DE69424982T2

DE69424982T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen eines Fitnessindex

Info

Publication number: DE69424982T2
Application number: DE69424982T
Authority: DE
Inventors: Burton H. Birnbaum
Original assignee: Polar Electro Oy
Current assignee: Polar Electro Oy
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: DE69424982D1; EP0650695A3; US5456262A; EP0650695A2; EP0650695B1; DE650695T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Herzschlags eines Menschen während der körperlichen Leistung auf einem Übungsgerät, wie zum Beispiel einem Fahrradergometer oder einem Laufband.
Bei verschiedenen Arten der körperlichen Betätigung und des Fitnesstrainings ist es inzwischen üblich, den Herzschlag über verschiedene handgehaltene Meßgeräte mit einer Übertragung über Draht oder drahtlos zwischen einem eigenen am Körper getragenen Sender und einem am Handgelenk getragenen Empfänger zu messen. Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel im US- Patent Nr. 4,625,733 beschrieben.
Auf der anderen Seite ist es bekannt, die Verwendung programmierbarer Übungsgeräte, wie zum Beispiel Fahrradergometer mit der Verwendung von Pulsmeßgeräten zu kombinieren, wie das im US-Patent Nr. 5,067,710 der Fall ist.
Ein sehr signifikanter Index für den Fitness-Zustand eines Menschen wäre der mittlere Pulswert, der aus während einer gesamten erbrachten Leistung gemessenen Pulswerten berechnet würde. Diese Art von Index ist jedoch nicht nützlich, wenn sich die Leistung von einem Mal auf das andere ändert, wie das beim Sport unvermeidlich ist, was an äußeren Umständen liegt, wie zum Beispiel dem Wetter, Störungen durch andere Leute, Fehler durch den Sportler selbst usw. Wenn man das Problem also anders betrachtet, so gibt es bisher eigentlich keinen zuverlässigen Index zum Anzeigen eines konstanten Pegels für die Herzleistung für den jeweiligen Fall eines Fitnesstests. Dies wiederum bedeutet, daß ein bestimmter Herzleistungsindex das Ziel ist und die Übung weitergeführt und/oder verändert wird, bis dieser Zielindex erreicht wird.
Wir haben festgestellt, daß es wünschenswert ist, ein Verfahren zum Messen eines Fitnessindex vorzusehen, der leicht zu messen und zu berechnen ist und der ein genauer Indikator für die Fortschritte beim Fitnesstraining ist, wenn er eini germaßen oft oder über einen entsprechenden Zeitraum durchgeführt wird.
Außerdem haben wir festgestellt, daß es wünschenswert ist, eine einfache und zuverlässige Art und Weise vorzusehen, wie ein Mensch genau oder annähernd genau den gleichen Level an Leistung erzielen kann, wenn ein erfindungsgemäßer Fitnesstest durchgeführt wird.
Außerdem haben wir erkannt, daß es wünschenswert ist, eine genau bekannte Vorrichtung zum Messen des Herzschlags mit einem Übungsgerät, wie zum Beispiel einem Fahrradergometer oder einem Laufband, zu kombinieren, um eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Berechnen des Fitnessindex vorzusehen.
Es ist also ein Verfahren zum Messen des Herzpulses einer auf einem Trainingsgerät eine körperliche Leistung erbringenden Person, bei dem ein Impulsdaten beinhaltendes Signal verarbeitet und dem Benutzer des Trainingsgeräts die Pulsfrequenz angezeigt wird, vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- Erfassen und Übertragen eines Herzpulssignals während des Trainings, wobei Elektroden und ein Sender am Körper der trainierenden Person angebracht sind,
- Empfangen des gesendeten Pulssignals durch einen mit dem Trainingsgerät verbundenen Empfänger,
- Verarbeiten des empfangenen Pulssignals, gekennzeichnet durch
- Programmieren des Trainingsgeräts, so daß es der trainierenden Person während eines vorbestimmten Zeitraums eine vorbestimmte Trainingsabfolge vorgibt, und
- Berechnen eines mittleren Pulswerts aus dem während des gesamten Trainings empfangenen Pulssignal am Ende des vorbestimmten Zeitraums und Anzeigen des Werts an die trainierende Person.
Ein Pulsmittelwert, der normalerweise niedriger wird, z. B. in wöchentlich oder monatlich wiederholten Messungen, bedeutet einen erhöhten Fitnesslevel, ein erhöhter Wert bedeutet einen verringerten Fitnesslevel, oder daß etwas mit dem Trainingsprogramm der fraglichen Person nicht stimmt.
In dem Fall, daß die Leistung des Körpers des Benutzers, d. h. die "Herzleistung" auf einem konstanten Level gehalten werden soll, kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Vorsehen eines bestimmten Pulsmittelwerts als Index verwendet werden. Wenn der Indexwert erreicht wurde, kann die Übung abgebrochen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im wesentlichen die Kombination des Übungsgeräts, eines Herzschlagdetektors und eines Pulssignalsenders, eines Pulssignalempfängers mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen eines Pulsmittelwerts während eines vorbestimmten Zeitintervalls und eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des berechneten Pulsmittelwerts an den Benutzer auf.
Ein modernes programmmierbares Fahrradergometer oder Laufband bieten natürlich die einfachste Möglichkeit für das Übungsgerät der vorliegenden Erfindung. Es ist aber auch möglich, andere Arten von Übungsgeräten vorzusehen, wie zum Beispiel Rudermaschinen, mit den nötigen Einrichtungen zum Durchführen der Erfindung.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert, die nun herangezogen werden sollten.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Gesamtansicht eines modernen Fahrradergometers, das von einer Person benutzt wird, die einen telemetrischen Pulssender am Körper trägt,
Fig. 2 eine Gesamtansicht eines modernen Laufbands, das von einer Person benutzt wird, die einen telemetrischen Pulssender am Körper trägt,
Fig. 3 eine Ansicht der Steuerkonsole der Steuerungseinheit eines mit einer Pulsempfangs- und -verarbeitungseinrichtung zum Durchführen der Erfindung ausgerüsteten programmierbaren Fahrradergometers.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines modernen Fahrradergometers 1, das von einer Person 2 benutzt wird, die einen telemetrischen Pulssender 3 trägt, der mit einem Riemen um die Brust getragen wird. Während der Übung soll der Benutzer während des Testintervalls die Pedale 5 mit konstanter Geschwindigkeit treten. Die Pedale sind über eine Kette 6 mit einem Hinterrad 7 verbunden, das mit einer (nicht dargestellten) variablen Belastungs- bzw. Widerstandseinrichtung verbunden ist, die von einer Steuerungseinheit 8 des Fahrradergometers gesteuert wird.
Die Steuerungseinheit 8 des Fahrradergometers 1 kann eine mikroprozessorgesteuerte Zeitmessungs- und Widerstandssteuerungsvorrichtung sein, wie sie zum Beispiel in dem schon genannten US-Patent Nr. 5,067,710 beschrieben ist. Mit der Steuerungseinheit kann ein beliebiges Übungsprogramm, einschließlich der Simulation von mehr oder weniger steilen Bergen und sogar Rennbahnen simuliert werden, die in einer gewünschten Reihenfolge aufeinander folgen. Es ist, kurz gesagt, möglich, für das Fahrradergometer innerhalb eines gewünschten Testintervalls ein beliebiges vorstellbares Muster von Laufwiderständen zu konzipieren. Die Konzeption geeigneter Testprogramme ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung, und es wird vorausgesetzt, daß die die Leistung erbringende Person vom Trainer oder vom Arzt mit einem geeigneten Testprogramm versorgt wurde.
Während der Übung oder während der Testperiode erfassen die (nicht dargestellten) Elektroden, die an der Brust des Benutzers befestigt sind und ein Teil der Sendereinheit 3 sind, das Herzschlagsignal, das im Sender in ein Wechselstromsignal umgewandelt wird, das eine oder mehrere Telemetriespulen in der Sendereinheit 3 mit Strom versorgt. Während seines Durchgangs durch die Spulen erzeugt das Wechselstromsignal ein entsprechendes Magnetfeld, das von einer entsprechenden Spule in der Empfängereinheit erfaßt wird, die in die Steuereinheit 8 integriert oder an ihr angebracht ist. Das grundlegende Verfahren zur Telemetriemessung ist im oben genannten US- Patent Nr. 4,625,733 offenbart, dessen Lehre hier als Referenz mit einbezogen ist. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung ist es natürlich möglich, Pulssignale über Drahtverbindungen zwischen der Sender- und der Empfängereinrichtung zu senden und zu empfangen.
In Fig. 2 ist ein Laufband 6 gezeigt, das von einer Person benutzt wird, die einen telemetrischen Pulssender 3 trägt, der mit einem Riemen 4 um die Brust befestigt ist. Während der Übung soll der Benutzer während des Testintervalls mit einer konstanten oder veränderlichen Geschwindigkeit auf dem Laufband laufen. Der grundlegende Betrieb sowie die Messungs- und Berechnungsprinzipien eines Fitnessindex sind die gleichen wie im Fall des Fahrradergometers. Da programmierbare Laufbänder auf dem Markt verfügbar sind, ist es Ärzten und Trainern bekannt, wie geeignete Testprogramme für auf dem Laufband trainierende Leute konzipiert werden.
In Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer Konsole 9 der Steuerungseinheit 8 eines programmierbaren Fahrradergometers nach Fig. 1 gezeigt. Wie oben erwähnt, kann die Steuerungseinheit 8 eine Pulsempfangs- und -verarbeitungseinrichtung zum Durchführen der Erfindung als solche aufweisen, oder sie können wahlweise auch als getrennte Einheit vorgesehen sein, die über eine Standard-Computerschnittstelle, wie zum Beispiel eine serielle RS-232-Schnittstelle, mit der Steuerungseinheit 8 verbunden ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird eine integrierte Version der Pulsempfangs- und -verarbeitungseinrichtung angenommen. Auf der Konsole können ziemlich herkömmliche Geschwindigkeits- und Zeituhranzeigeeinrichtungen 10 und 11 gesehen werden. Der Geschwindigkeitsmesser 10 hilft der das Fahrradergometer benutzenden Person, während der gesamten Übung eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, was entscheidend ist, wenn die jeweils zu den Testanlässen vorgenommenen Tests vergleichbar sein sollen.
Die Zeituhr 11 zeigt die seit Beginn des Tests abgelaufene Zeit. Das ausgewählte Übungsprofil ist als eine Spur aufleuchtender Komponenten, wie zum Beispiel Leuchtdioden, auf der Anzeige 12 zu sehen. Der Lastkoeffizient des Profils, der getrennt gewählt werden kann, zum Beispiel aus Werten zwischen 0 und 9, ist auf der Anzeige 13 angezeigt. Im Fall eines Laufbands wird die Veränderung in der Übungsleistung zum Beispiel durch Einstellen und/oder Verändern der Laufgeschwin digkeit auf dem Band in einem vorbestimmten Muster nach dem Leistungspegel des Benutzers erzielt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Programmiertastenfeld hier nicht gezeigt. Die Anzeige 14 ist die Anzeige des Pulses. Es kann zwischen einem ständigen Pulsanzeigemodus (Drücken der Taste C), bei dem die Pulsfrequenz des Benutzers zum jeweiligen Moment gezeigt wird, und einem Mittelpulswertanzeigemodus (Drücken der Taste M) gewählt werden, der aufgrund der bis zu diesem Zeitpunkt gesammelten Daten den berechneten Durchschnittspulswert anzeigt. Je nach Betriebsmodus kann die Steuerungseinheit 8 ein hörbares oder sichtbares Signal abgeben, wenn die vorbestimmte Leistungszeit vorüber ist (Leistung, die durch ein konstantes Übungsprogramm erbracht wurde), oder wenn der vorbestimmte mittlere Pulswert erreicht wurde (konstante Herzleistung, die durch ein veränderliches Übungsprogramm erreicht wurde). Außerdem kann der entsprechende mittlere Pulswert in der Pulsanzeige auch über einen geeigneten Zeitraum eingefroren werden, so daß die Testperson oder der Trainer das Ergebnis ablesen und sich merken kann.
Die Verarbeitung der empfangenen Pulssignale kann ein kumulatives Speichern der gemessenen Pulswerte in einem Speicher der Empfangsreinrichtung sowie ein Verarbeiten der Werte mit Hilfe des in der Empfangseinrichtung integrierten Mikrocomputers umfassen. Außerdem ist es möglich, einen mathematischen Algorithmus zu verwenden, der ständig den Mittelwert der akkumulierten gemessenen Pulsfrequenzen berechnet, wodurch eine weitgehende Speicherung der Pulsfrequenzen nicht nötig ist. Weiter ist es eine übliche Konstruktionsüberlegung für den Fachmann, ob die Mittelwertverarbeitungseinrichtung in einer (getrennten) Empfängereinrichtung oder in der Steuerungseinheit des Übungsgeräts enthalten sein soll.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sind; vielmehr wird die Erfindung durch die Ansprüche eingeschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Herzpulses einer auf einem Trainingsgerät eine körperliche Leistung erbringenden Person, bei dem ein Impulsdaten beinhaltendes Signal verarbeitet und dem Benutzer des Trainingsgeräts die Pulsfrequenz angezeigt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Erfassen und Übertragen eines Herzpulssignals während des Trainings, wobei Elektroden und ein Sender am Körper der trainierenden Person angebracht sind,

- Empfangen des gesendeten Pulssignals durch einen mit dem Trainingsgerät verbundenen Empfänger,

- Verarbeiten des empfangenen Pulssignals,

gekennzeichnet durch

- Programmieren des Trainingsgeräts, so daß es der trainierenden Person während eines vorbestimmten Zeitraums eine vorbestimmte Trainingsabfolge vorgibt, und

- Berechnen eines mittleren Pulswerts aus dem während des gesamten Trainings empfangenen Pulssignals am Ende des vorbestimmten Zeitraums und Anzeigen des Werts an die trainierende Person.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem folgenden weiteren Schritt: Warnen der trainierenden Person, wenn ein vorbestimmter mittlerer Pulswert erreicht ist und Anzeigen des Werts an die trainierende Person.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Verarbeitens den Schritt des Speicherns des empfangenen Pulssignals beinhaltet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Fahrradergometer als Trainingsgerät verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Laufband als Trainingsgerät verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei telemetrische Funkkommunikation zum Erfassen und Übertragen eines Herzpulssignals während des Trainings von einem am Körper der trainierenden Person angebrachten telemetrischen Sender an einen mit dem Trainingsgerät verbundenen Empfänger verwendet wird.

7. Vorrichtung zum Messen des Herzpulses einer Person während der Erbringung einer körperlichen Leistung, mit

einem Trainingsgerät (1),

einer Herzpuls-Erfassungseinrichtung (3) zum Erzeugen von den erfaßten Herzschlagpuls anzeigenden Herzschlagimpulssignalen,

einer Pulssignal-Übertragungseinrichtung (3) zum Übertragen der Pulssignale,

einer Empfangseinrichtung (8) zum Empfangen der übertragenen Signale,

gekennzeichnet durch

das Anordnen des Trainingsgeräts in der Weise, daß während eines vorbestimmten Zeitraums der trainierenden Person eine vorbestimmte Trainingsabfolge vorgegeben wird, und durch eine Verarbeitungseinrichtung (8) zum Berechnen eines mittleren Pulswerts aus dem während der gesamten Leistungsperiode empfangenen Pulssignals am Ende des vorbestimmten Zeitraums und eine Anzeigeeinrichtung (13) zum Anzeigen des berechneten mittleren Pulswerts an die trainierende Person.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Empfangseinrichtung eine durch eine Computer-Schnittstelle mit einer Steuereinrichtung des Trainingsgeräts verbundene getrennte Einheit ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Empfangseinrichtung eine in die Steuereinrichtung des Trainingsgeräts integrierte Einheit ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das Trainingsgerät ein Fahrradergometer aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das Trainingsgerät ein Laufband aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Übertragungseinrichtung einen am Körper der trainierenden Person angebrachten telemetrischen Funksender und die Empfangseinrichtung einen mit dem Trainingsgerät verbundenen telemetrischen Funkempfänger aufweist.