CN102648845A - 一种睡眠中心跳、呼吸无线自动监测与预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种睡眠中心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，主要由生理信号检测单元(1)、信号预处理及发射单元(2)和无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)组成。其特征在于：生理信号检测单元(1)探测体征信息；信号预处理电路(4)对信号去噪，放大和模数转换；射频信号发射电路(5)调制、发射信号；无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)对偶极子天线(7)发送来的信号解调、分析、存储，监测异常并报警。本发明具有以下特点：信号采集、预处理和发射电路无源工作，信号无线传输，可同时监测心跳和呼吸，安装方便，具有预警功能。

Description

一种睡眠中心跳、呼吸无线自动监测与预警系统

【技术领域】

本发明涉及一种人体多生理参数监测系统，特别是涉及一种睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统。属于医疗健康电子监测仪器技术领域。

【背景技术】

众所周知，心跳和呼吸是人体最重要生理活动，如果不能正常进行，将会严重影响人体健康，甚至威胁生命。但是近年来，心血管疾病和睡眠呼吸暂停综合征(sleep apnea syndrome，SAS)发病率越来越高，对人类健康构成严重威胁。

心血管疾病已经成为危害人类健康的第一杀手。有研究机构预计未来20年内，由于老龄化和人口持续增长，我国成人心血管疾病发病率每年将增加50％以上，高血压、高胆固醇血征、糖尿病、肥胖、吸烟等心血管疾病危险因素的持续存在将加剧心血管疾病发病率的增长。由于心血管疾病特别是心脏病发病的偶然性强，致死率高，而且很多在夜间睡眠时发生，及时发现与治疗对挽救患者的生命意义重大。

睡眠呼吸暂停综合征以阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS)最为常见，在成年人中的发病率约为2％～4％，特点是睡眠中由于部分或完全性的上呼吸道阻塞而导致呼吸暂停或呼吸不足。睡眠期间反复的呼吸暂停导致全身缺氧和血液中的二氧化碳不能及时排出，使各器官系统受到损害，尤其是大脑和心脏。如果不及时治疗可能导致高血压、冠心病、心律失常、肺动脉高压、肺心病、血液粘稠度增高，甚至导致夜间睡中猝死。

鉴于以上所述两种疾病的严重危害，对心跳和呼吸的实时监测特别是睡眠中的实时监测变得异常重要。传统监测心跳和呼吸的方法虽有很多，却存在诸多不足。

目前常使用心电图仪、心音图、超声心动图等监测心跳，但其价格昂贵，接线复杂，易给人带来巨大心理压力，不宜用作睡眠时心脏活动的实时监测。传统的呼吸监测是采用多导睡眠呼吸检测分析仪，这种仪器价格昂贵，结构复杂，要求专业人员操作，应用也仅限于临床诊断。有资料显示，目前我国睡眠呼吸暂停综合征患者的就诊率仅为10％左右，很多患者因得不到早期诊断和及时有效的治疗而延误病情，甚至威胁到生命。

国内外很多学者对心跳呼吸监测方法做了改进，主要有基于压电陶瓷(国家实用新型专利：一种摇床婴儿心跳呼吸检测预警装置(01253413.7))、电容和光纤传感器(国家发明专利：一种非接触式心动和呼吸检测技术(200410088749.2))、气垫(国家发明专利：气垫式人体呼吸、心跳和翻身自动监测装置及检测方法(200610097472.9))，但这些方法信号传输都采用有线方式，并且需要特制的背垫；也有人提出信号无线传输的监测系统(国家发明专利：无线传输的睡眠呼吸信息腹式监测与预警系统(200910038006.7))，但是此系统的仅能监测呼吸信号，而且呼吸信号传感发射装置需要电池供电，若电池在使用过程中电量耗尽，系统便停止工作；另外，也有基于声波、红外和激光的人体呼吸、心跳监测，但由于这些信号易衰减，或易被衣服、被褥阻挡而加大监测难度，不适宜用于家庭日常保健。

【发明内容】

为了解决上述心跳与呼吸监测系统中所存在的操作复杂，影响正常睡眠、易受干扰等不足之处，本发明提出了一种新型的心跳、呼吸监测方法，其特征在于：信号采集、预处理和发射电路无源方式工作，测量信号无线传输，心跳和呼吸生理信息同时提取，安装方便，不影响正常休息，并在人体发生突发心脏疾病、呼吸中断或异常变化时及时发出预警。本系统能够实现对心脏功能、呼吸状况的综合检测分析，存储的数据可以作为疾病诊断的参考依据，及时的预警可以在突发疾病时缩短救援时间，减小疾病的危害。

本发明通过以下方式实施(图1)：一种睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，该系统主要由粘贴在人体皮肤上的心跳、呼吸生理信号检测单元(1)、制作在柔性PCB上的信号预处理及发射单元(2)和无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)组成。其特征在于通过由聚合物压电薄膜传感器构成的生理信号检测单元(1)探测心跳、呼吸特征信息；制作在柔性PCB上的信号预处理电路(4)对已探测信号进行预处理，包括去除噪声，放大和模数转换，再经制作在柔性PCB上的射频信号发射电路(5)完成信号调制，后经偶极子天线(7)完成信号发射；无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)对偶极子天线(7)发送过来的信号完成接收、解调、心跳和呼吸信号分离以及进一步的数字信号处理分析，并在监测到心跳、呼吸信号异常情况时自动预警。

所述的生理特征检测单元(1)由图2所示的柔性聚合物压电薄膜传感器构成，这种传感器具有结构柔软、相应速度快、响应信号幅度大、信噪比高等优点，非常适合监测生理信号。

所述的信号预处理电路(4)有图3所示的几部分构成。包括电荷放大(23)、滤波器(24)、电压放大(25)和A/D转换(26)电路构成，图3仅为示意，并没有限定各个部分的顺序。

所述的射频信号发射电路(5)由图4所示的各部分组成。包括信号调制电路(27)和偶极子天线(7)。

所述的供电模块(6)由图5所示的各部分组成。包括整流器(28)和稳压器(29)。

所述的无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)由图5所示的各部分构成。包括信号接收天线(8)、射频前端(9)、模拟前端(10)、模数转换模块(11)、微处理器模块(12)振荡器(13)、能量传送天线(14)、存储模块(15)、接口模块(16)、显示控制模块(18)、显示屏(17)、时钟电路(19)、按键(20)、预警装置(21)和供电装置(22)组成。

本发明的有益效果是：

信号采集、预处理和发射电路无源方式工作，测量信号无线传输，心跳和呼吸多生理信息同时提取，安装方便，不影响正常休息，并在人体发生突发心脏疾病、呼吸中断或异常变化时及时发出预警。本系统能够实现对心脏功能、呼吸状况的综合检测分析，存储的数据可以作为疾病诊断的依据，及时的预警可以在突发疾病时缩短救援时间，减小疾病的危害。

【附图说明】

图1本发明的系统结构示意图

图2聚合物压电传感器结构示意图

图3信号预处理单元结构示意图

图4射频信号发射电路示意图

图5供电模块结构示意图

图6无线信号接收、处理、存储及预警装置示意图

图7实施例中传感器安装方式和整个系统的结构示意

图8信号预处理实施电路

图9供电电路实施电路

图10信号接收、分析、存储和预警装置实施电路

【具体实施方式】

下面结合实施例和附图，对本发明做进一步更详细的说明，但是本发明的实施方式不限于此。

【实施例】

本实施例是一种睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其结构如图1所示，系统由粘贴在人体皮肤上的生理信号检测单元(1)、制作在柔性PCB上的信号预处理及发射单元(2)和无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)组成。

工作原理是：聚合物压电薄膜传感器构成的生理信号检测单元(1)探测心跳、呼吸特征信息；制作在柔性PCB上的信号预处理电路(4)对已探测信号进行预处理，去除噪声，并放大和数模转换，再经制作在柔性PCB上的无线信号发射模块(5)完成信号调制，后经偶极子天线(7)完成信号发射；无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)对偶极子天线(7)发送过来的信号完成接收、解调、心跳和呼吸信号分离以及进一步的数字信号处理分析，并完成异常情况下的自动预警。传感器的信号预处理和发射电路由供电电路(6)供电，无需采用电池或其他有源方式，供电电路(6)将偶极子天线接收到的能量经整流器(28)收集，并由稳压器(29)处理后对电路供电。

如图7所示，柔性压电薄膜传感器的粘贴在人体的胸部或背部皮肤上，并将信号与处理电路、射频信号发射电路以及偶极子天线做在柔性PCB上与柔性压电保密传感器固定在一起。

如图8所示，本例中信号预处理及发射单元的工作过程是：聚合物压电传感器一端接共模电平，一端接U3，实现电荷放大和阻抗转换；而后通过R14接入到电压放大电路，放大的倍数由R14和R15的比值决定；放大后的信号连接R29，接入到低通滤波器，去除信号的高频噪声，低通滤波器的截止频率由R29、R30、C19和C20的值决定；滤波后的信号接入A/D转换电路，转化成数字信号；输出的数字信号进入射频信号发射电路，经过调制和功率放大后送到偶极子天线完成信号发射；这部分电路的供电模块如图9所示，偶极子天线接(7)两端分别接“天线输入端_p”和“天线输入端_n”，将能量传送天线14发送过来的交流信号经过整流器转化为直流信号，直流信号再经过限幅电路和稳压电路，最后输出直流供电电压VDD，对信号预处理和发射单元供电。本实施例中U2～U6采用AD8615这种单电源、低电压、低功耗的运算放大器，A/D转换电路所用ADC为AD7896。

如图10所示，本例中无线信号接收、处理、存储及预警装置的工作过程是：信号接收天线将偶极子天线发送来的信号送到射频前端进行滤波、低噪放大和混频处理，转化成基带信号；后经低通滤波，心跳与呼吸分离电路处理，分为心跳和呼吸两路信号；再通过A/D转换电路转为数字信号，并送到微处理器单元，监测心跳、呼吸信号波形，包括峰值检测、呼吸频率和心率计算、以及心跳和脉搏信号的其他时频域分析，完成心跳和呼吸信号的显示与存储，并对心律失常、心脏瓣膜活动异常、心肌缺血、心肌梗死、呼吸暂停等危机情况发出预警。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换等形式所获得的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于，系统主要由粘贴在人体皮肤上的生理信号检测单元(1)、制作在柔性PCB上的信号预处理及发射单元(2)和无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)组成。

2.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于信号的传输采用无线发射与接收方式。

3.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的信号预处理电路和射频发射单元采用无源供电方式。由整流器(6)收集能量传送天线(14)发射来的能量，通过稳压器(6)稳压处理后，为整个信号预处理和发射电路供电。

4.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的生理特征检测单元(1)由柔性聚合物压电薄膜传感器构成，聚合物压电薄膜传感器将心跳和呼吸运动引起的形变转化为电信号，能够实时精确地收集心跳、呼吸信息。

5.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的信号预处理电路(4)、射频信号发射电路(5)以及整流稳压电路(6)制作在柔性PCB上。

6.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的信号预处理电路(4)包括电荷放大、电压放大和模数转换电路。

7.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的射频发射单元(5)包括调制电路和发射天线。

8.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的整流及稳压单元(6)由将交流信号转化为直流信号的整流器和稳定供电电压的稳压器组成。

9.根据权利要求1所述的睡眠心跳、呼吸无线自动监测与预警系统，其特征在于所述的无线信号接收、处理、存储及预警装置(3)包括信号接收天线(8)、射频前端(9)、模拟前端(10)、模数转换模块(11)、微处理器模块(12)、振荡器(13)、能量传送天线(14)、存储模块(15)、接口模块(16)、显示屏(17)、显示控制模块(18)、时钟电路(19)、按键(20)、预警装置(21)、供电电路(22)组成。

Images