一種心率變異性生物反饋康復(fù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于生物反饋康復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種穿戴式自主神經(jīng)調(diào)控狀態(tài)監(jiān)測和生物反饋康復(fù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自主神經(jīng)系統(tǒng)有其自主運行的節(jié)律。它控制著人們的心肺系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)三大系統(tǒng)活動的運行與協(xié)調(diào)。如果自主神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生功能失調(diào)，則容易導(dǎo)致相關(guān)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能失衡。中國傳統(tǒng)的坐禪、氣功、打太極等，也都想通過自我調(diào)節(jié)，達(dá)到內(nèi)在的平衡，改善人體三大系統(tǒng)的運行狀態(tài)。雖然這已經(jīng)被證明是行之有效的養(yǎng)生方法，但是，坐禪、氣功和打太極所達(dá)到的內(nèi)在平衡狀態(tài)，無從客觀評價；各人各自努力，其方向是否正確、方法是否有效，也只能見仁見智，“修行在個人” 了。
[0003]自主神經(jīng)調(diào)控著人們的心肺系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)三大系統(tǒng)。從系統(tǒng)辨識的角度出發(fā)，我們可以從這三大系統(tǒng)的運行狀態(tài)來推斷自主神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)。在這三個系統(tǒng)中，心肺系統(tǒng)有其獨特的運行規(guī)律。其運行節(jié)律易于測量，呼吸節(jié)律可以控制。這就為我們治療和預(yù)防心血管疾病提供了一個思路:既然自主神經(jīng)主導(dǎo)著心肺系統(tǒng)的活動，通過監(jiān)測和評估心肺系統(tǒng)的節(jié)律可以推斷自主神經(jīng)調(diào)控狀態(tài)，那么我們可以通過調(diào)節(jié)呼吸，把自主神經(jīng)的調(diào)控節(jié)律往規(guī)律的方向上引導(dǎo)，從而從根本上改善和治療因自主神經(jīng)失調(diào)所引起的心肺疾病和其它相關(guān)病。
[0004]據(jù)中國心血管疾病中心發(fā)布的《2012中國心血管病報告》，我國心血管病患者人數(shù)2.9億，每10秒就有I人死于心血管病。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，心血管疾病和自主神經(jīng)系統(tǒng)(Autonomic Nervous System, ANS)功能失調(diào)和異常有關(guān)。自主神經(jīng)心血管系統(tǒng)的調(diào)控保證了心臟輸出和血液循環(huán)，以及代謝的最佳狀態(tài)。心臟和血管分布的交感神經(jīng)是激勵性的，它的活動使血管收縮、心率增加、心臟收縮增強。反之，副交感神經(jīng)是抑制性的，它的活動導(dǎo)致心率降低和心臟收縮變緩。交感神經(jīng)必須充分激勵以便應(yīng)對緊急事件。當(dāng)神經(jīng)緊張血壓升高時，副交感神經(jīng)應(yīng)該活動起來，使心臟平靜。這種一張一弛，形成了心血管系統(tǒng)的平衡。如果交感和副交感神經(jīng)的平衡被打破，交感神經(jīng)持續(xù)活躍，而副交感神經(jīng)處于抑制狀態(tài)，心血管系統(tǒng)則處于嚴(yán)重失調(diào)的病態(tài)，住院率和死亡率上升。
[0005]心率變異性(Heart Rate Variability，HRV)是指連續(xù)心搏間瞬時心率的漲落，是一項定量評價心臟自主神經(jīng)調(diào)控功能的無創(chuàng)性檢測手段。當(dāng)心房沒有有效地收縮時會導(dǎo)致血液瘀滯和凝聚，臨床上經(jīng)常用HRV作為腦卒中和冠心病等高致死率心腦血管病的早起預(yù)警指標(biāo)。相當(dāng)多的研究證明，心率變異性與冠心病等疾病有緊密聯(lián)系。研究表明，產(chǎn)生心率波動的因素包括腦的神經(jīng)活動、呼吸活動以及由壓力、化學(xué)感受器傳入的心血管反向活動等，這些因素最終通過交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)出來。因此，HRV信號中包含了大量與心血管調(diào)節(jié)作用有關(guān)的信息，對這些信息的提取和分析可以定量評估心臟交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)活動的均衡性、緊張性，評估兩者對心血管系統(tǒng)的影響。
[0006]物反饋的研究，既有理論意義又有實用價值:它打破了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為植物性神經(jīng)系統(tǒng)所支配的器官不能進(jìn)行學(xué)習(xí)、不能隨意控制的限制，開辟了 “內(nèi)臟學(xué)習(xí)”的新領(lǐng)域；它綜合了心理學(xué)、生理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代電子學(xué)等諸多學(xué)科，突破了傳統(tǒng)治療學(xué)的局限。它最大的特點就是針對性強，在心身疾病的致病原因的層次上進(jìn)行治療。此外，生物反饋以其無損傷、無痛苦、無藥物副作用的特點而廣受關(guān)注，成為治療許多疾病提供了新的手段和方法。HRV生物反饋1975年由俄國Vaschillo創(chuàng)立，后由美國Lehrer教授在美國和歐洲發(fā)揚光大。美國NIH、加拿大多倫多大學(xué)、意大利Pavia大學(xué)、日本帝京大學(xué)、我國中山大學(xué)等的研究都證明，心率變異性生物反饋能對哮喘、高血壓、心衰、冠心病、病人情緒低落等有明顯療效，對競技心理壓力，有緩解和提高成績的效果。
[0007]但是，自主神經(jīng)系統(tǒng)有其復(fù)雜性和不可控制性。從系統(tǒng)科學(xué)的角度來說，自主神經(jīng)系統(tǒng)對心肺系統(tǒng)的控制是一個典型的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。如何從系統(tǒng)的測量參數(shù)中估計自主神經(jīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和節(jié)律，如何引導(dǎo)自主神經(jīng)系統(tǒng)由失調(diào)和無規(guī)轉(zhuǎn)向有規(guī)和協(xié)調(diào)，這是具有挑戰(zhàn)性的課題。
[0008]現(xiàn)有呼吸訓(xùn)練儀由心電和呼吸波計算呼吸性竇性心律不齊定量表達(dá)值，連同心率、血壓、血氧飽和度作為反饋參數(shù)，以視覺或聽覺方式顯示給受訓(xùn)者，使馬上知道呼吸模式是否正確。然而，其給出的竇性心律不齊定量表達(dá)值并不十分有效?，F(xiàn)有技術(shù)的方法和設(shè)備，使用分析心率變異度的頻譜分布來確定人體生物系統(tǒng)節(jié)律狀態(tài)，或通過實時測量呼吸性竇性心律不齊來評估人的壓力，并幫助緩解壓力。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)都沒有系統(tǒng)地給出評估自主神經(jīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和節(jié)律的度量或指標(biāo)，也沒有給出如何引導(dǎo)自主神經(jīng)系統(tǒng)由失調(diào)和無規(guī)轉(zhuǎn)向有規(guī)和和諧的方法和步驟。
【實用新型內(nèi)容】
[0009](一)要解決的問題
[0010]現(xiàn)有心率變異性生物反饋技術(shù)都沒有系統(tǒng)地給出評估自主神經(jīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和節(jié)律的度量或指標(biāo)，也沒有給出如何引導(dǎo)自主神經(jīng)系統(tǒng)由失調(diào)和無規(guī)轉(zhuǎn)向有規(guī)和和諧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了使心率變異性生物反饋技術(shù)更好地為人類健康服務(wù)，本實用新型的目的是提供一種心率變異性生物反饋裝置。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為達(dá)成所述目的，本實用新型提供一種心率變異性生物反饋康復(fù)裝置包括:穿戴式數(shù)據(jù)采集單元為可穿戴部件、處理顯示通信單元和電源管理單元組成手持式部件，其中:穿戴式數(shù)據(jù)采集單元具有用電輸入端、信號采集端和信號輸出端，用于采集并輸出放大、濾波、去除干擾后的單導(dǎo)聯(lián)心電信號、光電血管容積圖信號、呼吸信號、以及血壓和血氧飽和度信號；處理存儲通信單元具有用電輸入端、數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)輸出端，處理存儲通信單元的數(shù)據(jù)采集端與穿戴式數(shù)據(jù)采集單元的信號輸出端連接，用于處理、存儲放大、濾波、去除干擾后的單導(dǎo)聯(lián)心電信號、光電血管容積圖信號、呼吸信號、以及血壓和血氧飽和度信號，提取瞬時心率和呼吸信號，并由處理存儲通信單元的數(shù)據(jù)輸出端輸出自主神經(jīng)心肺系統(tǒng)調(diào)控狀態(tài)的和諧度度量，將和諧度度量以圖形、語音和音樂的方式反饋給受訓(xùn)者，引導(dǎo)受訓(xùn)者放松心緒；同時尋找最佳呼吸頻率，以動畫方式引導(dǎo)受訓(xùn)者進(jìn)行慢呼吸，以便進(jìn)入自主神經(jīng)心肺系統(tǒng)調(diào)控和諧狀態(tài)；電源管理單元的供電輸出端分別與穿戴式數(shù)據(jù)采集單元的用電輸入端、處理顯示通信單元的用電輸入端連接，用于為穿戴式數(shù)據(jù)采集單元、處理顯示通信單元提供穩(wěn)定電源。
[0013](三)有益效果
[0014]本實用新型心率變異性生物反饋康復(fù)裝置的特點是:
[0015]本實用新型實時采集受訓(xùn)者的心率和呼吸信號，分析和計算其自主神經(jīng)心肺系統(tǒng)調(diào)控狀態(tài)度量，引導(dǎo)受訓(xùn)者調(diào)節(jié)心緒和呼吸，進(jìn)入和諧狀態(tài)。心率變異性生物反饋康復(fù)能有效地調(diào)節(jié)自主神經(jīng)調(diào)控狀態(tài)，降低心肺系統(tǒng)危險系數(shù)；能有效緩解競技心理壓力，提高成績。因此，本實用新型對于人們的保健、提高生活質(zhì)量具有重要意義。
[0016]I)實時監(jiān)測心電信號或光電血管容積圖信號、呼吸信號，以及血壓等相關(guān)信號，從心率變異和呼吸兩種信號提取自主神經(jīng)心肺系統(tǒng)調(diào)控狀態(tài)和諧度度量。
[0017]2)以圖形、語言和音樂等多媒體方式，引導(dǎo)受訓(xùn)者調(diào)節(jié)心緒和呼吸，并將自主神經(jīng)心肺系統(tǒng)調(diào)控狀態(tài)和諧度度量以圖形和數(shù)字方式，反饋給受訓(xùn)者，指引受訓(xùn)者向正確的方向調(diào)控。
[0018]3)存儲和分析受訓(xùn)者的心肺系統(tǒng)數(shù)據(jù)、節(jié)律和和諧度度量，并以系統(tǒng)智能的方法，尋找個性化的心肺系統(tǒng)調(diào)控最佳和諧點，以及規(guī)劃達(dá)到最佳和諧點的最優(yōu)途徑。
[0019]心率變異性生物反饋康復(fù)裝置包括:穿戴式微型傳感器數(shù)據(jù)采集單元，同步實時采集心電信號或光電血管容積圖信號、呼吸信號、血壓信號、血氧飽和度信號，通過有線或無線方式，送到處理顯示通信單元。處理顯示通信單元從心電信號或光電血管容積圖信號中提取R波位置，獲得RR間期序列；預(yù)處理呼吸信號，或從心電信號、加速度信號、光電血管容積圖信號中提取呼吸信號；從RR間期序列和呼吸信號計算自主神經(jīng)心肺調(diào)控狀態(tài)和諧度度量。根據(jù)這些度量，一方面用圖形的方式，引導(dǎo)受訓(xùn)者的呼吸節(jié)奏，另一方面，使用語音、音樂、和諧度度量的數(shù)值和圖形表示的反饋，來調(diào)整受訓(xùn)者的心緒和呼吸方式，使之接近或達(dá)到和諧狀態(tài)。同時，也利用受訓(xùn)者的歷史數(shù)據(jù)，尋找個性化的最佳呼吸頻率等