CN111199787A - 一种心肺功能评估训练装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种心肺功能评估训练装置及其试验方法，括硬件系统与软件系统，硬件系统包括心肺运动实验模块、有氧训练模块，及运动训练监护模块，软件系统包括患者信息采集模块、心肺运动实验数据采集及实验用运动踏车控制模块、心肺运动实验报告生成模块、训练用运动踏车控制模块、运动训练监护数据采集模块。本发明的有益效果为：设计合理，安全可靠，便于操作，可通过患者的静态生命体征信息与运动状态下测出的生命体征信息，并结合运动中肌肉乳酸的产生量综合评估患者运动受限的原因，为患者心肺功能康复出具训练处方，并联网控制训练设备心肺运动实验报告生成模块实现运动训练的目的。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种心肺功能评估训练装置及其试验方法。
背景技术
现如今随着社会的不断发展，人们的生活节奏也大大加快了，繁重的工作以及持续增加的生活压力使得越来越多的人忽视了自身的身体健康状况。根据目前已有的研究表明，因身体活动不足而导致的亚健康状态会诱发包括肥胖、糖尿病、高血压等一系列疾病，其所导致的死亡人数已经仅次于吸烟问题所产生的后果，成为了第二大人类非正常死亡原因。故而，人们需要加强身体活动，增强体质，但仅凭个人主观意愿盲目的提高身体活动量和运动强度，却难以达到预计的运动效果，甚至会导致一定的运动风险。因此，需要首先测试出人们当前的身体素质，才能在后续提供科学的运动与健身方法。
心肺功能泛指由循环系统通过肺呼吸和心脏活动推动血液循环向机体输送氧气和营养物质的能力，心肺功能状况与人们的生活质量甚至于生命密切相关。心肺功能障碍因为其高发病率正日益受到医学界的关注。如何准确判断病人心肺功能状态并加快患者康复已经成为保障和贴近民生的重大科技需求。
然而，当前关于大众健康领域心肺功能的研究及其普及程度仍无法满足迫切的应用需求。目前，已有的心肺功能测试系统测试成本过高、测试方法复杂，并且测试过程存在一定的风险性，市场中没有一种价格低廉、操作简便和准确有效的心肺功能测试系统适用于大众健康领域。此外，除去参与竞技体育的运动员或运动学研究专家，人们对心肺功能的了解甚微，对基于心肺功能的训练方法更是知之甚少。目前，医院进行运动心肺试验最常用的乳酸检测方法为气体检测，通过患者呼出气体中的二氧化碳和氧气含量估算乳酸阈值，此类方法准确度低，给患者心肺功能评估带来一定的困难。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种设计合理，便于操作，准确性高的心肺功能评估训练装置及其试验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供了一种心肺功能评估及训练装置，包括硬件系统与软件系统，所述硬件系统包括心肺运动实验模块、有氧训练模块，及运动训练监护模块，所述软件系统包括患者信息采集模块、心肺运动实验数据采集及实验用运动踏车控制模块、心肺运动实验报告生成模块、训练用运动踏车控制模块与运动训练监护数据采集模块，本发明还包括显示模块，患者佩戴遥测心电及血氧饱和度监测系统，监测数据传输至大屏幕显示器，所述显示模块实时显示多组患者的心率、及血氧信息，监测数据同时直接上传至软件系统，心率超过靶心率时软件系统调整功率踏车降低功率负荷，心率低于靶心率时软件系统控制功率踏车提高功率负载，血氧饱和度低于90%时运动训练系统停止工作，患者结束训练进行吸氧。
所述心肺运动实验模块包括肺功能仪、动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪、动态乳酸检测设备与实验用功率自行车；
所述有氧训练估模块包括可以由软件系统控制的多台上、下肢功率自行车、四肢联动训练车；
所述运动训练监护模块包括与软件系统联通的遥测心电及血氧监测设备。
所述患者信息采集及管理模块包括读卡器，读卡器用来读取患者医保卡中姓名、性别、年龄、身份证号等信息，并可手动录入患者身高、体重、疾病史等信息，需录入的信息也可以与医院his系统对接获取。
心肺运动实验模块可记录患者静息状态下测量的肺功能及血压、血氧、心率数据，控制功率自行车对患者进行心肺运动实验，并按照时间记录每一个时间点的血压、血氧、心率及肌肉中的乳酸数据。
心肺运动实验本报告生成模块可记录各个时间点的血压、血氧、心率及肌肉中的乳酸数据并记录在报告中，根据实验结果出具运动训练处方。
心肺运动实验模块包括心肺功能检测与心肺功能评估，心肺功能检测包括以下步骤：
（1）录入患者信息；
（2）患者静息状态下生命体征及肺功能检测；
（3）患者运动状态下生命体征检测及乳酸值检测；
心肺功能评估包括以下步骤：
（1）通过患者静息状态与运动状态下检测的数据进行评估，确定限制运动的原因；
（2）出具运动训练处方；
有氧训练模块包括以下步骤：
（1）读取患者信息；
（2）患者根据软件系统出具的运动训练处方在功率自行车或训练设备上进行训练。
运动训练监护模块包括以下步骤：
（1）运动训练前患者佩戴心率及血氧饱和度监护设备
（2）运动过程中使用动态血氧及心率监测设备监测患者生命体征，并根据心率及血氧饱和度变化自动调整有氧训练设备的功率。
患者信息通过读卡系统读入，包括患者姓名、性别、年龄与名族，并手动输入患者身高、体重与疾病史；
运动训练监护模块包括以下步骤：
（1）运动训练前患者佩戴心率及血氧饱和度监护设备；
（2）运动过程中使用动态血氧及心率监测设备监测患者生命体征，并根据心率及血氧饱和度变化自动调整有氧训练设备的功率。
患者静息状态下生命体征及肺功能检测包括以下步骤：
（1）患者穿戴好动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪探头及动态乳酸监测设备；
（2）监测设备与软件系统联通测量并记录患者生命体征数据，将数据传输至软件系统；
（3）患者静息状态下吹肺功能仪，测出的数据上传至软件系统。
患者运动状态的生命体征检测及乳酸值检测包括以下步骤：
（1）患者完成静息状态下生命体征及肺功能检测后静息3分钟；
（2）在无功率负荷、转速60转/分钟的功率自行车热身运动大于等于3分钟；
（3）根据性别、年龄、功能状态和疾病严重程度选择10-50W/min的功率递增速率进行症状限制性最大负荷运动；
（4）达到症状限制性最大负荷后进行大于等于5分钟的恢复运动，运动负荷2分钟内逐步降低至0负荷，病人在0负荷状态下恢复3分钟。
（5）在患者于功率自行车的运动过程中连续动态监测各项功能指标变化的数据，系统按照时间轴记录运动过程中动态心电数据、动态血压数据、血氧饱和度数据、乳酸浓度及踏车功率。
心肺运动试验停止的指征：
（1）运动中血压不升反降，下降超过基础静态血压20mmHg，系统自动报警，停止心肺运动试验；
（2）心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，系统触发报警，停止心肺运动试验；
（3）严重高血压，如收缩压大于200mmHg；
（4）心率达到亚极限最大心率，系统报警并停止试验；
（5）运动过程中患者血氧饱和度低于90%，则停止实验，让病人吸氧后重新开始实验。若吸氧后病人血氧饱和度仍低于90%则停止心肺运动实验。
（6）病人主观感受不能接受运动试验时，如出现头晕、眼花、眩晕严重气喘或力竭。
心肺功能评估模块在患者心肺功能检测后进行心肺功能的评估并出具运动处方，包括以下步骤：
运动过程中靶心率的确定：
若出现运动中血压不升反降，则记录血压下降时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
严重高血压，如收缩压大于200mmHg，记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
心率达到亚极限最大心率，则观察此时的乳酸浓度，如果乳酸浓度高于静息状态下的乳酸浓度，则记录乳酸值增高时的心率，运动处方中靶心率为此时心率，如果此时乳酸浓度未变化，则运动处方的靶心率为亚极限最大心率；
运动过程中患者血氧饱和度低于90%，则停止实验，让病人吸氧后重新开始实验。若吸氧后病人血氧饱和度仍低于90%则停止心肺运动实验运动处方中靶心率为吸氧后90%血氧饱和度时心率的80%。
病人主观感受不能接受运动试验时，如出现头晕、眼花、眩晕严重气喘或力竭，则记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%。
（2）系统通过出具运动训练处方，包括训练频率、训练时间、训练过程中是否需要吸氧与训练功率递增方式，及运动需要达到的靶心率。具体为：训练频率为每周3-4次，每次训练时间30min；若运动过程中血氧饱和度小于90%，则提示运动过程中需要吸氧，保证血氧饱和度在90%以上；训练中的功率递增按照最后一次运动试验的递增方式进行。
有氧训练模块的使用方法为：患者在训练设备旁读取信息卡，软件系统根据读卡信息中的卡号可自动调用软件系统中的训练处方，患者按照训练处方的功率进行踏车或其它上、下肢运动训练，运动过程中监测心率和血氧饱和度。
本装置包括显示模块，患者的心率、血压及血氧信息均可显示在屏幕，同时数据上传至软件系统，出现以下情况时停止训练：
（1）运动中血压不升反降，下降超过基础静态血压20mmHg；
（2）心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，系统触发报警，停止心肺运动试验；
（3）严重高血压，如收缩压大于200mmHg。
（4）血氧饱和度低于90%
本发明可通过患者静态与动态测出的心肺功能数据综合评估患者运动受限的原因，为患者心肺功能康复出具训练处方，能够准确地获取心肺功能评估值，可为患者制定针对性健身方案和评估锻炼健身效果提供科学参考依据，同时也可更有效地发挥运动器材的使用价值。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
本实施例是一种心肺功能评估训练装置，包括硬件系统与软件系统，硬件系统包括心肺运动实验模块以及有氧训练模块、训练运动监护模块，软件系统包括心肺功能评估模块，训练运动监护模块训练设备控制模块。心肺运动实验模块包括肺功能仪、动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪、动态乳酸检测设备及功率自行车或跑台；心肺功能评估模块包括静息生命体征采集以及按照时间轴采集的动态生命体征及乳酸数据采集。并根据采集的数据出具运动处方，评估服务器设置有读卡系统；有氧训练模块包括功率自行车等有氧训练设备。运动训练监护模块包括动态心电仪、血氧饱和度检测仪及大屏幕。出现以下情况时停止训练：（1）运动中血压不升反降，下降超过基础静态血压20mmHg；（2）心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，系统触发报警，停止有氧训练；（3）严重高血压，如收缩压大于200mmHg。（4）运动中血氧饱和度低于90%。
本发明还包括显示模块，患者的心率、血压及血氧信息均可显示在屏幕，显示模块可实时显示患者心率、血压以及血氧信息。
心肺运动实验包括以下步骤：
（1）录入患者信息，患者信息通过读卡系统读入，包括患者姓名、性别、年龄与名族，并手动输入患者身高、体重与疾病史；（2）患者静息状态下生命体征及肺功能检测；（3）患者运动状态下生命体征检测及乳酸值检测。
心肺功能评估包括以下步骤：（1）通过患者静息状态与运动状态下检测的数据进行评估；（2）出具运动训练处方；
有氧训练模块包括以下步骤：（1）读取患者信息；（2）设备调用软件系统中该患者的运动训练处方，功率自行车或训练设备根据处方中的功率递增方案和训练时间对患者进行训练。同时将训练时的数据传回至软件系统，最终可在软件系统中形成训练报告。
训练运动监护模块包括动态心电仪、血氧饱和度检测仪及大屏幕显示器患者运动过程中的心电和血氧饱和度信息传回至软件系统，并入训练报告中。
患者静息状态下生命体征及肺功能检测包括以下步骤：
（1）患者穿戴好动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪探头及动态乳酸监测设备；（2）穿戴设备与软件建立通讯，将静息状态下的数据传输至软件系统；（3）患者静息状态下吹肺功能仪，测出的数据上传至软件系统。
患者运动状态的生命体征及乳酸值监测包括以下步骤：（1）患者完成静息状态下生命体征及肺功能检测后静息3分钟；（2）在无功率负荷、转速60转/分钟的功率自行车热身运动大于等于3分钟；（3）根据性别、年龄、功能状态和疾病严重程度选择10-50W/min的功率递增速率进行症状限制性最大负荷运动；（4）达到症状限制性最大负荷后进行大于等于5分钟的恢复运动，运动负荷2分钟内逐步降低至0负荷，病人在0负荷状态下恢复3分钟。（5）在患者于功率自行车的运动过程中连续动态监测各项功能指标变化的数据，软 件系统按照时间轴记录运动过程中各时间点的动态心电数据、动态血压数据、血氧饱和度数据、乳酸浓度及踏车功率。
心肺运动试验停止的指征：（1）运动中血压不升反降，下降超过基础静态血压20mmHg，系统自动报警，停止心肺运动试验；（2）心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，系统触发报警，停止心肺运动试验；（3）严重高血压，如收缩压大于200mmHg；（4）心率达到亚极限最大心率，系统报警并停止试验；（6）病人主观感受不能接受运动试验时，如出现头晕、眼花、眩晕严重气喘或力竭。（7）运动过程中血氧饱和度低于90%。
心肺功能评估模块在患者心肺运动实验后根据采集的数据进行心肺功能的评估并出具运动处方，包括以下步骤：（1）运动过程中通过乳酸浓度与心率确定靶心率：
若出现运动中血压不升反降，则记录血压下降时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
心电图出现病理性Q波或者严重心律失常，记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
严重高血压，如收缩压大于200mmHg，记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%；
心率达到亚极限最大心率，则观察此时的乳酸浓度，如果乳酸浓度高于静息状态下的乳酸浓度，则记录乳酸值增高时的心率，运动处方中靶心率为此时心率，如果此时乳酸浓度未变化，则运动处方的靶心率为亚极限最大心率；
病人主观感受不能接受运动试验时，如出现头晕、眼花、眩晕严重气喘或力竭，则记录此时的心率，查看此时血液中乳酸浓度是否已经升高，如果乳酸值没有升高则运动处方中靶心率为此刻心率的80%，若乳酸浓度有升高，则运动处方中靶心率为乳酸浓度升高时心率的80%。
血氧饱和度低于90%时，如果出现血氧饱和度低于90%则要求患者停止运动实验，带上氧气面罩在吸氧后重新开始心肺运动实验，如果吸氧后运动过程中其血氧饱和度仍低于90%，则运动处方中靶心率为血氧饱和度降到90%时心率的80%。
（2）系统通过评估结果出具运动训练处方，包括训练频率、训练时间、训练过程中是否需要吸氧与训练功率递增方式及运动中的靶心率，具体为：训练频率为每周3次，每次训练时间30min；若运动过程中血氧饱和度小于90%，则提示运动过程中需要吸氧，保证血氧饱和度在90%以上；训练中的功率递增按照最后一次运动试验的递增方式进行，运动训练中要达到的靶心率。心肺功能训练模块的使用方法为：患者在训练设备旁读取信息卡，训练设备可自动调用评估系统中出具的训练处方，患者按照训练处方的功率进行踏车或其他上下肢运动训练，运动过程中可监测心率和血压饱和度。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种心肺功能评估及训练装置，包括硬件系统与软件系统，其特征在于，所述硬件系统包括心肺运动实验模块、有氧训练模块，及运动训练监护模块，所述软件系统包括患者信息采集模块、心肺运动实验数据采集及实验用运动踏车控制模块、训练用运动踏车控制模块与运动训练监护数据采集模块；
所述心肺运动实验模块包括肺功能仪、动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪、动态乳酸检测设备与实验用功率自行车；
所述有氧训练模块包括可以由软件系统控制的若干台四肢联动训练车；
所述运动训练监护模块包括与软件系统联通的遥测心电及血氧监测设备。
2.一种如权利要求1所述的心肺功能评估训练装置的试验方法，其特征在于，心肺运动实验模块包括心肺功能检测与心肺功能评估，心肺功能检测包括以下步骤：
（1）录入患者信息；
（2）患者静息状态下生命体征及肺功能检测；
（3）患者运动状态下生命体征检测及乳酸值检测；
心肺功能评估包括以下步骤：
（1）通过患者静息状态与运动状态下检测的数据进行评估，确定限制运动的原因；
（2）出具运动训练处方；
有氧训练模块包括以下步骤：
（1）读取患者信息；
（2）患者根据软件系统出具的运动训练处方在功率自行车或训练设备上进行训练;
运动训练监护模块包括以下步骤：
（1）运动训练前患者佩戴心率及血氧饱和度监护设备
（2）运动过程中使用动态血氧及心率监测设备监测患者生命体征，并根据心率及血氧饱和度变化自动调整有氧训练设备的功率。
3.根据权利要求2所述的心肺功能评估训练装置的试验方法，其特征在于，患者信息通过读卡系统读入，包括患者姓名、性别、年龄与名族，并手动输入患者身高、体重与疾病史，也可以与HIS系统对接获取以上信息；
患者静息状态下生命体征及肺功能检测包括以下步骤：
（1）患者穿戴好动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪探头及动态乳酸监测设备；
（2）动态心电仪、动态血压仪、血氧饱和度检测仪及动态乳酸监测设备与软件下系统连接，测量出患者生命体征数据，将数据传输至软件系统；
（3）患者静息状态下吹肺功能仪，测出的数据上传至软件系统。
4.根据权利要求2所述的心肺功能评估训练装置的试验方法，其特征在于，患者运动状态的生命体征检测及乳酸值检测包括以下步骤：
（1）患者完成静息状态下生命体征及肺功能检测后静息3分钟；
（2）在无功率负荷、转速60转/分钟的功率自行车热身运动大于等于3分钟；
（3）根据性别、年龄、功能状态和疾病严重程度选择10-50W/min的功率递增速率进行症状限制性最大负荷运动；
（4）达到症状限制性最大负荷后进行大于等于5分钟的恢复运动，运动负荷2分钟内逐步降低至0负荷，病人在0负荷状态下恢复3分钟;
（5）在患者于功率自行车的运动过程中连续动态监测各项功能指标变化的数据，系统按照时间轴记录运动过程中不同时间的动态心电数据、动态血压数据、血氧饱和度数据，乳酸浓度以及功率自行车负荷。
5.根据权利要求2所述的心肺功能评估训练装置的试验方法，其特征在于，心肺功能评估模块在患者心肺运动试验后进行心肺功能的评估并出具运动处方，包括以下步骤：
（1）运动过程中通过乳酸浓度、心率、血压、血氧的变化情况确定靶心率；
（2）根据患者情况出具运动训练处方，包括训练频率、训练时间、训练过程中是否需要吸氧与训练功率递增方式。
6.根据权利要求1所述的心肺功能评估训练装置，其特征在于，包括显示模块，所述显示模块实时显示多组患者的心率、及血氧信息。
7.根据权利要求2所述的心肺功能评估训练装置的试验方法，其特征在于，所述训练设备可为功率自行车等有氧训练设备，所述训练设备通过软件控制，与训练运动监护模块相连。
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