一种节律性生理调节系统

本申请涉及生物医学工程，特别是涉及一种节律性生理调节系统。

背景技术：

1、节律性的外界刺激能够与大脑的脑电信号产生同步化耦合现象。研究表明，当外界刺激具备舒缓、放松的特定频率时，可以引导大脑节律随之降低，从而使人进入放松状态。呼吸作为人体唯一可自主调控的节律性生理行为，是连接外界刺激与大脑节律的关键桥梁。近年来，呼吸对大脑振荡的调节作用受到广泛关注，研究发现呼吸节律能够通过嗅觉通路、脑干蓝斑核及迷走传入等多条途径影响皮层电活动，慢速深呼吸可增强副交感神经张力，提高心率变异性，并诱导呼吸驱动的脑电振荡。

2、因此，以呼吸为桥梁，结合节律性刺激进行生理调节，有望成为一种高效的身心放松干预手段。如何让对象快速减慢呼吸频率，提高对象的放松程度是一项重要的课题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种节律性生理调节系统，以使得对象能够快速减慢呼吸频率，提高对象的放松程度。具体技术方案如下：

2、本申请实施例提供了一种节律性生理调节系统，所述系统包括：

3、控制器，用于获取对象在未受刺激信号影响的情况下的基准呼吸频率，根据所述基准呼吸频率，确定期望所述对象达到的引导呼吸频率，其中，所述引导呼吸频率低于所述基准呼吸频率，所述刺激信号包括嗅觉刺激信号、听觉刺激信号、视觉刺激信号；

4、刺激输出模块，用于在所述控制器的控制下输出与所述引导呼吸频率相同频率的听觉刺激信号和/或视觉刺激信号；

5、监测模块，用于检测对象的生理信号，并向所述控制器反馈所采集的生理信号，所述生理信号包括所述对象的呼吸信号；

6、所述控制器，还用于在所述生理信号表示所述对象实际的呼吸频率与所述引导呼吸频率相同的情况下，控制所述刺激输出模块按照所述对象实际的呼吸频率输出嗅觉刺激信号。

7、本申请的一个实施例中，所述生理信号还包括对象的脑电信号；

8、所述控制器，还用于根据所获取的生理信号计算相位锁定值，根据相位锁定值的变化情况，调整所述刺激信号的输出频率，重新控制所述刺激输出模块按照更新后的刺激信号的输出频率输出刺激信号，所述相位锁定值表示：对象的呼吸相位与脑电节律相位之间的锁定强度。

9、本申请的一个实施例中，所述控制器用于：

10、在所述相位锁定值高于预设锁定值的情况下，停止调整刺激信号的输出频率；

11、在当前的相位锁定值相较于上一次计算得到的相位锁定值的下降幅度大于预设幅度时，调整刺激信号的输出频率。

12、本申请的一个实施例中，所述控制器还用于：

13、在所述相位锁定值高于预设锁定值的情况下，控制所述刺激输出模块按照视觉刺激信号、听觉刺激信号、嗅觉刺激信号的先后顺序，依次停止输出以上刺激信号。

14、本申请的一个实施例中，所述控制器按照以下公式计算相位锁定值：

15、；

16、其中，plv为相位锁定值，n为所述生理信号中的样本数，为自然对数的底数，虚数算子，为所述呼吸信号和所述脑电信号在第个样本处的相位角差值。

17、本申请的一个实施例中，所述生理信号还包括：所述对象的心电信号，所述心电信号表示所述对象的心率变异性；

18、所述控制器，还用于计算所述心电信号与所述呼吸信号的相干性，根据所述相干性的变化情况，调整所述刺激信号的输出频率，重新控制所述刺激输出模块按照更新后的刺激信号的输出频率输出刺激信号，其中，所述相干性表示所述心电信号与所述呼吸信号在相同频率处的线性同步程度。

19、本申请的一个实施例中，所述控制器按照以下公式计算相干性：

20、hbc=；

21、其中，hbc为相干性，s为心率变异性在预设频率区间内的总功率，为考虑相位差后的呼吸相关心率变异性功率；

22、；

23、其中为心率变异性的功率谱密度，为呼吸信号的功率谱密度，f1与f2是计算呼吸相关心率变异性功率的频率区间的端点值，属于所述预设频率区间；

24、；

25、为心率变异性与呼吸信号在频率处的相位差。

26、本申请的一个实施例中，所述嗅觉刺激信号为气味信号，所述刺激输出模块包括用于输出嗅觉刺激信号的嗅觉刺激单元，所述嗅觉刺激单元包括：

27、气味剂容器，用于存储气味剂；

28、电磁阀，设置于所述气味剂容器的输出端，用于控制所述气味剂容器的开关；

29、空气源，用于输送空气；

30、混合腔，所述混合腔与所述空气源以及所述气味剂容器连通，所述混合腔包括气体输出口，以及与大气连通的排气口；

31、所述控制器用于控制所述电磁阀的导通状态。

32、本申请的一个实施例中，所述控制器用于控制所述电磁阀在所述对象吸气起始时开启，控制所述电磁阀在所述对象吸气终止时关闭。

33、本申请的一个实施例中，所述控制器还用于进行以下至少一项参数计算，得到调节效果评估结果：

34、在所述生理信号中包含脑电信号的情况下，基于脑电信号计算所述对象脑电的θ波与β波的功率的比值；

35、在所述生理信号中包含脑电信号的情况下，基于脑电信号计算所述对象脑电的α波功率；

36、在所述生理信号中包含心电信号的情况下，基于所述心电信号计算所述对象心率变异性的时域指标相邻心跳间期差值的均方根rmssd。

37、本申请实施例有益效果：

38、本申请实施例提供的节律性生理调节系统，一方面采用听觉刺激信号和/或视觉刺激信号对对象进行刺激。神经科学研究揭示了听觉、视觉等外部刺激的节律与对象内部生理节律之间的同步化机制。当个体主动参与节律性感知任务（包括视觉感知、听觉感知）时，中枢神经系统与自主神经系统的振荡节律能够与外部节律信号发生同步化，且特定相位因其在感觉运动行为中的适应性作用而被自发优先选择。对象的呼吸节律可将自身的时间结构与外部输入的节律结构对齐，体现了一种主动感知机制。因此，本实施例中通过对对象施加与基准呼吸频率同频的听觉刺激信号和/或视觉刺激信号，能够使得对象的呼吸频率逐渐降低，使得对象从急促呼吸的紧张状态快速转变为缓慢呼吸的放松状态。之后，再为其施加与实际呼吸频率同频的嗅觉刺激信号，通过触发“嗅-运动反应”可使对象自发减慢呼吸频率、增加潮气量，同时增强呼吸锁相的脑电活动，且这种效果具有嗅觉特异性，即嗅觉刺激信号提升对象放松程度的效果高于视觉与听觉刺激，因此本实施例中通过释放嗅觉刺激信号能够大大提升对象的放松程度。

39、当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

1.一种节律性生理调节系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生理信号还包括对象的脑电信号；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器用于：

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器按照以下公式计算相位锁定值：

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生理信号还包括：所述对象的心电信号，所述心电信号表示所述对象的心率变异性；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器按照以下公式计算相干性：

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述嗅觉刺激信号为气味信号，所述刺激输出模块包括用于输出嗅觉刺激信号的嗅觉刺激单元，所述嗅觉刺激单元包括：

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器用于控制所述电磁阀在所述对象吸气起始时开启，控制所述电磁阀在所述对象吸气终止时关闭。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于进行以下至少一项参数计算，得到调节效果评估结果：