DE102009050290A1

DE102009050290A1 - Das automatische virtuelle Stresstest-Laufband

Info

Publication number: DE102009050290A1
Application number: DE102009050290A
Authority: DE
Inventors: Peter Roehr
Original assignee: Rohr Peter Dipl-Ing
Current assignee: Rohr Peter Dipl-Ing
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-21

Abstract

Es handelt sich bei diesem Laufband um ein individuell angepasstes System bezogen auf den Nutzer. Bevor ein "Workout" eine Nutzung des Laufbandes möglich ist, werden über Sensoren, dem Sehe und Hörsystem ein Vitalitätswert errechnet der zur individuellen Einstellung des Laufbandes nach Körperkonstitution bestimmt. Neu ist ebenfalls der Laufbandaufbau der es zulässt das Gerät individuell kostengünstig und einfach zu betreiben. Der Versand wird auch aufgrund der wenigen Teile in einer relativ kleinen Verpackungseinheit möglich sein. Der Nutzer hat nur die Wahl zwischen vier festen Programmen die jedoch individuell angepasst sind. Die "Workout" Erfahrung wird interessant und spannend, wie ein Abenteuer mit dem gewählten Szenenfilm, mit der Audio-Meditation, mit eingeblendeten Informationen des eigenen Körperzustandes und mit der "Workout" Leistung. Selbst in der Anwendung im medizinischen Bereich werden die Gedanken vom eigentlichen EKG Stresstest abgelenkt. Über das drahtlose EKG Patsch erfolgt die EKG Aufzeichnung, entweder in werden die Daten auf einer Datenbank gespeichert oder auf einen Bildschirm bzw. EKG Schreiber gesandt, weit entfernt vom Patienten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches, virtuelles Stresstest Laufband im Baukastensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1–12.
Gegebene Situation:
Laufbänder sind ein fester Bestandteil in Fitnessstudios, in vielen Haushalten und in einigen medizinischen Anwendungen wie zum Beispiel ein EKG-Belastungstest. Dabei kommen die unterschiedlichsten Laufbandsysteme zum Einsatz.
Im Fitnessbereich werden im Studio als auch zu Hause diese Geräte genutzt. Ziel ist es dabei Fit zu bleiben, das Körpergewicht zu reduzieren, oder auch Leistungssport zu betreiben. In der Medizin werden diese Geräte für Belastungstests eingesetzt. Oft ist es eine enorme Überwindung konsequent und ausdauernd diese Geräte zu nutzen. Die Motivation und auch die klare effektive Nutzung sind dabei das Hauptthema. In unserer modernen Gesellschaft lieben die Menschen Komfort, Abenteuer, Einfachheit und klare Vorgaben die schnell und effektiv sein müssen. Es war Ziel ein Laufband zu erfinden, das aufgrund einer ganz bestimmten Vitalität des Nutzers, die zu Beginn der Nutzung am Gerät über Sensoren innerhalb von 1 Minute erfasst und errechnet wird, ein individuelles Laufbandprogramm automatisch zuzuordnen. Der Nutzer kann dann nur noch zwischen einer sportlichen, Fitness, Gewichtreduzierenden oder medizinische Nutzung wählen. Der Programmablauf des Laufbandes mit dem Nutzer wird interessant, spannend und abenteuerlich gestaltet zur erhöhten Motivation und gleichzeitigen Entspannung. Die Maschine ist wahlweise mit Federungssystemen ausgestattet zur Reduktion der Knochenbelastung und der Schonung der Gelenke. Simultan zum Workout läuft ein Szenenfilm über ein Videosystem entweder extern geschaltet oder in das Laufbandgerät integriert. Über einen Kopfhörer wird dann ganz gezielt in Verbindung des Szenenfilms eine individuelle Audio-Meditation zur vollen Entspannung und Erhöhung der Aufmerksamkeit abgespielt.
Im medizinischen Bereich werden diese Laufbänder in der Regel für EKG Belastungstest oder dem Stresstest genutzt. Dabei steht meist neben dem Laufband Computermonitore und Kabel mit Elektroden, um den Patienten an die Geräte anzuschließen. Das gesamte Umfeld ist kalt, unbequem und sicherlich auch besorgniserregend für den Nutzer. So kommen Patienten meist spät zum Testen. Viele Unbequemlichkeiten sind heute damit verbunden.
Kurze Beschreibung der Erflndung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Laufband der eingangs genannten Gattung die Einsatzmöglichkeiten, die effektive Benutzung und die Handhabung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den gekennzeichneten Merkmalen des Anspruchs 1–12 gelöst. Durch das erfindungsgemäße automatische, virtuelle Stresstest Laufband werden alle notwendigen Körperdaten, wie Gewicht, Körperfettanteil (BMI), Körpergröße, Herzfrequenz und Blutdruck, Hautstärke, Knochendichte, Sehe und Hörvermögen individuell gemessen und über einen Computer wird ein theoretischer physischer Vitalitätswert ermittelt. Danach wird das Laufbandprogramm individuell auf das körperliche Befinden des Nutzers automatisch eingestellt. Vier unterschiedliche Programme können dabei nur gewählt werden, das medizinische Stresstest Programm, das Fitness Programm, das Leistungssport Programm oder das Gewichtsreduktions-Programm. Während des Programmablaufes ist das Laufband ausschließlich über die Herzfrequenz geregelt. Sollte die Herzfrequenz über den Grenzwert steigen, so reduziert sich die Geschwindigkeit des Laufbandes automatisch bis die Herzfrequenz wieder im grünen Bereich ist. Dabei ist besonders, dass die Herzfrequenzsensoren sowohl durch normales festhalten am Gerät das Signal an den Computer senden, als auch aus der Halterung entfernt werden können und das Signal drahtlos übertragen wird. Somit ist gewährleistet, dass die Herzfrequenz permanent gemessen wird. Vor dem Laufband lauft simultan der ausgewählte Szenenfilm simultan zu der Geschwindigkeit und Steigung des Laufbandes. Die Projektionsfläche kann von einem integrierten Video Projektor angestrahlt werden oder von einem fest montiertem Projektor oder einem größeren Plasma/LCD Videodisplay. Der Nutzer soll dabei das Gefühl haben innerhalb der projizierten Szene zu sein. Gedanken werden jetzt in der Szene sein auf Abenteuer und Entdeckungsreise. In die Projektionsfläche können Daten eingeblendet werden wie Zeit, Länge und Leistungsdaten. Das Laufband ist einfach zu bedienen und unabhängig von einer großen Displaykonsole. Die Gedanken des Nutzers mit der Unterstützung der Filmszenen und der Audio-Meditation wird somit entspannt und motiviert. In der medizinischen Anwendung wird die Maschine genutzt wie beschrieben mit dem Unterschied einer Patschvorbereitng. Der Nutzer erhält zuvor ein drahtloses EKG Patsch das in der Herzgegend aufgeklebt wird. Das EKG wird drahtlos an den Zentralcomputer gesandt. Wiederum ist der Nutzer oder auch Patient nicht von einer kalten medizinischen Umgebung irritiert. Er erfährt eine virtuelle Betreuung während das EKG geschrieben wird.
Die enormen Vorteile dieses automatischen, virtuellen Stresstest Laufbandes bestehen in der einfachen Handhabung für den Nutzer, der effektiven Nutzung auf der Basis eines individuellen physischen Vitalitätswertes und dem motivierenden Zusatzgewinns des Abenteurers und einer realen, meditativen Entspannung während der Nutzung. Es ist zu Erwarten das der Nutzer motiviert bleibt im Gegensatz zu heutigen Geräten. Das Gerät ist im Baukastensystem aufgebaut und kann einfach gemäß der Anforderung des Betreiber/Nutzers ausgelegt werden, die Kosten halten sich aufgrund der Konstruktion im Rahmen eines allgemeinen Verbrauchers. Im medizinischen Bereich kann die Angst erheblich eingeschränkt werden und das Image des medizinischen Betreibers wird verbessert. Es besteht die Chance einer besseren Auslastung des Gerätes. Die Wahrscheinlichkeit, dass Patienten früher zum Stresstest kommen wird gegebenenfalls auch erhöht.
Beschreibung der Zeichnungen:
Weitere Details neben der Beschreibung der Erfindung findet man in den beiliegenden Zeichnungen:
1 zeigt das geometrische Rechensystem zur Festlegung der Körperhöhe über einen Laser.
2 zeigt das automatische Laufband in seiner Funktion in Vollausstattung mit einem integrierten short-throw Videoprojektor.
3 zeigt das automatische Laufband in seiner Funktion mit separaten Videoprojektor.
4 zeigt das Laufband in seiner Draufsicht mit den unterschiedlichen Federungssystemen sowohl geschlossene Systeme als auch geregelte Systeme
5 zeigt das Luftfederungselement, hydraulisches Feder/Dämpferelement und das mechanische Feder/Dämpferelement.
6 zeigt die ergometrische Anordnung des Herzfrequenzsensors und des Blutdruck-Messbalgs
7 zeigt das Sehtestsystem
7a zeigt das Hörtestsystem
8 zeigt das Flussdiagramm des Laufbandsystems
9 zeigt die Auswahl der Filmszenen
10 zeigt die Herzfrequenzregelung und eine mögliche manuelle Geschwindigkeitsregelung.
11 zeigt die Anzahl und Testfunktion der einzelnen Sensoren.
Beschreibung des neuen Laufbandsystems:
In der Zeichnung 2 wird der Mensch 1 auf dem Laufband 2 gezeigt. Über vier Gewichtssensoren 3 wird das Gewicht ermittelt und auf der Videoleinwand 4 eingeblendet. Die rechte Hand 5 wird auf den Fettsensor 6 gelegt und es wird über das Messen des Widerstandes bei verschiedenen Frequenzen, anhand eines elektrischen Ersatzmodells des menschlichen Körpers, der Körperfettanteil errechnet. Dies ist deshalb möglich, da durch den unterschiedlichen Wassergehalt von Fett- und Muskelgewebe der komplexe elektrische Widerstand variiert. Der Unterarm 7 wird vom Blutdruckbalg 8 mit integriertem Knochendichtenmesser 9 umschlossen. Der Blutdruck, Puls und die Knochendichtewerte werden im Computer automatisch verarbeitet und auf der Leinwand 4 eingeblendet. Der Blutdruck wird gemessen durch das Aufblasen des Balgs. Im Balg ist ein Ultrasoundsensor zur Messung des BMD wertes der Knochendichte. Der Laser 10 sendet ein Beam 11 aus zur Ermittlung der Körperhöhe des Nutzers auf dem Laufband. Wie in 1 gezeigt errechnet sich die Körperhöhe über einen imaginär gezogen Kreis in einem geometrischen Dreieck. Die Körperhöhe h errechnet sich aus dem Laserwinkel θ dem Kreisdurchmesser I minus m. Ein zweiter Laser-beam 12 wird auf das Gesicht gerichtet Es wird ein gepulster Laser in eine Faser eingestrahlt und es wird die Reflexion spektral und zeitlich ausgewertet. Die RAMAN-Rückstreuung teilt die Rückgestreuten Photonen in zwei seitlich der eingestrahlten Frequenz liegende Bänder. Das ermöglicht die Temperaturbestimmung. Ein dritter Laser-beam 13 wird waagerecht zum Laufband nach vorne ausgesendet um die Distanz zur Leinwand 4 zu messen. Dies wird erforderlich zur Kalibrierung des Sehtest 7 25. Der Sehtest 7 erfolgt indem über die Leinwand im Abstand von fünf Sekunden ein Text in die Projektionsfläche 4 von rechts nach links mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit einläuft. Der Nutzer wird aufgefordert mit dem mit dem Text in 7 „Sage dein Alter” 26 zu reagieren, indem er sein Alter 7 27 zum frühesten Zeitpunkt 7 28 ausspricht. Somit ergibt sich eine wahrscheinliche Sehschärfe 32. Rechts ist die Sehschärfe 32 durch die linke Augenzeichnung 34 symbolisiert als weitsichtig, links zeigt die Augenzeichnung 36 eine Kurzsichtigkeit und in der Mitte symbolisiert die Zeichnung 35 eine Normalsichtigkeit. Zwischen dem Erkennen der eingeblendeten Nachricht „sag dein Alter” 7 27 als Aufforderung und dem tatsächlichen Aussprechens 7 30 des Alters (55 Jahre) entsteht eine Zeitdifferenz Delta T 7 29. Dies ist die Reaktionszeit 7 31. In 7 werden drei Inputwerte erfasst zur Speicherung und Weiterverarbeitung in dem Computer 32. 7 zeigt die wahrscheinliche Sehschärfe 33, das Alter 32, die angenäherte Reaktionszeit 31, die bei dem Hörtest 7a nochmals unabhängig überprüft wird. (das arithmetische Mittel legt die wahrscheinliche Reaktionszeit fest). Der Hörtest in 7a setzt voraus das der Nutzer einen drahtlosen Kopfhörer 37 mit Mikrofon trägt der über ein Spracherkennungsprogramm mit dem 7 Computer 32 kommuniziert. Auf verschiedenen Frequenzen, 125 Hz 43, 2000 Hz 44, 4000 Hz 45, 8000 Hz 46 und 10000 Hz 47 werden Aufforderungen „Sag dein Alter” 38, „sage Jetzt” 39, „Sage Stopp” 40, „Sage Danke” 41, „Sage Hallo” 42 mit der kleinsten Lautstärke ausgesprochen. Über den computergesteuerten Lautstärkenregler (Potentiometer 48) wird langsam die Lautstärke angehoben bis der Nutzer 37 die Aufforderung verbal 49 umsetzt. Das Mikrofon sendet das ausgesprochene Wort an den Computer zur Entschlüsselung. Wiederum wie bei dem Sehtest in 7 hat der Hörtest in 7a den Nebeneffekt die Reaktionszeit zwischen dem „Zeitpunkt des Hörens” 50 und dem „Zeitpunkt des Sprechens” 51 über „Delta t” 52 zu berechnen. Hörsignale werden in Intervallen eingegeben so dass ein theoretisches „Delta t” entstehen kann.
Das Laufband in 1 ist ausgestattet mit einer großen Walze 14 mit integriertem Motor als eine Baueinheit des beschriebenen Baukastensystems. Eine zweite Walze 15 wird über eine Spannvorrichtung 16 das Laufband 18 vorspannen. Der integrierte Motor 14 ist über einen Mikroprozessor 19 gesteuert der sein Ablaufprogramm über die erfassten Körperwerte erhält. Die Hebevorrichtung 20 rechts und links im Rahmen angeordnet ist über den Mikroprozessor 19 gesteuert. Der Computer 21 hat die Körperdaten 8 Körpergewicht 61, Körperfettprozent 62, Hautstärke 63a, Puls 66 im Ruhezustand, Blutdruck 65, Knochendichte 65a, Körperhöhe 62, Körpertemperatur 67, Sehvermögen 68 und Hörvermögen 68. Das Resultat ist im Rechner gespeichert und wird weiterverarbeitet. Ein Rechenprogramm errechnet einen arithmetischen Durchschnittswert als Quotient aller erfassten medizinischen Werte, (8 BMI 74 und PPI 75).
Daraus ergibt sich ein wahrscheinlicher 8 physischer Vitalitätswert 70 und 71. Dieser muss auf das Gesundheitsrisiko eingestuft werden Größer als VX bedeutet ein hohes Risiko und das Laufband wird gestoppt 72 oder kommt nicht zum anlaufen. Ist der Vitalwert gleich X – Y so zeigt dies einen Bereich in dem es sicher ist einen „Workout” zu beginnen. Je nach dem exakten V-Wert in diesem Bereichsfeld wird das Laufprogramm individuell nach medizinischen Gesichtpunkten in Abhängigkeit des gewählten Programms 2 Konsole 22 vorgegeben (Gewichtsreduktions-57, Fitness-56, Sport-59 und medizinische 58 Anwendung) Sollte der VX Wert kleiner so besteht eine Wahrscheinlichkeit für höhere Gesundheitsrisiken und das Laufprogramm wird somit automatisch auf eine geringere Belastung eingestellt. Nachdem der Vitalitätswert 60 und die Belastungsstufe des Laufprogramms ermittelt worden ist gleicht der Computer diese Daten mit dem vorgewählten Programm 56–59 ab. in 8 steuert der Mikroprozessor 76 den Walzenmotor 78 des Laufbandes, die Zeit 78 des gesamten vorprogrammierten „Workout” und die Steigung über den „Lift.
Während der Körperdatenerfassung erscheint auf der Leinwand 4, ausgestrahlt über den Videoprojektor 23 oder in 3 24, die Filmvorschau 9 der möglichen Filmszenen 53. Die Titelbilder rollen im System „Apple Frontrow” 55 über die Leinwand nacheinander. Im Moment der Filmszenenwahl 54 wird verbal das Signal über „die Software Spracherkennung” ausgewählt.
Das Laufband ist nun bereit. Es erscheint auf der Leinwand 4 die Aufforderung 9 „Start” 22 zu sprechen. Das Laufband beginnt das vorgewählte Programm 8 Gewichtsreduktions-57, Fitness-56, Sport-59 oder medizinische 58 Anwendung. Über die eingegebenen Körperwerte ist jede Anwendung individuell eingestellt über den ermittelten 8 „Vitalitätsindex VI” 60. Die vorab während des Körperchecks ausgewählte Filmszene 9 53 erscheint auf der Projektionsfläche 4, die entweder über einen externen Projektor 3 24 oder über einen eingebauten short-throw Projektor 2. 33 ausgestrahlt wird. Das gewählte Laufbandprogramm läuft innerhalb der vorgegeben Zeit 77 ab und kann manuell in der Geschwindigkeit noch hoch oder abgeregelt werden: dies erfolgt wiederum über ein Sprachbefehl „Geschwindigkeit mehr” 80 oder Geschwindigkeit weniger” 81. Laufdaten wie Leistung, Distanz und Zeiten können eingeblendet werden, sowohl im medizinischen Bereich das „EKG”. 6 zeigt die ergonomische Anordnung des Herzfrequenzsensors 82 der wahlweise mit dem Rahmen fest verbunden ist oder abgezogen werden kann und frei in den Händen gehalten wird. Die in 10 gezeigte Herzfrequenz 83 wird nun über die zwei Handsensoren entweder im Rahmen fest oder drahtlos an den Rechner gesendet. Steigt die 10 Herzfrequenz 83 über ein Limit so regelt der 8 Mikroprozessor 76 die Motordrehzahl 78 zurück oder reduziert die Steigung durch Absenkung des Liftes 79. Wird die Herzfrequenz 83 kritisch hoch und stellt ein hohes Gesundheitsrisiko dar schaltet das Laufband automatisch ab „Stopp”. Das in 4 gezeigte Laufband 85 in Draufsicht kann mit unterschiedlichen Federsystemen (5 Luftfederung 86, mechanische Federung 87 und hydraulische Federung 88), ausgestattet werden in Form eines Baukastensystems. Dies gibt dem Betreiber die Möglichkeit das Laufband individuell zu bestücken gemäß den Anforderungen der Nutzer. Wir unterscheiden hier zwischen geschlossenen Systemen die keine unabhängige Regelung erfordern. Der Nachteil ist hier das die Federung fest eingestellt ist und nicht individuell verändert werden kann. Der Vorteil sind erheblich geringere Kosten in der Anschaffung und ein erheblich besserer Federungskomfort der sich positiv auf die Belastung der Gelenke und des Knochenskeletts auswirken wird. Das zweite System ist offen geregelt und bedeutet eine individuelle Federung die je nach Komfort optimal eingestellte werden kann. Dieses System in 4 erfordert einen separaten Flüssigkeit oder Lufttank 89, eine separate Steuerung Lift oder Hydraulik 90 und eine Hydraulische Pumpe oder Kompressor 91
Die folgenden Tests sollen innerhalb von einer Minute erfolgen.
TESTREIHE:

– Körpergewicht
– Körperfettanteil
– Hautstärke
– Pulsmessung im Ruhezustand
– Blutdruck
– Knochendichte
– Körperhöhe
– Körpertemperatur
– Sehvermögen und Reaktionsvermögen
– Alterseingabe
– Hörvermögen

Mögliche Laufbandfilme laufen während der Tests.
Präsentation und Auswahl mit der „Apple Frontrow Software”
Mit dieser Testreihe wird ein physischer Vitalitätswert ermittelt. Dieser Wert gibt dem Laufband vor:

a) die Übungszeit
b) die Geschwindigkeit
c) die Steigung

Claims

Laufband, das individuell auf der Basis von einem arithmetisch ermittelten physischen Vitalitätsindex des Nutzers (medizinische Körperdaten) programmiert wird über die Zeitdauer, die Steigungen und Geschwindigkeitsintervalle des Laufbandes.
Laufband, das optimal mit dem drahtlosen EKG Patsch effektiv und sicher genutzt werden kann.
Laufband, das in einem Baukastensystem zusammengestellt werden kann über Funktion, Federung und Ausstattung, gemäß dem Anforderungsprofil des Betreibers. Die Einbaumöglichkeit ist gegeben, von unterschiedlichen Federsystemen im Basisrahmen.
Laufband das vier feste vorgegebene individuell errechnete Programme zur Gewichtsreduktion, Fitness-Leistungssport- und Medizinischer Anwendung vorgibt.
Die Auswahl des Szenenfilms durch Sprachbefehl und die Ausstrahlung des Szenenfilms simultan zum individuell eingestellten Laufbandprogramm.
Multifunktionslaufband das optimal in Fitness-Studios, Wellnässcenters, Arztpraxen und im privaten Haushalt individuell und sicher genutzt werden kann.
Laufband, das bei einem Gesundheitsrisiko sich automatisch abschaltet oder sich erst gar nicht einschalten Lässt.
Sehtest, der in einer kurzen Zeitspanne wie beschrieben durchgeführt wird.
Körperhöhenmessung von unten mit Laser wie in 1 dargestellt.
Herzfrequenzsensoren die fest und drahtlos genutzt werden können.
Blutdruck Luftbalg mit integriertem Ultraschall Sensor zur Messung der Knochendichte simultan zum Blutdrucktest.
Multifunktionale Handsensoren die für die Ermittlung des Körperfettgehalts genutzt werden können, für die Ermittlung der Hautstärke und zur Überwachung der Herzfrequenz während des Workouts. Hier ist eine Zeitverschiebung zwischen den Test und des Workouts, somit wird es möglich die gleichen Sensoren unterschiedlich zu nutzen und auszuwerten.