DE69634242T2

DE69634242T2 - Vorrichtung zum feststellen des gesundheitszustandes und zum unterstützen von übungen

Info

Publication number: DE69634242T2
Application number: DE69634242T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Amano; Kazuo Uebaba; Hitoshi Ishiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: DE69634242D1; WO1997022295A1; EP0809965A1; US5941837A; EP0809965A4; EP0809965B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des physischen Zustandes eines Patienten auf Grund des Blutkreislaufzustandes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, die den Gesundheitszustand des Benutzers mit Hilfe von Informationen überwacht, die über den Blutkreislaufzustand des Körpers des Benutzers erhalten werden, und eine Vorrichtung zum Unterstützen von Übungen, die dem Benutzer geeignete Vorschläge und Richtlinien unterbreitet oder einen Trainingsplan bereitstellt, der als geeignet angesehen wird, einen Gesundheitszustand beim Benutzer zu erreichen.
2. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mit der raschen Alterung der Gesellschaft in den letzten Jahren wurden die Gesundheitsanliegen von Personen mittleren und höheren Alters, mit dem Schwerpunkt auf geriatrischen Erkrankungen, zum einem Thema in vielen Diskussionen.
Als Ursachen solcher Erkrankungen wurden zahlreiche Faktoren genannt. Als ein Beispiel für diese Faktoren wurde ein Beweis erbracht, der nahe legt, dass ein unzureichender Blutkreislauf Gesundheitsprobleme verursachen kann. Wenn der Blutkreislauf unzureichend ist, erhalten Zellen und Gewebe nicht die notwendige Menge an Sauerstoff und Nährstoffen. Wenn diese Situation über einen langen Zeitraum anhält, beginnen organische pathologische Veränderungen in Organen und Geweben aufzutreten. Wenn diese Veränderungen bis zu einem gewissen Grad fortgeschritten sind, können ziemlich rasch Symptome auftreten.
Daher wurden verschiedene Versuche unternommen, solche Erkrankungen zu verhindern, bevor es zu einem signifikanten Fortschreiten bei organischen pathologischen Veränderungen kommt, indem die Blutkreislaufqualität, die Grundlage für diese pathologischen Veränderungen, bestimmt wird. Daher war es bisher üblich, die Blutkreislaufqualität mit einer Schwerpunktsetzung auf Risikofaktoren, wie Blutdruck, Veränderungen im Elektrokardiogramm, Blutcholesterol, neutrale Fettkonzentration und dergleichen, zu bestimmen.
Tatsächlich jedoch ist es nicht unüblich, dass ein Schlaganfall oder Herzversagen selbst bei einem Menschen mit niederem Blutdruck auftritt, während es Beispiele für ältere Personen gibt, die einen hohen Blutdruck haben, deren Gesundheit aber dennoch gut ist. Ebenso gibt es zahlreiche Fälle, wo eine wesentliche organische pathologische Veränderung aufgetreten ist, aber im Elektrokardiogramm usw. nichts festzustellen ist. Während die Untersuchungsgeräte diese Veränderung feststellen können, wenn sie weiter fortschreitet, ist dies wegen der zusätzlichen Verzögerung nicht annehmbar.
Daher hat die Entdeckung, dass Beschleunigungspulswellenformen als Indikator für die Qualität des Blutkreislaufs nützlich sein können, in den letzten Jahren Aufmerksamkeit erregt. Es folgt nun eine kurze Erklärung der Beschleunigungspulswelle als Maß für den Blutkreislauf. Das heißt, wie allgemein bekannt ist, beinhaltet der Blutkreislauf im Prinzip, dass das Herz Blut auspumpt, das durch die Arterien zu den Kapillaren der Gewebe und Organe strömt, und dann durch die Venen zurückkehrt.
Der Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen findet bei den Kapillaren statt, so dass die Qualität des Blutkreislaufs mit dem Verhalten des Blutes in den kleinsten Gefäßen zusammenhängt. Daher können Veränderungen in der Blutmenge, die in den Kapillaren enthalten ist, als gutes Maß für den Blutkreislauf angesehen werden. Das heißt, eine geringe Differenz in arteriellem und venösem Blutdruck führt zu feinen Unterschieden in der Nährstoffversorgung und im Gasaustausch auf der Kapillarebene. Aus diesem Grund wird angenommen, dass organische pathologische Veränderungen in Geweben und Organen auftreten können, wenn die Differenz im arteriellen und venösen Blutdruck sich über einen langen Zeitraum erstreckt.
Daher ist eine weit verbreitete Methode zur Beobachtung von Änderungen der Blutmenge, die in den Kapillaren enthalten ist, über einen Zeitraum die Untersuchung des Fingerspitzen-Plethysmogramms. Das Fingerspitzen-Plethysmogramm selbst zeigt jedoch eine sanft undulierende Wellenform.
Daher wurde es als schwierig angesehen, sehr feine Änderungen in der Wellenform zu interpretieren. Ferner besteht auch das Problem, dass Veränderungen im Blutkreislauf sehr gering und auf Änderungen in der Umgebung des Organismus empfindlich sind.
Wenn jedoch die zweite Ableitung der Fingerspitzen-Plethysmogramm-Wellenform erhalten wird, um die Wellenform in ein doppeltes Differenzial-Plethysmogramm umzuwandeln (d. h., die Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform), wird es möglich, die Informationen über den Blutkreislauf zu erweitern und zu extrahieren, und den Blutkreislaufzustand in einer Form darzustellen, die leicht zu verstehen ist. 14(a) ist ein Beispiel der ursprünglichen Wellenform, die beim Fingerspitzen-Plethysmogramm erhalten wird; 14(b) zeigt die Wellenform des Geschwindikeits-Plethysmogramms, die erhalten wird, wenn die erste Ableitung der in 14(a) dargestellten Wellenform berechnet wird; 14(c) zeigt die Wellenform des Beschleunigs-Plethysmogramms, die erhalten wird, wenn die zweite Ableitung der in 14(a) dargestellten Wellenform berechnet wird.
15 zeigt ein Beispiel, in dem eine Wellenform eines typischen Beschleunigungs-Plethysmogramms extrahiert wurde.
Wie in dieser Figur dargestellt, sind in einer Wellenform eines Beschleunigungs-Plethysmogramms zwei Spitzen und zwei Täler vorhanden. Das heißt, es gibt eine Anfangsspitze a, gefolgt von einem Tal b, einer Spitze c, einem Tal d und einer Spitze e. Die Wellenform ist von Spitze e bis zur nächsten Spitze a annähernd flach. Wenn Spitze a weggelassen wird, bildet ferner jeder Punkt weder einer Spitze noch ein Tal, sondern wird einfach zu einem Wendepunkt.
Die Signifikanz der Amplituden jeder der oben genannten Spitzen und Täler wird nun beschrieben. Zunächst ist Spitze a ein Signal, dass das Blut, das aus dem Herzen gepumpt wurde, die Kapillaren in den Fingerspitzen erreicht hat.
Tal b bezieht sich auf das Herzschlagvolumen. Je größer das Schlagvolumen ist, umso tiefer fällt Tal b.
Spitze c bezieht sich auf den venösen Rückfluss und zeigt aus der Sicht des Blutkreislaufs an, ob es zu einer übermäßigen Ansammlung von Blut durch richtiges Zusammenziehen der Venolen kommt. Wenn der venöse Rückfluss gut ist, liegt Spitze c nahe oder über der Grundlinie. Wenn im Gegensatz dazu die Blutansammlung in den Venolen zunimmt, hört Spitze c auf zu steigen und fällt vielmehr unter das Tal b.
Das Tal d bezieht sich auf die Belastung am Herzen. Wenn die Belastung am Herzen steigt, fällt Tal d steil ab. Die Spitze e entspricht der Position des Anstiegs im Fingerspitzen-Plethysmogramm nach einer Kontraktion, aber die konkrete Bedeutung ist noch nicht klar.
Es ist bekannt, dass ein schlechter Blutkreislauf, der durch Beschleunigungs-Plethysmogramme wie zuvor beschrieben festgestellt wird, durch Joggen oder andere Formen von Ausdauertraining verbessert werden kann. Eine vorübergehende Verbesserung ist nach nur einer einzigen Trainingseinheit festzustellen, während eine anhaltende Verbesserung bei fortgesetztem Training bestätigt werden kann. Wenn das Training aber unterbrochen wird, beginnt sich der Blutkreislauf zu verschlechtern. Daher ist es möglich, das Ausmaß der Verbesserung im Blutkreislauf durch Analyse des Beschleunigungs-Plethysmogramms festzustellen.
Die Japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 8-10234 (Titel: Device for Measuring Exercise Quantity) kann als ein Beispiel für eine Technik genannt werden, die die zuvor beschriebenen Beschleunigungs-Plethysmogramme beim Trainieren anwendet. Diese Referenz führt die Verwendung eines Tretrad- oder Fahrrad-Ergometers zur Ausführung eines Trainings an, das zur Verbesserung der Gesundheit des Patienten dient, wobei die Wirkung des Trainings auf den Patienten gemessen wird. Für diesen Zweck werden Informationen, sogenannte "Wellenform repräsentative Werte", die aus der Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform berechnet werden, vor und nach dem Training gemessen und die Differenz in diesen Wellenform repräsentativen Werten wird angezeigt. Ferner werden während des Trainings die Wellenform repräsentativen Werte zu jedem Zeitpunkt mit vorgebestimmter Wellenform repräsentativen Werten verglichen. Wenn die Differenz in den gemessenen und vorbestimmten Wellenform repräsentativen Werten einen Wert erreicht, der zum Beispiel die Belastungsgrenze für den Patienten darstellt, wird das Training beendet.
Die Japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 57-93036 oder US-A-4 432 374 kann als ein Beispiel einer Erfindung angeführt werden, die versucht, die Blutkreislaufqualität bei einem Patienten durch Analysieren der Beschleunigungs-Plethysmogramme zu analysieren. Verschiedene Stellen, wie die Fingerspitze, das Ohrläppchen und dergleichen, können zum Messen des Plethysmogramms in Betracht gezogen werden. Die oben genannte Referenz misst jedoch insbesondere das Fingerspitzen-Plethysmogramm. Der Grund dafür ist, dass die Bewegung von Blut von den Arterien zu den Venen an der Fingerspitze ermittelt werden kann, und dass dies die Stelle ist, wo die Kapillaren am stärksten entwickelt sind und die darin enthaltene Blutmenge hoch ist. Ferner liegt die Fingerspitze normalerweise frei, so dass sie frei zur Plethysmogramm-Messvorrichtung gebracht werden kann. Dies ermöglicht somit eine einfachere Struktur der Vorrichtung.
Die Struktur des Beschleunigungs-Plethysmogramms gemäß der Erfindung in der oben genannten Referenz JP-A-57 93036 ist in 16 dargestellt. Diese Vorrichtung besteht aus der kaskadenförmigen Verbindung einer Fingerspitzen-Plethysmogramm-Aufnahme 200, eines Vorverstärkers 201, eines Operationsverstärkers 202, einer Merkmalermittlungsschaltung 203, die zwei analoge Differenzialschaltungen unter Verwendung von CR-Schaltungen hat, und eines Oszillographen 204. Die Fingerspitzen-Plethysmogramm-Aufnahme 200 besteht aus einer Öffnung 206, in die der Patient seinen Finger legt, einer Lichtquelle 207 und einem photoelektrischen Element 208.
Auf dem Oszillographen 204 werden drei Arten von Plethysmogramm-Wellenformgraphiken angezeigt: die Plethysmogramm-Wellenform und die erste und zweite Ableitungswellenform des Plethysmogramms, die durch die Merkmalermittlungsschaltung 203 berechnet werden. Daher ist es auf der Basis der Beschleunigungs-Plethysmogramme, die auf dem Oszillographen 204 dargestellt sind, möglich, die Qualität des Blutkreislaufs im Patienten zu bestimmen.
Zunächst wird als eine erste Methode für diese Bestimmung die Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform in Übereinstimmung mit den Tiefen der Täler b und d in drei Kategorien eingeteilt: Tal b > Tal d, Tal b ≈ Tal d, oder Tal b < Tal d. Danach werden die derart typisierten Muster weiter auf Grund der Höhe der Spitze c relativ zu der Grundlinie weiter in drei Kategorien eingeteilt. Die gemessene Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform wird dann auf eines der Muster eingestellt, dem sie am ähnlichsten ist.
Eine zweite Bestimmungsmethode verwendet die Höhe der Spitze c und die Tiefe von Spitze d von der Grundlinie. Wie in 17 dargestellt wird die Tiefe des Tals b zum Beispiel in vier gleiche Teile geteilt, wobei jeder Teilfläche eine Zahl 0, 1, ..., 5 in dieser Reihenfolge von der Grundlinie aus zugeordnet wird. Die Anzahl von Punkten, die der Höhe der Spitze c, der Tiefe der Spitze d usw. entspricht, wird dann aus deren Positionen bestimmt. Auf diese Weise kann der Qualität des Blutkreislaufs des Patienten ein numerischer Wert verliehen werden.
Diese Referenz liefert mehrere Arbeitsbeispiele, einschließlich: 1) einer Vorrichtung, in der anstelle einer CR-Schaltung der gemessene Wert des Plethysmogramms unter Verwendung eines A/D-Wandlers digitalisiert wird und das Beschleunigungs-Plethysmogramm mit Hilfe einer digitalen Verarbeitung unter Verwendung eines Mikrocomputers berechnet wird; 2) einer Vorrichtung, in der die dritte Ableitung der Wellenform erhalten wird, indem die Ableitung der Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform berechnet wird, und ein Mikrocomputer verwendet wird, um die Position der Täler und Spitzen zu ermitteln; und 3) einer Vorrichtung, die Schwankungen im Zeitintervall des Plethysmogramms auf Grund der Atmungstätigkeit korrigiert, indem sie eine statistische Verarbeitung, wie die Ermittlung des arithmetischen Durchschnitts von Paaren entsprechender Spitzen und Täler, auf der sich wiederholenden Wellenform mehrerer einzelner Plethysmogramme durchführt.
Die Japanische Patentanmeldung Erstveröffentlichung Nr. Hei 2-55035 offenbart eine Erfindung, die die zuvor beschrie bene Technologie entwickelt. Die Struktur des Beschleunigungs-Plethysmogramms gemäß dieser Referenz ist in 18 dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt, enthält ein Plethysmogrammdetektor 300 eine Lampe 301, die gegenüber dem Mittelpunkt einer Konkavität bereitgestellt wird, in die die Fingerspitze eingelegt wird, und einen Lichtdetektor, der ein photoelektrisches Element 302 umfasst. Das photoelektrische Element 302 ist aus Widerständen 303 bis 306 und einer Brückenschaltung gebildet. Der Ausgang dieser Brückenschaltung wird von einem Differenzialverstärker 307 verstärkt. Ferner kann die Helligkeit der Lampe 301 mit einem Schalter S eingestellt werden, so dass die Brückenschaltung ausgeglichen ist. In dieser Figur ist das Symbol V die Spannung der elektrischen Quelle.
Der Ausgang des Differenzialverstärkers 307 wird vom Verstärker 308 weiter verstärkt. Eine Wellenformkorrekturschaltung 309 modifiziert dann den verstärkten Ausgang zu einer rechteckigen Wellenform durch Begrenzen von Spannungen, die eine im Voraus festgelegte Standardspannung überschreiten. Dieser Ausgang wird bei der Differenzierschaltung 310 differenziert, wobei von einem Gleichrichter 311 Mikroimpulse in negativer Richtung erzeugt werden, um eine stabile Kippschaltung 312 zu triggern. Dadurch wird eine rechteckige Welle der Dauer T₀ im Ausgang der stabilen Kippschaltung 312 erhalten.
Zusätzlich geht der Ausgang des Differenzialverstärkers 307 während eines Intervalls der oben genannten Dauer T₀ durch eine Gateschaltung 313. Das Ausgangssignal der Gateschaltung 313 geht durch Differenzierschaltungen 314, 315, wobei der Ausgang der zweiten Ableitung des Plethysmogrammssignals im Ausgang der Differenzialschaltung 315 erhalten wird. Eine Wellenformkorrekturschaltung 316 erzeugt einen Abtastimpuls für den Ausgang an jedem Zeitpunkt, zu dem ein Tal b, eine Spitze c, und ein Tal d erscheinen. Gemäß diesem Abtastimpuls tatstet die Abtastschaltung 317 den Ausgang von der Differenzialschaltung 315 ab, der durch eine Verzögerungsschaltung 318 gegangen ist, und speichert das Ergebnis in einer sequentiellen Aufzeichnungsschaltung 319. Eine Maximalwerterfassungsschaltung 320 liest den Inhalt der sequentiellen Aufzeichnungsschaltung 319 und zeichnet den Maximalwert aus den Amplituden für das Tal b, die Spitze c, und das Tal d auf. Der Ausgang der Maximalwerterfassungsschaltung 320 wird bei einer Spannungsteilungsschaltung 321 geteilt, und jede geteilte Spannung wird dann ausgegeben.
Eine Steuerschaltung 322 gibt anschließend die Spannungen des Tals b, der Spitze c, und des Tals d aus, die den Ausgang der sequentiellen Aufzeichnungsschaltung 319 bilden. Dieser Ausgang wird dann in einen Impulshöhenanalysator 323 eingegeben, der den Ausgangswert der Spannungsteilungsschaltung 321 als Vergleichsspannung verwendet, und auf der Basis der Spannungen des Tals b, der Spitze c, und des Tals d Werte, in welchen diese Spannungen standardisiert wurden (zum Beispiel Verhältnisse c/b, d/b oder Verhältnisse b/a, c/a, d/a usw.) an den Ausgangsanschluss OP ausgibt.
Ein Mikrocomputer oder eine ähnliche Vorrichtung bestimmt, welchem Wellenformmuster aus den bereits typisierten Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenformen die Wellenform, die am Ausgangsanschluss OP ausgeben wird, entspricht, und zeigt dieses Ergebnis an.
Wenn diese Bestimmung des Wellenformmusters durchgeführt wird, wird zunächst bestimmt, welcher der Spannungszonen, die durch die Spannungsteilungsschaltung 321 klassifiziert werden, die Werte für das standardisierte Tal b, die standardisierte Spitze c, und das standardisierte Tal d entsprechen. Für jede der separaten Spannungszonen, denen das Tal b, die Spitze c und das Tal d zugeordnet werden, wird das gemessene Plethysmogramm als eines der oben genannten Muster typisiert, basierend auf dem entsprechenden Größenverhältnis und auf dem vertikalen Verhältnis in Bezug auf die Grundlinie von Tal b, Spitze c und Tal d, um eine Bestimmung der Qualität des Blutkreislaufs zu erhalten.
Wie zuvor erklärt, ist für das Erreichen eines Gesundheitszustandes notwendig, einen guten Blutkreislauf aufrecht zu erhalten. Ein wichtiger Faktor, um dies zu erreichen, ist das Ausführen eines richtigen Trainingsniveaus, um einen guten Blutkreislaufzustand über einen möglichst langen Zeitraum aufrecht zu erhalten. Die Verwendung von Vorrichtungen, wie den in den oben genannten Referenzen offenbarten, stellt jedoch ein Problem dar.
Es ist nämlich bekannt, dass es äußerst schwierig ist, Plethysmogramm-Wellenformen während des Trainings exakt zu messen. Daher ist die Verwendung von Beschleunigungs-Plethysmogrammen, die während des Trainings als Grundlage für die Kontrolle des vom Patienten ausgeführten Trainings gemessen werden, nicht sehr erfolgreich, so dass somit das Ziel, das richtige Trainingsniveau auszuführen, nicht erreicht wird. Ferner führten die gegenwärtigen Erfinder Versuche mit Vorrichtungen durch, die die Strukturen hatten, die in den oben genannten Referenzen offenbart sind, und bestätigten, dass Plethysmogramme nicht korrekt gemessen werden konnten. Dieselbe Schlussfolgerung wurde selbst dann gezogen, wenn ein Sensor an einer Hand des Patienten befestigt und die Hand ruhig gehalten wurde, während der Patient zum Beispiel auf einem Tretrad trainierte.
In Vorrichtungen wie den zuvor beschriebenen werden Informationen, die vom Beschleunigungs-Plethysmogramm gewonnen werden, einfach dem Patienten angezeigt. Daher ist weder ein Arzt noch eine Schwester mit besonderer Schulung notwendig, um diese Ergebnisse zu interpretieren. Wenn jedoch zahlreiche Patienten jeden Tag trainieren und Ärzte und Schwestern die Ergebnisse analysieren und dann den nächsten Trainingsplan für jeden Patienten festlegen müssen, bedeutet dies eine beachtliche Belastung für das Spitalspersonal und nützt nicht der Behandlung des Patienten.
Es ist jedoch äußerst mühsam und unpraktisch für den Benutzer der Vorrichtung, selbst eine Bestimmung der Qualität des Blutkreislaufs vorzunehmen, ohne Unterstützung eines Arztes oder einer Schwester. Ferner gibt es keine Garantie, dass ein Patient, der ohne Arzt trainiert, das Training mit derselben Qualität ausführen kann, wie dies in Gegenwart eines Arztes der Fall wäre, der Hilfestellung bietet. Wenn daher ein Intervalltraining oder eine physische Rehabilitation ausgeführt werden, können verschiedene Probleme eintreten, wie dass sich das Training als unwirksam erweist, weil es zu leicht war, oder das Training eine Wirkung hat, die der gewünschten entgegengesetzt ist, weil es zu anstrengend war.
Andererseits könnte dem Patienten alle zwei oder drei Wochen eine Hilfestellung geboten werden, was aber auch mühsam ist, dass es einen Besuch in der Ordination des Arztes voraussetzt. Ferner könnte auch in diesem Fall ein Training nicht mit derselben Qualität ausgeführt werden, wie mit einer regelmäßigen Anleitung. Daher bestehen ernsthafte Zweifel, dass eine effektive Trainingsanleitung durchgeführt werden kann, wenn herkömmliche Vorrichtungen verwendet werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Umstände entwickelt und ihre erste Aufgabe ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum exakten Messen der Zustände eines Patienten auf der Basis des Blutkreislaufzustandes und der Körperbewegung.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, die den Gesundheitszustand auf der Basis des Blutkreislaufzustandes überwacht, der von Pulswellenformen erhalten wird, und dem Benutzer geeignete Vorschläge und Richtlinien liefert, wobei diese Vorrichtung ferner einfacher zu bedienen ist.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, die eine einfache Struktur hat und einen Trainingsplan erstellen kann, der als geeignet angesehen wird, um einen Gesundheitszustand beim Benutzer zu erreichen, unter Berücksichtigung der körperlichen Kondition des Benutzers.
Zum Lösen der oben genannten Aufgaben ist die vorliegende Erfindung durch die Bereitstellung eines Pulswellenmessmittels gekennzeichnet, das die Pulswellen des Benutzers misst, und eines Körperbewegungsmessmittels, das die Bewegung des Körpers des Benutzers misst.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes gemäß Anspruch 1 bereit, umfassend:
ein Pulswellenmessmittel zum Messen einer Pulswellenform eines Benutzers;
Körperbewegungsmessmittel zum Messen der Körperbewegung des Benutzers;
Bewegungsbeurteilungsmittel zum Beurteilen, ob Ergebnisse von Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel vorgenommen werden, unter einem vorbestimmten Wert liegen;
Berechnungsmittel, die zum Berechnen eines Indikators auf der Basis der Pulswellenformmessungen, die von dem Pulswellenmessmittel vorgenommen werden, dienen, der einen Blutkreislaufzustand des Benutzers zeigt, nur falls die Ergebnisse der Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel vorgenommen werden, als unter dem vorbestimmten Wert liegend beurteilt werden; und
Anzeigemittel, die dem Benutzer den Indikator anzeigen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das oben genannte Berechnungsmittel ermittelt die Beschleunigungs-Plethysmogramm-Pulswellenform, wählt zwei Spitzen und Täler aus den mehreren Spitzen und Täler, die in dem Beschleunigungs-Plethysmogramm erscheinen, ermittelt ein Amplitudenverhältnis für die gewählten Spitzen und Täler und definiert dieses Verhältnis als den oben genannten Indikator.
In dieser Ausführungsform wird dem Benutzer der Blutkreislaufzustand auf der Basis der Messungen seiner Pulswellen angezeigt. Daher kann der Benutzer jederzeit den Zustand seines eigenen Blutkreislaufs erkennen, außer während des Trainings. Somit kann eine Vorinformation über Krankheiten wie ischämische Herzerkrankung oder zerebrovaskuläre Erkrankung erhalten werden.
Die folgenden vier Anordnungen können für die oben genannten Berechnungsmittel in Betracht gezogen werden.

(1) Der oben genannte Indikator ist als der Wert definiert, der durch Dividieren des Amplitudenwertes des zweiten Tals durch den Amplitudenwert der ersten Spitze in den Beschleunigungspulswellen erhalten wird. In dieser Anordnung ist der Amplitudenwert der Spektralkomponente, die aus einer Spektralanalysis einer Veränderung in der Zeitperiode benachbarter Pulswellen erhalten wird, als Indikator definiert. Dadurch kann der Gesundheitszustand auf der Basis eines Indikators erfasst und gefördert werden, der die Aktivität des sympathischen und parasympathischen Nervensystems deutlich anzeigt.
(2) Das Zeitintervall zwischen benachbarten Pulswellen wird berechnet, die Spektralanalyse wird bezüglich der Veränderung innerhalb dieses Zeitintervalls ausgeführt, und der Amplitudenwert der Spektralkomponente, die aus dieser Analyse erhalten wird, wird als der oben genannte Indikator definiert. In dieser Anordnung ist das Verhältnis der Amplituden der niederfrequenten und hochfrequenten Spektralkomponenten, die aus der Spektralanalyse von Veränderungen innerhalb des Zeitintervalls zwischen benachbarten Pulswellen erhalten werden, als Indikator definiert. Daher kann eine Variation des Indikators, die auf Grund von Differenzen zwischen Individuen entsteht, eliminiert werden. Somit ist es neben der Förderung des Gesundheitszustandes möglich, objektive Daten zur Bestimmung bereitzustellen.
(3) Das Zeitintervall zwischen benachbarten Pulswellen wird berechnet, eine Spektralanalyse über eine Veränderung innerhalb dieses Zeitintervalls durchgeführt, das Verhältnis der Amplituden der niederfrequenten Spektralkomponente und hochfrequenten Spektralkomponente, die aus dieser Spektralanalyse erhalten werden, berechnet und als Indikator definiert. In dieser Anordnung wird die Häufigkeit von Veränderungen, die in dem Zeitintervall zwischen benachbarten Pulswellen eine im Voraus definierte Häufigkeit überschreitet, als Indikator festgelegt. Somit kann der Gesundheitszustand auf der Basis eines Indikators festgestellt und gefördert werden, der die Erregungs- und Beruhigungszustände im Körper deutlich ausdrückt.
(4) Das Zeitintervall zwischen benachbarten Pulswellen wird berechnet, und die Häufigkeit, mit der das Veränderungsausmaß in kontinuierlichen Zeitintervallen eine im Voraus definierte Häufigkeit überschreitet, als Indikator festgelegt.

In einer anderen Ausführungsform hat die Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes ein Pulsmessmittel zum Messen der Pulsfrequenz des Benutzers. Wenn das Messergebnis des Körperbewegungsmessmittels einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet, zeigt das Anzeigemittel dem Benutzer die gemessene Pulsfrequenz an.
Die Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes ist mit einem Auswertungsmittel versehen, das einen Indikator misst, wenn das Messergebnis des Körperbewegungsmessmittels unter einem im Voraus festgelegtem Wert liegt, und den Indikator erneut misst, wenn das Messergebnis des Körperbewegungsmessmittels den im Voraus festgelegten Wert überschreitet und dann wieder unter diesen im Voraus festgelegten Wert fällt. Das Bewertungsmittel führt dann auf Grund der Differenz in diesen Indikatoren eine Auswertung des Trainings durch, das von dem Benutzer ausgeführt wird.
Danach zeigt das Anzeigemittel dem Benutzer die Ergebnisse dieser Auswertung an.
In dieser Ausführungsform wird dem Benutzer die Pulsfrequenz während des Trainings mitgeteilt. Somit ist es sogar während des Trainings möglich, den Trainingsumfang richtig einzustellen, so dass ein Trainingseffekt erreicht werden kann, der wünschenswerter ist.
In einer anderen Ausführungsform besteht das Training, das vom Benutzer ausgeführt werde soll, aus mehreren Stufen.
Diese Ausführungsform ist durch die Bereitstellung eines Aufzeichnungsmittels gekennzeichnet, in dem Indikator-Sollwerte, die in jeder Trainingstufe erreicht werden sollen, bei jeder Trainingsstufe vorgespeichert sind; und eines Vergleichsmittels, das den Indikator, der von dem Berechnungsmittel berechnet wird, mit dem Sollwert, der jeder Trainingsstufe entspricht, zu dem Zeitpunkt vergleicht, zu dem der Benutzer jede Trainingsstufe beendet.
Wenn die Ergebnisse dieses Vergleichs anzeigen, dass der Indikator, der von dem Berechnungsmittel berechnet wird, den Sollwert erreicht hat, zeigt das Anzeigemittel dem Benutzer an, mit der nächsten Trainingsstufe fortzufahren.
Auf diese Weise wird der Benutzer angewiesen, mit der nächsten Trainingsstufe fortzufahren, wenn der berechnete Indikator den Sollwert erreicht hat, der für jede Trainingsstufe eingestellt ist. Wenn es notwendig ist, das Training eskalierend auszuführen, wie im Falle einer physischen Rehabilitation, ist es daher möglich, das Training selbst ohne Hilfestellung eines Arztes oder einer Schwester richtig auszuführen.
Eine andere Ausführungsform ist durch die Bereitstellung eines Aufzeichnungsmittels gekennzeichnet, das Indikatoren aufzeichnet, die zu im Voraus festgelegten Zeitpunkten erhalten werden, sowie den gleitenden Durchschnitt für Indikatoren, die über ein vorangehendes im Voraus festgelegtes Intervall erhalten wurden; und eines Steuermittels, das aus dem Aufzeichnungsmittel frühere Indikatoren ausliest, die zu derselben Uhrzeit wie in der aktuellen Zeit erhalten wurden, den gleitenden Durchschnitt des früheren Indikators und des aktuellen Indikators berechnet, dieses Ergebnis in dem Aufzeichnungsmittel gemeinsam mit der aktuellen Zeit speichert, die Differenz zwischen dem gleitenden Durchschnitt der Indikatoren, die über ein früheres im Voraus festgelegtes Intervall erhalten wurden, und dem aktuellen Indikator bestimmt, und diese Differenz mit einem im Voraus festgelegtem Wert vergleicht. Wenn diese Differenz den im Voraus festgelegten Wert überschreitet, zeigt das Anzeigemittel dem Benutzer eine Warnung an.
Da der Benutzer eine Warnung erhält, wenn die Differenz zwischen dem aktuellen Indikator und dem gleitenden Durchschnitt für Indikatoren, die über eine im Voraus festgelegte Zeitperiode in der Vergangenheit erhalten wurden, einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet, kann dem Benutzer rasch angezeigt werden, wenn sich sein Gesundheitszustand, der mit Hilfe des Blutkreislaufs beobachtet wird, im Vergleich zum üblichen Zustand verschlechtert hat.
Somit kann sich der Benutzer aktiv bemühen, seine Gesundheit zu erhalten, indem er rasch einen Mediziner zu Rate zieht.
Ein Beispiel für die Struktur der vorliegenden Erfindung ist in 32 dargestellt. In dieser Figur ist 601 ein Pulswellenmessmittel, das zum Beispiel durch den Pulswellensensor 4 und die Sensorschnittstelle 6, wie in 1 dargestellt, gebildet wird. 602 ist ein Körperbewegungsmessmittel, das zum Beispiel durch den Beschleunigungssensor 5 und die Sensorschnittstelle 6 gebildet wird. 603 ist ein Berechnungsmittel, das zum Beispiel durch eine CPU 1 gebildet wird. 604 ist ein Aufzeichnungsmittel das zum Beispiel durch einen RAM 3 gebildet wird. 605 ist ein Steuermittel und 606 ist ein Auswertungsmittel, die zum Beispiel durch die CPU 1 gebildet werden. 608 ist ein Anzeigemittel, das durch die Anzeigevorrichtung 7 und die Anzeigesteuerschaltung 8 gebildet wird. 607 ist ein Pulswellenmessanleitungserfassungsmittel, das zum Beispiel durch den in 19 dargestellten Funktionsabschnitt 506 gebildet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2(a) zeigt verschiedene Anordnungen des Beschleunigungs-Plethysmogramms des Fingerspitzen-Plethysmogramms.
2(b) zeigt die Bereiche für die Amplitudenverhältnisse d/a und c/a für jedes der Muster in 2(b).
3 zeigt dieselbe Vorrichtung, die in einer Armbanduhr eingebaut ist.
4 ist eine Draufsicht, die die Struktur der Armbanduhr genauer zeigt, wenn die Vorrichtung in einer Armbanduhr eingebaut ist.
5 zeigt eine andere Anordnung für den Fall, dass die Vorrichtung in einer Armbanduhr eingebaut ist.
6 zeigt den Fall, wo die Vorrichtung in einer Halskette eingebaut ist.
7 zeigt den Fall, die Vorrichtung in Augengläsern eingebaut ist.
8 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen dem vom Benutzer ausgeführten Trainingsumfang und der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a, gemessen vor und nach dem Training, zeigt.
9 zeigt das Verhältnis zwischen einem Elektrokardiogramm und dem RR-Intervall.
10 zeigt das Verhältnis zwischen einem Elektrokardiogramm und der Pulswelle.
11(a) zeigt das Verhältnis zwischen einer Änderung im RR-Intervall und der Frequenzkomponente, die die Änderung darstellt.
11(b) zeigt die Ergebnisse einer Spektralanalyse der Änderung im RR-Intervall.
12(a) bis (c) zeigen die ursprüngliche Wellenform einer typischen Pulswelle, wobei (a) eine normale Welle, (b) eine weiche Welle und (c) eine starke Welle ist.
13 ist ein Diagramm zur Erklärung der Eigenschaften der Pulswellenform über einen einzigen Schlag in der Pulswelle.
14(a) bis (c) zeigen die Wellenform des Fingerspitzen-Plethysmogramms, wobei (a) die gemessene ursprüngliche Wellenform ist, (b) das Geschwindigkeits-Plethysmogramm ist und (c) das Beschleunigungs-Plethysmogramm ist.
15 zeigt die Extraktion eines Teils der Wellenform des Beschleunigungs-Plethysmogramms im Fingerspitzen-Plethysmogramm.
16 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Beschleunigungs-Plethysmographen zeigt.
17 zeigt die Teilung einer Beschleunigungs-Plethysmogramm-Wellenform, die ausgeführt wird, wenn ein gemessenes Beschleunigungs-Plethysmogramm typisiert wird.
18 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines anderen herkömmlichen Beschleunigungs-Plethysmographen zeigt.
19 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Vorrichtung zum Unerstützen von Übungen nach einer Ausführungsform zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, aber zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
20 ist ein Diagramm, das den Sollwert für die maximale Sauerstoffaufnahmemenge zeigt.
21 ist ein Diagramm, das den erforderlichen Trainingsumfang zeigt, der zum Erreichen eines Gesundheitszustandes notwendig ist.
22 ist ein Diagramm, das die Veränderungen in der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge gemeinsam mit der Trainingsdauer zeigt, wenn das Training bei einer Trainingsintensität ausgeführt wird, die 50% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge entspricht.
23 ist ein Diagramm, das die geringfügige Einstellung im Trainingssollwert abhängig von der körperlichen Kondition des Benutzers zeigt.
24 ist ein Diagramm, das die mechanische Verbindung zwischen einem tragbaren Teil 70 und einem stationären Teil 80 der Vorrichtung zeigt.
25 ist eine Draufsicht, in der die in 24 dargestellte Armbanduhr vergrößert dargestellt ist.
26 ist eine Schrägansicht eines Verbinders 500 auf der Armbanduhr.
27 ist eine Schrägansicht eines Verbinderstücks 230, das an der Armbanduhr befestigt ist.
28 ist eine Schrägansicht einer Verbinderabdeckung 260, die an der Armbanduhr befestigt ist.
29 ist eine Schrägansicht einer Verbinderabdeckung 280, die an der Armbanduhr befestigt ist.
30 ist eine Schrägansicht eines Verbinderstücks 503, das an der Armbanduhr befestigt ist.
31 ist eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, für eine Verbindung des tragbaren Teils 70 und des stationären Teils 80.
32 zeigt ein Beispiel der Struktur der vorliegenden Erfindung.
GRUNDLEGENDE THEORIE, DIE IN DEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN ANGEWENDET WIRD
Es werden nun verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erklärt.
Zur Entwicklung der grundlegenden Theorie der bevorzugten Ausführungsformen, die in der Folge beschrieben sind, werden zunächst die Arten der Beschleunigungspulswellenformen beschrieben, gefolgt von einer Erklärung der Art von Training, die zum Erreichen eines Gesundheitszustandes bevorzugt ist.
(1) Arten von Beschleunigungspulswellenformen
2(a) zeigt Beschleunigungspulswellenformen verschiedener Arten. Wenn der Blutkreislauf gut ist, wird eine Wellenform beobachtet, in der Tal b signifikant in Bezug auf Spitze a fällt, Spitze c auf etwa die Grundlinie steigt, und Tal d nur um ein geringes Maß fällt (siehe
oder
in der Figur). Wenn aber der Blutkreislauf unzureichend ist, nimmt die Last am Herzen zu. In diesem Fall fallen Tal b und Tal d etwa in demselben Maße (siehe
in der Figur).
Wenn der Blutkreislauf signifikant schlecht ist, kann sich die Wellenform zu jener verformen, in der Tal d unter Tal b fällt (siehe
in der Figur), wobei Spitze c etwa gleich mit Tal b positioniert ist (siehe
in der Figur), oder wobei Spitze c tiefer liegt als Tal b (siehe
in der Figur).
Als ein Standard zur Bestimmung, welches der Muster (a) bis (6) in 2(a) durch eine gemessene Beschleunigungspulswelle angegeben wird, kann eine Methode überlegt werden, in der das Verhältnis der Amplitude von Spitze a und der Amplitude einer anderen Spitze oder eines Tals verwendet wird.
Wenn das Verhältnis der Amplitude von Tal d zu der Amplitude von Spitze a, d. h., das Amplitudenverhältnis d/a, als Standard verwendet wird, bedeutet ein Wert für d/a innerhalb von 10% Muster (1); 10 bis 35% bedeutet Muster (2); 35 bis 60% bedeutet Muster (3); und 60 bis 100% bedeutet Muster (4) bis (6).
Wenn andererseits das Verhältnis der Amplitude von Spitze c zu der Amplitude von Spitze a, d. h., das Amplitudenverhältnis c/a, als Standard verwendet wird, bedeutet ein Wert für c/a innerhalb von –10% Muster (1); 10 bis 15% bedeutet Muster (2); innerhalb von –15% bedeutet Muster (3); 0 bis 20% bedeutet Muster (4); 20 bis 40% bedeutet Muster (5) und mehr als 40% bedeutet Muster (6). Da der Bereich für die Muster (2) bis (4) überlappt, kann diese Methode nur zum Kategorisieren der Muster (4) bis (6) verwendet werden, oder kann in Kombination mit dem Wert des Amplitudenverhältnisses d/a verwendet werden.
Es sollte festgehalten werden, dass das Amplitudenverhältnis ein negativer Wert sein kann, was darauf hinweist, dass die Spitze c oder das Tal d über der Grundlinie liegen.
Für den Fall eines individuellen Benutzers ist der Gesundheitszustand des Benutzers umso besser, je mehr die Wellenform seiner Beschleunigungspulswelle der Wellenform vom Mustertyp (1) ähnlich ist. Umgekehrt ist der Gesundheitszustand umso schlechter, je mehr die Wellenform seiner Beschleunigungspulswelle der Wellenform vom Mustertyp (6) ähnlich ist. Durch derartige Beobachtung der Beschleunigungspulswellenform wird es daher möglich, den Gesundheitszustand des Benutzers einzuschätzen. Dies kann sich zum Beispiel bei einer Vorhersage des Eintretens einer ischämischen Herzerkrankung (Myocardinfarkt, Angina Pectoris) oder zerebrovaskulären Erkrankung (Schlaganfall, arachnoide Blutung) als nützlich erweisen.
Wenn das Verhältnis zwischen Alter und Beschleunigungspulswelle untersucht wird, wird ein Trend beobachtet, in dem sich die Beschleunigungspulswellenform in Übereinstimmung mit dem fortschreitenden Alter von Muster (1) hin zu Muster (6) verschiebt. Wenn die für den Benutzer gemessene Beschleunigungspulswellenform mit einer Beschleunigungspulswellenform verglichen wird, die auf Grund des Alters des Benutzers geschätzt wurde, und eine signifikante Tendenz zu Muster (6) beobachtet wird, kann somit angenommen werden, dass dies ein Anzeichen für die oben genannten Erkrankungen ist.
(2) Training zum Erreichen des Gesundheitszustandes
Es folgt nun eine Erklärung der Art von Training, die zum Erreichen eines Gesundheitszustandes bevorzugt ist. Zusätzlich wird hier festgehalten, dass ein intensiveres oder längeres Training nicht unbedingt das Erreichen eines Gesundheitszustandes beim Benutzer erleichtert. Tatsächlich kann ein übermäßiges Training für den Benutzer schädlich sein.
Daher wurden Untersuchungen bezüglich eines richtigen Trainings zum Erreichen eines Gesundheitszustands durchgeführt. In den letzten Jahren wurde erkannt, dass ein Index, der als "maximale Sauerstoffaufnahmemenge" bezeichnet wird, als Maß für den Gesundheitszustand dienen kann, und eine wichtige Funktion beim Einstellen des Intensitätswertes beim Training erfüllt. Die maximale Sauerstoffaufnahmemenge, die als die maximale Sauerstoffmenge definiert ist, die in einer Minute aufgenommen werden kann, kann als absoluter Index zum Bewerten der Trainingsleistung einer Person verwendet werden. Der Wert für die maximale Sauerstoffaufnahmemenge wird für gewöhnlich nach Umwandlung auf einen Wert pro Kilogramm Körpergewicht verwendet.
Aus der Sicht der Gesundheitserhaltung ist empfohlen, die maximale Sauerstoffaufnahmemenge über einem im Voraus festgelegtem Sollwert zur Gesundheitserhaltung zu halten.
Für gewöhnlich wird dieser Sollwert auf der Grundlage von Geschlecht und Alter bestimmt, wie zum Beispiel in 20 dargestellt (Quelle: Research Related to Application Methods for Required Amount of Exercise and Measurement of Effects Thereof and Research Related to the Use of Exercise Duration, Intensity and Frequency to Create a State of Health, 1989, 1991 and 1992 subsidies for Public Welfare and Science Research No. 00209065, No. 00264886, No. 00464607; und Industrie Committee to Research Development of Physical Health).
Ein aerobes Training, das Energie erzeugt, wenn Sauerstoff während des Trainings durch Atmung aufgenommen wird, ist geeignet, um diesen Erhaltungssollwert sicher zu erreichen und zu halten. Zur Aufrechterhaltung des aeroben Trainings ist es notwendig, die Trainingsintensität unter 70% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge zu halten. Es gibt verschiedene Ansichten zu dem richtigen Maß der Trainingsintensität. Die Meinung der gegenwärtigen Erfinder ist jedoch, dass es richtig ist, die Trainingsintensität bei 50% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge einzustellen.
Die Vorteile der Einstellung der Trainingsintensität auf diesen Wert können wie folgt aufgezählt werden. Erstens ist dieses Trainingsniveau nicht anstrengend und ist für den Benutzer während des Trainings psychologisch gut. Zweitens ist dieses Niveau zur Aktivierung des Fettmetabolismus im Vergleich zu einem intensiveren Training geeigneter. Drittens tritt eine Sauerstoffverknappung zum Herzen selten auf, so dass dieses Trainingsniveau besonders sicher ist und keine Bedenken bestehen, dass der Blutdruck auf einen Wert ansteigt, der gefährlich ist. Und viertens werden bei diesem Trainingsniveau fast keine Schmerzen in den Beinmuskeln und Gelenken verspürt und wenig Milchsäure erzeugt, ein Stoffwechselprodukt der Muskelermüdung, so dass das Training über einen langen Zeitraum fortgesetzt werden kann.
Wenn die Trainingsintensität bei 50% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge eingestellt ist, ist der geplante Trainingsumfang, d. h., der Trainingsumfang, der notwendig ist, um einen Gesundheitszustand zu erreichen, wie in 21 dargestellt. Bei einer durchschnittlichen Person, deren Ruheherzfrequenz (≈ Pulsfrequenz) etwa 70 Schläge/min ist, zeigt die Figur die Gesamtanzahl von Trainingsminuten, die in einer Woche auszuführen sind, und die geplante Herzfrequenz. Wenn zum Beispiel ein Training, bei dem die Herzfrequenz bei 110 Schlägen/min gehalten wird, nur 140 Minuten pro Woche ausgeführt wird, erreicht die maximale Sauerstoffaufnahmemenge den Sollwert von 37 ml/kg/min (Männer) oder 31 ml/kg/min (Frauen) für eine Person in den Sechzigern (siehe 20). Zusätzlich geht aus 21 hervor, dass, wenn die Trainingsintensität bei 50% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge festgesetzt ist, der erreichbare Wert der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge direkt proportional zu der Anzahl von Trainingsminuten pro Woche ist.
In Bezug auf die Dauer jeder Trainingseinheit ist es notwendig, mindestens 10 Minuten oder länger zu trainieren, damit der Körper auf das aerobe Training anspricht. Ebenso ist bevorzugt, insgesamt 20 Minuten oder mehr pro Tag zu trainieren und das drei Mal oder öfter pro Woche (vorzugsweise aber täglich).
Zusammenfassend ist es wünschenswert, bei einer geeigneten Intensität und über die erforderliche Anzahl von Minuten pro Woche, ausgehend von Alter und Geschlecht, zu trainieren, um die maximale Sauerstoffaufnahmemenge auf den gewünschten Sollwert zu erhöhen.
22 zeigt die Veränderung in der Trainingsintensität von einem Training, das unter den zuvor beschriebenen Standards ausgeführt wird (Quelle: dieselbe wie obenstehend). 22(a) zeigt die Änderung in %VO_2max/wt, wobei die Trainingsperiode auf der horizontalen Achse eingetragen ist und der %VO_2max/wt-Wert auf der vertikalen Achse eingetragen ist. Hier ist %VO_2max die maximale Sauerstoffaufnahmemenge und %VO_2max ist der Anteil der Sauerstoffaufnahmemenge zu jedem Zeitpunkt in Bezug auf die maximale Sauerstoffaufnahmemenge. %VO_2max/wt ist der Wert, der erhalten wird, wenn %VO_2max auf einen Wert von Kilogramm Körpergewicht umgewandelt wird. 22(b) zeigt die Veränderung im Laufe der Zeit in der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge pro Einheit Körpergewicht %VO_2max/wt und Trainingsintensität als Ergebnis des Trainings. Die Trainingsperiode ist auf der horizontalen Achse eingetragen und die absolute Trainingsintensität ist auf der vertikalen Achse eingetragen. Die Einheiten für die vertikale Achse sind mets (metabolische Äquivalente), die als Einheit für die absolute Auswertung des Energiestoffwechsels verwendet werden können. Die Patienten waren männlich und es wurde ein Training mit einer Intensität, die 50% der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge entsprach, 180 Minuten pro Woche ausgeführt.
Wie in 22(a) dargestellt, wurde in Woche 0, als mit dem Training begonnen wurde, die Trainingsintensität auf 50% eingestellt. Bei anhaltendem Training mit diesem Intensitätswert stieg die Trainingskapazität des einzelnen allmählich. Dadurch steigt der %VO_2max/wt-Wert, wie in 22(b) dargestellt ist. Daher wurde das Training für den Einzelnen leichter, wodurch die Pulsfrequenz während des Trainings fiel. Das heißt, die relative Trainingsintensität über die Wochen 0 bis 10 fällt, wie in 22(a) dargestellt, so dass in Woche 10 dieser Wert 40% erreicht hat.
Damit ein geeignetes Trainingsniveau in Verbindung mit der Verbesserung in der Trainingsleistung ausgeführt wird, wurde daher in Woche 10 50% der neuen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge, die der verbesserten Trainingsleistung des Benutzers entsprach, als neuer Trainingsollwert eingestellt. Das heißt, wie in 22(b) dargestellt, die Trainingsintensität wird auf einen höheren Wert eingestellt. Anschließend wird nach jeder 10-wöchigen Trainingsperiode der Trainingssollwert wieder abhängig von der verbesserten Trainingsleitung des Benutzers neu eingestellt (maximale Sauerstoffaufnahmemenge), wobei das Training dann bei dem neuen Sollwert ausgeführt wird. Daher ändert sich %VO_2max/wt jede 10. Woche in einem Zickzackmuster, wie in 22(a) dargestellt, während VO_2max/wt mit fortschreitendem Training steigt. Für diese Trainingsleistung gibt es jedoch eine äußerste Grenze. In Woche 40 ändert sich daher in 22(a) weder %VO_2max/wt noch %VO_2max/wt im Vergleich zu den Werten, die in Woche 30 festgehalten wurden. Von diesem Punkt an wird das Training mit dem Intensitätswert fortgesetzt, der in Woche 30 eingestellt wurde.
Daher besteht die vorliegende Erfindung langfristig aus einem kontinuierlichen Zyklus aus:

1) Vorschreiben eines Trainingssollwerts
2) Ausführen des Trainings über einen im Voraus festgesetzten Zeitraum
3) Auswerten der Trainingsleistung auf Grund des Trainings
4) Einstellen eines neuen Sollwerts auf der Basis des Ergebnisses dieser Auswertung

Im Falle der obenstehenden Punkte (3) und 4) kann eine Besprechung zwischen Arzt und Patient, Trainer und Sportler, in jeder Trainingsperiode (zum Beispiel 10 Wochen) stattfinden, wobei der Arzt oder Trainer dann die Trainingsleistung des Patienten oder Sportlers neu bewertet, und den Sollwert neu einstellt.
Der erforderliche Trainingsumfang, wie zuvor beschrieben, ist ein Standardwert, der auf einer durchschnittlichen Person beruht. Tatsächlich schwankt der notwendige Trainingsumfang bei einer bestimmten Person abhängig von Alter, Geschlecht, Gesundheitszustand und anderen physiologischen Zuständen. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung die Vorschreibung eines Trainingsplans, der individuelle Unterschiede und Zustände berücksichtigt, indem der Gesundheitszustand einer Person mit Hilfe physiologischer Zustände bewertet wird, die aus der Beschleunigungspulswellenform und dergleichen erhalten werden, und dann der Sollwert für das Training auf Grund der Ergebnisse dieser Auswertung eingestellt wird, so dass der Benutzer angehalten wird, ein Training auszuführen, das geeignet ist, einen Gesundheitszustand zu erreichen.
Unter Verwendung von 22 als Beispiel wird somit als allgemeine Regel ein Training 10 Wochen ohne Anleitung von einem Arzt oder Trainer ausgeführt, so dass das Training gemäß dem festgesetzten Sollwert durchgeführt wird, der für diese Periode angezeigt ist. Aus den soeben genannten Gründen werden Feineinstellungen bei den Sollwerten für Zeit, Intensität und Frequenz unter Berücksichtigung der Körperkondition des Patienten oder Sportlers vorgenommen.
Aus der kurzfristigen Perspektive, zum Beispiel alle 10 Wochen, führt daher die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen kontinuierlichen Zyklus wie folgt aus:

1) Training nach einem vorgeschriebenen Plan
2) Auswertung des Gesundheitszustandes als Ergebnis des Trainings
3) Feineinstellung der Sollwerte auf Grund des Ergebnisses der Auswertung
4) Vorschreiben (Anzeigen) von Sollwerten nach Feineinstellung

Zum Beispiel ändert sich bei der Trainingsdauer der Sollwert wie in 23 dargestellt abhängig von der Qualität der körperlichen Kondition des Einzelnen. Dies gilt auch für den Fall der Trainingsintensität und Trainingsfrequenz.
Ferner wird diese Feineinstellung natürlich wöchentlich und täglich ausgeführt, kann aber auch mehrmals vorgenommen werden, wenn das Training an einem einzigen Tag ausgeführt wird, zum Beispiel bei jeder 15- oder 20-minütigen Trainingseinheit, um den nächsten Trainingssollwert fein einzustellen.
Ausführungsform 1
Es wird nun die Struktur der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur dieser Vorrichtung zeigt. In dieser Figur ist CPU 1 (zentrale Verarbeitungseinheit) der zentrale Teil, der jede Schaltung in der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes steuert. Die Funktion der CPU 1 wird in der Folge im Abschnitt über die Betriebsweise erklärt.
Das Steuerprogramm, das von der CPU 1 ausgeführt wird, und verschiedene Steuerdaten und dergleichen, sind im ROM 2 (Nur-Lese-Speicher) gespeichert. Zusätzlich speichert der ROM 2 auch den Sollwert für die Trainingsdauer, die Werte für die obere und untere Grenze der Trainingsintensität und den Sollwert für die Trainingsintensität (durchschnittliche Trainingsintensität), um das gewünschte Training zu erreichen, das dem Muster des Gesundheitszustandes des Benutzers entspricht, d. h., dem Amplitudenverhältnis d/a usw..
Der Direktzugriffsspeicher RAM 3 wird als Betriebsbereich verwendet, wenn die CPU 1 Operationen ausführt (zum Beispiel der Bereich, der zum Speichern des Gesamttrainingsumfangs verwendet wird, während der Benutzer trainiert).
Zusätzlich speichert der RAM 3 auch die Messwerte und Betriebsergebnisse aus zahlreichen Sensoren, wie in der Folge erklärt wird.
Der Pulswellensensor 4 ist ein optischer Pulswellenerfassungssensor, der zum Beispiel am Finger des Benutzers angebracht ist. Dieser Pulswellensensor 4 besteht zum Beispiel aus einer Leuchtdiode und einem Lichtsensor, der einen Phototransistor oder dergleichen verwendet. Licht, das von der Leuchtdiode ausgestrahlt wird, wird vom Lichtsensor empfangen, nachdem es über die Blutgefäße unter der Haut reflektiert wurde, und erfährt eine photoelektrische Umwandlung, um ein Pulswellen-Pulswellenerfassungssignal als Ergebnis zu erhalten. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis betrachtet wird, ist es annehmbar, eine Diode zu verwenden, die blaues Licht aussendet.
Der Beschleunigungssensor 5 ist ein Körperbewegungssensor, der die Bewegung des Körpers des Benutzers erfasst. Er kann an derselben Stelle, zum Beispiel am Finger, wie der Pulswellensensor 4 angebracht sein.
Die Sensorschnittstelle 6 nimmt den Ausgang des Pulswellensensors 4 und Beschleunigungssensors 5 in bestimmten Intervallen auf, wandelt das aufgenommene analoge Signal in ein digitales Signal um und gibt dieses aus.
Eine Anzeigevorrichtung 7 zeigt dem Benutzer eine Reihe von Informationen an, wie Nachrichten und dergleichen, und kann zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige sein, die an einer Armbanduhr bereitgestellt ist. Die Anzeigesteuerschaltung 8 empfängt Anzeigeinformationen von der CPU 1, wandelt die Anzeigeinformationen in ein Format um, das von der Anzeigevorrichtung 7 verwendet wird, und führt die Anzeige der Informationen auf der Anzeigevorrichtung 7 aus.
Neben den normalen Funktionen, die eine Uhr hat, sendet die Uhrschaltung 9 auch ein Unterbrechungssignal an die CPU 1 zu Uhrzeiten aus, die im Voraus von der CPU 1 eingestellt wurden, oder nach dem Verstreichen einer Zeitperiode, die im Voraus von der CPU 1 eingestellt wurde.
Als Verfahren zur Befestigung einer Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes am Körper als tragbare Vorrichtung werden zahlreiche Anordnungen in Betracht gezogen. Ein Beispiel dafür ist in der Folge beschrieben, wobei jedoch natürlich andere Anordnung mit zahlreichen anderen tragbaren Vorrichtungen möglich sind.
Als erste Anordnung kann eine Ausführungsform vorgeschlagen werden, in der die Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes in einer Armbanduhr eingebaut ist, wie in 3 dargestellt.
Wie in dieser Figur dargestellt, ist die Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes dieser Ausführungsform aus einem Vorrichtungshauptkörper 100 mit einer Armbanduhrstruktur, einem Kabel 101, das an den Vorrichtungshauptkörper 100 angeschlossen ist, und einer Sensoreinheit 102, die am Ende des Kabels 101 bereitgestellt ist, gebildet. Ein Armband 103 wird an dem Vorrichtungshauptkörper 100 angebracht, das um das Handgelenk des Benutzers von der 12-Uhr-Position geschlungen wird und an der 6-Uhr-Position der Armbanduhr befestigt wird. Der Vorrichtungshauptkörper 100 kann durch dieses Armband 103 frei am Handgelenk des Benutzers befestigt und von diesem entfernt werden.
Die Sensoreinheit 102 wird durch ein Band 104 vor Licht geschützt, das zum Befestigen des Sensors in Position verwendet wird und zwischen dem Grund- und zweiten Gelenk des Zeigefingers des Benutzers befestigt wird. Durch derartiges Befestigen der Sensoreinheit 102 an der Basis des Fingers kann das Kabel 101 nicht nur viel kürzer sein, sondern stellt auch keine Behinderung während des Trainings des Benutzers dar. Zusätzlich ist bekannt, dass, wenn die Temperaturverteilung von der Handfläche zur Fingerspitze gemessen wird, die Temperatur an der Fingerspitze deutlich fällt, wenn die Temperatur der Umgebung nieder ist, während die Temperatur an der Basis des Fingers vergleichsmäßig wenig fällt. Wenn daher die Sensoreinheit 102 an der Basis des Fingers angebracht wird, ist es möglich, die Pulsfrequenz und dergleichen exakt zu messen, selbst wenn bei kaltem Wetter im Freien trainiert wird.
Ein Verbinder 105 ist an der 6-Uhr-Position an der Oberfläche der Armbanduhr befestigt. Ein Verbinderstück 106, das am Ende des Kabels 101 bereitgestellt ist, ist lösbar am Verbinder 105 befestigt. Durch Lösen des Verbinderstücks 106 vom Verbinder 105 kann die Vorrichtung als normale Armbanduhr oder Stoppuhr verwendet werden. Zum Schutz des Verbinders 105 ist auch eine besondere Verbinderabdeckung angebracht, wenn das Kabel 101 und die Sensoreinheit 102 vom Verbinder 105 gelöst sind. Mit Ausnahme einer Elektrodenkomponente kann diese Verbinderabdeckung aus Teilen gebildet sein, die auf die gleiche Weise wie das Verbinderstück 106 gebildet sind.
Infolge der zuvor beschriebenen Verbinderkonstruktion ist der Verbinder 105 zum Benutzer hin angeordnet, wodurch er leichter manipuliert werden kann. Da der Verbinder 105 nicht aus dem Vorrichtungshauptkörper 100 in der 3-Uhr-Position hinausreicht, kann der Benutzer sein Handgelenk während des Trainings frei bewegen. Selbst wenn der Benutzer während des Trainings stürzt, schlägt die Rückseite seiner Hand nicht auf den Verbinder 105.
Es werden nun die anderen Teilen, die in 3 dargestellt sind, ausführlicher unter Bezugnahme auf 4 erklärt.
4 zeigt den Vorrichtungshauptkörper 100 dieser Ausführungsform im Detail, wobei das Kabel 101 und das Armband 103 abgenommen sind. In dieser Figur wurden Teile, die mit dem in 3 dargestellten gleich sind, mit demselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird unterlassen.
In dieser Figur ist der Vorrichtungshauptkörper 100 mit einem Uhrgehäuse 107 aus Harz ausgestattet. Eine Flüssigkristallanzeige 108 ist auf der Oberfläche des Uhrgehäuses 107 angeordnet, die in digitaler Form die aktuelle Zeit und das Datum anzeigt, wie auch Pulsinformationen wie Pulsfrequenz und dergleichen. Die LCD-Vorrichtung 108 besteht aus einem ersten, zweiten und dritten Segmentanzeigebereich 108-1, 108-2 und 108-3 und einem Punktanzeigebereich 108-D.
Der erste Segmentanzeigebereich 108-1 ist an der oberen linken Fläche des Anzeigefeldes positioniert; der zweite Segmentanzeigebereich 108-2 ist an der oberen rechten Fläche des Anzeigefeldes positioniert; der dritte Segmentanzeigebereich 108-3 ist an der rechten linken Fläche des Anzeigefeldes positioniert; und der Punktanzeigebereich 108-D ist an der unteren linken Fläche des Anzeigefeldes positioniert.
In diesem Beispiel werden das Datum, der Wochentag und die aktuelle Zeit in dem ersten Segmentbereich 108-1 angezeigt, während die verstrichene Zeit beim Ausführen verschiedener Zeitmessungen im zweiten Segmentbereich 108-2 angezeigt wird. Die Pulsfrequenz und dergleichen, die während der Messung der Pulswelle-Pulswellen gemessen werden, werden im dritten Segmentbereich 108-3 angezeigt. Schließlich können verschiedene Informationen graphisch im Punktanzeigebereich 108-D angezeigt werden, zusätzlich zu einer Reihe von anderen Anzeigen, wie einer Modusanzeige, die anzeigt, welcher Modus der Vorrichtung zu einer bestimmten Zeit eingeschaltet ist, die ursprüngliche Wellenform der Pulswellenform/Beschleunigungspulswellenform-Anzeige, eine Balkengraphikanzeige, die die Veränderung der Pulsfrequenz im Laufe der Zeit anzeigt, und dergleichen.
Der Begriff "Modus", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Reihe von Moden, wie einen Modus zur Verwendung der Vorrichtung als Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, einen Modus zum Einstellen von Datum und Zeit, einen Modus zum Verwenden der Vorrichtung als Stoppuhr und dergleichen.
Eine Steuerung 109 zum Ausführen einer Signalverarbeitung zur Anzeige von Veränderungen in der Pulsfrequenz oder dergleichen auf der LCD-Vorrichtung 108 ist im Uhrgehäuse 107 angeordnet. Die Steuerung 109 enthält eine Uhrschaltung zur Ausführung von Uhrfunktionen. Ferner kann eine normale Uhrzeitanzeige für die LCD-Vorrichtung 108 verwendet werden, wobei jedoch auch Systemuhr- oder Teilzeitanzeigen möglich sind, die verwendet werden, wenn die Vorrichtung als Stoppuhr betrieben wird.
Knopfschalter 111 bis 117 sind am äußeren Umfang und an der Oberfläche des Uhrgehäuses 107 bereitgestellt.
Wenn der Knopfschalter 111, der sich an der 2-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, gedrückt wird, wird ein Alarm eingestellt, der eine Stunde später läutet.
Der Knopfschalter 112, der sich an der 4-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, dient zum Umschalten der verschiedenen Moden, über die die Vorrichtung verfügt, wenn sie als normale Armbanduhr dient.
Wenn der Knopfschalter 113, der sich an der 11-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, gedrückt wird, wird ein Elektrolumineszenz-(EL-)Hintergrundlicht auf der Flüssigkristallanzeige 108 zum Beispiel etwa 3 sec eingeschaltet, wonach es sich automatisch abschaltet.
Der Knopfschalter 114, der sich an der 8-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, schaltet zwischen den verschiedenen graphischen Anzeigen um, die auf dem Punktanzeigebereich 108-D angezeigt werden sollen. Durch Drücken des Knopfschalters 115, der sich an der 7-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, kann die Form der Zeit- und Datumsanzeige (d. h., Anzeige der Zeit in Sekunden/Minuten/Stunden, 12- oder 24-Stundenanzeige, usw.) im Tag- und Datumskorrekturmodus umgeschaltet werden.
Der Knopfschalter 116, der unter der LCD-Anzeige 108 liegt, kann verwendet werden, wenn Zeit oder Datum korrigiert werden, wobei die Einstellung um Eins verringert wird. Wenn eine Rundenzeit zeitlich festgelegt wird, kann der Knopfschalter 116 als Schalter zur Information der CPU 1 über die Beendigung jeder Rundenzeit verwendet werden. Der Knopfschalter 117, der über der LCD 108 angeordnet ist, wird für die Anzeige verwendet, dass der Betrieb der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes begonnen oder beendet wurde. Der Knopfschalter 117 kann nicht nur zum Erhöhen der Zeit- und Datumseinstellung um Eins verwendet werden, sondern auch zur Anzeige des Beginns oder Endes einer Reihe von Zeitverlaufsmessungen.
Eine knopfförmige Batterie 118 ist in dem Uhrgehäuse 107 aufgenommen und dient als Energiequelle für die Vorrichtung. Das Kabel 101, das in 3 dargestellt ist, leitet elektrische Energie von der Batterie 118 zur Sensoreinheit 102 und sendet die Erfassungsergebnisse von der Sensoreinheit 102 zur Steuerung 109.
Es ist notwendig, den Vorrichtungshauptkörper 100 zu vergrößern, da die Funktionen der Uhr selbst vermehrt sind.
Der Vorrichtungshauptkörper 100 kann in Richtung der 6- oder 12-Uhr-Position nicht vergrößert werden, da sich eine Größeneinschränkung dadurch ergibt, dass die Uhr am Arm getragen werden muss. Daher wird in dieser Ausführungsform ein horizontal längliches Uhrgehäuse 107 verwendet, das in die horizontale (d. h., 3-Uhr bis 9-Uhr) Richtung länger ist als in die vertikale (d. h., 6-Uhr bis 12-Uhr) Richtung.
In dieser Ausführungsform ist das Armband 103 mit einem Uhrgehäuse 107 an einer Position verbunden, die zu der 3-Uhr-Seite der Uhr verschoben ist. Vom Armband 103 aus betrachtet, ist ein großer Überhang 119 auf der 9-Uhr-Seite der Armbanduhr vorhanden, der aber an der 3-Uhr-Seite der Uhr fehlt. Daher kann der Benutzer sein Armgelenk beugen, wenn er das horizontal lange Uhrgehäuse 107 verwendet oder trägt. Selbst wenn der Benutzer stürzt, schlägt er nicht mit der Rückseite seiner Hand auf das Uhrgehäuse.
Ein flaches Piezoelement 120, das als Summer verwendet wird, ist im Inneren des Uhrgehäuses 107 an der 9-Uhr-Position in Bezug auf die Batterie 118 angeordnet. Die Batterie 118 ist schwerer als das Piezoelement 120, so dass die Position des Gewichtszentrums des Vorrichtungshauptkörpers 100 zur 3-Uhr-Seite hin verschoben ist. Ferner ist das Armband 103 mit der Seite des Hauptkörpers 100 verbunden, zu dem das Gewichtszentrum verschoben ist. Dadurch kann der Vorrichtungshauptkörper 100 stabil am Arm befestigt werden.
Da die Batterie 118 und das Piezoelement 120 in ebener Richtung angeordnet sind, kann der Vorrichtungshauptkörper 100 ferner dünner gestaltet werden. Durch die Bereitstellung einer Batterieabdeckung an der Rückseite der Armbanduhr kann der Benutzer die Batterie leicht tauschen.
Die Entsprechung zwischen den Teilen in 1 und jenen in 3 und 4 ist wie folgt. Die Steuerung 109 in 4 entspricht CPU 1, ROM 2, RAM 3, Sensorschnittstelle 6, Anzeigesteuerungsschaltung 8 und Uhrschaltung 9 in 1.
Ebenso ist die Sensoreinheit 102 in 3 mit dem Pulswellensensor 4 und dem Beschleunigungssensor 5 in 1 äquivalent, während die Flüssigkristallanzeige 108 in 3 und 4 der Anzeigevorrichtung 7 in 1 entspricht.
Es folgt eine Erklärung des Betriebs der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes mit der oben genannten Konstruktion.
Vor Beginn des Trainings drückt der Benutzer den Knopfschalter 117 zum Aktivieren der Funktion der Vorrichtung.
Daher werden die Pulswellenform- und Beschleunigungswerte dann vom Pulswellensensor 4 beziehungsweise Beschleunigungssensor 5 zu der Sensorschnittstelle 6 gesendet und in ein digitales Signal umgewandelt. In der Zwischenzeit sendet die CPU 1 die aufgenommene Pulswelle-Pulswellenform zur Anzeigesteuerungsschaltung 8, wonach die Pulswellenform auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt wird. Dadurch kann der Benutzer die Pulswelle-Pulswellenform als graphische Anzeige, die sich im Lauf der Zeit ändert, auf der Punktanzeigefläche 108-D der Flüssigkristallanzeige 108, wie zum Beispiel in 4 dargestellt, sehen.
Die CPU 1 ist zum Messen der Ruhepulsfrequenz unmittelbar vor Beginn des Trainings bestimmt, nachdem der Benutzer den Knopfschalter 117 gedrückt hat. In diesem Fall bestimmt die CPU 1, ob sich der Benutzer bewegt oder nicht (d. h., ob sich der Benutzer in einem Ruhezustand befindet oder nicht), abhängig davon, ob die Bewegung des Pulswellensensors 4, die die Bewegung des Benutzers mitmacht, ein Ausmaß zeigt, das das Erfassen der Pulswelle beeinträchtigt. Mit anderen Worten, wenn der Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 einen im Voraus festgelegten Wert (zum Beispiel 0,1 G) überschreitet, bestimmt die CPU 1, dass sich der Benutzer bewegt (d. h., sich nicht im Ruhezustand befindet).
Da das Erfassen der Pulswelle in diesem Fall nicht exakt vorgenommen werden kann, zeigt die CPU 1 eine Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7, die den Benutzer auffordert, sich nicht zu bewegen.
Wenn der Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 unter einem im Voraus festgelegtem Wert liegt, bestimmt die CPU 1, dass sich der Benutzer nicht bewegt (d. h., sich im Ruhezustand befindet). Die Pulswellenformen werden dann über eine bestimmte Zeitperiode nur von der Sensorschnittstelle 6 erfasst und im RAM 3 gespeichert. Die Pulswellenformen, die in dieser Zeitperiode erfasst werden, werden dann in Wellenlängeneinheiten geteilt, und die Anzahl der Wellenlängen wird gezählt. Diese wird dann in einen Wert pro Minute umgewandelt, um die Pulsfrequenz zu berechnen.
Die derart berechnete Pulsfrequenz wird dann im RAM 3 als Ruhepulsfrequenz gespeichert.
Die CPU 1 liest ein einzelnes Wellenlängensegment aus der Pulswellenform, die im RAM 3 gespeichert ist, und differenziert diese Wellenform dann zweimal in Bezug auf die Zeit, um eine Beschleunigungspulswellenform, wie die in 15 dargestellte, zu erhalten. Die CPU 1 bestimmt dann die Spitze a, das Tal b, die Spitze c und das Tal d, indem die Wendepunkte der Beschleunigungspulswellenform ermittelt werden. Dann wird der Wert der Amplitude jeder dieser Wendepunkte ermittelt. Diese Wendepunkte können durch die typischen Methoden erhalten werden, wie durch Ermitteln der Zeitableitung der Beschleunigungspulswellenform. Die berechnete Beschleunigungspulswellenform und die Geschwindigkeitspulswellenform, die in dem Verfahren zur Ermittlung der Beschleunigungspulswellenform erhalten wurde, können auf der Anzeigevorrichtung 7 graphisch angezeigt werden.
Danach berechnet die CPU 1 Werte, in welchen jeder der Amplitudenwerte von Tal b, Spitze c, und Tal d durch den Amplitudenwert von Spitze a normalisiert werden, d. h., die Amplitudenverhältnisse b/a, c/a und d/a, und speichert dann die berechneten Ergebnisse im RAM 3. Von diesen ist das Amplitudenverhältnis d/a als Indikator, der den Blutkreislaufzustand anzeigt, am nützlichsten. Daher wird als allgemeine Regel in der folgenden Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur das Amplitudenverhältnis d/a verwendet. Während es streng genommen bevorzugt ist, beide Amplitudenverhältnisse d/a und c/a zu verwenden, wird ferner in der folgenden Besprechung der Bestimmung nur das Amplitudenverhältnis d/a als praktischste Methode verwendet.
Danach weist die CPU 1 den Benutzer an, in welchem Maße das Training ausgeführt werden sollte. Zunächst bestimmt die CPU 1 vor dem Training auf Grund des Amplitudenverhältnisses d/a, das wie oben ermittelt wurde, und der Tabelle, die in 2(b) dargestellt ist, welches Muster (1) bis (6) der Beschleunigungspulswellenform des Benutzers zugeordnet ist. Der Mustertyp wird im RAM 3 als Muster der Beschleunigungspulswellenform des Benutzers vor dem Training gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Es wäre jedoch für den Benutzer schwierig, die Bedeutung zu erkennen, wenn nur der Mustertyp angezeigt wird. Wenn sich die Pulswellenform daher zum Beispiel als Wellenform vom Mustertyp (3) erweist, wird eine ergänzende Nachricht, wie "Gesundheitszustand beginnt sich zu verschlechtern", auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Danach werden der Trainingsintensitäts-Sollwert, der obere und untere Grenzwert für die Trainingsintensität, und der Trainingsdauer-Sollwert entsprechend dem erhaltenen Pulswellenmuster aus dem ROM 2 gelesen und im RAM 3 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 als Sollwerte für den Benutzer während des Trainings angezeigt.
Wenn der Benutzer zu trainieren beginnt, steigt der Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 allmählich, während die Bewegung des Körpers heftiger wird. Wenn der Ausgangswert des Beschleunigungssensors den oben genannten im Voraus festgelegten Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt später überschreitet, erkennt die CPU 1, dass der Benutzer mit dem Training begonnen hat. Die CPU 1 liest dann die Uhrzeit aus der Uhrschaltung 9 und speichert diese als Trainingsbeginnzeit im RAM 3. Gleichzeitig stellt die CPU 1 die Uhrschaltung 9 ein, um ein Unterbrechungssignal zu erzeugen, wenn die Sollzeit für die Trainingsdauer verstrichen ist. Ebenso initialisiert die CPU 1 den Speicherbereich, der im RAM 3 bereitgestellt ist, bei [0], um den Gesamttrainingsumfang während der Trainingseinheit zu berechnen.
Die CPU 1 misst dann die Pulsfrequenz des Benutzers und den Trainingsumfang, und liefert Anleitungen, während der Benutzer trainiert.
Dazu liest die CPU 1 zunächst die Pulswellenform aus der Sensorschnittstelle 6 in im Voraus festgelegten Zeitintervallen und berechnet die Pulsfrequenz des Benutzers. Diese Pulsfrequenz wird in Anzeigeinformationen umgewandelt, zu der Anzeigesteuerschaltung 8 geleitet und dann auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Die CPU 1 berechnet den Trainingsumfang, der in diesem Fall in Form von Kalorien angezeigt wird. Da verbrannte Kalorien ungefähr das Produkt der Pulsfrequenz und der Trainingsdauer sind, multipliziert die CPU 1 die Pulsfrequenz, die wie zuvor beschrieben ermittelt wird, mit der Zeit, die seit der unmittelbar vorangehenden Pulsfrequenzmessung bis zur aktuellen Pulsfrequenzmessung verstrichen ist. Beim Berechnen des Trainingsumfangs ist es für gewöhnlich der Fall, dass sich die unmittelbar vorangehende Pulsfrequenz von der aktuellen Pulsfrequenz unterscheidet. Daher ist es annehmbar, den Durchschnitt der beiden Werte zu nehmen. Die CPU 1 ermittelt den Gesamttrainingsumfang durch Addieren des aktuellen Trainingsaufwands zu dem Gesamttrainingsumfang, der durch die unmittelbar vorangehende Pulsfrequenzmessung berechnet wurde. Der Gesamttrainingsumfang seit dem Beginn der Trainingseinheit und der Trainingsumfang von der vorangehenden Pulsfrequenzmessung bis zur aktuellen Pulsfrequenzmessung werden im RAM 3 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Der Trainingsumfang kann als Produkt der Trainingsintensität und der Trainingsdauer erhalten werden. Daher ist es auch annehmbar, den Trainingsumfang, der als dieses Produkt erhalten wird, anstelle der Kalorienanzeige anzuzeigen. Mit anderen Worten, die gemessene Pulsfrequenz und die Trainingsintensität erfüllen die folgende, allgemein bekannte Karvonen-Gleichung, so dass die Trainingsintensität aus der Ruhepulsfrequenz, die im Voraus im RAM 3 gespeichert wurde, und der Pulsfrequenz, die während des Trainings gemessen wurde, berechnet werden kann, um den Trainingsumfang zu erhalten. Gemessene Pulsfrequenz = Ruhepulsfrequenz + {(220-Alter) – Ruhepulsfrequenz} * Trainingsintensität (1)
Wenn die "Trainingsintensität" in dieser Formel 80% erreicht, ist das Training sehr schwierig, während ein Wert von 50% eine mäßige Herausforderung darstellt. In Bezug auf "Alter" in dieser Formel gibt der Benutzer sein Alter unter Verwendung eines nicht dargestellten Eingabemittels ein, wobei dieser Wert im RAM 3 im Voraus gespeichert wird.
Die CPU 1 prüft, ob die Trainingsintensität, die aus der gemessenen Pulsfrequenz unter Verwendung von Formel (1) berechnet wurde, außerhalb des Bereichs liegt, der durch den oben genannten oberen und unteren Grenzwert für die Trainingsintensität bestimmt wurde. Wenn die Trainingsintensität den oberen Grenzwert überschreitet, weist die CPU den Benutzer an, etwas mäßiger zu trainieren, während, wenn die Trainingsintensität den unteren Grenzwert unterschreitet, die CPU 1 den Benutzer anweist, die Trainingsintensität leicht zu erhöhen.
Daher kann der Benutzer auf Grund der Anzeige der Pulsfrequenz und des Trainingsumfangs auf der Anzeigevorrichtung 7 das durchgeführte Training erhöhen oder verringern. Da geprüft werden kann, ob ein Training mit geeigneter Intensität ausgeführt wird oder nicht, wird gleichzeitig ein übermäßiges oder unwirksames Training vermieden. Auf diese Weise wird eine Überwachung durchgeführt, die sicherstellt, dass ein Training mit geeigneter Intensität ausgeführt wird.
Wenn eine Unterbrechung von der Uhrschaltung 9 nach dem Verstreichen der geplanten Trainingsdauer erzeugt wird, gibt die CPU 1 eine Anweisung an den Benutzer aus, das Training zu beenden. Der Benutzer stoppt entweder sofort oder setzt fort, bis ein angenehmerer Punkt für den Stopp erreicht ist. Daher sinkt der Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 allmählich. Da die CPU 1 den Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 überwacht, erfasst sie zwischenzeitlich, dass der Ausgangswert wieder unter den zuvor beschriebenen, im Voraus festgelegten Wert gefallen ist und erkennt somit, dass der Benutzer mit dem Training aufhört.
Danach berechnet die CPU 1 das Amplitudenverhältnis d/a nach derselben Prozedur wie vor Beginn des Trainings, und liest die aktuelle Uhrzeit aus der Uhrschaltung 9, die sie im RAM 3 als Trainingsbeendigungszeit speichert. Die CPU 1 berechnet dann die Gesamttrainingsdauer auf Grund der Trainingsbeginnzeit und der Trainingsbeendigungszeit und speichert diese auf gleiche Weise im RAM 3.
Danach zeigt die CPU 1 das Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training, das Amplitudenverhältnis d/a nach dem Training, den Gesamttrainingsumfang und die Gesamttrainingsdauer auf der Anzeigevorrichtung 7 bei Betätigung eines Knopfschalters durch den Benutzer an. Zusätzlich ermittelt die CPU 1 den Trainingssollumfang aus dem Trainingsintensitäts-Sollwert und dem Trainingsdauer-Sollwert und bestimmt, ob der gemessene Gesamttrainingsumfang innerhalb eines im Voraus festgelegten Bereichs mit diesem Sollwert als Zentrum liegt. Wenn der Trainingsumfang nicht korrekt ist, zeigt die CPU 1 den Benutzer diese Tatsache gemeinsam mit dem Sollwert für den Trainingsumfang an, so dass der Benutzer weiß, dass das Training nicht nach Anweisung verlaufen ist.
Die CPU 1 führt dieselbe Verarbeitung in Bezug auf die Trainingsdauer durch, und warnt den Benutzer, wenn eine nennenswerte Differenz zwischen dem Sollwert und dem tatsächlichen Messwert aufgetreten ist.
Anschließend bestimmt die CPU 1 auf dieselbe Weise wie vor dem Training, welches der in 2(b) dargestellten Muster dem Amplitudenverhältnis d/a zugeordnet ist, das nach dem Training gemessen wurde, und zeigt den Mustertyp nach dem Training auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Wenn ein Vergleich der Muster vor dem Training und nach dem Training zeigt, dass eine Verbesserung zu dem Mustertyp (1) hin eingetreten ist, wird eine Nachricht, wie "Gesundheitszustand verbessert" auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Andererseits kann ein Vergleich eine Verschlechterung zu einem Mustertyp (6) hin auszeigen. Da ein weiteres Training in diesem Fall nicht erwünscht ist, wird der Benutzer gebeten, nicht zu trainieren und bei Bedarf einen Arzt aufzusuchen.
Wenn jedoch ohne derartige Warnung ein Benutzer sein Training fortsetzen möchte, wie zum Beispiel im Fall eines Intervalltrainings, wird dieses Muster nach dem Training (d. h., das Amplitudenverhältnis d/a) als Muster vor dem Training (Amplitudenverhältnis d/a) für das Training eingestellt, das ab diesem Punkt durchgeführt wird. Nach diesem Muster (Amplitudenverhältnis d/a) wird einer neuer Sollwert eingestellt und mit der Trainingsanleitung fortgefahren.
Wenn anschließend der Benutzer wieder den Knopfschalter 117 nach Beendigung des notwendigen Trainingsumfangs drückt, bestimmt die CPU 1, dass das Training beendet ist und stoppt jede weitere Trainingsanleitung.
Wenn allerdings der Benutzer am folgenden Tag oder später trainiert, wird die Trainingsanleitung aufgehoben, sobald der Knopfschalter 117 gedrückt wird. Danach werden die Beschleunigungspulswellenformen für den Gesundheitszustand an diesem Tag nach der zuvor beschriebenen Prozedur bestimmt. Somit wird die Trainingsanweisung, die mit dem Trainingssollwert übereinstimmt, der dem Muster für diesen Tag entspricht, ausgeführt.
Auf diese Weise bewegt sich der Gesundheitszustand des Benutzers zu einer besseren Kondition, indem der Benutzer angeleitet wird, das richtige Training auszuführen.
In dieser Ausführungsform ist es auch annehmbar, die gemessene Pulsfrequenz, sowohl vor als auch nach dem Training, kontinuierlich auf der Anzeigevorrichtung 7 anzuzeigen.
Zusätzlich kann Folgendes als eine Methode zur Auswertung des vom Benutzer ausgeführten Trainings in Betracht gezogen werden.
8 zeigt ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen dem Trainingsumfang, der vom Benutzer ausgeführt wird, und der Veränderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a vor und nach dem Training. Wenn, wie in dieser Figur dargestellt, der Trainingsumfang gering ist, ist die Veränderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a gering, wobei im Allgemeinen ein Wert von +5% oder weniger erhalten wird (Bereich 1 in 8). Wenn der Trainingsumfang höher als dieser Wert ist, steigt die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a allmählich über +5%. Anschließend beginnt die Änderungsrate nach einem bestimmten Punkt zu fallen, bis sie wieder etwa +5% beträgt (Bereich II in 8). Wenn der Trainingsumfang weiter erhöht wird, fällt die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a weiter, sinkt unter +5% bis etwa –10% (Bereich III in 8). Eine weitere Erhöhung des Trainingsumfangs führt zu einer weiteren Abnahme in der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a auf unter –10% (Bereich IV in 8).
Die CPU 1 führt eine Auswertung des Trainings auf Grund des Verhältnisses zwischen dem Trainingsumfang und der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a durch. Zu diesem Zweck bestimmt die CPU 1 die Differenz zwischen dem Amplitudenverhältnis d/a nach dem Training und dem Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training und dividiert diese Differenz durch das Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training, wodurch die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a berechnet wird. Die Änderungsrate im erhaltenen Amplitudenverhältnis d/a und der gemessene Trainingsumfang werden in der Graphik in 8 eingetragen, und die CPU 1 führt dann eine Auswertung des Trainings, das vom Benutzer ausgeführt wird, abhängig davon durch, in welchem Bereich I bis IV sich diese Kurve befindet.
Das heißt, wenn die Kurve im Bereich I von 8 liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training zu leicht war. Wenn die Kurve im Bereich II liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training richtig war. Wenn die Kurve im Bereich III liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training etwas zu anstrengend war. Und wenn die Kurve im Bereich IV liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training zu anstrengend war. Auf Grund dieser Ergebnisse werden die Nachrichten "Training zu leicht", "Training richtig", "Training etwas zu anstrengend" und "Training zu anstrengend" auf der Anzeigevorrichtung 7 für die Kurven im Bereich I, II, III beziehungsweise IV angezeigt. Auf diese Weise wird der Benutzer über die Ergebnisse der Trainingsauswertung in Kenntnis gesetzt.
Die vorangehende Ausführungsform beschreibt einen Fall, in dem nur das Amplitudenverhältnis d/a verwendet wird. Wenn jedoch eine Auswertungsmethode verwendet wird, die sowohl das Amplitudenverhältnis d/a als auch c/a verwendet, kann eine Auswertung des Trainings vorgenommen werden, die noch exakter ist. Das heißt, wenn zum Beispiel der Wert des Amplitudenverhältnisses 20% ist, kann eine Bestimmung vorgenommen werden, dass die Wellenform der Beschleunigungspulswelle einer Wellenform vom Mustertyp (2) zugeordnet ist. Wenn andererseits der Wert des Amplitudenverhältnisses d/a 80% ist, kann festgestellt werden, dass die Beschleunigungspulswellenform einem der Muster 4 bis 6 zugeordnet ist. Dann wird auf den Wert des Amplitudenverhältnisses c/a Bezug genommen, um festzustellen, um welches Muster von diesen es sich handelt. Wenn der Wert des Amplitudenverhältnisses c/a zum Beispiel 30% ist, kann aus 2(b) bestimmt werden, dass die Beschleunigungspulswellenform der Wellenform des Mustertyps (5) zugeordnet ist.
Zusätzlich zur Trainingsintensität und Trainingsdauer können andere Parameter zur Verwendung als Sollwerte während des Trainings in Betracht gezogen werden. Als ein Beispiel kann der Kalorienverbrauch genannt werden. Die CPU 1 stellt den Sollwert für den Kalorienverbrauch vor dem Trainingsbeginn ein und berechnet den Kalorienverbrauch jedes Mal, wenn die Pulsfrequenz während des Trainings gemessen wird. Die CPU 1 berechnet den Gesamtkalorienverbrauch vom Beginn des Trainings an und speichert diesen Wert im RAM 3. Wenn dieser Wert den eingestellten Sollwert überschreitet, liefert die CPU 1 dem Benutzer eine Anzeige.
Ausführungsform 2
Informationen, wie das Leistungsspektrum, die aus Herzschlagvariationen erhalten werden, werden in den letzten Jahren zunehmend in der Diagnose und Behandlung verschiedener Erkrankungen, wie Herzerkrankung, zentraler Nervenerkrankungen, peripherer Nervenerkrankungen, Diabetes, hohen Blutdrucks, zerebrovaskulärer Erkrankung, plötzlichen Todes und dergleichen eingesetzt. Daher ermittelt diese Ausführungsform die LF (Niederfrequenz), HF (Hochfrequenz) und RR50 Indikatoren aus einer Analyse der Tidal-Pulswelle, die der Tidal-Welle in der Herzschlagvariation entspricht, und verwendet diese als Indikatoren für den physischen Zustand des Benutzers. Zunächst wird die Bedeutung dieser Indikatoren beschrieben.
In einem Elektrokardiogramm wird das Intervall zwischen der R-Welle eines Herzschlags und der R-Welle des nächsten Herzschlags als RR-Intervall bezeichnet. Dieses RR-Intervall ist ein numerischer Wert, der als Indikator für das Funktionieren des autonomen Nervensystems im menschlichen Körper dient. 9 zeigt den Herzschlag und das RR-Intervall, das aus der Wellenform dieses Herzschlags in einem Elektrokardiogramm erhalten wird. Wie aus dieser Figur hervorgeht, zeigt eine Analyse der Messergebnisse in einem Elektrokardiogramm, dass sich das RR-Intervall im Laufe der Zeit ändert.
Andererseits ist eine Änderung im Blutdruck, der an der Radiusarterie oder dergleichen gemessen wird, als die Änderung im Blutdruck bei jedem Schlag vom Zusammenziehen bis zum Entspannen des Herzens definiert und entspricht einer Änderung im RR-Intervall in einem Elektrokardiogramm.
10 zeigt das Verhältnis zwischen dem Elektrokardiogramm und dem Blutdruck. Wie aus dieser Figur hervorgeht, kann der Blutdruck bei jedem Zusammenziehen und Entspannen in einem Herzschlag als Maximalwert des arteriellen Drucks und als Minimalwert, der diesem Maximalwert unmittelbar vorangeht, in jedem RR-Intervall gemessen werden.
Bei Durchführung einer Spektralanalyse der Änderungen im Herzschlag oder Blutdruck wird klar, dass die Änderungen aus Wellen mit mehreren Frequenzen bestehen. Diese können in die folgenden drei Arten von Änderungskomponenten klassifiziert werden.

1. HF (Hochfrequenz) Komponente, die die Änderung ist, die mit der Atmung zusammenhängt
2. LF (Niederfrequenz) Komponente, die sich mit einer Periodizität von etwa 10 Sekunden ändert
3. Trend, der sich mit einer Frequenz ändert, die geringer als die Messgrenzwerte ist

Um diese Komponenten zu ermitteln, wird das RR-Intervall zwischen benachbarten Pulswellen für jede gemessene Pulswelle ermittelt, und der diskrete Wert des erhaltenen RR-Intervalls wird unter Verwendung einer geeigneten Methode interpoliert (zum Beispiel mit Hilfe der Spline-Interpolation 3. Ordnung) (siehe 9). Nach der Interpolation wird eine FFT-Operation an der krummen Linie durchgeführt, wonach eine Spektralanalyse folgt. Dadurch kann die Änderungskomponente als Spitze auf der Frequenzachse herausgenommen werden. 11(a) zeigt die Wellenform einer Änderung im RR-Intervall einer gemessenen Pulswelle und die Wellenform von jeder der Änderungskomponenten in dem Fall, in dem die Änderungswellenform in die oben genannten drei Frequenzkomponenten getrennt ist. 11(b) zeigt die Ergebnisse der Spektralanalyse an der Änderungswellenform im RR-Intervall, wie in 11(a) dargestellt.
Wie aus dieser Figur hervorgeht, erscheinen Spitzen bei zwei Frequenzen nahe 0,07 Hz und 0,25 Hz. Der erste Frequenzwert ist die LF-Komponente, während der zweite die HF-Komponente ist. Die Trendkomponente kann in der Figur nicht abgelesen werden, da sie unter dem Messgrenzwert liegt.
Die LF-Komponente bezieht sich auf die Aktivität des sympathischen Nervensystems. Je größer diese Komponente ist, umso größer ist die Zunahme an Spannung. Andererseits bezieht sich die HF-Komponente auf die Aktivität des parasympathischen Nervensystems. Je größer die Amplitude dieser Komponente ist, umso entspannter der Zustand.
Die Amplitudenwerte für die LF- und HF-Komponenten schwanken je nach Individuum. Angesichts dessen ist daher das Verhältnis LF/HF, welches das Verhältnis der Amplituden der LF- und HF-Komponenten ist, für die Einschätzung des Zustandes der Person nützlich. Wenn der Wert von LF/HF groß ist, ist das Maß an Spannung hoch, während wenn der LF/HF klein ist, das Maß an Spannung gering ist, was darauf hinweist, dass die Person entspannt ist.
RR50 ist durch die unveränderliche Zahl definiert, mit der der absolute Wert des Pulswellenintervalls, das dem RR-Intervall für zwei aufeinanderfolgende Herzschläge entspricht, um 50 Millisekunden oder mehr schwankt, wenn Messungen der Pulswelle über eine bestimmte Zeitperiode vorgenommen werden. Je größer der Wert für RR50 ist, umso mehr ist die Person beruhigt, je kleiner der Wert für RR50 ist, umso mehr ist die Person erregt.
Es gibt außerdem einen Zusammenhang zwischen diesen Indikatoren und dem physischen Zustand des Benutzers.
Wenn die Aktivität des parasympathischen Nervensystems abnimmt und das sympathische Nervensystem durch intensiviertes Training in eine Vorrangstellung gebracht wird, kann ein Zustand geschaffen werden, der dem physischen Zustand eines Patienten ähnlich ist, der an einer Erkrankung wie zuvor beschrieben leidet. Wenn das intensivierte Training dann unterbrochen wird und die Änderung in den oben genannten Indikatoren beobachtet wird, während sich der Körper erholt, zeigt sich, dass die HF-Komponente im Laufe des Tages steigt, während der LF/HF-Wert im Laufe des Tages eine Tendenz zum Fallen hat.
Mit anderen Worten, wenn sich der Zustand des Körpers erholt, steigen oder fallen die HF-Komponente oder der LF/HF-Wert von einem Wert, der einen Spannungszustand anzeigt, auf einen Wert, der einen Entspannungszustand anzeigt. Daher kann die Hypothese aufgestellt werden, dass durch Beobachtung nicht nur der HF-Komponente und des LF/HF-Wertes, sondern auch der LF-Komponente und des RR50-Wertes beurteilt werden kann, ob der Körperzustand gut ist, indem die Zunahme und Abnahme der Werte für jeden der Indikatoren beobachtet wird. Daher können diese Indikatoren anstelle des Amplitudenverhältnisses d/a verwendet werden.
Die Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes dieser Ausführungsform wird nun erklärt. In dieser Ausführungsform wird einer der zuvor beschriebenen vier Indikatoren anstelle des in Ausführungsform 1 verwendeten Amplitudenverhältnisses d/a eingesetzt. Die Struktur dieser Vorrichtung ist dieselbe wie jene in Ausführungsform 1. Daher konzentriert sich die folgende Erklärung auf jene Aspekte des Betriebs der Vorrichtung, die für diese Ausführungsform spezifisch sind.
Zusätzlich wurde die Beschleunigungspulswellenform in der vorangehenden Ausführungsform in 6 Muster unterteilt. In dieser Ausführungsform jedoch werden die Indikatoren in eine Anzahl von Abstufungen entsprechend ihrem Wert unterteilt. Ein Trainingsintensitäts-Sollwert, ein oberer und ein unterer Grenzwert für die Trainingsintensität, und ein Sollwert für die Trainingsdauer werden im Voraus im ROM 2 entsprechend diesen Abstufungen eingestellt.
Wenn der Benutzer den Knopfschalter 117 vor Beginn des Trainings drückt, prüft die CPU 1 den Ausgangswert des Beschleunigungssensors 5 und misst nach der Bestätigung, dass sich der Benutzer in einem erholten Zustand befindet, einmal die Ruhepulsfrequenz und speichert diesen Wert im RAM 3. Danach erfasst die CPU 1 die Pulswellenform und berechnet die vier Indikatoren auf Grund dieser Pulswellenform. Die darauf folgende Verarbeitung wird nun in der Folge ausführlich erklärt.
Erstens berechnet die CPU1 zum Extrahieren der Maximalpunkte aus der Pulswellenform die Zeitableitung der Puls wellenform und ermittelt alle Uhrzeiten, zu welchen ein Pol in der Wellenform auftritt, indem bestimmt wird, wann die Zeitableitung Null ist. Danach bestimmt die CPU 1 aus der Steigung der Wellenform in der Nähe des Pols (d. h., der Zeitableitung) ob jeder Pol ein Maximum oder Minimum ist.
Mit anderen Worten, die CPU 1 berechnet für einen bestimmten Pol den gleitenden Durchschnitt der Steigung der Wellenform über ein unveränderliches Zeitintervall vor dem Pol. Wenn dieser gleitende Durchschnitt positiv ist, ist der Pol ein Maximum, während bei einem negativen Wert der Pol ein Minimum ist.
Anschließend bestimmt die CPU1 für jeden extrahierten Maximalpunkt den Minimalpunkt, der unmittelbar vor dem Maximalpunkt vorhanden ist. Die Pulswellenamplituden an den Maximal- und Minimalpunkten werden aus dem RAM 3 ausgelesen und die Differenz zwischen ihnen bestimmt. Wenn diese Differenz einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet, wird die Uhrzeit dieses Maximalpunkts als Spitze in der Pulswelle bezeichnet. Nach Durchführung dieser Spitzenerfassungsverarbeitung an allen aufgenommenen Pulswellenformen wird das Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Pulswellenspitzen auf der Basis der Uhrzeit berechnet, zu der diese Spitzen auftreten (entsprechend dem RR-Intervall zwischen Herzschlägen).
Der Wert des erhaltenen RR-Intervalls ist entlang der Zeitachse diskret. Daher wird eine krumme Linie, wie in 11(a) dargestellt, durch Interpolation zwischen benachbarten RR-Intervallen unter Verwendung einer geeigneten Interpolationsmethode erhalten. Danach wird ein Spektrum, wie in 11(b) dargestellt, durch Ausführen einer FFT-Verarbeitung an der interpolierten krummen Linie erhalten. Die Verarbeitung zur Bestimmung von Maxima wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie an der Pulswellenform durch geführt, um die Frequenzen in dem Spektrum zu erhalten, die den oben genannten Maximal- und Minimalwerten entsprechen.
Der Maximalwert, der im Niederfrequenzbereich erhalten wird, ist als die LF-Komponente definiert, während der Maximalwert, der im Hochfrequenzbereich erhalten wird, als die HF-Komponente definiert ist.
Ferner werden die Amplituden dieser Komponenten ermittelt und das Amplitudenverhältnis LF/HF berechnet. Die Zeitdifferenz in benachbarten RR-Intervallen wird anschließend auf der Basis des zuvor erhaltenen RR-Intervalls ermittelt.
Danach wird eine Prüfung jeder dieser Zeitdifferenzen vorgenommen um festzustellen, ob die Zeitdifferenz 50 Millisekunden überschreitet, und die fixe Zahl von Zeitdifferenzen, die 50 Millisekunden überschreiten, wird gezählt und als RR50 eingestellt.
Die CPU 1 weist den Benutzer hinsichtlich des auszuführenden Trainings an. Zunächst bestimmt die CPU 1 die Abstufung, welcher der Indexwert, der wie zuvor erhaltene wurde, zugeordnet wird. Die bestimmte Abstufung und der Indexwert werden im RAM 3 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Der Trainingsintensitäts-Sollwert, der obere und unter Grenzwert für die Trainingsintensität und der Sollwert für die Trainingsdauer werden aus dem ROM 2 ausgelesen, im RAM 3 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt, so dass dem Benutzer diese Trainingssollwerte präsentiert werden.
Danach beginnt der Benutzer mit dem Training. Die CPU 1 erkennt dies und speichert dies als Trainingsbeginnzeit im RAM 3 und stellt die geplante Trainingsdauer in der Uhrschaltung 9 ein. Dann misst die CPU 1 auf dieselbe Weise wie in der Ausführungsform 1 die Pulsfrequenz des Benutzers und den Trainingsumfang während des Trainings und bietet dem Benutzer während des Trainings eine Anleitung. Mit anderen Worten, die CPU 1 berechnet die Pulsfrequenz des Benutzers und den Trainingsumfang von der vorangehenden Pulsfrequenzmessung bis zur aktuellen Pulsfrequenzmessung, wodurch der gesamte Trainingsumfang bestimmt wird, seit der Benutzer mit dem Training begonnen hat. Diese Werte werden im RAM 3 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Die CPU 1 prüft, ob die Trainingsintensität, die aus Gleichung (1) berechnet wurde, im Bereich liegt, der durch den oberen und unteren Grenzwert für die Trainingsintensität festgelegt ist, und gibt Anleitungen in Bezug auf die richtige Trainingsintensität an den Benutzer aus.
Die CPU 1 weist den Benutzer an, mit dem Training aufzuhören, wenn eine Unterbrechung von der Uhrschaltung 9 nach Verstreichen der geplanten Trainingsdauer erzeugt wird. Die CPU 1 beobachtet den Ausgang des Beschleunigungssensors 5 und wartet, bis der Benutzer tatsächlich mit dem Training aufhört. Danach berechnet die CPU 1 jeden Indikator auf dieselbe Weise wie vor Beginn des Trainings und liest die Trainingsbeendigungszeit aus der Uhrschaltung 9 aus, um die Gesamttrainingsdauer zu berechnen. Die CPU 1 speichert dann alle diese Werte im RAM 3 und zeigt sie auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Danach bestimmt die CPU 1 auf Grund der entsprechenden Sollwerte, ob Gesamtumfang und Dauer des soeben durchgeführten Trainings innerhalb der im Voraus festgelegten Grenzen liegen. Wenn das Training nicht nach Anweisung durchgeführt wurde, bringt die CPU 1 dem Benutzer diese Tatsache zur Kenntnis.
Danach bestimmt die CPU 1 auf dieselbe Weise wie vor dem Training die Abstufung, der der Indexwert nach dem Training zugeordnet ist, und zeigt die erhaltene Abstufung und den Indexwert auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Danach vergleicht die CPU 1 die Indexwerte vor und nach dem Training.
Wenn eine Verbesserung im physischen Zustand beobachtet wird, wird eine Nachricht über diesen Effekt auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt, während, wenn eine Verschlechterung im physischen Zustand beobachtet wird, eine Warnung ausgegeben wird, mit dem Training aufzuhören und einen Arzt zu Rate zu ziehen.
Wenn LF und LF/HF als Standards zur Beurteilung verwendet werden, ob sich der physische Zustand verbessert oder verschlechtert hat, zeigt eine Abnahme in dem Wert auf Grund des Trainings eine Verbesserung an, während eine Zunahme eine Verschlechterung anzeigt. Wenn im Gegensatz dazu HF und RR50 Werte verwendet werden, zeigt eine Abnahme eine Verschlechterung an, während eine Zunahme eine Verbesserung anzeigt.
Wenn der Benutzer mit dem Training über diesen Punkt hinaus fortfahren möchte, wird die Abstufung, die nach dem Training erhalten wird, als Abstufung vor dem Training für das Training eingestellt, das ab diesem Punkt ausgeführt wird.
Auf der Basis dieser Abstufung wird ein neuer Sollwert erhalten und die CPU 1 fährt mit der Trainingsanleitung fort.
Zusätzlich sollte festgehalten werden, dass in dieser Ausführungsform zwar nur ein Indikator von den vier zuvor beschriebenen verwendet wurde, es aber annehmbar ist, eine beliebige Zahl dieser Indikatoren gemeinsam zu verwenden.
Ausführungsform 3 (nicht Teil der vorliegenden Erfindung)
Ein Teil der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, die in Ausführungsform 1 beschrieben ist, ist in dieser Ausführungsform modifiziert. Das heißt, in Ausführungsform 1 bestimmte die Vorrichtung (oder insbesondere die CPU 1) auf der Basis des Messergebnisses vom Beschleu nigungssensor 5 automatisch, ob sich der Benutzer in einem Erholungszustand befindet. Im Gegensatz dazu bestimmt in dieser Ausführungsform der Benutzer selbst, ob er sich in einem Erholungszustand befindet, und übermittelt diese Tatsache der Vorrichtung.
Zusätzlich bestand der Betriebsmodus in der ersten Ausführungsform aus zwei Moden, nämlich einem Modus, in dem die Vorrichtung als Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes dient, und einem anderen Modus, in dem die Vorrichtung als Stoppuhr oder normale Uhr verwendet wird, wobei Zeit und Datum eingestellt sind. Im Gegensatz dazu ist in dieser Ausführungsform der Betriebsmodus in drei Arten von Moden geteilt.
Im ersten Modus hat die Vorrichtung keine Funktion als Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, sondern dient als normale Armbanduhr, wenn sie in einer Zeituhr eingebaut ist. In den übrigen beiden Moden dient die Vorrichtung als Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes. Das heißt, der zweite Modus ist ein Pulswellenmessmodus, der Messungen und eine Analyse der Pulswellen des Benutzers vor oder nach dem Training ausführt, beruhend auf der Annahme, dass sich der Benutzer in einem Erholungszustand befindet. Der dritte Modus ist ein Pulsmessmodus zum Messen der Pulsfrequenz während der Benutzer trainiert, und zum Bereitstellen einer Trainingsanleitung.
Der Benutzer schaltet mit Hilfe des Knopfschalters 117 zwischen diesen drei Moden um. In der ersten Ausführungsform war der Knopfschalter 117 ein Schalter zum Starten oder Beenden des Betriebs der Vorrichtung als Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes. Im Gegensatz dazu dient in dieser Ausführungsform der Knopfschalter 117 als Knopfschalter zum zyklischen Umschalten zwischen den zuvor beschriebenen drei Moden. Das heißt, jedes Mal, wenn der Knopfschalter 117 gedrückt wird, schaltet die Vorrichtung von Modus 1 durch zu Modus 3 (Modus 1 → Modus 2 → Modus 3 → Modus 1). Ferner ist die Vorrichtung so konstruiert, dass sie den Modus nicht fixiert, während die Modusumschaltung ausgeführt wird. Vielmehr drückt der Benutzer den Knopfschalter 117 so lange, bis der gewünschte Modus erscheint.
Wie aus der vorangehenden Erklärung hervorgeht, bestimmt in dieser Ausführungsform der Benutzer selbst, dass er sich im Erholungszustand befindet, während in der ersten Ausführungsform die Bestimmung mit Hilfe des Beschleunigungssensors 5 vorgenommen wurde. Daher ist in dieser Ausführungsform kein Beschleunigungssensor 5 erforderlich.
Anschließend wird ein Überblick über den Betrieb der Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes der vorliegenden Ausführungsform gegeben.
Zunächst drückt der Benutzer vor Beginn des Trainings den Knopfschalter 117 und stellt die Vorrichtung in den Pulswellenmessmodus, während er darauf achtet, den Pulswellenformsensor 4 nicht zu bewegen. Dadurch liest die CPU 1 die Pulswellenformen über einen im Voraus festgelegten Zeitraum aus der Sensorschnittstelle 6 aus, berechnet die Ruhepulsfrequenz aus den aufgenommenen Pulswellenformen und speichert diese Ergebnisse im RAM 3.
Danach liest die CPU 1 einen Teil der Pulswellenform aus; bestimmt die Beschleunigungspulswellenform, legt Spitze a, Tal b, Spitze c und Tal d fest, berechnet das Amplitudenverhältnis d/a und bestimmt das Beschleunigungspulswellenformmuster aus diesem Amplitudenverhältnis d/a. Dann speichert die CPU 1 diese Werte im RAM 3. Danach liest die CPU 1 die Trainingssollwerte, die diesem Muster entsprechen, aus dem ROM 2, speichert sie im RAM 3 und zeigt diese Werte auf der Anzeigevorrichtung 7 an, gemeinsam mit einer Nach richt, die besagt, dass die Pulswellenmessung vor dem Training beendet ist.
Nach der Bestätigung dieser Nachricht betätigt der Benutzer den Knopfschalter 117 und stellt die Vorrichtung in den Pulswellenmessmodus. Somit liest die CPU 1 die Trainingsbeginnzeit aus der Uhrschaltung 9, speichert diese im RAM 3 und stellt die Trainingsdauer in der Uhrschaltung 9 ein.
Nach dem Drücken des Knopfschalters 117 beginnt der Benutzer mit dem Training. Infolgedessen misst die CPU 1 die Pulsfrequenz des Benutzers und den Trainingsumfang und liefert dem Benutzer auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 eine Trainingsanleitung.
Die CPU 1 weist den Benutzer an, mit dem Training aufzuhören, sobald die Uhrschaltung 9 eine Unerbrechung erzeugt.
Wenn das Training entsprechend dieser Anleitung beendet wird, schaltet der Benutzer die Vorrichtung wieder auf den Pulswellenmessmodus, indem er den Knopfschalter 117 betätigt. Infolgedessen liest die CPU 1 die Trainingsbeendigungszeit aus, berechnet die Gesamttrainingsdauer und speichert diese im RAM 3. Die CPU 1 erkennt dann, dass der gegenwärtige Pulswellenmessmodus zum Messen der Pulswelle nach dem Training dient. Dann berechnet die CPU 1 das Amplitudenverhältnis d/a aus den aufgenommenen Pulswellenformen nach derselben Prozedur, die vor Beginn des Trainings verwendet wurde, bestimmt das Beschleunigungspulswellenmuster und speichert diese Werte im RAM 3.
Anschließend zeigt die CPU 1 das Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training, das Amplitudenverhältnis d/a nach dem Training und den Gesamttrainingsumfang während der Einheit auf der Anzeigevorrichtung 7 an und prüft, ob Trainingsumfang und Dauer korrekt waren und gibt, falls notwendig, eine Warnung an den Benutzer aus. Ebenso prüft die CPU 1 die Änderung in der Beschleunigungspulswellenform vor und nach dem Training und gibt dem Benutzer eine richtige Anleitung entsprechend dem Maß der Verbesserung oder Verschlechterung in dieser.
Danach, nachdem der Benutzer die Atmung so reguliert hat, dass die Ruhepulsfrequenz erhalten werden kann, werden die zuvor beschriebenen Vorgänge wiederholt, beginnend mit dem Vorgang zum Messen der Pulswellen vor dem Training.
Es kann vorkommen, dass sich der Körper des Benutzers bewegt, wodurch die Messung während des Pulswellenmessmodus beeinträchtigt wird. Daher kann als ergänzende Maßnahme ein Beschleunigungssensor 5 verwendet werden. Bei der Messung der Pulswellen vor und nach dem Training liest nämlich die CPU 1 regelmäßig den Ausgang des Beschleunigungssensors 5.
Wenn die CPU 1 erfasst, dass sich der Körper des Benutzers bewegt, kann eine Warnungsnachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt werden, oder eine Warnung kann mit Hilfe eines Alarms, der im Inneren der Vorrichtung untergebracht ist, erzeugt werden.
Zusätzlich ist es auch annehmbar, separate Moden zur Messung der Pulswelle vor dem Training und der Pulswelle nach dem Training bereitzustellen, wobei der Benutzer einen dieser Moden abhängig davon wählt, ob er mit dem Training beginnt oder dieses beendet.
Die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wurde als Anwendung der ersten Ausführungsform beschrieben. Wenn jedoch LF, HF, LF/HF und RR50 anstelle des Amplitudenverhältnisses d/a verwendet werden, könnte diese Vorrichtung natürlich auch bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden.
Ausführungsform 4
Es wird nun eine Ausführungsform erklärt, in der eine Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes mit der oben genannten Struktur zum Anleiten eines physischen Rehabilitationsprozesses verwendet wird, wobei in diesem Fall das Amplitudenverhältnis d/a, das aus der Beschleunigungspulswelle erhalten wird, verwendet wird.
Ein Rehabilitationsprozess besteht für gewöhnlich aus einer Anzahl von Schritten, wobei sich der Prozess zu einem intensiveren Training bei fortschreitender Behandlung bewegt, so dass sich die Kondition des Patienten verbessert. In dieser Ausführungsform wird dem Patienten, der sich in Rehabilitation befindet, automatisch eine Trainingsanleitung bereitgestellt, ohne Eingreifen einer weiteren Person.
Standardwerte für das Amplitudenverhältnis d/a oder dergleichen sind für jeden Schritt des Rehabilitationsprozesses im ROM 2, der in 1 dargestellt ist, gespeichert.
Zusätzlich sind auch ein Trainingsintensitäts-Sollwert, der obere und untere Grenzwert für die Trainingsintensität und der Sollwert für die Trainingsdauer, die als geeignet angesehen werden, dass der Körper einen Zustand mit dem geplanten Amplitudenverhältnis d/a erreicht, im ROM 2 eingestellt.
Zunächst wird eine Vorbereitung durchgeführt, um mit der Rehabilitation zu beginnen. Das heißt, die CPU 1 erfasst die Pulswellen des Patienten, ermittelt die Beschleunigungspulswelle und bestimmt jedes Amplitudenverhältnis. Die CPU 1 berechnet auch die Ruhepulsfrequenz. Wie in der Folge erklärt wird, zeigen diese Werte den Zustand den Patienten an, der an diesem Tag eine Rehabilitation erfährt. Der Standardsollwert für das im ROM 2 gespeicherte Amplituden verhältnis wird unter Verwendung des Ruhepulsfrequenzwertes und des gemessenen Amplitudenverhältnisses korrigiert. Das geplante Amplitudenverhältnis, das mit dem physischen Zustand des Patienten zu Beginn der Rehabilitation übereinstimmt, wird berechnet, und im RAM 3 gespeichert. Danach werden der Trainingsintensitäts-Sollwert, der obere und untere Grenzwert für die Trainingsintensität und der Sollwert für die Trainingsdauer, entsprechend dem geplanten Amplitudenverhältnis, aus dem ROM 2 gelesen und dem Benutzer gemeinsam mit dem geplanten Amplitudenverhältnis mitgeteilt. Beim Korrigieren des Standardamplitudenverhältnisses können sowohl das gemessene Amplitudenverhältnis wie auch die Pulsfrequenz verwendet werden, oder es kann nur einer dieser Werte verwendet werden.
Danach zeigt die CPU 1 die Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 an, die den Benutzer auffordert, mit der Rehabilitation zu beginnen. Infolgedessen beginnt der Patient mit der ersten Trainingsstufe. Die CPU1 misst die Pulsfrequenz des Patienten während des Trainings und berechnet die Trainingsintensität aus der gemessenen Pulsfrequenz. Die CPU 1 prüft dann, ob die Trainingsintensität innerhalb des zuvor beschriebenen oberen und unteren Grenzwertes liegt und weist den Patienten entsprechend an, die korrekte Trainingsintensität beizubehalten. Zusätzlich ermittelt die CPU 1 auch den Trainingsumfang zu festgesetzten Zeitintervallen und addiert diesen zu dem Gesamttrainingsumfang seit Beginn der Rehabilitation.
Wenn die geplante Trainingsdauer verstrichen ist, leitet die CPU 1 den Patienten an, mit dem Training aufzuhören.
Sobald der Patient das Training beendet, erfasst die CPU 1 wieder die Pulswellen, berechnet das Amplitudenverhältnis nach dem Training und prüft, ob dieses Amplitudenverhältnis den Sollwert für diese Trainingsstufe im Rehabilitationsprozess erreicht hat. Wenn der Messwert den Sollwert nicht erreicht hat, weist die CPU 1 den Patienten an, mit dem Training fortzufahren, bis der Messwert den Sollwert erreicht.
Wenn aber der Messwert den Sollwert für das Training bei dieser Stufe im Rehabilitationsprozess erreicht hat, zeigt die CPU 1 eine Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 an, die den Patienten auffordert, zur nächsten Trainingsstufe zu wechseln. In dieser zweiten Stufe wird der neue Standardsollwert für das Amplitudenverhältnis aus dem ROM 2 gelesen und auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben korrigiert. Dann werden ein neuer Trainingsintensitäts-Sollwert, ein neuer oberer und unterer Grenzwert für die Trainingsintensität und ein neuer Sollwert für die Trainingsdauer, entsprechend dem korrigierten Amplitudenverhältnis-Sollwert angezeigt. Infolgedessen beendet der Patient die erste Trainingsstufe und fährt mit der zweiten Trainingsstufe fort. Auf diese Weise geht der Patient stufenweise durch den Rehabilitationsplan.
Wenn alle Stufen beendet sind, zeigt die CPU 1 eine Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 an, die besagt, dass die Rehabilitation beendet ist. Somit beendet der Patient die Rehabilitation.
Die vorliegende Ausführungsform wurde unter Verwendung des Amplitudenverhältnisses d/a erklärt. Es können aber natürlich auch statt dessen LF, HF, LF/HF und RR50 Werte verwendet werden.
Ausführungsform 5
Es wird nun der Fall erklärt, dass der Benutzer eine Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes mit der oben genannten Struktur zum Fördern seiner eigenen Gesundheit verwendet.
Die CPU 1 erfasst täglich zu Zeiten, die für diese Messungen im Voraus eingestellt sind, Pulswellen von der Sensorschnittstelle 6. In dieser Ausführungsform werden alle zwei Stunden Messungen vorgenommen. Das Amplitudenverhältnis d/a wird durch denselben Prozess berechnet wie in der ersten Ausführungsform und gemeinsam mit der Uhrzeit, die aus der Uhrschaltung 9 ausgelesen wird, im RAM 3 gespeichert. Wenn der Benutzer zum Zeitpunkt der Pulswellenmessung trainiert, kann das Amplitudenverhältnis nicht berechnet werden. Daher ist in diesem Fall die CPU 1 so gestaltet, dass sie den Ausgang eines Beschleunigungssensors 5 überwacht und wartet, bis das Training beendet ist, wonach sie die Messung des Amplitudenverhältnisses vornimmt.
Wenn es Zeit für die Pulswellenmessung ist (zum Beispiel, 2 Uhr), liest die CPU 1 Amplitudenverhältnisse aus dem RAM 3, die in einem vergangenen Zeitintervall (in dieser Ausführungsform eine Woche) zur gleichen Zeit erhalten wurden (d. h., 2 Uhr). Der gleitende Durchschnitt zwischen dem aktuellen Amplitudenverhältnis und diesen vergangenen Amplitudenverhältniswerten wird ermittelt und gemeinsam mit dem aktuellen Amplitudenverhältnis und der Uhrzeit, zu der die Messung vorgenommen wurde, im RAM 3 gespeichert.
Danach wird der Wert für den gleitenden Durchschnitt, der zur selben Zeit am vorangehenden Tag (d. h., 2 Uhr am vorigen Tag) berechnet wurde, aus dem RAM 3 gelesen und mit dem aktuellen Amplitudenverhältnis verglichen. Es wird geprüft, ob die Differenz zwischen diesen zwei Werten einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet. Wenn die Differenz diesen Wert überschreitet, wird auf der Anzeigevorrichtung 7 eine Warnungsnachricht angezeigt, so dass der Benutzer informiert und gewarnt ist, dass sein aktueller Zustand von seinem Durchschnittszustand zu dieser Zeit über die vergangene Woche abweicht.
In der oben stehenden Erklärung wurde das Amplitudenverhältnis, das von der Pulswelle erhalten wurde, ohne Modifizierung verwendet. Wenn jedoch der Beschleunigungssensor 5 als Aktivitätsmonitor angesehen wird, ist es möglich, die Korrelation zwischen der Körperbewegung des Benutzers und der Beschleunigungspulswelle zu erhalten. Wenn daher das Amplitudenverhältnis berechnet wird, kann der Wert des gemessenen Amplitudenverhältnisses unter Verwendung dieser Korrelationsinformation und des Ausgangswertes des Beschleunigungssensors 5 korrigiert werden.
Die Veränderungen im Amplitudenverhältnis in einem Zeitintervall in der Vergangenheit (einer Woche, einem Monat, einem Jahr usw.), die im RAM 3 gespeichert sind, werden als Graphik auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Auf diese Weise ist es möglich, den Benutzer über Änderungen im Blutkreislaufzustand zu informieren.
Die vorangehende Erklärung verwendete das zuvor beschriebene Amplitudenverhältnis d/a, es können aber natürlich auch LF, HF, LF/HF und RR50 verwendet werden.
Ausführungsform 6 (nicht Teil der vorliegenden Erfindung)
Anschließend wird die Struktur einer Vorrichtung zum Unerstützen von Übungen gemäß dieser Ausführungsform erklärt.
19 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur dieser Vorrichtung zeigt. Die Vorrichtung ist grob in zwei Blöcke unterteilt. Der erste Block ist ein tragbares Teil 70, das in einer tragbaren Vorrichtung, wie einer Uhr, eingebaut ist. Das tragbare Teil 70 arbeitet mit einem stationären Teil 80 zusammen, das in der Folge erklärt wird, um die Beschleunigungspulswelle vor und nach dem Training zu messen, die Pulsfrequenz während des Trainings zu messen und dem Benutzer eine Anleitung zur richtigen Ausführung des Trainings zu geben.
Im Gegensatz dazu ist der zweite Block, das stationäre Teil 80, ein sogenannter Personal-Computer. Das stationäre Teil 80 führt die Analyse der Pulswellen und verschiedene Verarbeitungen durch, wie die Erstellung des Trainingsplans, die für das tragbare Teil 70 zu umfangreich sind. Ferner, wie in 19 oder 24 dargestellt, sind das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 in einer frei lösbaren Weise durch ein Verbindungskabel CB miteinander verbunden.
Die Aufgaben des tragbaren Teils 70 und des stationären Teils 80 werden nun ausführlicher erklärt. Das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 sind verbunden und vor dem Training wird eine Messung der Beschleunigungspulswelle vorgenommen. Die Verarbeitung zur Bestimmung des Trainingsplans, der anschließend vom Benutzer auszuführen ist, erfolgt durch das stationäre Teil 80. Danach wird das stationäre Teil 80 während des Trainings abgetrennt, so dass nur das tragbare Teil 70 zum Messen der Pulsfrequenz und zum Bereitstellen geeigneter Anleitungen für den Benutzer verwendet wird, so dass das geplante Training gewissenhaft ausgeführt wird. Nach Durchführung des Trainings werden das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 wieder verbunden und die Beschleunigungspulswellen gemessen. Zusätzlich werden die Daten, die während des Trainings vom tragbaren Teil 70 gemessen wurden, zu dem stationären Teil 80 gesendet. Das stationäre Teil 80 wertet dann den Gesundheitszustand des Benutzers auf Grund dieser Daten aus. Abhängig von den Ergebnissen dieser Auswertung wird der Trainingsplan nach Bedarf abgestimmt.
Es folgt nun eine Erklärung der Schaltungen, die das tragbare Teil 70 bilden. Es sollte festgehalten werden, dass die in 19 dargestellte CPU 1 das zentrale Teil zum Steuern jeder der Schaltungen im tragbaren Teil 70 ist.
Eine Erklärung ihrer Funktion findet sich in der Folge in dem Abschnitt, der sich auf die Betriebsweisen bezieht. In 19 wurden dieselben Zahlensymbole bei den Teilen verwendet, die mit den in 1 dargestellten identisch sind.
Die Steuerprogramme, die von der CPU 1 ausgeführt werden, und die verschiedenen Steuerdaten werden im ROM 502 (Nur-Lese-Speicher) gespeichert. Der RAM 3 speichert die Messdaten, die vom Pulswellensensor 4 erhalten werden, die Uhrzeit, zu der die Messdaten erhoben wurden, die Pulsfrequenz, die aus der ermittelten Pulswelle berechnet wurde, und die Gesamttrainingsdauer seit der Benutzer mit dem Training begonnen hat.
Der Pulswellensensor 4 ist ein optischer Sensor, der am Finger des Benutzers befestigt ist. Wie in der ersten Ausführungsform kann der Pulswellensensor 4 zum Beispiel aus einer Leuchtdiode und einem Lichtsensor unter Verwendung eines Phototransistors bestehen.
Die Sensorschnittstelle 505 nimmt den Ausgang des Pulswellensensors 4 über ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall auf, wandelt das erhaltene analoge Signal in ein digitales Signal um, und gibt dieses digitale Signal aus.
Der Funktionsabschnitt 506 wird vom Benutzer verwendet, um das tragbare Teil 70 anzuweisen, die Messung der Beschleunigungspulswelle, der Pulsfrequenz oder dergleichen auszuführen. Er kann einen Knopfschalter oder dergleichen umfassen, der zum Beispiel an einer Armbanduhr befestigt ist.
Die Anzeigevorrichtung 7 ist eine Flüssigkristallanzeige, die zum Beispiel an einer Armbanduhr bereitgestellt ist.
Neben der Anzeige der gemessenen Pulsfrequenz und der Gesamttrainingsdauer zeigt die Anzeigevorrichtung 7 auch Details des ab diesem Punkt auszuführenden Trainingsplans an. Zu diesem Zweck empfängt die Anzeigesteuerschaltung 8 Anzeigeinformationen von der CPU 1, wandelt sie in ein geeignetes Format für die Anzeigevorrichtung 7 um, und zeigt sie auf dieser an.
Eine externe Schnittstelle 509 ist eine Schaltung zur Ausführung eines Datenaustausches zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80, der extern zu dem tragbaren Teil 70 vorhanden ist. Wenn zum Beispiel eine serielle Übertragung zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80 durchgeführt wird, kann die externe Schnittstelle 509 eine Austauschschaltung sein, die wechselseitig serielle Daten und parallele Daten austauscht.
Eine Uhrschaltung 10 hat die üblichen Funktionen, die zu einer Uhr gehören. Ihr Ausgang wird als Uhrzeit verwendet, zu der Daten gemessen werden. Diese Uhrschaltung 10 sendet auch ein Unterbrechungssignal zur CPU 1 zu Uhrzeiten, die von der CPU 1 im Voraus eingestellt wurden, oder nach Verstreichen einer Zeitperiode, die von der CPU 1 im Voraus eingestellt wurde.
In der Folge werden die Schaltungen erklärt, die das stationäre Teil 80 bilden. Eine CPU 11 (zentrale Verarbeitungseinheit) ist das zentrale Teil zur Steuerung der Schaltungen, die im stationären Teil 80 untergebracht sind. Ihre Funktionen werden in der Folge im Abschnitt, der die Betriebsweise betrifft, erklärt. Da es notwendig ist, dass die CPU 11 verschiedene analytische Verarbeitungen in einer kurzen Zeitperiode ausführt, wird in der CPU 11 eine höhere Funktionalität im Vergleich zur CPU 1 bereitgestellt, die im tragbaren Teil 70 bereitgestellt ist.
Die Steuerprogramme, die von der CPU 11 ausgeführt werden, und die verschiedenen Steuerdaten befinden sich im ROM 12.
Wie in 20 bis 21 dargestellt ist, sind zusätzlich auch Sollwerte, die den Standard zur Ausführung des erwünschten Trainings darstellen, im ROM 12 gespeichert.
Ein RAM 13 (Direktzugriffsspeicher) stellt einen Betriebsbereich für die CPU 11 dar. Die verschiedenen Daten, die vom tragbaren Teil 70 hochgeladen werden, werden im RAM 13 über ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall gespeichert.
Daher ist der RAM 13 aus einem Speicherelement gebildet, das eine größere Kapazität aufweist als der RAM 3, der im tragbaren Teil 70 bereitgestellt ist.
Eine Tastatur 16 ist eine Eingabevorrichtung, mit der der Benutzer Befehle in das stationäre Teil 80 eingibt.
Eine Anzeigevorrichtung 17 ist eine Ausgabevorrichtung, die eine graphische Anzeige liefern kann. Sie zeigt verschiedene Daten an, die von dem tragbaren Teil 70 und stationären Teil 80 gemessen werden, wie auch verschiedene Nachrichten. Die Anzeigesteuerschaltung 18 ist auf dieselbe Weise wie die Anzeigesteuerschaltung 18 eine Steuerung für die Anzeigevorrichtung 17.
Eine externe Schnittstelle 19 ist eine Schaltung zur Ausführung des Datenaustausches mit dem tragbaren Teil 70 und hat dieselbe Schaltungsstruktur wie die externe Schnittstelle 509.
Eine Verbindung zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80 ist wie in 24 dargestellt. Das heißt, ein Verbinder (nicht dargestellt) ist an dem Personal-Computer, der das stationäre Teil 80 darstellt, für den Anschluss des Verbindungskabels CB bereitgestellt. 24 zeigt den Fall, in dem die in 3 dargestellte Armbanduhr als tragbares Teil 70 verwendet wird, wobei aber Anord nungen wie jene, die in 5 bis 7 dargestellt sind und später besprochen werden, ebenso möglich sind.
Wenn das tragbare Teil 70 in einer tragbaren Vorrichtung eingebaut wird, können zahlreiche Anordnungen in Betracht gezogen werden. Ein Beispiel für diese wird in der Folge besprochen, wobei aber natürlich die Kombination des tragbaren Teils 70 mit zahlreichen anderen tragbaren Vorrichtungen möglich ist.
Als erste Anordnung kann eine Ausführungsform, in der das tragbare Teil 70 in der in 3 dargestellten Armbanduhr eingebaut ist, genannt werden. Wie in dieser Figur dargestellt, besteht das tragbare Teil 70 in dieser Anordnung aus einem Vorrichtungshauptkörper 100, der die Struktur einer Armbanduhr hat, einem Kabel 101, das mit dem Vorrichtungshauptkörper 100 verbunden ist, und einer Sensoreinheit 102, die am Ende des Kabels 101 bereitgestellt ist. Ferner ist ein Armband 103, das um das Handgelenk des Benutzers von der 12-Uhr-Position geschlungen und an der 6-Uhr-Position der Armbanduhr in Position fixiert wird, an dem Vorrichtungshauptkörper 100 befestigt. Dieser Vorrichtungshauptkörper 100 ist so konstruiert, dass er von dem Arm des Benutzers mit Hilfe des Armbandes 103 frei gelöst werden kann.
Auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ist die Sensoreinheit 102 durch ein Band 104 vor Licht geschützt, das den Sensor in seiner Position fixiert und zwischen dem Grund- und zweiten Gelenk des Zeigefingers befestigt ist.
Ein Verbinder 105a und ein Verbinder 105b sind an der Oberfläche der Armbanduhr in der 6-Uhr-Position bereitgestellt. Der Einheitssensor 102 ist mit dem Verbinder 105a durch ein Kabel 101 verbunden, während der Verbinder 105b mit dem stationären Teil 80 durch ein Verbindungskabel CB verbunden ist. Verbinderstücke 106a und 106b, die an einem Ende des Kabels 101 und des Verbindungskabels CB bereitgestellt sind, sind an dem Verbinder 105a beziehungsweise 105b befestigt, so dass sie frei lösbar sind. Durch Lösen der Verbinderstücke 106a, 106b von den Verbindern 105a, 105b kann das tragbare Teil 70 als normale Armbanduhr oder Stoppuhr verwendet werden.
Mit der Absicht, die Verbinder 105a, 105b zu schützen, kann ferner eine vorbestimmte Art von Verbinderabdeckung befestigt werden, wenn das Kabel 101 und das Kabel CB von den Verbindern 105a, 105b gelöst werden. Eine Komponente, die auf dieselbe Weise wie die Verbinderstücke 106a, 106b gebildet ist, kann für die Verbinderabdeckung verwendet werden, mit der Ausnahme, dass Elektroden und dergleichen in dieser Verbinderabdeckungskomponente fehlen.
Wie in der ersten Ausführungsform festgehalten wurde, kann bei der oben genannten Verbinderkonstruktion der Benutzer sein Handgelenk während des Trainings frei bewegen. Selbst wenn der Benutzer während des Trainings stürzt, schlägt ferner die Rückseite der Hand nicht auf die Verbinder 105a, 105b.
Eine Flüssigkristallanzeige 108 für die digitale Anzeige von Daten, Pulsfrequenz und Trainingsumfang, ist auf der Oberfläche des Uhrgehäuses 107 bereitgestellt, das aus einem Harzmaterial gebildet ist. Eine Reihe von Knopfschaltern ist am äußeren Umfang und auf der Oberfläche des Uhrgehäuses 107 bereitgestellt. Von diesen wird der Knopfschalter 114, der sich an der 6-Uhr-Position der Armbanduhr befindet, gedrückt, wenn der Benutzer mit dem Training beginnt oder dieses beendet, und wird zum Starten oder Stoppen der Pulsfrequenzmessung verwendet. Der Knopfschalter 117, der sich an der 12-Uhr-Position der Flüssigkristallanzeige 108 befindet, ist ein Knopfschalter, der die Messung der Beschleunigungspulswelle von dem tragbaren Teil 70 zum stationären Teil 80 lenkt.
Eine knopfförmige Batterie (nicht dargestellt) ist in dem Uhrgehäuse 107 aufgenommen und dient als Energiequelle für die Vorrichtung. Das Kabel 101 leitet elektrische Energie von der Batterie zur Sensoreinheit 102 und sendet die Erfassungsergebnisse von der Sensoreinheit 102 zum Vorrichtungshauptkörper 100.
In Bezug auf die Entsprechung zwischen 19 und 3 sind die CPU 1, der ROM 502, der RAM 3, die Sensorschnittstelle 505, die Anzeigesteuerschaltung 8, die externe Schnittstelle 509 und die Uhrschaltung 10 in 19 alle im Uhrgehäuse 107 angeordnet. Die Sensoreinheit 103, verschiedene Knopfschalter und die Flüssigkristallanzeige 108, die in 3 dargestellt sind, entsprechen dem Pulswellensensor 4, dem Funktionsabschnitt 506 beziehungsweise der Anzeigevorrichtung 7 in 19.
Es folgt nun eine Erklärung des Betriebs einer Vorrichtung zum Unterstützen von Übungen der oben genannten Konstruktion im Falle einer Armbanduhr, bei der der Sensor an der Basis des Fingers befestigt ist, wie in 24 dargestellt.
Wenn der Benutzer mit dem Training beginnt, das einen Gesundheitszustand schaffen soll, wird zunächst vor dem Trainingsbeginn eine Verarbeitung durchgeführt, um die Beschleunigungspulswelle zu messen und die Pulswellen zu analysieren, so dass die Wirkung des anschließend durchgeführten Trainings beobachtet werden kann.
Der Benutzer befestigt daher das tragbare Teil 70 an dem stationären Teil 80 mit Hilfe des Verbindungskabels CB und bestätigt, dass er sich in einem Erholungszustand befindet, so dass die Messung der Pulswellen nicht beeinträchtigt ist, und drückt den Knopfschalter 117, um mit der Messung zu beginnen. Dadurch wird zusätzlich zu der Messung der Beschleunigungspulswellen die folgende Verarbeitung von dem tragbaren Teil 70 ausgeführt.
Zunächst werden die Pulswellenformen, die vom Pulswellensensor 4 erfasst werden, zu der Sensorschnittstelle 505 gesendet und in ein digitales Signal umgewandelt. Die CPU 1 liest dann die Pulswellenformen aus der Sensorschnittstelle 505 nur über eine im Voraus festgelegte Zeitperiode aus und speichert diese Daten anschließend im RAM 3.
Anschließend wird die Ruhepulsfrequenz des Benutzers gemessen. Das heißt, die CPU 1 teilt die Pulswellenformen, die im RAM 3 aufgenommen sind, in Pulseinheiten und zählt die Pulsfrequenz. Der Zählwert wird in einen Wert pro Minute umgewandelt und der derart erhaltene Wert wird im RAM 3 als Ruhepulsfrequenz gespeichert.
Wie in der Folge erklärt wird, sind Alter und Geschlecht des Benutzers notwendig, um einen Trainingsplan zu erstellen. Wenn Alter und Geschlecht des Benutzers noch nicht in der CPU 1 eingestellt sind, wird auf der Anzeigevorrichtung 7 eine Nachricht angezeigt, die die Eingabe dieser Informationen verlangt. Als Reaktion auf die Nachricht betätigt der Benutzer die Knopfschalter, die auf der Armbanduhr bereitgestellt sind, und gibt anschließend sein Alter und Geschlecht über den Funktionsabschnitt 506 ein. Die CPU 1 speichert die eingegebenen Werte im RAM 3 sequentiell.
Danach liest die CPU 1 die Ruhepulsfrequenz, das Alter, Geschlecht und die gemessenen Pulswellenformdaten aus dem RAM 3 über die externe Schnittstelle 509 und sendet diese Daten zu dem stationären Teil 80. Die CPU 11 speichert diese Daten, die über die externe Schnittstelle 19 gesendet wurden, sequentiell im RAM 13.
Die CPU 11 liest dann eine Schlagkomponente aus der Pulswellenform aus, die im RAM 13 gespeichert ist, und ermittelt die zweite Ableitung dieser Wellenform in bezug auf die Zeit. Auf diese Weise wird die Beschleunigungspulswellenform, die in 15 dargestellt ist, erhalten. Danach ermittelt die CPU 11 die Wendepunkte der Beschleunigungspulswellenform und bestimmt Spitze a, Tal b, Spitze c und Tal d. Die CPU 11 bestimmt dann die Amplitudenwerte für jeden dieser Wendepunkte. Diese Wendepunkte können unter Verwendung einer typischen Methode, wie der Ermittlung der Zeitableitung der Beschleunigungspulswelle, bestimmt werden. Zusätzlich ist es auch annehmbar, die Wellenformdaten der berechneten Beschleunigungspulswellenform und die Geschwindigkeitspulswellenform, die in dem Prozess zur Bestimmung der Beschleunigungspulswellenform erhalten wurde, zu der Anzeigesteuerschaltung 18 zu senden, und eine Graphik dieser Wellenformen auf der Anzeigevorrichtung 17 anzuzeigen.
Danach berechnet die CPU 11 die Werte, wenn jeder der Amplitudenwerte von Tal b, Spitze c, und Tal d durch den Amplitudenwert von Spitze a normalisiert ist, d. h., die Amplitudenverhältnisse b/a, c/a und d/a, und speichert dann die berechneten Ergebnisse im RAM 13. Von diesen ist das Amplitudenverhältnis d/a als Indikator, der den Blutkreislaufzustand anzeigt, am nützlichsten. Daher wird als allgemeine Regel in der folgenden Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur das Amplitudenverhältnis d/a verwendet. Zusätzlich wird hier festgehalten, dass es zwar bevorzugt ist, beide Amplitudenverhältnisse d/a und c/a zu verwenden, aber in der folgenden Besprechung nur das Amplitudenverhältnis d/a als praktischste Methode verwendet wird.
Die CPU 11 bestimmt auf Grund des Amplitudenverhältnisses d/a, das wie oben ermittelt wurde, und der Tabelle, die in 2(b) dargestellt ist, welches Muster (1) bis (6) der Beschleunigungspulswellenform zugeordnet ist. Dieser Mustertyp wird im RAM 13 als Muster der Beschleunigungspulswellenform des Benutzers gespeichert. Gemeinsam mit der CPU 1 zeigt die CPU 11 den Mustertyp auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Es wäre jedoch für den Benutzer schwierig, die Bedeutung zu erkennen, wenn nur der Mustertyp angezeigt wird.
Wenn sich die Pulswellenform daher zum Beispiel als Wellenform vom Mustertyp (3) erweist, wird eine ergänzende Nachricht, wie "Gesundheitszustand beginnt sich zu verschlechtern", zu dem tragbaren Teil 70 gesendet und die CPU 1 zeigt diese Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 an.
Danach erstellt die CPU 11 den Trainingsplan, der vom Benutzer ab diesem Punkt auszuführen ist. Da der Gesundheitszustand des Benutzers zunächst jedoch unbekannt ist, werden die Standardsollwerte, die im RAM 12 gespeichert sind, verwendet. Das heißt, wenn zum Beispiel angenommen wird, dass der Benutzer ein 51-jähriger Mann ist, was durch die Eingabe von Alter und Geschlecht durch den Benutzer bestimmt wird, liest die CPU 11 eine Gesamttrainingsdauer für eine Woche von 150 Minuten und eine geplante Herzfrequenz von 115 aus. Wenn die Trainingsleistung des einzelnen Benutzers, d. h., seine maximale Sauerstoffaufnahmemenge, festgestellt werden kann, können natürlich die anfänglichen Sollwerteinstellungen von einem Arzt oder einem anderen Spezialisten vorgenommen werden, und der Sollwert wird dem Benutzer angezeigt.
Die CPU 11 bestimmt dann die Trainingsfrequenz und Trainingsdauer pro Einheit aus dem Sollwert für die Gesamttrainingsdauer für eine Woche. In diesem Fall bestimmt zum Beispiel die CPU 11, dass das Training zweimal am Tag fünf Tage lang ausgeführt wird. Daher sind die oben stehenden Bedingungen erfüllt, indem der Benutzer jedes Mal 15 Minuten, insgesamt 30 Minuten pro Tag trainieren muss. Die CPU 11 berechnet den oberen und unteren Grenzwert für die Pulsfrequenz, indem sie Grenzwerte bestimmt, die kein Problem darstellen, wenn die gemessene Pulsfrequenz während des Trainings von der soeben bestimmten geplanten Herzfrequenz abweicht.
Anschließend speichert die CPU 11 die Trainingsdauer pro Einheit, die Herzfrequenz und den oberen und unteren Grenzwert und die Trainingsfrequenz (5 mal pro Woche, zweimal täglich) im RAM 13 und sendet dann diese Werte zu dem tragbaren Teil 70. Infolgedessen speichert die CPU 1 die weitergeleiteten Daten sequentiell im RAM 3.
Wenn die gesamte oben genannte Verarbeitung beendet ist, informiert die CPU 11 das tragbare Teil 70, dass alle Voreinstellungen zur Trainingsausführung beendet sind. Die CPU 1 zeigt diese Nachricht auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Zusätzlich zeigt die CPU 1 auch die Einzelheiten des auszuführenden Trainings (d. h., das Training wird an fünf Tagen in der Woche in täglich zwei 15-minütigen Einheiten durchgeführt) auf der Anzeigevorrichtung 7 an.
Wenn das Vorhergesagte angezeigt wird, löst der Benutzer das Verbindungskabel CB vom tragbaren Teil 70 und verbindet die Verbinderabdeckungen 106a, 106b, mit den Verbindern 105a, 105b. Dadurch kann sich der Benutzer nun frei von der Stelle des stationären Teils 80 zu einem anderen Platz bewegen.
Danach führt der Benutzer das angegebene Training aus. Das heißt, der Benutzer drückt den Knopfschalter 114 des tragbaren Teils 70, um die Vorrichtung zu benachrichtigen, dass er mit dem Training beginnt. Die Betätigung dieses Knopfs wird der CPU 1 über den Funktionsabschnitt 506 übermittelt.
Die CPU 1 liest dann die Uhrzeit aus der Uhrschaltung 10 und speichert diese als Trainingsbeginnzeit im RAM 3.
Gleichzeitig stellt die CPU 1 die Uhrschaltung 10 ein, um eine Unterbrechung zu erzeugen, wenn die geplante Trainingsdauer pro Einheit verstrichen ist, was vom stationären Teil 80 angezeigt wird.
Danach beginnt der Benutzer zu trainieren. In der Zwischenzeit stellt die CPU 1 die Uhrschaltung 10 ein, um eine Unterbrechung zu im Voraus festgelegten Zeitintervallen (zum Beispiel eine Minute) zu erzeugen. Während der Benutzer trainiert, werden die Pulsfrequenz und der Trainingsumfang pro Minute gemessen und dem Benutzer wird eine Trainingsanleitung bereitgestellt. Diese Verarbeitung wird nun ausführlicher erklärt.
Zur Berechnung des Gesamttrainingsumfangs während der Einheit initialisiert die CPU 1 zunächst den Speicherbereich, der im RAM 3 bereitgestellt ist, bei [0]. Danach erfasst die CPU 1 bei jeder Unterbrechung die Pulswellen über eine im Voraus festgelegte Periode nur von der Sensorschnittstelle 505 und speichert diese im RAM 3. Dann wird die Pulsfrequenz mit derselben Prozedur wie zuvor beschrieben berechnet.
Danach bestimmt die CPU 1 den Trainingsumfang, der in Form von Kalorien angezeigt wird. Da Kalorien ungefähr das Produkt der Pulsfrequenz und der Trainingsdauer sind, multipliziert die CPU 1 die Pulsfrequenz, die wie zuvor beschrieben ermittelt wird, mit der Zeit, die seit der unmittelbar vorangehenden Pulsfrequenzmessung bis zur aktuellen Pulsfrequenzmessung verstrichen ist. Auf diese Weise wird der Trainingsumfang ermittelt. Beim Berechnen des Trainingsumfangs ist es für gewöhnlich so, dass sich die unmittelbar vorangehende Pulsfrequenz von der aktuellen Pulsfrequenz unterscheidet. Daher ist es annehmbar, den Durchschnitt dieser Werte zu nehmen.
Die CPU 1 liest dann die Einzelheiten, die im Bereich von RAM 3 zum Speichern der Gesamttrainingsdauer gespeicherten sind, aus, bestimmt den Gesamttrainingsumfang ab dem Zeitpunkt, zu dem der Benutzer zu trainieren begonnen hat, indem der soeben erhaltene Trainingsumfang addiert wird, und schreibt diese Information wieder in den oben genannten Speicherbereich. Die CPU 1 speichert die wie zuvor beschrieben erhaltene Pulsfrequenz, den Gesamttrainingsumfang bis zum aktuellen Zeitpunkt und die Zeit der Messung, die aus der Uhrschaltung 10 gelesen wird, im RAM 3. Diese Werte werden dann auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Der Trainingsumfang kann als Produkt von Trainingsintensität und Trainingsdauer erhalten werden. Daher ist es annehmbar, den Trainingsumfang, der als dieses Produkt erhalten wird, anstelle von Kalorien anzuzeigen. Mit anderen Worten, die gemessene Pulsfrequenz und die Trainingsintensität erfüllen die folgende, allgemein bekannte Karvonen-Gleichung, so dass die Trainingsintensität aus der Pulsfrequenz, die während des Trainings gemessen wird, dem Alter des Benutzers und der Ruhepulsfrequenz, die im Voraus im RAM 3 gespeichert wurde, berechnet werden kann, um den Trainingsumfang zu erhalten. Gemessene Pulsfrequenz = Ruhepulsfrequenz + {(220-Alter) – Ruhepulsfrequenz} * Trainingsintensität (1)
Die CPU 1 prüft, ob die gemessene Pulsfrequenz von dem Bereich abweicht, der durch den oberen und unteren Grenzwert für die geplante Herzfrequenz wie zuvor beschrieben bestimmt wurde. Wenn die Pulsfrequenz den oberen Grenzwert überschreitet, wird eine Anweisung auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt, die den Benutzer auffordert, etwas mäßiger zu trainieren, während, wenn die Pulsfrequenz unter den unteren Grenzwert fällt, der Benutzer angewiesen wird, die Trainingsintensität etwas zu erhöhen.
Daher kann der Benutzer durch die Anzeige der Pulsfrequenz und anderer Informationen auf der Anzeigevorrichtung 7 das ausgeführte Training erhöhen oder verringern. Da es möglich ist zu prüfen, ob der richtige Trainingsumfang ausgeführt wird, wird gleichzeitig ein übermäßiges oder unwirksames Training vermieden. Somit wird eine Überwachung ausgeführt um sicherzustellen, dass die Trainingsintensität richtig ist.
Wenn von der Uhrschaltung 10 nach dem Verstreichen der im Voraus eingestellten Dauer eine Unterbrechung durchgeführt wird, gibt die CPU 1 eine Anleitung an den Benutzer aus, mit dem Training aufzuhören. Der Benutzer hört entweder sofort auf oder fährt fort, bis er einen angenehmeren Punkt zum Stoppen erreicht. Dann drückt der Benutzer wieder den Knopfschalter 114, um dem tragbaren Teil 70 mitzuteilen, dass er mit dem Training aufgehört hat. Infolgedessen erfasst die CPU 1 die aktuelle Uhrzeit von der Uhrschaltung 10, speichert diese als Trainingbeendigungszeit im RAM 3 und hört mit der Pulsfrequenzmessung und Trainingsanleitung auf.
Dann verbindet der Benutzer das zellulare Teil 70 mit Hilfe des Verbindungskabels CB mit dem stationären Teil 80 zur Messung der Beschleunigungspulswellen nach dem Training, und drückt den Knopfschalter 117. Die CPU 1 leitet die Pulsfrequenzen und die Gesamttrainingsdauer vom Beginn des Trainings, die zu jedem Zeitpunkt gemessen und im RAM 3 gespeichert wurden, und die entsprechende Zeit der Messung, Trainingsbeginnzeiten und Trainingsbeendigungszeiten, sequentiell zu dem stationären Teil 80 weiter. Synchron damit schreibt die CPU 11 die weitergeleiteten Daten im Detail in den RAM 13.
Danach überprüft die CPU 11 im Detail die während des Trainings gemessene Pulsfrequenz und prüft das Ausmaß, in dem die gemessene Pulsfrequenz von der geplanten Herzfre quenz und dem oberen und unteren Grenzwert für diese abweicht. Die Gesamttrainingszeit wird dann aus der Trainingsbeginnzeit und Trainingsbeendigungszeit bestimmt, und das Ausmaß, in dem dieser Wert von der geplanten Trainingsdauer abweicht, wird geprüft. Wenn die Abweichung deutlich ist, wird der Benutzer über diese Tatsache informiert, so dass er weiß, dass das Training nicht nach Anweisung erfolgte. Gleichzeitig wird die Häufigkeit, mit der die gemessene Pulsfrequenz von den im Voraus festgelegten Grenzwerten abgewichen ist, der tatsächliche Messwert der Trainingsdauer und der geplante Wert der Trainingsdauer zu dem tragbaren Teil 70 weitergeleitet und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Die CPU 11 misst die Beschleunigungspulswellen nach dem Training nach derselben Prozedur wie vor dem Training. Das Amplitudenverhältnis d/a wird aus diesem Ergebnis berechnet und im RAM 13 gespeichert. Ebenso wird der Mustertyp des Amplitudenverhältnisses d/a nach dem Training bestimmt, im RAM 13 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt.
Danach vergleicht die CPU 11 die Muster vor dem Training und nach dem Training. Wenn der Vergleich eine Verbesserung zu einem Mustertyp (1) zeigt oder dass das Muster ohne Veränderung beibehalten wurde, wird eine Nachricht, wie "Gesundheitszustand verbessert" oder "Gesundheitszustand unverändert" zu dem tragbaren Teil 70 weitergeleitet und auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Zusätzlich sollte festgehalten werden, dass es natürlich annehmbar ist, die Werte der Amplitudenverhältnisse d/a zu vergleichen anstatt die Mustertypen zu vergleichen.
Wenn aber der Vergleich zeigt, dass sich das Muster zu einem Mustertyp (6) verschlechtert hat, kann dies so betrachtet werden, dass das soeben ausgeführte Training in Bezug auf die Körperkondition des Benutzers an diesem Tag übermäßig war. Daher stellt die CPU 11 mindestens eine der Vorbedingungen für die geplante Herzfrequenz, die wöchentliche Trainingsfrequenz und die Trainingsdauer pro Einheit so ein, dass das Training mäßiger wird.
Als einfachste Methode zur Einstellung eines mäßigen Trainings kann der Sollwert eine Alterstufe auf der Tabelle von Sollwerten, die in 21 dargestellt ist, nach oben verschoben werden. Wenn zum Beispiel der anfängliche Sollwert für einen Benutzer in den Fünfzigern galt, kann der Sollwert zu dem Sollwert für eine Person in den Sechzigern verschoben werden. Ferner kann dann, wenn der Sollwert des Benutzers zu einem Sollwert verändert wird, der für eine Person in den Sechzigern verwendet wird, d. h., der maximalen Altersgruppe, infolge einer allmählichen Senkung des Sollwerts die vorliegende Erfindung so gestaltet sein, dass sie den Benutzer anweist, einen Arzt aufzusuchen oder aber anschließend die Gesamttrainingsdauer pro Woche um 10 Minuten zu senken und gleichzeitig die geplante Herzfrequenz um 5 zu senken.
Wenn der Sollwert erhöht wird, kann eine Prozedur, die der soeben beschriebenen entgegengesetzt ist, ausgeführt werden. Das heißt, die geplante Gesamttrainingsdauer pro Woche kann jede Woche um 10 Minuten erhöht und die geplante Herzfrequenz um 5 erhöht werden. Da die Herzfrequenz (Pulsfrequenz) und Trainingsintensität wie in Gleichung (1) definiert zusammenhängen, entspricht eine Senkung der geplanten Herzfrequenz einer Herabsetzung der Trainingsintensität. Als ein Beispiel für eine Methode für diese Einstellung können die drei zuvor beschriebenen Faktoren (Herzfrequenz, Trainingsfrequenz pro Woche, Trainingsdauer pro Einheit) in geeigneter Weise kombiniert werden und ein Sollwert aus diesen eingestellt werden.
Sobald die oben genannte Verarbeitung beendet ist, wird wiederholt eine Verarbeitung zum Vorschreiben eines Trai ningsplans vor dem Beginn des Trainings auf der Basis des neuen Trainingssollwertes, Bereitstellen einer Trainingsanleitung während der Trainingseinheit, Auswerten des Gesundheitszustandes und der Details des ausgeführten Trainings nach Beendigung des Trainings, und Neueinstellen des Sollwertes ausgeführt. Nachdem das zuvor beschriebene Training zum Beispiel 10 Wochen ausgeführt wurde, wertet ein Arzt oder ein anderer Spezialist die Trainingsleistung des Benutzers aus. Auf Grund der Auswertungsergebnisse werden die Anfangswerte für die neuen Trainingssollwerte in der Vorrichtung eingestellt.
Durch derartige Bereitstellung eines geeigneten Trainingsplans und einer Anleitung während des Trainings kann die Körperkondition des Benutzers sicher und ohne Überbelastung zu einem besseren Zustand verändert werden.
In dieser Ausführungsform werden Anzeigebefehle über die Tastatur 16 eingegeben und die CPU 11 zeigt die verschiedenen Daten, die im RAM 13 gespeichert sind, auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Diese Daten umfassen das Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training, das Amplitudenverhältnis d/a nach dem Training, die Pulsfrequenz, die zu jedem Zeitpunkt gemessen wurde, den gesamten Trainingsumfang seit dem Zeitpunkt, zu dem mit dem Training begonnen wurde, die Gesamttrainingsdauer, graphische Anzeigen der Veränderung in der Pulsfrequenz im Laufe der Zeit und die Pulswellenformen, die vor und nach dem Training gemessen werden.
Als Methode zur Auswertung des vom Benutzers ausgeführten Trainings kann ein Verfahren, wie in der Folge besprochen, in Betracht gezogen werden.
8 zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem gesamten Trainingumfang, der vom Benutzer seit Beginn der Trainingseinheit ausgeführt wurde, und der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a vor und nach dem Training. Wenn, wie in dieser Figur dargestellt, der Trainingsumfang gering ist, ist die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a gering, wobei ein Wert von etwa +5% oder weniger erhalten wird (Bereich I in 8). Wenn der Trainingsumfang höher als dieser Wert ist, steigt die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a allmählich über +5%. Anschließend beginnt die Änderungsrate nach einem bestimmten Punkt zu fallen, bis sie wieder etwa +5% beträgt (Bereich II in 8).
Wenn der Trainingsumfang weiter erhöht wird, fällt die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a weiter, sinkt unter +5% bis etwa –10% (Bereich III in 8). Eine weitere Erhöhung des Trainingsumfangs führt zu einer weiteren Abnahme in der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a auf unter –10% (Bereich IV in 8).
Die CPU 11 führt die Trainingsauswertung jedes Mal, wenn eine Messung vorgenommen wird, auf der Basis des Verhältnisses zwischen dem gesamten Trainingsumfang seit Beginn der Trainingseinheit und der Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a durch. Dazu bestimmt die CPU 11 die Differenz zwischen dem Amplitudenverhältnis d/a nach dem Training und dem Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training und dividiert diese Differenz durch das Amplitudenverhältnis d/a vor dem Training, wodurch die Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a berechnet wird. Die derart erhaltene Änderungsrate im Amplitudenverhältnis d/a und der während der Einheit gemessene Trainingsumfang sind in der Graphik von 8 eingetragen. Die CPU 11 führt dann eine Auswertung des Trainings, das vom Benutzer ausgeführt wird, abhängig davon durch, in welchem Bereich I bis IV sich diese Kurve befindet.
Das heißt, wenn die Kurve im Bereich I von 8 liegt, bestimmt die CPU 11, dass das Training zu mäßig war. Wenn die Kurve im Bereich II liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training richtig war. Wenn die Kurve im Bereich III liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training etwas zu anstrengend war. Und wenn die Kurve im Bereich IV liegt, bestimmt die CPU 1, dass das Training zu anstrengend war. Auf Grund dieser Ergebnisse stellt die CPU 11 die Sollwerte für das Training ein, das anschließend ausgeführt wird, und führt die folgende Verarbeitung durch.
Wenn zum Beispiel das Auswertungsergebnis anzeigt, dass die Kurve im Bereich I liegt, werden die Sollwerte eine Stufe nach unten zu einer geringeren Alterskategorie aus den in 21 dargestellten Alterskategorien verschoben. Ebenso werden in dem Fall, wo das Auswertungsergebnis anzeigt, dass die Kurve im Bereich III oder IV liegt, die Sollwerte eine oder zwei Stufen höher zu einer höheren Alterskategorie aus den in 21 dargestellten Alterskategorien verschoben.
Ferner leitet die CPU 11 in Bezug auf ein Auswertungsergebnis, dass die Kurve im Bereich I, II, III oder IV liegt, die Nachrichten "Training zu leicht", "Training richtig", "Training etwas zu anstrengend" beziehungsweise "Training zu anstrengend" zu dem tragbaren Teil 70 weiter. Die Nachricht wird dann auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt, so dass der Benutzer über die Ergebnisse der Trainingsauswertung informiert ist.
Die vorangehende Ausführungsform beschreibt den Fall, in dem nur das Amplitudenverhältnis d/a verwendet wurde. Durch Anwendung eines Auswertungsverfahrens, das sowohl das Amplitudenverhältnis d/a als auch das Amplitudenverhältnis c/a verwendet, kann eine Trainingsauswertung vorgenommen werden, die noch exakter ist. Wenn nämlich zum Beispiel der Wert des Amplitudenverhältnisses d/a 20% ist, kann aus 2(b) bestimmt werden, dass die Wellenform der Beschleunigungspulswelle der Wellenform vom Mustertyp (2) zugeordnet ist. Wenn andererseits der Wert des Amplitudenverhältnisses d/a 80% ist, ist es möglich festzustellen, dass die Beschleunigungspulswellenform einem der Muster 4 bis 6 zugeordnet ist. Dann wird auf den Wert des Amplitudenverhältnisses c/a Bezug genommen um festzustellen, um welches Muster aus diesen es sich handelt. Wenn zum Beispiel der Wert des Amplitudenverhältnisses c/a 30% ist, dann kann aus 2(b) bestimmt werden, dass die Beschleunigungspulswellenform einer Wellenform vom Mustertyp (5) zugeordnet ist.
Ausführungsform 7 (nicht Teil der vorliegenden Erfindung)
Informationen, wie das Leistungsspektrum, die aus Herzschlagvariationen erhalten werden, werden in den letzten Jahren zunehmend in der Diagnose und Behandlung verschiedener Erkrankungen, wie Herzerkrankung, zentrale Nervenerkrankungen, periphere Nervenerkrankungen, Diabetes, hohen Blutdrucks, zerebrovaskulärer Erkrankung, plötzlichen Todes und dergleichen eingesetzt. Daher ermittelt diese Ausführungsform die LF (Niederfrequenz), HF (Hochfrequenz) und RR50 Indikatoren aus einer Analyse der Tidal-Pulswelle, die der Tidal-Welle in der Herzschlagvariation entspricht, und verwendet diese als Indikatoren für den physischen Zustand des Benutzers anstelle der Indikatoren, die aus der Beschleunigungspulswelle erhalten werden. Zunächst wird die Bedeutung dieser Indikatoren erklärt.
In einem Elektrokardiogramm wird das Intervall zwischen der R-Welle eines Herzschlags und der R-Welle des nächsten Herzschlags als RR-Intervall bezeichnet. Dieses RR-Intervall ist ein numerischer Wert, der als Indikator für das Funktionieren des autonomen Nervensystems im menschlichen Körper dient. 9 zeigt den Herzschlag und das RR-Intervall, das aus der Wellenform dieses Herzschlags in einem Elektrokardiogramm erhalten wird. Wie aus dieser Figur hervorgeht, zeigt eine Analyse der Messergebnisse in einem Elektrokardiogramm, dass sich das RR-Intervall im Laufe der Zeit ändert.
Andererseits ist eine Änderung im Blutdruck, der an der Radiusarterie oder dergleichen gemessen wird, als die Änderung im Blutdruck bei jedem Schlag vom Zusammenziehen bis zum Entspannen des Herzens definiert und entspricht einer Änderung im RR-Intervall in einem Elektrokardiogramm.
10 zeigt das Verhältnis zwischen dem Elektrokardiogramm und dem Blutdruck. Wie aus dieser Figur hervorgeht, kann der Blutdruck bei jedem Zusammenziehen und Entspannen in einem Herzschlag als Maximalwert des arteriellen Drucks und als Minimalwert, der diesem Maximalwert unmittelbar vorangeht, in jedem RR-Intervall gemessen werden.
Bei Durchführung einer Spektralanalyse der Änderungen im Herzschlag oder Blutdruck wird klar, dass die Änderungen aus Wellen mit mehreren Frequenzen bestehen. Diese können in die folgenden drei Arten von Änderungskomponenten klassifiziert werden.

Das RR-Intervall zwischen benachbarten Pulswellen wird für jede gemessene Pulswelle ermittelt, und der diskrete Wert des erhaltenen RR-Intervalls wird unter Verwendung einer geeigneten Methode interpoliert (zum Beispiel mit Hilfe der Spline-Interpolation 3. Ordnung) (siehe 9). Nach der Interpolation wird eine FFT-Operation an der krummen Linie durchgeführt, wonach eine Spektralanalyse folgt. Dadurch kann die Änderungskomponente als Spitze auf der Frequenz achse herausgenommen werden. 11(a) zeigt die Wellenform einer Änderung im RR-Intervall einer gemessenen Pulswelle und die Wellenform von jeder der Änderungskomponenten in dem Fall, in dem die Änderungswellenform in die oben genannten drei Frequenzkomponenten getrennt ist. 11(b) zeigt die Ergebnisse der Spektralanalyse an der Änderungswellenform im RR-Intervall, wie in 11(a) dargestellt.
Wie aus dieser Figur hervorgeht, erscheinen Spitzen bei zwei Frequenzen nahe 0,07 Hz und 0,25 Hz. Der erste Frequenzwert ist die LF-Komponente, während der zweite die HF-Komponente ist. Die Trendkomponente kann in der Figur nicht abgelesen werden, da sie unter dem Messgrenzwert liegt.
Die LF-Komponente bezieht sich auf die Aktivität des sympathischen Nervensystems. Je größer diese Komponente ist, umso größer ist die Zunahme an Spannung. Andererseits bezieht sich die HF-Komponente auf die Aktivität des parasympathischen Nervensystems. Je größer die Amplitude dieser Komponente ist, umso entspannter der Zustand.
Die Amplitudenwerte für die LF- und HF-Komponenten schwanken je nach Individuum. Angesichts dessen ist daher das Verhältnis LF/HF, welches das Verhältnis der Amplituden der LF- und HF-Komponenten ist, für die Einschätzung des Zustandes der Person nützlich. Wenn der Wert von LF/HF groß ist, ist das Maß an Spannung hoch, während wenn der LF/HF klein ist, das Maß an Spannung gering ist, was darauf hinweist, dass die Person entspannt ist.
RR50 ist durch die unveränderliche Zahl definiert, mit der der absolute Wert des Pulswellenintervalls, das dem RR-Intervall für zwei aufeinanderfolgende Herzschläge entspricht, um 50 Millisekunden oder mehr schwankt, wenn Messungen der Pulswelle über eine bestimmte Zeitperiode vorgenommen werden. Je größer der Wert für RR50 ist, umso mehr ist die Person beruhigt, je kleiner der Wert für RR50 ist, umso mehr ist die Person erregt.
Es gibt außerdem einen Zusammenhang zwischen diesen Indikatoren und dem physischen Zustand des Benutzers.
Wenn die Aktivität des parasympathischen Nervensystems abnimmt und das sympathische Nervensystem durch intensiviertes Training in eine Vorrangstellung gebracht wird, kann ein Zustand geschaffen werden, der dem physischen Zustand eines Patienten ähnlich ist, der an einer Erkrankung wie zuvor beschrieben leidet. Wenn das intensivierte Training dann unterbrochen und die Änderung in den oben genannten Indikatoren beobachtet wird, während sich der Körper erholt, zeigt sich, dass die HF-Komponente im Laufe des Tages steigt, während der LF/HF-Wert im Laufe des Tages eine Tendenz zum Fallen hat.
Mit anderen Worten, wenn sich der Zustand des Körpers erholt, steigen oder fallen die HF-Komponente oder der LF/HF-Wert von einem Wert, der einen Spannungszustand anzeigt, auf einen Wert, der einen Entspannungszustand anzeigt. Daher kann die Hypothese aufgestellt werden, dass durch Beobachtung nicht nur der HF-Komponente und des LF/HF-Wertes, sondern auch der LF-Komponente und des RR50-Wertes beurteilt werden kann, ob der Körperzustand gut ist, indem die Zunahme und Abnahme der Werte für jeden der Indikatoren beobachtet wird. Daher können diese Indikatoren anstelle des Amplitudenwertes d/a verwendet werden.
Die Vorrichtung zum Unerstützen von Übungen dieser Ausführungsform wird nun erklärt. In dieser Ausführungsform wird einer der zuvor beschriebenen vier Indikatoren anstelle des in Ausführungsform 6 verwendeten Amplitudenverhältnisses d/a eingesetzt. Die Struktur dieser Vorrichtung ist dieselbe wie jene in Ausführungsform 6. Daher konzentriert sich die folgende Erklärung auf jene Aspekte des Betriebs der Vorrichtung, die für diese Ausführungsform spezifisch sind.
Zusätzlich wurde die Beschleunigungspulswellenform in der sechsten Ausführungsform in 6 Muster unterteilt. In dieser Ausführungsform jedoch werden die Indikatoren in eine Anzahl von Abstufungen entsprechend ihrem Wert unterteilt.
Die Indikatorwerte können jedoch natürlich als solche, ohne Unterteilung in diese Abstufungen verwendet werden.
Vor dem Beginn des Trainings verbindet der Benutzer das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 und drückt, nachdem er bestätigt hat, dass er sich in einem Erholungszustand befindet, den Knopfschalter 117. Dadurch erfasst die CPU 1 die Pulswellenform über eine im Voraus festgelegte Zeitperiode und berechnet die Ruhepulsfrequenz aus der Pulswellenform. Wenn Alter und Geschlecht des Benutzers noch nicht eingegeben wurden, wird der Benutzer aufgefordert, diese Werte einzugeben. Dann werden die Pulswellen über das im Voraus festgelegte Zeitintervall, die Ruhepulsfrequenz und Alter und Geschlecht des Benutzers im RAM 3 gespeichert. Danach arbeiten die CPU 1 und CPU 11 zusammen, um die Daten vom RAM 3 zum RAM 13 zu leiten.
Anschließend beginnt die CPU 11 mit der Verarbeitung zur Berechnung der oben genannten vier Indikatoren auf der Basis der weitergeleiteten Pulswellenformen. Es folgt eine Erklärung dieser Verarbeitung.
Erstens berechnet die CPU 1 zum Extrahieren der Maximalpunkte aus der Pulswellenform die Zeitableitung der Pulswellenform, die im RAM 13 gespeichert ist, und ermittelt alle Zeitpunkte, zu welchen ein Pol in der Wellenform auftritt, indem die Zeitpunkte bestimmt werden, zu welchen die Zeitableitung Null ist. Danach bestimmt die CPU 1 aus der Steigung der Wellenform in der Nähe des Pols (d. h., der Zeitableitung) ob jeder Pol ein Maximum oder Minimum ist.
Mit anderen Worten, die CPU 1 berechnet für einen bestimmten Pol den gleitenden Durchschnitt der Steigung der Wellenform über ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall vor dem Pol. Wenn dieser gleitende Durchschnitt positiv ist, ist der Pol ein Maximum, während bei einem negativen Wert der Pol ein Minimum ist.
Anschließend bestimmt die CPU1 für jeden extrahierten Maximalpunkt den Minimalpunkt, der unmittelbar vor diesem liegt. Die Pulswellenamplituden an den Maximal- und Minimalpunkten werden aus dem RAM 13 ausgelesen und die Differenz zwischen ihnen wird bestimmt. Wenn diese Differenz einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet, wird der Zeitpunkt, zu dem dieser Maximalpunkt erscheint, als Spitze in der Pulswelle bezeichnet. Nach Durchführung dieser Spitzenerfassung an allen aufgenommenen Pulswellenformen wird das Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Pulswellenspitzen auf der Basis des Zeitpunkts berechnet, zu dem diese Spitzen auftreten (entsprechend dem RR-Intervall zwischen Herzschlägen).
Der Wert des erhaltenen RR-Intervalls ist entlang der Zeitachse diskret. Daher wird eine krumme Linie, wie in 11(a) dargestellt, durch Interpolation zwischen benachbarten RR-Intervallen unter Anwendung einer geeigneten Interpolationsmethode erhalten. Danach wird ein Spektrum, wie in 11(b) dargestellt, durch Ausführen einer FFT-Verarbeitung an der interpolierten krummen Linie erhalten. Die Verarbeitung zur Bestimmung von Maxima wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie sie an der Pulswellenform durchgeführt wurde, um die Frequenzen in dem Spektrum zu erhalten, die den oben genannten Maximal- und Minimalwerten entsprechen. Der Maximalwert, der im Niederfrequenzbereich erhalten wird, ist als die LF-Komponente definiert, während der Maximalwert, der im Hochfrequenzbereich erhalten wird, als die HF-Komponente definiert ist. Ferner werden die Amplituden dieser Komponenten ermittelt und das Amplitudenverhältnis LF/HF berechnet. Die Zeitdifferenz in benachbarten RR-Intervallen wird anschließend auf der Basis des zuvor erhaltenen RR-Intervalls ermittelt. Danach wird eine Prüfung jeder dieser Zeitdifferenzen vorgenommen um festzustellen, ob die Zeitdifferenz 50 Millisekunden überschreitet, und die unveränderliche Zahl von Zeitdifferenzen, die 50 Millisekunden überschreiten, wird gezählt und als RR50 eingestellt.
Die CPU 11 bestimmt die Abstufung, der der Indexwert, der wie zuvor erhalten wurden, zugeordnet ist. Die bestimmte Abstufung und der Indexwert werden im RAM 13 gespeichert und auf der Anzeigevorrichtung 17 angezeigt. Danach führt die CPU 11 auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 6 Vorbereitungen zum Erstellen des folgenden Trainingsplans durch. Das heißt, die CPU 11 bestimmt die Trainingsdauer pro Einheit, die geplante Herzfrequenz und den oberen und unteren Grenzwert dafür, und die Trainingsfrequenz, und speichert diese im RAM 13. Anschließend sendet die CPU 11 diese Werte gemeinsam mit der CPU 1 zum RAM 3.
Wenn die vorangehende Verarbeitung beendet ist, sendet die CPU 11 eine Nachricht, dass die Voreinstellung beendet ist, gemeinsam mit den Einzelheiten des Trainingsplans zu dem tragbaren Teil 70. Diese werden auf der Anzeigevorrichtung 7 angezeigt. Nach dem Trennen des tragbaren Teils 70 und des stationären Teils 80 drückt danach der Benutzer den Knopfschalter 14, wodurch der Vorrichtung mitgeteilt wird, dass mit dem Training begonnen wird. Die folgenden Vorgänge werden wie in Ausführungsform 1 ausgeführt. Das heißt, die CPU 1 berechnet die Pulsfrequenz des Benutzers und den Gesamttrainingsumfang seit Beginn der Einheit, schreibt diese gemeinsam mit dem Zeitpunkt, zu dem die Messung durchgeführt wurde, in den RAM 3 und zeigt diese Informati onen auf der Anzeigevorrichtung 7 an. Zusätzlich führt die CPU 1 eine Trainingsanleitung auf der Basis der gemessenen Pulsfrequenz, der geplanten Pulsfrequenz und dem oberen und unteren Grenzwert dafür durch.
Nach Verstreichen der geplanten Trainingsdauer weist die CPU 11 den Benutzer an, mit dem Training aufzuhören, und beendet die Messung der Pulsfrequenz usw. und die Trainingsanleitung, wenn der Benutzer den Knopfschalter 114 drückt. Danach verbindet der Benutzer das tragbare Teil 70 mit dem stationären Teil 80 und drückt den Knopfschalter 117. Infolgedessen berechnet die CPU 11 die oben genannten Indikatoren auf dieselbe Weise wie vor Beginn des Trainings und bestimmt eine Abstufung für die Indikatoren und speichert die Abstufungswerte und Indikatorwerte im RAM 13.
Gemeinsam mit der CPU 1 lädt die CPU 11 dann die vom tragbaren Teil 70 gemessenen Daten vom RAM 3 in den RAM 13. Die CPU 11 bestimmt dann, ob die gemessene Pulsfrequenz und die Gesamttrainingsdauer nennenswert von den entsprechenden Sollwerten abweichen und informiert den Benutzer, falls dies zutrifft.
Anschließend vergleicht die CPU 11 die Indexwerte vor und nach dem Training und informiert den Benutzer, dass sich sein Gesundheitszustand verbessert hat, gleich geblieben ist oder verschlechtert hat. Wenn LF und LF/HF als Standards zur Beurteilung verwendet werden, ob sich der physische Zustand verbessert oder verschlechtert hat, zeigt eine Abnahme in dem Wert auf Grund des Trainings eine Verbesserung an, während eine Zunahme eine Verschlechterung anzeigt. Wenn im Gegensatz dazu HF oder RR50 Werte verwendet werden, zeigt eine Abnahme eine Verschlechterung an, während eine Zunahme eine Verbesserung anzeigt.
Wenn eine Bestimmung vorgenommen wird, dass sich der Gesundheitszustand des Benutzers verschlechtert hat, stellt die CPU 11 den Trainingsplan so ein, dass ein mäßigeres Training ausgeführt wird. Danach wird der Zyklus von Trainingsplan, Anleitung und Diagnose in derselben Weise wie zuvor wiederholt.
Zusätzlich sollte festgehalten werden, dass in dieser Ausführungsform zwar nur ein Indikator von den vier zuvor beschriebenen verwendet wurde, es aber annehmbar ist, eine beliebige Zahl dieser Indikatoren gemeinsam zu verwenden.
MODIFIZIERUNGEN
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die oben stehenden Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel ist auch eine Reihe von Modifizierungen, wie folgt, möglich.
Modifizierung 1
In den vorangehenden Ausführungsformen wurden Pulswellen an der Basis des Fingers des Benutzers gemessen. Messungen der Pulswellen sind in der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf diese Position beschränkt. Zum Beispiel kann die Pulswelle an der Radiusarterie oder in deren Nähe gemessen werden.
Zusätzlich kann als eine Modifizierung in dieser Hinsicht eine Anordnung wie die in 5 dargestellte in Betracht gezogen werden, in der eine Sensoreinheit 102 und ein Band 104, das den Sensor in Position hält, an der Fingerspitze befestigt sind, und das Fingerspitzen-Plethysmogramm gemessen wird.
Ferner kann eine zweite Anordnung in Betracht gezogen werden, wie in 6 dargestellt, in der die Vorrichtung in einem Accessoire, wie einem Halsband, eingebaut ist. In dieser Figur sind Teile der Vorrichtung, die den in 3 und 5 entsprechen, mit demselben Zahlensymbol versehen und werden hier nicht erklärt.
In dieser Figur ist 31 ein Sensor-Pad, und besteht zum Beispiel aus einem stoßdämpfenden Material, wie einem Schwamm. Der in 1 dargestellte Pulswellensensor 4/Beschleunigungssensor 5 (oder in 19 dargestellte Pulswellensensor 4) sind in der Mitte des Sensor-Pads 31 befestigt. Wenn daher das Halsband um den Hals getragen wird, kommt dieser Sensor mit der Hautoberfläche an der Rückseite des Halses in Kontakt, so dass die Messung der Pulswellen möglich ist.
Die CPU 1, der ROM 2, der RAM 3, die Sensorschnittstelle 6, die Anzeigesteuerschaltung 8 und die Uhrschaltung 9, die in 1 dargestellt sind (oder die CPU 1, der ROM 502, der RAM 3, die Sensorschnittstelle 505, die Anzeigesteuerschaltung 8, die externe Schnittstelle 509 und die Uhrschaltung 10, die in 19 dargestellt sind), sind in einem broschenförmigen Gehäuse 32 untergebracht. Ein Verbinder (in den Figuren nicht dargestellt) ist an der Rückseite des Gehäuses 32 zur Befestigung des Verbindungskabels CB bereitgestellt, während ein leitender Draht, der dem in 3 dargestellten Kabel 101 entspricht, in der Kette 33 eingebettet ist. Da die Uhrenfunktion in dieser Ausführungsform nicht notwendig ist, kann ferner die Anzeigevorrichtung 7 nur aus dem Punktanzeigebereich 108-D bestehen, der eine graphische Anzeige liefern kann.
Ferner kann eine dritte Anordnung in Betracht gezogen werden, in der die Vorrichtung in Augengläsern eingebaut ist, wie in 7 dargestellt. Die Teile der Vorrichtung, die dieselben wie jene in 3 bis 6 sind, sind mit demselben Zahlensymbol versehen und eine Erklärung wird hier unterlassen.
Wie in 7 dargestellt, ist der Hauptkörper der Vorrichtung an den Bügeln 41 von Augengläsern befestigt. Der Vorrichtungshauptkörper ist in Gehäuse 42a und 42b unterteilt, die über einen Leitungsdraht verbunden sind, der in den Bügeln 41 eingebettet ist. Der Leitungsdraht kann sich auch entlang der Außenseite der Bügel 41 erstrecken.
Ein Flüssigkristallfeld 44 ist über die gesamte Seitenfläche der Linsenseite 43 des Gehäuses 42a bereitgestellt. Ein Spiegel 45 ist in einem bestimmten Winkel an einer Kante dieser Seitenfläche befestigt. Eine Antriebsschaltung für das Flüssigkristallfeld 44, die eine Lichtquelle (nicht dargestellt) enthält, ist in dem Gehäuse 42a eingebaut. Das Licht, das von dieser Lichtquelle ausgesendet wird, geht über das Flüssigkristallfeld 44 und wird beim Spiegel 45 reflektiert, so dass es auf die Linse 43 der Augengläser fällt. Daher kann in dieser Ausführungsform die Linse 43 so betrachtet werden, dass sie die Funktionen der Anzeigevorrichtung 7 hat, die in 1 und 19 dargestellt ist.
Die CPU 1, der ROM 502, der RAM 3, die Sensorschnittstelle 505, die Anzeigesteuerschaltung 8, die externe Schnittstelle 509 und die Uhrschaltung 10 sind in dem Gehäuse 42b eingebaut, wobei ein Verbinder (nicht dargestellt) für den Anschluss des Verbindungskabels CB in dessen Bodenfläche bereitgestellt ist. Ein Pulswellensensor 4 ist in Pads 46, 46 untergebracht und wird an dem Ohr befestigt, indem das Ohrläppchen zwischen den Pads gehalten wird. Somit wird in dieser Ausführungsform die Pulswelle am Ohrläppchen gemessen.
Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, sind zusätzlich die verschiedenen Knopfschalter, die in 3 dargestellt sind, bei den in 6 bis 7 dargestellten Ausführungsformen bereitgestellt, und werden zur Eingabe des Alters und Geschlechts usw. des Benutzers verwendet.
Modifizierung 2
In der dritten und vierten Ausführungsform wird der physiologische Zustand von den Pulswellen extrahiert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt.
Das heißt, da die Herzfrequenz (Pulsfrequenz) und die Trainingsintensität, wie in der oben stehenden Gleichung (1) gezeigt, miteinander zusammenhängen, ist es annehmbar, die Trainingsintensität anstelle der Herzfrequenz zu verwenden, wenn der Trainingsplan ausgeführt wird.
Wenn ein Trainingsplan ausgeführt wird, ist es ferner nicht notwendig, alle Parameter der geplanten Pulsfrequenz, Trainingsdauer pro Einheit und Trainingsfrequenz zu verwenden. Vielmehr ist es annehmbar, einen oder eine Kombination von zwei zu verwenden.
Zusätzlich wurde in der dritten und vierten Ausführungsform der Standardwert für den Trainingssollwert auf der Basis von Alter und Geschlecht bestimmt, wie in 21 dargestellt. Es ist jedoch auch annehmbar, die Ruhepulsfrequenz und dergleichen bei der Bestimmung des Standardwertes für den Trainingssollwert in Betracht zu ziehen.
In der dritten und vierten Ausführungsform wurden das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 unter Verwendung eines Verbindungskabels CB verbunden. Zusätzlich ist es jedoch auch annehmbar, optische Verbindungen unter Verwendung von Infrarot oder annähernd Infrarot zu verwenden oder drahtlose Verbindungen unter Nutzung von Funkwellen einzusetzen. In diesem Fall werden alle Informationen, die auf der Anzeigevorrichtung 17 des stationären Teils 80 angezeigt werden, auf der Anzeigevorrichtung 7 des tragbaren Teils 70 angezeigt. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80 drahtlos, wodurch die Belastung für den Benutzer deutlich verringert wird, da er sich nicht mit dem Anschluss eines Kabels beschäftigen muss.
Zusätzlich ist es auch annehmbar, dass der Personal-Computer die Beschleunigungspulswelle direkt misst, anstatt einen Pulswellensensor an dem Personal-Computer bereitzustellen und dann die Pulswellenformdaten vom tragbaren Teil 70 zum stationären Teil 80 zu senden.
Ferner verwendete jede der vorangehenden Ausführungsformen die Beschleunigungspulswelle. Der Grund dafür ist einfach, dass die Beschleunigungspulswelle die am besten bekannte und leicht zu analysieren ist. Daher ist es natürlich annehmbar, die ursprüngliche Wellenform der Pulswelle, deren erste Ableitung oder eine Ableitung, die höher als die Beschleunigungspulswelle ist, in der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
Als ein Beispiel für diese Methode wird kurz der Fall erklärt, wenn die ursprüngliche Wellenform der Pulswelle verwendet wird. 12 zeigt eine typische ursprüngliche Wellenform einer Pulswelle. 12(a) ist eine sogenannte "normale Welle", die durch drei Spitzen charakterisiert ist. P1¯P5 zeigen in dieser Figur Wendepunkte (Spitzen) in der Pulswelle. 12(b) zeigt eine sogenannte "geglättete Welle", die durch zwei Spitzen charakterisiert ist.
Schließlich ist 12(c) eine sogenannte "heftige Welle".
In Bezug auf das Verhältnis zwischen jeder dieser Pulswellen und dem Training erscheint die normale Welle, die in 12(a) dargestellt ist, für gewöhnlich vor dem Training. Diese Welle kann jedoch auch nach Beendigung des Trainings beobachtet werden, wenn das durchgeführte Training zu leicht war. Wenn im Gegensatz dazu das Training mit der richtigen Intensität durchgeführt wird, erscheint für gewöhnlich die geglättete Welle, die in 12(b) dargestellt ist, nach Beendigung des Trainings. Wenn andererseits das Training übermäßig ausgeführt wird, wird die heftige Welle, die in 12(c) dargestellt ist, nach Beendigung des Trainings beobachtet.
Wenn daher die ursprüngliche Wellenform der Pulswelle verwendet wird, ist klar, dass eine Auswertung des Trainings des Benutzers mit Hilfe der Bestimmung durchgeführt werden kann, ob die Pulswellenform nach dem Training eine normale, geglättete oder heftige Welle ist.
Zur Bestimmung der Pulswelleneigenschaften durch Extrahieren der Wendepunkte P1¯P5 aus der gemessenen Pulswelle kann ein Verfahren verwendet werden, das zum Beispiel in der Japanischen Patentanmeldung Hei 5-197569 (Stress Evaluation Device and Physiological Age Evaluation Device) offenbart ist, die zuvor von den gegenwärtigen Erfindern eingereicht wurde. Ein Überblick über diese Methode folgt.
Unter Verwendung dieser Methode werden die folgenden Informationen aus der Wellenform jedes Schlags in der Pulswelle gewonnen, um die Pulswelleneigenschaften zu extrahieren. Das heißt, wie in 13 dargestellt:

1) Blutdruck y₁¯y₅ bei den Wendepunkten P1¯P5, die der Reihe nach in jedem Schlag der Pulswelle erscheinen
2) Verstrichene Zeit T₁¯T₅ bis jeder Wendepunkt P1¯P5 erscheint, und verstrichene Zeit T₆, bis die Pulswelle des nächsten Schlags ansteigt, wobei die Pulswellenstartzeit t₀, die der Zeitpunkt ist, zu dem die Pulswelle zu steigen beginnt, als Standard verwendet wird
3) Bestimmen, ob jeder Wendepunkt P1¯P5 ein Maximum oder Minimum ist.

Die verstrichene Zeit T₁¯T₆, der Blutdruck y₁¯y₅, die Bestimmung, ob jeder Wendepunkt ein Maximum oder ein Minimum ist, und die anderen Pulswelleneigenschaften für normale, geglättete und heftige Wellen werden jeweils im ROM 12 gespeichert, der in 19 dargestellt ist.
Danach prüft die CPU 1 oder die CPU 11 die Ergebnisse der oben genannten Operationen und setzt die Wendepunkte dort, wo Null für die Zeitableitung der Wellenform ausgegeben wurde. Für jeden dieser Punkte erhält die CPU 1 oder CPU 11 dann die Uhrzeit, zu der die Wellenform und der Blutdruck (entsprechend den Blutdrücken y₁¯y₅) erfasst wurden.
Anschließend wird jeder Wendepunkt unter Bezugnahme auf die Steigungsinformationen als Maximum oder Minimum bestimmt.
Mit anderen Worten, wenn die für einen bestimmten Wendepunkt erhaltenen Steigungsinformationen positiv sind, ist der Wendepunkt ein Maximum. Wenn dagegen die Steigungsinformationen negativ sind, ist der Wendepunkt ein Minimum.
Beim Erfassen von Wendepunkten bestimmt die CPU 1 oder CPU 11 den Blutdruck an diesem Wendepunkt und den Blutdruck am unmittelbar vorangehenden Wendepunkt. Die derart ermittelte Differenz wird im RAM 13 als Schlaginformation gespeichert.
Nachdem die Verarbeitung für alle Pulswellen durchgeführt wurde, die während der Dauer der Messungen erhalten wurden, führt die CPU 1 oder CPU 11 eine Verarbeitung durch, um die Pulswellen in einzelne Schläge zu unterteilen. Zunächst liest die CPU 1 oder CPU 11 die Steigungs- und Schlaginformationen für jeden Wendepunkt aus dem RAM 13 und wählt die positiven Schlaginformationen aus den ausgelesenen Schlaginformationen. Beginnend mit dem höchsten Schlagwert wählt danach die CPU 1 oder CPU 11 eine im Voraus festgelegte Zahl an Schlagdaten. Aus den gewählten Schlaginformationen wählt die CPU 1 oder CPU 11 dann die Schlaginformationen, die der Mitte des Bereichs entsprechen, und setzt diese als den ansteigenden Abschnitt jedes Schlags in der Pulswelle fest.
Dadurch kann die Startzeit dieses Anstiegs in der Pulswelle als Pulswellenstartzeit to erhalten werden.
Auf diese Weise werden die Wendepunkte P1¯P5, die Maximum/Minimum-Unterscheidung, die diesen Wendepunkten entspricht, und der Blutdruck y₁¯y₅ an jedem dieser Wendepunkte bestimmt. Ferner kann die verstrichene Zeit T₁¯T₅ durch Bestimmen der Differenz zwischen der Pulswellenstartzeit to und der Wellenformerfassungszeit an jedem Wendepunkt berechnet werden. Ebenso kann die verstrichene Zeit T₆ für jeden Schlag in der Pulswelle durch Bestimmen der Differenz zwischen der Pulswellenstartzeit to von Schlägen in benachbarten Pulswellen erhalten werden.
Durch einen Vergleich der gemessenen Pulswelle und der Pulswelle, die im Voraus im ROM 12 gespeichert wurde, in Bezug auf die verstrichene Zeit T₁¯T₅, den Blutdruck y₁¯y₅ und die Maximum/Minimum-Unterscheidung an den Wendepunkten P1¯P5 kann die Pulswellenart (normal, geglättet, heftig) gewählt werden, die der gemessenen Pulswelle am ähnlichsten ist. Eine Auswertung des vom Benutzer durchgeführten Trainings kann dann auf der Basis der Bestimmung der Pulswellenart vorgenommen werden. Wenn daher zum Beispiel eine heftige Welle als Pulswellenform nach dem Training beobachtet wird, kann der Trainingssollwert für den folgenden Trainingsplan herabgesetzt werden.
Modifizierung 3
Die vorangehenden Ausführungsformen waren so gestaltet, dass dem Benutzer eine Reihe von Nachrichten über eine Nachrichtenanzeige mitgeteilt wurde. Es ist jedoch auch annehmbar, einen Ton für diese Nachrichtenübermittlung zu verwenden. Wenn die Vorrichtung zum Beispiel in einer Armbanduhr eingebaut ist, kann die Alarmfunktion verwendet werden, die bereits Teil der Uhr ist. Ferner kann selbst in dem Fall, in dem die Vorrichtung in anderen Arten von tragbaren Vorrichtungen eingebaut ist, eine Tonquelle, die ein Piezoelement oder einen Lautsprecher verwendet, bereitgestellt werden, so dass die Nachrichtenübermittlung unter Verwendung eines Alarms oder sogar einer Sprachnachricht erfolgt. Wenn die Nachrichtenübermittlung unter Verwendung eines Tons auf diese Weise erfolgt, ist eine volle Nutzung der Vorrichtung möglich, selbst für eine sehbehinderte Person. Da bei dieser Anordnung ferner nicht notwendig ist, während des Trainings ständig auf die Nachrichtenanzeige zu schauen, kann sie sogar für den normalen Benutzer, der keine Sehbehinderung hat, als bevorzugt angesehen werden.
Zusätzlich kann eine Modifizierung in Betracht gezogen werden, in der die Art oder Höhe des erzeugten Tons entsprechend den Ergebnissen der Trainingsauswertung oder der Art der Anleitung an den Benutzer anders ist, so dass der Benutzer die Unterschiede erkennen kann. Es ist auch annehmbar Nachrichten und Ton gemeinsam zu verwenden.
Im Fall einer hörgeschädigten Person kann anstelle von Nachrichten oder Tönen eine Modifizierung verwendet werden, die auf dem Empfinden beruht. Zum Beispiel kann der Benutzer mit Hilfe von Vibrationen benachrichtigt werden, indem eine Struktur bereitgestellt wird, in der eine Vibrationsplatte an der Rückseite der Armbanduhr befestigt wird und vibriert, oder die gesamte Armbanduhr vibriert. Durch Ändern der Stärke und Dauer der Vibration können dann Mitteilungen über zahlreiche Zustände auf dieselbe Weise wie bei Verwendung von Nachrichten oder Tönen übermittelt werden.
Modifizierung 4
In der ersten Ausführungsform war der Beschleunigungssensor 5 nahe dem Pulswellensensor 4 angeordnet. Tatsächlich jedoch kann der Beschleunigungssensor 5 irgendwo am Körper des Benutzers angebracht werden.
Modifizierung 5
In der sechsten und siebenten Ausführungsform waren das Kabel 101 und das Kabel CB so gestaltet, dass sie unabhängig an den Verbindern 105a, 105b am Vorrichtungshauptkörper 100 angeschlossen werden konnten. Die Anordnung zur Befestigung dieser Kabel ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Andere Anordnungen zum Zweck des Anschlusses dieser Kabel am Armbanduhrverbinder werden nun erklärt. Zusätzlich sollte festgehalten werden, dass die Struktur der Verbinder, die in der Folge erklärt wird, eine Verbesserung der Verbinder darstellt, die in der Japanischen Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr.: Hei 7-166551 (Titel: Wristwatch-Type Pulse wave Measuring Device and Pulse wave Information Processing Device) offenbart sind, die von den gegenwärtigen Erfindern zuvor eingereicht wurde.
25 ist eine vergrößerte Ansicht der in 3 bis 5 dargestellten Armbanduhr, betrachtet von deren oberer Oberfläche. Teile, die zwischen diesen Figuren gleich sind, wurden mit demselben Zahlensymbol versehen und deren Erklärung wird unterlassen. In 25 sind die Kabel in einem gelösten Zustand dargestellt, wobei das Bezugszeichen 200 den Verbinder anzeigt. 26 ist eine Schrägansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Verbinders 500 zeigt. Wie in dieser Figur dargestellt, sind Anschlüsse 221, 222 an der oberen Oberfläche 211 des Verbinders 500 bereitgestellt, um den Pulswellensensor 4 und das Verbindungskabel CB in 19 mit einem tragbaren Teil 70 zu verbinden.
27 ist eine Schrägansicht des Verbinderstücks 230, das an dem Verbinder 500 befestigt ist. Das Kabel 101 ist an dem Verbinderstück 230 befestigt. Bewegbare Stifte 247¯248, die eine Schaltung (nicht dargestellt) betätigen, um jede Wirkung statischer Elektrizität zu verhindern, wenn das Kabel 101 angeschlossen ist, und Elektroden 251, 252, die Anschlüsse 221, 222 elektrisch anschließen, sind an der Bodenfläche 231 des Verbinderstücks 230 ausgebildet. Zusätzlich ist ein Anschluss 561, der eine elektrische Verbindung mit einem Verbinderstück 503 (in der Folge erklärt) hat, in der oberen Oberfläche 232 des Verbinderstücks 230 ausgebildet, und Öffnungen 266 sind in dessen vier Ecken gebildet.
Zur Befestigung des Verbinderstücks 230 an dem Verbinder 500 wird das Verbinderstück 230 zu dem Verbinder 500 gepresst und dann in die Richtung geschoben, die durch Pfeil Q angezeigt ist. Infolgedessen werden die Anschlüsse 221, 222 elektrisch in Bezug auf die Elektroden 251, 252 angeschlossen. Zur Entfernung des Verbinderstücks 230 vom Verbinder 500 wird das Verbinderstück 230 in die Richtung von Pfeil R geschoben und dann hochgehoben.
28 zeigt die Struktur der Verbinderabdeckung 260. Die Verbinderabdeckung 260 ist an dem Verbinder 500 befestigt, wenn das Verbinderstück 230 vom Verbinder entfernt ist, und die Vorrichtung als normale Armbanduhr verwendet wird.
Öffnungen 271, 272 sind an der Bodenfläche 261 der Verbinderabdeckung 260 gebildet, an Positionen, die jenen entsprechen, an welchen die Anschlüsse 221, 222 des Verbinders 500 angeordnet sind.
Wenn nur das Verbinderstück 230 an dem Verbinder 500 befestigt wird, wird eine Verbinderabdeckung 280, wie in 29 dargestellt, befestigt, um Anschlüsse 561 zu schützen, die im Verbinderstück 230 bereitgestellt sind. Stifte 286 sind in den vier Ecken der Bodenfläche 281 der Verbinderabdeckung 280 gebildet. Diese Stifte sind für den Eingriff in Öffnungen 266 des Verbinderstücks 230 ausgebildet, so dass sich die Verbinderabdeckung 280 selbst während des Trainings nicht vom Verbinderstück 230 löst. Öffnungen 291 sind auch in der Bodenfläche 281 der Verbindungsabdeckung 280 bereitgestellt. In diesen Öffnungen sitzen die Anschlüsse 561 des Verbinderstücks 230.
30 zeigt eine Schrägansicht des Verbinderstücks 503.
Das Verbinderstück 503 ist dazu ausgebildet, auf die Oberseite des Verbinderstücks 230 gelegt zu werden. Wie in der Figur dargestellt, ist das Kabel CB an dem Verbinderstück 503 befestigt. Zusätzlich sind Elektroden 511 an der Bodenfläche 501 des Verbinderstücks 503 bereitgestellt. Diese Elektroden sind elektrisch an Anschlüsse 561 angeschlossen, die an dem Verbinderstück 230 bereitgestellt sind. Zusätzlich, wie aus der Erklärung der vorangehenden Ausführungsformen hervorgeht, erfolgt die Befestigung an dem Verbinderstück 230 nur, wenn das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 verbunden werden sollen.
Modifizierung 6
Zur Verbindung des tragbaren Teils 70 und des stationären Teils 80 können eine Reihe von Anordnungen zusätzlich zu den zuvor beschriebenen in Betracht gezogen werden. Ein Beispiel dafür folgt.
31 zeigt die Verbindung zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80. Teile in dieser Figur, die mit den in 19 bis 30 dargestellten äquivalent sind, sind mit demselben Zahlensymbol versehen. 31 zeigt den Fall, in dem das Kabel 101 von dem Halsband 500 gelöst wurde und das Band 103 nicht an dem Anschluss auf dem Verbinder 500 befestigt ist.
In der Figur ist das stationäre Teil 80 in dem Gehäuse 400 und nicht in dem zuvor beschriebenen Personal-Computer aufgenommen. Ein Verbinderstück 401 ist an dem Gehäuse 400 ausgebildet und hat eine Struktur, die annähernd dem in 27 dargestellten Verbinderstück 230 äquivalent ist. Der Unterschied zwischen diesen Verbinderstücken ist, dass das Verbinderstück 401 nicht mit einer Elektrode 251, mit Anschlüssen 561 und Öffnungen 266 versehen ist, da der Anschluss des Kabels 101 im Falle des Verbinderstücks 401 nicht notwendig ist. Daher wird eine ausführliche Erklärung des Verbinderstücks 401 unterlassen.
Das Verfahren zum Befestigen und Lösen des Verbinders 500 und des Verbinderstücks 401 ist dasselbe wie jenes, das im Falle des Verbinders 500 und des Verbinderstücks 230 verwendet wird. Während jedoch das Verbinderstück 230 vom Verbinder 500 erfasst und an diesem befestigt wurde, ist hier der Verbinder 500 an dem Verbinderstück 401 durch Eingriff mit der Armbanduhr befestigt.
Modifizierung 7
Jede der vorangehenden Ausführungsformen diente zur Messung einer Pulsfrequenz eines Patienten, wobei jedoch auch annehmbar ist, die Herzfrequenz zu messen.
Zusätzlich wurden in den vorangehenden Ausführungsformen und Modifizierungen dem Benutzer verschiedene Informationen mitgeteilt. Es ist jedoch auch annehmbar, eine dritte Partei zusätzlich zu dem Benutzer zu informieren. Auf diese Weise ist es auch für eine dritte Partei möglich, Anweisungen zu geben.
Diese Anordnung kann wie folgt ausgeführt werden. Wie in 24 dargestellt, sind nämlich ein tragbares Teil 70 (oder ein Vorrichtungshauptkörper 100) und ein stationäres Teil 80 unter Verwendung eines Verbindungskabels CB miteinander verbunden. Die gesamten Informationen, die auf der Flüssigkristallanzeige 108 im tragbaren Teil 70 (oder Vorrichtungshauptkörper 100) angezeigt werden, werden über das Verbindungskabel CB zum stationären Teil 80 übertragen. Die Anzeigevorrichtung 17 im stationären Teil 80 kann dann zur Anzeige dieser Informationen verwendet werden.
Zusätzlich können Tasten, die den Knopfschaltern 111 bis 117 auf dem tragbaren Teil 70 (dem Vorrichtungshauptkörper 100) entsprechen, auf der Tastatur 16 auf dem stationären Teil 80 bereitgestellt sein. Wenn diese Tasten betätigt werden, werden die Informationen, die mit der gedrückten Taste zusammenhängen, über das Verbindungskabel CB übertragen, wobei dieselbe Verarbeitung in dem tragbaren Teil 70 (oder dem Vorrichtungshauptkörper 100) ausgeführt wird, wie beim Betätigen der Knopfschalter 111 bis 117.
Modifizierung 8
In jeder der vorangehenden Ausführungsformen ist es auch annehmbar, das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 so zu konstruieren, dass die physiologischen Zustände, wie die Pulswelle, unter Verwendung einer Zeichenkodierung oder dergleichen in kodierte Informationen umgewandelt werden und dann eine bidirektionale Kommunikation unter Verwendung dieser kodierten Informationen durchgeführt wird.
Das heißt, das tragbare Teil 70 verwendet eine der zuvor beschriebenen Methoden zur Analyse der Pulswellenformen, die im Körper gemessen werden, und bestimmt, ob die Pulswellenart normal, geglättet oder heftig ist. Diese Informationen werden dann nach der Art der Pulswelle zum Beispiel in einen Zeichenkode kodiert. Die kodierten Informationen werden anschließend zu dem stationären Teil 80 gesendet.
Das stationäre Teil 80 erkennt auf Grund der übermittelten kodierten Informationen, ob die Welle normal, geglättet oder heftig ist. Die Pulswellenform, die der vom stationären Teil 80 erkannten Wellenformart entspricht, wird aus einem ROM oder dergleichen im stationären Teil 80 gelesen und auf der Anzeigevorrichtung 17 angezeigt.
Zusätzlich zur derartigen Anzeige der Pulswellenform kann die Anzeigevorrichtung 17 auch zum Anzeigen des Namens, der der klassifizierten Wellenform entspricht, d. h., normal, geglättet oder heftig, in Buchstaben verwendet werden. Als Alternative können diese Informationen unter Verwendung von Symbolen oder Piktogrammen angezeigt werden.
Wenn die Kommunikation unter Verwendung komprimierter Informationen zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80 erfolgt, kann ferner die Menge der zu übermittelnden Informationen verringert werden. Es sollte festgehalten werden, dass die Kommunikation mittels komprimierter Informationen dem Fall entspricht, in dem Informationen, wie Sollwerte, vom stationären Teil 80 zum tragbaren Teil 70 geleitet werden.
Modifizierung 9
Wenn der neue Trainingssollwert in den vorangehenden Ausführungsformen eingestellt wird, ist es auch annehmbar, den neuen Trainingssollwert mit dem vorangehenden Trainingssollwert zu vergleichen, und dem Benutzer die Differenz zwischen den beiden Werten mitzuteilen. Zusätzlich kann in diesem Fall eine Bewertung, wie "höher", "unverändert" oder "tiefer", entsprechend den Ergebnissen des Vergleichs bereitgestellt werden.
Modifizierung 10
In den vorangehenden Ausführungsformen fand die Kommunikation in beide Richtungen zwischen dem tragbaren Teil 70 und dem stationären Teil 80 über ein Verbindungskabel CB statt.
Das Kommunikationsmedium ist jedoch nicht auf ein Kabel begrenzt. Vielmehr kann auch eine drahtlose Kommunikation verwendet werden, in dem das tragbare Teil 70 und das stationäre Teil 80 mit einer Vorrichtung zum Senden und Empfangen von elektrischen Wellen, Licht, Ultraschallwellen oder dergleichen ausgestattet werden.

Claims

Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes, umfassend: ein Pulswellenmessmittel zum Messen einer Pulswellenform eines Benutzers; Körperbewegungsmessmittel zum Messen der Körperbewegung des Benutzers; Bewegungsbeurteilungsmittel zum Beurteilen, ob Ergebnisse von Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel vorgenommen werden, unter einem vorbestimmten Wert liegen; Berechnungsmittel, die zum Berechnen eines Indikators auf der Basis der Pulswellenformmessungen, die von dem Pulswellenmessmittel vorgenommen werden, dienen, der einen Blutkreislauf zustand des Benutzers zeigt, nur falls die Ergebnisse der Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel vorgenommen werden, als unter dem vorbestimmten Wert liegend beurteilt werden; und Anzeigemittel, die dem Benutzer den Indikator anzeigen.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmittel dazu ausgebildet ist: die Beschleunigungspulswellenform der Pulswellenform zu berechnen; zwei Spitzen und zwei Täler aus mehreren Spitzen und Tälern auszuwählen, die in der Beschleunigungspulswelle erscheinen; ein Amplitudenverhältnis für die ausgewählten Spitzen und Täler zu erhalten; und den Indikator auf das Amplitudenverhältnis einzustellen.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 2, wobei der Indikator auf einen Wert eingestellt ist, der durch Dividieren des Amplitudenwertes des zweiten Tals durch den Amplitudenwert der ersten Spitze in der Beschleunigungspulswelle erhalten wird.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmittel dazu ausgebildet ist: ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulswellen zu berechnen; eine Spektralanalyse über eine Schwankung im Zeitintervall auszuführen; und einen Amplitudenwert einer Spektralkomponente als Indikator einzustellen, wobei der Amplitudenwert durch Ausführen der Spektralanalyse erhalten wird.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmittel dazu ausgebildet ist: ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulswellen zu berechnen; eine Spektralanalyse über eine Schwankung im Zeitintervall auszuführen; ein Verhältnis von Amplituden von Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Spektralkomponenten zu berechnen, die durch Ausführen der Spektralanalyse erhalten werden; und den Indikator auf das Amplitudenverhältnis einzustellen.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei das Berechnungsmittel dazu ausgebildet ist: ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulswellen zu berechnen; und den Indikator auf eine Häufigkeit einzustellen, mit der eine Schwankung in kontinuierlichen Zeitintervallen eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Pulsmessmittel zum Messen einer Herzfrequenz oder einer Pulsfrequenz des Benutzers; wobei, wenn die Ergebnisse von Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel ausgeführt werden, den vorbestimmten Wert überschreiten, das Anzeigemittel den Benutzer über die gemessene Pulsfrequenz informiert.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Auswertungsmittel zur Durchführung einer Auswertung des Trainings, das von dem Benutzer ausgeführt wurde, auf der Basis der Differenz zwischen dem Indikator, der berechnet wird, wenn die Ergebnisse der Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel ausgeführt werden, unter dem vorbestimmten Wert liegen, und dem Indikator, der berechnet wird, nachdem die Ergebnisse der Messungen, die von dem Körperbewegungsmessmittel ausgeführt werden, den vorbestimmten Wert überschreiten und dann wieder unten den vorbestimmten Wert sinken; wobei das Anzeigemittel den Benutzer über die Ergebnisse der Auswertung benachrichtigt.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei ein Training, das von dem Benutzer ausgeführt wird, aus mehreren Stufen besteht, wobei die Vorrichtung des Weiteren umfasst: Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen eines Sollwertes für den Indikator vor den entsprechenden Stufen des Trainings, wobei der Sollwert bei Beendigung der jeweiligen Trainingsstufen erreicht wird; und Vergleichsmittel zum Vergleichen des Indikators, der von dem Berechnungsmittel berechnet wird, mit dem Sollwert, der jeder Trainingsstufe entspricht, zu einem Zeitpunkt, wenn der Benutzer eine Trainingsstufe beendet; wobei, wenn die Ergebnisse des Vergleichs anzeigen, dass der Indikator, der von dem Berechnungsmittel berechnet wird, den Sollwert erreicht hat, das Anzeigemittel den Benutzer anweist, mit der nächsten Trainingsstufe fortzufahren.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen Indikators, der zu vorbestimmten Zeitpunkten erhalten wurde, und eines gleitenden Durchschnitts für die Indikatoren, die über ein im Voraus festgelegtes Zeitintervall erhalten wurden; und Steuerungsmittel zum Auslesen früherer Indikatoren aus dem Aufzeichnungsmittel, die zu derselben Uhrzeit wie die gegenwärtige Zeit erhalten wurden, Berechnen des gleitenden Durchschnitts der vergangenen und gegenwärtigen Indikatoren, Speichern des Ergebnisses in dem Aufzeichnungsmittel, gemeinsam mit der gegenwärtigen Zeit, Bestimmen der Differenz zwischen dem gleitenden Durchschnitt der Indikatoren, die über ein vorbestimmtes Zeitintervall erhalten wurden, und dem gegenwärtigen Indikator, und Vergleichen dieser Differenz mit einem vorbestimmten Wert; wobei, wenn die Differenz den vorbestimmten Wert überschreitet, das Anzeigemittel eine Warnung an den Benutzer ausgibt.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 1, wobei das Anzeigemittel den Indikator einer dritten Partei übermittelt.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 9, wobei das Anzeigemittel einer dritten Partei mitteilt, dass die nächste Trainingsstufe ausgeführt werden sollte, wenn der Indikator, der von dem Berechnungsmittel berechnet wird, den Sollwert erreicht hat.
Vorrichtung zum Fördern des Gesundheitszustandes nach Anspruch 10, wobei das Anzeigemittel eine Warnung an eine dritte Partei ausgibt, wenn die Differenz zwischen dem gleitenden Durchschnitt der Indikatoren, die über ein vorbestimmtes Zeitintervall erhalten wurden, und dem gegenwärtigen Indikator einen vorbestimmten Wert überschreitet.