專利名稱：一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及呼吸治療設(shè)備領(lǐng)域，特指一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀。
背景技術(shù)：
呼吸信號和心電信號是人體最重要的生命特征。對于有睡眠呼吸暫停(OSASH)的病人，或者剛出生的嬰兒，以及某些患有呼吸系統(tǒng)疾病、心臟疾病的病人，需要實(shí)時監(jiān)測其在睡眠期間的呼吸和心跳狀況。另外，對于睡眠呼吸暫停發(fā)作的病人，還需要及時進(jìn)行治療?！岸嗥绽绽走_(dá)傳感器”在生命體征監(jiān)測上的研究與應(yīng)用已經(jīng)有較長的歷史，利用多普勒雷達(dá)傳感器可以在不直接接觸人體的狀況下，獲知人體的生命體征信號，此類技術(shù)往往用于救援生命搜救探測設(shè)備，如生命探測儀、穿墻雷達(dá)等等。這種多普勒雷達(dá)傳感器的功率往往非常大，探測范圍也較大，但是它對于人體的輻射較大?，F(xiàn)有多普勒雷達(dá)傳感器的技術(shù)尺寸較大，無法直接應(yīng)用到家庭或者醫(yī)院內(nèi)部的呼吸監(jiān)測。而且，基于多普勒雷達(dá)傳感器的對于應(yīng)用于分析呼吸頻率和心率的信號處理一直也沒有具體解決方案。另外，現(xiàn)有對于呼吸暫停的治療方式大部分是依靠手術(shù)治療或者采用呼吸機(jī)進(jìn)行臨床治療；采用手術(shù)治療往往都會復(fù)發(fā)，所以大部分的專家不建議手術(shù)，而采用呼吸機(jī)治療時需要帶鼻罩，很多病人難以接受鼻罩帶來的不適，因此還需要解決治療過程中的舒適度問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、輻射低、適用范圍廣的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括:雷達(dá)信號收發(fā)器，包括壓控振蕩器、發(fā)射天線、接收天線、混頻器和基帶芯片；所述壓控振蕩器用來產(chǎn)生脈沖信號并傳送到發(fā)射天線，所述發(fā)射天線向監(jiān)測目標(biāo)發(fā)送信號；所述接收天線用來接收監(jiān)測目標(biāo)反射回來的回波，并送入混頻器，然后在混頻器中與壓控振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行混頻；混頻之后的信號送入基帶芯片，所述基帶芯片根據(jù)得到的信號對呼吸頻率和呼吸暫停信息做出分析處理并發(fā)出控制指令至振動電機(jī)；振動電機(jī)，與基帶芯片連接，用來對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行刺激以使監(jiān)測目標(biāo)呼吸順暢；電源，用來為上述各部件供電。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述接收天線經(jīng)依次相連的低噪放、由第二放大器和第三放大器組成的二級放大器后與混頻器相連。所述壓控振蕩器經(jīng)第一放大器與發(fā)射天線相連。本實(shí)用新型還包括網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)接口接入互聯(lián)網(wǎng)。[0014]所述振動電機(jī)產(chǎn)生的振動用來對監(jiān)測目標(biāo)的氣道進(jìn)行刺激。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、功率低、輻射低、成本低廉、操作簡便、適用范圍廣，其采用低成本的小型雷達(dá)傳感器實(shí)時監(jiān)測人在睡眠時段的呼吸和心跳信息，進(jìn)行呼吸暫停分析，預(yù)測呼吸暫停的發(fā)生，并在發(fā)生呼吸暫停后及時啟動振動電機(jī)進(jìn)行擴(kuò)張氣道的刺激，誘導(dǎo)氣道暢通，促使呼吸正常進(jìn)行。該治療儀的監(jiān)測結(jié)果精度高，且與人體無直接接觸，更容易被病人所接受和使用。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型基帶芯片中采用的頻域率估計算法的流程示意圖。圖3是本實(shí)用新型基帶芯片中采用的時域率估計算法的流程示意圖。圖4是本實(shí)用新型基帶芯片中采用的呼吸規(guī)則性判定方法的流程示意圖。圖5是本實(shí)用新型基帶芯片中采用的振動電機(jī)控制方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括電源5、雷達(dá)信號收發(fā)器3以及振動電機(jī)2 ;雷達(dá)信號收發(fā)器3包括壓控振蕩器6 (VC0)、第一放大器7、發(fā)射天線8、接收天線9、低噪放10、第二放大器11、第三放大器12、混頻器13和基帶芯片14，振動電機(jī)2通過連接線4與基帶芯片14連接；壓控振蕩器6 (VCO)用來產(chǎn)生5GHz的脈沖信號，通過第一放大器7傳送到發(fā)射天線8，發(fā)射天線8用來向監(jiān)測目標(biāo)發(fā)送雷達(dá)信號；接收天線9用來接收監(jiān)測目標(biāo)反射回來的回波，并經(jīng)過低噪放10去除噪聲、再經(jīng)過第二放大器11和第三放大器12進(jìn)行兩級放大后進(jìn)入混頻器13，該信號在混頻器13中與壓控振蕩器6產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行混頻，混頻之后的信號進(jìn)入基帶芯片14進(jìn)行去除噪聲、呼吸信號檢測和心跳信號檢測，并進(jìn)行呼吸頻率計算、心率計算以及呼吸暫停監(jiān)測?；鶐酒?4對計算得到的呼吸頻率和呼吸暫停信息做出分析處理，最終發(fā)出控制指令至振動電機(jī)2，即:基帶芯片14輸出的控制信號通過連接線4控制振動電機(jī)2的啟動、停止和振動強(qiáng)度，通過振動電機(jī)2的振動來對監(jiān)測目標(biāo)的氣道進(jìn)行刺激，從而使得呼吸順暢。進(jìn)一步，本實(shí)用新型的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀還設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)接口接入互聯(lián)網(wǎng)，并將治療儀工作時的數(shù)據(jù)發(fā)送到專家系統(tǒng)所在的服務(wù)器。本實(shí)用新型治療儀的工作流程為:1.啟動呼吸暫停治療儀，開始自動搜尋監(jiān)測目標(biāo)；2.將振動電機(jī)2通過可更換的方式貼到監(jiān)測目標(biāo)的頸部兩側(cè)；3.鎖定監(jiān)測目標(biāo)后，進(jìn)行呼吸頻率計算和心率計算；4.分析并捕捉呼吸暫停，在呼吸暫停發(fā)生時給以振動電機(jī)2啟動信號，呼吸暫停結(jié)束時給以振動電機(jī)2停止信號，發(fā)生異常時報警；5.輕按治療儀上的“上傳數(shù)據(jù)”按鈕，可以將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到專家系統(tǒng)所在的服務(wù)器。這樣，本實(shí)用新型就可以直接應(yīng)用于家庭中對患有阻塞性睡眠暫停的病人進(jìn)行治療，或者給醫(yī)院里已經(jīng)被診斷為阻塞性睡眠呼吸暫停的病人使用。本實(shí)用新型采用非接觸式的方式進(jìn)行呼吸暫停治療，能夠令病人感覺舒適，滿足不被束縛的人性化需求，具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。如圖2所示，為基帶芯片14中執(zhí)行的頻域率估計算法，用于在頻域計算呼吸頻率和心率。該頻域率估計算法的詳細(xì)步驟如下:1.取解調(diào)后數(shù)據(jù)X的M個樣本(M = 2880或其他);這M個樣本包含了非呼吸運(yùn)動和其他噪聲和干擾信號；2.將數(shù)據(jù)X中的所有非呼吸信號和干擾信號的所有時間間隔設(shè)為零；3.將數(shù)據(jù)X中的每個數(shù)減去X的均值；4.頻域中的呼吸頻率如下確定:4.1對于X的所有樣本進(jìn)行傅立葉變換(DFT)，不做窗口，補(bǔ)零和插值算法；4.2頻域率估計是X中具有最大幅值的頻率。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，可以是在最小呼吸頻率6和最大呼吸頻率48之間的一個最大幅值的頻率。如圖3所示，為基帶芯片14中執(zhí)行的呼吸頻率的時域率估計算法。該時域率估計算法的詳細(xì)步驟如下:1.取解調(diào)后數(shù)據(jù)X的M個樣本(M = 2880或其他);這M個樣本包含了非呼吸運(yùn)動和其他噪聲和干擾信號；2.將數(shù)據(jù)X中的所有非呼吸信號和干擾信號的所有時間間隔設(shè)為零；3.將數(shù)據(jù)X中的每個數(shù)減去X的均值；4.時域的率估計如下確定:4.1令屮為樣本的索引，使得X [Ui]彡O且x[ui+1]>0 (過零點(diǎn))；4.2令是[Ui, ui+1]區(qū)間內(nèi)的最大幅值；4.3 令 A = max Cai),則存在三個不同的數(shù) i, j，k，使得 ap0.1A , a」>0.1A, ak>0.1A ；4.4如果在步驟c)中不存在A，則無法確定呼吸頻率；4.5否則記一個呼吸周期I為區(qū)間[Ui, ui+1], gi = I滿足下述條件:1.ai>0.1Ai1.y(η) =1 對于ii1.z(n)=l 對于 UiCrKUw其中y(n)和ζ (η)分別是運(yùn)動窗口和裁剪窗口 ；4.6否則41 = 0;4.7令λ是gi = I的連續(xù)呼吸的最大數(shù)目。如果λ〈2，那么無法確定呼吸頻率，否則呼吸頻率為(60Χ100Χ X)/((ui+A-Ui)。本實(shí)用新型的呼吸暫停治療儀對呼吸頻率的估計和心率的估計分別按照圖2和圖3的頻域率估計和時域率估計算法進(jìn)行，最后給出的呼吸頻率為頻域呼吸頻率估計和時域呼吸頻率估計的均值；如果呼吸頻率的頻域估值和時域估值差值大于4，則表示系統(tǒng)監(jiān)測信息不充分，暫停振動電機(jī)2 ;否則顯示頻域估值作為呼吸頻率；心率的計算方式為:如果心率的頻域估計和時域估計的差值大于12，則表示系統(tǒng)監(jiān)測信息不充分，否則將心率的頻域估值作為心率。如圖4所示，為基帶芯片 14中執(zhí)行的呼吸規(guī)則性判定方法。該呼吸規(guī)則性判定方法的具體步驟為:[0051]1.取M個呼吸信號，M取值為50 100 ;計算呼吸一呼吸間隔的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差；2.計算M個呼吸信號的每次呼吸的呼吸深度的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差；3.計算呼吸一呼吸間隔的協(xié)方差Cl ;并計算呼吸深度的協(xié)方差C2 ；4.如果Cl〈閾值并且C2〈閾值，則判定呼吸為規(guī)則呼吸；5.如果步驟4的判斷不成立，則判定為不規(guī)則呼吸；對呼吸一呼吸間隔和呼吸深度進(jìn)行FFT變換，檢查波形中是否存在周期性元素；6.如果呼吸不存在周期性，則再增加呼吸的樣本到2M個，返回步驟2進(jìn)行處理；如果2M個樣本檢測不到周期性，則判定為呼吸無周期性，計算全范圍內(nèi)的平均呼吸頻率，并計算呼吸暫停事件的均值；7.如果周期是規(guī)則的，則計算每周期的呼吸暫停長度，并求均值，得出每周期的平均呼吸暫停長度；8.對計算的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類。如果呼吸規(guī)則，給出“呼吸規(guī)則一X次呼吸/分鐘”的指示，如果呼吸不規(guī)則，指示“周期性一不規(guī)則”。如果存在呼吸暫停，則指示“平均呼吸暫停長度Y” ;如果呼吸不規(guī)則，則指示“Z次呼吸暫停/分鐘”。如圖5所示，為振動電機(jī)2的控制算法，該振動電機(jī)2控制算法的具體步驟如下:1.t=t+delta_t ；在時間區(qū)間[t，t+delta_t]內(nèi)，需要滿足以下條件中的一個:a)檢測不到心肺運(yùn)動；b)非心肺運(yùn)動信號大于心肺運(yùn)動信號；2.如果滿足步驟I中的條件a)或者b),則標(biāo)記[t, t+delta_t]為清醒時段；3.否則，在時間區(qū)間[t，t+delta_t]內(nèi)，滿足以下條件:a)平均心肺運(yùn)動信號大于非心肺運(yùn)動信號；b)非心肺運(yùn)動信號次數(shù)大于I次；4.如果滿足步驟3中條件a)和條件b)，則回到步驟I ;5.在時間區(qū)間[t, t+delta_t]內(nèi)，滿足下述條件:呼吸暫停時間>1.5個呼吸周期；6.如果不滿足步驟5中的條件，則停止振動電機(jī)2，回到步驟I ;7.如果滿足步驟5中的條件，則啟動振動電機(jī)2 ；8.如果連續(xù)的清醒時段超過10個，則表示睡眠結(jié)束，算法結(jié)束。以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，其特征在于，包括: 雷達(dá)信號收發(fā)器(3)，包括壓控振蕩器(6)、發(fā)射天線(8)、接收天線(9)、混頻器(13)和基帶芯片(14);所述壓控振蕩器(6)用來產(chǎn)生脈沖信號并傳送到發(fā)射天線(8)，所述發(fā)射天線(8)向監(jiān)測目標(biāo)發(fā)送信號；所述接收天線(9)用來接收監(jiān)測目標(biāo)反射回來的回波，并送入混頻器(13)，然后在混頻器(13)中與壓控振蕩器(6)產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行混頻；混頻之后的信號送入基帶芯片(14)，所述基帶芯片(14)根據(jù)得到的信號對呼吸頻率和呼吸暫停信息做出分析處理并發(fā)出控制指令至振動電機(jī)(2)； 振動電機(jī)(2)，與基帶芯片(14)連接，用來對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行刺激以使監(jiān)測目標(biāo)呼吸順暢； 電源(5)，用來為上述各部件供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，其特征在于，所述接收天線(9)經(jīng)依次相連的低噪放(10)、由第二放大器(11)和第三放大器(12)組成的二級放大器后與混頻器(13)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，其特征在于，所述壓控振蕩器(6)經(jīng)第一放大器(7)與發(fā)射天線(8)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，其特征在于，還包括網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)接口接入互聯(lián)網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，其特征在于，所述振動電機(jī)(2)產(chǎn)生的振動用來對監(jiān)測目標(biāo)的氣道進(jìn)行刺激。
專利摘要一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括雷達(dá)信號收發(fā)器，包括壓控振蕩器、發(fā)射天線、接收天線、混頻器和基帶芯片；所述壓控振蕩器用來產(chǎn)生脈沖信號并傳送到發(fā)射天線，所述發(fā)射天線向監(jiān)測目標(biāo)發(fā)送信號；所述接收天線用來接收監(jiān)測目標(biāo)反射回來的回波，并送入混頻器，然后在混頻器中與壓控振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行混頻；混頻之后的信號送入基帶芯片，所述基帶芯片根據(jù)得到的信號對呼吸頻率和呼吸暫停信息做出分析處理并發(fā)出控制指令至振動電機(jī)；振動電機(jī)，與基帶芯片連接，用來對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行刺激以使監(jiān)測目標(biāo)呼吸順暢；電源，用來為上述各部件供電。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、輻射低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號A61H31/00GK203029599SQ201320014419
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者韓明華, 衣曉飛, 王生水, 吳鋒濤 申請人:湖南納雷科技有限公司