2010届
睡眠呼吸暂停监测仪的设计
学生姓名 刘晓明 学 号 06054116 院 系 数理信息学院 专 业 电子信息工程 指导教师 叶森钢 完成日期 2009年10月15日
睡眠呼吸暂停监测仪的设计
1. 睡眠呼吸暂停监测仪的研究意义
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，1980年被采用治疗OSAHS。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OSAHS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。因此我们研制了一种价格便宜，性能优良的“呼吸暂停监测仪”以满足各级医院和患者的需求。
2. 睡眠呼吸暂停监测仪的发展现状
近二十年来医学研究证明，人类许多疾病的发生和发展都与睡眠中的呼吸障
碍有密切关系，对睡眠呼吸暂停综合症研究已成为医学界广为重视的新热点。许多以前不明病因的疾病，有初步资料表明与睡眠呼吸紊乱有关，睡眠呼吸研究的
重要性已为医学界公认，睡眠呼吸诊疗中心已成为医院不可缺少的重要部门。睡眠时气道阻塞严重，甚至完全封闭，无法正常通气称睡眠呼吸暂停综合症，国际上通常把鼻和口腔气流暂停超过10秒的现象称之为睡眠呼吸暂停。睡眠呼吸暂停会导致反复的低血氧、高碳酸血症和血液PH值下降，长期发展致使身体出现一系列病理改变。
国外自80年代起出现睡眠呼吸诊断中心，采用经典式多导生理记录仪（PSG）作为诊断的“金标准”。此类仪器在全夜6－7小时睡眠过程中，连续同步描记脑电、心电、血压、呼吸等十余项指标，次日回放，以了解睡眠情况、睡眠期脑电表现、睡眠期心血管功能、睡眠期血氧含量及有无呼吸障碍。国外有美国伟康公司生产，价格昂贵，且患者需留院观察。由于改变了患者的居住环境及打乱了患者睡眠习惯，很难得到真实的睡眠记录，不易在一般综合性医院普及。 在专业人员安装调试和指导下，携带式睡眠记录仪（Sleep Holter）在患者家庭中自然睡眠状态下进行睡眠记录，优点为：睡眠呼吸暂停综合症患者为数众多，医院现有资源有限，不可能全部留院检查，另外在患者家中睡眠呼吸监测，可得到更接近自然睡眠的数据。缺点是仅能检测患者呼吸功能，对睡眠呼吸暂停综合症患者的心电和血压变化不能够深入了解，临床意义较局限。
3. 睡眠呼吸暂停监测仪的设计特点
主要针对不适合做长期的监测, 价格昂贵这些缺点发展出一套使用简单、察觉性更低、价格低廉及适合在居家睡眠环境下作长期监测的监测系统，达到帮助医师了解病患的病情，并提供医生追踪治疗过程的改善情形。该设计特点，电路分类呼吸信号提取和对呼吸暂停监测实现两大部分。1.呼吸暂停检测方法。温度检测方法，即用玻璃封装的二极管I N4148作传感器(原理类热敏电阻)，但其优点是反映灵敏，热惯性小。常温 25℃时其两端电压为600-650mv,温度每变化 1C，其两端电压变化2mV。将二极管作传感器用胶带粘在口腔或鼻腔下方。简单易用，被检测者没有不舒服的感觉，不影响正常的睡眠。2.呼吸信号的提取调整电位器获取所需的基准电位。人体的正常温度是370C，二极管能接受到的人体呼吸的温度一般在33 *C。环境温度为25℃时，人体呼吸的温度相对环境温度的最大变化量是 8 0C。二极管上电压最大变化量是 16mv。一般我们将电位器调整到基准电压为 592mV(此值为实验值)加到同相端(为保证基准电压的准确性还要用调整按键微调)，原呼吸模拟信号加到反相端。
设计电路的主要特点：人的呼吸状态是从检测呼吸的空气温度来监测的。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。在呼吸时，口鼻腔底部由于气流流过使温度发生变化，因此人体的呼吸状态可以从检测温度变化获得。按此原理设计呼吸信号提取电路如图1所示：
图2 呼吸信号提取电路
4. 文献总结
随着科技的发展，人们对睡眠生理 、病理的了解日益增多。对睡眠呼吸暂停综合症研究已成为医学界广为重视的新热点。“呼吸暂停综合症” 这是一种潜在的致死性疾病。并且，睡眠呼吸暂停综合症可引发高血压、肺心病、心律失常、心肌缺血等疾病。 现在睡眠呼吸暂停综合症已经引起广泛关注，监测睡眠呼吸暂停综合症的仪器也得到了快速发展。现在国内研制的睡眠呼吸暂停监测仪不仅功能齐全，判断正确，还灵巧轻便，操作简单，安全。不仅可以用于医院的症状监测，平时有呼吸暂停病状的患者也可以在家自己使用。清楚了解自身睡眠暂停的程度，接受合适治疗，极大地方便了患者，为患者解除了呼吸暂停的危险。
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