本文關(guān)鍵詞：基于生物雷達(dá)的非接觸睡眠狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的初步研究

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【摘要】：睡眠是人體不可或缺的生命活動(dòng)之一，占據(jù)了人生三分之一的時(shí)間。由于人在睡眠狀態(tài)下的生理活動(dòng)和心理活動(dòng)均處于靜息狀態(tài)，所以我們可以通過監(jiān)測睡眠狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)某些隱藏在覺醒狀態(tài)下不易被察覺到的疾病隱患或致病因素，進(jìn)而為某些疾病的診斷提供一些有參考價(jià)值的信息。 隨著睡眠醫(yī)學(xué)的發(fā)展，各種睡眠疾病已引起人們的關(guān)注，特別是睡眠呼吸暫停綜合征的診斷及治療倍受關(guān)注。睡眠呼吸暫停是指睡眠過程中呼吸暫停次數(shù)達(dá)到每小時(shí)5次以上或7小時(shí)的睡眠過程中暫停次數(shù)超過30次，若該現(xiàn)象頻繁發(fā)生，并且長年累月得不到有效治療，將會對健康造成嚴(yán)重后果。 常用于監(jiān)測睡眠呼吸暫停綜合征的黃金方法為多導(dǎo)睡眠圖（Polysomnography，PSG）。該方法需要多個(gè)電極與人體長時(shí)間接觸，常用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，不宜于家庭睡眠監(jiān)護(hù)。相對較簡單的腕式活動(dòng)記錄儀在獲取數(shù)據(jù)上具有一定的局限性。因此，為了在更加舒適、自然的環(huán)境中對人體睡眠進(jìn)行監(jiān)測，研制出了無電極的床墊式多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)，但是進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，測試者需躺在特制的床墊上，這可能影響測試者的睡眠質(zhì)量，進(jìn)而影響睡眠指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果。 生物雷達(dá)能夠穿透衣物、被褥等非金屬介質(zhì)，非接觸式的檢測到人體的呼吸信號，在家庭睡眠監(jiān)護(hù)方面具有優(yōu)勢。因此，本研究利用微功率生物雷達(dá)系統(tǒng)對人體睡眠進(jìn)行監(jiān)護(hù)，期望達(dá)到對睡眠呼吸暫停進(jìn)行初步篩選的目的。同時(shí)，由于睡眠呼吸暫停在人體不自知的情況下發(fā)生，若長時(shí)間不能恢復(fù)呼吸，則有可能威脅到人體生命安全，，此時(shí)就需要通過警報(bào)系統(tǒng)及時(shí)將人體從睡眠狀態(tài)下喚醒。為此，本研究完成了以下工作： 1、建立了同步采集系統(tǒng)，對雷達(dá)采集到的呼吸信號的可靠性進(jìn)行分析。 建立了生物雷達(dá)和呼吸綁帶同步信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別從人體的四種睡眠姿勢中進(jìn)行檢測，并對二者采集到的信號進(jìn)行相關(guān)性分析和頻譜分析。結(jié)果顯示雷達(dá)采集到的信號與呼吸綁帶采集到的呼吸信號具有強(qiáng)相關(guān)性，并且含有豐富的呼吸分量。表明雷達(dá)采集到的呼吸信號可靠性高，這為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)。 2、采用能量譜進(jìn)行睡眠呼吸暫停判別實(shí)驗(yàn)。 在時(shí)域內(nèi)，信號能量具有可加性，但易受外部干擾的影響。因此，在利用能量譜法之前，應(yīng)先驗(yàn)證該方法適用信號的信噪比范圍。在此實(shí)驗(yàn)中，信噪比的范圍是利用能量譜法對構(gòu)造呼吸信號進(jìn)行判斷得到的；經(jīng)過驗(yàn)證，該方法所適用的信噪比范圍較廣，雷達(dá)采集信號的信噪比均在此范圍內(nèi)。因此，可利用該方法對雷達(dá)采集到的呼吸信號進(jìn)行處理分析。結(jié)果表明該方法適用于呼吸暫停信號的初步判斷。 3、采用最大頻率法進(jìn)行睡眠過程中翻身動(dòng)作判斷實(shí)驗(yàn)。 人體在呼吸困難時(shí)往往會通過調(diào)整睡眠姿勢或深呼吸進(jìn)行緩和，翻身動(dòng)作發(fā)生的次數(shù)會影響次日的精神狀態(tài)。因此，對睡眠中翻身動(dòng)作發(fā)生次數(shù)的研究，可輔助判斷人體次日的精神狀態(tài)，進(jìn)而推斷該測試者是否適合從事一些需精力高度集中的工作，如駕駛、飛行等。由于翻身動(dòng)作信號的頻率與正常呼吸信號的頻率不同，因此，可在頻域內(nèi)對信號進(jìn)行分析。本研究先求出每段信號的最大頻率，進(jìn)而求出呼吸次數(shù)，然后將得到的呼吸次數(shù)與正常呼吸次數(shù)相比較，從而判斷是否發(fā)生了翻身動(dòng)作。 4、采用信息熵對能量譜法或最大頻率法的處理結(jié)果進(jìn)行可靠性分析。 利用信息熵可判斷信號所含信息量大小的特性，對呼吸暫�；蚍韯�(dòng)作信號進(jìn)行判斷。通過信息熵判斷出發(fā)生呼吸暫�；蚍韯�(dòng)作的起始端和終止端，然后將該處理結(jié)果與能量譜或最大頻率法的處理結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出兩種方法的處理結(jié)果是否可靠。結(jié)果表明，能量譜或最大頻率法得到的處理結(jié)果與信息熵得到的處理結(jié)果一致，因此，這兩種方法能夠用于睡眠呼吸暫�；蚍韯�(dòng)作的判斷實(shí)驗(yàn)中。 5、用能量譜法對多組數(shù)據(jù)（不同測試者）進(jìn)行了呼吸暫停判別實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果表明，該方法處理結(jié)果誤差率較低，生物雷達(dá)能用于睡眠監(jiān)護(hù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對呼吸暫停的初步判斷。 本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 1、采用能量譜法進(jìn)行基于生物雷達(dá)監(jiān)測的睡眠呼吸暫停判別。 2、采用最大頻率法進(jìn)行基于生物雷達(dá)監(jiān)測的睡眠過程中翻身動(dòng)作判斷，并提出了相應(yīng)算法。 3、提出了利用信息熵分析能量譜法和最大頻率法處理結(jié)果可靠性的方法。
【關(guān)鍵詞】：生物雷達(dá) 睡眠暫停呼吸 翻身 能量譜 最大頻率 信息熵
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.6
【目錄】：

• 縮略語表5-6
• 中文摘要6-9
• Abstract9-13
• 前言13-16
• 文獻(xiàn)回顧16-25
• 1. 人體睡眠狀況檢測技術(shù)16-18
• 2. 人體呼吸信號檢測技術(shù)18-24
• 2.1 接觸式檢測方法18-21
• 2.2 非接觸式檢測方法21-24
• 3. 小結(jié)24-25
• 第一部分 基本原理25-34
• 1. 胸腹部發(fā)生運(yùn)動(dòng)的生理學(xué)原因25-27
• 1.1 心臟的生理特性及其跳動(dòng)時(shí)引起對應(yīng)胸廓體表發(fā)生變化的簡要介紹25-26
• 1.2 呼吸的生理特性及其運(yùn)動(dòng)時(shí)引起對應(yīng)胸廓體表發(fā)生變化的簡要介紹26-27
• 2. 睡眠狀態(tài)非接觸監(jiān)測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)27-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)平臺27-31
• 2.2 信號預(yù)處理部分31-34
• 第二部分 實(shí)驗(yàn)研究34-54
• 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)34
• 2. 睡眠過程中呼吸暫停情況的判斷34-45
• 2.1 睡眠過程中呼吸暫停判斷方法35
• 2.2 本研究的關(guān)鍵點(diǎn)35-36
• 2.3 實(shí)驗(yàn)過程36-43
• 2.4 小結(jié)43-45
• 3. 睡眠過程中翻身動(dòng)作的判斷45-47
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)45
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法45-46
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果46-47
• 3.4 小結(jié)47
• 4. 處理結(jié)果的可靠性分析47-52
• 4.1 能量譜處理呼吸信號的可靠性分析48-51
• 4.2 最大頻率法處理翻身動(dòng)作信號的可靠性分析51
• 4.3 小結(jié)51-52
• 5. 實(shí)驗(yàn)測試52-54
• 小結(jié)54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 個(gè)人簡歷和研究成果60-61
• 致謝61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1020076