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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich generell auf Fitness-Überwachungssysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Echtzeitübungs-Coachingsystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Medizinische Daten zeigen, dass ein regelmäßiges Üben zu einem gesünderen Leben führt. Das Üben ist wichtig, um einen gesunden Lebensstil und ein Wohlbefinden einer Person aufrechtzuerhalten. Demgemäß wünschen viele Personen, an Übungsprogrammen teilzunehmen. Die Fitness des Herzens stellt den Schlüssel für eine aerobe Ausdauer-Herzkreislauf-Atmungsdauer einer Person dar. Aus Gesundheits- und Laufgründen stellt eine aerobe Ausdauer einen Kernpunkt für die meisten Läufer dar. Aerobe und anaerobe Kapazitäten spiegeln die Kondition eines aeroben bzw. anaeroben Stoffwechsels einer Person dar. Der aerobe Stoffwechsel bezieht sich auf die Körpermethode, Energie durch einen Prozess zu erzeugen, der Sauerstoff benötigt. Wenn jeweils die verfügbare Menge an auf Sauerstoff basierter Energie ausfällt, den Bedarf zu decken, tritt ein anaerober Zustand auf, bei dem Energie durch einen Prozess erzeugt wird, der nicht Sauerstoff benötigt, sondern der in einer Sauerstoffschuld resultieren kann. Somit sind aerobe und anaerobe Stoffwechsel verwandt, stellen jedoch voneinander verschiedene Funktionen dar.
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Es ist von Wert, die aeroben Stoffwechsel-Energiequellen von anaeroben Stoffwechsel-Energiequellen zu unterscheiden. Muskeln ziehen sich infolge der Phosphorylierung von Adenintriphosphat (ATP) zusammen. Stoffwechsel-Energiequellen ergänzen das ATP, wenn anhaltende oder wiederholte Muskelkontraktionen auftreten. Eine aerobe oxidative Phosphorylierung liefert ATP in einer Dauerrate, bis die Energiereserven von Glykogen oder Fettsäuren erschöpft sind. An diesem Punkt oder unmittelbar vor diesem Punkt beginnt der anaerobe Stoffwechsel. Außerdem wird auch ein anaerober Stoffwechsel abgerufen, wenn ein höherer Wert bzw. Pegel an mechanischer Arbeit erforderlich ist. Die anaeroben Stoffwechselquellen von ATP sind weniger effizient, erfordern mehr kalorische Energie, um ATP zu erzeugen, erschöpfen schneller und erzeugen eine Sauerstoffschuld.
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Eine physikalische Übung stellt eine wichtige Aktivität dar, die viele Personen unternehmen, um ihre physikalische Fitness aufrechtzuerhalten. Es ist gezeigt worden, dass beispielsweise die physikalische Fitness positiv zur Aufrechterhaltung eines gesunden Körpergewichts, zur Bildung und Aufrechterhaltung einer gesunden Knochendichte, zu Muskelstärke und Gelenkbeweglichkeit, zu einer Förderung eines physiologischen Wohlbefindens, zu einer Verringerung von chirurgischen Risiken und zur Stärkung des Immunsystems beiträgt. Athleten und Fitness-Fans überwachen und zeichnen häufig gewisse Leistungswerte auf, während sie trainieren und üben. So verfolgen und zeichnen beispielsweise Läufer, Radfahrer und andere Athleten häufig ihre Strecke bzw. Distanz, Geschwindigkeit, ihre Gangart, ihre Herzfrequenz und/oder verbrannte Kalorien während eines Trainings auf, so dass sie diese Leistungswerte mit Benchmarkwerten oder mit Werten von vorangehenden Trainingsvorgängen vergleichen können. Historisch sind diese Leistungswerte mit verschiedenen unterschiedlichen allein stehenden Komponenten überwacht und aufgezeichnet worden, einschließlich Stoppuhren, Pedometern, Herzfrequenzmonitoren und Kalorienrechnern und/oder Tabellen. Durchschnittsfachleuten wird die Tatsache ersichtlich sein, dass die Anwendung all dieser unterschiedlichen Komponenten zeitraubend, aufwändig und häufig ungenau ist.
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Zur Linderung einiger dieser Probleme sind transportable persönliche Trainingsgeräte entwickelt worden, um die Übungsüberwachung zu vereinfachen und zu verbessern. Eine Information über den Fortschritt einer Person zur Erzielung ihrer Ziele kann durch Verwendung von Sensoren gesammelt werden, die verschiedene physikalische und/oder physiologische Parameter messen, welche der physikalischen Aktivität der Person zugehörig sind. Das
US-Patent 7,828,697 bezieht sich auf ein transportables persönliches Trainingsgerät, welches eine Ortsbestimmungskomponente enthält, die betreibbar ist, um einen geographischen Ort des Gerätes zu bestimmen, wobei ein Gehäuse einen ersten Teil und einen zweiten Teil, der unter einem Winkel mit dem ersten Teil gekoppelt ist, und ein Band aufweist, welches betätigbar ist, um das Gehäuse an einem Benutzerhandgelenk derart zu befestigen, dass der erste Teil betätigbar ist, um auf einer Oberseite des Handgelenks positioniert zu werden, und dass der zweite Teil betätigbar ist, um von der Oberseite des Handgelenks versetzt positioniert zu werden. Eine derartige Konfiguration erleichtert sowohl das Tragen als auch die Betätigung des Geräts. Das
US-Patent 7,789,802 stellt ein physikalisches Trainingsgerät unter Verwendung von GPS-Daten bereit, um einen Benutzer beim Erreichen der Benutzer-Leistungsziele und des Abschlusses von Trainingssitzungen durch Verfolgen der Nutzerleistung, durch Übertragen des Fortschritts, einschließlich des Fortschritts in Bezug auf vom Nutzer definierte Ziele, durch Übertragen von Navigationsrichtungen und Wegepunkten und durch Speichern und Analysieren von Trainingssitzungs-Statistiken zu unterstützen. Das
US-Patent 8,033,959 stellt ferner ein transportables Fitness-Überwachungssystem bereit, welches enthält: ein transportables Fitness-Überwachungsgerät; einen Sensor, der mit dem transportablen Fitness-Überwachungsgerät kommuniziert, um die Leistungsparameter während einer physikalischen Aktivität zu ermitteln, die durch den Nutzer ausgeführt wird, und um die Leistungsparameterdaten zu dem zugeordneten transportablen Fitness-Überwachungsgerät zu übertragen; ein Musikgerät, welches direkt mit dem transportablen Fitness-Überwachungsgerät verbunden ist; und ein Audio-Ausgabegerät, welches direkt mit dem transportablen Fitness-Überwachungsgerät verbunden ist, wobei Musik von dem transportablen Musikgerät zu dem Audio-Ausgabegerät über das transportable Fitness-Überwachungsgerät übertragen wird.
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Obwohl die obigen transportablen Fitness-Überwachungsgeräte bereitgestellt worden sind, verlassen sie sich lediglich auf die Herzfrequenz als den Hauptparameter ohne unverzügliche Analyse; inzwischen verwenden einige Geräte eine festliegende Rechentabelle, um sämtliche Personen zu erfassen, vernachlässigen jedoch Gesundheitskonditionen und Umgebungsbedingungen. Diese Geräte versagen, um den persönlichen physiologischen Zustand, Übungstypen (wie aerobe und anaerobe Übungen) und Trainings-Umgebungsbedingungen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, Höhe und Luftqualität) zu berücksichtigen. In Anbetracht der Tatsache, dass physiologische Zustände, Übungstypen und Umgebungen ebenfalls zu einer Veränderung in der Herzfrequenz beitragen können, vereinfachen diese Geräte allzu sehr die Fitnessbeurteilung oder es wird eine solche Analyse nach dem Ende der Übung erzeugt. Damit kann ein Nutzer nicht augenblicklich und kontinuierlich die Änderungen seiner bzw. ihrer physikalischen Zustände erkennen und er/sie kann lediglich seine/ihre Leistungen auf der Grundlage seiner/ihrer Herzfrequenz während einer Übung bewerten. Daher gibt es noch einen Bedarf, ein Übungszustands-Display- und ein Coachingsystem zu entwickeln, das imstande ist, eine augenblickliche physikalische Information bereitzustellen, so dass ein Nutzer seinen/ihren gegenwärtigen physikalischen Zustand erkennen und ferner entscheiden kann, welche Aktion (wie ein Sprint, eine aerobe Ausdauer oder eine dynamische Erholung) als nächstes vorzunehmen ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Echtzeitübungs-Coachingsystem bereit, umfassend:
- (a) ein Herzfrequenz-(HR)-Modul, um Herzfrequenzparameter zu erfassen;
- (b) ein Prozesseinheit-Modul, um die Parameter aus dem HR-Modul abzurufen, um eine HR-Anzeige und/oder eine Herzfrequenzintensität (HR-Intensität) zu erhalten und um einen Echtzeit-Trainingszustand zu bestimmen: einen Sprint- oder Kompensationszustand, falls die HR-Anzeige oder die HR-Intensität signifikant zunimmt; einen aeroben Ausdauerzustand, falls die erhöhte HR-Intensität innerhalb einer Zone festliegt, in der die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–1 bis etwa +/–20% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands schwankt; und einen dynamischen Erholungszustand, falls die HR-Intensität etwa 1% bis etwa 20% kleiner wird als eine mittlere HR-Intensität während eines aeroben Dauerzustands über eine Zeitspanne, die länger ist als die des Sprint- oder Kompensationszustands; und
- (c) ein Ausgabemodul, um den Echtzeit-Trainingszustand, einschließlich der Sprint-, der Kompensations-, der aeroben Dauer oder der dynamischen Erholungszustände anzuzeigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist ein Blockdiagramm von Komponenten des Echtzeitübungs-Coachingsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Anzeigedisplay des Ausgabemoduls des Echtzeitübungs-Coachingsystems, welches einen Arbeitsbelastungszustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist ein Blockdiagramm von Sensormodulen, die in dem integrierten Sensormodul des Echtzeitübungs-Coachingsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
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4 ist eine Anzeigedisplay des Ausgabemoduls des Echtzeitübungs-Coachingsystems, welches Arbeitsbelastungszustände, eine Arbeitsbelastungseffizienz, eine Geschwindigkeits- oder Gesamtkalorien-Navigationsanzeige, eine Trainingsintensität und einen gegenwärtigen Herzzustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Echtzeitübungs-Coachingsystem auf der Grundlage davon bereit, dass der gesamte Übungskurs in vier Grundkomponenten unterteilt werden könnte: Sprint (anaerobe Sprintübung oder Sprintbeschleunigung), aerobe Ausdauer (ausgleichende aerobe Ausdauer), Sauerstoff-kompensierend (Kompensieren einer O2-Schuld) und eine dynamische Erholung. Das Echtzeitübungs-Coachingsystem der Erfindung ermöglicht einem Benutzer, seinen bzw. ihren gegenwärtigen physiologischen Zustand zu erkennen und die Fitnesskonditionen zu ändern, und dann kann der Nutzer ferner entscheiden, welche Aktion (Sprint, aerobe Ausdauer und dynamische Erholung) als nächstes zu unternehmen ist. Das System der Erfindung liefert augenblicklich und kontinuierlich Informationen, die einen gegenwärtigen physiologischen Zustand eines Nutzers während des Übens in Anbetracht der Übungssituationen und der Umgebungsbedingen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, Höhe und Luftqualität) beurteilen. Demgemäß kann der unmittelbare Fitnesszustand erkannt werden, so dass ein Über- oder Untertraining vermieden und ein ideales Intervall-Training erzielt werden können. Außerdem verfügt das System der Erfindung über intelligente und personalisierte Funktionen, die dynamische und augenblickliche Signale in Kombination mit einem einfachen Interface-Design liefern und leicht zu bedienen sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Bezugnahmen auf ”ein Ausführungsbeispiel”, ”eine Ausführungsform”, ”eine Beispiels-Ausführungsform”, etc. geben an, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur oder Charakteristik enthalten kann, wobei jedoch jedes Ausführungsbeispiel nicht notwendigerweise das besondere Merkmal, die besondere Struktur oder Charakteristik zu enthalten braucht. Überdies können sich solche Redewendungen nicht notwendigerweise auf dasselbe Ausführungsbeispiel beziehen. Wenn ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben wird, wird ferner hingenommen, dass es im Wissen von Durchschnittsfachleuten liegt, ein derartiges Merkmal, eine derartige Struktur oder Charakteristik in Verbindung mit anderen Ausführungsbeispielen zu ergreifen, ob es nun explizit beschrieben ist oder nicht.
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Bei einem Aspekt stellt die Erfindung ein Echtzeitübungs-Coachingsystem bereit, umfassend:
- (a) ein Herzfrequenz-(HR)-Modul, um Herzfrequenzparameter zu gewinnen;
- (b) ein Prozesseinheit-Modul, um die HR-Parameter aus dem HR-Modul abzurufen, um eine HR-Anzeige und/oder eine Herzfrequenzintensität (HR-Intensität) zu erhalten und um einen Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand zu bestimmen: einen Sprint- oder Kompensationszustand, falls die HR-Anzeige oder die HR-Intensität signifikant zunimmt; einen aeroben Dauerzustand, falls die erhöhte HR-Intensität innerhalb einer Zone festliegt, in der die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–1 bis etwa +/–20% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands schwankt; und einen dynamischen Erholungszustand, falls die HR-Intensität etwa 1% bis etwa 20% kleiner wird als eine mittlere HR-Intensität während des aeroben Dauerzustands über eine Zeitspanne, die länger ist als jene des Sprint- oder Kompensationszustands; und
- (c) ein Ausgabemodul, um den Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand einschließlich des Sprint-, des Kompensations-, des aeroben Dauer- oder des dynamischen Erholungszustands anzuzeigen.
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Bei einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Echtzeit-Coachingübung bereit, umfassend:
- (a) Erfassen von Herzfrequenzparametern;
- (b) Abrufen der HR-Parameter aus dem HR-Modul, um eine HR-Anzeige und/oder eine Herzfrequenzintensität (HR-Intensität) zu erhalten und um einen Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand zu bestimmen: einen Sprint- oder Kompensationszustand, falls die HR-Anzeige oder die HR-Intensität signifikant ansteigt; einen aeroben Dauerzustand, falls die erhöhte HR-Intensität innerhalb einer Zone festliegt, in der die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–1 bis etwa +/–20% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands schwankt; und einen dynamischen Erholungszustand, falls die HR-Intensität etwa 1% bis etwa 20% kleiner wird als eine mittlere HR-Intensität während des aeroben Dauerzustands über eine Zeitspanne, die länger ist als die des Sprint- oder Kompensationszustands; und
- (c) Anzeigen des Echtzeit-Arbeitsbelastungszustands, der den Sprint-, den Kompensations-, den aeroben Dauer- oder den dynamischen Erholungszustand einschließt.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Ausführungsbeispiel des Echtzeitübungs-Coachingsystems 1 ein Herzfrequenz-Modul 11, ein Prozesseinheit-Modul 12 und ein Ausgabemodul 13 umfassen.
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Das Herzfrequenz-(HR)-Modul 11 ist geeignet, die Herzfrequenzparameter zu detektieren und die resultierenden Parameter zu dem Prozesseinheit-Modul 12 zu übertragen. Herzfrequenzparameter können durch irgendwelche im Stand der Technik bekannte Vorrichtungen erhalten werden. Die Herzfrequenz ist die Zahl von Herzschlägen pro Zeiteinheit, in typischer Weise ausgedrückt als Schläge pro Minute (bpm). Die Herzfrequenz wird dadurch gemessen, dass der Puls des Körpers ermittelt wird. Eine genauere Vorrichtung zum Bestimmen des Pulses enthält einen PPG (Photoplethysmograph), ein ECG (Elektrokardiograph, auch als EKG abgekürzt) oder einen Herzfrequenzmonitor. Bei einem Ausführungsbeispiel enthalten die HR-Parameter, ohne indessen darauf beschränkt zu sein, die Herzfrequenz und/oder das RR-Intervall des laufenden Herzrhythmus. Das RR-Intervall bezeichnet das Intervall R-Welle zu R-Welle, das ist der Kehrwert der Herzfrequenz. Das RR-Intervall kann auch durch das PPG, ECG oder den Herzfrequenz-Monitor detektiert werden.
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Das Prozesseinheit-Modul 102 ist geeignet, die HR-Parameter aus dem HR-Modul abzurufen, um eine HR-Anzeige zu erhalten, oder zur Bestimmung einer Herzfrequenzintensität (HR-Intensität) und um einen Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand zu bestimmen: einen Sprint- oder einen Kompensationszustand, falls die HR-Anzeige oder die HR-Intensität signifikant ansteigt; einen aeroben Dauerzustand, falls die erhöhte HR-Intensität innerhalb einer Zone festliegt, in der die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–1 bis etwa +/–20% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands schwankt; und einen dynamischen Erholungszustand, falls die HR-Intensität etwa 1% bis etwa 20% kleiner wird als die mittlere HR-Intensität des aeroben Dauerzustands über eine Zeitspanne, die länger ist als jene des Sprint- oder Kompensationszustands. Gemäß der Erfindung liegt die erhöhte HR-Intensität in dem aeroben Dauerzustand innerhalb einer Zone fest. In der Zone schwankt die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–1 bis etwa +/–20%, von etwa +/–1 bis etwa +/–15%, von etwa +/–1 bis etwa +/–10%, von etwa +/–1 bis etwa +/–8%, von etwa +/–3 bis etwa +/–20%, von etwa +/–3 bis etwa +/–15%, von etwa +/–3 bis etwa +/–10%, von etwa +/–3 bis etwa +/–8% oder von etwa +/–3 bis etwa +/–5% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands; vorzugsweise schwankt die HR-Intensität zwischen einem Bereich von etwa +/–5%. Gemäß der Erfindung kann der Anwender bzw. Nutzer in einem aeroben Dauerzustand die Zeitspanne bestimmen, während der die HR-Intensität innerhalb der Zone schwankt. Falls der Anwender einen weiteren Sprint oder eine dynamische Erholung ausführt, würde die HR-Intensität nicht in der Zone verbleiben. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die HR-Intensität in einem dynamischen Erholungszustand etwa 1% bis etwa 20%, etwa 1% bis etwa 15%, etwa 1% bis etwa 10%, etwa 1% bis etwa 8%, etwa 3% bis etwa 20%, etwa 3% bis etwa 15%, etwa 3% bis etwa 10% oder etwa 1% bis etwa 8% kleiner; vorzugsweise wird die HR-Intensität etwa 5% kleiner. Gemäß der Erfindung sinkt in dem dynamischen Erholungszustand die HR-Intensität kontinuierlich über eine Zeitspanne (zweite), die länger ist als jene des Sprint- oder Kompensationszustands; vorzugsweise ist die Zeitspanne einmal (vorzugsweise zwei Mal) länger als jene des Sprint- oder Kompensationszustands.
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Die Erfindung imitiert die Herzbewegung und liefert eine vorteilhafte Wertung für den Arbeitsbelastungszustand hauptsächlich auf der Grundlage der HR-Intensität (auch bekannt als Prozent der Herzfrequenzreserve, der Herzfrequenzkapazität, der Ziel-Herzfrequenz oder %HRR). Verschiedene Gleichungen oder Formeln zum Bestimmen der HR-Intensität können bei der Erfindung genutzt werden. Bei einem Beispiel kann die HR-Intensität dadurch berechnet werden, dass HRmax durch die vorhergesagte, alterskompensierte maximale Herzfrequenz wie folgt dividiert wird:
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In der oben angegebenen Gleichung ist die maximale Herzfrequenz (HRmax) die höchste Herzfrequenz, die ein Individuum sicher durch Übungsstress erreichen kann, und sie ist abhängig vom Alter. Die Ruhe-Herzfrequenz (Ruhe-HR) eines Individuums kann durch irgendein geeignetes Verfahren erhalten werden, einschließlich beispielsweise einer Herzfrequenzmessung, die vorgenommen wird, wenn der Aktivitätspegel des Individuums hinreichend niedrig ist, um als inaktiv betrachtet zu werden. Alternativ ist die Ruhe-HR die Herzfrequenz eines Individuums, wenn er/sie sich in Ruhe befindet, das heißt, liegt, jedoch wach ist, und nicht selbst kürzlich geübt hat. Die altersmäßig kompensierte maximale Herzfrequenz kann durch die Formel berechnet werden:
(220-Alter). Andere Berechnungen der altersmäßig vorhergesagten maximalen Herzfrequenz sind von Hirofumi Tanake und anderen (J of Am College of Cardiology 2001: 153–6) bereitgestellt.
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Die Herzfrequenzvariabilität (HRV) kann ebenfalls durch das Prozesseinheit-Modul 102 erhalten werden, um ferner den Arbeitsbelastungszustand festzusetzen. Die Herzfrequenzvariabilität (HRV) bezieht sich generell auf die Schwankungen von Schlag zu Schlag in der Herzfrequenz (beispielsweise auf die Variation im R-R-Intervall), welches als eine normale physiologische Antwort auftritt (beispielsweise als eine interne Antwort auf einen neuronalen oder endokrinen Einfluss), oder als Variationen in der Herzfrequenz, die auf externe Stimuli hin auftreten. Generell spiegelt die Herzfrequenzvariabilität die nicht invasive autonome Nervensystemaktivität wider (beispielsweise die sympathischen und parasympathischen Einflüsse auf die Herzschlagfrequenz und den Rhythmus). Die Kurzzeit-(Schlag-zu-Schlag)-Variabilität in der Herzfrequenz repräsentiert schnelle hohe Frequenz-(HF)-Änderungen in der Herzfrequenz. So sind beispielsweise Änderungen in der Herzfrequenz, die dem Atmen zugehörig sind, durch eine Frequenz zwischen etwa 0,15 und etwa 0,4 Hz charakterisiert (entsprechend einer Zeitkonstanten zwischen etwa 2,5 und 7 Sekunden). Niedrige Frequenz-(LF)-Änderungen in der Herzfrequenz (beispielsweise Blutdruckschwankungen) sind durch eine Frequenz zwischen etwa 0,04 und etwa 0,15 Hz gekennzeichnet (entsprechend einer Zeitkonstanten zwischen etwa 7 und 25 Sekunden). Sehr niedrige Frequenz-(VLF)-Änderungen in der Herzfrequenz sind durch eine Frequenz zwischen etwa 0,003 und etwa 0,04 Hz gekennzeichnet (0,5 bis 5 Minuten). Ultra-niedrige Frequenz-(ULF)-Änderungen in der Herzfrequenz sind durch eine Frequenz zwischen etwa 0,0001 und etwa 0,003 Hz (5 Minuten bis 2,75 Stunden) gekennzeichnet. Ein gemeinsam genutzter Indikator der Herzfrequenzvariabilität ist das Verhältnis der HF-Leistung zur LF-Leistung. Ein normierter LFP-Wert kann durch eine Gleichung von LF/(TP-VLF)(keine Einheit) berechnet werden, und ein normierter HFP-Wert kann durch eine Gleichung von HP/(TP-VLF)(keine Einheit) berechnet werden, wobei TP die Gesamtleistung (ms2) ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand bestimmt werden: ein Sprint- oder Kompensationszustand, falls eine HR-Anzeige oder HR-Intensität signifikant ansteigt, während der normierte LFP-Wert sinkt; ein aerober Dauerzustand, falls die erhöhte HR-Anzeige innerhalb einer Zone festliegt, in der die HR-Intensität zwischen einem Bereich von +/–1 bis +/–20% der mittleren HR-Intensität dieses Zustands schwankt und LFP gleich HFP ist; und ein dynamischer Erholungszustand, falls die Herzintensität 1% bis 20% kleiner wird als eine mittlere HR-Intensität und der normierte HFP-Wert während des aeroben Dauerzustands über eine Zeitspanne ansteigt, die zwei Mal länger ist als die des Sprint- oder Kompensationszustands.
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Das Ausgabemodul 13 ist geeignet, die Vorschläge von dem Prozesseinheit-Modul 12 anzuzeigen, welche die Sprint-, die aeroben Dauer-, die Kompensations- und die dynamischen Erholungszustände enthalten, um das Anwenderüben zu coachen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Anzeigedisplay zur Anzeige von Vorschlägen genutzt werden, beispielsweise enthalten die durch das Ausgabemodul 103 angezeigten Vorschläge (a) einen Vorschlag bezüglich der Erholung und des Sprints und (b) einen Vorschlag bezüglich der Steigerung und Verringerung der Geschwindigkeit. Der Vorschlag (a) wird bereitgestellt zum Bestimmen, ob eine dynamische Erholung (Verringerung der Übungsstärke) oder eines Sprints (Steigerung der Übungsstärke oder Geschwindigkeit) vorzunehmen ist. Der Vorschlag (b) wird bereitgestellt zum Bestimmen, ob die Geschwindigkeit zu steigern oder zu verringern ist, so dass der Anwender sich am besten an das bestimmte Ziel annähern kann, jedoch innerhalb der physiologischen Toleranz des Anwenders auf der Grundlage einer bestimmten Zielzeit und der physiologischen Situation.
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2 zeigt ein Anzeigedisplay 14 für das Ausgabemodul 13 bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Veranschaulichung eines Farbstufen-Displays 15 für einen Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand. Beim Stand der Technik entspricht eine festliegende Herzfrequenzzone einer Farbe, und die Farbe ändert sich in Abhängigkeit von der verschiedenen Herzfrequenzzone, was den gegenwärtigen Übungszustand (wie einen anaeroben Sprint, eine aerobe Dauer, Erholung und Sauerstoffschuld-Kompensation) und den Körper-Arbeitsbelastungszustand nicht berücksichtigt. Bei der Erfindung variieren jedoch die Farben in Abhängigkeit von dem Echtzeit-Arbeitsbelastungszustand, so dass die Erfindung seinem Anwender ermöglichen kann, genauere Daten zu erhalten und somit ein oder mehr spezifische Fitness- oder Übungsziele zu erzielen. Die Zahlen und Arten von Farbstufen des Anzeigedisplays, die zur Anzeige des Arbeitsbelastungszustands verwendet werden, können entsprechend dem Ziel und der Notwendigkeit der Hersteller ausgelegt sein. Beispielsweise können die Farbstufen mit festliegenden Farben und/oder blinkenden Farben ausgelegt sein, und die Zahlen der Farbstufen können von 1 bis 20 Farbstufen, von 1 bis 10 Farbstufen, von 1 bis 7 Farbstufen oder von 1 bis 5 Farbstufen reichen. Beispielsweise kann der Arbeitsbelastungszustand mit 5 Farbstufen in Kombination mit einer festen und/oder einer blinkenden Farbe angezeigt werden. Die Farbstufen bewegen sich beispielsweise von Blau nach Rot, so dass sie von der niedrigsten zur höchsten Sequenz gegeben sind mit Blau (B) 151, Grün (G) 152, Gelb (Y) 153, Orange (O) 154 und Rot (R) 155, und die blinkende Farbe der Farbstufe ist mit dem Symbol ”*” bezeichnet. Wenn bei einem Ausführungsbeispiel der Anwender, der einen anaeroben Sprint ausführt, in eine hauptsächlich aerobe Dauerstufe (mit gewisser Stärke) eintritt, erhöht sich die Farbe um eine Stufe bei der festen Farbe, so dass sich die Farbstufenanzeige von B zu BG, von BG zu BGY, von BGY zu BGYO oder von BGYO zu BGYOR ändert. Wenn bei einem Ausführungsbeispiel der Anwender in einen anaeroben Sprint eintritt oder eine extra zuvor angesammelte Sauerstoffschuld kompensiert, steigt die Farbe zur nächsten Stufe mit einer blinkenden Farbe, so dass die Farbstufenanzeige sich von B zu BG*, von BG zu BGY*, von BGY zu BGYO* oder von BGYO zu BGYOR* ändern wird. Wenn bei einem Ausführungsbeispiel der Anwender sich in einer dynamischen Erholung befindet, nimmt die Farbe um eine Stufe bei der festen Farbe ab, so dass die Farbstufenanzeige sich von BG zu B, von BGY zu BG, von BGYO zu BGY oder von BGYOR zu BGYO ändern wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Anzeigedisplay 14 für das Ausgabemodul 13 ferner mit einem Audio-Ausgabedisplay und/oder einem Vibrations-Ausgabedisplay kombiniert sein. Wenn bei einem Ausführungsbeispiel die den Arbeitsbelastungszustand anzeigende Farbstufe blinkt, kann ein Audio-Ausgabedisplay und/oder ein Vibrations-Ausgabedisplay verwendet werden. Das Audio-Ausgabedisplay und das Vibrations-Ausgabedisplay können entsprechend jenen ausgelegt sein, die im Stand der Technik bekannt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel mit einem Audio-Ausgabedisplay stellt ein kurzer Ton dar, dass die Farbstufe blinkt, ein langer Ton stellt dar, dass die Farbstufe sich an der oberen und/oder unteren Grenze einer Farbzone befindet, und ein Sprachlaut kann Meldungen liefern, wie ”Geschwindigkeit steigern”, ”Geschwindigkeit verringern”, ”Atmungshäufigkeit steigern”, ”Atmungshäufigkeit verringern”, ”tief atmen” oder ”Wasser trinken”.
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Bei einem Ausführungsbeispiel mit einem Vibrations-Ausgabedisplay stellt eine kurze Vibration (2 Sekunden) dar, dass die Farbstufe blinkt, eine lange Vibration stellt dar, dass die Farbstufe sich an der oberen und/oder unteren Grenze einer Farbzone befindet, und eine Reimmustervibration kann dazu herangezogen werden, einen Anwender zur Anpassung seines/ihres Atems zu unterstützen. Ein Beispiel eines Reimmusters ist ein Vibrieren einmal (2 Sekunden) alle drei Sekunden. Das Reimmuster variiert in Abhängigkeit von der physiologischen Situation des Anwenders, so dass der Anwender eine effektive aerobe Atmung erzielen kann.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann unter Bezugnahme auf 3 das Echtzeitübungs-Coachingsystem 2 ferner ein Sensormodul oder mehrere Sensormodule umfassen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, welche ein Körpertemperatur- und Schwitz-Sensormodul 21, ein Atemfrequenz-Sensormodul 22, ein Umgebungstemperatur- und Feuchtigkeits-Sensormodul 23 und ein Bewegungsgeschwindigkeits-Sensormodul 24 umfasst. Das Körpertemperatur- und Schwitz-Sensormodul 21 ist geeignet, ein Signal einer frühen Erschöpfungsstufe durch Sammeln von Informationen zu ermitteln, die sich auf die Überwachung der Körperoberflächentemperatur, der Feuchtigkeit und der Kapillarkontraktion beziehen, um eine Muskelübung zu überwachen, damit bestimmt wird, ob die Stufe früher Erschöpfung auftritt. Auf die Ermittlung der Stufe früher Erschöpfung hin wird ein Alarm gemeldet. Das Atemfrequenz-Sensormodul 22 ist geeignet, die Atemfrequenz zu ermitteln, die eine wichtige Bezugsgröße des Übungszustands des Anwenders darstellt. Die Atemfrequenz in Kombination mit einer anderen Sensorinformation kann bestimmen, ob eine Hyperventilation auftritt und ob sich die Trainingsleistungsfähigkeit bzw. der Trainingswirkungsgrad verringert. Die Atemfrequenz kann dazu genutzt werden zu bestimmen, ob der Anwender eine Pause machen muss. Das Umgebungstemperatur- und Feuchtigkeits-Sensormodul 23 ist geeignet, die Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit zu ermitteln, was die Festlegung der optimalen Übungsstärke unterstützt. Das Bewegungsgeschwindigkeits-Sensormodul 24 ist geeignet, die Geschwindigkeit zu detektieren, die herangezogen werden kann, um den Anwendertyp der Übung und die Variabilität der Trainingsleistungsfähigkeit während des Übens zu verstehen, um dadurch dem Modul zu ermöglichen, Vorschläge dafür bereitzustellen, welche Art bzw. welcher Typ von Übung in Anspruch zu nehmen ist.
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Die Daten und Parameter, die von den verschiedenen oben erwähnten Sensormodulen erhalten werden, werden zu dem Prozesseinheit-Modul 12 übertragen. Zusätzlich zu den Parametern des Arbeitsbelastungsstatus können ein oder mehr Parameter bezüglich der Trainingsleistungsfähigkeit bzw. des Trainingswirkungsgrades, der Trainingsintensität und Geschwindigkeit oder eines Gesamtkalorien-Navigationsindikators durch das Prozesseinheit-Modul 12 erhalten werden, und dann können die Vorschläge bezüglich der Trainingsleistungsfähigkeit, der Trainingsintensität und der Geschwindigkeit oder des Gesamtkalorien-Navigationsindikators durch das Ausgabemodul 13 angezeigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die gegenwärtige Herzfrequenz durch das Ausgabemodul 13 angezeigt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt die Trainingsleistungsfähigkeit die gesamten Übungsleistungsfähigkeit, einschließlich der Herzfrequenz von dem Herzfrequenz-Modul 11 und der Atemfrequenz von dem Atemfrequenz-Sensormodul 22. Der Anwender wird seine/ihre gegenwärtige Trainingsleistungsfähigkeit während des Übens kennen. Falls die Übung von niedriger Leistungsfähigkeit ist, sollten die physiologischen Situationen des Anwenders imstande sein, sich durch Anpassen der Übungsstärke, Geschwindigkeit und der Atmungsleistung zu erholen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Trainingsleistungsfähigkeit entsprechend der Gleichung (TS/DRS) + k berechnet, worin TS sich auf die zeitliche Geschwindigkeit bezieht, die eine mittlere Rate innerhalb von 30 Sekunden angibt; DRS bezieht sich auf eine Datenbank-bezogene Geschwindigkeit (DRS), welche eine mittlere Bezugsgeschwindigkeit angibt. Die mittlere Bezugsgeschwindigkeit entspricht einer niedrigsten detektierten Herzfrequenz (DHR), welche die niedrigste Herzfrequenz innerhalb von 30 Sekunden nach Beginn des Anlaufs des Systems der Erfindung ist. Bei einem Ausführungsbeispiel stellt dann, wenn 1,1 ≥ (TS/DRS) + k ≥ 0,9 ist, dies dar, dass die Trainingsleistungsfähigkeit neutral ist. Falls der Wert ”(TS/DRS) + k” höher ist als 1,1, bedeutet dies, dass eine höhere Trainingsleistungsfähigkeit vorliegt. Je höher der Wert ist, umso höher ist daher die Trainingsleistungsfähigkeit. Falls der Wert ”(TS/DRS) + k” im Gegensatz dazu niedriger ist als 1,1, bedeutet, dass eine geringere Trainingsleistungsfähigkeit vorliegt. Je niedriger der Wert ist, umso niedriger ist somit die Trainingsleistungsfähigkeit.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Trainingsintensität auf der Grundlage einer Ruhe-Herzfrequenz (RHR) und einer maximalen Herzfrequenz (MHR) für ein betroffenes Alter berechnet. Die Größe RHR ist in Abhängigkeit vom unterschiedlichen Gesundheitszustand veränderbar, der durch einen oder mehrere der Sensoren der Erfindung automatisch detektiert werden kann. Im Gegensatz dazu ist die Größe MHR ein fester Wert. Alternativ kann der Anwender einen zu definierenden Wert als RHR-Wert eingeben. Da der RHR-Wert entsprechend dem Gesundheitszustand des Anwenders an einem bestimmten Tag variieren kann, kann auch der absolute Wert der Trainingsintensität variieren. Der Bereich zwischen RHR und MHR wird in 10 Teile unterteilt. Die gegenwärtige Herzfrequenz, der RHR-Wert und der MHR-Wert werden als Parameter herangezogen, um die gegenwärtige Trainingsintensität zu berechnen. Der RHR-Wert wird in Abhängigkeit vom Gesundheitszustand des Anwenders und den Umgebungsfaktoren (wie Temperatur, Luftverschmutzung und Höhe, etc.) variieren, so dass der Bereich der Herzfrequenz für jeden Teil auf der Grundlage des RHR-Wertes angepasst wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Geschwindigkeit oder der Gesamtkalorien-Navigationsindikator durch die Gleichung [(Gesamtdistanz(Gesamtkalorie)-Restdistanz(Restkalorie)/Restzeit]/mittlere Geschwindigkeit innerhalb von 5 Sekunden × 100% berechnet.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Anzeigedisplays 14', das LEDs oder andere geeignete Lichtquellen enthält, welche imstande sind, den Arbeitsbelastungszustand durch ein Farbstufendisplay 15', die Trainingsleistungsfähigkeit durch ein Farbdisplay 156, die Geschwindigkeit oder den Gesamtkalorien-Navigationsindikator durch ein Farbdisplay 157, die Trainingsintensität durch ein Farbdisplay 158 und die gegenwärtige Herzfrequenz durch ein Zahlendisplay 159 dem Anwender anzuzeigen.
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Gemäß der Erfindung wird der durch das Farbstufendisplay 15' angezeigte Arbeitsbelastungszustand mit fünf übergehenden Farbstufen angezeigt. Die Farbstufen können durch festliegende Farben und/oder blinkende Farben angezeigt werden.
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Gemäß der Erfindung wird der durch das Farbdisplay 156 angezeigte Wert der Trainingsleistungsfähigkeit entsprechend der oben erwähnten Gleichung berechnet und in +10 zu neutral (N) zu –10 unterteilt. Die Anzeige der Trainingsleistungsfähigkeit zeigt neutral ”N” an, falls 1,1 ≥ der Wert ≥ 0,9 ist. Die Anzeige zeigt den ganzzahligen ”+”-Wert an, falls der Wert > 1,1 ist; die Anzeige zeigt den ganzzahligen ”–”-Wert an, falls ”0,2 ≤ der Wert < 0,9” ist. Die Anzeige zeigt ”Halten” an, falls der Wert < 0,2 ist. Sämtliche Ergebnisse werden als Farbplättchen in dem Farbdisplay angezeigt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel stellt die Geschwindigkeits- oder Gesamtkalorien-Navigationsanzeige, die durch das Farbdisplay 157 angezeigt wird, ein 7-Band-basiertes System dar. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der aus der obigen Gleichung erhaltene Wert (x) in sieben Bänder aufgeteilt sein: 160 < x, 130 < x ≤ 160, 110 < x ≤ 130, 90 ≤ x ≤ 110, 70 < x ≤ 90, 40 < x ≤ 70 und x ≤ 0,40. Je höher der Wert ist, umso höher muss die Geschwindigkeit (oder Verbrennungskalorie) sein, um das Ziel in der Zeit zu erreichen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel zeigt die durch das Farbdisplay 158 angezeigte Trainingsintensität die gegenwärtige Übungsintensität des Anwenders an. Bei einem Ausführungsbeispiel wird bzw. ist die Trainingsintensität in 10 Stufen unterteilt. Die durch das Zahlendisplay 159 angezeigte gegenwärtige Herzfrequenz zeigt den Wert an, der mit der gegenwärtigen Herzfrequenz des Anwenders korreliert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Echtzeitübungs-Coachingsystem der Erfindung mit einer Uhr bzw. Armbanduhr, einem Musikgerät oder einem Handy bzw. Mobiltelefon verbunden sein.
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Die vorliegende Erfindung ist oben an Hand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden. Demgemäß sollte die vorliegende Erfindung nicht durch irgendwelche der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt werden, sondern sie sollte lediglich entsprechend den folgenden Ansprüchen und deren Äquivalenten festgelegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7828697 [0005]
- US 7789802 [0005]
- US 8033959 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- J of Am College of Cardiology 2001: 153–6 [0020]
