一种基于压力信号特征识别鼾声的控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及医疗设备控制技术领域，特别是一种识别韩声的控制方法W及相应的 控制装置。
【背景技术】
[0002] 韩声是阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHA)患者最为突出的症状之一，其 由呼吸时通过上呼吸道的狭窄部位的气流震动气道周围的软组织引起，严重时会导致大脑 和血液缺氧并引发其他症状。韩声的产生往往预示着呼吸暂停或低通气事件将要发生或已 经发生。对于长期使用无创通气治疗的OSAKA患者来说，呼吸机对韩声的识别尤为重要。
[0003] 在现有的技术中多是依靠韩声的声学特征进行识别，例如，计算患者的睡眠呼吸 暂停低通气指数(AHI，即平均每小时睡眠中呼吸暂停和低通气的次数），通过将AHI的大小 与设定阀值进行比较来判断韩声信号的严重程度;或是基于患者韩声波形中的连续小波变 换，研究重度和轻度韩声的幅度、密度和能量分布情况来识别患者当前是否处于打韩状态。 又例如，求取患者韩声信号的基音相关参数，如均值、标准差、密度等，一般而言，重度韩声 的均值和标准差较低，密度较高；而轻度韩声的均值和标准差较高，密度较低，运种识别方 法虽然能在一定程度上对患者的韩声情况进行识别，但在实际操作中由于检测设备的精度 限制W及外界环境噪音的影响，运种方法的识别效果并不显著。现有技术还采用检测患者 韩声信号共振峰的方式来进行韩声识别，通常情况下，采用线性预测方法检测共振峰，W第 一共振峰Fl - 690Hz为边界条件判断患者韩声的严重程度，由于重度韩声的共振峰分布不 太稳定，轻度韩声的共振峰分布相对较稳定，因而可W将患者韩声信号中共振峰的分布情 况作为判定标准进行韩声识别。运些韩声识别方法虽然能满足患者W及医者检测识别韩声 的需求，但由于操作复杂性大多仍处于理论或实验阶段，难W直接应用到家用便携式呼吸 机等日常医疗设备中。
[0004] 目前市场上的呼吸机大多通过分析患者韩声信号的声学特性进行识别，运虽然能 对患者韩声做到成功判断，但由于呼吸机采集到的声音信号极易受到外界环境噪音W及设 备自身噪音的干扰，导致采用声学特性分析获得的识别结果不够准确也不够及时，例如，当 患者处于打韩的较《期状态时，或者对于轻度OSAHA患者的睡眠韩声，呼吸机就无法迅速对 上述患者的韩声事件进行有效识别，不利于呼吸机对打韩患者的及时治疗。在很多时候，用 户需要一种既能快速而准确地识别韩声，又适用于家庭日常使用的呼吸机，例如，改由通过 分析韩声信号的压力信号特征的方法来排除环境噪音、设备杂音等外部因素对分析结果的 影响，提高呼吸机对患者韩声识别的准确性、及时性。
[0005] 在现阶段，没有一种非常好的方法能够解决上述提到的问题。大多数情况下，只能 通过检测患者韩声中的声学特性来判断是否发生打韩事件，没有提供一种有效的进行韩声 识别的呼吸机，能够利用韩声信号的压力信号特征来直接、快速、实时地识别打韩事件。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在设备成本较高，易受外界环境干扰，识别准确性较低的技术缺 陷，本发明的目的是提供一种基于压力特征信号快速识别韩声的控制方法W及相应的控制 装置。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种基于压力信号特征识别韩声的控制方法，其用 于在用户睡眠过程中快速识别韩声事件，包括如下步骤：
[0008] a.获取用户呼吸产生的压力信号x(n) W及流量信号f(t);
[0009] b.将所述压力信号x(n)经时域W及频域转换后获得对应的韩声信号集
[0010] C.基于所述流量信号f(t)确定吸气区间T= [to,ti]，其中，所述to为吸气起点时 间，所述ti为吸气终点时间；
[0011] d.基于所述吸气区间T截取所述韩声信号集{s(t)}中对应区间的韩声信号s(t)， 其中，t=t〇，...，ti，并获取所述韩声信号s(t)的平均功率瓦(n;
[0012] e.将所述平均功率反(巧与第一阔值C相比较，判断是否发生韩声事件。
[0013] 优选地，所述步骤e基于如下公式进行判断：
[001引其中，所述R为判断结果;所逝表示发生韩声事件;所述0表示未发生韩声事件。
[0016] 优选地，所述步骤d包括如下步骤：
[0017] dl.基于如下公式获取所述韩声信号s(t)对应的能量Es(T):
[0019] 其中，所述S(f)为频谱密度，其为所述韩声信号s(t)由时域转化为频域的转化结 果;所述时为与所述吸气起点时间to对应的频率;所述fi为与所述吸气终点时间ti对应的频 率.
[0020] d2.基于如下公式计算所述平均功率玄 [002。瓦仍=五(巧化-g
[0022] 其中，所述to为所述吸气区间T的起点;所述ti为所述吸气区间T的终点。
[0023] 优选地，所述步骤C包括如下步骤：
[0024] Cl.对所述流量信号f(t)进行二阶求导获得
[002引c2.令f" (t) = 0获得吸气时间t ' = {to，ti，…，tn}，其中，相邻两个吸气时间的间隔 tn-tn-l即为所述吸气区间T。
[00%] 优选地，所述步骤b包括如下步骤：
[0027] bl.基于如下离散傅里叶变换公式对所述压力信号x(n)进行时域到频域的转换， 获得所述压力信号x(n)的频谱特性：
[0029] 其中，所述N为所述压力信号x(n)的变换区间长度;所述X(k)为对频谱X(e^)在 [0,231]上的N点等间隔采样;所述x(n)为所述X化)的逆变换;所述Wn为复指数函数集；
[0030] b2.基于窗函数法获得FIR滤波器；
[0031] b3.通过所述FIR滤波器对所述压力数据x(n)进行滤波，并基于如下卷积公式获取 基于频域的韩声信号s(n):
[0033] 其中，所述M为所述FIR滤波器的窗口长度;所述h(i)为单位脉冲响应序列，其中i =0，1，…，M-1;所述x(n)为压力信号，其中n = 0，l，…，N-1;
[0034] b4.将所述基于频域的韩声信号s(n)转化为基于时域的韩声信号集{s(t)}。
[0035] 优选地，所述步骤b2包括如下步骤：
[0036] b21.基于如下公式计算获得理想状态下的单位脉冲响应序列hd(n):
[0038] 其中，所述CO为数字角频率;所述为复变函数;所述Hd(e^)为理想状态下FIR滤 波器的频率响应函数；
[0039] b22.基于窗函数O (n)对所述理想状态下的单位脉冲响应序列进行截断，并基于 如下公式获得本次FIR滤波器的单位脉冲响应序列Mn):
[0040] h(n) =hd(n) to (n)
[0041] 其中，所述hd(n)为理想状态下的单位脉冲响应序列;所述CO (n)为窗函数，所述窗 函数的选择受到阻带最小衰减W及过渡带宽度的限制；
[0042] 相应地，所述单位脉冲响应序列Mn)的频率响应函数为：
[0044] 其中，所述N为所述窗函数CO (n)的窗口长度。
[0045] 根据本发明的另一个方面，还提供一种基于压力信号特征识别韩声的控制装置， 其用于在用户睡眠过程中快速识别韩声事件，包括：
[0046] 第一获取装置，其用于获取用户呼吸产生的压力信号x(n) W及流量信号f(t);
[0047] 第一处理装置，其用于将所述压力信号x(n)经时域W及频域转换后获得对应的韩 声信号集{s(t)};
[0048] 第一确定装置，其用于基于所述流量信号f(t)确定吸气区间T= [to,ti]，其中，所 述to为吸气起点时间，所述ti为吸气终点时间；
[0049]第二获取装置，其用于基于所述吸气区间T截取所述韩声信号集k(t)}中对应区 间的韩声信号S(t)，其中，t = t〇,…，tl，并获取所述韩声信号S(t)的平均功率S.>|(巧J
[0化0] 第一判断装置，其用于将所述平均功率哀巧)与第一阔值讨目比较，判断是否发生 韩声事件。
[0051] 优选地，所述第二获取装置包括：
[0052] 第=获取装置，其用于基于如下公式获取所述韩声信号s(t)对应的能量Es(T):
[0054]其中，所述S(f)为频谱密度，其为所述韩声信号s(t)由时域转化为频域的转化结 果;所述时为与所述吸气起点时间to对应的频率;所述fi为与所述吸气终点时间ti对应的频 率.
[0化5]第二处理装置，其用于基于如下公式计算所述平均功车5片）. ?
[005引反(巧=&伴),化-g
[0057]其中，所述to为所述吸气区间T的起点;所述ti为所述吸气区间T的终点。
[005引优选地，所述第一确定装置包括：
[0059] 第=处理装置，其用于对所述流量信号f(t)进行二阶求导获得
[0060] 第四获取装置，其用于令f"(t)=0获得吸气时间*' = {切，心一，心}，其中，相邻两 个吸气时间的间隔tn-tn-l即为所述吸气区间T。
[0061] 优选地，所述第一处理装置包括：
[0062] 第四处理装置，其用于基于如下离散傅里叶变换公式对所述压力信号x(n)进行时 域到频域的转换，获得所述压力信号x(n)的频谱特性：
[0064] 其中，所述N为所述压力信号x(n)的变换区间长度;所述X(k)为对频谱X(e^)在 [0,231]上的N点等间隔采样;所述x(n)为所述X化)的逆变换;所述Wn为复指数函数集；
[0065] 第五获取装置，其用于基于窗函数法获得FIR滤波器；
[0066] 第六获取装置，其用于通过所述FIR滤波器对所述压力数据x(n)进行滤波，并基于 如下卷积公式获取基于频域的韩声信号s(n):
[0068]其中，所述M为所述FIR滤波器的窗口长度;所述h(i)为单位脉冲响应序列，其中i =0，1，…，M-1;所述x(n)为压力信号，其中n = 0，l，…，N-1;
[0069] 第五处理装置，其用于将所述基于频域的韩声信号s(n)转化为基于时域的韩声信 号集{s(t)}。
[0070] 优选地，所述第五获取装置包括：
[0071] 第屯获取装置，其用于基于如下公式计算获得理想状态下的单位脉冲响应序列hd (n)：
[0073] 其中，所述CO为数字角频率;所述为复变函数;所述Hd(e^)为理想状态下FIR滤 波器的频率响应函数；
[0074] 第八获取装置，其用于基于窗函数O (n)对所述理想状态下的单位脉冲响应序列 进行截断，并基于如下公式获得本次FIR滤波器的单位脉冲响应序列Mn):
[0075] h(n) =hd(n) w (n)
[0076] 其中，所述hd(n)为理想状态下的单位脉冲响应序列;所述CO (n)为窗函数，所述窗 函数的选择受到阻带最小衰减W及过渡带宽度的限制；
[0077] 相应地，所述单位脉冲响应序列Mn)的频率响应函数为：
[0079] 其中，所述N为所述窗函数CO (n)的窗口长度。
[0080] 本发明通过实时对韩声信号中的压力信号采样并进行分析、处理，提取并放大韩 声信号的强度，将本发明提供的技术方案应用到医疗设备尤其是家用呼吸机中，能够准确 并快速识别韩声事件并依据识别结果立刻进行相应处理，避免了现有技术中利用韩声声学 信号特征识别韩声事件时易收到噪音干扰的缺陷，改