一种基于气垫床的睡眠呼吸信号采集装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种呼吸监护系统，尤其涉及一种基于气垫床的睡眠呼吸监护系统。
【背景技术】
[0002] 睡眠呼吸暂停综合征（Sleep Apnea Syndrome:SAS)是人类生命和健康的潜 在杀手[1]。SAS是一种睡眠中发生呼吸暂停的睡眠障碍。根据R&K手册 [1]，人体睡眠 中的呼吸障碍可分成两种[2]:①无呼吸（Apnea) : 口或者鼻的气流停止流动超过十秒； ②低呼吸（Hypopnea):换气量低于50%时间超过十秒。医学上，"无呼吸/低呼吸指 数"(Apnea_hypopnea Index，AHI)定义是指平均一小时内无呼吸及低呼吸事件的次数。在 成人，普遍将AHI高于5诊断为患有睡眠呼吸暂停；在儿童，诊断数值未有定案，有人将AHI 高于1. 5定义为儿童睡眠呼吸暂停[3]。呼吸暂停综合症一般可以分为以下3种类型：阻塞 性睡眠呼吸暂停（0SA)，中枢性呼吸暂停（CSA)及混合型睡眠暂停（MSA) [3]。其中0SA患者 最为普遍，占84%的比例。0SA与CSA的主要区别在于呼吸道是否通畅。
[0003] 成人呼吸暂停临床表现为鼾声巨大；鼾声时常因呼吸暂停中断，然后出现喘气； 日间嗜睡，日间专注度，认知能力下降；清晨头痛；体重增加等。儿童发生呼吸暂停表现为 夜间睡眠时有打鼾、呼吸声音异常；白天会有好动及嗜睡 [4]。这些症状比较十分常见，也因 此容易被忽略。事实上，统计资料显示，国外睡眠呼吸暂停综合征的发病率是2%到4%，我 国的统计大概是3%到4%左右，并有逐年提高的趋势 [5]，呼吸暂停综合症在中年男性最为 普遍；男性的发病率约为女性的2至8倍。
[0004] 其中早产儿的呼吸暂停综合症，因早产儿发病率高、抵抗力较弱、危害严重，尤为 受关注。由于早产儿的中枢呼吸系统发育不完善，区别于成人，其调节呼吸的能力有限，容 易出现呼吸障碍，因此这个群体患上呼吸暂停综合症的概率比一般群体要高得多。据临床 统计，约40~50%的早产儿会有周期性呼吸的症状出现；周期性呼吸是呼吸异常的一种， 表现为呼吸加快加强减弱减慢的交替出现。因为早产儿自主调节呼吸的能力弱，患有周期 性呼吸的早产儿中约有一半会发展为呼吸暂停。而且胎龄越小的早产儿，身体功能越不完 善，患上呼吸暂停综合症的概率越大 [6]。此外缺氧、体温变化、低血糖等因素同样可能导致 新生儿的呼吸暂停综合症。呼吸暂停对于新生儿来说是一种严重生理障碍。当发现新生儿 出现呼吸暂停时，需要尽快对其实施呼吸帮助和其他救助措施，维持生命机体的正常工作。 如没有得到及时处理，长时期缺氧可导致脑损伤、肌肉萎缩等，对新生儿的身体和智力发 展不利，严重时甚至造成窒息死亡 [7]。
[0005] 成年人及儿童的呼吸暂停并未受到广泛的关注，虽然其没有癌症、肺结核等疾病 的致死率高，但是其对患者个人和社会都具有明显的危害，如图1所示。它不仅影响患者 个人休息，导致个人日间疲惫；而且睡眠过程中长期缺氧严重损害机体各脏器的机体功 能 [8]，例如可导致心脏供血能力不足、血压增高、胸闷气短、头晕眼花、内分泌失调及肌无力 等，严重时甚至发生猝死。对于老年人，呼吸暂停可能导致或者加重某些心血管疾病；对于 儿童，呼吸暂停可能导致其发育滞后、体格瘦弱；对于孕妇呼吸暂停可能影响胎儿的发育； 除此以外，呼吸暂停常常打扰周围人的睡眠，给家庭和社会带来不便。
[0006] 睡眠过程中的呼吸暂停会导致人体供养不足、机体功能紊乱；进而间接引起要有 脑电图、心跳、血氧饱和度、睡眠结构、呼吸利用、血压等生理信号异常[9]。其中呼吸是最明 显和直接的生理信号。同时呼吸是人体基本生命活动的重要标志。非正常的呼吸信号是呼 吸道疾病，乃至生命危险的前兆。这也正是上述列举所有家庭监护仪都会对呼吸信号进行 检测的原因。
[0007] 呼吸是人体的一项基本生命活动，呼吸过程中人体及其周围的多项物理量（如压 力、声音、气体流量、阻抗等）会发生变化。传感器作为人体和医疗仪器的耦合环节，精确地 检测到这些物理量变化，并将其转换为电信号。并通过信号处理技术，将其中蕴含的呼吸信 号特征提取出来，从而反应出人体的呼吸状况。这是呼吸信号检测的一般原理。目前随着 传感技术、无线通信技术、信号处理技术等的不断进步和成熟，呼吸信号的检测方式也不断 进步、成熟，根据传感器或者电极与测试者接触与否，可将呼吸检测手段分为以下两大类： 接触式检测手段和非接触式检测手段。
[0008] (1)接触式呼吸检测手段
[0009] 接触式呼吸检测手段是指在信号检测过程中传感器或者电极与测试者直接接触。 接触式检测一般有精确、可靠等优点，但是睡眠中呼吸监护是个长时间检测过程，接触式检 测手段在监护过程常常造成测试者不适，干扰测试者的自然睡眠。同时测试者在睡眠过程 中发生身体活动，可能导致传感器发生移位甚至脱落，影响测量准确性。
[0010] (2)非接触式呼吸检测手段
[0011] 非接触式呼吸检测手段是指在检测过程中传感器或者电极与测试者没有直接接 触。接触式呼吸检测在某些场合（如烧伤患者、新生儿等）具有局限性，非接触式检测具有 明显的优势。下面简要介绍几种非接触式呼吸检测手段：
[0012] (a)生物雷达检测。生物雷达区别与一般的雷达，具有能够穿过床单、衣物等非金 属物质的特性。其工作原理：生物雷达产生的电磁波束达到人体身上，由于呼吸、心跳等生 理活动，人体表面会产生微小的机械运动。根据多普勒效应，返回的电磁波相位、幅值等信 号与人体表面微动具有一定相关性，利用此信息可以将人体生理信号提取出。第四军医大 学生物类大课题组在国内首先提出基于雷达的非接触式生理信号检测，并通过多种软件算 法（LMS算法、同态滤波、RLS算法、小波变换等）成功实现了呼吸、心跳等信号的提取和分 离，实现临床监护 [1°]。但是目前这种监护手段在家庭监护领域普及尚有难度。
[0013] (b)基于特殊床垫式检测。基于特殊床垫式检测是指将特殊的传感器嵌入床垫，进 行呼吸数据测量。在睡眠监护方面可以采用压电传感器、压力传感器、电容传感器等。虽 然这几类传感器工作原理不一样，但是在监测睡眠呼吸上的应用基本是一致的，都是人体 躺在特殊床垫上时，呼吸/心跳等生理活动引起床垫微弱的微小的形变或者压力变化；这 引起传感器参数的变化，传感器检测到此微小变化并将其转换为电信号，再通过处理电路 和软件算法把淹没在强噪声环境中的微弱呼吸等信号提取出来 [11]。
[0014] (c)视觉检测法。视觉检测系统，一般情况下至少由3部分构成：首先是光源发 射器，用来提供光点阵列；第二部分为带有一个光学带通滤波器的电荷耦合摄像机（CCD)， 用来接收光阵列信号；最后是计算机处理器。光源在检测对象上发射一系列的亮点后，由 CCD捕捉这些亮点；经过视觉标定，可以分析和获取每一个图像上亮点的移动距离、方位等 信息。由光点阵列的移动信息，可以间接得到人体微小生理活动的频率、幅值等信息。但是 身体活动（如睡眠姿势变换、翻身动作等）对这种检测手段的测量精度影响很大[12]。
[0015] 现代的家庭监护对生理信号的检测手段提出了更高要求；家庭监护不仅要求生理 信号的检测要达到准确可靠，而且还要做到舒适和便捷。非接触式检测和无负担检测是现 代家庭监护的一个重要发展方向 [13]。床垫式监护和可穿戴式监护满足了低负荷/无负荷 监护的要求，不仅解放了监护人员，而且减少监护者的生理和心理负担，代表了家用监护的 发展方向，是目前家庭监护领域的研宄热点。
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【发明内容】
[0030] 根据对市场上睡