一种基于肌肉质量测定的智能化力量训练器械及训练方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能型力量训练器，特别是一种集成有人体肌肉质量测量装置， 并针对测定结果进行针对性力量训练的器械和实现方法。
【背景技术】
[0002] 随着人体的衰老，人的肌肉量下降幅度远远小于肌肉力量，这表明了肌肉质量在 下降。从专业角度来说，人体肌肉量是指人体某个部位或者整体的肌肉量，肌肉最大力量是 指人体或某部分用最大力量克服阻力的能力，主要表现为肌肉收缩强度最大时输出的力量 值。通常是某个特定的动作一次可负载的最大重量。肌肉功率是肌肉力量和收缩速度的乘 积，表现为肌肉快速用力的能力，其单位为瓦（W)。从肌肉功率的变化情况可以判断肌肉间 的相互协调能力，肌肉发挥力量以及速度的综合能力。肌肉质量是指身体某个区域单位肌 肉量的肌肉力量，即通过测定最大肌肉力量或肌肉功率和人体的肌肉量可以得到人体的肌 肉质量。随着年龄的增长，肌肉功率的下降速度要大于肌肉最大力量，肌肉最大力量的下降 速度大于肌肉量的下降速度。单纯的测定人体的肌肉量并不能衡量人体的肌肉变化情况， 单纯的测定肌肉最大力量或者肌肉功率，也不能反映肌肉的生理和临床的变化，也就是肌 肉的组织的衰老情况。
[0003] 目前在肌肉质量对健康的影响已经渐渐被深入研究，如雅典乔治大学Chad R. Straight发表的《Muscle Quality in Older Adults》研究了肌肉质量和老年人健康的 关系，美国马里兰大学的Fozard发表的《muscle quality. I. Age-associated differences between arm and leg muscle groups》不同部位的肌肉质量随年龄的变化关系，但是目前 尚无较为全面易用的人体肌肉质量测评和锻炼工具，临床上通过CT或者MRI或DXA来测定 肌肉体积或质量，肌肉最大力量或功率通过等速力量训练器或标准测力座椅来测定，这种 方法实现起来较为复杂，不利于普通大众使用和科研成果的推广。
【发明内容】
[0004] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种尤其是应用于康复，也可 以广泛应用于人体肌肉质量测评的基于肌肉质量测定的智能化力量训练器械及训练方法， 利用肌肉质量评估结果给出针对性的训练方案，应用于健康康复领域。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明基于肌肉质量测定的智能化力量训练器械的特点是所述训练器械包括如 下各单元：
[0007] 控制单元，以底座为支撑，利用直立在底座一端的立柱设置可在水平面内转动的 悬臂，在所述悬臂的远端设置呈直立的转向支撑轴，在所述转向支撑轴的顶部设置带有显 示屏以及数据采集和传输部件的主电脑控制器；
[0008] 肌肉力量测试与训练单元，在底座上设置用于支撑人体、并可通过姿态控制杆调 整人体姿态的可调节人体支撑台，多关节适配器作为主电脑控制器的外设设置在主电脑控 制器的一侧，所述多关节适配器可接入包含肘关节、膝关节和髋关节的各等速训练关节附 件；所述多关节适配器：
[0009] 其利用髋关节等速适配器控制髋关节等速向心运动，并测试髋关节等速向心运动 时的最大力量，获得躯干向心运动最大力量MS5 ;
[0010] 其利用左上肢肘关节等速适配器控制左上肢等速向心运动，并测试左上肢等速向 心运动时的最大力量，获得左上肢向心运动最大力量MSI ;
[0011] 其利用右上肢肘关节等速适配器控制右上肢等速向心运动，并测试右上肢等速向 心运动时的最大力量，获得右上肢向心运动最大力量MS2 ;
[0012] 其利用左下肢膝关节等速适配器控制左下肢等速向心运动，并测试左下肢等速向 心运动时的最大力量，获得左下肢向心运动最大力量MS3 ;
[0013] 其利用右下肢膝关节等速适配器控制右下肢等速向心运动，并测试右下肢等速向 心运动时的最大力量，获得右下肢向心运动最大力量MS4 ;
[0014] 肌肉量测定单元，包括体重传感器和生物电阻抗测定传感器；
[0015] 所述体重传感器固定设置在圆盘状基座上，用于测量使用者的体重；
[0016] 所述生物电阻抗测定传感器是由激发电极和检测电极构成各对电极，使用者的手 和脚分别与对电极相接触，用于获取使用者身体各个部位的阻抗值，并通过计算获取使用 者身体各部位的肌肉量丽，包括左上肢肌肉量丽1、右上肢肌肉量丽2、左下肢肌肉量丽3、 右下肢肌肉量MM4,以及躯干肌肉量丽5。
[0017] 本发明基于肌肉质量测定的智能化力量训练器械的结构特点也在于：所述的主电 脑控制器包括有信息输入模块、显示模块、通信模块、数据存储模块，数据处理模块和电源 模块；所述通信部件包括有WIFI模块、网口、串口和USB 口；所述WIFI模块和网口用于局域 网或互联网的数据通信，所述串口和USB接口通过数据采集和传输部件与所述肌肉力量测 试与训练单元进行数据通信。
[0018] 利用本发明中基于肌肉质量测定的智能化力量训练器械进行肌肉力量训练的方 法的特点是按如下步骤进行：
[0019] 步骤1 :建立人群肌肉质量样本库，在所述人群肌肉质量样本库中按不同的性别 和年龄分别建立肌肉质量标准，包括人体各部位肌肉质量标准和人体全身肌肉质量标准； 将人体各部位肌肉质量和人体全身肌肉质量分别划分为10个肌肉等级，对应于不同的肌 肉等级分别给定肌肉力量训练方案；
[0020] 步骤2 :利用所述多关节适配器分别获得躯干向心运动最大力量MS5、左上肢向心 运动最大力量MSI、右上肢向心运动最大力量MS2、左下肢向心运动最大力量MS3和右下肢 向心运动最大力量MS4;利用所述生物电阻抗测定传感器分别获得人体各部位肌肉质量， 包括躯干肌肉量MM5、左上肢肌肉量MM1、右上肢肌肉量MM2、左下肢肌肉量MM3和右下肢肌 肉量MM4 ;
[0021] 则有：
[0022] 人体左上肢肌肉质量MQ1为：MQ1 = MS1/MM1 ;
[0023] 人体右上肢肌肉质量MQ2为：MQ2 = MS2/MM2 ;
[0024] 人体左下肢肌肉质量MQ3为：MQ3 =MS3/MM3 ;
[0025] 人体右下肢肌肉质量MQ4为：MQ4 = MS4/MM4 ;
[0026] 人体躯干的肌肉质量MQ5为：MQ5 = MS5/MM5 ;
[0027] 并有：人体全身肌肉质量MQ为：
[0028] MQ = kl X (MQ1+MQ2) +k2 X (MQ3+MQ4) +k3 XMQ5 (1)
[0029] 式（1)中，kl、k2 和 k3 为关联系数，并有：0〈kl，k2, k3〈l、且：kl+k2+k3 = 1 ;
[0030] 步骤3 :将步骤2所获得的人体各部位肌肉质量和人体全身肌肉质量与步骤1中 所述人体各部位肌肉质量标准和人体全身肌肉质量标准进行比对，确定使用者的人体各部 位肌肉质量和全身肌肉质量的所处的肌肉等级，并获得对应的肌肉力量训练方案，使用者 按所述对应的肌肉力量训练方案进行训练；
[0031] 步骤4 :在使用者完成训练后，主电脑控制器根据本次训练的执行情况按式（2)给 出评定分值St，
[0035] 其中：
[0036] Ta为使用者在执行训练时单次运动实际所耗时长；
[0037] 为设定的执行训练时单次运动有效时长；
[0038] T。为设定的执行训练时单次动作的完成时间；
[0039] Sm为单次最高分，S "= 100/N t;
[0040] Nt为计分次数，N t = mXn ;
[0041 ] m为训练组数，n为每组训练次数。
[0042] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0043] 1、本发明可以广泛应用于人体肌肉质量测评，利用肌肉质量评估结果给出针对性 的训练方案，实现科学运动，避免用户运动损伤。