体育锻炼常常涉及调节如呼吸这样的多阶段生物节律性活动。在 包括充血性心力衰竭(CHF)在内的多种心血管疾病和包括慢性阻塞 性肺部疾病(COPD)在内的肺部疾病中，呼吸模式表现出不规则性。 这些不规则性是相关疾病的死亡和发病的已知标志。典型的不规则性 包括：潮式(Cheyne-Stokes)呼吸(反复发作的中枢呼吸暂停与呼吸 过度相交替的情况)、大约每分钟进行一次调整的幅度调整 (amplitude-modulated)呼吸(周期性呼吸)、重复性叹息、幅度和周 期表现为随机性的呼吸。呼吸模式不规则性的减少意味着健康的改 善。心血管反射控制血压和血容量，从而将到组织的血液供应中的波 动最小化(homeostasis)，心血管反射的受损在心血管疾病和心身性 疾病方面具有非常重要的临床意义。
Gavish提交的美国专利5076281、5800337和6090037描述了通 过测量用户一个或多个变量从而调节生物节律性活动的方法和设备， 在此以参考的方式插入这些专利所披露的内容。这些专利描述了刺激 的产生，该刺激被提供给用户，从而按照监视的生物节律性活动相关 的预定方式，改变用户的生物节律性活动。
Gavish提交的美国专利5423328描述了一种用于监视呼吸的压 力检测设备，尤其描述了一种用于检测和监视用户由于呼吸所导致的 胸围和腹围变化的方法，在此以参考的方式插入该专利所披露的内 容。Gavish提交的美国专利4580574描述了一种以非介入方式监视存 活组织属性的方法，在此以参考的方式插入该专利所披露的内容。
Gavish提交的在此以参考的方式插入的美国专利6090037描述 了调节用户有节奏性的身体活动的方法，其监视用户的生物节律性活 动，并且以如下方式向用户提供一个类似于、但却不同于被监视的生 物节律性活动的刺激模式，即当用户自动跟随时，驱动生物节律性活 动中的变化。
Gavish等提交的在此以参考的方式插入的PCT公开申请 WO0102049，其描述了有利于改善用户健康的技术，包括：第一传感 器，用于测量表示用户的随意动作的第一生理变量；第二传感器，用 于测量第二生理变量，第二生理变量不完全处于用户的直接主动控制 下；电路，用于接收来自第一和第二传感器各自的第一和第二传感器 信号，并响应该信号产生一个指导用户修改随意动作的参数的输出信 号。该’049公开还描述了一种干预型诊断系统，包括一个位于本地的 本地计算设备，该计算设备向现场的用户施加干预，并从与用户连接 的一个或多个传感器接收一个或多个表示用户生理状况的输入信号。 其中描述的一个实施例包括：使用一个传感器，监视呼吸运动；指导 用户调节呼吸模式，从而尝试优化第二个传感器所测量的血液氧合。
Schweizer提交的在此以参考的方式插入的美国专利4195626，其 描述了一种生物反馈腔，用于根据节奏模式，向对象施加听觉、视觉 或触觉刺激。测量、分析和使用该对象的反应，从而控制刺激。
Brown提交的在此以参考的方式插入的美国专利5678571，其描 述了一种治疗病人医学状况的方法，包括：选择一种治疗医学状况的 心理策略；然后，对交互式视频游戏的电子指令进行编码。该游戏执 行该心理策略，将电子指令加载到一个基于微处理器的单元中，该单 元配备有显示视频游戏的显示器。该游戏包括计分指令，以对病人的 医学状况进行量化分析；咨询指令；以及自理(self-care)指令。可 以将该视频游戏与连接到该基于微处理器的单元的生理变量测量设 备一起使用。
Bro提交的在此以参考的方式插入的美国专利5596994，其描述 了一种自动化、交互式的正激励系统，该激励系统使医生、顾问和训 练师向客户产生和发送一系列的激励消息和/或问题，从而改变或强 化特定的行为问题。
Clynes提交的美国专利5590282和Chadabe提交的美国专利 4526078，其描述了使计算机创作音乐的方法，在此以参考的方式插 入它们披露的内容。
Knispel提交的在此以参考的方式插入的美国专利5596994，其描 述了一种将对象的脑电图转换为音乐的方法，从而感应和控制对象的 各种心理和生理状态。
Yagi提交的在此以参考的方式插入的美国专利5596994，其描述 了一种腹部呼吸训练系统。腹部区域附着的传感器测量人的腹部呼吸 状态，并将检测的呼吸模式与理想的呼吸模式进行比较。
Lichter等提交的在此以参考的方式插入的美国专利5827179，其 描述了一种实时生物数据处理PC卡，用于输入和处理来自一个或多 个生物数据传感器的生物数据，并与其他实时生物数据处理PC卡进 行交互。
DeVito提交的在此以参考的方式插入的美国专利6001065，其描 述了对控制系统的诸如脑电图和肌电图(EMG)信号这样的生物电 信号进行测量和执行快速傅氏变换(FFT)分析的方法。还描述了与 各种电子媒介的被动和主动交互，如视频游戏、电影、音乐、虚拟现 实和计算机动画。
Hoke提交的在此以参考的方式插入的美国专利6561908，其描述 了一种具有节拍器系统的游戏设备。该节拍器系统包括一个CPU， 该CPU根据校验返回(check-back)率确定的信号(tick)，读取游戏 状态数据。无论何时只要信号出现，该CPU就使声音文件发生改变， 从而按照节奏或其他方式协调多个声音记录。该发明被描述为提供具 有增强声音和音乐能力的游戏设备，从而增加游戏设备玩家的乐趣。
Ruf提交的在此以参考的方式插入的美国专利5850048，其描述 了一种节拍器单元，包括：一个电子节拍器和一个键盘，该键盘与音 乐信号的输入相关联，该音乐信号包括每小节的拍子数量。该单元还 包括：计时装置，用于产生音乐信号的电子版本；存储器，用于存储 音乐信号的相关信息；以及电子控制器。该控制器存储表示通过键盘 输入的音乐信号的信息，将计时装置产生的信号转换为适合于在显示 器上观看的音乐信号的直观表示，并根据音乐信号的每小节拍子，更 新显示器，从而使用户在视觉上得知该小节的正确拍子。该键盘还可 以包括一个速度(tempo)键和一套便于输入预期速度的数字键，以 及一个或多个速度预设键。
Myers等提交的在此以参考的方式插入的美国专利5751825，其 描述了包括耳机和电子节拍器的装置。该耳机包括：两个耳杯 (earcup)，各个耳杯中的第一套转换器(transducers)用于接收和再 现来自外部源的电子音频信号；一个电驱动的节拍器电路，用作耳杯 中的速度设备；各个耳杯中的第二套转换器，用于从节拍器电路产生 音频信号；一个速度控制开关，用于增加和减少来自节拍器电路的时 间拍子。
Rosen提交的在此以参考的方式插入的美国专利5515764，其描 述了一种电子节拍器设备，用于产生准确计时和调谐的节奏和音高 (pitch)，预先编程对应特定的音阶(scale)或调式(mode)、琶音、 和弦和练习曲。微处理器和用户接口的组合存储这些音乐练习，并从 电子存储器获取它们，将它们输入到信号处理器，进行放大和修改， 然后将其输出到扬声器、光学显示器或音频输出。
Marrash提交的在此以参考的方式插入的美国专利5447089，其 描述了一种电子可编程节拍器，具有脚踏开关，用户不必将手离开仪 器或中断游戏，就可以在一个连续范围内调整速度(tempo)。节拍器 单元包括一个显示器，用于进行菜单选择、提示和视觉提示，用于调 整速度和选择拍子模式中的电键声(click)类型。可以将时间信号、 节奏或模式与预期的提示或口音进行组合，对节拍器的微控制器进行 编程。
Wayne提交的在此以参考的方式插入的美国专利5402188，其描 述了一种调速护目镜，包括一种调速设备，其将节奏性或周期性视觉 信号传送给游泳者。闪光信号提供一种类似节拍器的参考，用于调整 游泳者的划动。可以调整闪光信号的频率，从而对应于游泳者希望的 步速。
Pendergast等提交的在此以参考的方式插入的美国专利6086379， 其描述了一种训练系统和方法，用于提高游泳者的生物力学、每划动 一下的距离和需氧的新陈代谢。该系统采用一种计算机接口，使教练 或游泳者使用步速灯和定时系统，或者，使用系统内置的训练程序， 输入具体的训练策略。该系统提供一个产生器，以收集来自游泳者的 数据。该系统包括：(a)带LED的泳镜，通过闪光信号等与游泳者 进行通信，告诉游泳者应该处于游泳划动中的哪一部分，从而协助游 泳者达到特定的划动频率；以及(b)多个计算机控制的步速光条， 从而协助游泳者达到合适的游泳速度。
Miley提交的在此以参考的方式插入的美国专利5921890，其描 述了一种可编程的调速设备，用于帮助用户实现预期的步速或速度。 该设备可以产生多个不同的听觉信号，各信号将选择的调速信息发送 到用户。运动员可使用该设备帮助训练或竞赛调速，或应用于医疗领 域，例如作为散步调速设备，协助主动式医疗养生法(proactive medical regime)，例如治疗帕金森病，或其他生理学治疗的活动。
Ishikawa提交的在此以参考的方式插入的美国专利5027686，其 描述了一种电子节拍器，包括：设置预期速度的电路；用于及时产生 与预期速度相对应的速度信号的电路；设置预期时间周期的电路；用 于及时产生与预期时间周期最后时刻对应的时间结束信号。一个声音 产生器接收该速度信号和时间结束信号，用于为各个速度信号产生速 度声音，为时间结束信号产生时间结束声音。产生时间结束声音之后， 控制电路停止产生速度声音。
Rothbart提交的在此以参考的方式插入的美国专利4733593，其 描述了一种微处理器控制的节拍器，其中：拍子的类型(强或弱)、 模式(强和弱的顺序和数量)和频率取决于存储器中存储的数据，可 以使用键盘等对该存储器进行手工编程，该存储器能够存储信息，以 产生不同类型、模式和相对频率按照各种顺序组合的节拍器拍子，从 而产生包括一个或多个这些顺序的节拍章节，存储器可以存储多个这 样的章节，并根据命令产生对应的拍子。
Romney等提交的在此以参考的方式插入的美国专利5592143， 其描述了一种脉冲音(pulsed-tone)计时方法。按照初始的脉冲率 (pulsing rate)，启动脉冲的听觉指导音。控制该脉冲率，从而重复 地：(i)在某时间段内将脉冲率增加到一个中间脉冲率；以及(b) 突然将脉冲率降低到一个介于中间脉冲率和前一个脉冲率之间的降 低的脉冲率，直至达到预定的最终脉冲率。可以控制该脉冲率，从而 使得后面的各中间脉冲率按照比前一个中间脉冲率快的速度脉搏跳 动。
Schreiber提交的在此以参考的方式插入的美国专利6212135，其 描述了一种设备，用于协助参加包括至少一个呼吸周期的针对性呼吸 期(focused breathing session)的个人。该设备产生第一个感官提示， 其对应于呼吸周期的呼气阶段；以及产生第二个感官提示，其对应于 呼吸周期的吸气阶段。在针对性呼吸期的持续时间内，根据用户选择 或预定的程序，该设备按照特定的速率重复地产生该第一个和第二个 感官提示。在该设备的一个实施例中，光投影球体视觉产生感官提示。 在另一个实施例中，感官提示为听觉的。
Fresquez等提交的在此以参考的方式插入的美国专利4711585， 其描述了一种向孕妇提供可察觉的提示信号的装置，让她将呼吸与该 提示信号进行同步，从而易于分娩。该装置包括一个具有可选频率和 占空度(duty cycle)的振荡器，该振荡器驱动生理感知的转换器。
Senghaas等提交的在此以参考的方式插入的美国专利4583443， 其描述了一种电子节拍器，用于在各种节奏模式下训练有音乐天赋的 学生。
Luzzatto提交的在此以参考的方式插入的美国专利4974483，其 描述了一种可编程的电子节拍器，能够登记任何音乐作品的韵律 (meter)和速度特征，当演奏音乐作品时，产生按照合适的顺序表 示这些特征的非常刺耳、易察觉的(如声学的)信号。
以下美国专利可能会有参考价值，它们在此以参考的方式插入本 申请：
  D449236   6201769   6179723   D430810   D430045   6015948   D389080   D388340   D378899   5586088   D368949   D360144   D360143   5417137   D351800   D343186   5214228   D323469   D319791   D315518   4982642   4759253   D295728   4649794   4629331   4612841   4602551   4462297   4442752   4380185   4354412   4333172   4237549   4218874   4204400   4193257   D253399   D249936   4090355   4070944   4018131   4014167   4012901   3996833   3945292   3942404   6407324   5959230   5453567   5195061   4366741   4321853   4213093   4173168   4163409   4082029   3991648
以下文章可能会有参考价值，它们在此以参考的方式插入本申 请：
Cooke等，“Controlled breathing protocols probe human autonomic cardiovascular rhythms”，American Journal of Physiology 274： H709-H718(1998)；
Pitzalis等，“Effect of respiratory rate on the relationship between RR interval and systolic blood pressure fluctuations：a frequency-dependent phenomenon”，Cardiovascular Research 38：332-339(1998)；
Bernard等，“Effect of breathing rate on oxygen saturation and exercise performance in chronic heart failure”，The Lancet 351： 1308-1311(1998)；
Mortara等，“Abnormal awake respiratory patterns are common in chronic heart failure and may prevent evaluation of autonomic tone by measures of heart ratevariability”，Circulation 96：246-252(1997)；
La Rovere等，“Baroreflex sensitivity and heart-rate variability in prediction of total cardiac mortality after myocardial infarction”，The Lancet 351：478-484(1998)；
Gimondo等，“A new method for evaluating small intestinal motility using duplex Doppler sonography”，AJR American Journal of Roentgenology 168(1)：187-192(1997)。

在本发明的一些实施例中，一种用于有益地调节用户生物节律性 活动的设备，包括：一个节拍器，用于产生并动态地修改多阶段节律 性输出信号。典型情况下，所述生物节律性活动包括呼吸，所述设备 配置所述输出信号，以指引用户修改呼吸的一个或多个时间参数。典 型情况下，该设备不包括任何生理传感器。或者，该设备不包括生理 传感器(例如，呼吸传感器)，但在指导用户修改时间参数之前，并 且不是在产生和修改该输出信号期间，该设备从该传感器接收数据。
典型情况下，输出信号包括一个可理解的刺激，如声音模式和/ 或动态图形模式。典型情况下，该刺激用于通过训练用户启动一个新 的呼吸模式，来调节用户的呼吸。例如，输出信号可以指引用户改变 吸气和呼气的时间，从而降低吸呼比。对于一些干预来说，最好降低 此比值，例如，从通常为1∶1或1∶2的干预前水平降低到1∶4。 对于一些干预来说，新的呼吸模式包括常规、无指导呼吸模式中通常 不包含的附加阶段。例如，常规的呼吸通常包括两个阶段：吸气和呼 气。该设备可以配置输出信号，以指导用户增加呼吸保持和/或呼气 后暂停阶段。
在一个典型的使用期内，用户选择存储的训练模式，并且响应该 模式激励该设备以产生输出信号。典型情况下，用户在多个使用期内 使用该设备，该多个使用期在通常以天、月或年计算的一段时间内延 伸。典型情况下，各使用期的长度为约10到20分钟，最典型情况下， 约为15分钟。典型情况下，用户配置该设备，以在该时间段内逐渐 调节训练模式，这通常有助于心血管、肺病和神经系统适应由训练发 展的动态改变。使用该设备常常导致更加坚持训练行为的规程进度 表。在没有该设备的情况下，需要呼吸训练的对象通常不能足够地坚 持训练行为的规程进度表，例如，由于厌倦或缺乏自律。
经常使用该设备可以增加用户对疾病相关的呼吸不规则性的主 动控制程度，如发明背景中描述的那些。这样的经常使用有利于降低 与一些医学状况相关的死亡率和发病率。例如，使用该设备有利于治 疗以下疾病：
●一些心血管疾病，包括充血性心力衰竭(CHF)；
●一些肺病，包括慢性阻塞性肺部疾病(COPD)；
●一些神经系统疾病，如恐惧症(panic disorder)；
●高血压；以及
●诸如孩子中的过动症(hyperactivity)。
这里描述的技术可以与(a)2000年7月6日提交的、题为 “Interventive-diagnostic device(干预型诊断设备)”的美国专利申请 09611304、(b)Gavish等提交的PCT公开WO0102049和/或(c)Gavish 于2002年12月13日提交的美国专利申请10323596中描述的技术结 合起来使用，这些专利申请都转让给本专利申请的受让人，在此以参 考的方式插入它们所披露的内容。可选择地或附加地，这里所描述的 技术可以与本专利申请的背景技术部分描述的一个或多个参考文献 中描述的技术结合起来使用。
尽管该设备的用户，即生物节律性活动被该设备调节的人，有时 被描述为对该设备进行编程和/或配置，除了该用户之外的其他人也 可以进行这样的编程和/或配置，如卫生保健工作者或训练指导师， 例如，他们通过设备的用户接口或通过电话或通过网络连接远程地， 对该设备进行配置和/或编程。
因此，根据本发明实施例，提供了一种用于对象的装置，包括：
一个存储器，用于存储一套计算机指令，
其中，所述存储器在其上已经存储了一个多阶段生物节 律性活动模式的初始形式和所述多阶段生物节律性活动模 式的预期形式的指示，
其中，所述预期形式中的两个阶段的持续时间比值不同 于所述初始形式中的相应阶段的持续时间比值，以及
其中，所述多阶段生物节律性活动模式的至少一个阶段 对应于所述对象的一个多阶段生物节律性活动的相应阶段； 以及
一个刺激单元，用于执行该存储的指令，并响应该指令的执行产 生一个时变刺激，所述时变刺激：(a)在所述时变刺激产生期间，对 正在进行的所述多阶段生物节律性活动的测量基本上不做出响应；以 及(b)有一个多阶段模式，其特征在于，在所述初始形式和所述预 期形式之间有一系列的过渡形式，该系列的过渡形式指导所述对象以 调节生物节律性活动。
对于一些应用，该刺激单元用于产生具有所述多阶段模式的时变 刺激，并且所述系列中的过渡形式的持续时间在时间上呈线性变化。 或者，该刺激单元用于产生具有所述多阶段模式的时变刺激，并且所 述系列中的过渡形式的持续时间在时间上呈几何变化。
在一个实施例中，所述初始形式具有第一数量的阶段，而所述预 期形式具有第二数量的阶段，该第一数量不等于该第二数量，并且所 述存储器在其上已经存储了所述初始形式和具有不同数量阶段的所 述预期形式的指示。
在一个实施例中，所述初始形式比所述预期形式具有更多数量的 阶段，并且所述存储器通过在所述预期形式中将所述初始形式中有、 但所述预期形式中没有的阶段的持续时间设置为等于0，来表示该阶 段。或者，所述预期形式比所述初始形式具有更多数量的阶段，并且 所述存储器通过在所述初始形式中将所述预期形式中有、但所述初始 形式中没有的阶段的持续时间设置为等于0，来表示该阶段。再或者， 所述初始形式和预期形式具有相同数量的阶段，所述存储器在其上已 经存储了所述初始形式和具有相同数量阶段的所述预期形式的指示。
在一个实施例中，在对象使用该装置之前，所述存储器在其上已 经存储了所述初始形式和所述预期形式的指示。
在一个实施例中，所述时变刺激包括从图像、字母-数字文本、 声音、声音模式、动态图像模式和视觉提示构成的列表中选择的至少 一个刺激，并且所述刺激单元包括一个视觉刺激器，用于产生该选择 的时变刺激。在一个实施例中，所述时变刺激包括压力，并且所述刺 激单元包括压力作用器，用于向所述对象的一个身体部位施加该压 力。在一个实施例中，所述时变刺激包括按摩，并且所述刺激单元包 括一个按摩设备，用于按摩所述对象的一个身体部位。在一个实施例 中，所述时变刺激包括机械能，并且所述刺激单元包括一个机械刺激 器，用于将该机械能作用到所述对象的一个身体部位。在一个实施例 中，所述时变刺激包括一个电流，并且所述刺激单元包括一个电刺激 器，用于将该电流作用到所述对象的一个身体部位。在一个实施例中， 所述时变刺激是游戏形式，并且所述刺激单元包括一个游戏产生器， 用于改变该游戏的参数，以指引所述对象调节多阶段生物节律性活 动。
对于一些应用，所述刺激单元用于通过电话网络，将所述时变刺 激发送给所述对象。或者，所述刺激单元用于通过广域网，将所述时 变刺激发送给所述对象。
在一个实施例中，该装置包括一个肌肉刺激器，用于与所述刺激 单元一起工作，并且向所述对象的肌肉上施加一个被配置为刺激该肌 肉的电流。
在一个实施例中，所述刺激单元用于配置所述时变刺激，从而提 高所述对象的组织氧合，提高所述对象的血管的机械依从性 (mechanical compliance)，减少所述对象的小血管的外周阻力 (peripheral impedance)，提高所述对象的心率可变性和/或提高所述 对象的感压反射(baroeflex)敏感性。
在一个实施例中，该装置包括一个运动刺激器，用于与所述刺激 单元一起工作，并且产生一个运动刺激，该运动刺激指引所述对象以 移动所述对象的身体肢部。
对于一些应用，所述刺激单元用于当所述对象睡眠时产生所述时 变刺激。对于一些应用，所述刺激单元用于当所述对象机械呼吸时产 生所述时变刺激。
在一个实施例中，所述时变刺激包括音乐。对于一些应用，所述 刺激单元包括一个音乐合成器，用于产生该音乐。
在一个实施例中，所述刺激单元用于产生一个时变刺激，在该时 变刺激产生期间，该时变刺激基本上不响应对所述对象的生理变量正 在进行的测量。在一个实施例中，所述刺激单元用于产生一个时变刺 激，在所述对象使用该装置期间，该时变刺激不响应对所述对象的生 理变量的测量。
在一个实施例中，该装置包括一个传感器，用于检测生理事件， 并且响应该生理事件产生一个事件信号，在所述刺激单元产生所述时 变刺激之前，该装置用于接收该事件信号，并且该刺激单元用于响应 该事件信号开始产生所述时变刺激。对于一些应用，该装置用于至少 部分地响应该事件信号的参数来配置所述初始形式。在一个实施例 中，该生理事件包括一段睡眠呼吸暂停，并且所述传感器用于检测该 段睡眠呼吸暂停。
在一个实施例中，所述存储器用于存储多个具有相应的初始形式 和预期形式的相应指示的训练规程，所述刺激单元包括一个用户接 口，用于使所述对象选择该多个训练规程的其中之一，并且所述刺激 单元用于响应该选择产生所述时变刺激。对于一些应用，该用户接口 包括一个电话。或者，该用户接口包括一个音频回放设备的用户接口。 再或者，该用户接口包括一个通用计算机的用户接口。
在一个实施例中，所述刺激单元用于当所述对象失去知觉时产生 所述时变刺激。对于一些应用，刺激单元用于当所述对象昏迷时产生 所述时变刺激。对于其他应用，刺激单元用于当所述对象被麻醉时产 生所述时变刺激。
在一个实施例中，所述多阶段生物节律性活动包括所述对象的呼 吸，并且所述刺激单元用于配置所述时变刺激，以指引所述对象调节 呼吸。在一个实施例中，所述对象的多阶段生物节律性活动的特征在 于其呼吸率，并且所述存储器在其上已经存储了所述初始形式和所述 预期形式的指示，所述预期形式中的呼吸率不同于所述初始形式中的 呼吸率。
对于一些应用，所述预期形式中的两个或多个阶段包括至少一个 通常不包括在产生所述时变刺激之前的多阶段生物节律性活动中的 呼吸阶段，并且所述存储器在其上已经存储了所述至少一个呼吸阶段 的指示。
对于一些应用，所述预期形式中的两个或多个阶段包括至少一个 从呼吸保持和呼气后暂停构成的列表中选择的呼吸阶段，并且所述存 储器在其上已经存储了该选择的呼吸阶段的指示。
对于一些应用，该装置包括一个阻抗负载，用于作用到所述对象 上，并且在从吸气和呼气中选择的呼吸阶段期间，阻止所述对象的气 流。对于一些应用，该装置包括一个机械呼吸机，用于作用到所述对 象上，并与所述刺激单元一起工作。
在一个实施例中，所述初始形式和所述预期形式中的两个或多个 阶段包括吸气和呼气，并且所述存储器在其中已经存储了所述初始形 式和所述指示，所述预期形式中的吸气时间和呼气时间的比值(I∶E 比)小于所述初始形式中的I∶E比。对于一些应用，所述存储器在其 上已经存储了所述初始形式和所述指示，所述预期形式中的I∶E比在 1∶0.5和1∶4之间。
在一个实施例中，该装置包括一个用户接口，用于接收来自所述 对象的输入，并且该装置用于响应该输入将所述初始形式和所述预期 形式的指示存储在所述存储器中。对于一些应用，所述用户接口用于 接收在所述预期形式的指示中的两个或多个阶段的持续时间的指示。
对于一些应用，所述用户接口用于接收在初始形式中的两个或多 个阶段的各自持续时间的时间趋势的指示。
对于一些应用，所述用户接口用于接收所述初始形式中的两个或 多个阶段的持续时间的指示。可选择地或附加地，所述用户接口用于 接收所述预期形式中的两个或多个阶段的持续时间的指示。
在一个实施例中，所述用户接口用于测量在初始形式的指示中的 至少一个阶段的起始指示和终止指示之间的时间间隔。对于一些应 用，该起始指示和终止指示包括所述对象的呼吸的相应听觉指示，并 且所述用户接口用于检测所述听觉起始和终止指示。对于一些应用， 所述用户接口用于在相应的时间接收来自所述对象的所述起始和终 止指示，并响应该接收的指示测量所述时间间隔。
根据本发明一个实施例，还提供了一种用于对象的方法，包括：
存储一个多阶段生物节律性活动模式的初始形式和所述多阶段 生物节律性活动模式的预期形式的指示，
其中，所述预期形式中的两个阶段的持续时间不同于所 述初始形式中的相应阶段的持续时间比，以及
其中，所述多阶段生物节律性活动模式的至少一个阶段 对应于所述对象的一个多阶段生物节律性活动的相应阶段；
产生一个时变刺激，所述时变刺激：(a)在所述时变刺激产生期 间，对正在进行的所述多阶段生物节律性活动的测量基本上不做出响 应，以及(b)有一个多阶段模式，其特征在于，在所述初始形式和 预期形式之间有一系列的过渡形式，该系列的过渡形式指导所述对象 以调节多阶段生物节律性活动。
根据本发明一个实施例，还提供了一种包括计算机可读介质的计 算机软件产品，所述计算机可读介质中存储了计算机指令，当被计算 机读取时，所述计算机指令使计算机产生一个时变刺激，该时变刺激： (a)在该时变刺激产生期间，对正在进行的所述对象的多阶段生物 节律性活动的测量基本上不做出响应，以及(b)有一个多阶段模式， 其特征在于，在一个多阶段生物节律性活动模式的初始形式和所述多 阶段生物节律性活动模式的预期形式的指示之间有一系列的过渡形 式，该系列的过渡形式指导所述对象以调节多阶段生物节律性活动，
其中，所述时变刺激的多阶段生物节律性活动模式的至少一个阶 段对应于所述多阶段生物节律性活动的相应阶段，以及
其中，所述预期形式中的两个阶段的持续时间比不同于所述初始 形式中的相应阶段的持续时间比。
根据本发明一个实施例，还提供了一种数据存储介质，包括与输 出刺激相对应的一组数据，所述刺激用于指引所述对象以调节所述对 象的多阶段生物节律性活动，所述刺激包括一个时变多阶段模式，该 模式的特征在于，在一个多阶段生物节律性活动模式的初始形式和所 述多阶段生物节律性活动模式的预期形式之间有一系列的过渡形式，
其中，所述时变多阶段模式的至少一个阶段对应于所述多阶段生 物节律性活动的相应阶段，以及
其中，所述预期形式中的两个阶段的持续时间比不同于所述初始 形式中的相应阶段的持续时间比。
对于一些应用，所述输出刺激包括音乐。对于一些应用，所述输 出刺激包括从图像、字母-数字文本、声音、声音模式、动态图形模 式和视频提示构成的列表中选择的至少一个刺激。对于一些应用，所 述输出刺激包括向所述对象一个身体部位施加的压力。对于一些应 用，所述输出刺激包括向所述对象一个身体部位施加的按摩。对于一 些应用，所述输出刺激包括向所述对象的一个身体部位施加的机械 能。对于一些应用，所述输出刺激包括向所述对象的一个身体部位施 加的电能。
根据本发明一个实施例，还提供了一种用于对象的装置，包括：
一个数据存储介质，包括多组数据，各组数据分别对应于一个输 出刺激，该刺激用于指导所述对象以调节所述对象的多阶段生物节律 性活动，该刺激包括一个时变多阶段模式，该模式的特征在于，在一 个多阶段生物节律性活动模式的初始形式和所述多阶段生物节律性 活动模式的预期形式之间有一系列的过渡形式，
其中，所述时变多阶段模式的至少一个阶段对应于所 述多阶段生物节律性活动的相应阶段，以及
其中，所述预期形式中的两个阶段的持续时间比不同 于所述初始形式中的相应阶段的持续时间比；以及
一个刺激单元，用于产生与所选择的数据组相对应的输出刺激。
通过参考以下结合附图的对实施例的详细说明，本发明的其他目 的及效果将变得更加清晰和易于理解，其中：

图1是根据本发明实施例的、对用户生物节律性活动进行有益调 节的动力节拍器的部件的框图；
图2是根据本发明实施例的、将图1的节拍器实现为一个专用独 立设备的示意图；
图3是根据本发明实施例的、将图1的节拍器实现为通用计算机 上的软件的示意图；
图4A、4B和4C是根据本发明实施例的多个生物节律性活动信 号的示意图；
图5是根据本发明实施例的、在呼吸训练期间变换生物节律性模 式的示意图；
图6是根据本发明实施例的、用于定义新的训练规程的方法的示 意图；
图7是根据本发明实施例的在生物节律性模式的一个阶段的持 续时间内的动态变化的示意图；
图8是根据本发明实施例的、图1中节拍器的部件的框图；
图9是根据本发明实施例的、通过电话网络实现图1中节拍器的 示意图。

图1是根据本发明实施例的、对用户30的生物节律性活动进行 有益调节的动力节拍器20的部件的框图。节拍器20包括：用户接口 (UI)32、训练定义器34、驱动器36和生物节律性活动调节器38。 训练定义器34让用户定义新的训练规程，下面还将结合图6对此进 行描述，或编辑现有的规程。当用户启动节拍器20执行训练规程时， 驱动器36根据选择的训练规程，创建一个训练模式文件，下面还将 结合图7对此进行描述。或者，驱动器36获取以前创建和存储的训 练模式文件。驱动器36根据该训练模式文件，产生数据的时间序列， 并使用该序列驱动生物节律性活动调节器38，向用户产生输出信号， 下面还将结合图8对其进行描述，从而调节生物节律性活动。
输出信号通常用于通过训练用户启动新的呼吸模式来调节用户 30的呼吸。例如，输出信号可以指示用户改变吸气和呼气的时间， 从而降低吸呼比(I∶E比)。对于有些干预，最好降低I∶E比值，例如， 从通常为1∶1或1∶2的干预前水平降低到1∶4。对于有些干预，新的呼 吸模式包括常规、无指导呼吸模式中通常没有的附加阶段。例如，常 规呼吸通常包括两个阶段：吸气和呼气。节拍器20可以配置输出信 号，以指引用户30增添呼吸保持和/或呼气后暂停阶段。
图2是根据本发明实施例的、将节拍器20实现为一个专用独立 设备50的示意图。对于一些应用，独立设备50是便携的和/或电池 操作的(battery-operated)。可以用专用硬件逻辑或硬件和软件结合的 方式，实现该独立设备。在本实施例中，用户接口32通常包括一个 显示屏52和多个输入单元54，如按钮、键或旋钮。例如，输入单元 54可以包括打开/关闭、回车、向上、向下和建立(setup)按钮。对 于一些应用，节拍器20提供设置缺省值的选项，例如使用建立按钮。 例如，用户可以设置阶段数量的缺省参数或音量，下面将对此进行详 细描述。
图3是根据本发明实施例的、将节拍器20实现为通用计算机60 上的软件的示意图。计算机60中编制有软件，以执行这里描述的功 能。例如，可以通过网络以电子形式将该软件下载到计算机，或通过 有形媒介将其提供给计算机，如磁媒介或光媒介或其他非易失性存储 器，如CD-ROM。在本实施例中，用户接口32通常包括键盘62和 监视器64。对于一些应用，节拍器20的全部或部分被实现为web服 务，用户30可以通过广域网，通常互联网，访问它。尽管通用计算 机60在图3中示出为个人计算机，但这只是示例性的，而不具有限 制意味，并且通用计算机60也可以包括其他计算设备，如手持计算 设备。
图4A、4B和4C是根据本发明实施例的多个生物节律性活动信 号的示意图。这些生物节律性活动信号表示用节拍器20调节呼吸时 用户30的示意性胸围。在图4A中，线70表示两阶段呼吸训练期间 的活动信号。吸气发生在阶段I，呼气发生在阶段II。在图4B中，线 72表示三阶段呼吸训练期间的活动信号，除了吸气和呼气，该训练 还包括阶段III期间的呼吸保持。在图4C中，线74表示四阶段呼吸 训练期间的活动信号，该活动信号还包括阶段IV，在该阶段期间发 生呼气后暂停。在这里，“生物节律性模式”包括两个或更多个阶段， “生物节律性活动”包括一序列生物节律性模式。
图5是根据本发明实施例的、在呼吸训练期间变换生物节律性模 式80的示意图。节拍器20用于产生和动态地调节多阶段节奏输出信 号，从而指引用户30通过至少一个中间生物节律性模式84，将起始 生物节律性模式80逐渐调节到终止生物节律性模式82。在图5所示 的示意性变换中，生物节律性模式包括三个阶段86、88和90。对于 一些干预来说，节拍器20指引用户30对这些阶段调节不同的数量， 和/或只调节这些阶段的一部分。在图示的例子中，节拍器指引用户 维持阶段86的初始持续时间，将阶段88的持续时间增加第一数量， 将阶段90的持续时间增加第二数量，其中，第二数量比第一数量大。
对于一些应用，起始生物节律性模式80、中间生物节律性模式 84和/或终止生物节律性模式82的阶段数量大于或小于用户的自然生 物节律性模式的阶段数量。例如，用户的自然生物节律性模式有四个 阶段，而起始生物节律性模式80、中间生物节律性模式84和/或终止 生物节律性模式82只有两个阶段。可选择地或附加地，起始生物节 律性模式80、中间生物节律性模式84和/或终止生物节律性模式82 的两个或更多个阶段对应于用户自然生物节律性模式的单个阶段。例 如，起始生物节律性模式80、中间生物节律性模式84和/或终止生物 节律性模式82可以包括两个吸气的子阶段，对应于用户自然生物节 律性模式的吸气的单个阶段。
在本发明的一个实施例中，当用户30开启节拍器20时，节拍器 让用户选择定义一个新的训练规程或从存储库中选择一个规程。典型 情况下，如果用户在预定的时间，例如一分钟内，没有做出选择，则 节拍器20就自动关机。
图6是根据本发明实施例的、用于定义新的训练规程的方法的示 意图。在类型选择步骤100中，为了开始定义新的训练规程，用户 30选择规程为“终止”类型或“趋势”类型。“终止”类型规程使用 户定义起始和终止生物节律性模式的参数，后面还将对此进行描述， 而“趋势”类型规程使用户定义起始生物节律性模式的参数和起始生 物节律性模式各个阶段的趋势，后面还将对此进行描述。用户30使 用用户接口32，做出该选择以及其他选择，例如，使用用于滚动选 项的向上和向下按钮以及做出选择的回车按钮。
在结束/趋势检测步骤102中，节拍器20检查用户30选择了哪 种类型的规程。如果用户选择了“终止”类型的规程，则在起始阶段 数量选择步骤104中，节拍器20提示用户输入起始生物节律性模式 的阶段的预期数量。在终止阶段数量选择步骤106中，节拍器还提示 用户输入终止生物节律性模式的阶段的预期数量。对于一些应用，节 拍器20没有提供选择起始和终止生物节律性模式不同阶段数量的选 项，因此，组合步骤104和106，提示用户输入起始和终止生物节律 性模式两者的阶段的单一数量。
在起始参数设置步骤108中，用户30设置起始生物节律性模式 各阶段的参数。用户通常、但不是必须，根据用户当前的自发呼吸模 式，即，使用当前定义的规程进行治疗之前，试图设置这些参数。(例 如，用户也可以任意设置表示比用户自发呼吸模式更快的时间的起始 参数)。对于一些应用，用户使用用户接口32的数字输入工具，输入 各个可用阶段的持续时间(通常以秒为单位)。对于在用户自发呼吸 模式期间不发生的阶段，例如，呼吸保持和/或呼气后暂停，用户通 常输入0。或者，用户可以通过实时表示他或她的呼吸模式的自我观 察(self-observation)期间各个阶段的开始和结束(例如，通过按动 一个或多个按钮)，从而表示各可用阶段的持续时间。节拍器20例如 使用内置时钟测量开始和结束指示之间的间隔，从而确定所选择的阶 段的持续时间。对于一些应用，在步骤108中，节拍器20产生滴答 声，以帮助用户定义阶段。再或者，用户接口32包括一个麦克风， 检测用户自发的呼吸模式，实时确定这些阶段的时间。(注意：节拍 器20通常只在定义训练规程期间、而不是使用节拍器进行训练期 间，执行这样的呼吸检测)。对于阅读过本专利申请的本领域技术人 员来说，表示起始参数的其他方法是显而易见的。
在终止参数设置步骤110中，用户30设置终止生物节律性模式 各阶段的参数。例如，用户可以根据节拍器20附带的指南手册、卫 生保健提供商或训练指导师的建议或使用该节拍器的个人经验，确定 这些参数。可以使用步骤108描述的设置起始参数的方法，设置该终 止参数。为了使用所描述的实时方法，用户暂时主动控制他或她的呼 吸，以模仿所预期的终止生物节律性模式。
对于一些应用，在步骤108和/或110中，用户可以选择用于训 练期间各个阶段的合成仪器的类型，后面还将结合图8对其进行详细 描述。可选择地或附加地，用户可以选择在训练期间使用哪首歌，即 音乐阶段的组合。通常在训练规程定义期间或者使用节拍器训练期 间，做出这样的选择。对于一些应用，用户使用建立按钮做出该选择。
对于一些应用，当在步骤108和110中用户定义训练规程时，节 拍器20连续输出表示用户为当前定义的阶段选择的参数的刺激。为 了输出该刺激，节拍器20激励驱动器36驱动生物节律性活动调节器 38，后面还将结合图8对其进行描述。该即时反馈通常可以帮助用户 定义参数。
在调节周期持续时间设置步骤112中，用户30使用用户接口32 设置周期的持续时间，在该周期内，节拍器在使用定义的训练规程的 训练期中，动态地改变输出信号，以驱动从起始生物节律性模式到终 止生物节律性模式的变换。或者，用户也可以在规程持续时间设置步 骤114中设置训练规程的总持续时间。该总持续时间必须不低于调节 周期持续时间。如果该总持续时间大于调节周期持续时间，则达到终 止生物节律性模式后，节拍器在训练期内，将终止生物节律性模式维 持一段时间，该时间等于该总持续时间和调节周期的差值。
然后，在保存规程步骤116中，调节器20保存已定义的训练规 程。节拍器20通常让用户30使用新定义的训练规程，立即启动一个 训练期，后面还将对此进行详细描述。
但是，如果用户30在检查步骤102中选择了“趋势”类型，则 在起始阶段数量选择步骤118中，节拍器提示用户输入起始生物节律 性模式的阶段的预期数量。在起始参数设置步骤120中，用户30使 用步骤108中描述的方法，设置起始生物节律性模式各阶段的参数。 在设置趋势步骤122中，代替如同上面对“终止”类型的规程中描述 的对终止生物节律性模式的参数进行设置，用户设置各起始阶段的趋 势。对于一些应用，这些趋势表示各起始阶段的相应持续时间的百分 比变化，例如，在各呼吸周期内或在给定周期，例如每分钟内，将各 阶段延长一定的百分比。当然，也可以对各起始阶段做出相同比例的 改变。对于一些干预，用户指示对各起始阶段的相应的持续时间的绝 对改变，例如，在给定周期，如每分钟内，将各阶段延长特定的秒数。 在规程持续时间设置步骤124中，用户30设置规程的总持续时间。 然后，该方法转到步骤116，在该步骤中节拍器保存该规程。
或者，训练定义器34也可以向用户提供其他定义训练规程的方 法。例如，用户可以使用上面描述的一种方法，选择起始生物节律性 模式。然后，用户例如从菜单中，选择要在终止生物节律性模式中达 到的预期改善指标。例如，用户可以选择：(a)起始呼吸率与终止呼 吸率的预期比值；(b)吸气与呼气的预期终止比值(I∶E比)；和/或 (c)I∶E比的预期改善。对于那些阅读了本专利申请的本领域技术人 员来说，其他使用户选择预期和/或合适的终止生物节律性模式的方 法是显而易见的。
在本发明的实施例中，节拍器20的用户接口32向用户呈现出一 个可用训练的菜单(通常是滚动式的)，包括各训练的关键参数。就 如同上面结合图6所描述的那样，该可用的训练可由用户进行定义， 预先编程或例如通过通信网络加载到设备中。下面的表格示出了可用 训练的示意菜单中的一部分：

在这张菜单中，提供给起始和终止模式的数值的数量对应于训练 的阶段数量，以及“调节”列包括调节周期的长度，上面已经结合图 6的步骤112对其进行了描述。
在本发明的一个实施例中，当用户30选择一个训练规程时，驱 动器36根据选择的训练规程，创建一个训练模式文件。或者，驱动 器36获取一个以前为所选择的训练规程创建和存储的训练模式文 件。为了创建该训练模式文件，驱动器36使用一个或多个线性或非 线性算法。该训练模式文件通常包括在训练周期内变化的生物节律行 模式序列中的各生物节律性模式的记录。第一个和最后一个记录分别 保存关于起始和终止生物节律性模式的信息，剩余的记录保持关于各 中间生物节律性模式的信息。各记录包括生物节律性模式各阶段的阶 段值，该阶段值表示阶段的持续时间。如果起始和终止生物节律性模 式的阶段数量不同，则各记录包括的阶段值的数量等于较大的阶段数 量(通常情况下，用0表示给定记录未定义的阶段)。
在本发明的一个实施例中，驱动器36使用下列算法，用于根据 上面参考图6所描述的“终止”类型规程，计算训练模式文件中各记 录的阶段值。各记录包括N个阶段值1……N，其中，N等于具有较 多阶段数量的起始或终止生物节律性模式的阶段数量。各生物节律性 模式j的总持续时间Tj等于模式j的各阶段Tj[1]……Tj[N]的持续时间 之和，如下所示：
$T_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{T}_j\left[i\right]$
下面的公式给出了将在训练模式文件中播放的记录的数量n：
n＝INT[(duration)/(Tstart+Tend)/2]
其中，INT是取整函数，duration是调节周期的持续时间，上面 已经结合图6对此进行了描述，Tstart和Tend分别是起始和终止生物节 律性模式的总持续时间。
一个生物节律性模式j的任何给定阶段k的持续时间由下式表 示：
Tj[k]＝Tstart[k]+j*ΔT[k]
其中，
ΔT[k]＝(Tend[k]-Tstart[k])/n
例如，起始生物节律性模式和终止生物节律性模式可以各有两个 阶段。起始生物节律性模式的各阶段的持续时间可以分别为1秒和2 秒，终止生物节律性模式的各阶段的持续时间可以分别为2秒和6秒。 调节周期的持续时间可以为555秒。因此：
Tstart＝1+2秒＝3秒
Tend＝2+6秒＝8秒
n＝INT(555/((3+8)/2))＝INT(100.9)＝100
ΔT[1]＝(2-1)/100＝0.01秒
ΔT[2]＝(6-2)/100＝0.01秒
这样，第一阶段的持续时间序列为1.00、1.01、1.02、……、1.99、 2.00(101个)，第二阶段的持续时间序列为2.00、2.04、2.08、……、 5.96、6.00(101个)。调节周期的实际持续时间为100*(3+8)/2＝550 秒，比编程的555秒稍微小一点。当输出信号包括音乐时，将记录的 数量取整为一个整数，从而防止在模式中间过早地结束音乐，否则， 那听起来将是很不美妙的。
通常情况下，对于起始生物节律性模式中包括、但终止生物节律 性模式中不包含的各阶段k，驱动器36设置Tend[k]＝0。同样，对于 终止生物节律性模式中包括、但起始生物节律性模式中不包含的各阶 段k，驱动器36设置Tstart[k]＝0。
或者，驱动器36通过使用利用几何系列或采用本领域技术人员 公知的技术的其他系列的算法，确定各种持续时间。再或者，驱动器 36使用改变生物节律性模式的比率(即持续时间的倒数)的算法。
在本发明的实施例中，驱动器36使用下列方法，用于根据参考 图6所描述的“趋势”类型规程，计算训练模式文件中各记录的阶段 值。在规程的持续时间内，驱动器36使用下列公式，计算各生物节 律性模式j的各阶段k的比率(即持续时间的倒数)：
1/Tj[k]＝(1-e[k])*(1/Tj-1[k])
其中，e[k]是阶段k每一生物节律性模式的所选择的变化，1/Tj[k] 是生物节律性模式j的比率。
现在参考图7，其是根据本发明实施例的一个生物节律性模式的 阶段的持续时间的示意性动态变化的示意图。线150表示一系列生物 节律性模式的单一阶段的持续时间的示意性变化，其开始于起始生物 节律性模式，经过中间生物节律性模式，结束于终止生物节律性模式。
现在参考图8，其是根据本发明实施例的驱动器36和生物节律 性活动调节器38的结构框图。驱动器36包括一个训练存储器160和 一个模式代码存储器162。训练存储器160包括：(a)训练模式文件 存储器164，其中存储了如上述参考图7所描述来创建的训练模式文 件；(b)训练规程存储器166，其中存储了训练规程，该训练规程如 上述参考图6所描述来创建，或者预先编程或加载到节拍器20中。
驱动器36还包括一个音序器168，在驱动器36执行训练规程期 间，它产生时间编码，并将此时间编码传递到生物节律性活动调节器 38。音序器168从模式文件存储器164获取训练模式文件，从模式代 码存储器162获取模式代码，并将来自训练模式文件的信息与模式代 码组合，从而产生如下所述的时间编码。当音序器产生时间编码时， 音序器168通常在启动训练规程时或在整个训练规程中，执行这样的 获取。
对于输出信号包括音乐的应用，模式代码包含表示所选择的训练 模式文件的各生物节律性模式的各阶段的音乐信息的要素，如合成乐 器的音符(note)和/类型。例如，两阶段训练模式有两个合成乐器声 音A和B，分别对应于第一和第二个阶段。模式代码具有结构A1、 B1、A2、B2、A3、B3……，其中，Ai和Bi各表示与一个或多个合成 乐器声音相关的一系列音乐音符。与Ai和Bi关联的乐器声音可以相 同，也可以不相同。
继续该两阶段例子，Ai表示将用合成笛声产生的一系列音符，而 Bi表示将用合成喇叭和小提琴声产生的一系列音符。训练模式可以包 括一个生物节律性模式，该生物节律性模式包括，2秒长的阶段1， 然后是4秒的阶段2，A1可以表示一系列的两笛声音符，而B1表示 一系列的两个喇叭声接着一个小提琴声。音序器168将生物节律性模 式的阶段1和阶段2的信息与模式代码的A1和A2分别进行组合，从 而产生时间编码。时间编码包括：系列A1的一个ON信号，2秒以 后，跟着系列A1的一个OFF信号，以及系列B1的一个ON信号，4 秒之后，跟着系列B1的一个OFF信号等。
再次参考图8，生物节律性活动调节器38包括：一个模式产生 器170和一个刺激产生器172。模式产生器170将时间编码转换为驱 动刺激产生器172的信号。对于一些应用，模式产生器170包括一个 声音合成器，以及刺激产生器172包括一个或多个扬声器40(图2、 3和9)，在这种情况下，模式产生器170将音乐时间编码转换为驱动 扬声器创建声音的电流。
或者，刺激产生器172包括：
●一个视觉刺激器，如显示器，它可以包括一个数字显示屏和/或 一个或多个提示灯。可以将显示屏52(图2)或监视器64(图3) 配置为视觉显示屏；
●一个压力作用器，如安装在用户30的手臂176上的压力箍件174 (图2)，对于一些应用，它被配置为按摩胳膊。模式代码包括 ON和OFF信号，生物节律性活动调节器38将该信号转换为电 信号，以驱动对箍件174进行抽气和充气的泵(图中未示出泵)；
●一个机械刺激器；和/或
●一个电刺激器。
在本发明的一个实施例中，用户刺激为游戏的形式，并且可以修 改游戏的参数，从而使用户通过玩游戏就可以调节生物节律性活动的 参数。
现在参考图9，其是根据本发明实施例的、通过电话网络200实 现节拍器20的示意图。在该实施例中，刺激产生器172通常包括传 统有线或无线电话204的扬声器202，并且用户接口32包括该电话 的键盘206。从用户30远程实现节拍器20的其他部件，例如在电话 公司或在另一服务提供商。电话204无线地或通过电话线，通常通过 至少一个电话交换机212，连接到这样的远程节拍器功能设备210。 或者，用户接口32包括电话204的麦克风208，其功能为解释用户 30语音命令，和/或用于对节拍器20进行编程来检测用户30的呼吸， 如上述参考图6所描述的那样。
在本发明的一个实施例中，节拍器20是通过电话网络200、使 用双音多频(DTMF)信号实现的，用户使用键盘206产生该双音多 频信号，并且该双音多频信号被远程节拍器功能设备210解码。下 表示出了该系统的示例性实现。本领域技术人员应该理解，这张表给 出的细节只出于示例性目的，对于阅读了本申请的本领域技术人员， 其他多种可替换方法也是显而易见的。
 步骤#   用户动作   系统动作  1   呼叫服务号码   语音：“欢迎来到‘与我们一起呼吸’服   务，请输入您的个人代码。”  2   键入个人代码   语音：“选择您以前的一种训练，请按1；   选择一种新的训练，请按2；   听演示，请按3；   选择声音，请在任意时间按4；   寻求帮助，请在任意时间按111；   继续进行一个步骤，请在任意时间按井   号键；   返回以前的步骤，请在任意时间按星号   键；   退出，请在任意时间按0。”  3   响应步骤2按1   语音：“请键入训练编号或者按11以收
  听列表(使用井号键和星号键进行滚   动)。”  4   响应步骤3输入训   练编号   系统转到步骤19。  5   响应步骤3按11   语音：“从以下列表中选择一种训练，请   按1；   删除训练，请按999；   训练#1包括：将呼吸从每分钟15次、吸   呼比为1∶2降低到每分钟6次、吸呼比   为1∶4；   选择，请按1”；   【短暂停】   “训练#2……”  6   响应步骤5，通过   按对应的编号，选   择一种训练，   系统转到步骤19。  7   响应步骤2按2   语音：“选择包括吸气和呼气的呼吸模   式，请按21；   选择包括吸气、呼吸保持和呼气的呼吸   模式，请按22；   选择吸气、呼吸保持、呼气和休息的呼   吸模式，请按23。”  8   响应步骤7按21   语音：“开始吸气时，请按井号键；然后，   开始呼气时，再按井号键；最后，开始   新的吸气时，再按井号键。”  9   响应步骤8，在各   阶段的开始/结束   时，按井号键   以一秒的间隔，声音计数1，2，3，4……，   并且在各阶段开始时重新计数。完成之   后，语音：“您已经选择了_次吸气和_次   呼气；   一直播放您选择的模式，直到您按下井
  号键。”   系统使用缺省的音乐播放模式。   10   语音：“选择您的目标呼吸模式，请按   200；   选择改变趋势，请按210。”   11   响应步骤10按200   系统使用步骤8-9的过程，然后转到步   骤17。   12   响应步骤10按210   语音：“请输入您希望将每次吸气的持   续时间从一次呼吸到另一次呼吸增加的   比例，典型值为5％到15％。”   13   输入比例   语音：“请输入您希望将每次呼气的持   续时间从一次呼吸到另一次呼吸增加的   比例，典型值为5％到15％。”   14   输入比例   语音：“请输入几分钟内您希望在您的   呼吸模式中产生变化。”   15   输入持续时间   系统计算终止模式，将其转换为最接近   的“计数结构”，在步骤9中描述其结构，   并且使用缺省的音乐，播放终止模式，   直到按下井号键。   16   响应步骤15按下   井号键   语音：“请输入终止模式之后继续的附   加分钟，如果无，请按井号键。”   17   输入附加分钟或按   井号键   语音：“保存训练，请按50；   开始训练，请按井号键；   退出，请按0。”   18   响应步骤17按50   语音：“在【日期】训练被保存为编号   【xxx】。   系统转到步骤17。   19   响应步骤17按井   号键   语音：“请享受训练。如果您想知道还剩   余多少时间，请在任意时间按1。”   系统计算训练模式文件或确定存储器中
  合适的序列。   系统启动声音系统，播放音乐刺激。   当超过时限时，语音：“谢谢您与我们一   起呼吸。”   系统结束该方法。   20  响应步骤19，按1   画外音提供剩余时间。   21  在任意时间按4   语音：“请从列表中选择您喜欢的音乐，   按井号键在可用选项中滚动，并按井号   键返回；退出和保持该声音，请按1。”   系统转到步骤2。   22  响应步骤21，按1   呈现音乐标题的声音，如“竹子舞。”   系统使用选择的音乐，播放初始模式。   系统转到步骤2。   23  响应步骤2，按3   语音：“这是一个demo，向您演示‘与   我们一起呼吸’服务的力量。”   系统播放一个样本，画外音解释其主要   特色。   系统转到步骤2。
再次参考图2、3和9。在本发明的一个实施例中，节拍器20包 括：(a)训练输出信号库，包括由生物节律性活动调节器38使用多 个相应预先定义的训练规程所产生的音乐；(b)用于播放库中存储的 音乐的装置。对于一些应用，节拍器20包括一个传统的音乐播放机， 如CD播放机或磁带播放机(便携式配置如图2所示)，而音乐存储 在非易失性介质(如CD或音频磁带)上。或者，节拍器20包括计 算机60上运行的传统音频软件(图3)或节拍器功能设备210(图9)， 在这种情况下，音乐要么存储在非易失性介质上，如CD或DVD， 要么例如通过互联网下载后存储在存储器中。对于一些应用，用音乐 设备数字接口(MIDI)协议表示音乐，以及计算机60上的软件或节 拍器功能设备210解释该MIDI信息，从而合成音乐。典型情况下， 库中的各训练用参数或其子集进行标识，这些参数或其子集定义训练 所基于的训练规程(这样的参数如图6所描述的那样)。
在本实施例中，用户30使用用户接口32从库中选择一个训练， 即一段音乐。对于一些应用，将用户接口32配置为如上面参考表格 所描述的那样，该表格示出可用训练的示意性菜单的一部分。或者， 在合适的情况下，用户接口32包括传统音乐播放机或者传统音频软 件的传统用户接口。在这种配置中，典型情况下，各段音乐的名字包 括训练的一个或多个关键参数。例如，基于两阶段训练规程的一段音 乐，其中该训练规程开始时，每分钟呼吸(bpm)20次、吸呼比为1∶ 1，而结束时，为6bpm、I∶E比为1∶3，该段音乐的名字可以是“歌 曲5/从20bpm、比率1∶1到6bpm、比率1∶3。”或者，指示用户 在设定的时间段内例如1分钟，统计他或她的呼吸次数，并选择具有 与该呼吸次数对应编号的一段音乐。
典型情况下，选择库中所包括的训练，从而给用户30提供足够 多样的选项，与此同时，通常限制选择的总数量。对选择进行这样的 限制可以降低库需要的存储量，和/或提高效率和/或便于用户选择所 期望的训练。
在本发明的一个实施例中，可以选择库中所包括的训练，从而为 一些重要的终止参数提供选项，如终止阶段的数量、终止bpm和终 止I∶E比。典型情况下，起始参数选项较少，或者只有单一选项。只 要所选择的起始参数处于大多数用户正常的呼吸模式中，这样缺少选 项一般不会给用户带来不便。对于一些应用，起始bpm比大多数用 户的自然bpm要快，例如20bpm，并且指导用户快进到所选那段音 乐中的一点上，在该点，bpm已经降低到用户当前的bpm。改变的总 数通常导致存储一些音乐，该存储的音乐能够例如存储到仅一个、两 个或三个传统的CD上。
例如，该库包括基于下列参数的训练：
●起始参数：(a)20bpm；(b)I∶E比为1∶1；以及
●终止参数：(a)10、6或4bpm；(b)两阶段I∶E比为1∶2、 1∶3或1∶4，或者，三阶段I∶E比为1∶1∶1、1∶1∶3或2∶ 1∶2。
可选择地或附加地，对于一些干预，该库包括不必改变呼吸率就 可调节用户I∶E比的训练。例如，该训练可以具有恒定的bpm为10， 而I∶E比可以起始于1∶1，10分钟后结束于1∶4。对于那些患呼吸 病的用户，这样的训练是很有益的。
在本发明的一个实施例中，节拍器20将有限数量的训练存储为 音乐片段或训练模式文件。节拍器20向用户30提供定义期望的训练 规程的选项，如上面结合图6所描述的那样。但是，在休息期间，节 拍器20根据情况，不产生音乐或训练模式文件，而是根据情况选择 预先存储的与所期望的规程非常相似的音乐片断或训练模式文件。或 者，也可以将节拍器配置为：根据情况，在开始后的一个点上，开始 播放预先存储的音乐或解释预先存储的训练模式文件，从而更好地匹 配用户所期望的训练规程。例如，如果用户选择的规程的起始参数 包括1.02秒的吸气和2.1秒的呼气，并且节拍器已经存储了上述示例 性的550秒的两阶段训练模式文件，那么，节拍器可以使用在存储的 时间序列中的第三个模式开始训练。如果所选择的参数未能精确匹配 所存储的模式之一，典型情况下，节拍器选择与所选择的参数匹配最 接近的存储模式。
节拍器20适用于很多应用，其包括下表所述的应用：
  应用   节拍器20的配置   操作   治疗方式：从正常呼   吸开始，实现具有延   长呼气的慢呼吸   如同这里所描述的那   样   如同这里所描述的那   样   治疗慢性阻塞性肺病   (COPD)患者，方式   为：吸气期间，用阻   力负载重新训练呼   吸，从而实现具有特   定吸气/呼气时间比的   包括：(a)在吸气(或   呼气)期间阻止气流   的阻力负载；和/或(b)   附加存储器，记录设   备使用的日期和时   间，从而使卫生保健   要实现一个具体的终   止模式，如：吸气时   间为2.5秒、呼气时间   为1.5秒的每分钟15   次呼吸，或者卫生保   健专业人员或训练指
  目标频率   专业人员评估对使用   指南的依从性   导师每次建议的呼吸   治疗方式：体育锻炼，   包括身体运动和呼吸   包括：触觉刺激，用   于指导呼吸；听觉刺   激，用于指导其他身   体运动。典型情况下   使用图2所示的实施   例实现   例如，将手举起四个   节拍(阶段1到4)，   将手放下两个节拍   (阶段4到6)。同时，   在阶段1到4期间应   用“吸入”振动刺激   治疗方式：训练机能   失调的肌肉组织   包括用于刺激肌肉的   电极   从定义传统课堂训练   的指导师(如瑜珈教   练)那里获得“在家   完成”指示   调节体育锻炼中运动   的独立系统   例如，包括：参加具   有多阶段训练的有氧   健身或其他类型训练   的训练者手上佩戴的   手表   使用压力刺激的手指   独立按摩系统   包括压力作用器   工作场所中基于PC   的放松系统   只有软件，听觉-视觉   刺激、所有需要的硬   件平台已经存在
在本发明的一个实施例中，节拍器20通过产生一个令用户30无 意间做出反应的用户刺激，执行干预。典型情况下，这样无意的用户 刺激在应用时，与其期望调节的如呼吸这样的生物节律性活动稍微有 些不协调。例如，当用户是一个呼吸自动控制受损的对象，如不省人 事的对象(例如，对象处于昏迷或麻醉状态下)时，可以使用该方法。 此外，当用户正在睡眠时，如由于用户不能足够控制呼吸而导致用户 睡眠呼吸暂停时，可以使用该方法。例如，通过听觉刺激或其他刺激， 该干预可以刺激不省人事的、但本能地呼吸的用户的呼吸肌。此外， 当用户进行机械呼吸时，也可以使用该方法。
即使将一个干预作用到一个神志清醒的用户时，对于一些应用， 用户会半意识或无意识地调节自发动作的某方面。例如，很多人无意 识且毫不费力地将其呼吸、步伐或跑步与诸如强节奏音乐或甚至闪烁 灯这样的外部的节奏性刺激协调起来。同样，本发明的一些实施例可 用于那些无意识地试图将其自发动作与所应用的干预的节奏进行协 调的人。这样，对于一些应用，这样一些实施例中的用户可以在阅读、 聊天、吃饭或者甚至睡觉的同时，将如上所述的干预作用到用户。例 如，在用户个人电脑后台运行的一个应用可以在用户工作时播放一种 音乐模式。
在本发明的一个实施例中，节拍器20指导用户30以通常提高组 织氧合的方式，改变他或她的呼吸模式。本发明尤其适用于治疗充血 性心力衰竭(CHF)，CHF经常导致患者表现出潮式呼吸。因为呼吸 太慢就无法向身体提供足够的氧气，而强力呼吸对病人原本虚弱的心 脏会增加沉重负担，并不能最佳地向身体供氧，所以，该呼吸模式导 致平均组织氧化的降低。典型情况下，音乐模式包括音乐指导或声音 指导，让用户根据一个计划进行吸气和呼气，逐渐使其呼吸达到一个 预期的健康模式，从而提供组织氧合。根据本发明一个实施例，上面 引用的Mortara和Bemard的文章中描述的协议使用了这里描述的技 术，从而实现组织氧合所预期的增加。例如，吸气的音乐指导和声音 指导包括播放一系列音符的长笛声，该笛声的音高和/或音量通常增 加，而呼气的指导包括大提琴和吉他音符，其音高和/或音量降低。 或者，只要用户听到具有特定高音调的长笛声或声调，在训练期开始 时就指导用户进行吸气，只要他听到大提琴、吉他或具有特定低音调 的声调，就指导用户进行呼气。前面参考的美国专利申请09611304 和’049 PCT公布中描述了用于产生音乐的协议，具体情况参见其图 16。
可选择地或附加地，操作节拍器20，从而增加用户血管的机械 依从性。该依从性反映了血管的扩张能力，以响应从心脏排出的血液 的流通(passage)。众所周知，足够级别的动脉依从性可以缓冲从心 脏高压推动的血液的脉动模式，从而使血流平稳地进入微脉管系统。 相比之下，降低的动脉依从性关联到压力感受器的不正常功能，其中， 压力感受器被控制血压的反馈系统中的身体所使用。大家知道，动脉 依从性随着年龄的增加以及在很多心血管病(如高血压、CHF和动 脉硬化症)中而降低。此外，例如用户存在心理压力时，动脉依从性 降低，以响应血压的剧烈增加以及响应增加的交感神经活动。可选择 地或附加地，操作节拍器20，从而降低用户小血管的外周阻力，以 提高用户的心率可变性和/或提高用户的感压反射灵敏度。
典型情况下，节拍器20会提高动脉依从性，其方式类似于增加 血液氧合所描述的那样。发明者发现：通过使用户的呼吸率或其他自 发或非自发生理参数调节到每分钟约6次重复的周期，可以优化很多 心血管指标。
在病人患有COPD的情况下，本领域技术人员应该知道：通过使 用吸气负载每分钟呼吸15次，同时将各呼吸周期的60％用于吸气、 40％用于呼气，可以指导病人增加呼吸持久力。由于这样的训练需要 高度的精神专注和身体努力，并且，由于该任务的相对麻烦本质，多 数病人在不使用节拍器20的情况下很难坚持这样的疗法，甚至一些 病人趋向于停止锻炼，除非在医护工作人员的直接监管下。
在本发明的一个实施例中，节拍器20包括一个用于检测对象30 生理事件的传感器。当检测到事件时，节拍器20通常确定起始生物 节律性模式参数，至少部分地响应该传感器产生的信号。例如，该事 件可能是一段非正常呼吸，例如睡眠呼吸暂停，在这种情况下，传感 器检测到呼吸的停止、心率的突然变化或呼吸暂停的其他指示。检测 到不正常呼吸之后，节拍器20启动这里描述的多阶段音频刺激、电 刺激或其他刺激，试图恢复正常的呼吸。对于一些应用，在启动刺激 之前，节拍器20几乎连续地监视一个或多个生理变量，如脉搏跳动 或呼吸，并分析这些变量，从而确定起始生物节律性模式的阶段的持 续时间。典型情况下，提供一个刺激库，节拍器20使用存储的模式 或算法，从中选择最有效的相应起始生物节律性模式和趋势或终止参 数。或者，节拍器设置起始生物节律性模式，以响应呼吸暂停期间检 测到的异常呼吸模式。通常，根据起始生物节律性模式，向遭受睡眠 呼吸暂停的对象应用刺激，模仿用于恢复正常呼吸有时所需的自发呼 吸控制。
相比之下，在本发明的一些实施例中，基本上可以不用费心，因 为用户30只需要听音乐，根据节奏和模式进行呼吸。此外，该实施 例提供了更多的功能，如“吸气指示灯”，它只有60％的占空度，每 分钟开启15次。相比之下，节拍器20通常逐渐改变用户的呼吸模式， 从初始测量或估计的状态(如每分钟8次呼吸，30％吸气，70％呼气) 改变到所期望的最终状态。典型情况下，通过使用{[呼吸率]，[吸呼比]} 定义的二维参数空间，指导用户呼吸，从而实现这种改变。典型情况 下，节拍器20指导用户的呼吸，从空间中表示初始状态的一个点， 沿着空间中的一条路径(如经过空间的最短路径)，到空间中表示预 期最终状态的一个点。
众所周知，一些病人的呼吸系统在手术后恢复得很慢，其他病人 需要数日或数周才能成功地脱离机械呼吸机。因此，已作必要的修正， 本发明的一些应用使用这里描述的装置和方法，按照合适的呼吸方 法，从而重新训练依靠呼吸机的病人或手术后的病人。用于头脑清醒 的(alert)病人的很多机械呼吸机被触发，从而支持病人的呼吸努力， 而不是规定每一次呼吸的时间和深度。在本发明的摆脱呼吸机的实施 例中，用户训练对他/她呼吸的主动控制，病人触发的呼吸机通常与 节拍器20结合使用。
这里描述的方法可以与美国专利申请案09611304和’049 PCT公 开案中描述的技术结合起来使用。
本领域技术人员应该理解，尽管上面有时针对有病的用户对本发 明的实施例进行了描述，但对于通常健康的用户选择使用本发明的方 面，从而实现心理压力缓解和/或放松，或用于肌肉再教育、运动训 练或娱乐，也同样被本发明的保护范围所覆盖。
本领域技术人员应该明白，本发明不限于上面具体描述的内容， 相反，本发明的保护范围包括上面描述的各种特征的组合和次组合 (subcombinations)以及背景技术中没有包含的变型和修改，对于阅 读过前面说明书的本领域技术人员来说，这些都是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求Gavish于2002年8月9日提交的、题为 “Generalized metronome for modification of biorhythmic activity(用于 调节生物节律性活动的通用节拍器)”的美国临时专利申请60402378 的优先权，该临时专利申请被转让给本专利申请的受让人，在此以参 考方式插入该临时专利申请所披露的内容。