ECG信號的QRS波幅度變化提取EDR信號。
[0034]心肺耦合強度計算通過RR間期信號和EDR信號來實現(xiàn)。通過RR間期信號和EDR信號的相位同步指數(shù)來估計，即心肺耦合強度通過相位同步指數(shù)來表現(xiàn)。為提高通過單導(dǎo)聯(lián)ECG估計心肺耦合的質(zhì)量，使用自適應(yīng)濾波技術(shù)(如LMS，RLS算法)提高EDR呼吸信號質(zhì)量，進一步，在數(shù)字信號處理方面，采用經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EMD/EEMD)的方法，提取感興趣的信號頻帶成分(如呼吸頻帶成分)，用于計算實時相位信息，進而獲得相位同步指數(shù)。
[0035]具體地，從體表單導(dǎo)聯(lián)ECG信號中提取RR間期序列和EDR信號；然后使用自適應(yīng)濾波器，以RR間期序列作為自適應(yīng)濾波器的參考輸入信號，以EDR信號作為自適應(yīng)濾波器的理想信號，利用RR間期序列與EDR信號之間的相關(guān)性，消除EDR信號噪聲成分，提高EDR信號信噪比，獲得增強型EDR信號；對RR間期序列和增強型EDR信號作經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸獾玫絉R間期序列的多個本征模態(tài)函數(shù)和增強型EDR信號的多個本征模態(tài)函數(shù)；從所述的RR間期序列的多個本征模態(tài)函數(shù)和增強型EDR信號的多個本征模態(tài)函數(shù)分別選取與預(yù)定頻率段對應(yīng)的RR間期序列的本征模態(tài)函數(shù)和增強型EDR信號的本征模態(tài)函數(shù)，用所述與預(yù)定頻率段對應(yīng)的RR間期序列的本征模態(tài)函數(shù)和增強型EDR信號的本征模態(tài)函數(shù)進行心肺耦合分析，得到耦合結(jié)果即相位同步指數(shù)。
[0036]控制單元10以相位同步指數(shù)作為心肺耦合強度，選取與使用者的現(xiàn)狀相適應(yīng)的運動模板，具體地，這里為呼吸運動模板，播放與該運動模板對應(yīng)的引導(dǎo)音樂或者視頻，指導(dǎo)使用者進行相應(yīng)運動。
[0037]本發(fā)明的又一示例中，用于估算心肺耦合強度的心肺生理參數(shù)來自容積脈搏波信號，從脈搏波信號中提取脈搏間期信號，從脈搏波信號的波幅度變化提取呼吸信號，容積脈搏波信號的波幅度受呼吸運動調(diào)制情況如圖7所示。
[0038]心肺耦合強度計算通過脈搏間期信號和脈搏波衍生呼吸信號來實現(xiàn)，具體地，通過脈搏間期信號和衍生呼吸信號的相位同步指數(shù)來估計。為提高通過心肺耦合估計的可靠性，也可以通過上文提到的方法，如自適應(yīng)濾波技術(shù)、經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸獾?，獲得相位同步指數(shù)，實現(xiàn)心肺耦合估計，據(jù)此來開展生物反饋訓(xùn)練。
[0039]總的來說，用圖1的心肺耦合反饋裝置實現(xiàn)心肺耦合反饋方法時，其包括:
[0040]第一步:通過將受試者的心血管信號和呼吸信號進行耦合分析，得到受試者的心肺親合強度；
[0041]第二步:根據(jù)所述受試者的心肺耦合強度向受試者輸出運動指示信號，以提高受試者的心肺耦合強度。
[0042]可以循環(huán)進行第一步和第二步，比較每次循環(huán)中得到心肺耦合強度，得到心肺耦合強度趨勢；所述運動指示信號進一步根據(jù)心肺耦合強度趨勢而輸出。
[0043]圖2所示為本發(fā)明的心肺耦合反饋裝置的第二實施方式的系統(tǒng)框圖。
[0044]本發(fā)明的心肺耦合反饋裝置包括心跳節(jié)律信號獲取單元41a、呼吸信號獲取單元42、呼吸信號特征點提取單元43、控制單元10、反饋單元30。
[0045]心跳節(jié)律信號獲取單元41a用于獲取使用者的心跳節(jié)律信號。
[0046]呼吸信號獲取單元42用于獲取使用者的呼吸信號。
[0047]呼吸信號特征點提取單元43用于從采集的呼吸信號中提取特征點。
[0048]控制單元10根據(jù)所述特征點，在該特征點對應(yīng)的時刻后在所述心跳節(jié)律信號中檢測下一次心跳運動，并控制反饋單元30發(fā)出聽覺或視覺反饋信息，以提高使用者的心肺協(xié)調(diào)性。
[0049]用圖2的心肺耦合反饋裝置實現(xiàn)心肺耦合反饋方法時，其包括:獲取心跳節(jié)律信號和呼吸信號；從所述呼吸信號中提取特征點；在心跳節(jié)律信號中檢測該特征點對應(yīng)的時刻后的最近一次心跳運動；在檢測到該最近一次心跳運動后，通過聲音或視覺方式向使用者發(fā)出反饋，如圖8所示的音頻提示信號，要求使用者根據(jù)反饋指示作出運動反應(yīng)。例如，使用者收到音頻提示信息(即反饋信息)后，做特定的呼吸運動，如快速呼氣或者腹部的快速振蕩，增加腹壓，增強回心血量，從而提高心輸出量，從而提高心肺系統(tǒng)協(xié)同工作效率。
[0050]如圖8所示，特征點為表征呼氣相或吸氣相的某一時刻點。特征點可以是呼氣末時刻值或吸氣末時刻值。圖8中心跳節(jié)律信息通過使用者的ECG信號來檢測。
[0051]此外，在呼吸運動的某個時相或者特征點附近，根據(jù)判別的心跳信息，連續(xù)產(chǎn)生多個呼吸運動引導(dǎo)信息(視覺或者聽覺)，參與者據(jù)此連續(xù)做特定的呼吸運動，進一步增強心肺交互作用效果。
[0052]通過呼吸信號能夠?qū)崟r識別出呼吸波的特征點(見圖8中呼吸信號標(biāo)處)，通過ECG信號能實時檢測到每次QRS波(對應(yīng)每次心跳，見圖8心電信號的標(biāo)“ + ”處)，圖8中，在每次呼氣末的時刻，搜尋在這一時刻之后發(fā)生的心跳(圖中箭頭所示)，以此心跳觸發(fā)音頻信號，產(chǎn)生一個特征性的引導(dǎo)音或者引導(dǎo)語，提示參與者做特定的呼吸動作，如快速吸氣或者快速呼氣震蕩腹部等。圖中采集的是自然呼吸過程中的呼吸和心電信號，僅用作不意。
[0053]通過本發(fā)明的心肺耦合反饋裝置和心肺耦合反饋方法，使用者可以客觀和有效地調(diào)整心肺系統(tǒng)協(xié)同效率，使身體處于理想狀態(tài)，提高使用者的健康程度。
【主權(quán)項】
1.一種心肺親合反饋方法，其包括: 第一步:通過將受試者的心血管信號和呼吸信號進行耦合分析，得到受試者的心肺耦合強度； 第二步:根據(jù)所述受試者的心肺耦合強度向受試者輸出運動指示信號，以提高受試者的心肺耦合強度。
2.如權(quán)利要求1所述的心肺耦合反饋方法，其特征在于: 所述運動指示信號是視覺信號或聽覺信號。
3.如權(quán)利要求1所述的心肺親合反饋方法，其特征在于: 所述聽覺信號為音樂信號；所述視覺信號為畫面信號。
4.如權(quán)利要求1所述的心肺親合反饋方法，其特征在于: 所述運動指示信號為呼吸運動指示信號。
5.如權(quán)利要求3所述的心肺親合反饋方法，其特征在于: 循環(huán)進行第一步和第二步，比較每次循環(huán)中得到心肺耦合強度，得到心肺耦合強度趨勢；所述運動指示信號進一步根據(jù)心肺耦合強度趨勢而輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的心肺親合反饋方法，其特征在于: 所述的將受試者的心血管信號和呼吸信號進行耦合分析是通過相位耦合實現(xiàn)的。
7.—種心肺耦合反饋裝置，心血管信號獲取單元、呼吸信號獲取單元、心肺耦合強度計算單元、控制單元、反饋單元； 心血管信號獲取單元用于獲取使用者的心血管信號； 呼吸信號獲取單元用于獲取使用者的呼吸信號； 心肺耦合強度計算單元根據(jù)所獲取的心血管信號和呼吸信號進行耦合計算，得到心肺親合強度； 控制單元根據(jù)心肺親合強度控制反饋單元，向使用者發(fā)出反饋指令。
8.—種心肺親合反饋方法，其包括: 獲取心跳節(jié)律信號和呼吸信號； 從所述呼吸信號中提取特征點； 在心跳節(jié)律信號中檢測該特征點對應(yīng)的時刻后的最近一次心跳運動； 在檢測到該最近一次心跳運動后，通過聲音或視覺方式向使用者發(fā)出反饋，要求使用者根據(jù)反饋指示作出運動反應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的心肺耦合反饋方法，其特征在于:所述特征點為呼吸運動過程中呼氣相或吸氣相上的一個時刻點。
10.如權(quán)利要求9所述的心肺耦合反饋方法，其特征在于:所述特征點為呼吸運動過程中呼氣末時刻點或吸氣末時刻點。
11.如權(quán)利要求8所述的心肺耦合反饋方法，其特征在于:所述最近一次心跳運動通過使用者的ECG信號或脈搏波來檢測。
12.—種心肺耦合反饋裝置，其包括:心跳節(jié)律信號獲取單元、呼吸信號獲取單元、呼吸信號特征點提取單元、控制單元、反饋單元； 心跳節(jié)律信號獲取單元用于獲取使用者的心跳節(jié)律信號； 呼吸信號獲取單元用于獲取使用者的呼吸信號； 呼吸信號特征點提取單元用于從采集的呼吸信號中提取特征點； 控制單元根據(jù)所述特征點，在該特征點對應(yīng)的時刻后在所述心跳節(jié)律信號中檢測下一次心跳運動，并控制反饋單元發(fā)出聽覺或視覺反饋信息，以提高使用者的心肺協(xié)調(diào)性。
【專利摘要】一種心肺耦合反饋方法，其包括：第一步：通過將受試者的心血管信號和呼吸信號進行耦合分析，得到受試者的心肺耦合強度；第二步：根據(jù)所述受試者的心肺耦合強度向受試者輸出運動指示信號，以提高受試者的心肺耦合強度。通過本發(fā)明的心肺耦合反饋裝置和心肺耦合反饋方法，使用者可以在心肺耦合強度的指導(dǎo)下作特定運動，不斷提高心肺耦合強度。提高心肺系統(tǒng)協(xié)同效率。
【IPC分類】A61B5-0452, A61B5-08
【公開號】CN104757967
【申請?zhí)枴緾N201510204964
【發(fā)明人】張政波, 鄭捷文, 柴曉珂, 梁洪
【申請人】張政波
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月27日