CN204246126U - 基于心电信号的睡眠质量检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于心电信号的睡眠质量检测设备，其包括有心电信号检测仪，控制主机，以及显示仪表，其相互之间均采用电性连接；所述心电信号检测仪采用单导联心电信号检测仪，其设置有用于安装在目标对象胸腔上的检测电极；所述显示仪表由四个彼此独立的显示盘构成；采用上述技术方案的基于心电信号的睡眠质量检测设备，其通过将正常心搏间隔时序与呼吸信息时序的结合，使得临床过程中，呼吸信息所具有的典型噪音在正常心搏间隔信号的影响下得以消除，从而使其两者能够有效获取同步心率与呼吸动力学之间的相关信息，并能够有效减少针对患者的过多检测指标，有效避免了检测过程可能为患者造成的不便。

Description

基于心电信号的睡眠质量检测设备

技术领域

本发明涉及一种用于获取人体信息的相关设备，以及基于上述设备对人体信息反馈的方法，尤其是一种基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务。

背景技术

睡眠可以使得人类的心声得以放松、休整，其对于人体的各个方面起着至关重要的作用，故而睡眠质量是人们正常学习生活的保证。然而，随着环境的恶化与生活压力的增大，人们的睡眠质量或多或少得以影响，因此，正确认识自我的睡眠质量对于人们改善睡眠对身心益处有着至关重要的作用。

目前睡眠质量的评价主要是通过多导睡眠监测仪进行检测，但这种方法存在着诸多不便；首先，多导睡眠监测仪的患者体验较差，由于多导睡眠监测仪需要检测的信号较多，尤其是需要监测大量头颅及颌面部的信号，需要给患者贴上若干的电极，同时造成患者头部周围有大量导线存在，使得患者入睡时较为不适，而且多导睡眠监测仪需要在医院内开展，许多患者会随着睡眠环境的改变发生睡眠行为的改变，检测结果与平时睡眠行为存在差异；其次，多导睡眠监测仪检查之后，需要医师结合各导联信号逐帧进行分析诊断，工作量大且极为不便；加之多导睡眠监测仪睡眠图复杂且昂贵，其难以得以推广运用；故此，发展易测定的睡眠质量检测设备具有潜在的重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种睡眠质量定量检测设备，其可向用户提供一种基于心电信号的睡眠质量检测与定量分析，使得目标对象可便捷的进行睡眠质量检测的同时，可根据睡眠质量检测结果精确获知自身的睡眠状况。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务，其包括有心电信号检测仪，控制主机，以及显示仪表，其相互之间均采用电性连接；所述心电信号检测仪采用单导联心电信号检测仪，其设置有用于安装在目标对象胸腔上的检测电极；所述显示仪表由四个彼此独立的显示盘构成。

作为本发明的一种改进，所述基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务对于目标对象进行睡眠质量检测包括如下步骤：

1)通过对目标对象的心电信号与呼吸信号的检测，获取目标对象的心搏间 期序列，以及呼吸信号序列；

2)通过步骤1)中获取的目标对象的心搏间期序列与呼吸信号序列，计算目标对象的睡眠质量指标；

3)根据步骤2)中获取的目标对象睡眠质量指标，对其进行分析，以确定目标对象的睡眠质量，并将上述睡眠质量通过显示仪表反馈至目标对象处。

作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，目标对象的睡眠质量指标包括目标对象在睡眠过程中的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，对目标对象的睡眠质量进行确定的方法为，依据目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数与健康人群的上述指标进行对比，依据与健康人群的上述指标的差值对目标对象的睡眠质量进行判断。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，将目标对象的睡眠质量反馈至目标对象处的方法为：

5.1)在目标对象进行检测的睡眠时间长度内，将目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数的发生时间与时段依次标记，并将上述睡眠时间及其内部的时间分段以条码形式显示至目标对象处；

5.2)将目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数分别与健康人群的上述指标进行对比，并计算其相较于健康指标的差值比例；通过在显示仪表设置多个显示盘，对上述指标分别进行显示。

作为本发明的一种改进，所述步骤1)与步骤2)中，对目标对象的心电信号与呼吸信号进行检测，并计算目标对象的睡眠质量指标的方法为：

6.1)通过心电信号检测仪测量目标对象的正常心博间期时序，以及其呼吸信号时序，并将其输入控制主机；

6.2)通过步骤6.1)中测量所得的目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号时序，分别计算其两者之间的互功率谱与相干度；

6.3)通过步骤6.2)中获取的目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号 之间的互功率谱，以及相干度，获取目标对象的心肺耦合指数；

6.4)通过步骤6.3)中目标对象的心肺耦合指数的获取方法，在多个样本内对目标对象的多个数据点的心肺耦合指数进行计算；

6.5)通过步骤6.4)中目标对面的多个数据点的心肺耦合指数的计算，分别获取其低频耦合值与高频耦合值，并根据低频耦合值与高频耦合值分别获取目标对象的睡眠质量指标；

作为本发明的一种改进，所述步骤6.1)中，测量目标对象的正常心博间期时序的具体方法为：

7.1)通过心电信号检测仪测量目标对象的心电信号；

7.2)通过对步骤3.1)中获取的心电信号进行QRS波群的检测，获取心电信号中R波峰值发生时刻，并通过心电信号中多个R波峰值的发生时刻获取心电信号中的R-R间期；

7.3)通过排除步骤3.2)中R-R间期内的非正常心博间期，获取心电信号中的正常心博间期时序。

作为本发明的一种改进，所述步骤7.3)中，排除步骤7.2)中R-R间期内的非正常心博的方法为：当任意心博，以及该心博之前的心博均判断为正常心博时，上述两个心博之间构成的心博间期为正常心博间期。采用上述工作方法，其可有效避免目标用户的心搏检测过程中，因早搏、心率不齐等偶发的非自然现象而造成其心搏间隔不稳定，从而避免其对后续目标对象的心肺耦合指数造成影响，进而使得本发明中的基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务可更精确的反应出目标对象的睡眠质量。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.1)中，呼吸信号时序的测量方法为：通过将心电信号的测量过程中，心电信号检测仪的检测电极相对于目标心脏位置随目标对象呼吸运动的实时变化，以及目标对象胸腔内电阻抗随呼吸而进行的实时变化彼此配合，从而获取目标对象的呼吸信号时序。

采用上述工作方法，其根据目标对象在呼吸运动中，胸腔表面的心电信号电机相对于心脏的位置变化，以及胸腔内电阻抗随着呼吸造成肺部充盈而发生的变化配合获取目标对象的呼吸信号，从而避免部分目标对象因心力衰竭等原因造成的其心电信号无法有效反映其呼吸运动的现象。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.2)中，其计算步骤6.1)中测量所得的目标对象的正常心博间期时序，以及呼吸信号时序之间的互功率谱与相干度的方法为：对目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号时序进行再采样，并通过对重采样后的正常心博间期时序，以及呼吸信号时序进行傅里叶变化实现其相互间互功率谱与相干度的计算；所述步骤6.3)中，目标对象的心肺耦合指数为步骤2)中计算所得的互功率谱与相干度之间的乘积。采用上述工作方法，其使得目标对象的正常心博间期时序与呼吸信号时序数据通过重采样使其偏于线性，从而便于后续处理。

作为本发明的一种改进，所述步骤4)中，对多个样本内的心肺耦合指数进行计算的方法为：

8.1)将总数为A的样本分为多个子样本组，多个子样本组内的样本数量均相等，相邻两个子样本组内的样本彼此发生重叠；将目标对象的多个数据点均分在多个子样本组内，并在每个子样本组中分别对目标对象的多个数据点的正常心博间期时序与其呼吸信号时序进行其相互间互功率谱与相干度的计算，并根据其计算结果进行多个数据点的心肺耦合指数的计算；

8.2)对任意子样本组，以该子样本组内的样本数量重复上述步骤10.1)的操作，直至目标对象的多个数据点的心肺耦合指数全部完成计算。

采用上述工作方法，其可将样本分为多个彼此重叠的子样本组，并将目标对象的多个数据点分散至多个子样本组内进行同步处理；由于多个子样本组的彼此重叠，故而使其在计算过程中的效率优于通过样本整体直接进行计算，从而可有效提高数据的处理效率。

作为本发明的一种改进，所述步骤8.1)中，目标对象的多个数据点在样本内进行心肺耦合指数计算之前，取标准余弦函数，将其与时序数据进行叠合处理。采用上述工作方法，其可通过余弦函数的叠合使得目标对象的多个数据点的数据得以去趋势化与样本化，从而使得相关数据便于在样本内进行处理。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.4)中，所取样本的数量与目标对象所包含的数据点的总数相同，所取样本中包含有至少1024个样本；所述步骤4)中，低频的范围为0至0.01Hz，高频的范围为0.1至0.4Hz。采用上述工作方法， 其可通过样本的数量与目标对象所包含的数据点的总数的一致，使得目标对象的数据在样本内进行处理时便于分配，从而使得其处理效率达到最佳。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.5)中，根据低频耦合值与高频耦合值分别获取目标对象的睡眠质量指标的具体方法为，通过将目标对象的实时心肺耦合指数与低频耦合值，以及高频耦合值比较，低于低频耦合值则为浅睡期，高于高频耦合值则为熟睡期，位于低频耦合值与高频耦合值之间为清醒期。

上述基于心电信号的睡眠质量检测方法，其可通过对目标用户的心电信号进行检测，从而获取目标用户的正常心搏间隔时序与呼吸信息时序，并通过将上述两者进行其相互间的互功率谱与想干度的计算，并通过其计算结果推导出目标用户的心肺耦合指数，进而使得心肺耦合指数，进而有效对用户的睡眠质量进行检测与分析；上述基于心电信号的睡眠质量检测方法所需要采用的基于心电信号的睡眠质量检测设备包括有，心电信号检测仪，以及与其电性连接的控制主机。

采用上述技术方案的基于心电信号的睡眠质量检测方法，其所采用的单导联心电信号检测仪可实现远程监测，从而使得目标对象无需限定在医院，在任意睡眠场所均可对目标对象的睡眠指标进行检测，进而提高上述睡眠检测方法的适用性；同时，上述睡眠质量检测方法通过将正常心搏间隔时序与呼吸信息时序的结合，使得临床过程中，呼吸信息所具有的典型噪音在正常心搏间隔信号的影响下得以消除，从而使其两者能够有效获取同步心率与呼吸动力学之间的相关信息，进而实现对目标对象睡眠指标的精确检测；此外，其能够有效减少针对患者的过多检测指标，有效避免了检测过程可能为患者造成的不便。

附图说明 

图1为本发明中基于心电信号的睡眠质量检测设备示意图；

图2为本发明中睡眠质量检测工作流程图；

图3为本发明中目标对象睡眠质量指标检测数据；

图4为本发明中步骤5.1)内的睡眠时间显示示意图；

图5为本发明中步骤5.2)内的对比分析显示示意图；

附图标记说明：

1—心电信号检测仪、2—控制主机、3—显示仪表、31至34—显示盘。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示的一种基于心电信号的睡眠质量检测设备，其包括有心电信号检测仪1，控制主机2，以及显示仪表3，其相互之间均采用电性连接；所述心电信号检测仪1采用单导联心电信号检测仪，其设置有用于安装在目标对象胸腔上的检测电极；所述显示仪表中，其包括四个彼此独立的显示盘31至34，四个显示盘中，显示盘31用于显示浅睡时间，显示盘32用于显示熟睡时间，显示盘33用于显示熟睡时间的破碎度，显示盘34用于显示目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数。

作为本发明的一种改进，所述基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务对于目标对象进行睡眠质量检测包括如下步骤，其如图2所示：

1)通过对目标对象的心电信号与呼吸信号的检测，获取目标对象的心搏间期序列，以及呼吸信号序列；

2)通过步骤1)中获取的目标对象的心搏间期序列与呼吸信号序列，计算目标对象的睡眠质量指标；

3)根据步骤2)中获取的目标对象睡眠质量指标，对其进行分析，以确定目标对象的睡眠质量，并将上述睡眠质量通过显示仪表反馈至目标对象处。

作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，目标对象的睡眠质量指标包括目标对象在睡眠过程中的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，对目标对象的睡眠质量进行确定的方法为，依据目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数与健康人群的上述指标进行对比，依据与健康人群的上述指标的差值对目标对象的睡眠质量进行判断；对目标对象进行检测的具体数据如图3所示。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，将目标对象的睡眠质量反馈至目标对象处的方法为：

5.1)在目标对象进行检测的睡眠时间长度内，将目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指 数的发生时间与时段依次标记，并将上述睡眠时间及其内部的时间分段以条码形式显示至目标对象处；

5.2)将目标对象的浅睡时间、熟睡时间、熟睡时间的破碎度、以及目标对象睡眠过程中的呼吸乱序指数分别与健康人群的上述指标进行对比，并计算其相较于健康指标的差值比例；通过在显示仪表设置多个显示盘，对上述指标分别进行显示。

将上述步骤运用于具体目标对象，其即为图4与图5所示。

作为本发明的一种改进，所述步骤1)与步骤2)中，对目标对象的心电信号与呼吸信号进行检测，并计算目标对象的睡眠质量指标的方法为：

6.1)通过心电信号检测仪测量目标对象的正常心博间期时序，以及其呼吸信号时序，并将其输入控制主机；

6.2)通过步骤6.1)中测量所得的目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号时序，分别计算其两者之间的互功率谱与相干度；

6.3)通过步骤6.2)中获取的目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号之间的互功率谱，以及相干度，获取目标对象的心肺耦合指数；

6.4)通过步骤6.3)中目标对象的心肺耦合指数的获取方法，在多个样本内对目标对象的多个数据点的心肺耦合指数进行计算；

6.5)通过步骤6.4)中目标对面的多个数据点的心肺耦合指数的计算，分别获取其低频耦合值与高频耦合值，并根据低频耦合值与高频耦合值分别获取目标对象的睡眠质量指标；

作为本发明的一种改进，所述步骤6.1)中，测量目标对象的正常心博间期时序的具体方法为：

7.1)通过心电信号检测仪测量目标对象的心电信号；

7.2)通过对步骤3.1)中获取的心电信号进行QRS波群的检测，获取心电信号中R波峰值发生时刻，并通过心电信号中多个R波峰值的发生时刻获取心电信号中的R-R间期；

7.3)通过排除步骤3.2)中R-R间期内的非正常心博间期，获取心电信号中的正常心博间期时序。

作为本发明的一种改进，所述步骤7.3)中，排除步骤7.2)中R-R间期内 的非正常心博的方法为：当任意心博，以及该心博之前的心博均判断为正常心博时，上述两个心博之间构成的心博间期为正常心博间期。采用上述工作方法，其可有效避免目标用户的心搏检测过程中，因早搏、心率不齐等偶发的非自然现象而造成其心搏间隔不稳定，从而避免其对后续目标对象的心肺耦合指数造成影响，进而使得本发明中的基于心电信号的睡眠质量检测设备及其服务可更精确的反应出目标对象的睡眠质量。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.1)中，呼吸信号时序的测量方法为：通过将心电信号的测量过程中，心电信号检测仪的检测电极相对于目标心脏位置随目标对象呼吸运动的实时变化，以及目标对象胸腔内电阻抗随呼吸而进行的实时变化彼此配合，从而获取目标对象的呼吸信号时序。

采用上述工作方法，其根据目标对象在呼吸运动中，胸腔表面的心电信号电机相对于心脏的位置变化，以及胸腔内电阻抗随着呼吸造成肺部充盈而发生的变化配合获取目标对象的呼吸信号，从而避免部分目标对象因心力衰竭等原因造成的其心电信号无法有效反映其呼吸运动的现象。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.2)中，其计算步骤6.1)中测量所得的目标对象的正常心博间期时序，以及呼吸信号时序之间的互功率谱与相干度的方法为：对目标对象的正常心博间期时序与其呼吸信号时序以2Hz进行再采样，并通过对重采样后的正常心博间期时序，以及呼吸信号时序进行傅里叶变化实现其相互间互功率谱与相干度的计算；所述步骤6.3)中，目标对象的心肺耦合指数为步骤2)中计算所得的互功率谱与相干度之间的乘积。采用上述工作方法，其使得目标对象的正常心博间期时序与呼吸信号时序数据通过重采样使其偏于线性，从而便于后续处理。

上述通过对重采样后的正常心博间期时序与其呼吸信号时序进行傅里叶变化实现其相互间互功率谱与相干度的计算的具体方法为：

假定离散采样编号为k，则N-N间期信号和呼吸信号可以记录为Rk及Ek，其中R_k＝R(t_k)＝R(kΔt)，E_k＝E(t_k)＝E(kΔt)，1/Δt为采样频率。

N-N间期时序信号进行FFT变化之后得到：

呼吸信号进行FFT变化之后得到：

其中A_n和B_n为响应的幅值，Φ_R,n和Φ_E,n为对应Fourier成分的相位。 

呼吸信号以及N-N间期信号的互功率谱为：

${\mathrm{\Γ}}_n(R,E)={\hat{R}}_n^{*}\·{\hat{E}}_n=A_n{B}_n{e}^{i({\mathrm{\Φ}}_{E,n}-{\mathrm{\Φ}}_{R,n})}---\left(2.3\right)$

其中*表示该复数的共轭值。

呼吸信号以及R-R间期信号的Coherence定义为：

${\mathrm{\&Lambda;}}_n=\frac{{<{\mathrm{\&Gamma;}}_n(R,E)>}^2}{<{\hat{R}}_n^2><{\hat{E}}_n^2>}---\left(2.4\right)$

其中<>代表在特定频率上对一段时间内的数据点进行平均。

计算得到互功率谱以及相干之后，可以确定心肺耦合指数CPC为：

CPC(f_n)＝<Γ_n(R，E)>²Λ_n        (2.5) 

其中<>代表在特定频率上对一段时间内的数据点进行平均。

作为本发明的一种改进，所述步骤4)中，对多个样本内的心肺耦合指数进行计算的方法为：

8.1)将总数为1024的样本分为3个子样本组，三组子样本组分别为1至512，256至768，768至1024；将目标对象的多个数据点均分在多个子样本组内，并在每个子样本组中分别对目标对象的多个数据点的正常心博间期时序与其呼吸信号时序进行其相互间互功率谱与相干度的计算，并根据其计算结果进行多个数据点的心肺耦合指数的计算；

8.2)对任意子样本组，以该子样本组内的样本数量重复上述步骤6.1)的操作，直至目标对象的多个数据点的心肺耦合指数全部完成计算。

采用上述工作方法，其可将样本分为多个彼此重叠的子样本组，并将目标对象的多个数据点分散至多个子样本组内进行同步处理；由于多个子样本组的彼此重叠，故而使其在计算过程中的效率优于通过样本整体直接进行计算，从 而可有效提高数据的处理效率。

作为本发明的一种改进，所述步骤8.1)中，目标对象的多个数据点在样本内进行心肺耦合指数计算之前，取标准余弦函数，将其与时序数据进行叠合处理。采用上述工作方法，其可通过余弦函数的叠合使得目标对象的多个数据点的数据得以去趋势化与样本化，从而使得相关数据便于在样本内进行处理。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.4)中，所取样本的数量与目标对象所包含的数据点的总数相同，所取样本中包含有1024个样本；所述步骤4)中，低频为0.02Hz，高频为2Hz。采用上述工作方法，其可通过样本的数量与目标对象所包含的数据点的总数的一致，使得目标对象的数据在样本内进行处理时便于分配，从而使得其处理效率达到最佳。

作为本发明的一种改进，所述步骤6.5)中，根据低频耦合值与高频耦合值分别获取目标对象的睡眠质量指标的具体方法为，通过将目标对象的实时心肺耦合指数与低频耦合值，以及高频耦合值比较，低于低频耦合值则为浅睡期，高于高频耦合值则为熟睡期，位于低频耦合值与高频耦合值之间为清醒期。

上述基于心电信号的睡眠质量检测方法，其可通过对目标用户的心电信号进行检测，从而获取目标用户的正常心搏间隔时序与呼吸信息时序，并通过将上述两者进行其相互间的互功率谱与想干度的计算，并通过其计算结果推导出目标用户的心肺耦合指数，进而使得心肺耦合指数，进而有效对用户的睡眠质量进行检测与分析；上述基于心电信号的睡眠质量检测方法所需要采用的基于心电信号的睡眠质量检测设备包括有，心电信号检测仪，以及与其电性连接的控制主机。

采用上述技术方案的基于心电信号的睡眠质量检测方法，其所采用的单导联心电信号检测仪可实现远程监测，从而使得目标对象无需限定在医院，在任意睡眠场所均可对目标对象的睡眠指标进行检测，进而提高上述睡眠检测方法的适用性；同时，上述睡眠质量检测方法通过将正常心搏间隔时序与呼吸信息时序的结合，使得临床过程中，呼吸信息所具有的典型噪音在正常心搏间隔信号的影响下得以消除，从而使其两者能够有效获取同步心率与呼吸动力学之间的相关信息，进而实现对目标对象睡眠指标的精确检测；此外，其能够有效减少针对患者的过多检测指标，有效避免了检测过程可能为患者造成的不便。

Claims (1)

1.一种基于心电信号的睡眠质量检测设备，其特征在于，所述基于心电信号的睡眠质量检测设备包括有心电信号检测仪，控制主机，以及显示仪表，其相互之间均采用电性连接。