(57)【要約】【課題】統計的なデータによれば、相当数の人々が、体調を無視した過度のトレーニングのために、健康被害を被っている。【解決手段】安全かつ効果的なスポーツ又はリハビリ活動を促進する個人向けの監視手順の間、準備セクション（ＥＳＺ）においてユーザの既往歴及び活動手順データが記録される。待機フェーズ（ＮＹＳＺ）において、現在の心拍数測定に基づいて、活動が継続可能か否か決定する。後続の負荷フェーズ（ＴＳＺ）では、ユーザの身体活動に関連するユーザの生理学的パラメータ（主に心臓の安全な動作を決定するパラメータであり、必要に応じて警告を発する）の変化を監視する。後続の再生フェーズ（ＲＳＺ）において、心拍数の減速段階が監視され、心拍数変動パラメータが時間及び周波数領域で計算され、得られた結果が次のトレーニングに関連する監視時に考慮され、待機フェーズ（ＮＹＳＺ）が評価される。本方法を実施する装置は、測定電極及びセンサに接続されるデータ処理ユニットと、データ処理ユニットと無線通信する表示ユニットとを備える。表示ユニットは、好適にはスマートフォンである。データ処理ユニットは、手順の実行を可能にする監視されたトレーニングの生理学の専門知識を含む。【選択図】図４Ａ
2021503354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体の予め定義されたパラメータを、前記ユーザの上半身に位置付けられる１つ以上のセンサを用いて検出するステップと、
前記検出されたパラメータを電気信号として評価用電子機器に送信するステップと、
前記検出されたパラメータを前記評価用電子機器によって所定の基準に基づいて評価するステップと、
前記評価の結果を視覚的に表示するステップと、
を含む、身体活動特にスポーツ活動の有効性を監視する方法であって、
前記センサを前記ユーザの身体のサイズに合わせて解剖学的に調整して、マトリックス状に配置されたセンサの許容される位置の最上の行を前記ユーザの鎖骨の高さにし、前記位置の最下行を前記ユーザの臍の高さにするステップと、
前記監視を、事前の準備セクションを伴う、待機フェーズ、負荷フェーズ、及び運動後の回復フェーズの３つの主フェーズに分割するステップと、
前記待機フェーズにおいて前記ユーザのトレーニングに適した健康／身体の状態を調べ、前記事前の準備セクションにおいて記録された前記ユーザの病歴及び少なくとも１つのトレーニング手順を考慮して、測定された心拍数及び心拍数の変動パラメータが事前に設定された制限を超えたことに基づいて健康被害の警告を発するステップと、
前記負荷フェーズにおいてトレーニング中に発生する危険な変化を検出し、事前に設定された警告及び停止基準を前記検出された危険な変化に関連付け、ＰＱ、ＱＲＳ、ＱＴ、セクションＱＴの積分、Ｊ点、又は虚血を示すＳＴ６０の上昇若しくは低下、頻回な心室異所性拍動のような前記検出された異常波形から、病理学的診断ＥＣＧ波のパラメータを決定するステップと、
心周期ごとのストローク量に最適な負荷を設定し、ペースの変更を開始して、必要な動的負荷の手順を達成するステップと、
前記負荷フェーズ後の前記回復フェーズにおいて心拍数緩和セクションを監視して、時間及び周波数領域における心拍数変動パラメータを計算するステップと、
次のトレーニングセッションに関連する前記監視中に、前記待機フェーズを評価する際、前記結果を考慮するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記負荷フェーズの測定中に、連続して生成された心拍数移動平均を個人向けの最大心拍数値又は最適心拍数値のいずれかと比較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３】
前記個人向けの最大心拍数値を、カルボネンの式を用いて決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
身体活動特にスポーツ活動の有効性を監視する機器であって、
電極ストラップに固定されてユーザの上半身に位置付けられる少なくとも２つの電極と、
前記電極ストラップに取り付けられ、前記少なくとも２つの電極と通信する評価用電子機器と、
評価用電子機器と通信するモバイルパーソナルデジタルコンピューティングデバイスで実現される表示ユニットと、
を備え、
前記少なくとも２つの電極は、前記電極ストラップに配置される単極又は双極の誘導電極であり、前記ユーザの身体のサイズに解剖学的に適合するように位置づけられ、前記電極の位置を決定する許容測定点のマトリックスの最上の行は前記ユーザの鎖骨の高さに位置し、前記マトリックスの最下行はユーザの臍の高さに位置し、前記電極ストラップは、男性及び女性の両方の体型に適用可能であり、前記電極ストラップと頸部バンドとは、身体の形状に影響されない鎖骨に沿う接続バンドによって接続され、
前記電極は、前記評価用電子機器として用いられるデータ処理ユニットと取り外し可能に通信接続し、
前記データ処理ユニットは、前記表示ユニットと無線接続を用いて通信する、機器。
【請求項５】
前記単極の誘導電極は、同じ抵抗値の抵抗器から構成される加重回路網を介してデータ処理ユニットの入力に接続される、請求項４に記載の機器。
【請求項６】
前記電極は、ドーム形状の弾性導電ゴムの接触面を用いて実装される、請求項４に記載の機器。
【請求項７】
前記モバイルパーソナルデジタルコンピューティングデバイスはスマートフォンである、請求項４に記載の機器。
【請求項８】
前記電極とともに呼吸センサを含む、請求項４乃至７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１に、身体活動、主としてスポーツ活動の有効性を監視するための請求項１のプリアンブルに記載の方法に関する。本発明は、第２に、心臓及び呼吸のデータのような所定の生物学的パラメータ、周囲温度など、並びに活動パラメータを収集するための請求項４のプリアンブルに記載の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばトレーニングなどのような身体活動の最中の動き及び心拍数を分析する方法は数多く存在する。既知の方法は、以下のように共通する特徴を有する。すなわち、１つ以上のセンサが、個別に又は装置の統合された部分として、活動する人間に固定される。測定された１つ以上のパラメータは、時間をかけてテストしたいくつかのアルゴリズムによって、記録、分析、及び評価される。その結果は、好適には例えばスマートフォンのようなポータブルコンピューティングデバイスを用いて、ますます目立つようにユーザに表示されるようになっている。
【０００３】
特許文献１は、あるスポーツをしているユーザの活動を監視するための装置を備えるチェストストラップを記載している。このデバイスは加速度センサを含み、その信号を用いて、運動特性に加えて、呼吸、心拍数のようないくつかの生体信号が得られ、これらの信号は統計処理の対象とされる。この方法の特質は、多くのデバイスによって理解及び管理される一般的な形式で統計情報が生成されることにある。
【０００４】
特許文献２は、人の心拍数又は筋肉活動（ＥＭＧ）を測定するための携帯型電子機器及び方法を記載している。この機器は、心拍数信号又は筋肉活動信号を生成するための１つ又は複数の心拍又は筋肉活動センサと、動きに対応する動き信号を生成するための動き検出器とを含む。また、この機器は、心臓機能信号又は筋肉活動信号から個々の心拍又は筋肉活性化に対応する最初のイベントを検出するとともに、所定のしきい値を超える動きの変化に対応する運動信号から追加のイベントを検出する処理手段を備えている。次に、この機器は最初のイベントから最初のシーケンスを生成し、心拍又は筋肉活動パラメータは最初のシーケンスから決定される。そのようにすることで、さらなるイベントと同時に生じる、又は当該さらなるイベントと同じ頻度で生じる最初のイベントは、最初のシーケンスから除かれる。このようにして、前記方法によれば、ＥＣＧ及びＥＭＧ信号の動きに起因する要素を除外して、より正確なスポーツの監視及び特性評価を行うことができる。しかしながら、前記方法は、ＥＣＧ信号を使用してアスリート又はユーザの現在の健康状態を表示して結論を出してはいない。
【０００５】
特許文献３に記載の方法は、心電図誘導及び加速度センサを使用する。２つのセンサの信号を組み合わせて評価することで、心拍数の信号にモーションノイズが与える影響を排除して、より信頼性の高いデータの表示を目指している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，７５３，８６１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／１４３５９２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１５１２００４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記に関連して、トレーニングの健康に対する影響を特に心臓レベルで精査する理論的又は実践的な既知の策は存在しない。一方、統計的なデータによれば、相当数の人々が、体調を無視した過度のトレーニングのために、健康被害を被っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、以下を実現するシステムを提供することにある。
【０００９】
運動している者（以下、ユーザ又はアスリートと記す）の現在の健康状態を評価するために必要とされる典型的なパラメータを継続的に収集すること。
【００１０】
上述の「過度の負荷」又は他の医学的理由による危険な状況の発生を回避すること。
【００１１】
ひとり若しくは監視なしで走る人、又は専門家の継続的な監督なしで走る人に、トレーニング強度の補正に関する提案を自動的に提供すること。
【００１２】
本発明に至る基本的な認識は、ある物理的特性を検出、報告、及び送信可能なますます普及する「フィットネス」デバイスを使用して、上述の目的のためのシステム、すなわち方法及び装置を創出可能であり、現在のデバイスが提供する既知の従来の機能を凌駕する追加の機能を当該システムによって提供できれば、今日の人々は、そのようなシステムを、普及するスマートフォンとともに、進んで購入して使用する、ということにある。
【００１３】
既知の策の場合、パルスセンサのような生物学的状態センサは、医学的な意味における詳細な分析には好適でないか、たとえ好適であったとしても、例えばＥＣＧ電極のように、その通常の配置は医学的解釈にとって最適ではなく、例えばＩＨＤ（虚血性心疾患）、ＶＴ／ＶＦ（心室頻拍／心室細動）、心臓過負荷などの危険な医学的状況又は結果の認識はできない。その結果、トレーニングの基本的な目的と、個人の健康状態との両立は不可能になる。
【００１４】
この目的は、一方では請求項１の特徴による方法によって達成され、他方では請求項４の特徴による装置によって達成される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１５】
本発明の方法によって提供される最も重要な追加には、ＨＲすなわち脈拍測定のみに基づく心拍数を測定することが多い現状の解決策と比較して、以下のものが含まれる。
【００１６】
安静時心拍数（ＨＲ）、及び、可能なら以前の負荷の再生フェーズにおける心拍数及び心拍変動（ＨＲＶ）のようなパラメータに基づいて、トレーニングのための身体の健康状態を調べる時、新規のトレーニングが心筋の過負荷を引き起こし得る場合、音響信号、及び／又は、例えば機器の表示ユニット上に潜在的な危険を示す色の視覚信号を与えることができる。
【００１７】
トレーニング後の身体状態及び健康状態の検査中に、心拍数回復（ＨＲＲ）及び再生フェーズの心拍数変動（ＨＲＶ）パラメータを、時間領域及び周波数領域において穏やかな状態で測定することができる。さらに関連するパラメータを、例えば交感神経及び副交感神経の制御、呼吸数などを表すパラメータなどの計算によって決定することができる。
【００１８】
運動ＥＣＧテストと同様に、トレーニング中の危険な変化を検出することができる。ここで、好適には、警告基準と停止基準とを区別することができます。心電図（ＥＣＧ）の波形において検出された異常な変化を用いて、病理診断ＥＣＧ波パラメータ、ＰＱ、ＱＲＳ、ＱＴ値、いわゆる心室再分極の不均一性を表すＱＴセクションの積分、虚血を示すＪ点、並びにＳＴ６０の上昇又は低下、及び頻回な心室異所性拍動を、測定及び計算することができる。
【００１９】
トレーニングを規制する２つの主要なタスクを達成することができる。心周期ごとの最大ストローク量に最適な負荷を確保し、ペースの変更を開始して、音響信号及び／又は視覚信号によって、必要な動的負荷の手順を達成することができる。好適な実施形態の場合、必要な介入（本質的にはフィードバック）は、アスリート自身によって行われる。例えば、アスリート自身が、メソッドの重要な要素を形成する分析に基づいて、ランニングのペースを変更する。
【００２０】
前述の特徴の結果として、本発明の方法を実施するデバイスは、アスリート及びリハビリのトレーニングのどちらにも適している。この装置の新規な点は、前壁又は後壁の虚血を、単一の単極誘導信号から停止基準として検出可能なことにある（図１Ｂ参照）。したがって、当該デバイスは、トレーニングの規制機能を支援するツールとすることができ、異常な心拍数の音響信号及び／又は視覚信号に基づいて、アスリートのパフォーマンスを望ましい方向にカスタマイズすることができる。このようなことは、従来のデバイスにはできない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の方法及び装置は、異なる力量のレベル、すなわち、ユーザ、トレーナー、及び医師において使用される様々な詳細のデータを提供し、傾向曲線によってトレーニングのパラメータの改善を追跡可能にし、必要に応じて、前処理されたデータをデータベース又はクラウドにも転送することができる。
【００２２】
この方法及び装置は、アスリートにも、健康状態に対応する調整パラメータの場合にはリハビリ活動にも、使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の方法を実施するためのダワー（Dower）及び単極電極の配置を示し、装置の電極ストラップ並びに処理及び表示ユニットを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明の方法を実施するためのダワー及び単極電極の配置を示し、装置の電極ストラップ並びに処理及び表示ユニットを概略的に示す図である。
【図２】単極電極の配置を想定した、装置の処理ユニットの実施可能な設計を概略的に示す図である。
【図３】ダワーの電極の配置を想定した、装置の処理ユニットの実施可能な設計を概略的に示す図である。
【図４Ａ】本発明の方法の実施可能な実施形態のフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の方法の実施可能な実施形態のフローチャートである。
【図５】線形ベースライン推定を説明する図である。
【図６】健康及び病理学的（虚血性）症例におけるＥＣＧ波パラメータを説明及び例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照しながら、例示的な方法及び装置について、本発明をより詳細に説明する。
【００２５】
現在使用されている市販のセンサ配置とは異なり、２種類の新しい配置、すなわち新しい単極のソリューション（図１Ｂを参照）と、本目的には未使用の３つの双極の誘導で構成されるソリューション（図１Ａを参照）とを提案する。どちらの場合も、病理学的、すなわち虚血性変化、ＶＴ／ＶＦ傾向、及び過負荷に起因する心室機能障害を検出するためのソリューションを提供することを目的とする。これに基づいて、システムは、負荷強度の低減若しくは停止、又はトレーニングの中断をも自動的に推奨する。
【００２６】
図１Ａは、ダワーの電極配置を示す。図１Ｂは、本発明の装置の一部としての単極電極配置を示す。
【００２７】
図１Ａに示されるように、３つの電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａは、活動前にユーザの胸に装着される幅狭のストラップ２に取り付けられる。配置の第４の電極Ｄ＿Ｓは、電極Ｄ＿Ｓが正しい位置に確実に配置されるように、ストラップ２に接続された接続ストリップ３上に首尾良く位置付けられる。本例において、呼吸センサ２２はストラップ２に固定されているが、その正確な位置は重要でない。実施に際して、接続ストリップ３はバンド４に結合される。バンド４は、ユーザの首に結ばれる際に、落下しないよう接続ストリップ３を固定する。双極の電極Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、Ｄ＿Ｉの端子、及び呼吸センサ２２は、ストラップ２に固定されたコネクタ５に、取り外し可能なコネクタを使用して接続される。
【００２８】
図１Ａは、当技術分野で既知のように、専ら説明する目的で、１９２電極配置の電極の位置を広げて示すことにより、電極Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、Ｄ＿Ｉの配置を明確している。しかしながら、実際には、電極Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、Ｄ＿Ｉ及び呼吸センサ２２は、ストラップ２によって排他的に保持される。
【００２９】
図１Ｂにおいて、ストラップ６が示され、適用されている。ストラップ６それ自体は、そのサイズ及び形状によって、１９２電極の配置を可能にする。ストラップ６は、比較的大きな面でユーザの体と接触しているため、孔が開いていると好適である。ストラップ６には、４つの単極電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４が固定され、各電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４は、ストラップ６においてユーザの身体の異なる部分に接触する部位に配置される。この配置は、中央端子として機能する第５の中央端子ＣＴを含む。これらの部分は、図１Ｂにおいて点線によって示されており、ユーザの身体の前面に接するセクション８、ユーザの２つの側面に接するセクション９及び１０、及びユーザの背面に接するセクション１１のように区別される。ここでも、電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の端子は、ストラップ６に固定されたコネクタ５に接続され、取り外し可能なコネクタを提供する。
【００３０】
当業者には既知であるが、ストラップ２及びストラップ６の双方とも、例えばバックル及びベルクロファスナなどのような、当該分野において通常の結合要素が備えられる。これらは、明確化のため、及び自明のため、図示されていない。図示のストラップ２及び６は、電極Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、Ｄ＿Ｉ、７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の妥当な配置を示している。これらは、コンプレッションＴシャツなどの衣類に設置されることにより、センサ本体の表面のより安定した接触が確保される。
【００３１】
提示した両方の電極配置の本質的な要素は、電極Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、Ｄ＿Ｉ、７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の位置が任意ではなく、解剖学的に決定されることにある。ユーザに依存する配置は、文献においても既知なように、１９２電極の身体表面電位マッピングに使用される等距離レイアウトに関連する基本的な研究結果によって決定される。詳細については、例えば、G. KozmannらによるIEEE Trans Biomed Eng. Nov 1991; 38(11):1061-8を参照されたい。
【００３２】
本発明の方法を実現するために、図１Ａ及び図１Ｂに概略的に示したチェストストラップ１の他に、評価用電子機器が必要とされる。これは、図示の例においてはデータ処理ユニット１２、及び、ユーザに情報を提供する表示ユニット（好適には図示の例においてはスマートフォン１３）によって構成される。
【００３３】
本発明の実施形態において、データ処理ユニット１２の主要機能部は、取り外し可能にコネクタ５に取り付けられるも紛失のリスクのない別個の軽量ユニットとして構成される。データ処理ユニット１２の主要機能部は、図２及び図３に示される。図２及び図３は、使用される電極のタイプによって変更され得る。データ処理ユニット１２が図２に示され、単極電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４は、同じ抵抗値の抵抗Ｒ１−Ｒ４から構成される加重回路網を介して、入力アンプ段１４の入力の一方に接続される。入力アンプ段１４の入力の他方は、ＣＴ端子に接続されています。呼吸センサ２２は、追加の入力アンプ段１５に接続される。入力アンプ段１４及び１５の出力は、通常のように、マルチプレクサ１６に接続される。マルチプレクサ１６の出力は、アナログデジタル変換器１７の入力に接続される。アナログデジタル変換器１７はプロセッサ１８に出力され、そのデータ出力はブルートゥース段１９に接続される。ブルートゥース段１９は、データ処理ユニット１２とスマートフォン１３との間の通信を構築して、既知の方法でスマートフォン１３との無線接続及び通信を提供する。スマートフォン１３のサービスは、必要に応じてクラウドサービス２０に接続し得る。
【００３４】
データ処理ユニット１２のエネルギー供給は、当技術分野で通常使用される電源２１によって提供され、概略的に図示される有線接続を介して、個々の段に接続される。電源２１は、好適には、容易に交換又は充電可能な電池である。
【００３５】
測定されたパラメータの処理及び評価は、スマートフォン１３によって制御されるデータ処理ユニット１２において実行される。スマートフォン１３においては、制御を除き、実質的な処理は実行されない。スマートフォン１３は、結果、指示、及び補助データを表示するためにのみ用いられる。例えば、スマートフォン１３が測位機能を有する場合、スマートフォン１３を使用した結果の通信中にトレーニング経路の地理データが提供される。例えばクラウドサービス２０などのように、スマートフォン１３の助けを借りて、受信した信号及びデータを送信することができる任意の好適なデバイスを用いて処理を実行し得ることは、当業者に明らかであろう。
【００３６】
図３に示すデータ処理ユニット１２は、入力センサとしてダワー電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓを使用する点で、図２に示すものとは異なる。これらの電極及び呼吸センサ２２は、データ処理ユニット１２の入力アンプ段２３、２４、２５、２６に接続される。入力アンプ段２３、２４、２５、２６の出力は、マルチプレクサ１６の入力に接続される。データ処理ユニット１２のさらなる設計及び動作の詳細については、図２に関連する説明を参照されたい。
【００３７】
スマートフォン１３又は例えばユーザの腕に固定されたスマートウォッチは、受信した心拍数のフィードバックに基づいて、音声及び／又は光信号を供給してトレーニング中にユーザに通知し、トレーニング強度を制御する。
【００３８】
チェストストラップ１は、ユーザの身体のサイズに解剖学的に適合するように位置付けられる。医学的に許容される測定点すなわち電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓの位置のマトリックスがユーザの体に割り当てられる。マトリックスの最上の行は、最上の電極Ｄ＿Ｓとともに、ユーザの鎖骨の高さでユーザの身体に接する。一方、マトリックスの最下行は、１つ以上の最下部の電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａとともに、ユーザの臍の高さでユーザの身体に接する。マトリックスの上の行と下の行との間の距離は、電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓの位置を個々の身体のサイズに調整できるように、等間隔で分割される。
【００３９】
単極の誘導に必要なＣＴ中央端子の信号と、同じ抵抗値の抵抗Ｒ１−Ｒ４から構成される加重回路網を介して接続された電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の信号との合計は、キルヒホッフのループの法則により、ゼロ電位になる。
【００４０】
図に示す電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の数は４つであるが、２の倍数にしてもよい。実装には、医療分野で使用されるドーム型の弾性導電性ゴムの接触面を使用して、わずかに凹凸した身体の湾曲にも良好に接する。電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４は互いに離れているため、筋肉のノイズは無相関と見なすことができる。したがって、空間ノイズをフィルタリングすることができる。
【００４１】
ダワーの配置において、ストラップ２は、男性及び女性の両方の体型に適用できるように設計されている。これは、頸部のバンド４とウエストのストラップ２とが、身体の形状に影響されない鎖骨に沿う接続バンド３によって接続されることで実現される。導電性ゴムで形成された電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓの場合も、上記のことが適用される。
【００４２】
本発明の方法は、ユーザの上半身に配置された１つ以上のセンサを使用してユーザの身体の所定のパラメータを検出することにより、効率を監視及び評価し、ユーザの身体活動、特にスポーツ活動の安全性をチェックすることを目的とする。当該方法において、ユーザとは、活動中にセンサを胸に一時的に固定してトレーニングを行う人間である。当該方法において、このようなセンサとして、ＥＣＧテストの分野で採用されている既知の電極Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ、７＿１、７＿２、７＿３、７＿４、及び、呼吸センサ２２のように例えば呼吸又は周囲温度などの他のパラメータを検出可能なデバイスが使用される。このような方法において一般的なように、検出されたパラメータは、電気信号として評価用電子機器に送信される。つまり、電極及びセンサは評価用電子機器に接続され、評価用電子機器は当該方法においてデータ処理ユニット１２によって実装される。既知の先行技術と同様に、パラメータすなわち測定された信号は、所定の基準に基づいて評価され、この評価の結果は視覚的に表示されるが、当該手順の新規な点は評価そのものにあり、詳細は以下に説明する。
【００４３】
本発明の方法は、本質的には、図４Ａ及び図４Ｂにおいて水平の破線によって分離して示されるように、３プラス１のフェーズからなる。プラス１のセクションは、いわゆる準備セクションＥＳＺであり、これによって、当該方法の最中に目的を達成するために必要な活動を遂行するのに必要な全てのデータを利用可能にする。このようなデータとして、ユーザの病歴を処理可能な形式で入力し、その後のトレーニングのバリエーション及び手順を入力して記録する。
【００４４】
言及されている３つの主要なフェーズの最初は、運動前のフェーズである待機フェーズＮＹＳＺである。このようにすることで、ユーザの安静時心拍数ＨＲ０を決定し、好適には測定して、測定されたデータを使用して、トレーニング中に許容される最大心拍数ＨＲｍａｘの値、及び、運動中に達成されるべき目標心拍数ＨＲｔａｒｇｅｔを計算する。文献で既知の回帰関係を使用して、肺が吸収及び送達し得る酸素の最大量を示す負荷容量を特徴付けるパラメータＶ０２ｍａｘを推定する。
【００４５】
後続の負荷フェーズＴＳＺにおいて、トレーニングを行うユーザの安全性に影響するトレーニングの目標及びパラメータの継続的な監視及び評価の他に、以前にデータ処理ユニット１２に保存されたソフトウェアプログラムによって、計画されたトレーニングプログラムの実行を制御する。これは、本発明の主題ではないため詳細な説明は必要ではないが、自動的に又は場合によってはスマートフォン１３によって制御される。また、エクササイズ中に測定された心拍数は、一回拍出量として知られる心周期あたりの最大の一回拍出量によって決定される値を超えないようにする。このような負荷では、長時間のトレーニングでも心拍数は増加しない。
【００４６】
負荷フェーズＴＳＺに続く再生フェーズＲＳＺの最中、負荷フェーズＴＳＲの完了つまりトレーニングの終了の後に心拍数ＨＲＲは１分及び２分留保されるため、１分及び２分の休憩に対する心拍数パラメータＨＲＲ１及びＨＲＲ２が決定される。再生フェーズＲＳＺの３分後にサンプリングされた連続するＲ波長ＥＣＧの変動ＳＤＮＮを決定する。そして、再生フェーズＲＳＺのタコグラムのフーリエ変換を使用して計算された低周波数帯域（ＬＦ：０．０４から０．１５Ｈｚ）及び高周波数帯域（ＨＦ：０．１５から０．４Ｈｚ）における電力密度スペクトルのエネルギーを決定する。そして、ＬＦ／ＨＦパラメータの両者の割合を決定する。そして、トレーニングのイベントをまとめて記録する。
【００４７】
本発明の方法において、トレーニングの計画されたコースに３段階で介入し得る。
【００４８】
ａ）提示した双方の電極配置の場合、待機フェーズＮＹＳＺの測定データに基づいて、例えば、以前の過酷なトレーニングによる異常なＬＦ／ＨＦ値に反映される心臓疲労により、又は待機フェーズＮＹＳＺにおける異所性拍動の頻度が１分あたり１５を超える場合、又は異常な「心室再分極の不均一性」により、計画された毎日のワークアウトをスキップ又は緩和することを提案し得る。
【００４９】
ｂ）頻発する異所性拍動の検出、虚血性の兆候、突然の心停止（ＳＣＡ）の危険性など、負荷フェーズＴＳＺの最中の負荷から生じる危険な状況において、医学的監督下で行われるＥＣＧ検査を実施するのと同様に、負荷すなわちトレーニングの中断を提案し得る。
【００５０】
ｃ）負荷の後、心拍数保証セクションが監視され、時間及び周波数領域における心拍数変動のパラメータが計算される。このプロセスで得られた情報をフィードバックして、例えば最終日の休息などの経過時間がＬＦ／ＨＦの減少した生理的値を回復するのに十分でなかったと判明した場合、次のトレーニングの第１フェーズを評価する。
【００５１】
単極誘導の配置の新規な点は、電極７＿１、７＿２、７＿３、７＿４の位置が示した図に対応する場合、測定された信号は、心拍数を表示すること、及び、より重要な時間パラメータ（ＥＣＧ波（ＰＱ、ＱＲＳ、ＱＴ）、負荷によって誘発される虚血のＳＴ６０又はＪ点の異常な下降又は上昇を伴う不整脈（安静時の値からの負又は正の変位））を示すことに加えて、この事実のみならず、その心室位を示す。すなわち、図６に示されるように、前位又は後位のいずれも、健康状態EAに対応する波形及び異常状態KAの波形は、互いに縦の点線で分けて説明されている。健康状態EAの波形において、セクションＰＱ、ＱＲＳ、ＱＴ、ＳＴ、及びＪ点の位置は、異常状態KAの波形の場合におけるＪ点、ポイントＳＴ６０の位置、及びこの場合は低下ＳＴの位置と同様に、容易に認識され得る。
【００５２】
ダワーの測定の場合、電極Ｄ＿ＡとＤ＿Ｉ、Ｄ＿ＥとＤ＿Ｉ、Ｄ＿ＳとＤ＿Ｉ間で測定される電位差ＵＡＩ、ＵＥＩ、ＵＳＩは、米国特許第４，８５０，３７０号に記載の式によって、フランク(Frank)の直交Ｘ、Ｙ、Ｚの誘導に近似変換される。インデックスにおける電極Ｅ、Ａ、Ｓ、Ｉの位置は、１９２誘導のシステムに関連して前記文献の図１に示されている。本方法において使用される変換式は、以下のようになる。
【００５３】
Ｘ＝０．６１０ＵＡＩ＋０．１７１ＵＥＩ
Ｙ＝０．３５４ＵＡＩ−１，０００ＵＳＩ
Ｚ＝０．８６９ＵＡＩ−０．６０５ＵＥＩ
【００５４】
例えば、既知の誘導変位センサの呼吸センサ２２によって、呼吸周波数の検出を行ってもよい。
【００５５】
手順例の最初の準備セクションＥＳＺにおいて、使用される測定手順を設定し、入力された年齢及び病歴データに基づいて、個人向けの最大許容心拍数ＨＲｍａｘの値を、次の式を用いて決定する。
【００５６】
ＨＲｍａｘ＝２２０−年齢（年）
【００５７】
次に、カルボネン(Karvonen)の式を用いて、目標心拍数ＨＲｔａｒｇｅｔを計算する。これは、トレーニング中に到達及び維持されることを目指すものである。
【００５８】
ＨＲ＝（（ＨＲｍａｘ−ＨＲ０）×強度％）＋ＨＲ０）
【００５９】
ここで、ＨＲ０は安静時の心拍数である。
【００６０】
式における強度％の値の決定は、ＨＲ０及びＨＲｍａｘの領域を１０個のセクションに分割することにより開始される。次に、心拍数制御システムを用いて、一定の負荷で、選択されたサブ領域の中央で「強度％」の値に心拍数が維持されるよう努める。
【００６１】
トレーニング中に達成されるべき心拍数ＨＲｔａｒｇｅｔは、ユーザのフィットネスレベルに依存するため、時々確認され、必要に応じて変更される必要がある。
【００６２】
図４は、本発明の方法の好適な実施形態をフローチャートとして示している。
【００６３】
（準備セクションＥＳＺ）
可能な場合、ステップ３１において履歴データが入力され、ステップ３２においてカスタマイズされたトレーニング手順が用いられて、休息すなわち状態評価、負荷、及び再生のフェーズ、準備運動、負荷、リダクションの手順などが設定される。負荷の手順では、インパルス負荷を設定してもよい。この実施は、以下に概説される規制によって担保される。
【００６４】
上記を一旦実行した後、ステップ３３における実際のフェーズに移行する。
【００６５】
（待機フェーズＮＹＳＺ）
ステップ３４において、安静時の測定、データ収集、及び評価を実行する。この期間は、トレーニング手順内の入力パラメータとして定義される。この間、心房細動及び頻回な（＞１５／分）心室の余分な拍動を決定するために、不整脈を毎分検査した。心房細動のテストは、ＲＲ（ｉ）及びＲＲ（ｉ−１）の連続する拍動間の距離をｘ及びｙ座標として示すポアンカレ(Poincare)図に基づくものである。これは、Tubolyらによる論文IME, Vol.16, No.6, Pp.46-49に記載の方法に従うものである。１分の期間の終わりに、主要なＥＣＧ波のパラメータ（ＰＱ、ＱＲＳ、ＱＴ）に関連する平均化されたサイクルが決定及び表示され、安静時の心拍数ＨＲ０の中央値の相対的変動、及び心拍数変動（ＨＲＶ）の時間領域値ＣＶは、次の式に従って計算される。
【００６６】
ＣＶ＝ＳＤ／Ｍ×１００％
【００６７】
ここで、ＳＤは標準偏差であり、Ｍは平均値である。
【００６８】
心拍変動（ＨＲＶ）の揺らぎの生理学的程度の医学的な判断は、バロン(Baron)及びユーイング(Ewing)の結果に基づくものである。これについては、バロン及びユーイングによるRecommendation for the Practice of Clinical Neurophysiology, Ch:7, 1999, Elsevier Science B.V.を参照されたい。
【００６９】
統計学的なＦ検定によれば、ＨＲＶデータが年齢に応じた値よりも大幅に低い場合、例えばスマートフォン１３のメッセージによって、医療／スポーツの医師のチェックが推奨される。
【００７０】
次に、例えば、シュナイダー(Schneider J)によるLung. 2013 Oct; 191(5): 449-58の方法に従って、実際に肺活量測定せずに次の回帰式を用いて、パラメータＶ０２ｍａｘすなわち肺の最大酸素吸収能力を推定する。
【００７１】
Ｖ０２ｍａｘ：
男性＝−２８×年齢（年）＋４，０００（ｍｌ／分）
女性＝−２０×年齢（年）＋２，７００（ｍｌ／分）
【００７２】
また、重量単位によれば、次のようになる。
【００７３】
Ｖ０２ｍａｘ／ｋｇ：
男性＝−０．４２×年齢（年）＋５８（ｍｌ／分／ｋｇ）
女性＝−０．３５×年齢（年）＋４６（ｍｌ／分／ｋｇ）
【００７４】
負荷容量すなわちトレーニングの実現可能性は、「はい」又は「いいえ」の回答が可能なステップ３５において上記のデータに基づいて決定されます。「はい」の場合、ステップ３６において負荷フェーズＴＳＺが開始される。「いいえ」が決定された場合、処理は中断され、ステップ３７において負荷を妨げている要因が修正されるか、ステップ３８においてユーザに向けたメッセージがスマートフォン１３に表示されて、ユーザに通知される。待機フェーズＮＹＳＺにおいて取得又は決定されたデータは、後でトレーニングセッションの結果を通信する際、要約に含まれる。
【００７５】
（負荷フェーズＴＳＺ）
本例において、保護／禁止の状況（例えばスマートフォン１３の表示部上のアラートなど）が生成されなかった場合、待機フェーズＮＹＳＺの終了後に、自動的に付加フェーズがトリガされる。この場合、人間の決定が必要とされ、これはステップ３７において行われる。
【００７６】
負荷の実行中すなわちトレーニングセッション中に収集されたデータの検査により、ステップ３９において、採用されたＥＣＧアンプが線形範囲内にある、すなわち過負荷がなくノイズレベルも所定の割合を超えないと判断されたとする。この場合、ステップ４０において、トレーニング中に記録されたデータの実質的な処理を実行する。それ以外の場合、処理を実行せずに、ステップ４１においてアラートを発し、過負荷又はノイズの原因の検出及び除去を行い、データ収集を再開する。
【００７７】
本例では、負荷セクションにおいて、スライディング平均の評価を実行する。この演算は、単一誘導の単極電極の配置の場合に得られた信号に対して直接実行され、３つの双極誘導を備えるダワーの電極配置の場合、前述した回帰式によって導出されるフランク(Frank)のＸ誘導信号によって１つの誘導に対しても実行される。
【００７８】
この説明として、被験者が負荷によって虚血を起こした場合、セクションＳＴにおけるＥＣＧの変化は、Ｘ誘導の場合の９０％に、Ｙ誘導の場合の１０％に現れる。このことは、Chou T, Knilans T.KによるElectrocardiography in Clinical Practice, 4thEd. Ch.10. Saunders Comp., Philadelphia, 1996から既知である。
【００７９】
データ処理中、信号の信号対雑音比は、ＥＣＧのＱＲＳ複素基底（基準点）の線形ベースライン補正、すなわちＱＲＳの最も急な勾配点によって決定される点に基づく線形ベースライン補正によって補正される。図５を参照されたい。図５は、ＥＣＧ信号５０、及び、それから生成される線形ベースライン５１を示す。ベースラインノイズは本質的にランダムであり、その多くはいわゆる「同期平均化」によって除去できる。これは、「基底」すなわち基準点に対して実行することができる。ベースライン補正に続いて、１分間を特徴づける中央値又は主要な中央値の心臓周期が形成される前に、連続する心周期の診断上重要なセクションＱＴが（この場合バゼット(Bazett)の式を用いて）距離ＲＲについて標準化される。
【００８０】
ＱＴｃ＝ＱＴｍ／√（ＲＲ）
【００８１】
次に、「主要心周期」が既知の相関法に基づくクラスタリング手法によって決定され、続いて、正規化された「基底」すなわち時間平均又は中央値形成した基準点同期の多数心周期が導出される。なお、関連する文献は、バゼットの式よりも正確に正規化する方法を示唆していることに留意すべきであり、いずれも本方法において用いることができる。例えば、Malik Mらによる“Heart”, 2002 Mar; 87 (3): 220-8を参照されたい。
【００８２】
平均化されて時間パラメータ化されたＥＣＧ曲線が記憶され、続いてステップ４２において、負荷プロセスの最中に、ＥＣＧのＪ点及びＳＴ６０の振幅に基づいて、危険な虚血に関連する有意な上昇又は下降が検出されたか否か決定される（図６を参照されたい）。この場合、ハザード分析に基づく停止が決定される。決定しきい値として、本例では１００ｍＶが採用されている。
【００８３】
ステップ４３において、分析された１分間で検出された心周期の１５％以上が主要な心周期以外の形態特性を持つクラスタにあり、結果として生じる少数のクラスタは大きな形態類似性（相関係数＞０．８）を持つ場合、アラートが発出される。これは、頻回な同焦点の異所性拍動を示唆する。
【００８４】
ハザード分析中、セクションＱＴの多数サイクルの積分が１分ごとに計算される。セクションＱＴの積分＞しきい値Ｋ１の場合、ＶＴ／ＶＦの発生確率は極小であると見なされ、本例において緑色でユーザに示される。Ｋ２＜セグメントＱＴの積分＜Ｋ１の場合、ＶＴ／ＶＦの可能性は中程度に増加しており、これはユーザに黄色で示される。セグメントＱＴの積分＜Ｋｌの場合、ＶＴ／ＶＦの可能性は顕著に増加し、これは停止の要求として例えば赤色でユーザに通知される。これに直接関連する他の考慮事項及び詳細は、Gy. Kozmannらによる“Smartphone examination of cardiovascular risk factors,” IME: Vol. 15, No. 4, pp. 42-46を参照されたい。
【００８５】
負荷フェーズ中、リアルタイム監視によって、安静時の測定に基づいて設定された心拍数が、分析された１分の範囲において目標心拍数値−ＨＲｔａｒｇｅｔに達したとき、信号が表示される。動的な負荷の手順を達成するために必要なペース修正について、過度に低い／高い所定の心拍数の場合、ステップ４４において、目標心拍数値−ＨＲｔａｒｇｅｔに達した後、継続的な身体的負荷では、心拍数は継続的に増加する（ドリフト）。したがって、心拍数は選択された範囲の上限を超え、ステップ４５においてユーザは視覚的及び／又は音響的提示によって運動の強度を低減するよう指示される、すなわち、いわゆるｆｍａｘ制御が実行される。逆に、心拍数が選択された範囲の下限を下回った場合、パフォーマンスを向上させることができる。このような制御により、ユーザは最適なストローク量でトレーニングを確実に実行できる。この指示はユーザの責任で実行される。
【００８６】
負荷すなわちトレーニングは、手順に従って、所定の期間の終わりに、ステップ４６において完了する。
【００８７】
（再生フェーズＲＳＺ）
負荷フェーズＴＳＺに続いて、再生フェーズＲＳＺの測定がステップ４７において実行される。１分後及び２分後、心拍数減少パラメータＨＲＲ１及びＨＲＲ２が計算される。利用可能な医学知識を用いて、トレーニングの要約された結果に基づいて、値ＨＲＲが医学的観点から評価される。異常な場合において、心拍数の減少が遅い場合、パラメータの値は心不全を示唆し得る。
【００８８】
３分後、待機フェーズと同様に、不整脈テストが毎分実行される。再生フェーズＲＳＺ（その長さも入力パラメータと見なされる）の最後に、再生フェーズＲＳＺについて、心拍数の変動とともに、平均サイクル及び関連する波形パラメータが決定される。得られた結果は、次回、例えば翌日、その時間の安静時の測定と比較することができ、心臓疲労を信号で伝えるために使用できる。これに基づいて、その日のトレーニングを軽減したり、それを放棄するようユーザに指示したりもする。不整脈の検査と同様に、平均化及び心拍数変動の計算中、再生フェーズＲＳＺの最初の３分間は無視される。
【００８９】
その後、ステップ４８において測定値が集計される。これを行うために、可能なら測位にＧＰＳデータを使用する。この結果はスマートフォン１３に表示される。
【００９０】
全体の心拍数記録、すなわち待機フェーズＮＹＳＺ、負荷フェーズＴＳＺ、再生フェーズＲＳＺにおける記録の遡及的分析を可能にするため、平均化された信号セクション、及び、呼吸センサ２２が使用されている場合、関連する心臓及び呼吸の周波数も、記憶される。
【００９１】
定期的な運動の場合、一回拍出量において増加を示す結果から、傾向曲線を編集できる。参照されたトレンド曲線は、次のシュナイダーの相関関係による最適なストローク量に関連する値Ｖ０２ｍａｘの改善を特徴付けている。シュナイダーの回帰相関を用いると、トレーニング中に達成される目標ＨＲに対応する値Ｖ０２ｍａｘ／ＨＲは、次のようになる。
【００９２】
男性＝−０．１０×年齢（年）＋２０．５０（ｍｌ／分／心拍数）
女性＝−０．０５×年齢（年）＋１３（ｍｌ／分／心拍数）
【００９３】
上記の結果は、測定の要約に含まれる。
【００９４】
集計の後、測定結果を表示する。
【００９５】
−  手順をグラフィカルに
【００９６】
−  安静状態の特性ＨＲ０、年齢及びＨＲ０から算出された値ＨＲｍａｘ及びＨＲｔａｒｇｅｔ、ＨＲＶすなわち時間及び周波数領域の心拍数変動パラメータ、推定される安静状態パラメータＶ０２ｍａｘ（良好／不良のカテゴリのバイナリ）
【００９７】
−  例えばＨＲ（ｔ）時間関数及び時間の関数としてのＥＣＧ（ｔ）波形における変化などのような、現在の測定の代表的な負荷信号のセクション、良好／不良のカテゴリのバイナリにおいて得られた結果の評価
【００９８】
−  再生セクションＲＳＺの心拍数パラメータＨＲＲ１及びＨＲＲ２、及びＨＲＶすなわち休憩時間の３分後の時間及び周波数領域における心拍数変動パラメータ、負荷後のＶ０２ｍａｘ評価、及び、良好／不良のカテゴリのバイナリにおいて得られた結果の評価
【００９９】
−  エクササイズにランニングが含まれる場合、可能なら、ＧＰＳデータサービスに基づく行路の識別
【０１００】
−  可能なら、健康及びフィットネスの状態を特徴付ける、以前の測定値に基づく傾向及び結論
【０１０１】
データは、便利に圧縮され安全に暗号化された形式でクラウドストレージサービス２０のデータベースに送信されて、健康状態をドキュメント化できる。これは、長期的な結果の評価に貢献し得る。
【符号の説明】
【０１０２】
１  チェストストラップ
２  ストラップ
Ｄ＿Ｉ、Ｄ＿Ｅ、Ｄ＿Ａ、Ｄ＿Ｓ  電極
３  接続ストリップ
４  バンド
５  コネクタ
６  ストラップ
７＿１、７＿２、７＿３、７＿４  電極
８、９、１０、１１  セクション
１２  データ処理ユニット
１３  スマートフォン
１４，１５  アンプ段
１６  マルチプレクサ
１７  ＡＤコンバータ
１８  プロセッサ
１９  ブルートゥース段
２０  クラウドサービス
２１  電源
２２  呼吸センサ
２３、２４、２５、２６  アンプ段
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４  抵抗
３１−４８  ステップ
ＣＴ  中央端子
ＥＳＺ  準備セクション
ＮＹＳＺ  待機フェーズ
ＴＳＺ  負荷フェーズ
ＲＳＺ  再生フェーズ
ＲＲ  距離
５０  ＥＣＧ信号
５１  線形ベースライン
EA  健康状態
KA  異常状態
ＰＱ  セクション
ＱＲＳ  セクション
ＱＴ  セクション
ＳＴ  セクション
Ｊ  点
ＳＴ６０  点
【図１Ａ】
2021503354.tif 000003
【図１Ｂ】
2021503354.tif 000004
【図２】
2021503354.tif 000005
【図３】
2021503354.tif 000006
【図４Ａ】
2021503354.tif 000007
【図４Ｂ】
2021503354.tif 000008
【図５】
2021503354.tif 000009
【図６】
2021503354.tif 000010
【国際調査報告】
2021503354.tif 000011
2021503354.tif 000012
2021503354.tif 000013
2021503354.tif 000014
2021503354.tif 000015