用於可擴展的個性化呼吸功能的方法和系統與流程

2023-12-12 15:45:47

本發明的實施方式涉及用於向用戶提供個性化呼吸技術的系統。

背景技術：

典型的生物反饋訓練強加了用戶必須遵循的一種固定的呼吸頻率/模式，而不考慮用戶的年齡、性別或身體狀況。

技術實現要素：

在一些實施方式中，本發明提供一種計算機實施的方法，包括：通過使用特別編程有健康管理軟體的至少一個專用計算裝置，向用戶實時地提供在所述至少一個專用計算裝置上的圖形用戶界面顯示的至少一個個性化呼吸指導，其中，所述至少一個個性化呼吸指導包括至少：(i)第一指示，其標識用於吸氣的第一時段，和(ii)第二指示，其標識用於呼氣的第二時段；通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地從至少一個心率傳感器接收用戶傳感器數據，所述至少一個心率傳感器與所述用戶相關聯，至少部分地基於所述用戶傳感器數據，通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地確定該用戶的用戶心率變異性(用戶HRV)，基於該用戶HRV通過所述至少一個專門編程的計算裝置自動地計算參數狀態百分比，至少部分地基於多個用戶相關參數的加權和，從而得到0.1-100％的計算值，所述多個用戶相關參數包括：(1)標識用戶的低頻/高頻比的第一參數，(2)標識用戶的瞬時心率信號的標準偏差(SDNN)的第二參數，(3)標識用戶的心率的第三參數，(4)標識用戶的pnn50的第四參數，和(5)標識用戶相干性(coherence)的第五參數；基於所述參數狀態百分比，由所述至少一個專門編程的計算裝置向用戶實時地提供至少一個個性化呼吸建議，該至少一個個性化呼吸建議被配置以修改所述參數狀態百分比，其中，所述至少一個呼吸建議包括：(i)第一呼吸指示，其標識對用戶呼吸速率的第一調整，(ii)第二呼吸指示，其標識對用戶呼吸模式的第二調整，(iii)或它們的任何組合。在一些實施方式中，所述方法進一步包括第三指示，其標識用於屏住呼吸的第三時段。在一些實施方式中，所述方法進一步包括所述多個用戶相關參數，該多個用戶相關參數進一步包括：(6)連續RR間隔差值的均方根(RMSSD)，(7)功率頻譜，(8)總功率，和(9)深呼吸差異(deep breath difference)。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於與用戶相關聯的行動電話裝置、具有藍牙功能的裝置或與用戶相關聯的心率監測儀中的一個中。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於所述至少一個專門編程的計算裝置中。在一些實施方式中，所述至少一個專門編程的計算裝置是與用戶相關聯的行動電話裝置。在一些實施方式中，所述方法包括指導受試者充分地使用權利要求1的方法，從而引起血糖水平降低10-25％。在一些實施方式中，所述受試者是糖尿病患者。

在一些實施方式中，本發明提供一種計算機系統，其包括：特別編程有個性化的健康管理軟體的至少一個專用計算裝置，其中，所述個性化的健康管理軟體被至少配置以：產生至少一個個性化的呼吸指導，該至少一個個性化的呼吸指導至少包括：(i)標識用於吸氣的第一時段的第一指示，和(ii)標識用於呼氣的第二時段的第二指示；通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地從與用戶相關聯的至少一個心率傳感器接收用戶傳感器數據，至少部分地基於所述用戶傳感器數據，通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地確定該用戶的用戶心率變異性(用戶HRV)，基於所述用戶HRV通過所述至少一個專門編程的計算裝置自動地計算參數狀態百分比，至少部分地基於多個用戶相關參數的加權和，從而得到0.1-100％的計算值，所述多個用戶相關參數包括：(1)標識用戶的低頻/高頻比的第一參數、(2)標識用戶的瞬時心率信號的標準偏差(SDNN)的第二參數、(3)標識用戶的心率的第三參數、(4)標識用戶的pnn50的第四參數、和(5)標識用戶相干性的第五參數；基於所述參數狀態百分比通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地向用戶提供至少一個個性化呼吸建議，該至少一個個性化呼吸建議被配置以修改所述參數狀態百分比建議，其中，所述至少一個呼吸建議包括：(i)第一呼吸指示，其標識對用戶呼吸速率的第一調整，(ii)第二呼吸指示，其標識對用戶呼吸模式的第二調整，(iii)或它們的任何組合。在一些實施方式中，所述系統進一步包括第三指示，其標識用於屏住呼吸的第三時段。在一些實施方式中，所述系統進一步包括所述多個用戶相關參數，該多個用戶相關參數進一步包括：(6)連續RR間隔差值的均方根(RMSSD)，(7)功率頻譜，(8)總功率，或(9)深呼吸差異。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於與用戶相關聯的行動電話裝置、具有藍牙功能的裝置或與用戶相關聯的心率監測儀中的一個中。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於所述至少一個專門編程的計算裝置中。在一些實施方式中，所述至少一個專門編程的計算裝置是與用戶相關聯的行動電話裝置。在一些實施方式中，所述個性化的健康管理軟體被進一步配置以指導受試者充分地使用權利要求9的方法，從而引起血糖水平降低10-25％。在一些實施方式中，所述受試者是糖尿病患者。

附圖說明

現在將參照附圖進一步說明本發明，其中，在各個視圖中，通過相同的標號指代相同的結構。所示出的附圖不一定是按比例繪製的，相反，重點大致在於說明本發明的原理。另外，一些特徵可能被放大以顯示特定部件的細節。

圖1示出了本發明的系統的一個實施方式，其顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。該屏幕截圖顯示了一顯示器，其包括：自動生成的使對象(例如球體形)根據運動的速度而移動的呼吸指導，根據所接收的用戶及運動情況的數據而輸出心率(HR)和分數(Points)的面板，顯示瞬時心率以及當前壓力水平的圖形和數字指標的圖表。

圖2示出了本發明的系統的一個實施方式，其顯示了通過使用網絡與客戶端裝置通信的網絡伺服器。

圖3示出了本發明的系統的一個實施方式，其顯示了支持本發明系統的計算機和網絡架構。

圖4示出了本發明的發明系統的一個實施方式，其顯示了支持本發明系統的雲系統。

圖5示出了本發明的系統的一個實施方式，其顯示了支持本發明系統並且允許向雲客戶端傳送信息和/或從雲客戶端接收信息的雲系統。

圖6和圖7是本發明的系統的實施方式的流程圖。

圖8A-8B、9和10A-10C是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

圖11和圖12是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

圖13A是本發明的系統的一個實施方式，顯示了可以使用的反饋迴路。

圖13B-13E是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

圖14A-14B、15、16A-16E和17A-17H是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

圖18A是本發明的系統的一個實施方式，顯示了來自原始的和內插的RR信號的兩分鐘數據的比較。

圖18B是本發明的系統的一個實施方式，顯示了由原始的和內插的RR信號算得的特徵的比較。兩種不同信號的變化是一致的。所示出的特徵是心率(左上)、高頻成分(右上)、低頻成分(左下)和Lf/Hf比(右下)。

圖19是本發明的系統的一個實施方式，顯示了原始RR信號與內插且濾波的同一信號版本的比較。

圖20是本發明的系統的一個實施方式，顯示了兩個信號的歸一化譜的比較。

圖21是本發明的系統的一個實施方式，顯示了4個不同特徵的比較。除了比例因數之外，來自兩個信號的特徵隨時間的演變是類似的。

圖22A和22B是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

圖23是本發明的系統的一個實施方式，近似地顯示了一分鐘採集的數據，記錄自在休息狀態下的健康受試者。

圖24A和24B是本發明的系統的一個實施方式，顯示了在正進行主動立位測試的健康受試者上的HRV的頻譜分析。

圖25和26A-26C是本發明的系統的實施方式，顯示了可以被顯示在裝置上的屏幕截圖。

另外，顯示在視圖中的任何測量、說明等均旨在是說明性的並且是非限制性的。因此，本文中公開的具體結構和功能細節不能被解釋為限制，而僅僅是作為代表性基礎用於教導本領域技術人員多方面地採用本發明。

具體實施方式

除了已經公開的那些益處和改進之外，本發明的其它目的和優點將由結合附圖進行的下列描述而變得顯而易見。本文公開了本發明的詳細實施方式；但是，應當理解的是，所公開的實施方式僅僅是說明可以以各種形式來實施的本發明。此外，連同本發明的各個實施方式給出的實施例的每一個均旨在是說明性的並且是非限制性的。

除非上下文另有明確規定，在整個說明書中，下列術語採用本文明確關聯的含義。如本文中使用的短語「在一個實施方式中」和「在一些實施方式中」不一定指代相同的實施方式，但是它們可以指代相同的實施方式。另外，如本文中使用的短語「在另一個實施方式中」和「在一些其它實施方式中」不一定指代不同的實施方式，但是其可以指代不同的實施方式。因此，如下所描述的，本發明的各個實施方式可以容易地組合，而不會脫離本發明的範圍或精神。

另外，如本文中所使用的，術語「或」是包括性的「或(or)」作用詞(operator)，並且等同於術語「和/或」，除非上下文另有明確規定。術語「基於/以……為基礎」是非排他性的並且允許基於其它未描述的額外因素，除非上下文另有明確規定。此外，在整個說明書中，「一個(a)」、「一個(an)」和「該/所述(the)」的含義包括複數引用。「在……中(in)」的含義包括「在……中」和「在……上(on)」。

將參照附圖進一步說明本發明，其中，在整個多個視圖中，通過相同的標號指代相同的結構。所示出的附圖不一定是按比例繪製的，相反，重點大致放在說明本發明的原理。另外，一些特徵可能被放大以顯示特定部件的細節。

附圖構成本說明書的一部分並且包括本發明的說明性實施方式並且說明了本發明的各個目的和特徵。此外，附圖不一定是按比例繪製的，一些特徵可以被放大以顯示特定部件的細節。另外，附圖中所示出的任何測量、說明等均旨在是說明性的並且是非限制性的。因此，本文中公開的具體結構和功能細節不能被解釋為限制，而僅僅是作為代表性基礎用於教導本領域技術人員多方面地採用本發明。

如本文中所使用的「深呼吸差異」或「DBD」是指通過深呼吸所實現的心率變化，其可以被表達為例如6個呼吸周期中的最大心率和最小心率之間的差的平均值。

如本文中所使用的，「呼吸周期(respiratory cycle)」是指在一次呼吸過程中發生的事件；即，吸氣+呼氣＝1個呼吸周期。

如本文中所使用的，「正常到正常間隔的標準偏差(standard deviation of the normal-to-normal intervals)」(SDNN)是指方差的平方根。由於方差在數學上等於頻譜分析的總功率(total power)，所以SDNN反映了記錄的期間造成變異性(variability)的全部周期成分。可以計算24小時期間的SDNN，並因此涵蓋了短期HF偏差以及在24小時內看到的最低頻率成分。

如本文中所使用的，「心率變異性」同時指代瞬時心率和RR間隔(即，R波至R波的間隔)的變化。

如本文中所使用的，「瞬時心率」是指心電圖(ECG)記錄上的RR間隔之間距離的測量值。此值提供了一次心跳的長度。然後，將單次心跳用於確定心跳/分鐘的數值，即瞬時心率。

如本文所使用的，「心跳間隔(inter-beat interval)」是指兩個心跳之間測量的時間長度。

如本文所使用的，「參數」是指域參數和頻率參數。

如本文所使用的，「Lf/Hf比」是指來源於瞬時心率信號的頻率分析的參數，其中，低頻範圍為0.015-0.15Hz並且高頻範圍為0.15-0.4Hz。

如本文所使用的，「pnn50參數」是指具有等於或高於50ms值的瞬時心跳的次數與心跳的總次數之間的比(即具有等於或高於50ms的瞬時心跳次數:心跳的總次數)。

如本文中所使用的，當一裝置被定位在與用戶成一定距離以允許通過該裝置獲取和記錄用戶的心率，那麼該裝置被稱為與用戶「相關聯」。

如本文所使用的，「健康(wellbeing)」和「健康目標」是指壓力目標、專注目標以及通常表徵健康的任何其他目標。

在本發明的系統的一些實施方式中，通過實時監測從用戶心率變異性(HRV)和來自心率的其它參數提取到的變量，所述系統被配置以提供建議，該建議包括對呼吸速率和/或呼吸模式的調整，這些調整會提高呼吸訓練的效率。在一些實施方式中，一旦所述建議被用戶所實踐，呼吸訓練變得個性化並且適於每個個體。呼吸功率是HRV功率譜上的用戶呼吸頻率的功率(±10％)與譜上總功率的比，其中呼吸頻率是由具有在0.1-0.4Hz範圍內的較高功率的頻率來確定的。

在一些實施方式中，該系統基於的前提是HRV在情緒或身體壓力條件下降低，反之隨著休息而增加。HRV可被認為是自主神經系統功能的非侵入性標記，並用於糖尿病性神經病的診斷。另外，低HRV在患有心肌梗死的患者中具有預後價值並且與心臟事件和突然死亡的風險有關。HRV被用於許多疾病的診斷和預後。該系統利用HRV並且用個性化的呼吸程序來修正HRV，而輸入可以使用行動電話來記錄，例如，通過使用可攜式攝像機、通過藍牙、或具有足夠高的採樣速率的兼容性心率監測儀。

在一些實施方式中，可以通過穩定且個性化的呼吸速率來實現放鬆。穩定的呼吸速率可具有特定時間吸氣、特定時間長度屏住呼吸和特定時間呼氣的模式，其中，模式是吸氣、呼氣和停止呼吸之間的關係，其在人與人之間是不同的，並且可依賴於人的狀況(例如姿勢、情緒壓力等)。相同的原理適用於專注度訓練，其中吸氣和呼氣的呼吸模式旨在提高精神專注度。所述系統包括一種算法，該算法配置成評估人的呼吸，並選擇有效的呼吸方式以實現壓力降低(例如放鬆)和/或專注度增強，並且在一次課程(session)(例如呼吸訓練)期間執行所選擇的呼吸方式。在非限制性的例子中，所述系統包括：(1)配置成向用戶提供呼吸訓練的生物反饋屏幕，以及(2)配置成向用戶顯示呼吸指導的面板。所述屏幕可進一步被配置以包括一移動彩色進度球，其向用戶顯示什麼時候吸氣(例如，上坡)、什麼時候屏住呼吸(例如，平穩段)和什麼時候呼氣(例如，當球在斜坡上)。所述系統可進一步被配置以提供多個圖像，其中所述多個圖像可以包括不同類型的「圓錐形(cone)」，其代表不同類型的呼吸模式。作為非限制性的例子，無平穩段的圓錐形反映了只有吸入和呼出的呼吸模式(無屏息)，並且描繪於圖1中。

本發明的系統被配置以允許用戶優化其呼吸模式，從而產生最大化運動效率。所述優化是通過比較(i)當前呼吸指導和(ii)一個呼吸周期內瞬時心率的變化來進行的。如果瞬時心率始終滯後於呼吸指導，其將減慢。替代地，如果瞬時心率始終傾向於更快地振蕩(即，在呼吸指導由此滯後於瞬時心率的情況下)，那麼呼吸指導將提高其速度。有意識的呼吸模式引起對心率的調節作用，並且同時，用戶的個人節奏會引起對呼吸指導的反饋控制機制。當呼吸指導和瞬時心率同步時，呼吸指導優化算法穩定。

圖6是描繪本發明的方法的非限制性示例性實施方式的流程圖，顯示了針對：壓力檢查、放鬆生物反饋和專注生物反饋的圖表。圖25顯示了表現出低專注度的受試者的圖像。另外，在一些實施方式中，本發明可以包括：

SDNN[ms]—所有RR間隔的標準偏差

SDANNi[ms]—5分鐘區段內所有RR間隔的全部標準偏差的平均值

rMSSD[ms]—連續RR間隔差值的均方根

pNN50[％]VK[％]—大於50ms的相鄰RR間隔的百分比

標準偏差x 100/所有RR間隔的平均值。

在一些實施方式中，本發明的系統可以被配置以包括三個主要數據流，其中一個數據流可以是一般壓力檢查。在所述壓力檢查設置下，用戶被指導以放鬆的姿勢靜坐約2分鐘，同時採集數據。可以通過例如可穿戴裝置來採集數據，所述可穿戴裝置諸如但不限於具有心率數據採樣功能的藍牙連接腕帶，或者通過將用戶的手指駐留在手機攝像頭和閃光燈上並創造PPG的採樣能力(如本文所描述的)。壓力百分比運算計算通過計算HRV特徵運算來進行，通過(1)導出用戶的Lf/Hf比、(2)導出用戶的連續瞬時心率(SDNN)參數的標準偏差，和(3)監測用戶的心率。所述壓力百分比是通過在這三個參數上分配不同的權重而從這三個參數導出的函數，從而推導出處於0％至100％範圍內的壓力百分比(例如但不限於0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等)。所述壓力百分比是歸一化心率、歸一化Lf/Hf比、歸一化SDNN、歸一化pnn50和歸一化呼吸功率之間的加權和，其中所述歸一化是將計算值投射為0-100％比例(例如但不限於0.1、0.2、0.3、0.4、0.5等)的線性回歸。Lf/Hf比是從瞬時心率信號的頻率分析中導出的一個參數，其中低頻範圍為0.015-0.15Hz，並且高頻範圍為0.15-0.4Hz。pnn50參數是具有等於或大於50ms值的瞬時心跳的次數與心跳的總次數的比(即，具有等於或大於50ms值的瞬時心跳的次數:心跳的總次數)。

在一些實施方式中，在放鬆和專注生物反饋機制下，均存在一個迭代循環，其創造出個性化的方案(regimen)，該方案建立在如下前提之上：當用戶快速吸氣時，心率加速，並且當用戶呼氣時，心率減慢。心率可以與呼吸同步並且心率的這些快速變化可導致HRV增加。

在一些實施方式中，壓力測量是迭代的而非直接測量，因為在呼吸運動過程中直接測量不可能進行。呼吸本身會干擾低頻率HRV信號並且人為地在低頻HRV信號上形成峰值並因此降低系統測量壓力的能力。在一些實施方式中，在放鬆和專注訓練中，本發明包括一導出的公式，其通過評價相干性水平、吸氣/呼氣比和心跳來評估壓力水平。在一些實施方式中，壓力不是從HRV直接提取，而是使用公式從那些其它指標中推斷出。計算推斷的壓力水平的方法的非限制性說明性例子示於圖7中。

在一些實施方式中，在採樣速率方面，照像機每秒採集約30個樣品(在安卓手機之間存在差異)。在一些實施方式中，所述系統可以使用至少一個濾波器，例如但不限於butterworth濾波器和/或帶通濾波器，以減少或去除移動和其他噪聲。該系統被配置為檢測基於信號的導數的峰值。例如，該系統被配置為在正峰值處評估並確定該正峰值是否有效。如果所述正峰值是有效的，所述系統被配置以確定所述正峰值是反應信號變化的有效PPG。所述系統被配置以計算時間差並且過濾與先前樣品相比大於20％的偏差(例如但不限於25％、30％、35％、40％、45％等)。

圖26A-C是示出來自認知基礎療法的呼吸訓練的屏幕截圖。在圖26A中，呼吸訓練伴隨著屏幕上傳達的鎮靜文本和/或在進行呼吸訓練的同時向用戶顯示鎮靜信息。兩項訓練在一起同時進行可以向單獨進行的每項訓練提供協同效應。在圖26B中，肌肉放鬆訓練伴隨減壓訓練。在這種訓練中，指導用戶繃緊屏幕上標記的身體部分的肌肉，然後放鬆這些相同的肌肉。這種訓練的效果可以包括放鬆交互式訓練。再次，當所述放鬆交互式訓練結合本發明的系統時，能夠預期到協同效應。圖26C顯示了將交互式放鬆(或交互式專注)技術與向用戶顯示的引導冥想相結合的屏幕截圖。在進行冥想和/或引導的意象訓練的同時提供測量可以提高這些訓練的效力。

說明性應用：性功能障礙

勃起功能障礙(ED)被定義為獲得或保持足以令人滿意的性表現的陰莖勃起的持續性無能。ED在現代社會非常普遍，影響約15％的60歲以下男性。事實上，ED是超過40歲的男性中最常見的慢性內科疾病之一。據估計，在2005年，在美國有2500萬男性經歷了一定程度的ED。ED影響了單獨個體、社會、家庭和職業生活的多個方面，共同地導致慢性壓力、精神疾病表現(例如恐懼症、抑鬱症、強迫症和焦慮症)以及生活質量受損。一致地，低生活質量、慢性壓力和抑鬱可導致壓力系統慢性激活，通過多種致病途徑如慢性潛伏性身體炎症、內皮功能障礙和代謝症候群而引起ED加重。同樣地，有效的壓力管理能夠逆轉ED的致病指數，導致症狀緩解。各種壓力緩減可以被用來放鬆和緩解性功能障礙的影響，例如漸進性肌肉放鬆和可視化呼吸。

ED對男性生活質量影響可以包括：性表現(在啟動身體親密行為上的遲疑)、與伴侶的關係(與伴侶互動的質變)、性想像(喪失對有吸引力的伴侶的身體或情緒反應)、關於男子氣概的信念(喪失性功能削弱一個男性的自我意識)、性功能的改變可能產生不利的情緒結果(即，焦慮和抑鬱)、或它們的任意組合。性功能障礙可與焦慮相關，生理上抑制性喚起。

在一些實施方式中，本發明的方法包括焦慮和認知幹擾的相互作用。具體地，響應於性背景，對性喚起的低知覺控制導致注意力移離性愛暗示並轉向其自身的生理性喚起和勃起無感應的消極後果，這樣就產生了自我導致恐懼的結果，即勃起失敗。

深而慢的呼吸(DSB)技術被廣泛地用於各種精神疾病，包括焦慮、抑鬱症候群或應激相關障礙。研究表明，聯合治療比單獨使用磷酸二酯酶5抑制劑(「PDE5-I」)在性滿意度上更有效。然而，大多數人並不了解如何適當地利用DSB。

在一些實施方式中，對於ED，使用本發明的軟體工具的交互式壓力管理可以有效降低與ED有關的症狀(當與藥物組合使用或甚至不使用藥物時)。具體地，該系統可以被用來提高日常使用的藥物的效力，諸如但不限於西力士，並且可以與在性行為前使用的藥物(諸如萬艾可、艾力達、西力士、Staxyn、繆斯或基於西地那非、他達拉非、伐地那非等的它們的通用變體)組合使用。

在一些實施方式中，本發明的方法包括在攝入ED藥丸時實行該方法。如果在攝入所述藥與性愛的時間之間已經過去超過1小時，那麼用戶可以在試圖性愛之前再次使用該應用。

在一些實施方式中，當確診患有ED的受試者使用本發明的方法時，該受試者的ED症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：焦慮和恐慌症

恐慌症是一種焦慮症，其特徵是經常性的恐慌發作，在恐慌發作期間引起一系列極度焦慮的激烈事件。其還可以包括持續至少一個月的顯著的行為變化以及對牽連的持續擔憂或關於具有其它發作的憂慮。後者也稱為預期發作(DSM-IVR)。

恐慌症與廣場恐怖症(恐懼公共場所)不同，但許多患有恐慌症的患者也患有廣場恐懼症。恐慌發作無法預測，因而個人可能變得緊張、焦慮或擔心，不知道什麼時候會發生下一次恐慌發作。恐慌症可以區分為身體狀況或化學物質失衡。DSM-IV-TR區分地描述了恐慌症和焦慮。然而，焦慮以長期應激源為先導，該長期應激源建立到可持續數天、數周或數月的中等強度反應；恐慌症發作是由突發、突然性原因所引發的急性事件：持續時間很短，症狀更強烈。恐慌症發作可在兒童以及成人中發生。

典型的治療指導方針：美國精神病學協會和美國醫學協會主要推薦認知行為療法或多種精神藥物介入療法之一。存在一些證據支持聯合治療方法的優越性。

另一種選擇是基於認知行為療法原理的自我救助。使用書或網站，個人可以進行在治療中使用的各種訓練，但是他們靠自己來進行，或許從治療師處獲得一些電子郵件或電話支持。

該軟體可有用於防止該疾病的流行和降低該疾病的嚴重程度。除了使用可以每天使用的軟體之外，還可以添加每日調查問卷以詢問主導指示症狀(諸如早晨口乾)。答案的改變將通過軟體引發行動方案，諸如向教練、醫生或家庭成員發送消息以及進行額外的訓練，諸如更長的放鬆訓練。認知行為治療方案可以被組合以提供額外的治療。例如，插圖示出了通過組合屏蔽上顯示的鎮靜消息與交互式呼吸訓練而得到的可視化和交互式放鬆的組合。類似地，記錄的引導冥想可以與交互式放鬆呼吸訓練組合。類似地，漸進性肌肉放鬆(例如，指導旋轉的身體部位要接緊和放鬆)可以配合本文所描述的個性化呼吸交互式放鬆訓練。類似的組合可以被用於解決焦慮、抑鬱以及其中認知行為療法和呼吸訓練可以是有益的其他精神健康指徵。

在一些實施方式中，當確診患有焦慮和恐慌症的受試者使用本發明的方法時，該受試者的焦慮和恐慌症的症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：注意力缺乏多動症

在一些實施方式中，深呼吸可以被用來減少注意力缺乏多動症(ADHD)有關的症狀。交互式呼吸在關於引導呼吸的效率及其實施的準確性上具有提供精確測量的優點。本發明的系統可以被用於放鬆和/或專注。該系統與ADHD患者使用的一種方法是使所述患者在早上使用交互式專注(FOCUS)呼吸訓練(當該患者主要患有專注問題時)，和在下午使用交互式放鬆(RELAXATION)訓練(當他們的ADHD藥物逐漸失效並且普遍存在藥物的副作用時)。

在一些實施方式中，攝入了短效哌醋甲酯或安非他明的人群隨著興奮劑消退而經歷一小時的易怒或抑鬱。有時，這比開始藥物治療前的個體行為更嚴重。當興奮劑消退時，本發明系統可以被用於所述受試患者。

在一些實施方式中，當確診患有ADHD的受試者使用本發明的方法時，所述受試者的ADHD症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：糖尿病

壓力是感知危險的生理和心理反應。看得見的不可控或需要情緒或行為變化的情況傾向於被感知為威脅。當身體和心靈感感覺到威脅時，他們準備逃跑或戰鬥。無論威脅是真實的還是想像的，身體通過提高某些身體機能而降低其它身體機能而為生存備戰。在任何一種情況下，隨著時間的過去這些變化是嚴重的並且隨著時間的過去是有害的。過大的壓力通過增加血糖水平(快速地和充分地)、煽動強烈的負面情緒、損害合理的思維和決策、引起強迫性的不良飲食、或它們的任何組合來對抗糖尿病管理。不管一個人是否患有糖尿病，隨著時間的推移，壓力是有害的，因為其會對身體導致如此多的損耗。例如，為了準備生理行為，心臟更快且更努力地運轉。脈搏和血壓的增加導致心臟、靜脈和動脈過勞。

在一些實施方式中，在身體或精神壓力下的哺乳動物(例如但不限於人類)具有升高的葡萄糖水平。在一些實施方式中，人的葡萄糖水平隨著精神壓力上升而上升。在一些實施方式中，人的葡萄糖水平隨著精神壓力的下降而下降。在患有2型糖尿病的人中，精神壓力往往引起血葡萄糖水平提高。身體壓力(例如生病或受傷)可在患有任何類型糖尿病的人中導致更高的血葡萄糖水平。患有糖尿病的人可以使用交互式放鬆訓練以穩定並降低他們的葡萄糖水平。

作為一個例子，以下是通過糖尿病患者(具有高於7％的A1C)進行的臨床研究的結果，所述患者遵醫囑每天進行本文所描述的個性化交互式放鬆訓練三次，並且配合健康飲食(在研究之前也對患者進行此教育，但是並沒有堅持)。在不到3個月之後，糖水平(通過A1C測量)平均降低了1.75(18.5％)(參見表中每位患者的數據)。所述結果的顯著性水平為99％。

在一些實施方式中，當確診患有糖尿病的受試者使用本發明的方法時，所述受試者的糖尿病的症狀(例如但不限於葡萄糖水平)被降低例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：失眠和睡眠質量

失眠是壓力的典型症狀，其以提高睡眠質量的形式響應於每天的呼吸訓練實踐。因此，所描述的交互式技術可以被用來治療失眠。另外，放鬆技術通常提高當患者處於REM(快速眼睛移動，大多與做夢有關的睡眠階段)階段時睡眠持續時間的百分比，所述REM階段與來日的創造力相關聯。此外，遵循周期性冥想(CM)的一晚，慢波睡眠(SWS)的百分比比遵循平臥休息(SR)一晚中的高，而REM睡眠的百分比和每小時驚醒的次數更低。例如，在一項患有睡眠失調的癌症倖存者的研究中，收集了410名倖存者(96％為女性，平均年齡為54歲；75％患有乳腺癌)。一半的倖存者以瑜伽用於由調息(呼吸練習)、16式溫柔哈達和恢復性瑜伽體式(姿勢)和冥想組成的癌症倖存者計劃進行訓練。參與者每周參加兩個75分鐘的課程。與標準護理參與者相比，參與者顯示出總體睡眠質量以及其次的主觀睡眠質量、白天功能障礙、入睡後醒來、睡眠效率和介入後藥物使用的更大的改善(全部，P≤0.05)。

本發明的系統包括一種個性化且提供高功效放鬆水平的呼吸方法，由此在睡眠過程中提高REM份額，並且增強睡眠質量(如通過驚醒的次數測量的)。

在一些實施方式中，當確診患有失眠症的受試者使用本發明的方法時，所述受試者的失眠症的症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：腸道易激症候群

壓力是IBS中的主要驅動力，並且使用呼吸的減壓技術可以緩解IBS症狀。

例如，進行了一項研究，其中向常規組(n＝12,1位退出)給予洛哌丁胺2-6mg/天進行兩個月的對症治療，而由12體式(例如，瑜伽姿式，即鑽石式、月亮式、駱駝式、貓伸展式、帕達式(Padhastasana)、拉腿式(Dhanurasana)、三角式的兩個版本、鎖腿式(Pawanmuktasana)和雙腿背部伸展式)以及蘇裡亞納迪(Surya Nadi)調息(右鼻孔呼吸)組成的瑜伽介入組每天兩次進行兩個月的治療。兩個月的常規組和瑜伽介入組均顯示腸道症狀和焦慮狀態的顯著下降。這伴隨有常規介入組中的電生理學記錄的胃部活動的增加以及瑜伽介入組中通過心率參數測量的增強的副交感神經反應性增強。

在一些實施方式中，用戶遵循本發明的方法可以較高程度地緩解IBS症狀。

在一些實施方式中，當確診患有IBD的受試者使用本發明的方法時，所述受試者的IBD症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

說明性應用：偏頭痛

個性化交互式放鬆可以被用來緩解偏頭痛的頻率和嚴重程度以及降低用藥水平。例如，將患有無先兆偏頭痛的72位患者隨機地分配到為期三個月的瑜伽治療組(其包括，例如除一組瑜伽姿勢之外的深呼吸訓練)或自我護理組。主要結果是頭痛頻率(例如，通過頭痛日記進行記錄)、偏頭痛的嚴重程度(例如，通過0-10數值標度度量)和疼痛構成(例如，使用McGill疼痛問捲來評估)。次要結果是焦慮和抑鬱(例如，使用醫院焦慮抑鬱量表測量)和藥物評分。校正基線值後，受試者涉及頭痛強度(P<0.001)、頻率(P<0.001)、疼痛評分指數(P<0.001)、情感疼痛評分指數(P<0.001)、總疼痛評分指數(P<0.001)、焦慮和抑鬱分數(P<0.001)、對症用藥(P<0.001)的苦訴，在瑜伽組中比自我護理組中明顯更低。

在一些實施方式中，當確認患有偏頭痛的受試者使用本發明的方法時，該受試者的偏頭痛症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

對PTSD的說明

海嘯難民在SKY訓練後表現出創傷後應激障礙(PTSD)和抑鬱得分的顯著改善。在一些實施方式中，可以使用介入，其包括具有類似於瑜伽的構成的交互式放鬆呼吸，即可以使用SKY和MCYI，提供對減少創傷驅動型壓力有效的個性化呼吸措施。

在一些實施方式中，當確診患有PTSD的受試者使用本發明的方法時，該受試者的PTSD症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

對憂鬱型抑鬱症的說明

減壓技術可以被用於幫助治療輕度和重度抑鬱症。在一些實施方式中，電驚厥療法(ECT)、丙咪嗪或SKY可以與本發明的方法一起使用。在一些實施方式中，SKY和交互式放鬆可以被用來治療情緒惡劣的和單極的重性抑鬱症中的輕度憂鬱型抑鬱症。通過P300事件相關電位(ERP)幅度測量，抑鬱的人具有特定的EEG腦電波異常。通過P300幅度和標準抑鬱量表測量，到第30天，使用SKY治療的組中存在抑鬱症的顯著緩解。到第90天，P300幅度可以恢復正常並且使得每位患者穩定且不抑鬱，或者至少顯著地減少不穩定性和/或抑鬱的症狀。個性化的交互式放鬆技術基於類似的機制運行，同時提供呼吸訓練有效性的即時反饋並且提供個性化的方案。

在一些實施方式中，當確診患有抑鬱症的患者使用本發明的方法時，該受試者的抑鬱症的症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

對酒精和菸草成癮的說明

壓力通常與菸草和酒精消費的習慣相關，其反過來又導致疾病狀態。可以使用利用以上所描述的方法的減壓技術以協助戒菸計劃。例如，SKY(呼吸技術)在21％的參加長達6個月實踐的個體中能夠幫助控制菸草習慣。使用本文描述的方法的個性化呼吸訓練可以用來提供關於呼吸在降低患者的壓力水平上的有效性的即時反饋並且提供有效和動態的個性化方案。

在一些實施方式中，當確認患有成癮的受試者使用本發明的方法時，該受試者的成癮症狀被減少例如但不限於1％、5％、10％、15％等。

進行呼吸訓練時計算壓力水平的描述

在一些實施方式中，通過將手指放置在相機和閃光燈上並且遵從指導(當球在左軸上時吸氣、當球在平穩段時屏住呼吸並且球在右側時呼氣)開始所述過程。在一些實施方式中，中間的方形突出相機所看到內容並且事實上紅色是相機所看到的，其是照亮的手指皮膚。

在一些實施方式中，存在進度指示(低於36％並且在隨後的屏幕上為74％)顯示到當前為止採集了多少數據，以提供初始壓力水平指示。在一些實施方式中，使用普通電話，通常需要30秒至1分鐘。圖8A和8B顯示了使用本發明的方法的例子。

在一些實施方式中，在採集了足夠數據的一段時間後，該系統計算初始推斷壓力水平(例如，參見圖9)。

在一些實施方式中，指示並且實時地更新初始推斷壓力水平，反映了以身體如何響應個性化呼吸訓練為基礎的推斷壓力水平的變化(例如，圖10A-C)。

在一些實施方式中，每逢信號質量不足時，系統可以提供低信號質量的信息，諸如圖11。

在一些實施方式中，壓力水平的指標通常基於壓力水平百分比。在上述非限制性的例子中，40-50％的範圍是放鬆的，低於40％是高度放鬆的，而高於50％是有壓力的或壓力很高的。

在非限制性的例子中，壓力函數計算包括如下：

在一些實施方式中，在壓力生物反饋訓練過程中，壓力函數由心臟相干性、心率最小和最大變化以及心率的組合構成。

1.1相干性

相干性是心率變化與呼吸同步程度的度量。在一些實施方式中，相干性是從心率變異性功率譜，通過尋找落入呼吸頻率範圍內的功率的百分比來計算得到的。

呼吸頻率(bf)計算如下：

bf＝1/(吸氣+屏氣+呼氣)

其中，吸氣、屏氣和呼氣的單位為秒，bf的單位為Hz。

在一個示例性的實施方式中，可以計算心率變異性—功率譜。在一些實施方式中，通過積分對應於呼吸頻率的面積並且將其歸一化為總功率來計算相干性(例如，圖12)。

在一些實施方式中，如上圖所示，基於bf周圍的面積(定義為bf±10％)計算對應於呼吸頻率的功率Pbf。在一些實施方式中，最終將相干性歸一化為：

相干性＝Pbf/P總

其中P總是總功率(上圖中橙色曲線下方的面積。因此，相干性是歸一化的值，範圍為0-1)。

在一些實施方式中，相干性對壓力函數的貢獻度單位為百分比，假設0相干性對應於100％壓力且0.8的相干性(總功率的80％)對應於0％壓力。在一些實施方式中，這被翻譯為：

P相干性＝-125×相干性+100

數字-125和100是固定值，它們對應於在相干性數值的線性化中使用的參數。線性化將相干性的每個數值映射至0:100的數值。

1.2變化

在一些實施方式中，在一個呼吸周期過程中，心率在吸氣過程中增加(由交感神經系統介導)並且在呼氣過程中降低(通過交感神經系統的抑制/副交感神經系統的激活)。

在一些實施方式中，在健康年輕成人中，最大/最小間跳間隔(連續心跳之間的時間，單位：秒)的呼氣/吸氣比(E:I)在放鬆呼吸期間已知各自為至少1.17。在一些實施方式中，假設1的E:I比(無變化)對應於100％壓力並且1.7的E:I對應於0％壓力，心率變化對壓力函數的百分比貢獻度為：

PE:I≈-143×E:I+242

數值-143和242是固定值，它們對應於變化值的線性化中使用的參數。所述線性化將變化的每個值映射為0:100的數值。

心率

在一些實施方式中，瞬時心率(HR)對壓力函數的貢獻假設60bpm的休息心率對應於0％壓力並且110bpm的休息心率對應於100％壓力。在一些實施方式中，將每個新的心率數值映射為壓力百分比，如：

PHR＝2×HR-120

壓力函數

在一些實施方式中，考慮到先前的壓力值(SV)和新的估計值(臨時壓力水平)，在每次迭代中更新總體壓力值。在一些實施方式中，臨時壓力水平(TSL)如下通過線性化組合3個獨立的測量值(全部均限於[0-100]範圍)來計算：

TSL＝0.4×P相干性+0.4×PE:I+0.2×PHR

在一些實施方式中，最終壓力水平(SL)的計算沿時間向更低值偏移。在一些實施方式中，作為非限制性的例子，如下給出所述偏移和最終SL計算：

如果TSLSV，SL＝TSL×0.35+SV×0.65

計分系統

在一些實施方式中，計分系統基於先前章節中說明的心率變化測量。在一些實施方式中，此處，呼吸周期定義為如由呼吸指標所示出的吸氣/屏氣/呼氣。在一些實施方式中，用戶在每次E:I比高於1.2時獲得1分獎勵，表明其成功地遵循了呼吸指導，引起較大的心率變異性。在一些實施方式中，可以使用其它計分系統，其原則是對用戶的成功進行獎勵。

呼吸模式的個性化

在一些實施方式中，下面的示意圖詳細說明閉環控制系統。

在一些實施方式中，從根本上說，本發明以某一壓力數值為起始，將該壓力數值與參照值(我們的「目標，0％壓力」)進行比較。在一些實施方式中，將所述目標與觀察值之間的差饋送到控制器，該控制器將調整呼吸節奏(pace)。在一些實施方式中，這種新的節奏將被反映在HRV和壓力值上，由此實現閉環。

在一些實施方式中，關於控制器，它可以實現具有不同複雜程度的控制模塊，例如，使用凸優化以尋找"f(節奏)＝壓力"函數，但是，它可以使用簡單的控制器。在非限制性例子中，可以使用不同的節奏值，然後在恢復較低壓力水平的「方向」(較低/較高)上對節奏進行小的調整。在一些實施方式中，實際上，這是比例-積分-微分(PID)控制器的簡化版本。

在一些實施方式中，用戶也可以修改例如在他最初幾次使用該應用時隨機地顯示給該用戶的呼吸曲線，而後我們保留該用戶在其上獲得最低壓力水平的一條呼吸曲線，參見例如圖13A-E。

在一些實施方式中，在該屏幕上，你可以按下開始按鈕(play button)並且啟動運行(通過將你的手指放置在電話背面的攝像頭和閃光燈上)。在一些實施方式中，在左上方你可以看到指示，其中三角形的左部指示你吸氣，且三角形的右部指示你呼氣。在一些實施方式中，紅點的位置指導你該做什麼，根據其位置(吸氣或呼氣)。在一些實施例方式，屏幕右部的波是滾動的心率變異性。在一些實施方式中，在屏幕的中部，有心率(HR)和用戶在遊戲(game)中獲得的分數的描述。在一些實施方式中，有很多種遊戲可以被運用，在本說明中，遊戲化基於生物反饋遊戲，通過該生物反饋遊戲，用戶被引導根據呼吸模式來呼吸，並且在吸氣時HRV波達到最大化的每處獲得分數。如果用戶正確地遵從指示(通過跟隨球)，就會獲得分數。

一些說明性的實施方式在圖14A-B中示出。

在一些實施方式中，最佳表現顯示在一次課程中達到的最小壓力水平。在一些實施方式中，通常壓力水平越低，一個人越放鬆(參見例如圖15)。

在一些實施方式中，本發明也具有繪圖功能，從而用戶能夠查看他/她隨著時間推移的進步(參見例如圖16A-E)。

在一些實施方式中，除了生物反饋訓練，用戶可以選擇他想納入其訓練課程的呼吸練習選項。作為一個非限制性的例子，如圖表(例如圖17A-H)中描述的第一體位(position)、第二體位、第三體位和第四體位以及充能練習(invigorating exercise)。

一種由PPG信號計算壓力水平的方法：

本文描述的算法基於心率在正常水平附近的偏差以及HRV的低頻和高頻成分的比例來估計壓力水平。

手頭的問題是壓力水平的連續測量之間變化性高，並且該系統在跨用戶和跨測量中呈現非常低的一致性。

為了找到這種不希望的變化的起源和可能的解決方案，下面的構想(formulation)研究了：a)獲得的RR信號是否足夠魯棒(robust)；和b)HRV特徵是否足夠魯棒以保證結果的一致性。

信號獲取和質量：

為了保持智慧型電話處理器的低負荷，獲取的瞬時心率信號(RR)不被過濾或內插。

以下的分析全部利用前文所描述的算法來進行，即PPG的獲取和處理、RR信號的構建以及HRV特徵的計算。在這部分，數據通過用戶以舒適的姿勢坐著看電視(TV)且沒有移動而被獲取。

信號質量分析的第一步為實施並且測試線性內插算法的影響，將RR信號的採樣率設置為已知且固定的採樣率。幾種採樣率已經過測試，即2Hz，5Hz和10Hz。

圖18A和18B比較了2分鐘的不同RR信號(原始的和內插的(5Hz))及其各自的HRV特徵。可以看出兩個信號的結果一致。對於如圖18A中所示的具有尖銳邊緣的信號進行的頻譜分析，通常會導致高頻帶上的成分增強，從而遮蔽了真實的頻譜。對RR信號進行的第二操作為低通濾波步驟，以便在頻譜分析之前使信號變平滑。

圖19示出了兩個信號的比較，濾波效果以及由二階濾波引入的延遲在綠線(淺色線)上很明顯。然而，兩個信號的形態保持一致。

理論上，內插和濾波步驟的影響在信號頻譜上最為明顯。圖20比較了由2分鐘原始RR信號基於之前的計算獲得的歸一化的HRV頻譜，以及由相同的信號經內插和濾波獲得的歸一化的HRV頻譜。

上述兩頻譜具有相似性，表明兩信號的頻率導出特徵將會相似。不受理論限制，兩頻譜的相似性可以歸因於頻譜估計算法，該算法對於非均勻採樣信號的頻譜估計具有魯棒性。

最後，圖21比較了從原始信號和內插/濾波信號獲取的四個不同特徵。再一次，他們隨時間的演化相似，除了頻率特徵的比例因子之外，這歸因於內插因子。

圖21的結果證實了對於來自心理上的(Mentally)RR信號的進一步處理並沒有給特徵的計算帶來明顯優勢。然而，關鍵問題是所有特徵隨時間的變化。如前面所解釋的，分析中使用的數據獲取自處於靜息狀態的用戶。根據經驗，這應該導致特徵隨時間的變化非常小，然而這並沒有被觀察到。

該隨時間的變化是天然的並且歸因於自主神經系統的調控機制。由於這種永久性的調控，HRV分析在長的時間窗(通常5分鐘)內通常是平均的。

在手頭的問題中，有必要找到1)與壓力水平直接相關；並且2)在短時間內表現出最小變化的一個特徵或者特徵的組合。

用於短期壓力估計的HRV特徵

為確定用於壓力估計的特徵，考慮以下內容：(1)設計一個能夠i)在第一階段主動地引起壓力並且ii)在第二階段促進放鬆的兩部分練習；(2)確定隨被考慮的兩種狀態變化最大的HRV特徵；(3)確定具有低天然短期變化的HRV特徵，以及其任意組合。關於點(1)，所進行的練習包括i)對站立並且同時解數獨題的受試者進行10分鐘數據採集，兩種活動已知通過生理和心理的壓力引起交感神經反應。之後受試者被要求ii)以放鬆的姿勢坐在沙發上看電視10分鐘。

在兩個階段，手指被正確的放置在智慧型電話的攝像頭上以確保低信號噪聲。

處理獲取的數據並計算兩個時段的數據的均值和標準差。與壓力水平高度相關的特徵必須表現出更高的平均值變化。

被考慮的特徵有心率(HR)、HRV的高頻(HF)成分和低頻(LF)成分、Lf/Hf比、在考慮的時間窗上RR間隔的標準差(SDNN)、在考慮的時間窗上的最小(MIN)和最大(MAX)RR值、呼吸頻率(BR freq)、與呼吸頻率相關聯的功率(BR power)以及最後，超過50ms的RR樣本的百分比。

利用一個90秒(一分半鐘)的滑動窗口來計算該特徵。

最後，為了確定由天然波動引起的每個特徵的變化，計算歸一化標準差。該歸一化標準差通過特徵向量的標準差除以其均值獲得。歸一化步驟允許不同的特徵被比較以及在短時間內具有低漂移或震蕩趨勢的特徵的更低的標準差均值。下面的表格總結了獲得的結果。每個特徵的均值的變化百分比由斜體字標出。所有的特徵具有相對較高的變化，除了呼吸率。更高的變化呈現在呼吸功率(在放鬆期間頻譜上最明顯的頻率為呼吸頻率)、Lf/Hf比和SDNN上。

關於短期天然波動，具有下劃線的值顯示練習的兩個階段的平均歸一化標準差。在HR、MIN和MAX值上觀察到較低的變化。

一些被選定的特徵是那些具有高斜體值和低下劃線值的特徵。用於算法的集成的被選定的特徵為：

—心率，已在算法中呈現，在壓力狀態之間顯示出相對較高的差異以及低短期變化；

—Lf/Hf比，其為壓力估計的「標準」特徵並且已在算法中使用。雖然它具有高天然波動，但是因為它反映了交感神經和副交感神經系統的共同活動，它與壓力水平高度相關。

—SDNN，在壓力狀態之間的平均差異大，且天然波動低。

—呼吸功率

—PNN50

表1：

這些特徵的每一個都是壓力函數上的一個獨立變量，乘以合適的權重。

壓力函數表示為：[0.1*lf/hf+0.3*心率+0.2*SDNN+0.2*相干性+0.2*pnn50]

利用以下詳細列出的權重計算表1的加權值：

0.1＝Lf/Hf

0.3＝心率

0.2＝SDNN

0.2＝相干性

0.2＝pnn50

每個特徵(例如Lf/Hf、心率、SDNN、相干性和pnn50)都是線性化的，以獲取從0到100的值。線性化是與y＝m*x+b形式直線的一種典型擬合，其中y和x的合適值通過實驗獲得，並且m和b通過解方程組獲得。當x的一個新值到來，方程被求解並送還該直線上的一個y值。如果y值大於100或小於0則其分別被設為100和0。對壓力方程中的所有特徵重複該過程。

圖22A-B示出了上文描述的CAN測試的非限制性指導。

心率變異性

心臟的節律性收縮由一組專門的細胞控制，即位於心臟右心房壁上的竇房結(SAN)。雖然心臟的所有細胞都有能力節律性地產生動作電位，但是每一次心臟收縮是由SAN發起的。

沒有任何神經體液(神經的或激素的)影響的情況下，SAN產生大約每分鐘100-120次的動作電位，從而產生相等數量的心率(HR)。然而，由於自主神經系統(ANS)的交感神經和副交感神經分支的神經支配對於SAN激發速率的調節，一個靜息的健康人有可能具有更低的大約70-80bpm的HR。

除了心臟的直接神經支配，負責影響心率的其他過程包括交感神經系統通過釋放腎上腺髓質兒茶酚胺的間接作用，以及由SAN的呼吸相關的機械拉伸引發的波動。

心臟的變時性控制由ANS進行。因此瞬時HR被認為是通過永久化改變神經遞質水平的副交感和交感神經神經(拮抗)作用的體現。在休息時，自主神經系統的兩個分支被認為是緊張性活動的，其中副交感神經作用佔支配地位，從而降低了心臟起搏器的天然頻率。

圖23作為一個非限制性的例子，示出了從休息狀態下健康受試者獲取的大約1分鐘的R到R和呼吸感應體積描記術(RIP)數據。R到R數據，或簡稱為RR數據，由ECG檢測的QRS綜合波的連續R峰之間的間隔給出，其中QRS綜合波為典型心電圖上可見的三個圖形偏轉(deflections)的組合，該QRS綜合波對應於人心臟的左、右心室的去極化。其通常被解釋為瞬時HR的倒數。

顯然，RR(藍線，即深色線)在均值附近變化，其代表著逐搏(beat-to-beat)控制機制的微調，該振蕩與呼吸波形部分關聯。連續心跳間隔中的天然振蕩獲得很多名字，包括：RR變異性、RR轉速圖表和周期長度變異性，但是該現象最普遍接受的術語為HRV。

圖23為從放鬆的受試者獲取的大約一分鐘的RR數據(藍線，即深色線)和呼吸數據(綠線，即淺色線)。由於由ANS介導的調節機制，RR間隔具有天然變化。在休息時，這一變化與呼吸波形高度相關。

本文中描述了分析HRV的幾種方法，他們通常被劃分為包括統計學和幾何學測量的時域法以及頻域法。心率變異性的周期成分趨於聚集在典型的頻帶附近，三個主要成分是可識別的：特低頻率(VLF)在0.0到0.015Hz區間、低頻率(LF)在0.015-0.15Hz區間和高頻率為0.15到0.4Hz。動脈血壓變異性的頻譜也呈現兩個主要頻帶，與HRV的LF和HF成分高度相關。不受理論限制，據認為，在閉環循環系統中，這些成分對應於血管舒縮性活動(LF帶)和呼吸活動振蕩(HF帶)。

HRV的LF和HF兩個頻帶因此與ANS的兩個分支的活動緊密聯繫。HF成分是迷走神經(副交感神經)活動的可靠標記。控制呼吸的練習、面部的冷刺激以及輪流的刺激，這些能夠增加迷走神經活動的情況已顯示會增加HF成分。

圖24為進行主動直立性測試的健康受試者的HRV的頻譜分析。(圖24A)歸一化的功率頻譜密度(ms2×103/Hz)顯示了在仰臥位，LF和HF兩成分具有大約相似的功率。在直立位，LF成分佔主導，看上去具有與仰臥位相似的功率。(圖24B)餅狀圖的面積反映了HRV的總變化。這揭示了在直立位HRV功率的驟減。LF分成分和HF成分兩者都有減少，這在歸一化的單位中不易被察覺。

頻率成分的來源：

前述部分所描述的HRV的頻率成分主要歸因於ANS的兩個分支的活動。

迷走神經活動能夠在一個心動周期內相當大地改變心率，並且在迷走神經的活動停止後，變時性作用在一個心動周期內幾乎完全衰減。迷走神經的爆發在大約0.5秒後達到其最大化作用，在大約1秒內回到基準線。交感神經的爆發在至少1秒內沒有作用，且其最大化表現僅在4秒後得到驗證，隨後是20秒的放鬆時間。迷走神經和交感神經的反應可以由低通濾波器來表徵，伴隨交感神經系統的額外延遲。迷走神經濾波器響應的特徵是快，幾乎沒有延遲，伴隨約0.15Hz的轉角頻率；並且交感神經響應的特徵是慢，伴隨1-2秒的延遲和0.015Hz的轉角頻率。這些濾波器響應與人的觀察一致，其中交感神經系統以約0.15Hz以下的頻率調節HR，並且副交感神經系統以0-0.5Hz之間的頻率進行調節。

對兩個系統響應差異的一種可能性解釋與受體過程和突觸後反應有關。心臟響應乙醯膽鹼和去腎上腺素的延遲可能起因於將激動劑結合至受體的後續過程。毒蕈鹼受體的激活與離子流的變化之間的聯動(linkage)由主要位於細胞膜內部的信號分子調節，與腎上腺素的刺激相反，其在膜內發起並且需要第二信使激活(細胞液中的蛋白激酶)，最終將信號發送回膜以改變離子流。

不同響應的生理學解釋通常將重點放在發起該響應的過程的速度上，然而，終止對於ANS刺激的響應的過程(具體為負責去除釋放的神經遞質的過程)可能提供進一步的答案。

由交感神經末梢釋放的去腎上腺素從心臟組織中被去除，比由迷走神經末梢釋放的乙醯膽鹼慢得多。由於與去腎上腺素的緩慢去除相關聯的潛在的有害作用，心臟神經控制系統可能已經進化以使得交感神經通常以緩慢的速度釋放去腎上腺素。因此，交感神經活動的變化僅能夠逐搏地略微改變心臟的行為。心臟功能的逐搏(beatwise)控制可以由此被忽略，不管交感神經脈衝有多迅速地被傳導來改變心臟的表現。

說明性的操作環境：

圖2示出了本發明可在其中操作的環境的一個實施方式。然而，為實施本發明，可能並不是所有的這些成分都是必須的，並且可以做出不脫離本發明的精神或範圍的成分的排布和類型的變化。在一些實施方式中，系統和方法可以包括大量的組件和/或並發事務。在其他的實施方式中，該系統和方法基於合併用於評估數據、緩存、搜索以及資料庫連接池的多種策略的可擴展的計算機和網絡架構。可擴展架構的一個例子為，能夠運行多個伺服器的架構。

在實施方式中，計算機系統102-104的組件包括幾乎任何能夠通過網絡(例如網絡105)從和/或向另一計算裝置(例如伺服器106和107)彼此接收和/或發送消息的計算裝置，等等。在實施例方式，這樣的裝置的集合包括通常使用有線通信介質連接的裝置，例如個人計算機、多處理器系統、基於微處理器的或可編程的消費電子產品以及網絡PC等等。在實施方式中，這樣的裝置的集合還包括通常使用無線通信介質連接的裝置，例如手機、智慧型電話、尋呼機、對講機、射頻(RF)裝置、紅外線(IR)裝置、CB、集合上述一個或多個裝置的集成裝置或者幾乎任何移動裝置等等。類似地，在實施方式中，客戶端裝置102-104為任何能夠使用有線或無線通信介質連接的裝置，例如PDA、掌上電腦(POCKET PC)、可穿戴計算機以及為通過有線和/或無線通信介質通信而裝備的其他任何裝置。

在實施方式中，組件裝置102-104中的每個組件裝置可以包括設置成接收和發送網頁的瀏覽器應用等等。在實施方式中，該瀏覽器應用可被設置成接收和顯示圖像、文本、多媒體等等，使用幾乎任何基於網絡的語言，包括但不限於標準通用標記語言(SMGL)，例如超文本標記語言(HTML)、無線應用協議(WAP)、手持裝置標記語言(HDML)，例如無線標記語言(WML)、WML腳本語言、XML、JavaScript等等。在一些實施方式中，編程可以包括Java、.Net、QT、C、C++或其他合適的程式語言。

在實施方式中，組件裝置102-104可以進一步被設置成接收來自於使用另一機制的另一計算裝置的消息，包括但不限於電子郵件、短消息服務(SMS)、多媒體消息服務(MMS)、即時消息(IM)、網際網路中繼聊天(IRC)、mIRC、Jabber等等，或者私有協議。

在實施方式中，網絡105可以被設置成將一個計算裝置連接至另一計算裝置使得他們能夠通信。在一些實施方式中，網絡105可以能夠使用任何形式的計算機可讀介質來從一個電子裝置到另一電子裝置傳遞信息。並且，在實施方式中，網絡105可以包括無線接口和/或有線接口，例如網際網路、區域網(LANs)、廣域網(WANs)、例如通過通用串行總線(USB)埠的直接連接、其他形式的計算機可讀介質或他們的任意組合。在實施方式中，在一組相互連接的、包括基於不同架構和協議的LAN中，路由器可以充當LAN之間的連接，使得消息能夠從一處發送至另一處。

並且，在一些實施方式中，LAN中的通信連接通常包括成對的雙絞線或同軸電纜，同時網絡之間的通信連接可以利用模擬電話線路、包括T1、T2、T3和T4的全部或部分的數字專線、綜合服務數字網絡(ISDNs)、數字用戶線路(DSLs)、包括衛星連接的無線連接或者其他本領域技術人員已知的通信連接。此外，在一些實施方式中，遠程計算機和其他相關能夠通過數據機和臨時的電話連接遠程地連接至LANs或WANs的電子裝置。本質上，在一些實施方式中，網絡105包括任何可以使得信息在客戶端裝置102-104和伺服器106和107之間傳輸的通信方法。

圖3示出了支持該方法和系統的計算機和網絡架構的另一示例性的實施方式。示出的組件裝置202a、202b至202n中的每個至少包括計算機可讀介質，例如耦合至處理器210的隨機存取存儲器(RAM)208或快閃記憶體(FLASH)存儲器。處理器210可以執行存儲在存儲器208中的計算機可執行程序指令。該處理器包括微處理器、ASIC和狀態機。該處理器包括介質，或者可以與介質進行通信，該介質為例如計算機可讀介質，其存儲有當被處理器執行能夠使得處理器實施本文描述的步驟的指令。計算機可讀介質的實施方式可以包括但不限於電子的、光的、磁的或其他能夠提供處理器(例如客戶端202a的處理器210)的具有計算機可讀指令的存儲或傳輸裝置。合適介質的其他例子可以包括但不限於軟盤、CD-ROM、DVD、磁碟、記憶晶片、ROM、RAM、ASIC、經配置的處理器、所有的光學介質、所有的磁帶或其他磁介質或者其他任何計算機處理器能夠從中讀取指令的介質。並且，多種其他形式的計算機可讀介質可以向計算機傳輸或輸送指令，包括有線和無線的路由器、個人或公共網絡或者其他的傳輸裝置或通道。該指令可以包括來自任何電腦程式語言的代碼，包括例如C、C++、Visual Basic、Java、Python、Perl以及JavaScript。當然，前面所述的例子是說明性的，而不是限制性的。

為了方便描述，術語「雲」、「網際網路雲」、「雲計算」、「雲架構」以及類似的術語對應於以下中的至少一個：(1)大量通過實時通信網絡連接(例如，網際網路)的計算機；(2)提供在多個相連的計算機(例如物理機、虛擬機(VMs))上同時運行程序或應用的能力；(3)看起來由實體伺服器硬體提供且事實上由虛擬硬體(例如，虛擬伺服器)提供的基於網絡的服務，該虛擬硬體由運行在一個或多個實體機上的軟體模擬(例如，允許在運行中四處移動且成比例增大(或減小)而不影響最終用戶)。在一些實施方式中，本發明提供/管理雲計算/架構，但不限於：基礎設施服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)以及軟體即服務(SaaS)。圖4和圖5示出了雲計算/架構的示例性實施的說明圖表。

組件裝置202a-n也可以包括許多外部或內部裝置，例如滑鼠、CD-ROM、DVD、鍵盤、顯示器或其他的能夠用個性化壓力管理軟體特定地編程的輸入或輸出裝置。客戶端裝置202a-n的例子可以為個人計算機、數字助理、個人數字助理、可攜式電話、行動電話、智慧型電話、尋呼機、數字平板電腦、膝上型計算機、網際網路家電以及其他基於處理器的裝置。通常來說，客戶端裝置202a可以是任何類型的基於處理器的平臺，該平臺連接至網絡206並且與一個或多個應用程式相互作用。客戶端裝置202a-n可以在任何能夠支持瀏覽器或者可使用瀏覽器的應用的作業系統上運行，例如MicrosoftTM、WindowsTM或Linux。示出的客戶端裝置202a-n可以包括，例如，執行瀏覽器應用程式(如微軟公司的Internet ExplorerTM、蘋果電腦公司的SafariTM、Mozilla Firefox和Opera)的個人計算機。通過客戶端裝置202a-n，用戶212a-n通過網絡206與彼此以及其他耦合至網絡206的系統和裝置進行通信。如圖1B所示，伺服器裝置204和213可以也被耦合至網絡206。該個性化壓力管理軟體可以被設置以顯示至少一個圖形用戶界面。

在一些實施方式中，術語「移動電子裝置」可以指任何可以或可以不啟用位置跟蹤功能的可攜式電子裝置。例如，移動電子裝置可以包括但不限於行動電話、個人數字助手(PDA)、BlackberryTM、尋呼機、智慧型電話或任何其他合理的移動電子裝置。為了簡潔，有時上述變化沒有被列出或者僅僅部分地被列出，這絕不意味著是一種限定。

在一些實施方式中，在本文中使用的術語「近端探測」、「定位」、「位置數據」、「位置信息」和「位置追蹤」可以指任何形式的能夠用於提供移動電子裝置位置的位置跟蹤技術或定位方法，例如且不限於，由用戶手動輸入的至少一個位置信息，例如且不限於輸入城市、鎮、自治地區、郵政編碼、電話區號、交叉路口或確定地理區域的任何其他的合理輸入；全球定位系統(GPS)；使用藍牙TM訪問的GPS；使用任何合理形式的無線和/或非無線通信訪問的GPS；WiFiTM伺服器位置數據；基於藍牙TM的位置數據；三角測量，例如但不限於基於網絡的三角測量、基於WiFiTM伺服器信息的三角測量、基於藍牙TM伺服器信息的三角測量；基於小區識別的三角測量、基於增強的小區識別的三角測量、基於上行到達時間差(U-TDOA)的三角測量、基於到達時間(TOA)的三角測量、基於到達角(AOA)的三角測量；使用地理坐標系統的技術和系統，例如但不限於基於經度和緯度的、基於測地線高度的、基於笛卡爾坐標系的；射頻識別，例如但不限於長距離RFID、短距離RFID；使用任何形式的RFID標籤，例如但不限於主動RFID標籤、被動RFID標籤、電池輔助的被動RFID標籤；或者任何其他確定位置的合理方式。為了簡潔，有時上述變化沒有被列出或者僅僅部分地被列出，這絕不意味著是一種限定。

在一些實施方式中，近場無線通信(NFC)可以代表短程無線通信技術，其中具備NFC功能的裝置被「刷」、「碰」、「敲」或者以其他方式移動到近處來通信。在一些實施方式中，NFC可以包括一組近距離無線技術，通常要求10cm或者更小的距離。

在一些實施方式中，NFC可以在ISO/IEC 18000-3空中接口上以13.56MHz的頻率、以速度106kbit/s到424kbit/s運行。在一些實施方式中，NFC可以包含發起者和目標；發起者主動地產生能夠運轉被動目標的RF域。在一些實施方式中，這可以使得NFC的目標能夠採用非常簡單的形式因素，例如不需要電池的標籤、貼紙、鑰匙鏈或卡片。在一些實施方式中，當多個具備NFC功能的裝置彼此處於近距離時，可以實施NFC點對點通信。

在一些實施方式中，本發明提供了一種計算機執行的方法，包括：由至少一個特別編程有健康管理軟體的專門計算裝置通過顯示在所述至少一個專門的計算裝置上的圖形用戶界面，實時地向用戶提供至少一個個性化呼吸指導，其中，所述至少一個個性化呼吸指導至少包括：(i)標識用於吸氣的第一時段的第一指示；和(ii)標識用於呼氣的第二時段的第二指示；通過所述至少一個專門編程的計算裝置實時地從與所述用戶相關聯的至少一個心率傳感器接收用戶傳感器數據；通過所述至少一個專門編程的計算裝置，至少部分地基於所述用戶傳感器數據，實時地確定該用戶的用戶心率變異性HRV(用戶HRV)；通過所述至少一個專門編程的計算裝置，基於所述用戶HRV自動計算參數狀態百分比，至少部分地基於多個用戶相關參數的加權和，所述多個用戶相關參數包括：(1)標識用戶的低頻/高頻比的第一參數；(2)標識用戶的瞬時心率信號的標準偏差(SDNN)的第二參數；(3)標識用戶的心率的第三參數；(4)標識用戶的pnn50的第四參數；(5)標識用戶的相干性的第五參數，從而產生在0.1到100％之間的計算值；通過所述至少一個專門編程的計算裝置，基於所述參數狀態百分比，實時地向所述用戶提供至少一個個性化呼吸建議，所述至少一個個性化呼吸建議被配置以修改參數狀態百分比，其中所述至少一個個性化呼吸建議包括：(i)標識對用戶的呼吸速率進行第一調整的第一呼吸指示；(ii)標識對用戶的呼吸模式進行第二調整的第二呼吸指示；(iii)或者它們的任意組合。在一些實施方式中，所述方法還包括標識屏住呼吸的第三時段的第三指示。在一些實施方式中，所述方法還包括：所述多個用戶相關參數還包括：(6)連續RR間隔差值的均方根(RMSSD)；(7)功率頻譜；(8)總功率；和(9)深呼吸差異。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於與所述用戶相關聯的行動電話裝置、具有藍牙功能的裝置或與所述用戶相關聯的心率檢測儀中的一個中。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於至少一個專門編程的計算裝置中。在一些實施方式中，所述至少一個專門編程的計算裝置為與所述用戶相關聯的行動電話裝置。在一些實施方式中，所述方法包括指導受試者充分地使用權利要求1所述的方法，從而引起血糖水平下降10-25％。在一些實施方式中，所述受試者為糖尿病患者。

在一些實施方式中，本發明提供了一種計算機系統，包括：至少一個特別編程有個性化健康管理軟體的專門計算裝置，其中所述個性化健康管理軟體至少被設置以：產生至少一個個性化呼吸指示，所述至少一個個性化呼吸指示至少包括：(i)標識用於吸氣的第一時段的第一指示；和(ii)標識用於呼氣的第二時段的第二指示；由所述至少一個專門編程的計算裝置實時地從與所述用戶相關聯的至少一個心率傳感器接收用戶傳感器數據；由所述至少一個專門編程的計算裝置，至少部分地基於所述用戶傳感器數據，實時地確定該用戶的用戶心率變異性(用戶HRV)；由所述至少一個專門編程的計算裝置，基於所述用戶HRV自動計算參數狀態百分比，至少部分地基於多個用戶相關參數的加權和，所述多個用戶相關參數包括：(1)標識用戶的低頻/高頻比率的第一參數；(2)標識用戶的瞬時心率信號的標準偏差(SDNN)的第二參數；(3)標識用戶的心率的第三參數；(4)標識用戶的pnn50的第四參數；(6)標識用戶的相干性的第五參數，從而產生在0.1到100％之間的計算值；由所述至少一個專門編程的計算裝置，基於所述計算參數狀態百分比，實時地向所述用戶提供至少一個個性化呼吸建議，所述至少一個個性化呼吸建議被設置以修改參數狀態百分比，其中所述至少一個個性化呼吸建議包括：(i)標識對用戶的呼吸率進行第一調整的第一呼吸指示；(ii)標識對用戶的呼吸模式進行第二調整的第二呼吸指示；(ii)或者它們的任意組合。在一些實施方式中，所述系統還包括標識屏住呼吸的第三時段的第三指示。在一些實施方式中，所述系統還包括：所述多個用戶相關參數還包括：(6)連續RR間隔差值的均方根RMSSD；(7)功率頻譜；(8)總功率；(9)深呼吸差異。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於與所述用戶相關聯的行動電話裝置、具有藍牙功能的裝置或與所述用戶相關聯的心率檢測儀中的一個中。在一些實施方式中，所述心率傳感器處於至少一個專門編程的計算裝置中。在一些實施方式中，所述至少一個專門編程的計算裝置為與所述用戶相關聯的行動電話裝置。在一些實施方式中，所述個性化健康管理軟體還被設置以指導受試者充分地使用權利要求9所述的方法，從而使得血糖水平下降10-25％。在一些實施方式中，所述受試者為糖尿病患者。

雖然描述了本發明的若干實施方式，應理解這些實施方式僅是說明性的，而不是限制性的，許多修改對於本領域普通技術人員來說是顯而易見的。