TW201735861A - 估算最大耗氧量和下次總運動時間的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種估算最大耗氧量的方法，包括以下步驟：接收來自第一感測器的生理資料；處理模組基於該生理資料估算體力消耗速率；該處理模組基於該體力消耗速率計算當前總運動時間；該處理模組基於該當前總運動時間估算運動能力；接收來自第二感測器的運動資料；該處理模組基於該運動資料計算動能消耗；該處理模組基於該動能消耗估算平均耗氧量；該處理模組基於該平均耗氧量和該運動能力估算該最大耗氧量；傳送該最大耗氧量至使用者介面；該使用者介面顯示該最大耗氧量。
Description
本發明涉及一種運動監測方法。更具體地，本發明涉及一種利用用戶的體力來監測用戶的即時最大耗氧量和/或預測用戶下次運動的結果的運動監測方法。
在現代社會運動已經變得越來越流行。除了專業運動員，許多人不僅為了健康進行運動，也想要知道他們在運動中的表現。傳統地，這只能通過在實驗室用多種檢測設備進行體能測試來準確的實現。或者，通過聘請私人健身教練來幫助他們瞭解自身的表現。
近來，各種類型的運動表現評價快速地發展並被專業運動員、體育愛好者、健身教練甚至個人使用。在所有類型的運動表現評價中，最大耗氧量被廣泛地運用於並被證明是有效的。然而，為了監測和分析呼吸速率、耗氧量、二氧化碳產生量等的變化，不花費一小時帶著用於接收呼吸的吹嘴在實驗室的跑步機上就不能容易地獲取每個人的最大耗氧量。因此，這種方法並不便於獲取一個人在日常運動練習或訓練中的運動表現。
鑒於上述情況，需要一種可靠地表明任何用戶在任何地方運動的即時最大耗氧量的運動監測方法，而無需在實驗室中佩戴吹嘴進行測試。
本發明提供了一種估算最大耗氧量的方法，包括以下步驟：接收來自第一感測器的生理資料；處理模組基於該生理資料估算體力消耗速率；該處理模組基於該體力消耗速率計算當前總運動時間；
該處理模組基於該當前總運動時間估算運動能力；接收來自第二感測器的運動資料；該處理模組基於該運動資料計算動能消耗；該處理模組基於該動能消耗估算平均耗氧量；該處理模組基於該平均耗氧量和該運動能力估算該最大耗氧量；傳送該最大耗氧量至使用者介面；該使用者介面顯示該最大耗氧量。
本發明還提供了一種估算下次總運動時間的方法，包括以下步驟：接收來自第一感測器的生理資料；處理模組基於該生理資料估算體力消耗速率；該處理模組基於該體力消耗速率計算當前總運動時間；該處理模組基於該當前總運動時間估算運動能力；接收來自第二感測器的運動資料；該處理模組基於該運動資料計算動能消耗；該處理模組基於該動能消耗估算平均耗氧量；該處理模組基於該平均耗氧量和該運動能力估算最大耗氧量；該處理模組基於該最大耗氧量和默認位移估算該下次總運動時間；傳送該下次總運動時間至使用者介面；該使用者介面顯示該下次總運動時間。
本發明進一步提供了一種估算下次總運動時間的方法，包括以下步驟：接收來自終端設備的歷史運動模型，其中該歷史運動模型包括一組心率和對應於該一組心率的一組位移；基於該一組心率計算一組心率的百分比；基於該一組位移計算一組速度；基於該一組心率的百分比和該一組速度估算最大耗氧量，其
中該最大耗氧量與該一組心率的百分比負相關並與該一組速度正相關；基於默認位移和該最大耗氧量估算下次總運動時間，其中該下次總運動時間與該默認位移正相關，該下次總運動時間與該最大耗氧量負相關；生成一個包括該最大耗氧量和該下次總運動時間的資料陣列；將該數據陣列傳送至該終端設備。
本發明提供的方法使用感測器對用戶的運動進行即時監測並使用處理模組進行相關資料處理以估算最大耗氧量和下次總運動時間，方法簡單實用。
100‧‧‧運動監測設備
101‧‧‧傳感模組
102‧‧‧處理模組
103‧‧‧使用者介面
104‧‧‧存儲模組
201‧‧‧心率傳感器
202‧‧‧GPS
附圖結合文字描述闡述了一個或多個發明的實施方案，用來解釋本發明的原理。在任何情況下，在整個圖中同樣的參考數字用來代表一個具體實施例中相同的或者相似元素，其中包括：圖1為本發明的至少一實施方式所提供的運動監測設備的示意性方塊圖。
圖2為本發明的至少一實施方式中乳酸濃度與使用者心率之間關係的示意圖。
圖3為本發明的至少一實施方式中運動中的使用者的乳酸濃度與體力值在同一時間段的變化。
圖4為本發明的至少一實施方式中使用者的體力值與當前總運動時間之間關係的示意圖。
圖5A為本發明的至少一實施方式中使用者的運動能力與當前總運動時間之間關係的示意圖。
圖5B為本發明的至少一實施方式圖5A中影響運動能力與當前總運動時間之間關係的因素的示意圖。
圖6為本發明的至少一實施方式所提供的估算最大耗氧量
的方法流程圖。
圖7為本發明的至少一實施方式所提供的估算下次總運動時間的方法流程圖。
圖8為本發明的至少一實施方式中體力值與RPE之間對應關係的示意圖。
圖9為本發明的至少一實施方式所提供的估算最大耗氧量的方法流程圖。
圖10為本發明的另一實施方式所提供的估算下次總運動時間的方法流程圖。
圖11為本發明的至少一實施方式所提供的具有心率感測器和GPS的運動監測設備的示意性方塊圖。
圖12為本發明的至少一實施方式所提供的具有外部傳感模組和外部使用者介面的運動監測設備的示意性方塊圖。
圖13為圖10中產生的資料陣列的示例。
依照慣例，附圖中描述的各項特徵並不是按比例繪製的，僅旨在強調本發明的相關特徵。相同的附圖標號在附圖和說明書中用於表示相似的元件。
現參照附圖對本發明進行更加全面的描述，其中本發明的示例性的實施方式被示出。本發明可以以多種不同的方式實施，並不受限於此處闡述的實施方式。相反，這些實施方式的提供旨在徹底和完整的揭露本發明，並將充分地向本領域的技術人員表達本發明的範圍。文中相似的附圖標號用於指代相似的元件。
本文中所用的術語旨在描述具體的實施方式，並非意在限制本發明的範圍。如文中所使用的單數形式的“一”也意圖包含其複數形式，除非上下位另有說明。本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”用於指明所陳述的特徵、區域、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或增加一個或多個其他特徵、區域、
整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。
應當理解的是，詞語“和/或”包括一個或多個所列的相關項目的任意和所有的組合。還應當理解的是，雖然詞語“第一”、“第二”、“第三”等在此用於描述各種元件、元件、區域、部件和/或部分，這些元件、元件、區域、部件和/或部分並不應當受到這些詞語的限制。這些詞語僅用於區分一個元件、元件、區域、部件和/或部分與另一個元件、元件、區域、部件或部分。因此，下面討論的第一元件、元件、區域、部件和/或部分可以被稱為第二元件、元件、區域、部件和/或部分而不脫離本發明的意旨。
除非另有定義，本文中所使用的所有術語(包括科技和科學術語)與本發明所屬的技術領域中普通技術人員通常理解的含義相同。進一步地，除非文中有明確的定義，常用字典中已有定義的詞語應當被解釋為與其在相關技術內容和本發明上下文中的含義一致的意思，而不是被解釋為理想化的或過於正式的含義。
下面將結合附圖圖1-13描述本發明的實施方式。參照附圖將對本發明進行詳細地描述，圖中所示的元件並不是按比例示出的，並且其中相同或相似的元件在多個視角中被標示為相同或相似的附圖標號及相同或相似的術語。
圖1為本發明的至少一實施方式所提供的運動監測設備的示意性方塊圖。
運動監測設備100包括傳感模組101、處理模組102、使用者介面103和存儲模組104。
在本發明的一個實施方式中，傳感模組101可以包括至少一個用於感應和測量使用者生理信號的生理感測器。例如，該生理信號包括下述信號中的至少一種：心電(electrocardiogram,EKG)信號、脈搏、心率、呼吸模式(breathing pattern)、糖原濃度、從脈搏血氧計(pulse oximeter)得到的氧氣濃度(SpO2)、從組織血氧計(tissue oximeter)得到的氧氣濃度(StO2)和從人的額葉測得的氧氣濃度。該組織血氧計可以是近紅外光譜組織血氧計等。額葉的氧氣濃度與人的自感勞累等級(rating of perceived exertion,RPE)相關。
在本發明的另一實施方式中，傳感模組101可以包括多個用於感應和測量如前所述的使用者的生理信號和非生理信號的感測器。對於非生理信號，傳感模組101可以包括各種類型的非生理感測器，例如計步器、速度計、加速計、陀螺儀、重力感測器等。
在本發明的至少一個實施方式中，處理模組102是具有輔助電路的硬體，例如處理器、微控制器或微處理器，通過執行基本的算術、邏輯和輸入/輸出操作完成運動監測設備的電腦程式指令。市場上多種不同的產品可以被用作處理模組102，諸如但不僅限於Nordic Semiconductor公司的nRF52832，意法半導體(STMicroelectronics)公司的STM32L476。
在本發明的一個實施方式中，使用者介面103包括至少一個輸出單元(未示出)和/或至少一個輸入單元(未示出)，或它們的任何組合。該輸出可以是顯示器、震動元件或揚聲器、或用於在運動中或運動後說明使用者生理狀況的任何組合。其中，該生理狀況可以包括以下至少一種：生理信號、體力值、動能消耗、最大耗氧量等的測量。該輸入可以是任何能夠接收來自使用者的生物資訊如身高、體重、年齡和性別等的人-機介面，例如觸控板、語音接收器或按鈕。此外，使用者介面103可適用於直接向傳感模組101、處理模組102或存儲模組104發送資訊。輸入的資訊可以被處理模組102處理並發送至該輸出以使用戶瞭解用戶當前的身體狀況。例如，身體質量指數(BMI value)等。
在本發明的一個實施方式中，存儲模組104可以是任何類型的揮發性或非揮發性記憶體，用於存儲被處理模組102執行的電腦程式指令、使用者通過使用者介面103輸入的生物資訊及來自傳感模組101和/或處理模組102的運動資訊。
應當注意的是，術語“體力”指的是用戶運用他/她自己的力量並有效地維持一段時間的能力。一個人的體力越小，他/她在不休息的條件下進行相同運動強度的持續運動時間越短。
圖2為本發明的至少一實施方式中使用者的乳酸濃度與心率之間關係的示意圖。
參照圖2，用戶的平均心率與乳酸濃度正相關，可以用線性回歸模型、非線性回歸模型、分段函數、其他數學模型或它們的任意組合擬合。因此，基於用戶的心率能夠估算與血流中積累的乳酸相關的乳酸濃度。
圖3為本發明的至少一實施方式中運動中的使用者在同一時間段的乳酸濃度與體力值的變化。
本領域所周知的，4毫摩爾/升的乳酸濃度被認為是有氧運動和無氧運動之間的閾值。有氧運動中，氧氣通過用戶的呼吸被傳送到肌肉提供維持工作所需的能量。無氧運動中，運動強度高到足以引起乳酸的產生，從而導致持續的不適和疲勞感。
參照圖3，當乳酸濃度在2-6毫摩爾/升的範圍時，用戶的體力值被設定為100%。當用戶持續運動時，乳酸濃度增加而體力值下降。當乳酸濃度達到閾值時，即乳酸在t1時間增加到L1，用戶的體力值基本上為0%，運動監測設備100建議使用者選擇降低運動強度以代謝累積的乳酸。因此，在t1到t2的時間區間，體力值從0%恢復到100%。應當注意的是，由0%恢復到100%並不是必要的，但是從0%恢復到一個具體的百分比有助於用戶提高他/她在運動或競賽中的表現。還應當注意的是，不同用戶完全恢復所需的時間，如體力值從0%到100%，是相似的，例如，約8至12分鐘。因此，一個人的乳酸濃度與這個人的體力值負相關。
應當注意的是，雖然圖1-3中揭露了上述用心率對應標準化體力值的方法，其他生理信號也可以被用於實現該目的，例如EKG信號、脈搏、心率、呼吸模式、糖原濃度、由脈搏血氧計得到的氧氣濃度(SpO2)、由組織血氧計得到的氧氣濃度(StO2)和由人的額葉測得的氧氣濃度。該組織血氧計可以是近紅外光譜(NIRS)組織血氧計等。此外，這一設想可應用於本發明的任一實施方式。
圖4為本發明至少一實施方式中使用者在運動中的體力值與當前總運動時間之間的關係的示意圖。圖4中體力值在T1時為100%，T2時為70%，T3時為50%。顯然的，體力值將持續下降直到用戶生理上不能繼續運動。換言之，當使用者運動到竭盡全力的
生理狀態，體力值應當為0%，其中“當前總運動時間”被定義為達到竭盡全力的生理狀態所需的時間。由於運動監測設備100持續地監測體力值，該當前總運動時間可以被相應的估算。例如，圖4中的當前總運動時間可以被線性回歸模型、非線性回歸模型、分段函數、其他數學模型或它們的任意組合估算。
圖5A為本發明的至少一實施方式中使用者的運動能力與當前總運動時間之間的關係的示意圖。
圖5A中示出了用戶的最大耗氧量的分數(fraction of maximal oxygen consumption,FVO2)隨當前總運動時間的增加而減少。後續所述的運動能力被定義為FVO2。換言之，運動能力是在竭盡全力的運動過程中用戶的平均耗氧量與他/她最大耗氧量之比。可選地，運動能力也可以被用於描述用戶的運動效率。這一理念應被理解如下，即，一個人衝刺100米可需要15秒，但同一個人跑5000米需要1小時，平均每100米需要72秒。因此，當前總運動時間越短，運動效率越高。再次參閱圖5A的FVO2，用戶用非常短的時間運動到耗盡全力(100米衝刺)的FVO2應當相對高於馬拉松(跑42千米)的FVO2。鑒於以上情況，使用者的當前總運動時間越長，該用戶的運動能力越低。因此，運動能力非線性負相關於當前總運動時間。這對於任何想要管理他/她的運動強度完成特定運動以達到他/她的最高表現的人是非常有用的，其中運動強度直接關係到一個人的耗氧量，運動強度越高，更多氧氣被人吸入以滿足個人的需求，當前總運動時間越短。
圖5B為本發明的至少一個實施方式圖5A中影響運動能力與當前總運動時間之間關係的因素的示意圖。
圖5B中示出了隨時間影響FVO2(運動能力)曲線的三個主要成分。這三個主要成分是無氧能力、最大有氧能力和有氧耐力。曲線下的A1區域面積表示無氧能力，其中A1的面積越大則一個人可以運用的無氧能量越大。曲線下的A2區域面積表示有氧能量，T1時為最大有氧能力FVO2=1.0，其中T1為一個人停止使用無氧能量的時間。圖5B中最大有氧能力被標準化為FVO2=1.0，實際上
時刻T1因人而異。Tn表示在T1之後任一點的當前總運動時間，其中T1和Tn之間的曲線的斜率(陡度)為有氧耐力。換言之，有氧耐力是一個人將FVO2有效地保持在盡可能的接近1.0的能力。因此，該曲線越陡，有氧耐力變得越低。應當注意的是，不同的人由於他們身體條件如年齡、性別等可以具有不同的無氧能力、最大有氧能力和有氧耐力。因此，運動能力與全力運動之間的關係因人而異。例如，FVO2=f(T，最大有氧能力，無氧能力，有氧耐力)，其中，T為當前總運動時間。在實踐中，無氧能力、最大有氧能力和有氧耐力的一平均值可以通過對運動員表現的大資料分析獲取。此外，無氧能力、最大有氧能力和有氧耐力的平均值也可以用圖1部分提到的人的生物資訊進一步配置。
圖6為本發明的至少一實施方式中使用圖1中的運動監測設備100估算最大耗氧量的方法流程圖。
參照圖6，以下步驟可以基於使用者的生理資料和運動資料對使用者的最大耗氧量進行估算。
步驟S101：接收來自傳感模組101的生理感測器的使用者的生理資料；步驟S102：處理模組102基於該生理資料估算使用者的體力消耗速率；步驟S103：處理模組102基於該體力消耗速率計算使用者的當前總運動時間；步驟S104：處理模組102基於該當前總運動時間估算用戶的運動能力；步驟S105：接收來自傳感模組101的非生理感測器的運動資料；步驟S106：處理模組102基於該運動資料計算使用者的動能消耗；步驟S107：處理模組102基於該動能消耗估算用戶的平均耗氧量；步驟S108：處理模組102基於該平均耗氧量和該運動能力
估算用戶的最大耗氧量；步驟S109：將該最大耗氧量用處理模組102傳送至使用者介面103以供顯示；步驟S110：使用者介面103顯示該最大耗氧量。
在本發明的一個實施方式中，存儲模組104可以包含多個對應於圖2-5的線性回歸模型、非線性回歸模型、分段函數、其他數學模型或它們的任意組合，用於處理模組102執行步驟S102-S104及S106-S107。
在本發明的一個實施方式中，應當注意的是，步驟S101-S104可以在步驟S105-S107之後進行。
在本發明的一個實施方式中，傳感模組101可以包括至少一個用於感應和測量使用者生理信號的生理感測器。例如，該生理信號包括下述信號中的至少一種：EKG信號、脈搏、心率、呼吸模式、糖原濃度、由脈搏血氧計得到的氧氣濃度(SpO2)、由組織血氧計得到的氧氣濃度(StO2)和由人的額葉測得的氧氣濃度。該組織血氧計可以是近紅外光譜(NIRS)組織血氧計等。身體成分可以包括人體的脂肪、骨骼、水分和肌肉的百分比。
在本發明的至少一個實施方式中，非生理感測器能夠獲取包括各種類型運動參數的運動資料，例如運動位移、運動時間、跑步速度、騎行功率、攀爬高度等。該運動位移可以是跑步距離、攀爬高度、騎行距離等。例如，運動監測設備100可以包括運動感測器、騎行功率計、計步器或其他任何速度或速度相關的感測器作為傳感模組101中的非生理感測器，記錄相應的運動資料。可選地，用戶可以將外部運動感測器、騎行功率計、計步器或其他任何速度或速度相關的感測器連接至運動監測設備100的傳感模組101，用於記錄運動資料並將其發送至處理模組102。該運動感測器包括加速度計、陀螺儀和磁強計中的至少一種。
在本發明的至少一個實施例中，動能消耗可以通過轉換運動資料估算，例如將跑步速度轉換為用功率(焦耳)表述的動能。例如，功率(t)=f(速度(t),t)，其中“功率(t)”為時刻t時的功率，“速
度(t)”為時刻t時的速度。因此，動能消耗是速度的函數，其中動能消耗與運動速度正相關。此外，耗氧產生能量，因此一個人的平均耗氧量(VO2)可以用動能消耗估算。例如，VO2=f(功率(t),t)，即，在運動中用戶施加動能所需的平均耗氧量(VO2)在步驟S106中被估算。雖然在本實施例中使用速度作為參數，其他運動參數也可以被使用，如攀爬高度、迴圈功率等。
在本發明的一個實施方式中，生理感測器可以是檢測各種生理參數的感測器的組合，例如由光學心率感測器得到的心率、由NIRS得到的氧氣濃度等。相同的理念適用於本發明的任何實施例。因此，非生理感測器也可以是檢測各種非生理參數的感測器的組合，例如由運動感測器得到加速度、由GPS得到位置、由溫度計得到環境溫度、由陀螺儀得到角加速度等。
圖7為本發明的至少一實施方式所提供的估算下次總運動時間的方法流程圖。
參照圖7，以下步驟可以基於使用者的生理資料、運動資料和預設位移估算使用者下次總運動時間：步驟S301：接收來自傳感模組101的生理感測器的使用者的生理資料；步驟S302：處理模組102基於該生理資料估算使用者的體力消耗速率；步驟S303：處理模組102基於該體力消耗速率計算使用者的當前總運動時間；步驟S304：處理模組102基於該當前總運動時間估算用戶的運動能力；步驟S305：接收來自傳感模組101的非生理感測器的運動資料；步驟S306：處理模組102基於該運動資料計算使用者的動能消耗；步驟S307：處理模組102基於該動能消耗估算用戶的平均耗氧量；
步驟S308：處理模組102基於該平均耗氧量和該運動能力估算用戶的最大耗氧量；步驟S309：處理模組102基於該最大耗氧量和默認位移估算下次總運動時間；步驟S310：處理模組102傳送該下次總運動時間至使用者介面103以供顯示；步驟S311：使用者介面103顯示該下次總運動時間。
在本發明的一個實施方式中，存儲模組104可以包含多個對應於圖2-5的線性回歸模型、非線性回歸模型、分段函數、其他數學模型或它們的任意組合，用於執行步驟S302-S204和S306-S307。
應當注意的是，步驟S301-S304可以在步驟S305-S307之後進行。
在本發明的一個實施例中，該下次總運動時間是基於用戶的最大耗氧量對用戶全力運動的表現進行估算的，然而事實上用戶並未進行全力運動。例如，使用者可以用運動監測設備100完成跑步5千米並得知他/她完成跑步10千米的最佳表現，而無需實際上完成10千米的跑步，無論該5千米的跑步是否是用他/她的最佳精力完成的。也即是說，用戶可以輕鬆地完成運動但仍能夠知道他/她並未進行的全力運動的表現。因此，估算下次總運動時間對於任何想要知道他/她的最佳表現又不用疲憊地完成全力運動的人特別有用。
在本發明的一個實施方式中，該預設的位移可以是保存於運動監測設備100的存儲模組104的距離或一組距離，其中該距離或該一組距離可以從3千米、5千米、10千米、21千米、42千米等中選擇。可選地，它可以被運動監測設備100的使用者通過使用者介面103的輸入單元設定。應當注意的是，默認位移可以是運動的位移，如跑步距離、攀登高度、騎行距離等。
圖8為本發明的至少一實施方式中體力值與RPE之間對應關係的示意圖。
參照圖8，揭露了體力值與自感勞累等級(RPE)的對應關係，其中RPE的類型可以是自感勞累程度(Perceived Exertion Scale)
的柏格評級(Borg Rating)。當RPE值、血液乳酸濃度(血流中的乳酸濃度)或即時運動負荷下降時，體力值恢復。另一方面，當疲勞程度、血液乳酸濃度(血流中的乳酸濃度)或即時運動負荷上升時，體力值下降。
請再次參閱圖8，體力值可以在一定範圍內被呈現，如100%到0%。此外，體力值至少部分地與RPE的數值線性或非線性相關。例如，RPE值約為12表明運動監測設備100的使用者進行的運動強度為中等水準。也即是說，用戶可以體驗到“輕微”的肌肉疲勞及呼吸比不做任何運動時加重，因此RPE值約為12可以對應於100%的體力值。
另一方面，RPE值在15至17之間表明運動監測設備100的使用者的運動強度為較高的水準。也即是說，用戶可以體驗到“僵硬/沉重”的肌肉疲勞及呼吸比不做任何運動時重得多，因此RPE值在15至17之間可以對應於0%的體力值。
在本發明的另一實施方式中，以心率作為運動監測設備100的輸入為例，RPE的數值與心率線性或非線性相關，因此體力值也與心率線性或非線性相關。在另一實施方式中，每個使用者的體力值被標準化為對應於最大和最小心率的一個固定範圍。
應當注意的是，體力值可以為負值，如圖8所示，其中體力值為負值可以觸發運動監測設備100自動調整根據使用者運動強度的體力值的估算，從而相應地校準體力值。
圖9為本發明的至少一實施方式所提供的估算最大耗氧量的方法流程圖。
參照圖9，以下步驟可以基於使用者的RPE值和運動資料對使用者的最大耗氧量進行估算：步驟S501：接收來自使用者介面103的輸入單元的使用者的RPE值；步驟S502：處理模組102基於該RPE值估算使用者的體力消耗速率；步驟S503：處理模組102基於該體力消耗速率計算當前總
運動時間；步驟S504：處理模組102基於該當前總運動時間估算運動能力；步驟S505：接收來自傳感模組101的非生理感測器的運動資料；步驟S506：處理模組102基於該運動資料計算動能消耗；步驟S507：處理模組102基於該動能消耗估算平均耗氧量；步驟S508：處理模組102基於該平均耗氧量和該運動能力估算最大耗氧量；步驟S509：處理模組102傳送該最大耗氧量至使用者介面103以供顯示；步驟S510：使用者介面103顯示該最大耗氧量。
在本發明的一個實施方式中，存儲模組104可以包含多個對應於圖2-5的線性回歸模型、非線性回歸模型、分段函數、其他數學模型或它們的任意組合，用於執行步驟S502-S504和S506-S507。
應當注意的是，步驟S501-S504可以在步驟S505-S507之後進行。
在本發明的一個實施方式中，圖6的步驟S108、圖7的步驟S308和圖9的步驟S508中，估算最大耗氧量可通過一運動能力和平均耗氧量的函數完成，其中運動能力與最大耗氧量負相關，平均耗氧量與最大耗氧量正相關。例如，VO2Max=f(VO2,FVO2),其中VO2Max為最大耗氧量，VO2為平均耗氧量，FVO2為運動能力。相同的估算最大耗氧量的理念可以被用於本發明的任何其他實施方式。
圖10為本發明的至少一個實施方式所提供的估算下次總運動時間的方法流程圖。
參照圖10，以下步驟可以基於使用者的生理資料和運動資料對使用者的最大耗氧量進行估算：步驟S701：從一終端設備接收歷史運動模型，其中該歷史運動模型包括一組心率和一組對應於心率的位移；
步驟S702：基於該組心率計算一組心率百分比；步驟S703：基於該組位移計算一組速度；步驟S704：基於該組心率百分比和該組速度估算最大耗氧量，其中該最大耗氧量與該組心率百分比負相關，與該組速度正相關；步驟S705：基於一默認位移和該最大耗氧量估算下次總運動時間，該下次總運動時間與該默認位移正相關，該下次總運動時間與該最大耗氧量負相關；步驟S706：接收來自該終端設備的環境條件；步驟S707：用該環境條件校準該下次總運動時間以生成特定環境的總運動時間；步驟S708：生成一個包括該最大耗氧量、該下次總運動時間和該特定環境的總運動時間的資料陣列；步驟S709：將該數據陣列傳送至該終端設備。
在本發明的一個實施方式中，步驟S702和S703的順序是可以互換的。
在本發明的一個實施方式中，該環境條件可能影響一個人的運動表現，其中該環境條件可以是陡度、高度、大氣壓力、風速和環境溫度等。這些環境條件可以通過各種非生理感測器獲取，如環境溫度感測器、風速計、GPS感測器、水準感測器和大氣壓力感測器等。例如，當一個人跑上斜坡時跑步速度會大大減慢。應當注意的是，步驟S707中校準下次總運動時間也可以被用於圖6、圖7和圖9中所示的方法。
在本發明的一個實施例中，該心率百分比是將該組心率中的最高心率作為分母、每個心率作為分子計算的。
在本發明的一個實施方式中，一個人做運動時的心率百分比應該約為60%或之上。如果步驟S702計算得到的任何心率百分比低於60%，這個人會被認為沒有在運動，因此在步驟S704中該低於60%的心率百分比可能從估算最大耗氧量中被省略。應當理解的是，該60%的數值被用於舉例，每個人被認為是運動狀態的心率百
分比都可能是不同的。因此，該被認為是運動狀態的心率百分比在運動監測設備100中可以是定制的。
在本發明的一個實施方式中，該資料陣列可以包括步驟S704估算的最大耗氧量、步驟S705估算的下次總運動時間和步驟S707校正的特定環境的總運動時間。此外，該資料陣列可以包括設定的默認位移如3千米、5千米、10千米、21千米、42千米等。每個預設位移可對應於步驟S705估算的一下次總運動時間和步驟S707校正的一特定環境的總運動時間。此外，該資料陣列也可以包括對熱身最大耗氧量的建議，其中建議的熱身最大耗氧量可以被用於確定運動前的熱身是否足夠。例如，通過圖10中所示的方法用戶可以得知該建議的熱身最大耗氧量。進行熱身時，戴有運動監測設備100的使用者可以從使用者介面103即時地讀取該用戶的最大耗氧量。由此，在熱身進行中，用戶可以通過即時的最大耗氧量達到該建議的熱身最大耗氧量知道自己已為運動做好準備。
在本發明的一個實施方式中，該終端設備可以是運動監測設備100。因此，所述心率由該運動監測設備100的生理感測器採集，所述位移由該運動監測設備100的非生理感測器採集。可選地，該終端設備可以是任何其它具有生理感測器和非生理感測器的監測設備。例如，具有心率感測器和GPS感測器的可擕式設備。此外，該運動監測設備100可包括輸出插口(未示出)，其中該輸出插口能夠使該運動監測設備100通過傳輸線發送步驟S701的歷史運動資料或接收步驟S709的資料陣列。可選地，該運動監測設備100也可以包括無線通訊模組(未示出)，其中該無線通訊模組能夠使該運動監測設備100無線地發送步驟S701的歷史運動資料或接收步驟S709的資料陣列。
在本發明的另一實施方式中，該終端設備可以是具有使用者輸入功能的電腦設備，所述心率和位移被用戶輸入至該終端設備。可選地，該心率和位移可以由任何其它監測設備無線或有線地發送到該電腦設備。該電腦設備可以是個人電腦、筆記型電腦、平板電腦、移動設備等。
在本發明的一個實施方式中，各種生理參數可作為附加因素用於估算最大耗氧量，如心率變化、體溫、身體組成、血糖、血壓等。該身體組成可包括人體內脂肪、骨骼、水和肌肉的百分比。因此，運動監測設備100的使用者可以個性化最大耗氧量的估算。
應當注意的是，當任何其它附加運動因素被加入估算時，上述正相關或負相關不是一直正確的。例如一個具有優異跑步技能的人，該特徵可作為一附加運動因素，當保持相同的最大耗氧量時可增加位移。
圖11為本發明的至少一個實施方式所提供的具有心率感測器和GPS的運動監測設備的示意性方塊圖。
運動監測設備100包括傳感模組101、處理模組102、使用者介面103和存儲模組104，其中，對比於圖1，該傳感模組101進一步包括心率感測器201和GPS 202。
在本發明的一個實施方式中，該心率感測器201可用於記錄一個人的心率變化並將它作為生理資料發送至該處理模組102。該GPS 202可記錄一個人的座標以獲取這個人的位移及速度，該GPS可將速度作為運動資料發送至該處理模組102。該處理模組102可執行存儲於存儲模組104的如前所示的方法中的至少一種，如圖6所示的方法。
在本發明的一個實施方式中，該心率感測器201包括至少兩個電極(未示出)，其中該至少兩個電極與用戶的皮膚電性連接以檢測用戶的心率。
在本發明的一個實施方式中，該運動監測設備100還可以包括類比前端(未示出)，如AFE(Analog Front End)，其中心率感測器201可通過該類比前端發送類比信號至處理模組102，其中該類比前端可以但不僅限於是Analog Devicedel公司的AD8232，德州儀器(Texas Instruments)公司的ADS1191。
本發明的一個實施方式中，該心率感測器201包括至少一個光源(未示出)，其中該心率感測器201是檢測使用者心率的光學心率感測器。
本發明的一個實施方式中，該GPS202可以但不僅限於是CSR(Cambridge Silicon Radio)公司的SiRFstarV 5E，U-Blox公司的EVA-M8M。
圖12為本發明的至少一個實施方式所提供的運動監測設備100的外部傳感模組101和外部使用者介面103的示意性方塊圖。
參照圖12，根據本發明的一個實施方式，運動監測設備100可以只包括處理模組102和存儲模組104。在這種情況下，傳感模組101可以是能夠與運動監測設備100無線通訊的可穿戴設備，從而通過無線通訊發送生理資料(如心率)和運動資料(速度)至處理模組102。相同的理念也可以被用於使用者介面103，其中該使用者介面103可由移動設備或可擕式設備實現。例如，該運動監測設備100的使用者可以基於從傳感模組101無線接收的所述心率和速度估算最大耗氧量，並將該最大耗氧量即時地發送至該用戶的行動電話，其中該行動電話可以顯示該最大耗氧量。
圖13為圖10中產生的資料陣列的示例。
參照圖13，其中示例的資料陣列包括最大耗氧量、下次總運動時間及特定環境的總運動時間。此外，該資料陣列可以包括但不僅限於一組默認位移，如3千米、5千米、10千米、21千米、42千米等。並且，每個默認位移可對應於下次總運動時間和特定環境的總運動時間。此外，該資料陣列也可以包括對熱身最大耗氧量的建議。可選地，該默認位移可以被運動監測設備100的使用者通過使用者介面103的輸入單元設定。應當注意的是，默認位移可以是運動的位移，如跑步距離、攀登高度、騎行距離等。
以上描述的僅為本發明的實施方式，並不旨在限制本發明的範圍。根據本發明所揭露的內容的各種變化和替代方式也包括在本發明的範圍內。此外，每個實施方式和權利要求並不一定要滿足所揭露的所有優點或特性。而且，摘要和標題僅用於便於檢索專利檔而並不旨在一任何方式限縮本發明的的範圍。
100‧‧‧運動輔助裝置
101‧‧‧感測器模組
102‧‧‧處理模組
103‧‧‧使用者介面
104‧‧‧儲存模組
Claims (30)
- 一種最大耗氧量的估算方法，包括：接收來自第一感測器的生理資料；處理模組基於所述生理資料估算體力消耗速率；所述處理模組基於所述體力消耗速率計算當前總運動時間；所述處理模組基於所述當前總運動時間估算運動能力；接收來自第二感測器的運動資料；所述處理模組基於所述運動資料計算動能消耗；所述處理模組基於所述動能消耗估算平均耗氧量；所述處理模組基於所述平均耗氧量和所述運動能力估算所述最大耗氧量；傳送所述最大耗氧量至使用者介面；所述使用者介面顯示所述最大耗氧量。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器為心率感測器，所述生理資料為心率。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括至少兩個電極。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括光學心率感測器。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括光學氧氣濃度感測器。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括GPS感測器，所述運動資料為速度。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括騎行功率計。
- 如權利要求1所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括運動感測器。
- 如權利要求8所述的最大耗氧量的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器還包括陀螺儀。
- 一種下次總運動時間的估算方法，包括：接收來自第一感測器的生理資料； 處理模組基於所述生理資料估算體力消耗速率；所述處理模組基於所述體力消耗速率計算當前總運動時間；所述處理模組基於所述當前總運動時間估算運動能力；接收來自第二感測器的運動資料；所述處理模組基於所述運動資料計算動能消耗；所述處理模組基於所述動能消耗估算平均耗氧量；所述處理模組基於所述平均耗氧量和所述運動能力估算最大耗氧量；所述處理模組基於所述最大耗氧量和默認位移估算所述下次總運動時間；傳送所述下次總運動時間至使用者介面；所述使用者介面顯示所述下次總運動時間。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器為心率感測器，所述生理資料為心率。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括至少兩個電極。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括光學心率感測器。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第一感測器包括光學氧氣濃度感測器。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括GPS感測器，所述運動資料為速度。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括騎行功率計。
- 如權利要求10所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器包括運動感測器。
- 如權利要求17所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述第二感測器還包括陀螺儀。
- 一種下次總運動時間的估算方法，包括：接收來自終端設備的歷史運動模型，其中所述歷史運動模型包括一組心率和對應於所述一組心率的一組位移；基於所述一組心率計算一組心率的百分比； 基於所述一組位移計算一組速度；基於所述一組心率的百分比和所述一組速度估算最大耗氧量，其中所述最大耗氧量與所述一組心率的百分比負相關並與所述一組速度正相關；基於默認位移和所述最大耗氧量估算下次總運動時間，其中所述下次總運動時間與所述默認位移正相關，所述下次總運動時間與所述最大耗氧量負相關；生成一個包括所述最大耗氧量和所述下次總運動時間的資料陣列；將所述數據陣列傳送至所述終端設備。
- 如權利要求19所述的下次總運動時間的估算方法，進一步包括：接收來自所述終端設備的環境條件；用所述環境條件校準所述下次總運動時間以生成特定環境的總運動時間；其中，所述資料陣列進一步包括所述特定環境的總運動時間。
- 如權利要求20所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述環境條件通過GPS獲取。
- 如權利要求20所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述環境條件為環境溫度。
- 如權利要求19所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述心率採集於生理感測器。
- 如權利要求23所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述生理感測器為包括至少兩個電極的心率感測器。
- 如權利要求23所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述生理感測器為光學心率感測器。
- 如權利要求19所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述一組位移採集於非生理感測器。
- 如權利要求26所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述非生理感測器為GPS。
- 如權利要求26所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，所述非生理感測器為運動感測器。
- 如權利要求19所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，通過無線傳輸從所述終端設備接收所述歷史運動模型。
- 如權利要求19所述的下次總運動時間的估算方法，其特徵在於，通過有線傳輸從所述終端設備接收所述歷史運動模型。
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