CN112040859A - 无氧代谢阈值估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

无氧代谢阈值估计方法包括：第一获取步骤，获取对象者所进行的运动的运动强度；第二获取步骤，获取进行运动的对象者的心电图波形；第三获取步骤，从所获取的心电图波形中获取预定特征量；以及估计步骤，基于所述预定特征量与所获取的运动强度之间的关系来估计所述对象者的AT。所述无氧代谢阈值估计方法的特征在于：所述估计步骤基于与所述预定特征量相对于所获取的运动强度的变化中的拐点相对应的运动强度，来估计所述对象者的所述AT。

Description

无氧代谢阈值估计方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无氧代谢阈值估计方法和装置，并且更具体地，涉及一种使用心电图波形来估计无氧代谢阈值的技术。

背景技术

在体育运动和日常生活中，可以通过管理对象者的运动状态来适当地使对象者进行训练。作为用于管理对象者的运动状态的值，已知无氧代谢阈值(Anaerobic Threshold，在下文中被称为“AT”)。

AT指示作为从有氧运动切换为无氧运动的转变点的运动强度(例如，参见非专利文献1)。一般认为，如果对象者以高于AT的运动强度进行训练，则无氧运动的能力得到提高，并且如果对象者以低于AT的运动强度进行训练，则有氧运动的能力得到提高。

常规地，通过各种方法来测量AT，并且当使用乳酸值作为基准时，AT被称为乳酸阈值(Lactate Threshold，在下文中被称为“LT”)。当使用呼气中的二氧化碳气体的浓度作为基准时，AT被称为通气阈值(Ventilatory Threshold，在下文中被称为“VT”)。

相关技术文献

非专利文献

非专利文献1：http：//sugp.wakasato.jp/Material/Medicine/cai/text/subject02/no8/html/section9.html(2018年3月1日检索)

非专利文献2：https：//ja.wikipedia.org/wiki/％E5％BF％83％E9％9B％BB％E5％9B％B3(2018年3月7日检索)

非专利文献3：http：//www.cardiac.jp/view.php？lang＝ja&target＝normal_ecg_pattern.xml(2018年3月7日检索)

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，在常规的LT测量中，尽管采集量很小，但是仍需要采集血液，因此难以经常测量LT。另外，在常规的VT测量中，需要大型装置和用于收集呼出气体的面罩，因此难以容易地测量VT。因此，传统技术无法容易地测量AT。

考虑到上述问题做出了本发明，本发明的目的是提供一种能够更容易地估计对象者的AT的无氧代谢阈值估计方法和装置。

解决问题的方案

为了解决上面的问题，根据本发明，提供了一种无氧代谢阈值估计方法，包括：第一获取步骤，获取对象者所进行的运动的运动强度；第二获取步骤，获取进行运动的对象者的心电图波形；第三获取步骤，从获取的心电图波形中获取预定特征量；估计步骤，基于预定特征量与所获取的运动强度之间的关系来估计对象者的无氧代谢阈值，其中，估计步骤包括以下步骤：基于与预定特征量相对于所获取的运动强度的变化中的拐点相对应的运动强度，来估计对象者的无氧代谢阈值。

根据本发明，还提供了一种无氧代谢阈值估计装置，包括：运动强度获取单元，被配置为获取对象者所进行的运动的运动强度；特征量获取单元，被配置为获取进行运动的对象者的心电图波形，并且从心电图波形中获取预定特征量；以及估计单元，被配置为基于预定特征量与所获取的运动强度之间的关系来估计对象者的无氧代谢阈值，其中，估计单元基于与预定特征量相对于所获取的运动强度的变化中的拐点相对应的运动强度，来估计对象者的无氧代谢阈值。

本发明的效果

根据本发明，从进行运动的对象者的心电图波形中的预定特征量与该对象者所进行的运动的运动强度之间的关系中，提取该特征量相对于运动强度的变化中的拐点，然后基于拐点的信息来计算AT。因此，可以更容易地估计对象者的AT。

附图说明

图1是用于说明本发明的原理的图；

图2是用于说明根据本发明的实施例的AT估计装置的原理的曲线图；

图3是用于说明根据本发明的实施例的AT估计装置的原理的曲线图；

图4是示出了根据本发明的实施例的AT估计装置的功能结构的框图；

图5是示出了根据本发明的实施例的AT估计装置的硬件结构的框图；以及

图6是用于说明根据本发明的实施例的AT估计方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考图1至图6详细地描述本发明的优选实施例。

[发明的原理]

图1是示出了心电图波形的图(参见非专利文献2和3)。根据本发明实施例的AT估计方法从对象者的心电图波形中提取用作指标的预定特征量，并且基于该特征量来估计用于管理对象者的运动状态的AT。

在根据该实施例的AT估计方法中，在包括在图1所示的心电图波形中的特征波形和波形间隔之中，将T波的高度用作心电图波形(心电图)的特征量(参见非专利文献1和2)。

图2是示出了通过增量负荷测试获取的运动强度与心率和T波高度的乘积(T波高度×心率)之间的关系的曲线图。在该实施例中，心率储备(HRR)，即通过卡文宁(Karvonen)方法根据心率计算出的值，被用作运动强度。注意，运动强度是以进行运动的对象者的身体能力为基准来表示运动的剧烈程度的尺度。

如图2中的虚线所示，可以看出，在运动强度为80％的部分附近，曲线图中存在拐点。实验表明，“T波高度×心率”值的拐点处的运动强度被设定为AT。

图3是通过将使用“T波高度×心率”计算出的AT和由呼出气体测量装置测得的AT转换成心率(bpm)并将它们进行比较而获得的曲线图。在图3中，纵坐标表示通过根据该实施例的AT估计方法估计出的AT，而横坐标表示由呼出气体测量装置测得的AT。

如图3中所示，由于相关函数为R＝0.86且满足p＜0.05，所以使用“T波高度×心率”计算出的AT与由呼出气体测量装置测得的AT具有显著的正相关。因此，可以看出，根据本实施例的AT估计方法可以通过在“T波高度×心率”与运动强度之间的关系中找到“T波高度×心率”的值的拐点来估计AT。

[实施例]

下面将详细地描述用于执行根据本发明的AT估计方法的AT估计装置1。

图4是示出了根据第一实施例的AT估计装置1的功能结构的框图。AT估计装置1包括生物信息获取单元11、存储单元12、估计单元13和输出单元14。

AT估计装置1获得当对象者进行如增量负荷测试那样的逐渐增加运动强度的运动时的“T波高度×心率”与运动强度之间的关系。AT估计装置1提取“T波高度×心率”的值的拐点，并且计算该拐点处的运动强度作为AT。如上所述，在“T波高度×心率”与运动强度之间的关系中，拐点存在于运动强度的值为80％的部分周围，更具体地，如图2中所示，在50％至90％的范围内。

生物信息获取单元11包括心率获取单元(运动强度获取单元)111和T波高度获取单元(特征量获取单元)112。

生物信息获取单元11从具有心率计和心电图仪的功能且附于对象者的外部生物传感器(未示出)获取与对象者的心跳和心电图有关的信息。此时，生物信息获取单元11根据上述实验结果，获取与从对象者开始进行逐渐增加运动强度的运动起直到运动强度变为约90％为止的时段内的心跳和心电图有关的信息。

心率获取单元111从附于对象者的生物传感器获取对象者进行如增量负荷测试那样的逐渐增加运动强度的运动的时段内的心率。获取的心率的数据存储在存储单元12中。

T波高度获取单元112从附于对象者的生物传感器所测得的对象者的心电图波形中获取心电图波形中的T波高度数据。T波高度获取单元112获得通过将所获取的对象者的T波高度的值乘以心率获取单元111获取的心率而得到的值(T波高度×心率)。由T波高度获取单元112获得的“T波高度×心率”的数据存储在存储单元12中。

如图1中所示，T波高度获取单元112可以从对象者的心电图波形中获取指示从R波的峰值到S波的峰值的高度的RS高度，并且通过RS高度使T波高度标准化。T波高度获取单元112可以基于通过使用RS高度进行标准化而校正了的T波高度，来获得“T波高度×心率”。备选地，T波高度获取单元112可以通过R波高度或S波深度使T波高度标准化，并且使用它。

存储单元12存储由生物信息获取单元11获取的对象者的“T波高度×心率”和心率的数据。

估计单元13包括拐点处理单元131和AT计算单元132。

估计单元13基于由生物信息获取单元11获取的对象者的“T波高度×心率”和心率的数据，来估计对象者的AT。

拐点处理单元131从存储单元12中读出由心率获取单元111获取的对象者的心率的数据以及由T波高度获取单元112所获得的“T波高度×心率”的数据，并且获得“T波高度×心率”与运动强度之间的关系。此时，获得了图2中所示的关系。

此外，拐点处理单元131从对象者的“T波高度×心率”与运动强度之间的关系中，提取“T波高度×心率”相对于心率获取单元111获取的心率的变化中的拐点。拐点落在运动强度的50％至90％的范围内。拐点处理单元131获得与“T波高度×心率”的值的拐点相对应的对象者的运动强度，并且将其存储在存储单元12中。

AT计算单元132基于由拐点处理单元131提取的拐点处的对象者的运动强度，来计算对象者的AT。

更具体地，AT计算单元132计算由拐点处理单元131提取的拐点处的对象者的运动强度作为AT。

AT计算单元132将计算出的对象者的AT值存储在存储单元12中。

输出单元14输出诸如由估计单元13估计出的对象者的AT之类的信息。更具体地，输出单元14在显示屏幕等上显示由AT计算单元132计算出的AT值。

[AT估计装置的硬件结构]

接下来，将参考图5中所示的框图来描述具有上述功能结构的AT估计装置1的硬件结构。

如图5中所示，可以通过以下项来实现AT估计装置1：计算机，包括具有CPU 103和主存储装置104的计算装置102、通信控制装置105、传感器106、外部存储装置107和显示装置108，这些硬件资源全部经由总线101连接；以及程序，用于控制这些硬件资源。

CPU 103和主存储装置104形成计算装置102。由CPU 103用来执行各种控制和计算操作的程序预先存储在主存储装置104中。计算装置102实现图4中所示的包括估计单元13在内的AT估计装置1的各个功能。

通信控制装置105是用于通过通信网络NW将AT估计装置1与各种外部电子装置连接的控制装置。通信控制装置105可以经由通信网络NW从附于对象者的传感器106(稍后将进行描述)接收心率和心电图波形的数据。

传感器106例如由诸如心率计和心电图仪之类的生物传感器实现。传感器106在对象者进行运动的时段内附于例如对象者的胸部或手腕，并且测量对象者的心率和心电图波形。例如，附于胸部的传感器106通过电极(未示出)来测量心电图波形，并且根据心电图波形的变化来检测心跳，从而根据心跳之间的间隔来计算每分钟心跳次数作为心率。

外部存储装置107由可读/可写存储介质和驱动装置形成，该驱动装置用于从该存储介质中读取/或在该存储介质中写入各种信息(例如，程序和数据)。对于外部存储装置107，可以使用硬盘或诸如闪存之类的半导体存储器作为存储介质。外部存储装置107可以包括数据存储单元107a、程序存储单元107b和另一存储装置(未示出)，该另一存储装置例如是用于备份存储在外部存储装置107中的程序和数据的存储装置。

数据存储单元107a存储与传感器106测得的对象者的心电图波形和心率有关的信息。数据存储单元107a对应于图4中所示的存储单元12。

程序存储单元107b存储用于执行根据本实施例的AT估计所需的处理(诸如，获取心率和T波高度的处理、拐点处理和AT计算处理)的各种程序。

显示装置108形成AT估计装置1的显示屏，并且用作输出单元14。显示装置108由液晶显示器等实现。

[AT估计装置的操作]

接下来，将参考图6中所示的流程图来描述用于执行根据本发明的上述AT估计方法的AT估计装置1的操作。首先，将具有心率计和心电图仪功能的生物传感器(未示出)附于对象者的胸部或手腕，并且对象者开始像增量负荷测试那样的被设定为逐渐增加运动强度的运动。生物传感器在从对象者开始运动直到对象者的运动强度超过例如90％为止的时段内测量对象者的心率和心电图波形。

心率获取单元111获取对象者进行运动的时段内的心率数据(步骤S1)。接下来，T波高度获取单元112获取对象者进行运动的时段内的心电图波形数据，并且从该心电图波形数据中获取T波高度数据(步骤S2)。

接下来，T波高度获取单元112从心电图波形数据中获取从R波的峰值到S波的峰值的RS高度，并且基于通过RS高度标准化的T波高度来获得“T波高度×心率”的数据(步骤S3)。注意，T波高度获取单元112可以采用获取由外部生物传感器获得的T波高度的测量值、“T波高度×心率”的值或通过RS高度标准化的“T波高度×心率”的值的结构。

接下来，拐点处理单元131获得所获取的“T波高度×心率”的值与通过心率转换的运动强度之间的关系(步骤S4)。在已由拐点处理单元131获得的对象者的“T波高度×心率”与运动强度之间的关系中，提取“T波高度×心率”的值的拐点，并且获得与该拐点处的“T波高度×心率”的值相对应的运动强度(步骤S5)。如上所述，基于在运动强度的50％至90％的范围内提取拐点的事实，运动强度的值可以仅使用50％至90％的范围。

接下来，AT计算单元132基于在步骤S4中获得的“T波高度×心率”的值的拐点处的运动强度的值来计算AT(步骤S6)。也就是说，AT计算单元132获得拐点处的运动强度的值作为AT。注意，输出单元14输出所计算的对象者的AT。此外，输出单元14可以将作为AT获得的运动强度转换成另一指标，例如心率(bpm)或功率(瓦特)，并且将其输出。

如上所述，根据该实施例，对象者的心电图波形中的T波高度被用作特征量。另外，基于“T波高度×心率”与运动强度之间的关系，根据运动强度的约50％至90％的范围内的“T波高度×心率”的值的拐点处的运动强度的值，来估计对象者的AT。因此，可以在不需要采血或任何大型装置的情况下更容易地估计对象者的AT。

此外，如上所述，通过使用更可能提取到拐点的运动强度的值的50％至90％的范围内的数据来计算AT，可以减少计算AT时的计算量。

由于通过使用RS高度、R波高度或S波深度进行标准化来校正T波高度，因此即使由于心电图仪的电极被例如汗液等润湿而包括噪声，也可以基于更正确的T波高度来计算AT。

注意，上述实施例说明了使用根据心率(HR)计算出的运动强度的情况。然而，运动强度不限于心率，并且可以根据获取的数据和运动的类型(诸如，功率、速度和转数)来改变其类型。

上述实施例说明了对象者进行如增量负荷测试那样的运动并获取关于运动时段内的心率和心电图波形的数据的情况。然而，对象者所进行的运动不限于增量负荷测试，并且可以例如是随机运动。即使对象者进行随机运动，也可以从对象者的心电图波形中获得“T波高度×心率”，并且以相同的方式获得“T波高度×心率”与运动强度之间的关系。

在上述实施例中，使用对象者的“T波高度×心率”的数据来获得与运动强度的关系。然而，即使仅使用T波，也可以类似地从与运动强度的关系中提取拐点，并且可以计算对应的运动强度的值作为AT。

类似地，像T波高度那样，根据对象者的运动而改变的R波高度可以被用作特征量。

上面描述了根据本发明的无氧代谢阈值估计方法和无氧代谢阈值估计装置中的实施例。然而，本发明不限于上述实施例，并且可以在权利要求中所描述的本发明的范围内做出本领域技术人员可以想到的各种修改。

附图标记的说明

1...AT估计装置，11...生物信息获取单元，12...存储单元，13...估计单元，14...输出单元，111...心率获取单元，112...T波高度获取单元，131...拐点处理单元，132...AT计算单元，101...总线，102...计算装置，103...CPU，104...主存储装置，105...通信控制装置，106...传感器，107...外部存储装置，107a...数据存储单元，107b...程序存储单元，108...显示装置，NW...通信网络。

Claims (9)

1.一种无氧代谢阈值估计方法，包括：

第一获取步骤，获取对象者所进行的运动的运动强度；

第二获取步骤，获取进行所述运动的所述对象者的心电图波形；

第三获取步骤，从所获取的心电图波形中获取预定特征量；以及

估计步骤，基于所述预定特征量与所获取的运动强度之间的关系来估计所述对象者的无氧代谢阈值，

其中，所述估计步骤包括以下步骤：基于与所述预定特征量相对于所获取的运动强度的变化中的拐点相对应的运动强度，来估计所述对象者的所述无氧代谢阈值。

2.根据权利要求1所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，所述预定特征量是包括在所述心电图波形中的T波的高度。

3.根据权利要求1所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，所述预定特征量是：包括在所述心电图波形中的T波的高度×心率。

4.根据权利要求2或3所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，所述第三获取步骤包括以下步骤：获取包括在所述心电图波形中的R波的峰值到S波的峰值的RS高度；以及使用所述RS高度、所述R波的高度和所述S波的深度之一使所述T波的高度标准化。

5.根据权利要求1所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，所述预定特征量是包括在所述心电图波形中的R波的高度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，在所述第一获取步骤中获取的所述运动强度是根据心率计算出的运动强度的值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的无氧代谢阈值估计方法，

其中，所述估计步骤包括以下步骤：在所述预定特征量与所获取的运动强度之间的关系中，使用所述运动强度的值落在50％至90％的范围内的所述拐点，来估计所述对象者的所述无氧代谢阈值。

8.一种无氧代谢阈值估计装置，包括：

运动强度获取单元，被配置为获取对象者所进行的运动的运动强度；

特征量获取单元，被配置为获取进行所述运动的所述对象者的心电图波形，并且从所述心电图波形中获取预定特征量；以及

估计单元，被配置为基于所述预定特征量与所获取的运动强度之间的关系来估计所述对象者的无氧代谢阈值，

其中，所述估计单元基于与所述预定特征量相对于所获取的运动强度的变化中的拐点相对应的运动强度，来估计所述对象者的所述无氧代谢阈值。

9.根据权利要求8所述的无氧代谢阈值估计装置，

其中，所述预定特征量是包括在所述心电图波形中的T波的高度。

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