睡眠呼吸监测仪的设计毕业设计
人体睡眠监测系统的设计与实现
人体睡眠监测系统的设计与实现睡眠是一种生理状态，是人体为了恢复身体机能而进行的一种必要活动。
睡眠对人体健康有着重要的影响，因此，对睡眠进行监测和分析成为了近年来非常受关注的研究领域之一。
本文将阐述人体睡眠监测系统的设计与实现，包括硬件系统和软件系统两个方面。
1.硬件系统1.1 传感器选择睡眠监测系统中最重要的组件是传感器，因为传感器可以采集各种生理信号，如呼吸、心跳、脑电等信息，以评估睡眠质量。
常用的传感器有以下几种：心电传感器：用于监测心电图（ECG）信号，可以用于评估各种心脏疾病。
呼吸传感器：用于监测呼吸，通常采用胸带或鼻子套作为传感器。
脑电传感器：用于监测脑电图（EEG）信号，以评估睡眠状态和质量。
加速度计传感器：用于监测睡姿和运动状态，以便分析睡眠深度和时长。
1.2 硬件设计为了将上述传感器应用于检测睡眠状态，需要设计一个合适的硬件系统。
下面是一个简单的硬件系统设计：以心电传感器为例，将其与一个心电信号放大器相结合，可以放大和过滤来自传感器的信号。
然后将信号输入到一个数据采集器，在此过程中，滤波器有助于去除来自环境的噪声。
接下来是呼吸传感器和脑电传感器，其中呼吸传感器通常采用力传感器或温度传感器，而脑电信号通常需要具有高输入阻抗的放大器来确保信号质量和高信噪比。
此外，加速度计传感器通常用于评估移动和动态姿态，可以将其与其他传感器一起使用，以更好地评估睡眠质量。
2.软件系统2.1 数据采集开发一个睡眠监测系统需要一组数据采集和存储设备，以获取来自传感器的原始数据。
通常，开发人员使用与数据采集器相连的数据接口，以便在不同平台上创建自己的可视化分析工具。
2.2 数据存储与处理将数据存储在设备或云存储服务中以进行进一步处理通常是可行的。
数据处理可以包含过滤、矫正和分析数据。
数据处理是睡眠监测系统的一项关键工作，对数据分析和生成统计信息、运营分析和健康管理来说都非常重要。
2.3 数据分析睡眠监测系统的最终目标是产生有用的数据可以用于评估睡眠，这意味着数据分析是任何睡眠监测系统的关键部分。
便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计
第３７卷㊀第５期２０１８年㊀１０月北京生物医学工程ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３７㊀Ｎｏ ５Ｏｃｔｏｂｅｒ㊀２０１８基金项目：湖北省自然科学基金（２０１６ＣＦＢ３９９）资助作者单位：湖北科技学院生物医学工程学院（湖北咸宁㊀４３７１００）通信作者：史贵连，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｗｉｌｌｅｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计叶福丽㊀史贵连摘㊀要㊀目的设计一套可以直接佩戴在患者身上的睡眠呼吸血氧监护系统，监测在呼吸暂停间隙患者是否伴有缺氧和心血管疾病发生㊂方法以台湾友晶科技公司推出的ＦＰＧＡ开发系统ＤＥ２为硬件平台，采用ＡＬＴＥＲＡ公司的可编程片上系统开发工具ＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ完成系统搭建，并在ＮｉｏｓＩＩＩＤＥ集成开发环境下完成系统软件开发㊂采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心，通过检测并收集患者在睡眠过程中的呼吸㊁血氧饱和度㊁脉搏以及打鼾次数等信息，判断患者是否存在睡眠呼吸暂停症状㊂结果经过检测，系统能够确定患者睡眠过程中身体是否出现异常，并在紧急状况时给与告警和刺激㊂结论该系统具有操作简单㊁轻便低功耗等特点，采集和检测的所有数据可以同步显示和存储，方便后期跟踪与处理㊂关键词㊀睡眠呼吸暂停；血氧；ＦＰＧＡ开发系统；监护系统ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３２０８ ２０１８ ０５ ０１１．中图分类号㊀Ｒ３１８ ６㊀㊀文献标志码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀１００２－３２０８（２０１８）０５－０５０９－０５Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｏｎｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅｓＹＥＦｕｌｉ，ＳＨＩＧｕｉｌｉａｎＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｎｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ㊀４３７１００ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒ：ＳＨＩＧｕｉｌｉａｎ（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｗｉｌｌｅｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ）ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔ㊀ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＡｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔａｌｈｙｐｏｘｉａａｎｄｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｄｉｓｅａｓｅｓａｐｎｅａ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅａｄｏｒｎｅｄｏｎｔｈｅｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｓｌｅｅｐａｐｎｅａ．ＭｅｔｈｏｄｓＷｉｔｈｔｈｅＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍＤＥ２ｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＪｉｎｇｙｏｕＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＴａｉｗａｎａｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐｕｓｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｏｏｌＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＮｉｏｓＩＩＩＤＥ．ＴｈｅＳＯＰＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡＬＴＥＲＡＣｏｍｐａｎｙｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅＤＥ２ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄａｔｔｈｅｃｏｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｊｕｄｇｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｌｅｅｐａｐｎｅａｂｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｐｕｌｓｅａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｎｏｒｅ．ＲｅｓｕｌｔｓＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｂｏｄｙｉｓｎｏｒｍａｌｏｒｎｏｔｄｕｒｉｎｇｓｌｅｅｐ，ａｎｄｇｉｖｅａｎａｌａｒｍａｎｄｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎａｃｒｉｔｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓＴｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙｏｆｏｐｅｒａｔｏｒ，ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ａｌｌｔｈｅｄａｔａｃａｎｂｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙｄｉｓｐｌａｙｅｄａｎｄｓａｖｅｄ，ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｔａｉｌａｆｔｅｒａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｌａｔｅｒ．ʌＫｅｙｗｏｒｄｓɔ㊀ｓｌｅｅｐａｐｎｅａ；ｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎ；ＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ０㊀引言睡眠呼吸暂停是一种常见却鲜为人知的功能失调性病症［１－２］，随着信息技术和嵌入式技术的发展，居家环境下使用的便携式医疗监护产品受到广泛关注，各种智能化的小型医疗电子产品得到越来越多使用者的青睐㊂设计一个能在居家环境下监测患者各种生理指标参数，判断患者身体是否健康的智能医疗电子产品是医疗信息化发展的重要趋势［３－４］㊂１㊀系统总体结构便携式睡眠呼吸暂停监护系统的结构如图１所示，本文重点是设计便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统㊂以台湾友晶科技公司推出的ＦＰＧＡ开发系统ＤＥ２为硬件平台，采用ＡＬＴＥＲＡ公司的可编程片上系统开发工具ＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ完成系统搭建，并在ＮｉｏｓＩＩＩＤＥ集成开发环境下完成系统软件开发㊂采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心，采集患者睡眠状态下的呼吸信号以及打鼾次数；同时检测患者的血氧饱和度㊁心电信号和脉率等生命体征参数，用于判断患者睡眠过程中身体是否出现异常，紧急状况时进行告警和刺激㊂采集和检测的所有数据可以同步显示和存储，方便后期跟踪与处理㊂图１㊀便携式血氧监护系统的结构框图Ｆｉｇｕｒｅ１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ２㊀血氧饱和度、脉搏采集模块脉搏血氧检测部分以现场可编程门阵列（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）为控制器，先利用红光和近红外光两种波长的半导体光源，对人体手指末端做透射吸收测量，得到交㊁直流脉搏波信号，再将经过放大㊁滤波等处理后的脉搏波信号由１２位ＡＤＣ（ＭＡＸ１２７０）采样转换［５］，根据血液中氧合血红蛋白（ＨｂＯ２）和还原血红蛋白（Ｈｂ）对这两种波长光能量的吸收差异，在ＦＰＧＡ内部计算出血氧饱和度并经ＶＧＡ显示，硬件部分如图２所示㊂图２㊀脉搏血氧饱和度检测模块Ｆｉｇｕｒｅ２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｂｌｏｃｋｏｆｐｕｌｓｅｂｌｏｏｄｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ２ １㊀光电传感器光电传感器即动脉血氧饱和度测量探头［６］，其内部结构和接口定义如图３所示㊂图３㊀血氧饱和度测量探头Ｆｉｇｕｒｅ３㊀Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｏｂｅｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ２ ２㊀探头驱动电路血氧饱和度探头采用两路发光管交替发光调制脉搏波信号，有效控制两路发光管交替发光，可以提高脉搏波检测的准确度［７－８］㊂血氧探头的驱动电路如图４所示㊂当组织中的血流量发生变化时，通过组织的光强也会发生变化㊂这种变化被两路光信号调制后由光电二极管接收并转化为电压信号，送入后一级脉搏波检测模块［９］㊂２ ３㊀信号调理电路经传感器获得的电信号非常微弱且携带很多噪声，同时由于人体内阻比较大，因此需要一个具有高阻抗㊁高共模抑制比㊁低噪声㊁低漂移特点的前置放大电路㊂该放大电路由初级差分放大电路㊁直流分量调理和交流分量调理组成［１０－１２］㊂㊃０１５㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷图４㊀血氧探头的驱动电路Ｆｉｇｕｒｅ４㊀Ｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐｒｏｂｅ２ ３ １㊀初级差分放大电路初级放大电路如图５所示㊂由于差分放大电路处于系统的前端，直接影响到整个系统的信噪比，因此从光电传感器中接收二极管中输出的信号首先被送到此初级差分放大电路中㊂２ ３ ２㊀直流分量调理电路为了进一步抑制噪声，提高共模抑制比，信号经过差分电路后，直流分量通过高精度的双运算放大器ＯＰＡ２２７７，构成直流分量调理部分㊂其电路如图６所示㊂２ ３ ３㊀交流分量调理电路交流分量调理电路如图７所示㊂此电路先通过通频带约为０ ３０Ｈｚ的压控电压源四阶带通滤波，减小其余频率的干扰［１３］㊂交流分量经滤波后，再进入可调放大电路，它可利用精密滑动变阻器控制调节放大倍数㊂最后经过偏置调节电路来抬升电位，便于数字部分（ＦＰＧＡ）采样进行信号处理㊂图５㊀血氧饱和度信号检测前置放大电路Ｆｉｇｕｒｅ５㊀Ｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ图６㊀直流分量调理电路Ｆｉｇｕｒｅ６㊀Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ图７㊀交流分量调理电路Ｆｉｇｕｒｅ７㊀Ｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ㊃１１５㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀叶福丽，等：便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计２ ４㊀Ａ／Ｄ转换模块经过上述调理电路处理的电信号依然是模拟量，需要经过模数转换（ＡＤＣ）变成数字量，才能被处理器进行相关处理㊂本设计模数转换（ＡＤＣ）直接采用１２位高精度ＡＤＣＭＡＸ１２７０芯片完成，如图８所示㊂图８㊀血氧饱和度检测信号的模数转换Ｆｉｇｕｒｅ８㊀ＡＤＣｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ３㊀呼吸波信号采集程序设计脉搏波信号采集是通过交替发光的红光和红外光调制脉搏波，然后经过解调及滤波等相关处理后经外部ＡＤ采集，软件程序设计实现ＡＤ采样以及简单的均值滤波等相关信号处理后获得脉搏波信号；呼吸波信号采集原理与脉搏波信号采集相同，不同的是它不需要进行调制［１４－１５］㊂ＳＰＯ２＿ＲＥＳ（）｛ＳＥＴＰＩＯ＿ＲＥＤ（）；／／红光发光ＲｅｃｅｉｖｅＲＥＤ＿ＤＡＴＡ（）；／／探头发红光时所采集到得数据；；ＳＥＴＲＥＤ＿ＤＡＴＡＤｉｇｉｔ＿Ｆｉｌｔｅｒ（）；／／对探头发红光时所采集到得数据进行均值滤波；ＳＥＴＰＩＯ＿ＩＮＦ（）；／／红外发光ＲｅｃｅｉｖｅＩＮＦ＿ＤＡＴＡ（）；／／探头发红外光时所采集到得数据；ＳＥＴＩＮＦ＿ＤＡＴＡＤｉｇｉｔ＿Ｆｉｌｔｅｒ（）；／／对探头发红外光时所采集到得数据进行均值滤波；ＣａｌｃｕｌａｔｅＳＰＯ２（）；／／计算血氧饱和度；ＲｅｃｅｉｖｅＲＥＳ＿ＤＡＴＡ（）；／／采集呼吸信号｝４㊀血氧饱和度㊁脉搏模块测试结果正常供电后，选３个健康被试者，首先将探头夹住手指，不要说话㊁动作，血氧饱和度测试开始，此时从探头采集到的波形显示在ＶＧＡ显示器上，其中显示的曲线为透射过来的交替发光的红光波形和红外光调制的脉搏波形㊂同时显示经ＦＰＧＡ计算的血氧饱和度值和脉率值，且实时刷新㊂硬件调试过程中脉搏波在示波器显示的波形如图９所示㊂图９㊀示波器显示的脉搏波Ｆｉｇｕｒｅ９㊀Ｐｕｌｓｅｗａｖｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ系统供电，给被试佩戴相应传感器和一次性心电电极，完成各模块参数及波形的测试㊂其中血氧饱和度测量㊁脉搏测量测试数据如表１所示㊂表１㊀血氧饱和度测量㊁脉搏测量Ｔａｂｌｅ１㊀Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｌｓｅ测量者脉率脉率（标准仪器）误差／％血氧饱和度血氧饱和度（标准仪器）误差／％１６５６５０９５％９５％０２７０７１１ ４０９４％９３％１ ０７３５５５４１ ８５９３％９４％１ ０６５㊀结论本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心构建一套用于睡眠呼吸暂停监护的便携式系统，该系统通过检测并收集患者在睡眠过程中的呼吸㊁心电㊁血氧饱和度㊁脉搏以及打鼾次数等㊃２１５㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷信息，判断患者是否存在睡眠呼吸暂停症状㊂对于存在严重睡眠呼吸暂停的患者，根据监测数据，还能判断在呼吸暂停间隙患者是否伴有缺氧和心血管疾病发生，如果遇到紧急情况，可以进行告警提示㊂该系统具有操作简单㊁轻便低功耗等特点，不用住院，直接在居家环境下进行睡眠检测，减少患者心理负担，提高检测准确度㊂该系统适合早期睡眠呼吸暂停患者进行睡眠呼吸暂停的排查，帮助医生及时了解患者的病情，针对病情对患者进行追踪治疗，帮助患者提高睡眠质量㊂参考文献［１］㊀王存亭，张菡，林洪义，等．应用ＭＲＩ研究流体迁移对睡眠呼吸暂停患者上气道截面形状的影响［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１６，３５（１）：３１－３５．ＷａｎｇＣＴ，ＺｈａｎｇＨ，ＬｉｎＨＹ，ｅｔａｌ．ＵｓｉｎｇＭＲＩｔｏｓｔｕｄｙｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｌｕｉｄｓｈｉｆｔｏｎｔｈｅｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｐａｔｉｅｎｔｓ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，３５（１）：３１－３５．［２］㊀ＳａｎｔａｎａＤＢ，ＺóｃａｌｏＹＡ，ＡｒｍｅｎｔａｎｏＲＬ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅ⁃ｈｅａｌｔｈａｐｐｒｏａｃｈｂａｓｅｄｏｎｖａｓｃｕｌａｒｕｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄｐｕｌｓｅｗａｖｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｒｉｓｋｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＢｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，２０１２，１６（２）：２８７－２９４．［３］㊀ＭａｒｖｉｓｉＭ，ＶｅｎｔｏＭＧ，ＢａｌｚａｒｉｎｉＬ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｓｉｔｉｖｅａｉｒｗａｙｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｕｖｕｌｏｐａｌａｔｏｐｈａｒｙｎｇｏｐｌａｓｔｙｉｍｐｒｏｖｅｓｐｕｌｍｏｎａｒｙｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｏｅａ［Ｊ］．Ｌｕｎｇ，２０１５，１９３（２）：２６９－２７４．［４］㊀ＹｕＳ，ＬｉｎＹ，ＳｕｎＸ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｉｃａｃｙｏｆｎａｓａｌｓｕｒｇｅｒｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｈｙｐｏｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＡｃｔａＭｅｃｈａｎｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３０（２）：２５０－２５８．［５］㊀黎圣峰，庞宇，高小鹏，等．便携式血氧信号检测装置设计［Ｊ］．传感器与微系统，２０１７，３６（３）：１１０－１１２．ＬｉＳＦ，ＰａｎｇＹ，ＧａｏＸＰ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｏｘｙｇｅｎｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０１７，３６（３）：１１０－１１２．［６］㊀吴疆，徐壮，刘丽佳，等．基于环绕式血氧探头的睡眠呼吸暂停综合征检测装置原型设计与开发［Ｊ］．吉林大学学报，２０１８，４８（２）：６４０－６４４．ＷｕＪ，ＸｕＺ，ＬｉｕＬＪ，ｅｔａｌ．Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，４８（２）：６４０－６４４．［７］㊀ＲａｍａｒＫ，ＤｏｒｔＬＣ，ＫａｔｚＳＧ，ｅｔａｌ．Ｃｌｉｎｉｃａｌｐｒａｃｔｉｃｅｇｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａａｎｄｓｎｏｒｉｎｇｗｉｔｈｏｒａｌａｐｐｌｉａｎｃｅｔｈｅｒａｐｙ：ａｎｕｐｄａｔｅｆｏｒ２０１５［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＳｌｅｅｐＭｅｄｉｃｉｎｅ，２０１５，１１（７）：７７３－８２７．［８］㊀ＳｏｌｔａｎｚａｄｅｈＲ，ＭｏｕｓｓａｖｉＺ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｏｒａｌｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍｆｏｒｄｅｒｉｖｉｎｇｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ（ＳｐＯ２）ｌｅｖｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＤｅｖｉｃｅｓ，２０１５（９）：０２０９２２－１－２．［９］㊀王婷婷，黄少雄，张湘民，等．睡眠呼吸暂停低通气综合征患者血氧变化与相关呼吸事件的相关性的研究［Ｊ］．临床耳鼻咽喉头颈外科杂志，２０１７，３１（３）：１７０－１７３．ＷａｎｇＴＴ，ＨｕａｎｇＳＸ，ＺｈａｎｇＸＭ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｅｖｅｎｔｓｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａ⁃ｈｙｐｏｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＯｔｏｒｈｉｎｏｌａｒｙｎｇｏｌｏｇｙＨｅａｄａｎｄＮｅｃｋＳｕｒｇｅｒｙ，２０１７，３１（３）：１７０－１７３．［１０］㊀胡欣宇，赵召龙，陈相福，等．便携式血氧饱和度监测设备的研究［Ｊ］．软件，２０１７，３８（３）：６０－６４．ＨｕＸＹ，ＺｈａｏＺＬ，ＣｈｅｎＸＦ，ｅｔａｌ．ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅｆｏｒＢｌｏｏｄＯｘｙｇｅｎＳａｔｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０１７，３８（３）：６０－６４．［１１］㊀武灵芝，吴皓，李文涛，等．基于安卓和蓝牙通信的智能生理监护仪的设计［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１７，３６（４）：４１５－４１９．ＷｕＬＺ，ＷｕＨ，ＬｉＷＴ，ｅｔａｌ．ＳｍａｒｔｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｎｉｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＡｎｄｒｏｉｄａｎｄｂｌｕｅｔｏｏｔｈｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３６（４）：４１５－４１９．［１２］㊀ＷｈｉｔｅＬＨ，ＬｙｏｎｓＯＤ，ＹａｄｏｌｌａｈｉＡ，ｅｔａｌ．Ｎｉｇｈｔ⁃ｔｏ⁃ｎｉｇｈｔｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｅｖｅｒｉｔｙ：ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｏｏｖｅｒｎｉｇｈｔｒｏｓｔｒａｌｆｌｕｉｄｓｈｉｆｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＳｌｅｅｐＭｅｄｉｃｉｎｅ，２０１５，１１（２）：１４９－１５６．［１３］㊀ＡｒｏｎｓｏｎＤ，ＮａｋｈｌｅｈＭ，Ｚｅｉｄａｎ⁃ＳｈｗｉｒｉＴ，ｅｔａｌ．Ｃｌｉｎｉｃａｌｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｌｅｅｐｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｂｒｅａｔｈｉｎｇｉｎａｃｕｔｅｍｙｏｃａｒｄｉａｌｉｎｆａｒｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｌｏＳＯｎｅ，２０１４，９（２）：ｅ８８８７８．［１４］㊀林秀晶，钱松荣．基于ＳＶＭ的便携式睡眠监测系统设计［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１５，３４（３）：２７３－２７７．ＬｉｎＸＪ，ＱｉａｎＳＲ．Ａｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｅｅｐｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅｓ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３４（３）：２７３－２７７．［１５］㊀叶京英．睡眠呼吸障碍诊断和治疗的进展与发展方向［Ｊ］．临床耳鼻咽喉头颈外科杂志，２０１５，２９（６）：４８３－４８５．ＹｅＪＹ．Ｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｌｅｅｐｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｂｒｅａｔｈｉｎｇ：ａｎｕｐｄａｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＯｔｏｒｈｉｎｏｌａｒｙｎｇｏｌｏｇｙＨｅａｄａｎｄＮｅｃｋＳｕｒｇｅｒｙ，２０１５，２９（６）：４８３－４８５．（２０１７－０３－２１收稿，２０１８－０１－０８修回）㊃３１５㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀叶福丽，等：便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计。
呼吸监测系统的设计与实现
呼吸监测系统的设计与实现呼吸是人体必不可少的生理活动之一，对于呼吸系统的监测和记录，一直是医疗领域中非常重要的一种技术手段。
为了能够更好地监测患者的呼吸状态，呼吸监测系统的出现得到了广泛的应用和推广。
本文将系统地介绍呼吸监测系统的设计与实现。
一、需求分析1.1 引入呼吸监测系统一般用于监测患者的呼吸状态，主要用于病房、ICU和急诊室等具有特殊环境要求的医疗领域中。
因此，所需的系统必须保证高精度、低误差，具备高稳定性和实用性。
1.2 系统功能需求系统的主要功能需求包括以下几个方面：a)实时监测患者的呼吸状态和呼吸频率；b)记录患者的呼吸频率变化情况，并保存相关数据；c)报警功能：当患者呼吸频率低于或高于正常值时，能够及时发出报警，并提示相关人员进行处理。
1.3 系统性能需求a)精度要求：呼吸监测系统的测量精度应该大于1±0.2%,能够满足医疗领域的需求。
b)测量范围：要求能够监测到10次/分钟以上的呼吸频率。
c)灵敏度：应该能够在开机1分钟内达到灵敏度要求。
二、系统设计2.1 系统硬件设计呼吸监测系统的硬件主要包括传感器、信号调理电路、微处理器、显示模块、报警模块和电源模块等组成。
a)传感器的设计：为了能够高效、准确地检测呼吸信号，一般采用的传感器是硅谷ICES的减薄式静电容压力变换器（PCB）。
该传感器具有灵活的尺寸、高精度和高稳定性的特点。
b)信号调理电路的设计：为了将传感器的输出信号转化为微处理器可读的电压信号，一般采用高增益低噪音的前置放大器进行信号调理；c)微处理器的设计：对于微处理器的选择，因为呼吸监测系统的实时性要求较高，一般采用高效能、低功耗的嵌入式单片机实现；d)显示模块的设计：为了方便医护人员查看患者的呼吸状态，一般采用高分辨率大屏幕LCD显示模块；统应及时发出警报。
为此，系统应该预留警示灯、蜂鸣器等输出形式。
f)电源模块的设计：对于电源模块的设计，应保证系统能够长时间、稳定地运转。
多参数便携式睡眠呼吸监测仪的设计
多参数便携式睡眠呼吸监测仪的设计使用ARM7的LPC2132微控制器，嵌入μC/OS-II实时操作系统，设计一款低成本、低功耗的多参数人体睡眠呼吸监测仪。
监测仪使用MicroSD卡进行数据记录，锂电池供电，可连续工作至少12小时，能够实现对睡眠呼吸暂停低通气综合征的家庭或社区筛查，为睡眠呼吸暂停早期发现和诊断提供了新的手段。
标签：LPC2132;μC/OS-II;生理信号;MicroSD卡一、引言睡眠作为生命所必须的过程，是健康不可缺少的组成部分，人体每天有三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠能够消除身体疲劳、恢复精力、增强免疫力、促进生长发育、延缓衰老。
据世界卫生组织调查，全世界有27%的人有睡眠问题。
睡眠不好主要表现为睡眠时打鼾，夜间觉醒，睡眠结构紊乱，白天嗜睡、车祸等危险事故多发，容易引发心脑肺血管并发症乃至多脏器官损害，这严重影响人们的生活质量和寿命[1]。
睡眠质量存在问题的人群中以睡眠呼吸暂停低通气综合征（Sleep apnea syndrome）居多，按病理可将它分为阻塞型、中枢型和混合型[2]。
国际医学界对此类疾病的研究十分重视，多个国家实行以社区医疗为主的治疗方案，并建立睡眠监测中心。
由于监测手段繁琐、费用昂贵，国内外对睡眠呼吸疾病的诊断和治疗还有一定的局限性，仍有很多患者得不到及时治疗。
我们设计了一款多参数便携式的适合社区诊所和家庭使用的睡眠呼吸监测仪，它有助于睡眠呼吸疾病的早期发现和诊断。
二、监测仪的组成部分2.1 总体结构设计本次设计的便携式睡眠呼吸监测仪的目标是供家庭和社区诊所使用。
监测仪的设计主要包括睡眠呼吸信号的采集、调理、数据的记录、LCD显示、锂电池供电等部分。
监测仪的总体设计示意图如图2.1示。
图2.1 监测仪总体设计微控制器选用ARM公司支持实时仿真和嵌入式跟踪的LPC2132，该微控制器封装小，功耗低，可用于小型系统中。
1个8路的10位AD转换器满足多路模拟参数采集的需求，串行SPI通信满足Micro SD卡存储要求，这款MCU适用于本系统[3]。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》范文
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠呼吸监测成为了一项重要的健康管理手段。
然而，传统的呼吸监测设备通常需要在医院或专业机构进行，不仅使用不便，而且难以实时监测和追踪。
因此，设计一款可穿戴式睡眠呼吸监测系统，能够在家庭环境中实现对睡眠呼吸的实时监测和追踪，对于提高人们的健康水平具有重大意义。
本文将介绍一种可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计思路和实现方法。
二、系统需求分析首先，要明确系统的目标用户为需要进行睡眠呼吸监测的人群，如打鼾、睡眠呼吸暂停等患者。
其次，系统需要具备实时监测、数据记录、异常报警等功能。
此外，为了方便用户使用和医生诊断，系统还需要具备数据可视化、云端存储、远程通信等辅助功能。
在需求分析中，我们还应关注设备的穿戴舒适性、功耗、续航时间等因素。
三、硬件设计可穿戴式睡眠呼吸监测系统的硬件部分主要包括传感器模块、主控模块、电源模块等。
传感器模块负责采集用户的呼吸信号，可采用胸带式或耳塞式传感器。
主控模块负责处理传感器数据，并与其他模块进行通信。
电源模块为系统提供稳定的供电保障。
在硬件设计中，我们应注重设备的轻便性、舒适性以及功耗控制。
四、软件设计软件部分包括嵌入式系统和上位机软件两部分。
嵌入式系统负责实时处理传感器数据，实现数据采集、处理和存储等功能。
上位机软件则负责与嵌入式系统进行通信，实现数据可视化、异常报警、云端存储等功能。
此外，上位机软件还应提供友好的用户界面，方便用户操作和医生诊断。
在软件设计中，我们应注重系统的稳定性和安全性，确保数据的准确性和可靠性。
五、算法设计算法是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的核心部分，主要涉及呼吸信号的采集、处理和识别。
我们采用先进的信号处理算法和模式识别技术，实现对呼吸信号的实时采集和准确识别。
此外，我们还需设计一套完整的异常检测算法，能够在发现异常呼吸情况时及时报警，以便用户和医生采取相应措施。
在算法设计中，我们应关注算法的准确性和实时性，确保系统能够满足实际需求。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》范文
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠质量逐渐成为关注的焦点。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一款现代化的健康设备，能够在不影响睡眠状态的情况下实时监测并记录个体的呼吸数据和睡眠情况。
本设计旨在提供一种便捷、准确、可靠的可穿戴式睡眠呼吸监测系统，为改善个体睡眠质量提供技术支持。
二、系统需求分析1. 监测功能：系统应具备实时监测呼吸频率、呼吸深度、血氧饱和度等生理指标的功能。
2. 舒适性：可穿戴设备应具备舒适性，不影响用户的正常睡眠。
3. 准确性：监测数据应准确可靠，为医生提供有效的诊断依据。
4. 便捷性：用户可轻松操作设备，并实时了解自身睡眠及呼吸情况。
三、系统设计原则1. 微型化：为便于穿戴和携带，系统设计需考虑尺寸、重量等参数的微型化。
2. 安全性：保证传感器等硬件的安全性和稳定性，防止电磁干扰。
3. 可穿戴性：系统设计应满足可穿戴设备的普遍需求，如透气性、柔韧性等。
4. 数据安全性：保障数据传输及存储的安全性，防止数据泄露。
四、硬件设计1. 传感器模块：包括呼吸传感器、血氧饱和度传感器等，用于实时监测生理指标。
2. 数据处理模块：对传感器数据进行处理和计算，输出准确可靠的监测结果。
3. 通信模块：负责将监测数据传输至手机或电脑等设备，方便用户查看和分析。
4. 电源模块：为系统提供稳定的电源供应，确保设备长时间稳定运行。
五、软件设计1. 数据采集与处理：软件应能实时采集传感器数据，并进行处理和计算，得出准确的生理指标。
2. 用户界面：设计友好的用户界面，方便用户查看和分析监测数据。
3. 数据存储与传输：软件应支持将监测数据存储至手机或电脑等设备，并支持数据传输至云端，方便医生远程诊断。
4. 数据分析与报警：软件应具备数据分析功能，当发现异常情况时及时报警，提醒用户注意健康问题。
六、系统实现与测试1. 系统实现：根据硬件和软件设计，完成可穿戴式睡眠呼吸监测系统的制作和调试。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》范文
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们对健康管理的日益重视，睡眠质量监测逐渐成为健康管理领域的重要一环。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一种新型的健康监测设备，能够实时监测用户的睡眠呼吸情况，及时发现并预防呼吸系统疾病，提高人们的健康水平。
本文将介绍可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计思路、技术实现及未来发展方向。
二、系统设计目标可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计目标主要包括以下几个方面：1. 实时监测：系统应能够实时监测用户的睡眠呼吸情况，包括呼吸频率、呼吸深度等指标。
2. 准确性：系统应具有高准确性，能够准确反映用户的实际呼吸情况。
3. 舒适性：系统应具有较好的舒适性，不会对用户的睡眠产生干扰。
4. 便捷性：系统应具备便捷的操作方式，方便用户使用。
三、系统设计原理可穿戴式睡眠呼吸监测系统主要基于传感器技术和信号处理技术进行设计。
系统通过在用户身体表面布置传感器，实时采集用户的呼吸信号，然后通过信号处理技术对呼吸信号进行分析和处理，得出用户的呼吸情况。
四、硬件设计硬件设计是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的关键部分，主要包括传感器、微处理器、电源等部分。
其中，传感器是用于采集用户呼吸信号的关键部件，微处理器则负责对传感器采集的信号进行处理和分析。
电源则提供系统所需的电能。
五、软件设计软件设计是可穿戴式睡眠呼吸监测系统的另一关键部分，主要包括数据采集、数据处理、数据传输等部分。
数据采集部分负责从传感器中获取用户的呼吸信号；数据处理部分则对采集的信号进行分析和处理，得出用户的呼吸情况；数据传输部分则将处理后的数据传输给上位机进行存储和分析。
六、技术实现可穿戴式睡眠呼吸监测系统的技术实现主要包括传感器技术、信号处理技术、数据传输技术等。
其中，传感器技术是用于采集用户呼吸信号的关键技术，可采用电容式传感器或压电式传感器等技术；信号处理技术则负责对传感器采集的信号进行分析和处理，可采用数字信号处理技术或模拟信号处理技术等；数据传输技术则将处理后的数据传输给上位机，可采用蓝牙、Wi-Fi等技术。
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》范文
《可穿戴式睡眠呼吸监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活节奏的加快和健康意识的提高，睡眠质量逐渐成为人们关注的焦点。
而呼吸问题作为影响睡眠质量的重要因素之一，其监测与诊断显得尤为重要。
可穿戴式睡眠呼吸监测系统作为一种新型的监测设备，具有便携、实时、连续监测等优点，为呼吸健康管理提供了新的解决方案。
本文将详细介绍可穿戴式睡眠呼吸监测系统的设计思路、技术实现及未来发展方向。
二、系统设计需求分析1. 功能性需求可穿戴式睡眠呼吸监测系统需要具备实时监测、数据记录、异常报警等功能。
实时监测能够捕捉到用户的呼吸状态，包括呼吸频率、呼吸深度等；数据记录能够保存用户的呼吸数据，方便后续分析；异常报警则能在检测到异常呼吸情况时及时提醒用户或医生。
2. 用户体验需求系统设计应注重用户体验，确保设备佩戴舒适、操作简便。
此外，系统的界面应友好、直观，方便用户查看监测数据和接收异常报警。
3. 技术实现需求系统设计需考虑技术实现的可行性，包括硬件设备的选型、软件算法的优化等。
同时，应确保系统的稳定性和可靠性，以降低误报和漏报的概率。
三、系统设计思路1. 硬件设计硬件设计包括传感器、主控芯片、电源模块、通信模块等。
传感器用于采集用户的呼吸数据，主控芯片负责数据处理和传输，电源模块提供稳定的电源供应，通信模块则负责将数据传输至手机或电脑等设备。
2. 软件设计软件设计包括数据采集、数据处理、数据存储与传输、用户界面等部分。
数据采集通过传感器实现，数据处理包括滤波、特征提取等，数据存储与传输则通过云平台或手机APP实现。
用户界面应友好、直观，方便用户查看监测数据和接收异常报警。
3. 算法设计算法设计是系统设计的核心部分，包括呼吸信号处理、呼吸频率和深度计算等。
通过优化算法，提高系统的准确性和稳定性，降低误报和漏报的概率。
四、技术实现1. 传感器选型与配置选用高灵敏度、低噪声的传感器，以准确采集用户的呼吸数据。
同时，根据实际需求配置多个传感器，以提高系统的稳定性和可靠性。
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睡眠呼吸监测仪的设计1 引言1.1 题目的来源与意义进来,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。
目前,一种叫做睡眠呼吸暂停低通气综合症(Sleep Hypopnea Syn-drome, SAHS)受到了广泛的重视。
该病症是指在7小时睡眠中,反复发作呼吸暂停(睡眠状态下口鼻气流停止至少10s以上为一次呼吸暂停)和低通气(口鼻呼吸气流信号强度降于正常气流强度的50%以上,同时伴有4%以上的氧饱和度下降和伴有觉醒反应称为睡眠低通气)30次以上或平均每小时睡眠中的呼吸暂停和低通气次数超过5次以上。
这种病症较为常见,其临床特征表现为反复发作的严重打鼾、呼吸暂停、低通气、低氧合症和白天嗜睡。
除导致或加重呼吸衰竭外,还是脑血管意外,心肌梗塞、高血压病的重要危险因素之一。
尽早合理的诊治,可明显提高患者生活质量,预防各种并发症的发生提高患者的存活率。
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、呼吸节律等常规项目的检查,能确切反应患者通气状况并指导机械通气治疗和临床用药[3]。
呼吸及脉搏是人生命的重要指标，它代表着一个人的健康状况。
近年来常常听到某某邻居在睡梦中突然谢世，身边也有熟悉的人也是这样离开人世，近几个月此事件更是频发，它带给亲人的巨大悲痛和遗憾，经调查发现这已经不是个别现象，而是时有发生的现象，它极大地威胁着人们的健康，特别是老人及知识分子。
究其直接的原因是呼吸及心脏的骤停，如何能及时甚至提前预报病情而能避免悲剧的发生，是一个急需研究的课题，对于这一个课题的研究，就具有了重要的现实意义。
1.2 国内外发展现状1.2.1 国内的睡眠呼吸监测仪的发展情况我国的病人监护仪的研制起于五十年代，发展较晚。
我国最早的CIU是成立于50年代中期，用于心胸外科术后监护室。
70年代初期的冠心病监护室得到了进一步发展，而综合性的全院CIU则是建立于80年代初期[1]。
进入90年代后，CIU数量增长较快，但水平参差不齐，在近20年来，ICU发展较快，在少数大医院设立了基本符合国际标准监护室格局的呼吸监护室。
近年来随着综合国力的增强及人民生活水平的提高，也引进了大量的国外先进的监护仪，也能生产出高质量的多功能医用多参数监测仪。
到目前为止已有些产品的性能也能与国外的同类产品抗衡，但就总体而论，呼吸监测报警方面的仪器在国内集中于医院且为综合多参数仪的一个组成部分。
总体技术水平方面仍与发达国家有着较明显的差距，还不能达到国外产品的性能及规模，且其价格昂贵，目前也无专门用于家庭监测的医疗呼吸及脉搏监测仪[1]。
1.2.2 国外的睡眠呼吸监测仪的发展情况医疗监护在国外发展较早，始于20世纪30年代，近20年来随着生物医学测量技术、传感技术、通讯技术和计算机技术的飞速发展，监护方式逐渐向系统化和网络化发展，监护的范围也逐渐拓宽。
由于监护技术涉及多学科技术，所以监护仪的种类也非常繁杂，性能参差不齐，给选购者和购买者带来诸多困难。
危重病症的监护在国外发展较早，始于20世纪30年代。
在第二次世界大战时期，欧洲战场为应付大量危重创伤患者救治的需要，逐步建立了一种专为严重创伤患者的救治病区，这就是所谓现代加强医疗单位(Intensive Care Unit)的最早雏形。
特别是呼吸ICU得到了的进一步发展。
目前认为这种ICU发展的趋势是医学发展到一定水平的必然结果。
随着生物医学技术、遥感技术、通信技术、微电子计算机技术、医学高新技术的发展和人们生活的提高，新的监护方式与技术，诸如各类遥测与远程监护观注于工作状况、运动状况、休息及睡眠下的人体信息的检测技术等，正悄悄地进入到人类的日常生活中[3]。
实现生命信息的全方位检测、监护方式的系统化与网络化是监护的代表性发展方向。
越来越多的人希望能够接受这种医疗行为(包括各种检查、治疗)，因此过去无需监测和监护的科室都需要监测和监护，因而拓宽了监测和监护的应用范围。
所以用于人体生理信息监测和监护及控制的各种监护仪器应运而生。
国外医疗监护仪已能利用各类电极、生物医学传感器(包括物理、化学、生物传感器)检测心电、脑电、血压(有创和无创)、呼吸、脉搏、血流量、体温、心输出量、血氧饱和度、PH、P02、PC02、葡萄糖、胆固醇、激素和蛋白质。
呼吸监测只是其中的一项，医院的设备一般是综合指标监测[5]。
现在监护装置一般需要配置中央监护站，与床边的监护仪连接起来，中央的监护仪器必须同时显示来自任何一个病人的所有波形和信息，同时并不终止来自其他病人的ECG等波形，中央监护站与每台床边监护仪之间的通信传输有有线(电话线、电缆、光纤等传输介质)和无线(电磁波、红外光等)两种，中央监护仪及床边监护仪都配有记录器和打印机，将报警事件记录下来，大屏幕彩色显示器对中央监护站特别有用，可显示多个ECG波形，便于分辨区别病人信息的性能，可帮助医务人员确认所显示的病人的信息。
另外，采用公用电话交换网络能实现生理参数的远程诊断和监护，这被称为电话线传输监护。
另外还有计算机网络、有线电视网、卫星通信网络、地面移动通信网络可供利用。
目前多趋向于采用组合式监护系统(eomponent monitoring system)，即设置一个床旁机，另加具有不同监测功能的插件，将病人的信号经初步处理后输入主机，在主机中经过进一步处理后显示出来并可输给相应的记录设备。
该系统中不同的插件代表不同的监测功能，这样可以通过变换插件，来完成不同的监测功能组合，使床旁监测仪功能灵活多变。
在将来有新的监测指标出现时，只需购入相应的插件和主机相接，即可使仪器具备新的功能而保持其先进性。
计算机系统在监护室中已获得了愈来愈广泛的应用，监护室的计算机化管理将显著地提高其工作效率和工作的有序化程度，计算机化已经成为监测和监护室的重要发展趋势，但价格昂贵[1]。
国外的医疗体系与我国国情不同，西方国家的医疗一般以社区医疗为主，社区医生经常为其所辖的需服务的人检查身体，如有问题及时送综合性医院诊治，综合性的监测设备也集中于医院，目前也无低价的门的呼吸及脉搏监测仪用于家庭。
专1.3 研制适合家用的睡眠呼吸监测仪的意义目前中国社会正向老龄化发展，一个子女往往要负责照顾到两个甚至多位老人，随着社会的发展，生活节奏的加快和工作压力的增大，使很多子女无暇照顾到老人，加之生活习惯及文化的差异，个人性格差异等影响，有些老人选择了和子女分开生活的方式，那么老人的健康如何保证？老人的生活如何监护？这就导致他们的健康监护处于非常不利的情况。
近来的调查发现，有些老人由于突发疾病，身边无人照顾不幸辞世，有的是心脏病突发有的是呼吸不畅，其中一大部分是在夜晚睡觉时突然发病，而亲人又不能及时发现，这样的悲剧在我们身边屡见不鲜，也给家属造成了巨大的精神打击，留下了终身遗憾[2]。
再看中年高级知识分子的情况，经常超负荷的工作，极大地威胁着他们的健康。
英年早逝的情况也时有发生，特别是这种情况常常发生在晚间睡眠时。
因此研制适用于家庭，面向老人和弱势群体的呼吸及脉搏监测仪，就很有必要。
那么，现有的医疗监测仪情况如何呢?应该说，现有的生命参数监测仪，已经能够对病人进行全天监护，及时记录病人的各项生理指标，具有报警等时时监测能力，但是这些设备主要集中于医院，其价格少则几万，多则几十万上百万，价格昂贵制约了其普及性，普通百姓无能力负担其昂贵的租用费用，更不用说购买一台仪器放在家中。
因此，研制价格低廉，功能可靠且小型化，适用于家用的呼吸及脉搏监测仪非常有必要。
这无疑会带来巨大的社会效益和经济效益，具有良好的市场前景[4]。
1.4 人体生理信号蕴含的信息睡眠障碍疾病的诊断一般分临床症状判断、体征检查、并发症检查、实验室检查及睡眠诊断仪的检测等几部分完成。
其中睡眠呼吸监护仪的检测往往是必需的并能提供直接客观的诊断依据。
它提供的指标一般包括：脑电、眼动、肌电、气流、胸腹运动、鼾声、心电、血氧、体位等。
这种方法至今仍是最可靠、全面的分析方法。
国际上称之为睡眠呼吸障碍诊断的“金标准”[3]。
其原因主要是通过它获得的信息全面,客观性好。
1.4.1 睡眠结构分析对睡眠的结构和进程的了解,是利用多道睡眠检测仪记录多道睡眠图来完成的。
通常应包括两道脑电图(EEG)、两道眼动图(EOG)、一道颌肌电图(EMG)等。
有时还应包括体动、腿动、体位等信号。
睡眠结构一般划分为六期：觉醒期、NREM睡眠-1期、NREM睡眠-2期、NREM睡眠-3期、NREM睡眠-4期、REM 期。
对睡眠结构的分析,则应包括以下内容：①睡眠潜伏期；②觉醒次数和时间；③总睡眠时间；④觉醒比；⑤睡眠效率；⑥睡眠维持率；⑦NREM各期的比例；⑧REM睡眠的分析。
内容包括：a.REM睡眠潜伏期；b.REM睡眠次数；c.REM 睡眠时间(RT)和百分比； d.REM活动度(RA)； e.REM强度(RI)； f.REM密度(RD) [2]。
1.4.2 呼吸事件分析呼吸事件分析的中心任务是识别和记录睡眠期呼吸的低通气或呼吸暂停。
对睡眠呼吸进行监测的指标包括：鼻气流、胸腹呼吸运动、鼾声、血样饱和度、隔肌电图。
有关呼吸事件的分析如下：①呼吸事件的持续时间；②呼吸事件的分类,内容包括： a.睡眠呼吸暂停； b.睡眠低通气； c.呼吸暂停低通气指数；③血氧饱和度水平；④伴有觉醒反映的呼吸事件。
1.4.3 睡眠障碍引起的并发症睡眠呼吸暂停综合征引起长期睡眠低氧血症和高碳酸血症,可随病程延长,成为持续性改变,并继发病理生理改变,从而引起全身各系统的并发症,如心血管系统疾病、神经系统疾病、呼吸系统疾病、消化系统及泌尿系统疾病和代谢障碍。
由睡眠呼吸暂停综合症(SAS),直接和间接引起的有关生理系统变化的信息主要有脑电图、睡眠结构、心率变异、心电图、动脉血压、血液动力学等。
1.4.4 睡眠状态下人体生理信号监测的方法根据不同患者的需要,人体生理信号监测的方法也多种多样,按监测方式划分为：（1）多道睡眠图(PSG) 经典的多导睡眠图(PSG)均以计算机为核心平台,其基本指标包括：脑电、眼动、肌电、气流、胸腹运动、鼾声、心电、血氧、体位等。
也可根据需要增加一些其它指标,如手动、腿动、CO2浓度、食道压力PH、上气道阻力及通气量等[5]；（2）微动灵敏床垫1995年北京空军医学研究所的航空医学专家设计了微动灵敏床垫,测量人体心搏和呼吸对气床垫的压力变化来测量BCG、呼吸、心率和翻身等体动信号,整个床垫分为四个区分别测量、互相校正信号,能准确的测量每次心跳的心动周期。
利用该床垫不仅可以进行睡眠时心率变异性的分析和自主神经功能的评定,而且可以辅助诊断睡眠呼吸暂停综合症；（3）非接触式检测方法电磁波照射人体后,其反射波中必然加载有人体的生理信息,人体微动与回波幅度、相位等之间具有相关性、而人体生理运动(如心跳、呼吸)会引起人体表面微动。