一种非接触式的生物反馈训练方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种非接触式的生物反馈训练方法，具体涉及一种基于非接触 式无线生理传感器和实时监测呼吸波和心跳波的生物反馈训练方法。
【背景技术】
[0002] 生物反馈被称作心理生理学之镜，是患者或训练者可以用其监测并控制人体所产 生的生理信号。通过生物反馈，患者或者训练者可以学会如何改变他们的一些生理模式， 或者对于一些生理模式产生一些掌控力。经过系统的生物反馈训练，并不断提高患者或训 练者的掌控力，患者或训练者就可以改善自身人体的部分生理机能。生物反馈训练被证明 对于许多疾病如哮喘，尚血压，紧张性头疼，焦虑症，注意力缺陷等，都是一种有效的治疗方 法。
[0003] 生物反馈训练系统通常用声光电，如音乐，画面对患者的刺激，引导患者做出一定 的生理反应，如呼吸的改变，心跳的改变，脑电的活动，尤其是交感神经和副交感神经的一 些变化，然后利用电子传感器无创性地检测生理信号，根据生理信号的变化，进一步改变刺 激信号，或者去掉刺激信号，由患者或训练者自主控制自己的一些反应，从而达到自己调节 和掌控自己生理信号反应的训练目的。
[0004] 而传统的方法需要使用传统的呼吸检测仪器和心电图仪，都是接触式的，对人体 生理和神经系统的影响和干涉多，使用很不方便。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种非接触式的生物反馈训 练方法，利用无线超宽带脉冲发射接收机，结合数字信号处理模块来监测生理信号，包括呼 吸信号的变化和心跳信号的变化，把这些变化输入到生物反馈训练软件程序中，形成一套 完成的反馈系统。
[0006] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种非接触式的生物 反馈训练系统，包括安装在电脑上或智能手机的生物反馈程序软件，以及可以实时采集呼 吸信号变化和心率信号变化的非接触式无线生理传感器，所述的无线生理传感器采用蓝牙 或者无线局域网Wifi与安装有生物反馈系统的电脑或智能手机连接。
[0007] 所述的一种非接触式的生物反馈训练方法，其步骤为：患者或训练者在使用这套 系统时，首先打开电脑上或智能手机上的生物反馈训练软件，然后把非接触式无线生理传 感器放在自己的前方或后方。然后点击训练开始按钮，开始根据生物反馈的训练。
[0008] 所述的生物反馈训练程序软件，包括提示模块、反馈模块和课程管理模块，提示模 块，主要实现了一个呼吸节拍器，一个多媒体播放器。
[0009] 呼吸节拍器主要在生物反馈电脑软件或者生物反馈智能手机APP上的用户界面 显示一个动态变化的呼吸提示器，一个滚动的球沿着一个抛物线滚动，在滚动的上升期表 示吸气，在下降期表示呼气，从而提示患者或训练者根据呼吸节拍器的提示来呼气和吸气。
[0010]多媒体播放器可以播放预先设置好的美妙音乐或美好画面，交替进行，提示患者 或训练者根据提示，调节自己的呼吸和情绪。
[0011] 呼吸节拍器和多媒体播放器的滚动或播放的频率和节奏，会根据反馈模块从非接 触无线生理传感器发过来的生理信号变化，进行实时调整。最终这个频率会根据患者情况 调整到其对应的生理共振频率，并且在这一状态保持一段时间，从而达到反馈和训练的目 的。
[0012] 反馈模块是控制整个生物反馈训练过程的中枢控制模块，包括产生提示模块中呼 吸节拍器的播放频率，播放多媒体文件的节奏和频率，根据从无线生理传感器接收到的呼 吸信号变化和心跳信号变化，调整呼吸节拍器的滚动频率，调整多媒体文件的播放频率和 内容。反馈模块包含有一个用户界面，实时向用户显示用户随时间变化的训练所得分数，如 果分数达到标准，用颜色向用户提示继续保持，如果分数未达标，也用颜色向用户提示未达 标。用户会更加严格地按照提示界面的提示在调整呼吸和情绪。无线生理传感器会检测患 者或训练人的呼吸波形和心跳波形，并用蓝牙或者Wifi传给反馈模块。
[0013] 训练所得分数的计算和跟踪是一个含有自反馈的过程，具体流程方法为： 1、 实时计算HRV能量：心跳波形的相邻峰值点间隔与心电图RR波间隔一致。就根据 RR波间隔产生的数字序列，按照心率变异性HRV的计算公式，计算HRV的各项时域指标和频 域指标。时域指标主要包括均值，总体标准差，均值标准差等统计变量，频域指标主要包括 总能量TF，甚低频能量VLF，低频能量LF，高频能量HF。
[0014] HRV 总功率（TF) : TF = VLF + LF + HF 2、 根据呼吸波形计算呼吸率，如果患者的呼吸率大于呼吸节拍器的频率，调低呼吸节 拍器的频率，否则调高。
[0015] 3、如果调低提示的呼吸节拍器频率后，HRV能量的LF/TF的比例提高，则继续调 低，直到LF/TF的比例稳定，则这时的呼吸频率为共振频率。
[0016] 4、以共振频率（RF±0. 5 BPM)呼吸，尽量提升（LF/TF)，LF/TF比例越高，分数越 高。一般LF/TF的比例超过35%为达标。这个阈值可以提高，以调高训练难度。
[0017] 课程管理模块会根据患者或训练者以前多次训练的分数记录的曲线，设计患者或 训练者本次训练的默认阈值和默认呼吸频率。
[0018] 所述的非接触式无线生理传感器，由无线超宽带脉冲发射和接收机、数字信号处 理模块组成，无线超宽带脉冲发射和接收机均与数字信号处理模块相连。超宽带窄脉冲射 频信号在遇到一个静止的人体时，随时间变化，不同的人体部位对无线信号的发射产生不 同的回波，因为不同区域与发射和接收天线的相对距离不同，所以在不同时延上产生不同 的回波。回波距离与时延的相对关系可以用以下公式来代表： AL = Dt + Dr = CT 其中τ为从脉冲发出到收到脉冲的时延，c为光速。所以不同的时延的回波对应了人 体不同部位的反射。
[0019] 无线接收电路接收回波，回波信号经过增益为25db的低噪放，进入一个具有512 个不同时延器控制的快时间扫描式延时采样器，在一个时间点，扫描采样器得到512个数 据，这512个数据分别代表了体内不同位置点的发射强度。在慢时间采样时钟的控制下，就 采样到随着时间变化的各个位置的回波强度。把采集的回波强度，进行模数转换，就得到了 一个有慢时间和快时间的二维数字采样序列，输入到数字信号处理模块。静止人体的呼吸 波波形和心跳波波形具有周期性变化的特点，采用弱信号滤波和小波复原的方法，来提取 出呼吸波和心跳波。
[0020] 本发明的有益效果：利用无线超宽带脉冲发射接收机，结合数字信号处理模块来 监测生理信号，包括呼吸信号的变化和心跳信号的变化，把这些变化输入到生物反馈训练 软件程序中，形成一套完成的反馈系