專利名稱：一種嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種人的呼吸監測裝置，特別涉及一種監測嬰兒呼吸暫停的裝置。
背景技術：
嬰兒呼吸暫停是指早產兒呼吸停止超過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。呼吸暫停是一種嚴重現象，主要由嬰兒的睡眠姿勢不當或呼吸通道不暢而引起，如不及時處理，長時間缺氧，可引起腦損害，對嬰兒智力發育具有較大的影響，嚴重者可造成嬰兒死亡。對易發生呼吸暫停的高危嬰兒，單靠臨床的觀察往往不夠，應用監護儀進行監護能及時發現呼吸暫停。目前通常使用四通道監護，即心電、呼吸監護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，上述監護裝置均需要用電極或傳感器等接觸式器件拾取呼吸信號，長時間監護時對嬰兒產生較大的束縛，并且容易阻塞嬰兒的呼吸通道。
發明內容
本發明的目的是提供一種嬰兒呼吸暫停的監測裝置，通過對嬰兒無約束、非接觸的呼吸監測，在嬰兒呼吸暫停時報警提醒，在不影響嬰兒睡眠質量的同時，實現對嬰兒呼吸的非接觸式監測和報警。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的一種嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，包括發射微波信號檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號檢測模塊，對檢測到的呼吸信號比較并進行頻率轉換的呼吸暫停檢測模塊和與設定閾值進行比較并引發警報的聲光報警模塊；其中，呼吸信號檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發射微波信號、并拾取含有嬰兒呼吸信息的反射信號輸出給放大器，放大器對反射信號放大之后通過濾波器得到嬰兒的呼吸信號，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檢測模塊的呼吸信號后，與預設的零檢測結果進行比較，得到包含呼吸頻率的信號，通過單穩態觸發器將呼吸頻率轉換為電壓信號輸出給聲光報警模塊；聲光報警模塊包括譯碼電路和數值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號后對呼吸暫停的次數進行計數，通過與數值比較電路中預設的電壓閾值比較，根據比較的結果，輸出報警信號到聲光報警電路，發出聲、光報警。上述方案中，所述的微波傳感器包括收、發共用的天線、環形器、混頻器、耦合器和振蕩源，所述振蕩源產生24GHZ的微波信號，大部分信號通過耦合器及環形器從天線將微波信號輻射出去，當微波信號被嬰兒胸壁的微動反射后，其回波信號被天線接收，并與信號源的少部分微波在混頻器中進行混頻輸出。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。
與現有的有線呼吸監護裝置相比，本發明具有以下優點1、由于采用微波作為探測媒介，無需任何器件或導線接觸嬰兒身體，從微波信號的發射到接收完全是無線的，可以在3米內實現對嬰兒呼吸信號的無線監測，檢測過程對嬰兒沒有任何束縛，克服了容易阻塞嬰兒的呼吸通道的缺陷。2、嬰兒呼吸運動引起的胸壁位移量約為2-4厘米，本發明設計的呼吸信號檢測模塊的頻率為MGHz，它所能檢測到的最小位移量為1. 25厘米，分辨力強。3、呼吸率檢測準確。傳統的有線呼吸監測裝置需要綁帶將呼吸傳感器綁于嬰兒胸腹部、或將呼吸傳感器置于鼻腔處，嬰兒呼吸的深淺或環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。而本發明設計的呼吸監測裝置，呼吸信號的檢測不受呼吸深度的影響，且呼吸率的檢測采用平均法，呼吸率檢測準確，呼吸率的誤差為1-2次/ 分鐘。4、誤警率低。采用自適應閾值和能量積累兩種方法對嬰兒發生呼吸暫停的情況進行報警，比傳統采用單純的固定閾值的報警方法相比，本發明的誤警率低，誤警率為3%。
以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為本發明的功能結構框圖。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中的聲光報警模塊的電路原理圖。。圖7為1名10個月大的男嬰的呼吸信號。圖8為1名3個月大的女嬰發生呼吸阻塞時的呼吸信號。
具體實施例方式如圖1所示，一種嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，包括發射微波信號檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號檢測模塊，對檢測到的呼吸信號比較并進行頻率轉換的呼吸暫停檢測模塊和與設定閾值進行比較并引發警報的聲光報警模塊。其中，呼吸信號檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發射頻率為MGHz的微波信號，并接收嬰兒胸壁反射的微波信號，輸出給信號放大器，信號放大器對呼吸信號放大之后通過濾波器輸出到呼吸暫停檢測模塊。微波傳感器發射的微波信號直接照射或穿透衣服照射到嬰兒胸壁，由于呼吸運動引起的嬰兒胸壁的微動對微波的反射信號經進行調制，當對接收到含有嬰兒呼吸信息的反射波后進行相干解調，并經過放大、濾波處理后就能提取出嬰兒的呼吸信號。呼吸暫停檢測模塊對呼吸信號進行15-20秒信號內的瞬時呼吸率進行平均，檢測嬰兒的呼吸率；包括電壓比較器，將接收的呼吸信號與預設的零檢測結果進行比較得到呼吸頻率，單穩態觸發器將輸入的呼吸頻率轉換為電壓信號輸出給聲光報警模塊。聲光報警模塊包括譯碼電路和數值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號后對呼吸暫停的次數進行統計，通過與數值比較電路中預設的電壓閾值比較，根據比較的結果，輸出報警信號到聲光報警電路，發出聲、光報警。其中的數值比較電路可自動將嬰兒的相鄰的兩個15-20秒的呼吸率及呼吸能量進行比較，當呼吸率變化量(下一個15-20秒數據段與上一個15-20秒數據段的呼吸率之差)的絕對值大于18次/分鐘或能量比(下一個15-20秒數據段與上一個15-20秒數據段的能量之比)小于0.4時，啟動后續的聲光報警，提示嬰兒的父母改變嬰兒的睡覺姿勢或應急處理。如圖2所示，微波傳感器包括天線(收、發共用)、環形器、混頻器、耦合器和振蕩源。振蕩源由晶振、鎖相環和12GHz壓控振蕩器組成并產生24GHz的微波信號，80%的微波信號通過耦合器和環形器經過發射天線將微波信號輻射出去。當微波信號被嬰兒胸壁的微動信號反射時，其回波信號通過接收天線和環形器，并與20%的振蕩源微波信號進行混頻， 混頻器由相干解調器、低噪聲放大器和低通濾波器組成，混頻后的輸出信號經過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。本發明呼吸信號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 所示的電路結構。其中，放大器由直流偏置電壓電路和兩級放大電路組成；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算放大器能夠正常工作；第一級放大電路提供的最大放大倍數為500，第二級放大電路能夠提供的最大放大倍數10，兩級放大電路最大放大倍數為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，通帶電壓放大倍數為0. 85 ；50Hz陷波器采用文氏橋結構，品質因數為12. 5，帶寬為4Hz.如圖5所示，呼吸暫停檢測模塊包括一個電壓比較器和一個單穩態觸發器。電壓比較器接收來自呼吸信號檢測模塊輸出的嬰兒呼吸信號后，轉換為數字信號，然后經過單穩態觸發器將呼吸頻率轉換為電壓信號輸出給聲光報警模塊。按照呼吸暫停的定義，將單穩態觸發器的時間常數設置為10秒；按照新生兒呼吸頻率一般為40-44次/分、1-12個月為30次/分左右。如圖6所示，聲光報警模塊包括譯碼電路、數值比較電路和報警電路。呼吸暫停檢測模塊的輸出首先經過譯碼電路，對發生呼吸暫停的次數進行計數；然后再經過數值比較器，與數值比較器中預設的電壓閾值比較，根據比較的結果，輸出報警信號到報警器。呼吸暫停的次數大于30時，數值比較器輸出為高電平，啟動聲光報警電路。聲光報警電路由邏輯或門、電壓比較器、蜂鳴器以及發光二極管組成。如圖7所示，采用本發明無線監測裝置非接觸地檢測到1名10個月大的男嬰的呼吸信號。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，波形結果表明嬰兒的呼吸信號波形峰值和谷值對稱，無呼吸暫停癥狀。如圖8所示，采用本發明無線監測裝置檢測到1名3個月大的女嬰的呼吸信號。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，波形結果表明此時嬰兒的呼吸信號接近一條直線，出現了呼吸暫停癥狀，聲光報警器開始工作。本發明公開的嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，通過無線檢測嬰兒的呼吸信號，進而轉換為呼吸頻率信號和電壓信號，與預設的閾值進行比較之后，當發現頻率過低至呼吸暫停時，觸發報警信號，通過發聲/發光報警，進而使得監護人員獲知，及時對嬰兒進行睡姿矯正或其他處理，保證嬰兒的正常呼吸。
權利要求
1.一種嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，其特征在于，包括發射微波信號檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號檢測模塊，對檢測到的呼吸信號比較并進行頻率轉換的呼吸暫停檢測模塊和與設定閾值進行比較并引發警報的聲光報警模塊；其中，呼吸信號檢測模塊包括微波傳感器，微波傳感器向嬰兒胸壁定向發射微波信號、 并拾取含有嬰兒呼吸信息的反射信號輸出給放大器，放大器對反射信號放大之后通過濾波器得到嬰兒的呼吸信號，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檢測模塊的呼吸信號后，與預設的零檢測結果進行比較，得到包含呼吸頻率的信號，通過單穩態觸發器將呼吸頻率轉換為電壓信號輸出給聲光報警模塊；聲光報警模塊包括譯碼電路和數值比較電路，譯碼電路接收呼吸暫停檢測模塊輸出的電壓信號后對呼吸暫停的次數進行計數，通過與數值比較電路中預設的電壓閾值比較，根據比較的結果，輸出報警信號到聲光報警電路，發出聲、光報警。
2.如權利要求1所述的嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，其特征在于，所述的微波傳感器包括收、發共用的天線、環形器、混頻器、耦合器和振蕩源，所述振蕩源產生MGHz的微波信號，大部分信號通過耦合器及環形器從天線將微波信號輻射出去，當微波信號被嬰兒胸壁的微動反射后，其回波信號被天線接收，并與信號源的少部分微波在混頻器中進行混頻輸出。
3.如權利要求1所述的嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，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
本發明公開了一種嬰兒呼吸暫停的無線監測裝置，包括發射微波信號檢測嬰兒呼吸狀況的呼吸信號檢測模塊，對檢測到的呼吸信號比較并進行頻率轉換的呼吸暫停檢測模塊和與設定閾值進行比較并引發警報的聲光報警模塊。本發明通過無線檢測嬰兒的呼吸信號，進而轉換為呼吸頻率信號和電壓信號，與預設的閾值進行比較之后，當發現頻率過低至呼吸暫停時，觸發報警信號，通過發聲/發光報警，進而使得監護人員獲知，及時對嬰兒進行睡姿矯正或其他處理，保證嬰兒的正常呼吸。
文檔編號A61B5/08GK102499686SQ201110335430
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者于霄, 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大學