呼吸引导方法、系统、电子设备及存储介质

1.本发明涉及生物医学技术领域，尤其涉及一种呼吸引导方法、系统、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.呼吸是人体或植物的神经系统与主观意识同时参与控制的生理行为，关注呼吸或者采用某种人工设定的呼吸模式进行呼吸，能够产生放松身心、减轻压力、帮助睡眠等效果。
3.现有的呼吸引导方法要么没有仪器参与，要么通过仪器给出一个固定的周期，以提示使用者，无法实现个性化的呼吸引导。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种呼吸引导方法、系统、电子设备及存储介质。
5.本发明提供一种呼吸引导方法，包括：实时测量被引导者的人体生理信号；根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
6.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间，具体包括：根据所述人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以所述至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算所述目标呼吸时间。
7.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，在所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，所述方法还包括：通过计算所述至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估。
8.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述实时测量被引导者的人体生理信号，具体包括：实时测量所述被引导者的心率变异波形及血液容积波形，并根据所述血液容积波形获取血管压力波形；其中，所述至少两个和呼吸有关的波形包括所述心率变异波形与所述血管压力波形。
9.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述实时测量被引导者的心率变异波形及血液容积波形，具体包括：实时测量所述被引导者的光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取所述心率变异波形及所述血液容积波形。
10.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸，具体包括：通过预设的引导方式将用于引导按照所述目标呼吸时间进行呼吸的呼吸引导信息传递给所述被引导者；其中，所述预设的引导方式包括声音、图像、移动、震动、温度变化中的至少一种。
11.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，在所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，所述方法还包括：实时获取所述被引导者的呼吸波信号，根据所述呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算所述实际呼吸时间和所述目标呼吸时间之间的匹配程
度。
12.本发明还提供一种呼吸引导系统，包括：生理信号测量模块，用于：实时测量被引导者的人体生理信号；生理节律计算模块，用于：根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；呼吸引导模块，用于：基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
13.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述呼吸引导方法的步骤。
14.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述呼吸引导方法的步骤。
15.本发明提供的呼吸引导方法、系统、电子设备及存储介质，通过实时测量被引导者的人体生理信号，根据人体生理信号计算目标呼吸时间，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，可以实现根据不同人的个性数据，进行分析计算，给出具有针对性的、自适应的呼吸引导，调节呼吸节律，使呼吸节律和生理节律协调，实现个性化呼吸引导，最终达到改善人体状态的目的。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的呼吸引导方法的流程示意图；
18.图2是本发明提供的呼吸引导方法中呼吸引导前的心率变异波形及血液容积波形的示意图；
19.图3是本发明提供的呼吸引导方法中呼吸引导后的心率变异波形及血液容积波形的示意图；
20.图4是本发明提供的呼吸引导系统的结构示意图；
21.图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.下面结合图1
‑
图5描述本发明的呼吸引导方法、系统、电子设备及存储介质。
24.图1是本发明提供的呼吸引导方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：
25.步骤101、实时测量被引导者的人体生理信号。
26.实时测量被引导者的人体生理信号，人体生理信号可以为一种、两种或多种。如人体生理信号可以只包括血液容积波形(ppg)、或可以包括心电波形与呼吸波形，或者还可以为其他形式。
27.步骤102、根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间。
28.人体生理信号与呼吸有关，通过人体生理信号计算目标呼吸时间，使得呼吸和人体生理节律协调。
29.步骤103、基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
30.得到目标呼吸时间后，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，由此实现了呼吸和人体生理节律的协调。
31.已有研究表明用0.1hz的固定频率呼吸，具有良好的身心调节效果。然而，每个人的身体情况各有不同，都用相同的频率不能达到最佳效果。本发明引入生物反馈机制。通过增加生理信号的测量，实时观测并计算出每个人在进行呼吸调节的当时当下，身体内部的固有节律，用这个节律引导呼吸的节律与身体固有的节律协调，从而加强生物节律对身体的调节作用。达到比0.1hz固定频率呼吸更好的效果。气功、瑜伽、冥想等锻炼的效果也会使生物节律达到共振状态，通过本发明的调节方法，有利于实现类似练功对身心的放松和调节作用。
32.本发明提供的呼吸引导方法，通过实时测量被引导者的人体生理信号，根据人体生理信号计算目标呼吸时间，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，可以实现根据不同人的个性数据，进行分析计算，给出具有针对性的、自适应的呼吸引导，调节呼吸节律，使呼吸节律和生理节律协调，实现个性化呼吸引导，最终达到改善人体状态的目的。
33.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间，具体包括：根据所述人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以所述至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算所述目标呼吸时间。
34.根据人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，至少两个和呼吸有关的波形中至少有一个是反映人体生理节律的信号，并且这个信号与呼吸有关、受呼吸影响。另外的呼吸有关的波形可以也是反映人体生理节律的信号或直接反映呼吸的信号(如呼吸波)。实现呼吸节律和生理节律协调的方法可以是使得至少两个和呼吸有关的波形发生共振。因此，在根据人体生理信号计算目标呼吸时间时，根据人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间。
35.本发明提供的呼吸引导方法，通过根据人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间，提高了目标呼吸时间计算的准确性。
36.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，在所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，所述方法还包括：通过计算所述至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估。
37.至少两个和呼吸有关的波形发生共振时，二者的相关性最高。因此，可以通过计算至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估。
38.本发明提供的呼吸引导方法，通过计算所述至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估，在呼吸效果不好时，改进呼吸引导方法，有利于优化呼吸引导过程。
39.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述实时测量被引导者的人体生理信号，具体包括：实时测量所述被引导者的心率变异波形及血液容积波形，并根据所述血液容积
波形获取血管压力波形；其中，所述至少两个和呼吸有关的波形包括所述心率变异波形与所述血管压力波形。
40.呼吸会影响副交感神经，从而影响心率变异性(heart rate variability，hrv)。人在吸气的时候心率会增加，呼气的时候心率减少。可以实时测量心率变异波形，得到心率的波动频率。心率变异波形体现心率变异性。血管压力波形可以反映血量多少的变化信息，血管压力波形体现血压变异性(blood pres
‑
sure variability，bpv)。可以通过实时测量被引导者的血液容积波形，并根据血液容积波形获取血管压力波形。
41.本发明通过实时测量人体中内在的生理节律(如血压变异性)，计算出能使呼吸与该生理节律共振的每次吸气与呼气时间，并提示给使用者，按照该时间控制呼吸。呼吸调节的原则是使呼吸引起的心率波动同血量变化信息同步，即使心率变异波形和血管压力波形的变化同步，也即使心率变异波形与血管压力波形发生共振。
42.因此，以心率变异波形与血管压力波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间；其中，目标呼吸时间包括吸气时间和呼气时间。由于吸气和呼气对心率变异波形和血管压力波形均产生影响。因此，吸气时间和呼气时间是心率变异波形和血管压力波形的影响参数。获取心率变异波形在吸气时间和呼气时间下的第一波形，以及获取血管压力波形在吸气时间和呼气时间下的第二波形，则可以通过预设优化算法，如最小二乘法、最小梯度法等方法计算出当第一波形和第二波形差异最小时的吸气时间和呼气时间。由此得到目标呼吸时间。
43.得到目标呼吸时间后，利用目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，实现个性化引导。本发明提供的呼吸引导方法，呼吸频率一般在0.05hz到0.2hz之间。
44.图2是本发明提供的呼吸引导方法中呼吸引导前的心率变异波形及血液容积波形的示意图。
45.图3是本发明提供的呼吸引导方法中呼吸引导后的心率变异波形及血液容积波形的示意图。如图3所示，心率变异波形及血液容积波形的变化已基本同步。
46.本发明提供的呼吸引导方法，通过以心率变异波形与血管压力波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，可以实现根据不同人的个性数据，进行分析计算，给出具有针对性的、自适应的呼吸引导，调节呼吸节律，使呼吸节律和生理节律共振，实现个性化呼吸引导，最终达到改善人体状态的目的。
47.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述实时测量被引导者的心率变异波形及血液容积波形，具体包括：实时测量所述被引导者的光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取所述心率变异波形及所述血液容积波形。
48.光电容积脉搏波信号即ppg信号，从ppg信号中可以计算心率变异情况，得到心率变异波形。ppg信号中还可以提取血液容积波。ppg信号可以是反射或透射的ppg信号。因此，在实时测量被引导者的心率变异波形及血液容积波形时，可以通过实时测量被引导者的光电容积脉搏波信号，根据光电容积脉搏波信号获取心率变异波形及血液容积波形。当然，心率变异波形还可以通过心电波形等方式获取。
49.本发明提供的呼吸引导方法，通过实时测量被引导者的光电容积脉搏波信号，根据光电容积脉搏波信号获取心率变异波形及血液容积波形，实现了通过一种设备同时获取心率变异波形和血液容积波形，有利于简化设备。
50.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸，具体包括：通过预设的引导方式将用于引导按照所述目标呼吸时间进行呼吸的呼吸引导信息传递给所述被引导者；其中，所述预设的引导方式包括声音、图像、移动、震动、温度变化中的至少一种。
51.在基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸时，将呼吸引导信息传递给被引导者，呼吸引导信息用于引导被引导者按照目标呼吸时间进行呼吸。可以按照预设的引导方式将呼吸引导信息传递给被引导者，如可以采用声音、图像、移动、震动、温度变化等方式进行呼吸引导。
52.在利用声音进行呼吸引导时，可以直接利用口令“吸
……”
、“呼
……”
进行呼吸引导；在利用图像进行呼吸引导时，可以在屏幕上显示呼吸引导信息，如显示“吸”字时，则引导被引导者进行吸气，显示“呼”字时，则引导被引导者进行呼气；在利用移动的方式进行呼吸引导时，如可以让被引导者坐在可以移动的物体上，当物体向一个方向移动时，则引导吸气；当物体向相反的方向移动时，则引导呼气；在利用震动的方式进行呼吸引导时，如震动时，引导吸气，不震动时，引导呼气；在利用温度变化的方式进行呼吸引导时，如温度升高引导吸气，温度下降引导呼气。当然，以上是呼吸引导方式的举例，根据实际情况，可以设计采用其他的方式将呼吸引导信息传递给被引导者。
53.本发明提供的呼吸引导方法，通过采用预设的引导方式将用于引导按照目标呼吸时间进行呼吸的呼吸引导信息传递给被引导者，其中，预设的引导方式包括声音、图像、移动、震动、温度变化中的至少一种，提高了呼吸引导的灵活性。
54.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，在所述基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，所述方法还包括：实时获取所述被引导者的呼吸波信号，根据所述呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算所述实际呼吸时间和所述目标呼吸时间之间的匹配程度。
55.可以进行呼吸测量，计算并显示实际呼吸与呼吸引导之间的匹配程度。因此，在基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸之后，实时获取被引导者的呼吸波信号，根据呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算实际呼吸时间和目标呼吸时间之间的匹配程度。
56.本发明提供的呼吸引导方法，通过实时获取被引导者的呼吸波信号，根据呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算实际呼吸时间和目标呼吸时间之间的匹配程度，有利于优化呼吸引导方式。
57.根据本发明提供的一种呼吸引导方法，所述方法还包括：在所述呼气时间对所述被引导者进行电击。
58.除了呼吸可以对心率变异性和血管压力波产生影响外，电击是调节心率变异性和血管压力波的另一种方式。由于呼吸引导的目的是为了达到心率变异性和血管压力波共振，因此，可以在呼吸引导的同时辅以电击，提高心率变异性和血管压力波共振的实现速度。
59.其中，对引导者进行电击可以在预设的人体位置进行，如耳部的迷走神经部位。
60.本发明提供的呼吸引导方法，通过在呼气时间对被引导者进行电击，有利于促进呼吸引导的进程。
61.下面对本发明提供的呼吸引导系统进行描述，下文描述的呼吸引导系统与上文描
述的呼吸引导方法可相互对应参照。
62.图4是本发明提供的呼吸引导系统的结构示意图。如图4所示，所述系统包括生理信号测量模块10、目标呼吸时间计算模块20及呼吸引导模块30，其中：生理信号测量模块10用于：实时测量被引导者的人体生理信号；呼吸时间计算模块20用于：根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；呼吸引导模块30用于：基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
63.本发明提供的呼吸引导方法，通过实时测量被引导者的人体生理信号，根据人体生理信号计算目标呼吸时间，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，可以实现根据不同人的个性数据，进行分析计算，给出具有针对性的、自适应的呼吸引导，调节呼吸节律，使呼吸节律和生理节律协调，实现个性化呼吸引导，最终达到改善人体状态的目的。
64.根据本发明提供的呼吸引导系统，呼吸时间计算模块20在用于根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间时，具体用于：根据所述人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以所述至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算所述目标呼吸时间。
65.本发明提供的呼吸引导方法，通过根据人体生理信号得到至少两个和呼吸有关的波形，以至少两个和呼吸有关的波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间，提高了目标呼吸时间计算的准确性。
66.根据本发明提供的呼吸引导系统，所述系统还包括效果评估模块，所述效果评估模块用于：在呼吸引导模块30基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，通过计算所述至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估。
67.本发明提供的呼吸引导方法，通过计算所述至少两个和呼吸有关的波形之间的相关性对呼吸引导效果进行评估，在呼吸效果不好时，改进呼吸引导方法，有利于优化呼吸引导过程。
68.根据本发明提供的呼吸引导系统，生理信号测量模块10在用于实时测量被引导者的人体生理信号时，具体用于：实时测量所述被引导者的心率变异波形及血液容积波形，并根据所述血液容积波形获取血管压力波形；其中，所述至少两个和呼吸有关的波形包括所述心率变异波形与所述血管压力波形。
69.本发明提供的呼吸引导方法，通过以心率变异波形与血管压力波形发生共振作为优化条件，计算目标呼吸时间，基于目标呼吸时间引导被引导者进行呼吸，可以实现根据不同人的个性数据，进行分析计算，给出具有针对性的、自适应的呼吸引导，调节呼吸节律，使呼吸节律和生理节律共振，实现个性化呼吸引导，最终达到改善人体状态的目的。
70.根据本发明提供的呼吸引导系统，生理信号测量模块10在用于实时测量所述被引导者的心率变异波形及血液容积波形时，具体用于：实时测量所述被引导者的光电容积脉搏波信号，根据所述光电容积脉搏波信号获取所述心率变异波形及所述血液容积波形。
71.本发明提供的呼吸引导方法，通过实时测量被引导者的光电容积脉搏波信号，根据光电容积脉搏波信号获取心率变异波形及血液容积波形，实现了通过一种设备同时获取心率变异波形和血液容积波形，有利于简化设备。
72.根据本发明提供的呼吸引导系统，呼吸引导模块30在用于基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸时，具体用于：通过预设的引导方式将用于引导按照所述目标呼吸时间进行呼吸的呼吸引导信息传递给所述被引导者；其中，所述预设的引导方式包括
声音、图像、移动、震动、温度变化中的至少一种。
73.本发明提供的呼吸引导方法，通过采用预设的引导方式将用于引导按照目标呼吸时间进行呼吸的呼吸引导信息传递给被引导者，其中，预设的引导方式包括声音、图像、移动、震动、温度变化中的至少一种，提高了呼吸引导的灵活性。
74.根据本发明提供的呼吸引导系统，所述系统还包括呼吸测量模块，所述呼吸测量模块用于在呼吸引导模块30基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸之后，实时获取所述被引导者的呼吸波信号，根据所述呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算所述实际呼吸时间和所述目标呼吸时间之间的匹配程度。
75.根据本发明提供的呼吸引导系统，通过实时获取被引导者的呼吸波信号，根据呼吸波信号获取实际呼吸时间，并计算实际呼吸时间和目标呼吸时间之间的匹配程度，有利于优化呼吸引导方式。
76.根据本发明提供的一种呼吸引导系统，所述系统还包括电击模块，所述电击模块用于在所述呼气时间对所述被引导者进行电击。
77.本发明提供的呼吸引导系统，通过在呼气时间对被引导者进行电击，有利于促进呼吸引导的进程。
78.图5是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(communications interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行呼吸引导方法，该方法包括：实时测量被引导者的人体生理信号；根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
79.此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
80.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的呼吸引导方法，该方法包括：实时测量被引导者的人体生理信号；根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
81.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的呼吸引导方法，该方法包括：实时测量被引导者的人体生理信号；根据所述人体生理信号计算目标呼吸时间；基于所述目标呼吸时间引导所述被引导者进行呼吸。
82.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可
以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
83.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
84.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。