睡眠呼吸监测仪的设计1 引言1.1 题目的来源与意义进来,随着现代医学的日益进步,睡眠医学作为现代医学的重要组成部分逐渐建立和发展起来。

对睡眠呼吸方面的研究直接关系到对睡眠疾病的研究,因此睡眠呼吸成为了睡眠医学中较为关心的问题。

目前,一种叫做睡眠呼吸暂停低通气综合症(Sleep Hypopnea Syn-drome, SAHS)受到了广泛的重视。

该病症是指在7小时睡眠中,反复发作呼吸暂停(睡眠状态下口鼻气流停止至少10s以上为一次呼吸暂停)和低通气(口鼻呼吸气流信号强度降于正常气流强度的50%以上,同时伴有4%以上的氧饱和度下降和伴有觉醒反应称为睡眠低通气)30次以上或平均每小时睡眠中的呼吸暂停和低通气次数超过5次以上。

这种病症较为常见,其临床特征表现为反复发作的严重打鼾、呼吸暂停、低通气、低氧合症和白天嗜睡。

除导致或加重呼吸衰竭外,还是脑血管意外,心肌梗塞、高血压病的重要危险因素之一。

尽早合理的诊治,可明显提高患者生活质量,预防各种并发症的发生提高患者的存活率。

因此,对睡眠呼吸的监护是预防和诊治睡眠呼吸障碍的首要步骤,对呼吸频率、呼吸节律等常规项目的检查,能确切反应患者通气状况并指导机械通气治疗和临床用药[3]。

呼吸及脉搏是人生命的重要指标，它代表着一个人的健康状况。

近年来常常听到某某邻居在睡梦中突然谢世，身边也有熟悉的人也是这样离开人世，近几个月此事件更是频发，它带给亲人的巨大悲痛和遗憾，经调查发现这已经不是个别现象，而是时有发生的现象，它极大地威胁着人们的健康，特别是老人及知识分子。

究其直接的原因是呼吸及心脏的骤停，如何能及时甚至提前预报病情而能避免悲剧的发生，是一个急需研究的课题，对于这一个课题的研究，就具有了重要的现实意义。

1.2 国内外发展现状1.2.1 国内的睡眠呼吸监测仪的发展情况我国的病人监护仪的研制起于五十年代，发展较晚。

我国最早的CIU是成立于50年代中期，用于心胸外科术后监护室。

70年代初期的冠心病监护室得到了进一步发展，而综合性的全院CIU则是建立于80年代初期[1]。

进入90年代后，CIU数量增长较快，但水平参差不齐，在近20年来，ICU发展较快，在少数大医院设立了基本符合国际标准监护室格局的呼吸监护室。

近年来随着综合国力的增强及人民生活水平的提高，也引进了大量的国外先进的监护仪，也能生产出高质量的多功能医用多参数监测仪。

到目前为止已有些产品的性能也能与国外的同类产品抗衡，但就总体而论，呼吸监测报警方面的仪器在国内集中于医院且为综合多参数仪的一个组成部分。

总体技术水平方面仍与发达国家有着较明显的差距，还不能达到国外产品的性能及规模，且其价格昂贵，目前也无专门用于家庭监测的医疗呼吸及脉搏监测仪[1]。

1.2.2 国外的睡眠呼吸监测仪的发展情况医疗监护在国外发展较早，始于20世纪30年代，近20年来随着生物医学测量技术、传感技术、通讯技术和计算机技术的飞速发展，监护方式逐渐向系统化和网络化发展，监护的范围也逐渐拓宽。

由于监护技术涉及多学科技术，所以监护仪的种类也非常繁杂，性能参差不齐，给选购者和购买者带来诸多困难。

危重病症的监护在国外发展较早，始于20世纪30年代。

在第二次世界大战时期，欧洲战场为应付大量危重创伤患者救治的需要，逐步建立了一种专为严重创伤患者的救治病区，这就是所谓现代加强医疗单位(Intensive Care Unit)的最早雏形。

特别是呼吸ICU得到了的进一步发展。

目前认为这种ICU发展的趋势是医学发展到一定水平的必然结果。

随着生物医学技术、遥感技术、通信技术、微电子计算机技术、医学高新技术的发展和人们生活的提高，新的监护方式与技术，诸如各类遥测与远程监护观注于工作状况、运动状况、休息及睡眠下的人体信息的检测技术等，正悄悄地进入到人类的日常生活中[3]。

实现生命信息的全方位检测、监护方式的系统化与网络化是监护的代表性发展方向。

越来越多的人希望能够接受这种医疗行为(包括各种检查、治疗)，因此过去无需监测和监护的科室都需要监测和监护，因而拓宽了监测和监护的应用范围。

所以用于人体生理信息监测和监护及控制的各种监护仪器应运而生。

国外医疗监护仪已能利用各类电极、生物医学传感器(包括物理、化学、生物传感器)检测心电、脑电、血压(有创和无创)、呼吸、脉搏、血流量、体温、心输出量、血氧饱和度、PH、P02、PC02、葡萄糖、胆固醇、激素和蛋白质。

呼吸监测只是其中的一项，医院的设备一般是综合指标监测[5]。

现在监护装置一般需要配置中央监护站，与床边的监护仪连接起来，中央的监护仪器必须同时显示来自任何一个病人的所有波形和信息，同时并不终止来自其他病人的ECG等波形，中央监护站与每台床边监护仪之间的通信传输有有线(电话线、电缆、光纤等传输介质)和无线(电磁波、红外光等)两种，中央监护仪及床边监护仪都配有记录器和打印机，将报警事件记录下来，大屏幕彩色显示器对中央监护站特别有用，可显示多个ECG波形，便于分辨区别病人信息的性能，可帮助医务人员确认所显示的病人的信息。

另外，采用公用电话交换网络能实现生理参数的远程诊断和监护，这被称为电话线传输监护。

另外还有计算机网络、有线电视网、卫星通信网络、地面移动通信网络可供利用。

目前多趋向于采用组合式监护系统(eomponent monitoring system)，即设置一个床旁机，另加具有不同监测功能的插件，将病人的信号经初步处理后输入主机，在主机中经过进一步处理后显示出来并可输给相应的记录设备。

该系统中不同的插件代表不同的监测功能，这样可以通过变换插件，来完成不同的监测功能组合，使床旁监测仪功能灵活多变。

在将来有新的监测指标出现时，只需购入相应的插件和主机相接，即可使仪器具备新的功能而保持其先进性。

计算机系统在监护室中已获得了愈来愈广泛的应用，监护室的计算机化管理将显著地提高其工作效率和工作的有序化程度，计算机化已经成为监测和监护室的重要发展趋势，但价格昂贵[1]。

国外的医疗体系与我国国情不同，西方国家的医疗一般以社区医疗为主，社区医生经常为其所辖的需服务的人检查身体，如有问题及时送综合性医院诊治，综合性的监测设备也集中于医院，目前也无低价的门的呼吸及脉搏监测仪用于家庭。

专1.3 研制适合家用的睡眠呼吸监测仪的意义目前中国社会正向老龄化发展，一个子女往往要负责照顾到两个甚至多位老人，随着社会的发展，生活节奏的加快和工作压力的增大，使很多子女无暇照顾到老人，加之生活习惯及文化的差异，个人性格差异等影响，有些老人选择了和子女分开生活的方式，那么老人的健康如何保证？老人的生活如何监护？这就导致他们的健康监护处于非常不利的情况。

近来的调查发现，有些老人由于突发疾病，身边无人照顾不幸辞世，有的是心脏病突发有的是呼吸不畅，其中一大部分是在夜晚睡觉时突然发病，而亲人又不能及时发现，这样的悲剧在我们身边屡见不鲜，也给家属造成了巨大的精神打击，留下了终身遗憾[2]。

再看中年高级知识分子的情况，经常超负荷的工作，极大地威胁着他们的健康。

英年早逝的情况也时有发生，特别是这种情况常常发生在晚间睡眠时。

因此研制适用于家庭，面向老人和弱势群体的呼吸及脉搏监测仪，就很有必要。

那么，现有的医疗监测仪情况如何呢?应该说，现有的生命参数监测仪，已经能够对病人进行全天监护，及时记录病人的各项生理指标，具有报警等时时监测能力，但是这些设备主要集中于医院，其价格少则几万，多则几十万上百万，价格昂贵制约了其普及性，普通百姓无能力负担其昂贵的租用费用，更不用说购买一台仪器放在家中。

因此，研制价格低廉，功能可靠且小型化，适用于家用的呼吸及脉搏监测仪非常有必要。

这无疑会带来巨大的社会效益和经济效益，具有良好的市场前景[4]。

1.4 人体生理信号蕴含的信息睡眠障碍疾病的诊断一般分临床症状判断、体征检查、并发症检查、实验室检查及睡眠诊断仪的检测等几部分完成。

其中睡眠呼吸监护仪的检测往往是必需的并能提供直接客观的诊断依据。

它提供的指标一般包括：脑电、眼动、肌电、气流、胸腹运动、鼾声、心电、血氧、体位等。

这种方法至今仍是最可靠、全面的分析方法。

国际上称之为睡眠呼吸障碍诊断的“金标准”[3]。

其原因主要是通过它获得的信息全面,客观性好。

1.4.1 睡眠结构分析对睡眠的结构和进程的了解,是利用多道睡眠检测仪记录多道睡眠图来完成的。

通常应包括两道脑电图(EEG)、两道眼动图(EOG)、一道颌肌电图(EMG)等。

有时还应包括体动、腿动、体位等信号。

睡眠结构一般划分为六期：觉醒期、NREM睡眠-1期、NREM睡眠-2期、NREM睡眠-3期、NREM睡眠-4期、REM 期。

对睡眠结构的分析,则应包括以下内容：①睡眠潜伏期；②觉醒次数和时间；③总睡眠时间；④觉醒比；⑤睡眠效率；⑥睡眠维持率；⑦NREM各期的比例；⑧REM睡眠的分析。

内容包括：a.REM睡眠潜伏期；b.REM睡眠次数；c.REM 睡眠时间(RT)和百分比； d.REM活动度(RA)； e.REM强度(RI)； f.REM密度(RD) [2]。

1.4.2 呼吸事件分析呼吸事件分析的中心任务是识别和记录睡眠期呼吸的低通气或呼吸暂停。

对睡眠呼吸进行监测的指标包括：鼻气流、胸腹呼吸运动、鼾声、血样饱和度、隔肌电图。

有关呼吸事件的分析如下：①呼吸事件的持续时间；②呼吸事件的分类,内容包括： a.睡眠呼吸暂停； b.睡眠低通气； c.呼吸暂停低通气指数；③血氧饱和度水平；④伴有觉醒反映的呼吸事件。

1.4.3 睡眠障碍引起的并发症睡眠呼吸暂停综合征引起长期睡眠低氧血症和高碳酸血症,可随病程延长,成为持续性改变,并继发病理生理改变,从而引起全身各系统的并发症,如心血管系统疾病、神经系统疾病、呼吸系统疾病、消化系统及泌尿系统疾病和代谢障碍。

由睡眠呼吸暂停综合症(SAS),直接和间接引起的有关生理系统变化的信息主要有脑电图、睡眠结构、心率变异、心电图、动脉血压、血液动力学等。

1.4.4 睡眠状态下人体生理信号监测的方法根据不同患者的需要,人体生理信号监测的方法也多种多样,按监测方式划分为：（1）多道睡眠图(PSG) 经典的多导睡眠图(PSG)均以计算机为核心平台,其基本指标包括：脑电、眼动、肌电、气流、胸腹运动、鼾声、心电、血氧、体位等。

也可根据需要增加一些其它指标,如手动、腿动、CO2浓度、食道压力PH、上气道阻力及通气量等[5]；（2）微动灵敏床垫1995年北京空军医学研究所的航空医学专家设计了微动灵敏床垫,测量人体心搏和呼吸对气床垫的压力变化来测量BCG、呼吸、心率和翻身等体动信号,整个床垫分为四个区分别测量、互相校正信号,能准确的测量每次心跳的心动周期。

利用该床垫不仅可以进行睡眠时心率变异性的分析和自主神经功能的评定,而且可以辅助诊断睡眠呼吸暂停综合症；（3）非接触式检测方法电磁波照射人体后,其反射波中必然加载有人体的生理信息,人体微动与回波幅度、相位等之间具有相关性、而人体生理运动(如心跳、呼吸)会引起人体表面微动。