FI120619B - Device and method for monitoring performance - Google Patents
Device and method for monitoring performance Download PDFInfo
- Publication number
- FI120619B FI120619B FI20065734A FI20065734A FI120619B FI 120619 B FI120619 B FI 120619B FI 20065734 A FI20065734 A FI 20065734A FI 20065734 A FI20065734 A FI 20065734A FI 120619 B FI120619 B FI 120619B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- heart rate
- respiratory
- wrist
- signal
- processing unit
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 7
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 63
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 claims description 40
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 32
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 claims description 32
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 23
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 15
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 claims description 3
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 claims description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 3
- 238000000718 qrs complex Methods 0.000 description 3
- 230000003938 response to stress Effects 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000000613 ear canal Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000013632 homeostatic process Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000003387 muscular Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000009531 respiratory rate measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
- A61B5/02438—Measuring pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0535—Impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/0816—Measuring devices for examining respiratory frequency
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/085—Measuring impedance of respiratory organs or lung elasticity
- A61B5/086—Measuring impedance of respiratory organs or lung elasticity by impedance pneumography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
- A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
- A61B5/222—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus combined with detection or measurement of physiological parameters, e.g. heart rate
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
- A61B5/681—Wristwatch-type devices
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
Laite ja menetelmä suorituksen seuraamiseksiDevice and method for monitoring performance
Keksintö liittyy menetelmiin ja laitteisiin, joilla seurataan henkilöiden liikuntasuoritusta suorituksen aikana. Erityisesti keksintö liittyy ranteessa kannettaviin laitteisiin.The invention relates to methods and apparatus for monitoring the performance of individuals during exercise. In particular, the invention relates to wrist-worn devices.
55
Pitkäaikaisena tavoitteena sykemittarialalla on ollut suoraan ranteesta tapahtuva sykkeen luotettava mittaus. Sykkeen havaitsemiseksi on kehitetty monia menetelmiä, joista tärkeimpinä voidaan mainita EMFI-kalvon (Electromechanical Film) käyttöön perustuva kapasitiivinen sykkeen ’’kuuntelu”, sykkeen aiheuttaman veren impedanssin tai induktanssin (bioimpedans-10 si/bioinduktanssi) muutosten tarkkaileminen ja mekaaninen sykkeen tunnistaminen. Myös sykkeen kaikuluotaamista ultraäänen avulla ja infrapuna-alueen valon heijastumista, sirontaa tai absorptiota voidaan käyttää sykkeen havaitsemiseksi. Lisäksi on kokeiltu akustista sykkeen kuuntelua.Reliable heart rate measurement has been a long-term goal in the heart rate monitor industry. Many methods have been developed to detect heart rate, the most important of which is the capacitive 'listening' of the EMFI (Electromechanical Film), the monitoring of changes in blood impedance or inductance (bioimpedance / bioinductance) and the mechanical recognition of heart rate. Ultrasound echo of heart rate and infrared light reflection, scattering or absorption can also be used to detect heart rate. In addition, acoustic heart rate listening has been tried.
15 Tunnetuissa menetelmissä ja laitteissa ongelmana on signaalin huono laatuja siten syketi-heystiedon luotettavuus. Sykeanturit sijaitsevat tyypillisesti laitteen rannekkeessa, koska ranteen volaaripuolella (palmaaripuolella) sekä sähköinen että mekaaninen sykesignaali on voimakkaimmillaan verisuonten läheisyyden ansiosta. Nämäkin signaalit ovat kuitenkin huomattavasti vaikeampi poimia kuin esimerkiksi rintakehältä kahden ihoelektrodin avulla toteutetun 20 sydämen QRS-kompeksin sähköisen mittauksen tapauksessa. Tiettävästi markkinoilla ei ole laitteita, jotka kykenevät sykkeen mittaamiseen onnistuneesti etenkään ranteen dorsaalipuolel-ta, eli siltä puolelta, jolla rannelaitteiden keskusyksiköltä tyypillisesti kannetaan.The problem with the known methods and devices is the poor quality of the signal and hence the reliability of the heart rate data. Heart rate sensors are typically located on the wrist of the device, since both the electrical and mechanical heart rate signals on the volar (palm side) of the wrist are at their strongest due to the proximity of the blood vessels. However, even these signals are much more difficult to pick up than, for example, the electrical measurement of the 20 heart QRS complex by means of two skin electrodes. It is known that there are no devices on the market that are capable of successfully measuring heart rate, particularly on the dorsal side of the wrist, that is, the side typically carried by the central unit of wrist equipment.
Käden volaaripuolelta mittaamista hyödyntäviä laitteita on kuvattu mm. WO-julkaisussa 25 00/28892, US-julkaisussa 2006/0047208 ja julkaisussa Design and evaluation of a handheld impedance plethysmograph for measuring heart rate variability, Medical & Biological Engineering & Computing 2005, Vol. 43. Ranteen dorsaalipuolinen syke-elektrodipari on mainittu US-julkaisussa 2006/0122521.Devices utilizing volumetric hand measurement have been described e.g. WO 00/28892, US 2006/0047208 and Design and Evaluation of Handheld Impedance Plethysmography for Measuring Heart Rate Variability, Medical & Biological Engineering & Computing 2005, Vol. 43. The dorsal pulse electrode pair of the wrist is mentioned in US Pat. 2006/0122521.
30 Tunnetaan myös menetelmiä (esim. EP 0575984, US 6982930), jossa mittaus tapahtuu vain puolittain kädestä, jolloin signaalia mitataan vähintään kahden raajan välillä. Rannelaitesovel-luksessa käyttäjältä vaaditaan kosketus rannelaitteen elektrodiin tai elektrodeihin myös toisella kädellä, mikä ei ole suorituksen aikana miellyttävää tai välttämättä edes mahdollista.Methods are also known (eg, EP 0575984, US 6982930), in which measurement is performed only half-hand, whereby the signal is measured between at least two limbs. In the wrist unit application, the user is also required to touch the electrode or electrodes of the wrist unit with one hand, which is not pleasant or even possible during operation.
22
Alan resurssit onkin jatkuvasti suunnattu yhä herkempien ranneanturointien kehittämiseen, jotta yleisesti käytetyistä rintakehän ympäri asetettavista sykevöistä ja vastaavista voitaisiin luopua suorituksen aikaisessa sykemonitoroinnissa. Toistaiseksi sykevyöt ovat kuitenkin luotettavuudessaan ylivoimaisia. Sykkeen luotettavaa mittaamista pidetään yleisesti niin olennai-5 sena toimintona, että pelkästään rannemittausta hyödyntäviä kuluttajalaitteita ei ole vielä markkinoilla.Indeed, resources in the field have been continuously devoted to the development of increasingly sensitive wrist sensors to dispense with commonly used chest-based heart rate belts and the like during heart rate monitoring. So far, however, heart rate belts are superior in reliability. Reliable heart rate measurement is generally considered to be such an essential function that consumer devices utilizing wrist measurement alone are not yet on the market.
Vaikka rannemittaustekniikka onkin kehittynyt, voi olla, että sykettä ei vielä lähitulevaisuudessa tulla voimaan mittaamaan pelkästään ranteesta luotettavasti, ranteen dorsaalipuolelta ei 10 välttämättä koskaan, ainakaan suorituksen aikana mukana kannettavilla itsenäisillä rannetie-tokoneilla tai muilla vastaavilla rannelaitteilla.Although wrist-measuring technology has advanced, it may not be possible in the foreseeable future to measure heart rate reliably on the wrist alone, not necessarily on the wrist dorsal side of the wrist, at least not with portable wristcorders or other similar wristbands.
Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan harjoitusvaikutuksen arviointiin soveltuva rannelai-te, joka hyödyntää ranteesta tapahtuvaa hemodynaamisen signaalin mittausta uudella ja luo-15 tettavalla tavalla.It is an object of the invention to provide a wrist unit suitable for the evaluation of the training effect, which utilizes the measurement of the hemodynamic signal from the wrist in a novel and reliable way.
Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan myös uusi menetelmä harjoitusvaikutuksen arviointiin.It is also an object of the invention to provide a new method for assessing training effect.
20 Keksintö perustuu siihen havaintoon, että myös sellaisesta hemodynaamisesta signaalista, josta syketiheys ei ole määritettävissä, voidaan yleensä tunnistaa hengitystiheys tai muita hengitykseen liittyviä parametreja. Hengitystiheys puolestaan soveltuu suoraan esimerkiksi suorituksen aikaisen energiankulutuksen laskentaan. Tieto energiankulutuksesta on taas suurelle käyttäjäjoukolle riittävä ja itse asiassa jopa sykkeen absoluuttiarvoa kiinnostavampi tieto. 25 Niinpä keksinnön avulla saadaan aikaan luotettava menetelmä suorituksen harjoitusvaikutuksen arvioimiseksi ja edullisesti ja luotettavasti valmistettavissa oleva laite tähän tarkoitukseen.The invention is based on the finding that a hemodynamic signal for which heart rate cannot be determined can generally identify respiratory rate or other respiratory parameters. The respiratory rate, in turn, is directly applicable, for example, to the calculation of energy consumption during exercise. Information on energy consumption is again sufficient for a large number of users, and even more interesting than the absolute value of heart rate. Thus, the invention provides a reliable method for evaluating the effect of exercise training, and an apparatus that can be manufactured inexpensively and reliably for this purpose.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä henkilön fyysistä suoritusta havainnoidaan suorituksen aikana siten, että kerätään hemodynaamista signaalia ranteessa sijaitsevalla anturilla ja välite-30 tään hemodynaaminen signaali tiedonkäsittely-yksikköön, jossa signaalista johdetaan ainakin yksi hengitystä kuvaava fysiologisen parametri. Tämän perusteella lasketaan edelleen ainakin yksi henkilöstä ja suorituksesta riippuva harjoitusvaikutusparametri.In the method of the invention, the physical performance of a subject is detected during the exercise by collecting a hemodynamic signal on a wrist sensor and transmitting the hemodynamic signal to a data processing unit in which at least one respiratory physiological parameter is derived from the signal. Based on this, at least one training effect parameter dependent on the person and performance is further calculated.
33
Keksinnön mukainen ranteessa kannettava laite käsittää keskusyksikön, jossa on näyttötaulu ja anturivälineet hemodynaamisen signaalin keräämiseksi ranteesta. Lisäksi laitteessa on antu-rivälineisiin toiminnallisesti yhdistetty tiedonkäsittely-yksikkö, joka on sovitettu johtamaan ainakin yksi hengitystä kuvaava fysiologinen parametri hemodynaamisesta signaalista ja edel-5 leen tämän perusteella laskemaan ainakin yksi henkilöstä ja suorituksesta riippuva harjoitus-vaikutusparametri.The wrist wearable device of the invention comprises a central unit having a display panel and sensor means for collecting a hemodynamic signal from the wrist. In addition, the device has a data processing unit operatively coupled to the sensing means, adapted to derive at least one respiratory physiological parameter from the hemodynamic signal and further to calculate at least one person and performance-dependent training effect parameter.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki osassa. Keksinnön mukaiselle laitteelle on puo-10 lestaan tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksen 16 tunnusmerkki osassa.More specifically, the process of the invention is characterized by what is said in the characterizing part of claim 1. The device according to the invention is in turn characterized by what is said in the characterizing part of claim 16.
Olemme yllättäen havainneet, että rannelaitteeseen, jopa rannelaitteen takapaneeliin asennettua anturointia, etenkin sähköisiä elektrodeja tai elektreettikalvoa (kuten EMFi-kalvoa), voidaan käyttää hengitystiheyden ja edelleen energiankulutuksen määrittämiseen riittävän sig-15 naalin keräämiseen.We have surprisingly found that sensors mounted on the wrist unit, even on the back panel of the wrist unit, especially electrical electrodes or an electret film (such as an EMF membrane), can be used to determine respiratory rate and further energy consumption to collect sufficient signal.
Signaalin heikkous ja huono laatu on osoittautunut ongelmaksi erityisesti ranteesta tapahtuvassa sykkeen havainnoinnissa, eikä hyvää tapaa signaalin parantamiseksi ole vielä kehitetty. Rintakehältä sykettä tunnistettaessa mitataan yleensä sähköisesti sydämen QRS-kompleksia, 20 koska tämä on osoittautunut luotettavuudessaan ylivoimaiseksi tavaksi. Selkeän QRS- kompleksin mittaaminen raajasta liikuntasuorituksen aikana ei kuitenkaan onnistu. Esillä olevan keksinnön mukaisesti, luopumalla syketiheyden tunnistamisen tarpeesta ja tunnistamalla hengitystiheyttä, saadaan kuitenkin huonompilaatuisestakin signaalista esille se, mikä loppukäyttäjää usein eniten kiinnostaa, eli haqoitusvaikutus. Niinpä keksinnön toteuttamisek-25 si ei ole välttämätöntä, että signaalista tunnistetaan (tai edes kyetään tunnistamaan) syketihe-ys. Tietyissä sovellutusmuodoissa kuitenkin edullista, jos ainakin osa sykkeistä tunnistetaan, kuten myöhemmin tarkemmin selostetaan.Weakness and poor quality of the signal have proven to be a problem, especially in the area of wrist detection, and a good way to improve the signal has not yet been developed. Chest heart rate recognition is usually measured electronically by the QRS complex of the heart, 20 as this has proven to be a superior technique in terms of reliability. However, it is not possible to measure the clear QRS complex from the limb during exercise. However, according to the present invention, by eliminating the need for heart rate detection and by recognizing respiratory rate, even a lower quality signal will reveal what the end user is often most interested in, i.e., the hitting effect. Thus, it is not necessary for the invention to detect (or even be able to recognize) the heart rate of the signal. However, in certain embodiments, it is advantageous if at least part of the heart rate is detected, as will be described in more detail below.
Keksinnön parhaana pidetyn sovellutusmuodon mukaan hemodynaaminen signaali kerätään 30 ranteen dorsaalipuolelta. Vastaavassa laitteessa on näyttötaululle vastakkainen takapaneeli, jossa anturivälineet sijaitsevat. Vaikka signaalin voimakkuus on suurten verisuonten kaukaisemman aseman takia selvästi heikompi dorsaalipuolella kuin volaaripuolella, olemme havainneet dorsaalisen mittauksen kuitenkin esillä olevassa käyttötarkoituksessa, eli harjoitus-vaikutuksen arvioinnissa hengityksen perusteella, riittävä.According to a preferred embodiment of the invention, the hemodynamic signal is collected from the dorsal side of the wrist. The corresponding device has a back panel opposite the display panel where the sensor means are located. Although the signal strength is clearly weaker on the dorsal side than on the volar due to the distal position of the large blood vessels, we have found dorsal measurement for the present use, i.e., assessment of the effect of exercise on breathing, sufficient.
44
Yleisimmillään keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn hemodynaamisen signaalin havainnoin-timenetelmään. Periaatteessa mikä tahansa ei-invasiivinen menetelmä, joka on herkkä hengityksen aiheuttamille jaksollisille muutoksille verisuonissa, soveltuu käytettäväksi keksinnön 5 yhteydessä. Käyttämällä joitakin tiettyjä menetelmiä voidaan kuitenkin saavuttaa erityisiä etuja esimerkiksi laitteen kokoonpanoon, hintaan tai virrankulutukseen liittyen, tai sen suhteen, missä urheilulajivalikoimassa laitetta voidaan käyttää. Esimerkiksi uinnissa ja juoksussa ei hemodynaamista signaalia välttämättä voi havainnoida luotettavasti samalla menetelmällä. Erityisen edullisesti keksinnön piiriin soveltuvat sellaiset mittausmenetelmät, jotka ovat ran-10 teestä mitattaessa herkempiä signaalin hengityskomponentille kuin sykekomponentille.More generally, the invention is not limited to any particular method of detecting a hemodynamic signal. In principle, any non-invasive method that is sensitive to respiratory-induced periodic vascular changes is suitable for use with the invention. However, some specific methods can provide specific advantages, for example, in terms of device configuration, price, power consumption, or where the device can be used in sports. For example, in swimming and running, the hemodynamic signal may not be reliably detected by the same method. Particularly preferably, measurement methods that are more sensitive to the respiratory component of the signal than the heart rate component are suitable for measuring within the scope of the invention.
Keksinnön avulla saavutetaan yleisesti huomattavia laitevalmistukseen liittyviä etuja. Sen avulla nimittäin vältetään sykepantojen tai vastaavien etäanturointien käyttö harjoitusvaikutuksen arvioimisessa. Erityisesti sijoittamalla anturit laitteen takapaneeliin, käden dorsaali-15 puolta vasten, vältetään rannekkeeseen asennettavat anturit ja siten rannelaitteen keskusyksikön ja rannekkeen väliset kontaktinvalmistusongelmat. Joustavien ja kestävien sähköisten kontaktien tekeminen rannekkeen ja laitteen keskusyksikön välillä on tunnetusti hankalaa ja kallista.The invention generally achieves considerable advantages in the manufacture of equipment. Namely, it avoids the use of heart rate collars or similar remote sensors to evaluate the training effect. In particular, positioning the sensors on the back panel of the device, against the dorsal side of the hand, avoids sensors mounted on the bracelet and hence the contact manufacturing problems between the wrist unit's central unit and the bracelet. It is known that elastic and durable electrical contacts between the bracelet and the central unit of the device are difficult and expensive.
20 Keksintö on myös loppukäyttäjän kannalta edullinen, sillä käyttäjä tarvitsee vain yhden laitteen suorituksen harjoitusvaikutuksen arvioimiseksi. Alalla on ollut jo useita vuosia tarve tällaisille uusille sovelluksille, koska sen avulla arvioitavaan suoritukseen lähteminen on käyttäjälle mahdollisimman helppoa, mikä edelleen kannustaa käyttäjää kunnon kohentamiseen ja suoritusten analysoimiseen.The invention is also advantageous for the end user, since the user only needs one device to perform the training effect assessment. There has been a need in the industry for many years for such new applications because it makes it as easy as possible for a user to enter the performance being evaluated, which further encourages the user to improve performance and analyze performance.
2525
Ranteen dorsaalipuolella tarkoitamme suurten ranneluiden määräämän tason kämmenselän puolella sijaitsevaa pintaa.By the dorsal side of the wrist, we mean the surface on the palm of the plane defined by the large wrists.
Seuraavassa keksinnön eri sovellutusmuotoja selostetaan tarkemmin viitaten oheisiin piirus-30 tuksiin, joissa kuvio 1 esittää vuokaaviona keksinnölle tyypilliset menetelmävaiheet, kuvio 2 esittää kaavamaisena poikkileikkauksena ranteessa kannettavan haqoitusmonitorin, kuvio 3 esittää periaatekuvana verisolujen käyttäytymisen sykkeen aikana, ja 5 kuvio 4 esittää periaatekuvana hengityksen sykesignaalin amplitudia moduloivan vaikutuksen.In the following, various embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a flow chart of typical process steps of the invention; effect.
Jokainen sydämen syke aiheuttaa verisuonissa virtauksen ja edelleen suonen suuntaisesti liik-5 kuvan pienen pullistuman, jota havainnollistetaan kuviossa 3 viitenumerolla 32. Pletysmogra-fisten mittausten perusteella tiedetään, että verisuonet laajenevat ajallisesti paitsi sydämen sykkeen vaikutuksesta, myös hengityksen tahdissa. Niinpä hengitys muuttaa verisuonijärjestelmän painetta syklisesti. Tämä johtuu siitä, että sisäänhengitettäessä ja siten rintakehän lihasten laajetessa raajojen verisuoniston paine laskee, ja uloshengitettäessä päinvaistoin. Hen-10 gityksen aiheuttama ’’imu” saa siten aikaan paineen muutoksen, joka välittyy hyvin nesteessä, eli tässä tapauksessa veressä. Terveen ihmisen syketiheys on moninkertaisesti hengitystiheyt-tä suurempi. Niinpä hengitys näkyy veren virtauksessa pienempitaajuisena modulaationa, eli sykepulssien syklisenä korkeuden muutoksena. Tätä havainnollistetaan kuviossa 4. Keksinnön mukaisesti ranteesta kerätystä hemodynaamisesta signaalista tunnistetaan tämä modulaa-15 tio, jonka olemme todenneet olevan luotettavammin poimittavissa hyvin kohinaisesta signaa lista.Each heart rate causes a small bulge in the blood vessels to flow and further to the vessel, which is illustrated in Figure 3 by reference numeral 32. Plethysmographic measurements are known to dilate blood vessels not only by the effect of the heart rate but also by the rate of respiration. Thus, breathing cyclically changes the vascular system pressure. This is because when inhaled, and thus the thoracic muscles expand, the pressure in the blood vessels in the limbs decreases, and when exhaled in reverse. The "suction" caused by Hen-10 grafting thus produces a pressure change which is well transmitted in the fluid, in this case the blood. The heart rate of a healthy person is many times higher than the respiratory rate. Thus, breathing is seen as a lower-frequency modulation of blood flow, i.e., a cyclic change in heart rate pulse. This is illustrated in Figure 4. The hemodynamic signal collected from the wrist according to the invention identifies this modulation, which we have found to be more reliably extracted from a very noisy signal.
Verisolujen 36 (pääasiassa punasolujen) ei-pallomaisuudesta johtuen, verisolujen järjestäytymisaste pullistumassa 32 muuttuu sykkeen aikana. Järjestäytymisasteen muutos näkyy ve-20 risuonten, ja siten koko kudoksen sähkönjohtavuuden (impedanssin) muutoksena. Tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää eräissä sovellutusmuodoissa, kuten myöhemmin tarkemmin selostetaan. Artikkelissa ”Detection of Pulse and Respiratory Signals from the Wrist Using Dry Electrodes, Biomedical Instrumentation and Technology”, Farag et al, July/August 1994, on kuvattu yksi esimerkinomainen ranteen volaaripuolista mittausta hyödyntävä mittausjärjeste-25 ly.Due to the non-spherical nature of the blood cells 36 (mainly red cells), the degree of organization of the blood cells in the bulge 32 changes during heart rate. The change in the degree of organization is reflected as a change in the electrical conductivity (impedance) of the veins and thus the tissue as a whole. This feature can be utilized in some embodiments, as will be explained in more detail below. In an article entitled "Detection of Pulse and Respiratory Signals from the Wrist Using Dry Electrodes, Biomedical Instrumentation and Technology," by Farag et al, July / August 1994, one exemplary measuring system utilizing volumetric measurement of the wrist is described.
Kuviossa 1 signaalinkeruuta on merkitty viitenumerolla 10. Signaali siirretään tiedonkäsittely-yksikköön (prosessointiyksikköön) vaiheessa 12. Tiedonkäsittely-yksikössä signaalista tunnistetaan hengitystiheys vaiheessa 14. Eräitä mahdollisia menetelmiä tämän aikaansaamiseksi 30 on kuvattu alla.In Figure 1, signal acquisition is denoted by the reference numeral 10. The signal is transferred to a data processing unit (processing unit) in step 12. In the data processing unit, a respiratory rate is identified in step 14. Some possible methods for achieving this are described below.
Edullisen suoritusmuodon mukaan mitattua signaalia alipäästösuodatetaan siten, että suodatetun signaalin jaksollisuuden, eli tyypillisesti maksimien (tai minimien) aikatiedon perusteella voidaan laskea hengitystaajuus. Tässä suoritusmuodossa yksittäisten sykkeisen tunnistaminen 6 tai havainnointi ei siis ole lainkaan välttämätöntä, eikä sitä siten tyypillisesti hengitystiheyden mittaamiseksi tehdä.According to a preferred embodiment, the measured signal is low-pass filtered so that the respiratory rate can be calculated based on the periodicity of the filtered signal, typically the maximum (or minimum) time information. Thus, in this embodiment, the identification or detection of individual heartbeats 6 is not at all necessary, and thus is not typically performed to measure respiratory rate.
Aikatasossa tapahtuvan hengitystaajuuden määrittämisen sijaan voidaan käyttää myös taa-5 juustasossa tapahtuvaa määritystä. Tällöin kerätty hemodynaaminen signaali muunnetaan taajuustasoon diskreetin fouriermuunnoksen (DFT) avulla ja louhitaan muunnetusta signaalista hengityskomponentti. Signaalinkäsittelyssä voidaan yleisesti käyttää mm. tunnettuja koordinaattimuunnos-, suodatus- ja/tai pulssintunnistustekniikoita.Instead of determining the respiratory rate over time, a back-to-back assay may also be used. The collected hemodynamic signal is then converted to the frequency domain by discrete Fourier Transform (DFT) and the respiratory component extracted from the converted signal. In signal processing, e.g. known coordinate conversion, filtering and / or pulse detection techniques.
10 Yleisesti sanottuna hengitysmodulaation taajuus tunnistetaan hemodynaamisesta signaalista edullisimmin sykemodulaatiosta riippumattomalla tavalla. Niinpä myös tai ainoastaan syke-pulssien välisistä signaalijaksoista (sykevälijaksoista) kerättyä signaalia käytetään hengitystiheyden selvittämiseksi. Yllä kuvatut suoritusmuodot lukeutuvat tähän kategoriaan.Generally speaking, the frequency of respiratory modulation is most preferably detected in a hemodynamic signal independent of heart rate modulation. Thus, also or only the signal collected from the signal periods (heart rate intervals) between the heart rate pulses is used to determine the respiratory rate. The embodiments described above fall into this category.
15 On huomattava, että vaikka keksintö ei edellytä syketiheyden tai edes yksittäisten sykkeiden tunnistamista signaalista, voidaan niitäkin seurata tai ainakin yrittää seurata vaihtoehtoisten tai erityisen edullisten sovellutusmuotojen aikaansaamiseksi. Erityisesti tulevaisuudessa, mikäli mittausmenetelmien herkkyyttä onnistutaan parantamaan, yksittäisten sykkeiden tai syketaajuuden määrittäminen ranteen dorsaalipuolelta voi olla mahdollista luotettavasti. Joitakin täl-20 löin mahdollistuvia sovellutusmuotoja kuvataan alla.It is to be noted that although the invention does not require the detection of heart rate, or even individual heart rates, from the signal, they may be monitored, or at least attempted, to provide alternative or particularly advantageous embodiments. Especially in the future, if the sensitivity of the measurement methods is improved, it may be possible to reliably determine the individual heart rate or heart rate from the dorsal side of the wrist. Some possible embodiments are described below.
Yhden suoritusmuodon mukaan hengitystiheyden määrittämiseksi tunnistetaan yksittäisiä sykkeitä ja edelleen näiden signaaliin aiheuttamia korkeusvaihteluita. Korkeusvaihteluiden syklistä johdetaan edelleen hengitysmodulaation taajuus. Etuna tunnettuihin ratkaisuihin näh-25 den on, että vaikka yksittäisiä sykkeitä jäisi tunnistamatta, voidaan harvempitaajuisen hengitysmodulaation taajuus silti laskea mittaus tuloksista. On kuitenkin edullista, jos sykepulsseja tunnistetaan onnistuneesti keskimäärin taajuudella, joka on kaksinkertainen hengitystiheyteen nähden. Tämä taajuus voi olla kuitenkin huomattavasti syketaajuutta matalampi, ainakin puolet siitä ja jopa matalampi. Tyypillisillä hengitys- ja syketaajuuksilla hengitystaajuus voidaan 30 siis määrittää, vaikka keskimäärin joka toinen syke jäisi tunnistamatta. Yhden sovellutusmuo-don mukaan hemodynaamisesta signaalista johdetaan hengitystä kuvaava parametri vaikka signaalin laatu olisi riittämätön luotettavaan syketiheyden tunnistamiseen.According to one embodiment, to determine the respiratory rate, individual heartbeats and further the height variations caused by them in the signal are identified. The cycle of height variations is further derived from the frequency of respiratory modulation. An advantage of the known solutions is that even if individual heartbeats are not recognized, the frequency of the lower frequency respiratory modulation can still be calculated from the measurement. However, it is advantageous if the heart rate pulses are successfully detected with an average frequency twice the respiratory rate. However, this frequency can be significantly lower, at least half, and even lower than the heart rate. Thus, at typical respiratory and pulse rates, the respiratory rate can be determined even if, on average, every other heart rate is not recognized. According to one embodiment, a breathing parameter is derived from the hemodynamic signal, even if the signal quality is insufficient for reliable heart rate detection.
77
Yhden sovellutusmuodon mukaan hengitystaajuus määritetään ainakin osittain sykesignaalin sisältämän syketiedon ajallisen vaihtelun (eli niin sanotun sykevälikohinan) jaksollisuuden perusteella). Sykevälikohinan jakso voidaan laskea taajuusmuunnoksen kautta tai edullisesti suoraan aikatasossa. Aikatasossa jaksollisuus määritetään edullisesti sykesignaalin perusteella 5 tehtyjen aikaleimojen avulla. Tyypillisesti tällöin muodostetaan aikaleimoista peräkkäisiä aikapisteitä käsittävä sarja, määritetään sarjan jakso, ja määritetään hengitystiheys sarjan jakson perusteella. Sarjan jakso voidaan edelleen määrittää laskemalla sarjan toinen derivaatta ja etsimällä tämän nollakohtia. Aikatasossa suoritetun määrityksen etuna taajuusmuunnoksen kautta tehtävään analyysiin nähden on vähäisempi laskennan tarve. Niinpä laskenta on nopeaa 10 voidaan suorittaa pienellä prosessori- ja ohjelmamuistikapasiteetilla, jolloin myös virrankulu-tus pienenee ja laitteesta saadaan edullisempi.According to one embodiment, the respiratory rate is determined, at least in part, by the periodic variation of the heart rate information contained in the heart rate signal (i.e., so-called heart rate interval noise). The interval between heart rate noise can be calculated via frequency conversion or preferably directly in the time domain. In the time domain, periodicity is preferably determined by time stamps based on the heart rate signal. Typically, the time stamps are formed into a series of consecutive time points, the sequence period is determined, and the respiratory rate is determined based on the sequence period. The sequence of a series can be further determined by calculating the second derivative of the series and looking for its zeroes. The advantage of time-domain determination over frequency-domain analysis is that it requires less computation. Thus, the computation is fast 10 can be performed with a small processor and program memory capacity, thus also reducing the power consumption and making the device more economical.
Sykepohjaiset hengitysmittausmenetelmät tuottavat kuitenkin aina pientä virhettä määritettyyn hengitystaajuuteen, joten edullisimmin käytetään sykkeestä riippumattomia ’’suoria” 15 menetelmiä, kuten ylempänä on kuvattu.However, heart rate-based respiratory measurement methods always produce a small error at a specified respiratory rate, so heart rate-independent '' direct 'methods as described above are most preferably used.
Mikäli kerätyn hemodynaamisen signaalin laatu on riittävä kaikkien sykkeiden tunnistamiseen, syketaajuus määritetään signaalista edullisimmin taajuustasossa diskreetin fourier-muunoksen (DFT) avulla.If the quality of the collected hemodynamic signal is sufficient to detect all heart rates, the heart rate is preferably determined from the signal in the frequency domain by a discrete Fourier transform (DFT).
2020
Hengitystiheyden luotettavuuden parantamiseksi voi olla edullista pyrkiä tunnistamaan he-modynaamisesta signaalista myös syketiheys tai jokin tämän kanssa korreloiva suure ja edelleen verrata tätä suuretta ja hengitystiheyttä toisiinsa. Esimerkkinä sovelluksesta, jossa tällaisesta vertailusta on hyötyä, on stressitilan tunnistaminen. Kun keho saa stressireaktion, ad-25 renaliinia tulee vereen ja syke nousee. Sykkeen nousu nykytietämyksen perusteella johtuu siitä, että verenkierto laitetaan välittämään adrenaliinia tehostetusti ja kohottamaan siten li-hasvalmiutta. Hengitystaajuus ei kuitenkaan nouse stressireaktiossa ennen kuin oikeasti lähdetään käyttämään aineenvaihduntaa. Tähän perustuu idea stressin mittaamisesta. Hengitystiheyden ja syketiheyden vertailuun perustuva stressimittaus voidaan edullisen suoritusmuodon 30 mukaan toteuttaa keksintöä hyödyntäen siten että tarkkaillaan hengitystä ja mitatussa signaalissa olevaa kohinaa tai siitä laskettua sykkeen kanssa korreloivaa suuretta tai itse sykettä. Jo pelkkä signaalin kohinatason nousu voi kertoa lisääntyneestä sydämen aktiviteetista. Jos havaitaan kohinan lisääntyvän ilman että hengitystaajuus nousee, voidaan päätellä kyseessä olevan jokin stressireaktio. On huomattava, että tässäkään sovellutusmuodossa syketiheyden 8 absoluuttiarvoa ei tarvitse tietää, vaan sen suhteellinen arvo (kuten signaalin kohinataso tms.) riittää. Yleisesti sanottuna stressitilan muutoksen indikaatioksi riittää hemodynaamisesta signaalista johdettu tieto sydämen syketiheyden epätavallisen nopeasta muutoksesta suhteessa hengitystiheyden muutokseen.In order to improve the reliability of the respiratory rate, it may be advantageous to try to identify also the heart rate or some correlated quantity from the he-modynamic signal and to further compare this magnitude with the respiratory rate. An example of an application where such a comparison is useful is the detection of a stress state. When the body receives a stress response, ad-25 renalin enters the blood and the heart rate rises. According to current knowledge, the increase in heart rate is due to the fact that the bloodstream is made to deliver adrenaline more intensively, thereby increasing muscular fitness. However, the respiratory rate does not increase in the stress response until you actually start to metabolize. That's the idea behind measuring stress. According to a preferred embodiment 30, stress measurement based on a comparison of respiratory rate and heart rate may be implemented by utilizing the invention to observe respiration and noise in the measured signal, or the heart rate correlated or calculated from it. A simple increase in signal noise level can indicate increased cardiac activity. If an increase in noise is observed without an increase in respiratory rate, one may conclude that there is some stress response. It should be noted that in this embodiment too, the absolute value of the heart rate 8 need not be known, but its relative value (such as signal noise level, etc.) is sufficient. Generally speaking, an indication of an abnormally rapid change in heart rate relative to a change in respiratory rate is sufficient to indicate a change in stress state.
55
Joissain sovellutusmuodoissa hengitystiheyden laskennassa voidaan apuna käyttää myös ennalta annettuja tietoja esimerkiksi syketiheyden ja/tai hengitystiheyden normaaleista vaihteluväleistä tai tyypillisestä suorituksenaikaisesta korrelaatiosta. Näin voidaan edelleen parantaa menetelmän luotettavuutta ranneympäristössä.In some embodiments, the prediction data, for example, from normal ranges of heart rate and / or respiratory rate, or from typical runtime correlation, may also be used to calculate respiratory rate. This can further improve the reliability of the method in the wrist environment.
10 Määritettyä hengitystiheyttä käyttäen lasketaan edelleen jokin harjoitusvaikutusparametri vaiheessa 16. Haqoitusvaikutusparametrilla tarkoitamme suorituksesta ja suorittajasta riippuvaa suuretta, joka kertoo suorituksen rasittavuudesta, sen aiheuttamasta energiankulutuksesta tai muusta vaikutuksesta suorittajan fyysiseen tilaan, yleiskuntoon tai palautumiseen. Tyypilli-15 simmin harjoitusvaikutusparametrina käytetään hetkellistä tai kumulatiivista energiankulutusta tai EPOC:ia (excess post-excercise oxygen consumption), tai jotain näistä edelleen johdettua suuretta. Tällainen suure voi olla esimerkiksi ’’Training Effect”, joka kuvaa kuntoa, aerobista suorituskykyä, parantavaa vaikutusta.10 Using the defined respiratory rate, we further calculate a training effect parameter in step 16. By a hitting effect parameter, we mean a performance and performance-dependent quantity that indicates the strenuousness of the exercise, its energy consumption, or other effect on the performer's physical condition, general condition, or recovery. Typically, the simulated exercise effect parameter is the instantaneous or cumulative energy consumption or EPOC (Excess Post-Excercise Oxygen Consumption), or any of these further derived. Such a measure can be, for example, the '' Training Effect '' which describes fitness, aerobic performance, healing effect.
20 EPOC kuvaa sitä happimäärää, joka tarvitaan suorituksen aiheuttaman kiihdytetyn elimistön aktiviteetin jälkeen elimistön palautuessa takaisin normaalitilaan, homeostaasiin. Esillä olevan keksinnön yhden sovellutusmuodon mukaan EPOC:n kertymistä suorituksen aikana arvioidaan ainakin osin keksinnön mukaisesti määritetyn hengitystiheyden perusteella. EPOC:n hyödyntämistä harjoittelun ohjaamiseksi on kuvattu tarkemmin esimerkiksi US-julkaisussa 25 2006/0004265 ja muissa Firstbeat Technologies Oy:n julkaisuissa (esim. White Paperit Tou kokuu 2005 ja Syyskuu 2005).EPOC describes the amount of oxygen that is required after exercise to stimulate the body to return to normal, homeostasis. According to one embodiment of the present invention, the accumulation of EPOC during exercise is estimated, at least in part, by the respiratory rate determined according to the invention. The use of EPOC to control training is described in more detail, for example, in US Publication 25 2006/0004265 and other publications by Firstbeat Technologies Oy (e.g., White Papers May 2005 and September 2005).
Yhden edullisen sovellutusmuodon mukaan hengitystä kuvaavaa parametria käytetään suorituksen aikaiseen energiankulutuksen laskentaan. Tällöin käytetään apuna tyypillisesti vähin-30 tään yhtä esitietoa joko mittauksen kohteena olevasta henkilöstä ja/tai tämän suorittamasta lajista. Esitiedot voivat käsittää henkilöstä mitattua dataa, kuten VO2max-arvon. Edullisen sovellutusmuodon mukaan käytetään kuitenkin hapenottoon suoraan liittymättömien kokeiden tai tietojen pohjalta määritettävissä olevia tietoja, jotka voivat sisältää esimerkiksi henkilön aktiivisuusluokan, painon, pituuden tai sukupuolen, tai tiedon henkilön suorittaman lajin 9 luonteesta. Lajin luonteella tarkoitetaan ensisijassa sitä, onko kyseessä sprint-tyyppinen laji vai kestävyyslaji. Aktiivisuusluokka (tyypillisesti asteikolla 1-10) voidaan taas määrätä mm. henkilön harjoittelumäärien perusteella ilman fyysisiä kokeita. Myös muita henkilö- tai lajikohtaisia tietoja voidaan käyttää. Energiankulutuksen tai muun harjoitusvaikutuksen laskenta 5 suoritetaan käytettyjen esitietojen ja mitatun hengitystä kuvaavan parametrin perusteella. Erityisen edullisen sovellutusmuodon mukaan valittuja esitietoja käytetään suoraan hengityspa-rametrin tai -parametrien skaalaavina tekijöinä, mikä yksinkertaistaa ja nopeuttaa laskentaa. Eri esitiedoille voidaan laskennassa antaa erilaisia painoarvoja. Lopputulos muutetaan edullisesti absoluuttisiksi energiankulutuksen hetkellisiksi yksiköiksi (esim. kcal/min). Myös suori-10 tuksen kumulatiivinen energiankulutus voidaan laskea. Kulutus voidaan myös ilmoittaa joi-nain suhteellisina arvoina.According to one preferred embodiment, the respiratory parameter is used to calculate the energy consumption during the run. Typically, at least one prior knowledge of either the person being measured and / or the species performed by him or her will be used to assist. Preliminary data may include person-measured data such as VO2max. However, according to a preferred embodiment, information that can be determined directly from tests or data not directly related to oxygen uptake is used, which may include, for example, a person's activity class, weight, height, or sex, or the nature of the species. The nature of the species primarily refers to whether it is a Sprint type or a durability type. The activity class (typically on a scale of 1-10) can again be determined e.g. based on a person's training volume without physical examinations. Other personal or species-specific information may also be used. The calculation of energy consumption or other training effect 5 is performed on the basis of the information used and the measured breathing parameter. According to a particularly preferred embodiment, the pre-selected data is used directly as scaling factors for the breathing parameter or parameters, which simplifies and speeds up the calculation. Different weights can be assigned to different pre-data. Preferably, the final result is converted into absolute instantaneous units of energy consumption (e.g., kcal / min). The cumulative energy consumption of performance 10 can also be calculated. Consumption may also be reported as some relative values.
Etenkin suorituksen alku- tai loppuvaiheessa tai muussa haqoituksen rytminmuutoskohdassa hengitystiheys ei yleensä korreloi suoraan sen hetkisen energiankulutuksen tai muun harjoi-15 tusvaikutuksen kanssa. Henkilön aloittaessa suorituksen, hänen hengityksensä ei saavuta heti hetkelliseen energiankulutukseen verrattavissa olevaa tasoa. Toisaalta suorituksen loputtua tai tauoilla hengitystiheys pysyy korkeana, vaikka fyysinen rasitus on ohi. Nämä tekijät voidaan kuitenkin huomioida tarkkailemalla hengitystiheyden, syketiheyden tai jonkin muun suorituksen rytminvaihdosta kuvaavan mitattavissa olevan suureen ajallisia muutoksia. Mikäli tietyllä 20 aikavälillä havaitaan ennaltamäärätyn suuruinen muutos tällaisessa suureessa, voidaan hengi-tystiheyttä korjata laskennallisesti kohti sellaista hengitystiheysarvoa, joka vastaa paremmin todellista harjoitusvaikutusta. Reaaliaikainen korjaus voi tapahtua esimerkiksi pitämällä hetkellisiä hengitystiheyksiä ennaltamäärätyn tarkasteluvälin ajan puskurimuistissa, ja vertaamalla uusinta saatua hengitystiheyttä hengitystiheyden aikaisempiin arvoihin. Alan asiantuntija 25 ymmärtää yllä olevan perusteella, että halutun vaikutuksen aikaansaava laskenta voidaan toteuttaa eri tavoin.Especially at the beginning or end of the exercise or at any other change in the rhythm of breathing, respiratory rate generally does not directly correlate with current energy consumption or other training effects. When a person begins to exercise, his or her breathing does not immediately reach a level comparable to that of instantaneous energy. On the other hand, after exercise or breaks, respiratory rate remains high even though physical exertion is over. However, these factors can be taken into account by observing changes in the measurable quantity of the respiratory rate, heart rate, or any other measure of change in rhythm. If a predetermined change in such a quantity is observed within a given 20 time intervals, the respiratory rate can be corrected computationally toward a respiratory rate value that better corresponds to the actual training effect. Real-time correction may occur, for example, by storing momentary respiratory rates in a buffer memory for a predetermined interval, and comparing the latest obtained respiratory rate with historical values of respiratory rate. It will be appreciated by those skilled in the art from the foregoing that the desired effect calculation can be accomplished in various ways.
Harjoitusvaikutuksen korjaus suoritetaan edullisesti tehostetusti. Tällä tarkoitetaan sitä, että energiankulutuksen arvioita korjataan suhteessa enemmän siihen nähden, kuinka paljon suori-30 tuksen rytminvaihdosta kuvaava suure muuttuu. Tällä kompensoidaan esimerkiksi hengityksen tai sykkeen hidasta muutosta suhteessa suorituksen hetkelliseen intensiteettiin. Rytminvaihdosta kuvaava suure voi toki olla myös esimerkiksi kiihtyvyysanturin kautta saatava tieto, jolloin tehostettua korjausta ei välttämättä tarvita.The training effect correction is preferably performed in an enhanced manner. This means that estimates of energy consumption are corrected more proportionally to how much the change in the rhythm of the performance changes. For example, this compensates for a slow change in breathing or heart rate relative to the instantaneous intensity of the exercise. Of course, the measure of rhythm change may also be information obtained through an accelerometer, for example, whereby an enhanced correction may not be necessary.
1010
Seuraavassa kuvataan kuvioon 2 viitaten esimerkinomaisesti rannelaite, jolla yllä mainitut menetelmävaiheet voidaan suorittaa.Referring now to Figure 2, by way of example, a wrist unit by means of which the above process steps can be performed will be described.
Rannelaite käsittää edullisesti keskusyksikön 20, jossa on näyttötaulu 25 ja tälle vastakkaisel-5 la puolella takapaneeli. Keskusyksikköön liitetty tai liitettävissä ranneke 23. Anturivälineet 28 hemodynaamisen signaalin keräämiseksi ranteesta sijaitsevat oleellisesti takapaneelissa 24, tyypillisesti tämän pinnalla tai osin upotettuna tähän siten, että ne on saatettavissa ihon kanssa kosketuksiin, kun laite puetaan. Rannelaite käsittää myös anturivälineisiin 28 toiminnallisesti yhdistetyn tiedonkäsittely-yksikön 26, jossa hemodynaamisesta signaalista johdetaan hengi-10 tysparametri, josta on edelleen tiedonkäsittely-yksikössä 26 johdettavissa ainakin yksi henkilöstä ja suorituksesta riippuva harjoitusvaikutusparametri. Harjoitusvaikutusparametrin esimerkinomaista laskentaa selostetaan tarkemmin myöhemmin.Preferably, the wrist unit comprises a central unit 20 having a display panel 25 and a rear panel on the opposite side thereof. A wristband 23 attached to or coupled to the central unit. Sensor means 28 for collecting a hemodynamic signal from the wrist are located substantially on the rear panel 24, typically on or partially embedded therein, so that they can be contacted with the skin when the device is worn. The wrist unit also comprises a data processing unit 26 operably coupled to the sensor means 28, in which a breathing parameter is derived from the hemodynamic signal, from which at least one personal and performance dependent training effect parameter can be derived from the data processing unit 26. An exemplary calculation of the training effect parameter will be described in more detail later.
Edullisesti käytetään anturointia 28, joka käsittää useita, edullisesti neljä, sähköistä bioimpe-15 danssin mittauselektrodia. Nelielektrodisessa anturoinnissa on tyypillisesti ensimmäinen elektrodipari virran syöttämiseksi ranteeseen ja toinen elektrodipari ranteen hengitysmodu-loidun bioimpedanssin havaitsemiseksi. Edullisimmin elektrodit on sovitettu peräk-käin/vierekkäin siten, että uloimpien elektrodien muodostama elektrodipari syöttää virtaa kudokseen. Tunnistus voidaan siten tehdä esimerkiksi vastaavalla elektrodijärjestetyllä kuin on 20 esitetty julkaisuissa WO 00/28892, mutta rannelaitteen takapaneeliin sovitettuna.Preferably, sensing 28 is used which comprises a plurality, preferably four, electric bioimpedance measuring electrodes. A four-electrode sensor typically has a first pair of electrodes for supplying current to the wrist and a second pair of electrodes for detecting breath-modulated bioimpedance of the wrist. Most preferably, the electrodes are arranged sequentially / side by side so that the pair of electrodes formed by the outermost electrodes supplies power to the tissue. The identification can thus be carried out, for example, with a similar electrode arrangement as disclosed in WO 00/28892 but mounted on the back panel of the wrist unit.
Vaihtoehtoisesti anturointina 28 voidaan käyttää sykepulssien mekaaniseen pulssindetektoin-tiin perustuvia anturijärjestelyitä. Esimerkkeinä tällaisesta mainitaan EMFi-kalvoihin tai vastaaviin elektreettikalvoihin perustuvat anturoinnit, mekaanis-kapasitiiviset anturoinnit sekä 25 jousiin ja geeleihin ja nesteisiin perustuvat mekaaniset anturoinnit. EMFi-kalvon etuna on hyvä herkkyys ja keveys.Alternatively, sensor arrangements based on mechanical pulse detection of heart rate pulses may be used as sensing 28. Examples of such are sensors based on EMF membranes or similar electret films, mechanical capacitive sensors, and mechanical sensors based on springs and gels and liquids. The advantage of the EMF film is its high sensitivity and lightness.
Anturoinnissa voidaan käyttää myös muita tunnettuja ja vielä tuntemattomia antureita, sisältäen optiset (etenkin infrapuna-alueen) anturit, ultraäänianturit ja akustiset anturit. Esimerkkinä 30 infrapunatekniikalla toteutetusta mittauksesta annetaan US-julkaisussa 6080110 esitetty menetelmä sykkeen mittaamiseksi korvakäytävästä aktiivisesti infrapunavalon heijastumien avulla. Tätä periaatetta voidaan soveltaa myös ranteen dorsaalipuolelta suoritettavassa mittauksessa. Voidaan myös käyttää passiivista infrapuna-alueen detektointia, jolloin tarkkaillaan jonkin ulkopuolisen valonlähteen tuottaman valon kulkua kudoksessa.Other known and unknown sensors, including optical (especially infrared) sensors, ultrasonic sensors and acoustic sensors, can also be used for sensing. As an example of infrared measurement 30, the method described in US 6080110 for actively measuring heart rate in the ear canal by means of infrared light reflections is provided. This principle can also be applied to measurements on the dorsal side of the wrist. Passive infrared detection can also be used to monitor the passage of light from any external light source into the tissue.
1111
Anturi voi viedä osan takapaneelin ihoa vasten tulevasta alasta tai täyttää sen oleellisesti kokonaan. Yleisesti on edullista, jos laitteen rannetta vasten tuleva pohja, etenkin pohjan antu-rointiosa, on koholla muihin laiteosiin (etenkin kellokotelon perifeerisiin osiin) nähden. Tällä 5 varmistetaan, että kiinnitettäessä laite ranteeseen rannehihnan avulla, anturointi kytkeytyy varmasti ihoon ja siten kykenee luotettavasti välittämään signaalia.The sensor may extend or substantially fill a portion of the area facing the skin of the back panel. Generally, it is advantageous if the base facing the wrist of the device, in particular the base sensing portion, is elevated relative to the other device parts (particularly the peripheral portions of the watch case). This ensures that when the device is attached to the wrist by means of a wrist strap, the sensor is securely connected to the skin and is thus capable of reliably transmitting a signal.
Rannelaitteen keskusyksikkö valmistetaan edullisesti suhteellisen kevyeksi, jolloin sen taka-paneeli pysyy suorituksen aikana paremmin ihossa kiinni, eli hölskyminen vähenee.The central unit of the wrist unit is preferably manufactured to be relatively lightweight, whereby the back panel of the wrist unit is better attached to the skin during exercise, i.e., bouncing is reduced.
10 Kun haluttu harjoitusvaikutusparametri tai -parametrit on määritetty, lopputulos voidaan esittää käyttäjälle näyttötaululla analogisessa tai digitaalisessa muodossa. Tiedot voidaan myös tallentaa laitteen muistiin myöhempää analyysiä varten.10 Once the desired exercise effect parameter or parameters have been determined, the result can be displayed to the user on the display board in analogue or digital form. Data can also be stored in device memory for later analysis.
Anturointi voidaan myös sisällyttää kokonaan rannelaitteen rannekkeeseen, jolloin kerätyn 15 signaalin voimakkuutta voidaan parantaa jonkin verran. Tällöin rannekkeen ja keskusyksikön väliin on valmistettu sähköiset kontaktit. Aina anturoinnin tyypistä riippuen se voidaan myös hajauttaa siten, että osa siitä on keskusyksikön takapaneelissa, ja osa rannekkeessa.The sensing can also be completely incorporated into the wristband bracelet, whereby the strength of the collected signal may be slightly improved. In this case, electrical contacts are made between the bracelet and the central unit. Depending on the type of sensor, it can also be distributed with part of it on the back panel of the central unit and part on the bracelet.
Yllä kuvatut esimerkinomaiset sovellutusmuodot eivät rajoita keksintöä ja niitä voidaan yh-20 distellä ja muunnella vapaasti. Patenttivaatimuksia on tulkittava niiden täydessä laajuudessa ekvivalenssitulkinta huomioon ottaen.The exemplary embodiments described above are not limiting of the invention and can be freely combined and modified. The claims are to be construed in their entirety with reference to equivalence interpretation.
Claims (30)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20065734A FI120619B (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Device and method for monitoring performance |
GB0722180A GB2443935B (en) | 2006-11-17 | 2007-11-12 | Device and method for monitoring exercise |
CN2007101883064A CN101181156B (en) | 2006-11-17 | 2007-11-16 | Device and method for monitoring motion |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20065734 | 2006-11-17 | ||
FI20065734A FI120619B (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Device and method for monitoring performance |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20065734A0 FI20065734A0 (en) | 2006-11-17 |
FI20065734A FI20065734A (en) | 2008-06-27 |
FI120619B true FI120619B (en) | 2009-12-31 |
Family
ID=37482553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20065734A FI120619B (en) | 2006-11-17 | 2006-11-17 | Device and method for monitoring performance |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101181156B (en) |
FI (1) | FI120619B (en) |
GB (1) | GB2443935B (en) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101702770B (en) * | 2009-06-26 | 2011-11-02 | 卢泳 | Single-soldier information acquisition terminal and information acquisition method |
US9465893B2 (en) | 2009-12-28 | 2016-10-11 | Koninklijke Philips N.V. | Biofeedback for program guidance in pulmonary rehabilitation |
JP5961960B2 (en) * | 2011-09-27 | 2016-08-03 | ソニー株式会社 | Terminal device, external device, information processing method, program, and information processing system |
FI124972B (en) | 2012-07-10 | 2015-04-15 | Suunto Oy | Method and apparatus for determining the effect of exercise on improving fitness |
KR101408845B1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-06-20 | 주식회사 케이헬쓰웨어 | Apparatus for measuring pulse wave and Method for measuring blood pressure |
CN104706343A (en) * | 2013-12-11 | 2015-06-17 | 三星电子株式会社 | Bioimpedance sensor array for heart rate detection |
US11622716B2 (en) * | 2017-02-13 | 2023-04-11 | Health Care Originals, Inc. | Wearable physiological monitoring systems and methods |
US20180333102A1 (en) * | 2015-12-01 | 2018-11-22 | Koninklijke Philips N.V. | Device, system and method for determining vital sign information of a subject |
US10285651B2 (en) * | 2016-06-30 | 2019-05-14 | Analog Devices, Inc. | On-demand heart rate estimation based on optical measurements |
WO2018007978A1 (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | Guenat Sa Montres Valgine | Method and system for measuring and displaying data linked to a person's physical activity |
US20180021210A1 (en) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | James Stray-Gundersen | Efficacy based feedback system for blood flow restriction training |
BE1024423B1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-02-13 | Idahealth Inc | Equipment for monitoring blood and respiratory flows |
EP3697295A4 (en) * | 2017-10-20 | 2021-07-14 | Mindfio Limited | A system and a method for analyzing a behavior or an activity of an object |
CN112530561A (en) * | 2019-12-12 | 2021-03-19 | 张斌 | Intelligent medical health monitoring system |
CN112043251B (en) * | 2020-09-30 | 2021-05-25 | 深圳市艾利特医疗科技有限公司 | Cardiopulmonary function assessment method, device, equipment, storage medium and system under dynamic and static switching |
US20240188845A1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-06-13 | Apple Inc. | Respiratory Measurement System |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI100377B (en) * | 1994-10-13 | 1997-11-28 | Polar Electro Oy | Method and apparatus for determining energy metabolism thresholds |
FI113403B (en) * | 2000-10-06 | 2004-04-15 | Polar Electro Oy | wrist device |
FI20025029A0 (en) * | 2002-05-29 | 2002-05-29 | Joni Kettunen | A method for obtaining reliable respiratory activity information from heart rate measurement |
-
2006
- 2006-11-17 FI FI20065734A patent/FI120619B/en active IP Right Grant
-
2007
- 2007-11-12 GB GB0722180A patent/GB2443935B/en active Active
- 2007-11-16 CN CN2007101883064A patent/CN101181156B/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101181156B (en) | 2012-02-29 |
FI20065734A (en) | 2008-06-27 |
CN101181156A (en) | 2008-05-21 |
GB2443935A (en) | 2008-05-21 |
FI20065734A0 (en) | 2006-11-17 |
GB0722180D0 (en) | 2007-12-19 |
GB2443935B (en) | 2009-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI120619B (en) | Device and method for monitoring performance | |
US8292820B2 (en) | Apparatus and device for performance monitoring | |
AU2007317469B2 (en) | System and method for monitoring cardiorespiratory parameters | |
Barvik et al. | Noninvasive continuous blood pressure estimation from pulse transit time: A review of the calibration models | |
Mukkamala et al. | Toward ubiquitous blood pressure monitoring via pulse transit time: theory and practice | |
CN109890277B (en) | Blood pressure signal acquisition using an array of pressure sensors | |
US10092268B2 (en) | Method and apparatus to monitor physiologic and biometric parameters using a non-invasive set of transducers | |
EP2116183A1 (en) | Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device | |
WO2006124768A1 (en) | Method and apparatus for blood pressure measurement and analysis | |
Seeberg et al. | A novel method for continuous, noninvasive, cuff-less measurement of blood pressure: evaluation in patients with nonalcoholic fatty liver disease | |
EP3471610A1 (en) | Cardiovascular and cardiorespiratory fitness determination | |
JP2003339651A (en) | Pulse wave analyzer and biological state monitoring apparatus | |
WO2017142667A1 (en) | Pulse validation | |
Peltokangas et al. | Monitoring arterial pulse waves with synchronous body sensor network | |
Depari et al. | A portable multi-sensor system for non-invasive measurement of biometrical data | |
Lui et al. | A novel calibration procedure of pulse transit time based blood pressure measurement with heart rate and respiratory rate | |
Xu et al. | Toward a robust estimation of respiratory rate using cardiovascular biomarkers: Robustness analysis under pain stimulation | |
KR20220115734A (en) | Device for measuring bio-information | |
CN106343994A (en) | Heart rate detecting method and system | |
US12226190B2 (en) | System and method for monitoring cardiorespiratory parameters | |
Koay et al. | Cuffless Blood Pressure Meter with Mobile Application for Home-Care Service | |
Shao et al. | Research Article A Unified Calibration Paradigm for a Better Cuffless Blood Pressure Estimation with Modes of Elastic Tube and Vascular Elasticity | |
JP2024018876A (en) | Information processing system, server, information processing method, program, and learning model | |
Peltokangas et al. | Non-invasive system for mechanical arterial pulse wave measurements | |
Houghton et al. | A novel method for continuous, non-invasive, cuff-less measurement of blood pressure: evaluation in patients with non-alcoholic fatty liver disease |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Ref document number: 120619 Country of ref document: FI |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: AMER SPORTS DIGITAL SERVICES OY |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: SUUNTO OY |