Устройство для исследования сердечно-сосудистой системы человека

 

Устройство для тренировки сердечнососудистой системы относится к медицинской технике и может быть использовано с диагностическими целями для сбора и обработки информации о физиологическом состоянии человека во время проведения тренировки. С целью повышения эффективности и безопасности тренировки путем объективизации оперативного контроля за физиологическим состоянием индивида, а также обеспечения работы индивида в аэробном режиме с учетом уровня его общей физической подготовленности в него введены блоки 4,5,6,7,9,12,15-20, блок4 определения фактической ЧСС, блок5 определения относительной ЧСС и относительного потребления кислорода, блок 6 определения максимальной нормированной ЧСС, блок 7 ввода данных, блок 8 регулирования нагрузки, блок 9 коэффициентов, блок 10 управления режимами, блок 12 определения уровня общей физической подготовленности , блок 15 определения фактического потребления кислорода, блок 16 определения максимального потребления кислорода, блок 17 сравнения, блок 18 определения максимального нормированного потребления кислорода. 1 ил. #3 Пломб 4,6,7,9.Ю, 72,13, М, 15,к /$и7Э Ё У-н о N ел 8 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5Ll„„1764598 АЗ (я)ю А 61 В 5/05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4883079/14 (22) 28,08,90 (46) 23.09.92. Бюл. Nã 35 (76) В.А.Спичкин и А.В.Спичкин (56) Авторское свидетельство СССР

N 644462, кл. А 61 B 5/05, 1976, )о

О ,СО физиологическим состоянием индивида, а также обеспечения работы индивида в аэробном режиме с учетом уровня его общей физической подготовленности в него введены блоки 4,5,6,7,9,12,15-20, блок 4 определения фактической ЧСС, блок 5 определения относительной ЧСС и относительного (54)УСТРОЙСТВОДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И потребления кислорода, блок 6 определеУКРЕПЛЕНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ния максимальной нормированной ЧСС, СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА блок 7 ввода данных, блок 8 регулирования (57) Устройство для тренировки сердечно- нагрузки, блок 9 коэффициентов, блок 10 сосудистой системы относится к медицин- управления режимами, блок 12 определеской технике и может быть использовано с ния уровня общей физической подготовлендиагностическими целями для сбора и обра- ности, блок 15 определения фактического ботки информации о физиологическом со- потребления кислорода, блок 16 определестоянии человека во время проведения ния максимального потребления кислорода, тренировки. С целью повышения эффектив- блок 17 сравнения, блок 18 определения ности и безопасности тренировки путем максимального нормированного потреблеобъективизации оперативного контроля за ния кислорода. 1 ил, фу di:о1оВ O,В,7, 10,72,15, 14,15,1b

guЮ

à — — à — — 1

1 — 2

Ф

Hz&2 8гл2 ф

1 5 «1 t, W с Н б l6 — — — 4 7 — — - — -т -т ЗКл2, (1

Г ъ — ) г1 г 1 г Г

31)!.

Ч

),S dn 2 г

i 2!i i

1764508

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано с диагностическими целями для сбора и обработки информации о физиологическом состоянии человека, а также,для тренировки сердечно-сосудистой системы.

Известно устройство для контролируемой тренировки сердечно-сосудистой системы, содержащее автоматическую систему регулирования нагрузки (пат. США

N 3845576, кл. А 61 В 5/00, 1974). Однако в этом устройстве при тренировке не учитывается общая физическая подготовленность человека, Известно также устройство, в котором тренировка осуществляется по заданной программе с учетом уровня физической активности и состояния сердечно-сосудистой системы, Устройство содержит блок нагрузки с задатчиком программы, датчик пульса, блок управления (пат, США М 4788983, кл. А 61 В 5/02, 1988 г.). Однако в указанном устройстве также не учитывается уровень общей физической подготовленности человека и уровень потребления им кислорода во время тренировки, что снижает качество контроля.

Наиболее близким по технической сущности признано устройство, содержащее датчики физиологических параметров, тренажер, блок управления нагрузкой и вычислитель (авт, св. Rb 664444446622,, к л, А 61 В 5/05, 1976 г). Устройство обеспечивает контроль за физиологическим состоянием человека по величине резервов его функциональных систем. В случае превышения допустимых, и редварител ьно установленных пределов нагрузка отключается, Недостатком этого устройства является отсутствие предварительного учета уровня общей физической подготовленности индивидов.

Целью изобретения является повышение эффективности тренировки путем обеспечения работы индивида в заданном режиме с учетом уровня его общей физической подготовленности, а также безопасности тренировки путем объективизации оперативного контроля за физиологическим состоянием индивида.

На чертеже представлена структурная электрическая схема заявляемого устройства, которое работает следующим образом, Выход установленного на теле занимающего датчика 3 частоты сердечных сокращений (ЧСС) подключен ко входу блока 4 определения фактической частоты сердечных сокращений (ЧССФ), второй выход которого подключен к первому входу блока 8 регулирования нагрузки. В блоке 8 текущее значение ЧССФ непрерывно сравнивается с поступающим с выхода блока 9 коэффициентов заданным значением частоты сердечных сокращений (ЧССзад), и в результате этого сравнения вырабатывается управляю5 щий сигнал, регулирующий силу подтормаживания нагрузочного устройства 11.

Текущее значение ЧССФ подается также на первый вход блока 5, второй вход которого подключен ко второму выходу блока 6 опре10 деления максимальной нормированной частоты сердечных сокращений (МЧССн) и в котором определяются относительная частота сердечных сокращений (ОЧСС), а также относительное потребление кислорода

15 (ОПК) индивида, используемое для определения уровня максимального потребления кислорода индивидом (МПКи) в блоке 16, что осуществляется в результате измерения совершенной индивидом работы в втй

20 мин в блоке 14, а в миллилитрах 0,2 — в блоке 15 определения фактического потребления кислорода (ПКф). Полученное в блоке

16 с учетом веса индивида, вводимого с электронных весов 19, значение МПКи

25 сравнивается в блоке 17 с нормированным значением МПКи, поступающим с выхода блока 18, По результату сравнения МПКи и

МПКн в блоке 12 определяется уровень общей физической подготовленности (ОФП)

30 индивида, и в зависимости от этого уровня блок управления режимами 10 выбирает тренировочный режим, в соответствии с которым в блоке 9, на первый вход которого подается значение МЧССн, формируется

35 заданная частота сердечных сокращений (ЧССзад). Нормированные значения МЧССн и МПКн определяются в блоках 6 и 18 в соответствии с возрастом и полом индивида, вводимыми перед началом работы на

40 устройстве в блок 7 ввода данных. В схему также входят блок индикации 1 и блок памяти 2, который через блок 7 соединен с соответствующими выходами блоков

4,6,7,9,10,12,13,14,15,16,18 и 19.

45 В режиме тестирования устройство работает следующим образом.

В блок 7 вводятся данные о возрасте и поле исследуемого, На теле индивида устанавливают датчик 3 и включают таймер 13.

50 С электронных весов 19 в блок 16 llocT/jfl3 ют данные о весе индивида, В блоке 6 определяется МЧССн. В блоке 9 формируется сигнал управления нагрузкой, пропорциональной заданной частоте сердечных

55 сокращений (ЧССзад), поддерживаемой в ходе первого теста на уровне 657 от

МЧ ССн.

После достижения установившегося режима работы, когда в течение заданного отрезка времени интегральное отклонение

1764508

10

40

ЧССф от ЧССзад окажется меньше заданной величины, s блоке 15 определяется эквивалентное выполненной за это время работе фактическое потребление кислорода (П Кф).

Это возможно в том случае, если индивид работает в аэрорежиме, а этого можно добиться, если в качестве ведущего показателя использовать на величину физической работы индивида, а степень физиологической напряженности работы его организма, используя в качестве объективного показателя физиологической напряженности работы организма относительно частоту сердечных сокращений (ОЧ СС), т.е. отношение ЧССф К МЧССн.

Поскольку из экспериментальной физиологии известна линейная зависимость между ОЧСС и относительным потреблением кислорода (ОПК), это позволяет определить необходимый для установления уровня общей физической подготовленности (ОФП) уровень максимального потребления кислорода (МПКи) работающего на тренажере индивида в мл 02 к1 кг.мин., что осуществляется в блоках 5,15 и 16.

Для определения уровня ОФП индивида полученное значение МПКи сравнивается с нормированным значением МПКн для лиц данного возраста и пола, вычисленным по результатам статистической обработки данных обследований больших контингентов населения.

Если в результате сравнения скажется, что МПКи МПКн, то уровень ОФП таких индивидов оценивается как "отличный".

Если же окажется, что МПКи МПКн, то по мере квантованного возрастания этой разницы уровень ОФП последовательно определяется как "хороший", "удовлетворительный" или "плохой".

llo завершении первого теста блок 10 выдает команду на проведение второго теста при ЧССзад = 75% МЧССн. Полученные в результате первого и второго тестов оценки уровня ОФП сравниваются между собой. Если они окажутся одинаковыми, то тестирование заканчивается и за истинный уровень ОФП принимается полученная оценка, Если в результате двух первых тестов оценки уровня ОФП скажутся разными, то проводится третий тест при ОЧСС = 70%

МЧССн. Если результат третьего теста совпадает с результатом одного из двух первых тестов, то за истинный уровень ОФП принимается результат третьего теста, Если же .все три оценки уровня ОФП окажутся разными, то уровень О ФП индивида оценивается ка "плохой".

В режиме тренировки устройство работает следующим образом.

После определения уровня ОФП индивида в блоке 10 формируется команда на поддержание эффективной ЧССзад. При этом выполняются следующие условия; при

"отличном" уровне ОФП ЧССзад = 90%

МЧССн; при "хорошем" — 80%; при "удовлетворительном" — 70%; при "плохом"—

60 МЧССн.

Блок 8 регулирования нагрузки изменяет силу подтормаживания нагрузочного устройства 11 таким образом, чтобы индивид быстрейшим путем вышел на установившийся режим работы со стабильной рекомендованной Ч ССзад.

Если в ходе тренировки о рекомендованной ЧССзад не возникает необходимости значительно уменьшить силу подтормаживания нагрузочного узла с целью сохранения ЧССФ на заданном уровне, тренировка может быть закончен а по желанию индивида. В случае же, если для сохранения ЧССФ на стабильном заданном уровне возникает необходимость значительно уменьшить первоначальную силу подтормаживания нагрузочного устройства, то тренировка прекращается.

В ходе тестирования и тренировки в блоке 2 памяти запоминаются и на блок 1 индикации могут быть выведены следующие показатели: дата и продолжительность занятий, фамилия (код) индивида, его пол, возраст и вес, нагрузка, ЧССф, ПКф, МПКи и уровень ОФП.

Достижение поставленной цели изобретения достигается путем обеспечения работы индивида в заданном режиме с учетом уровня его общей физической подготовленности, а также безопасности тренировки путем объективизации оперативного контроля за физиологическим состоянием индивида.

Принципиальная схема блока 10 управления режимами устройства представлена на фиг.2. В качестве уже известных функциональных элементов в собственно блок управления режимами входят счетчик тестов

СТ2 (выполненный, например, на ИС

155ИЕ5), дешифратор DC (выполненный, например, на ИС 155ИДЗ) и три инвертора.

Блок управления режимами работает следующим образом, После прохождения импульса начальной установки счетчик СТ2 обнуляется, на его выходах формируются "0", и по этому сигналу дешифратор D С включает в блоке коэффициентов ключ К1. Являющийся выходом этого ключа делитель R1/RO подает сформованное в блоке 6 и соответствующее

1764508

МЧССн напряжение с коэффициентом 0,65 на второй вход блока 8, на первый вход которого подается напряжение, пропорциональное ЧССф, а на выходе формируется команда управления нагрузочным узлом таким образом, чтобы ЧССф = ЧССзад (B Ilepвом тесте ЧССзад = 65 МЧССн).

По окончании первого теста вырабатывается импульс конца теста, результат первого теста запоминается в блоке 12, на выходе счетчика СТ2 вырабатывается соответствующее второму тесту число "1", по этой команде дешифратор DC включает ключ К2 и проводится второй тест с ЧССф = 75

МЧССн.

flo окончании второго теста снова вырабатывается импульс конца теста, результат второго теста запоминается в блоке 12 и сравнивается с результатом первого теста.

Если результаты тестов совпадут, то íà управляющий вход дешифратора DC с входящего в блок определения уровня ОФП первого цифрового компаратора поступит число "0" и дешифратор переводит все устройство 19 из режима тестирования в тренировочный режим, соответствующий достоверно выявленному уровню ОФП индивида, Если же в результате второго и первого тестов не совпадут, то на выходе счетчика

СТ2 под воздействием второго импульса конца теста формируется соответствующее третьему тесту число "2", по этому сигналу дешифратор DC включает ключ КЗ и проводится третий тест о ЧССф = 70 МКССн, По окончании третьего теста снова вырабатывается импульс конца теста, результат третьего теста запоминается в блоке 12 и сравнивается там с результатами второго и первого тестов. В случае совпадения результатов любой пары тестов "0" с выхода любого компаратора подается на управляющий вход дешифратора DC, который переводит все устройство из режима тестирования в тренировочный режим, соответствующий достоверно выявленному уровню

ОФП индивида.

В случае же если результаты всех трех тестов скажутся разными, дешифратор DC переводит устройство с тренировочный режим с ЧССФ = 60Я > МЧССн.

Заявляемое устройство может быть реализовано на базе микросхем, принцип работы которых определяется изложенными выше требованиями и соотношениями и которые являются, по существу, делителями либо сумматорами (блоки

4,5,6,9,12,15,16,18), блок 10 — электрическим коммутатором, а блок 8, в частности, может быть выполнен в виде регулируемого источника напряжения.

Формула изобретения

5 Устройство для исследования и укрепления сердечно-сосудистой системы человека, содержащее датчик частоты сердечных сокращений, последовательно соединенные блок регулирования нагрузки, 10 нагрузочное устройство, блок измерения работы, блок управления режимами, первый вход которого соединен с таймером непосредственно, а через блок памяти — с блоком индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 15 что, с целью повышения эффективности тренировки путем обеспечения работы индивида в заданной режиме с учетом уровня его общей физической подготовленности, а также безопасности тренировки путем обьек20 тивизации оперативного контроля за физиологическим состоянием индивида, в него введены весы, последовательно соединенные блок ввода данных, первый выход которого подключен к блоку памяти, блок

25 определения нормированного уровня максимального потребления кислорода, блок сравнения, блок определения уровня общей физической подготовленности, первым выходом подключенный к второму входу блока

30 управления режимами, и блок коэффициентов, первых входом подключенный к второму выходу блока управления режимами, а выходом — к первому входу блока регулирования нагрузки, последовательно соединен35 ные блок определения фактической частоты сердечных сокращений, вход которого подключен к датчику, а первый выход — к второму входу блока регулирования нагрузки, блок определения относительной частоты

40 сердечных сокращений и относительного потребления кислорода, блок определения максимальной нормированной частоты сердечных сокращений, второй выход которого подключен к третьему входу блока коэффи45 циентов, а вход — к блоку ввода данных, также последовательно соединенные блок определения фактического потребления кислорода, входом подключенный через блок измерения работы к нагрузочному уст50 ройству, и блок определения уровня максимального потребления кислорода индивида, вторым входом подключенный к весам, выходом — к второму входу блока сравнения, а третьим входом — к выходу блока опреде55 ления относительной частоты сердечных сокращений и относительного потребления кислорода, причем к соответствующим входам блока памяти подключены соответствующие выходы блоков определения фактической частоты сердечных сокраще10

1764508

Составитель А. Спичкин

Техред М.Моргентал Корректор А. Ворович

Редактор Г. Бельская

Заказ 3465 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ний, определения максимальной нормированной частоты сердечных сокращений, коэффициентов, определения уровня общей физической подготовленности, измерения работы, фактического потребления кислорода, определения уровня максимального потребления кислорода индивида, определения максимального нормированного потребления кислорода, а также весов и

5 таймеров.