基于生物雷達(dá)的非接觸睡眠狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的初步研究.pdf

1、睡眠是人體不可或缺的生命活動(dòng)之一,占據(jù)了人生三分之一的時(shí)間。由于人在睡眠狀態(tài)下的生理活動(dòng)和心理活動(dòng)均處于靜息狀態(tài),所以我們可以通過監(jiān)測睡眠狀態(tài),發(fā)現(xiàn)某些隱藏在覺醒狀態(tài)下不易被察覺到的疾病隱患或致病因素,進(jìn)而為某些疾病的診斷提供一些有參考價(jià)值的信息。
　　隨著睡眠醫(yī)學(xué)的發(fā)展,各種睡眠疾病已引起人們的關(guān)注,特別是睡眠呼吸暫停綜合征的診斷及治療倍受關(guān)注。睡眠呼吸暫停是指睡眠過程中呼吸暫停次數(shù)達(dá)到每小時(shí)5次以上或7小時(shí)的睡眠過程中暫停次數(shù)

2、超過30次,若該現(xiàn)象頻繁發(fā)生,并且長年累月得不到有效治療,將會(huì)對(duì)健康造成嚴(yán)重后果。
　　常用于監(jiān)測睡眠呼吸暫停綜合征的黃金方法為多導(dǎo)睡眠圖(Polysomnography,PSG)。該方法需要多個(gè)電極與人體長時(shí)間接觸,常用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,不宜于家庭睡眠監(jiān)護(hù)。相對(duì)較簡單的腕式活動(dòng)記錄儀在獲取數(shù)據(jù)上具有一定的局限性。因此,為了在更加舒適、自然的環(huán)境中對(duì)人體睡眠進(jìn)行監(jiān)測,研制出了無電極的床墊式多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng),但是進(jìn)行監(jiān)測時(shí),測試者需躺在

3、特制的床墊上,這可能影響測試者的睡眠質(zhì)量,進(jìn)而影響睡眠指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果。
　　生物雷達(dá)能夠穿透衣物、被褥等非金屬介質(zhì),非接觸式的檢測到人體的呼吸信號(hào),在家庭睡眠監(jiān)護(hù)方面具有優(yōu)勢。因此,本研究利用微功率生物雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)人體睡眠進(jìn)行監(jiān)護(hù),期望達(dá)到對(duì)睡眠呼吸暫停進(jìn)行初步篩選的目的。同時(shí),由于睡眠呼吸暫停在人體不自知的情況下發(fā)生,若長時(shí)間不能恢復(fù)呼吸,則有可能威脅到人體生命安全,此時(shí)就需要通過警報(bào)系統(tǒng)及時(shí)將人體從睡眠狀態(tài)下喚醒。為此,本研究完

4、成了以下工作:
　　1、建立了同步采集系統(tǒng),對(duì)雷達(dá)采集到的呼吸信號(hào)的可靠性進(jìn)行分析。
　　建立了生物雷達(dá)和呼吸綁帶同步信號(hào)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別從人體的四種睡眠姿勢中進(jìn)行檢測,并對(duì)二者采集到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析和頻譜分析。結(jié)果顯示雷達(dá)采集到的信號(hào)與呼吸綁帶采集到的呼吸信號(hào)具有強(qiáng)相關(guān)性,并且含有豐富的呼吸分量。表明雷達(dá)采集到的呼吸信號(hào)可靠性高,這為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)。
　　2、采用能量譜進(jìn)行睡眠呼吸暫停判別實(shí)驗(yàn)。
　

5、　在時(shí)域內(nèi),信號(hào)能量具有可加性,但易受外部干擾的影響。因此,在利用能量譜法之前,應(yīng)先驗(yàn)證該方法適用信號(hào)的信噪比范圍。在此實(shí)驗(yàn)中,信噪比的范圍是利用能量譜法對(duì)構(gòu)造呼吸信號(hào)進(jìn)行判斷得到的;經(jīng)過驗(yàn)證,該方法所適用的信噪比范圍較廣,雷達(dá)采集信號(hào)的信噪比均在此范圍內(nèi)。因此,可利用該方法對(duì)雷達(dá)采集到的呼吸信號(hào)進(jìn)行處理分析。結(jié)果表明該方法適用于呼吸暫停信號(hào)的初步判斷。
　　3、采用最大頻率法進(jìn)行睡眠過程中翻身動(dòng)作判斷實(shí)驗(yàn)。
　　人體在呼吸

6、困難時(shí)往往會(huì)通過調(diào)整睡眠姿勢或深呼吸進(jìn)行緩和,翻身動(dòng)作發(fā)生的次數(shù)會(huì)影響次日的精神狀態(tài)。因此,對(duì)睡眠中翻身動(dòng)作發(fā)生次數(shù)的研究,可輔助判斷人體次日的精神狀態(tài),進(jìn)而推斷該測試者是否適合從事一些需精力高度集中的工作,如駕駛、飛行等。由于翻身動(dòng)作信號(hào)的頻率與正常呼吸信號(hào)的頻率不同,因此,可在頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。本研究先求出每段信號(hào)的最大頻率,進(jìn)而求出呼吸次數(shù),然后將得到的呼吸次數(shù)與正常呼吸次數(shù)相比較,從而判斷是否發(fā)生了翻身動(dòng)作。
　　4、

7、采用信息熵對(duì)能量譜法或最大頻率法的處理結(jié)果進(jìn)行可靠性分析。
　　利用信息熵可判斷信號(hào)所含信息量大小的特性,對(duì)呼吸暫停或翻身動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行判斷。通過信息熵判斷出發(fā)生呼吸暫?；蚍韯?dòng)作的起始端和終止端,然后將該處理結(jié)果與能量譜或最大頻率法的處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得出兩種方法的處理結(jié)果是否可靠。結(jié)果表明,能量譜或最大頻率法得到的處理結(jié)果與信息熵得到的處理結(jié)果一致,因此,這兩種方法能夠用于睡眠呼吸暫停或翻身動(dòng)作的判斷實(shí)驗(yàn)中。
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