JP5607525B2 - 身体的能力のモニタリングおよびモニタ - Google Patents
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Description
本願は、35U.S.C.§119(e)のもとで2007年7月13日に出願された仮出願第60/949,789号に対する優先権を主張し、上記仮出願は、参照により本明細書中に援用される。
本開示は、米国国立宇宙生医学研究所(National Space Biomedical Research Institute)認可番号SM0001の下で政府支援によって作成された。政府は、本開示において一定の権利を有する。
本開示は、身体的能力をモニタするための方法および装置に関する。
肉体的ストレスのヒトの身体への作用は、運動中の無酸素性作業閾値および酸素消費速度を測定することによって評価することができる。例えば、プロの運動選手もプロでない運動選手も、漸次的な身体運動の期間中にこれらのパラメータを測定することによって、トレーニング計画の有効性を量的に評価することを試行することがある。効果的な競技トレーニング計画は、典型的に無酸素性作業閾値および酸素消費速度の両方を上昇させる。
本願には、例えば、運動能力および健康の度合いなどの運動能力をモニタするための、運動中の無酸素性作業閾値および酸素消費速度の非侵襲的測定のためのシステムおよび方法が記載される。酸素消費の測定は、個人の代謝速度の定量的評価を提供する。
本発明はまた、以下の項目を提供する。
(項目1)
ヒトまたは動物の被検体の無酸素性作業閾値を判定する方法であって、
上記被検体の組織を照射放射線に暴露させるステップと、
上記組織から放出される放射線を収集するステップであって、上記放射線は、上記組織から反射または伝達された上記照射放射線の一部分を含む、ステップと、
上記組織のスペクトルを形成するように上記放出される放射線を処理するステップと、
上記組織の上記スペクトルに基づいて、上記被検体の無酸素性作業閾値を判定するステップと
を含む、方法。
(項目2)
上記組織内の被分析物の複数の濃度の値に基づいて、上記無酸素性作業閾値を判定するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
上記組織の複数のpH値に基づいて、上記無酸素性作業閾値を判定するステップをさらに含み、上記複数のpH値のそれぞれは、上記組織のスペクトルを測定し、上記スペクトルからpH値を判定することによって得られる、項目1に記載の方法。
(項目4)
上記複数のpH値に基づいて、上記無酸素性作業閾値を判定するステップは、
方程式のパラメータを判定するように上記複数のpH値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
上記数学的方程式から上記無酸素性作業閾値を判定するステップと
を含む、項目3に記載の方法。
(項目5)
上記複数のpH値に基づいて、上記無酸素性作業閾値を判定するステップは、
上記複数のpH値から上記組織の複数の水素イオン濃度の値を判定するステップと、
方程式のパラメータを判定するように上記複数の水素イオン濃度の値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
上記数学的方程式から上記無酸素性作業閾値を判定するステップと
を含む、項目3に記載の方法。
(項目6)
上記数学的方程式は、
の形であり、式中、xは、運動強度の尺度であり、x 0 は、上記無酸素性作業閾値に対応する調整パラメータであり、yは、上記水素イオン濃度であり、y 1 、y 2 、s 1 、およびs 2 は、調整パラメータである、項目5に記載の方法。
(項目7)
上記運動強度の尺度は、上記組織内の酸素消費速度である、項目6に記載の方法。
(項目8)
上記無酸素性作業閾値を判定するステップは、
上記複数のpH値から上記組織の複数の水素イオン濃度の値を判定するステップと、
方程式のパラメータを判定するように上記複数の水素イオン濃度の値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
上記数学的方程式の一次導関数が変化する運動強度の尺度を判定するステップと、
を含む、項目3に記載の方法。
(項目9)
上記運動強度の尺度は酸素消費速度である、項目8に記載の方法。
(項目10)
上記無酸素性作業閾値を判定するステップは、上記無酸素性作業閾値に対応する上記組織のpH値または水素イオン濃度の値を判定するステップを含み、上記方法は、身体運動期間中の上記被検体におけるpH値または水素イオン濃度の値をモニタするステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目11)
上記無酸素性作業閾値を判定するステップは、上記無酸素性作業閾値に対応する上記組織のpH値または水素イオン濃度の値を判定するステップを含み、上記方法は、身体運動期間の前に上記被検体における第1のpH値または第1の水素イオン濃度の値を判定するステップと、上記身体運動期間の後に上記被検体における第2のpH値または第2の水素イオン濃度の値を判定するステップとをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目12)
上記無酸素性作業閾値に対応する上記組織のpH値または水素イオン濃度の値を判定するステップと、上記被検体の無酸素性作業閾値に達したかどうかを評価するように、身体運動期間中に上記被検体におけるpH値または水素イオン濃度の値を少なくとも2回さらに判定するステップとをさらに含み、上記pH値または上記水素イオン濃度の値は、0.1Hz以上の周波数で判定される、項目1に記載の方法。
(項目13)
上記無酸素性作業閾値に基づいて、上記被検体の身体状態および上記被検体によって行われる運動計画の有効性の一方または両方を評価するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目14)
ヒトまたは動物の被検体の酸素消費速度を判定する方法であって、
上記被検体の組織を照射放射線に暴露させるステップと、
上記組織から放出される放射線を収集するステップであって、上記放射線は、上記組織から反射または伝達された上記照射放射線の一部分を含む、ステップと、
上記組織のスペクトルを形成するように上記放出される放射線を処理するステップと、
上記組織の上記スペクトルに基づいて、上記被検体の酸素消費速度を判定するステップと
を含む、方法。
(項目15)
上記酸素消費速度を判定するステップは、上記組織内の動脈血酸素飽和度と組織酸素飽和度との間の差を判定するステップを含む、項目14に記載の方法。
(項目16)
上記酸素消費速度を判定するステップは、上記被検体の心拍数に基づいて、上記被検体の1回拍出量を判定するステップをさらに含む、項目15に記載の方法。
(項目17)
上記酸素消費速度を判定するステップは、上記組織内のヘモグロビン濃度を判定するステップをさらに含む、項目15に記載の方法。
(項目18)
上記組織内の上記ヘモグロビン濃度を判定するステップは、
上記組織の上記スペクトルに基づいて、上記組織内のヘマトクリットレベルを判定するステップと、
上記ヘマトクリットレベルに基づいて、上記組織内のヘモグロビン濃度を判定するステップと
を含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
上記組織内の上記酸素消費速度は、
に従って判定され、式中、
は、上記組織内の上記酸素消費速度であり、SVは、上記被検体の1回拍出量であり、HRは、上記被検体の心拍数であり、C (a−b) O 2 は、上記組織内の動脈血酸素含有量と静脈血酸素含有量との間の差である、項目14に記載の方法。
(項目20)
上記動脈血酸素含有量と静脈血酸素含有量との間の差である、C (a−b) O 2 は、上記組織内の動脈血および静脈血酸素飽和度ならびに上記組織内のヘモグロビン濃度の値に基づいて算出される、項目19に記載の方法。
(項目21)
上記組織の上記スペクトルに基づいて、上記被検体の無酸素性作業閾値を判定するステップをさらに含む、項目14に記載の方法。
(項目22)
ヒトまたは動物の被検体の組織から放出される光を検出するように、および上記検出された光から上記組織のスペクトルを判定するように構成される、スペクトロメータと、
上記スペクトロメータに連結され、上記組織の上記スペクトルに基づいて、上記被検体の酸素消費速度および無酸素性作業閾値のうちの少なくとも1つを判定するように構成される、電子プロセッサと、
を備える、装置。
(項目23)
上記電子プロセッサは、
上記組織の複数のスペクトルを判定することと、
上記組織の複数のpH値を判定することであって、上記複数のpH値のうちの1つずつは、上記複数のスペクトルのうちの1つから得られる、ことと、
上記複数のpH値に基づいて、上記無酸素性作業閾値を判定することと
を行うように構成される、項目22に記載の装置。
(項目24)
上記スペクトロメータは、
少なくとも1つの光源と、
上記少なくとも1つの光源から上記組織へ光を伝達するように構成される、1つ以上の入射光ポートと、
上記組織から検出器に光を伝達するように構成される、1つ以上の受光ポートと
を備え、
上記1つ以上の入射光ポートおよび上記1つ以上の受光ポートは、筐体を被検体の身体の一部分に取り付けるための取付機構を備える上記筐体に封入される、項目22に記載の装置。
(項目25)
上記少なくとも1つの光源は、複数の発光ダイオードを備える、項目24に記載の装置。
(項目26)
上記1つ以上の受光ポートは、1つの受光ポートを備え、
上記1つ以上の入射光ポートは、上記受光ポートから第1の距離に位置付けられる第1の光ポートと、上記受光ポートから上記第1の距離よりも短い第2の距離に位置付けられ
る第2の光ポートとを備え、
上記電子プロセッサは、上記第1の光ポートからの光に由来するスペクトルデータを、上記第2の光ポートからの光に由来するスペクトルデータで補正するように構成される、項目24に記載の装置。
(項目27)
上記電子プロセッサと電気通信している通信インターフェースであって、上記電子プロセッサからの信号を、通信リンクおよびネットワークのうちの少なくとも1つの上でデバイスに伝送するように構成される、上記通信インターフェースをさらに含む、項目22に記載の装置。
(項目28)
上記デバイスは、コンピュータ、携帯用コンピュータデバイス、携帯電話、および表示デバイスのうちの少なくとも1つである、項目27に記載の装置。
(項目29)
上記信号は、上記被検体に関する情報を備え、上記デバイスは、上記被検体に関する上記情報をモニタするように構成されるコンピュータデバイスである、項目27に記載の装置。
(項目30)
データ伝送ネットワークに接続される電子デバイスと、
複数のモニタリングデバイスであって、各モニタリングデバイスは、項目22の上記装置に対応する、複数のモニタリングデバイスと
を含み、
各モニタリングデバイスは、複数のヒトまたは動物の被検体のうちの1つに関する情報を、上記データ伝送ネットワーク上で上記電子デバイスに伝送するように構成され、上記情報は、上記被検体の上記酸素消費速度および上記無酸素性作業閾値のうちの少なくとも1つを含む、システム。
種々のパラメータを判定するために、組織に赤外線反射率および/または吸光測定が実施されることができ、これは、ヒトの患者等の被検体の全般的な生理学的状態を評価するために使用されることができる。かかる測定を実施するために適した分光計システムは、例えば、Babs R.Sollerらによる2005年4月25日出願の米国特許出願第7,245,373号”Spectrometer System for Optical Reflectance Measurements”に開示され、その全体の内容は参照によって本願に援用される。概して、赤外線反射率および/または吸光測定は、生体(例えば、ヒトおよび/または動物の被検体)の組織に対して実施されることができる。
収集、処理、分析、およびサンプルからの情報を解釈するための種々の方法と組み合わせた上記に記載のステップが、標準的なプログラミング技術を使用してコンピュータプログラムに実装されることができる。かかるプログラムは、プログラム可能なコンピュータまたは専用に作成された集積回路上で実行するように作成され、それぞれは、電子プロセッサ、データ記憶システム(メモリおよび/または記憶素子を含む)、少なくとも1つの入力デバイス、およびディスプレイまたはプリンタ等の少なくとも1つの出力デバイスを備える。プログラムコードは、本願に記載の機能を実施し、1つ以上の出力デバイスに適用される出力情報(例えば、無酸素性作業閾値値および酸素消費速度を含む、それに由来する生理学的パラメータおよび数量)を生成するように、データ(例えば、検出器からのスペクトルデータ)を入力するように適用される。かかるコンピュータプログラムはそれぞれ、高水準プロシージャまたはオブジェクト指向プログラミング言語、またはアセンブリまたは機械言語に実装されることができる。さらに、言語は、コンパイルされた、または翻訳された言語であることができる。かかるコンピュータプログラムはそれぞれ、コンピュータまたは他の機械によって読み取られる際に、コンピュータ内のプロセッサに本願に記載の分析および制御機能を実行させる、コンピュータまたは機械可読記憶媒体(例えば、CD ROMまたは磁気ディスケット)上に記録されることができる。
前述の記述は、説明を目的とし、添付の請求項によって定義される本開示の範囲を限定するものではないということを理解されたい。他の側面、利点、および変更例は、以下の請求項の範囲内である。
Claims (18)
- ヒトまたは動物の被検体の無酸素性作業閾値を計算する方法であって、
前記被検体の組織を照射放射線に暴露させるステップと、
前記組織から放出される放射線を収集するステップであって、前記放射線は、前記組織から反射または伝達された前記照射放射線の一部分を含む、ステップと、
電子プロセッサを用いて
前記組織の複数のスペクトルを形成するように前記放出される放射線を処理し、
前記組織の複数のpH値を計算し、そして
前記組織の前記複数のpH値に基づいて、前記被検体の無酸素性作業閾値を計算するステップと
を含み、前記複数のpH値の各々1つは、前記複数のスペクトルの異なるスペクトルから計算される、方法。 - 前記複数のpH値に基づいて、前記無酸素性作業閾値を計算するステップは、
方程式のパラメータを判定するように前記複数のpH値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
前記数学的方程式から前記無酸素性作業閾値を計算するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数のpH値に基づいて、前記無酸素性作業閾値を計算するステップは、
前記複数のpH値から前記組織の複数の水素イオン濃度の値を計算するステップと、
方程式のパラメータを判定するように前記複数の水素イオン濃度の値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
前記数学的方程式から前記無酸素性作業閾値を計算するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記数学的方程式は、
- 前記運動強度の尺度は、前記組織内の酸素消費速度である、請求項4に記載の方法。
- 前記無酸素性作業閾値を計算するステップは、
前記複数のpH値から前記組織の複数の水素イオン濃度の値を計算するステップと、
方程式のパラメータを判定するように前記複数の水素イオン濃度の値のうちの2つ以上を数学的方程式に合わせるステップと、
前記数学的方程式の一次導関数が変化する運動強度の尺度を計算するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記運動強度の尺度は酸素消費速度である、請求項6に記載の方法。
- 前記無酸素性作業閾値を計算するステップは、前記無酸素性作業閾値に対応する前記組織のpH値または水素イオン濃度の値を計算するステップを含み、前記方法は、身体運動期間中の前記被検体におけるpH値または水素イオン濃度の値をモニタするステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記無酸素性作業閾値を計算するステップは、前記無酸素性作業閾値に対応する前記組織のpH値または水素イオン濃度の値を計算するステップを含み、前記方法は、身体運動期間の前に前記被検体における第1のpH値または第1の水素イオン濃度の値を計算するステップと、前記身体運動期間の後に前記被検体における第2のpH値または第2の水素イオン濃度の値を計算するステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記無酸素性作業閾値に対応する前記組織のpH値または水素イオン濃度の値を計算するステップと、前記被検体の無酸素性作業閾値に達したかどうかを評価するように、身体運動期間中に前記被検体におけるpH値または水素イオン濃度の値を少なくとも2回さらに計算するステップとをさらに含み、前記pH値または前記水素イオン濃度の値は、0.1Hz以上の周波数で計算される、請求項1に記載の方法。
- ヒトまたは動物の被検体の組織から放出される光を検出するように、および前記検出された光から前記組織のスペクトルを判定するように構成される、スペクトロメータと、
前記スペクトロメータに連結される電子プロセッサであって、
前記組織の複数のスペクトルを判定し、
前記組織の複数のpH値を判定し、
前記組織の複数のpH値に基づいて、前記被検体の無酸素性作業閾値を判定するように構成される、電子プロセッサと、
を備え、前記複数のpH値の各々1つは、前記複数のスペクトルの異なるスペクトルから得られる、装置。 - 前記スペクトロメータは、
少なくとも1つの光源と、
前記少なくとも1つの光源から前記組織へ光を伝達するように構成される、1つ以上の入射光ポートと、
前記組織から検出器に光を伝達するように構成される、1つ以上の受光ポートと
を備え、
前記1つ以上の入射光ポートおよび前記1つ以上の受光ポートは、筐体を被検体の身体の一部分に取り付けるための取付機構を備える前記筐体に封入される、請求項11に記載の装置。 - 前記少なくとも1つの光源は、複数の発光ダイオードを備える、請求項12に記載の装置。
- 前記1つ以上の受光ポートは、1つの受光ポートを備え、
前記1つ以上の入射光ポートは、前記受光ポートから第1の距離に位置付けられる第1の光ポートと、前記受光ポートから前記第1の距離よりも短い第2の距離に位置付けられる第2の光ポートとを備え、
前記電子プロセッサは、前記第1の光ポートからの光に由来するスペクトルデータを、前記第2の光ポートからの光に由来するスペクトルデータで補正するように構成される、請求項12に記載の装置。 - 前記電子プロセッサと電気通信している通信インターフェースであって、前記電子プロセッサからの信号を、通信リンクおよびネットワークのうちの少なくとも1つの上でデバイスに伝送するように構成される、前記通信インターフェースをさらに含む、請求項11に記載の装置。
- 前記デバイスは、コンピュータ、携帯用コンピュータデバイス、携帯電話、および表示デバイスのうちの少なくとも1つである、請求項15に記載の装置。
- 前記信号は、前記被検体に関する情報を備え、前記デバイスは、前記被検体に関する前記情報をモニタするように構成されるコンピュータデバイスである、請求項15に記載の装置。
- データ伝送ネットワークに接続される電子デバイスと、
複数のモニタリングデバイスであって、各モニタリングデバイスは、請求項11の前記装置に対応する、複数のモニタリングデバイスと
を含み、
各モニタリングデバイスは、複数のヒトまたは動物の被検体のうちの1つに関する情報を、前記データ伝送ネットワーク上で前記電子デバイスに伝送するように構成され、前記情報は、前記被検体の前記無酸素性作業閾値を含む、システム。
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