一种心率变异性生物反馈康复装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物反馈康复技术领域，特别是涉及一种穿戴式自主神经调控状态监测和生物反馈康复装置。
【背景技术】
[0002]自主神经系统有其自主运行的节律。它控制着人们的心肺系统、消化系统和泌尿系统三大系统活动的运行与协调。如果自主神经系统发生功能失调，则容易导致相关的调节系统的功能失衡。中国传统的坐禅、气功、打太极等，也都想通过自我调节，达到内在的平衡，改善人体三大系统的运行状态。虽然这已经被证明是行之有效的养生方法，但是，坐禅、气功和打太极所达到的内在平衡状态，无从客观评价；各人各自努力，其方向是否正确、方法是否有效，也只能见仁见智，“修行在个人” 了。
[0003]自主神经调控着人们的心肺系统、消化系统和泌尿系统三大系统。从系统辨识的角度出发，我们可以从这三大系统的运行状态来推断自主神经系统的状态。在这三个系统中，心肺系统有其独特的运行规律。其运行节律易于测量，呼吸节律可以控制。这就为我们治疗和预防心血管疾病提供了一个思路:既然自主神经主导着心肺系统的活动，通过监测和评估心肺系统的节律可以推断自主神经调控状态，那么我们可以通过调节呼吸，把自主神经的调控节律往规律的方向上引导，从而从根本上改善和治疗因自主神经失调所引起的心肺疾病和其它相关病。
[0004]据中国心血管疾病中心发布的《2012中国心血管病报告》，我国心血管病患者人数2.9亿，每10秒就有I人死于心血管病。调查发现，心血管疾病和自主神经系统(Autonomic Nervous System, ANS)功能失调和异常有关。自主神经心血管系统的调控保证了心脏输出和血液循环，以及代谢的最佳状态。心脏和血管分布的交感神经是激励性的，它的活动使血管收缩、心率增加、心脏收缩增强。反之，副交感神经是抑制性的，它的活动导致心率降低和心脏收缩变缓。交感神经必须充分激励以便应对紧急事件。当神经紧张血压升高时，副交感神经应该活动起来，使心脏平静。这种一张一弛，形成了心血管系统的平衡。如果交感和副交感神经的平衡被打破，交感神经持续活跃，而副交感神经处于抑制状态，心血管系统则处于严重失调的病态，住院率和死亡率上升。
[0005]心率变异性(Heart Rate Variability，HRV)是指连续心搏间瞬时心率的涨落，是一项定量评价心脏自主神经调控功能的无创性检测手段。当心房没有有效地收缩时会导致血液瘀滞和凝聚，临床上经常用HRV作为脑卒中和冠心病等高致死率心脑血管病的早起预警指标。相当多的研究证明，心率变异性与冠心病等疾病有紧密联系。研究表明，产生心率波动的因素包括脑的神经活动、呼吸活动以及由压力、化学感受器传入的心血管反向活动等，这些因素最终通过交感神经和副交感神经的调节作用表现出来。因此，HRV信号中包含了大量与心血管调节作用有关的信息，对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和副交感神经活动的均衡性、紧张性，评估两者对心血管系统的影响。
[0006]物反馈的研究，既有理论意义又有实用价值:它打破了传统的学习理论认为植物性神经系统所支配的器官不能进行学习、不能随意控制的限制，开辟了 “内脏学习”的新领域；它综合了心理学、生理学、临床医学与现代电子学等诸多学科，突破了传统治疗学的局限。它最大的特点就是针对性强，在心身疾病的致病原因的层次上进行治疗。此外，生物反馈以其无损伤、无痛苦、无药物副作用的特点而广受关注，成为治疗许多疾病提供了新的手段和方法。HRV生物反馈1975年由俄国Vaschillo创立，后由美国Lehrer教授在美国和欧洲发扬光大。美国NIH、加拿大多伦多大学、意大利Pavia大学、日本帝京大学、我国中山大学等的研究都证明，心率变异性生物反馈能对哮喘、高血压、心衰、冠心病、病人情绪低落等有明显疗效，对竞技心理压力，有缓解和提高成绩的效果。
[0007]但是，自主神经系统有其复杂性和不可控制性。从系统科学的角度来说，自主神经系统对心肺系统的控制是一个典型的闭环自动控制系统。如何从系统的测量参数中估计自主神经系统的工作状态和节律，如何引导自主神经系统由失调和无规转向有规和协调，这是具有挑战性的课题。
[0008]现有呼吸训练仪由心电和呼吸波计算呼吸性窦性心律不齐定量表达值，连同心率、血压、血氧饱和度作为反馈参数，以视觉或听觉方式显示给受训者，使马上知道呼吸模式是否正确。然而，其给出的窦性心律不齐定量表达值并不十分有效。现有技术的方法和设备，使用分析心率变异度的频谱分布来确定人体生物系统节律状态，或通过实时测量呼吸性窦性心律不齐来评估人的压力，并帮助缓解压力。但是，上述现有技术都没有系统地给出评估自主神经系统的工作状态和节律的度量或指标，也没有给出如何引导自主神经系统由失调和无规转向有规和和谐的方法和步骤。
【实用新型内容】
[0009](一)要解决的问题
[0010]现有心率变异性生物反馈技术都没有系统地给出评估自主神经系统的工作状态和节律的度量或指标，也没有给出如何引导自主神经系统由失调和无规转向有规和和谐的系统结构，为了使心率变异性生物反馈技术更好地为人类健康服务，本实用新型的目的是提供一种心率变异性生物反馈装置。
[0011](二)技术方案
[0012]为达成所述目的，本实用新型提供一种心率变异性生物反馈康复装置包括:穿戴式数据采集单元为可穿戴部件、处理显示通信单元和电源管理单元组成手持式部件，其中:穿戴式数据采集单元具有用电输入端、信号采集端和信号输出端，用于采集并输出放大、滤波、去除干扰后的单导联心电信号、光电血管容积图信号、呼吸信号、以及血压和血氧饱和度信号；处理存储通信单元具有用电输入端、数据采集端和数据输出端，处理存储通信单元的数据采集端与穿戴式数据采集单元的信号输出端连接，用于处理、存储放大、滤波、去除干扰后的单导联心电信号、光电血管容积图信号、呼吸信号、以及血压和血氧饱和度信号，提取瞬时心率和呼吸信号，并由处理存储通信单元的数据输出端输出自主神经心肺系统调控状态的和谐度度量，将和谐度度量以图形、语音和音乐的方式反馈给受训者，引导受训者放松心绪；同时寻找最佳呼吸频率，以动画方式引导受训者进行慢呼吸，以便进入自主神经心肺系统调控和谐状态；电源管理单元的供电输出端分别与穿戴式数据采集单元的用电输入端、处理显示通信单元的用电输入端连接，用于为穿戴式数据采集单元、处理显示通信单元提供稳定电源。
[0013](三)有益效果
[0014]本实用新型心率变异性生物反馈康复装置的特点是:
[0015]本实用新型实时采集受训者的心率和呼吸信号，分析和计算其自主神经心肺系统调控状态度量，引导受训者调节心绪和呼吸，进入和谐状态。心率变异性生物反馈康复能有效地调节自主神经调控状态，降低心肺系统危险系数；能有效缓解竞技心理压力，提高成绩。因此，本实用新型对于人们的保健、提高生活质量具有重要意义。
[0016]I)实时监测心电信号或光电血管容积图信号、呼吸信号，以及血压等相关信号，从心率变异和呼吸两种信号提取自主神经心肺系统调控状态和谐度度量。
[0017]2)以图形、语言和音乐等多媒体方式，引导受训者调节心绪和呼吸，并将自主神经心肺系统调控状态和谐度度量以图形和数字方式，反馈给受训者，指引受训者向正确的方向调控。
[0018]3)存储和分析受训者的心肺系统数据、节律和和谐度度量，并以系统智能的方法，寻找个性化的心肺系统调控最佳和谐点，以及规划达到最佳和谐点的最优途径。
[0019]心率变异性生物反馈康复装置包括:穿戴式微型传感器数据采集单元，同步实时采集心电信号或光电血管容积图信号、呼吸信号、血压信号、血氧饱和度信号，通过有线或无线方式，送到处理显示通信单元。处理显示通信单元从心电信号或光电血管容积图信号中提取R波位置，获得RR间期序列；预处理呼吸信号，或从心电信号、加速度信号、光电血管容积图信号中提取呼吸信号；从RR间期序列和呼吸信号计算自主神经心肺调控状态和谐度度量。根据这些度量，一方面用图形的方式，引导受训者的呼吸节奏，另一方面，使用语音、音乐、和谐度度量的数值和图形表示的反馈，来调整受训者的心绪和呼吸方式，使之接近或达到和谐状态。同时，也利用受训者的历史数据，寻找个性化的最佳呼吸频率等