CN106388820A - 用于检测阻塞性呼吸障碍的装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，包括加速度传感器、模拟信号预处理电路、A/D转换器、皮肤电阻传感器和单片机，其中，模拟信号预处理电路包括模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路；加速度传感器用于采集睡眠状态下的人体胸/腹部的呼吸运动模拟信号，皮肤电阻传感器用于采集腹/胸部的皮肤电阻信号，A/D转换器将经过模拟信号预处理电路处理的呼吸运动模拟信号转换成数字信号，单片机根据皮肤电阻信号和数字信号进行阻塞性呼吸障碍判定，单片机连接A/D转换器以及皮肤电阻传感器，本发明还公开了基于检测阻塞性呼吸障碍的装置的测试方法。本发明在保证检测精度的前提下，还降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于睡眠呼吸监测技术领域，尤其涉及一种用于检测阻塞性呼吸障碍的装置及其测试方法。
背景技术
睡眠呼吸状态包括正常睡眠呼吸状态和睡眠呼吸障碍。而一般常见睡眠呼吸障碍状态有打鼾、呼吸暂停等。其中睡眠呼吸暂停是指睡眠中呼吸停止的睡眠障碍。睡眠呼吸暂停主要分三种类型：阻塞性睡眠呼吸暂停，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，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；以及上述两者的混合型。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征称为睡眠呼吸暂停低通气综合征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病发症的发生，从而提高患者的存活率。
目前，常用的方法是同时检测呼吸时胸部的运动和腹部的运动，正常呼吸时两者运动一致，发生阻塞性呼吸障碍时，两者的运动方向不一致。常用的方法采用两路体表电阻方法或者两路呼吸带方法来进行测量。如图3所示，正常呼吸时波形相位相同，阻塞性呼吸障碍时波形相位相反。但是采用两路呼吸带的方法，用户在呼吸过程中会有紧绷感，佩戴不舒适；针对舒适性后来提出的两路体表电阻方法虽然佩戴方便且精确度高，但应用复杂、成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于睡眠呼吸的检测装置，在保证检测精度的前提下，还降低了成本；同时还提供了基于该检测阻塞性呼吸障碍的装置的测试方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，包括加速度传感器、模拟信号预处理电路、A/D转换器、皮肤电阻传感器和单片机，所述模拟信号预处理电路包括模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路；所述加速度传感器用于采集睡眠状态下的人体胸/腹部的呼吸运动模拟信号，所述模拟信号预处理电路用于对所述呼吸运动模拟信号进行放大和滤波处理，所述皮肤电阻传感器用于采集皮肤电阻信号，所述A/D转换器用于将经过模拟信号预处理电路处理的呼吸运动模拟信号转换成数字信号，所述单片机用于根据皮肤电阻信号和数字信号进行阻塞性呼吸障碍判定，所述单片机连接A/D转换器以及皮肤电阻传感器。
进一步优选为：所述加速度传感器为三轴加速度传感器。
进一步优选为：所述皮肤电阻传感器为与人体相接触的两个金属电极，其作用是测量皮肤阻抗。
进一步优选为：还包括用于外部信息和外部控制指令输入的按键和用于输出监测结果的显示屏，所述按键和显示屏均与单片机电连接。
进一步优选为：还包括用于固定加速度传感器的载体。
进一步优选为：所述载体为用于将加速度传感器贴附在人体胸/腹部的粘结剂或用于将所述加速度传感器固定在人体胸/腹部的弹性绑带或粘结胶带。
一种基于检测阻塞性呼吸障碍的装置的测试方法，包括如下步骤：
(1)采集人体的胸/腹部的呼吸运动模拟信号和腹/胸部的皮肤电阻信号；
(2)对胸/腹部的呼吸运动模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号；
(3)根据步骤(2)中的数字信号和腹/胸部的皮肤电阻信号之间的关系对人体的睡眠呼吸状况进行判定。
本发明的有益效果在于：
(1)采用的三轴加速度传感器，不仅灵敏度好，而且体积小，可以很方便地固定在人体的胸部/腹部，能够准确监测到使用者呼吸时加速度的运动过程，而且不会对使用者造成影响。
(2)通过在单片机上设置ICA算法进行盲源分析，可以方便地提取出加速度传感器输出的被监护者睡眠时的呼吸运动波，同时结合皮肤电阻传感器输出的呼吸波，并通过显示屏清晰地显示出加速度传感器的呼吸运动波和皮肤电阻传感器的呼吸波，可以很方便得看出这两路呼吸波形的情况，供医生进行分析与诊断被监护者的生命特征是否正常，以便及时采取必要的治疗措施，从而保证被监护者的健康状况；
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明用于检测阻塞性呼吸障碍的装置的结构示意图；
图2为本发明用于检测阻塞性呼吸障碍的装置在人体上的测试图；
图3为正常呼吸及阻塞性呼吸障碍时胸部和腹部运行时的波形图；
图4为本发明用于检测阻塞性呼吸障碍的装置的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，一种用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，包括加速度传感器、模拟信号预处理电路、A/D转换器、皮肤电阻传感器和单片机，所述模拟信号预处理电路包括模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路；所述加速度传感器用于采集睡眠状态下的人体胸/腹部的呼吸运动模拟信号，所述模拟信号预处理电路用于对所述呼吸运动模拟信号进行放大和滤波处理，所述皮肤电阻传感器用于采集皮肤电阻信号，所述A/D转换器用于将经过模拟信号预处理电路处理的呼吸运动模拟信号转换成数字信号，所述单片机用于根据皮肤电阻信号和数字信号进行阻塞性呼吸障碍判定，所述单片机连接A/D转换器以及皮肤电阻传感器。
其中，加速度传感器为单轴或多轴传感器，具体为三轴加速度传感器。
皮肤电阻传感器为与人体相接触的两个金属电极，其作用是测量皮肤阻抗。
还包括用于外部信息和外部控制指令输入的按键和用于输出监测结果的显示屏，所述按键和显示屏均与单片机电连接。
还包括用于固定加速度传感器的载体，具体使用时，载体为用于将加速度传感器贴附在人体胸部/腹部的粘结剂或用于将所述加速度传感器固定在人体胸部/腹部的绑带或粘结胶带，所述绑带为弹性绑带，佩戴方便。
该用于检测阻塞性呼吸障碍的装置测试人体睡眠呼吸状况的测试方法：
(1)采集人体的胸/腹部的呼吸运动模拟信号和腹/胸部的皮肤电阻信号；
(2)对胸/腹部的呼吸运动模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号；
(3)根据步骤(2)中的数字信号和腹/胸部的皮肤电阻信号之间的关系对人体的睡眠呼吸状况进行判定。
本申请以单轴传感器为例介绍了该检测装置的使用原理：
如图2所示，采集睡眠状态下的人体的含有呼吸信息的体表运动信号：将加速度传感器直接贴附在胸/腹部或用绑带固定在胸/腹部，利用加速度传感器感测呼吸时胸部/腹部运动过程中加速度的变化，获取呼吸运动模拟信号，该呼吸运动模拟信号经显示屏清晰地显示出呼吸运动波形，用于睡眠呼吸的监测。
将皮肤电阻传感器的一对电极固定在人体的腹/胸部，利用皮肤电阻传感器感测呼吸时腹/胸部的在呼吸过程中阻抗的变化，获取皮肤电阻信号，该皮肤电阻信号经显示屏清晰地显示出呼吸波形，用于加速度传感器感测所得呼吸运动波形的参考值。
在该采集方式中，利用加速度传感器感测的是胸/腹部的被检测点的运动加速度，人体吸气时，人体腹部由最低点向上运动，前半段为加速度向上且逐渐减小到0的加速运动，后半段为加速度向下的减速运动，当向上运动的速度减为0时，向上运动的位移最大，吸气过程完成；人体呼气时，人体腹部由最高点向下运动，前半段为加速度向下且逐渐减少到零的加速运动，后半段为加速度向上的减速运行，当向下的速度减为0时，向下运动的位移最大，呼气过程结束。
由于在正常情况下呼吸具有周期性，因此相应的加速度曲线也呈现为周期性变化曲线，因此可以认为曲线上由正向或反向最大变为反向或正向最大，在由反向或正向最大变为正向或反向最大为一个呼吸周期。
所述模拟信号预处理电路包括模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路，由于模拟信号预处理电路体积小、功耗低，采用加速度传感器与模拟信号预处理电路、A/D转换器和单片机一同设在所述载体内，以节省安装空间，以便减小设备整体的体积。
所述单片机包括用于分析、处理所述呼吸运动模拟信号和皮肤电阻信号的分析处理模块。
如图4所示，在具体的使用过程中，所述加速度传感器输出的呼吸运动模拟信号经过模拟信号预处理电路对呼吸运动模拟信号进行放大、滤波处理后输入A/D转换器进行模数转换，然后将经模数转换的数字信号上传到单片机的分析处理模块，通过分析处理模块中的ICA算法进行盲源分析，可以方便地提取出加速度传感器感测呼吸时胸/腹部运动过程中由于加速度变化而获取的呼吸运动模拟信号以及皮肤电阻传感器感测的皮肤电阻信号，并通过显示屏清晰地显示出呼吸运动波形和呼吸波形，利用加速度传感器可以精确地检测到微小的加速度变化，输出波形好，能够准确测量出呼吸的过程。
单片机主要用于接收皮肤电阻传感器和加速度传感器采集的数据，并对数据进行处理，并通过显示屏显示呼吸运动波形和呼吸波形等，当加速度传感器测试的呼吸运动波形与皮肤电阻传感器测试的呼吸波形一致时，说明呼吸正常；不一致时，说明呼吸产生了障碍；本发明中通过显示屏清晰地显示出加速度传感器采集到的呼吸运动模拟信号形成的运动呼吸波形和体表电阻传感器采集到的皮肤电阻信号形成的呼吸波形，对用户的生理信息进行监控，供医生进行分析与诊断被监护者的生命特征是否正常，以便及时采取必要的治疗措施，从而保证被监护者的健康状况；同时该单片机还可以进行数据的存储，为某些疾病的诊断提供有效的帮助。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于，包括加速度传感器、模拟信号预处理电路、A/D转换器、皮肤电阻传感器和单片机，所述模拟信号预处理电路包括模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路；所述加速度传感器用于采集睡眠状态下的人体胸/腹部的呼吸运动模拟信号，所述模拟信号预处理电路用于对所述呼吸运动模拟信号进行放大和滤波处理，所述皮肤电阻传感器用于采集皮肤电阻信号，所述A/D转换器用于将经过模拟信号预处理电路处理的呼吸运动模拟信号转换成数字信号，所述单片机用于根据皮肤电阻信号和数字信号进行阻塞性呼吸障碍判定，所述单片机连接A/D转换器以及皮肤电阻传感器。
2.根据权利要求1所述的用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于：所述加速度传感器为三轴加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于：所述皮肤电阻传感器为与人体相接触两个金属电极，其作用是测量皮肤阻抗。
4.根据权利要求1所述的用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于：还包括用于外部信息和外部控制指令输入的按键和用于输出监测结果的显示屏，所述按键和显示屏均与单片机电连接。
5.根据权利要求1所述的用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于：还包括用于固定加速度传感器的载体。
6.根据权利要求5所述的用于检测阻塞性呼吸障碍的装置，其特征在于：所述载体为用于将加速度传感器贴附在人体胸/腹部的粘结剂或用于将所述加速度传感器固定在人体胸/腹部的弹性绑带或粘结胶带。
7.一种基于检测阻塞性呼吸障碍的装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)采集人体的胸/腹部的呼吸运动模拟信号和腹/胸部的皮肤电阻信号；
(2)对胸/腹部的呼吸运动模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号；
(3)根据步骤(2)中的数字信号和腹/胸部的皮肤电阻信号之间的关系对人体的睡眠呼吸状况进行判定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170215 |