可攜式睡眠生理參數記錄裝置的製作方法

2023-06-04 06:19:16

專利名稱：可攜式睡眠生理參數記錄裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療設備，特別是涉及一種對人體在睡眠過程中多種生理參 數進行記錄的可攜式裝置。
背景技術：
睡眠是人體的重要生理活動，如何完整且準確地記錄人體在睡眠過程中的各種生 理參數對於分析、診斷可能的睡眠呼吸暫停等各種生理疾病非常重要。目前，在臨床上通常使用多導睡眠監測儀對病人進行整夜連續的睡眠觀察和監 測，記錄病人夜間的鼾聲指數、呼吸暫停次數及血氧飽和度的動態變化以及病人的心電、腦 電及肌電活動的變化，從而了解病人睡眠時機體的變化，確定呼吸暫停的性質和程度。多導 睡眠監測儀在測量過程中，需使用大量測量電極通過導聯線從病人身體上採集信號，且有 些項目的測量採用有創方式，不僅操作不方便，影響病人的實際睡眠質量，進而影響測量結 果的準確性，而且設備和測量的費用也比較高，影響了睡眠生理參數記錄裝置的推廣應用。現有已公開的技術中，專利號為ZL 200720092825.6的中國實用新型專利披露 (2008年11月12日授權公告)了一種睡眠呼吸障礙檢測裝置。該裝置包括呼吸壓力傳 感模塊，用於檢測呼吸壓力數據；血氧檢測模塊，用於檢測血氧數據；模/數轉換模塊，與所 述呼吸壓力傳感模塊和血氧檢測模塊連接；單片機，與模/數轉換模塊連接；存儲模塊，與 單片機連接；接口電路模塊，與存儲模塊連接。該裝置可以同時檢測人體血氧值數據和呼吸 壓力值數據。然而，該裝置的血氧檢測模塊與其它部分的有線連接影響了患者的睡眠效果， 進而影響測量結果的準確性。另外，該裝置未對包括睡眠姿勢、血壓、和心電信號等生理參 數進行測量，無法為後續的分析診斷提供相對完整的生理信息。
發明內容本實用新型的目的在於針對現有技術中存在的血氧檢測模塊與其它部分的有線 連接影響了患者的睡眠效果，進而影響測量結果的準確性的缺陷，提供一種可攜式睡眠生 理參數記錄裝置。為實現所述目的，本實用新型的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，包括連接有存儲 模塊和接口電路模塊的控制模塊、用於測量人體呼吸頻率的呼吸檢測模塊、與所述呼吸檢 測模塊相連接的測量電極、含有用於測量人體血氧飽和度的血氧測量組件的血氧計模塊、 分別與所述控制模塊和所述呼吸檢測模塊相連接的模數轉換模塊、分別與所述存儲模塊、 所述接口電路模塊、所述控制模塊、所述呼吸檢測模塊、所述模數轉換模塊相連接的電源模 塊，其特徵在於該裝置還包括分別與所述控制模塊和所述電源模塊相連接的第一近距離 無線通信模塊，所述血氧計模塊還包括與所述血氧測量組件相連接的第二近距離無線通信 模塊，所述第一近距離無線通信模塊與所述第二近距離無線通信模塊以無線通信的方式相 連接。通過該血氧計模塊與控制模塊部分的無線通信，本實用新型免除了現有技術中採用有線連接對睡眠效果的影響，從而提高了所採集的生理參數的質量，為後續分析診斷提 供了完整準確的信息。另外，為了擴大睡眠過程中所記錄的生理參數的範圍，本實用新型還可以在此裝 置基礎之上，增加一個或多個如下模塊用於測量人體心電信號的心電採集模塊，所述心電採集模塊分別與所述測量電 極、所述模數轉換模塊和所述電源模塊相連接；含有用於測量人體血壓數據的血壓測量組件的血壓計模塊，所述血壓計模塊還包 括第三近距離無線通信模塊，所述第一近距離無線通信模塊與所述第三近距離無線通信模 塊以無線通信的方式相連接；用於測量人體睡眠姿態的加速度傳感器，所述加速度傳感器分別與所述控制模塊 和所述電源模塊相連接。

圖1為本實用新型所述裝置的系統連接框圖。圖2為本實用新型所述裝置的模塊擴展框圖。圖3為本實用新型所述裝置的佩戴以及測量心電圖和呼吸信號時電極的安放位
置示意圖。圖4為本實用新型所述裝置血壓計模塊和血氧計模塊的佩戴方式示意圖。
具體實施方式
下面將通過具體實施例並結合附圖，對本實用新型的實現做進一步的詳細說明。圖1表示了本實用新型所述的一個可攜式睡眠生理參數記錄裝置，它包括連接有 第一近距離無線通信模塊25、存儲模塊21和接口電路模塊24的控制模塊20、用於測量人 體呼吸頻率的呼吸檢測模塊12、與呼吸檢測模塊12相連接的測量電極11、由用於測量人體 血氧飽和度的血氧測量組件53以及與其相連接的第二近距離無線通信模塊51組成的血氧 計模塊50、分別與控制模塊20和呼吸檢測模塊12相連接的模數轉換模塊14、分別與存儲 模塊21、接口電路模塊24、控制模塊20、呼吸檢測模塊12和模數轉換模塊14相連接的電源 模塊30，第一近距離無線通信模塊25與第二近距離無線通信模塊51以無線通信的方式相 連接。控制模塊20是本實用新型所述裝置的核心，通過其配置的各種接口協調管理與 其相連的各功能模塊的工作狀態和事務處理。第一近距離無線通信模塊25和第二近距離無線通信模塊51勻採用國際統一的可 共享的無線通訊頻段的載波頻率，實現控制模塊20與血氧計模塊50之間的控制信息與血 氧飽和度參數的傳遞和接受。存儲模塊21由隨機存取存儲器(RAM) 210和非易失性存儲器211構成。其中隨機 存取存儲器(RAM)210用於各種生理信號的暫時存儲；非易失性存儲器211用於各種生理信 號的長期保存。隨機存取存儲器(RAM) 210和非易失性存儲器211通過地址和數據總線與 控制模塊20進行數據交換。接口電路模塊24與控制模塊20通過串行通訊接口相連。採用符合IEEE標準的串行總線及通訊協議，可以實現本實用新型所述裝置與PC機的連接，將裝置中保存在存儲 模塊21裡的各項生理參數數據導入PC中，供專業人員對使用者的睡眠過程進行評估和診 斷。電源模塊30用於對本實用新型所述裝置中所有的模塊提供工作電流，可以滿足 不同功能模塊對電壓值的多種要求。測量電極11用於提取人體生理參數，供本實用新型所述裝置記錄。。如果本實用 新型所述裝置不支持心電信號採集，則測量電極11僅包括兩片電極，其放置位置如圖3中 的採集電極RA和採集電極LA。如果本實用新型所述裝置還支持心電信號採集，則測量電極 11包括三片電極，其放置位置分別如圖3所示。呼吸檢測模塊12與測量電極11相連接，用於採集人體呼吸信號。人體呼吸運動 時，胸壁肌肉交變弛張，胸廓也交替變形，肌體組織的電阻抗也交替變化，呼吸阻抗(肺阻 抗)與肺容量成正比關係。測量中利用測量電極，將高頻恆定的電流通過電極直接加到患 者的胸壁上，這裡取62. 5KHz，在此頻率附近，人體阻抗呈近似純電阻特性。由於呼吸阻抗 的周期變化，兩電極之間的電壓也周期性地變化，該信號被輸入人體的高頻恆流信號調製， 經放大、濾波後，通過一個CMOS門電路對其進行解調處理，再通過一個3. 2Hz的低通濾波器 去除肌肉運動的偽差，即可得到呼吸波形信號。採集到的呼吸信號和所述模數轉換器14相 連，經模數轉換模塊14轉換成數字量並傳入控制模塊20中緩存。控制模塊20獲得呼吸曲 線數據後馬上將其寫入非易失性存儲器211中存儲，以保證數據的完整性。要求呼吸檢測 時，採樣率大於等於200Hz。血氧計模塊50由血氧測量組件53、第二近距離無線通信模塊51以及為其供電的 電源52相連構成。血氧飽和度測量的啟動控制由本實用新型所述裝置的控制模塊20實現。 每經過1秒間隔，控制模塊20發出命令啟動一次血氧飽和度測量。啟動命令通過控制模塊 20的SPI接口傳入與之相連的第一近距離無線通信模塊25，再由該模塊以無線載波方式發 送，位於血氧計模塊50上的第二近距離無線通信模塊51接收後，將該命令通過串口發送到 血氧測量組件53啟動測量。血氧測量組件53完成測量後，將獲得的血氧飽和度數據通過 串口發送到與之相連的第二近距離無線通信模塊51，通過無線通信的方式傳回到控制模塊 20。控制模塊20首先將接收到的血氧飽和度數據寫入非易失性存儲器211進行存儲。血 氧計模塊50獨立使用時，具有與普通血氧計相同的界面和功能。其與普通的血氧計的區別 在於其血氧飽和度測量的啟動可以由控制模塊20通過無線通訊的方式進行控制，採集到 的血氧飽和度數據可通過第二近距離無線通信模塊51進行傳輸，並可被與控制模塊20相 連的第一近距離無線通信模塊25接收，並最終傳入控制模塊20。在圖1的實施例中，將測量電極放置在人體前胸(如圖3所示)並配戴血氧計模 塊(如圖4所示)，控制模塊20在用戶開始進入測量狀態時，啟動呼吸信號和血氧飽和度信 號的採集，並將其記錄在存儲模塊21。需要時可以通過接口電路模塊24將所記錄的生理參 數導出至外部設備，以進行進一步的處理、分析和診斷。在圖1的實施例的基礎之上，為了進一步擴展該可攜式睡眠生理參數記錄裝置的 所記錄生理參數的範圍，我們可以增加一個或多個生理參數採集模塊，如圖2所示，心電採 集模塊13分別與測量電極11、模數轉換模塊14和電源模塊30相連接，血壓計模塊40通 過無線通信方式與控制模塊20進行數據交換，加速度傳感器10與控制模塊20和電源模塊
530相連接並與控制模塊20進行數據交換。心電採集模塊13通過與測量電極11相連接採集人體皮膚表面心電信號，並對心 電信號進行放大和濾波處理，再通過與之相連接的模數轉換模塊14將心電模擬信號轉換 成數位訊號。體表心電信號由電極片採集通過導聯線傳入心電採集模塊進行放大和針對 50Hz工頻幹擾的濾波，而後由模數轉換模塊14轉換成數字量並傳入控制模塊20中緩存。 控制模塊20獲得心電圖數據後馬上將其寫入非易失性存儲器中存儲211，保證數據的完整 性。在臨床上用於對心律進行分析時，可採用單通道測量，採樣頻率需滿足國家對於心電監 護儀的標準要求，在這裡取250Hz。血壓計模塊40由血壓測量組件43、第三近距離無線通信模塊41以及為其供電的 電源42相連構成。由於測量過程中，腕部氣囊需進行衝排氣，可能會對使用者的睡眠質量 產生影響，因此血壓的測量間隔不能太短，本實施例取40分鐘。每經過40分鐘間隔，控制 模塊20發出命令啟動一次血壓測量。啟動命令通過控制模塊20的SPI接口傳入與之相連 的第一近距離無線通信模塊25，再由第一近距離無線通信模塊25以無線載波方式發送，位 於血壓計模塊40上的第三近距離無線通信模塊41接收後，將該命令通過串口發送到血壓 測量組件43啟動血壓測量過程。血壓計模塊40具有與普通血壓計相同的界面和功能，能 夠獨立完成氣囊的充排氣控制和血壓的測量。血壓測量組件43完成測量後，將獲得的血壓 數據通過串口發送到與之相連的第三近距離無線通信模塊41，通過無線通信的方式傳回到 控制模塊20。控制模塊20將接收到的血壓數據寫入非易失性存儲器211進行存儲。血壓 計模塊40與普通血壓計的區別在於其血壓測量的啟動可以由控制模塊20通過無線通訊的 方式進行控制，血壓測量組件43採集到的血壓數據可通過第三近距離無線通信模塊41進 行傳輸，數據可被與控制模塊20相連的第一近短距離無線通信模塊25接收，並最終傳入控 制模塊20。加速度傳感器10用於採集人體三維加速度信息的，該傳感器可採集人體在3個正 交方向上的加速度數據，內部集成模數轉換設備，可對直接對加速度進行量化，數字接口輸 出量化後的加速度數值，該數據被送入控制模塊20。在本實用新型所述裝置的實現中，該加 速度傳感器可以採用三隻一維加速度傳感器的組合或一隻三維加速度傳感器，並且要求加 速度的採樣率大於等於10Hz。在圖2的實施例中，將測量電極放置在人體前胸(如圖3所示)並配戴血氧計模塊 和血壓計模塊(如圖4所示)，控制模塊20在用戶開始進入測量狀態時，啟動呼吸信號、血 氧飽和度信號、心電信號、血壓信號和加速度信號的採集，並將其記錄在存儲模塊21。需要 時可以通過接口電路模塊24將所記錄的生理參數導出至外部設備，以進行進一步的處理、 分析和診斷。再次強調，在圖2中，除呼吸檢測模塊和血氧計模塊為基本配置外，用戶可以根據 自身需要選配心電採集模塊、血壓計模塊和加速度傳感器中的一個或多個。作為具體地實施例，圖1和圖2中的各模塊可以採用如下配置用於心電圖採集和呼吸檢測的測量電極11採用氯化銀粘貼式電極片。心電採集模塊13選用由美國Analog公司提供的AD620儀表放大器和AD8532運 算放大器構成放大和濾波電路解決方案。呼吸檢測模塊12選用AD8532和AD620運算放大器構建恆流源電路和信號調理電路，利用恆流源阻抗法測量在人體進行呼吸活動時，胸部肌肉由於相對運動發生的阻抗的變化。加速度傳感器10採用芬蘭VTI公司提供的CMA3000三軸小量程數字接口加速度 傳感器晶片。血壓測量組件43選用北京超思電子技術有限責任公司提供的CSN812模塊，它可 記錄被測人體的收縮壓、舒張壓和平均壓。所有的計算、參數測量和對氣囊的充排氣控制都 由模塊完成。通過CSN812模塊預留的擴展接口，配置第三近距離無線通信模塊41，並與小 型氣泵、腕部氣囊集成，並由電源42供電，即可成為一體化的可獨立使用的血壓計模塊40。 血壓計模塊40外形如腕式血壓計，可直接佩戴在使用者手腕上實施血壓測量，通過第三近 距離無線通信模塊41與第一近距離無線通信模塊25的無線通信，接收來自控制模塊20的 指令並向控制模塊20發送血壓測量結果。血氧測量組件53選用北京超思電子技術有限責任公司提供的CSN604模塊，它可 以兼容所有的BCI探頭，可抽樣檢查或測量病人的血氧飽和度並輸出平均血氧飽和度和瞬 時血氧飽和度。通過CSN604模塊預留的擴展接口，配置第二近距離無線通信模塊51，並與 血氧測量探頭集成，並由電源52供電，即可成為一體化的可獨立使用的血氧計模塊50。血 氧計模塊50直接夾在使用者手指尖部即可實施血氧測量，通過所述第二近距離無線通信 模塊51與第一近距離無線通信模塊25的無線通信，接收來自控制模塊20的指令並向控制 模塊20發送血氧飽和度測量結果。第一近距離無線通信模塊25、第二近距離無線通信模塊51和第三近距離無線通 信模塊41均選用美國德州儀器公司提供的CC2500晶片，該晶片是針對2. 4GHz ISM頻帶低 功率無線應用設計的低成本、低功耗射頻收發器，兼容00K、FSK、GFSK和MSK等調製方式，配 有SPI接口進行數據交換。電源模塊30採用美國安森美公司的NCP1423晶片該晶片可根據外部匹配電阻和 電感的不同組合輸出不同的電壓值。控制模塊20採用法國ST公司提供的STM32F103晶片，由於其內部集成模數轉換 功能並配置隨機存取存儲器和非易失性存儲器，故本實用新型所述裝置設計中擬採用的模 數轉換模塊14和隨機存取存儲器210可不再單獨配置。非易失性存儲器211選用美國Kingstone公司提供的容量為IG的miniSD卡，該 數據存儲卡可通過SPI接口與控制模塊20連接並進行數據交換，從而完成存儲卡內數據的 讀寫操作。考慮到現在幾乎所有的PC機均配置了 USB接口，故選定USB接口作為本實用新型 所述裝置的數據傳輸的接口。接口電路模塊24採用恩智普(NXP)公司提供的兼容USB協 議的接口晶片PDIUSBD12實現。該晶片與所述STM32F103晶片通過SPI接口連接，通過該 接口，可實現與STM32F103的數據交換。PDIUSBD12晶片負責完成符合USB通信協議和電氣 規範的數據轉換工作。利用上述USB通信接口，可以將本實用新型所述裝置中保存在非易 失性存儲器211中的所有生理參數數據導入PC中，供專業機構對人體的睡眠呼吸過程作全 面的評估和分析。當然上述配置並不是對本使用新型的限定，技術人員可以選用其他具有對應功能 的組件、模塊或晶片實現上述系統的硬體設計。[0046] 以上所述僅為本實用新型的一種具體實施例，並非對本實用新型的結構做任何形 式上的限定。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的修改、等同變化和修飾， 均仍屬於本實用新型的技術方案的範圍內。
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權利要求一種可攜式睡眠生理參數記錄裝置，包括連接有存儲模塊和接口電路模塊的控制模塊、用於測量人體呼吸頻率的呼吸檢測模塊、與所述呼吸檢測模塊相連接的測量電極、含有用於測量人體血氧飽和度的血氧測量組件的血氧計模塊、分別與所述控制模塊和所述呼吸檢測模塊相連接的模數轉換模塊、分別與所述存儲模塊、所述接口電路模塊、所述控制模塊、所述呼吸檢測模塊、所述模數轉換模塊相連接的電源模塊，其特徵在於該裝置還包括分別與所述控制模塊和所述電源模塊相連接的第一近距離無線通信模塊，所述血氧計模塊還包括與所述血氧測量組件相連接的第二近距離無線通信模塊，所述第一近距離無線通信模塊與所述第二近距離無線通信模塊以無線通信的方式相連接。
2.根據權利要求1所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，所述控制模塊 由微處理器或數位訊號處理器構成。
3.根據權利要求2所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，該裝置還包括 用於測量人體心電信號的心電採集模塊，所述心電採集模塊分別與所述測量電極、所述模 數轉換模塊和所述電源模塊相連接。
4.根據權利要求2或3所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，該裝置還包 括含有用於測量人體血壓數據的血壓測量組件的血壓計模塊，所述血壓計模塊還包括第三 近距離無線通信模塊，所述第一近距離無線通信模塊與所述第三近距離無線通信模塊以無 線通信的方式相連接。
5.根據權利要求2或3所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，該裝置還包 括用於測量人體睡眠姿態的加速度傳感器，所述加速度傳感器與所述控制模塊和所述電源 模塊相連接。
6.根據權利要求4所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，該裝置還包括 用於測量人體睡眠姿態的加速度傳感器，所述加速度傳感器與所述控制模塊和所述電源模 塊相連接。
7.根據權利要求5所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，所述加速度傳 感器為三隻一維加速度傳感器的組合或一隻三維加速度傳感器。
8.根據權利要求6所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，所述加速度傳 感器為三隻一維加速度傳感器的組合或一隻三維加速度傳感器。
9.根據權利要求3所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，所述第一近距 離無線通信模塊與所述第二近距離無線通信模塊利用國際通用的免費共享的無線通信頻 段進行無線通信。
10.根據權利要求4所述的可攜式睡眠生理參數記錄裝置，其特徵在於，所述第一近距 離無線通信模塊與所述第三近距離無線通信模塊利用國際通用的免費共享的無線通信頻 段進行無線通信。
專利摘要本實用新型涉及一個可攜式睡眠生理參數記錄裝置，它包括連接有第一近距離無線通信模塊、存儲模塊和接口電路模塊的控制模塊、用於測量人體呼吸頻率的呼吸檢測模塊、與呼吸檢測模塊相連接的測量電極、由用於測量人體血氧飽和度的血氧測量組件以及與其相連接的第二近距離無線通信模塊組成的血氧計模塊、分別與控制模塊和呼吸檢測模塊相連接的模數轉換模塊、分別與存儲模塊、接口電路模塊、控制模塊、呼吸檢測模塊和模數轉換模塊相連接的電源模塊，第一近距離無線通信模塊與第二近距離無線通信模塊進行無線通信。本實用新型免除了現有技術中採用有線連接對睡眠效果的影響，從而提高了所採集的生理參數的質量，為後續分析診斷提供了完整準確的信息。
文檔編號A61B5/00GK201641977SQ20102014379
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者丁平, 張鑫 申請人:張鑫;丁平