(57)【要約】  本明細書に記載されるのは、ユーザの筋骨格活動周期と心周期との間のタイミング関係を有利に連係させるためのシステムおよび方法である。方法は、ユーザ中の血液量と相関する信号を反復的に検出すること；タイミング関係によって変わる信号の実測値を決定すること；信号の実測値のトレンドを計算すること；および実測値のトレンドに基づいて動きのガイダンスを調整することを含みうる。システムは、リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、ユーザに動きのガイダンスを繰り返し提供するように構成されるプロンプトデバイス；ユーザ中の血液量に相関する信号を提供するように構成されるセンサ；およびタイミング関係によって変わる信号の実測値を決定するように、および実測値のトレンドに基づいて動きのガイダンスを調整するように構成されるプロセッサを含みうる。【選択図】  図３Ｂ
2018501920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣと前記ユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるための方法であって、
前記リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、プロンプトデバイスから前記ユーザに動きのガイダンスを繰り返し提供すること；ならびに
反復的に：
センサを使用して、前記ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量に相関する信号を検出すること；
前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の、測定特性の実測値を決定すること； 
プロセッサを使用して、前記測定特性の前記実測値のトレンドを計算すること；および
前記測定特性の前記実測値を前記測定特性の好適な相対値に近付けるように、前記実測値の前記トレンドに基づいて、前記動きのガイダンスを調整すること
を含む方法。
【請求項２】
前記動きのガイダンスが、可聴の、視覚による、または触知できる繰り返しプロンプトのうち少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出するステップが、センサの技術として、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、および動脈圧測定のうち１つを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の前記測定特性が、脈波振幅、ピーク対バレーの信号波形の湾曲の相対的な度合い、信号波形のピークの湾曲の度合い、信号波形のバレーの湾曲の度合い、信号波形の複雑さの度合い、および信号波形の非対称性の度合いのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記測定特性の前記好適な相対値が、増加トレンドの閾値交差、減少トレンドの閾値交差、前記測定特性の前記実測値のトレンドの極大および極小のうち１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ユーザの心拍数が、実質的に前記プロンプトの速度の整数倍である、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
１つまたは複数のセンサを使用して、前記ユーザの心拍数および前記ユーザの筋骨格活動周期速度（ＭＳＫＲ）と相関する信号を検出すること；
前記プロセッサを使用して、前記１つまたは複数の信号を処理することによって、前記ユーザの前記心拍数および前記ユーザのＭＳＫＲを決定すること；
前記心拍数と前記ＭＳＫＲとの間の最大絶対許容差を指定すること；および
前記ＭＳＫＲと心拍数との間の差の絶対値が、指定された許容差未満または以下であるときにのみ、前記プロセッサを使用して請求項３のステップを実行すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
目標のＭＳＫＲを指定すること；および
前記ＭＳＫＲと前記目標のＭＳＫＲとの間の差の絶対値が、前記指定された許容差超または以上であるときに、前記プロンプトデバイスからプロンプトを繰り返し提供することであって、前記プロンプトが、あるプロンプト速度で繰り返されること
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記目標のＭＳＫＲが、前記プロンプト速度の整数倍である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記信号の前記測定特性が、前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の２つまたはそれ以上のユニークな特性の組合せを使用して計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記動きのガイダンスが、ＭＳＫ活動のタイミングとＭＳＫ活動の作用力のうち少なくとも１つを前記ユーザに教示することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＭＳＫ活動の作用力を前記ユーザに教示することが、ランニング中もしくはウォーキング中の歩幅の長さ、自転車に乗っている間のギア使用、レジスタンス、ＭＳＫＣの動きの距離、運動器具を使用した傾斜、または漕艇中もしくは水泳中の１ストロークの長さに関して、動きのガイダンスを提供することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＭＳＫ活動のタイミングを前記ユーザに教示することが、前記プロンプト速度の整数倍であるＭＳＫＲに前記ユーザをガイドするためのプロンプト速度でＭＳＫＣプロンプトを提供することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
較正プロセスをさらに含み、前記較正プロセスが、
前記センサまたは１つもしくは複数の追加のセンサを使用して、前記信号と、前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応する１つもしくは複数の追加の信号とのうち少なくとも１つの第２の特性を検出すること；ならびに
前記生理的測定基準の好適な値に一致する前記トレンドの相対値として、前記測定特性の前記好適な相対値を決定すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記生理的測定基準が、心拍数の度合い、分時換気量、血圧、血流、心拍出、電気的脳活動、酸素消費量、組織のｐＨ、組織の乳酸レベル、またはＣＯ２産生を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣと前記ユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるためのシステムであって、
前記リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、前記ユーザに動きのガイダンスを繰り返し提供するよう構成される、プロンプトデバイス； 
前記ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量に相関する信号を提供するように構成される、センサ；ならびに
前記プロンプトデバイスおよび前記センサに連結されたプロセッサであって、前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の測定特性の実測値を決定するよう構成され、前記測定特性の前記実測値を前記測定特性の好適な相対値に近付けるように、前記実測値のトレンドに基づき前記動きのガイダンスを調整するようさらに構成される、プロセッサ；
を含むシステム。
【請求項１７】
前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の前記測定特性が、脈波振幅、信号波形の湾曲のピーク対バレーの度合い、信号波形のピークの湾曲の度合い、信号波形のバレーの湾曲の度合い、信号波形の複雑さの度合い、および前記信号波形の非対称性の度合いのうち少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記測定特性の前記好適な相対値が、増加トレンドの閾値交差、減少トレンドの閾値交差、前記測定特性の前記実測値の前記トレンドの極大値および極小値のうち１つである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記センサ技術が、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、および動脈圧測定のうち１つを含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣと前記ユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるための方法であって、
反復的に：
センサを使用して、前記ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量に応答する信号を検出すること； 
前記ユーザのＨＲで繰り返す前記信号の第１の測定特性を決定すること、および前記第１の特性から前記ユーザの前記ＨＲを決定すること；
リズミカルなＭＳＫ活動の遂行のために、プロンプトデバイスから前記ユーザに、タイミング指示として、ガイダンスプロンプトを繰り返し提供することであって、前記ＨＲが、前記タイミング指示の速度の整数倍であること；
前記ユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係によって変わる前記信号の、第２の測定特性の値を決定すること；ならびに
前記第２の測定特性の値のトレンドに基づいて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に対応する前記第２の測定特性の好適な相対値に向けて、ガイダンスを調整し、それによって、前記目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を実質的に取得および維持する方に向けて前記ユーザをガイドすること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
この出願は、本明細書に参照によりその全体を組み込まれている、２０１４年１１月２５日出願の「System and Methods for Coordinating Musculoskeletal and Cardiovascular or Cerebrovascular Hemodynamics」と題された米国特許出願第１４／５５３，７２５号の優先権を主張するものである。この出願は、２０１１年８月１９日出願の「System and Method for Selectively Coordinating User Movement and Muscle Contraction with User Cardiac Pumping Cycle」と題された米国仮特許出願第６１／５２５，６８９号の優先権を主張する、２０１２年８月１７日出願の「System and Method for Reliably Coordinating Musculoskeletal and Cardiovascular Hemodynamics」と題された米国特許出願第１３／５８９，０７３号に関連し、そのどちらも、本明細書に参照によりその全体を組み込まれている。この出願はまた、２０１３年３月１５日出願の「Systems and Methods for Reliably Coordinating Musculoskeletal and Cardiovascular Hemodynamics」と題された米国仮特許出願第６１／７９８，７９９号の優先権を主張する、２０１４年３月１７日出願の「Coordinating Musculoskeletal and Cardiovascular Hemodynamics」と題された米国特許出願第１４／２１６，９６０号に関連し、そのどちらも、本明細書に参照によりその全体が組み込まれている。この出願は、２０１４年９月２９日出願の「Coordinating Musculoskeletal and Cardiovascular Hemodynamics」と題された米国仮特許出願第６２／０５６，７３０号に関連し、これは本明細書に参照によりその全体を組み込まれている。
参照による組み込み
【０００２】
この明細書で言及されている全ての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願のそれぞれが、具体的かつ個々に参照によりその全体を組み込まれることを示すかのように、本明細書に参照によりその全体を組み込まれる。
著作権表示
【０００３】
この特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象である材料を含む。著作権の所有者は、特許商標庁の特許のファイルまたは記録に現れているように特許文書または特許の開示を誰かが複写することに対して異存はないが、それ以外では、いかなる著作権も保有する。
【０００４】
この発明は、概してヒトの生理学の分野に、さらに具体的には、筋骨格の血行動態と心血管または脳血管の血行動態とを連係させるための新しい有用な方法、装置、システム、およびコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００５】
血液は、心臓によって、リズミカルなポンピングの周期、すなわち２つの別個の期間―収縮期と拡張期とからなる周期の間、身体中を循環する。心筋は、各心周期（ＣＣ）の収縮期の間に収縮して、心室から血液を排出する。心室から血液が排出されることによって、身体中に血液を送達するのに適正な動脈血の圧力と流れとが生じる。血液は、酸素、栄養分、および代謝生成物を運搬し、二酸化炭素および老廃物を除去し、熱交換などの決定的に重要な生理機能を促進する。続いて、心臓は、ＣＣの拡張期の間、すなわち心臓の次の収縮の準備時に心房および心室が再び血液で満たされる時に、弛緩する。
【０００６】
身体の他の部分、すなわち動脈圧周期のうち収縮期の方の間に血流の殆どを受け取る部分とは異なり、収縮期の間の心臓の収縮は、心臓の筋肉壁内に大きな力を生じ、その時に血液が心筋自体を伝って流れるのを防止する。そのため、心臓自体の動脈血の供給は、拡張期の間、すなわち心筋が弛緩しかつ心腔が次の収縮のために満たされる時に、主に送達される。その一方で同時に、大動脈中の残りのさらに低い血圧が、冠動脈を通して心筋内に血液を押し出して、必要な酸素および栄養分を心臓に供給する。
【０００７】
心臓のポンピング機能に加えて、筋骨格（ＭＳＫ）系もまた、身体活動の間に、いくつかの重要な方法で身体中に動脈血および静脈血をポンピングする。第一に、リズミカルな身体活動の間の骨格筋の収縮と弛緩との周期によって、骨格筋の内部、その間、およびその近傍を進む脈管構造の断続的な加圧に起因して、末梢の動脈血および静脈血の圧力または流れに規則正しい周期的変動が引き起こされる。第二に、ＭＳＫの動きは、重力および慣性に抗して、血管内の血液の体積に周期的な加速と減速とをもたらすことができる。
【０００８】
リズミカルな筋収縮およびＭＳＫの動きが、有利に心臓のポンプ周期のタイミングと連係されているとき、ＭＳＫポンピング系および心ポンピング系は、互いを増大させ合い、心臓によって費やされるポンピングエネルギーがさらに少ない状態で身体への血流および身体の重要な範囲の灌流を増加させることができる。これら２つのポンピング系のこの有利な連係は、「筋骨格のカウンターパルセーション」（ＭＣＰ）とよぶことができる。ＭＣＰの間、心臓が収縮と収縮との間（つまり、拡張期の間）に弛緩し再度満たされているとき、最大のリズミカルなＭＳＫ誘発性の血液ポンピングが、一貫して中心動脈血圧を増加させ、最大の心誘発性のポンピング（収縮期）が、ＭＳＫ誘発性の最大限の中心動脈圧事象と事象との間に一貫して発生する。一方、リズミカルな筋収縮およびＭＳＫの動きが、連係されていないかまたはさらに不良かつ不利に連係されているタイミングで発生するとき、血流および灌流は、ポンピング効率の同時的な減少に伴って減少する。不利な連係は、例えば、リズミカルな身体活動の間に、心系およびＭＳＫ系が一貫して、中心循環内に実質的に同時に、血液を最大限にポンピングするときに発生する。この２つのポンピング系の不利な連係は、「筋骨格の反カウンターパルセーション」（ｉＭＣＰ）と呼ぶことができる。
【０００９】
典型的には、個体が、歩くか、走るか、自転車に乗るか、または任意のリズミカルな身体活動に加わるとき、大多数が、ＭＳＫの血液ポンピングとＣＣの血液ポンピングとの間の有利な連係を断続的に経験するに過ぎない。個体の心拍数（ＨＲ）とＭＳＫ活動周期速度（ＭＳＫＲ）とが、偶然にも実質的に等しいときでさえ、２つのポンピング系のそれぞれのタイミングは、結果として有利もしくは不利な連係またはその間のどこかを生じうる。リズミカルな身体活動の間には、ある程度の「心臓−運動の同期」が発生する可能性があり、その場合、個体の心臓ポンプ周期に対するＭＳＫポンプ周期のタイミングが、統計学的にＭＣＰを自然に選好する傾向がある。しかし、そのような同期が発生するときこそ、通常、それは一時的な現象に過ぎない。なぜなら、環境要因が変化する（例えば、小山の多い地形、または変わりやすい風の中をランニングするなど）際に、または、いくつかの物理的変化、例えば、作用力、スピード、水和、温度、カテコールアミンレベル、または疲労の変化などのうちいずれかによって、ＨＲおよび／またはＭＳＫＲが変わることがあるためである。
【００１０】
ＭＳＫの動きと心臓のポンプ周期との間で有利に連係されることの利点としては、心筋および末梢骨格筋あるいは他の組織の灌流および酸素添加の改善；心前負荷および一回拍出量の増加に起因するＨＲの減少；収縮期血圧および脈圧の減少；酸素需要の減少を満たすのに必要な呼吸努力の減少；ならびに骨格筋の灌流の改善に起因する筋疲労の減少を挙げることができる。これらの利点は、生理的効率の増加、心筋ストレスの減少、有酸素エネルギー産生の増加、有酸素脂肪代謝の改善、個体の性能の増強、およびリズミカルな身体活動の健康上の利点および安全性の潜在的な増加をもたらす可能性がある。逆に、ＭＳＫの動きと心臓のポンプ周期との間で不利に連係されると、これらの影響の全てと反対のものがもたらされることがある。
【００１１】
リズミカルな身体活動の間にＭＳＫＣおよびＣＣのタイミングを有利に連係させるための、我々が記載している一般的なアプローチのいくつかとしては、（１）ユーザへの適応性のあるリアルタイムＭＳＫＣのタイミングプロンプトの提供；（２）ユーザのＭＳＫＣのタイミングを適応的に改変するために運動器具の設定を調整する自動化手段；および（３）ユーザのＭＳＫＣに対するＣＣのタイミングを適応的に調整するために人工心ペースメーカシステムを調整する自動化手段が挙げられる。これらの一般的なアプローチのそれぞれは、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間の目標のタイミング関係を特定すること、そのタイミング関係の生理的なインパクトを測定すること、および有利に生理に影響する経過を、時間と共に追跡することを支援するために、感知される生理的測定基準を特定し使用することを必要とすることがある。下に記載の方法およびシステムは、ＭＳＫＣの血行動態とＣＣの血行動態との有利な連係を取得および維持するように、そしてさらに直接的には、系の較正を達成または維持するように、目標のポンプタイミング関係を特定、達成、および維持する正確さを増加させるように、および／またはリズミカルな身体活動の間に生理的な利点を達成する効果を追跡するように、ユーザをガイドするためのものである。
【発明の概要】
【００１２】
本明細書に記載されるのは、目標のリズミカルな筋骨格周期活動（ＭＳＫＣ）と心周期（ＣＣ）とのタイミング関係に、ユーザをガイドするための方法である。概して、本方法は、第１のセンサを使用して、ユーザのＣＣのタイミングに応答する第１の信号を検出すること；第１のプロセッサを使用して、第１のセンサによって検出される第１の信号の少なくとも一部を用いて、ユーザの心拍数（ＨＲ）を決定すること；リズミカルな筋骨格活動周期の遂行のためのタイミング指示として、プロンプトデバイスから繰り返しプロンプトをユーザに提供すること；第２のセンサを使用して、ユーザのＭＳＫＲで繰り返すユーザのリズミカルな筋骨格活動のタイミングに応答する第２の信号を検出すること；第１のプロセッサを使用して、第１の信号と第２の信号との間の実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定すること；第１の信号および第２の信号の実際のタイミング関係を、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係と比較すること；および実際のタイミング関係と目標のタイミング関係との差に基づいて、その差の大きさを低減するように、プロンプトデバイスからユーザへの繰り返しプロンプトのタイミング指示を調整することを含んでいてもよい。
【００１３】
実施形態によっては、目標のタイミング関係は、第１のプロセッサまたは第２のプロセッサによって提供される。実施形態によっては、タイミング指示は、筋骨格活動周期速度（ＭＳＫＲ）にユーザをガイドする。実施形態によっては、ユーザのＨＲは、実質的にＭＳＫＲの整数倍である。実施形態によっては、繰り返しプロンプトは、ＨＲが実質的に前記プロンプト速度の整数倍になるようなプロンプト速度で繰り返す。実施形態によっては、プロンプトデバイスからの繰り返しプロンプトのタイミング指示を調整することは、プロンプト速度を調整することを含む。実施形態によっては、繰り返しプロンプトは、音楽トラックのビートを含む可聴プロンプトである。実施形態によっては、繰り返しプロンプトを含む音楽トラックのビートの音量は、ユーザのセットアップの構成、プログラムのセットアップの構成、繰り返しプロンプトに合わせてステップを踏む際のユーザの整合性、および／またはタイミング指示でステップを踏むユーザの正確さに基づいて、音楽トラックの他の部分の音量とは別に制御される。実施形態によっては、第１のセンサ信号は、心電図（ＥＣＧ）およびプレチスモグラムのうち少なくとも１つを含む。実施形態によっては、第２のセンサは、加速度計、電気筋運動記録センサ、圧力センサ、スイッチ、カメラ、ジャイロスコープ、近接センサ、および／またはプレチスモグラフィセンサを含む。
【００１４】
実施形態によっては、第１の信号を検出することは、ＣＣにつき１回発生する第１の信号の１つまたは複数の特徴のインスタンスを特定することを含む。実施形態によっては、その特徴は、ＥＣＧのＲ波、ＥＣＧのＴ波、ＥＣＧのＴ波の末端、心血管の収縮期圧のピーク、心血管の拡張期圧の底、およびユーザの心血管圧の転移点のうち１つまたは複数に相当する。実施形態によっては、本方法は、第２のセンサによって検出された第２の信号に基づいて、第１のプロセッサまたは第２のプロセッサを使用して、ユーザのＭＳＫＲを決定することをさらに含む。
【００１５】
本明細書に記載されるのは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するための方法である。概して、本方法は、第１のセンサを使用して、ユーザのＨＲに対応する頻度で繰り返すユーザのＣＣのタイミングに応答する、信号の第１の特性を検出すること；第１のセンサまたは第２のセンサを使用して、ユーザのＭＳＫＲに対応する頻度で繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫＣのタイミングに応答する、信号の第２の特性を検出すること；第１のプロセッサを使用して、第１の特性と第２の特性との間の実際のタイミング関係を表す値を決定すること；第１のセンサ、第２のセンサ、または第３のセンサを使用して、第１の特性と第２の特性との間の実際のタイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応する信号の第３の特性を検出すること；および第１のプロセッサまたは第２のプロセッサを使用して、可変の生理的測定基準の好適な値に一致する実際のタイミング関係を表す値を特定することによって、第１の特性と第２の特性との間の好適なタイミング関係を表す目標値を決定することを含んでいてもよい。
【００１６】
実施形態によっては、本方法は、リズミカルなＭＳＫＣの遂行のためのタイミング指示として、あるプロンプト速度でプロンプトデバイスから繰り返しプロンプトをユーザに提供することをさらに含む。実施形態によっては、プロンプトデバイスは、第１のプロセッサまたは第２のプロセッサによって制御される。さらに、実施形態によっては、ユーザのＨＲは、実質的にプロンプト速度の整数倍である。実施形態によっては、プロンプト速度は、ＣＣのタイミングに対するＭＳＫＣのタイミングを変えるようにユーザをガイドするために提供される。実施形態によっては、好適なタイミング関係を表す目標値は、ユーザによって自然に達成される。実施形態によっては、プロンプトデバイスは、自然に達成された好適なタイミング関係を維持するようにユーザにプロンプトを示す。実施形態によっては、プロンプトデバイスは、少なくとも２つの異なる実際のタイミング関係に制御可能にユーザをガイドするために、第１または第２のプロセッサによって構成される。実施形態によっては、第１の特性、第２の特性、または第３の特性のうち少なくとも２つは、第１のセンサからの第１の信号の態様である。実施形態によっては、第１の特性、第２の特性、または第３の特性のうち少なくも１つは、フーリエ変換を含む。実施形態によっては、実際のタイミング関係を表す値は、第１のセンサからの第１の特性と第２のセンサからの第２の特性との間の相互相関を使用することによって決定される。実施形態によっては、第１の特性および第２の特性は、第１のセンサおよび第２のセンサからそれぞれ生じる独立した第１の信号および第２の信号に由来する。実施形態によっては、生理的測定基準は、ユーザのＨＲ、組織のｐＨ、組織の乳酸レベル、呼吸気量、呼吸交換比、酸素消費量、またはＣＯ２産生を含む。
【００１７】
実施形態によっては、本方法は、目標の相対タイミング関係に向けてユーザをガイドするためにユーザの拍子の調整をプロンプトで示すことをさらに含む。実施形態によっては、本方法は、ＨＲおよびＭＳＫＲにユーザをガイドし、その結果、その２つの速度の間の絶対的な差が、１分につき０．２５から５の間になることをさらに含む。実施形態によっては、可変の生理的測定基準の好適な値は、最も一般的に発生する実際のタイミング関係である。実施形態によっては、ユーザは、ＨＲとＭＳＫＲとがほぼ等しいときに、プロンプトで示すことなく目標のタイミング関係を達成する。実施形態によっては、可変の生理的測定基準の好適な値は、最も一般的に発生する実際のタイミング関係である。実施形態によっては、第１のセンサ技術としては、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、または動脈圧測定が挙げられる。実施形態によっては、生理的測定基準の好適な値は、ユーザの最低平均ＨＲである。
【００１８】
本明細書に記載されるのは、ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣとユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるための方法である。概して、本方法は、センサを使用して、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液体積に応答する信号を反復的に検出すること；ユーザのＨＲで繰り返す信号の第１の測定特性を決定すること、および第１の特性からユーザのＨＲを決定すること；リズミカルなＭＳＫ活動の遂行のために、プロンプトデバイスからユーザに、タイミング指示として、ガイダンスプロンプトを繰り返し提供すること、ユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係によって変わる信号の、第２の測定特性の値を決定すること；ならびに第２の測定特性の値のトレンドに基づいて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に対応する第２の測定特性の好適な相対値に向けて、ガイダンスを調整し、それによって、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を実質的に取得および維持する方に向けてユーザをガイドすることを含んでいてもよい。実施形態によっては、ＨＲは、タイミング指示の早さの整数倍である。
【００１９】
本明細書に記載されるのは、ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣとユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるための方法である。概して、本方法は、リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、プロンプトデバイスからユーザに動きのガイダンスを繰り返し提供すること；ならびに反復的に、センサを使用して、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液体積と相関する信号を検出すること；プロセッサを使用して、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性の実測値を決定すること；およびプロセッサを使用して、測定特性の実測値のトレンドを計算すること；および測定特性の実測値を測定特性の好適な相対値に近付けるように、実測値のトレンドに基づいて、動きのガイダンスを調整することを含んでいてもよい。
【００２０】
実施形態によっては、動きのガイダンスは、可聴の、視覚による、または触知できる繰り返しプロンプトのうち少なくとも１種を含む。実施形態によっては、検出するステップは、センサ技術として、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、または動脈圧測定を使用することを含む。実施形態によっては、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性は、脈波振幅、ピーク対バレーの信号波形の湾曲の相対的な度合い、信号波形のピークの湾曲の度合い、信号波形のバレーの湾曲の度合い、信号波形の複雑さの度合い、および信号波形の非対称性の度合いのうち少なくとも１つを含む。実施形態によっては、測定特性の好適な相対値は、増加トレンドの閾値交差、減少トレンドの閾値交差、測定特性の実測値のトレンドの極大値または極小値である。実施形態によっては、ユーザの心拍数は、実質的にはプロンプト速度の整数倍である。
【００２１】
実施形態によっては、本方法は、１つまたは複数のセンサを使用して、ユーザの心拍数およびユーザの筋骨格活動周期速度（ＭＳＫＲ）と相関する信号を検出すること；プロセッサを使用して、１つまたは複数の信号を処理することによって、ユーザの心拍数およびユーザのＭＳＫＲを決定すること；心拍数とＭＳＫＲとの間の最大絶対許容差を指定すること；ならびにプロセッサを使用して、ＭＳＫＲと心拍数との間の差の絶対値が、指定された許容差未満であるか、またはそれ以下であるときにのみ[００１９]段落のステップを実行することをさらに含む。
【００２２】
実施形態によっては、本方法は、目標のＭＳＫＲを指定すること；およびＭＳＫＲと目標のＭＳＫＲとの間の差の絶対値が、指定された許容差超または以上であるときに、プロンプトデバイスからプロンプトを繰り返し提供することであって、上記プロンプトがプロンプト速度で繰り返すことをさらに含む。
【００２３】
実施形態によっては、目標のＭＳＫＲは、プロンプト速度の整数倍である。実施形態によっては、信号の測定特性は、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の２つまたはそれ以上のユニークな特性の組合せを使用して計算される。実施形態によっては、本方法は、センサを用いて、ユーザのＨＲまたはＭＳＫＲと相関する第２の信号を検出することをさらに含む。実施形態によっては、本方法は、第２のセンサを用いて、ユーザのＨＲまたはＭＳＫＲと相関する信号を検出することをさらに含む。実施形態によっては、目標の拍子は、ユーザの目標の心拍数と等しい。実施形態によっては、動きのガイダンスは、ＭＳＫ活動のタイミングとＭＳＫ活動の作用力のうち少なくとも１つをユーザに教示することを含む。実施形態によっては、ＭＳＫ活動の作用力をユーザに教示することは、ランニング中もしくはウォーキング中の歩幅の長さ、自転車に乗っている間のギア使用、レジスタンス、ＭＳＫＣの動きの距離、運動器具を使用した傾斜、または漕艇中もしくは水泳中のストロークの長さに関して、動きのガイダンスを提供することを含む。実施形態によっては、ＭＳＫ活動のタイミングをユーザに教示することは、プロンプト速度の整数倍であるＭＳＫＲにユーザをガイドするためのプロンプト速度でＭＳＫＣプロンプトを提供することを含む。
【００２４】
実施形態によっては、本方法は、較正プロセスをさらに含み、前記較正プロセスは、センサまたは１つもしくは複数の追加のセンサを使用して、信号と、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応する１つもしくは複数の追加の信号とのうち、少なくとも１つの第２の特性を検出すること；ならびに生理的測定基準の好適な値に一致するトレンドの相対値として、測定特性の好適な相対値を決定することを含む。
【００２５】
実施形態によっては、生理的測定基準は、心拍数の度合い、分時換気量、血圧、血流、心拍出、電気的脳活動、酸素消費量、組織のｐＨ、組織の乳酸レベル、またはＣＯ２産生を含む。実施形態によっては、好適な相対値とは、測定特性の値のトレンドの目標の挙動であり、測定特性の実測値のトレンドと測定特性の好適な相対値との間の差に基づいて、ガイダンスをさらに調整することを含む。実施形態によっては、繰り返しガイダンスは、測定特性の好適な相対値を実質的に取得および維持する方に向けてユーザをガイドする。
【００２６】
実施形態によっては、好適な相対値は、測定特性の実測値と測定特性の好適な相対値との間の差に基づいてガイダンスをさらに調整することを含む、測定特性の目標値である。実施形態によっては、目標値は、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間の目標のタイミング関係に対応する。実施形態によっては、繰り返しガイダンスは、測定特性の好適な相対値を実質的に取得および維持する方に向けてユーザをガイドする。
【００２７】
本明細書に記載されるのは、ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣとユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させるためのシステムである。概して、プロンプトデバイスが、リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、動きのガイダンスをユーザに繰り返し提供するよう構成されるように、本システムは、プロンプトデバイスを含んでいてもよい。概して、センサが、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量と相関する信号を提供するよう構成されるように、本システムは、センサを含んでいてもよい。概して、プロセッサが、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性の実測値を決定するよう構成されるように、および測定特性の実測値を測定特性の好適な相対値に近付けるため、実測値のトレンドに基づいて、動きのガイダンスを調整するようさらに構成されるように、本システムは、プロンプトデバイスおよびセンサに連結されているプロセッサを含んでいてもよい。
【００２８】
実施形態によっては、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性は、脈波振幅、ピーク対バレーの信号波形の湾曲の度合い、信号波形のピークの湾曲の度合い、信号波形のバレーの湾曲の度合い、信号波形の複雑さの度合い、および信号波形の非対称性の度合いのうち少なくとも１つを含む。実施形態によっては、測定特性の好適な相対値は、増加トレンドの閾値交差、減少トレンドの閾値交差、測定特性の実測値のトレンドの極大または極小である。実施形態によっては、センサ 技術は、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、または動脈圧測定を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】好適な実施形態による、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するための、および目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係をユーザにガイドするためのシステムを示す図である。
【００３０】
【図２】代替の好適な実施形態による、心臓、筋骨格、または生理的周期の信号を受信して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するための、および目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするためのシステムを示す図である。
【００３１】
【図３Ａ】好適なある種の実施形態による、ユーザのＣＣとＭＳＫＣとのタイミング関係を感知、算出、およびガイドするためのフローチャートである。
【図３Ｂ】好適なある種の実施形態による、ユーザのＣＣとＭＳＫＣとのタイミング関係を感知、算出、およびガイドするためのフローチャートである。
【００３２】
【図４】図４Ａ−Ｃは、好適な実施形態による、中心動脈圧の波形と、末梢動脈圧の波形と、心電図トレーシングと、目標のリズミカルな筋骨格の収縮周期と、感知されたユーザのＭＳＫＣ事象のタイミングとの間のタイミング関係を示す図である。
【００３３】
【図５】好適な実施形態による、ＣＣセンサ（例えば、心電図）およびＭＳＫＣセンサ（例えば、加速度計）を使用して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするためのフローチャートである。
【００３４】
【図６−１】好適な実施形態による、フォトプレチスモグラフィ、ＥＣＧ、および加速度計のユーザの信号の一式を示す図である。
【図６−２】好適な実施形態による、フォトプレチスモグラフィ、ＥＣＧ、および加速度計のユーザの信号の一式を示す図である。
【００３５】
【図７Ａ】好適な実施形態による、動脈血の圧力、体積、または流れの度合い（例えば、プレチスモグラフィ）を使用して、リズミカルなＭＳＫＣのタイミングをユーザのＣＣのタイミングに同期させるためのフローチャートである。
【図７Ｂ】好適な実施形態による、動脈血の圧力、体積、または流れの度合い（例えば、プレチスモグラフィ）を使用して、リズミカルなＭＳＫＣのタイミングをユーザのＣＣのタイミングに同期させるためのフローチャートである。
【００３６】
【図８】好適な実施形態による、ユーザのＣＣとＭＳＫＣとのタイミングを感知し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係にユーザをガイドするためのトレッドミルシステムを示す図である。
【００３７】
【図９】代替の好適な実施形態による、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを感知し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするための自転車漕ぎシステムを示す図である。
【００３８】
【図１０】好適な実施形態による、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するための、システムを較正するためのフローチャートである。
【００３９】
【図１１】好適な実施形態による、ＣＣセンサの較正のための手首ベースのデバイスを示す図である。
【００４０】
【図１２】代替の好適な実施形態による、ＣＣセンサの較正のための頭部ベースのデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下の本発明の好適な実施形態の記載は、本発明をこれらの好適な実施形態に限定することを意図するものではないが、むしろいかなる当業者にもこの発明をなさせ、使用させることができる。本明細書に開示されるのは、筋骨格の血行動態と心血管または脳血管の血行動態とを有利に連係させるためのシステムおよび方法である。
【００４２】
この開示では、用語の心周期（「ＣＣ」）、心血管の周期、および心ポンプ周期は、同義であるものと考えてよく、１回の完全な心臓ポンプ周期の間の心臓の活動（言い換えれば１回の心拍）を指す。用語の心拍数（「ＨＲ」）、心または心血管の周期速度、および心ポンプ周期速度は、同義であるものと考えてよい。心ポンピング周期の非常に多くの重要な態様、ならびにそれらの態様を反映する検出可能な信号は、心拍につき一回のみ発生する。このようなものとしては、例えば、心臓の電気的活動の要素、対応する心筋の収縮(収縮期)および弛緩(拡張期)の期間、心臓の心室の充填および排出、個々の心臓弁の開閉、ならびに関連する動脈血の圧力および流れが挙げられる。これらの態様、要素、構成要素、または事象のそれぞれは、心拍の都度再び発生する。さらに、言い回しの血圧、圧力、または動脈圧は、動脈血の圧力、体積、または流れのうち少なくとも１つに応答するセンサ、波形、または信号、例えば、プレチスモグラフィのセンサなどを記述するようなとき、互換的に使用されてもよい。
【００４３】
この開示では、用語の筋骨格活動周期および筋骨格活動ポンプ周期は、同義であるものと考えてもよい。本明細書に開示されるように、ＭＳＫＣは、言い換えれば、１回の完全なＭＳＫポンプ周期［例えば、ランニングの１歩もしくは１ステップ、自転車漕ぎの１回のペダル踏み込み（ペダルの１／２回転）、水泳の１ストローク、または漕艇の１漕ぎ］の間のＭＳＫの活動を指すことがある。ＭＳＫＣの非常に多くの重要な態様、並びにそれらの態様を反映する検出可能な信号は、ＭＳＫＣにつき１回のみ発生する。あるＭＳＫＣは、ユーザのリズミカルな身体活動の１回の周期の間に末梢血管の血液ポンピングをもたらす、ＭＳＫ系の活動を指す。筋骨格活動速度（「ＭＳＫＲ」）、筋骨格活動ポンプ周期速度、筋骨格のポンプ速度、および拍子は、同義であるものと考えてよく、用語の拍子は、代替的に、複数の真のＭＳＫＲを参照するために一般に使用することができる［例えば、自転車のペダルの全回転のそれぞれについて、片脚につき１回、２つのＭＳＫポンピング活動があることから、自転車の９０ＲＰＭ（「拍子」）→ＭＳＫＲの１８０である］という事実と混同されてはならない。身体活動中の一般的なＭＳＫＲの例としては、ウォーキングまたはランニング時のピッチ、自転車でペダルを漕ぐ間の脚部ポンピング速度、水泳または漕艇時のストロークの速度などが挙げられる。さらに、異なるＭＳＫＣが、異なる速度でユーザ１人に同時に起こることがある。例えば、泳者は、腕で引き込む複数の速度で、脚で蹴り出してもよく、漕者の各回のストロークは、オールの１回の引き込みと１回の押し出しとの両方を含む。以下の開示では、用語の同期する、および連係する、ならびにこれらの用語の派生語は、任意のタイプの一様に繰り返されるポンプのタイミング関係を記述するために、同義に使用されてもよい。
【００４４】
本明細書に記載されるのは、ＣＣのポンピング活動とＭＳＫＣのポンピング活動とを連係してＭＣＰを達成するためのシステムおよび方法である。ＭＣＰとは、ＭＳＫＣが、ＣＣ拡張期の初期の間に、最大限の血液を中心循環（例えば大動脈）内に累積的にポンピングするように、また心臓が、ＭＳＫＣに対して最も全体的に有利な相対タイミングで、血液を最大限で中心循環にポンピングするように、ＣＣとＭＳＫＣとが無料の方式で同期される（すなわち、連係される）際に、リズミカルな身体活動のために最適化されるものと考えられる。本明細書に使用されるとき、ＣＣポンプとＭＳＫＣポンプとのこの最適な相対タイミングは、概して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係であるものと考えられる。ＣＣのポンピング活動およびＭＳＫＣポンピング活動は、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドすることによって、連係してＭＣＰを達成し、ＭＣＰは、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を獲得する際に達成される。実施形態によっては、ユーザは、ＭＣＰを達成するようにガイドされる。あるいは、特定の他の実施形態では、ユーザは、２つのポンピング系が不利に連係する反ＭＣＰ（ｉＭＣＰ）を回避するようにガイドされる。本明細書に記載のシステムおよび方法は、事例によっては、ユーザが少なくとも一時期、何ら外部入力なく、リズミカルなＭＳＫ活動の間に自然にＭＣＰを達成しうることを考慮に入れてもよい。
【００４５】
本明細書に記載されるようなリズミカルなＭＳＫ活動は、自転車漕ぎ、ランニング、漕艇、ウォーキング、水泳、および／または任意のタイプのリズミカルな活動を指すことがある。リズミカルは、任意の反復パターン（例えば、１、２、１、２・・・、または１、２、１、２、３、１、２、１、２、３・・・）を指すことがある。例えば、ランニング中、リズミカルなステッピングのパターンは、左足、右足、左足、右足などを含んでいてもよく、その場合、ステップは、心拍ごとに、または心拍１つおきに発生する。あるいは、漕艇中において、リズミカルとは、水中でのパドルの各ストロークを含んでいてもよく、その場合、ストロークは、心拍に基づいてタイミング合わせされるが、心拍のそれぞれに基づいたり、必ずしも各ストロークの間に同数の心拍が使用されたりする訳ではない。さらに、ユーザのＭＳＫ系の異なる部分が、異なるリズムを同時に維持してもよく、例えば、水泳での何ストロークかの間に、下肢のキックの速度が上肢のストロークの速度よりも高頻度で発生してもよい。
【００４６】
実施形態によっては、システムは、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係をモニターし、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に到達してそれによってＭＣＰを達成するように、プロンプトを示し、動機を与え、あるいはガイドする。本明細書に記載のシステムのユーザは、リズミカルな筋骨格活動を実施するいかなる者であってもよい。ユーザの循環の近傍にある末梢または中心の物理的な場所、例えば、上肢の腕、手首、もしくは指、耳たぶもしくは外耳道、前頭部、こめかみ、網膜、または頭部上のどこかの上の場所をモニターして、感知された血行動態上の影響（例えば、動脈血の流れ、体積、または圧力の変化）からタイミング関係を決定してもよい。本明細書に記載される時、タイミング関係とは、ＭＳＫＣのタイミングとＣＣのタイミングとの間のタイミング関係であることがある。実施形態によっては、タイミング関係は、ＣＣのポンピング活動とＭＳＫＣのポンピング活動との位相関係もしくはそれぞれのポンピング活動に応答する信号、またはそれらの間の時間オフセットとして記載されることがある。
【００４７】
さらに別の実施形態では、目標のＨＲは、活動前または活動中に、例えば、快適かつ好適なＭＳＫＲ、所望の作用力、ランニングのタイプ（例えば、間隔、スピードなど）、コーチされる目標、較正ラン、または算出および試験もしくは入力された最大ＨＲに基づく算出に基づいて、選ばれてもよい。
【００４８】
実施形態によっては、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係は、電子デバイス、例えば、移動電話またはラップトップ上のアプリケーションを使用して、モニターおよび／またはガイドされてもよい。アプリケーションは、バックグラウンドで、例えば、頭部取付け型の「スマートグラス」ヘッドアップディスプレイ／プロセッサで、耳取付け型の「スマートヘッドホン」もしくはイヤホンオーディオ／プロセッサで、または手首取付け型の「スマートウォッチ」ディスプレイ／プロセッサで、絶えず作動していてもよい。アプリケーションは、ＨＲが実質的にＭＳＫＲの整数倍であること、例えば、ランニング中の「ＨＲ≒ステップ速度」または傾斜をハイキングで上る間の「ＨＲ≒２×ステップ速度」であることを伝える、アイコンまたは可聴の信号などのプロンプトを与えてもよい。歩行の実施形態によっては、ユーザがビートに合わせてステップを踏みたいと考えているか否かを、アプリケーションがユーザに質問してもよい。本明細書に記載の好適な実施形態によれば、ビートに合わせて動くようにユーザにプロンプトを示すことは、ユーザのＨＲおよびＭＳＫＲが自然に実質的に整列しているとき、例えば、ユーザのＨＲがユーザのＭＳＫ活動の頻度のおよそ整数倍と等しいときにのみ発生してもよい。
【００４９】
実施形態によっては、適切なセンサを使用して、１つまたは複数のＭＳＫ活動の前に、間に、および／または後に、ユーザに関する情報が追跡されてもよい。この情報は、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするために、およびシステムの使用中に目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係に向けたユーザの進行を追跡するために、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係を較正する間に使用されてもよい。例えば、主観的な情報、例えば難しさ、飽き飽きした状態、活力レベル、または充足感の「指標」などが追跡されてもよい。指標は、運動経験に関して、ならびにＭＳＫ活動の前の、間の、および／または後の期間に、身体がどう感じるかについて、ユーザの感覚および／または感情に頼ってもよい。他の主観的な情報が使用されてもよく、そのような情報としては、喜びおよび痛みが挙げられる。さらに、ユーザが経験する体重減少および増加の量を含む情報が追跡されてもよい。例えば、システムは、ユーザを、ＭＳＫ活動の前に、間におよび／または後に、あるポイントで、自分の体重を記録することを可能にしてもよい。体重のデータを他の測定値と相関させて、有用な情報をユーザに提供してもよい。
【００５０】
実施形態によっては、呼吸の情報が追跡される。そのような情報としては、例えば、呼吸交換比、分時量（ＶＥ）、ＣＯ２産生量、Ｏ２消費量、Ｏ２負債、および／または呼気の力が挙げられる。ユーザの呼吸の情報を追跡することによって、および呼吸の情報のトレンドもしくは変化を提示することによって、システムのエネルギー節約上の優位性が、ユーザにすぐに伝達される。
【００５１】
システムの実施形態を使用する間の進行を較正、ガイド、および測定するための他の追跡可能な情報は、皮膚、筋肉、間質液、および血液の特性に関連することがある。例えば、連続的または断続的なグルコースまたはインスリンのレベルをモニターすることは、特に糖尿病に罹患している者に有用であることがある。あるいはまたはさらに、乳酸またはｐＨのレベルも追跡されてもよい。実施形態によっては、網膜、顔、筋肉、および／または脳の血流が、感知および追跡されてもよい。網膜の脈拍の実施形態が、例えば、カメラによって捕捉されることがある。瞳孔反応もまた、モニターされてもよい。急性、慢性、中心、または末梢の血圧もまた、追跡されてもよい。一回拍出量および心拍出が追跡されてもよい。脳機能および灌流の捕捉の例は、脳血流を超えて広がり、頭部取付け型のシステムから感知されるＥＥＧ（脳波）または認知機能の測定を含むことがある。ＨＲの変動を測定して、ストレスレベル、または他の全般的な健康状態およびフィットネスの情報を追跡することを可能にしてもよい。さらに、活動の強度、継続期間、人間工学、および効果に関連する情報、例えば、動き、加速、スピード、筋収縮の大きさ、および／または１秒当たりの力などが、追跡されてもよい。感知される信号としては、例えば、筋電図検査（ＥＭＧ）、加速度測定、圧力センサなどが挙げられる場合がある。
【００５２】
身体活動中に、本システムによって、別のタイプの測定基準が、測定され、記録され、および／または使用されてもよい。実施形態によっては、測定基準は、効率の測定基準を含んでいてもよい。例示的な身体活動に関連する効率の測定基準としては、ワット／拍動（例えば、自転車のペダルを漕ぐ間の心臓の拍動当たりの動力）、ワット／ＨＲ、［△距離×△上昇］／拍動、△距離／△上昇／ＨＲ、および［傾斜度×距離］／ＨＲを挙げることができる。勾配、傾き、または傾斜は、種々の方式で表現することができ、そのような方式としては、以下に限定されないが、１）水平距離に対する垂直距離の比率、例えば１／２０、２）角度、例えば度で、および３）「傾度」とよばれるパーセンテージ（垂直距離／水平距離×１００）が挙げられる。さらに別の例示的な測定基準としては、「脈拍−ペース」を挙げることができ、［心臓の拍動］／マイル、マイル／拍動、フィート／拍動、ｋｍ／拍動、ワット／拍動、拍出−マイル、またはｒｐｍ／マイルなどがモニターおよび追跡されてもよい（この場合「拍動」＝心臓の拍動）。
システム
【００５３】
図１および図２は、好適な実施形態による、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係をユーザにガイドするためのシステムを図説する。図１および図２に示されるように、システムは、１つのデバイスに組み合わされているか、または、互いに連通している２つまたはそれ以上の別々のデバイスとして維持されていてもよい。システムは、ユーザによって使用または装用される運動用またはゲーム用の器具に置かれるかまたは取付けされていてもよい。装用可能なシステムとしては、胸部ストラップ、ヘルメット、ヘッドバンド、帽子、バイザー、スポーツブラ、靴、時計、リストバンド、アームバンド、アンクレット、ヘッドホン、イヤピース、イヤホン、眼鏡／ゴーグル、コンタクトレンズ、埋込チップ、パッチ、および／または任意の他のタイプの粘着性の、装用可能な、または取付け可能なデバイスを挙げることができる。器具としては、自転車、トレッドミル、エリプティカルトレーナ、踏み台ステッパ、ローイングマシン、ボート、パドル、ペースメーカ、ビデオゲームシステム、パワード外骨格型生体工学デバイス、および／またはリズミカルな身体活動の間に使用される任意の他のタイプの器具を挙げることができる。ユーザの目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に向けてユーザをガイドする運動器具の使用および操作は、下記に図８および図９に関連してさらに詳細に議論するものとする。
【００５４】
図１および図２に示されるように、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係を決定するためのシステムは、１つまたは複数のプロセッサ／コントローラ１１に情報を送達または伝送するための１つまたは複数のセンサ、検出器、または感知素子１０ａ、１０ｂ（まとめて１０）を含む。プロセッサ１１は、図１および図２に示されるように、ハードウェアおよびソフトウェアを使用してセンサ情報を処理し、変換し、あるいは変形し、結果として得られる関連のガイダンスおよび／または調整情報を、ユーザ入力インターフェース１２、ユーザガイダンスインターフェース１３、または器具インターフェース１４のうち少なくとも１つに伝送または送達する。任意選択的に、本システムは、図２に示されるようにフロントエンド１５を含んでいてもよい。フロントエンド１５は、１つまたは複数のセンサ１０から受信した情報を前処理し、変形し、分離し、あるいは解読して、その情報をプロセッサ１１に伝送する。実施形態によっては、システムの構成要素間での情報の伝送、送達、あるいは移送は、無線で（例えば、セル方式技術、Ｗｉ−Ｆｉ技術、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術、超音波技術、またはＡＮＴ＋技術を通じて）、および／または結線による接続を通じて成し遂げられてもよい。例えば、結線による接続としては、電気接続、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、またはＦｉｒｅＷｉｒｅ、例えばＡｐｐｌｅのＩＥＥＥ１３９４  高速シリアルバスを挙げることができる。
【００５５】
実施形態によっては、図１および図２に示されるように、センサ、検出器、または感知素子１０を使用して、生理的パラメータ、特徴、または測定基準を検出し、物理的パラメータに関する情報を未加工のまたは前処理された信号の形状で伝送する。センサ技術１０としては、例えば、心電図検査（ＥＣＧ）、加速度測定、筋電図検査（ＥＭＧ）、脳波記録法（ＥＥＧ）、プレチスモグラフィ［例えば、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）もしくはインピーダンスプレチスモグラフィ（ＩＰＧ）］、動脈圧測定、または圧力センサ、スイッチ、カメラ、ジャイロスコープ、近接センサ、グルコースセンサ、ｐＨセンサ、乳酸センサ、レーザドップラ血流、および／もしくは音響センサ（例えば、超音波、ＳＯＮＡＲ）の使用を挙げることができる。実施形態によっては、センサ１０によって検出される物理的パラメータとしては、図４および図６に示されるように、ＣＣまたはＭＳＫＣの反復的な特徴を挙げることができる。実施形態によっては、図４に示されるように、ＣＣポンプのタイミングを特定するために有用な特徴は、ＥＣＧのＲ波、ＥＣＧのＴ波、ＥＣＧのＴ波の末端、心血管の収縮期圧のピーク、拡張期の心血管圧の底、および／またはユーザの心血管圧の転移点に対応していてもよい。これらの特徴およびそのそれぞれのタイミングは、プロセッサ１１内にプログラムされているアルゴリズムを処理することによって、未処理の信号から特定されてもよいし、あるいは特徴を同定するプロセスは、感知デバイス内に直接的に組み込まれていてもよい。同様に、ＭＳＫＣポンプタイミングを特定するために有用な特徴は、プロセッサ１１内にプログラムされているアルゴリズムを使用して、１つまたは複数のセンサ１０（例えば１０ｂ）によって感知された未処理の信号から決定されてもよく、あるいは感知デバイス内に直接的に組み込まれていてもよい。
【００５６】
本明細書に記載される時、信号は、２つまたはそれ以上の特性を含んでいてもよい。実施形態によっては、信号の第１の特性としては、ＣＣの反復的な特徴、例えば、ＣＣの電気信号のＴ波もしくはＲ波またはプレチスモグラフィの信号のピーク圧力を挙げることができ、信号の第２の特性としては、筋骨格活動の反復的な特徴、例えば、ユーザのステップのタイミングを挙げることができる。実施形態によっては、プロセッサ１１を使用して、１つの信号から、２つまたはそれ以上の特性が導き出されてもよい。例えばＨＲおよびＭＳＫＲおよびＭＳＫＲとＣＣとの相対タイミングの情報のうち少なくとも１つが、同じプレチスモグラムまたはプレチスモグラフィのセンサ１０からの信号の特性から導き出されてもよい。
【００５７】
実施形態によっては、図１および図２に示されるように、ユーザ入力インターフェース１２は、プロセッサ１１から情報を受信してもよい。ユーザ入力インターフェース１２は、プロセッサ／コントローラ１１に送達されるユーザからのコマンドまたはキューを受信するように構成されてもよく、ならびに、プロセッサ／コントローラからユーザまたはデバイス／構成要素にコマンドまたはキューを送達するように構成されてもよい。コマンドは、触知できる、音声の、視覚による、または任意の他の形態とすることができる。実施形態によっては、ユーザからの触知できるコマンドとしては、キーパッドのストローク、スイッチもしくはボタンの駆動および／またはユーザによって送達されるタッチによる対話を挙げることができる。さらに、振動、タップ、電気信号、またはナッジは、システムからユーザに提供されうるコマンドの例である。音声コマンドとしては、ユーザプロセッサ１１、センサ１０、またはユーザガイダンスインターフェース１３からユーザ入力インターフェース１２によって受信されるものを挙げることができる。さらに、ユーザに送達される音響コマンドとしては、ユーザのＭＳＫ活動を指示するコマンドを挙げることができ、そのようなコマンドとしては、例えば、メトロノーム、音楽のビート、ドラムビート、可聴プロンプトの音色の質の変化、ならびに／またはゲームおよび単語が挙げられる。実施形態によっては、視覚によるコマンドまたはキューとしては、視覚による表示またはプロンプト、アナログダイアル、グラフ、動画、ゲーム、または任意の他のタイプの可視コマンドを挙げることができる。特定の実施形態では、触知できるガイダンスは、ユーザを刺激するための１つまたは複数の個別の手段または皮膚の場所を使用した、タイミング、場所、大きさ、および／またはＭＳＫ活動の方向に関するガイダンスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。例えば、機械または電気で触知できるプロンプトが、プロンプトデバイスの配置に応じて、ユーザの手、手首、頭、または足の上の１つまたは複数の場所に提供されてもよい。さらに別の実施形態では、プロンプトの大きさ、質、または場所は、ユーザのＭＳＫ活動をガイドするように、例えば、ウォーキング中もしくはランニング中のユーザのスピード、作用力、または方向のうち少なくとも１つをガイドするように変化してもよい。
【００５８】
図１に示されるように、システムは、ユーザガイダンスインターフェース１３を含んでいてもよい、実施形態によっては、ユーザ入力インターフェース１２がユーザガイダンスインターフェース１３となるように、ユーザガイダンスインターフェース１３は、ユーザ入力インターフェース１２と組み合わされるかまたは統合されてもよい。あるいは、図２に示されるように、器具インターフェース１４がユーザガイダンスインターフェース１３となるように、ユーザガイダンスインターフェース１３は、器具インターフェース１４と組み合わされるかまたは統合されてもよい。本明細書に記載される時、ガイダンスは、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を取得および維持することを可能にすることを含む。
【００５９】
実施形態によっては、ユーザガイダンスインターフェース１３は、リズミカルな筋骨格活動の遂行のためのタイミング指示として、あるプロンプト速度で繰り返しプロンプト（ガイダンス）をユーザに提供する、プロンプトデバイスを含んでいてもよい。プロンプトデバイスは、プロセッサ１１によって制御されてもよい。実施形態によっては、プロンプト速度は、ユーザのＨＲまたは拍子と実質的に等しくてもよい。他の実施形態では、ユーザのＨＲは、実質的にプロンプト速度の整数倍であってもよい。実施形態によっては、所定の目標の拍子またはプロンプト速度は、ユーザに利用可能であってもよい。例えば、目標の拍子（すなわち、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成するための）は、ユーザの自然のまたは好適な拍子、活動のタイプ（例えば、ウォーキングｖｓジョギングｖｓ競争的５Ｋのランニング）、活動の期間、性別、年齢、フィットネスレベル、他の人口統計上の情報、ユーザの解剖学的構造（例えば、身長、体重）、または他の診断上の情報に基づいてもよい。
【００６０】
ガイダンス信号のタイミングは、ＨＲとＭＳＫＣとのタイミングがほぼ整列しているとき、ユーザの要求によって、ユーザ入力インターフェース１２を通じて自動的に開始されてもよいし、または、ユーザが、ユーザ入力インターフェース１２を通じてガイダンスが入手可能または適切であるときに、合図されるかもしくは想起させられてもよい。ガイダンスは、繰り返されてもよい。実施形態によっては、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成および維持する限り、ガイダンスは、徐々になくなってもよいし、または知覚できなくなっていってもよい。ユーザが、所与の時間の間、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を持続させることができない場合に、ガイダンスは、再び表出してもよいし、知覚できるようになってもよい。実施形態によっては、システムは、ユーザがガイダンスに遅れてまたは早く応答していることを感知し、そのガイダンスを自動的に調整して、ユーザを目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にガイドする。あるいは、実施形態によっては、ユーザは、例えば目標のＭＳＫＲまたはＨＲを増加または低下させるために、ガイダンスを手動で調整してもよく、その結果、システムによって命令された目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係が、それに応じてリセットされる。
【００６１】
実施形態によっては、システムのユーザガイダンスインターフェース１３は、ユーザのＭＳＫＣのタイミングをガイドするために、音楽を含んでいてもよい。したがって、ユーザは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドすることになるビートを有する音楽と共に、プロンプトを示されることがある。音楽は、リアルタイムで選択されるか、予め選択されるか、または自動的に選択されてもよく、例えば、測定されるかまたは公知である歌のビートの頻度と、ユーザの実際のまたは目標のＭＳＫＲとに応答して選択されてもよい。音楽演奏のプレイリストまたは順序は、ユーザが規定してもよいし、システムがユーザに提案してもよい。プレイリストは、ＨＲ、ＭＳＫ活動、および所与の身体活動のために望ましい他の状態に応じて、変わってもよい。ＭＳＫ活動のタイミングをプロンプトで示すのに使用される音楽の選択は、ビートの頻度、音楽全体の音量に対するビートの音量（例えば、ドラムビート、ベースギター、同時メトロノーム）、音楽全体の音量、またはユーザをガイドするための他の特徴で変化してもよい。音楽トラックのドラムビートがユーザのためのタイミングプロンプトである例示的な一実施形態では、プロンプトに対するユーザのタイミングの正確さまたは一貫性が低下するにつれて、音楽トラックの音量に対するドラムビートのプロンプトの音量が、ベースラインを超えて次第に増加するか、トラックの頂点に追加されることがある。あるいは、音楽トラックの残りに対するドラムビートのプロンプトの音量は、ユーザのＭＳＫＣのタイミングの正確さまたは一貫性の改善が持続するのに応答して、低下するかベースラインに戻ってもよい。特定の実施形態では、システムは、音楽の録音再生スピードを絶えず調整して、ユーザをガイドするのに使用されるビート速度を微調整するように、さらに構成されてもよい。さらに、音楽の録音再生スピードを変更することによって、適正な音調を維持するようにピッチを補正することができる。
【００６２】
実施形態によっては、送達される音楽に内在されるビートに合わせて、さらに正確にもしくは一貫してステップを踏む必要性、および／または歩幅の長さ、膝を曲げる角度、踵接地、つま先の離地、運動のレジスタンス、自転車のギア、もしくは腕のスイングの変化など、ＭＳＫ活動時に補正を行う必要性を、ユーザに示すために、システムは、新しいプロンプトを送達しても、既存のプロンプトを改変してもよい。実施形態によっては、音楽に内在されるビートのタイミングと共にさらに正確に動くこと、音楽内のプロンプトの認識を高めること、またはそのビートに合わせた動作にさらに多くの注意を払うことが必要であることをユーザへ表示するものとして、ユーザは、歌に内在されるビート（例えば、ベースドラム、ベースギター、および／または追加されるメトロノームのビート）のプロミネンスにおけるその歌の残りの部分に対する変化を聞いてもよい。音楽的なコミュニケーションは、ユーザが自分の理解または好みに適合するように予め規定してもよい。触知できるプロンプトを、可聴プロンプトに加えてまたはその代わりに、あるプロンプト速度で提供することができる。
【００６３】
実施形態によっては、ガイダンスは、測定基準を利用するゲームの実施形態によって提供されてもよい。例えば、本システムの一実施形態としては、任意のリズミカルな身体活動の間、バックグラウンドで継続的に作動するセンサが挙げられる。この実施形態では、その行動の経過中に、ＨＲが、ユーザのＭＳＫＲの整数倍に自然に近付くか、または近似する（例えば、１×、２×、３×・・・）とき、センサからの情報および／またはＭＳＫ活動のガイダンスが、バイオフィードバックのプロンプトとして、与えられても、利用可能にされても、自動的にオンになってもよい。例えば、バイオフィードバックは、本明細書に記載されるように、イヤホンもしくは他のイヤピースを介して可聴で；頭部取付け型スマートアイグラスもしくはコンタクトレンズもしくはスマートウォッチを介して視覚によって；スマートウォッチ、スマートヘッドセット、もしくはスマートシューズからの触知できるフィードバックを介して；または任意の他のタイプのバイオフィードバックを使用可能なデバイスを介して、提供されてもよい。
【００６４】
ゲームおよびゲームシステムが活用されてもよく、そのようなゲームおよびゲームシステムとしては、例えば、ユーザのＭＳＫＣおよびＣＣのうち少なくとも１つを視覚化することができると共に、音声の、視覚による、および触知できるＭＳＫＣのタイミングのガイダンスのうち少なくとも１つをユーザに提供することができるカメラを含む、Ｘｂｏｘ  Ｋｉｎｅｃｔタイプの視聴覚ゲームハードウェアが挙げられる。本システムおよび方法の実施形態では、カメラが、足の着地のタイミングおよび／または腕の動作のタイミング以外の他のＭＳＫ活動を捕捉しうるように、ＭＳＫＣのタイミングの入力は、カメラが受信および／または捕捉してもよい。さらに、ＣＣのタイミングの入力は、ゲームセンサによって取得されてもよい。例えば、カメラを使用して、ＣＣの間の動脈血流および拍動圧の変化に起因する微妙かつリズミカルな皮膚の色変化、小さな温度（ＩＲ）変化、および僅かなリズミカルな動き（例えば頭部の上下運動）のうち少なくとも１つを介して、ＣＣのタイミングをモニターしてもよい。ゲームシステムの実施形態は、歩行バージョン用の装用可能なセンサを含んでいてもよく、そこでは、ビデオカメラは、装用可能なセンサを用いることなくＭＳＫＣのタイミングの感知を可能にしてもよい。あるいは、加速度計、他の位置／方位センサ、床ベースの圧力センサ、またはＥＭＧを使用して、全身または特定の四肢もしくは筋肉、例えば、筋肉の数、収縮の力、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成する動きの大きさおよび／またはスピードおよび／または加速を測定してもよい。ゲームは、タイミング目標に対するタイミング良い身体活動の測定基準の増加について、ポイントまたは他の計測可能なクレジットを与えるように構成されてもよく、そのような測定基準としては、足の着地、四肢の動きの測定基準、および他の身体の動きの測定基準が挙げられる。四肢の動きの測定基準としては、スピード、加速、重心の変化、または身体の動きを挙げることができる。身体の動きの測定基準としては、スピード、加速、重心、左右交互の動き、または高さの変化を挙げることができる。
【００６５】
ユーザの実際のＣＣのタイミングを決定するためにシステムが使用するアルゴリズムは、例えば、ユーザの身長、年齢、ＨＲ、脈波振幅、またはＣＣの測定場所のうち少なくとも１つに関連する、動脈の脈波伝搬時間を較正または補正することを含んでいてもよい。ＣＣのタイミングの取得は、動脈血液の拍動流に関連するプレチスモグラフィの信号、皮膚の色の変化、および／または頭部の動き（例えば、ユーザの顔の上の設定点を追う）の解析および／または増幅を含んでいてもよい。あるいはまたはさらに、ＣＣのタイミングの取得は、他のセンサおよび装用可能なデバイス、例えばＥＣＧからの情報を含んでいてもよい。図１１および図１２に図説されるように、ＥＣＧの信号を動脈の脈拍の信号と同時に得て、ＣＣのタイミングをモニタリングする際に、脈波伝搬の遅延を較正することを可能にしてもよい。なぜなら、電気信号が身体を通じて進むスピードのために、心臓の電気的活動（ＥＣＧ）が、ＣＣの真のタイミングを確実に反映するためである。一方、脈圧の信号は、ユーザのサイズ、年齢、動脈の解剖学的構造、センサの配置、および心血管の生理学（例えば、心収縮の力、血圧、水分、血液の粘性、温度、血管収縮、動脈壁の堅さなど）によって影響を受ける可変のスピードで、はるかにゆっくりと進む。
ＣＣとＭＳＫＣとのタイミングを有利に連係させるためにセンサ技術を使用する方法
【００６６】
図３Ａ〜図３Ｂは、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを感知することを含む、好適な実施形態によるシステムのフロー図を図説する。図３Ａ〜図３Ｂに示されるように、システムは、ユーザのＣＣのタイミング１６およびＭＳＫＣのタイミング１７を感知する。任意の数の感知技術を使用してもよく、例えば、ＥＣＧまたはプレチスモグラフィを使用して、ＣＣのタイミングを感知することができる。任意選択的に、図３Ａに示されるように、ユーザの追加の（例えば２回目、３回目、４回目、Ｎ回目の）ＭＫＳＣのタイミング１８が、システムによって感知されてもよく、それぞれが、ステップ２１でユーザのＣＣのタイミングとおよび／または互いと比較される。
【００６７】
図３Ａは、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを、例えばＥＣＧおよび加速度計を使用して、感知するためのフロー図を図説する。図３Ａに示されるように、プロセッサを使用して、有効なＣＣ１９および有効なＭＳＫＣ２０の事象のタイミングを特定する。有効なＣＣ事象１９は、上に議論されたように、ＣＣかまたはＣＣのタイミングの情報を伝える他の情報の任意の点または一部であってもよい。有効なＭＳＫＣ事象２０は、上に議論されたように、ＭＳＫＣのタイミングの情報を伝えるリズミカルな身体活動の任意の点または一部であってもよい。有効な事象１９および２０は、ユーザの心拍または関連のＭＳＫ活動に関係のないノイズまたは他の干渉に起因する誤った事象を拒否するように設計された、信号処理測定基準を通過するものに相当していてもよい。例えば、ＣＣ信号中の検出された事象のうち、以前の有効なＣＣ事象からあまりにも早く発生するもの、およびその他では非生理的なＨＲを表すことになるものか、またはユーザの最近の有効なＨＲよりもはるかに大きなものは、拒否されてもよい。
【００６８】
実施形態によっては、実際の（例えばリアルタイムの）ＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングが決定されて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング２１と比較される。実際のＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングと、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング２１との間の差を算出し、差の値をフィードバックループに表す。差の値は、補正を決定するために使用され、必要に応じて、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係を達成することを必要とする任意のガイダンスに使用される。実施形態によっては、第１のＭＳＫＣのタイミングと第２のＭＳＫＣのタイミングとの間のタイミング関係は、第１のプロセッサを使用して取得されてもよい。さらに、実施形態によっては、第２の感知されたＭＳＫＣのタイミングとＣＣのタイミングとの間のタイミング関係は、同じ第１のプロセッサによって、または第２のプロセッサ上で、取得されてもよい。各ＭＳＫＣ対ＣＣおよびＭＳＫＣ対ＭＳＫＣのタイミング関係は、第１の信号のある構成要素の発生と第２の信号のある構成要素の発生との間の経過時間によって特性化される。実施形態によっては、このタイミング関係は、第１または第２の信号中のある構成要素の２回続きの発生の間の経過時間によって、さらに正規化されても（すなわち除されても）よい。さらに、実施形態によっては、タイミング関係は、連続的なリアルタイムベースで、ランダムな時間で、または様々な間隔で、再度算出されてもよい。
【００６９】
実施形態によっては、補正値９を計算して、補正値の関数としてガイダンスのタイミングを調整してもよい。補正値は、ユーザのＣＣのタイミング、ユーザの第１または第２のＭＳＫＣのタイミング、ＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係との差、または１つもしくは複数の時間遅延、オフセット、または他の情報に基づいてもよい。さらに、ユーザは、調整されたガイダンスのタイミング２３に基づいて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成するように、ガイドされるかまたはプロンプトを示されることがある。実施形態によっては、図３Ａおよび図３Ｂのフロー図は、ループ機能で繰り返されてもよい。あるいは、ユーザは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成および維持し、それゆえガイダンスに調整を必要としないこともある。実施形態によっては、下に記載するように、ループ機能を使用して、ユーザの１つまたは複数の生理的な好みにシステムを較正してもよい。例えば、システムは、ガイダンスを受信すると、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に対して早くまたは遅くステップを踏むユーザに、ガイダンスを調整してもよい。あるいは、ユーザは、ある種のリズミカルな筋骨格活動の間に、時々、自然にＭＣＰを達成することがある。そのため、システムは、ガイダンスを調整するように較正されて、ユーザがユーザの自然なＭＣＰを維持することを可能にしてもよい。
【００７０】
図３Ｂは、好適な実施形態による、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを、例えばＰＰＧまたはＩＰＧを用いて感知するためのフロー図を図説する。図３Ｂに示されるように、システムは、任意の数の感知技術を使用して、ＨＲ６を算出するためにユーザのＣＣと相関しているセンサ１６からの信号と、ＭＳＫＣ速度（ＭＳＫＲ）を算出するためにＭＳＫＣ１７と相関しているセンサ１７を用いたユーザの別の信号とを感知してもよい。実施形態によっては、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣの両方に相関する信号は、単独のセンサ１６または１７から取得されてもよい。例えば、下にさらに充分に記載されるように、プレチスモグラフィのセンサを使用して、ＣＣのタイミング、ＭＳＫＣタイミング、およびＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に関連する情報のうち１つまたは複数を感知することができる。実施形態によっては、タイミング関係は、連続的なリアルタイムベースで、ランダムな時間で、または様々な間隔で、再度算出されてもよい。
【００７１】
実施形態によっては、図３Ｂに示されるように、ユーザのＨＲが、ユーザ（１分当たり絶対差＜ｘを有する）５のＭＳＫＲの整数倍に近付く場合［（ｎ×ＭＳＫＲ）−ＨＲ、式中、ｎ＝任意の整数１〜１０である］、センサ信号の特性（または一連の特性）を使用して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に向けてユーザをガイドすることができる。例えば、センサ信号は、ＰＰＧであってもよく、特性は、ＰＰＧの脈波振幅であってもよいし、別の実施形態では、脈波振幅と脈拍の複雑さの測定の組合せであってもよい。図６〜７に関連してさらに詳細に記載されるように、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を表す特性の値の変化を算出して、ユーザが目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係８を達成するために必要とするガイダンスの量および性質を決定してもよい。実施形態によっては、補正値９を計算して、補正値の関数としてガイダンスのタイミングを調整してもよい。ユーザは、調整されたガイダンスのタイミング２３に基づいて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成するように、ガイドされるかまたはプロンプトを示されることがある。他の実施形態では、のちに図７に記載されるように、ＭＳＫＣのタイミングは、定常に保持されてもよく、ユーザは、ＭＳＫ活動に付与される作用力の変化、例えば、運動中のＭＳＫＣのスピード、加速、動力、レジスタンス、歩幅の長さ、または傾斜の変化をガイドすることにより、ＣＣのタイミングの変化をガイドすることによって、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にガイドされてもよい。実施形態によっては、図３Ｂのフロー図は、上に記載されるようにループ機能４を繰り返してもよい。あるいは、ユーザは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成および維持し、それゆえガイダンスに調整を必要としないこともある。実施形態によっては、下に記載するように、ループ機能を使用して、ユーザの１つまたは複数の生理的な好みにシステムを較正してもよい。
【００７２】
上の記載に従って、図４Ａ〜図４Ｃは、好適な実施形態による、ユーザの中心動脈圧の波形、末梢動脈圧の波形、心電図のトレーシング、目標の筋骨格の収縮周期、および感知されたＭＳＫＣ事象のタイミングの間の、タイミング関係を図説する。図４Ａ〜図４Ｃは、図説を目的として、互いに時間を合わせて水平方向に整列されて示されており、それにより、情報が、上に記載されたような１つまたは複数のセンサまたはセンサ技術によって、感知、検出、または収集され、プロセッサによって処理される。図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、感知されたタイミング関係を使用して、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定してもよい。概して、中心動脈の波形３２は、個体の安静時の大動脈の動脈圧の例示を表し、一方、波形３４は、同じ個体の例示的な同時の末梢動脈の圧力、流れ、および／または体積（例えば、末梢のＰＰＧまたは血圧の信号）のうち少なくとも１つを表す。図４Ａに示されるように、同時にモニターされた例示的な中心動脈圧波３２および末梢動脈圧波３４は、動脈の脈波伝搬時間、すなわち、動脈圧波が、心臓および中心循環から動脈の循環を通じてユーザの身体の末梢の場所に伝播するのに必要な時間に起因して、互いに一時的に相殺される。これらの波形のそれぞれは、ＣＣの収縮期部分２５および拡張期部分２９に起因する動脈圧の変化を示し、この変化には、ユーザのＨＲで繰り返されるピーク収縮期圧３１が含まれることがある。
【００７３】
さらに、図４Ｂの同時の心電図（ＥＣＧ）のトレーシングに示されるように、ＥＣＧ信号の代表例２２（トレーシングしたものの実例は、例えば、胸部ストラップリードから取得されうる）は、様々な異なる波を含み、そのような波としてはＰ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、およびＴ波が挙げられる。Ｒ波２４（２４ａ、２４ｂ、および２４ｃ）は、心臓の心室筋の脱分極を表す。Ｒ波２４は、心拍毎にユーザのＨＲで繰り返し、ＥＣＧ信号２２中ですぐに特定することができる。そのため、実施形態によっては、Ｒ波２４は、ＲからＲの間隔（ＲＲＩ）２６の継続期間を測定することを介した、ＨＲの測定に利用されてもよい。Ｔ波２８は、心室の再分極を反映する。末端Ｔ波３０は、大動脈弁の閉鎖のおおよそのタイミングのマーカーとして使用されてもよく、このマーカーは、心臓のポンピング周期の間の拡張期の始まりに目印をつける。図４Ａ〜図４Ｂのこれらの波のタイミングおよび特性は、他の同様に感知された波および波マーカーと同じように、ＣＣのタイミングを表すものであり、それゆえ、ユーザの較正、ガイドおよび／または追跡に使用され、ＭＳＫＣの血行動態とＣＣ血行動態とを連係して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成してもよい。
【００７４】
図４Ｃに示されるように、骨格筋収縮周期３６は、図４Ｃに点線で示されるように弛緩期と収縮期とを含み、上の図４Ａおよび図４Ｂに示されたユーザのＣＣのタイミングに関して、本方法およびシステムの実施形態による、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を含むことがある。骨格筋収縮／弛緩周期３６およびプロンプト３５の例が、図４Ｃに図説される一方で、動脈および静脈のＭＳＫにより誘発される血液ポンピングもまた、数多くのタイプのリズミカルな身体活動の間に、慣性の変化によってもたらされることがある。また、中心動脈波形３９および末梢動脈波形４０の例が、図４Ｃに図説される一方で、数多くのタイプの身体活動の間にＭＳＫＣの血液ポンピングおよび目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が最適化される際の、他の重要な要因は、起こることはあろうが、動脈波形には図説されず、例えば、ＭＳＫＣにより誘発される骨格筋ポンピングに由来する静脈の血液ポンピングがある。
【００７５】
図４Ｃに図説されるように、ＣＣ圧波およびＭＳＫＣ圧波の両方を、動脈血の圧力、体積、または流れの変化に応答するセンサによって同時に感知することができる。さらに、図４Ｃに図説されるように、ＨＲおよびＭＳＫＲが等しいとき、ＭＳＫＣは、ＣＣによって生成される圧力波と実質的に同じ振動数の圧力波を、動脈循環内に生成することがある。例示的な動脈圧波形３９は、ＭＣＰの間の中心動脈圧の概算を表し、ここでは、拡張期の初期の間に、ＭＳＫにより誘発される最大限の血液ポンピングが、中心動脈循環に見られる。しかし、この同じ波形３９はまた、ＭＳＫにより誘発されるｉＭＣＰの間に、例えばユーザの頭部で、末梢動脈圧の概算を表すこともあり、これは、動脈波形の形状およびタイミングが、慣性の影響および／または脈波伝搬時間のインパクトを受けるためである。波形３９は、ＭＣＰの間に中心に観測されるとき、他のタイプの医学的に誘発された治療用カウンターパルセーション技法の間に生じさせることができる中心波形に見かけがよく似ていることがあり、そのような技法としては、大動脈内バルーンカウンターパルセーション（ＩＡＢＰ）および体外式カウンターパルセーション（ＥＣＰ）が挙げられる。波形３９はまた、ＥＣＰおよびＩＡＢＰカウンターパルセーションを行う間の、目標の末梢動脈波形の形状を図説しうる。なぜなら、ユーザの安静時に、有利に連係された２つのポンプ（例えばＣＣポンプ＆ＥＣＰポンプ）によって生成された圧力流の波は、ユーザの循環を通じて伝播する際に、互いにその関係を維持することができるためである。さらに、例示的な末梢動脈圧の波形４０が、ＭＣＰの間にユーザの頭部上の場所から感知されるように図説されており、この波形はまた、ｉＭＣＰの間の例示的な中心動脈波形の概算を表す。
【００７６】
身体活動は、ＭＳＫ収縮／弛緩周期の両方を介して、および慣性の変化を通じて、血液ポンピングを引き起こすことができるため、これらの個別の各ポンピング機構によって生成された波の波形のタイミングの特性を決定する際に、動脈センサの場所は、重要となりうる。例えば、（１）ＣＣからの脈波伝搬時間は、心臓からのセンサの動脈距離に伴って増加し、（２）骨格筋収縮のポンピングの場所からの脈波伝搬時間もまた、ポンピングしている骨格筋からの動脈距離に伴って増加する。一方、（３）慣性ポンプの波形は、波形を生成する慣性の変化と同時に発生するが、その振幅および方向は、骨格筋ポンプの波形およびＣＣポンプの波形との関係において、センサの場所によって劇的に生じる。センサの場所としては、例えば、心臓および／または骨格筋ポンプ（例えば、ランニング中のユーザの頭部ｖｓ胸部ｖｓ足のセンサ）で、その上方で、もしくはその下方で、または別の例では、実質的に地面と平行に保持された四肢の上でｖｓ実質的に地面と垂直に一方向に保持された四肢の上でｖｓ実質的に地面と垂直に反対方向に保持された四肢の上である（例えば、ランニングの間の、頭部の真上に保持された手に付けた手首ベースのセンサｖｓ胸部下方に保たれた手ｖｓ腰部下方に保たれた手）。ＣＣおよびＭＳＫＣへの応答時の波の振幅およびタイミングが、異なる活動および生理学およびセンサの場所によって変化しうることから、ユーザへのシステムの較正、生理的な可変性、センサの場所、および特定の身体活動が重要となりうる。
【００７７】
図４Ｃに示されるように、中心拡張期２９の間に骨格筋収縮の期間を含む、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の例が図説され、図４Ａに示されるように、それに続いて、中心収縮期２５の間に弛緩の期間がある。例示的な目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係３６では、ＭＳＫＣ：ＣＣの発生の比率が１：１となるように、ユーザは、ＭＳＫＣの最大限の血液ポンピングをもたらすリズミカルなＭＳＫ活動の一部を、ＣＣのインスタンス毎に繰り返すタイミングプロンプト３５（黒い三角）で始めるように実施するようガイドされている。あるいは、ＭＳＫＣプロンプトは、ＣＣにおける同じ場所で、しかしより少ない頻度で［例えば、１つおきのＣＣで（１：２）、２つおきのＣＣで（１：３）、または３つおきのＣＣで（１：４）］、タイミング合わせされてもよく、その場合、ＨＲは、ＭＳＫＲの整数倍である。図４Ｂに示されるように、％Ｒ−Ｒ間隔スケール３８は、ＲからＲの間隔（ＲＲＩ）２６という名称のパーセントをグラフによって表現したものを提供し、１つのＲＲＩは、１つの全ＣＣを表す。％ＲＲＩは、ＭＳＫＣ事象と最も最近の事前のＣＣ事象との間の時間量として計算されてもよく、連続するＣＣ事象間の時間の量で除され、１００を乗じられる。例えば、０％および１００％のＲＲＩとは、ＣＣにおけるＲ波のタイミング（例えば、２４ａ、２４ｂ、２４ｃなど）を表し、一方で、２５％のＲＲＩとは、連続するＲ波間の道のりの４分の１であり、５０％とは、ＣＣの２つの連続的なＲ波２４間の中点である。あるいは、ＲＲＩのスケール３８は、ゼロから１までの値として、ゼロから３６０度の間の度の単位で、またはゼロから２πラジアンの間のラジアンで（例えば２５％＝０．２５＝９０度＝１．５７ラジアン）、パーセンテージの用語と等しく、分数で表現されてもよい。１００％より大きな値は、それに続くＲＲＩにおける事象を表現する（例えば、１３０％は、次の間隔中の３０％の場所を表す）。そのため、ＲＲＩを使用して、プロンプトと筋骨格収縮とを、時間と共に各ＣＣの同じ場所内に整列してもよい。
【００７８】
実施形態によっては、ユーザの身体じゅうの異なる筋肉群が関与する複数のＭＳＫ活動が、ユーザによって同時にまたは連続的に実施されてもよく、その際に、これらの活動のそれぞれが、それ自体のＭＳＫＣのタイミングと、共有またはユニークのどちらかである目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係とを有する。そのようなシナリオでは、各ＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングは、ユーザの中心および末梢の循環に、個別の累積的な血行動態上の影響を付与し、それによって、ＭＣＰまたはｉＭＣＰの全体の大きさにインパクトを与えることがある。図４Ｃの波形３９のものと同様の拡張期の初期の圧力波を中心循環に生じるように、ＣＣとＭＳＫＣとを有利に連係させるとき、ＭＣＰは、リズミカルな身体活動のために最適化されるものと考えられる。実施形態によっては、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を変えて、同時のまたは連続的な異なるＭＳＫ活動のために血行動態を最適化することが、好適である場合がある。さらに、例えば脳の灌流を改善するために、例えば、特定のＭＳＫの組織または非ＭＳＫの組織に血流を変更して、ＭＣＰまたは他のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を成し遂げるようにユーザをガイドすることが、望ましい場合がある。
【００７９】
図５は、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするためのフローチャートを図説する。好適な実施形態の目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするための方法は、第１のセンサを使用して、ユーザのＣＣのタイミングに応答する第１の信号を検出することＳ５００；センサによって検出された第１の信号の少なくとも一部を用いて、ユーザのＨＲを決定することＳ５１０；リズミカルなＭＳＫ活動の遂行のためのタイミング指示として、プロンプトデバイスから繰り返しプロンプトをユーザに提供することＳ５２０；第２のセンサを使用して、ユーザの筋骨格活動周期速度（ＭＳＫＲ）で繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫのタイミングに応答する第２の信号を検出することＳ５３０；ＭＳＫＣ信号とＣＣ信号の間の実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定することＳ５４０；ＣＣ信号およびＭＳＫＣ信号の実際のタイミング関係を、目標のＣＣ信号およびＭＳＫＣ信号のタイミング関係と比較することＳ５５０；および実際のタイミング関係と目標のタイミング関係との間の差に基づいて、その差の大きさを低減するように、プロンプトデバイスからユーザへの繰り返しプロンプトのタイミング指示を調整することＳ５６０、を含む。本方法は、差の大きさを低減するようにユーザに繰り返しプロンプトを示しガイドすることの正味の影響を伴って、ステップＳ５６０からＳ５００までのループバックによって繰り返される。実施形態によっては、図１および図２に関連して上に記載されたように、任意のＣＣおよびＭＳＫＣのセンサまたはセンサの組合せが使用されることがあるとはいえ、本方法は、好ましくは加速度計およびＥＣＧを使用して、実際の、実施形態によってはユーザの目標の、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定する。
【００８０】
図５に示されるように、ステップＳ５００は、第１のセンサを使用して、ユーザのＣＣのタイミングに応答する第１の信号を検出することを含む。さらに、ステップＳ５１０は、第１のセンサによって検出される第１の信号の少なくとも一部を使用して、ユーザのＨＲを決定することを含む。実施形態によっては、ＣＣ信号、または心信号の一部は、上に記載されたように、ＣＣの任意の繰り返し態様または特徴を含んでいてもよく、例えば、ＥＣＧのＲ波、プレチスモグラムの収縮期のピーク、またはこれらの例示的な信号のうちどちらかのフーリエ変換がある。
【００８１】
図５に示されるように、ステップＳ５２０は、リズミカルなＭＳＫ活動の遂行のためのタイミング指示として、プロンプトデバイスから繰り返しプロンプトをユーザに提供することを含む。実施形態によっては、繰り返しプロンプトは、ＨＲが実質的にプロンプト速度の整数倍になるようなプロンプト速度で繰り返す。
【００８２】
図５に示されるように、ステップＳ５３０は、第２のセンサを使用して、ユーザのＭＳＫＲで繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫのタイミングに応答する信号を検出することを含む。ステップＳ５３０は、実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が、ステップＳ５４０に示される通りに算出されるよう、ユーザのＭＳＫＣのタイミングを決定するように機能する。実施形態によっては、実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が算出されるように、１つまたは複数のセンサ、例えば加速度計、ＥＭＧ、または任意の位置／方位センサを使用して、ユーザのＭＳＫＣの態様を感知してもよい。例えば、図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、ＭＳＫの最大限の筋収縮は、ユーザのＣＣにおける拡張期の始まりに同期されてもよい。実施形態によっては、ステップＳ５３０は、プロセッサを伴う第２のセンサからのデータを使用して、ユーザのＭＳＫＲを決定することをさらに含んでいてもよい。実施形態によっては、ユーザのＣＣを感知する（Ｓ５００）ために使用されるセンサは、ユーザのＭＳＫＣを感知する（Ｓ５３０）ために使用される同じセンサであってもよい。あるいは、２つまたはそれ以上の異なるセンサを使用して、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣを決定してもよい。
【００８３】
図５に示されるように、ステップＳ５４０は、第１の信号と第２の信号との間の実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定することを含む。実際のタイミング関係は、ＭＳＫＣタイミングとＣＣのタイミングとの間の測定されたタイミング関係であってもよい。例えば、ユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係は、ＭＣＰ、ｉＭＣＰ、またはそれらの間のどこかに対応していてもよい。概して、その他を行うようプロンプトを示されない大多数のユーザは、リズミカルなＭＳＫ活動の間、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が意図せず変わることになる。
【００８４】
図５に示されるように、ステップＳ５５０は、ステップＳ５４０で決定されたＣＣの信号とＭＳＫＣ信号との実際のタイミング関係を、目標のＣＣとＭＳＫＣとのタイミング関係と比較することを含む。好ましくは、ステップＳ５５０は、ユーザがＭＣＰを達成することを可能にする、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を利用する。実施形態によっては、ユーザの目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係は、ＣＣの血液ポンプおよびＭＳＫＣの血液ポンプが、無料の方式で働く際の状態に相当していてもよい。特定の他の実施形態では、ユーザのための目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係は、例えば、２つのポンピング系が永続的に互いに妨害して働くことを防ぐために、ユーザのＭＳＫＣの最大限の血液ポンピングとユーザの収縮期の動脈圧信号のピークとが永続的に整列することを、単に回避することに相当していてもよい。
【００８５】
図５に示されるように、ステップＳ５６０は、実際のタイミング関係と目標のタイミング関係との間の差に基づいて、その差の大きさを低減するように、プロンプトデバイスからユーザへの繰り返しプロンプトのタイミング指示を調整することを含む。ステップＳ５６０は、好ましくは目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に向けてユーザをガイドするように機能する。図５に示されるように、ステップＳ５６０は、繰り返しプロンプトを反復的にアップデートし、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を実質的に取得および維持する方に向けてユーザをガイドするように、ステップＳ５００にループバックする。実施形態によっては、Ｓ５４０で決定されたユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が、ＭＣＰ（Ｓ５５０の目標の関係）と関連がある場合、システムは、そのタイミング関係にユーザを維持する繰り返しプロンプトを、ユーザに提供するように機能する。実施形態によっては、Ｓ５２０で提供される繰り返しプロンプトは、可聴のまたは触知できるメトロノームビートまたは音楽ビートを含んでいてもよく、その場合、ビートの頻度は、プロンプト速度に対応する。さらに、ステップＳ５６０で、プロンプトのタイミングへの調整が指示されないとき、または、Ｓ５００および／またはＳ５３０からの信号ならびにＳ５４０の計算が一時的に中断される規定の時間までの間、プロンプト速度は、同じ頻度で永続的に続いてもよい。
【００８６】
図６Ａ〜図６Ｇは、好適な実施形態による、ユーザ４１、４２、４３、４６、４７および６１０の一連のＰＰＧ信号を図説する。上に記載されるように、プレチスモグラフィ（例えばＰＰＧまたはＩＰＧ）を利用するセンサをシステム内で使用して、ユーザのＭＳＫＲで繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫＣのタイミングを、ユーザのＨＲで繰り返すユーザのＣＣのタイミングに、有利に連係させてもよい。概して、血液が灌流している組織からのプレチスモグラフィの信号は、拍動性の構成要素（「ＡＣ」）と非拍動性の構成要素（「ＤＣ」）とを含み、これらは、短期間に移り変わる局所血液体積の変化と、全体の未処理の信号のレベルとをそれぞれ反映する。図６Ａ〜図６Ｇの場合にあるように、プレチスモグラフィの信号は、信号を最近の平均ＤＣ値によって正規化して（除して）、血液体積の変化に無関係の要因の影響を除いた後に、典型的にはグラフにより提示される。信号の「脈波振幅」（パーセンテージとしてはＰＡ＝１００×ＡＣ／ＤＣであり、時にはパーセント変調振幅または灌流指標ともよばれる）は、拍動信号の強さの指標であり、下層組織での血液体積の相対変化と相関する。例えば、図６Ａ〜図６ＦにプロットされたＰＰＧ信号の脈波振幅は、およそ２％から６％の間で変化し、これは、包絡線のピークからバレーの高さに相当する。
【００８７】
実施形態によっては、プレチスモグラフィは、まとめて使用して、ＣＣ速度、ＣＣのタイミング、ＭＳＫＲ、ＭＳＫＣのタイミング、ＭＳＫＣ対ＣＣの動脈血の流れまたは圧力の相互作用、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングの波形、および目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係のうち少なくとも１つを決定してもよく、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするように機能してもよい。例えば、ＰＰＧセンサなどの血液体積、血圧、または血流のセンサを、単独で、または１つもしくは複数の追加のＣＣもしくはＭＳＫＣセンサと組み合わせて使用し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を、信頼性を以て特定、達成、および維持できるようにしてもよい。例えば、ＰＰＧセンサを単独で使用してユーザのＨＲを導き出すために、ユーザのＨＲで繰り返すＰＰＧ信号の少なくとも１つの特徴に関するインスタンス（例えば、規則正しくピークが発生する信号の振幅、つまりＰであって、図４Ａ、図４Ｃおよび図６Ｄでピーク３１により図説されている）を、プロセッサによって特定してもよく、その際に、各インスタンス間（心臓の拍動から拍動までまたはＰからＰまでの間隔）に繰り返し発生する時間間隔から算出されたＨＲを用い、上記では、ＨＲ＝心拍／分＝［１分÷（１分当たりの拍動から拍動までの間隔）］である。
【００８８】
実施形態によっては、同じＰＰＧ信号をまた、リズミカルな身体活動の間にＭＳＫＲを導き出すために使用してもよく、これは、ＰＰＧ信号におけるＭＳＫＣおよびＣＣの波の相互作用パターンの１つまたは複数の特徴のインスタンスを特定することによって行う。例えば、同じシステムにある２つの波が、異なっていながらも同様の頻度で発生するとき、重なり４６（共振）と分離４７との間で波が反復的に寄せては返すという特徴的なビートのパターン（図６Ａ）が生成されてもよく、その場合、２つの波が同じ場所で同時に発生するとき４６に最大限のビート波の振幅が起こる。ＭＳＫＣにより誘発される動脈圧波が、単独の優勢のリズミカルなＭＳＫポンプに由来する事象では、結果として生じるビート波の振幅の増加および低下の繰り返しは、ＣＣおよびＭＳＫＣにより誘発されかつ繰り返される２つの個別の波の間の頻度の差であるビートの頻度で発生する。そのため、ＰＰＧ信号を介して（記載されるように、または１つもしくは複数の他のＣＣセンサシステムを介して）得られたデータから、ＨＲが算出されると、ＰＰＧのビートの頻度を足すか差し引くことによって、ＭＳＫＣの頻度が算出されてもよく、これは、ＭＳＫＣの波とＣＣの波との重なりのビートパターンが特定できるほどにＨＲとＭＳＫＲとが互いに充分に近い場合に可能である。ビートの頻度をＨＲに足すべきかまたはＨＲから差し引くべきかを決定するために複数の単純な方法があり、例えば、図６Ａに示されるように、非対称の形状のＰＰＧのビートのパターンに見られるような波の形態は、ＭＳＫＲがＨＲよりも高いときに反転される。あるいは、加速度計などの追加のセンサを使用して、下記にさらに詳細に記載されるように、別々のＭＳＫＲ信号を特定してもよい。実施形態によっては、異なる解剖学的な場所での圧力センサ、体積センサ、または流れセンサからの信号の相対タイミング、形状、および大きさは、脈波伝搬時間（１０から１００ミリセカンドのオーダーの）に起因して、かつ概して、感知される変化を信号に生じる血液ポンプからセンサまでの距離の関数として増加する大きさに伴って、変化する。逆に、電気センサ（例えばＥＣＧ、ＥＭＧ、ＥＥＧ）は、その供給源から光に近いスピードで進む電気信号を感知する。そのため、解剖学的な場所に起因する遅延は、感知できないほどのものであり、臨床的には重要ではない。心臓から波形の測定される末梢の場所までの距離による遅延（脈波伝搬時間）の大きさの増加が意味するのは、例えば、個体のサイズの増加（例えば、四肢ベースのプレチスモグラフィのセンサでは身長または四肢の長さ）が、さらに小さなサイズの、それ以外は等しい個体に比べて、その個体で脈波伝搬時間が全体的に増加する際の要因である可能性があることである。他の要因もまた、動脈の脈波伝搬時間の遅延および波の形態に影響を与えることがあり、そのようなものとしては、管の属性（例えば動脈の堅さ、サイズ）、ＭＳＫ活動のタイプ、血液の影響（例えば体積、粘度）および心臓の影響（例えば収縮性）が挙げられる。これらの脈波伝搬時間の遅延および他のオフセットは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定する際に、および／または実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を計算する際に、考慮されることがある。
【００８９】
図６Ａは、ユーザのＨＲよりも僅かに遅いステップ速度でユーザのランニングの前頭部に観測される、例示的なＰＰＧ信号４１を図説する。ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングをユーザの各ステップの％ＲＲＩ（０〜１００％）として標示する４４の点群で指示されるように、ユーザのこの僅かにより遅いステップ速度は、平均して、各ステップで僅かにＣＣがより遅れるユーザのステッピングをもたらす。図６Ａに示されるように、異なる寄与の波の振動数が、ＰＰＧ中に組み合わさって、観測されるビート現象を生じる。この場合、動脈血液体積の波のピークは、最大限４６のサイズから最小限４７のサイズの間の大きさで、かつＨＲとステップ速度との差と等しい分速で、規則正しく変動する。実施形態によっては、ビート現象４６〜４７は、ＭＳＫ活動の血管のポンピングおよびＣＣのポンピングから個別の動脈圧波のピークが通常に同時発生される結果である。図６Ａ、図６Ｄ、図６Ｆに示されるように、異なる振動数で生成されるこれらの個別の圧力波は、実質的には個別である状態４７から、徐々に互いのトップになる状態となり、それゆえ実質的には組み合わさった状態４６となって、次いで元通りになるということを反復して循環し、周期的な動脈血液体積の大きさを有した規則正しい周期的変動をもたらす。さらに、ビート現象の振動数もまた、プログラムへの入力として使用されてもよいし、ＨＲがわかるとステップ速度を算出するかまたはステップ速度が（例えば、別々の加速度計の信号から）わかるとＨＲを算出するプロセッサに送達されてもよい。
【００９０】
さらに、追加のＰＰＧ波の特性は、ＣＣのタイミングに対する実際のＭＳＫＣのタイミングを反映してもよい。実施形態によっては、信号を処理して、所望のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に対応する目標のＰＰＧ波形の特性およびパターンを特定してもよい。例えば、ＰＰＧの形態、全体のＤＣの信号の振幅、脈波振幅、平均振幅、振幅の変化、振幅の変化の速度、ならびにそれらの平均および推移を表す値が、プロセッサに提供されてもよく、この場合、それらを使用して、ユーザへのガイダンスを調整するための補正値を算出してもよく、そのガイダンスは、ユーザによって概ね追従されるときに、実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係と好適なＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係との間の差を低減するように機能する。一実施形態では、プロセッサは、適切なガイダンスのタイミングを最初に算出して、実質的にはＨＲと等しいＭＳＫＣ速度（例えばステップ速度）を達成するようにユーザをガイドしてもよい。別の実施形態では、そのような最初のガイダンスが提供されず、好適なＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングがユーザガイダンスですぐに達成可能になることを示す指標として選ばれた全般的な挙動をＰＰＧ信号が示し始めると、システムがガイダンスを開始する。
【００９１】
実施形態によっては、図６Ａに示されるように、ＰＰＧ波形の脈波振幅の周期的な変化が存在することがあり、その変化は、リズミカルな筋骨格活動の間に時間をかけてゆっくりと変化するＣＣのタイミングに関連するタイミングで、ユーザがステップを踏んでいることを示す。プロセッサは、ＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング（例えば脈波振幅）と相関するＰＰＧ波形の１つまたは複数の特性を特定してもよく、一方で、同時に、最適なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングのマーカー、例えば、代替のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングの間のＨＲと比べたときに低減されているかまたは最小限であるＨＲ（ＨＲｍｉｎ）を特定する。図６Ｃの例示的なＰＰＧ信号に示されるように、ＰＰＧ振幅を、同じユーザにおける図６Ａの最近のＰＰＧ振幅４６と比べるとき、ＰＰＧの脈波振幅の平均は、実質的にその極大値であるかまたはそれに近い。この例では、ユーザの最大限のＭＳＫＣポンピングが、図６Ｃに示されたステップタイミングマーカー４４に従って、拡張期の初期の間に一貫して発生した。そのため、この例では、平均脈波振幅の極大は、ユーザをＭＣＰにガイドするための合理的な目標のＰＰＧ形態であってもよく、信号の測定特性（この例では脈波振幅）の好適な相対値を表す。
【００９２】
様々な方法を単独でまたは組み合わせて使用して、最適なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングを標示する目標のＰＰＧ信号の特性を特定してもよい。これらの特性を目標とする測定基準、例えば、ちょうど記載されたようなＰＰＧの脈波振幅などの定量を、フィードバックループの一部として使用して、適切なガイダンスをユーザに提供することができる。他の特性および測定基準の例としては、拍動から拍動までのＰＰＧ波形の対称性、ピークおよびバレーの湾曲、ならびに／または信号の複雑さが挙げられる。解析は、時間領域で考慮される未処理の信号またはその信号の第１もしくは第２の派生物を利用してもよいし、または周波数領域、ウェーブレット空間、または他の領域で考慮することができる。全ての場合で、その目的は、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係と単独でまたは組み合わせて相関する測定基準を、利用することである。そのような方法の詳細は、下記の例の使用を通じて、さらに充分に記載されよう。
【００９３】
図６Ｃおよび図６Ｄに示されるように、ユーザのＰＰＧ形態は、実質的に最大の平均脈波振幅４６で維持され、図６Ｄでは、時間間隔が短いほど波形の形態の視覚化が良好であることが表されている。４５によって示されるＥＣＧのＲ波のタイミングに関連する付随の加速度計の信号４８と、算出される最大限のＭＳＫポンプ（ステップ）のタイミング４９とが、図６Ｄおよび図６Ｅに示されている。図６Ｂおよび図６Ｅは、ＰＰＧ波形４７が脈波振幅の極小に近付くときのユーザのＰＰＧ形態を図説し、図６Ｅでは、さらに短い時間間隔が表されている。例示的なシステムでは、ＨＲおよびＭＳＫＣの頻度が次第に異なってゆくにつれて、重なっている波に起因する拍動の振動数が増加し、より区別のないものとなり、明確に特定するのがより難しいものとなる。例えば、ＨＲが１分当たり１２０ビートにすぎないとき、１分当たり１８０ステップの歩数頻度でランニングすると、１分当たり６０ビートの拍動頻度を測定するのが難しいものとなってゆくことがある。なぜなら、ビート振動数が上昇し続けるにつれて、拍動が次第に不明瞭になってゆく場合があるためである。それゆえ、実施形態によっては、上で記載されたように、ＭＳＫＣ信号の特定のための個別のＭＳＫＣセンサ、例えば加速度計などを、任意選択的に利用して、リズミカルな身体活動の間のユーザのＭＳＫＣの頻度を特定してもよい。
【００９４】
上に記載された挙動をさらに図説するために、図６Ｆおよび図６Ｇでは、トレッドミル上をウォーキングするユーザに関して同時に収集したＥＣＧ６００、ＰＰＧ６１０、および加速度計６２０の信号のプロットを示す。これらの信号を生じるために、ＰＰＧセンサをユーザの前頭部上に設置し、一方で、ユーザの胸部上に設置したそれぞれのセンサを用いて、ＥＣＧおよび加速度計の同時の信号を取得した。水平線６３０は、ユーザが動いていない（すなわち、重力に起因する加速のために、１ｇとほぼ等しい）時に得られる、加速度計の信号の平均を表す。図６Ｆに示されるように、ユーザのＭＳＫポンプのタイミング（ステップのタイミング）は、点６４０によって、すなわち、加速度計の信号６２０の各ＭＳＫＣの間の最大の上り勾配が水平線６３０と交差する点によって示されるように、Ｒ波の事象２４（図４Ｂ）をＣＣについてのタイミングマーカーとして使用するとおよそ４０％のＲＲＩで発生する。４０％のＲＲＩのＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングに関するこの例では、ＰＰＧ波形６１０は、図６Ｆに示されるように、滑らかな丸みを帯びた上部と、より平らにつぶれた下部とからなる形態を示す。
【００９５】
図６Ｇは、ユーザが０％ＲＲＩに近いＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングでステップを踏むときの、ＰＰＧ信号６１０の変化を図説する。図６Ｇの信号６１０の波形の形状は、図６Ｆの同じ信号とは異なる、すなわち、上部がより平らにつぶれ、下部がより丸みを帯びている。上に記載されるような脈波振幅以外に、図６Ｆおよび図６ＧのＰＰＧ信号６１０において結果として得られるこれらの形態的な違いは、図６Ａ〜図６Ｅにも見られるが、この違いをシステムによって使用して、ＭＳＫＣの血液ポンプとＣＣの血液ポンプとの間の連係の全般的な程度を特性化してもよい。なぜなら、異なる波形の形状は、ユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係と直接的に相関するためである。そのような形態の特性化は、下記にさらに充分に記載されるように、種々の手法で計算されてもよい。
【００９６】
図６Ｇ〜図６Ｆはまた、特定のユーザのために脈波伝搬時間を算出するおよび／またはシステムの較正を支援する際のステップとして、ユーザの実際のＣＣの中心の血液ポンプのタイミングについて、観測されるＣＣのタイミング関係を特性化する、例示的なシステムおよび方法から得られる信号を表す。例えば、ユーザがもはや両方のＥＣＧリードに接触しなくなった後に、ＰＰＧセンサのみを用いて真のＣＣのタイミングをさらに正確に特性化することができるようシステムを較正するために、特定の末梢の場所のＰＰＧセンサが、同時に起こるユーザのＥＣＧ信号と比較されてもよい。
【００９７】
図１１および図１２に図説するように、本システムおよび方法の実施形態によっては、感知された動脈圧波の脈波伝搬時間は、末梢装着型センサ（例えばユーザの手首上または頭部上）からのユーザのＨＲ（プレチスモグラムのＣＣのタイミングの信号）で繰り返すプレチスモグラフィの信号の態様を、同時に起こるＥＣＧ信号のタイミングと比較することによって、プロセッサ上で決定することができる。例示的な実施形態では、図１１に示されるように、手首１１００上に装着されたデバイスのＰＰＧおよび／またはＩＰＧセンサ１１１０は、これもまた同じ手首ベースのシステムにあるＥＣＧセンサと共に同時に使用してもよく、この手首ベースのシステムは、ユーザの手首と継続的に接触している第１の電極１１２０、および同じデバイスの表面に外部から面する第２の電極１１３０を有する。ユーザは、反対の手の指でセンサの第２の電極１１３０に触れることによって、ＥＣＧ回路１１４０を完成させてもよく、その結果、同時に測定されたプレチスモグラフィのＣＣ信号のタイミングとの比較のために、同じプロセッサまたは異なるプロセッサ上で、ＥＣＧの信号が測定され、ＥＣＧのＣＣのタイミングがプロセッサ上で決定されてもよい。
【００９８】
あるいは、図１２に示されるような別の例示的な実施形態では、耳ベースのデバイス１２００が、血圧、血液量、または血流の１つまたは複数のセンサ（例えばプレチスモグラフィの）１２１０ならびに双対の電極を含んでいてもよく、この電極は、図１２に示されるように、一方が、ユーザの頭部または耳の皮膚に接触し１２２０、他方が、頭部または耳の組織から遮断されているが、ユーザの手のタッチにアクセスすることができる１２３０。そのような例示的な実施形態では、ユーザは、図１２に示されるように、指の皮膚を用いて、剥き出しの電極１２３０に触れてもよく、例えば、頭部ベースのデバイスに触れる時のユーザの左手の指であり、ＣＣのタイミングのＣＣ信号の比較のために、ＥＣＧ回路１２４０を完成させて、ＥＣＧの信号とＰＰＧ信号とを同時に測定するために行う。
【００９９】
図７Ａは、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液体積に相関する信号を提供するためのセンサ、例えばプレチスモグラフィセンサを使用して、ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣとユーザのＣＣの間のタイミング関係を有利に連係させるためのフローチャートを図説する。図７Ａに示されるように、ユーザのリズミカルな筋骨格活動のＭＳＫＣとユーザのＣＣとの間のタイミング関係を有利に連係させる好適な方法は、リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、プロンプトデバイスからユーザに動きのガイダンスを繰り返し提供するステップＳ７００ａ；センサを使用して、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液体積と相関する信号を検出するステップＳ７１０ａ；ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性の実測値を決定するステップＳ７２０ａ；プロセッサを使用して、測定特性の実測値のトレンドを計算するステップＳ７３０ａ；および測定特性の実測値を測定特性の好適な相対値に近付けるように、測定特性の実測値のトレンドに基づいて、動きのガイダンスを調整するステップＳ７４０ａを含む。このプロセスは、反復的な様式でステップＳ７４０ａの後にステップＳ７１０ａに戻ることによって、例えば、運動の継続期間にわたって、またはある種の運動もしくは生理的なデータが維持される限り、または所定の時間にわたって、繰り返すことによって、継続する。
【０１００】
実施形態によっては、図７Ａ〜Ｂの方法は、較正プロセスを含んでいてもよい。較正プロセスは、センサまたは１つもしくは複数の追加のセンサを使用して、信号またはユーザのＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応する１つもしくは複数の追加の信号の第２の特性を検出するステップ、ならびに生理的測定基準の好適な値に一致するトレンドの相対値として、測定特性の好適な相対値を決定するステップを含んでいてもよい。そのような較正プロセスのさらに別の例は、下記の較正方法と題された節に提供される。例示的な実施形態では、動きのガイダンスは、可聴の、視覚による、または触知できるプロンプトを含む。実装例では、動きのガイダンスは、ＭＳＫ活動のタイミングとＭＳＫ活動の作用力のうち少なくとも１つにおいて、ユーザにプロンプトを示す。例えば、活動のタイミングのガイダンスは、ユーザのＨＲが実質的にプロンプト速度の整数倍となるように、あるプロンプト速度でユーザにプロンプトを提供してもよく、動きのガイダンスを調整することは、プロンプト速度を調整することを意味する。別の例示的な実施形態では、動きのガイダンスを調整することは、各場合に所与のＭＳＫＣの頻度で作用力を改変するために、ランニングまたはウォーキング中の歩幅の長さを変更するように、自転車に乗っている間にギアを変えるように、運動器具を使用して動きの距離、レジスタンス、または傾斜を変えるように、または漕艇もしくは水泳の間に１ストロークの長さを改変するように、ユーザをガイドすることを意味する。
【０１０１】
特定の実施形態では、好適な相対値とは、測定特性の値のトレンドの目標の挙動であり、測定特性の実測値のトレンドと好適な相対値との間の差に基づいて、ガイダンスをさらに調整することによって、測定特性の好適な相対値（「目標の挙動」）を実質的に取得および維持する方に向けて、ユーザがガイドされる。例えば、ＰＰＧ波形の測定特性の値のトレンドの目標の挙動は、好適な挙動、例えば、脈波振幅の増加、波形の複雑さの減少、およびＰＰＧ信号の態様のタイミングの変化のうち少なくとも１つを含んでいてもよく、このＰＰＧ信号の態様のタイミングの変化は、ユーザのＭＳＫＲで繰り返すＭＳＫＣタイミング信号の態様に関連する、目標のタイミング関係に向けて、ユーザのＨＲで繰り返す
【０１０２】
本方法の追加の実施形態では、好適な相対値は、測定特性の目標値としてもよく、前記目標値は、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間の目標のタイミング関係に対応する。例えば、ＰＰＧ波形の目標値は、脈波振幅の極大、波形の複雑さの極小、およびＰＰＧ信号の態様の目標タイミング関係のうち少なくとも１つなどの、例示的かつ好適な相対値を含んでいてもよく、このＰＰＧ信号の態様の目標のタイミング関係は、ユーザのＭＳＫＲで繰り返すＭＳＫＣタイミング信号の態様に関連して、ユーザのＨＲで繰り返す。図７Ｂは、例えば好適な実施形態に従う、ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量と相関する信号を提供するセンサ、例えばプレチスモグラフィセンサ（例えばＰＰＧまたはＩＰＧ）を使用して、リズミカルなＭＳＫＣのタイミングをユーザのＣＣのタイミングと有利に連係させるための別のフローチャートを図説する。例示的なステップは、センサを使用して、ユーザの組織中の循環的に変化する血液量に応答する信号を検出することＳ７００ｂ；ユーザのＨＲで繰り返す信号の第１の測定特性を決定すること、および第１の特性からユーザのＨＲを決定することＳ７１０ｂ；リズミカルなＭＳＫ活動の遂行のために、プロンプトデバイスからユーザに、タイミング指示として、ガイダンスプロンプトを繰り返し提供することであって、ＨＲが、タイミング指示の速度の整数倍であること７２０ｂ；ユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係によって変わる信号の、第２の測定特性の値を決定すること７３０ｂ；ならびに第２の測定特性の値のトレンドに基づいて、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に対応する第２の測定特性の好適な相対値に向けて、ガイダンスを調整し、それによって、目標のタイミング関係を実質的に取得および維持する方に向けてユーザをガイドすること７４０ｂの反復的なサイクルを含む。ステップＳ７４０ｂが完了した後、プロセスは、Ｓ７００ｂにループバックし、プロセスを反復的なものとし、例えば、運動の継続期間または所定の期間にわたって繰り返す。
【０１０３】
例示的な実施形態では、検出された信号Ｓ７００ｂは、ＰＰＧ信号を含んでいてもよく、ユーザのＨＲで繰り返す第１の測定特性７１０ｂは、収縮期の動脈圧３１（図６Ｅ）に対応する信号のピークであってもよい。検出された信号Ｓ７００ｂがＰＰＧ信号である、特定の例示的な実施形態では、第１の測定特性７１０ｂは、ユーザのＨＲに断続的にのみ相関するのに利用できる場合があるが、ユーザのＨＲを算出するのに充分な時間の間である。例えば、図６Ａに図説されるビート現象について、第１の測定特性７１０ｂは、所定のまたは相対的な振幅または形状の特性（図６Ｄの４６に見られるものなど）と等しいかまたはそれを超える信号の、規則正しく発生するピークであってもよい。なぜなら、例えば、ＰＰＧにおける収縮期のピークは、大きくおよび／または鋭いほど、信頼性を以て特定するのが容易になりうるためである。断続的に変動しているＰＰＧ振幅を有する例示的な信号が、図６Ａに図説されており、その図では、図６Ｄで強調されている、比較的大きくかつ特定するのが容易である収縮期のピーク３１が、比較的小さくかつ特定するのがより難しい可能性がある図６Ｅの収縮期のピーク３１よりも、信頼性のある解釈により近付き易いと思われる。
【０１０４】
図７Ｂの方法の代替の実施形態は、あるいはまたはさらに、ユーザのＨＲを決定するために、Ｓ７１０ｂに記載される第１の測定特性とは異なる測定特性を活用することがある。例えば、ＭＳＫＲの値が別のセンサ（例えば加速度計）から利用可能である場合、ビート現象の頻度は、図６Ａに図説されるように、ＰＰＧ信号から測定されてもよく、次いで、ＨＲの値を得るために、ＭＳＫＲの値に足すかまたはＭＳＫＲの値から差し引いてもよい。さらに別の実施形態では、ＣＣのタイミングの測定、例えば、プレチスモグラフィまたは心電図検査を使用した測定は、ＭＳＫＣに感度をもつ信号を、加速度計の使用を通じるなどして測定し、これらの信号の値をノイズ消去または減衰の方法論に組み込むことによって、改善することができる。図７Ｂのさらに例示的な実現例では、ガイダンスを調整することは、プロンプト速度を調整することを意味する。さらに他の例示的な実施形態では、ガイダンスを調整することは、所与のＭＳＫＣの頻度で作用力を変更する（例えば、運動デバイス上での所与のＭＳＫＣの拍子、傾斜またはレジスタンスで、歩幅またはストロークの長さを変更するなど）よう、ユーザをガイドすることを含む。
【０１０５】
図７Ａおよび図７Ｂに示されるフローチャートをここで参照すると、実施形態によっては、図６の例示的なＰＰＧ信号によって図説されるように、および上に記載されたように、測定特性Ｓ７２０ａおよび第２の測定特性Ｓ７３０ｂは、Ｓ７１０ａおよびＳ７００ｂでそれぞれ検出されるプレチスモグラフィの信号の脈波振幅を含んでいてもよい。あるいはまたはさらに、実施形態によっては、測定特性Ｓ７２０ａおよびＳ７３０ｂは、センサからの信号の複雑さの度合いを含んでいてもよい。波形の滑らかさまたは「ノイズ」の量は、信号の複雑さに関係がある。例えば、ある種の状況では、測定部位の局所組織における血液量へのＣＣおよびＭＳＫＣの寄与が、互いに建設的に循環しているとき、脈波振幅は、図６Ａおよび図６Ｄの波形４６によって示されるように最大であり、波形は、概して滑らかであるか、または実質的に正弦曲線を描き、その結果、複雑さが低減される。逆に、ＣＣおよびＭＳＫＣの寄与が整列からずれているとき、波形に余分の特徴が出現し（１回の完全なＣＣのタイミングにわたって）、その結果、図６Ｅの４７に見られるように、複雑さが増加する。
【０１０６】
さらに別の実施形態では、追加のタイミング情報を決定するために、例えば、ＭＳＫのタイミングが、目標のタイミング関係と比べて僅かに早く起こるか、または目標のタイミング関係と比べて僅かに遅く起こるかを決定するために、感知された信号の波形の非対称性を、プロセッサを用いて解析してもよい。さらにまたはあるいは、信号の測定特性が、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係によって変わる信号の２つまたはそれ以上のユニークな特性の組合せを使用して計算されてもよい。例えば、ＰＰＧ信号の複雑さ、振幅、および対称性の態様の変化のトレンドのうち少なくとも１つを特定して、図７Ｂに記載されるように第２の測定特性の値を決定するステップＳ７３０ｂで、または図７Ｂに記載されるようにプロセッサ上で測定特性の実測値のトレンドを計算するステップＳ７３０ａにおいて、同時に利用してもよい。そのような一実施形態では、ユーザの頭部上での目標のＰＰＧ信号の特性は、最大限の相対脈波振幅プラス最小限の信号の複雑さの両方の目標の組合せを含んでいてもよい。他の実施形態では、測定特性は、計算する際、例えば、フーリエ変換を使用し、複素項（相）を保持する際に、２つの寄与信号の間の相対位相を含んでいてもよい。さらに別の実施形態の例では、特性は、ＭＳＫＣまたはＣＣの１周期当たりの波形の変曲点の数の度合いであってもよい。図６Ｆ〜図６Ｇの波形６１０に関して上記で言及したように、単独でまたは組み合わせて考慮されうる別の測定特性は、ＰＰＧのピークおよびバレーの相対湾曲を含んでいてもよく、この相対湾曲は、例えば、バレー近傍の変化量に対する、ピーク信号近傍の信号の振幅の相対的な変化量の比率を計算することによって定量され、この比率は、ＰＰＧにおける個々の周期にわたって考慮される。
【０１０７】
ステップ７３０ａおよび７３０ｂは、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間のタイミング関係によって変わる信号の測定特性の実測値を決定することを含む。トレンドは、２つまたはそれ以上の異なる時間で観測される値の、または観測される一連の値の差として、例えば、最も最近の観測値、およびそのすぐ前の利用可能な値、あるいは、いくつかの最近の標本期間にわたる変化の平均として計算されてもよい。図６ＡのＰＰＧ信号４１を考慮すると、脈波振幅のトレンドが、グラフの継続期間にわたっておよそ７回、変動するのが見える。図６Ａのグラフの最後の数秒では、最も最近のトレンドが、脈波振幅の減少および平均脈波振幅の減少という挙動を示している。ステップＳ７４０ａおよびＳ７４０ｂは、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングに対応する測定特性の好適な相対値を含む。図７と併せて使用される用語「好適な相対値」は、下記にさらに充分に記載されるように、その特性の最近のインスタンスの値に比較した際の測定特性の好適な値、すなわち言い換えれば、測定特性の値のトレンドに対する好適な測定特性の実測値の関係を指す。この好適な関係は、ＭＣＰと一致する、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係と相関していてもよい。
【０１０８】
実施形態によっては、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングは、ＭＣＰの状態を目標としてもよい。この状態に対応する測定特性の値は、Ｓ７１０ａおよびＳ７００ｂで検出される信号の性質に依存していてもよく、その場合、身体上にセンサが位置している。一実施形態では、ＭＣＰの間の測定特性の好適な相対値は、観測されるプレチスモグラフィの信号の脈波振幅に対応していてもよく、このプレチスモグラフィの信号は、観測される脈波振幅の最近の履歴にわたるトレンドにおいて、瞬間的な極大に到達するという挙動を示す。あるいは、好適な相対値は、最近の履歴と比較したときの脈波振幅の平均の極大に対応していてもよい。他の実施形態では、脈波振幅のトレンドにおける極小は、ＭＣＰ、または、時間のローリングウィンドウにわたる平均最大脈波振幅マイナス平均最小脈波振幅に関連していることがある。同様に、さらに別の実施形態では、好適な相対値は、ＰＰＧ信号における複雑さの極小に対応していてもよい。あるいは、好適な相対値は、最近の履歴との比較における複雑さの極大に対応していてもよい。さらに例示的な実施形態では、好適な相対値は、ＰＰＧ信号の派生物の絶対値の最大局所平均、またはＰＰＧ信号の第２の派生物の絶対値の最小局所平均に対応していてもよい。他の実施形態では、測定特性のトレンドを使用して、例えばトレンドの極大値に、または別の例では極小値に対応する、測定特性の特別な相対値を特定してもよい。システムは、次いで、測定特性の実測値と、以前特定されかつトレンドから得たこの特別な相対値との間の差に基づいて、ガイダンスを調整してもよい。別の実施形態の例では、測定特性の相対値が、負から正へと、または異なる例では正から負へと記号を変え、かつそれぞれ正の勾配のトレンドをとるかまたはトレンドで負の勾配をとるかのどちらかで閾値ゼロを横切るとき、その値は、トレンドの点に対応することがある。実施形態によっては、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングに対応する好適な相対値は、較正プロセスに従って実験的に決定され、較正プロセスは、下記に充分に記載される。
【０１０９】
例示的なシステムでは、ユーザは、リズミカルな活動の間に、予想されるユーザのＨＲに一致する速度で繰り返すメトロノームを含む、ガイダンスプロンプトを提供される。ユーザは、メトロノームと共に発生するようにリズミカルな活動のタイミングを合わせ、ユーザのＨＲがこの速度に近付くにつれて、ユーザ上で測定されたＰＰＧ信号、例えば図６Ａにあるようなものなどが、循環の脈波振幅（信号の測定特性を表す脈波振幅）の挙動を示し始める。脈波振幅における極大に対応するような測定特性の好適な相対値を考慮して、測定される脈波振幅の実測値のトレンドが、時間と共に増加を止めて減少し始めるときに、システムは、メトロノーム期間を増加させてもよい。脈波振幅のトレンドが、増加によるメトロノームの変化に応答する場合、メトロノーム期間は、変化せずに継続する。脈波振幅が、その極大を通過しつつ再度減少し始めるとき、システムは、減少中の脈波振幅のトレンドを反転するように、メトロノーム期間を減少させ、それによって、脈波振幅を好適な相対値に近付けて、ユーザのＭＳＫＣとＣＣとの間の目標のタイミング関係を実質的に維持する。
【０１１０】
図７Ａおよび図７Ｂに図説されるステップに加えて、ＭＳＫＲを得るために、実施形態は、ユーザのＭＳＫＣに応答する第２のセンサからの第２の信号を含んでいてもよく、例えば、図６Ｄおよび６Ｅに示されるように、加速度計からの加速度計の信号４８が使用されてもよい。
【０１１１】
ある種の実施形態では、ユーザの組織中で循環的に変化している動脈血液体積に相関する信号の特性のうち１つを、ユーザのＨＲによって変わる信号の繰り返し態様のタイミングとしてもよく、このユーザのＨＲは、単独で、または先に記載された信号の例示的な測定特性と組み合わせて、使用されてもよい。例えば、比較的高い脈波振幅を、ユーザの頭部上の組織中のＰＰＧ信号の好適な測定特性の１つとしてもよく、この特性は、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が好適なＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に近付いていることを示す。この例では、より高い脈波振幅での脈拍のピークのタイミングを、ＣＣのタイミングと相関する信号の態様とし、それによってＣＣのタイミングを、第２のセンサ（例えば加速度計）から検出されるＭＳＫＣのタイミングと比較することができるようにしてもよく、これらの信号のタイミングを使用して、測定のおよび実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の両方を、プロセッサを用いて決定することができ、この場合、例えば、実際のタイミング関係は、脈波伝搬時間について補正される。次いで、示すように、実際のタイミング関係と好適なタイミング関係との間の差に基づいて、その差の大きさを低減するように、プロンプトのタイミング指示が調整されてもよい。
【０１１２】
実施形態によっては、図７Ａおよび図７Ｂの方法は、筋骨格活動周期速度（ＭＳＫＲ）とＨＲとの間の差の絶対値が、指定された許容差未満または以下であるときにのみ、ＭＳＫ活動のガイダンスを提供すること、またはＭＳＫ活動のガイダンスを調整することをさらに含んでいてもよい。
ＣＣとＭＳＫＣのタイミングを有利に連係させるための運動システムおよび／または技術
【０１１３】
ここで、図１〜７のシステムおよび方法を実装するための例示的な運動器具システムに戻る。図８は、好適な実施形態による、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを感知し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするためのトレッドミルシステムを図説する。トレッドミルシステムは、図８に示されるように、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定すると共に、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係をユーザにガイドするように使用されることがある。図８に示されるように、トレッドミルシステム８００は、ユーザ入力インターフェース８０１、プロセッサ／コントローラ８１０、運動器具インターフェース８１６、ユーザガイダンスインターフェース８２０、モータドライバ８１３、傾斜ドライバ８１８、ユーザ８０８が上を走るかまたは歩くトラック８２２を含むことがある。トレッドミルシステム８００は、ＣＣセンサ８１２を用いてユーザ８０８のＣＣを測定するための胸部ストラップ８０９を含んでいてもよい。あるいは、任意のタイプの装用可能なセンサまたはデバイスが、ユーザに装用されて、ユーザのＣＣを測定してもよく、例えばＨＲおよび／またはＭＳＫＣセンサの付いたスマートウォッチおよび／または胸部ストラップ８０９がある。ユーザのＭＳＫＣは、一実施形態では、内蔵センサ８１１、例えば胸部ストラップ８０９内にあるものを使用することによって、または別の実施形態では、負荷セル８１４や加速度計などのトレッドミルの構成要素として使用することによって、測定されてもよい。さらに別の実施形態では、センサ８１１および８１２の機能を組み合わせた単独のセンサを、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣの両方を感知するために使用してもよいし、または例えば、上にさらに充分に記載されるように、ＰＰＧセンサでもよい。ユーザ入力インターフェース８０１、ＣＣ信号センサ８１２、ＭＳＫＣセンサ８１１または８１４、プロセッサ８１０、および運動器具インターフェース８１６の機能および実施形態は、図１および図２と関連して上に記載済みである。
【０１１４】
図８に示されるように、ユーザの足がトレッドミル８０４のトラック８２２に着地する際に、ＭＳＫＣセンサ８１４、例えば負荷センサを使用して、ユーザ８０８の負荷を感知してもよい。実施形態によっては、ＭＳＫＣセンサおよびＣＣセンサによって収集された情報は、上に記載されるように、実際および目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するためにプロセッサに伝送されてもよい。センサ８１４は、運動器具と共に使用することのできるＭＳＫＣセンサの場所およびタイプの一例を表す。先に記載された身体装用型のＭＳＫＣセンサに加えて、器具上のＭＳＫＣセンサの他の例としては、バイブレーション、スイッチ、光学系、ビデオ、および圧力センサ、または運動器具業界で周知の任意の他のものが挙げられる。さらに別の実施形態では、コンピュータ、例えばタブレットコンピュータを、運動器具の上に置くか取り付けてもよく、その場合、前記コンピュータは、ＭＳＫＣセンサ（例えば加速度計またはユーザ対面カメラ）およびＣＣセンサ（例えばユーザ対面カメラ）のうち少なくとも１つを含むかまたはそれと連通している。
【０１１５】
また、図８に示されるように、運動器具インターフェース８１６、ユーザ入力インターフェース８０１、またはユーザガイダンスインターフェース８２０を、ユーザが使用するかまたはプロセッサ８１０が自動的に制御して、モータドライバ８１３を調整してスピードを増加または減少させてもよく、傾斜ドライバ８１８を調整してトラック８２２の傾斜を上昇または下降させてもよい。さらに、追加のセンサを使用して、手振りまたは他の身体の動きを検出してもよく、これらは、トレッドミルの傾斜、トレッドミルのスピード、音楽のタイプ、プレイリストの選択、音量の制御、グラフによる表示のタイプ、グラフ表示の選択、または任意の他の制御のタイプを調整するためのコマンドとして認識される。実施形態によっては、１つまたは複数の自動化の特徴を使用して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に向けてユーザをガイドしてもよく、例えばユーザガイダンスインターフェース８２０を用いる。あるいは、ユーザは、自動化設定を打ち切るか、または自動化設定をオフにして、モータドライバ８１３および傾斜ドライバ８１８、またはトレッドミルの任意の他の特徴の手動制御を可能にしてもよい。
【０１１６】
実施形態によっては、運動器具インターフェース８１６、ユーザ入力インターフェース８０１、またはユーザガイダンスインターフェース８２０はまた、未処理データ、処理済みデータ、またはそれらの組合せなどの情報の視覚的な表示を提供してもよい。例えば、ユーザのＨＲ、ＥＣＧ、ＥＥＧ、脂肪もしくは糖の代謝の概算、血中インスリン濃度、血中グルコース濃度、ステップ速度、腕および／または脚のＭＣＰ、組織中乳酸濃度、拍動当たりのワット、拍動当たりのメートル、距離、および踵接地を、インターフェース８０１、８１６、８２０上に表示してもよい。実施形態によっては、ユーザガイダンスインターフェース８２０を使用して、ユーザにガイダンスを提供してもよい。ガイダンスは、可聴キューで、視覚表示で、触知フィードバックで、または例えば歩幅の長さを増加もしくは減少させるための；２拍、３拍、もしくは４拍毎のステッピングに向けてユーザをガイドするための；またはＭＳＫＣタイミング濃度、もしくは作用力が改善されるようにユーザをコーチするためのガイダンスの変化への注意をユーザに喚起する他の特徴で、提供されてもよい。上に記載されるように、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係、および所望のＨＲおよびＭＳＫ活動レベルを含む他の所望の物理的状態への到達は、トレッドミルシステム８００を用いて成し遂げられてもよい。
【０１１７】
図９は、代替の好適な実施形態による、ユーザ９０８のＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングを感知し、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係にユーザをガイドするための、運動器具インターフェース、ユーザ入力インターフェース、またはユーザガイダンスインターフェース９０７を含む、自転車漕ぎシステム９００を図説する。図９に示されるように、１つまたは複数のセンサは、スピード、距離、加速、動力などの測定値を得るために、および他の生理的測定基準との関係を決定するために、自転車の１つまたは複数の構成要素、例えばペダル、タイヤ、クランク、ハブ、スポーク、変速機、または自転車チェーンなどと一体化されてもよい。図９に示されるように、静止した自転車は、後部フレームチューブ９０４上のセンサ９０２、第２のフレームチューブ９０９上のセンサ９１０、ペダル９０５上のセンサ、第１のペダルクランク９０６上の第１の足センサ、および第２のペダルクランク上の第２の足センサ（示さず）を含むことがある。上に記載されるような自転車センサのうち１つまたは複数を使用して、実際のまたは好適なＭＳＫＣのタイミングが特定されてもよい。例えば、ペダルの各回転は、１回のＭＳＫＣと等しくてもよいし、それぞれの脚について１回のＭＳＫＣを含んで、２回と等しくてもよい。実施形態によっては、自転車上の１つまたは複数のＭＳＫＣセンサからの信号を、ユーザの装用する少なくとも１つのセンサ、例えば、ユーザ９０８のＣＣを感知するための胸部ストラップセンサ９１１からの信号のタイミングと比較してもよい。身体装用型ＥＣＧベースのＣＣセンサと運動器具ベースのＣＣセンサとを比較することは、システムの実施形態の較正の際に有用であることがある。あるいは、先に上に記載された胸部パッチセンサ、埋込センサ、手首ベースのセンサ、頭部ベースのセンサ、または別のデバイスを、ユーザが装用して、ユーザのＣＣおよび／またはＭＳＫＣを測定してもよい。それゆえ、本明細書に記載されるような運動器具の実施形態に従って、例えば、身体対ペダルのＭＳＫＣのタイミングの情報を、決定し同期してもよい。実施形態によっては、身体対ペダルのＭＳＫＣのタイミングの同期は、下に記載されるように、特性化ステップを必要とすることがある。あるいは、システムのＭＳＫＣポンプのタイミングを較正するために、感知された身体の動きの測定基準を決定し同期してもよい。実施形態によっては、センサ上の時計の同期または特性化は、１つまたは複数の加速度計を使用して行われてもよい。同期および特性化は、センサによって提供されるデータ中の区別可能な事象を記録する連係された行動を、ユーザが実施することを必要とすることがあり、そうして、その区別可能な事象は、センサの内部時計と相関するために使用されてもよい。
【０１１８】
静止していないまたは静止した自転車については、図９に示されるように、特性化アルゴリズムの例示的な実施形態は、身体対身体のＭＳＫＣセンサのタイミングの比較の使用を含む。さらに別の実施形態は、身体のＭＳＫＣセンサ対自転車のＭＳＫＣセンサのタイミングの比較を含み、それぞれが内部時計を有する。実施形態によっては、２つの時計の断続的な同期を実施して、ユーザがＭＳＫＣの間にペダルの上に立つ時などの周期的な事象の際に、特性化するかまた特性化をチェックしてもよい。例えば、この特性化の策は、システムを使用する間、数分毎に必要なステップであることがある。特性化の策では、２つの同一のチップおよび加速度計の構成（例えば、胸部ストラップおよび自転車のクランク）を組み込んで、時計のドリフトを補正してもよい。
較正方法
【０１１９】
図１０は、好適な実施形態による、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を実験的に決定するための、すなわちシステムを「較正する」ための、フローチャートを図説する。図１０に示されるように、好適な実施形態の目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を決定するための方法は、センサを使用して、ユーザのＨＲに対応する頻度で繰り返すユーザのＣＣのタイミングに応答する、信号の第１の特性を検出することＳ１０００；センサを使用して、ユーザのＭＳＫＲに対応する頻度で繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫ活動のタイミングに応答する、信号の第２の特性を検出することＳ１０１０；第１の特性と第２の特性との間の実際のタイミング関係を表す値を決定することＳ１０２０；実際のタイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応するセンサを使用して、信号の第３の特性を検出することＳ１０３０；および可変の生理的測定基準の好適な値に一致する実際のタイミング関係を表す値を特定することによって、第１の特性と第２の特性との間の好適なタイミング関係を表す目標値を決定することＳ１０４０を含む。
【０１２０】
本方法は、好ましくは実験的にシステムを較正するまたは再較正するように機能し、その結果、システムは、各ユーザ、活動、デバイスの構成、および／または時間に適応するようにされることがある。例えば、生理的な可変性の好適な値をもたらすＭＳＫＣのタイミングとＣＣのタイミングとの間の関係は、同様の身体活動に従事しているユーザ間で、１人のユーザについて異なる活動の間で、および／または時間にわたる同じ活動の異なるインスタンスの間で、変わることがある。さらに、特別なシステムの構成は、測定される相対タイミングに影響を及ぼしうる。例えば、ＥＣＧのＴ波ｖｓＲ波ｖｓＰＰＧ信号のピーク収縮期の振幅をタイミング指示として使用することは、ＰＰＧセンサの場所がそうであるように、測定されるＣＣのタイミングに影響を与える。さらに、自転車に設置されているクランクセンサの場所およびトレッドミルシステム内に組み込まれているＭＳＫＣセンサの場所は、ＣＣの血液ポンプおよびＭＳＫＣの血液ポンプの基本的なタイミングとは独立したＭＳＫＣタイミングを測定するのに使用される、信号の値およびタイミングに影響を与える。そのため、図１０に示されるような方法は、実験的にシステムを較正または再較正するように機能して、測定されるＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係、およびその目標の生理的状態（例えばＭＣＰ）または生理的な可変性の好適な値（例えば低減したＨＲ）との関係に影響を及ぼしうる要因のいずれかについて、補正または計画する。
【０１２１】
実施形態によっては、システムは、ユーザの最適なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングを一度決定するように構成されてもよい。あるいは、システムは、周期的に「較正方式」に一時的にスイッチバックして、継続中のタイミングの最適化を確実にしてもよい。どちらの場合も、実施形態の一例では、ユーザのＨＲは、所与の作業負荷で運動している一方で、全体的な血液ポンプの血行動態の改善に関連する所与の作業負荷で、比較的低いＨＲ値で、ＣＣのタイミングに対するＭＳＫＣのタイミングに相関していてもよい。ある期間にわたって、ユーザを種々のＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング値に曝し、次いで、相対タイミング値、特性、または最低ＨＲに関連する相対値関係を特定することによって、システムを、較正プロセスの間に、使用中の特定のユーザ、活動、およびシステムの構成のための「有利な」または「最適な」タイミング関係および／または血行動態センサ信号の特性を特定するよう使用してもよい。この周期的に決定される値、信号特性、または相対値の関係を、次いで、続いて使用して、目標のＭＳＫＣ対ＣＣの間のタイミング関係を表してもよい。最適なタイミング関係はまた、ＨＲ以外の追加のまたは代替的な度合いから導き出されてもよい。
【０１２２】
図１０に示されるように、ステップＳ１０００は、センサを使用して、ユーザのＨＲに対応する頻度で繰り返すユーザのＣＣのタイミングに応答する、信号の第１の特性を検出することを含む。ステップＳ１０００は、例示的な実施形態では、上に記載されたように、ユーザのＣＣの繰り返し態様を特定するように機能してもよい。実施形態によっては、第１の特性は、信号の一態様、例えばＥＣＧまたはＰＰＧからのものであり、他の態様が他の特性、例えばＭＳＫＲを規定するために使用されるようにしてもよい。
【０１２３】
図１０に示されるように、ステップＳ１０１０は、センサを使用して、ユーザのＭＳＫＲに対応する頻度で繰り返すユーザのリズミカルなＭＳＫＣタイミングに応答する、信号の第２の特性を検出することを含む。ステップＳ１０１０は、例示的な実施形態では、上に記載されるように、ユーザのＭＳＫＣの繰り返し態様を決定するように機能してもよい。実施形態によっては、Ｓ１０００およびＳ１０１０のセンサは、同じセンサであってもよく、例えばＰＰＧセンサである。あるいは、Ｓ１０００のセンサおよびＳ１０１０のセンサは、別個のセンサ、例えばＥＣＧおよび加速度計、またはＰＰＧおよび加速度計を含んでいてもよい。実施形態によっては、第１の特性および第２の特性は、第１のセンサからの第１の信号の同じ態様である。あるいは、第１の特性および第２の特性は、第１のセンサからの第１の信号の異なる態様であってもよい。例えば、図６および７に従って上に記載されるように、ＰＰＧ信号の１つまたは複数の特徴を使用して、ユーザのＣＣおよびＭＳＫＣのタイミングまたはタイミング関係を決定してもよい。実施形態によっては、第１の特性および第２の特性は、第１のセンサおよび第２のセンサからそれぞれ得られる独立の第１の信号と第２の信号から導き出されてもよい。
【０１２４】
図１０に示されるように、ステップＳ１０２０は、第１の特性と第２の特性との間の実際のタイミング関係を表す値を決定することを含む。ステップ１０２０は、ステップＳ１０００およびＳ１０１０のそれぞれ第１の特性および第２の特性の観測される個々のタイミングを使用して、ユーザのＣＣとＭＳＫＣとの間のタイミング関係を決定するように機能してもよい。代替的な実施形態では、実際のタイミング関係は、第１の特性と第２の特性との間の相互相関を使用することによって決定されてもよい。
【０１２５】
図１０に示されるように、ステップＳ１０３０は、実際のタイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応するセンサを使用して、第３の特性を検出することを含む。ステップＳ１０３０は、好ましくは、第１の特性および第２の特性に比べて、ユーザの第３の生理的パラメータをさらに測定するように機能する。生理学的な測定基準の例としては、以下に限定されないが、ユーザのＨＲ、収縮期および／または拡張期の血圧、心拍出、心灌流、筋灌流、筋ｐＨ、脳灌流、ＥＥＧ活動、呼吸ガス（例えばＶＯ２、ＶＣＯ２、ＲＥＲ）、組織もしくは血中のグルコースレベルおよび乳酸レベル、ならびに血中インスリンレベルが挙げられる。それぞれの場合で、測定基準の対応する好適な値は、所望の状態を反映し、この所望の状態は、概して、生理学な節約が比較的向上していることに関連し、典型的には、それぞれの目的とする各度合いの適切な最小または最大である。
【０１２６】
さらに、Ｓ１０００、Ｓ１０１０、およびＳ１０３０のセンサは、ある種の実施形態では、同じセンサであってもよいし、または、他の実施形態では、２つまたはそれ以上の異なるセンサを使用することができ、例えばＳ１０００は、ＥＣＧであってもよく、一方でＳ１０１０は、加速度計であってもよく、一方でＳ１０３０は、酸素消費量、ＣＯ２産生量、呼吸気量、および他の関連の測定値を算出するための代謝測定システムであってもよい。代替的な実施形態では、Ｓ１０１０、Ｓ１０１０、およびＳ１０３０のセンサは全て、１つまたは複数のＰＰＧセンサを表すことができる。
【０１２７】
実施形態によっては、生理的測定基準がユーザに有益または好都合なレベルであるように、システムは、目標のまたは好適な生理的測定基準の値に向けてユーザをガイドしてもよい。さらに、第３の特性を使用して、ユーザがＭＣＰまたは目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を達成する時を決定しても良い。実施形態によっては、第１の特性および第３の特性は、第１または第３のセンサからの第１の信号の同じ態様であってもよい。あるいは、第１の特性および第３の特性は、第１または第３のセンサからの第１の信号の異なる態様であってもよい。あるいは、第１の特性、第２の特性、および第３の特性は、第１のセンサからの第１の信号の３つの別個の態様であってもよい。実施形態によっては、第１の特性、第２の特性、または第３の特性は、フーリエ変換を含んでいてもよい。
【０１２８】
図１０に示されるように、ステップＳ１０４０は、可変の生理的測定基準の好適な値に一致する第１の特性と第２の特性との間の実際のタイミング関係を表す値を特定することによって、第１の特性と第２の特性との間の好適なタイミング関係を表す目標値を決定することを含む。例示的な「値」とは、例えば、図１０に記載される信号または信号群の特別なもしくは相対の特性または一連の特性を含んでいてもよい。ステップＳ１０４０は、生理的測定基準が全般的により有利または好適な値を示すようにするＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の値を特定するよう機能し、その特定された値を続いて、目標のタイミング関係を表すものとして使用する。例えば、ＭＣＰに起因する血行動態が、ユーザについて最低平均ＨＲをもたらしうることから、生理的測定基準の好適な値は、別の一定条件下で観測されるユーザの最低平均ＨＲである場合がある。目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を表す値（すなわち、第１の特性と第２の特性との間の好適なタイミング関係を表す値）は、例えば、特有の「ＰＰＧの形状」、「ＰＰＧの特性」または「ＰＰＧの相対形状」と相関する感知されたＰＰＧ信号によって記述される値を、その形状によって表されるタイミング関係を正確に知ることなく、代替的に含む可能性がある。
【０１２９】
目標のタイミング関係を決定するための図１０で概説された方法を利用する例示的なプロセスでは、ユーザは、概ね安定な作業出力レベルでリズミカルな活動を実施するために、タイミングプロンプトを提供され、この実施には、例えば、図８に示されるようなトレッドミル、および図３Ａに示されるプロンプティングシステムを使用する。システムは、時間と共に目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を変えて、ユーザをいくつか（少なくとも２つ）の異なるタイミング関係に曝すように構成され、次いで、測定された生理的測定基準における比較的有利な値に対応する、「最適な」タイミング関係を特定する。この最適なタイミング関係は、次いで、これに続く使用のための「較正される」目標のタイミング関係であるものと考えてもよい。代替的な実施形態では、この手順を使用して、測定された生理的測定基準における比較的有利な値に対応する実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係に、応答する信号の測定特性を特定してもよい。一例では、信号は、ＰＰＧであってもよく、測定特性は、脈波振幅、または、さらにもしくはあるいは、信号の複雑さの度合いであってもよい。
【０１３０】
実施形態によっては、図１０の方法は、リズミカルな筋骨格活動の遂行のためのタイミング指示として、あるプロンプト速度で、プロンプトデバイスから繰り返しプロンプトをユーザに提供することをさらに含んでいてもよく、その結果、プロンプトへの応答時のユーザのＭＳＫＣのタイミングが、生理的測定基準の好適な値に実質的に相関するようになる。
【０１３１】
実施形態によっては、図10の較正方法を使用して、感知されたＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング信号におけるトレンドについて解析することを通じて、好適なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング関係を表す目標値を決定してもよく、上記のタイミング信号は、ユーザが、心臓運動の同期をすぐに達成するように、例示的なシステムによってガイドされるときに発生し、それによって、自然に好適なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミング関係と相関する信号特性が決定される。
【０１３２】
自然な心臓運動の同期は、「生理的なＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングの粘着性」として記載されることがある。この場合では、特有のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係が、起こりうる全てのタイミング関係の最高頻度で、自然にかつ優先的に発生するが、これは、数多くの個体が、ＭＣＰと一致するポンプのタイミングに向けた自然の生理的な傾向を持つためである。生理的ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングの粘着性は、ユーザのＨＲがユーザのＭＳＫＲの整数倍に近付くときに、発生することがある。それゆえ、本システムおよび方法の実施形態では、ユーザは、ユーザのＨＲがユーザのＭＳＫＲの整数倍に近似するような激しい活動のレベルにガイドされつつ、ＭＳＫＲにペースを調整される。この方式で実質的に揃っているＨＲおよびＭＳＫＲを用いて、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を表す値が、特別なＣＣのタイミング対ＭＳＫＣタイミングを表す統計的にさらに一般的な値を特定するために、プロセッサ上でモニターおよび解析される。この特別なＣＣのタイミング対ＭＳＫＣタイミングは、自然の生理の傾向が、より高い発生率の生理的にさらに有益な（好適な）タイミング関係（例えば、ＭＣＰと一致するタイミング）に向けたトレンドに、および生理的に好ましくないタイミング関係（例えば、ｉＭＣＰと一致するタイミング）から離れるトレンドにあるために、好適でありうる。別の例では、ユーザがガイドされることなくＨＲがＭＳＫＣの整数倍に近付くような身体活動の期間に、ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の頻度をモニターすることによって、システムが較正されてもよい。例えば、ある種の個体は、しばしば短時間であるとはいえ少なくとも統計的に有意な時間の間、そうするためのプロンプトがなくランニングおよび／またはウォーキングしつつ、心拡張期の初期の間に発生する最大限のＭＳＫＣの動脈ポンピングのタイミングで自然にステップを踏むことができる。較正方法の好適な実施形態では、ユーザが、目標のＨＲへのＭＳＫＣのタイミングの指標（例えば、ランニングの間のメトロノームまたは音楽のステップタイミングプロンプト）を提供されるときに、この粘着性が促進される。ここで、このタイミングの指標は、ユーザがガイドされる間に一定であり、目標のＨＲは、実質的にはＭＳＫＲの整数倍である。
【０１３３】
「粘着性」を決定するための別の例示的な方法では、ＨＲの整数倍とは僅かに異なる速度でユーザにプロンプトを示すことを使用してもよい。例えば、ユーザを、彼らの現時点の１分当たりのＨＲプラス１、１．５、２、３、４またはマイナス１、１．５、２、３、４と等しいＭＳＫＲ（１分当たりのＭＳＫＣ）にガイドすることで、ユーザが連続的に様々なＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係を通じて循環するにつれて、粘着性現象が何度も発生することが見出される可能性が増すことがある。ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の粘着性は、心組織内に自然に発生する神経フィードバックループによって引き起こされることがあり、典型的には、本方法およびシステムの較正の実施形態におけるプロセッサ上で補われることがある、自然の生理的な遅延を含む。較正の実施形態によっては、システムは、ユーザのＣＣのタイミングとの関係の中で、ＭＳＫＣプロンプトタイミングを変動させても変更してもよく、その結果、プロンプトは、ユーザを、所望のＭＳＫＣ対ＣＣの相範囲にわたって前後にガイドし、その一方で、システムは、この生理的な粘着性現象と一致するトレンドについての信号の値を解析する。さらに、システムまたはユーザは、生理的な粘着性を促進するために、目標のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係の範囲の「制御」を緩めてもよい。例えば、自動制御が、傾斜、スピード、拍子、位相、または目標のＨＲを自動的に調整して、ユーザのＭＳＫＲおよびＨＲを適切な整列となるように導き、ユーザの生理的なタイミング粘着性の最も高頻度なＭＳＫＣ対ＣＣの相対タイミングを表す感知された信号の値の決定を容易にしてもよい。
【０１３４】
システムのいくつかの実施形態は、生理的ＭＳＫＣ対ＣＣのタイミングの粘着性を特定することを通じて、システムを較正し、一方で、他の実施形態では、生理的な粘着性を可能にする記載される技法のうち１つまたは複数を、ユーザをガイドしてＭＣＰを達成するための技法として使用してもよい。例示的な較正およびＭＣＰガイダンスの実施形態では、ユーザの目標のＨＲがユーザのＭＳＫＲの整数倍と等しくなるように、ユーザの作業出力が、目標のＨＲに向けてガイドされるか、あるいは指向される。ユーザのＭＳＫＲ（拍子）は、ガイドされない（例えば、自然に発生する）拍子であってもよいし、ユーザが、システムの実施形態によって、指定される実質的に一定の拍子にガイドされてもよく、どちらの場合も、拍子は、ユーザによって選ばれたかまたはシステムによって提案された目標のＨＲに結びつけられている。実施形態によっては、作業出力は、目標のＨＲに近付くように改変されてもよい。例えば、作業出力は、ウォーキングまたはランニングの間に歩幅の長さもしくは傾斜の変化にユーザをガイドすることによって、または自転車もしくは有酸素運動機器のレジスタンスを変更することによって、改変されてもよい。さらに、ＭＳＫの拍子は、目標のＨＲによって決定されてもよい。あるいは、目標のＨＲは、所望の拍子によって決定されてもよい。実施形態によっては、所望の目標のＨＲおよび所望の拍子の両方の組合せを使用して、中間の拍子と目標のＨＲとを選択してもよい。
【０１３５】
較正プロセスの別の実施形態では、ユーザは、ユーザのＨＲから一定量が僅かに異なる（例えば、１分当たり＋１または＋１．５または＋２または・・・）ＭＳＫＲにユーザをガイドするプロンプトを提供され、その結果、ユーザのＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係は、例えば、図６Ａに見られるように循環する。この期間の間（例えば１分から５分）、Ｓ１０２０の実際のタイミング関係およびＳ１０３０の生理的な測定基準の関連値が記録される。次いで、目標のタイミング関係が、Ｓ１０４０に従って決定される。さらに別の実施形態では、このプロセスは、ユーザのＨＲに対し反対の一定差（例えば、１分当たり−１もしくは−１．５もしくは−２もしくは・・・、または、前のガイダンスがよりゆっくりとなる場合はその逆で）を伴ってユーザをＭＳＫＲにガイドするようにプロンプトを変更した後に、繰り返される。次いで、２つの条件下にＳ１０４０で得られた２つの結果、例えば、２つの得られた目標値の平均を使用して、最終的な目標のタイミング関係を決定し、それゆえ、生理的な測定基準の好適な値の観測と、それを可能にするユーザの実際のＭＳＫＣ対ＣＣのタイミング関係との間の、タイムラグを補う一助となる。
【０１３６】
実施形態によっては、ユーザのＨＲおよび拍子（ＭＳＫＲ）がほぼ整列しているとき、ユーザがＭＣＰを可能にするガイダンスをオンにしてすぐに従事するように、変更されることをユーザが好むことがある。この機能性はまた、ＭＳＫＲがユーザのＨＲの整数倍に非常に近いときに、自動的にオンになりうる。そのため、ユーザは、ユーザの拍子とＨＲとが既にほぼ整列しているときにのみ、「ビートに合わせてステップを踏む」かまたは「ビートに合わせて動く」ことがある。例示的な実施形態では、ＰＰＧセンサおよび加速度計は、どちらも本発明のイヤホンの実施形態に存在することができる。この例示的な実施形態では、デバイスが、ＨＲとステップ速度とが実質的に等しいことを特定し、それゆえビートに合わせてステップを踏んでＭＣＰの機能性を達成することを容易に利用できることをユーザに知らせるとき、ユーザは、ビートに合わせてステップを踏むことを考えることなく、歩いて道を下ることができよう。次いで、ユーザは、ガイダンス、例えば音楽をオンにすることを、任意の時間に「オプトイン」してもよい。この例では、音楽は、ユーザの音楽ファイルからビートの頻度により選択されてもよいが、ビートの頻度およびタイミングを、必要に応じて改変してもよく、その結果、音楽のビートは、上に記載された方法に従って、ユーザをＭＣＰにガイドするタイミング指示を提供する。
【０１３７】
記載されている実施形態、およびそれゆえの下記のシステムおよび方法の記載の範囲は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せにおける実施形態を包含する。シーケンス、シンタックス、およびコンテンツを有する命令の形態をとる本開示の方法は、磁気メディア、光学メディア、光磁気メディア、電子メディア（例えば、ソリッドステートのＲＯＭまたはＲＡＭ）などの任意の多様なコンピュータ読み取り可能なメディアのうちいずれかの上に（または言い換えれば、中に）保存してもよく、それらのメディアの形態は、本開示の範囲を限定しないこともまた、認識されたい。前記メディアを読み取るコンピュータは、前記命令をそこに移送して（例えばダウンロード）、次いでそれらの命令上で動作するか、または前記命令をメディアから読み取らせて、それに応答して動作するかのどちらかで、動作可能である。さらに、前記メディア上の命令にアクセスするためのデバイス（例えばリーダ）は、それらの命令が動作するコンピュータ内に含有されているかまたは直接的に接続されていてもよいし、前記コンピュータへのネットワークまたは他のコミュニケーション経路を介して、接続されていてもよい。
【０１３８】
さらに、複数の例示的な実施形態が、上述の詳細な記載に提示されている一方で、莫大な数のバリエーションが存在し、これらの例示的な実施形態は、代表例に過ぎず、形はどうあれ、本開示の範囲、適用性、または構成を限定することを意図するものではないことを理解するべきである。上記に開示もしくは他の様々な特徴および機能、またはそれらの変形は、望ましくは多数の他の異なるシステムまたはアプリケーションに組み合わされてもよい。その中またはその上の現在予期または予測しない様々な変形、改変、バリエーション、または改善が、続いて当業者によってなされてもよく、それらもまた、本開示によって包含されることが意図されている。
【０１３９】
さらに、本明細書に記載の方法およびシステムは、末梢血管のポンピングを心臓のポンピング活動と有利に連係させるために、リズミカルな身体活動の２つの主要なカテゴリー、すなわちＭＳＫの動きおよび骨格筋収縮周期の遂行に際して、ユーザをガイドする。これら２つのカテゴリーのリズミカルな身体活動は、２つのカテゴリーのうち１つのみが記載されているとしても、合わせてまたは個々に、本開示の範囲に含まれる。それゆえ、例えば、記載されている言い回しであるＭＳＫの動き、骨格筋収縮、骨格筋弛緩、ＭＳＫポンピング周期、およびＭＳＫ活動は、多くの場合に、用語の１つまたは複数が言及されていないところで含まれるものと考えられるべきである。
【０１４０】
したがって、上述の記載は、本開示の実装のための便利なガイドを当業者に提供し、機能の様々な変化および記載された実施形態の配置が、本開示の趣旨および範囲を逸脱することなくなされうることを企図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月4日(2017.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザのリズミカルな筋骨格活動周期（ＭＳＫＣ）と前記ユーザの心周期（ＣＣ）との間のタイミング関係を有利に連係させるためのシステムであって、
前記リズミカルな筋骨格活動の遂行をガイドするために、前記ユーザに動きのガイダンスを含む出力を繰り返し提供するよう構成される、プロンプトデバイス；
前記ユーザの組織中の循環的に変化する動脈血液量に相関する信号を提供するように構成される、センサ；ならびに
前記プロンプトデバイスおよび前記センサに連結されたプロセッサであって、前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる、前記信号の測定特性の実測値を決定し、前記測定特性の前記実測値のトレンドを計算し、前記測定特性の実測値を前記測定特性の好適な相対値に近付けて前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間のさらに有利なタイミング関係を達成するように、前記実測値の前記トレンドに基づいて前記動きのガイダンスを調整するよう構成される、プロセッサ；
を含むシステム。
【請求項２】
前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の前記測定特性が、脈波振幅、信号波形の湾曲のピーク対バレーの度合い、信号波形のピークの湾曲の度合い、信号波形のバレーの湾曲の度合い、信号波形の複雑さの度合い、および前記信号波形の非対称性の度合いのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記測定特性の前記好適な相対値が、増加トレンドの閾値交差、減少トレンドの閾値交差、前記測定特性の前記実測値の前記トレンドの極大および極小のうち１つである、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサ技術が、フォトプレチスモグラフィ、インピーダンスプレチスモグラフィ、レーザドップラ血流、音響感知、および動脈圧測定のうち１つを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記動きのガイダンスが、可聴の、視覚による、または触知できる繰り返しプロンプトのうち少なくとも１つを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記動きのガイダンスが、ランニング中もしくはウォーキング中の歩幅の長さ、自転車に乗っている間のギア使用、レジスタンス、ＭＳＫＣの動きの距離、運動器具を使用した傾斜、または漕艇中もしくは水泳中の１ストロークの長さに関するガイダンスを含む、請求項１〜４、５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記実測値が、絶対値または相対値である、請求項１〜４、５、６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる前記信号の２つまたはそれ以上のユニークな特性の組合せを使用して、前記プロセッサが、前記信号の前記測定特性の前記実測値を決定するように構成される、請求項１〜４、５〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサが、
前記センサまたは１つもしくは複数の追加のセンサを使用して、前記信号と、前記ユーザの前記ＭＳＫＣと前記ＣＣとの間の前記タイミング関係によって変わる生理的測定基準に対応する１つまたは複数の追加の信号とのうち、少なくとも１つの第２の特性を検出すること、および
前記生理的測定基準の好適な値に一致する前記トレンドの相対値として、前記測定特性の前記好適な相対値を決定することであって、前記生理的測定基準が、心拍数の度合い、分時換気量、血圧、血流、心出力、電気的脳活動、酸素消費量、組織のｐＨ、組織の乳酸レベル、またはＣＯ２産生を含む、決定すること
を含む較正プロセスを実施するようにさらに構成される、請求項１〜４、５〜８のいずれかに記載の システム。
【請求項１０】
前記センサまたは１つもしくは複数の追加のセンサが、前記ユーザの心拍数および前記ユーザの骨格筋活動周期速度（ＭＳＫＲ）と相関する信号を検出するようにさらに構成される、請求項１〜４、５〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記ユーザの前記心拍数が実質的に前記繰り返し出力の速度の整数倍であるように、前記繰り返し出力がタイミング合わせされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記１つまたは複数の信号を処理することによって、前記ユーザの前記心拍数および前記ユーザの前記ＭＳＫＲを決定し、前記心拍数と前記ＭＳＫＲとの間の最大絶対許容差を指定するようにさらに構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記信号の前記測定特性の前記実測値を決定し、前記測定特性の前記実測値の前記トレンドを計算し、前記ＭＳＫＲと前記心拍数との間の差の絶対値が、最大絶対許容差未満または以下であるときにのみ前記実測値の前記トレンドに基づいて前記動きのガイダンスを調整するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＭＳＫＲと目標のＭＳＫＲとの間の絶対差が、前記最大絶対許容差超または以上であるときのプロンプト速度で、前記プロンプトデバイスが、前記出力を繰り返し提供するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記目標のＭＳＫＲが、前記プロンプト速度の整数倍である、請求項１４に記載のシステム。
【国際調査報告】
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