专利名称：一种婴儿呼吸暂停的无线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人的呼吸监测装置，特别涉及一种监测婴儿呼吸暂停的装置。
背景技术：
婴儿呼吸暂停是指早产儿呼吸停止超过20秒，足月小儿呼吸停止超过15秒，常见于2周-1岁之间婴儿睡眠过程中。呼吸暂停是一种严重现象，主要由婴儿的睡眠姿势不当或呼吸通道不畅而引起，如不及时处理，长时间缺氧，可引起脑损害，对婴儿智力发育具有较大的影响，严重者可造成婴儿死亡。对易发生呼吸暂停的高危婴儿，单靠临床的观察往往不够，应用监护仪进行监护能及时发现呼吸暂停。目前通常使用四通道监护，即心电、呼吸监护加上脉搏氧饱和度和外鼻孔下的热敏传感器，特别是鼻孔下热敏传感器能记录呼吸道的气流变化，有助于诊断阻塞性呼吸暂停。但是，上述监护装置均需要用电极或传感器等接触式器件拾取呼吸信号，长时间监护时对婴儿产生较大的束缚，并且容易阻塞婴儿的呼吸通道。
发明内容
本发明的目的是提供一种婴儿呼吸暂停的监测装置，通过对婴儿无约束、非接触的呼吸监测，在婴儿呼吸暂停时报警提醒，在不影响婴儿睡眠质量的同时，实现对婴儿呼吸的非接触式监测和报警。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种婴儿呼吸暂停的无线监测装置，包括发射微波信号检测婴儿呼吸状况的呼吸信号检测模块，对检测到的呼吸信号比较并进行频率转换的呼吸暂停检测模块和与设定阈值进行比较并引发警报的声光报警模块；其中，呼吸信号检测模块包括微波传感器，微波传感器向婴儿胸壁定向发射微波信号、并拾取含有婴儿呼吸信息的反射信号输出给放大器，放大器对反射信号放大之后通过滤波器得到婴儿的呼吸信号，输出到呼吸暂停检测模块；呼吸暂停检测模块包括电压比较器，电压比较器接受来自呼吸信号检测模块的呼吸信号后，与预设的零检测结果进行比较，得到包含呼吸频率的信号，通过单稳态触发器将呼吸频率转换为电压信号输出给声光报警模块；声光报警模块包括译码电路和数值比较电路，译码电路接收呼吸暂停检测模块输出的电压信号后对呼吸暂停的次数进行计数，通过与数值比较电路中预设的电压阈值比较，根据比较的结果，输出报警信号到声光报警电路，发出声、光报警。上述方案中，所述的微波传感器包括收、发共用的天线、环形器、混频器、耦合器和振荡源，所述振荡源产生24GHZ的微波信号，大部分信号通过耦合器及环形器从天线将微波信号辐射出去，当微波信号被婴儿胸壁的微动反射后，其回波信号被天线接收，并与信号源的少部分微波在混频器中进行混频输出。所述放大器为5000倍放大器，所述滤波器为0. 5Hz的有源低通滤波器。
与现有的有线呼吸监护装置相比，本发明具有以下优点1、由于采用微波作为探测媒介，无需任何器件或导线接触婴儿身体，从微波信号的发射到接收完全是无线的，可以在3米内实现对婴儿呼吸信号的无线监测，检测过程对婴儿没有任何束缚，克服了容易阻塞婴儿的呼吸通道的缺陷。2、婴儿呼吸运动引起的胸壁位移量约为2-4厘米，本发明设计的呼吸信号检测模块的频率为MGHz，它所能检测到的最小位移量为1. 25厘米，分辨力强。3、呼吸率检测准确。传统的有线呼吸监测装置需要绑带将呼吸传感器绑于婴儿胸腹部、或将呼吸传感器置于鼻腔处，婴儿呼吸的深浅或环境温度的变化都将影响呼吸率的检测，呼吸率的误差为4-6次/分钟。而本发明设计的呼吸监测装置，呼吸信号的检测不受呼吸深度的影响，且呼吸率的检测采用平均法，呼吸率检测准确，呼吸率的误差为1-2次/ 分钟。4、误警率低。采用自适应阈值和能量积累两种方法对婴儿发生呼吸暂停的情况进行报警，比传统采用单纯的固定阈值的报警方法相比，本发明的误警率低，误警率为3%。
以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明的功能结构框图。图2为图1中的微波传感器电路原理图。图3为图1中的放大器电路原理图。
图4为图1中的滤波器电路原理图。图5为图1中的呼吸暂停检测模块的电路原理图。图6为图1中的声光报警模块的电路原理图。。图7为1名10个月大的男婴的呼吸信号。图8为1名3个月大的女婴发生呼吸阻塞时的呼吸信号。
具体实施例方式如图1所示，一种婴儿呼吸暂停的无线监测装置，包括发射微波信号检测婴儿呼吸状况的呼吸信号检测模块，对检测到的呼吸信号比较并进行频率转换的呼吸暂停检测模块和与设定阈值进行比较并引发警报的声光报警模块。其中，呼吸信号检测模块包括微波传感器，微波传感器向婴儿胸壁定向发射频率为MGHz的微波信号，并接收婴儿胸壁反射的微波信号，输出给信号放大器，信号放大器对呼吸信号放大之后通过滤波器输出到呼吸暂停检测模块。微波传感器发射的微波信号直接照射或穿透衣服照射到婴儿胸壁，由于呼吸运动引起的婴儿胸壁的微动对微波的反射信号经进行调制，当对接收到含有婴儿呼吸信息的反射波后进行相干解调，并经过放大、滤波处理后就能提取出婴儿的呼吸信号。呼吸暂停检测模块对呼吸信号进行15-20秒信号内的瞬时呼吸率进行平均，检测婴儿的呼吸率；包括电压比较器，将接收的呼吸信号与预设的零检测结果进行比较得到呼吸频率，单稳态触发器将输入的呼吸频率转换为电压信号输出给声光报警模块。声光报警模块包括译码电路和数值比较电路，译码电路接收呼吸暂停检测模块输出的电压信号后对呼吸暂停的次数进行统计，通过与数值比较电路中预设的电压阈值比较，根据比较的结果，输出报警信号到声光报警电路，发出声、光报警。其中的数值比较电路可自动将婴儿的相邻的两个15-20秒的呼吸率及呼吸能量进行比较，当呼吸率变化量(下一个15-20秒数据段与上一个15-20秒数据段的呼吸率之差)的绝对值大于18次/分钟或能量比(下一个15-20秒数据段与上一个15-20秒数据段的能量之比)小于0.4时，启动后续的声光报警，提示婴儿的父母改变婴儿的睡觉姿势或应急处理。如图2所示，微波传感器包括天线(收、发共用)、环形器、混频器、耦合器和振荡源。振荡源由晶振、锁相环和12GHz压控振荡器组成并产生24GHz的微波信号，80%的微波信号通过耦合器和环形器经过发射天线将微波信号辐射出去。当微波信号被婴儿胸壁的微动信号反射时，其回波信号通过接收天线和环形器，并与20%的振荡源微波信号进行混频， 混频器由相干解调器、低噪声放大器和低通滤波器组成，混频后的输出信号经过5000倍的放大和0. 5Hz有源低通滤波器处理后，得到婴儿的呼吸信号。本发明呼吸信号检测模块中的放大器、滤波器的具体电路可分别采用如图3、图4 所示的电路结构。其中，放大器由直流偏置电压电路和两级放大电路组成；直流偏置电压电路为放大电路提供电源电压一半值的直流电压，保证单电源供电的运算放大器能够正常工作；第一级放大电路提供的最大放大倍数为500，第二级放大电路能够提供的最大放大倍数10，两级放大电路最大放大倍数为5000。滤波器由四阶有源低通滤波器和50Hz有源带阻滤波器组成，其中低通滤波器的截止频率为0. 5Hz，通带电压放大倍数为0. 85 ；50Hz陷波器采用文氏桥结构，品质因数为12. 5，带宽为4Hz.如图5所示，呼吸暂停检测模块包括一个电压比较器和一个单稳态触发器。电压比较器接收来自呼吸信号检测模块输出的婴儿呼吸信号后，转换为数字信号，然后经过单稳态触发器将呼吸频率转换为电压信号输出给声光报警模块。按照呼吸暂停的定义，将单稳态触发器的时间常数设置为10秒；按照新生儿呼吸频率一般为40-44次/分、1-12个月为30次/分左右。如图6所示，声光报警模块包括译码电路、数值比较电路和报警电路。呼吸暂停检测模块的输出首先经过译码电路，对发生呼吸暂停的次数进行计数；然后再经过数值比较器，与数值比较器中预设的电压阈值比较，根据比较的结果，输出报警信号到报警器。呼吸暂停的次数大于30时，数值比较器输出为高电平，启动声光报警电路。声光报警电路由逻辑或门、电压比较器、蜂鸣器以及发光二极管组成。如图7所示，采用本发明无线监测装置非接触地检测到1名10个月大的男婴的呼吸信号。天线与婴儿胸部距离为2米，无需任何电缆线或传感器接触婴儿的身体，波形结果表明婴儿的呼吸信号波形峰值和谷值对称，无呼吸暂停症状。如图8所示，采用本发明无线监测装置检测到1名3个月大的女婴的呼吸信号。天线与婴儿胸部距离为2. 5米，无需任何电缆线或传感器接触婴儿的身体，波形结果表明此时婴儿的呼吸信号接近一条直线，出现了呼吸暂停症状，声光报警器开始工作。本发明公开的婴儿呼吸暂停的无线监测装置，通过无线检测婴儿的呼吸信号，进而转换为呼吸频率信号和电压信号，与预设的阈值进行比较之后，当发现频率过低至呼吸暂停时，触发报警信号，通过发声/发光报警，进而使得监护人员获知，及时对婴儿进行睡姿矫正或其他处理，保证婴儿的正常呼吸。
权利要求
1.一种婴儿呼吸暂停的无线监测装置，其特征在于，包括发射微波信号检测婴儿呼吸状况的呼吸信号检测模块，对检测到的呼吸信号比较并进行频率转换的呼吸暂停检测模块和与设定阈值进行比较并引发警报的声光报警模块；其中，呼吸信号检测模块包括微波传感器，微波传感器向婴儿胸壁定向发射微波信号、 并拾取含有婴儿呼吸信息的反射信号输出给放大器，放大器对反射信号放大之后通过滤波器得到婴儿的呼吸信号，输出到呼吸暂停检测模块；呼吸暂停检测模块包括电压比较器，电压比较器接受来自呼吸信号检测模块的呼吸信号后，与预设的零检测结果进行比较，得到包含呼吸频率的信号，通过单稳态触发器将呼吸频率转换为电压信号输出给声光报警模块；声光报警模块包括译码电路和数值比较电路，译码电路接收呼吸暂停检测模块输出的电压信号后对呼吸暂停的次数进行计数，通过与数值比较电路中预设的电压阈值比较，根据比较的结果，输出报警信号到声光报警电路，发出声、光报警。
2.如权利要求1所述的婴儿呼吸暂停的无线监测装置，其特征在于，所述的微波传感器包括收、发共用的天线、环形器、混频器、耦合器和振荡源，所述振荡源产生MGHz的微波信号，大部分信号通过耦合器及环形器从天线将微波信号辐射出去，当微波信号被婴儿胸壁的微动反射后，其回波信号被天线接收，并与信号源的少部分微波在混频器中进行混频输出。
3.如权利要求1所述的婴儿呼吸暂停的无线监测装置，其特征在于，所述的放大器为 5000倍的放大器，所述滤波器为0. 5Hz的有源低通滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种婴儿呼吸暂停的无线监测装置，包括发射微波信号检测婴儿呼吸状况的呼吸信号检测模块，对检测到的呼吸信号比较并进行频率转换的呼吸暂停检测模块和与设定阈值进行比较并引发警报的声光报警模块。本发明通过无线检测婴儿的呼吸信号，进而转换为呼吸频率信号和电压信号，与预设的阈值进行比较之后，当发现频率过低至呼吸暂停时，触发报警信号，通过发声/发光报警，进而使得监护人员获知，及时对婴儿进行睡姿矫正或其他处理，保证婴儿的正常呼吸。
文档编号A61B5/08GK102499686SQ201110335430
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者于霄, 张杨, 杨芳, 王健琪, 荆西京, 路国华 申请人:中国人民解放军第四军医大学