一种呼吸训练系统的制作方法

专利名称：一种呼吸训练系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种呼吸训练系统，特别涉及一种适合家庭使用的用于慢性阻塞性肺 疾病用户进行恢复训练的呼吸肌训练器。
背景技术：
慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)是一种全 球范围内主要的慢性疾病和死亡原因，已占全球致死原因的第四位。我国40岁以上人群 中，C0PD的发病率为8% 10%，每年约500 1100万人因C0PD致残。C0PD是以进行性 加重、不完全可逆气流受限为特征的慢性呼吸系统疾病，病程长、反复发作，严重影响患者 的劳动能力和生活质量，给社会、家庭带来沉重的经济负担。随着诊疗技术以及药物研究的 深入，C0PD急性发作期症状得到了较好的控制。但是，一旦疾病转为稳定期，患者将不可避 免地面临肺功能进行性下降、呼吸困难加重，导致生活质量降低。当疾病转入稳定期后，患 者将面临肺功能进行性下降、呼吸困难加剧，其年均医疗费用约为2. 92万元/人。临床上 通常通过指导患者进行呼吸训练，增强呼吸肌的肌力和耐力，优化胸腹运动形式，减轻过度 通气，提高气体交换能力，延缓肺功能损害的进程，从而缓解患者呼吸困难的症状。但是，一 直以来因缺乏个体化的呼吸肌训练措施，导致患者训练的依从性普遍较差。而且，目前国内 外尚无针对患者生理和心理变化的、在医院和家庭环境下均可使用的呼吸训练器。

发明内容
本呼吸训练系统是基于慢性阻塞性肺疾病用户呼吸肌训练具有“可逆性”、“指导 和监督性”及“循序渐进性”的特点设计的。其主要技术是开发了“呼吸引导动画”，同时集视 频和音频指导、计时器、历史记录器和放松音乐等功能于一体的呼吸训练系统。本呼吸训练 系统将呼吸训练分为四个阶段，用户可以根据自身情况进入相应训练阶段。用户在使用本 呼吸训练系统进行训练前用Jaeger肺功能仪测量其呼吸功能指标，即用力肺活量(FVC)、 第一秒时间肺活量(FEV1)和一秒率(FEV1/FVC)、最大呼气流量(PEF)，由系统根据其呼吸 功能指标确定用户在每一阶段所选择的呼吸频率。用户只有完成了前一阶段的训练后系统 方允许其进入后一阶段训练，当用户完成了四个阶段训练后，可任选一个阶段进行训练。本发明提供一种呼吸训练系统，其适用于慢性阻塞性肺疾病的康复训练，所述呼 吸训练系统包括服务器端装置和客户端装置，所述服务器端装置包括服务器端通信部件、 服务器存储部件、服务器显示部件、服务器输入部件和服务器处理部件；所述客户端装置 包括客户端通信部件、客户端存储部件、客户端显示部件、客户端输入部件和客户端处理部 件，其特征在于所述客户端处理部件包括第一阶段引导指示模块，所述第一阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提 示进行第一训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存 储；第二阶段引导指示模块，所述第二阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提示进行第二训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存 储；第三阶段引导指示模块，所述第三阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提 示进行第三训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存 储；第四阶段引导指示模块，所述第四阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提 示进行第四训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存 储；登录模块，所述登录模块通过所述客户端通信部件在所述服务器端装置验证用户 登录身份，验证通过后在服务器端装置查询得到所述用户对应的用户信息，并根据所述用 户信息中的用户历史级别数据选择对应的第一至第四阶段引导指示模块进行训练引导。在上述技术方案中，所述第一至第四训练动作的难度逐渐增加；所述第一训练动 作为缩唇腹式呼吸方式，所述第二训练动作为握拳深吸气慢吹气呼吸方式，所述第三训练 动作为全身呼吸操练习方式，所述第四训练动作采用深吸气-闭气-慢呼气练习方式。在上述技术方案中，所述缩唇腹式呼吸方式为在规定时间内循环顺序显示如下引 导语或人体动作动画示范取坐位或立位，将左手放在前胸，右手放在腹部，用鼻深吸气，尽量保持胸部不动，使腹部慢慢鼓起，将口唇缩成吹口哨状，身体略向前倾，由口慢慢吹气，使得腹部慢慢下陷；所述握拳深吸气慢吹气呼吸方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人 体动作动画示范取坐位或立位，双手握拳慢慢提起，深吸气，双手提至肩部高度，双手慢慢放下，同时做吹口哨动作慢慢吹气；所述全身呼吸操练习方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人体动作 动画示范取立位，第一节，慢慢举起左手或右手做深吸气动作，将双手轻轻按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气，第二节，双手慢慢平伸做深吸气动作，将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气，第三节，双手慢慢举起做深吸气动作，将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气，第四节，双手慢慢向身体两侧伸展做深吸气动作，将双手按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气，第五节，双手慢慢举起做深吸气动作，慢慢下蹲做吹口哨动作慢慢吹气；所述深吸气-闭气-慢呼气练习方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或 人体动作动画示范
取坐位或立位，深吸气，闭气，慢呼气。在上述技术方案中，所述第一至第四阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件 使用声音、文本、动画和/或视频方式指示用户学习掌握所述第一至第四训练动作。在上述技术方案中，所述第一至第二阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件 采用第一动态方式提示进行第一至第二训练动作呼吸练习；所述第一动态方式根据用户选择的第一训练强度参数绘制一条按时间比例升降 的开口向下的抛物线序列，所述抛物线序列绘制的升降速度比为1 2，表示所提示的吸气 /呼气时长比为1 2，并决定每分钟内的升降次数，所述抛物线序列的相邻抛物线在所述 开口端通过直线线段相连；当绘制的所述抛物线上升时，所述抛物线内绘制红色小球，所述红色小球的运动 方向是从所述抛物线的开口端慢慢移向抛物线的顶部；当所述抛物线下降时，所述抛物线 内的红色小球会变成黑色，当所述抛物线序列绘制到所述直线线段时，所述黑色小球消失， 并在绘制的相邻抛物线上升时再次出现所述红色小球，重复上述绘制方式绘制所述抛物线 序列；同时提示用户根据所绘制的小球的颜色和所述抛物线序列的升降来进行训练，当 所述小球呈红色时随着所述抛物线的上升做深吸气动作；当所述小球变成黑色时，随着所 述抛物线的下降做吹口哨动作慢慢吹出气体。在上述技术方案中，所述抛物线序列绘制方式如下，所述抛物线序列的升降频率 根据第一训练强度参数确定，为N次/分，所述抛物线序列中每一个抛物线的上升时间为 [(60 + N)Xl/3]秒，下降的时间为[(60 + N)X2/3]秒，式中N的取值范围为6 14。
在上述技术方案中，所述第四阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件采用第 二动态方式提示进行第四训练动作呼吸练习；所述第二动态方式根据用户选择的第一训练强度参数和第二训练强度参数绘制 一条按时间比例升降的开口向下的梯形折线序列，所述梯形折线序列绘制的升降速度比为 1 2，表示所提示的吸气/呼气时长比为1 2，并决定每分钟内的升降次数，所述梯形折 线序列的相邻梯形折线在所述开口端相连；当绘制的所述梯形折线处于左侧上升沿时，使用红色进行绘制和提示；当绘制的 所述梯形折线处于顶部平稳段时，使用蓝色进行绘制和提示；当所述梯形折线处于右侧下 降沿时，使用黑色进行绘制和提示，重复上述绘制方式绘制所述梯形折线序列；同时提示用户根据所绘制的所述梯形折线序列的升降和颜色来进行训练，当所述 梯形折线处于左侧上升沿时做吸气动作；当所述梯形折线处于顶部平稳段时做闭气动作； 当所述梯形折线处于右侧下降沿时做呼气动作。在上述技术方案中，所述梯形折线序列绘制方式如下，所述梯形折线序列的升降 频率根据第一训练强度参数确定，为N次/分，顶部平稳段时间根据第二训练强度参数确 定，为M秒，所述梯形折线序列中每一个梯形折线的左侧上升沿时间为{(60 + N)-M]Xl/3} 秒，下降的时间为{[ (60 + N) -M] X 2/3}秒，式中N的取值范围为6 8，N的取值范围为1 2。
在上述技术方案中，所述客户端处理部件当用户历史级别数据等于1时，提示用 户访问第一阶段引导指示模块；当用户历史级别数据等于2时，提示用户访问第二阶段引 导指示模块；当用户历史级别数据等于3时，提示用户访问第三阶段引导指示模块；当用户 历史级别数据等于4时，提示用户访问第四阶段引导指示模块。在上述技术方案中，所述客户端通信部件通过HTTP承载的XML文件通信接口与所 述服务器端通信部件进行通信。在上述技术方案中，所述用户交流模块通过客户端显示部件提供用户与专家的在 线交流界面功能；所述用户交流模块还提供放松音乐的准备和播放界面功能；所述用户交 流模块还提供各种提示信息的图片和视频文件的选择和设置功能。在上述技术方案中，所述历史记录模块自动记录用户所选择的训练阶段、训练强 度参数、持续练习的时间、练习日期和具体时间。在上述技术方案中，所述客户端处理部件使用状态机实现，所述状态机包括第一 动作指导状态、第一动作训练状态、第二动作指导状态、第二动作训练状态、第三动作指导 状态、第三动作训练状态、第四动作指导状态、第四动作训练状态。在上述技术方案中，所述服务器端通信部件与所述客户端通信部件使用同一个硬 件，所述服务器存储部件与所述客户端存储部件使用同一个硬件，所述服务器显示部件和 所述客户端显示部件使用同一个硬件，所述服务器输入部件和客户端输入部件使用同一个 硬件，所述服务器处理部件和客户端处理部件使用同一个硬件。本发明取得了以下技术效果(1)根据呼吸肌运动耐力会随着训练时间和强度逐渐提高的原理，系统设计并采 用了“缩唇腹式呼吸”、“握拳深吸气慢吹气”、“全身呼吸操”、“深吸气_闭气_慢呼气”等运 动量和运动难度由小到大的四阶段呼吸操的训练方法；(2)系统采用FLASH动画和脚本等制作呼吸肌训练引导动画界面，以保证用户呼 吸训练深度和频率的准确性；(3)在训练系统中创设了“历史记录”器，即当用户选择进入记录训练数据界面时， 该界面可利用表单将用户登记的训练数据存储到服务器端装置的数据库中，用户可以随时 查阅自己的历史记录，医生和专家也可以随时查阅所有用户的训练数据，以便及时分析和 指导，并起到激励用户克服困难坚持练习的作用；(4)训练系统集视频和音频指导、呼吸引导动画图、计时器、历史记录器和放松音 乐等功能于一体，提高了系统的适用性。说明书附1为系统结构框图；图2为登录模块工作流程图；图3为系统工作流程图；图4为第一阶段引导指示模块工作流程图；图5为第二阶段引导指示模块工作流程图；图6为第三阶段引导指示模块工作流程图；图7为第四阶段引导指示模块工作流程图；图8为第一阶段引导指示界面8
图9为第二阶段引导指示界面图；

图10为第三阶段引导指示界面图；图11为第四阶段引导指示界面图；图12为视觉模拟评分标尺(Visual Analog Scale)示意图；图13为客户端处理部件状态机的状态图；图14为系统客户端硬件示意图。
具体实施例方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。呼吸训练系统包括服务器端装置和客户端装置，服务器端装置包括服务器端通信 部件、服务器存储部件、服务器显示部件、服务器输入部件和服务器处理部件，服务器处理 部件包括咨询处理模块和指导模块；客户端装置包括客户端通信部件、客户端存储部件、 客户端显示部件、客户端输入部件和客户端处理部件，客户端处理部件包括登录模块、第一 阶段引导指示模块、第二阶段引导指示模块、第三阶段引导指示模块、第四阶段引导指示模 块、历史记录模块和用户交流模块。服务器端通信部件负责客户端装置上传的练习数据的接收，服务器端存储部件负 责客户端装置上传的练习数据的存储；咨询处理模块负责处理通过服务器端通信部件接收 到的用户咨询信息并通过服务器端通信部件向客户端装置发回咨询结果信息，指导模块负 责管理医生根据接收到的各用户的练习数据等信息而给出的指导信息，同时通过服务器端 通信部件将指导信息发送到客户端装置。客户端的登录模块负责用户登录身份验证；第一阶段引导指示模块负责通过客户 端显示部件演示缩唇腹式呼吸练习方式，进行练习引导以及练习数据的上传和存储；第二 阶段引导指示模块负责通过客户端显示部件演示握拳深吸气慢吹气练习方式，进行练习引 导以及练习数据的上传和存储；第三阶段引导指示模块负责通过客户端显示部件演示全身 呼吸操练习方式，进行练习引导以及练习数据的上传和存储；第四阶段引导指示模块负责 通过客户端显示部件演示深吸气_闭气-慢呼气练习方式，进行练习引导以及练习数据的 上传和存储。客户端通信部件通过HTTP承载的XML文件通信接口与服务器端通信部件进行通 信。客户端通信部件通过一个XML文档传递参数，向服务器端通信部件提交一个HTTP请求， 服务器端通信部件使用一个Asp页面得到该参数，执行其对应的处理方法，然后使用XM1文 件通信接口向客户端通信部件返回数据。HTTP承载的XML文件通信接口是指是使用XmlHttp浏览器对象，通过模拟HTTP的 GET和POST请求在服务器端和客户端交换XML格式的数据的通信方式。只要客户端通信部 件在请求中发送了符合格式的XML文档，ASP中的Request和Response对象就能进行相对 应的工作。HTTP承载的XML文件通信接口可以提高传送数据的多样性，适合文本、声音、图 像、视频等多媒体数据的传输。如果要提高性能和加大安全性，在服务端通信部件可以使用 COM组件来扩展ASP，以达到最好的效果。系统工作流程如图3所示，客户端装置的登录模块首先通过客户端显示部件显示欢迎信息和登录信息，由用户输入相应的用户名和密码，登录模块对输入的用户名和密码 进行验证，验证通过后查询得到该用户对应的用户信息，根据用户历史级别数据选择对应 的阶段引导指示模块进行工作。期间客户端装置收集用户训练数据和咨询信息通过客户端 通信部件传送到服务器端，然后服务器端装置将处理结果和指导信息发送回客户端装置。登录模块工作流程如图2所示，登录模块是客户端装置的入口，其提示用户通过 客户端输入部件输入用户名和密码，进行身份验证。身份验证成功后，根据用户历史级别 数据转入相应模块，第一 第四阶段引导指示模块四个模块相对各自独立，系统根据用户 历史级别数据决定是否可以对它们进行访问。当用户历史级别数据等于1时，允许访问第 一阶段引导指示模块；当用户历史级别数据等于2时，允许访问第二阶段引导指示模块；当 用户历史级别数据等于3时，允许访问第三阶段引导指示模块；当用户历史级别数据等于4 时，允许访问第四阶段引导指示模块。第一阶段引导指示模块工作流程如图4所示，第一阶段引导指示模块通过客户端 显示部件提示是否进行引导演示，用户通过客户端输入部件进行选择。当用户选择观看演 示时，通过客户端显示部件显示第一阶段引导演示界面。第一阶段引导演示界面显示播放第一阶段指导语声音的图标，当用户选择此图标 时，则播放第一阶段指导语的音频。同时显示第一阶段指导语文本的图标，当用户点击此图 标时，则呈现指导语的文本文件。第一阶段引导演示界面通过声音、文本、动画和/或视频 方式，指示用户学习掌握第一阶段练习动作。第一阶段练习动作分为第一阶段吸气动作和第一阶段呼气动作。第一阶段吸气动 作为用鼻深吸气，尽量保持胸部不动，感到腹部慢慢鼓起。第一阶段呼气动作为将口唇缩成 吹口哨状，身体略向前倾，由口慢慢吹气，感觉腹部慢慢下陷。当用户学习掌握第一阶段练习动作后，通过选择练习选项进入第一阶段训练引导 过程。第一阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示第一阶段训练引导动画，并设置计 时器开始计时，直到计时器定时到达，计时器停止，第一阶段训练引导结束。第一阶段训练 引导动画显示期间，用户可以通过选择暂停功能，将计时器暂停，暂停引导动画显示，然后 通过选择继续功能，将计时器恢复，恢复引导动画显示。第一阶段训练引导结束后，第一阶 段引导指示模块将用户训练数据进行保存，并通过客户端通信部件将用户训练数据上传到 服务器端装置。第一阶段引导指示模块根据用户在客户端输入装置的输入信息判断用户级 别，当用户级别大于等于2时进入第二阶段训练引导过程。第一阶段引导指示模块使用视觉模拟评分标尺(Visual Analog Scale)确定用户 的训练的程度。视觉模拟评分标尺如图12所示，可以用来确定用户气促的程度。用户于每 次训练后根据其气促程度在如图12所示的视觉模拟评分标尺上选择一个数字，然后客户 端处理部件根据每次训练后气促的程度来判断当前训练阶段的练习强度是否适合用户的 呼吸肌耐力。如果用户选择的数字< 5则表明其呼吸肌能耐受所选择的呼吸频率。此阶段的训练目的旨在让用户改变无效的、急促的呼吸形态，使其根据视频和呼 吸引导动画养成有效的、正确的缩唇腹式呼吸方式。因缩唇腹式呼吸可以增加气道外口段 阻力，使等压点移向中央大气道，防止小气道过早闭合，提高气道内压，防止气道过早陷闭， 使肺内残气更易于排出，有助于下一次吸入更多的新鲜空气，在增加潮气和肺泡换气量的 同时，使C02排出增多，改善缺氧和通气/血流比例失调。
优选地，在第一训练阶段，用户通过客户端输入部件选择第一训练强度参数，将呼 吸次数设置为14次/分钟，第一阶段引导指示模块根据所设置的训练引导参数通过客户端 显示部件显示第一阶段训练引导动画，用户根据显示的训练引导动画进行练习。优选地，每 次练习时间约5 30分钟，每天练习2 5次，连续练习一周时间。用户可以根据自身情 况在一周后，将呼吸次数设置为12次/分钟进行练习。每次练习5 10分钟后，用户在视 觉模拟评分标尺中根据训练情况选择数字，若用户选择的数字< 5，则继续练习一周时间； 若用户选择的数字> 5，则重新选择前一等级训练强度(呼吸次数14次/分钟)继续练习 一周时间。在一周后再选择后一等级训练强度(呼吸次数12次/分钟)开始练习。依此 类推，直至练习至最后等级训练强度(呼吸次数6次/分钟)，用户仍选择< 5的数字，则将 用户级别加1，进入下一阶段。优选地，第一阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示如图8所述界面。此界 面的背景使用淡绿或淡蓝色，用户可以通过客户端输入部件在客户端显示部件显示的“呼 吸次数”中选择其中任一数字作为第一训练强度参数。并根据用户选择的第一训练强度参 数(呼吸次数)绘制一条按时间比例升降的开口向下的抛物线序列，该抛物线序列绘制的 升降速度比为1 2(表示所引导吸气/呼气时长比为1 2)，根据用户选择的第一训练强 度参数来决定每分钟的升降次数。当绘制的抛物线上升时，曲线内绘制红色小球，小球的运 动方向是从抛物线的开口端慢慢移向抛物线的顶部；当抛物线下降时，曲线内的小球会变 成黑色，当曲线变成直线时，黑色小球消失。上升时又出现红色小球，重新上述绘制方式。同 时引导用户根据图中小球的颜色和曲线的升降来进行训练，当图中小球呈红色时随着曲线 的上升做深吸气动作；当小球变成黑色时，请随着曲线的下降做吹口哨动作慢慢吹出气体。具体的抛物线曲线绘制方式如下，抛物曲线升降的频率为14 6次/分，现以每 分钟升降3次为例进行说明。每一升降过程总共耗时(60 + 6) =10秒，升降时间比为1 2， 即抛物线上升的时间(显示红色小球时间)为[(60 + 6) X 1/3]秒，抛物线下降的时间(显 示黑色小球时间)为[(60 + 6) X2/3]秒。用户可以通过客户端输入部件在客户端显示部件显示的“计时器”中选择“开始” 和“停止”状态，以方便对练习时间进行显示。在此过程中，计时器工作的时间长度表示用户 每一次训练的时间，它与抛物线开始运动的时间是相等的，即假如抛物线升降持续5分钟， 则计时器从“开始”至“停止”的时间也为5分钟。当用户选择训练结束时，客户端显示部件 显示鼓励信息，优选为，显示一个宝宝图片，并出现表扬语“爷爷/奶奶您辛苦了！您刚 才选择的呼吸次数是X次，练习时间是X分钟。请坚持练习！您的身体会越来越好的！祝 您健康长寿！ ”显示爷爷或是奶奶由用户输入的性别所决定。“计时器”所计时间存入“历史 记录”中，供用户以后查阅。客户端显示部件能够以音频和/或文本的方式呈现鼓励信息。第二阶段引导指示模块工作流程如图5所示，第二阶段引导指示模块通过客户端 显示部件提示是否进行引导演示，用户通过客户端输入部件进行选择。当用户选择观看提 示时，通过客户端显示部件显示第二阶段引导演示界面。第二阶段引导演示界面显示播放第二阶段指导语声音的图标，当用户选择此图标 时，则播放第二阶段指导语的音频。同时显示第二阶段指导语文本的图标，当用户点击此图 标时，则呈现指导语的文本文件。第二阶段引导演示界面通过声音、文本、动画和/或视频 方式，指示用户学习掌握第二阶段练习动作。
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第二阶段练习动作取立位或坐位，分为第二阶段吸气动作和第二阶段呼气动作。 第二阶段吸气动作为双手握拳慢慢提起，同时深吸气。第二阶段呼气动作为当双手提至肩 部高度时，将双手慢慢放下，同时做吹口哨动作慢慢吹气。当用户学习掌握第二阶段练习动作后，通过选择练习选项进入第二阶段训练引导 过程。第二阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示第二阶段训练引导动画，并设置计 时器开始计时，直到计时器定时到达，计时器停止，第二阶段训练引导结束。第二阶段训练 引导动画显示期间，用户可以通过选择暂停功能，将计时器暂停，暂停引导动画显示，然后 通过选择继续功能，将计时器恢复，恢复引导动画显示。第二阶段训练引导结束后，第二阶 段引导指示模块将用户训练数据进行保存，并通过客户端通信部件将用户训练数据上传到 服务器端装置。第二阶段引导指示模块根据用户在客户端输入装置的输入信息判断用户训 练级别，当用户级别大于等于3时进入第三阶段训练引导过程，当判断用户不适于此阶段 训练时，返回到上一阶段进行引导训练。第二阶段引导指示模块同样也使用视觉模拟评分标尺确定用户的训练的程度。此阶段的训练目的旨在当用户已养成正确的缩唇腹式呼吸后，其呼吸功能将有所 改善，通过握拳提升动作引导用户深吸气，通过握拳放下动作引导用户慢呼气。这一动作可 增加用户氧气的摄入和二氧化碳的呼出量；上臂运动还潜在地降低了通气的要求，促进上 臂运动的耐受性，当上臂拉紧时，通过增加背、腰部肌肉长度有助于通气。优选地，在第二训练阶段，用户通过客户端输入部件选择第一训练强度参数，将呼 吸次数设置为10次/分钟，第二阶段引导指示模块根据所设置的训练引导参数通过客户端 显示部件显示第二阶段训练引导动画，用户根据显示的训练引导动画进行练习。优选地，每 次练习时间约10 30分钟，每天练习2 5次，连续练习一周时间。用户可以根据自身情 况在一周后，将呼吸次数设置为12次/分钟进行练习。每次练习5 10分钟后，用户在视 觉模拟评分标尺中根据训练情况选择数字，若用户选择的数字< 5，则继续练习一周时间； 若用户选择的数字> 5，则重新选择前一等级训练强度(呼吸次数10次/分钟)继续练习 一周时间。在一周后再选择后一等级训练强度(呼吸次数8次/分钟)开始练习。依此类 推，直至练习至最后等级训练强度(呼吸次数6次/分钟)，用户仍选择< 5的数字，则将用 户级别加1，进入下一阶段。优选地，第二阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示如图9所述界面。此界 面与图8所示界面类似，根据用户选择的第一训练强度参数绘制一条按时间比例升降的开 口向下的抛物线序列。引导用户根据图中小球的颜色和曲线的升降来进行训练，当图中小 球呈红色时随着曲线的上升做深吸气动作；当小球变成黑色时，请随着曲线的下降做吹口 哨动作慢慢吹出气体。具体的抛物线曲线绘制方式与第一阶段类似。当用户选择训练结束时，客户端显示部件显示鼓励信息，采用与第一阶段类似的 方式进行显示。第三阶段引导指示模块工作流程如图6所示，第三阶段引导指示模块通过客户端 显示部件提示是否进行引导演示，用户通过客户端输入部件进行选择。当用户选择观看演 示时，通过客户端显示部件显示第三阶段引导演示界面。第三阶段引导演示界面显示播放第三阶段指导语声音的图标，当用户选择此图标
12时，则播放第三阶段指导语的音频。同时显示第三阶段指导语文本的图标，当用户点击此图 标时，则呈现指导语的文本文件。第三阶段引导演示界面通过声音、文本、动画和/或视频 方式，指示用户学习掌握第三阶段练习动作。第三阶段练习动作取立位，分为五节动作。第1节慢慢举起左手或右手做深吸气 动作，然后将双手轻轻按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气。第2节双手慢慢平伸做深吸气 动作，然后将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气。第3节双手慢慢举起做深吸气动作， 然后将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气。第4节双手慢慢向身体两侧伸展做深吸气 动作，然后将双手按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气。第5节双手慢慢举起做深吸气动 作，然后慢慢下蹲做吹口哨动作慢慢吹气。当用户学习掌握第三阶段练习动作后，通过选择练习选项进入第三阶段训练引导 过程。第三阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示第三阶段训练引导动画，并设置计 时器开始计时，直到计时器定时到达，计时器停止，第三阶段训练引导结束。第三阶段训练 引导动画显示期间，用户可以通过选择暂停功能，将计时器暂停，暂停引导动画显示，然后 通过选择继续功能，将计时器恢复，恢复引导动画显示。第三阶段训练引导结束后，第三阶 段引导指示模块将用户训练数据进行保存，并通过客户端通信部件将用户训练数据上传到 服务器端装置。第三阶段引导指示模块根据用户在客户端输入装置的输入信息判断用户训 练级别，当用户级别大于等于4时进入第四阶段训练引导过程，当判断用户不适于此阶段 训练时，返回到上一阶段进行引导训练。此阶段的训练目的旨在当用户经过第一、二阶段的训练，用户的呼吸肌功能得以 进一步改善后，通过本阶段的五节全身呼吸操训练，进一步增强其呼吸肌的功能。优选地，在第三训练阶段，第三阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示第三 阶段训练引导动画，用户根据显示的训练引导动画进行练习。优选地，每次练习时间约 15 30分钟，每天练习2次，连续练习一月时间。第三阶段训练时间达到一个月后，将用户 级别加1，进入下一阶段。优选地，第三阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示如图10所述界面。此界 面的背景使用淡绿或淡蓝色，通过声音、文本、动画和/或视频方式，重复引导用户按照第 三阶段练习动作包括的五节动作进行训练。当用户选择训练结束时，客户端显示部件显示鼓励信息，采用与第一阶段类似的 方式进行显示。第四阶段引导指示模块工作流程如图7所示，第四阶段引导指示模块通过客户端 显示部件提示是否进行引导演示，用户通过客户端输入部件进行选择。当用户选择观看演 示时，通过客户端显示部件显示第四阶段引导演示界面。第四阶段引导演示界面显示播放第四阶段指导语声音的图标，当用户选择此图标 时，则播放第四阶段指导语的音频。同时显示第四阶段指导语文本的图标，当用户点击此图 标时，则呈现指导语的文本文件。第四阶段引导演示界面通过声音、文本、动画和/或视频 方式，指示用户学习掌握第四阶段练习动作。第四阶段练习动作取立位或坐位，分为第四阶段吸气动作、第四阶段闭气动作和 第四阶段呼气动作。第四阶段吸气动作为深吸气，第四阶段呼气动作慢呼气。当用户学习掌握第四阶段练习动作后，通过选择练习选项进入第四阶段训练引导过程。第四阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示第四阶段训练引导动画，并设置计 时器开始计时，直到计时器定时到达，计时器停止，第四阶段训练引导结束。第四阶段训练 引导动画显示期间，用户可以通过选择暂停功能，将计时器暂停，暂停引导动画显示，然后 通过选择继续功能，将计时器恢复，恢复引导动画显示。第四阶段训练引导结束后，第四阶 段引导指示模块将用户训练数据进行保存，并通过客户端通信部件将用户训练数据上传到 服务器端装置。第四阶段引导指示模块根据用户在客户端输入装置的输入信息判断用户训 练级别，当判断用户不适于此阶段训练时，返回到上一阶段进行引导训练。第四阶段引导指示模块同样也使用视觉模拟评分标尺确定用户的训练的程度。此阶段的训练目的旨在当用户经过前面三个阶段的训练后，用户呼吸肌的耐力将 得以加强，此时已能耐受短时间的闭气，通过吸气和呼气之间闭气1 2秒以延长氧气在肺 泡内弥散的时间，以进一步改善用户呼吸困难的状况。优选地，在第四训练阶段，用户通过客户端输入部件选择第一训练强度参数，将呼 吸次数设置为8次/分钟，选择第二训练强度参数，将闭气时间设置为1秒/次，第四阶段引 导指示模块根据所设置的训练引导参数通过客户端显示部件显示第四阶段训练引导动画， 用户根据显示的训练引导动画进行练习。优选地，每次练习时间约10 20分钟，每天练习 2 3次，连续练习一周时间。用户可以根据自身情况在一周后，将呼吸次数设置为6次/ 分钟进行练习。每次练习5 10分钟后，用户在视觉模拟评分标尺中根据训练情况选择数 字，若用户选择的数字< 5，则继续练习一周时间；若用户选择的数字> 5，则重新选择前一 等级训练强度(呼吸次数8次/分钟)继续练习一周时间。在一周后再选择后一等级训练 强度(呼吸次数6次/分钟)开始练习。然后将呼吸次数设置为8次/分钟，将闭气时间 设置为2秒/次进行练习。依此类推，直至练习至最后等级训练强度(呼吸次数6次/分 钟，闭气时间2秒/次)，用户仍选择彡5的数字，则用户全部四阶段训练均已完成。优选地，第四阶段引导指示模块通过客户端显示部件显示如图11所述界面。此界 面的背景使用淡绿或淡蓝色，用户可以通过客户端输入部件在客户端显示部件显示的“呼 吸次数”中选择其中任一数字作为第一训练强度参数，同时通过客户端输入部件在客户端 显示部件显示的“闭气时间”中选择一数字作为第二训练强度参数。并根据用户选择的第一 训练强度参数(呼吸次数)绘制一条按时间比例升降的开口向下的梯形折线序列。如图11 所示，该梯形折线呈现以下变化规律从A点慢慢绘制B点，表示引导进行吸气动作，从B点 绘制到C点表示引导进行闭气动作，从C点绘制到D点表示引导进行缩唇吹气动作。该梯 形折线序列绘制的升降速度比为1 2(表示所引导吸气/呼气时长比为1 2，闭气时间 不包括在吸呼时间内)，根据用户选择的第一训练强度参数来决定每分钟的升降次数。当绘 制的梯形折线处于上升段时，使用红色进行绘制和提示；当绘制的梯形折线处于平稳段时， 使用蓝色进行绘制和提示；当绘制的梯形折线处于下降段时，使用黑色进行绘制和提示，并 重复上述方式绘制一个梯形折线序列。同时引导用户根据图中梯形折线和文字提示的颜色 和梯形折线的升降来进行训练，当图中梯形折线和文字提示呈红色时随着梯形折线的上升 做吸气动作；当图中梯形折线和文字提示呈蓝色时随着梯形折线的平行做闭气动作；当图 中梯形折线和文字提示呈黑色时随着梯形折线的下降做呼气动作。具体的梯形折线绘制方式如下，梯形折线升降的频率为8 6次/分，现以每分钟 升降8次、闭气1秒为例进行说明。每次升降耗时为(60 + 8)秒。其中从A点至B点为上升过程，持续时间为{[ (60-8)-1] X 1/3}秒；从B点至C点梯形折线呈直线运动状态，持续时间为1秒；从C点至D点为梯形折线下降过程，持续时间为{[(60-8)-1]X2/3}秒。当用户选择训练结束时，客户端显示部件显示鼓励信息，采用与第一阶段类似的 方式进行显示。用户交流模块通过客户端显示部件提供用户与专家的在线交流界面。还提供放松 音乐的准备和播放界面。本模块可提供60首放松音乐，当用户选择“音乐库”的图标时，系 统会呈现曲目名称，当再次选择时，会播放相应的曲目。同时还提供各种提示信息的图片和 视频文件的选择和设置。历史记录模块会自动记录用户所选择的训练阶段、训练强度参数(呼吸次数、闭 气时间)、持续练习的时间、练习日期和具体时间，如用户在本次训练中点击的呼吸次数是 6，抛物线运动的时间是5分钟，练习日期是2009年8月6日9时10分，历史记录中保存的 数据就是2009年8月6日9时10分呼吸次数6，练习时间5分钟。客户端处理部件使用状态机来实现各个功能模块之间的切换，该状态机的状态迁 移图如图13所示。客户端开机后，客户端处理部件的状态机处于开始状态，显示欢迎界面 信息，提示用户进行登录；待用户输入用户名和密码后，客户端处理部件的状态机进入登录 状态，对用户名和密码进行验证；用户名和密码验证成功后进入初始化状态，根据用户名获 取对应的用户信息；然后根据用户历史级别数据选择进入对应的第一至第四动作指导状 态。当客户端处理部件的状态机进入第一动作指导状态时，对应的第一阶段引导指示 模块通过客户端显示部件提示是否进行引导演示，当用户选择观看演示时，通过客户端显 示部件显示第一阶段引导演示界面，通过多媒体教学方式，引导用户学习并掌握第一训练 动作；不断重复该过程，直到用户学会掌握第一阶段训练动作后，用户选择不再观看演示 时，客户端处理部件的状态机进入第一动作练习状态。在第一动作练习状态中，第一阶段引 导指示模块通过客户端显示部件引导用户进行练习，不断重复该过程，直到第一阶段引导 指示模块使用视觉模拟评分标尺确定用户的训练的程度将用户级别加1时，客户端处理部 件的状态机进入第二动作指导状态。同样，当客户端处理部件的状态机进入第二动作指导状态时，引导用户学习并掌 握第二训练动作；不断重复该过程，直到用户学会掌握第二阶段训练动作，进入第二动作练 习状态。在第二动作练习状态中，第二阶段引导指示模块通过客户端显示部件引导用户进 行练习，不断重复该过程，直到用户级别加1时，客户端处理部件的状态机进入第三动作指 导状态。同样，当客户端处理部件的状态机进入第三动作指导状态时，引导用户学习并掌 握第三训练动作；不断重复该过程，直到用户学会掌握第三阶段训练动作，进入第三动作练 习状态。在第三动作练习状态中，第三阶段引导指示模块通过客户端显示部件引导用户进 行练习，不断重复该过程，直到用户级别加1时，客户端处理部件的状态机进入第四动作指 导状态。同样，当客户端处理部件的状态机进入第四动作指导状态时，引导用户学习并掌 握第四训练动作；不断重复该过程，直到用户学会掌握第四阶段训练动作，进入第四动作练 习状态。在第四动作练习状态中，第四阶段引导指示模块通过客户端显示部件引导用户进行练习，不断重复该过程，直到第四阶段引导指示模块使用视觉模拟评分标尺确定用户全部四阶段训练均已完成，客户端处理部件的状态机进入网络交互状态。客户端处理部件的状态机在第一至第四动作练习状态后，都可以通过用户的选择进入网络交互状态。在网络交互状态，第一至第四阶段引导指示模块可以通过客户端通信 部件将第一至第四阶段的动作指导和动作练习数据上传到服务器端，还可以通过用户交流 模块实现客户端用户与服务器端专家的在线交流。客户端处理部件的状态机在网络交互状 态后进入结束状态，整个客户端的状态流程结束。该呼吸训练系统可以通过在普通服务器和个人计算机上通过相关的软件实现，也可以在专用嵌入式硬件平台上实现便携式的呼吸训练系统。当使用专用嵌入式硬件平台 实现时，该系统的客户端硬件外观示意图如图14所示，优选采用类似便携式平板电脑的外 观。其中客户端显示部件采用Γ20英寸的触摸液晶显示屏或普通液晶显示屏进行显示，并 在显示屏边缘设置声音输出装置，以及客户端输入部件，客户端输入部件可以采用简化键 盘与触摸板或轨迹球或指点杆的组合，也可外接标准键盘和鼠标进行输入。客户端通信部 件可采用RJ45接口的以太网卡或其他通信接口。以上实施例仅为本发明的一种具体实施方式
，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
一种呼吸训练系统，其适用于慢性阻塞性肺疾病的康复训练，所述呼吸训练系统包括服务器端装置和客户端装置，所述服务器端装置包括服务器端通信部件、服务器存储部件、服务器显示部件、服务器输入部件和服务器处理部件；所述客户端装置包括客户端通信部件、客户端存储部件、客户端显示部件、客户端输入部件和客户端处理部件，其特征在于所述客户端处理部件包括第一阶段引导指示模块，所述第一阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提示进行第一训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存储；第二阶段引导指示模块，所述第二阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提示进行第二训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存储；第三阶段引导指示模块，所述第三阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提示进行第三训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存储；第四阶段引导指示模块，所述第四阶段引导指示模块通过所述客户端显示部件提示进行第四训练动作呼吸练习，通过所述客户端通信部件将练习过程数据进行上传和存储；登录模块，所述登录模块通过所述客户端通信部件在所述服务器端装置验证用户登录身份，验证通过后在服务器端装置查询得到所述用户对应的用户信息，并根据所述用户信息中的用户历史级别数据选择对应的第一至第四阶段引导指示模块进行训练引导。
2.根据权利要求1所述的呼吸训练系统，其特征在于所述第一至第四训练动作的 难度逐渐增加；所述第一训练动作为缩唇腹式呼吸方式，所述第二训练动作为握拳深吸气 慢吹气呼吸方式，所述第三训练动作为全身呼吸操练习方式，所述第四训练动作采用深吸 气-闭气-慢呼气练习方式。
3.根据权利要求2所述的呼吸训练系统，其特征在于所述缩唇腹式呼吸方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人体动作动画示范取坐位或立位，将左手放在前胸，右手放在腹部， 用鼻深吸气，尽量保持胸部不动，使腹部慢慢鼓起， 将口唇缩成吹口哨状，身体略向前倾，由口慢慢吹气，使得腹部慢慢下陷； 所述握拳深吸气慢吹气呼吸方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人体动 作动画示范取坐位或立位，双手握拳慢慢提起，深吸气， 双手提至肩部高度，双手慢慢放下，同时做吹口哨动作慢慢吹气；所述全身呼吸操练习方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人体动作动画 示范取立位，第一节，慢慢举起左手或右手做深吸气动作， 将双手轻轻按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气， 第二节，双手慢慢平伸做深吸气动作， 将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气， 第三节，双手慢慢举起做深吸气动作，将双手慢慢放下做吹口哨动作慢慢吹气， 第四节，双手慢慢向身体两侧伸展做深吸气动作， 将双手按压在腹部做吹口哨动作慢慢吹气， 第五节，双手慢慢举起做深吸气动作， 慢慢下蹲做吹口哨动作慢慢吹气；所述深吸气-闭气-慢呼气练习方式为在规定时间内循环顺序显示如下引导语或人体 动作动画示范取坐位或立位，深吸气， 闭气， 慢呼气。
4.根据权利要求3所述的呼吸训练系统，其特征在于所述第一至第四阶段引导指示 模块通过所述客户端显示部件使用声音、文本、动画和/或视频方式指示用户学习掌握所 述第一至第四训练动作。
5.根据权利要求4所述的呼吸训练系统，其特征在于所述第一至第二阶段引导指 示模块通过所述客户端显示部件采用第一动态方式提示进行第一至第二训练动作呼吸练 习；所述第一动态方式根据用户选择的第一训练强度参数绘制一条按时间比例升降的开 口向下的抛物线序列，所述抛物线序列绘制的升降速度比为1 2，表示所提示的吸气/呼 气时长比为1 2，并决定每分钟内的升降次数，所述抛物线序列的相邻抛物线在所述开口 端通过直线线段相连；当绘制的所述抛物线上升时，所述抛物线内绘制红色小球，所述红色小球的运动方向 是从所述抛物线的开口端慢慢移向抛物线的顶部；当所述抛物线下降时，所述抛物线内的 红色小球会变成黑色，当所述抛物线序列绘制到所述直线线段时，所述黑色小球消失，并在 绘制的相邻抛物线上升时再次出现所述红色小球，重复上述绘制方式绘制所述抛物线序 列；同时提示用户根据所绘制的小球的颜色和所述抛物线序列的升降来进行训练，当所述 小球呈红色时随着所述抛物线的上升做深吸气动作；当所述小球变成黑色时，随着所述抛 物线的下降做吹口哨动作慢慢吹出气体。
6.根据权利要求5所述的呼吸训练系统，其特征在于所述抛物线序列绘制方式如下， 所述抛物线序列的升降频率根据第一训练强度参数确定，为N次/分，所述抛物线序列中每 一个抛物线的上升时间为[(60 + N)Xl/3]秒，下降的时间为[(60 + N)X2/3]秒，式中N的 取值范围为6 14。
7.根据权利要求4所述的呼吸训练系统，其特征在于所述第四阶段引导指示模块通 过所述客户端显示部件采用第二动态方式提示进行第四训练动作呼吸练习；所述第二动态方式根据用户选择的第一训练强度参数和第二训练强度参数绘制一 条按时间比例升降的开口向下的梯形折线序列，所述梯形折线序列绘制的升降速度比为 1 2，表示所提示的吸气/呼气时长比为1 2，并决定每分钟内的升降次数，所述梯形折 线序列的相邻梯形折线在所述开口端相连；当绘制的所述梯形折线处于左侧上升沿时，使用红色进行绘制和提示；当绘制的所述梯形折线处于顶部平稳段时，使用蓝色进行绘制和提示；当所述梯形折线处于右侧下降沿 时，使用黑色进行绘制和提示，重复上述绘制方式绘制所述梯形折线序列；同时提示用户根据所绘制的所述梯形折线序列的升降和颜色来进行训练，当所述梯形 折线处于左侧上升沿时做吸气动作；当所述梯形折线处于顶部平稳段时做闭气动作；当所 述梯形折线处于右侧下降沿时做呼气动作。
8.根据权利要求7所述的呼吸训练系统，其特征在于所述梯形折线序列绘制方式如 下，所述梯形折线序列的升降频率根据第一训练强度参数确定，为N次/分，顶部平稳段时 间根据第二训练强度参数确定，为M秒，所述梯形折线序列中每一个梯形折线的左侧上升 沿时间为{(60+ N)-Μ] X 1/3}秒，下降的时间为{[(60+ N)-Μ] X 2/3}秒，式中N的取值范 围为6 8，N的取值范围为1 2。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的呼吸训练系统，其特征在于所述客户端处理 部件使用状态机实现，所述状态机包括第一动作指导状态、第一动作训练状态、第二动作指 导状态、第二动作训练状态、第三动作指导状态、第三动作训练状态、第四动作指导状态、第 四动作训练状态。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的呼吸训练系统，其特征在于所述服务器端通 信部件与所述客户端通信部件使用同一个硬件，所述服务器存储部件与所述客户端存储部 件使用同一个硬件，所述服务器显示部件和所述客户端显示部件使用同一个硬件，所述服 务器输入部件和客户端输入部件使用同一个硬件，所述服务器处理部件和客户端处理部件 使用同一个硬件。
全文摘要
本发明涉及一种呼吸训练系统，用于辅助慢性阻塞性肺疾病患者进行康复训练，该系统包括服务器端装置和客户端装置，其客户端装置包括客户端通信部件、客户端存储部件、客户端显示部件、客户端输入部件和客户端处理部件，该客户端处理部件包括第一至第四阶段引导指示模块，分别引导进行第一至第四训练动作呼吸练习，其中第一训练动作采用缩唇腹式呼吸方式，第二训练动作采用握拳深吸气慢吹气呼吸方式，第三训练动作采用全身呼吸操练习方式，第四训练动作采用深吸气-闭气-慢呼气练习方式。
文档编号A63B23/18GK101822894SQ200910170108
公开日2010年9月8日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者柳丰萍 申请人:盐城卫生职业技术学院