[发明专利]身体机能监测方法及监测器

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2007年7月13日提交的美国临时申请60/949,789的优先权，在此引入其全部内容作为参考。 

关于联邦资助研究的声明 

本发明依据国家空间生物医学研究委员会授权号SM0001在政府资助下完成。政府享有本发明的一定权利。 

技术领域

本发明涉及监测身体机能的方法和设备。 

背景技术

生理应激对人体的影响可通过测量运动训练过程中的无氧阈值和耗氧速率来评估。例如，专业运动员和非专业运动员可能均试图通过在渐进的体育训练期间测量这些参数来定量评估训练课程的有效性。有效的运动训练课程通常会同时提高无氧阈值和耗氧速率。 

人体组织的耗氧速率可由经过训练的操作人员使用复杂昂贵的气体分析设备来测量。这种测量通常在实验室进行。与之相对，无氧阈值可临场测定，但通常包括多次侵入性测量(例如多次抽血，通常通过指刺获得血滴)。因而，无氧阈值的测量可能既费时又令受检者不适。 

发明内容

本发明披露了用于非侵入性测量运动训练过程中的无氧阈值和耗氧速率以监测运动机能例如运动能力和健康水平的系统和方法。耗氧测量提供了对个体代谢速率的定量评估。 

如本文所用，“耗氧速率”是指从充氧血液中消除氧气的速率(特别是在身体活动过程中，尽管氧消耗时刻在发生)。具体地，相对于身体静止期 间的耗氧速率，紧张的身体活动过程中(例如体育赛事或训练期间)肌肉组织中的血氧消耗速率可明显增大。出于本发明的目的，受检者组织中的耗氧速率等同于摄氧速率。尽管术语耗氧速率在学术文献中更为常用并且本文将始终使用该术语，但应当理解术语“摄氧速率”与本文所述的耗氧速率意思相同。 

此外，如本文所用，“无氧阈值”是指受检者血液中乳酸盐浓度的变化速率随逐渐增加的付出(例如逐渐增强的体力活动)而增大时的耗氧速率。换言之，对于经受逐渐增强的运动强度直至达到无氧阈值的受检者，该受检者的血液乳酸盐浓度在此期间以基本恒定的速率增大。一旦达到受检者的无氧阈值，该受检者的血液乳酸盐浓度随即开始以明显加快的速率上升(尽管可能仍为恒定速率)。在生理学上，无氧阈值相应于组织中的乳酸盐产生速率超过乳酸盐消除速率的时刻，和/或CO₂产生速率明显加快的时刻。 

机能监测器通过测量反射率和/或吸收率测定组织(例如人或动物受检者)的近红外光谱，以定量确定生理参数例如组织的pH、血细胞比容和氧饱和度。可根据其中一项或多项参数确定无氧阈值。可利用这些参数以及心率和动脉氧饱和度的测量结果，确定耗氧速率。可使用本文披露的系统和方法确定无氧阈值，而无需进行多次侵入性测量(例如连续抽血)且无需令受检者完成最大限度的训练课程。因而，能够在不借助代谢车(metabolic cart)和/或精密的气体分析设备以及经过训练的操作人员的情况下，确定耗氧速率。 

本文披露的机能监测器能够以便携式监测器的形式得以实现，该便携式监测器经配置与受检者例如人类患者或动物如马或狗连接。例如，用于确定无氧阈值和耗氧速率其中之一或所述两者的便携式监测器经配置可借助可调节(例如弹性)绑带或粘性垫片直接与受检者的手臂或腿部连接。择一地或附加地，便携式监测器可与例如衣服的绑带或腰带连接，传感器可从监测器中伸出并借助连接机构例如粘性垫片与受检者的皮肤连接。可使用单个机能监测器测量无氧阈值和耗氧速率两者，或者可使用独立的机能监测器测量所述量值中的一个或两个。机能监测器可向显示器和/或存储介质传输(例如无线传输)数据，包括生理参数例如无氧阈值和耗氧速率。另外，机能监测器可经由网络(包括有线网络和无线网络)传输数据。 

一般而言，第一方面，本发明提供人或动物受检者的无氧阈值的测定 方法，其中所述方法包括：使受检者的组织暴露于光照辐射；采集组织所发出的辐射，所发出的辐射包括组织反射或透射的一部分光照辐射；处理所发出的辐射以生成组织的光谱；基于所述组织的光谱确定受检者的无氧阈值。 

所述方法的实施方案可包括下述特征中的一种或多种。 

所述方法可包括基于组织中分析物的多个浓度值确定无氧阈值。