專利名稱：一種家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種呼吸信號監(jiān)測技術，特別涉及一種適用于家庭的非接觸睡眠監(jiān)測裝置及方法。
背景技術：
近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學的日益進步，睡眠醫(yī)學作為現(xiàn)代醫(yī)學的重要組成部分逐漸建立和發(fā)展起來。對睡眠呼吸方面的研究直接關系到對睡眠疾病的研究，因此睡眠呼吸成為了睡眠醫(yī)學中較為關心的問題，特別是睡眠呼吸暫停低通氣綜合癥(Sleep HypopneaSyn-drome, SAHS)受到了廣泛的重視。 睡眠呼吸暫停綜合癥是一種嚴重危害人們健康和生命的疾病，美國的流行病學資料顯示，睡眠呼吸暫停綜合癥的主要病發(fā)人群是40歲以上的成年男性，人群的發(fā)病率高達1%-4%，在我國還沒相關的流行病學資料。睡眠呼吸暫停綜合癥是指在每晚7個小時睡眠的情況下，周期性的出現(xiàn)呼吸暫停(上呼吸道無氣流通過達到IOs以上)的發(fā)生次數(shù)大于30次或者每小時睡眠呼吸暫停的發(fā)生次數(shù)多于5次。這種病癥除導致或加重呼吸衰竭外，還是腦血管意外、心肌梗塞和高血壓的重要危險因素之一。盡早合理的診治，可明確提高患者生活質量，預防各種并發(fā)癥的發(fā)生。因此，對睡眠呼吸的監(jiān)護是預防和診治睡眠呼吸障礙的首要步驟，對呼吸頻率、呼吸節(jié)律的監(jiān)測能夠確切反應患者的通氣狀況，并指導機械通氣治療和臨床用藥。關于睡眠狀態(tài)下人體生理信號監(jiān)測技術，由于它對睡眠健康監(jiān)測至關重要，而受到各國高度的重視。根據(jù)不同患者的需要，睡眠監(jiān)測方法主要有(I)多導睡眠監(jiān)測系統(tǒng)；
(2)微動靈敏睡眠床墊；(3)遠程家庭醫(yī)療監(jiān)護網。上述方法中，多導睡眠監(jiān)測系統(tǒng)一般由主機、顯示器、放大器、采集盒、EEG/ECG/E0G/EMG傳感器、胸腹運動傳感器、熱敏氣流傳感器、血氧傳感器、鼾聲傳感器、體位傳感器、信號電纜、隔離電源組成，記錄并分析睡眠時EEG、ECG、EOG、EMG、胸腹式呼吸運動、鼾聲、脈搏、血氧飽和度、脈搏波、呼吸頻率、體位等睡眠呼吸參數(shù)，對睡眠障礙、睡眠呼吸紊亂和睡眠呼吸暫停、低通氣綜合征疾病進行分析、診斷。通過對以上參數(shù)的記錄與分析，對睡眠障礙、睡眠呼吸紊亂和睡眠呼吸暫停、低通氣綜合征疾病進行分析、診斷。多導睡眠監(jiān)測是當今睡眠醫(yī)學中的一項重要新技術，在世界睡眠研究界又被稱為診斷睡眠障礙疾病的〃金標準"，對于診治各種睡眠障礙相關疾病、保障人們健康正發(fā)揮越來越重要的作用。但是在監(jiān)測過程中需要專業(yè)人員安裝多種傳感器和連接導線直接接觸人體，在長時間連續(xù)監(jiān)測時對人體帶來很大的心理負荷，直接影響到睡眠監(jiān)測結果的客觀性，適用于對醫(yī)院監(jiān)測設備和環(huán)境不敏感的人群。微動靈敏睡眠床墊采用靈敏度極高的氣床壓力傳感器，測量人體心搏和呼吸引起的壓力變化來測量BCG、呼吸、心率和翻身等體動。床墊分為四個區(qū)分別測量、互相校正信號，能夠準確地測量每次心跳的心動周期，并能進行睡眠時心率變異性分析和自主神經功能的評定，對睡眠呼吸暫停綜合征起到輔助診斷作用。國內典型的多功能睡眠床墊是由北京空軍醫(yī)學研究所俞夢孫院士帶領的研究小組研制的，主要用于飛行員的睡眠監(jiān)測，最大限度地降低飛行事故。該方法由于采用睡眠床墊，使人能夠在睡眠的自然狀態(tài)下完成生理信號的無創(chuàng)監(jiān)測，在睡眠監(jiān)測中具有重要作用。但是其檢測設備價格昂貴，不適用家庭睡眠監(jiān)測。遠程家庭醫(yī)療監(jiān)護網采用普遍使用的電話和個人計算機作基礎，以家庭近距離遙測技術、遠距離電話通訊網為技術平臺，形成以心電、血壓等重要的生理參數(shù)為主的監(jiān)護網絡系統(tǒng)，實現(xiàn)病人在家中就能及時得到中心醫(yī)院的監(jiān)護和急救處理和病情分析等多種功能。但是，心電、血壓的獲取仍然采用傳感器接觸人體，也不適用于家庭睡眠監(jiān)測。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于家庭的睡眠監(jiān)測裝置及方法，通過對睡眠狀態(tài)下的人體進行無約束、非接觸的呼吸率監(jiān)測，在發(fā)生睡眠呼吸暫停時進行報警，在不影響人體正常睡眠的同時，實現(xiàn)對其睡眠狀態(tài)的非接觸式監(jiān)測。
為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的一種家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置，其特征在于，包括發(fā)射、接收天線、非接觸生物雷達前端、DSP處理器，其中，非接觸生物雷達前端通過發(fā)射天線向睡眠者胸壁定向發(fā)射脈沖序列信號，通過接收天線拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信號，經過相關檢測和可變延遲處理后輸出給DSP處理器，DSP處理器對睡眠者呼吸信號進行呼吸模式自動識別和控制。所述非接觸生物雷達前端包括一個窄脈沖成形模塊、一個距離門模塊、一個相關檢測模塊和一個積分-微分模塊，所述窄脈沖成形模塊產生窄脈沖序列信號通過外接發(fā)射天線輻射出去，窄脈沖序列被睡眠者因呼吸引起的胸壁微動所反射，其回波信號被外接接收天線接收，通過相關檢測模塊對窄脈沖回波進行解調后輸出到積分-微分模塊，提取出睡眠者呼吸微動信息，所述距離門模塊連接相關檢測模塊，實現(xiàn)探測區(qū)內的距離選通和掃描；所述外接發(fā)射天線與接收天線與睡眠者的胸部距離不超過0. 5米。一種采用前述裝置的非接觸睡眠監(jiān)測方法，其特征在于，包括下述步驟(I)打開家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置的電源，DSP處理器對非接觸生物雷達前端進行硬件自檢，準備就緒時開始采集呼吸信號；(2)然后DSP處理器對呼吸信號進行預處理，包括低通FIR濾波和歸一化處理，將呼吸信號的幅值按比例縮放到[-1，I]的區(qū)間；(3)將預處理后的呼吸信號提取其短時平均幅度、短時方差、短時頻譜三個特征組成呼吸信號模式識別的特征向量空間；(4)得到呼吸信號的特征相量空間后，采用聚類分析進行呼吸模式自動分類和判別，(5)如果判別呼吸信號為呼吸暫停，則觸發(fā)DSP處理器外圍的聲光報警電路進行報警。上述方法中，所述的歸一化處理按以下公式進行y= (x-Min) / (Max-Min)其中X為數(shù)字濾波后的呼吸信號，y為歸一化的呼吸信號，Max和Min分別表示濾波后呼吸信號的最大值和最小值。所述的短時平均幅度按以下公式計算
權利要求
1.一種家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置，其特征在于，包括發(fā)射、接收天線、非接觸生物雷達前端、DSP處理器，其中，非接觸生物雷達前端通過發(fā)射天線向睡眠者胸壁定向發(fā)射脈沖序列信號，通過接收天線拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信號，經過相關檢測和可變延遲處理后輸出給DSP處理器，DSP處理器對睡眠者呼吸信號進行呼吸模式自動識別和控制。
2.如權利要求1所述的家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置，其特征在于，所述非接觸生物雷達前端包括一個窄脈沖成形模塊、一個距離門模塊、一個相關檢測模塊和一個積分-微分模塊，所述窄脈沖成形模塊產生窄脈沖序列信號通過外接發(fā)射天線輻射出去，窄脈沖序列被睡眠者因呼吸引起的胸壁微動所反射，其回波信號被外接接收天線接收，通過相關檢測模塊對窄脈沖回波進行解調后輸出到積分-微分模塊，提取出睡眠者呼吸微動信息，所述距離門模塊連接相關檢測模塊，實現(xiàn)探測區(qū)內的距離選通和掃描；所述外接發(fā)射天線與接收天線與睡眠者的胸部距離不超過O. 5米。
3.一種非接觸睡眠監(jiān)測方法，采用權利要求1所述的家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置實現(xiàn)，其特征在于，包括下述步驟 (1)打開家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置的電源，DSP處理器對非接觸生物雷達前端進行硬件自檢，準備就緒時開始采集呼吸信號； (2)然后DSP處理器對呼吸信號進行預處理，包括低通FIR濾波和歸一化處理，將呼吸信號的幅值按比例縮放到[-1，I]的區(qū)間； (3)將預處理后的呼吸信號提取其短時平均幅度、短時方差、短時頻譜三個特征組成呼吸信號模式識別的特征向量空間； (4)得到呼吸信號的特征相量空間后，采用聚類分析進行呼吸模式自動分類和判別， (5)如果判別呼吸信號為呼吸暫停，則觸發(fā)DSP處理器外圍的聲光報警電路進行報警。
4.如權利要求3所述的非接觸睡眠監(jiān)測方法，其特征在于，所述的歸一化處理按以下公式進行y= (χ-Min)/(Max-Min) 其中X為數(shù)字濾波后的呼吸信號，y為歸一化的呼吸信號，Max和Min分別表示濾波后呼吸信號的最大值和最小值。
5.如權利要求3所述的非接觸睡眠監(jiān)測方法，其特征在于，所述的短時平均幅度按以下公式計算 Μ = φχ[η]\)/Ν，其中N表示呼吸信號的點數(shù)，|χ[η]|表示呼吸信號的幅值。
6.如權利要求3所述的非接觸睡眠監(jiān)測方法，其特征在于，所述的的短時方差按以下公式計算 S2=TfE(-y -·^2，其中N表示呼吸信號的點數(shù)，_表示呼吸信號的均值。
7.如權利要求3所述的非接觸睡眠監(jiān)測方法，其特征在于，所述采用聚類分析進行呼吸模式自動分類和判別步驟中，判別函數(shù)采用以下表達式 g (X) =w’ X+ ω ο 其中，w是權向量，Qci為閾值權，判定規(guī)則如下g(x)>0則判定QpgkXO則判定ω2，如果g(X) =0，把這種情況也歸為O1類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種家用非接觸睡眠監(jiān)測裝置及方法，包括發(fā)射、接收天線、非接觸生物雷達前端、DSP處理器，非接觸生物雷達前端通過發(fā)射天線向睡眠者胸壁定向發(fā)射脈沖序列信號，通過接收天線拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信號，經過相關檢測和可變延遲處理后輸出給DSP處理器，DSP處理器對睡眠者呼吸信號進行預處理、呼吸特征向量提取和聚類分析等步驟實現(xiàn)呼吸模式自動識別和控制，在不影響人體正常睡眠的前提下，可進行聲光報警，強制讓呼吸暫停的睡眠者清醒。
文檔編號A61B5/08GK103006223SQ201210540180
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者路國華, 楊芳, 王健琪, 李盛, 荊西京, 呂昊, 王 華, 薛慧君, 張華 , 馬騰 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學