CN209220245U - 一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，包括：光源、第一光纤、光纤传感模块、第二光纤、光电转换模块、打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块、显示和报警终端，所述第一光纤的两端分别与所述光源和光纤传感模块连接，所述第二光纤的两端分别与光纤传感模块和光电转换模块连接，所述光电转换模块的输出端与所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输入端连接，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输出端与所述显示和报警终端连接。通过上述方式，本实用新型所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，具有操作简单、携带方便、灵敏度高、舒适性好、安全性高、实时性强和抗电磁干扰强等特点。

Description

一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置

技术领域

本实用新型涉及电子医疗设备领域，特别是涉及一种基于光纤传感的打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，以非接触式的方式监测睡眠中被测者的打鼾及呼吸暂停状态。

背景技术

打鼾是一种常见的睡眠现象，研究发现，严重的打鼾患者在睡眠过程中往往伴随着睡眠呼吸暂停现象。打鼾是由于呼吸过程中气流通过上呼吸道的狭窄部位时，震动气道周围的软组织而引起的，主要是由咽喉部异常、肥胖、鼻部异常等原因造成的。某些打鼾者在入睡后会出现上气道狭窄，表现为鼾声大作，当上气道堵塞后，鼾声消失，出现呼吸暂停。假设每晚7小时的睡眠时间中，呼吸暂停反复发作的次数在30次以上，这种人被认为是患有睡眠呼吸暂停综合症。打鼾及睡眠呼吸暂停都是健康的天敌，会造成大脑、血液严重缺氧，阻碍代谢的正常进行，长期积累会损害身体各个器官，诱发高血压、心血管疾病，更严重者甚至可能导致人在睡眠中猝死。

针对打鼾及睡眠呼吸暂停，目前现有的监测方法一般具有以下几种：

1、多导电生理睡眠检测仪（Polysomnogram，PSG）是目前国际公认的研究和监测睡眠疾病的有效仪器。PSG可监测的生理参数较多，如鼾声、脑电图、心电图等多项参数，有利于医生综合判断给出准确的诊断结果，但由于PSG采用大量传感器，且多数置于头部和面部，是一些感觉比较敏感的部位，会影响被测者的舒适度，另外设备体积较大且不便于移动，被测者必须在医院的检查室进行大约8小时的观察，成本较高，操作复杂，对普通市民门槛较高。

2、专利文献CN107647850A公开了一种穿戴式打鼾监测装置，在穿戴式设备上设置振动传感器，振动传感器所在位置对应于人体的颈部或胸部，利用振动传感器实时监测穿戴者在打鼾时所引起的下呼吸道振动，以振动传感器的监测信号为输出信号，利用输出信号判断穿戴者是否在打鼾。这类方法需要被测者佩戴穿戴设备，影响被测者的舒适度以及睡眠状态。

3、专利文献CN105769125A公开了一种通过声音采集器来判断打鼾程度的监测装置。通过声音采集器采集被测者的鼾声信号并判断被测者打鼾是轻度打鼾还是重度打鼾，此类技术的不足之处在于无法精确辨识杂音，当存在生活杂音等其他音源，或在房间中有与被测者不同的其他人睡觉情况下，对打鼾的判别不准确。

4、专利文献CN106175695A公开了一种睡眠呼吸暂停综合症的监测系统，该监测系统主要是利用指端信号采集装置采集指端血管中表示血液容积变化的光电信号，通过滤波处理和计算，获得血氧饱和度数据、心率变异性数据和脉率数据，再经过数据处理模块可得到睡眠状态数据以及呼吸时间数据。使用该装置进行睡眠呼吸暂停监测，需要被测者一整晚都戴着指端信号采集装置，影响监测时的舒适度。

5、专利文献CN102641125B公开了一种非接触式睡眠呼吸暂停判定装置，通过对睡眠中被测者的胸部、腹部发出的微波的反射波的检测实现对呼吸暂停状态的判定。但是，利用微波的反射波进行监测会有一定的辐射，部分用户对辐射有抵触，同时基于微波技术的呼吸暂停判定装置易受环境各种辐射或者电磁波的干扰。

由此可见，上述的打鼾及睡眠呼吸暂停监测方法在用户体验度及安全性方面都存在或多或少的缺陷。因此，一种高性价比、操作简单、携带方便、灵敏度高、舒适性好、安全性高、实时性强和抗电磁干扰强的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置具有很大的市场需求。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，解决现有打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置的用户体验度差、易受外界干扰等问题，实现实时、准确、安全的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，包括：光源、第一光纤、光纤传感模块、第二光纤、光电转换模块、打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块、显示和报警终端，所述第一光纤的两端分别与所述光源输出端和所述光纤传感模块输入端连接，所述第二光纤的两端分别与所述光纤传感模块输出端和所述光电转换模块输入端连接，所述光电转换模块的输出端与所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输入端连接，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输出端与所述显示和报警终端连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述光源包括但不限于相干光源。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一光纤和第二光纤为任意类型光纤，且长度没有限制。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述光纤传感模块包括但不限于光纤干涉型传感和微弯型传感，所述光纤干涉型传感包括但不限于Mach-Zehnder干涉、Fabry-Perot干涉、Michelson干涉、Sagnac干涉和模间干涉，所述光纤传感模块感应人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为对光纤产生的微小应力，导致光强或者光程差发生变化，通过光电转化模块将带有信息的光信号转化为电信号，光强或光程差的变化会体现在电信号电压的变化上，通过打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块进一步提取打鼾和呼吸暂停信号。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述微弯型传感包括一个微弯调制器。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述显示和报警终端包括但不限于智能终端。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述智能终端包括但不限于智能手机、智能平板和电脑。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述基于光纤传感的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置包括但不限于内置于家居用品中。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述家居用品包括但不限于床垫、椅垫和枕头。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块与显示和报警终端的连接方式包括但不限于蓝牙和WIFI。

本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，具有操作简单、携带方便、灵敏度高、舒适性好、安全性高、实时性强和抗电磁干扰强等特点，可内置于床垫、椅垫或枕头等家居用品中，用于非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测，没有辐射，使用更加放心。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置一较佳实施例的结构示意图；

图2展示了光纤传感模块采用Mach-Zehnder干涉的结构示意图；

图3展示了光纤传感模块采用Fabry-Perot干涉的结构示意图；

图4展示了光纤传感模块采用Michelson干涉的结构示意图；

图5展示了光纤传感模块采用Sagnac干涉的结构示意图；

图6展示了光纤传感模块采用模间干涉的结构示意图；

图7是光纤传感模块采用微弯干涉型的结构示意图；

图8示范性的展示了利用非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置在被测者睡眠情况下提取出的轻度打鼾信号图；

图9示范性的展示了利用非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置在被测者睡眠情况下提取出的重度打鼾信号图；

图10示范性的展示了利用非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置在被测者睡眠情况下提取出的呼吸暂停信号图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1~10，本实用新型实施例包括：

一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，包括：光源、第一光纤、光纤传感模块、第二光纤、光电转换模块、打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块、显示和报警终端，所述第一光纤的两端分别与所述光源输出端和所述光纤传感模块输入端连接，所述光源包括但不限于相干光源。

所述光纤传感模块包括但不限于光纤干涉型传感和微弯型传感，光纤传感模块可以感应人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为对光纤产生的微小形变，从而导致光电转换模块接收到的光强变化。

所述光纤干涉型传感包括但不限于Mach-Zehnder干涉、Fabry-Perot干涉、Michelson干涉、Sagnac干涉和模间干涉，

如图2所示，展示了Mach-Zehnder干涉型光纤传感模块，主要由两个3dB耦合器及两条相互独立的臂组成，分别称为参考臂和传感臂。当入射光经过第一个3dB耦合器时，光被分成两束，一束在参考臂，另一束经由传感臂传播；在第二个3dB耦合器处，在两条臂传播的光发生耦合及干涉，干涉后的光强由一个光电探测器检测。

假设第二个3dB耦合器处的输出光强为I，则它可以表示为：

(1)

其中，I ₁ 和I ₂ 分别为参考臂和传感臂上的光强，δ为参考臂与传感臂上的相位差，可表示为：

(2)

其中，和为参考臂光纤和传感臂光纤的有效折射率，L ₁ 和L ₂ 分别为参考臂光纤和传感臂光纤的长度，是输入光的中心波长。

人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为会使光纤的长度和有效折射率发生微小的变化，从而影响相位差δ和输出光强I。输出的光强经光电转换模块转换为电信号，再经打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块，就可以得到打鼾及睡眠呼吸暂停信号，最后由显示和报警终端显示。

图3展示了透射型Fabry-Perot干涉光纤传感模块。相似地，反射型Fabry-Perot干涉只需多加一个耦合器。假设只考虑两个镜面的一次反射，光源发射出的入射光在光纤纤芯中传播，一束光到达镜面1和镜面2时均透射过去；另一束光在到达镜面2时反射回来，再通过镜面1的反射和镜面2的透射，与第一束光耦合及干涉，干涉后的光强由一个光电探测器检测。

图4 展示了Michelson干涉型光纤传感模块，其工作原理与Mach-Zehnder干涉工作原理相近，最大的区别是Michelson干涉仅需要一个3dB耦合器来将入射光分离并使镜面反射回的两束光耦合及干涉，干涉后的光强由一个光电探测器检测。

图5展示了Sagnac干涉型光纤传感模块，它由一个闭合的环形光纤回路及一个3dB耦合器组成。当入射光经过3dB 耦合器时，被分成两路，分别沿不同方向在光纤环路中传播，然后在3dB 耦合器处耦合及干涉，之后由一个光电探测器检测。

图6展示了错位型的模间干涉光纤传感模块，光源发射出的入射光会在微结构处实现基模和高阶模的激发与耦合，用于基膜和高阶模的激发与耦合的微结构包括但不限于外凸型、内凹型和错位型。高阶模可以是纤芯高阶模也可以是包层高阶模。光纤传感模块可以感应人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为对光纤产生的微小形变，从而改变基模和高阶模之间的相位差，导致光电探测器接收到的光强发生变化。

所述微弯型传感包括一个微弯调制器。图7展示了光纤微弯型光纤传感模块，主要由传感光纤和微弯调制器组成。微弯传感型光纤传感器是强度型光纤传感器，在微弯调制器的作用下，人体的呼吸和打鼾产生的微小动作会改变光纤中辐射模的强度，也就是会影响光纤的传输损耗，最终输出光强会随着呼吸和打鼾发生相应的变化。

所述光纤传感模块感应人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为对光纤产生的微小应力，导致光强或者光程差发生变化，通过光电转化模块将带有信息的光信号转化为电信号，光强或光程差的变化会体现在电信号电压的变化上，通过打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块进一步提取打鼾和呼吸暂停信号。

所述第二光纤的两端分别与所述光纤传感模块输出端和所述光电转换模块输入端连接，所述光电转换模块的输出端与所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输入端连接，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输出端与所述显示和报警终端连接。

所述第一光纤和第二光纤为任意类型光纤，且长度没有限制，选择灵活。所述显示和报警终端包括但不限于智能终端，所述智能终端包括但不限于智能手机、智能平板和电脑，随着智能手机的普及，大大方便了打鼾及睡眠呼吸暂停的监测。所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块与显示和报警终端的连接方式包括但不限于蓝牙和WIFI，主要基于智能手机的蓝牙或者家庭WIFI网络。

所述基于光纤传感的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置包括但不限于内置于家居用品中。所述家居用品包括但不限于床垫、椅垫和枕头，产品类似多，使用更加灵活和方便。

图8-10示范性的展示了利用基于光纤传感的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置监测得到的在轻度打鼾、重度打鼾以及呼吸暂停情况下的原始信号图，其中，光纤传感模块采用了Mach-Zehnder干涉型光纤传感模块。

图8示范性的展示了用户在睡眠情况下提取出的轻度打鼾信号图；上面一张图给出了原始信号图，中间一张图给出了高通滤波后的信号图，最下面一张给出了打鼾指示图。从中可以清晰的看到，用户在大约第2秒和大约5.5秒左右的时刻出现了较为轻微的打鼾，且持续大约为1秒钟。

图9示范性的展示了用户在睡眠情况下提取出的重度打鼾信号图；上面一张图给出了原始信号图，中间一张图给出了高通滤波后的信号图，最下面一张给出了打鼾指示图。从中可以清晰的看到，用户在大约第1秒和大约5秒左右的时刻出现了幅度较大的打鼾，且持续大约为1秒钟，相比较轻度打鼾而言，重度打鼾的振幅会比轻度打鼾大。

图10示范性的展示了用户在睡眠情况下提取出的呼吸暂停信号图；上面一张图给出了原始信号图，中间一张图给出了经过低通滤波之后的呼吸数据图，最下面一张给出了呼吸暂停指示图。从中可以清晰的看到，用户在大约第2秒到第8出现了呼吸暂停的情况，持续大约为6秒钟。

综上所述，本实用新型指出的一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，充分利用了现有的智能终端，降低了生产和使用的成本，具有高性价比、操作简单、可以携带方便、灵敏度高和舒适性好的特点，没有辐射，使用安全性高，实时性强，可以实时准确地监测人体打鼾或睡眠呼吸暂停行为，并可以在智能终端上设置报警装置，在呼吸暂停数秒后进行报警，避免睡眠中猝死问题。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，包括：光源、第一光纤、光纤传感模块、第二光纤、光电转换模块、打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块、显示和报警终端，所述第一光纤的两端分别与所述光源输出端和所述光纤传感模块输入端连接，所述第二光纤的两端分别与所述光纤传感模块输出端和所述光电转换模块输入端连接，所述光电转换模块的输出端与所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输入端连接，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块输出端与所述显示和报警终端连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述光源包括相干光源。

3.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤为任意类型光纤，且长度没有限制。

4.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述光纤传感模块包括光纤干涉型传感和微弯型传感，所述光纤干涉型传感包括Mach-Zehnder干涉、Fabry-Perot干涉、Michelson干涉、Sagnac干涉和模间干涉，所述光纤传感模块感应人体的打鼾或睡眠呼吸暂停行为对光纤产生的微小应力，导致光强或者光程差发生变化，通过光电转化模块将带有信息的光信号转化为电信号，光强或光程差的变化会体现在电信号电压的变化上，通过打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块进一步提取打鼾和呼吸暂停信号。

5.根据权利要求4所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述微弯型传感包括一个微弯调制器。

6.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述显示和报警终端包括智能终端。

7.根据权利要求6所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述智能终端包括智能手机、智能平板和电脑。

8.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述基于光纤传感的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置包括内置于家居用品中。

9.根据权利要求8所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述家居用品包括床垫、椅垫和枕头。

10.根据权利要求1所述的非接触式打鼾及睡眠呼吸暂停监测装置，其特征在于，所述打鼾及睡眠呼吸暂停信号提取与分析模块与显示和报警终端的连接方式包括蓝牙和WIFI。