通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置及方法

摘要

本发明公开了一种通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值(Anaerobic threshold,简称AT)的装置及方法,该装置包括一数据输入单元、一负荷等级选择单元、一侦测计算单元及一显示单元;该方法包括:1.启动程序,2.输入年龄、体重、性别等资料,3.测出最高心跳值,4.选择测试等级进入热身程序,5.调整运动功率增量,直至达最高心跳值,即可产生一回归曲线,以侦测出AT无氧阈值临界点;借此,即可显示计算出运动者的AT相关资料,并由显示单元中显示出相关参考数据。

说明书

本发明涉及人体体能测试方法，尤其是一种通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置及方法，可随时侦测运动员现阶段在维持稳定状态的最佳运动强度，以作为调整运动训练方向的参考依据。

无氧阈值(Anaerobic threshold，简称AT)对于运动训练效果，是公认最重要及最有效的参考之一，师范大学林正常教授所著“运动生理学实验指引，P216，1996师大书苑”有详尽叙述，同一著作P219进一步阐述：1981年Moritani等人(Moritani，T.，A.Nagata，H.A.Devries and M.Muro，Critical power as a measure of physical work capacity and anaerobicthreshold.Egonomics，24，5，339-350，1981)将临界功率(Critical Power)的概念应用在脚踏车运动训练上；1984年Hughson等人(Hughson R，L.，C.J.Orok and L.E.Staudt，A high velocity treadmill running testto assess endurance running potential，International Journal of SPortMadicine，5，23，-25，1984)将相同概念应用在跑步机运动训练上，以说明能够连续极长时间的跑步速度(临界速度)，证明临界功率在运动训练上的价值；1992年Wakayoshi等人(Wakayoshi，k.，k.Ikuta，T.Yoshita，M.Udo，T.Moritani，Y.Mutoh，Miyashita，M.Determination and validityof critical velocity as an Index of swimming performance In thecompetitive swimmer.Europe Journal of Applied Physology，64，152-157，1992)发现游泳运动时无氧阈值与临界功率的相关性达到0.818，实际上没有显著的差异。

事实上，无氧阈值除了上述运动训练的参考外，对于运动伤害上的避免亦有极重要的参考依据，因为运动员在无氧阈值以上的功率运动时，体内因运动而产生的废物开始累积，容易发生运动伤害，因此，无氧阈值是运动训练效率的重要基准，也是避免运动伤害的警讯。

然而，无氧阈值的测定需要昂贵的设施，以致早期欲了解运动员的临界功能，必须以实际运动来测试，之后再以医学抽血等方式配合昂贵的检测仪器来得知无氧阈值，进而了解运动员的临界功率，显然必须支付费用与漫长的时间等待(数小时之久)，以致运动者无法在日常训练中应用受益；上述Moritani教授根据其临床测试统计，证实可以以侦测及分析运动时心跳特性资料来测定无氧阈值，本发明人即以Moritani教授的理论，应用适当的数学及电子科技，在运动车上设置计算及显示装置，提供运动者无氧阈值的测试及适当的运动训练建议。

故，本发明的主要目的即在于提供一种通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置及方法，不用抽血即可运用此方法达到快速检测出无氧阈值的功能。

本发明的通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置包括一数据输入单元、一负荷等级选择单元、一侦测计算单元及一显示单元。

本发明的通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的方法，其步骤依序如下：

(一)启动无氧阈值(Anaerobic threshold，简称AT)测试程序；

(二)接着，在运动机台设备的数据输入单元上输入运动者个人的年龄、体重、性别等资料，而由该资料求得测试最高心跳值；

(三)再接着，由运动者在负荷等级选择单元选择测试等级，同时配戴心跳发射器，使机台的接收器能接收到运动者的心跳状况；

(四)然后，运动者进入运动机台进行在负荷等级选择单元上所选择负荷量的热身运动；

(五)然后，运动者热身过后，运动机台会依所选择负荷等级来调整运动功率增量，以逐渐加速运动训练负荷；

(六)同时间，机台的侦测计算单元会侦测并记录运动者此时运动所产生的心跳周期，接着并以每隔一预定秒数时间计算平均心跳周期，再以此数据计算心跳周期差量；

(七)接着，比对是否已达测试最高心跳值，如果是的话，依运动者心跳周期差量的变化而产生一回归曲线，再利用回归曲线算出无氧阈值(AT)，进而由显示单元显示出相关参考数据。

应用本发明的通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置及方法，可在运动者运动的过程中，以很短的时间测出运动者的AT相关数值资料，亦即测得运动者的临界功率，对于运动员来说，极具有参考的价值，能随时帮助运动员或个人了解本身的体能状况及协助教练安排运动员的训练课程，改善了传统一般的抽血及配合昂贵检验仪器检测方式，捡测上极为省时方便。

以下为本发明附图：图1所示系本发明实施例的流程图(一)；图2所示系本发明实施例的流程图(二)；图3所示系本发明实施例的回归曲线图；图4所示系本发明实施例的公式表。

图中元件参数说明：

数据输入单元10    负荷等级选择单元20

侦测计算单元30    显示单元40

下面结合附图对本发明做详细描述：

首先，请参阅图1和2所示，为本发明实施例的测试流程图。

本发明的通过运动时心跳特性资料测定无氧阈值的装置包括：

一数据输入单元10，可依输入的年龄、体重及性别等数据来判读最高心跳值；

一负荷等级选择单元20，具有几个负荷等级，本发明实施例设定有O-4五个等级，每一负荷等级具有首先的热身阶段及负荷增加阶段两个阶段；其中，热身阶段具有固定负荷且具一被设定的热身时间，于热身时间过后，即进入负荷增加阶段；负荷增加阶段设定为每设定时间即增加一预定负荷量，以累进方式增加负荷量；

一侦测计算单元30，用以侦测及纪录使用者于运动机台上运动随时的心跳值及运动负荷量，并加以运算，且侦测无氧阈值AT临界点；及

一显示单元40，用以显示由侦测计算单元30所侦测及运算出的参考数据，如AT心跳值、AT运动功率值、AT摄氧量、最大运动功率、最大摄氧量等。

本发明无氧阈值(AT)的测试步骤说明如下：

(一)启动无氧阈值(AT)点测试程序。

(二)接着，在运动机台设备的数据输入单元10的操作画面上输入运动者个人的年龄、体重、性别等资料，输入完毕后，按下确认键，机台则会由运动者所输入的资料求得测试最高心跳值(HR_limit)，其公式请参阅图4(A)所示。

(三)再接着，由运动者在该运动机台的负荷等级选择单元20上依个人体能状况选择测试等级，本发明实施例计设有0-4五个等级，等级愈低者运动功率愈低，同时在运动者身上配戴心跳发射器，使机台的接收器能接收到运动者的心跳状况。

(四)然后，即进入机台(如运动脚踏车或跑步机等)所预定的热身运动程序，启时，机台先提供使用者作在设定时间的热身运动，在设定时间过后，即依使用者所选择测试等级会在每一设定时间(如1分钟或2分钟不等)逐次增加负荷，假设测试等级“0”在热身阶段的负荷为W₁，但热身阶段过后，每一设定时间一到即增加W₂的负荷，即第一设定时间到时负荷量为W₁+W₂，第二设定时间到时为W₁+2W₂，以此类推的增加负荷量。

(五)同时间，机台的侦测计算单元30会侦测并记录运动者随时运动所产生的心跳周期，接着并在每一设定的固定时间计算平均心跳周期“R_n”，再以此数据来计算心跳周期差量P＝[sum(R_n-R_n+1)²/M](其中，M为在每一固定时间(设在T秒)内的心跳周期次数减去1)，简单的说，若完成4×T时间的测试，则经过4个T秒周期，则此M值为4个周期减去1等于3(即M＝4-1＝3)。

(六)这时候机台并会同步检测运动者是否已达测试最高心跳值(HR_limit)，如果运动者尚未达到测试最高心跳值(计算公式如第四图的(A)所示)，则会回到图1的第(六)步骤，继续运动增量的训练负荷；反之，如果运动者已达到测试最高心跳值，则可利用回归曲线算出AT值(如图3所示，AT点即为斜率为“0”的点)；其中，此所谓的回归曲线是由检测运动者在一段时间运动后，其心跳周期差量P的曲线变化，如在AT的左边区域内，则属于有氧区，在有氧区所作的运动称为有氧运动，有氧运动可作为医疗上如心脏病的复健、减肥、增强心肺耐力等功能；反之，在AT的右边区域内，则属于无氧区，在无氧区所作的运动称为无氧运动，不过由于无氧运动会导致乳酸堆积、CO₂产生、体热的产生等等，因此，无氧运动无法持续很久，然却可训练运动者增强肌力、爆发力、肌肉量(如健美)等功能，故在运动训练上有其必要性，而界于有氧区与无氧区两者间的临界点值则称为AT值。

(七)利用前述回归曲线即可依序求得AT心跳值(ATHR，即AT点当时的心跳值)、AT运动功率值(AT watt即AT点当时的运动功率值)、AT摄氧量(AT VO₂)求得的公式如图4的(D)所示、最大运动功率(Max.work load(watt))、最大摄氧量(VO₂ max)其公式表请参阅图4(F)所示。

(八)最后机台上的显示单元40可显示：

1.AT Heart Rate(bpm)→即AT点当时的心跳值。

2.AT VO₂(mL/kg/min)→公式如图4的(E)所示。

3.VO₂max(mL/kg/min)→公式如图4的(G)所示。

4.AT work load(watt)→即AT点当时运动功率值。5.HR max(m)→公式如图4的(c)所示，即最大心跳值。6.Max.work load(watt)→即最大运动功率值。其中，bpm：指每分钟心跳次数。