心肺耦合反馈方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物反馈，尤其涉及心肺耦合的反馈。
【背景技术】
[0002]心肺耦合是指心血管系统与呼吸系统之间内在的协调机制和作用，也叫做心肺交互，其研宄涉及广泛的生理、病理和临床应用领域。心血管系统与呼吸系统之间存在明确的耦合关系，如心率在吸气过程中加快，在呼气过程中减慢；心电信号的幅度也随着胸廓呼吸运动表现出明显的幅度调制现象；血压和脉搏波信号的幅度也受呼吸运动的调制，表现出幅度随吸气和呼气运动而变化。心肺耦合现象一方面可以用于获取与机体健康状态相关的生理和病理信息，如通过心肺耦合分析评价自主神经系统功能，定量评价睡眠质量，检测睡眠呼吸事件等；另一方面，由于心肺耦合反映的是心血管系统活动与呼吸系统活动的内在协调性、同步性，因此又可以借助心肺耦合这一现象，观察心肺系统之间的协调性，进而通过生物反馈的方法，增强心肺系统之间的协调性，从而增强自主神经系统功能，调节身心状态，促进机体健康。
[0003]生物反馈是一类通过学习与控制仪器所提供的外部反馈信号，让参与者学会自我调节内部心理生理变化，达到治疗和预防特定疾病目的的技术。这一领域的先导有Miller医生的内脏习得反应的研宄，哈佛大学Shapi1医生在1965年首先开设的心理生理学，Wolpe等人在20世纪60年代首创的行为疗法，以及Selye、Bernard和Cannon等人在应激方面的开创性研宄。目前已经发展出多种生物反馈技术和装置，如肌电生物反馈仪，皮温反馈仪，皮电反馈仪，脑电反馈仪，心率反馈仪，血压反馈仪等，随着电子技术的发展，多媒体技术和信息技术的深度应用，以及生物-心理-社会医学模式的发展，生物反馈技术在医疗和保健领域的应用日益广泛。
[0004]目前的生物反馈技术和装置所测量的信号往往比较单一，仅从单一生理参数变化的角度开展生物反馈训练，如肌电、脑电、皮电、心率、血压等反馈仪，单一生理参数变化在一定程度上能够反映人体心理生理变化，但是单一维度的分析，往往无法反映系统之间的内在联系。人体作为一个开放的复杂巨系统，系统间的相关作用是反映系统状态的一个直接而重要的信息，但在生物反馈领域，系统间的交互作用或者耦合关系的信息没有被有效利用。单一生理参数反馈还存在另一弊端，比如心率反馈，单一地看心率随呼吸的幅度调制过程，并不能反映最佳的训练效果，因为当心率随呼吸的幅度振荡达到一定程度之后，心肺之间的耦合性和协调性下降，这尤其对一些心肺疾病患者，如COPD患者、哮喘患者、心衰患者等，不仅不能起到调节和治疗疾病的目的，反而有诱发心肺疾病发作的风险。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，本发明旨在提出一种心肺耦合反馈方法和装置，通过反馈方式提高使用者的心肺耦合强度，提高心肺系统间的协调性。
[0006]为此，本发明提出一种心肺耦合反馈方法，其包括:第一步:通过将受试者的心血管信号和呼吸信号进行耦合，得到受试者的心肺耦合强度；第二步:根据所述受试者的心肺耦合强度向受试者输出运动指示信号，以提高受试者的心肺耦合强度。
[0007]优选地，所述运动指示信号是视觉信号或听觉信号。优选地，所述听觉信号为音乐信号；所述视觉信号为画面信号。更优选地，所述运动指示信号为呼吸运动指示信号。
[0008]优选地，循环进行第一步和第二步，比较每次循环中得到心肺耦合强度，得到心肺耦合强度趋势；所述运动指示信号进一步根据心肺耦合强度趋势而输出。
[0009]优选地，所述的将受试者的心血管信号和呼吸信号进行耦合是通过相位耦合实现的。
[0010]本发明还提出一种心肺耦合反馈装置，心血管信号获取单元、呼吸信号获取单元、心肺耦合强度计算单元、控制单元、反馈单元；心血管信号获取单元用于获取使用者的心血管信号；呼吸信号获取单元用于获取使用者的呼吸信号；心肺耦合强度计算单元根据所获取的心血管信号和呼吸信号进行耦合计算，得到心肺耦合强度；控制单元根据心肺耦合强度控制反馈单元，向使用者发出反馈指令。
[0011]本发明还提出另一种心肺耦合反馈方法，其包括:获取心跳节律信号和呼吸信号；从所述呼吸信号中提取特征点；在心跳节律信号中检测该特征点对应的时刻后的最近一次心跳运动；在检测到该最近一次心跳运动后，通过声音或视觉方式向使用者发出反馈，要求使用者根据反馈指示作出运动反应。
[0012]优选地，所述特征点为呼吸运动过程中呼气相或吸气相的值。更优选地，所述特征点为呼气末时刻值或吸气末时刻值。优选地，所述最近一次心跳运动通过使用者的ECG信号或脉搏波来检测。
[0013]本发明提出另一种心肺耦合反馈装置，其包括:心跳节律信号获取单元、呼吸信号获取单元、呼吸信号特征点提取单元、控制单元、反馈单元；心跳节律信号获取单元用于获取使用者的心跳节律信号；呼吸信号获取单元用于获取使用者的呼吸信号；呼吸信号特征点提取单元用于从采集的呼吸信号中提取特征点；控制单元根据所述特征点，在该特征点对应的时刻后在所述心跳节律信号中检测下一次心跳运动，并控制反馈单元发出听觉或视觉反馈信息，以提高使用者的心肺协调性。
[0014]通过本发明的心肺耦合反馈装置和心肺耦合反馈方法，使用者可以在心肺耦合强度的指导下作特定运动，不断提高心肺耦合强度。提高心肺系统协同效率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的心肺耦合反馈装置的第一实施方式的系统框图；
[0016]图2为本发明的心肺耦合反馈装置的第二实施方式的系统框图；
[0017]图3为本发明的心肺耦合反馈装置的实例示意图；
[0018]图4为本发明的心肺耦合反馈方法的第一实施例流程图；
[0019]图5为由心电信号包络得到的呼吸信号的示意图；
[0020]图6为本发明的心肺耦合反馈方法的第二实施例流程图；
[0021]图7为脉搏波信号包络得到呼吸信号的示意图；
[0022]图8为本发明的一种心肺耦合方法的信号示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面，结合附图对本发明的心肺耦合反馈装置和心肺耦合方法进行详细说明。下文中，心血管信号也可以称为心血管生理信号。
[0024]如图1所示为本发明的心肺耦合反馈装置的第一实施方式的系统框图。
[0025]图1所示的心肺耦合反馈装置包括:心血管信号获取单元41、呼吸信号获取单元42、心肺親合强度计算单元20、控制单元10、反馈单元30。
[0026]心血管信号获取单元41用于获取使用者的心血管信号。
[0027]呼吸信号获取单元42用于获取使用者的呼吸信号。
[0028]心肺耦合强度计算单元20根据所获取的心血管信号和呼吸信号进行耦合计算，得到心肺耦合强度。
[0029]控制单元10根据心肺親合强度控制反馈单元30，向使用者发出反馈指令。
[0030]如图3所示，心血管信号获取单元41和呼吸信号获取单元42以穿戴式心肺监测系统(或者胸带)50的形式结合在一起。心血管信号具体表现为心电信号。控制单元10根据心肺耦合强度选择引导音乐，向使用者播放音乐，引导使用者作特定运动，例如呼吸运动。图3中，胸带50是通过蓝牙无线传输方式与控制单元10通信。这里，控制单元10可以是移动终端，如平板电脑、智能手机、PC等。心肺耦合强度计算单元20也可以通过移动终端来实现，计算得到心肺耦合强度，并可显示在移动终端的显示器上。移动终端根据当时心肺耦合的强度值和变化趋势，播放呼吸运动引导音乐，通过引导呼吸运动，提高心肺耦合强度。
[0031]具体过程如图4所示，穿戴式心肺监测系统(可以以胸带形式实现)测得心电信号和呼吸信号。由心电信号获得RR间期信号，通过数字滤波器滤波后，经Hilbert变换(希尔伯特变换)得到心血管信号的相位信息。呼吸信号通过数字滤波器滤波后，经Hilbert变换(希尔伯特变换)得到呼吸信号的相位信息。心血管信号的相位信息与呼吸信号的相位信息进行耦合分析，得到心电耦合强度，这里具体为心电耦合相位同步指数，控制单元10此时可以根据该心电耦合强度选择适当的运动模板，即选择适合使用者当前状态的运动方式，并播放与该运动模板相适应的引导音乐。这里，也可以是播放与该运动模板相适应的视频。通过引导使用者作相应运动，提高使用者的心肺耦合程度。
[0032]本发明的另一示例中，心血管信号和呼吸信号均来自于单导联ECG信号。如图5、6所示。图5所示为ECG信号的QRS波的幅度受呼吸运动调制情况，从图5的ECG信号中可以看到其波形幅度变化(包络)与下图的呼吸运动同步，因而可以从单导联ECG信号中获取呼吸信号(ECG derived respirat1n:EDR)。
[0033]从单导联ECG信号中提取RR间期信号，从