(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記数学的方程式は、
【数１】
0005607525.tif 000084
の形であり、式中、ｘは、運動強度の尺度であり、ｘ０は、前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、前記水素イオン濃度であり、ｙ１、ｙ２、ｓ１、およびｓ２は、調整パラメータである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
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。
【０００２】
（政府援助研究に対する陳述）
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。
【０００３】
（技術分野）
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。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒト組織内における酸素消費速度は、訓練を受けた技師によって複雑で高価なガス分析装置を使用して判定することができる。典型的に、これらの判定は実験室で実施される。対照的に、無酸素性作業閾値は、典型的に実地で測定されるが、複数の侵襲的測定（例えば、血液一滴を得るための典型的に手掌での採血による複数の血液回収）を伴う。その結果、無酸素性作業閾値の判定は、手間がかかり、被検体にとって不快となる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（概要）
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。
【０００７】
本願で使用される場合、「酸素消費速度」とは、（酸素消費は常に発生しているが）特に身体活動の期間中における、酸素を豊富に含んだ血液から酸素が除去される速度をいう。特に、競技種目やトレーニング活動中等の激しい身体活動の期間中、筋肉組織中の血液から酸素が消費される速度は、肉体的不活発の期間の酸素消費速度と関連して著しく上昇する可能性がある。本開示の用途のために、被検体の組織内の酸素消費速度は、酸素取り込み速度と同等である。科学文献において、酸素消費速度という用語のほうがより一般的に使用され、本開示の全体にわたって使用されるが、本願に記載される場合、「酸素取り込み速度」という用語が酸素消費速度と同義語であることを理解されたい。
【０００８】
さらに、本願で使用される場合、「無酸素性作業閾値」とは、漸次的に増加するワーク（例えば、漸次的に増加する身体運動）によって、被検体の血中乳酸濃度の変化の速度が上昇する酸素消費速度（または運動強度に関連する別の数量）をいう。言い換えると、無酸素性作業閾値まで運動強度の増加を受ける被検体について、被検体の血中乳酸濃度は、ほぼ時間的に一定の速度で上昇する。いったん被検体の無酸素性作業閾値に達すると、被検体の血中乳酸濃度は、（おそらく、やはり一定の速度ではあるが）急激に速い速度で上昇し始める。生理学的に、無酸素性作業閾値は、組織内の乳酸産生の速度が、乳酸が除去される速度を上回る時点に対応し、および／またはＣＯ２産生の速度において著しい上昇がある。
【０００９】
能力モニタは、反射率および／またはｐＨ、血中ヘマトクリット、および組織の酸素飽和度等の生理学的パラメータを定量的に測定するための吸光計測によって、組織の近赤外線スペクトル（例えば、ヒトの被検体または動物の被検体）をモニタする。これらのパラメータのうちの１つ以上から、無酸素性作業閾値が測定される。これらのパラメータおよび心拍数および動脈血酸素飽和度の計測を使用することにより、酸素消費速度が測定されることができる。本願に記載のシステムおよび方法を使用することにより、無酸素性作業閾値は、複数の侵襲的測定（例えば、連続的な血液回収）を実施することなく、および最大限の運動計画を完了することを被検体に促すことなく、測定されることができる。それゆえ、メタボリックカートおよび／または高度なガス分析装置および訓練を受けた技師の援助を必要とせずに、酸素消費速度が測定されることができる。
【００１０】
本願に記載の能力モニタは、ヒトの患者またはウマやイヌ等の動物等の被検体に取り付けるように構成される携帯型モニタとして実装されることができる。例えば、無酸素性作業閾値および酸素消費速度の一方または両方を判定するための携帯型モニタは、調節可能な（例えば、伸縮する）ストラップまたは粘着性パッドを介して、被検体の腕または足に直接取り付けられるように構成されることができる。あるいは、または加えて、携帯型モニタは、例えば、衣服のベルトまたはウエストバンドに取り付けられることができ、センサはモニタから延び、粘着性パッド等の取付機構を介して被検体の皮膚に取り付けられることができる。単一の能力モニタが無酸素性作業閾値および酸素消費速度の両方を測定するために使用されることができ、または、これらの数量の一方または両方を測定するために、別個の能力モニタが使用されることができる。能力モニタは、無酸素性作業閾値および酸素消費速度等の生理学的パラメータを含むデータを、ディスプレイおよび／または記憶媒体に伝送する（例えば、無線で伝送する）ことができる。加えて、能力モニタは、有線および無線ネットワークを含むネットワーク上でデータを伝送することができる。
【００１１】
概して、第１の側面において、本開示は、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を特徴とし、本方法は、被検体の組織を照射放射線に暴露させるステップと、組織から放出される放射線をであって、前記組織から反射または伝達された照射放射線の一部分を含む、放出される放射線を収集するステップと、組織のスペクトルを形成するように放出される放射線を処理するステップと、組織のスペクトルに基づいて、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。
【００１２】
方法の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１３】
本方法は、前記組織内の被分析物の複数の濃度の値に基づいて、無酸素性作業閾値を判定するステップを含むことができる。
【００１４】
本方法は、組織の複数のｐＨ値に基づいて、無酸素性作業閾値を判定するステップを含むことができ、複数のｐＨ値のそれぞれは、組織のスペクトルを測定し、スペクトルからのｐＨ値を測定することによって得られることができる。複数のｐＨ値に基づく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、数学的方程式から無酸素性作業閾値を判定するステップとを含むことができる。
【００１５】
複数のｐＨ値に基づいて無酸素性作業閾値を判定するステップは、複数のｐＨ値から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、数学的方程式から無酸素性作業閾値を判定するステップとを含むことができる。数学的方程式は、
【００１６】
【化１】
0005607525.tif 000002
の形式であることができ、式中、ｘは、運動強度の尺度であり、ｘ０は、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、水素イオン濃度であり、ｙ１、ｙ２、ｓ１、およびｓ２は、調整パラメータである。運動強度の尺度は、組織内の酸素消費速度であることができる。
【００１７】
無酸素性作業閾値を判定するステップは、複数のｐＨ値から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、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ことができる。運動強度の尺度は、酸素消費速度であることができる。
【００１８】
無酸素性作業閾値を判定するステップは、無酸素性作業閾値に対応する組織の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むことができ、本方法は、身体運動期間中の被検体における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含むことができる。
【００１９】
無酸素性作業閾値を判定するステップは、無酸素性作業閾値に対応する組織の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むことができ、本方法は、身体運動期間の前に被検体における第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、身体運動期間の後に被検体における第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含むことができる。
【００２０】
本方法は、無酸素性作業閾値に対応する組織の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むことができ、被検体の無酸素性作業閾値に達成したかどうかを評価するように、身体運動期間中に被検体における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をさらに含み、ｐＨ値または水素イオン濃度の値は、０．１Ｈｚ以上の周波数で判定される。
【００２１】
本方法は、無酸素性作業閾値に基づいて、被検体の身体状態および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ことができる。
【００２２】
本方法はまた、必要に応じて、本願に記載の任意の他の特徴または方法のステップを含むことができる。
【００２３】
別の側面では、本開示は、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を特徴とし、本方法は、被検体の組織を照射放射線に暴露させるステップと、組織から放出される放射線であって、組織から反射または伝達された照射放射線の一部分を含む、放出される放射線を収集するステップと、組織のスペクトルを形成するように放出される放射線を処理するステップと、組織のスペクトルに基づいて、被検体の酸素消費速度を判定するステップとを含む。
【００２４】
本方法の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
【００２５】
酸素消費速度を判定するステップは、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ことができる。酸素消費速度を判定するステップは、被検体の心拍数に基づいて、被検体の１回拍出量を判定するステップを含むことができる。
【００２６】
酸素消費速度を判定するステップは、組織内のヘモグロビン濃度を判定するステップを含むことができる。組織内のヘモグロビン濃度を判定するステップは、組織のスペクトルに基づいて、組織内のヘマトクリットレベルを判定するステップと、ヘマトクリットレベルに基づいて、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ことができる。
【００２７】
組織内の酸素消費速度は、
【００２８】
【化２】
0005607525.tif 000003
に従って測定されることができ、式中、
【００２９】
【化３】
0005607525.tif 000004
は、組織内の酸素消費速度であり、ＳＶは、被検体の１回拍出量であり、ＨＲは、被検体の心拍数であり、Ｃ（ａ−ｂ）Ｏ２は、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。動脈血酸素含有量と静脈血酸素含有量との間の差Ｃ（ａ−ｂ）Ｏ２は、組織内の動脈血酸素と静脈血酸素飽和度ならびに組織内のヘモグロビン濃度の値に基づいて算出されることができる。
【００３０】
本方法は、組織のスペクトルに基づいて、被検体の無酸素性作業閾値を判定するステップを含むことができる。
【００３１】
本方法はまた、必要に応じて、本願に記載の任意の他の特徴または方法のステップを含むことができる。
【００３２】
さらなる側面では、本開示は、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、および検出された光から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、スペクトロメータに連結され、組織のスペクトルに基づいて、被検体の酸素消費速度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含む装置を特徴とする。
【００３３】
本装置の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
【００３４】
電子プロセッサは、複数の組織のスペクトルを判定し、組織の複数のｐＨ値を判定し、複数のｐＨ値のうちの１つずつは、複数のスペクトルのうちの１つから得られ、複数のｐＨ値に基づいて、無酸素性作業閾値を判定するように構成されることができる。
【００３５】
スペクトロメータは、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源から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、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含み、１つ以上の入射光ポートおよび１つ以上の受光ポートは、被検体の身体の一部分に取り付けるための取付機構を含む筐体に封入される。
【００３６】
少なくとも１つの光源は、複数の発光ダイオードを含むことができる。少なくとも１つの光源は、５０ｎｍ以上のスペクトルバンド幅の半値全幅を有することができる。
【００３７】
１つ以上の受光ポートは、１つの受光ポートを含むことができる。１つ以上の入射光ポートは、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、受光ポートから第１の距離よりも短い第２の距離に位置付けられる第２の光ポートとを含むことができる。電子プロセッサは、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、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ことができる。第１の光ポートからの光に由来するスペクトルデータは、組織および組織を覆う１つ以上の層に関する情報を含むことができる。第２の光ポートからの光に由来するスペクトルデータは、１つ以上の覆っている層に関する情報を含むことができる。
【００３８】
本装置は、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を含むことができ、この通信インターフェースは、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（例えば、無線で伝送する）ように構成される。ネットワークは、無線ネットワーク（例えば、携帯電話ネットワーク）であることができる。ネットワークは、インターネットであることができる。通信リンクは、無線通信リンクであることができる。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つであることができる。
【００３９】
信号は、被検体に関する情報を含むことができ、デバイスは、被検体に関する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ことができる。
【００４０】
電子プロセッサは、被検体の１回拍出量、被検体の心拍数、被検体におけるヘモグロビン濃度、および被検体における動脈血と組織酸素飽和度の間の差に基づいて、酸素消費速度を測定するように構成されることができる。
【００４１】
システムは、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本装置に対応する、複数のモニタリングデバイスとを含むことができ、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、データ伝送ネットワーク上で電子デバイスに伝送するように構成され、情報は、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つを含む。
【００４２】
実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を含むことができる。
【００４３】
本願に記載の能力モニタは携帯型であり、ゆえに実地試験環境および移動環境を含む種々の環境において利用可能である。本能力モニタは、典型的に被検者によって装着されるフェイスマスクおよびマウスピースを含み、しばしば被検者にとって不快で閉所恐怖となるメタボリックカート装置の必要を排除する。さらに、本願に記載の能力モニタは、非観血的測定を実施し、血液および／または他の体液を被検者から採取する必要を排除する。
【００４４】
加えて、本願に記載の能力モニタは、被検者における酸素消費速度を評価するための代替的な設備よりも簡素であり、安価である。本能力モニタは、高度な訓練を受けた技師を必要とせずに、現地での表示および遠隔モニタリングの両方にリアルタイムの結果を提供する。
【００４５】
別途定義されない限り、本願で使用されるすべての技術的および科学的用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本願に記載のものと類似または等価の方法および材料は、本開示の実施または試験において使用されることができるが、適した方法および材料は下記に記載されている。本願に記述されるすべての刊行物、特許文献、特許、および他の参照は、参照によってその全体として組み込まれる。矛盾する場合には、定義を含めて本願明細書が支配するものとする。加えて、材料、方法、および実施例は説明のみを目的とし、限定を意図するものではない。
【００４６】
１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明において記述される。他の特徴および利点は、説明、図面、および請求項により明らかとなろう。
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、
【数１】
0005607525.tif 000005
の形であり、式中、ｘは、運動強度の尺度であり、ｘ０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、ｙ１、ｙ２、ｓ１、およびｓ２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、
【数２】
0005607525.tif 000006
に従って判定され、式中、
【数３】
0005607525.tif 000007
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）Ｏ２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）Ｏ２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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、能力モニタの実施形態の概略図である。
【図２】図２は、能力モニタの実施形態の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、能力モニタの実施形態を示す写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、モニタ筐体内に位置づけられたプロセッサおよびディスプレイとともに、能力モニタの内部を示す写真である。
【図４Ａ】図４Ａは、ネットワークを介してデバイスに接続する能力モニタの概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ネットワークを介してデバイスに接続する複数の能力モニタの概略図である。
【図５】図５は、被検者に対する運動強度の関数としての、乳酸濃度および水素イオン濃度の図表である。
【図６】図６は、近赤外分光法および標準的な機器によって、第１の被検者に対する時間の関数として測定される酸素消費速度の図表である。
【図７】図７は、近赤外分光法および標準的な機器によって、第２の被検者に対する時間の関数として測定される酸素消費速度の図表である。
【図８】図８は、運動強度の関数としての、１回拍出量の図表である。
【図９】図９は、被検者の無酸素性作業閾値を示す乳酸濃度の図表である。
【図１０】図１０は、被検者の無酸素性作業閾値を示す水素イオン濃度の図表である。
【図１１】図１１は、被検者の無酸素性作業閾値を示す二酸化酸素産生速度の図表である。
【図１２】図１２は、乳酸濃度および水素イオン濃度から判定される、９人の被検者の無酸素性作業閾値を示す図表である。
【図１３】図１３は、水素イオン濃度および二酸化炭素産生速度から判定される、１０人の被検者の無酸素性作業閾値を示す図表である。
【図１４】図１４は、能力モニタの外観図である。
【図１５】図１５は、３人の被験者の心拍数の関数としての、推定の１回拍出量の図表である。
【図１６】図１６は、時間の関数として、全身測定および近赤外線スペクトル測定から判定される、女性の被検者の絶対酸素消費速度の図表である。
【図１７】図１７は、時間の関数として、全身測定および近赤外線スペクトル測定から判定される、男性の被検者の絶対酸素消費速度の図表である。
【図１８】図１８は、全身測定からおよび近赤外線スペクトル測定から判定される、酸素消費速度間の相関関係を示す図表である。
【００４８】
種々の図面において、同じ参照記号は、同じ要素であることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
（詳細な説明）
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。
【００５０】
図１は、組織サンプル１０２から反射率および／または吸光測定を実施するための、携帯用能力モニタ１００の実施形態を示す。モニタ１００は、光源１０４、供給源１０４用の電源１０６、光学ベンチ１０８、シャッタシステム１１０、シャッタシステムドライバ１１２、分光器１１４、光ファイバケーブル１１６ａ〜１１６ｃ、プロセッサ１１８、および取付機構１１９を含む。モニタ１００はまた、プロセッサ１１８と電気通信している複数の補助接続ポート１２０、１２２、１２４、および１２６を含む。４つの接続ポートが図１において概略的に示される。モニタ１００の実施形態は、概して、任意の数の補助接続ポートを有することができる。補助接続ポートは、他のセンサおよび／または計器のプロセッサ１１８への接続を可能にする。プロセッサ１１８は、補助接続ポートに接続するセンサおよび／または計器からデータを受信するように構成されることができ、また、プロセッサ１１８は、補助接続ポートを介してセンサおよび／または計器に信号を伝送することができる。
【００５１】
光源１０４からの光は、光学ベンチ１０８内の光学素子によって操作され、代替的に遮断されてシャッタシステム１１０を通ることが可能となる。光源１０４からの光がシャッタシステム１１０を通過する際、光は光ファイバケーブル１１６ａおよび／または１１６ｂを介して、ケーブル１１６ａ、１１６ｂ、および１１６ｃをサンプル１０２に固定し、ケーブル１１６ａおよび／または１１６ｂによって誘導される光が、１つ以上の入射光ポート（図示せず）を介してサンプル１０２に入射することが可能となるように構成される取付機構１１９に誘導される。入射光ポートは、ケーブル１１６ａおよび／または１１６ｂから結合された光がサンプル１０２に到達するように通る開口を提供する。
【００５２】
サンプル１０２から反射および／または透過された光は、１つ以上の受光ポートを介して光ファイバケーブル１１６ｃに結合し、分光器１１４に誘導される。いくつかの実施形態では、分光器１１４はまた、別の光ファイバケーブル（図１に図示せず）を介して、供給源１０４（例えば、サンプル１０２に入射していない光）から光を直接受信することができる。プロセッサ１１８によって制御される分光器１１４は、サンプル１０２から反射された、および／または吸収された光のスペクトルを判定する。
【００５３】
一部の実施形態では、能力モニタ１００の要素は一体化される。例えば、いくつかの実施形態では、シャッタシステム１１０および／またはシャッタシステムドライバ１１２は、光学ベンチ１０８の一部であることができる。別の実施例として、いくつかの実施形態では、光源１０４は、光学ベンチ１０８の一部であることができる。
【００５４】
分光器１１４は、光度の波長分解された測定を可能にする、任意の種類のデバイスまたはシステムであることができる。例えば、いくつかの実施形態では、分光器１１４は、入射光線を複数の成分波長の中に空間的に分散する回折格子またはプリズム等の分散素子と、成分波長を、成分波長の強度を測定するように構成される検出器（例えば、ＣＣＤデバイス、フォトダイオード、光電子倍増管、または別のそのようなデバイス）に導くための１つ以上の光学素子とを含むことができる。一部の実施形態では、分光器１１４は、光帯域通過フィルタの使用を介するなどで、入射光線ビームの成分波長の強度を別の手法で測定することができる。いくつかの実施形態では、分光器１１４は、光度を異なる波長で測定するために、他の要素を使用することができる。
【００５５】
図１に示すとおり、光ファイバケーブル１１６ａは、光ファイバケーブル１１６ｃから光ファイバケーブル１１６ｂよりも長い距離で間隔をあけている。ケーブル１１６ｃに対するケーブル１１６ａおよび１１６ｂの位置の適した選択により、分光器１１４によって測定されるスペクトルデータは、皮膚および／または脂肪層に起因する、サンプル１０２における問題となっているものの筋肉組織を覆うスペクトル効果を低減または除去するように補正されることができる。例えば、ケーブル１１６ｃに連結され、ケーブル１１６ａからサンプル１０２に導かれる入射光線に由来する反射光線は、典型的に、覆っている皮膚および脂肪層、ならびにサンプル１０２におけるより深部にある問題となっている組織（例えば、筋肉組織）の両方からの貢献を含む。対照的に、ケーブル１１６ｃに連結され、ケーブル１１６ｂからサンプル１０２に導かれる入射光線に由来する反射光線は、典型的に皮膚および脂肪層からの貢献を（大部分は）含む。その結果、一部の実施形態では、モニタ１００は、入射光線に由来するケーブル１１６ａからのスペクトルを補正し、覆っている皮膚および脂肪層からのスペクトル貢献を低減および／または除去するために、ケーブル１１６ａおよび１１６ｂを介して届けられる入射光線に由来する反射光線を別々に測定し、ケーブル１１６ｂからの入射光線に由来する反射光線スペクトルを使用するように構成されることができる。モニタ１００はまた、異なる被検体の間の皮膚色素沈着の差異を補正するように構成されることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、能力モニタは、特に小型化およびより一層の携帯性が所望される場合、図１に示されるものよりも少ない要素を含むことができる。図２は、補助接続ポート１２０および１２２、固体光源１０４（例えば、光源１０４は、１つ以上のＬＥＤ供給源を含むことができる）、光源ドライバ１０６、光学ベンチ１２８、および分光器１１４を持つプロセッサ１１８を含む、携帯用能力モニタ１５０の実施形態を示す。固体供給源１０４から発光される光は、筐体１３４の開口１３０（または複数の開口）を通ってサンプル組織１０２に入射する。サンプル１０２から反射した、および／または伝送された光は、筐体１３４の中の開口１３２（または複数の開口）を介して光学ベンチ１２８に入る。光学ベンチ１２８は、反射したおよび／または透過された光を分光器１１４に導く光学素子を含む。プロセッサ１１８によって制御される分光器１１４は、サンプル１０２からの光の反射率および／または吸光度スペクトルを判定する。
【００５７】
典型的には、固体光源１０４は、図１に示す光源のスペクトルバンド幅に類似した、半値全幅（ＦＷＨＭ）スペクトルバンド幅を有する比較的帯域幅の広い光（例えば、白熱光源）を提供する。例えば、一部の実施形態では、固体供給源１０４のＦＷＨＭスペクトルバンド幅は、１ｎｍ以上（例えば、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、７５ｎｍ以上、１００以上、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７００ｎｍ以上、９００ｎｍ以上）である。
【００５８】
取付機構１９４を介して被検者の足１９２に搭載されたセンサ１９０を持つ能力モニタ１７０の実施形態を図３Ａに示す。センサ１９０は、足１９２に光を届け、足１９２から反射光線を収集するように構成される光ファイバケーブルを含む。図３Ａのモニタ１７０は、ラップトップコンピュータ１９６を介して通信インターフェースに接続される。反射率および／または吸光度スペクトルを含むモニタからのデータは、通信インターフェースを介してコンピュータに伝送されることができる。図３Ａに示す実施形態では、能力モニタ１７０は、電子プロセッサを含まず、スペクトルデータから種々のパラメータの値を判定するステップを含む処理機能は、代わりにコンピュータ１９６によって実施される。概して、能力モニタは、その筐体内に電子プロセッサを含んでも含まなくてもよく、モニタがその筐体内に電子プロセッサを含まない場合、モニタは、典型的に、デスクトップコンピュータ、携帯用コンピュータ、および／または携帯電話等の外部コンピュータデバイス内の電子プロセッサへの接続（例えば、通信インターフェースを介する）を含む。外部デバイスは、本願に記載の処理機能のいくつかまたはすべてを実施することができ、例えば、種々のパラメータの値を表示するためのディスプレイインターフェースを含むことができる。
【００５９】
図３Ｂは、図３Ａにおいて示されるものと類似の能力モニタの内部を示すが、モニタ筐体内に電子プロセッサおよびディスプレイを含む。図３Ｂに示されるモニタは、大きさ８インチｘ９インチｘ６インチ、重量８ポンドであるが、他の寸法および重量も可能である。例えば、いくつかの実施形態では、能力モニタの最大寸法は、６インチ以下（例えば、５．５インチ以下、５インチ以下、４．５インチ以下、４インチ以下、３インチ以下、２インチ以下、１インチ以下、０．５インチ以下、０．２５インチ以下）である。筐体によって封入される光ファイバケーブルおよび光ポートを含むモニタの一部分は、粘着性パッド等の取付機構を使用して被検者の腕に固定される。スナップ接続は、粘着性パッドと筐体とを係合する。一部の実施形態では、ストラップ（図３Ｂに図示せず）等の他の取付機構が使用されることができる。
【００６０】
ディスプレイおよび電子プロセッサに加えて、図３Ｂのモニタは、記憶媒体、光学ベンチ、電力制御機器、光源およびドライバ、および分光器を含む。いくつかの実施形態では、モニタはまた、実地利用のためのバッテリを含むことができる。このサイズおよび重量のモニタは、例えば、実験室およびトレーニングセンターにおける利用とともに、実地用途でも使用することができる。調査を受ける被検体は、典型的に運動を（例えば、エアロバイクまたはトレッドミル）行う。携帯型および他の使用には、例えば図３Ａおよび図３Ｂに示すモニタのうちの１つの小型版がベルト上に装着されることができる。かかるモニタは、例えば、比較的側方のＦＷＨＭスペクトルバンド幅を持つ光を提供する固体光源を含むことができる。固体供給源は、センサに直接位置づけられることができる（例えば、被検体の身体に取り付けられた筐体内に位置づけられる）。小型モニタは、バッテリを介して電力を供給されることができる。
【００６１】
図１４は、能力モニタの別の実施形態の外観を示す。モニタ１８０は、比較的硬質の材料（例えば、プラスチック）で形成される筐体１８３を含む。通信ポート１８１（例えば、ＵＳＢポート）は、モニタ１８０からのデータを１つ以上の外部デバイスに伝送するように、および／または１つ以上の外部デバイスからデータを受信するように構成される。電源コネクタ１８２は、電源（例えば、ＡＣ電源および／またはバッテリ等のＤＣ電源）を接続するために使用される。モニタ１８０はまた、モニタ１８０がポート１８２を通じて電源に接続されることなく動作するように、バッテリを格納するように構成される別個のコンパートメントを筐体１８３内に含むことができる。
【００６２】
筐体１８３上には、ストラップ等の留め具を収容するように構成されるコネクタ１８４が位置づけられ、これはモニタ１８０を被検体に固定するために（例えば、被検体の足または腕に）使用されることができる。留め具は、モニタ１８０を被検体から繰り返し取り付けたり取り外したりすることを可能にする、ベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ(Ｒ)）テープ等の繰り返し留めることができる留具を含むことができる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、能力モニタは、他の電子デバイスと通信するための通信インターフェースを含むことができる。通信インターフェース２０２を持つ能力モニタ２００図４Ａに示す。モニタ２００は、ネットワーク２０４を介してデバイス２１０と通信する。一部の実施形態では、例えば、デバイス２１０は、コンピュータ（例えば、デスクトップまたはノートパソコン、または携帯用コンピュータ）であることができる。いくつかの実施形態では、デバイス２１０は、携帯電話、またはディスプレイデバイスおよび／または記憶デバイス等の別の電子デバイスであることができる。デバイス２１０が携帯電話である場合、デバイス２１０は、コンピュータ等のネットワーク２０４を介して第２のデバイス（図示せず）と通信することができ、モニタ２００から第２のデバイスにデータを伝送する伝送デバイスとしての役割を果たすことができる。概して、モニタ２００は、インターフェース２０２を介して１つ以上のデバイス２１０と通信することができる。
【００６４】
ネットワーク２０４は、概して、電子デバイス間の信号の交換を支援する任意のネットワークであることができる。いくつかの実施形態では、例えば、ネットワーク２０４は、モニタ２００とデバイス２１０とを接続するケーブル（例えば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、または他のケーブル）を含む。一部の実施形態では、ネットワーク２０４は、携帯電話ネットワーク等の無線ネットワークか、またはインターネットである。モニタ２００は、モニタ２００とデバイス２１０との間でデータの交換が許可されるより前に、自身をネットワーク２０４上で認証をするように構成されることができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、複数のモニタは、ネットワークを介して１つ以上の電子デバイスに接続されることができる。図４Ｂは、それぞれが通信インターフェース２０２を有する複数のモニタ２００を示す。各モニタは、ネットワーク２０４を介してデバイス２１０に接続され、デバイス２１０とデータ（例えば、モニタ２００および／または制御命令によって測定されるデータ）を交換することができる。
【００６６】
分光器１１４によって判定される反射率および／または吸光度スペクトルは、サンプル組織１０２に対応する種々の生理学的パラメータを判定するように、プロセッサ１１８によって処理されることができる。いくつかの実施形態では、例えば、スペクトルから測定されることができる生理学的パラメータには、任意の１つ以上の組織ｐＨ（水素イオン濃度が由来する）、組織酸素飽和度、血中ヘマトクリット、血中ヘモグロビン濃度、組織の酸素分圧、および水分率を含むことができる。これらのパラメータのそれぞれを判定するためのシステムおよび方法は、例えば、次の米国特許および特許出願、１９９５年１１月８日出願のＢａｂｓ  Ｒ．Ｓｏｌｌｅｒらの米国特許出願第５，８１３，４０３号”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｉｓｓｕｅ  ｐＨ”、１９９８年２月４日出願のＢａｂｓ  Ｒ．Ｓｏｌｌｅｒらの米国特許出願第６，００６，１１９号”Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｂｌｏｏｄ  Ｈｅｍａｔｏｃｒｉｔ”、２００２年１０月１１日出願のＢａｂｓ  Ｒ．Ｓｏｌｌｅｒの米国特許出願第６，７６６，１８８号”Ｔｉｓｓｕｅ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ”、およびＯｌｕｓｏｌａ  Ｏ．Ｓｏｙｅｍｉらの２００７年５月３０日出願の米国特許出願公開第ＵＳ  ２００８／００９７１７３号”Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ”に開示され、参照によってその全体として本願に組み込まれる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、判定されたスペクトルは、生理学的パラメータを判定する前に補正されることができる。例えば、一部の実施形態では、組織のスペクトルは、筋肉組織を覆っている皮膚および／または脂肪層（例えば、スペクトロメータシステムと筋肉組織との間に位置する皮膚および／または脂肪）による光の散乱および／または吸収効果を低減するように補正されることができる。スペクトルを補正するためのシステムおよび方法は、例えば、２００６年４月２５日出願、米国公開第ＵＳ  ２００７／００３８０４１号に公開される、Ｙｅ  Ｙａｎｇらの米国特許出願第１１／４１１，５３８号”Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  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。
【００６８】
反射率および／または吸光測定から判定される生理学的パラメータが、他の生理学的に重要な数量を判定するために使用されることができる。特に、本願に記載の能力モニタによって測定されるパラメータは、ヒトの患者等の被検体における無酸素性作業閾値および酸素消費速度を判定するために使用されることができる。
【００６９】
無酸素性作業閾値および水素イオン濃度は、運動期間中の血中乳酸の産生が組織内の局所ｐＨに比例して変化するため、組織に関係する。その結果、無酸素性作業閾値を判定するために使用されうる被検体のサンプル組織内の乳酸濃度は、組織内の水素イオン濃度を測定することによってモニタされることができる。水素イオン濃度は、水素イオン濃度［Ｈ＋］が［Ｈ＋］＝１０−ｐＨとして数学的にｐＨに関係する組織内のｐＨ測定から直接測定されることができる。組織ｐＨは、上述のとおり、近赤外分光分析および／または吸光測定から測定されることができる。その結果、携帯用の本願に記載の能力モニタは、組織に実施される近赤外線測定から被検体の組織における血中乳酸濃度をモニタするために使用されることができる。
【００７０】
ここで、代謝速度は、被検体による酸素消費速度の測定に基づいて評価される。組織の酸素消費速度
【００７１】
【化４】
0005607525.tif 000008
は、
【００７２】
【化５】
0005607525.tif 000009
として算出されることができ、式中、Ｑは、被検体の心拍出量であり、Ｃは、数値定数または数値関数であり、［Ｈｂ］は、ヘモグロビン濃度であり、ＳａＯ２およびＳｖＯ２は、組織内のヘモグロビンに結合する酸素に対応する動脈血および組織酸素飽和度の値であり、およびＰａＯ２およびＰｖＯ２は、組織内のヘモグロビンに結合しない動脈血および組織の酸素の分圧である。典型的には、Ｃは１．３４の定値を有し、これは組織中のヘモグロビンの１グラム中の酸素（ｍＬ）の典型的な量に対応する。概して、しかしながら、Ｃは環境および測定条件により、他の値を有することができる。いくつかの実施形態では、例えば、Ｃは定数ですらない場合がある。すなわち、Ｃは種々の測定条件の関数であることができる。例えば、Ｃは被検体の１回拍出量における変化に従って上下する値を返す関数であることができる。心拍出量Ｑは、１回拍出量（ＳＶ）および心拍数（ＨＲ）の産生に等しい。典型的には、化学式（１）中の第２のタームは、第１のタームと比較して規模が小さく、無視することができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、近赤外分光分析および／または吸光測定は、被検体の１回拍出量、
【００７４】
【化６】
0005607525.tif 000010
によって正規化される、
【００７５】
【化７】
0005607525.tif 000011
の相対値を判定するために使用されることができる。数量
【００７６】
【化８】
0005607525.tif 000012
は、
【００７７】
【化９】
0005607525.tif 000013
（例えば、相対的な酸素消費速度に対応して）に比例し、被検体の組織における酸素消費速度の測定を提供する。数学的に、
【００７８】
【化１０】
0005607525.tif 000014
は、
【００７９】
【化１１】
0005607525.tif 000015
に従う近赤外線スペクトル測定に由来する定量から測定されることができ、式中、ＨＲは、被検体の心拍数であり、［Ｈｂ］は、被検体の組織内のヘモグロビン濃度であり、Ｓａｏ２は、動脈血酸素飽和度であり、ＳｖＯ２は、組織酸素飽和度である。化学式（２）中の数量は、
【００８０】
【化１２】
0005607525.tif 000016
が分光測定から直接測定されることができるように、直接測定されることができるか、近赤外分光分析および／または吸光測定および標準的なパルス酸素濃度測定を含む種々の測定に由来する。
【００８１】
例えば、心拍数（ＨＲ）および動脈血酸素飽和度（ＳａＯ２）は、標準的なパルス酸素濃度測定を使用して測定されることができる。これらの測定は、本願に記載の能力モニタ上の補助ポートのうちの１つに接続する、別個の市販の指、額、または耳パルス酸素濃度計センサ（例えば、カリフォルニア州プレザントンのＮｅｌｌｃｏｒ社から入手可能なＮｅｌｌｃｏｒ  ＯｘｙＭａｘＴＭ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｒｅｈｅａｄ  Ｓｅｎｓｏｒおよびパルス酸素濃度計システム）を使用して得ることができる。補助ポート１２０を通じてプロセッサ１１８に接続するパルス酸素濃度計センサ１６０を、図１および図２に概略的に示す。あるいは、または加えて、本願に記載の能力モニタは、パルス酸素濃度を用いたＨＲおよびＳａＯ２の測定を収集された近赤外線スペクトルから直接実施するための適切なセンサおよび処理ソフトウェアを含むことができる。
【００８２】
ヘモグロビン濃度［Ｈｂ］は、近赤外線スペクトルから判定されるヘマトクリットレベルの３分の１として推定されることができ、本願に記載の能力モニタは、上述のとおり、ヘマトクリットレベルを直接測定するように構成される。あるいは、または加えて、ヘモグロビン濃度は、近赤外線スペクトル測定から直接測定されることができる。
【００８３】
筋肉酸素飽和度（ＳｍＯ２）は、おおよそ静脈血（例えば、組織）酸素飽和度（ＳｖＯ２）に等しく、本願に記載の能力モニタは、筋肉の酸素飽和度を判定することにより、反射率および／または吸光測定から組織酸素飽和度を直接測定するように構成される。
【００８４】
いくつかの実施形態では、近赤外線スペクトル測定は、被検体の組織内の絶対的（例えば、相対的でなく）酸素消費速度を直接判定するために使用されることができる。酸素消費
【００８５】
【化１３】
0005607525.tif 000017
の絶対速度は、
【００８６】
【化１４】
0005607525.tif 000018
に従うフィックの方程式から推定されることができ、式中、ＳＶは、１回拍出量であり、ＨＲは、心拍数であり、Ｃ（ａ−ｖ）Ｏ２は、動脈血（ａ）と静脈血（ｖ）との間の酸素含有量の差である。動脈血酸素含有量と静脈血酸素含有量との間の差は、
【００８７】
【化１５】
0005607525.tif 000019
に従って算出されることができ、式中、［Ｈｂ］は、ヘモグロビン濃度であり、ＳａＯ２およびＳｖＯ２は、組織内のヘモグロビンに結合する酸素に対応する動脈血と静脈血（例えば、組織）酸素飽和度の値であり、ＰａＯ２およびＰｖＯ２は、組織内のヘモグロビンに結合しない酸素の分圧である。典型的には、化学式（４）中の第２のタームは、第１のタームと比較して規模が小さく、無視することができる。
【００８８】
近赤外分光分析および／または吸光測定は、上記の式（３）および（４）に従う被検体の組織中の絶対酸素消費速度
【００８９】
【化１６】
0005607525.tif 000020
を推定するために使用されることができる。上記の式（３）および（４）の数量のそれぞれは、
【００９０】
【化１７】
0005607525.tif 000021
が分光測定から直接測定されることができるように、直接測定されるか、近赤外分光分析および／または吸光測定および標準的なパルス酸素濃度測定を含む種々の測定に由来することができる。例えば、上記に記載のとおり、心拍数（ＨＲ）および動脈血酸素飽和度（ＳａＯ２）は、標準的なパルス酸素濃度測定を使用して、別個の市販の指、額、または耳パルス酸素濃度計センサを使用して測定されることができる。あるいは、または加えて、本願に記載の能力モニタは、ＨＲおよびＳａＯ２測定を収集された近赤外線スペクトルデータから直接実施するための適切なセンサおよび処理ソフトウェアを含むことができる。
【００９１】
やはり上記に記載のとおり、ヘモグロビン濃度［Ｈｂ］は、近赤外線スペクトルから判定されるヘマトクリットレベルの３分の１として推定されることができる。本願に記載の能力モニタは、ヘマトクリットレベルを直接測定し、ヘマトクリットレベルから［Ｈｂ］を判定するように構成されることができる。あるいは、能力モニタは、近赤外線スペクトルから直接ヘモグロビン濃度を測定するように構成されることができる。
【００９２】
筋肉酸素飽和度（ＳｍＯ２）は、上述のとおり、静脈血（例えば、組織）酸素飽和度（ＳｖＯ２）におおよそに等しく、能力モニタは、直接判定される筋肉の酸素飽和度によって、反射率および／または吸光測定から組織酸素飽和度を測定するように構成されることができる。
【００９３】
種々の異なる方法が、１回拍出量（ＳＶ）を判定するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、例えば、１回拍出量は、本願に記載の能力モニタと連動する機器を使用して、直接測定されることができる。一部の実施形態では、１回拍出量は、心拍数の測定から測定されることができる。ＫｒｉｐらのＭｅｄ．Ｓｃｉ．Ｓｐｏｒｔｓ  Ｅｘｅｒｃ．  ２９：１４６９−１４７６（１９９７）には、１回拍出量と心拍数との間に関連が存在することが記載される。本願に記載の能力モニタは、式
【００９４】
【化１８】
0005607525.tif 000022
に従う心拍数（ＨＲ）に基づいて１回拍出量（ＳＶ）を測定するように構成されることができ、式中、Ａ、ＢおよびＤは、調整パラメータである。パラメータＡ、ＢおよびＤの値は、Ｋｒｉｐらの方法を使用して、静止心エコー図からのＳＶ値を推定し、Ａ、ＢおよびＤの値を判定するための回帰分析において、推定のＳＶ値を対応する測定ＨＲ値に合わせることにより、測定されることができる。これらのパラメータの値（および／または，一部の実施形態では、化学式（５）の形）は、異なる被検体の間の性別の違いを計算に入れるために調整されることができる。例えば、パラメータＡおよびＢは、それぞれ数値０．０１３２および２７．４５をとることができるが、一方、酸素消費の最大速度での１回拍出量に対応するパラメータＤは、男性の被検体には０．１５４、女性の被検体には０．０９６の値をとることができる。
【００９５】
無酸素性作業閾値は、本願においては概して、
【００９６】
【化１９】
0005607525.tif 000023
の値、または血中乳酸に対応する乳酸濃度曲線の一次導関数が、漸次的に増加する作業（例えば、漸次的に増加する身体運動）とともに増加する、運動強度に関連する別の数量として画定される。無酸素性作業閾値を判定するために、乳酸濃度に関連する数値の測定値が、フィッティング式
【００９７】
【化２０】
0005607525.tif 000024
を使用する同時双線形回帰で分析され、式中、ｓ１およびｓ２は、双線形フィッティング曲線の２つの線形セグメントの勾配であり、ｙｉおよびｙ２は、双線形フィッティング曲線の２つの線形セグメントの切片であり、ｘは、
【００９８】
【化２１】
0005607525.tif 000025
等の運動強度に関連する数値に対応し、ｘ０は、
【００９９】
【化２２】
0005607525.tif 000026
の値（または運動強度に関連する別の数量）であり、ｙ対
【０１００】
【化２３】
0005607525.tif 000027
の一次導関数（または運動強度に関連する別の数量）は変化する。数量ｙは乳酸濃度に関連し、問題となっている組織の測定データに典型的に対応する。例えば、ｙは、測定された血中乳酸濃度、測定された組織内の水素イオン濃度、または肺中の二酸化酸素の産生速度に対応することができる。双線形フィッティング式の両方のセグメントに共通する値ｘ０もまた、無酸素性作業閾値と呼ばれ、乳酸が除去される速度を組織内の乳酸産生速度が上回る時点、水素イオン濃度が上昇し始める時点、および／またはＣＯ２産生速度に著しい上昇があることを示す。典型的には、無酸素性作業閾値は、被検体が長時間（例えば数分間）維持することのできる最も高い定常運動強度を示す。
【０１０１】
無酸素性作業閾値はまた、数量ｙの値を合わせるために、上記の化学式（６）以外の式を使用して判定されることができる。概して、無酸素性作業閾値は、数量ｙの測定値から値ｘｏを正確に判定する、任意のフィッティングアルゴリズムを使用して測定されることができる。
【０１０２】
本願に記載の能力モニタは、携帯性および非侵襲性の性質により、広範囲な用途において使用されることができる。例えば、有効な計画は被検体の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なければならないため、能力モニタは、競技トレーニング計画の効果を評価するために使用されることができる。能力モニタはまた、トレーニング計画の有効性を評価し、運動する個人の健康が損なわれていないことを確かめるために、運動する個人をモニタするために、フィットネスクラブで使用されることができる。例えば、能力モニタは、体重超過または肥満の個人のための運動プログラムを作成およびモニタすることを支援するために使用されることができる。リハビリテーション計画の効果は、上述の競技トレーニング計画と同様に、本願に記載の能力モニタによって提供される酸素消費速度および無酸素性作業閾値の測定を介して評価されることができる。また、ウマやイヌ等の競争する動物の能力がモニタされることもできる。
【０１０３】
加えて、能力モニタは、悪い身体状態を経験する可能性のある被検体の健康をモニタするために、制限された環境において使用されることができる。例えば、能力モニタは、難燃性のスーツを着た消防士、危険物処理用スーツを着た危険物処理作業員、生物または化学兵器が使用される戦争に対応する人員、危険な生物物質を扱う防護服を着た作業員、および激しい肉体労働を行い、標準的な健康モニタリングデバイスには容易に接近することのできない閉環境を提供するスーツを着用する他の作業員の健康をモニタするために使用されることができる。
【０１０４】
接近が制限された環境で作業する者のための、本願に記載の能力モニタのさらなる用途は、宇宙服を着用する宇宙飛行士のためのものである。宇宙服は、ヒトを宇宙で生存させるための、衣服、機器、および環境システムの複雑なシステムである。宇宙飛行士が月面で作業している際、例えば、この宇宙飛行士は十分な酸素、冷却水、および数時間にわたって宇宙服から二酸化炭素を除去するためのフィルタを有していなければならない。アポロの月面着陸任務において、地球上の管制センターの生理学者による代謝評価チーム（Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  Ｔｅａｍ）が、宇宙飛行士にその活動がスーツ内の消費可能資源にどのように影響するかについての助言を行うためにスーツのセンサから報告されるデータを分析した。この評価において最も重要なパラメータは、代謝速度（例えば、熱として産生するエネルギー量、カロリー／分）である。産生された熱１カロリーにつき、約２００ｍＬの酸素が消費される。
【０１０５】
典型的には、代謝速度は、酸素消費速度を測定することによって評価される。しかしながら、被検体によって装着されるマスクまたはマウスピースを使用した呼気の測定を含む、酸素消費速度を測定する標準的な方法は、正確でない場合があり、酸素を豊富に含む、密閉された宇宙服環境に耐えることができない場合がある。本願に記載の能力モニタは、宇宙服等の閉環境における使用に適応することができ、酸素消費速度の継続的な（またはほぼ継続的な）、非侵襲性の、比較的目立たないモニタおよび宇宙飛行士の代謝速度の判定を可能にする。宇宙服に使用されるモニタは、個々のセンサが故障した場合のための冗長性を提供するための、複数のセンサを含むことができる。例えば、モニタは、宇宙飛行士のそれぞれの足につけたセンサを含むことができる。モニタはまた、センサの一部として、心拍数測定を実施するための、反射率を用いたパルス酸素濃度計を含むことができる。
【０１０６】
本願に記載の能力モニタの別の用途は、術前評価およびリハビリテーションにおける用途である。非観血的測定は、手術の候補者が手術に耐える見込みがあるかどうかを、酸素消費速度および／または無酸素性作業閾値の測定から評価されることができる有酸素容量に基づいて判定するために使用されることができる。例えば、腹内の大手術を受ける高齢の被検体について、術後期における心肺に起因する死亡率をよく予測するものとして、無酸素性作業閾値が示されてきた。無酸素性作業閾値を測定することによる術前スクリーニングは、リスクの高い被検体の特定および周術期の管理の適切な選択を可能にするものと示されてきた。特に、報告されている１つの実験において、既知の心肺疾患を有し、腹内の大手術を予定している６０才以上の５４８人の被検体が、無酸素性作業閾値および術前評価の一環として実施された心肺運動負荷試験（ＣＰＸ）によって判定された、心エコー検査による心筋虚血の徴候に基づいて、３つの管理戦略（ＩＣＵ、ＨＤＵまたは病棟）のうちの１つを割り当てられた。全体の被検体の死亡率は３．９％であり、うち死亡の４３％が、無酸素性作業閾値測定に基づいて術前に発見された心肺機能の不良を原因としていた。無酸素性作業閾値測定に基づいて、手術および病棟管理に適合すると見なされたいかなる被検体にも、心肺合併症に関連する死亡はなかった。実験の結果は、Ｏｌｄｅｒ、Ｐａｕｌらの”Ｃａｒｄｉｏｐｕｌｍｏｎａｒｙ  Ｅｘｅｒｃｉｓｅ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｓ  ａ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｔｅｓｔ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｉｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍａｊｏｒ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｄｅｒｌｙ”、Ｃｈｅｓｔ  １１６：３５５−３６２（１９９９）に開示され、その全体の内容は参照により本願に組み込まれる。本願に記載の能力モニタは、センサまたはトレッドミルまたは自転車に乗っている被検体の足につけたセンサを使用して無酸素性作業閾値が測定されるという追加される利点をもって、被検体の術前評価に使用されることができる。手術の候補者は、マスクの着用や、他の煩わしい測定機器に触れることを必要としない。
【０１０７】
無酸素性作業閾値および／または酸素消費速度の測定を介した術前評価もまた、Ｗｈｉｐｐ，Ｂｒｉａｎ  Ｊ．，”Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｎｇ  ｐｕｌｍｏｎａｒｙ  ＣＯ２  ａｎｄ  Ｏ２  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｉｎ  ｈｕｍａｎｓ，”Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，９２：３４７−３５５（２００７）；Ｇｉｔｔ，Ａ．  ｅｔ  ａｌ．，”Ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ａｎｄ  ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒｙ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｙ  ｈｅａｒｔ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｉｓｋ  ｏｆ  ｅａｒｌｙ  ｄｅａｔｈ，”Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，１０６：３０７９−３０８４（２００２）；Ｃａｓａｂｕｒｉ，Ｒ．ｅｔ  ａｌ，”Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄｏｓｉｓ  ａｎｄ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ａｓ  ａ  ｒｅｓｕｌｔ  ｏｆ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｔｒａｉｎｉｎｇ  ｉｎ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｌｕｎｇ  ｄｉｓｅａｓｅ，”Ａｍ．Ｒｅｖ．Ｒｅｓｐｉｒ．Ｄｉｓ．，１４３：９−１８（１９９１）；Ｏｌｄｅｒ，Ｐ．ｅｔ  ａｌ．，”Ｐｒｅｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｄｉａｃ  ｆａｉｌｕｒｅ  ａｎｄ  ｉｓｃｈｅｍｉａ  ｉｎ  ｅｌｄｅｒｌｙ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｂｙ  ｃａｒｄｉｏｐｕｌｍｏｎａｒｙ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ，”Ｃｈｅｓｔ，１０４：７０１−７０４（１９９３）；ａｎｄ  Ｗａｓｓｅｒｍａｎ，Ｋ．ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｅｘｅｒｃｉｓｅ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，４ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｌｅａ＆Ｆｅｂｉｇｅｒ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）の参考文献に開示され、それぞれの全体の内容は、参照により本願に組み込まれる。
【０１０８】
他の用途は、被検体の現地および／または遠隔モニタリングを含む。例えば、本願に記載の能力モニタは、病院や老人ホーム等の患者ケア施設にいる被検体をモニタするために使用されることができる。種々の生理学的パラメータが、被検体によって装着されるモニタによって測定されることができ、種々のパラメータのうちの１つ以上を含む電気信号が、中央モニタリング施設に伝送される。同様に、モニタは、病院にいる被検体によって装着されることができ、被検体に関する情報を別のモニタリングデバイス（例えば、他の計器からの信号もモニタするデバイス）またはナースステーション等の、中央集中モニタリングステーションに伝送されることができる。
【０１０９】
（処理ハードウェアおよびソフトウェア）
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。
【実施例】
【０１１０】
本開示は、以下の実施例においてさらに説明されるが、これは請求項に記載される本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【０１１１】
本願に記載の能力モニタの被検体における無酸素性作業閾値および酸素消費速度を測定する力を査定するために、１０人のヒトの被検体のグループ（男性５人および女性５人）に対する試験が実施された。各被検体は、最大サイクルエルゴメータプロトコル（運動強度は３分ごとに５０Ｗずつ増加）を実施した。被検体は、必要とされる調子で自転車をこぐことができなくなった際に、試験を中止した。図３Ａに示すモニタに類似した能力モニタを使用して、外側広筋（大腿部）筋肉から１０秒ごとに近赤外線スペクトルが収集された。皮膚色素沈着および覆っている脂肪層によるスペクトルの誤差を修正した。
【０１１２】
運動計画中の
【０１１３】
【化２４】
0005607525.tif 000028
および二酸化酸素産生の測定は、メタボリックカート（ユタ州ソルトレイクシティ、Ｐａｒｖｏ  Ｍｅｄｉｃｓ社から入手したＴｒｕｅ  Ｏｎｅ  ２４００モデル）を使用して実施された。心拍数測定は、Ｐｏｌａｒ心拍数モニタ（ニューヨーク州ロングアイランド、Ｐｏｌａｒ  ＵＳＡから入手可能）を使用して実施した。計画の各ステージの最後の３０秒間において、血中乳酸の測定のために、外部モニタ（オハイオ州イエロースプリング、ＹＳＩ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓから入手可能な、ＹＳＩ  １５００  ＳＰＯＲＴモデル）を使用して、各被検体の手指から少量の血液サンプルを得た。
【０１１４】
各被検体について、［Ｈ＋］（例えば、ｐＨ）、ヘマトクリット、および筋肉の酸素飽和度の値は、近赤外線スペクトル測定から判定した。運動中の各被検体の１回拍出量は、心拍数測定から推定した。静止心エコー図、およびＫｒｉｐらの方法に基づいて、１０人の被検体のうちの３人について、１回拍出量の値を推定した。推定された１回拍出量の値を、測定された心拍数の値の関数として化学式（５）に合わせ、パラメータＡ、Ｂ、およびＤについての値を判定した。これらのパラメータ値は、男性および女性の両方の被検体について、被検体の性別に従って修正し、ＡおよびＢの値は、それぞれ０．０１３２、２７．４５と判定された。男性の被検体について、Ｄの値は０．１５４と判定され、女性の被検体について、Ｄの値は０．０９６と判定された。図１５に、推定ＳＶ値（例えば、心エコー図から）が測定ＨＲ値に対して座標表示された図表を示す。図１５の実線は、のパラメータ値Ａ、Ｂ、およびＤを判定する最良適合の式に対応する。
【０１１５】
上述の方法を使用して、式（１）および（２）に従い、各被検体の酸素消費速度の相対値
【０１１６】
【化２５】
0005607525.tif 000029
を判定した。さらに、上述の方法を使用して、式（３）〜（５）に従い、各被検体の酸素消費速度の絶対値
【０１１７】
【化２６】
0005607525.tif 000030
を判定した。
【０１１８】
１人の被検者の血中乳酸
【０１１９】
【化２７】
0005607525.tif 000031
の測定値と［Ｈ＋］
【０１２０】
【化２８】
0005607525.tif 000032
との測定値を比較したグラフを図５に示す。表１は、被検者のうちの９人の［Ｈ＋］と血中乳酸測定との間の相関係数、Ｒ２の値を提供する。９人の被検体の平均Ｒ２値は０．８８であった。
【０１２１】
【表１】
0005607525.tif 000033
同一の被検者について、メタボリックカートを使用して測定した
【０１２２】
【化２９】
0005607525.tif 000034
の値を、モニタによって実施された近赤外線測定に由来する
【０１２３】
【化３０】
0005607525.tif 000035
の値と比較した。２人の異なる被検体について、運動プロトコル中における時間の関数として測定した、
【０１２４】
【化３１】
0005607525.tif 000036
の測定値と
【０１２５】
【化３２】
0005607525.tif 000037
の測定値とを比較するグラフを、それぞれ図６および図７に示す。図６および図７の、各被検体の
【０１２６】
【化３３】
0005607525.tif 000038
の値と
【０１２７】
【化３４】
0005607525.tif 000039
の値との相関は、試験の３５分間にわたって比較的一定であった。１回拍出量の絶対値が不明であったため、
【０１２８】
【化３５】
0005607525.tif 000040
は任意の単位で測定され、これが図６と図７の曲線の異なるオフセットを説明していることに留意されたい。表２は、１０人の被検体のそれぞれの
【０１２９】
【化３６】
0005607525.tif 000041
の測定値と
【０１３０】
【化３７】
0005607525.tif 000042
の測定値との間の相関係数の値を提供する。１０人の被検体の平均Ｒ２値は０．９６であった。
【０１３１】
【表２】
0005607525.tif 000043
肉体的ストレス（例えば、運動中の）期間中に被検体をモニタするために、
【０１３２】
【化３８】
0005607525.tif 000044
の測定は十分である。例えば、競技トレーニング計画は、計画の効果が、
【０１３３】
【化３９】
0005607525.tif 000045
の測定を介して直接モニタされることができるように、被検体の
【０１３４】
【化４０】
0005607525.tif 000046
の最大値を向上させることを期待される。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、しかしながら、能力モニタは、
【０１３６】
【化４１】
0005607525.tif 000047
を絶対単位（例えば、１分あたりのＯ２のリットル）で測定するように構成されることができる。一部の実施形態では、
【０１３７】
【化４２】
0005607525.tif 000048
および
【０１３８】
【化４３】
0005607525.tif 000049
の測定は比較されることができ、この２つの異なる測定の間における数学的関係（例えば、統計的関係）は、この比較に由来することができる。例えば、回帰方程式は、回帰方程式が
【０１３９】
【化４４】
0005607525.tif 000050
の測定値からの
【０１４０】
【化４５】
0005607525.tif 000051
の算出を可能にするように、
【０１４１】
【化４６】
0005607525.tif 000052
および
【０１４２】
【化４７】
0005607525.tif 000053
の測定に（例えば、図６および／または図７の
【０１４３】
【化４８】
0005607525.tif 000054
および
【０１４４】
【化４９】
0005607525.tif 000055
の値の間の相関に基づいて）由来することができる。
【０１４５】
前述のとおり、本願に記載の能力モニタは、式（３）〜（５）に基づいて被検体の組織における絶対酸素消費速度、
【０１４６】
【化５０】
0005607525.tif 000056
を測定するように構成されることができ、１０人の被検体のそれぞれについて、
【０１４７】
【化５１】
0005607525.tif 000057
が判定された。図１６および図１７は、女性の（図１６）および男性の（図１７）２人の異なる被検体の全身の直接測定
【０１４８】
【化５２】
0005607525.tif 000058
および
【０１４９】
【化５３】
0005607525.tif 000059
を、試験プロトコル中の時間の関数として示す。全身
【０１５０】
【化５４】
0005607525.tif 000060
および
【０１５１】
【化５５】
0005607525.tif 000061
の値において、特にプロトコルの開始から無酸素性作業閾値（ＡＴ）に達するまで、良好な一致を得、本願に記載の方法が、被検体の継続的または半継続的なモニタに適していることを（例えば、図６および図７に示す結果とともに）明示した。１０人すべての被検者の、プロトコルの開始から無酸素性作業閾値に達するまでの、各被検体についての全身
【０１５２】
【化５６】
0005607525.tif 000062
および
【０１５３】
【化５７】
0005607525.tif 000063
の両方の値を、図１８に示す。値は、Ｒ２＝０．８９および全身
【０１５４】
【化５８】
0005607525.tif 000064
および
【０１５５】
【化５９】
0005607525.tif 000065
の間の平均差０．０６Ｌ／分で良好に補正された。
【０１５６】
無酸素性作業閾値を超えて、全身
【０１５７】
【化６０】
0005607525.tif 000066
および
【０１５８】
【化６１】
0005607525.tif 000067
の間の差は、筋肉の酸素飽和度（本願に記載の能力モニタによって測定される）と実質静脈血酸素飽和度との間の差に起因する可能性がある。例えば、無酸素性作業閾値を超えて、ミオグロビン脱飽和が測定された筋肉の酸素飽和度に著しい貢献を示す場合がある。また、本実施例における差は、高い作業付加での１回拍出量の不正確な予測の結果である場合がある。
【０１５９】
前述のとおり、式（１）および（２）に従って判定された相対酸素消費速度、
【０１６０】
【化６２】
0005607525.tif 000068
は、１回拍出量（ＳＶ）によって正規化された
【０１６１】
【化６３】
0005607525.tif 000069
に対応し、これは被検体の心臓が１拍ごとに送り出す血液量に対応する。運動中の特定の被検体のＳＶがわかっている場合、被検体の酸素消費速度の相対測定は、酸素消費速度の絶対測定に変換されることができる。いくつかの実施形態では、例えば、ＳＶは、生体インピーダンス測定を介した心エコー検査を通じて測定されることができる。あるいは、または加えて、ＳＶは、相関表またはＳＶを本願に記載の能力モニタによって測定される１つ以上の他のパラメータに関係付ける他のかかる参照データから推定されることができ、または、ＳＶは、能力モニタと相互作用する外部デバイスを介して測定されることができる。ＳＶは、被検体の性別、健康の度合いおよび／または他の属性に左右されることがあり、ＳＶと１つ以上の他のパラメータとの間の相関は、ＳＶが被検体によって異なることがあるという態様を考慮に入れることができる。
【０１６２】
さらに、上記に記載のとおり、いくつかの実施形態では、ＳＶは、ＨＲ等の１つ以上の測定パラメータに基づいて算出されることができる。ＨＲ（ＳＶを判定するために使用されるまたは他のパラメータ）は実時間で判定され、ＳＶもまた実時間で判定されることができる。化学式（５）等の方程式は、ＨＲデータの測定からＳＶ値を算出するために使用されることができる。概して、種々の異なる数学的方程式が、ＨＲ等のパラメータの測定値からＳＶを判定するために使用されることができる。
【０１６３】
ＳＶの測定は、被検者の
【０１６４】
【化６４】
0005607525.tif 000070
が判定されるたびに記録されることができる。さらに、一部の実施形態では、ＳＶは身体運動の期間中に著しく変化しないことがあるため、ＳＶを判定するために、
【０１６５】
【化６５】
0005607525.tif 000071
が測定される頻度よりも低い頻度で十分でさえある場合がある。例えば、図８に示すように、本実施例において、特定の身体活動の間にＳＶは常に著しく異なるわけではなく、被検体における絶対酸素消費速度の正確な予測を得るために、被検体のＳＶを継続的に判定することを典型的に必要としないと思われる。その代わり、１回または少ない時点の回数で取られたＳＶの測定が、長期間にわたる被検体の継続的なモニタリング中に使用されることができる。
【０１６６】
メタボリックカート測定から判定される
【０１６７】
【化６６】
0005607525.tif 000072
の値に対する乳酸濃度の値を、図９に示すグラフに座標表示した。無酸素性作業閾値を判定するために、化学式（６）：
【０１６８】
【化６７】
0005607525.tif 000073
によって得られるフィッティング式を使用して、乳酸濃度の値を同時双線形回帰で分析し、式中、ｙは、乳酸濃度の値であり、ｓ１およびｓ２は、双線形フィッティング曲線の２つの線形セグメントの勾配であり、ｙ１およびｙ２は、双線形フィッティング曲線の２つの線形セグメントの切片であり、ｘは
【０１６９】
【化６８】
0005607525.tif 000074
に対応し、ｘ０は
【０１７０】
【化６９】
0005607525.tif 000075
の値であり、対する乳酸濃度対
【０１７１】
【化７０】
0005607525.tif 000076
の一次導関数値は変化する。双線形フィッティング式の両方のセグメントに共通するｘ０は無酸素性作業閾値に対応し、図９に「ＬＡＴ」として示す。
【０１７２】
無酸素性作業閾値はまた、［Ｈ＋］の測定から、および／または能力モニタを介して記録されるｐＨ測定判定されることができる。［Ｈ＋］および／またはｐＨは乳酸濃度に関係するため、［Ｈ＋］および／またはｐＨ測定を介して判定された無酸素性作業閾値は、直接血中乳酸濃度測定を介して判定された無酸素性作業閾値と相関する。［Ｈ＋］の値は、メタボリックカート測定から判定される
【０１７３】
【化７１】
0005607525.tif 000077
の値に対して図１０に示すグラフに座標表示した。無酸素性作業閾値（図１０中の「ＨＡＴ」）は、図１０のデータを化学式（６）に合わせることによって判定され、ｙは［Ｈ＋］の値に対応する。図１０に示すとおり、無酸素性作業閾値は、双線形フィッティング式の両方のセグメントに共通する
【０１７４】
【化７２】
0005607525.tif 000078
の値であり、［Ｈ＋］対
【０１７５】
【化７３】
0005607525.tif 000079
の一次導関数が変化する酸素消費速度に対応する。
【０１７６】
さらに、無酸素性作業閾値は、運動プロトコル中に産生される二酸化酸素からの測定から測定されることができる。メタボリックカート測定から判定される、
【０１７７】
【化７４】
0005607525.tif 000080
の値に対する二酸化酸素産生（ＶＣＯ２）の量の値を図１１に示すグラフに座標表示した。無酸素性作業閾値（図１１の「ＣＡＴ」）は、図１１のデータをｙがＶＣＯ２の値に対応する化学式（６）に合わせることによって判定される。図１１に示すように、無酸素性作業閾値は、双線形フィッティング式の両方のセグメントに共通する
【０１７８】
【化７５】
0005607525.tif 000081
の値であり、ＶＣＯ２対
【０１７９】
【化７６】
0005607525.tif 000082
の一次導関数が変化する酸素消費速度に対応する。
【０１８０】
乳酸濃度、ＶＣＯ２、および［Ｈ＋］等の測定された数量は、無酸素性作業閾値を判定するために、
【０１８１】
【化７７】
0005607525.tif 000083
以外の数量に対して座標表示されることができる。概して、乳酸濃度、ＶＣＯ２、および［Ｈ＋］は、試験プロトコル中の運動強度を測定する任意の数量に対して座標表示されることができ、化学式（６）または別の数学的アルゴリズムが、測定データから無酸素性作業閾値を判定するために使用されることができる。
【０１８２】
図９〜図１１において判定された無酸素性作業閾値を比較することによって観察されるように、［Ｈ＋］の近赤外線測定を介して判定された無酸素性作業閾値は、図１１の曲線が図９および図１０の曲線ほどは強い双線形でなくとも、血中乳酸測定および二酸化酸素産生から直接判定された無酸素性作業閾値と相関する。血中乳酸測定から判定される無酸素性作業閾値は１．９５±０．２７Ｌ／分であり、ＶＣＯ２測定から判定される無酸素性作業閾値は１．６４±０．０８Ｌ／分であり、［Ｈ＋］測定から判定される無酸素性作業閾値は１．６４±０．１５Ｌ／分であった。無酸素性作業閾値の判定について、各被検体により少ないデータ点しか利用可能でなかったため、血中乳酸測定の標準誤差はより大きかった。
【０１８３】
実験下の９人の被検体の、血中乳酸および［Ｈ＋］から測定された無酸素性作業閾値の間の関係を図１２に示す。Ｒ２＝０．９４６の平均相関係数が観察された。図１２のデータに合わせた回帰直線（破線）は、１．０６の勾配を有した。典型的には、［Ｈ＋］の近赤外線測定から判定される無酸素性作業閾値の値は、直接測定された．無酸素性作業閾値の値より低かった。近赤外分光分析を介して行われたｐＨ測定および／またはいくつかの供給源からの乳酸濃度を平均化する血中乳酸測定よりも厳密に水素イオン輸送を追跡する吸光度分光が間質液［Ｈ＋］を評価するため、これは予測される。
【０１８４】
実験下の１０人の被検体の、産生された二酸化酸素から測定された無酸素性作業閾値と［Ｈ＋］との関係を図１３に示す。Ｒ２＝０．８４９の平均相関係数が観察された。図１３のデータに合わせた回帰直線（破線）は１．１７の勾配を有し、強い正相関を示した。
【０１８５】
近赤外線分光測定を介して無酸素性作業閾値を判定する利点の１つは、この測定が継続的に（またはほぼ継続的に）、および実時間で実施されることができるということである。典型的には、無酸素性作業閾値の標準測定において、被検体は最大限度まで運動し、この被検体の無酸素性作業閾値が採血からの乳酸測定に基づいてその後で判定された。しかしながら、本願に記載のモニタは、従来のデバイスと比較して、無酸素性作業閾値および他のパラメータの著しく早い（例えば、実時間またはほぼ実時間）測定が可能である。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、例えば、本願に記載の能力モニタは、スペクトルデータに基づいて、０．０１Ｈｚ以上（例えば、０．０５Ｈｚ以上、０．１Ｈｚ以上、０．５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以上）および／または３０Ｈｚ以下（例えば、２０Ｈｚ以下、１０Ｈｚ以下、６Ｈｚ以下、４Ｈｚ以下、２Ｈｚ以下）の周波数でパラメータ値の測定および／または判定を実施することができる。
【０１８７】
最大限度までの運動の要求は、被検体における心イベントのリスクを増大させる。しかしながら、本願に記載の能力モニタを介して無酸素性作業閾値を判定することにより、水素イオン濃度曲線の勾配における変化をモニタすることにより、運動強度の関数としての水素イオン濃度の傾向が、継続的に追跡されることができる。その結果、被検体は測定を完了するために無酸素性作業閾値をわずかに超えるレベルで運動するだけでよく、すなわち、最大の運動を要求されることはなく、被検体の健康上のリスクを低減し、評価のために必要な時間を短縮する。さらに、水素イオン濃度は被検体の組織の直接測定を通じて判定され、被検体無酸素性作業閾値に対応するレベルで運動することが可能となる。競技トレーニング目的では、（例えば、本願に記載のモニタを使用して測定される）自身の無酸素性作業閾値に対応する水素イオン濃度で、またはその近くでトレーニングを継続することができるように、選手が選手は自身のトレーニング計画を調整することができ、これは例えば耐久スポーツのための有効なトレーニング技術として知られている。
【０１８８】
無酸素性作業閾値および酸素消費速度の測定は、いくつかの実施形態では、被検体の評価およびモニタリングのために、ともに使用されることができる。例えば、酸素消費速度は、無酸素性作業閾値を判定するために運動プロトコルを受けている被検体の運動強度を追跡するために測定されることができる。無酸素性作業閾値は、被検体における酸素消費速度の関数としての水素イオン濃度の勾配の変化から測定されることができる。いったん被検体の無酸素性作業閾値に対応するｐＨ値および／または水素イオン濃度の値が判定されると、被検体は、身体運動の期間中、被検体のｐＨおよび／または水素イオン濃度（例えば、本願に記載のモニタを使用して）を測定することにより、モニタされることができる。被検体が自身の無酸素性作業閾値またはその近くに留まる結果となる運動強度を維持することにより、運動の効果が判定されることができる。典型的には、例えば、トレーニング中に被検体を自身の無酸素性作業閾値またはその近くに保つ競技トレーニング計画は、耐久力の増強および他の性能基準の向上に有効である。
【０１８９】
あるいは、または加えて、被検体のｐＨおよび／または水素イオンは、１つ以上の期間の身体運動の前および／または後に、運動中の被検体の身体運動の程度を判定するためにモニタされることができる。被検体の身体運動レベルがかなりの程度である場合、運動の前および／または後にモニタされるｐＨおよび／または水素イオン濃度の値は、著しく異なる場合があり、被検体が自身の運動の直後の無酸素性作業閾値により近い（例えば、著しく近い）ことを示す。行使のレベルが比較的低い場合、ｐＨおよび／または水素イオン濃度におけるほんの少しの変化のみが観察されることがあり、被検体が自身の無酸素性作業閾値に近くないことを示す。
【０１９０】
（他の実施形態）
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。
【図１】
0005607525.tif 000085
【図２】
0005607525.tif 000086
【図３Ａ】
0005607525.tif 000087
【図４Ａ】
0005607525.tif 000088
【図４Ｂ】
0005607525.tif 000089
【図１４】
0005607525.tif 000090
【図３Ｂ】
0005607525.tif 000091
【図５】
0005607525.tif 000092
【図６】
0005607525.tif 000093
【図７】
0005607525.tif 000094
【図８】
0005607525.tif 000095
【図９】
0005607525.tif 000096
【図１０】
0005607525.tif 000097
【図１１】
0005607525.tif 000098
【図１２】
0005607525.tif 000099
【図１３】
0005607525.tif 000100
【図１５】
0005607525.tif 000101
【図１６】
0005607525.tif 000102
【図１７】
0005607525.tif 000103
【図１８】
0005607525.tif 000104