(57)【要約】【課題】スポーツ、とりわけランニングスポーツにおいて改善されたトレーニング調整のための方法および装置を提供する。【解決手段】、  少なくとも１つの光源（７ａ，７ｂ）によって光が被検者（２）の身体組織（１８）に入射され、身体組織（１８）内で反射された光強度（Ｉ）が少なくとも１つの光センサ（８ａ，ｂ）によって測定され、測定された光強度（ＩＭ１，ＩＭ２）から評価手段（１６，２３）により時間的に振動する測定量（Ｇ）が導出され、測定量（Ｇ）の時間的経過における最小値（２９）が求められ、時間的に相前後する複数の最小値（２９）の解析によって、被検者（２）の現在の物質代謝状態を読取れるパワー度（ＬＧ）が作成されて表示される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を被検者（２）の身体組織（１８）内に入射させ、
身体組織（１８）内で反射された光強度（Ｉ）を測定し、
測定された光強度（ＩＭ１，ＩＭ２）から時間的に振動する測定量（Ｇ）を導出し、
測定量（Ｇ）の時間的経過における最小値（２９）を求め、
時間的に相前後する複数の最小値（２９）の解析によって、被検者（２）の現在の物質代謝状態を読取れるパワー度（ＬＧ）を作成して表示する
ことを特徴とするスポーツにおけるトレーニング調整方法。
【請求項２】
測定量（Ｇ）の最小値（Ｇｍｉｎ）が予め与えられた限界内で一定にとどまっている場合には有酸素性の物質代謝を表わすパワー度（ＬＧ）を作成し、測定量（Ｇ）の最小値（Ｇｍｉｎ）が予め与えられた限界内で一定にとどまっていない場合には無酸素性の物質代謝を表わすパワー度（ＬＧ）を作成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
振動する測定量（Ｇ）の周期から被検者（２）の現在の心拍数（ＨＦ）を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
パワー度（ＬＧ）に基づいて被検者（２）の乳酸塩平衡点（ＬＢＰ）を求めることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
パワー度（ＬＧ）を図表で表示することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
パワー度（ＬＧ）の表示のために、被検者（２）の現在の心拍数（ＨＦ）を乳酸塩平衡点（ＬＢＰ）に対応する心拍数限界値（ＨＦ０）に関連させることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
被検者（２）の優先的に負荷をかけられる身体部分（５）において光入射および反射された光強度（Ｉ）の測定を行なうことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
２つの波長（λ１，λ２）の光（Ｌ）を入射させ、反射された光強度（Ｉ）を波長選択して測定することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
被検者（２）の負荷前に被測定光強度（Ｉ）または測定量（Ｇ）の休息値（Ｒ）を取得し、この休息値（Ｒ）を身体組織（１８）の背景反射（Ｈ１，Ｈ２）の補償のために利用することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
測定された光強度（Ｉ）もしくは測定量（Ｇ）から休息値（Ｒ）を差し引くことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
被検者（２）の身体組織（１８）内へ光（Ｌ）を入射させる少なくとも１つの光源（７ａ，７ｂ）と、
身体組織（１８）内で反射された光強度（Ｉ）を測定する少なくとも１つの光センサ（８ａ，８ｂ）と、
測定された光強度（ＩＭ１，ＩＭ２）から時間的に振動する測定量（Ｇ）を導出し、測定量（Ｇ）の時間的経過における最小値（２９）を求め、時間的に相前後する複数の最小値（２９）の解析によって被検者（２）の現在の物質代謝状態を読取れるパワー度（ＬＧ）を作成するように構成された評価手段（１６，２３）と、
パワー度（ＬＧ）を表示する表示ユニット（１０）と、
を備えていることを特徴とするスポーツにおけるトレーニング調整装置
【請求項１２】
評価手段（１６，２３）は、振動する測定量（Ｇ）の周期から被検者（２）の現在の心拍数（ＨＦ）を求めるように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
第１の波長（λ１）の光（Ｌ）を入射させる第１の光源（７ａ）と、第２の波長（λ２）の光（Ｌ）を入射させる第２の光源（７ｂ）とを設け、反射された光強度（Ｉ）が波長選択されて少なくとも１つの光センサ（８ａ，８ｂ）によって測定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの光源（７ａ，７ｂ）および少なくとも１つの光センサ（８ａ，８ｂ）を有するセンサユニット（３）と、出力ユニット（１０）を有する表示ユニット（４）とを設け、センサユニット（３）は被検者（２）の優先的に負荷をかけられる身体部分（５）に固定可能であり、表示ユニット（４）は被検者（２）がよく見ることの可能な個所（９）に固定可能であり、センサユニット（３）および表示ユニット（４）はデータ伝送区間（１２）によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１１乃至１３の１つに記載の装置。
【請求項１５】
データ伝送区間（１２）は無線のデータ伝送区間であることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポーツ、とりわけランニングスポーツにおけるトレーニング調整方法に関する。更に、本発明はこの方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉のパワーを引き出すために、特に人間の筋肉は酸素を必要とし、この酸素は生体を介して供給されなければならない。パワーが高いほど、酸素需要もますます増大する。或るパワー限界から身体はいわゆる「酸素欠乏」に陥る。これは、血液中の酸素成分があまりにも少なすぎるために、パワーの引き出しに必要な酸素を補給することができないことを意味する。その際に、筋肉における物質代謝が、酸素欠乏によって形成されるアネロビック（無酸素）範囲に移行する。それに対して十分な酸素供給における物質代謝はエアロビック（有酸素）代謝と呼ばれる。
【０００３】
無酸素範囲では、筋肉内で、身体によって利用されたエネルギー担体すなわちグルコースの完全な分解が行なわれる。その結果、酸素欠乏によりもはや完全には分解できなかった「分解残留物」が体内に蓄積する。このように負荷をかけられる筋肉は疲労し、負荷後における再生に長時間を要する。
【０００４】
従って、高い身体疲労につながるスポーツ種類、とりわけランニングスポーツでは、トレーニングの大部分が有酸素範囲で行なわれ、無酸素範囲では僅かな部分でしか行われないことが重要である。レジャースポーツ者の場合、例えば有酸素性のトレーニング期間がトレーニング全体の約８０％に達する方がよい。
【０００５】
スポーツ医学においては、トレーニング調整のために、いわゆる乳酸塩平衡点（ＬＢＰ）を定めるのが通例である。乳酸塩（乳酸）はグルコースの代謝産物であり、この代謝産物は前述のとおり、生体内で分解のために酸素がもはや十分ではないときに生じる。従って、無酸素範囲では体内に乳酸塩が蓄積するのに対して、有酸素範囲では余剰の乳酸塩がさらに分解される。有酸素性の代謝と無酸素性の代謝との間の境目においては、生体内の乳酸塩レベルが平衡状態に保たれる。これはＬＢＰを規定する。逆に、ＬＢＰは、以下において、被検者の物質代謝が有酸素範囲から無酸素範囲へ移行するパワー閾値の同義語として使用される。ＬＢＰは、生体の付属の測定量、例えば付属の心拍数によって近似的に表わされる。スポーツ者がＬＢＰに対応した心拍数を知っているならば、それに基づいてスポーツ者はトレーニングを最適化することができる。
【０００６】
ランニングスポーツにおいては、しばしば、スポーツ者の体表面に固定された脈拍測定バンドにより心拍数を求める携帯形脈拍計が使用される。しかしながら、この脈拍計によれば、比較的大雑把なトレーニング調整しかできない。なぜならば、スポーツ者が現在ＬＢＰを下回っているのか又は上回っているのかは、つまり現在、有酸素範囲にあるのか又は無酸素範囲にあるのかは、心拍数を基にしては比較的不正確にしか判断できないからである。
【０００７】
ＬＢＰは乳酸塩値の直接測定によって求めることができる。乳酸塩値は、従来どおりの方法で、種々の負荷段階においてスポーツ者から採取した血液の分析を行なう乳酸塩測定装置によって測定される。この生理学的な基礎および乳酸塩測定方法は既に知られている（例えば特許文献１参照）。この公知の解決手段は都合が悪いことに侵襲方法である。なぜならば、以下において被検者と呼ばれる検査されるべきスポーツ者から血液サンプルが採取されなければならないからである。これは一方では時々苦痛を与える。他方では採血が被検者にとっても検査者にとっても常に、例えば肝炎やＨＩＶによる感染の危険につながっている。この感染の危険を低減するためには高度の衛生上の要求が必要であり、これはプロセスを贅沢にし、高価にする。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９０９８５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、スポーツ、特にランニングスポーツにおけるトレーニング調整方法および装置において、被検者のパワーを簡単に高精度かつ自動的に求めることを可能することにある。この場合、特に乳酸塩平衡点（ＬＢＰ）を非侵襲にて求めることを可能にしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
方法に関する課題は、本発明によれば、光を被検者の身体組織内に入射させ、身体組織内で反射された光強度を測定し、測定された光強度から時間的に振動する測定量を導出し、測定量の時間的経過における最小値を求め、時間的に相前後する複数の最小値の解析によって、被検者の現在の物質代謝状態を読取れるパワー度を作成して表示することによって解決される。
【００１０】
装置に関する課題は、本発明によれば、被検者の身体組織内へ光を入射させる少なくとも１つの光源と、身体組織内で反射された光強度を測定する少なくとも１つの光センサと、測定された光強度から時間的に振動する測定量を導出し、測定量の時間的経過における最小値を求め、時間的に相前後する複数の最小値の解析によって被検者の現在の物質代謝状態を読取れるパワー度を作成するように構成された評価手段と、パワー度を表示する表示ユニットとを備えていることによって解決される。
【００１１】
本発明によれば、光源により光が被検者の身体組織に入射し、光センサにより身体組織内で反射した光強度が測定される。測定された光強度から評価手段により時間的に振動する測定量が導出され、引続いて評価される。評価手段は、測定量の時間的経過において周期的に現われる最小値を識別するように構成されている。時間的に相前後して続く複数の最小値を解析することによって、以下においてはパワー度と呼ばれる特性量が求められる。この特性量は被検者の現在の物質代謝状態についての解明を可能にする。このパワー度が被検者に表示される。
【００１２】
本発明は、血液中の乳酸塩レベルが被検者の現在の物質代謝状態を間接的にのみ再現するという考えから出発している。これに対して、スポーツによって使用された身体組織内の血液の酸素成分を直接測定することに成功するならば、良く知られているように、物質代謝状態、さらにＬＢＰはより正確に求めることができるであろう。ここにおいて、本発明は、光を入射させ身体組織内で反射された光を解析することによって血液中の酸素含有量の非侵襲測定が可能であるというよく知られている認識を利用する。しかしながら、かかる方法は、例えば独国特許６９６０４４６４号明細書（欧州特許第０７６１１５９号明細書の独語翻訳）から知られているように、従来のように動脈血液中の酸素飽和度を求めるために設けられ、それのために適している。しかしながら、他方では、動脈血液中の酸素飽和度は負荷をかけられた身体組織内の物質代謝状態を求めるには適さないか又はかろうじて適する。なぜならば、動脈は新鮮に混合され酸素を豊富に含む血液を導くからである。他方において、良く知られているように、静脈血液の酸素飽和度は身体組織の酸素消費を非常に正確に反映する。そこで、本発明によれば、動脈血液中における光学的な血液酸素測定を行なう従来の方法が、今や静脈血液中の酸素飽和度またはこれにほぼ比例する量を求めることもできるように的確に変更される。これは、本発明によれば、反射された光強度またはそれから導出された測定量を、動脈血液の影響が特に弱い最小反射範囲で的確に評価することによって達成される。
【００１３】
本発明による方法および付属の装置の主な利点は、非常にコンパクトに実現できる装置によって方法を非常に簡単に自動化して実施できることにある。従って、被検者は本方法をこの装置を用いて自己テストで実施することができる。従って、特に、方法を実施するために、そしてそれにともなって被検者のトレーニング調整をするために、熟練した人を必要としない。更に、コンパクトなサイズにより、スポーツ実施時に装置が被検者を妨害することなしに、被検者は装置を自分で簡単に携行することができる。
【００１４】
評価ユニットは、とりわけ測定量の時間的に相前後する最小値の傾向によって、被検査身体組織の物質代謝が有酸素状態または無酸素状態にあるかを識別し、検査結果に相当するパワー度を出力する。測定量の最小値が予め与えられた限界内において一定にとどまっている場合、評価ユニットは有酸素性の代謝状態の存在の判定を下す。測定量の最小値が予め与えられた限界内において一定にとどまっていない場合、被検者の物質代謝は無酸素状態であると判定される。
【００１５】
被検者がトレーニング調整のために他の監視量を使用可能であるようにするために、振動する測定量の周期から付加的に被検者の心拍数を求めると好ましい。
【００１６】
本発明の構成において、ＬＢＰが簡単にトレーニング中のパワー度の監視によって求められる。
【００１７】
最高の身体的疲労時にも被検者の時間を不当に奪うことのない高い操作利便性を保証するために、現在のパワー度を表示するのに、被検者が現在の物質代謝状態を特に簡単に認識できる表示を選ぶと望ましい。特にこの関係において、例えば棒グラフによるパワー度の図表表示が特に好ましい。更に、実際においては心拍数を基にしたトレーニング調整が通例であるので、ＬＢＰに相当する心拍数限界値と対比させた現在の心拍数を基にしてパワー度を間接的に表示すると好ましい。心拍数の代わりに、生体の状態を表す他の量、例えば静脈血液中の酸素飽和度を利用することもできる。更に、パワー度を一般的な目盛で表示することもできる。パワー度の改善された表示のために、特にカラー信号および音声信号を使用することもできる。パワー度の種々の表示様式が被検者に同時に表示されると望ましい。更に、種々の表示オプションの中から被検者が選択できるようにするのもよい。
【００１８】
被検者の優先的に負荷をかけられる身体部分において光入射および反射された光強度の測定が行なわれると好ましい。これは、たいていのスポーツ種類において筋肉組織の種々の部分が異なった使用をされるという事実を考慮する。例えばランニングスポーツの場合、脚筋肉が優先的に負荷をかけられるのに対して、腕筋肉には平均値を下回るほどしか負荷がかからない。従って、ランニングスポーツに使用するためには、被検者の大腿部において光入射および光測定が行なわれる。
【００１９】
静脈血液中の酸素飽和度の精密な測定のために、２つの波長の光が身体組織内に入射し、各波長において反射された光強度が別々に測定されると望ましい。これにより、一方での酸素の飽和した血液の吸収断面と他方での酸素の乏しい血液の吸収断面との割合が、異なる波長で相違することが考慮される。従って、波長に依存した光反射の比較によって、酸素を含んでいる血液の成分と酸素の乏しい血液の反射成分とを特に良好に求めることができる。
【００２０】
酸素の飽和した血液が特に高い吸収断面を有する第１の波長が入射し、これに対して第２の波長はこの波長の光が酸素の乏しい血液によって特によく吸収されるように選ばれる。各波長において反射された光を選択的に測定するために、選択的に２つの光センサが設けられ、これらの光センサのそれぞれが一方の波長の光または他方の波長の光を選択的に検出する。代替として、両波長の反射された光強度の測定を１つの共通な光センサによって行なうこともできる。この場合に、各波長の反射成分の簡単な分離を可能にするために、両波長のそれぞれの反射された光強度が互いに限定された異なる時間インターバルで検出されるように、両波長の光が交互に、すなわち交互の光パルスにより入射される。
【００２１】
身体組織内で反射された光の一部のみが身体組織内に含まれる血液で反射される。この成分には、被検者の皮膚、結合組織あるいは骨によって反射される他の光成分が重畳されている。後者の光成分は被検者の身体的負荷にほとんど依存せず、以下においては背景反射と呼ばれる。身体組織において血液酸素飽和度の検出に役立たないこのような背景反射を消去するために、オプションとして、被検者の負荷前に、測定された光強度の休息値を取得する措置を講じることもできる。この休息値は保存され、後で背景反射の相殺のため利用される。
【００２２】
休息値による測定量のこのような較正を行なう特に簡単な方法は、トレーニング中に測定された光強度から休息値を差し引くことである。測定された光強度またはこれから導出された測定量の当該休息値からの各偏差は、スポーツのパワーに関係する血液中酸素飽和度の変化に相当する。なぜならば背景反射はほとんどパワーに依存しないからである。
【００２３】
一方では被検者の優先的に負荷をかけられる身体部分における酸素飽和度の測定を行なうことができるようにするために、他方では被検者に対して分析結果を便利よく表示することができるようにするために、装置を、少なくとも１つの光源および少なくとも１つの光センサを少なくとも含んでいるセンサユニットと、少なくとも出力ユニットを有する表示ユニットとに分割すると好ましい。センサユニットは被検者の優先的に負荷をかけられる身体部分において測定を行なうことができるようにその身体部分に固定可能であると望ましい。これに対して、表示ユニットは被検者がよく見ることのできる、特に目に見える場所に固定可能であるのが好ましい。ランニングスポーツに使用するために、表示ユニットが腕時計のように手首に固定可能であると好ましい。これに対して自転車競技またはサイクリングではハンドルに固定可能であるように表示ユニットを構成することが有意義である。
【００２４】
データ伝送のために、センサユニットおよび表示ユニットはデータ伝送区間を介して互いに接続されていると望ましい。データ伝送区間は装置の取扱いを簡単にするために無線データ伝送区間として実施されていると望ましい。この場合に、データ伝送のために、従来の無線データ伝送手段、例えば赤外線伝送または無線通信が適当である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
図１はトレーニング調整装置を付けた被検者としてのランニングスポーツ者を示す概略図、
図２はセンサユニットおよび表示ユニットを含む図１による装置を示す概略平面図、
図３は図２によるセンサユニットを示す概略原理図、
図４は図２による表示ユニットを示す概略原理図、
図５は図２による装置によって実施される方法を示す簡略ブロック図、
図６は被検者の休息状態、有酸素範囲および無酸素範囲における図２による装置によって利用される測定量の経過を例示する図、
図７は図２による装置によって求められ被検者に表示されるパワー度の表示例を示す図である。
これらの図において互いに対応する部分および量は常に同一の参照符号を付されている。
【００２６】
図１は、概略的なピクトグラムにて、スポーツにおける被検者のトレーニング調整装置１の使用を示す。この装置１の図示の実施例は、特にランニングスポーツでの使用のために構想されている。しかしながら、装置１は、例えば自転車競技またはサイクリングのような他のスポーツにおけるトレーニング調整にも同様に使用することができる。
【００２７】
図２に改めて概略平面図で示されている装置１はセンサユニット３と表示ユニット４からなる。センサユニット３は、スポーツの際に被検者２の優先的に負荷をかけられる身体部分において静脈の酸素飽和度の測定に用いられる。ランニングスポーツにおいては特に脚の筋肉が優先的に負荷をかけられる。従って、静脈の酸素飽和度の測定は、被検者２の優先的に負荷をかけられる身体部分としての大腿部５において行われる。このためにセンサユニット３は大腿部５に固定可能なバンドとして実施されている。バンド状のセンサユニット３の端部６は、このために例えば（詳しくは図示されていない）マジックテープ式のファスナーで接続可能である。センサユニット３は、静脈の酸素飽和度を測定するために、被検者２の大腿部５への光入射用の２つの光源７ａ，７ｂを含む。光源７ａ，７ｂは発光ダイオード（ＬＥＤ）によって実現されている。ＬＥＤはその高い光効率、少ない熱発生および非常にコンパクトなサイズによりこの目的に好適である。センサユニット３は、更に反射光測定用の２つの光センサ８ａ，８ｂを含んでいる。
【００２８】
表示ユニット４は腕時計のような形をしており、被検者２の手首９に固定することができる。表示ユニット４はディスプレイ１０および側部に取付けられた複数の操作ボタン１１を含む。これらの操作ボタン１１は、表示オプションの選択、装置１のパラメータ選択などに用いられる。表示ユニット４の腕時計状の構成および手首９への規定どおりの固定は、特にランニングスポーツにおいて有利である。なぜならば、このようにしてディスプレイ１０および操作ボタン１１がスポーツ実施中にもよく見え、あるいは操作可能であるからである。手首９もしくは大腿部５への装置１の固定によって、同時に、スポーツ実施時に装置１が被検者２を妨害しないことが保証される。
【００２９】
他のスポーツのためには、表示ユニット４の特殊化された構成が有利である。例えば、自転車競技またはサイクリングに使用するための表示ユニットは自転車コンピュータの構成部分として実現すると特に好ましい。
【００３０】
通信目的のためにセンサユニット３および表示ユニット４はデータ伝送区間１２を介して互いに接続されている。データ伝送区間１２は無線で実施すると好ましい。従って、データ伝送区間１２の部分として、センサユニット３も表示ユニット４もそれぞれ送信・受信ユニット１３ａ，１３ｂを備えている。送信・受信ユニット１３ａ，１３ｂは、従来の無線データ伝送技術、例えば赤外線技術または無線通信技術により通信する。
【００３１】
センサユニット３の構成は図３に概略原理図で詳しく示されている。この図３から光源７ａ，７ｂが送信制御部１４によって駆動されていることが分かる。光センサ８ａ，８ｂは信号処理ユニット１５を介して評価ユニット１６に接続されている。更に、評価ユニット１６は、送信・受信ユニット１３ａを駆動するデータインターフェース１７に接続されている。
【００３２】
送信制御部１４は光源７ａ，７ｂを、これらの光Ｌが（概略的に示されている）大腿部５の身体組織１８内へ入射するように駆動する。身体組織１８は、動脈１９と、静脈２０と、以下において簡単化して基礎組織２１と呼ばれる残りとからなる。この残りはこれ以上は細分化されない皮膚、結合組織、骨などである。
【００３３】
身体組織１８内で入射光Ｌの一部が反射される。反射された光強度（以下では反射光強度と呼ばれる）Ｉは、動脈１９を通流する血液によって反射され以下では動脈反射Ａ１，Ａ２と呼ばれる光成分から構成される。他の成分は静脈２０内に含まれる血液によって反射される。この成分は以下では静脈反射Ｖ１，Ｖ２と呼ばれる。更に、基礎組織２１によっても、入射光Ｌの一部が反射される。この成分は背景反射Ｈ１，Ｈ２と呼ばれる。
【００３４】
両光源７ａ，７ｂは異なる波長の光を出射する。光源７ａは、酸素の飽和した血液が特に強く吸収する第１の波長λ１の光を出射する。これは特に近赤外線の光範囲においてλ１≒９４０ｎｍの波長である。第２の光源７ｂは、酸素の乏しい血液が特に強く吸収する第２の波長λ２の光を出射する。これには特にλ２≒６００ｎｍの波長が適している。
【００３５】
入射した両波長λ１，λ２に応じて、反射光強度Ｉは波長λ１に対応する成分Ａ１，Ｖ１，Ｈ１と、波長λ２に対応する成分Ａ２，Ｖ２，Ｈ２とに分かれる。
【００３６】
光センサ８ａ，８ｂによって、反射光強度Ｉが波長選択されて検出される。これは技術的に、光センサ８ａが選択的に波長λ１の光を検出し、これに対して光センサ８ｂが選択的に波長λ２の光を検出するように実現されると好ましい。代替として、光源７ａ，７ｂが交互に光パルスを送出し、それによって波長λ１に属する反射光成分Ａ１，Ｖ１，Ｈ１と、波長λ２に属する反射光成分Ａ２，Ｖ２，Ｈ２とがそれぞれ異なる時点で光センサに到来するように光源７ａ，７ｂを駆動するならば、波長選択性の光強度測定は１つの個別の光センサによっても可能である。
【００３７】
光センサ８ａ，８ｂは、それぞれの波長λ１もしくはλ２の全反射光強度Ａ１＋Ｖ１＋Ｈ１もしくはＡ２＋Ｖ２＋Ｈ２を表わす測定信号をそれぞれ発生する。これらの全反射光強度Ａ１＋Ｖ１＋Ｈ１もしくはＡ２＋Ｖ２＋Ｈ２は以下において測定された光強度（又は測定光強度）ＩＭ１もしくはＩＭ２と呼ばれる。測定された光強度ＩＭ１もしくはＩＭ２は信号処理ユニット１５内で増幅されディジタルデータに変換される。
【００３８】
測定光強度ＩＭ１もしくはＩＭ２の時間的経過は評価ユニット１６において以下に詳細に述べるようにして評価される。評価結果は、引き続いてデータインターフェース１７および送信・受信ユニット１３ａを介して表示ユニット４に継送される。
【００３９】
表示ユニット４は図４に概略原理図で詳細に示されている。表示ユニット４は、ディスプレイ１０に加えて、操作ボタン１１と関連する入力モジュール２２と、制御ユニット２３と、送信・受信ユニット１３ｂを駆動するデータインターフェース２４とを含んでいる。ディスプレイ１０、入力モジュール２２、制御ユニット２３およびデータインターフェース２４は、データ転送のためのバス・制御線２５を介して互いに接続されている。
【００４０】
センサユニット３から表示ユニット４に導かれるデータは制御ユニット２３内でさらに加工されて表示のために処理される。結果が引続いてディスプレイ１０に表示される。更に、相応のソフトウェアを装備したマイクロコントローラとして構成されている制御ユニット２３は一般的な制御機能を引き受ける。制御ユニット２３は操作ボタン１１と協働する入力モジュール２２によってパラメータ設定される。操作ボタン１１を介して、例えば表示オプションを設定することができ、そして評価法のためのパラメータとして使用者特有のデータを入力することができる。
【００４１】
評価ユニット１６および制御ユニット２３によって共同で実施される測定および評価の方法が図５に概略ブロック図で示されている。これによると、まず、光源８ａ，８ｂと信号処理装置１５とを含む測定装置２６によって、身体組織１８内で反射された光強度Ｉが波長選択されて測定される。この場合に、測定光強度ＩＭ１，ＩＭ２が出力データとして発生する。
【００４２】
第１のモジュール２７において、測定光強度ＩＭ１，ＩＭ２の数学的な結合によって測定結果の他の評価が行なわれる測定量Ｇが導出される。測定光強度ＩＭ１，ＩＩＭ２は、測定量Ｇが身体組織１８の血液中の酸素飽和度の尺度となるように結合されている。血液の酸素飽和度のこの種の算出は知られており、例えば「Ｂ．Ｓｃｈｏｅｌｌｅｒ，ＭＣＣ社（発行者）“Ｐｕｌｓｏｘｉｍｅｔｒｉｅ−Ｆｉｂｅｌ，Ｔｈｅｏｒｉｅ  ｚｕｒ  Ｐｕｌｓｏｘｉｍｅｔｒｉｅ，Ｋａｌｉｂｒｉｅｒｕｎｇ  ｕｎｄ  Ｍｅｓｓｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔ  ｖｏｎ  Ｐｕｌｓｏｘｉｍｅｔｅｒｎ”，ＭＣＣ社，２０００年，第２版，第３章」に記載されている。しかしながら、原理的には、同様に次に述べる評価に適した測定量Ｇを発生する測定光強度ＩＭ１，ＩＭ２の他の数学的結合も考え得る。とりわけ、血液中の酸素飽和度の絶対値の認識が以下に述べる評価にとって必ずしも必要でないのでなおさら、測定光強度ＩＭ１，ＩＭ２間における平均値形成などによって測定量Ｇを発生させることもできる。さらに簡単な変形例では光強度ＩＭ１またはＩＭ２を変化させないで測定量Ｇとして利用することも可能であろう。
【００４３】
身体組織１８内で反射された光強度Ｉの、以下に述べる評価にとって重要な特徴は、光強度Ｉが時間的に被検者２の心拍動の周波数ＨＦで振動することにある。これは、とりわけ、各心拍動において身体組織１８の動脈１９をパルス状に血液が通流するためである。従って、動脈１９によって反射された光成分Ａ１，Ａ２は、心拍動に対応した周波数ＨＦを有する強い時間的振動を受ける。これに対して、静脈２０内の血流への心拍動の影響は非常に弱くて目立たないので、静脈反射Ｖ１，Ｖ２は僅かしか時間的に変化しない。基礎組織２１に由来する背景反射Ｈ１，Ｈ２はほとんど時間に依存しない。
【００４４】
測定量Ｇは、測定光強度ＩＭ１，ＩＭ２の時間依存性を再び反映し、従って同様に心拍数ＨＦで振動する。これは、図６に概略的に簡単化して示した時間ｔに対する測定量Ｇの経過曲線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３に基づいて表わされている。曲線Ｋ１は被検者２の休息状態における測定量Ｇの経過を表わし、曲線Ｋ２は有酸素性の負荷時における測定量Ｇの経過を表わし、Ｋ３は無酸素性の負荷時における測定量Ｇの経過を表わす。
【００４５】
測定量Ｇの振動は主として動脈反射Ａ１，Ａ２の時間依存性に基づいているので、その影響は振動する測定量Ｇの各最大値２８、つまり波の各山において特に強く、一方各最小値２９、つまり波の各谷において静脈反射Ｖ１，Ｖ２の影響が優勢を占める。従って、測定量Ｇが単に最小値２９の範囲において評価されるならば、的確に静脈の酸素飽和度を求めることが可能である。このために、測定量Ｇがモジュール３０（図５）に導かれ、このモジュール３０が通常の数学的手法により測定量Ｇの時間的経過における最小値２９を識別し、その時点ｔｍｉｎおよび最小値Ｇｍｉｎを求める。
【００４６】
他のモジュール３１は、時間的に相前後して続く最小値２９についての最小値Ｇｍｉｎの時間的展開を解析し、この時間的展開に依存して以下においてパワー度ＬＧと呼ばれる特性量を発生する。この特性量は被検者２の現在の物質代謝状態を表わす。曲線Ｋ１，Ｋ２（図６）に基づいて表わされているように最小値Ｇｍｉｎが予め与えられた時間間隔内において予め定められた許容値内で一定にとどまる場合、モジュール３１は被検者２の有酸素性の物質代謝状態を表示するパワー度ＬＧを出力する。これに対して、図６の曲線Ｋ３にて示されているように、最小値Ｇｍｉｎが時間的に一定でない場合、モジュール３１は被検者２の無酸素性の物質代謝状態に相当するパワー度ＬＧを出力する。パワー度ＬＧは、選択的に、バイナリ量（例えば、０＝有酸素性、１＝無酸素性）、不連続に区別した量（例えば、・・・，−２，−１，０＝ＬＢＰ，１，２，・・・）または連続的に区別した量として実施される。
【００４７】
測定量Ｇは心拍動の周波数で振動するので、２つの互いに相前後して続く最小値２９の時点ｔｍｉｎの時間間隔から簡単に心拍数ＨＦを求めることができる。心拍数ＨＦを求めるために他のモジュール３４が設けられている。パワー度ＬＧおよび心拍数ＨＦは、これらのデータをディスプレイ１０に表示するために処理するモジュール３５に導かれる。それにより、被検者２はトレーニング途中にいつでも現在の心拍数ＨＦおよび現在のパワー度ＬＧを呼び出すことができる。
【００４８】
トレーニング経過中に有酸素性の物質代謝範囲と無酸素性の物質代謝範囲との、ＬＢＰによって表わされる境目を、被検者２が上回った場合、パワー度ＬＧも有酸素状態を表わす値から無酸素状態を表わす値へ反転する。モジュール３６がパワー度ＬＧの値をトレーニング経過中監視し、被検者の有酸素状態と無酸素状態との間における転換を識別する。それゆえ、モジュール３６は被検者２のＬＢＰを求めることができる。被検者２の物質代謝状態がＬＢＰに相当するとき、モジュール３６は付属の最小値Ｇｍｉｎおよび付属の心拍数ＨＦを呼び出す。最小値Ｇｍｉｎ（およびそれにともなう静脈の酸素飽和度）もしくは心拍数ＨＦのＬＢＰを表わす限界値Ｇ０もしくはＨＦ０に相当するこれらの値はモジュール３５に導かれ、比較量として保存される。
【００４９】
オプションとしてモジュール３７が付加的に設けられている。このモジュール３７は測定量Ｇの時間的経過から最大値２８を取出し、測定量Ｇの最大値２８から公知のように動脈血液の酸素飽和度Ｓを求める。
【００５０】
従って、モジュール３５には、パワー度ＬＧおよび心拍数ＨＦの現在値と共に、ＬＢＰを表わす限界値Ｇ０，ＨＦ０が導かれる。更に、モジュール３５はオプションとして動脈の酸素飽和度Ｓの現在値を得る。これらの値は、モジュール３５によって個別にまたは被検者２によって選択可能な手順で結合されてディスプレイ１０に表示することができる。
【００５１】
更に、オプションとしてモジュール３２が設けられている。このモジュール３２は、トレーニング開始前に、すなわち被検者の休息状態において、最小値Ｇｍｉｎ（図６における曲線Ｋ１）を呼び出して休息値Ｒとして保存する。トレーニング経過中における装置１の較正のために測定量Ｇの現在値からこの休息値Ｒを差し引くようにするとよい。これによって、特に負荷に関係のない背景反射Ｈ１，Ｈ２の影響が消去される。
【００５２】
図７は、ディスプレイ１０の模範的な概観図にて、被検者２が簡単に認識できるように現在のパワー度ＬＧを表示する２つの変形例を示す。パワー度ＬＧは、一方において棒グラフ３８の形で表示される。この場合に、ＬＢＰは棒グラフ３８の零ラインによって表わされている。図７において模範的に示されているような棒グラフ３８の負方向の振れは、被検者２に、被検者２の物質代謝状態が有酸素状態にあることを表示する。これに対して、棒グラフ３８の正方向の振れは無酸素性の物質代謝状態を表示する。更に、被検者２は、棒グラフ３８のバーの高さで、現在の物質代謝状態がＬＢＰからどのくらい離れているかを認識することができる。
【００５３】
ディスプレイ１０の左側の範囲は２つの数値フィールド３９,４０を有する。第１の数値フィールド３９は被検者２の現在の心拍数ＨＦを表示している。第２の数値フィールド４０はＬＢＰに相当する心拍数の限界値ＨＦ０を表示している。これらの両数値の対比によって、被検者２はこの場合にも自分が現在どの物質代謝範囲にあるのかを認識することができる。現在の心拍数ＨＦが限界値ＨＦ０よりも小さいときには、有酸素性の物質代謝状態が存在する。これに対して、現在の心拍数ＨＦが限界値ＨＦ０を上回るときは、被検者２の物質代謝は無酸素状態にある。
【００５４】
心拍数の代わりに、数値フィールド３９，４０に静脈の酸素飽和度を表示することもできるであろう。パワー度ＬＧが直ぐ分かるようにするために、補助的にカラー信号および／または音声信号を用いることもできる。更に、パワー度ＬＧを時間的に積分した信号を画面１０に表示することも考え得る。この場合、被検者２は、自分が現在どの物質代謝範囲にいるのかを認識することができるだけでなく、更に付加的に、両物質代謝範囲の一方にどのくらい長く留まっているのかという情報、場合によっては両物質代謝範囲の時間的割合が以前のトレーニング経過において安定であったかそれとも不安定であったかという情報も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】トレーニング調整装置を付けた被検者の概略図
【図２】センサユニットおよび表示ユニットを含む図１による装置の概略平面図
【図３】図２によるセンサユニットの概略原理図
【図４】図２による表示ユニットの概略原理図
【図５】図２による装置によって実施される方法を示す簡略ブロック図
【図６】図２による装置によって利用される測定量の時間的経過図
【図７】図２による装置により求められるパワー度の表示例を示す概略図
【符号の説明】
【００５６】
１              装置
２              被検者
３              センサユニット
４              表示ユニット
５              大腿部
６              端部
７ａ，７ｂ      光源
８ａ，８ｂ      光センサ
９              手首
１０            ディスプレイ
１１            操作ボタン
１２            データ伝送区間
１３ａ、１３ｂ  送信・受信ユニット
１４            送信制御部
１５            信号処理ユニット
１６            評価ユニット
１７            データインターフェース
１８            身体組織
１９            動脈
２０            静脈
２１            基礎組織
２２            入力モジュール
２３            制御ユニット
２４            データインターフェース
２５            バス・信号線
２６            測定装置
２７            モジュール
２８            最小値
２９            最小値
３０            モジュール
３１            モジュール
３２            モジュール
３３            モジュール
３４            モジュール
３５            モジュール
３６            モジュール
３７            モジュール
３８            棒グラフ
３９            数値フィールド
４０            数値フィールド
ＬＢＰ          乳酸塩平衡点
Ｌ              光
Ｉ              反射光強度
Ａ１，Ａ２      動脈反射
Ｖ１，Ｖ２      静脈反射
Ｈ１，Ｈ２      背景反射
λ１，λ２      波長
ＩＭ１，ＩＭ２  測定光強度
Ｇ              測定量
ＨＦ            心拍数
Ｋ１〜Ｋ３      曲線
ｔ              時間
ｔｍｉｎ          最小値の時点
Ｇｍｉｎ          最小値
ＬＧ            パワー度
Ｇ０            ＬＢＰにおける最小値の限界値
ＨＦ０          ＬＢＰにおける心拍数の限界値
Ｓ              動脈血液の酸素飽和度
Ｒ              休息値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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