專利名稱：身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種便攜式用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的理論認(rèn)為，安靜時(shí)的心臟就像一個(gè)節(jié)拍器，持續(xù)發(fā)出規(guī)則、恒定的節(jié)奏。然而，事實(shí)并非如此。心臟不是按照一個(gè)恒定的節(jié)奏跳動(dòng)，即使是在安靜的狀態(tài)下心律也非常不規(guī)則，連續(xù)心跳之間的時(shí)差是一個(gè)變化的數(shù)值。這種逐次心率的自然變化就叫做心率變異性(HRV)。正常的心率變異是由于自主神經(jīng)系統(tǒng)兩個(gè)分支(交感神經(jīng)與副交感神經(jīng))的協(xié)同作用——控制身體內(nèi)部眾多神經(jīng)系統(tǒng)的功能。交感神經(jīng)使心率加速，而副交感神經(jīng)使心率減速。交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同作用維護(hù)心血管活動(dòng)以便對(duì)外部和內(nèi)部的變化做出合適的反應(yīng)。因此，對(duì)HRV的分析是研究自主神經(jīng)系統(tǒng)功能和平衡的一個(gè)動(dòng)態(tài)窗口。HRV作為生理彈性和行為靈活性的標(biāo)志，它能反映人們有效適應(yīng)壓力和環(huán)境要求的能力。情緒壓力(包括諸如憤怒、失望、憂慮)可使得心律模式不規(guī)則、不穩(wěn)定，即HRV 曲線不平滑、波峰參差不齊。從生理學(xué)的角度來看，這說明自主神經(jīng)系統(tǒng)的兩個(gè)分支發(fā)出的信號(hào)不同步。而積極的情緒(如欣賞、喜悅)會(huì)使得心律模式變得高度有序，看起來就像一個(gè)光滑和諧的正弦波。研究表明，當(dāng)HRV曲線平滑如正弦波的生理系統(tǒng)更加有效、情緒更加穩(wěn)定，并且思路清晰、認(rèn)知功能提高。簡單地說，人的身體和大腦運(yùn)作地更好，感覺也更加良好，并且工作績效也會(huì)提高。此時(shí)稱為生理上的放松狀態(tài)。由于呼吸模式會(huì)影響心律模式，因此通過緩緩地以特定周期呼吸就可以使心律進(jìn)入放松模式。按照這個(gè)節(jié)奏呼吸可以使身體脫離壓力情緒進(jìn)入放松狀態(tài)。但是，這種由認(rèn)知引起的呼吸還需要精神的付出，對(duì)于很多人而言，要維持這樣的呼吸并不容易。當(dāng)前緩解壓力的訓(xùn)練設(shè)備多通過在PC機(jī)基礎(chǔ)上安裝軟件實(shí)現(xiàn)，人體信號(hào)采集需通過外接導(dǎo)聯(lián)線或外接傳感器實(shí)現(xiàn)，設(shè)備體積大，操作較復(fù)雜，適用范圍和場合有很大的局限性。目前的用于身心放松、緩解壓力的設(shè)備還存在以下缺點(diǎn)
1)僅用于呼吸引導(dǎo)，無法及時(shí)顯示當(dāng)前放松狀態(tài)；
2)只能按照設(shè)定頻率引導(dǎo)用戶呼吸，無自動(dòng)調(diào)整功能；
3)沒有評(píng)估整個(gè)訓(xùn)練過程訓(xùn)練效果功能；
4)與PC機(jī)相連，體積大、笨重，不便于家庭或個(gè)人使用。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，提供了一種能夠用于多種場合，且使用方便、快捷的訓(xùn)練身心放松的裝置。本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的裝置克服了上述缺點(diǎn)，在呼吸引導(dǎo)同時(shí)，及時(shí)評(píng)估當(dāng)前訓(xùn)練狀態(tài)并顯示，訓(xùn)練過程中，評(píng)估用戶呼吸率，并依據(jù)用戶呼吸率自動(dòng)調(diào)整呼吸引導(dǎo)速度，訓(xùn)練完成對(duì)整個(gè)訓(xùn)練過程的訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，并將結(jié)果反饋給用戶； 并且本裝置采用一體化設(shè)計(jì)，體積小，操作簡單、快捷，可隨時(shí)隨地完成自我放松訓(xùn)練。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下 一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，包括
獲取裝置，用于從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)； 與所述獲取裝置連接的數(shù)據(jù)處理裝置，用于將所述脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信
號(hào)；
與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接的微處理器，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)處理得到歸一化的HRV曲線，并將歸一化的HRV曲線進(jìn)行傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析，得出包含用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型；
與微處理器連接的顯示屏，用于顯示相應(yīng)的用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述生成的呼吸引導(dǎo)模型，顯示相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述經(jīng)微處理器處理得到的用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)還包括平均心率、脈搏強(qiáng)度和心率變異性曲線。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述微處理器包括
HRV曲線獲取模塊，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理，得到相鄰兩次心跳的間期(RR間期)，對(duì)RR間期進(jìn)行重采樣和歸一化處理，得出歸一化的HRV曲線.
一入 ，
放松程度評(píng)估模塊，用于根據(jù)HRV曲線獲取模塊歸一化處理后的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換，得出功率譜，根據(jù)功率譜分析用戶放松狀態(tài)；
呼吸率反饋控制模塊，用于根據(jù)用戶呼吸率調(diào)整引導(dǎo)用戶呼吸的呼吸引導(dǎo)模型； 訓(xùn)練得分評(píng)估模塊，用于根據(jù)放松狀態(tài)占整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的比例評(píng)估訓(xùn)練得分。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述放松程度評(píng)估模塊還包括
數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)歸一化的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換得到功率譜，并得出功率譜的峰值及除峰值外的累加和；
狀態(tài)分析單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元得出的功率譜峰值與累加和的比值與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷用戶放松狀態(tài)，并將用戶放松狀態(tài)定義為三種高度放松狀態(tài)、中度放松狀態(tài)、及未放松狀態(tài)，分別通過不同的標(biāo)識(shí)顯示。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述呼吸率反饋控制模塊還包括 呼吸率測試單元，用于根據(jù)HRV曲線測試用戶的呼吸率；
呼吸引導(dǎo)單元，用于將用戶的呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率比較來調(diào)整呼吸引導(dǎo)模型并給出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述呼吸引導(dǎo)單元采用肺圖標(biāo)的填充與排空引導(dǎo)用戶呼吸，或者通過呼吸提示音引導(dǎo)用戶呼吸。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述訓(xùn)練評(píng)估單元還包括時(shí)間處理單元，用于測量用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間。計(jì)算得分單元，用于根據(jù)時(shí)間處理單元測量的用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間計(jì)算用戶的訓(xùn)練得分。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述裝置為手指夾持裝置。所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其中，所述裝置的供電電源為電池，并集成在該裝置上。一種呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，其中，包括步驟
從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)，并將該脈搏數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置；
數(shù)據(jù)處理裝置將接收的脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)，并傳送給微處理器進(jìn)行處
理；
微處理器將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理得到歸一化的HRV 曲線，并將歸一化的HRV曲線進(jìn)行傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析， 得出包含用戶放松狀態(tài)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型，并通過顯示屏顯示呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫及用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)；
其中，所述微處理器將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型的步驟具體還包括
當(dāng)HRV曲線較穩(wěn)定，可測出呼吸率時(shí)，則進(jìn)行呼吸率調(diào)整，具體的調(diào)整為若用戶呼吸率大于10rpm(次/分鐘)，則設(shè)置呼吸引導(dǎo)速度為用戶實(shí)際呼吸率減2，每30秒檢測一次 HRV曲線，若檢測到HRV曲線較穩(wěn)定，且用戶呼吸率大于10 rpm，則重復(fù)調(diào)整一次；若用戶呼吸率不大于IOrpm，則不做自動(dòng)調(diào)整；每一個(gè)呼吸引導(dǎo)周期占空比為1: 1 (呼氣吸氣)， 即若呼吸引導(dǎo)速度為6 rpm，每個(gè)周期為10秒，則吸氣為5秒，呼氣為5秒；用戶還可以通過設(shè)置訓(xùn)練難度(高、中、低)，來調(diào)整呼吸引導(dǎo)速度，訓(xùn)練難度越高，呼吸引導(dǎo)速度越慢；反之訓(xùn)練難度越低，呼吸引導(dǎo)速度越快；
所述呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫通過用肺圖標(biāo)的填充與排空顯示呼吸引導(dǎo)的狀態(tài)。本發(fā)明所提供的一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，通過無創(chuàng)手指感應(yīng)電極測得用戶的心跳，通過分析用戶心跳信息數(shù)據(jù)，監(jiān)測生理變化(心率變異性HRV，脈搏波形)和放松狀態(tài)變化，同時(shí)通過對(duì)HRV曲線的處理得到呼吸率，并根據(jù)該呼吸率顯示出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫輔助用戶呼吸訓(xùn)練，通過動(dòng)畫引導(dǎo)呼吸，并引導(dǎo)用戶集中精神，主動(dòng)積極地調(diào)整情緒，平衡自主神經(jīng)系統(tǒng)，提高身心健康水平，幫助用戶達(dá)到全身高度放松狀態(tài)，并且其結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，大大為用戶提供了方便。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的微處理器的功能原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的放松程度評(píng)估模塊的功能原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的呼吸率反饋控制模塊的功能原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的訓(xùn)練得分評(píng)估模塊的功能原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方法流程圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的心跳搏動(dòng)形成的脈沖曲線圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明結(jié)合使用呼吸引導(dǎo)技術(shù)和生物反饋技術(shù)，通過無創(chuàng)手指感應(yīng)電極測得用戶的心跳，通過分析用戶心跳信息，監(jiān)測生理變化(心率變異性HRV =Heart Rate Variability，脈搏強(qiáng)度、心率)和放松狀態(tài)變化，解讀心臟、大腦、自主神經(jīng)系統(tǒng)之間的活動(dòng)協(xié)調(diào)性。同時(shí)通過動(dòng)畫引導(dǎo)呼吸，并引導(dǎo)用戶集中精神，主動(dòng)積極地調(diào)整情緒，平衡自主神經(jīng)系統(tǒng)，提高身心健康水平，幫助用戶達(dá)到全身高度放松狀態(tài)。本發(fā)明技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案描述如下(步驟參考附圖6)。本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種便攜式用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置通過光電傳感器經(jīng)由手指檢測人體脈搏信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理后，在彩色顯示屏上同時(shí)顯示平均心率、 用戶當(dāng)前放松狀態(tài)、脈搏強(qiáng)度、心率變異性曲線(HRV曲線)及呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。訓(xùn)練結(jié)束后， 訓(xùn)練效果評(píng)估采用餅狀統(tǒng)計(jì)圖，并為訓(xùn)練打分。訓(xùn)練裝置采用一體化設(shè)計(jì)，使得測量、顯示、 供電等都集成在手指夾持裝置上，訓(xùn)練裝置采用電池供電。優(yōu)選地，本發(fā)明提供的便攜式用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置的一個(gè)較佳實(shí)施例如圖1所示，包括獲取模塊10、數(shù)據(jù)處理裝置20、微處理器30和顯示屏40，還包括操作該裝置的相應(yīng)按鍵50，其中獲取模塊10用于從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)；與所述獲取裝置10連接的數(shù)據(jù)處理裝置20，用于將所述脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)；與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接的微處理器30，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)處理得到HRV曲線，并將經(jīng)歸一化處理的HRV曲線進(jìn)行傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析，得出包含用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型；所述經(jīng)微處理器處理得到的用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)還包括平均心率、脈搏強(qiáng)度和心率變異性(HRV )曲線。所述裝置還包括與微處理器30連接的顯示屏40，用于顯示經(jīng)微處理器30處理得到的放松狀態(tài)數(shù)據(jù)如平均心率、脈搏強(qiáng)度、用戶放松狀態(tài)、HRV曲線及呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫；與微處理器30相連的按鍵50用于供輸入操作指令使用。在該實(shí)施例中，所述微處理器30還包括HRV曲線獲取模塊31、放松程度評(píng)估模塊 32、呼吸率反饋控制模塊33、訓(xùn)練得分評(píng)估模塊34，如圖2所示。其中，HRV曲線獲取模塊31，用于將數(shù)據(jù)處理裝置20處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理，得到相鄰兩次心跳的間期(RR間期)，對(duì)RR間期進(jìn)行重采樣和歸一化處理，得出歸一化的HRV曲線。放松程度評(píng)估模塊32，用于根據(jù)HRV曲線獲取模塊31歸一化處理后的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換，得出功率譜，根據(jù)功率譜分析用戶放松狀態(tài)。呼吸率反饋控制模塊33，用于根據(jù)用戶呼吸率調(diào)整引導(dǎo)用戶呼吸的呼吸引導(dǎo)模型，引導(dǎo)速度。訓(xùn)練得分評(píng)估模塊34，用于根據(jù)放松狀態(tài)占整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的比例評(píng)估訓(xùn)練得分。
進(jìn)一步地，如圖3所示，本實(shí)施例的放松程度評(píng)估模塊32還包括
數(shù)據(jù)處理單元321，用于對(duì)歸一化的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換得到功率譜，并得出功率譜峰值及除峰值外累加和；
狀態(tài)分析單元322，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元321得出的峰值與累加和的比值與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，判斷用戶放松狀態(tài)，并將用戶放松狀態(tài)定義為三種高度放松狀態(tài)、中度放松狀態(tài)、及未放松狀態(tài)，分別通過不同的標(biāo)識(shí)顯示。例如將高度放松狀態(tài)、中度放松狀態(tài)、及未放松狀態(tài)各自占的百分比通過不同的顏色在同一圓形圖表顯示，以顯示各種狀態(tài)的比例。進(jìn)一步地，如圖4所示，本實(shí)施例的所述呼吸率反饋控制模塊33還包括 呼吸率測試單元331，用于根據(jù)HRV曲線測試用戶的呼吸率；
呼吸引導(dǎo)單元332，用于根據(jù)用戶的呼吸率調(diào)整呼吸引導(dǎo)的模型并給出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。進(jìn)一步地，如圖5所示，本實(shí)施例的所述訓(xùn)練評(píng)估模塊34還包括 時(shí)間處理單元341，用于測量用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間。計(jì)算得分單元342，用于根據(jù)時(shí)間處理單元測量的用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間計(jì)算用戶的訓(xùn)練得分。針對(duì)上述微處理器裝置，其具體工作原理，如圖6所示，具體是
(-)、本實(shí)施例的裝置中，HRV曲線獲取模塊31獲取HRV曲線方法為通過光電傳感器經(jīng)由手指檢測人體脈搏信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理后，可得人體脈搏容積波形，每次心跳搏動(dòng) (脈搏搏動(dòng))均會(huì)形成一個(gè)脈沖(參考附圖7中脈沖。檢測到心跳搏動(dòng)(步驟1) 后，記錄相鄰兩次心跳的時(shí)間間隔(步驟2)，即RR間期(單位為毫秒ms)；由每次心跳的 RR (相鄰兩次心跳的時(shí)間間隔)間期組成的序列，經(jīng)重新采樣(例如采樣率為4Hz)后，即可得HRV曲線。為使HRV曲線可用于功率譜分析，需做歸一化處理(步驟3)，即首先平均連續(xù)30秒的RR間期，得RRavg (相鄰兩次心跳的時(shí)間間隔的平均值)，然后將HRV重采樣后的 HRV數(shù)據(jù)減去RRavg，即得歸一化的HRV (心率變異性)曲線(步驟4)，此處理可去除HRV的直流分量，使得基線漂移判斷更準(zhǔn)確。(二)、本實(shí)施例的裝置中，放松程度評(píng)估模塊32評(píng)估用戶放松程度采用方法⑴根據(jù)所得到的HRV (心率變異性)曲線，判斷用戶是否進(jìn)入放松狀態(tài)因訓(xùn)練中每5秒鐘進(jìn)行一次放松程度評(píng)估，判斷計(jì)時(shí)(步驟5)，若計(jì)時(shí)到5秒鐘，則開始狀態(tài)評(píng)估；首先對(duì)經(jīng)歸一化的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換(FFT)(步驟6)，再取其幅值平方、并除以序列長度(步驟 7)，即得功率譜(PSD Power Spectrum Distribution)(步驟 8)。PSD是一種概率統(tǒng)計(jì)方法，是對(duì)隨機(jī)變量均方值的量度。一般用于隨機(jī)振動(dòng)分析， 連續(xù)瞬態(tài)響應(yīng)只能通過概率分布函數(shù)進(jìn)行描述，即出現(xiàn)某水平響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的概。其定義是單位頻帶內(nèi)的“功率”(均方值)，PSD是結(jié)構(gòu)在隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷激勵(lì)下響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，是一條功率譜密度值一頻率值的關(guān)系曲線，其中功率譜密度可以是位移功率譜密度、速度功率譜密度、加速度功率譜密度、力功率譜密度等形式。數(shù)學(xué)上，功率譜密度值一頻率值的關(guān)系曲線下的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值。在本實(shí)施例中通過對(duì)HRV數(shù)據(jù)功率譜的分析，能夠很好的對(duì)用戶的放松狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而估算用戶的呼吸率，建立適用于用戶的呼吸引導(dǎo)模型。本實(shí)施例中所選HRV序列長度為64秒。分析HRV曲線的功率譜(PSD)，同時(shí)滿足 ①(步驟9，10)通過其功率譜得出峰值(Peak)，峰值(Peak)對(duì)應(yīng)頻率在0. 04、. 4 Hz (對(duì)應(yīng)呼吸率314 rpm (次/分鐘))之間；②(步驟11)0 Hz的PSD (功率譜)值小于一定值， 此時(shí)HRV曲線無漂移；③(步驟12 16)峰值(Peak)與0. 04、. 4 Hz之間除峰值外總的 PSD (PSDsum-Peak)的比值(r=Peak/(PSDsum-Peak))要大于一定值，此時(shí)判斷HRV曲線較穩(wěn)定，計(jì)算呼吸率(步驟18) =RR = 60 * Peak;否則，則認(rèn)為HRV曲線不穩(wěn)定，用戶為未放松狀態(tài)。⑵確定用戶放松程度若HRV曲線較穩(wěn)定，則將計(jì)算出的用戶實(shí)際呼吸頻率與設(shè)定引導(dǎo)速度進(jìn)行比較，若差值大于一定值，判斷用戶為未放松狀態(tài)；否則，繼續(xù)分析HRV曲線PSD，設(shè)定兩個(gè)閾值(Th，Tm,分別為高度放松和中度放松判斷閾值，步驟15)與HRV曲線穩(wěn)定性判斷中計(jì)算出的比值r比較，若r ^ Th，則為高度放松狀態(tài)(步驟17)；若r ^ Tm 且r < Th，則為中度放松狀態(tài)(步驟16)；若r < Tm，則為未放松狀態(tài)。曰、本實(shí)施例中，呼吸率反饋控制模塊33引導(dǎo)呼吸率的評(píng)估算法是經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，呼吸引導(dǎo)速度調(diào)整范圍在5 10次/分鐘(rpm)之間，即可滿足大多數(shù)用戶深呼吸要求。 若用戶感覺跟隨默認(rèn)呼吸引導(dǎo)速度較困難，可按照自己感覺較舒服的呼吸率進(jìn)行深呼吸， 當(dāng)用戶HRV較穩(wěn)定，可測出呼吸率時(shí)(完成步驟18)，則進(jìn)行呼吸率調(diào)整，具體調(diào)整方案為
1)、若用戶呼吸率大于10rpm,則設(shè)置呼吸引導(dǎo)速度為用戶實(shí)際呼吸率減2，每30秒檢測一次HRV曲線，若較穩(wěn)定，且用戶呼吸率大于10 rpm，則重復(fù)調(diào)整一次，直到引導(dǎo)呼吸率調(diào)整至5 10 rpm之間；
2)、若用戶呼吸率不大于lOrpm，則不做自動(dòng)調(diào)整；
3)、用戶還可以通過設(shè)置訓(xùn)練難度，來調(diào)整呼吸引導(dǎo)速度，訓(xùn)練難度越高，呼吸引導(dǎo)速度越慢；反之訓(xùn)練難度越低，呼吸引導(dǎo)速度越快。3)、每一個(gè)呼吸引導(dǎo)周期占空比為1: 1(呼氣吸氣)，即若呼吸引導(dǎo)速度為6 rpm,每個(gè)周期為10秒，則吸氣為5秒，呼氣為5秒。訓(xùn)練裝置中，采用動(dòng)畫式引導(dǎo)用戶呼吸依據(jù)設(shè)定的(或調(diào)整的)呼吸率控制單元 332，用肺圖標(biāo)的填充與排空引導(dǎo)用戶呼吸。當(dāng)肺圖標(biāo)逐漸填充時(shí)，吸氣；當(dāng)肺圖標(biāo)逐漸排空時(shí)，呼氣。同時(shí)如果打開呼吸提示音開關(guān)，可以通過聲音引導(dǎo)用戶呼吸。(四)、在該實(shí)施例裝置中，訓(xùn)練得分評(píng)估模塊34評(píng)估訓(xùn)練得分的方法為訓(xùn)練結(jié)束后，依據(jù)三種放松狀態(tài)占整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的比例評(píng)估本次訓(xùn)練得分，具體方法為 Effort Index =100*(PerH * 4 + PerM *3 + PerL * 0)/4。其中PerH、PerM, PerL分別對(duì)應(yīng)高度放松狀態(tài)、中度放松狀態(tài)、低度放松狀態(tài)(未放松狀態(tài))占整個(gè)時(shí)間百分比，PerH + PerM + PerL = 1 ；Effort Index代表訓(xùn)練得分，取值為0 100，分?jǐn)?shù)越高，代表本次訓(xùn)練效果越好。本評(píng)分方法遵循獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，當(dāng)高度放松狀態(tài)所占比例超過70%時(shí)，得分為100。這樣可以使用戶根據(jù)該訓(xùn)練得分評(píng)估模塊給出的訓(xùn)練得分很直觀的掌握訓(xùn)練的效果，并指導(dǎo)下一步的訓(xùn)練。該實(shí)施例通過心率變異性反饋和呼吸引導(dǎo)訓(xùn)練誘導(dǎo)用戶凝神定氣(集中注意力并深呼吸)，使其漸漸進(jìn)入平穩(wěn)、安靜的生理狀態(tài)(放松狀態(tài))，達(dá)到類似于冥想或打坐的效果，從而幫助用戶達(dá)到身心放松和舒坦愉悅的境界。由上可見，本發(fā)明通過無創(chuàng)手指感應(yīng)電極測得用戶的心跳，通過分析用戶心跳信息數(shù)據(jù)，監(jiān)測生理變化(心率變異性HRV，脈搏強(qiáng)度，心率)和放松狀態(tài)變化，同時(shí)通過對(duì) HRV數(shù)據(jù)的處理得到呼吸率，并根據(jù)該呼吸率調(diào)整呼吸引導(dǎo)模型，并顯示出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫輔助用戶呼吸訓(xùn)練，并引導(dǎo)用戶集中精神，主動(dòng)積極地調(diào)整情緒，平衡自主神經(jīng)系統(tǒng)，提高身心健康水平，幫助用戶達(dá)到全身高度放松狀態(tài)，并且其結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，大大為用戶提供了方便。基于上述實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，主要包括以下步驟
從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)，并將該脈搏數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置；
數(shù)據(jù)處理裝置將接收的脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)，并傳送給微處理器進(jìn)行處
理；
微處理器將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理得到HRV曲線，并將經(jīng)歸一化處理的HRV曲線進(jìn)行快速傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析，得出包含用戶放松狀態(tài)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型，并通過顯示屏顯示呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫；具體如上所述。其中，所述微處理器將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型的步驟具體還包括
當(dāng)HRV曲線較穩(wěn)定，可測出呼吸率時(shí)，則進(jìn)行呼吸率調(diào)整，具體的調(diào)整為若用戶呼吸率大于lOrpm，則設(shè)置呼吸引導(dǎo)速度為用戶實(shí)際呼吸率減2，每30秒檢測一次HRV曲線，若檢測到HRV曲線較穩(wěn)定，且用戶呼吸率大于10 rpm，則重復(fù)調(diào)整一次；若用戶呼吸率不大于 IOrpm，則不做自動(dòng)調(diào)整；每一個(gè)呼吸引導(dǎo)周期占空比為1: 1 (呼氣吸氣)，即若呼吸引導(dǎo)速度為6 rpm,每個(gè)周期為10秒，則吸氣為5秒，呼氣為5秒；
所述呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫通過用肺圖標(biāo)的填充與排空顯示呼吸引導(dǎo)的狀態(tài)。綜上所示，本發(fā)明所提供的一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸數(shù)據(jù)顯示處理方法，通過一體化設(shè)計(jì)，將測量、顯示和供電等都集成在該手指夾持裝置上，通過采用動(dòng)畫設(shè)計(jì)引導(dǎo)呼吸，并采用彩色顯示，畫面清晰美觀；通過評(píng)估用戶呼吸率，自動(dòng)調(diào)整引導(dǎo)呼吸頻率，避免用戶多次設(shè)置呼吸引導(dǎo)頻率帶來的麻煩；本裝置還可及時(shí)評(píng)估當(dāng)前放松程度， 并通過顯示反饋給用戶。而且可在訓(xùn)練結(jié)束自動(dòng)對(duì)本次訓(xùn)練作狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，并評(píng)估本次訓(xùn)練效果(訓(xùn)練得分)。本裝置設(shè)計(jì)輕巧，便于攜帶，操作簡單、快捷，這些特點(diǎn)使得本裝置適合于多種場合的日常放松訓(xùn)練。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，包括獲取裝置，用于從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)； 與所述獲取裝置連接的數(shù)據(jù)處理裝置，用于將所述脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)；與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接的微處理器，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)處理得到歸一化的HRV曲線，并將歸一化的HRV曲線進(jìn)行傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析，得出包含用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型；與微處理器連接的顯示屏，用于顯示相應(yīng)的用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述生成的呼吸引導(dǎo)模型，顯示相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述經(jīng)微處理器處理得到的用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)還包括平均心率、脈搏強(qiáng)度和心率變異性曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述微處理器包括HRV曲線獲取模塊，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理，得到相鄰兩次心跳的間期，對(duì)相鄰兩次心跳的間期進(jìn)行重采樣和歸一化處理，得出歸一化的HRV 曲線；放松程度評(píng)估模塊，用于根據(jù)HRV曲線獲取模塊歸一化處理后的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換，得出功率譜，根據(jù)功率譜分析用戶放松狀態(tài)；呼吸率反饋控制模塊，用于根據(jù)用戶呼吸率調(diào)整引導(dǎo)用戶呼吸的呼吸引導(dǎo)模型； 訓(xùn)練得分評(píng)估模塊，用于根據(jù)放松狀態(tài)占整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的比例評(píng)估訓(xùn)練得分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述放松程度評(píng)估模塊還包括數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)歸一化的HRV數(shù)據(jù)做快速傅里葉變換得到功率譜，并得出功率譜的峰值及除峰值外的累加和；狀態(tài)分析單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元得出的功率譜峰值與累加和的比值與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷用戶放松狀態(tài)，并將用戶放松狀態(tài)定義為三種高度放松狀態(tài)、中度放松狀態(tài)、及未放松狀態(tài)，分別通過不同的標(biāo)識(shí)顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述呼吸率反饋控制模塊還包括呼吸率測試單元，用于根據(jù)HRV曲線測試用戶的呼吸率；呼吸引導(dǎo)單元，用于將用戶的呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率比較來調(diào)整呼吸引導(dǎo)模型并給出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述呼吸引導(dǎo)單元采用肺圖標(biāo)的填充與排空引導(dǎo)用戶呼吸，或者通過呼吸提示音引導(dǎo)用戶呼吸。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述訓(xùn)練評(píng)估單元還包括時(shí)間處理單元，用于測量用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間；計(jì)算得分單元，用于根據(jù)時(shí)間處理單元測量的用戶各個(gè)放松狀態(tài)的時(shí)間計(jì)算用戶的訓(xùn)練得分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述裝置為手指夾持裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置，其特征在于，所述裝置的供電電源為電池。
10.一種呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，其特征在于，包括步驟從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)，并將該脈搏數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置；數(shù)據(jù)處理裝置將接收的脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)，并傳送給微處理器進(jìn)行處理；微處理器將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理得到歸一化的HRV 曲線，并將歸一化的HRV曲線進(jìn)行傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析， 得出包含用戶放松狀態(tài)和呼吸率，并將該呼吸率與一標(biāo)準(zhǔn)的呼吸率進(jìn)行比較判斷生成相應(yīng)的呼吸引導(dǎo)模型，并通過顯示屏顯示呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫及用戶放松狀態(tài)數(shù)據(jù)； 所述呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫通過用肺圖標(biāo)的填充與排空顯示呼吸引導(dǎo)的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于身心放松訓(xùn)練的輔助裝置及呼吸引導(dǎo)模型顯示處理方法，所述裝置包括獲取裝置，用于從已經(jīng)采集人體脈搏信號(hào)的光電傳感器上獲取相應(yīng)的脈搏數(shù)據(jù)；與所述獲取裝置連接的數(shù)據(jù)處理裝置，用于將所述脈搏數(shù)據(jù)處理為脈搏容積波形信號(hào)；與所述數(shù)據(jù)處理裝置連接的微處理器，用于將數(shù)據(jù)處理裝置處理得到的脈搏容積波形信號(hào)進(jìn)行處理，得到歸一化的心率變異性(HRV)曲線，并進(jìn)行快速傅里葉變換得到其功率譜分布，通過對(duì)該功率譜的分析，得出包含用戶放松狀態(tài)和呼吸率，并根據(jù)該呼吸率顯示出呼吸引導(dǎo)動(dòng)畫輔助用戶放松訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束，評(píng)估并顯示訓(xùn)練效果 (訓(xùn)練得分)，并且結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便。
文檔編號(hào)A61M21/02GK102488501SQ201110365569
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者劉建斌, 劉雪峰, 張洲, 趙紀(jì)偉 申請(qǐng)人:深圳市科瑞康實(shí)業(yè)有限公司