个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法与流程

本技术涉及呼吸重建技术，尤其涉及一种个体化的呼吸模式重建训练装置及其方法。

背景技术：

1、据2006年全国部分城市及农村前十位主要疾病死亡原因的统计数，呼吸系统疾病(不包括肺癌)在城市的死亡病因中占第四位(13.1％)，在农村占第三位(16.4％)。近些年来，由于受工业经济发展、大气污染、吸烟等导致的理化因子、生物因子以及人口老龄化等因素的影响，呼吸系统疾病，尤其是以慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺，包括慢性支气管炎、肺气肿、肺心病)、哮喘等为代表的慢性呼吸系统疾病，患病率和死亡率明显增加，其中，40岁及以上人群慢阻肺的患病率达到13.6％，总患病人数近1亿，哮喘患者超过3000万人。另外，慢性呼吸系统疾病病程长、反复发作，严重影响患者的身体健康和生活质量。

2、慢性呼吸疾病往往导致呼吸模式异常，包括胸式呼吸、腹式呼吸、肩式呼吸以及呼吸浅快等，具有多种不正常的呼吸模式。因此，重建正常呼吸运动模式，尤其是深慢的腹式呼吸，对慢性呼吸系统疾病患者的康复治疗非常重要。如慢阻肺患者的呼吸以不完全可逆的气流受限为特点，常呈进行性加重，主要通过胸式呼吸，甚至肩式呼吸完成呼吸动作，呼吸较为短促，吸入的气体主要集中在肺的中上部，肺下部的肺泡很难充盈，不能吸入大量新鲜空气，造成缺氧、二氧化碳潴留等，致使肺功能进一步受到损害；通过对慢阻肺患者进行呼吸模式重建训练，促使患者锻炼腹式呼吸，扩大肺活量，使胸廓得到最大限度的扩张，肺下部的肺泡得以伸缩，可以有效改善患者的肺功能系统，缩短病程，提高生存质量。

3、目前，进行呼吸运动模式重建，无论对医生还是患者，都缺乏有效的辅助工具和方法，往往停留在口授或身教的模式，也没有对训练水平和效果考核的客观指标。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，其能够对受试者的呼吸运动训练给出客观评价；本技术还旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，其对受试者所进行的训练是个体化的；本技术还旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，其能够分析受试者呼吸运动中各模式的呼吸在整个呼吸运动中的贡献比，为重建健康的呼吸运动模式提供信息反馈。

2、本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置，其包括：生理参数接收模块、引导信号模块、呼吸吻合度计算模块、

3、生理参数接收模块配置用于接收受试者的呼吸信号；

4、引导信号模块配置用于向受试者输出引导信号，以使得受试者依照该引导信号进行呼吸运动；

5、呼吸吻合度计算模块配置用于计算使用者在引导信号的引导下作呼吸运动时生理参数接收模块所接收的呼吸信号与引导信号之间的吻合度。

6、优选地，还包括：基线数据模块；

7、基线数据模块配置用于根据在受试者进行呼吸模式训练前的预定时长的静息自主呼吸时生理参数接收模块所接收的呼吸信号而获得呼吸模式基线数据；

8、所述引导信号模块根据该呼吸模式基线数据而输出引导信号。

9、优选地，所述呼吸吻合度计算模块计算潮气量曲线吻合度、胸腹呼吸曲线吻合度、呼吸率吻合度中至少一种：

10、其中，潮气量曲线吻合度的计算如下：

11、1)采用如下插值函数拟合出呼吸波形：

12、在[a,b]上给出n+1个点a≤x0<x1<…<xn≤b，f(x)是[a,b]上的函数，函数s(x；a0,...,an)拟合如下：s(xi；a0,...,an)＝f(xi),i＝0,1,…,n；

13、其中s(x)为f(x)在[a,b]上的插值函数，若s(x)关于参量a0,a1,...,an是线性关系,即：

14、s(x)＝a0s0(x)+a1s1(x)+…+ansn(x)

15、s(x)是多项式插值函数；

16、2)通过胸腹呼吸波计算潮气量曲线波形：vt＝k*rc+m*ab；

17、3)设定曲线容差范围：range＝±0.05(maxs-mins)；

18、其中：range为容差范围；

19、maxs:设定呼吸波的波峰值；

20、mins:设定呼吸波的波谷值；

21、4)设定窗口为5s，计算5s内潮气量波形每个采样点在容差范围内的个数n；

22、5)计算吻合度：g＝n*100/a

23、其中：g为吻合度，n为5s容差范围内采样点个数，a为5s内所有采样点个数；

24、其中，

25、[a,b]：截取胸、腹呼吸曲线上a-b时间段的呼吸信号；

26、f(x)：胸腹呼吸曲线[a,b]时间段上的离散函数；

27、s(x)：f(x)在[a,b]上的插值函数；

28、vt：潮气量；

29、m、k：胸、腹部呼吸信号拟合系数；

30、rc、ab：胸腹部呼吸信号；

31、range：容差范围；

32、maxs:设定呼吸波的波峰值；

33、mins:设定呼吸波的波谷值；

34、g：潮气量吻合度；

35、n：5s容差范围内采样点个数；

36、a：5s内所有采样点个数；

37、胸腹呼吸曲线吻合度的计算如下：

38、1)通过设定呼吸率、胸腹呼吸贡献比拟合相关胸腹呼吸波形分别为c、a；

39、2)实际胸腹呼吸波形为ch、ab；

40、3)设定胸腹曲线容差范围：crange、arange

41、crange＝±0.05(maxc-minc)

42、arange＝±0.05(maxa-mina)

43、4)设定窗口为5s，计算5s内计算胸腹呼吸波形吻合度，分别为gc、ga

44、gc＝nc*100/ac；

45、ga＝na*100/aa；

46、nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；

47、ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；

48、5)计算最终吻合度：g＝(gc+ga)/2；

49、其中，

50、c、a：拟合的胸、腹呼吸波形；

51、ch、ab：实际胸、腹呼吸波形；

52、crange、arange：胸、腹曲线容差范围；

53、maxc、minc：设定的胸呼吸波信号的波峰值和波谷值；

54、maxa、mina：设定的腹呼吸信号的波峰值和波谷值；

55、gc、ga：胸、腹呼吸波形吻合度；

56、nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；

57、ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；

58、g：呼吸信号吻合度；

59、呼吸率吻合度的计算如下：

60、吻合度通过g＝a*100/n来计算，其中，

61、g为吻合度；

62、a为呼吸率差小于3的呼吸个数；

63、n为实际的呼吸个数。

64、优选地，所述引导信号模块基于设置的训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间而产生引导信号。

65、优选地，所述训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间由操作者设定。

66、优选地，所述训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间根据基线数据模块获得的呼吸模式基线数据而设定。

67、优选地，还包括：呼吸模式识别模块；

68、呼吸模式识别模块配置用于根据生理参数接收模块接收的受试者胸部和腹部的呼吸信号，计算受试者在呼吸运动训练过程中的胸腹呼吸贡献比。

69、优选地，引导信号模块根据胸腹呼吸贡献比，输出相应的引导信号，以调整胸腹呼吸贡献比。

70、本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练方法，其包括：

71、通过生理参数接收模块接收受试者的呼吸信号；

72、引导信号模块配置用于向受试者输出引导信号，以使得受试者依照该引导信号进行呼吸运动；

73、通过呼吸吻合度计算模块计算使用者在引导信号的引导下作呼吸运动时生理参数接收模块所接收的呼吸信号与引导信号之间的吻合度，包括潮气量曲线吻合度、胸腹呼吸曲线吻合度和呼吸率吻合度；

74、其中，潮气量曲线吻合度的计算如下：

75、1)采用如下插值函数拟合出呼吸波形：

76、在[a,b]上给出n+1个点a≤x0<x1<…<xn≤b，f(x)是[a,b]上的函数，函数s(x；a0,...,an)拟合如下：s(xi；a0,...,an)＝f(xi),i＝0,1,…,n；

77、其中s(x)为f(x)在[a,b]上的插值函数，若s(x)关于参量a0,a1,...,an是线性关系,即：

78、s(x)＝a0s0(x)+a1s1(x)+…+ansn(x)

79、s(x)是多项式插值函数；

80、2)通过胸腹呼吸波计算潮气量曲线波形：vt＝k*rc+m*ab；

81、3)设定曲线容差范围：range＝±0.05(maxs-mins)；

82、其中：range为容差范围；

83、maxs:设定呼吸波的波峰值；

84、mins:设定呼吸波的波谷值；

85、4)设定窗口为5s，计算5s内潮气量波形每个采样点在容差范围内的个数n；

86、5)计算吻合度：g＝n*100/a

87、其中：g为吻合度，n为5s容差范围内采样点个数，a为5s内所有采样点个数；

88、其中，

89、[a,b]：截取胸、腹呼吸曲线上a-b时间段的呼吸信号；

90、f(x)：胸腹呼吸曲线[a,b]时间段上的离散函数；

91、s(x)：f(x)在[a,b]上的插值函数；

92、vt：潮气量；

93、m、k：胸、腹部呼吸信号拟合系数；

94、rc、ab：胸腹部呼吸信号；

95、range：容差范围；

96、maxs:设定呼吸波的波峰值；

97、mins:设定呼吸波的波谷值；

98、g：潮气量吻合度；

99、n：5s容差范围内采样点个数；

100、a：5s内所有采样点个数；

101、胸腹呼吸曲线吻合度的计算如下：

102、1)通过设定呼吸率、胸腹呼吸贡献比拟合相关胸腹呼吸波形分别为c、a；

103、2)实际胸腹呼吸波形为ch、ab；

104、3)设定胸腹曲线容差范围：crange、arange

105、crange＝±0.05(maxc-minc)

106、arange＝±0.05(maxa-mina)

107、4)设定窗口为5s，计算5s内计算胸腹呼吸波形吻合度，分别为gc、ga

108、gc＝nc*100/ac；

109、ga＝na*100/aa；

110、nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；

111、ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；

112、5)计算最终吻合度：g＝(gc+ga)/2；

113、其中，

114、c、a：拟合的胸、腹呼吸波形；

115、ch、ab：实际胸、腹呼吸波形；

116、crange、arange：胸、腹曲线容差范围；

117、maxc、minc：设定的胸呼吸波信号的波峰值和波谷值；

118、maxa、mina：设定的腹呼吸信号的波峰值和波谷值；

119、gc、ga：胸、腹呼吸波形吻合度；

120、nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；

121、ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；

122、g：呼吸信号吻合度；

123、呼吸率吻合度的计算如下：

124、吻合度通过g＝a*100/n来计算，其中，

125、g为吻合度；

126、a为呼吸率差小于3的呼吸个数；

127、n为实际的呼吸个数。

128、优选地，通过基线数据模块配置根据在受试者进行呼吸模式训练前的预定时长的静息自主呼吸时生理参数接收模块所接收的呼吸信号而获得呼吸模式基线数据；

129、引导信号模块基于设置的训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间而产生引导信号；

130、呼吸模式识别模块配置根据生理参数接收模块接收的受试者胸部和腹部的呼吸信号，计算受试者在呼吸运动训练过程中的胸腹呼吸贡献比。

131、本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，可以客观比较实际呼吸与引导呼吸的吻合度，为训练提供客观的评价指标；本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，基于受试者自身的情况来设定训练参数；本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，能够定量分析各模式的呼吸在整个呼吸总所占比重，为重建健康的呼吸提供反馈信息。