高等教育：呼吸頻率對人體生理信號影響

1、呼吸頻率對人體生理信號的影響學(xué)生姓名指導(dǎo)教師研究任務(wù)研究方案研究進(jìn)度安排研究背景生物反饋（biofeedback, BF）是最早出現(xiàn)于加世紀(jì)40年代的一種治療和訓(xùn)練方法，它是基于操作性條件反射 原理，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，將人們正常意識不到的身體 生物信號（如肌電、腦電、皮溫、心率、血壓等）轉(zhuǎn)變?yōu)?可以被人察覺到的信號（如視覺、聽覺信號等），讓患者 根據(jù)這些信號，學(xué)會在一定范圍內(nèi)通過意識調(diào)控內(nèi)臟器 官的活動，糾正偏離正常范圍的內(nèi)臟活動。1=IIIIII呼吸生物反饋呼吸生物反饋是生物反饋的一種。它是指以某種 方式呈現(xiàn)給受訓(xùn)者呼吸指示器，并指導(dǎo)受訓(xùn)者依照指 示器顯示的呼吸頻率進(jìn)行呼吸。有研究表明，呼吸

2、生 物反饋訓(xùn)練可以自主地增加呼吸性竇性心律不齊，也 有研究報告指出呼吸生物反饋訓(xùn)練對一些自主神經(jīng)參 與發(fā)病的疾病的治療有幫助。應(yīng)用中的呼吸反饋是通過特定呼吸訓(xùn)練使實(shí)驗(yàn)對 象放松以達(dá)到治療某些疾病的目的，例如：呼吸性竇 2性心律不齊睡眠呼吸暫停和低通氣綜合癥，焦慮癥等。還有應(yīng)用呼吸生物反饋原理制成的治療儀研究任務(wù)下圖為某實(shí)驗(yàn)多名被試者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練后的心律測 量結(jié)果表1實(shí)驗(yàn)組和對曉組3個階段心率的變化(xs,n=l7rfc/tnin)組別耳線呼敗實(shí)驗(yàn)15 min 實(shí)驗(yàn)后5 min率率率率率率 UD心 D n 組劃九小組埠大小 鑒平M繪照平堆垠 實(shí) 對與基線比校用228241川 005：芍呼吸實(shí)驗(yàn)1

3、5 min比技辰2.29,Pv 0.05；與対照組比較,T2Q1. -2.05 ,P0.056876038869405357.240.07 71.65I0-6988.4113.0259.59 10.2769.1817.67885903353.825.9L 7L5310.4488,田24759.009J467.067.22h86.769J854.29土伽 72.65 10.03898 12 JO57土&94r 實(shí)驗(yàn)組基線與呼吸實(shí)驗(yàn)15min和實(shí)驗(yàn)后5min相比，平均心 率和最小心率變化顯著，而最大心率無顯著變化。對照組在實(shí)驗(yàn)3個階段上，最大心率、平均心率和最小心率均 亠*無顯著變化。由此可見呼吸

4、訓(xùn)練確實(shí)對生理信號有影響。本課題計(jì)劃在前人研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)研究特定呼吸頻率與心率 信號、腦電信號以及肌電信號之間的關(guān)系。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采集人 體調(diào)節(jié)呼吸頻率時的心電、腦電、肌電數(shù)據(jù)，并通過信號分析方 法提取心率變異性、腦電功率譜、肌電功率譜等信號特征，研究 呼吸頻率與這些特征之間的關(guān)系。課題的問題和難點(diǎn)在于： 1人體生理信號微弱，且干擾大，可能會在檢測時出現(xiàn)誤差。 后期處理時需濾去干擾。2需采集的數(shù)據(jù)較多，被試者實(shí)驗(yàn)時間也較長，實(shí)驗(yàn)實(shí)施有一定難度。3.呼吸遍率的調(diào)節(jié)作用可能有延時性，要采集多個時段的數(shù) 據(jù)，而時間段的劃分尚不清楚。4對于不同生理信號，要有不同的信號處理方法，需要找到合 適的處理

5、方法。研究方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采取呼吸生物反饋訓(xùn)練，通過呼吸指示器讓實(shí)驗(yàn)對象按設(shè)定的呼吸頻率進(jìn)行呼吸，并采集生理信號數(shù) 據(jù)。實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)采用10-20名實(shí)驗(yàn)對象，男女各半。所有實(shí)驗(yàn)對象均排除有重性精神病史、腦器質(zhì)性疾病史、心肝腎 疾病或代謝性疾病史、酒精藥物依賴史。本實(shí)驗(yàn)計(jì)劃采用2X3X3的三因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。性別 （男性、女性）為被試間變量，呼吸頻率快速（22-24次/分鐘），略慢速（12-13次/分鐘），慢速（8-10次/分彳鐘）、實(shí)驗(yàn)間期（正常呼吸頻率期、控制呼吸頻率期、恢復(fù)期）為被試內(nèi)變量。實(shí)驗(yàn)前期先釆集實(shí)驗(yàn)對象正常呼吸頻率的各項(xiàng)生理指標(biāo)（心 電，腦電，肌電），作為后期比較的參量。實(shí)驗(yàn)開始后，分9

6、 個時段采集生理指標(biāo)（心電，腦電，肌電），分別是：正常呼吸頻率期控制呼吸頻率期恢復(fù)期快速(22-24/m)略慢速(12-13/m)慢速（8-10/m）其中，一半被試者控制呼吸頻率由快到慢，一半被試者 控制呼吸頻率由慢到快。數(shù)據(jù)釆集使用多參數(shù)生理信號檢測儀。 信號分析使用MATLAB軟件的多種算法實(shí)現(xiàn)。 通過比較分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。研究進(jìn)度安排查閱文獻(xiàn)資料研究任務(wù)書，進(jìn)行資閱讀文獻(xiàn)，方案設(shè)計(jì)及2009年10月20日至2009年11月5日2009年11月6日至2009年11月30日 料翻譯2009年12月1日至2010年3月15日 論證，撰寫開題報告2010年3月16日至2010年4月15日 釆集少量