本发明涉及低氧呼吸训练技术领域，尤其涉及一种用于低氧习服训练的反馈式呼吸训练系统及方法。
背景技术：
近年来随着我国对高原地区的开发力度增强，使得移居高原人口和高原旅游人员显著增多，但高原低氧的自然环境，使得急进高原人员容易出现急性高原反应，大量高原移居人员也容易发生不同程度的高原红细胞增多症。
以往国内外对于急慢性高原反应的治疗一般采用间断吸氧改善缺氧状态或采用高压氧舱缓解，但单纯吸氧疗效有限，高压氧治疗虽可有效提升肺泡氧分压和血氧分压，但出舱后症状易复发，且所用设备较为复杂，不便于大规模施行。
机体对低氧环境的生理反应主要表现为动脉血氧饱和度的下降；机体对低氧环境习服的主要途径是增加肺通气量和提高血液输运氧的能力，两者都与呼吸模式有关。
研究发现，普通人呼吸只用到肺部1/3的功能，城市中人口有近一半呼吸方式不正确，在平原地区这种呼吸方式危害还不显著，但是高原缺氧环境中则极大损害人体健康，使包括大脑等重要器官组织长期处于缺氧状态，引发高原红细胞增多症等疾病。
急进高原后，无需借助额外的供氧，采用“深呼吸”的方法就可显著增加氧的吸入和血氧饱和度，提高肺泡和血液，血液和各脏腑之间氧气的交换，从而减轻人体高原反应，加快高原习服速度。
但目前对这一呼吸方法还停留在简单的口头讲授，尚缺乏设备对人体在“深呼吸”的呼吸深度、血氧饱和度等进行检测，更没有设备针对缺氧条件下引导用户达到最佳呼吸方式。
技术实现要素：
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于低氧习服训练的反馈式呼吸训练系统及方法，用以通过科学、系统的引导方法能够指导用户进行低氧条件下的深呼吸训练，达到快速适应低氧环境，改善人体缺氧状态的目的。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种用于低氧习服训练的反馈式呼吸训练系统，反馈式呼吸训练系统包括：常压低氧舱体、呼吸引导主机和监测设备；呼吸引导主机和检测设备均设置在常压低氧舱体内部，呼吸引导主机根据检测设备采集到的训练对象的生理数据调整对训练对象呼吸的引导。
监测设备包括监测手套和袖带；监测手套用来采集训练对象的血氧饱和度和心电信号，并将采集的数据实时传递给呼吸引导主机；袖带用来采集训练对象的动脉血压，并将采集的数据实时传递给呼吸引导主机。
常压低氧舱体内设有气压计和氧气传感器，气压计将常压低氧舱体内的气压信号实时传递给呼吸引导主机，氧气浓度传感器将常压低氧舱体内的氧气含量实时传递给呼吸引导主机。
呼吸引导主机上设有显示器和音响，显示器实时显示训练对象的血氧饱和度、心电信号和动脉血压及常压低氧舱体内的气压和氧气含量；呼吸引导主机通过音响播放声音和/或显示器显示画面来引导训练对象调整呼吸。
反馈式呼吸训练系统还包括依次连接的：压缩机、制氮机、储气罐；储气罐与常压低氧舱体连接，且储气罐与常压低氧舱体之间的连接管上设有气阀。
呼吸引导主机控制气阀的打开或关闭。
一种用于低氧习服训练的反馈式呼吸训练方法，该反馈式呼吸训练方法使用本发明的反馈式呼吸训练系统；反馈式呼吸训练方法包括如下步骤：
设定常压低氧舱体内的气压和氧气含量的目标值，并通过呼吸引导主机控制气阀将常压低氧舱体内实际的气压和氧气含量调整至目标值；
使训练对象进入常压低氧舱体，并佩戴监测手套和袖带；
通过呼吸引导主机控制气阀调整常压低氧舱体内实际的气压和氧气含量，使监测手套监测到训练对象的血氧饱和度下降；
通过呼吸引导主机引导训练对象调整呼吸，使监测手套监测到训练对象的血氧饱和度在95％-99％的范围内稳定不变，通过呼吸引导主机记录此时训练对象的呼吸频率作为最佳呼吸频率；
重复训练，逐渐降低最佳呼吸频率对应的呼吸频率。
第一次训练时，通过呼吸引导主机控制气阀将常压低氧舱体内实际的气压和氧气含量，使监测手套监测到训练对象的血氧饱和度下降至70-95％。
呼吸引导主机引导训练对象调整呼吸包括减慢呼吸频率和加长呼吸时间。
重复训练时，以前一次训练的最佳呼吸频率作为该次训练的初始呼吸频率；
通过呼吸引导主机控制气阀调整常压低氧舱体内实际的气压和氧气含量，使监测手套监测到训练对象的血氧饱和度下降；
通过呼吸引导主机引导训练对象调整呼吸，使监测手套监测到训练对象的血氧饱和度在95％-99％的范围内稳定不变，通过呼吸引导主机记录此时训练对象的呼吸频率作为该次训练的最佳呼吸频率。
本发明的有益效果为：
在低氧环境下血氧饱和度值与呼吸模式之间存在依存关系，只有在个性化的最优呼吸模式下才能使血氧饱和度值维持在最高水平附近。这是反馈式呼吸训练法的核心。通过采集人体血氧饱和度信号，适用人工智能方式，引导不同个体逐步适应并找到让人体血氧饱和度最高的呼吸方式，实现个性化的最优呼吸。这就使得用户体验到最适应自身的呼吸方式，并内化为呼吸习惯，在脱离该设备后继续使用这种呼吸方式就能实现减轻高原反应或调控血压的目的。本发明可以有效提高人体血氧浓度，缓解高原反应，实现人体对低氧环境的快速习服。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的流程图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
附图标记：1-压缩机；2-制氮机；3-储气罐；4-常压低氧舱体；5-袖带；6-呼吸引导主机；7-监测手套。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
一种用于低氧习服训练的呼吸装置，呼吸装置包括：常压低氧舱体4、呼吸引导主机6和监测设备；呼吸引导主机6和检测设备均设置在常压低氧舱体4内部，呼吸引导主机6根据检测设备采集到的训练对象的生理数据调整对训练对象呼吸的引导。通过采集人体血氧饱和度信号，适用人工智能方式，引导不同个体逐步适应并找到让人体血氧饱和度最高的呼吸方式，实现个性化的最优呼吸。这就使得用户体验到最适应自身的呼吸方式，并内化为呼吸习惯，在脱离该设备后继续使用这种呼吸方式就能实现减轻高原反应或调控血压的目的。本发明可以有效提高人体血氧浓度，缓解高原反应，实现人体对低氧环境的快速习服。
监测设备包括监测手套7和袖带5；监测手套7用来采集训练对象的血氧饱和度和心电信号，并将采集的数据实时传递给呼吸引导主机6；袖带5用来采集训练对象的动脉血压，并将采集的数据实时传递给呼吸引导主机6。均采用实时测量的方式，用以实时的反馈训练对象的生理信息，一来可以作为呼吸训练的调整依据，二来一旦训练对象在低氧环境下出现不灵反应可以及时发现，中止训练。
常压低氧舱体4内设有气压计和氧气传感器，气压计将常压低氧舱体4内的气压信号实时传递给呼吸引导主机6，氧气浓度传感器将常压低氧舱体4内的氧气含量实时传递给呼吸引导主机6。通过气压计和氧气传感器可以更加准确的控制常压低氧舱体4内部的气体环境，模拟高原的空气状态。
呼吸引导主机6上设有显示器和音响，显示器实时显示训练对象的血氧饱和度、心电信号和动脉血压，及常压低氧舱体4内的气压和氧气含量；呼吸引导主机6通过音响播放声音和/或显示器显示画面来引导训练对象调整呼吸。呼吸引导主机6通过声音和图像可以直观的向训练对象提供调整呼吸的提示，协助训练对象完成呼吸训练。
呼吸装置还包括依次连接的：压缩机1、制氮机2、储气罐3；储气罐3与常压低氧舱体4连接，且储气罐3与常压低氧舱体4之间的连接管上设有气阀。为了保证常压低氧舱体4内的空气处于可调整的状态，设置氮气的制备和储存设备，通过向常压低氧舱体4内通入一定量高纯度的氮气来实现常压低氧舱体4内的低氧氛围，并保持常压低氧舱体4内的气压为常压。
常压低氧舱体4的进气口设置在常压低氧舱体4的底部，常压低氧舱体4还设有出气口，出气口设置在常压低氧舱体4的底部。因为氮气的密度比氧气低，所以当氮气从常压低氧舱体4的底部进入常压低氧舱体4内时，更有利于常压低氧舱体4内氧气和氮气的混合；为了排除一定量的含氧氮气，将出气口设置在底部，有利于氧气的排出。
储气罐3与常压低氧舱体4之间的连接管上设有气阀；呼吸引导主机6控制气阀的打开或关闭。
呼吸引导主机6能够记录训练对象在血氧饱和度稳定时的呼吸频率和呼吸时长。
同一训练对象能够多次使用呼吸装置，后一次训练呼吸引导主机6的初始呼吸频率和呼吸时长为前一次训练呼吸引导主机6记录的训练对象在血氧饱和度稳定时的呼吸频率和呼吸时长，且第一次训练呼吸引导主机6的初始呼吸频率和呼吸时长为训练对象训练前的呼吸频率和呼吸时长。
本发明的原理为：
首先通过由压缩机1、制氮机2、储气罐3、常压低氧舱体4营造常压低氧环境，然后使用监测手套7监测用户的血氧饱和度和心电信号，采用袖带5连接呼吸引导主机6后能够等监测用户的动脉血压。此时呼吸引导主机6，采用呼吸引导画面和声音引导用户进行深呼吸。进行深呼吸后人体血氧浓度逐步上升，并开始适应这种深呼吸方式，待血氧稳定后，主机引导用户增加呼气和吸气时间，也就是增加了呼吸深度，此时用户的血氧将更进一步的上升。以此类推，主机引导用户逐渐提高并适应更深度的呼吸，直到血氧浓度不再提高或降低。这就实现了呼吸引导信号更随人体生理自动调节，直到找到适应用户个性化的最优呼吸训练模式。采用这一方法可以提高人体血氧浓度，缓解高原反应，实现人体对低氧环境的快速习服。训练过程中将血氧、动脉血压、心电信号经过处理后显示在呼吸引导主机6上，使用户可以直观的看到经过呼吸训练过程中生理参数的变化，以增强信心，提高训练热情和依从性。
一种用于低氧习服训练的反馈式呼吸训练方法，该反馈式呼吸训练方法使用本发明的呼吸装置。
反馈式呼吸训练方法为：
设定常压低氧舱体4内的气压和氧气含量的目标值，并通过呼吸引导主机6控制气阀将常压低氧舱体4内实际的气压和氧气含量调整至目标值，通常设置为训练对象在训练结束后，可能会前往的高原等地区的大气状态；
使训练对象进入常压低氧舱体4，并佩戴监测手套7和袖带5；
通过呼吸引导主机6控制气阀将常压低氧舱体4内实际的气压和氧气含量，使监测手套7监测到训练对象的血氧饱和度下降至70-95％，标明训练对象已经处于低氧的状态，可以开始训练；
通过呼吸引导主机6引导训练对象调整呼吸，减慢呼吸频率和加长呼吸时间，使监测手套7监测到训练对象的血氧饱和度在95％-99％的范围内稳定不变，即不再增加或减少，标明训练对象已经在当前的呼吸频率和呼吸深度上，实现了自身的氧气平衡，通过呼吸引导主机6记录此时训练对象的呼吸频率作为最佳呼吸频率；
一次训练不一定还会达到预期的目标或效果，因此需要重复训练，后一次的训练中，均以前一次训练的最佳呼吸频率作为初始呼吸频率，逐渐降低最佳呼吸频率对应的呼吸频率，使得训练对象的呼吸效率越来越高。
本发明实施例，采用相对密闭的房间或舱体，充入适量氮气，以营造常压低氧环境。采用氧气分析设备对该低氧环境进行检测，通过控制氮气充入量来调节空气中氮气比重，进而模拟高原不同的高度下不同的氧分压。在这种缺氧条件下，如果还采用普通的呼吸方式，人体血氧饱和度会很快下降，并根据缺氧程度维持在较低水平。此时，人体的左右手佩戴的穿戴式监测手套和袖带可将测量到的血氧饱和度、心电、血压数据传输到主机，主机根据得到的数据设定呼吸模式，并引导用户进行呼吸；进行深呼吸后人体血氧浓度逐步上升，并开始适应这种深呼吸方式，待血氧稳定后，主机增加呼气和吸气时间，引导用户增加呼吸深度，此时用户的血氧将更进一步的上升，以此类推，主机引导用户逐渐提高并适应更深度的呼吸，直到血氧浓度不再提高或降低。训练结束后自动采集人体血压信号，将训练前后血压进行对比并显示在呼吸引导主机上。采用这种方法就实现了呼吸引导信号跟随人体生理自动调节，直到找到适应该用户的最优呼吸训练模式(也就是使该用户血氧饱和度最高的呼吸频率)。
采用这一方法进行呼吸训练可有效改善肺通气，从而降低血压。因此，该方法同样可用于动脉血压的非药物调控。
呼吸方式还与交感神经和副交感神经系统的兴奋性息息相关，深呼吸能够提高副交感神经兴奋性，从而提高胃肠蠕动，并产生更多内源性一氧化氮，使血管舒张，肌肉放松。因此该方法还适用于缓解压力，改善失眠、便秘等状态。
综上，本发明的实施例提供了一种用于低氧习服训练的呼吸装置及方法，本发明通过采集人体血氧饱和度信号，适用人工智能方式，引导不同个体逐步适应并找到让人体血氧饱和度最高的呼吸方式，实现个性化的最优呼吸。这就使得用户体验到最适应自身的呼吸方式，并内化为呼吸习惯，在脱离该设备后继续使用这种呼吸方式就能实现减轻高原反应或调控血压的目的。本发明可以有效提高人体血氧浓度，缓解高原反应，实现人体对低氧环境的快速习服。本发明还可用于调控肺功能不足所引起的高血压症状以及治疗由过度紧张引起的各类心理疾病和其它慢性病。
与现有技术相比，在低氧环境下血氧饱和度值与呼吸模式之间存在依存关系，只有在个性化的最优呼吸模式下才能使血氧饱和度值维持在最高水平附近。这是反馈式呼吸训练法的原理基础。通过采集人体血氧饱和度信号，适用人工智能方式，引导不同个体逐步适应并找到让人体血氧饱和度最高的呼吸方式，实现个性化的最优呼吸。这就使得用户体验到最适应自身的呼吸方式，并内化为呼吸习惯，在脱离该设备后继续使用这种呼吸方式就能实现减轻高原反应或调控血压的目的。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。