基于電離呼吸傳感器的穿戴式睡眠呼吸監測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物醫學工程領域，尤其涉及一種睡眠呼吸監測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 睡眠呼吸暫停是一種常見病、多發病，已成為公眾衛生問題并引起醫學界越來越 多的重視。間隙性氣道阻塞引起的阻塞性睡眠呼吸暫停（Obstructive sleep apnea, 0SA) 會導致間隙性低氧（Intermittent hypoxia, IH)、高碳酸血癥、睡眠片段化，甚至導致神經 調節功能失衡、組織器官缺血缺氧、器官損害等，在成人群體中發病率高達2 %~4%。絕大 多數患者都未經治療，甚至根本不知道睡眠過程中發生的呼吸暫停。傳統的金標準監測技 術--多導睡眠圖（Polysomnography, PSG)能監測腦電、心電、肌電、呼吸、血氧等多種生理 信號。醫用呼吸監測設備中最常用的傳統呼吸監測技術是阻抗法。該方法通過檢測胸腔體 積變化引起的阻抗變化來檢測人體呼吸信息。壓力感知法也是醫學界比較常用的呼吸檢測 方法，該方法是將壓力傳感器放置在呼吸道壁或，通過檢測呼吸引起的壓力變化來采集呼 吸信號。近年較多文獻研宄電阻式或電容式的MEMS壓力傳感器用于檢測呼吸。非接觸式 呼吸檢測方法由于極大降低了患者的不適感而備受關注，主要采用超聲傳感器、微波傳感 器等來實現呼吸的檢測。多種濕度型傳感器用于呼吸檢測。濕度型呼吸傳感器通常利用一 層特殊材料制成的薄膜來敏感呼氣引起的濕度變化，從而實現呼吸運動的檢測。
[0003] 阻抗法的缺點是采用有線的方式在人體胸腔放置電極，可能引起纏繞，造成不便； 同時可能由于患者在睡眠過程中的睡姿變化而失效。壓力感知法靈敏度差，易受溫度影響， 信號檢測處理困難。非接觸式呼吸檢測方法目前準確性較差，容易受睡姿變化影響，而且檢 測系統復雜，成本高。濕度型傳感器易受環境濕度影響，同時響應速度慢，敏感材料的壽命 有限。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有技術中的問題，本發明提出了一種基于新型電離呼吸傳感器的穿戴 式睡眠呼吸監測系統和方法，具有成本低，精度高、舒適性高、智能化等特點。
[0005] 本發明通過以下技術方案實現：
[0006] 一種基于電離呼吸傳感器的穿戴式睡眠呼吸監測系統，所述系統包括穿戴式鼻罩 和腕表。所述穿戴式鼻罩包括鼻罩、鼻罩頭帶、呼吸測量控制電路和電離呼吸傳感器，所述 腕表包括腕表控制電路、振動馬達和腕表帶；所述電離呼吸傳感器用于利用特里切爾脈沖 放電原理，生成脈沖信號；所述呼吸測量控制電路用于測量特里切爾脈沖重復頻率，并發送 給所述腕表控制電路；所述腕表控制電路用于接收所述呼吸測量控制電路發送的測量結 果，根據所述測量結果判斷是否存在呼吸暫停的情況，若存在呼吸暫停的情況，則驅動所述 振動馬達，向腕表佩戴者告警。
[0007] 作為本發明的進一步改進，所述呼吸測量控制電路包括電源模塊、運算放大電路、 整形電路、微控制器單元、無線藍牙模塊；脈沖信號通過運算放大電路放大后，被整形電路 整形，輸入給微控制器單元，信號經過該微控制器單元的處理，得到測量結果，該測量結果 通過無線藍牙模塊發送給所述腕表控制電路；所述電源模塊為運算放大電路、整形電路、微 控制器單元、無線藍牙模塊以及所述電離呼吸傳感器供電。
[0008] 作為本發明的進一步改進，所述腕表控制電路包括電源模塊、無線藍牙模塊、微控 制器單元、驅動電路；測量結果被無線藍牙模塊接收后，提供給微控制器單元，該微控制器 單元對測量結果進行處理，判斷是否存在呼吸暫停情況，并根據判斷結果控制驅動電路驅 動振動馬達；所述電源模塊為微控制器單元、藍牙模塊和驅動電路供電。
[0009] 作為本發明的進一步改進，所述電離呼吸傳感器包括支撐絕緣體、絕緣板、接線端 子#1、針尖電極、平板電極、接線端子#2 ;所述支撐絕緣體將絕緣板和平板電極一上一下支 撐開來，其中填充了空氣介質；支撐絕緣體的一端與絕緣板粘接，支撐絕緣體的另一端與平 板電極粘接；針尖電極穿過絕緣板，針尖電極與平板電極構成典型的電暈放電結構，接線端 子#1與針尖電極相連，接線端子#2與平板電極相連；絕緣板和平板電極上均有多個通孔， 允許氣體自由通過。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述腕表控制電路還包含較大容量的存儲器，用于存 儲使用者整個睡眠過程中的呼吸頻率數據。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述腕表控制電路的無線藍牙模塊將使用者整個睡眠 過程中的呼吸頻率數據轉發至一具有藍牙通信功能的手機。
[0012] 另一方面，本發明還提供一種基于電離呼吸傳感器的穿戴式睡眠呼吸監測方法， 所述方法基于本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系統，所述方法包括以下步驟：
[0013] 接收呼吸測量控制電路測量的特里切爾脈沖重復頻率F ;
[0014] 存儲Ts內的頻率數據F，T s為定時閘門時間；
[0015] 對Ts內的數據作一階差分運算，運算結果與閾值F :進行比較，若運算結果小于閾 值匕則認為發生跳變，記錄T 3內的脈沖頻率跳變次數N F;
[0016] 根據以下公式計算呼吸頻率fbreath
[0017] fbreath= Nf/Ts；
[0018] 若fb,eath小于閾值f i，則驅動振動馬達，若fb,eath大于等于閾值f i則關閉振動馬達。
[0019] 作為本發明的進一步改進，存儲Ts內的頻率數據F后，判斷是否轉發所述數據，若 需要轉發，則將所述數據轉發到其它大容量存儲設備。
[0020] 本發明的有益效果是：本發明提出的基于電離呼吸傳感器的穿戴式睡眠呼吸監測 系統和方法，該系統由包括電離呼吸傳感器的鼻罩和包括振動馬達的腕表構成。本發明的 監測方法利用特里切爾脈沖放電原理，測量特里切爾脈沖重復頻率，判斷是否存在呼吸暫 停情況。本發明所采用的電離呼吸傳感器基于以下原理：當沒有人體呼氣作用到傳感器內 部時，檢測到的特里切爾脈沖頻率F為恒定值，當存在人體呼氣作用時，檢測到的特里切爾 脈沖頻率F迅速下降，直到呼氣過程結束后，特里切爾脈沖頻率F又回到該恒定值。當判斷 存在呼吸暫停情況時驅動振動馬達，向睡眠者發出警告。本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系 統和方法具有成本低，精度高、舒適性高、智能化等特點。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系統的結構示意圖；
[0022] 圖2是本發明的電離呼吸傳感器的結構示意圖；
[0023] 圖3是本發明的電離呼吸傳感器電路連接示意圖，其中，圖3(a)采用負直流電壓 源供電，圖3(b)采用正直流電壓源供電；
[0024] 圖4是本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系統的呼吸測量控制電路的框圖；
[0025] 圖5是本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系統的腕表控制電路的框圖；
[0026] 圖6是本發明的穿戴式睡眠呼吸監測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0028] 附圖1所示為本發明的穿戴式睡眠呼吸監測系統的示意圖。101為鼻罩頭帶，102 為鼻罩，103為呼吸測量控制電路，104為本發明所采用的新型電離呼吸傳感器，105為支撐 板，106為腕表支撐體，107為腕表控制電路，108為振動馬達，109為腕表帶。呼吸測量控制 電路103和電離呼吸傳感器104通過導線進行電氣連接，并都通過螺釘固定在支撐板105 上。支撐板105固定在鼻罩102內部。腕表控制電路107和振動馬達108通過導線進行電 氣連接，并都通過螺釘固定并封裝在腕表支撐體106內。鼻罩10