CN112370027A - 一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置及方法，训练装置包括脉搏波感控模块、自适应调控模块和压力执行模块组成，所述脉搏波感控模块由指夹式脉搏波传感器与整形调理电路组成，所述自适应调控模块由脉搏波‑血管闭塞程度算法模块、控制器及其配套电路组成；所述压力执行模块由压力设置模块、气路、气囊、气泵、压力调控模块组成，所述气囊包括气囊内胆和气囊包。该装置可以使使用者及处于康复训练中的患者的训练进程更加稳定可控，从而提高训练效率、改善康复疗效。
Description
技术领域
本发明涉及智能医学领域，特别涉及一种基于脉搏波监测的智能化肌肉训练装置及方法。
背景技术
20世纪80年代中期，日本的佐藤义昭博士提出了一种被称为血液流量限制法(BFR，Blood Flow Restriction Training)的加压肌力训练法(Kaatsu Training)。BFR是指将训练带绑在肢体根部，通过限制静脉血流增加肌肉代谢压力，从而让小负荷低强度的训练也能产生与长时间高强度训练同样的生理效果的一种训练方法。
目前，国内外的BFR恢复训练方法基本一致，都是利用肌力带施加压力限制血流，然后进行步行等其他运动量较小的运动方式。如据研究结果表明，低强度、短时间的自行车运动结合BFR可以同时改善年轻男性的肌肉肥大和有氧能力。但是，以这种方式训练时，无法获知绑带施加压力是否合理，训练过程中绑带压力也不会变化，无法实时调控肌肉处于最佳状态，从而达不到最好的运动效果，甚至可能出现压力设置不当而导致训练过后肌肉的损伤。
脉搏波由心脏的节律性收缩和舒张推动血液沿着血管流动产生，由前向波和反射波叠加形成。大量研究发现脉搏波的传播特性与血管阻力、心率等人体生理参数密切相关，能够提示人体心脏能力与血管压力状态，蕴藏着极丰富的心血管系统生理信息。并且脉搏波具有特性稳定、便于无创精准测量的优点，对于测得的波形也可利用相关技术分析。
光电容积脉搏波检测分为：透射式和反射式。透射式检测方式采用红外光电传感器进行检测。光从光源发出后，透过皮肤和组织，一部分光被皮肤、肌肉、血液和指甲等吸收，一部分反射后，其余部分从手指组织中透射过来，由另一侧的光敏接受装置接收并转换成电压信号。反射式的检测方式与原理和透射式基本相同，反射式接收的是被血液吸收后反射回来的光。目前，有部分BFR训练装置或方法实现了在血流限制训练过程中将压力稳定在预设值一定范围内的目的，但施加压力具体数值的选择与设置主要依靠经验，无法确保训练的有效性和安全性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置及方法。本发明克服了传统BFR的肌力效能增强系统中无法根据使用者个体特征及运动状态个性化定制最适压力(即保证训练安全性和肌力增强效率最高的压力值)而导致的肌力增强效率不高、甚至损伤肌肉的缺陷，增加基于血管闭塞程度的自适应压力匹配系统；以脉搏波为替代信号建立运动状态脉搏波与血管闭塞程度的对应模型，解决血管闭塞程度无法的动态测量问题；通过实时监测脉搏波信号实现对应最适血管闭塞程度的压力实时调控，避免肌力带锻炼刻板模式化的弊端，个性化、实时自适应调节压力，以提高锻炼效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置，包括脉搏波感控模块、自适应调控模块和压力执行模块组成，所述脉搏波感控模块由指夹式脉搏波传感器与整形调理电路组成，所述自适应调控模块由脉搏波-血管闭塞程度算法模块、控制器及其配套电路组成；所述压力执行模块由压力设置模块、气路、气囊、气泵、压力调控模块组成，所述气囊包括气囊内胆和气囊包。
本发明还提供另一种技术方案如下：
一种基于脉搏波监测的肌肉训练方法，包括以下步骤：
(1)使用者佩戴肌肉训练装置，在脚趾端或手指端夹持脉搏波传感器，在大腿根部或上臂位置佩戴气囊，启动肌肉训练装置；
(2)在控制器的控制下，气泵对气囊进行充气，通过压力调控模块内的气体压力传感器实时监测气囊内压力，所述脉搏波传感器实时监测使用者脉搏波信号，控制器内实时计算血流参数，当控制器判断血流动力学状态达到理想状态时，控制器控制气泵停止充气，并通过语音或屏幕显示提示预充气结束，可以开始训练；
(3)使用者开始训练，训练过程中，所述控制器通过所述脉搏波传感器实时监测脉搏波信号，通过气体压力传感器实时监测气囊内压力，控制器对脉搏波信号和气囊内压力进行实时计算分析得出压力修正值，所述控制器根据压力修正值控制气泵对所述气囊内压力进行实时控制；
(4)使用者训练结束时，终止肌肉训练装置运行，控制器控制气泵快速卸去气囊内压力。
进一步的，所述控制器的控制流程具体如下：
1)分析脉搏波数据，获取使用者训练区域生理状态信息；对于经脉搏波传感器获得的脉搏波数据，每经过时间间隔T，T的值大于脉搏波的一个典型周期，提取若干个连续周期的脉搏波，由控制器内预设算法计算能够反映血流受阻程度的特征值，包括收缩压Ps、舒张压Pd、平均动脉压Pm、波形特征量
推算出训练区域血流动力学状态信息，与预设理想状态进行比较，计算出压力调节的修正值V1即理想修正值；V1＞0时，指示当前压力需要增大；V1＜0时，指示当前压力需要减小；
2)监控气囊内压力，避免压力突变或超出安全范围；对于经气体压力传感器获得的气囊内压力数据，每经过一个时间间隔T0，T0取3～5s，表示脉搏波的若干个典型周期，计算气囊内压力数据的变化量ΔV＝Vc-Vp和压力数据随时间的变化率α＝ΔV/T0，其中Vc、Vp分别为当前气囊压力和T0前的气囊压力，参考预设气囊压力变化率最大允许值αm、预设最大训练压力Vmax、预设最小训练压力Vmin，计算出压力调节的修正值V2即稳定修正值；V2＞0时，指示当前压力需要增大；V2＜0时，指示当前压力需要减小；V2计算方式如下：
3)对于获得的两个修正值，即理想修正值V1和稳定修正值V2，控制器将计算控制修正值V3，作为控制器调控压力的实际依据，具体地，控制器将优先响应对稳定修正值V2的调节，维持压力的恒定，在此基础上响应对理想修正值V1的调节；V3计算方式如下：
根据V3的正负，控制气泵对所述气囊内压力进行调节；V3＞0时，指示当前压力需要增大；V3＜0时，指示当前压力需要减小；根据V3的绝对值，控制排气的速度和时间。
进一步的，所述血流动力学状态信息包括血压、前述波形特征量K以及由此计算的其他常用血流参数，所述血压包括收缩压、舒张压、平均动脉压与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明使用脉搏波传感器夹持在受训练人员趾端或指端实现运动状态脉搏波的实时监测，并将获得的数据同步上传至控制器，通过控制器内部算法对数据进行分析处理来获取相应血流参数。使用经过整形等处理后的脉搏波的特征值作为替代信号，建立运动状态脉搏波与血管闭塞程度的对应模型，实现血管闭塞程度的动态测量，并根据血管闭塞程度与最佳训练效果的对应关系，获得当前训练状态下最适压力的修正值，从原理上保证血流限制训练中压力设置的合理性与安全性，提高BFR训练的有效性。使使用者及处于康复训练中的患者的训练进程更加稳定可控，从而提高训练效率、改善康复疗效。
2.本发明根据血流限制训练作用机制，提出脉搏波的特征值与血管闭塞程度的对应模型算法，将训练过程中肌肉与血管的状态通过无创检测的脉搏波这一生理数据实现外化，从源头上自主控制器械使用过程中的个体训练方法的选择与适配，弥补了科学参考压力缺失的不确定性，扩大了BFR训练的适用范围。
3.本发明中同时可以自主选择基准压力值和预设调控范围，保障器械的使用感受与人性化需求。脉搏波传感器的夹持位置也可以根据需要进行选择，如在上肢进行BFR训练时，可将脉搏波传感器夹持在指端；下肢训练时可将脉搏波传感器夹持在趾端。训练过程中的脉搏波数据将被实时记录保存，可作为医师进一步的研究的参考与装置算法更新的基础信息。
4.本发明通过对脉搏波数据的实时监测与特征信息分析，可以最大程度规避不良训练状态的发生，并及时监测到训练中可能发生的突发情况(如心脑血管疾病等)，实现即时预警，大大提高了器械使用的安全性。
附图说明
图1是本发明训练装置结构示意图。
图2是本发明装置原理示意图。
图3是本发明装置使用原理示意图
附图标记：1-脉搏波传感器；2-整形调理电路；3-脉搏波-血管闭塞程度算法模块；4-压力设置模块；5-气泵；6-压力调控模块；7-气路；8-气囊包；9-气囊内胆；10-气囊；11-控制器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1至图3所示，一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置及方法，肌肉训练装置由指夹式脉搏波传感器1与整形调理电路2组成的脉搏波感控模块；由脉搏波-血管闭塞程度算法模块3、控制器11及其配套电路组成的自适应调控模块；以及由压力设置模块4、气泵5、压力调控模块6、气路7、气囊包8、气囊内胆9和气囊10组成的压力执行模块三部分构成。
指夹式脉搏波传感器1佩戴在使用者手指或脚趾端测量处，测量数据通过接口传递至波形整形调理电路2输入端进行相应的整形调理处理，提取出脉搏波特征数据，将压力调控信号输出到控制器11，在控制器11内利用脉搏波数据与血管闭塞程度的转化模型得到当前状态的血管闭塞程度，并与理想的血管闭塞程度进行比较，输出压力控制信号到压力执行模块修正压力。
本发明训练装置所涉及的基本原理具体如下：
关于脉搏波的信号处理；
整形调理电路，包括对脉搏波信号的降噪处理和对脉搏波特征参数的提取。脉搏波信号的降噪处理采用IIR数字滤波器，采用高通与低通级联的IIR数字滤波器，其传递函数为
其中M为传递函数的分子多项式的系数个数，N为传递函数的分母多项式的系数个数，同时代指滤波器阶数，r与k是累加过程中的计数量，z为z变换中的一个连续复变量，ak与br为两个系数组。
为了确定式中的M、N、系数组ak与br，需要确定通带与阻带的截止频率和衰减。对于一般人体脉搏信号，有效信号的频率在1～20Hz，设定采样频率f＝200Hz，设置高通滤波器的通带截止频率为0.9Hz，通带衰减1dB，阻带截止频率0.1Hz，阻带衰减60dB，低通滤波器的通带截止频率为20Hz，通带衰减1dB，阻带截止频率30Hz，阻带衰减60dB。比较巴斯沃特高通低通级联滤波器、切比雪夫高通低通级联滤波器、椭圆高通低通级联滤波器后选择效果较好的巴斯沃特IIR数字滤波器，抑制高频与低频的干扰，保证后续波形数据提取的准确性。
关于脉搏波的数据提取；
整形调理电路中的脉搏波信号提取模块提取三种与运动密切相关的数据，分别是脉搏波周期、脉搏波主波峰值、脉搏波面积。使用光电容积脉搏波传感器测量脉搏波，脉搏波周期与人的心率相关，脉搏波主波峰值和脉搏波面积与血容量相关，加压时这三个量的平均值都会轻微减小，运动时这三个量的平均值都会减小，同时标准差增大。使用相关软件接收滤波后的波形，实时读取脉搏波周期、主波峰值、面积，并将得到的数据传递给下一级比较程序。
控制器中配套的比较电路接收脉搏波滤波后提取得到的脉搏波周期、主波峰值、面积数据，利用这三个量与血管闭塞程度拟合得到的数学模型，计算得到当前时刻的血管闭塞程度，并与理想血管闭塞程度比较，若实际血管闭塞程度较大，则调控下一级压力调控模块减小压力；若实际血管闭塞程度较小，则调控下一级压力调控模块增加压力。
关于脉搏波—血管闭塞程度关系的拟合；
最小二乘法常被用于数据拟合处理及误差估计中，能对所测的一组观测值进行表征，即对观测值提供很好的拟合。为寻找脉搏波与血管闭塞程度之间的关系，本发明采用最小二乘法对二者关系进行拟合。
脉搏波内涵丰富、复杂的生理信息，由此推断其与血管闭塞程度之间不只是简单的线性关系，故本发明采用基于最小二乘法基本原理的多元非线性拟合的方法对二者进行拟合。
残差δi作为衡量拟合效果好坏的指标，其值越小越好，δi的计算公式如下：
其中
为拟合值，yi为真实值，在实际应用中，希望拟合结果的δi尽可能小。
本发明中对脉搏波和血管闭塞程度的拟合过程中，记变量血管闭塞程度为y，脉搏的特征值为：x1,x2,...,xi，待定系数为：b1,b2,...,bn，二者之间的非线性关系可写为：y＝f(x1,x2,...,xi,b1,b2,...,bn)。为减少运算步骤，降低运算难度，此处采用对非线性函数y＝f(x1,x2,...,xi,b1,b2,...,bn)展开为泰勒级数，并忽略其最高次项，转化为线性形式后，再利用线性拟合的方法进行拟合，求出参数，此方法只需要经过多次逼近就可以满足精度要求。具体的计算步骤如下：
设所求血管闭塞程度与提取的脉搏波特征值之间的相关参数为bj(j＝1,2,...,n)，并取初值为bj (0)，两者的差值为σj，计算方法为
(1)对非线性函数y＝f(x1,x2,...,xi,b1,b2,...,bn)在
处进行泰勒展开，由于
与bj很接近，可以省略去泰勒级数展开式的高阶项，由此得到近似一阶的展开式如下：
fi (0)为函数的初始值在此处即为血管闭塞程度的初始值，σn(n＝1,2,...,n)为bn与
的差值。
(2)令
yi＝fi-fi (0)，aj＝σj,则非线性函数展开式可以写成线性关系式：
(3)对于多元线性拟合，变量y与n存在线性关系
设变量xj的第i次测量值为xij，yi(i＝1,2,...,m)为函数值，则偏差平方和为：
a0,a1,...,an为未知参数；
将(5)式与(6)式联立可以得出一个正规方程组如下：
其中xij为变量xi的第j次测量值，xjk为变量xj的第k次测量值，即在不同次数的测量时脉搏波所得到的特征值。
通过求解正规方程组可求出aj，从而求出，
由于得出bj是一个近似值，所以需要考虑精度要求。对于bj是否满足精度，我们将对回归系数进行显著性检验。检验根据模型得到的预测的血管闭塞程度变量Xj对已知血管闭塞程度数据Y的影响是否显著，就是对回归系数bj进行显著性检验，即检验假设：
H0j:βj＝0
记C＝(cij)＝(XTX)-1,回归系数bj为βj，由多元线性回归的定理可知，
其中cjj表示矩阵C的第j个对角线的元素，
当H0j成立时，检验统计量：
于是对于给定的显著水平α＝0.05，当
时，拒绝原假设，即认为变量Xj对Y有显著影响，否则认为Xj对Y无显著影响。即回归系数bj还不符合精度要求，无法使变量Xj对Y有显著影响，此时可将求出的bj值赋给
作为新的初值，继续对bj进行(1)至(7)公式流程的迭代计算，直至检验结果为拒绝原假设，即满足精度要求。
以上过程可用程序实现，将所获得的脉搏波的各项特征值的数据分别与相应情况下的血管闭塞程度用该方法进行拟合，会得到不同的函数模型。通过上述残差分析法得到满足精度的各个参数的值，最后得到提取的脉搏波特征值与血管闭塞程度之间的回归关系函数表达式，建立起脉搏波—血管闭塞程度的数学模型。
本发明能达到的总体效果是：脉搏波经由采集、滤波、数据提取后传递给控制器，当得到的当前血管闭塞程度不属于理想范围时，通过压力调控模块智能调控气囊压力，实现基于脉搏波监测的智能化肌肉训练。
采用上述训练装置进行具体康复训练步骤如下：
步骤一，使用者佩戴上述训练装置，包括在趾端(或指端)夹持脉搏波传感器以及在大腿根部(或上臂)适当位置佩戴气囊，启动本装置；
步骤二，在控制器的控制下，气泵对气囊进行充气，压力执行模块内气体压力传感器实时监测气囊内压力，脉搏波传感器实时监测使用者脉搏波信号，控制器内的软件系统实时计算血流参数，当软件系统判断血流动力学状态达到理想状态时，控制器控制气泵停止充气，并通过语音或屏幕显示提示预充气结束，可以开始训练；
步骤三，使用者开始训练，训练过程中，控制器通过脉搏波传感器实时监测脉搏波信号，通过气体压力传感器实时监测气囊内压力，控制器内部的软件系统对这些信息实时进行分析，得出压力修正值，控制器根据此修正值控制气泵对气囊内压力进行实时控制；
步骤四，使用者训练结束时，可以通过按键终止设备的运行，控制器随机控制气泵快速卸去气囊内压力。
其中，控制器内软件系统既要避免气囊内压力的突变，又要分析脉搏波信号对压力进行实时修正，使得使用者的血流状态处于最佳状态。这一过程应是稳定而精确的，具体如下：
1)分析脉搏波数据，获取使用者训练区域生理状态信息。对于经脉搏波传感器获得的脉搏波数据，每经过时间间隔T(T的值远大于脉搏波的一个典型周期)，提取若干个连续周期的脉搏波，由软件系统内预设算法计算能够反映血流受阻程度的特征值，如收缩压Ps、舒张压Pd、平均动脉压Pm、波形特征量
等，推算出训练区域血流动力学状态信息，包括但不限于血压(收缩压、舒张压、平均动脉压)、前述波形特征量K以及由此计算的其他常用血流参数，与预设理想状态进行比较，计算出压力调节的修正值V1(理想修正值)。V1＞0时，指示当前压力需要增大；V1＜0时，指示当前压力需要减小。
2)监控气囊内压力，避免压力突变或超出安全范围。对于经气体压力传感器获得的气囊内压力数据，每经过一个时间间隔T0(其值为脉搏波的若干个典型周期，约3～5s)，计算该压力数据的变化量ΔV＝Vc-Vp(其中Vc、Vp分别为当前气囊压力和T0前的气囊压力)和压力数据随时间的变化率α＝ΔV/T0，参考预设气囊压力变化率最大允许值αm、预设最大训练压力Vmax、预设最小训练压力Vmin，计算出压力调节的修正值V2(稳定修正值)。V2＞0时，指示当前压力需要增大；V2＜0时，指示当前压力需要减小。一个参考的简易计算方法如下：
3)对于获得的两个修正值，即理想修正值V1和稳定修正值V2，软件系统将计算控制修正值V3，作为控制器调控压力的实际依据。具体地，软件系统将优先响应对稳定修正值V2的调节，维持压力的恒定，在此基础上响应对理想修正值V1的调节。一个参考的简易计算方法如下：
根据V3的正负，控制气泵对气囊内压力进行调节。V3＞0时，指示当前压力需要增大；V3＜0时，指示当前压力需要减小。根据V3的绝对值，控制排气的速度(缓慢排气或迅速排气，由控制器发出特定占空比的PWM波进行控制)和时间。
在训练过程中，本训练装置可依据预设的训练流程进行语音提醒，使用户能够在合适的时间暂停训练进行休息，避免训练时间过长造成损伤。具体流程可由医师制定并输入到装置中，便于使用者在家中使用。在训练的同时，可对训练时间、气压值、脉搏波以及由此计算的血流动力学参数信息等训练数据进行记录和存储，供后期有需要时调阅，医师也可据此制定或调整后续治疗方案。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于脉搏波监测的肌肉训练装置，其特征在于，包括脉搏波感控模块、自适应调控模块和压力执行模块组成，所述脉搏波感控模块由指夹式脉搏波传感器与整形调理电路组成，所述自适应调控模块由脉搏波-血管闭塞程度算法模块、控制器及其配套电路组成；所述压力执行模块由压力设置模块、气路、气囊、气泵、压力调控模块组成，所述气囊包括气囊内胆和气囊包。
2.一种基于脉搏波监测的肌肉训练方法，基于权利要求1所述肌肉训练装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用者佩戴肌肉训练装置，在脚趾端或手指端夹持脉搏波传感器，在大腿根部或上臂位置佩戴气囊，启动肌肉训练装置；
(2)在控制器的控制下，气泵对气囊进行充气，通过压力调控模块内的气体压力传感器实时监测气囊内压力，所述脉搏波传感器实时监测使用者脉搏波信号，控制器内实时计算血流参数，当控制器判断血流动力学状态达到理想状态时，控制器控制气泵停止充气，并通过语音或屏幕显示提示预充气结束，可以开始训练；
(3)使用者开始训练，训练过程中，所述控制器通过所述脉搏波传感器实时监测脉搏波信号，通过气体压力传感器实时监测气囊内压力，控制器对脉搏波信号和气囊内压力进行实时计算分析得出压力修正值，所述控制器根据压力修正值控制气泵对所述气囊内压力进行实时控制；
(4)使用者训练结束时，终止肌肉训练装置运行，控制器控制气泵快速卸去气囊内压力。
3.根据权利要求2所述一种基于脉搏波监测的肌肉训练方法，其特征在于，所述控制器的控制流程具体如下：
1)分析脉搏波数据，获取使用者训练区域生理状态信息；对于经脉搏波传感器获得的脉搏波数据，每经过时间间隔T，T的值大于脉搏波的一个典型周期，提取若干个连续周期的脉搏波，由控制器内预设算法计算能够反映血流受阻程度的特征值，包括收缩压Ps、舒张压Pd、平均动脉压Pm、波形特征量
推算出训练区域血流动力学状态信息，与预设理想状态进行比较，计算出压力调节的修正值V1即理想修正值；V1＞0时，指示当前压力需要增大；V1＜0时，指示当前压力需要减小；
2)监控气囊内压力，避免压力突变或超出安全范围；对于经气体压力传感器获得的气囊内压力数据，每经过一个时间间隔T0，T0取3～5s，表示脉搏波的若干个典型周期，计算气囊内压力数据的变化量ΔV＝Vc-Vp和压力数据随时间的变化率α＝ΔV/T0，其中Vc、Vp分别为当前气囊压力和T0前的气囊压力，参考预设气囊压力变化率最大允许值αm、预设最大训练压力Vmax、预设最小训练压力Vmin，计算出压力调节的修正值V2即稳定修正值；V2＞0时，指示当前压力需要增大；V2＜0时，指示当前压力需要减小；V2计算方式如下：
3)对于获得的两个修正值，即理想修正值V1和稳定修正值V2，控制器将计算控制修正值V3，作为控制器调控压力的实际依据，具体地，控制器将优先响应对稳定修正值V2的调节，维持压力的恒定，在此基础上响应对理想修正值V1的调节；V3计算方式如下：
根据V3的正负，控制气泵对所述气囊内压力进行调节；V3＞0时，指示当前压力需要增大；V3＜0时，指示当前压力需要减小；根据V3的绝对值，控制排气的速度和时间。
4.根据权利要求3所述一种基于脉搏波监测的肌肉训练方法，其特征在于，所述血流动力学状态信息包括血压、前述波形特征量以及由此计算的其他血流参数，所述血压包括收缩压、舒张压、平均动脉压。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110060231A1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-03-10 | Sato Sports Plaza Co., Ltd. | Training Apparatus, Control Segment for Training, And Control Method |
| US20180229064A1 (en) * | 2015-11-11 | 2018-08-16 | Human Link Co., Ltd. | Appropriate Pressure Determination Device, Appropriate Pressure Determination System, And Method For Determining Appropriate Pressure |
| CN109561830A (zh) * | 2016-07-19 | 2019-04-02 | J·斯特雷冈德森 | 基于功效的血流限制训练反馈系统 |
| CN110227237A (zh) * | 2019-05-25 | 2019-09-13 | 天津大学 | 一种下肢康复训练装置及方法 |
| US20200113578A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Ryan Osborn | Pressure controllers for blood flow restriction training and other applications |
| CN111526806A (zh) * | 2017-10-06 | 2020-08-11 | 瓦尔德性能私人有限公司 | 血液阻断或限制袖带 |
-
2020
- 2020-10-21 CN CN202011132735.1A patent/CN112370027A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110060231A1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-03-10 | Sato Sports Plaza Co., Ltd. | Training Apparatus, Control Segment for Training, And Control Method |
| US20180229064A1 (en) * | 2015-11-11 | 2018-08-16 | Human Link Co., Ltd. | Appropriate Pressure Determination Device, Appropriate Pressure Determination System, And Method For Determining Appropriate Pressure |
| CN109561830A (zh) * | 2016-07-19 | 2019-04-02 | J·斯特雷冈德森 | 基于功效的血流限制训练反馈系统 |
| CN111526806A (zh) * | 2017-10-06 | 2020-08-11 | 瓦尔德性能私人有限公司 | 血液阻断或限制袖带 |
| US20200113578A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Ryan Osborn | Pressure controllers for blood flow restriction training and other applications |
| CN110227237A (zh) * | 2019-05-25 | 2019-09-13 | 天津大学 | 一种下肢康复训练装置及方法 |
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