WO2008145654A1 - Verfahren zur automatischen registrierung der physischen leistungsfähigkeit eines probanden - Google Patents

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WO2008145654A1
WO2008145654A1 PCT/EP2008/056490 EP2008056490W WO2008145654A1 WO 2008145654 A1 WO2008145654 A1 WO 2008145654A1 EP 2008056490 W EP2008056490 W EP 2008056490W WO 2008145654 A1 WO2008145654 A1 WO 2008145654A1
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Nikolai Marinow
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Nikolai Marinow
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
    • A61B5/222—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus combined with detection or measurement of physiological parameters, e.g. heart rate

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for automatically determining the physical capability of a healthy subject according to the attached claims 1 and 29.
  • the object of the present invention is to measure the physical performance of healthy volunteers by a noninvasive method, which can then be used to derive a training program using a new way of adding standard ECG / ST segment measurement healthy volunteers, which will increase as the Bela increases the change in heart contractility as a function of heart rate or time, in order to assess training progress and fitness status.
  • This method makes it possible to individually and precisely select the best possible load or duration, so that an optimal training program leads to the desired success after a short time. Both the method and the apparatus can be automated, i. be carried out without human intervention.
  • the gold standard for determining physical performance is the measurement of the aerobic capacity limit - the lactate threshold. Their measurement is sometimes difficult because the threshold is individually different. Reliable measurements are usually limited to sports medical facilities that have stationary equipment. These provide accurate results, but the removal of capillary blood is required. Since the lactate accumulation is time-dependent, the increase rate is often determined with two measurements at intervals of a few minutes under the same load. The for Hobby athletes available hand-held measuring devices for lactate require expensive Messtsammlung and are much less common than, for example, the famous heart rate monitor.
  • the presented invention is based on a non-invasive method that requires only little metrological effort. It provides reliable, reproducible results across the aerobic power limit.
  • the basic principle is that the heart muscle is not only very sensitive to oxygen deficiency, but also to increased lactic acid concentration (due to overloading of the peripheral muscles when exceeding the lactate threshold). Acidification affects the heart via the run and causes a weakening of contractility.
  • HMV cardiac output
  • HR heart rate
  • SV stroke volume
  • HMV HF x SV (measured in liters / minute).
  • the heart affects SV via the slope of contractility (e.g., sympathetic tone or norepinephrine), causing a smaller end systolic volume (ESV) - d. H. less blood remains in the left ventricle (L V) at the end of systole.
  • ESV end diastolic volume
  • the HF is given by the sinus node and modulated by the autonomic nervous system (sympathetic and catecholamines).
  • the HF is influenced not only by physical effort, but also by emotional stress, coffee, alcohol, infection and is subject to certain fluctuations.
  • a heart rate monitor only provides approximate orientation values, since HF fluctuations can also be dependent on the form of the day and the time of day.
  • contractility and HR growth This relationship is referred to as the force frequency regulation.
  • a contraction index Icont is defined. This serves as an indicator for the transition from the stationary to the transient state, caused by the crossing of the lactate threshold.
  • the index is calculated for an allocated time interval from the previous state by means of quotient formation (ST difference, AST in relation to the HF difference, OHF).
  • ST difference quotient formation
  • AST in relation to the HF difference
  • OHF HF difference
  • contractility increase associated with SV increases is achieved in physical work or sports through the use of large muscle groups.
  • contractility is the second major cardiodynamic parameter of cardiac adaptability under physical stress.
  • HR and contractility increase relative to rest.
  • At low exercise contractility increases flat (HR -100 / min), then steeper with further increase in exercise.
  • the contractility has a direct impact on the pumped SV to any computer. Contractility of the heart is the ability to develop relevant force and velocity of contraction at any muscle fiber length. The slope of the contractility directly influences the pressure-volume diagram (FIG. 1); in which EDP, ESV, SV and contractility are graphically represented.
  • the change in contractility caused by increasing physical stress can be assessed by ECG / ST segment measurement with standard monitoring (and preferably multiple ECG derivation).
  • the contraction index Icont is measured, which represents a measure of the ST reduction in relation to the increase in the HF for an allocated time interval.
  • Increasing index amount results from an effective pumping behavior, i. at higher load, the ST sinking increases, compared to relatively low slope of the HF.
  • This principle is used to assess physical performance and to create an individualized exercise plan.
  • an automatic system for the test control, evaluation of the measurement data and creation of the plan is designed (FIG 2).
  • the subject 10 is subjected to a stress test on the ergometer 12.
  • the associated control for carrying out the test procedure (sample of the suitable test profile, load, test duration, etc.) is carried out via control unit 11, which controls the ergometer 12.
  • Subject 10 is connected to an ECG monitor 13.
  • the monitor carries out measurements of the individual parameters (HF, ST distance).
  • This is connected to the ST analyzer 14 via a data output interface.
  • All measured quantities are stored, averaged, artifacts filtered and the measured data analyzed.
  • the evaluation contains ST changes, HF, load data (including comparisons to previous load tests).
  • the result is displayed and given to a registration unit 15, which generates a graphical (or tabular) representation - an expression of the stress diagram.
  • ST segment measurements are now performed in medical examinations, for example, in the diagnosis of coronary artery disease (vessel deposits) in the Stress Test ECG or in intensive care in patient monitoring. Changes occurring are in the order of 2.0 ... 4. Omm (0.2..0.4mV) and run parallel or with decreasing ST segment to the isoelectric line; measured at 60 ms (or 80ms) after the J-point; in contrast to the ascending ST segment in healthy individuals during physical stress.
  • the normal ECG change in healthy individuals during physical exercise is shown in FIG. 3 (rest: solid curve with P, Q, R, S, J, T stress: dashed curve with P ', Q, R, S, J', T ').
  • the PQ and JT duration is frequency-dependent and changes under load (to P'Q or FT ').
  • the QRS duration is frequency independent
  • Catecholamines and elevated extracellules [Ca 2 + ⁇ ] are caused by the dehydration of the cells [[CCaa 22 ++ ]] and thus by a decrease in the contractile force. This process is controlled by the autonomic nervous system.
  • heartbeat classification is used.
  • the processing by the corresponding algorithm of the monitor includes the application of special ST filters, a beat selection and statistical analysis, the calculation of the ST segment reduction or ST segment elevation and the curve representation.
  • the determined ST data appear as numeric value on the standard display and can be called up via the Data Export Interface. A positive value indicates an increase, a negative value indicates a decrease of the ST segment.
  • Phase 1 (FIG. 4) is determined by a slight increase in contractility under slight physical stress (A); HF: rest until -100 / min. This range covers the daily range of action with favorable energy requirements.
  • A physical stress
  • HF rest until -100 / min. This range covers the daily range of action with favorable energy requirements.
  • B, C load
  • the contractility increases more than the HF (Icont increases in amount).
  • the contractility increases with the load depending on the fitness state. This is the usual workspace for endurance sports.
  • phase 2 a balance of lactate production and degradation sets in under sustained loading.
  • the contractility is maintained with small fluctuations (Icont is constant). Only near the anaerobic threshold - the end of phase 2, the contraction flattens before a maximum is reached. At a load below this point, an effective pumping power for endurance training with optimal training effect at relatively high contractility and comparatively low HF results.
  • phase 1 In the untrained, the contractility with resulting SV increases moderately.
  • the flat increase in phase 1 passes into phase 2 (FIG. 6) and is lower than that of a trained person (amount: Icont is smaller and unsteady even at low load). This is expressed by a rapid increase in the HF, which reaches high values at low load.
  • the contractile force of the untrained volunteer falls again after a relatively short time due to acidification (Icont: negative).
  • FIG. 7 Block diagram for the individual measurement of the physical performance of a subject - FIG. 7
  • the subject identification is read in via the input unit 18.
  • a subject profile 19 is automatically created.
  • the existing, individual profile is called.
  • step 1 of the measurement the resting ST values 17r (reference measuring points) are determined with the ECG monitor 13. These are compared with the existing ST values and stored again in the subject profile 19. To carry out the test, a suitable test profile or stress pattern is selected on the basis of fitness criteria and the previous training plan (or at the first test by assessment based on the anamnesis).
  • Step 2 is executed via the load controller 11.
  • the previously selected test profile (a) - increasing load or (b) - endurance test (dashed line) is traversed.
  • the load ST values 17a and 17b, associated HF are recorded and the difference to the rest ST values 17r is formed.
  • the difference values are stored and averaged over the different derivatives.
  • artifact filtering and calculation by the ST analysis algorithm 20 takes place.
  • the result d evaluation is displayed on the display 21 in the form of a graphic (or tabular representation - the load diagram) (including comparisons to possible previously recorded tests).
  • An expression of the generated stress diagram 22 can then be created.
  • a training program recommendation 23 follows on the basis of the measurement.
  • FIG. 8 Subject 1, Figure 8-1; Loading profile (4 steps, 8 min / step allows two lactate measurements at the same load level).
  • Figure 8-2 Representation of filtered ST reduction as a function of HF with increasing load (maximum before 150W).
  • Fig 8a Subject 1, Figure 8 -1 Stress profile (as above), Figure 8-3 Contraction index is stable at 50 or 100 watts, decreases dynamically at 150W and becomes negative at 200W
  • Figure 9 Subject 1, Figure 9-1 ; Lactate values depending on the HF each two measurements at the same load level.
  • Fig. 9-2 shows increased slew rate at 150W
  • Fig. 9-3 Fig. 8-3
  • Fig. 9-2 show the threshold crossing between 100-150W
  • Fig 10 Subject 2
  • FIG 10-1 Load profile (6 steps, 4 min / step, one lactate measurement / step, Figure 10-2) Filtered ST depression as a function of HF with increasing load (maximum at HF 125, 135 W and lactate threshold 3.0 mmol / 1)
  • FIG 10a Subject 2, Figure 10- 1 Stress (as before), Figure 10-3.
  • the contraction index is stable in steps 30, 65 and 100W and becomes smaller at 135 W, then decreases steadily
  • FIG 11 subject 2, Figure 11-1 load profile at 60, 80 and 100W for endurance test, Figure 11-2 shows ST reduction as a function of time, contractility drop - arrow (1) after 9 min at 100W; Arrow (2) after 15min at 80W, is relatively constant at 6OW
  • FIG 12 Fig. 12-1 load profile (6 steps, 4min / step no lactate measurement),
  • FIG. 12 -2 shows a local maximum of the ST depression for three trained subjects
  • FIG. 13 Figure 13-1 Stress profile (6 levels, 4 min each for crosstrainer and bicycle)
  • Fig. 13-2 subject 2 qualitatively generates the same course with HF daily fluctuation
  • 14 Figure 14-1 Stress profile for endurance training
  • Figure 14-2 shows the training progress after 3 months in subject 2 for the same test (arrow in the direction of higher ST reduction or increase in contraction with lower HF)
  • FIG 15 Figure 15- 1 load profile (2 levels, 5 min), Figure 15-2, untrained subject 5 Appendix: EFFICIENCY CHART

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Abstract

Das Messverfahren dient der automatischen Erfassung der physischen Leistungsfähigkeit eines Probanden, vorzugsweise eines gesunden Probanden. Dazu wird dieser einem Belastungstest unterzogen, welcher ihm eine zunehmende Leistung des Herz-Kreislauf-Systems abverlangt. Während des Tests wird das EKG des Probanden abgeleitet und daraus die Veränderung der ST-Strecke registriert. Insbesondere wird eine ST-Absenkung im Verhältnis zum Zuwachs der Herzfrequenz für ein zugeteiltes Zeitintervall als Kontraktionsindex bestimmt. Aus dem Verlauf dieser Veränderung lassen sich Rückschlüsse auf das physische Leistungsvermögen des Probanden ziehen. Dieses Leistungsvermögen kann dann zur Ermittlung einer Trainingsempfehlung genutzt werden. Die Belastung kann zum Beispiel mit einem Ergometer erfolgen, welches ein stufenförmig ansteigendes Belastungsprofil realisiert.

Description

Verfahren zur automatischen Registrierung der physischen Leistungsfähigkeit eines Probanden
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der physischen Leistungsfähigkeit eines gesunden Probanden nach den beiliegenden Ansprüchen 1 und 29. Ein Verfahren, bei dem der Laktatwert blutig ermittelt wird und daraus auf die maximal verträgliche Herzfrequenz von Post-Infarktpatienten geschlossen wird, ist aus Brodie, D. A. et al., „Age-related heart rate thresholds to optimize aerobic training in cardiac rehabilitation" bekannt. Brodie et al. verwenden auch die ST- Absenkung im Elektrokardiogramm, um das Einsetzen von Ischämie zu beurteilen. Im Gegensatz hierzu hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die physische Leistungsfähigkeit von gesunden Probanden mittels einer nichtinvasiven Methode zu messen; hieraus kann dann auch ein Trainingsprogramm abgeleitet werden. Sie verwendet hierzu einen neuen Weg, um die Standard-EKG/ST-Segment-Messung bei gesunden Probanden zu nutzen. Dabei wird die bei steigender Belastung bzw. Belastungsdauer hervorgerufene Änderung der Herzkontraktilität in Abhängigkeit der Herzfrequenz bzw. Zeit gemessen, um den Trainingsfortschritt und Fitnesszustand zu beurteilen. Diese Methode ermöglicht es, individuell und präzise die bestmögliche Belastung bzw. Dauer zu wählen, damit ein optimales Trainingsprogramm nach kurzer Zeit zum gewünschten Erfolg führt. Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung können automatisiert, d.h. ohne menschliche Eingriffe durchgeführt werden.
1. Ansatz
Bis heute ist der Gold-Standard zur Bestimmung der physischen Leistungsfähigkeit die Messung der aeroben Kapazitätsgrenze - die Laktatschwelle. Deren Messung ist zuweilen schwierig, da der Schwellenwert individuell unterschiedlich ist. Zuverlässige Messungen sind meist auf sportmedizinische Einrichtungen beschränkt, die stationäre Geräte haben. Diese liefern genaue Ergebisse, allerdings ist die Entnahme von Kapillarblut erforderlich. Da die Laktatakkumulation zeitabhängig ist, wird oft die Zunahmegeschwindigkeit mit zwei Messungen im Abstand von wenigen Minuten bei gleicher Belastung ermittelt. Die für Hobbysportler erhältlichen Handmessgeräte zur Laktatbestimmung benötigen teure Messtreifen und sind deutlich weniger verbreitet als z.B. die berühmte Pulsuhr.
Die vorgestellte Erfindung beruht auf einer nicht-invasiven Methode, die nur geringen messtechnischen Aufwand benötigt. Sie liefert zuverlässige, reproduzierbare Ergebnisse über die aerobe Leistungsgrenze. Das Grundprinzip liegt darin, dass der Herzmuskel nicht nur auf Sauerstoffmangel sehr sensibel reagiert, sondern auch auf erhöhte Milchsäurekonzentration (bedingt durch Überlastung der peripheren Muskulatur beim überschreiten der Laktatschwelle). Übersäuerung beeinflusst das Herz über den Keislauf und bewirkt eine Abschwächung der Kontraktilität.
Physiologischer Hintergrund:
Auf Belastung reagiert das Herz-Kreislauf-System u.a. mit einer Erhöhung des Herzminutenvolumens (HMV). Sowohl die Herzfrequenz (HF) als auch das Schlagvolumen (SV) steigen an. Für letzteres ist die Zunahme der Kontraktilität maßgebend, die sich in einer relativen Muskellängenänderung/Verkürzungsfraktion am Ende einer Systole imVerhältnis zum Ende der dazugehörenden Diastole darstellt (mit höherer Druckanstiegsgeschwindigkeit in der isovolumetrischen Phase).
Zwei Faktoren bestimmen das Herzminutenvolumen: HMV = HF x SV (gemessen in Liter/Minute).
Das Herz beeinflusst das SV über die Steigung der Kontraktilität (z.B. Sympathikustonus bzw. Noradrenalin), was ein kleineres End Systolisches Volumen (ESV) bewirkt - d. h. weniger Blut verbleibt im linken Ventrikel (L V) am Ende der Systole. Ein höheres Schlagvolumen (SV) ist die Folge, da bei gleichem End Diastolischen Volumen (EDV) - Blutfüllmenge am Ende der Diastole durch den Rückfluss aus der Perepherie, SV = EDV - ESV, das SV grösser wird, bei kleiner werdendem ESV Die beiden Stellgrössen des Herzens zur Steigerung des HMV sind also:
- HF und
- Kontraktion, beide wirken zusammen. Steigerung der HF bewirkt auch eine Steigerung der globalen Herzkontraktilität (Zusammenhang gilt, bevor die Laktatschwelle überschritten wurde).
Bei konstanter Belastung stellt sich ein Gleichgewicht vom Milchsäureproduktion und Abbau (u.a. durch die Leber) ein. Erreicht die Belastung die aerobe Leistungsgrenze, wird das Gleichgewicht gestört, weil mehr Milchsäure produziert wird als abgebaut werden kann. Die Folge ist eine stetig wachsende Milchsäurekonzentration im Blut. Letztere bewirkt ein mangelndes Vermögen des Herzens, sich in der Diastole zu entspannen, was zunächst eine Verringerung des End Diastolischen Volumens (EDV) zur Folge hat. Mit weiter steigender Kontraktilität (unter erhöhtem Sauerstoffbedarf) bleibt das sich ergebende Schlagvolumen für eine gewisse Zeit konstant. Wenn im weiteren Verlauf die Milchsäurekonzentration ungebremst ansteigt, sinkt die Kontraktilität ab und die geringere Kontraktionskraft verursacht wieder ein höheres ESV (Folge: das SV sinkt). Diese Zusammenhänge fasst ein Wirkungsdiagramm im Anhang zusammen.
Beim Gesunden wird die HF durch den Sinusknoten vorgegeben und über das autonome Nervensystem (Sympathikus und Catecholamine) moduliert. Die HF wird nicht nur durch physische Anstrengung, sondern auch von emotionalen Stress, Kaffee, Alkohol, Infektion beeinflusst und unterliegt gewissen Schwankungen. Eine Pulsuhr liefert nur annähernde Orientierungswerte, da HF Schwankungen auch von der Tagesform und der Tageszeit abhängig sein können. Es besteht allerdings ein charakteristischer Zusammenhang zwischen Kontraktilität und HF Zuwachs. Dieser Zusammenhang wird als die Kraft Frequenz Regulation (force frequency regulation) bezeichnet. Um Schwankungen der HF zu eliminieren, wird ein Kontraktionsindex Icont definiert. Dieser dient als Indikator beim Übergang vom stationären in den instationären Zustand, verursacht durch das Überschreiten der Laktatschwelle.
Icont = dST/dHF
Der Index wird für ein zugeteiltes Zeitintervall gegenüber dem vorhergehenden Zustand mittels Quotientbildung (ST-Differenz; AST im Verhältnis zur HF Differenz; OHF) berechnet. Ausgangspunkt ist das stationäre Gleichgewicht des Ruhezustandes. Bei der ersten Belastungsstufe kann über den Verlauf von Icont geschlossen werden, ob sich ein neues stationäres Gleichgewicht einstellt. In diesem Fall wird ein neuer Mittelwert (ST and HF) gebildet. Dieser ist Ausgangpunkt bei der Berechnung des Verlaufs von Icont auf der nächst höheren Belastungsstufe. Deutet der Verlauf auf einen instationären Zustand, ergeben sich die Werte für Icont aus den Differenzen der zugeleilten Zeitintervalle. Ein stabiler Index ist Ausdruck effektiven Pumpverhaltens, wenn bei Belastungs-steigerung die ST Ansenkung anwächst, gegenüber einer nur geringen Steigung der HF.
Eine Kontraktilitätszunahme, die mit Erhöhung des SV einhergeht, wird bei physischer Arbeit bzw. Sport durch die Nutzung grosser Muskelgruppen erreicht. Neben der HF ist die Kontraktilität der zweite wichtige cardiodynamische Parameter von Bedeutung für die Anpassungsfähigkeit des Herzens bei physischer Belastung Bei steigender Belastung nehmen HF and Kontraktilität gegenüber Ruhe zu. Bei geringer Belastung steigt die Kontraktilität flach an (HF -100/min), mit weiterer Zunahme der Belastung dann steiler.
Bei physischer Belastung wird der Anstieg des SV durch zwei Dinge beeinflusst:
1): Durch steigenden venösen Rückfluss (Muskel Pumpe, Atmung) erzeugt, nach dem Gesetz von Frank/S tarling, die geringfügig zunehmende Dehnung der Muskelfaserlänge eine kraftvollere Kontraktion (gestrichelte Linie im Wirkungsdiagramm). Steigung des Zentral venösen Drucks (ZVD) ist verbunden mit erhöhtem Kammerdurck am Ende der Diastole. Das bewirkt eine höhere Geschwindigkeit und Kraft der Kontraktion in der darauffolgenden Systole - d.h. geringe Erhöhung des End Diastolischen Volumens (EDV) resultiert in Steigerung des SV - passive Komponente der Kontraktilität
2): Die Kontraktilität hat direkten Einfluss auf des gepumpte SV zu jedem beliebigen EDV. Kontraktilität des Herzens ist die Fähigkeit, relevante Kraft und Geschwindigkeit der Kontraktion bei jeder beliebigen Muskelfaserlänge zu entwickeln. Die Steigung der Kontraktilität beeinflusst direkt das Druck-Volumen Diagramm (FIG 1); in dem EDV, ESV, SV und Kontraktilität graphisch dargestellt werden. Herzarbeit des LV in Ruhe: A, B, C, D (gepunktete Fläche, Pfeile in Durchlaufrichtung) mit (3)- EDV, (4) ESV; Herzarbeit des LV bei Belastung: G, H, C, D mit (5) - ESV unter Belastung, Gerade (1) ist die Kontraktilität bei Ruhe deren Steigung = 1.0 entspricht , Gerade (2) ist die Kontraktilität bei Belastung deren Steigung > 1.0 - aktive Komponente der Kontraktilität Weil sich aktive und passive Komponente der Kontraktilität im Druck- Volumen-Diagramm addieren, beeinflusst die Erhöhung der Kontraktilität direkt die Steigung des SV. Die Messung der Kontraktilität ist entscheidend zur Beurteilung der physiologischen Leistungsfähigkeit. Deshalb sollte diese zusammen mit der HF gemessen werden.
2. EKG/ST Segment Messung während physischer Belastung bei Gesunden
Bei Gesunden kann die durch steigende physische Belastung hervorgerufene Änderung der Kontraktilität über eine EKG/ST Segment Messung mit Standard Monitoring (und vorzugsweise mehrfach EKG Ableitung) beurteilt werden. Dazu wird der Kontraktionsindex Icont gemessen, welcher ein Mass der ST Absenkung im Verhältnis zum Zuwachs der HF für ein zugeteiltes Zeitintervall darstellt. Steigender bzw. konstanter Indexbetrag resultieren aus einem effektiven Pumpverhalten, d.h. bei höherer Belastung nimmt die ST Ansenkung zu, gegenüber relativ geringer Steigung der HF.
Dieses Prinzip wird zum Beurteilen der physischen Leistungsfähigkeit und zum Erstellen eines individuellen Trainingsplans genutzt. Dazu wird ein automatisches System für die Teststeuerung, Auswertung der Messdaten und Erstellen des Plans entworfen (FIG 2).
Hierbei wird der Proband 10 einem Belastungstest auf dem Ergometer 12 unterzogen. Die dazugehörige Steuerung zur Durchführung des Testablaufs (Muster des geeigneten Testprofils, Belastung, Testdauer, etc.) wird über Steuergerät 11 vorgenommen, welches das Ergometer 12 steuert. Proband 10 ist dabei an einen EKG Monitor 13 angeschlossen. Der Monitor führt Messungen der einzelnen Parameter (HF, ST-Strecke) durch. Dieser ist über ein Datenausgabeinterface mit dem ST Analysegerät 14 verbunden. Hier werden alle Messgrössen gespeichert, gemittelt, Artefakte gefiltert und die Messdaten analysiert. Die Auswertung enthält ST- Änderungen, HF, Belastungsdaten (u.a. auch Vergleiche zu vorherigen Belastungstests). Das Ergenis wird angezeigt und an eine Registriereinheit 15 gegeben, die eine graphische (oder tabellarische) Darstellung - einen Ausdruck des Belastungsdiagramms erzeugt.
Die ST Segment Messung:
Normalerweise werden heute ST Segment Messungen in medizinischen Untersuchungen z.B. bei der Diagnose von Koronargefässerkrankungen (Gefässablagerungen) im Stress Test EKG oder in der Intensivmedizin bei der Patienten-Überwachung durchgeführt. Auftretende Änderungen sind in der Grössenordnung von 2.0...4. Omm (0,2..0,4mV) und verlaufen parallel oder mit abfallendem ST Segment zur isoelektrischen Linie; gemessen bei 60 ms (oder 80ms) nach dem J-Punkt; im Gegensatz zum aufsteigenden ST Segment bei Gesunden während physischer Belastung.
Bei fortgeschrittener Erkrankung können ST Änderungen aufgrund stark zunehmender Gefässverschlüsse beobachtet werden. Die mangelnde Blutversorgung (Ischämie) des betroffenen Herzgewebes resultiert in einer Hypoxie, was zur Abschwächung oder zum Zusammenbrechen der Aktionspotentiale (AP) lokaler Herzmuskelzellen führt - abnehmendes Plateau, sinkende Amplitude.
Bei Gesunden, die keine oder nur geringe Ablagerungen haben, kann davon ausgegangen werden, dass ST Absenkungen nicht durch Ischämie des Herzgewebes entstehen, zumal wenn man bedenkt, dass die Durchblutung in den Koronarien bei physicher Belastung auf das 4-5 fache ansteigt. In der Literatur wurde bisher über ST Absenkungen bei Gesunden berichtet, die deutlich geringer ausfallen. Diese wurden bis vor kurzem noch als - false positive bezeichnet. Die Änderungen treten global (d.h. in allen Ableitungen) auf und sind deutlich geringer ausgeprägt. Mit verbesserter Messtechnik heute, gelten in der neuesten Literatur ST Absenkungen bei Gesunden als normal' und sind klar beschrieben (Cardiopulmulate Funktionsdiagnostik S 274 /H.Lällgen - Verlag Novaris - 4. Auflage).
Die normale ECG Änderung bei Gesunden während physicher Belastung ist in FIG 3 dargestellt (Ruhe: durchgezogene Kurve mit P, Q, R, S, J, T - Belastung: gestrichelte Kurve mit P',Q, R, S, J', T'). Die PQ und JT- Dauer ist frequenzsabhängig und ändert sich bei Belastung (zu P'Q bzw. FT'). Die QRS - Dauer ist frequenzunabhängig
EKG Änderungen bei Belastung:
J-Punkt Absenkung unterhalb der isoelektrischen Linie (J') positive aufsteigendes ST Segment, schneidet die Isoelektrische bei ca. ~80ms nach
(J')
Belastungsabhängige ST Absenkung Anstieg der HF und Kontraktilität Calciumeinstrom ist verantwortlich für Steigerung der Herzkontraktilität
Bei der Kopplung von Erregung und Kontraktion spielt Calcium eine Schlüsselrolle. [Ca 2+] Einstrom in Phase 2 (des AP) triggert Kontraktion der Herzmuskelzellen. Das AP steuert
Kraft und Dauer der Einzelkontraktion. Catecholamine und erhöhtes extracellules [Ca 2+η ] sstteeiiggeerrnn ddaass ZZeellllppllaassmmaa [[CCaa22++]] uunndd ddaammiitt ddiiee EEnnttwwiicckkllung der Kontraktionskraft. Dieser Vorgang wird über das autonome Nervensystem gesteuert.
Je höher die intrazelluläre Ca2+-Konzentration, desto mehr Querbrücken zwischen Aktin und Myosin werden aktiviert, und desto stärker ist die Kontraktion. Das isometrische Kraftmaximum nimmt damit zu, aber auch die Geschwindigkeit der Kontraktion (bei isotonischer Kontraktion) und die Druckanstiegsgeschwindigkeit (bei isovolumetrischer Kontraktion) wachsen an. Jede Förderung des Ca- Einstroms während Erregung, z.B. die fördernde Wirkung von Noradrenalin auf die Calcium-Kanäle, wird das verfügbare Aktivierung scalcium - und damit die Kraft der Kontraktion - steigern, und zwar von Herzschlag zu Herzschlag zunehmend, bis wieder ein neues Gleichgewicht erreicht ist. So erklärt sich die positiv-inotrope Wirkung des Sympathikus.
3. ST Segment Messung unter Verwendung konventioneller Monitoring Technology (Stand der Technik)
Beschreibung der konventionellen ST Segment Messung anhand des HP Transport Monitors - M3046A (Standard Monitor Display) mit M3000A Messparameter Server. Der ST Messwert für jeden QRS Komplex (1) (FIG 3) entspricht dem vertikalen Abstand zwischen zwei definierten Messpunkten. Der als isoelektrischer Punkt definierte Bereich (2)/tl des EKG Komplexes liefert die Grundlinie für die Messung und der ST - Punkt (4)/t3 liefert den zweiten Messpunkt, wobei seine Position auf Bezug auf den J-Punkt (3)/t2 definiert wird.
Um sicherzustellen, dass nur normale und vorhofstimulierte Schläge analysiert werden, wird die Herzschlagklassifizierung verwendet. Die Verarbeitung durch den entsprechen-den Algorithmus des Monitors beinhaltet die Anwendung spezieller ST Filter, eine Schlagauswahl und statistische Analyse, die Berechnung der ST Segment Senkung bzw. ST Segment Hebung sowie die Kurvendarstellung. Die ermittelten ST Daten erscheinen als numerischer Wert auf dem Standard Display und sind über das Data Export Interface abrufbar. Ein positiver Wert zeigt eine Hebung, ein negativer Wert eine Senkung des ST Segments an.
4. Fitness bedingte ST Änderungen
Kontraktilitäts-Belastungsdiagramm verläuft bei Gesunden, normal Trainierten nach dem gleichen Grundprinzip. Die Phase 1 (FIG 4) ist bei leichter physischer Belastung (A) durch einen geringen Anstieg der Kontraktilität bestimmt; HF: Ruhe bis -100/min. Dieser Bereich deckt den täglichen Aktionsradius bei günstigem Energiebedarf ab. Bei höherer Belastung (B, C) in Phase 2 steigt die Kontraktilität stärker als die HF an (Icont nimmt betragsmässig zu). In dieser Phase steigt die Kontraktilität je nach Fitnesszustand mit der Belastung. Das ist der gewöhnliche Arbeitsbereich für Ausdauersport.
In Phase 2 stellt sich bei anhaltender Belastung ein Gleichgewicht von Laktat Produktion und Abbau ein. Dabei wird die Kontraktilität mit kleinen Schwankungen aufrecht erhalten (Icont ist konstant). Erst nahe der anaeroben Schwelle - Ende Phase 2 flacht die Kontraktion ab, bevor ein Maximum erreicht wird. Bei einer Belastung unterhalb dieses Punktes ergibt sich eine effektive Pumpleistung für Ausdauertraining mit optimalen Trainingseffekt bei relativ hoher Kontraktilität und vergleichsweise niedriger HF.
Bei weiterer Belastung (D) wird ein Kontraktilitätsmaximum in Phase 3 erreicht. Das davor gehaltene Gleichgewicht wird nun durch die Akkumulation von Laktat gestört (Icont fällt ab: wird zeitabhängig). Mobilisierung zusätzlicher Herzreserven erzeugt einen Maximalwert der Kontraktion. Wird in der Phase 3 dann das Maximum überschritten, hat man die aerobe Belastungsgrenze (Laktatschwelle) passiert. Diese ist von der Belastung bzw. Belastungsdauer abhängig und deshalb nur für kurzeitiges Schwellentraining geeignet (individuell verschieden).
Wenn bei Belastung (E) die Kontraktilität verglichen zum Maximalwert deutlich abfällt - (Icont wird negativ) Phase 4, ist man überlastet. Die periphere Muskulatur deckt zunehmend ihren Energiebedarf anaerob. Mit dem ungebremsten Zuwachs von Laktat tritt eine Übersäuerung ein, die erst dann wieder abfällt, wenn man eine Pause macht. Trainingsbedingte Steigerung der Kontraktilität (normal trainierte Personen)
Beim Fitnessfortschritt stellt sich ein geringerer Ruhepuls und eine geringere HF bei Belastung ein, bedingt durch Erhöhung der Kontraktilität (Betrag: Icont nimmt zu). Die Steigung geht bis zur sub max. HF (90% HFmax: ~ 17O...175/min). Bei einer bestimmten Dauerbelastung, der aeroben Schwelle (Laktatspiegel niedriger als bei Ruhe) bildet sich ein , lokales' Maximum - Icont aus. Bei Leistungsportlern fällt die Kontraktilität nicht ab, sondern steigt nach dem lokalen' Maximum weiter bis nahe HFmax an. Das Kontraktili- tätsplateau wird mit steigender Belastung zu HFmax verschoben (Verschiebung der Laktatschwelle; FIG 5: Kontraktilitäts Belastungsdiagramm - trainierter Proband)
Das ist darauf zurückzuführen, dass bessere Kapillardurchblutung und deutlich mehr Mitochondrien in der peripheren Muskulatur den angelieferten Sauerstoff nutzen (es findet keine Laktatakkumulation statt, die Kontraktionskraft ist nicht gedämpft) und die Blutfüllverhältnisse während der Diastole werden zugunsten der Erstphasenfüllung verschoben, was sich bei hoher Herzfrequenz günstig auswirkt.
Kontraktilität beim Untrainierten
Beim Untrainierten steigt die Kontraktilität mit resultierendem SV moderat. Der flache Anstieg in Phase 1 geht in Phase 2 über (FIG 6) und ist geringer gegenüber dem eines Trainierten (Betrag: Icont ist kleiner und schon bei geringer Belastung instationär). Das drückt sich durch einen schnellen Anstieg der HF aus, welche bei geringer Belastung hohe Werte erreicht. Bei hoher HF fällt nach relativ kurzer Zeit die Kontraktionskraft des untrainierten Probanden aufgrund eintretender Übersäuerung wieder ab (Icont: negativ).
Da die Übergangsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in den Muskelzellen (geringe Anzahl von Mitochondrien) langsam ist, kommt es bald in der Peripherie zum Sauerstoffmangel. Die Muskelzellen decken dann zunehmend ihren Energiebedarf anaerob, wobei vermehrt Laktat entsteht. Zunächst wirkt sich der erhöhte Milchsäurespiegel reduzierend auf das EDV aus. Der Herzmuskel kann nicht mehr vollständig entspannen und auch nicht mehr vollständig gefüllt werden. Das hat ein geringeres EDV zur Folge. Durch Mobilisieren weiterer Herzreserven wird die Kontraktionskraft für kurze Zeit aufrechterhalten, wobei sich schnell die Laktatkonzentration im Blut erhöht.
Mit weiterem Anstieg der Milchsäure fällt die Kontraktionskraft und das SV ab, da ESV wieder grösser wird. Das geringere SV bewirkt weitere Reduzierung der Sauerstoffzufuhr in die Peripherie. Der Zuwachs an Milchsäure hat einen exponentiellen Verlauf und das Herz pumpt zunehmend uneffizient. Um den anaerobischen Zustand zu vermeiden, sollte der Untrainierte öfter (mehrmals am Tag nur kurz) bei geringer Belastung trainieren.
Durchführung:
Blockdiagramm für die individuelle Messung des physischen Leistungsvermögens eines Probanden - FIG 7
Zunächst wird über die Eingabeeinheit 18 die Probandenidentifikation eingelesen. Bei einer Erstmessung wird automatisch ein Probandenprofil 19 angelegt. Bei einer Wiederholungsmessung wird das vorhandene, individuelle Profil aufgerufen.
Im Schritt 1 der Messung werden mit dem EKG Monitor 13 die Ruhe ST-Werte 17r (Referenzmesspunkte) bestimmt. Diese werden mit den vorhandenen ST Werten verglichen und im Probandenprofil 19 wieder gespeichert. Zur Durchführung des Tests wird ein geeignetes Testprofil, bzw. Belastungsmuster anhand von Fitnesskriterien und des vorrangegangenen Trainingsplans selektiert (oder beim Ersttest durch Einschätzung nach der Anamnese).
Der Schritt 2 wird über die Belastungs-Steuerung 11 ausgeführt. Dabei wird das vorher selektierte Testprofil (a)- steigende Belastung oder (b)- Ausdauertest (gestrichelte Linie) abgefahren. Während der Belastung werden die Belastungs-ST-Werte 17a bzw. 17b, dazugehörende HF aufgezeichent und die Differenz zu den Ruhe ST- Werten 17r gebildet. Die Differenzwerte werden gespeichert und über die verschiedenen Ableitungen gemittelt. Danach findet eine Artefaktfilterung und Berechnung durch den ST Analyse-algorithmus 20 statt. Das Ergebnis d Auswertung wird auf dem Display 21 in Form einer graphischen (oder tabellarischen Darstellung - das Belastungsdiagramm - angezeigt (u.a. auch mit Vergleichen zu möglichen vorher aufgenommenen Tests). Ein Ausdruck des erzeugten Belastungsdiagramms 22 kann dann erstellt werden. Anschliessend folgt anhand der Messung eine Trainingsprogramm Empfehlung 23.
Probanden Messer gebnisse:
FIG. 8: Proband 1, Bild 8-1; Belastungsprofil (4 Stufen, 8 min/ Stufe ermöglicht zwei Laktatmessungen auf der gleichen Belastungsstufe). Bild 8-2 Darstellung gefilterte ST- Absenkung in Abhängigkeit der HF bei steigender Belastung (Maximum vor 150W). Abb 8a: Proband 1, Bild 8 -1 Belastungsprofil (wie oben), Bild 8-3 Kontraktionsindex ist bei 50 bzw. 100 Watt stabil, nimmt bei 150W dynamisch ab und wird bei 200W negativ FIG 9: Proband 1, Bild 9-1; Laktatwerte in Abhängikeit der HF jeweils zwei Messungen auf der gleichen Belastungsstufe. Bild 9-2 zeigt bei 150W erhöte Anstiegsgeschindigkeit Abb 9a: Bild 8-3 und Bild 9-2 zeigen die Schwellenüberschreitung zwischen 100-150W Abb 10: Proband 2, Bild 10-1; Belastungsprofil (6 Stufen, 4min/Stufe, je eine Laktat- messung/Stufe, Bild 10-2 Darstellung gefilterte ST- Absenkung in Abhängigkeit der HF bei steigender Belastung (Maximum bei HF 125; 135W und Laktatschwelle 3,0 mmol/1) FIG 10a: Proband 2, Bild 10- 1 Belastung (wie zuvor), Bild 10-3 Kontraktionsindex ist in Stufe 30, 65 und 100W stabil und wird bei 135 W kleiner, nimmt dann stetig ab
FIG 11: Proband 2, Bild 11-1 Belastungsprofil bei 60, 80 und 100W für Ausdauertest, Bild 11-2 zeigt ST Absenkung in Abhängigkeit der Zeit, Kontraktilitätsabfall - Pfeil (1) nach 9 min bei 100W; Pfeil (2) nach 15min bei 80W, ist relativ konstant bei 6OW FIG 12: Bild 12-1 Belastungsprofil (6 Stufen, 4min/Stufe keine Laktatmessung),
Bild 12 -2 zeigt ein lokales Maximum der ST Absenkung bei drei trainierten Probanden FIG 13: Bild 13-1 Belastungsprofil (6 Stufen, 4min jeweils für Crosstrainer u. Fahrrad) Bild 13-2, Proband 2 generiert qualitativ den gleichen Verlauf mit HF Tagesschwankung FIG 14: Bild 14-1 Belastungsprofil für Ausdauertraining, Bild 14-2 zeigt den Trainings-fortschritt nach 3 Monaten bei Proband 2 für den gleichen Test (Pfeil in Richtung höherer ST Absenkung bzw. Kontraktionssteigerung bei geringerer HF) FIG 15: Bild 15- 1 Belastungsprofil (2 Stufen, 5 min), Bild 15-2, untrainierter Proband 5 Anhang: WIRKUNGSDIAGRAMM
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Ermittlung der physischen Leistungsfähigkeit eines Probanden ohne invasive Messung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Detektion des Elektrokardiogramms (EKG) undieder der Herzfrequenz des Probanden in einem ersten Belastungszustand, der auch ein Ruhezustand sein kann, b) Detektion der ST- Absenkung im Elektrokardiogramm, c) Ermittlung des Elektrokardiogramms und der Herzfrequenz zusammen mit der zugehörigen ermittelten ST-Absenkung, d) mindestens einmalige, vorzugsweise jedoch mehrmalige Wiederholung der Schritte a) bis c) in einem oder mehreren weiteren Belastungszuständen, die sich vorzugsweise von dem ersten Belastungszustand und bevorzugt auch voneinander unterscheiden, e) Ausgabe der mit der Herzfrequenz korrelierten ST-Absenkung als Maß der Herzkontraktilität in den verschiedenen Belastungszuständen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Detektion des Maximums der QRS-Amplitude (1) im Elektrokardiogramm sowie des Zeitpunkts, zu dem diese eintritt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Detektion der Amplitude des iso-elektrischen Referenzpunkts (2) im EKG, vorzugsweise durch Subtraktion eines konstanten oder adaptiven Zeitintervalls von dem Zeitpunkt des Maximums der EKG- Amplitude und Detektion der zugehörigen Amplitude.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Detektion des Zeitpunkts (3), zu dem der QRS-Komplex im EKG endet, und der zugehörigen Amplitude.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Detektion des ST-Messpunkts (4), vorzugsweise durch Addition eines konstanten oder adaptiven Zeitintervalls zu dem Zeitpunkt des Maximums der EKG-Amplitude, des isoelektrischen Referenzpunkts (2) und/oder des Endes (3) des QRS-Komplexes, und Detektion der zugehörigen Amplitude.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ST- Absenkung durch Differenzbildung zwischen den EKG-Amplitudenwerten zum Zeitpunkt des ST-Messpunkts (4) und zum Zeitpunkt (3) des Endes des QRS-Komplexes im EKG und/oder zum iso-elektrischen Referenzpunkt (2) detektiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ST-Absenkung als Differenzen- oder Differentialquotient des ST-Segments über der Herzfrequenz (dST/dHF) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrokardiogramm in Primärableitung, vorzugsweise als Ableitung II (nach Einthoven) oder als Ableitung V5 (nach Wilson) registriert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Belastungszustände des Probanden ein Ruhezustand ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die verschiedenen Belastungszustände des Probanden voneinander unterscheiden und die physische Belastung des Probanden von Belastungszustand zu Belastungszustand zu- oder abnimmt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung des Probanden in den verschiedenen Belastungszuständen gleich bleibt, vorzugsweise um einen Ausdauertest durchzuführen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der mit der Herzfrequenz korrelierten ST-Absenkung in den verschiedenen Belastungszuständen in tabellarischer oder graphischer Form oder durch elektronische Abspeicherung erfolgt, vorzugsweise in Form eines Belastungspro fϊls.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt b) mehrfach durchgeführt wird und dass aus den daraus berechneten ST-Absenkungen ein Mittelwert, vorzugsweise für jede gemessene Ableitung, gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ST- Absenkungen, vorzugsweise die berechneten gemittelten ST-Absenkungen, und die zugehörigen Herzfrequenzen abgespeichert werden, bevorzugt auch die Zeiten und die zugehörigen Belastungen des Probanden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangs- und/oder Vergleichszustand für die Messung ein Referenz -Ruhe-EKG mit den entsprechenden ST-Absenkungswerten des Probanden dient.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Berechnung der Differenz der Ruhe-ST-Absenkungswerte und der gemittelten ST- Absenkungen der jeweiligen Ableitung für verschiedene registrierte Herzfrequenzen in den jeweiligen Belastungszuständen.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Berechnung der Differenz der gemittelten ST-Absenkungen bei steigender Herzfrequenz und Ermittlung des dST/dHF Index (Icont ~ ΔST Zuwachs/X Schläge) mittels Quotientenbildung.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Erzeugung einer tabellarischen oder graphischen Darstellung der berechneten Differenz der ST-Absenkungen, Mittelwertbildung über alle Ableitungen und der dazugehörenden Herzfrequenz des jeweiligen Belastungs-zustandes, so dass ein Belastungsdiagramm entsteht
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die quantitative Erfassung des Trainingszustandes des Probanden, indem die bei einer bestimmten Herzfrequenz und einem bestimmten Belastungszustand auftretende maximale Differenz der ST-Abweichungen, und/oder die Abnahme des dST/dHF-Indexes, mit dem Kontraktilitätsmaximum korreliert wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Korrelation der ST-Absenkung mit der Laktatschwelle des Probanden, welche kurz vor dem Kontraktilitätsmaximum erreicht wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die automatische Ermittlung eines Überlastungs- und/oder Abbruchkriteriums für die Belastung eines untrainierten Probanden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlastungs- und/oder Abbruchkriterium die Abnahme der berechneten ST-Differenz nach dem Überschreiten des Kontraktilitätsmaximums ist.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die automatische Ermittlung eines lokalen Maximums der ST- Absenkung, welches bei einem gut trainierten Probanden mit dessen aerober Schwelle korreliert.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die automatische Ermittlung der Zeitkonstante der anaeroben Schwelle, die sich mit dem Abfall der Kontraktion bei gleichbleibender Belastung, vorzugsweise im Ausdauertest, ergibt, und die zur zeitlichen Begrenzung der Belastungsdauer im Schwellentraining verwendet werden kann.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Korrelation der berechneten Differenz der ST-Absenkungen bei bestimmten Herzfrequenzen und den automatischen Vergleich mit vorermittelten und/oder gespeicherten Belastungstestmustern, vorzugsweise zur Optimierung von Trainingsprogrammen.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Wiederholung des Verfahrens mit demselben Probanden unter automatischem Vergleich des früheren Belastungsprofils mit einem neu registrierten Belastungsprofil, um den Trainingszustand bzw. Trainingsfortschritt des Probanden zu ermitteln, vorzugsweise nach Durchführung eines Trainingsprogramms.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den wiederholten Vergleich und das automatische Monitoring der Ruhezustands-ST-Werte und/oder der Ruhe-Herzfrequenz eines Probanden über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über eine oder mehrere Wochen oder Monate, insbesondere beginnend mit einer Erstaufzeichnung und sich insbesondere bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt erstreckend.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die automatische Erfassung des Potentials des Herzens eines gesunden Probanden, bei Belastung die Kontraktilität zu steigern, vorzugsweise indem das Vorhandensein eines positiven inotropischen Effekts gemessen wird.
29. Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der physischen Leistungsfähigkeit eines gesunden Probanden ohne invasive Messung, gekennzeichnet durch: a) eine Aufnahmeeinheit für ein Elektrokardiogramm, b) eine Steuereinheit, die die Aufnahme der Elektrokardiogramme des Probanden in wenigstens zwei verschiedenen Belastungszuständen desselben veranlasst und steuert, c) einen Herzfrequenzdetektor, d) eine Messeinheit für die Ermittlung der ST-Absenkung, und e) eine Ausgabe- oder Speichervorrichtung, in der Wertepaare der ST- Absenkungen und der zugehörigen Herzfrequenzen bei verschiedenen Belastungszuständen des Probanden als Maß der Herzkontraktilität ausgegeben, abgespeichert oder registriert werden.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit für das Elektrokardiogramm mehrere EKG-Ableitungen, vorzugsweise einschließlich einer Brustwandableitung, umfasst.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, gekennzeichnet durch einen Detektor für das QRS-Maximum des Elektrokardiogramms, vorzugsweise in einer Primärableitung.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, gekennzeichnet durch einen Detektor für die Detektion der Amplitude des isoelektrischen Referenzpunkts (2) im EKG, vorzugsweise durch Subtraktion eines konstanten oder adaptiven Zeitintervalls von dem Zeitpunkt des Maximums der EKG- Amplitude und Detektion der zugehörigen Amplitude.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, gekennzeichnet durch einen Detektor für die Detektion des Zeitpunkts (3), zu dem der QRS-Komplex im EKG endet, und der zugehörigen Amplitude.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 33, gekennzeichnet durch einen Detektor für die Detektion des ST-Messpunkts (4), vorzugsweise durch Addition eines konstanten oder adaptiven Zeitintervalls zu dem Zeitpunkt des Maximums der EKG- Amplitude, des isoelektrischen Referenzpunkts (2) und/oder des Endes (3) des QRS- Komplexes, und Detektion der zugehörigen Amplitude.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 34, gekennzeichnet durch einen Differenzbildner zur Detektion der ST-Absenkung durch Differenzbildung zwischen den EKG-Amplitudenwerten zum Zeitpunkt des ST-Messpunkts (4) und zum Zeitpunkt (3) des Endes des QRS-Komplexes im EKG und/oder am iso-elektrischen Referenzpunkt (2).
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinheit für probandenspezifische Daten wie beispielsweise Probandenidentifikation, Datum oder Belastungsprofil.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, gekennzeichnet durch einen zweiten Differenzbildner, der die Abweichung direkt aufeinanderfolgender ST-Werte berechnet, um größere Messwertabweichungen zur filtern.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 37, gekennzeichnet durch einen dritten Differenzbildner, der die ST-Absenkungen bei Belastungen des Probanden bei bestimmten Herzfrequenzen berechnet.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 38, gekennzeichnet durch einen Referenzdatenspeicher, in dem EKG-Komplexe und/oder Ruhe-ST-Werte gespeichert sind, vorzugsweise von einem ersten Belastungstest des Probanden.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 39, gekennzeichnet durch einen weiteren Speicher, in dem Wertepaare der Differenz der ST-Absenkungen und der zugehörigen Herzfrequenz abgespeichert sind.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass in dem weiteren Speicher außerdem die Belastungsstufe des Probanden und/oder mögliche Zusatzmessungen abgespeichert sind.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 41, gekennzeichnet durch einen Mittelwertbildner, der für jede einzelne oder alle Ableitungen innerhalb eines Herzfrequenzbereichs eine gemittelte ST-Absenkung ermittelt.
43. Vorichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 42, gekennzeichnet durch eine Dividiereinheit, die die ST-Absenkung als Differenzen- oder Differentialquotient des ST- Segments über der Herzfrequenz (dST/dHF) berechnet.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 43, gekennzeichnet durch eine Dokumentationseinheit, die die ST-Absenkungen und die damit korrelierten Herzfrequenzen bei verschiedenen Belastungszuständen des Probanden dokumentiert, vorzugsweise grafisch anzeigt, ausdruckt oder für die weitere Bearbeitung abspeichert.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Dokumentationseinheit die ST-Absenkungen und die damit korrelierten Herzfrequenzen in Form eines Belastungsprofils dokumentiert.
46. Vorrichtung nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Dokumentationseinheit eine Grafikvorrichtung, vorzugsweise eine Anzeigeeinheit oder ein Drucker, ist.
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 46, gekennzeichnet durch einen Trainingsdatenspeicher, in dem wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Belastungs- Kontraktilitätsdiagramme der Differenz der ST-Absenkungen im Verhältnis zu den Herzfrequenzen bestimmter Trainingsprogramme oder Trainingsprogrammodule gespeichert sind.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 47, gekennzeichnet durch ein Artefaktfilter, das physiologisch bedingte sprunghafte ST-Änderungen mittels Messwertmittelung des dazugehörenden Herzfrequenz bereichs im Kontraktilitätsdiagramm glättet.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 48, gekennzeichnet durch eine Messvorrichtung zur Ermittlung der EKG-Amplitude zu einem vorbestimmten Zeitversatz, vorzugsweise 20 Millisekunden, nach dem ST-Messpunkt, um sicherzustellen, dass es sich bei dem ST-Segment um ein aufsteigendes ST-Segment handelt.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 49, gekennzeichnet durch eine Identifikationseinrichtung, die bei einer Wiederholungsmessung eine eindeutige Probandenzuordnung herstellt, vorzugsweise über Bezugsgrößen wie Probandenidentifikation, Datum, Belastungsprofil, Baseline-EKG-Komplexe und/oder Ruhe- ST-Werte.
51. Vorrichtung nach Anspruch 50, gekennzeichnet durch eine Profilerzeugungsvorrichtung, die aufgrund der zugeordneten Probandenidentifikation ein individuelles Wiederholungs-Belastungsprofil erzeugt.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 51, gekennzeichnet durch eine Zusatzspeichereinrichtung, die weitere Messergebnisse, die über die physiologische Leistungsfähigkeit des Probanden Auskunft geben, insbesondere Blutdruck oder Laktatwerte, speichert und in die Messdaten integriert.
53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 52, gekennzeichnet durch eine Ableitungs- Verifikations-Einrichtung, die nach einer Probandenidentifikation oder einer Aufnahme des Baseline-EKG die richtigen Elektrodenanschlüsse ermittelt und vorzugsweise den Bediener auf vermutete Fehlanschlüsse aufmerksam macht.
54. Verwendung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 36 bis 53 zur Berechnung der Differenz der ST-Absenkungen bei verschiedenen Herzfrequenzen in unterschiedlichen Belastungszuständen eines Probanden zur Registrierung der physischen Leistungsfähigkeit desselben.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015273A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-14 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit eines Probanden
DE202009015626U1 (de) * 2009-11-20 2011-08-05 Telozo Gmbh Vorrichtung zur nichtinvasiven Ermittlung von Schwellen-Belastungsgrenzen bei insbesondere sportlicher Betätigung
DE102015015588B4 (de) 2015-12-04 2019-08-29 Dräger Safety AG & Co. KGaA Vorrichtung zur nicht-invasiven Erfassung von gasförmigen Stoffwechselprodukten auf der Haut und Verfahren zu deren kontinuierlicher Analyse
US12020800B2 (en) 2019-10-03 2024-06-25 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI/ML and telemedicine to integrate rehabilitation for a plurality of comorbid conditions
US11955223B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using artificial intelligence and machine learning to provide an enhanced user interface presenting data pertaining to cardiac health, bariatric health, pulmonary health, and/or cardio-oncologic health for the purpose of performing preventative actions
US11955220B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI/ML and telemedicine for invasive surgical treatment to determine a cardiac treatment plan that uses an electromechanical machine
US11955221B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI/ML to generate treatment plans to stimulate preferred angiogenesis
US11887717B2 (en) 2019-10-03 2024-01-30 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI, machine learning and telemedicine to perform pulmonary rehabilitation via an electromechanical machine
US11923065B2 (en) 2019-10-03 2024-03-05 Rom Technologies, Inc. Systems and methods for using artificial intelligence and machine learning to detect abnormal heart rhythms of a user performing a treatment plan with an electromechanical machine
US11961603B2 (en) 2019-10-03 2024-04-16 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI ML and telemedicine to perform bariatric rehabilitation via an electromechanical machine
US11830601B2 (en) 2019-10-03 2023-11-28 Rom Technologies, Inc. System and method for facilitating cardiac rehabilitation among eligible users
US11915815B2 (en) 2019-10-03 2024-02-27 Rom Technologies, Inc. System and method for using artificial intelligence and machine learning and generic risk factors to improve cardiovascular health such that the need for additional cardiac interventions is mitigated
US11955222B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for determining, based on advanced metrics of actual performance of an electromechanical machine, medical procedure eligibility in order to ascertain survivability rates and measures of quality-of-life criteria
US11915816B2 (en) 2019-10-03 2024-02-27 Rom Technologies, Inc. Systems and methods of using artificial intelligence and machine learning in a telemedical environment to predict user disease states
US12020799B2 (en) 2019-10-03 2024-06-25 Rom Technologies, Inc. Rowing machines, systems including rowing machines, and methods for using rowing machines to perform treatment plans for rehabilitation
US11756666B2 (en) 2019-10-03 2023-09-12 Rom Technologies, Inc. Systems and methods to enable communication detection between devices and performance of a preventative action

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10208149A1 (de) * 2001-05-28 2002-12-12 Tonic Fitness Technology Inc Meßverfahren für anaerobe Schwelle
GB2435950A (en) * 2006-03-10 2007-09-12 Gen Electric Exercise test interpretation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135004A (en) * 1991-03-12 1992-08-04 Incontrol, Inc. Implantable myocardial ischemia monitor and related method
US5313953A (en) * 1992-01-14 1994-05-24 Incontrol, Inc. Implantable cardiac patient monitor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10208149A1 (de) * 2001-05-28 2002-12-12 Tonic Fitness Technology Inc Meßverfahren für anaerobe Schwelle
GB2435950A (en) * 2006-03-10 2007-09-12 Gen Electric Exercise test interpretation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FLETCHER G F ET AL: "Current status of ECG stress testing", CURRENT PROBLEMS IN CARDIOLOGY, YEAR BOOK MEDICAL PUBLISHERS, CHICAGO, US, vol. 23, no. 7, 1 July 1998 (1998-07-01), pages 353 - 423, XP004937636, ISSN: 0146-2806 *
MAEHARA K ET AL: "Discrimination of false positive ST depression by HR-ST and anaerobic threshold-ST relationships during the exercise test", RINSHO BYORI / JAPANESE JOURNAL OF CLINICAL PATHOLOGY, NIPPON RINSHO BYORI GAKKAI, TOKYO, JP, vol. 34, no. 10, 1 October 1986 (1986-10-01), pages 1135 - 1141, XP009106373, ISSN: 0047-1860 *
OKIN ET AL: "Heart Rate adjustment of ST segment depression and performance of the exercise electrocardiogram: A critical evaluation", JOURNAL OF THE AMERICAN COLLEGE OF CARDIOLOGY, ELSEVIER, NEW YORK, NY, US, vol. 25, no. 7, 1 June 1995 (1995-06-01), pages 1726 - 1735, XP005857193, ISSN: 0735-1097 *

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Publication number Publication date
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DE102007025664B4 (de) 2016-11-10

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