一种便携式智能呼吸训练监测系统及方法与流程

本发明涉及监测设备，具体为一种便携式智能呼吸训练监测系统及方法。

背景技术：

1、copd是常见的呼吸系统慢性疾病，具有高患病率、高病死率的特点。在我国，约有1亿成年人患有copd，60岁以上患病人群达27％。据最新调查数据显示，copd已居我国疾病负担首位。慢性阻塞性肺疾病诊治指南中指出：呼吸康复可减轻呼吸困难症状、提高运动耐力、改善生活质量、减轻焦虑和抑郁症状、减轻急性加重后4周内的再入院风险，对于有呼吸困难的患者，呼吸康复应该作为常规推荐。对于老年、重度或极重度copd无法进行耐力运动和抗阻运动的患者，呼吸功能锻炼作为直接有效的康复方式，就显得尤为重要。

2、呼吸训练可以增强呼吸肌的肌力和耐力，减轻过度充气，提高气体交换能力，呼吸训练分为呼吸方式训练(缩唇呼吸、腹式呼吸等)和呼吸肌训练(吸气肌训练和呼气肌训练)。患者呼吸功能训练的效果与肺康复直接相关。呼吸运动分为胸式呼吸、腹式呼吸，大部分人采用联合呼吸方式，且以胸式呼吸为主。目前，针对呼吸方式训练以及呼吸肌训练，各大医院均按照操作流程对患者进行缩唇呼吸、腹式呼吸等健康宣教，但临床上患者进行腹式呼吸的精准度仅凭肉眼观察，尚没有统一评价标准。

3、现阶段临床普遍认为稳定期copd患者出院后常常缺乏系统管理，治疗依从性下降，使copd居家康复不理想，控制效果不佳，容易导致病情反复发作。调查显示，只有少于10％的患者出院后会进行居家康复，患者居家康复意识不高，且康复无法确保科学性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种便携式智能呼吸训练监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出copd患者出院后常常缺乏系统管理，治疗依从性下降，使copd居家康复不理想，控制效果不佳，容易导致病情反复发作的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种便携式智能呼吸训练监测系统，包括马甲、设置于马甲内侧且位于人体心脏处的心率传感器以及马甲服装外壁上的控制器，所述控制器内置微控制器模块、蓝牙模块、电源管理模块和电池，心率传感器的输出端连接于控制器的输入端，所述控制器的输出端通过蓝牙模块连接在用于显示检测数据的手机上，所述马甲包括两组背部环带和四组侧部腰带，每个所述背部环带上安装有弹性收缩带，两组弹性收缩带的一端内部分别安装有用于检测拉力的拉伸传感器a和拉伸传感器b。

4、作为优选，所述心率传感器用于采集呼吸信号。

5、作为优选，所述控制器内置电池型号为3.7v800mah，功耗为2w。

6、作为优选，所述拉伸传感器a用于检测腹廓变化，拉伸传感器b用于检测胸廓变化。

7、作为优选，每个所述侧部腰带上均设置有方便进行固定锁紧的插扣以及用于调节长度的日字调节扣。

8、作为优选，所述马甲的外壁上嵌设安装有用于检测外界环境温度的温度传感器a，所述马甲的内壁上嵌设安装有用于检测人体温度的温度传感器b。

9、作为优选，所述心率传感器、拉伸传感器a和拉伸传感器b、温度传感器a以及温度传感器b均通过魔术贴连接于马甲上。

10、另一方面，本发明还提供便携式智能呼吸训练监测方法，包括上述的便携式智能呼吸训练监测系统，具体包括如下步骤：

11、s10：将马甲穿在检测人员身上，并使得心率传感器置于人体的心脏处，穿好衣服后，待检测人员保持放松，平静呼吸，心率传感器采集此刻心率，温度传感器b采集体温，温度传感器a采集环境温度；

12、s20数据采集：心率传感器采集心率呼吸信号，拉伸传感器a和拉伸传感器b分别采集腹廓和胸廓变化信号，并将信号传输到微控制器进行后续处理；

13、s30信号预处理：微控制器对采集到的信号进行预处理，包括滤波、放大和去除噪声步骤；

14、s40fft分析：使用fft算法将信号转换为频域信号，并查找主要的频率分量；

15、s50提取呼吸深度：在fft分析中，找到主要频率分量，计算心率和呼吸频率，心率和呼吸频率使用以下公式计算：

16、呼吸频率＝频率分量/60

17、心率＝频率分量*60。

18、作为优选，滤波包括低通滤波、带通滤波及卡尔曼滤波。

19、作为优选，在人体频域中，呼吸频率正常范围在0.15hz至0.5hz之间，心率正常范围在0.8hz至3hz之间。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本便携式智能呼吸训练监测系统及方法通过对呼吸模式、呼吸训练效果进行精准、可视的监测，提高呼吸功能锻炼效果，增强呼吸肌的肌力和耐力，对于copd居家肺康复具有重要意义，位于心脏位置部位设置有心率传感器，可以检测心率；衣服内侧还设置有温度传感器，用于检测体表皮肤温度；衣服外侧设置有温度传感器，用于检测环境温度；设置有拉伸传感器，检测服正常穿戴后，传感器可以分别检测胸部和腹部呼吸时的胸廓或腹廓变化。

技术特征：

1.一种便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：包括马甲(1)、设置于马甲(1)内侧且位于人体心脏处的心率传感器(8)以及马甲服装(1)外壁上的控制器(4)，所述控制器(4)内置微控制器模块、蓝牙模块、电源管理模块和电池，心率传感器(8)的输出端连接于控制器(4)的输入端，所述控制器(4)的输出端通过蓝牙模块连接在用于显示检测数据的手机上，所述马甲(1)包括两组背部环带(5)和四组侧部腰带(6)，每个所述背部环带(5)上安装有弹性收缩带(7)，两组弹性收缩带(7)的一端内部分别安装有用于检测拉力的拉伸传感器a(2)和拉伸传感器b(3)。

2.根据权利要求1所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：所述心率传感器(8)用于采集心率信号。

3.根据权利要求1所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：所述拉伸传感器a(2)用于检测腹廓变化，拉伸传感器b(3)用于检测胸廓变化。

4.根据权利要求1所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：每个所述侧部腰带(6)上均设置有方便进行固定锁紧的插扣(9)以及用于调节长度的日字调节扣(10)。

5.根据权利要求1所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：所述马甲(1)的外壁上嵌设安装有用于检测外界环境温度的温度传感器a(11)，所述马甲(1)的内壁上嵌设安装有用于检测人体温度的温度传感器b(12)。

6.根据权利要求5所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：所述心率传感器(8)、拉伸传感器a(2)和拉伸传感器b(3)、温度传感器a(11)以及温度传感器b(12)均通过魔术贴连接于马甲(1)上。

7.一种便携式智能呼吸训练监测方法，包括权利要求1-6任一所述的便携式智能呼吸训练监测系统，其特征在于：具体包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的便携式智能呼吸训练监测方法，其特征在于：滤波包括低通滤波、带通滤波及卡尔曼滤波。

9.根据权利要求8所述的便携式智能呼吸训练监测方法，其特征在于：在人体频域中，呼吸频率正常范围在0.15hz至0.5hz之间，心率正常范围在0.8hz至3hz之间。

技术总结
本发明涉及监测设备技术领域，具体为一种便携式智能呼吸训练监测系统及方法，包括马甲、设置于马甲内侧且位于人体心脏处的心率传感器以及马甲服装外壁上的控制器，所述控制器内置微控制器模块、蓝牙模块、电源管理模块和电池。本发明通过对呼吸模式、呼吸训练效果进行精准、可视的监测，提高呼吸功能锻炼效果，增强呼吸肌的肌力和耐力，对于COPD居家肺康复具有重要意义，位于心脏位置部位设置有心率传感器，可以检测心率；衣服内侧还设置有温度传感器，用于检测体表皮肤温度；衣服外侧设置有温度传感器，用于检测环境温度；设置有拉伸传感器，检测服正常穿戴后，传感器可以分别检测胸部和腹部呼吸时的胸廓或腹廓变化。

技术研发人员：张丹英,程俊亚,居俏艳,徐晗
受保护的技术使用者：嘉兴市第一医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16