JP2023519207A - 被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置、システム及び方法に関する。過度の疲労、傷害および過度の使用による骨折をより良好に回避するために、被験者の回復に関する追加情報の生成を可能にするために、装置10は、活動を行う被験者の運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を受信するように構成されたセンサ入力部11と、動きパラメータおよび/または動き信号から衝撃荷重の大きさを決定し、衝撃荷重の大きさから筋骨格ダメージの大きさを決定し、衝撃荷重の大きさから筋骨格ダメージが経時的にどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報を決定するように構成されたプロセッサ12と、筋骨格回復に関する決定された情報を出力するように構成された出力部13とを備える。

Description

本発明は、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置、システム及び方法に関する。

アスリートにとっての主要な関心事は、彼らのパフォーマンスを改善することである。これは、上位のエリート選手やレクリエーション選手が共有する感覚である。そうするために、それらは全て、定期的に運動する（すなわち、活動を行う）必要がある。各運動トレーニングセッションは、彼らの生理機能を乱し、順応を誘発し、筋肉、肺、関節および循環器を、所定のタスクを実行するように適合させることが想定される。しかし、過度の運動および/または過少の回復は、パフォーマンスの低下をもたらし得る過度のトレーニングおよび/または傷害につながる反対の影響を及ぼし得る。

過小なまたは過剰なトレーニングを防止するために、スポーツ用具は、人がトレーニングからどれくらいの時間回復すべきかについてアドバイスを与えてきた。当初、このアドバイスは、純粋に、トレーニング自体、特に心拍数ゾーンおよびそれらの持続時間に基づいている。最近、認知ストレスおよび睡眠の質が、人が回復する速さに影響を及ぼすので、これらのトレーニング以外の認知ストレスおよび睡眠の質も考慮するソリューションが出現した。これらのソリューションは、心拍数および心拍変動特性、したがって、心血管系の回復に基づく。回復のためのソリューションの例は、Firstbeatアルゴリズムに基づくGarmin Body Battery(例えば、US 7,192,401に記載されている）およびPolar Recovery Proである。

米国特許出願公開第2016/220866（A1）号は、前のセッションのトレーニング刺激の強度に基づいて次のトレーニングセッションを設定するための適切なタイミングをユーザが計画するのを助ける装置を開示している。ユーザは、次のトレーニングセッションを開始するための最良の時間を提案するために前回のトレーニングセッションからの十分な回復時間があったことを知らされる。タイミング推奨は、少なくとも最後のトレーニングセッションのトレーニング負荷を含むユーザ依存要因に依存し、好ましくは、ユーザのトレーニング状態にも依存する超回復時間曲線に基づく。年齢および性別、ならびに、例えば、睡眠不足からの疲労、不十分な給水による脱水、不十分なカロリー、タンパク質、ミネラルまたはビタミンの摂取、アルコールおよび他の薬物の消費など、回復に影響を及ぼす行動のような変数などの、更なるパラメータを、回復タイミング計算に影響を及ぼすためにさらに使用することができる。

米国特許出願公開第2019/0183412（A1）号は、被験者の運動を支援するためのシステム、対応する方法、およびコンピュータプログラムを開示している。本システムは、運動セッションのためにまたは運動セッション中に被験者の運動状態を提供する運動状態提供ユニットと、被験者の運動状態に基づいて被験者の疲労レベルを決定する疲労レベル決定ユニットと、運動セッションのために被験者の疲労レベル閾値を決定する疲労レベル閾値決定ユニットと、疲労レベル閾値と比較して疲労レベルを評価する評価ユニットとを備える。本発明は、被験者の運動を支援するためのより汎用性のあるシステムを提供し、さらに、被験者の運動支援の改善を提供する。

さらなる先行技術は、US 2019/184232 A1、US 2019/328284 A1およびUS 2016/58378 Aに見出すことができる。

既存のアプローチは、トレーニングおよび競技中に定期的に生じる機械的微小外傷を説明することができない。これらの微小外傷は、過度の疲労、ダメージおよび過度の使用による骨折をもたらすことが知られている。

本発明の目的は、過度の疲労、ダメージ、および過度の使用による骨折をより良好に回避するために、被験者の回復に関する追加の情報を生成するための装置、システム、および方法を提供することである。

本発明の第1の態様では、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置が提示され、当該装置は、
-活動を実行する被験者の動きに関連する動きパラメータおよび/または動き信号を受信するように構成されたセンサ入力部と、
-前記運動パラメータ及び／又は運動信号から、前記活動を行う被験者の運動が前記被験者の筋骨格系に与える負荷を示す衝撃荷重の大きさを決定し、前記衝撃荷重の大きさから、被験者が行う活動によって被験者の筋骨格系がどの程度ダメージを受けたかを示す筋骨格系ダメージの大きさを決定し、前記衝撃荷重の大きさから、筋骨格系のダメージが時間とともにどの程度回復するかを示す筋骨格系の回復に関する情報を決定するするように構成されたプロセッサと、決定された筋骨格系の回復に関する情報を出力するように構成された出力部と、を有する。

本発明のさらなる態様では、被験者の筋骨格系回復に関する情報を生成するためのシステムが提供され、当該システムは、
-被験者の運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を測定するように構成されたセンサと、
-筋骨格回復に関する動きパラメータおよび/または動き信号から被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するように構成された本明細書に開示された装置と、
-筋骨格回復に関する生成された情報を発行するためのユーザインタフェイスと、を有する。

本発明のさらなる態様は、対応する方法、コンピュータ上で実行されるときに当該コンピュータに本明細書に開示された方法のステップを実行させるためのプログラムコード手段からなるコンピュータプログラム、および、プロセッサによって実行されると本明細書に開示された方法を当該プロセッサに実行させるコンピュータプログラムを記憶している非一過性のコンピュータ読取可能記録媒体が提供される。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に定義される。特許請求された方法、機能、コンピュータプログラム及び媒体が、特に従属請求項に定義され、本明細書に開示されるように、特許請求されたシステムと同様の及び/又は同一の好ましい実施形態を有することが理解される。

本発明は、トレーニングから回復する必要がある筋肉、関節および腱の回復時間が、一般的に、心血管の回復時間と異なるという考えに基づいている。したがって、筋肉、関節および腱、すなわち、被験者の筋骨格系が、トレーニングにどれだけ苦しんでいるかが測定され、次いで、その情報を使用して、回復に要する期間を推定する。したがって、トレーニングおよび競技中に定期的に発生し、過疲労、傷害および過剰使用骨折につながる可能性がある機械的微小外傷は、被験者（または被験者のトレーナーなどのユーザ）に回復時間などの筋骨格回復に関する情報を提供するために考慮される。

既知のソリューションは、一般に、心臓血管呼吸疲労を考慮に入れており、これは、両肢非支持浮遊（double limb unsupported float）後の踵接地毎の足と地面との接触によって決定されるもののような、繰り返しの衝撃によって誘発される機械的外傷を考慮に入れていない。運動中の筋骨格系への負荷は、心血管系への負荷に比例せず、その結果、その回復は異なり、例えば異なる時定数を有する。提案されるソリューションは、衝撃荷重の大きさから生体力学的負荷を決定し、ダメージまたはストレス骨折などの長期有害事象を防止するために、筋骨格系の必要な回復、特に生体力学的回復の時間を推定する。言い換えれば、本発明は、心血管負荷と筋骨格荷重とを明確に区別し、被験者の筋骨格荷重を考慮して回復に関する情報を別々に提供する。

一般に、例えば、アプリケーションの種類、センサの種類などに応じて、衝撃荷重の大きさを決定するための多くの方法がある。一実施形態において、プロセッサは、 ステップの最大力×ステップ数、ステップの最大力×ケイデンス×このケイデンスでの継続時間、速度×その速度の継続時間、 加速度の平均値×継続時間、加速度のピークの大きさ×その持続時間、筋電図（EMG）信号の時間積分値、反復あたりの最大トルクまたは力×反復回数、垂直振動×ステップ数、およびステップ長×ステップ数 の1つまたは複数から衝撃荷重の大きさを決定するように構成される。

別の実施形態では、プロセッサは、決定された衝撃荷重の大きさとの所定の関係、特に直線的な関係に基づいて、筋骨格ダメージの大きさを決定するように構成される。一般に、筋骨格ダメージの大きさがどのように決定されるかは、どの量が衝撃荷重の大きさに使用されるか、例えば、何個の筋細胞がダメージを受け、身体によって修復される必要があるかに依存する。筋骨格ダメージは、筋肉（線維）、結合組織、骨格組織細胞の超微細構造的損傷として定義され、これは鍵となる励起収縮の、ならびに、それらの細胞およびそれらの一体部分の弾性および柔軟性の、部分的または全体的な損失につながり、これは非効率的な筋収縮および機械的衝撃減衰能力につながる。走行誘発性筋骨格ダメージは、垂直接地反応力GRFv= mb g(tc+ta/tc)の形態によって決定され得、ここで、mbは体重であり、gは重力加速度であり、tcは（地面との足の）接触時間であり、taは（足が地面と接触していない）空中時間である。（走行速度に関連する）体節加速度および人の体重は、そのような体節（例えば、一般に、足、足首、膝、脚）の衝撃の実体を決定し、これは次に、身体的外傷（機械的疲労）、ダメージ∝GRFv+GR（接地反応またはインパルス）の数を決定する。

別の実施形態では、プロセッサは、既知の時点における筋骨格状態損失および筋骨格回復の時定数を使用することによって、衝撃荷重情報の大きさからの筋骨格回復に関する情報を決定するように構成される。例示的な一実施形態は筋骨格回復の程度（%）を100%-C2*EXP（-t/TAU2）として決定し、ここで、C2はトレーニングの終了時（t=0）の筋骨格状態損失であり、50%に等しく、TAU2は筋骨格回復の時定数であり、例えば、2.5日に等しい。開示されたソリューションの1つの利点は、筋骨格回復が別々に、特に心血管の回復とは別々に計算されることである。（動きセンサから導出される）GRFvの実体および（同じく動きセンサからのステップカウントから導出される）回数は、回復されるべきダメージの量を決定することができる。したがって、1つの可能な仮定は、Σ（GRFv）（ここで、導出される加速度は実際の力である必要はない）が機械的疲労C2の開始レベルを決定することである。Σ（GRFv）が大きい場合、C2は大きく、逆もまた同様である。GRFvの形態は、また、TAU2の大きさを決定し、なぜなら、長時間（例えば、60分+）の走行の間、GRFvの曲線下の面積の合計は、より高速であるがより短い走行の場合よりも大きくなるからである。したがって、長時間の走行に対するTAU2の方が大きい。

プロセッサは、一実施形態では、デフォルトの式、個人化されたパラメータを有する式、被験者の動きに依存する式、または変動する挙動を有する式のうちの1つに基づいて、筋骨格回復に関する情報を決定するように構成され得る。一般に、どの特定の実装を選択するかは、筋骨格回復の決定されるレベルの正確さに対する装置および方法の単純さの問題である。デフォルトの一定の値を使用することはかなり単純な実装をもたらすが、（動きおよび/または変動に依存する）個人化された式を使用すとは精度が増加するが、実装のより高い複雑さや、更なる情報（睡眠段階、ストレスおよび/または走行方法など）をより必要とし得る。この追加情報は、例えば、ユーザのマニュアル入力から取得されることができるが、ユーザの努力を必要とし、これは必ずしも望ましいとは限らない。

筋骨格回復に関する情報は、様々な情報を含むことができる。一実施形態では、プロセッサは、筋骨格回復に関する情報を決定するように構成されてもよく、この情報は、新しい活動が開始される前に被験者が待機する必要がある最適な時間を示す回復時間、新しい活動がないときに経時的に減少するダメージ数、および新しい活動がないときに経時的に増加する回復数のうちの1つまたは複数を含む。

プロセッサは、筋骨格回復に関する情報に加えて、心血管回復および/または別の回復関連態様に関する追加の情報を決定するようにさらに構成され得、出力部は、筋骨格回復に関する情報とは別個の、または筋骨格回復に関する情報および追加の情報から決定された回復に関する複合情報として、決定された追加の情報を出力するように構成され得、別の回復関連態様は、栄養、体液レベル、精神エネルギー、心血管スタミナ、病気、症状および投薬のうちの1つまたは複数である。これは、回復を改善し、過度の疲労、傷害および過度の使用による骨折を回避するために、被験者に更なる情報を提供する。

プロセッサは、被験者の最新の活動における衝撃荷重の大きさから、および任意選択で、被験者の1つまたは複数の以前の活動から、筋骨格ダメージの大きさを決定するように構成され得る。これは、回復に関する情報の精度および信頼性を向上させ、したがって、被験者の効率的な回復をさらに支援する。

プロセッサは、衝撃荷重の大きさを決定する際に、被験者が活動を行う表面の硬さおよび/または足打ちパターンを考慮するように、さらに構成され得る。これは、回復に関する情報の精度および信頼性をさらに向上させ、したがって、被験者の効率的な回復をさらに支援する。例えば、プロセッサは、動きパラメータまたは動き信号の不規則性から、および/もしくは、活動を行う被験者のステップの音から、表面が減衰されているかどうかを決定するように、ならびに/または、ケーデンスを使用することによって前足部打撃と踵部打撃とを区別するように、構成され得る。

プロセッサは、1つまたは複数の異なる身体部分について別々に筋骨格回復に関する情報を決定するようにさらに構成され得る。これは、これらの身体部分の個々の回復および個々のトレーニングを可能にする。

開示されるシステムは、センサと、上述のような装置と、ユーザインタフェイスとを備える。センサは、装着型加速度計、装着型力センサ、装着型圧力センサ、装着型筋電図検査センサ、装着型全地球測位システムセンサ、リモートカメラ、レーダ、速度測定センサ、およびトルク測定センサのうちの1つまたは複数を含むことができ、および/または、センサは、腕装着型または手首装着型センサである。ユーザインタフェイスは、被験者関連および/または環境関連情報、特に、表面のタイプ、被験者の靴のタイプ、被験者の身長、被験者の体重、被験者の年齢、ならびに、被験者の既存のおよび/または以前の損傷のうちの1つまたは複数の入力を可能にするように構成され得る。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、これを参照して説明される。以下の図面において
本発明によるシステムおよび装置の実施形態の概略図を示す図 。 走行中の歩行サイクルフェーズの図。 走行中に身体の異なる場所に配置された加速度計の加速度計信号を示す図。 心血管系の回復、機械的な衝撃からの回復、および複合回復の例を示す図。 被験者にフィードバックを与える一実施形態を示す図。 被験者にフィードバックを与える別の実施形態を示す図。 24時間にわたる心血管系および筋骨格系の回復度を示す図。 トレーニング直後の被験者の身体のマップを示し、どの身体部分がトレーニングによって影響を受けるか、およびどの程度影響を受けるかを示す図。 トレーニングからどの身体部分がどの程度まで回復したかを示すトレーニング後12時間の被験者の身体のマップを示す図。 本発明による方法の実施形態を示すフローチャート。

図1は、本発明による、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するためのシステム1および装置10の実施形態の概略図を示す。システム1は、被験者の動きパラメータ及び/又は動き信号から、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するように構成された装置10を含む。システム1は、被験者の運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を測定するように構成されたセンサ20と、筋骨格回復に関する生成された情報を、例えばトレーニングを行っている被験者またはコーチもしくは教師などの別のユーザに発行するためのユーザインタフェイス30とをさらに備える。

システム1では、様々な種類のセンサを使用することができる。一般に、1つのセンサで十分であり得るが、複数のセンサも使用され得る。センサ20は、例えば、装着型加速度計、装着型力センサ、装着型圧力センサ、装着型筋電図検査センサ、装着型全地球測位システムセンサ、リモートカメラ、レーダ、速度測定センサ、およびトルク測定センサのうちの1つまたは複数を含むことができ、および/または、センサ（20）は、腕または手首に装着されたセンサである。さらに、トレッドミルの速度を測定するセンサ、または着座したレッグカールマシン上のトルクを測定するセンサなどのフィットネス機器内のセンサを使用することができる。

システム1では、異なる種類のユーザインタフェイス30を使用することができる。一般に、1つのユーザインタフェイスで十分であり得るが、複数のセンサも使用され得る。ユーザインタフェイス30は被験者関連および/または環境関連情報、特に、表面のタイプ、被験者の靴のタイプ、被験者の身長、被験者の体重、被験者の年齢、ならびに、被験者の既存のおよび/または以前の損傷のうちの1つまたは複数の入力を可能にするように構成され得る。

装置10は、一般に、センサ入力部11と、プロセッサ12と、出力部13とを備える。センサ入力部11は、活動を行う被験者の運動に関連する動きパラメータ及び/又は動き信号を受信するように構成される。センサ20からデータを受信するのは、例えば、データ受信要素、例えば、ブルートゥース（登録商標）インタフェイスまたはケーブル接続であってもよい。プロセッサ12は、動きパラメータおよび/または動き信号から衝撃荷重の大きさを決定し、衝撃荷重の大きさから筋骨格ダメージの大きさを決定し、筋骨格回復に関する衝撃荷重情報の大きさから、筋骨格ダメージが経時的にどの程度回復するかを決定するように構成される。この処理の詳細および様々な実施形態を以下に説明する。出力部13は、筋骨格回復に関する決定された情報を出力するように構成される。出力部13は、例えば、データをユーザインタフェイス30に提供するためのデータ伝送要素、例えば、ブルートゥースインタフェイスまたはケーブル接続であってもよい。

装置10は、例えば、プログラムされたプロセッサまたはコンピュータによって、ソフトおよび/またはハードウェアで実装され得る。装置10、センサ20およびユーザインタフェイス30は、共通の装置、例えば、被験者によって装着される装着型装置として統合されてもよい。あるいは、それらは別個のエンティティとして、例えば、測定された動きパラメータおよび/または動き信号を好ましくは無線方式で（例えば、ブルートゥースを介して）装置10に送信する、被験者によって装着された装着型センサ20として実装されてもよく、測定された動きパラメータおよび/または動き信号が評価され、その結果が被験者または被験者のコーチなどの別の人に通知するために、ユーザインタフェイス30に提供される。

第1の実施形態では、本発明はセンサ20として身体装着型加速度計を利用する。加速度計は、走行中に装着することが非常に一般的である。腕時計、胸部ストラップ、食物ポッド、（しばしば上腕に装着される）電話などに見られる。加速度計を装着するためのこれらの一般的な場所の代わりに、本発明は、例えばヘッドホンまたはショーツなどの別の場所で加速度計と協働する。但し、衝撃荷重の大きさを得るために加速度計信号をどのように処理するかの正確な方法は、その場所に依存し得る。

図2Aは、走行中の歩行サイクルフェーズの図を示し、図2Bは、走行中の身体上の異なる場所に配置された加速度計の加速度計信号（Kwakkel et al. "GNSS Aided In Situ Human Lower Limb Kinematics During Running" ION GNSS 2008から引用）を示す。各打撃における異なる歩行周期段階（プッシュオフ40、スイング41、ヒールストライク42、スタンス43）が、ここでは特に骨盤、後足および前足について見ることができる。これらの加速度計の各々について、1打撃あたりの最大加速度が、1打撃あたりの衝撃荷重の大きさとして使用され得る。トレーニングの間の総衝撃荷重を得るには、衝撃ごとにこれらを合計する（そして対称的なランニングを想定してステップごとに2倍する）必要がある。力は加速度×質量によって与えられるので、（例えば、最大加速度に質量およびステップ数を乗算することによって）衝撃荷重のより良い推定を得るために被験者の質量を含めることも可能である。実際の力から衝撃荷重を計算しようとする代わりに、ストライド当たりの加速度の標準偏差などの代替的な測定を使用することも可能である。

手首に装着された加速度計では、身体は地面への衝撃からのショックの一部をすでに減衰させるので、加速度計信号から直接、衝撃からの力を導出することは（足に装着されたまたは腰に装着された加速度計と比較して）困難である。しかしながら、手首に装着された加速度計信号から速度及びケイデンスを導出することができることが知られている。速度をケイデンスで除算すると、平均ステップ長が得られる。ステップあたりの衝撃荷重は、ステップ長に関連する（ステップ長さが大きいほど衝撃荷重が大きくなる）。したがって、手首装着型の加速度計も本発明に使用されることができる。

加速度計の代わりに、靴の中敷中の圧力センサを使用することができる。これらは、ステップごとの衝撃荷重についての直接的な大きさを与え、トレーニングの間の全衝撃荷重を得るために、トレーニング中のすべてのステップについて再び合計される。

衝撃荷重のための全ての種類の他の（代替的な）測定が一般に可能である。例えば、衝撃荷重は、被験者の脚につけられた電極で測定されたEMG信号に比例するものとして推定されることができる。加えて、衝撃荷重は、非装着型のセンサにより、例えばトレッドミルの（ベルトの下で、ベルトと共に移動しない）圧力センサにより、あるいは、例えばトレッドミル上を走行するときに脚に向けられたカメラを用いて、または運動競技トラックに沿ったカメラを用いて、カメラ画像から、推定されることができる。

上述の実施形態は、好ましくはランニングのための測定に有用である。しかし、本発明は、フィットネスなどの他のスポーツにも使用されることができる。そして、衝撃荷重は、フィットネス機器を用いて測定され得る。例えば、着座レッグカールマシンは、反復当たりのトルク及び反復の回数を測定することができる。2つの測定値を乗算すると、衝撃荷重の大きさが得られる。もちろん、フィットネスにおける衝撃荷重の測定は、装置の代わりに、装着型センサを用いて行うこともできる。以下の説明は、主にランナーおよびランニングトレーニングから生じる機械的な衝撃荷重に焦点を当てる。

図3は、t=0で終了したトレーニングの心血管系回復50、機械的な衝撃からの回復51、および、（異なる測定によって得られる)2つの組み合わせられた回復52、53(特に平均52および最小53）の例を図示する。この実施例では、心血管系がトレーニング中にかなり多くの負荷を受け、それによって、完全に回復した状態のわずか30%の心血管状態となった。トレーニングの機械的な衝撃荷重は、完全に回復した状態の50%の筋骨格状態をもたらした。

この場合、心血管系は次式に従って回復する:
心血管回復の程度(%)=100%-C1*EXP(-t/ TAU1）（式中、tは時間であり、C1はトレーニング終了時（t=0）の心血管状態損失であり、例えば70%に等しく、TAU1は心血管回復の時定数であり、例えば1.25日に等しい）。

さらに、この場合、筋骨格の回復は次式で与えられる:
筋骨格回復の程度(%)=100%-C2*EXP(-t/ TAU2）（式中、C2はトレーニング終了時（t=0）の筋骨格状態損失であり、例えば50%に等しく、TAU2は筋骨格回復の時一定であり、例えば2.5日に等しい）。

この場合、心血管系は筋骨格系よりも速く回復するので、2.5日後、心血管系はすでに完全に回復した状態の90.5%であるが、筋骨格系は（超回復を含む最適な状況を意味する）完全回復のわずか81.6である。

ユーザへのフィードバックは、様々な形態で与えられることができる。1つの実施形態が図4に示されており、それによれば、心血管系60および筋骨格系61の回復の値は、経時的に別々に視覚的に示される。特に、フィードバックは、トレーニングの直後、1日後、および2.5日後に与えられ得る。

バーを示す代わりに、フィードバックは、数字、例えば、パーセンテージまたは0~10の間の数字などとして与えられてもよい。時間とともに増加する代わりに、反対側の値を示すことができ、ゼロに向かって減少する値が示され、ゼロは完全に回復したこと（すなわち、トレーニングからのダメージが残っていない）を意味する。別のオプションは、新しいトレーニングを開始するための最適な時間または時間ウィンドウを与えることである。

心血管系および筋骨格系の回復を別々に示す代わりに、またはそれに加えて、2つの回復は、1つの回復指標に組み合わせられることができる。これを行うための2つの方法が、図3を参照して上に例示されている。第1の方法は、心血管および筋骨格の回復の平均（図3の曲線52）をとるのに対して、第2の方法は最小値（図3の曲線53）をとる。2つを組み合わせるための他の数学的演算も同様に可能であり、例えば、2つのうちの一方に他方よりも大きい重みを与える。

原則として、人の状態および/または回復に寄与するさらに多くの柱が示される、および/または、組み合わせられることができる。図5に例示的に示されるように、合計が、人のトレーニング可能性として示されることができ、図５は、心血管70、筋骨格71、ストレス72および栄養73のための柱を示し、それらすべてが人のトレーニング可能性を与える1つのバー74に組み合わされる。

示された心血管、筋骨格、ストレスおよび栄養の柱の隣に、疾患/症状/薬物療法に関連する、または流体レベルに関連する1つまたは複数の柱を加えてもよい。

図3に関して上に示された例では、（t=0における）心血管および筋骨格状態の開始値は、TRIMP(心拍数ゾーンまたは自覚的運動強度およびそれらの持続時間に基づくトレーニングのワークロードの大きさであるトレーニングインパルス）およびトレーニングの衝撃負荷からそれぞれ決定された（および、場合によっては、人が完全に回復する前に最後のトレーニングが開始された場合、以前のトレーニングからの残り）。言い換えれば、上に示された式について、TRIMPがC1を決定し、衝撃荷重がC2を決定する。TAU1およびTAU2は定数であった。それらは、任意の被験者について同じとみなされるデフォルト値であり得る（TAU1はTAU2とは異なる）。

本発明のより高度な実施形態では、TAU1およびTAU2がパーソナライズされてもよく、非常に良好な状態で健康的に食べている人のTAU1およびTAU2は、ジャンクフードのみを食べている状態が悪い人の値よりも小さい。

本発明のさらにより進んだ実施形態では、TAU2は、測定された運動または衝撃荷重に依存し得る。例えば、衝撃荷重測定値が踵接地を示す場合、TAU2は、測定値が前足部接地を示す場合よりも大きい値とされることができ、これは、衝撃を受けた関節の回復が遅いからである。回復速度（TAU2）に影響を与えることとは別に、走行方法（例えば、踵接地ｖｓ中足部接地ｖｓ前足部接地）も、t=0での筋骨格状態の計算において考慮されることができる（したがって、実施例の式のC2に影響を及ぼす）。

上記のような指数式の代わりに、a、b、cを定数として、回復度(%)=100（%）-c/（a*t+b）のような他の式を用いてもよい。

トレーニングの終了から次のトレーニングの開始まで有効であり続ける単純な式を使用する代わりに、ユーザが経験しているストレス、睡眠の質、流体レベルなどの条件に依存する、より複雑な関係を使用することができる。例えば、ストレスまたは低い流体レベルを有する期間は、回復を遅らせる可能性があり、ストレスがなくなり、流体レベルが回復したときに通常の回復速度に戻り得る。ストレスは心血管回復の速度により大きな影響を及ぼし、流体レベルは筋骨格回復の速度により大きな影響を及ぼす可能性がある。マッサージまたは熱（例えば、皮膚温度センサで測定される）は筋骨格の回復を加速するが、心血管の回復にはほとんど影響しない。また、睡眠は、筋骨格回復の速度とは異なるように、心血管回復の速度に影響を及ぼす可能性がある; REM(急速眼球運動）睡眠は精神的回復のために重要であり（そしてそれは心血管回復のために重要である）、深い睡眠は筋骨格回復のために重要である。身体装着型（例えば、手首装着型）装置は、睡眠ステージ、つまり、レム睡眠の量および深睡眠の量を測定することができる。この情報から、心血管および筋骨格のそれぞれの回復に対する影響を決定することができる。そのような複雑な関係の例を図6に示す。

したがって、回復の速度は、（例えば、時間的に一定でありユーザとは無関係であるパラメータを使用するが、システムのすべてのユーザに対して式が使用される）デフォルトの式に従うか、個人のパラメータを有する式に従うか、ダメージを引き起こしたトレーニング中の動きに依存する式に従うか、あるいは、深い睡眠の量または総睡眠時間、マッサージまたは皮膚温度のような状況を考慮に入れる、より変動する挙動を示す場合がある。

図6は、24時間にわたる心血管系80の回復度合いおよび筋骨格系81の回復度合いを示す図である。第1の夜は比較的多くの深い睡眠（および比較的少ないREM睡眠）を有し、これは筋骨格系の速い回復（および心血管系の緩慢な回復）をもたらすが、第2の夜は比較的多くのREM睡眠（および比較的少ない深い睡眠）を有し、心血管系の速い回復（および筋骨格系の緩慢な回復）をもたらす。午前中の体液減少は、筋骨格の回復を遅らせるが、心血管の回復にはほとんど影響しない。一方、正午直後のストレスは、心血管の回復を減速させるが、筋骨格の回復にはほとんど作用しない。

多くのグラフおよび説明において、筋骨格系および心血管系の回復が両方とも示されていることに留意されたい。しかし、本発明は、心血管の回復とは別であり無関係であり、主に、別々にかつ単独で決定されることができる筋骨格の回復を対象とし、心血管の回復を決定することは本発明によれば任意である。

心血管の回復は,主に、心血管の回復を決定し出力する一般に既知システムとの比較として示されている。筋骨格系の回復は心血管系の回復とは、回復の速度、および、トレーニング終了直後にトレーニングに起因して最初のコンディションがどの程度低下しているかの両方に関して、異なる場合がある(ほとんどの場合異なる) (例えば、アスリートが100m走を15回、休息を多く取りながらトレーニングをしているとすると、心拍数はハイゾーンに達しない（したがってTRIMPは低くなり心血管系はあまり影響を受けない）が、一方、筋肉、関節および腱はトレーニングによって大きな影響を被る)。

筋骨格ダメージは、ランニングの場面について決定されてもよく、衝撃荷重は足接地衝撃に由来する（Newtonの第3法則によれば、第1の物体が第2の物体に力を及ぼすとき、第2の物体は、大きさが等しく方向が反対である力を第1の物体に同時に及ぼす）。

（森の中の砂のような）減衰表面上を走行することは、例えばアスファルト上を走行することよりも、筋骨格系に与える負荷が少ないことが知られている。上述の実施形態のいくつかは、（例えば、靴の中の圧力インソール、あるいは足または腰に取り付けられた加速度計を用いて）ストライド毎に測定するピーク力がより低いので、それを直接取り入れる。しかしながら、筋電図が使用されるときのように（また、ある程度、手首装着型加速度計についても）、衝撃荷重を決定するための他の実施形態は、これを追加の要因として考慮する必要があり得る。これらの実施形態は、表面が減衰されているという情報を、ユーザ入力から、または他のセンサからの測定値から得ることができる。さらに、センサ自体から情報を導出することが可能であり、ステップは、（例えば、森の中または海岸上を走る人にとって容易に明白であるように）減衰表面上でより不規則であり、ステップごとに変化するように信号（例えば、筋電図または手首装着型加速度計）に反映される。この不規則性から、減衰表面を検出することができる。減衰表面を検出する別の方法は、マイクロフォンで測定されたステップの音を使用することができる。減衰表面が検出されたとき、これは、例えば、値に0.8などの係数を掛けることによって、導出された衝撃荷重において考慮され得る。

同様に、1歩当たりのトータルの衝撃は、人が踵で着地しているときと比較して、人が前足部で着地しているときにはより小さい。衝撃荷重が例えば腰に付けられた加速度計から測定されるとき、これは、衝撃荷重の決定において直接考慮され得る。しかしながら、（例えば、手首に付けられた加速度計を用いて）衝撃荷重を決定するいくつかの他の実施形態は、これを直接測定しない場合がある。次いで、衝撃荷重についての測定された大きさは、前足部接地（例えば0.8を乗算する）か踵接地（例えば、1.2を乗算する）かを考慮するための係数でスケーリングされ得る。

人が踵で接地しているかまたは前足部で接地しているかに関する情報は、他のセンサ（靴のインソールの圧力センサなど）から、ユーザ入力から、またはケイデンス（すなわちステップレート）から、取得されることができる。後者の背景となる根拠は、ケイデンスが高いとき、例えば180以上のケイデンスの場合、前足部で着地することがより自然であり、その人は前足部で着地していると仮定され得る。ケイデンスは測定が容易なパラメータであり、衝撃荷重を導出するために使用されるセンサは、ケイデンスを測定するために同時に使用され得る。（上記の式においてTAU2として反映される）回復速度は、特に異なる身体部分が異なる程度でダメージを受けるため、足前部接地対踵接地についても異なる可能性がある。

上記では、筋骨格系をまとめて扱った。しかしながら、異なる身体部分を区別することが可能である。例えば、前足部の着地では足およびふくらはぎが最も影響を被るが、踵の接地では膝がより大きな衝撃を受ける。さらに、一部の身体部分は他の部分より潅流が少ないので、すべての身体部分が同じ速度で回復するわけではない。これは、ユーザに示される画像に描写されることができる。例えば、図7Aおよび7Bに示されるような図が、ユーザに描写され得る。

図7Aおよび7Bは、どの身体部分が影響を受けているか、およびどの程度影響を受けているかを示す一種のマップを示す。図7Aは、主に前足部接地で走った直後の状態を示しており、足とふくらはぎが最も多く、より少ない程度で膝と臀部が、ダメージを受け、脚の残りの部分はさらに少ない影響を受けた。図7Bは約12時間後の状態を示し、トレーニング後、脚の大部分が回復し、ふくらはぎのみに依然としていくらかのダメージがあるが、潅流が少なくしたがって回復が遅い足のダメージよりも、ダメージは少ない。

図8は、本発明による、被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための方法の一実施形態を示すフローチャートを示す。初期ステップS10において、被験者の動きに関連する動きパラメータ及び/又は動き信号が受信される。動きパラメータ及び/又は動き信号から、ステップS12において、衝撃荷重の大きさが決定される。衝撃荷重の大きさから、筋骨格ダメージの大きさがS14で決定される。次に、ステップS16において、衝撃荷重の大きさから、筋骨格ダメージが経時的にどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報が決定される。最後に、ステップS18において、決定された筋骨格回復に関する情報が出力される。

本発明はランナーを支援することができるが、他のスポーツ又はスポーツの組み合わせを行う他のスポーツマンを支援することができる。さらに、それは、術前および術後の患者などの様々な種類の患者にとって有益であり得る。

本発明が、図面および前述の説明において詳細に図示および説明されてきたが、そのような図示および説明は、説明的または例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、および添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、及び実施されることができる。

請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を排除するものではない。単一の要素または他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。

コンピュータプログラムは他のハードウェアと一緒に、またはその一部として供給される光記憶媒体またはソリッドステート媒体などの適切な非一過性の媒体上に記憶/配布することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線通信システムなどを介してのような、他の形態で配信することもできる。

請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

さらなる態様によれば、本発明は、装置及び方法を提示する:
A)被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置であって、当該装置は、
- 活動を行う被験者の運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を受信するように構成されたセンサ入力部（11）;
-動きパラメータおよび/または動き信号から衝撃荷重の大きさを決定し、衝撃荷重の大きさから筋骨格ダメージの大きさを決定し、筋骨格ダメージが時間とともにどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報を衝撃荷重の大きさから決定するように構成されたプロセッサ(12)；
-筋骨格回復に関する決定された情報を出力するように構成される出力部（13）を有する。
B) 被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための方法であって、当該方法は、
-被験者の運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を受信するステップ：
-動きパラメータおよび/または動き信号から衝撃荷重の大きさを決定するステップ；
-衝撃荷重の大きさから筋骨格ダメージの大きさを決定するステップ;
-筋骨格ダメージが時間とともにどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報を衝撃荷重の大きさから決定するステップ;および
-筋骨格回復に関する決定された情報を出力するステップを有する。

Claims (15)

1. 被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための装置であって、
   活動を行う前記被験者の運動に関する動きパラメータおよび／または動き信号を受信するように構成されたセンサ入力部と、
   前記動きパラメータおよび／または前記動き信号から、前記被験者の筋骨格系への、前記活動を行う前記被験者の運動の負荷を示す衝撃負荷の大きさを決定し、
   衝撃負荷の前記大きさから、前記被験者により行われた前記活動から前記被験者の筋骨格系がどのくらい影響を被ったかを示す筋骨格ダメージの大きさを決定し、
   衝撃負荷の前記大きさから、前記筋骨格ダメージが経時的にどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報を決定するように構成されたプロセッサと、
   筋骨格回復に関する決定された前記情報を出力するように構成された出力部と、
   を有する装置。
2. 前記プロセッサが、ステップの最大力×ステップ数、ステップの最大力×ケイデンス×このケイデンスでの継続時間、速度×その速度の継続時間、加速度の平均値×継続時間、加速度のピークの大きさ×その継続時間、EMG信号の時間積分値、反復あたりの最大トルクまたは力×反復回数、垂直振動×ステップ数、およびステップ長×ステップ数のうちの１つまたは複数から、衝撃負荷の前記大きさを決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサが、衝撃負荷の決定された前記大きさとの所定の関係、特に線形の関係に基づいて筋骨格ダメージの前記大きさを決定するように構成される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記プロセッサが、既知の時点における筋骨格状態損失および筋骨格回復の時定数を用いて衝撃負荷の前記大きさから筋骨格回復に関する前記情報を決定するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記プロセッサが、デフォルトの式、個人のパラメータによる式、前記被験者の運動に依存する式、および、変動する挙動を示す式のうちの１つに基づいて筋骨格回復に関する前記情報を決定するように構成される、請求項１から４のいずれか記載の装置。
6. 前記プロセッサが、新しい活動が開始される前に前記被験者が待機する必要がある最適な時間を示す回復時間、新しい活動がないときに経時的に減少するダメージ数、および新しい活動がないときに経時的に増加する回復数のうちの１つまたは複数を含む筋骨格回復に関する前記情報を決定するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プロセッサが、筋骨格回復に関する情報に加えて、心血管回復および／または他の回復関連態様に関する更なる情報を決定するように構成され、
   前記出力部が、筋骨格回復に関する前記情報とは別に、または、筋骨格回復に関する前記情報から決定される回復に関する複合情報として、決定された前記更なる情報を出力するように構成され、前記他の回復関連態様が、栄養、体液レベル、精神エネルギー、心血管スタミナ、病気、症状および投薬のうちの１つまたは複数である、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記プロセッサが、前記被験者の最後の活動における、オプションとして追加で前記被験者の１つまたは複数のより以前の活動からの衝撃負荷の前記大きさから筋骨格ダメージの前記大きさを決定するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記プロセッサが、衝撃負荷の前記大きさの決定において、前記被験者が前記活動をその上で行う表面の硬さおよび／または足部接地パターンを考慮するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記プロセッサが、それぞれの身体部分に対して別個に筋骨格回復に関する前記情報を決定するように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するためのシステムであって、
    前記被験者の運動に関する動きパラメータおよび／または動き信号を測定するように構成されたセンサ、
    前記動きパラメータおよび／または前記動き信号から前記被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するように構成された請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置、
    筋骨格回復に関する生成された前記情報を発行するためのユーザインタフェイス、
    を有するシステム。
12. 前記センサが、装着型加速度計、装着型力センサ、装着型圧力センサ、装着型筋電図検査センサ、装着型全地球測位システムセンサ、リモートカメラ、レーダ、速度測定センサおよびトルク測定センサのうちの１つまたは複数を含み、ならびに／または、前記センサが、腕装着型もしくは手首装着型センサである、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ユーザインタフェイスが、被験者関連および/または環境関連情報、特に、表面のタイプ、前記被験者の靴のタイプ、前記被験者の身長、前記被験者の体重、前記被験者の年齢、ならびに、前記被験者の既存のおよび/または以前の損傷のうちの1つまたは複数の入力を可能にするように構成される、請求項１１または請求項１２に記載のシステム。
14. 被験者の筋骨格回復に関する情報を生成するための方法であって、
    前記被験者の筋骨格系への、活動を行う前記被験者の運動の負荷を示す、前記被験者の前記運動に関連する動きパラメータおよび/または動き信号を受信するステップ、
    前記動きパラメータおよび/または前記動き信号から、前記被験者により行われた前記活動から前記被験者の筋骨格系がどのくらい影響を被ったかを示す衝撃荷重の大きさを決定するステップ、
    衝撃荷重の前記大きさから、筋骨格ダメージの大きさを決定するステップ、
    衝撃荷重の前記大きさから、前記筋骨格ダメージが経時的にどの程度回復するかを示す筋骨格回復に関する情報を決定するステップ、および
    筋骨格回復に関する決定された前記情報を出力するステップを有する、方法。
15. コンピュータにより実行され、前記コンピュータに請求項１４に記載の方法を実行させるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

Images