CN103140255A - 呼吸调速装置、以及用于调速人的呼吸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及呼吸调速装置，其包括具有可变的触觉感知特征的触觉输出单元，提供所述触觉输出单元从而按照所期望的呼吸循环周期性地改变所述触觉感知特征，其中所述触觉感知特征的所述改变的特征与呼吸循环的长度有关。本发明还涉及对人的呼吸进行调速的相应方法。

Description

呼吸调速装置、以及用于调速人的呼吸的方法
技术领域
本发明涉及呼吸调速(pacing)装置，并且涉及对人的呼吸进行调速的方法。
背景技术
缓慢有规律的呼吸被认为对放松有好处。为了支持呼吸过程，众所周知呼吸调速装置提供了对应有规律的呼吸节奏的所期望的呼吸循环的序列。这些呼吸循环每个都包含吸入阶段和随后的呼出阶段，以用户容易感知的输出信号的形式显示给用户。为了这个目的，可以使用光信号，即根据想要的呼吸循环变化其强度、颜色或者形状的光。例如，众所周知呼吸调速器能够被人在床上使用从而减少入睡潜伏期。这个呼吸调速器将尺寸缓慢变化的光斑投影到卧室的天花板上。然而，光投射需要用户至少最低限度的注意，并且对其他人可能是个打扰。这也是调速用户的呼吸的可听的提示面临的情况，因为声频信号总是会被房间中存在的他人听到或者声频信号需要用户使用头戴耳机。然而，表示呼吸循环的输出信号也能够被触觉感知为触觉输出单元的特征，例如周期性增加或减小其尺寸或形状的垫体或者球体。
为了使用呼吸调速装置帮助人放松，有利的是尽可能好地模仿与提高放松有关的典型的人类呼吸节奏。例如，引导呼吸循环的长度可以随时间增加，即每个随后的呼吸循环都比前一个长，从而提高放松的机会。随触觉输出单元出现的问题是，随着呼吸循环的长度的增加，感觉触觉感知特征的变化以及跟随呼吸的节奏变得更难。例如，类似充气垫的触觉输出单元可以从一个呼吸循环的开始到吸入阶段的结束增加其厚度，达到其最大厚度，并且在从吸入阶段到呼出阶段的转变处开始减少其厚度，在循环的结尾处再次达到其最小厚度。该循环变得越长，用户感觉到“转折点”和从呼出阶段到随后的循环的吸入阶段之间的转变就越困难，其中该垫体在该“转折点”达到其最大厚度而在所述转变处该垫体具有其最小厚度。然而，当触摸刺激变弱时，呼吸调速效果变坏。
在US 2007/0179334A1中公开了用于引起和/或操纵睡眠的睡眠帮助装置。这个装置包括流体填充床垫、可密封连接到床垫的流体泵、和控制模块。流体泵调节流体进入床垫和/或从床垫中出来，其可以刺激人类呼吸的感觉和/或声音。
美国专利No.5,395,301教导了用于通过触摸刺激促进有节奏的呼吸的运动觉系统。US 5,395,301要求了用于激励期望的呼吸模式的方法和系统的权利，该系统包括用于使患者根据所期望的模式进行呼吸的呼吸机、能够由患者佩戴的运动觉装置，其具有为患者提供模拟人类触摸的非驱动循环触摸行程感觉的装置，和用于与所述呼吸机同步周期性地操作所述运动觉装置的装置，以便促进患者按照所期望的呼吸模式呼吸。
国际公开WO86/02815A1公开了一种床垫，其结合了用于刺激成年人心跳的装置，该床垫包含声室、刺激心跳的装置和动力装置。此外，可以提供刺激成年人呼吸运动的装置。
文献FR2 834 875公开了帮助睡眠和放松的有节奏的枕头。该枕头分两个部分，一个是用泡沫体或者羽毛填充的固定部分，并且另一个是由橡皮管连接到含有小型鼓风机的壳体的可充气部分。鼓风机是电子控制的，其通过两个阀门将空气传送到枕头的可充气部分，从而产生平缓的升降运动或者左右摇摆运动。
专利申请GB 2 397 761A关于用于使用床垫引起对人的镇静作用的床垫，该床垫包含用于让人躺在上面的上部，和移动产生装置，所述移动产生装置使上部随着平稳且有节奏的移动升降，该移动大体上与婴儿放在母亲胸前情况下母亲斜倚和呼吸时的母亲胸部的升降动作相同。
美国专利申请US 2010/0125226A1涉及简单的、便携的易于操作的装置，其帮助在日常生活中实践深呼吸技术的使用。
德国实用新型DE 201 03 442 U1涉及枕头或者用于枕头的支持装置，该枕头的特征在于其高度周期性变化，与呼吸运动相当。
德国实用新型DE 202 05 187 U1公开了用于婴儿的床垫，该床垫的特征在于其包括用于连续升降小于婴儿躺在床垫上的接触面积的面积的装置，其中交替的上下运动在静止的成年人的呼吸节奏内的1到5cm高度内。
因此，本发明的目的是提供呼吸调速装置，该装置根据所期望的呼吸循环的序列提供可变的触觉感知特征，与用已知呼吸调速装置相比其使用户能够更容易跟随呼吸循环，即使呼吸循环的长度增大。
本发明的另一个目的是建立用于调速人的呼吸的相应方法，其提供了在所期望的呼吸循环的序列期间能够触觉感知的输出信号，即使呼吸循环的长度增大，该信号也能够容易被用户触觉感知到。
发明内容
根据本发明的第一个方面，这个目标通过包括具有可变触觉感知特征的触觉输出单元的呼吸调速装置实现，提供所述的触觉输出单元从而根据所期望的呼吸循环序列周期性地改变所述触觉感知特征，其中所述触觉感知特征的变化的特征与呼吸循环的长度有关。
本发明根据下述概念：其中通过影响这个变化的某些特性能够便于感知触觉感知特征的变化。这提供了即使在较长的呼吸循环中也跟随该变化的可能性。例如，在一个循环内特征的变化幅度能够随着每个后面的循环增加，以便用户能够更容易地感觉到最大值和最小值之间的差异。然而，在本发明的保护范围内可以使用触觉感知特征的变化的其他特性，例如像每单位时间的所述特征的变化的幅度，与呼吸循环的长度相比这与更小的时间尺度有关。增加每单位时间的变化幅度给用户以输出信号变化“加快”的感觉。
根据本发明的一个优选的实施例，所述的触觉感知特征在每个呼吸循环内在最小值和最大值之间变化，所述的触觉感知特征的变化的所述特征是最大值和最小值之间的差异。
根据本发明的另一个优选实施例，所述特征是每单位时间所述触觉感知特征的变化幅度。
根据本发明的另一个优选实施例，每单位时间所述触觉感知特征的变化幅度以非线性方式在呼吸循环内改变。
根据本发明的另一个优选实施例，可变的触觉感知特征是触觉输出单元的尺寸。
根据本发明的另一个优选实施例，可变的触觉感知特征是触觉输出单元的厚度。
根据另一个优选实施例，可变的触觉感知特征是触觉输出单元的形状、重量、硬度、和/或表面纹理。
例如，触觉输出单元的形状可以在不同形状之间变化，在本发明的意义上表示“最大”和“最小”值。根据其他实例，其重量可以在轻的和重的值之间变化，其硬度可以在较硬的和较软的触觉印象之间变化，或者其表面可以在光滑表面和粗糙表面之间改变。
触觉输出单元是可充气腕套。
根据本发明的第二个方面，提供了对人的呼吸进行调速的方法，其包括：
确定所期望的呼吸循环的序列，每个循环都包括吸入阶段和随后的呼出阶段，
在所述的所期望呼吸循环的序列期间生成可由人触觉感知的输出信号，所述输出循环在最大值和最小值之间周期性改变，每个周期都对应一个呼吸循环，
其中所述输出信号的所述变化的特性与呼吸循环的长度有关。
如上所述，根据本方法的优选实施例，输出信号的所述变化的特性是最大值和最小值之间的差异。
根据这个方法的另一个优选实施例，所述输出信号的所述变化的特性是每单位时间变化幅度。
优选地每单位时间输出信号的所述改变的幅度在呼吸循环内以非线性方式变化。
这给出了在呼吸循环的两个阶段之间的转变点处增大输出信号的改变的机会。例如，在吸入阶段和呼出阶段之间的转变处达到输出信号的最大值。增大在这个转变点的输出信号的改变便于感知所述转变，支持调速效果。
根据这个方法的优选实施例，输出信号由触觉输出单元输出。
根据另一个优选实施例，输出信号由下列组的至少其中之一表示：
所述触觉输出单元的尺寸；
所述触觉输出单元的厚度；
所述触觉输出单元的形状；
所述触觉输出单元的重量；
所述触觉输出单元的硬度；
所述触觉输出单元的表面纹理。
附图说明
参考下文中所述的实施例，本发明的这些以及其他方面将变得显而易见并得到阐明。
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的呼吸调速装置的示意图；
图2是示出图1的呼吸调速装置的运行的图表；和
图3是示出根据图1的呼吸调速装置的另一个运行模式的另一个图表。
具体实施方式
提供了图1的呼吸调速装置10，从而通过确定所期望的呼吸的循环的序列来调速人的呼吸，每个循环包括吸入阶段和随后的呼出阶段。期望的呼吸循环的这个序列由输出信号表示，该信号可由人触觉感知，因此她/他能够容易地跟随呼吸循环。如参考图2和3进一步解释的，输出信号在最大值和最小值之间周期性改变，每个周期都对应一个循环。人能够感觉到最大值和最小值之间的周期性改变，并将她/他自己的呼吸调节到由呼吸调速装置10生成的呼吸速率。
呼吸调速装置10包括控制单元12和由控制单元12控制的触觉输出单元14。控制单元12被置于机壳内侧，并且包括呼吸循环确定单元16和致动单元18。呼吸循环确定单元16确定所期望的呼吸循环的序列，每个循环包括吸入阶段和随后的呼出阶段。为了这个目的，呼吸循环确定单元16可以包括适当的电子计算单元、用于存储用于计算所述序列的程序的存储装置、用于产生与预先设定或者计算的呼吸循环相对应的电输出信号的电输出信号发生单元等等。
致动单元18包括用于根据呼吸循环确定单元16所接收的电信号生成气动压力的装置。也就是说，致动单元18将对应所期望的呼吸循环的电信号转换为压力输出信号。由致动单元18产生的压力被应用于触觉输出单元14，触觉输出单元14由具有大体平坦的椭球形状的垫体表示。这个垫体能够通过应用由致动单元18产生的气动压力充气，从而该垫体尺寸增加，尤其是在图1中的竖直方向上的其厚度增加。充气状态由图1中的虚线示出，而放气状态由显示触觉输出单元14的横截面的连续的椭圆线示出。空气压力通过连接致动单元18和触觉输出单元14的挠性软管20从致动单元18传送到触觉输出单元14。得到的触觉输出单元14的厚度是表示能够由用户触觉感知的输出信号的特征。在卧室情况下使用呼吸调速装置10时，触觉输出单元14会被放置在床上，因而其能够容易被躺在其中的人够到，并且这个人将她/他的手放在垫体上感觉根据所期望的呼吸循环的序列的该垫体尺寸的改变，而控制单元12会被放置在挨着床的另一个适当的地方。容易理解，软管20应该足够长并且是足够柔性的，从而相对独立于控制单元12安放触觉输出单元14。
在下面参考图2将阐述图1中的呼吸调速装置10的工作。
图2中的图表表示如由图1中的控制单元12生成的所期望的呼吸循环的序列。图2中的水平X轴表示时间t，而竖直Y轴表示输出信号的值A，即触觉输出单元14的厚度。在一些时间点示意地示出触觉输出单元14的上表面的升高，从而图示出代表触觉输出单元14的垫体的上表面的“上”和“下”。这个运动能够被将她/他的手放在垫体上的用户感知。
在时间t的轴下方示出所期望的呼吸循环的序列。图2显示出三个随后的呼吸循环R1、R2、R3。在这个实施例中，每个呼吸循环R1、R2、R3包括吸入阶段I1、I2、I3，随后是呼出阶段E1、E2、E3。在每个呼吸循环R1、R2、R3开始时，触觉输出单元14具有其最小厚度，即，输出信号A具有最小值。在吸入阶段I1、I2、I3期间，厚度在从吸入阶段I1、I2、I3到呼出阶段E1、E2、E3的转变中增加到最大值。在随后的呼出阶段E1、E2、E3期间，厚度再次下降到厚度最小值。在图中，在时间t连接输出信号A的最大值和最小值的线指示出在最大和最小值之间周期性改变的输出信号A的演变，每个周期对应一个呼吸循环R1、R2、R3。为了完整，应该注意阶段I1、I2、I3和E1、E2、E3的角色在本发明的保护范围内可以反过来用，意思是厚度增加的阶段I1、I2、I3被看作呼出阶段，而厚度减少的阶段E1、E2、E3被看作吸入阶段。
为了实现放松效果，由所期望的呼吸循环R1、R2、R3显示的呼吸序列应该尽可能好地模仿放松的人的呼吸序列。为此，有利的是，呼吸循环R1、R2、R3不具有相同的长度，而是长度随每个随后的循环增加，即R1＜R2＜R3等等，或者更一般地说：Rn＜Rn+1，n为正整数。随着呼吸循环R1、R2、R3的长度的增加，各自的吸入阶段I1、I2、I3和呼出阶段E1、E2、E3的长度也增加。
随着呼吸循环R1、R2、R3的长度的增加和在整个序列上即在全部的呼吸循环R1、R2、R3以及随后的呼吸循环内输出信号A的最小值和最大值的恒定差异，出现这样的问题，感觉输出信号A的周期性改变对人来说变得更加困难。这主要是由于每单位时间的输出信号变化变得更小并且用户具有幅度改变非常“缓慢”的感觉的事实。特别相关的是不想错过吸入阶段I1、I2、I3和呼出阶段E1、E2、E3之间的转变，从而使自己的呼吸率适应由呼吸调速装置10确定的呼吸循环，并因此对于调速结果，基础要求是当输出信号A到达它的最大值和最小值时被感觉到。
为此，本发明建议使输出信号A的变化的一个特性与呼吸循环R1、R2、R3的长度有关。在图2中所示的本实施例中，这个特性由输出信号A的最大值和最小值之间的差异表示。例如，在图2中，输出信号A的每个呼吸循环R1、R2、R3内的最大值Max1、Max2、Max3随每个呼吸循环R1、R2、R3增加，因而Max1＜Max2＜Max3。在本实例中，最小值Min1、Min2、Min3对于每个呼吸循环R1、R2、R3保持相同，即Min1＝Min2＝Min3，因而最大值和最小值之间的差异增加，并且Max1-Min1＜Max2-Min2等等。最大值Max1、Max2、Max3和最小值Min1、Min2、Min3之间的差值的这种增加能够容易地被人触觉感知到。一个进一步的效果是，触觉输出单元14更自然地模仿放松的人的自然呼吸速率，并且输出信号A的最大值和最小值之间的差异增大因而呼吸变得“更深”。
应当注意，将厚度表示为触觉输出单元14的一个触觉感知特征的输出信号A的最大值Maxn和最小值Minn之间的差异，只是能够与呼吸循环R1、R2、R3的长度产生联系的这个触觉感知特征的变化的一个可能特性。然而，存在这个特征的变化的特性的其他可能性和实例。在图2中，能够看出在每个呼吸循环Rn(n＝1到3)中从Minn到Maxn的上升斜率的陡峭度仅略微增加，并且尽管呼吸循环的长度增加，但在呼出阶段En期间从Maxn到Minn+1的下降斜率也仅略微增加。然而，可以进一步增加上升斜率和下降斜率的陡度，以便每单位时间触觉感知特征(或者输出信号)的变化幅度能够较容易被人察觉，得到触觉输出单元的厚度改变“加快”的印象。在这个实施例中，如图2中最大值和最小值之间的改变可以仍旧是线性的。
图3示出改变触觉输出单元14的触觉感知特征(或者输出信号)的另一种可能性。图3中所示的工作模式可以是图1中的呼吸调速装置10的另一种工作模式，或者能够由另一个呼吸调速装置处理。在这个实施例中，分别在每个呼吸循环R1、R2、R3内改变输出信号的变化幅度，以便分别在最小值和最大值之间存在非线性改变。在每个循环R1、R2、R3的开始，触觉输出单元14的厚度以较强的速率增加到较高值，并且在厚度的瞬时增加之后，其在吸入阶段I1、I2、I3的末期增加减慢从而达到最大值。在达到最大值之后，厚度立即变得较小，然后再次向着下一个呼吸循环的最小值较慢地演变。换句话说作为触觉输出单元14的触觉感知特征(或者输出信号)的厚度的变化幅度在分别达到最小值或者最大值之后立即增大。触觉输出单元14的这种行为能够比厚度的“平滑”和线性演变更容易感知到，尤其是在确定呼吸节奏的吸入阶段I1、I2、I3和呼出阶段E1、E2、E3之间的转变点。
在图3的实例中，厚度的最大值和最小值之间的差异也随每个呼吸循环R1、R2、R3增加。然而，可以在每个呼吸循环R1、R2、R3内保持这个差异不变并且只增加每单位时间的变化幅度。基于下述事实尤其应该考虑上述做法：像图1的实施例中一样，可充气垫体的体积受到限制，并且一定程度上该垫体厚度的变化的增加受到限制。
存在在呼吸循环R1、R2、R3内改变厚度变化的其他可能性。例如，像图2和3中表示的，通过围绕大体平滑曲线引入厚度变化的小的改变能够进一步影响变化的“平滑度”。这些变化可以被感知为垫体的小振动。这些振动的强度也可以变化从而示出呼吸循环R1、R2、R3内的不同阶段之间的转变。
应当理解，除了这个实施例中使用的垫体的厚度，触觉输出单元14的其他触觉感知特征能够被用作输出信号。例如，大体尺寸，即外径，表示另一个感知的特征。也可以考虑改变表示输出信号的“最大”值和“最小”值的不同形状之间的触觉输出单元的形状。例如，触觉输出单元14可以包含某一曲率，该曲率在最大曲率和最小曲率之间周期性增加和减少等等。在这个背景中能够使用的触觉输出单元14的触觉感知特征的其他实例是其重量(在“轻的”和“重的”之间变化)、其硬度(在“硬的”和“软的”之间变化)和其表面纹理(在“平滑”和“粗糙”之间变化)。
尽管在附图和前面描述中已经详细说明并描述本发明，但是这些图示和描述将被认为是说明性的或者示例性的，而不是限制性的；本发明不限制于所公开的实施例。本领域技术人员能够从附图、本公开、和权利要求中在实践所要求权利的本发明中理解并实现所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中列举的某些措施并不表示这些措施的组合不能用于有利目的。权利要求中的任何附图标记不应该被看作是对保护范围的限制。

Claims (13)

1.一种呼吸调速装置(10)，
包括具有可变触觉感知特征的触觉输出单元(14)，
提供所述触觉输出单元(14)，从而根据所期望的呼吸循环(R1、R2、R3)的序列，周期性地改变所述触觉感知特征，
其中所述触觉感知特征的所述变化的特性与所述呼吸循环(R1、R2、R3)的长度有关，以及
其中所述触觉输出单元(14)是可充气腕套。
2.根据权利要求1所述的呼吸调速装置，
其中在每个呼吸循环(R1、R2、R3)内所述触觉感知特征在最小值(Min1、Min2、Min3)和最大值(Max1、Max2、Max3)之间变化，
所述触觉感知特征的所述变化的所述特性是所述最大值(Max1、Max2、Max3)和所述最小值(Min1、Min2、Min3)之间的差异。
3.根据权利要求1或者2所述的呼吸调速装置，
其中所述特性是每单位时间所述触觉感知特征的变化幅度。
4.根据权利要求1到3所述的呼吸调速装置，
其中每单位时间所述触觉感知特征的变化幅度以非线性方式在呼吸循环(R1、R2、R3)内变化。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的呼吸调速装置，
其中所述可变触觉感知特征是所述触觉输出单元(14)的尺寸。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的呼吸调速装置，
其中所述可变触觉感知特征是所述触觉输出单元(14)的厚度。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的呼吸调速装置，
其中所述可变触觉感知特征是所述触觉输出单元(14)的形状、重量、硬度、和/或表面纹理。
8.一种用于调速人的所述呼吸的方法，包括：
确定所期望的呼吸循环(R1、R2、R3)的序列，每个循环(R1、R2、R3)包括吸入阶段(I1、I2、I3)和随后的呼出阶段(E1、E2、E3)，
在所述期望的呼吸循环(R1、R2、R3)的序列期间生成可被人触觉感知的输出信号(A)，所述输出信号由是可充气腕套的触觉输出单元(14)提供，并且所述输出信号(A)在最大值(Max1、Max2、Max3)和最小值(Min1、Min2、Min3)之间周期性改变，每个周期对应一个呼吸循环(R1、R2、R3)，
其中所述输出信号(A)的所述变化的特性与所述呼吸循环(R1、R2、R3)的长度有关。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中所述输出信号(A)的所述变化的所述特性是所述最大值(Max1、Max2、Max3)和所述最小值(Min1、Min2、Min3)之间的差异。
10.根据权利要求8或者9所述的方法，
其中所述输出信号(A)的所述变化的所述特性是每单位时间的所述变化幅度。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的方法，
其中每单位时间所述输出信号(A)的变化幅度以非线性方式在呼吸循环(R1、R2、R3)内改变。
12.根据权利要求8到11中任一项所述的方法，
其中所述输出信号(A)由触觉输出单元(14)输出。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中所述输出信号(A)由下列组的至少其中之一表示：
所述触觉输出单元的尺寸(14)；
所述触觉输出单元(14)的厚度；
所述触觉输出单元(14)的形状；
所述触觉输出单元(14)的重量；
所述触觉输出单元(14)的硬度；
所述触觉输出单元(14)的表面纹理。
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