心拍を利用した中強度運動判定の検討とその可視化の実現

(1)

130441061 小島海斗渡邊研究室

1.

はじめに

健康を保つためには常日頃の適切な運動が重要である．[1]によると，1日8000歩の歩行と20分の中強度運動を行うのがよいという研究結果が公表されている．これは長年のデータ蓄積による結果であり，信頼度が高いものと判断できる．このため，

中強度運動の時間を可視化することで健康を保つための手助けとすることができる．本稿では心拍を用いて中強度運動を判定し，歩数と共に可視化する方法を提案する．

2.

既存の中強度運動判定方法

中強度運動判定には活動量計の加速度センサを利用しているものが多い．加速度センサを用いることにより身体の動きを検知し，それを元に運動強度を推定する方法である．しかし，加速度センサは同一の活動であっても装着位置によって得られる値が異なる．また，乗車中などは運動とは別の振動が加わり，誤差が大きい．このため，加速度センサによる中強度運動判定は正確性に欠けるという課題がある．

3.

心拍による中強度運動判定 3.1 中強度運動判定手法

本研究では心拍測定機能を持つ腕輪タイプの製

品Smartband2を利用した．心拍数を用いて中強度

運動を判定するにはカルボーネン法を用いる．カルボーネン法では年齢と安静時心拍，運動強度から中強度運動における目標心拍数を算出することができる．測定心拍数が目標心拍数を超えていれば中強度運動と判断する．

本研究では，この機能を TLIFES（Total LIFE Support system）に組み込む．TLIFESはスマートフォンの通信機能とセンサを利用したオリジナルの見守りシステムである．取得した心拍数をスマートフォン経由でTLIFESサーバ上に送信し，歩数と中強度運動の時間をグラフにより可視化する．

3.2 TLIFESによるフィルタリング

心拍数は運動のみに影響されるものではない．

飲酒や過度の緊張，体調不良などにも左右される．

このため，運動をしていないのにも関わらず心拍数が目標心拍数を超え，中強度運動だと判定されることがありうる．これを回避するため，TLIFES の行動判定機能を利用する．TLIFESはスマートフォンの通信機能とセンサを利用した見守りシステ

ムである．TLIFESはスマートフォンの加速度センサを用いることで歩行状態を検出することができる．これを心拍計測と併用することで，歩行時のみを中強度運動と判定するようフィルタリングを行う．

4.

中強度運動の可視化と画面情報

TLIFESサーバでは，現在位置や移動経路，歩数

などの情報を閲覧することができる．本提案は

TLIFESのサイトに心拍数のグラフと中強度判定結

果の可視化機能を追加する．図 1 は中強度運動の可視化結果である．歩数のグラフや行動判定結果の帯と合わせて一日の心拍数グラフが表示され，

時間軸を揃えて確認できる．行動結果の帯によりどの時間帯にどのような行動判定結果が出たかを確認できる．グラフ上の中強度運動の目安を示す線を越え，なおかつTLIFESの行動判定が歩行判定であれば中強度運動と見なす．この画面を確認することにより，毎日の生活を管理することが可能になる．

5.

まとめ

本稿では，心拍数から中強度運動を判定し，グラフ表示で可視化する提案を行った．今後は提案方式の実装と性能評価及び課題の検討を行っていく．

参考文献

[1] 青柳幸利，あらゆる病気を防ぐ「一日8000歩・

早歩き20分」健康法，p.32，草思社(2013)．図 1 中強度運動の可視化画面

(2)

130441061

小島海斗

(3)



運動と健康には密接な関係がある

・無思慮に運動をしても効果は薄く逆に身体を壊すこともある

→

適切な量の適切な運動を継続して行うことが重要



一日

8000

歩と

20

分の中強度運動（速歩き）を行うことで鬱病や認知症，ガンや高血圧などさまざまな病気を予防する効果があるという報告がある（

※

）



この中強度運動の判定には加速度センサを用いている

・加速度センサには装着部位の影響を受けるという問題がある

※

東京都健康長寿医療センター研究所所属，

(4)

 中強度運動の可視化による健康促進の補助

 心拍を利用することでより正確に中強度運動を判定

 TLIFES との連携により，ログ機能による中強度運動の可視化を実現

 心拍数による判定の処理を TLIFES サーバで実行

2

(5)

 スマートフォンとモバイルネットワーク環境を利用した統合生活支援システム

 ユーザが所有するスマートフォンで情報共有し、

誰もが安心して生活できる社会を作るためのシステム TLIFES （ Total LIFE Support system ）

統合生活支援システム

(6)

高齢者

＜病院・介護施設＞

保護者・家族・友人・ご近所さん

障がい者

＜職場＞＜外出先＞＜自宅＞

医療従事者

若い女性

＜外出先＞＜自宅＞

＜自治体他＞

警備・安全管理者

GPS衛星

自動車

蓄積照合

過去の履歴サーバ

社会的還元

子ども要介護者

見守られる側見守る側

健康情報健康機器

運転情報位置情報

ＧＰＳ

加速度センサジャイロセンサ地磁気センサ大画面ＧＵＩ

行動情報

『スマートフォン』

解析安全・安心への活用

『モバイルネットワーク』

閲覧

検出警報

収集

安心な街づくり事故軽減

(7)

 行動判定

・各時間帯の行動を放置・静止・歩行・乗車に分類

 現在地・移動経路表示

・現在の居場所や移動経路を地図上に表示

 歩数記録

・歩数を記録

 アラームメール

・普段の移動経路から行動範囲を算出し，

そこから出たときに指定した相手に通知メール送信

(8)

 METs

・厚生労働省が 2006 年に策定した身体活動の強さを表す単位

・安静時の状態を 1MET とし，その 2 倍であれば 2METs ， 3 倍であれば 3METs とする

・中強度運動とは， METs が下記の範囲となる運動を指す

20 ～ 30 代： 5.0 ～ 6.9METs 40 ～ 50 代： 4.0 ～ 5.9METs 60 代以上： 3.0 ～ 4.9METs

6

(9)

 活動量計

・ 3 軸加速度センサを搭載することで歩数などに加え消費カロリーなどを算出する機器

・一部機種はそれに加えて活動量（ METs ）を測定する機能を持つ

・ 3 軸加速度センサにより推測した身体の動きと入力した身長などの情報からメーカー毎の独自の計算式

（非公開）を利用して METs を算出

(10)

8

0 2 4 6 8 10

2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66

ME Ts

分

装着部位による測定結果の違い

下半身（

METs

）上半身（

METs

）

(11)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

ME T ｓ

分

手の振りによる測定値の違い

(12)

 心拍計を備えた活動量計を使用

・取得した心拍数を利用し，カルボーネン法を用いて目安となる心拍数を算出

 心拍は左右差や部位差がないことから装着部位の影響を受けない

・加速度センサによる中強度運動判定の問題を解決

10

(13)

 フィンランドの生理学者 MJ Karvonen 博士が提唱

・ある強度の運動における目標心拍数を算出する式目標心拍数＝

運動強度×（最大心拍数

-

安静時心拍数）＋安静時心拍数運動強度：該当の運動における最大心拍数に対する割合例：最大心拍数の

40%

の運動の場合

0.4

に設定

最大心拍数：最も高い状態の心拍数．

220-

年齢で算出

安静時心拍：起床時，身体を起こさず寝転がっている状態の心拍

(14)

 カルボーネン法は，設定した運動強度の目標となる心拍数を算出する式

・中強度運動（速歩き）の運動強度を算出することで中強度運動（速歩き）の目標心拍数を算出できる

 どの程度の運動強度が適切なのかを算出するために，同一の運動において METs による中強度運動判定に近い判定結果が出る運動強度を調べる

12

(15)

中強度運動時間 36 分

4 5 6 7 8

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

ME Ts

分

METs

による判定

中強度運動目安ライン

(16)

運動強度

0.3

（紫）：目標心拍達成運動時間

44

分運動強度

0.4

（緑）：目標心拍達成運動時間

38

分運動強度

0.5

（赤）：目標心拍達成運動時間

20

分運動強度

0.6

（橙）：目標心拍達成運動時間

6

分

80 100 120 140 160 180

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

心拍数

分

心拍による判定

運動強度

0.6 0.5 0.4 0.3

14

(17)

 カルボーネン法では目安心拍数を超えていれば条件を満たすものとする

・運動をしていない状態でも飲酒や興奮などにより心拍が上昇した場合，目安心拍数を超えてしまう可能性がある

 この対策として TLIFES の行動判定機能を利用

・歩行判定時のみ中強度運動と判定するよう

フィルタリングを行うことでこの問題を解決

(18)

16

SmartBand2

スマートフォン

Lifelog

サーバ

ＴＬＩＦＥＳサーバ

Google Fit

サーバ

Lifelog

アプリ

Google Fit

アプリ

TLIFES

アプリ連携

Blue tooth

連携によりデータ共有取得

データ送信

心拍データ取得心拍

データ反映心拍取得機能

を持つリストバンド式活動量計

Lifelogの

データを格納するサーバ

Google Fit

のデータを格納するサーバ

SmartBand2

で取得したデータを表示するアプリ

Google

が提供するフィットネスアプリ取得したデータ

を元に各情報を表示

SmartBand2

アプリ

SmartBand2

管理用アプリ

(19)

(20)

 心拍数による中強度運動判定

 TLIFES によるその可視化

 今後の課題

・データ収集と評価

20

心拍を利用した中強度運動判定の検討とその可視化の実現

1.

2.

3.

4.

5.

130441061

小島 海斗



→



8000

20

※



※

 中強度運動の可視化による健康促進の補助

 心拍を利用することでより正確に中強度運動を判定

 TLIFES との連携により，ログ機能による中強度運動 の可視化を実現

 心拍数による判定の処理を TLIFES サーバで実行

 スマートフォンとモバイルネットワーク環境を利用した 統合生活支援システム

 ユーザが所有するスマートフォンで情報共有し、

誰もが安心して生活できる社会を作るためのシステム TLIFES （ Total LIFE Support system ）

統合生活支援システム

 行動判定

・各時間帯の行動を放置・静止・歩行・乗車に分類

 現在地・移動経路表示

・現在の居場所や移動経路を地図上に表示

 歩数記録

・歩数を記録

 アラームメール

・普段の移動経路から行動範囲を算出し，

そこから出たときに指定した相手に通知メール送信

 METs

・厚生労働省が 2006 年に策定した身体活動の強さを 表す単位

・安静時の状態を 1MET とし，その 2 倍であれば 2METs ， 3 倍であれば 3METs とする

・中強度運動とは， METs が下記の 範囲となる運動を指す

20 ～ 30 代： 5.0 ～ 6.9METs 40 ～ 50 代： 4.0 ～ 5.9METs 60 代以上： 3.0 ～ 4.9METs

 活動量計

・ 3 軸加速度センサを搭載することで歩数などに加え 消費カロリーなどを算出する機器

・一部機種はそれに加えて活動量（ METs ）を測定する 機能を持つ

・ 3 軸加速度センサにより推測した身体の動きと入力 した身長などの情報からメーカー毎の独自の計算式

（非公開）を利用して METs を算出

0 2 4 6 8 10

2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66

ME Ts

METs

METs

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

ME T ｓ

 心拍計を備えた活動量計を使用

・取得した心拍数を利用し，カルボーネン法を用いて 目安となる心拍数を算出

 心拍は左右差や部位差がないことから装着部位の影 響を受けない

・加速度センサによる中強度運動判定の問題を解決

 フィンランドの生理学者 MJ Karvonen 博士が提唱

-

40%

0.4

220-

 カルボーネン法は，設定した運動強度の目標となる 心拍数を算出する式

・中強度運動（速歩き）の運動強度を算出することで 中強度運動（速歩き）の目標心拍数を算出できる

 どの程度の運動強度が適切なのかを算出するため に，同一の運動において METs による中強度運動判 定に近い判定結果が出る運動強度を調べる

中強度運動時間 36 分

4 5 6 7 8

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

ME Ts

METs

0.3

44

0.4

38

0.5

20

0.6

6

80 100 120 140 160 180

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

心拍数

0.6 0.5 0.4 0.3

小島海斗

 TLIFES との連携により，ログ機能による中強度運動の可視化を実現

 スマートフォンとモバイルネットワーク環境を利用した統合生活支援システム

・厚生労働省が 2006 年に策定した身体活動の強さを表す単位

・中強度運動とは， METs が下記の範囲となる運動を指す

・ 3 軸加速度センサを搭載することで歩数などに加え消費カロリーなどを算出する機器

・一部機種はそれに加えて活動量（ METs ）を測定する機能を持つ

・ 3 軸加速度センサにより推測した身体の動きと入力した身長などの情報からメーカー毎の独自の計算式

・取得した心拍数を利用し，カルボーネン法を用いて目安となる心拍数を算出

 心拍は左右差や部位差がないことから装着部位の影響を受けない

 カルボーネン法は，設定した運動強度の目標となる心拍数を算出する式

・中強度運動（速歩き）の運動強度を算出することで中強度運動（速歩き）の目標心拍数を算出できる

 どの程度の運動強度が適切なのかを算出するために，同一の運動において METs による中強度運動判定に近い判定結果が出る運動強度を調べる

 カルボーネン法では目安心拍数を超えていれば条件を満たすものとする

・運動をしていない状態でも飲酒や興奮などにより心拍が上昇した場合，目安心拍数を超えてしまう可能性がある