专利名称：智能心理身心反馈训练装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物反馈训练系统，特别涉及一种配有三维 实时动画画面与声效、画面声效与人身心状态紧密互动的智能心理身 心反馈训练装置。
背景技术：
著名美国心理学家、生物反馈学说的创始人米勒(Miller NE)， 于1967年提出的内脏学习理论——"生物反馈"。生物反馈训练，是 在行为疗法的基础上发展起来的一种新型心理治疗技术方法。它利用 现代生理科学仪器，通过人体内生理信息的自身反馈，使受训者经过 特殊训练后，进行有意识的"意念"控制和心理训练，从而达到调节 身心平衡、防病治病的目的。
将生物反馈和松弛反应训练相结合，可以使人更快、更有效地 通过训练学会使用松弛反应来对抗，并消除一般的心理、情绪应激症. 状。
生物反馈训练是一个学习的过程，在这个过程中，受训者是学 习的主体，他对自己训练的快慢、效果负责，而系统设备会根据受训 者成功或正确的行为反应给予一定的强化和鼓励，并反馈给受训者， 起到辅助受训者、强化受训者动机的作用。正是因为这样的一个主动 与反馈的良好结合，使得生物反馈训练无痛苦、无副作用，并且非常 有效的帮助人控制自己的生理过程。最后，受训者学会了一套控制自 我、调节身心平衡的方法，这样在日常生活工作中，就能得心应手地 处理所遇到的各种事件，达到了训练的目的，也真正反应了生物反馈 训练在调节身心平衡、防病治病等方面所具有非常高的实用价值。
3生物反馈仪使用电子设备进行监视人的内部生理学上的状态和 给予反馈帮助使用者学习去如何控制这些状态，去激活、平衡、释放 和从中进行恢复。在通常情况下，会有一个教练，他会指导整个过程， 对结果进行解释，并提出建议。生物反馈系统一般会给予使用者是否 继续进度的信息。同时，如果你有使用困难，你可以从系统中的指导 者那得到帮助，以改变你的状态。
生物反馈仪通过测量人体的生理指标作为基础的输入数据。人心 脏的电生理活动在很久以前人们就知道并且逐渐掌握了记录及分析
的方法一心电图(ECG)。特别是随着现代医疗科技的不断进步，动态心 电图(Holter)的应用为人们提供了长程监测的手段。就在这种发展过 程中，我们注意观察到一些有意义的现象，即心跳每搏之间的时间 (P-P，实际上都使用R-R间期，因R-R间期易测量)间期不一致，但其 中蕴含着一定的生理信息。这种心跳间期有节律的波动被称作心率变 异性(Heart Rate Variability, HRV) 。 1965年Hon和Lee首先发现 胎儿不适时,最先反映出来的是其R-R间期变异。Sayers等(1973)研 究了精神负荷对RR间期变异的作用。Ewing等(1976)和李之源等 (1983)对糖尿病患者测试RR间期差异以检测自主神经受损情况。. 1977年Wolf等首先发现了 HRV降低与心梗死亡高危性有联系。1981 年Akselrod等使用功率谱分析方法来定量评价逐跳之间的心血管控 制情况。80年代初HRV主要用于劳动工效学中对体力负荷和精神负 荷的评价研究。到80年代末HRV开始在临床医学上受到重视，并被认 为是急性心梗死亡预后的有效和独立的指标。90年代以来，国内有较 多心脏植物神经活性评定方法的报道。
另一方面，随着性价比更高的高性能图形显示芯片的出现，三维 图像技术的应用范围被进一步大大扩展了。虚拟现实实验室环境、虚 拟制造设计中心、军事拟真培训等传统领域，采用了大型的图形显示 计算系统，创造出一系列展现与交互应用。随着人们对听视觉体验要求的日益提高，生物反馈仪上应用三维图像技术是必然的发展趋势。
实用新型内容
本实用新型的技术问题是要提供一种交互式参与，使受训练者在 虚拟的想象空间中学会控制自我身心的智能心理身心反馈训练装置。 为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种智能心理身心
反馈训练装置，该装置设置一微处理器MCU， 一指夹式脉搏传感器， 一台PC机， 一台大屏幕显示屏和一个头戴式液晶显示器，指夹式脉 搏传感器置于受训练者手指上，受训练者戴上液晶显示器，微处理器 MCU采集受训练者的脉搏信息，经处理后调用PC机内存中的三维动 画图景画面，显示于受训练者头戴的液晶显示器或者大屏幕显示屏 上，同时播出立体音响与受训练者沟通。
所述播放的图景画面和立体音响，与受训练者的适时心态变化相 适应。
所述微处理器MCU分析处理受训练者脉搏信息调用与受训练者 心态相适应的图景画面和立体音响，设有使受训练者身心放松的音 乐、激励用语、评价语，图景画面随受训练者心态的放松或紧张，播 出轻松的画面或严肃紧张的画面。
受训练者处于一个安静的环境，坐于一安乐椅上。
本实用新型利用电子传感器获取受试者的生物信号，准确测定神 经一肌肉和自主神经系统的正常和异常活动状况，并把这些信息转化 为计算机可识别的电子信号，控制系统中的三维动画情境。当受训练 者按照系统提供的指导画面和语音进行自我训练时，就能实时地了解 自己当前的心理状态，立即感知到训练的效果。以这种亲身参与、实 时地调节的方式，让受训练者学会控制自我，平衡自我身心的目的
本实用新型的优越功效在于 1) 交互式参与本实用新型基于实时三维动画技术，提供了参与者"活"的情景与场景，让使用者以交互式参与的方式控制场 景的景物，来学会平衡身体心理的机能；
2) 沉浸性体验本实用新型所带来的全新听视觉体验，用户通过 配备大屏幕的屏幕或配戴立体影院眼镜，可以完全沉浸在系统 创造的虚拟环境中。这种临境的体验感是全所未有的震撼；
3) 想象性感觉本实用新型通过智能的传感器精确捕获人的生物 信号，通过三维动画画面贴切地表现使用者的状态，从真正意 义上实现了 "身心随动"，使受训练者在虚拟的想象空间中逐步 学会控制自我身心。
图1为本实用新型反馈训练流程图2为本实用新型装置的设置图3为本实用新型的原理电路图； 图中标号说明
1—头戴式液晶显示器； 2—头戴式液晶显示器的连接线； 3—指夹式脉搏传感器； 4—脉搏传感器的连接线；
5—PC机； 6—大屏幕显示屏；
7—椅。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本实用新型作进一步地描述。
如图1和图2所示，本实用新型提供了一种智能心理身心反 馈训练装置，该装置设置一微处理器MCU， 一指夹式脉搏传感器3， 一台PC机5， 一台大屏幕显示屏6和一个头戴式液晶显示器1，指夹 式脉搏传感器3置于受训练者手指上，受训练者戴上液晶显示器1， 微处理器MCU采集受训练者的脉搏信息，经处理后调用PC机内存中的三维动画图景画面，显示于受训练者头戴的液晶显示器1或者大屏
幕显示屏6上，同时播出立体音响与受训练者沟通。
所述播放的图景画面和立体音响，与受训练者的适时心态变化相 适应。
所述微处理器MCU分析处理受训练者脉搏信息调用与受训练者 心态相适应的图景画面和立体音响，设有使受训练者身心放松的音 乐、激励用语、评价语，图景画面随受训练者心态的放松或紧张，播 出轻松的画面或严肃紧张的画面。
受训练者处于一个安静的环境，坐于一安乐椅7上。
指夹式脉搏传感器3分为传感器硬件部分、传感器数字电路部分 与PC机通讯接口部分。
传感器硬件部分的主要构成是一块压电陶瓷片及简易的指夹式 机械装置，压电陶瓷片位于指夹式机械装置的下部。使用者将一手指 (通常是中指或食指)放在指夹式机械装置中，然后夹住，并正好按住 压电陶瓷片。压电陶瓷片将捕获脉搏的信号，以电位信号的形式将脉 搏信号传输到传感器电路。
传感器电路为模拟电器与数字电路的结合。模拟电路包含整流、. 放大、模数转换等电器元件，将传感器硬件部分捕获的脉搏电位信号 转为数字信号。数字电路部分主要为一单片机，以一定的频率对脉搏 数字信号进行采样，并且通过接口与上位机(PC机)进行通讯。
指夹式脉搏传感器3电路中的数字电路部分主要由一片单片机 构成，单片机具有以串口通讯与上位机(PC机)进行通讯的能力，两 者间只需要连接一根串口线。此外，还可以通过将串口接口进行转换 成USB接口的形式与上位机进行通讯，该种方式的实现，需要一根串 口线和USB转换线。
本实用新型的PC机5使用脉搏传感器的连接线4通过串口或USB 接口与指夹式脉搏传感器3进行连接。此外，它还通过视频信号分频器连接工作站液晶显示器、大屏幕液晶显示器(电视机)，或通过头
戴式液晶显示器的连接线2连接头戴式液晶显示器1，并连接立体声 音响设备，
本实用新型主要由下面几部分工作
a) 智能控制组件由输入设备管理器、生物信号处理模块、消 息处理中枢构成。由输入设备管理器主要进行键盘、鼠标等常用计算 机输入设备的管理和捕获相关输入信号。生物信号处理模块主要处理 指夹式脉搏传感器的信号并进行分析转换，它通过读取串口或USB接 口传输来的脉搏信号。将进行相关的运算，实时计算出与人本体身心 状态有意义相关的指标，如脉搏跳动数、HRV (心率变异率)等指标。 这些指标的计算结果，将作为智能心理身心反馈训练系统实时反映给 使用者，以供进行有效反馈评价的依据。消息处理中枢，它负责系统 整个消息的收集转发协调，这些消息包括输入设备的消息、生物信号 处理模块发出的消息及系统内部消息；
b) 三维视觉组件由用户界面模块、虚拟三维实体模块、背景
交互视频模块等构成。用户界面模块主要为图形的用户界面，它提供 用户与系统交互的界面，由窗口、按钮、下拉框等常用的软件控件组 成。虚拟三维实体模块，主要控制三维的场景与场景中的三维物体。 三维场景、物体的运动与变化是实时进行的，与使用者使用本系统的 进程及当前身心状态有密切的关系。背景交互视频模块主要控制在三 维场景中音、视频的播放，主要控制播放系统的提示语音、教学引导
视频等；
c) 模型运行组件由核心运行模块驱动，集成地图/场景驱动模 块、交互行为驱动模块、情节驱动模块等。核心运行模块驱动控制整 体的软件运行进度，它协调整个软件的各个模块的功能。集成地图/ 场景驱动模块可以集中的装载三维训练场景。交互行为驱动模块，主 要依据生物信号处理模块处理得出的指标控制三维场景的变化。情节
8驱动模块可以以情节进度的方式控制身心训练的过程。
本实用新型显示输出的实现工作站PC机5通过视频信号分频 器联接工作站液晶显示器、大屏幕液晶显示器(电视机)或头戴式液 晶显示器l等显示设备，输出的画面将显示在其上。视频信号的联接
方式有很多种，常用的有VGA信号联接，S端子信号联接及HDMI信 号联接，具体的联接方式决定于计算机显卡的信号输出支持能力。
本实用新型音效输出的实现工作站PC机5通过声卡上的音频 输出接口联接立体声音响设备，系统的输出音效将通过其进行输出。
多通道信号集线器的实现(团体训练使用)当本实用新型用于团
体训练时，将配置多通道信号集线器，各个受训练者佩戴的指夹式脉
搏传感器3通过信号集合线，连接到多通道信号集线器，多通道信号 集线器内部为模拟电路与数字电路的集成，模拟电路部分实现信号的 滤波、放大和模数转换，数字电路进行信号的集成与编码，并通过串 口或USB接口的方式，将处理好的信号传输到工作站PC机5。
如图3所示，脉搏传感器3电路的主要功能是把传感器采集到的 脉搏模拟信号进行放大，然后经过MCU进行模数转换处理，通过USB 口以一定的波特率发送到PC端口。脉搏传感器电路主要包括模拟信. 号放大模块、MCU模块、串口通讯模块、电源模块。模拟信号放大部 分使用了 2块TLC 27L2C芯片，将微弱的脉搏传感器信号(20mV左右) 进行放大到2V左右。MCU模块使用了PIC 16F690芯片，前端与模拟 信号放大模块相接并以一定的频率对信号进行采集，同时通过变换电 阻值分压可以实现不同的信号放大级别和设置信号值的基准线;其后 端与CP2102相连接，CP2102芯片将TTL电平进行转换，与PC端口 使用USB接口进行联接。此外，CP2102芯片外围还使用了 1117S稳 压电源提供3. 3V的电压。
本实用新型的工作过程是 1)准备启动阶段受训练者躺靠在躺椅上，保持平静，将指夹式脉搏传感器3夹在右手或左手的中指上，指夹式脉搏传感器3 随着手指腾空着。工作人员启动本实用新型；
2) 数据采集阶段受训练者躺靠在躺椅上，在系统语音的提示下， 看着系统的大屏幕显示屏6的画面进行身心的放松。本实用新 型的自动开启对受训练者的基础生物数据的采集，在经过20秒 左右之后，可以基本测定出受训练者的每秒心跳脉搏数，心率 变异率等数据；
3) 项目训练阶段受训练者在系统语音的提示下进行身心反馈训 练的单个训练项目。在每个训练项目前，会出现语音、文字的 说明，指导受训练者该如何学会放松。随后，受训练者进行放 松。不同的训练项目，会有不同的训练场景。以"玫瑰花开" 训练项目为例，当受训练者进行放松训练时，屏幕上会出现一 朵刚开始紧闭的玫瑰花及相当的背景画面。当受训练者进行放 松时，通过对受训练者每秒心跳脉搏数、心率变异率变化规律 的测定，相对受训练者放松时玫瑰花会逐渐开放，当受训练者 心情紧张时，玫瑰花会慢慢紧闭，由此通过玫瑰花开合的情况 可以显式的表现出受训练者当前的状态。其它训练项目也是相 同的逻辑和原理，因此画面与受训练者的身心放松状态达到随 动的效果；
4) 训练评估阶段受训练者在单个训练项目训练结束后，系统会 显示出受训练者完成训练项目各种信息与数据结果，这包括项 目训练的进度，平均每秒心跳脉搏数，平均心率变异率等等。
权利要求1、一种智能心理身心反馈训练装置，其特征在于该装置设置一微处理器MCU，一指夹式脉搏传感器，一台PC机，一台大屏幕显示屏和一个头戴式液晶显示器，指夹式脉搏传感器置于受训练者手指上，受训练者戴上液晶显示器，微处理器MCU采集受训练者的脉搏信息，经处理后调用PC机内存中的三维动画图景画面，显示于受训练者头戴的液晶显示器或者大屏幕显示屏上，同时播出立体音响与受训练者沟通。
2、 按权利要求1所述的智能心理身心反馈训练装置，其特征在于所述微处理器MCU分析处理受训练者脉搏信息，调用与受训练 者心态相适应的图景画面和立体音响播放。
专利摘要一种智能心理身心反馈训练装置，该装置设置一微处理器MCU，一指夹式脉搏传感器，一台PC机，一台大屏幕显示屏和一个头戴式液晶显示器，指夹式脉搏传感器置于受训练者手指上，受训练者戴上液晶显示器，微处理器MCU采集受训练者的脉搏信息，经处理后调用PC机内存中的三维动画图景画面，显示于受训练者头戴的液晶显示器或者大屏幕显示屏上，同时播出立体音响与受训练者沟通。本实用新型的优点是具有交互式参与、沉浸性体验、想象性感觉特点，基于实时三维动画技术，提供了参与者“活”的情景与场景，让使用者以交互式参与的方式控制场景的景物，来学会平衡身体心理的机能。
文档编号A61M21/00GK201299884SQ200820153848
公开日2009年9月2日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者昆 佴 申请人:上海惠诚咨询有限公司