CN110491508A - 基于运动风险与年龄的运动心肺耐力测试系统和跑步机 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于运动风险与年龄的运动心肺耐力测试系统和跑步机。该系统包括：接收模块，用于接收用户的基本信息；年龄分级模块，与接收模块连接，用于根据年龄将用户划分到相应的年龄段中；最大摄氧量速度估测模块，与接收模块连接，用于估测该用户的最大摄氧量速度；次极量测试分级模块，分别与年龄分级模块和最大摄氧量速度估测模块连接，用于得到三级测试负荷初始值；速度和坡度生成模块，与次极量测试分级模块连接，将三级测试负荷初始值转换为跑步机平板对应的速度和坡度。本申请能够基于运动风险和年龄对测试负荷进行个性化分级，有利于规避测试过程中由于强度不合理导致心血管事件的发生；同时能够快速获得测试速度和坡度值。
Description
技术领域
本申请涉及心肺耐力测试领域，特别是涉及一种基于运动风险与年龄的运动心肺耐力测试系统和跑步机。
背景技术
在当今社会，随着科技水平的不断发展，经济水平的不断提高，人们的生活方式也得到了极大的改善。收入的不断增加，使得饮食越来越有营养；同时丰富便利的交通工具也大大减少了人们的身体活动，使得久坐成为了现今的常态。吃的好，动的少，身体健康状况自然也就不断下滑，自然也就引起了人们的注意，如何评估身体健康便成为了重中之重。
心肺耐力(Cardiorespiratory Fitness，CRF)是人体健康水平的重要衡量指标，也是体质健康各组成部分的核心要素之一。心肺耐力与心血管疾病正相关，也是监测心血管功能的常用方法。良好的心肺耐力有利于提高身体的各项指标，预防慢性疾病，促进身体健康。因此，良好的心肺耐力对于增强运动能力及降低疾病发生具有显著意义。
跑步机作为现代人们常用的一种健身器械而受到人们的青睐。其在运动过程中安全性较好，不易发生危险，且可通过急停的方式停止运动，是测量心肺耐力的一种极佳手段。现有的专利如一种基于划船器的心肺耐力测试方法，其利用划船器拉桨来对心肺耐力进行测试，在测试过程中并未考虑按照测试者的年龄、性别等基本信息进行分层次极量测试，且仅考虑了心率与功率的关系，故在测试过程中易产生由运动风险造成的不良事件。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的一个方面，提供了基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统，包括：
接收模块，用于接收用户的基本信息，所述基本信息包括：年龄、体重、身高和性别；
年龄分级模块，与所述接收模块连接，用于根据所述年龄将所述用户划分到相应的年龄段中；
最大摄氧量速度估测模块，与所述接收模块连接，用于根据所述基本信息对所述用户的体型和运动风险进行评估，进而估测该用户的最大摄氧量速度；
次极量测试分级模块，分别与所述年龄分级模块和最大摄氧量速度估测模块连接，用于根据运动风险和最大摄氧量速度将次极量测试分成九个等级，根据所述用户的年龄段，在所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值；
速度和坡度生成模块，与所述次极量测试分级模块连接，将所述三级测试负荷初始值转换为跑步机平板对应的速度和坡度，以便对所述用户进行测试。
本申请提供的系统解决了传统测试方法中提到的现有测试方法所存在着较大限制的问题，即测试过程需在特定场合并利用特定仪器进行，且其对于运动风险的分级未能做到对于不同的用户人群具有针对性。本申请能够基于运动风险和年龄对测试负荷进行个性化分级，有利于规避测试过程中由于强度不合理导致心血管事件的发生；同时在坡度速度计算时设计了一种负荷和速度/坡度的转换方法，有利于快速获得测试速度和坡度值，节约了处理时间。
可选地，所述最大摄氧量速度估测模块包括：
体型评估模块，与所述接收模块连接，根据所述体重、所述身高和所述性别对所述用户的体型进行评估；
运动风险评估模块，与所述体型评估模块连接，用于根据所述用户的体型和所述年龄对所述用户的运动风险进行评估；
最大摄氧量速度预测模块，分别与所述体型评估模块和所述运动风险评估模块连接，用于根据所述用户的体型和运动风险预测所述用户的最大摄氧量速度。
该系统能够快速计算用户的最大摄氧量速度，而不用用户实际进行各种测试以获得结果，节省了用户的时间和精力，提高了后续测试的速度。
可选地，所述次极量测试分级模块包括：
等级系数确定模块，与所述最大摄氧量速度估测模块连接，用于根据所述运动风险确定九个等级系统，将所述九个等级系数与所述最大摄氧量速度相乘得到九个等级；
测试负荷选择模块，分别与所述年龄分级模块和所述等级系数确定模块连接，用于根据所述年龄从所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值。
可选地，在所述年龄分级模块中，所述年龄段分为青年人、中年人和老年人三段。
在所述运动风险评估模块中，所述运动风险分为低危、中危、高危三层。
所述体型包括以下类型中的一种或几种：偏瘦型、偏瘦肌肉型、肌肉发达型、运动不足型、标准型、标准肌肉型、隐形肥胖型、偏胖型以及肥胖型。
在所述测试负荷选择模块中：不同运动风险和年龄段下，所述三级负荷初始值如下表所示：
本申请与现有技术相比，能够基于运动风险和年龄对测试负荷进行个性化分级，有利于规避测试过程中由于强度不合理导致心血管事件的发生；有利于快速获得测试速度值，节约了处理时间。
可选地，所述速度和坡度生成模块包括：
负荷值取得模块，其配置成用于取得基于所述最大摄氧量速度得到所述用户的次极量的负荷值；
取整模块，其配置成用于对所述负荷值进行向上取整，得到第一负荷值整数E1，对所述负荷值进行向下取整，得到第二负荷值整数E2；
负荷速度计算模块，其配置成用于查询负荷与速度对照表，分别得到与所述第一负荷值整数和所述第一负荷值整数对应的第一负荷速度V1和第二负荷速度V2，通过将V1、E1，V2、E2进行线性插值，得到所述负荷值对应的负荷速度V；和
速度坡度取得模块，其配置成用于对于每级负荷，将所述负荷值与设定阈值进行比较，判断运动状态为低强度运动状态、中等强度运动状态或者大强度运动状态，通过不同运动状态的负荷值与坡度、速度的关系式为：
VOi＝aij*V+bij*V*A+cij*A
其中，VOi表示第i级负荷初始值，j表示不同的运动状态，i＝1,2,3；j＝1,2,3，aij,bij,cij为系数，V为负荷速度，从而得到该级负荷下的跑步机平板测试的坡度A。
该系统能够快速计算跑步机平板测试的速度和坡度，以便在测试过程中调整跑步机的状态，为用户提供便捷的测试环境。
根据本申请的另一个方面，还提供了跑步机，包括如上所述的基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统。
本申请公开的跑步机能够对于不同的用户人群具有针对性的调整测试的速度和坡度，提高了测试的安全性。
可选地，所述接收模块通过所述跑步机的控制装置与显示与输入装置连接，所述速度和坡度生成模块通过所述控制装置与电机驱动装置连接。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请的基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统的一个实施例的示意性框图；
图2是根据本申请的跑步机的一个实施例的示意性框图。
具体实施方式
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
本申请的实施例提供了一种基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统。图1是根据本申请的基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统的一个实施例的示意性框图。该系统可以包括：
接收模块100，用于接收用户的基本信息，所述基本信息包括：年龄、体重、身高和性别。
年龄分级模块200，与所述接收模块100连接，用于根据所述年龄将所述用户划分到相应的年龄段中。
最大摄氧量速度估测模块300，与所述接收模块100连接，用于根据所述基本信息对所述用户的体型和运动风险进行评估，进而估测该用户的最大摄氧量速度。
次极量测试分级模块400，分别与所述年龄分级模块200和最大摄氧量速度估测模块300连接，用于根据运动风险和最大摄氧量速度将次极量测试分成九个等级，根据所述用户的年龄段，在所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值。
速度和坡度生成模块500，与所述次极量测试分级模块400连接，将所述三级测试负荷初始值转换为跑步机平板对应的速度和坡度，以便对所述用户进行测试。
本申请提供的方法解决了传统测试方法中提到的现有测试方法所存在着较大限制的问题，即测试过程需在特定场合并利用特定仪器进行，且其对于运动风险的分级未能做到对于不同的用户人群具有针对性。本申请能够基于运动风险和年龄对测试负荷进行个性化分级，有利于规避测试过程中由于强度不合理导致心血管事件的发生，有利于快速获得测试速度和坡度值，节约了处理时间。
可选地，所述最大摄氧量速度估测模块300可以包括：
体型评估模块，与所述接收模块连接，根据所述体重、所述身高和所述性别对所述用户的体型进行评估。
运动风险评估模块，与所述体型评估模块连接，用于根据所述用户的体型和所述年龄对所述用户的运动风险进行评估。
最大摄氧量速度预测模块，分别与所述体型评估模块和所述运动风险评估模块连接，用于根据所述用户的体型和运动风险预测所述用户的最大摄氧量速度。
可选地，所述年龄段分为青年人、中年人和老年人三段。所述运动风险分为低危、中危、高危三层。体型包括以下类型中的一种或几种：偏瘦型、偏瘦肌肉型、肌肉发达型、运动不足型、标准型、标准肌肉型、隐形肥胖型、偏胖型以及肥胖型。
在获得了用户的年龄，体重，身高，性别基本信息后，分析得到用户的年龄系数、预测体重和模型体重；随后再利用分析获得的这些数据预测用户的最大摄氧量速度VO2max。这样可以更有效地进行分级并防止在运动过程中可能出现的运动风险问题。可选地，所述分析方法可以采用沃瑟曼(Wasserman)的平板运动最大摄氧量预测模型。在该模型中，所述预测体重WP，男性为0.79*身高-60.7；女性为：0.65*身高-42.8。所述模型体重，当实测体重<预测体重的80％，判断为消瘦体重；当实测体重在预测体重*80％小于和预测体重*120之间，判断为一般体重；当实测体重>预测体重*120％。判断为肥胖体重。上面仅仅是举例说明，其他类型的体型的计算方案此处不再赘述。利用基本信息分别获得年龄系数、预测体重和模型体重等数据，分别对于不同性别、运动风险以及不同身体质量指数(BMI)对用户采用不同公式进行计算，以获得用户预测的最大摄氧量速度VO2max。最大摄氧量速度的计算公式为现有已知的技术，可以根据统计学原理计算，此处不再赘述。
该方法能够快速计算用户的最大摄氧量速度，而不用用户实际进行各种测试以获得结果，节省了用户的时间和精力，提高了后续测试的速度。
可选地，所述次极量测试分级模块400可以包括：
等级系数确定模块，与所述最大摄氧量速度估测模块连接，用于根据所述运动风险确定九个等级系数，将所述九个等级系数与所述最大摄氧量速度相乘得到九个等级。
测试负荷选择模块，分别与所述年龄分级模块和所述等级系数确定模块连接，用于根据所述年龄从所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值。
如果用户确定了运动等级，与该运动等级对应的是九个等级系数n1至n9，其中，0<n1<n2<n3<n4<n5<n6<n7<n8<n9<1。将所述九个等级系数与所述最大摄氧量速度相乘得到九个等级，即：n1*VO2max，n2*VO2max，n3*VO2max，n4*VO2max，n5*VO2max，n6*VO2max，n7*VO2max，n8*VO2max，n9*VO2max。
例如，如果用户的运动等级为低危，用于根据所述运动风险确定九个等级系数分别为0.46、0.48、0.5、0.61、0.63、0.65、0.76、0.78、0.8。将这九个等级系数与所述最大摄氧量速度相乘得到九个等级。根据用户的年龄段，例如，用户为青年人，则从上面九个等级选出3个等级0.5*VO2max、0.65*VO2max、0.8*VO2max，为该用户的次极量测试中的三级测试负荷初始值VO1、VO2、VO3。
可选地，在所述测试负荷选择模块中：不同运动风险和年龄段下，所述三级负荷初始值如下表一所示：
表一
在一个可选实施方案中，所述速度和坡度生成模块500可以包括负荷初始值与速度和坡度的转换表，通过查询数据库中保存的负荷初始值与速度和坡度的转换表分别将VO1、VO2、VO3转换为对应的速度和坡度Vm1、A1；Vm2、A2；Vm3、A3。利用这些参数控制跑步机平板运动，就可以对用户进行测试。负荷初始值与速度和坡度的转换表可以通过大量数据分析统计获得。
该装置简单易行，计算方便快捷，节省了计算时间，提高了测试的速度。
在另一个可选实施方案中，可选地，所述速度和坡度生成模块500包括：
负荷值取得模块，其配置成用于取得基于所述最大摄氧量速度得到所述用户的次极量的负荷值；
取整模块，其配置成用于对所述负荷值进行向上取整，得到第一负荷值整数E1，对所述负荷值进行向下取整，得到第二负荷值整数E2；
负荷速度计算模块，其配置成用于查询负荷与速度对照表，分别得到与所述第一负荷值整数和所述第一负荷值整数对应的第一负荷速度V1和第二负荷速度V2，通过将(V1,E1)、(V2,E2)进行线性插值，得到所述负荷值对应的负荷速度V；
速度坡度取得模块，其配置成用于对于每级负荷，将所述负荷与设定阈值例如，3MET、6MET进行比较，判断运动状态为低强度运动状态、中等强度运动状态或者大强度运动状态，通过不同运动状态的负荷值与坡度、速度的关系式为：
VOi＝aij*V+bij*V*A+cij*A
其中，VOi表示第i级负荷初始值，j表示不同的运动状态，i＝1,2,3；j＝1,2,3，aij,bij,cij为系数，V为负荷速度，从而得到该级负荷下的跑步机平板测试的坡度A。
该装置能够快速计算用户的最大摄氧量速度，而不用用户实际进行各种测试以获得结果，节省了用户的时间和精力，提高了后续测试的速度。该装置能够限制跑步机的速度和坡度，因此更加安全。
所述速度坡度取得模块能够实现坡度和速度的计算。在该实施例中，可以预先设置负荷阈值。在获得当前用户次极量测试的负荷值fEC后，对其进行上下取整以获得上下限：第一负荷值整数fEC1和第二负荷值整数fEC2。随后根据内置的负荷与速度对照表，如表二所示，分别确定fEC1对应的速度第一负荷速度EC2V1和fEC2对应的第二负荷速度EC2V2。由EC2V1和EC2V2通过线性插值确定fEC对应的速度EC2V0。用户的次极量负荷包括第一级负荷VO1、第二级负荷VO2、和第三级负荷VO3。fEC共有三个值，分别对应这三级负荷。
表二
| 负荷(Mets) | 速度(km/h) |
| 2 | 2.0 |
| 3 | 3.5 |
| 4 | 4.0 |
| 5 | 4.4 |
| 6 | 5.5 |
| 7 | 6.0 |
| 8 | 6.8 |
| 9 | 7.8 |
| 10 | 8.4 |
| 11 | 9.3 |
| 12 | 9.9 |
对于每级负荷均可以采用如下方案，获取速度和坡度。以第二级负荷为例：若EC2<3MET，判断为低强度运动状态，设置强度与坡度速度转换公式为：VO2＝a1*V+b1*V*A+c1*A，其中，V取EC2V0，获得当前的坡度A0，随后输出当前坡度A0；若3MET≤EC2≤6MET，判断为中等强度运动状态，设置强度与坡度速度转化公式为：VO2＝a2*V+b2*V*A+c2*A，其中，V取EC2V0，获得当前的坡度A0，随后输出当前坡度A0；若EC2>6MET，判断为大强度运动状态，设置强度与坡度速度转化公式为：VO2＝a3*V+b3*V*A+c3*A，其中，V取EC2V0，获得当前的坡度A0，随后输出当前坡度A0。其中a1，a2，a3，b1，b2，b3为系数常量。
该方法简单快捷，通过数值的比较和公式计算就可以得到不同级别负荷下跑步机的速度和坡度，从而便于自动调整跑步机的状态。
本申请的另一个实施方案还提供了一种跑步机2。图2是根据本申请的跑步机的一个实施例的示意性框图。该跑步机可以包括如上所述的基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统1。
参见图2，跑步机2可以包括控制装置600、显示与输入装置700和电机驱动装置800，其中，显示与输入装置700用于显示跑步机的参数和接收用户的输入参数，并显示跑步机的各种参数和用户使用过程中的数据。显示与输入装置700将参数信息传送给控制装置600，控制装置600用于根据用户输入的参数控制电机驱动装置800，从而通过参数控制，例如，对速度和坡度的控制和调整，从而控制平板的运动状态。
可选地，所述接收模块通过所述跑步机2的控制装置600与显示与输入装置700连接，所述速度和坡度生成模块通过所述控制装置600与电机驱动装置800连接。
跑步机对于每个级别负荷下的速度和坡度都可以维持一段时间，再转变到下一个级别，以便用户在跑步机上进行测试。其他级别负荷下，跑步机的速度和坡度的计算方法此处不再赘述。
本申请公开的跑步机解决了传统测试跑步机中在测试过程中需在特定场合并利用特定仪器进行，且其对于运动风险的分级未能做到对于不同的用户人群具有针对性的问题。本申请能够基于运动风险和年龄对测试负荷进行个性化分级，有利于规避测试过程中由于强度不合理导致心血管事件的发生；同时在坡度速度计算时设计了一种负荷和速度/坡度的转换方法，有利于快速获得测试速度和坡度值，节约了处理时间。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统，包括：
接收模块，用于接收用户的基本信息，所述基本信息包括：年龄、体重、身高和性别；
年龄分级模块，与所述接收模块连接，用于根据所述年龄将所述用户划分到相应的年龄段中；
最大摄氧量速度估测模块，与所述接收模块连接，用于根据所述基本信息对所述用户的体型和运动风险进行评估，进而估测该用户的最大摄氧量速度；
次极量测试分级模块，分别与所述年龄分级模块和最大摄氧量速度估测模块连接，用于根据运动风险和最大摄氧量速度将次极量测试分成九个等级，根据所述用户的年龄段，在所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值；和
速度和坡度生成模块，与所述次极量测试分级模块连接，将所述三级测试负荷初始值转换为跑步机平板对应的速度和坡度，以便对所述用户进行测试。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述最大摄氧量速度估测模块包括：
体型评估模块，与所述接收模块连接，根据所述体重、所述身高和所述性别对所述用户的体型进行评估；
运动风险评估模块，与所述体型评估模块连接，用于根据所述用户的体型和所述年龄对所述用户的运动风险进行评估；和
最大摄氧量速度预测模块，分别与所述体型评估模块和所述运动风险评估模块连接，用于根据所述用户的体型和运动风险预测所述用户的最大摄氧量速度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次极量测试分级模块包括：
等级系数确定模块，与所述最大摄氧量速度估测模块连接，用于根据所述运动风险确定九个等级系统，将所述九个等级系数与所述最大摄氧量速度相乘得到九个等级；和
测试负荷选择模块，分别与所述年龄分级模块和所述等级系数确定模块连接，用于根据所述年龄从所述九个等级中选择三个等级形成次极量测试中的三级测试负荷初始值。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述年龄分级模块中，所述年龄段分为青年人、中年人和老年人三段。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述运动风险评估模块中，所述运动风险分为低危、中危、高危三层。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述体型评估模块中，所述体型包括以下类型中的一种或几种：偏瘦型、偏瘦肌肉型、肌肉发达型、运动不足型、标准型、标准肌肉型、隐形肥胖型、偏胖型以及肥胖型。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述测试负荷选择模块中：不同运动风险和年龄段下，所述三级负荷初始值如下表所示：
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述速度和坡度生成模块包括：
负荷值取得模块，其配置成用于取得基于所述最大摄氧量速度得到所述用户的次极量的负荷值；
取整模块，其配置成用于对所述负荷值进行向上取整，得到第一负荷值整数E1，对所述负荷值进行向下取整，得到第二负荷值整数E2；
负荷速度计算模块，其配置成用于查询负荷与速度对照表，分别得到与所述第一负荷值整数和所述第一负荷值整数对应的第一负荷速度V1和第二负荷速度V2，通过将V1、E1，V2、E2进行线性插值，得到所述负荷值对应的负荷速度V；和
速度坡度取得模块，其配置成用于对于每级负荷，将所述负荷值与设定阈值进行比较，判断运动状态为低强度运动状态、中等强度运动状态或者大强度运动状态，通过不同运动状态的负荷值与坡度、速度的关系式为：
VOi＝aij*V+bij*V*A+cij*A
其中，VOi表示第i级负荷初始值，j表示不同的运动状态，i＝1,2,3；j＝1,2,3，aij,bij,cij为系数，V为负荷速度，从而得到该级负荷下的跑步机平板测试的坡度A。
9.一种跑步机，包括如权利要求1所述的基于运动风险与年龄分级的运动心肺耐力测试系统。
10.根据权利要求9所述的跑步机，其特征在于，所述接收模块通过所述跑步机的控制装置与显示与输入装置连接，所述速度和坡度生成模块通过所述控制装置与电机驱动装置连接。
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