一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，包括以下步骤：第一步，拍摄监控者的脸部图像，并发送到图像检测及信号处理装置；第二步，通过预防阻塞性睡眠猝死系统软件采集鼾声，启动图像检测及信号处理装置；第三步，图像检测及信号处理装置分别进行心率信号分析、鼾声信号分析以及呼吸频率分析，血氧计进行血氧饱和度分析，将分析结果发送到智能手机；第四步，智能手机通过接收到的分析结果进行阻塞性睡眠判断，其通过非接触式测量睡眠心率、呼吸、鼾声，通过血氧计测量血氧饱和度，根据血氧饱和度和睡眠呼吸暂停次数的负相关性来拟合方程，提高血氧计的准确性和有效性，系统分析信号变化识别睡眠情况，预防睡眠猝死。
【专利说明】一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死的方法及装
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法以及基于该方法的监测装置，属于医疗保健设备领域。
【背景技术】
[0002]阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(obstructivesleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)是一种尚未被广泛认识的疾病，是指夜间睡觉过程中发生呼吸暂停和低通气反复发作30次以上，或者睡眠呼吸暂停低通气指数(AHI)大于或等于5次/小时，AHI是指每小时睡眠内呼吸暂停加上低通气的次数。呼吸暂停是指睡眠过程中口鼻呼吸气流完全停止10秒以上；低通气是指睡眠过程中呼吸气流强度(幅度)较基础水平降低50%以上，并伴有血氧饱和度较基础水平下降大于等于4%。根据呼吸暂停低通气指数的大小将患者分为非OSAHS 组(AHK5 次 /h )、轻度 OSAHS 组(AHI 为 5-20 次 /h)、中度 OSAHS 组(AHI 为 21-40次/h)和重度OSAHS组(ΑΗΙΜ0次/h)。据卫生部门发布的信息，阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的患病人群发病率为2% - 4%，65岁以上老年人患病率达到20% -40%，有高血压疾病的人群患病率更是高达50% -90%。我国目前拥有5000万左右的呼吸暂停综合症患者。
[0003]阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的患者，以及患有呼吸系统疾病、心脏疾病的人群，需要长期监测自己睡眠时的呼吸和心跳状况，而目前医院里采用的多为利用多导睡眠图仪(PSG)进行监护。但是使用多导睡眠图仪进行监测时，参数众多，采用的传感器非常多，大量电极连接在人体上，监测过程中容易影响患者正常的休息。
[0004]阻塞性睡眠呼吸暂停综合症患者需通过手术、正压呼吸机等方式治疗，但是手术不能完全根治，正压呼吸机的不舒适性会影响睡眠质量。
[0005]阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者由于频繁出现睡眠时上气道阻塞，在呼吸暂停时心率会明显减慢，严重者会出现心动过缓，而在突然憋醒时心率会加快，严重者可以出现心动过速。由于反复出现的迷走神经和交感神经的改变从而引起严重的植物神经系统功能紊乱；从而导致植物神经系统的平衡被打乱，阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者会出现迷走神经功能受损，交感神经张力提高，是导致心脏事件发生的主要病理基础。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者扰乱正常的呼吸循环，导致血液中二氧化碳分压不断升高，血氧饱和度不断降低,从而刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器,交感神经张力增高,心率加快,血压升高，常发生室性异位搏动；副交感神经兴奋转为交感神经兴奋时，迷走神经抑制恶性心律失常的保护作用减弱，室颤阈值降低，易发生恶性心律失常导致猝死。
[0006]有阻塞性睡眠呼吸暂停的患者发生致死性的心脏骤停(每年发生率为0.27%)高于普通人群的发生率(0.1%-0.2%)，可能与缺氧及高碳酸血症激活血管交感神经系统大量释放儿茶酚胺，加快心率促使心肌氧需求增加，出现局部心肌缺血及心律不齐，最终发生心肌重构；加上阻塞性睡眠呼吸暂停通过多途径减弱心率变异度出现慢性交感超速，另外普遍阻塞性睡眠呼吸暂停患者存在夜间血小板聚集活动增加及纤溶系统减弱现象有关。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，其通过非接触式测量睡眠心率、呼吸、鼾声。通过血氧计测量血氧饱和度，根据血氧饱和度和睡眠呼吸暂停次数的负相关性来拟合方程，提高血氧计的准确性和有效性，系统分析信号变化识别睡眠情况，预防睡眠猝死。
[0008]本发明所采用的技术方案是:一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，包括以下步骤:
第一步，采用智能手机拍摄监控者的脸部图像，并将脸部图像发送到图像检测及信号处理装置；
第二步，通过安装于智能手机内的预防阻塞性睡眠猝死系统软件采集鼾声，启动图像检测及信号处理装置；
第三步，图像检测及信号处理装置分别进行心率信号分析、鼾声信号分析以及呼吸频率分析，同时血氧计进行血氧饱和度分析，将分析结果发送到智能手机；
第四步，智能手机通过接收到的分析结果进行阻塞性睡眠判断；
所述第三步步骤中，心率信号分析采用FastICA算法，进行FFT变化频谱分析得到尖峰波，所述尖峰波对应的频率为心率；
所述第三步步骤中，鼾声信号分析采用基于鼾声共振峰值的分析方法，识别阻塞程
度；
所述第三步步骤中，呼吸频率分析采用对采集图像帧相减后进行均值处理，得到呼吸信号，分析呼吸信号推算睡眠呼 吸暂停时间及睡眠呼吸暂停次数；
所述第三步步骤中，还设有当血氧探头脱落或手指水肿血流不畅时，根据睡眠呼吸暂停时间计算血氧饱和度值，采用正交函数最小二乘法来拟合血氧饱和度。
[0009]所述FastICA算法如下，设设X= (xl，x2,..., xm) T为观测数据阵，该数据阵的独立源为S= (sl，s2，...，sm)T，X与S的线性关系，表达式为:X = AS ;
令 IT = I1,那么 JS0=
1.对数据进行中心化使其均值为O;
2.白化数据，得到V;
3.选择一个具有单位范数的初始化向量w;
4.更新w — E{ vg( wTv) } — E{ g’( wTv) } w ,函数 g 的定义如下 gl ( y)=tanh( al y),al 通常为 I ; g2 ( y) = yexp ( -y2 /2) ；g3( y) = y3 ；
5.标准化
【权利要求】
1.一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，其特征在于:包括以下步骤: 第一步，采用智能手机拍摄监控者的脸部图像，并将脸部图像发送到图像检测及信号处理装置； 第二步，通过安装于智能手机内的预防阻塞性睡眠猝死系统软件采集鼾声，启动图像检测及信号处理装置； 第三步，图像检测及信号处理装置分别进行心率信号分析、鼾声信号分析以及呼吸频率分析，同时血氧计进行血氧饱和度分析，将分析结果发送到智能手机； 第四步，智能手机通过接收到的分析结果进行阻塞性睡眠判断； 所述第三步步骤中，心率信号分析采用FastICA算法，进行FFT变化频谱分析得到尖峰波，所述尖峰波对应的频率为心率； 所述第三步步骤中，鼾声信号分析采用基于鼾声共振峰值的分析方法，识别阻塞程度； 所述第三步步骤中，呼吸频率分析采用对采集图像帧相减后进行均值处理，得到呼吸信号，分析呼吸信号推算睡眠呼吸暂停时间及睡眠呼吸暂停次数； 所述第三步步骤中，还设有当血氧探头脱落或手指水肿血流不畅时，根据睡眠呼吸暂停时间计算血氧饱和度值，采用正交函数最小二乘法来拟合血氧饱和度。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，其特征在于，所述FastICA算法如下，设设X= (xl，x2,..., xm) T为观测数据阵，该数据阵的独立源为S= (sl，s2，...，sm)T，X与S的线性关系，表达式为:X = AS ; 令 Pr=那么 s?=IR0 1.对数据进行中心化使其均值为O; 2.白化数据，得到V; 3.选择一个具有单位范数的初始化向量w; 4.更新w — E{ vg( wTv) } — E{ g’( wTv) } w ,函数 g 的定义如下 gl ( y)=tanh( al y),al 通常为 I ; g2 ( y) = yexp ( -y2 /2) ；g3( y) = y3 ； 5.标准化w , w — w/ Il w Il ； 6.如尚未收敛返回到步骤4。
3.根据权利要求1所述的一种基于智能手机控制的预防阻塞性睡眠猝死方法，其特征在于，所述正交函数最小二乘法算法如下:给定点集“I以及各点的权系数;?..，
4.一种以权利要求1所述的方法为基础的监测装置，其特征在于:其包括智能手机、图像检测及信号处理装置以及用于血氧饱和度监测的血氧计，所述图像检测及信号处理装置包括基于DSP的图像识别及信号处理模块、RGB摄像模块、存储模块以及无线模块，所述识别及信号处理模块包括心率信号分析模块、鼾声信号分析模块以及呼吸频率分析模块；所述心率信号分析模块分别与RGB摄像模块、存储模块连接，所述心率信号按照设定的算法对RGB摄像模块采集的数据进行处理分析，将处理分析得到数据储存到存储模块并通过无线模块将数据发送到智能手机； 所述鼾声信号分析模块分别与智能手机、存储模块相连接，所述鼾声信号通过对智能手机采集到的鼾声信号的分析处理，获得鼾声响度、鼾声频率和鼾声共振峰，将处理后得到的数据储存到存储模块并通过无线模块将数据发送到智能手机； 所述呼吸频率分析模块分别与RGB摄像模块存储模块连接，所述呼吸频率分析模块通过对RGB摄像模块获得的图像数据帧相减后进行均值处理，获得睡眠呼吸暂停时间及睡眠呼吸暂停次数，并将数据存储到存储模块并通过无线模块将数据发送到智能手机； 所述智能手机接收心率信号分析模块、鼾声信号分析模块以及呼吸频率分析模块以及血氧计输出的信号，对数据进行判断处理。
5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述无线模块采用低功耗蓝牙模块。
6.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述图像检测及信号处理装置还设有LED智能补光模块。
7.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述智能手机内设有警铃唤醒系统以及用于报警的报警系统。
【文档编号】A61B5/00GK103462597SQ201310426833
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】陈浩, 朱明善, 刘畅, 黄文洋 申请人:温州医科大学