基於智慧型手機與鼻貼式呼吸傳感器的呼吸暫停檢測與預警裝置和方法與流程

2023-05-28 13:56:31

本發明涉及一種基於智慧型手機和鼻貼式呼吸傳感器的預防阻塞性睡眠猝死的監測及預警裝置，屬於醫療保健設備技術領域。

背景技術：

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣症候群(obstructivesleepapneahypopneasyndrome，osahs)的特點是睡眠時上氣道的阻塞，妨礙有效通氣，造成患者缺氧、高碳酸血症以及呼吸中斷。osahs可發生於任何年齡，多見於40歲以上男性，美國的流行病學調查研究發現大約有2％女性、4％男性中年人群有睡眠呼吸暫停症狀(呼吸紊亂指數ahi≥5或白天嗜睡症狀)。據衛生部門研究表明，我國目前擁有5000萬左右的呼吸暫停綜合症患者。

動物及人體研究表明：頰舌肌活動降低可導致上呼吸道狹窄或阻塞，電刺激頰舌肌可使被研究對象上呼吸道阻力明顯降低，呼吸停止依賴型頰下電刺激可明顯改善osahs患者的病情，有效改善osahs的臨床表現和各項呼吸紊亂指標，且對患者睡眠無影響，宜作為osahs患者手術根治前的替代呼吸調節與預警方法。

公開號為cn103462597a的專利申請也公開了一種基於智慧型手機控制的預防阻塞型睡眠猝死的方法及裝置。它是利用拍攝監控者的臉部圖像及採集鼾聲信號等方法進行呼吸狀態分析。而且手機放置位置受限、圖像和聲音信號數據大，處理方法複雜。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明提供一種基於智慧型手機和鼻貼式呼吸傳感器的呼吸暫停檢測與預警裝置，通過非接觸式測量睡眠時呼吸道溫溼度，根據溫溼度的信號變化識別呼吸狀況，控制電極的輸出電刺激，預防睡眠猝死。

本發明的一種基於智慧型手機和鼻貼式呼吸傳感器的呼吸暫停檢測與預警裝置，包括鼻貼式呼吸傳感器、智慧型手機單元、電刺激預警模塊三部分。

所述的鼻貼式呼吸傳感器固定在使用者的鼻子上，與智慧型手機單元之間通過低功耗藍牙模塊進行信號傳輸，為智慧型手機單元提供使用者的呼吸頻率和呼吸暫停時間信息；所述的智慧型手機單元根據呼吸暫停時間，編輯個性化脈衝刺激序列，通過耳機插孔以有線的方式輸出給電刺激預警模塊；電刺激預警模塊首先通過電壓放大控制模塊對脈衝電壓信號進行放大，將放大後的脈衝電刺激信號輸出給舌下神經電刺激電極，實施對使用者的舌下神經的刺激。

所述的電壓放大控制模塊還具有限流限壓保護作用，控制電刺激電壓在36v、電流在小於80ma的安全範圍內。

所述的鼻貼式呼吸傳感器包括柔性電路板、溫溼度複合傳感器、微處理器、藍牙模塊和紐扣電池，所述的溫溼度複合傳感器、微處理器、藍牙模塊和紐扣電池均布置在柔性電路板上，所述的柔性電路板採用通氣鼻貼，粘貼在使用者的鼻梁上，形成兼具檢測呼吸和擴張鼻孔功能的電子鼻貼。所述的溫溼度複合傳感器用於採集使用者呼出氣體的溫度和溼度數據，並將數據發送到微處理器；所述的微處理器進行數據處理，獲得呼吸頻率、呼吸暫停時間等信息，並通過藍牙模塊將呼吸頻率和呼吸暫停時間數據信息發送給智慧型手機單元。所述的紐扣電池為溫溼度複合傳感器、微處理器、藍牙模塊提供電源。

應用所述的裝置進行呼吸暫停檢測與預警，具體方法步驟如下：

第一步，使用鼻貼式呼吸傳感器進行呼吸溫度和溼度數據採集，通過微處理器對數據進行處理得到使用者的呼吸頻率、呼吸暫停時間，並通過藍牙模塊發送到智慧型手機單元。

第二步，智慧型手機單元記錄呼吸暫停時間，並根據呼吸暫停時間發出脈衝電刺激信號至電刺激預警模塊。

第三步，電刺激預警模塊對智慧型手機單元發出的脈衝電刺激信號進行功率放大，通過兩個布置在使用者舌下神經位置的電極，刺激舌下神經，達到呼吸調節與預警的目的。

本發明具有以下有益效果：

(1)本發明採用通氣鼻貼，舒適、穩定，不影響患者的正常睡眠。

(2)基於智慧型手機的耳機插孔發送電刺激信號，具有普適性，治療模塊精簡。

(3)實時監測患者的呼吸狀態，出現發病症狀立即進行治療。

附圖說明

圖1為本發明的呼吸暫停檢測與預警裝置組成示意圖。

圖2為本發明的鼻貼式呼吸傳感器設置和組成示意圖。

圖3為本發明的呼吸檢測信號流程圖。

圖4(a)～(c)分別為實施例中採集的呼吸信號中溫度參數的原始信號、第一次處理後信號、第二次處理後信號曲線。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

本發明是一種基於智慧型手機與鼻貼式呼吸傳感器的呼吸暫停檢測與預警裝置和方法，所述呼吸暫停檢測與預警裝置，如圖1所示，包括：鼻貼式呼吸傳感器、智慧型手機單元、電刺激預警模塊三部分。所述的鼻貼式呼吸傳感器用於採集使用者的呼吸的溫度和溼度數據信號，並通過藍牙模塊發送給智慧型手機單元；所述的智慧型手機單元上的耳機插孔上以有線方式連接電刺激預警模塊，如果智慧型手機單元判斷使用者發生呼吸暫停，則發出脈衝刺激信號給電刺激預警模塊。

所述的電刺激預警模塊包括電壓放大控制模塊和兩個電極，所述的電壓放大控制模塊通過柔性導線分別與兩個電極連接，對所述的脈衝刺激信號進行放大後，發送到兩個電極，所述的兩個電極固定於使用者的頰舌肌處，用於對舌下神經進行刺激。

如圖2所示，所述鼻貼式呼吸傳感器粘貼在使用者的鼻梁上，具體包括柔性電路板、溫溼度複合傳感器、微處理器、藍牙模塊和紐扣電池。所述的紐扣電池為溫溼度複合傳感器、微處理器、藍牙模塊提供電源。

所述柔性電路板採用通氣鼻貼，使用時粘貼在鼻梁上，形成兼具檢測呼吸和擴張鼻孔功能的電子鼻貼。所述的柔性電路板上集成溫溼度複合傳感器、微處理器和藍牙模塊，便捷，舒適，不影響患者睡眠。所述的溫溼度複合傳感器和藍牙模塊均與所述的微處理器連接，所述的微處理器通過藍牙模塊與智慧型手機單元通信。

所述溫溼度複合傳感器，型號為sht75，用於採集患者睡眠狀態呼吸的溫度和溼度信息，並傳送至微處理器。呼吸信息採集頻率高於2hz，低於10hz。

所述微處理器，為stm32單片機，用於接收並處理溫溼度數據信息，通過微分算法得到使用者的呼吸頻率、呼吸暫停時間等信息，通過藍牙模塊將呼吸暫停時間發送到智慧型手機單元。

所述微分算法如下：

設y[x]為溼度數據保存數組(參見圖4(a))，通過四點移動平均法擬合溼度變化曲線，得到新的溼度保存數組t[x](參見圖4(b))，x表示採集溼度的時間變量，即，

判斷該數組t[x]內每兩點間的斜率，並得到斜率保存數組kt[x](處理信號見圖4(c))，即

設數組stopm[x]記錄每次呼吸停止時刻，數組stopp[x]記錄每次呼吸暫停時間，在xi時刻，當kt[xi]＜0時，說明患者呼吸停止，數組stopm[x]記錄該時刻stopm[xi]，同時數組stopp[x]記錄該次呼吸暫停時間stopp[xi]。

所述智慧型手機單元，安裝有呼吸暫停檢測與預警裝置的用戶程序，用於接收藍牙模塊的信號，記錄呼吸暫停時間，設定脈衝電刺激信號序列參數和呼吸暫停允許時長，並根據該次呼吸暫停時間判斷是否發出脈衝電刺激信號。

所述電刺激預警模塊，用於調整智慧型手機單元通過耳機插孔輸出的脈衝電刺激信號，經獨立電壓放大控制模塊，限定工作電壓和工作電流，通過固定在使用者舌下神經的一對電極進行舌下神經電刺激，恢復使用者的呼吸功能。

應用本發明提供的所述的裝置進行呼吸暫停檢測與預警，如圖3所示流程，具體方法步驟如下：

第一步，鼻貼式呼吸傳感器採集使用者呼吸的溫度和溼度數據，並對溫度和溼度進行數據處理，得到使用者的呼吸頻率和呼吸暫停時間，然後通過藍牙模塊發送給智慧型手機單元。

第二步，智慧型手機單元對呼吸暫停時間進行判斷，一般認為正常的呼吸頻率為16～20次/分，如果呼吸暫停時間超過1分鐘，發送脈衝電刺激信號給電刺激預警模塊；否則返回第一步。

第三步，電刺激預警模塊對智慧型手機單元發出的脈衝電刺激信號進行功率放大，通過兩個布置在舌下神經位置的電極，刺激使用者的舌下神經，達到呼吸調節與預警的目的。返回第一步。

所述的電刺激預警模塊的電刺激信號採用恆壓模式，刺激脈衝寬度和脈衝個數可調。