謝春寧

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶，163318）

呼吸暫停監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

謝春寧

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶，163318）

本文研究了一種基于單片機(jī)nRF401的呼吸暫停檢測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)了無(wú)線化的條件下，可以對(duì)患者有無(wú)呼吸暫停及其頻率進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)體積小，操作簡(jiǎn)易，并且使用了一種高效數(shù)據(jù)收集技術(shù)，使得信號(hào)的處理更加方便、快捷、精準(zhǔn)。該系統(tǒng)可以在不影響患者正常休息的狀態(tài)下實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)，非常適合大范圍的推廣應(yīng)用。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；無(wú)線化；呼吸暫停

0 前言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于各類疾病的重視程度也在不斷的提高。呼吸暫停類疾病作為一種能引起高血壓等致人死亡的疾病，也越來(lái)越受到患者及醫(yī)療工作者們的重視。目前，國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)其診斷多為對(duì)睡眠過(guò)程中呼吸等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于現(xiàn)有的設(shè)備較為復(fù)雜，需要在患者身上使用大量的儀器，不僅影響病患的正常休息，并且對(duì)操作人員的要求較高，雖然測(cè)量結(jié)果精度很高，但實(shí)用性較差，不利于推廣應(yīng)用。針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，具有價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，精度較高，使用范圍廣泛等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文開(kāi)發(fā)的這一系統(tǒng)采用電路較少的收發(fā)芯片nRF401，僅要求使用單片機(jī)就可以控制芯片的使用。在此基礎(chǔ)上，使用數(shù)字傳感器來(lái)提取患者的呼吸信號(hào)，之后運(yùn)用信號(hào)發(fā)射裝置將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射，接收裝置接收到信號(hào)后，由單片機(jī)負(fù)責(zé)把接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，將患者在睡眠過(guò)程中是否出現(xiàn)過(guò)呼吸暫停，及呼吸暫停的數(shù)量反映出來(lái)。

2 信號(hào)的提取及收發(fā)

2.1 信號(hào)提取的方法

由于人在呼吸的過(guò)程中，鼻子和嘴在向外呼氣是是呼出具有一定溫度的氣體，因此，可以采用溫度感應(yīng)的方法，即在其附近安置溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)氣體溫度的變化，從而的到患者的呼吸信號(hào)。

2.2 信號(hào)的發(fā)射

收發(fā)芯片的功率能夠變化，最大的工作頻率為18k，最高功率8dBm。運(yùn)用機(jī)器對(duì)發(fā)射來(lái)進(jìn)行設(shè)置，之后將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。

2.3 信號(hào)接收及處理系統(tǒng)

接收裝置接收到數(shù)字信號(hào)，把它發(fā)送到處理裝置來(lái)進(jìn)行信號(hào)的分析，測(cè)量呼吸過(guò)程中出現(xiàn)停頓的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間大于10秒鐘的時(shí)候開(kāi)機(jī)監(jiān)測(cè)，并且把結(jié)果反饋到顯示裝置上，最終得到監(jiān)測(cè)的結(jié)果。

2.4 軟件的具體設(shè)計(jì)

本文開(kāi)發(fā)的這一系統(tǒng)在工作過(guò)程中，信號(hào)的觀測(cè)、傳輸、接收、數(shù)據(jù)分析等都是使用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制的。

2.4.1 軟件的設(shè)計(jì)

即使本系統(tǒng)的儀器安裝方法易上手，也需要在安裝時(shí)有嚴(yán)格的安裝步驟。如果安裝不對(duì)，就沒(méi)有辦法檢測(cè)到準(zhǔn)確和完整的信號(hào)。因此，在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，此問(wèn)題是一個(gè)較為關(guān)鍵的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，如果在使用過(guò)程中選擇結(jié)束的時(shí)候，就需要研究結(jié)束這一指令對(duì)于整體工作的影響。軟件的具體工作順序?yàn)榘ɑ謴?fù)程序，寫程度以及讀程序。La及Lb這兩個(gè)零件可確定結(jié)果的精度。當(dāng)L1L0="00"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留8位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是83.62.75ms；當(dāng)L1L0="01"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留9位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是166.7ms；當(dāng)L1L0="10"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留10位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是366ms；當(dāng)L1L0="11"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留11位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是694ms；在沒(méi)有進(jìn)行編程的情況下，系統(tǒng)默認(rèn)的計(jì)算結(jié)果可以保留11位。

2.4.2 對(duì)于單片機(jī)程序的編制

基于本系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射及接收都是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)為形式完成的，因此，可以使用單片機(jī)把芯片編輯成發(fā)生或者接收模式。為了較少系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的輻射以及信號(hào)之間的相互擾亂，所以，在開(kāi)機(jī)的時(shí)候輸入腳一定要維持在low的狀態(tài)，用于保證合成器可以在穩(wěn)定的情況下運(yùn)行。

2.4.3 呼吸信號(hào)的分析

把收集到的呼吸信號(hào)傳輸至接受裝置，對(duì)接受到的溫度的信號(hào)分析。在通常的情況下，收集到的患者呼出的氣體的溫度約為35攝氏度，但是假設(shè)我們僅僅憑借收集到的溫度值來(lái)判定患者有無(wú)呼吸暫停的病癥出現(xiàn)，就會(huì)受到病患周圍溫度的高低而產(chǎn)生的誤差。假設(shè)病患周圍的溫度較高或者是較低，就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤判定的結(jié)果。因此，本系統(tǒng)采用的方法是監(jiān)測(cè)溫度變化的程度。即使病患周圍的溫度高低會(huì)對(duì)于監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生誤差，不過(guò)因?yàn)榛颊吆舫龅膸в袦囟鹊臍怏w而引起的溫度起伏總是可以精確的加以收集分析。運(yùn)用一定的調(diào)整方法，就可以比較成功的消除由于患者周圍溫度的變化而產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)誤差。

2.4.4 顯示及記數(shù)系統(tǒng)

如果病患口鼻的溫度在10秒或更長(zhǎng)的時(shí)間里依然無(wú)變化的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將呼吸暫停次數(shù)加一。但是假設(shè)有一定程度的暫停情況發(fā)生，但是并沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的時(shí)間，則計(jì)時(shí)系統(tǒng)就會(huì)放棄此次計(jì)時(shí)，進(jìn)入主菜單并準(zhǔn)備下一次監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)論

本文主要研究了一種應(yīng)用于呼吸暫停檢測(cè)的軟件及新的信號(hào)收集的方式。本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性信號(hào)收集的基礎(chǔ)上，擁有較高的精確程度。將此系統(tǒng)用于實(shí)際應(yīng)用，在對(duì)9名患者進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，效果為88%，只當(dāng)監(jiān)測(cè)的過(guò)程發(fā)生極其強(qiáng)烈的干擾時(shí)才會(huì)發(fā)生誤判。因此，此系統(tǒng)作為一種行之有效的監(jiān)測(cè)裝置，可以大范圍的進(jìn)行推廣，并且可以對(duì)呼吸暫定類病癥的發(fā)現(xiàn)及治療有很大的幫助。

[1] Dallars Semiconductor.DS18B20 ProgrammableResolution 1-wire DigitalThermometer[EB/OL].2003http://www. dalsemi.com

[2] 周月霞，孫傳友.DS18B20硬件連接與軟件編程[J].傳感器世界,2001(12):32-36.

[3] nRF24LE1[EB/OL].http://www.freqchina.com,訊通科技,2005.

[4] Nordic SemiconductorASA．nRF401,Datasheet[EB/ OL].2007,1．

[5] cavusoglu M，Design and implementation of aprogrammable apnea monitoring system [C]// EuropeanSignal Processing Conference,Sep2005,

[6] 李建東.移動(dòng)通信[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[7] Ishida R,Yonezawa Y,Maki HAwearable, mobilephonebased respiration monitoring system for sleepapnea syndrome detection. Biomed Sci Instrum2005;41:289-93.

謝春寧，黑龍江省哈爾濱賓縣，東北石油大學(xué)在讀本科生

The application of apnea monitoring system

Xie Chunning
(Northeast Petroleum University,Daqing,163318,China)

This paper study a kind of apnea detection system based on single chip nRF401,Under the condition of realized wireless,whether to patients apnea and frequency of effective monitoring.This system is small in size,easy to operate,and use a kind of high efficient data collection technology,the signal processing is more convenient,fast and accurate.The system can without affect patients normal resting state to implement effective monitoring,very suitable for a wide range of application and dissemination.

Monitoring system;wireless;apnea

圖1 系統(tǒng)示意圖