CN102014741B - 同步多个用户的心率参数 - Google Patents

Abstract

一种同步多个用户的心率参数的方法包括：生成处于特定频率的起搏信号(16)；测量多个用户中每个用户的生理参数；基于所测量的各个用户的生理参数向每个用户(12)提供输出(20)；以及基于所生成的起搏信号向每个用户提供输出。所测量的生理参数可以包括心率变异性。在一个实施例中，基于所生成的起搏信号向每个用户提供输出的步骤包括向第一用户提供第一输出，以及向第二用户提供第二输出，第二输出与第一输出异相。

Description

同步多个用户的心率参数

技术领域

本发明涉及一种同步多个用户的心率参数的方法和系统。

背景技术

众所周知，呼吸调节心率(呼吸性窦性心率不齐，RSA)。诸如瑜伽的冥想(meditation)技巧利用了这种原理。心率或的变化或心率变异性(HRV)归因于自主神经系统(ANS)。心率的增加归因于副交感神经(迷走神经)系统，而心率的降低归因于交感神经系统。在(比如Zen Buddhism中所练习的)冥想技巧中，心率变异性的频谱的低频部分相对于频谱的高频部分得到增加。这被认为有益于正在练习冥想的个体保持良好的状态(放松)。

为了帮助个体，已知的是向用户提供输出。例如，美国专利申请公布US2005/0209503公开了一种提供可听和可视暗示以便为了使心率变异性循环与呼吸循环同步的目的而使得呼吸循环与外部时间基准同步的方法。由此，提供可听的和可视的暗示的所述方法帮助用户实现了心率变异性循环的一致性。为了传递呼吸阶段、呼吸阶段的变化、一个阶段内时间的进展和该阶段相对于实践者的内在感知的进展的目的，指定了可听和可视指示器家族。

该技术和诸如Heatmath(www.heartmath.com)和Resperate(www.resperate.com)之类的其他现有应用都聚焦于单个用户。

发明内容

因此，本发明的目的是改进已知技术。

根据本发明的第一方面，提供一种同步多个用户的心率参数的方法，包括：生成处于特定频率的起搏信号；测量所述多个用户中每个用户的生理参数；基于所测量的各个用户的生理参数向每个用户提供输出；以及基于所生成的起搏信号向每个用户提供输出。

根据本发明的第二方面，提供一种用于同步多个用户的心率参数的系统，包括：被设置为生成处于特定频率的起搏信号的处理器；和及针对每个用户的被设置为测量用户的生理参数的传感器；以及输出系统，其被设置为基于所测量的各个用户的生理参数向该用户提供输出，以及基于所生成的起搏信号向每个用户提供输出。

根据本发明，可以提供适用于多个个体的同步系统。在该系统中，提出了测量和考虑两个(或更多)人的同步心率变异性的益处的应用。这具有许多不同的应用，例如在诸如密教经典(tantra)的冥想技巧中。例如，密教经典教导相反的呼吸将两个个体引入到更高的入迷(ecstasy)水平，并且这可以使用本发明的系统来实现。在一个实施例中，所测量的生理参数包括心率变异性(HRV)。HRV向用户的可视的直接反馈提供了确定HRV量度(心跳之间的间隔)是否落入一致范围内(在圆形边界框的某距离内)的更快的方式。在已知的系统中，例如Heartmath，例如使用对HRV的功率谱分析，其相当缓慢(一分钟)并且对突然的短暂事件敏感。

在该实施例中，所述系统提供不同人之间的心跳的同步。使用基于时间的方法测量和分析多个人的心率变异性。使用心跳间的间隔椭圆(其可以在二维可视输出中表示)监视心率一致性。由于例如分心或震惊引起的一致性的破坏导致突然且立即偏离所述椭圆路径，这将在可视反馈中示出。这允许快速显示和检测突然事件，同时保持对于用户的指导和一致性测量。此外，当同时监视心率传感器的运动时，由于运动伪影引起的事件可被过滤出数字域中的数据流。

理想地，基于所测量的各个用户的生理参数向每个用户提供输出的步骤包括显示该用户的心率变异性随时间的螺旋状表示。螺旋线的使用向每个用户提供了可以以用户容易理解的方式示出关于随时间的变异性的信息的显示。

优选地，基于所生成的起搏信号向每个用户提供输出包括：向第一用户提供第一输出，以及向第二用户提供第二输出，第二输出与第一输出异相。所述系统可以用于同步两个(或更多)人的心率参数(比如心跳速度和/或变异性)，但不一定使得它们同相。所使用的控制用户心脏的起搏信号的频率对于两个(或所有)用户而言是相同的，但是不一定同相。

所述系统可以被操作以实现参与者心率的180度相移。在使用一(大)群用户的系统中，女性成员可以具有从男性成员180度移位的心率变异性/呼吸节奏相位。在这种情况下，系统有必要通过用户输入或通过访问用户的简档来确定每个用户的性别。所述系统可以被操作以在原则上实现任何期望的相移。

有利地，生成处于特定频率的起搏信号的步骤包括使用至少一个所测量的生理参数作为生成起搏信号的输入。用于驱动所述用户之间的同步的所述信号可以(整体地或部分地)从一个或多个所述用户的输出中获得。例如，如果若干个用户被检测为已经处于相对接近同步了，则这可以用作生成起搏信号的基础。这是生成起搏信号的有效方法。

理想地，所述方法进一步包括基于所测量的不同用户的生理参数向用户提供输出。除了他们自己的反馈之外，还可以向用户提供与涉及不同用户的反馈。例如，在有两个用户的系统中，那么到每个用户的输出可以示出这两个用户当前的行为表现，其可以被叠加在彼此上。这支持向用户提供更多的信息，这又大大改进了用户同步努力的速度和精确性。

在第二实施例中，所述系统可以提供同步的一致的群体冥想或个人之间联系增强服务，这可以是基于因特网的。同步起搏器呼吸起搏器可以促进参加群体冥想的人的协调。成为协调群体的一部分可能是一种变化的体验。如果这种协调是通过互联网提供的，则更多的受众可以彼此协调，从而大大地增强了有益效果。处于协调中的大群体人的效果正处于普林斯顿大学的全球意识项目的研究中。

附图说明

现在将仅通过实例并参照附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是用于同步多个用户的心率参数的系统的示意图，

图2是操作图1的系统的方法的流程图，

图3是所述系统的第二实施例的示意图，

图4-6示出用在图3的系统中的图形接口的不同视图，

图7是示出所测量的针对两个不同用户的生理数据的示意图，

图8是示出经过平移和缩放的图7的数据的示意图。

图9是示出附加了时间轴之后图8的数据的示意图，以及

图10是示出所测量的针对两个不同用户的生理数据的另一个示意图。

具体实施方式

图1中示出用于同步多个用户12的心率参数的系统10的第一实施例，在该实例中两个用户的心率参数正被同步。在该图中，两个用户12被示出为处于相同的物理位置，但是情况不必是这样。两个用户12可以彼此远离并且通过诸如因特网之类的广域网连接。用户12不需要彼此直接连接；例如，他们两个都可以连接到由网站所提供的web服务。

系统10还包括：处理器14，其被设置为生成处于特定频率的起搏信号16；和针对每个用户12而言的传感器18，其被设置为测量相应用户12的生理参数；以及针对每个用户12而言的输出系统20(这里为显示设备)，其被设置为基于所测量的用户12的生理参数向相应的用户提供输出，并且基于所生成的起搏信号16向用户提供输出。下面结合图3-10，更详细地讨论到用户12的实际输出。

在图1中，每个用户12被示出为穿戴了固定到他们的手腕上的传感器18，以测量他们的心率。在系统10的实际的实现方式中，不要求两个用户12使用相同的传感器18，或者甚至不要求针对每个用户12正在测量相同的生理参数。例如，第一用户12可以使用测量皮肤电反应的传感器18，而第二用户12可以使用由监视用户呼吸的相机构成的传感器18。多个传感器18可以用于个体用户12，以便测量多个生理参数或获得对特定生理参数的更精确的测量。所测量的生理参数可以包括心率变异性。

基于所生成的起搏信号16向每个用户12提供输出的步骤包括向第一用户12提供第一输出，并向第二用户12提供第二输出，第二输出与第一输出异相。两个用户12之间所期望的同步不必是同相同步。例如，可以期望同步两个用户12的心率参数而使得它们异相，例如相差180度。

一般地，可以利用集成在心率传感器中的3D加速计测量与呼吸起搏的符合性，假设所述心率传感器例如用带子被穿戴在躯干(胸部或腹部)。这种3D加速计可以使用例如模拟设备ADXL 330来集成。随后，符合性的偏离可以通知到用户12。对于冥想而言，有利的是静止，并且脊需要真正地竖直。还可以从所述加速计输出获得不安定水平以及脊柱取向。

图2概述了操作图1的系统的方法。同步多个用户的心率参数的方法包括：在步骤S1中生成处于特定频率的起搏信号16的步骤。随后在步骤S2中，测量多个用户12中每个用户的生理参数。一旦已经测量了所述参数，则随后是步骤S3，即基于所测量的相应用户12的生理参数向每个用户12提供输出，以及步骤S4，即基于所生成的起搏信号16向每个用户12提供输出。在所述流程图中示出了循环，因为所述多个用户12中每个用户的生理参数将被连续测量并且步骤S3的反馈将以同样的方式响应。

生成处于特定频率的起搏信号16的步骤S1可以包括使用至少一个所测量的生理参数作为生成起搏信号16的输入。在这种情况下，步骤S2在步骤S1之前发生或与之同时发生。起搏信号16可以基于用户12之一的当前状态。例如，两个用户12可以使用系统10来训练他们自己以使得他们的心率具有180度异相。系统10可以测量用户的当前心率并且确定所测量的心率中的哪一个将被用作起搏信号16的基础，例如使用较低的测量心率作为起搏信号16的频率。

步骤S3也可以增加进一步基于所测量的不同用户12的生理参数向用户12提供输出。因此，除了看到他们自己的当前行为表现之外，用户12可以看到一个或多个其他用户的行为表现。

一种比图1所示的系统更复杂的系统可以基于对心率变异性(HRV)的测量。在该实施例中，系统10的本质特征包括使用系统10(例如使用由J&J Engineering，Poulsbo，WA，USA制造的C2+)来测量来自多个人12的HRV，并且使用刺激(视觉的、听觉的、触觉的)使来自多个人12的HRV彼此同步。

所述刺激基于起搏信号16，并且起搏信号16的频率对于每个人而言是相同的。如上所述，该起搏信号16的相位可以针对每个人12而被不同地设置。所测量的多个人12的HRV的实际相位通过处理器14而被恢复并被检查它是否对应于起搏信号16的指示相位。在优选实施例中，传感器18所测量的HRV信号被处理器14在心跳间间隔(时域)中处理。

例如在系统10的优选实施例中，尽管提供给用户的反馈可能是可视的、可听的或可触摸的，但是HRV的时间序列在显示设备上以二维绘制：t-t_n vs.t-t_(n-i)，其中t_n是第n个测量的心跳间间隔，并且其中i是整数。这提供了关于HRV信号之间相位差的反馈，并且因此提供了来自两个人12的呼吸模式。

在图3中描绘了本发明的该实施例的系统的概观，其示出了系统10的该实施例的概观。放松系统10经由多个标记为S1到Si的传感器18对系统10所获得的HRV信号进行测量、比较并给出反馈。每个传感器18测量一个人12的心跳(HRV)。可以检测心跳和HRV的传感器18的实例是光体积描记器、ECG记录器和用于测量心冲击图的设备。系统10可以分别为每个人12提供呼吸起搏器刺激。

图4示出通过处理器14运行的计算机程序的图形接口22，该处理器14具有系统10的功能，如相对于图3所述。所述计算机程序提供可视的呼吸起搏器刺激24(图4中右边的条24)。当条24上升时，一个人12吸气，而另一个人12呼气(两个刺激有效地使用一个可视起搏器)。条24是基于所生成的起搏信号16的输出24。条24的移动被设计为控制正在使用系统10的用户12的呼吸(并且由此控制心率)。假设两个用户正在观看相同的条24，但是各个条24可被用于向用户12提供反馈。

图4是计算机实现的应用的屏幕转储(screen-dump)。在右边示出了作为振荡条24的呼吸起搏器。上面的图形26以两种不同颜色示出两个人的IBI椭圆28。这些椭圆28是基于所测量的用户12的生理参数的输出28。中间的图形30示出一个用户12随时间变化的心跳。下面的图形32示出该用户12随时间的心率变异性。在该实施例中利用光体积描记器获得心率数据。中间图形30显示了一个人的心率脉冲。下面的图形32描绘了同一个人的心率变异性(HRV)。根据所述HRV，确定所述心跳间间隔IBI[以秒为单位]。

通过所述处理器运行的程序还获得了第二用户12的IBI数据。上面的图形26显示了两个用户12的IBI数据。使用了不同的颜色，并且在该实例中白色椭圆表示第一用户12的IBI数据，而(较小的)红色椭圆表示第二用户12的IBI数据。第n个测量的IBI被绘制在x轴上，相对地第n+i个测量的IBI绘制在y轴上。这导致如图形26(i＝1)的椭圆28。对于i＝0，所述图将是通过原点的直线。为了获得圆形图，有必要描绘IBI n相对于IBI n+i_circle。这里，以下面的方式估计i_circle：

$i_{\mathrm{circle}}=\left[\frac{T_{\mathrm{pacer}}}{{\mathrm{IBI}}_{\mathrm{average}}}\right]/4$

其中T_pacer是以秒单位的起搏器的周期，并且IBI_average是以秒为单位的平均IBI。比率T_pacer/IBI_average是椭圆的一条路径的数据点的数量。如上面公式中所示将该数量除以4给出了90度相位因子以将椭圆变为圆。对于每个人而言，i_circle可以是不同的，但是在实践中它们不会有太大的不同(小于2倍)。图5中示出圆形图的实例。这里，i＝3(最靠近的整数值)产生到圆形图的最佳近似。图5示出使用用于i_circle的公式使用i＝3的系数而被变形为圆的椭圆。

在这种情况下，到用户12的反馈是椭圆28。这些构成了基于所测量的用户12的生理参数的输出。用户12可以观看椭圆28以看到在他们正在执行的练习中他们当前的行为表现。椭圆28的形状和配置帮助用户确定他们当前的生理状态的质量。例如，可以采用接口22所示的更开阔的且更薄的椭圆28来表示用户的更加“一致的状态”，这指示了用户的呼吸节奏与心率之间的良好同步。椭圆28的线的厚度(即半径的变化)是所述一致性的量度。用户12的一致性状态的任何破坏(例如分心或被震惊的结果)导致突然且立即偏离椭圆路径。图6中示出了这种输出的实例。

在该图中，椭圆28’以快速和显然的方式突然远离由图形26中的点先前定义的路径。这允许由用户对他们练习中的破坏进行快速显示和检测。根据上述椭圆形的显示方法，破环检测花费大约1秒。快速检测是有利的，因为反馈和校正的测量(比如呼吸起搏)可被更快地使用，从而导致一致性状态的快速恢复。正在尽力去压力的人12的体验由于这一点而被大大增强。图6在上面的图形26中示出椭圆28’，该图形示出了正被震惊的用户对心跳间间隔的影响。所述数据点跳跃地远离椭圆先前的路径，从而立即示出事件的发生。

上文针对两个用户12进行了详细描述，但是取代两个人12和两个椭圆28，该方法可以扩展到更多用户，而无需对所述方法进行任何较大的修改。

关于由系统10所测量的生理参数的数据的输出可以以许多不同的方式实现。现在将描述第二实施例，其导致所述数据被显示为三维螺旋。该实施例基于第一实施例。为了在三维中绘制双螺旋，如图7所示的两个原始数据椭圆28被捕获。图7示出了从两个用户12取得的原始数据IBI椭圆28。第一用户“人1”用数据图28a表示，而第二用户“人2”用数据图28b表示。在第一实施例中，这些椭圆28照原样向用户12示出，但是在该第二实施例中所述数据在输出到相应的用户12之前被进一步处理。

椭圆28通过减去平均IBI而被平移到原点。随后，这些椭圆被重调比例使得它们重叠。图8中示出了结果。所述重调比例因子是两个人的HRV的相对幅度的量度。图8示出分别用于两个用户人1和人2的平移后的且缩放后的IBI椭圆34a和34b。在椭圆28a和28b被平移和重调比例之后，将第三维添加到该图中，该第三维是时间。图9中示出所得到的双螺旋状结构36a和36b。通过适当的过滤或平均化，更平滑表示是可能的。图9示出基于两个用户人1和人2的IBI数据的双螺旋36。可以通过使用如图9所示的图中第三维的时间轴更容易地监视所述椭圆上数据点的时间进展。这种表示还传递了这两个人之间纠缠的意义。所述三维螺旋表示允许在心率变异性方面180相移的精确度的反馈。

所述数据的其他表示是可能的。例如，在二维(椭圆型)图中，可以在二维图中使用不同颜色示出最后的(例如10个)IBI数据点。其他可替代的思想包括在图形显示器上从全饱和(最后的数据点)到不饱和(仍然被显示的第一数据点)地改变颜色的图的显示的使用。

在系统10的另一个实施例中，到用户的输出可以用在密教经典中。根据密教经典，已知当两个人以反相做爱和呼吸时，这可能导致更高的入迷。为了确定该相位，两人的IBI被如图10所示在时间中绘制。在该图中，示出了两个用户12的数据图38a和38b。

所述两条曲线的干涉图可以通过添加两条曲线确定。随后的平方和求和可以在添加了所述两条曲线后执行，这导致作为输出而生成的数。该数越小，则所述两个人反相呼吸越好(理想地，该数应当为零)。所述思想是提供一种量化这两个人的动作中的接合的方法。图8中所示的显示方法允许呼吸循环的反一致性中的破坏被容易地检测并且在发生后不久。起搏辅助(比如彩色光调暗和加强)可以用于促进进入纯粹的反一致性。

本发明可以应用在生活方式和健康领域。更特别地，可以用于瑜伽训练、针对两人的密教经典(相反的呼吸)以及多个人必须调整他们的HRV以便达到最优结果(例如，两个、三个或四个螺旋)的游戏。

如被两个处于相同位置的人使用的系统10还可以被实现成将全球分布的人连接在一起。本发明的系统10可以用于传送基于因特网的群体冥想服务，例如提供呼吸节奏或心率变异性的起搏。同步起搏器呼吸起搏器可以促进参加群体冥想的人的协调。成为协调群体的一部分可能是一种变化的体验。如果这种协调是通过因特网提供的，则更多的受众可以彼此协调，从而大大地增强了所述有益效果。

在该实施例中，系统10被修改使得服务提供者提供同步的心率变异性起搏器或呼吸起搏器，用户可以登记到其上。心率或呼吸传感器18可以用于量化与起搏节奏16的符合性。符合性的水平被上载到服务提供者。目的是促进参加群体冥想的用户12的协调。已协调的用户12的数量可以被显示。协调的质量可被显示为偏离起搏器定时的某种高斯曲线。通过比较本发明的冥想期的结果与前期的结果，可以显示向完美协调的进展。因此，系统10可以用在因特网群体冥想服务中。

Claims (14)

1.一种同步多个用户(12)的心率参数的方法，包括：

生成处于特定频率的起搏信号(16)，所述特定频率对于所述多个用户是相同的；

测量所述多个用户(12)中每个用户的生理参数；

基于所测量的各个用户(12)的生理参数向每个用户(12)提供输出(28；36)；以及

基于所生成的起搏信号(16)向每个用户(12)提供输出(24)。

2.根据权利要求1的方法，其中所测量的生理参数包括心率变异性。

3.根据权利要求2的方法，其中基于所测量的各个用户(12)的生理参数向每个用户(12)提供输出(36)的步骤包括显示该用户的心率变异性随时间的螺旋状表示(36)。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其中生成处于特定频率的起搏信号(16)的步骤包括使用至少一个所测量的生理参数作为生成起搏信号(16)的输入。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中基于所生成的起搏信号(16)向每个用户(12)提供输出(24)的步骤包括向第一用户(12)提供第一输出以及向第二用户(12)提供第二输出，第二输出与第一输出异相。

6.根据权利要求5的方法，其中第一输出与第二输出基本异相180度。

7.根据权利要求5的方法，并且进一步包括确定用户(12)的性别，其中第一输出被提供给男性用户(12)，而第二输出被提供给女性用户(12)。

8.一种用于同步多个用户(12)的心率参数的系统，包括：

处理器(14)，其被设置为生成处于特定频率的起搏信号(16)，所述特定频率对于所述多个用户是相同的；和针对每个用户(12)的，

传感器(18)，其被设置为测量用户(12)的生理参数；以及

输出系统(20)，其被设置为基于所测量的各个用户(12)的生理参数向该用户(12)提供输出(28；36)，以及基于所生成的起搏信号(16)向每个用户(12)提供输出(24)。

9.根据权利要求8的系统，其中所测量的生理参数包括心率变异性，并且其中所述输出系统(20)包括被设置为显示用户的心率变异性随时间的螺旋状表示(36)的显示设备(20)。

10.根据权利要求8或9的系统，其中所述处理器(14)被设置为当生成处于特定频率的起搏信号(16)时使用至少一个所测量的生理参数作为生成起搏信号(16)的输入。

11.根据权利要求8-9中任一项的系统，其中所述输出系统(20)被进一步设置为基于所测量的不同用户(12)的生理参数向用户(12)提供输出(28；36)。

12.根据权利要求8-9中任一项的系统，其中所述输出系统(20)被设置为当基于所生成的起搏信号(16)向每个用户(12)提供输出(24)时，向第一用户(12)提供第一输出，并且向第二用户(12)提供第二输出，第二输出与第一输出异相。

13.根据权利要求12的系统，其中第一输出与第二输出基本异相180度。

14.根据权利要求12的系统，其中所述处理器(14)被设置为确定用户(12)的性别，其中第一输出被提供给男性用户(12)，而第二输出被提供给女性用户(12)。