一种腹式呼吸训练系统

技术领域

本发明涉及生物反馈训练领域，具体涉及一种腹式呼吸训练系统。

背景技术

生物反馈作为一种辅助心理治疗的物理方法，借助先进的电子仪器以视觉或听觉的方式呈现采集的生物学信息，进而使人们得以了解自身的机能状态。随着现代康复医学的发展,呼吸训练得到了广泛的认可,认为这一训练不仅可以增强胸廓的活动,协调各种呼吸肌的功能,还可以增加肺活量和吸氧量,胸腹式呼吸训练对脑出血患者的肺容量、肺通气量以及运动心肺指标的恢复均有良好的作用。腹式呼吸是让胸腔内的横膈膜上下移动的呼吸方式，腹式呼吸不仅可以让我们的肺部进行完全的新陈代谢，排出易停滞在肺底部的二氧化碳，还可以解决胸式呼吸由于吸气量少以及吸气幅度浅，肺内累积沉积的二氧化碳过多导致的容易头晕，胸闷，乏力，紧张，心跳过快，甚至焦虑的问题，使自主神经、交感神经、副交感神经达到一种比较好的平衡，起到降低心率、降低血压、降低血糖以及很好的解压作用。

现有的腹式呼吸训练仅仅从规范呼吸行为角度出发，提醒并校正腹部呼吸动作的规范性，达到标准呼吸目的。比如监测系统通过监测流量计内的气体流量计算得出使用者呼吸过程中胸腔的变化幅度，当胸腔的收缩扩张幅度超过规定的范围值时，提醒使用者腹式呼吸动作并不标准，而对于呼吸所引起的其它生理参数的变化比如心率过快等问题，并未进行权衡考虑，致使腹式呼吸训练运动带来的训练效果有限，应用场景窄。

发明内容

本发明的目的在于解决现有腹式呼吸训练的监测存在单一性的问题，未结合其它相关生理参数的变化制定有效的腹式呼吸模式，进而影响腹式呼吸训练的有效性，本发明提供了一种腹式呼吸训练系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种腹式呼吸训练系统，所述系统包括腹带设备和智能终端，所述腹带设备包括腹式呼吸运动监测传感器、生理参数传感器、通讯模块和中枢控制器；所述腹式呼吸运动监测传感器上设有弹性腹带，用于固定于用户腹部并采集呼吸时的腹部运动信号；所述生理参数传感器用于同步采集用户的生理参数信号；所采集的腹部运动信号和生理参数信号经所述中枢控制器处理后，通过所述通讯模块同步传输至所述智能终端，并在所述智能终端上实时显示腹部运动信息和生理参数信号。

进一步地，所述系统还包括与所述智能终端连接的声音控制模块，所述智能终端将所采集到的生理参数信号与标准生理参数信号比对，并产生声音信号，经所述声音控制模块传输至用户，指导用户调整腹式呼吸参数至最佳自主神经状态。

所述声音控制模块为蓝牙无线耳机、有线耳机和扬声器中的一种。

所述生理参数传感器为血氧脉搏波PPG传感器，用于采集用户的血氧和/或心率HR、HRV相关指标。

所述血氧脉搏波PPG传感器通过耳夹或指夹形式采集用户的PPG信号。

所述智能终端为智能手机或Ipad，其上设有APP数据处理模块，用于分析腹部运动信号获得腹部运动的轨迹信号，以及分析检测血氧、心跳间隙时间数据、心率HR和HRV相关指标，并实时显示在所述智能终端上。

所述腹式呼吸运动监测传感器为拉力传感器、位移传感器和多维重力传感器中的一种，用于采集呼吸时腹部的升降幅度、频次、位移轨迹信号。

所述通讯模块为蓝牙、无线wifi和有线typeC中的一种。

本发明技术方案，具有如下优点：

A.本发明集成腹式呼吸运动监测传感器、生理参数传感器、通讯模块、中枢控制器与智能终端，通过对用户的腹部运动状态及生理参数信号进行同步监测，实时将采集信号反馈至智能终端上呈现，根据智能终端上所显示的呼吸曲线，直观指导用户进行腹式呼吸时的时长与深度训练，通过生物反馈调整腹式呼吸参数，获得最佳的自主神经调节效果，更有利于用户身体状态的调整与恢复。

B.本发明集呼吸生物反馈和血氧、心率变异性RMSSD生物反馈于一体，通过腹式呼吸运动监测传感器采集传输来的腹部运动信号，通过血氧脉搏波PPG传感器采集用户PPG信号，并在在智能终端进行同步处理显示，根据智能终端上的APP数据处理模块对采集数据的分析，智能终端通过声音控制模块发送声音信号到用户耳朵，用户结合图形、声音指导可以进行多种腹部呼吸训练，以视听结合的方式及时正向反馈用户的呼吸参数、心率及HRV，用户在科学练习腹式呼吸的同时可以随时监测呼吸训练对自主神经的影响，通过自我调整腹式呼吸深度和时长来获得最佳的自主神经调节效果，进而达到减缓压力、助眠目的。

C.本发明所提供的系统还可以用于患者在治疗期间的呼吸训练，进行心率及HRV等参数调整的康复性训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的系统结构组成示意图；

图2是本发明所提供的系统原理示意图；

图3是对所采集到的信号进行处理后在智能终端上显示I；

图4是对所采集到的信号进行处理后在智能终端上显示II。

图中标识如下：

1-腹式呼吸运动监测传感器，11-弹性腹带；2-中枢控制器；

3-通讯模块；4-智能终端；5-生理参数传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种腹式呼吸训练系统，包括腹带智能终端4、腹式呼吸运动监测传感器1、生理参数传感器5、通讯模块3和中枢控制器2；腹式呼吸运动监测传感器上设有弹性腹带11，用于固定于用户腹部并采集呼吸时的腹部运动信号；生理参数传感器用于采集用户的生理参数信号；同步采集的腹部运动信号和生理参数信号经中枢控制器处理后，通过通讯模块传输至智能终端，并在智能终端上实时显示腹部运动信息和生理参数。即，本发明通过中枢控制器对所采集到的信号进行及时处理，在智能终端上及时动态图形化显示呼吸运动曲线，让用户及时看到腹式呼吸的深度以及时长，指导用户呼吸达到有效呼吸深度。生理参数传感器优选采用血氧脉搏波PPG传感器，在进行腹式呼吸训练时，记录使用者的血氧信号和/或心率及HRV(心率变异性)信号，可以监测呼吸训练对自主神经的影响，在呼吸训练过程中通过调整呼吸使用户心率和HRV信号处于正常范围内，由于此系统便于携带，不受时间和地点限制，非常适合于患者治疗期间或康复后的呼吸训练。

本发明在智能终端显示呼吸运动曲线、心率和HRV信号变化的同时，还可以在系统中设置与智能终端相连接的声音控制模块，智能终端将所采集到的生理参数信号与标准生理参数信号比对，并产生用于指导调整的声音信号，经声音控制模块传输至用户耳朵中，用户通过观看智能终端所呈现出的曲线走势，指导用户调整腹式呼吸参数至最佳自主神经状态。本发明结合观看显示曲线图形和声音指导，可以进行多种呼吸训练，以视听结合的方式及时正向反馈用户的呼吸参数、血氧、心率及HRV，用户在科学练习腹式呼吸的同时可以随时监测呼吸训练对自主神经的影响，通过自我调整腹式呼吸深度和时长来获得最佳的自主神经调节效果，进而达到减缓压力、助眠目的。

当然，本发明不限于上述传感器，还可以在系统中增设检测血压、脑电波等其他生理指标传感器，采集呼吸训练过程中各生理参数的变化，结合各生理参数及用户身体基础信息设定腹式呼吸训练模式，通过生理反馈达到有效呼吸训练目的。

其中的智能终端优选为智能手机或Ipad，其上设有APP数据处理模块，用于分析腹部运动信号获得腹部运动的轨迹信号，以及分析检测血氧、心跳间隙时间数据、心率HR和HRV相关指标，并实时显示在智能终端上。这里的APP数据处理模块负责处理相关数据、分析、计算、统计等，在APP数据处理模块中内嵌有运行程序，对采集来的呼吸信号、血氧、心率及HRV等信号进行同步分析。

本发明所采用的腹式呼吸运动监测传感器可以为拉力传感器、位移传感器和多维重力传感器中的一种，用于采集用户呼吸时腹部的升降幅度、频次、位移轨迹信号。所采用的脉搏波PPG传感模块为通过耳夹或指夹形式采集用户的PPG信号；声音控制模块为蓝牙无线耳机、有线耳机和扬声器中的一种；通讯模块为蓝牙、无线wifi和有线typeC中的一种。

上述各传感器、智能手机等均为现有技术。

本系统在智能终端的APP功能为接收腹式呼吸运动监测传感器进行信号处理，分析传感信号，获得呼吸时腹部运动的轨迹信号，包括腹部鼓起和下降时的幅度以及时长、呼吸频率等信息并呈现在智能终端上。智能终端APP获取生理参数传感器的信号，进行分析检测心跳间隙时间数据，进行心率和HRV等相关生理指标计算，并实时显示在终能终端屏幕上，供用户查看；同时智能终端APP根据监测情况，发生声音信号到声音控制模块，用户可以听到，智能终端具有将获得的数据进行存储、回顾、统计、显示等功能。

本发明所提供的系统集呼吸生物反馈和心率变异性生物反馈于一体，具有科学指导多种有效腹式呼吸练习的方法，通过及时动态图形化显示呼吸运动曲线和生理指标参数，让用户及时看到腹式呼吸的深度、时长的同时了解呼吸运动对生理参数的影响，从而达到有效呼吸深度。通过图形、声音的指导可以进行多种呼吸训练，或者根据用户情况进行循序渐进的腹式呼吸训练，使用者及时获知调整结果，形成正向生物反馈。

同时，本发明具有高效科学指导腹式呼吸训练的作用，具有广泛的应用场景，包括提高肺活量、降低血压、减压放松、促进睡眠等功效。

腹式呼吸训练实例：

如图3所示，用户年龄：28岁，呼吸总时长15min，在前5分钟为自然呼吸，后10分钟为腹式呼吸训练；

腹式呼吸训练的模式为：呼吸频次为6次/分钟，等比呼吸，即吸气6秒，呼气6秒，时长10分钟。

上图为呼吸曲线显示，前5分钟，自然呼吸时腹部起伏浅而短，后10分钟，腹部起伏高而长，同时监测和分析即时心率及短时60S HRV(心率变异性)指标RMSSD。

RMSSD可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。

图4是在图3的基础上增加了对用户血氧含量的监测，对于肺功能不好的用户，可以参考智能终端显示的血氧变化曲线，对腹式呼吸训练进行反馈调整，改善人体血氧。

结果显示，在腹式呼吸训练时，心率变化较自然呼吸时更有规律和节奏，HRV指标RMSSD在腹式呼吸训练时较自然呼吸时明显增加，RMSSD为“连续正常R-R间期的均方根差”，RMSSD主要反映副交感神经活动对心率的影响，RMSSD较低表示迷走神经对心脏的控制明显减少，增加则表明副交感神经活动增强。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。