Способ организации тренировочного процесса и система для его осуществления
METHOD OF TRAINING PROCESS ORGANIZATION AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к спортивному оборудованию, а именно к спортивно-медицинским комплексам с возможностью мониторинга функционального состояния человека во время тренировочного процесса. Заявляемые изобретения могут быть использованы для решения задач по обеспечению контроля, выбора тактики и алгоритма тренировок на основе физических возможностей и физиологических параметров пользователя, а также для эффективного и безопасного выстраивания тренировочного процесса для любых категорий пользователей.
Из уровня техники известна система автоматического регулирования спортивных нагрузок, которая включает датчик, снимающий количественные показатели колебания мышцы спортсмена, блок определения усталости мышцы и, по меньшей мере, один тренажер, снабженный устройством электронного управления нагрузкой, связанным с блоком определения усталости мышцы. Измерительная информация передается проводным или беспроводным образом в блок обработки и хранения информации.  Блок обработки и хранения информации использует корреляционную зависимость между параметрами собственных колебаний мышцы и состоянием ее работоспособности и имеет возможность автоматического вырабатывания и передачи управляющей команды на исполнительный механизм регулирования нагрузки тренажера [Патент на полезную модель № RU118869, дата публикации 10.08.2012].
Также из уровня техники известен интерактивный тренажер с системой мониторинга, содержащий велоэргометр, персональный компьютер, в состав которого входят монитор оператора и системный блок, оснащенный программой. Также интерактивный тренажер оснащен монитором пользователя и программой, имеющей возможность анализа данных пользователя и выдачи заключения с индивидуальной оздоровительной программой, рекомендаций по процессу тренировок и физиотерапии. Корпус велоэргометра выполнен в виде рамы фигурной формы с установленным сверху сиденьем, нижняя часть рамы опосредованно соединена с пластиной биоимпеданса для ног и основанием, на котором закреплен нагрузочный механизм велоэргометра, и с обеих его сторон закрепленными шатунами, каждый из последних соединен с одной из педалей. Кроме того, в верхней части корпуса закреплена стойка для крепления монитора пользователя, при этом тренажер оснащен биоимпедансом, пульсоксиметром, тонометром, гипоксическим генератором, оснащенным шлемом или маской, в которых создана гипоксическая среда, спирометром, динамометром, подключенными опосредованно к системному блоку [Патент на изобретение №RU 2624874, дата публикации 10.08.2012].
Недостатком данного изобретения является отсутствие конструктивных возможностей данной системы для осуществления полного тренировочного процесса.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ и устройство для интерактивного мониторинга упражнений, спорта или фитнеса с использованием носимого устройства, такого как часы, очки или смарт одежда. Устройство оснащено или подключено к цифровой камере. Датчиками, встроенными в беспроводное носимое интернет-устройство или подключенными к нему по беспроводной связи, записываются физиологические данные пользователя во время упражнений и данные об объеме выполненных упражнений. Данные и визуальные изображения с камеры передаются на один или несколько интернет-серверов и могут передаваться другим мобильным интернет-устройствам. Система для мониторинга данных упражнений от пациента включает в себя беспроводное устройство мониторинга тренировок, которое включает в себя HMD, связанное с сервером и пользовательским устройством WID и охватывающее не только устройства с датчиками физиологических данных и данных о физической нагрузке, но также устройства с клавиатурой, мышью, сенсорным экраном, указателем, датчиком давления или другими такими входами, которые пользователь может использовать для ввода данных или желаемых параметров. Для получения физиологических данных HMD может быть измерителем сердечного ритма или артериального давления, амбулаторным регистратором ЭКГ, измерителем дыхания, температуры и так далее [Заявка на изобретение №US 2018207482, дата публикации 26.07.2018].
Недостатком ближайшего аналога является отсутствие возможности построения и корректировки полного тренировочного процесса без участия специалиста, такого как тренер или медицинский работник.
Технической проблемой, на разрешение которой направлено заявляемая группа изобретений, является отсутствие возможности автоматизации организации тренировочного процесса в зависимости от определенных целей тренировки, задач тренировочного алгоритма и динамических показателей пользователя без участия специалиста, такого как тренер или медицинский работник.
Технический результат заключается в повышении эффективности и безопасности тренировочного процесса.
Сущность заявляемого способа организации тренировочного процесса.
Способ организации тренировочного процесса включает в себя идентификацию пользователя, предварительное измерение статических физиологических показателей пользователя с помощью измерительного стенда, сбор и обработку полученных данных, автоматическое составление тренировочного алгоритма на основе результатов обработки полученных данных, периодическое измерение динамических физиологических показателей пользователя во время выполнения тренировочного алгоритма с помощью, по меньшей мере, одного носимого устройства. В отличие от ближайшего аналога, перед автоматическим составлением тренировочного алгоритма пользователь выбирает цель тренировки, в процессе выполнения пользователем тренировочного алгоритма посредством носимого устройства периодически производится анализ динамических показателей пользователя и на основе анализа предлагается пользователю вернуться к измерительному стенду, или перейти к выполнению следующей задачи тренировочного алгоритма, в том числе на следующем тренажере, или остановить выполнение тренировочного алгоритма, в том числе ввиду автоматической остановки работы тренажера в случае превышения пороговых значений динамических физиологических показателей пользователя и уведомления пользователя об этом. По результатам проведенных измерений и анализа динамических физиологических показателей тренировочный алгоритм автоматически корректируется.
Под тренировочным алгоритмом подразумевается комплекс упражнений и задач с определенной последовательностью. Дополнительно с целью обеспечения максимальной эффективности тренировочного процесса, способ может включать в себя составление полного тренировочного процесса, представляющего собой продолжительную программу тренировок, то есть комплекс тренировочных алгоритмов, направленный на достижение определенных спортивных целей. После завершения выполнения тренировочного алгоритма без принудительной автоматической остановки оборудования, пользователю может быть предложено пройти исследование на измерительном стенде. В этом случае по результатам выполненного тренировочного алгоритма на основании проведенных измерений на измерительном стенде и анализа динамических показателей в процессе выполнения тренировочного алгоритма, а также с учётом ретроспективы трендов и показателей предыдущих тренировочных периодов и измерений, автоматически корректируется полный тренировочный процесс.
Управление взаимодействием единиц системы, идентификацией пользователя, передачей и обработкой информации может быть осуществлено с помощью блока управления, выполненного с возможностью сбора, хранения, обработки и передачи данных, по меньшей мере, с одного носимого устройства, измерительного стенда и тренировочного оборудования. Синхронизация единиц системы и сбор, передача и обработка данных могут быть осуществлены с помощью мобильного интернета, или подключения к интернету через точку доступа WiFi, или подключения по локальной сети.
Идентификация пользователя может быть осуществлена любым известным из уровня техники способом, например, путем создания пользовательского кабинета и последующей авторизации в нем через программное обеспечение измерительного стенда и тренировочного оборудования. Авторизация может осуществляться путем ввода пользовательских данных или посредством носимого устройства с возможностью беспроводного соединения, например, NFC, или посредством смартфона с возможностью беспроводного соединения, например, bluetooth, при этом на измерительный стенд или тренировочное оборудование передаются данные о пользователе и его тренировочном алгоритме или полном тренировочном процессе.
На измерительном стенде может осуществляться измерение следующих статических физиологических параметров пользователя, а именно: ЭКГ по трем отведениям, расчет кардиографии по методу вариабельности сердечного ритма, объем и состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, ЧСС, артериальное давление, биомеханические показатели симметричности опорно-двигательного аппарата, состояние суставов, оценка подвижности основных крупных суставов, уровень общего метаболизма пользователя, оценка активности регуляторных систем организма по точке МС-7, измерение водно-жирового баланса, массы и роста тела, анализ опорно двигательного аппарата с использованием технологии машинного зрения и др. Результаты измерений сохраняются в базе данных модуля управления системой и отображаются в пользовательском кабинете. Процесс измерения статических физиологических параметров на измерительном стенде дополнительно может включать прохождение пользователем опросного листа для уточнения особенностей состояния здоровья, пола, возраста пользователя.
Автоматическое составление тренировочного алгоритма может быть осуществлено с помощью любых известных из уровня техники математико-алгоритмических методов, например, методов, созданных на основе биостатистики физиологических показателей и их корреляции с тренировочным процессом с использованием искусственной нейронной сети для дифференцированной диагностики состояний в виде сопоставления с паттернами (шаблонами) состояний и их изменениями. По результатам проведенных на измерительном стенде исследований также определяются допустимые границы динамических физиологических показателей для каждого пользователя, исходя из которых осуществляется контроль выполнения тренировочного алгоритма, дополнительно могут быть определены восстановительные границы интервалов для каждого пользователя после нагрузок.
Измерение динамических физиологических показателей в течение всего тренировочного процесса может быть осуществлено с помощью носимого устройства с функциями пульсоксиметрии и датчика ЧСС. Дополнительно, в течение тренировочного процесса может осуществляться анализ состояния кардио-системы с помощью нательного кардио-датчика.
Цель тренировочного алгоритма или полного тренировочного процесса задается по следующим направлениям: наращивание мышечной массы тела, жиросжигание, функциональный и реабилитационный режимы, или режимы специального назначения такие, как режимы при различных заболеваниях, например, диабет или другие заболевания обмена веществ и эндокринной системы, или режимы подготовки профессиональных спортсменов.
Автоматическая остановка работы тренировочного оборудования может осуществляться посредством команды, поступающей от носимого устройства при превышении пороговых значений показателей с предварительным уведомлением пользователя об этом. Уведомление пользователя может быть осуществлено любым известным из уровня техники способом, например, с помощью звукового или вибросигнала или всплывающего уведомления на носимом устройстве.
Сущность системы для осуществления способа организации тренировочного процесса.
Система организации тренировочного процесса содержит измерительный стенд с диагностическими модулями измерения статических физиологических показателей пользователя, модуль управления системой с возможностью хранения и обработки информации, по меньшей мере одно носимое устройство, содержащее модуль измерения динамических физиологических показателей пользователя, а также тренировочное оборудование. В отличие от ближайшего аналога, тренировочное оборудование снабжено модулями синхронизации данных и идентификации пользователя, при этом носимое устройство содержит модули анализа периодически измеренных динамических показателей пользователя, синхронизации с модулем управления системой, тренировочным оборудованием и измерительным стендом, управления тренировочным оборудованием и уведомления пользователя о необходимости вернуться к измерительному стенду, или перейти к выполнению следующей задачи тренировочного алгоритма, в том числе на следующем тренажере, или прекратить выполнение тренировочного алгоритма, при этом тренировочное оборудование представляет собой кардио и/или силовой тренажер.
Модуль управления системой с возможностью хранения и обработки информации обеспечивает сбор данных с носимого устройства, тренировочного оборудования и их обработку для составления тренировочного алгоритма, а также корректировки тренировочного алгоритма по результатам анализа динамических физиологических показателей пользователя, измеренных посредством носимого устройства. Модуль управления системой содержит программное обеспечение, объединяющее все элементы в единую систему, а также базу данных, которая содержит информацию о пользователе. Доступ к информации о пользователе в базе данных предоставляется посредством измерительного стенда, носимого устройства, приложения на мобильном устройстве или тренировочном оборудовании. Размещение базы данных данных может осуществляться на сервере в локальной сети или в облачном хранилище.
Измерительный стенд представляет собой единую интеграционную инженерную аналитическую платформу. Под интеграционной аналитической инженерной платформой подразумевается программное обеспечение, позволяющее через единый интерфейс связывать между собой различные платформы и приложения, в частности различные диагностические модули с самостоятельным программным обеспечением. Измерительный стенд может включать в себя следующие диагностические модули: модуль капнографии, пульсоксиметр, неинвазивный глюкометр, спирометр, модуль ЭКГ по одному отведению (метод вариабельности сердечного ритма); модуль оценки активности регуляторных систем организма по точке МС-7, модуль анализа данных о биохимическом составе крови, модуль измерения водно-жирового баланса, массы и роста тела, модуль анализа опорно двигательного аппарата с использованием технологии машинного зрения и любые другие диагностические модули, обеспечивающие возможность объективной оценки состояния пользователя для составления тренировочного алгоритма или полного тренировочного процесса.
Носимое устройство может быть представлено любым известным аксессуаром или несколькими аксессуарами, располагаемыми на теле пользователя и обеспечивающим обмен данными с сетью интернет и другими устройствами, например, умные часы, фитнес-браслет или нательный датчик. Модуль измерения динамических показателей пользователя носимого устройства может содержать любые известные из уровня техники датчики, например, датчик ЧСС и пульсоксиметрии. Модуль анализа позволяет носимому устройству автоматически собирать, хранить и обрабатывать данные измерений динамических физиологических параметров пользователя. Модуль синхронизации обеспечивает возможность идентификации пользователя на тренировочном оборудовании и измерительном стенде посредством любой известной из уровня техники технологии беспроводного соединения, например, bluetooth или NFC, а также обеспечивает передачу и получение данных из базы данных модуля управления системой посредством локальной или мобильной сети. Модуль управления тренировочным оборудованием обеспечивает возможность передачи на тренировочное оборудование команды о его остановке при превышении пороговых значений динамических физиологических показателей. Модуль уведомления пользователя позволяет автоматически формировать на основе анализа проведенных измерений динамических показателей физиологических пользователя и передавать пользователю рекомендации о необходимости остановки выполнения тренировочного алгоритма и возвращения пользователя на измерительный стенд для проведения дополнительных измерений, или перехода к выполнению следующего этапа тренировочного алгоритма, в том числе на следующем тренажере. Уведомления могут быть осуществлены любым известным из уровня техники способом, например, с помощью звуковых сигналов или всплывающих уведомлений. Дополнительно, модуль синхронизации может носимого устройства может обеспечивать синхронизацию с мобильным приложением для подключения дополнительных возможностей, например, измерения и анализа показателей сна, формирования диетологических рекомендаций и контроля их соблюдения, контроля повседневной активности и т.д.
Тренировочное оборудование может быть представлено единичным тренажером или комплексом тренажеров, составленным в зависимости от сложности и цели тренировочного алгоритма, при этом это могут быть любые известные из уровня техники кардио- и/или силовые тренажеры, совокупно подобранные для выполнения определенного тренировочного алгоритма. Модуль синхронизации данных обеспечивает передачу и получение данных пользователя из базы данных модуля управления системой посредством локальной или мобильной сети. Модуль идентификации пользователя тренировочного оборудования может быть выполнен любым известным из уровня техники способом, например, в виде цифрового дисплея для ввода пользовательских данных или модуля NFC автоматической синхронизации посредством беспроводного соединения с носимым устройством. Тренажеры могут иметь автоматические настройки под анатомические особенности пользователя с учетом эргономических норм и биомеханики, автоматические настройки уровня нагрузки, автоматическое прекращение работы. Дополнительно тренировочное оборудование может иметь модуль автоматического уведомления пользователя о последующем прерывании тренировочного алгоритма. Дополнительно тренировочное оборудование может быть представлено любым неавтоматизированным спортивным оборудованием, в этом случае исключается процесс идентификации пользователя на тренажере.
Комплекс тренажеров может быть выполнен с возможностью объединения между собой в локальную сеть, что обеспечивает возможность централизованно отслеживать процесс тренировок пользователей, а также эффективно перераспределять пользователей в соответствии с их программами в случае повышенной загрузки при использовании системы в спортивном учреждении.
Дополнительно, система может включать в себя мобильное приложение, синхронизированное с данными пользователя в базе данных модуля управления системой, для подключения дополнительных возможностей, например, измерения и анализа показателей сна, формирования и контроля соблюдения диетологических рекомендаций, контроля повседневной активности и т.д. Доступ к мобильному приложению может осуществляться посредством планшета или смартфона.
Таким образом, заявляемые способ и система характеризуются новыми, ранее неизвестными из доступных источников информации существенными признаками. Использование вышеописанных технических решений обеспечивает повышение эффективности управления тренировочным процессом в режиме реального времени, то есть в соответствии с изменением функциональных характеристик пользователя в течение всего тренировочного процесса, что в свою очередь обеспечивает максимально достоверный прогнозируемый результат для пользователя. При этом заявляемые изобретения обеспечивают повышение безопасности тренировочного процесса за счет автоматизации одновременно нескольких функций системы для осуществления предложенного способа, при этом обеспечивается повышение вовлеченности пользователя в тренировочный процесс, что также положительно влияет на результат. Это позволяет решить проблему по организации тренировочного процесса без участия медицинского работника или тренера за счет выполнения носимого устройств с возможностью автоматического формирования рекомендаций для пользователя о последовательности выполнения задач тренировочного алгоритма и последующей автоматической корректировки тренировочного процесса и работы тренировочного оборудования в предложенной системе. Таким образом, пользователь получает полную информацию о тренировках и своем состоянии в статистических трендах и в режиме реального времени. Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает его соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемые способ и система отвечают требованию «единство изобретения», поскольку именно такое выполнение системы обеспечивает осуществление данного способа. Заявленные технические решения направлены на достижение одного и того же технического результата по повышению эффективности и безопасности тренировочного процесса.
Заявляемая группа изобретений поясняется следующими чертежами.
Рис. 1 - функциональная схема.
Система организации тренировочного процесса содержит измерительный стенд 1 с диагностическими модулями измерения статических физиологических показателей пользователя, модуль управления системой 2 с базой данных 3, смарт-часы 4, содержащие модуль измерения динамических физиологических показателей пользователя, нательный кардио-датчик 5, смартфон с мобильным приложением 6, а также кардио и силовые тренажеры 7, объединенные в локальную сеть. Каждый из тренажеров 7 снабжен модулем NFC для идентификации пользователя (не показано на чертежах) и модулем уведомления пользователя о прерывании тренировочного алгоритма, при этом смарт-часы 4 содержат модули анализа периодически измеренных динамических показателей пользователя, синхронизации с модулем управления системой 2 с базой данных 3, кардио и силовыми тренажерами 7 и измерительным стендом 1, управления тренажерами 7 и уведомления пользователя о необходимости вернуться к измерительному стенду 1, или перейти к выполнению следующей задачи тренировочного алгоритма, в том числе на следующем тренажере 7, или прекратить выполнение тренировочного алгоритма.
Принцип действия заявляемой группы изобретений заключается в следующем.
Пользователь создает кабинет 8 посредством смартфона с мобильным приложением 6, после чего проходит идентификацию на измерительном стенде 1 посредством ввода данных. Пользователь проходит исследование на измерительном стенде 1 и опрос для уточнения особенностей здоровья, измерительный стенд 1 передаёт полученные данные о пользователе в базу данных 3 модуля управления системой 2, который обрабатывает информацию и сохраняет данные пользователя. Пользователь выбирает цель тренинга, после чего модуль управления системой 2 формирует в пользовательском кабинете программу полного тренировочного процесса и передает ее в базу данных 3, откуда информация передается на тренажеры 7 и отображается в смартфоне с мобильным приложением 6. Смарт-часы 4 и нательный кардиодатчик 5 подключаются к смартфону для синхронизации данных. Пользователь проходит идентификацию на тренажере 7 посредством смарт-часов 4 и модуля идентификации пользователя на тренажере 7 (не показано на чертежах), управляющий сигнал через NFC-модуль запускает на тренажере 7 необходимую программу и пользователь приступает к выполнению тренировки в рамках программы или возобновляет тренировку по ранее созданной программе. Пользователь получает при необходимости информацию на смарт-часы 4 о выполненном задании и необходимости выполнения следующего, направляя его к следующему тренажёру 7, либо к измерительному стенду 1. Во вовремя тренировочного процесса нательный кардио-датчик 5 и смарт-часы 4 контролируют деятельность сердца, в случае значительного превышения пороговых значений кардио-показателей смарт-часы 4 передают команду об остановке работы на тренажер 7. В этом случае тренажёр 7 сначала выполняет звуковой сигнал для привлечения внимания, как пользователя так и ответственного за безопасность в тренажёрном зале лица, после сигнала происходит отключение работы тренажера 7. После завершения тренировочного алгоритма данные о состоянии физиологических динамических показателей пользователя передаются в базу данных 3 модуля управления системой 2, пользователь проходит исследование на измерительном стенде 1, после чего в случае необходимости происходит корректировка полного тренировочного процесса исходя из физиологических показателей пользователя.