专利名称：阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明应用计算机测量技术筛查睡眠呼吸暂停低通气综合症，涉及一种无接触的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查装置及其方法。
背景技术：
阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症(Obstructive Sleep Apnea Hypopnea Syndrome, OSAHS)是一种具有严重危害及潜在危险的高发性疾病，由于睡眠时发生低氧及高碳酸血症，最终弓I起全身多系统、多器官的渐进性危害。OSAHS最常见的症状是打鼾，表现为鼾声时高时低，并可以完全中断，严重患者可以憋醒。憋醒后可以出现心慌、心悸、憋气等。同室睡眠者可以观察到，随着打鼾的停止，患者呼吸出现明显的停顿，并以用力深吸气终止呼吸暂停，尔后是一更响的鼾声。随着病情的进展，打鼾逐渐加重。呼吸暂停期间胸腹部呼吸呈现矛盾运动。伴随呼吸暂停的出现及呼吸暂停时间过长，可出现身体的不自主运动甚至突然坐起。患者还可以表现为睡眠行为异常等。患者晨起头痛，白天困倦、嗜睡，严重者记忆、判断、注意力、抽象推理能力和警觉认识能力下降，缺氧可刺激红细胞生成素增高，血流缓慢，促发或加重血栓形成，加重心肌缺血缺氧，诱发各种心律失常和心肌梗塞，严重影响患者的生存质量和寿命。一直以来，多导睡眠图监测(Polysomnogram，PSG)是公认的诊断OSAHS的“金标准”。PSG监测时需要受检者在医院的检查室中进行整晚大约8个小时的观察，所以检查的人数是十分受限的。PSG检查时需要将各种电极导联到患者身体各处获取生理信号，严重的影响了受检者的睡眠质量，将会给检测结果带来影响，尤其是对儿童人群。此外，因为被检测者睡眠环境的改变，一次检查有时也难以保证检测结果的准确性。PSG监测一次的费用大约是300-500之间，这使得一部分打鼾者因为检查费用的昂贵而没有得到诊断。由于PSG检查设备的有限，而众多的患病人数使得大量的患者得不到及时的诊治，严重危害身体健康。 研究人员随机的对602位志愿者调查显示大约82%男性和93%的女性中度和重度SAHS 患者没有得到诊断。另一方面，虽然打鼾是睡眠呼吸暂停低通气综合症最显著的临床症状， 但也并不是所有的打鼾者都患有睡眠呼吸暂停低通气综合症，有些人打鼾也可能是因为鼻炎等其他疾病引起的。所以目前需要一种更加舒适的、便携的、低费用的、适用于家庭环境的检测器来完成对OSAHS的筛查，减小PSG检查的负荷，让更多的打鼾者得到及时的诊断。近年来，人们已经对基于鼾声特性的OSAHS检测进行了探索性研究Hsu. Y. L分析单位时间内的鼾声数，鼾声持续时间和间隔，间断鼾声数，最后以鼾声数和间断鼾声数为指标进行判断；Wakwella A S则通过分析基因等时域参数特性来实现OSAHS筛查，但是鼾声时域特性易受录制条件的影响，筛查结果并不理想。为了克服时域检测的弊端，人们转而研究鼾声的变换域特性达到区分OSAHS患者和单纯打鼾者的目的，例如鼾声的功率谱特性， 小波域中鼾声幅度、密度和能量分布情况、共振峰特性等。其中，最能表现上气道声学特性变化的共振峰方法是是目前较为流行的一种方法。已有一些文献中指出第一共振峰的频率随着上气道状态的变化而变化。较窄的上气道会产生较大的第一共振峰频率。也就是说，低通气状态下产生的鼾声第一共振峰频率要高于正常鼾声的第一共振峰频率。Andrew et al.已提出可以利用固定阈值来区分有病和无病鼾声。但是通过分析我们发现，对于目前已有的文献中，都是使用一个固定的门限值来区分正常鼾声和非正常鼾声，并没有考虑到由于个体差异而导致的影响。
发明内容
为了克服已有方法中由于个体差异带来的影响，本发明提供一种非接触、简捷、可靠、排除个体差异的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查装置及其方法。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法，包括第一步接收带噪鼾声数据，对其进行分帧处理，将鼾声数据分为有多个重叠的鼾声帧，并计算每个鼾声帧的短时能量，得到每一个鼾声帧的短时能量；第二步利用双门限法进行鼾声段的端点检测，认为有声段的声音是鼾声数据；第三步将每一帧的鼾声数据通过一个60-1000HZ的带通滤波器，并对每一帧鼾声加窗处理；本发明中我们仅利用鼾声的第一共振峰参数，而第一共振峰频率的分布范围在 60-1000HZ范围内，因此将每一帧鼾声数据通过60-1000HZ的带通滤波器；为了减少频域中由于加窗造成的频谱泄露问题，使用如下式所示的窗函数
权利要求
1.一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法，其特征在于，包括第一步接收带噪鼾声数据，对其进行分帧处理，将鼾声数据分为有多个重叠的鼾声帧，并计算每个鼾声帧的短时能量，得到每一个鼾声帧的短时能量；第二步利用双门限法进行鼾声段的端点检测，认为有声段的声音是鼾声数据； 第三步将每一帧的鼾声数据通过一个60-1000HZ的带通滤波器，并对每一帧鼾声加窗处理；本发明中我们仅利用鼾声的第一共振峰参数，而第一共振峰频率的分布范围在 60-1000HZ范围内，因此将每一帧鼾声数据通过60-1000HZ的带通滤波器；为了减少频域中由于加窗造成的频谱泄露问题，使用如下式所示的窗函
2.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法，其特征在于， 步骤二中的所述的双门限法是改进的基于短时能量的双门限法端点检测方法，能量阈值自适应的过程
3.根据权利要求1所述阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法，其特征在于，利用K均值聚类算法将每一个打鼾者整晚鼾声的第一共振峰频率分为两类，并将较小的聚类中心近似看作是基准频率，方法如下随机的选择两个初始聚类中心，聚类中心可以通过迭代算法得到(1)根据到每一个数据点到聚类中心的欧式距离最小的原则，将所有的数据分为两类；(2)根据下式计算标准差函数E =I |x⑴I11 I2+1 χ(2)-m2 |2，其中x(l)分别表示聚类1和聚类2中的数据点，Hi1和m2分别表示聚类1和聚类2的聚类中心；(3)如果当前的标准差函数之前的标准差函数相差大于10_5，计算两个类中所有数据的均值作为下次迭代的聚类中心，跳到步骤(1)，K均值聚类算法将共振峰频率分为两类之后，较小的聚类中心近似认为是该打鼾者的基准频率。
4.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查方法，，其特征在于， 如果一小时内最大共振峰频率的个数大于5次/时，初步认为该打鼾者是阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症打鼾者，反之就判为是单纯的打鼾者。
5.一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查装置，其特征在于，包括分帧模块，用于接收带噪鼾声数据，对其进行分帧处理，将所述带噪鼾声数据分为有多个重叠的鼾声帧，并计算每个鼾声帧的短时能量，得到每一个鼾声帧的短时能量；鼾声段检测模块，与所述分帧模块连接，利用改进的双门限端点检测法检测出所有的鼾声段；预处理模块，与所述的鼾声段检测模块相连接，本发明中我们仅利用鼾声的第一共振峰参数，将每一帧鼾声数据通过60-1000HZ的带通滤波器；为了减少频域中由于加窗造成的频谱泄露问题，此处我们使用如下式所示的窗函数
6.根据权利要求5所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症筛查装置，其特征在于， 包括诊断标准数据存储模块，与初步判决模块相连接，用于存储判断阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症的筛查标准和范围，包括个体化阈值、阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症的筛查标准，所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症S筛查标准为每小时的睡眠中有5次或以上超过个体化阈值的最大共振峰频率数。
全文摘要
本发明涉及一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症(OSAHS)筛查方法及其装置，利用鼾声的共振峰特性作为筛查OSAHS的技术指标；本发明首先用短时能量法分离出鼾声段，之后用LPC建模，求得LPC的预测系数之后利用求根法求得鼾声段的第一共振峰频率，由于不同模式的共振峰频率的范围不同，可以用来区分不同的鼾声段，我们利用K均值将每一个打鼾者的所有第一共振峰频率分类，根据分类结果确定个体化的区分正常鼾声和不正常鼾声的阈值；然后模拟PSG中的AHI指标求得一小时内呼吸暂停和低通气的平均次数。根据OSAHS的评判标准来判断此数据段是正常情况的鼾声还是患有OSAHS的鼾声。本发明提供一种低成本、适用性强、操作简单、非接触的OSAHS筛查装置及其方法。
文档编号A61B5/00GK102499637SQ201110289150
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者刘文龙, 张海秀, 赵玉霞 申请人:大连理工大学