睡眠呼吸暂停监测仪的设计

1、睡眠呼吸暂停监测仪的设计 一、国内外研究现状及选题理由阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructivesleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS）是指睡眠时上气道塌陷阻塞引起的呼吸暂停和通气不足、伴有打鼾、睡眠结构紊乱，频繁发生血氧饱和度下降、白天嗜睡等病征。国外早在20世纪60年代就有了外科手术治疗OSAHS的报道。1964年Kashina设计悬雍垂腭咽成形术（uvulopalatopharyngoplasty,UPPP）治疗单纯打鼾。随后又相继出现以下报道：1965年Gastaut等发现呼吸暂停及低通气的存在；1978年Guilleminault等提出了O

2、SAHS的概念；1981年Fujita等用UPPP治疗OSAHS；1981年Sullivan用CPAP治疗OSAHS。我国最早对OSAHS的报道出现在1983年，近10年来对此病的认识和治疗取得了长足发展，已成为耳鼻咽喉科最为引人注目的研究领域之一。 随着科技的发展，人们对睡眠生理 、病理的了解日益增多，一门新兴边缘学科一睡眠医学作为现代医学的一个重要组成部分正在建立和发展起来，并广泛的受到重视 在美国有数百家大型研究机构正在从事睡眠呼吸方面的研究，他们在睡眠疾病，尤其是上呼吸道阻塞引起的 “阻塞性睡眠呼吸暂停综合症”的可能病因、危害、诊断及治疗方法等方面进行了大量的研究工作。 研究发现：“打

3、鼾”这种现象很有可能潜伏着睡眠呼吸暂停综合症 正常人有轻度鼾声不属呼吸暂停，呼吸暂停的定义是指呼吸道停止气流达 1O秒以上。如果每夜暂停次数在 30次以 上，每次暂停时间在 10秒以上 ，即可被诊断为“呼吸暂停综合症” 这是一种潜在的致死性疾病。其特点是睡眠时上呼吸道阻塞导致进行性缺氧酸中毒，呼吸困难。造成白天嗜睡、头晕、头痛、记忆力减退、乏力、反应迟缓 、睡眠行为异常等症状。长期有睡眠暂停的患者可引起高血压、心率失常及猝死。 国外医学界对此类疾病的研究十分重视，且已取得重大成果。目前国内对此 类 患者 的诊 断检 查 主要有 ：(1)鼻 喉专科检查 (鼻及 咽)；(2)纤 维 喉镜 检查 (

4、清醒 状态；睡眠状态)；(3)影像学检查 (头测量法、CT)；(4)多导睡眠仪检查(PSG)等 。不过，目前国内对此类患者的诊断大多采用多导仪或其他呼吸诊断仪器。而此类仪器价格昂贵且基本需从国外进口，不便在国内医院和患者中推广使用。因此我们必须研制一种价格更加便宜，使用更加方便，性能更加优良的“呼吸暂停监测仪”以满足各级医院和患者的需求。二、 设计（论文）方案人的呼吸途径有两个，一个是鼻腔，另一个是口腔。在呼吸时，口、鼻腔处由于气流流过而使压力和温度发生变化。因此，人体的呼吸状态可以从检测压力和温度变化得知。如采用压力法，由于口、鼻腔处的压力变化很微弱，而弱压传感器的灵敏度很高，容易受各种因素

5、的影响，造成误动作，故压力法不宜采用。温度检测的方法，既用热敏电阻作传感器，将热敏传感器用胶带粘在鼻腔或口腔下方。此类仪器简单易用，被检测者没有不舒服的感觉，不影响正常的睡眠。呼吸暂停监测仪的系统设计图如图1所示。热敏传感器提取呼吸信号放大滤 波峰，谷值检测提取平均值比较放大电路图3-1 呼吸暂停监测仪原理框图单片机日历芯片LCD显示呼吸暂停监测仪的硬件电路模块分为：呼吸信号提取电路模块、滤波放大电路模块、平均值提取电路模块、比较放大电路模块、日历芯片，单片机，LCD显示。 硬件电路设计：1、 呼吸信号提取电路要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用。温度检测方法，可以用玻璃封装的二极

6、管I N4148作传感器(原理类热敏电阻)，本设计运用了灵敏度为0.1%的热敏电阻，通过检测口鼻腔底部空气温度变化获得人体的呼吸状态。2、滤波放大电路 由于提取的信号较弱，易受环境温度及其他干扰的影响，因此必须进行滤波放大，以隔除直流成分，消除环境温度及其他各种干扰的影响，对有效信号进行放大。3、 平均值提取电路 平均值提取电路包括峰值检测电路，谷值检测电路，平均值提取电路。从峰谷值输出端接两个严格匹配的电阻R6、R7。从R6、R7之间提取平均值电压。4、比较放大电路 将提取的平均值加到运放的反相端，原呼吸模拟信号加到同相端。模拟信号与平均值的交点就是信号的跳变点，经比较放大电路输出数字信号。

7、5、日历芯片接口电路 DSl302是美国Dallas公司生产的一低功耗、带RAM的实时时钟芯片。该芯片采用3线串行接口方式，可提供年、月、日、星期、时、分、秒等时间信息，并可根据月份和闰年的情况自动调整月份的结束日期，同时可以根据用户需要决定是采用24小时或12小时格式。DS1302内部带有31个字节壬RAM，用于存放临时性数据，同时具有可编程涓细电流充电能力，从而使外围硬件电路设计得到了大大简化。6、LCD显示接口电路 液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄、抗干扰能力强等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息

8、显示器件，也非常适合用于睡眠呼吸暂停检测仪这个设计。最后选用的这一款LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高性价比，达到医院和患者的要求，非常适用。三、重点难点及创新之处 设计睡眠呼吸暂停监测仪，重要的是如何确切监测人体呼吸空气的温度，除去各种干扰，并很好地实现滤波的目的。只有做到监测得到真实可靠呼吸温度数据和滤波，之后进行的步骤才是有效的。这既是重点，也是难点。还有一个难点就是如何把呼吸睡眠暂停十秒给检测出来并在LCD上显示出来。这个问题可以运用单片机来解决：在电平下降沿，用T0计时，在电平上升沿时中断计时，若T0

9、计时的时间超过10S则把日历时间和它的时长存储并显示在LCD上，T0清除；若T0计时的时间不超过10s则清除T0。这样，就可以比较准确的监测睡眠呼吸暂停超过了10秒并可以给暂停时间计数显示在LCD上。同时，还可以对暂停的时间进行显示以便于判断诊治。那么，对病人监测之后，即可按监测数据与每夜30次，每次10秒比较，得出是否有呼吸暂停综合症。四、课题研究工作进度计划2009.7.8 指导教师给学生下达任务书2009.7.92009.8.31 查阅文献，并完成外文翻译2009.9.12009.11.10 阅读文献，完成文献综述2009.11.112010.1.15 完成开题报告并开题2010.1.1

10、62010.4.30 完成系统理论设计、实际装配和调试2010.5.12010.5.10 撰写毕业设计修改并定稿2010.5.112010.5.20 毕业设计送评阅人审阅,做好答辩的准备工作，参加答辩2010.5.212010.6.5 根据答辩意见进一步完善设计，完成业务总结2010.6.62010.6.10 按要求上交毕业设计相关的纸质档案、电子文档五、主要参考文献1 张洪润. 单片机应用设计200例(上册)M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.16102 张洪润，傅瑾新. 传感器应用电路200例M. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.1883 3 张永瑞.电子测量技术基础M.西

11、安：西安电子科技大学出版社，1994.13004 邓亲恺. 现代医学仪器设计原理M.北京：科学出版社，2004.15275 周洪建. HHT谱分析方法在利用ECG信号检测睡眠呼吸暂停中的应用J.中国医学物理学杂志，2009，26(04):130913136 张瑞华，叶逢春. 一种具有自动补偿功能的呼吸信号检测电路J.医疗卫生装备，2009，30(3）:6263,65 7 杨跃平. 睡眠呼吸暂停综合征及检测方法J.张家口医学院学报，2003，20(3）:59618 俞梦孙. 睡眠呼吸暂停与生物医学工程J.引进国外医药技术与设备，1998，4(2）:1061099 彭思，陈淑铃. 用于呼吸暂停综合症的呼吸监测系统的研制J. 传感技术学报，2008，21(8):1325132810吴海锋. 热释电式睡眠呼吸暂停监测J.红外技术，2004，26(1):313311金鑫，张庆稼. 简易睡眠呼吸暂停监测仪的研究J. 医疗设备信息，2002，17(5):242612 郭兴明. 睡眠呼吸暂停监测方法及仪器的研究J. 生物医学工程学杂志，2000，17(3):35835913 郭兴明. 睡眠呼吸暂停监测仪的研究J. 电子技术应用，1999，25(2):343614 徐现通. 睡眠状态下人体生