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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf den Sport und die Medizin, und insbesondere
auf Anwendungen, bei denen das Leistungsvermögen einer Person während einer
Fitnessübung
entsprechend einem Ausatmungs-Mengenstromwert gesteuert wird, der vor
der Fitnessübung
gemessen wurde.
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Während einer
Fitnessübung
nimmt die Atmungsfrequenz, d.h. Einatmen und Ausatmen, zu, wenn
die Arbeitsbelastung steigt. Normalerweise ist die Atmungskapazität einer
Person immer so gut, dass sie die Fitnessübung auch bei hoher Arbeitsbelastung
nicht begrenzt, aber die Sauerstoffaufnahme und die Abgabe von Kohlendioxid
für den
Metabolismus ausreichend sind. Die Atmungskapazität kann jedoch
die Übung
begrenzen, wenn die Person an einer Krankheit der Atmungsorgane
oder der Atmungsbronchiolen leidet, beispielsweise an Asthma. Personen,
die an durch die Übung
induziertem Asthma leiden, können
während
der Fitnessübung
in Atemnot kommen und ein pfeifendes Atemgeräusch haben, weil aufgrund des
Asthmas ihre Atmungsorgane entzündet
und geschwollen sein können.
Die Anzahl der Asthmatiker nimmt in der westlichen Welt zu und liegt bereits
bei etwa 2 bis 4% der Bevölkerung.
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Die
Basis für
die Behandlung von Asthma und anderen Atmungserkrankungen ist eine
gute körperliche
Kondition, die ernsthafte Komplikationen verhindert und dazu beiträgt, mit
schwierigen Situationen fertig zu werden. Die üblichen Instruktionen zum Verbessern
der körperlichen
Kondition können für Asthmatiker
nicht anwendet werden, da ihre Atmungsmengenstromwerte beträchtlich
variieren. In der Praxis müssen
deshalb Asthmatiker ihren Atmungsmengenstrom vor jeder Fitnessübung bestimmen
und über
die Übungsbelastung
auf der Basis des Atmungsmengenstroms entscheiden. Die US-Veröffentlichung
5,626,144 offenbart ein PEF-Messgerät (Peak Expiratory Flow – Spitzenausatmungsmengenstrom)
zum Messen des Atmungsmengenstroms. Durch Blasen in das Messgerät findet
der Benutzer den gegenwärtigen
Ausatmungsmengenstrom heraus. Auf der Basis des gemessenen Werts
kann die Person entscheiden, ob sie vor einer Fitnessübung ein
Medikament nimmt und die Übungsbelastung
auf einem breiten Niveau plant. Die US-Veröffentlichung 3,675,640 offenbart
eine Lösung
zwischen einer Variablen, die die Leistungsfähigkeit, beispielsweise eingeatmeten
Sauerstoff und ausgeatmetes Kohlendioxid, und den körperlichen Stress
einer Person beschreibt. Bei der in der Veröffentlichung beschriebenen
Lösung
wird die maximale Leistungsfähigkeit
des Patienten in Übereinstimmung
mit Messergebnissen, die während
einer Fitnessübung
in einer klinischen Umgebung erhalten werden, und mit Ergebnissen
bestimmt, die von einer gesunden Person erreicht werden.
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Das
Verfahren zum Bestimmen der Leistungsfähigkeit nach dem Stand der
Technik ist für Krankenhäuser ausgelegt
und erfordert eine komplexe und teure Vorrichtung. Demzufolge kann
das Verfahren nicht bei dem alltäglichen
Sport verwendet werden.
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Das
Dokument US-A-4566461 offenbart eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und 11.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens
und einer verbesserten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit denen
das Stressniveau einer Fitnessübung
bestimmt wird. Dies wird mit dem folgenden Verfahren zum Kontrollieren
einer Fitnessübung
erreicht, die von einer Person ausgeführt wird. Bei dem Verfahren wird
die Herzfrequenzinformation der Person während der Fitnessübung gemessen
und die Person informiert, wenn der Wert eines Stressparameters,
der aus der gemessenen Herzfrequenzinformation gebildet wird, einen
Schwellenwert überschreitet,
der von dem Stressparameter vor der Fitnessübung gebildet wird. Bei dem
Verfahren wird der Schwellenwert des Stressparameters für die Fitnessübung unter
Verwendung des Werts des Ausatmungsmengenstroms der Person gebildet.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf einen Herzfrequenzmonitor mit Einrichtungen
zum Messen der Herzfrequenz einer Person während einer Fitnessübung und
mit einer Recheneinheit zur Bildung des Werts von einem oder mehreren
Stressparametern aus der während
der Fitnessübung
gemessenen Herzfrequenz, wobei die Recheneinheit für den Vergleich
des Stressparameterwerts während
der Fitnessübung
mit einem Schwellenwert eingerichtet ist, der für den Stressparameter vor der
Fitnessübung gebildet
wird, und wobei der Herzfrequenzmonitor weiterhin eine Anzeigeeinrichtung
aufweist, um dem Benutzer während
der Fitnessübung
ein Überschreiten
des Schwellenwertparameters zu zeigen. Die Recheneinheit ist so
eingerichtet, dass sie den Wert des bei der Person vor der Fitnessübung gemessenen Ausatmungsmengenstroms
zur Bildung des Schwellenwerts des Stressparameters verwendet.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Bestimmen des optimalen Übungsniveaus
einer Person und für
seine Kontrolle während
einer Fitnessübung.
Die Lösung
ist teilweise für
eine Fitnessübung
geeignet, die von einer Person ausgeführt wird, die an einer Erkrankung
der Atmungsorgane, beispielsweise an Asthma, leidet. Bei dieser
Beschreibung bezieht sich eine Fitnessübung auf eine körperliche Übung, die
bei einem Herzfrequenzpegel von wenigstens etwa 20 Herzschlägen pro
Minute über
der Ruheherzfrequenz der Person ausgeführt wird.
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Ein
Verfahren nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht
im Messen der Herzfrequenzinformation einer Person während einer
Fitnessübung.
Die zu messende Herzfrequenzinformation bezieht sich auf Herzfrequenzparameter,
die aus den Herzschlägen
gemessen werden können,
wie beispielsweise die mittlere Herzfrequenz pro Minute, die Standardabweichung
der Herzfrequenz, die Frequenzänderung
der Herzfrequenz oder andere ähnliche
Parameter, die aus der Herzfrequenz berechnet werden können. Einer
oder mehrere der vorstehend erwähnten
Herzfrequenzparameter werden als Stressparameter verwendet, der
die Übungsbelastung
beschreibt. Für
die Stressparameter wird ein Schwellenwert eingestellt, der während der
Fitnessübung
nicht überschritten
werden sollte. Bei einer Ausführungsform
wird das Stressniveau der Person während der Fitnessübung als
der Stressparameter zusätzlich
zu einem Herzfrequenzparameter oder an dessen Stelle verwendet.
Das Stressniveau wird unter Verwendung von einem oder mehreren der
folgenden Parameter gebildet: einer oder mehrere der Herzfrequenzparameter,
einer oder mehrere physiologische Parameter, die die physiologischen
Eigenschaften der Person beschreiben, ein oder mehrere Stressparameter,
die die Übungsbelastung
beschreiben.
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Der
Schwellenwert des Stressparameters wird vor der Fitnessübung gebildet,
und vorzugsweise wird der Schwellenwert vor jeder Fitnessübung erneut
gebildet. Zur Bildung des Schwellenwerts wird der gegenwärtige maximale
Ausatmungsmengenstrom der Person verwendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Ausatmungsmengenstrom mit einem PEF-Messgerät gemessen. In einer Ausgestaltung
wird der gemessene PEF-Wert mit dem Referenzwert für den Ausatmungsmengenstrom
verglichen, und der Schwellenwert des Stressparameters wird auf
der Basis dieses Vergleichs gebildet. Der Referenzwert des Ausatmungsmengenstroms bedeutet
beispielsweise den Maximalwert des Ausatmungsmengenstroms der Person.
Der Referenzwert kann auch auf der Basis von Tabelleninformationen oder
mit Hilfe eines neuralen Netzwerks unter Verwendung von einem oder
mehreren physiologischen Parametern gebildet werden. Das Verfahren
nach der Erfindung wird vorzugsweise von einem Herzfrequenzmonitor
ausgeführt,
in welchem der von dem Benutzer gemessene PEF-Wert vor der Fitnessübung eingegeben
wird. Bei einer Ausführungsform bildet
der Herzfrequenzmonitor den Referenzwert des Ausatmungsmengenstroms,
der aus einer Tabelle ausgelesen wird, die in den Herzfrequenzmonitor eingegeben
ist, oder wird mit Hilfe eines neuralen Netzwerks unter Verwendung
der physiologischen Parameter gebildet, die in den Herzfrequenzmonitor einzugeben
sind. Während
der Fitnessübung
misst der Herzfrequenzmonitor die Herzfrequenz, und bei einer Ausführungsform
sind eine oder mehrere der folgenden Angaben auf der Anzeige des
Herzfrequenzmonitors vorhanden: Herzfrequenzparameter, Schwellenwert
des Herzfrequenzparameters, Stressniveau, Schwellenwert des Stressniveaus.
Wenn der Benutzer den Schwellenwert des Stressparameters während der
Fitnessübung überschreitet,
gibt der Herzfrequenzmonitor weiterhin ein Schallsignal oder eine
Sprachbotschaft aus, informiert den Benutzer über die Überschreitung durch Anzeigeinformationen auf
der Anzeige des Herzfrequenzmonitors oder über Tastempfindlichkeitsinformationen,
wie Vibration oder dergleichen, wobei in diesem Fall der Benutzer die Übungsbelastung
verringern oder die Übung
beenden kann.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung ein Herzfrequenzmonitor. Der Herzfrequenzmonitor
ist eine Vorrichtung, die im Sport verwendet wird und die menschliche
Herzfrequenzinformationen aus einem elektrischen Impuls misst, der
von dem Herz, von dem durch den Herzschlag einer Arterie erzeugten
Druck oder optisch aus der Blutbewegung in einer Arterie übertragen
wird. Die Ausgestaltungen der verfügbaren Herzfrequenzmonitore
variieren. Es gibt beispielsweise Herzfrequenzmonitore mit einem
Elektrodengürtel
zum Legen um die Brust des Benutzers und eine am Handgelenk getragene Empfängereinheit.
Der Elektrodengürtel
misst die Herzfrequenz und überträgt die Informationen
davon auf die Empfängereinheit,
welche Herzfrequenzparameter auf der Basis der empfangenen Informationen berechnet.
Häufig
hat die Empfängereinheit,
d.h. der Handgelenkmonitor, auch eine Anzeige, um die Herzfrequenzinformationen
und andere Herzfrequenzparameter der die Übung ausführenden Person anzuzeigen,
die in dem Herzfrequenzmonitor gebildet werden. Bei der vorliegenden
Erfindung werden vorzugsweise Informationen über das Stressniveau während der Übung und/oder
den Schwellenwert, der ihm entspricht, auf der Anzeige gezeigt.
Der Herzfrequenzmonitor kann auch eine einteilige Vorrichtung sein,
bei der sich die Messung, die Verarbeitung und die Anzeige in dem
um die Brust anlegbaren Elektrodengürtel befinden, so dass keine
Notwendigkeit besteht, die Informationen zu einer gesonderten Empfängereinheit
zu übertragen.
Ferner kann der Aufbau des Herzfrequenzmonitors so gestaltet sein, dass
er nur einen am Handgelenk getragenen Monitor hat, der ohne den
um die Brust zu legenden Elektrodengürtel arbeitet und die Herzfrequenz
aus dem Gefäßdruck oder
optisch misst.
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Der
Herzfrequenzmonitor hat vorzugsweise auch Einrichtungen zur Eingabe
des gemessenen Wertes und des Referenzwertes des Ausatmungsmengenstroms,
von nutzerspezifischen physiologischen Informationen sowie Informationen über die Übungsbelastungen.
Die Eingabeeinrichtung kann beispielsweise eine Handtastatur des
Herzfrequenzmonitors, eine Anzeigeausrüstung, die die Informationseingabe
trägt,
eine Sprachsteuerung, eine optische Eingabevorrichtung, ein Telekommunikationsportal
für eine
Außensteuerung
oder dergleichen sein.
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Die
Funktionen, die von dem Verfahren der Erfindung gefordert werden,
beispielsweise Rechenoperationen, ein neurales Netzwerk oder dergleichen,
werden vorzugsweise durch eine Software für einen Allzweckprozessor ausgeführt. Die
Funktionen können
auch als ASIC mit gesonderten Logikkomponenten oder auf entsprechende
Weise ausgeführt werden.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass sie ein verbessertes Verfahren bereitstellt,
um vor der Fitnessübung
das optimale Niveau für
eine Fitnessübung
zu bestimmen, die von einer Person ausgeführt werden soll, die an einer
Erkrankung der Atemorgane leidet. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass sie die Überwachung
während
der Fitnessübung
dahingehend ermöglicht,
dass die Übungsbelastung
auf einem geeigneten Niveau für
die fragliche Person bleibt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung näher
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
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1A ein
Blockdiagramm ist, das eine Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung
zeigt,
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1B ein
Blockdiagramm ist, das eine Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung zeigt,
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2 Referenzwerte
des Ausatmungsmengenstroms als Funktion von physiologischen Parametern
darstellt,
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3A ein
PEF-Messgerät
darstellt,
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3B einen
Herzfrequenzmonitor nach einer Ausführungsform der Erfindung darstellt,
und
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4 eine
Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung darstellt.
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INS EINZELNE
GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. 1A veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung und zeigt die Schritte, die vor
einer Fitnessübung
ausgeführt
werden. Im Schritt 102 wird der Ausatmungsmengenstrom einer
Person mit einem PEF-Messgerät
gemessen. Der PEF wird gewöhnlich
gemessen, wenn die Person bei maximaler Anstrengung nach maximaler
Einatmung ausatmet. In dem PEF-Messgerät kann die Stärke des
Luftstroms, der durch das Blasen verursacht wird, mit einer Feder
oder unter Verwendung einer Flüssigkristallanzeige
angezeigt werden. Der Spitzenmengenstrom wird in l/min ausgedrückt und
variiert gewöhnlich
zwischen 300 und 700 l/min, was von den physiologischen Eigenschaften
der Person abhängt.
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Im
Schritt 104 wird der gemessene Ausatmungsmengenstrom mit
dem Referenzwert verglichen. Der Vergleich wird vorzugsweise durch
einen Herzfrequenzmonitor ausgeführt,
in wel chen der gemessene Ausatmungsmengenstrom eingegeben wird.
Es wird der Referenzwert gebildet, beispielsweise indem er aus einer
Tabelle ausgelesen wird, die Teil des Herzfrequenzmonitors ist,
oder indem er durch ein neurales Netzwerk berechnet wird. Zur Bildung
des Referenzwerts wird wenigstens einer der folgenden physiologischen
Parameter verwendet: Alter, Geschlecht und Größe. In 2 ist auf
der vertikalen Achse der Referenzwert des Ausatmungsmengenstroms
einer Person als Funktion des auf der horizontalen Achse gezeigten
Alters der Person aufgetragen. Die Figur zeigt für Männer und Frauen gesonderte
Kurven, wobei die obere Kurve 202 für Männer und die untere Kurve 204 für Frauen
gilt. Die Kurven 202 bis 204 sind gesonderte Kurven
für Personen
unterschiedlicher Größen. Beispielsweise
beschreibt die oberste Kurve der Kurve 202 für Männer als Funktion
des Alters den Maximalwert des Ausatmungsmengenstroms für einen
Mann mit einer Größe von 190
cm, während
die Kurve in der Mitte für
einen Mann mit einer Größe von 180
cm und die unterste Kurve für
einen Mann mit einer Größe von 170 cm
gilt. Der Wert, der dem in 2 gezeigten
maximalen Ausatmungsmengenstrom der Person entspricht, kann beispielsweise
so gebildet werden, dass die Person ihren PEF-Wert während eines
Monats am Morgen und am Abend misst und den persönlichen Maximalwert speichert.
Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird der wie vorstehend beschrieben gemessene persönliche maximale
Mengenstrom als Referenzwert in den Herzfrequenzmonitor eingegeben,
der den gemessenen Ausatmungsmengenstrom mit dem Referenzwert vergleicht.
Im Schritt 104 bedeutet Vergleich beispielsweise das Berechnen
des Prozentsatzes, d.h. wie viele Prozent des gemessenen Wertes
der Referenzwert beträgt. Es
ist klar, dass der vorstehend erwähnte Prozentsatz auch auf andere
Weise als durch seine Berechnungen in dem Herzfrequenzmonitor gebildet
werden kann, wobei in diesem Fall nur das Ergebnis des Vergleichs
in den Herzfrequenzmonitor eingegeben wird.
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Im
Schritt 106 wird der Schwellenwert des Stressparameters
auf der Basis des Vergleichsergebnisses gebildet, das im Schritt 104 erhalten
wird. Hier bezieht sich der Stressparameter auf das Herzfrequenzniveau
oder das Stressniveau, es kann jedoch beispielsweise auch eine Herzfrequenzänderung
oder ein ähnlicher
Parameter, der aus der Herzschlagfrequenz abgeleitet werden kann,
als Stressparameter benutzt werden. Wenn die Herzfrequenz als Stressparameter
benutzt wird, wird der Schwellenwert der Herzfrequenz beispielsweise
nach der Gleichung (1) berechnet: HRLIMIT = comp%·HRREF (1), wobei
HRLIMIT den Schwellenwert der Herzfrequenz, comp%
den Vergleichswert der Ausatmungsmengenströme und HRREF den
Referenzwert der Herzfrequenz darstellt. Der Referenzwert HRREF wird vorzugsweise so eingestellt, dass
er das Stressniveau der Fitnessübung,
wie gewünscht,
kontrolliert. Wenn die Person beispielsweise bei der maximalen Herzfrequenz
trainieren möchte,
wird die maximale Herzfrequenz der Person als Referenzherzfrequenz
verwendet. Wenn die Person bei einem Herzfrequenzwert von 160 trainieren
möchte,
wird 160 als Referenzherzfrequenz verwendet, die während der Übung nicht überschritten
werden sollte. Anstelle der oberen Grenze kann der Schwellenwert
HRLIMIT der Herzfrequenz in der obigen Gleichung
(1) auch die untere Grenze der Herzfrequenz bedeuten, unter die die
Herzfrequenz während
der Übung
nicht abfallen sollte. Wenn HTLIMIT beispielsweise
120 ist, wird der Schwellenwert überschritten,
wenn die Herzfrequenz der Person unter den Schwellenwert 120 abällt. Es
ist klar, dass anstelle eines Schwellenwerts HRLIMIT sich auf
einen Bereich beziehen kann, in welchem die Herzfrequenz der Person
während
der Übung
bleiben sollte. So kann HRLIMIT (130 +/– 10) Schläge sein, wobei
in diesem Fall der Schwellenwert überschritten wird, wenn die
Herzfrequenz über
140 ansteigt oder unter 120 fällt.
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Bei
einer Ausführung
der Erfindung prüft
der Herzfrequenzmonitor, ob der Vergleichswert zulässig ist.
Wenn der Vergleichswert anzeigt, dass der Ausatmungsmengenstrom
nur 50% oder weniger als der Referenzwert der Person ist, wird der
Benutzer informiert, dass der Vergleichswert für die Ausführung einer Fitnessübung aufgrund
gesundheitlicher Gründe zu
niedrig ist oder dass das Trainieren nicht empfehlenswert ist. Der
Grenzwert, d.h. der gesundheitsbezogene Referenzwert (50%), für die oben
erwähnte Überprüfung wird
von einem Arzt erhalten und kann in den Herzfrequenzmonitor unter
Verwendung seiner Eingabeeinrichtung eingegeben werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Referenzherzfrequenz HRREF mit
Hilfe einer Vorbestimmung gebildet, bei der die Belastung allmählich zunimmt.
Dies wird vorzugsweise vor jeder Fitnessübung durchgeführt. Bei
der Vorbestimmung geht der Benutzer beispielsweise zwei Minuten
lang langsam, zwei Minuten schneller und weitere zwei Minuten schneller.
Während
der Vorbestimmung werden die Herzfrequenz des Benutzers und die
Herzfrequenzänderung,
d.h. die Standardabweichung der Herzfrequenz gemessen, wenn die
Belastung allmählich
zunimmt. Die Zwei-Minuten-Zeiträume
werden wiederholt, bis die Herzfrequenzänderung unter einen Schwellenwert,
beispielsweise 4 ms, abfällt, wenn
die Herzfrequenz zunimmt. Die dem vorstehend erwähnten Punkt entsprechende Herzfrequenz wird
als Referenzherzfrequenz HRREF verwendet.
Der Zweck der Vorbestimmung besteht darin, das Aktivitätsniveau
der Person und wie gestresst ihr System an dem fraglichen Tag ist,
festzulegen. Anstelle der Referenzherzfrequenz kann die Vorbestimmung auch
zum Einstellen von Referenzwerten der Ausatmungsmengenströme des Benutzers
verwendet werden. Wenn beispielsweise die Vorbestimmung zeigt, dass
die Person aufgrund einer Übung
gestresst wird, die bei hoher Belastung an dem vorherigen Tag ausgeführt wurde,
werden die Referenzwerte des Ausatmungsmengenstroms entsprechend
auf einen niedrigeren Wert gesetzt. Die vorstehend beschriebene
Vorbestimmung ist wenigstens teilweise in der Fitnessübung eingeschlossen,
da der vorstehend erwähnte
Punkt, an dem die Herzfrequenzänderung unter
den Schwellenwert abfällt,
bei dem Herzfrequenzniveau erreicht wird, das etwa 65% des maximalen
Herzfrequenz beträgt,
d.h. bei einem Herzfrequenzniveau von etwa 130.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die maximale Herzfrequenz immer als Referenzherzfrequenz HRREF verwendet. Bei den vorstehenden Ausführungen
kann die maximale Herzfrequenz auf verschiedene Weisen gebildet
werden, beispielsweise indem sie nach der Gleichung (220 – Alter)
berechnet wird, indem die Herzfrequenz bei dem maximalen Stress gemessen
wird, indem sie geschätzt
wird, indem sie mit Hilfe eines neuralen Netzwerks, in welches wenigstens
ein physiologischer Parameter eingegeben wird, oder auf irgendeine
andere bekannte Weise bestimmt wird. Das vorstehend erwähnte Stress-Niveau,
das als Stressparameter verwendet wird, bezieht sich auf eine Variable,
die während
der Fitnessübung
unter Bildung von einem oder mehreren der folgenden Parameter gebildet
wird: einer oder mehrere Herzfrequenzparameter, die aus den Herzfrequenzinformationen
der Person gebildet werden, einer oder mehrere physiologische Parameter,
einer oder mehrere Parameter, die die Übungsbelastung beschreiben,
wie die Laufgeschwindigkeit, die Schwimmgeschwindigkeit, der Widerstand
des Übungsfahrrads
oder dergleichen. Der Stressniveauwert wird vorzugsweise in dem
Herzfrequenzmonitor mit Hilfe eines neuralen Netzwerks während der
Fitnessübung
gebildet. Das Stressniveau wird beispielsweise als Belastungs-/Zeiteinheit
gemessen, wobei in diesem Fall das Stressniveau eine Andeutung des
kumulativen Stresses gibt, den die Person während der Fitnessübung erfährt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf 1B beschrieben,
die Abläufe
darstellt, die während
der Fitnessübung
ausgeführt
werden. Im Schritt 122 misst ein Herzfrequenzmonitor Informationen über die
Herzfrequenz der Person. Die Messung der Herzfrequenzinformationen
bedeutet die Messung der Herzfrequenz, d.h. Herzschlagfrequenz.
Die Herzfrequenz kann auch zum Berechnen anderer Herzfrequenzparameter
verwendet werden, beispielsweise der Standardabweichung der Herzfrequenz
oder der Änderungsrate
der Herzfrequenz. Im Schritt 124 ist ein Wert für den Stressparameter
aus den Herzfrequenzinformationen berechnet. Im einfachsten Fall
ist der Stressparameter die Herzfrequenz, wobei in diesem Fall keine
Messungen im Schritt 124 erforderlich sind. Wenn das Stressniveau als
Stressparameter verwendet wird, wird der Stressniveauwert kontinuierlich
als Funktion der Herzfrequenz mit Hilfe beispielsweise eines neuralen
Netzwerks berechnet. Im Schritt 126 wird der vorstehend gebildete
Stressparameterwert mit dem Schwellenwert des Stressparameters verglichen,
der im Schritt 106 gebildet wurde. In der Praxis wird der
Stressparameterwert mit dem Schwellenwert periodisch im Schritt 126 verglichen,
beispielsweise immer, wenn die Herzfrequenz berechnet wird, z.B.
einmal in einer Sekunde. Im Schritt 128 geht der Vorgang
wie folgt auf der Basis des Vergleichsergebnisses weiter: Wenn der
Schwellenwert nicht überschritten
wurde, setzt sich die Messung der Herzfrequenz im Schritt 130 fort.
Wenn der Schwellenwert überschritten
wurde, wird im Schritt 132 ein Alarm gegeben. Der Alarm wird
beispielsweise mit Hilfe des Herzfrequenzmonitors als aufleuchtende
Information auf der Anzeige des Herzfrequenzmonitors, als Stimm-
oder Sprachbotschaft, als Vibration oder auf andere ähnliche Weise
gegeben. Es gibt zwei Wege, auf den Alarm zu reagieren. Nach dem
Schritt 134 wird die Belastung verringert, wonach mit dem Üben fortgefahren
wird und die Herzfrequenz nach Schritt 130 gemessen wird.
Alternativ wird die Fitnessübung
entsprechend dem Schritt 133 beendet. Diese Alternative
kommt insbesondere dann in Frage, wenn das Stressniveau als Stressparameter
verwendet wird.
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3A und 3B zeigen
eine Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung. 3A zeigt
ein PEF-Messgerät 300,
das ein Mundstück 302 hat,
gegen das der Benutzer seinen Mund zur Messung des Ausatmungsmengenstroms
anlegt. Aus dem Mundstück 302 geht
Luft in den Luftbehälter 306 des
PEF-Messgeräts 300 und
tritt durch eine Austrittsöffnung 208 aus.
Die Luft, die durch den Luftbehälter 306 hindurchgeht,
bewegt eine Federanzeige 308, die den maximalen Ausatmungsmengenstrom
der Person zeigt. 3B veranschaulicht eine Ausführungsform
des Herzfrequenzmonitors 320. Der Herzfrequenzmonitor 320 hat
ein Armband 322 zum Befestigen am Handgelenk. Der Herzfrequenzmonitor 320 hat
weiterhin eine Tastatur, die aus einer oder mehreren Tasten 324 für die Eingabe
der Informationen besteht, die zur Überwachung der Fitnessübung benötigt werden.
Zu den einzugebenden Informationen gehören beispielsweise der Wert
des Ausatmungsmengenstroms der Person, der von dem in 3A gezeigten
PEF-Messgerät
gemessen wird, oder physiologische Parameter der Per son, beispielsweise
Alter, Geschlecht oder Größe. Aus
den eingegebenen physiologischen Informationen berechnet der Herzfrequenzmonitor 320 einen
Referenzwert für
den Ausatmungsmengenstrom und bildet einen Vergleichswert, indem
er ihn mit dem gemessenen Ausatmungsmengenstrom vergleicht. Der Herzfrequenzmonitor
berechnet den Vergleichswert und die maximale Herzfrequenz der Person,
die aus den physiologischen Parametern abgeschätzt werden kann. Unter Verwendung
dieser Werte bildet der Herzfrequenzmonitor Schwellenwerte für die Herzfrequenz
und das Stressniveau nach Gleichung (1). Der Herzfrequenzmonitor 320 hat
weiterhin eine Anzeige 326 zum Aufzeigen von Restparameterwerten und
der entsprechenden Schwellenwerte während der Fitnessübung, beispielsweise
die Herzfrequenz 328A und ihren Schwellenwert 328B,
den Stressniveau-(EX-)Wert 300 und den entsprechenden Schwellenwert 350.
Wenn einer der Schwellenwerte überschritten
wird, gibt die Schallsignalvorrichtung des Herzfrequenzmonitors
ein Schallsignal, das dem Benutzer mitteilt, dass er den Schwellenwert überschritten
hat. Als Folge des Überschreitens
des Schwellenwerts kann der Benutzer entweder die Übung bei
einer geringeren Herzfrequenz fortsetzen oder die Übung beenden.
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Der
Herzfrequenzmonitor, der die Schritte der Erfindung ausführt, wird
beispielsweise unter Bezug auf 4 beschrieben.
Die Herzfrequenz einer trainierenden Person wird mit Hilfe eines Übertragungselektrodengürtels gemessen,
der um die Brust festgelegt wird. Der Übertragungselektrodengürtel ist als
Einheit dargestellt, die von den Komponenten 400A bis 408 gebildet
wird. Die gemessene Herzfrequenz wird vorzugsweise induktiv auf
einen am Handgelenk getragenen Empfänger übertragen, der als Einheit
dargestellt wird, die von den Komponenten 420 bis 432 gebildet
wird. Die von dem Übertragungselektrodengürtel und
dem Empfänger
gebildete Einheit wird Herzfrequenzmonitor genannt.
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Der Übertragungselektrodengürtel misst
die Herzfrequenz mit Einrichtungen 400A und 400B zum Messen
der Herzfrequenz. Die Messeinrichtungen sind beispielsweise Elektroden.
Der Herzfrequenzmonitor hat wenigstens zwei Elektroden, es können jedoch
auch mehr verwendet werden. Von den Elektroden 400A und 400B wird
das Herzfrequenzsignal an einen EKG-Vorverstärker 402 angelegt,
von dem das Signal über
einen AGC-Verstärker 404 und
einen Leistungsverstärker 406 zu
einem Sender 408 übertragen
wird. Der Sender 408 ist vorzugsweise als Spule ausgeführt, die
die Herzfrequenzinformation induktiv zu einem Empfänger sendet,
beispielsweise eine am Handgelenk getragene Empfängereinheit oder zu einem externen
Rechner. Ein 5-kHz-Ausschlag 410A entspricht beispielsweise
einem Herzschlag, oder ein Bündel
von Ausschlägen 410A bis 410C kann
einem Schlag entsprechen. Die Intervalle 412A bis 412B zwischen
den Ausschlägen 410A bis 410C können gleich
oder unterschiedliche Dauer haben. Zusätzlich zu der induktiven Übertragung
können
Informationen zwischen dem Elektrodengürtel und der Empfängereinheit
beispielsweise optisch oder über
einen Leiter übertragen
werden. Bei einer Ausführungsform
hat die Empfängereinheit 420 bis 432,
beispielsweise der am Handgelenk getragene Empfänger, eine Empfängerspule 420,
von der aus das empfangene Signal über einen Signalempfänger 422 zu
einem zentralen Prozessor 424 gegeben wird, der die Operation
der verschiedenen Teile der Empfängereinheit
koordiniert. Die Empfängereinheit
hat vorzugsweise auch einen Speicher 428 zum Speichern
der Herzfrequenzinformationen und von anderen für die Erfindung relevanten
Daten, beispielsweise die Ausatmungs-Mengenstromwerte. Der Herzfrequenzmonitor
hat weiterhin Anzeigeeinrichtungen 326 zum Aufzeigen des
Stressparameters und seines Schwellenwerts. Die Anzeigeeinrichtungen 326 sind
beispielsweise ein Bildschirm oder eine Sprachsteuerung. Die Herzfrequenz
und ihr Schwellenwert sowie das Stressniveau und sein Schwellenwert
werden beispielsweise auf dem Bildschirm wiedergegeben. Bei einer
Ausführung
der Erfindung bezieht sich die Anzeigeeinrichtung 326 auf
eine Schallsignalvorrichtung, um ein Schallsignal zu geben, wenn
der Schwellenwert des Stressparameters überschritten wird. Die Anzeigeeinrichtung 326 kann
auch eine Sprachinformationseinrichtung oder eine Vibrationseinrichtung
sein. Natürlich
können
mehrere Anzeigeeinrichtungen gleichzeitig verwendet werden, beispielsweise
die Schallsignalvorrichtung und die Anzeige.
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Der
Herzfrequenzmonitor und sein Empfänger nach der in 4 gezeigten
Ausführungsform haben
weiterhin eine Recheneinheit 432 zum Bilden des Referenzwerts
des Ausatmungsmengenstroms mit Hilfe physiologischer Parameter.
Zur Bildung des Referenzwerts kann die Berechnungseinheit in Tabellen
gefasste Referenzwerte verwenden, die in einer Informationseinheit 434 enthalten
sind, oder Referenzwerte, die von einem neuralen Netzwerk gebildet
werden. Bei einer Ausführung
ist der Vergleichswert auch in der Berechnungseinheit 432 mit
Hilfe des gemessenen Ausatmungsmengenstroms und des Bezugswerts
gebildet. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein gesundheitsbezogener
Referenzwert, der anzeigt, dass der Vergleichswert nicht kleiner
als 50% sein sollte, in der Berechnungseinheit 432 gespeichert.
Die Berechnungseinheit 432 vergleicht den mit dem gesundheitsbezogenen
Referenzwert gebildeten Vergleichswert, und der Herzfrequenzmonitor
zeigt mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung 326 für den zentralen
Prozessor 424 an, wenn der Vergleichswert dem gesundheitsbezogenen
Bezugswert nicht genügt.
Die Berechnungseinheit 432 bildet vorzugsweise Schwellenwerte
für Stressparameter und
vergleicht den Stressparameter und die Schwellenwerte für den Stressparameter
während
der Fitnessübung.
Die Berechnungseinheit 432 ist mit der zentralen Einheit 424 verbunden, über die
die Berechnungseinheit 432 die Werte der Eingabeparameter,
die für
die Berechnungen und den Vergleich erforderlich sind, sowie die
Informationen über
die Herzfrequenzwerte während
der Fitnessübung
empfängt. Die
Eingabeparameter, beispielsweise physiologische Parameter, Referenzherzschlag,
gesundheitsbezogener Referenzwert, außerhalb des Herzfrequenzmonitors
gebildeter Vergleichswert, ein oder mehrere PEF-Werte, werden mit
Hilfe der Zuführeinrichtung 324 dem
Herzfrequenzmonitor eingegeben. Die Eingabeeinrichtung ist beispielsweise
eine Tastatur, eine Sprachsteuerung, ein optischer Anschluss, eine
Radioverbindung, ein Verbindungskabel oder ein Telekommunikationsportal
zur Eingabe von Informationen, die von einer externen Vorrichtung
erhalten werden. Natürlich
muss die Berechnungseinheit 432 keine gesonderte Vorrichtung
sein, vielmehr können
ihre Funktionen beispielsweise in dem zentralen Prozessor 424 ausgeführt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das PEF-Messgerät in den Herzfrequenzmonitor,
wie in 4 gezeigt, eingeschlossen. In diesem Fall wird der
Wert des Ausatmungsmengenstroms, der von dem PEF-Messgerät 300 gemessen
wird, das in dem Herzfrequenzmonitor eingeschlossen ist, automatisch über den
zentralen Prozessor 424 der Berechnungseinheit 432 zugeführt, so
dass der Benutzer den Wert mit der Eingabeeinrichtung 324 des
Herzfrequenzmonitors nicht einzugeben braucht.
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Die
Funktionen, Einrichtungen und Modelle zur Ausführung der Verfahrensschritte
der Erfindung erfolgen über
eine Software für
einen Allzweckrechner, wie ASIC, durch gesonderte Logikkomponenten oder
durch irgendeine bekannte Art. Natürlich ist es für den Fachmann
klar, dass der Herzfrequenzmonitor auch andere Teile als die in 4 gezeigten
aufweisen kann, ihre Beschreibung ist jedoch nicht relevant.
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Auch
wenn die Erfindung mit Hilfe von Beispielen entsprechend den beiliegenden
Zeichnungen beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung nicht darauf
beschränkt,
sondern auf verschiedene Arten innerhalb des erfindungsgemäßen Konzepts
modifiziert werden kann, das in den beiliegenden Ansprüchen definiert
ist.