一種睡眠中心跳、呼吸無線自動監測與預警系統的製作方法

2023-09-21 19:47:00

專利名稱：一種睡眠中心跳、呼吸無線自動監測與預警系統的製作方法
—種睡眠中心跳、呼 吸無線自動監測與預警系統
技術領域：
本發明涉及ー種人體多生理參數監測系統，特別是涉及ー種睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統。屬於醫療健康電子監測儀器技術領域。
背景技木眾所周知，心跳和呼吸是人體最重要生理活動，如果不能正常進行，將會嚴重影響人體健康，甚至威脅生命。但是近年來，心血管疾病和睡眠呼吸暫停症候群(sleep apneasyndrome, SAS)發病率越來越高,對人類健康構成嚴重威脅。心血管疾病已經成為危害人類健康的第一殺手。有研究機構預計未來20年內，由於老齡化和人口持續增長，我國成人心血管疾病發病率毎年將增加50%以上，高血壓、高膽固醇血徵、糖尿病、肥胖、吸菸等心血管疾病危險因素的持續存在將加劇心血管疾病發病率的增長。由於心血管疾病特別是心臟病發病的偶然性強，致死率高，而且很多在夜間睡眠時發生，及時發現與治療對挽救患者的生命意義重大。睡眠呼吸暫停症候群以阻塞性睡眠呼吸暫停症候群(OSAS)最為常見，在成年人中的發病率約為2% 4%，特點是睡眠中由於部分或完全性的上呼吸道阻塞而導致呼吸暫停或呼吸不足。睡眠期間反覆的呼吸暫停導致全身缺氧和血液中的ニ氧化碳不能及時排出，使各器官系統受到損害，尤其是大腦和心臟。如果不及時治療可能導致高血壓、冠心病、心律失常、肺動脈高壓、肺心病、血液粘稠度增高，甚至導致夜間睡中猝死。鑑於以上所述兩種疾病的嚴重危害，對心跳和呼吸的實時監測特別是睡眠中的實時監測變得異常重要。傳統監測心跳和呼吸的方法雖有很多，卻存在諸多不足。目前常使用心電圖儀、心音圖、超聲心動圖等監測心跳，但其價格昂貴，接線複雜，易給人帶來巨大心理壓力，不宣用作睡眠時心臟活動的實時監測。傳統的呼吸監測是採用多導睡眠呼吸檢測分析儀，這種儀器價格昂貴，結構複雜，要求專業人員操作，應用也僅限於臨床診斷。有資料顯示，目前我國睡眠呼吸暫停症候群患者的就診率僅為10%左右，很多患者因得不到早期診斷和及時有效的治療而延誤病情，甚至威脅到生命。國內外很多學者對心跳呼吸監測方法做了改進，主要有基於壓電陶瓷(國家實用新型專利一種搖床嬰兒心跳呼吸檢測預警裝置(01253413. 7))、電容和光纖傳感器(國家發明專利ー種非接觸式心動和呼吸檢測技術(200410088749. 2))、氣墊(國家發明專利氣墊式人體呼吸、心跳和翻身自動監測裝置及檢測方法(200610097472. 9))，但這些方法信號傳輸都採用有線方式，並且需要特製的背墊；也有人提出信號無線傳輸的監測系統(國家發明專利無線傳輸的睡眠呼吸信息腹式監測與預警系統(200910038006. 7))，但是此系統的僅能監測呼吸信號，而且呼吸信號傳感發射裝置需要電池供電，若電池在使用過程中電量耗盡，系統便停止工作；另外，也有基於聲波、紅外和雷射的人體呼吸、心跳監測，但由於這些信號易衰減，或易被衣服、被褥阻擋而加大監測難度，不適宜用於家庭日常保健。

發明內容
為了解決上述心跳與呼吸監測系統中所存在的操作複雜，影響正常睡眠、易受幹擾等不足之處，本發明提出了ー種新型的心跳、呼吸監測方法，其特徵在幹信號採集、預處理和發射電路無源方式工作，測量信號無線傳輸，心跳和呼吸生理信息同時提取，安裝方便，不影響正常休息，並在人體發生突發心臟疾病、呼吸中斷或異常變化時及時發出預警。本系統能夠實現對心臟功能、呼吸狀況的綜合檢測分析，存儲的數據可以作為疾病診斷的參考依據，及時的預警可以在突發疾病時縮短救援時間，減小疾病的危害。
本發明通過以下方式實施(圖I):ー種睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，該系統主要由粘貼在人體皮膚上的心跳、呼吸生理信號檢測單元(I)、製作在柔性PCB上的信號預處理及發射單元(2)和無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)組成。其特徵在於通過由聚合物壓電薄膜傳感器構成的生理信號檢測單元(I)探測心跳、呼吸特徵信息；製作在柔性PCB上的信號預處理電路(4)對已探測信號進行預處理，包括去除噪聲，放大和模數轉換，再經製作在柔性PCB上的射頻信號發射電路(5)完成信號調製，後經偶極子天線
(7)完成信號發射；無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)對偶極子天線(7)發送過來的信號完成接收、解調、心跳和呼吸信號分離以及進ー步的數位訊號處理分析，並在監測到心跳、呼吸信號異常情況時自動預警。所述的生理特徵檢測單元(I)由圖2所示的柔性聚合物壓電薄膜傳感器構成，這種傳感器具有結構柔軟、相應速度快、響應信號幅度大、信噪比高等優點，非常適合監測生
理信號。所述的信號預處理電路(4)有圖3所示的幾部分構成。包括電荷放大(23)、濾波器(24)、電壓放大(25)和Α/D轉換(26)電路構成，圖3僅為示意，並沒有限定各個部分的順序。所述的射頻信號發射電路(5)由圖4所示的各部分組成。包括信號調製電路(27)和偶極子天線(7)。所述的供電模塊(6)由圖5所示的各部分組成。包括整流器(28)和穩壓器(29)。所述的無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)由圖5所示的各部分構成。包括信號接收天線(8)、射頻前端(9)、模擬前端(10)、模數轉換模塊(11)、微處理器模塊(12)振蕩器(13)、能量傳送天線(14)、存儲模塊(15)、接ロ模塊(16)、顯示控制模塊(18)、顯示屏(17)、時鐘電路(19)、按鍵(20)、預警裝置(21)和供電裝置(22)組成。本發明的有益效果是信號採集、預處理和發射電路無源方式工作，測量信號無線傳輸，心跳和呼吸多生理信息同時提取，安裝方便，不影響正常休息，並在人體發生突發心臟疾病、呼吸中斷或異常變化時及時發出預警。本系統能夠實現對心臟功能、呼吸狀況的綜合檢測分析，存儲的數據可以作為疾病診斷的依據，及時的預警可以在突發疾病時縮短救援時間，減小疾病的危害。

圖I本發明的系統結構示意2聚合物壓電傳感器結構示意3信號預處理單元結構示意圖
圖4射頻信號發射電路示意5供電模塊結構示意6無線信號接收、處理、存儲及預警裝置示意7實施例中傳感器安裝方式和整個系統的結構示意圖8信號預處理實施電路圖9供電電路實施電路 圖10信號接收、分析、存儲和預警裝置實施電路
具體實施方式下面結合實施例和附圖，對本發明做進ー步更詳細的說明，但是本發明的實施方式不限於此。實施例本實施例是ー種睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其結構如圖I所示，系統由粘貼在人體皮膚上的生理信號檢測單元(I)、製作在柔性PCB上的信號預處理及發射単元(2)和無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)組成。工作原理是聚合物壓電薄膜傳感器構成的生理信號檢測單元(I)探測心跳、呼吸特徵信息；製作在柔性PCB上的信號預處理電路(4)對已探測信號進行預處理，去除噪聲，並放大和數模轉換，再經製作在柔性PCB上的無線信號發射模塊(5)完成信號調製，後經偶極子天線(7)完成信號發射；無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)對偶極子天線
(7)發送過來的信號完成接收、解調、心跳和呼吸信號分離以及進ー步的數位訊號處理分析，並完成異常情況下的自動預警。傳感器的信號預處理和發射電路由供電電路(6)供電，無需採用電池或其他有源方式，供電電路(6)將偶極子天線接收到的能量經整流器(28)收集，並由穩壓器(29)處理後對電路供電。如圖7所示，柔性壓電薄膜傳感器的粘貼在人體的胸部或背部皮膚上，並將信號與處理電路、射頻信號發射電路以及偶極子天線做在柔性PCB上與柔性壓電保密傳感器固
定在一起。如圖8所示，本例中信號預處理及發射單元的工作過程是聚合物壓電傳感器ー端接共模電平，一端接U3，實現電荷放大和阻抗轉換；而後通過R14接入到電壓放大電路，放大的倍數由R14和R15的比值決定；放大後的信號連接R29，接入到低通濾波器，去除信號的高頻噪聲，低通濾波器的截止頻率由R29、R30、C19和C20的值決定；濾波後的信號接入Α/D轉換電路，轉化成數位訊號；輸出的數位訊號進入射頻信號發射電路，經過調製和功率放大後送到偶極子天線完成信號發射；這部分電路的供電模塊如圖9所示，偶極子天線接(7)兩端分別接「天線輸入端_p」和「天線輸入端_n」，將能量傳送天線14發送過來的交流信號經過整流器轉化為直流信號，直流信號再經過限幅電路和穩壓電路，最後輸出直流供電電壓VDD，對信號預處理和發射單元供電。本實施例中U2 U6採用AD8615這種單電源、低電壓、低功耗的運算放大器，Α/D轉換電路所用ADC為AD7896。如圖10所示，本例中無線信號接收、處理、存儲及預警裝置的工作過程是信號接收天線將偶極子天線發送來的信號送到射頻前端進行濾波、低噪放大和混頻處理，轉化成基帶信號；後經低通濾波，心跳與呼吸分離電路處理，分為心跳和呼吸兩路信號；再通過A/D轉換電路轉為數位訊號，並送到微處理器単元，監測心跳、呼吸信號波形，包括峰值檢測、呼吸頻率和心率計算、以及心跳和脈搏信號的其他時頻域分析，完成心跳和呼吸信號的顯示與存儲，並對心律失常、心臟瓣膜活動異常、心肌缺血、心肌梗死、呼吸暫停等危機情況發
出預警。
除上述實施例外，凡採用等同替換或等效變換等形式所獲得的技術方案，均在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於，系統主要由粘貼在人體皮膚上的生理信號檢測單元(I)、製作在柔性PCB上的信號預處理及發射單元(2)和無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)組成。
2.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於信號的傳輸採用無線發射與接收方式。
3.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的信號預處理電路和射頻發射單元採用無源供電方式。由整流器￠)收集能量傳送天線(14)發射來的能量，通過穩壓器(6)穩壓處理後，為整個信號預處理和發射電路供電。
4.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的生理特徵檢測單元(I)由柔性聚合物壓電薄膜傳感器 構成，聚合物壓電薄膜傳感器將心跳和呼吸運動引起的形變轉化為電信號，能夠實時精確地收集心跳、呼吸信息。
5.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的信號預處理電路(4)、射頻信號發射電路(5)以及整流穩壓電路(6)製作在柔性PCB上。
6.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的信號預處理電路(4)包括電荷放大、電壓放大和模數轉換電路。
7.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的射頻發射單元(5)包括調製電路和發射天線。
8.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的整流及穩壓單元出)由將交流信號轉化為直流信號的整流器和穩定供電電壓的穩壓器組成。
9.根據權利要求I所述的睡眠心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，其特徵在於所述的無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)包括信號接收天線(8)、射頻前端(9)、模擬前端(10)、模數轉換模塊(11)、微處理器模塊(12)、振蕩器(13)、能量傳送天線(14)、存儲模塊(15)、接口模塊(16)、顯示屏(17)、顯示控制模塊(18)、時鐘電路(19)、按鍵(20)、預警裝置(21)、供電電路(22)組成。
全文摘要
本發明涉及一種睡眠中心跳、呼吸無線自動監測與預警系統，主要由生理信號檢測單元(1)、信號預處理及發射單元(2)和無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)組成。其特徵在於生理信號檢測單元(1)探測體徵信息；信號預處理電路(4)對信號去噪，放大和模數轉換；射頻信號發射電路(5)調製、發射信號；無線信號接收、處理、存儲及預警裝置(3)對偶極子天線(7)發送來的信號解調、分析、存儲，監測異常並報警。本發明具有以下特點信號採集、預處理和發射電路無源工作，信號無線傳輸，可同時監測心跳和呼吸，安裝方便，具有預警功能。
文檔編號A61B5/0205GK102648845SQ20111004363
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者宗洪強, 戴鵬, 李燕紅, 李玉剛, 楊欣, 沈勁鵬, 王新安, 王金泊, 班慶遠, 黃錦鋒 申請人:深圳市邁迪加科技發展有限公司