CN117298531A - 节奏性呼吸设备的控制 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及节奏性呼吸设备的控制。本公开的实施例涉及一种用于控制节奏性呼吸设备的方法。该方法包括确定用于在节奏性呼吸设备的呼气阶段将空气泵送到节奏性呼吸设备的气囊中的流速。该方法还包括在气囊释放空气的呼气阶段以所确定的流速将空气泵送到气囊中。根据本公开的实施例，呼气阶段的呼气时间长度可以被精确地控制为与用户的呼吸模式一致。这可以在节奏性呼吸练习期间改善用户体验和依从性。

Description

节奏性呼吸设备的控制

技术领域

本公开的实施例总体上涉及呼吸设备领域，并且更具体地涉及用于控制节奏性呼吸设备的方法、节奏性呼吸设备和计算机程序产品。

背景技术

缓慢而有规律的呼吸活动被认为有利于放松。节奏性呼吸可以用来让身体平静下来并且从焦虑中分散注意力。节奏性呼吸设备可以用于引导用户经由触摸该设备的表面来执行节奏性呼吸。该设备的表面可以上下波动以模拟呼吸模式。呼吸模式可以包括由呼吸参数定义的一系列呼吸周期，并且呼吸参数可以是固定的或者随时间变化。用户可以遵循该呼吸模式以通过触觉感测来控制其呼吸。

为了以良好的触觉感测来上下控制节奏性呼吸设备的表面，节奏性呼吸设备中的气囊可以被控制为充气和放气。通常，诸如空气泵等致动器用于在呼吸周期的吸气阶段将空气泵送到气囊中以对气囊充气，并且阀在呼吸周期的呼气阶段打开以释放空气从而对气囊放气。然而，常规的节奏性呼吸设备不能为用户提供良好的呼吸体验。

发明内容

目前，节奏性呼吸设备通过阀释放空气的流速是不可控的，因此表示呼吸周期中的呼气阶段的放气时间长度是不可控的。在节奏性呼吸练习期间，当用户的呼吸参数(例如，呼吸速率、呼气吸气比等)改变时，用户的每个呼吸阶段的时间长度以及因此其呼吸模式都会改变。此外，不同的用户可以具有不同的呼吸参数，并且从而具有不同的呼吸模式。这将导致节奏性呼吸设备的表面的波动与用户的呼吸未一致，这将影响用户体验和遵循练习的依从性。

鉴于上述情况，本公开的实施例提出了一种用于控制节奏性呼吸的方法、设备和计算机程序。

在第一方面，本公开的实施例提供了一种用于控制节奏性呼吸设备的方法。该方法包括确定用于在节奏性呼吸设备的呼气阶段将空气泵送到节奏性呼吸设备的气囊中的流速。该方法还包括在气囊释放空气的呼气阶段以所确定的流速将空气泵送到气囊中。

根据本公开的实施例，节奏性呼吸设备将空气泵送到气囊中，同时在呼气阶段释放空气。以这种方式，气囊中的空气体积被补偿，并且呼气阶段的呼气时间长度可以被精确地控制为与用户的呼吸模式一致。这可以在节奏性呼吸练习期间改善用户体验和依从性。

在第一方面的一些实施例中，流速可以包括至少一个补偿流速，并且确定至少一个补偿流速可以包括：获取用于在节奏性呼吸设备的吸气阶段将空气泵送到气囊中的充气流速，并且基于充气流速、气囊释放空气的放气流速和呼吸参数，确定至少一个补偿流速。以这种方式，节奏性呼吸设备可以精确地确定补偿流速，以调节呼气阶段的呼气时间长度。

在第一方面的一些实施例中，呼吸参数可以包括针对节奏性呼吸设备的每分钟呼吸次数(BPM)和用户呼吸参数。用户呼吸参数可以包括吸气保持时间长度、呼气保持时间长度和呼气与吸气比。确定至少一个补偿流速可以包括：基于BPM来确定呼吸周期的时间长度，并且基于呼吸周期的时间长度、呼气与吸气比、吸气保持时间长度和呼气保持时间长度来确定吸气阶段的吸气时间长度和呼气阶段的呼气时间长度，并且基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度和放气流速来确定至少一个补偿流速。以这种方式，节奏性呼吸设备可以根据用户特定呼吸特性来确定补偿流速，并且因此可以使呼吸周期的时间长度与用户的呼吸模式一致。

在第一方面的一些实施例中，呼气阶段可以随时间包括N个时期，其中N是大于或等于2的整数。确定至少一个补偿流速还可以包括分别确定针对N个时期中的每个时期的补偿流速。以这种方式，节奏性呼吸设备可以生成更类似于用户的自然呼吸波形的呼吸模式。

在第一方面的一些实施例中，该方法还可以包括基于用户呼吸特性将呼气阶划分为N个时期。以这种方式，节奏性呼吸设备可以为用户生成用户特定的精确呼吸模式。

在第一方面的一些实施例中，用户呼吸参数还可以包括第一比率和第二比率，第一比率指示N个时期中的时期的时间长度与呼气阶段的呼气时间长度的比例，第二比率指示在该时期要在气囊中释放的体积与在呼气阶段要在气囊中释放的体积的比例。分别确定针对N个时期中的每个时期的补偿流速可以包括：基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度、放气流速、第一比率和第二比率来确定针对N个时期中的每个时期的补偿流速。以这种方式，节奏性呼吸设备可以针对呼气阶段的每个时期确定用于向气囊中进行泵入的补偿流速。

在第一方面的一些实施例中，该方法还可以包括基于以下中的一项或多项来确定用户呼吸参数：与节奏性呼吸设备的用户交互、以及根据对多个用户的历史呼吸特性的分析的节奏性呼吸设备的预定义设置。以这种方式，节奏性呼吸设备可以确定补偿流速以生成与用户的呼吸模式兼容的呼吸模式。

在第一方面的一些实施例中，该方法还可以包括调节节奏性呼吸设备的致动器的功率宽度调制(PWM)的占空比，以实现所确定的流速。以这种方式，节奏性呼吸设备可以容易并且方便地利用致动器实现补偿流速。

在第一方面的一些实施例中，该方法还可以包括以所确定的流速将空气泵送到气囊中，同时在呼气阶段重复地释放空气。以这种方式，节奏性呼吸设备可以重复地上下波动，以在节奏性呼吸设备的呼吸模式的每个呼吸周期期间一致地提供较高用户体验。

在第二方面，本公开的实施例提供了一种节奏性呼吸设备。节奏性呼吸设备包括气囊、处理器和其上存储有多个指令的存储器。该指令在由处理器执行时使得该设备确定用于在节奏性呼吸设备的呼气阶段将空气泵送到气囊中的流速。该指令还使得该设备在气囊释放空气的呼气阶段以所确定的流速将空气泵送到气囊中。

第二方面的实施例可以实现与第一方面类似的优点和技术效果，因此为了简单起见，省略了这些优点和效果。

在第二方面的一些实施例中，流速可以包括至少一个补偿流速。该指令在被执行时还可以使得该设备获取用于在节奏性呼吸设备的吸气阶段将空气泵送到气囊中的充气流速，并且基于充气流速、气囊释放空气的放气流速和呼吸参数来确定至少一个补偿流速。

在第二方面的一些实施例中，呼吸参数可以包括针对节奏性呼吸设备的BPM和用户呼吸参数。用户呼吸参数可以包括吸气保持时间长度、呼气保持时间长度和呼气与吸气比。该指令被执行时还可以使得该设备基于BPM来确定呼吸周期的时间长度，基于呼吸周期的时间长度、呼气与吸气比、吸气保持时间长度和呼气保持时间长度来确定吸气阶段的吸气时间长度和呼气阶段的呼气时间长度，并且基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度和放气流速来确定至少一个补偿流速。

在第二方面的一些实施例中，呼气阶段可以随时间包括N个时期，其中N是大于或等于2的整数。该指令在被执行时还可以使得该设备分别确定针对N个时期中的每个时期的补偿流速。

在第二方面的一些实施例中，该指令在被执行时还使得该设备基于用户呼吸特性将呼气阶段划分为N个时期。

在第二方面的一些实施例中，用户呼吸参数还包括第一比率和第二比率，第一比率指示N个时期中的时期的时间长度与呼气阶段的呼气时间长度的比例，第二比率指示在该时期要在气囊中释放的体积与在呼气阶段要在气囊中释放的体积的比例。该指令在被执行时还可以使得该设备基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度、放气流速、第一比率和第二比率来确定针对N个时期中的每个时期的补偿流速。

在第二方面的一些实施例中，该指令在被执行时还使得该设备基于以下中的一项或多项来确定用户呼吸参数：与节奏性呼吸设备的用户交互、以及根据对多个用户的历史呼吸特性的分析的节奏性呼吸设备的预定义设置。

在第二方面的一些实施例中，该指令在被执行时还可以使得该设备调节节奏性呼吸设备的致动器的PWM的占空比以实现所确定的流速。

在第二方面的一些实施例中，该指令在被执行时还可以使得该设备以所确定的流速将空气泵送到气囊中，同时随着用户的呼吸模式在呼气阶段重复地释放空气。

在第二方面的一些实施例中，该设备可以是抱枕。

在第三方面，本公开的实施例提供了一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质。该计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读代码。该计算机可读代码被配置为使得在由计算机或处理器执行时，该计算机或处理器被使得执行第一方面的方法。

应当理解，本“发明内容”不旨在确定本公开的实施例的关键或基本特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过以下描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

本公开的一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。本公开的其他特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求中变得很清楚，在附图中：

图1是示出根据本公开的示例实施例的示例节奏性呼吸设备的框图；

图2是示出图1的示例节奏性呼吸设备的示例呼吸周期的曲线图；

图3是示出根据本公开的示例实施例的用于控制节奏性呼吸设备的示例过程的流程图；

图4是示出根据本公开的示例实施例的用于确定呼气阶段的补偿流速的示例过程的流程图；

图5A是示出在以第一BPM的呼吸周期期间气囊中的空气体积的示例的曲线图；

图5B是示出在以第一BPM的呼吸周期期间空气泵入流速的示例的曲线图；

图6A是示出在以第二BPM的呼吸周期期间气囊中的空气体积的另一示例的曲线图；

图6B是示出在以第二BPM的呼吸周期期间空气泵入流速的另一示例的曲线图；

图7是示出根据本公开的示例实施例的用于确定针对呼气阶段的多个时期的补偿流速的示例过程的流程图；

图8A是示出在呼吸周期期间气囊中的空气体积的示例的曲线图，该呼吸周期的呼气阶段具有多个时期；以及

图8B是示出在呼吸周期期间空气泵入流速的示例的曲线图，该呼吸周期的呼气阶段具有多个时期。

在附图中，相同或相似的附图标记将始终指示相同或相似元素。

具体实施方式

现在将参考一些示例实施例来描述本公开的原理。应当理解，这些实施例被描述仅仅用于说明的目的，并且有助于本领域技术人员理解和实现本公开，而没有对本公开的范围提出任何限制。本文中描述的公开可以以不同于以下所描述的方式的各种方式来实现。

如本文中使用的，术语“包括(comprise)/包括(include)”及其变体应当理解为开放术语，意思是“包括(comprise)/包括(include)但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当理解为“至少一个其他实施例”。此外，应当理解，在本公开的上下文中，术语“第一”、“第二”等用于表示个体元件或组件，而没有对这些元件的顺序提出任何限制。此外，第一元件可以与第二元件相同，也可以不相同。

如上所述，为了以良好的触觉感测来上下控制节奏性呼吸设备的表面，节奏性呼吸设备在呼吸周期的吸气阶段将空气泵送到气囊中。当呼气阶段到来时，节奏性呼吸设备停止泵送，并且打开阀以释放气囊中的空气。由于经由阀的释放空气流速是不可控的，无法控制呼气阶段的呼气时间长度以满足不同用户的各种呼吸模式的要求。

一种方法通过快速打开和关闭阀以控制总的释放流速来解决这个问题。然而，频繁切换会缩短阀的使用寿命。此外，节奏性呼吸设备通常用于放松和帮助用户平稳入睡，但阀产生的噪声是不希望的，因此用户体验降低。为了解决这些和其他潜在问题，本公开的实施例提供了一种用于控制节奏性呼吸设备的解决方案。

现在参考图1，图1示出了根据本公开的示例实施例的示例节奏性呼吸设备100。节奏性呼吸设备100可以被实现为触觉呼吸设备，例如抱枕等。节奏性呼吸设备100的表面可以根据在该设备中编程的呼吸模式来上下波动。呼吸模式可以包括一系列呼吸周期。每个呼吸周期由呼吸参数定义，并且不同呼吸周期中的呼吸参数可以相同或不同。用户可以遵循这种呼吸模式，以在拥抱枕头的同时通过触觉感测来控制其呼吸。

如图所示，节奏性呼吸设备100包括气囊102、致动器104、阀106和控制单元108，并且控制单元108可以包括处理器109和存储器110。应当理解，尽管控制单元108如图1所示，但控制单元108可以从节奏性呼吸设备100中省略，并且处理器109和存储器110的组合可以执行对节奏性呼吸设备100的控制操作。气囊102可以由气密和弹性材料制成，使得当气囊102中的空气体积增加时气囊102充气，而当空气体积减小时气囊102放气。致动器104例如直接或经由管道耦合到气囊102，并且操作以增加气囊中的空气体积。在一些实施例中，致动器104例如可以是空气泵。致动器104可以根据从控制单元108传输的控制信号以时间间隔和以流速将空气流泵送到气囊中。

阀106例如直接或经由管道耦合到气囊102，并且操作以通过释放空气来减小气囊102中的空气体积。例如，阀106可以是电磁阀，其可以根据从控制单元108传输的控制信号来打开和关闭。

随着阀106被关闭并且致动器104将空气泵送到气囊102中，气囊102中的空气体积增加并且节奏性呼吸设备100的表面向上波动。在阀106打开的情况下，气囊102中的空气体积减小，并且节奏性呼吸设备100的表面向下波动。换言之，控制单元108控制阀106和致动器104以实现节奏性呼吸设备100的表面的起伏。

在一些实施例中，控制单元108可以根据在存储器110中编程的呼吸模式(未示出)来控制节奏性呼吸设备100。呼吸模式指示节奏性呼吸设备100如何引导用户进行呼吸，例如何时呼气和何时吸气。呼吸模式可以由各种呼吸参数来定义，例如每分钟呼吸次数(BPM)和用户呼吸参数。呼吸参数将参考图2详细描述。控制单元108可以向致动器104和阀106传输对应控制信号，以实现期望的呼吸参数，并且从而实现用户与设备的呼吸模式之间的兼容性。

尽管参考图1示出和描述了示例节奏性呼吸设备100，但应当理解和了解，节奏性呼吸设备不受以上参考图1的描述的限制。应当理解和了解，根据本公开的节奏性呼吸设备可以包括未示出的附加组件，并且图1中的一些组件可以省略。例如，节奏性呼吸设备还可以包括各种传感器以检测用户呼吸参数，从而模拟用户特定的呼吸模式并且改善用户体验。节奏性呼吸设备还可以包括用于用户进行操作的输入/输出接口。例如，用户可以经由输入接口将其个体呼吸参数输入到节奏性呼吸设备。

图2是示出图1的示例节奏性呼吸设备100的示例呼吸周期200的曲线图。横轴表示呼吸周期的时间，纵轴表示气囊102中的空气体积。如图2所示，呼吸速率为6BPM，呼吸周期200的时间长度为10秒。在一些实施例中，BPM可以与存储在节奏性呼吸设备100中的呼吸模式相关联。替代地，呼吸模式的呼吸周期的时间长度可以存储在该设备中而不是在BPM中。在一些实施例中，用户可以在进行其节奏性呼吸练习时为节奏性呼吸设备100选择合适的BPM。

如图所示，呼吸周期200包括多个呼吸阶段。示例呼吸周期200以吸气阶段202开始，接着是吸气保持阶段204，然后是呼气阶段206，并且以呼气保持阶段208结束。

在这种情况下，吸气阶段202例如持续大约4秒。在吸气阶段202，通过在阀106关闭的情况下将空气泵送到气囊102中，气囊102充气并且气囊102内的空气体积从0ml增加到例如160ml。在吸气阶段202，用于将空气泵送到气囊102中的对应充气流速约为40ml/秒。在一些实施例中，对于不同的呼吸周期，充气流速可以是固定的。在这种情况下，被泵送到气囊102中的空气的总体积取决于吸气阶段202的吸气时间长度。替代地，充气流速可以针对不同的呼吸周期而变化。例如，在总体积固定的情况下，节奏性呼吸设备100可以针对较短的吸气阶段增加充气流速，并且针对较长的吸气阶段降低充气流速。在这两种情况下，总体积都不应当大于气囊102所允许的最大体积(这可以取决于气囊102的尺寸和材料)。

然后，在吸气保持阶段204，节奏性呼吸设备100停止泵送空气，同时保持阀106关闭。在该阶段，气囊102中的空气体积不会随时间而变化，并且因此节奏性呼吸设备100的表面保持在较高位置。如图2所示，吸气保持阶段204持续大约1秒。

接下来，在呼气阶段206，节奏性呼吸设备100的阀106在控制单元108的控制下打开，以使气囊102放气。在该阶段，致动器104不操作，并且空气以固定流速经由阀106从气囊102中流出。如本文中使用的，阀106释放空气的流速也称为放气流速。呼气阶段206的呼气时间长度取决于气囊102中的总体积和固定放气流速，例如120ml/秒。在一些实施例中，呼气阶段206的呼气时间长度可以通过补偿气囊102中的空气来调节。这将参考图3至图8B详细描述。

在呼吸周期200结束时，呼气保持阶段208持续大约4秒。在该阶段，气囊102是空的，并且阀106是关闭的。

虽然参考图2示出和描述了示例呼吸周期200，但应当理解和了解的是，节奏性呼吸周期不受以上描述的限制。应当理解和了解，节奏性呼吸设备的呼吸周期可以具有不同的阶段和阶段的不同的时间长度。例如，呼吸周期可以排除吸气保持阶段和呼气保持阶段中的一个或多个。此外，如图2所示的每个阶段的时间长度和呼吸周期的时间长度并不旨在限制本公开的实施例。

图3是示出根据本公开的示例实施例的用于控制节奏性呼吸设备的示例过程300的流程图。尽管方法被示出和描述为按序列执行的一系列动作，但是应当理解和了解，方法不受序列的顺序的限制。例如，一些动作可以以与本文中描述的不同的顺序发生。此外，一个动作可以与另一动作同时发生。此外，在一些情况下，实现本文中描述的方法并非需要所有动作。

此外，本文中描述的动作可以是计算机可执行指令，该计算机可执行指令可以由一个或多个处理器实现和/或存储在计算机可读介质上。计算机可执行指令可以包括例程、子程序、程序、执行线程等。更进一步地，方法的动作的结果可以存储在计算机可读介质中，显示在显示设备上，等等。在一个实施例中，过程300可以由节奏性呼吸设备100来实现，特别是由图1所示的处理器109来实现。为了理解本公开的实施例，参考图1和图2描述图3。

节奏性呼吸设备100可以在预定义时间内输出合适的呼吸模式以引导用户跟随。呼吸模式可以包括由呼吸参数(例如，呼吸速率)定义的一系列呼吸周期。呼吸速率可以是固定值，如每分钟6次呼吸(BPM)。替代地，呼吸速率可以是逐渐减慢的呼吸速率，例如从12BPM到6BPM，其在正常呼吸速率的范围内，并且然后可以保持在6BPM，直到节奏性呼吸程序停止。

如上所述，节奏性呼吸设备100在呼吸周期的吸气阶段将空气泵送到气囊中，并且在呼气阶段释放气囊中的空气。在本公开的一些实施例中，节奏性呼吸设备100可以通过在呼气阶段泵送空气来控制呼气阶段的呼气时间长度，以补偿经由阀106不可控并且快速释放的空气。

在框310，节奏性呼吸设备100确定用于在节奏性呼吸设备100的呼气阶段将空气泵送到节奏性呼吸系统100的气囊102中的流速。如本文中使用的，用于在呼气阶段泵送空气的流速可以称为补偿流速。

在一些实施例中，补偿流速可以根据以下等式来计算：

Fr_compensation＝Fr_deflation-(T_inhalation*Fr_inhalation/T_exhalation)

(1)

其中Fr_compensation表示呼气阶段的补偿流速，Fr_deflation表示气囊在呼气阶段释放空气的放气流速，T_inhalation表示充气阶段的充气时间长度，Fr_inhalation表示用于在吸气阶段将空气泵送到气囊中的充气流速，T_exhalation表示呼气阶段的呼气时间长度。在等式(1)中，Fr_deflation和Fr_inhalation可以是预定义的，并且T_inhalation和T_exhalation可以由节奏性呼吸设备100根据BPM和用户呼吸参数来计算。下面将参考图4描述计算示例。根据等式(1)，节奏性呼吸设备100可以通过执行图4所示的过程来计算补偿流速。

在框320，在气囊释放空气的呼气阶段，节奏性呼吸设备100以所确定的流速将空气泵送到气囊102中。例如，在呼气阶段，气囊102经由阀释放空气，并且空气同时以所确定的流速被泵送到气囊中。在一些实施例中，节奏性呼吸设备100可以调节节奏性呼吸设备100的致动器104的功率宽度调制(PWM)的占空比，以实现所确定的流速。例如，如果吸气阶段的充气流速是40ml/秒，并且对应占空比是0.1，则对于呼气阶段期间的60ml/秒的所需要的补偿流速，占空比可以被调节到0.15。每个周期的时段(PWM信号的频率)也可以连同占空比一起控制，这取决于对特定致动器的要求。

节奏性呼吸设备100可以以所确定的流速重复地将空气泵送到气囊中，同时在呼气阶段释放空气，从而导致节奏性呼吸设备100的波动重复并且与用户的呼吸模式兼容。在一些实施例中，可以针对每个呼吸周期重复地计算补偿流速。替代地，如果BPM在下一呼吸周期中发生变化，则可以计算补偿流速。在一些实施例中，当用户感觉难以遵循节奏性呼吸练习时，可以根据其用户呼吸参数的用户输入来调节补偿流速。

图4是示出根据本公开的示例实施例的用于确定呼气阶段的补偿流速的示例过程400的流程图。过程400是图3中的框310的一个示例实现。

在框410，节奏性呼吸设备100获取用于在节奏性呼吸设备的吸气阶段将空气泵送到气囊中的充气流速。充气流速可以是固定的并且在控制单元108中被编程，或者可以基于吸气阶段的吸气时间长度在运行中确定。

在框420，节奏性呼吸设备100基于充气流速、气囊释放空气的放气流速和呼吸参数来确定补偿流速。呼吸参数可以指示呼吸周期的每个阶段的时间信息。

呼吸参数可以包括BPM和用户呼吸参数。用户呼吸参数可以包括呼气与吸气比，呼气与吸气比指示呼气阶段的时间长度与吸气阶段的时间长度的比例。替代地，用户参数可以包括作为呼气与吸气比的倒数的吸气与呼气比。在呼吸周期包括保持阶段的情况下，用户呼吸参数还可以包括吸气保持时间长度和呼气保持时间长度。在这种情况下，呼气与吸气比可以指示呼气阶段的呼气时间长度加上呼气保持阶段的呼气保持时间长度与吸气阶段的吸气时间长度加上吸气保持阶段的吸气保持时间长度的比率。应当理解，值为0的吸气保持时间长度表示吸气保持阶段不存在，而值为0的呼气保持时间长度表示呼气保持阶段不存在。

在一些实施例中，用户呼吸参数可以基于与节奏性呼吸设备100的用户交互来确定。例如，用户可以在使用节奏性呼吸设备100之前将其呼吸参数输入到节奏性呼吸设备100。作为另一示例，节奏性呼吸设备100可以通过一个或多个传感器收集用户的呼吸数据，以获取用户的呼吸参数。当用户在日常生活中执行节奏性呼吸练习和/或呼吸时，呼吸数据可以包括各种生理和行为数据。在一些实施例中，用户的呼吸参数也可以基于节奏性呼吸设备的预定义设置来确定，该预定义设置可以根据对多个用户的历史呼吸数据的分析来导出。

参考图4，为了确定补偿流速，在框422，节奏性呼吸设备100可以基于BPM来确定呼吸周期的时间长度。例如，呼吸周期的时间长度可以根据以下等式来计算：

T_breath_cycle＝60/Br_paced_breathing_breeath_rate

(2)

其中T_breath_cycle表示呼吸周期的时间长度，Br_paced_breathing_breath_rate表示BPM。

在框424，节奏性呼吸设备100可以基于呼吸周期的时间长度、呼气与吸气比、吸气保持时间长度和呼气保持时间长度来确定吸气阶段的吸气时间长度和呼气阶段的呼气时间长度。

例如，吸气阶段的吸气时间长度可以根据以下等式来计算：

T_inhalation＝T_breath_cycle/(R_exhalation_to_inhalation+1)-T_inhalation_hold

(3)

其中T_inhalation表示吸气阶段的吸气时间长度，T_breath_cycle表示吸气周期的时间长度，R_exhalation_to_inhalation表示呼气与吸气比，T_inhalation_hold表示吸气保持时间长度。此外，呼气阶段的呼气时间长度可以根据以下等式来计算：

T_exhalation＝T_breath_cycle-T_inhalation-T_inhalation_hold-T_exhalation_hold

(4)

其中T_exhalation表示呼气阶段的呼气时间长度，T_breath_cycle表示呼吸周期的时间长度，T_inhalation_hold表示吸气保持时间长度，并且T_exhalation_hold表示呼气保持时间长度。

替代地，可以首先确定呼气阶段的呼气时间长度，并且可以根据所确定的呼气阶段的时间长度来确定吸气阶段的吸气时间长度。

在框426，节奏性呼吸设备100基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度和放气流速来确定补偿流速。在一些实施例中，节奏性呼吸设备100可以使用等式(1)来计算补偿流速。

根据本公开的实施例，呼气阶段的呼气时间长度可以被精确地控制，从而与用户的呼吸模式一致。这可以在节奏性呼吸练习期间改善用户体验和依从性。

图5A是示出在以第一BPM的呼吸周期期间气囊中的空气体积的示例的曲线图，图5B是示出在以第一BPM的呼吸周期期间泵入的空气流速的示例的曲线图。

图5A中的示例的呼吸速率为6BPM，充气流速为40ml/秒，放气流速为120ml/秒。在图5A中，实线501表示在在呼气阶段期间仅电磁阀打开的情况下气囊中随时间的空气体积。在没有气泵补偿的情况下，气囊中的空气体积在呼气阶段迅速减少，并且在大约1.3秒内到达底部。

假定节奏性呼吸周期的呼气阶段时间长度(呼气时间长度+呼气保持时间长度)与吸气阶段时间长度(吸气时间长度+吸气保持时间长度)的比率等于1，吸气保持时间长度为1秒，并且呼气保持时间长度为1秒，则补偿流速被计算为等于大约80ml/秒。点划线502表示在给定呼吸周期的呼气阶段气囊中的空气体积。通过将空气泵送到气囊中，呼气阶段的呼气时间长度被控制并且延长至4秒。

在图5B中，实线503表示在在呼气阶段期间仅电磁阀打开的情况下随时间泵送的空气流速。在吸气阶段，空气以40ml/秒的流速被泵送到气囊中，并且在呼气阶段，没有空气被泵入。点划线504表示在在呼气阶段期间电磁阀打开并且以固定流速泵入空气的情况下的泵送的空气流速。节奏性呼吸设备以80ml/秒的速度泵送空气作为补偿，并且延长呼气阶段的呼气时间长度。

图6A是示出在以第二BPM的呼吸周期期间气囊中的空气体积的另一示例的曲线图，图6B是示出在以第二BPM的呼吸周期期间泵入的空气流速的示例的曲线。

图6A中的示例的呼吸速率为10BPM，充气流速为60ml/秒，放气流速为120ml/秒。在图6A中，实线601表示在在呼气阶段期间仅电磁阀打开的情况下气囊中随时间的空气体积。在没有补偿的情况下，气囊中的空气体积在呼气阶段迅速减少，并且在大约1秒内到达底部。

假定另一节奏性呼吸周期的呼气阶段时间长度(呼气时间长度+呼气保持时间长度)与吸气阶段时间长度(吸气时间长度+吸气保持时间长度)的比率等于1，吸气保持时间长度为1秒，并且呼气保持时间长度为1秒，则补偿流速被计算为等于大约60ml/秒。点划线602表示在给定呼吸周期的呼气阶段气囊中的空气体积。通过将空气泵送到气囊中，呼气阶段的呼气时间长度被控制并且从1秒延长到2秒。

在图6B中，实线603表示在在呼气阶段期间仅电磁阀打开的情况下随时间泵送的空气流速。在吸气阶段，空气以60ml/秒的流速被泵送到气囊中，并且在呼气阶段，没有空气被泵入。点划线604表示在在呼气阶段期间电磁阀打开并且以固定流速泵入空气的情况下的泵送的空气流速。节奏性呼吸设备以60ml/秒的速度泵送空气作为补偿，并且延长呼气阶段的呼气时间长度。

应当理解，参考图5A、图5B、图6A和图6B描述的示例中使用的数字只是示例，而不限制本公开。

在参考图3至图6B描述的实施例中，节奏性呼吸设备在整个呼气阶段以固定流速泵送空气。考虑到人类吐气的自然呼吸波形可以是吐气的开始阶段的空气流速大于静止阶段的非线性曲线，本公开的实施例进一步控制气囊表面放气以模拟该呼吸波形。在一些实施例中，呼气阶段可以被划分为多个时期，并且可以针对每个时期计算补偿流速。

图7是示出根据本公开的示例实施例的用于确定针对呼气阶段的多个时期的补偿流速的示例过程700的流程图。

在框710，节奏性呼吸设备基于用户呼吸特性将呼气阶段划分为N个时期，其中N是大于或等于2的整数。用户呼吸特性可以通过感测当前用户的呼吸数据来获取。替代地，用户可以主动地将呼吸数据输入到节奏性呼吸设备中。在一些实施例中，用户呼吸特性可以通过收集多个用户的呼吸数据来获取，并且可以在节奏性呼吸设备中预先配置。根据用户的呼吸特性，自然呼吸波形可以被绘制为非线性曲线。通过曲线拟合方法，可以计算多个时期以近似非线性曲线，并且可以使用关于时期的时间信息来将呼气阶段划分为多个时期。

在框720，节奏性呼吸设备100为每个时期确定第一比率和第二比率。第一比率指示N个时期中的时期的时间长度与呼气阶段的呼气时间长度的比例。第二比率指示在该时期要在气囊中释放的体积与在呼气阶段要在气囊中释放的体积的比例。换言之，第一比率测量一个时期占据呼气阶段的相对时间长度，并且第二比率测量与在呼气阶段要释放的总空气体积相比在该时期要释放的空气的相对体积。第一比率和第二比率可以在0至1(包括端点)范围内。分别针对所有时期的第一比率之和等于1。分别针对所有时期的第二比率之和等于1。每个时期的第一比率和第二比率是基于用户的呼吸特性来确定的，以便于节奏性呼吸设备的呼吸模式与用户的呼吸模式之间的一致。应当理解，框710和框720的动作可以同时发生或者以与本文中描述的不同的顺序发生。基于多个时期和针对每个时期的计算的比率，节奏性呼吸设备可以生成与用户的自然呼吸波形兼容的呼吸周期，并且因此生成与用户的呼吸模式更精确地一致的呼吸模式。从而，用户在节奏性呼吸练习中感觉更舒适。

在框730，节奏性呼吸设备100基于吸气时间长度、充气流速、呼气时间长度、放气流速、第一比率和第二比率来确定针对每个时期的补偿流速。针对第i阶段的补偿流速可以根据以下等式来计算：

其中Fr_compensation_i表示针对N个时期中的第i时期的补偿流速，Fr_deflation表示气囊在呼气阶段期间释放空气的放气流速，T_inhalation表示充气阶段的充气时间长度，Fr_inhalation表示充气流速，T_exhalation表示呼气阶段的呼气时间长度，ratio1_i表示针对第i阶段的第一比率，ratio2_i表示针对第i阶段的第二比率。这里，Fr_deflation、Fr_inhalation、T_inhalation和T_exhalation可以根据参考图3和图4描述的实施例来计算。

图8A是示出在呼吸周期期间气囊中的空气体积的示例的曲线图，该呼吸周期的呼气阶段具有多个时期。图8B是示出在呼吸周期期间泵入的空气流速的示例的曲线图，该呼吸周期的呼气阶段具有多个时期。尽管图8A和图8B中的呼气阶段包括三个时期，但应当理解，呼气阶段可以包括与用户的呼吸模式匹配以获取更好的用户体验的任何数目的时期。

图8A中的示例的呼吸速率为6BPM，充气流速为40ml/秒，放气流速为120ml/秒。图8A中的节奏性呼吸周期的呼气阶段时间长度(呼气时间长度+呼气保持时间长度)与吸气阶段时间长度(吸气时间长度+吸气保持时间长度)的比率为1，吸气保持时间长度为1秒，并且呼气保持时间长度为1秒，如图5A和图5B所示。

在图8A中，实线801表示在在呼气阶段期间电磁阀打开而没有补偿的情况下气囊中随时间的空气体积。与图5A类似，实线指示气囊中的空气体积迅速减少，并且在约1.3秒内到达底部。点划线802表示在在呼气阶段期间电磁阀打开并且空气以固定流速被泵入的情况下的空气体积。与图5A类似，点划线指示，通过固定补偿流速，呼气阶段的呼气时间长度从1.3秒延长到4秒。

虚线803-1、803-2和803-3表示在电磁阀打开并且空气针对呼气阶段的三个时期以不同流速被泵入的情况下随时间的空气体积。例如，针对时期1至3的比率如下：

时期1：ratio1_1＝0.2，ratio1_2＝0.5；

时期2：ratio1_2＝0.3，ratio2_2＝0.25；

时期3：ratio1_3＝0.5，ratio2_3＝0.25；

也就是说，时期1的时间长度是呼气时间长度的20％，针对时期1要释放的体积是要释放的总空气体积的50％；时期2的时间长度是呼气时间长度的30％，针对时期2的体积减小是要释放的总空气体积的25％；并且时期3的时间长度是呼气时间长度的50％，针对时期3的体积减小是要释放的总空气体积的25％。

图8B示出了与固定补偿流速相比针对不同时期的不同补偿流速。实线804表示在在呼气阶段期间电磁阀打开而没有补偿的情况下泵入的空气流速。点划线805表示在在呼气阶段时期电磁阀打开并且具有80ml/秒的固定流速的情况下的泵入的空气流速。实线和点划线与图5B相同。虚线806-1、806-2和806-3表示针对呼气阶段的三个时期的不同补偿流速。根据等式(5)，针对时期1的补偿流速为20ml/秒，针对时期2的补偿流速806-2为86.67ml/秒，并且针对时期3的补偿流速806-3为100ml/秒。

在一些实施例中，针对多个时期的补偿流速可以被确定为随时间增加的顺序，使得气囊在呼气阶段开始时快速放气，然后逐渐变慢。这样的放气与人类吐气的自然呼吸波形一致。在一些实施例中，例如，当BPM较高时，空气泵在开始时期不泵送空气以使气囊的放气速率最大化。在一些实施例中，补偿流速中的一些可以是相等的。例如，当呼气阶段包括三个时期时，第二时期和第三时期可以具有相同的补偿流速。此外，根据个体呼吸特性，补偿流速可以被确定为递减顺序。

为了说明本公开的精神和原理，上面已经描述了本公开的一些具体实施例。通常，各种示例实施例可以用硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。一些方面可以用硬件实现，而其他方面可以用固件或软件实现，固件或软件可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行。虽然本公开的示例实施例的各个方面被图示和描述为框图、流程图或使用一些其他图示，但是应当理解，作为非限制性示例，本文中描述的块、装置、系统、技术或方法可以用硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其某种组合来实现。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是任何有形介质，其可以包括或存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体的系统、装置或设备、或者前述各项的任何合适的组合。机器可读存储介质的更具体示例将包括具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储装置、或前述各项的任何合适的组合。

用于执行本公开的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序代码可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得程序代码在由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时引起在流程图和/或框图中指定的功能或操作被实现。程序代码可以完全在计算机上执行，部分在计算机上执行，作为独立软件包来执行，部分在计算机上并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。

此外，虽然以特定顺序描述操作，但这不应当被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或按顺序执行或者要求执行所有所示的操作以获取期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。同样，尽管在上述讨论中包括了若干具体实现细节，但这些细节不应当被解释为对任何公开的范围或可以要求保护的内容的限制，而是对可以特定于特定公开的特定实施例的特征的描述。本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现。

当结合附图阅读时，鉴于前述描述，对本公开的前述示例实施例的各种修改和改编对于相关领域的技术人员来说可以变得很清楚。任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例实施例的范围内。此外，本公开的这些实施例所属领域的技术人员在受益于前述描述和附图中给出的教导的情况下会想到本文中阐述的公开的其他实施例。

因此，将理解，本公开的实施例不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (15)

1.一种用于控制节奏性呼吸设备(100)的方法(300)，包括：

确定(310)用于在所述节奏性呼吸设备(100)的呼气阶段(206)将空气泵送到所述节奏性呼吸设备(100)的气囊(102)中的流速；以及

在所述气囊(102)释放所述空气的所述呼气阶段(206)，以所确定的流速将所述空气泵送(320)到所述气囊(102)中。

2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中所述流速包括至少一个补偿流速，并且确定(310)所述至少一个补偿流速包括：

获取(410)用于在所述节奏性呼吸设备(100)的吸气阶段(202)将所述空气泵送到所述气囊(102)中的充气流速；以及

基于所述充气流速、所述气囊(102)在所述呼气阶段释放所述空气的放气流速、和呼吸参数，确定(420)所述至少一个补偿流速。

3.根据权利要求2所述的方法(300)，其中所述呼吸参数包括针对所述节奏性呼吸设备的每分钟呼吸次数(BPM)和用户呼吸参数，并且所述用户呼吸参数包括吸气保持时间长度、呼气保持时间长度和呼气与吸气比，并且确定(420)所述至少一个补偿流速包括：

基于所述BPM，确定(422)呼吸周期(200)的时间长度；

基于所述呼吸周期(200)的所述时间长度、所述呼气与吸气比、所述吸气保持时间长度和所述呼气保持时间长度，确定(424)所述吸气阶段(202)的吸气时间长度和所述呼气阶段(206)的呼气时间长度；以及

基于所述吸气时间长度、所述充气流速、所述呼气时间长度和所述放气流速，确定(426)所述至少一个补偿流速。

4.根据权利要求3所述的方法(300)，其中所述呼气阶段随时间包括N个时期(803-1，803-2，803-3)，其中N是大于或等于2的整数，并且确定所述至少一个补偿流速还包括：

分别确定针对所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的每个时期的补偿流速。

5.根据权利要求4所述的方法(300)，还包括：

基于用户呼吸特性，将所述呼气阶段(206)划分(710)为所述N个时期(803-1，803-2，803-3)。

6.根据权利要求4所述的方法(300)，其中所述用户呼吸参数还包括第一比率和第二比率，所述第一比率指示所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的时期的时间长度与所述呼气阶段(206)的所述呼气时间长度的比例，所述第二比率指示在所述时期要在所述气囊中释放的体积与在所述呼气阶段(206)要在所述气囊中释放的体积的比例，并且分别确定针对所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的每个时期的补偿流速包括：

基于所述吸气时间长度、所述充气流速、所述呼气时间长度、所述放气流速、所述第一比率和所述第二比率，确定(730)针对所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的每个时期的补偿流速(806-1，806-2，806-3)。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法(300)，还包括：

基于以下中的一项或多项，确定所述用户呼吸参数：

与所述节奏性呼吸设备(100)的用户交互，以及

根据对多个用户的历史呼吸特性的分析的所述节奏性呼吸设备(100)的预定义设置。

8.根据权利要求1所述的方法(300)，还包括：

调节所述节奏性呼吸设备(100)的致动器(104)的功率宽度调制(PWM)的占空比，以实现所述所确定的流速。

9.一种节奏性呼吸设备(100)，包括：

气囊(102)；

处理器(109)；以及

存储器(110)，其上存储有多个指令，所述多个指令在由所述处理器执行时使得所述设备(100)：

确定(310)用于在所述节奏性呼吸设备(100)的呼气阶段(206)将空气泵送到所述气囊(102)中的流速；以及

在所述气囊(102)释放所述空气的所述呼气阶段(206)，以所确定的流速将所述空气泵送(320)到所述气囊(102)中。

10.根据权利要求9所述的设备(100)，其中所述流速包括至少一个补偿流速，并且所述指令在被执行时还使得所述设备(100)：

获取(410)用于在所述节奏性呼吸设备(100)的吸气阶段(202)将所述空气泵送到所述气囊(102)中的充气流速；以及

基于所述充气流速、所述气囊(102)在所述呼气阶段释放所述空气的放气流速、和呼吸参数，确定(420)所述至少一个补偿流速。

11.根据权利要求10所述的设备(100)，其中所述呼吸参数包括针对所述节奏性呼吸设备的每分钟呼吸次数(BPM)和用户呼吸参数，并且所述用户呼吸参数包括吸气保持时间长度、呼气保持时间长度和呼气与吸气比，并且所述指令在被执行时还使得所述设备(100)：

基于所述BPM，确定(422)呼吸周期(200)的时间长度；

基于所述呼吸周期(200)的所述时间长度、所述呼气与吸气比、所述吸气保持时间长度和所述呼气保持时间长度，确定(424)所述吸气阶段(202)的吸气时间长度和所述呼气阶段(206)的呼气时间长度；以及

基于所述吸气时间长度、所述充气流速、所述呼气时间长度和所述放气流速，确定(426)所述至少一个补偿流速。

12.根据权利要求11所述的设备(100)，其中所述呼气阶段随时间包括N个时期(803-1，803-2，803-3)，其中N是大于或等于2的整数，并且所述指令在被执行时还使得所述设备(100)：

分别确定针对所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的每个时期的补偿流速。

13.根据权利要求12所述的设备(100)，其中所述指令在被执行时还使得所述设备(100)：

基于用户呼吸特性，将所述呼气阶段(206)划分(710)为所述N个时期(803-1，803-2，803-3)。

14.根据权利要求12所述的设备(100)，其中所述用户呼吸参数还包括第一比率和第二比率，所述第一比率指示所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的时期的时间长度与所述呼气阶段(206)的所述呼气时间长度的比例，所述第二比率指示在所述时期要在所述气囊中释放的体积与在所述呼气阶段(206)要在所述气囊中释放的体积的比例，并且所述指令在被执行时还使得所述设备(100)：

基于所述吸气时间长度、所述充气流速、所述呼气时间长度、所述放气流速、所述第一比率和所述第二比率，确定(730)针对所述N个时期(803-1，803-2，803-3)中的每个时期的补偿流速。

15.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由计算机或处理器执行时，所述计算机或处理器被使得执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。