专利名称：基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗监测领域，尤其涉及一种基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法及装置。
背景技术：
目前临床多采用多导睡眠监测仪(PSG)对患者睡眠情况进行监测，该设备笨重，操作复杂，需要患者在睡眠监护中心进行检查，不方便随身携带。对简单监测患者睡眠呼吸暂停的方法多采用口鼻气流传感器进行检测，该方法能够有效地监测睡眠呼吸的暂停次数，但却无法有效地分类识别睡眠呼吸暂停为阻塞型暂停、中枢型暂停还是混合型暂停。而对于睡眠呼吸暂停的患者来说，需要有效地监测及记录患者睡眠呼吸中的呼吸模式，帮助医生诊断识别睡眠呼吸中呼吸暂停的类型，为患者制定有效的治疗方案以及评估治疗方案的有效性。但是目前的睡眠呼吸监测方法及装置都无法满足上述要求。生物电阻抗技术利用了生物组织及器官的电特性提取人体生理与病理信息的无创监测技术。人体组织与器官具有独特的电特性，组织与器官的状态或功能变化将伴随相应的电特性改变。比如现有技术中有利用膈肌疲劳程度的变化与胸部呼吸电阻抗信号及腹部呼吸电阻抗信号的波峰的同步程度建立对应关系，根据胸部呼吸电阻抗信号及腹部呼吸电阻抗信号的波峰的同步程度的差异将膈肌疲劳程度分为不同的类型。这样的应用使得生物电阻抗技术在临床医学方面体现出了它无创无损、便于长时间监护及低成本的优势，使得生物电阻抗技术应用于临床医学具有很大的潜力与价值。
发明内容
本发明解决的 技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于生物电阻抗技术实时准确识别患者睡眠呼吸模式的方法。本发明还提供一种基于生物电阻抗实时准确识别患者睡眠呼吸模式的识别装置。为解决上述技术问题，本发明第一个发明目的的技术方案如下:
一种基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，包括如下步骤:
(a)采集人体的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号；
(b)对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号分别进行数据处理转换成数字信号数据；
(C)根据胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的关系对人体的睡眠呼吸信号进行分段识别确定人体的呼吸模式。作为一种优选方案，所述步骤(a)的具体步骤为:
通过固定在人体胸前乳头左侧(或右侧)区域及对应的背部投影位置的一对激励电极和固定在人体肚脐左侧(或右侧)区域及对应的背部投影位置的另一对激励电极同步输入电流激励；
通过固定在人体胸前乳头右侧(或左侧)区域及对应的背部投影位置的一对信号检测电极和固定在人体肚脐右侧(或左侧)区域及对应的背部投影位置的另一对信号检测电极同步采集人体胸部和腹部的电压幅值数据，经计算后得到胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号。作为一种优选方案，所述步骤(b)的具体步骤为:对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号分别依次进行滤波和模数转换处理获得数字信号类型的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号。作为一种优选方案，所述步骤(C)的具体步骤为:
(Cl)根据已为数字信号数据的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的幅值变化关系及相位关系进行一一对应的幅值变化分段及相位关系分段。(c2)分析获取各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的频谱变化关系。根据幅值变化关系、相位关系和频谱变化关系对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号进行分类识别确定人体的睡眠呼吸模式。作为一种优选方案，所述步骤(Cl)的具体步骤为:
(cll)设定极大值点变化阈值A1 ；
(cl2)利用滑动窗函数对已为数字信号数据的胸部呼吸电阻抗信号进行处理，提取滑动窗函数内的呼吸信号极大值点的平均值Yi,将相邻滑动窗函数内平均值的差的绝对值Yw-Yi I与极大值点变化阈值A1进行比较，如果该绝对值I Yw-Yi I大于极大值点变化阈值A1,则后一个滑动窗函数内的数据起点为一个幅值变化分段点；
(cl3)以第一个幅值变化分段点为起点，提取相邻的幅值变化分段点之间的胸部呼吸电阻抗信号作为幅值变化分段信号，依据同样的幅值变化分段点对腹部呼吸电阻抗信号进行分段获取相对应的幅值变化分段信号；
(cl4)对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号相对应的幅值变化分段信号内的呼吸电阻抗信号加上滑动窗函数，分别提取滑动窗函数内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的信号波峰出现的一系列时刻U和tai ；
(cl5)计算获取滑动窗函数内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的相位关
糸
权利要求
1.一种基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，其特征在于，包括如下步骤: Ca)采集人体的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号； (b)对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号分别进行数据处理转换成数字信号数据； (C)根据胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的关系对人体的睡眠呼吸信号进行分段识别确定人体的呼吸模式。
2.根据权利要求1所述的基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，其特征在于，所述步骤(a)的具体步骤为: 通过固定在人体胸前乳头左侧或右侧区域及对应的背部投影位置的一对激励电极和固定在人体肚脐左侧或右侧区域及对应的背部投影位置的另一对激励电极同步输入电流激励； 通过固定在人体胸前乳头右侧或左侧区域及对应的背部投影位置的一对信号检测电极和固定在人体肚脐右侧或左侧区域及对应的背部投影位置的另一对信号检测电极同步采集人体胸部和腹部的电压幅值数据，经计算后得到胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号。
3.根据权利要求1所述的基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，其特征在于，所述步骤(C)的具体步骤为: (Cl)根据已为数字信号数据的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的幅值变化关系及相位关系进行一一对应的幅值变化分段及相位关系分段； (c2)分析获取各相位关系分段内胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的频谱变化关系；根据各相位关系分段信号的幅值变化关系、相位关系和频谱变化关系对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸阻抗信号进行分类识别并确定人体的睡眠呼吸模式。
4.根据权利要求3所述的基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，其特征在于，所述步骤(Cl)的具体步骤为: (cll)设定极大值点变化阈值； (cl2)利用滑动窗函数对已为数字信号数据的胸部呼吸电阻抗信号进行处理，提取相邻滑动窗函数内的呼吸信号极大值点的平均值，将相邻滑动窗函数内的平均值的差的绝对值与极大值点变化阈值进行比较，如果该绝对值大于极大值点变化阈值，则后一个滑动窗函数内的数据起点为一个幅值变化分段点； (cl3)以第一个幅值变化分段点为起点，提取相邻的幅值变化分段点之间的胸部呼吸电阻抗信号作为幅值变化分段信号，依据同样的幅值变化分段点对腹部呼吸电阻抗信号进行分段获取相对应的幅值变化分段信号； (cl4)对幅值变化分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号加上滑动窗函数，分别提取滑动窗函数内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的信号波峰出现的一系列时刻； (cl5)根据提取的一系列时刻计算滑动窗函数内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号之间的相位关系 G ； (cl6)设定相位阈值，将相位关系G与相位阈值进行比较，如果G值大于相位阈值，则该滑动窗函数的数据起点为一个相位关系分段点；(cl7)以每段幅值变化分段信号的起点和终点分别为该段信号第一个和最后一个相位关系分段点，提取相邻的相位关系分段点之间的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号为相位关系分段信号。
5.根据权利要求3所述的基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法，其特征在于，所述步骤(c2)的具体步骤为: (c21)分别提取各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的极大值点； (c22)根据极大值点计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的极大值点的平均值； (c23)计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的极大值点的平均值的比值，获得信号之间的幅值变化关系F ； (c24)计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的频谱； (c25)计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号在设定频率范围内的频谱积分； (c26)计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的频谱积分的比值，获得信号之间的频谱变化关系I ; (c27)建立睡眠呼吸模式M和胸部呼吸电阻抗信号与腹部呼吸电阻抗信号之间的相位关系G、幅值变化关系F及频谱变化关系I的参数模型关系式M=G*F*I ;计算各相位关系分段信号内的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号的M值，根据M值的范围判断各段呼吸信号的呼吸模式。
6.一种基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别装置，其特征在于，包括电极和监测仪，其中， 电极包括激励电极和检测电极；激励电极，佩戴在人体胸部和腹部位置，用于提供激励电流至人体组织；检测电极，佩戴在人体胸部和腹部位置，用于接收人体胸部和腹部的电压信号; 所述监测仪的硬件部分包括: 激励电流模块，用于为激励电极提供电流激励； 多通道开关模块，与电极、激励电流模块和阻抗计算模块连接，用于向不同部位的激励电极提供电流激励、接收检测电极的电压信号和接收检测电极的电压信号传输给阻抗计算模块； 阻抗计算模块，与多通道开关模块连接，根据检测电极提供的电压信号计算出胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号； 主控模块，与阻抗计算模块连接，用于对胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号进行模数转换并对信号进行分析处理，然后分类识别确定人体的呼吸模式； 报警模块，与主控模块连接，用于对超时的呼吸暂停进行报警提醒； 电源模块，为以上各个模块提供模拟电压和数字电压； 监测仪，通过激励电流模块产生激励电流提供给多通道开关模块，多通道开关模块选择导通不同通路后将激励电流传输至激励电极，激励电极将激励电流注入人体，同时检测电极采集胸部和腹部的电压信号后将其发送至多通道开关模块，多通道开关模块将接收的电压信号发送至阻抗计算模块，阻抗计算模块根据电压信号计算出胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号，最后将胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号送入主控模块转化为数字信号后进 行信号的分析处理并分段识别确定人体的呼吸模式。
全文摘要
本发明公开了一种基于生物电阻抗的睡眠呼吸模式识别方法及装置。所述方法包括步骤采集人体的胸部呼吸电阻抗信号和腹部呼吸电阻抗信号；对已为数字信号数据的胸部呼吸电阻抗信号根据幅值变化进行分段，分析获取各分段内对应的胸部和腹部呼吸电阻抗信号之间的幅值变化关系、频谱差异关系和信号相位关系并建立参数模型，根据参数模型对人体的睡眠呼吸信号进行分类识别确定呼吸模式。本发明抗干扰效果好，操作更安全方便，能实时准确识别出人体睡眠的呼吸模式。
文档编号A61B5/08GK103070683SQ20121055716
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者蒋庆, 汪洪彬, 宋嵘 申请人:中山大学