DE19781642B4 - Method for determining a value of a life to be assessed which describes the maximum oxygen uptake - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen eines die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wertes eines zu beurteilenden Lebewesens anhand einer Rechengleichung, wobei der Rechengleichung Eingabeparameter zugeführt werden, die das Lebewesen charakterisieren und die wenigstens einen der folgenden physiologischen Parameter wie Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht umfassen, und aus denen mit Hilfe der Rechengleichung ein oder mehrere Ausgangsparameter als Ergebnis gewonnen werden, die den die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wert darstellen, und wobei zusätzlich zu den physiologischen Parametern ein oder mehrere Ruhe-Herzschlagparameter als Eingabeparameter für die Rechengleichung verwendet werden, die spezifisch aus dem Ruhe-Herzschlag bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechengleichung mittels eines neuronalen Netzwerks (NN) formuliert wird, wobei das zur Formulierung der Rechengleichung verwendete neuronale Netzwerk (NN) mit einer ausreichend großen Anzahl realer Messergebnisse trainiert wird, die entsprechende Eingabeparameter und einen oder mehrere entsprechende Ausgangsparameter umfassen, und dass die entsprechenden Ruhe-Herzschlagparameter beim Trainieren des neuronalen Netzwerks (NN) bei der Formulierung der Rechenformel verwendet werden.method for determining a maximum oxygen uptake descriptive Value of a living being to be assessed on the basis of a calculation equation, wherein the calculation equation is input to input parameters representing the living being characterize and the at least one of the following physiological Include parameters such as gender, age, height, weight, and off those with the help of the calculation equation one or more output parameters As a result, the maximum oxygen uptake is increased represent descriptive value, and being in addition to the physiological Parameters one or more resting heartbeat parameters as input parameters for the Calculation equation used specifically from the resting heartbeat be determined, characterized in that the calculation equation is formulated by means of a neural network (NN), the neural network used to formulate the calculation equation (NN) with a sufficiently large Number of real measurement results is trained, the corresponding input parameters and one or more corresponding output parameters, and that the corresponding resting heartbeat parameters while exercising of the neural network (NN) in formulating the calculation formula be used.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wertes eines zu beurteilenden Lebewesens anhand einer Rechengleichung, wobei der Rechengleichung Eingabeparameter zugeführt werden, die das Lebewesen charakterisieren und die wenigstens einen der folgenden physiologischen Parameter wie Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht umfassen, und aus denen mit Hilfe der Rechengleichung ein oder mehrere Ausgangsparameter als Ergebnis gewonnen werden, die den die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wert darstellen, und wobei zusätzlich zu den physiologischen Parameter ein oder mehrere Ruhe-Herzschlagparameter als Eingabeparameter für die Rechengleichung verwendet werden, die spezifisch aus dem Ruhe-Herzschlag bestimmt werden.The The invention relates to a method for determining a maximum oxygen uptake descriptive value of a to be assessed Living thing on the basis of a calculation equation, where the calculation equation Input parameters supplied which characterize the living being and the at least one the following physiological parameters such as sex, age, height, weight and from which by means of the calculation equation one or more Output parameters are obtained as the result, which is the maximum Represent oxygenation value descriptive, and in addition to the physiological parameter one or more resting heartbeat parameters as input parameter for The equation of calculation used specifically from the resting heartbeat be determined.
Ein
solches Verfahren ist durch die
Die Konditionsklassifikation, die die Ausdauer bei Anstrengungen darstellt, auf der Basis der Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme, wird als Indikator der physischen Kondition bei Anstrengungen herangezogen, beispielsweise zum Messen oder Abschätzen des menschlichen physischen Leistungsvermögens.The Condition classification that represents endurance in efforts based on the measurement of maximum oxygen uptake, will used as an indicator of physical condition in efforts, for example, to measure or estimate the human physical Performance.
Es ist bekannt, die Kondition bei Anstrengungen direkt oder indirekt zu bestimmen und zu messen. Bei der direkten Messung wird beispielsweise mittels einer Laufmatte oder eines Fahrradergometers die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit direkt aus dem Atemgas gemessen. Bei der indirekten Messung wird die während einer bestimmten Zeit geleistete Arbeit gemessen, beispielsweise beim sogenannten Cooper-Test, bei dem die während zwölf Minuten zurückgelegte Laufstrecke gemessen wird. Bei beiden bekannten Verfahren erfolgt die Messung der Ausdauer durch Messung der aktiven Leistungsfähigkeit, weshalb diese Verfahren arbeitsaufwendig, schwierig durchzuführen und teuer sind. Der mittlere Herzschlag im Ruhezustand wird als ein Indikator der Kondition betrachtet, führt jedoch nicht zu zuverlässigen Ergebnissen, weil das Verhältnis des Ruhe-Herzschlags zur maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit nur bei einem Verhältnis von 0,4 bis 0,45 liegt. Andere Herzschlagparameter ergeben ebenfalls keine bessere Korrelationen zur maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit.It is known, the condition in efforts directly or indirectly to determine and measure. For direct measurement, for example by means of a running mat or a bicycle ergometer the maximum oxygen absorption capacity measured directly from the respiratory gas. In the indirect measurement is the while measured work done, for example in the so-called Cooper test, in which the covered during twelve minutes Running distance is measured. In both known methods takes place the measurement of endurance by measuring active performance, which is why these procedures are laborious, difficult to perform and are expensive. The middle heartbeat at rest is considered an indicator considered the condition leads but not too reliable Results, because the ratio of the resting heartbeat for maximum oxygen receptivity only at a ratio from 0.4 to 0.45. Other heartbeat parameters also result no better correlations to maximum oxygen uptake capacity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die Schwierigkeiten der bekannten Verfahren vermieden werden können.Of the Invention is based on the object, a method of the initially specify the type mentioned, with which the difficulties of the known Procedure can be avoided.
Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichnenden Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Dabei wird eine mittels eines neuronalen Netzwerkes formulierte Berechnungsgleichung zum Bestimmen eines die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wertes eines zu beurteilenden Lebenswesen verwendet wird, der die Kondition bei Anstrengungen wiedergibt. Dieser Gleichung werden Eingabeparameter zugeführt, die das zu beurteilende Lebewesen, im allgemeinen eine Person, wiedergeben oder darstellen. Die Eingabeparameter umfassen wenigstens einen der folgenden physiologischen Parameter wie Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht. Von dieser Rechengleichung werden als Ergebnis ein oder mehrere Ausgangs- oder Ergebnisparameter erhalten, die den Ausdauerindikator darstellen, der die Kondition der zu beurteilenden Person wiederspiegelt. Der Aufbau des für die Formulierung der Rechengleichung verwendeten Netzwerks wird mit einer ausreichend großen Zahl von Messergebnissen erzielt, die ähnliche Eingabeparameter und einen oder mehrere ähnliche Ausgangsparameter umfassen. Zusätzlich zu den physiologischen Parametern werden ein oder mehrere Ruhe-Herzschlagparameter spezifisch im Ruhezustand gemessen und als Eingangsparameter der Berechnungsformel verwendet. Ähnliche Ruhe-Herzschlagparameter werden beim Trainieren des neuronalen Netzwerkes verwendet, das zum Formulieren der Berechnungsgleichung des die Kondition wiedergebenden Ausdauerindikators verwendet wird.These The object is solved by the characterizing features in claim 1. there becomes a calculation equation formulated by means of a neural network for determining a maximum oxygen uptake descriptive Value of a life being judged is the condition when trying. This equation becomes input parameters supplied which reflect the being to be judged, generally a person or pose. The input parameters include at least one the following physiological parameters such as sex, age, height, weight. From this equation of calculation results in one or more output or obtain outcome parameters that represent the endurance indicator, which reflects the condition of the person to be assessed. Of the Building the for the wording of the computing equation used network becomes with a big enough one Number of results obtained, the similar input parameters and one or more similar output parameters include. additionally physiological parameters are one or more resting heartbeat parameters specifically measured at rest and as an input parameter of Calculation formula used. Similar Resting heartbeat parameters are used when training the neural network that for formulating the equation of calculation of the condition Endurance indicator is used.
Die erfindungsgemäßen Verfahren beruhen auf dem Gedanken, Parameter über den Herzschlag im Ruhezustand als Eingangsdaten für die Berechnung der Kondition oder Ausdauer und eine Berechnungsgleichung zu verwenden, die vorzugsweise durch das neuronale Netzwerk vorgegeben wird, wobei in die Gleichung Parameter über den Ruhe-Herzschlag und menschliche physische Parameter als Eingangsdaten eingeführt werden. Dabei wird die maximale Sauerstoffaufnahme als Ausgangsinformation berechnet, die die menschliche physische Kondition oder Ausdauer darstellt. Bei der Formulierung der Berechnungsgleichung wird das vorzugsweise verwendete neuronale Netzwerk durch entsprechende Daten unter Verwendung extensiver realer Messungsunterlagen trainiert. Unterschiedliche Parameter des Herzschlags einer Person und während weniger Minuten gemessene Herzschlagänderungen werden als Messdaten benötigt. Zusätzlich zu den aus dem Herzschlag gewonnenen Parametern werden menschliche physische Messparameter verwendet, wie Gewicht, Größe, Alter und Geschlecht. Die aus dem Ruhe-Herzschlag gewonnenen Daten und die persönlichen Daten werden der Berechnungsgleichung als Eingangsdaten zugeführt. Bei der Bestimmung der Berechnungsgleichung durch ein neuronales Netzwerk wurden mittels Fuzzy-Logik verschiedene Regeln aufgestellt, d.h. die Auswirkung verschiedener Variablen oder Kombinationen von Variablen auf das Endergebnis, d.h. auf die Konditionsklasse wird "fuzzy" gemacht. Mit Hilfe der mittels des neuronalen Netzwerkes bestimmten Berechnungsformel werden Gewichtungen berechnet, die auf der Basis des Trainingsmaterials über die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit einer Person aus den neu zugeführten Daten erhalten wurden. Auf diese Weise wird eine entsprechende Konditionsklasse bestimmt.The methods of the present invention are based on the idea of using resting heart rate parameters as input to the calculation of stamina and endurance, and a calculation equation preferably given by the neural network, with parameters about the resting heartbeat and human physical parameters are introduced as input data. The maximum oxygen uptake is calculated as output information representing the human physical condition or endurance. In formulating the calculation equation, the preferably used neural network is trained by appropriate data using extensive real measurement documentation. Different parameters of a person's heartbeat and heartbeat changes measured during a few minutes are needed as measurement data. In addition to parameters derived from the heartbeat, human physical measurement parameters are used, such as weight, height, age, and gender. The data obtained from the resting heartbeat and the personal data are fed to the calculation equation as input data. In determining the Computational Equation through a neural network were set up using fuzzy logic different rules, ie the effect of different variables or combinations of variables on the final result, ie on the condition class is made "fuzzy". By means of the calculation formula determined by means of the neural network, weights calculated on the basis of the training material on the maximum oxygen absorption capacity of a person from the newly supplied data are calculated. In this way a corresponding condition class is determined.
Neuronale
Netzwerke sind an sich bekannt. Sie werden bisher zur Messung des
Gesundheitszustandes eines Patienten verwendet wie die Schwere des
Infarkt einer Person, das Todesrisiko für ältere Personen oder der Blutdruck
einer Person (
Aus
der
Aus
Aus
Aus
der
Aus
der
Aus
der
Keine der genannten Druckschriften bezieht sich auf die Messung der Ausdauer, d.h. der Leistungsfähigkeit bei Anstrengung.None The cited references relate to the measurement of endurance, i.e. the efficiency on effort.
Den bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass der unter Anstrengung gemessene Herzschlag-Messwert als solcher berücksichtigt wird, ohne spezifischere Analysen von Herzschlagdaten zu berücksichtigen.The known solutions is common that the heartbeat reading measured under effort considered as such without taking into account more specific analyzes of heartbeat data.
Also,
aus der
Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung werden ein oder mehrere RR-Intervall-Parameter aus dem Ruhe-Herzschlag berechnet, wobei die Ruhe-Herzschlagparameter zusammen mit einer ausreichend großen Anzahl realer Messergebnisse beim Trainieren eines neuronalen Netzwerks bei der Formulierung der Rechenformel, die zum Bestimmen eines die maximale Sauerstoffaufnahme beschreibenden Wertes, verwendet werden.at the preferred embodiment the solution according to the invention one or more RR interval parameters from the resting heartbeat calculated using the resting heartbeat parameters together with a sufficiently large number of real measurement results while training a neural network in wording the calculation formula used to determine the maximum oxygen uptake descriptive value.
Durch die Erfindung wird eine Reihe von Vorteilen erzielt: Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr genau, einfach, vorteilhaft hinsichtlich der Kosten und leicht zu implementieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr nützlich zum Testen und zur Bestimmung der Kondition bei normalen, eine Übung ausführenden Personen, weil es leicht ist, den Ruhe-Herzschlag während weniger Minuten aufzuzeichnen und die physischen Parameter aufzunehmen und sie dem notwendigen Messgerät zuzuführen, weil kein Übungstest erforderlich ist. Das erfindungsgemäße, genaue und einfach auszuführende Verfahren kann auch bei Sportlerinnen/Sportlern angewandt werden, um Änderungen der Kondition zu überwachen. Als Referenz können genauere direkte Tests weniger oft ausgeführt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden auch Kosten eingespart, die bei einem direkten Test beträchtlich sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde auch eine Korrelation mit einem Verhältnis von 0,97 als Ergebnis zwischen der maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit, berechnet durch das neuronale Netzwerk aufgrund der Berechnungsgleichung und andererseits der nach dem direkten Verfahren gemessenen Sauerstoffaufnahmefähigkeit erzielt. Durch die Erfindung ist es möglich, einfach und zuverlässig ohne maximale Anstrengung den physischen Zustand und das Leistungsvermögen einer Person zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mittels eines am Handgelenk getragenen Pulswächters, eines Gesundheitswächters oder in Verbindung mit einer anderen derartigen Vorrichtung ausgeführt werden.The invention achieves a number of advantages: The method according to the invention is very precise, simple, advantageous in terms of cost and easy to implement. The method of the present invention is very useful for testing and determining the condition of normal exercising Persons, because it is easy to record the resting heartbeat for a few minutes and to record the physical parameters and feed them to the necessary meter because no exercise test is required. The inventive, accurate and easy to perform method can also be applied to athletes / athletes to monitor changes in condition. As a reference, more accurate direct tests can be performed less often. The inventive method also saves costs, which are considerable in a direct test. The method according to the invention also achieved a correlation with a ratio of 0.97 as the result between the maximum oxygen uptake capacity calculated by the neural network based on the calculation equation and on the other hand the oxygen uptake capacity measured by the direct method. By means of the invention it is possible to easily and reliably determine the physical condition and the capacity of a person without maximum effort. The method according to the invention can be carried out, for example, by means of a wrist-worn pulse monitor, a health guard or in conjunction with another such device.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ruhe-Herzschlag während einiger Minuten, vorzugsweise während 2 bis 5 Minuten, gemessen. Diese Messung lässt sich leicht ausführen, ist aber lang genug, um zuverlässige Messergebnisse zu erzielen, wenn Informationen über die Herzschlagänderung erhalten werden.at a preferred embodiment the method according to the invention becomes the resting heartbeat during a few minutes, preferably during 2 to 5 minutes, measured. This measurement is easy to perform but long enough to be reliable To obtain measurement results when information about the heartbeat change to be obtained.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden ein oder mehrere der folgenden Ruhe-Herzschlagwerte als Eingangsparameter aus dem Ruhe-Herzschlag bestimmt: Mittleres Herzschlagintervall, Standardabweichung der Herzschlagintervalle, maximales mittleren Herzschlagintervall.at a preferred embodiment One or more of the following resting heartbeat values are used as input parameters determined from the resting heartbeat: middle heartbeat interval, Standard deviation of heartbeat intervals, maximum mean Heartbeat interval.
Vorzugsweise
werden durch Kombination der Eingangsparameter ein oder mehrere
Eingangsparameterkombinationen gebildet. Einige geprüfte Eingangsparameter
sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst: Tabelle
1:
Mit Bezug auf Tabelle 1 sei festgestellt, dass nach dem Verfahren ein oder mehrere unterschiedliche Regeln mittels Fuzzy-Logik gebildet werden, so dass die Auswirkung eines oder mehrerer Eingangsparameter und/oder einer oder mehrerer Eingangsparameter-Kombinationen auf den Ausgangsparameter, d.h. auf die die Kondition darstellende maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit fuzzy, d.h. unscharf wird. Als Einheit für die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit kann die Einheit Liter pro Minute (l/min) und/oder Milliliter pro Kilogramm pro Minute (ml/kg/min) verwendet werden.With With reference to Table 1, it should be noted that according to the method or several different rules formed by means of fuzzy logic so that the effect of one or more input parameters and / or one or more input parameter combinations to the output parameter, i.e. on the condition representing maximum oxygen absorption capacity fuzzy, i. becomes blurred. As a unit for maximum oxygen uptake The unit may be liters per minute (L / min) and / or milliliters per Kilograms per minute (ml / kg / min).
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform,
die anhand
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden zusätzlich
zu den physiologischen Eingabeparametern ein oder mehrere unscharf
(fuzzy) gemachte Eingabeparameter verwendet. Dies wird anhand
Was die Messung der menschlichen physischen Kondition, d.h. die Ausdauer betrifft, ist die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens so angelegt, dass der Wert der maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit entsprechend den Eingabeparametern und/oder der Konditionsklasse, die die Sauerstoffaufnahmefähigkeit oder einen beliebigen anderen derartigen Wert darstellt, der die physische Ausdauer wiedergibt, als Ausgangsparameter als Ergebnis der Berechnung erhalten wird.What the measurement of the human physical condition, i. the endurance is concerned, the preferred embodiment of the method is so created that value of maximum oxygen uptake capacity accordingly the input parameters and / or the condition class, the oxygen uptake capacity or any other such value representing the physical Stamina, as the output parameter as a result of the calculation is obtained.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bekannte empirische Daten in der Berechnungsgleichung verwendet und die empirischen Daten werden nach Fuzzy-Regeln durch die Berechnungsgleichung kombiniert.In a preferred embodiment of the method according to the invention known empi used in the calculation equation and the empirical data are combined according to fuzzy rules by the calculation equation.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere der folgenden Informationsteile als empirische Daten verwendet: "Eine ältere Person hat wahrscheinlich eine schlechtere Kondition", "das Gewicht einer Person korreliert mit der Kondition der Person, die in der Gruppe der nicht mittelgewichtigen die beste Kondition hat", "eine Person mit einem größeren mittleren Herzschlagintervall ist wahrscheinlich bei guter Kondition".In a preferred embodiment The invention will be one or more of the following pieces of information used as empirical data: "An elderly person probably has a worse condition "," that Weight of a person correlates with the condition of the person who in the group of non-middleweight has the best condition "," a person with one larger middle Heartbeat interval is probably in good condition ".
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren durch den Rechner 200 implementiert, der in den Pulsmonitor B integriert ist, d.h. in ein Empfänger-Armband B.at a preferred embodiment becomes the method according to the invention implemented by the computer 200, which integrates in the pulse monitor B. is, i. in a receiver bracelet B.
Vorzugsweise
wird der in
Eine bevorzugte Ausführungsform bei der Benutzung des neuronalen Netzwerks NN ist so, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren eine solche Berechnungsgleichung verwendet wird, die durch Realisierung der Rechenmatrizen vorgegeben wird, die als Ergebnis des Trainierens des neuronalen Netzwerkes erhalten wird, das zur Formulierung der Berechnungsgleichung verwendet wird.A preferred embodiment when using the neural network NN is such that in the inventive method Such a calculation equation is used by realization The calculation matrices are given as the result of training of the neural network used to formulate the Calculation equation is used.
Die als Ergebnis des Trainings des neuronalen Netzwerks gewonnenen Rechenmatrizen werden als Berechnungsgleichung realisiert, und zwar durch Anwendung bekannter Aktivierungsfunktionen, und durch Multiplikation und Addition.The as a result of the training of the neural network computational matrices are realized as a calculation equation, by application known activation functions, and by multiplication and addition.
Wie
aus
Ein
einfaches neuronales Netzwerk NN ist in
Wie
erwähnt,
wird erfindungsgemäß vorklassifiziert
und danach die tatsächliche
Berechnung durchgeführt.
Diese Unterteilung ist ein Ergebnis des vorzugsweise verwendeten
neuronalen Netzwerks NN der
Das
Modell des neuronalen Netzwerks NN ist in
Ein
Rückverfolgungsverfahren
(Backpropagationsverfahren) oder ein ähnlich geeignetes Verfahren dient
zum Trainieren des neuronalen Netzwerks NN. Als Ergebnis werden
die Koeffizienten- und Vorgabewert-Tabellen gemäß
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