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JP7352242B2 - Physical fitness measurement method and device - Google Patents

Physical fitness measurement method and device Download PDF

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JP7352242B2
JP7352242B2 JP2021067770A JP2021067770A JP7352242B2 JP 7352242 B2 JP7352242 B2 JP 7352242B2 JP 2021067770 A JP2021067770 A JP 2021067770A JP 2021067770 A JP2021067770 A JP 2021067770A JP 7352242 B2 JP7352242 B2 JP 7352242B2
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heart rate
consumption
subject
age
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JP2021067770A
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静江 増木
良 池淵
晃司 内田
博 能勢
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Shinshu University NUC
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Shinshu University NUC
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、体力(最高酸素摂取量)を求める方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for determining physical fitness (maximum oxygen uptake).

特許文献1には、被験者に高負荷を掛けずに簡単に被験者の持久力を算出することが開示されている。被験者に着脱可能に装着される持久力算出装置は、被験者に作用する加速度を測定する加速度センサーと、加速度センサーにより出力された加速度の値に基づいて、被験者に作用する力積を算出するCPUと、被験者が低速から被験者の成し得る最大限の速度で歩行するように促す情報である歩行情報を出力する表示部又はスピーカとを備えている。CPUは、表示部又はスピーカにより歩行情報が出力された後に、算出した力積の最大値に基づいて該力積の最大値と相関関係を持つ被験者の持久力を算出する。 Patent Document 1 discloses that a test subject's endurance can be easily calculated without imposing a high load on the test subject. The endurance calculation device, which is detachably attached to the subject, includes an acceleration sensor that measures the acceleration that acts on the subject, and a CPU that calculates the impulse that acts on the subject based on the acceleration value output by the acceleration sensor. , a display unit or a speaker that outputs walking information that is information that prompts the subject to walk from a slow speed to the maximum speed that the subject can achieve. After the walking information is output from the display unit or the speaker, the CPU calculates the subject's endurance based on the calculated maximum impulse value, which has a correlation with the maximum impulse value.

特開2006-238970号公報JP2006-238970A

ヒト(人、人間)の体力(持久力、最高酸素摂取量)は20歳台をピークとし、30歳以降は10歳加齢するごとに5-10%ずつ低下する。この体力低下の主な原因は加齢性筋減少症による。そして、これが高血圧症、糖尿病、肥満、うつ、認知症など加齢性疾患の最も強力なリスク因子とされている。実際、体力の低下と医療費の増加は見事に相関する。したがって、体力向上のために国民が広く利用できる運動処方システムが要望されている。 The physical strength (endurance, maximum oxygen uptake) of humans peaks in their 20s, and after the age of 30, it declines by 5-10% for every 10 years of age. The main cause of this decline in physical strength is age-related muscle loss. This is considered to be the strongest risk factor for age-related diseases such as hypertension, diabetes, obesity, depression, and dementia. In fact, there is a strong correlation between decreased physical strength and increased medical costs. Therefore, there is a need for an exercise prescription system that can be widely used by the public to improve physical fitness.

これに対し、出願人は、「インターバル速歩(登録商標)」とIoTを併用した「遠隔型個別運動処方システム」を開発している。インターバル速歩(登録商標)の一例は、個人の最高酸素摂取量の70%以上の速歩と40%の緩歩を3分間ずつ交互に繰り返し、1日30分以上、週4日以上実践するトレーニング方法である。このトレーニング方法は運動継続率が非常に高く、その効果として、体力が向上し、それに比例して高血圧症、高血糖症など生活習慣病の症状、軽度認知障害患者の症状、関節痛、うつ症状が改善するという結果が得られている。その結果、医療費が抑制される。このトレーニング方法は、スマートホンなどの携帯端末用のアプリとして提供されようとしている。 In response, the applicant is developing a "remote individual exercise prescription system" that combines "interval walking (registered trademark)" and IoT. An example of interval walking (registered trademark) is a training method in which fast walking at 70% or more of the individual's maximum oxygen uptake and slow walking at 40% of the individual's maximum oxygen intake are alternately repeated for 3 minutes each, for at least 30 minutes a day, 4 days or more a week. It is. This training method has a very high rate of continuation of exercise, and as a result, physical strength improves, and proportionately, symptoms of lifestyle-related diseases such as hypertension and hyperglycemia, symptoms of patients with mild cognitive impairment, joint pain, and depression symptoms. The results show that the results are improved. As a result, medical costs are suppressed. This training method is being offered as an app for mobile devices such as smartphones.

出願人は、個人の体力を測定する方法として、すでに「3段階ステップアップ歩行法」を提唱している。従来、個人の持久性体力を測定するには、ジムなどの体力測定用の器具、例えば、自転車エルゴメーター、トレッドミルなどを備えた場所において、運動負荷を漸増させ、個人の最大運動負荷時の酸素消費量を最大(最高)酸素摂取量と定義し、持久性体力の指標としている。 The applicant has already proposed a "three-stage step-up walking method" as a method for measuring an individual's physical strength. Conventionally, to measure an individual's endurance physical fitness, exercise load is gradually increased in a gym or other place equipped with equipment for measuring physical fitness, such as a bicycle ergometer or treadmill, and the individual's maximum exercise load is measured by increasing the exercise load gradually. Oxygen consumption is defined as the maximum (highest) oxygen uptake and is used as an indicator of endurance physical fitness.

一方、最大運動負荷は心停止など測定中の事故も起こりやすいことから、準最大負荷まで負荷を上げ、その際、酸素消費量の増加に比例して心拍数が上昇するという所見と、個人の最大心拍数が年齢によってほぼ一定であるという所見とから、準最大負荷までの酸素消費量と心拍数の関係を、年齢から推定される個人の最大心拍数のラインまで外挿し、その交差する酸素消費量を最高酸素摂取量とする簡易法が用いられている。しかしながら、いずれの場合も、運動負荷量を決定するために酸素消費量(または、運動負荷量:トレッドミルなら走行速度、自転車エルゴメーターなら仕事量(ワット))を測定せねばならず、ジムなどの体育施設において、スタッフの指導の下に測定せねばならない。これには、時間と費用がかかる。 On the other hand, since maximal exercise load is likely to cause accidents during measurement such as cardiac arrest, it has been found that when the load is increased to a sub-maximal load, the heart rate increases in proportion to the increase in oxygen consumption. Based on the finding that maximum heart rate is almost constant depending on age, we extrapolate the relationship between oxygen consumption up to submaximal load and heart rate to the line of the individual's maximum heart rate estimated from age, and calculate the intersecting oxygen A simple method is used in which consumption is taken as peak oxygen uptake. However, in either case, oxygen consumption (or exercise load: running speed for a treadmill, workload (watts) for a bicycle ergometer) must be measured in order to determine the amount of exercise load. Measurements must be taken in a physical education facility under the guidance of staff. This takes time and money.

また、出願人が検証したところ、年齢から推定する最高心拍数から求められる最高酸素摂取量の精度が不十分であり、特に高年齢者では、その精度が低い。このため、トレーニング方法において目安とする体力の値として適した簡易な体力測定方法が要望されている。 In addition, the applicant has verified that the accuracy of the maximum oxygen intake amount determined from the maximum heart rate estimated from the age is insufficient, and the accuracy is particularly low for elderly people. Therefore, there is a need for a simple method for measuring physical strength that is suitable as a standard physical strength value in training methods.

出願人が提唱する3段階ステップアップ歩行時のエネルギー消費量に基づく最高酸素摂取量の測定は、携帯型のカロリー計があれば測定でき、従来、ゴールドスタンダードとされている呼気ガス分析法で、別々に測定した場合と比較すると、両者の値が一致することが報告されている。呼気ガス分析法は、安静時、運動時に呼気ガスを採取し、呼吸気量、吸気と呼気のガス組成をそれぞれ測定し、酸素消費量、炭酸ガス産生量を算出する。その値を用いて、糖質と脂質の燃焼方程式から、それぞれの燃焼量を算出し、エネルギー消費量(カロリー量)に変換する。この方法と自転車エルゴメーターとトレッドミルを用いた負荷漸増法との併用が、最高酸素摂取量決定のゴールドスタンダードとされているが、設備が整った環境が必要となる。 The measurement of maximum oxygen uptake based on energy consumption during three-step step-up walking proposed by the applicant can be measured using a portable calorimeter, and is performed using exhaled gas analysis, which has traditionally been considered the gold standard. It has been reported that when compared with those measured separately, the two values agree. In the exhaled gas analysis method, exhaled gas is collected at rest and during exercise, the respiratory volume and gas composition of inhaled and exhaled air are measured, and oxygen consumption and carbon dioxide production are calculated. Using these values, the amount of carbohydrate and fat burned is calculated from the combustion equation for each, and converted into energy consumption (calorie amount). This method, combined with a bicycle ergometer and treadmill load escalation method, is considered the gold standard for determining peak oxygen uptake, but requires a well-equipped environment.

3段階ステップアップ歩行法は、安静、ゆっくり歩行、中くらい歩行、および最速歩行を、3分間ずつ段階的に負荷を上げ、最速歩行の最後の3分間のエネルギー消費量(酸素消費量)を3軸の加速度計と高度計の出力から求める方法である。呼気ガス分析法に比べ最高酸素摂取量の測定を著しく簡便にすることができ、十分な精度で体力を測定できる。しかしながら、最大まで歩行速度を上げなければならないため、精度保証、安全性確保の面からも、スタッフの管理下で行う必要がある。 The 3-step step-up walking method increases the load in steps of 3 minutes at rest, slow walking, medium walking, and fastest walking, and increases the energy consumption (oxygen consumption) during the last 3 minutes of the fastest walking by 3 minutes. This method is calculated from the output of the axis accelerometer and altimeter. Compared to the exhaled gas analysis method, the measurement of maximum oxygen uptake is significantly easier, and physical fitness can be measured with sufficient accuracy. However, since walking speed must be increased to the maximum, it must be carried out under the supervision of staff to ensure accuracy and safety.

このように、効果的な体力向上を促す運動トレーニングには、各人の体力(最高酸素摂取量、最大酸素摂取量)を精度よく、簡易に得られることが望ましい。さらに、被験者が低速から最大限の速度で歩行するような、被験者に最大負荷をかけずに、安全に、精度よく、簡易に、持久力(体力)、すなわち、最高酸素摂取量を算出することが求められている。 In this way, for exercise training to effectively improve physical strength, it is desirable to be able to accurately and easily obtain the physical strength (maximum oxygen uptake, maximum oxygen uptake) of each person. Furthermore, it is possible to safely, accurately, and easily calculate endurance (physical strength), that is, maximum oxygen uptake, without placing a maximum load on the subject, such as when the subject walks from slow to maximum speed. is required.

本発明の一態様は、以下のステップを有する方法である。
・被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と前記第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する前記第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得すること。
・心拍数の増加量と消費増加量(エネルギー消費量または酸素消費量の増加量)との比と、被験者の年齢とを変数として含む線形結合により被験者の最高酸素摂取量を求めること。
One aspect of the invention is a method having the following steps.
- The amount of increase in heart rate of the subject in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate compared to the first state, and the amount of increase in the second state relative to the energy consumption or oxygen consumption in the first state. and an increase in consumption, which is an increase in energy consumption or oxygen consumption of the state.
- Determine the subject's maximum oxygen uptake by a linear combination that includes the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption (increase in energy consumption or oxygen consumption) and the subject's age as variables.

発明者らは、日常生活における歩行時のエネルギー消費量または酸素消費量と心拍応答を測定すれば個人の最高酸素摂取量を精度よく推定できることを見出した。すなわち、上述したように、準最大負荷までの酸素消費量と心拍数の関係を、年齢から推定される個人の最大心拍数のラインまで外挿し、その交差する酸素消費量を最高酸素摂取量とする方法は知られている。しかしながら、発明者らが検証したところ、この方法により年齢から推定する最高酸素摂取量の精度が不十分であることが分かった。一方、心拍数の増加量と、エネルギー消費量または酸素消費量の増加量との比と、被験者の年齢とを変数として含む線形結合を用いた方法により推定される体力(最高酸素摂取量)は、精度が十分に高く、かつ、心拍数が増加する程度の運動により体力が推定できる。したがって、被験者が低速から最大限の速度で歩行するような行為を経ずして、簡易に、例えば、中高度または準最大レベルの歩行さえ行えば、持久力(体力)、すなわち、最高酸素摂取量を算出することができる。 The inventors have discovered that an individual's maximum oxygen uptake can be accurately estimated by measuring energy consumption or oxygen consumption and heart rate response during walking in daily life. In other words, as mentioned above, the relationship between oxygen consumption up to sub-maximal load and heart rate is extrapolated to the line of the individual's maximum heart rate estimated from age, and the intersecting oxygen consumption is defined as the maximum oxygen uptake. There are known ways to do this. However, upon verification by the inventors, it was found that the accuracy of the maximum oxygen uptake estimated from age using this method was insufficient. On the other hand, physical fitness (maximum oxygen uptake) estimated by a method using a linear combination of the ratio of the increase in heart rate to the increase in energy consumption or oxygen consumption and the age of the subject as variables is , physical fitness can be estimated with sufficiently high accuracy and by exercising to the extent that the heart rate increases. Therefore, if the subject simply walks at a medium altitude or sub-maximal level without walking at a slow to maximum speed, endurance (physical fitness), i.e. maximum oxygen uptake, can be improved. The amount can be calculated.

この方法により体力を求めることができれば、場所と時間とを選ばずに手軽に体力が測定でき、例えば、各個人が、通勤中といった生活の一部で、無理なく、自分の体力を簡便に測定できる。このため、運動に苦手意識を持っている人、運動に興味のない人に対しても、体力の増加に寄与するトレーニングを普及できる。さらに、この体力測定方法において、例えば、歩行速度を変化させることによるエネルギー消費量の変化は、携帯型カロリー計を用いて測定が可能である。携帯型カロリー計は3軸の半導体加速度計と気圧(高度計)を内蔵し、たとえ、高速で傾斜地を歩行しても、エネルギー消費量(酸素消費量)が正確に測定できる装置である。加速度計と気圧計との機能は、直接またはGPS機能により、最近のスマートホンなどの携帯端末は通常備えている機能であり、携帯型カロリー計として機能をスマートホンに実装することは容易である。さらに、運動負荷による心拍数の変化、例えば、歩行速度変化に伴う心拍数の変化については最近のウェアラブル端末、例えば、スマートウォッチ、スマートグラスなどは心拍数を測定する機能(心拍計としての機能)を備えており、携帯端末との組み合わせにより、被験者のエネルギー消費量の変化と心拍数の変化とを容易に測定できる。ウェアラブル端末が脈拍数の測定に加えてGPS機能、通信機能などの携帯端末としての機能を備えているものもあり、心拍計とカロリー計として機能を実装することが可能である。 If physical fitness can be determined using this method, physical fitness can be easily measured regardless of location and time. For example, each individual can easily measure his or her physical fitness during a part of daily life such as commuting. can. Therefore, training that contributes to increasing physical strength can be disseminated even to people who are not good at exercise or who are not interested in exercise. Furthermore, in this physical fitness measurement method, for example, changes in energy consumption due to changes in walking speed can be measured using a portable calorie meter. The portable calorimeter has a built-in 3-axis semiconductor accelerometer and barometric pressure (altimeter), and is a device that can accurately measure energy consumption (oxygen consumption) even when walking at high speed on slopes. The functions of an accelerometer and a barometer are functions that modern mobile terminals such as smartphones usually have, either directly or through the GPS function, and it is easy to implement the functions as a portable calorie meter in a smartphone. . Furthermore, regarding changes in heart rate due to exercise load, for example changes in heart rate due to changes in walking speed, recent wearable devices such as smart watches and smart glasses have a function to measure heart rate (function as a heart rate monitor). When combined with a mobile terminal, changes in the subject's energy consumption and heart rate can be easily measured. In addition to measuring pulse rate, some wearable terminals have functions as mobile terminals such as GPS function and communication function, and it is possible to implement functions as a heart rate meter and a calorie meter.

したがって、この方法により、被験者は、わざわざ体力測定をしなくても、日常生活の歩行で自分の体力が容易にわかる測定器を提供でき、本来、運動が必要な人に対して体力向上・加齢性疾患予防のための運動処方(インターバル速歩(登録商標))の普及を図り、健康長寿社会の実現に寄与することができる。 Therefore, with this method, subjects can be provided with a measuring device that allows them to easily measure their own physical strength while walking in daily life without having to go through the trouble of measuring their physical strength, and it is possible to provide a measuring device that allows subjects to easily measure their own physical strength while walking in daily life. By promoting the spread of exercise prescription (interval walking (registered trademark)) to prevent age-related diseases, we can contribute to the realization of a healthy and long-lived society.

この方法において、最高酸素摂取量を求めることは、以下の式(1)により最高酸素摂取量VO2peakを求めることを含んでもよい。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0・・・(1)
ただし、ΔVは心拍数の増加量と消費増加量(消費エネルギー量または酸素消費量の増加量)との比、Ageは被験者の年齢、c1、c2およびc0は係数である。
In this method, determining the maximum oxygen uptake may include determining the maximum oxygen uptake VO2peak using the following equation (1).
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0...(1)
However, ΔV is the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption (increase in energy consumption or oxygen consumption), Age is the age of the subject, and c1, c2, and c0 are coefficients.

最高酸素摂取量を求めることは、安静時の心拍数を変数としてさらに含む線形結合により被験者の最高酸素摂取量を求めることを含んでもよい。測定対象の運動開始時の心拍数はそれ以前の状態が反映され得る。例えば、安静状態から運動が開始されたときと、ある程度の強度の運動を行った後に、測定対象の運動を行った場合とで、第1の状態の心拍数が変動してもよく、心拍数の増加量と消費増加量との比から推定される安静時の心拍数を考慮することにより、推定される体力の精度をさらに向上できる。したがって、以下の式(2)により前記最高酸素摂取量VO2peakを求めてもよい。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0・・・(2)
ただし、ΔVは心拍数の増加量と消費増加量との比と、Ageは被験者の年齢、HR0は安静時の心拍数、c1、c2、c3およびc0は係数である。係数c2およびc3は負であってもよい。
Determining the maximum oxygen uptake may include determining the subject's maximum oxygen uptake using a linear combination that further includes resting heart rate as a variable. The heart rate of the measurement target at the start of exercise may reflect the state before that. For example, the heart rate in the first state may fluctuate depending on when exercise is started from a resting state and when the exercise to be measured is performed after exercising at a certain level of intensity. By considering the resting heart rate estimated from the ratio of the increase in consumption to the increase in consumption, the accuracy of the estimated physical fitness can be further improved. Therefore, the maximum oxygen intake amount VO2peak may be calculated using the following equation (2).
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0...(2)
However, ΔV is the ratio between the amount of increase in heart rate and the amount of increase in consumption, Age is the age of the subject, HR0 is the resting heart rate, and c1, c2, c3, and c0 are coefficients. Coefficients c2 and c3 may be negative.

心拍数の増加量と消費増加量との比ΔVは、エネルギー消費量の増加量ΔEEまたは酸素消費量の増加量ΔVO2に対する心拍数の増加量ΔHRとして以下の式(3)であってもよく、この場合、係数c1は負であってもよい。
ΔV=ΔHR/ΔEE(またはΔVO2)・・・(3)
The ratio ΔV between the amount of increase in heart rate and the amount of increase in consumption may be expressed by the following formula (3) as the amount of increase in heart rate ΔHR relative to the amount of increase in energy consumption ΔEE or the amount of increase in oxygen consumption ΔVO2, In this case, the coefficient c1 may be negative.
ΔV=ΔHR/ΔEE (or ΔVO2)...(3)

典型的には、第1の状態は安静または低強度の歩行であり、第2の状態は中強度の歩行である。運動の種類は歩行に限らず、サイクリングなどであってもよい。上述したように、エネルギー消費の情報と心拍数の情報とは、被験者のウェアラブル端末により取得してもよく、被験者が保持する携帯端末により取得してもよい。 Typically, the first state is rest or low-intensity walking and the second state is moderate-intensity walking. The type of exercise is not limited to walking, but may also be cycling. As described above, the energy consumption information and the heart rate information may be acquired by a wearable terminal of the subject or by a mobile terminal held by the subject.

さらに、この方法は、求められた最高酸素摂取量に基づいて被験者の体力増進および/または各種疾病の治療用に設定された運動処方を提供することを含んでもよい。また、この方法は、求められた最高酸素摂取量に基づいて被験者の加齢性疾患症リスクを予測することをさらに含んでもよい。 Additionally, the method may include providing an exercise prescription designed to improve the subject's physical fitness and/or treat various diseases based on the determined maximum oxygen uptake. Moreover, this method may further include predicting the subject's age-related disease risk based on the determined maximum oxygen uptake.

本発明の他の態様の1つは、被験者の最高酸素摂取量を求める体力測定装置を有するシステムである。体力測定装置は、被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得するデータ取得装置と、心拍数の増加量と消費増加量との比と、被験者の年齢とを変数として含む線形結合により被験者の最高酸素摂取量を求める算出装置とを有する。このシステムは、携帯端末に実装してもよく、ウェアラブル端末に実装してもよく、これらの端末とインターネットなどを介して通信可能なクラウド上のシステム、例えば、サーバーに実装してもよい。 Another aspect of the present invention is a system that includes a physical fitness measuring device that determines the maximum oxygen intake of a subject. The physical fitness measuring device measures the amount of increase in heart rate in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate relative to the first state, and the amount of increase in energy consumption or oxygen consumption in the first state. a data acquisition device that acquires the amount of energy consumption or the amount of increase in consumption that is the amount of increase in oxygen consumption in state 2, the ratio of the amount of increase in heart rate to the amount of increase in consumption, and the age of the subject as variables. and a calculation device that determines the subject's maximum oxygen intake through linear combination. This system may be implemented on a mobile terminal, a wearable terminal, or a system on a cloud, such as a server, that can communicate with these terminals via the Internet.

算出装置は、上記式(1)により最高酸素摂取量VO2peakを求めるユニットを含んでもよい。算出装置は、安静時の状態の心拍数を変数としてさらに含む線形結合により被験者の最高酸素摂取量を求めるユニットを含んでもよく、このユニットは、上記式(2)により最高酸素摂取量VO2peakを求めてもよい。 The calculation device may include a unit that calculates the maximum oxygen intake amount VO2peak using the above equation (1). The calculation device may include a unit that calculates the maximum oxygen uptake of the subject by a linear combination that further includes the resting heart rate as a variable, and this unit calculates the maximum oxygen uptake VO2peak by the above formula (2). It's okay.

このシステムのデータ取得装置は、被験者のウェアラブル端末および/または携帯端末から心拍数の増加量およびエネルギー消費または酸素消費の増加量を取得する取得装置を含んでもよい。このシステムは、求められた最高酸素摂取量に基づいて被験者の体力増進および/または治療用に設定された運動処方を提供するコンテンツ提供装置をさらに有してもよい。このシステムは、求められた最高酸素摂取量に基づいて予測された被験者の加齢性疾患症リスクを提供するリスク予測装置をさらに有してもよい。 The data acquisition device of this system may include an acquisition device that acquires an increase in heart rate and an increase in energy consumption or oxygen consumption from a subject's wearable terminal and/or mobile terminal. The system may further include a content providing device that provides an exercise prescription set for improving and/or treating the subject's physical fitness based on the determined maximum oxygen uptake. The system may further include a risk prediction device that provides a predicted age-related disease risk of the subject based on the determined maximum oxygen uptake.

本発明の他の態様の1つは、コンピュータを、上記に記載のシステムとして機能させるための命令を有するプログラム(プログラム製品)である。プログラムまたはプログラム製品を適当な記録媒体に記録して提供してもよい。 Another aspect of the present invention is a program (program product) having instructions for causing a computer to function as the system described above. The program or program product may be recorded on a suitable recording medium and provided.

モニタリングシステムの概要を示すブロック図。A block diagram showing an overview of a monitoring system. 3段階ステップアップ歩行により最高酸素摂取量VO2peakを求める方法を示す図。The figure which shows the method of calculating|requiring the maximum oxygen intake amount VO2peak by three step step-up walking. 3段階ステップアップ歩行により求められた最高酸素摂取量VO2peakの推定値と、自転車エルゴメーター負荷漸増法と呼気ガス分析器で求めた最高酸素摂取量VO2peakとの相関を示す図。The figure which shows the correlation between the estimated value of the maximum oxygen uptake VO2peak calculated|required by 3 step step-up walking, and the maximum oxygen uptake VO2peak calculated|required by the bicycle ergometer load gradual increase method and the exhalation gas analyzer. 心拍数とエネルギー消費量または酸素消費量との関係を説明する図。A diagram illustrating the relationship between heart rate and energy consumption or oxygen consumption. 若年者および高齢者で得られた心拍数とエネルギー消費量との関係を示す図。A diagram showing the relationship between heart rate and energy consumption obtained in young and elderly people. 心拍数とエネルギー消費量または酸素消費量と年齢との関係を説明する図。A diagram illustrating the relationship between heart rate, energy consumption or oxygen consumption, and age. 若年者および高齢者の、心拍数の増加量とエネルギー消費量または酸素消費量の増加量との比ΔHR/ΔEEまたはΔHR/ΔVO2と、年齢Ageとについて得られた回帰式により得られた推定VO2peak(X軸、eVO2peak)を実測VO2peak(Y軸、mVO2peak)に対し示す図。Estimated VO2peak obtained from the regression equation obtained for the ratio ΔHR/ΔEE or ΔHR/ΔVO2 of the increase in heart rate to the increase in energy consumption or oxygen consumption and age in young and elderly people A diagram showing (X axis, eVO2peak) versus actually measured VO2peak (Y axis, mVO2peak). インターバル速歩トレーニングにおける心拍数の変化とエネルギー消費量の変化とを示す図。FIG. 3 is a diagram showing changes in heart rate and changes in energy consumption during interval walking training. 心拍数とエネルギー消費量または酸素消費量と年齢と安静時心拍数との関係を説明する図。A diagram illustrating the relationship between heart rate, energy consumption or oxygen consumption, age, and resting heart rate. 若年者および高齢者の、心拍数の増加量とエネルギー消費量の増加量との比ΔHR/ΔEEと、年齢Ageとについて得られた回帰式により得られた推定VO2peak(X軸、eVO2peak)を実測VO2peak(Y軸、mVO2peak)に対し示す図。Actual measurement of the estimated VO2peak (X axis, eVO2peak) obtained from the regression equation obtained for the ratio ΔHR/ΔEE of the increase in heart rate and the increase in energy consumption and age for young and elderly people. The figure shown for VO2peak (Y axis, mVO2peak). 若年者および高齢者の、心拍数の増加量とエネルギー消費量の増加量との比ΔHR/ΔEEと、年齢Ageと、安静時心拍数HR0とについて得られた回帰式により得られた推定VO2peak(X軸、eVO2peak)を実測VO2peak(Y軸、mVO2peak)に対し示す図。The estimated VO2peak (obtained from the regression equation obtained for the ratio ΔHR/ΔEE of the increase in heart rate and the increase in energy consumption, age Age, and resting heart rate HR0 for young and elderly people) The figure which shows X axis, eVO2peak) with respect to the measured VO2peak (Y axis, mVO2peak). アプリケーションにより最高酸素摂取量VO2peakを取得するプロセスを示すフローチャート。5 is a flowchart showing a process for obtaining maximum oxygen uptake VO2peak by an application.

図1に、人の活動をモニタリングするシステムの一例の概要を示している。このシステム(モニタリングシステム)1は、ユーザー(被測定者、被験者、受験者)2に装着される携帯型またはウェアラブルの端末(ユーザー端末)10と、クラウド9、例えばインターネットなどのコンピュータネットワークを介して端末10と接続されたサーバーシステム50とを含む。端末10は、皮膚に装着して心拍数を測定できる腕時計型のスマートウォッチ10aや、眼球の血管をモニターして心拍数を測定できる眼鏡型のスマートグラス10cなどであってもよく、これらとスマートホン10bとの組み合わせであってもよい。活動量をモニタリングするシステム1は、端末(端末セット)10のみで提供されてもよく、クラウド9を介してサーバーシステム50でデータを蓄積し、後日、さらに詳しく、またはアップデートされた方法により解析されるシステムとして提供されてもよい。端末10は、ユーザー2の身体に装着したり、身体の一部の動き、特に血管の動きをモニターできる機能を含む携帯端末であればよく、腕時計型や、眼鏡型に限られない。 FIG. 1 shows an overview of an example of a system for monitoring human activities. This system (monitoring system) 1 connects a portable or wearable terminal (user terminal) 10 worn by a user (subject, test subject, examinee) 2 to a cloud 9, for example, via a computer network such as the Internet. It includes a terminal 10 and a connected server system 50. The terminal 10 may be a wristwatch-type smart watch 10a that can be worn on the skin to measure the heart rate, or an eyeglass-type smart glass 10c that can measure the heart rate by monitoring blood vessels in the eyeballs. It may also be combined with the phone 10b. The system 1 for monitoring the amount of activity may be provided only by the terminal (terminal set) 10, and data is accumulated in the server system 50 via the cloud 9 and analyzed in more detail or using an updated method at a later date. It may also be provided as a system. The terminal 10 may be any mobile terminal that can be worn on the body of the user 2 or has a function of monitoring the movement of a part of the body, particularly the movement of blood vessels, and is not limited to a wristwatch or glasses type.

端末10は、センサー群11と、センサー群11から得られたデータを処理する機能を含むプロセッサ12と、入出力を行うユーザーインターフェイス13と、携帯電話網などを介してクラウド9に接続可能な通信ユニット14と、メモリー15とを含む。センサー群11は、3軸加速度センサー11a、高度計11b、脈拍計(心拍計)11c、体温計11dなどを含む。高度を測定するセンサー(第1のセンサー)11bの一例は、気圧計である。 The terminal 10 includes a sensor group 11, a processor 12 that includes a function to process data obtained from the sensor group 11, a user interface 13 that performs input/output, and a communication device that can be connected to the cloud 9 via a mobile phone network or the like. It includes a unit 14 and a memory 15. The sensor group 11 includes a three-axis acceleration sensor 11a, an altimeter 11b, a pulse meter (heart rate meter) 11c, a thermometer 11d, and the like. An example of the sensor (first sensor) 11b that measures altitude is a barometer.

プロセッサ12では、メモリー15にダウンロードされたソフトウェア(以下で説明する処理を実行する命令を含むプログラム)15aを展開することにより様々な機能が提供される。プロセッサ12により提供される機能の1つは、ユーザーアプリケーション(トレーニングアプリケーション)29であり、ユーザー2の活動状況をモニタリングする機能(モニタリングユニット)20と、モニタリングされたデータを用いて体力を測定する機能(体力測定装置、最高酸素摂取量算出ユニット、算出装置)21とを含む。 The processor 12 provides various functions by deploying software (a program including instructions for executing the processing described below) 15a downloaded to the memory 15. One of the functions provided by the processor 12 is a user application (training application) 29, which includes a function (monitoring unit) 20 for monitoring the activity status of the user 2 and a function for measuring physical fitness using the monitored data. (Physical fitness measurement device, maximum oxygen intake calculation unit, calculation device) 21.

モニタリングユニット(モニター)20は、センサー群11から所定の測定データ16を取得して、測定データ16をメモリー15に一時的に格納する測定ユニット(データ取得装置、取得装置、センサーインターフェイス)25と、ユーザー2の活動の種別を判断して、活動形態に基づいて所定の推定式によりエネルギー消費量EEまたは酸素消費量VO2を推定する消費量推定ユニット(消費量モニター)27と、推定値および推定に用いられたセンサーの測定値を含めた測定データ16を、通信ユニット14を介してサーバーシステム50に提供するユニット28と、求められたエネルギー消費量または酸素消費量などを、ユーザーインターフェイス13を介してユーザー2に提供する出力ユニット26とを含む。 The monitoring unit (monitor) 20 includes a measurement unit (data acquisition device, acquisition device, sensor interface) 25 that acquires predetermined measurement data 16 from the sensor group 11 and temporarily stores the measurement data 16 in the memory 15; A consumption estimation unit (consumption monitor) 27 that determines the type of activity of the user 2 and estimates energy consumption EE or oxygen consumption VO2 using a predetermined estimation formula based on the activity type; A unit 28 that provides measurement data 16 including the measured values of the sensors used to the server system 50 via the communication unit 14 and a unit 28 that provides the determined energy consumption, oxygen consumption, etc. via the user interface 13. and an output unit 26 that is provided to the user 2.

ユーザー2の活動種別(活動形態)は例えば、加速度センサー11aの測定結果より自動的に判断してもよく、ユーザー2が選択または入力してもよく、ユーザー2の生活習慣などから自動的に判断してもよい。活動種別には、例えば、歩行中3a、サイクリング中(自転車アップライト)3b、自家用車あるいは他の交通機関で移動中、休憩中などが含まれ、各活動種別により消費量モニター(エネルギー消費量モニター、酸素消費量モニター)27または体力測定ユニット(最高酸素摂取量算出ユニット)21において、算出に影響する運動要素、例えば体位が選択されてもよい。 For example, the activity type (activity form) of the user 2 may be automatically determined based on the measurement results of the acceleration sensor 11a, may be selected or input by the user 2, or may be automatically determined based on the lifestyle habits of the user 2. You may. The activity types include, for example, walking 3a, cycling (bicycle upright) 3b, traveling by private car or other means of transportation, and resting, and depending on each activity type, energy consumption monitor (energy consumption monitor) , oxygen consumption monitor) 27 or the physical fitness measurement unit (maximum oxygen intake calculation unit) 21, an exercise element that affects the calculation, such as body position, may be selected.

消費量モニター27においては、センサーインターフェイス25により得られたセンサーのデータから酸素消費量VO2および/またはエネルギー消費量EEを推定する。推定方法については、本願の発明者らが特開2008-220517号公報および特開2019-13731号公報において開示している。すなわち、ユーザー2が徒歩で移動中の歩行中の酸素消費量eVO2Wは以下の式(4)により推定できる。
eVO2W=w11・VM+w12・Hu+w13・Hd・・・(4)
0.022≦w11≦0.070・・・(5)
0.770≦w12≦1.886・・・(6)
0.098≦w13≦1.082・・・(7)
ただし、酸素消費量eVO2の単位は、ml/kg/min、累積加速度VMの単位はG/minであり加速度センサー11aのデータから算出でき、上昇量Huの単位はm/min、下降量Hdの単位はm/minであり高度計11bから算出できる。係数w11の単位はml/kg/G、係数w12およびw13の単位はml/kg/mである。係数w11の一例は0.044であり、係数w12の一例は1.365であり、係数w13の一例は0.553である。
The consumption monitor 27 estimates the oxygen consumption VO2 and/or the energy consumption EE from the sensor data obtained by the sensor interface 25. The estimation method is disclosed by the inventors of the present application in JP2008-220517A and JP2019-13731A. That is, the walking oxygen consumption amount eVO2W while the user 2 is moving on foot can be estimated by the following equation (4).
eVO2W=w11・VM+w12・Hu+w13・Hd...(4)
0.022≦w11≦0.070...(5)
0.770≦w12≦1.886...(6)
0.098≦w13≦1.082...(7)
However, the unit of oxygen consumption eVO2 is ml/kg/min, the unit of cumulative acceleration VM is G/min, which can be calculated from the data of the acceleration sensor 11a, the unit of ascending amount Hu is m/min, and the unit of descending amount Hd is The unit is m/min and can be calculated from the altimeter 11b. The unit of coefficient w11 is ml/kg/G, and the unit of coefficients w12 and w13 is ml/kg/m. An example of the coefficient w11 is 0.044, an example of the coefficient w12 is 1.365, and an example of the coefficient w13 is 0.553.

サイクリング中の酸素消費量eVO2Cは以下の式(8)により推定できる。
eVO2C=w21・VM+w22・Hu+w23・Hd・・・(8)
0.048≦w21≦0.210・・・(9)
0.463≦w22≦2.605・・・(10)
0.020≦w23≦0.602・・・(11)
係数w21の単位はml/kg/G、係数w22およびw23の単位はml/kg/mである。係数w21の一例は0.129、係数w22の一例は1.534、係数w23の一例は0.311である。
The oxygen consumption amount eVO2C during cycling can be estimated using the following equation (8).
eVO2C=w21・VM+w22・Hu+w23・Hd...(8)
0.048≦w21≦0.210...(9)
0.463≦w22≦2.605...(10)
0.020≦w23≦0.602...(11)
The unit of coefficient w21 is ml/kg/G, and the unit of coefficients w22 and w23 is ml/kg/m. An example of the coefficient w21 is 0.129, an example of the coefficient w22 is 1.534, and an example of the coefficient w23 is 0.311.

これらの酸素消費量eVO2WおよびeVO2Cと、被測定者の体重Wとを含む以下の式(12)により単位時間当たりのエネルギー消費量EEを求めることができる。
EE=k1・W・(eVO2W+eVO2C)・・・(12)
ただし、エネルギー消費量CALの単位はkcal/min、体重Wの単位はkg、カロリー変換係数k1の単位はkcal/mlである。カロリー変換係数k1の一例は、4.825である。
The energy consumption amount EE per unit time can be determined by the following equation (12) including these oxygen consumption amounts eVO2W and eVO2C and the subject's weight W.
EE=k1・W・(eVO2W+eVO2C)...(12)
However, the unit of energy consumption CAL is kcal/min, the unit of body weight W is kg, and the unit of calorie conversion coefficient k1 is kcal/ml. An example of the calorie conversion coefficient k1 is 4.825.

体力測定ユニット(体力測定装置)21は、測定データ16の中から、最高酸素摂取量算出に要するモニターデータ17、本例では心拍数HRおよびエネルギー消費量EEを取得する(抽出する)機能(データ取得ユニット、データ取得装置)22と、心拍数HRとエネルギー消費量EEとに基づきユーザー2の最高酸素摂取量(最大酸素摂取量、最大酸素消費量、VO2peak)19を算出する機能(VO2peak算出ユニット、算出装置)23とを含む。具体的には、データ取得ユニット22は、被験者(ユーザー)2の、第1の状態に対し心拍数HRの増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数HRの増加量ΔHRと、第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得する。以下では、エネルギー消費量EEの増加量ΔEEを例に説明するが、酸素消費量の増加量に基づき算出してもよい。算出ユニット23は、心拍数の増加量ΔHRと消費増加量ΔEEとの比ΔVと、被験者の年齢Ageとを変数として含む線形結合の式(1)または(2)により被験者2の最高酸素摂取量VO2peakを求める。メモリー15には、最高酸素摂取量算出、エネルギー消費量の算出などに要するユーザーの属性情報150が記録されており、それぞれの算出処理において参照される。属性情報150の一例は、年齢、体重であり、本例においては、最高酸素摂取量算出において年齢Ageが参照され、エネルギー消費量の算出において体重Wが参照される。 The physical fitness measurement unit (physical fitness measurement device) 21 has a function (data acquisition unit, data acquisition device) 22, and a function (VO2peak calculation unit) that calculates the maximum oxygen intake (maximum oxygen intake, maximum oxygen consumption, VO2peak) 19 of the user 2 based on the heart rate HR and energy consumption EE. , calculation device) 23. Specifically, the data acquisition unit 22 calculates the amount of increase ΔHR in the heart rate HR of the subject (user) 2 in a second state in which the subject (user) 2 is performing an exercise with an increase in heart rate HR compared to the first state; A consumption increase amount that is an increase amount of energy consumption or oxygen consumption in the second state relative to the energy consumption or oxygen consumption in the first state is obtained. In the following, the increase amount ΔEE in the energy consumption amount EE will be explained as an example, but it may be calculated based on the increase amount in the oxygen consumption amount. The calculation unit 23 calculates the maximum oxygen intake of the subject 2 using a linear combination equation (1) or (2) that includes the ratio ΔV of the increase in heart rate ΔHR to the increase in consumption ΔEE and the subject's age Age as variables. Find VO2peak. The memory 15 records user attribute information 150 required for calculating maximum oxygen intake, energy consumption, etc., and is referenced in each calculation process. An example of the attribute information 150 is age and weight, and in this example, age Age is referenced in calculating maximum oxygen intake, and weight W is referenced in calculating energy consumption.

クラウド9を介して端末10と通信可能なサーバーシステム50は、クラウド9を介して測定データ16を受信するインターフェイス51と、測定データ16などを格納するデータベース52と、端末10から提供される情報、例えば測定データ16に基づきユーザー2の活動を解析するユニット54と、測定データ16および解析ユニット54の処理結果に基づいてユーザー2に活動方針などについてのアドバイスを行うサービスプロバイダ(アドバイザー)ユニット53とを含む。解析ユニット54は、端末10のモニタリングユニット20と、体力測定ユニット21との機能を備えていてもよい。 A server system 50 that can communicate with the terminal 10 via the cloud 9 includes an interface 51 that receives measurement data 16 via the cloud 9, a database 52 that stores the measurement data 16, etc., and information provided from the terminal 10. For example, a unit 54 that analyzes the activity of the user 2 based on the measured data 16, and a service provider (advisor) unit 53 that provides advice on the activity policy etc. to the user 2 based on the measured data 16 and the processing results of the analysis unit 54. include. The analysis unit 54 may have the functions of the monitoring unit 20 of the terminal 10 and the physical fitness measuring unit 21.

アドバイザーユニット(アドバイザー)53は、定期的にデータベースに格納された、各ユーザーの体力(最高酸素摂取量)19、エネルギー消費量の履歴52aなどを参照し、各ユーザー2が計画したスケジュールとエネルギー消費量との差をアドバイスしたり、過剰または過少なエネルギー消費に対するアラームを提供したり、生活環境・活動環境のアドバイスを提供するなどの機能を含む。アドバイザー53は、求められた最高酸素摂取量19に基づいてユーザー(被験者)2の体力増進および/または治療用に設定された運動処方を提供するコンテンツ提供装置53aを含んでいてもよい。また、アドバイザー53は、求められた最高酸素摂取量19に基づいて予測されたユーザー(被験者)2の加齢性疾患症リスクを提供するリスク予測装置53bを含んでいてもよい。 The advisor unit (advisor) 53 periodically refers to each user's physical strength (maximum oxygen intake) 19, energy consumption history 52a, etc. stored in the database, and determines the schedule and energy consumption planned by each user 2. This includes functions such as advising on energy consumption, providing alarms for excessive or insufficient energy consumption, and providing advice on living and activity environments. The advisor 53 may include a content providing device 53a that provides an exercise prescription set for improving and/or treating the physical strength of the user (subject) 2 based on the determined maximum oxygen uptake 19. Further, the advisor 53 may include a risk prediction device 53b that provides the predicted age-related disease risk of the user (subject) 2 based on the determined maximum oxygen intake amount 19.

体力は20歳代をピークとし、それ以降、10歳加齢するごとに10%ずつ低下すると言われており、この体力低下と医療費とに相関があることが知られている。したがって、もし運動処方により、10%体力が向上すれば、20%医療費が削減できる。これを目指して、これまで1日一万歩が推奨されてきた。しかしながら、この方法は、個人の体力にあった運動処方ではなく、運動強度が考慮されていない。そのため、体力が上がらない、という問題が指摘されている。 It is said that physical strength peaks in one's 20s and declines by 10% for every 10 years of age thereafter, and it is known that there is a correlation between this decline in physical strength and medical costs. Therefore, if physical fitness improves by 10% through prescription exercise, medical costs can be reduced by 20%. To this end, it has been recommended to take 10,000 steps a day. However, this method does not provide an exercise prescription that suits the physical strength of the individual, and does not take exercise intensity into account. As a result, it has been pointed out that the problem is that physical strength does not improve.

一方、体力の向上には、ジムでマシントレーニングを行うのが、国際標準である。この際、呼気ガス分析によりVO2peakを測定し、トレーニング強度を決定する。しかしながら、場所と時間の制約があり、トレーニングのための費用を考えると必ずしも誰でもできるという方法ではない。それに対して、発明者らは、インターバル速歩トレーニング(IWT(登録商標))を提唱している。 On the other hand, the international standard for improving physical strength is to perform machine training at the gym. At this time, VO2peak is measured by exhaled gas analysis and the training intensity is determined. However, this is not a method that everyone can do, given the constraints of space and time, and the cost of training. In contrast, the inventors have proposed interval trot training (IWT®).

IWTを始めとする体力増進トレーニングを実施する上での1つの課題は、最大体力(最高酸素摂取量VO2peak)を求めることである。従来、最高酸素摂取量VO2peakは、ジムで自転車エルゴメーター、トレッドミルなどの運動負荷装置を用い、負荷漸増し、個人の最大値まで追い込んだときの酸素消費量から求めることがルーチンであった。これに対し、本願の発明者らは、まず、体育館などのフィールドで3段階ステップアップ歩行を実施し、その際の運動量を携帯型カロリー計で測定した値と従来のマシンを使った値が一致することを明らかにし、わざわざジムに行かなくてもフィールドで簡便に最高酸素摂取量VO2peakが測定できることを明らかにした。 One of the challenges in implementing physical strength training such as IWT is to determine maximum physical strength (maximum oxygen uptake VO2peak). Conventionally, the maximum oxygen uptake (VO2peak) has been routinely determined from the amount of oxygen consumed when the individual uses an exercise stress device such as a bicycle ergometer or treadmill at the gym and gradually increases the load to reach the individual's maximum value. In contrast, the inventors of the present application first performed a three-step step-up walk in a field such as a gymnasium, and the amount of exercise measured at that time using a portable calorie meter matched the value measured using a conventional machine. It was revealed that maximum oxygen uptake (VO2peak) can be easily measured in the field without having to go to the gym.

図2に、3段階ステップアップ歩行により最高酸素摂取量VO2peakを求める方法を示している。この方法では、被験者に低速111、中速112、高速113で歩いてもらい、最高速で歩いている際の最後の1分の酸素摂取量115を加速度計から推定し、最高酸素摂取量VO2peakとする。具体的には、体育館など平らな床面が確保できる場所で、被験者に携帯型カロリー計を腰に装着させ、安静、ゆっくり111、中くらい112、最大の速さ113の歩行を3分間ずつ段階的に負荷し,最大の速さで歩いたときの最後の1分間のエネルギー消費量を個人の最高酸素摂取量(最大運動強度)VO2peakとし、その際の心拍数116を最高心拍数とする。 FIG. 2 shows a method for determining the maximum oxygen intake amount VO2peak by a three-step step-up walk. In this method, subjects are asked to walk at a slow speed of 111, a medium speed of 112, and a high speed of 113, and the oxygen intake during the last minute of walking at maximum speed, 115, is estimated from the accelerometer and calculated as the maximum oxygen intake, VO2peak. do. Specifically, in a place where a flat floor can be secured, such as a gymnasium, subjects wear a portable calorie meter on their waist and walk at rest, slowly at 111, at a moderate pace of 112, and at maximum speed of 113 for 3 minutes each. The amount of energy consumed during the last minute of walking at the maximum speed is defined as the individual's maximum oxygen intake (maximum exercise intensity) VO2peak, and the heart rate of 116 at that time is defined as the maximum heart rate.

図3に、本願の発明者らが測定した、3段階ステップアップ歩行により求められた最高酸素摂取量VO2peakの推定値を、自転車エルゴメーター負荷漸増法と呼気ガス分析器で求めた最高酸素摂取量VO2peakに対してプロットした結果を示している。両者が非常によく相関していることがわかる。3段階ステップアップ歩行法によれば、呼気ガス分析器が不要であり、簡単に最高酸素摂取量VO2peakを得ることができる。したがって、以降においては、3段階ステップアップ歩行により求められた最高酸素摂取量VO2peak(以降においてmVO2peakとして参照)を実測値として、心拍数の変化に基づき算出される最高酸素摂取量VO2peak(以降においてeVO2peakとして参照)の推定値と比較する。 Figure 3 shows the estimated value of the maximum oxygen uptake VO2peak determined by the three-step step-up walking method measured by the inventors of the present application, and the maximum oxygen uptake determined by the bicycle ergometer load gradual increase method and exhaled gas analyzer. The results are shown plotted against VO2peak. It can be seen that the two are very well correlated. According to the three-step step-up walking method, an exhaled gas analyzer is not required and the maximum oxygen intake amount VO2peak can be easily obtained. Therefore, from now on, the maximum oxygen uptake VO2peak (hereinafter referred to as mVO2peak) determined by the three-step step-up walking is used as the actual measurement value, and the maximum oxygen uptake VO2peak calculated based on the change in heart rate (hereinafter referred to as eVO2peak) is calculated based on the change in heart rate. (referenced as ).

3段階ステップアップ歩行により求められる最高酸素摂取量mVO2peakは十分に精度も高く、従来の方法と比較すると簡易であるが、被験者2が、体育館などに出かけて、最大体力を発揮する状態まで追い込まないといけないという条件がある。体力測定のための時間、労力および最高心拍数までの運動が要求されることを考えれば、生活の中で、無理せずに、さらに簡単に最高酸素摂取量VO2peakが得られることが望ましい。 The maximum oxygen intake (mVO2peak) determined by 3-step step-up walking is sufficiently accurate and simple compared to conventional methods, but it does not allow Subject 2 to go to a gymnasium or the like and push himself to a state where he can exert his maximum physical strength. There is a condition that it must be done. Considering that measuring physical fitness requires time, effort, and exercise up to the maximum heart rate, it is desirable to be able to easily reach the maximum oxygen intake (VO2peak) in daily life without straining.

図4(a)に、軽強度(低強度)の運動を行った状態(第1の状態)の心拍数HR1およびエネルギー消費量EE1と、中強度の運動を行った状態(第2の状態)の心拍数HR2およびエネルギー消費量EE2のそれぞれの増加量ΔHRおよびΔEEの関係を示している。軽強度の運動の一例はゆっくり歩き(自転車運動の場合は軽強度運動)であり、中強度の運動の一例は中速歩行(自転車運動の場合は中強度運動)である。この図に示すように、ΔHR/ΔEEが小さいほど高体力者であることが予想される。また、最大心拍数HRmaxは、以下の式(13)で得られると考えられている。
HRmax=220-Age・・・(13)
したがって、最大心拍数HRmaxは、個人の最高酸素摂取量に関係なくほぼ一定であるならば、図4(b)に示すように、ΔHR/ΔEEは、最高酸素摂取量と逆相関関係となることが期待できる。
Figure 4(a) shows heart rate HR1 and energy consumption EE1 in a state of light intensity (low intensity) exercise (first state) and a state of moderate intensity exercise (second state). The relationship between the respective increases ΔHR and ΔEE in heart rate HR2 and energy consumption EE2 is shown. An example of light-intensity exercise is slow walking (light-intensity exercise in the case of cycling), and an example of moderate-intensity exercise is moderate-speed walking (medium-intensity exercise in the case of cycling). As shown in this figure, it is predicted that the smaller ΔHR/ΔEE is, the higher the physical strength of the person. Further, it is believed that the maximum heart rate HRmax is obtained by the following equation (13).
HRmax=220-Age...(13)
Therefore, if the maximum heart rate HRmax is approximately constant regardless of the individual's maximum oxygen uptake, ΔHR/ΔEE will be inversely correlated with the maximum oxygen uptake, as shown in Figure 4(b). can be expected.

図5は、高齢者76名、若年者13名について、高齢者の場合は、3分間のゆっくり歩きのあと3分間の中速歩行を実施した際のΔHR/ΔEEの値と、別途、3段階ステップアップ歩行で測定した最高酸素摂取量mVO2peakとの関係を示す。若年者の場合は、軽強度、中強度で自転車運動をした時のΔHR/ΔEEの値と、別途、呼気ガス分析法で測定した最高酸素摂取量との関係を示す。両者に一応有意相関を認めるが、回帰式の95%予測限界が広くその推定精度は低い。すなわち、最大心拍数HRmaxは、個人の最高酸素摂取量に関係なくほぼ一定であるならば、年齢が近い若年者および高齢者のそれぞれにおいて逆相関関係が強く表れるはずであるが、そのような傾向はほとんど見られない。したがって、準最大負荷までの酸素消費量と心拍数の関係を、年齢から推定される個人の最大心拍数のラインまで外挿し、その交差する酸素消費量を最高酸素摂取量とする従来の簡易的な手法は精度が低く、トレーニング強度を決定したり、トレーニングメニューを作成するための体力として参照することが難しいことが見いだされた。 Figure 5 shows the values of ΔHR/ΔEE when 76 elderly people and 13 young people walked slowly for 3 minutes and then walked at a medium speed for 3 minutes, and separately, in 3 stages. The relationship with the maximum oxygen uptake mVO2peak measured during step-up walking is shown. In the case of young people, the relationship between the value of ΔHR/ΔEE when cycling at light or medium intensity and the maximum oxygen uptake measured separately using an exhaled gas analysis method is shown. Although a significant correlation is recognized between the two, the 95% prediction limit of the regression equation is wide and the estimation accuracy is low. In other words, if the maximum heart rate HRmax is approximately constant regardless of the individual's maximum oxygen uptake, a strong inverse correlation should appear in young people and elderly people who are close in age. is almost never seen. Therefore, the conventional simple method of extrapolating the relationship between oxygen consumption up to sub-maximal load and heart rate to the line of the individual's maximum heart rate estimated from age, and taking the intersecting oxygen consumption as the maximum oxygen uptake. It was found that these methods have low accuracy and are difficult to refer to as physical strength for determining training intensity or creating training menus.

図6(a)に示すように、個人の最高心拍数HRmaxは年齢Ageによって低下する。このため、ΔHR/ΔEEまたはΔHR/ΔVO2が同じであっても、年齢が上がれば最高酸素摂取量は低下するはずである。したがって、図6(b)に示すように、年齢Ageは、最高酸素摂取量と逆相関関係となることが期待できる。 As shown in FIG. 6(a), an individual's maximum heart rate HRmax decreases with age. Therefore, even if ΔHR/ΔEE or ΔHR/ΔVO2 is the same, the maximum oxygen uptake should decrease as age increases. Therefore, as shown in FIG. 6(b), age can be expected to have an inverse correlation with maximum oxygen uptake.

図7に、重回帰分析によって、年齢Ageの補正を行った結果を示している。ここでは、増加量の比ΔVとして心拍数の増加量ΔHRとエネルギー消費量の増加量ΔEEとの比ΔHR/ΔEEと、Age(年齢)を独立変数とし、3段階ステップアップ歩行(高齢者)または自転車エルゴメーターを用いた負荷漸増時の呼気ガス分析法で測定した(若年者)最高酸素摂取量(mVO2peak)を従属変数として、重回帰式を決定した。図7は、その重回帰式で求めた推定最高酸素摂取量(eVO2peak(L/min))と、参照した最高酸素摂取量mVO2peakとの関係を示す。回帰式の95%予測限界が狭く、その推定精度は改善した。回帰式は以下の式(A)で表される。最高酸素摂取量(mVO2peak(L/min))は、エネルギー消費量の増加量ΔEEの代わりに、酸素消費量の増加量ΔVO2を用いて求めてもよい。以下においても同様である。
eVO2peak=-0.071・(ΔHR/ΔEE)-0.036・Age
+4.715・・・(A)
回帰式(A)により得られた推定eVO2peakと実測mVO2peakとの相関の決定係数Rは0.7638(p<0.001)であり、図5に示した相関の決定係数Rが0.2145(p<0.001)であったの対し、大幅に精度が向上することがわかる。したがって、消費増加量比ΔVと年齢Ageとの線形結合による、式(1)により、精度よく最高酸素摂取量VO2peakが推定できることがわかる。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0・・・(1)
最高酸素摂取量(最大酸素消費量)VO2peak(以降においては、最高酸素摂取量の推定値としてeVO2peakと記載することがある)の単位はL/min、心拍数HRの単位は拍/min(bpm)、エネルギー消費量の単位はkcal/min、消費増加量比ΔVの単位はΔHR/ΔEEであればbpm/kcal、係数c1の単位はL・kcal/bpm/min、係数c2およびc0の単位はL/minである。係数c1およびc2は負であり、係数c0は正である。式(A)に示した各係数は一例であり、それぞれ、以下の式(1-1)から(1-3)を満たしてもよい。
-0.11<c1<-0.02・・・(1-1)
-0.05<c2<-0.02・・・(1-2)
4.0<c0<6.0・・・(1-3)
FIG. 7 shows the results of age correction using multiple regression analysis. Here, the ratio of the increase amount ΔV is the ratio ΔHR/ΔEE of the increase amount ΔHR in heart rate to the increase amount ΔEE in energy consumption, and Age (age) is used as an independent variable. A multiple regression equation was determined using the maximum oxygen uptake (mVO2peak) (for young people) measured by exhaled gas analysis during gradual load increases using a bicycle ergometer as the dependent variable. FIG. 7 shows the relationship between the estimated maximum oxygen uptake (eVO2peak (L/min)) obtained using the multiple regression equation and the referenced maximum oxygen uptake mVO2peak. The 95% prediction limit of the regression equation was narrow, and its estimation accuracy was improved. The regression equation is expressed by the following equation (A). The maximum oxygen uptake (mVO2peak (L/min)) may be determined using the amount of increase in oxygen consumption ΔVO2 instead of the amount of increase in energy consumption ΔEE. The same applies to the following.
eVO2peak=-0.071・(ΔHR/ΔEE)-0.036・Age
+4.715...(A)
The coefficient of determination R 2 of the correlation between the estimated eVO2peak and the measured mVO2peak obtained by regression equation (A) is 0.7638 (p<0.001), and the coefficient of determination R 2 of the correlation shown in FIG. 5 is 0.7638 (p<0.001). 2145 (p<0.001), it can be seen that the accuracy is significantly improved. Therefore, it can be seen that the maximum oxygen uptake VO2peak can be estimated with high accuracy using equation (1), which is a linear combination of the consumption increase ratio ΔV and the age Age.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0...(1)
The unit of maximum oxygen uptake (maximum oxygen consumption) VO2peak (hereinafter sometimes referred to as eVO2peak as an estimated value of maximum oxygen uptake) is L/min, and the unit of heart rate HR is beats/min (bpm). ), the unit of energy consumption is kcal/min, the unit of consumption increase ratio ΔV is bpm/kcal if ΔHR/ΔEE, the unit of coefficient c1 is L・kcal/bpm/min, the unit of coefficients c2 and c0 is L/min. Coefficients c1 and c2 are negative, and coefficient c0 is positive. Each coefficient shown in equation (A) is an example, and each of the coefficients may satisfy equations (1-1) to (1-3) below.
-0.11<c1<-0.02...(1-1)
-0.05<c2<-0.02...(1-2)
4.0<c0<6.0...(1-3)

心拍数HRの変化はウェアラブル端末10aの脈拍計11cから得ることができ、エネルギー消費量EEは携帯端末またはウェアラブル端末10aの加速度計11aおよび高度計(気圧計)11bの値から得ることできる。しがって、体力測定ユニット21において式(1)を用いて最高酸素摂取量を求めることにより、日常生活における歩行あるいはその他の限られた強度の運動により個人の体力を簡単に測定(推定)するシステムおよび方法を提供できる。 Changes in heart rate HR can be obtained from the pulse meter 11c of the wearable terminal 10a, and energy consumption EE can be obtained from the values of the accelerometer 11a and altimeter (barometer) 11b of the mobile terminal or wearable terminal 10a. Therefore, by determining the maximum oxygen intake using equation (1) in the physical fitness measurement unit 21, it is possible to easily measure (estimate) the physical fitness of an individual through walking or other limited-intensity exercise in daily life. We can provide systems and methods for

個人が主観的に“ややきつい”と感じる歩行を、連続2~3分間程度あるいはそれ以上行い、その間の単位時間当たりの酸素・エネルギー消費量を携帯端末またはウェアラブル端末10aの携帯型カロリー計としての機能で測定し、心拍数を心拍計としての機能で測定すれば、個人の持久性体力(最高酸素摂取量)が精度よく推定できる。したがって、各人が、例えば通勤中といった生活の一部で、無理なく、自分の体力を簡便に測定できる。日常生活の中の「個人がややきついと感じる中速歩行」とは、ボルグ指数を用いて表現してもよい。ボルグ指数は、最も楽な状態を0-1点、もう駄目だ、と思う最大値を9-10点としており、ややきついと感じる運動は、その6-7点ぐらいの速度での歩行運動であってもよい。 An individual walks for about 2 to 3 minutes or more in a row that the individual subjectively feels is "somewhat strenuous," and measures the amount of oxygen and energy consumed per unit time during that time using a portable calorie meter on the mobile terminal or wearable terminal 10a. If the heart rate is measured using the function as a heart rate monitor, an individual's endurance physical strength (maximum oxygen uptake) can be estimated with high accuracy. Therefore, each person can easily and easily measure their physical fitness during a part of their daily life, such as while commuting. ``Medium-speed walking that an individual feels is somewhat strenuous'' in daily life may be expressed using the Borg index. The Borg index has a score of 0-1 for the most comfortable condition, and a score of 9-10 for the maximum value when you feel like you are no longer able to do it, and the exercise that feels a little strenuous is walking at a speed of about 6-7 points. There may be.

図8はインターバル速歩中の心拍数HRとエネルギー消費量EEとの関係の一例を示す。図のEEbase、EEmaxは、それぞれ、ゆっくり歩き、中速歩きの時のエネルギー消費量、HRbase、HRmaxは、それぞれ、ゆっくり歩き、中速歩きの時の心拍数を表し、base1、max3などのように付記される数字は、それぞれ、1回目、3回目のトライアルを示す。なお、インターバル速歩は速歩を用いたトレーニング(インターバル速歩トレーニング)であり、ゆっくり歩きと中速歩行を3分間ずつ交互に繰り返す歩行トレーニングである。ゆっくり歩きは個人の最高酸素摂取量の40%程度を目標とし、中速歩行は70%以上を目標とする。 FIG. 8 shows an example of the relationship between heart rate HR and energy consumption EE during interval walking. EEbase and EEmax in the figure represent the energy consumption when walking slowly and walking at medium speed, respectively, HRbase and HRmax represent the heart rate when walking slowly and walking at medium speed, respectively, and base1, max3, etc. The appended numbers indicate the first and third trials, respectively. Note that interval walking is training using fast walking (interval walking training), and is walking training in which slow walking and medium-speed walking are alternately repeated for 3 minutes each. The goal for slow walking is about 40% of an individual's maximum oxygen intake, and the goal for medium-speed walking is 70% or more.

図8(b)に示すように、エネルギー消費EEにおいては、速歩を繰り返した際の、ゆっくり歩きのエネルギー消費量EEbaseは1回目に比べ5回目がわずかに上昇、中速歩行のエネルギー消費量EEmaxは1回目、5回目は変わらない。一方、図8(a)に示すように、ゆっくり歩きの心拍数HRbaseおよび中速歩行の心拍数HRmaxはともに、1回目に比べ5回目で上昇している。したがって、ゆっくり歩きの時と、中くらい歩きの時のエネルギー消費量EEの差ΔEEと、心拍数HRの差ΔHRとの比ΔHR/ΔEEは、1回目に比べ5回目で低下する。すなわち、ゆっくり歩きの時の心拍数HRが上昇するほど、比ΔHR/ΔEEは低下する。このゆっくり歩きの時の心拍数HRの上昇は、エネルギー消費量EEのわずかな上昇の影響もあるが、むしろ、それまでの歩行継続によって代謝が亢進し体熱蓄積がおこり、それによって体温が上昇したためと考えられる。 As shown in Fig. 8(b), in terms of energy consumption EE, when walking repeatedly, the energy consumption EEbase of slow walking increases slightly in the 5th time compared to the 1st time, and the energy consumption EEmax of medium-speed walking increases. remains the same for the first and fifth times. On the other hand, as shown in FIG. 8(a), the heart rate HRbase during slow walking and the heart rate HRmax during medium-speed walking both increase at the fifth time compared to the first time. Therefore, the ratio ΔHR/ΔEE of the difference ΔEE in energy consumption EE between slow walking and moderate walking and the difference ΔHR in heart rate HR decreases at the fifth time compared to the first time. That is, the ratio ΔHR/ΔEE decreases as the heart rate HR increases when walking slowly. This increase in heart rate HR during slow walking is due in part to a slight increase in energy expenditure EE, but rather, continued walking accelerates metabolism and accumulates body heat, which causes an increase in body temperature. This is thought to be because of this.

図9(a)は、安静時心拍数HR0と比ΔHR/ΔEEの関係を示している。安静時心拍数HR0はゆっくり歩きと中速歩行時のエネルギー消費量EEと心拍数HRの直線回帰式のY切片(X=0まで外挿)で決定する。その理由は、ゆっくり歩き時にはエネルギー消費量EEはゼロではなく、それによって心拍数HRは影響を受けるが、エネルギー消費量EEがゼロの時は、体が動いていない状態でその影響を無視できるからである。すなわち、この時の心拍数HR0は安静時代謝(体温)のみを反映している。したがって、図9(b)に示すように、安静時心拍数HR0は、比ΔHR/ΔEEと逆相関関係となることが期待できる。 FIG. 9(a) shows the relationship between the resting heart rate HR0 and the ratio ΔHR/ΔEE. The resting heart rate HR0 is determined by the Y-intercept (extrapolated up to X=0) of a linear regression equation of the energy consumption EE and the heart rate HR during slow walking and medium-speed walking. The reason is that when walking slowly, energy consumption EE is not zero, which affects heart rate HR, but when energy consumption EE is zero, the effect can be ignored because the body is not moving. It is. That is, the heart rate HR0 at this time reflects only resting metabolism (body temperature). Therefore, as shown in FIG. 9(b), the resting heart rate HR0 can be expected to have an inverse correlation with the ratio ΔHR/ΔEE.

図10に、図7に示した実測最高酸素摂取量mVO2peakと、式(A)による推定最高酸素消費量eVO2peakとの関係に、5回目のトライアルから式(A)により推定された推定最高酸素消費量eVO2peakを白抜きのマークにより示している。なお、黒のマークは1回目のトライアルを示している。1回目のトライアルに比べ5回目のトライアルのデータポイントが若干回帰式ラインの下方に分布していることがわかる。 Figure 10 shows the relationship between the measured maximum oxygen uptake mVO2peak shown in Figure 7 and the estimated maximum oxygen consumption eVO2peak from equation (A), and the estimated maximum oxygen consumption estimated from equation (A) from the fifth trial. The amount eVO2peak is indicated by a white mark. Note that the black mark indicates the first trial. It can be seen that the data points of the fifth trial are distributed slightly below the regression equation line compared to the first trial.

図11に、重回帰分析によって、安静時心拍HR0の補正を行った結果を示している。ここでは、増加量の比ΔVとして心拍数の増加量ΔHRとエネルギー消費量の増加量ΔEEとの比ΔHR/ΔEEと、Age(年齢)と安静時心拍数HR0とを独立変数とし、3段階ステップアップ歩行(高齢者)または自転車エルゴメーターを用いた負荷漸増時の呼気ガス分析法で測定した(若年者)最高酸素摂取量(mVO2peak)を従属変数として、重回帰式を決定した。回帰式は以下の式(B)で表される。
eVO2peak=-0.09681・(ΔHR/ΔEE)-0.03878・Age
-0.01587・HR0+6.170・・・(B)
回帰式(B)により得られた推定最高酸素摂取量eVO2peakと実測最高酸素摂取量mVO2peakとの相関の決定係数Rは5回目のトライアルも含めて、0.7979(p<0.001)であり、図7に示した相関の決定係数よりもさらに精度が向上することがわかる。したがって、消費増加量比ΔVと年齢Ageと安静時心拍数HR0との線形結合による、式(2)により、さらに精度よく最高酸素摂取量VO2peakが推定できることがわかる。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0・・・(2)
安静時心拍数HRの単位は拍/min(bpm)、係数c3の単位はL/bpm、係数c1、c2およびc3は負であり、係数c0は正である。式(B)に示した各係数は一例であり、それぞれ、以下の式(2-1)から(2-4)を満たしてもよい。
-0.14<c1<-0.05・・・(2-1)
-0.05<c2<-0.02・・・(2-2)
-0.03<c3<0.00・・・(2-3)
4.6<c0<7.6・・・(2-4)
FIG. 11 shows the results of correcting the resting heart rate HR0 by multiple regression analysis. Here, the ratio ΔV of the increase amount is the ratio ΔHR/ΔEE of the increase amount ΔHR of the heart rate and the increase amount ΔEE of energy consumption, Age (age), and the resting heart rate HR0 are used as independent variables, and the step is performed in three steps. A multiple regression equation was determined using maximum oxygen uptake (mVO2peak) as the dependent variable, measured by exhaled gas analysis during up-walking (elderly people) or during gradual load increases using a bicycle ergometer (young people). The regression equation is expressed by the following equation (B).
eVO2peak=-0.09681・(ΔHR/ΔEE)-0.03878・Age
-0.01587・HR0+6.170...(B)
The coefficient of determination R2 of the correlation between the estimated maximum oxygen uptake eVO2peak obtained by regression equation (B) and the measured maximum oxygen uptake mVO2peak was 0.7979 (p<0.001), including the 5th trial. It can be seen that the accuracy is further improved than the coefficient of determination of the correlation shown in FIG. Therefore, it can be seen that the maximum oxygen uptake VO2peak can be estimated with higher accuracy using equation (2), which is a linear combination of the consumption increase ratio ΔV, the age Age, and the resting heart rate HR0.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0...(2)
The unit of the resting heart rate HR is beats/min (bpm), the unit of the coefficient c3 is L/bpm, the coefficients c1, c2, and c3 are negative, and the coefficient c0 is positive. Each coefficient shown in formula (B) is an example, and each of the coefficients may satisfy the following formulas (2-1) to (2-4).
-0.14<c1<-0.05...(2-1)
-0.05<c2<-0.02...(2-2)
-0.03<c3<0.00...(2-3)
4.6<c0<7.6...(2-4)

安静時心拍数HR0を独立変数として含む式(2)を用いて最高酸素摂取量VO2peakを推定することにより、1回目のトライアルのデータのみからではなく、その後に繰り返されるゆっくり歩きの時と、中くらい歩きの時のデータから最高酸素摂取量VO2peakを推定することが可能となり、例えば、通勤途中、散歩途中に、個人が思い立った時、「ややきつい」中速歩きを2分間以上実施すれば、すなわち、第1の状態に対し心拍数HRの増加を伴う運動を行っている第2の状態を実現することにより、その以前の「軽動作(ゆっくり歩き)の履歴を問わず」、個人の持久性体力(最高酸素摂取量)を精度よく測定できる。 By estimating the maximum oxygen uptake VO2peak using equation (2) that includes the resting heart rate HR0 as an independent variable, it is possible to estimate the maximum oxygen uptake VO2peak not only from the data of the first trial but also from the data of subsequent slow walking and mid-trial. It is now possible to estimate the maximum oxygen intake (VO2peak) from the data during moderate walking.For example, if an individual decides to take a "slightly strenuous" moderate-speed walk for 2 minutes or more while commuting or taking a walk, In other words, by achieving a second state in which exercise is accompanied by an increase in heart rate HR compared to the first state, an individual's stamina can be improved regardless of the previous history of light movement (slow walking). You can measure your sexual strength (maximum oxygen uptake) with high accuracy.

端末10に実装されたトレーニングアプリケーション29は、モニタリングユニット20および体力測定ユニット21と連動してインターバル速歩トレーニングIWTの実施を被験者2にガイドするインターバル速歩トレーナ機能(インターバル速歩トレーナユニット、IWTユニット)30を含んでもよい。体力測定ユニット21は、加速度センサー11a、高度計11bおよび心拍計11cより得られたデータにより、上述したように、IWTの運動中に最高酸素摂取量を計算することができる。IWTユニット30は、普通歩行をガイドする第1のユニット31と、速歩をガイドする第2のユニット32と、IWTの履歴やIWTによるエネルギー消費量を管理するマネージメントユニット33とを含んでもよい。第1のユニット31は、数10m秒程度の適当な間隔で酸素消費量VO2を推定し、普通歩行の継続時間を管理し、所定の時間、例えば3分が経過すると、速歩への移行を促すガイドを出力する。第2のユニット32は、求められた酸素消費量VO2が体力測定ユニット21により求められた最高酸素摂取量VO2peakの70%を超えると、その速度を維持することを、音声などを用いてガイドし、その後、所定の時間、例えば3分が経過すると、最高酸素摂取量VO2peakの40%以下を目標とする普通歩行へ移行することを促すガイドを出力する。この端末10においては、体力測定ユニット21により随時、被験者(ユーザー)2の最高酸素摂取量VO2peak19を測定し、その値を更新することができる。このため、被験者2のその時の状態に合致した条件でIWTをガイドすることができ、被験者2に無理なく、また、体力の増強が見込まれる強度で、IWTを実施させることができる。 The training application 29 implemented in the terminal 10 has an interval trot trainer function (interval trot trainer unit, IWT unit) 30 that guides the subject 2 to perform the interval trot training IWT in conjunction with the monitoring unit 20 and the physical fitness measurement unit 21. May include. The physical fitness measurement unit 21 can calculate the maximum oxygen uptake during IWT exercise, as described above, using data obtained from the acceleration sensor 11a, the altimeter 11b, and the heart rate monitor 11c. The IWT unit 30 may include a first unit 31 that guides normal walking, a second unit 32 that guides fast walking, and a management unit 33 that manages IWT history and energy consumption by IWT. The first unit 31 estimates the oxygen consumption VO2 at appropriate intervals of about tens of milliseconds, manages the duration of normal walking, and prompts a transition to brisk walking after a predetermined period of time, for example, 3 minutes. Output guide. When the determined oxygen consumption amount VO2 exceeds 70% of the maximum oxygen intake amount VO2peak determined by the physical fitness measurement unit 21, the second unit 32 guides the user to maintain that speed using voice or the like. After that, when a predetermined period of time, for example 3 minutes, has elapsed, a guide is output that prompts the user to transition to normal walking with a goal of 40% or less of the maximum oxygen intake VO2peak. In this terminal 10, the maximum oxygen intake amount VO2peak 19 of the subject (user) 2 can be measured by the physical fitness measurement unit 21 at any time, and the value can be updated. Therefore, it is possible to guide the IWT under conditions that match the condition of the subject 2 at that time, and it is possible to have the subject 2 perform the IWT without straining the subject 2 and at an intensity that is expected to increase physical strength.

図12に、本例のアプリケーション29において体力測定ユニット21により体力を測定し、運動処方などを提供するプロセスをフローチャートにより示している。ステップ71において、モニタリングユニット20により第1の状態、例えば、ゆっくり歩きの心拍数HR1と、エネルギー消費量EE1または酸素消費量VO2とを取得する。ステップ72において、心拍数が上昇したと判断すると、ステップ73において、運動強度が高い第2の状態、例えば、中くらい歩き(ややきつい運動)の心拍数HR2と、エネルギー消費量EE2または酸素消費量VO2とを取得する。2-3分の適当な時間、第2の状態が継続し、平均化などによりある程度精度の高いデータが取得できると、ステップ74において体力測定ユニット21は、心拍数の増加量ΔHRと、エネルギー消費量の増加量ΔEEまたは酸素消費量の増加量ΔVO2とを取得し、ステップ75において、これらの値の比ΔHR/ΔEEまたはΔHR/ΔVO2、ユーザーの年齢Ageを独立変数として線形結合した式(1)、必要であれば安静時の心拍数HR0を独立変数に含めて線形結合した式(2)により体力(最高酸素摂取量VO2peak)を算出する。 FIG. 12 is a flowchart showing a process of measuring physical strength by the physical strength measuring unit 21 and providing an exercise prescription etc. in the application 29 of this example. In step 71, the monitoring unit 20 acquires a first state, for example, heart rate HR1 of slow walking, and energy consumption EE1 or oxygen consumption VO2. If it is determined in step 72 that the heart rate has increased, in step 73, the heart rate HR2 and energy consumption EE2 or oxygen consumption in a second state of high exercise intensity, for example, moderate walking (slightly strenuous exercise), are determined. Obtain VO2. When the second state continues for an appropriate period of 2 to 3 minutes and data with a certain degree of accuracy can be obtained through averaging etc., in step 74 the physical fitness measurement unit 21 calculates the increase in heart rate ΔHR and the energy consumption. The amount of increase ΔEE in oxygen consumption or the amount of increase in oxygen consumption ΔVO2 is obtained, and in step 75, the ratio of these values ΔHR/ΔEE or ΔHR/ΔVO2 is linearly combined with the user's age Age as an independent variable using equation (1). If necessary, the physical strength (maximum oxygen uptake VO2peak) is calculated using equation (2), which is linearly combined by including the resting heart rate HR0 as an independent variable.

ステップ76において、算出された体力に基づき、運動処方の作成または変更が求められる場合は、ステップ77において運動処方を提供する。運動処方はサーバー50から提供されてもよい。サーバー50のアドバイザー53のコンテンツ提供装置53aは、体力測定ユニット21により求められた最高酸素摂取量VO2peak19に基づいて被験者2の体力増進および/または治療用に設定された運動処方をユーザー2の端末10を介して提供してもよい。加齢による最高酸素消費量の低下は、生活習慣病をはじめとする加齢性疾患発症の最も高いリスクファクターと考えられている。運動処方として、上述したインターバル速歩メニューを提供することにより体力が最大20%向上し、生活習慣病の症状が20%改善、医療費が20%抑制されることが発明者らにより実証されている。 In step 76, if it is required to create or change an exercise prescription based on the calculated physical strength, an exercise prescription is provided in step 77. The exercise prescription may be provided by server 50. The content providing device 53a of the advisor 53 of the server 50 transmits an exercise prescription set for improving and/or treating the physical strength of the subject 2 to the terminal 10 of the user 2 based on the maximum oxygen intake VO2peak19 determined by the physical fitness measurement unit 21. may be provided via. A decrease in maximum oxygen consumption due to aging is considered to be the highest risk factor for the onset of age-related diseases including lifestyle-related diseases. The inventors have demonstrated that by providing the above-mentioned interval walking menu as an exercise prescription, physical strength can be improved by up to 20%, symptoms of lifestyle-related diseases can be improved by 20%, and medical costs can be reduced by 20%. .

治療用の運動処方が提供可能な診療科には、以下が挙げられる。これらの科の「慢性期外来診療」の治療の一手段として導入される可能性が高い。
・心不全患者の慢性期治療手段として:現在、心不全患者は、120万人とされ、今後20年間に130万にまで増加するといわれている。慢性期の心不全患者の治療として、最も有効なのは「ややきつい」と感じる中強度の運動処方であるが、実際の運動トレーニングは、病院付属のリハビリテーション科などの体育施設で行われている。しかしながら、増加する心不全患者には対応しきれていないのが現状である。そこで、心電図(心拍数)モニター装置(機能)を備えた端末10に実装されたトレーニングアプリケーション29により「ややきつい」と感じる中強度の運動処方に基づく運動療法、典型的にはインターバル速歩トレーニングを提供できる。
・糖尿病患者の慢性期治療手段として:現在、糖尿病患者は、予備軍も入れれば1000万人とされ、今後さらに増加するといわれている。糖尿病の治療として、最も有効なのは「ややきつい」と感じる中強度の運動処方であるが、医療機関においてそのための系統だった医療サービスは行われていない。この疾患の治療用としても、上記と同様に、端末10に実装されたトレーニングアプリケーション29による運動処方が適用できる。
Medical departments that can provide therapeutic exercise prescriptions include: There is a high possibility that it will be introduced as a treatment method for ``chronic phase outpatient treatment'' in these departments.
- As a means of chronic treatment for heart failure patients: Currently, there are 1.2 million heart failure patients, and it is said that this number will increase to 1.3 million over the next 20 years. The most effective treatment for patients with heart failure in the chronic stage is to prescribe moderate-intensity exercise, which can be perceived as ``slightly strenuous,'' but actual exercise training is performed at physical education facilities such as rehabilitation departments attached to hospitals. However, the current situation is that it is not able to cope with the increasing number of patients with heart failure. Therefore, the training application 29 implemented on the terminal 10 equipped with an electrocardiogram (heart rate) monitoring device (function) provides an exercise therapy based on a medium-intensity exercise prescription that feels "somewhat hard", typically interval walking training. can.
- As a means of chronic treatment for diabetic patients: Currently, there are 10 million diabetic patients, including pre-diabetic patients, and it is said that this number will further increase in the future. The most effective treatment for diabetes is to prescribe moderate-intensity exercise that can be felt as ``slightly strenuous,'' but medical institutions do not provide systematic medical services for this purpose. Similarly to the above, the exercise prescription by the training application 29 installed on the terminal 10 can be applied to treat this disease.

その他の疾患に対する治療手段として、活用が期待できる臨床分野としては、うつ病、軽度認知障害、変形性関節症・骨粗鬆症などの慢性整形外科疾患、腎不全症患者などを挙げることができる。 Clinical fields where it can be expected to be used as a treatment for other diseases include depression, mild cognitive impairment, chronic orthopedic diseases such as osteoarthritis and osteoporosis, and patients with renal failure.

ステップ78において疾患症リスクの提示が要求される場合は、ステップ79において疾患症リスクを予測する。疾患症リスクはサーバー50から提供されてもよい。サーバー50のアドバイザー53のリスク予測装置53bは、個人の将来の加齢性疾患の発症リスクを個人にフィードバックしてもよい。このトレーニングアプリケーション29においては、インターバル速歩の速歩に相当する「やきつい」と感じる中速歩きを連続2-3分間行うようにすれば、本発明の重回帰式(1)または(2)を用いることで、わざわざ3段階ステップアップ歩行をしなくても、個人が自分の体力を知ることができる。その結果を、医療情報解析企業の保有するデータベースと紐づけすることにより、個人の将来の加齢性疾患の発症リスクを個人にフィードバックできる。現在、医療情報解析企業が用いている一般的なリスクファクターは「年齢」であるが、本発明によって、個人の最高酸素摂取量がわかれば、既に公表されている年齢VS最高酸素摂取量の関係から「体力年齢」がわかり、これを、医療情報解析企業の保有するデータベースにおいて、年齢を体力年齢と置き換えれば、個人の将来の加齢性疾患の未来予測精度が一段に向上する。さらに、当面、医療情報解析企業のデータベースと紐づけしてインターバル速歩の効果の未来予測を個人にフィードバックするが、同トレーニングの実施者が増えるにしたがって自分たちのデータベースに基づいてフィードバックすることが可能となる。これによって、インターバル速歩効果の予測精度が著しく向上する。 If presentation of the disease risk is requested in step 78, the disease risk is predicted in step 79. The disease risk may be provided by the server 50. The risk prediction device 53b of the advisor 53 of the server 50 may feed back the individual's future risk of developing an age-related disease to the individual. In this training application 29, the multiple regression equation (1) or (2) of the present invention can be used if the user walks for 2 to 3 consecutive minutes at a medium-speed walk that feels "hard", which corresponds to a trot in interval walking. This allows individuals to know their own physical strength without having to go through the trouble of doing three-step step-up walking. By linking the results with a database held by a medical information analysis company, it is possible to provide feedback to individuals about their future risk of developing age-related diseases. Currently, the common risk factor used by medical information analysis companies is "age," but with the present invention, if an individual's maximum oxygen intake can be determined, the relationship between age and maximum oxygen intake, which has already been published, will be improved. ``Physical age'' can be determined from this, and if age is replaced with physical age in a database held by a medical information analysis company, the accuracy of predicting an individual's future age-related diseases will be further improved. Furthermore, for the time being, we will be linking this to the database of a medical information analysis company to provide feedback to individuals about future predictions of the effects of interval walking, but as the number of people implementing this training increases, it will be possible to provide feedback based on our own database. becomes. This significantly improves the accuracy of predicting the interval walking effect.

このように、トレーニングアプリケーション29を利用して、インターバル速歩をはじめとする体力向上のための運動習慣を、各種自治体、企業健保組合、生命保険会社、病院の健診センター(特定健診・特定保健指導)などと契約を結んで事業を発展させることが可能となる。 In this way, the training application 29 can be used to improve exercise habits such as interval walking to improve physical fitness, and to be used by various local governments, corporate health insurance associations, life insurance companies, and hospital health checkup centers (specific health checkups and specified health care centers). It will be possible to develop your business by signing contracts with companies such as guidance.

10 ユーザー端末、 21 体力測定ユニット
29 トレーニングアプリケーション
10 User terminal, 21 Physical fitness measurement unit 29 Training application

Claims (19)

被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と前記第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する前記第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得することと、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比と、前記被験者の年齢とを変数として含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求めることと、を有する方法。
The amount of increase in heart rate of the subject in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate compared to the first state, and the amount of energy consumption or oxygen consumption in the second state relative to the first state. and a consumption increase amount that is an increase amount of energy consumption or oxygen consumption of
A method comprising determining the maximum oxygen uptake of the subject by a linear combination including the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption and the age of the subject as variables.
請求項1において、
前記最高酸素摂取量を求めることは、以下の式により前記最高酸素摂取量VO2peakを求めることを含む、方法。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0
ただし、ΔVは前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比、Ageは前記被験者の年齢、c1、c2およびc0は係数である。
In claim 1,
The method, wherein determining the maximum oxygen uptake includes determining the maximum oxygen uptake VO2peak by the following formula.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0
However, ΔV is the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption, Age is the age of the subject, and c1, c2, and c0 are coefficients.
請求項1または2において、
前記最高酸素摂取量を求めることは、前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比から推定される安静時の心拍数を前記変数としてさらに含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求めることを含む、方法。
In claim 1 or 2,
Determining the maximum oxygen uptake involves determining the maximum oxygen uptake of the subject by a linear combination that further includes, as the variable, the resting heart rate estimated from the ratio of the increase in heart rate and the increase in consumption. A method, including asking.
請求項3において、
前記最高酸素摂取量を求めることは、以下の式により前記最高酸素摂取量VO2peakを求めることを含む、方法。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0
ただし、ΔVは心拍数の増加量と前記消費増加量との比、Ageは前記被験者の年齢、HR0は推定される安静時の心拍数、c1、c2、c3およびc0は係数である。
In claim 3,
The method, wherein determining the maximum oxygen uptake includes determining the maximum oxygen uptake VO2peak by the following formula.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0
Here, ΔV is the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption, Age is the age of the subject, HR0 is the estimated resting heart rate, and c1, c2, c3, and c0 are coefficients.
請求項4において、
前記係数c2およびc3は負である、方法。
In claim 4,
The method, wherein said coefficients c2 and c3 are negative.
請求項2、4または5において、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比ΔVは、前記エネルギー消費量の増加量ΔEEまたは前記酸素消費量の増加量ΔVO2に対する前記心拍数の増加量ΔHRであり、前記係数c1は負である、方法。
In claim 2, 4 or 5,
The ratio ΔV between the increase in heart rate and the increase in consumption is the increase in heart rate ΔHR with respect to the increase in energy consumption ΔEE or the increase in oxygen consumption ΔVO2, and the coefficient c1 is negative. is, the method.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記第1の状態は安静または低強度の歩行であり、前記第2の状態は中強度の歩行である、方法。
In any one of claims 1 to 6,
The method, wherein the first state is rest or low-intensity walking, and the second state is moderate-intensity walking.
請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記取得することは、前記被験者の携帯端末および/またはウェアラブル端末から前記心拍数の増加量および前記消費増加量を取得することを含む、方法。
In any one of claims 1 to 7,
The method, wherein the obtaining includes obtaining the heart rate increase amount and the consumption increase amount from a mobile terminal and/or a wearable terminal of the subject.
被験者の最高酸素摂取量を求める体力測定装置を有するシステムが運動処方を提供する方法であって、
前記体力測定装置は、前記被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と前記第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する前記第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得するデータ取得装置と、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比と、前記被験者の年齢とを変数として含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求める算出装置とを有し、
当該方法は、前記システムのコンテンツ提供装置が、求められた前記最高酸素摂取量に基づいて前記被験者の体力増進および/または治療用に設定された運動処方を含むコンテンツを提供することを有する方法。
A method for providing an exercise prescription by a system having a physical fitness measuring device that determines the maximum oxygen uptake of a subject, the system comprising:
The physical fitness measuring device measures the amount of increase in heart rate of the subject in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate relative to the first state, and the amount of energy consumption or oxygen consumption in the first state. a data acquisition device that acquires a consumption increase amount that is an increase amount of energy consumption or oxygen consumption in the second state with respect to the amount;
a calculation device that calculates the maximum oxygen intake of the subject by a linear combination including the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption and the age of the subject as variables;
The method includes a content providing device of the system providing content including an exercise prescription set for improving and/or treating the subject's physical strength based on the determined maximum oxygen uptake.
被験者の最高酸素摂取量を求める体力測定装置を有するシステムが前記被験者の加齢性疾患症リスクを提供する方法であって、
前記体力測定装置は、前記被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と前記第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する前記第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得するデータ取得装置と、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比と、前記被験者の年齢とを変数として含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求める算出装置とを有し、
当該方法は、前記システムのリスク予測装置が、求められた前記最高酸素摂取量に基づいて予測された前記被験者の加齢性疾患症リスクを提供することを有する方法。
A system having a physical fitness measuring device for determining maximum oxygen uptake of a subject provides a risk of age-related diseases of the subject, the system comprising:
The physical fitness measuring device measures the amount of increase in heart rate of the subject in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate relative to the first state, and the amount of energy consumption or oxygen consumption in the first state. a data acquisition device that acquires a consumption increase amount that is an increase amount of energy consumption or oxygen consumption in the second state with respect to the amount;
a calculation device that calculates the maximum oxygen intake of the subject by a linear combination including the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption and the age of the subject as variables;
The method comprises: the risk prediction device of the system providing the subject's age-related disease risk predicted based on the determined maximum oxygen uptake.
被験者の最高酸素摂取量を求める体力測定装置を有するシステムであって、
前記体力測定装置は、前記被験者の、第1の状態に対し心拍数の増加を伴う運動を行っている第2の状態の心拍数の増加量と前記第1の状態のエネルギー消費量または酸素消費量に対する前記第2の状態のエネルギー消費量または酸素消費量の増加量である消費増加量とを取得するデータ取得装置と、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比と、前記被験者の年齢とを変数として含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求める算出装置とを有する、システム。
A system having a physical fitness measuring device for determining the maximum oxygen intake of a subject,
The physical fitness measuring device measures the amount of increase in heart rate of the subject in a second state in which the subject is performing exercise accompanied by an increase in heart rate relative to the first state, and the amount of energy consumption or oxygen consumption in the first state. a data acquisition device that acquires a consumption increase amount that is an increase amount of energy consumption or oxygen consumption in the second state with respect to the amount;
A system comprising: a calculation device that calculates the maximum oxygen intake of the subject by a linear combination including the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption and the age of the subject as variables.
請求項11において、
前記算出装置は、以下の式により前記最高酸素摂取量VO2peakを求めるユニットを含む、システム。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0
ただし、ΔVは前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比、Ageは前記被験者の年齢、c1、c2およびc0は係数である。
In claim 11,
A system in which the calculation device includes a unit that calculates the maximum oxygen intake amount VO2peak using the following formula.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c0
However, ΔV is the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption, Age is the age of the subject, and c1, c2, and c0 are coefficients.
請求項11または12において、
前記算出装置は、前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比から推定される安静時の心拍数を前記変数としてさらに含む線形結合により前記被験者の最高酸素摂取量を求めるユニットを含む、システム。
In claim 11 or 12,
The calculation device includes a unit that calculates the maximum oxygen intake of the subject by a linear combination that further includes, as the variable, a resting heart rate estimated from the ratio of the increase in heart rate and the increase in consumption. system.
請求項13において、
前記算出装置は、以下の式により前記最高酸素摂取量VO2peakを求めるユニットを含む、システム。
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0
ただし、ΔVは心拍数の増加量と前記消費増加量との比、Ageは前記被験者の年齢、HR0は安静時の心拍数、c1、c2、c3およびc0は係数である。
In claim 13,
A system in which the calculation device includes a unit that calculates the maximum oxygen intake amount VO2peak using the following formula.
VO2peak=c1・ΔV+c2・Age+c3・HR0+c0
Here, ΔV is the ratio of the increase in heart rate to the increase in consumption, Age is the age of the subject, HR0 is the resting heart rate, and c1, c2, c3, and c0 are coefficients.
請求項12または14において、
前記心拍数の増加量と前記消費増加量との比ΔVは、前記エネルギー消費量の増加量ΔEEまたは前記酸素消費量の増加量ΔVO2に対する前記心拍数の増加量ΔHRであり、前記係数c1は負である、システム。
In claim 12 or 14,
The ratio ΔV between the increase in heart rate and the increase in consumption is the increase in heart rate ΔHR with respect to the increase in energy consumption ΔEE or the increase in oxygen consumption ΔVO2, and the coefficient c1 is negative. A system.
請求項11ないし15のいずれかにおいて、
前記データ取得装置は、前記被験者のウェアラブル端末および/または携帯端末から前記心拍数の増加量および前記消費増加量を取得する取得装置を含む、システム。
In any one of claims 11 to 15,
The data acquisition device includes an acquisition device that acquires the increase in heart rate and the increase in consumption from a wearable terminal and/or a mobile terminal of the subject.
請求項11ないし16のいずれかにおいて、
求められた前記最高酸素摂取量に基づいて前記被験者の体力増進および/または治療用に設定された運動処方を提供するコンテンツ提供装置をさらに有する、システム。
In any one of claims 11 to 16,
The system further comprises a content providing device that provides an exercise prescription set for improving and/or treating the subject's physical fitness based on the determined maximum oxygen uptake.
請求項11ないし17のいずれかにおいて、
求められた前記最高酸素摂取量に基づいて予測された前記被験者の加齢性疾患症リスクを提供するリスク予測装置をさらに有する、システム。
In any one of claims 11 to 17,
A system further comprising a risk prediction device that provides a predicted age-related disease risk of the subject based on the determined maximum oxygen uptake.
コンピュータを、請求項11ないし18のいずれかに記載のシステムとして機能させるための命令を有するプログラム。 A program having instructions for causing a computer to function as the system according to any one of claims 11 to 18.
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