CN116983521B - 基于气体监测的智能呼吸辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及呼吸辅助设备技术领域,尤其涉及一种基于气体监测的智能呼吸辅助系统,包括用以辅助用户呼吸的呼吸辅助模块,用以辅助用户执行预设动作的运动辅助模块,用以监测若干数据的监测模块,用以通过预设统一策略调节呼吸辅助模块或运动辅助模块的工作参数的调节模块以及用以存储所述用户的体征数据和评价数据集的数据存储模块;本发明通过体征数据、呼吸数据和运动数据对呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节,能够实现呼吸辅助和运动辅助同时进行,且能够根据用户自身的体征数据匹配合适的运动幅度和持续时间,能够在实现有效运动和呼吸辅助的同时提升辅助舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸辅助设备技术领域,尤其涉及一种基于气体监测的智能呼吸辅助系统。
背景技术
呼吸辅助系统是一种用于治疗呼吸功能障碍的设备,广泛应用于医疗领域。传统的呼吸辅助系统通常提供固定的气体流量和成分,无法根据患者的实际体征进行调整。这导致了一些问题,包括治疗效果不佳、患者的舒适度下降以及治疗过程中的不适应。
中国专利授权公告号:CN109963608B公开了一种呼吸辅助装置,其特征在于,具有:呼吸接口装置,装戴于使用者,对气体进行接收和发送;气体温度测量部,测量气体的温度即气体温度;升温部,使气体升温;温度变动部,通过控制升温部使气体温度变动。由此,在睡眠时也能够舒适地实施呼吸辅助。
随着技术发展,如上述的呼吸辅助系统,已经能够实现较好的患者舒适度,但缺乏呼吸和运动辅助的同时进行,例如急性脑梗死等神经外科患者,其仅仅进行呼吸的辅助是不够的,在进行呼吸辅助的同时对肢体的有效运动能够有效提高术后恢复效果,且对呼吸辅助和运动辅助的参数匹配能够有效提高患者的舒适度。
可见,上述装置存在以下问题:未考虑到对运动和呼吸的监测以同时实现呼吸辅助和运动辅助,进而不能有效保证辅助舒适性。
发明内容
为此,本发明提供一种基于气体监测的智能呼吸辅助系统,用以克服现有技术中未考虑到对运动和呼吸的监测以同时实现呼吸辅助和运动辅助,进而不能有效保证辅助舒适性的问题。
为实现上述目的,本发明提供一种基于气体监测的智能呼吸辅助系统,包括:
呼吸辅助模块,其用以辅助用户呼吸;
运动辅助模块,其与所述呼吸辅助模块连接,用以辅助用户执行预设动作;
监测模块,其分别与所述呼吸辅助模块和所述运动辅助模块连接,包括用以采集呼吸数据的气体监测单元、用以采集运动数据的运动监测单元;
调节模块,其分别与所述呼吸辅助模块、所述运动辅助模块和所述监测模块连接,用以通过预设统一策略调节呼吸辅助模块或运动辅助模块的工作参数;
数据存储模块,其与所述调节模块连接,用以存储所述用户的体征数据和评价数据集;
其中,所述呼吸数据包括呼吸速率以及若干呼吸相关参数,所述运动数据包括肌肉动力和肌肉乳酸含量,所述体征数据包括标准肌肉动力、标准呼吸速率和营养摄入量,所述运动辅助模块的工作参数包括运动幅度和输出动力,所述呼吸辅助模块的工作参数包括辅助呼吸速率和供氧量;
所述预设统一策略为所述调节模块控制所述呼吸辅助模块与所述运动辅助模块同时运行并根据所述体征数据、所述呼吸数据和所述运动数据对所述呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节。
进一步地,所述运动辅助模块和所述呼吸辅助模块分别设有自适应动力调节模式和自适应呼吸调节模式;
其中,所述自适应动力调节模式为所述运动辅助模块根据用户任一时刻的肌肉动力对所述输出动力进行自适应调节致使用户能够完成所述预设动作,且肌肉动力与输出动力之和等于完成预设动作的预设动力;
所述自适应呼吸调节模式为所述呼吸辅助模块持续根据所述运动辅助模块的工作参数和所述运动数据对辅助呼吸速率和供氧量进行微调。
进一步地,所述调节模块根据所述体征数据确定初始运行状态;
所述初始运行状态为呼吸辅助模块以所述标准呼吸速率工作,运动辅助模块以第一运动幅度工作;
所述第一运动幅度与所述标准肌肉动力和所述营养摄入量成正相关。
进一步地,所述调节模块确定初始阶段时长,在初始阶段时长结束后生成评价数据集,并将评价数据集存储于所述数据存储模块;
其中,所述初始阶段时长为所述初始运行状态的持续时间,初始阶段时长与所述第一运动幅度成负相关,且不同运动幅度持续对应的初始阶段时长后能量消耗等于所述营养摄入量对应的转换能量值;
所述评价数据集包括初始阶段时长中用户的肌肉动力极差、呼吸节律表征值和呼吸速率极差。
进一步地,所述调节模块在经所述初始阶段时长后,在正常数据水平下判定是否进入进阶运行状态;
若主动运动占比大于等于预设比值,所述调节模块判定进入进阶运行状态;
若所述主动运动占比小于预设比值,所述调节模块判定运动辅助模块停止运行;
其中,所述正常数据水平满足所述评价数据集中的任一参数均处于参数对应的标准区间,所述进阶运行状态为所述运动辅助模块以第二运动幅度工作,所述主动运动占比为用户的肌肉动力与所述预设动力的比值;
所述第二运动幅度大于所述第一运动幅度且其增量与所述主动运动占比成正相关。
进一步地,所述呼吸辅助模块在所述进阶运行状态下根据所述第二运动幅度和用户的肌肉动力调节辅助呼吸速率和供氧浓度;
其中,所述供氧浓度和所述第二运动幅度成正相关且小于预设供氧浓度阈值,所述辅助呼吸速率设有机动调节策略;
所述机动调节策略包括,所述气体监测单元持续获取用户的呼吸节律表征值,在呼吸节律表征值超出所述标准区间时根据执行所述预设动作的部位的肌肉乳酸含量对辅助呼吸速率进行调节。
进一步地,所述调节模块在预设条件下判定所述进阶运行状态结束并停止所述运动辅助模块的运行;
所述预设条件满足执行所述预设动作的部位的肌肉乳酸含量大于预设含量或主动运动占比小于所述预设比值。
进一步地,所述调节模块在进阶运行状态结束后生成肌肉动力变化曲线和呼吸数据曲线对运行效果进行评价,并生成修正评价数据集对所述评价数据集的若干参数进行覆盖,用户下一次进入进阶运行状态时以修正评价数据集作为新的评价数据集;
所述肌肉动力变化曲线横坐标为时间,纵坐标为肌肉动力,所述呼吸数据曲线的横坐标为时间,纵坐标为呼吸速率,所述修正评价数据集包括的参数与评价数据集相同。
进一步地,所述调节模块在进行所述初始运行状态或所述进阶运行状态的任一时刻获取呼吸数据,在满足预设终止条件时停止所述运动辅助模块;
所述预设终止条件满足呼吸数据中的任意一项参数超出参数对应的标准区间。
进一步地,所述数据存储模块周期性对所述体征数据进行更新。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于,通过调节模块控制呼吸辅助模块与运动辅助模块同时运行并根据体征数据、呼吸数据和运动数据对呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节,能够实现呼吸辅助和运动辅助同时进行,且能够根据用户自身的体征数据匹配合适的运动幅度和持续时间,能够在实现有效运动和呼吸辅助的同时提升辅助舒适性。
进一步地,本发明运动辅助模块和所述呼吸辅助模块分别设有自适应动力调节模式和自适应呼吸调节模式,能够根据用户自身的肌肉动力有效的适配不同的动力,使不同肌肉动力都能够实现预设动作,对于肌肉动力较差的用户也能够有效的对运动部位进行活动,进一步提升了辅助舒适性。
进一步地,本发明调节模块根据体征数据确定初始运行状态,用户的标准肌肉动力越高,能实现的动作幅度越大,且营养摄入量越多,能实现的运动幅度也相对越大,对运动幅度的确定能够有效提高对摄入能量的利用,有效避免用户摄入营养后因缺少运动造成的食滞、积食现象,进一步提升了辅助舒适性。
进一步地,本发明通过对初始阶段时长的判定,能够使不同用户均能达到对应的辅助效果,进一步提升了辅助舒适性。
进一步地,本发明评价数据集能够有效表征运动和呼吸稳定性,若用户在初始阶段的运动和呼吸不稳定,即说明不能进入进阶运行状态,有效避免了潜在风险。
进一步地,通过对主动运动占比的确定,能够对用户的肌肉动力进行有效筛分,若主动运动占比过低,即说明无法有效实现进阶运行状态的运行效果,初始运行状态的运动和呼吸辅助已经达到用户的辅助目标,进一步提升了辅助舒适性。
进一步地,本发明进阶运行状态的运动幅度相对于初始运行状态更大,若用户的各项参数稳定且肌肉动力充足,即说明能够适应更大运动幅度的运动辅助,且若运动幅度增大到一定水平,运动部位耗氧量较高,存在供氧水平欠佳的情况,通过供氧浓度的调节,可以使用户有更优的使用体验,且当呼吸不稳定即呼吸节律表征值超出对应标准区间时,通过对辅助呼吸速率的调节能够辅助用户进行稳定呼吸,进一步提高了辅助舒适性。
进一步地,当运动部位乳酸含量较高或主动运动占比较低时即说明用户不能有效继续进行进阶运行状态,即停止进阶运行状态,通过对运动部位乳酸含量的监测进一步提高了辅助舒适性。
进一步地,用户的体征数据和评价数据随着体能的变化逐渐变化,根据当前次运行对下一次运行的评价数据集进行覆盖,进一步提高了辅助舒适性,且生成的曲线能够应用于相关人员对用户的进一步分析,并制定更优更具针对性的恢复方案。
进一步地,本发明通过收集用户的呼吸数据和运动数据,系统能够根据用户的实际情况进行个性化的调节。这样的设计使得每一位用户都可以得到最适合自己的呼吸和运动辅助,从而提高效果并减少潜在的风险。
进一步地,本发明通过设置监测模块,系统不仅可以监测用户的呼吸数据,也可以监测用户的运动数据。这样的设计使得系统能够全方位地监测用户的状态,从而更准确地提供辅助。
进一步地,本发明通过运动辅助模块的自适应动力调节模式,系统能够根据用户的实际肌肉动力进行动力调节。这样的设计使得用户可以更轻松地完成预设动作,从而提高用户的舒适度和运动效果。
进一步地,本发明通过调节模块,系统能够根据实时的监测数据进行动态的调整。这样的设计使得系统可以在运行过程中适应用户的变化,从而提高系统的使用效果和用户的舒适度。
进一步地,本发明通过生成肌肉动力变化曲线和呼吸数据曲线,系统能够为用户提供有关运动和呼吸的实时反馈。这样的设计使得用户可以更好地了解自己的状态,也使得系统可以根据反馈进行实时调整。
进一步地,本发明通过预设终止条件,系统能够在满足一定条件时停止运动辅助模块,保障用户的安全。这样的设计使得系统在提供辅助的同时,也充分考虑到了用户的安全。
进一步地,本发明通过评价运行效果并对初始运行状态进行修正,系统能够不断优化自己的运行参数,以达到更好的辅助效果。这样的设计使得系统能够持续提供更优质的服务。
附图说明
图1为本发明基于气体监测的智能呼吸辅助系统的结构示意图;
图2为本发明实施例的呼吸速率曲线;
图3为本发明实施例的肌肉动力变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白,下面结合实施例对本发明作进一步描述;应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述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,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,还需要说明的是,在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示,其为本发明基于气体监测的智能呼吸辅助系统的结构示意图,基于气体监测的智能呼吸辅助系统包括:
呼吸辅助模块,其用以辅助用户呼吸;
运动辅助模块,其与呼吸辅助模块连接,用以辅助用户执行预设动作;
监测模块,其分别与呼吸辅助模块和运动辅助模块连接,包括用以采集呼吸数据的气体监测单元、用以采集运动数据的运动监测单元;
调节模块,其分别与呼吸辅助模块、运动辅助模块和监测模块连接,用以通过预设统一策略调节呼吸辅助模块或运动辅助模块的工作参数;通过调节模块控制呼吸辅助模块与运动辅助模块同时运行并根据体征数据、呼吸数据和运动数据对呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节,能够实现呼吸辅助和运动辅助同时进行,且能够根据用户自身的体征数据匹配合适的运动幅度和持续时间,能够在实现有效运动和呼吸辅助的同时提升辅助舒适性。
可以理解的是,本发明呼吸辅助系统是一种运动呼吸保健器材,本呼吸辅助系统用户在使用时不应对用户造成损害,特别的,在康复阶段的用户应遵循医嘱进行选择使用方法,在此不再赘述。
数据存储模块,其与调节模块连接,用以存储用户的体征数据和评价数据集;
其中,呼吸数据包括呼吸速率以及若干呼吸相关参数,运动数据包括肌肉动力和肌肉乳酸含量,体征数据包括标准肌肉动力、标准呼吸速率和营养摄入量,运动辅助模块的工作参数包括运动幅度和输出动力,呼吸辅助模块的工作参数包括辅助呼吸速率和供氧量;
可以理解的是,标准肌肉动力和标准呼吸速率为用户进行辅助前在休息状态下的肌肉动力和呼吸速率,不同用户的标准肌肉动力和标准呼吸速率不同,营养摄入量为过去固定时段内的营养摄入量。
预设统一策略为调节模块控制呼吸辅助模块与运动辅助模块同时运行并根据体征数据、呼吸数据和运动数据对呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节。通过收集用户的呼吸数据和运动数据,系统能够根据用户的实际情况进行个性化的调节。这样的设计使得每一位用户都可以得到最适合自己的呼吸和运动辅助,从而提高效果并减少潜在的风险。
可以理解的是,呼吸辅助模块和运动辅助模块的功能现有技术能够轻易实现,其可以为能实现本发明功能限定的任一设备,故不赘述。
可选的,本发明呼吸辅助模块包括定容型呼吸机和便携式呼吸机,分别适配于用户不同预设动作对应的应用场景,运动辅助模块为实现预设动作的若干运动辅助仪器,其安装有若干压力传感器以对用户的肌肉动力进行监测和反馈,气体监测单元安装于呼吸机内,其能够采集呼吸辅助过程中的若干参数,运动监测单元包括上述若干压力传感器和安装在运动部位的乳酸含量传感器。
可选的,乳酸含量传感器为可穿戴式乳酸传感器,通过实时测量汗液中乳酸的浓度采集乳酸含量。
优选的,若干呼吸相关参数包括肺活量、呼出气体湿度、呼吸气体温度、呼气末正压、心率、血氧饱和度和呼出气体组成中的至少三种。
可选的,预设动作根据用户需要辅助运动的部位确定,其可以为以下动作中的任意一种,且运行过程中预设动作能够变化以对多部位依次进行辅助运动。
步态训练:设备:步态训练机器人(如Lokomat)。
动作:通过机器人辅助下进行步行训练,恢复下肢功能。
上肢康复动作:
设备:上肢康复机器人(如Armeo Power)。
动作:通过机器人辅助下进行上肢运动,促进手臂和手部功能的康复。
平衡和协调动作:
设备:平衡板、平衡球、步态训练机器人等。
动作:进行平衡和协调练习,如单腿站立、平衡移动等,以提高平衡能力和协调性。
肌力动作:
设备:康复训练器(如康复健身器材、弹力带等)。
动作:使用康复训练器进行肌肉力量练习,针对特定肌群进行锻炼。
柔韧性动作:
设备:拉力带、伸展器等。
动作:进行伸展和柔韧性训练,以增加肌肉和关节的灵活性。
平行杠动作:
设备:平行杠、辅助器具(如平行杠助行器)。
动作:通过平行杠进行上肢和下肢的支撑和训练,有助于提高肌肉力量和平衡能力。
具体而言,运动辅助模块和呼吸辅助模块分别设有自适应动力调节模式和自适应呼吸调节模式;
其中,自适应动力调节模式为运动辅助模块根据用户任一时刻的肌肉动力对输出动力进行自适应调节致使用户能够完成预设动作,且肌肉动力与输出动力之和等于完成预设动作的预设动力;
自适应呼吸调节模式为呼吸辅助模块持续根据运动辅助模块的工作参数和运动数据对辅助呼吸速率和供氧量进行微调。运动辅助模块和呼吸辅助模块分别设有自适应动力调节模式和自适应呼吸调节模式,能够根据用户自身的肌肉动力有效的适配不同的动力,使不同肌肉动力都能够实现预设动作,对于肌肉动力较差的用户也能够有效的对运动部位进行活动,进一步提升了辅助舒适性。
可以理解的是,预设动力根据预设动作的变化随时变化,且预设动力是确定量。
具体而言,调节模块根据体征数据确定初始运行状态;
初始运行状态为呼吸辅助模块以标准呼吸速率工作,运动辅助模块以第一运动幅度工作;
第一运动幅度与标准肌肉动力和营养摄入量成正相关。调节模块根据体征数据确定初始运行状态,用户的标准肌肉动力越高,能实现的动作幅度越大,且营养摄入量越多,能实现的运动幅度也相对越大,对运动幅度的确定能够有效提高对摄入能量的利用,有效避免用户摄入营养后因缺少运动造成的食滞、积食现象,进一步提升了辅助舒适性。
在实施中,第一运动幅度与预设动作对应关节的运动角度有关,且对于单个预设动作,其对应一个第一运动幅度,其可以设置为一个角度。
实施例1,通过膳食分析确定某用户在4h内摄入的营养包括
能量(kcal):300-500kcal;
碳水化合物(g):50-70g;
蛋白质(g):15-25g;
脂肪(g):5-15g;
膳食纤维(g):≥5g;
钙(mg):200-300mg;
铁(mg):5-10mg;
维生素C(mg):30-50mg;
叶酸(μg):150-200μg;
标准肌肉动力为150-250N,设定预设浓度为4mmol/L。
呼吸数据:16-20次/分,氧气浓度控制在28-32%。
确定初始运行状态为呼吸速率18次/分,氧气浓度30%,初始运动幅度为手臂上抬45°。
具体而言,调节模块确定初始阶段时长,在初始阶段时长结束后生成评价数据集,并将评价数据集存储于数据存储模块;
其中,初始阶段时长为初始运行状态的持续时间,初始阶段时长与第一运动幅度成负相关,且不同运动幅度持续对应的初始阶段时长后能量消耗等于营养摄入量对应的转换能量值;对初始阶段时长的判定,能够使不同用户均能达到对应的辅助效果,进一步提升了辅助舒适性。
评价数据集包括初始阶段时长中用户的肌肉动力极差、呼吸节律表征值和呼吸速率极差。评价数据集能够有效表征运动和呼吸稳定性,若用户在初始阶段的运动和呼吸不稳定,即说明不能进入进阶运行状态,有效避免了潜在风险。
可以理解的是,肌肉动力极差为运行过程中最大肌肉动力与最小肌肉动力的差值,呼吸速率极差为运行过程中最大呼吸速率与最小呼吸速率的差值,呼吸节律表征值为能够表征呼吸稳定性的任意参数,可选的呼吸节律表征值为运行阶段内若干呼吸次数对应的呼吸时长的方差。
具体而言,调节模块在经初始阶段时长后,在正常数据水平下判定是否进入进阶运行状态;
若主动运动占比大于等于预设比值,调节模块判定进入进阶运行状态;
若主动运动占比小于预设比值,调节模块判定运动辅助模块停止运行;通过对主动运动占比的确定,能够对用户的肌肉动力进行有效筛分,若主动运动占比过低,即说明无法有效实现进阶运行状态的运行效果,初始运行状态的运动和呼吸辅助已经达到用户的辅助目标,进一步提升了辅助舒适性。
其中,正常数据水平满足评价数据集中的任一参数均处于参数对应的标准区间,进阶运行状态为运动辅助模块以第二运动幅度工作,主动运动占比为用户的肌肉动力与预设动力的比值;
第二运动幅度大于第一运动幅度且其增量与主动运动占比成正相关。进阶运行状态的运动幅度相对于初始运行状态更大,若用户的各项参数稳定且肌肉动力充足,即说明能够适应更大运动幅度的运动辅助,且若运动幅度增大到一定水平,运动部位耗氧量较高,存在供氧水平欠佳的情况,通过供氧浓度的调节,可以使用户有更优的使用体验,且当呼吸不稳定即呼吸节律表征值超出对应标准区间时,通过对辅助呼吸速率的调节能够辅助用户进行稳定呼吸,进一步提高了辅助舒适性。
可以理解的是,参数对应的标准区间和预设值能够根据概率学取样统计获取,其为医学常规技术手段在此不再赘述。
可选的,对于体脂率20%以下的用户,预设比值为15%,对于体脂率20%-30%的用户,预设比值为10%,对于体脂率30%以上的用户,预设比值为5%。
具体而言,呼吸辅助模块在进阶运行状态下根据第二运动幅度和用户的肌肉动力调节辅助呼吸速率和供氧浓度;
其中,供氧浓度和第二运动幅度成正相关且小于预设供氧浓度阈值,辅助呼吸速率设有机动调节策略;
机动调节策略包括,气体监测单元持续获取用户的呼吸节律表征值,在呼吸节律表征值超出标准区间时根据执行预设动作的部位的肌肉乳酸含量对辅助呼吸速率进行调节。
具体而言,调节模块在预设条件下判定进阶运行状态结束并停止运动辅助模块的运行;
预设条件满足执行预设动作的部位的肌肉乳酸含量大于预设含量或主动运动占比小于预设比值。当运动部位乳酸含量较高或主动运动占比较低时即说明用户不能有效继续进行进阶运行状态,即停止进阶运行状态,通过对运动部位乳酸含量的监测进一步提高了辅助舒适性。
具体而言,调节模块在进阶运行状态结束后生成肌肉动力变化曲线和呼吸数据曲线对运行效果进行评价,并生成修正评价数据集对评价数据集的若干参数进行覆盖,用户下一次进入进阶运行状态时以修正评价数据集作为新的评价数据集;
请参阅图2和图3所示,其分别为本发明实施例的呼吸数据曲线和本发明实施例的肌肉动力变化曲线,其为某用户执行下肢收放动作时的曲线,该动作持续40min,图中肌肉动力变化曲线横坐标为时间,纵坐标为其臀大肌的肌肉动力,呼吸数据曲线的横坐标为时间,纵坐标为呼吸速率,修正评价数据集包括的参数与评价数据集相同。
可选的,通过上述曲线对肌群肌力、运动效率和最大耗氧量进行评估,且对于上述曲线,判定其波动稳定尖峰较少,处于运动稳定状态。
具体而言,调节模块在进行初始运行状态或进阶运行状态的任一时刻获取呼吸数据,在满足预设终止条件时停止运动辅助模块;
预设终止条件满足呼吸数据中的任意一项参数超出参数对应的标准区间。
具体而言,数据存储模块周期性对体征数据进行更新。
在实施中,用户的体征数据和评价数据随着体能的变化逐渐变化,根据当前次运行对下一次运行的评价数据集进行覆盖,进一步提高了辅助舒适性,且生成的曲线能够应用于相关人员对用户的进一步分析,并制定更优更具针对性的恢复方案。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明;对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,包括:
呼吸辅助模块,其用以辅助用户呼吸;
运动辅助模块,其与所述呼吸辅助模块连接,用以辅助用户执行预设动作;
监测模块,其分别与所述呼吸辅助模块和所述运动辅助模块连接,包括用以采集呼吸数据的气体监测单元、用以采集运动数据的运动监测单元;
调节模块,其分别与所述呼吸辅助模块、所述运动辅助模块和所述监测模块连接,用以通过预设统一策略调节呼吸辅助模块或运动辅助模块的工作参数;
数据存储模块,其与所述调节模块连接,用以存储所述用户的体征数据和评价数据集;
其中,所述呼吸数据包括呼吸速率以及若干呼吸相关参数,所述运动数据包括肌肉动力和肌肉乳酸含量,所述体征数据包括标准肌肉动力、标准呼吸速率和营养摄入量,所述运动辅助模块的工作参数包括运动幅度和输出动力,所述呼吸辅助模块的工作参数包括辅助呼吸速率和供氧量;
所述预设统一策略为所述调节模块控制所述呼吸辅助模块与所述运动辅助模块同时运行并根据所述体征数据、所述呼吸数据和所述运动数据对所述呼吸辅助模块和运动辅助模块的工作参数进行调节;
所述调节模块根据所述体征数据确定初始运行状态;
所述初始运行状态为呼吸辅助模块以所述标准呼吸速率工作,运动辅助模块以第一运动幅度工作;
所述第一运动幅度与所述标准肌肉动力和所述营养摄入量成正相关;
所述调节模块确定初始阶段时长,在初始阶段时长结束后生成评价数据集,并将评价数据集存储于所述数据存储模块;
其中,所述初始阶段时长为所述初始运行状态的持续时间,初始阶段时长与所述第一运动幅度成负相关,且不同运动幅度持续对应的初始阶段时长后能量消耗等于所述营养摄入量对应的转换能量值;
所述评价数据集包括初始阶段时长中用户的肌肉动力极差、呼吸节律表征值和呼吸速率极差;
所述调节模块在经所述初始阶段时长后,在正常数据水平下判定是否进入进阶运行状态;
若主动运动占比大于等于预设比值,所述调节模块判定进入进阶运行状态;
若所述主动运动占比小于预设比值,所述调节模块判定运动辅助模块停止运行;
其中,所述正常数据水平满足所述评价数据集中的任一参数均处于参数对应的标准区间,所述进阶运行状态为所述运动辅助模块以第二运动幅度工作,所述主动运动占比为用户的肌肉动力与预设动力的比值;
所述第二运动幅度大于所述第一运动幅度且其增量与所述主动运动占比成正相关。
2.根据权利要求1所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,
所述运动辅助模块和所述呼吸辅助模块分别设有自适应动力调节模式和自适应呼吸调节模式;
其中,所述自适应动力调节模式为所述运动辅助模块根据用户任一时刻的肌肉动力对所述输出动力进行自适应调节致使用户能够完成所述预设动作,且肌肉动力与输出动力之和等于完成预设动作的预设动力;
所述自适应呼吸调节模式为所述呼吸辅助模块持续根据所述运动辅助模块的工作参数和所述运动数据对辅助呼吸速率和供氧量进行微调。
3.根据权利要求2所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,
所述呼吸辅助模块在所述进阶运行状态下根据所述第二运动幅度和用户的肌肉动力调节辅助呼吸速率和供氧浓度;
其中,所述供氧浓度和所述第二运动幅度成正相关且小于预设供氧浓度阈值,所述辅助呼吸速率设有机动调节策略;
所述机动调节策略包括,所述气体监测单元持续获取用户的呼吸节律表征值,在呼吸节律表征值超出所述标准区间时根据执行所述预设动作的部位的肌肉乳酸含量对辅助呼吸速率进行调节。
4.根据权利要求3所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,所述调节模块在预设条件下判定所述进阶运行状态结束并停止所述运动辅助模块的运行;
所述预设条件满足执行所述预设动作的部位的肌肉乳酸含量大于预设含量或主动运动占比小于所述预设比值。
5.根据权利要求4所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,所述调节模块在进阶运行状态结束后生成肌肉动力变化曲线和呼吸数据曲线对运行效果进行评价,并生成修正评价数据集对所述评价数据集的若干参数进行覆盖,用户下一次进入进阶运行状态时以修正评价数据集作为新的评价数据集;
所述肌肉动力变化曲线横坐标为时间,纵坐标为肌肉动力,所述呼吸数据曲线的横坐标为时间,纵坐标为呼吸速率,所述修正评价数据集包括的参数与评价数据集相同。
6.根据权利要求5所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,所述调节模块在进行所述初始运行状态或所述进阶运行状态的任一时刻获取呼吸数据,在满足预设终止条件时停止所述运动辅助模块;
所述预设终止条件满足呼吸数据中的任意一项参数超出参数对应的标准区间。
7.根据权利要求6所述的基于气体监测的智能呼吸辅助系统,其特征在于,所述数据存储模块周期性对所述体征数据进行更新。
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