ES2320373T3 - Procedimiento y dispositivo para evaluar las capacidades musculares de los atletas mediante pruebas breves. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de evaluación de los valores fisiológicos musculares de los atletas (3) mediante pruebas cortas tales como levantamientos y/o saltos, que comprende las etapas siguientes: fijación a una carga en movimiento (3; 2) durante la prueba, de un dispositivo de medición (1) amovible y autónomo eléctricamente, comprendiendo dicho dispositivo de medición un acelerómetro triaxial (14), determinación de una secuencia de valores de aceleración (a(t)) sucesiva de dicha carga (3; 2) durante dicha prueba; inmediatamente al final de dicha prueba, indicación en una pantalla (11) del dispositivo de al menos una magnitud representativa de dicha capacidad muscular y determinada a partir de dicha secuencia de valores de aceleración.

Description

Procedimiento y dispositivo para evaluar las capacidades musculares de los atletas mediante pruebas breves.

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de los procedimientos y de los dispositivos de evaluación de la capacidad muscular, en particular para el deporte y la rehabilitación. La presente invención se refiere en particular a los dispositivos de evaluación de los valores fisiológicos musculares, por ejemplo de la fuerza y la potencia muscular, basados en mediciones de aceleración.

Estado de la técnica

El entrenamiento deportivo de los atletas y la rehabilitación después de un accidente recurren cada vez más a los aparatos de medición de rendimiento. Por ejemplo, durante el entrenamiento cardiovascular (jogging, bicicleta, etc.), el uso de dispositivos de medición de la frecuencia cardiaca ("pulsómetros") y de pedómetros se ha extendido mucho desde hace unos años. Estos aparatos portátiles efectúan mediciones durante el esfuerzo, que permiten al atleta adaptar el entrenamiento con ayuda de datos objetivos. Las cantidades proporcionadas indican típicamente el ritmo cardíaco, la distancia recorrida, la duración del entrenamiento, la velocidad media o máxima, etc. Sin embargo, no proporcionan ninguna medición directa de la potencia muscular del atleta o de una cadena muscular del atleta.

El documento US5788655 (Omron) describe un aparato destinado a ser fijado sobre el cuerpo y que está provisto de un acelerómetro y de una pantalla LCD. El aparato mide constantemente los desplazamientos del portador para determinar su nivel de actividad física y otras magnitudes en función del metabolismo, por ejemplo, el consumo diario de calorías del usuario. Este tipo de aparato es útil para medir de manera más objetiva el nivel de sedentarismo de los pacientes. Sin embargo, no está adaptado al entrenamiento muscular y a la medición de esfuerzos breves, y no permite determinar por ejemplo la potencia máxima de un grupo muscular del atleta.

El documento WO2005074795 (Nokia) describe un terminal de medición provisto de un acelerómetro y fijado sobre el cuerpo de un atleta. Los datos de medición son evaluados para proporcionar una cantidad representativa de la intensidad del esfuerzo realizado. De nuevo, el objetivo consiste en determinar el nivel de actividad en un largo período, por ejemplo un día o una semana.

El documento WO03/032826 (Philips) describe un sistema comparable y provisto de un acelerómetro de tres ejes para determinar el nivel de actividad física de un paciente. El dispositivo propuesto muestra en una pantalla cantidades tales como la tasa metabólica diaria, el desgaste energético diario o el desgaste de energía inducido por el ejercicio. Este aparato es por consiguiente útil para medir aceleraciones en un período de varias horas, incluso de varios
días.

Así pues, los dispositivos del tipo descrito arriba convienen esencialmente a la medición de la actividad durante ejercicios largos, por ejemplo, durante una sesión de jogging, de un partido de bádminton o de un día corriente. Existen también dispositivos bastante similares para detectar las caídas de las personas mayores, el tiempo que pasan sentadas, de pie o tumbadas, etc.

Sin embargo, existe también una necesidad por la medición de parámetros durante esfuerzos musculares breves o incluso muy breves. Por ejemplo, el entrenamiento muscular y la medición de la capacidad muscular de los atletas recurren a menudo a movimientos muy cortos, por ejemplo un único levantamiento de peso en una máquina de musculación, o un salto en altura. La frecuencia de muestreo empleada por los dispositivos mencionados arriba no permite generalmente emplearlos como medida de los parámetros cinemáticos durante esfuerzos tan breves. Por otra parte, los datos calculados a partir de las aceleraciones medidas son de poco interés para esfuerzos breves; es por ejemplo poco útil conocer la cantidad de calorías quemadas durante un único movimiento. Existe sin embargo una necesidad por unos aparatos adaptados en particular a la musculación, que permiten medir por ejemplo la ganancia de fuerza o de potencia sobre un músculo o un grupo muscular entrenado.

Se conocen ya en la técnica anterior ciertos dispositivos de medición específicamente destinados al entrenamiento y a la medición de movimientos breves. Por ejemplo, el documento US5474083 describe un sistema destinado a controlar los movimientos de levantamiento de pesas por un paciente. El sistema emplea electrodos para medir la actividad de los músculos del paciente durante el movimiento, así como un detector de movimiento de las pesas. Una alarma se dispara en caso de movimiento inapropiado. Este sistema es útil para impedir los accidentes provocados por el levantamiento de pesas incorrecto, o para ejercitar las personas para que levanten pesas sin hacerse daño. Este sistema es sin embargo inadecuado para medir el rendimiento muscular del deportista. Por otra parte, el uso de electrodos hace que su empleo sea poco práctico.

El documento US6148280 (Virtual Technologies) describe un dispositivo provisto de acelerómetros y de giroscopios dispuestos en todo el cuerpo de un atleta. Los datos proporcionados por varios sensores son transmitidos a un ordenador personal que permite analizar la trayectoria y otras características del movimiento. Este sistema es complejo pues aplica varios sensores, incluidos goniómetros costosos, relativamente frágiles. La conexión de los sensores entre sí y hacia el ordenador externo encarece el dispositivo y hace que su instalación sea difícil. Está adaptado al entrenamiento de movimientos precisos, por ejemplo, un swing de golf, pero no permite determinar directamente la capacidad muscular desarrollada por el deportista durante este movimiento.

El documento DE446302 describe un acelerómetro utilizado en los deportes de combate para medir la aceleración de la superficie del golpe. El aparato no es portátil y conviene únicamente para los deportes de combate tales como el boxeo, el karate, etc. Se debe emplear un ordenador externo para evaluar los resultados de la medición y mostrarlos en la pantalla.

El documento US 6 397 151 (Casio Computer Co.) describe un dispositivo portátil que tiene la forma de un reloj que comprende un acelerómetro utilizado para medir la aceleración del golpe.

Existen otros dispositivos basados en acelerómetros y giroscopios, que permiten por ejemplo verificar la trayectoria de un swing de golf a fin de mejorar el movimiento. Este tipo de dispositivos proporciona muchos datos, por ejemplo la posición y la velocidad del sensor en cada momento, que necesitan a menudo una pantalla de gran tamaño o un dispositivo externo para visualizarlos. No permiten sin embargo calcular y mostrar inmediatamente sobre el dispositivo una o varias cantidades representativas de la capacidad muscular del atleta.

Breve resumen de la invención

La presente invención tiene por objetivo un procedimiento y un dispositivo de medición que permite evaluar las capacidades musculares de los atletas. La presente invención quiere proponer una prueba rápida con un instrumento simple de utilizar, autónomo, económico y apto para proporcionar inmediatamente datos representativos de las cualidades musculares de los atletas, por ejemplo, su explosividad, su potencia, su distensión muscular, etc.

Un objetivo de la presente invención consiste en proponer un aparato de medición de rendimiento deportivo específicamente destinado al entrenamiento y a la rehabilitación muscular, recurriendo por ejemplo a pruebas musculares conocidas como saltos o levantamientos de pesas. En particular, el dispositivo debe permitir evaluar la distensión, la explosividad, la tasa de incremento de fuerza (TAF) de los atletas, mediante pruebas breves y no invasivas.

Según la invención, estos objetivos se consiguen en particular mediante un procedimiento de evaluación de las capacidades musculares de los atletas con ayuda de pruebas breves tales como levantamientos y/o saltos, que comprenden las etapas siguientes:

fijación a un peso en movimiento durante la prueba, de un dispositivo de medición amovible y autónomo eléctricamente, basándose dicho dispositivo de medición en un acelerómetro triaxial,

determinación de una secuencia de valores de aceleración sucesiva de dicho peso durante dicha prueba;

al final de dicha prueba, indicación en dicha pantalla de al menos una cantidad representativa de dicha capacidad muscular y determinada a partir de dicha secuencia de valores de aceleración.

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La capacidad muscular puede ser calculada y visualizada al final de la prueba por ejemplo en forma de potencia máxima, de tasa de incremento de la fuerza, etc.

El dispositivo está adaptado a la medición de la aceleración en función del tiempo, y a la evaluación de los resultados, por ejemplo durante la ejecución de las pruebas siguientes:

levantamiento de pesas;

squat jump y/o countermovement jump;

drop jump.

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El cálculo de las magnitudes visualizadas tiene en cuenta el conocimiento a priori de la forma de la función de aceleración durante estas pruebas musculares estandarizadas. El dispositivo utiliza este conocimiento previo para determinar magnitudes que un dispositivo genérico no podría medir. Por ejemplo, el dispositivo de la invención puede, en un modo de realización, descomponer un movimiento en fases clave y calcular la potencia máxima durante una fase particular. Por ejemplo, un salto puede incluir una fase de extensión muscular seguida de una fase de flexión; el dispositivo puede segmentar los datos medidos para determinar el principio y el fin de estas dos fases, luego calcular por ejemplo la potencia durante la extensión y la velocidad máxima durante la flexión.

Típicamente, el dispositivo debe ser capaz de adquirir datos de aceleración según tres ejes, por lo menos todas las 1/100as de segundo, durante un esfuerzo breve, es decir, un esfuerzo cuya duración es típicamente inferior a 10 segundos, pero puede eventualmente ir hasta varios minutos.

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La utilización de un acelerómetro de tres ejes permite calcular la aceleración según cualquier dirección, en particular según la dirección de desplazamiento del peso, por ejemplo, la dirección vertical durante un salto. En una variante preferida, se utiliza una sola secuencia de aceleraciones según esta dirección preferida para el cálculo de las magnitudes visualizadas.

Breve descripción de los dibujos

Unos ejemplos de aplicación de la invención están indicados en la descripción ilustrada por las figuras adjuntas en las cuales:

La figura 1 ilustra de modos esquemáticos diferentes fases de los movimientos de un atleta durante un levantamiento de pesas de tipo "développer-couché".

La figura 2 ilustra la altura del peso levantado en función del tiempo (h(t)) durante el ejercicio de "développer-couché" ilustrado en la figura 1.

La figura 3 ilustra la velocidad del peso levantado en función del tiempo (v(t)) durante el ejercicio de "développer-couché" ilustrado en la figura 1.

La figura 4 ilustra la aceleración del peso levantado en función del tiempo (a(t)) durante el ejercicio de "développer-couché" ilustrado en la figura 1.

La figura 5 ilustra la fuerza máxima, la velocidad máxima y la potencia máxima que puede desplegar un atleta en función de la carga desplazada.

La figura 6 ilustra la aceleración a(t) en función del tiempo durante un ejercicio.

La figura 7 ilustra una prueba de squat jump.

La figura 8 ilustra una prueba de countermovement jump.

La figura 9 ilustra una prueba de drop jump.

La figura 10 ilustra un dispositivo de evaluación de capacidad muscular según la invención.

La figura 11 es un esquema-bloque de los principales componentes electrónicos del dispositivo de la figura 10.

La figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra el parametraje del dispositivo.

La figura 13 es un diagrama de flujo que ilustra la prueba de capacidad muscular durante el procedimiento.

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Ejemplo(s) de modo de realización de la invención

Las figuras 1 a 4 ilustran la evolución de diferentes parámetros cinemáticos durante un movimiento de levantamiento de pesas de tipo "développer-couché". Este movimiento, muy utilizado en musculación, consiste en levantar un peso 2 con los dos brazos, a partir de una posición tumbada sobre la espalda. El peso es levantado lo más alto posible combinando una aducción del hombro y una extensión del codo. La figura 1 ilustra cinco instantes clave de la prueba. La prueba empieza en T1, en la posición inicial ilustrada en la primera imagen a la izquierda de la figura 1. El peso está en su punto más bajo, los codos del atleta 3 están doblados.

Durante la fase A, entre los instantes T1 y T2, el atleta 3 levanta el peso cuya velocidad aumenta constantemente, como se indica en las figuras 2 a 4. La fuerza de empuje desplegada durante esta fase es máxima y los brazos se extienden.

Durante la fase B, entre los instantes T2 y T3, el empuje continúa pero la velocidad de levantamiento disminuye; la aceleración se vuelve negativa, como se ve en la figura 4. La altura del peso es máxima en el punto T2.

El atleta afloja luego su esfuerzo durante la fase C entre los instantes clave T3 y T4. El peso vuelve a bajar ligeramente, de manera que su velocidad se vuelve negativa. Esta etapa es seguida de una fase D de estabilización, entre los instantes T4 y T5, durante la cual el atleta mantiene sus brazos en extensión, pero tiende a bajar los hombros. La aceleración experimentada por el peso 2 durante esta fase tiende progresivamente hacia 1 G (gravitación terrestre).

Los instantes clave T1 a T5 pueden ser determinados sin ambigüedades a partir de los datos a(t), v(t) y h(t). Como se verá, estas magnitudes pueden ser medidas durante el esfuerzo mediante un dispositivo 1 unido al peso, colocado idealmente en el centro de la masa; serán utilizadas para determinar y mostrar en pantalla la capacidad muscular del atleta.

La figura 5 ilustra de manera esquemática una evolución posible de la fuerza máxima F_{max}, de la velocidad máxima V_{max} y de la potencia máxima P_{max} que puede desplegar un atleta al levantar una carga de masa variable. La fuerza gravitacional (m \cdot g) ejercida sobre la carga desplegada aumenta linealmente con la masa de la carga.

En cambio, la fuerza (m \cdot a) ejercida por el atleta para arrancar esta masa de la gravedad depende directamente de la fuerza del atleta en el desplazamiento de la carga. El atleta tiene en efecto la posibilidad de modificar la aceleración impuesta a la carga.

La velocidad de levantamiento máxima V_{max} tiende a disminuir con el aumento de la masa levantada; el atleta levanta más rápidamente masas ligeras. La potencia máxima P desplegada por el atleta durante el esfuerzo está determinada por la fórmula:

P = \frac{dE}{dt} = F \cdot \nu = m \cdot \alpha \cdot \nu

Esta fórmula es válida en caso de que la aceleración y la velocidad sean paralelas, por ejemplo durante desplazamientos puramente verticales. En caso de vectores no paralelos, el cálculo debe realizarse vectorialmente.

La potencia máxima P_{max} durante el esfuerzo pasa generalmente por un óptimo para un valor dado de m. Una barra muy pesada para un atleta le someterá esencialmente a tensiones de oposición, para oponerse a la fuerza gravitacional mg, y le someterá poco a tensiones de aceleración ma (la barra se levanta más lentamente). Se ve así que el conocimiento de la potencia máxima, tal como puede ser obtenida midiendo la aceleración y la velocidad de la carga, permite determinar la carga óptima con la cual se debe ejercitar un atleta para maximizar la potencia desplegada durante el ejercicio.

La figura 6 ilustra la variación de aceleración a(t) en el tiempo durante un esfuerzo breve típico, por ejemplo, un levantamiento o un salto. Durante la primera fase de duración \DeltaT entre los instantes T0 y T1, la aceleración aumenta en \Deltaa. Si la masa levantada es constante, la aceleración es proporcional a la fuerza. De este modo, la tasa de aumento de la fuerza (TAF, o explosividad), empleada en medición deportiva, es simplemente proporcional a \Deltaa/\Deltat. La tasa de aumento de la fuerza es también proporcional a la potencia desplegada por el atleta, al menos cuando la distancia h recorrida por la carga es constante.

También es posible determinar la potencia instantánea P(t) a partir del valor da/dt en cada punto de la curva a(t), y determinar la potencia máxima P_{max}(t) = max (P(t)). Este valor es sin embargo más sensible a los errores y al ruido de medición; un alisamiento de la curva a(t) con ayuda de un filtro anti-ruido es útil para reducir las influencias parásitas.

La figura 7 ilustra otra prueba empleada para determinar la capacidad muscular de un atleta 3. Esta prueba, llamada "squat jump", está destinada en particular a evaluar la distensión de los atletas, en particular, la distensión seca, sin estiramiento, y su aptitud para desarrollar mucha fuerza en un tiempo muy corto (explosividad). El atleta empieza con las rodillas dobladas a 90º y las manos sobre las caderas, luego intenta saltar lo más alto posible. Una buena aceleración inicial es indispensable para alcanzar una altura elevada.

Una prueba similar, el countermovement jump, está ilustrada en la figura 8. En esta prueba, el atleta empieza con las piernas extendidas y se le permite efectuar una flexión antes de la extensión y del salto. La diferencia entre el resultado obtenido en squat jump y la altura normalmente más elevada obtenida en el countermovement jump depende de la calidad de la elasticidad muscular del atleta y/o de su capacidad para desarrollar una fuerza más importante durante la amortiguación.

Pueden realizarse pruebas similares permitiendo al atleta ayudarse con los brazos durante el salto, a fin de verificar en particular la coordinación de los brazos y de las piernas. La calidad del rebote puede ser medida por multisaltos, generalmente efectuados en el mismo lugar, con ayuda de los brazos. A veces se realizan también pruebas de squat jump y de countermovement jump con una carga sobre los hombros del atleta.

El drop jump ilustrado en la figura 9 consiste en un salto en altura después de una caída desde una altura conocida. El impulso está precedido por una puesta en tensión importante que provoca el alargamiento de los tendones y un esfuerzo muscular diferente. Los mejores atletas aumentan así su rendimiento de salto. En general se efectúa la prueba a 20 cm, 40 cm, 60 cm y 80 cm de caída para determinar la buena altura de trabajo para cada sujeto.

Los saltos mencionados arriba se pueden descomponer en fases distintas, separadas por instantes clave. Típicamente, un squat jump incluye las siguientes fases: salida, llamada, impulso, vuelo, contacto, amortiguación al retorno, final.

Las pruebas descritas arriba pueden repetirse, por ejemplo, efectuando una serie de 10 saltos o de 20 levantamientos, a fin de medir por ejemplo la evolución de los rendimientos musculares y la resistencia a la fatiga del atleta. Es posible efectuar también mediciones de asimetría muscular, sobre los brazos o las piernas, por ejemplo efectuando en primer lugar un levantamiento con el brazo o la pierna izquierda, luego con el miembro derecho correspondiente. Finalmente, algunas pruebas permiten medir desequilibrios entre músculos o grupos de músculos, por ejemplo una diferencia de fuerza anormal entre bíceps y tríceps. Estas diferentes pruebas implican varias mediciones consecutivas que pueden ser almacenadas en memoria y luego comparadas entre sí. El resultado de la comparación puede ser visualizado por ejemplo en forma de porcentaje, por ejemplo 20% de diferencia de potencia entre la pierna izquierda y la pierna derecha. En la técnica anterior, los rendimientos de los atletas en las pruebas de salto descritas anteriormente son determinados a menudo con ayuda de una alfombra de contacto que activa un cronómetro cuando el atleta abandona la alfombra y lo interrumpe cuando vuelve al suelo. El tiempo de suspensión permite evaluar la altura alcanzada por el atleta. Estos dispositivos son sin embargo voluminosos, costosos y permiten obtener los datos buscados únicamente de manera indirecta, a partir de mediciones de duraciones.

Según el procedimiento de la invención, se obtiene una medición más significativa asociando al atleta 3 un dispositivo 1 provisto de un acelerómetro triaxial, que permite medir la aceleración vertical del atleta durante el levantamiento de pesas o del salto.

Un ejemplo de dispositivo 1 apropiado está ilustrado en la figura 10. El dispositivo 1 incluye una caja, por ejemplo una caja de plástico de menos de 100 gramos (incluido el contenido) que el atleta puede fijar, según el ejercicio efectuado, sobre su cuerpo o sobre la carga levantada con ayuda de medios de fijación 12, por ejemplo una banda Velcro, una correa, etc. La caja es preferiblemente estanca y permite un uso al aire libre a la vez que es resistente al sudor del atleta. Los medios de fijación 12 incluyen preferiblemente un cinturón para fijar el dispositivo cerca del centro de masa del atleta, por ejemplo, en la cadera, en la cintura o preferiblemente al nivel del sacro, en una posición poco inclinada durante el esfuerzo. Unas pruebas han mostrado en efecto que un cinturón 12 dispuesto para llevar el dispositivo sobre el sacro permite minimizar la influencia de los movimientos del tronco en la dirección anteroposterior. La anchura máxima del cinturón es preferiblemente importante, por ejemplo, superior a 10 centímetros, a fin de mejorar su sujeción y evitar que sea arrastrada por los movimientos de la piel y de las carnes sobre el esqueleto.

En una variante, los medios de fijación permiten fijar el dispositivo sobre un cinturón existente. Sin embargo, es indispensable procurar emplear un cinturón que no se mueva durante los ejercicios. En cambio, una fijación a la muñeca está poco adaptada para la mayoría de pruebas de musculación, en particular para las pruebas descritas más arriba, porque las aceleraciones de los brazos o de la muñeca se añaden a las aceleraciones del cuerpo y porque la muñeca no permanece vertical durante la mayoría de los esfuerzos.

El dispositivo comprende además un medio de visualización 11, por ejemplo una pantalla de cristales líquidos alfanumérica o matricial, que permite mostrar menús de órdenes, el estado de la memoria, de la batería, así como los valores numéricos determinados durante o al final de la prueba. Unos elementos de mando 13, por ejemplo, botones y/o elementos de desplazamiento del cursor permiten navegar por los menús visualizados, seleccionar opciones, introducir datos, y seleccionar los resultados mostrados en la pantalla.

La figura 11 es un esquema-bloque que ilustra los principales componentes electrónicos del dispositivo 1. Además de los órganos externos ya descritos en relación con la figura 10, el dispositivo incluye un acelerómetro triaxial 14, por ejemplo un acelerómetro realizado en forma de componente MEMS y unido a un convertidor analógico-numérico 140 ó que integra directamente tal convertidor para proporcionar secuencias de mediciones de aceleración según tres ejes. El acelerómetro 14 puede incluir uno o varios ejes privilegiados, ofreciendo una precisión o una resolución de medición superior a los otros ejes. Este eje privilegiado estará preferiblemente alineado verticalmente cuando el dispositivo se encuentre en su posición de utilización habitual, a fin de mejorar la medición según la dirección vertical. Preferiblemente, el dispositivo está desprovisto de giroscopio a fin de reducir su coste, su consumo y el volumen de datos producidos; el uso de un giroscopio con un eje, o incluso con tres ejes, podría sin embargo ser contemplado para ciertos tipos de pruebas de capacidad muscular o para calibrar de manera más precisa la posición vertical.

El dispositivo 1 es preferiblemente autónomo eléctricamente y alimentado por ejemplo mediante una batería 15 ó un acumulador recargable, por ejemplo a través de la toma USB 19 ó sacándolo de la caja. La batería 15 alimenta en particular un microprocesador 16 ó un microcontrolador provisto de una memoria 160 RAM y/o EEPROM. El microprocesador ejecuta un programa preferiblemente cargado en EEPROM, y reemplazable a través de uno de los interfaces, para analizar los datos de medición proporcionados por el acelerómetro 14 y controlar la pantalla 11 a fin de mostrar las magnitudes deseadas.

El dispositivo 1 incluye también un reloj en tiempo real (RTC) 20 que permite en particular medir intervalos de tiempo \Deltat, así como un zumbador 17 ó un altavoz para generar señales de alarma u otros sonidos. Un módulo de entrada-salida (UART) 162 permite al microprocesador 16 intercambiar datos con dispositivos externos, por ejemplo para reprogramarlo o para transmitir los resultados de la medición a un ordenador personal, un teléfono móvil u otro dispositivo externo de tratamiento de datos. El módulo 162 permite también introducir en todo momento los parámetros de nuevos tipos de pruebas, y determinar el modo en que serán aprovechados los datos de la medición para estas nuevas pruebas, para poder extraer las magnitudes representativas deseadas.

El módulo 162 está conectado a un interfaz 19, por ejemplo una toma USB, un interfaz sin cable de tipo Bluetooth u otros, etc.

La figura 12 es un diagrama de flujo del programa "setup" que se ejecuta automáticamente durante la primera utilización del dispositivo, o cuando lo requiera el usuario. El programa setup está memorizado preferiblemente en la memoria EEPROM 160 y ejecutado por el microprocesador 16. Empieza en la etapa 100 antes de ejecutar la rutina 101 durante la cual el usuario tiene la posibilidad de introducir informaciones almacenadas de forma permanente en el dispositivo. Durante la etapa 102, el usuario puede introducir su identificación (Userld o nombre) y eventualmente una contraseña opcional para hacer que el dispositivo sea inutilizable para un eventual ladrón. Durante la etapa 103, puede introducir las unidades de medición preferidas (kg/cm ó lb/inch), que le permiten definir durante la etapa 103 su masa empleada para el cálculo de la fuerza, del trabajo y de la potencia en los ejercicios de salto en particular.

El usuario puede luego introducir la fecha y la hora actual, que serán modificadas luego permanentemente por el reloj 20.

Otros datos permanentes que pueden ser introducidos en esta etapa, comprenden por ejemplo el idioma preferido de los menús, el tipo de resultado visualizado, el tipo de ejercicio por defecto, etc.

Los datos numéricos pueden ser introducidos por ejemplo por incremento de los valores mediante las teclas + y -, ó con ayuda de un teclado numérico no representado, o mediante cualquier otro medio de entrada de datos apropiado.

El procedimiento de setup termina en la etapa 106, y pasa preferiblemente inmediatamente al modo de prueba para probar las capacidades musculares del atleta. El proceso de prueba está ilustrado en el diagrama de flujo de la
figura 13.

Durante la etapa 201, el usuario es invitado a escoger en un menú el tipo de prueba que desea realizar. Esta etapa puede ser implícita si una selección por defecto está memorizada en los parámetros permanentes del dispositivo; es también posible proponer por defecto la última prueba realizada. En una variante preferida, el usuario es invitado a escoger entre las opciones siguientes, o a confirmar una selección propuesta entre estas opciones:

1.

Levantamiento de pesas

2.

Salto (squat jump o countermovement jump)

3.

Drop jump.

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El usuario también es invitado a seleccionar o a confirmar los parámetros en función del tipo de prueba. En caso de levantamiento, deberá indicar el peso de la carga, en la unidad por defecto del dispositivo. En caso de salto, podrá ser invitado a confirmar su peso. En caso de drop jump, el dispositivo le invitará a introducir o a confirmar la altura del salto, así como su propio peso.

La prueba propiamente dicha empieza en la etapa 203, durante la cual el usuario (el atleta) presiona una tecla, por ejemplo una tecla "ENTER" o "START" (no representada). El dispositivo determina luego durante la etapa de calibración 204 su orientación con respecto a la vertical. Para ello, el atleta es invitado por ejemplo por un mensaje en la pantalla 11, a mantenerse inmóvil durante un tiempo, por ejemplo al menos durante dos segundos. En esta posición, sólo la gravitación impone una aceleración sobre el acelerómetro triaxial 14. Una matriz de conversión de sistema de referencia es calculada durante esta etapa para convertir las medidas de los tres ejes en un sistema de referencia correctamente orientado con respecto a la vertical. Si el acelerómetro detecta que el usuario se mueve durante el tiempo de calibración 204, la calibración es rechazada y un mensaje de error visual y/o sonoro se emite en la pantalla 11 y/o por el zumbador 17. El usuario es invitado entonces a volver a iniciar la calibración. Puede ocurrir lo mismo si la orientación del aparato está demasiado inclinada con respecto a la posición vertical ideal, por ejemplo si la medición de la aceleración vertical depende demasiado de los resultados de los ejes no preferidos del acelerómetro.

Otros métodos de calibración y de determinación de la posición vertical pueden ser contemplados, incluidos métodos basados en una acción del usuario que puede ser invitado a colocar el dispositivo sobre una superficie rigurosamente horizontal o contra una pared vertical, o procedimientos que apliquen unos sensores adicionales, por ejemplo, un goniómetro para determinar la inclinación del cuerpo del atleta, un giroscopio multieje, un receptor terrestre de satélite de tipo GPS, etc.

En caso de conseguir la calibración, se emite un bip sonoro durante la etapa 206 para invitar al usuario a realizar la prueba. La señal sonora producida puede depender de la prueba escogida y puede además ir acompañada de un mensaje en la pantalla 11. La adquisición de una secuencia de datos de aceleración empieza inmediatamente después en la etapa 207 y termina en la etapa 208, después de un tiempo determinado (por ejemplo 10 segundos), cuando la memoria del dispositivo está llena o cuando el usuario pulsa una tecla del dispositivo, por ejemplo una tecla marcada "END" ó "START/STOP". También es posible interrumpir la adquisición de los datos automáticamente en función de los datos medidos, por ejemplo cuando el dispositivo determina que el atleta ha tocado el suelo después de un salto y que su aceleración vertical es de nuevo nula o igual a 1G.

La aceleración es medida preferiblemente según tres ejes, al menos todas las 100as de segundos o preferiblemente todos los 2 milisegundos. Las tres secuencias de valores de aceleración son almacenadas en la memoria del microprocesador 16, luego son convertidas en una única secuencia de aceleración según el eje de desplazamiento de la carga (generalmente el eje vertical), empleando la matriz de conversión referencial determinada durante la calibración.

En una variante, los datos de aceleración según los tres ejes son convertidos simultáneamente por el procesador o incluso directamente por medios lógicos sobre el acelerómetro en una secuencia de aceleración vertical almacenada en la memoria. Una conversión de los datos antes del almacenamiento necesita una potencia de cálculo más importante, pero permite reducir el tamaño de la memoria de almacenamiento o aumentar la duración máxima de adquisición posible para un espacio memoria dado.

Al final de la adquisición, o eventualmente ya durante la adquisición, el procesador 16 ejecuta una rutina 209 de cálculo de al menos una magnitud representativa de la capacidad muscular del atleta. La magnitud calculada y el modo de cálculo pueden depender del tipo de prueba seleccionado durante la etapa 201. A título de ejemplo, se pueden determinar las magnitudes siguientes:

\sqbullet

La potencia instantánea máxima (max(P_{inst})) durante el ejercicio o durante una fase particular del ejercicio (por ejemplo durante la fase inicial de aceleración vertical en el momento de un salto).

\sqbullet

La potencia máxima durante un intervalo de tiempo (\DeltaT) de duración predeterminada, por ejemplo la potencia máxima durante n instantes de muestreos.

\sqbullet

La potencia máxima durante una fase de la prueba predeterminada entre dos instantes clave T_{i}, por ejemplo la potencia desarrollada durante el empuje, durante una flexión, o para mantener la carga levantada.

\sqbullet

La tasa máxima de incremento de la fuerza TAF (índice de explosividad), durante el conjunto de la prueba o de una fase determinada de la prueba.

\sqbullet

La fuerza máxima desplegada según la dirección vertical, durante el conjunto de la prueba o de una fase determinada de la prueba.

\sqbullet

La energía gastada según la dirección vertical durante el conjunto de la prueba, o durante una fase de la prueba, por ejemplo en julios o en calorías.

\sqbullet

La velocidad máxima alcanzada durante el conjunto de la prueba, o durante cualquier fase de la prueba.

\sqbullet

La altura máxima alcanzada durante un salto (pruebas II y III).

\sqbullet

La duración de ciertas fases de la prueba, por ejemplo la duración del contacto con el suelo durante un "drop jump", o la duración de vuelo durante un salto.

\sqbullet

El rendimiento energético, por ejemplo en forma de relación entre el trabajo realizado por el atleta y la energía cinética de la carga desplazada.

\sqbullet

La diferencia entre unos valores medidos o calculados al final de varias pruebas, por ejemplo a fin de determinar la fatiga durante un ejercicio repetido, un desequilibrio entre los músculos, una disimetría izquierda-derecha, una mejora de los rendimientos del atleta, etc. La cantidad calculada al final de una serie de ejercicios puede ser expresada y visualizada por ejemplo en porcentajes.

\sqbullet

Etc.

También es posible mostrar en pantalla varias magnitudes al final de la prueba. A fin de reducir el volumen y el peso del dispositivo, se procurará sin embargo emplear una pantalla numérica o alfanumérica de pequeño tamaño y de consumo reducido, por ejemplo una pantalla alfanumérica de cuatro líneas. La visualización de múltiples magnitudes puede obtenerse luego navegando entre varias pantallas de resultados.

El cálculo de algunas de estas magnitudes puede implicar la determinación de la posición temporal de ciertos instantes clave y de la duración del período entre dos instantes clave. Unos ejemplos de instantes clave T1 a T5 están indicados en las figuras 1 a 4 en el caso de un levantamiento de peso. En el caso de un drop jump, los instantes clave serán por ejemplo la salida, el primer contacto con el suelo, el momento en que el atleta que rebota deja el suelo, el instante en que se alcanza la altura máxima, y el instante en que el atleta toca el suelo por segunda vez después del rebote. La determinación automática de los instantes clave a partir de los datos de aceleración depende pues del tipo de ejercicio seleccionado y del conocimiento a priori de la forma de la secuencia de datos de aceleración, o de al menos una porción de esta secuencia. Frecuentemente, los instantes clave de un movimiento son instantes durante los cuales, la aceleración, la velocidad o la posición pasan por un punto particular, por ejemplo un mínimo, un máximo, un paso por cero, un paso por un valor particular (por ejemplo 1G de aceleración) o un punto de inflexión.

También es posible determinar las fases a partir de las cuales las magnitudes visualizadas son determinadas a partir de la señal de ciertos valores derivados de la aceleración. Por ejemplo, se puede escoger determinar la aceleración máxima de todos los instantes durante los cuales la velocidad sea positiva, es decir, orientada hacia arriba. La determinación de los instantes clave y de las fases del movimiento puede también depender de los datos de aceleración según las direcciones no verticales.

Los instantes clave y/o la duración entre dos instantes claves ("duración clave") pueden también ser visualizados al final de la prueba, como magnitud suplementaria representativa de la capacidad muscular del atleta.

La medición puede ser rechazada por ejemplo si la forma de la secuencia de aceleración obtenida no corresponde al modelo esperado según el tipo de prueba seleccionada, y no permite obtener las magnitudes buscadas. En tal caso, se emite preferiblemente una señal de error visual y/o sonora para invitar al atleta a empezar la prueba de nuevo.

Al final de una prueba concluyente, una o varias magnitudes antes mencionadas son mostradas inmediatamente durante la etapa 210 en la pantalla 11. Varios datos pueden ser visualizados en varias líneas o en varias pantallas entre las cuales el usuario puede navegar. Las cantidades calculadas pueden ser memorizadas también en el dispositivo para ser comparadas con cantidades calculadas durante otras pruebas.

El usuario es invitado luego a validar la prueba durante la etapa 211, por ejemplo presionando una tecla "ENTER" ó "OK". Si se niega a validar la prueba, será invitado durante la etapa 212 a volver a empezar volviendo a la etapa 203, ó a interrumpir la prueba pasando directamente a la etapa 213. El programa pasa directamente a la etapa 213 cuando el usuario valida los resultados.

Durante la etapa 213, los resultados de las pruebas validados son almacenados en una memoria semi-permanente 160, asociándolos preferiblemente con la identificación del usuario, la fecha y la hora de la prueba, y una identificación del tipo de prueba. En una primera variante, adaptada a dispositivos que disponen de una memoria importante, toda la secuencia de datos de aceleración según un eje, o incluso según los tres ejes, es almacenada en memoria.

Esta variante permite calcular posteriormente otras cantidades a partir de esta secuencia o transferirla vía el interfaz 162 y 19 hacia una unidad de tratamiento externo (PC, PDA, teléfono móvil, etc.), para su utilización posterior o para calcular y mostrar en pantalla otras cantidades y otros gráficos. La transferencia puede realizarse automáticamente en cuanto se establece una conexión con un dispositivo externo, o seleccionando una orden en un menú o por otra acción deliberada del usuario del dispositivo 1.

Se puede cargar y ejecutar una aplicación informática en el dispositivo externo para calcular otras cantidades, representarlas de modo diferente, sacar de ellas informaciones más completas que las informaciones de base inmediatamente mostradas en la pantalla. La aplicación permite por ejemplo mostrar en pantalla cantidades en forma de gráfico, o ponerlas en relación con mediciones anteriores del mismo atleta, o de otros atletas, o con los objetivos de un plan de entrenamiento que puede ser descargado desde Internet. Esta aplicación puede también efectuar sugerencias de entrenamiento personalizadas en función de los resultados de medición de cada atleta y teniendo en cuenta los progresos del atleta en varias pruebas fechadas. El plan de entrenamiento propuesto puede tener en cuenta los resultados obtenidos durante diferentes pruebas y en diferentes fechas.

La aplicación permite también preferiblemente clasificar y ordenar diferentes resultados de prueba con ayuda de metadatos transmitidos por el dispositivo, incluyendo la fecha y la hora de la prueba, la identificación del atleta, la identificación del tipo de prueba, una identificación eventual del dispositivo empleado, y/o con ayuda de datos suplementarios introducidos por el operario para clasificar y agrupar los resultados.

Las antiguas pruebas que ya no son pertinentes o que hayan sido transferidas a la unidad de tratamiento externo pueden preferiblemente ser borradas de la memoria del dispositivo 1, de forma automática durante la transferencia o el almacenamiento de nuevos resultados, o por una orden explícita introducida por el usuario.

En el procedimiento anterior, la adquisición de una nueva serie de datos de aceleración es retomada en cada prueba, por ejemplo en cada salto o en cada levantamiento. Sin embargo, es usual efectuar una prueba varias veces seguidas y tener en cuenta únicamente el mejor resultado. Por ejemplo, muchos entrenadores deportivos recomiendan medir el "best squat jump", es decir, el mejor salto en una serie de típicamente 3 saltos durante un breve período. Si la memoria del dispositivo lo permite, es posible programar el dispositivo de manera que recoja durante una única adquisición los datos de varias pruebas consecutivas; el dispositivo puede luego ser programado para distinguir los tres saltos durante la secuencia de medición, y determinar por ejemplo automáticamente el mejor. Este tipo de prueba permite además determinar con ayuda de una única secuencia de datos de aceleraciones la fatiga o por el contrario la ganancia de distensión entre las pruebas consecutivas comparadas, y mostrar así otras informaciones interesantes relativas a la musculación del atleta.

La presente invención se refiere también a un sistema que comprende un dispositivo de medición 1 tal como el descrito arriba, asociado con un soporte de datos informáticos que comprende un programa informático para la unidad externa tal como un ordenador PDA ó un teléfono. El soporte de datos informáticos puede estar constituido por un CD-ROM, una memoria semi-permanente (Flash, EE-PROM, etc.), un disco duro, etc. El programa informático ejecutado permite, como se ha indicado anteriormente, comunicar con el dispositivo de medición 1 y efectuar cálculos suplementarios y mostrar en pantalla informaciones adicionales a partir de los datos recibidos.

Claims (29)

1. Procedimiento de evaluación de los valores fisiológicos musculares de los atletas (3) mediante pruebas cortas tales como levantamientos y/o saltos, que comprende las etapas siguientes:

fijación a una carga en movimiento (3; 2) durante la prueba, de un dispositivo de medición (1) amovible y autónomo eléctricamente, comprendiendo dicho dispositivo de medición un acelerómetro triaxial (14),

determinación de una secuencia de valores de aceleración (a(t)) sucesiva de dicha carga (3; 2) durante dicha prueba;

inmediatamente al final de dicha prueba, indicación en una pantalla (11) del dispositivo de al menos una magnitud representativa de dicha capacidad muscular y determinada a partir de dicha secuencia de valores de aceleración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende una etapa de conversión de la secuencia de aceleraciones según tres ejes proporcionada por dicho acelerómetro tri-eje (14) en una secuencia de aceleración según la dirección de desplazamiento presumida de dicha carga.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende una etapa (201) de selección inicial del tipo de prueba en una lista que comprende por lo menos:

levantamiento de carga;

salto del atleta;

dependiendo la determinación de dicha magnitud visualizada de la elección del tipo de prueba.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el cual dicha lista incluye al menos las pruebas siguientes:

levantamiento de carga;

squat jump y/o countermovement jump;

drop jump.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una etapa (201) de introducción de por lo menos un parámetro de la prueba entre los parámetros siguientes:

peso de dicha carga,

altura de salto,

peso del deportista.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el cual el parámetro a introducir depende del tipo de prueba seleccionado.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 6, en el cual la selección de la magnitud visualizada depende del tipo de prueba seleccionado.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 7, en el cual el método de cálculo de la magnitud visualizada depende del tipo de prueba seleccionado.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual dicha magnitud visualizada es determinada teniendo en cuenta un conocimiento a priori de la forma de al menos una porción de dicha secuencia de aceleración (a(t)).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el cual dicha al menos una magnitud visualizada comprende por lo menos una magnitud proporcional a la potencia máxima desplegada por dicho atleta (3) durante la prueba.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, siendo dicha potencia máxima una potencia instantánea (da/dt) máxima.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, siendo dicha potencia máxima una potencia máxima durante un intervalo de tiempo (\DeltaT) de duración predeterminada correspondiente a varios instantes de muestreos.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, siendo dicha potencia máxima una potencia máxima durante un intervalo de tiempo (\DeltaT) entre dos instantes claves (T_{i}) de la prueba.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende una etapa (209) de determinación automática de al menos un instante clave (T_{i}) o una duración clave (\DeltaT) de la prueba a partir de dicha secuencia de valores de aceleración (a(t)),

siendo determinada dicha magnitud visualizada teniendo en cuenta al menos un dicho instante clave o duración clave.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el cual la determinación de dicho instante clave o de dicha duración clave depende del tipo de prueba seleccionado.

16. Procedimiento según la reivindicación 14, en el cual la determinación de dicho instante clave (T_{i}) o dicha duración clave (\DeltaT) son visualizadas en dicha pantalla.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 16, que comprende una etapa de cálculo (209) y de visualización (210) al final de dicha prueba de la tasa máxima de incremento de la fuerza.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, en el cual dicha al menos una magnitud visualizada comprende por lo menos una magnitud proporcional a la velocidad máxima de dicha carga durante la prueba.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, en el cual una secuencia de valores de aceleración (a(t)) y/o de los datos calculados a partir de estos valores de aceleración es transmitida a un dispositivo de tratamiento externo para el cálculo y visualización de otras magnitudes o gráficos representativos de dicha capacidad muscular.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 19, que comprende una etapa de determinación (204) de la dirección vertical mediante las indicaciones proporcionadas por dicho acelerador triaxial (14).

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 20, en el cual dicha prueba es un salto, en el cual un parámetro proporcional a la masa (m) del atleta (3) se introduce en dicho dispositivo (1), en el cual dicho dispositivo (1) está fijado a la cintura o al tronco del atleta (3), en el cual la dirección vertical se determina antes del salto a partir de las indicaciones de dicho acelerómetro (14) parado antes del salto, y en el cual dicha cantidad visualizada está destinada a estimar la explosividad del atleta.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 21, en el cual dicha prueba es un levantamiento de peso (2), en el cual un parámetro proporcional al peso levantado es introducido en dicho dispositivo, en el cual dicho dispositivo está montado de manera amovible a fin de desplazarse con dicha carga, en el cual la dirección vertical se determina antes del levantamiento a partir de las indicaciones de dicho acelerómetro parado, y en el cual dicha magnitud visualizada está destinada a estimar la potencia del atleta.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 22, en el cual la duración de dicha prueba es inferior a 10 segundos, y en el cual un citado valor de aceleración es medido al menos cada 1/100a de segundo.

24. Dispositivo de medición (1) para la aplicación de un procedimiento de evaluación de los valores fisiológicos musculares de los atletas, que comprende:

medios de fijación amovibles (12) que permiten fijar dicho dispositivo a la carga desplazada (3; 2),

medios de alimentación eléctrica autónomos (15),

una pantalla (11)

un acelerómetro (14) para proporcionar una secuencia de aceleraciones (a(t)) según el eje de desplazamiento de la carga, comprendiendo dicha secuencia por lo menos 100 mediciones por segundo durante una duración comprendida entre 1 y 10 segundos,

medios de tratamiento informático (16), para determinar al final de la prueba, a partir de dicha secuencia de aceleraciones, al menos una magnitud representativa de la capacidad muscular del atleta y para mostrar esta magnitud en dicha pantalla (11),

caracterizado porque el acelerómetro es triaxial.

25. Dispositivo según la reivindicación 24, que comprende además medios de conexión amovibles (162, 19) hacia un ordenador, un PDA y/o un ordenador externo.

26. Dispositivo según una de las reivindicaciones 24 ó 25, que comprende además medios de selección del tipo de ejercicio realizado entre una lista de varios ejercicios posibles.

27. Dispositivo según una de las reivindicaciones 24 a 26, en el cual dichos medios de fijación amovibles (12) están destinados a fijar dicho dispositivo a la cintura y/o al tronco del atleta.

28. Dispositivo según la reivindicación 27, teniendo dicho acelerómetro triaxial (14) por lo menos un eje de medición privilegiado cuyos resultados de medición están afectados por un error menos importante que los del peor de los otros dos ejes,

estando dispuestos dichos medios de fijación amovibles (12) para fijar dicho dispositivo (1), alineando sustancialmente dicho eje de medición privilegiado con la dirección vertical.

29. Sistema que comprende un dispositivo según una de las reivindicaciones 25 a 28 y un soporte de datos informáticos que comprende un programa informático destinado a ser ejecutado por una unidad de tratamiento externo para mostrar magnitudes suplementarias a partir de los datos medidos por dicho dispositivo.