CN104434056A - 基于脉搏波的生物反馈系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于脉搏波的生物反馈系统，广泛应用于各类身心疾病的居家治疗和健康保健，增加训练的强化效果，从而提高用户自主放松训练的有效性。其技术方案为：基于脉搏波的血流动力学原理，通过采集仪器记录人体的血压及脉搏波信号，分析脉搏波形的特征信息，得出与人体心血管相关的生理参数，结合多媒体视频交互系统进行生理信号反馈和强化，自动设定阶梯训练目标，指导用户进行生物反馈训练和放松训练，通过舒缓的多媒体视音频效果，结合直观的可视化心血管生理信号反馈，采用小步渐进的目标设定增加训练的强化效果，从而提高用户自主放松训练的有效性。

Description

基于脉搏波的生物反馈系统
技术领域
本发明涉及生物医学仪器，尤其涉及一种基于脉搏波的生物反馈系统。
背景技术
生物反馈治疗的基本原理是通过一定的检测仪器将人的自主神经系统调节的内脏器官活动的信号加以放大，并转化为眼、耳能感知到的视觉、听觉信号，使得人能够觉察这些内脏器官的机能状态，通过有意识的改变心理状态，从而调节生理变化朝着一定的目标方向改进。
常用的生物反馈仪主要有：肌电反馈仪，通过反馈肌肉紧张信号训练恢复瘫痪肌肉运动以达到康复的目的；皮温反馈仪，训练患者学习调控皮肤温度，治疗偏头痛、焦虑等；皮电反馈仪，通过皮电信号反应情绪变化指标，用以训练患者缓解紧张情绪；脉搏血压反馈仪，测量心率、收缩压、舒张压的变化，主要用以治疗高血压、心律不齐等；脑电反馈仪，测量反馈不同部位的脑电活动，训练患者主动控制脑电，用以治疗失眠、疼痛、儿童注意力障碍等。但现有设备或系统都需要治疗师从旁指导，并提供支持与正强化，无法提供患者居家自我训练。问题主要在于：
1、现有的生物反馈装置系统是直接将生物信息放大后反馈给被治疗者，需治疗师讲解明确各个信号的意义，并要求被治疗者自己识别并判断训练效果；
2、人机交互仅限于测量信息的反馈，在训练学习的过程中，对学习效果的正面强化作用不明显；
3、需由治疗师及时根据练习过程中的反馈信息，对目标阈值进行调整，无法满足被治疗者的居家训练需求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于脉搏波的生物反馈系统，广泛应用于各类身心疾病的居家治疗和健康保健，增加训练的强化效果，从而提高用户自主放松训练的有效性。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于脉搏波的生物反馈系统，包括人机交互接口、血压脉搏检测仪、心血管参数分析装置、训练目标管理装置、训练目标管理装置、训练评价装置以及多媒体视频播控装置，其中：
人机交互接口，连接多媒体视频播控装置的输出端和训练评价装置的输出端，进行终端显示和人机交互操作；
血压脉搏检测仪，检测血压和脉搏波信号，转换成数字信号后传输至上位机；
心血管参数分析装置，连接血压脉搏检测仪的输出端，提取脉搏波信号的特征信息，计算出训练相关的心血管心理参数信息；
训练目标管理装置，连接心血管参数分析装置的输出端和训练评价装置的输出端，进行阶段目标设定；
训练评价装置，连接心血管参数分析装置的输出端，根据设定的阶段目标和实时测量分析输出的心血管生理参数，综合评估当前训练的进度状态，并自动判断输出强化信号、视音频放松强度指数设定；
多媒体视频播控装置，根据设定的放松强度指数控制播放放松视音频的内容，通过人机交互接口呈现。
根据本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的一实施例，人机交互接口还通过外部的多媒体视音频显示终端进行显示。
根据本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的一实施例，心血管参数分析装置基于血流动力学理论建立模型，根据脉搏波信号的特征信息计算训练相关的心血管心理参数信息。
根据本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的一实施例，训练目标管理装置的阶段目标设定包括初始阶段目标设定和训练过程中根据进度评价反馈自动调整阶段目标。
根据本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的一实施例，训练目标管理装置的阶段目标设定包括基线信号自动设定和训练师人工设定。
根据本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的一实施例，脉搏波信号是桡动脉脉搏波信号。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明基于脉搏波的血流动力学原理，通过采集仪器记录人体的血压及脉搏波信号，分析脉搏波形的特征信息，得出与人体心血管相关的生理参数，结合多媒体视频交互系统进行生理信号反馈和强化，自动设定阶梯训练目标，指导用户进行生物反馈训练和放松训练，通过舒缓的多媒体视音频效果，结合直观的可视化心血管生理信号反馈，采用小步渐进的目标设定增加训练的强化效果，从而提高用户自主放松训练的有效性。
附图说明
图1示出了本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的较佳实施例的系统框图。
图2示出了本发明的应激状态心血管参数关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
心血管系统是应激反应的主要靶细胞。当应激负荷过强或应激持续时间过长，对心血管系统会产生不利影响。通常人处于应激状态或应激负荷加强时，因交感-肾上腺髓质系统所引起的生理防御代偿，将导致心血管参数的变化，如心率加快、心收缩力加强、外周总阻力增高以及血液的重分布，心输出量增高、血压增高、心肌耗氧量增多等，如图2所示。有研究证实：通过科学有效的放松训练有助于缓解心理压力，降低焦虑水平，从而更好的控制和增进人体各种内脏器官系统的正常活动。
图1示出了本发明的基于脉搏波的生物反馈系统的较佳实施例的系统结构。请参见图1，本实施例的生物反馈系统包括：人机交互接口1、血压脉搏检测仪2、心血管参数分析装置3、训练目标管理装置4、训练评价装置5以及多媒体视频播控装置6。
人机交互接口1连接多媒体视频播控装置6的输出端和训练评价装置5的输出端，进行终端显示和人机交互操作。人机交互接口1还通过外部的多媒体视音频显示终端进行显示。这些多媒体视音频显示终端包括电脑、手机、智能电视、机顶盒等。人机交互接口1使得用户可以通过电视等多媒体终端，在观看舒缓放松视频的同时进行放松训练。同时，人机交互接口1上可以直观的看到可视化的阶段目标及训练效果提示，包括但不限于进度状况、放松提示、放松导语、正向激励信息等。
血压脉搏检测仪2检测血压和脉搏波信号（这种脉搏波信号例如是桡动脉脉搏波信号），通过数字滤波、A/D转换成数字信号并放大后通过无线或者有线数据传输协议将采集信号传输至上位机（即心血管参数分析装置3）。
心血管参数分析装置3连接血压脉搏检测仪2的输出端，提取脉搏波信号的特征信息，基于脉搏波的血流动力学理论建立模型，根据脉搏波信号的特征信息计算训练相关的心血管心理参数信息，亦即，以脉搏波智能识别的心血管参数作为训练的生理信号。
训练目标管理装置4连接心血管参数分析装置3的输出端和训练评价装置5的输出端，采用自适应算法进行阶段目标设定。阶段目标设定包括初始阶段目标设定和训练过程中根据进度评价反馈自动调整阶段目标。设定方式包括基线信号自动设定和训练师人工设定，其中基线值的获得是采集训练者训练前数分钟的生理信号，根据训练者的初始训练的实际效果，以小步渐进的原则调整设定单次（即每一阶段）的训练目标，同时在训练过程中，针对训练评价系统反馈的进度信息，修正或微调阶段训练目标。
训练评价装置5连接心血管参数分析装置3的输出端，根据设定的阶段目标和实时测量分析输出的心血管生理参数，综合评估当前训练的进度状态，并自动判断输出强化信号、视音频放松强度指数设定。
多媒体视频播控装置6根据设定的放松强度指数控制播放放松视音频的内容，通过人机交互接口呈现，以可视化的图像信息展现在终端的人机交互接口，如当前的放松状况评估、对放松进度突出的激励性提示。例如针对自主放松不明显的状况，本系统根据训练评估，自动调整多媒体视频播控的内容，通过增加放松导语、更换舒缓度的视音频节目来进一步帮助训练者进行放松。
由于心血管系统是应激反应的主要靶细胞，通过监控心血管相关生理参数的变化，可以有效的反应人体的放松状况。同时，采用可视化的人机交互界面，以及基于反馈和渐进原则建立的目标与评价后台，使得整个放松训练过程成为正强化的系统，可增强训练者的学习信心，帮助训练者有效的达到自主放松的目标。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，包括人机交互接口、血压脉搏检测仪、心血管参数分析装置、训练目标管理装置、训练目标管理装置、训练评价装置以及多媒体视频播控装置，其中：
人机交互接口，连接多媒体视频播控装置的输出端和训练评价装置的输出端，进行终端显示和人机交互操作；
血压脉搏检测仪，检测血压和脉搏波信号，转换成数字信号后传输至上位机；
心血管参数分析装置，连接血压脉搏检测仪的输出端，提取脉搏波信号的特征信息，计算出训练相关的心血管心理参数信息；
训练目标管理装置，连接心血管参数分析装置的输出端和训练评价装置的输出端，进行阶段目标设定；
训练评价装置，连接心血管参数分析装置的输出端，根据设定的阶段目标和实时测量分析输出的心血管生理参数，综合评估当前训练的进度状态，并自动判断输出强化信号、视音频放松强度指数设定；
多媒体视频播控装置，根据设定的放松强度指数控制播放放松视音频的内容，通过人机交互接口呈现。
2.根据权利要求1所述的基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，人机交互接口还通过外部的多媒体视音频显示终端进行显示。
3.根据权利要求1所述的基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，心血管参数分析装置基于血流动力学理论建立模型，根据脉搏波信号的特征信息计算训练相关的心血管心理参数信息。
4.根据权利要求1所述的基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，训练目标管理装置的阶段目标设定包括初始阶段目标设定和训练过程中根据进度评价反馈自动调整阶段目标。
5.根据权利要求1所述的基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，训练目标管理装置的阶段目标设定包括基线信号自动设定和训练师人工设定。
6.根据权利要求1所述的基于脉搏波的生物反馈系统，其特征在于，脉搏波信号是桡动脉脉搏波信号。
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