CN105796055A

CN105796055A - 一种便携式无线鼾声监测系统

Info

Publication number: CN105796055A
Application number: CN201610117852.8A
Authority: CN
Inventors: 卢超
Original assignee: Shaanxi University of Technology
Current assignee: Shaanxi University of Technology
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-07-27

Abstract

本发明公开一种便携式无线鼾声监测系统包括：上位机和下位机，所述上位机和下位机无线通信，其中，所述下位机包含采集装置，用于采集鼾声数据；上位机包含数据分析装置，用于通过无线通信方式获取所述鼾声数据，并对所述鼾声信号进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。采用本发明的技术方案，具有低成本、操作简单、易于使用、人机友善、适合在居家睡眠环境下测量的特点。

Description

一种便携式无线鼾声监测系统

技术领域

本发明属于睡眠呼吸检测技术领域，尤其涉及一种便携式无线鼾声监测系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们的生活态度发生了翻天覆地的变化，特别是对自身的健康状态愈发的重视。而人类的1/3时间是处在睡眠状态中，只有保证良好的、高质量的睡眠，才可能在工作、生活中保持积极地状态。然而，在传统观念中，多认为打鼾是熟睡的表现，甚至觉得打鼾越大声，代表睡眠质量越好，因此多不会注意到打鼾背后的问题。中华民国胸腔病学会在1991年间就曾针对国人的打鼾情况，在头份、大溪地区实施盛行率调查，发现我国四十岁以上的人口，睡眠中呈现鼾声的盛行率是43.48％(成年男性成年51.69％，女性35.52％)，其中轻、中、重度鼾声的盛行率分别为26.83％、13.21％、与3.44％。重度打鼾患者可能患有“睡眠呼吸中止症(obstructivesleepapneasyndrome,OSAS)”，在美国做过睡眠呼吸中止症的盛行率调查，统计结果有高达1％-8.5％的人口有这样的问题，足见打鼾问题的严重性。儿童亦会有打鼾的情况，根据统计以4-7岁儿童较常见，其中10％是单纯的打打鼾，3％并有睡眠呼吸中止症，此情况间接造成儿童情绪改变、注意力不集中、学习障碍等等，由于学龄前儿童正是学习的最佳时机，家长不可轻忽，以免影响孩子学习的状况。打鼾者的呼吸道通常比正常人狭窄，白天清醒时咽喉部肌肉收缩使呼吸道保持开放，不会发生堵塞，但夜间睡眠时神经兴奋性下降、肌肉松弛，因此呼吸道受阻变窄，当气流通过狭窄部位时，呼吸会感到困难，导致必须以比平常呼吸多4至7倍的力量方能呼吸，当强力的呼吸通过狭窄的气管时，会引起悬雍垂或后腭帆的异常振动，于是引起鼾声，严重时甚至会引发睡眠呼吸中止症，影响人的身体健康。

因此，必须对人们的打鼾情况有明确的监测与定性的判断，以此作为对打鼾者病情判断的参考。而传统医院对睡眠与打鼾问题最准确的检查方法为使用“夜间多项生理监测仪(overnightpolysomnography)”夜间多项生理监测仪可以记录一整夜的睡眠周期，呼吸暂停以及呼吸变浅的次数、型态、缺氧指数、心电图的变化、口鼻腔气流、胸部腹部呼吸运动、耳垂血氧计等讯号的记录、打鼾次数……等情形。但采用这种方法也有巨大的缺点，根据实际经验，在技术人员熟练的操作下，完成所有传感器的贴粘与说明，至少也需要45-60分钟的时间，所以其操作起来十分的复杂；同时，使用这种方法在身上需要佩戴大量的传感器，严重影响使用者的睡眠质量；还有，如果在使用过程中出现传感器脱落等意外则需重新测量，使用极大不便；同时，这是专用的医疗设别，使用时需在医院的诊断室，不能在家进行长期有效的监测，同时费用昂贵，无法普及等缺点。

因此迫切需要研发一种低成本、操作简单、易于使用、人机友善、适合在居家睡眠环境下测量的新型鼾声监测系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种低成本、操作简单、易于使用、人机友善、适合在居家睡眠环境下测量的便携式无线鼾声监测系统。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种便携式无线鼾声监测系统包括：上位机和下位机，所述上位机和下位机无线通信，其中，所述下位机包含采集装置，用于采集鼾声数据；上位机包含数据分析装置，用于通过无线通信方式获取所述鼾声数据，并对所述鼾声信号进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。

作为优选，所述数据分析装置包括：

获取模块，用于获得下位机发送的所述鼾声数据；

判断模块，用于对所述鼾声数据进行鼾声判断,若所述鼾声数据鼾声持续时间在0.6s-1.8之间或鼾声间断时间在1.4s-4.0s之间或符合以上特性信号持续出现，则所述鼾声数据为一次鼾声；

记录模块，用于若当次信号被判断为是鼾声数据，记录打鼾总数、最大打鼾幅度以及睡眠呼吸中止症特性次数。

处理模块，用于将打鼾总数除以使用时间计算出平均每小时打鼾次数；再分别记录每半小时打鼾次数，得到最大打鼾频率。

作为优选，所述采集装置为HS-3型鼾声传感器，用于喉头侧位监测鼾声波形。

作为优选，所述下位机还包括：一级放大电路，用于放大所述鼾声数据的信号，得到一级放大信号；低通滤波器，用于对所述一级放大信号进行滤波，得到低通滤波信号；二级放大电路，用于对所述低通滤波信号进行二级放大；所述一级放大电路的放大倍数为10，二级放大电路的放大倍数为3。

作为优选，所述上位机和下位机通过NRF24L01无线模块无线通信。

作为优选，所述上位机还包括SD卡模块，用于存储得最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数值。

本发明的无线鼾声监测系统在下位机上由HS-3型鼾声传感器采集信号，经过一级放大、500HZ低通硬件滤波、二级放大，将滤波数据发送给上位机进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。具有低成本、操作简单、易于使用、人机友善、适合在居家睡眠环境下测量的特点。

附图说明

图1为本发明便携式无线鼾声监测系统的结构示意图。

图2为接收到的鼾声数据波形的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

如图1所示，本发明提供一种便携式无线鼾声监测系统由上位机与下位机构成。下位机对信号进行采集、放大、滤波后通过NRF24L01无线模块将处理后的数据发送给上位机。上位机通过NRF24L01接收后经数据分析结合使用时的时间温度等信息，按照医学定义及要求对使用者的打鼾情况及睡眠呼吸中止症情况进行评判，并将结果进行显示，并可将数据存储在一张SD卡上，根据实际需要可在将来调出查看。

本发明实施例一种便携式无线鼾声监测系统包括：上位机和下位机，所述上位机和下位机无线通信，其中，所述下位机包含采集装置，用于采集鼾声数据；上位机包含数据分析装置，用于通过无线通信方式获取所述鼾声数据，并对所述鼾声信号进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数值，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。

打鼾参数如下：

(1)一次监测打鼾总次数：一次监测打鼾总次数直接反映从本次开始测量到测量结束时使用者总共打鼾次数，在总体上反映打鼾的严重程度。

(2)打鼾最大幅度：打鼾最大幅度反映从本次监测开始，到本次监测结束打鼾过程中出现的最大幅度，这个数据直接反映本次监测使用者最大的打鼾力度。

(3)打鼾幅度分布：打鼾幅度分布可以对使用者每次打鼾的幅度经行统计，可以从总体上直观反映出本次监测打鼾的幅度特征。而这个特征反映出使用者身体组织与器官的震动幅度，若果打鼾幅度较多的分布在(215—255)之间，则有悬晕垂或后颚帆振裂的危险。

(4)符合睡眠呼吸中止症次数：本参数实际为单次打鼾周期超过10s的次数，本参数是直接反映使用者是否患有呼吸中止症的重要参数。

(5)最大打鼾频率:本参数记录的是使用者在某段固定时间打鼾的最大次数。这个参数从局部(一段时间，本系统选择30min)反映出使用者打鼾的强度，避免在监测过程中过于注意总体，而忽视了局部。

作为优选，所述数据分析装置包括：

获取模块，用于每100ms接收一次从下位机机发送的30个鼾声数据；

判断模块，用于对所述鼾声数据进行一次鼾声判断。

当接收到的鼾声数据波形如图2所示，由图分析知在每次鼾声数据都具有开始时至少有6次数据递增，结束时有9次数据递减。所以当数据有连续6次上升即记为一次信号的开始；当数据有连续9次下降，且最后一个数据小于140则记为一次信号的结束。在此基础上，两者的判断又相互辅助，即当监测到开始信号后，监测到的结束信号才有效；同理，监测到结束信号后，监测到开始信号才有效。此方法可以使信号开始、结束判断准确率超过90％，但这仅仅是监测到了一次信号的开始与结束，并不能判断本次信号是否是鼾声。

人类在打鼾时，99％的人鼾声持续时间在0.6s-1.8s,间断时间在1.4s-4.0s由此可作为一次鼾声的判断条件，至此可以确定当满足以下3种特性后即视为打鼾：

(1)鼾声持续时间在0.6s-1.8s。

(2)鼾声间断时间在1.4s-4.0s。

(3)符合以上特性信号持续出现。

对打鼾者情况判断方法遵循以下规则：

1,打鼾严重程度判断

一般人平均每分钟呼吸16次，一小时即为960次，假设这960次都伴有打鼾，则一小时打鼾为960次。本装置将打鼾分为四个等级“严重打鼾”“一般打鼾”“轻微打鼾”“无打鼾”。

分类依据为：

每小时打鼾次数小于最多可能次数的10％即96次为“无打鼾”。

每小时打鼾次数在最多可能次数的10％到20％之间即96次到288次之间为“轻微打鼾”。

每小时打鼾次数在最多可能次数的20％到40％之间即288次到480次之间为“一般打鼾”。

每小时打鼾次数大于最大打鼾次数的40％即大于480次为“轻微打鼾”。

2,睡眠呼吸中止症可能性判断

睡眠呼吸中止症医学上定义为每小时睡眠中有5次或以上超过101秒的阻塞性呼吸中止事件，或每7小时睡眠有30次的事件。据此，本系统将睡眠呼吸中止症可能性分为“无可能”“有可能”“极可能”三种。各情形判断依据如下：

每小时5次之内整夜在30次之内为“无可能”。

每小时5-10次之内整夜在30-50次之内为“有可能”。

每小时10次以上整夜在50次以上为“极可能”。

所述采集装置为HS-3型鼾声传感器，用于喉头侧位监测鼾声波形，可在睡眠、麻醉或清醒状态下监测，所述HS-3型传感器具有灵敏度高、良好的频率响应、与人体无直接的电接触的特点。

由于HS-3型鼾声传感器自身特性会引入3KHZ左右的干扰，同时由于人类打鼾频率不高于400HZ；因此为了系统的稳定，低通滤波器选用500HZ低通滤波器，可以既能去除干扰信号，又可保留有效信号。

作为优选，所述上位机和下位机通过NRF24L01无线模块无线通信，所述NRF24L01无线模块为工作于2.4～2.5Ghz世界通用ISM频段的单片机无线收发器，其具有接收发射合一、工作电压低、功耗小、抗干扰能力强等特点。

作为优选，所述上位机还包括SD卡模块，用于存储得最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数值，用于根据实际需要调出查看。

本发明的无线鼾声监测系统在下位机上由HS-3型鼾声传感器采集信号，经过一级放大、500HZ低通硬件滤波、二级放大，将滤波数据发送给上位机进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，包括：上位机和下位机，所述上位机和下位机无线通信，其中，所述下位机包含采集装置，用于采集鼾声数据；上位机包含数据分析装置，用于通过无线通信方式获取所述鼾声数据，并对所述鼾声信号进行分析，得到最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数，并可判断的打鼾严重程度以及是否发生病变。

2.如权利要求1所述便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，所述数据分析装置包括：

获取模块，用于获得下位机发送的所述鼾声数据；

3.如权利要求1所述便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，所述采集装置为HS-3型鼾声传感器，用于喉头侧位监测鼾声波形。

4.如权利要求1所述便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，所述下位机还包括：一级放大电路，用于放大所述鼾声数据的信号，得到一级放大信号；低通滤波器，用于对所述一级放大信号进行滤波，得到低通滤波信号；二级放大电路，用于对所述低通滤波信号进行二级放大；所述一级放大电路的放大倍数为10，二级放大电路的放大倍数为3。

5.如权利要求1所述便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，所述上位机和下位机通过NRF24L01无线模块无线通信。

6.如权利要求1所述便携式无线鼾声监测系统，其特征在于，所述上位机还包括SD卡模块，用于存储得最大打鼾幅度、最大打鼾频率/30min、幅度分布、打鼾总次数、平均每小时打鼾次数以及符合睡眠呼吸中止症次数参数值。