CN1923132A - 检测睡眠中呼吸用力的方法、装置及其应用 - Google Patents

Abstract

检测睡眠中呼吸用力的方法、装置及其应用，其特征在于：通过压力微动传感装置获取被监测者睡眠中心脏跳动、呼吸、体动的微动信号，并输入到计算机进行处理，形成心冲击图，用监测中获取的睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况，将心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值作为识别呼吸用力情况的依据。本发明可以实现对被测者的非侵入性检测，克服现有食道压力检测给病人带来的负荷过大，感觉不适的不足，而且本发明与通过食道压力检测呼吸用力的方法对比，其结果一致性很好。

Description

检测睡眠中呼吸用力的方法、装置及其应用

技术领域

本发明属一种用于获取与判断人体疾病相关的数据的方法、装置及其应用，具体涉及检测人体睡眠呼吸用力的方法、装置及其应用。

背景技术

人体在睡眠中出现的呼吸用力情况与一些疾患相关，所以可将其作为与判断人体疾病相关的数据。

例如对于睡眠呼吸暂停低通气综合征(Sleep Apnea HypopneaSyndrome，SAHS)，其诊断方法是获取病人整晚睡眠结构和睡眠呼吸事件，进而获得睡眠呼吸暂停低通气综合征的重要诊断数据—呼吸紊乱指数等定量指标，并利用这些定量指标来进行病情判定。

所述呼吸事件有不同的类型，美国睡眠医学会的专题报告认为，对于呼吸事件的分型：即鉴别阻塞性睡眠呼吸暂停与中枢性睡眠呼吸暂停的证据是，前者存在持续的或不断增加的呼吸用力，而后者没有呼吸用力，或呼吸用力减少。因此在鉴别阻塞性与中枢性睡眠呼吸暂停上，根据呼吸用力这一数据可提供更充分、更准确、更直观、更方便的依据，目前，检测睡眠呼吸用力增加的金标准是连续全夜监测食道压力，这种方法虽然准确，但技术复杂，费用较高，病人负荷过大，感觉极不舒适，对于多数病人来说难以接受。有鉴于此，所以本发明可用于测定呼吸用力性微觉醒(Respiratoryeffort-related arousal，RERA)。

此外，在获取睡眠呼吸障碍性疾病诊断数据的装置方面，传统的临床检测方法主要是用PSG检测，需要在人体上附着多种电极，获取人体睡眠中的脑电、肌电、眼动电、心电、鼻气流、鼾声、血氧饱和度、胸腹呼吸、腿动等信号，再通过对这些信号的分析，获得被测者的睡眠结构和睡眠呼吸事件，这种方法因要在被测者体表附着多种电极而给被测者带来很大的不适，给被测者造成心理和生理上的负担，干扰检测并影响检测结果的客观性。

1996年以来，本专利发明人经试验研究发现睡眠结构与睡眠时的心动周期变化之间有相当好的耦合关系，用逐拍心动周期分析获得的睡眠结构结果和用脑电图分析睡眠结构的结果对比有较好的一致性。运行专用数据库检验睡眠结构分期结果，醒/睡分辨的符合率不小于90％；基本睡眠分期(醒/快速眼动期/非快速眼动期)符合率不小于70％。此外腿动信号也可反映人体的睡眠状态以及用于诊断睡眠运动障碍等疾病。基于该项研究成果，本专利申请人在申请号为03153923.8的专利中公开了一种在无负荷、无电极条件下监测睡眠状况的传感装置，这种方法是采用一种充气式床垫作传感器，被测者躺在由几个分区气囊组成的充气床垫上，通过人体微动对气囊产生的微小压力信号变化感应出被测者的心动周期、呼吸、体动信息，为睡眠结构分析提供数据。使用这种充气式床垫传感装置可减轻各种电极和连接导线给被测者带来的不适和心理负荷。由于气囊式床垫不透气，会给被测者带来不适，本申请人又在200610087016.6专利申请中揭示了一种在透气弹性床垫上设置压力传感器的技术方案。

上面所述的装置是通过将人体对弹性床垫产生的心脏跳动、呼吸、腿动等微动信号，经计算机处理后获取被测者的心动周期、呼吸、体动信息，为睡眠结构分析提供数据，这种睡眠监测系统统称为微动敏感床垫式睡眠监测系统(Micro movement sensitive mattress sleep monitoring system，MSMSMS)。

目前，微动敏感床垫式睡眠监测系统(MSMSMS)与多导睡眠图(Polysomnography，PSG)在检测呼吸事件上的一致性已有报道，但二者对呼吸事件分型方面的一致性尚无报道，特别是用MSMSMS检测呼吸用力性微觉醒(RERA)目前没有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种检测睡眠中呼吸用力的方法、装置及其应用，采用本发明方法、装置及其应用，能实现非侵入性检测呼吸用力，克服现有食道压力检测给病人带来的负荷过大，感觉不适的不足。

本发明方法是：通过压力微动传感装置获取被监测者睡眠中心脏跳动、呼吸、体动的微动信号，并输入到计算机进行处理，形成心冲击图，用监测中获取的睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况，将心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值作为识别呼吸用力情况的依据。

本发明检测睡眠中呼吸用力方法的应用是：将用上述方法检测睡眠中呼吸用力情况的结果用于对睡眠呼吸事件的分型，将所述心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值作为鉴别阻塞性睡眠呼吸暂停和中枢性睡眠呼吸暂停类型的依据。

本发明检测睡眠中呼吸用力方法的又一应用是：将用上述方法检测睡眠中呼吸用力情况的结果用于对睡眠中微觉醒现象的识别。

本发明检测睡眠中呼吸用力的装置是：设有弹性床垫，床垫上设有能感应人体微动信号的压力传感元件，所述的压力传感元件通过放大器、A/D转换器与可将这些数据转换成心冲击图的计算机连接。

本发明方法的依据是：根据本专利发明人的研究证明，人体睡眠心冲击图(ballistocardiogram，BCG)振幅的变化与食道压力显著相关，这一结果表示，睡眠中心冲击图的呼吸相关性振幅变化与呼吸用力相关，经过在临床实践中对上述发现做进一步验证，并探讨其对呼吸事件分型等应用方面的实用价值，经过将用本发明方法的分型结果与多导睡眠图(PSG)进行比较，对多例患者同时用PSG、MSMSMS和呼吸感应性容积描记仪(RIP)进行全夜睡眠监测，进一步证明了用本发明方法识别呼吸用力的可靠性。由于睡眠心冲击图BCG的呼吸相关性变化振幅的主要来源于呼吸运动高频成份和心冲击图振幅的叠加，而呼吸运动的高频成份主要出现于呼吸用力时，因此可以用睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况。

本发明装置的工作原理是：当躺在弹性床垫上的被测者出现呼吸用力情况时，床垫上设置的压力传感元件会检测到呼吸性体动，即在胸部冲击图和腿部冲击图中同时出现高频震荡波——呼吸用力波，而胸部冲击图的信号明显大于腿部冲击图的信号，在上体动和下体动中也可见到呼吸用力波。呼吸性体动与其它体动有明显区别，它是伴随着呼吸的节奏有规律的震荡，因此很容易从处理后形成的心冲击图上对其进行区分并分离，利用心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况。

本发明方法及其应用利用心冲击图检测人体睡眠中的呼吸用力情况，心冲击图的获取不需要对人体进行侵入式检测，从而可克服现有食道压力检测给病人带来的负荷过大，感觉不适的不足。而且本发明与通过食道压力检测呼吸用力的方法对比，其结果一致性很好。

本发明装置采用能感应人体微动信号的床垫作检测呼吸用力的传感器，具有微动敏感和被测者无负荷的特点，对周期性腿动和微觉醒的检测具有更敏感、直观、简便的优点，用其进行呼吸用力(RERA)的检测可以实现对被测者的非侵入性检测，无痛苦，减轻了被测者的心理和生理负荷。

附图说明

图1、用本发明方法实施例1监测疑有睡眠呼吸暂停的患者所得到的心冲击图分析结果图

图2、用本发明方法实施例1积分值方法识别的阻塞性呼吸暂停分析结果图

图3、本发明装置实施例1结构示意图

图4、本发明装置实施例3结构示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本例采用微动敏感床垫式睡眠监测系统(MSMSMS)对22例疑有睡眠呼吸暂停的患者进行同步睡眠监测，患者年龄31-60岁，体重75-96kg。

其中所用微动敏感床垫式睡眠监测系统(MSMSMS)型号为SRM-6000型；其结构示意图如图3所示。本例微动敏感床垫纵向设有四个独立的传感区，四个传感区分别对应人体的头部、胸部、臀部和下肢部，所述每个传感区为独立的弹性流体囊，囊内充有设定压力的流体，流体囊通过导孔与微压/电量变换器连通，相邻流体囊底面相互连接，检测部位的微压/电量变换传感器分别通过放大器、A/D传换器接数据处理计算机输入端，计算机对获取的信号进行滤波、去噪，形成心冲击图。

采用上述装置的实施过程是：让被测者躺在微动敏感床垫上，对其进行整夜睡眠监测，监测结果显示在屏幕上如图1所示，图中中部为MSMSMS的分析结果；上部chest40与chest20为来自MSMSMS的心冲击图振幅变化的积分值(下部为用多导睡眠仪同步监测的分析结果图，这部分内容是为与本发明方法进行对照的)。

一般当睡眠中的心冲击图BCG出现下述情况时，可判断有呼吸用力情况：

①BCG振幅或其积分值呈呼吸相关性进行性增加；

②BCG的呼吸相关性变化振幅积分值大于等于临界值；

③BCG振幅较基础值呈呼吸相关性显著增高；

④BCG振幅呈呼吸相关性高频振荡。

睡眠心冲击图BCG振幅的呼吸相关性变化主要来源于呼吸运动高频成份和心冲击图振幅的叠加，而呼吸运动的高频成份主要出现于呼吸用力，因此可以用睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况，本例用心冲击图的呼吸相关性变化振幅积分值的增加作为识别呼吸用力的一种量化方法，睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅的积分按下式进行：

$Y\left(t\right)=\frac{1}{81}\underset{i=-40}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}|x(t+i)-127|$

式中，Y为积分值，x为BCG睡眠心冲击图振幅，t为时间

本例用积分值数量对呼吸事件进行分类(参见图2)，阈值设定为2，即：

积分值在2级以上时，呼吸事件判为阻塞性睡眠呼吸暂停；

积分值低于2级，呼吸事件定义为中枢性睡眠呼吸暂停。

同时，还可用心冲击图振幅的增加作为识别呼吸用力的条件，当心冲击图振幅至少出现下述情况中的一种，可判断为阻塞性呼吸暂停，继之会发生呼吸用力性微觉醒(RERA)；

①BCG振幅或其积分值呈呼吸相关性进行性增加；

②BCG振幅较基础值呈呼吸相关性显著增高；

③BCG振幅呈呼吸相关性高频振荡。

本例用微动敏感床垫式睡眠监测系统对被患者进行睡眠监测，并按上述方法判定呼吸用力及对呼吸事件分型，为验证其准确性，将本例方法与用多导睡眠仪和呼吸感应性容积描记仪(RIP)同步对同一患者进行对照检查，并对三者的呼吸事件的分型结果进行对比，其结果是：

(1)、用MSMSMS方法检测3种睡眠呼吸事件的整体敏感性和特异性分别为94.9，和89.8％。(2)、用MSMSMS心冲击图振幅积分值大于2级定义阻塞性睡眠呼吸暂停，其结果与PSG检测的阻塞性呼吸暂停符合率达93.1％；用此方法还可以把PSG检测的低通气区分为阻塞性和中枢性；(3)、用积分值方法分型的中枢性呼吸暂停与PSG检测的中枢性呼吸暂停符合率最低，只有28.2％，其原因可能是后者没能采用呼吸用力作为分型的依据；(4)、用积分值方法评价呼吸用力得到RIP的证实。

因此，用本发明方法实施例睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值能够可靠地表达呼吸用力；并能够准确地识别阻塞性呼吸事件和中枢性呼吸事件。

实施例2

本例将用实施例1方法检测睡眠中呼吸用力情况的结果用于对睡眠中呼吸用力性微觉醒(Respiratory effort-related arousal，RERA)的识别。

当心冲击图振幅或其积分值呈呼吸相关性进行性增加，且继之以微觉醒(arousal)时，可识别为睡眠呼吸用力性微觉醒(RERA)。

当睡眠心冲击图出现心率明显增加或呈呼吸相关性高频振荡，持续时间在3-14秒时可识别为睡眠微觉醒。此判断方法经与脑电图方法对照，结果高度一致。

上述判定方法经与测定RERA的金标准食道压测量方法相对照，二者显著相关，却可免去食道插管。

实施例3

本例采用的微动敏感床垫式睡眠监测系统结构如图4所示：弹性床垫包含4个透气的纵向分区垫体：头部区垫体11、胸部分区垫体12、臀部分区垫体13、下肢分区垫体14，各相邻两分区垫体(如11、12)的相邻侧壁(如11a、12a)靠拢，底垫面(如11b、12b)相互连接，所述的传感器为充满流体的密封弹性体21，22，弹性体装有能感应密封腔内流体压力变化的传感元件21a，22a，传感元件输出端通过放大器、A/D转换器与数据处理计算机连接，所述的传感密封弹性体21，22设置于床垫上能灵敏感应人体被检测部位相应信息的位置。

本例密封弹性体21设置在胸部分区垫体12上与躺卧人体心脏对应的位置，主要用于感应人体心脏跳动、呼吸、上体动等微动信号，密封弹性体22设置在下肢分区垫体14与相邻的上臀部分区垫体13的横向侧壁夹缝里，主要用于感应腿动信号。

分区垫体可将不同的检测部位分割开来，使每个分区垫体感应的信号相对独立，防止相互干扰。

Claims (10)

1、检测睡眠中呼吸用力的方法，其特征在于：通过压力微动传感装置获取被监测者睡眠中心脏跳动、呼吸、体动的微动信号，并输入到计算机进行处理，形成心冲击图，用监测中获取的睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值表达呼吸用力状况，将心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值作为识别呼吸用力情况的依据。

2、根据权利要求1所述的检测睡眠中呼吸用力的方法，其特征在于：用心冲击图的呼吸相关性变化振幅积分值的增加作为识别呼吸用力的一种量化方法，所述对睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅的积分按下式进行：

$Y\left(t\right)=\frac{1}{81}\underset{i=-40}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}|x(t+i)-127|$

式中，Y为积分值，x为BCG睡眠心冲击图的呼吸相关性变化振幅，t为时间。

3、根据权利要求1所述的检测睡眠中呼吸用力的方法，其特征在于：用心冲击图的呼吸相关性变化振幅的增加作为识别呼吸用力的条件，当心冲击图振幅至少出现下述情况中的一种时，可识别为呼吸用力：

①BCG振幅较基础值呈呼吸相关性显著增高；

②BCG振幅或其积分值呈呼吸相关性进行性增加；

③BCG振幅呈呼吸相关性高频振荡。

4、检测睡眠中呼吸用力的方法的应用，其特征在于：将用权利要求1、2或3所述方法检测睡眠中呼吸用力情况的结果用于对睡眠呼吸事件的分型，将所述心冲击图的呼吸相关性变化振幅或其积分值作为鉴别阻塞性睡眠呼吸暂停和中枢性睡眠呼吸暂停类型的依据。

5、根据权利要求4所述的检测睡眠中呼吸用力的方法的应用，其特征在于：所述用积分值对睡眠呼吸事件进行分型的方法是：将心冲击图的呼吸相关性变化振幅积分值大于设定阈值定义为阻塞性睡眠呼吸暂停，小于设定阈值定义为中枢性睡眠呼吸暂停。

6、检测睡眠中呼吸用力的方法的应用，其特征在于：将用权利要求1、2、3所述方法检测睡眠中呼吸用力情况的结果用于对睡眠中微觉醒现象的识别。

7、根据权利要求6所述的检测睡眠中呼吸用力的方法的应用，其特征在于：当心冲击图振幅或其积分值呈呼吸相关性进行性增加，且继之以微觉醒时，识别为睡眠呼吸用力性微觉醒。

8、根据权利要求6所述的检测睡眠中呼吸用力的方法的应用，其特征在于：当睡眠心冲击图出现心率明显增加或呈呼吸相关性高频振荡、持续时间大于等于设定值时，识别为睡眠微觉醒。

9、检测睡眠中呼吸用力的装置，其特征在于：设有弹性床垫，床垫上设有能感应人体微动信号的压力传感元件，所述的压力传感元件通过放大器、A/D转换器与设有显示屏的数据处理计算机连接。

10、根据权利要求9所述的检测睡眠中呼吸用力的装置，其特征在于：所述弹性床垫包含4个透气的纵向分区垫体：头部分区垫体(11)、胸部分区垫体(12)、臀部分区垫体(13)、下肢分区垫体(14)，各相邻两分区垫体(11、12)的相邻侧壁(11a、12a)靠拢，底垫面(11b、12b)相互连接，所述的传感器为充满流体的密封弹性体(21，22)，弹性体装有能感应密封腔内流体压力变化的所述传感元件(21a，22a)。

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