一種基于肌肉質(zhì)量測(cè)定的智能化力量訓(xùn)練器械及訓(xùn)練方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能型力量訓(xùn)練器，特別是一種集成有人體肌肉質(zhì)量測(cè)量裝置， 并針對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性力量訓(xùn)練的器械和實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人體的衰老，人的肌肉量下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于肌肉力量，這表明了肌肉質(zhì)量在 下降。從專業(yè)角度來(lái)說(shuō)，人體肌肉量是指人體某個(gè)部位或者整體的肌肉量，肌肉最大力量是 指人體或某部分用最大力量克服阻力的能力，主要表現(xiàn)為肌肉收縮強(qiáng)度最大時(shí)輸出的力量 值。通常是某個(gè)特定的動(dòng)作一次可負(fù)載的最大重量。肌肉功率是肌肉力量和收縮速度的乘 積，表現(xiàn)為肌肉快速用力的能力，其單位為瓦（W)。從肌肉功率的變化情況可以判斷肌肉間 的相互協(xié)調(diào)能力，肌肉發(fā)揮力量以及速度的綜合能力。肌肉質(zhì)量是指身體某個(gè)區(qū)域單位肌 肉量的肌肉力量，即通過(guò)測(cè)定最大肌肉力量或肌肉功率和人體的肌肉量可以得到人體的肌 肉質(zhì)量。隨著年齡的增長(zhǎng)，肌肉功率的下降速度要大于肌肉最大力量，肌肉最大力量的下降 速度大于肌肉量的下降速度。單純的測(cè)定人體的肌肉量并不能衡量人體的肌肉變化情況， 單純的測(cè)定肌肉最大力量或者肌肉功率，也不能反映肌肉的生理和臨床的變化，也就是肌 肉的組織的衰老情況。
[0003] 目前在肌肉質(zhì)量對(duì)健康的影響已經(jīng)漸漸被深入研究，如雅典喬治大學(xué)Chad R. Straight發(fā)表的《Muscle Quality in Older Adults》研究了肌肉質(zhì)量和老年人健康的 關(guān)系，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的Fozard發(fā)表的《muscle quality. I. Age-associated differences between arm and leg muscle groups》不同部位的肌肉質(zhì)量隨年齡的變化關(guān)系，但是目前 尚無(wú)較為全面易用的人體肌肉質(zhì)量測(cè)評(píng)和鍛煉工具，臨床上通過(guò)CT或者M(jìn)RI或DXA來(lái)測(cè)定 肌肉體積或質(zhì)量，肌肉最大力量或功率通過(guò)等速力量訓(xùn)練器或標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力座椅來(lái)測(cè)定，這種 方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，不利于普通大眾使用和科研成果的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種尤其是應(yīng)用于康復(fù)，也可 以廣泛應(yīng)用于人體肌肉質(zhì)量測(cè)評(píng)的基于肌肉質(zhì)量測(cè)定的智能化力量訓(xùn)練器械及訓(xùn)練方法， 利用肌肉質(zhì)量評(píng)估結(jié)果給出針對(duì)性的訓(xùn)練方案，應(yīng)用于健康康復(fù)領(lǐng)域。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明基于肌肉質(zhì)量測(cè)定的智能化力量訓(xùn)練器械的特點(diǎn)是所述訓(xùn)練器械包括如 下各單元：
[0007] 控制單元，以底座為支撐，利用直立在底座一端的立柱設(shè)置可在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的 懸臂，在所述懸臂的遠(yuǎn)端設(shè)置呈直立的轉(zhuǎn)向支撐軸，在所述轉(zhuǎn)向支撐軸的頂部設(shè)置帶有顯 示屏以及數(shù)據(jù)采集和傳輸部件的主電腦控制器；
[0008] 肌肉力量測(cè)試與訓(xùn)練單元，在底座上設(shè)置用于支撐人體、并可通過(guò)姿態(tài)控制桿調(diào) 整人體姿態(tài)的可調(diào)節(jié)人體支撐臺(tái)，多關(guān)節(jié)適配器作為主電腦控制器的外設(shè)設(shè)置在主電腦控 制器的一側(cè)，所述多關(guān)節(jié)適配器可接入包含肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的各等速訓(xùn)練關(guān)節(jié)附 件；所述多關(guān)節(jié)適配器：
[0009] 其利用髖關(guān)節(jié)等速適配器控制髖關(guān)節(jié)等速向心運(yùn)動(dòng)，并測(cè)試髖關(guān)節(jié)等速向心運(yùn)動(dòng) 時(shí)的最大力量，獲得軀干向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS5 ;
[0010] 其利用左上肢肘關(guān)節(jié)等速適配器控制左上肢等速向心運(yùn)動(dòng)，并測(cè)試左上肢等速向 心運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大力量，獲得左上肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MSI ;
[0011] 其利用右上肢肘關(guān)節(jié)等速適配器控制右上肢等速向心運(yùn)動(dòng)，并測(cè)試右上肢等速向 心運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大力量，獲得右上肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS2 ;
[0012] 其利用左下肢膝關(guān)節(jié)等速適配器控制左下肢等速向心運(yùn)動(dòng)，并測(cè)試左下肢等速向 心運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大力量，獲得左下肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS3 ;
[0013] 其利用右下肢膝關(guān)節(jié)等速適配器控制右下肢等速向心運(yùn)動(dòng)，并測(cè)試右下肢等速向 心運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大力量，獲得右下肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS4 ;
[0014] 肌肉量測(cè)定單元，包括體重傳感器和生物電阻抗測(cè)定傳感器；
[0015] 所述體重傳感器固定設(shè)置在圓盤(pán)狀基座上，用于測(cè)量使用者的體重；
[0016] 所述生物電阻抗測(cè)定傳感器是由激發(fā)電極和檢測(cè)電極構(gòu)成各對(duì)電極，使用者的手 和腳分別與對(duì)電極相接觸，用于獲取使用者身體各個(gè)部位的阻抗值，并通過(guò)計(jì)算獲取使用 者身體各部位的肌肉量麗，包括左上肢肌肉量麗1、右上肢肌肉量麗2、左下肢肌肉量麗3、 右下肢肌肉量MM4,以及軀干肌肉量麗5。
[0017] 本發(fā)明基于肌肉質(zhì)量測(cè)定的智能化力量訓(xùn)練器械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述的主電 腦控制器包括有信息輸入模塊、顯示模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和電源 模塊；所述通信部件包括有WIFI模塊、網(wǎng)口、串口和USB 口；所述WIFI模塊和網(wǎng)口用于局域 網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信，所述串口和USB接口通過(guò)數(shù)據(jù)采集和傳輸部件與所述肌肉力量測(cè) 試與訓(xùn)練單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0018] 利用本發(fā)明中基于肌肉質(zhì)量測(cè)定的智能化力量訓(xùn)練器械進(jìn)行肌肉力量訓(xùn)練的方 法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：
[0019] 步驟1 :建立人群肌肉質(zhì)量樣本庫(kù)，在所述人群肌肉質(zhì)量樣本庫(kù)中按不同的性別 和年齡分別建立肌肉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括人體各部位肌肉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和人體全身肌肉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 將人體各部位肌肉質(zhì)量和人體全身肌肉質(zhì)量分別劃分為10個(gè)肌肉等級(jí)，對(duì)應(yīng)于不同的肌 肉等級(jí)分別給定肌肉力量訓(xùn)練方案；
[0020] 步驟2 :利用所述多關(guān)節(jié)適配器分別獲得軀干向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS5、左上肢向心 運(yùn)動(dòng)最大力量MSI、右上肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS2、左下肢向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS3和右下肢 向心運(yùn)動(dòng)最大力量MS4;利用所述生物電阻抗測(cè)定傳感器分別獲得人體各部位肌肉質(zhì)量， 包括軀干肌肉量MM5、左上肢肌肉量MM1、右上肢肌肉量MM2、左下肢肌肉量MM3和右下肢肌 肉量MM4 ;
[0021] 則有：
[0022] 人體左上肢肌肉質(zhì)量MQ1為：MQ1 = MS1/MM1 ;
[0023] 人體右上肢肌肉質(zhì)量MQ2為：MQ2 = MS2/MM2 ;
[0024] 人體左下肢肌肉質(zhì)量MQ3為：MQ3 =MS3/MM3 ;
[0025] 人體右下肢肌肉質(zhì)量MQ4為：MQ4 = MS4/MM4 ;
[0026] 人體軀干的肌肉質(zhì)量MQ5為：MQ5 = MS5/MM5 ;
[0027] 并有：人體全身肌肉質(zhì)量MQ為：
[0028] MQ = kl X (MQ1+MQ2) +k2 X (MQ3+MQ4) +k3 XMQ5 (1)
[0029] 式（1)中，kl、k2 和 k3 為關(guān)聯(lián)系數(shù)，并有：0〈kl，k2, k3〈l、且：kl+k2+k3 = 1 ;
[0030] 步驟3 :將步驟2所獲得的人體各部位肌肉質(zhì)量和人體全身肌肉質(zhì)量與步驟1中 所述人體各部位肌肉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和人體全身肌肉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，確定使用者的人體各部 位肌肉質(zhì)量和全身肌肉質(zhì)量的所處的肌肉等級(jí)，并獲得對(duì)應(yīng)的肌肉力量訓(xùn)練方案，使用者 按所述對(duì)應(yīng)的肌肉力量訓(xùn)練方案進(jìn)行訓(xùn)練；
[0031] 步驟4 :在使用者完成訓(xùn)練后，主電腦控制器根據(jù)本次訓(xùn)練的執(zhí)行情況按式（2)給 出評(píng)定分值St，
[0035] 其中：
[0036] Ta為使用者在執(zhí)行訓(xùn)練時(shí)單次運(yùn)動(dòng)實(shí)際所耗時(shí)長(zhǎng)；
[0037] 為設(shè)定的執(zhí)行訓(xùn)練時(shí)單次運(yùn)動(dòng)有效時(shí)長(zhǎng)；
[0038] T。為設(shè)定的執(zhí)行訓(xùn)練時(shí)單次動(dòng)作的完成時(shí)間；
[0039] Sm為單次最高分，S "= 100/N t;
[0040] Nt為計(jì)分次數(shù)，N t = mXn ;
[0041 ] m為訓(xùn)練組數(shù)，n為每組訓(xùn)練次數(shù)。
[0042] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0043] 1、本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于人體肌肉質(zhì)量測(cè)評(píng)，利用肌肉質(zhì)量評(píng)估結(jié)果給出針對(duì)性 的訓(xùn)練方案，實(shí)現(xiàn)科學(xué)運(yùn)動(dòng)，避免用戶運(yùn)動(dòng)損傷。