便攜式睡眠監(jiān)測儀的設(shè)計研究.pdf

1、人的一生中大約有三分之一的時間是在睡眠度過的，通過睡眠可以：①消除疲勞和恢復(fù)體力；②使大腦得到休息，以恢復(fù)精力；③增強免疫力；④促進人的生長發(fā)育；⑤延緩衰老；⑥使人放松，有利于人的心理健康；⑦有利于皮膚美容等。睡眠質(zhì)量的好壞影響直接影響人的身體健康。然而，目前還沒有簡便的方法可以讓人們了解自己的睡眠結(jié)構(gòu)，睡眠的重要性還未得到充分的認(rèn)識。目前進行睡眠監(jiān)測診斷的儀器主要為多導(dǎo)睡眠圖儀(PSG)，該設(shè)備比較復(fù)雜，需要在病人身上粘貼的傳感器多，

2、給病人帶來的生理心理負(fù)荷大，對病人的睡眠造成嚴(yán)重的影響，且價格昂貴，不便于隨身攜帶和推廣。在只需單純判斷睡眠質(zhì)量的情況下，是不需要監(jiān)測如PSG一樣全面的生理信號的。光電容積脈搏波作為一種極易獲取到的信號，不僅包含有心搏功能、血液流動等諸多心血管系統(tǒng)的重要生理信息，同時包含有豐富的微循環(huán)生理病理信息，是研究人體循環(huán)系統(tǒng)重要的信息來源。在睡眠過程中，脈搏會隨著睡眠深度的不同而有所變化，通過分析可從脈搏中分離出睡眠相關(guān)信息?；诖?，本文采用了

3、一種僅通過監(jiān)測雙光源手指脈搏信號來完成病人睡眠監(jiān)測的方法，設(shè)計出便攜式的睡眠監(jiān)測儀，首先通過硬件電路采集整夜的雙光源手指脈搏信號，再通過上位機軟件進行信號分析，從中分離出睡眠相關(guān)信息，繼而對睡眠質(zhì)量進行客觀評估。
　　文中介紹了手指光電脈搏波的采集原理及方法，比較了有創(chuàng)檢測方法和無創(chuàng)檢測方法的優(yōu)劣，并對其數(shù)學(xué)模型進行了簡要介紹，說明了測量血氧飽和度時選用雙光源的原因及對光源波長的要求。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，實際電路設(shè)計中需要采集的參數(shù)為：

4、近紅外和紅外透射光的最大強度maxI和'maxI(脈搏波直流成分)及由于脈搏搏動而引起的透射光強度變化量maxID和'maxID(脈搏波交流成分)。另外，測量血氧飽和度之前還需要對脈搏血氧曲線進行定標(biāo)，文中討論了傳統(tǒng)和現(xiàn)代定標(biāo)方式的優(yōu)缺點，并對影響血氧飽和度測量的因素進行了說明。
　　下位機部分，利用MSP430FG439為核心開發(fā)了睡眠監(jiān)測儀的信號采集系統(tǒng)，詳細介紹了其各模塊的原理、構(gòu)成及控制方式。用H橋式恒流源的方式對脈搏探頭

5、進行驅(qū)動，既可實現(xiàn)脈搏探頭LED的分時驅(qū)動，又可實現(xiàn)其光源強度的動態(tài)調(diào)節(jié)。利用單片機內(nèi)部放大器和DAC、ADC并配合一定的算法，用數(shù)字和模擬相結(jié)合的方式完成了脈搏波直流及交流成分的采集，并完成對瞬時SPO2和RRI的計算。通過編程，系統(tǒng)還可實現(xiàn)探頭的脫落報警以及自動低功耗處理。最后，將血氧、脈搏波數(shù)據(jù)、RRI存儲到大容量FLASH中，以供后期上位機分析。
　　上位機部分，通過VC++和MATLAB混合編程的方法設(shè)計了睡眠監(jiān)測儀的數(shù)

6、據(jù)分析系統(tǒng)。通過串口接收到的數(shù)據(jù)，按照既定協(xié)議進行解碼后，得到對應(yīng)時間點的脈搏、RRI及SPO2數(shù)據(jù)。下位機和上位機之間的通訊，采用實時接收和非實時接收兩種模式。實時接收模式，在采集數(shù)據(jù)的同時即開始傳輸數(shù)據(jù)，可用于對脈搏、RRI及血氧的實時監(jiān)控；非實時接收模式，先將數(shù)據(jù)存儲到FALSH中，采集完畢后，將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一傳輸。數(shù)據(jù)分析時，分別從HRV的時域、頻域及非線性方面，脈搏波的波形特征方面和脈率及SPO2隨睡眠的變化趨勢方面分析了各參數(shù)