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CN104771166A - 基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统 - Google Patents

基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统 Download PDF

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CN104771166A
CN104771166A CN201510220522.7A CN201510220522A CN104771166A CN 104771166 A CN104771166 A CN 104771166A CN 201510220522 A CN201510220522 A CN 201510220522A CN 104771166 A CN104771166 A CN 104771166A
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CN
China
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acquisition device
acquisition module
sleep
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CN201510220522.7A
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戴涛
徐现红
向飞
高松
王奕刚
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SILAN TECHNOLOGY (CHENGDU) Co Ltd
Original Assignee
SILAN TECHNOLOGY (CHENGDU) Co Ltd
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Abstract

本发明属于生物医疗监测技术领域，尤其公开了一种基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统。该信号采集设备包括信号采集单元、处理控制单元、数据存储单元和无线通讯单元，其中所述信号采集单元包括至少与人体胸部接触的两个电极、与所述电极连接的胸阻抗采集模块、与所述电极连接心率采集模块以及鼾声采集模块；而本发明所述的监测系统包括信号采集设备和与所述信号采集设备无线连接的终端处理单元。因此，本发明采用基于生物阻抗技术获取胸阻抗和心率信号以及结合鼾声音频信号来监测睡眠呼吸状态，同时采用无线信号传输避免了患者身上连接导线所不易入睡或睡眠程度浅、夜间易醒等问题；具有简单廉价、方便穿戴、适合家庭使用的优点。

Description

基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统
技术领域
本发明属于生物医疗监测技术领域，尤其是涉及一种基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统。
背景技术
生物阻抗技术是一种利用生物组织及器官的电特性提取人体生理与病理信息的无创检测技术。不同的人体组织与器官具有独特的生物阻抗特性，组织与器官的状态或功能变化也将伴随相应的生物阻抗特性改变。比如现有技术中有利用膈肌疲劳程度与胸部呼吸电阻抗信号及腹部呼吸电阻抗信号的波峰的同步程度有关的原理，将膈肌疲劳程度分为不同的类型。生物阻抗技术在临床医学方面有无创无损、便于长时间实时监护及低成本等优势，使得生物阻抗技术应用于临床医学或医疗保健领域具有很大的潜力与价值。
对于睡眠呼吸状态的监测直接关系到睡眠疾病的研究，因此睡眠呼吸监测成为睡眠医学中重点关注的话题。在睡眠疾病中，睡眠呼吸暂停是指睡眠中呼吸停止的睡眠障碍，具体为在连续7小时睡眠中发生30次以上的呼吸暂停，每次气流中止10s以上(含10s)，或平均每小时睡眠呼吸暂停低通气次数(呼吸紊乱指数)超过5次，而引起慢性低氧血症及高碳酸血症的临床综合征。它可分为中枢型、阻塞型及混合型。其中，阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive sleepapnea-hypopnea syndrome,OSAHS)，是在睡眠中咽喉附近的软组织松弛而造成上呼吸道狭窄甚至阻塞从而呼吸暂停；中枢性睡眠呼吸暂停(Central sleepapnea-hypopnea syndrome,OSAHS)，是与控制呼吸的中枢神经系统功能失调有关，暂时失去呼吸功能的中枢神经驱动，这种呼吸障碍不是气道阻塞引起的，通常上气道无气流通过的时间>10s，无胸腹呼吸运动；以及上述两者的混合型。目前据统计，有呼吸睡眠障碍的人数占总人口的2％～4％，并且该数字有明显上升的趋势。由各种原因导致睡眠中反复出现的呼吸暂停/低通气、高碳酸血症、睡眠中断，从而使机体发生一系列病理生理改变的临床综合症称为睡眠呼吸暂停低通气综合症(Sleep Apnea Hypopnea Syndrome，SAHS)。而对于上述睡眠呼吸障碍尽早合理的诊治，可提高患者的生活质量预防各种并发症的发生。因此，对睡眠呼吸的监测是预防和诊治睡眠呼吸障碍的首要步骤。
目前已有多种睡眠呼吸监测方法应用于临床。比如：多导睡眠图监测仪PSG，这是诊断睡眠呼吸暂停低通气综合征的金标准。它通过脑电图、眼动图和肌电图记录睡眠，并对睡眠进行分析，同时对病人的呼吸、肢体运动和血压进行监测。因此，PSG的问世对睡眠的研究具有决定意义。虽然基于PSG的睡眠呼吸检测技术能够准确地检测到呼吸的异常现象，但是由于这种检测手段需要患者佩戴面罩、胸腹带及较多电极，对患者有较大生理、心理负荷，容易产生“首夜效应”影响睡眠监测的结果；而且，仪器操作复杂，检测费用昂贵。目前专业的呼吸睡眠障碍诊断的机构不多，患者需要长时间的排队才能接受检查；患者在陌生环境，身上连接多根导线，不易入睡或睡眠程度浅，夜间易醒，从而使得实验失败或者实验结果偏差。另外，为了帮助医生提供诊断参考或制定治疗方案以及方便患者自己初步筛查等，对睡眠呼吸暂停患者来说，如何方便有效地监测睡眠呼吸状态成为一种新的市场需求。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适合个人或家庭初筛的简单易用的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，包括：
信号采集单元，包括至少与人体胸部接触的两个电极、与所述电极连接的胸阻抗采集模块、与所述电极连接心率采集模块以及鼾声采集模块。
处理控制单元，分别与所述胸阻抗采集模块、心率采集模块以及鼾声采集模块连接，用于将所采集信号转换为数字信号且控制在正常或非正常情况下向被测对象发出提示或警示；
数据存储单元，与所述处理控制单元连接，用于存储处理控制单元转换得到的数字信号数据；
无线通讯单元，与所述数据存储单元连接，用于向外部终端无线传输数字信号数据；
在本发明一实施例中，所述信号采集设备还包括：
LED灯，与处理控制单元连接，用于显示所述信号采集设备的工作状态以及电源状态。
输出接口，与所述数据存储单元连接，用于有线向外输出采集数据；
设备外壳，用于容纳保护信号采集单元、处理控制单元、数据存储单元、无线通讯单元和供电单元；
插接端口，与所述胸阻抗采集模块和心率采集模块连接。
在本发明一实施例中，所述信号采集设备还包括固定夹，所述固定夹设置于设备外壳表面，用于固定人体处于睡眠呼吸状态下的信号采集设备。
在本发明一实施例中，所述电极为激励电极或采集电极。
进一步地，所述输出接口和插接端口设置于所述设备外壳的同一侧表面。
在本发明一实施例中，所述电极安装于导线一端的电极接头上，导线另一端设有连接头与所述胸阻抗采集模块和心率采集模块的插接端口连接。
在本发明一实施例中，所述电极与导线相连成整体的一体化导联线与所述胸阻抗采集模块和心率采集模块的插接端口连接。
在本发明一实施例中，所述鼾声采集模块的采集前端为麦克风，该麦克风位于设备外壳的一表面。
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适合个人或家庭初筛的简单易用的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备。
为了实现上述目的，本发明又采用一种技术方案如下：
一种包含上述技术方案中所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备的监测系统，还包括与所述信号采集设备无线连接的终端处理单元。
在本发明一实施例中，该终端处理设备包括：
数据分析模块，与接收信号采集设备无线连接，用于接收采集数字数据并将采集数字数据中的胸阻抗数据和心率数据进行匹配分析，同时利用鼾声数据作为睡眠状态参考数据；
实时数据显示模块，与所述数据分析模块相连并显示胸阻抗、心率和鼾声变化曲线；
存储与回放模块，与所述实时数据显示模块相连并将采集数据处理结果进行存储，以方便历史查看。
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：本技术方案采用基于生物阻抗技术获取胸阻抗和心率信号以及结合鼾声音频信号来监测睡眠呼吸状态，同时采用无线信号传输避免了患者身上连接导线所不易入睡或睡眠程度浅、夜间易醒等问题；该睡眠呼吸状态监测系统不仅简单廉价、方便穿戴、适合家庭使用，而且还不影响入睡，而且测试环境为日常真实睡眠环境，从而达到在不受睡眠姿态变化等动作的影响条件下对患者真实日常睡眠呼吸状态实时监测。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明实施例一所述睡眠呼吸状态信号采集设备的结构框架示意图；
图2是本发明实施例一所述睡眠呼吸状态信号采集设备的主视图；
图3是本发明实施例一所述睡眠呼吸状态信号采集设备的侧视图；
图4是本发明实施例一所述睡眠呼吸状态信号采集设备的导联线的结构示意图；
图5是本发明实施例一所述睡眠呼吸状态信号采集设备(未插接导联线)的俯视图；
图6是本发明实施例二所述睡眠呼吸状态监测系统与人体连接关系示意图；
图7是本发明实施例二所述睡眠呼吸状态监测系统的结构框架示意图；
图8是本发明实施例二所述睡眠呼吸状态监测系统的胸阻抗(呼吸)变化曲线图；
图9是本发明实施例二所述睡眠呼吸状态监测系统的心率变化曲线图；
图10是本发明实施例二所述睡眠呼吸状态监测系统的鼾声分贝曲线图。
附图标记：
100-信号采集设备，101-信号采集单元，1011、1012-电极，1011′、1012′-电极接头，1013-胸阻抗采集模块，1014-心率采集模块，1015-鼾声采集模块，1016-插接头，1017-麦克风，102-处理控制单元，103-数据存储模块，104-无线通讯单元，105-LED灯，106-输出接口，107-设备外壳，108-固定夹，109-插接端口，200-终端处理设备，201-数据分析模块，202-实时数据显示模块，203-存储与回放模块。
具体实施方式
本发明以下实施例所述的睡眠呼吸状态信号采集设备及监测系统主要采用生物阻抗技术来获取睡眠呼吸监测信号，同时采集鼾声作为参考信号，从而用于进行人体睡眠状态下的呼吸暂停时间检测、睡眠呼吸暂停综合征的分类诊断以及睡眠质量评估，尤其适合于亚健康人群的自我监测。以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备100，包括信号采集单元101、处理控制单元102、数据存储单元103和无线通讯单元104。
其中，所述信号采集单元101包括至少与人体胸部接触的两个电极1011和1012、与所述电极1011或1012连接的胸阻抗采集模块1013、与所述电极1011或1012连接心率采集模块1014以及鼾声采集模块1015；在本发明实施例中，两个电极1011和1012均可为激励电极和采集电极，采用双电极同时激励同时采集的方式。所述处理控制单元102分别与所述胸阻抗采集模块1013、心率采集模块1014以及鼾声采集模块1015连接，用于将所采集信号转换为数字信号。所述数据存储单元103与所述处理控制单元102连接，用于存储处理控制单元转换得到的数字信号数据。所述无线通讯单元104与所述数据存储单元103连接，用于向外部终端无线传输数字信号数据。上述各单元均有电源单元(图图未示)供电，比如外接电源或内设电池等，为了便于开关机启动，可设置与电源单元连接的电源开关。
如图2和图3所示，所述信号采集设备100还包括LED灯105、输出接口106、设备外壳107和插接端口109。
其中，所述LED灯105与处理控制单元102连接，用于显示所述信号采集设备100的工作状态以及电源状态。当所述LED灯105显示为红色时，表示信号采集设备100处于电量不足状态，提示使用者充电或更换电池；当所述LED灯105显示为绿色时，表示信号采集设备100电量充足且处于正常状态，提示使用者可以进行正常睡眠呼吸状态监测；当所述LED灯105显示为黄色时，表示信号采集设备100的电极与人体接触不良，提示使用者电极接触出现故障需诊断或重新调整电极与人体接触部位。
另外，为了方便医生了解患者平时的睡眠状态，所述输出接口106与所述数据存储单元103连接，用于有线向外输出采集数据；而所述设备外壳107用于容纳保护信号采集单元101、处理控制单元102、数据存储单元103和无线通讯单元104。在本发明实施例中，所述信号采集单元101、处理控制单元102、数据存储单元103和无线通讯单元104集成于电路板上；所述插接端口109与所述胸阻抗采集模块1013和心率采集模块1014连接。如图5所示，为了减少采集与充电存在的相互影响，在本发明实施例中，所述输出接口106和插接端口109设置于所述设备外壳107的同一侧表面。
如图2所示，在本发明实施例中，所述信号采集设备100还包括固定夹108，所述固定夹108设置于设备外壳107表面，用于固定人体处于睡眠呼吸状态下的信号采集设备100。
如图4所示，所述电极1011(或1012)安装于导线一端的电极接头1011′(或1012′)上，导线另一端设有插接头1016与所述胸阻抗采集模块1013和心率采集模块1014的插接端口109连接。除此之外，所述电极1011(或1012)与导线相连成整体的一体化导联线与所述胸阻抗采集模块1013和心率采集模块1014的插接端口109连接。所述鼾声采集模块1015的采集前端为麦克风1017，该麦克风1017位于设备外壳107的一表面。
实施例二：
如图6和图7所示，本发明实施例提供一种包括上述实施例中所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备的监测系统，还包括与所述信号采集设备100无线连接的终端处理单元200。在本发明实施例中，该终端处理设备200包括数据分析模块201、实时数据显示模块202和存储与回放模块203。
其中，所述数据分析模块201与接收信号采集设备100无线连接，用于接收采集数字数据并将采集数字数据中的胸阻抗数据和心率数据进行匹配分析，同时利用鼾声数据作为睡眠状态参考数据且尤其作为呼吸暂停及低通气状态的参考依据；所述实时数据显示模块202与所述数据分析模块201相连并显示胸阻抗、心率和鼾声变化曲线；所述存储与回放模块203与所述实时数据显示模块202相连并将采集数据处理结果进行存储，以方便历史查看。
由于现有技术的采集方式为采用单电极模式从心电信号中提取呼吸信号，而本发明实施例主要利用信号采集单元中的胸阻抗采集模块、心率信号采集模块和鼾声采集单元的三通道结构，分别单独同时同步采集呼吸阻抗、心率和鼾声的信号数据，如图8至10所示。该监测系统不仅能作为检测OSAHS，还可以区分不同的OSAHS类别的重要参考信息。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备(100)，包括：
信号采集单元(101)，包括至少与人体胸部接触的两个电极(1011、1012)、与所述电极(1011或1012)连接的胸阻抗采集模块(1013)、与所述电极(1011或1012)连接心电采集模块(1014)以及鼾声采集模块(1015)；
处理控制单元(102)，分别与所述胸阻抗采集模块(1013)、心电采集模块(1014)以及鼾声采集模块(1015)连接，用于将所采集信号转换为数字信号数据且控制在正常或非正常情况下向被测对象发出提示或警示；
数据存储单元(103)，与所述处理控制单元(103)连接，用于存储处理控制单元转换得到的数字信号数据；
无线通讯单元(104)，与所述数据存储单元(103)连接，用于向外部终端无线传输数字信号数据。
2.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述信号采集设备(100)还包括：
LED灯(105)，与处理控制单元(102)连接，用于显示所述信号采集设备(100)的工作状态以及电源状态。
输出接口(106)，与所述数据存储单元(103)连接，用于有线向外输出采集数据；
设备外壳(107)，用于容纳保护信号采集单元(101)、处理控制单元(102)、数据存储单元(103)、无线通讯单元和供电单元(105)；
插接端口(109)，与所述胸阻抗采集模块(1013)和心电采集模块(1014)连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述信号采集设备(100)还包括固定夹(108)，所述固定夹(108)设置于设备外壳(107)表面，用于固定人体处于睡眠呼吸状态下的信号采集设备(100)。
4.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述电极(1011或1012)为激励电极或采集电极。
5.根据权利要求2所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述输出接口(106)和插接端口(109)设置于所述设备外壳(107)的同一侧表面。
6.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述电极(1011或1012)安装于导线一端的电极接头(1011′或1012′)上，导线另一端设有插接头(1016)与所述胸阻抗采集模块(1013)和心电采集模块(1014)的插接端口(109)连接。
7.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述电极(1011或1012)与导线相连成整体的一体化导联线与所述胸阻抗采集模块(1013)和心电采集模块(1014)的插接端口(109)连接。
8.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备，其特征在于，所述鼾声采集模块(1015)的采集前端为麦克风(1017)，该麦克风(1017)位于设备外壳(107)的一表面。
9.一种包含权利要求1至8中任意一项所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态信号采集设备的监测系统，还包括与所述信号采集设备(100)无线连接的终端处理单元(200)。
10.根据权利要求9所述的基于生物阻抗的睡眠呼吸状态监测系统，其特征在于，该终端处理设备(200)包括：
数据分析模块(201)，与接收信号采集设备(100)无线连接，用于接收采集数字数据并将采集数字数据中的胸阻抗数据和心率数据进行匹配分析，同时利用鼾声数据作为睡眠状态参考数据；
实时数据显示模块(202)，与所述数据分析模块(201)相连并显示胸阻抗、心率和鼾声变化曲线；
存储与回放模块(203)，与所述实时数据显示模块(202)相连并将采集数据处理结果进行存储，以方便历史查看。
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