一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法与流程

1.本发明涉及呼吸检测技术领域，特别是涉及一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法。


背景技术：

2.睡眠呼吸暂停综合征是一种常见的多发病，其主要特征是睡眠过程中，口腔、鼻腔停止通气10秒以上，并伴有心率减慢、紫绀或肌张力减低等表现的临床综合征，可分为阻塞型、中枢型和混合型。呼吸暂停时，通气量会降低甚至停止，从而导致人体血氧饱和度下降。长期且频繁发生呼吸暂停可引起严重的低氧血症及睡眠紊乱，并与高血压、心律失常、心脑血管疾病及呼吸衰竭等疾病的发生密切相关，少数受检者可能发生夜间猝死。因此，对睡眠过程中的呼吸暂停进行监测、判断和危险预警就显得尤为重要。
3.目前，传统监测方法是采用多导睡眠仪监测睡眠呼吸暂停综合征，多导睡眠仪通常包括特制床垫及置于床垫内的微动敏感压力传感器，以检测受检者心博、呼吸和其他身体运动所产生的压力变化；然而多导睡眠仪价格高，体积较大，便携度低，且导联线容易影响受检者的睡眠，体验感较差。
4.因此，亟需一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法，能够解决现有睡眠呼吸暂停检测装置价格高、体积大、使用不便且影响睡眠的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法，以解决上述现有睡眠呼吸暂停检测装置价格高、体积大、使用不便且影响睡眠的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统，包括可穿戴式肺音采集设备，所述可穿戴式肺音采集设备设有信号采集模块，所述信号采集模块与信号预处理模块连接，所述信号预处理模块与带通滤波模块连接，所述带通滤波模块与中央控制模块连接，所述中央控制模块还连接有存储模块、电源模块和信号传输模块；
8.还包括与所述信号传输模块无线连接的移动设备，所述移动设备安装有移动应用端；
9.还包括与所述移动设备无线连接的云端服务器，所述云端服务器设有数据处理模块。
10.优选地，所述可穿戴式肺音采集设备包括固定带和设备本体，所述固定带和所述设备本体通过子母扣可拆卸连接，所述信号采集模块、所述信号预处理模块、所述带通滤波模块、所述中央控制模块、所述存储模块、所述电源模块和所述信号传输模块均集成于所述设备本体内。
11.更优选地，所述设备本体还设有显示屏、led显示灯、按键和充电口，所述显示屏、所述led显示灯和所述按键均与所述中央控制模块电性连接，所述充电口与所述电源模块
电性连接。
12.优选地，所述信号采集模块采用压电传感器和/或拾音器。
13.优选地，所述移动设备采用智能手机或平板电脑。
14.优选地，所述移动设备与所述信号传输模块之间通过蓝牙、wifi或nfc无线连接。
15.本发明还提供一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的方法，所述方法包括以下步骤：
16.(1)将可穿戴式肺音采集设备固定于人体上；
17.(2)信号采集模块采集人体肺音；
18.(3)信号预处理对采集的人体肺音进行预处理；
19.(4)带通滤波模块对预处理的人体肺音进行带通滤波；
20.(5)中央控制模块将滤波后的人体肺音通过信号存入存储模块或通过传输模块发送至移动设备；
21.(6)移动设备的移动应用端将接收的人体肺音数据通过互联网或物联网发送至云端服务器；
22.(7)云端服务器的数据处理模块对肺音数据进行睡眠呼吸暂停判断；
23.(8)若判断为发生睡眠呼吸暂停，云端服务器向移动设备发送警示信息进行干预；若判断为没有发生睡眠呼吸暂停，则继续上述步骤。
24.优选地，步骤(3)具体为：对采集的人体肺音进行2db预放大。
25.优选地，步骤(4)具体为：通过由二阶低通有源滤波器组成的模拟滤波电路对预处理的人体肺音进行20-1000hz的带通滤波。
26.优选地，步骤(7)具体为：
27.(71)从肺音数据中读取两秒的肺音信号x，并对肺音进行归一化得到x1，计算公式为：
28.x1＝x/max(abs(x))(1)；
29.(72)对x1进行音频分帧，帧长为wlen，计算各子帧yi的短时能量值e(i)，得出短时能量序列e，其中短时能量的计算公式为：
[0030][0031]
式中，j为肺音x分的帧数；
[0032]
(73)对短时能量序列e进行中值滤波，消除毛刺噪声的影响；
[0033]
(74)比较短时能量序列e中的值与经验阈值thr的大小，并记录e中大于阈值thr的个数num，若num《0.1*wlen，则认为该段信号为呼吸暂停信号，否则为正常呼吸信号；
[0034]
(75)呼吸暂停次数r初始值为0，若当前段肺音信号x为呼吸暂停信号，则r＝r 1，若下段2秒肺音检测为正常信号，r＝0，公式为：
[0035][0036]
若r≥5，则判断为发生一次睡眠呼吸暂停事件；
[0037]
(76)7小时内的呼吸暂停事件发生次数count初始值为0；若r≥5,则count 的记录值加1，公式为：
[0038][0039]
然后将r置0，开始下一呼吸暂停事件记录；若7小时内count≥30，则判断用户出现睡眠呼吸暂停综合征。
[0040]
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0041]
本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法，系统包括可穿戴式肺音采集设备，可穿戴式肺音采集设备设有信号采集模块、信号预处理模块、带通滤波模块、中央控制模块、电源模块、存储模块和信号传输模块；还包括与信号传输模块无线连接的移动设备，移动设备安装有移动应用端；还包括与移动设备无线连接的云端服务器，云端服务器设有数据处理模块；通过将可穿戴式肺音采集设备采集的肺音经处理后发送至移动设备，移动设备再发送至云端服务器进行计算处理，若判定为睡眠呼吸暂停综合征可实时向移动设备发送警示信息进行干预，整个系统成本低，使用方便，使用过程不会对睡眠造成影响，适合大范围推广。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统中可穿戴式肺音采集设备结构示意图；
[0044]
图2为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统中可穿戴式肺音采集设备的设备本体部分实施例1结构示意图；
[0045]
图3为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统中可穿戴式肺音采集设备的设备本体部分实施例2结构示意图；
[0046]
图4为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的方法步骤(7) 流程图；
[0047]
图5为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的方法中正常肺音波形示意图；
[0048]
图6为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的方法中呼吸暂停信号波形示意图；
[0049]
图7为本发明提供的一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的方法中呼吸暂停信号和正常肺音信号短时能量波形对比图；
[0050]
图1中：1：固定带、2：设备本体。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
本发明的目的是提供一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统及方法，以解决现有睡眠呼吸暂停检测装置价格高、体积大、使用不便且影响睡眠的问题。
[0053]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0054]
实施例1：
[0055]
本实施例提供一种用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统，包括可穿戴式肺音采集设备，可穿戴式肺音采集设备设有信号采集模块，信号采集模块与信号预处理模块连接，信号预处理模块与带通滤波模块连接，带通滤波模块与中央控制模块连接，中央控制模块还连接有存储模块、电源模块和信号传输模块；还包括与信号传输模块无线连接的移动设备，移动设备安装有移动应用端；还包括与移动设备无线连接的云端服务器，云端服务器设有数据处理模块。
[0056]
具体地，如图1和2所示，可穿戴式肺音采集设备包括固定带1和设备本体2，固定带1和设备本体2通过子母扣可拆卸连接，信号采集模块、信号预处理模块、带通滤波模块、中央控制模块、存储模块、电源模块和信号传输模块均集成于设备本体2内。
[0057]
可穿戴式肺音采集设备的使用方法为：设备本体2上配有两个母扣暗扣，固定带1上设有两个子扣，通过子母扣相扣，可将设备本体2与固定带1相连；通过固定带1将设备本体2固定在人体指定位置，固定带1大小可调节。
[0058]
进一步地，信号采集模块采用压电传感器和拾音器。
[0059]
进一步地，移动设备采用智能手机，在其他实施例中还可以采用平板电脑作为移动设备，只要能够实现数据传输功能，均在本发明保护的范围内。
[0060]
进一步地，移动设备与信号传输模块之间通过蓝牙连接，在其他实施例中还可以采用wifi或nfc无线连接，只要能够实现无线传输，均在本发明保护的范围内。
[0061]
本实施例1还提供了上述用于检测并干预睡眠呼吸暂停的系统的实现方法，如图4-7所示，方法包括以下步骤：
[0062]
(1)将可穿戴式肺音采集设备固定于人体上；
[0063]
(2)信号采集模块采集人体肺音；
[0064]
(3)信号预处理对采集的人体肺音进行预处理；
[0065]
(4)带通滤波模块对预处理的人体肺音进行带通滤波；
[0066]
(5)中央控制模块将滤波后的人体肺音存入存储模块或通过信号传输模块发送至移动设备；
[0067]
(6)移动设备的移动应用端将接收的人体肺音数据通过互联网或物联网发送至云端服务器；
[0068]
(7)云端服务器的数据处理模块对肺音数据进行睡眠呼吸暂停判断；
[0069]
(8)若判断为发生睡眠呼吸暂停，云端服务器向移动设备发送警示信息进行干预；若判断为没有发生睡眠呼吸暂停，则继续上述步骤。
[0070]
其中，步骤(3)具体为：对采集的人体肺音进行2db预放大。
[0071]
进一步地，步骤(4)具体为：通过由二阶低通有源滤波器组成的模拟滤波电路对预处理的人体肺音进行20-1000hz的带通滤波。
[0072]
进一步地，步骤(7)具体为：
[0073]
(71)从肺音数据中读取两秒的肺音信号x，并对肺音进行归一化得到x1，计算公式为：
[0074]
x1＝x/max(abs(x))(1)；
[0075]
(72)对x1进行音频分帧，帧长为wlen，计算各子帧yi的短时能量值e(i)，得出短时能量序列e，其中短时能量的计算公式为：
[0076][0077]
式中，j为肺音x分的帧数；
[0078]
(73)对短时能量序列e进行中值滤波，消除毛刺噪声的影响；
[0079]
(74)比较短时能量序列e中的值与经验阈值thr的大小，并记录e中大于阈值thr的个数num，若num《0.1*wlen，则认为该段信号为呼吸暂停信号，否则为正常呼吸信号；
[0080]
(75)呼吸暂停次数r初始值为0，若当前段肺音信号x为呼吸暂停信号，则r＝r 1，若下段2秒肺音检测为正常信号，r＝0，公式为：
[0081][0082]
若r≥5，则判断为发生一次睡眠呼吸暂停事件；
[0083]
(76)7小时内的呼吸暂停事件发生次数count初始值为0；若r≥5,则count的记录值加1，公式为：
[0084][0085]
然后将r置0，开始下一呼吸暂停事件记录；若7小时内count≥30，则判断用户出现睡眠呼吸暂停综合征，云端服务器发送警示信息，并进行干预。
[0086]
实施例2：
[0087]
作为实施例1的升级方案，本实施例在实施例1中设备本体的基础上增加了多路传感器以采集不同位置的肺音，还设置了显示屏、led显示灯、按键和充电口，显示屏、led显示灯和按键均与中央控制模块电性连接，方便显示和控制，充电口与电源模块电性连接，方便充电。
[0088]
本实施例除设备本体与实施例1不同外，其与结构和原理均与实施例1相同。
[0089]
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。