專利名稱：基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前臨床多采用多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(cè)儀(PSG)對(duì)患者睡眠情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該設(shè)備笨重，操作復(fù)雜，需要患者在睡眠監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行檢查，不方便隨身攜帶。對(duì)簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)患者睡眠呼吸暫停的方法多采用口鼻氣流傳感器進(jìn)行檢測(cè)，該方法能夠有效地監(jiān)測(cè)睡眠呼吸的暫停次數(shù)，但卻無(wú)法有效地分類識(shí)別睡眠呼吸暫停為阻塞型暫停、中樞型暫停還是混合型暫停。而對(duì)于睡眠呼吸暫停的患者來(lái)說(shuō)，需要有效地監(jiān)測(cè)及記錄患者睡眠呼吸中的呼吸模式，幫助醫(yī)生診斷識(shí)別睡眠呼吸中呼吸暫停的類型，為患者制定有效的治療方案以及評(píng)估治療方案的有效性。但是目前的睡眠呼吸監(jiān)測(cè)方法及裝置都無(wú)法滿足上述要求。生物電阻抗技術(shù)利用了生物組織及器官的電特性提取人體生理與病理信息的無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。人體組織與器官具有獨(dú)特的電特性，組織與器官的狀態(tài)或功能變化將伴隨相應(yīng)的電特性改變。比如現(xiàn)有技術(shù)中有利用膈肌疲勞程度的變化與胸部呼吸電阻抗信號(hào)及腹部呼吸電阻抗信號(hào)的波峰的同步程度建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)胸部呼吸電阻抗信號(hào)及腹部呼吸電阻抗信號(hào)的波峰的同步程度的差異將膈肌疲勞程度分為不同的類型。這樣的應(yīng)用使得生物電阻抗技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)方面體現(xiàn)出了它無(wú)創(chuàng)無(wú)損、便于長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)護(hù)及低成本的優(yōu)勢(shì)，使得生物電阻抗技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)具有很大的潛力與價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的 技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于生物電阻抗技術(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別患者睡眠呼吸模式的方法。本發(fā)明還提供一種基于生物電阻抗實(shí)時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別患者睡眠呼吸模式的識(shí)別裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明第一個(gè)發(fā)明目的的技術(shù)方案如下:
一種基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，包括如下步驟:
(a)采集人體的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)；
(b)對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)；
(C)根據(jù)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的關(guān)系對(duì)人體的睡眠呼吸信號(hào)進(jìn)行分段識(shí)別確定人體的呼吸模式。作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(a)的具體步驟為:
通過(guò)固定在人體胸前乳頭左側(cè)(或右側(cè))區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的一對(duì)激勵(lì)電極和固定在人體肚臍左側(cè)(或右側(cè))區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的另一對(duì)激勵(lì)電極同步輸入電流激勵(lì)；
通過(guò)固定在人體胸前乳頭右側(cè)(或左側(cè))區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的一對(duì)信號(hào)檢測(cè)電極和固定在人體肚臍右側(cè)(或左側(cè))區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的另一對(duì)信號(hào)檢測(cè)電極同步采集人體胸部和腹部的電壓幅值數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后得到胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)。作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(b)的具體步驟為:對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)分別依次進(jìn)行濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理獲得數(shù)字信號(hào)類型的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)。作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(C)的具體步驟為:
(Cl)根據(jù)已為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的幅值變化關(guān)系及相位關(guān)系進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)的幅值變化分段及相位關(guān)系分段。(c2)分析獲取各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的頻譜變化關(guān)系。根據(jù)幅值變化關(guān)系、相位關(guān)系和頻譜變化關(guān)系對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別確定人體的睡眠呼吸模式。作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(Cl)的具體步驟為:
(cll)設(shè)定極大值點(diǎn)變化閾值A(chǔ)1 ；
(cl2)利用滑動(dòng)窗函數(shù)對(duì)已為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行處理，提取滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的呼吸信號(hào)極大值點(diǎn)的平均值Yi,將相鄰滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)平均值的差的絕對(duì)值Yw-Yi I與極大值點(diǎn)變化閾值A(chǔ)1進(jìn)行比較，如果該絕對(duì)值I Yw-Yi I大于極大值點(diǎn)變化閾值A(chǔ)1,則后一個(gè)滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的數(shù)據(jù)起點(diǎn)為一個(gè)幅值變化分段點(diǎn)；
(cl3)以第一個(gè)幅值變化分段點(diǎn)為起點(diǎn)，提取相鄰的幅值變化分段點(diǎn)之間的胸部呼吸電阻抗信號(hào)作為幅值變化分段信號(hào)，依據(jù)同樣的幅值變化分段點(diǎn)對(duì)腹部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行分段獲取相對(duì)應(yīng)的幅值變化分段信號(hào)；
(cl4)對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)相對(duì)應(yīng)的幅值變化分段信號(hào)內(nèi)的呼吸電阻抗信號(hào)加上滑動(dòng)窗函數(shù)，分別提取滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的信號(hào)波峰出現(xiàn)的一系列時(shí)刻U和tai ；
(cl5)計(jì)算獲取滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的相位關(guān)
糸
權(quán)利要求
1.一種基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟: Ca)采集人體的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)； (b)對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)； (C)根據(jù)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的關(guān)系對(duì)人體的睡眠呼吸信號(hào)進(jìn)行分段識(shí)別確定人體的呼吸模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟(a)的具體步驟為: 通過(guò)固定在人體胸前乳頭左側(cè)或右側(cè)區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的一對(duì)激勵(lì)電極和固定在人體肚臍左側(cè)或右側(cè)區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的另一對(duì)激勵(lì)電極同步輸入電流激勵(lì)； 通過(guò)固定在人體胸前乳頭右側(cè)或左側(cè)區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的一對(duì)信號(hào)檢測(cè)電極和固定在人體肚臍右側(cè)或左側(cè)區(qū)域及對(duì)應(yīng)的背部投影位置的另一對(duì)信號(hào)檢測(cè)電極同步采集人體胸部和腹部的電壓幅值數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后得到胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟(C)的具體步驟為: (Cl)根據(jù)已為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的幅值變化關(guān)系及相位關(guān)系進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)的幅值變化分段及相位關(guān)系分段； (c2)分析獲取各相位關(guān)系分段內(nèi)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的頻譜變化關(guān)系；根據(jù)各相位關(guān)系分段信號(hào)的幅值變化關(guān)系、相位關(guān)系和頻譜變化關(guān)系對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸阻抗信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別并確定人體的睡眠呼吸模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟(Cl)的具體步驟為: (cll)設(shè)定極大值點(diǎn)變化閾值； (cl2)利用滑動(dòng)窗函數(shù)對(duì)已為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行處理，提取相鄰滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的呼吸信號(hào)極大值點(diǎn)的平均值，將相鄰滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的平均值的差的絕對(duì)值與極大值點(diǎn)變化閾值進(jìn)行比較，如果該絕對(duì)值大于極大值點(diǎn)變化閾值，則后一個(gè)滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的數(shù)據(jù)起點(diǎn)為一個(gè)幅值變化分段點(diǎn)； (cl3)以第一個(gè)幅值變化分段點(diǎn)為起點(diǎn)，提取相鄰的幅值變化分段點(diǎn)之間的胸部呼吸電阻抗信號(hào)作為幅值變化分段信號(hào)，依據(jù)同樣的幅值變化分段點(diǎn)對(duì)腹部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行分段獲取相對(duì)應(yīng)的幅值變化分段信號(hào)； (cl4)對(duì)幅值變化分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)加上滑動(dòng)窗函數(shù)，分別提取滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的信號(hào)波峰出現(xiàn)的一系列時(shí)刻； (cl5)根據(jù)提取的一系列時(shí)刻計(jì)算滑動(dòng)窗函數(shù)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的相位關(guān)系 G ； (cl6)設(shè)定相位閾值，將相位關(guān)系G與相位閾值進(jìn)行比較，如果G值大于相位閾值，則該滑動(dòng)窗函數(shù)的數(shù)據(jù)起點(diǎn)為一個(gè)相位關(guān)系分段點(diǎn)；(cl7)以每段幅值變化分段信號(hào)的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為該段信號(hào)第一個(gè)和最后一個(gè)相位關(guān)系分段點(diǎn)，提取相鄰的相位關(guān)系分段點(diǎn)之間的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)為相位關(guān)系分段信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟(c2)的具體步驟為: (c21)分別提取各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的極大值點(diǎn)； (c22)根據(jù)極大值點(diǎn)計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的極大值點(diǎn)的平均值； (c23)計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的極大值點(diǎn)的平均值的比值，獲得信號(hào)之間的幅值變化關(guān)系F ； (c24)計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的頻譜； (c25)計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)在設(shè)定頻率范圍內(nèi)的頻譜積分； (c26)計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的頻譜積分的比值，獲得信號(hào)之間的頻譜變化關(guān)系I ; (c27)建立睡眠呼吸模式M和胸部呼吸電阻抗信號(hào)與腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的相位關(guān)系G、幅值變化關(guān)系F及頻譜變化關(guān)系I的參數(shù)模型關(guān)系式M=G*F*I ;計(jì)算各相位關(guān)系分段信號(hào)內(nèi)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)的M值，根據(jù)M值的范圍判斷各段呼吸信號(hào)的呼吸模式。
6.一種基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別裝置，其特征在于，包括電極和監(jiān)測(cè)儀，其中， 電極包括激勵(lì)電極和檢測(cè)電極；激勵(lì)電極，佩戴在人體胸部和腹部位置，用于提供激勵(lì)電流至人體組織；檢測(cè)電極，佩戴在人體胸部和腹部位置，用于接收人體胸部和腹部的電壓信號(hào); 所述監(jiān)測(cè)儀的硬件部分包括: 激勵(lì)電流模塊，用于為激勵(lì)電極提供電流激勵(lì)； 多通道開(kāi)關(guān)模塊，與電極、激勵(lì)電流模塊和阻抗計(jì)算模塊連接，用于向不同部位的激勵(lì)電極提供電流激勵(lì)、接收檢測(cè)電極的電壓信號(hào)和接收檢測(cè)電極的電壓信號(hào)傳輸給阻抗計(jì)算模塊； 阻抗計(jì)算模塊，與多通道開(kāi)關(guān)模塊連接，根據(jù)檢測(cè)電極提供的電壓信號(hào)計(jì)算出胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)； 主控模塊，與阻抗計(jì)算模塊連接，用于對(duì)胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后分類識(shí)別確定人體的呼吸模式； 報(bào)警模塊，與主控模塊連接，用于對(duì)超時(shí)的呼吸暫停進(jìn)行報(bào)警提醒； 電源模塊，為以上各個(gè)模塊提供模擬電壓和數(shù)字電壓； 監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)激勵(lì)電流模塊產(chǎn)生激勵(lì)電流提供給多通道開(kāi)關(guān)模塊，多通道開(kāi)關(guān)模塊選擇導(dǎo)通不同通路后將激勵(lì)電流傳輸至激勵(lì)電極，激勵(lì)電極將激勵(lì)電流注入人體，同時(shí)檢測(cè)電極采集胸部和腹部的電壓信號(hào)后將其發(fā)送至多通道開(kāi)關(guān)模塊，多通道開(kāi)關(guān)模塊將接收的電壓信號(hào)發(fā)送至阻抗計(jì)算模塊，阻抗計(jì)算模塊根據(jù)電壓信號(hào)計(jì)算出胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)，最后將胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)送入主控模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后進(jìn) 行信號(hào)的分析處理并分段識(shí)別確定人體的呼吸模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于生物電阻抗的睡眠呼吸模式識(shí)別方法及裝置。所述方法包括步驟采集人體的胸部呼吸電阻抗信號(hào)和腹部呼吸電阻抗信號(hào)；對(duì)已為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)的胸部呼吸電阻抗信號(hào)根據(jù)幅值變化進(jìn)行分段，分析獲取各分段內(nèi)對(duì)應(yīng)的胸部和腹部呼吸電阻抗信號(hào)之間的幅值變化關(guān)系、頻譜差異關(guān)系和信號(hào)相位關(guān)系并建立參數(shù)模型，根據(jù)參數(shù)模型對(duì)人體的睡眠呼吸信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別確定呼吸模式。本發(fā)明抗干擾效果好，操作更安全方便，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別出人體睡眠的呼吸模式。
文檔編號(hào)A61B5/08GK103070683SQ20121055716
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者蔣慶, 汪洪彬, 宋嶸 申請(qǐng)人:中山大學(xué)