科创中国

为了患者随时随地和长期坚持进行标准的呼吸康复锻炼，我们从人机自然交互方式的实现以及虚拟3D图形引擎结合的角度，实现面向自然人机交互的无碰触呼吸交互（Touchless breathing interaction）方法，简称TBI。主要是呼吸交互模块和3D虚拟场景模块的结合，用户可以通过呼气、吸气、屏气三个动作与虚拟场景元素进行互动，并根据个人呼吸训练任务，规范设计可调控难度训练的虚拟场景，做到让用户有目标训练、安全训练、规范训练。

现如今VR设备变得越来越流行，越来越多的人希望基于VR的设备达到康复呼吸训练。与此同时，在训练过程中，人们希望能过看到更加准确的呼吸指标，与自己的呼吸数据对比，从而即时了解自己的呼吸康复效果。家里逐渐老去的父母、呼吸疾病患者、喉咙部烧伤者、身边越来越多的亚健康人群、需要提升运动成绩的运动爱好者，都是需要改善呼吸健康的对象。本产品开发形式分为两类，手持式康复训练设备（家庭），床旁式康复训练设备（医院）。本产品主要针对的家庭康复训练，使用户可以在家进行训练，减少经济负担；在家中可以随时随地进行训练

为了患者随时随地和长期坚持进行标准的呼吸康复锻炼，我们从人机自然交互方式的实现以及虚拟3D图形引擎结合的角度，实现面向自然人机交互的无碰触呼吸交互（Touchless breathing interaction）方法，简称TBI。主要是呼吸交互模块和3D虚拟场景模块的结合，用户可以通过呼气、吸气、屏气三个动作与虚拟场景元素进行互动，并根据个人呼吸训练任务，规范设计可调控难度训练的虚拟场景，做到让用户有目标训练、安全训练、规范训练。前的呼吸训练硬件设备有一定的发展，对用户呼吸数据的采集和收集有了创新性的研究。不再局限于单方面的计算机显示器平面视觉为主，采用VR虚拟头盔技术进行模拟逼真的三维空间训练场景，比如吹纸、吹气球、吹蜡烛或是与锻炼呼吸有关的游戏等场景，来充分指导患者进行呼吸训练，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力。并采用呼吸训练装置来收集患者的呼吸气流参数并使受训者掌握控制气息的正确方法，同时在VR模拟中获取到呼吸训练装置的呼吸训练参数，然后通过VR设备进行信息的反馈与模拟，并对传感器数据的分析、对呼吸训练进行评估，统计出呼吸训练的快慢程度，在VR虚拟屏幕上通过图像进行显示，也可在呼吸训练器上直接查看自己的呼吸健康状态并且，根据呼吸训练的成果，因材施教，提供个性化的训练方案，具有显著的训练效果。这种面向烧伤患者和呼吸系统疾病患者的呼吸训练方式，其特征在于：使患者在呼吸练习中通过视觉直观在VR屏幕看到虚拟场景进行模拟呼吸过程，一边模仿一边练习，效果显著，所以本产品的自身优势很大。

吉林大学匡博士团队长期致力于信息物理融合系统（CPS），无限传感器网络，教育信息化，大数据挖掘，数据分析，虚拟现实等研究。团队成员在从人机自然交互方式的实现以及虚拟3D图形引擎结合的角度，实现面向自然人机交互的无碰触呼吸交互方法。团队项目依托省级创新团队：吉林省残障无障碍技术及智能设备创新团队，为产品研发提供长期有效的的技术支持。

呼吸康复治疗是呼吸疾病临床治疗不可缺少的一部分，呼吸训练技术主要有缩唇呼吸和腹式呼吸。缩唇呼吸是一种易学的呼吸锻炼技术，在呼吸急促或呼吸困难时，均应进行缩唇呼吸。缩唇呼吸锻炼后，呼吸困难会得到有效的缓解，缩唇呼吸对控制惊恐也有很大的帮助。腹式呼吸训练的目的是增加膈肌的收缩能力和效率，将胸式呼吸改为腹式呼吸是应用了改善呼吸力学的所有方法中最有价值的方法。此时同类产品在移动端的有许多，比如腰带式腹式呼吸训练器、汇呼吸、赛客呼吸和三球仪呼吸训练器。据中国市场调研研究中心2006～2009年数据显示，国内呼吸康复训练装置的年需求量为65,000~88,000台左右，年增长速度高达10%。其中低档呼吸康复训练装置为3.5万台左右，占总数的43%，主要由国内厂商提供；中高档呼吸康复训练装置为5万台左右，占总数的57%，其中80%左右为进口产品，由呼吸康复训练装置的需求来讲，具有很大的市场空间。本产品相对其他趣味性游戏康复训练，更大的优势体现三个方面。一是它的沉浸性,为用户提供“身临其境”的训练环境，带来强烈的3D视觉冲击，最大化激发用户的重复训练兴趣和积极性；建立呼吸训练反馈式模型，解决了传统气息训练中无法量化和标准化的问题；多种呼吸波形可视化使得训练气流数据曲线化，标准呼吸参数曲线化，使用户可以模拟标准呼吸曲线控制呼吸量与呼吸力度。

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