CN114259394A - 一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统，属于康复训练系统领域。该系统包括采集模块、信号处理与控制模块以及训练模块；采集模块用于采集用户生理参数和信息；信号处理与控制模块根据采集到的生理参数进行计算处理，并控制和调节其他各个模块；训练模块包含不同类型的康复训练模式，用于接收信号处理与控制模块的命令，执行训练的具体操作。本发明在实现预适应训练的基础上，还增加了肌肉训练和体外反搏训练，进一步提高了预适应训练系统的利用率，满足了用户多样化的康复训练需求，提高了用户的使用体验。
Description
技术领域
本发明属于康复训练系统领域，涉及心脑血管康复性技术领域，具体涉及一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统。
背景技术
预适应训练是一种由血流完全阻断而激发内源性保护的康复训练策略，以远程缺血预适应理论为基础，通过反复短暂地、无创伤地对人体局部肢体快速加压，造成局部肢体缺血再灌注，激发人体免疫系统的应急机制，产生和释放内源性保护物质，减轻和抵抗随后更长时间因为人体缺血缺氧造成的损伤。通过这种缺血性肢体训练，可以在一定程度上增强血管功能和改善心血管循环，作为心血管康复的无创治疗方法之一，对急慢性心血管疾病具有良好的干预效果。
然而面对不同的心血管疾病患者，目前市面上预适应训练仪的训练策略较为单一，难以满足患者多样化的康复训练需求。另外，不同体质、不同血管硬化程度的患者因训练耐受能力不同，在训练反复加压释压的过程中所需的训练强度也不同，但大部分预适应训练仪的释压方案是恒定不变的，限制了个性化训练的方法。与此同时，现有预适应训练的技术在训练方案调整上通常采用双臂血压差(IAD)为指标，而双臂被固定容易引发用户紧张、焦虑等情绪，造成血压值偏高以及心率偏快的影响，对于只需要进行单臂康复训练的用户而言，需要一种更适合的训练调整方法。伴随心血管康复无创治疗的进一步研究和发展，越来越多的心血管康复治疗策略应用于临床，并且在日常生活中进行推广。这些无创康复训练方法不仅在心血管治疗中发挥重要作用，在提高身体机能方面也表现出色。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统，在实现预适应训练的基础上，还增加了肌肉训练和体外反搏训练，进一步提高了预适应训练系统的利用率，满足用户多样化的康复训练需求，提高用户的使用体验。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统，包括采集模块，信号处理与控制模块以及训练模块；所述采集模块用于采集用户生理参数和信息；所述信号处理与控制模块根据采集到的生理参数进行计算处理，并控制和调节其他各个模块；所述训练模块包含不同类型的康复训练模式，用于接收信号处理与控制模块的命令，执行训练的具体操作。
进一步，所述采集模块包括用户信息采集模块、生理参数采集模块和报警模块；所述用户信息采集模块用于采集用户性别、年龄、身高和体重等信息；所述生理参数采集模块用于采集压力信号、脉搏波信号和心电信号；所述报警模块用于检测异常生理参数，及时报警并终止训练。
进一步，所述信号处理与控制模块包括中央处理器MCU、定时模块和计算处理模块；所述定时模块用于完成康复训练过程中不同模式的定时操作；所述计算处理模块包含信号放大模块和滤波模块，用于对采集到的生理信号进行放大和滤波处理，根据处理后的生理信号计算血压值、血流闭塞压、心率以及动脉弹性指数。
进一步，所述计算处理模块还包括检测模块，用于检测识别心电R波信号，推算心脏舒张期和收缩期。
进一步，所述训练模块包括预适应训练模式、肌肉训练模式和体外反搏训练模式；所述预适应训练模式是完全阻断上臂动静脉血流；所述肌肉训练模式是完全阻断上臂静脉血流，部分阻塞动脉血流；所述体外反搏训练模式是在心电信号周期内连续二级序贯加压释压。
进一步，所述训练模块还包括存储模块，用于存储预设充放气次数、时长、加压等级、释压速率和释压等级。
进一步，所述训练模块还包括语音模块，用于训练过程中指导用户执行训练动作。
2、一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统的基于脉搏波节律释压方法，具体包括以下几个步骤：
S1：计算处理模块对采集到的压力信号和脉搏波信号进行放大处理和滤波处理；
S2：计算处理模块利用识别算法进行脉搏波峰值特征点提取并构成包络线，确定最大脉搏波峰值Am；
S3：根据包络线对应实时袖带压力，计算收缩压、舒张压、平均压、血流闭塞压、心率和动脉弹性指数ASI；
S4：根据血流闭塞压进行充气阈值划分，确定不同训练周期内加压等级；
S5：基于不同范围的心率值选择释压速率，基于不同程度的ASI指数选择释压等级，基于释压速率和释压等级最终确定释压波形；
S6：训练模块执行具体的加释压操作。
进一步，步骤S2具体包括：采用阈值法根据采样点序列从前往后遍历，依次识别脉搏波峰值特征点，确定最大脉搏波峰值Am，采用高斯拟合方法对振荡脉搏波峰值序列进行拟合并构成包络线。
进一步，步骤S3具体包括：采用比例系数法计算收缩压、舒张压和平均压，将脉搏波幅值与包络线最大脉搏波峰值进行比较并做归一化处理，对应幅值之间的比例关系应满足：
Ks＝As/Am
Kd＝Ad/Am
其中，Ks为收缩压归一化系数，Kd为舒张压归一化系数，As为收缩压对应的脉搏波幅值，Am为平均压对应的脉搏波幅值，Ad为舒张压对应的脉搏波幅值；
采用血流闭塞压确定方式在收缩压的基础上另加30-40mmHg，心率的计算方法为：
其中，HR为心率，SR为采样率，SP2为相邻脉搏波峰值点的后采样点对应位置，SP1为相邻脉搏波峰值点的前采样点对应位置；
动脉弹性指数ASI确定方式为：
ASI＝α(P2-P1)
其中，α为动脉弹性系数，P2为包络线中0.8*Am幅值对应的高袖带压，P1为包络线中0.8*Am幅值对应的低袖带压，Am为平均压对应的脉搏波幅值。
本发明的有益效果在于：本发明系统对市场上现有的预适应训练产品的训练策略做了进一步改进，增加了肌肉训练模式和体外反搏训练模式，可以在做到心血管康复训练的基础上，可以进一步改善肌肉萎缩症状，提高心肌血流灌注，预防冠心病和动脉粥样硬化性疾病，满足了不同患者的康复需求。同时，本发明还提供了一种基于脉搏波节律释压方法，可以根据单臂训练生理参数判断动脉弹性，并结合心率参数自适应释压，满足了个性化调整训练强度的需要，增强了康复训练效果，提高了用户的使用体验。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明预适应训练系统的结构图；
图2为本实施例的训练模块结构图；
图3为本发明一种综合康复训练策略的流程图；
图4为本发明基于脉搏波节律的释压方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，图1为一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统，包括采集模块，信号处理与控制模块、训练模块、电源模块和APP模块。其中，
采集模块用于采集用户生理参数和信息，包括用户信息采集模块、生理参数采集模块和报警模块；用户信息采集模块通过APP模块进行输入，包括但不限于用户的性别、年龄、身高、体重等信息；生理参数采集模块用于采集压力信号、脉搏波信号和心电信号，包括A/D转换部分，将生理参数值转换成能够识别的数字信号；报警模块通过检测异常生理参数，及时报警并终止训练。
信号处理与控制模块根据采集到的生理参数进行计算处理，并控制和调节其他各个模块，包括中央处理器MCU、定时模块和计算处理模块；定时模块用于完成不同康复训练模式的定时操作；计算处理模块用于对采集到的同步袖带气囊压力信号和振荡脉搏波信号依次进行放大处理和滤波处理，并计算得出收缩压、舒张压、平均压、血流闭塞压、心率和动脉弹性指数，根据检测识别算法进行心电R波信号的识别，推算心脏舒张期和收缩期。
训练模块，包括不同类型的康复训练模式，用于接收信号处理与控制模块的命令，执行训练的具体操作；还包括存储模块，用于存储预设充放气次数、时长、加压等级、释压速率和释压等级；还包括语音模块，用于训练中指导用户执行训练动作。
电源模块包括电池和供电保护装置，对电流、电压和电源电量进行管理，以保证预适应训练系统工作正常。若是实时电流和电压值超过正常工作电压，或者电池电量低于正常工作电量，则发送报警情况至信号处理与控制模块，调用报警模块提醒用户做出相应预防工作。
图2为本实施例训练模块结构图，在训练模块中，还包括窄袖带和两段式加压袖带。窄袖带用于肌肉训练模式，提高单臂训练灵活度；两段式加压袖带用于体外反搏训练模式，包括上臂加压袖带和下臂加压袖带；上臂加压袖带和窄袖带通过第一管路与连通器相连；下臂加压袖带通过第二管路与连通器相连；第一管路和第二管路上分别设有上电磁阀和下电磁阀；连通器还连接气泵、释压阀以及传感器。
其中，两段式加压袖带中，上臂加压袖带和下臂加压袖带分别设有不同的佩戴标识，避免用户在佩戴过程中出现错误。
图3为本发明一种综合康复训练策略的流程图，作为一个具体的实施例，训练模块包含了三种康复训练模式：
预适应训练模式：采用上臂加压袖带，根据血流闭塞压获取加压等级，用于完全阻断上臂动脉和静脉血流，根据心率以及动脉弹性指数确定释压速率和释压等级，每次加压释压过程中，压力传感器将采集到的压力数据发送给信号处理与控制模块进行充放气控制，完成预设充气次数与时长后结束训练。
肌肉训练模式：采用窄袖带，根据40％-80％血流闭塞压获取不同加压等级，用于完全阻断上臂静脉血流，部分阻塞动脉血流，根据心率以及动脉弹性指数确定释压速率和释压等级，每次训练过程中，压力传感器将采集到的压力数据发送给信号处理与控制模块进行充放气控制，调用语音模块对用户进行训练动作指导，包括但不限于握拳、负重、牵拉等动作，完成预设充气次数和时长后结束训练。
体外反搏训练模式：采用两段式加压袖带，加压释压时间基于周期性心电R波信号，以50ms时序差在舒张期实施由远到近连续二级序贯加压，在收缩期同步快速放气，改善血流灌注，降低心脏射血后负荷，每次加压释压过程中，压力传感器将采集到的压力数据发送给信号处理与控制模块进行充放气控制，完成预设充气次数和时长后结束训练。
图4为本发明基于脉搏波节律的释压方法流程图，本发明另一方面的实施例中还提供了一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统基于脉搏波节律释压方法，包括以下步骤：
S1：计算处理模块对采集到的压力信号和脉搏波信号进行放大处理和滤波处理。
其中，压力传感器采集到的信号包含袖带气囊压力信号和振荡脉搏波信号两部分，经过放大电路处理后，信号分别经过低通滤波电路和带通滤波电路，对应得到压力信号以及脉搏波信号，使用IIR线性滤波器对脉搏波信号进行数字滤波处理，便于接下来峰值特征点识别和提取。
S2：计算处理模块利用识别算法进行脉搏波峰值特征点提取并构成包络线，确定最大脉搏波峰值Am。
具体的，采用阈值法根据采样点序列从前往后遍历，依次识别脉搏波峰值特征点，确定最大脉搏波峰值Am，采用高斯拟合方法对振荡脉搏波峰值序列进行拟合并构成包络线。
S3：根据包络线对应实时袖带压力，计算收缩压、舒张压、平均压、血流闭塞压、心率和动脉弹性指数ASI。
具体的，采用比例系数法计算收缩压、舒张压和平均压，将脉搏波幅值与包络线最大脉搏波峰值进行比较并做归一化处理，对应幅值之间的比例关系应满足：
Ks＝As/Am
Kd＝Ad/Am
其中，Ks为收缩压归一化系数，Kd为舒张压归一化系数，As为收缩压对应的脉搏波幅值，Am为平均压对应的脉搏波幅值，Ad为舒张压对应的脉搏波幅值；
采用血流闭塞压确定方式在收缩压的基础上另加30-40mmHg，心率的计算方法为：
其中，HR为心率，SR为采样率，SP2为相邻脉搏波峰值点的后采样点对应位置，SP1为相邻脉搏波峰值点的前采样点对应位置；
动脉弹性指数ASI确定方式为：
ASI＝α(P2-P1)
其中，α为动脉弹性系数，P2为包络线中0.8*Am幅值对应的高袖带压，P1为包络线中0.8*Am幅值对应的低袖带压，Am为平均压对应的脉搏波幅值。
S4：根据血流闭塞压进行充气阈值划分，确定不同训练周期内加压等级。
预适应训练模式和体外反搏训练模式的加压等级为血流闭塞压，肌肉训练模式的加压等级根据用户训练需求分为3种，加压值分别为40％血流闭塞压、60％血流闭塞压和80％血流闭塞压。
S5：基于不同范围的心率值选择释压速率，基于不同程度的ASI指数选择释压等级，基于释压速率和释压等级最终确定释压波形。
释压速率根据心率快慢进行调整，心率越快释压速率越快；释压等级根据ASI指数进行调整，ASI指数越高，释压强度越低，基于不同ASI指数确定释压等级方案如表1所示：
表1不同血管硬化程度下释压等级
其中，G0等级的释压强度为完全释压；G1和G2等级的释压强度包含完全释压以及基于舒张压释压，但训练周期内基于舒张压释压次数有所不同；G3等级的释压强度包含完全释压、基于舒张压释压以及基于平均压释压。
S6：训练模块执行具体的加释压操作。
其中，加释压操作利用PWM脉宽调制技术，通过设定不同的占空比控制气泵和电磁阀根据确定的加压等级、释压速率和释压等级进行相应的充放气操作。
本发明对市场上现有的预适应训练产品的训练策略做了进一步改进，增加了肌肉训练模式和体外反搏训练模式，可以在做到心血管康复训练的基础上，进一步改善肌肉萎缩症状，提高心肌血流灌注，预防冠心病和动脉粥样硬化性疾病，满足了不同患者的康复需求。同时，本发明提供的一种智能释压方法可以根据单臂训练生理参数判断动脉弹性，结合心率参数自适应释压，做到了个性化康复治疗，提高了用户的使用体验。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种具有综合康复训练策略的预适应训练系统，其特征在于，该系统包括采集模块，信号处理与控制模块以及训练模块；所述采集模块用于采集用户生理参数和信息；所述信号处理与控制模块根据采集到的生理参数进行计算处理，并控制和调节其他各个模块；所述训练模块包含不同类型的康复训练模式，用于接收信号处理与控制模块的命令，执行训练的具体操作。
2.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述采集模块包括用户信息采集模块、生理参数采集模块和报警模块；所述用户信息采集模块用于采集用户性别、年龄、身高和体重；所述生理参数采集模块用于采集压力信号、脉搏波信号和心电信号；所述报警模块用于检测异常生理参数，及时报警并终止训练。
3.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述信号处理与控制模块包括中央处理器MCU、定时模块和计算处理模块；所述定时模块用于完成康复训练过程中不同模式的定时操作；所述计算处理模块包含信号放大模块和滤波模块，用于对采集到的生理信号进行放大和滤波处理，根据处理后的生理信号计算血压值、血流闭塞压、心率以及动脉弹性指数。
4.根据权利要求3所述的预适应训练系统，其特征在于，所述计算处理模块还包括检测模块，用于检测识别心电R波信号，推算心脏舒张期和收缩期。
5.根据权利要求1所述的预适应训练系统，其特征在于，所述训练模块包括预适应训练模式、肌肉训练模式和体外反搏训练模式；所述预适应训练模式是完全阻断上臂动静脉血流；所述肌肉训练模式是完全阻断上臂静脉血流，部分阻塞动脉血流；所述体外反搏训练模式是在心电信号周期内连续二级序贯加压释压。
6.根据权利要求5所述的预适应训练系统，其特征在于，所述训练模块还包括存储模块，用于存储预设充放气次数、时长、加压等级、释压速率和释压等级。
7.根据权利要求6所述的预适应训练系统，其特征在于，所述训练模块还包括语音模块，用于训练过程中指导用户执行训练动作。
8.适用于权利要求1～7中任意一项所述预适应训练系统的基于脉搏波节律释压方法，其特征在于，该方法具体包括以下几个步骤：
S1：计算处理模块对采集到的压力信号和脉搏波信号进行放大处理和滤波处理；
S2：计算处理模块利用识别算法进行脉搏波峰值特征点提取并构成包络线，确定最大脉搏波峰值Am；
S3：根据包络线对应实时袖带压力，计算收缩压、舒张压、平均压、血流闭塞压、心率和动脉弹性指数ASI；
S4：根据血流闭塞压进行充气阈值划分，确定不同训练周期内加压等级；
S5：基于不同范围的心率值选择释压速率，基于不同程度的ASI指数选择释压等级，基于释压速率和释压等级最终确定释压波形；
S6：训练模块执行具体的加释压操作。
9.根据权利要求8所述的基于脉搏波节律释压方法，其特征在于，步骤S2具体包括：采用阈值法根据采样点序列从前往后遍历，依次识别脉搏波峰值特征点，确定最大脉搏波峰值Am，采用高斯拟合方法对振荡脉搏波峰值序列进行拟合并构成包络线。
10.根据权利要求8所述的基于脉搏波节律释压方法，其特征在于，步骤S3具体包括：采用比例系数法计算收缩压、舒张压和平均压，将脉搏波幅值与包络线最大脉搏波峰值进行比较并做归一化处理，对应幅值之间的比例关系应满足：
Ks＝As/Am
Kd＝Ad/Am
其中，Ks为收缩压归一化系数，Kd为舒张压归一化系数，As为收缩压对应的脉搏波幅值，Am为平均压对应的脉搏波幅值，Ad为舒张压对应的脉搏波幅值；
采用血流闭塞压确定方式在收缩压的基础上另加30-40mmHg，心率的计算方法为：
其中，HR为心率，SR为采样率，SP2为相邻脉搏波峰值点的后采样点对应位置，SP1为相邻脉搏波峰值点的前采样点对应位置；
动脉弹性指数ASI确定方式为：
ASI＝α(P2-P1)
其中，α为动脉弹性系数，P2为包络线中0.8*Am幅值对应的高袖带压，P1为包络线中0.8*Am幅值对应的低袖带压。
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