呼吸波形辨识方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及呼吸状态识别领域，特别涉及通过曲线、加权曲线与标准波形的至少 其中之一拟合呼吸气流的至少一部分的呼吸波形辨识方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 通常，在患者自行呼吸的过程中，在无法获得所需的氧浓度（下称不正常呼吸状 态）时，则该患者可借助呼吸机维持人体所需的呼吸运动，以补足该氧气浓度。
[0003] 该不正常呼吸状态通常地发生在该患者睡眠的过程中，通常该不正常呼吸状 态又可进一步区分为短暂呼吸暂停（apnea)、浅呼吸（hypopnea)或浅慢呼吸（flow limitation)，分别地于下文详细说明。
[0004] 该短暂呼吸暂停的定义是在该患者睡眠过程中，因呼吸中止导致肺部超过数十秒 钟无空气流通，而造成该患者血液中血氧浓度降低的现象。患有该睡眠呼吸中止症的该患 者，会因睡眠呼吸暂停影响睡眠质量，而有生活不正常、引发心血管疾病、心脏病或脑溢血 等隐患。
[0005] 该浅呼吸定义为成年人在睡眠过程中因发生呼吸变浅而导致气体流量减 少的情况。除前述的情况外，该浅呼吸还有可能同时并发氧气饱和度下降（oxygen desaturation)，以及发生长达数十秒以上的短暂觉醒（arousal)的情况。举例而言，在睡 眠过程中，若该成年人的气流量及胸腹部的呼吸运动比正常的情况降低50%~70%，并且 该成年人血液的氧气饱和度至少降低了 4%，则符合该浅呼吸的定义。
[0006] 该浅慢呼吸定义为该患者因呼吸道部分地受阻，导致气流的通过量比正常的流量 低。详言之，在睡眠过程中，由于上呼吸道肌肉群不协调、咽部软组织松厚、扁桃腺增生或扁 桃腺肥大等因素，造成该患者在睡眠过程中，反复地发生上呼吸道部分阻塞或全部阻塞的 情况，而该情况可能让该患者短暂地觉醒。
[0007] 通过呼吸中止-浅呼吸指数（apnea-hypopneaindex,AHI)可判断是否为浅呼吸 或浅慢呼吸。其中，该呼吸中止-浅呼吸指数表示睡眠中每小时发生呼吸中止以及浅呼吸 的总和次数。若AHI大于等于15次/小时或AHI大于等于5次/小时，则表示该患者可能 在白天发生昏昏欲睡、打呼（或称打鼾）（snore)、目击呼吸中断，以及因短暂噎住/倒吸一 口气而觉醒的症状。
[0008] 值得注意的是，上文中打呼（或称该打鼾）定义为该气流经过比较狭窄的上呼吸 道时，因为咽喉的软组织、软颚或悬雍垂发生震动而产生声响的一种症状。
[0009] 前述所提及的呼吸机，是目前解决不正常呼吸状态最有效的方式。该患者可通过 该呼吸机连续供应气体，以达到补足氧气浓度的功效。
[0010] 呼吸机的种类依照压力供应的形式进一步区分为正压型呼吸机和负压型呼吸机。
[0011] 以正压型呼吸机为例说明。正压型呼吸机通过检测该患者的呼吸气流，以判断在 适当的时机协助该患者进行完整的呼吸运动。
[0012] 呼吸气流的检测方法可区分为植入型检测技术与非植入型检测技术。植入型检测 技术是将检测仪器植入人体内部，例如心脏心室、肺部或喉头等；非植入型检测技术是直接 地利用正压呼吸机检测患者的呼吸气流。后者的检测技术相较于前者的检测技术，由于不 需植入人体内部，故可以快速地且容易地检测患者的呼吸气流，不致于让该患者产生不舒 服的感觉。
[0013] 然而，非植入型检测技术虽可轻易地对患者进行检测，但传统的呼吸机仍然存在 缺陷，即传统的呼吸机并无法有效地且精准地辨别在不正常呼吸状态中的严重程度，这问 题将导致该呼吸机在对患者持续加压的过程中，有可能抑制该患者的呼吸，并造成更严重 呼吸障碍的缺陷。
[0014] 因此，如何让呼吸机可精确地识别该严重程度而能够适当地输出适合的气体压 力，是重要且亟需解决的问题。
[0015] 有鉴于此，本发明提出一种呼吸波形辨识方法与其系统，可在一呼吸气流中精确 地识别正常呼吸状态与非正常呼吸状态。
【发明内容】
[0016] 本发明的第一目的是提供一种呼吸波形辨识方法，通过实时地正规化一呼吸气流 的振幅与时间，让正规化后的呼吸气流能够通过一算法计算出精确的流量系数，并从该流 量系数中识别该呼吸气流属于正常呼吸状态与非正常呼吸状态，其中该非正常呼吸状态包 含短暂呼吸暂停（apnea)、浅呼吸（hypopnea)或浅慢呼吸（flowlimitation)。
[0017] 本发明的第二目的是根据上述的呼吸波形辨识方法，提取该呼吸气流中的一吸气 波形或一呼气波形，以减少该算法演算的时间，而该呼吸波形辨识方法可由单一吸气波形 或呼气波形识别该呼吸气流的状态。
[0018] 本发明的第三目的是根据上述的呼吸波形辨识方法，利用曲线拟合方法，利用一 阶线性曲线、多阶线性曲线、加权曲线与标准波形拟合正规化的该吸气波形或该呼气波形， 以判断该非正常呼吸状态的严重程度。
[0019] 本发明的第四目的是根据上述的呼吸波形辨识方法，在拟合过程中，针对在该呼 吸气流中特定的取样点根据权重进行重新分配，以判断该非正常呼吸状态的严重程度。
[0020] 本发明的第五目的是根据上述的呼吸波形辨识方法，在多个标准波形中选择与正 规化的该吸气波形或该呼气波形最近似的波形，通过计算二波形的误差，以判断该非正常 呼吸状态的严重程度。
[0021] 本发明的第六目的是根据上述的呼吸波形辨识方法，选择正规化的该吸气波形或 该呼气波形的一部分波形，并且计算该部分波形与这些标准波形的其中之一的差值（例如 绝对误差的标准偏差），以判断该非正常呼吸状态的严重程度。
[0022] 本发明的第七目的是提供一种呼吸波形辨识系统，通过检测一呼吸气流，而从该 呼吸气流中识别正常呼吸状态与非正常呼吸状态。
[0023] 所述呼吸波形辨识系统具有至少一个气流传感器、一个处理单元及一个显示单 元。气流传感器可进行本文所有涉及检测步骤的工作。处理单元用以进行本文所有的测量、 取样、决定波形、累加、拟合、正规化、计算流量系数、决定呼吸状态、设定流量阀值、比对、判 定阻塞程度等等任何涉及计算及分析的步骤。显示单元用以显示呼吸状态。
[0024] 为达到上述的目的及其它目的，本发明提供一种呼吸波形辨识方法，供在一呼吸 气流中识别正常呼吸状态与非正常呼吸状态，该呼吸波形辨识方法包含（a)在一呼吸周期 检测该呼吸气流；(b)测量该呼吸气流的振幅并测量该呼吸周期的时间，其中该时间的长 度至少足以检测到该呼吸气流的上升波形或下降波形；（c)多个取样点依照该振幅与该时 间决定一吸气波形与一呼气波形；（d)正规化该吸气波形与该呼气波形的其中之一的该振 幅与该时间，以建立正规化波形；以及（e)累加参考波形与该正规化波形之间的差值，以计 算出流量系数，该流量系数决定该正规化波形被识别为该正常呼吸状态与该非正常呼吸状 〇
[0025] 为达到上述的目的及其它目的，本发明提供一种呼吸波形辨识方法，供在一呼吸 气流中识别正常呼吸状态与非正常呼吸状态，该呼吸波形辨识方法包含（al)在该呼吸周 期检测一呼吸气流；(bl)测量