智能仪器仪表 便携式睡眠呼吸暂停监测仪.doc

便携式睡眠呼吸暂停监测仪 摘 要：介绍了一种基于胸腹运动检测法，应用压电薄膜式传感器设计的新型便携式睡眠呼吸暂停监测仪，为睡眠呼吸暂停的普及检测提供了一种简易手段。 关键词：睡眠呼吸暂停；传感器；便携式；监测仪；压电薄膜 Abstract: In this paper, a new portable sleep apnea monitoring device is presented. This new device is based on chest abdomen movement inspection by piezoelectric thin film sensors and providing us an easy way to popularize the sleep apnea monitor. Key words: Sleep apnea, sensor; Portable; Monitoring device; Piezoelectric thin film 引言 睡眠呼吸暂停是一种新发现的与睡眠相关的呼吸疾病，主要特征是患者在睡觉中短时间内发生呼吸异常乃至停止的现象，严重的将会引起死亡。睡眠呼吸暂停的主要疾病有两种：阻塞性睡眠呼吸暂停综合症和中枢性睡眠呼吸暂停综合症。 目前已经涌现出一些先进的检测系统，通过对患者晚上睡眠的实时监控，及时对患者的睡眠情况进行检查，可以发现睡眠呼吸暂停综合症的长度和频度，对疾病的明确诊断和治疗发挥了重要作用。但因其价格昂贵、体积庞大，只能在专业医院使用。随着人们对睡眠呼吸疾病认识的不断深入，迫切需要有更简单经济的方法来普及睡眠呼吸暂停患者的检测手段，我们应用胸腹运动检测法，设计了一种简易的新型睡眠呼吸暂停监测仪。这种方法的优点是测量灵敏度高，佩戴方便、舒适，不影响睡眠质量。 1 系统的设计思想 在正常情况下，呼吸肌能很好地协调呼吸运动。吸气时胸廓和腹部均隆起向外运动，呼气时向内运动回到静息时的状态。而中枢性呼吸暂停发生时呼吸驱动暂时丧失，气流及胸腹呼吸运动全部消失。阻塞性呼吸暂停发生时，上气道气流消失，但胸腹部的呼吸运动依然存在，并且运动的方向相反。我们定义呼吸消失10秒以上为发生一次暂停，暂停达到20秒即报警并启动辅助治疗仪。设计思想是设计一款能测量腹部、胸部运动状态的仪器，来检测呼吸暂停的产生。本监测仪是由传感器、监测仪、辅助治疗仪等部分组成。 2 系统设计 2.1 传感器设计 本系统中采用的是PVDF压电薄膜式的传感器，经过测试，稳定性好，抗干扰性能强。PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点，可用于呼吸，脉搏心音等人体信号的检测。这些信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等，可为医生提供可靠的诊断依据。压电薄膜用作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。当拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10～15mV/微应变（长度的百万分率变化）。压电薄膜很薄，质轻，非常柔软，可以无源工作，因此可以广泛应用于医用传感器，尤其是需要探测细微的信号时。显然，该材料的特点在供电受限的情况下尤为突出，而且压电薄膜极其耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动。 2.2 传感器的工作原理 人体信号的采集方式在进行信号采集的时候，有几种方式可以选用，一种是非接触式采集，此种方式对人体无任何的影响，不会干扰被监测人的正常生活；一种是接触采集，信号的采集装置接触人体，甚至要置入体内，或多或少的影响到被测人的正常生活，所以测量传感器的选用就显得十分重要。 根据几个信号的强弱，就知道被测人员健康情况。呼吸信号的采集来源于三个指标，分别是鼻呼吸、胸呼吸和腹部呼吸，健康的人一般是用鼻呼吸和胸呼吸，而当有异常情况时，主要是腹呼吸，而鼻呼吸和胸呼吸微弱，或全停止。所以对被监测人员的呼吸提取，就从鼻呼吸和胸呼吸、腹呼吸三个方面入手。 将呼吸信号转化为电信号的方式有几种，一是利用电阻应变片作为传感器，当有呼吸运动时，在运动的方上引起电阻的变化，从而采集到电信号，此种传感器的电阻材料主要是康