一種心率變異性生物反饋康復裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生物反饋康復技術領域，特別是涉及一種穿戴式自主神經調控狀態監測和生物反饋康復裝置。
【背景技術】
[0002]自主神經系統有其自主運行的節律。它控制著人們的心肺系統、消化系統和泌尿系統三大系統活動的運行與協調。如果自主神經系統發生功能失調，則容易導致相關的調節系統的功能失衡。中國傳統的坐禪、氣功、打太極等，也都想通過自我調節，達到內在的平衡，改善人體三大系統的運行狀態。雖然這已經被證明是行之有效的養生方法，但是，坐禪、氣功和打太極所達到的內在平衡狀態，無從客觀評價；各人各自努力，其方向是否正確、方法是否有效，也只能見仁見智，“修行在個人” 了。
[0003]自主神經調控著人們的心肺系統、消化系統和泌尿系統三大系統。從系統辨識的角度出發，我們可以從這三大系統的運行狀態來推斷自主神經系統的狀態。在這三個系統中，心肺系統有其獨特的運行規律。其運行節律易于測量，呼吸節律可以控制。這就為我們治療和預防心血管疾病提供了一個思路:既然自主神經主導著心肺系統的活動，通過監測和評估心肺系統的節律可以推斷自主神經調控狀態，那么我們可以通過調節呼吸，把自主神經的調控節律往規律的方向上引導，從而從根本上改善和治療因自主神經失調所引起的心肺疾病和其它相關病。
[0004]據中國心血管疾病中心發布的《2012中國心血管病報告》，我國心血管病患者人數2.9億，每10秒就有I人死于心血管病。調查發現，心血管疾病和自主神經系統(Autonomic Nervous System, ANS)功能失調和異常有關。自主神經心血管系統的調控保證了心臟輸出和血液循環，以及代謝的最佳狀態。心臟和血管分布的交感神經是激勵性的，它的活動使血管收縮、心率增加、心臟收縮增強。反之，副交感神經是抑制性的，它的活動導致心率降低和心臟收縮變緩。交感神經必須充分激勵以便應對緊急事件。當神經緊張血壓升高時，副交感神經應該活動起來，使心臟平靜。這種一張一弛，形成了心血管系統的平衡。如果交感和副交感神經的平衡被打破，交感神經持續活躍，而副交感神經處于抑制狀態，心血管系統則處于嚴重失調的病態，住院率和死亡率上升。
[0005]心率變異性(Heart Rate Variability，HRV)是指連續心搏間瞬時心率的漲落，是一項定量評價心臟自主神經調控功能的無創性檢測手段。當心房沒有有效地收縮時會導致血液瘀滯和凝聚，臨床上經常用HRV作為腦卒中和冠心病等高致死率心腦血管病的早起預警指標。相當多的研究證明，心率變異性與冠心病等疾病有緊密聯系。研究表明，產生心率波動的因素包括腦的神經活動、呼吸活動以及由壓力、化學感受器傳入的心血管反向活動等，這些因素最終通過交感神經和副交感神經的調節作用表現出來。因此，HRV信號中包含了大量與心血管調節作用有關的信息，對這些信息的提取和分析可以定量評估心臟交感神經和副交感神經活動的均衡性、緊張性，評估兩者對心血管系統的影響。
[0006]物反饋的研究，既有理論意義又有實用價值:它打破了傳統的學習理論認為植物性神經系統所支配的器官不能進行學習、不能隨意控制的限制，開辟了 “內臟學習”的新領域；它綜合了心理學、生理學、臨床醫學與現代電子學等諸多學科，突破了傳統治療學的局限。它最大的特點就是針對性強，在心身疾病的致病原因的層次上進行治療。此外，生物反饋以其無損傷、無痛苦、無藥物副作用的特點而廣受關注，成為治療許多疾病提供了新的手段和方法。HRV生物反饋1975年由俄國Vaschillo創立，后由美國Lehrer教授在美國和歐洲發揚光大。美國NIH、加拿大多倫多大學、意大利Pavia大學、日本帝京大學、我國中山大學等的研究都證明，心率變異性生物反饋能對哮喘、高血壓、心衰、冠心病、病人情緒低落等有明顯療效，對競技心理壓力，有緩解和提高成績的效果。
[0007]但是，自主神經系統有其復雜性和不可控制性。從系統科學的角度來說，自主神經系統對心肺系統的控制是一個典型的閉環自動控制系統。如何從系統的測量參數中估計自主神經系統的工作狀態和節律，如何引導自主神經系統由失調和無規轉向有規和協調，這是具有挑戰性的課題。
[0008]現有呼吸訓練儀由心電和呼吸波計算呼吸性竇性心律不齊定量表達值，連同心率、血壓、血氧飽和度作為反饋參數，以視覺或聽覺方式顯示給受訓者，使馬上知道呼吸模式是否正確。然而，其給出的竇性心律不齊定量表達值并不十分有效。現有技術的方法和設備，使用分析心率變異度的頻譜分布來確定人體生物系統節律狀態，或通過實時測量呼吸性竇性心律不齊來評估人的壓力，并幫助緩解壓力。但是，上述現有技術都沒有系統地給出評估自主神經系統的工作狀態和節律的度量或指標，也沒有給出如何引導自主神經系統由失調和無規轉向有規和和諧的方法和步驟。
【實用新型內容】
[0009](一)要解決的問題
[0010]現有心率變異性生物反饋技術都沒有系統地給出評估自主神經系統的工作狀態和節律的度量或指標，也沒有給出如何引導自主神經系統由失調和無規轉向有規和和諧的系統結構，為了使心率變異性生物反饋技術更好地為人類健康服務，本實用新型的目的是提供一種心率變異性生物反饋裝置。
[0011](二)技術方案
[0012]為達成所述目的，本實用新型提供一種心率變異性生物反饋康復裝置包括:穿戴式數據采集單元為可穿戴部件、處理顯示通信單元和電源管理單元組成手持式部件，其中:穿戴式數據采集單元具有用電輸入端、信號采集端和信號輸出端，用于采集并輸出放大、濾波、去除干擾后的單導聯心電信號、光電血管容積圖信號、呼吸信號、以及血壓和血氧飽和度信號；處理存儲通信單元具有用電輸入端、數據采集端和數據輸出端，處理存儲通信單元的數據采集端與穿戴式數據采集單元的信號輸出端連接，用于處理、存儲放大、濾波、去除干擾后的單導聯心電信號、光電血管容積圖信號、呼吸信號、以及血壓和血氧飽和度信號，提取瞬時心率和呼吸信號，并由處理存儲通信單元的數據輸出端輸出自主神經心肺系統調控狀態的和諧度度量，將和諧度度量以圖形、語音和音樂的方式反饋給受訓者，引導受訓者放松心緒；同時尋找最佳呼吸頻率，以動畫方式引導受訓者進行慢呼吸，以便進入自主神經心肺系統調控和諧狀態；電源管理單元的供電輸出端分別與穿戴式數據采集單元的用電輸入端、處理顯示通信單元的用電輸入端連接，用于為穿戴式數據采集單元、處理顯示通信單元提供穩定電源。
[0013](三)有益效果
[0014]本實用新型心率變異性生物反饋康復裝置的特點是:
[0015]本實用新型實時采集受訓者的心率和呼吸信號，分析和計算其自主神經心肺系統調控狀態度量，引導受訓者調節心緒和呼吸，進入和諧狀態。心率變異性生物反饋康復能有效地調節自主神經調控狀態，降低心肺系統危險系數；能有效緩解競技心理壓力，提高成績。因此，本實用新型對于人們的保健、提高生活質量具有重要意義。
[0016]I)實時監測心電信號或光電血管容積圖信號、呼吸信號，以及血壓等相關信號，從心率變異和呼吸兩種信號提取自主神經心肺系統調控狀態和諧度度量。
[0017]2)以圖形、語言和音樂等多媒體方式，引導受訓者調節心緒和呼吸，并將自主神經心肺系統調控狀態和諧度度量以圖形和數字方式，反饋給受訓者，指引受訓者向正確的方向調控。
[0018]3)存儲和分析受訓者的心肺系統數據、節律和和諧度度量，并以系統智能的方法，尋找個性化的心肺系統調控最佳和諧點，以及規劃達到最佳和諧點的最優途徑。
[0019]心率變異性生物反饋康復裝置包括:穿戴式微型傳感器數據采集單元，同步實時采集心電信號或光電血管容積圖信號、呼吸信號、血壓信號、血氧飽和度信號，通過有線或無線方式，送到處理顯示通信單元。處理顯示通信單元從心電信號或光電血管容積圖信號中提取R波位置，獲得RR間期序列；預處理呼吸信號，或從心電信號、加速度信號、光電血管容積圖信號中提取呼吸信號；從RR間期序列和呼吸信號計算自主神經心肺調控狀態和諧度度量。根據這些度量，一方面用圖形的方式，引導受訓者的呼吸節奏，另一方面，使用語音、音樂、和諧度度量的數值和圖形表示的反饋，來調整受訓者的心緒和呼吸方式，使之接近或達到和諧狀態。同時，也利用受訓者的歷史數據，尋找個性化的最佳呼吸頻率等