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

1、睡眠是人體不可或缺的生命活動之一,占據了人生三分之一的時間。由于人在睡眠狀態(tài)下的生理活動和心理活動均處于靜息狀態(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,進而為某些疾病的診斷提供一些有參考價值的信息。
　　隨著睡眠醫(yī)學的發(fā)展,各種睡眠疾病已引起人們的關注,特別是睡眠呼吸暫停綜合征的診斷及治療倍受關注。睡眠呼吸暫停是指睡眠過程中呼吸暫停次數達到每小時5次以上或7小時的睡眠過程中暫停次數

2、超過30次,若該現象頻繁發(fā)生,并且長年累月得不到有效治療,將會對健康造成嚴重后果。
　　常用于監(jiān)測睡眠呼吸暫停綜合征的黃金方法為多導睡眠圖(Polysomnography,PSG)。該方法需要多個電極與人體長時間接觸,常用于實驗室環(huán)境,不宜于家庭睡眠監(jiān)護。相對較簡單的腕式活動記錄儀在獲取數據上具有一定的局限性。因此,為了在更加舒適、自然的環(huán)境中對人體睡眠進行監(jiān)測,研制出了無電極的床墊式多導睡眠監(jiān)測系統(tǒng),但是進行監(jiān)測時,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量,進而影響睡眠指標的監(jiān)測結果。
　　生物雷達能夠穿透衣物、被褥等非金屬介質,非接觸式的檢測到人體的呼吸信號,在家庭睡眠監(jiān)護方面具有優(yōu)勢。因此,本研究利用微功率生物雷達系統(tǒng)對人體睡眠進行監(jiān)護,期望達到對睡眠呼吸暫停進行初步篩選的目的。同時,由于睡眠呼吸暫停在人體不自知的情況下發(fā)生,若長時間不能恢復呼吸,則有可能威脅到人體生命安全,此時就需要通過警報系統(tǒng)及時將人體從睡眠狀態(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),對雷達采集到的呼吸信號的可靠性進行分析。
　　建立了生物雷達和呼吸綁帶同步信號采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別從人體的四種睡眠姿勢中進行檢測,并對二者采集到的信號進行相關性分析和頻譜分析。結果顯示雷達采集到的信號與呼吸綁帶采集到的呼吸信號具有強相關性,并且含有豐富的呼吸分量。表明雷達采集到的呼吸信號可靠性高,這為后續(xù)工作奠定了基礎。
　　2、采用能量譜進行睡眠呼吸暫停判別實驗。
　

5、　在時域內,信號能量具有可加性,但易受外部干擾的影響。因此,在利用能量譜法之前,應先驗證該方法適用信號的信噪比范圍。在此實驗中,信噪比的范圍是利用能量譜法對構造呼吸信號進行判斷得到的;經過驗證,該方法所適用的信噪比范圍較廣,雷達采集信號的信噪比均在此范圍內。因此,可利用該方法對雷達采集到的呼吸信號進行處理分析。結果表明該方法適用于呼吸暫停信號的初步判斷。
　　3、采用最大頻率法進行睡眠過程中翻身動作判斷實驗。
　　人體在呼吸

6、困難時往往會通過調整睡眠姿勢或深呼吸進行緩和,翻身動作發(fā)生的次數會影響次日的精神狀態(tài)。因此,對睡眠中翻身動作發(fā)生次數的研究,可輔助判斷人體次日的精神狀態(tài),進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。由于翻身動作信號的頻率與正常呼吸信號的頻率不同,因此,可在頻域內對信號進行分析。本研究先求出每段信號的最大頻率,進而求出呼吸次數,然后將得到的呼吸次數與正常呼吸次數相比較,從而判斷是否發(fā)生了翻身動作。
　　4、

7、采用信息熵對能量譜法或最大頻率法的處理結果進行可靠性分析。
　　利用信息熵可判斷信號所含信息量大小的特性,對呼吸暫?；蚍韯幼餍盘栠M行判斷。通過信息熵判斷出發(fā)生呼吸暫?；蚍韯幼鞯钠鹗级撕徒K止端,然后將該處理結果與能量譜或最大頻率法的處理結果進行對比分析,得出兩種方法的處理結果是否可靠。結果表明,能量譜或最大頻率法得到的處理結果與信息熵得到的處理結果一致,因此,這兩種方法能夠用于睡眠呼吸暫?；蚍韯幼鞯呐袛鄬嶒炛小?br>　　5、