[發明專利]一種多傳感器心肺耦合睡眠質量檢測系統及其檢測方法

在審

• 申請號: 201710028221.3
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106859598A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 馮雪;陳毅豪;陸炳衛;蘇紅宏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/0428
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

1.一種心肺耦合睡眠質量檢測系統，其特征在于，所述檢測系統包括：應變傳感器、心電傳感器、模數轉換電路、放大電路、濾波電路、微處理器、無線傳輸單元和移動終端；其中，應變傳感器和心電傳感器均為超薄柔性的傳感器，應變傳感器貼附在前胸的表面，心電傳感器的兩個心電電極分別貼附在左胸下方的表面；應變傳感器與三個阻值不變的電阻組成惠斯通電橋，惠斯通電橋的兩個輸出端電學連接至模數轉換電路；心電傳感器電學連接至模數轉換電路；模數轉換電路、放大電路、濾波電路和微處理器依次電學連接構成信號采集處理單元；信號采集處理單元和無線傳輸單元電學連接，并集成在一塊電路板上；移動終端位于人體外；胸腔的起伏導致應變傳感器的阻值發生改變，引起惠斯通電橋不平衡，從而產生電流，作為呼吸信號輸出至模數轉換電路，并通過惠斯通電橋的溫度補償的作用排除體溫和周圍環境溫度變化對應變傳感器測量胸腔起伏帶來的影響；心臟的跳動引起心電傳感器的兩個電極之間產生電勢差，作為心電信號傳輸至模數轉換電路；模數轉換電路將模擬的呼吸信號和心電信號分別轉換為數字信號；放大電路對信號進行放大；呼吸信號直接經過濾波電路由微處理器記錄；心電信號經過濾波電路，進行過濾去除噪聲信號和高頻信號；微處理器將心電信號合成為心電圖信號，并記錄心電圖信號；呼吸信號和心電圖信號通過無線傳輸單元傳輸至移動終端；微處理器應用心肺耦合算法計算心電圖信號與呼吸信號的互功率譜與相干度，判斷得到睡眠狀態，并將結果通過無線傳輸單元以無線的方式傳輸至移動終端，進行記錄并顯示。

2.如權利要求1所述的檢測系統，其特征在于，所述應變傳感器包括粘接層、柔性基底、聚合物保護層、器件層和封裝薄膜；其中，柔性基底和封裝薄膜采用生物兼容薄膜；粘接層直接接觸并粘接在皮膚上，采用高粘度的生物膠；在粘接層上形成柔性基底；在柔性基底上形成剛性的聚合物保護層；在聚合物保護層上形成器件層，器件層為具有圖案的金屬薄膜，具有可延展性；在器件層上形成封裝薄膜，將器件整體包裹起；胸腔的起伏通過柔性基底傳遞至保護層，引起保護層的變形，從而對器件層形成拉伸或壓縮，使得器件層的電阻發生改變，引起應變傳感器與三個定值的電阻組成的惠斯通電橋不平衡，通過惠斯通電橋的兩個輸出端輸出電流，作為呼吸信號，通過惠斯通電橋的溫度補償的作用排除體溫和周圍環境溫度變化對應變傳感器測量胸腔起伏帶來的影響，通過輸出的電流得到呼吸的頻率和幅度。

3.如權利要求2所述的檢測系統，其特征在于，根據不同的功能設計成不同的圖案形狀，通過設計成為可延展的分形結構來實現可延展性。

4.如權利要求1所述的檢測系統，其特征在于，所述心電傳感器包括兩個心電電極、蛇形引出導線和連接端；其中，兩個心電電極之間具有距離；兩個心電電極分別通過可延展的蛇形引出導線連接至連接端；連接端連接至模數轉換電路的輸入端；每一個心電電極具有可延展性；心臟的跳動引起電位變化，兩個具有距離的心電電極之間產生電勢差，作為心電信號，通過心電信號得到心電圖，表明心臟的活動特征。

5.如權利要求4所述的檢測系統，其特征在于，每一個心電電極采用網格狀結構，組成網格的線條為彎曲的蛇形線，使得心電電極具有可延展性。

6.如權利要求1所述的檢測系統，其特征在于，所述無線傳輸單元采用藍牙通信。

7.一種心肺耦合睡眠質量檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括以下步驟：

1)胸腔的起伏導致應變傳感器的阻值發生改變，從而引起惠斯通電橋不平衡，從而產生電流，作為呼吸信號輸出至模數轉換電路，并通過惠斯通電橋的溫度補償的作用排除體溫和周圍環境溫度變化對應變傳感器測量胸腔起伏帶來的影響；

2)心臟的跳動引起心電傳感器的兩個電極之間產生電勢差，作為心電信號傳輸至模數轉換電路；

3)模數轉換電路將模擬的呼吸信號和心電信號分別轉換為數字信號；放大電路對信號進行放大；

4)呼吸信號直接經過濾波電路由微處理器記錄；

5)心電信號經過濾波電路，進行過濾去除噪聲信號和高頻信號；微處理器將心電信號合成為心電圖信號，并記錄心電圖信號；呼吸信號和心電圖信號通過無線傳輸單元傳輸至移動終端；

6)微處理器應用心肺耦合算法計算心電圖信號與呼吸信號的互功率譜與相干度，從互功率譜上讀出耦合功率，判斷睡眠的狀態，從而判斷得到睡眠狀態，并將結果通過無線傳輸單元傳輸至移動終端，進行記錄并顯示。