专利名称：一种家用非接触睡眠监测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种呼吸信号监测技术，特别涉及一种适用于家庭的非接触睡眠监测装置及方法。
背景技术：
近年来，随着现代医学的日益进步，睡眠医学作为现代医学的重要组成部分逐渐建立和发展起来。对睡眠呼吸方面的研究直接关系到对睡眠疾病的研究，因此睡眠呼吸成为了睡眠医学中较为关心的问题，特别是睡眠呼吸暂停低通气综合症(Sleep HypopneaSyn-drome, SAHS)受到了广泛的重视。 睡眠呼吸暂停综合症是一种严重危害人们健康和生命的疾病，美国的流行病学资料显示，睡眠呼吸暂停综合症的主要病发人群是40岁以上的成年男性，人群的发病率高达1%-4%，在我国还没相关的流行病学资料。睡眠呼吸暂停综合症是指在每晚7个小时睡眠的情况下，周期性的出现呼吸暂停(上呼吸道无气流通过达到IOs以上)的发生次数大于30次或者每小时睡眠呼吸暂停的发生次数多于5次。这种病症除导致或加重呼吸衰竭外，还是脑血管意外、心肌梗塞和高血压的重要危险因素之一。尽早合理的诊治，可明确提高患者生活质量，预防各种并发症的发生。因此，对睡眠呼吸的监护是预防和诊治睡眠呼吸障碍的首要步骤，对呼吸频率、呼吸节律的监测能够确切反应患者的通气状况，并指导机械通气治疗和临床用药。关于睡眠状态下人体生理信号监测技术，由于它对睡眠健康监测至关重要，而受到各国高度的重视。根据不同患者的需要，睡眠监测方法主要有(I)多导睡眠监测系统；
(2)微动灵敏睡眠床垫；(3)远程家庭医疗监护网。上述方法中，多导睡眠监测系统一般由主机、显示器、放大器、采集盒、EEG/ECG/E0G/EMG传感器、胸腹运动传感器、热敏气流传感器、血氧传感器、鼾声传感器、体位传感器、信号电缆、隔离电源组成，记录并分析睡眠时EEG、ECG、EOG、EMG、胸腹式呼吸运动、鼾声、脉搏、血氧饱和度、脉搏波、呼吸频率、体位等睡眠呼吸参数，对睡眠障碍、睡眠呼吸紊乱和睡眠呼吸暂停、低通气综合征疾病进行分析、诊断。通过对以上参数的记录与分析，对睡眠障碍、睡眠呼吸紊乱和睡眠呼吸暂停、低通气综合征疾病进行分析、诊断。多导睡眠监测是当今睡眠医学中的一项重要新技术，在世界睡眠研究界又被称为诊断睡眠障碍疾病的〃金标准"，对于诊治各种睡眠障碍相关疾病、保障人们健康正发挥越来越重要的作用。但是在监测过程中需要专业人员安装多种传感器和连接导线直接接触人体，在长时间连续监测时对人体带来很大的心理负荷，直接影响到睡眠监测结果的客观性，适用于对医院监测设备和环境不敏感的人群。微动灵敏睡眠床垫采用灵敏度极高的气床压力传感器，测量人体心搏和呼吸引起的压力变化来测量BCG、呼吸、心率和翻身等体动。床垫分为四个区分别测量、互相校正信号，能够准确地测量每次心跳的心动周期，并能进行睡眠时心率变异性分析和自主神经功能的评定，对睡眠呼吸暂停综合征起到辅助诊断作用。国内典型的多功能睡眠床垫是由北京空军医学研究所俞梦孙院士带领的研究小组研制的，主要用于飞行员的睡眠监测，最大限度地降低飞行事故。该方法由于采用睡眠床垫，使人能够在睡眠的自然状态下完成生理信号的无创监测，在睡眠监测中具有重要作用。但是其检测设备价格昂贵，不适用家庭睡眠监测。远程家庭医疗监护网采用普遍使用的电话和个人计算机作基础，以家庭近距离遥测技术、远距离电话通讯网为技术平台，形成以心电、血压等重要的生理参数为主的监护网络系统，实现病人在家中就能及时得到中心医院的监护和急救处理和病情分析等多种功能。但是，心电、血压的获取仍然采用传感器接触人体，也不适用于家庭睡眠监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于家庭的睡眠监测装置及方法，通过对睡眠状态下的人体进行无约束、非接触的呼吸率监测，在发生睡眠呼吸暂停时进行报警，在不影响人体正常睡眠的同时，实现对其睡眠状态的非接触式监测。
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家用非接触睡眠监测装置，其特征在于，包括发射、接收天线、非接触生物雷达前端、DSP处理器，其中，非接触生物雷达前端通过发射天线向睡眠者胸壁定向发射脉冲序列信号，通过接收天线拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信号，经过相关检测和可变延迟处理后输出给DSP处理器，DSP处理器对睡眠者呼吸信号进行呼吸模式自动识别和控制。所述非接触生物雷达前端包括一个窄脉冲成形模块、一个距离门模块、一个相关检测模块和一个积分-微分模块，所述窄脉冲成形模块产生窄脉冲序列信号通过外接发射天线辐射出去，窄脉冲序列被睡眠者因呼吸引起的胸壁微动所反射，其回波信号被外接接收天线接收，通过相关检测模块对窄脉冲回波进行解调后输出到积分-微分模块，提取出睡眠者呼吸微动信息，所述距离门模块连接相关检测模块，实现探测区内的距离选通和扫描；所述外接发射天线与接收天线与睡眠者的胸部距离不超过0. 5米。一种采用前述装置的非接触睡眠监测方法，其特征在于，包括下述步骤(I)打开家用非接触睡眠监测装置的电源，DSP处理器对非接触生物雷达前端进行硬件自检，准备就绪时开始采集呼吸信号；(2)然后DSP处理器对呼吸信号进行预处理，包括低通FIR滤波和归一化处理，将呼吸信号的幅值按比例缩放到[-1，I]的区间；(3)将预处理后的呼吸信号提取其短时平均幅度、短时方差、短时频谱三个特征组成呼吸信号模式识别的特征向量空间；(4)得到呼吸信号的特征相量空间后，采用聚类分析进行呼吸模式自动分类和判别，(5)如果判别呼吸信号为呼吸暂停，则触发DSP处理器外围的声光报警电路进行报警。上述方法中，所述的归一化处理按以下公式进行y= (x-Min) / (Max-Min)其中X为数字滤波后的呼吸信号，y为归一化的呼吸信号，Max和Min分别表示滤波后呼吸信号的最大值和最小值。所述的短时平均幅度按以下公式计算
权利要求
1.一种家用非接触睡眠监测装置，其特征在于，包括发射、接收天线、非接触生物雷达前端、DSP处理器，其中，非接触生物雷达前端通过发射天线向睡眠者胸壁定向发射脉冲序列信号，通过接收天线拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信号，经过相关检测和可变延迟处理后输出给DSP处理器，DSP处理器对睡眠者呼吸信号进行呼吸模式自动识别和控制。
2.如权利要求1所述的家用非接触睡眠监测装置，其特征在于，所述非接触生物雷达前端包括一个窄脉冲成形模块、一个距离门模块、一个相关检测模块和一个积分-微分模块，所述窄脉冲成形模块产生窄脉冲序列信号通过外接发射天线辐射出去，窄脉冲序列被睡眠者因呼吸引起的胸壁微动所反射，其回波信号被外接接收天线接收，通过相关检测模块对窄脉冲回波进行解调后输出到积分-微分模块，提取出睡眠者呼吸微动信息，所述距离门模块连接相关检测模块，实现探测区内的距离选通和扫描；所述外接发射天线与接收天线与睡眠者的胸部距离不超过O. 5米。
3.一种非接触睡眠监测方法，采用权利要求1所述的家用非接触睡眠监测装置实现，其特征在于，包括下述步骤 (1)打开家用非接触睡眠监测装置的电源，DSP处理器对非接触生物雷达前端进行硬件自检，准备就绪时开始采集呼吸信号； (2)然后DSP处理器对呼吸信号进行预处理，包括低通FIR滤波和归一化处理，将呼吸信号的幅值按比例缩放到[-1，I]的区间； (3)将预处理后的呼吸信号提取其短时平均幅度、短时方差、短时频谱三个特征组成呼吸信号模式识别的特征向量空间； (4)得到呼吸信号的特征相量空间后，采用聚类分析进行呼吸模式自动分类和判别， (5)如果判别呼吸信号为呼吸暂停，则触发DSP处理器外围的声光报警电路进行报警。
4.如权利要求3所述的非接触睡眠监测方法，其特征在于，所述的归一化处理按以下公式进行y= (χ-Min)/(Max-Min) 其中X为数字滤波后的呼吸信号，y为归一化的呼吸信号，Max和Min分别表示滤波后呼吸信号的最大值和最小值。
5.如权利要求3所述的非接触睡眠监测方法，其特征在于，所述的短时平均幅度按以下公式计算 Μ = φχ[η]\)/Ν，其中N表示呼吸信号的点数，|χ[η]|表示呼吸信号的幅值。
6.如权利要求3所述的非接触睡眠监测方法，其特征在于，所述的的短时方差按以下公式计算 S2=TfE(-y -·^2，其中N表示呼吸信号的点数，_表示呼吸信号的均值。
7.如权利要求3所述的非接触睡眠监测方法，其特征在于，所述采用聚类分析进行呼吸模式自动分类和判别步骤中，判别函数采用以下表达式 g (X) =w’ X+ ω ο 其中，w是权向量，Qci为阈值权，判定规则如下g(x)>0则判定QpgkXO则判定ω2，如果g(X) =0，把这种情况也归为O1类。
全文摘要
本发明公开了一种家用非接触睡眠监测装置及方法，包括发射、接收天线、非接触生物雷达前端、DSP处理器，非接触生物雷达前端通过发射天线向睡眠者胸壁定向发射脉冲序列信号，通过接收天线拾取睡眠者含有呼吸信息的反射回波信号，经过相关检测和可变延迟处理后输出给DSP处理器，DSP处理器对睡眠者呼吸信号进行预处理、呼吸特征向量提取和聚类分析等步骤实现呼吸模式自动识别和控制，在不影响人体正常睡眠的前提下，可进行声光报警，强制让呼吸暂停的睡眠者清醒。
文档编号A61B5/08GK103006223SQ201210540180
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者路国华, 杨芳, 王健琪, 李盛, 荆西京, 吕昊, 王 华, 薛慧君, 张华 , 马腾 申请人:中国人民解放军第四军医大学