专利名称：高血压治疗仪及其控制方法
技术领域：
-
本发明涉及高血压治疗仪器及其控制方法，特别涉及其中一种生物反馈式高血压治疗仪 及其控制方法，通过反馈式呼吸训练和对高血压患者日常呼吸节律信号监测以改善高血压患 者血压水平。
背景技术：
高血压是引起心血管疾病的重要因素，目前，国内外主要的高血压治疗方法为药物治疗。 但是由于长期昂贵的用药费用，再加上复杂的治疗方案，患者常难以坚持服用抗压药。同时 服用抗压药也存在着很多副作用，如抑郁，血管神经性水肿、睡眠功能障碍等。因此，陆续 出现了一些非药物的高血压治疗方法， 一般的治疗原理是通过电场、磁场、生物场作用于人 体特定部位特别是指中医所述的穴位，达到治疗高血压的作用，但是这种方法仅是在使用后 的一小段时间内有降低血压的效果，过后血压又会恢复到原先的水平。
目前认为高血压的发生，除了与遗传、饮食和体重等因素有关外，尚与精神持续紧张有 关。现代医学研究证明，人体受内外环境的不良刺激，会引起反复的精神紧张和创伤，导致 大脑皮层和抑制过程失调，皮层下血管舒縮中枢形成以血管收缩神经冲动占优势的兴奋灶， 引起全身小动脉痉挛，周围阻力增高，因而导致高血压。同时不良的剌激还导致内分泌失调， 使儿茶酚胺和肾上腺素分泌增多，从而影响了血管的反应性，引起血压升高。因此，利用药 物以外的身心放松治疗方法，可使血压稳步下降，并长期稳定在理想水平。慢呼吸是各种与 调息相关的养生训练如中医气功、瑜珈等中所采用的一种训练方法，通过慢呼吸使人的身体 和心理放松，可以降低血压。但是中医气功、瑜珈等类似的养生训练方法一般需要专人的指 导，患者需要通过较长的学习时间，才得于掌握正确的训练方法，因此，该方法使用并不方 便，迫切需要一种使用方便的呼吸训练仪器，用于高血压患者的治疗。
发明内容
本发明针对当前问题，拟根据生物反馈原理，研制一种使用方便、便于携带的高血压治 疗仪，以用户自身的呼吸作为反馈控制信号，引导患者调节呼吸率，从而达到方便的治疗高 血压的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是高血压治疗仪包括便携式主机、传感器和 耳机，便携式主机包括USB接口、呼吸传感器接口、耳机接口、数据采集单元、处理与控制 单元、存储单元、音频节拍生成模块、音频解码模块、显示模块、键盘及供电模块，所述呼 吸传感器用于监测人体呼吸节律信号，呼吸传感器与呼吸传感器接口相连；耳机和便携式主 机的耳机接口相连接。
所述呼吸传感器所检测到呼吸节律信号包括呼气及吸气变化过程信息。呼吸传感器当前 己经有成熟的技术，可以采用当前现有的成熟产品。
所述音频节拍生成模块产生二个不同的呼吸指导音频信号，分别为吸气音频信号和呼气 音频信号，所述吸气音频信号和呼气音频信号的持续时间是一个可以调节的动态变化参数。 对该参数调节的方法是处理与控制单元根据所采集的呼吸节律信号进行特征点定位，并计算吸气时间、呼气时间及吸呼比，对音频信号的持续时间进行控制修改，这两个不同的音频 信号持续时间分别为包括本次所得到的吸气时间、呼气时间在内的前2~8次呼吸节律信号的 吸气时间平均值和呼气时间平均值的基础上延长0.2s 3s，其中，两者分别延长的时间由本次 吸呼时间比所决定。音频节拍生成模块存储了多种音频信号，所述的两种不同的音频信号可 通过键盘进行选择。通过所述耳机，用户根据所听到的吸气音频信号或者呼气音频信号的节 律，进行吸气和呼气。
所述存储单元存储通过呼吸传感器检测的呼吸节律信号数据及对应相关数据，通过所述 键盘可以选择所存储的具体某一次呼吸节律信号的特征参数，由所述显示模块显示。存储在 存储单元中的呼吸节律信号的特征参数可以通过USB接口传送至计算机保存和处理，音频节 拍生成模块所存储的音频信号也可以通过USB接口与计算机连接进行更新。
所述主机为小型便携式，当仪器工作在呼吸监测方式时，用户可随身携带，不会影响正 常的工作和生活。所述供电模块采用锂离子电池，可重复充电。
本发明仪器引导用户逐步降低呼吸率有两种控制方法 一种以用户实时的呼吸节律信号 作为反馈控制信号引导用户进行慢呼吸，另一种以用户之前训练所存储的呼吸节律信号作为 反馈控制信号引导用户进行慢呼吸。由键盘选择不同的控制方法。
以用户实时的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢呼吸的控制方法包括以下 步骤由呼吸传感器检测患者呼吸节律信号，通过数据采集单元采集用户的呼吸节律信号,所 获得的呼吸节律信号经处理与控制单元处理分析，得到呼吸节律信号的特征参数，包括呼吸 率、吸气时间、呼气时间、吸呼比，将这些特征参数进行存储和显示，并据此修改音频节拍 生成模块所产生的呼气音频信号和吸气音频信号的持续时间。用户从耳机听到由音频解码模 块解码的音频信号，并按照呼吸指导音频信号的节律进行呼气和吸气。在整个引导过程中， 仪器以上述的方法，循环地引导用户进行呼吸，最终使呼吸率降低到10次/分或更低。
本发明仪器以用户之前训练所存储的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢呼 吸的控制方法是首先，通过键盘选择用户之前某一次训练存储在存储单元中的2 8次呼吸 节律信号的特征参数包括吸气时间、呼气时间及吸呼比，根据这些数据修改音频节拍生成模 块所产生的呼气音频信号和吸气音频信号的持续时间，生成第一次呼吸指导音频信号，用户 从耳机听到由音频解码模块解码的音频信号，进行呼气和吸气。然后，生成新的呼吸指导音 频信号，修改呼吸指导音频信号持续时间，对应呼气和吸气的两个不同的音频信号持续.时间 在前一次呼吸指导音频信号持续时间的基础上分别延长0.2s 3s，从而生成新的呼吸指导音频 信号，用户从耳机听到由音频解码模块解码的咅频信号，进行呼气和吸气，重复该步骤，循 环地引导用户进行呼吸，最终使呼吸率降低到10次/分或更低。
本发明仪器对用户日常的呼吸节律信号进行监测的控制方法是利用呼吸传感器采集用 户的日常呼吸节律信号，并将这些信号及采集日期和采集时间段，存储在主机的存储单元。 通过键盘，用户选择所存储的任意一个数据，由处理与控制单元进行分析，得出该日该时间 段内用户的呼吸率，并由显示模块进行显示。用户由此能了解自己日常的呼吸率，使其在曰 常有意识地调整自己的呼吸。存储单元内日常呼吸节律信号通过USB接口传送至计算机作进 一步的统计和分析。本发明的技术效果是通过呼吸传感器实时采集患者的呼吸节律信息，根据呼吸节律产 生特定的音频信号，引导高血压患者进行呼吸训练，从而达到降低血压的目的，该仪器便于 携带、使用方便。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图l.本发明实施例高血压治疗仪的结构框图。
图2.本发明实施例高血压治疗仪引导用户进行慢呼吸的控制方法流程。
图3.本发明实施例高血压治疗仪监测用户日常的呼吸节律信号的控制方法流程。
图4.本发明实施例呼吸传感器所测呼吸节律信号特征点。
在图t至图3中
l.处理与控制单元，2.数据采集单元，3.音频节拍生成模块，4.音频解码模块，5.存储单 元，6.显示模块，7.USB接口， 8.呼吸传感器接口， 9.耳机接口， IO.键盘，ll.供电模块，12. 呼吸传感器，13.耳机，14.计算机，15.主机，16.呼气终点(吸气起点)，17.吸气终点(呼气 起点)，18.吸气时间，19.呼气时间。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施案例作进一步的说明如图l所示，本实施例高血压治疗仪，
包括便携式主机15、呼吸传感器12和耳机13。便携式主机15包括处理与控制单元1、数据 采集单元2、音频节拍生成模块3、音频解码模块4、存储单元5、显示模块6、 USB接口7、 呼吸传感器接口8、耳机接口9、键盘10及供电模块11。本实施例中呼吸传感器为腹带式呼 吸传感器12，通过呼吸传感器接口8与便携式主机15相连；耳机13和便携式主机15的耳 机接口 9相连接。所述的耳机13也可以为小型的扬声器所代替。
实施例中，音频节拍生成模块3产生二个不同的音频信号，分别为吸气音频信号和呼气 音频信号，所述吸气音频信号和呼气音频信号持续时间是一个可以调节的动态变化参数，处 理与控制单元1根据所采集的呼吸节律信号进行特征点(包括呼气终点16和吸气终点17) 定位，并计算吸气时间、呼气时间及吸呼比，从而对音频信号持续时间进行控制修改，这两 个不同的音频信号持续时间分别为包括本次所得到的吸气时间、呼气时间在内的前2 8次呼 吸节律信号的吸气时间平均值和呼气时间平均值的基础上延长0,2s 3s，其中，两者分别延长 的时间由本次吸呼时间比所决定。音频节拍生成模块3存储了多种音频信号，所述的两种不 同的音频信号可通过键盘10进行选择。
实施例中，通过呼吸传感器12检测的呼吸节律信号及对应特征参数存储在存储单元5 内，通过所述键盘10可以选择所存储的具体某一条呼吸节律信夸，由所述处理与控制单元l 进行分析，结果由所述显示模块6显示。存储在存储单元5中的呼吸节律信号数据可以通过 USB接口 7传送至计算机14保存和处理，音频节拍生成模块3所存储的音频信号也可以通 过USB接口 7与计算机14连接进行更新。
本实施例为小型便携式，用户可随身携带，不会影响正常的工作和生活。所述供电模块 ll采用锂离子电池，可重复充电。
本实施例中，所述高血压治疗仪引导患者进行呼吸训练有两种控制方法(1) 一种以用户实时的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢呼吸；(2)另一种以用户之前训练 所存储的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢呼吸。控制方法由键盘10进行选 择。
在以用户实时的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢呼吸的控制方法为由 呼吸传感器12检测呼吸节律信号，通过数据采集单元2采集用户的呼吸节律信号，处理与控 制单元1对呼吸节律信号进行滤波、平滑等处理后进行特征点进行定位，特征点包括呼气终 点16和吸气终点17，得到吸气时间18、呼气时间19，并据此计算呼吸率(等于l除以吸气 时间18和呼气时间19之和)、吸呼比(吸气时间18与呼气时间19的比值)，存储该组吸气 时间18、呼气时间19，通过显示模块6显示该呼吸率。同时从存储单元5中取出包括本次所 得到的吸气时间18、呼气时间19在内的前2~8次呼吸节律信号数据，分别求这2~8个次呼 吸节律信号的吸气时间18、呼气时间19的平均值，并根据本攻吸呼比在该吸气时间平均值 和呼气时间平均值的基础上延长0.2s 3s，其中，两者分别延长的时间由本次吸呼时间比所 决定。将这两个延长后的时间值分别修改音频节拍生成模块3分别对应对应呼气和吸气的两 个不同的音频信号持续时间。用户从耳机13听到由音频解码模块解码4的音频信号，进行呼 气和吸气。仪器以上述的方法，循环地引导用户进行呼吸，最终使呼吸率降低到10次/分或 更低。
本发明实施例以用户之前训练所存储的呼吸节律信号作为反馈控制信号引导用户进行慢 呼吸的控制方法是首先，通过键盘选择用户之前某一次训练存储在存储单元5中的2 8次 呼吸节律信号的特征参数包括吸气时间18、呼气时间19及吸呼比，并分别求这2 8个次呼 吸节律信号的吸气时间18、呼气时间19的平均值，根据这些特征参数的平均值修改音频节 拍生成模块3所产生的对应呼气和吸气的两个不同的音频信号的持续时间。用户从耳机13 听到由音频解码模块4解码的音频信号，进行呼气和吸气。然后，生成新的呼吸指导音频信 号，修改呼吸指导音频信号持续时间，对应呼气和吸气的两个不同的音频信号持续时间在前 一次呼吸指导音频信号持续时间的基础上分别延长0.2s 3s，从而生成新的呼吸指导音频信 号，用户从耳机听到由音频解码模块解码的咅频信号，进行呼气和吸气，重复该步骤，循环 地引导用户进行呼吸，最终使呼吸率降低到10次/分或更低。
图3为木发明实施例高血压治疗仪引导用户进行慢呼吸的控制方法流程。
音频节拍生成模块3存储了多种音频信号，所述的呼吸指导音频信号可通过键盘10进行 选择。音频节拍生成模块3所存储的音频信号可通过USB接口 7与计算机14连接进行更新。
本发明实施例对用户日常的呼吸节律信号进行监测的控制方法是利用呼吸传感器12 监测用户的日常呼吸节律信号，通过数据采集单元2采集该呼吸节律信号，并将这些信号及 日期和采集时间长度存储在主机15的存储单元5。通过键盘10，用户可根据可通过选择所存 储任一日期某时间段所采集的数据，由处理与控制单元1进行分析，得出该日该时间段内用 户16的呼吸率，并由显示模块6进行显示。用户由此能了解自己日常的呼吸率，使其在日常 有意识地调整自己的呼吸。存储单元5内日常呼吸节律信号可通过USB接口 7传送至计算机 14作进一步的统计和分析。
图4是本发明实施例呼吸传感器所测呼吸节律信号特征点，包括呼气终点16、吸气终点17、吸气时间18、呼气时间19。
权利要求
1、高血压治疗仪，特征在于所述高血压治疗仪包括便携式主机、传感器、耳机，其中，便携式主机包括USB接口、呼吸传感器接口、耳机接口、数据采集单元、处理与控制单元、存储单元、音频节拍生成模块、音频解码模块、显示模块、键盘及供电模块，数据采集单元、存储单元、音频节拍生成模块、音频解码模块、显示模块、键盘分别和处理与控制单元连接，所述呼吸传感器用于监测人体呼吸节律信号，呼吸传感器与呼吸传感器接口相连；耳机和便携式主机的耳机接口相连接。
2、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述音频节拍生成 模块可产生二个不同的呼吸指导音频信号，分别为吸气音频信号和呼气音频信 号，通过所述耳机，用户根据所听到的呼吸指导音频信号的节律，进行吸气和 呼气动作。
3、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述音频节拍生成 模块所产生的吸气音频信号和呼气音频信号的音频信号持续时间是一个可以调 节的动态变化参数。
4、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述处理与控制单 元根据所述呼吸节律信号进行特征点定位，计算得到呼吸节律信号的特征参数 吸气时间、呼气时间及吸呼比，对所述呼吸指导音频信号持续时间进行控制修 改，这两个不同的音频信号持续时间分别为包括本次廣得到的吸气时间、呼气 时间在内的前2~8次呼吸的吸气时间平均值和呼气时间平均值的基础上延长 0.2s 3s。
5、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述USB接口连 接计算机，将所述存储单元中的呼吸节律信号传送至计算机保存和处理。
6、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述高血压治疗仪 设置有控制方法，该控制方法包括步骤一，用于呼吸节律信号采集，所述呼吸传感器检测患者呼吸节律信号， 便携式主机通过数据采集单元采集用户的呼吸节律信号；步骤二，用于呼吸节律信号处理，获得呼吸节律信号的特征参数，处理与 控制单元对呼吸节律信号进行特征点进行定位，特征点包括呼气终点和吸气终 点，得到吸气时间、呼气时间，并据此计算呼吸率、啄呼比，将这些特征参数进行存储和显示；步骤三，用于呼吸指导音频信号生成，根据上一步骤获得的呼吸节律信号的特征参数，音频节拍生成模块生成呼吸指导音频信号；步骤四，用于呼吸指导音频信号输出，通过音频解码模块将呼吸指导音频 信号解码，通过耳机接口输出至耳机，用户从耳机听到音频信号，并按照音频信号的节律进行呼气和吸气；步骤五，重复步骤一到步骤四，循环地引导用户，行呼吸，最终使呼吸率降低到不大于10次/分。
7、 根据权利要求6所述的高血压治疗仪，其特征在于所述用于呼吸指导 音频信号生成的方法包括处理与控制单元从存储单元中取出包括本次呼吸传感器所采集的呼吸节律 信号在内的前2~8次呼吸的呼吸节律信号，分别求这2 8个呼吸节律信号的吸 气时间、呼气时间的平均值，并根据本次吸呼比，在所求得的吸气时间平均值 和呼气时间平均值的基础上分别延长0.2s 3s，并利用两个延长后的时间值，分 别修改音频节拍生成模块中对应呼气和吸气的两个不同的音频信号持续时间， 从而生成新的呼吸指导音频信号。
8、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述高血压治疗仪 设置有控制方法，该控制方法包括步骤一，用于提取存储单元中的呼吸节律信号特征参数，通过键盘，处理与控制单元提取用户之前某一次训练存储在存储单元中的2~8次呼吸节律信号 的吸气时间、呼气时间及吸呼比；步骤二，用于第一次呼吸指导音频信号的生成，根据提取初始的2~8次呼 吸节律信号的吸气时间、呼气时间及吸呼比，根据平均呼吸比音频节拍生成模 块生成呼吸指导音频信号；步骤三，用于呼吸指导音频信号输出及播放，通过音频解码模块将呼吸指 导音频信号解码为音频信号，通过耳机接口输出至耳机，用户从耳机听到音频 信号，并按照音频信号的节律进行呼气和吸气；步骤四，用于生成新的呼吸指导音频信号，修改呼吸指导音频信号持续时 间，对应呼气和吸气的两个不同的音频信号持续时间在前一次呼吸指导音频信 号持续时间的基础上分别延长0.2s 3s，从而生成新的呼吸指导音频信号。步骤五，重复上述步骤三到步骤四，循环地引导用户进行呼吸，最终使呼 吸率降低到不大于10次/分。
9、 根据权利要求8所述的高血压治疗仪，其特征在于所述用于第一次呼 吸指导音频信号生成的方法包括处理与控制单元从存储单元中取出用户之前某一次训练存储在存储单元中 的2~8次呼吸节律信号的特征参数包括吸气时间、呼气时间及吸呼比，分别求 这2 8个呼吸节律数据的吸气时间、呼气时间的平均值，在所求得的吸气时间 平均值和呼气时间平均值的基础上分别延长0.2s 3s，并利用两个延长后的时间 值，分别修改音频节拍生成模块中对应呼气和吸气的两个不同的音频信号持续 时间，从而生成第一次呼吸指导音频信号。
10、 根据权利要求1所述的高血压治疗仪，其特征在于所述高血压治疗 仪设置有控制方法，该控制方法包括步骤一，用于采集用户的日常呼吸节律信号，呼吸传感器监测用户的曰常呼吸节律信号，主机接收并存储该日常呼吸节律信号及对应的采集日期和采集 时间段；步骤二，用于对所监测到的日常呼吸节律信号进行分析和统计，通过所述 键盘，用户选择所存储的任意一个数据，由处理与控制单元进行分析，得出该 日该时间段内用户的呼吸率，并由显示模块进行显示；步骤三，存储单元内日常呼吸节律信号通过USB接口传送至计算机作进一 步的统计。
全文摘要
高血压治疗仪及其控制方法，属于一种治疗仪器，包括便携式主机、呼吸传感器和耳机，便携式主机包括了USB接口、呼吸传感器接口、耳机接口、数据采集单元、处理与控制单元、存储单元、音频节拍生成模块、音频解码模块、显示模块、键盘及供电模块，所述呼吸传感器与呼吸传感器接口相连；利用从所述呼吸传感器检测高血压患者的呼吸节律信号作为反馈控制信号，由处理与控制单元控制音频节拍生成模块生成呼吸指导音频信号，音频信号经过音频解码模块解码后由耳机传送至用户，引导用户进行慢呼吸；利用所述呼吸传感器监测高血压患者日常的呼吸节律信号并由便携式主机记录该信号，具有成本低廉、使用简单、有效降低血压的功能和优点。
文档编号A63B22/00GK101411652SQ20081023306
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者刘洪英, 伟 唐, 师小荃, 静 杨, 皮喜田, 赵素文, 郑小林, 科 陈 申请人:重庆大学