用于确定通气阈的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及一种用于确定在健身或运动训练期间的对象的通气阈的方法 和系统。
【背景技术】
[0002] 对表现和生理参数的监测对于健身和运动训练是重要的。健身行业长时间以来已 经提出了用于表现监测的设备，其能够测量距离、计算平均/最大速度。
[0003] 现代训练计算机（私人教练）还确定心搏速率并并入了训练程序，以及任选地集 成GPS传感器，以便在表现监测中获得更大的精确度。例如，在健身和运动训练中使用心搏 速率测量，以确定工作容量或压力水平。
[0004] 通常的训练协议是基于与最大心率的百分比（HRmax-一个人在压力锻炼中能够 合理达到的每分钟的心搏的最大数量）相关的区域。HRmax的70%和90%之间的训练对于 提高能力以维持高锻炼强度是特别重要的。这种工作速率往往对应于重要的生理变化：能 量生产途径从有氧消耗（有氧）模式转至无氧模式。该过渡被称之无氧阈（AT)。在所述 过渡处或高出所述过渡的锻炼不可能持续长时间，因为乳酸在组织中积累，导致肌肉疼痛 和呼吸短促。用于无氧阈的等效术语或者是乳酸阈或通气阈，因为血液和通气中的乳酸均 在该点处突然上升。通气（或分钟通气）被科学地定义为呼吸频率和进气量/出气量的乘 积。
[0005] 现今无氧阈是通过标准化协议在特殊测试实验室来确定。评估AT的最传统的方 式是通过在整个测试中连续地评估血液乳酸并识别血液乳酸开始积累的点（也被称为乳 酸阈）。
[0006] 用于确定无氧阈的另一种常规方法是由Karlman Wasserman开发的公知的V斜率 方法，其基于耗氧量（VJ与二氧化碳输出量（νω2)的比率的演变。达到无氧阈之前，Vre和 Vro2往往以大致相同的速率上升，因此，通过这些点的最佳拟合线接近于1。一旦达到所述 ΑΤ，νω2将更快地上升，并且通过对应于无氧区域的点拟合的线将具有大于1的斜率。因此， 两条线之间的交点是有氧和无氧区域之间的阈值。由于所述阈值是根据通气响应来确定， 因此其通常被称为通气阈（VT)。
[0007] 如今，VT或AT是主要用在训练耐力运动选手的参数，以确定合适的训练容量，相 应地监测他们的训练容量。
[0008] 当对应于VT的心搏速率值已知时，所需要的训练容量能够通过连续的心搏速率 监测来准确地维持。然而，如上文所说明的，用于确定AT值或VT值的目前可用的方法是基 于困难的乳酸或呼吸气体的测量，需要采用血液样本以及昂贵的实验室设备和工作人员； 换言之：使用侵入性和非便携式设备。
[0009] 因此，所需要的是具有允许无氧阈的现场测量的便携式设备，从而使运动选手、运 动员或健身爱好者能够在实际生活和实时锻炼期间监测他们的VT。
[0010] 授予Polar Electro公司的US 5, 810, 722描述了一种用于在逐渐增加的压力下 评估个人VT的设备。呼吸频率和呼吸容量在ECG信号的基础上被计算出来，以利用呼吸频 率与心率对比的曲线图或通气与心率对比的曲线图，其中，VT表现为断点。与这种方法相关 的困难在于其完全基于ECG信号。实际上，根据ECG确定呼吸响应，虽然理论上是可能的， 但需要高品质的信号，这可能通常不是与现场测量兼容的。
[0011] DE 102 48 500描述了一种能够由便携式系统实现的用于确定在锻炼期间的对象 的AT的方法。呼吸频率通过环绕运动员胸部并包括应变计的可伸缩带来确定。典型地，通 过比较当前呼吸频率与预先确定的呼吸频率，AT被检测为呼吸频率的增加。
[0012] 尽管在DE 102 48 500中描述的系统可能是吸引人的，因为其提供了能够容易地 实现的现场VT传感器，但其科学原理一直被一些学者批评。例如，Cottin F.等人在2006 年第 ISSN 0172-4622 期 Int J Sports Med 的"Ventilatory Thresholds Assessment from heart rate variability during an incremental exhaustive running test" 中推断出 根据呼吸频率评估VT在跑步测试中是不可能的。
[0013] 事实上，在实际生活中的体育活动的实际表现期间的生理参数的确定是一种挑 战。第一个困难是减少的信号数量，因为不能使用采血和传统的实验室设备（肺活量计 等）。另一个困难是用便携设备所测量的信号的质量。显然，这减少了能够用于确定VT的 可能的方法。第三，所需要的是能够确定在任何类型的训练或表现期间的诸如VT的生理参 数，而不仅仅是针对预定义的力测试（effort test)。
[0014] 在这一点上，可以注意到，尽管各种文章讨论并比较了用于确定VT的方法，但它 们通常依赖于从所有执行相同预定义的测试（请见参考1-3)的已知的运动选手人群获得 的已完成的数据集。因此，在文献中所跟进的传统方法包括在标准测试的执行期间采集用 于测试人群的实验数据，然后对实验数据应用几种方法，诸如例如：呼吸交换率、V斜率、相 当于O2的通气......然后，作者通常依靠统计（例如均值和标准偏差）已经讨论了这些 方法的可验证性、可重复性和/或灵敏性。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是提供一种用于通气阈的现场确定特别是实时确定的可靠的方法 和系统。
[0016] 这个目的通过根据权利要求1中所述的方法和根据权利要求20中所述的系统来 实现。
[0017] 根据本发明，提出一种确定对象（运动选手、运动员、健身爱好者等......）的通 气阈的方法，其中，在锻炼过程期间采集与对象的生理参数相关的数据至少包括反映对象 的呼吸和心搏脉冲的数据，并且根据时间存储所述数据。这些数据的采集能够通过直接或 间接测量来完成，和/或可能涉及估计。
[0018] 通气阈值根据两种不同的方法针对给定的锻炼过程来确定，即，使用两种不同的 原理来确定通气阈（VT)。如将在下文中所说明的，所述方法特别适用于实时确定在锻炼过 程过程期间的通气阈。
[0019] 应当进一步理解，针对通气阈的第一值和第二值的每个来确定置信指数 (confidence index)。所述置信指数优选基于以下条件中的一个或两个：
[0020] 1.通气阈的可检测性：想法是表征识别来自数据集的VT的容易程度。VT越明显， 置信指数就越好。
[0021] 2.根据一种方法的通气阈的值和根据另一种方法的通气阈的值之间的匹配。此条 件因此估计当前VT和根据另一种方法计算出的VT之间的相似性或接近性。
[0022] 因此，本发明的一个令人感兴趣的方面是连同VT值的置信指数的确定，所述置信 指数给出对所确定的VT值的精确度或可靠性的指示。事实上，从现有技术中表现出存在确 定VT或AT各种方法。在实验室环境中，在努力期间记录的生理数据通过"视觉上"确定AT 和VT的MD进行分析。此外，已经开发了程序来帮助努力数据的分析中的MD，即通过线性回 归分析拟合所述试验数据。然而，尽管有这些程序，目前最终决策仍然由MD做出。
[0023] 本发明的另一个令人感兴趣的方面是通过至少两种方法的VT的系统的且自动的 (即计算机辅助的）评估。事实上，一个或多个附加的VT值可以在所测量的、统计的或历史 数据的基础上来确定。最可靠的VT随后可以在其相应的置信指数的基础上来选择。因此 应当理解，作为所述方法的固有特征，对置信指数的确定在这里由控制单元以系统的方式 来执行，以达到自行评估在相同的锻炼过程期间的VT确定的可靠性/精确度的目的。
[0024] 事实上，根据所述两种方法确定VT值连同相应的置信指数的步骤是可以在锻炼 过程期间周期性地（例如以1到10秒之间的间隔）实现的VT确定例行程序中的一部分。
[0025] 在实践中，最终选择的VT优选连同相应的置信指数一起被输出（典型地显示）给 用户。所述VT典型地被表示为对应于当VT发生时的时刻的时间值和/或HR值。当达到 所述VT时，也可以发出声音，从而使运动员知道他已经越过了所述VT。
[0026] 根据本发明，对所述置信指数的确定在现场监测设备的情况下是非常方便的。其 允许在实时运动条件下和在整个锻炼持续时间中对VT的周期性确定。由于置信指数被周 期性显示给用户，他将知道VT值何时应当是真实准确的或者何时具有低置信指数，以及他 应该因此等待进一步确定。
[0027] 在此应当理解，当本方法在现场实现时，VT确定例行程序以预先设定的间隔在锻 炼过程的任何时间上测得的数据上周期性地进行，而实际努力是未知的（即VT确定可以在 运动员还没有达到VT的时间上执行）。这与现有技术的情况是非常不同的，所述现有技术 情况是在渐进的或其他标准的测试结束时根据已完成数据集确定VT，并且已知的是VT已 经发生。因此，如上所述，在相同的或给定的锻炼过程期间，每次VT值被计算时对置信指数 的周期性和自动计算允许所计算的VT值的评估，从而指示其可靠性的水平。
[0028] 本发明具有重要的实际优点：
[0029] 运动选手和运动员能够在日常基础上来监测他们的VT，而无需任何实验室努力。 这对于拟定（elaborating)他们的训练计划是非常感兴趣的。事实上，在锻炼努