[リサーチ] PACERはどれほど正確か？ - 実験室機器との比較検証

パーソナルCPET、なぜPACERだけが実現できたのか

近年、CPET（心肺運動負荷試験）はエリート選手や病院検査だけでなく、ランナーやサイクリストをはじめとする全ての有酸素運動参加者にとって、重要なフィットネス指標となっています。
この流れを受けて、Neumafit では、運動生理学者、AI 開発者、生体信号工学者、流体・空気力学専門家、元ナショナルトレーナー、そして人体工学に基づくウェアラブル設計の研究者が集結し、PACER プロジェクトがスタートしました。
彼らは独自開発の AI 呼吸解析アルゴリズム、高精度センサー設計、リアルタイム流量計算技術、屋外対応マスク構造を融合し、実験室機器と同等レベルの正確性を持つウェアラブル CPET の実現を目指しました。そして、ついにそれを実現したのです。
その精度を客観的に証明するために、私たちは 2 段階の実験を実施しました。第 1 段階では実験室環境における PACER の解析アルゴリズムの精度を検証し、第 2 段階では実際の運動環境下において PACER と COSMED K5 の測定結果を比較分析しました。

第1段階 - PACERアルゴリズムの検証

PACER の精度を証明する最初のステップは、アルゴリズム自体の計算能力を精密に検証することでした。
そのために、ランニングサイエンス専門の研究所と協力し、多層的かつ繰り返しの比較実験を設計しました。
実験では COSMED Quark CPET といった実験室基準の機器を使用し、VE、VT、BF などの主要な呼吸指標を被験者から収集。
そのデータを PACER の内部アルゴリズムに入力し、VO₂ および VCO₂ を計算。これを Quark が実測した値と精密に比較・分析しました。

ここで重要なのは、PACER がガスセンサーを使用せず、呼吸リズム・パターン・周期・深さ、心拍数・心拍変動、運動量など 20 種以上のバイオシグナルを活用し、ディープラーニングによって酸素摂取量・二酸化炭素排出量を推定しているという点です。
従来の CPET 機器がガス分析で直接測定する値を、PACER は信号パターンの計算だけで導き出そうとしたのです。
そして、その結果は予想を上回るものでした。

PACER が算出した VO₂、VCO₂ は、Quark の測定値と平均 96.7%以上の一致率を示し、特にピーク時や変化区間においては 98.3%の一致率を記録しました。
これは、PACER の中核アルゴリズムが従来の高精度機器と比べても信頼できるレベルの計算を提供していることを意味します。
この検証により、PACER が不安定なガスセンサーに依存しない、正確な解析モデルを内蔵したインテリジェントなシステムであることが証明されました。
ガスセンサー非依存により PACER は以下の利点を持ちます：

センサーの予熱不要
センサーのキャリブレーション不要
センサー交換コストの削減
長期間の使用でも一貫した解析精度を保持

第2段階 - 実使用環境におけるPACERの検証

第 1 段階でアルゴリズムの精度を確認した後、PACER 全体システムの実使用環境における性能を検証する第 2 の実験を設計しました。
この段階では、複数の年齢層・気温・湿度・高強度運動条件下において、データ解析精度と処理の安定性が確保されているかを検証しました。

30 人の参加者を対象に、PACER と COSMED Quark CPET の両方を装着し、ランニングとサイクリングのテストを実施。
実験は以下の 2 セットで構成されました：

第 1 実験：PACER（屋内） vs Quark（屋内）
第 2 実験：PACER（屋外） vs Quark（屋内）

すべてのテストは秒単位で正確に同期された環境下で行われ、測定項目は VO₂、VCO₂、RER、Fatmax、LT1・LT2 など、CPET の主要解析指標全体をカバーしました。
その結果、PACER は屋内テストで平均 97.5%の一致率を記録し、屋外環境でもわずかなノイズを除けば 96%以上の高精度を維持しました。
特に VO₂ や RER のトレンドカーブは Quark 機器とほぼ同じ形で、Fatmax および乳酸閾値ポイントも ±0.4 km/h の誤差範囲内で検出され、トレーニングへの実質的な影響はないと評価されました。

この結果は、PACER がガスセンサーを用いずに定量的な信頼性を確保した、世界初のウェアラブル CPET 機器であることを示しています。
また、実験室を離れた現実的な屋外環境でも安定した性能を発揮するという点において、一般ユーザーが信頼して使えるレベルの完成度に達していることが証明されました。

まとめと展望

第 2 段階では、複数の年齢層・気候条件・高強度運動状態でも、PACER が解析精度と処理安定性を維持できることを確認しました。
ラボ機器に匹敵する精度を持つウェアラブルデバイスとしての性能は、単なる技術的達成に留まりません。
それは、CPET の大衆化を可能にする前提条件であり、すべてのユーザーに信頼できるパフォーマンスフィードバックを提供できる根拠です。
PACER は今後もアルゴリズムの改善と実測実験を重ねながら、より高精度かつ現実的な代謝分析ツールへと進化していきます。