CN102355879A - 用于向用户指示刺激信号的系统、方法和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

一种用于向用户指示刺激信号的刺激系统，其设置有：至少一个心跳传感器，用于将所测量的心跳转换成信号；处理电路，配置成处理所测量的心跳信号；用户接口，配置成向用户指示刺激信号；其中，处理电路被配置成计算所检测到的心跳之间的间隔并记录预定数量的连续间隔，基于所记录的间隔预测所检测到的心跳和预测的未来心跳之间的时间间隔，以及命令用户接口在预测的时间间隔结束时、与预测的心跳非同时地向用户指示刺激信号，从而改变用户的心率和/或心一致性。

Description

用于向用户指示刺激信号的系统、方法和计算机程序产品

技术领域

本发明涉及用于向用户指示刺激信号的刺激系统，其设置有用于将所测量的心跳转换成信号的至少一个心跳传感器。

本发明还涉及向用户指示刺激信号的方法。

背景技术

经常给出与心跳或心率有关的反馈以向用户告知他或她的身体状态。例如，运动员使用心率信息来使他们的表现最佳。所测量的心率可以通过特定训练设备来呈现，使得运动员可以检查看看他们的心率是否处于特定范围内。该反馈通常借助屏幕以可视方式或以可听方式给出。例如，心跳可以通过随着每次心跳同时脉动的可视或可听标记来指示，和/或当心率超过特定预定义最大值时可以产生声音。

发明内容

在公布的国际专利申请WO2008/110956中，公开了一种呼吸引导系统，其中通过基于最近的心率给出呼吸引导信号而将用户朝向更好的心一致性引导。该系统引导用户与心跳同步地呼吸。通过调整呼吸到引导信号，用户可以与心跳同步地呼吸。引导信号基于先前有限的心跳数量的平均。这样，通过与其心跳同步地呼吸，用户可以直观地达到更好的心一致性。

期望影响用户来适应他或她的兴奋水平。

一种系统设置有用于向用户指示刺激信号的刺激系统，其设置有：

至少一个心跳传感器，用于将所测量的心跳转换成信号，

处理电路，配置成处理所测量的心跳信号，

用户接口，配置成向用户指示刺激信号，

其中，处理电路被配置成

计算所检测到的心跳之间的间隔并记录预定数量的连续间隔，

基于所记录的间隔预测所检测到的心跳和预测的未来的心跳之间的时间间隔，以及

命令用户接口在预测的时间间隔结束时、与预测的心跳非同时地向用户指示刺激信号，从而改变用户的心率和/或心一致性。

心率刺激系统可以设置有心跳传感器。该心跳传感器可以将所测量的心跳转换成电信号。可以提供处理电路用来计算和记录心跳间隔。基于这些记录的间隔，可以预测最近测量的心跳和处于预测的间隔的结束的下一次心跳之间的未来的心跳间隔。可以提供用户接口用来与所预测的心跳非同时地指示刺激信号。

该系统目标在于非同时地提供刺激信号，即，刚好在用户心跳之前或之后。由于下一次心跳可能发生的确切时刻可能不确定，因此刺激信号基于未来心跳的预测，而不能基于实际的心跳定时。

当该系统意图使用户兴奋，它可以正好在预测的未来心跳之前提供刺激信号，并且优选地在对应于预测的下一次心跳的实际心跳前发生的心跳之后。当该系统意图使用户放松，它可以在预测的下一次心跳之后提供刺激信号，并且优选地在下下一次心跳之前。通过提供与实际心跳不同步的刺激信号，该心率刺激系统可以影响用户的兴奋水平，于是改变用户的心率，而无需用户自觉地意识到他或她的心跳和/或他或她的心一致性。例如，该系统可以下意识地将用户朝向心一致性引导。

假定用户较兴奋，那么该用户可能有较高的心率。当比预测或实际的心跳稍微更早地指示刺激信号时，看起来这可以使用户更兴奋。另一方面，当比实际或预测的心跳略微更晚地指示刺激信号时，这可以使用户放松。

该系统良好地适应于瞬时个人心率条件，因为它将它对未来心跳的估计基于预定数量的最近测量的心跳。在一实施例中，记录的间隔的预定数量是两百或更少，优选是一百或更少，更为优选地是五十或更少。在具体实施例中，该系统近似地基于最近检测的二十或更少的心跳来预测未来心跳的定时。

所述预测可以基于下一次心跳何时将发生的预期或估计。处理电路可以被配置成通过概率分析所记录的间隔来预测最近的心跳和未来心跳之间的即将到来的时间间隔。这已经表现出了给出预测心跳的相对好的结果。在优选实施例中，做出了记录的间隔的柱状图。基于该柱状图，可以预测未来的心跳间隔。在另一实施例中，未来心跳的预测可以基于所记录的心跳序列的平均，例如所记录的最近五到十五次心跳的平均。

如果记录了预定数量的心跳间隔并且在柱状图中进行了绘制，那么心跳间隔的范围可以按照它们的百分点在柱状图中绘制。通过使用柱状图，可以以相对受控和有效的方式并且当心率相对不规律的时候，给出刺激信号的定时。在一实施例中，预测的时间间隔可以基于中值（即50个百分点）或其近似值。50个百分点可以给出所预测的心跳的定时真正等于或近似等于对应的实际心跳的定时的最大机会。

可以在对应于中值的时间间隔已经逝去之前或之后向用户指示刺激信号。在柱状图中，对应于0-50的百分点的间隔将具有与柱状图的中值相等的持续时间或比其低的持续时间，而对应于50-100的百分点的间隔将具有与柱状图的中值相等的持续时间或比其高的持续时间。

低于50的百分点可以指相对短持续时间的心跳间隔。在对应于低于50的百分点的时间间隔的结束时指示刺激信号可以给出刺激信号早于实际心跳的相对高的机会。高于50的百分点可以相对地指相对长持续时间的心跳间隔。在对应于高于50的百分点的时间间隔的结束时指示刺激信号可以给出刺激信号晚于实际心跳的相对高的机会。

处理电路可以配置成命令用户接口在柱状图的第二预定百分点指示刺激信号，该第二预定百分点与对应于预测的未来心跳间隔的预定百分点不同。所选择的百分点可以基于所检测到的间隔、按照使用户兴奋或放松的水平来预先确定。在一实施例中，可以在对应于和50不同的百分点的间隔指示刺激信号。例如，为了使用户兴奋，第二预定的百分点可以低于中值，例如在0和49之间。为了使用户放松，可以对应于高于中值的百分点（例如在51-100之间）来指示刺激信号。

实际上，刺激信号频率可以低于心率，使得可以在每预定数量或周期的心跳之前或之后指示刺激信号。心跳的一个周期可以涉及吸入和呼出一次。例如，在每第6、第7、第8或第9个预测的未来的心跳之后，可以指示信号，或者在每第6、第7、第8或第9个心跳之后，可以预测未来的心跳，然后，正好在预测的心跳之前或之后，可以指示信号。

在一致的状态中，所记录的心跳间隔可以按照重复模式相对于时间绘制。在一致的状态中，人可以具有有规律的呼吸模式，以及对应于该呼吸模式的重复心跳间隔模式。通常，心跳间隔显示出相对于时间的正弦曲线模式，其中正弦曲线频率对应于呼吸频率。当这种重复模式被识别，这可以指示心一致性出现。按照这种重复模式，可以预测下一次心跳。因此，如果可以从所记录的间隔的绘图提取这种重复模式，那么未来的心跳间隔可以基于该重复模式的进一步的重复。

在一实施例中，如果所记录的间隔相对于时间来绘制，则该重复模式可以是正弦曲线。正弦曲线可以表示一致的心率。在这种情况下，可以预测未来的心跳依赖于正弦曲线的进一步的延续。

该系统一方面可以使用所记录的心跳间隔的柱状图来预测未来的心跳间隔，并且另一方面，使用检测到的重复模式（根据所记录的间隔的系列来检测到的）来预测未来的心跳间隔。处理电路可以配置成通过检测特定重复模式（优选是正弦曲线）是否出现在所记录的相对于时间的间隔的绘图中来检测一致性是否出现。如果没有检测到一致性，则该系统可以基于柱状图的特定百分点来预测下一个心跳间隔。如果检测到了一致性，则该系统可以基于重复模式、优选通过使该模式在未来重复，来预测下一个心跳间隔。

在另一实施例中，刺激信号可以包括触觉刺激，如振动。这可以增加相对于刺激信号直观调节心率的水平。用户接口可以包括触觉刺激器来向用户指示刺激信号。该用户接口可以包括可穿戴在用户身体上以便直接刺激用户身体的柔性材料。

在第三方面中，上面提到的目的和/或其他目的可以通过按照权利要求13的方法来实现。

在第四方面中，上面提到的目的和/或其他目的可以通过按照权利要求14的计算机程序产品来实现。

附图说明

本发明进一步的实施例及其优点可以在权利要求书和说明书中参考附图来展示。

在附图中：

图1示意性示出了心率刺激系统的示意图；

图2分别在左边和右边示意性示出了在用户身体上的用户接口的正视图和后视图；

图3示出了检测到的心跳间隔的柱状图；

图4示出了检测到的心跳间隔的正弦曲线模式；

图5示出了通过对检测到的心跳间隔应用                                                

方法而获得的曲线图。

具体实施方式

在本描述中，相同或对应的区域具有相同或对应的参考标记。所示出的示例性实施例不应解释为以任何方式进行限制，而是仅用作说明。

在本描述中，兴奋可以理解为激励。对于兴奋相反的词语可以是放松。本文中描述的系统可以调节用户的兴奋、激励、放松和/或心率。

在图1中，示出了心率刺激系统1的示意图。该系统1包括心跳传感器2，其被布置用于将所测量的来自用户3的心跳转换成信号。该心跳传感器2可以靠近或紧靠地附着到用户3的身体。可以提供处理电路4，其被布置成处理心跳信号。该处理电路4可以计算所检测到的心跳之间的心跳时间间隔并将计算的间隔记录在数字存储装置5上。该处理电路4可以进一步被布置成命令用户接口6将刺激信号告知用户3。用户接口6可以例如以与心跳传感器2相似的方式附着到用户3的身体。

用于存储记录的心跳时间间隔的数字存储装置5可以包括任何已知的数字存储装置5，如易失性或非易失性存储器，例如硬盘。

心跳传感器2可以包括用于将心跳信号转换成电信号的任何已知的设备。心跳传感器2可以例如被布置成通过在用户3的皮肤上选择性地放置的电极、通过心电图、或血液脉搏计、或者例如通过体积描记器（例如使用光电二极管或阻抗测量技术）来检测心跳。心跳传感器2可以设置和/或集成在贴布（patch）和/或衣服内。心率传感器2可以设置在可以穿戴在用户身体上或附近的柔性材料内。

优选地，用户接口6包括至少一个、优选多个触觉刺激器6A，如图2所示。触觉刺激器6A可以布置成例如用振动形式向用户3指示触觉刺激信号。用户3可以感测这种信号并可以根据刺激的定时而变得更加兴奋或更加放松。

触觉刺激器6A可以布置成提供电和/或机械信号（例如震动）。触觉刺激器6A可以布置成提供对应于一个刺激信号的一个或少量的移动。触觉刺激器6A可以布置成振动，使得它可以被用户感测到。振动可以包括相对高频率的移动。例如，金属或塑料部件可以紧靠和/或在用户3的身体附近提供。在刺激信号期间，金属或塑料部件可以相对于身体振动。

用户接口6可以设置和/或集成在贴布和/或衣服内。用户接口6可以设置在可以穿戴在用户身体上或附近的柔性材料内，以便直接刺激用户的身体，如图2所示。在这些情况下，用户接口6优选包括触觉刺激器6A。传感器2和用户接口6都可以是同一设备的部分，例如是衣服和/或贴布的部分。

在一实施例中，如图2所示，用户3可以将触觉刺激器6A和/或传感器2穿戴在背心中、夹克和/或贴布中。触觉刺激器6A可以包括振动触觉启动器。优选地，触觉刺激器6A被布置成放置在用户3的身躯上或附近。如果触觉刺激器6A和/或传感器2将被设置在可与衣服（如夹克、外套、毛衣、如吸汗内衣、胸带等的运动服）集成的垫中、使得心率刺激系统可以相对不那么突出可能是方便的。在一实施例中，心率刺激系统1包括具有集成的心电图垫的胸带和触觉刺激器6A。

在图2中，多个触觉刺激器6A被示出，其穿戴在用户3的身躯7附近。圆圈指示心脏区域8。如果刺激器6A被布置在用户3的身躯7附近可能是有益的。如果刺激器6A布置在用户3的心脏区域8附近可能是特别有益的。用户3随后可以将接收的信号与他或她的心跳相关起来。已发现，通过正好在每第n个心跳之前在相对短的时间段（例如小于1秒）期间提供振动（其中n可以表示在一个呼吸周期内心跳的数量），这可以下意识地使用户3兴奋。

在另外的实施例中，用户接口6可以提供其他刺激信号。例如，用户接口6可以包括用于提供可听刺激信号的音频设备或者用于提供可视刺激信号的可视屏幕设备。

心率刺激系统1可以通过用户接口6指示刺激信号。该系统1可以布置成刺激用户3达到与呼吸一致的心率。当心跳的频率有规律时，未来的心跳可以通过推测所检测到的信号来预测。然而，在大多数情况下，心率并不精确地遵从有规律的模式，而是可能是相当不规律的。因此，未来的心跳的定时可能相当不可预测。

在图3中，心跳间隔10的柱状图9按照所检测到的心跳序列绘制。纵轴11表示检测到的相应间隔10的发生次数。纵轴11在步骤12中按50分割。横轴13表示相应间隔10的持续时间，其中相应间隔10可以四舍五入到例如最近的第二百秒。可以每第二百秒绘制间隔10。为了说明的目的，柱状图绘制了用户3的相对大量的心跳间隔10。

心跳间隔可以建模为随机变量，其概率分布可以通过先前记录的心跳间隔的柱状图来近似。预测下一个心跳间隔可以通过根据该随机变量绘出实例来实现。

所示出的柱状图9涉及相对大量的所检测到的心跳。实际上，系统1可以使用具有较少量所检测到的心跳间隔10的柱状图9。通过仅仅考虑柱状图9中最近检测到的心跳间隔10，可以考虑例如根据特定活动的强度的临时变化和/或兴奋的临时变化的该心跳间隔的主要级别和/或中值的临时变化。在一实施例中，柱状图中所记录的间隔的数量可以是两百或更少，优选的是一百或更少，更优选的是五十或更少。在具体实施例中，该系统近似基于最近的二十个或更少的检测到的心跳间隔来预测未来心跳的定时。

通过选择该柱状图的第n个百分点，对应的预测值小于实际心跳值的概率有百分之（100-n），预测值大于实际值的概率是百分之n。例如，如果n=10被选择为限值，那么刺激快于实际心跳的机会（即预测值小于实际心跳）近似为90%。

利用该方法，n=50可以给出正确预测下一个心跳间隔的最大机会。对于目标在于提供与实际心跳同步的刺激信号的有规律的刺激，将与预测的心跳同步地指示刺激信号，其将在对应于n=50的间隔的结束。

然而，紧接在提供所述有规律的刺激之后，该系统1可以被配置成使用户3兴奋或放松。例如，为了使用户3兴奋，系统1可以使目的在于提供比实际心跳早的刺激。因此，最近测量的心跳和预测的未来心跳之间的间隔可以被选择成处于柱状图的较低百分点之中，即，低于50的百分点，或者甚至低于所测量的最低心跳间隔。例如，可以选择对应于10个百分点（n=10）的间隔。另一方面，系统1可以使目的在于使用户3放松，针对该目的，可以选择对应于高于50个百分点（如对应于大约80或90个百分点）的间隔。这些百分点可以基于柱状图中的分布以及基于目的的兴奋和/或放松水平而被预先确定。

当用户3处于一致状态，他的心率和呼吸模式可被同步。在这种一致状态下，用户3可以例如处于集中和放松两者的条件下。在一致状态期间，心跳间隔和呼吸频率可以相对于时间以重复模式绘制，并且该绘图可能彼此相关。如图4所示，当相对于时间绘制时，心跳间隔10可以显示出对应于正弦曲线的模式，其中每个峰值可与呼吸周期有关。例如，通过例如使用用于将曲线14拟合在所测量的间隔10之间的最小二乘法，可以使正弦曲线14的普通模型（a*sin(b*x+c)+d）拟合到所绘制的所检测到的间隔10。

在图4中，纵轴15指示相应的心跳间隔值，横轴16对应于时间。如所示出，相对于时间绘制的心跳间隔10可以沿着正弦曲线14绘制。该正弦曲线模式14可以通过如下事实来解释：当人分别吸入和呼出时，心率瞬时地增加和降低。

正弦曲线14可以用于推测心跳间隔模式，以沿着该正弦曲线的延续18（图4中的虚线）预测一个或多个未来的心跳17。这样，该一致的模式可以最佳地用于相对高精度地预测下一次心跳。

可以独自地或结合地使用若干方法以区分用户的一致状态。一种方法是使用最小二乘拟合方法来检查所检测到的间隔是否拟合正弦曲线14。如果拟合很差，即，在推测的曲线和所检测到的间隔之间有较高的平方差的和，那么人可能不处于一致状态。在此情况下，未来的心跳间隔可以例如通过使用如上所述的柱状图方法来预测。

另一方法可以是对所检测到的间隔值应用傅立叶变换，如本领域所公知的。傅立叶变换的结果可以在曲线图中绘制，其中正弦曲线模式可以通过曲线图中相对尖的峰值来表示。确定一致状态的方式可以是检验相对尖的峰值是否出现在人的典型呼吸频率周围，例如在大约0.1Hz。如果使用该方法没有检测到一致状态，那么未来的心跳间隔可以例如通过使用如上所述的柱状图方法来预测。

推测一致状态的另一方法可以是使用

方法。该方法特别在2008年5月8日提交的欧洲专利申请No.08155890.0（或要求其优先权的任何专利申请）中进行了讨论。在该方法中，可以绘制曲线图19，其中第n个测量的间隔在x-轴20上绘制，相对地，第n+i个测量的间隔在y-轴21上绘制，其中i表示第i个测量周期。这可以产生如曲线图19中所示的椭圆或圆圈。一个更为开放和瘦的椭圆可以表示更为“一致的状态”，即，在呼吸节奏和心率之间相对良好的同步。椭圆半径或大小可以是心率可变性幅度的度量。椭圆线的厚度（即，半径的变化）可以是针对一致性的度量。为了进一步的解释，请参考上面提及的欧洲专利申请No.08155890.0。

利用方法，可以确定用户3的一致状态。如果看起来没有一致状态要出现，那么系统1可参考使用如上所述的柱状图9。

当基于通过利用任一上述方法推测所检测到的间隔来预测未来的心跳时，刺激信号可以在预测的心跳之前或之后被指示以便使用户3兴奋或放松。通过使用柱状图，即使在相对于时间绘制的所检测到的间隔中没有特定的模式或规律性出现时，也可以应用用于兴奋或放松的相对受控的方式。在另一实施例中，预测的未来的心跳间隔可以例如基于先前测量的心跳间隔（优选是相对短数量的间隔）序列的平均。

系统1可以在可能影响用户3的生理条件的例如衣服或身体贴布（body patch）中使用。它可以在针对运动员的最佳表现指示器中应用。它可以在可能使其用户3放松和/或充满能量的所谓的触觉衣服中使用。这些类型的刺激器可以被感知为相对无打扰的，并且可以下意识地影响用户3。

上述的方法可以通过处理从心跳传感器2接收的信号而加以应用。例如存储在设备、存储装置5或/或网络上的计算机程序产品可以用来命令处理电路4。系统1可以包括完全集成在例如衣服中或者可以模块化地构建的设备，其中特定部分可以通过网络连接。

本发明不以任何方式受限于说明书和附图中所表示的实施例应是显然的。在如权利要求所概括的本发明的框架内，许多变形和组合是可能的。在本发明的框架内，实施例的一个或多个方面的组合或者不同实施例的组合是可能的。所有类似的变形都被理解成落在如权利要求所概括的本发明的框架内。

Claims (14)

1.一种用于向用户指示刺激信号的刺激系统（1），设置有：

至少一个心跳传感器（2），用于将所测量的心跳转换成信号，

处理电路4，配置成处理所测量的心跳信号，

用户接口，配置成向用户指示刺激信号，

其中，处理电路被配置成

计算所检测到的心跳之间的间隔并记录预定数量的连续间隔，

基于所记录的间隔预测所检测到的心跳和预测的未来的心跳之间的时间间隔，以及

命令用户接口在预测的时间间隔结束时、与预测的心跳非同时地向用户指示刺激信号，从而改变用户的心率和/或心一致性。

2.按照权利要求1所述的刺激系统，其中处理电路被配置成通过概率分析所记录的间隔来计算所预测的时间间隔。

3.按照权利要求1或2所述的刺激系统，其中处理电路被配置成计算所记录的间隔的柱状图，并且基于柱状图预定百分点来预测心跳间隔。

4.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中预测的时间间隔基于所记录的间隔的中值。

5.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中处理电路被配置成命令用户接口在柱状图的第二预定百分点指示刺激信号，该第二预定百分点不同于对应于预测的心跳间隔的预定百分点。

6.按照权利要求4或5所述的刺激系统，其中为了使用户兴奋，该第二预定百分点低于中值，并且其中为了使用户放松，对应于高于中值的百分点来指示刺激信号。

7.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中所记录间隔的预定数量是两百或更少，优选地是一百或更少，更为优选地是五十或更少。

8.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中处理电路被配置成：

相对于时间绘制所记录的间隔，

检验是否能够从所记录的间隔的绘图中提取重复模式，以及

基于该重复模式的进一步的重复，预测未来的心跳间隔。

9.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中该重复模式包括正弦曲线，其表示一致的心率，其中所预测的心跳依赖于相对于时间的正弦曲线的进一步的重复。

10.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中处理电路被配置成：

检测与心一致性有关的重复模式是否出现在所记录的相对于时间的间隔中，以及

当没有出现一致性时，基于柱状图的百分点来预测下一心跳间隔，当出现一致性时，基于对应于该一致性的重复模式来预测下一心跳间隔。

11.按照前述任一权利要求所述的刺激系统，其中用户接口包括触觉刺激器，用于向用户指示刺激信号。

12.按照权利要求11所述的刺激系统，其中用户接口包括能够穿戴在用户身体上或附近的柔性材料，用于直接刺激用户的身体。

13.一种向用户（3）指示刺激信号的方法，其中心跳序列被检测，其中所检测到的心跳之间的间隔被计算并被记录，其中基于所记录的间隔的序列来预测所检测到的心跳和未来的心跳之间的时间间隔，其中与预测的心跳非同时地向用户指示刺激信号，从而改变用户的心率和/或心一致性。

14.一种用于向用户指示刺激信号的计算机程序产品，当在计算机上执行时，其控制计算机来：

通过心跳传感器检测心跳序列，

计算并记录所检测到的心跳之间的间隔，

基于所记录的间隔的序列，预测所检测到的心跳和未来的心跳之间的时间间隔，以及

与预测的未来的心跳非同时地通过用户接口指示刺激信号，从而改变用户的心率和/或心一致性。

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