【摘要】：隨著社會(huì)的進(jìn)步,現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快,睡眠問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。失眠、睡眠障礙等問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。以睡眠呼吸暫停綜合征(Sleep Apnea Syndrome, SAS)為代表的睡眠呼吸障礙類疾病因臨床上表現(xiàn)為多個(gè)器官受到損害,發(fā)病率高、致死率高,嚴(yán)重危害人類健康,而引起國(guó)內(nèi)外醫(yī)務(wù)工作者的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球睡眠呼吸紊亂的患病率男性約為4%,女性約2%,而年齡大于65歲的老年人群患病率高達(dá)20%～40%。國(guó)內(nèi)外多種研究顯示：SAS是心、腦血管疾病的重要誘因之一,一些較難治愈的心血管疾病、心肌梗塞、肺高血壓等疾病,與SAS有直接關(guān)系,如果早期合理診斷治療SAS,可明顯提高其治愈率。另外,針對(duì)患有心臟病、高血壓的患者,在睡眠過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)打斷惡夢(mèng),防止心腦血管疾病的發(fā)生具有十分重要的意義。睡眠過(guò)程是腦梗塞的較為容易發(fā)生的時(shí)間之一。睡眠時(shí)候,如果血液流動(dòng)速度減緩,血液粘稠度增加,這些都是中風(fēng)的潛在發(fā)生因素,其中血液流動(dòng)和血液的成分等都會(huì)隨著睡眠狀態(tài)有周期性的變化。睡眠監(jiān)測(cè)對(duì)人體健康狀態(tài)的評(píng)估以及相關(guān)疾病的預(yù)防、早期診斷具有很重要的意義。因此,如何有效監(jiān)測(cè)睡眠狀況,獲取無(wú)干擾狀態(tài)下真實(shí)的睡眠信息,為睡眠障礙及相關(guān)疾病的早期診斷提供依據(jù),引起人們的極大關(guān)注。 目前,傳統(tǒng)睡眠監(jiān)測(cè)方法采用多導(dǎo)睡眠圖(Polysomnography, PSG), PSG通過(guò)多根導(dǎo)聯(lián)線長(zhǎng)時(shí)間(大于七小時(shí))監(jiān)測(cè)腦電、眼電、心電、呼吸氣流、胸腹呼吸運(yùn)動(dòng)、血氧飽和度、鼾聲、食管內(nèi)壓等多項(xiàng)生理參數(shù),然后借助儀器分析并人工核實(shí)結(jié)果。PSG的優(yōu)點(diǎn)在于能客觀評(píng)價(jià)受檢者睡眠質(zhì)量、睡眠時(shí)間、睡眠效率,排除睡眠認(rèn)知錯(cuò)誤觀念,使受檢者正確認(rèn)識(shí)自身睡眠問(wèn)題。但實(shí)際應(yīng)用中,醫(yī)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)PSG也存在一些不足,表現(xiàn)在：PSG連接電極多,會(huì)束縛受檢者行動(dòng),甚至?xí)蓴_睡眠過(guò)程,操作復(fù)雜,需要在受檢者身上粘貼的傳感器多,給受檢者帶來(lái)的生理心理負(fù)荷大,受檢者在檢測(cè)時(shí)常有明顯不適應(yīng)感,甚至部分受檢者因失眠而影響檢查或無(wú)法做出準(zhǔn)確判斷,并且PSG檢查費(fèi)用昂貴,監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng),醫(yī)護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度,病床周轉(zhuǎn)慢,嚴(yán)重影響其普及與實(shí)用。 針對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的普遍性與危害性,以及現(xiàn)階段睡眠呼吸監(jiān)測(cè)的醫(yī)護(hù)人員的操作不便與受檢者受到導(dǎo)聯(lián)線的束縛,提出了一種應(yīng)用方便、對(duì)受檢者睡眠狀態(tài)干擾小,具有遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)篩查、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)功能的睡眠呼吸暫停綜合征綜合應(yīng)用平臺(tái),提升睡眠呼吸暫停綜合征篩查、治療的廣度和效果。在本文中,主要研究無(wú)線睡眠呼吸暫停綜合征篩查終端(簡(jiǎn)稱,SAS篩查終端),將其定義為：集成信號(hào)采集、無(wú)線傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程通信功能的嵌入式終端。信號(hào)采集部分,采集的參數(shù)主要是容積脈搏波；無(wú)線傳感方面,采用ZigBee協(xié)議完成SAS篩查終端與主機(jī)之間的無(wú)線通信,最大限度減少傳感器導(dǎo)聯(lián)的約束,實(shí)現(xiàn)自然獲取最真實(shí)的睡眠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,能長(zhǎng)時(shí)間記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),方便缺少通信條件的受檢者；遠(yuǎn)程通信方面,終端能將采集的生理信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到中心服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠呼吸的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。根據(jù)美國(guó)睡眠醫(yī)學(xué)會(huì)(American Academy of Sleep Medicine, AASM)對(duì)睡眠監(jiān)測(cè)設(shè)備的分類,篩查終端如果脫離中心服務(wù)平臺(tái)使用時(shí)候,可以歸結(jié)為第1V類睡眠監(jiān)測(cè)類設(shè)備。即只記錄包括血氧飽和度在內(nèi)的1-2個(gè)生理指標(biāo),例如血氧飽和度和鼾聲,或血氧飽和度和心率等。關(guān)于通過(guò)監(jiān)測(cè)夜間血氧飽和度變化來(lái)診斷睡眠障礙類疾病,韓芳等學(xué)者做了相關(guān)研究,研究表明：夜間氧飽和度監(jiān)測(cè)操作簡(jiǎn)單,勞動(dòng)強(qiáng)度低,費(fèi)用低,作為睡眠監(jiān)測(cè)的指標(biāo),有較好的臨床價(jià)值。航空醫(yī)學(xué)研究所的俞夢(mèng)孫院士及其團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)：通過(guò)整晚的心率變化監(jiān)測(cè),健康人和睡眠呼吸暫停低通氣綜合征患者的心率變化特征與睡眠時(shí)相均具有較好的相關(guān)性,即,心率的變化趨勢(shì)攜帶有睡眠狀態(tài)相關(guān)的信息。 鑒于此,本文采用監(jiān)測(cè)指端光電容積脈搏波信號(hào)的方法,設(shè)計(jì)了一種便攜式睡眠呼吸暫停綜合征篩查終端。我們選取了血氧飽和度和心率作為監(jiān)測(cè)參數(shù)。在對(duì)睡眠呼吸障礙的檢測(cè)評(píng)估中,血氧飽和度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。當(dāng)發(fā)生呼吸暫�；虻屯鈺r(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),血液中的氧含量不斷下降,二氧化碳的含量不斷上升,以此便會(huì)使血氧飽和度下降。因此血氧飽和度對(duì)于SAS的檢測(cè)是不可缺少的監(jiān)測(cè)參數(shù)。心率是不僅包含有心搏功能、血液流動(dòng)等諸多心血管系統(tǒng)的重要生理信息,同時(shí)包含有豐富的微循環(huán)生理病理信息,如心率變異指數(shù)和睡眠時(shí)相存在一定的相關(guān)性。根據(jù)現(xiàn)代儀器原理相關(guān)知識(shí),血氧飽和度和心率這兩個(gè)參數(shù),我們可以在光電容積脈搏波信號(hào)中分析提取。 文中先介紹了光電容積脈搏波采集原理,對(duì)指端脈搏波的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,利用擴(kuò)散傳輸理論推導(dǎo)出了脈搏血氧飽和度檢測(cè)的計(jì)算公式。然后,介紹了手指光電脈搏波的采集原理及方法,并對(duì)指端脈搏波數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明,解釋了測(cè)量血氧飽和度時(shí)選用雙光源的原因及對(duì)光源波長(zhǎng)的要求。根據(jù)數(shù)學(xué)模型,我們推導(dǎo)出了計(jì)算血氧飽和度的過(guò)程,先求取一個(gè)特征值,然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輸出不同的血氧飽和度值,并求取不同血氧飽和度水平時(shí)候的特征值,最后,對(duì)特征值與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備預(yù)設(shè)的血氧飽和度值進(jìn)行擬合,完成標(biāo)定。 在硬件方面,通過(guò)方案論述,選擇了MSP430處理器作為系統(tǒng)的微處理器,一方面,該系列芯片的片內(nèi)資源豐富,能極大的減少外圍的模塊；另一方面,MSP430系列芯片在低功耗方面表現(xiàn)卓越。在設(shè)計(jì)中,我們采用了經(jīng)典的H橋電路驅(qū)動(dòng)兩路光源,通過(guò)單片機(jī)IO端口高低電平控制亮滅時(shí)序,利用單片機(jī)內(nèi)部的DA模塊實(shí)現(xiàn)兩路光源的亮度調(diào)節(jié)。探頭接收端由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：①電流電壓轉(zhuǎn)換電路,將光電傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),方便后續(xù)處理；②直流去除與放大電路,光電容積脈搏波信號(hào)中有較大的直流成分,通過(guò)一個(gè)減法電路,將其直流成分去除,并將相減結(jié)果進(jìn)行放大；③程控放大電路,主要是為了提高系統(tǒng)的弱灌注指數(shù),盡可能低的降低個(gè)體差異性,提高系統(tǒng)的個(gè)體差異兼容性。系統(tǒng)人機(jī)交互部分,包括按鍵,TFT屏幕和蜂鳴報(bào)警功能。按鍵主要用于設(shè)置和調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和部分功能設(shè)置。TFT屏幕在系統(tǒng)設(shè)置模式下,用于交互各項(xiàng)菜單的配置；在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式下,顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)的結(jié)果和脈搏波信號(hào)。在睡眠過(guò)程中發(fā)生探頭剝落的時(shí)候,蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)。 軟件方面的工作可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：上位機(jī)軟件與下位機(jī)軟件。其中,下位機(jī)軟件主要是指單片機(jī)驅(qū)動(dòng)程序和算法實(shí)現(xiàn)程序。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)程序包括了系統(tǒng)時(shí)鐘配置、模數(shù)轉(zhuǎn)換程序、數(shù)模轉(zhuǎn)換程序、串口模塊程序、Flash存儲(chǔ)程序、TFT屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、探頭驅(qū)動(dòng)程序等方面。在本設(shè)計(jì)中,采用了一種改進(jìn)的探頭驅(qū)動(dòng)脈沖,相比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)脈沖,極大的降低了驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)脈沖,一方面更短的導(dǎo)通時(shí)間能延長(zhǎng)探頭的使用壽命；另一方面,能降低系統(tǒng)的整體功耗。算法方面,采用數(shù)字濾波,使信號(hào)更加平滑和穩(wěn)定；介紹了“基于差分閾值的心率識(shí)別算法”和“基于局部特征的心率識(shí)別算法”這兩種方法提取光電容積脈搏波的特征點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。當(dāng)完成心率識(shí)別之后,可以在確定長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)分別找尋紅光和紅外光的極大值和極小值,完成血氧飽和度的特征值技術(shù)。算法程序,先在Matlab平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證,并用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了以上算法,通過(guò)IAR編譯成HEX文件,最后固化到單片機(jī)的ROM中。 在上位機(jī)軟件方面,在Visual Base平臺(tái)設(shè)計(jì)了睡眠呼吸暫停綜合征篩查終端的顯示界面。通過(guò)讀取接收到的數(shù)據(jù),按照既定的協(xié)議進(jìn)行解碼后,實(shí)時(shí)繪制脈搏波和更新心率、血氧飽和度值。上位機(jī)與下位機(jī)的通信方式采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的方式。文中亦對(duì)ZigBee通信的基本原理和通信數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行了介紹。ZigBee技術(shù)的引入,能讓監(jiān)測(cè)的結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的服務(wù)平臺(tái)上,也使受檢者擺脫了導(dǎo)聯(lián)線束縛。 試驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果表明,該篩查終端能穩(wěn)定而準(zhǔn)確的獲取生理參數(shù),能滿足輕度睡眠障礙患者以及健康人群預(yù)防性監(jiān)測(cè)的需求,在睡眠呼吸障礙等疾病初步篩查過(guò)程中有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。文中亦對(duì)傳統(tǒng)的光電傳感器脈沖進(jìn)行了改進(jìn),采用一種占比更低的驅(qū)動(dòng)脈沖降低睡眠監(jiān)測(cè)儀功耗和延長(zhǎng)光電傳感器的使用壽命。該篩查終端的研制也為我們進(jìn)一步研究脈搏波信號(hào)、睡眠分期、評(píng)價(jià)睡眠質(zhì)量等奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R766

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱瑩瑩;安山;楊軍;俞夢(mèng)孫;;一種基于床墊式睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的呼吸波補(bǔ)償算法[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2009年04期

2 方啟超;周嚴(yán);;基于C8051F120的透射式脈搏血氧儀的設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)量技術(shù);2013年02期

3 劉英魁;許愛(ài)中;;利用vb的mscomm控件實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信[J];河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào);2007年02期

4 俞夢(mèng)孫,楊軍,張宏金,趙顯亮,王宏山,成奇名;床墊式低負(fù)荷睡眠檢測(cè)技術(shù)的臨床應(yīng)用[J];實(shí)用診斷與治療雜志;2004年06期

5 邵秀穩(wěn);熊冬生;吳效明;;基于LabVIEW的睡眠呼吸暫停檢測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2011年02期

6 滕長(zhǎng)青;;了解阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征[J];健康向?qū)?2012年06期

7 鄭輝;常志文;;睡眠呼吸暫停綜合征患者血脂水平的研究[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2008年11期

8 韋佳;劉煥強(qiáng);顧曉峰;何磊;;基于ZigBee的集中式無(wú)線定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2013年02期

9 李麗;葉文琴;;影響脈搏血氧飽和度準(zhǔn)確性的因素與護(hù)理干預(yù)[J];護(hù)理研究;2013年20期

10 李作君;張躍;;動(dòng)態(tài)血氧監(jiān)測(cè)中脈搏波處理和脈率提取新方法[J];自動(dòng)化與儀表;2009年12期

，

本文編號(hào)：2368822