一種基于氣墊床的睡眠呼吸信號采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種呼吸監護系統，尤其涉及一種基于氣墊床的睡眠呼吸監護系 統。
【背景技術】
[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是一種睡眠中發生呼吸暫停的睡眠障礙。根據R&K手冊[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超過十秒； ②低呼吸（Hypopnea):換氣量低于50%時間超過十秒。醫學上，"無呼吸/低呼吸指 數"(Apnea_hypopnea Index，AHI)定義是指平均一小時內無呼吸及低呼吸事件的次數。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的主要區別在于呼吸道是否通暢。
[0003] 成人呼吸暫停臨床表現為鼾聲巨大；鼾聲時常因呼吸暫停中斷，然后出現喘氣； 日間嗜睡，日間專注度，認知能力下降；清晨頭痛；體重增加等。兒童發生呼吸暫停表現為 夜間睡眠時有打鼾、呼吸聲音異常；白天會有好動及嗜睡 [4]。這些癥狀比較十分常見，也因 此容易被忽略。事實上，統計資料顯示，國外睡眠呼吸暫停綜合征的發病率是2%到4%，我 國的統計大概是3%到4%左右，并有逐年提高的趨勢 [5]，呼吸暫停綜合癥在中年男性最為 普遍；男性的發病率約為女性的2至8倍。
[0004] 其中早產兒的呼吸暫停綜合癥，因早產兒發病率高、抵抗力較弱、危害嚴重，尤為 受關注。由于早產兒的中樞呼吸系統發育不完善，區別于成人，其調節呼吸的能力有限，容 易出現呼吸障礙，因此這個群體患上呼吸暫停綜合癥的概率比一般群體要高得多。據臨床 統計，約40?50%的早產兒會有周期性呼吸的癥狀出現；周期性呼吸是呼吸異常的一種， 表現為呼吸加快加強減弱減慢的交替出現。因為早產兒自主調節呼吸的能力弱，患有周期 性呼吸的早產兒中約有一半會發展為呼吸暫停。而且胎齡越小的早產兒，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致 新生兒的呼吸暫停綜合癥。呼吸暫停對于新生兒來說是一種嚴重生理障礙。當發現新生兒 出現呼吸暫停時，需要盡快對其實施呼吸幫助和其他救助措施，維持生命機體的正常工作。 如沒有得到及時處理，長時期缺氧可導致腦損傷、肌肉萎縮等，對新生兒的身體和智力發 展不利，嚴重時甚至造成窒息死亡 [7]。
[0005] 成年人及兒童的呼吸暫停并未受到廣泛的關注，雖然其沒有癌癥、肺結核等疾病 的致死率高，但是其對患者個人和社會都具有明顯的危害，如圖1-1所示。它不僅影響患 者個人休息，導致個人日間疲憊；而且睡眠過程中長期缺氧嚴重損害機體各臟器的機體功 能 [8]，例如可導致心臟供血能力不足、血壓增高、胸悶氣短、頭暈眼花、內分泌失調及肌無力 等，嚴重時甚至發生猝死。對于老年人，呼吸暫停可能導致或者加重某些心血管疾病；對于 兒童，呼吸暫停可能導致其發育滯后、體格瘦弱；對于孕婦呼吸暫停可能影響胎兒的發育； 除此以外，呼吸暫停常常打擾周圍人的睡眠，給家庭和社會帶來不便。
[0006] 睡眠過程中的呼吸暫停會導致人體供養不足、機體功能紊亂；進而間接引起要有 腦電圖、心跳、血氧飽和度、睡眠結構、呼吸利用、血壓等生理信號異常[9]。其中呼吸是最明 顯和直接的生理信號。同時呼吸是人體基本生命活動的重要標志。非正常的呼吸信號是呼 吸道疾病，乃至生命危險的前兆。這也正是上述列舉所有家庭監護儀都會對呼吸信號進行 檢測的原因。
[0007] 呼吸是人體的一項基本生命活動，呼吸過程中人體及其周圍的多項物理量（如壓 力、聲音、氣體流量、阻抗等）會發生變化。傳感器作為人體和醫療儀器的耦合環節，精確地 檢測到這些物理量變化，并將其轉換為電信號。并通過信號處理技術，將其中蘊含的呼吸信 號特征提取出來，從而反應出人體的呼吸狀況。這是呼吸信號檢測的一般原理。目前隨著 傳感技術、無線通信技術、信號處理技術等的不斷進步和成熟，呼吸信號的檢測方式也不斷 進步、成熟，根據傳感器或者電極與測試者接觸與否，可將呼吸檢測手段分為以下兩大類： 接觸式檢測手段和非接觸式檢測手段。
[0008] (1)接觸式呼吸檢測手段
[0009] 接觸式呼吸檢測手段是指在信號檢測過程中傳感器或者電極與測試者直接接觸。 接觸式檢測一般有精確、可靠等優點，但是睡眠中呼吸監護是個長時間檢測過程，接觸式檢 測手段在監護過程常常造成測試者不適，干擾測試者的自然睡眠。同時測試者在睡眠過程 中發生身體活動，可能導致傳感器發生移位甚至脫落，影響測量準確性。
[0010] (2)非接觸式呼吸檢測手段
[0011] 非接觸式呼吸檢測手段是指在檢測過程中傳感器或者電極與測試者沒有直接接 觸。接觸式呼吸檢測在某些場合（如燒傷患者、新生兒等）具有局限性，非接觸式檢測具有 明顯的優勢。下面簡要介紹幾種非接觸式呼吸檢測手段：
[0012] (a)生物雷達檢測。生物雷達區別與一般的雷達，具有能夠穿過床單、衣物等非金 屬物質的特性。其工作原理：生物雷達產生的電磁波束達到人體身上，由于呼吸、心跳等生 理活動，人體表面會產生微小的機械運動。根據多普勒效應，返回的電磁波相位、幅值等信 號與人體表面微動具有一定相關性，利用此信息可以將人體生理信號提取出。第四軍醫大 學生物類大課題組在國內首先提出基于雷達的非接觸式生理信號檢測，并通過多種軟件算 法（LMS算法、同態濾波、RLS算法、小波變換等）成功實現了呼吸、心跳等信號的提取和分 離，實現臨床監護 [1°]。但是目前這種監護手段在家庭監護領域普及尚有難度。
[0013] (b)基于特殊床墊式檢測。基于特殊床墊式檢測是指將特殊的傳感器嵌入床墊，進 行呼吸數據測量。在睡眠監護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，但是在監測睡眠呼吸上的應用基本是一致的，都是人體躺 在特殊床墊上時，呼吸/心跳等生理活動引起床墊微弱的微小的形變或者壓力變化；這引 起傳感器參數的變化，傳感器檢測到此微小變化并將其轉換為電信號，再通過處理電路和 軟件算法把淹沒在強噪聲環境中的微弱呼吸等信號提取出來 [11]。
[0014] (c)視覺檢測法。視覺檢測系統，一般情況下至少由3部分構成：首先是光源發 射器，用來提供光點陣列；第二部分為帶有一個光學帶通濾波器的電荷耦合攝像機（CCD)， 用來接收光陣列信號；最后是計算機處理器。光源在檢測對象上發射一系列的亮點后，由 CCD捕捉這些亮點；經過視覺標定，可以分析和獲取每一個圖像上亮點的移動距離、方位等 信息。由光點陣列的移動信息，可以間接得到人體微小生理活動的頻率、幅值等信息。但是 身體活動（如睡眠姿勢變換、翻身動作等）對這種檢測手段的測量精度影響很大 [12]。
[0015] 現代的家庭監護對生理信號的檢測手段提出了更高要求；家庭監護不僅要求生理 信號的檢測要達到準確可靠，而且還要做到舒適和便捷。非接觸式檢測和無負擔檢測是現 代家庭監護的一個重要發展方向 [13]。床墊式監護和可穿戴式監護滿足了低負荷/無負荷 監護的要求，不僅解放了監護人員，而且減少監護者的生理和心理負擔，代表了家用監護的 發展方向，是目前家庭監護領域的研宄熱點。
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