FI114200B

FI114200B - Liikuntasuorituksen rasitustason määrittäminen

Info

Publication number: FI114200B
Application number: FI20000630A
Authority: FI
Inventors: Seppo Nissilae
Original assignee: Polar Electro Oy
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2004-09-15
Also published as: ES2273794T3; DE60123693T2; ATE341992T1; EP1133950A2; EP1133950A3; DE60123693D1; US20010056241A1; FI20000630A0; FI20000630L; HK1039264A1; EP1133950B1; US6443904B2

Description

114200

Liikuntasuorituksen rasitustason määrittäminen

Keksinnön ala

Keksinnön soveltamisalana ovat liikunta ja lääketiede, erityisesti sovellukset, joissa ohjataan ihmisen suoritustehoa liikuntasuorituksessa ennen 5 liikuntasuoritusta mitatun hengitysvirtauksen arvon mukaan.

Keksinnön tausta

Liikuntasuorituksessa ihmisen ventilaatio eli sisään- ja uloshengitys tihentyvät rasituksen koventuessa. Ihmisen hengityskapasiteetti on normaalisti kuitenkin aina niin hyvä, ettei se rajoita liikuntasuoritusta kovankaan rasituk-10 sen aikana, vaan hapensaanti ja hiilidioksidin poistuminen ovat riittävää aineenvaihdunnan kannalta. Hengityselinten ja hengitystiehyeiden sairauksissa, kuten esimerkiksi astmassa, hengityskapasiteetti voi kuitenkin rajoittaa suoritusta. Liikuntasuorituksen aikana rasitusastmasta kärsivä henkilö saattaa kokea hengenahdistusta ja hengityksen vinkumista, mikä johtuu astman aiheut-15 tamista tulehtuneista ja turvonneista hengityselimistä. Astmaatikkojen määrä on länsimaissa kasvamassa ja on jo noin 2-4 % väestöstä.

Astman ja muidenkin hengityssairauksien hoidon perustana on potilaan hyvä kunto, joka estää pahoja komplikaatioita ja auttaa selviytymään vaikeista tilanteista. Hyvän kunnon kehittämiseksi liikunnan yleisiä ohjeita ei voi-. 20 da käyttää astmaatikon kohdalla, koska henkilön hengitysvirtauksen arvot : . vaihtelevat suuresti. Tästä johtuen astmaatikko joutuu käytännössä ennen jo- | i t kaista liikuntasuoritusta määrittämään hengitysvirtauksensa ja määritetyn hen gitysvirtauksen perusteella päättämään liikuntasuorituksen rasittavuus. Hengi-

' tysvirtauksen mittaukseen tekniikka tuntee muun muassa julkaisussa US

• » 25 5,626,144 kuvatun PEF- mittarin (Peak Expiratory Flow), johon puhaltamalla : . henkilö saa selville sen hetkisen uloshengitysvirtauksen. Mitatun arvon perus teella henkilö voi päättää lääkityksen ottamisesta ennen urheilusuoritusta ja ;* karkealla tasolla suunnitella suorituksen rasittavuutta. Eräs ratkaisu henkilön suorituskykyä kuvaavan suureen, kuten esimerkiksi sisäänhengitetyn hapen . 30 tai uloshengitetyn hiilidioksidin sekä fyysisen rasituksen välillä on kuvattu jul- kaisussa US 3,675,640. Julkaisussa esitetyssä ratkaisussa haetaan potilaan • * ;·* maksimaalinen suorituskyky kliinisessä ympäristössä liikuntasuorituksessa ;muodostettujen henkilön mittaustulosten ja terveen henkilön saavuttamien suoritustulosten perusteella.

114200 2

Tunnetun tekniikan mukainen menettely suorituskyvyn määrittämiseksi on sovitettu sairaalaympäristöön vaatien monimutkaisen ja kalliin laitteiston, eikä näinollen sovellu käytettäväksi jokapäiväisen liikunnan yhteydessä.

Keksinnön lyhyt selostus 5 Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu menetelmä ja mene telmän toteuttava laitteisto liikuntasuorituksen rasitustason määrittämiseksi. Tämä saavutetaan seuraavaksi esitettävällä menetelmällä henkilön liikuntasuorituksen ohjaamiseksi. Menetelmässä mitataan henkilön sykeinformaatiota liikuntasuorituksessa ja ilmoitetaan henkilölle mikäli mitatusta sykeinformaati-10 osta muodostettu rasitusparametrin arvo liikuntasuorituksessa ylittää ennen liikuntasuoritusta muodostetun rasitusparametrin kynnysarvon. Menetelmässä rasitusparametrin kynnysarvo on muodostettu liikuntasuoritusta varten käyttäen henkilön uloshengitysvirtauksen arvoa.

Keksinnön kohteena on myös sykemittari, käsittäen mittausväli-15 neet mitata henkilön sykettä liikuntasuorituksessa, laskentayksikön muodostaa mitatusta sykkeestä liikuntasuorituksessa yhden tai useamman rasitusparametrin arvo, joka laskentayksikkö on edelleen sovitettu vertaamaan liikuntasuorituksessa rasitusparametrin arvoa ennen liikuntasuoritusta muodostettuun rasitusparametrin kynnysarvoon, sykemittarin käsittäessä edelleen esittämis-20 välineet esittää henkilölle rasitusparametrin kynnysarvon ylitys liikuntasuori-tuksessa. Laskentayksikkö on sovitettu käyttämään rasitusparametrin kynnys-• arvon muodostuksessa henkilöltä liikuntasuoritusta varten mitattua uloshengi- . .·. tysvirtauksen arvoa.

.· ·. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patentti- ! 25 vaatimusten kohteena.

;:; Keksinnön kohteena on siis menetelmä ja laitteisto henkilön opti- maalisen suoritustason määrittämiseksi ja valvomiseksi liikuntasuorituksessa. Erityisesti keksintö soveltuu käytettäväksi hengityselinsairautta, kuten astmaa Γ sairastavan henkilön liikuntasuorituksen yhteydessä. Liikuntasuorituksella tar- 30 koitetaan keksinnön selostuksen yhteydessä fyysistä suoritetta, joka suoritetaan syketasolla, joka on vähintään noin 20 sydämenlyöntiä minuutissa yli ’ henkilön leposyketason.

Keksinnön erään edullisen sovellusmuodon mukaisessa menetelmässä mitataan henkilön sykeinformaatiota liikuntasuorituksessa. Mitattavalla , : 35 sykeinformaatiolla tarkoitetaan sydämen lyönneistä mitattavissa olevia syke- parametreja, kuten esimerkiksi keskisyke minuutissa, sykkeen keskihajonta,

11420C

3 sykkeen muutosnopeus tai muu vastaava sydämen lyöntitiheydestä laskettavissa oleva suure. Edellä mainituista sykeparametreista yhtä tai useampaa käytetään rasitusparametrina, joka kuvaa liikuntasuorituksen rasittavuutta. Rasitusparametrille asetetaan kynnysarvo, jota ei liikuntasuorituksen aikana 5 tulisi ylittää. Sykeparametrin ohella tai sijasta rasitusparametrina käytetään eräässä sovellusmuodossa henkilön rasitustasoa liikuntasuorituksessa. Rasi-tustaso muodostetaan käyttäen yhtä tai useampaa seuraavista parametreista: yksi tai useampi sykeparametri, yksi tai useampi henkilön fysiologiaa kuvaava fysiologinen parametri, yksi tai useampi liikuntasuorituksen rasittavuutta kulo vaava tehoparametri.

Rasitusparametrin kynnysarvo muodostetaan ennen liikuntasuoritusta ja edullisesti kynnysarvo muodostetaan uudelleen ennen jokaista kunto-suoritusta. Kynnysarvon muodostuksessa käytetään henkilön maksimaalista sen hetkistä uloshengitysvirtausta. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa 15 uloshengitysvirtaus mitataan PEF-mittarilla. Mitattua PEF-arvoa verrataan eräässä sovellusmuodossa uloshengitysvirtauksen ohjearvoon, jonka vertailun perusteella muodostetaan rasitusparametrin kynnysarvo. Uloshengitysvirtauksen ohjearvolla tarkoitetaan esimerkiksi henkilöltä itseltään mitattua uloshengitysvirtauksen maksimiarvoa. Ohjearvo voidaan myös muodostaa taulu-20 koitujen tietojen perusteella tai neuroverkon avulla käyttäen yhtä tai useampaa fysiologista parametria. Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan edullisesti sykemittarilla, jolle syötetään ennen kuntosuoritusta käyttäjän mit-taama PEF-arvo. Sykemittarilla muodostetaan eräässä toteutusmuodossa uloshengitysvirtauksen ohjearvo, joka luetaan sykemittarilla olevasta taulukos-25 ta tai muodostetaan neuroverkon avulla sykemittariin syötettävien fysiologis-·. ten parametrien perusteella. Liikuntasuorituksen aikana sykemittarilla mita- , · taan sykeinformaatiota ja eräässä toteutusmuodossa näytetään sykemittarin näytöllä yksi tai useampi seuraavista: sykeparametri, mainitun sykeparametrin kynnysarvo, rasitustaso, rasitustason kynnysarvo. Edelleen, mikäli käyttäjä 30 ylittää liikuntasuorituksessa rasitusparametrin kynnysarvon, sykemittari antaa äänimerkin tai -viestin, informoi käyttäjää sykemittarin näytöllä näytettävällä : informaatiolla, tai informoi käyttäjää kosketusinformaatiolla kuten värinällä tai .a . muulla vastaavalla tavalla, jolloin käyttäjä voi alentaa suorituksen rasittavuutta t / ’ tai lopettaa suorituksen.

• " 35 Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttava laitteisto on keksinnön V i eräässä sovellusmuodossa sykemittari. Sykemittari on urheilussa käytettävä 4

1142QC

laite, joka mittaa ihmisen sykeinformaatiota joko sydämen lähettämästä sähköisestä impulssista, sydämen lyönnin aiheuttamasta paineesta verisuoneen tai optisesti veren liikkeestä suonessa. Sykemittareita on rakenteiltaan useita erilaisia, kuten esimerkiksi sykemittari, joka käsittää käyttäjän rintakehälle 5 asetettavan elektrodivyön ja ranteessa pidettävän vastaanotinyksikön. Elekt-rodivyö mittaa sykeinformaation ja lähettää sen vastaanotinyksikköön, joka suorittaa vastaanotetun informaation perusteella sykeparametrien laskentaa. Vastaanotinyksikkö eli rannemittari sisältää usein myös näytön sykeinformaation ja muiden sykemittarissa muodostettujen parametrien näyttämiseksi. Tä-10 män keksinnön yhteydessä näytöllä edullisesti näytetään harjoituksen aikainen rasitusinformaatio ja/tai sitä vastaava kynnysarvo. Sykemittari voi olla rakenteeltaan myös yksiosainen eli sellainen, että mittaus, prosessointi ja näyttö sijaitsevat rintakehällä pidettävässä elektrodivyössä, jolloin informaatiota ei tarvitse lähettää erilliseen vastaanotinyksikköön. Edelleen, sykemittari voi olla 15 rakenteeltaan sellainen, että se käsittää pelkästään ranteeseen asetettavan rannemittarin, joka toimii ilman rintakehälle asetettavaa elektrodivyötä mitaten sykeinformaation suonen paineesta tai optisesti.

Sykemittari käsittää edullisesti myös syöttövälineet syöttää uloshen-gitysvirtauksen mittausarvo ja ohjausarvo, sekä käyttäjäkohtaista fysiologista 20 informaatiota ja harjoitukseen liittyvää tehoinformaatiota. Syöttövälineet ovat esimerkiksi sykemittarin näppäimistö, informaation syöttämistä tukeva näyttö-·', ,·* välineistö, puheohjaus, optinen syöttölaite, tietoliikenneportti ulkoista ohjausta :' * ’: varten tai muu vastaava tapa.

: Keksinnön mukaisen menetelmän edellyttämät toimenpiteet, kuten .·*·. 25 esimerkiksi laskentatoimenpiteet, neuroverkko, muut vastaavat toiminteet to- teutetaan edullisesti ohjelmallisesti vastaanotinyksikön yleiskäyttöiselle pro-. : sessorille. Toiminteet voidaan toteuttaa myös esimerkiksi ASIC:na, erillisillä logiikkakomponenteilla tai muulla vastaavalla tavalla.

Keksinnön etuna saavutetaan parannettu menetelmä hengitystiesai- • : 30 raudesta kärsivän henkilön suorittaman liikuntasuorituksen optimaalisen tason \ määrittämiseksi ennen liikuntasuoritusta. Keksinnön etuna on myös, että lii- • kuntasuorituksen aikana on mahdollista valvoa, että liikuntasuorituksen rasitus . . henkilölle pysyy sopivana.

. Kuvioiden lyhyt selostus :/ i 35 Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirus tuksiin, joissa

11420C

5 kuvio 1A esittää keksinnön erään sovellusmuodon mukaista menetelmää lohkokaaviona, kuvio 1B esittää keksinnön erään sovellusmuodon mukaista menetelmää lohkokaaviona, 5 kuvio 2 esittää uloshengitysvirtausten ohjearvoja fysiologisten para metrien funktiona, kuvio 3A esittää PEF-mittaria, kuvio 3B esittää keksinnön erään sovellusmuodon mukaista syke- mittaria, 10 kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteiston erästä sovellusmuo- toa.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksintöä selostetaan seuraavassa eräiden edullisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin kuvioihin 1-4. Kuviossa 1A on esitetty keksinnön 15 mukaisen menetelmän ennen liikuntasuoritusta tapahtuvien vaiheiden eräs edullinen suoritusmuoto. Menetelmäaskeleessa 102 mitataan henkilön uloshen-gitysvirtaus PEF-mittarilla. PEF-mittaus tehdään tyypillisesti tekemällä lyhyt uloshengitys maksimivoimalla maksimaalisen sisäänhengityksen jälkeen. PEF-mittarissa puhalluksen aiheuttama ilmavirtauksen voimakkuus voidaan osoittaa 20 esimerkiksi jousiosoittimella tai nestekidenäytöllä. Huippuvirtaus osoitetaan yk- : ’": siköllä litraa/minuutti ja vaihtelee pääsääntöisesti välillä 300-700 l/min riippuen • * » j ·. ·. henkilön fysiologisista ominaisuuksista.

! .·. Menetelmäaskeleessa 104 verrataan mitattua uloshengitysvirtausta ohjearvoon. Edullisesti vertailu suoritetaan sykemittarilla, jolle mitattu uloshen-;;; 25 gitysvirtaus syötetään. Ohjearvo muodostetaan esimerkiksi lukemalla se syke- mittarin sisältämästä taulukosta tai laskemalla neuroverkon avulla. Ohjearvon ’« · * muodostuksessa käytetään edullisesti ainakin yhtä seuraavista fysiologisista pa rametreista: ikä, sukupuoli ja pituus. Kuviossa 2 on kuvattu pystyakselilla hen-.: * kilon uloshengitysvirtauksen ohjearvo vaaka-akselilla olevan henkilön iän funk- 30 tiona. Miehille ja naisille on kuvattu omat käyrästöt, miesten käyrästö 202 ylem- X pänä ja naisten käyrästö 204 alempana. Käyrästöt 202-204 sisältävät omat käy- * · *!.' rät eri pituisille henkilöille, esimerkiksi miesten käyrästön 202 ylin käyrä kuvaa ;·’ 190 senttisen miehen, keskimmäinen 180 senttisen miehen ja alin käyrä 170 ’·· senttisen miehen uloshengitysvirtauksen maksimiarvoja iän funktiona. Kuviossa 35 2 kuvattu henkilön maksimaalista uloshengitysvirtausta vastaava arvo voidaan toki muodostaa myös esimerkiksi siten, että henkilö mittaa oman PEF-arvonsa

11420C

6 kuukauden aikana aamuisin ja iltaisin ja tallettaa oman henkilökohtaisen maksimiarvonsa. Edellä kuvatulla tavalla mitattu henkilökohtainen virtausmaksimi syötetään keksinnön eräässä toteutusmuodossa ohjearvona sykemittarille, joka vertaa mitattua uloshengitysvirtausta ohjearvoon. Askeleessa 104 vertailulla tar-5 koitetaan esimerkiksi prosenttiosuuden laskentaa, eli sitä, kuinka monta prosenttia mitattu arvo on ohjearvosta. On selvää, että mainittu prosenttiosuus voidaan myös muodostaa muuten kuin laskemalla se sykemittarissa, jossa tapauksessa pelkkä vertailutulos syötetään sykemittarille.

Menetelmäaskeleessa 106 muodostetaan rasitusparametrin kyn-10 nysarvo askeleessa 104 muodostetun vertailutuloksen perusteella. Rasituspa-rametrilla tarkoitetaan tässä esimerkiksi syke- tai rasitustasoa, mutta rasituspa-rametrina voidaan käyttää myös esimerkiksi sykevariaatiota tai jotain vastaavaa sydämen lyöntitiheydestä johdettavissa olevaa muuttujaa. Mikäli rasituspara-metrina käytetään sykettä, muodostetaan sykkeen kynnysarvo esimerkiksi kaa-15 valta (1): (1) HR limit = comp% * HRref .

jossa HRUM|T kuvaa sykkeen kynnysarvoa, comp% kuvaa hengitysvirtausten 20 vertailuarvoa ja HRref kuvaa sykkeen referenssiarvoa. Sykkeen referenssian/o HRref asetetaan edullisesti siten, että sillä pyritään ohjaamaan liikuntasuorituk- sen rasittavuus halutuksi. Tällöin esimerkiksi, mikäli henkilö haluaa suorittaa i' *': maksimisykettä vastaavan harjoituksen, käytetään referenssisykkeenä henkilön ; maksimisykettä. Mikäli henkilö haluaa suorittaa syketasoa 160 vastaavan har- .···. 25 joitteen, käytetään referenssisykkeenä 160:a, jota tasoa syke ei saa harjoituk- .···, sessa ylittää. Edellä esitetyssä kaavassa (1) oleva sykkeen kynnysarvo HRUMrr • · voi edellä kuvatun ylärajan sijaan luonnollisesti tarkoittaa myös syketason ala-·”’ rajaa, jota harjoitus ei saa alittaa. Tällöin esimerkiksi jos HRLIMrr on 120, tarkoit taa kynnysarvon ylitys sitä, että henkilön syketaso menee kynnysarvon 120 ala-···: 30 puolelle. On selvää, että yhden kynnysarvon sijasta HRLIMrr voi tarkoittaa syke- aluetta, jolla henkilön syketason tulee pysyä harjoituksen aikana. Näin esimer-: kiksi HRUMrr voi olla (130 +/-10) lyöntiä, jolloin kynnysarvon ylitys tapahtuu tilan- .·*. teissä, joissa syketaso nousee yli 140:n tai laskee alle 120:n.

I · [·' Keksinnön eräässä suoritusmuodossa suoritetaan sykemittarissa i *·· 35 vertailuarvon sallittavuustarkastus. Tällöin esimerkiksi jos vertailuarvo osoittaa, :.' i että hengitysvirtaus on vain 50% tai alle henkilön ohjearvosta, ilmoitetaan käyt-

11420C

7 täjälle, että vertailuarvo on terveyssyistä liian matala urheilusuorituksen suoritusta varten tai että liikunnan harrastaminen ei ole suositeltavaa. Edullisesti sal-littavuustarkastelun raja-arvo eli terveydellinen ohjearvo (edellä 50%) on saatu lääkäriltä ja voidaan syöttää sykemittarille sykemittarin syöttövälineillä.

5 Keksinnön eräässä suoritusmuodossa referenssisyke HRref muo dostetaan teholtaan portaittain nousevan esimäärityksen avulla, joka suoritetaan edullisesti ennen jokaista liikuntasuoritusta. Esimäärityksessä käyttäjä esimerkiksi kävelee 2 minuuttia hitaasti, 2 minuuttia kovennetulla vauhdilla ja vielä 2 minuuttia kovennetulla vauhdilla. Esimäärityksen aikana mitataan käyttäjän 10 sykettä ja sykevariaatiota eli sykkeen keskihajontaa teholtaan kovenevassa rasituksessa. Kahden minuutin jaksoja toistetaan niin kauan kunnes sykevariaatio pienenee syketiheyden kasvaessa jonkin kynnysarvon, kuten esimerkiksi 4 ms alapuolelle. Edellä mainittua pistettä vastaavaa sykettä käytetään referenssisyk-keenä HRref Esimäärityksen ajatuksena on se, että esimäärityksellä pystytään 15 määrittämään päivän vire ja elimistön rasittuneisuus kyseisenä päivänä. Esimäärityksellä voidaan referenssisykkeen sijaan säätää myös käyttäjän hengi-tysvirtauksen ohjearvoja. Mikäli esimääritys osoittaa esimerkiksi, että henkilö on rasittuneessa tilassa edellisenä päivänä suoritetun raskaan harjoituksen jälkeen, säädetään hengitysvirtauksen ohjearvoja vastaavassa suhteessa pienemmiksi.

20 Edellä kuvattu esimääritys voidaan ajatella kuuluvaksi ainakin osaltaan osaksi liikuntasuoritusta, koska edellä kuvattu sykevariaation pienenemispiste kynnys-*,,,· arvon alapuolelle saavutetaan syketasolla, joka on noin 65% maksimisykkeestä i ’'': eli karkeasti noin syketasolla 130.

: Eräässä suoritusmuodossa referenssisykkeenä HRref käytetään .**·. 25 aina maksimisykettä. Edellä mainituissa suoritusmuodoissa maksimisyke voi- .···. daan muodostaa useilla eri tavoilla, kuten esimerkiksi laskemalla kaavalla (220- • » ikä), mittaamalla syke maksimirasituksessa, arvioimalla, määrittämällä neurover- • * kon avulla, joka neuroverkko saa sisääntuloparametrinaan ainakin yhden fysiologisen parametrin tai maksimisyke voidaan muodostaa muulla tunnetulla taval-30 la. Edellä mainitulla, rasitusparametrina käytettävällä rasitustasolla tarkoitetaan suuretta joka muodostetaan liikuntasuorituksen aikana yhden tai useamman • seuraavista avulla: yksi tai useampi henkilön sykeinformaatiosta muodostettu . ’ · ·. sykeparametri, yksi tai useampi fysiologinen parametri, yksi tai useampi liikunta suorituksen tehoa kuvaava tehoparametri, kuten juoksunopeus, uintinopeus, : 35 kuntopyörän teho tai vastaava suure. Edullisesti rasitustason arvo muodoste- i taan sykemittarissa neuroverkon avulla kuntosuorituksen aikana. Rasitustasoa

8 11420C

mitataan esimerkiksi yksiköllä työ/aikayksikkö, jolloin rasitustaso antaa käsityksen henkilön kumulatiivisesta rasituksesta liikuntasuorituksessa.

Keksintöä selostetaan seuraavaksi viitaten kuvioon 1B, jossa on kuvattu liikuntasuorituksen aikaiset toimenpiteet. Askeleessa 122 mitataan hen-5 kilöltä sykeinformaatiota sykemittarilla. Sykeinformaation mittauksella tarkoitetaan tässä sykkeen eli sydämen lyöntitiheyden mittausta, jonka sykkeen perusteella voidaan laskea myös muita sykeparametreja, kuten esimerkiksi sykkeen keskihajonta tai sykkeen muutosnopeus. Askeleessa 124 muodostetaan syke-informaatiosta rasitusparametrin arvo. Yksinkertaisimmillaan, rasitusparametri 10 on syke, jolloin vaihe 124 ei edellytä toimenpiteitä. Jos rasitusparametrina käytetään rasitustasoa, tällöin lasketaan rasitustason arvo jatkuvasti sykkeen funktiona esimerkiksi neuroverkon avulla. Askeleessa 126 verrataan edellä muodostettua rasitusparametrin arvoa rasitusparametrin kynnysarvoon, joka muodostettiin askeleessa 106. Käytännössä askeleen 126 toimet tarkoittavat sitä, 15 että rasitusparametrin arvoa verrataan kynnysarvoon periodisesti, esimerkiksi aina kun syke lasketaan, eli esimerkiksi kerran sekunnissa. Menetelmäaske-leessa 128 haaraudutaan vertailun tuloksen perusteella siten, että mikäli kynnysarvoa ei ollut ylitetty, palataan mittaamaan sykettä askeleen 130 mukaisesti; kun taas jos kynnysarvo ylittyi, annetaan hälytys menetelmävaiheessa 132. Hä-20 lytys annetaan sykemittarilla esimerkiksi vilkkuvana informaationa sykemittarin näytöllä, ääni- tai puheviestillä, värinällä tai muulla vastaavalla tavalla. Hälytyk-seen voidaan reagoida kahdella tavalla: askeleen 134 mukaisesti lasketaan har-joituksen tehoa ja jatketaan harjoitusta palaamalla sykkeen mittaukseen aske-: leen 130 mukaan. Vaihtoehtoisesti askeleen 133 mukaisesti lopetetaan liikunta- .···. 25 suoritus, mikä vaihtoehto tulee erityisesti kyseeseen esimerkiksi silloin, kun ra- . · ·. situsparametri on rasitustaso.

!Kuvioissa 3A-3B havainnollistetaan keksinnön mukaisen laitteiston erästä suoritusmuotoa. Kuviossa 3A on kuvattu PEF-mittari 300, joka käsittää suukappaleen 302, jota vasten käyttäjä asettaa suunsa uloshengitysvirtauksen 30 mittausta varten. Ilma kulkee suukappaleesta 302 PEF-mittarin 300 ilmasäiliöön 306 ja poistuu poistumisreiästä 308. Ilmasäiliön 306 läpi virtaava ilma liikuttaa ; jousiosoitinta 304 pysähtyen osoittamaan henkilön maksimaalisen uloshengi tysvirtauksen määrää. Kuviossa 3B esitetään sykemittarin 320 eräs suoritusmuoto. Sykemittari 320 käsittää rannehihnan 322 ranteeseen kiinnittämistä var-’ 35 ten. Sykemittari 320 käsittää myös yhdestä tai useammasta näppäimestä 324 , ’ ·: koostuvan näppäimistön liikuntasuorituksen ohjaamisessa tarvittavan informaa- 9 114200 tion syöttöä varten. Syötettävä informaatio on esimerkiksi kuvion 3A PEF-mitta-rilla mitatun henkilön uloshengitysvirtauksen arvo tai henkilön omat fysiologiset parametrit, kuten ikä, sukupuoli tai pituus. Fysiologisten syöttötietojen perusteella sykemittari 320 laskee uloshengitysvirtauksen ohjearvon ja vertaamalla 5 mitattua uloshengitysvirtausta, muodostaa vertailuarvon. Sykemittari laskee vertailuarvon ja henkilön maksimisykkeen, joka voidaan estimoida fysiologista parametreista ja muodostaa näiden perusteella sykkeelle ja rasitustasolle kynnysarvot kaavan (1) mukaisesti. Sykemittari 320 käsittää edelleen näytön 326, jolla näytetään liikuntasuorituksen aikana rasitusparametrien arvot ja vastaavat kyn-10 nysarvot, kuten esimerkiksi syke 328A ja sykkeen kynnysarvo 328B sekä rasi-tustason (EX) arvo (300) ja vastaava kynnysarvo (350). Mikäli jompikumpi kynnysarvoista ylittyy, annetaan sykemittarin äänimerkinantolaitteella käyttäjälle ää-nimerkki, jonka perusteella käyttäjä tietää ylittäneensä kynnysarvon. Kynnysarvon ylityksen seurauksena käyttäjä voi joko jatkaa liikuntasuoritusta matalam-15 maila sykkeellä tai lopettaa suorituksen.

Keksinnön mukaiset menetelmäaskeleet toteuttavaa sykemittaria selostetaan seuraavaksi erään sovellusesimerkin valossa viitaten kuvioon 4. Liikuntasuoritusta suorittavan henkilön sydämen sykettä mitataan rintakehälle asetettavan lähetinelektrodivyön avulla, jota lähetinelektrodivyötä kuvaavat laiteosi-20 en 400A-408 muodostama kokonaisuus. Mitattu sydämen syke lähetetään edullisesti induktiivisesti ranteessa sijaitsevaan vastaanottimeen, jota kuvaa laiteosi-: en 420-432 muodostama kokonaisuus. Lähetinelektrodivyön ja vastaanottimen ’ muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan sykemittariksi.

; Lähetinelektrodivyö mittaa sykeinformaation mittausvälineillä mitata • 25 sykeinformaatiota 400A-400B. Mittausvälineet ovat esimerkiksi elektrodeja, joita on sykemittarissa vähintään kaksi mutta voi olla useampiakin. Elektrodeilta 400A-400B sykesignaali menee EKG-esivahvistimeen 402, josta signaali siirre-‘' ’ tään AGC-vahvistimen 404 ja tehovahvistimen 406 kautta lähettimelle 408. Lä hetin 408 on edullisesti toteutettu kelana, joka lähettää induktiivisesti sykeinfor- < • · - 30 maation 410 vastaanottimelle, kuten ranteessa pidettävälle vastaanotinyksikölle :; tai esimerkiksi ulkoiselle tietokoneelle. Yhtä sydämen lyöntiä vastaa esimerkiksi : yksi 5kHz:n purske 410A tai lyöntiä voi vastata useamman purskeen rykelmä ,***, 410A-410C. Purskeiden 410A-410C välit 412A-412B voivat olla yhtä pitkiä tai [” keskenään eri pituisia. Induktiivisen lähetyksen ohella elektrodivyön ja vastaan- : " 35 otinyksikön välisen informaation lähetys voi tapahtua vaihtoehtoisesti esimerkik- : si optisesti tai johtimen välityksellä. Vastaanotinyksikkö 420-432, kuten esimer-

11420C

10 kiksi ranteeseen asetettava vastaanotin käsittää eräässä sovellusmuodossa vastaanotinkelan 420, josta vastaanotettu signaali johdetaan signaalivastaanot-timen 422 kautta keskusprosessorille 424, joka koordinoi vastaanotinyksikön eri osien toimintaa. Vastaanotinyksikkö käsittää edullisesti myös muistin 428 syke-5 informaation ja muiden keksinnön kannalta oleellisten tietojen, kuten esimerkiksi uloshengitysarvojen, tallentamiseksi. Sykemittari käsittää edelleen esittämisväli-neet 326 rasitusparametrin ja rasitusparametrin kynnysarvon esittämiseksi. Esit-tämisvälineet 326 on esimerkiksi näyttö tai puheohjain jolloin näytöllä näytetään esimerkiksi syke, sykkeen kynnysarvo, rasitustaso ja rasitustason kynnysarvo.

10 Esittämisvälineillä 326 tarkoitetaan keksinnön eräässä toteutusmuodossa äänimerkinantolaitetta, jolla annetaan äänimerkki rasitusparametrin kynnysarvon ylittyessä. Esittämisvälineet 326 voivat olla myös ääniviestinantolaite tai värinälaite.

On selvää, että esittämisvälineitä voidaan käyttää useita samanaikaisesti, esimerkiksi äänimerkinantolaitetta ja näyttöä.

15 Sykemittari, ja sen erään toteutusmuodon mukainen kuviossa 4 esi tetty vastaanotin, käsittää edelleen laskentayksikön 432 muodostaa uloshengi-tysvirtauksen ohjearvo fysiologisten parametrien avulla. Ohjearvon muodostuksessa laskentayksikkö voi käyttää informaatioyksikön 434 sisältämiä taulukoituja tai neuroverkon avulla muodostettavia ohjearvoja. Laskentayksikössä 432 muo-20 dostetaan eräässä toteutusmuodossa myös vertailuarvo mitatun uloshengitys-virtauksen ja ohjearvon avulla. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa laskenta-: yksikköön 432 on tallennettu terveydellinen ohjearvo, joka kertoo esimerkiksi, että vertailuarvo ei saa olla alle 50%. Laskentayksikkö 432 suorittaa muodoste-; ; tun vertailuarvon ja terveydellisen ohjearvon välisen vertailun ja keskusyksikön . · . 25 424 välityksellä sykemittari ilmoittaa esittämisvälineillään 326, mikäli vertailuarvo , · ·' ’, ei täytä terveydellistä ohjearvoa. Laskentayksikössä 432 muodostetaan edulli- • 1 !;; sesti edelleen rasitusparametrien kynnysarvot ja liikuntasuorituksen aikaiset ra- ' 1 ’ situsparametrin ja kynnysarvon väliset vertailut. Laskentayksikkö 432 on yhtey dessä keskusyksikköön 424, jonka kautta laskentayksikkö 432 saa laskentatoi-30 menpiteissä ja vertailuissa tarvittavat sisääntuloparametrien arvot ja myös esimerkiksi liikuntasuorituksen aikaisen sykeinformaation. Sisääntuloparametrit, . . kuten esimerkiksi fysiologiset parametrit, referenssisyke, terveydellinen ohjear vo, sykemittarin ulkopuolella muodostettu vertailuarvo, yksi tai useampi PEF-ar-vo syötetään sykemittarin syöttövälineillä 324, joka on esimerkiksi näppäimistö, ’’· 35 puheohjain, optinen yhteys, radioyhteys, yhdyskaapeli tai tietoliikenneportti ul- , 1 kopuoliselta laitteistolta saatavaa tiedonsyöttöä varten. On selvää, että laskenta-

11420C

11 yksikköä 432 ei tarvitse toteuttaa erillisenä laiteosana, vaan sen sisältämät toimenpiteet voidaan toteuttaa esimerkiksi keskusprosessorissa 424.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa, kuvion 4 mukaisesti PEF-mittari 300 toteutetaan sykemittarissa. Tällöin sykemittarin käsittämällä PEF-mit-5 tarilla 300 mitattu uloshengitysvirtauksen arvo saadaan automaattisesti sykemittarin laskentayksikön 432 käyttöön keskusprosessorin 424 välityksellä, eikä käyttäjän tarvitse erikseen syöttää arvoa sykemittarin syöttövälineillä 324.

Keksinnön mukaiset menetelmäaskeleet toteuttavat toiminteet, välineet ja mallit toteutetaan esimerkiksi ohjelmallisesti yleiskäyttöiselle prosessorille le, ASICina, erillisillä logiikkakomponenteilla tai muulla vastaavalla tunnetulla menetelmällä. Alan asiantuntijalle on selvää, että sykemittari voi käsittää myös muita osia kuin kuviossa 4 on esitetty mutta niiden selostaminen ei tässä yhteydessä ole keskeistä.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten 15 mukaisiin esimerkkeihin, on selvää ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

I · 1 » ·

Claims

11420C

1. Menetelmä henkilön liikuntasuorituksen ohjaamiseksi, jossa menetelmässä mitataan henkilön sykeinformaatiota liikuntasuorituksessa (122) ja 5 ilmoitetaan (132) henkilölle mikäli mitatusta sykeinformaatiosta muodostettu rasitusparametrin arvo liikuntasuorituksessa ylittää ennen liikuntasuoritusta muodostetun rasitusparametrin kynnysarvon, tunnettu siitä, että rasitusparametrin kynnysarvo on muodostettu (106) liikuntasuoritusta varten käyttäen henkilön uloshengitysvirtauksen arvoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uloshengitysvirtauksen arvo on mitattu PEF-mittarilla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rasitusparametrin kynnysarvo on muodostettu ennen liikuntasuoritusta mitatun uloshengitysvirtauksen arvon ja uloshengitysvirtauksen ohjearvon välisen 15 vertailun perusteella.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uloshengitysvirtauksen ohjearvo on henkilön maksimaalinen uloshengitys-virtaus.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että uloshengitysvirtauksen ohjearvo on muodostettu henkilön fysiologiaa kuvaavan yhden tai useamman fysiologisen parametrin avulla. i

: 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rasitusparametri on rasitustaso, jonka arvon muodostuksessa liikuntasuori-, tuksessa käytetään sykeinformaation lisäksi yhtä tai useampaa seuraavista: yk- : 25 si tai useampi henkilön fysiologiaa kuvaava fysiologinen parametri, yksi tai use ampi liikuntasuorituksen rasittavuutta kuvaava rasitusparametri.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rasitusparametri on syketaso.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : 30 että henkilölle mitattu uloshengitysvirtaus siirretään sykemittarille, joka muodos taa uloshengitysvirtauksen perusteella rasitusparametrin kynnysarvon käytettä-väksi liikuntasuorituksen ohjauksessa. »

9. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostettua mitatun uloshengitysvirtauksen ja uloshengitysvirtauksen oh- • 35 jearvon välisen vertailun tulosta verrataan terveydelliseen ohjearvoon ja mikäli 11420C vertailun tulos ei täytä terveydellistä ohjearvoa, ilmoitetaan käyttäjälle, että liikunnan harrastaminen ei ole suositeltavaa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikuntasuorituksen aikana mitataan henkilön sykeinformaatiota sykemittaril- 5 la ja näytetään sykemittarin näytöllä rasitusparametrin arvo.

11. Sykemittari, käsittäen mittausvälineet (400A-400B) mitata henkilön sykettä liikuntasuorituksessa, laskentayksikön (432) muodostaa mitatusta sykkeestä liikuntasuorituksessa yhden tai useamman rasitusparametrin arvo, joka laskentayksikkö (432) on edelleen sovitettu vertaamaan liikuntasuori- 10 tuksessa rasitusparametrin arvoa ennen liikuntasuoritusta muodostettuun rasitusparametrin kynnysarvoon, sykemittarin käsittäessä edelleen esittämisvä-lineet (326) esittää henkilölle rasitusparametrin kynnysarvon ylitys liikuntasuorituksessa, tunnettu siitä, että laskentayksikkö (432) on sovitettu käyttämään rasitusparametrin kynnysarvon muodostuksessa henkilöltä liikuntasuori- 15 tusta varten mitattua uloshengitysvirtauksen arvoa.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu siitä, että laskentayksikkö on sovitettu käyttämään rasitusparametrina rasitusta-soa liikuntasuorituksessa, jonka arvon muodostuksessa laskentayksikkö on sovitettu käyttämään sykkeen lisäksi yhtä tai useampaa seuraavista: yksi tai use- 20 ampi henkilön fysiologiaa kuvaava fysiologinen parametri, yksi tai useampi liikuntasuorituksen rasittavuutta kuvaava rasitusparametri. I

* „ : 13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu sii- : : tä, että laskentayksikkö on sovitettu käyttämään rasitusparametrina henkilön sy- : ; : kettä liikuntasuorituksessa.

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu sii- .· , tä, että laskentayksikkö on sovitettu käyttämään rasitusparametrin kynnysarvon muodostuksessa henkilön uloshengitysvirtauksen ohjearvoa.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sykemittari, tunnettu siitä, että uloshengitysvirtauksen ohjearvo on henkilön maksimaalinen uloshengi- ; 30 tysvirtaus.

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sykemittari, tunnettu siitä, että laskentayksikkö on sovitettu muodostamaan uloshengitysvirtauksen ohjearvon henkilön fysiologiaa kuvaavan yhden tai useamman fysiologisen parametrin avulla.

17. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu sii tä, että sykemittarin käsittämät esittämisvälineet on yksi tai useampi seuraavis- 114200 ta: äänimerkinantolaite, ääniviestinantolaite, värinälaite, näyttö yhden tai useamman rasitusparametrin arvon ja/tai rasitusparametrin kynnysarvon näyttämiseksi.

18. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu sii-5 tä, että sykemittari käsittää syöttövälineet rasitusparametrin kynnysarvon muodostuksessa laskentayksikössä käytettävän informaation syöttämiseksi.

19. Patenttivaatimuksen 14 mukainen sykemittari, tunnettu siitä, että laskentayksikkö on sovitettu muodostamaan mitatun uloshengitysvirta-uksen ja uloshengitysvirtauksen ohjearvon välinen vertailuarvo ja vertaamaan 10 vertailuarvoa terveydelliseen ohjearvoon, sykemittarin edelleen ollessa sovitettu ilmoittamaan henkilölle esittämisvälineillä mikäli vertailuarvo ei täytä terveydellistä ohjearvoa.

20. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sykemittari, tunnettu siitä, että sykemittari käsittää PEF-mittarin uloshengitysvirtauksen mittaamiseksi. « 11420C