测量用户的生理变量并且然后为了修改该变量为用户提供反馈 的设备在本领域是公知的。授予Gavish的美国专利5,076,281、 5,800,337和6,090,037描述了通过测量用户的一个或多个变量调整生 物节律活动的方法和设备，上述专利结合于此以作参考。所述专利描 述了提供给用户的刺激的产生，从而以一种方式改变用户的生物节律 活动，该方式以一种预定的方式与被监视的生物节律活动相关。
授予Gavish的美国专利5,423,328描述了一种用于监视呼吸的应 力检测设备，尤其描述了一种检测和监视由呼吸产生的用户的胸部或 腹部周长变化的方法，该专利结合于此以作参考。授予Gavish的美 国专利4,580,574描述了活体组织的无创监视特性的方法，该专利结 合于此以作参考。
授予Gavish的美国专利6,090,037描述了通过监视用户的生物节 律活动为用户提供刺激模式来调整用户的节律身体活动的技术，其中 该刺激模式类似但不同于被监视的生物节律活动，从而当用户自主地 跟随时在生物节律活动中产生变化，该专利结合于此以作参考。
Gavish等人的PCT专利公开文本W001/02049描述了促进提高 用户健康的技术，包括适于测量第一生理变量的第一传感器，该第一 生理变量表示用户的自主活动，适于测量第二生理变量的第二传感 器，所述第二生理变量并不完全受到用户的直接自主控制，和电路， 其适于从所述第一和第二传感器接收各自的第一和第二传感器信号 并且与之响应以产生输出信号，所述输出信号指导用户修改自主活动 的参数，该申请被转让给本专利申请的受让人并且结合于此以作参 考。所述‘049公开文本也描述了一种干涉诊断系统，其包括在局部 部位的局部计算设备，该局部计算设备在该部位对用户施加干涉并且 从一个或多个附着到用户的传感器接收一个或多个表示用户的生理 状况的输入信号。所述的一个优选的实施例包括使用一个传感器监视 呼吸运动，并且指导用户修改呼吸模式，以试图优化由第二传感器测 量的血液供氧。
B.Gavish的名称为“重复血压测量可以直接探查动脉特性”的摘 要，《美国高血压杂志》(2000年4月)；13(4)，第2部分：190A， 提出关于多个心脏收缩和心脏舒张血液测量的直线的斜率是生理意 义上的参数，该文献结合于此以作参考。
D.R.Begault的名称为“用于多媒体的3-D音频显示设计所面对 的挑战”的文章，《美国声科学杂志》(1999)；J 105：1357，描述了 3-D声音的产生和心理生理关联，其允许收听者感觉三维声音的方 向，该文献结合于此以作参考。Wenzel等人的名称为“使用非个别 化的头部相关的传输功能的定位”的另一篇文章，《美国声科学杂志》 (1993年7月)；94(1)，第222-234页，描述了3-D声音的合成， 从而能够允许收听者感觉虚拟声源的3-D方向和定位，该文献结合于 此以作参考。另外，名称为“3-D听觉显示的示范”、由NASA/埃姆 斯(Ames)研究中心出售的盒式磁带允许收听者使用普通的盒式磁 带播放器和标准的耳机来感受三维效果。
全部结合于此以作参考的其它感兴趣文章包括：
(a)Cooke等人的文章，名称为“受控呼吸方案探查人的自发 心血管周期”，《美国生理学杂志》，(1998)；274：H709-H718；
(b)Pitzalis等人的文章，名称为“呼吸速度对RR间隔和心脏 收缩血压变动之间的关系的影响：一种频率依赖现象”，《心血管研究》 (1998)；38：332-339；
(c)Bemardi等人的文章，名称为“慢性心力衰竭中呼吸速度 对血氧饱和和运动性能的影响”，《手术刀》(1998年3月2日)；351： 1308-1311；
(d)Mortara等人的文章，名称为“异常清醒的呼吸模式在慢性 心力衰竭中是普遍的并且可以通过心率可变性的测量来防止自发健 康状况的评估”，《循环》(1997年7月1日)；96：246-252；
(e)Rovere等人的文章，名称为“在心肌梗塞之后总心脏死亡 率预测中的压力反射灵敏度和心率可变性”，《手术刀》(1998年2月 14日)；351：478-484；
(f)Gimondo和Mirk的文章，名称为“使用双多普勒超声波检 查法评估小肠运动性的新方法”，《X光学的AJR美国杂志》(1997年 1月)；168(1)：187-192。
至少部分远程操作的设备在本领域中也是已知的。授予Gessman 的美国专利4,102,332描述了一种用于远程电话复苏的设备，该专利 结合于此以作参考。该设备包括由带有已知的心脏症状历史的用户携 带的心电图仪和去纤颤器，所述心电图仪和去纤颤器可以用于诊断和 治疗急性心脏症状。为了便于诊断和治疗，该设备可以连接到电话线， 从而远程的医生可以进行诊断和实施治疗。
授予Schweizer的美国专利4,195,626描述了根据节律模式向对 象施加可听到的、视觉的电或触觉刺激的一种生物反馈室，该专利结 合于此以作参考。对象的反应被测量、分析和用于控制所述刺激。
授予Morgan的美国专利5,782,878描述了一种包括外部去纤颤 器、去纤颤器通信装置和通信网络的系统，该专利结合于此以作参考。 为了执行去纤颤，信息在患者和通信站之间来回传输。
授予Esters的美国专利5,794,615描述了一种用于治疗充血性心 力衰竭的系统，该专利结合于此以作参考。该专利描述了在两个独立 的呼吸周期期间控制输送到患者的加压气体的流速。该系统可以响应 由流量传感器提供的反馈而完全自动化，所述流量传感器确定估计的 患者流速。
授予Brown的美国专利5,678,571描述了一种用于治疗患者中医 疗状况的方法，包括选择用于治疗医疗状况的心理策略，然后编码用 于交互式视频游戏的电子指令，该专利结合于此以作参考。该游戏执 行所述心理策略，并且将所述电子指令装载到基于微处理器的单元， 该单元配备有用于显示所述视频游戏的显示器。该游戏包含用于定量 分析患者的医疗状况的计分指令，咨询指令和自理指令。该视频游戏 可以与连接到基于未处理的单元的心理变量测量设备结合使用。
授予Bro的美国专利5,596,994描述了一种自动的和交互的积极 动机系统，其允许医生，咨询者或训练者产生和向客户发送一系列动 机信息和/或问题以改变或增强特定的行为问题，该专利结合于此以 作参考。
授予Lachmann等人的美国专利5,752,509描述了一种用于为患 者人工换气的系统，该专利结合于此以作参考。该换气系统具有用于 将可控的吸气脉冲输送给患者的气体输送单元，用于测量关于循环系 统的函数的至少一个参数的监视单元，例如血气分析仪，和控制单元， 该控制单元基于测量的循环系统参数确定最佳的最大吸气压力和吸 气脉冲的压力幅度。
评估容量的呼吸监视装置的描述可以在下面的专利中发现：授予 Dietz的美国专利5,485,850、授予Hardway等人的专利4,033,332、授 予Douglas的专利4,381,788、授予Diamond的专利4,474,185、以及 美国专利5,367,292，5,070,321和5,052,400，所有的这些专利都结合 于此以作参考。
授予Chen等人的美国专利5,690,691描述了一种便携式或可植入 的胃起搏器，其包括布置在胃肠(GI)道中一个器官上的多个电极， 从而输送电刺激以协调通过GI道的材料的蠕动，该专利结合于此以 作参考。
美国专利5,590,282和4,526,078描述了用于使计算机合成音乐的 技术，该专利结合于此以作参考。
授予Knispel等人的美国专利4,883,067描述了一种方法，该方法 将对象的脑电图转换为音乐，从而引起和控制对象的各种心理和生理 状态，该专利结合于此以作参考。
授予Yagi的美国专利4,798,538描述了一种腹部呼吸训练系统， 该专利结合于此以作参考。人的腹部呼吸的状态由附着到腹部区域的 传感器测量，并且检测到的呼吸模式与理想的呼吸模式作比较。
授予Lichter等人的美国专利5,827,179描述了一种实时生物数据 处理PC卡，其适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，并且适于与其它实时生物数据处理PC卡互换，该专利结合 于此以作参考。
授予Braun等人的美国专利6,050,940描述了一种通用的、低成 本的系统，该系统提供全面的生理数据收集，并且对各种医疗以及其 它模拟数据收集应用具有面向广泛数据对象的可编程性和可配置性， 该专利结合于此以作参考。
授予DeVito的美国专利6,001,065描述了用于测量和执行诸如脑 电图(EEG)和肌电图(EMG)这样的生物电信号的实时FFT分析 以用于控制系统的技术，该专利结合于此以作参考。与诸如视频游戏、 电影、音乐、虚拟现实和计算机动画这样的电子媒体的被动和主动交 互也被描述了。
在包括CHF的许多心血管疾病和包括COPD的肺病中，呼吸模 式显示不规则。这些不规则是用于疾病相关的死亡率和发病率的已知 标志。典型的不规则包括潮式呼吸(中枢性窒息的反复发作与呼吸过 度交替)，速度为大约每分钟一次调整的调幅呼吸(周期性呼吸)，重 复性叹息，和具有无规则幅度和周期的呼吸。呼吸模式不规则性的减 小表明健康的提高。在心血管和精神疾病中，控制血压和血量以使供 应给器官的血液波动最小化(动态静止)的心血管反射的损伤在临床 上显著。

在本发明的一些实施例中，一种用于生物节律活动的有益调整的 设备包括控制单元和至少一个生理传感器，该生理传感器适于被应用 到用户和产生指示用户生物节律活动的传感器信号。所述控制单元适 于接收和分析所述传感器信号，并且响应所述分析，典型地通过产生 输出信号在用户上执行干涉。所述分析典型地包括在所述传感器中识 别第一和第二特征。所述第一特征指示用户的自主行动，该自主行动 典型地为用户的生物节律活动的一个方面。第二特征表示期望被提高 的用户的生理变量，多数人通常不能对所述变量实行自主控制(当用 于本发明申请的上下文和权利要求中时称为“利益相关变量”)。所述 输出信号指导用户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关 变量的提高。
在一个典型的使用阶段，所述设备连续地检测生物节律活动，识 别所述第一和第二特征，并且响应所述特征的分析调整所述干涉。用 户典型地在延续一段时间的多个阶段期间使用该设备，通常为数天， 数月，或数年。每个阶段典型地具有大约10-20分钟的时间长度， 最典型地为15分钟。
在本发明的一些实施例中，用户的所述自主行动包括呼吸，所述 自主行动的可修改参数包括呼吸的一个或多个定时参数。所述输出信 号典型地包括可理解的刺激，例如声模式和/或动态图形模式，其由 响应根据一个或多个预定标准的分析的设备产生。所述刺激典型地试 图调节用户的呼吸，例如通过训练用户开始新的呼吸模式。例如所述 输出信号可以指导用户改变吸气和呼气的定时从而导致吸气对呼气 比率的减小。对于一些干涉，期望减小该比率，例如从典型的1∶1 或1∶2的干涉前水平典型地朝着1∶4减小。对于一些应用，利益相 关的变量是呼吸的幅度(或频率)。
所述设备的常规使用可以增加用户对疾病相关的呼吸不规则的 自主控制的程度，例如在本发明的背景技术中所描述的。这样的常规 使用因此可以有利于减小与一些医疗状况相关的死亡率和发病率。例 如，所述设备的使用可以有利于治疗下面的状况：
·一些心血管疾病，包括充血性心力衰竭(CHF)；
·一些肺病，包括慢性阻塞性肺病(COPD)；
·一些神经疾病，例如惊恐性障碍；
·高血压；和
·机能亢进，例如在儿童中产生的。
在本发明的一些实施例中，所述设备包括分别产生第一传感器信 号和第二传感器信号的第一和第二传感器。所述第一特征从所述第一 和/或第二传感器信号导出，而所述第二特征同时从所述第一和第二 传感器信号导出。对于某些应用，所述第一和第二传感器分别包括监 视腹部呼吸和胸部呼吸的各个呼吸传感器。在这些应用中，用户的所 述自主行动包括呼吸，所述自主行动的可修改参数典型地包括呼吸的 一个或多个定时参数。所述利益相关变量为(a)所述干涉试图改变 的腹部呼吸和胸部呼吸之间的相差；(b)所述干涉试图增加的腹部呼 吸幅度对胸部呼吸幅度的比率；或(c)(a)和(b)的组合。例如， 在CHF和COPD中，腹肌常常表现出减小的功能性，其由腹部对胸 部呼吸幅度的减小的比率表示。所述干涉试图增加该比率并且由此对 这些状况的方面产生积极的效果。
在本发明的一些实施例中，所述设备包括适于测量心血管反射的 多个传感器。所述传感器产生多个传感器信号，所述第一和第二特征 都从所述传感器信号导出。例如，可以通过检测心率的呼吸调节和/ 或使用体积描记法测量的皮肤血量变化无创地监视压力反射灵敏度。 在这些应用中，用户的所述自主行动包括呼吸，所述自主行动的可修 改参数典型地包括呼吸的一个或多个定时参数。利益相关变量典型地 为压力反射灵敏度的测量值，该测量值典型地被表示为所述传感器信 号中的一个的两个方面之间的互相关，例如周期和信号幅度。
在本发明的一些实施例中，所述第一和第二特征同时被监视。在 其它实施例中，所述第一和第二特征不同时地被监视。例如，在操作 的第一阶段，所述设备可以记录所述第二特征的值的基准测量值，所 述基准测量值是在受到所述设备产生的干涉之间的用户的生理状态 的诊断指示。在操作的第二阶段，所述设备响应所述基准测量值执行 干涉。
在本发明的一些实施例中，所述设备包括第一和第二传感器。所 述第一传感器产生指示生物节律活动的第一传感器信号，所述特征从 所述第一传感器信号导出，所述第二传感器产生第二传感器信号，所 述第二特征从所述第二传感器信号导出。
典型地，所述设备在数据记录器中存储随着时间产生的所述传感 器信号和已分析的特征(“存储数据”)，所述数据记录器典型地包括 电子存储器和/或永久存储介质。诸如“智能卡”这样的可互换数据 记录器的选择使用允许多个用户使用所述设备，每人保留他或她的存 储数据。
对于一些应用，所述设备被构造成以诊断模式操作，其中所述设 备不执行干涉。在该模式中，所述设备在数据记录器中存储存储数据 以用于随后的分析。
所述数据记录器典型地保留来自使用所述设备的多个阶段的存 储数据。存储数据可以包括从之前阶段计算的趋势，并且可以依照操 作者指令由所述设备字母一数字地或图形地显示。存储数据可以允许 所述评估所述设备的常规和重复使用的成功。另外，存储数据的一些 方面(包括所述设备的当前和过去使用)可以被显示，从而对用户提 供帮助和反馈。例如，在干涉期间或当用户当前未使用所述设备时， 显示数据可以促使用户对生物节律活动进行期望的调整。
在本发明的一些实施例中，一个或多个健康状态参数从在所述传 感器信号中识别的第三特征导出，或者从单独的健康状态传感器接 收。这些参数与期望保持在规定范围内以避免不希望效果的生理变量 关联。这样的参数的例子包括呼吸速度，其应当被监视以避免换气过 度；心率，其应当被监视，从而甚至当微小的用力也会导致带有严重 心力衰竭的患者心动过速时，防止使用所述设备；体重；身高；年龄； ECG；和血压。例如，在干涉时为了减小吸气对呼气的比率，诸如呼 吸幅度的健康状态参数被解释为干涉益处的指示。如果所述参数超过 或通过某一阀值(例如大于大约三倍的静止呼吸幅度的呼吸幅度)， 随后造成吸气对呼气的比率变化的输出信号的变化被延迟，直到所述 参数再次落在所述阀值之下。
这里描述的技术可以与下面两个专利中描述的技术结合使用：申 请于2000年7月6日、名称为“干涉诊断设备”的美国专利申请 09/611,304，和授予Gavish等人的PCT专利公开文本WO01/02049， 上述专利被转让给本发明申请的受让人并且结合于此以作参考，包括 其中描述的远程中介技术。例如，依照操作者指令，存储数据可以被 下载到本地或远程位置以用于进一步处理，和/或用于产生由医疗保 健供应者使用的报告，以检查所述设备的常规使用的顺应性，性能和 /或结果。
对于一些应用，对用户的一些在线或离线反馈由语音或视听信息 传递。这样的反馈可以包括，例如使用错误和建议的正确行动，当需 要时与干涉同步的引导，警告信息，和/或顺应性和/或性能数据的总 结。
在本公开和权利要求中“诊断”应当被理解成响应用户的一个或 多个生理变量产生评估。所述评估可以在执行干涉之前、期间和/或 之后产生。例如，用户呼吸模式规则性的长期变化可以通过比较之前 干涉评估和治疗期间和/或之后的评估而确定。替代地或附加地，在 干涉期间产生的评估可以用于监视用户反射系统的当前状态。进一步 替代地或附加地，可测量症状的减轻典型地通过比较干涉前和干涉后 的评估而被测量。对于一些应用，所述设备记录第二特征的治疗后测 量值(例如，锻炼后与锻炼前相比呼吸规则性的变化)，以便能够测 量治疗的短期益处。例如，这用于指示缓解呼吸困难(呼吸急促)的 治疗的成功，所述缓解呼吸困难在CHF和COPD的治疗中是有益的 治疗行动。
在本公开和权利要求中“用户”应当被理解成生物节律活动被监 视的人，尽管“操作者”可以是用户或者不是用户的其它人，例如健 康护理人员，操作者通过所述设备界面配置所述设备和/或管理在远 程设施或离线的存储数据，以便产生诊断或报告，或指导用户使用所 述设备。
根据本发明的一个实施例，因此提供了一种装置，其包括：
传感器，其适于产生指示该装置的用户的生物节律活动的传感器 信号，所述传感器信号具有指示用户的自主行动的第一特征，和指示 用户的利益相关变量的第二特征；和
控制单元，其适于接收所述传感器信号，并且响应所述第二特征 产生输出信号，所述输出信号指导用户修改由所述第一特征指示的所 述自主行动的参数。
在一个实施例中，所述控制单元适于识别所述传感器信号中的所 述第一和第二特征。在一个实施例中，所述控制单元适于响应所述第 一特征和所述第二特征产生输出信号。
在一个实施例中，所述控制单元适于：
识别指示用户已将所述参数修改到期望的程度的所述第一特征 的一方面，和
响应识别所述第一传感器信号的所述方面，产生新的输出信号， 以指导用户进一步修改所述自主行动的所述参数。
所述第一特征可以从下列选择，包括：所述传感器信号一方面的 周期，所述传感器信号一方面的速度，所述传感器信号一方面的上升 时间，所述传感器信号一方面的下降时间，在传感器一方面的一点的 时间导数，所述时间导数的最大值，所述时间导数的最小值，在所述 方面的两个或以上的生物节律周期上平均的所述传感器信号一方面 的最大幅度，在所述方面的两个或以上的生物节律周期上平均的所述 传感器信号一方面的最小幅度，所述传感器适于产生具有所述第一特 征的所述传感器信号。替代地或附加地，所述第一特征包括所述传感 器一方面的两个点之间的时差，所述点表征所述生物节律活动的单个 周期。进一步替代地或附加地，所述第一特征包括所述传感器信号一 方面的两个点之间的信号值差异，所述点表征所述生物节律活动的单 个周期。
所述第二特征可以包括所述生物节律活动的一方面的可变性，所 述方面从下列选择，包括：所述生物节律活动的包络，所述生物节律 活动的幅度，所述生物节律活动的周期，所述包络的标准偏差(SD)， 所述幅度的SD，所述周期的SD，在该情况下所述控制单元适于响应 所述方面的可变性产生所述输出信号。
在一个实施例中，所述装置包括健康状态传感器，其适于产生指 示用户的健康状态参数的健康状态信号，所述健康状态参数指示用户 的健康状态，所述控制单元适于接收所述健康状态信号，并且确定所 述健康状态参数是否超过阀值。
在一个实施例中，所述控制单元包括存储器，并且所述控制单元 适于：
在所述存储器中存储在第一时间周期产生的所述第二特征的值， 在所述第一时间周期所述控制单元停止产生所述输出信号，和
在所述第一时间周期结束之后的第二时间周期，响应所述第二特 征的存储值产生所述输出信号。
在一个实施例中，所述控制单元适于以游戏的形式产生所述输出 信号，并且改变所述游戏的参数，从而导致用户修改所述自主行动的 参数。
对于一些应用，所述生物节律活动包括用户的肌肉活动，所述传 感器适于产生指示所述肌肉活动的所述传感器信号。替代地或附加 地，所述生物节律活动包括心脏活动，所述传感器适于产生指示所述 心脏活动的所述传感器信号。
在一个实施例中，所述传感器适于连接到带，所述带适于围绕用 户的躯体放置。
所述传感器可以从下列选择，包括：快速响应温度传感器，心电 (ECG)监视器，至少一个肌电描记(EMG)电极，脑电(EEG) 监视器，血气浓度传感器，光电传感器，光体积描记传感器，脉氧计， 和激光多普勒传感器。
所述传感器也可以适于检测从用户的组织排出的气体的浓度，或 者用户的微血管特性。在一个实施例中，所述传感器包括电阻抗传感 器，其适于检测用户的至少一个器官的电阻抗。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关变量的提高。对 于一些应用，所述利益相关变量是用户的呼吸幅度，并且所述控制单 元适于设置所述输出信号以指导用户修改所述自主行动的参数，从而 导致所述呼吸幅度的提高。替代地，所述利益相关变量是用户的压力 反射灵敏度的测量值，并且所述控制单元适于设置所述输出信号以指 导用户修改所述自主行动的参数，从而导致所述压力反射灵敏度的测 量值的提高。
在一个实施例中，所述利益相关变量从下列选择，包括：用户的 呼吸频率，用户的血压，用户的血氧饱和度，用户的潮气末CO2水 平，用户的组织氧合水平，用户的脉搏波速度，用户的皮肤血量的变 化，用户的峰值气流的测量值，用户的皮肤脉搏量的幅度，用户的动 脉顺应性，和用户的心电图参数，并且所述控制单元适于设置所述输 出信号以指导用户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关 变量的提高。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关变量的提高，从 而治疗用户的心血管疾病。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关变量的提高，从 而治疗用户的肺病。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的参数，从而导致所述利益相关变量的提高，从 而治疗选自下列的用户状况，包括：神经疾病，高血压，和机能亢进。
在一个实施例中，所述输出信号包括可理解的刺激，所述控制单 元适于产生所述可理解的刺激，从而指导用户修改所述自主行动的参 数。所述可理解的刺激可以包括选自下列的至少一个，包括：图像， 字母一数字文本，声音，声模式，和动态图形模式，并且所述控制单 元适于产生所述刺激，从而指导用户修改所述自主行动的参数。在一 个实施例中，所述装置包括扬声器，所述可理解刺激包括音乐，所述 控制单元适于驱动所述扬声器以产生所述音乐，从而指导用户修改所 述自主行动的参数。
在一个实施例中，所述传感器适于产生具有第三特征的传感器信 号，所述第三特征指示用户的健康状态参数，所述健康状态参数指示 用户的健康状态，并且所述控制单元适于确定所述健康状态参数是否 超过阀值。对于一些应用，所述控制单元适于响应确定所述第三特征 超过所述阀值而停止产生所述输出信号。替代地或附加地，所述控制 单元适于响应确定所述第三特征超过所述阀值而产生警报信号。
在一个实施例中，所述生物节律活动包括呼吸，所述传感器适于 产生指示呼吸的传感器信号。所述传感器可以选自下列，包括：流量 计，其适于通过检测用户的呼吸气流来检测呼吸；麦克风，其适于通 过检测用户的呼吸音来检测呼吸；和加热丝，其适于通过检测用户的 呼吸气流来检测呼吸。
在一个实施例中，所述自主行动包括呼吸，所述控制单元适于产 生所述输出信号以指导用户修改所述呼吸的参数。在一个实施例中， 所述第一特征包括选自吸气时间和呼气时间的至少一个呼吸参数，并 且所述传感器适于产生具有所述第一特征的传感器信号。替代地或附 加地，所述第一特征包括用户的皮肤脉搏量的平均频率，并且所述传 感器适于产生具有所述第一特征的传感器信号。进一步替代地或附加 地，所述第一特征包括用户的潮气末CO2水平，并且所述传感器适 于产生具有所述第一特征的传感器信号。
在一个实施例中，呼吸的所述参数包括呼吸的一个或多个定时参 数，所述控制单元适于产生所述输出信号以指导用户修改呼吸的所述 定时参数。所述定时参数可以包括用户的吸气和呼吸的模式，在该情 况下所述控制单元适于产生所述输出信号以指导用户修改所述模式。 在一个实施例中，所述控制单元适于产生所述输出信号以指导用户修 改所述模式，从而减小吸气时间对呼气时间的比率。
在一个实施例中，所述传感器适于检测用户器官的特性的变化， 所述特性选自下列，包括：所述器官的周长，所述器官的体积，和所 述器官的压力。所述传感器可以选自下列，包括：手指体积描记器， 压力袖带，和应变仪。
在一个实施例中，所述第一特征包括指示用户的所述自主行动的 多个第一特征，并且所述控制单元适于响应所述多个第一特征中的至 少一个关系而产生所述输出信号。在一个实施例中，所述控制单元适 于使用选自频域中的互相关分析和时域中的互相关分析的分析方法 确定所述关系。
在一个实施例中，所述第一特征包括由所述传感器信号中的点限 定的两个或多个光谱分量之间的关系。
在一个实施例中，所述第一特征包括由所述传感器信号中的点限 定的至少一个光谱分量。所述光谱分量可以由所述传感器信号中的点 的第一子集限定，所述点的第一子集位于不同于所述点的第一子集的 所述传感器信号中的点的第二子集中，所述点的第一子集具有共同的 特性。所述共同特性可以选自下列，包括：所述传感器信号的局部最 大值和局部最小值。
根据本发明的一个实施例，也提供了一种装置，其包括：
第一传感器，其适于测量自主生理变量和与之响应产生利益相关 传感器信号，所述自主生理变量指示该装置的用户的自主行动；
第二传感器，其适于测量利益相关生理变量和与之响应产生利益 相关传感器信号，所述利益相关生理变量指示用户的呼吸的幅度；和
控制单元，其适于接收所述自主和利益相关传感器信号，并且与 之响应产生输出信号，所述输出信号指导用户修改所述自主行动的参 数。
在一个实施例中，所述自主行动包括用户的呼吸，并且所述控制 单元适于产生所述输出信号以指导用户修改呼吸的参数。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的所述参数，从而导致所述利益相关生理变量的 提高。
根据本发明的一个实施例，进一步提供了一种装置，其包括：
第一传感器，其适于产生第一传感器信号；
第二传感器，其适于产生第二传感器信号；和
控制单元，其适于：
接收所述第一和第二传感器信号，
识别所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的至少一个中 的第一特征，所述第一特征指示该装置的用户的自主行动；
从所述组合的第一和第二传感器信号导出第二特征，和
响应所述第二特征产生输出信号，所述输出信号指导用户修改所 述自主行动的参数。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改所述自主行动的所述参数，从而导致所述第二特征指示的用户 的生理变量的提高。
在一个实施例中，所述控制单元适于响应所述第一特征和所述第 二特征产生所述输出信号。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种装置，其包括：
第一传感器，其适于测量该装置的用户的腹部呼吸，并且产生腹 部呼吸传感器信号；
第二传感器，其适于测量用户的胸部呼吸，并且产生胸部呼吸传 感器信号；和
控制单元，其适于接收所述腹部呼吸和所述胸部呼吸传感器信 号，并且与之响应产生输出信号，所述输出信号指导用户修改用户的 呼吸的参数。
在一个实施例中，呼吸的所述参数包括呼吸的定时参数，并且所 述控制单元适于产生所述输出信号，从而指导用户修改呼吸的所述定 时参数。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用 户修改呼吸的所述参数，从而导致所述腹部和胸部呼吸传感器信号指 示的用户的生理变量的提高。所述生理变量可以包括所述腹部呼吸和 所述胸部呼吸之间的相差，在该情况下所述控制单元适于设置所述输 出信号以指导用户修改呼吸的所述参数，从而导致所述相差的变化。 所述生理变量可以包括腹部呼吸幅度对胸部呼吸幅度的比率，在该情 况下所述控制单元适于设置所述输出信号以指导用户修改呼吸的所 述参数，从而导致所述比率的增加。
在一个实施例中，所述控制单元适于设置所述输出信号以治疗选 自下列的用户的状况，包括：充血性心力衰竭和慢性阻塞性肺病。
根据本发明的一个实施例，另外地提供了一种装置，其包括：
传感器，其适于产生传感器信号，所述传感器信号指示呼吸自律 控制受损的对象的呼吸；和
控制单元，其适于接收所述传感器信号，和与之响应产生输出信 号，所述输出信号导致对象不自主地修改呼吸的参数。
在一个实施例中，所述控制单元适于产生稍稍与呼吸异相的所述 输出信号。
在一个实施例中，所述传感器适于当对象睡眠时应用到对象。在 一个实施例中，所述控制单元适于产生所述输出信号以治疗对象的睡 眠性呼吸暂停。
在一个实施例中，所述传感器适于当对象无意识时应用到对象。 在一个实施例中，所述传感器适于当对象昏迷或被麻醉时应用到对 象。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种诊断装置，其包括：
传感器，其适于测量指示该装置的用户的自主生物节律行动的自 主生理变量，并且与之响应产生传感器信号；和
控制单元，其适于接收所述传感器信号以确定所述自主行动随时 间的变化水平，并且与之响应产生输出信号。
在一个实施例中，所述控制单元适于确定所述变化水平以便于诊 断。
在一个实施例中，所述传感器包括呼吸传感器。
在一个实施例中，所述控制单元适于确定所述信号的包络随时间 的变化水平。替代地或附加地，所述控制单元适于确定所述信号的幅 度随时间的变化水平。进一步替代地或附加地，所述控制单元适于确 定所述信号的周期和所述信号的速度的至少一个随时间的变化水平。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种诊断装置，其包括：
体积描记传感器，其适于产生传感器信号；和
控制单元，其适于接收所述传感器信号以确定所述信号随时间的 变化水平，和与之响应产生输出信号。
在一个实施例中，所述控制单元适于确定所述变化水平从而便于 诊断。替代地或附加地，所述控制单元适于确定所述信号的包络随时 间的变化水平。进一步替代地或附加地，所述控制单元适于确定所述 信号的幅度随时间的变化水平。更进一步替代地或附加地，所述控制 单元适于确定所述信号的周期和所述信号的速度的至少一个随时间 的变化水平。
根据本发明的一个实施例，进一步提供了一种促进提高用户健康 的方法，其包括：
接收指示用户的生物节律活动的传感器信号，所述传感器信号具 有指示用户的自主行动的第一特征，和指示用户的利益相关变量的第 二特征；和
响应所述第二特征产生输出信号，所述输出信号指导用户修改由 所述第一特征指示的所述自主行动的参数。
在一个实施例中，接收所述传感器信号包括通过用户躯体部分周 长的变化监视用户的呼吸运动。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种促进提高用户健康的方 法，其包括：
接收指示自主生理变量的自主传感器信号，所述自主生理变量指 示用户的自主行动；
接收指示利益相关生理变量的利益相关传感器信号，所述利益相 关生理变量指示用户的呼吸幅度；和
响应所述自主传感器信号和所述利益相关传感器信号产生输出 信号，所述输出信号指导用户修改所述自主行动的参数。
根据本发明的一个实施例，另外地提供了一种促进提高用户健康 的方法，其包括：
接收第一传感器信号和第二传感器信号；
识别所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的至少一个中 的第一特征，所述第一特征指示用户的自主行动；
从组合的所述第一和第二传感器信号导出第二特征；和
响应所述第二特征产生输出信号，所述输出信号指导用户修改所 述自主行动的参数。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种促进提高用户健康的方 法，其包括：
接收指示用户的腹部呼吸的腹部呼吸传感器信号；
接收指示用户的胸部呼吸的胸部呼吸传感器信号；
响应所述腹部和胸部呼吸传感器信号产生输出信号，所述输出信 号指导用户修改用户的呼吸参数。
根据本发明的一个实施例，也提供了一种方法，其包括：
接收指示呼吸自律控制受损的对象的呼吸的传感器信号；和
响应所述传感器信号产生输出信号，所述输出信号导致对象不自 主地修改呼吸的参数。
根据本发明的一个实施例，进一步提供了一种促进提高用户健康 的方法，其包括：
测量指示用户的自主生物节律行动的自主生理变量，并且与之响 应产生传感器信号；
接收所述传感器信号；
确定所述自主行动随时间的变化水平；和
响应所述变化水平产生输出信号。
根据本发明的一个实施例，还进一步提供了一种促进用户诊断的 方法，其包括：
使用体积描记法产生传感器信号；
接收所述传感器信号；
确定所述信号随时间的变化水平；和
响应所述变化水平产生输出信号。
从本发明实施例的下面详细描述并结合附图将更全面地理解本 发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的用于用户的生物节律活动的 有益调整的系统的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的显示图1的系统的控制单元的 部件的示意性方块图；
图3是根据本发明的一个实施例的典型的被监视的生物节律活 动信号的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的若干被监视的生物节律活动 信号的示意图；和
图5是根据本发明的一个实施例的显示执行图1的设备的监视的 方法的流程图。

图1是根据本发明的一个实施例的用于用户22的生物节律活动 的有益调整的系统20的示意图。系统20包括控制单元30，该控制 单元接收来自连接到用户的至少一个生理传感器32的生物节律活动 信号。所述控制单元也可以接收来自一个或多个健康状态传感器34 和/或来自传感器32的健康状态信号。控制单元30，所述传感器，所 述传感器信号和所述健康状态信号在下文更详细地进行描述。控制单 元30与传感器32和34之间的连接可以是有线或无线的。
控制单元30分析接收的传感器信号，并且响应该分析，典型地 通过使用刺激单元36产生用户输出信号在用户22上执行干涉，对于 所述输出信号是音频的应用，所述刺激单元36例如包括耳机或扬声 器。所述输出信号指导用户修改自主行动的参数，从而导致用户的生 理变量的提高。在典型的使用阶段，所述设备连续地检测生物节律活 动并且响应所述活动的分析修改所述干涉。用户典型地在延续一段时 间的多个阶段期间使用所述设备，通常为数天，数月或数年。每个阶 段典型地具有大约10-20分钟的时间长度，最典型地大约为15分钟。
对于一些应用，传感器32包括力传感器，所述力传感器用于典 型地通过基于附着到弹性带的应变仪测量的胸或腹周长的变化监视 呼吸运动，包括用户呼吸的吸气和呼气相的定时和深度，例如上面参 考的美国专利5,423,328和美国专利申请09/611,304和’049PCT申请 公开文本中所描述的。典型地，传感器32由用户22自安装。
图2是根据本发明的一个实施例的显示控制单元30的部件的方块 图。控制单元30由分立的部件或分立的与定制的或半定制的部件的 组合实现。替代地，所述控制单元30包括连接到显示器的工业标准 化的或定制的计算机，所述计算计用软件编程以实现其中描述的功 能。例如，该软件可以用电子形式在网络上下载到控制单元，或者它 可以替代地提供于有形的媒介上，例如磁或光媒介或其它永久存储 器。
控制单元30包括中心处理单元(CPU)39，其连接到和控制该控 制单元的独立部件的操作。为了清楚，CPU 39和其它部件之间的连 线未示出。如下所述，CPU 39可以依照操作者指令按一种或多种不 同的模式操作。
监视器40接收来自传感器32的生物节律活动信号(BAS)，并且 典型地识别其中的第一特征和第二特征。所述第一特征指示用户的自 主行动(例如，吸气和呼气的定时)，并且典型地是用户生物节律活 动的一个方面。所述第二特征指示期望被提高的且多数人通常不能施 加自主控制的用户的生理变量(“利益相关变量”)，例如吸气的深度 或规则性。监视器40典型地也识别BAS的第三特征，其指示用户的 大体生理状态(“健康状态变量”)。替代地或附加地，监视器40从任 意的健康状态传感器34，或者从连接到或集成到系统20的任意键盘， 或通过将该系统连接到计算机，接收一个或多个健康状态变量。监视 器40分析这些特征，并且响应该分析输出随后的定量参数，该定量 参数表示被检测的用户的生物节律活动的一个或多个模式组成：
·一个或多个生物节律活动参数(BAP)，其从BAS的第一特征 导出，并且用于大体上限定用于干涉的刺激模式(例如，当传感器 32监视呼吸运动时，(a)吸气时间和呼气时间，和/或(b)幅度)。 这里所述的技术可以使用上面参考的美国专利5,076,281和5,800,337 中描述的BAP的细节来实现。
·一个或多个利益相关参数(BRP)，其从所述第二特征导出，并 且与用户的一个或多个利益相关变量关联，例如呼吸模式规则性。典 型地，利益相关变量包括由正在受系统20治疗的用户22的病状或其 它现象改变的用户的参数。例如，利益相关变量可以包括连续测量或 间断测量的血压，血氧合(例如，SpO2)，脉搏波速度，皮肤血量的 变化，呼吸参数(例如，峰值气流)，或者用户22的心电图(ECG) 测量值。对于一些应用，BRP从检测的两个或多个第一特征之间的关 系导出；和
·一个或多个健康状态参数(HSP)，其从第三特征和/或从由健康 状态传感器34，键盘，或外部计算机接收的信号导出，并且与期望 保持在指定范围内以避免不期望效果的生理变量相关。HSP的例子包 括呼吸速度，其可以被监视以避免甚至当微小的用力也会导致带有严 重心力衰竭的患者心动过速时，防止使用所述设备；ECG；血压；和 /或诸如体重、身高和年龄这样的非生物节律指示。当合适时，控制 单元30评估HSP以确定它们是否处于安全范围内。例如，对于具有 特定性别、年龄和体重的用户，某个测量的心率可能被确定成太高或 太低，因此迫使干涉提前结束并产生警报信号。
这些参数典型地被连续地或间断地存储在数据记录器/存储器41 中，所述数据记录器/存储器41典型地包括工业标准化易失和永久存 储器部件。附加地，在系统20的一些构造中，或者在操作者选择的 模式中，从传感器32接收的BAS被连续或间断地存储在数据记录器 41中。当医生例如为了诊断目的想要接近生物节律活动的具体结构 时，BAS的存储尤其有用。例如，异常呼吸模式常常是复杂的，与 其分析的结构相比，并且医生更熟悉和乐于使用原始信号。对于一些 应用，数据记录器41另外地存储该系统的用户的数据和从内部时钟 (未示出)接收的时间。例如由智能卡或用户ID和密码简化的可互 换数据记录器的任意使用使多个用户能够使用该设备，每人保留他或 她自己的存储数据。
对于一些应用，控制单元30被设置成意诊断模式操作，其中所述 系统不执行干涉。在该模式中，所述控制单元在数据记录器41中存 储存储数据以用于随后的分析。
数据记录器41典型地保留来自系统的用户的多个阶段的存储数 据。存储数据可以包括从之前阶段计算的趋势，并且可以依照操作者 指令由所述设备字母一数字地或图形地显示。存储数据可以允许评估 系统的常规或重复使用的成功。另外，存储数据的一些方面(包括设 备的当前和过去使用)可以被显示，从而对用户提供帮助和反馈。例 如，在干涉期间或当用户当前未使用所述系统时，显示数据可以促使 用户对生物节律活动进行期望的修改。
比较器42接收BAP，BRP和HSP的值，并且将这些值与之前已 存储在数据记录器41中的值比较，以便评估这些参数随时间的变化。 这样的比较有益于评估系统20的常规使用的持续益处。这样的比较 也有益于识别从用于该生理变量的基准值测量的生理变量值的偏差。 该基准值包括但不限于：(a)标准化值，其基于预定的或操作者预选 择的值；(b)用户特征的最概然值，其由比较器42对存储在数据记 录器41中的数据使用统计方法而确定；和(c)表征系统的推荐使用 的值，其由制造商预设或由操作者预选择。
比较器42典型地进一步从预定时间周期存储在数据记录器41中 的BAS，BAP，BRP和HSP的值导出一组参数，在这里被称为互相 关参数(CCP)。CCP典型地由时间相关或由光谱互相关分析导出， 其在本领域中是已知的数学方法。典型的CCP数据将心血管反射表 征为心率的呼吸调节程度。典型地，CCP数据存储在数据记录器/存 储器41中，并且由比较器42传递给驱动器44，其在下面进行描述。
对于一些应用，比较器42使用上面参考的美国专利申请 09/611,304和’049PCT公开文本中所述的技术工作，包括但不限于参 考图4所示和所述的方法。
典型地根据预定标准，当期望通知用户其输入中的非预期数值出 现时，比较器42使用视听信息系统45为用户提供反馈。所述信息系 统包括警报发生器46，和语音信息器48和/或显示器50，其可以由 警报发生器启动。由所述信息系统产生的典型信息包括：
·错误信息，其指示系统的错误使用，例如传感器32或34的不 适当安装(其会导致无意义或无BAS信号)，或者不符合系统使用原 则(其会减小系统的效率)。所述信息典型地包括建议的校正作用；
·锻练指导信息，其典型地是言语的和/或视听的指令，在接收用 户刺激之后这些指令可以帮助指导无经验的用户修改他或她的生物 节律活动；
·警报信息，如果出现生理参数的非期望数值所述警报信息指导 用户采取何种措施，例如如果心率变得太快时停止锻炼；和
·总结信息，其为用户提供他或她与干涉的顺应性总结和/或性能 数据。
替代地或附加地，CPU 39根据比较器42指示的非期望数值的类 型修改系统的设定。例如，CPU 39可以改变用户刺激从：(a)想要 通过行为的变化(例如吸气：呼气比率的减小)来指导用户的指导类 型的刺激，到(b)想要保持I：E的比率同时心率或血压获得或返回 期望值的中立类型的刺激，或到(c)无效类型的刺激，例如海浪声， 其没有任何指导或保持成分，而是设计成用于保持患者注意力。
用户和/或操作者典型地能够设置关于信息系统45的操作的偏好。 语音信息器48可以设置成按以下方式启动：
·总是启动，即，提供有助于用户同步生物节律活动和用户刺激 的用户语音；
·仅仅当用户不同步他或她的生物节律活动和用户刺激的时候启 动；或
·仅仅当语音信息为正确操作所必需时启动，例如，当一段预定 期间没有生物节律活动信号被检测到时，或者当电池被放电时，其导 致CPU关闭控制单元。
对于一些包括该设备的常规使用的治疗应用，提供这样的优先选 择是有利的，因为不熟练的用户可能偏爱第一选择，而更熟练的用户 可能偏爱第三选择。典型地，语音和视觉信息的使用被最小化，从而 避免分散用户的注意力。
在本发明的一个实施例中，数据记录器41或CPU 39启动显示器 50或语音信息器48以向用户提供询问表，用户典型地通过按按钮来 回答所述询问表。所述回答被存储并且可能是有用的，例如用于评估 临床结果，例如生活质量。
生物节律活动调节器52为用户22提供刺激，其被设置成至少改 变用户生物节律活动的至少一个方面。使用刺激单元36将用户刺激 传递到用户22。生物节律活动调节器52通过应用来自驱动器44的 一套规则来转换BAP值而获得用于产生用户刺激的参数。例如，用 户刺激可以是声模式，其随时间而变化以教导用户22改变与吸气和/ 或呼气相关的时间周期。
在一个实施例中，生物节律活动调节器52包括声合成器54。(在 其它实施例中，调节器52包括，例如机械刺激器，电刺激器，压力 施用器，或视觉刺激器。)所述合成器产生音频输出，典型地其中诸 如笛子的第一器具的声音对应吸气，诸如吉他的第二器具的声音对应 呼气。合成器54的操作典型地由定义音符的编码的存储序列和带有 开/关命令的器具控制，以便产生用户可选择的旋律。例如，第一器 具的声音的持续时间可以比最后一分钟期间用户的平均吸气时间多2 ％，第二器具的声音的持续时间可以比最后5分钟期间用户的平均呼 气时间多10％，其中变换参数(例如，2％，1分钟，10％，5分钟) 从驱动器44被接收。生物节律活动调节器52和驱动器44可以执行 上面参考的美国专利5,076,281和5,800,337和美国专利申请 09/611,304和’049PCT公开文本中描述的技术。
对于一些应用，控制单元30连接到远程设施38，例如医院和医 疗诊所，以用于数据的上载或下载，从而用于实时或间歇地远程显示 和/或分析。典型地，远程设施38通过诸如因特网这样的分布式网络 与控制单元30和/或用户22通信。替代地或附加地，远程设施通过 本领域中已知的其它方式与控制单元和/或用户通信，例如通过电话 调制解调器或通过使用电话的语音。载上面参考的美国专利申请 09/611,304和’049PCT公开文本中描述的远程中介技术可以用于这样 的远程通信和分析。
在本发明的一个实施例中，数据记录器41的所有或部分内容通过 从远程设施38接收的命令下载、修改和/或删除，或通过任选地使用 操作者已知的但用户未知的操作命令(例如，按组合按钮)本地下载、 修改和/或删除。对于一些应用，存储数据的一些方面可离线显示以 便向用户提供关于设备的以前使用的信息。替代地或附加地，这样的 离线显示能使诸如健康护理提供者这样的操作者远程地为用户提供 技术支持(典型地在电话会谈期间)。例如，操作者可以要求用户从 显示器读出相关存储器位置的内容，这些内容提供了有助于解决操作 问题的数据。
图3是根据本发明的一个实施例的典型的被监视的BAS 60的示 意图，其包括表征信号结构的示例性特殊点62。所述特殊点可以用 于由监视器40确定参数BAP，BRP和HSP。典型地通过执行各个信 号的特殊时间点分析来进行该确定。例如，这样的分析可以包括：(a) 在一个或多个特殊点求信号的时间导数，(b)确定时间导数的最大值 或最小值，和/或(c)确定表征生物节律周期的两个特殊点之间的时 间或信号值的差异。所述分析也可以包括两个或多个生物节律周期期 间发生的平均活动。所述特殊点例如可以是极大值，极小值，和转向 点(例如，如上面参考的美国专利5,800,337中所描述的)。这些和其 它特殊点的检测可以使用上面参考的美国专利5,800,337中描述的技 术执行。
图3中所示的例子仅仅用于示例性目的。该例子假设用户的生物 节律活动的第n个周期可以由一个在[tmin(n)，Emin(n)]的最小点，和一 个在[tmax(n)，Emax(n)]的最大点表征，其中tmin(n)和tmax(n)代表时间值， Emin(n)和Emax(n)代表信号值。因此，Emax(n)代表在第n个周期的生物 节律活动的上包络，Emax(n)代表在第n个周期的生物节律活动的下包 络。典型地使用诸如三次样条近似这样的标准方法，这两个包络可选 地随时间转变为平滑曲线。生物节律活动的幅度由等式A(n)＝Emax(n) -Emin(n)定义(如果平滑被执行，在平滑之后)。生物节律活动的周 期T(n)由等式T(n)＝tmin(n+1)-tmin(n)定义。生物节律活动的上升时间 Trise(n)和下降时间Tfall(n)分别由Trise(n)＝tmax(n)-tmin(n)和Tfall(n)＝ tmin(n+1)-tmax(n)定义。
这些和其它特殊点的确定可以容易地从[t(n，j)，E(n，j)]给出的多期 生物节律活动的周期归纳，所述[t(n，j)，E(n，j)]在第n个周期中标记第 j个特殊点。在该情况下E(n，k)跨越该包络，幅度A(n，j，k)＝E(n，k)- E(n，j)，并且对应的时间段T(n，j，k)＝t(n，k)-t(n，j)。
图4是根据本发明的一个实施例的几个被监视的BAS 70的示意 图。在该实施例中，系统20包括适于测量心血管反射的多个生理传 感器32。所述传感器产生多个传感器BAS 70。所述传感器中的一个 典型地包括呼吸传感器72，其提供连续的呼吸信号74。所述传感器 中的另一个包括光电传感器76，其执行光学体积描记法以便监视(典 型地以AC模式)脉动皮肤血量变化，并且当使用周期和幅度(值由 圈82表示)的搏动间分析之后分别提供心率信号78和皮肤脉搏量信 号80。该实施例典型地用于设计成减慢呼吸、增加压力反射灵敏度 的的干涉。
图5是根据本发明的一个实施例的显示操作监视器40的方法的流 程图。在特殊点检测步骤100，典型地如上面参考图3所述，使用 BAS检测特殊点。在各个计算步骤102，104和106，通过计算包络， 幅度和时间段执行搏动间分析。在缓冲存储步骤108，搏动间分析的 结果被存储以用于在缓存中进一步分析，所述缓存可以是数据记录器 41的一个组成部分。在模式特征化步骤110，生物节律活动模式特征 化被执行以产生参数BAP，BRP和HSP。产生模式特征化的过程典 型地对生物节律信号的特性和疾病病状或用户状况对其改变具有特 定性。(例如，在高海拔呼吸变得异常并且类似于CHF患者。)BAP 的计算可以使用上面参考的美国专利5,076,281和5,800,337执行。
在本发明的一个实施例中，用户的自主行动包括呼吸，所述自主 行动的可修改参数包括呼吸的一个或多个定时参数。用户刺激典型地 包括可理解的刺激，例如声模式和/或动态图形模式，其由响应根据 一个或多个预定标准的分析的设备产生。所述刺激典型地试图调节用 户的呼吸，例如通过训练用户开始新的呼吸模式。例如所述输出信号 可以指导用户改变吸气和呼气的定时从而导致吸气对呼气比率(I∶E 比率)的减小。对于一些干涉，期望减小该比率，例如从典型的1∶ 1或1∶2的干涉前水平典型地朝着1∶4减小。对于一些应用，利益 相关的变量是呼吸的幅度，造成I∶E比率的变化，从而导致幅度的 逐渐变化(例如，在一个阶段或在多个阶段期间)。
在本发明的一个实施例中，BRP与传感器信号的一些方面的可变 性或规则性相关，例如包络，幅度或指定点之间的时间(即，传感器 信号的周期)。例如，这样的可变性可以表示成为一个方面的标准偏 差(SD)，其为最近一个时间周期(典型地大约为1分钟)存储的数 据而被计算。当传感器信号测量绝对确定的生物节律变量例如心动周 期或心率时，使用未修改的SD。当正在测量的变量具有绝对意义但 是未校准时，例如皮肤脉搏量，相对可变性可以由SD的值除以用于 计算SD的所述方面在所述周期的平均值定义，例如幅度的SD除以 平均幅度。当正在测量的变量未校准和对照任意参考值(例如一些传 感器中的呼吸包络)测量时，可变性可以由所述方面的SD除以另一 个相关方面的平均值计算，例如包络的SD除以相关幅度的平均值。 在一个实施例中，生物节律活动的可变性由下面的等式表示：
可变性＝1-[SD(上包络)+SD(幅度)]/平均值(幅度)
当生物节律活动周期具有几乎相同的结构时其接近一致。发明人相信 诸如利益相关参数这样的用于可变性或规则性的测量值提供关于用 户状况和/或干涉效果的有价值反馈。
心率(周期)的呼吸调节和皮肤脉搏量被认为反映了神经系统的 功能性。更具体而言，这些生理变量在交感神经活动和副交感神经活 动之间表现动态平衡，所述副交感神经活动在一些心血管疾病中受 损，例如高血压和CHF。在本发明的一个实施例中，BRP基于该生 理理解而被计算。为了定量地分离有助于心率(或周期)的呼吸调节 和皮肤脉搏量的呼吸，典型地执行(a)呼吸信号和(b)心率信号或 皮肤脉搏量信号之间的互相关分析(这些信号如图4所示)。
在本发明的一个实施例中，HSP对应于期望保持在范围内的平均 值或趋势，如上面引用的美国专利申请09/611,304和’049PCT公开文 本所描述的。在一个实施例中，计算的一个或多个生理变量的可变性 的趋势被用作HSP。例如，当呼吸被用作生物节律活动时，干涉朝着 尽可能地减小呼吸速度的方向引导，如上面提到的美国专利5,076,281 所述，如果用户迫使自己更慢和更深地呼吸，呼吸规则性(HSP)可 能开始减小，这倾向于使干涉更低效。比较器42典型地向驱动器44 指示该趋势的检测，所述驱动器被编程以将用户引导到带有提高的呼 吸规则性的呼吸模式。
在本发明的一个实施例中，传感器32包括分别产生第一传感器信 号和第二传感器信号的第一和第二传感器。第一特征从所述第一和/ 或第二传感器信号导出，而第二特征同时从所述第一和第二传感器信 号导出。例如，对于一些应用，所述第一和第二传感器包括分别监视 腹部呼吸和胸部呼吸的各自的呼吸传感器。在这些应用中，用户的自 主活动包括呼吸，自主活动的可修改参数典型地包括呼吸的一个或多 个定时参数。利益相关参数为(a)所述干涉试图减小的腹部呼吸和 胸部呼吸之间的相差；(b)所述干涉试图增加的腹部呼吸幅度对胸部 呼吸幅度的比率；或(c)(a)和(b)的组合。例如，在CHF和COPD 中，腹肌常常表现出减小的功能性，其由腹部对胸部呼吸幅度的减小 的比率表示。所述干涉试图增加该比率并且由此对这些状况的一个方 面产生积极的效果。
在本发明的一个实施例中，传感器32包括心电图(ECG)传感器， 其典型地使用阻抗法检测呼吸。使用ECG传感器检测BAP，并且典 型地使用上面参考的美国专利5,076,281中所述的技术用BAP指导用 户的呼吸。典型地，心率和心率可变性提供了HSP和BRP。
在本发明的一个实施例中，传感器32包括光体积描记法传感器， 其监视皮肤血量变化。由光体积描记法传感器产生的信号同时包含呼 吸分量和血管舒缩活动分量，典型地为每分钟4-8个周期，在该周期 由系统20指导的慢呼吸对心血管系统具有类似共振的效果，并且与 周围血管阻力的减小相关。BRP典型地由皮肤脉搏量的幅度表示，并 且BRP由皮肤脉搏量的平均频率表示。由于皮肤脉搏量的减小所指 示的小血管的血管收缩是不期望的效果，因此对于一些应用该参数可 以附加地表示HSP。
在本发明的一个实施例中，传感器32包括一组以不同波长工作的 两个光体积描记法传感器，其一起用作脉氧计，该脉氧计监视血氧饱 和度(SpO2)。由于低SpO2与对组织的低血氧供应有关，因此SpO2 是CHF和COPD的有价值临床指标。这样，SpO2可以同时用于BRP 和HSP。此外，不规则的SpO2指示病理状态。脉氧计的所述传感器 的一个或两个也能够产生上面提到的所有生理变量，以与利用单个传 感器的实施例一起使用。
在一个实施例中，传感器32包括流量计，加热丝(用于监视呼吸 流量)，用于监视生物节律活动的节律方面的快速响应温度传感器， 心脏活动传感器，肌肉活动传感器，一个或多个肌电图(EMG)电 极，脑电图(EEG)监视器，微血管特性传感器，激光多普勒传感器， 手指体积描记器，压力袖带，或应变仪。替代地或附加地，传感器 32适于检测器官温度，血气浓度，从组织排出的气体的浓度，用户 的至少一个器官的电阻抗，或用户器官的周长、体积或压力的变化。
在本发明的一个实施例中，传感器32包括在呼吸循环期间测量 CO2变化的二氧化碳监测仪。所述二氧化碳监测仪起到呼吸监视器的 作用。潮气末CO2是不适当换气和肌肉疲劳的指示，其通常表征CHF 和COPD病状。因此潮气末CO2可以代表BAP，BRP和/或HSP。 在使患者摆脱换气过程中潮气末CO2在临床上尤其重要。在一个实 施例中，在该摆脱过程中可选地结合上面参考的美国专利申请 09/611,304和’049PCT公开文本中所描述的技术使用系统20。
根据本发明的一个实施例，传感器32包括适于监视呼吸音的麦克 风，BAP从所述呼吸音导出。这些声音典型地被分析以确定用户气 道的状态的指示，空气流过所述气道时气道产生所述声音。在哮喘和 其它呼吸相关状况中，由系统20执行的干涉被认为导致了由呼吸音 的光谱表示的症状的缓解。因此，同样的声音可以被分析以同时确定 BRP和HSP。
在本发明的一个实施例中，系统20包括系统20可以对接的对接 台(未示出)。该对接台具有用于存储控制单元30，传感器32和34， 以及刺激单元36的隔间。典型地，该控制台附加地包括用于为控制 单元30的电池充电的电池充电器，和通信单元，该通信单元包括典 型地适于连接到普通电话插孔的通信端口，和用于将通信单元电连接 到控制单元的机构。
在本发明的一些实施例中，第一和第二特征(例如，I∶E比率和 吸气幅度)同时被监视。在其它实施例中，第一和第二特征不同时被 监视。例如，在操作的第一阶段，系统20可以记录第二特征的值的 基准测量值，所述基准测量值是在受到所述设备产生的干涉之间的用 户的生理状态的诊断指示。在操作的第二阶段系统20响应所述基准 测量值执行干涉。
在本发明的一个实施例中，用户刺激采用游戏的形式，并且游戏 的参数被改变，从而玩该游戏导致用户修改自主行动的参数。
在本发明的一个实施例中，控制单元30适于通过产生用户不自觉 响应的用户刺激而执行干涉。典型地，这样的不自觉用户刺激与其想 要调整的生物节律活动(例如，呼吸)稍稍异相。当用户为呼吸的自 律控制受损的对象时，该方法例如可以用于诸如无意识对象，例如当 对象处于昏迷或麻醉时。另外，当对象睡眠时可以使用该方法，例如 当对象受到由对象对呼吸的不充分控制导致的睡眠性呼吸暂停时。例 如，通过听觉或其它刺激，干涉可以刺激正在本能地呼吸的无意识对 象的呼吸肌。
对于一些应用，即使当干涉被应用到无意识用户，用户半清醒地 或无意识地调整自主行动的一方面。例如，如上所述，许多人无意识 地和容易地使他们的呼吸，行走，和跑步受到外部节律刺激的影响， 例如快节奏音乐甚至闪光灯。类似地，本发明的一些实施例可以应用 于不能有意识地试图协调自主行动和施加干涉的节奏的人。因此，对 于一些应用，在一个或多个传感器正在测量用户的各自生理变量，并 且诸如这里描述的干涉应用到用户的同时，这些实施例的一些的用户 可以阅读，行走，吃喝，甚至睡眠。
在本发明的一个实施例中，系统20指导用户22以一种形式改变 他或她的呼吸模式，从而典型地增加组织氧合。本发明的该应用尤其 有益于治疗充血性心力衰竭(CHF)，充血性心力衰竭常常导致受折 磨的患者产生潮式呼吸。该呼吸模式导致平均组织氧合的下降，原因 在于过慢呼吸不能将足够的氧气水平供应到身体，且换气过度对患者 早已虚弱的心脏造成了严重的负担并且不会最佳地氧合身体。优选 地，音乐模式包括对用户的音乐或声音指导，以按照计划吸气和呼气， 所述计划逐渐将他的呼吸带到期望的健康模式，从而增加组织氧合。 根据本发明的优选实施例，在上面引用的Mortara和Bernardi的文章 中描述的方案被用于应用这里所述的技术，从而获得组织氧合的增 加。对吸气的音乐或声音指导可以包括，例如演奏通常音调和/或音 量提高的一系列音符的笛子，而呼气的指导可以包括音调和/或音量 下降的大提琴或吉他音符。替代地，用户在阶段的开始无论何时听到 笛子或具有特殊高音调的声音时被指导吸气，而无论何时听到大提 琴、吉他或具有特殊低音调的声音被指导呼气。用于产生音乐的优选 方案在上面参考的美国专利申请09/611,304和’049PCT公开文本中被 描述，尤其参考图16。
在一些应用中，传感器32传送指示皮肤血量和/或血氧水平的信 号。作为响应，生物节律活动调节器52调整音乐的节奏参数，从而 指导用户调整吸气相和/或呼气相的持续时间，由此朝着期望的值驱 使来自传感器32的信号。例如，本发明人已发现编程控制单元30以 逐渐增加呼气相在呼吸中所占的比例，同时逐渐将呼吸速度减小到大 约每分钟六次呼吸，会在一些患者中产生血氧合明显增加和血压明显 减小的期望结果。
以类似于上面关于血氧合所描述的方式，根据本发明的一个实施 例，其它自律神经系统功能可以使用系统20被监视和改变。例如， 在本领域中已知减小的心律可变性与心血管损伤有关。(例如，见上 面引用的La Rovere等人的文章。)为了治疗该现象，在一个应用中 传感器32将指示用户22心率的信号发送到控制单元30，并且生物 节律活动调节器52调整音乐和其它干涉的方面从而增加心率可变 性。已表明减慢呼吸增加心率可变性。(例如，见上面引用的Pitzalis 等人的文章。)
替代地或附加地，系统20被操作从增加用户血管的机械顺应性。 该顺应性反映了血管响应从心脏喷出的血液通过那里而膨胀的能力。 已知足够水平的动脉顺应性在缓冲从心脏高压推动的脉动模式的血 液方面很重要，由此使血流平缓地进入微血管系统。作为对比，减小 的动脉顺应性与压力反射的不适当功能相关，所述压力反射在控制血 压的反馈系统中由身体使用。已知动脉顺应性随着年龄的增加而减 小，以及在许多心血管疾病，例如高血压，充血性心力衰竭和动脉硬 化症中减小。而且，动脉顺应性响应血压的快速升高而减小，并且响 应交感神经活动的减小而减小，例如当人受到精神压力时。
优选地，系统20以大体类似于上面关于增加血氧合的描述的方式 增加动脉顺应性。因此，生物节律调节器52可以修改音乐或提供给 用户的其它干涉的参数以便确定合适的工作参数，该工作参数导致来 自传感器32的信号指示动脉顺应性正在增加。本发明人已发现许多 心血管指标通过导致用户的呼吸速度或另外的自主或非自主生理参 数以大约每分钟6次重复循环而被优化。
动脉顺应性变化优选地通过监视响应用户心脏的每次搏动的脉搏 波速度的变化而被测量。脉搏波速度的减小通常是期望的，因为它们 由动脉顺应性增加而引起。脉搏波速度的变化典型地通过计算响应相 同心搏在离心脏的不同距离处被测量的事件之间的时间延迟而被测 量。例如，传感器32可以包括心电图电极和光体积描记传感器，并 且控制单元30可以测量由所述电极测量的心电图信号QRS合成与由 光体积描记传感器测量的光体积描记信号中相应变化的产生之间的 时差。
优选地，生物节律活动调节器52设置音乐呼吸指导或其它应用的 干涉，从而最大地减小脉搏波速度测量值，同时基本连续地监视用户 舒适地坚持呼吸或其它疗法的能力。例如，即使确定脉搏波中附加的 边际减小可以通过将呼吸速度从每分钟六次降到五次而获得，但是如 果也确定用户可能在更慢的速度下进行过大的呼吸和/或使心脏和呼 吸肌过负荷，这样的减小典型地不能进行。
对于本发明的一些应用，期望在大约0.05Hz-0.15Hz之间的频率 对用户施加干涉，所述频率对应于与“迈尔波”相关的血管舒缩频率 -在更小血管的腔中的周期性波动。例如，用户可以被指导在血管舒 缩频率下呼吸。替代地或附加地，刺激单元36对用户身体的其它区 域施加循环剂量的机械输入，例如正或负空气或流体压力。进一步替 代地或附加地，电极，磁体，加热或冷却单元，或放置在用户身体之 上、之中或附近的电磁辐射放射单元，在血管舒缩频率下向或从用户 身体的指定区域施加或去除相应形式的能量。
在指定的个体中，血管舒缩频率随着长时间周期而变化，并且本 发明人相信，即使在短时间周期也会变化，例如用户22与系统20相 互作用的典型的15分钟期间。优选地，传感器32基本上连续地将指 示用户22的血管舒缩频率的当前值的信号传送到控制单元30。假设 通过接近地匹配干涉的应用频率和血管舒缩频率的当前值，系统20 能够获得一种形式的心血管共振，该心血管共振引起了已知的心血管 健康指标的明显提高。(例如，见上面引用的Cook等人的文章。)所 述干涉可以包括这里描述的任何干涉，例如引起的呼吸速度变化，循 环施加的机械压力，加热，冷却，或电场、磁场或各种形式的电磁辐 射的应用。在一个优选的实施例中，这些干涉中的一个或多个在血管 舒缩频率下被循环地施加到受损组织，以便增强组织的康复。
在患者具有COPD的情况下，在本领域中公知的是，通过吸气负 载每分钟呼吸15次，同时每个呼吸周期的60％用于吸气，每个周期 的40％用于呼气，从而指导患者增加他的呼吸耐久力。由于该训练 需要高度的精神集中和体力，并且由于该工作的比较麻烦，因此多数 患者难以遵照这样的训练，甚至专注的患者也倾向于停止进行该训 练，除非受到健康护理人员的直接监督。
在本发明的一些实施例中，作为对比，基本上消除了脑力，原因 在于用户仅仅需要听音乐和根据其节奏和模式而呼吸。另外，通过实 时响应用户当前的呼吸模式，该实施例提供了比诸如“吸气指示灯” 更大的功能性，所述“吸气指示灯”仅仅具有60％的工作周期并且 每分钟打开15次。作为对比，生物节律活动调节器52典型地逐渐改 变用户的呼吸模式使之从其初始测量状态(例如，每分钟8次呼吸， 30％吸气和70％呼气)变化到期望的最终状态。优选地，通过由{[呼 吸速度]，[吸气∶呼气比率]}定义的二维参数指导用户呼吸导致该变 化。典型地，处理器指导用户呼吸，从代表初始状态的空间中的一点 沿着通过该空间的最短路线到达代表期望的最终状态的空间中的一 点。应当注意生物节律活动调节器优选地跟踪用户在沿着该路线的每 个点呼吸的能力，并且如果他/她未成功地实现当前的呼吸要求，那 么就不会指导他/她朝着随后的目标更艰难地推进。
已知一些患者的呼吸系统在手术之后恢复很慢，而另一些患者经 过数天或数星期就成功地使他们自己摆脱机械呼吸机。因此，本发明 的一些应用涉及使用这里所述的装置和方法，其已作必要的修正，从 而在合适的呼吸方法中逐渐重新训练依赖呼吸机的患者或手术后的 患者。用于监护患者的许多机械呼吸机被触发以支持患者呼吸作用， 而不是指定每次呼吸的定时和深度。由于本发明的一些实施例利用用 户对他/她自身呼吸的自主控制，因此当利用系统20来摆脱依赖呼吸 机的患者时使用该触发的呼吸机是优选的。
这里所述的技术可以结合上面参考的美国专利申请09/611,304 和’049PCT公开文本中描述的技术而实施。
应当理解尽管大体关于具有病状的用户描述了本发明的实施例， 但是大体健康的用户也在本发明的范围内，并且选择使用本发明的方 面以便获得心理压力缓解和/或放松，或为了肌肉再锻练，运动训练 或娱乐的人也在本发明的范围内。
本领域的熟练技术人员应当理解本发明并不限于上面特别所示 和所述的内容。相反地，本发明的范围包括上面所述各种特征的组合 和分组合，以及其未包含在现有技术中的变化和修改，本领域的熟练 技术人员在阅读上述的描述后可以想到这样做。