技术领域
本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其涉及的是一种便携式用于身心放松训练的辅助装置。
背景技术
传统的理论认为，安静时的心脏就像一个节拍器，持续发出规则、恒定的节奏。然而，事实并非如此。心脏不是按照一个恒定的节奏跳动，即使是在安静的状态下心律也非常不规则，连续心跳之间的时差是一个变化的数值。这种逐次心率的自然变化就叫做心率变异性(HRV)。
正常的心率变异是由于自主神经系统两个分支(交感神经与副交感神经)的协同作用——控制身体内部众多神经系统的功能。交感神经使心率加速，而副交感神经使心率减速。交感神经和副交感神经共同作用维护心血管活动以便对外部和内部的变化做出合适的反应。因此，对HRV 的分析是研究自主神经系统功能和平衡的一个动态窗口。
HRV作为生理弹性和行为灵活性的标志, 它能反映人们有效适应压力和环境要求的能力。情绪压力(包括诸如愤怒、失望、忧虑)可使得心律模式不规则、不稳定，即HRV曲线不平滑、波峰参差不齐。从生理学的角度来看，这说明自主神经系统的两个分支发出的信号不同步。而积极的情绪(如欣赏、喜悦)会使得心律模式变得高度有序，看起来就像一个光滑和谐的正弦波。
研究表明, 当HRV曲线平滑如正弦波的生理系统更加有效、情绪更加稳定，并且思路清晰、认知功能提高。简单地说，人的身体和大脑运作地更好，感觉也更加良好，并且工作绩效也会提高。此时称为生理上的放松状态。
由于呼吸模式会影响心律模式，因此通过缓缓地以特定周期呼吸就可以使心律进入放松模式。按照这个节奏呼吸可以使身体脱离压力情绪进入放松状态。但是，这种由认知引起的呼吸还需要精神的付出，对于很多人而言，要维持这样的呼吸并不容易。
当前缓解压力的训练设备多通过在PC机基础上安装软件实现，人体信号采集需通过外接导联线或外接传感器实现，设备体积大，操作较复杂，适用范围和场合有很大的局限性。
目前的用于身心放松、缓解压力的设备还存在以下缺点：
1） 仅用于呼吸引导，无法及时显示当前放松状态；
2） 只能按照设定频率引导用户呼吸，无自动调整功能；
3） 没有评估整个训练过程训练效果功能；
4） 与PC机相连，体积大、笨重，不便于家庭或个人使用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于身心放松训练的辅助装置，提供了一种能够用于多种场合，且使用方便、快捷的训练身心放松的装置。本实用新型所实现的装置克服了上述缺点，在呼吸引导同时，及时评估当前训练状态并显示，训练过程中，评估用户呼吸率，并依据用户呼吸率自动调整呼吸引导速度，训练完成对整个训练过程的训练效果进行评估，并将结果反馈给用户；并且本装置采用一体化设计，体积小，操作简单、快捷，可随时随地完成自我放松训练。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种用于身心放松训练的辅助装置，包括：
一移动终端本体；
设置在该移动终端本体表面的按键；
及设置在该移动终端本体上的电路装置；
其中，所述电路装置包括：
一用于通过感应电极检测用户心跳脉搏信号的光电传感器；所述光电传感器设置在所述移动终端本体体内；
与所述光电传感器连接的，用于从光电传感器上采集相应的脉搏数据的数据采集电路，设置在所述移动终端本体内；
与所述数据采集电路连接的，用于将所述脉搏数据处理为心率变异性(HRV)数据，分析该HRV数据的功率谱，得到用户放松状态数据与呼吸率，并将用户呼吸率与一标准的呼吸率进行比较判断生成相应的呼吸引导模型的微处理器，设置在所述移动终端本体内；
与微处理器连接的，用于显示经微处理器处理得到的用户放松状态数据及呼吸引导动画的显示屏。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述数据采集电路为一单片机。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述显示屏设置在所述移动终端本体上。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述显示屏和所述按键设置在所述移动终端本体的正面。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，在所述移动终端本体上还设置有一吊绳挂孔。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述移动终端本体为手指夹持装置，包括可以互相形成夹持的上盖和下盖。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述移动终端本体的供电电源为电池。
所述用于身心放松训练的辅助装置，其中，所述按键与所述微处理器连接。
本实用新型所提供的一种用于身心放松训练的辅助装置，通过无创手指感应电极测得用户的心跳，通过分析用户心跳信息数据，监测生理变化(心率变异性HRV，脉搏强度，心率)和放松状态变化，同时通过对HRV数据的处理得到呼吸率，并根据该呼吸率显示出呼吸引导动画辅助用户呼吸训练，通过动画引导呼吸，并引导用户集中精神，主动积极地调整情绪，平衡自主神经系统，提高身心健康水平，帮助用户达到全身高度放松状态，并且其结构简单，携带方便，大大为用户提供了方便。
附图说明
图1是本实用新型实施例的用于身心放松训练的辅助装置正面立体结构示意图。
图2是本实用新型实施例的用于身心放松训练的辅助装置背面立体结构示意图。
图3是本实用新型实施例的用于身心放松训练的辅助装置的电路原理结构示意图。
图4是本实用新型实施例的微处理器的功能原理结构示意图。
图5是本实用新型实施例的放松程度评估模块的功能原理结构示意图。
图6是本实用新型实施例的呼吸率反馈控制模块的功能原理结构示意图。
图7是本实用新型实施例的训练得分评估模块的功能原理结构示意图。
图8是本实用新型实施例的用于身心放松训练的辅助装置工作原理流程图。
图9是本实用新型实施例的心跳搏动形成的脉冲曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供的一种用于身心放松训练的辅助装置，如图1所示，主要包括：一移动终端本体100；设置在该移动终端本体100表面的按键15；及设置在该移动终端本体上的电路装置200，如图3所示；所述电路装置200包括：
一用于通过感应电极检测用户心跳脉搏信号的光电传感器11；所述光电传感器11设置在所述移动终端本体100内（图中未能标出）；
与所述光电传感器11连接的，用于从光电传感器上采集相应的脉搏数据的数据采集电路12，设置在所述移动终端本体100内，较佳地，所述数据采集电路12可以为一单片机；
与所述数据采集电路12连接的，用于将所述脉搏数据处理为心率变异性(HRV)数据，分析该HRV数据的功率谱，得到用户放松状态数据与呼吸率，并将用户呼吸率与一标准的呼吸率进行比较判断生成相应的呼吸引导模型的微处理器13，设置在所述移动终端本体100内；
与微处理器13连接的，用于显示经微处理器处理得到的用户放松状态数据及呼吸引导动画的显示屏14，所述显示屏14设置在所述移动终端本体100正面，如图1所示，所述按键15也设置在所述移动终端本体100正面。
如图1所示，所述按键15与所述微处理器13连接，所述按键15用于供输入操作指令使用。
进一步地，如图2所示，所述移动终端本体100为手指夹持装置，包括可以互相形成夹持的上盖102和下盖103。并在所述移动终端本体100上还设置有一用于挂吊绳的吊绳挂孔101。其中，所述移动终端本体100的供电电源为电池，并在所述移动终端本体100背面设置有用于固定保护电池的电池盖16。
以下将对本实用新型实施例的用于身心放松训练的辅助装置工作原理做进一步详细的描述:
本实用新型的用于身心放松训练的辅助装置结合使用呼吸引导技术和生物反馈技术，通过无创手指感应电极测得用户的心跳，通过分析用户心跳信息，监测生理变化(心率变异性HRV：Heart Rate Variability，脉搏强度、心率)和放松状态变化，解读心脏、大脑、自主神经系统之间的活动协调性。同时通过动画引导呼吸，并引导用户集中精神，主动积极地调整情绪，平衡自主神经系统，提高身心健康水平，帮助用户达到全身高度放松状态。本实用新型技术实现方案描述如下(步骤参考附图8)。
本实用新型实施例所提供的一种便携式用于身心放松训练的辅助装置通过光电传感器经由手指检测人体脉搏信号，经数据采集、处理后，在彩色显示屏上同时显示平均心率、当前放松状态、脉搏强度、心率变异性曲线(HRV曲线)及呼吸引导动画。训练结束后，训练效果评估采用饼状统计图，并为训练打分。训练装置采用一体化设计，使得测量、显示、供电等都集成在手指夹持装置上，训练装置采用电池供电。
在该实施例中，如图4所示，所述微处理器13还包括：HRV曲线获取模块31、放松程度评估模块32、呼吸率反馈控制模块33、训练得分评估模块34。
其中，HRV曲线获取模块31，用于将数据处理装置12处理得到的脉搏容积波形信号进行处理，得到相邻两次心跳的间期(RR间期)，对RR间期进行重采样和归一化处理，得出归一化的HRV曲线；放松程度评估模块32，用于根据HRV曲线获取模块31归一化处理后的HRV数据做快速傅里叶变换，得出功率谱，根据功率谱分析用户放松状态；呼吸率反馈控制模块33，用于根据用户呼吸率调整引导用户呼吸的引导速度；训练得分评估模块34，用于根据放松状态占整个训练时间的比例评估训练得分。
进一步地，如图5所示，本实施例的放松程度评估模块32还包括：
数据处理单元321，用于对归一化的HRV数据做快速傅里叶变换得到功率谱，并得出功率谱的峰值及除峰值外的累加和；
状态分析单元322，用于根据数据处理单元321得出的功率谱峰值与累加和的比值与设定的阈值进行比较，判断用户放松状态。
进一步地，如图6所示，本实施例的所述呼吸率反馈控制模块33还包括：
呼吸率测试单元331，用于根据HRV曲线测试用户的呼吸率；
呼吸引导单元332，用于根据用户的呼吸率调整呼吸引导模型并给出动画引导。
进一步地，如图7所示，本实施例的所述训练评估模块34还包括：
时间处理单元341，用于测量用户各个放松状态的时间。
计算得分单元342，用于根据时间处理单元测量的用户各个放松状态的时间计算用户的训练得分。
针对上述微处理器装置，其具体工作原理，如图8所示，具体是：
㈠、本实施例的装置中，HRV曲线获取模块31获取HRV曲线方法为：通过光电传感器经由手指检测人体脉搏信号，经数据采集、处理后，可得人体脉搏容积波形，每次心跳搏动(脉搏搏动)均会形成一个脉冲(参考附图9中脉冲P1~P5)。检测到心跳搏动(步骤1)后，记录相邻两次心跳的时间间隔(步骤2)，即RR间期(单位为毫秒ms)；由每次心跳的RR（相邻两次心跳的时间间隔）间期组成的序列，经重新采样(例如采样率为4Hz)后，即可得HRV曲线。为使HRV曲线可用于功率谱分析，需做归一化处理(步骤3)，即首先平均连续30秒的RR间期，得RRavg（相邻两次心跳的时间间隔的平均值），然后将HRV重采样后的HRV数据减去RRavg，即得归一化的HRV（心率变异性）曲线(步骤4)，此处理可去除HRV的直流分量，使得基线漂移判断更准确。
㈡、本实施例的装置中，放松程度评估模块32评估用户放松程度采用方法：⑴根据所得到的HRV（心率变异性）曲线，判断用户是否进入放松状态：因训练中每5秒钟进行一次放松程度评估，判断计时(步骤5)，若计时到5秒钟，则开始状态评估；首先对经归一化的HRV数据做快速傅里叶变换(FFT)(步骤6)，再取其幅值平方、并除以序列长度(步骤7)，即得功率谱(PSD: Power Spectrum Distribution) (步骤8)。
PSD是一种概率统计方法，是对随机变量均方值的量度。一般用于随机振动分析，连续瞬态响应只能通过概率分布函数进行描述，即出现某水平响应所对应的概。其定义是单位频带内的“功率”（均方值），PSD是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果，是一条功率谱密度值—频率值的关系曲线，其中功率谱密度可以是位移功率谱密度、速度功率谱密度、加速度功率谱密度、力功率谱密度等形式。数学上，功率谱密度值—频率值的关系曲线下的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。在本实施例中通过对HRV功率谱的分析，能够很好的对用户的放松状态进行准确的判断，进而估算用户的呼吸率，建立适用于用户的呼吸引导模型。
本实施例中所选HRV序列长度为64秒。分析HRV曲线的功率谱（PSD），同时满足：①(步骤9,10)通过其功率谱得出峰值（Peak），峰值(Peak)对应频率在0.04~0.4 Hz(对应呼吸率3~24 rpm （次/分钟）)之间；② (步骤11)0 Hz的PSD（功率谱）值小于一定值，此时 HRV曲线无漂移；③ (步骤12~16)峰值(Peak)与0.04~0.4 Hz之间除峰值外总的PSD (PSDsum-Peak)的比值(r=Peak/(PSDsum-Peak))要大于一定值，此时判断HRV曲线较稳定，计算呼吸率(步骤18)：RR = 60 * Peak；否则，则认为HRV曲线不稳定，用户为未放松状态。
⑵确定用户放松程度：若HRV曲线较稳定，则将计算出的用户实际呼吸频率与设定引导速度进行比较，若差值大于一定值，判断用户为未放松状态；否则，继续分析HRV曲线PSD，设定两个阈值(Th, Tm，分别为高度放松和中度放松判断阈值，步骤15)与HRV曲线稳定性判断中计算出的比值r比较，若r ≥ Th，则为高度放松状态(步骤17)；若r ≥ Tm且r < Th，则为中度放松状态(步骤16)；若r < Tm，则为未放松状态。
㈢、本实施例中，呼吸率反馈控制模块33引导呼吸率的评估算法是：经过测试发现，呼吸引导速度调整范围在5~10次/分钟(rpm)之间，即可满足大多数用户深呼吸要求。若用户感觉跟随默认呼吸引导速度较困难，可按照自己感觉较舒服的呼吸率进行深呼吸，当用户HRV较稳定，可测出呼吸率时(完成步骤18)，则进行呼吸率调整，具体调整方案为：
1)、若用户呼吸率大于10 rpm，则设置呼吸引导速度为用户实际呼吸率减2，每30秒检测一次HRV曲线，若较稳定，且用户呼吸率大于10 rpm，则重复调整一次，直到引导呼吸率调整至5~10 rpm之间；
2)、若用户呼吸率不大于10rpm，则不做自动调整；
3)、用户还可以通过设置训练难度（高、中、低），来调整呼吸引导速度，训练难度越高，呼吸引导速度越慢；反之训练难度越低，呼吸引导速度越快。
3)、每一个呼吸引导周期占空比为：1: 1(呼气：吸气)，即若呼吸引导速度为6 rpm，每个周期为10秒，则吸气为5秒，呼气为5秒。
训练装置中，采用动画式引导用户呼吸：依据设定的(或调整的)呼吸率控制单元332，用肺图标的填充与排空引导用户呼吸。当肺图标逐渐填充时，吸气；当肺图标逐渐排空时，呼气。同时如果打开呼吸提示音开关，可以通过声音引导用户呼吸。
㈣、在该实施例装置中，训练得分评估模块34评估训练得分的方法为：训练结束后，依据三种放松状态占整个训练时间的比例评估本次训练得分，具体方法为： Effort Index =100*(PerH * 4 + PerM *3 + PerL * 0)/4。
其中PerH、PerM、PerL分别对应高度放松状态、中度放松状态、低度放松状态(未放松状态)占整个时间百分比，PerH + PerM + PerL = 1；Effort Index代表训练得分，取值为0 ~ 100，分数越高，代表本次训练效果越好。本评分方法遵循奖励机制，当高度放松状态所占比例超过70%时，得分为100。这样可以使用户根据该训练得分评估模块给出的训练得分很直观的掌握训练的效果，并指导下一步的训练。
该实施例通过心率变异性反馈和呼吸引导训练诱导用户凝神定气(集中注意力并深呼吸)，使其渐渐进入平稳、安静的生理状态(放松状态)，达到类似于冥想或打坐的效果，从而帮助用户达到身心放松和舒坦愉悦的境界。
由上可见，本实用新型通过无创手指感应电极测得用户的心跳，通过分析用户心跳信息数据，监测生理变化(心率变异性HRV，脉搏强度，心率)和放松状态变化，同时通过对HRV数据的处理得到呼吸率，并根据该呼吸率调整呼吸引导模型，并显示出呼吸引导动画辅助用户呼吸训练，并引导用户集中精神，主动积极地调整情绪，平衡自主神经系统，提高身心健康水平，帮助用户达到全身高度放松状态，并且其结构简单，携带方便，大大为用户提供了方便。
基于上述实施例，本实用新型实施例还提供了一种呼吸引导模型显示处理方法，主要包括以下步骤：
从已经采集人体脉搏信号的光电传感器上获取相应的脉搏数据，并将该脉搏数据发送给数据处理装置；
数据处理装置将接收的脉搏数据处理为脉搏容积波形信号，并传送给微处理器进行处理；
微处理器将数据处理装置处理得到的脉搏容积波形信号进行处理得到HRV曲线，并将经归一化处理的HRV曲线进行快速傅里叶变换得到其功率谱分布，通过对该功率谱的分析，得出包含用户放松状态和呼吸率，并将该呼吸率与一标准的呼吸率进行比较判断生成相应的呼吸引导动画，并通过显示屏显示；具体如上所述。
其中，所述微处理器将该呼吸率与一标准的呼吸率进行比较判断生成相应的呼吸引导动画的步骤具体还包括：
当HRV曲线较稳定，可测出呼吸率时，则进行呼吸率调整，具体的调整为：若用户呼吸率大于10rpm，则设置呼吸引导速度为用户实际呼吸率减2，每30秒检测一次HRV曲线，若检测到HRV曲线较稳定，且用户呼吸率大于10 rpm，则重复调整一次；若用户呼吸率不大于10rpm，则不做自动调整；每一个呼吸引导周期占空比为：1: 1(呼气：吸气)，即若呼吸引导速度为6 rpm，每个周期为10秒，则吸气为5秒，呼气为5秒；
所述呼吸引导动画通过用肺图标的填充与排空显示呼吸的状态。
综上所示，本实用新型所提供的一种用于身心放松训练的辅助装置，通过一体化设计，将测量、显示和供电等都集成在该手指夹持装置上，通过采用动画设计引导呼吸，并采用彩色显示，画面清晰美观；通过评估用户呼吸率，自动调整引导呼吸频率，避免用户多次设置呼吸引导频率带来的麻烦；本装置还可及时评估当前放松程度，并通过显示反馈给用户。而且可在训练结束自动对本次训练作状态统计，并评估本次训练效果(训练得分)。本装置设计轻巧，便于携带，操作简单、快捷，这些特点使得本装置适合于多种场合的日常放松训练。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。