶される。
【０１２１】
４．２第１および第２実施形態においては、伝達関数記憶部２６は、例えばカテーテルを用いたマイクロ血圧計によって予め侵襲的に測定した中枢血圧波形すなわち大動脈起始部における血圧波形と、前述した脈波検出部６０、または脈波検出部６０と同様に形成された脈波検出装置によって予め検出された末梢における脈波波形とを用いて、予め算出された１つの伝達関数を記憶している例を示した。
【０１２２】
しかしながら、伝達関数記憶部２６が、異なる脈拍数に対応する複数の伝達関数を記憶し、血圧波形算出部２４は、脈波検出部６０が検出した脈波から導出される脈拍数に対応する伝達関数をこれら複数の伝達関数から選択して用いて血圧波形を算出するようにしてもよい。これによって、被験者の活動状態に対応した伝達関数を用いて血圧波形が算出されることになるため、末梢動脈における脈波からにおける血圧波形を被験者の活動状態に関わらず高い精度で導出できる。
【０１２３】
あるいは、伝達関数記憶部２６が、異なる年齢に対応する複数の伝達関数を記憶し、血圧波形算出部２４は、脈波検出部６０が脈波を検出する被験者の年齢または生理的な年齢に対応する対応する伝達関数をこれら複数の伝達関数から選択して用いて血圧波形を算出するようにしてもよい。これによって、被験者の年齢または生理的な年齢に対応した伝達関数を用いて血圧波形が算出されることになるため、末梢動脈における脈波から血圧波形を高い精度で導出できる。
【０１２４】
４．３第１および第２実施形態においては、脈波検出部が脈波を検出する部位が指の根元である場合を示した。しかしながら、脈波検出部６０が脈波を検出する部位は、毛細血管が皮膚付近に多く分布する毛細血管網が存在する部位であればどの部位であってもよい。
【０１２５】
４．４前述した各実施形態においては、血圧波形算出部２４が算出した血圧波形、血圧波形指標導出部３０が導出した血圧波形指標、または無酸素性作業閾値導出部３８が導出した無酸素性作業閾値などの情報を、液晶表示装置などの表示装置を備えて構成された表示部５４を用い、表示部５４が文字やグラフなどとして表示することによって告知する例を示した。しかしながら、表示部５４に替えてあるいは表示部５４とともに、プリンタ、または、音声合成装置およびスピーカなどを含んで構成したものを用い、これらの情報を文字やグラフなどとして、表示、印字、あるいは音声として告知するようにしてもよい。
【０１２６】
４．５第３実施形態においては、無酸素性作業閾値検出装置１００をネックレス型の外観的構成とする例を示した。しかしながら、第３実施形態における無酸素性作業閾値検出装置１００の外観的構成は、例えば次に示すように変形して実施することもできる。
【０１２７】
４．５．１図１９は、第３実施形態における無酸素性作業閾値検出装置１００を眼鏡型の外観的構成とする変形例を示す外観図である。
【０１２８】
この図に示すように、装置本体は、ケース１２０ａとケース１２０ｂとに分かれ、それぞれ別々に眼鏡の蔓１８１に取り付けられ、蔓１８１内部に埋め込まれたリード線を介して互いに電気的に接続される。ケース１２０ａのレンズ１８２側にはその側面に液晶パネル１８３が取り付けられるとともに、その側面の一端には鏡１８４が所定の角度で固定される。また、ケース１２０ａには光源（図示略）を含む液晶パネル１８３の駆動回路と、表示データを作成するための回路が組み込まれており、これらが、表示部５４を構成している。この光源から発射された光は、液晶パネル１８３を介して鏡１８４で反射されて、レンズ１８２に投射される。また、ケース１２０ｂには無酸素性作業閾値検出装置１００の主要部が組み込まれており、その上面には前述したボタンスイッチ１４が設けられている。
【０１２９】
一方、圧力センサ１０４は、ケーブル１１２を介して、ケース１２０ｂと電気的に接続されており、ネックレス型の場合と同様に頸動脈部に貼り付けられる。なお、ケース１２０ａとケース１２０ｂとを接続するリード線は蔓１８１に沿って這わせるようにしても良い。また、この例では装置本体をケース１２０ａとケース１２０ｂとの２つに分ける構成としたが、これらを一体化したケースで構成しても良い。さらに、鏡１８４については、液晶パネル１８３との角度を調整できるように可動式としても良い。
【０１３０】
４．５．２図２０は、第３実施形態における無酸素性作業閾値検出装置１００をカード型の外観的構成とする変形例を示す外観図である。
【０１３１】
このカード型の装置本体１９０は、例えば、被験者の左胸ポケットに収容されるものである。圧力センサ１０４は、ケーブル１１２を介して、装置本体１９０と電気的に接続されており、ネックレス型や眼鏡型の場合と同様に、被験者の頸動脈部に貼り付けられる。
【０１３２】
４．６第１および第２実施形態においては、中枢すなわち大動脈起始部における予め測定された血圧波形と、脈波検出部６０によって予め検出された脈波波形とを用いて、予め算出された伝達関数を伝達関数記憶部２６が記憶し、血圧波形算出部２４がその伝達関数と新たに検出された脈波波形とを用いて中枢における血圧波形を算出する例を示した。しかしながら、末梢の動脈例えば橈骨動脈における予め測定された血圧波形と、脈波検出部６０によって予め検出された脈波波形とを用いて、予め算出された伝達関数を伝達関数記憶部２６が記憶し、血圧波形算出部２４がその伝達関数と新たに検出された脈波波形とを用いて末梢例えば橈骨動脈における血圧波形を算出するようにしてもよい。
【０１３３】
この場合、血圧波形は末梢動脈における血圧波形となるため、中枢における動脈波形とは幾分異なる。図２１は、末梢動脈例えば橈骨動脈における典型的な血圧波形を示すグラフである。この図に示したように動脈における血圧波形は、通常、最も高いピークを持つ駆出波（ejection wave）、次に高いピークを持つ退潮波（tidal wave）、３つ目のピークである切痕波（dicrotic wave）を備えている。また、退潮波と切痕との間の極小点または変曲点は切痕（dicrotic notch）と呼ばれる。そして、駆出波のピークは、血圧波形において最も高い血圧である収縮期血圧（最高血圧）ＢＰ_sysに対応している。また拡張期血圧（最低血圧）ＢＰ_diaは、血圧波形において最も低い血圧に対応している。そして、収縮期血圧ＢＰ_sysと拡張期血圧ＢＰ_diaとの差圧は、脈圧ΔＢＰと呼ばれる。さらに、平均血圧ＢＰ_meanは、血圧波形を積分して時間平均を求めることにより得られる。
【０１３４】
血圧波形指標導出部３０は、例えば、このような末梢における血圧波形から、拡張期血圧、平均血圧、収縮期血圧と切痕での血圧との差圧、収縮期血圧と退潮波ピークでの血圧との比、または、収縮期血圧と拡張期血圧の差圧である脈圧を指標として導出する。
【０１３５】
４．７本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内、または、特許請求の範囲の均等範囲内で、各種の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置における運動強度検出部を除く部分の外観図である。
【図２】第１実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】脈波検出部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は伝達関数記憶部に記憶される伝達関数の一例を、各高調波に対する係数および位相のグラフとして示す図である。
【図５】典型的な中枢血圧波形を示す図である。
【図６】運動量を増加させながら血圧を計測した結果の典型例を示すグラフである。
【図７】無酸素性作業閾値導出部における無酸素性作業閾値の導出の具体例を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図９】血圧測定部を用いて血圧測定を行う様子を示す模式図である。
【図１０】血圧測定部の機能的構成を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の変形例における機能的構成を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の他の変形例における機能的構成を示すブロック図である。
【図１３】第３実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の外観図である。
【図１４】図１３に示した無酸素性作業閾値検出装置を装着した様子を示す図である。
【図１５】第３実施形態に係る無酸素性作業閾値検出装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１６】変形例の脈波検出部を用いた無酸素性作業閾値検出装置における運動強度検出部を除く部分の外観を示す斜視図である。
【図１７】図１６に示した無酸素性作業閾値検出装置の部分を手首に装着した状態を示す斜視図である。
【図１８】（Ａ）および（Ｂ）は変形例における伝達関数記憶部に記憶される伝達関数の一例を、各高調波に対する係数および位相のグラフとして示す図である。
【図１９】第３実施形態の変形例に係る無酸素性作業閾値検出装置の外観図である。
【図２０】第３実施形態の他の変形例に係る無酸素性作業閾値検出装置の外観図である。
【図２１】末梢動脈における典型的な血圧波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１０ａ，７０，１００無酸素性作業閾値検出装置
２４血圧波形算出部
２６伝達関数記憶部
３０血圧波形指標導出部
３４記憶部
３８無酸素性作業閾値導出部
４６運動強度検出部
４７加速度センサ
４８運動強度算出部
６０，６０ａ脈波検出部
７２変換部
７６血圧値記憶部
８０血圧測定部
１０２血圧検出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an anaerobic work threshold detection device for deriving an anaerobic work threshold expressed as exercise intensity.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
Anaerobic threshold (AT), which expresses the threshold for switching from aerobic exercise to anaerobic exercise as a numerical value of exercise intensity or oxygen intake, is the effect of exercise on the functions of the respiratory system and circulatory system. It is known that it is a useful index for performing evaluation and selecting appropriate exercise intensity in sports training. The anaerobic threshold is detected by detecting the lactic threshold (LT), which is a numerical value of exercise intensity or oxygen intake, at which the lactic acid concentration in the blood starts to increase rapidly, or expiration associated with the increase in exercise intensity. This can be done by detecting a ventilation threshold (VT), which is a numerical value of exercise intensity or oxygen intake, at which the rate of increase in carbon dioxide is further increased.
[0003]
However, the measurement of the lactic acid level in blood must be performed invasively because blood must be collected, and it is difficult to perform it easily with exercise.
[0004]
In addition, monitoring of oxygen intake and carbon dioxide generation, which is performed to detect the ventilation threshold, breathes through a mouthpiece connected to a conduit extending from the device, and measures the amount and components of inspiration and expiration Because it is necessary, a large-scale device is required.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide an anaerobic work threshold value detection device capable of providing at least one of the following effects.
[0006]
1) The anaerobic threshold can be detected non-invasively.
[0007]
2) The anaerobic threshold can be detected with a small portable device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
(1) An anaerobic work threshold value detection apparatus according to the present invention includes:
An exercise intensity detector for detecting exercise intensity;
A blood pressure detector for non-invasively detecting blood pressure;
A blood pressure waveform index derivation unit for deriving an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform detected by the blood pressure detection unit;
A storage unit that associates and stores the exercise intensity and the blood pressure waveform index over a given range of the exercise intensity;
Using the data stored in the storage unit, an anaerobic work threshold value derivation unit for deriving an anaerobic work threshold value represented as the exercise intensity;
It is characterized by having.
[0009]
According to the present invention, the blood pressure waveform index deriving unit derives the blood pressure waveform index from the blood pressure waveform detected by the blood pressure detecting unit over a given range of the exercise intensity detected by the exercise intensity detecting unit, and the exercise intensity is obtained. The blood pressure waveform index is stored in the storage unit in association with the blood pressure waveform. Then, the anaerobic work threshold value deriving unit derives the anoxic threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity using the data stored in the storage unit. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
(2) The anaerobic work threshold value detection apparatus according to the present invention is:
An exercise intensity detector for detecting exercise intensity;
A pulse wave detector for non-invasively detecting a pulse wave in the periphery;
A transfer function storage unit for storing a transfer function calculated in advance using a pulse wave waveform in the periphery detected in advance and a blood pressure waveform corresponding to the pulse wave waveform;
A blood pressure waveform calculation unit that calculates a blood pressure waveform corresponding to the pulse wave waveform using the pulse wave waveform in the periphery newly detected by the pulse wave detection unit and the transfer function;
A blood pressure waveform index deriving unit for deriving an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculating unit;
A storage unit that associates and stores the exercise intensity and the blood pressure waveform index over a given range of the exercise intensity;
Using the data stored in the storage unit, an anaerobic work threshold value derivation unit for deriving an anaerobic work threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity;
It is characterized by having.
[0010]
Here, the “pulse waveform in the periphery detected in advance” is detected by, for example, a pulse wave detecting device or the pulse wave detecting unit formed in the same manner as the pulse wave detecting unit.
[0011]
According to the present invention, the blood pressure calculated by the blood pressure waveform calculation unit using the peripheral pulse wave waveform and the transfer function detected by the pulse wave detection unit over a given range of the exercise intensity detected by the exercise intensity detection unit. From the waveform, the blood pressure waveform index deriving unit derives the blood pressure waveform index, and the blood pressure waveform index is associated with the exercise intensity and stored in the storage unit. Then, the anaerobic work threshold value deriving unit derives the anoxic threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity using the data stored in the storage unit. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0012]
(3) The anaerobic work threshold value detection apparatus according to the present invention is:
An exercise intensity detector for detecting exercise intensity;
A pulse wave detector for non-invasively detecting a pulse wave in the periphery;
A blood pressure measurement unit that measures blood pressure in the vicinity of a portion where the pulse wave detection unit detects a pulse wave;
Using the blood pressure value measured by the blood pressure measurement unit, a conversion unit that converts the pulse wave waveform detected by the pulse wave detection unit into a blood pressure waveform in the periphery,
A blood pressure waveform index deriving unit for deriving an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform obtained by the conversion unit;
A storage unit that associates and stores the exercise intensity and the blood pressure waveform index over a given range of the exercise intensity;
Using the data stored in the storage unit, an anaerobic work threshold value derivation unit for deriving an anaerobic work threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity;
It is characterized by having.
[0013]
According to the present invention, the blood pressure waveform index deriving unit from the blood pressure waveform obtained by converting the peripheral pulse wave waveform detected by the pulse wave detecting unit over a given range of the exercise intensity detected by the exercise intensity detecting unit. Derives the blood pressure waveform index, and the blood pressure waveform index is associated with the exercise intensity and stored in the storage unit. Then, the anaerobic work threshold value deriving unit derives the anoxic threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity using the data stored in the storage unit. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0014]
(4) The anaerobic work threshold value detection apparatus according to the present invention includes:
An exercise intensity detector for detecting exercise intensity;
A pulse wave detector for non-invasively detecting a pulse wave in the periphery;
A blood pressure value storage unit for storing a blood pressure value measured in advance in the vicinity of a portion where the pulse wave detection unit detects a pulse wave;
Using the blood pressure value stored in the blood pressure value storage unit, a conversion unit that converts the pulse wave waveform detected by the pulse wave detection unit into a blood pressure waveform in the periphery,
A blood pressure waveform index deriving unit for deriving an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform obtained by the conversion unit;
A storage unit that associates and stores the exercise intensity and the blood pressure waveform index over a given range of the exercise intensity;
Using the data stored in the storage unit, an anaerobic work threshold value derivation unit for deriving an anaerobic work threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity;
It is characterized by having.
[0015]
According to the present invention, the blood pressure waveform index deriving unit from the blood pressure waveform obtained by converting the peripheral pulse wave waveform detected by the pulse wave detecting unit over a given range of the exercise intensity detected by the exercise intensity detecting unit. Derives the blood pressure waveform index, and the blood pressure waveform index is associated with the exercise intensity and stored in the storage unit. In the conversion from the pulse wave waveform to the blood pressure waveform, since the blood pressure value stored in the blood pressure value storage unit is used, it is not necessary to include a blood pressure measurement unit. Then, the anaerobic work threshold value deriving unit derives the anoxic threshold value represented as a numerical value of the exercise intensity using the data stored in the storage unit. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0016]
(5) The pulse wave detection unit may be configured to detect a volume pulse wave that fluctuates in accordance with a blood flow volume as a change in the amount of red blood cells in a capillary vessel existing in the vicinity of the skin.
[0017]
The volume pulse wave that changes in response to the blood flow rate can be regarded as a change in the amount of red blood cells in the capillary network existing in the vicinity of the skin. This variation can be detected, for example, as a change in the amount of transmission or reflection of light applied to the skin, so that the sensor can be detected without matching the position of the peripheral artery such as the radial artery. Therefore, the pulse wave detection unit can stably detect fluctuations in the amount of red blood cells in capillaries existing near the skin as pulse waves (volume pulse waves) in the peripheral artery.
[0018]
(6) The transfer function storage unit stores a plurality of transfer functions corresponding to different pulse rates,
The blood pressure waveform calculation unit may calculate a blood pressure waveform by selecting a transfer function corresponding to the pulse rate derived from the pulse wave detected by the pulse wave detection unit from the plurality of transfer functions. .
[0019]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the blood pressure waveform in the pulse wave which the pulse wave detection part detected can be derived | led-out with high precision irrespective of a test subject's activity state.
[0020]
(7) The transfer function storage unit stores a plurality of transfer functions corresponding to different ages,
The blood pressure waveform calculation unit may calculate a blood pressure waveform using a transfer function corresponding to the age of the subject whose pulse wave detection unit detects a pulse wave, selected from the plurality of transfer functions.
[0021]
According to the present invention, the blood pressure waveform from the pulse wave detected by the pulse wave detector can be derived with high accuracy regardless of the age of the subject.
[0022]
(8) The transfer function storage unit stores a plurality of transfer functions corresponding to different physiological ages,
The blood pressure waveform calculation unit may calculate a blood pressure waveform by selecting a transfer function corresponding to the physiological age of the subject whose pulse wave detection unit detects the pulse wave from the plurality of transfer functions. Good.
[0023]
According to the present invention, the blood pressure waveform from the pulse wave detected by the pulse wave detector can be derived with high accuracy regardless of the physiological age of the subject.
[0024]
(9) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be diastolic blood pressure.
[0025]
(10) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be an average blood pressure.
[0026]
(11) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be a differential pressure between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch.
[0027]
(12) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be a ratio between the pre-systolic blood pressure and the blood pressure at the notch.
[0028]
(13) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be a pulse pressure as a differential pressure between systolic blood pressure and diastolic blood pressure.
[0029]
(14) The index derived by the blood pressure waveform index deriving unit may be a ratio between the systolic blood pressure and the systolic blood pressure.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
[0031]
1. <First Embodiment>
1.1 External configuration of anaerobic work threshold detection device
The portion excluding the exercise intensity detection unit in the anaerobic work threshold detection device 10 of the present embodiment has an external configuration as shown in, for example, FIG. 1 (A), FIG. 1 (B), and FIG. 1 (C). be able to. The anaerobic work threshold detection device 10 includes a device main body 12 having a wristwatch-like structure, a cable 58 connected to the connector portion 20 of the device main body 12 via a connector piece 57, and a distal end side of the cable 58. And a provided pulse wave detector 60. A wristband 56 is attached to the apparatus main body 12, and the apparatus main body 12 is attached to the wrist of the subject by the wristband 56.
[0032]
The apparatus main body 12 includes a connector portion 20, and a connector piece 57 serving as an end portion of the cable 58 is detachably attached to the connector portion 20.
[0033]
FIG. 1C shows the connector portion 20 from which the connector piece 57 has been removed, and includes, for example, a connection pin 21 for connection with the cable 58, an LED 22 for performing data transfer, and a phototransistor 23.
[0034]
Further, a display unit 54 made of a liquid crystal panel is provided on the surface side of the apparatus main body 12. The display unit 54 includes a segment display area, a dot display area, and the like, and displays information such as a blood pressure waveform, a blood pressure waveform index, or an anaerobic work threshold value. The display unit 54 may be configured using another display device instead of the liquid crystal panel.
[0035]
The apparatus main body 12 includes a CPU (central processing unit) for controlling various operations and conversions, a memory for storing a program for operating the CPU, and the like (not shown). And a button switch 14 for inputting.
[0036]
On the other hand, as shown in FIG. 1B, the pulse wave detector 60 is mounted near the base of the subject's index finger while being shielded by the sensor fixing band 62. As described above, when the pulse wave detection unit 60 is attached near the base of the finger, the cable 58 can be shortened, so even if it is attached, it does not get in the way. In addition, since the change in blood flow due to the air temperature is less in the vicinity of the fingertip than the fingertip, the influence of the air temperature and the like on the detected pulse wave waveform is relatively small.
[0037]
The exercise intensity detection unit can include an acceleration sensor (not shown). For example, the acceleration sensor is used by being attached to an upper limb, a lower limb, or a waist of a subject.
[0038]
1.2 Functional configuration of anaerobic work threshold detection device
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the anaerobic work threshold value detection apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in this figure, the anaerobic work threshold value detection apparatus 10 includes a pulse wave detection unit 60, a transfer function storage unit 26, a blood pressure waveform calculation unit 24, a blood pressure waveform index calculation unit 30, a storage unit 34, and an exercise intensity detection unit. 46, an anaerobic work threshold deriving unit 38, a display unit 54, and a control unit 50. Each of these units may be incorporated in the apparatus main body 12, or may be formed separately from the pulse wave detection unit 60 and the display unit 54 and electrically connected to the pulse wave detection unit 60, the display unit 54, and the like. May be connected to each other.
[0039]
The pulse wave detection unit 60 includes, for example, an LED 64, a phototransistor 65, and the like as shown in a circuit diagram in FIG. 3, and is configured to detect a pulse wave in the periphery non-invasively, that is, without breaking the skin. The pulse wave detection unit 60 utilizes the fact that the pulse waveform is substantially the same as the blood flow fluctuation waveform (volume pulse wave waveform), and the light irradiation to the artery and the fluctuation of the amount of reflected light due to the blood in the artery. Alternatively, a pulse wave as a volume pulse wave is detected using an optical sensor formed so as to detect a change in transmitted light amount.
[0040]
More specifically, the pulse wave detection unit 60 emits light from the LED 64 when the switch SW is turned on and a power supply voltage is applied. This irradiation light is reflected by the blood vessel and tissue of the subject and then received by the phototransistor 65. Therefore, a signal obtained by converting the photocurrent of the phototransistor 65 into a voltage is output as the signal MH of the pulse wave detector 60.
[0041]
Here, the emission wavelength of the LED 64 is selected in the vicinity of the absorption wavelength peak of hemoglobin in the blood. For this reason, a light reception level changes according to a blood flow rate. Therefore, the pulse wave waveform is detected by detecting the light reception level. For example, as the LED 64, an InGaN-based (indium-gallium-nitrogen-based) blue LED is suitable. The emission spectrum of this LED has an emission peak around 450 nm, and the emission wavelength region can be in the range of 300 nm to 600 nm.
[0042]
In this embodiment, for example, a GaAsP (gallium-arsenic-phosphorus) type can be used as the phototransistor 65 corresponding to the LED having such light emission characteristics. The light receiving wavelength region of the phototransistor 65 may have a main sensitivity region in the range of 300 nm to 600 nm, and a sensitivity region of 300 nm or less.
[0043]
When such a blue LED 64 and the phototransistor 65 are combined, a pulse wave can be detected in the wavelength region from 300 nm to 600 nm, which is the overlapping region, and has the following advantages.
[0044]
First, light having a wavelength of 700 nm or less among the light included in the external light tends to be difficult to transmit through the finger tissue. Therefore, the external light is applied to the finger portion not covered with the sensor fixing band. However, only the light in the wavelength region that does not reach the phototransistor 65 via the finger tissue and does not affect the detection reaches the phototransistor 65. On the other hand, since light having a wavelength shorter than 300 nm is almost absorbed by the skin surface, even if the light receiving wavelength region is 700 nm or less, the substantial light receiving wavelength region is 300 nm to 700 nm. Therefore, the influence of external light can be suppressed without covering the finger with a large scale. Moreover, hemoglobin in blood has a large extinction coefficient for light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and is several times to about 100 times or more larger than that for light having a wavelength of 880 nm. Therefore, as shown in this example, when light of a wavelength region (300 nm to 700 nm) having a large light absorption characteristic is used as detection light in accordance with the light absorption characteristic of hemoglobin, the detection value changes with sensitivity according to the blood volume change. Therefore, the SN ratio of the pulse wave waveform MH based on the blood volume change can be increased.
[0045]
In this way, the pulse wave detection unit 60 captures the pulse wave that changes in accordance with the blood flow volume, that is, the volume pulse wave, as the fluctuation of the amount of red blood cells in the capillary network existing in the vicinity of the skin, and transmits light applied to the skin. Since it can be detected as a change in the amount or the reflection amount, the sensor can be detected without matching the position of the peripheral artery such as the radial artery or the lateral finger artery. Therefore, the pulse wave detection unit 60 can stably detect the fluctuation of the amount of red blood cells in the capillary blood vessels existing near the skin as a pulse wave (volume pulse wave) in the peripheral artery.
[0046]
The transfer function storage unit 26 detects in advance a blood pressure waveform at a given site, for example, a central blood pressure waveform measured in advance by a micro sphygmomanometer using a catheter, that is, a blood pressure waveform at the aortic root, and the pulse wave detection unit 60 described above. A transfer function calculated in advance is stored using the pulse waveform in the periphery. FIGS. 4A and 4B show an example of such a transfer function as a coefficient and phase graph for each harmonic.
[0047]
The transfer function storage unit 26 uses a pulse wave waveform detected in advance by a pulse wave detection device formed in the same manner as the pulse wave detection unit 60, and a blood pressure waveform of a given part that has been invasively measured. In addition, a transfer function calculated in advance may be stored. In addition, since it is known that there is no significant difference in each individual person, a general-purpose transfer function that is generally applicable may be used.
[0048]
The blood pressure waveform calculation unit 24 uses the transfer function stored in the transfer function storage unit 26 and the pulse wave waveform in the periphery detected by the pulse wave detection unit 60 to correspond to the pulse wave waveform, as described above. A blood pressure waveform at a given site is calculated. For example, the blood pressure waveform calculation unit 24 Fourier-transforms the pulse waveform at the periphery detected by the pulse wave detection unit 60, divides it by the transfer function stored in the transfer function storage unit 26, and the result is Fourier-transformed. The blood pressure waveform at the given site is calculated by inverse transformation.
[0049]
The blood pressure waveform index deriving unit 30 derives an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculating unit 24. Then, the blood pressure waveform index deriving unit 30 outputs the derived blood pressure waveform index to the storage unit 34 and the display unit 54. The blood pressure waveform index deriving unit 30 includes, for example, a CPU and a memory in which a program for operating the CPU is stored.
[0050]
Here, the central blood pressure waveform will be described with reference to the typical central blood pressure waveform shown in FIG. 5, that is, the blood pressure waveform at the aortic root. As shown in this figure, central blood pressure waveforms may be compared using features such as pre-systolic blood pressure, late systolic blood pressure, diastolic blood pressure, dicrotic notch, and the like.
[0051]
For example, the blood pressure waveform index deriving unit 30 calculates the diastolic blood pressure, the average blood pressure, the differential pressure between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, the blood pressure at the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, from such a blood pressure waveform. , The pulse pressure that is the differential pressure between the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure, or the ratio between the systolic blood pressure and the late systolic blood pressure is derived as an index. The average blood pressure is obtained by integrating the blood pressure waveform over an integer period and dividing the result by the time corresponding to the integration interval.
[0052]
The exercise intensity detection unit 46 includes an acceleration sensor 47 and an exercise intensity calculation unit 48, and detects the work power (W) of the exercise performed by the subject. The acceleration sensor 47 is used by being attached to the subject's upper limb, lower limb, waist, or the like.
[0053]
The inventor of the present application has found that there is a substantially proportional relationship between the acceleration sensor intensity represented by the following expression and the power of the specific exercise performed by the subject. The proportional coefficient k is a coefficient (activity amount coefficient) determined by the type of exercise, is measured in advance for each type of exercise, and can be used by the exercise intensity calculation unit 48.
[0054]
Acceleration sensor strength = X (A₁ ²+ A₂ ²+ A_Three ²+ ...)^1/2
here,
X is the number of exercise cycles per unit time
A_nIs the acceleration value (peak value or average value) in cycle n
It is.
[0055]
Then, the number of movement cycles X in unit time and the acceleration value A in cycle n_nIs detected by the intensity calculator 48 analyzing the output from the motion acceleration sensor 47.
[0056]
Therefore, for example, when the acceleration sensor 47 is mounted near the ankle of a subject who performs exercise on a bicycle, the exercise intensity detection unit 46 uses the acceleration data detected by the acceleration sensor 47 to cause the exercise intensity calculation unit 48 to perform unit time of exercise. It is possible to extract the cycle number X and the acceleration value An in the cycle n, and detect the work power of the exercise performed by the subject, that is, the exercise intensity.
[0057]
The exercise performed by the subject can use various types of exercises such as the aforementioned pedaling exercise, walking exercise, running, and step exercise. The above-described activity amount coefficient k is calculated in advance for each type of exercise including these and for each site where the acceleration sensor 47 is mounted, and can be used by the exercise intensity calculation unit 48. For example, the activity amount coefficient k in the exercise of pedaling a bicycle can be calculated using the work amount detected by the bicycle ergometer and the above-described acceleration sensor strength measured in the exercise.
[0058]
The storage unit 34 is configured as a combination of a semiconductor memory or a storage medium using magnetic or light and a semiconductor memory, and stores exercise intensity and a blood pressure waveform index in association with each other over a preset range of exercise intensity. .
[0059]
The anaerobic work threshold deriving unit 38 derives an anaerobic work threshold expressed as exercise intensity using the data stored in the storage unit 34.
[0060]
Here, in order to explain the operation of the anaerobic work threshold value deriving unit 38, the facts discovered about the relationship between exercise intensity and blood pressure will be described. FIG. 6 shows a paper by R. Nagaya, Y. Kawabata, M. Tanaka et al. “Mean Blood Pressure Increases Above the Ventilatory Threshold” (H. Tanaka, M. Shindo, “Exercise for Preventing Common Diseases,” pp. 181-184. , Springer, 2000). This data imposes exercise with a bicycle ergometer on healthy adults between the ages of 25 and 25, cycling for the first 4 minutes with 10 W of exercise, and then increasing the amount of exercise by 1 W every 4 seconds. It is a typical example of the result of having measured. The blood pressure is measured by an applanation pressure measurement method in which the blood pressure is detected by measuring the pressure with the pressure sensor pressed against the artery so that a part of the blood vessel wall is flattened. . In this graph, the ventilatory threshold value (Ventilatory Threshold) calculated based on the data obtained by the flow meter connected to the mouthpiece is also shown as VT.
[0061]
The present inventor has found from this graph that the mean blood pressure, the diastolic blood pressure, and the pulse pressure clearly change with the exercise intensity of the ventilation work threshold (VT) as a boundary. That is, mean blood pressure and diastolic blood pressure decrease almost linearly as the exercise intensity increases up to the ventilatory work threshold, and increase almost linearly as the exercise intensity increases beyond the ventilatory work threshold. . Also in the systolic blood pressure, the slope of blood pressure increase increases when the ventilatory work threshold is exceeded. Further, the pulse pressure, which is the differential pressure between the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure, is compared with the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure in FIG. The present inventor has found that when the ventilation threshold value is exceeded, the linearity increases linearly at a lower increase rate than the ventilation threshold value. Therefore, the ventilatory work threshold or the anaerobic work threshold approximates a graph of changes in diastolic blood pressure, mean blood pressure, systolic blood pressure, or pulse pressure with respect to changes in exercise intensity with two straight lines. It can be seen that it can be obtained as the exercise intensity at.
[0062]
Here, a specific example of the derivation of the anaerobic work threshold value in the anaerobic work threshold value derivation unit 38 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the anaerobic work threshold value deriving unit 38 assumes that the first one point within a given range of exercise intensity is a virtual anaerobic work threshold value (S1), for example, measured diastolic blood pressure data Based on the above, two straight lines with the virtual anaerobic work threshold as a boundary are determined by linear regression (S2), and these straight lines are stored (S3). Then, while increasing the virtual anaerobic threshold by unit exercise intensity (FIG. 4), the determination of such a straight line is repeated for each point within a given range of exercise intensity (FIGS. 4, 5, S2). Next, for these two-line approximations, an error sum of squares with actual data is obtained, and a two-line approximation that gives the minimum error sum of squares is selected (FIG. 6). Finally, the exercise intensity at the intersection of the selected two straight lines is calculated as the anaerobic work threshold (FIG. 7).
[0063]
The display unit 54 displays information such as a blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculation unit 24, an index derived by the blood pressure waveform index deriving unit 30, or an anaerobic work threshold derived by the anaerobic work threshold deriving unit 38. Display as characters, symbols or graphs.
[0064]
The control unit 50 includes a CPU and a memory in which a program for operating the CPU is stored, and controls the operation of each unit described above.
[0065]
1.3 Operation of anaerobic threshold detector
The anaerobic work threshold detection device 10 operates as follows, for example, to estimate the blood pressure waveform of the subject and analyze it.
[0066]
First, the wristband 56 of the anaerobic work threshold detection device 10 formed in a watch shape is wound around the wrist. Then, as shown in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B), the pulse wave detection unit 60 is mounted near the base of the index finger of the subject, and the connector piece 57 is attached to the connector unit 20 of the apparatus main body 12. The pulse wave detector 60 is connected to the apparatus main body 12.
[0067]
Further, the acceleration sensor 47 of the exercise intensity detection unit 46 is attached to a given part of the subject, for example, the ankle.
[0068]
Next, when a detection instruction is input to the control unit 50 by a predetermined operation of the button switch 14 or a utterance of a predetermined sound pattern, the pulse wave detection unit 60 starts detecting a pulse wave. That is, when a detection instruction is input, the phototransistor 65 detects the amount of light that changes in response to a change in blood flow in the capillary network of the finger, and the pulse wave detector 60 responds to the change in the detected amount of light. The pulse waveform is output to the blood pressure waveform calculation unit 24 as the signal MH.
[0069]
Then, the blood pressure waveform calculation unit 24 uses the pulse wave waveform input from the pulse wave detection unit 60 and the transfer function stored in the transfer function storage unit 26 to calculate a blood pressure waveform corresponding to the pulse wave waveform. calculate. The calculated blood pressure waveform is output to the aortic blood pressure waveform index calculation unit 30 and the display unit 54.
[0070]
The blood pressure waveform index deriving unit 30 to which the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculating unit 24 is input is an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform, for example, diastolic blood pressure, average blood pressure, systolic blood pressure and notch. Deriving the differential pressure from the blood pressure, the ratio between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, the pulse pressure that is the differential pressure between the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure, or the ratio between the systolic blood pressure and the late systolic blood pressure . Then, the blood pressure waveform index deriving unit 30 outputs the derived blood pressure waveform index to the storage unit 34, the fluctuation analysis unit 38, the comparison analysis unit 46, and the display unit 54. The fluctuation analysis unit 38 and the comparison analysis unit 46 perform analysis using the input index.
[0071]
When a detection instruction is input to the control unit 50 by the predetermined operation of the button switch 14 or the utterance of a predetermined sound pattern, that is, simultaneously with the start of pulse wave detection by the pulse wave detection unit 60 described above, the exercise intensity detection unit 46 The sensor 47 starts detecting acceleration. Then, the exercise intensity calculation unit 48 calculates the exercise intensity based on the data detected by the acceleration sensor 47, so that the exercise intensity detection unit 46 detects the power of exercise performed by the subject, that is, the exercise intensity.
[0072]
At the same time, the storage unit 34 stores the exercise intensity detected by the exercise intensity detection unit 46 and the blood pressure waveform index derived by the blood pressure waveform index deriving unit 30 in association with each other over a preset range of exercise intensity.
[0073]
Next, the anaerobic work threshold deriving unit 38 uses the data stored in the storage unit 34 to derive the anaerobic work threshold expressed as exercise intensity, for example, as described above with reference to FIG. To do.
[0074]
For example, the display unit 54 including a liquid crystal display device displays the blood pressure waveform calculated by the aortic blood pressure waveform calculation unit 24, the index derived by the blood pressure waveform index deriving unit 30, the anaerobic work threshold value, and the like. Or as a graph.
[0075]
1.4 Effects of the first embodiment
As described above, the anaerobic work threshold value detection apparatus 10 according to the present embodiment has a pulse wave waveform at the periphery detected by the pulse wave detection unit 60 over a given range of exercise intensity detected by the exercise intensity detection unit 46. The blood pressure waveform index deriving unit 30 derives an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculating unit 24 using the transfer function, and the memory unit 34 associates the blood pressure waveform index with the exercise intensity. Is remembered. Then, the anaerobic work threshold deriving unit 38 uses the data stored in the storage unit 34 to derive the anaerobic threshold expressed as a numerical value of exercise intensity. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0076]
2. Second Embodiment
The anaerobic work threshold value detection apparatus of the second embodiment is different from the first embodiment in that it is configured to include a blood pressure measurement unit and a conversion unit. In the following, the description will focus on the differences from the first embodiment. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding part in drawing.
[0077]
2.1 Appearance structure of anaerobic threshold detector
The anaerobic work threshold detection device of the present embodiment includes, for example, a portion formed in substantially the same appearance as the anaerobic work threshold detection device 10 of the first embodiment and a blood pressure measurement unit. Composed.
[0078]
2.2 Functional configuration of anaerobic threshold detector
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of the anaerobic work threshold detection device 70 according to the present embodiment. As shown in this figure, in addition to each part in the anaerobic work threshold value detection apparatus 10 of 1st Embodiment, it comprises the blood pressure measurement part 80 and the conversion part 72, and is comprised. Except for these units, the units of the anaerobic work threshold detection device 70 according to the present embodiment are configured in substantially the same manner as the blood pressure estimation device 10 of the first embodiment.
[0079]
The blood pressure measurement unit 80 measures the blood pressure at a site where the pulse wave detection unit 60 detects a pulse wave. An example of the blood pressure measurement unit 80 will be described later.
[0080]
Using the blood pressure value measured by the blood pressure measurement unit 80, the conversion unit 72 converts the pulse wave waveform detected by the pulse wave detection unit 60 into a blood pressure waveform at the site, that is, the periphery. For example, the conversion unit 72 converts the pulse wave waveform into a corresponding blood pressure waveform so as to have an amplitude between the diastolic blood pressure measured by the blood pressure measurement unit 80 and the late systolic blood pressure.
[0081]
The blood pressure waveform calculation unit 24 calculates a blood pressure waveform corresponding to the blood pressure waveform using the transfer function stored in the transfer function storage unit 26 and the blood pressure waveform obtained by the calculation of the conversion unit 72. For example, the blood pressure waveform calculation unit 24 Fourier-transforms the blood pressure waveform in the periphery obtained by the calculation of the conversion unit 72, divides it by the transfer function stored in the transfer function storage unit 26, and the result is Fourier-inverted. Calculate by converting.
[0082]
2.3 Blood pressure measurement unit
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a state in which blood pressure measurement is performed using a blood pressure measurement unit 82 as an example of a blood pressure measurement unit. FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of the blood pressure measurement unit 80. As shown in FIG. 9, the blood pressure measurement unit 82 performs blood pressure measurement by wearing a band-like body 91 near the base of a finger, which is a part where the pulse wave detection unit 60 detects a pulse wave. The band-like body 91 includes a bag-like pressure applying portion 89 on the inner surface side thereof, and is wound around the finger so that the pressure applying portion is located at a position facing the side finger artery 98.
[0083]
The pressure applying part 89 is formed in a bag shape, and a pump 86 and an exhaust valve 88 are connected via a pipe line 87. The volume of the pressure application unit 89 is controlled by adjusting the amount of fluid, for example, air, filled in the pressure application unit 89 with the pump 86 and the exhaust valve 88, whereby the pressure application unit 89 presses the lateral finger artery 98. The pressing force to be adjusted is adjusted.
[0084]
Further, a pressure sensor 90 that detects a change in the pressure of the fluid is attached to the pipe line 87 described above. The pressure sensor 90 is configured to detect the vibration of the side finger artery 98 transmitted as a pressure change of the fluid via the pressure applying unit 89 and the pressure adding unit 89. That is, since the pressure application unit 89 located on the side finger artery 98 is pressed in response to the vibration of the side finger artery 98, the pressure of the fluid in the pressure application unit 89 changes due to the vibration of the side finger artery 98. become. Therefore, the pressure sensor 90 that detects such a pressure change can output a signal corresponding to the vibration of the lateral finger artery 98.
[0085]
Further, as shown as a part of FIG. 10, the blood pressure measurement unit 82 includes a control unit 84 and a blood pressure determination unit 92 in addition to the above-described units.
[0086]
The control unit 84 controls the operation of the pump 86 and the exhaust valve 88 to adjust the amount of the fluid filled in the pressure applying unit 89 to change the pressure applied by the pressure adding unit 89 to thereby change the pressure applying unit 89. 89 controls the side finger artery 98 to be pressed with various pressing forces within a predetermined range. The control unit 84 includes, for example, a CPU and a memory that stores a program for operating the CPU.
[0087]
The blood pressure determination unit 92 takes in information on various pressing forces applied by the pressure applying unit 89 from the control unit 84, takes in detection signals from the pressure sensor 90 at those pressing forces, and uses them as the basis for the detection. Determine hypertension and diastolic blood pressure. The blood pressure determination unit 92 includes, for example, a CPU and a memory that stores a program for operating the CPU.
[0088]
Here, an operation in which the blood pressure measurement unit 82 configured as described above performs blood pressure measurement will be described.
[0089]
First, the cuff-like band-like body 91 is wound around the base of the finger so that the pressure applying portion 89 is at a position corresponding to the lateral finger artery 98.
[0090]
Next, the control unit 84 controls the pump 86 and the exhaust valve 88 to adjust the amount of fluid filled in the pressure applying unit 89 and change the pressure applied by the pressure adding unit 89 to apply pressure. The unit 89 controls to press the side finger artery 98 with various pressing forces within a predetermined range. That is, the pressing force of the pressure applying unit 89 is controlled by the control unit 84 so as to be in a range somewhat exceeding the range that can generally be encountered as a blood pressure value, for example, a range of 250 to 20 mmHg.
[0091]
At each pressing force of the pressure applying unit 89, the pressure sensor 90 that detects the vibration of the lateral finger artery 98 is a signal corresponding to the vibration of the blood vessel wall due to the blood flow flowing through the blood vessel that has been stenotic by the pressure applying unit 89. Is detected. The result is stored in the blood pressure determination unit 92 in correspondence with each pressing force of the pressure application unit 89. Each pressing force value applied by the pressure applying unit 89 is transmitted from the control unit 84 that controls the pressing force to the blood pressure determining unit 92.
[0092]
Next, the blood pressure determining unit 92 determines the blood pressure when a sufficient number of samples are obtained by being distributed in the above-described pressing force setting range of the pressure applying unit 89. That is, the highest pressure applied by the pressure applying unit 89 that detects vibration associated with the blood flow flowing through the stenotic blood vessel is the maximum blood pressure, and the vibration associated with the blood flow flowing through the stenotic blood vessel is detected by the pressure sensor 90. The pressing force of the lowest pressure applying unit 89 to be detected is determined as the minimum blood pressure. The principle of this blood pressure determination is to monitor the vibration of the blood vessel wall accompanying the blood flow flowing through the blood vessel narrowed by the pressure on the peripheral side of the artery pressed by the arm band while changing the pressure applied to the arm band. This is similar to a blood pressure measurement method for determining blood pressure, a so-called auscultation method.
[0093]
2.4 Operation of anoxic work threshold detection device
The anaerobic work threshold detection device 70 of this embodiment operates in the same manner as the blood pressure estimation device 10 of the first embodiment except for the above-described blood pressure measurement operation and the following points, and displays the blood pressure waveform of the subject. Estimate and analyze.
[0094]
When the pulse waveform as the signal MH detected by the pulse wave detection unit is input as in the case of the first embodiment, the conversion unit 72 uses the blood pressure value measured by the blood pressure measurement unit 80 to use the pulse wave. The waveform is converted into a blood pressure waveform at the detection site.
[0095]
Then, when the blood pressure waveform obtained by the calculation of the converting unit 72 and the transfer function stored in the transfer function storage unit 26 are input, the blood pressure waveform calculating unit 24 uses the data to obtain the blood pressure waveform. A blood pressure waveform corresponding to the waveform is calculated.
[0096]
About subsequent operation | movement, it is the same as that of 1st Embodiment.
[0097]
2.5 Modification of the second embodiment
2.5.1 In the description so far of the present embodiment, the pulse wave detection unit 60 uses the blood pressure value measured by the blood pressure measurement unit 80 that measures the blood pressure at the site where the pulse wave detection unit 60 detects the pulse wave. An example is shown in which the pulse waveform detected by is converted into a blood pressure waveform at the site, that is, the periphery. However, as shown as a block diagram in FIG. 11, a blood pressure value storage unit 76 that stores a blood pressure value measured in advance at a site where the pulse wave detection unit 60 detects a pulse wave is provided instead of the blood pressure measurement unit, The converter 72 may convert the pulse wave waveform detected by the pulse wave detector 60 using the blood pressure value stored in the blood pressure value storage unit 76 into a blood pressure waveform in the periphery.
[0098]
2.5.2 Also, as shown as a block diagram in FIG. 12, the transfer function storage unit 26 and the blood pressure waveform calculation unit 24 are omitted, and the blood pressure waveform derived by the conversion unit 72 is directly converted into the blood pressure waveform index deriving unit 30. And may be input to the display unit 54. In this case, the blood pressure waveform index deriving unit 30 derives a blood pressure waveform index from the blood pressure waveform obtained by the converting unit 72.
[0099]
2.5.3 Further, the description so far of this embodiment shows an example in which the pulse wave detection unit 60 detects a pulse wave near the base of the finger, and the blood pressure measurement unit also measures the blood pressure at the same part. It was. However, the pulse wave detection unit 60 may detect the pulse wave at the upper arm, and the blood pressure measurement unit may also measure the blood pressure at the upper arm, or the pulse wave detection unit 60 may detect the pulse wave at the wrist and The measurement unit may also measure blood pressure with the wrist.
[0100]
The blood pressure measurement unit does not necessarily have to be a dedicated one for this apparatus. For example, a commercially available sphygmomanometer that measures blood pressure at the upper arm or wrist is used, and the data is automatically or via a keyboard or the like. You may make it input.
[0101]
2.6 Effects of the second embodiment
As described above, the anaerobic work threshold value detection device 70 according to the present embodiment has a pulse wave waveform at the periphery detected by the pulse wave detection unit 60 over a given range of exercise intensity detected by the exercise intensity detection unit 46. The blood pressure waveform index deriving unit 30 derives the blood pressure waveform index from the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculating unit 24 using the blood pressure waveform obtained by converting the blood pressure and the transfer function, and the blood pressure waveform index is the exercise intensity. Is stored in the storage unit 34. Then, the anaerobic work threshold deriving unit 38 uses the data stored in the storage unit 34 to derive the anaerobic threshold expressed as a numerical value of exercise intensity. Therefore, it is not necessary to attach a mouthpiece connected to a pipe line extending from the apparatus or to collect blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0102]
3. <Third Embodiment>
The anaerobic work threshold value detection apparatus of the third embodiment is different from the first embodiment in that it has no pulse wave detection unit, transfer function storage unit, and blood pressure waveform calculation unit, and includes a blood pressure detection unit. . In the following, the description will focus on the differences from the first embodiment. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding part in drawing.
[0103]
3.1 External configuration of anoxic work threshold detection device
The anaerobic work threshold value detection apparatus of the present embodiment can be formed as a necklace-type external configuration as shown in FIG. 13, for example.
[0104]
In this figure, a pressure sensor 104 serving as a blood pressure detection unit 102 is provided at the tip of a cable 112, and is attached to the subject's carotid artery using, for example, an adhesive tape 114 as shown in FIG.
[0105]
In FIG. 13, the main part of the apparatus is incorporated in an apparatus main body 120 shaped like a broach, and a display unit 54 and a button switch 14 are provided on the front surface thereof. A part of the cable 112 is embedded in the chain 110 and supplies a signal output from the pressure sensor 104 to the apparatus main body 120. The apparatus main body 120 includes a central processing unit (CPU) that controls various calculations and conversions, and a memory that stores programs for operating the CPU.
[0106]
Note that the exercise intensity detection unit may have an external configuration similar to that of the first embodiment, for example.
[0107]
3.2 Functional configuration of anoxic work threshold detection device
FIG. 15 is a block diagram illustrating a functional configuration of the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in this figure, the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the present embodiment does not include the pulse wave detection unit 60, the transfer function storage unit 26, and the blood pressure waveform calculation unit 24 in the first embodiment. The blood pressure detection unit 102 is provided. Other than this, each part of the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the present embodiment is configured in substantially the same manner as the blood pressure estimation apparatus 10 of the first embodiment.
[0108]
The blood pressure detection unit 102 detects blood pressure noninvasively. The blood pressure detection unit 102 uses the pressure sensor 104 to non-invasively detect blood pressure, for example, central blood pressure, that is, blood pressure in the carotid artery that exhibits substantially the same blood pressure as the aortic origin. This blood pressure measurement is performed, for example, by an applanation pressure measurement method in which blood pressure is detected by measuring pressure in a state where a pressure sensor is pressed against an artery so that a part of a blood vessel wall is flattened.
[0109]
The blood pressure waveform index deriving unit 30 derives an index of the central blood pressure waveform from the blood pressure waveform detected by the blood pressure detecting unit 102.
[0110]
3.3 Operation of anaerobic work threshold detector
The anaerobic work threshold value detection apparatus 100 of this embodiment operates in the same manner as the blood pressure estimation apparatus 10 of the first embodiment except for the following points, and detects the anaerobic work threshold value of the subject.
[0111]
First, the chain 110 of the anaerobic work threshold detection device 100 formed in a necklace shape is put on the neck. Then, as shown in FIG. 14, the pressure sensor 104 as the blood pressure detection unit 102 is attached to the subject's carotid artery using an adhesive tape 114 or the like. As a result, the pressure sensor 104 is pressed against the artery so that a part of the vascular wall of the carotid artery is flattened, and the blood pressure is detected by the applanation pressure measurement method in which the pressure is measured.
[0112]
The blood pressure waveform index deriving unit 30 derives an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform detected by the pressure sensor 104.
[0113]
Other operations are the same as those of the oxygen-free work threshold detection device 10 of the first embodiment.
[0114]
3.4 Effects of the third embodiment
According to the present embodiment, the blood pressure waveform index deriving unit 30 derives an index of the blood pressure waveform from the blood pressure waveform detected by the blood pressure detecting unit 102 over a given range of the exercise intensity detected by the exercise intensity detecting unit 46. The blood pressure waveform index is stored in the storage unit 34 in association with the exercise intensity. Then, the anaerobic work threshold deriving unit 38 uses the data stored in the storage unit 34 to derive the anaerobic threshold expressed as a numerical value of exercise intensity. Accordingly, the anoxic threshold can be derived without wearing a mouthpiece connected to a conduit extending from the apparatus or collecting blood. As a result, the anaerobic threshold can be detected non-invasively with a small portable device.
[0115]
4). <Modification>
4.1 In the first and second embodiments described above, an example is shown in which the pulse wave detection unit 60 uses a sensor using a light emitting element and a light receiving element. However, the pulse wave detection unit 60 may be a pulse wave detection unit using a pressure sensor located on a peripheral artery, for example, the radial artery. In this case, the pulse wave (pressure pulse wave) is detected using an applanation pressure measurement method in which the blood pressure is measured with a pressure sensor pressed against the artery so that a part of the blood vessel wall is flattened.
[0116]
FIGS. 16 and 17 are diagrams showing a portion excluding the exercise intensity detection unit in the anaerobic work threshold detection device 10a using such a pulse wave detection unit, and FIG. 16 is an anaerobic work threshold detection device 10a. FIG. 17 is a perspective view showing a state where the anaerobic work threshold value detection device 10a is attached to the wrist.
[0117]
As shown in these figures, the anaerobic work threshold value detection device 10a includes a sensor holding portion 67 attached to the wristband 56 so as to be movable along the wristband 56 attached to the device body 12. A pulse wave detection unit 60 a is configured including a pressure sensor 68 provided so as to protrude from the sensor holding unit 67. The pulse wave detector 60a and the apparatus main body 12 are connected by a wiring (not shown) such as an FPC (flexible printed circuit) substrate that transmits a detection signal from the pulse wave detector 60a.
[0118]
When the anaerobic work threshold value detection device 10a is used, as shown in FIG. 15, the anaerobic work threshold value detection device 10a is placed on the wrist of the subject so that the sensor holding portion 67 is positioned near the radial artery 99. Wound around. Then, the sensor holding unit 67 is slid along the wristband 56 and positioned so that the pulse wave detection unit 60a provided in the sensor holding unit 67 is positioned on the radial artery 99, for example.
[0119]
When the pulse wave detection unit 60a is appropriately pressed against the radial artery 99 of the subject in this way, a pulse wave corresponding to the vibration of the blood vessel wall accompanying the blood flow fluctuation in the artery is transmitted to the pulse wave detection unit 60a. Thus, the anaerobic work threshold value detection device 10a can detect a pulse wave at any time. This pulse waveform is detected as a waveform having substantially the same shape as the blood pressure waveform in the blood vessel.
[0120]
18A and 18B show an example of the result of calculating the transfer function for the central blood pressure waveform, that is, the blood pressure waveform at the aortic root of the pulse wave waveform detected in the radial artery in this manner. Is shown as a graph of coefficient and phase. 18A and 18B are compared with FIGS. 4A and 4B described above, the transfer function calculated for the pulse waveform of the radial artery in the present modification and the finger base in the first embodiment It can be seen that the transfer function calculated for the pulse wave waveform (volume pulse wave) obtained by detecting the change in blood flow in the nearby capillary network with an optical sensor has substantially similar characteristics. In this modification as well, such a transfer function is stored in the transfer function storage unit 26.
[0121]
4.2 In the first and second embodiments, the transfer function storage unit 26 includes the central blood pressure waveform that is invasively measured by, for example, a micro sphygmomanometer using a catheter, that is, the blood pressure waveform at the aortic root, as described above. One transfer function calculated in advance is stored using the pulse wave waveform at the periphery detected in advance by the pulse wave detector 60 or a pulse wave detector formed in the same manner as the pulse wave detector 60. An example is shown.
[0122]
However, the transfer function storage unit 26 stores a plurality of transfer functions corresponding to different pulse rates, and the blood pressure waveform calculation unit 24 transfers the pulse rates derived from the pulse waves detected by the pulse wave detection unit 60. A blood pressure waveform may be calculated using a function selected from the plurality of transfer functions. As a result, the blood pressure waveform is calculated using a transfer function corresponding to the activity state of the subject, so that the blood pressure waveform from the pulse wave in the peripheral artery can be derived with high accuracy regardless of the activity state of the subject.
[0123]
Alternatively, the transfer function storage unit 26 stores a plurality of transfer functions corresponding to different ages, and the blood pressure waveform calculation unit 24 corresponds to the age or physiological age of the subject whose pulse wave detection unit 60 detects the pulse wave. The blood pressure waveform may be calculated using a corresponding transfer function selected from the plurality of transfer functions. As a result, the blood pressure waveform is calculated using a transfer function corresponding to the age or physiological age of the subject, so that the blood pressure waveform can be derived with high accuracy from the pulse wave in the peripheral artery.
[0124]
4.3 In the first and second embodiments, the case where the pulse wave detection unit detects the pulse wave is the base of the finger. However, the part where the pulse wave detection unit 60 detects the pulse wave may be any part as long as a capillary network in which a large number of capillaries are distributed in the vicinity of the skin is present.
[0125]
4.4 In each of the embodiments described above, the blood pressure waveform calculated by the blood pressure waveform calculation unit 24, the blood pressure waveform index derived by the blood pressure waveform index deriving unit 30, or the anaerobic property derived by the anaerobic work threshold deriving unit 38. An example has been shown in which information such as a work threshold is notified by using the display unit 54 configured to include a display device such as a liquid crystal display device, and the display unit 54 displays the information as characters, graphs, and the like. However, instead of the display unit 54 or together with the display unit 54, a printer or a device that includes a voice synthesizer, a speaker, etc. is used. You may make it announce.
[0126]
4.5 In the third embodiment, an example in which the anaerobic work threshold value detection device 100 has a necklace-type appearance configuration is shown. However, the external configuration of the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the third embodiment can be modified as follows, for example.
[0127]
4.5.1 FIG. 19 is an external view illustrating a modified example in which the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the third embodiment has a spectacle-type external configuration.
[0128]
As shown in the figure, the apparatus main body is divided into a case 120a and a case 120b, which are separately attached to the vine 181 of the glasses, and are electrically connected to each other via lead wires embedded in the vine 181. . A liquid crystal panel 183 is attached to the side surface of the case 120a on the lens 182 side, and a mirror 184 is fixed to one end of the side surface at a predetermined angle. The case 120 a incorporates a driving circuit for the liquid crystal panel 183 including a light source (not shown) and a circuit for creating display data, and these constitute the display unit 54. The light emitted from this light source is reflected by the mirror 184 via the liquid crystal panel 183 and projected onto the lens 182. Moreover, the main part of the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 is incorporated in the case 120b, and the above-described button switch 14 is provided on the upper surface thereof.
[0129]
On the other hand, the pressure sensor 104 is electrically connected to the case 120b via the cable 112, and is attached to the carotid artery as in the case of the necklace type. In addition, you may make it lead the lead wire which connects case 120a and case 120b along the vine 181. FIG. In this example, the apparatus main body is divided into the case 120a and the case 120b. However, the apparatus main body may be formed as an integrated case. Further, the mirror 184 may be movable so that the angle with the liquid crystal panel 183 can be adjusted.
[0130]
4.5.2 FIG. 20 is an external view showing a modified example in which the anaerobic work threshold value detection apparatus 100 according to the third embodiment has a card-type external configuration.
[0131]
The card-type device main body 190 is accommodated, for example, in the subject's left chest pocket. The pressure sensor 104 is electrically connected to the apparatus main body 190 via the cable 112, and is attached to the subject's carotid artery as in the case of the necklace type or the eyeglass type.
[0132]
4.6 In the first and second embodiments, it is calculated in advance using the blood pressure waveform measured in advance in the central part, that is, the origin of the aorta, and the pulse waveform detected in advance by the pulse wave detector 60. An example is shown in which the transfer function is stored in the transfer function storage unit 26 and the blood pressure waveform calculation unit 24 calculates the blood pressure waveform in the center using the transfer function and the newly detected pulse waveform. However, the transfer function storage unit 26 stores a transfer function calculated in advance using a blood pressure waveform measured in advance in a peripheral artery, for example, a radial artery, and a pulse waveform detected in advance by the pulse wave detection unit 60. The blood pressure waveform calculation unit 24 may calculate the blood pressure waveform in the periphery, for example, the radial artery, using the transfer function and the newly detected pulse waveform.
[0133]
In this case, since the blood pressure waveform is a blood pressure waveform in the peripheral artery, it is somewhat different from the arterial waveform in the center. FIG. 21 is a graph showing a typical blood pressure waveform in a peripheral artery such as the radial artery. As shown in this figure, the blood pressure waveform in the artery usually has the highest peak ejection wave, the next highest peak tidal wave, and the third peak notch. Has a wave (dicrotic wave). The minimum or inflection point between the tidal wave and the notch is called a dicrotic notch. The peak of the ejection wave is the systolic blood pressure (maximum blood pressure) BP, which is the highest blood pressure in the blood pressure waveform._sysIt corresponds to. Diastolic blood pressure (minimum blood pressure) BP_diaCorresponds to the lowest blood pressure in the blood pressure waveform. And systolic blood pressure BP_sysAnd diastolic blood pressure BP_diaIs called a pulse pressure ΔBP. Furthermore, mean blood pressure BP_meanIs obtained by integrating the blood pressure waveform to obtain a time average.
[0134]
The blood pressure waveform index deriving unit 30, for example, from such a peripheral blood pressure waveform, the diastolic blood pressure, the average blood pressure, the differential pressure between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, the blood pressure at the systolic blood pressure and the peak of the tidal wave Or the pulse pressure, which is the differential pressure between systolic blood pressure and diastolic blood pressure, is derived as an index.
[0135]
4.7 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention or within the equivalent scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are external views of a portion excluding an exercise intensity detection unit in an anaerobic work threshold value detection apparatus according to a first embodiment;
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the anaerobic work threshold value detection apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a pulse wave detection unit.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a transfer function stored in a transfer function storage unit as a graph of coefficients and phases for each harmonic.
FIG. 5 shows a typical central blood pressure waveform.
FIG. 6 is a graph showing a typical example of the result of measuring blood pressure while increasing the amount of exercise.
FIG. 7 is a flowchart showing a specific example of derivation of the anaerobic work threshold value in the anaerobic work threshold value derivation unit.
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of an anaerobic work threshold value detection apparatus according to a second embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram showing how blood pressure is measured using a blood pressure measurement unit.
FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of a blood pressure measurement unit.
FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration in a modified example of the anaerobic work threshold value detection apparatus according to the second embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing a functional configuration in another modification of the anaerobic work threshold value detection apparatus according to the second embodiment.
FIG. 13 is an external view of an oxygen-free work threshold detection device according to a third embodiment.
14 is a diagram showing a state in which the anaerobic work threshold value detection device shown in FIG. 13 is installed. FIG.
FIG. 15 is a block diagram showing a functional configuration of an anaerobic work threshold value detection apparatus according to a third embodiment.
FIG. 16 is a perspective view showing an external appearance of a portion excluding an exercise intensity detection unit in an anaerobic work threshold value detection apparatus using a pulse wave detection unit according to a modified example.
17 is a perspective view showing a state in which a portion of the anaerobic work threshold detection device shown in FIG. 16 is attached to the wrist.
FIGS. 18A and 18B are diagrams illustrating an example of a transfer function stored in a transfer function storage unit according to a modification, as a graph of coefficients and phases for each harmonic.
FIG. 19 is an external view of an anaerobic work threshold detection device according to a modification of the third embodiment.
FIG. 20 is an external view of an oxygen-free work threshold detection device according to another modification of the third embodiment.
FIG. 21 is a graph showing a typical blood pressure waveform in a peripheral artery.
[Explanation of symbols]
10, 10a, 70, 100 Anoxic work threshold detection device
24 Blood pressure waveform calculator
26 Transfer function storage
30 Blood pressure waveform index derivation unit
34 Memory
38 Anaerobic threshold deriving unit
46 Exercise intensity detector
47 Acceleration sensor
48 Exercise intensity calculator
60, 60a Pulse wave detector
72 Conversion unit
76 Blood pressure value storage unit
80 Blood pressure measurement unit
102 Blood pressure detection unit

Claims

An exercise intensity detecting unit for detecting exercise intensity, a blood pressure waveform index deriving unit for deriving an index of a blood pressure waveform of a subject during exercise, the exercise intensity over the given range of the exercise intensity, and the blood pressure waveform index; An anaerobic task threshold value deriving unit for deriving an anaerobic task threshold value expressed as the exercise intensity using the data stored in the memory unit . In the work threshold detection device,
The blood pressure waveform index derivation unit obtains, as the index, a differential pressure between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, or a ratio between the systolic blood pressure and the blood pressure at the notch, Sex work threshold detection device.