CN105534491B - 一种基于高低氧联合的预适应训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于高低氧联合的预适应训练系统，该系统包括：中央处理单元，基于预存的训练方案，向高低氧发生装置发送控制指令，并与远程网络数据平台和生理参数监护单元建立数据通讯；高低氧发生装置，接收中央处理单元的控制指令，交替输出高浓度氧或低浓度氧；生理参数监护单元，用于实时采集用户当前状态下的生理参数；远程网络数据平台，基于预设的生理参数标准范围，对采集得到的用户当前状态下的生理参数进行比较和分析。本发明提供的高低氧联合预适应训练系统，为受训者提供了安全、有效的训练手段，作为一种有别于传统药物或外科干预的防治手段，通过高低氧联合预适应训练,改善和调节肌体对缺血及低氧的耐受力，对心脏、脑、肾、肠等重要器官产生保护作用，促进肌体健康。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于高低氧联合的预适应训练系统，特别是涉及一种以人体重要生命体征持续监控为基础，对人体进行高强度、智能调控的低氧与高氧交替刺激的训练系统。
背景技术
低氧、缺血会导致机体产生多种反应，如组织缺氧导致的代谢、功能及形态障碍的损伤性反应和机体对耐受低氧产生的代偿性反应。
损伤性反应指因重度或快速缺氧而导致的机体因代偿不足发生的损伤性反应，如肺水肿和脑水肿等。
代偿性反应指在高原生活、极地考察、人体疾病和人体老化导致的机体轻度或缓慢缺氧引起的机体保护性代偿反应；长期的低氧环境会导致机体代偿性反应过度，而代偿性反应过度则会诱发体内多系统功能和结构的改变，引起多种疾病，如高原心脏病等。
低氧也是高原运动能力下降的因素，但由于人体对环境的适应机能，长期生活在高海拔地区的人员比生活在低海拔地区人员具有明显的抗缺氧能力，由此说明人体的生理代偿能力是可以通过适当的科学训练得以提高的。
CN 202430001 U公开了一种低氧发生器装置系统，主要用于运动员模拟高原低氧环境耐受训练，该装置的设计理念是仅提供不同低氧浓度的训练环境，提高训练人员低氧耐受能力，从而提高训练人员的体育运动成绩和极地环境的适应能力。
鉴于上述设备仅用于生理代偿能力的训练，对于人体在低氧、缺血情况下机体自身的适应能力的提高缺乏相关的训练设备，特提出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于高低氧联合的预适应训练系统，该系统通过模拟不同浓度高氧和低氧交替刺激的呼吸环境，同时系统还集成了生理参数监护单元，在实现对人体进行高低氧联合预适应训练的同时，还对人体的生理参数进行监护和反馈调节，以保证人员安全。
经过长期临床研究，发现对生物体进行反复、多次、足够强度的缺氧刺激，一方面可以提供受训者的低氧耐受力，同时还可诱发肌体产生内源性保护物质（如低氧诱导因子、腺苷、缓激肽、一氧化氮和血管生长因子等），这种内源性保护物质可以减轻长时间缺氧和严重缺氧导致的肌体损害；因而如果能对受训者进行高氧和低氧交替刺激的训练，则可提升肌体对急性缺血/缺氧的耐受能力，从而产生对心脑肾肠等重要器官的保护作用。
本发明的目的可以通过以下方式实现：
一种基于高低氧联合的预适应训练系统，该系统包括：中央处理单元，基于预存的训练方案，向高低氧发生装置发送控制指令，并与远程网络数据平台和生理参数监护单元建立数据通讯；
高低氧发生装置，接收中央处理单元的控制指令，交替输出高浓度氧或低浓度氧；生理参数监护单元，用于实时采集用户当前状态下的生理参数；远程网络数据平台，基于预设的生理参数标准范围，对采集得到的用户当前状态下的生理参数进行比较和分析。
上述预适应训练系统中，所述生理参数包括：心电数据，血压数据、脑氧饱和度数据、血氧饱和度数据和呼吸状态数据。
上述预适应训练系统中，所述中央处理单元包括存储模块，用于储存标准训练方案或自定义训练方案的；GSM通讯模块，用于与远程网络数据平台建立数据通讯的；
第一蓝牙通讯模块，用于生理参数监护单元建立数据通讯，并接收用户当前状态下的用户生理参数；指令发送模块，基于训练方案或远程网络数据平台的比较分析结果，向高低氧发生装置发送控制指令； 用于进行人机交互操作的人机交互界面；和基于远程网络数据平台生理参数比较结果进行报警提示的报警模块。
上述预适应训练系统中，所述远程网络数据平台包括基础信息录入模块，保存中央处理单元录入的用户基础信息；心电数据管理单元，用于获取和保存用户训练过程中心电数据；血氧饱和度数据管理单元，用于获取和保存用户在某一训练时刻的血氧饱和度数值；
脑氧饱和度数据管理单元，用于获取和保存用户在某一训练时刻的脑氧饱和度数据；血压数据管理单元，用于获取和保存用户的血压数据；和呼吸频率管理单元，用于获取和保存用户训练过程中的呼吸频率； 报警警戒数据设定模块，设定生理参数的正常范围阈值；和
比较模块，基于生理参数正常范围阈值，对中央处理单元传输的实时生理参数进行对比，获得比较结果。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置包括：
空气入口；
制氧模块，用于制出氧气；本发明中制出的是含氧量为93%的氧气；
制氮模块，用于制出氮气；本发明中制出的是含氮量为97%的氮气；
第一质量流量控制器，基于预设流量值或外部控制指令，对制氧模块产生的氧气进行流量调整；
第二质量流量控制器，基于预设流量值或外部控制指令，对制氮模块产生的氮气进行流量调整；
气体混合单元；将制氧模块产生的氧气和制氮模块产生的氮气混合成符合训练要求的不同高低氧浓度的混合气体；和
出气口。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置还包括用于控制气体流量的气体发生器控制器；
所述气体发生器控制器包括用于与中央处理单元建立数据通讯的数据通讯模块；
用于将当前制氧模块输出氧气的浓度与流量或当前高低氧发生装置输出混合气体的压力、流量、氧浓度值与预设标准值进行比较的比较分析模块；和
基于比较结果，发出控制信号的控制信号发送模块。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置还包括：
设在混合气体单元和出气口之间的混合气调压阀，用于对混合气体的压力进行调节控制；
设在混合器调压阀和出气口之间的流量调节器，用于对混合气体的流量进行调节
设于混合器调压阀和流量调节器之间的压力传感器，用于测量混合气体的压力；
设于混合器调压阀和流量调节器之间的第二氧浓度传感器，用于测量混合气体中氧气的浓度；
设于混合器调压阀和流量调节器之间的第二流量传感器，用于测量混合气体的流量。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置还包括
设于混合气调压阀和流量调节器之间的两位三通阀。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置进一步包括制氧模块辅助检测单元，该辅助检测单元包括：
设置在制氧模块和气体发生器控制器之间的第一氧浓度传感器，用于检测制氧模块输出氧气的浓度；和
设置在制氧模块和气体发生器控制器之间的第一流量传感器，用于检测制氧模块输出氧气的流量。
上述预适应训练系统中，所述高低氧发生装置还包括：
设在空气入口和制氧模块之间的第一空气过滤器，用于对输入装置的空气进行初步过滤；
设于制氧模块和第一质量流量控制器之间的第一空气精滤器，用于进一步对初步制得的氧气进行精滤处理；
设于空气入口和制氮模块之间的第二空气过滤器，，用于对输入装置的空气进行初步过滤；
设于制氮模块和第二质量流量控制器之间的第二空气精滤器，，用于进一步对初步制得的氮气进行精滤处理。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的高低氧联合预适应训练系统，为受训者提供了安全、有效的训练手段，作为一种有别于传统药物的手段，通过高低氧交替预适应训练,
可以提高肌体的耐缺氧或低氧能力。心肌细胞对缺血缺氧的耐受力得到提升；训练激发产生的内源性保护物质可以产生神经保护作用，防止严重的缺血性卒中的发生；另外，内源性保护物质也可以对肾脏、肠和肺等重要器官产生保护作用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是高低氧联合预适应训练系统示意图；
图2是预适应训练流程示意图；
图3是高低氧发生装置示意图；
图4a是制氧模块的结构示意图；
图4b是制氧模块的结构示意图；
图4c是制氧模块的结构示意图；
图5是远程网络数据平台的示意图。
以下是本发明的附图标记：
中央处理单元1；高低氧发生装置2；生理参数监护单元3；远程网络数据平台4；呼吸面罩5；人机交互界面6；GSM通讯模块7；第一蓝牙通讯模块8；呼吸状态检测模块9；血氧饱和度检测模块10；脑氧饱和度检测模块11；血压检测模块12；心电检测模块13；第一空气过滤器14；制氧模块15；第一空气精滤器16；第一质量流量控制器17；第一单向阀18；第一氧浓度传感器19；第一流量传感器20；第二空气过滤器21；制氮模块22；第二空气精滤器23；第二质量流量控制器24；第二单向阀25；气体发生器控制器26；一级气体混合器27；二级气体混合器28；混合气调压阀29；压力传感器30；第二氧浓度传感器31；第二流量传感器32；两位三通阀33；流量调节器34；加温湿化器35；空气压缩机36；第一吸附器37；三通38；第二吸附器39；旋转分离阀40；同步电动机41；控制器42；第一旋转阀门43；第二旋转阀门44；第三旋转阀门45；第四旋转阀门46；出气口47；空气入口48；基础信息录入模块50；报警警戒数据设定模块51；心电数据管理单元52；血氧饱和度数据管理单元53；脑氧饱和度数据管理单元54；血压数据管理单元55；呼吸频率管理单元56；存储模块57；比较模块58；呼吸压力传感器59；第二蓝牙通讯模块60；用户61；报警模块62，指令发送模块63。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中的训练指为提高符合条件的受训者抗低氧能力而进行的高低氧交替联合刺激过程。
低氧为：指氧浓度范围在9%到19%之间。
高氧为：指氧浓度范围位在23%到93%之间。
在本发明实施例中的用户，为接受训练的受训者。
实施例1
一种高低氧发生装置。
如图3，一种高低氧发生装置，该装置包括空气入口48、制氧模块15、制氮模块22、第一质量流量控制器17、第二质量流量控制器24、气体混合单元和出气口47；空气通过空气入口后分别进入制氧模块15和制氮模块22；一部分空气经制氧模块15处理后输出氧浓度为93%的氧气，另一部空气经制氮模块22处理后输出氮浓度为97%的氮气；经第一质量流量控制器17进行流量控制的93%的氧气与经第二质量流量控制器24进行流量控制的97%的氮气在气体混合单元中混合，形成含不同浓度氧气的混合气体后输出，混合气体最终经出气口47输出至外部设备或用户。
为了使输出的混合气体的压力符合训练的要求，需要对气体混合单元输出的含不同浓度氧气的混合气体的压力和流量进行调节控制，为此本装置在气体混合单元和出气口47之间依次设有混合气调压阀29和流量调节阀34，以保证高低氧发生装置输出的混合气体的压力和流量满足训练要求。例如将输出气体的流量从1L/min 调节到5L/min供用户呼吸使用。本方案中为了防止训练过程中出现用户对交替吸氧不适应出现的乏氧、氧浓度供应异常造成的缺氧等紧急情况，在混合气调压阀29和流量调节阀34之间进一步设置有两位三通阀33，两位三通阀33的出口通过流量调节器34与出气口47连接，两位三通阀的第一进气口与混合气调压阀29连接，两位三通阀33的第二进气口直接与制氧模块15连通；在正常情况下时，两位三通阀33的通气位调至第一进气口，将混合气通过流量调节器34与出气口47连通，在异常情况下时，两位三通阀33的通气位调至第二进气口，将制氧模块输出的93%的氧气通过流量调节器34直接与出气口47连通为用户提供93%的氧气。
在正常训练过程中，为了进一步保证该装置输出稳定质量的混合气，本方案中在混合气调压阀29和两位三通阀33之间依次设有压力传感器30、第二氧浓度传感器31和第二流量传感器32；通过上述传感器可对混合气调压阀29输出的混合气的压力、氧浓度和流量进行实时采集，该氧气发生装置可通过手动或自动的方式，利用采集得到的当前混合气的压力、氧浓度和流量与预先设定的训练指标进行对比，根据比较结果对输出的混合气进行适量调节。以保证最终实际输出的混合气体中的氧气浓度和训练设定的氧气浓度差保持在正负5%的范围内。
为提高用户呼吸的舒适度，本方案中在两位三通阀33和出气口47之间进一步设置有加温湿化器35，利用加温湿化器35对混合气体进行加温加湿，使最终输出的混合气更加适合呼吸训练。
为了提高装置输出的精准性和可控制性，本装置进一步包括用于对装置气体输出进行自动控制的气体发生器控制单元；该气体发生器控制器控制单元包括用于接收外部数据的数据通讯模块、用于将当前输出气体的压力、流量、氧浓度值与标准值进行比较的比较分析模块和基于比较结果，发出控制信号的控制信号发送模块；数据通讯模块接收外部设备发送的所需输出气体的压力、流量、氧浓度等标准指标值和由压力传感器30、第二氧浓度传感器31和第二流量传感器32采集得到的当前输出气体的压力、流量、氧浓度等当前值，通过比较分析模块进行比较分析，获得当前值与指标值的差值，控制信号发送模块根据该差值，产生第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，分别控制第一质量流量控制器17、第二质量流量控制器24和混合器调压阀29，使氧发生装置输出的混合气体中的氧气浓度和训练所需氧气浓度差保持在正负5%的范围内。本方案中，所述氧发生器控制单元为气体发生器控制器26。
当氧发生装置氧浓度和流量输出异常时，协助气体发生器控制器26对制氧模块15是否出现异常进行检测，及控制第一质量流量控制器17和第二质量流量控制器24的起始流量，为此在制氧模块15和气体发生器控制器26之间设有制氧模块辅助检测单元，该制氧模块辅助检测单元包括第一氧浓度传感器19和第一流量传感器20。气体发生器控制器26根据第一氧浓度传感器19和第一流量传感器20测定的制氧模块15输出的氧气浓度和流量，以及从外部设备发送过来的氧浓度设定值设定第一质量流量控制器17和第二质量流量控制器24的起始流量值，而当最终输出气体的氧气浓度和流量不符合设定的值时，第一氧浓度传感器19和第一流量传感器20可以协助气体发生器控制器26检测是否由制氧模块15异常而导致氧气浓度和流量异常。
为了保证通入本装置的空气的洁净度，在制氧模块15和制氮模块22与空气入口48之间分别增加第一空气过滤器14和第二空气过滤器21，以对通入空气进行初级过滤。本方案中为了使制氧模块15和制氮模块22输出气体更加纯净，分别在制氧模块15和制氮模块22的输出端设置有第一空气精滤器16和第二空气精滤器23。通过上述设计，在制氧和制氮时，首先将空气进行初步过滤，然后将初过滤的空气通入制氧模块15和制氮模块22，再利用第一空气精滤器16和第二空气精滤器23分别对制得的93%的氧气和97%的氮气进行精滤，获得更高质量的氧气和氮气，为后续混合气体做准备。本方案中为了防止氧气和氮气在进入气体混合单元时产生气体回流，而产生危险，分别在第一质量流量控制器17与气体混合单元之间和二质量流量控制器24与气体混合单元之间设置第一单向阀18和第二单向阀25，确保气体混合时的单向止回，防止气体回流现象。为了使气体混合的更加均匀，混合质量和压力达到预定值，本装置的气体混合单元采用两级气体混合器；93%的氧气和97%的氮气依次经过一级气体混合器27和二级气体混合器28混合，使混合气的指标达到预定值，以满足用户高低交替训练的需要。
如图4所示，本装置中的制氧模块15和制氮模块22采用现有的skarstrom双分子筛塔结构。
本发明所述高低氧发生装置的工作原理如下：
将空气通过空气入口48通入装置，一部分空气经过第一空气过滤器14进行初过滤后送入制氧模块15，另一部分空气经过第二空气过滤器21初过滤后送入制氮模块22，制氧模块15输出浓度93%，流量10L/M的氧气；制氮模块22输出浓度97%，流量10L/M的氮气；制氧模块15输出的氧气经过第一空气精滤器16精滤后送入第一质量流量控制器17，同时第一氧浓度传感器19和第一流量传感器20对制氧模块15输出的氧气的实际浓度和流量进行实时测量，测量结果送入气体发生器控制器26；制氮模块22输出的氮气经过第二空气精滤器23精滤后送入第二质量流量控制器24；气体发生器控制器26根据第一氧浓度传感器19和第一流量传感器20测定的氧浓度和流量，以及从外部设备发送过来的氧浓度设定值设定第一质量流量控制器17和第二质量流量控制器24的起始流量值，完成训练方案中设定的含特定氧浓度混合气体的初步配制；制氧模块制得的93%氧气利用第一质量流量控制器17调整至合适流量后，经第一单向阀18送至气体混合单元，制氮模块制得的97%氮气利用第二质量流量控制器24调整至合适流量后，经第二单向阀25送至气体混合单元；93%的氧气和97%的氮气依次经过一级气体混合器27和二级混合器28混合，形成70-100KPa压力的混合气；高压混合气经混合气调压阀29调整压力后，依次经过两位三通阀33、流量调节器34和加温湿化器35，形成符合训练要求的混合气，从出气口47输出至外部设备或用户。在混合气输出过程中分别利用压力传感器30、第二氧浓度传感器31和第二流量传感器32对调压后的混合气体进行混合气体压力、混合气体中氧浓度和混合气体流量的测量，并将该测量值反馈给气体发生器控制器26，以使气体发生器控制器26对第一质量流量控制器17和第二质量流量控制器24进行流量微调，经微调整输出的混合气体中的氧气浓度和训练设定的氧气浓度差保持在正负5%的范围内。当用户生理指标发生异常情况时，中央处理单元根据生理参数的异常，发送停止制氮指令给气体发生器控制器26，气体发生器控制器26接到指令后停止制氮模块22的工作，同时控制两位三通阀33从第一进气口的连通位转换至第二进气口连通位，直接为用户提供93%的氧气，以解除异常状况。本发明中制氧模块15和制氮模块22均采用现有的skarstrom双分子筛塔结构，即采用变压吸附PSA空气分离技术实现制氧和制氮，变压吸附PSA空气分离是一种以空气为原料气，利用分子筛对不同气体分子在加压条件下“吸附”性能的差异而将气体混合物分开；制氮模块所用分子筛为碳分子筛，加压条件下对氧气的吸附性比空气中的氮气、二氧化碳、水分等空气成分高，吸收原料气中氧气、二氧化碳、水分等，产出氮气；制氧模块所用分子筛为沸石分子筛，对氮气吸附性高，加压条件下吸收氮气、二氧化碳、水分等，产出氧气。
除所用分子筛不同外，制氮和制氧两种模块的工作原理和结构都相同。
制氧模块结构及工作原理框如图4a所示，采用skarstrom双分子筛塔结构，工作过程如下：空气经过第一空气过滤器14过滤后进入空气压缩机36，压缩后的空气通过旋转分离阀40进入第一吸附器37或第二吸附器39进行吸附分离，由气体发生器控制器26控制旋转分离阀40改变吸附周期，以及分配进气和排气流动方向，实现制氧。
以制氧模块15工作过程中一个循环为例，如图4b所示，压缩空气进入第一吸附器37，此时第一旋转阀门43、第二旋转阀门44打开，第三旋转阀门45、第四旋转阀门46关闭，空气中的氮气被吸附到第一吸附器37内的分子筛中，氧气通过第一吸附器37顶端的三通38流出，一部分用于反吹处于解吸状态的第二吸附器39，另一部分经过第一空气精滤器16精筛输出；当第一吸附器37中的分子筛达到吸附饱和临界状态前，控制器42接收气体发生器控制器的指令，将第一旋转阀门43、第二旋转阀门44关闭，第三旋转阀门45和第四旋转阀门46打开，见图4c所示，空气压缩机出来的压缩空气被切换到进入第二吸附器39，同时对第一吸附器37减压解吸，解吸气（富氮）经第三旋转阀门45排出。第二吸附器39工作过程与第一吸附器37完全相同，二者交替工作完成连续生产氧气。制氮模块和制氧模块的工作流程完全一致，唯一不同的是制氮模块中的第三吸附器和第四吸附器中的分子筛为碳分子筛。
本发明中，气体发生器控制器26采用STM32F103型嵌入式微处理器，通过STM32F103中的D/A转换器将相应的控制电压发送给第一质量流量控制器17和第二质量流量控制器24，从而实现流量的控制。
实施例2
一种基于高低氧联合的预适应训练系统。
一种基于高低氧联合的预适应训练系统，该系统包括中央处理单元1、氧发生装置2、生理参数监护单元3和远程网络数据平台4。
远程网络数据平台4包括基础信息录入模块50、报警警戒线数据设定模块51、心电数据管理单元52、血氧饱和度数据管理单元53、脑氧饱和度数据管理单元54、血压数据管理单元55、呼吸频率管理单元56、和比较模块58。
基础信息录入模块50保存中央处理单元录入的用户基础信息，所述基础信息包括姓名、年龄、性别、身高、体重，开始训练时的血压、心率、既往病史等。
生理参数正常范围如下：脉搏血氧饱和度的正常范围为大于等于90%，脑氧饱和度正常范围为58-82%，心率正常范围为60-101次/min，血压正常范围为收缩压90-140mmHg，舒张压60-90mmHg，呼吸频率正常范围为16-20次/min。
心电数据管理单元52用于获取和保存用户训练过程中心电数据，并根据该心电数据对心电波形回显，对心率的变化趋势曲线按照时间轴进行描述；可根据用户的需要对当前的心电数据、心电波形和心率变化趋势等分析指标进行查询。所述心电数据管理单元包括用于获取用户当前心电数据的心电数据获取模块；用于当前心电数据、心电波形和心率变化趋势等分析指标进行查询的心电查询模块；基于报警警戒线数据设定模块51预先设定的心电正常范围阈值，对当前心电数据进行分析比较的分析模块。
血氧饱和度数据管理单元53用于获取和保存用户在某一训练时刻的血氧饱和度数值，并根据用户需要对该数据进行查询。所述血氧饱和度数据管理单元53包括用于获取用户当前血氧饱和度数据的血氧饱和度数据获取模块；用于对某一训练治疗时刻的血氧饱和度数值进行查询的血氧饱和度查询模块；基于报警警戒线数据设定模块51预先设定的血氧饱和度正常范围阈值，对当前血氧饱和度数据进行分析比较的分析模块。
脑氧饱和度数据管理单元54用于获取和保存用户在某一训练时刻的脑氧饱和度数据，并根据该脑氧饱和度数据对脑氧饱和度随时间的变化趋势进行描述；可根据用户需要对当前的脑氧饱和度数据进行查询。所述脑氧饱和度数据管理单元包括用于获取用户当前脑氧饱和度数据的脑氧饱和度数据获取模块；用于对当前脑氧饱和度数据进行查询的心电查询模块；基于报警警戒数据设定模块51预先设定的脑氧饱和度正常范围阈值，对当前脑氧饱和度数据进行分析比较的分析模块。
血压数据管理单元55用于获取和保存用户的血压数据，并根据血压数据的变化趋势进行描述；用户可根据需要对当前的血压数据进行查询。所述血压数据管理单元包括用于获取受训真当前血压数据的血压数据获取模块；用于对当前血压数据进行查询的血压数据查询模块；基于报警警戒数据设定模块51预先设定的血压正常范围阈值，对当前血压数据进行分析比较的分析模块。
呼吸频率管理单元56用于获取和保存用户训练过程中的呼吸频率，并根据呼吸频率进行趋势分析，显示呼吸波形；用户可以根据需要对当前的呼吸频率进行查询。所述呼吸频率管理单元56包括用于获取用户当前呼吸频率的呼吸频率获取模块；用于对当前呼吸频率进行查询的呼吸频率查询模块；基于报警警戒数据设定模块51预先设定的呼吸频率正常范围阈值，对当前呼吸频率进行分析比较的分析模块。
报警警戒线数据设定模块51用于设定生理参数的正常范围阈值。
比较模块58，基于报警警戒设定模块51预先设定的心电正常范围阈值，血氧饱和度正常范围阈值，脑氧饱和度正常范围阈值，血压正常范围阈值及呼吸频率正常范围阈值，对当前检测到的心电数据，血氧饱和度数据，脑氧饱和度数据，血压数据及呼吸数据进行分析比较，若超出正常范围，则通过图像或声音的方式向中央处理单元1发出报警提醒。
本系统中的中央处理单元1包括用于进行人机交互操作的人机交互界面6、用于与远程网络数据平台建立数据通讯的GSM通讯模块7、用于接收用户生理参数数据的第一蓝牙通讯模块8、用于存储设定的训练方案的存储模块57和基于远程网络数据平台生理参数比较结果进行报警提示的报警模块62。中央处理单元1通过GSM通讯模块7与远程网络数据平台4建立数据通讯，并通过人机交互界面6进行预存训练方案的读取以及个性化方案的设定、生理参数数据的查询等操作；中央处理单元1基于读取的预存在存储模块57中的训练方案或自定义方案，通过串口向氧发生装置2中的气体发生器控制器26发出控制指令，该控制指令包括氧气浓度和某种氧浓度持续时间，氧发生装置2基于该控制指令输出含氧的混合气体；用户在进行高低氧交替训练过程中，中央处理单元1中的第一蓝牙通讯模块8会实时获取生理参数监护单元3发送过来的用户当前的生理参数数据，并将该数据发送给远程网络数据平台4进行分析和存储。用户可利用中央处理单元1中的人机交互界面6，对中央处理单元1获取到的用户当前的生理参数数据或者远程网络数据平台的分析结果进行查询，获知当前用户的生理状况。气体发生器控制器26通过中央处理单元1中的第一蓝牙通讯模块8还可以获取用户呼吸气体的状态，例如用户使用呼吸面罩供氧时，用户的呼吸频率、呼吸面罩状态（漏气或脱落），以及时对训练系统进行维护调整。
氧发生装置2的结构，组成和工作原理如实施例1中所述。
本系统中的生理参数监护单元用于对用户当前的生理参数进行监测。生理参数监护单元包括呼吸状态检测模块9、血氧饱和度检测模块10、脑氧饱和度检测模块11、血压检测模块12、心电检测模块13和第二蓝牙通讯模块60；本实施例中采用能监护上述生理参数的一种或多种监护仪器。以上所有生理参数异常的报警提示信息还会由远程网络数据平台发送至用户的联系手机。
一种基于高低氧联合的预适应训练系统的工作原理如下：
中央处理单元1通过GSM通讯模块7与远程网络数据平台4建立数据通讯，训练时中央处理单元1将生理参数通过GSM通讯模块7发送到远程网络数据平台4；中央处理单元1基于从存储模块57获取的训练方案，通过串口向氧发生装置2中的气体发生器控制器26发出控制指令，该控制指令包括氧气浓度和氧浓度持续时间，氧发生装置2基于该控制指令交替输出含氧量高低不同的气体；并利用呼吸面罩为用户提供含氧量高低交替的气体。用户在进行高低氧交替训练过程中，利用生理参数监护单元3中的血氧饱和度、脑氧饱和度、血压、心电和呼吸等检测模块实时采集用户当前的生理参数数据，并通过蓝牙通讯模块60将该生理参数数据发送给中央处理单元1的第一蓝牙通讯模块8；中央处理单元1中的第一蓝牙通讯模块8会实时获取用户当前的生理参数数据，并将该数据发送给远程网络数据平台4进行分析，经远程网络数据平台4分析后的数据，可根据用户的需要通过中央处理单元1中的人机交互界面6对用户当前的生理参数数据和远程网络数据平台的分析结果进行查询，获知当前的生理状态，并根据当前的生理状态对氧发生装置2进行调节，实现训练系统的循环运作。中央处理单元1中的第一蓝牙通讯模块8还可以通过气体发生器控制器26获知设置在呼吸面罩上的呼吸压力传感器59获取的用户吸入氧气时的状态，例如用户使用呼吸面罩吸氧时，用户的呼吸频率、呼吸面罩状态（漏气或脱落），以及时对训练系统进行维护调整。高低氧交替训练过程中，如果发现生理参数出现异常情况，基于远程网络数据平台4的比较结果，中央处理单元1中的报警模块发出报警，并通过中央处理单元1中的人机交互界面6显示报警信息，同时，中央处理单元向氧发生装置发出紧急控制指令，氧发生装置根据紧急控制指令停止制氮，直接将制出的含高浓度氧的气体提供给用户，从而实现系统的应急能力。
实施例3
一种基于高低氧联合的预适应训练方法
该训练方法基于预适应训练系统输出的含氧浓度高低不同的气体，以不同的时长和频率供用户吸入，以提升肌体对急性缺血/缺氧的耐受能力。
本发明的基于高低氧联合的预适应训练方法包括如下步骤：
在预适应训练系统中储存训练方案；
将用户信息输入预适应训练系统；
根据输入的用户信息选择训练方案；开始高低氧交替呼吸训练并监测用户实时生理参数值；
在训练过程中监测到用户的实时生理参数出现异常，则立即终止训练，若监测用户的实时生理参数正常，则继续训练；
训练结束后，检测血液中的目标物含量，与训练开始前的检测数值进行比较；
当血液中任一目标物含量达到预定标准或训练天数累计180天，训练终结。
具体包括如下步骤：
在应用基于高低氧联合的预适应训练系统开始进行训练前，需要在训练系统中预存几套训练方案，预存在中央处理单元的训练方案如表1：
表1
| 方案编号 | 氧浓度 | 持续时间 | 氧浓度 | 持续时间 | 氧浓度 | 持续时间 | 氧浓度 | 持续时间 |
| 1 | 19% | 5min | 21% | 5min | 19% | 10min | 21% | 5min |
| 2 | 17% | 5min | 21% | 5min | 17% | 10min | 21% | 5min |
| 3 | 15% | 5min | 21% | 5min | 15% | 10min | 21% | 5min |
| 4 | 12% | 3min | 30% | 1min | 12% | 5min | 30% | 1min |
| 5 | 12% | 5min | 40% | 1min | 12% | 10min | 40% | 1min |
第一套训练方案，具体为，在低氧范围内，设定第一低浓度氧，如含氧量为19%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量为21%，持续供氧相同的时间，如5分钟，然后再提供第一低浓度氧，如含氧量为19%，持续供氧相同的时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量21%，持续供氧相同的时间，如5分钟；此为第一套训练方案；在第一套训练方案进行的过程中，生理参数监护系统实时监测受训者的心电、血压、脑氧及血氧数据，并将采集的数据通过蓝牙通讯模块传输给中央处理单元，中央处理单元再将接收的生理参数数据通过GSM通讯模块传输数据至远程网络数据平台，远程网络数据平台将接收到的各项生理参数与存储的正常生理参数数值范围进行比较，如果比较的结果正常，则训练持续进行；
第二套训练方案内容具体如下：低氧范围内，设定第二低浓度氧，如含氧量为17%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量为21%，持续供氧相同的时间，如5分钟，然后再提供第二低浓度氧，如含氧量为17%，持续供氧相同的时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量21%，持续供氧相同的时间，如5分钟；此为第二套训练方案；在第二套训练方案进行的过程中，生理参数监护仪实时监测受训者的心电、血压、脑氧及血氧数据，并将采集的数据通过蓝牙通讯模块传输给中央处理单元，中央处理单元再将接收的生理参数数据通过GSM通讯模块传输数据至远程网络数据平台，将接收到的各项生理参数与存储的正常生理参数数值范围进行比较，如果比较的结果正常，则训练持续进行；
第三套训练方案，方案内容具体如下：低氧范围内，设定第三低浓度氧，如含氧量为15%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量为21%，持续供氧相同的时间，如5分钟，然后再提供第三低浓度氧，如含氧量为15%，持续供氧相同的时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，恢复正常浓度供氧，如含氧量21%，持续供氧相同的时间，如5分钟；此为第三套训练方案；在第三套训练方案进行的过程中，生理参数监护仪实时监测受训者的心电、血压、脑氧及血氧数据，并将采集的数据通过蓝牙通讯模块传输给中央处理单元，中央处理单元再将接收的生理参数数据通过GSM通讯模块传输数据至远程网络数据平台，将接收到的各项生理参数与存储的正常生理参数数值范围进行比较，如果比较的结果正常，则训练持续进行；
第四套训练方案，方案内容具体如下：低氧范围内，设定第四低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如供氧3分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量为30%，持续供氧一段时间，如1分钟，然后再提供第四低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如5分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量30%，持续供氧一段时间，如1分钟；此为第四套训练方案；在第四套训练方案进行的过程中，生理参数监护仪实时监测受训者的心电、血压、脑氧及血氧数据，并将采集的数据通过蓝牙通讯模块传输给中央处理单元，中央处理单元再将接收的生理参数数据通过GSM通讯模块传输数据至远程网络数据平台，中央处理单元1将接收到的各项生理参数与存储的正常生理参数数值范围进行比较，如果比较的结果正常，则训练持续进行；
第五套训练方案，方案具体内容如下：低氧范围内，设定第五低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量为40%，持续供氧一段时间，如1分钟，然后再提供第五低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量40%，持续供氧一段时间，如1分钟；此为第五套训练方案；在第五套训练方案进行的过程中，生理参数监护仪实时监测受训者的心电、血压、脑氧及血氧数据，并将采集的数据通过蓝牙通讯模块传输给中央处理单元，中央处理单元再将接收的生理参数数据通过GSM通讯模块传输至远程网络数据平台，中央处理单元1将接收到的各项生理参数与存储的正常生理参数数值范围进行比较，如果比较的结果正常，则训练持续进行；
首先采集得到用户基础信息，采集到的用户基础信息通过中央处理单元的人机交互界面输入训练系统进行储存，具体为中央处理单元通过GSM通讯模块将采集到的数据传输至远程网络数据平台的基础信息录入模块进行储存；用户基础信息包括用户的姓名、年龄、性别、身高和体重，通过用户基础信息可以得知体重指数，体重指数=体重（公斤）/身高的平方（米2），体重指数的正常范围是18.5--24.99，用户的基础信息录入后，测量用户的生理参数，生理参数包括心电、血压、呼吸频率、脑氧饱和度和血氧饱和度数据，各项生理参数的正常范围是心电60-101次/min，血压收缩压90-140mmHg，舒张压60-90mmHg，脑氧饱和度58%-82%，血氧饱和度大于等于90%，呼吸频率16-20次/min。
对于参加训练的用户，在训练开始前，还要对用户的血液中的一氧化氮、缓激肽、内源性阿片类物质、低氧诱导因子、辣椒辣素、腺苷、内源性大麻素（如N-花生四烯酸氨基乙醇(anandamine)和2-花生四烯酸甘油(2-AG)）、促红细胞生成素（EPO）等含量进行检测，以便训练结束时，判断训练的效果。
体重指数或生理参数，不在正常范围的用户，也可以进行训练，只是要注意训练方案的安排和在训练中观测生理参数的变化，以便保证用户的安全。训练的原则为循序渐进，每天训练执行一套方案，训练3次，3次训练期间不停歇，连续训练，，每套方案连续训练10天训练后如用户的各项生理参数值在正常范围内，则进行下一套方案的训练，下一套方案连续训练10天，每天按训练方案训练3次，训练过程中，注意观测用户的生理参数值，依此规律，按照逐步进行的原则，每套方案训练10天，直至安排的方案训练完成；
对于体重指数和训练前生理参数都正常的用户，可以直接从第3套方案开始执行训练，然后进行第4套和第5套方案的训练，
对于脑氧饱和度大于75%的用户，可以直接从第4套方案开始训练，然后执行第5套训练方案；
对于高血压用户，在训练开始前，用药物将其血压控制在正常范围内，然后从第2套方案开始，依次训练第2套、第3套、第4套、第5套方案；
除不能参加训练及前述无需从第一套方案开始训练的，都按照从第1套方案开始，依次执行第2套、第3套、第4套、第5套方案；
当用户具有下述情况时，不对用户进行训练：
1.脑氧饱和度小于58%、
2.体重指数大于28或小于18.5时，
2.高血压患者经过用药控制后，血压依然超出正常范围
3.血氧饱和度小于90%时
4.心率失常及心脏病患者
5.孕妇、正准备受孕或哺乳期、神志不清者、不能自理者禁止进行训练、精神疾病、严重肝肾功能损害、脑出血、颈椎病或非缺血性病变造成的头晕症状、肿瘤预期生存时间不足2年、正在服用处于研究期的药物或正参与其他研究实验患者、四肢血管缺血性疾病的用户。
在完成5套训练方案后，根据用户的各项生理参数进行第6套或第7套训练方案，对完成5套训练方案的用户进行抽血化验检查，分析其血液中的一氧化氮、缓激肽、内源性阿片类物质、低氧诱导因子、辣椒辣素、腺苷、内源性大麻素（如N-花生四烯酸氨基乙醇(anandamine)和2-花生四烯酸甘油(2-AG)）、促红细胞生成素（EPO）等含量是否有显著性变化，这些成分的任意一项显著性提高均揭示肌体耐低氧能力的提高。若以上化验结果均无明显变化则进行前5个方案新一轮的重复训练，直到以上血液成分任意一项有所提高（提高10%以上）。
完成以上5个方案的训练后，为了进一步巩固训练结果，根据脑氧饱和度数值可以选择进行第6套或第7套方案的训练。
若脑氧饱和度大于78%以上，方案具体内容如下：低氧范围内，设定第六低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量为30%，持续供氧一段时间，如1分钟，然后再提供第六低浓度氧，如含氧量为12%，持续供氧一段时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量30%，持续供氧一段时间，如1分钟；此为第六套训练方案，该套训练方案每天连续训练进行3次，共计训练20天。
脑氧饱和度大于58%小于78%时，方案具体内容如下：低氧范围内，设定第七低浓度氧，如含氧量为13%，持续供氧一段时间，如供氧5分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量为40%，持续供氧一段时间，如1分钟，然后再提供第六低浓度氧，如含氧量为13%，持续供氧一段时间，如10分钟，低浓度氧供氧停止后，供给高浓度氧，如含氧量40%，持续供氧一段时间，如1分钟；此为第七套训练方案，该套训练方案每天连续训练进行3次，共计训练20天。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种基于高低氧联合的预适应训练系统，其特征在于，该系统包括：中央处理单元（1），基于预存的训练方案，向高低氧发生装置（2）发送控制指令，并与远程网络数据平台（4）和生理参数监护单元（3）建立数据通讯；高低氧发生装置（2），接收中央处理单元（1）的控制指令，交替输出高浓度氧或低浓度氧；生理参数监护单元（3），用于实时采集用户当前状态下的生理参数；远程网络数据平台（4），基于预设的生理参数标准范围，对采集得到的用户当前状态下的生理参数进行比较和分析。
2.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述生理参数包括：心电数据，血压数据、脑氧饱和度数据、血氧饱和度数据和呼吸状态数据。
3.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述中央处理单元（1）包括：存储模块（57），用于储存标准训练方案或自定义训练方案；GSM通讯模块（7），用于与远程网络数据平台建立数据通讯；第一蓝牙通讯模块（8），用于与生理参数监护单元建立数据通讯，并接收用户当前状态下的用户生理参数；指令发送模块（63），基于训练方案或远程网络数据平台的比较分析结果，向高低氧发生装置发送控制指令；用于进行人机交互操作的人机交互界面（6）；和基于远程网络数据平台生理参数比较结果进行报警提示的报警模块（62）。
4.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于：所述远程网络数据平台（4）包括：基础信息录入模块（50），保存中央处理单元录入的用户基础信息；心电数据管理单元（52），用于获取和保存用户训练过程中心电数据；血氧饱和度数据管理单元（53），用于获取和保存用户在某一训练时刻的血氧饱和度数值；脑氧饱和度数据管理单元（54），用于获取和保存用户在某一训练时刻的脑氧饱和度数据；血压数据管理单元（55），用于获取和保存用户的血压数据；和呼吸频率管理单元（56），用于获取和保存用户训练过程中的呼吸频率；和报警警戒数据设定模块（51），设定生理参数的正常范围阈值；比较模块（58），基于生理参数正常范围阈值，对中央处理单元传输的实时生理参数进行比较，获得比较结果。
5.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置（2）包括：
空气入口（48）；制氧模块（15），用于制出氧气；制氮模块（22），用于制出氮气；第一质量流量控制器（17），基于预设流量值或外部控制指令，对制氧模块产生的氧气进行流量调整；第二质量流量控制器（24），基于预设流量值或外部控制指令，对制氮模块产生的氮气进行流量调整；气体混合单元；将制氧模块产生的氧气和制氮模块产生的氮气混合成符合训练要求的不同高低氧浓度的混合气体；和出气口（47）。
6.根据权利要求5所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置还包括用于控制气体流量的气体发生器控制器（26）；
所述气体发生器控制器（26）包括用于与中央处理单元(1)建立数据通讯的数据通讯模块；用于将当前制氧模块输出氧气的浓度与流量或当前高低氧发生装置输出混合气体的压力、流量、氧浓度值与预设标准值进行比较的比较分析模块；和基于比较结果，发出控制信号的控制信号发送模块。
7.根据权利要求6所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置还包括：设在混合气体单元和出气口（47）之间的混合气调压阀（29），用于对混合气体的压力进行调节控制；设在混合器调压阀（29）和出气口（47）之间的流量调节器（34），用于对混合气体的流量进行调节；设于混合器调压阀（29）和流量调节器（34）之间的压力传感器（30），用于测量混合气体的压力；设于混合器调压阀（29）和流量调节器（34）之间的第二氧浓度传感器（31），用于测量混合气体中氧气的浓度；设于混合器调压阀（29）和流量调节器（34）之间的第二流量传感器（32），用于测量混合气体中氧气的流量。
8.根据权利要求7所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置还包括：设于混合气调压阀和流量调节器之间的两位三通阀（33）。
9.根据权利要求8所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置进一步包括制氧模块辅助检测单元，该辅助检测单元包括：设置在制氧模块和气体发生器控制器之间的第一氧浓度传感器（19），用于检测制氧模块输出氧气的浓度；和设置在制氧模块和气体发生器控制器之间的第一流量传感器（20），用于检测制氧模块输出氧气的流量。
10.根据权利要求9所述的预适应训练系统，其特征在于，所述高低氧发生装置还包括：设在空气入口和制氧模块之间的第一空气过滤器（14），用于对输入装置的空气进行初步过滤；设于制氧模块和第一质量流量控制器之间的第一空气精滤器（16），用于进一步对初步制得氧气进行精滤处理；设于空气入口和制氮模块之间的第二空气过滤器（21），用于对输入装置的空气进行初步过滤；设于制氮模块和第二质量流量控制器之间的第二空气精滤器（23），用于进一步对初步制得的氮气进行精滤处理。
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