专利名称：用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于获取临床诊断信息的检测处理方法和装置，具体涉及一种获取睡眠呼吸障碍性疾病诊断信息的检测处理方法和装置。
背景技术：
睡眠呼吸暂停低通气综合征(Sleep Apnea Hypopnea Syndrome，SAHS)是一种常见的睡眠呼吸障碍性疾病，具有严重的潜在危险，严重影响病人的睡眠质量，并可导致多种并发症，资料显示，目前我国约有3000万人患有SAHS。目前的临床诊断方法是通过多导睡眠图仪(PSG)来记录整晚睡眠的多路生理信号并进行分析，以获得病人的整晚睡眠结构和睡眠呼吸事件，进而获得睡眠呼吸暂停低通气综合征的重要诊断数据—呼吸紊乱指数等定量指标，并利用这些定量指标来进行病情判定。
睡眠呼吸暂停低通气指数(Apnea Hypopnea Index，AHI)，或称为呼吸紊乱指数(Respiratory Disturbance，RDI)，AHI(RDI)的表达式为(整晚睡眠呼吸暂停次数+整晚低通气次数)/睡眠总时间(小时)因此，睡眠结构和睡眠呼吸事件的获得是诊断SAHS的关键。
美国加州大学脑研究所Rechtschaffen和Kales于1968年提出的睡眠分期标准(简称R&K标准)，已被世界上大多数学者所接受，目前已广泛应用于临床和科研。该标准判断睡眠分期需要三项指标即脑电图(EEG)、眼动图(EOG)和肌电图(EMG)。到目前为止，临床中为获取睡眠结构和睡眠呼吸事件均采用检测上述三种数据的方法，这种数据检测的方法很繁琐，PSG参数的记录需要给病人粘贴多达十几个电极，为了获得睡眠结构，一般需要同时测量5路信号，即两路脑电、两路眼动电和一路颏肌电信号；为了检测睡眠呼吸事件需要同时测量病人的口鼻气流、胸呼吸、腹呼吸和血氧饱和度等生理信号，不但操作复杂、费用昂贵，而且影响病人的正常睡眠，给病人带来诸多不便，也不能很好的反映病人的实际病况。据估计，当前仅中重度阻塞性呼吸暂停综合征病人，就有93％的男性和82％的女性得不到诊断。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种操作方便、费用低廉、对病人干扰小用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法及装置。
为达上述目的，本发明采用的方法是先获取人体整个睡眠期间的心动周期序列，并进行等间隔重新采样处理，进行波形分析及心动周期提取，然后通过“分层次、多方法整合”的信号处理技术，分别从中挖掘出每个呼吸暂停事件和整个睡眠过程的睡眠结构图，呼吸暂停事件次数和睡眠总时间分别组成了呼吸紊乱指数表达式中的分子和分母。
进一步方案是通过检测实时动态心电信号和/或心冲击图信号和/或脉博波信号获取所述的心动周期序列。
本发明所使用的硬件装置为设有实时记录系统和回放分析系统，所述的实时记录系统设有导联线，导联线一端设有心电传感器和/或心冲击传感器和/或脉博波传感器，另一端与能够实时连续同步记录导联的传感信号的记录器连接，记录器输出端与回放分析系统连接，所述的回放分析系统为能够支持动态心电图分析软件运行的计算机或心电工作站，所述的计算机或心电工作站设有鼠标或键盘输入装置、显示屏和打印装置。
上述硬件装置的优选方案是心电Holter。
本发明通过对人体整个睡眠阶段的心动周期序列进行分析来得到睡眠呼吸障碍性疾病的诊断信息一呼吸暂停事件和整个睡眠过程的睡眠结构，是基于对各类呼吸暂停事件发生过程中心率变异性变化规律的发现性研究，和对健康人或SAS病人在睡眠过程中心动周期各种动态特征参数与睡眠结构(用R&K专家判定结果)之相关分析的研究结果，该研究发现心动周期中蕴含着提取AHI的相关信息，所以可通过对相应数据的分析和处理，从中获取睡眠结构图和睡眠呼吸暂停次数，然后通过这两项进一步获得呼吸紊乱指数AHI(AHI＝呼吸暂停次数/睡眠总时间)。
本发明方法通过人体整个睡眠阶段的心动周期序列图，即可获取睡眠结构图和睡眠呼吸暂停次数，进而获得呼吸率乱指数AHI(AHI＝呼吸暂停次数/睡眠总时间)，与传统检测方法相比较，有很高的相关性，本发明的呼吸事件检出率与典型的PSG相比，相关系数≥0.98，所提供的睡眠结构图与典型的PSG专家分析结果相比，符合率在0.8以上，并具有操作方便、费用低廉、对病人干扰小的优点，此外从现有的心电图可获取本发明方法所需的数据，因此增强了心电图的功能。
本发明方法所采用的装置减少了检测电极数量，简化了SAHS的检查手段，降低了检查费用，而且减少了病人检查时的生理、心理负荷，由于本发明方法所采用的装置可直接利用现有的心电Holter，从而增加了普通心电Holter的功能，使其不仅可用于心电检测，还可用于呼吸紊乱指数信息的获取。
图1、本发明方法实施例方框示意2、本发明实施例呼吸事件检出方法方框示意3、本发明实施例获取睡眠结构方法的方框示意图具体实施方案本例采用心电Holter实施本发明方法，所述心电Holter记录系统设有导联线和记录器，导联线传感部件端设有心电传感器、脉博波传感器，所述的记录器能实时、准确地连续同步记录多个导联的传感信号。
本发明方法的实施过程是一、 动态心电信号的获取，参见图11、通过心电Holter的心电传感器和脉博波传感器，获取人体整晚睡眠过程的实时动态心电信号和脉博波信号，并通过导联线输入到记录器；2、记录器将接收到的传感信号放大、滤波，进行A/D数据转换；3、将经过A/D数据转换的采样信息存到存储器；本记录器能实时、准确地连续同步记录至少一路导联的心电信号，用其获取和记录人体在自然生活状态下连续24小时或更长时间的二导或多导心电信号。
二、利用心电Holter的回放分析系统对记录器存储的动态心电信号进行波形分析及心动周期的提取1、根据动态心电图把每个QRS波所在位置剪出、并形成心搏时域谱图；所述QRS波的提取步骤是(1)、对ECG信号做差分，求取一阶导数；(2)、把初始18秒数据分为六段，每段内导数最大值相加平均后乘以0.5作为初始导数检测阈值；(3)、在第一个大于检测阈值的点的前后70ms范围内找ECG信号幅度最大的极值点，即为该QRS波群的R波峰值点；(4)、更新域值当前导数检测阈值＝上一导数检测阈值*0.9+前2秒数据段内导数最大值*0.5*0.1；(5)、从此R波峰值点向后移200ms，继续搜索下一个QRS波群及其R波峰值点；重复步骤(3)-(5)，直到检测完所有数据。
为了提高处理精度，本例在获得每搏心率时采用浮点数进行计算，在获得每搏心率后，去除两种无关心率一种是由于噪声等因素的影响，错判QRS波引起的心率，另一种是由早搏引起的心率；其中早搏的去处，需要先检测早搏点，然后再去除早搏点两端的心率值，而由噪声等因素引起的错判心率的去除方法如下取窗口长度为41，去除窗口中心点C以及窗口中心率值小于30或大于125的值，对剩余心率相加求平均值M，如果C点的心率值小于30或大于125或超过平均值的20％，则认为C点是干扰并去除，否则则保留C点心率，如此对整晚每搏心率值做平滑滤波。
对经过上述步骤处理后的整晚每搏心率值，利用线性插值的方法进行插值，获得整晚等间隔每秒的心率序列，采样频率为1Hz。
上述方法可减少误差以及各类非窦性心率的影响。
2、根据上述把每个QRS波所在位置剪出所形成的心搏时域谱图，通过对心率变异性HRV(Heart Rate Variability)进行分析，挖掘出每个呼吸暂停事件；本例根据各类呼吸暂停事件发生过程中心率变异性变化的规律，将各类呼吸暂停事件中心率变异性的变化分成四种类型，即上升型、平稳型、下降型和混合型四种，并根据无论哪种呼吸事件在每次结束时一般均带有短时间(15秒以内)心率变快的过程，在确定为一次呼吸暂停时，应用在心率变异性曲线中判断是否存在呼吸性窦心律不齐(RSA)有关，如存在则属阻塞性呼吸事件，如消失，则属中枢性呼吸事件；图2是应用计算机运行上述方法的过程。
采用上述方法的呼吸事件检出率与典型的PSG相比，相关系数≥0.98。
3、根据前述把每个QRS波所在位置剪出所形成的心搏时域谱图，通过对心率变异性HRV(Heart Rate Variability)进行分析，获取整个睡眠过程的睡眠结构；本例根据健康人或SAS病人在睡眠过程中心动周期各种动态特征参数与睡眠结构(用R&K专家判定结果)的关系的分析结果，利用心动周期信号获取下述动态特征参数(1)、心动周期随时间的平均值；(2)、极低频成分能量(3)、低频成分能量(4)、高频成分能量(5)、呼吸暂停成分能量(6)、极低频成分能量占总能量的比值(7)、低频成分能量占总能量的比值(8)、高频成分能量占总能量的比值(9)、呼吸暂停成分能量与总能量的比值(10)、极低频成分能量与高频成分能量之比(11)、低频成分能量与高频成分能量之比用上述11种主要动态特征参数与睡眠分期的关系，对睡眠过程中的醒、浅睡、深睡、快速眼动期四种睡眠分期进行分类，达到整个睡眠过程中睡眠结构的获取。
图3是应用计算机运行上述方法的过程。
采用上述方法获取的睡眠结构图与典型的PSG专家分析结果相比，符合率在0.8以上。
4、通过2、3所得数据，进一步获得呼吸率乱指数AHI(AHI＝呼吸暂停次数/睡眠总时间)。
权利要求
1.用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法，其特征在于先获取人体整个睡眠期间的心动周期序列，进行等间隔重新采样处理，再进行波形分析及心动周期提取，然后通过“分层次、多方法整合”的信号处理技术，分别从中挖掘出每个呼吸暂停事件和整个睡眠过程的睡眠结构图，呼吸暂停事件次数和睡眠总时间分别组成了呼吸紊乱指数表达式中的分子和分母。
2.根据权利要求1所述的用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法，其特征在于通过检测到的实时动态心电信号，和/或心冲击图信号，和/或脉博波信号获取心动周期序列。
3.根据权利要求1或2所述的用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法，其特征在于，所述呼吸暂停事件的检出方法是根据各类呼吸暂停事件发生过程中心率变异性变化的规律，将各类呼吸暂停事件中心率变异性的变化分成四种类型，即上升型、平稳型、下降型和混合型四种，并根据无论哪种呼吸事件在每次结束时一般均带有短时间心率变快的过程，在确定为一次呼吸暂停时，应用在心率变异性曲线中判断是否存在呼吸性窦心律不齐有关，如存在则属阻塞性呼吸事件，如消失，则属中枢性呼吸事件。
4.根据权利要求1或2所述的用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法，其特征在于，所述整个睡眠过程的睡眠结构图的获取方法是根据睡眠过程中心动周期各种动态特征参数与睡眠结构的关系的分析结果，利用心动周期信号获取下述动态特征参数(1)、心动周期随时间的平均值；(2)、极低频成分能量(3)、低频成分能量(4)、高频成分能量(5)、呼吸暂停成分能量(6)、极低频成分能量占总能量的比值(7)、低频成分能量占总能量的比值(8)、高频成分能量占总能量的比值(9)、呼吸暂停成分能量与总能量的比值(10)、极低频成分能量与高频成分能量之比(11)、低频成分能量与高频成分能量之比；用上述11种主要动态特征参数与睡眠分期的关系，对睡眠过程中的醒、浅睡、深睡、快速眼动期四种睡眠分期进行分类，达到整个睡眠过程中睡眠结构的获取。
5.根据权利要求3所述的用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法，其特征在于，所述整个睡眠过程的睡眠结构图的获取方法是根据睡眠过程中心动周期各种动态特征参数与睡眠结构的关系的分析结果，利用心动周期信号获取下述动态特征参数(1)、心动周期随时间的平均值；(2)、极低频成分能量(3)、低频成分能量(4)、高频成分能量(5)、呼吸暂停成分能量(6)、极低频成分能量占总能量的比值(7)、低频成分能量占总能量的比值(8)、高频成分能量占总能量的比值(9)、呼吸暂停成分能量与总能量的比值(10)、极低频成分能量与高频成分能量之比(11)、低频成分能量与高频成分能量之比；用上述11种主要动态特征参数与睡眠分期的关系，对睡眠过程中的醒、浅睡、深睡、快速眼动期四种睡眠分期进行分类，达到整个睡眠过程中睡眠结构的获取。
6.用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理装置，其特征在于设有实时记录系统和回放分析系统，所述的实时记录系统设有导联线，导联线一端设有心电传感器和/或心冲击传感器和/或脉博波传感器，另一端与能够实时连续同步记录导联的传感信号的记录器连接，记录器输出端与回放分析系统连接，所述的回放分析系统为能够支持动态心电图分析软件运行的计算机或心电工作站，所述的计算机或心电工作站设有鼠标或键盘输入装置、显示屏和打印装置。
7.根据权利要求6所述的用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理装置，其特征在于所述的装置是心电Holter。
全文摘要
用于获取呼吸紊乱指数信息的检测处理方法及装置，其特征在于先获取人体整个睡眠期间的心动周期序列，进行等间隔重新采样处理，再进行波形分析及心动周期提取，然后通过“分层次、多方法整合”的信号处理技术，分别从中挖掘出每个呼吸暂停事件和整个睡眠过程的睡眠结构图，呼吸暂停事件次数和睡眠总时间分别组成了呼吸紊乱指数表达式中的分子和分母。本发明方法与传统检测方法相比较，有很高的相关性，并具有操作方便、费用低廉、对病人干扰小的优点，本发明装置可增加普通心电Holter的功能。
文档编号A61B5/00GK1736324SQ20051008713
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月26日 优先权日2005年7月26日
发明者俞梦孙, 吴峰, 杨福生, 陶祖莱, 谢敏 申请人:中国人民解放军空军航空医学研究所, 北京新兴阳升科技有限公司