一种基于HRV分析的疲劳恢复指数监测装置及方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于hrv分析的疲劳恢复指数监测装置及方法。

背景技术：

随着人们对健康的重视程度越来越高，许多人开始跑马拉松及各种体育锻炼、健身活动。但是由于缺乏专业的指导，一些人特别是一些高耐力和高强度的运动(如马拉松)新手时有发生由于运动负荷过大而发生受伤的意外事件，甚至有危及生命的运动风险发生。

目前还没有能够测试出人员的疲劳恢复指数的便携设备；而且，现有的对运动负荷进行监测的设备大多是在运动后进行测量，然后给出判断，但这样操作的实用性受到局限：在运动过程中已经发生了意外伤害后再给出什么样的监测结果和建议都已经于事无补，因此这种办法无法解决问题本身。

同时每个人的体质是不同的，不同性别、不同年龄、不同运动阶段的人等的心率及其变异特征不同，所以必须建立基于每个人的疲劳恢复指数基模的评价标准。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供了一种自助式的疲劳恢复指数的监测装置和方法，对运动人群进行运动疲劳恢复指数进行监控，并为其提供个性化的运动建议。

为了达到上述目的，本发明的具体解决方案一种基于hrv分析的疲劳恢复指数监测装置及方法，包括：用户信息管理模块、用户脉搏信息采集模块、身体疲劳恢复能力分析与评价模块、分析结果及建议等相关信息显示模块；

用户信息管理模块用以注册和存储用户的个人信息，所述个人信息包括用户的自己的性别、年龄、体重、锻炼的项目和频率、是否吸烟、饮酒情况、睡眠状况等；

用户脉搏信息采集模块，连接于所述用户信息管理模块，用以通过手机摄像头进行脉搏信息的采集，然后将脉搏数据作为源数据存储在用户信息模块中；

身体疲劳恢复能力分析与评价模块，连接于所述用户脉搏信息采集模块，根据测得的脉博信息进行身体疲劳恢复能力的分析并提供相应的建议；

分析结果及建议等相关信息显示模块，连接于用户信息管理模块用以显示身身体疲劳恢复能力输出分析和恢复数据。

进一步的，所述身体疲劳恢复能力分析与评价模块包括心率变异指标计算单元，所述心率变异指标计算单元通过计算脉搏nn间期差的均方根，得到心率变异指标，以用来评估副交感神经对心率的调节作用大小。

更进一步的，所述身体疲劳恢复能力分析与评价模块还包括运动恢复指数计算单元，所述运动恢复指数计算单元根据心率变异指标计算运动恢复指数，通过运动恢复指数评估身体恢复能力以及需要承载的运动负荷。

更进一步的，所述身体疲劳恢复能力分析与评价模块还包括基模曲线计算单元，所述基模曲线计算单元通过每天的运动恢复指数值与个人基模曲线对比的方式来分析和报告身体的恢复能力，并提供相应的建议。

更进一步的，所述身体疲劳恢复能力分析与评价模块还包括分析与评估单元，通过当天的恢复指数和个人基模值的比值及其联系变化情况来评估身体疲劳恢复能力的大小。

另一方面，本发明还提供一种基于hrv分析的疲劳恢复指数监测方法，包括以下步骤：

s1注册和存储用户的个人信息，所述个人信息包括用户的自己的性别、年龄、体重、锻炼的项目和频率、是否吸烟、饮酒情况、睡眠状况等；

s2通过手机摄像头采集模块进行脉搏信息的采集，然后将脉搏数据作为源数据进行存储；

s3根据测得的脉博信息进行身体疲劳恢复能力的分析并提供相应的建议；

s4显示身身体疲劳恢复能力输出分析和恢复数据。

进一步的，所述步骤s3还包括：

步骤s3a，通过计算脉搏nn间期差的均方根，得到心率变异指标，以用来评估副交感神经对心率的调节作用大小。

更进一步的，所述步骤s3还包括：

步骤s3b，根据心率变异指标计算运动恢复指数，通过运动恢复指数评估身体恢复能力以及需要承载的运动负荷。

更进一步的，所述步骤s3还包括：

步骤s3c，通过每天的运动恢复指数值与个人基模曲线对比的方式来分析和报告身体的恢复能力，并提供相应的建议。

更进一步的，所述步骤s3还包括：

步骤s3d，通过当天的恢复指数和个人基模值的比值及其联系变化情况来评估身体疲劳恢复能力的大小。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明使用户有机会在开始运动前就了解自己的身体状态，从而采取适当的运动方案，进而有效降低意外风险的发生，避免不必要的身体损伤；

2.本发明操作便捷，只要用户有智能手机就可以，不需要额外的特殊设备，就可以实现了解自己的身体疲劳恢复状况；

3.本发明采用了独有的基于心率变异性分析的身体疲劳恢复能力的评估方法，使得每个人的分析结果都是依据自身的情况作出的，提高了评估的可靠性和有效性；

4.本发明适用于多种高强度和耐力的运动、健身等项目，不局限于某一种运动，提高了人群的适用性；

5.本发明在评估后会给用户提出建议，这是的用户可以采取适当的运动方案，有助于用户养成健康的生活方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例的模块框图；

图2是本发明优选实施例脉博信息(心跳间隔)采集流程图；

图3是本发明优选实施例身体疲劳恢复能力评估流程示意图；

图4是本发明计算机的方法流程图。

附图标记说明：

用户脉搏信息采集模块1

身体疲劳恢复能力分析与评价模块2

身体疲分析结果及建议等相关信息显示模块3

用户信息管理模块4

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供的一种计算机辅助心理咨询系统，包括：包括：用户信息管理模块4、用户脉搏信息采集模块1、身体疲劳恢复能力分析与评价模块2、分析结果及建议等相关信息显示模块。其中，用户脉搏信息采集模块1，连接于所述用户信息管理模块4，用以通过手机摄像头进行脉搏信息的采集，然后将脉搏数据作为源数据存储在用户信息模块中；身体疲劳恢复能力分析与评价模块2，连接于所述用户脉搏信息采集模块1，根据测得的脉博信息进行身体疲劳恢复能力的分析并提供相应的建议；分析结果及建议等相关信息显示模块，连接于用户信息管理模块4用以显示身身体疲劳恢复能力输出分析和恢复数据。

优选的，用户信息管理模块4用以注册用户的个人信息，设置自己的性别、年龄、体重、锻炼的项目和频率、是否吸烟、饮酒情况、睡眠状况等个人信息，输入完成的用户个人信息将被存储在用户信息管理模块4中，用于做长期的趋势分析。

优选的，用户信息管理模块4还可根据不同用户设定用户脉博信息采集时条件，如在用户信息管理模块4的个人设置中进行采集时长设置。本系统根据对心率变异性分析的数据要求，提供了两种采集时间长度(即用户脉博信息采集的时间长度)供用户选择——3分钟和5分钟；呼吸频率设置，呼吸频率即每分钟呼吸的次数(一呼一吸为1次)，在脉博采集时，本系统提供了四种呼吸频率方案供用户选择，用户可以选择一个适合自己的频率。用户的上述设置也会存储在用户信息管理模块4中。

图2是用户脉搏信息采集模块1脉博信息(心跳间隔)采集流程图，包括以下步骤：当用户的指尖轻贴在摄像头上，用高亮度的光源(摄像头旁的led闪光灯)照亮指尖皮下毛细血管，利用摄像头按照某一频率获得多个连续的包含了翻译人体心跳信息的区域图像。由于手机图像的颜色和亮度都是以数字形式采集和存储的，所以可通过数字信号处理方法计算出每一张图像的综合亮度，用户脉搏信息采集模块1计算这些连续的图像中的每一个图像的像素红色的色值，通过筛选红色色值的峰值，得到初选脉搏信号。然后对上述初选脉搏信号进行滤波，获得滤波后的脉搏信号，最后根据滤波后的脉搏信号，获得波峰和波谷，今儿获得心跳间隔。

优选的，在实际使用过程中，用户在每天固定时间(建议早晨睡醒后进餐前，必要时先上厕所)、固定姿势(平躺或坐或站立)使用手机摄像头进行脉博信息采集。采集的时间和频率会按照用户的设置进行，用户可以在每次采集信息时改变相关设置，如果不改变则按照用户上一次设定的方案进行脉博信息采集。本发明使用户可以使用手机摄像头进行脉博信息的采集，然后将脉博信息(每两次心博之间的时间间隔，即nn值)作为源数据存储在存储用户信息管理模块4中。

如图3所示，身体疲劳恢复能力分析与评价模块2，根据用户脉搏信息采集模块1中测得的脉博信息(心跳间隔)进行身体疲劳恢复能力的分析。首先计算hrv的时域指标，心率变异指标r-mssd，即：nn间期差的均方根，心率变异指标r-mssd反映hrv(heartratevariability，心率变异性)中的快变化成分，可以用来评估副交感神经对心率的调节作用大小，其计算公式为：

其中n表示监测时间内nn间期的个数，nni表示第i个nn间期。

得到的上述r-mssd也存储在用户信息管理模块4中。

根据得到的心率变异指标r-mssd计算运动恢复指数rec，该指数显示了疲劳恢复能力的大小。该值越高，表示恢复能力大，可以适当提高或保持正常的运动负荷；该值越小，表示身体的恢复能力越低，要适当减小甚至停止运动等。rec的计算公式如下：

rec＝(lnr-mssd)×20

其中rec的取值范围通常为0-100之间的数值。

根据rec计算恢复指数绘制基模曲线baseline。每个人的身体状况不一样，不同性别、年龄和处于不同运动阶段的人都不同，因此没有一个统一的标准适合于所有人，本发明通过每天的rec值与个人基模曲线对比的方式来分析和报告身体的恢复能力，并提供相应的建议。

个人基模曲线的绘制方法如下：

个人基模曲线以每天为横坐标单位，以每天的基模值baserec为纵坐标，绘制曲线。

个人基模值的计算规则如下：

当一个用户连续采集脉博信息的天数低于四天时没有个人基模值，基模值的计算从第四天开始，按以下方式计算：

第四天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

②第五天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

以此类推，

第七天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

④第八天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

类推……

⑤第n天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

⑥若有中断，则由重新开始测评的当天(含当天)向前一周内若rec数据满4天，则按照上述计算公式计算，若不满4天，则当天没有baserec值。

优选的，身体疲劳恢复能力分析与评价模块2通过当天的恢复指数和个人基模值的比值及其联系变化情况来评估身体疲劳恢复能力的大小，经过评估的疲劳恢复等级分为7级，评估标准及对应建议如下表所示：

其中，reci为第i天的恢复指数，basereci为第i天的恢复指数基模值。

图4是本发明优选实施例用户信息管理流程示意图，包括以下步骤：

s1用户信息设置，用户设置自己的性别、年龄、体重、锻炼的项目和频率、是否吸烟、饮酒情况、睡眠状况等个人信息，输入完成的用户个人信息将被存储在用户信息管理模块4中，用于做长期的趋势分析。

s2系统设置，根据不同用户设定用户脉博信息采集时条件，如在用户信息管理模块4的个人设置中进行采集时长设置。本系统根据对心率变异性分析的数据要求，提供了两种采集时间长度(即用户脉博信息采集的时间长度)供用户选择——3分钟和5分钟；呼吸频率设置，呼吸频率即每分钟呼吸的次数(一呼一吸为1次)，在脉博采集时，本系统提供了四种呼吸频率方案供用户选择，用户可以选择一个适合自己的频率。用户的上述设置也会存储在用户信息管理模块4中。

s3用户脉搏信息采集，如图2所示，用户脉搏信息采集包括以下步骤：当用户的指尖轻贴在摄像头上，用高亮度的光源(摄像头旁的led闪光灯)照亮指尖皮下毛细血管，利用摄像头按照某一频率获得多个连续的包含了翻译人体心跳信息的区域图像。由于手机图像的颜色和亮度都是以数字形式采集和存储的，所以可通过数字信号处理方法计算出每一张图像的综合亮度，用户脉搏信息采集模块1计算这些连续的图像中的每一个图像的像素红色的色值，通过筛选红色色值的峰值，得到初选脉搏信号。然后对上述初选脉搏信号进行滤波，获得滤波后的脉搏信号，最后根据滤波后的脉搏信号，获得波峰和波谷，今儿获得心跳间隔。

s4hrv指标分析，根据用户脉搏信息采集模块1中测得的脉博信息(心跳间隔)进行身体疲劳恢复能力的分析。首先计算hrv的时域指标，心率变异指标r-mssd，即：nn间期差的均方根，心率变异指标r-mssd反映hrv(heartratevariability，心率变异性)中的快变化成分，可以用来评估副交感神经对心率的调节作用大小，其计算公式为：

其中n表示监测时间内nn间期的个数，nni表示第i个nn间期。

s5用户恢复指数及回复指数基模值的计算，其中：

首先根据得到的心率变异指标r-mssd计算运动恢复指数rec，该指数显示了疲劳恢复能力的大小。该值越高，表示恢复能力大，可以适当提高或保持正常的运动负荷；该值越小，表示身体的恢复能力越低，要适当减小甚至停止运动等。rec的计算公式如下：

rec＝(lnr-mssd)×20

其中rec的取值范围通常为0-100之间的数值。

根据rec计算恢复指数绘制基模曲线baseline。每个人的身体状况不一样，不同性别、年龄和处于不同运动阶段的人都不同，因此没有一个统一的标准适合于所有人，本发明通过每天的rec值与个人基模曲线对比的方式来分析和报告身体的恢复能力，并提供相应的建议。

个人基模曲线的绘制方法如下：

个人基模曲线以每天为横坐标单位，以每天的基模值baserec为纵坐标，绘制曲线。

个人基模值的计算规则如下：

当一个用户连续采集脉博信息的天数低于四天时没有个人基模值，基模值的计算从第四天开始，按以下方式计算：

①第四天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

②第五天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天

以此类推，

第七天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

④第八天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

类推……

⑤第n天个人基模值的计算公式如下：

i为测评开始测评的第i天。

⑥若有中断，则由重新开始测评的当天(含当天)向前一周内若rec数据满4天，则按照上述计算公式计算，若不满4天，则当天没有baserec值。

s5用户恢复能力评估与建议，通过当天的恢复指数和个人基模值的比值及其联系变化情况来评估身体疲劳恢复能力的大小，经过评估的疲劳恢复等级分为7级，评估标准及对应建议如下表所示：

其中，reci为第i天的恢复指数，basereci为第i天的恢复指数基模值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。