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FR2678158A1 - Method and apparatus for optimising the pulse during endurance exercise - Google Patents

Method and apparatus for optimising the pulse during endurance exercise Download PDF

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Publication number
FR2678158A1
FR2678158A1 FR9108200A FR9108200A FR2678158A1 FR 2678158 A1 FR2678158 A1 FR 2678158A1 FR 9108200 A FR9108200 A FR 9108200A FR 9108200 A FR9108200 A FR 9108200A FR 2678158 A1 FR2678158 A1 FR 2678158A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
pulse
tone
counter
trapezoidal
biofeedback
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR9108200A
Other languages
French (fr)
Inventor
Negoescu Petre Radu Mihail
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEGOESCU PETRE
Original Assignee
NEGOESCU PETRE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEGOESCU PETRE filed Critical NEGOESCU PETRE
Priority to FR9108200A priority Critical patent/FR2678158A1/en
Publication of FR2678158A1 publication Critical patent/FR2678158A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
    • A61B5/222Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus combined with detection or measurement of physiological parameters, e.g. heart rate

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  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
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  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
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Abstract

Apparatus harnessing the principle of biofeedback in order quickly to minimise the overhigh pulse of an untrained subject as compared with an athlete. It includes earphones 70 for exhibiting tone pulses in the rhythm of the heart, originating from a modulated generator 50 and a reference generator 60. The modulated pitch measures the present pulse, by virtue of a control unit 40 initialised by a shaper 30 triggered by the R-ECG wave conditioned by an acquisition unit 20. The reference pitch can be readjusted downwards between tests, with the aid of a pulse monitor 80.

Description

METHODE ET APPAREIL POUR OPTIMISER LE POULS
PENDANT L'EXERCICE D'ENDURANCE
La présente invention concerne une méthode et un appareil pour l'optimisation du rythme cardiaque pendant l'exercice para-sportif d'endurance au but d'entretien, de prévention ou de réhabilitation cardiovasculaire.
METHOD AND APPARATUS FOR OPTIMIZING THE PULSE
DURING THE ENDURANCE EXERCISE
The present invention relates to a method and apparatus for optimizing the heart rate during para-sport endurance exercise for the purpose of cardiovascular maintenance, prevention or rehabilitation.

Chez les normaux non-entratnés à exercice d'endurance la balance vago-sympathique spontanée détermine un pouls supra-optimal. Par contre, chez les athlètes la régulation du coeur s'optimise pendant des années d'entratnement au sens du débit cardiaque maximal à la moindre sollicitation cardiovasculaire - un compromis arbitré par l'intensité et la durée de l'effort - qui fait possible la performance dans les epreuves d'endurance. Ce compromis conjugue une contractilité ventriculaire accrue assurant un vidage plus complet - d'obédience sympathique - avec une croissance du pouls - de même obddience - moderée grace au maintien d'un certain tonus vagal, ce qui assure un remplissage moins incomplet des ventricules.En bref, le pouls manifestement plus bas pendant lteffortsassocié avec la bradycardie de repos constituent la "signature" du tonus vagal supranormal du coeur athlètique (voir a ce sujet: Blume G., "Ergometrie avec cyclo-ergometre",
Electromedica, 1975r no. 1, pp. 22-29). D'ailleurs, un tonus vagal accentué est consideré un signe de jeunesse cardiaque et le plus important facteur unique de pronostic positif dans la souffrance du myocarde (voir a cet egard: Eckberg D.L.,
Parasympathetic cardiovascular control in human disease: a critical review of methods and results, Am. J. Physiol., 198 O, vol. 239, pp. H581-H593).
In normal non-trained endurance exercise spontaneous vago-sympathetic balance determines a supra-optimal pulse. On the other hand, in athletes the regulation of the heart is optimized during years of training in the sense of maximum cardiac output at the slightest cardiovascular stress - a compromise arbitrated by the intensity and duration of the effort - which makes possible the performance in endurance events. This compromise combines increased ventricular contractility ensuring more complete emptying - sympathetic obedience - with a pulse growth - similarly obddience - moderate thanks to the maintenance of a certain vagal tone, which ensures less incomplete filling of the ventricles. in short, the manifestly lower pulse during effort associated with resting bradycardia constitutes the "signature" of the supranormal vagal tone of the athletic heart (see on this subject: Blume G., "Ergometry with cyclo-ergometer",
Electromedica, 1975r no. 1, pp. 22-29). Moreover, an accentuated vagal tone is considered a sign of cardiac youth and the most important single factor of positive prognosis in myocardial suffering (see in this regard: Eckberg DL,
Parasympathetic cardiovascular control in human disease: a critical review of methods and results, Am. J. Physiol., 198 O, vol. 239, pp. H581-H593).

Recherches récentes au sujet de la stabilisation du pouls
sous l'astreinte mentale ont suggéré ltéducabilité du tonus vagal du coeur grâce au développement chez l'homme des associations
interneuronales cort#co-bulbaires, encore de type contingent (voir: Negoescu R., Csiki I.E., Autonomic control of the heart in
some vagal maneuvers and normal sleep, Phvsioloav lBucharest).
Recent research on pulse stabilization
under mental strain suggested the educability of the vagal tone of the heart thanks to the development in men of associations
interneuronal cort # co-bulbar, still of the contingent type (see: Negoescu R., Csiki IE, Autonomic control of the heart in
some vagal maneuvers and normal sleep, Phvsioloav lBucharest).

1989, vol. 26, pp. 39-49; Negoescu R., Csiki I.E., Interaction of heart rate control menus under postural, mental and vagal interventions, Proc. 12th Ann. Int. Conf. IEEE-EMBS, 1990, vol.1989, vol. 26, pp. 39-49; Negoescu R., Csiki I.E., Interaction of heart rate control menus under postural, mental and vagal interventions, Proc. 12th Ann. Int. Conf. IEEE-EMBS, 1990, vol.

12, pp. 833-834). Les techniques de biofeedback - faisant prendre
conscience, au but de contrôle volontaire, des signaux physiologiques normalement en dehors de la portée des sens - sont les principaux aides à l'auto-manipulation consciente du pouls.
12, pp. 833-834). Biofeedback techniques - making take
awareness, for the purpose of voluntary control, of physiological signals normally outside the range of the senses - are the main aids in conscious self-manipulation of the pulse.

Dans la lumière ci-dessus, l'agenture vagale de cette influence
consciente apparatt particulierement claire en effort, quand le
tonus sympathique est soumis a l'automatisme neuro-hormonal
inexorable, de mécanisme métabolique.
In the light above, the vagal agitation of this influence
conscious appears particularly clear in effort, when the
sympathetic tone is subject to neuro-hormonal automatism
inexorable, metabolic mechanism.

Ce sont Goldstein et al. qui les premiers ont demontré en laboratoire que le pouls peut être baissé moyennant le
biofeedback pendant l'exercice moderé d'endurance - marche rapide
au tapis roulant (Goldstein D.S. et al., Biofeedback heart rate
training during exercise, Biofeedback and Self-Recxulationt 1977,
vol. 2, pp. 107-125). En leur répliquant, Perski and Engel non
seulement ont confirmé ces résultats-là pour l'exercice à vélo mais leurs données montrent que les sujets du groupe
expérimental sous biofeedback étaient mieux adaptés à I'effort et moins soumis à la fatigue que leur collègues du groupe témoin pratiquant le meme exercice sans biofedback (Perski A., Engel B.
These are Goldstein et al. who first demonstrated in the laboratory that the pulse can be lowered by means of the
biofeedback during moderate endurance exercise - brisk walking
the treadmill (Goldstein DS et al., Biofeedback heart rate
training during exercise, Biofeedback and Self-Recxulationt 1977,
flight. 2, pp. 107-125). In replying to them, Perski and Engel did not
only confirmed these results for exercise on a bicycle but their data show that the subjects in the group
experimental with biofeedback were better adapted to the effort and less subject to fatigue than their colleagues in the control group practicing the same exercise without biofedback (Perski A., Engel B.

T., Biofeed. Self-Req. 1980, vol. 5, pp. 91-104). Ces derniers auteurs notent que "les changements cardiaques observés pendant cette étude (10 - 15 jours), sont comparables aux changements obtenus au bout des 2- 3 mois d'entraînement conventionnel".T., Biofeed. Self-Req. 1980, vol. 5, pp. 91-104). These latter authors note that "the cardiac changes observed during this study (10 - 15 days), are comparable to the changes obtained after 2 - 3 months of conventional training".

A l'heure qu'iltest, néanmoins, il n'existe pas à notre connaissance des protocoles expressement concus pour optimiser vers le bas le pouls des para-sportifs moyennant le biofeedback pendant l'exercice autonome d'endurance en ambience naturelle, tel que le vélo, la course à pied, le canotage. L'induction acceléree de ltétat d'adaptation cardiovasculaire répercutant sur la performance et la tolérance (ou le plaisir) de l'effort dans l'immediat, et sur l'acquisition de la bradycardie athlètique dans un laps sensiblement moins long que par l'entraînement conventionnel - constitue la visée raisonnable, vu les ci-dessus, d'un pareil protocole. At the present time, however, to our knowledge, there are no protocols expressly designed to optimize down the pulse of para-sportsmen by means of biofeedback during autonomous endurance exercise in a natural environment, such as biking, running, canoeing. Accelerated induction of the cardiovascular adaptive state which has an impact on performance and tolerance (or pleasure) of effort in the immediate future, and on the acquisition of athletic bradycardia in a significantly shorter period than by conventional training - constitutes the reasonable aim, seen above, of such a protocol.

A l'égard des techniques de biofeedback cardiotachometrique (concernant le rythme cardiaque) en laboratoire, la plupart d'elles recourent à la modaliteR visuelle d'informer sur le pouls battement par battement de l'intéréssé (voir, par exemple, tous dans Biofeedback and Self-Requlation, Perski et Engel 1980, vol. With regard to cardiotachometric biofeedback techniques (concerning the heart rate) in the laboratory, most of them resort to visual modality to provide information on the pulse beat by beat of the patient (see, for example, all in Biofeedback and Self-Requlation, Perski and Engel 1980, vol.

5, pp. 91-104; Goldstein et al., 1977, vol. 2, pp. 107-125;
Blanchard et al., 1976, vol. 2, pp. 81-91, DeGood et Adam, 1976, voîl, pp. 373-385; Manuck, 1976, vol. 1, pp. 273-284) et parfois sur un niveau de référence permettant au sujet de mieux se situer (par exemple Perski et Engel, 1980, op. cit.).
5, pp. 91-104; Goldstein et al., 1977, vol. 2, pp. 107-125;
Blanchard et al., 1976, vol. 2, pp. 81-91, DeGood and Adam, 1976, voîl, pp. 373-385; Manuck, 1976, vol. 1, pp. 273-284) and sometimes on a reference level allowing the subject to better situate himself (for example Perski and Engel, 1980, op. Cit.).

Néanmoins, cette modalité de biofeedback ne se prête pas à l'exercice naturel quand l'attention visuelle vis-a-vis du parcours vélo de la route publique ou sur le tracé parfois accidente de la course à pied est assez sollicitee. La modalite auditive, plus rare, a d'habitude la forme d'impulsion de type "bip" d'un ton fixe, au rythme cardiaque (voir, par exemple,
Stern et Elder, Biofeed. Self-Rea. 1982, vol. 7, pp. 53-69;
Bergman et Johnson, PsychoDhysiology, 1972, vol. 9, pp. 30-39); on fait mention, toujours dans la recherche expdrimentale de laboratoire, au ton d'une hauteur proportionnelle au pouls instantané et d'une durée soit egale à l'intervalle interbattements courant (Blanchard et Young, Journal of General Psycholoqv. 1972, vol. 87, 195-202) soit fixe et courte (ton-impulsion, voir par exemple Shapiro et al., Psvchosomatic Medicine, 1970, vol. 32, pp. 417-432).
However, this method of biofeedback does not lend itself to natural exercise when visual attention vis-à-vis the cycle route of the public road or on the sometimes accidental course of running is quite solicited. Hearing modality, which is more rare, usually takes the form of a "beep" type pulse in a fixed tone, at a heart rate (see, for example,
Stern and Elder, Biofeed. Self-Rea. 1982, vol. 7, pp. 53-69;
Bergman and Johnson, PsychoDhysiology, 1972, vol. 9, pp. 30-39); reference is made, still in experimental laboratory research, to the tone of a height proportional to the instantaneous pulse and of a duration equal to the current interbeat interval (Blanchard and Young, Journal of General Psycholoqv. 1972, vol. 87 , 195-202) is fixed and short (tone-pulse, see for example Shapiro et al., Psvchosomatic Medicine, 1970, vol. 32, pp. 417-432).

Enfin appareillage commercial offre biofeedback soit visuel du type numérique (l'intervalle interbattements converti en battements par minute - bat/min - et le résultat affiche), soit auditif du type bip à ton fixe, mais présente gabarit et poids inadaptés pour etre rapidement "oublié" par le sujet en tant qu'incommodite physique, quoique cet appareillage soit conventionnellement portable (voir, par exemple le TEMP/SC 200T decrit dans: Biofeedback and Self Requlation 1987, vol. 12, p. 335). Un "contrtleur cardiaque" distribué depuis peu en
France (Notice technique, Elexis - Pulsmètre Super 1000,
Chapak, Nimes, 1991) accomplit cette condition de micro-portabllit# tout en émettant un avertissement sonore a chaque franchissement du pouls-seuil inferieur ou superieur de ltécart d'entrainement optimal, pré-établi; bien qu'il soit capable d'afficher continuellement le pouls sur un #cran-montre au poignet ou moeme de délivrer des bips sonores au rythme cardiaque par la me#me montre, cet appareil est, a ltévidence, insuffisamment muni pour fournir un feedback cardiotachométrique efficace d'une manière continue à un sujet en plein effort, sous contrainte visuelle et seuil de perception auditive parfois élevé.
Finally, commercial equipment offers biofeedback either visual of the digital type (the interbeat interval converted into beats per minute - beats / min - and the result displayed), or auditory of the beep type with fixed tone, but has a size and weight unsuitable for being quickly " forgotten "by the subject as a physical inconvenience, although this apparatus is conventionally portable (see, for example, TEMP / SC 200T described in: Biofeedback and Self Requlation 1987, vol. 12, p. 335). A "cardiac monitor" recently distributed in
France (Technical notice, Elexis - Pulsmeter Super 1000,
Chapak, Nimes, 1991) fulfills this condition of micro-portabllit # while emitting an audible warning at each crossing of the lower or higher pulse threshold of the optimal, pre-established training deviation; although it is capable of continuously displaying the pulse on a # notch-watch on the wrist or even of delivering audible beeps to the heartbeat by the me # shows me, this device is, obviously, insufficiently equipped to provide feedback continuous cardiotachometric effective on a subject in full effort, under visual constraint and threshold of auditory perception sometimes high.

Dans ce qui suit les termes de pouls battement par battement, pouls instantané et fréquence instantanée sont équivalents en désignant l'inverse d'un intervalle interbattements (ou intervalle RR), par différence du terme pouls moyen (ou moyenné), désignant le nombre moyen de battements du coeur [ e long d'un certain laps, même si l'unité de mesure est la même: bat/min.. In what follows the terms pulse by beat, instantaneous pulse and instantaneous frequency are equivalent by designating the inverse of an interbeat interval (or RR interval), by difference from the term mean (or averaged) pulse, designating the average number heartbeat [over a certain period of time, even if the unit of measurement is the same: beats / min.

La méthode selon invention permet de combler la lacune et de remédier aux inconvénients ci-dessus par ce que, selon une première caractéristique, une épreuve conventionnelle d'endurance d'une intensité/durée en accord avec les habitudes du sujet ou avec sa condition physique générale est établie et le pouls surveillé télémetriquement; ensuite une épreuve d'endurance standard a cycloergométre est établi en conformité avec les données recueillies auparavant; en se basant sur ces tests on établit la différence du pouls moyen du sujet sous examination vis-a-vis du pouls moyen du sportif de performance soumis au même effort, selon les données de litterature; cette différence va être effacée en étapes par une série de séances d'entraînement assisté par biofeedback comme il suit. The method according to the invention makes it possible to fill the gap and remedy the above drawbacks by the fact that, according to a first characteristic, a conventional endurance test of an intensity / duration in accordance with the habits of the subject or with his physical condition. general is established and the pulse monitored telemetrically; then a standard endurance test with a cycloergometer is established in accordance with the data previously collected; based on these tests we establish the difference in the average pulse of the subject under examination vis-à-vis the average pulse of the performance sportsman subjected to the same effort, according to the literature data; this difference will be erased in stages by a series of biofeedback assisted workouts as follows.

La méthode et l'appareil selon l'invention, d'après une deuxieme caractéristique, présentent au sujet en exercice autonome d'endurance, par l'intermédiaire des écouteurs stéréophoniques, d'une part une impulsion-ton en rythme cardiaque, l'hauteur de ce ton étant proportionnelle à la fréquence instantanée du cycle cardiaque immédiatement précédent, et d'autre part une impulsion-ton à même rythme dont l'hauteur est constante et représente le pouls de référence a' atteindre et maintenir pendant la séance-étape en cours. The method and apparatus according to the invention, according to a second characteristic, present to the subject in autonomous endurance exercise, via stereophonic headphones, on the one hand a pulse-tone in heart rate, the pitch of this tone being proportional to the instantaneous frequency of the immediately preceding cardiac cycle, and on the other hand a pulse-tone at the same rate whose height is constant and represents the reference pulse to be reached and maintained during the session-stage In progress.

L'appareil selon l'invention, d'après une troisieme caractéristique, utilise un compteur de battements et une montre en vue d'une comparaison post hoc entre le pouls moyen atteint pendant l'exercice et le pouls programmé comme référence; l'ampleur de la différence détermine l'ajustement de la référence pour la prochaine séance. The apparatus according to the invention, according to a third characteristic, uses a beat counter and a watch for a post hoc comparison between the average pulse reached during the exercise and the pulse programmed as a reference; the magnitude of the difference determines the benchmark adjustment for the next session.

Selon des modes particuliers de réalisation de l'appareil selon l'invention:
- le calcul de la fréquence instantanée du cycle cardiaque peut être réalisé, à un facteur multiplicatif de dix, par le pilotage de la fréquence d'oscillation d'un circuit astable conventionnel pendant le palier d'une impulsion trapézoidale dont le front anterieur, de la forme d'une rampe non-lin#aire, se soit développé le long de l'intervalle RR justement conclu;;
- la génération de l'impulsion trapézoidale peut etre réalisée à l'aide d'une logique analogique å transisteurs complémentaires autour d'un condensateur-mémoire aux faibles pertes, comportant un transisteur de chargement/mémorisation, un transisteur de lecture/changement de niveau et un transisteur pour le déchargement rapide (remise a zero) d'une durée définie par un circuit mono stable conventionnel;
- les tons appliqués aux écouteurs stéréophoniques peuvent être générés directement à l'aide des deux circuits astables conventionnels dont les fréquences d'oscillation soyent pilotées par la fréquence instantanée du dernier cycle cardiaque moyennant l'impulsion trapézoidale ci-dessus décrite d'une part et par un ajustement potentiométrique établissant le ton de référence d'autre part;;
- l'affichage en battements/minute du pouls instantané actuel ou du pouls de référence (selon la position d'un sélecteur de voies) peut oestre réalisé å l'aide de deux circuits conventionnels en cascade: un diviseur et un compteur/afficheur à trois décades, en partant des oscillations fournies par les générateurs ci-dessus décrits;
- une seule impulsion rectangulaire déclanchée par l'onde R du signal ECG peut conduire Venchainement des fonctions analogiques et numériques ci-dessus décrites, à savoir: l'initialisation du palier de l'impulsion trapézoidale, l'autorisation de l'oscillation des deux génffrateurs de ton, le cyclage zéro (remise a zéro) St start (compte) - stop (affiche) du bloc diviseur/compteur/afficheur; en plus cette impulsion peut déclancher l'avance d'une unité du compteur de battements.
According to particular embodiments of the apparatus according to the invention:
- the calculation of the instantaneous frequency of the cardiac cycle can be carried out, at a multiplying factor of ten, by controlling the frequency of oscillation of a conventional astable circuit during the plateau of a trapezoidal pulse, the front of which is the shape of a non-linear #air ramp, has developed along the RR interval justly concluded ;;
- the generation of the trapezoidal pulse can be carried out using an analog logic with additional transistors around a low loss memory capacitor, comprising a load / store transistor, a read / change level transistor and a transistor for rapid unloading (resetting) of a duration defined by a conventional stable mono circuit;
the tones applied to the stereophonic headphones can be generated directly using the two conventional astable circuits whose oscillation frequencies are controlled by the instantaneous frequency of the last cardiac cycle by means of the trapezoidal pulse described above on the one hand and by a potentiometric adjustment establishing the reference tone on the other hand ;;
- the display in beats / minute of the current instantaneous pulse or the reference pulse (depending on the position of a channel selector) can be achieved using two conventional cascade circuits: a divider and a counter / display three decades, starting from the oscillations provided by the generators described above;
- a single rectangular pulse triggered by the R wave of the ECG signal can lead to the sequence of analog and digital functions described above, namely: the initialization of the trapezoidal pulse level, the authorization of the oscillation of the two tone generators, zero cycling (reset) St start (account) - stop (poster) of the divider / counter / display block; in addition this pulse can trigger the advance of one unit of the beat counter.

Les dessins annexés illustrent l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention.

La figure 1 illustre la partie instrumentale de la méthode sous la forme du sche'ma bloc de l'appareil selon l'invention. FIG. 1 illustrates the instrumental part of the method in the form of the block diagram of the apparatus according to the invention.

La figure 2 représente un schéma combiné bloc/principe, les détails de principe devant illustrer une réalisation de l'appareil selon l'invention. FIG. 2 represents a combined block / principle diagram, the principle details having to illustrate an embodiment of the apparatus according to the invention.

La figure 3 représente un diagramme des signaux afférents a' une réalisation de l'appareil selon l'invention.  FIG. 3 represents a diagram of the signals relating to an embodiment of the apparatus according to the invention.

La figure 4 représente un diagramme de reglage du bloc de calcul de la frequence instantanée, afférent a une réalisation de l'appareil selon l'invention. FIG. 4 represents an adjustment diagram of the block for calculating the instantaneous frequency, relating to an embodiment of the apparatus according to the invention.

En référence à ces dessins, l'appareil selon l'invention comporte, au niveau du schema bloc de la fig. 1, un module d'acquisition 20 destiné à l'amplification du signal ECG recueilli par des électrodes d'exercice dans une dérivation thoracique et également au conditionnement du signal pour séparer fiablement l'onde R du trace ECG. Le bloc formateur 30 assure la génération d'une impulsion rectangulaire déclanchée par le pique de l'onde R. Cette impulsion initialise le bloc de contrôle 40 chargé de la modulation de la fréquence d'oscillation du générateur 50 de telle manière qu'elle soit le multiple de dix de la fréquence instantanée en bat/min du cycle cardiaque dernièrement conclu. La me#me impulsion d'initialisation autorise l'oscillation du générateur modulé 50 ci-dessus et du generateur de référence 60 dont la fréquence d'oscillation fixe est
ajustable d'une séance d'entrainement à la suivante. Les deux générateurs débitent dans les écouteurs stéréophoniques 70 permettant au sujet de comparer à la fin de chaque cycle cardiaque son pouls instantané avec la référence-model à
atteindre, sous la forme des tons courts de hauteur différente; il est ainsi mis en oeuvre un systbme de feedback cardiotachométrique à double proportionnalité synérgique: par la cadence des tons relevant de la durée des cycles cardiaques (information distribuée) et par 1'hauteur du ton relevant de la fréquence cardiaque instantanée (information concentrée).Le bloc 80 assure le monitorage du pouls effectif (dans la position normale d'un sélecteur) ou du pouls de référence (pendant la mise au point précédant la séance). Le compteur/montre 90 fait le bilan du nombre total de battements et de la durée en minutes de la séance, dont le rapport est le pouls moyen pendant l'exercice, à comparer au pouls de référence afin d'établir l'ajustement de la référence pour la séance qui suit.
With reference to these drawings, the apparatus according to the invention comprises, at the level of the block diagram of FIG. 1, an acquisition module 20 intended for amplifying the ECG signal collected by exercise electrodes in a thoracic bypass and also for conditioning the signal to reliably separate the R wave from the ECG trace. The training block 30 ensures the generation of a rectangular pulse triggered by the spike of the R wave. This pulse initializes the control block 40 responsible for modulating the oscillation frequency of the generator 50 in such a way that it is the multiple of ten of the instantaneous frequency in beats / min of the cardiac cycle last concluded. The same initialization pulse authorizes the oscillation of the modulated generator 50 above and of the reference generator 60 whose fixed oscillation frequency is
adjustable from one training session to the next. The two generators feed into the stereophonic headphones 70 allowing the subject to compare at the end of each cardiac cycle his instantaneous pulse with the reference-model at
achieve, in the form of short tones of different height; a system of cardiotachometric feedback with double synergistic proportionality is thus implemented: by the cadence of the tones relating to the duration of the cardiac cycles (distributed information) and by the height of the tone relating to the instantaneous heart rate (concentrated information). Block 80 monitors the effective pulse (in the normal position of a selector) or the reference pulse (during the development prior to the session). The counter / watch 90 takes stock of the total number of beats and the duration in minutes of the session, whose ratio is the average pulse during the exercise, to be compared to the reference pulse in order to establish the adjustment of the reference for the following session.

Dans l'exposé construit autour de la fig. 2 pour détailler une réalisation préférée de l'appareil selon l'invention, les elements T sont transisteurs bipolaires à silicium, D sont diodes de signal à silicium, tandis que R sont résisteurs - tous de faible puissance. Le schéma combiné du fig 2 doit être examiné aussi par référence au diagramme des signaux - fig. 3. Dans cette réalisation la tension d'alimentation Vcc est de 5 V, la durée de l'impulsion d'initialisation est de 200 ms et la durée de l'impulsion de déchargement est de 40 ms. In the presentation constructed around FIG. 2 to detail a preferred embodiment of the apparatus according to the invention, the elements T are bipolar silicon transistors, D are silicon signal diodes, while R are resistors - all of low power. The combined diagram in fig 2 must also be examined with reference to the signal diagram - fig. 3. In this embodiment the supply voltage Vcc is 5 V, the duration of the initialization pulse is 200 ms and the duration of the unloading pulse is 40 ms.

La fonction de mise en forme est accompliedans fig.2A par un
circuit mono stable confentionnel, la l-ere moitié d'un circuit
intégré double monostable de type 74123, qui fournit une impulsion rectangulaire à fonctionnalité multiple:
initialisation du bloc de contre, autorisation des générateurs,
cyclage du moniteur de pouls, avance du compteur de battements.
The shaping function is accomplished in fig. 2A by a
mono stable conventional circuit, the 1st half of a circuit
built-in double monostable type 74123, which provides a rectangular pulse with multiple functionality:
initialization of the counter block, authorization of the generators,
cycling the pulse monitor, advancing the beat counter.

Le bloc de contrôle comporte dans fig. 28 Un
condensateur-mémoire C4 à tantal, cycle par le signal trapézoidale
comme il suit: a) mémorisation sur la durée d'impulsion
d'initialisation d'un potentiel de palier dépendant de l'intervalle RR immédiatement antérieur; b) déchargement rapide à l'aide des T42 et R45 pilotés par l'impulsion de déchargement
fournie par un circuit mono stable 41 - la 2e moitié du cicuit intégré de type 74123 - déclanché à son tour par le front posterieur de l'impulsion d'initialisation; c) chargement en rampe non-line'aire à l'aide du générateur de courant constant
T41-R41-R43-R44 amorti par le groupe D41-R42, les résisteurs sémiréglables R41 et R42 servant à la mise au point de la relation linéaire entre la fréquence cardiaque instantanée en bat/min et l'hauteur du ton asservi, conform#ment au diagramme de reglage de la fig. 4. Enfin, la lecture du potentiel de palier et son emplacement dans la plage de modulation quasi-linéaire en fréquence du générateur de ton asservi sont réalisés par les éléments T43, R46, D42, D43.
The control block has in fig. 28 A
memory capacitor C4 tantalum, cycle by trapezoidal signal
as follows: a) storage over the pulse duration
initialization of a plateau potential dependent on the immediately preceding RR interval; b) rapid unloading using T42 and R45 controlled by the unloading pulse
supplied by a stable mono circuit 41 - the 2nd half of the integrated circuit of type 74123 - triggered in turn by the posterior front of the initialization pulse; c) non-linear ramp loading using the constant current generator
T41-R41-R43-R44 damped by the D41-R42 group, the semi-adjustable resistors R41 and R42 used to develop the linear relationship between the instantaneous heart rate in beats / min and the height of the controlled tone, conform # in the adjustment diagram of fig. 4. Finally, the reading of the stage potential and its location in the quasi-linear frequency modulation range of the slave tone generator are carried out by the elements T43, R46, D42, D43.

Les générateurs 51 et 61 des fig. 2 B,C sont des circuits astables identiques, sauf le pilotage de la fréquence d'oscillation en provenance du bloc de contrôle pour le 51 et d'un ajustement potentiométrique pour le 61; ils sont développés d'une double base de temps monolithique du type 556 pour fournir
oscillations de relaxation d'un facteur de remplissage proche de
50%, qui sont envoyées directement vers des écouteurs stéréophoniques prevus avec réglage individuel de volume
Le moniteur de pouls 80 de la fig. 2C comporte un diviseur par 2 et un compteur/afficheur à 3 décades qui reconstituent le pouls instantané en bat/min après l'autorisation des générateurs pour
200 ms aura accompli une première division par 5.
The generators 51 and 61 of FIGS. 2 B, C are identical astable circuits, except the control of the oscillation frequency from the control block for the 51 and a potentiometric adjustment for the 61; they are developed from a double monolithic time base of type 556 to provide
relaxation oscillations of a filling factor close to
50%, which are sent directly to planned stereo headphones with individual volume control
The pulse monitor 80 of fig. 2C includes a divider by 2 and a 3-decade counter / display which reconstitutes the instantaneous pulse in beats / min after the authorization of the generators to
200 ms will have completed a first division by 5.

Le compteur totalisateur de battements à 5 décades et la montre solidaire à 4 chiffres tls - 100 min) sont lances et arretés manuellement par tastes zéro & start - stop, début et fin de la séance d'entrainement.  The 5-decade totalizing beat counter and the 4-digit solidarity watch (100 min) are started and stopped manually by zero & start - stop, start and end of the training session.

A titre d'exemple non-limitatif, il est présenté le cas d'un adulte de 40 ans, sans plaintes cardiovasculaires et non-particulièrement entrainet (rares épisodes de jogging dans l'anamnèse), qui en test préliminaire réalise sur un parcours circulaire légèrement ondulé de 4,2 km un temps de 31 min contre un pouls moyen de 125 bat/min. L'épreuve au cycloergomètre indique, pour le meme profil du pouls, une puissance débitée de 100 W. Le pouls optimal de l'athlète pour la même puissance est de 95 bat/min (voir Blume G., 1975, op. cit.). On lui propose pour la première séance d'entramement à biofeedback "cardio-actif" - la référence de 110 bat/min, ce qu'il approche a 120 bat/min. As a non-limiting example, it is presented the case of an adult of 40 years, without cardiovascular complaints and not particularly active (rare episodes of jogging in the anamnesis), who in preliminary test realizes on a circular course slightly wavy 4.2 km a time of 31 min against an average pulse of 125 bat / min. The cycloergometer test indicates, for the same pulse profile, a power output of 100 W. The optimal pulse of the athlete for the same power is 95 beats / min (see Blume G., 1975, op. Cit. ). For the first "cardio-active" biofeedback training session, he is offered the reference of 110 bpm, which he approaches at 120 bpm.

Le biofeedback est implémenté par la réalisation préférée de l'appareil selon l'invention, se présentant comme deux micro-modules à 50 g chacun attachés au support des écouteurs. Le sujet est instruit d'essayer d'approcher le plus possible le ton variable - témoin de son pouls, du ton de référence - l'idéal athlétique, tout en préservant son rythme habituel de la course;
en vue de cet objectif toute stratégie convenable relevant du
style respiratoire, de l'imagerie mentale ou, simplement, de la "concentration" sur la modération du pouls est permise.
Biofeedback is implemented by the preferred embodiment of the device according to the invention, being presented as two micro-modules of 50 g each attached to the support of the headphones. The subject is instructed to try to approach as much as possible the variable tone - witness of his pulse, of the reference tone - the athletic ideal, while preserving his usual rhythm of the race;
for this purpose any suitable strategy within the
breathing style, mental imagery or, simply, "focus" on moderating the pulse is allowed.

Au bout de 5 séances sous la même référence, le sujet descend a 1l6 bat/min et son temps-parcours décroît 'a 29 min, ce qui détermine rajustement de la référence à 106 bat/min. Une séance a lieu sans biofeedback et, néanmoins, le pouls moyen se maintien à 120 bat/min (le soi-dit transfert). Apres 1 mois d'entraînement cardio-actif à raison de 4 séances par semaine, le pouls moyen se stabilise à 104 bat/min, contre une référence deja à 95 bat/min. At the end of 5 sessions under the same reference, the subject descends to 1116 beats / min and his journey time decreases to 29 min, which determines the adjustment of the reference to 106 beats / min. A session takes place without biofeedback and, nevertheless, the average pulse is maintained at 120 beats / min (the so-called transfer). After 1 month of cardio-active training at the rate of 4 sessions per week, the average pulse stabilizes at 104 beats / min, against a reference already at 95 beats / min.

L'indice synthétique d'effort en course de fond (vitesse moyenne
* distance parcourue) progresse entre-temps de 34,1 a 42,3 km*km/h correspondant a' un temps-parcours de 25 min, tandis que le pouls basal (moyenné sur 3 minutes de repos en clinostatisme) évolue de 67 a 63 bat/min.
The synthetic cross-country effort index (average speed
* distance traveled) progresses in the meantime from 34.1 to 42.3 km * km / h corresponding to a journey time of 25 min, while the basal pulse (averaged over 3 minutes of rest in clinostatism) evolves from 67 at 63 bpm.

Un sujet témoin d'âge et d'état d'entralnement comparables, A
s'assumant le meme programme de course mais sans assistance de
biofeedback, montre la progression suivante: pouls moyen
120-- > 116 bat/min; temps parcours: 30-- > 28 min; indice d'effort:
35,3-- > 37,8 km*km/h; pouls basal: 66 bat/min stationnaire.
A control subject of comparable age and state of training, A
assuming the same race program but without assistance from
biofeedback, shows the following progression: average pulse
120--> 116 bat / min; journey time: 30--> 28 min; effort index:
35.3--> 37.8 km * km / h; basal pulse: 66 bpm stationary.

Ainsi, la méthode et l'appareil selon l'invention distillent
des connaissances acquises par la recherche de psychophysiologie expérimentale, à l'aide d'un développement de génie biomedical, un moyen pratique - c'est a dire simple, d'une exploitation autonome après une implémentation assistée, utilisable dans la
majorité des exercices d'endurance dans leur environnement naturel - pour rendre plus efficace, du point de vue de
l'entretien, de la prévention ou de la réhabilitation
cardiovasculaire, l'effort physique et psychique des "coureurs
pour la santé", de plus en plus nombreux.
Thus, the method and the apparatus according to the invention distill
knowledge acquired through research in experimental psychophysiology, using a biomedical engineering development, a practical means - that is to say simple, of an autonomous exploitation after an assisted implementation, usable in the
majority of endurance exercises in their natural environment - to make it more effective, from the point of view of
maintenance, prevention or rehabilitation
cardiovascular, physical and psychic effort of "runners
for health ", more and more numerous.

Claims (6)

REVENDICATIONS #) A#parell pour optimiser le pouls pendant l'exercice d'endurance caractérisé en ce qu'il comporte une épreuve conventionnelle d'endurance et un test standardisé au cycloergomètre pour objectiver l'excédant du pouls moyen du sujet non-entralné vis-a-vis du pouls optimal de l'athlète; cet excédant est ensuite minimisé par étapes d'entraînement autonome en conditions naturelles sous biofeedback cardiotachométrique comportant l'application par l'intermediaire des écouteurs stéréophoniques d'une part d'une impulsion-ton en rythme cardiaque, l'hauteur de ce ton étant proportionnelle à la fréquence instantanée du cycle cardiaque immédiatement précédent, et d'autre part une impulsion-ton au même rythme dont l'hauteur est fixe, représentant le pouls de référence à atteindre; en fonction de la réussite du sujet d'avoir approché son pouls moyen, compte a la fin d'une étape, du pouls de référence, la-dite référence est rajustée en bas pour l'étape suivante. #) A # parell to optimize the pulse during the endurance exercise characterized in that it includes a conventional endurance test and a standardized test with a cycloergometer to objectify the excess of the average pulse of the non-entrained subject vis- vis-à-vis the athlete's optimal pulse; this excess is then minimized by stages of autonomous training in natural conditions under cardiotachometric biofeedback comprising the application by means of stereophonic headphones of a part of a pulse-tone in heart rate, the height of this tone being proportional at the instantaneous frequency of the immediately preceding cardiac cycle, and on the other hand a pulse-tone at the same rhythm whose height is fixed, representing the reference pulse to be reached; according to the success of the subject to have approached his average pulse, account at the end of a stage, of the reference pulse, the said reference is adjusted down for the next stage. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le calcul de la fréquence instantanée du cycle cardiaque est réalisé, à un facteur multiplicatif de dix, par le pilotage de la fréquence d'oscillation d'un circuit astable conventionnel 51 pendant le palier d'une impulsion trapézoidale dont le front 2) Apparatus according to claim 1 characterized in that the calculation of the instantaneous frequency of the cardiac cycle is carried out, to a multiplying factor of ten, by controlling the oscillation frequency of a conventional astable circuit 51 during the plateau d '' a trapezoidal pulse whose forehead antérieur a la forme d'une rampe non-linéaire développée le long de l'intervalle RR justement conclu. anterior to the form of a non-linear ramp developed along the RR interval justly concluded. 3) Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2 3) Apparatus according to claim 1 or claim 2 caractérisé en ce que la génération de l'impulsion trapézoidale characterized in that the generation of the trapezoidal pulse est réalisée à l'aide d'une logique analogique à transisteurs complémentaires autour d'un condensateur-mémoire aux faibles pertes C4, comportant un transisteur de chargement/mémorisation is carried out using analog logic with complementary transistors around a low loss memory capacitor C4, comprising a load / store transistor T41, un transisteur de lecture/changement de niveau T43 et un transisteur T42 pour le déchargement rapide (remise a zero) d'une durée définie par un circuit mono stable conventionnel 41.T41, a read / change level transistor T43 and a transistor T42 for rapid unloading (reset) of a duration defined by a conventional stable mono circuit 41. 4) Appareil selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisE en ce que les tons appliqués aux écouteurs stéréophoniques 70 sont généres à l'aide des deux circuits astables conventionnels 51 et 61 dont les fréquences d'oscillation sont pilotées par la fréquence instantanée du dernier cycle cardiaque moyennant l'impulsion trapézoidale conforme à la revendication 2 d'une part, et par un ajustement potentiométrique d'autre part. 4) Apparatus according to claims 1, 2 and 3 characterized in that the tones applied to stereophonic headphones 70 are generated using two conventional astable circuits 51 and 61 whose oscillation frequencies are controlled by the instantaneous frequency of the last cardiac cycle by means of the trapezoidal pulse according to claim 2 on the one hand, and by a potentiometric adjustment on the other hand. 5) Appareil selon les revendications 1, 2, 3, et 4 caractérise' en ce que l'affichage en battements/minute du pouls instantané actuel ou du pouls de référence (selon la position d'un sélecteur de voies) est réalise à l'aide de deux circuits conventionnels en cascade 80: un diviseur et un compteur/afficheur a trois décades, en partant des oscillations fournies par les générateurs 51 et 61 conformément a la revendication 4. 5) Apparatus according to claims 1, 2, 3, and 4 characterized in that the display in beats / minute of the current instantaneous pulse or the reference pulse (depending on the position of a channel selector) is achieved at using two conventional cascade circuits 80: a divider and a counter / display with three decades, starting from the oscillations provided by the generators 51 and 61 according to claim 4. 6) Appareil selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 caracterise en ce qu'une seule impulsion rectangulaire déclanchee par l'onde R du signal ECG conduit l'enchaînement des fonctions analogiques et numériques conformément aux revendications 2, 3, 4, et 5, à savoir: l'initialisation du palier de l'impulsion trapézoidale conforme a la revendication 2, l'autorisation de l'oscillation des deux générateurs de ton 51 et 61, le cyclage zéro (remise a zéro) & start (compte) - stop (affiche) du bloc diviseur/compteur/afficheur 80 et l'avance d'une unité du compteur de battements 90.  6) Apparatus according to claims 1, 2, 3, 4 and 5 characterized in that a single rectangular pulse triggered by the R wave of the ECG signal leads the chain of analog and digital functions according to claims 2, 3, 4 , and 5, namely: the initialization of the trapezoidal pulse level according to claim 2, the authorization of the oscillation of the two tone generators 51 and 61, the zero cycling (reset) & start ( account) - stop (poster) of the divider / counter / display block 80 and the advance of one unit of the beat counter 90.
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FR2511594A1 (en) * 1979-11-19 1983-02-25 Taus Herbert PULSE CONTROL DEVICE
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