專利名稱：通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體體能測試方法，尤其是一種通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置及方法，可隨時(shí)偵測運(yùn)動員現(xiàn)階段在維持穩(wěn)定狀態(tài)的最佳運(yùn)動強(qiáng)度，以作為調(diào)整運(yùn)動訓(xùn)練方向的參考依據(jù)。
無氧閾值(Anaerobic threshold，簡稱AT)對于運(yùn)動訓(xùn)練效果，是公認(rèn)最重要及最有效的參考之一，師范大學(xué)林正常教授所著“運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指引，P216，1996師大書苑”有詳盡敘述，同一著作P219進(jìn)一步闡述1981年Moritani等人(Moritani，T.，A.Nagata，H.A.Devries and M.Muro，Critical power as a measure of physical work capacity and anaerobicthreshold.Egonomics，24，5，339-350，1981)將臨界功率(Critical Power)的概念應(yīng)用在腳踏車運(yùn)動訓(xùn)練上；1984年Hughson等人(Hughson R，L.，C.J.Orok and L.E.Staudt，A high velocity treadmill running testto assess endurance running potential，International Journal of SPortMadicine，5，23，-25，1984)將相同概念應(yīng)用在跑步機(jī)運(yùn)動訓(xùn)練上，以說明能夠連續(xù)極長時(shí)間的跑步速度(臨界速度)，證明臨界功率在運(yùn)動訓(xùn)練上的價(jià)值；1992年Wakayoshi等人(Wakayoshi，k.，k.Ikuta，T.Yoshita，M.Udo，T.Moritani，Y.Mutoh，Miyashita，M.Determination and validityof critical velocity as an Index of swimming performance In thecompetitive swimmer.Europe Journal of Applied Physology，64，152-157，1992)發(fā)現(xiàn)游泳運(yùn)動時(shí)無氧閾值與臨界功率的相關(guān)性達(dá)到0.818，實(shí)際上沒有顯著的差異。
事實(shí)上，無氧閾值除了上述運(yùn)動訓(xùn)練的參考外，對于運(yùn)動傷害上的避免亦有極重要的參考依據(jù)，因?yàn)檫\(yùn)動員在無氧閾值以上的功率運(yùn)動時(shí)，體內(nèi)因運(yùn)動而產(chǎn)生的廢物開始累積，容易發(fā)生運(yùn)動傷害，因此，無氧閾值是運(yùn)動訓(xùn)練效率的重要基準(zhǔn)，也是避免運(yùn)動傷害的警訊。
然而，無氧閾值的測定需要昂貴的設(shè)施，以致早期欲了解運(yùn)動員的臨界功能，必須以實(shí)際運(yùn)動來測試，之后再以醫(yī)學(xué)抽血等方式配合昂貴的檢測儀器來得知無氧閾值，進(jìn)而了解運(yùn)動員的臨界功率，顯然必須支付費(fèi)用與漫長的時(shí)間等待(數(shù)小時(shí)之久)，以致運(yùn)動者無法在日常訓(xùn)練中應(yīng)用受益；上述Moritani教授根據(jù)其臨床測試統(tǒng)計(jì)，證實(shí)可以以偵測及分析運(yùn)動時(shí)心跳特性資料來測定無氧閾值，本發(fā)明人即以Moritani教授的理論，應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)及電子科技，在運(yùn)動車上設(shè)置計(jì)算及顯示裝置，提供運(yùn)動者無氧閾值的測試及適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動訓(xùn)練建議。
故，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置及方法，不用抽血即可運(yùn)用此方法達(dá)到快速檢測出無氧閾值的功能。
本發(fā)明的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置包括一數(shù)據(jù)輸入單元、一負(fù)荷等級選擇單元、一偵測計(jì)算單元及一顯示單元。
本發(fā)明的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的方法，其步驟依序如下(一)啟動無氧閾值(Anaerobic threshold，簡稱AT)測試程序；(二)接著，在運(yùn)動機(jī)臺設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入單元上輸入運(yùn)動者個(gè)人的年齡、體重、性別等資料，而由該資料求得測試最高心跳值；(三)再接著，由運(yùn)動者在負(fù)荷等級選擇單元選擇測試等級，同時(shí)配戴心跳發(fā)射器，使機(jī)臺的接收器能接收到運(yùn)動者的心跳狀況；(四)然后，運(yùn)動者進(jìn)入運(yùn)動機(jī)臺進(jìn)行在負(fù)荷等級選擇單元上所選擇負(fù)荷量的熱身運(yùn)動；(五)然后，運(yùn)動者熱身過后，運(yùn)動機(jī)臺會依所選擇負(fù)荷等級來調(diào)整運(yùn)動功率增量，以逐漸加速運(yùn)動訓(xùn)練負(fù)荷；(六)同時(shí)間，機(jī)臺的偵測計(jì)算單元會偵測并記錄運(yùn)動者此時(shí)運(yùn)動所產(chǎn)生的心跳周期，接著并以每隔一預(yù)定秒數(shù)時(shí)間計(jì)算平均心跳周期，再以此數(shù)據(jù)計(jì)算心跳周期差量；(七)接著，比對是否已達(dá)測試最高心跳值，如果是的話，依運(yùn)動者心跳周期差量的變化而產(chǎn)生一回歸曲線，再利用回歸曲線算出無氧閾值(AT)，進(jìn)而由顯示單元顯示出相關(guān)參考數(shù)據(jù)。
應(yīng)用本發(fā)明的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置及方法，可在運(yùn)動者運(yùn)動的過程中，以很短的時(shí)間測出運(yùn)動者的AT相關(guān)數(shù)值資料，亦即測得運(yùn)動者的臨界功率，對于運(yùn)動員來說，極具有參考的價(jià)值，能隨時(shí)幫助運(yùn)動員或個(gè)人了解本身的體能狀況及協(xié)助教練安排運(yùn)動員的訓(xùn)練課程，改善了傳統(tǒng)一般的抽血及配合昂貴檢驗(yàn)儀器檢測方式，撿測上極為省時(shí)方便。
以下為本發(fā)明附圖

圖1所示系本發(fā)明實(shí)施例的流程圖(一)；圖2所示系本發(fā)明實(shí)施例的流程圖(二)；圖3所示系本發(fā)明實(shí)施例的回歸曲線圖；圖4所示系本發(fā)明實(shí)施例的公式表。
圖中元件參數(shù)說明數(shù)據(jù)輸入單元10負(fù)荷等級選擇單元20偵測計(jì)算單元30顯示單元40下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述首先，請參閱圖1和2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的測試流程圖。
本發(fā)明的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置包括一數(shù)據(jù)輸入單元10，可依輸入的年齡、體重及性別等數(shù)據(jù)來判讀最高心跳值；一負(fù)荷等級選擇單元20，具有幾個(gè)負(fù)荷等級，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)定有O-4五個(gè)等級，每一負(fù)荷等級具有首先的熱身階段及負(fù)荷增加階段兩個(gè)階段；其中，熱身階段具有固定負(fù)荷且具一被設(shè)定的熱身時(shí)間，于熱身時(shí)間過后，即進(jìn)入負(fù)荷增加階段；負(fù)荷增加階段設(shè)定為每設(shè)定時(shí)間即增加一預(yù)定負(fù)荷量，以累進(jìn)方式增加負(fù)荷量；一偵測計(jì)算單元30，用以偵測及紀(jì)錄使用者于運(yùn)動機(jī)臺上運(yùn)動隨時(shí)的心跳值及運(yùn)動負(fù)荷量，并加以運(yùn)算，且偵測無氧閾值A(chǔ)T臨界點(diǎn)；及一顯示單元40，用以顯示由偵測計(jì)算單元30所偵測及運(yùn)算出的參考數(shù)據(jù)，如AT心跳值、AT運(yùn)動功率值、AT攝氧量、最大運(yùn)動功率、最大攝氧量等。
本發(fā)明無氧閾值(AT)的測試步驟說明如下(一)啟動無氧閾值(AT)點(diǎn)測試程序。
(二)接著，在運(yùn)動機(jī)臺設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入單元10的操作畫面上輸入運(yùn)動者個(gè)人的年齡、體重、性別等資料，輸入完畢后，按下確認(rèn)鍵，機(jī)臺則會由運(yùn)動者所輸入的資料求得測試最高心跳值(HRlimit)，其公式請參閱圖4(A)所示。
(三)再接著，由運(yùn)動者在該運(yùn)動機(jī)臺的負(fù)荷等級選擇單元20上依個(gè)人體能狀況選擇測試等級，本發(fā)明實(shí)施例計(jì)設(shè)有0-4五個(gè)等級，等級愈低者運(yùn)動功率愈低，同時(shí)在運(yùn)動者身上配戴心跳發(fā)射器，使機(jī)臺的接收器能接收到運(yùn)動者的心跳狀況。
(四)然后，即進(jìn)入機(jī)臺(如運(yùn)動腳踏車或跑步機(jī)等)所預(yù)定的熱身運(yùn)動程序，啟時(shí)，機(jī)臺先提供使用者作在設(shè)定時(shí)間的熱身運(yùn)動，在設(shè)定時(shí)間過后，即依使用者所選擇測試等級會在每一設(shè)定時(shí)間(如1分鐘或2分鐘不等)逐次增加負(fù)荷，假設(shè)測試等級“0”在熱身階段的負(fù)荷為W1，但熱身階段過后，每一設(shè)定時(shí)間一到即增加W2的負(fù)荷，即第一設(shè)定時(shí)間到時(shí)負(fù)荷量為W1+W2，第二設(shè)定時(shí)間到時(shí)為W1+2W2，以此類推的增加負(fù)荷量。
(五)同時(shí)間，機(jī)臺的偵測計(jì)算單元30會偵測并記錄運(yùn)動者隨時(shí)運(yùn)動所產(chǎn)生的心跳周期，接著并在每一設(shè)定的固定時(shí)間計(jì)算平均心跳周期“Rn”，再以此數(shù)據(jù)來計(jì)算心跳周期差量P＝[sum(Rn-Rn+1)2/M](其中，M為在每一固定時(shí)間(設(shè)在T秒)內(nèi)的心跳周期次數(shù)減去1)，簡單的說，若完成4×T時(shí)間的測試，則經(jīng)過4個(gè)T秒周期，則此M值為4個(gè)周期減去1等于3(即M＝4-1＝3)。
(六)這時(shí)候機(jī)臺并會同步檢測運(yùn)動者是否已達(dá)測試最高心跳值(HRlimit)，如果運(yùn)動者尚未達(dá)到測試最高心跳值(計(jì)算公式如第四圖的(A)所示)，則會回到圖1的第(六)步驟，繼續(xù)運(yùn)動增量的訓(xùn)練負(fù)荷；反之，如果運(yùn)動者已達(dá)到測試最高心跳值，則可利用回歸曲線算出AT值(如圖3所示，AT點(diǎn)即為斜率為“0”的點(diǎn))；其中，此所謂的回歸曲線是由檢測運(yùn)動者在一段時(shí)間運(yùn)動后，其心跳周期差量P的曲線變化，如在AT的左邊區(qū)域內(nèi)，則屬于有氧區(qū)，在有氧區(qū)所作的運(yùn)動稱為有氧運(yùn)動，有氧運(yùn)動可作為醫(yī)療上如心臟病的復(fù)健、減肥、增強(qiáng)心肺耐力等功能；反之，在AT的右邊區(qū)域內(nèi)，則屬于無氧區(qū)，在無氧區(qū)所作的運(yùn)動稱為無氧運(yùn)動，不過由于無氧運(yùn)動會導(dǎo)致乳酸堆積、CO2產(chǎn)生、體熱的產(chǎn)生等等，因此，無氧運(yùn)動無法持續(xù)很久，然卻可訓(xùn)練運(yùn)動者增強(qiáng)肌力、爆發(fā)力、肌肉量(如健美)等功能，故在運(yùn)動訓(xùn)練上有其必要性，而界于有氧區(qū)與無氧區(qū)兩者間的臨界點(diǎn)值則稱為AT值。
(七)利用前述回歸曲線即可依序求得AT心跳值(ATHR，即AT點(diǎn)當(dāng)時(shí)的心跳值)、AT運(yùn)動功率值(AT watt即AT點(diǎn)當(dāng)時(shí)的運(yùn)動功率值)、AT攝氧量(AT VO2)求得的公式如圖4的(D)所示、最大運(yùn)動功率(Max.work load(watt))、最大攝氧量(VO2max)其公式表請參閱圖4(F)所示。
(八)最后機(jī)臺上的顯示單元40可顯示1.AT Heart Rate(bpm)→即AT點(diǎn)當(dāng)時(shí)的心跳值。
2.AT VO2(mL/kg/min)→公式如圖4的(E)所示。
3.VO2max(mL/kg/min)→公式如圖4的(G)所示。
4.AT work load(watt)→即AT點(diǎn)當(dāng)時(shí)運(yùn)動功率值。5.HR max(m)→公式如圖4的(c)所示，即最大心跳值。6.Max.work load(watt)→即最大運(yùn)動功率值。其中，bpm指每分鐘心跳次數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的裝置，其特征是該裝置包括一數(shù)據(jù)輸入單元、一負(fù)荷等級選擇單元、一偵測計(jì)算單元及一顯示單元。
2.采用如權(quán)利要求1所述裝置的一種通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的方法，其特征是該測定方法的測試步驟依序如下(一)啟動無氧閾值(Anaerobic threshold，簡稱AT)測試程序；(二)接著，在運(yùn)動機(jī)臺設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入單元上輸入運(yùn)動者個(gè)人的年齡、體重、性別等資料，而由該資料求得測試最高心跳值；(三)再接著，由運(yùn)動者在負(fù)荷等級選擇單元選擇測試等級，同時(shí)配戴心跳發(fā)射器，使機(jī)臺的接收器能接收到運(yùn)動者的心跳狀況；(四)然后，運(yùn)動者進(jìn)入運(yùn)動機(jī)臺進(jìn)行在負(fù)荷等級選擇單元上所選擇負(fù)荷量的熱身運(yùn)動；(五)然后，運(yùn)動者熱身過后，運(yùn)動機(jī)臺會依所選擇負(fù)荷等級來調(diào)整運(yùn)動功率增量，以逐漸加速運(yùn)動訓(xùn)練負(fù)荷；(六)同時(shí)間，機(jī)臺的偵測計(jì)算單元會偵測并記錄運(yùn)動者此時(shí)運(yùn)動所產(chǎn)生的心跳周期，接著并以每隔一預(yù)定秒數(shù)時(shí)間計(jì)算平均心跳周期，再以此數(shù)據(jù)計(jì)算心跳周期差量；(七)接著，比對是否已達(dá)測試最高心跳值，如果是的話，依運(yùn)動者心跳周期差量的變化而產(chǎn)生一回歸曲線，再利用回歸曲線算出無氧閾值(AT)，進(jìn)而由顯示單元顯示出相關(guān)參考數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的方法，其特征是該負(fù)荷等級選擇單元可具有幾個(gè)級距，且每個(gè)級距皆具有首先的熱身階段及熱身階段過后的負(fù)荷增加階段，該負(fù)荷增加階段可為每一設(shè)定時(shí)間便增加一設(shè)定負(fù)荷量的方式增加負(fù)荷量。
4.如權(quán)利要求2所述的通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值的方法，其特征是其中，該顯示單元可經(jīng)偵測計(jì)算單元記錄及計(jì)算出無氧閾值(AT)、心跳值、AT運(yùn)動功率值、AT攝氧量、最大運(yùn)動功率值、最大攝氧量、最大心跳值等者。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過運(yùn)動時(shí)心跳特性資料測定無氧閾值(Anaerobic threshold,簡稱AT)的裝置及方法,該裝置包括一數(shù)據(jù)輸入單元、一負(fù)荷等級選擇單元、一偵測計(jì)算單元及一顯示單元;該方法包括:1.啟動程序,2.輸入年齡、體重、性別等資料,3.測出最高心跳值,4.選擇測試等級進(jìn)入熱身程序,5.調(diào)整運(yùn)動功率增量,直至達(dá)最高心跳值,即可產(chǎn)生一回歸曲線,以偵測出AT無氧閾值臨界點(diǎn);借此,即可顯示計(jì)算出運(yùn)動者的AT相關(guān)資料,并由顯示單元中顯示出相關(guān)參考數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/00GK1389176SQ0111863
公開日2003年1月8日 申請日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月5日
發(fā)明者吳木全 申請人:期美科技股份有限公司