[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

技術領域

本發明涉及柔性電子器件技術，具體涉及一種基于超薄柔性應變和心電傳感器的心肺耦合睡眠質量檢測系統及其檢測方法。

背景技術

人的一生有三分之一的時間是在睡眠中度過的，睡眠對人的重要性已經越來越被人們所重視，睡眠質量的影響，以及睡眠疾病的危害也日益清晰。呼吸暫停綜合癥是一種睡眠時呼吸停止的睡眠障礙。最常見的原因是上呼吸道阻塞，經常以大聲打鼾、身體抽動或手臂甩動結束。高達98％的睡眠呼吸中止癥患者會打鼾，通常還合并有高血壓、心肌梗塞、心肌缺氧、中風等并發癥。即使睡足了時間還是很累，潛藏著嚴重的健康問題。調查研究表明，國外睡眠呼吸暫停綜合征的發病率是2％～4％，根據臨床統計，我國的發病率應該在9％，伴隨著我國生活水平的提高，肥胖癥的增加，近二十年來呈現逐年上升的趨勢。患有呼吸暫停綜合征時，由于反復發作的低血氧、高碳酸血癥，可致神經功能失調，兒茶酚胺、內皮素及腎素-血管緊張素系統失調，內分泌功能紊亂及血液動力學改變，造成全身多器官多系統損害，嚴重影響人體健康，容易并發心律失常、高血壓甚至呼吸衰竭、猝死。對于睡眠和呼吸情況的監測，可以有效判斷和評估睡眠質量以及呼吸暫停綜合征的患病風險。現在醫院中大多使用多導睡眠監測儀進行睡眠障礙疾病的診斷，通過多種傳感器監測記錄睡眠時的各種生理參數，記錄分析腦電圖EEG、心電圖ECG、眼電圖EOG、肌電圖EMG、胸腹式呼吸運動、鼾聲、脈搏、血氧飽和度、脈搏波、呼吸頻率、體位等睡眠呼吸參數進行分析診斷。但是，為了得到相應的信號，多導睡眠監測儀需要在人體各個位置例如口、鼻、下頜、胸前、腿、手指處布置許多引線，這樣就會對被監測患者的睡眠造成極大的不舒適感，導致被試者睡眠質量下降甚至無法入睡；同時，多導睡眠監測儀體積較大，只適合在醫院使用，無法針對病患在不同睡眠環境下的睡眠狀態進行檢測。

小米公司的小米手環通過加速度計測量使用者睡眠時身體和上肢運動的情況，以肢體靜止的時間作為睡眠時間，從而進一步分析睡眠質量和狀態。小米手環雖然設備簡單、成本低、采集方式對睡眠的影響小，但是只能區分睡眠狀態和清醒狀態，不能分析呼吸暫停的情況。

Sleepace公司的reston智能睡眠監測器通過將監測器鋪于睡眠者身下，通過檢測心跳、呼吸、翻身、離床等數據判斷睡眠狀況。雖然這種智能睡眠監測器不需要與人體直接接觸，降低了對睡眠狀況的影響，但是屬于被動式測量，測量數據單一，不能判斷呼吸暫停的情況。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于超薄柔性應變和心電傳感器的心肺耦合睡眠質量檢測系統及其檢測方法。

本發明的一個目的在于提出一種基于超薄柔性的應變和心電傳感器的心肺耦合睡眠質量檢測系統。

本發明的基于超薄柔性的應變和心電傳感器的心肺耦合睡眠質量檢測系統包括：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。