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睡眠呼吸暫停癥監(jiān)視電路設(shè)計(jì),家人不再擔(dān)心

發(fā)布時(shí)間:2014-11-06 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】每年因?yàn)樗吆粑膊∷廊サ娜瞬辉谏贁?shù),很恐怖吧。這就是睡眠呼吸暫停癥,一般在診斷患者是否罹患睡眠呼吸暫停癥是指患者在睡眠中出現(xiàn)呼吸暫停和低通氣的總次數(shù)超過每小時(shí)5次。如何保證家里的睡眠呼吸暫停癥患者安全睡眠呢?本文將介紹一種無(wú)線型睡眠呼吸暫停癥監(jiān)視系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。
 
睡眠呼吸暫停癥是一種很常見的睡眠呼吸疾病,根據(jù)研究調(diào)查,在美國(guó)約有24%的成年男性及9%成年女性或超過200萬(wàn)人口患有此疾病,在中國(guó)臺(tái)灣至少有35萬(wàn)人也有此問題。一般在診斷患者是否罹患睡眠呼吸暫停癥是指患者在睡眠中出現(xiàn)呼吸暫停和低通氣的總次數(shù)超過每小時(shí)5次。
  
生理參數(shù)測(cè)量計(jì)
  
心跳變化使用的感測(cè)組件為光傳感器,主要利用人體心臟收縮時(shí)血管中的血流量及血氧濃度會(huì)因此而產(chǎn)生變化。本系統(tǒng)采用光耦合器(CNY70)利用光反射法偵測(cè)血管末端血流量的變化。音頻信號(hào)接收器主要是接收睡眠時(shí)因呼吸道阻塞所產(chǎn)生的鼾聲,本系統(tǒng)采用電容式音頻接收器作為信號(hào)接收的主要組件,利用接收音波壓力改變振動(dòng)膜的位移量,使振動(dòng)膜與鋁質(zhì)外殼間的電容CT隨著音波強(qiáng)弱改變電容量,再經(jīng)FET完成阻抗的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生RECM,使REXT和RECM的分壓改變,得到不同的輸出。圖1為音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理。
音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理
圖1 音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理
  
呼吸傳感器的工作原理是利用呼吸時(shí)胸腔會(huì)產(chǎn)生起伏而拉動(dòng)臥式可變電阻因而產(chǎn)生電阻值的改變。
  
生理信號(hào)感測(cè)電路
  
心跳變化時(shí),傳感器所測(cè)量到的信號(hào),包含有直流偏壓(DC Offset)、心跳變化的信號(hào)、呼吸及肌肉顫動(dòng)、60Hz及高頻的噪聲,其中心跳變化的信號(hào)為所需的信號(hào),其它信號(hào)一律視為噪聲,因此分別采用硬件的前置濾波電路及軟件兩種處理方式,以消除不同的噪聲對(duì)測(cè)量所造成的影響。前置濾波電路主要特點(diǎn)是可以減輕軟件程序進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理所需的運(yùn)算量及時(shí)間,避免造成信號(hào)處理過程中延遲情形。圖2為心跳感測(cè)電路。
心跳感測(cè)電路
圖2 心跳感測(cè)電路
  
鼾聲感測(cè)電路
  
以音頻接收器測(cè)量到的鼾聲信號(hào)包含很多噪聲及背景雜音的影響,必須利用硬件濾波器去除高頻、低頻噪聲只留下鼾聲頻帶內(nèi)的信號(hào),Smithson[1995]研究中顯示鼾聲的頻率大約在1~200Hz的聲音頻帶內(nèi),其它聲音的頻率域則較廣。首先由音頻接收器從量得的信號(hào),信號(hào)放大,再經(jīng)由200Hz低通濾波器濾除其它聲音所造成的噪聲干擾。
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呼吸感測(cè)電路
  
利用呼吸時(shí)胸腔的起伏拉動(dòng)臥式可變電阻改變電阻值因而產(chǎn)生的電壓變化,經(jīng)由信號(hào)放大電路、比較電路,即可判斷呼吸的情形。圖13為呼吸信號(hào)波形。圖3為呼吸感測(cè)電路。
呼吸感測(cè)電路
圖3 呼吸感測(cè)電路
  
CPU及顯示電路
  
圖4所示為本系統(tǒng)CPU及顯示電路。CPU是使用盛群半導(dǎo)體股份有限公司所生產(chǎn)的HT46R24微控制器,其中由Port A 及Port C驅(qū)動(dòng)15*4中文顯示型LCD,作為生理參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示,Port B為生理參數(shù)及定時(shí)器的輸入端,而Port D則經(jīng)過MAX232準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換做串行傳輸。
CPU及顯示電路
圖4 CPU及顯示電路
  
生理參數(shù)測(cè)量計(jì)之程序如下:在生理參數(shù)測(cè)量時(shí)為了避免讀取到身體翻轉(zhuǎn)時(shí)的錯(cuò)誤信號(hào),利用多重讀取的方式加以避免,在信號(hào)變化時(shí)連續(xù)讀取,且每次讀取間加入一段時(shí)間延遲,再經(jīng)過比對(duì)讀取的信號(hào)是否相同,此方式可降低信號(hào)讀取時(shí)的錯(cuò)誤率。處理完成后的生理參數(shù)資料存放于微控制器的緩存器,并通過中文型LCD顯示所測(cè)量到的生理參數(shù)。藍(lán)牙無(wú)線模塊傳輸方面,主要將儲(chǔ)存在微控制器內(nèi)部緩存器的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過RS-232串行傳輸與個(gè)人計(jì)算機(jī)間做數(shù)據(jù)通訊。
  
在設(shè)計(jì)單芯片微控制器時(shí),必須以時(shí)間軸為基準(zhǔn),測(cè)量各項(xiàng)生理參數(shù),才能于重建時(shí)找出各個(gè)生理參數(shù)間的關(guān)系。為了使生理參數(shù)測(cè)量計(jì)的體積小型化,必須選擇低消耗電量及體積較小的組件,并使用微控制器使整體電源消耗最小化。藍(lán)牙無(wú)線傳輸模塊為低功率消耗且高 安全性的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。
 
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