一種基于氣墊床的睡眠呼吸信號(hào)采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于氣墊床的睡眠呼吸監(jiān)護(hù)系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 睡眠呼吸暫停綜合征（Sleep Apnea Syndrome:SAS)是人類生命和健康的潛 在殺手[1]。SAS是一種睡眠中發(fā)生呼吸暫停的睡眠障礙。根據(jù)R&K手冊(cè)[1]，人體睡眠 中的呼吸障礙可分成兩種 [2]:①無呼吸（Apnea) : 口或者鼻的氣流停止流動(dòng)超過十秒； ②低呼吸（Hypopnea):換氣量低于50%時(shí)間超過十秒。醫(yī)學(xué)上，"無呼吸/低呼吸指 數(shù)"(Apnea_hypopnea Index，AHI)定義是指平均一小時(shí)內(nèi)無呼吸及低呼吸事件的次數(shù)。在 成人，普遍將AHI高于5診斷為患有睡眠呼吸暫停；在兒童，診斷數(shù)值未有定案，有人將AHI 高于1. 5定義為兒童睡眠呼吸暫停[3]。呼吸暫停綜合癥一般可以分為以下3種類型：阻塞 性睡眠呼吸暫停（OSA)，中樞性呼吸暫停（CSA)及混合型睡眠暫停（MSA) [3]。其中OSA患者 最為普遍，占84%的比例。OSA與CSA的主要區(qū)別在于呼吸道是否通暢。
[0003] 成人呼吸暫停臨床表現(xiàn)為鼾聲巨大；鼾聲時(shí)常因呼吸暫停中斷，然后出現(xiàn)喘氣； 日間嗜睡，日間專注度，認(rèn)知能力下降；清晨頭痛；體重增加等。兒童發(fā)生呼吸暫停表現(xiàn)為 夜間睡眠時(shí)有打鼾、呼吸聲音異常；白天會(huì)有好動(dòng)及嗜睡 [4]。這些癥狀比較十分常見，也因 此容易被忽略。事實(shí)上，統(tǒng)計(jì)資料顯示，國外睡眠呼吸暫停綜合征的發(fā)病率是2%到4%，我 國的統(tǒng)計(jì)大概是3%到4%左右，并有逐年提高的趨勢(shì) [5]，呼吸暫停綜合癥在中年男性最為 普遍；男性的發(fā)病率約為女性的2至8倍。
[0004] 其中早產(chǎn)兒的呼吸暫停綜合癥，因早產(chǎn)兒發(fā)病率高、抵抗力較弱、危害嚴(yán)重，尤為 受關(guān)注。由于早產(chǎn)兒的中樞呼吸系統(tǒng)發(fā)育不完善，區(qū)別于成人，其調(diào)節(jié)呼吸的能力有限，容 易出現(xiàn)呼吸障礙，因此這個(gè)群體患上呼吸暫停綜合癥的概率比一般群體要高得多。據(jù)臨床 統(tǒng)計(jì)，約40?50%的早產(chǎn)兒會(huì)有周期性呼吸的癥狀出現(xiàn)；周期性呼吸是呼吸異常的一種， 表現(xiàn)為呼吸加快加強(qiáng)減弱減慢的交替出現(xiàn)。因?yàn)樵绠a(chǎn)兒自主調(diào)節(jié)呼吸的能力弱，患有周期 性呼吸的早產(chǎn)兒中約有一半會(huì)發(fā)展為呼吸暫停。而且胎齡越小的早產(chǎn)兒，身體功能越不完 善，患上呼吸暫停綜合癥的概率越大 [6]。此外缺氧、體溫變化、低血糖等因素同樣可能導(dǎo)致 新生兒的呼吸暫停綜合癥。呼吸暫停對(duì)于新生兒來說是一種嚴(yán)重生理障礙。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新生兒 出現(xiàn)呼吸暫停時(shí)，需要盡快對(duì)其實(shí)施呼吸幫助和其他救助措施，維持生命機(jī)體的正常工作。 如沒有得到及時(shí)處理，長(zhǎng)時(shí)期缺氧可導(dǎo)致腦損傷、肌肉萎縮等，對(duì)新生兒的身體和智力發(fā) 展不利，嚴(yán)重時(shí)甚至造成窒息死亡 [7]。
[0005] 成年人及兒童的呼吸暫停并未受到廣泛的關(guān)注，雖然其沒有癌癥、肺結(jié)核等疾病 的致死率高，但是其對(duì)患者個(gè)人和社會(huì)都具有明顯的危害，如圖1-1所示。它不僅影響患 者個(gè)人休息，導(dǎo)致個(gè)人日間疲憊；而且睡眠過程中長(zhǎng)期缺氧嚴(yán)重?fù)p害機(jī)體各臟器的機(jī)體功 能 [8]，例如可導(dǎo)致心臟供血能力不足、血壓增高、胸悶氣短、頭暈眼花、內(nèi)分泌失調(diào)及肌無力 等，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生猝死。對(duì)于老年人，呼吸暫?？赡軐?dǎo)致或者加重某些心血管疾病；對(duì)于 兒童，呼吸暫停可能導(dǎo)致其發(fā)育滯后、體格瘦弱；對(duì)于孕婦呼吸暫?？赡苡绊懱旱陌l(fā)育； 除此以外，呼吸暫停常常打擾周圍人的睡眠，給家庭和社會(huì)帶來不便。
[0006] 睡眠過程中的呼吸暫停會(huì)導(dǎo)致人體供養(yǎng)不足、機(jī)體功能紊亂；進(jìn)而間接引起要有 腦電圖、心跳、血氧飽和度、睡眠結(jié)構(gòu)、呼吸利用、血壓等生理信號(hào)異常[9]。其中呼吸是最明 顯和直接的生理信號(hào)。同時(shí)呼吸是人體基本生命活動(dòng)的重要標(biāo)志。非正常的呼吸信號(hào)是呼 吸道疾病，乃至生命危險(xiǎn)的前兆。這也正是上述列舉所有家庭監(jiān)護(hù)儀都會(huì)對(duì)呼吸信號(hào)進(jìn)行 檢測(cè)的原因。
[0007] 呼吸是人體的一項(xiàng)基本生命活動(dòng)，呼吸過程中人體及其周圍的多項(xiàng)物理量（如壓 力、聲音、氣體流量、阻抗等）會(huì)發(fā)生變化。傳感器作為人體和醫(yī)療儀器的耦合環(huán)節(jié)，精確地 檢測(cè)到這些物理量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。并通過信號(hào)處理技術(shù)，將其中蘊(yùn)含的呼吸信 號(hào)特征提取出來，從而反應(yīng)出人體的呼吸狀況。這是呼吸信號(hào)檢測(cè)的一般原理。目前隨著 傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等的不斷進(jìn)步和成熟，呼吸信號(hào)的檢測(cè)方式也不斷 進(jìn)步、成熟，根據(jù)傳感器或者電極與測(cè)試者接觸與否，可將呼吸檢測(cè)手段分為以下兩大類： 接觸式檢測(cè)手段和非接觸式檢測(cè)手段。
[0008] (1)接觸式呼吸檢測(cè)手段
[0009] 接觸式呼吸檢測(cè)手段是指在信號(hào)檢測(cè)過程中傳感器或者電極與測(cè)試者直接接觸。 接觸式檢測(cè)一般有精確、可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是睡眠中呼吸監(jiān)護(hù)是個(gè)長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)過程，接觸式檢 測(cè)手段在監(jiān)護(hù)過程常常造成測(cè)試者不適，干擾測(cè)試者的自然睡眠。同時(shí)測(cè)試者在睡眠過程 中發(fā)生身體活動(dòng)，可能導(dǎo)致傳感器發(fā)生移位甚至脫落，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。
[0010] (2)非接觸式呼吸檢測(cè)手段
[0011] 非接觸式呼吸檢測(cè)手段是指在檢測(cè)過程中傳感器或者電極與測(cè)試者沒有直接接 觸。接觸式呼吸檢測(cè)在某些場(chǎng)合（如燒傷患者、新生兒等）具有局限性，非接觸式檢測(cè)具有 明顯的優(yōu)勢(shì)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種非接觸式呼吸檢測(cè)手段：
[0012] (a)生物雷達(dá)檢測(cè)。生物雷達(dá)區(qū)別與一般的雷達(dá)，具有能夠穿過床單、衣物等非金 屬物質(zhì)的特性。其工作原理：生物雷達(dá)產(chǎn)生的電磁波束達(dá)到人體身上，由于呼吸、心跳等生 理活動(dòng)，人體表面會(huì)產(chǎn)生微小的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。根據(jù)多普勒效應(yīng)，返回的電磁波相位、幅值等信 號(hào)與人體表面微動(dòng)具有一定相關(guān)性，利用此信息可以將人體生理信號(hào)提取出。第四軍醫(yī)大 學(xué)生物類大課題組在國內(nèi)首先提出基于雷達(dá)的非接觸式生理信號(hào)檢測(cè)，并通過多種軟件算 法（LMS算法、同態(tài)濾波、RLS算法、小波變換等）成功實(shí)現(xiàn)了呼吸、心跳等信號(hào)的提取和分 離，實(shí)現(xiàn)臨床監(jiān)護(hù) [1°]。但是目前這種監(jiān)護(hù)手段在家庭監(jiān)護(hù)領(lǐng)域普及尚有難度。
[0013] (b)基于特殊床墊式檢測(cè)。基于特殊床墊式檢測(cè)是指將特殊的傳感器嵌入床墊，進(jìn) 行呼吸數(shù)據(jù)測(cè)量。在睡眠監(jiān)護(hù)方面可以采用壓電傳感器、壓力傳感器、電容傳感器等。雖然 這幾類傳感器工作原理不一樣，但是在監(jiān)測(cè)睡眠呼吸上的應(yīng)用基本是一致的，都是人體躺 在特殊床墊上時(shí)，呼吸/心跳等生理活動(dòng)引起床墊微弱的微小的形變或者壓力變化；這引 起傳感器參數(shù)的變化，傳感器檢測(cè)到此微小變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過處理電路和 軟件算法把淹沒在強(qiáng)噪聲環(huán)境中的微弱呼吸等信號(hào)提取出來 [11]。
[0014] (c)視覺檢測(cè)法。視覺檢測(cè)系統(tǒng)，一般情況下至少由3部分構(gòu)成：首先是光源發(fā) 射器，用來提供光點(diǎn)陣列；第二部分為帶有一個(gè)光學(xué)帶通濾波器的電荷耦合攝像機(jī)（CCD)， 用來接收光陣列信號(hào)；最后是計(jì)算機(jī)處理器。光源在檢測(cè)對(duì)象上發(fā)射一系列的亮點(diǎn)后，由 CCD捕捉這些亮點(diǎn)；經(jīng)過視覺標(biāo)定，可以分析和獲取每一個(gè)圖像上亮點(diǎn)的移動(dòng)距離、方位等 信息。由光點(diǎn)陣列的移動(dòng)信息，可以間接得到人體微小生理活動(dòng)的頻率、幅值等信息。但是 身體活動(dòng)（如睡眠姿勢(shì)變換、翻身動(dòng)作等）對(duì)這種檢測(cè)手段的測(cè)量精度影響很大 [12]。
[0015] 現(xiàn)代的家庭監(jiān)護(hù)對(duì)生理信號(hào)的檢測(cè)手段提出了更高要求；家庭監(jiān)護(hù)不僅要求生理 信號(hào)的檢測(cè)要達(dá)到準(zhǔn)確可靠，而且還要做到舒適和便捷。非接觸式檢測(cè)和無負(fù)擔(dān)檢測(cè)是現(xiàn) 代家庭監(jiān)護(hù)的一個(gè)重要發(fā)展方向 [13]。床墊式監(jiān)護(hù)和可穿戴式監(jiān)護(hù)滿足了低負(fù)荷/無負(fù)荷 監(jiān)護(hù)的要求，不僅解放了監(jiān)護(hù)人員，而且減少監(jiān)護(hù)者的生理和心理負(fù)擔(dān)，代表了家用監(jiān)護(hù)的 發(fā)展方向，是目前家庭監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。
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