个体化的呼吸运动模式重建训练系统及其使用方法与流程

1.本技术涉及呼吸重建技术，尤其涉及一种个体化的呼吸运动模式重建训练系统及其使用方法。


背景技术：

2.据2006年全国部分城市及农村前十位主要疾病死亡原因的统计数，呼吸系统疾病(不包括肺癌)在城市的死亡病因中占第四位(13.1％)，在农村占第三位(16.4％)。近些年来，由于受工业经济发展、大气污染、吸烟等导致的理化因子、生物因子以及人口老龄化等因素的影响，呼吸系统疾病，尤其是以慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺，包括慢性支气管炎、肺气肿、肺心病)、哮喘等为代表的慢性呼吸系统疾病，患病率和死亡率明显增加，其中，40岁及以上人群慢阻肺的患病率达到13.6％，总患病人数近1亿，哮喘患者超过3000万人。另外，慢性呼吸系统疾病病程长、反复发作，严重影响患者的身体健康和生活质量。
3.慢性呼吸疾病往往导致呼吸模式异常，包括胸式呼吸、腹式呼吸、肩式呼吸以及呼吸浅快等，具有多种不正常的呼吸模式。因此，重建正常呼吸运动模式，尤其是深慢的腹式呼吸，对慢性呼吸系统疾病患者的康复治疗非常重要。如慢阻肺患者的呼吸以不完全可逆的气流受限为特点，常呈进行性加重，主要通过胸式呼吸，甚至肩式呼吸完成呼吸动作，呼吸较为短促，吸入的气体主要集中在肺的中上部，肺下部的肺泡很难充盈，不能吸入大量新鲜空气，造成缺氧、二氧化碳潴留等，致使肺功能进一步受到损害；通过对慢阻肺患者进行呼吸模式重建训练，促使患者锻炼腹式呼吸，扩大肺活量，使胸廓得到最大限度的扩张，肺下部的肺泡得以伸缩，可以有效改善患者的肺功能系统，缩短病程，提高生存质量。
4.目前，进行呼吸运动模式重建，无论对医生还是患者，都缺乏有效的辅助工具和方法，往往停留在口授或身教的模式，也没有对训练水平和效果考核的客观指标。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本技术旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练系统及其使用方法，其能够对受试者的呼吸运动训练给出客观评价；本技术还旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练系统及其使用方法，其对受试者所进行的训练是个体化的；本技术还旨在提出一种个体化的呼吸运动模式重建训练系统及其使用方法，其能够分析受试者呼吸运动中各模式的呼吸在整个呼吸运动中的贡献比，为重建健康的呼吸运动模式提供信息反馈。
6.本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练系统，其包括：生理参数传感器单元、呼吸重建单元、引导信号显示单元；呼吸重建单元通过计算机来实现，其被配置为包括：生理参数接收模块、引导信号模块、呼吸吻合度计算模块；
7.生理参数传感器单元被穿戴在受试者身上，以测量受试者的呼吸信号；
8.生理参数接收模块配置用于自所述生理参数传感器单元接收呼吸信号；
9.引导信号模块配置用于驱动引导信号显示单元，由此向受试者输出引导信号，以
使得受试者依照该引导信号进行呼吸运动；
10.呼吸吻合度计算模块配置用于计算使用者在引导信号的引导下作呼吸运动时生理参数接收模块所接收的呼吸信号与引导信号之间的吻合度。
11.优选地，呼吸重建单元还包括：基线数据模块；
12.基线数据模块配置用于根据在受试者进行呼吸模式训练前的预定时长的静息自主呼吸时生理参数接收模块所接收的呼吸信号而获得呼吸模式基线数据；
13.所述引导信号模块根据该呼吸模式基线数据而输出引导信号。
14.优选地，所述呼吸吻合度计算模块计算潮气量曲线吻合度、胸腹呼吸曲线吻合度、呼吸率吻合度中至少一种：
15.其中，潮气量曲线吻合度的计算如下：
16.1)采用如下插值函数拟合出呼吸波形：
17.在[a,b]上给出n 1个点a≤x0《x1《
…
《xn≤b，f(x)是[a,b]上的函数，函数s(x；a0,...,an)拟合如下：s(xi；a0,...,an)＝f(xi),i＝0,1,
…
,n；
[0018]
其中s(x)为f(x)在[a,b]上的插值函数，若s(x)关于参量a0,a1,...,an是线性关系,即：
[0019]
s(x)＝a0s0(x) a1s1(x)
…
ansn(x)
[0020]
s(x)是多项式插值函数；
[0021]
2)通过胸腹呼吸波计算潮气量曲线波形：vt＝k*rc m*ab；
[0022]
3)设定曲线容差范围：range＝
±
0.05(maxs-mins)；
[0023]
其中：range为容差范围；
[0024]
maxs:设定呼吸波的波峰值；
[0025]
mins:设定呼吸波的波谷值；
[0026]
4)设定窗口为5s，计算5s内潮气量波形每个采样点在容差范围内的个数n；
[0027]
5)计算吻合度：g＝n*100/a
[0028]
其中：g为吻合度，n为5s容差范围内采样点个数，a为5s内所有采样点个数；
[0029]
其中，
[0030]
[a,b]：截取胸、腹呼吸曲线上a-b时间段的呼吸信号；
[0031]
f(x)：胸腹呼吸曲线[a,b]时间段上的离散函数；
[0032]
s(x)：f(x)在[a,b]上的插值函数；
[0033]
vt：潮气量；
[0034]
m、k：胸、腹部呼吸信号拟合系数；
[0035]
rc、ab：胸腹部呼吸信号；
[0036]
range：容差范围；
[0037]
maxs:设定呼吸波的波峰值；
[0038]
mins:设定呼吸波的波谷值；
[0039]
g：潮气量吻合度；
[0040]
n：5s容差范围内采样点个数；
[0041]
a：5s内所有采样点个数；
[0042]
胸腹呼吸曲线吻合度的计算如下：
[0043]
1)通过设定呼吸率、胸腹呼吸贡献比拟合相关胸腹呼吸波形分别为c、a；
[0044]
2)实际胸腹呼吸波形为ch、ab；
[0045]
3)设定胸腹曲线容差范围：crange、arange
[0046]
crange＝
±
0.05(maxc-minc)
[0047]
arange＝
±
0.05(maxa-mina)
[0048]
4)设定窗口为5s，计算5s内计算胸腹呼吸波形吻合度，分别为gc、ga
[0049]
gc＝nc*100/ac；
[0050]
ga＝na*100/aa；
[0051]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；
[0052]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；
[0053]
5)计算最终吻合度：g＝(gc ga)/2；
[0054]
其中，
[0055]
c、a：拟合的胸、腹呼吸波形；
[0056]
ch、ab：实际胸、腹呼吸波形；
[0057]
crange、arange：胸、腹曲线容差范围；
[0058]
maxc、minc：设定的胸呼吸波信号的波峰值和波谷值；
[0059]
maxa、mina：设定的腹呼吸信号的波峰值和波谷值；
[0060]
gc、ga：胸、腹呼吸波形吻合度；
[0061]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；
[0062]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；
[0063]
g：呼吸信号吻合度；
[0064]
呼吸率吻合度的计算如下：
[0065]
吻合度通过g＝a*100/n来计算，其中，
[0066]
g为吻合度；
[0067]
a为呼吸率差小于3的呼吸个数；
[0068]
n为实际的呼吸个数。
[0069]
优选地，所述引导信号模块基于设置的训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间而产生引导信号。
[0070]
优选地，所述训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间由操作者设定。
[0071]
优选地，所述训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间根据基线数据模块获得的呼吸模式基线数据而设定。
[0072]
优选地，呼吸重建单元还包括：呼吸模式识别模块；
[0073]
呼吸模式识别模块配置用于根据生理参数接收模块接收的受试者胸部和腹部的呼吸信号，计算受试者在呼吸运动训练过程中的胸腹呼吸贡献比。
[0074]
优选地，引导信号模块根据操作者设定的参数输出相应的引导信号。
[0075]
本技术的如上所述的个体化的呼吸运动模式重建训练系统的使用方法，其包括：
[0076]
通过生理参数接收模块自受试者所穿戴的生理参数传感器单元接收呼吸信号；
[0077]
通过引导信号模块驱动引导信号显示单元，由此向受试者输出引导信号，以使得受试者依照该引导信号进行呼吸运动；
[0078]
通过呼吸吻合度计算模块计算使用者在引导信号的引导下作呼吸运动时生理参数接收模块所接收的呼吸信号与引导信号之间的吻合度，所述吻合度包括潮气量曲线吻合度、胸腹呼吸曲线吻合度、呼吸率吻合度中的至少一种；
[0079]
其中，潮气量曲线吻合度的计算如下：
[0080]
1)采用如下插值函数拟合出呼吸波形：
[0081]
在[a,b]上给出n 1个点a≤x0《x1《
…
《xn≤b，f(x)是[a,b]上的函数，函数s(x；a0,...,an)拟合如下：s(xi；a0,...,an)＝f(xi),i＝0,1,
…
,n；
[0082]
其中s(x)为f(x)在[a,b]上的插值函数，若s(x)关于参量a0,a1,...,an是线性关系,即：
[0083]
s(x)＝a0s0(x) a1s1(x)
…
ansn(x)
[0084]
s(x)是多项式插值函数；
[0085]
2)通过胸腹呼吸波计算潮气量曲线波形：vt＝k*rc m*ab；
[0086]
3)设定曲线容差范围：range＝
±
0.05(maxs-mins)；
[0087]
其中：range为容差范围；
[0088]
maxs:设定呼吸波的波峰值；
[0089]
mins:设定呼吸波的波谷值；
[0090]
4)设定窗口为5s，计算5s内潮气量波形每个采样点在容差范围内的个数n；
[0091]
5)计算吻合度：g＝n*100/a
[0092]
其中：g为吻合度，n为5s容差范围内采样点个数，a为5s内所有采样点个数；
[0093]
其中，
[0094]
[a,b]：截取胸、腹呼吸曲线上a-b时间段的呼吸信号；
[0095]
f(x)：胸腹呼吸曲线[a,b]时间段上的离散函数；
[0096]
s(x)：f(x)在[a,b]上的插值函数；
[0097]
vt：潮气量；
[0098]
m、k：胸、腹部呼吸信号拟合系数；
[0099]
rc、ab：胸腹部呼吸信号；
[0100]
range：容差范围；
[0101]
maxs:设定呼吸波的波峰值；
[0102]
mins:设定呼吸波的波谷值；
[0103]
g：潮气量吻合度；
[0104]
n：5s容差范围内采样点个数；
[0105]
a：5s内所有采样点个数；
[0106]
胸腹呼吸曲线吻合度的计算如下：
[0107]
1)通过设定呼吸率、胸腹呼吸贡献比拟合相关胸腹呼吸波形分别为c、a；
[0108]
2)实际胸腹呼吸波形为ch、ab；
[0109]
3)设定胸腹曲线容差范围：crange、arange
[0110]
crange＝
±
0.05(maxc-minc)
[0111]
arange＝
±
0.05(maxa-mina)
[0112]
4)设定窗口为5s，计算5s内计算胸腹呼吸波形吻合度，分别为gc、ga
[0113]
gc＝nc*100/ac；
[0114]
ga＝na*100/aa；
[0115]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；
[0116]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；
[0117]
5)计算最终吻合度：g＝(gc ga)/2；
[0118]
其中，
[0119]
c、a：拟合的胸、腹呼吸波形；
[0120]
ch、ab：实际胸、腹呼吸波形；
[0121]
crange、arange：胸、腹曲线容差范围；
[0122]
maxc、minc：设定的胸呼吸波信号的波峰值和波谷值；
[0123]
maxa、mina：设定的腹呼吸信号的波峰值和波谷值；
[0124]
gc、ga：胸、腹呼吸波形吻合度；
[0125]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数；
[0126]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数；
[0127]
g：呼吸信号吻合度；
[0128]
呼吸率吻合度的计算如下：
[0129]
吻合度通过g＝a*100/n来计算，其中，
[0130]
g为吻合度；
[0131]
a为呼吸率差小于3的呼吸个数；
[0132]
n为实际的呼吸个数。
[0133]
优选地，呼吸重建单元还包括：基线数据模块；
[0134]
通过基线数据模块配置根据在受试者进行呼吸模式训练前的预定时长的静息自主呼吸时生理参数接收模块所接收的呼吸信号而获得呼吸模式基线数据；
[0135]
引导信号模块基于设置的训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间而产生引导信号；
[0136]
呼吸模式识别模块配置根据生理参数接收模块接收的受试者胸部和腹部的呼吸信号，计算受试者在呼吸运动训练过程中的胸腹呼吸贡献比。
[0137]
本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，可以客观比较实际呼吸与引导呼吸的吻合度，为训练提供客观的评价指标；本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，基于受试者自身的情况来设定训练参数；本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法，能够定量分析各模式的呼吸在整个呼吸总所占比重，为重建健康的呼吸提供反馈信息。
附图说明
[0138]
图1为呼吸模式训练呈现方式示意图；
[0139]
图2为实际呼吸信号与专家设置的呼吸信号跟随度示意图；
[0140]
图3为胸腹呼吸波形及胸腹呼吸贡献比示意图；
[0141]
图4为心率及血氧饱和度变化趋势示意图；
[0142]
图5为呼吸模式评估界面；
[0143]
图6为专家模式下呼吸模式重建训练界面示意图；
[0144]
图7为普通模式下呼吸模式重建训练界面示意图；
[0145]
图8为专家模式重建训练报告示意图；
[0146]
图9为普通模式重建训练报告示意图；
[0147]
图10为在呼吸模式训练中进行生理参数测量的穿戴式设备；
[0148]
图11为本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练系统的呼吸重建单元的构成框图；
[0149]
图12-图14为潮气量跟随度示意图；
[0150]
图15-图17为呼吸曲线吻合度示意图；
[0151]
图18-图20为呼吸率吻合度示意图。
具体实施方式
[0152]
下面，将结合附图对本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练装置及其方法进行详细说明。
[0153]
本技术的个体化的呼吸运动模式重建训练系统中的呼吸重建单元，通过计算机或平板电脑来实现，通过对该计算机或平板电脑进行程序配置，使得该计算机或电脑包括：生理参数接收模块、引导信号模块、呼吸吻合度计算模块、基线数据模块、呼吸模式识别模块。换而言之，就是通过执行相应的程序，使得该计算机或平板电脑对应实现生理参数接收模块、引导信号模块、呼吸吻合度计算模块、基线数据模块、呼吸模式识别模块的功能。
[0154]
生理参数接收模块配置用于自受试者所穿戴的生理参数传感器接收呼吸信号；引导信号模块配置用于向受试者输出引导信号，以使得受试者依照该引导信号进行呼吸运动；呼吸吻合度计算模块配置用于计算使用者在引导信号的引导下作呼吸运动时生理参数接收模块所接收的呼吸信号与引导信号之间的吻合度。基线数据模块配置用于根据在受试者进行呼吸模式训练前的预定时长的静息自主呼吸时生理参数接收模块所接收的呼吸信号而获得呼吸模式基线数据；所述引导信号模块根据该呼吸模式基线数据而输出引导信号。呼吸模式识别模块配置用于根据生理参数接收模块接收的受试者胸部和腹部的呼吸信号，计算受试者在呼吸运动训练过程中的胸腹呼吸贡献比。
[0155]
生理参数传感器单元通过穿戴式生理参数监测终端实现，可以监测胸腹呼吸运动以及心率、血氧等生理参数；一个pda或大屏幕，穿戴式生理参数监测终端数据无线传输到pda或大屏幕，在大屏幕上实时显示胸腹呼吸运动曲线、呼吸模式相关信息、心血管系统参数变化信息。大屏幕上有一个呼吸运动引导曲线，引导受试者进行呼吸运动训练。
[0156]
穿戴式生理参数监测终端，在胸腹部放置有呼吸感应体积描记传感器，获得胸腹真实呼吸运动曲线，经过校准获得潮气量；通过心电和血氧腕表，测量心电和血氧饱和度。
[0157]
引导信号显示单元可通过显示器、投影仪等实现。
[0158]
在呼吸重建训练前，静息自主呼吸1-2分钟，获取受试者呼吸模式基线数据，包括呼吸率、吸气和呼气时间、胸腹呼吸贡献比等，通过呼吸模式基线数据进行呼吸模式评估，为医生指导患者进行呼吸模式重建训练提供辅助决策支持信息。
[0159]
呼吸模式评估完毕后，医生设定患者个体化的呼吸重建训练模式，包括专家模式和普通模式。包括设置目标呼吸率、吸气时间、呼气时间等，之后引导信号单元上基于设定
目标呼吸模式，产生引导曲线或图形，交互式引导，实现受试者呼吸模式重建训练。
[0160]
专家模式
[0161]
①
呼吸模式评估完毕后，由医生设置目标呼吸参数，包括训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间、呼吸率、呼吸比等参数，对呼吸模式进行了深入量化；
[0162]
②
交互式呼吸引导界面，实现在视觉和/或听觉方面的引导；
[0163]
呈现方式：包括梯形和圆球两种，根据个人喜好进行切换。梯形呈现方式为：梯形边长根据设置参数的相对值有相应变化，在进行呼吸训练时，移动点沿着梯形轨迹运动；圆球呈现方式为：根据参数设置，圆球初始值大小根据设置参数(吸气时间/呼气时间)的值确定，并相应改变；吸气时，圆球半径逐渐增大，由圆2向圆1的方向扩大，呼气时，由圆1向圆2的方向缩小，屏气时，圆球大小不变。如图1所示
[0164]
呼吸模式重建训练指导方法：根据语音提示进行呼吸训练。
[0165]
梯形呈现方式：移动点在梯形的起始点，当语音提示“吸气”时，移动点沿着轨迹运动，患者做吸气动作；移动点移动到位置1时，患者停止吸气，语音提示“屏气”，做屏气动作；移动点移动到位置2时，语音提示“呼气”，患者开始做呼气动作；移动点移动到位置3时，患者停止呼气，语音提示“屏气”，屏气动作完毕后，完成一个呼吸周期，移动点回到起始点，重复上述动作进行呼吸训练；
[0166]
圆球呈现方式：以圆球大小设置的初始值是呼气时间为例，当语音提示“吸气”时，患者做吸气运动，圆球半径逐渐扩大，由圆2向着圆1的方向变化；语音提示“屏气”，圆球半径不变且不变化；屏气动作完毕后，语音提示“呼气”，圆球半径逐渐缩小，由圆1向着圆2的方向变化，然后语音提示“屏气”，圆球半径不变且无变化，完成一个呼吸周期。
[0167]
提出吻合度指标，
[0168]
包括潮气量曲线吻合度、胸腹呼吸曲线吻合度和呼吸率吻合度；
[0169]
潮气量曲线吻合度
[0170]
1)采用如下插值函数拟合出呼吸波形：
[0171]
在[a,b]上给出n 1个点a≤x0《x1《
…
《xn≤b，f(x)是[a,b]上的函数，函数s(x；a0,...,an)拟合如下：s(xi；a0,...,an)＝f(xi),i＝0,1,
…
,n
[0172]
其中s(x)为f(x)在[a,b]上的插值函数.若s(x)关于参量a0,a1,...,an是线性关系,
[0173]
即：
[0174]
s(x)＝a0s0(x) a1s1(x)
…
ansn(x)
[0175]
s(x)是多项式插值函数。
[0176]
2)通过胸腹呼吸波计算潮气量曲线波形：vt＝k*rc m*ab
[0177]
3)设定曲线容差范围：range＝
±
0.05(maxs-mins)
[0178]
其中：range为容差范围；
[0179]
maxs:设定呼吸波的波峰值
[0180]
mins:设定呼吸波的波谷值
[0181]
4)设定窗口为5s，计算5s内潮气量波形每个采样点在容差范围内的个数n；
[0182]
5)计算吻合度：g＝n*100/a
[0183]
其中：g为吻合度，n为5s容差范围内采样点个数，a为5s内所有采样点个数。
[0184]
相关参数：
[0185]
a、b：截取胸、腹呼吸曲线上a-b时间段的呼吸信号；
[0186]
f(x)：胸腹呼吸曲线[a,b]时间段上的离散函数；
[0187]
s(x)：f(x)在[a,b]上的插值函数；
[0188]
vt：潮气量；
[0189]
m、k：胸、腹部呼吸信号拟合系数；
[0190]
rc、ab：胸腹部呼吸信号；
[0191]
range：容差范围；
[0192]
maxs:设定呼吸波的波峰值
[0193]
mins:设定呼吸波的波谷值
[0194]
g：潮气量吻合度；
[0195]
n：5s容差范围内采样点个数；
[0196]
a：5s内所有采样点个数。
[0197]
胸腹呼吸曲线吻合度
[0198]
1)通过设定呼吸率、胸腹呼吸贡献比拟合相关胸腹呼吸波形分别为c、a；
[0199]
2)实际胸腹呼吸波形为ch、ab；
[0200]
3)设定胸腹曲线容差范围：crange、arange
[0201]
crange＝
±
0.05(maxc-minc)
[0202]
arange＝
±
0.05(maxa-mina)
[0203]
4)设定窗口为5s，计算5s内计算胸腹呼吸波形吻合度，分别为gc、ga
[0204]
gc＝nc*100/ac
[0205]
ga＝na*100/aa
[0206]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数
[0207]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数
[0208]
5)计算最终吻合度：g＝(gc ga)/2
[0209]
相关参数：
[0210]
c、a：拟合的胸、腹呼吸波形；
[0211]
ch、ab：实际胸、腹呼吸波形；
[0212]
crange、arange：胸、腹曲线容差范围；
[0213]
maxc、minc：设定的胸呼吸波信号的波峰值和波谷值；
[0214]
maxa、mina：设定的腹呼吸信号的波峰值和波谷值；
[0215]
gc、ga：胸、腹呼吸波形吻合度；
[0216]
nc、na：5s容差范围内胸呼吸信号、腹呼吸信号采样点个数
[0217]
ac、aa：5s内胸呼吸信号、腹呼吸信号所有采样点个数
[0218]
g：呼吸信号吻合度
[0219]
呼吸率吻合度
[0220]
吻合度通过g＝a*100/n来计算，其中，
[0221]
g为吻合度；
[0222]
a为呼吸率差小于3的呼吸个数；
[0223]
n为实际的呼吸个数。
[0224]
在引导信号显示单元上，例如pda或屏幕，同步显示实际呼吸与专家设置的呼吸波形图和波形重合度参数，实时量化显示患者呼吸的跟随度。实际呼吸信号与专家设置的呼吸信号跟随度如图2所示。其中，实际呼吸曲线通过对胸腹呼吸曲线拟合获得。
[0225]
⑥
基于实际测得的潮气量，根据公式(2)采用最小二乘法进行潮气量校准，获取胸、腹呼吸信号拟合系数，并根据胸、腹部呼吸信号拟合系数计算胸腹呼吸贡献比，医生据此进一步判断受试者腹部呼吸运动参与程度，基于这一指标，进一步指导受试者加强腹式呼吸参与度，逐渐引导受试者由肩式呼吸、胸式呼吸往腹式呼吸过渡，起到更好的训练效果。
[0226]
vt＝k*rc m*ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0227]
r＝k*rc/(m*ab)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0228]
vt：潮气量
[0229]
k：胸部呼吸信号拟合系数
[0230]
m：腹部呼吸信号拟合系数
[0231]
rc：胸呼吸信号
[0232]
ab：腹呼吸信号
[0233]
r：胸腹呼吸贡献比
[0234]
⑦
在pda或屏幕上实时画出胸腹呼吸运动曲线及胸腹呼吸贡献比，可以直观反馈给医生和受试者，便于其观察跟随情况和训练效果，如图3所示。
[0235]
⑧
实时显示心率和血氧饱和度变化趋势，医生和患者能够直观看到呼吸重建过程中的心肺生理参数变化，进一步增强信心，如图4所示。
[0236]
⑨
基于心率变化，计算hrv成分及rsa成分，也显示给医生和患者，进一步增强其信心。
[0237]
普通模式
[0238]
①
在普通模式下，患者可以自己设置呼吸参数进行呼吸模式重建训练。
[0239]
呼吸参数设置：包括吸气时间、呼气时间、训练时长、呼吸率、吸呼比等，可满足护士对参数的简单设置；
[0240]
②
交互式呼吸引导：包括实时呈现交互式呼吸引导、语音引导、人物示范引导，三种引导方法相互配合，更清晰准确的从视觉和/或听觉两方面对患者进行引导；
[0241]
③
呈现方式：与专家模式相同；
[0242]
④
实时显示实际呼吸与专家设置的呼吸吻合度数据、实际呼吸率、有效训练时长、实际吸呼比等参数。在训练结束后，根据吻合度数据对训练效果进行评分，调动患者的训练积极性，以获取更高的分数。
[0243]
⑤
在普通模式下，系统也能够根据患者实际呼吸训练结果自适应调整指导呼吸模式，如表1所示。
[0244]
表1：自适应调整呼吸模式
[0245][0246]
通过自适应调整呼吸模式，能够根据患者实际的呼吸情况，自动为患者选择合适的呼吸训练模式，弥补了患者自己设置的呼吸模式可能不适于其进行呼吸训练的不足。
[0247]
穿戴式生理参数监测终端，包括一个背心，胸部和腹部分别设有呼吸带，围绕胸部和腹部一周，用于采集呼吸信号；血氧腕表佩戴在手腕上，用于监测血氧饱和度；数据采集器与背心相连，内部设有心电传感器，用于监测心电信号，同时，用于存储呼吸信号、心电信号及血氧饱和度信号，如图10所示
[0248]
1.潮气量校准
[0249]
以流量计采集的潮气量为金标准，采用最小二乘法对采集的胸腹部呼吸信号进行潮气量校准，获得胸、腹部拟合系数，基于胸腹部拟合系数获取胸腹部潮气量，进而得出胸腹呼吸贡献比。
[0250]
①
胸腹部潮气量幅度：根据拟合系数通过公式(2)和公式(3)计算胸腹部潮气量。
[0251]
vt
rc
＝k
×
rc
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0252]
vt
ab
＝m
×
ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0253]
vt
rc
：胸部潮气量幅度
[0254]
vt
ab
：腹部潮气量幅度
[0255]
②
胸腹呼吸贡献比：通过公式(4)计算胸腹呼吸贡献比。
[0256]
r＝vt
rc
/vt
ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0257]
r：胸腹呼吸贡献比
[0258]
2.基线测定
[0259]
在呼吸重建训练前，静息自主呼吸1-2分钟，进行呼吸模式测试，获取受试者呼吸模式基线数据，包括心率、呼吸率、吸气和呼气时间、胸腹呼吸贡献比等，通过呼吸模式基线
数据进行呼吸模式评估，为医生指导患者进行呼吸模式重建训练提供辅助决策支持信息。呼吸模式评估界面如图5所示。
[0260]
3.个体化交互式引导
[0261]
呼吸模式评估完毕后，进入个体化交互式引导界面，引导患者进行呼吸模式重建训练。个体化交互式引导包括专家模式和普通模式，在专家模式下，由医生或护士设定呼吸参数，指导患者进行呼吸模式重建训练；在普通模式下，患者既可以根据自身情况自己设定呼吸参数，也可由系统根据基线数据自动为患者选择合适的呼吸训练模式。
[0262]
专家模式
[0263]
专家模式下引导患者进行呼吸模式重建训练界面如图6所示。
[0264]
①
由医生设置目标呼吸参数，包括训练时长、吸气时间、呼气时间、屏气时间等参数，对呼吸模式进行了深入量化；
[0265]
②
交互式呼吸引导界面，实现在视觉和/或听觉方面的引导；
[0266]
③
呈现方式：包括梯形和圆球两种，根据个人喜好进行切换。
[0267]
④
以梯形呈现方式说明专家模式下引导患者进行呼吸模式重建训练。
[0268]
具体引导方法：移动点在梯形的起始点，当语音提示“吸气”时，移动点沿着轨迹运动，患者做吸气动作；移动点移动到位置1时，患者停止吸气，语音提示“屏气”，做屏气动作；移动点移动到位置2时，语音提示“呼气”，患者开始做呼气动作；移动点移动到位置3时，患者停止呼气，语音提示“屏气”，屏气动作完毕后，完成一个呼吸周期，移动点回到起始点，重复上述动作进行呼吸训练；
[0269]
⑤
专家模式下呼吸模式重建训练界面同步显示实际呼吸与专家设置的呼吸波形图和波形重合度参数，实时量化显示患者呼吸的跟随度。由专家设置进行呼吸训练的各个参数：如吸气时长5.0s，屏气时间1.0s，呼气时长5.0s，屏气时间0.5s，完成1个呼吸周期。患者根据设定的参数进行呼吸训练，并对吻合度进行评估。潮气量跟随度如图12-14所示。呼吸曲线吻合度如图15-17所示。呼吸率吻合度如图18-20所示。
[0270]
⑥
专家模式下呼吸模式重建训练界面实时画出胸腹呼吸运动曲线及胸腹呼吸贡献比，可以直观反馈给医生和受试者，便于其观察跟随情况和训练效果，指导并及时更正患者进行呼吸训练。
[0271]
⑦
实时显示心率和血氧饱和度变化趋势，医生和患者能够直观看到呼吸重建过程中的心肺生理参数变化，进一步增强信心。
[0272]
普通模式
[0273]
普通模式下呼吸模式重建训练界面如图7所示。
[0274]
①
在普通模式下，患者可以自己或由护士设置呼吸参数进行呼吸模式重建训练。
[0275]
呼吸参数设置：包括吸气时间、呼气时间、训练时长、呼吸率、吸呼比等，可满足护士对参数的简单设置；
[0276]
②
交互式呼吸引导：包括实时呈现交互式呼吸引导、语音引导、人物示范引导，三种引导方法相互配合，更清晰准确的从视觉和/或听觉两方面对患者进行引导；
[0277]
③
呈现方式：包括梯形和圆球两种，根据个人喜好进行切换。
[0278]
④
以圆球形呈现方式说明专家模式下引导患者进行呼吸模式重建训练，圆球形呈现方式下，不考虑呼吸信号波形的吻合度。
[0279]
具体引导方法：根据语音提示或交互界面中人物的呼吸训练引导图进行呼吸训练。语音提示“吸气”时，界面中人物做吸气动作，并显示“吸吸吸”字样和朝向鼻孔的箭头，同时人物腹部慢慢鼓起，提示“吸气腹部鼓起”字样，且圆球半径逐渐变大；当语音提示“屏气”时，界面中人物做屏气动作，显示“屏气”字样，箭头消失，腹部没有变动，显示“屏气腹部不动”字样，圆球大小不发生变化；语音提示“呼气”时，界面中人物做呼气动作，显示与吸气箭头方向相反的箭头，同时人物腹部慢慢收缩，提示“呼气腹部收缩”字样，且圆球半径逐渐变小；语音提示“屏气”，界面中人物做屏气动作，鼻孔处的箭头消失，显示“屏气”字样，腹部不发生变化，圆球大小不发生变化，完成一个呼吸周期。当语音再次提示“吸气”时，界面中人物做如上的吸气动作，并显示同样的提示字样，同时圆球变化同如上“吸气”时的变化，进入下一个呼吸周期的训练。
[0280]
⑤
普通模式下，系统也能够根据患者实际呼吸训练结果自适应调整指导呼吸模式，通过自适应调整呼吸模式，能够根据患者实际的呼吸情况，自动为患者选择合适的呼吸训练模式，弥补了患者自己设置的呼吸模式可能不适于其进行呼吸训练的不足。
[0281]
实例1
[0282]
1、专家模式进行呼吸模式训练：张xx，女，身高：159cm，体重：66kg，年龄：53，copd患者，按照图10穿戴生理参数监测终端，然后在pda界面设置呼吸训练参数，包括：吸气时间、呼气时间、屏气时间、训练时长等，设置好参数后打开可穿戴设备，pda界面显示如图5所示。在语音(听觉)及交互式引导示意图(视觉)的提示下，按照设置的呼吸训练参数进行呼吸模式重建训练，终端界面实时显示实际呼吸与专家设置的呼吸波形图，胸式、腹式呼吸波形及贡献比，心率、血氧趋势图，可以实时观察受试者实际呼吸与专家设置的呼吸波形的吻合度，胸腹呼吸贡献比参数，心率值，血氧值，了解受试者呼吸训练的情况，训练完毕后，出具报告，说明呼吸训练情况。报告包括血氧饱和度的训练总结以及血氧、心率、呼吸率、潮气量的值的训练前后对比，血氧、心率、呼吸率、胸呼吸、腹呼吸、腹呼吸贡献比趋势图，如图8所示。通过呼吸训练，腹式呼吸贡献占比逐渐增多，从而可以改善患者心肺呼吸功能。
[0283]
实例2
[0284]
普通模式：受试者为曹某，在普通模式下进行呼吸模式重建训练，按照图10穿戴生理参数监测终端，进入pda界面如图7所示。设置呼吸训练参数，如吸气时间、呼气时间、训练时长等，可穿戴设备开机后，在语音(听觉)及人物示范动态图(视觉)的引导下进行呼吸模式重建训练，语音提示“吸气”时，界面中人物做吸气动作，并显示“吸吸吸”字样和朝向鼻孔的箭头，同时人物腹部慢慢鼓起，提示“吸气腹部鼓起”字样，且圆球半径逐渐变大；当语音提示“屏气”时，界面中人物做屏气动作，显示“屏气”字样，箭头消失，腹部没有变动，显示“屏气腹部不动”字样，圆球大小不发生变化；语音提示“呼气”时，界面中人物做呼气动作，显示与吸气箭头方向相反的箭头，同时人物腹部慢慢收缩，提示“呼气腹部收缩”字样，且圆球半径逐渐变小；语音提示“屏气”，界面中人物做屏气动作，鼻孔处的箭头消失，显示“屏气”字样，腹部不发生变化，圆球大小不发生变化，完成一个呼吸周期。当语音再次提示“吸气”时，界面中人物做如上的吸气动作，并显示同样的提示字样，同时圆球变化同如上“吸气”时的变化，进入下一个呼吸周期的训练。呼吸训练完毕，出具报告，报告样式如图9所示。
[0285]
本发明的优势：
[0286]
1、呼吸模式重建训练包括专家模式和普通模式。在专家模式下，患者在语音引导
及呈现方式的引导下能够进行交互式呼吸训练，同时医生可实时跟进患者的训练情况进行呼吸引导参数设置，实时查看患者其他生理参数的变化情况；在普通模式下，患者根据语音提示及呈现方式进行交互式呼吸训练，患者可根据专家处方进行训练，也可以在护士的指导下进行基本的呼吸训练；
[0287]
2、无论在专家模式还是普通模式，均能实现在视觉、听觉方面对患者进行呼吸训练的引导。专家模式下，交互式引导的呈现方式包括：梯形和圆球两种，患者可根据个人喜好进行切换，在该模式下，移动点根据语音提示沿着梯形或圆球的轨迹移动，并且梯形或圆球的呈现方式为根据设置参数的相对值显示不同形状大小，实现语音与呈现方式的同步；在普通模式下，呈现方式为梯形，移动点根据语音提示沿着梯形的轨迹移动，梯形形状根据设置参数的相对值显示不同大小，实现语音与呈现方式的同步；
[0288]
3、专家模式下，实际呼吸与专家设置呼吸波形实时显示，并通过对比实际呼吸与专家设置呼吸波形以及显示的波形重合度数据，实时量化患者呼吸的跟随度；并能够实时调整设置参数，使患者在适合的参数设置下进行呼吸训练；
[0289]
4、专家模式下，实时显示胸/腹呼吸波形，以及胸腹呼吸贡献比数据，对呼吸方式进行了数据量化，更直观的确定患者的呼吸方式；
[0290]
5、在普通模式下，呈现方式为梯形，移动点根据语音提示沿着梯形轨迹移动，同时实时显示患者呼吸的实际运动曲线，实际呼吸与专家设置呼吸波形实时对比，可更加直观地表现患者的跟随度，引导患者调整呼吸，激励患者锻炼；同时实时显示吻合度数据，并根据吻合度数据对患者的训练效果进行评分，调动患者训练的积极性，以获得更高的分数；
[0291]
6、普通模式下，设有人物示范动图，人物示范动图与语音提示同步。在语音提示下，人物示范动图做吸气或呼气动作，并提示腹部应处于鼓起或收缩状态，更加清晰准确地从视觉和/听觉两方面对患者进行引导，激发患者进行呼吸训练的兴趣；
[0292]
7、普通模式下，人物动作、语音提示以及交互式引导方式的动态引导(梯形和圆球)能够根据设置的算法，实现完美衔接。
[0293]
8、普通模式下，系统设有自适应呼吸模式，能够根据患者实际的呼吸结果，自动为其调整为适宜的呼吸训练模式，弥补了手动设置的呼吸参数可能不适宜患者进行呼吸训练的不足。
[0294]
除非另有定义，本技术中使用的所有技术和/或科学术语具有与由本发明所涉及的领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本技术中提到的材料、方法和实施例仅为说明性的，而非限制性的。
[0295]
虽然已结合具体实施方式对本发明进行了描述，在本技术的发明主旨下，本领域的技术人员可以进行适当的替换、修改和变化，这种替换、修改和变化仍属于本技术的保护范围。