專利名稱：一種嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人的呼吸監(jiān)測裝置，特別涉及一種監(jiān)測嬰兒呼吸暫停的裝置。
背景技術(shù)：
嬰兒呼吸暫停是指早產(chǎn)兒呼吸停止超過20秒，足月小兒呼吸停止超過15秒，常見于2周-1歲之間嬰兒睡眠過程中。呼吸暫停是一種嚴(yán)重現(xiàn)象，主要由嬰兒的睡眠姿勢不當(dāng)或呼吸通道不暢而引起，如不及時(shí)處理，長時(shí)間缺氧，可引起腦損害，對(duì)嬰兒智力發(fā)育具有較大的影響，嚴(yán)重者可造成嬰兒死亡。對(duì)易發(fā)生呼吸暫停的高危嬰兒，單靠臨床的觀察往往不夠，應(yīng)用監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行監(jiān)護(hù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)呼吸暫停。目前通常使用四通道監(jiān)護(hù)，即心電、呼吸監(jiān)護(hù)加上脈搏氧飽和度和外鼻孔下的熱敏傳感器，特別是鼻孔下熱敏傳感器能記錄呼吸道的氣流變化，有助于診斷阻塞性呼吸暫停。但是，上述監(jiān)護(hù)裝置均需要用電極或傳感器等接觸式器件拾取呼吸信號(hào)，長時(shí)間監(jiān)護(hù)時(shí)對(duì)嬰兒產(chǎn)生較大的束縛，并且容易阻塞嬰兒的呼吸通道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種嬰兒呼吸暫停的監(jiān)測裝置，通過對(duì)嬰兒無約束、非接觸的呼吸監(jiān)測，在嬰兒呼吸暫停時(shí)報(bào)警提醒，在不影響嬰兒睡眠質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)嬰兒呼吸的非接觸式監(jiān)測和報(bào)警。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，包括發(fā)射微波信號(hào)檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號(hào)檢測模塊，對(duì)檢測到的呼吸信號(hào)比較并進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的呼吸暫停檢測模塊和與設(shè)定閾值進(jìn)行比較并引發(fā)警報(bào)的聲光報(bào)警模塊；其中，呼吸信號(hào)檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發(fā)射微波信號(hào)、并拾取含有嬰兒呼吸信息的反射信號(hào)輸出給放大器，放大器對(duì)反射信號(hào)放大之后通過濾波器得到嬰兒的呼吸信號(hào)，輸出到呼吸暫停檢測模塊；呼吸暫停檢測模塊包括電壓比較器，電壓比較器接受來自呼吸信號(hào)檢測模塊的呼吸信號(hào)后，與預(yù)設(shè)的零檢測結(jié)果進(jìn)行比較，得到包含呼吸頻率的信號(hào)，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將呼吸頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出給聲光報(bào)警模塊；聲光報(bào)警模塊包括譯碼電路和數(shù)值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號(hào)后對(duì)呼吸暫停的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過與數(shù)值比較電路中預(yù)設(shè)的電壓閾值比較，根據(jù)比較的結(jié)果，輸出報(bào)警信號(hào)到聲光報(bào)警電路，發(fā)出聲、光報(bào)警。上述方案中，所述的微波傳感器包括收、發(fā)共用的天線、環(huán)形器、混頻器、耦合器和振蕩源，所述振蕩源產(chǎn)生24GHZ的微波信號(hào)，大部分信號(hào)通過耦合器及環(huán)形器從天線將微波信號(hào)輻射出去，當(dāng)微波信號(hào)被嬰兒胸壁的微動(dòng)反射后，其回波信號(hào)被天線接收，并與信號(hào)源的少部分微波在混頻器中進(jìn)行混頻輸出。所述放大器為5000倍放大器，所述濾波器為0. 5Hz的有源低通濾波器。
與現(xiàn)有的有線呼吸監(jiān)護(hù)裝置相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用微波作為探測媒介，無需任何器件或?qū)Ь€接觸嬰兒身體，從微波信號(hào)的發(fā)射到接收完全是無線的，可以在3米內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)嬰兒呼吸信號(hào)的無線監(jiān)測，檢測過程對(duì)嬰兒沒有任何束縛，克服了容易阻塞嬰兒的呼吸通道的缺陷。2、嬰兒呼吸運(yùn)動(dòng)引起的胸壁位移量約為2-4厘米，本發(fā)明設(shè)計(jì)的呼吸信號(hào)檢測模塊的頻率為MGHz，它所能檢測到的最小位移量為1. 25厘米，分辨力強(qiáng)。3、呼吸率檢測準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的有線呼吸監(jiān)測裝置需要綁帶將呼吸傳感器綁于嬰兒胸腹部、或?qū)⒑粑鼈鞲衅髦糜诒乔惶帲瑡雰汉粑纳顪\或環(huán)境溫度的變化都將影響呼吸率的檢測，呼吸率的誤差為4-6次/分鐘。而本發(fā)明設(shè)計(jì)的呼吸監(jiān)測裝置，呼吸信號(hào)的檢測不受呼吸深度的影響，且呼吸率的檢測采用平均法，呼吸率檢測準(zhǔn)確，呼吸率的誤差為1-2次/ 分鐘。4、誤警率低。采用自適應(yīng)閾值和能量積累兩種方法對(duì)嬰兒發(fā)生呼吸暫停的情況進(jìn)行報(bào)警，比傳統(tǒng)采用單純的固定閾值的報(bào)警方法相比，本發(fā)明的誤警率低，誤警率為3%。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明的功能結(jié)構(gòu)框圖。圖2為圖1中的微波傳感器電路原理圖。圖3為圖1中的放大器電路原理圖。
圖4為圖1中的濾波器電路原理圖。圖5為圖1中的呼吸暫停檢測模塊的電路原理圖。圖6為圖1中的聲光報(bào)警模塊的電路原理圖。。圖7為1名10個(gè)月大的男嬰的呼吸信號(hào)。圖8為1名3個(gè)月大的女嬰發(fā)生呼吸阻塞時(shí)的呼吸信號(hào)。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，包括發(fā)射微波信號(hào)檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號(hào)檢測模塊，對(duì)檢測到的呼吸信號(hào)比較并進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的呼吸暫停檢測模塊和與設(shè)定閾值進(jìn)行比較并引發(fā)警報(bào)的聲光報(bào)警模塊。其中，呼吸信號(hào)檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發(fā)射頻率為MGHz的微波信號(hào)，并接收嬰兒胸壁反射的微波信號(hào)，輸出給信號(hào)放大器，信號(hào)放大器對(duì)呼吸信號(hào)放大之后通過濾波器輸出到呼吸暫停檢測模塊。微波傳感器發(fā)射的微波信號(hào)直接照射或穿透衣服照射到嬰兒胸壁，由于呼吸運(yùn)動(dòng)引起的嬰兒胸壁的微動(dòng)對(duì)微波的反射信號(hào)經(jīng)進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)對(duì)接收到含有嬰兒呼吸信息的反射波后進(jìn)行相干解調(diào)，并經(jīng)過放大、濾波處理后就能提取出嬰兒的呼吸信號(hào)。呼吸暫停檢測模塊對(duì)呼吸信號(hào)進(jìn)行15-20秒信號(hào)內(nèi)的瞬時(shí)呼吸率進(jìn)行平均，檢測嬰兒的呼吸率；包括電壓比較器，將接收的呼吸信號(hào)與預(yù)設(shè)的零檢測結(jié)果進(jìn)行比較得到呼吸頻率，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將輸入的呼吸頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出給聲光報(bào)警模塊。聲光報(bào)警模塊包括譯碼電路和數(shù)值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號(hào)后對(duì)呼吸暫停的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過與數(shù)值比較電路中預(yù)設(shè)的電壓閾值比較，根據(jù)比較的結(jié)果，輸出報(bào)警信號(hào)到聲光報(bào)警電路，發(fā)出聲、光報(bào)警。其中的數(shù)值比較電路可自動(dòng)將嬰兒的相鄰的兩個(gè)15-20秒的呼吸率及呼吸能量進(jìn)行比較，當(dāng)呼吸率變化量(下一個(gè)15-20秒數(shù)據(jù)段與上一個(gè)15-20秒數(shù)據(jù)段的呼吸率之差)的絕對(duì)值大于18次/分鐘或能量比(下一個(gè)15-20秒數(shù)據(jù)段與上一個(gè)15-20秒數(shù)據(jù)段的能量之比)小于0.4時(shí)，啟動(dòng)后續(xù)的聲光報(bào)警，提示嬰兒的父母改變嬰兒的睡覺姿勢或應(yīng)急處理。如圖2所示，微波傳感器包括天線(收、發(fā)共用)、環(huán)形器、混頻器、耦合器和振蕩源。振蕩源由晶振、鎖相環(huán)和12GHz壓控振蕩器組成并產(chǎn)生24GHz的微波信號(hào)，80%的微波信號(hào)通過耦合器和環(huán)形器經(jīng)過發(fā)射天線將微波信號(hào)輻射出去。當(dāng)微波信號(hào)被嬰兒胸壁的微動(dòng)信號(hào)反射時(shí)，其回波信號(hào)通過接收天線和環(huán)形器，并與20%的振蕩源微波信號(hào)進(jìn)行混頻， 混頻器由相干解調(diào)器、低噪聲放大器和低通濾波器組成，混頻后的輸出信號(hào)經(jīng)過5000倍的放大和0. 5Hz有源低通濾波器處理后，得到嬰兒的呼吸信號(hào)。本發(fā)明呼吸信號(hào)檢測模塊中的放大器、濾波器的具體電路可分別采用如圖3、圖4 所示的電路結(jié)構(gòu)。其中，放大器由直流偏置電壓電路和兩級(jí)放大電路組成；直流偏置電壓電路為放大電路提供電源電壓一半值的直流電壓，保證單電源供電的運(yùn)算放大器能夠正常工作；第一級(jí)放大電路提供的最大放大倍數(shù)為500，第二級(jí)放大電路能夠提供的最大放大倍數(shù)10，兩級(jí)放大電路最大放大倍數(shù)為5000。濾波器由四階有源低通濾波器和50Hz有源帶阻濾波器組成，其中低通濾波器的截止頻率為0. 5Hz，通帶電壓放大倍數(shù)為0. 85 ；50Hz陷波器采用文氏橋結(jié)構(gòu)，品質(zhì)因數(shù)為12. 5，帶寬為4Hz.如圖5所示，呼吸暫停檢測模塊包括一個(gè)電壓比較器和一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。電壓比較器接收來自呼吸信號(hào)檢測模塊輸出的嬰兒呼吸信號(hào)后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將呼吸頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出給聲光報(bào)警模塊。按照呼吸暫停的定義，將單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)間常數(shù)設(shè)置為10秒；按照新生兒呼吸頻率一般為40-44次/分、1-12個(gè)月為30次/分左右。如圖6所示，聲光報(bào)警模塊包括譯碼電路、數(shù)值比較電路和報(bào)警電路。呼吸暫停檢測模塊的輸出首先經(jīng)過譯碼電路，對(duì)發(fā)生呼吸暫停的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；然后再經(jīng)過數(shù)值比較器，與數(shù)值比較器中預(yù)設(shè)的電壓閾值比較，根據(jù)比較的結(jié)果，輸出報(bào)警信號(hào)到報(bào)警器。呼吸暫停的次數(shù)大于30時(shí)，數(shù)值比較器輸出為高電平，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路。聲光報(bào)警電路由邏輯或門、電壓比較器、蜂鳴器以及發(fā)光二極管組成。如圖7所示，采用本發(fā)明無線監(jiān)測裝置非接觸地檢測到1名10個(gè)月大的男嬰的呼吸信號(hào)。天線與嬰兒胸部距離為2米，無需任何電纜線或傳感器接觸嬰兒的身體，波形結(jié)果表明嬰兒的呼吸信號(hào)波形峰值和谷值對(duì)稱，無呼吸暫停癥狀。如圖8所示，采用本發(fā)明無線監(jiān)測裝置檢測到1名3個(gè)月大的女嬰的呼吸信號(hào)。天線與嬰兒胸部距離為2. 5米，無需任何電纜線或傳感器接觸嬰兒的身體，波形結(jié)果表明此時(shí)嬰兒的呼吸信號(hào)接近一條直線，出現(xiàn)了呼吸暫停癥狀，聲光報(bào)警器開始工作。本發(fā)明公開的嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，通過無線檢測嬰兒的呼吸信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為呼吸頻率信號(hào)和電壓信號(hào)，與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較之后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)頻率過低至呼吸暫停時(shí)，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，通過發(fā)聲/發(fā)光報(bào)警，進(jìn)而使得監(jiān)護(hù)人員獲知，及時(shí)對(duì)嬰兒進(jìn)行睡姿矯正或其他處理，保證嬰兒的正常呼吸。
權(quán)利要求
1.一種嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括發(fā)射微波信號(hào)檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號(hào)檢測模塊，對(duì)檢測到的呼吸信號(hào)比較并進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的呼吸暫停檢測模塊和與設(shè)定閾值進(jìn)行比較并引發(fā)警報(bào)的聲光報(bào)警模塊；其中，呼吸信號(hào)檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發(fā)射微波信號(hào)、 并拾取含有嬰兒呼吸信息的反射信號(hào)輸出給放大器，放大器對(duì)反射信號(hào)放大之后通過濾波器得到嬰兒的呼吸信號(hào)，輸出到呼吸暫停檢測模塊；呼吸暫停檢測模塊包括電壓比較器，電壓比較器接受來自呼吸信號(hào)檢測模塊的呼吸信號(hào)后，與預(yù)設(shè)的零檢測結(jié)果進(jìn)行比較，得到包含呼吸頻率的信號(hào)，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將呼吸頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出給聲光報(bào)警模塊；聲光報(bào)警模塊包括譯碼電路和數(shù)值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號(hào)后對(duì)呼吸暫停的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過與數(shù)值比較電路中預(yù)設(shè)的電壓閾值比較，根據(jù)比較的結(jié)果，輸出報(bào)警信號(hào)到聲光報(bào)警電路，發(fā)出聲、光報(bào)警。
2.如權(quán)利要求1所述的嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的微波傳感器包括收、發(fā)共用的天線、環(huán)形器、混頻器、耦合器和振蕩源，所述振蕩源產(chǎn)生MGHz的微波信號(hào)，大部分信號(hào)通過耦合器及環(huán)形器從天線將微波信號(hào)輻射出去，當(dāng)微波信號(hào)被嬰兒胸壁的微動(dòng)反射后，其回波信號(hào)被天線接收，并與信號(hào)源的少部分微波在混頻器中進(jìn)行混頻輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的放大器為 5000倍的放大器，所述濾波器為0. 5Hz的有源低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嬰兒呼吸暫停的無線監(jiān)測裝置，包括發(fā)射微波信號(hào)檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號(hào)檢測模塊，對(duì)檢測到的呼吸信號(hào)比較并進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的呼吸暫停檢測模塊和與設(shè)定閾值進(jìn)行比較并引發(fā)警報(bào)的聲光報(bào)警模塊。本發(fā)明通過無線檢測嬰兒的呼吸信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為呼吸頻率信號(hào)和電壓信號(hào)，與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較之后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)頻率過低至呼吸暫停時(shí)，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，通過發(fā)聲/發(fā)光報(bào)警，進(jìn)而使得監(jiān)護(hù)人員獲知，及時(shí)對(duì)嬰兒進(jìn)行睡姿矯正或其他處理，保證嬰兒的正常呼吸。
文檔編號(hào)A61B5/08GK102499686SQ201110335430
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者于霄, 張楊, 楊芳, 王健琪, 荊西京, 路國華 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)