Система задания ритма дыхания и способ задания ритма дыхательной активности субъекта
Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для задания ритма дыхательной активности субъекта. Группа изобретений представлена способом и системой задания ритма дыхательной активности субъекта. Система (10) задания ритма дыхания содержит входной блок (14) для формирования входного сигнала, связанного с характеристикой дыхания субъекта, блок (16) анализа сигнала для распознавания структуры сигнала во входном сигнале и выходной блок (12) для вывода выходных сигналов, соответствующих требуемой дыхательной последовательности. Выходной блок (12) выполнен с возможностью приведения в действие по стартовому сигналу, чтобы выводить последовательность выходных сигналов, содержащих структуру сигнала, связанную с ранее распознанной структурой сигнала. Группа изобретений позволяет автоматически и эффективно согласовывать выходной сигнал с характеристиками дыхания субъекта за счет выведения последовательности выходных сигналов, содержащих фазу замедления и ослабления по стартовому сигналу. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области задания ритма дыхательной активности субъекта, в частности, к системе задания ритма дыхания и к соответствующему способу задания ритма дыхательной активности субъекта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принято считать, что замедленная и регулярная дыхательная активность полезна для релаксации. Для поддержки дыхательного процесса известно несколько разных устройств для задания ритма дыхания для предоставления выходных сигналов, которые соответствуют требуемому регулярному дыхательному ритму и могут легко восприниматься пользователем.
US-20090192402 A1 раскрывает систему задания ритма дыхания, содержащую признаки преамбулы п. 1 формулы изобретения, в которой формируется сигнал, соответствующий дыхательной активности субъекта, и сигнал анализируется на основании предварительно заданных критериев для идентификации целевого сигнала для контролируемого субъекта. Затем, на основании упомянутого анализа предоставляется подходящее биологическое обратное воздействие на субъекта.
Сходная система задания ритма дыхания предлагается в US-20060047202 A1.
US-20070114206 раскрывает устройство для задания ритма дыхания, содержащее датчики дыхания для генерирования сигнала состояния дыхания, который отображается для пользователя в качестве обратной связи о его фактическом дыхании. При получении упомянутого сигнала пользователь может согласовывать свой режим дыхания с целью обучения. В этом случае датчики встроены в предмет одежды, например, рубашку. Упомянутая система не пригодна, когда требуется релаксация.
Задающий сигнал может быть также, например, светом, который периодически изменяет свою интенсивность, цвет или форму в соответствии с требуемыми дыхательными циклами. В одном возможном случае применения устройства для задания ритма могут применяться человеком в постели для сокращения времени ожидания наступления сна. Упомянутые устройства для задания ритма дыхания проецируют световую точку медленно изменяющегося размера на потолок спальной. Дополнительным примером задающего ритм сигнала является акустический или видеосигнал.
Одна проблема, связанная с работой упомянутых устройств и управлением ими, состоит в необходимости поиска подходящего режима работы в начале последовательности задания ритма или, другими словами, «начальной точки», в которой система начинает работать. Система работает наиболее эффективно, когда выходной сигнал согласован с текущими характеристиками дыхания пользователя. Приведенное условие особенно справедливо в отношении частоты дыхания, т.е. частоты дыхательного цикла и других временных характеристик в пределах каждого дыхательного цикла (например, длительности вдыхания, длительности выдыхания, длительностей пауз), а также для амплитуды. Выходной сигнал, синхронизированный с текущей частотой дыхания пользователя, помогает пользователю подстраиваться к задающему ритму устройства. Однако в настоящее время не существует эффективного и осуществимого способа автоматического согласования выходного сигнала с частотой дыхания пользователя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следовательно, целью настоящего изобретения является создание системы задания ритма дыхания и соответствующего способа задания ритма дыхательной активности субъекта, которые предоставляют возможность автоматического и эффективного согласования выходного сигнала с характеристиками дыхания субъекта.
Цель достигается с помощью системы задания ритма дыхания по п. 1 формулы изобретения, а также с помощью соответствующего способа по п. 15 формулы изобретения.
В системе задания ритма дыхания в соответствии с настоящим изобретением входной блок служит для формирования или определения входного сигнала, который связан с дыхательной активностью пользователя. Упомянутый входной блок может быть представлен датчиком, который непосредственно контролирует дыхательную активность, или пользовательским интерфейсом для получения сигналов, которые соответствуют дыханию. Входной сигнал анализируется блоком анализа сигнала по структуре сигнала, содержащейся во входном сигнале. По стартовому сигналу выходной блок приводится в действие для вывода последовательности выходных сигналов, которые содержат структуру сигнала, связанную со структурой сигнала, которая была ранее распознана.
Когда систему задания ритма дыхания применяют, выходной блок сначала может быть неактивным, так что выходной блок не формирует выходные сигналы. Только входной блок, такой как подходящий датчик, является активным для формирования входных сигналов, соответствующих дыхательной активности пользователя. В соответствии с упомянутой активностью формируется и анализируется входной сигнал. В момент, когда формируется стартовый сигнал, выходной блок автоматически переключается в свой активный режим и начинает выводить последовательность выходных сигналов, которые имеют структуру, связанную со структурой, которая уже была распознана. Следовательно, выходные сигналы можно синхронизировать с «ритмом дыхания», представленным входным сигналом. Важной характеристикой структуры сигнала является, например, частота или амплитуда возбуждения или соотношение вдоха и выдоха, которые можно согласовать с текущим ритмом дыхания, когда начинается вывод выходного сигнала. Однако в контексте настоящего изобретения можно допустить другие характеристики.
Для формирования стартового сигнала существует несколько способов, зависящих от активного ввода пользователя, например, посредством пользовательского интерфейса, который применяется также в качестве вышеупомянутого входного блока для формирования самого входного сигнала, или дополнительного пользовательского интерфейса, или от распознавания структуры сигнала в процессе контроля или в течение предыдущего периода работы, как подробно поясняется в дальнейшем.
Отмечено, что структура сигнала выходного сигнала необязательно должна быть постоянно согласованной со структурой сигнала, распознанной во входном сигнале. В предпочтительном варианте достаточно согласовать структуру сигнала в начале последовательности выходных сигналов и изменять структуру сигнала выходных сигналов в течение последовательности в соответствии с предварительно заданной структурой, чтобы предоставить соответствие требуемой дыхательной последовательности. Другими словами, согласование структуры выходного сигнала может происходить только в начале последовательности, тогда как, в процессе дальнейшего исполнения последовательности, выходной сигнал может быть независимым от текущей дыхательной активности субъекта.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, выходной блок предоставлен в виде тактильного выходного блока для вывода тактильных выходных сигналов. Приведенный вариант осуществления предоставляет преимущество в том, что сформированные выходные сигналы являются осязательно воспринимаемыми, и система работает даже в темноте и может использоваться без создания неудобств другим лицам.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, входной блок встроен в выходной блок. Это приводит к компактной и дружественной для пользователя конструкции устройства в целом. Однако входной блок может быть расположен снаружи выходного блока и может быть также размещен снаружи устройства, содержащего выходной блок. В случае внешнего входного блока сигнал, полученный из входного блока, передается в блок анализа сигнала.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, входной блок представлен пользовательским интерфейсом для получения пользовательского ввода для настройки характеристики последовательности выходных сигналов. В данном случае пользователь может вводить сигнал, который непосредственно представляет текущую характеристику его дыхания, например, посредством исполнения периодического перемещения (например, нажатием и ослаблением нажима), которое имитирует текущую (или требуемую) дыхательную активность пользователя, или пользователь непосредственно предварительно устанавливает некоторые характеристики выходных сигналов. Упомянутые характеристики могут зависеть, среди прочего, от личности субъекта, его возраста, пола или физиологических состояний и т.п.
В соответствии с возможными вариантами осуществления настоящего изобретения, входной блок представлен; среди прочего, колесиком мыши, клавиатурой, по меньшей мере, одной кнопкой, сенсорным экраном или сенсорной панелью. Например, характеристика сигнала может быть настроена прокручиванием колесика. Нажим на колесико может выполнять другую функцию, например, формирования стартового сигнала для вывода последовательности выходных сигналов. Входной блок может также служить для выключения устройства.
В соответствии с другим вариантом осуществления, датчик сжатия или реле давления могут запускаться пользователем в начале вдыхания и/или выдыхания для синхронизации собственной частоты дыхания пользователя и/или интервалов времени вдыхания и выдыхания.
В соответствии с другим вариантом осуществления, формирование входного сигнала предоставляется датчиком для измерения характеристики субъекта. Посредством упомянутого датчика можно непосредственно контролировать дыхательную активность субъекта, без обязательного ввода пользователем.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления входного блока в виде пользовательского интерфейса и датчика необязательно являются взаимно исключающими, т.е. возможно объединение обеих функций в одном входном блоке. Следовательно, можно формировать выходной сигнал, который основан частично на пользовательском вводе и, в другой части, на измерении режима дыхания субъекта. Например, одна характеристика выходных сигналов может быть предварительно установлена пользователем, тогда как эта (или другая) характеристика изменяется в ходе дальнейшего исполнения последовательности по результатам измерения, полученным посредством датчика.
В предпочтительном варианте формирование стартового сигнала предоставляется при распознавании структуры сигнала дыхания, полученного в течение, по меньшей мере, одной фазы контроля для контроля дыхательной активности субъекта. Упомянутая фаза контроля может быть, например, калибровочной фазой, предшествующей приведению в действие выходного блока. В данной калибровочной фазе дыхательная активность субъекта контролируется для получения из нее структуры. После того, как структура идентифицируется, выходной блок может начать формирование выходных сигналов с соответствующей структурой, например, с частотой, синхронизированной или некоторым образом связанной с контролируемой частотой. Другим примером фазы контроля является предшествующий период работы системы, в течение которого собираются данные дыхания. Упомянутые данные можно также использовать для выбора требуемой начальной частоты процесса задания ритма.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления, длительность фазы контроля регулируют в зависимости от хода изменения дыхательной активности субъекта в фазе контроля. Например, длительность калибровочной фазы может зависеть от спада контролируемой дыхательной активности.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, последовательность выходных сигналов начинается со структуры сигнала, связанной со структурой сигнала, полученной в предыдущей фазе контроля.
В предпочтительном варианте последовательность выходных сигналов начинается с частоты, соотношения вдоха и выдоха и/или амплитуды, связанных с частотой или соотношением вдоха и выдоха и/или амплитудой, содержащихся в структуре сигнала, полученной в течение предыдущей фазы контроля. Например, в структуре сигнала в предыдущей фазе контроля содержится некоторое соотношение вдоха и выдоха, и последовательность выходных сигналов начинается с соотношения вдоха и выдоха, которое находится с ним в четко выраженной зависимости.
В более предпочтительном варианте на основании структур сигналов, полученных в течение предыдущих фаз контроля, определяют ход дальнейшего исполнения последовательности выходных сигналов.
В соответствии с другим вариантом осуществления, последовательность выходных сигналов содержит фазу замедления, в которой частота выходного сигнала снижается.
В более предпочтительном варианте амплитуда выходного сигнала возрастает в фазе замедления. В то же время можно дополнительно снижать частоту выходного сигнала.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, последовательность выходных сигналов содержит фазу ослабления, в которой амплитуда выходного сигнала снижается. В течение данной фазы частоту задания ритма можно поддерживать.
Изобретение дополнительно относится к способу задания ритма дыхательной активности субъекта, содержащему следующие этапы, на которых: формируют или определяют входной сигнал, связанный с характеристикой дыхания субъекта; анализируют входной сигнал для распознавания структуры сигнала и, по стартовому сигналу, начинают вывод последовательности выходных сигналов, содержащих структуру сигнала, связанную с ранее распознанной структурой сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные и другие аспекты изобретения очевидны из нижеописанных вариантов осуществления и поясняются на их примере. На чертежах:
Фиг.1 - схематическое сечение одного варианта осуществления системы задания ритма дыхания в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 - блок-схема последовательности операций одного варианта осуществления способа в соответствии с изобретением для задания ритма дыхательной активности субъекта; и
Фиг.3 и 4 - схемы, демонстрирующие эволюцию задающей скорости ритма со временем в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Система задания ритма дыхания на Фиг.1 предоставлена в виде тактильной системы 10 задания ритма дыхания, содержащей тактильный выходной блок 12, который определяет внешнюю форму и внешний вид системы 10 задания ритма. Как дополнительно поясняется в дальнейшем, все функциональные компоненты тактильной системы 10 задания ритма дыхания объединены в упомянутом тактильном выходном блоке 12. Тактильная система 10 задания ритма дыхания является только одним примером системы задания ритма дыхания в соответствии с настоящим изобретением, и тактильный выходной блок 12 упомянутой системы можно заменить любым другим подходящим выходным блоком для формирования выходных сигналов, которые могут восприниматься субъектом, например, акустическим выходным блоком или визуальным выходным блоком. Последующее описание приведено со ссылкой на тактильную систему 10 задания ритма дыхания без ограничения объема настоящего изобретения в этом отношении.
В настоящем примере тактильный выходной блок 12 может быть диванной подушкой, подушкой, мягкой подкладкой, мягкой игрушкой, мобильным телефоном, браслетом или часами, хотя упомянутый блок может иметь разные формы и размеры. Приведенные примеры нельзя понимать как ограничивающие, а тактильный выходной блок может иметь любой другой подходящий размер или форму. Соответствующий выходной блок 12, например, диванная подушка или мягкая подкладка, выполнен с возможностью периодического изменения своего размера, в частности, толщины, и упомянутое изменение является тактильным выходным сигналом, воспринимаемым субъектом, который находится в тесном контакте с тактильным выходным блоком 12. Тактильные выходные сигналы, выдаваемые тактильным выходным блоком 12, служат для задания ритма дыхательной активности субъекта. В случае мобильного терминала или часов может использоваться функция вибрации.
В тактильный выходной блок 12 может быть встроен датчик 14 в качестве входного блока для определения характеристики дыхания, в частности, частоты дыхания субъекта. В настоящем варианте осуществления датчик 14 может быть, например, датчиком воздушного потока, представленным микрофоном. Обдув микрофона интерпретируется как активность выдоха субъекта, а интервалы времени между двумя интервалами обдува интерпретируются как фазы вдыхания. Для измерения упомянутого воздушного потока датчик помещают непосредственно на поверхность тактильного выходного блока 12. В случае, если датчик воздушного потока используют для определения воздушного потока во время выдыхания (например, при обдуве) и/или вдыхания), то упомянутый датчик воздушного потока предпочтительно содержит температурно-чувствительный элемент, например, термистор, сопротивление которого изменяется с температурой. С технической точки зрения, датчик воздушного потока необязательно должен быть микрофоном, но может быть также представлен датчиками других типов, например, анемометром или температурно-чувствительным элементом типа термистора. Разность температур между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом можно интерпретировать для идентификации фаз вдыхания и выдыхания дыхательной активности. Кроме того, один возможный вариант предусматривает применение датчика для анализа химического состава выдыхаемого воздуха и измерения в нем процентного содержания CO2. Данную информацию можно дополнительно использовать для определения характера дыхательной активности и согласования с ней характеристик задания ритма.
В альтернативном варианте датчик воздушного потока, применяемый в приведенном варианте осуществления в виде датчика 14, может быть заменен датчиком движения тела для контроля дыхательной активности субъекта. Приведенный вариант осуществления основан на представлении, что дыхательная активность приводит к периодическим перемещениям тела субъекта, которые можно легко измерять датчиком движения тела. Акселерометр является одним из примеров упомянутого датчика движения тела для определения частоты дыхания по перемещениям груди или живота. В сравнении с датчиком воздушного потока, датчик движения тела предоставляет преимущество в том, что его можно полностью встроить в тактильный выходной блок 12, без возможности доступа к нему снаружи. Когда измерение не показывает перемещения в течение некоторого периода времени, то такое состояние можно интерпретировать как ситуацию, в которой отсутствует контакт субъекта с тактильным выходным блоком 12, и тактильная система 10 задания ритма дыхания может быть автоматически выключена. Такое выключение возможно также в варианте осуществления с использованием датчика воздушного потока, в котором отсутствие входного сигнала, т.е. отсутствие воздушного потока, подлежащего измерению датчика воздушного потока, в течение некоторого периода времени интерпретируется как ситуация, в которой тактильная система 10 задания ритма дыхания не используется.
Датчик движения тела может также содержать детектор движения в форме капли из электропроводящего материала, которая может перемещаться между положением, в котором упомянутая капля способствует протеканию тока между электродами, и положением, в котором ток протекать не может, так что ток модулируется перемещением капли. Как поясняется выше, упомянутый механизм можно применять для выключения тактильной системы 10 задания ритма дыхания или для установки упомянутой системы в режим ожидания, когда не происходит модуляции.
Другой вариант осуществления датчика 14 является фотоплетизмографом (PPG) для анализа паттерна дыхания по сигналу объемного пульса крови. В одном распространенном варианте осуществления освещают кожу субъекта (например, на пальце или запястье) и измеряют изменение светопоглощения, обусловленное дыхательной активностью. Пользователь может работать с фотоплетизмографом посредством помещения своего пальца поверх окна, имеющегося на поверхности тактильного выходного блока 12.
В качестве альтернативы и/или дополнения, для измерения движения тела можно воспользоваться внешне расположенным радиолокационным датчиком, чтобы получать входной сигнал, связанный с сигналом дыхания. Другой вариант осуществления упомянутого дистанционного датчика тела представляет собой датчик массы или давления для определения механического давления, прикладываемого субъектом, соответствующего его дыхательной активности. Подобный датчик может содержать фольгу, чувствительную к давлению.
В качестве датчика для этой цели можно также применить камеру.
Дополнительными функциональными блоками тактильной системы 10 задания ритма дыхания являются блок 16 анализа сигнала и исполнительный механизм 18, встроенные в тактильный выходной блок 12. Блок 16 анализа сигнала получает от датчика 14 входной сигнал, показывающий частоту дыхания субъекта. Датчик 14 формирует упомянутый сигнал дыхания в соответствии с измеренной частотой дыхания. Блок 16 анализа сигнала предоставляется для анализа входного сигнала и поиска структур сигналов, содержащихся во входном сигнале. Кроме того, блок 16 анализа сигнала предоставляется для управления исполнительным механизмом 18 в соответствии с результатом упомянутого анализа, как поясняется в дальнейшем. Исполнительный механизм 18 предоставляется для вызова перемещения тактильного выходного блока 12 для выдачи тактильных выходных сигналов. То есть, в соответствии с перемещением исполнительного механизма 18, тактильный выходной блок 12 движется, и данное движение воспринимается субъектом. Например, тактильный выходной блок 12 может увеличивать или уменьшать свой размер или может изменять свою внешнюю форму. Однако можно принимать во внимание другие осязательно или тактильно воспринимаемые изменения внешнего или внутреннего представления тактильного выходного блока 12. Тактильный выходной блок 12 может также осуществлять осязательно воспринимаемые щелчки или силовые воздействия для выдачи воспринимаемого сигнала пользователю, например, благодаря вращению электродвигателя, который может выдавать дополнительную сигнальную информацию устройства для задания ритма.
Тактильная система 10 задания ритма дыхания может дополнительно содержать перезаряжаемый источник питания (не показан), такой как перезаряжаемая батарея или аккумулятор. Это делает возможной беспроводную эксплуатацию устройства для задания ритма без каких-либо мешающих подсоединений к сети питания, что дополнительно делает упомянутое устройство удобнее для пользователя.
Тактильный выходной блок 12 приводится в действие для вывода последовательности тактильных выходных сигналов, когда формируется входной сигнал. В настоящем варианте осуществления упомянутый стартовый сигнал формируется блоком 16 анализа сигнала, когда выполнено распознавание структуры сигнала во входном сигнале, являющимся сигналом дыхания. Такой результат означает, что, по меньшей мере, одна характеристика дыхания, например, частота дыхания, идентифицирована как входной сигнал. В этом случае блок 16 анализа сигнала управляет исполнительным механизмом 18 для запуска последовательности тактильных выходных сигналов, которые содержат структуру сигнала, которая связана со структурой сигнала, который был распознан. Например, упомянутые тактильные выходные сигналы имеют такую же или сходную частоту или амплитуду, как у измеренных сигналов дыхания. Другая возможность состоит в том, что структура сигнала сформированных тактильных выходных сигналов имеет некоторую связь с распознанной структурой сигнала. Только в качестве примера, частота тактильных выходных сигналов может быть несколько ниже, чем измеренная частота дыхания. Кроме того, соотношение между временем расширения и временем сокращения исполнительного механизма может несколько отличаться от соотношения между вдохом и выдохом, измеренным датчиком дыхания. Блок 16 анализа сигнала может содержать компьютерную программу для соответствующего управления исполнительным механизмом 18.
Посредством формирования последовательности тактильных выходных сигналов со структурой сигнала, которая связана с распознанной структурой сигнала, сформированные тактильные выходные сигналы можно синхронизировать с текущим режимом дыхания пользователя. В настоящем варианте осуществления тактильный выходной блок 12 не формирует тактильные выходные сигналы, пока во входном сигнале не распознана структура сигнала блоком 16 анализа сигнала. После того, как структура распознана, формируется стартовый сигнал, чтобы тактильный выходной блок 12 начал вырабатывать последовательность тактильных выходных сигналов. Возможен также вариант начала формирования тактильных выходных сигналов не под влиянием измерения, выполняемого во время начальной фазы контроля, а запуска выдачи последовательности тактильных выходных сигналов соответственно распознанной структуре сигнала с более ранней фазы контроля, сохраненной в памяти системы, после стартового сигнала.
В качестве дополнительного входного блока, на поверхности тактильного выходного блока 12 предоставляется колесико 20 мыши. Колесико 20 мыши встроено в тактильный выходной блок 12 таким образом, что упомянутое колесико доступно снаружи. Упомянутое колесико представляет собой пользовательский интерфейс для настройки характеристики последовательности тактильных выходных сигналов. Например, пользователь может выбирать и/или настраивать частоту или амплитуду дыхания в качестве входного сигнала для блока 16 анализа сигнала. Одной дополнительной функцией колесика 20 мыши может быть формирование стартового сигнала для запуска выдачи тактильных выходных сигналов, когда пользователь нажимает на упомянутое колесико. Например, когда пользователь закончил процедуру настройки, пользователь нажимает на колесико 20 мыши, чтобы запустить задание ритма. Таким же образом, пользователь может прекратить выдачу тактильных выходных сигналов нажатием на колесико 20 мыши в другой раз.
Колесико 20 мыши представляет только один возможный вариант осуществления пользовательского интерфейса и может быть заменено клавиатурой, по меньшей мере, одной или более кнопками или переключателями, сенсорным экраном, сенсорной панелью, датчиком сжатия или реле давления или подобным устройством. Кроме того, пользовательский интерфейс может быть предназначен для вывода статусной информации о тактильной системе задания ритма дыхания. Статусная информация может формироваться визуальным дисплеем или звуковым сигналом любого требуемого типа, например, светоиндикаторами, звуковым сигналом или тактильным сигналом типа сигнала зуммера. Кроме того, для вывода команд для пользователя по использованию устройства можно воспользоваться динамиком или дисплеем, встроенным в тактильный выходной блок 12 или соединенным с ним.
Отмечено, что колесико 20 мыши может представлять собой один альтернативный вариант предоставления датчика, то есть пользовательский интерфейс может выполнять вместо датчика функцию входного блока для формирования входного сигнала для блока 16 анализа сигнала. Однако возможно также объединение обеих функций пользовательского интерфейса и датчика в одном входном блоке или предоставление разных входных блоков, каждый из которых формирует входные сигналы для блока 16 анализа сигнала. Таким образом, возможно формирование тактильного выходного сигнала, который основан частично на пользовательском вводе с пользовательского интерфейса и, частично, на измерении режима дыхания субъекта. Например, по меньшей мере, одна характеристика тактильных выходных сигналов может быть установлена пользователем в соответствии с его личностью и/или другими индивидуальными состояниями, например, его возрастом. Упомянутую характеристику можно использовать для установки условий для тактильных выходных сигналов в начале процесса задания ритма. Результаты измерения, полученные посредством датчика, можно использовать в процессе задания ритма для настройки и видоизменения последовательности тактильных выходных сигналов. Для вычисления тактильных выходных сигналов блок 16 анализа сигнала может также использовать ранее сохраненные параметры, характеристики или алгоритмы.
Блок-схема, представленная на Фиг.2, демонстрирует один сценарий процесса формирования задающего сигнала. В нижеприведенном описании предполагается, что входной сигнал формируется только датчиком 14. Дыхательная активность субъекта измеряется (этап 100) датчиком 14 (показанным на Фиг.1) для формирования входного сигнала, указывающего характеристику дыхания субъекта (например, частоту дыхания), (этап 110). Этот входной сигнал представляет собой периодическую дыхательную активность, содержащую фазы вдыхания и выдыхания. Затем входной сигнал передается в блок 16 анализа сигнала для анализа (этап 120). В ходе этого анализа блок 16 анализа сигнала осуществляет поиск структур сигнала во входном сигнале. После того, как структура распознана, формируется стартовый сигнал для исполнительного механизма 18, и тактильный выходной блок 12 приводится в действие (этап 130), чтобы начать вывод последовательности тактильных выходных сигналов. По меньшей мере, в начале упомянутой последовательности тактильные выходные сигналы содержат структуру сигнала, соответствующую распознанной структуре сигнала входного сигнала, проанализированного блоком 16 анализа сигнала на этапе 120.
Одна из возможностей состоит в использовании соотношения вдоха и выдоха в качестве опорной величины для формирования тактильных выходных сигналов. Наблюдения показали, что для релаксации полезно соотношение вдоха и выдоха меньше, чем 1. Когда установлено, что текущее соотношение вдоха и выдоха, например, больше, чем 1 или равно 1, то тактильный выходной блок 12 может выдать последовательность тактильных выходных сигналов, начинающуюся с интервала времени расширения, соответствующего текущей длительности вдыхания субъекта, что оказывается естественным для большинства людей, но интервал времени сокращения больше, чем длительность выдыхания. Следовательно, частота устройства для задания ритма начинается с частоты ниже, чем измеренная частота дыхания. Следует отметить, что сокращение тактильного выходного блока 12 необязательно может быть привязано к фазе выдыхания (и, следовательно, расширение устройства необязательно привязано к фазе вдыхания), а функции сокращения и расширения можно также изменить на противоположные.
Как уже упоминалось, входной сигнал может формироваться не датчиком 14, а может также исходить из пользовательского интерфейса, выполняющего функцию входного блока, для настройки характеристики последовательности тактильных выходных сигналов. Например, пользователь настраивает индивидуальную характеристику дыхания (частоту, амплитуду и т.п.) посредством колесика 20 мыши, в зависимости от своей личности и/или другого индивидуального состояния. Упомянутая настройка может интерпретироваться как входной сигнал блоком 16 анализа сигнала на этапе 120, показанном на Фиг.2, и, в соответствии с результатом упомянутого анализа, тактильный выходной блок 12 начинает выводить последовательность тактильных выходных сигналов.
В качестве альтернативы возможен учет входных сигналов датчика 14, а также пользовательского интерфейса, т.е. колесика 20 мыши. Например, пользователь может ввести вышеописанные индивидуальные характеристики дыхания для определения предварительных условий для процесса задания ритма. Затем, датчик 14 может контролировать текущую дыхательную активность субъекта, и блок 16 анализа сигнала будет вычислять последовательность тактильных выходных сигналов на основе входных сигналов обоих типов.
Для предоставления управления дыхательной активностью, длительностью и частотой фаз (смотри Фиг.3) в рамках последовательности тактильных выходных сигналов целесообразно управлять на основании полученных калибровочных данных (или калибровочных данных, полученных во время предыдущего сеанса) таким образом, чтобы имел место эффект релаксации. Блок 16 анализа сигнала может определять дальнейший ход исполнения последовательности, начиная с частоты, соответствующей распознанной частоте дыхания, и путем ее изменения в течение дальнейшего вывода тактильного выходного сигнала.
Диаграмма на Фиг.3 изображает один возможный сценарий задания ритма, относящийся к хронологической эволюции задающей скорости (частоты) ритма тактильного выходного сигнала. Горизонтальная ось диаграммы на Фиг.3 представляет время, а вертикальная ось представляет задающую скорость ритма. Ось времени делится на пять разных фаз, при этом первая фаза начинается в момент t(1) = 0 и является калибровочной фазой (P1), в которой тактильный выходной блок 12 не активен и не выдает тактильные выходные сигналы. За калибровочной фазой (P1) следуют фазы (P2), (P3), (P4) и (P5), в которых тактильный выходной блок 12 приведен в действие и выдает последовательность тактильных выходных сигналов. Упомянутый период действия начинается с начальной фазы (P2), после которой следуют фаза (P3) замедления, фаза (P4) постоянной задающей скорости ритма и фаза (P5) ослабления.
В калибровочной фазе (P1) дыхательная активность субъекта контролируется датчиком 14, который генерирует входной сигнал. Упомянутый входной сигнал анализируется блоком 16 анализа сигнала. Посредством упомянутой операции контроля можно анализировать ход изменения дыхания субъекта, что дает, в результате, кривую, которая представляет дыхательную активность. На Фиг.3 показаны разные кривые в качестве трех примеров эволюции частоты дыхания во время калибровочной фазы.
Каждая кривая представляет «профиль частоты дыхания» субъекта. Из упомянутого профиля блок 16 анализа сигнала может вычислить начальную точку операции задания ритма, то есть подходящую задающую скорость ритма в начале последовательности тактильных выходных сигналов. Задающая скорость (частота) ритма является только одной возможной характеристикой тактильного выходного сигнала, который можно выбрать. Другой характеристикой может быть амплитуда задания ритма, которая также вычисляется по результатам измерений в калибровочной фазе (P1). Говоря в общем, блок 16 анализа сигнала пытается найти структуру сигнала в рамках профиля дыхания, представленного входным сигналом, и когда упомянутый профиль распознан, то формируется стартовый сигнал, чтобы исполнительный механизм 18 выдавал тактильный выходной сигнал, который имеет отношение к упомянутой структуре сигнала.
Возможен также подход, при котором принимаются во внимание результаты предыдущих фаз контроля во время поиска структуры сигнала во входном сигнале. Такой подход означает, что калибровочная фаза (P1), показанная на Фиг.3, является всего лишь одним примером упомянутой фазы контроля, в которой тактильный выходной блок бездействует. Однако упомянутая фаза контроля может быть также представлена предыдущим периодом работы тактильной системы 10 задания ритма дыхания, в течение которого контролировалась дыхательная активность пользователя. Следует также отметить, что калибровочная фаза (P1), предшествующая выдаче последовательности тактильных выходных сигналов, возможно, не всегда обязательна. Начальную точку операции задания ритма можно правильно выбрать просто на основании накопленных данных, т.е. данных за предыдущие периоды работы, как поясняется выше.
Когда структура сигнала распознана, и входной сигнал сформирован, начинается задание ритма с начального уровня f(1) задающей скорости ритма в момент времени t(2) в начале начальной фазы (P2). Во время упомянутой фазы (P2) задающая скорость ритма тактильного выходного сигнала немного снижается в настоящем варианте осуществления, как показано на Фиг.3. Ход этого снижения, т.е. наклон кривой, представляющей задающую скорость ритма в зависимости от времени, может также зависеть от результатов калибровки. Во время упомянутой фазы (P2) можно также сохранять постоянную задающую скорость ритма. За начальной фазой (P2) следует фаза (P3) замедления с более выраженным снижением задающей скорости ритма, до момента времени t(4). В фазе (P3) замедления задающая скорость ритма снижается со значения f(2) до значения f(3). Приведенное значение f(3) соответствует целевой частоте дыхания в дыхательной последовательности и может быть получено из характеристик дыхания, измеренных в калибровочной фазе. В соответствии с одним примером, задающая скорость ритма f(3) может соответствовать значению 60% от измеренной частоты дыхания при запуске.
За фазой (P3) замедления следует фаза (P4) постоянной задающей скорости ритма, в которой задающая скорость ритма остается на постоянном уровне f(3). Длительность фазы (P4) можно вычислить на основании предыдущих периодов контроля, т.е. предыдущих рабочих фаз тактильной системы 10 задания ритма дыхания и (по желанию) калибровочной фазы (P1). В фазе (P3) замедления амплитуда задания ритма (не показанная) может возрастать линейно до некоторого уровня и может оставаться на упомянутом уровне в течение фазы (P4). Другие характеристики тактильного выходного сигнала также можно изменять предварительно заданным образом в течение фаз (P2) - (P5).
За фазой (P4) следует фаза (P5) ослабления с постоянной задающей скоростью ритма на уровне f(3). В фазе (P5) амплитуда задания ритма снижается до нуля, так что в настоящем примере операция задания ритма заканчивается в момент времени t(6).
Хотя длительность фаз (P4) и (P5) можно определять на основании результатов контроля, как пояснялось выше, их длительность можно также определять по тому, присутствует ли воздействие на входе датчика 14. Когда датчик не формирует входной сигнал, т.е. периодический сигнал, показывающий частоту дыхания субъекта, отсутствие входного сигнала можно считать признаком того, что контакт между субъектом и тактильным выходным блоком 12 отсутствует, и тактильная система 10 задания ритма дыхания не используется. В таком случае можно начинать фазу (P5) ослабления или полностью закончить процесс задания ритма.
Процесс задания ритма может быть остановлен, когда установлено, что субъект уснул или был расслаблен в необходимой степени. Когда во входном сигнале распознана некоторая характеристика или структура сигнала, может начинаться фаза (P5) ослабления, или, в данном случае, можно немедленно остановить систему. Например, датчик 14 может измерить частоту или амплитуду дыхания или соотношение вдоха и выдоха, сигнализирующие о слабой дыхательной активности, которая указывает на сон или глубоко расслабленное состояние субъекта. Соответствующая структура сигнала входного сигнала, исходящего из датчика 14, будет распознана блоком 16 анализа сигнала, который сформирует сигнал останова, чтобы тактильный выходной блок 12 немедленно прекратил последовательность тактильных выходных сигналов или начал фазу (P5) ослабления, в которой амплитуда задания ритма снижается до нуля, и вся система выключается. В приведенном варианте осуществления блок 16 анализа сигнала выполнен с возможностью управления длиной последовательности тактильных выходных сигналов на основании характеристик входного сигнала, который может соответствовать некоторому состоянию субъекта.
Выше приведено описание только одного возможного сценария задания ритма. Другая возможность предусматривает исключение калибровочной фазы (P1) и получение профиля частоты дыхания только из предыдущих периодов работы тактильной системы 10 задания ритма дыхания. Упомянутая возможность означает, что предыдущие периоды использования считаются периодами контроля, в течение которых можно обнаруживать структуру сигнала.
Третий сценарий предполагает учет не только входного сигнала, сформированного датчиком 14, но также исходящего из пользовательского интерфейса типа колесика 20 мыши, показанного на Фиг.1. Например, пользователь может настроить или выбрать вышеописанные индивидуальные характеристики дыхания для определения предварительных условий для процесса задания ритма и их ввода в пользовательский интерфейс. Упомянутая индивидуальная характеристика может относиться к личности, возрасту, полу или другой индивидуальной особенности пользователя. Затем упомянутый ввод может служить входным сигналом для выбора характеристики задания ритма в начале последовательности тактильных выходных сигналов в качестве «начальной точки». В ходе дальнейшего исполнения задания ритма в фазах (P2) - (P5), показанных на Фиг.3, последовательность тактильных выходных сигналов может настраиваться, т.е. дополнительно согласовываться на основании сигналов датчика, которые собраны в калибровочной фазе или в фазе предыдущего применения в качестве накопленных данных.
Во всех приведенных сценариях можно формировать сигнал останова, чтобы тактильный выходной блок 12 прекратил дальнейшее формирование тактильных выходных сигналов. Сигнал останова может быть сформирован блоком 16 анализа сигнала при распознавании некоторой структуры сигнала, содержащейся во входном сигнале, поступающем из датчика 14, как изложено выше. Однако возможен учет других факторов, например, времени исполнения последовательности, чтобы сигнал останова нельзя было сформировать, пока не истечет предварительно заданный период времени. Сигнал останова можно также формировать только по времени, т.е. можно определить фиксированный период времени в качестве длительности последовательности или определить данный период в зависимости от пользовательского ввода с пользовательского интерфейса. В приведенном варианте осуществления блок 16 анализа сигнала выполнен с возможностью управления длительностью последовательности тактильных выходных сигналов на основании временного графика, который может быть запрограммирован и/или может быть изменен пользователем.
В этом варианте на выходной сигнал можно воздействовать входным блоком, которым может активно управлять субъект. Пользователю может быть предоставлена возможность выбора между некоторыми предварительными условиями при формировании тактильного выходного сигнала, например, выбора между медленной или быстрой дыхательной последовательностью в начале начальной фазы (P2). Однако при этом все еще возможно влияние структуры сигнала, которая распознана ранее, так что формируемую последовательность тактильных выходных сигналов все еще можно настроить на пользователя и, в некоторой степени, индивидуализировать.
Тактильную систему 10 задания ритма дыхания можно снабдить устройствами индикации, которые показывают пользователю рабочее состояние тактильной системы 10 задания ритма дыхания, что, однако, не показано в настоящем варианте осуществления на Фиг.1. Упомянутое устройство индикации может быть визуальным дисплеем, источником света типа СД (светодиода) или устройством звуковой индикации, выдающим звуковой сигнал обратной связи для пользователя. Упомянутое устройство индикации может быть также расположено снаружи таким образом, что оно не встроено в тактильный выходной блок 12.
Для дополнительного пояснения изменения характеристик тактильного выходного сигнала в фазах (P3), (P4) и (P5) служит Фиг.4, представляющая эволюцию действия устройства для задания ритма во времени (горизонтальная ось), а именно, задающих скорости и амплитуды ритма. На Фиг.4 представлены три разных кривые. Верхняя кривая изображает фактическое перемещение (действие устройства для задания ритма) тактильного выходного блока 12 со временем (горизонтальная ось), амплитуду упомянутого перемещения, отложенного по вертикальной оси. Вторая кривая сверху представляет эволюцию задающей скорости ритма (вертикальная ось) со временем, а третья кривая представляет эволюцию задающей амплитуды ритма (вертикальная ось). Амплитуда действия устройства для задания ритма на верхней и нижней кривых нормирована относительно значения 1 в качестве максимального значения, а задающая скорость ритма приведена в циклах задания ритма в минуту.
Эволюция задающей скорости ритма соответствует задающей скорости ритма, показанной на Фиг.3, т.е. упомянутая скорость снижается в фазе (P3) замедления, которая в настоящем примере продолжается приблизительно 4 минуты, но остается на постоянном уровне в следующей фазе (P4) в течение еще 4 минут и в 2-минутной фазе (P5) ослабления. Однако эволюция задающей амплитуды ритма отличается, как уже указано на верхней кривой. Нижняя кривая представляет упомянутую эволюцию в более явном виде: В фазе (P3) амплитуда линейно возрастает до максимума, который достигается в точке перехода от фазы (P3) к фазе (P4), остается на постоянном уровне в фазе (P4) и линейно снижается до нуля в фазе (P5).
Кроме того, для выдачи пользователю команд по использованию устройства можно применить динамик и/или дисплей, встроенный в тактильный выходной блок 12 и/или соединенный с ним. Дополнительно следует отметить, что любой вышеописанный входной блок 14 может также иметь проводное или беспроводное соединение с тактильным выходным блоком 12.
В предпочтительном варианте выходной блок может содержать элемент регулирования температуры, который можно использовать для подогрева выходного блока. Упомянутый элемент регулирования температуры может быть реализован в виде нагревательного элемента, который работает с управлением, предоставляющим его постоянную температуру, и/или который может содержать температурный датчик для измерения температуры пользователя, который контактирует с выходным блоком. Посредством подогрева выходного блока достигают большего удобства для пользователя. Таким образом, в случае упругой подкладки или подкладки под руку, или подобного приспособления, люди, склонные к охлаждению рук или замерзанию, могут испытывать больший комфорт. С другой стороны, подогрев может усилить чувство связи с выходным блоком. Упомянутую регулировку температуры подкладки можно реализовать встраиванием нагревательного элемента в подкладку.
Хотя настоящее изобретение подробно представлено на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничено предложенными вариантами осуществления. После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленного изобретения могут быть разработаны и выполнены другие изменения предложенных вариантов осуществления. В формуле изобретения формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность выгодного применения комбинации упомянутых признаков. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.
1. Способ задания ритма дыхательной активности субъекта, содержащий:
- формирование входного сигнала, связанного с характеристикой дыхания субъекта,
- распознавание структуры сигнала во входном сигнале и
- вывод выходных сигналов, соответствующих требуемой дыхательной последовательности,
при этом по стартовому сигналу выводят последовательность выходных сигналов, содержащую структуру сигнала, связанную с ранее распознанной структурой сигнала;
при этом структура сигнала выходных сигналов приведена в соответствие с ранее распознанной структурой сигнала в начале последовательности и структура сигнала выходных сигналов изменяется в ходе дальнейшей реализации последовательности;
при этом стартовый сигнал формируется после распознавания структуры сигнала, полученной в по меньшей мере одном этапе контроля для контроля дыхательной активности субъекта; и
последовательность выходных сигналов начинается со структуры сигнала, соответствующей структуре сигнала, полученной в предыдущем этапе контроля;
при этом выходной сигнал является независимым от текущей дыхательной активности субъекта в ходе дальнейшей реализации последовательности;
характеризующийся тем, что длительность этапа контроля регулируют в зависимости от протекания дыхательной активности субъекта на этапе контроля;
при этом последовательность выходных сигналов содержит фазу замедления (РЗ), в которой частота выходного сигнала снижается до целевой частоты дыхания, которую получают из дыхательных характеристик, измеренных во время этапа контроля;
причем амплитуда выходного сигнала увеличивается в фазе замедления; и
последовательность выходных сигналов содержит фазу ослабления, в которой амплитуда выходного сигнала снижается.
2. Способ по п. 1, в котором последовательность выходных сигналов начинается с частоты, соотношения вдоха и выдоха и/или амплитуды, связанных с частотой или соотношением вдоха и выдоха и/или амплитудой, содержащимися в структуре сигнала, полученной в предыдущем этапе контроля.
3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором дальнейший ход изменения последовательности выходных сигналов определяется на основе структуры сигналов, полученных в предыдущих этапах контроля.
4. Система (10) задания ритма дыхания для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов, содержащая:
- входной блок (14) для формирования входного сигнала, связанного с характеристикой дыхания субъекта,
- блок (16) анализа сигнала, выполненный с возможностью распознавания структуры сигнала во входном сигнале, и
- выходной блок (12) для вывода выходных сигналов, соответствующих требуемой дыхательной последовательности,
при этом упомянутый выходной блок (12) выполнен с возможностью приведения в действие по стартовому сигналу, чтобы выводить последовательность выходных сигналов, содержащих структуру сигнала, связанную с ранее распознанной структурой сигнала,
упомянутый выходной блок (12) выполнен с возможностью приведения в соответствие структуры сигнала выходных сигналов с ранее распознанной структурой сигнала в начале последовательности и изменения структуры сигнала выходных сигналов в ходе дальнейшей реализации последовательности.
5. Система задания ритма дыхания по п. 4, в которой выходной блок (12) предоставлен в виде тактильного выходного блока (12) для вывода тактильных выходных сигналов.
6. Система задания ритма дыхания по п. 4 или 5, в которой входной блок (14) встроен в выходной блок (12).
7. Система задания ритма дыхания по п. 4 или 5, в которой входной блок (14) представлен пользовательским интерфейсом для получения пользовательского ввода для настройки характеристики последовательности выходных сигналов.
8. Система задания ритма дыхания по п. 7, в которой входной блок (14) представлен, по меньшей мере, чем-то одним из колесика мыши, клавиатуры, по меньшей мере одной кнопки, сенсорного экрана, сенсорной панели, датчика сжатия или реле давления.
9. Система задания ритма дыхания по п. 4 или 5, в которой входной блок (14) представлен датчиком для измерения характеристики субъекта.
