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：
本發(fā)明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(hào)和心電信號(hào)是人體最重要的生命特征。對(duì)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(shí)監(jiān)測其在睡眠期間的呼吸和心跳狀況。另外，對(duì)于睡眠呼吸暫停發(fā)作的病人，還需要及時(shí)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(hào)，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(duì)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(duì)于應(yīng)用于分析呼吸頻率和心率的信號(hào)處理一直也沒有具體解決方案。另外，現(xiàn)有對(duì)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(huì)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(shí)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(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，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案` 一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括
雷達(dá)信號(hào)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(hào)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(hào)；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(hào)進(jìn)行混頻；混頻之后的信號(hào)送入基帶芯片，所述基帶芯片根據(jù)得到的信號(hào)對(duì)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(dòng)電機(jī)；
振動(dòng)電機(jī)，與基帶芯片連接，用來對(duì)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。作為本發(fā)明的進(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(jí)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。本發(fā)明還包括網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)接口接入互聯(lián)網(wǎng)。所述振動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)用來對(duì)監(jiān)測目標(biāo)的氣道進(jìn)行刺激。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明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(shí)監(jiān)測人在睡眠時(shí)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(shí)啟動(dòng)振動(dòng)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是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明基帶芯片中采用的頻域率估計(jì)算法的流程示意圖。圖3是本發(fā)明基帶芯片中采用的時(shí)域率估計(jì)算法的流程示意圖。圖4是本發(fā)明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是本發(fā)明基帶芯片中采用的振動(dòng)電機(jī)控制方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括電源5、雷達(dá)信號(hào)收發(fā)器3以及振動(dòng)電機(jī)2 ;雷達(dá)信號(hào)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(dòng)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(hào)，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(hào)；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(jí)放大后進(jìn)入混頻器13，該信號(hào)在混頻器13中與壓控振蕩器6產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻之后的信號(hào)進(jìn)入基帶芯片14進(jìn)行去除噪聲、呼吸信號(hào)檢測和心跳信號(hào)檢測，并進(jìn)行呼吸頻率計(jì)算、心率計(jì)算以及呼吸暫停監(jiān)測?；鶐酒?4對(duì)計(jì)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(dòng)電機(jī)2，即基帶芯片14輸出的控制信號(hào)通過連接線4控制振動(dòng)電機(jī)2的啟動(dòng)、停止和振動(dòng)強(qiáng)度，通過振動(dòng)電機(jī)2的振動(dòng)來對(duì)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，本發(fā)明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(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送到專家系統(tǒng)所在的服務(wù)器。本發(fā)明治療儀的工作流程為1.啟動(dòng)呼吸暫停治療儀，開始自動(dòng)搜尋監(jiān)測目標(biāo)；
2.將振動(dòng)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(jì)算和心率計(jì)算；4.分析并捕捉呼吸暫停，在呼吸暫停發(fā)生時(shí)給以振動(dòng)電機(jī)2啟動(dòng)信號(hào)，呼吸暫停結(jié)束時(shí)給以振動(dòng)電機(jī)2停止信號(hào)，發(fā)生異常時(shí)報(bào)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，本發(fā)明就可以直接應(yīng)用于家庭中對(duì)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。本發(fā)明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(jià)值。
如圖2所示，為基帶芯片14中執(zhí)行的頻域率估計(jì)算法，用于在頻域計(jì)算呼吸頻率和心率。該頻域率估計(jì)算法的詳細(xì)步驟如下
1.取解調(diào)后數(shù)據(jù)X的M個(gè)樣本(M= 2880或其他);這M個(gè)樣本包含了非呼吸運(yùn)動(dòng)和其他噪聲和干擾信號(hào)；
2.將數(shù)據(jù)X中的所有非呼吸信號(hào)和干擾信號(hào)的所有時(shí)間間隔設(shè)為零；
3.將數(shù)據(jù)X中的每個(gè)數(shù)減去X的均值；
4.頻域中的呼吸頻率如下確定
4.1對(duì)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(jì)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(gè)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(shí)域率估計(jì)算法。該時(shí)域率估計(jì)算法的詳細(xì)步驟如下
1.取解調(diào)后數(shù)據(jù)X的M個(gè)樣本(M= 2880或其他);這M個(gè)樣本包含了非呼吸運(yùn)動(dòng)和其他噪聲和干擾信號(hào)；
2.將數(shù)據(jù)X中的所有非呼吸信號(hào)和干擾信號(hào)的所有時(shí)間間隔設(shè)為零；
3.將數(shù)據(jù)X中的每個(gè)數(shù)減去X的均值；
4.時(shí)域的率估計(jì)如下確定
4.1令Ui為樣本的索引，使得X [uJ^O且x[ui+1]>0 (過零點(diǎn))；
4. 2令&1是[Ui, ui+1]區(qū)間內(nèi)的最大幅值；
4. 3 令A(yù) = maxCai),則存在三個(gè)不同的數(shù) i, j,k,使得 apo.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(gè)呼吸周期I為區(qū)間[Ui, ui+1], gi = I滿足下述條件1.ai>0.1A
i1.y(n)=l 對(duì)于 ui<n<ui+1
ii1.z(n)=l 對(duì)于 ui<n<ui+1
其中y(n)和ζ (η)分別是運(yùn)動(dòng)窗口和裁剪窗口 ；
4.6 否則，gi = O ；
4.7令λ是81 = 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 A)/((ui+A-Ui)0本發(fā)明的呼吸暫停治療儀對(duì)呼吸頻率的估計(jì)和心率的估計(jì)分別按照?qǐng)D2和圖3的頻域率估計(jì)和時(shí)域率估計(jì)算法進(jìn)行，最后給出的呼吸頻率為頻域呼吸頻率估計(jì)和時(shí)域呼吸頻率估計(jì)的均值；如果呼吸頻率的頻域估值和時(shí)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(dòng)電機(jī)2;否則顯示頻域估值作為呼吸頻率；心率的計(jì)算方式為如果心率的頻域估計(jì)和時(shí)域估計(jì)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
1.取M個(gè)呼吸信號(hào)，M取值為50 100;計(jì)算呼吸一呼吸間隔的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差；
2.計(jì)算M個(gè)呼吸信號(hào)的每次呼吸的呼吸深度的均值和標(biāo)準(zhǔn)方差；3.計(jì)算呼吸一呼吸間隔的協(xié)方差Cl;并計(jì)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(duì)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(gè)，返回步驟2進(jìn)行處理；如果2M個(gè)樣本檢測不到周期性，則判定為呼吸無周期性，計(jì)算全范圍內(nèi)的平均呼吸頻率，并計(jì)算呼吸暫停事件的均值；
7.如果周期是規(guī)則的，則計(jì)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(duì)計(jì)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(dòng)電機(jī)2的控制算法，該振動(dòng)電機(jī)2控制算法的具體步驟如下
1.t=t+delta_t ；
在時(shí)間區(qū)間[t，t+delta_t]內(nèi)，需要滿足以下條件中的一個(gè)
a)檢測不到心肺運(yùn)動(dòng)；
b)非心肺運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于心肺運(yùn)動(dòng)信號(hào)；
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(shí)段；
3.否則，在時(shí)間區(qū)間[t，t+delta_t]內(nèi)，滿足以下條件
a)平均心肺運(yùn)動(dòng)信號(hào)大于非心肺運(yùn)動(dòng)信號(hào)；
b)非心肺運(yùn)動(dòng)信號(hào)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(shí)間區(qū)間[t,t+delta_t]內(nèi)，滿足下述條件呼吸暫停時(shí)間>1. 5個(gè)呼吸周期；
6.如果不滿足步驟5中的條件，則停止振動(dòng)電機(jī)2，回到步驟I;
7.如果滿足步驟5中的條件，則啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)2； 8.如果連續(xù)的清醒時(shí)段超過10個(gè)，則表示睡眠結(jié)束，算法結(jié)束。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(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(hào)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(hào)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(hào)；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(hào)進(jìn)行混頻；混頻之后的信號(hào)送入基帶芯片(14)，所述基帶芯片(14)根據(jù)得到的信號(hào)對(duì)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(dòng)電機(jī)(2)； 振動(dòng)電機(jī)(2)，與基帶芯片(14)連接，用來對(duì)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(jí)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(dòng)電機(jī)(2)產(chǎn)生的振動(dòng)用來對(duì)監(jiān)測目標(biāo)的氣道進(jìn)行刺激。
全文摘要
一種阻塞性睡眠呼吸暫停治療儀，包括雷達(dá)信號(hào)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(hào)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(hào)；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(hào)進(jìn)行混頻；混頻之后的信號(hào)送入基帶芯片，所述基帶芯片根據(jù)得到的信號(hào)對(duì)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(dòng)電機(jī)；振動(dòng)電機(jī)，與基帶芯片連接，用來對(duì)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。本發(fā)明具有結(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(hào)A61B5/0205GK103054708SQ20131001034
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:湖南納雷科技有限公司