用于可扩展的个性化呼吸功能的方法和系统与流程

本发明的实施方式涉及用于向用户提供个性化呼吸技术的系统。

背景技术：

典型的生物反馈训练强加了用户必须遵循的一种固定的呼吸频率/模式，而不考虑用户的年龄、性别或身体状况。

技术实现要素：

在一些实施方式中，本发明提供一种计算机实施的方法，包括：通过使用特别编程有健康管理软件的至少一个专用计算装置，向用户实时地提供在所述至少一个专用计算装置上的图形用户界面显示的至少一个个性化呼吸指导，其中，所述至少一个个性化呼吸指导包括至少：(i)第一指示，其标识用于吸气的第一时段，和(ii)第二指示，其标识用于呼气的第二时段；通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地从至少一个心率传感器接收用户传感器数据，所述至少一个心率传感器与所述用户相关联，至少部分地基于所述用户传感器数据，通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地确定该用户的用户心率变异性(用户HRV)，基于该用户HRV通过所述至少一个专门编程的计算装置自动地计算参数状态百分比，至少部分地基于多个用户相关参数的加权和，从而得到0.1-100％的计算值，所述多个用户相关参数包括：(1)标识用户的低频/高频比的第一参数，(2)标识用户的瞬时心率信号的标准偏差(SDNN)的第二参数，(3)标识用户的心率的第三参数，(4)标识用户的pnn50的第四参数，和(5)标识用户相干性(coherence)的第五参数；基于所述参数状态百分比，由所述至少一个专门编程的计算装置向用户实时地提供至少一个个性化呼吸建议，该至少一个个性化呼吸建议被配置以修改所述参数状态百分比，其中，所述至少一个呼吸建议包括：(i)第一呼吸指示，其标识对用户呼吸速率的第一调整，(ii)第二呼吸指示，其标识对用户呼吸模式的第二调整，(iii)或它们的任何组合。在一些实施方式中，所述方法进一步包括第三指示，其标识用于屏住呼吸的第三时段。在一些实施方式中，所述方法进一步包括所述多个用户相关参数，该多个用户相关参数进一步包括：(6)连续RR间隔差值的均方根(RMSSD)，(7)功率频谱，(8)总功率，和(9)深呼吸差异(deep breath difference)。在一些实施方式中，所述心率传感器处于与用户相关联的移动电话装置、具有蓝牙功能的装置或与用户相关联的心率监测仪中的一个中。在一些实施方式中，所述心率传感器处于所述至少一个专门编程的计算装置中。在一些实施方式中，所述至少一个专门编程的计算装置是与用户相关联的移动电话装置。在一些实施方式中，所述方法包括指导受试者充分地使用权利要求1的方法，从而引起血糖水平降低10-25％。在一些实施方式中，所述受试者是糖尿病患者。

在一些实施方式中，本发明提供一种计算机系统，其包括：特别编程有个性化的健康管理软件的至少一个专用计算装置，其中，所述个性化的健康管理软件被至少配置以：产生至少一个个性化的呼吸指导，该至少一个个性化的呼吸指导至少包括：(i)标识用于吸气的第一时段的第一指示，和(ii)标识用于呼气的第二时段的第二指示；通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地从与用户相关联的至少一个心率传感器接收用户传感器数据，至少部分地基于所述用户传感器数据，通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地确定该用户的用户心率变异性(用户HRV)，基于所述用户HRV通过所述至少一个专门编程的计算装置自动地计算参数状态百分比，至少部分地基于多个用户相关参数的加权和，从而得到0.1-100％的计算值，所述多个用户相关参数包括：(1)标识用户的低频/高频比的第一参数、(2)标识用户的瞬时心率信号的标准偏差(SDNN)的第二参数、(3)标识用户的心率的第三参数、(4)标识用户的pnn50的第四参数、和(5)标识用户相干性的第五参数；基于所述参数状态百分比通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地向用户提供至少一个个性化呼吸建议，该至少一个个性化呼吸建议被配置以修改所述参数状态百分比建议，其中，所述至少一个呼吸建议包括：(i)第一呼吸指示，其标识对用户呼吸速率的第一调整，(ii)第二呼吸指示，其标识对用户呼吸模式的第二调整，(iii)或它们的任何组合。在一些实施方式中，所述系统进一步包括第三指示，其标识用于屏住呼吸的第三时段。在一些实施方式中，所述系统进一步包括所述多个用户相关参数，该多个用户相关参数进一步包括：(6)连续RR间隔差值的均方根(RMSSD)，(7)功率频谱，(8)总功率，或(9)深呼吸差异。在一些实施方式中，所述心率传感器处于与用户相关联的移动电话装置、具有蓝牙功能的装置或与用户相关联的心率监测仪中的一个中。在一些实施方式中，所述心率传感器处于所述至少一个专门编程的计算装置中。在一些实施方式中，所述至少一个专门编程的计算装置是与用户相关联的移动电话装置。在一些实施方式中，所述个性化的健康管理软件被进一步配置以指导受试者充分地使用权利要求9的方法，从而引起血糖水平降低10-25％。在一些实施方式中，所述受试者是糖尿病患者。

附图说明

现在将参照附图进一步说明本发明，其中，在各个视图中，通过相同的标号指代相同的结构。所示出的附图不一定是按比例绘制的，相反，重点大致在于说明本发明的原理。另外，一些特征可能被放大以显示特定部件的细节。

图1示出了本发明的系统的一个实施方式，其显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。该屏幕截图显示了一显示器，其包括：自动生成的使对象(例如球体形)根据运动的速度而移动的呼吸指导，根据所接收的用户及运动情况的数据而输出心率(HR)和分数(Points)的面板，显示瞬时心率以及当前压力水平的图形和数字指标的图表。

图2示出了本发明的系统的一个实施方式，其显示了通过使用网络与客户端装置通信的网络服务器。

图3示出了本发明的系统的一个实施方式，其显示了支持本发明系统的计算机和网络架构。

图4示出了本发明的发明系统的一个实施方式，其显示了支持本发明系统的云系统。

图5示出了本发明的系统的一个实施方式，其显示了支持本发明系统并且允许向云客户端传送信息和/或从云客户端接收信息的云系统。

图6和图7是本发明的系统的实施方式的流程图。

图8A-8B、9和10A-10C是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

图11和图12是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

图13A是本发明的系统的一个实施方式，显示了可以使用的反馈回路。

图13B-13E是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

图14A-14B、15、16A-16E和17A-17H是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

图18A是本发明的系统的一个实施方式，显示了来自原始的和内插的RR信号的两分钟数据的比较。

图18B是本发明的系统的一个实施方式，显示了由原始的和内插的RR信号算得的特征的比较。两种不同信号的变化是一致的。所示出的特征是心率(左上)、高频成分(右上)、低频成分(左下)和Lf/Hf比(右下)。

图19是本发明的系统的一个实施方式，显示了原始RR信号与内插且滤波的同一信号版本的比较。

图20是本发明的系统的一个实施方式，显示了两个信号的归一化谱的比较。

图21是本发明的系统的一个实施方式，显示了4个不同特征的比较。除了比例因数之外，来自两个信号的特征随时间的演变是类似的。

图22A和22B是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

图23是本发明的系统的一个实施方式，近似地显示了一分钟采集的数据，记录自在休息状态下的健康受试者。

图24A和24B是本发明的系统的一个实施方式，显示了在正进行主动立位测试的健康受试者上的HRV的频谱分析。

图25和26A-26C是本发明的系统的实施方式，显示了可以被显示在装置上的屏幕截图。

另外，显示在视图中的任何测量、说明等均旨在是说明性的并且是非限制性的。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不能被解释为限制，而仅仅是作为代表性基础用于教导本领域技术人员多方面地采用本发明。

具体实施方式

除了已经公开的那些益处和改进之外，本发明的其它目的和优点将由结合附图进行的下列描述而变得显而易见。本文公开了本发明的详细实施方式；但是，应当理解的是，所公开的实施方式仅仅是说明可以以各种形式来实施的本发明。此外，连同本发明的各个实施方式给出的实施例的每一个均旨在是说明性的并且是非限制性的。

除非上下文另有明确规定，在整个说明书中，下列术语采用本文明确关联的含义。如本文中使用的短语“在一个实施方式中”和“在一些实施方式中”不一定指代相同的实施方式，但是它们可以指代相同的实施方式。另外，如本文中使用的短语“在另一个实施方式中”和“在一些其它实施方式中”不一定指代不同的实施方式，但是其可以指代不同的实施方式。因此，如下所描述的，本发明的各个实施方式可以容易地组合，而不会脱离本发明的范围或精神。

另外，如本文中所使用的，术语“或”是包括性的“或(or)”作用词(operator)，并且等同于术语“和/或”，除非上下文另有明确规定。术语“基于/以……为基础”是非排他性的并且允许基于其它未描述的额外因素，除非上下文另有明确规定。此外，在整个说明书中，“一个(a)”、“一个(an)”和“该/所述(the)”的含义包括复数引用。“在……中(in)”的含义包括“在……中”和“在……上(on)”。

将参照附图进一步说明本发明，其中，在整个多个视图中，通过相同的标号指代相同的结构。所示出的附图不一定是按比例绘制的，相反，重点大致放在说明本发明的原理。另外，一些特征可能被放大以显示特定部件的细节。

附图构成本说明书的一部分并且包括本发明的说明性实施方式并且说明了本发明的各个目的和特征。此外，附图不一定是按比例绘制的，一些特征可以被放大以显示特定部件的细节。另外，附图中所示出的任何测量、说明等均旨在是说明性的并且是非限制性的。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不能被解释为限制，而仅仅是作为代表性基础用于教导本领域技术人员多方面地采用本发明。

如本文中所使用的“深呼吸差异”或“DBD”是指通过深呼吸所实现的心率变化，其可以被表达为例如6个呼吸周期中的最大心率和最小心率之间的差的平均值。

如本文中所使用的，“呼吸周期(respiratory cycle)”是指在一次呼吸过程中发生的事件；即，吸气+呼气＝1个呼吸周期。

如本文中所使用的，“正常到正常间隔的标准偏差(standard deviation of the normal-to-normal intervals)”(SDNN)是指方差的平方根。由于方差在数学上等于频谱分析的总功率(total power)，所以SDNN反映了记录的期间造成变异性(variability)的全部周期成分。可以计算24小时期间的SDNN，并因此涵盖了短期HF偏差以及在24小时内看到的最低频率成分。

如本文中所使用的，“心率变异性”同时指代瞬时心率和RR间隔(即，R波至R波的间隔)的变化。

如本文中所使用的，“瞬时心率”是指心电图(ECG)记录上的RR间隔之间距离的测量值。此值提供了一次心跳的长度。然后，将单次心跳用于确定心跳/分钟的数值，即瞬时心率。

如本文所使用的，“心跳间隔(inter-beat interval)”是指两个心跳之间测量的时间长度。

如本文所使用的，“参数”是指域参数和频率参数。

如本文所使用的，“Lf/Hf比”是指来源于瞬时心率信号的频率分析的参数，其中，低频范围为0.015-0.15Hz并且高频范围为0.15-0.4Hz。

如本文所使用的，“pnn50参数”是指具有等于或高于50ms值的瞬时心跳的次数与心跳的总次数之间的比(即具有等于或高于50ms的瞬时心跳次数:心跳的总次数)。

如本文中所使用的，当一装置被定位在与用户成一定距离以允许通过该装置获取和记录用户的心率，那么该装置被称为与用户“相关联”。

如本文所使用的，“健康(wellbeing)”和“健康目标”是指压力目标、专注目标以及通常表征健康的任何其他目标。

在本发明的系统的一些实施方式中，通过实时监测从用户心率变异性(HRV)和来自心率的其它参数提取到的变量，所述系统被配置以提供建议，该建议包括对呼吸速率和/或呼吸模式的调整，这些调整会提高呼吸训练的效率。在一些实施方式中，一旦所述建议被用户所实践，呼吸训练变得个性化并且适于每个个体。呼吸功率是HRV功率谱上的用户呼吸频率的功率(±10％)与谱上总功率的比，其中呼吸频率是由具有在0.1-0.4Hz范围内的较高功率的频率来确定的。

在一些实施方式中，该系统基于的前提是HRV在情绪或身体压力条件下降低，反之随着休息而增加。HRV可被认为是自主神经系统功能的非侵入性标记，并用于糖尿病性神经病的诊断。另外，低HRV在患有心肌梗死的患者中具有预后价值并且与心脏事件和突然死亡的风险有关。HRV被用于许多疾病的诊断和预后。该系统利用HRV并且用个性化的呼吸程序来修正HRV，而输入可以使用移动电话来记录，例如，通过使用便携式摄像机、通过蓝牙、或具有足够高的采样速率的兼容性心率监测仪。

在一些实施方式中，可以通过稳定且个性化的呼吸速率来实现放松。稳定的呼吸速率可具有特定时间吸气、特定时间长度屏住呼吸和特定时间呼气的模式，其中，模式是吸气、呼气和停止呼吸之间的关系，其在人与人之间是不同的，并且可依赖于人的状况(例如姿势、情绪压力等)。相同的原理适用于专注度训练，其中吸气和呼气的呼吸模式旨在提高精神专注度。所述系统包括一种算法，该算法配置成评估人的呼吸，并选择有效的呼吸方式以实现压力降低(例如放松)和/或专注度增强，并且在一次课程(session)(例如呼吸训练)期间执行所选择的呼吸方式。在非限制性的例子中，所述系统包括：(1)配置成向用户提供呼吸训练的生物反馈屏幕，以及(2)配置成向用户显示呼吸指导的面板。所述屏幕可进一步被配置以包括一移动彩色进度球，其向用户显示什么时候吸气(例如，上坡)、什么时候屏住呼吸(例如，平稳段)和什么时候呼气(例如，当球在斜坡上)。所述系统可进一步被配置以提供多个图像，其中所述多个图像可以包括不同类型的“圆锥形(cone)”，其代表不同类型的呼吸模式。作为非限制性的例子，无平稳段的圆锥形反映了只有吸入和呼出的呼吸模式(无屏息)，并且描绘于图1中。

本发明的系统被配置以允许用户优化其呼吸模式，从而产生最大化运动效率。所述优化是通过比较(i)当前呼吸指导和(ii)一个呼吸周期内瞬时心率的变化来进行的。如果瞬时心率始终滞后于呼吸指导，其将减慢。替代地，如果瞬时心率始终倾向于更快地振荡(即，在呼吸指导由此滞后于瞬时心率的情况下)，那么呼吸指导将提高其速度。有意识的呼吸模式引起对心率的调节作用，并且同时，用户的个人节奏会引起对呼吸指导的反馈控制机制。当呼吸指导和瞬时心率同步时，呼吸指导优化算法稳定。

图6是描绘本发明的方法的非限制性示例性实施方式的流程图，显示了针对：压力检查、放松生物反馈和专注生物反馈的图表。图25显示了表现出低专注度的受试者的图像。另外，在一些实施方式中，本发明可以包括：

SDNN[ms]—所有RR间隔的标准偏差

SDANNi[ms]—5分钟区段内所有RR间隔的全部标准偏差的平均值

rMSSD[ms]—连续RR间隔差值的均方根

pNN50[％]VK[％]—大于50ms的相邻RR间隔的百分比

标准偏差x 100/所有RR间隔的平均值。

在一些实施方式中，本发明的系统可以被配置以包括三个主要数据流，其中一个数据流可以是一般压力检查。在所述压力检查设置下，用户被指导以放松的姿势静坐约2分钟，同时采集数据。可以通过例如可穿戴装置来采集数据，所述可穿戴装置诸如但不限于具有心率数据采样功能的蓝牙连接腕带，或者通过将用户的手指驻留在手机摄像头和闪光灯上并创造PPG的采样能力(如本文所描述的)。压力百分比运算计算通过计算HRV特征运算来进行，通过(1)导出用户的Lf/Hf比、(2)导出用户的连续瞬时心率(SDNN)参数的标准偏差，和(3)监测用户的心率。所述压力百分比是通过在这三个参数上分配不同的权重而从这三个参数导出的函数，从而推导出处于0％至100％范围内的压力百分比(例如但不限于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等)。所述压力百分比是归一化心率、归一化Lf/Hf比、归一化SDNN、归一化pnn50和归一化呼吸功率之间的加权和，其中所述归一化是将计算值投射为0-100％比例(例如但不限于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5等)的线性回归。Lf/Hf比是从瞬时心率信号的频率分析中导出的一个参数，其中低频范围为0.015-0.15Hz，并且高频范围为0.15-0.4Hz。pnn50参数是具有等于或大于50ms值的瞬时心跳的次数与心跳的总次数的比(即，具有等于或大于50ms值的瞬时心跳的次数:心跳的总次数)。

在一些实施方式中，在放松和专注生物反馈机制下，均存在一个迭代循环，其创造出个性化的方案(regimen)，该方案建立在如下前提之上：当用户快速吸气时，心率加速，并且当用户呼气时，心率减慢。心率可以与呼吸同步并且心率的这些快速变化可导致HRV增加。

在一些实施方式中，压力测量是迭代的而非直接测量，因为在呼吸运动过程中直接测量不可能进行。呼吸本身会干扰低频率HRV信号并且人为地在低频HRV信号上形成峰值并因此降低系统测量压力的能力。在一些实施方式中，在放松和专注训练中，本发明包括一导出的公式，其通过评价相干性水平、吸气/呼气比和心跳来评估压力水平。在一些实施方式中，压力不是从HRV直接提取，而是使用公式从那些其它指标中推断出。计算推断的压力水平的方法的非限制性说明性例子示于图7中。

在一些实施方式中，在采样速率方面，照像机每秒采集约30个样品(在安卓手机之间存在差异)。在一些实施方式中，所述系统可以使用至少一个滤波器，例如但不限于butterworth滤波器和/或带通滤波器，以减少或去除移动和其他噪声。该系统被配置为检测基于信号的导数的峰值。例如，该系统被配置为在正峰值处评估并确定该正峰值是否有效。如果所述正峰值是有效的，所述系统被配置以确定所述正峰值是反应信号变化的有效PPG。所述系统被配置以计算时间差并且过滤与先前样品相比大于20％的偏差(例如但不限于25％、30％、35％、40％、45％等)。

图26A-C是示出来自认知基础疗法的呼吸训练的屏幕截图。在图26A中，呼吸训练伴随着屏幕上传达的镇静文本和/或在进行呼吸训练的同时向用户显示镇静信息。两项训练在一起同时进行可以向单独进行的每项训练提供协同效应。在图26B中，肌肉放松训练伴随减压训练。在这种训练中，指导用户绷紧屏幕上标记的身体部分的肌肉，然后放松这些相同的肌肉。这种训练的效果可以包括放松交互式训练。再次，当所述放松交互式训练结合本发明的系统时，能够预期到协同效应。图26C显示了将交互式放松(或交互式专注)技术与向用户显示的引导冥想相结合的屏幕截图。在进行冥想和/或引导的意象训练的同时提供测量可以提高这些训练的效力。

说明性应用：性功能障碍

勃起功能障碍(ED)被定义为获得或保持足以令人满意的性表现的阴茎勃起的持续性无能。ED在现代社会非常普遍，影响约15％的60岁以下男性。事实上，ED是超过40岁的男性中最常见的慢性内科疾病之一。据估计，在2005年，在美国有2500万男性经历了一定程度的ED。ED影响了单独个体、社会、家庭和职业生活的多个方面，共同地导致慢性压力、精神疾病表现(例如恐惧症、抑郁症、强迫症和焦虑症)以及生活质量受损。一致地，低生活质量、慢性压力和抑郁可导致压力系统慢性激活，通过多种致病途径如慢性潜伏性身体炎症、内皮功能障碍和代谢综合征而引起ED加重。同样地，有效的压力管理能够逆转ED的致病指数，导致症状缓解。各种压力缓减可以被用来放松和缓解性功能障碍的影响，例如渐进性肌肉放松和可视化呼吸。

ED对男性生活质量影响可以包括：性表现(在启动身体亲密行为上的迟疑)、与伴侣的关系(与伴侣互动的质变)、性想象(丧失对有吸引力的伴侣的身体或情绪反应)、关于男子气概的信念(丧失性功能削弱一个男性的自我意识)、性功能的改变可能产生不利的情绪结果(即，焦虑和抑郁)、或它们的任意组合。性功能障碍可与焦虑相关，生理上抑制性唤起。

在一些实施方式中，本发明的方法包括焦虑和认知干扰的相互作用。具体地，响应于性背景，对性唤起的低知觉控制导致注意力移离性爱暗示并转向其自身的生理性唤起和勃起无感应的消极后果，这样就产生了自我导致恐惧的结果，即勃起失败。

深而慢的呼吸(DSB)技术被广泛地用于各种精神疾病，包括焦虑、抑郁综合征或应激相关障碍。研究表明，联合治疗比单独使用磷酸二酯酶5抑制剂(“PDE5-I”)在性满意度上更有效。然而，大多数人并不了解如何适当地利用DSB。

在一些实施方式中，对于ED，使用本发明的软件工具的交互式压力管理可以有效降低与ED有关的症状(当与药物组合使用或甚至不使用药物时)。具体地，该系统可以被用来提高日常使用的药物的效力，诸如但不限于西力士，并且可以与在性行为前使用的药物(诸如万艾可、艾力达、西力士、Staxyn、缪斯或基于西地那非、他达拉非、伐地那非等的它们的通用变体)组合使用。

在一些实施方式中，本发明的方法包括在摄入ED药丸时实行该方法。如果在摄入所述药与性爱的时间之间已经过去超过1小时，那么用户可以在试图性爱之前再次使用该应用。

在一些实施方式中，当确诊患有ED的受试者使用本发明的方法时，该受试者的ED症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：焦虑和恐慌症

恐慌症是一种焦虑症，其特征是经常性的恐慌发作，在恐慌发作期间引起一系列极度焦虑的激烈事件。其还可以包括持续至少一个月的显著的行为变化以及对牵连的持续担忧或关于具有其它发作的忧虑。后者也称为预期发作(DSM-IVR)。

恐慌症与广场恐怖症(恐惧公共场所)不同，但许多患有恐慌症的患者也患有广场恐惧症。恐慌发作无法预测，因而个人可能变得紧张、焦虑或担心，不知道什么时候会发生下一次恐慌发作。恐慌症可以区分为身体状况或化学物质失衡。DSM-IV-TR区分地描述了恐慌症和焦虑。然而，焦虑以长期应激源为先导，该长期应激源建立到可持续数天、数周或数月的中等强度反应；恐慌症发作是由突发、突然性原因所引发的急性事件：持续时间很短，症状更强烈。恐慌症发作可在儿童以及成人中发生。

典型的治疗指导方针：美国精神病学协会和美国医学协会主要推荐认知行为疗法或多种精神药物介入疗法之一。存在一些证据支持联合治疗方法的优越性。

另一种选择是基于认知行为疗法原理的自我救助。使用书或网站，个人可以进行在治疗中使用的各种训练，但是他们靠自己来进行，或许从治疗师处获得一些电子邮件或电话支持。

该软件可有用于防止该疾病的流行和降低该疾病的严重程度。除了使用可以每天使用的软件之外，还可以添加每日调查问卷以询问主导指示症状(诸如早晨口干)。答案的改变将通过软件引发行动方案，诸如向教练、医生或家庭成员发送消息以及进行额外的训练，诸如更长的放松训练。认知行为治疗方案可以被组合以提供额外的治疗。例如，插图示出了通过组合屏蔽上显示的镇静消息与交互式呼吸训练而得到的可视化和交互式放松的组合。类似地，记录的引导冥想可以与交互式放松呼吸训练组合。类似地，渐进性肌肉放松(例如，指导旋转的身体部位要接紧和放松)可以配合本文所描述的个性化呼吸交互式放松训练。类似的组合可以被用于解决焦虑、抑郁以及其中认知行为疗法和呼吸训练可以是有益的其他精神健康指征。

在一些实施方式中，当确诊患有焦虑和恐慌症的受试者使用本发明的方法时，该受试者的焦虑和恐慌症的症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：注意力缺乏多动症

在一些实施方式中，深呼吸可以被用来减少注意力缺乏多动症(ADHD)有关的症状。交互式呼吸在关于引导呼吸的效率及其实施的准确性上具有提供精确测量的优点。本发明的系统可以被用于放松和/或专注。该系统与ADHD患者使用的一种方法是使所述患者在早上使用交互式专注(FOCUS)呼吸训练(当该患者主要患有专注问题时)，和在下午使用交互式放松(RELAXATION)训练(当他们的ADHD药物逐渐失效并且普遍存在药物的副作用时)。

在一些实施方式中，摄入了短效哌醋甲酯或安非他明的人群随着兴奋剂消退而经历一小时的易怒或抑郁。有时，这比开始药物治疗前的个体行为更严重。当兴奋剂消退时，本发明系统可以被用于所述受试患者。

在一些实施方式中，当确诊患有ADHD的受试者使用本发明的方法时，所述受试者的ADHD症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：糖尿病

压力是感知危险的生理和心理反应。看得见的不可控或需要情绪或行为变化的情况倾向于被感知为威胁。当身体和心灵感感觉到威胁时，他们准备逃跑或战斗。无论威胁是真实的还是想象的，身体通过提高某些身体机能而降低其它身体机能而为生存备战。在任何一种情况下，随着时间的过去这些变化是严重的并且随着时间的过去是有害的。过大的压力通过增加血糖水平(快速地和充分地)、煽动强烈的负面情绪、损害合理的思维和决策、引起强迫性的不良饮食、或它们的任何组合来对抗糖尿病管理。不管一个人是否患有糖尿病，随着时间的推移，压力是有害的，因为其会对身体导致如此多的损耗。例如，为了准备生理行为，心脏更快且更努力地运转。脉搏和血压的增加导致心脏、静脉和动脉过劳。

在一些实施方式中，在身体或精神压力下的哺乳动物(例如但不限于人类)具有升高的葡萄糖水平。在一些实施方式中，人的葡萄糖水平随着精神压力上升而上升。在一些实施方式中，人的葡萄糖水平随着精神压力的下降而下降。在患有2型糖尿病的人中，精神压力往往引起血葡萄糖水平提高。身体压力(例如生病或受伤)可在患有任何类型糖尿病的人中导致更高的血葡萄糖水平。患有糖尿病的人可以使用交互式放松训练以稳定并降低他们的葡萄糖水平。

作为一个例子，以下是通过糖尿病患者(具有高于7％的A1C)进行的临床研究的结果，所述患者遵医嘱每天进行本文所描述的个性化交互式放松训练三次，并且配合健康饮食(在研究之前也对患者进行此教育，但是并没有坚持)。在不到3个月之后，糖水平(通过A1C测量)平均降低了1.75(18.5％)(参见表中每位患者的数据)。所述结果的显著性水平为99％。

在一些实施方式中，当确诊患有糖尿病的受试者使用本发明的方法时，所述受试者的糖尿病的症状(例如但不限于葡萄糖水平)被降低例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：失眠和睡眠质量

失眠是压力的典型症状，其以提高睡眠质量的形式响应于每天的呼吸训练实践。因此，所描述的交互式技术可以被用来治疗失眠。另外，放松技术通常提高当患者处于REM(快速眼睛移动，大多与做梦有关的睡眠阶段)阶段时睡眠持续时间的百分比，所述REM阶段与来日的创造力相关联。此外，遵循周期性冥想(CM)的一晚，慢波睡眠(SWS)的百分比比遵循平卧休息(SR)一晚中的高，而REM睡眠的百分比和每小时惊醒的次数更低。例如，在一项患有睡眠失调的癌症幸存者的研究中，收集了410名幸存者(96％为女性，平均年龄为54岁；75％患有乳腺癌)。一半的幸存者以瑜伽用于由调息(呼吸练习)、16式温柔哈达和恢复性瑜伽体式(姿势)和冥想组成的癌症幸存者计划进行训练。参与者每周参加两个75分钟的课程。与标准护理参与者相比，参与者显示出总体睡眠质量以及其次的主观睡眠质量、白天功能障碍、入睡后醒来、睡眠效率和介入后药物使用的更大的改善(全部，P≤0.05)。

本发明的系统包括一种个性化且提供高功效放松水平的呼吸方法，由此在睡眠过程中提高REM份额，并且增强睡眠质量(如通过惊醒的次数测量的)。

在一些实施方式中，当确诊患有失眠症的受试者使用本发明的方法时，所述受试者的失眠症的症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：肠道易激综合征

压力是IBS中的主要驱动力，并且使用呼吸的减压技术可以缓解IBS症状。

例如，进行了一项研究，其中向常规组(n＝12,1位退出)给予洛哌丁胺2-6mg/天进行两个月的对症治疗，而由12体式(例如，瑜伽姿式，即钻石式、月亮式、骆驼式、猫伸展式、帕达式(Padhastasana)、拉腿式(Dhanurasana)、三角式的两个版本、锁腿式(Pawanmuktasana)和双腿背部伸展式)以及苏里亚纳迪(Surya Nadi)调息(右鼻孔呼吸)组成的瑜伽介入组每天两次进行两个月的治疗。两个月的常规组和瑜伽介入组均显示肠道症状和焦虑状态的显著下降。这伴随有常规介入组中的电生理学记录的胃部活动的增加以及瑜伽介入组中通过心率参数测量的增强的副交感神经反应性增强。

在一些实施方式中，用户遵循本发明的方法可以较高程度地缓解IBS症状。

在一些实施方式中，当确诊患有IBD的受试者使用本发明的方法时，所述受试者的IBD症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

说明性应用：偏头痛

个性化交互式放松可以被用来缓解偏头痛的频率和严重程度以及降低用药水平。例如，将患有无先兆偏头痛的72位患者随机地分配到为期三个月的瑜伽治疗组(其包括，例如除一组瑜伽姿势之外的深呼吸训练)或自我护理组。主要结果是头痛频率(例如，通过头痛日记进行记录)、偏头痛的严重程度(例如，通过0-10数值标度度量)和疼痛构成(例如，使用McGill疼痛问卷来评估)。次要结果是焦虑和抑郁(例如，使用医院焦虑抑郁量表测量)和药物评分。校正基线值后，受试者涉及头痛强度(P<0.001)、频率(P<0.001)、疼痛评分指数(P<0.001)、情感疼痛评分指数(P<0.001)、总疼痛评分指数(P<0.001)、焦虑和抑郁分数(P<0.001)、对症用药(P<0.001)的苦诉，在瑜伽组中比自我护理组中明显更低。

在一些实施方式中，当确认患有偏头痛的受试者使用本发明的方法时，该受试者的偏头痛症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

对PTSD的说明

海啸难民在SKY训练后表现出创伤后应激障碍(PTSD)和抑郁得分的显著改善。在一些实施方式中，可以使用介入，其包括具有类似于瑜伽的构成的交互式放松呼吸，即可以使用SKY和MCYI，提供对减少创伤驱动型压力有效的个性化呼吸措施。

在一些实施方式中，当确诊患有PTSD的受试者使用本发明的方法时，该受试者的PTSD症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

对忧郁型抑郁症的说明

减压技术可以被用于帮助治疗轻度和重度抑郁症。在一些实施方式中，电惊厥疗法(ECT)、丙咪嗪或SKY可以与本发明的方法一起使用。在一些实施方式中，SKY和交互式放松可以被用来治疗情绪恶劣的和单极的重性抑郁症中的轻度忧郁型抑郁症。通过P300事件相关电位(ERP)幅度测量，抑郁的人具有特定的EEG脑电波异常。通过P300幅度和标准抑郁量表测量，到第30天，使用SKY治疗的组中存在抑郁症的显著缓解。到第90天，P300幅度可以恢复正常并且使得每位患者稳定且不抑郁，或者至少显著地减少不稳定性和/或抑郁的症状。个性化的交互式放松技术基于类似的机制运行，同时提供呼吸训练有效性的即时反馈并且提供个性化的方案。

在一些实施方式中，当确诊患有抑郁症的患者使用本发明的方法时，该受试者的抑郁症的症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

对酒精和烟草成瘾的说明

压力通常与烟草和酒精消费的习惯相关，其反过来又导致疾病状态。可以使用利用以上所描述的方法的减压技术以协助戒烟计划。例如，SKY(呼吸技术)在21％的参加长达6个月实践的个体中能够帮助控制烟草习惯。使用本文描述的方法的个性化呼吸训练可以用来提供关于呼吸在降低患者的压力水平上的有效性的即时反馈并且提供有效和动态的个性化方案。

在一些实施方式中，当确认患有成瘾的受试者使用本发明的方法时，该受试者的成瘾症状被减少例如但不限于1％、5％、10％、15％等。

进行呼吸训练时计算压力水平的描述

在一些实施方式中，通过将手指放置在相机和闪光灯上并且遵从指导(当球在左轴上时吸气、当球在平稳段时屏住呼吸并且球在右侧时呼气)开始所述过程。在一些实施方式中，中间的方形突出相机所看到内容并且事实上红色是相机所看到的，其是照亮的手指皮肤。

在一些实施方式中，存在进度指示(低于36％并且在随后的屏幕上为74％)显示到当前为止采集了多少数据，以提供初始压力水平指示。在一些实施方式中，使用普通电话，通常需要30秒至1分钟。图8A和8B显示了使用本发明的方法的例子。

在一些实施方式中，在采集了足够数据的一段时间后，该系统计算初始推断压力水平(例如，参见图9)。

在一些实施方式中，指示并且实时地更新初始推断压力水平，反映了以身体如何响应个性化呼吸训练为基础的推断压力水平的变化(例如，图10A-C)。

在一些实施方式中，每逢信号质量不足时，系统可以提供低信号质量的信息，诸如图11。

在一些实施方式中，压力水平的指标通常基于压力水平百分比。在上述非限制性的例子中，40-50％的范围是放松的，低于40％是高度放松的，而高于50％是有压力的或压力很高的。

在非限制性的例子中，压力函数计算包括如下：

在一些实施方式中，在压力生物反馈训练过程中，压力函数由心脏相干性、心率最小和最大变化以及心率的组合构成。

1.1相干性

相干性是心率变化与呼吸同步程度的度量。在一些实施方式中，相干性是从心率变异性功率谱，通过寻找落入呼吸频率范围内的功率的百分比来计算得到的。

呼吸频率(bf)计算如下：

bf＝1/(吸气+屏气+呼气)

其中，吸气、屏气和呼气的单位为秒，bf的单位为Hz。

在一个示例性的实施方式中，可以计算心率变异性—功率谱。在一些实施方式中，通过积分对应于呼吸频率的面积并且将其归一化为总功率来计算相干性(例如，图12)。

在一些实施方式中，如上图所示，基于bf周围的面积(定义为bf±10％)计算对应于呼吸频率的功率Pbf。在一些实施方式中，最终将相干性归一化为：

相干性＝Pbf/P总

其中P总是总功率(上图中橙色曲线下方的面积。因此，相干性是归一化的值，范围为0-1)。

在一些实施方式中，相干性对压力函数的贡献度单位为百分比，假设0相干性对应于100％压力且0.8的相干性(总功率的80％)对应于0％压力。在一些实施方式中，这被翻译为：

P相干性＝-125×相干性+100

数字-125和100是固定值，它们对应于在相干性数值的线性化中使用的参数。线性化将相干性的每个数值映射至0:100的数值。

1.2变化

在一些实施方式中，在一个呼吸周期过程中，心率在吸气过程中增加(由交感神经系统介导)并且在呼气过程中降低(通过交感神经系统的抑制/副交感神经系统的激活)。

在一些实施方式中，在健康年轻成人中，最大/最小间跳间隔(连续心跳之间的时间，单位：秒)的呼气/吸气比(E:I)在放松呼吸期间已知各自为至少1.17。在一些实施方式中，假设1的E:I比(无变化)对应于100％压力并且1.7的E:I对应于0％压力，心率变化对压力函数的百分比贡献度为：

PE:I≈-143×E:I+242

数值-143和242是固定值，它们对应于变化值的线性化中使用的参数。所述线性化将变化的每个值映射为0:100的数值。

心率

在一些实施方式中，瞬时心率(HR)对压力函数的贡献假设60bpm的休息心率对应于0％压力并且110bpm的休息心率对应于100％压力。在一些实施方式中，将每个新的心率数值映射为压力百分比，如：

PHR＝2×HR-120

压力函数

在一些实施方式中，考虑到先前的压力值(SV)和新的估计值(临时压力水平)，在每次迭代中更新总体压力值。在一些实施方式中，临时压力水平(TSL)如下通过线性化组合3个独立的测量值(全部均限于[0-100]范围)来计算：

TSL＝0.4×P相干性+0.4×PE:I+0.2×PHR

在一些实施方式中，最终压力水平(SL)的计算沿时间向更低值偏移。在一些实施方式中，作为非限制性的例子，如下给出所述偏移和最终SL计算：

如果TSL<SV，SL＝TSL×0.5+SV×0.5

如果TSL>SV，SL＝TSL×0.35+SV×0.65

计分系统

在一些实施方式中，计分系统基于先前章节中说明的心率变化测量。在一些实施方式中，此处，呼吸周期定义为如由呼吸指标所示出的吸气/屏气/呼气。在一些实施方式中，用户在每次E:I比高于1.2时获得1分奖励，表明其成功地遵循了呼吸指导，引起较大的心率变异性。在一些实施方式中，可以使用其它计分系统，其原则是对用户的成功进行奖励。

呼吸模式的个性化

在一些实施方式中，下面的示意图详细说明闭环控制系统。

在一些实施方式中，从根本上说，本发明以某一压力数值为起始，将该压力数值与参照值(我们的“目标，0％压力”)进行比较。在一些实施方式中，将所述目标与观察值之间的差馈送到控制器，该控制器将调整呼吸节奏(pace)。在一些实施方式中，这种新的节奏将被反映在HRV和压力值上，由此实现闭环。

在一些实施方式中，关于控制器，它可以实现具有不同复杂程度的控制模块，例如，使用凸优化以寻找"f(节奏)＝压力"函数，但是，它可以使用简单的控制器。在非限制性例子中，可以使用不同的节奏值，然后在恢复较低压力水平的“方向”(较低/较高)上对节奏进行小的调整。在一些实施方式中，实际上，这是比例-积分-微分(PID)控制器的简化版本。

在一些实施方式中，用户也可以修改例如在他最初几次使用该应用时随机地显示给该用户的呼吸曲线，而后我们保留该用户在其上获得最低压力水平的一条呼吸曲线，参见例如图13A-E。

在一些实施方式中，在该屏幕上，你可以按下开始按钮(play button)并且启动运行(通过将你的手指放置在电话背面的摄像头和闪光灯上)。在一些实施方式中，在左上方你可以看到指示，其中三角形的左部指示你吸气，且三角形的右部指示你呼气。在一些实施方式中，红点的位置指导你该做什么，根据其位置(吸气或呼气)。在一些实施例方式，屏幕右部的波是滚动的心率变异性。在一些实施方式中，在屏幕的中部，有心率(HR)和用户在游戏(game)中获得的分数的描述。在一些实施方式中，有很多种游戏可以被运用，在本说明中，游戏化基于生物反馈游戏，通过该生物反馈游戏，用户被引导根据呼吸模式来呼吸，并且在吸气时HRV波达到最大化的每处获得分数。如果用户正确地遵从指示(通过跟随球)，就会获得分数。

一些说明性的实施方式在图14A-B中示出。

在一些实施方式中，最佳表现显示在一次课程中达到的最小压力水平。在一些实施方式中，通常压力水平越低，一个人越放松(参见例如图15)。

在一些实施方式中，本发明也具有绘图功能，从而用户能够查看他/她随着时间推移的进步(参见例如图16A-E)。

在一些实施方式中，除了生物反馈训练，用户可以选择他想纳入其训练课程的呼吸练习选项。作为一个非限制性的例子，如图表(例如图17A-H)中描述的第一体位(position)、第二体位、第三体位和第四体位以及充能练习(invigorating exercise)。

一种由PPG信号计算压力水平的方法：

本文描述的算法基于心率在正常水平附近的偏差以及HRV的低频和高频成分的比例来估计压力水平。

手头的问题是压力水平的连续测量之间变化性高，并且该系统在跨用户和跨测量中呈现非常低的一致性。

为了找到这种不希望的变化的起源和可能的解决方案，下面的构想(formulation)研究了：a)获得的RR信号是否足够鲁棒(robust)；和b)HRV特征是否足够鲁棒以保证结果的一致性。

信号获取和质量：

为了保持智能电话处理器的低负荷，获取的瞬时心率信号(RR)不被过滤或内插。

以下的分析全部利用前文所描述的算法来进行，即PPG的获取和处理、RR信号的构建以及HRV特征的计算。在这部分，数据通过用户以舒适的姿势坐着看电视(TV)且没有移动而被获取。

信号质量分析的第一步为实施并且测试线性内插算法的影响，将RR信号的采样率设置为已知且固定的采样率。几种采样率已经过测试，即2Hz，5Hz和10Hz。

图18A和18B比较了2分钟的不同RR信号(原始的和内插的(5Hz))及其各自的HRV特征。可以看出两个信号的结果一致。对于如图18A中所示的具有尖锐边缘的信号进行的频谱分析，通常会导致高频带上的成分增强，从而遮蔽了真实的频谱。对RR信号进行的第二操作为低通滤波步骤，以便在频谱分析之前使信号变平滑。

图19示出了两个信号的比较，滤波效果以及由二阶滤波引入的延迟在绿线(浅色线)上很明显。然而，两个信号的形态保持一致。

理论上，内插和滤波步骤的影响在信号频谱上最为明显。图20比较了由2分钟原始RR信号基于之前的计算获得的归一化的HRV频谱，以及由相同的信号经内插和滤波获得的归一化的HRV频谱。

上述两频谱具有相似性，表明两信号的频率导出特征将会相似。不受理论限制，两频谱的相似性可以归因于频谱估计算法，该算法对于非均匀采样信号的频谱估计具有鲁棒性。

最后，图21比较了从原始信号和内插/滤波信号获取的四个不同特征。再一次，他们随时间的演化相似，除了频率特征的比例因子之外，这归因于内插因子。

图21的结果证实了对于来自心理上的(Mentally)RR信号的进一步处理并没有给特征的计算带来明显优势。然而，关键问题是所有特征随时间的变化。如前面所解释的，分析中使用的数据获取自处于静息状态的用户。根据经验，这应该导致特征随时间的变化非常小，然而这并没有被观察到。

该随时间的变化是天然的并且归因于自主神经系统的调控机制。由于这种永久性的调控，HRV分析在长的时间窗(通常5分钟)内通常是平均的。

在手头的问题中，有必要找到1)与压力水平直接相关；并且2)在短时间内表现出最小变化的一个特征或者特征的组合。

用于短期压力估计的HRV特征

为确定用于压力估计的特征，考虑以下内容：(1)设计一个能够i)在第一阶段主动地引起压力并且ii)在第二阶段促进放松的两部分练习；(2)确定随被考虑的两种状态变化最大的HRV特征；(3)确定具有低天然短期变化的HRV特征，以及其任意组合。关于点(1)，所进行的练习包括i)对站立并且同时解数独题的受试者进行10分钟数据采集，两种活动已知通过生理和心理的压力引起交感神经反应。之后受试者被要求ii)以放松的姿势坐在沙发上看电视10分钟。

在两个阶段，手指被正确的放置在智能电话的摄像头上以确保低信号噪声。

处理获取的数据并计算两个时段的数据的均值和标准差。与压力水平高度相关的特征必须表现出更高的平均值变化。

被考虑的特征有心率(HR)、HRV的高频(HF)成分和低频(LF)成分、Lf/Hf比、在考虑的时间窗上RR间隔的标准差(SDNN)、在考虑的时间窗上的最小(MIN)和最大(MAX)RR值、呼吸频率(BR freq)、与呼吸频率相关联的功率(BR power)以及最后，超过50ms的RR样本的百分比。

利用一个90秒(一分半钟)的滑动窗口来计算该特征。

最后，为了确定由天然波动引起的每个特征的变化，计算归一化标准差。该归一化标准差通过特征向量的标准差除以其均值获得。归一化步骤允许不同的特征被比较以及在短时间内具有低漂移或震荡趋势的特征的更低的标准差均值。下面的表格总结了获得的结果。每个特征的均值的变化百分比由斜体字标出。所有的特征具有相对较高的变化，除了呼吸率。更高的变化呈现在呼吸功率(在放松期间频谱上最明显的频率为呼吸频率)、Lf/Hf比和SDNN上。

关于短期天然波动，具有下划线的值显示练习的两个阶段的平均归一化标准差。在HR、MIN和MAX值上观察到较低的变化。

一些被选定的特征是那些具有高斜体值和低下划线值的特征。用于算法的集成的被选定的特征为：

—心率，已在算法中呈现，在压力状态之间显示出相对较高的差异以及低短期变化；

—Lf/Hf比，其为压力估计的“标准”特征并且已在算法中使用。虽然它具有高天然波动，但是因为它反映了交感神经和副交感神经系统的共同活动，它与压力水平高度相关。

—SDNN，在压力状态之间的平均差异大，且天然波动低。

—呼吸功率

—PNN50

表1：

这些特征的每一个都是压力函数上的一个独立变量，乘以合适的权重。

压力函数表示为：[0.1*lf/hf+0.3*心率+0.2*SDNN+0.2*相干性+0.2*pnn50]

利用以下详细列出的权重计算表1的加权值：

0.1＝Lf/Hf

0.3＝心率

0.2＝SDNN

0.2＝相干性

0.2＝pnn50

每个特征(例如Lf/Hf、心率、SDNN、相干性和pnn50)都是线性化的，以获取从0到100的值。线性化是与y＝m*x+b形式直线的一种典型拟合，其中y和x的合适值通过实验获得，并且m和b通过解方程组获得。当x的一个新值到来，方程被求解并送还该直线上的一个y值。如果y值大于100或小于0则其分别被设为100和0。对压力方程中的所有特征重复该过程。

图22A-B示出了上文描述的CAN测试的非限制性指导。

心率变异性

心脏的节律性收缩由一组专门的细胞控制，即位于心脏右心房壁上的窦房结(SAN)。虽然心脏的所有细胞都有能力节律性地产生动作电位，但是每一次心脏收缩是由SAN发起的。

没有任何神经体液(神经的或激素的)影响的情况下，SAN产生大约每分钟100-120次的动作电位，从而产生相等数量的心率(HR)。然而，由于自主神经系统(ANS)的交感神经和副交感神经分支的神经支配对于SAN激发速率的调节，一个静息的健康人有可能具有更低的大约70-80bpm的HR。

除了心脏的直接神经支配，负责影响心率的其他过程包括交感神经系统通过释放肾上腺髓质儿茶酚胺的间接作用，以及由SAN的呼吸相关的机械拉伸引发的波动。

心脏的变时性控制由ANS进行。因此瞬时HR被认为是通过永久化改变神经递质水平的副交感和交感神经神经(拮抗)作用的体现。在休息时，自主神经系统的两个分支被认为是紧张性活动的，其中副交感神经作用占支配地位，从而降低了心脏起搏器的天然频率。

图23作为一个非限制性的例子，示出了从休息状态下健康受试者获取的大约1分钟的R到R和呼吸感应体积描记术(RIP)数据。R到R数据，或简称为RR数据，由ECG检测的QRS综合波的连续R峰之间的间隔给出，其中QRS综合波为典型心电图上可见的三个图形偏转(deflections)的组合，该QRS综合波对应于人心脏的左、右心室的去极化。其通常被解释为瞬时HR的倒数。

显然，RR(蓝线，即深色线)在均值附近变化，其代表着逐搏(beat-to-beat)控制机制的微调，该振荡与呼吸波形部分关联。连续心跳间隔中的天然振荡获得很多名字，包括：RR变异性、RR转速图表和周期长度变异性，但是该现象最普遍接受的术语为HRV。

图23为从放松的受试者获取的大约一分钟的RR数据(蓝线，即深色线)和呼吸数据(绿线，即浅色线)。由于由ANS介导的调节机制，RR间隔具有天然变化。在休息时，这一变化与呼吸波形高度相关。

本文中描述了分析HRV的几种方法，他们通常被划分为包括统计学和几何学测量的时域法以及频域法。心率变异性的周期成分趋于聚集在典型的频带附近，三个主要成分是可识别的：特低频率(VLF)在0.0到0.015Hz区间、低频率(LF)在0.015-0.15Hz区间和高频率为0.15到0.4Hz。动脉血压变异性的频谱也呈现两个主要频带，与HRV的LF和HF成分高度相关。不受理论限制，据认为，在闭环循环系统中，这些成分对应于血管舒缩性活动(LF带)和呼吸活动振荡(HF带)。

HRV的LF和HF两个频带因此与ANS的两个分支的活动紧密联系。HF成分是迷走神经(副交感神经)活动的可靠标记。控制呼吸的练习、面部的冷刺激以及轮流的刺激，这些能够增加迷走神经活动的情况已显示会增加HF成分。

图24为进行主动直立性测试的健康受试者的HRV的频谱分析。(图24A)归一化的功率频谱密度(ms2×103/Hz)显示了在仰卧位，LF和HF两成分具有大约相似的功率。在直立位，LF成分占主导，看上去具有与仰卧位相似的功率。(图24B)饼状图的面积反映了HRV的总变化。这揭示了在直立位HRV功率的骤减。LF分成分和HF成分两者都有减少，这在归一化的单位中不易被察觉。

频率成分的来源：

前述部分所描述的HRV的频率成分主要归因于ANS的两个分支的活动。

迷走神经活动能够在一个心动周期内相当大地改变心率，并且在迷走神经的活动停止后，变时性作用在一个心动周期内几乎完全衰减。迷走神经的爆发在大约0.5秒后达到其最大化作用，在大约1秒内回到基准线。交感神经的爆发在至少1秒内没有作用，且其最大化表现仅在4秒后得到验证，随后是20秒的放松时间。迷走神经和交感神经的反应可以由低通滤波器来表征，伴随交感神经系统的额外延迟。迷走神经滤波器响应的特征是快，几乎没有延迟，伴随约0.15Hz的转角频率；并且交感神经响应的特征是慢，伴随1-2秒的延迟和0.015Hz的转角频率。这些滤波器响应与人的观察一致，其中交感神经系统以约0.15Hz以下的频率调节HR，并且副交感神经系统以0-0.5Hz之间的频率进行调节。

对两个系统响应差异的一种可能性解释与受体过程和突触后反应有关。心脏响应乙酰胆碱和去肾上腺素的延迟可能起因于将激动剂结合至受体的后续过程。毒蕈碱受体的激活与离子流的变化之间的联动(linkage)由主要位于细胞膜内部的信号分子调节，与肾上腺素的刺激相反，其在膜内发起并且需要第二信使激活(细胞液中的蛋白激酶)，最终将信号发送回膜以改变离子流。

不同响应的生理学解释通常将重点放在发起该响应的过程的速度上，然而，终止对于ANS刺激的响应的过程(具体为负责去除释放的神经递质的过程)可能提供进一步的答案。

由交感神经末梢释放的去肾上腺素从心脏组织中被去除，比由迷走神经末梢释放的乙酰胆碱慢得多。由于与去肾上腺素的缓慢去除相关联的潜在的有害作用，心脏神经控制系统可能已经进化以使得交感神经通常以缓慢的速度释放去肾上腺素。因此，交感神经活动的变化仅能够逐搏地略微改变心脏的行为。心脏功能的逐搏(beatwise)控制可以由此被忽略，不管交感神经脉冲有多迅速地被传导来改变心脏的表现。

说明性的操作环境：

图2示出了本发明可在其中操作的环境的一个实施方式。然而，为实施本发明，可能并不是所有的这些成分都是必须的，并且可以做出不脱离本发明的精神或范围的成分的排布和类型的变化。在一些实施方式中，系统和方法可以包括大量的组件和/或并发事务。在其他的实施方式中，该系统和方法基于合并用于评估数据、缓存、搜索以及数据库连接池的多种策略的可扩展的计算机和网络架构。可扩展架构的一个例子为，能够运行多个服务器的架构。

在实施方式中，计算机系统102-104的组件包括几乎任何能够通过网络(例如网络105)从和/或向另一计算装置(例如服务器106和107)彼此接收和/或发送消息的计算装置，等等。在实施例方式，这样的装置的集合包括通常使用有线通信介质连接的装置，例如个人计算机、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品以及网络PC等等。在实施方式中，这样的装置的集合还包括通常使用无线通信介质连接的装置，例如手机、智能电话、寻呼机、对讲机、射频(RF)装置、红外线(IR)装置、CB、集合上述一个或多个装置的集成装置或者几乎任何移动装置等等。类似地，在实施方式中，客户端装置102-104为任何能够使用有线或无线通信介质连接的装置，例如PDA、掌上电脑(POCKET PC)、可穿戴计算机以及为通过有线和/或无线通信介质通信而装备的其他任何装置。

在实施方式中，组件装置102-104中的每个组件装置可以包括设置成接收和发送网页的浏览器应用等等。在实施方式中，该浏览器应用可被设置成接收和显示图像、文本、多媒体等等，使用几乎任何基于网络的语言，包括但不限于标准通用标记语言(SMGL)，例如超文本标记语言(HTML)、无线应用协议(WAP)、手持装置标记语言(HDML)，例如无线标记语言(WML)、WML脚本语言、XML、JavaScript等等。在一些实施方式中，编程可以包括Java、.Net、QT、C、C++或其他合适的编程语言。

在实施方式中，组件装置102-104可以进一步被设置成接收来自于使用另一机制的另一计算装置的消息，包括但不限于电子邮件、短消息服务(SMS)、多媒体消息服务(MMS)、即时消息(IM)、因特网中继聊天(IRC)、mIRC、Jabber等等，或者私有协议。

在实施方式中，网络105可以被设置成将一个计算装置连接至另一计算装置使得他们能够通信。在一些实施方式中，网络105可以能够使用任何形式的计算机可读介质来从一个电子装置到另一电子装置传递信息。并且，在实施方式中，网络105可以包括无线接口和/或有线接口，例如因特网、局域网(LANs)、广域网(WANs)、例如通过通用串行总线(USB)端口的直接连接、其他形式的计算机可读介质或他们的任意组合。在实施方式中，在一组相互连接的、包括基于不同架构和协议的LAN中，路由器可以充当LAN之间的连接，使得消息能够从一处发送至另一处。

并且，在一些实施方式中，LAN中的通信连接通常包括成对的双绞线或同轴电缆，同时网络之间的通信连接可以利用模拟电话线路、包括T1、T2、T3和T4的全部或部分的数字专线、综合服务数字网络(ISDNs)、数字用户线路(DSLs)、包括卫星连接的无线连接或者其他本领域技术人员已知的通信连接。此外，在一些实施方式中，远程计算机和其他相关能够通过调制解调器和临时的电话连接远程地连接至LANs或WANs的电子装置。本质上，在一些实施方式中，网络105包括任何可以使得信息在客户端装置102-104和服务器106和107之间传输的通信方法。

图3示出了支持该方法和系统的计算机和网络架构的另一示例性的实施方式。示出的组件装置202a、202b至202n中的每个至少包括计算机可读介质，例如耦合至处理器210的随机存取存储器(RAM)208或闪存(FLASH)存储器。处理器210可以执行存储在存储器208中的计算机可执行程序指令。该处理器包括微处理器、ASIC和状态机。该处理器包括介质，或者可以与介质进行通信，该介质为例如计算机可读介质，其存储有当被处理器执行能够使得处理器实施本文描述的步骤的指令。计算机可读介质的实施方式可以包括但不限于电子的、光的、磁的或其他能够提供处理器(例如客户端202a的处理器210)的具有计算机可读指令的存储或传输装置。合适介质的其他例子可以包括但不限于软盘、CD-ROM、DVD、磁盘、记忆芯片、ROM、RAM、ASIC、经配置的处理器、所有的光学介质、所有的磁带或其他磁介质或者其他任何计算机处理器能够从中读取指令的介质。并且，多种其他形式的计算机可读介质可以向计算机传输或输送指令，包括有线和无线的路由器、个人或公共网络或者其他的传输装置或通道。该指令可以包括来自任何计算机程序语言的代码，包括例如C、C++、Visual Basic、Java、Python、Perl以及JavaScript。当然，前面所述的例子是说明性的，而不是限制性的。

为了方便描述，术语“云”、“因特网云”、“云计算”、“云架构”以及类似的术语对应于以下中的至少一个：(1)大量通过实时通信网络连接(例如，因特网)的计算机；(2)提供在多个相连的计算机(例如物理机、虚拟机(VMs))上同时运行程序或应用的能力；(3)看起来由实体服务器硬件提供且事实上由虚拟硬件(例如，虚拟服务器)提供的基于网络的服务，该虚拟硬件由运行在一个或多个实体机上的软件模拟(例如，允许在运行中四处移动且成比例增大(或减小)而不影响最终用户)。在一些实施方式中，本发明提供/管理云计算/架构，但不限于：基础设施服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)以及软件即服务(SaaS)。图4和图5示出了云计算/架构的示例性实施的说明图表。

组件装置202a-n也可以包括许多外部或内部装置，例如鼠标、CD-ROM、DVD、键盘、显示器或其他的能够用个性化压力管理软件特定地编程的输入或输出装置。客户端装置202a-n的例子可以为个人计算机、数字助理、个人数字助理、便携式电话、移动电话、智能电话、寻呼机、数字平板电脑、膝上型计算机、因特网家电以及其他基于处理器的装置。通常来说，客户端装置202a可以是任何类型的基于处理器的平台，该平台连接至网络206并且与一个或多个应用程序相互作用。客户端装置202a-n可以在任何能够支持浏览器或者可使用浏览器的应用的操作系统上运行，例如Microsoft^TM、Windows^TM或Linux。示出的客户端装置202a-n可以包括，例如，执行浏览器应用程序(如微软公司的Internet Explorer^TM、苹果电脑公司的Safari^TM、Mozilla Firefox和Opera)的个人计算机。通过客户端装置202a-n，用户212a-n通过网络206与彼此以及其他耦合至网络206的系统和装置进行通信。如图1B所示，服务器装置204和213可以也被耦合至网络206。该个性化压力管理软件可以被设置以显示至少一个图形用户界面。

在一些实施方式中，术语“移动电子装置”可以指任何可以或可以不启用位置跟踪功能的便携式电子装置。例如，移动电子装置可以包括但不限于移动电话、个人数字助手(PDA)、Blackberry^TM、寻呼机、智能电话或任何其他合理的移动电子装置。为了简洁，有时上述变化没有被列出或者仅仅部分地被列出，这绝不意味着是一种限定。

在一些实施方式中，在本文中使用的术语“近端探测”、“定位”、“位置数据”、“位置信息”和“位置追踪”可以指任何形式的能够用于提供移动电子装置位置的位置跟踪技术或定位方法，例如且不限于，由用户手动输入的至少一个位置信息，例如且不限于输入城市、镇、自治地区、邮政编码、电话区号、交叉路口或确定地理区域的任何其他的合理输入；全球定位系统(GPS)；使用蓝牙^TM访问的GPS；使用任何合理形式的无线和/或非无线通信访问的GPS；WiFi^TM服务器位置数据；基于蓝牙^TM的位置数据；三角测量，例如但不限于基于网络的三角测量、基于WiFi^TM服务器信息的三角测量、基于蓝牙^TM服务器信息的三角测量；基于小区识别的三角测量、基于增强的小区识别的三角测量、基于上行到达时间差(U-TDOA)的三角测量、基于到达时间(TOA)的三角测量、基于到达角(AOA)的三角测量；使用地理坐标系统的技术和系统，例如但不限于基于经度和纬度的、基于测地线高度的、基于笛卡尔坐标系的；射频识别，例如但不限于长距离RFID、短距离RFID；使用任何形式的RFID标签，例如但不限于主动RFID标签、被动RFID标签、电池辅助的被动RFID标签；或者任何其他确定位置的合理方式。为了简洁，有时上述变化没有被列出或者仅仅部分地被列出，这绝不意味着是一种限定。

在一些实施方式中，近场无线通信(NFC)可以代表短程无线通信技术，其中具备NFC功能的装置被“刷”、“碰”、“敲”或者以其他方式移动到近处来通信。在一些实施方式中，NFC可以包括一组近距离无线技术，通常要求10cm或者更小的距离。

在一些实施方式中，NFC可以在ISO/IEC 18000-3空中接口上以13.56MHz的频率、以速度106kbit/s到424kbit/s运行。在一些实施方式中，NFC可以包含发起者和目标；发起者主动地产生能够运转被动目标的RF域。在一些实施方式中，这可以使得NFC的目标能够采用非常简单的形式因素，例如不需要电池的标签、贴纸、钥匙链或卡片。在一些实施方式中，当多个具备NFC功能的装置彼此处于近距离时，可以实施NFC点对点通信。

在一些实施方式中，本发明提供了一种计算机执行的方法，包括：由至少一个特别编程有健康管理软件的专门计算装置通过显示在所述至少一个专门的计算装置上的图形用户界面，实时地向用户提供至少一个个性化呼吸指导，其中，所述至少一个个性化呼吸指导至少包括：(i)标识用于吸气的第一时段的第一指示；和(ii)标识用于呼气的第二时段的第二指示；通过所述至少一个专门编程的计算装置实时地从与所述用户相关联的至少一个心率传感器接收用户传感器数据；通过所述至少一个专门编程的计算装置，至少部分地基于所述用户传感器数据，实时地确定该用户的用户心率变异性HRV(用户HRV)；通过所述至少一个专门编程的计算装置，基于所述用户HRV自动计算参数状态百分比，至少部分地基于多个用户相关参数的加权和，所述多个用户相关参数包括：(1)标识用户的低频/高频比的第一参数；(2)标识用户的瞬时心率信号的标准偏差(SDNN)的第二参数；(3)标识用户的心率的第三参数；(4)标识用户的pnn50的第四参数；(5)标识用户的相干性的第五参数，从而产生在0.1到100％之间的计算值；通过所述至少一个专门编程的计算装置，基于所述参数状态百分比，实时地向所述用户提供至少一个个性化呼吸建议，所述至少一个个性化呼吸建议被配置以修改参数状态百分比，其中所述至少一个个性化呼吸建议包括：(i)标识对用户的呼吸速率进行第一调整的第一呼吸指示；(ii)标识对用户的呼吸模式进行第二调整的第二呼吸指示；(iii)或者它们的任意组合。在一些实施方式中，所述方法还包括标识屏住呼吸的第三时段的第三指示。在一些实施方式中，所述方法还包括：所述多个用户相关参数还包括：(6)连续RR间隔差值的均方根(RMSSD)；(7)功率频谱；(8)总功率；和(9)深呼吸差异。在一些实施方式中，所述心率传感器处于与所述用户相关联的移动电话装置、具有蓝牙功能的装置或与所述用户相关联的心率检测仪中的一个中。在一些实施方式中，所述心率传感器处于至少一个专门编程的计算装置中。在一些实施方式中，所述至少一个专门编程的计算装置为与所述用户相关联的移动电话装置。在一些实施方式中，所述方法包括指导受试者充分地使用权利要求1所述的方法，从而引起血糖水平下降10-25％。在一些实施方式中，所述受试者为糖尿病患者。

在一些实施方式中，本发明提供了一种计算机系统，包括：至少一个特别编程有个性化健康管理软件的专门计算装置，其中所述个性化健康管理软件至少被设置以：产生至少一个个性化呼吸指示，所述至少一个个性化呼吸指示至少包括：(i)标识用于吸气的第一时段的第一指示；和(ii)标识用于呼气的第二时段的第二指示；由所述至少一个专门编程的计算装置实时地从与所述用户相关联的至少一个心率传感器接收用户传感器数据；由所述至少一个专门编程的计算装置，至少部分地基于所述用户传感器数据，实时地确定该用户的用户心率变异性(用户HRV)；由所述至少一个专门编程的计算装置，基于所述用户HRV自动计算参数状态百分比，至少部分地基于多个用户相关参数的加权和，所述多个用户相关参数包括：(1)标识用户的低频/高频比率的第一参数；(2)标识用户的瞬时心率信号的标准偏差(SDNN)的第二参数；(3)标识用户的心率的第三参数；(4)标识用户的pnn50的第四参数；(6)标识用户的相干性的第五参数，从而产生在0.1到100％之间的计算值；由所述至少一个专门编程的计算装置，基于所述计算参数状态百分比，实时地向所述用户提供至少一个个性化呼吸建议，所述至少一个个性化呼吸建议被设置以修改参数状态百分比，其中所述至少一个个性化呼吸建议包括：(i)标识对用户的呼吸率进行第一调整的第一呼吸指示；(ii)标识对用户的呼吸模式进行第二调整的第二呼吸指示；(ii)或者它们的任意组合。在一些实施方式中，所述系统还包括标识屏住呼吸的第三时段的第三指示。在一些实施方式中，所述系统还包括：所述多个用户相关参数还包括：(6)连续RR间隔差值的均方根RMSSD；(7)功率频谱；(8)总功率；(9)深呼吸差异。在一些实施方式中，所述心率传感器处于与所述用户相关联的移动电话装置、具有蓝牙功能的装置或与所述用户相关联的心率检测仪中的一个中。在一些实施方式中，所述心率传感器处于至少一个专门编程的计算装置中。在一些实施方式中，所述至少一个专门编程的计算装置为与所述用户相关联的移动电话装置。在一些实施方式中，所述个性化健康管理软件还被设置以指导受试者充分地使用权利要求9所述的方法，从而使得血糖水平下降10-25％。在一些实施方式中，所述受试者为糖尿病患者。

虽然描述了本发明的若干实施方式，应理解这些实施方式仅是说明性的，而不是限制性的，许多修改对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。