CN104720808B - 一种检测人体睡眠呼吸的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种检测人体睡眠呼吸的方法和装置，用于解决现有的睡眠呼吸检测方法通过对人体呼吸气流的检测，以判定是否存在睡眠呼吸暂停的情况，检测结果容易受到环境的干扰，可靠性不高的问题。方法包括：通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况。本发明实施例通过对采集到的心电信号进行处理得到人体的呼吸信号，并根据呼吸信号分析人体呼吸的状况，处理过程简单，数据可靠性高。

Description

一种检测人体睡眠呼吸的方法和装置

技术领域

本发明涉及人体体征监测技术领域，特别涉及一种检测人体睡眠呼吸的方法和装置。

背景技术

睡眠呼吸暂停综合征，即夜间睡眠时呼吸停止持续的时间超过10秒，俗称打呼噜，是一种普遍存在的睡眠现象。因为鼻、咽喉部肌肉松弛、增大，挤压咽喉部气流通道，如果咽部结构将气道完全阻塞，气流完全无法进入肺部，此时就会出现呼吸暂停。可见，对人体睡眠时的呼吸进行监护是非常重要且必要的。但是，睡眠呼吸暂停综合症的诊断一般都需要住院，通过使用呼吸监视器周期性对人体的睡眠状态进行监测。

随着移动通信、体感网、传感器等高新技术的发展，移动健康这一技术领域越来越显示出广阔的市场前景。在移动健康应用中，用户通过可佩带的各种生理传感器，自动采集如血压、血氧、心率等人体的生理信号，并通过短距离无线通信传送到用户的手机；用户手机对于接收到的人体生理信号进行分析处理，或者也可进一步把数据通过3G无线网络传输到远程的健康医疗服务商的数据中心（服务器）；进一步，手机客户端或远程健康医疗服务器根据接收到的用户的生理信号，对用户身体健康状态进行判定，并将结果发送到专业医疗机构（如：医院）以及用户的亲属。

目前，也有不少便携式的睡眠呼吸检测设备应用于人们的日常生活中，使得在家里就能够进行自我睡眠呼吸的监测。然而，现有的大部分检测设备中，一般都是通过鼻导管、热敏电阻来检测口和鼻中的气流变化，以判定是否存在睡眠呼吸暂停的情况，不仅佩戴不舒适，并且热敏式检测容易受到环境的干扰，影响数据的可靠性。

综上所述，现有的睡眠呼吸检测方法通过对人体呼吸气流的检测，以判定是否存在睡眠呼吸暂停的情况，检测结果容易受到环境的干扰，可靠性不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种检测人体睡眠呼吸的方法和装置，用于解决现有的睡眠呼吸检测方法通过对人体呼吸气流的检测，以判定是否存在睡眠呼吸暂停的情况，检测结果容易受到环境的干扰，可靠性不高的问题。

本发明实施例提供了一种检测人体睡眠呼吸的方法，包括：

通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；

对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况。

在实施中，所述方法还包括：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；

在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述方法还包括：

根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；

将所述呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述方法还包括：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；

在根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

在实施中，所述在判断出所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，具体包括：

在所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值。

在实施中，所述方法还包括：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，不调整所述呼吸频率的上限值和下限值。

本发明实施提供的方法，通过对采集到的心电信号进行处理得到人体的呼吸信号，并根据呼吸信号分析人体呼吸的状况，处理过程简单，数据可靠性高。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种检测人体睡眠呼吸的装置，该装置包括：

第一处理模块，用于通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；

第二处理模块，用于对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况。

在实施中，所述装置还包括：

参数确定模块，用于通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述装置还包括：

参数确定模块，用于根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述装置还包括：

参数确定模块，用于在判断出所述第二处理模块得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；在所述第二处理模块根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

进一步，所述参数确定模块具体用于：

在所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值。

进一步，所述参数确定模块还用于：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，不调整所述呼吸频率的上限值和下限值。

本发明实施例还提供了一种检测人体睡眠呼吸的装置，该装置包括：

心电信号预处理电路，用于通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极实时采集人体的心电信号，并对采集到的心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号并输出；

滤波器，用于对所述心电信号预处理电路输出的第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号并输出；

处理器，用于根据所述滤波器输出的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况，将分析结果存储于存储器中。

在实施中，所述处理器还用于：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述处理器还用于：

根据所述存储器中存储的用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，所述处理器还用于：

在判断出所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；在确定所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为所述滤波器所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为所述滤波器所使用的下限截止频率。

进一步，所述处理器具体用于：

在所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与自身保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值。

本发明实施例提供的装置，能够通过前端的心电信号预处理电路和滤波器采集提取人体的呼吸信号，并具备存储、分析能力，可以用来分析睡眠呼吸暂停情况；另外，基于多模态信号对滤波器进行参数选择，能够有效地处理各种人群、各种情况下的人体呼吸信号，达到较佳的滤波效果，得到高质量呼吸信号。

附图说明

图1为本发明提供的一种检测人体睡眠呼吸的方法示意图；

图2为本发明提供的实施例一的示意图；

图3为本发明提供的实施例二的示意图；

图4为本发明提供的根据多模态参数选择滤波参数的示意图；

图5为本发明提供的一种检测人体睡眠呼吸的装置的示意图；

图6为本发明提供的另一种检测人体睡眠呼吸的装置的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示，本发明实施例提供的一种检测人体睡眠呼吸的方法，该方法包括如下步骤：

步骤11、通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对采集到的心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号。

本步骤中，先通过设置于心脏周围的两个电极（RA和LA）采集人体的心电信号，该两个电极可以黏贴佩戴在人体胸部中央的位置；再对采集到的心电信号进行预处理（即包络检波和低通滤波处理），得到叠加有较多干扰和噪声的第一呼吸信号。

步骤12、对步骤11得到的第一呼吸信号进行滤波处理，去除该第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况。

本步骤中，通过对第一呼吸信号进行滤波处理，能够去除第一呼吸信号中的噪声信号，以得到第二呼吸信号；根据采集到的第二呼吸信号，进行峰值检测，确定人体每个单位时间内（如每分钟）的呼吸次数，以及根据每个单位时间内的呼吸次数分析人体呼吸的状况，以判定是否存在睡眠呼吸暂停的情况。

本发明实施例中，通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对采集到的心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；对得到的第一呼吸信号进行滤波处理，去除该第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况。本发明实施例中采集的是人体的心电信号，不易受到外界环境的干扰；通过对采集到的心电信号进行处理得到人体的呼吸信号，并根据呼吸信号分析人体呼吸的状况，处理过程简单，数据可靠性高。

在实施中，步骤12之后，该方法还包括：

在根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况之后，存储分析结果。

优选的，该方法还包括：在确定出存在睡眠呼吸暂停的情况时，发出告警信号。

在实施中，由于人体体温不同，呼吸频率也有可能不同，根据医学研究表明，由于体温上升一度，呼吸频率增加4次/分钟。因此，为了提高步骤12中对第一呼吸信号进行滤波处理后得到的第二呼吸信号的信号质量，本发明实施例的方法还包括：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，

在判断出获取到的温度值大于设定的温度阈值时，根据获取到的温度值，调整人体单位时间（如每分钟）内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

具体的，根据获取到的温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，具体为：

调整后的呼吸频率的上限值为Fl′＝Fl+4*(T-T₀)，调整后的呼吸频率的下限值为Fh′＝Fh+4*(T-T₀)；

其中，Fl′为调整后的呼吸频率的上限值，Fl为设定的呼吸频率的上限值，T为获取到的温度值，T₀为设定的温度阈值。

需要说明的是，设定的温度阈值为经验值，一般设置为36。

进一步，在判断出获取到的温度值不大于（即小于或等于）设定的温度阈值时，不调整呼吸频率的上限值和下限值的初始值，即将设定的呼吸频率的上限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将设定的呼吸频率的下限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，由于人的属性信息的不同，呼吸频率也有可能不同，属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息，根据医学研究表明，女性的呼吸频率一般比男性快1～2次/分钟；随着年龄的增加，心肺功能的成长，成人的呼吸频率要低于儿童的呼吸频率，例如，成人平静时的呼吸频率约为每分钟16次，儿童平静时的呼吸频率约约为每分钟20次。因此，为了提高步骤12中对第一呼吸信号进行滤波处理后得到的第二呼吸信号的信号质量，本发明实施例的方法还包括：

根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值；以及，

将确定的呼吸频率的上限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将确定的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，具体为：

先根据待检测的用户的年龄信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值；再根据待检测的用户的性别信息，调整所确定的呼吸频率的上限值和下限值的初始值。

具体的，根据用户的年龄信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值时，若用户的年龄信息大于设定的年龄阈值（假设为7），选择第一组呼吸频率的上限值和下限值的初始值；若用户的年龄信息不大于设定的阈值，选择第二组呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，第一组呼吸频率的上限值的初始值小于第二组呼吸频率的上限值的初始值，且第一组呼吸频率的下限值的初始值小于第二组呼吸频率的下限值的初始值。

进一步，根据用户的性别信息，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值时，若待检测的用户为女性，则调整后的呼吸频率的上限值为Fl′＝Fl+ΔF，调整后的下限值的初始值Fh′＝Fh+ΔF，其中，ΔF为设定的调整量。该设定的调整量为经验值，一般设置为2。

当然，上述根据获取到的人体的体表温度值调整呼吸频率的上限值和下限值的初始值，以及根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值可以结合使用，以提高步骤12中对第一呼吸信号进行滤波处理后得到的第二呼吸信号的信号质量。下面结合一个具体实施例，对根据用户的属性信息和人体的体表温度值确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值的过程进行说明。

实施例一、本实施例参见图2所示，包括以下步骤：

步骤21、判断用户的年龄信息是否超过设定的年龄阈值（本实施例中年龄阈值取7）；

若是，则执行步骤22；

若否，则执行步骤23；

步骤22、选择第一组呼吸频率的上限值和下限值的初始值，假设第一组呼吸频率的上限值和下限值的初始值分别为Fl＝15,Fh＝25，继续执行步骤24；

步骤23、选择第二组呼吸频率的上限值和下限值的初始值，假设第二组呼吸频率的上限值和下限值的初始值分别为Fl＝20,Fh＝30，继续执行步骤24；

步骤24、判断用户的性别信息是否是男性；

若否，则执行步骤25；

若是，则执行步骤26；

步骤25、按照设定的调整值ΔF（如设定的调整值为2），调整呼吸频率的上限值和下限值的初始值，则调整后的上限值和下限值的初始值分别为：Fl′＝Fl+ΔF，Fh′＝Fh+ΔF，继续执行步骤26；

步骤26、判断通过设置于人体表面的温度传感器获取的人体体表的温度值是否大于设定的温度阈值T₀；

若是，则执行步骤27；

若否，则执行步骤28；

步骤27、根据获取到的温度值，调整呼吸频率的上限值和下限值的初始值，调整后的调整后的呼吸频率的上限值为Fl′′＝Fl′+4*(T-T₀)，调整后的呼吸频率的下限值为Fh′′＝Fh′+4*(T-T₀)，继续执行步骤28；

步骤28、根据确定出的呼吸频率的上限值和下限值，计算对第一呼吸信息进行滤波所使用的上限截止频率和下限截止频率的初始值。

具体为：将确定出的呼吸频率的上限值作为对第一呼吸信息进行滤波所使用的上限截止频率，以及将确定出的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信息进行滤波所使用的下限截止频率。

为了进一步提高步骤12中对第一呼吸信号进行滤波处理后得到的第二呼吸信号的信号质量，在检测过程中，该方法还包括：

在判断出步骤12得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；

在根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

在实施中，根据步骤12得到的第二呼吸信号的信号质量，实时调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，具体可以采用以下任一优选方式进行调整：

呼吸频率的上限值不变，且增大呼吸频率的下限值；

呼吸频率的上限值不变，且减小呼吸频率的下限值；

增大呼吸频率的上限值，且增大呼吸频率的下限值；

增大呼吸频率的上限值，且减小呼吸频率的下限值。

当然，本发明实施例并不限于使用上述方式调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，也可以采用其他方式进行调整。

若在检测过程中只调整了呼吸频率的上限值，则将调整后的呼吸频率的上限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，且对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率不变；若在检测过程中只调整了呼吸频率的下限值，则将调整后的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率，且对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率不变；若在检测过程中既调整了呼吸频率的上限值，又调整了呼吸频率的下限值，则将调整后的呼吸频率的上限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，且将调整后的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

进一步，根据得到的第二呼吸信号的信号质量，实时调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和下限值，具体包括：

在得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整呼吸频率的上限值和/或下限值，以使根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值；其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取上述加速度值。

具体的，先判断得到的第二呼吸信号的信号质量是否低于设定的质量阈值，在判断出得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，再判断获取到的加速度值是否小于设定的加速度阈值或者判断该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号是否匹配，若获取到的加速度值小于设定的加速度阈值，且该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整呼吸频率的上限值和/或下限值。

在实施中，在判断出得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，可以先判断获取到的加速度值是否小于设定的加速度阈值，再判断该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号是否匹配；也可以先判断该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号是否匹配，再判断获取到的加速度值是否小于设定的加速度阈值。

进一步，在判断出得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出该第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，则不调整呼吸频率的上限值和下限值。

需要说明的是，设定的质量阈值是根据人体正常呼吸时的呼吸信号的特征来衡量测量到的呼吸信号的信号质量的好坏的指数。例如，正常的呼吸信号的频谱、四阶矩、幅度是分布在一个比较固定的范围内，如果采集到的呼吸信号的这些特征超出了正常呼吸信号的范围，则可确定采集到的呼吸信号达不到正常呼吸信号的信号质量,即呼吸信号的信号质量指数就会较低,不满足的特征越多，信号质量指数越低，以一个普遍的标准T作为衡量信号质量是否达标的阈值，以此来衡量采集到的呼吸信号的信号质量，并作为是否调整滤波参数（即对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的参数）的一个指标。

由于人体在睡眠过程中，用户翻身等活动状况有可能会成为呼吸信号采集时噪声，因此，在进行滤波参数选择时，需要避免由于人体运动造成的干扰，因此，在人体体表设置加速度传感器，通过加速度传感器采集到的加速度值，判断是否由于人体活动状况造成第二呼吸信号质量变差，具体为：

判断获取到的加速度值是否大于设定的加速度阈值，若是，则确定用户当前处于活动状态（如翻身），则不需要调整呼吸频率的上限值和下限值；若否，则确定用户当前处于静止状态，则需要调整呼吸频率的上限值和下限值。

由于人体在睡眠过程中，无意识的深呼吸可能会影响对得到的第二呼吸信号的信号质量的判断，因此，在进行滤波参数选择时，要实时将得到的第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号（如用户深呼吸信号、用户浅呼吸信号）进行比对，避免由于短暂的深呼吸信号造成的信号质量判断干扰，具体的：

判断得到的第二呼吸信号是否与保存的呼吸参考信号匹配，若是，则说明是由于人体深呼吸造成的第二呼吸信号的信号质量变差，不需要调整呼吸频率的上限值和下限值；若否，则说明不是由于人体深呼吸造成的第二呼吸信号的信号质量变差，需要调整呼吸频率的上限值和下限值。

需要说明的是，在进行检测之前，需要采集呼吸参考信号，具体做法为：令用户分别进行30s的深呼吸和浅呼吸，并将获取到的深呼吸信号和浅呼吸信号作为呼吸参考信号保存。

下面结合一个具体实施例，对在检测过程中，实时调整滤波参数的过程进行说明。

实施例二、本实施例参见图3所示，包括以下步骤：

步骤31、睡眠呼吸检测，计算得到的第二呼吸信号的信号质量；

步骤32、判断第二呼吸信号的信号质量是否小于设定的质量阈值；

若是，则说明当前采集到的第二呼吸信号的质量变差，执行步骤33；

若否，则说明当前采集到的第二呼吸信号的质量较好，转入执行步骤31；

步骤33、判断获取到的加速度值是否小于设定的加速度阈值，即判断用户是否在翻身；

若是，则说明用户当前没有活动（即没有翻身），继续执行步骤34；

若否，则说明用户当前正在活动（即正在翻身），转入执行步骤31；

步骤34、判断第二呼吸信号是否与保存的呼吸参考信号匹配，即判断用户是否在深呼吸；

若是，则说明用户在深呼吸，转入执行步骤31；

若否，则说明用户没有在深呼吸，继续执行步骤35；

步骤35、调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，确定出信号质量最好的一组呼吸频率的上限值和下限值；

步骤36、将确定出的呼吸频率的上限值和下限值分别作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率和下限截止频率。

本发明实施例中，对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的参数（包括上限截止频率和下限截止频率）的初始值的确定过程，以及在睡眠呼吸检测过程中，对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的参数的实时调整过程，可参见图4所示，通过对第二呼吸信号的信号质量的判断、呼吸深浅判断、活动参数（即是否翻身）判断、体温、年龄、性别，确定对第一呼吸信号进行滤波所使用的上限截止频率和下限截止频率，并根据确定出的上限截止频率和下限截止频率，计算对第一呼吸信号进行滤波所使用的滤波系数，多模态滤波参数。

举例说明，假设对第一呼吸信号进行滤波所使用的滤波器采用横向型有限长单位冲击响应（Finite Impulse Response，FIR）滤波器，采样频率可选为250Hz，该滤波器的上/下限截止频率分别为确定出的人体呼吸频率的上/下限值。采用函数窗法设计，且窗口类型为Kaiser，Beta为0.5，根据Matlab的计算，可得到滤波器的系数W，其中x是输入信号，y是输出信号，W＝{w₀(n),w₁(n),w₂(n)，…,w_N-1(n)}。

上述方法处理流程可以用软件程序实现，该软件程序可以存储在存储介质中，当存储的软件程序被调用时，执行上述方法步骤。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种检测人体睡眠呼吸的装置，由于该装置解决问题的原理与上述检测人体睡眠呼吸的方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

参见图5所示，本发明实施例提供的一种检测人体睡眠呼吸的装置，该装置包括：

第一处理模块51，用于通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；

第二处理模块52，用于对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况。

在实施中，作为一种优选的实现方式，该装置还包括：

参数确定模块53，用于通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，作为另一种优选的实现方式，该装置还包括：

参数确定模块53，用于根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

上述两种优选的实现方式可以结合在一起使用，即：参数确定模块53先根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，再在判断出获取到的人体体表的温度值大于设定的温度阈值时，根据获取到的温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，最后，将调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整人体单位时间内的呼吸频率的下限值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

参数确定模块53，用于在判断出所述第二处理模块得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；在所述第二处理模块根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

基于上述实施例，参数确定模块53具体用于：

在所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值。

进一步，参数确定模块53还用于：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，不调整所述呼吸频率的上限值和下限值。

需要说明的是，上述确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值的过程，以及上述在睡眠呼吸检测过程中调整呼吸频率的上限值和下限值的过程可以结合在一起使用，即参数确定模块53先确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将所确定的呼吸频率的上限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所确定的呼吸频率的下限值的初始值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值；再在睡眠呼吸检测过程中调整呼吸频率的上限值和下限值的当前值，并将调整后的呼吸频率的上限值的当前值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的当前值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的当前值作为对第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的当前值。

本发明实施例提供的装置还包括存储模块54，用于至少存储第二处理模块得到的分析结果、以及用户的属性信息。

优选的，本发明实施例提供的装置还包括告警模块55，用于在第二处理模块52确定出存在睡眠呼吸暂停的情况时，发出告警信号。

下面结合具体实施例对本发明实施例提供的装置的硬件结构进行说明。

实施例三、参见图6所示，该检测人体睡眠呼吸的装置6包括：心电信号预处理电路61、滤波器62、处理器63、温度传感器64、加速度传感器65、以及存储器66。

其中，心电信号预处理电路61通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的两个电极（LA和RA）实时采集人体的心电信号，并对采集到的心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号并输出；

滤波器62对心电信号预处理电路61输出的第一呼吸信号进行滤波处理，去除该第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号并输出；

处理器63根据滤波器62输出的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况，将分析结果存储于存储器66中.

在实施中，处理器63还用于：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，处理器63还用于：

根据所述存储器中存储的用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。

上述两个实施例可以结合在一起使用，即处理器62先根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，再在判断出获取到的人体体表的温度值大于设定的温度阈值时，根据获取到的温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，最后，将调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值作为滤波器62所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整人体单位时间内的呼吸频率的下限值作为滤波器62所使用的下限截止频率的初始值。

在实施中，处理器63还用于：

在判断出滤波器62输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值；在确定滤波器62输出的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为滤波器62所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为滤波器62所使用的下限截止频率。

进一步，处理器63具体用于：

在滤波器62输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且该第二呼吸信号与自身保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值。

需要说明的是，处理器63确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值的过程，以及在睡眠呼吸检测过程中调整呼吸频率的上限值和下限值的过程可以结合在一起使用，即处理器63先确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将所确定的呼吸频率的上限值的初始值作为滤波器62所使用的上限截止频率的初始值，以及将所确定的呼吸频率的下限值的初始值作为滤波器62所使用的下限截止频率的初始值；再在睡眠呼吸检测过程中调整呼吸频率的上限值和下限值的当前值，并将调整后的呼吸频率的上限值的当前值作为滤波器62所使用的上限截止频率的当前值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的当前值作为滤波器62所使用的下限截止频率的当前值。

本发明实施例提供的一种便携式检测人体睡眠呼吸的装置，能够通过前端的心电信号预处理电路和滤波器采集提取人体的呼吸信号，并具备存储、分析能力，可以用来分析睡眠呼吸暂停情况；另外，基于多模态信号对滤波器进行参数选择，能够有效地处理各种人群、各种情况下的人体呼吸信号，达到较佳的滤波效果，得到高质量呼吸信号。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种检测人体睡眠呼吸的方法，其特征在于，该方法包括：

通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；

对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况；

所述方法还包括：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，包括：在所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值；

在根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；

在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；

将所述呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，不调整所述呼吸频率的上限值和下限值。

5.一种检测人体睡眠呼吸的装置，其特征在于，该装置包括：

第一处理模块，用于通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极，实时采集人体的心电信号，并对所述心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号；

第二处理模块，用于对所述第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号，并根据采集到的第二呼吸信号，分析人体呼吸的状况；

所述装置还包括：

参数确定模块，用于在判断出所述第二处理模块得到的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，包括：在所述第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值；在所述第二处理模块根据调整后的呼吸频率的上限值和/或下限值得到的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述参数确定模块，还用于通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述参数确定模块，还用于根据用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为对所述第一呼吸信号进行滤波处理所使用的下限截止频率的初始值。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述参数确定模块还用于：

在判断出所述第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值时，或者，在判断出获取到的加速度值不小于设定的加速度阈值时，或者，在判断出所述第二呼吸信号与保存的呼吸参考信号匹配时，不调整所述呼吸频率的上限值和下限值。

9.一种检测人体睡眠呼吸的装置，其特征在于，该装置包括：

心电信号预处理电路，用于通过设置于人体表面且位于人体心脏周围的至少两个电极实时采集人体的心电信号，并对采集到的心电信号进行包络检波和低通滤波处理，得到第一呼吸信号并输出；

滤波器，用于对所述心电信号预处理电路输出的第一呼吸信号进行滤波处理，去除所述第一呼吸信号中的噪声信号，得到第二呼吸信号并输出；

处理器，用于根据所述滤波器输出的第二呼吸信号，分析人体睡眠呼吸的状况，将分析结果存储于存储器中；

所述处理器还用于：在判断出所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，调整人体单位时间内呼吸频率的上限值和/或下限值，包括：在所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量低于设定的质量阈值时，若获取到的用于表明人体活动状况的加速度值小于设定的加速度阈值，且所述第二呼吸信号与自身保存的呼吸参考信号不匹配，则按照设定的步长调整所述呼吸频率的上限值和/或下限值，其中，通过设置于人体表面的加速度传感器获取所述加速度值；在确定所述滤波器输出的第二呼吸信号的信号质量不低于设定的质量阈值，将调整后的呼吸频率的上限值作为所述滤波器所使用的上限截止频率，和/或，将调整后的呼吸频率的下限值作为所述滤波器所使用的下限截止频率。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：

通过设置于人体表面的温度传感器，获取人体体表的温度值；以及，在判断出所述温度值大于设定的温度阈值时，根据所述温度值，调整人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，并将调整后的呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将调整后的呼吸频率的下限值的初始值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。

11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：

根据所述存储器中存储的用户的属性信息，确定人体单位时间内的呼吸频率的上限值和下限值的初始值，其中，所述属性信息至少包括用户的年龄信息和用户的性别信息；以及，将所述呼吸频率的上限值的初始值作为所述滤波器所使用的上限截止频率的初始值，以及将所述呼吸频率的下限值作为所述滤波器所使用的下限截止频率的初始值。