[发明专利]用于睡眠监测的心肺信号感知与采集系统

说明书

本发明属于睡眠监测技术领域，具体为一种用于家庭睡眠监测的心肺信号感知与采集系统。本发明系统包括信号采集传感器、多模态生理电信号处理模块、信号采集控制模块、无线传输模块、电源功耗管理模块、终端设备，以及相应的嵌入式控制软件程序及信号分析解算模块。本发明使用了大量高度可编程、高集成度、低功耗元器件，结合先进的现代信号处理技术，使得ECG信号、呼吸信号等多模态生理参数的监测变得便携化、简易化、低生产成本化，同时系统具备无察觉式体外检测信号的能力，为家庭睡眠监护以及疾病早期诊断提供了新途径。

技术领域

本发明属于睡眠监测技术领域，具体涉及用于家庭睡眠监测的心肺信号感知与采集系统。

背景技术

人的一生中大约有1/3的时间是在睡眠中度过的，睡眠不仅是生命的必须过程，也是一种复杂的生理及行为过程，良好的睡眠是人们自我调节和自我修复的基础。睡眠的质量以及睡眠时长对于个人健康有着重要的影响。然而现在越来越多的人却饱受睡眠疾病的困扰，根据最新的美国睡眠医学学会（American Academy of Sleep Medicine，AASM）医学睡眠手册，睡眠障碍多达上百种。研究表明，睡眠障碍会引发大量的健康问题，诸如神经衰弱、高血压、高压焦虑、糖尿病以及精神萎靡不振等疾病。目前，有近四成的中国人饱受睡眠障碍的影响。实时的睡眠监测可以对用户的睡眠质量进行详尽的评估，以此帮助用户合理的调节自身睡眠习惯从而达到预防隐形疾病的发生。此外，依托于睡眠中的多模态生理信号，借助临床医学知识对疾病进行早期检测可以极大的提高疾病的预诊率，从而实现疾病的早期干预以实现高效治疗。

在睡眠监测领域，多模态生理信号诸如：浅层睡眠、深层睡眠和快速眼动（REM）睡眠阶段之间的交替频率，呼吸节律，周期性腿动，脑电（Electroencephalogram, EEG）信号、眼电（Electrooculography, EOG）信号、心电（Electrocardiogram, ECG）信号、肌电（Electromyogram, EMG）信号等均可用于睡眠质量评估以及睡眠相关疾病的筛查[1]。然而，EEG信号采集难度大、成本高、解读难度高使得其难以成为日常睡眠监测的首选信号。与之相比，心电（ECG）和呼吸信号等心肺功能信号由于具有明确的临床指导意义，并兼具睡眠质量评估潜力的特性使其成为睡眠监测领域的重要信号之一。心肺信号可以提供全面的心肺、呼吸和体能活动等信息，可用于日常活动分析和疾病诊断，诸如心律失常，缺血，睡眠呼吸暂停等[2]。因此，相关基于心肺信号采集系统的睡眠分析系统引起了科研工作者以及消费电子从业人员的极大兴趣。

传统ECG采集设备利用粘附在人体上的Ag / AgCl电极来感知微弱的ECG心电信号[3] [4]。但其有着一定的局限性，如：以Ag / AgCl电极为代表的湿式电极在使用前需要进行皮肤准备，并且需要借助导电膏使得皮肤-电极间形成一个金属-电解液界面，从而降低皮肤的超高电阻抗获得高信噪比的信号。但是导电膏的涂覆需要在医护人员的帮助下使用大量的时间完成，并且随着电解质在采集过程中挥发以及脱水现象的产生，信号质量不断下降，最终导致采集信号质量变差，此外还有可能导致过敏红肿反应。因此，现有前沿研究中提出来一系列的方法以克服传统电极的缺陷[5]，[6]，[7]。在[5]，[6]中，提出了基于织物电极的ECG采集系统。然而，此类系统在使用中依然需要借助绑带等将电极依附于人体保证信号的传导。在[7]中，一种非接触式ECG采集系统中实现了隔着衣服测量ECG信号的功能。然而该类系统的电极前端均为金属片设计，在睡眠监测环境中此类电极可能会对使用者皮肤造成划伤、磨损等。因此提出一种适用于睡眠监测领域的ECG电极显得尤为重要。