Design of a PRV bio-feedback training device

Heart rate variability (HRV) based biofeedback training has been adopted in clinical practice for decades in psychology and kinesiology. Fascinating is the fact that HRV can further indicate stress and anxiety levels by reflecting changes in the homeostasis of the autonomic nervous system (ANS). However, the idea of enhancing HRV performance through biofeedback training to reduce anxiety and regulate emotional states has not been conclusively proven by academic research. Therefore, projects related to this theme usually stay for demonstration, validation, and hobby purposes. Wearable sensors, the indispensable part of the system that captures HRV, often fail to balance the four aspects of aesthetics, ease of use, functionality, and price. By adopting pulse rate variability (PRV) instead of HRV, the design significantly reduces costs while improving the portability of the sensor and broadening its use. In addition, 3D scanning enhances the contact between the photoplethysmography and human skin tissue, thereby alleviating the loss of accuracy that tends to be introduced during PPG measurements. Finally, mathematical tools such as evaluation matrices and linear programming ensure that the design achieves an optimal solution. As a result, a Bluetooth-based, battery-powered, finger-wearable, programmable sensor was proposed. Besides, a detailed document will be published with the design to facilitate researchers, developers, and creators to utilize the design in their projects. This design still has a shortfall in detection accuracy compared to HRV. Therefore, future development is needed to improve the performance.

Il training di biofeedback basato sulla variabilità della frequenza cardiaca (HRV) è stato adottato nella pratica clinica per decenni in psicologia e kinesiologia. È affascinante il fatto che l'HRV possa indicare ulteriormente i livelli di stress e ansia, riflettendo i cambiamenti nell'omeostasi del sistema nervoso autonomo (ANS). Tuttavia, l'idea di migliorare le prestazioni dell'HRV attraverso il training di biofeedback per ridurre l'ansia e regolare gli stati emotivi non è stata dimostrata in modo definitivo dalla ricerca accademica. Pertanto, i progetti relativi a questo tema rimangono solitamente a scopo dimostrativo, di validazione e di hobby. I sensori indossabili, la parte indispensabile del sistema che cattura l'HRV, spesso non riescono a bilanciare i quattro aspetti di estetica, facilità d'uso, funzionalità e prezzo. Adottando la variabilità della frequenza del polso (PRV) al posto dell'HRV, il progetto riduce significativamente i costi, migliorando al contempo la portabilità del sensore e ampliandone l'uso. Inoltre, la scansione 3D migliora il contatto tra la fotopletismografia e il tessuto cutaneo umano, attenuando così la perdita di precisione che tende a verificarsi durante le misurazioni PPG. Infine, strumenti matematici come le matrici di valutazione e la programmazione lineare assicurano che il progetto raggiunga una soluzione ottimale. Come risultato, è stato proposto un sensore programmabile basato su Bluetooth, alimentato a batteria e indossabile da un dito. Inoltre, verrà pubblicato un documento dettagliato con il progetto per facilitare a ricercatori, sviluppatori e creatori l'utilizzo del progetto nei loro progetti. Questo progetto presenta ancora una carenza nell'accuratezza del rilevamento rispetto all'HRV. Pertanto, è necessario uno sviluppo futuro per migliorare le prestazioni.