CN113940661A - 一种测最大耗氧量的背心式装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测最大耗氧量的背心式装置，包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，其中：数据采集模块，利用心电电极和呼吸面罩进行数据采集，包括双导联心电采集、呼出气体含量检测及单次呼吸气体流量测定；数据传输模块，通过蓝牙连接采集器主机和计算机适配器，在蓝牙范围外将数据采集模块采集的数据本地保存在采集器主机内，在蓝牙范围内将采集的数据实时传输至计算机；数据分析模块，接收数据传输模块上传的数据，对心电及气体含量进行结果判定，得出最大耗氧量。本发明采用无线遥测进行数据采集及数据传输，实现了无阻碍的情况下进行各项运动。
Description
技术领域
本发明涉及耗氧量测量领域，尤其涉及一种测最大耗氧量的背心式装置及方法。
背景技术
在申请号为CN201610708388.X的发明专利申请文件中公开了一种最大耗氧量的估算方法包括：接收来自第一传感器的生理数据；处理模块基于所述生理数据估算体力消耗速率；所述处理模块基于所述体力消耗速率计算当前总运动时间；所述处理模块基于所述当前总运动时间估算运动能力；接收来自第二传感器的运动数据；所述处理模块基于所述运动数据计算动能消耗；所述处理模块基于所述动能消耗估算平均耗氧量；所述处理模块基于所述平均耗氧量和所述运动能力估算所述最大耗氧量；传送所述最大耗氧量至用户界面；所述用户界面显示所述最大耗氧量。该专利中还有提到在现代社会运动已经变得越来越流行。除了专业运动员，许多人不仅为了健康进行运动，也想要知道他们在运动中的表现。传统地，这只能通过在实验室用多种检测设备进行体能测试来准确的实现。或者，通过聘请私人健身教练来帮助他们了解自身的表现。但这种方法测出来的数据往往不够准确。
心肺适能被认为是全因死亡率和心血管疾病死亡率的最佳个人预测指标之一。目前，最广泛认可的心肺适能测量方法是评估有氧能力。而最大摄氧量（VO2max）是评价心肺功能和有氧能力的金标准，也是影响耐力运动表现的重要因素，常用于评价训练计划的有效性，评估运动员体能或耐力表现改善的效果。如何准确的测定VO2max尤为重要。
判定VO2max的方法有很多，常用的为直接测定法，即当受试者在运动中感到力竭，并在满足以下3种现象时的摄氧量即为最大摄氧量。判定标准：①VO2不再增加而出现平台（耗氧量增量△VO2≤150mL/min）；②呼吸商（RQ）大于1.15；③心率（HR）大于180次/min。
目前，市面上已有很多类型的便携式新陈代谢仪的产品，但是他们的测定方法对测定场地及范围非常有局限性，且常因为连线过多，导致无法进行幅度较大的运动，如轮滑、搏击、室外跑等。最为重要的是，他们的无法直接测定心率，使用直接测定法对VO2max进行自动判定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测最大耗氧量的背心式装置及方法，旨在解决现有技术中间接测量法估算结果不够准确的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种测最大耗氧量的背心式装置，包括背心与呼吸面罩，所述背心上设置有采集器，所述采集器的主机通过蓝牙连接计算机，还包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，其中：
数据采集模块，利用心电电极和呼吸面罩进行数据采集，包括双导联心电采集、呼出气体含量检测及单次呼吸气体流量测定；
数据传输模块，通过蓝牙连接采集器主机和计算机适配器，在蓝牙范围外将数据采集模块采集的数据本地保存在采集器主机内，在蓝牙范围内将采集的数据实时传输至计算机；
数据分析模块，接收数据传输模块上传的数据，对心电、呼吸商及气体含量进行结果判定，得出最大耗氧量。
更进一步的，所述数据采集模块还包括用于测定心电信号的心电传感器、测定胸廓起伏变化的呼吸传感器、测定皮肤表面温度的皮温传感器、测定加速度的加速度传感器和测定呼吸流速、氧气及二氧化碳浓度的呼吸流量传感器。
更进一步的，所述采集器主机上设有存储单元，用于对采集模块采集的数据进行本地保存。
更进一步的，所述数据传输模块包括无线接收器，所述无线接收器接入计算机接口，用于接收蓝牙信息。
一种测最大耗氧量的方法，包括以下顺序步骤：
S1：打开计算机和采集器主机；
S2：打开代谢仪，预热指定时间后进行气体校准；
S3：通过蓝牙连接采集器主机和计算机；
S4：用户根据佩戴要求，佩戴背心及呼吸面罩，随后用户适应呼吸面罩；
S5：用户进行递增负荷运动；
S6：通过数据采集模块进行数据采集，包括气体含量测定和心电采集；
S7：通过数据传输模块将S6中采集到的数据进行保存和传输；
S8：根据上传的数据进行数据分析，生成结果报告。
更进一步的，所述S3通过蓝牙连接采集器主机和计算机具体为：将无线接收器接入计算机接口，通过蓝牙实现采集器与数据分析软件的通讯，其中，所述数据分析软件位于计算机。
更进一步的，所述S4中佩戴背心包括以下顺序子步骤：
S411：用户脱去上衣；
S412：在心电电极采集位点使用酒精对皮肤进行脱脂处理；
S413：使用少量蒸馏水对电极进行加湿处理；
S414：用户佩戴背心。
更进一步的，所述S4中佩戴呼吸面罩具体为：用户手持呼吸面罩紧贴自己的口鼻部位，调整面罩位置，直到四周不漏气，并通过绑带进行固定。
更进一步的，所述S4中用户适应呼吸面罩具体为：用户佩戴好呼吸面罩后，适应性呼吸2min。
更进一步的，所述S5中采用Bruce运动方案。
本发明的有益效果：
（1）无线遥测：本装置采用无线遥测进行数据采集及数据传输，实现了无阻碍的情况下进行各项运动。
（2）可直接使用一种装置自动分析VO2max。解决了目前至少通过2种以上仪器人为判定VO2max的实验方法。
（3）使用直接测量法测定最大耗氧量，较间接估算法结果更为准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明的整体流程图；
图3为本发明的数据分析示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
判定VO2max的方法有很多，常用的为直接测定法，即当受试者在运动中感到力竭，并在满足以下3种现象时的摄氧量即为最大摄氧量。判定标准：①VO2不再增加而出现平台（耗氧量增量△VO2≤150mL/min）；②呼吸商（RQ）大于1.15；③心率（HR）大于180次/min。
目前，市面上已有很多类型的便携式新陈代谢仪的产品，但是他们的测定方法对测定场地及范围非常有局限性，且常因为连线过多，导致无法进行幅度较大的运动，如轮滑、搏击、室外跑等。最为重要的是，他们的无法直接测定心率，使用直接测定法对VO2max进行自动判定。
为解决上述问题，特提出一种测最大耗氧量的背心式装置。
实施例1：
如图1所示，在本实施例中，提出一种测最大耗氧量的背心式装置，包括背心与呼吸面罩，所述背心上设置有采集器，所述采集器的主机通过蓝牙连接计算机，还包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，其中：
数据采集模块，利用心电电极和呼吸面罩进行数据采集，包括双导联心电采集、呼出气体含量检测及单次呼吸气体流量测定；
数据传输模块，通过蓝牙连接采集器主机和计算机适配器，在蓝牙范围外将数据采集模块采集的数据本地保存在采集器主机内，在蓝牙范围内将采集的数据实时传输至计算机；
数据分析模块，接收数据传输模块上传的数据，对心电及气体含量进行结果判定，得出最大耗氧量。
具体的说，装置共包括三个系统，即数据采集、数据传输、数据分析。受试者穿戴背心并佩戴好呼吸面罩，进行数据采集，使用蓝牙或离线存储功能进行数据传输，当软件分析出心率、呼吸商及摄氧量达到标准后，此时的VO2即为VO2max。
具体的说，一种测最大耗氧量的背心式装置，硬件部分主要由以下四个部分组成，其中穿戴装置的形式为背心式，用于传感器和采集器主机的固定；传感器用于采集信号，主要包括心电、呼吸、皮温、加速度及呼吸流量传感器；采集器主机用于传输或储存数据信号；无线接收器用于主机与计算机的信号连接。软件用于显示并自动分析采集器所采集到的各类信号。
在本实施例中，所述数据采集模块还包括用于测定心电信号的心电传感器、测定胸廓起伏变化的呼吸传感器、测定皮肤表面温度的皮温传感器、测定加速度的加速度传感器和测定呼吸流速、氧气及二氧化碳浓度的呼吸流量传感器。
在本实施例中，所述采集器主机上设有存储单元，用于对采集模块采集的数据进行本地保存。
在本实施例中，所述数据传输模块包括无线接收器，所述无线接收器接入计算机接口，用于接收蓝牙信息。
如图2所示，一种测最大耗氧量的方法，包括以下顺序步骤：
S1：打开计算机和采集器主机；
S2：打开代谢仪，预热指定时间后进行气体校准；
S3：通过蓝牙连接采集器主机和计算机；
S4：用户根据佩戴要求，佩戴背心及呼吸面罩，随后用户适应呼吸面罩；
S5：用户进行递增负荷运动；
S6：通过数据采集模块进行数据采集，包括气体含量测定和心电采集；
S7：通过数据传输模块将S6中采集到的数据进行保存和传输；
S8：根据上传的数据进行数据分析，生成结果报告。
在本实施例中，所述S3通过蓝牙连接采集器主机和计算机具体为：将无线接收器接入计算机接口，通过蓝牙实现采集器与数据分析软件的通讯，其中，所述数据分析软件位于计算机。
在本实施例中，所述S4中佩戴背心包括以下顺序子步骤：
S411：用户脱去上衣；
S412：在心电电极采集位点使用酒精对皮肤进行脱脂处理；
S413：使用少量蒸馏水对电极进行加湿处理；
S414：用户佩戴背心。
在本实施例中，所述S4中佩戴呼吸面罩具体为：用户手持呼吸面罩紧贴自己的口鼻部位，调整面罩位置，直到四周不漏气，并通过绑带进行固定。
在本实施例中，所述S4中用户适应呼吸面罩具体为：用户佩戴好呼吸面罩后，适应性呼吸2min。
在本实施例中，所述S5中采用Bruce运动方案。
具体的说，数据采集模块包含心电、呼吸、皮温、加速度及呼吸流量传感器，用于测定心电信号、胸廓起伏变化、皮肤表面温度、加速度、呼吸流速、呼气中氧气及二氧化碳浓度。而对于最大摄氧量的数据采集必须包括：①心电采集：采用两对心电电极进行双导联心电采集，记录心肌兴奋时产生的微弱电流信号；②呼气O2浓度：使用呼吸面罩将每次呼出的气体传入到主机进行O2含量检测；③呼吸CO2浓度：使用呼吸面罩将每次呼出的气体传入到主机进行CO2含量检测；④呼吸流量测定：测定每次呼吸的气体流量。
数据传输模块：将采集的数据，通过实时传输或本地保存两种形式。在蓝牙范围内可将采集的信号实时传输至计算机，在蓝牙范围外可进行本地保存，实验结束后可将数据进行导出保存至计算机。
如图3所示，数据分析功能如下：①心率值分析：根据两个导联记录的心电结果进行对比，两个通道导联会测得两个RR间期，软件需核对两个间期是否相等，若不等则舍去，此方法可增加实验可靠性；②耗氧量的计算：空气中的O2浓度与每次呼出气体的O2浓度的差值，再与对应时刻呼气体积的乘积即为该时刻呼吸的耗氧量；③CO2的产生量：每次呼出气体的二氧化碳浓度与空气中CO2的浓度差，再与对应时刻呼气流量的乘积即为该时刻呼吸的CO2的产生量；④呼吸商（RQ）是指机体内CO2产生量与O2消耗量的比值，计算得出RQ；⑤VO2max的判定：根据对实时计算出的耗氧量，当增加到一定平台时（耗氧量增量△VO2≤150mL/min），再确认此时呼吸商及心率是否达到标准（RQ＞1.15；HR＞180次/min），若达到标准，此时的VO2即为VO2max。
具体的实验操作步骤为：
1.开机
1.1电脑开机，打开测试软件。
1.2长按采集器主机电源键进行开机。
1.3代谢仪开机，预热5min后进行气体校准。
2.蓝牙连接
将无线接收器接入电脑接口，确定采集器主机与软件通讯成功。
3.佩戴装置
3.1 背心佩戴：受试者脱去上衣，在心电电极采集位点使用酒精对皮肤进行脱脂处理，随即使用蒸馏水对电极进行加湿处理，最后佩戴背心。
3.2呼吸面罩佩戴：受试者手持呼吸面罩紧贴自己口鼻部位，调整面罩位置使其四周不漏气，并通过绑带进行固定。
4.适应呼吸面罩
受试者佩戴好呼吸面罩后，应适应性呼吸2min，避免受试者由于戴上面罩后不适应，而影响实验结果。
5.递增负荷运动（本次实验采样Bruce方案，并不局限于此方案）
5.1受试者在测试前做4~5min准备运动。
5.2受试者站在跑台上，开始按Bruce方案进行运动。
5.3对受试者数据进行采集，包括：心电采集、呼气O2浓度、呼吸CO2浓度呼吸流量测定。
5.4按照上诉数据分析的算法得到最大摄氧量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）无线遥测：本装置采用无线遥测进行数据采集及数据传输，实现了无阻碍的情况下进行各项运动。
（2）可直接使用一种装置自动分析VO2max。解决了目前至少通过2种以上仪器人为判定VO2max的实验方法。
（3）使用直接测量法测定最大摄氧量，较间接估算法结果更为准确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种测最大耗氧量的背心式装置，包括背心与呼吸面罩，所述背心上设置有采集器，所述采集器的主机通过蓝牙连接计算机，其特征在于，还包括数据采集模块、数据传输模块和数据分析模块，其中：
数据采集模块，利用心电电极和呼吸面罩进行数据采集，包括双导联心电采集、呼出气体含量检测及单次呼吸气体流量测定；
数据传输模块，通过蓝牙连接采集器主机和计算机适配器，在蓝牙范围外将数据采集模块采集的数据本地保存在采集器主机内，在蓝牙范围内将采集的数据实时传输至计算机；
数据分析模块，接收数据传输模块上传的数据，对心电及气体含量进行结果判定，得出最大耗氧量。
2.如权利要求1所述的一种测最大耗氧量的背心式装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括用于测定心电信号的心电传感器、测定胸廓起伏变化的呼吸传感器、测定皮肤表面温度的皮温传感器、测定加速度的加速度传感器和测定呼吸流速、氧气及二氧化碳浓度的呼吸流量传感器。
3.如权利要求1所述的一种测最大耗氧量的背心式装置，其特征在于，所述采集器主机上设有存储单元，用于对采集模块采集的数据进行本地保存。
4.如权利要求1所述的一种测最大耗氧量的背心式装置，其特征在于，所述数据传输模块包括无线接收器，所述无线接收器接入计算机接口，用于接收蓝牙信息。
5.一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
S1：打开计算机和采集器主机；
S2：打开代谢仪，预热指定时间后进行气体校准；
S3：通过蓝牙连接采集器主机和计算机；
S4：用户根据佩戴要求，佩戴背心及呼吸面罩，随后用户适应呼吸面罩；
S5：用户进行递增负荷运动；
S6：通过数据采集模块进行数据采集，包括气体含量测定和心电采集；
S7：通过数据传输模块将S6中采集到的数据进行保存和传输；
S8：根据上传的数据进行数据分析，生成结果报告。
6.如权利要求5所述的一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，所述S3通过蓝牙连接采集器主机和计算机具体为：将无线接收器接入计算机接口，通过蓝牙实现采集器与数据分析软件的通讯，其中，所述数据分析软件位于计算机。
7.如权利要求5所述的一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，所述S4中佩戴背心包括以下顺序子步骤：
S411：用户脱去上衣；
S412：在心电电极采集位点使用酒精对皮肤进行脱脂处理；
S413：使用蒸馏水对电极进行加湿处理；
S414：用户佩戴背心。
8.如权利要求5所述的一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，所述S4中佩戴呼吸面罩具体为：用户手持呼吸面罩紧贴自己的口鼻部位，调整面罩位置，直到四周不漏气，并通过绑带进行固定。
9.如权利要求5所述的一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，所述S4中用户适应呼吸面罩具体为：用户佩戴好呼吸面罩后，适应性呼吸2min。
10.如权利要求5所述的一种测最大耗氧量的方法，其特征在于，所述S5中采用Bruce运动方案。
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