JP2013063124A - Breathing training device, and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、腹式呼吸のトレーニングを行うための呼吸数指示装置及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a respiration rate indicating apparatus for performing abdominal respiration training and a control method thereof.
自律神経、循環器系に対して呼吸が大きな影響を与えることが明らかになってきた。呼吸は、一般に胸式(又は胸郭)呼吸、腹式呼吸に大別でき、とりわけ腹式呼吸が健康維持のために望ましいことも判明してきた。 It has become clear that respiration has a great influence on the autonomic nerve and circulatory system. Breathing is generally classified into thoracic (or rib cage) breathing and abdominal breathing, and it has also been found that abdominal breathing is particularly desirable for maintaining health.
かかる点に鑑み、腹式呼吸を誘導させ、或いは計測する技術が特許文献1、2として知られている。特許文献1は、被検者の腹部に電極を接触させ、その電極に所定数の電流を流し、筋肉を収縮させることで腹式呼吸を誘導させる技術を開示している。一方、特許文献2は、膨張、収縮を検出する可動部を有する装置を、ベルトやバンド等を用いて被検者の腹部に取り付け、被検者の腹部の膨張、収縮の回数を、腹式呼吸数として計数する技術が開示されている。 In view of such points, techniques for inducing or measuring abdominal breathing are known as Patent Documents 1 and 2. Patent Document 1 discloses a technique for inducing abdominal breathing by bringing an electrode into contact with the abdomen of a subject, passing a predetermined number of currents through the electrode, and contracting muscles. On the other hand, Patent Document 2 attaches a device having a movable part that detects expansion and contraction to a subject's abdomen using a belt, a band, or the like, and determines the number of times the subject's abdomen is expanded or contracted. A technique for counting as a respiration rate is disclosed.
胸式呼吸、腹式呼吸のいずれか一方のみで呼吸しているのは希である。多くの場合には、胸式呼吸と腹式呼吸とが混在した状態であり、その比率も個人毎に異なっている。先に示した特許文献1、2に係る技術では、たしかに腹式呼吸を誘導もしくは推奨するように作用するものの、胸式呼吸を行っているか否かは勿論のことその度合を示すには至っていない。従って、効果的な腹式呼吸(胸式呼吸の比率が少ない呼吸)のトレーング法を被検者に示しているとは言えない。 It is rare to breathe with only one of chest or abdominal breathing. In many cases, chest breathing and abdominal breathing are mixed, and the ratio is different for each individual. Although the techniques according to Patent Documents 1 and 2 described above act to induce or recommend abdominal breathing, they do not indicate the degree of course whether or not chest breathing is performed. . Therefore, it cannot be said that an effective abdominal respiration (breathing with a small ratio of chest respiration) is shown to the subject.
さらにまた、とりわけ1分間に6回程度(1呼吸に10秒)の非常にゆっくりしたサイクルでの腹式深呼吸を5分間継続するトレーニングでも、自律神経を刺激し、循環器系にとって良いとされている。 Furthermore, especially in training that continues abdominal deep breathing in a very slow cycle of about 6 times a minute (10 seconds per breath) for 5 minutes, the autonomic nerve is stimulated and is considered good for the circulatory system. Yes.
本発明は、効率の高い腹式の深呼吸のトレーニングを補助する技術を提供しようとするものである。 The present invention seeks to provide a technique for assisting efficient deep breathing training.
上記の目的を達成するための、例えば本発明の呼吸トレーニング装置は以下の構成を備える。すなわち、
1サイクル当たり予め設定された時間T1をかけて腹式深呼吸を行うための呼吸トレーニング装置であって、
胸部の膨張度を検出する第1の検出手段と、
腹部の膨張度を検出する第2の検出手段と、
前記時間T1を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第1の表示手段と、
前記第1の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第2の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定手段と、
前記第1、第2の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定手段による判定結果を時間軸に沿って表示する第2の表示手段とを有する。
In order to achieve the above object, for example, a respiratory training apparatus of the present invention has the following configuration. That is,
A respiratory training device for performing abdominal deep breathing over a preset time T1 per cycle,
First detecting means for detecting the degree of expansion of the chest;
A second detection means for detecting the degree of expansion of the abdomen,
Bisecting the time T1 into an inhalation period and an exhalation period, and displaying which one is currently, thereby inducing a deep breathing timing;
A determination unit that determines whether or not abdominal breathing is performed by comparing the degree of expansion of the chest detected by the first detection unit and the degree of expansion of the abdomen detected by the second detection unit; ,
Each expansion degree detected by the first and second detection means and a second display means for displaying the determination result by the determination means along the time axis.
本発明によれば、効率の高い腹式の深呼吸のトレーニングを行うことが可能になる。 According to the present invention, it is possible to perform abdominal deep breathing training with high efficiency.
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明で、本装置を操作する者と腹式呼吸のトレーニングを行う者は同一であるものとして説明し、以降、単にユーザとして表記するが、それぞれが別人であっても良いのは明らかである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, it is assumed that the person who operates the apparatus and the person who performs abdominal breathing training are the same, and hereinafter simply referred to as a user, but it is clear that each may be a different person. It is.
図1は実施形態における腹式呼吸トレーニング装置のブロック構成図である。図中、101は装置全体の制御を司るCPUであり、102はCPU1の処理手順であるプログラムを格納しているROMである。このROM102には後述するように、10秒で1回の腹式深呼吸を行うのに適したリズムの複数の音楽データ103が格納されている。この音楽データ103は、例えばMP3形式で符号化されたデータであって、初期段階でメニュー表示させ、そのいずれかを選択させ再生しながら腹式呼吸のトレーニングを行うこととなる。104はCPU101の処理中にワークエリアとして使用されるRAMである。105はメニューの選択等、各種パラメータの設定等を行うため等の各種スイッチやキーで構成される操作部である。106は液晶等の表示装置であり、各種設定のためのメニュー表示、更には、呼吸トレーニング中の状態をトレーニング中のユーザに知らせる装置としても機能する。
FIG. 1 is a block diagram of an abdominal breathing training apparatus according to an embodiment. In the figure,
107は、ユーザの胸郭に巻きつける帯状の胸郭バンドであって、内部には中空の気密状態を保持可能な、例えば、ウレタン、シリコンや塩ビなどで形成された外径10mm〜20mm程度、内径8mm〜9mm程度の弾性チューブを収容している。胸郭バンド107の両端には、例えば面ファスナーが取り付けられ、胸郭に巻きつけた状態を保持するようになっている。108は、胸郭バンド107内の弾性チューブ内の空気圧を高めるため、圧縮空気を送り込むためのポンプである。109は胸郭バンド107の弾性チューブ内の空気圧を検出する圧力センサである。かかる構成において、胸郭バンド107をユーザの胸郭に巻きつけ維持し、弾性チューブ内の圧力が所定値になるまでポンプ108を駆動する。その後、圧力センサ109による圧力変化を検出することで、ユーザの胸郭の膨張、収縮を検出することがき、この膨張、収縮の1サイクルを胸式呼吸の運動として検出することができる。
腹式バンド110、ポンプ111、圧力センサ112は、上記の胸郭バンド107、ポンプ108、圧力センサ109にそれぞれ対応する構造を有するものである。すなわち、腹部バンド110をユーザの腹部に巻きつけ維持し、その内部の弾性チューブ内の圧力が所定値になるまでポンプ111を駆動する。その後、圧力センサ112による圧力変化を検出することで、ユーザの腹部の膨張、収縮を検出することがき、この膨張、収縮の1サイクルを腹式呼吸の運動として検出することができる。なお、胸部バンド107、及び、腹部バンド110とも、後述する呼吸トレーニング終了後に内部の空気を排気する排気弁(図示せず)が設けられている。
The
113は、CPU101からの指示に従って復号した音楽データからアナログ信号を生成し、スピーカ114を駆動する音声合成回路であり、先に説明した呼吸トレーングのためにユーザが選曲した音楽を再生するためのものである。なお、スピーカ114は、床上に設置されるものでも良いしヘッドホンとして装着するタイプでも良く、その種類は問わない。115は時刻を計時するためのタイマである。
上記構成における本実施形態の装置は、6サイクル/分というゆっくりした腹式深呼吸のトレーニング装置として機能する。このため本実施形態では、第1には、ユーザが腹式呼吸を行っているかどうかは勿論のこと、効率の良い腹式呼吸を行っているのか否かの指標を提示する。第2には、1呼吸が10秒(=1分/6サイクル=10秒/サイクル)で呼吸を行うことを容易にするための、空気を肺に取込む吸息運動と、空気を排出する呼息運動のそれぞれの期間を提示する。 The apparatus of the present embodiment having the above-described configuration functions as a slow abdominal deep breathing training apparatus of 6 cycles / minute. For this reason, in this embodiment, first, an index indicating whether or not the user is performing an abdominal breathing as well as whether or not the user is performing an abdominal breathing is presented. Secondly, inspiratory movement to take air into the lungs and expel air to facilitate breathing in 10 seconds (= 1 minute / 6 cycle = 10 seconds / cycle) Present each period of exhalation exercise.
第1の課題のため、先ず、ポンプ108、111を駆動し、圧力センサ109、112からの検出圧力をモニタしながら、胸郭バンド107、腹部バンド110内の弾性チューブの内圧を予め設定した圧力にまで昇圧する。
For the first problem, first, the
この状態で、ユーザに胸郭を最大に広げる動作と最小に縮小する動作を行ってもらい、その際の最大圧力と最小圧力を圧力センサ109で検出して、その最小圧力と最大圧力の範囲を0乃至100に正規化する。これ以降、圧力センサ109で検出した実測した圧力値ではなく、この正規化範囲にマッピングした値を胸部圧Pkとして検出する。
In this state, the user performs the operation of expanding the rib cage to the maximum and the operation of reducing the rib cage to the minimum. The maximum pressure and the minimum pressure at that time are detected by the
この後、腹部を最大に広げる動作と最小に縮小する動作を行ってもらい、その際の最大圧力と最小圧力を圧力センサ112で検出して、その最小圧力と最大圧力の範囲を0乃至100に正規化する。これ以降、圧力センサ112で検出した実測した圧力値ではなく、この正規化範囲にマッピングした値を腹部圧Pfとして検出する。
Thereafter, an operation for expanding the abdomen to the maximum and an operation for reducing the abdomen to the minimum are performed, the maximum pressure and the minimum pressure at that time are detected by the
上記の結果、ユーザの体型、サイズにかかわらず、胸部、腹部の双方の膨張、収縮の度合を同じ尺度で比較できるようになる。 As a result, the degree of expansion and contraction of both the chest and abdomen can be compared on the same scale regardless of the user's body shape and size.
さて、本実施形態では、腹部圧Pf>胸部圧Pkの場合に、腹部の膨張度が胸部のそれに対して大きいことになり、この関係を満たしているとき腹式呼吸を行っていると判定するようにした。そして、この腹式呼吸状態であるか否かをユーザに視覚的に報知するようにした。 In the present embodiment, when abdominal pressure Pf> chest pressure Pk, the degree of inflation of the abdomen is larger than that of the chest, and it is determined that abdominal breathing is performed when this relationship is satisfied. I did it. And it was made to notify visually to a user whether it is this abdominal breathing state.
なお、適当な係数Rを設け、Pf>Pk×Rを満たす場合に腹式呼吸と判定するようにしても良い。この場合、Rはユーザが自由に設定できるようにすることが望ましい。特に、Rを1より大きい係数とした場合、腹式呼吸であるとの判定が厳しくなることを意味するので、トレーニングに慣れてきたユーザに対処できる。 An appropriate coefficient R may be provided, and abdominal breathing may be determined when Pf> Pk × R is satisfied. In this case, it is desirable that R can be freely set by the user. In particular, when R is a coefficient greater than 1, it means that the determination that it is abdominal breathing becomes severe, so that it is possible to cope with users who have become used to training.
次に第2の課題のため、1呼吸10秒に見合った音楽を再生するだけでなく、10秒という間隔を前、後半それぞれ5秒の期間に分け、今現在が吸息運動、呼息運動のいずれを行うかの指標をユーザに視覚的に示すようにした。 Next, for the second task, not only playing music that matches 10 seconds of breathing, but also dividing the interval of 10 seconds into a period of 5 seconds each in the previous and second half, and now the inspiratory and expiratory movements An indicator of which to perform is visually shown to the user.
図2は、本実施形態における上記第1,第2の課題を実現するための、腹式深呼吸のトレーニング中の表示装置106の表示画面200の一例を示している。
FIG. 2 shows an example of the
図示において、201は10秒という時間軸に対して、吸息運動、呼息運動の区間を示す表示部であり、この直下のバー202上を、その左端から右端にポインタ203が移動表示するようにした。ポインタ203は、右端まで移動すると、左端から再度表示されることを繰り返し、直上の表示部201との関係から、今現在が吸息期間であるのか、呼息期間であるのかは勿論のこと、次の吸息運動までどの程度経過すれば良いのかの指標を示すことができる。なお、実施形態では、1回の腹式深呼吸のトレーングする期間を5分としているので、残り時間も図示の符号204で示される領域に示すようにした。
In the figure,
一方、画面の上部には、呼吸動作中の胸部圧Pk、腹部圧Pfを示すためのウインドウ205が設けられている。このウインドウ205内の上部には、胸部圧Pkの時間推移を示す胸部圧曲線206が表示され、下部が腹部圧Pfの時間推移を示す腹部圧曲線207が表示される。そして、図示のウインドウ205の右端が現在点を示し、左側が過去の測定結果を示している。すなわち、図示のウインドウ206内の胸部圧Pk、腹部圧Pfそれぞれの胸部圧曲線206、腹部圧曲線207は、画面右から左側に向かってスクロール表示されることになる。
On the other hand, a
また、胸部圧曲線206、腹部圧曲線207には、破線部分と実線部分が示されている。破線部分は腹部圧Pf≦胸部圧Pkとなって腹式呼吸とは見なされていないとを示し、実線部分は腹部圧Pf>胸部圧Pkとなって腹式呼吸と判定されていることを示している。なお、図示では、線の種別で腹式呼吸に成功しているか否かを示したが、曲線の色で示してよい。また、曲線の色ではなく、背景色で示してもよい。要は、腹式呼吸を行っているか否かがユーザに知らしめる表示形態になっていればよい。
Also, the
また、トレーニングを開始してから、現在までの経過時間における何割程度が腹式呼吸として判定されているのかを示すため、図示の符号208で示される領域に、腹式呼吸指数を百分率で表示するようにした。
In addition, in order to show how much of the elapsed time since the start of training is determined as abdominal respiration, the abdominal respiration index is displayed as a percentage in the area indicated by
次に、実施形態におけるCPU101の処理手順を図3のフローチャートに従って説明する。
Next, the processing procedure of the
同図の処理は、操作部105によるトレーニング開始の指示が入力された場合に開始するものであり、それ以前に、胸部バンド107、腹部バンド110をユーザの胸部、腹部に巻きつけが完了しているものとする。
The process shown in FIG. 10 is started when an instruction to start training is input from the
先ず、ステップS11にて初期設定処理を行う。この初期設定処理では、ポンプ108、111を駆動し、胸部バンド107、腹部バンド110内の弾性チューブの内圧が予め設定した所定圧になるまで加圧する。このときの加圧については高い精度は要求しないので、所定圧に到達したところでポンプを停止すれば良い。そして、表示装置106に、胸郭を最大に膨らませ、そして、最小にする動作を何回か行うようメッセージを表示し、その間の最大圧力、最小圧力を圧力センサ109で検出し、胸部の膨張、収縮による圧力変化範囲の正規化を行う。同様に表示装置106に、腹部を最大に膨らませ、そして、最小にする動作を何回か行うようメッセージを表示し、その間に最大圧力、最小圧力を圧力センサ112で検出し、腹部の膨張、収縮による圧力変化範囲の正規化を行う。また、トレーニング中に再生可能な音楽データ103の一覧を表示し、その中の所望とする1つを選択させる。
First, initial setting processing is performed in step S11. In this initial setting process, the
この後、ステップS12にて、トレーニング期間である5分間の計時を開始する(タイマ115から現在時刻を取得し、その5分後の時刻をトレーニング終了時刻とすればよい)。そして、ステップS13に進み、ポインタ203の移動表示、選曲した音楽データの再生を開始する。
Thereafter, in step S12, time measurement for 5 minutes, which is a training period, is started (the current time is acquired from the
この後、ステップS14にて、先に説明したように、圧力センサ109、112で圧力を検出することで、胸部圧Pk、腹部圧Pfを取得する。なお、圧力センサ109、112による圧力検出のサンプリング間隔は100ms程度あれば十分である。さて、胸部圧Pk、腹部圧Pfが取得されると、ステップS15に進み、Pf>Pkの関係が成立するか否かを判断する。Pf>Pkであると判断した場合、腹式呼吸が成功していると見なし、ステップS16にて、実線で前回の測定圧とを線分で結ぶ描画処理、ならびにスクロール処理を行う。一方、Pf≦Pkであると判断した場合、腹式呼吸に失敗していると判断し、破線で前回の測定圧とを線分で結ぶ描画処理、ならびにスクロール処理を行う。
Thereafter, in step S14, the chest pressure Pk and the abdominal pressure Pf are acquired by detecting the pressure with the
いずれの場合であっても、トレーニング開始から現在までの圧力値の検出する総回数を分母とし、腹式呼吸の成功解を分子とする腹式呼吸成功率を演算し、その演算結果を図2の領域208に腹式呼吸指数として表示すると共に、残り時間を領域204に表示する。
In either case, the total number of times the pressure value is detected from the start of training to the present is used as the denominator, and the abdominal breathing success rate is calculated using the successful solution of the abdominal breathing as the numerator. Is displayed as an abdominal breathing index in the
この後、ステップS18にて、トレーニング開始から5分経過したか否かを判断し、否の場合にはステップS14以降の処理を繰り返す。また、トレーニング開始から5分経過したと判断した場合、本処理を終了する。 Thereafter, in step S18, it is determined whether or not 5 minutes have elapsed since the start of training. If not, the processes in and after step S14 are repeated. Further, when it is determined that 5 minutes have elapsed since the start of training, this processing is terminated.
以上説明したように、本実施形態によれば、呼吸による胸部、腹部の膨張、収縮の度合、並びに、腹式呼吸、胸式呼吸の判定結果を表示するので、ユーザからすると腹式呼吸が成功しているのか否かは勿論のこと、胸部圧の変動から、より効率の良い腹式呼吸となっているのか否かを容易に把握できる。また、6サイクル/分という深呼吸の吸息、呼息のタイミングを示すマーカを表示することで、容易にその深呼吸動作を行うことが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the degree of expansion and contraction of the chest and abdomen due to respiration, and the determination result of abdominal respiration and chest respiration are displayed. Of course, it is possible to easily grasp whether or not the abdominal breathing is more efficient from the fluctuation of the chest pressure. Further, by displaying a marker indicating the timing of inspiration and expiration of 6 breaths / minute, it is possible to easily perform the deep breathing operation.
なお、上記実施形態では、ユーザが実際に1呼吸を10秒かけて深呼吸を行っているかどうかを判定しなかったが、この判定は、圧力センサ112による圧力のピークと次のピークとの時間差が10秒であるか否かで判定できる。そこで、予め許容される時間差Δtを設け、検出した時間間隔が10秒±Δtの範囲外にあるとき、もう少し早く(或いは遅く)呼吸するようにメッセージを表示装置106に表示しても良い。
In the above embodiment, it is not determined whether the user is actually taking a deep breath for 10 seconds, but this determination is based on the time difference between the pressure peak by the
また、実施形態では胸郭、腹部の膨張、収縮を空気圧を利用して検出するものとしたが、伸縮によりインピーダンスが変化する部材等でも良いので、上記実施形態で本願発明が限定されるものではない。 In the embodiment, the expansion and contraction of the rib cage and the abdomen are detected using the air pressure. However, the present invention is not limited to the above embodiment because a member whose impedance changes by expansion and contraction may be used. .
また、実施形態では、腹式深呼吸を1サイクル=10秒(6サイクル/分)を例にしたが、この数字は適宜修正できるようにしても良い。 In the embodiment, abdominal deep breathing is exemplified as 1 cycle = 10 seconds (6 cycles / minute), but this number may be appropriately modified.
100:CPU 102:ROM 103:音楽データ 104:RAM 105:操作部 106:表示装置 107:胸郭バンド 108、111:ポンプ 109、112:圧力センサ 110:腹部バンド 113:音声合成回路 114:スピーカ 115:タイマ
100: CPU 102: ROM 103: Music data 104: RAM 105: Operation unit 106: Display device 107:
Claims (9)
胸部の膨張度を検出する第1の検出手段と、
腹部の膨張度を検出する第2の検出手段と、
前記時間T1を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第1の表示手段と、
前記第1の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第2の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定手段と、
前記第1、第2の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定手段による判定結果を時間軸に沿って表示する第2の表示手段と
を有することを特徴とする呼吸トレーニング装置。 A respiratory training device for performing abdominal deep breathing over a preset time T1 per cycle,
First detecting means for detecting the degree of expansion of the chest;
A second detection means for detecting the degree of expansion of the abdomen,
Bisecting the time T1 into an inhalation period and an exhalation period, and displaying which one is currently, thereby inducing a deep breathing timing;
A determination unit that determines whether or not abdominal breathing is performed by comparing the degree of expansion of the chest detected by the first detection unit and the degree of expansion of the abdomen detected by the second detection unit; ,
A respiratory training apparatus comprising: a second display unit configured to display each degree of expansion detected by the first and second detection units and a determination result by the determination unit along a time axis.
前記時間T1を吸息期間と呼息期間とに二分し、現在がそのいずれにあるかを表示することで、深呼吸のタイミングを誘導する第1の表示工程と、
前記第1の検出手段で検出された胸部の膨張度と、前記第2の検出手段で検出した腹部の膨張度を比較することで、腹式呼吸を行っているか否かを判定する判定工程と、
前記第1、第2の検出手段で検出したそれぞれの膨張度と、前記判定工程による判定結果を時間軸に沿って表示する第2の表示工程と
を有することを特徴とする呼吸トレーニング装置の制御方法。 A first detecting means for detecting the degree of expansion of the chest and a second detecting means for detecting the degree of expansion of the abdomen, for performing abdominal deep breathing over a preset time T1 per cycle; A method for controlling a respiratory training device, comprising:
Dividing the time T1 into an inhalation period and an exhalation period, and displaying the current time, thereby displaying a timing of deep breathing;
A determination step of determining whether or not abdominal breathing is performed by comparing the degree of expansion of the chest detected by the first detection means and the degree of expansion of the abdomen detected by the second detection means; ,
Control of a breathing training apparatus, comprising: a second display step for displaying each degree of expansion detected by the first and second detection means and a determination result of the determination step along a time axis. Method.
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