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一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置

阅读：555发布：2020-06-23

专利汇可以提供一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种睡眠监测及筛选阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置。该装置包括睡眠枕和固定于床指定位置的光纤布拉格光栅传感器，所述睡眠枕内设有反射式光电传感器监测人体颈部动脉，利用光电检测原理获取人体的血氧饱和度和脉搏波信号，通过对信号进行放大、去噪、分离，即可获得被测者血氧和脉搏波的生理信息；所述睡眠枕的内设有2×2阵列麦克风，采集人体睡眠时的鼾声信息。所述固定于指定位置的光纤布拉格光栅压力传感器，对应于被测者胸部，用于采集人体呼吸和体动信号。该装置实现了对被测者呼吸、脉搏、鼾声和体动信号的非接触式测量，避免了由于电极过多造成被测者睡眠时无法自然入睡的影响，能够实现监测被测者整晚睡眠，为阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的筛查提供重要参数。，下面是一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于，所述睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置包括：
血氧、脉搏波采集模块，包括发光驱动器、发光管和光敏传感器；所述发光驱动器用于驱动发光管，所述发光管和光敏传感器设置在被测部位的同侧，利用发光管发射红光和红外光采集血氧饱和度信息，光敏传感器通过接收被测部位的反射光采集数据；利用发光管发射的红外线也可采集脉搏波信号；
鼾声采集模块，采集被测者睡眠时鼾声信息；
呼吸、体动采集模块，利用光纤布拉格光栅传感器，感受被测者胸部呼吸产生的压力变量，获取呼吸波图形和人体体动信号；
数据处理模块，与所述血氧、脉搏波采集模块、鼾声采集模块、呼吸、体动采集模块连接，用于将各个采集模块采集到的各生理信号的数据进行处理；
数据存储模块，通过USB 接口电路与所述处理模块连接，用于存储数据。
2.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：使用红光和红外光对人体颈部动脉进行测量，经过光电转换得到两路光电流信号；
使用基于等波纹逼近法设计低通滤波器除去高频随机干扰，通过提取信号中残存的直流分量，与原信号做差消除直流成分引起的基线漂移干扰；根据朗伯比尔定律计算得出血氧饱和度值。
3.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：脉搏波的相关信息通过光电容积描记法来获得，通过实时描记被测部位的光吸收量来获取外围血管的血液容积随心脏搏动而产生的脉动性变化进而获得相应的光电容积脉搏波信号(PPG)。
4.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：利用2×2阵列Acoustic麦克风来检测鼾声，采用一种基于无线增益巴特沃兹低通滤波器的算法对鼾声信号进行处理，鼾声在时域上具有连续性与均匀性，在频域上具有特定的频率宽度和共振峰，其频域宽度较语音信号更具有规律性与周期性，共振峰能够反映声道的物理特征，进而与语音信号区分开来，因此该方法能够实现家具环境下的鼾声检测。
5.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：基于光纤布拉格光栅传感器，利用外界压力变化影响光纤光栅折射率调制周期和纤芯折射率变化，进而影响光纤光栅反射谱峰值波长的移动，通过测量布拉格波长的移动量来获取呼吸和体动信号的测量。
6.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：通过有线数据传输装置，将各个经过处理后的生理信号数据传经USB接口电路送至数据存储模块。
7.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：该装置可实现生理信号的非接触测量，非接触是指非直接电接触或非机械接触。
8.如权利要求1所述的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，其特征在于：内置于睡眠枕内部的反射式光电传感器能够同时获取脉搏波相关信号和血氧信号，固定于床指定位置的光纤布拉格光栅传感器可同时获取呼吸信号和体动信号。

说明书全文

一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置

技术领域

[0001] 本发明属于一种生理参数检测装置，尤其涉及一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置。

背景技术

[0002] 睡眠对人的身体健康是十分重要的，人的一生中约有三分之一的时间在睡眠中度过，睡眠是作为生命所必须的过程，是机体恢复、整合和巩固记忆的重要环节。睡眠障碍是睡眠量的异常及睡眠质的异常，或在睡眠时发生某些临床症状，其中，阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(Obstructive sleep apnea，OSA)是常见疾病，常伴有夜间睡眠过程中反复的上呼吸道完全或部分塌陷导致呼吸暂停或低通气症状，通常睡眠过程中出现每小时5次以上的呼吸暂停或低通气即视为异常，尽管大多数呼吸暂停会被短暂微觉醒所终止，而频繁觉醒导致睡眠片段化，严重影响了睡眠结构个睡眠质量，同时还是高血压、心脏病、脑血管疾病等多种疾病的危险因素，因此夜间睡眠监测和对阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的筛查是十分必要的。

[0003] 随着物联网、远程医疗、便携式生理数据检测等技术的发展，智能化的居家健康服务得到了广泛的认可。多导睡眠监测(Polysomnography，PSG)被认为是睡眠监测和诊断阻塞性睡眠呼吸低通气综合症(OSAHS)的“金标准”，尽管该方法能够记录并分析脑电(EEG)、心电(ECG)、眼电(EOG)、肌电(EMG)、鼾声、脉搏、血氧饱和度等睡眠呼吸参数，医生通过对数十项生理信号参数进行分析，对病情做出判断，但过程极为复杂。该设备体积庞大，不变移动，检查程序繁琐，费用昂贵，并且该种睡眠记录仪为接触式测量，电极和传感器粘贴安放在被测者身上，并通过导线与仪器连接，被测者不能在自然状态下入睡进而影响睡眠质量，对监测结果也有影响。现有的一些便携式睡眠呼吸检测设备，检测参数单一，无法为医疗过程提供准确判断的依据。

发明内容

[0004] 本发明提供的是一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，通过检测人体的生理参数来实现睡眠的监测和睡眠质量的评估，并为塞性睡眠呼吸暂停综合症的筛查提供重要参数。

[0005] 本发明为了实现上述目的，可以使用以下方案：

[0006] 本发明提供了一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，包括：睡眠枕和固定于床指定位置的光纤布拉格光栅传感器，其特征在于，具有：血氧和脉搏波采集模块；鼾声采集模块；呼吸和体动采集模块；数据处理模块；数据存储模块。其中，睡眠枕包括了血氧和脉搏波采集模块、鼾声采集模块，利用反射式光电传感器采集脉搏波和血氧饱和度信号，利用2×2阵列Acoustic麦克风采集鼾声信号；固定于床指定位置的光纤布拉格光栅传感器，用于检测人体对应于胸部压力变量，经过A/D转换、放大、滤波、去噪得到人体的呼吸及体动的生理电信号。

[0007] 本发明所涉及的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，睡眠枕内设有反射式光电传感器和Acoustic麦克风，两个发光二极管进行红光(660nm)和红外光(940nm)的发光控制，通过光敏传感器接收反射回来的光信号中产生电流，电流信号经过放大器被放大，并转化成电压信号，再经A/D转化器转换成数字信号，由微处理器处理后得到连续、稳定的随光变化的脉搏波和血氧信号。运用朗伯比尔(Lambert-beer)定律，根据红光和红外光经过病人血液时被吸收程度的不同，计算血液中的血氧饱和度。使用基于等波纹逼近法设计低通滤波器除去高频随机干扰，通过提取信号中残存的直流分量，与原信号做差消除直流成分引起的基线漂移干扰。

[0008] 所述脉搏波的相关信息使用光电容积描记法获得，由于光受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱。其中，皮肤肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化。光接收器接收到的光强度随血容量的变化呈脉动性变化，将此光强度变化信号转换成电信号，便可获得容积脉搏血流的变化。通过实时描记被测部位的光吸收量，对一副图像的所有像素求平均值，得到光体积描记图曲线中的一点，相同的操作提取光体积描记图，即得到相应的光电容积脉搏波信号(PPG)。

[0009] 所述Acoustic麦克风用于实现鼾声检测，经过单片机对被测者鼾声的分析处理，获取鼾声响度、鼾声频率、鼾声指数等相关数据，被测者的声音数据将被保存至数据存储模块。其中，为了准确采集人体睡眠时不同姿势的鼾声信息，本发明采用2×2阵列Acoustic麦克风来实现。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对于改进的接触式震动传感器4×4阵列、8×8阵列及16×16阵列检测鼾声信号，也均属于本发明的保护范围。

[0010] 本发明所涉及的一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，固定于指定位置的光纤布拉格光栅传感器，通过感受人体的压力变化，获得人体的呼吸及体动信号。由于人体呼吸、体动产生的压力变化，引起光纤布拉格光栅传感器折射率调制周期和纤芯折射率变化，进而影响光纤光栅反射谱峰值波长的移动，通过测量布拉格波长的移动量和信号分离，分别获取呼吸和体动信号的测量。

[0011] 所述光纤布拉格光栅传感器，由光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统及光纤构成。可将压力状态变量转换为可测得光信号，由于光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，变为我们需要的电信号。该传感器结构紧凑，结实耐用，构建简单，维护费用低，且比一般传感器便宜。

[0012] 发明效果

[0013] 本发明涉及一种睡眠监测及筛查阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的装置，能够利用本装置实现人体生理信号的非接触式检测，使被测者能够在自然入眠状态下实现睡眠监测，评估睡眠质量，同时能够为阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的筛查提供重要参数。该装置能够实现家居环境下检测睡眠参数，操作过程简单，成本低廉，更容易普及到广大百姓家庭生活中，具有极大的社会价值和经济效益。附图说明

[0014] 图1是本发明装置的设计示意图。

[0015] 图2是本发明中光纤布拉格光栅传感器的结构图。

[0016] 图3是本发明中血氧饱和度及脉搏波采集流程图。

[0017] 图4是本发明中呼吸、体动信号采集流程图。

具体实施方式

[0018] 以下是结合附图和具体实施对本发明作进一步详细说明。

[0019] 图1为发明装置的设计示意图。

[0020] 如图1所示，被测者躺在睡眠床上，通过血氧、脉搏波采集模块2，鼾声采集模块3，及呼吸、体动采集模块4，分别检测人体颈部动脉的血氧饱和度、脉搏波和睡眠时的鼾声，以及呼吸和体动信号，实现被测者多个睡眠生理参数的测量。所述模块分别包括睡眠枕颈部内设的反射式光电传感器、鼾声传感器和胸部设置的光纤布拉格光栅传感器44。

[0021] 睡眠枕颈部位置，设置有多个具有一定间隔的反射式光电传感器，可以采用串联的形式。目的在于，当人体在睡眠状态下处于不同的姿势时，位于不同位置的传感器仍然能够检测到目标信号。如图3所示，两个发光二极管分别发射红光(660nm)和红外光(940nm)，通过光敏传感器接收反射回来的光信号中产生电流，电流信号经过放大器被放大，并转化成电压信号，再经A/D转化器转换成数字信号，由微处理器处理后得到连续、稳定的随光变化的脉搏波和血氧信号。运用朗伯比尔(Lambert-beer)定律，根据红光和红外光经过病人血液时被吸收程度的不同，计算血液中的血氧饱和度。使用基于等波纹逼近法设计低通滤波器除去高频随机干扰，通过提取信号中残存的直流分量，与原信号做差消除直流成分引起的基线漂移干扰。

[0022] 所述脉搏波的相关信息使用光电容积描记法获得，由于光受到皮肤肌肉和血液的吸收衰减作用，检测器检测到的光强度将减弱。其中，皮肤肌肉组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而皮肤内的血液容积在心脏作用下呈搏动性变化。光接收器接收到的光强度随血容量的变化呈脉动性变化，将此光强度变化信号转换成电信号，便可获得容积脉搏血流的变化。通过实时描记被测部位的光吸收量，对一副图像的所有像素求平均值，得到光体积描记图曲线中的一点，相同的操作提取光体积描记图，即得到相应的光电容积脉搏波信号(PPG)。

[0023] 本发明采用2×2阵列Acoustic麦克风检测人体处于不同睡眠体位时的鼾声信号，包括鼾声周期、鼾声响度、鼾声频率、鼾声指数等相关数据，通过USB 接口电路送入数据存储模块，通过专业分析进行人体睡眠质量评估。所述Acoustic麦克风用于实现鼾声检测，经过单片机对被测者鼾声的分析处理，获取鼾声响度、鼾声频率、鼾声指数等相关数据，被测者的声音数据将被保存至数据存储模块。其中，为了准确采集人体睡眠时不同姿势的鼾声信息，本发明采用2×2阵列Acoustic麦克风来实现。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对于改进的接触式震动传感器4×4阵列、8×8阵列及16×16阵列检测鼾声信号，也均属于本发明的保护范围。

[0024] 设置于床的固定位置的光纤布拉格光栅传感器，用于检测人体胸部呼吸及体动产生的压力变化，如图4所示，通过测量布拉格波长的移动量，经过信号的A/D转换、放大、滤波、去噪，最终将呼吸和体动信号进行分离，分别获取二者的电生理参数，经过USB接口电路，将参数送至数据存储区。

[0025] 如图1及图2，所述光纤布拉格光栅传感器无需内嵌于床垫或者织物内，而是被简单固定于睡眠床固定位置上，与人躺卧时的背部对应。为保证该传感器能够准确测量人体在睡眠时处于不同睡眠姿势的呼吸及体位信号，本发明设置四个光纤布拉格光栅传感器对应于人体背部位置进行测量。

[0026] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也是为本发明的保护范围。

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