CN104545888B - 一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，包括用于采集心电信号和呼吸信号的采集模块；用于数据处理和控制的处理模块；用于对采集的数据进行推导和图像显示的分析系统。该种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，简单易行，又有效的新指标，来提升初筛的准确率。使用动态心电图记录器同步记录动态心电图与呼吸波，利用HRV和呼吸波2种指标相互佐证，提高初筛准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，具体地涉及一种利用动态心电的心率变异性HRV与阻抗法测试呼吸波形对于睡眠呼吸暂停综合症进行初步筛查的采集分析系统。
背景技术
睡眠呼吸暂停低综合征（Sleep Apnea Syndrome，SAS）是指各种原因导致睡眠状态下反复出现呼吸暂停和（或）低通气、高碳酸血症、睡眠中断，从而使机体发生一系列病理生理改变的临床综合征。
目前国际上认同的睡眠呼吸暂停综合症诊断标准是指成人在7小时睡眠中，超过１０秒钟呼吸暂停现象，反复出现３０次以上，或平均每小时超过１０秒钟呼吸暂停与低通气次数之和超过５次。
睡眠呼吸暂停综合症依据其主要的发病原因分为三种类型:一是阻塞型睡眠呼吸暂停综合症（OSAS）：指口鼻无气流(时间＞10秒)，但胸部和腹部仍在运动。主要由于气道完全阻塞，气体不能进出肺部，而病人竭力要恢复呼吸, 因此呼吸活动相当剧烈。二是中枢型睡眠呼吸暂停综合症（CSAS）：指口鼻气流与胸、腹部运动同时停止(时间＞10秒)。主要由于中枢神经系统的呼吸中枢功能障碍或支配呼吸肌的神经或呼吸肌病变，虽然气道可能无堵塞，但呼吸肌不能正常工作导致呼吸停止。三是混合型睡眠呼吸暂停综合症（MSAS）：指一次呼吸暂停过程中，开始先出现中枢型呼吸暂停，然后同时出现阻塞型睡眠呼吸暂停。
多导睡眠监测(Polysomnography ，PSG)是诊断睡眠呼吸暂停低通气综合征最重要的检查，通过夜间连续的呼吸，动脉血氧饱和度，脑电图，心电图，心率等指标的监测，可以了解打鼾者有无呼吸暂停，暂停的次数，暂停的时间，发生暂停时最低动脉血氧值及对身体健康影响的程度，是国际公认的诊断睡眠呼吸暂停低通气综合征的金标准。
多导睡眠监测仪是目前最常用的睡眠监测手段，但是其检查缺点也很明显，PSG检查需要一种相应的复杂的医学技术环境，而且检查时费时、费人，价格较贵，这对于SAS患者进行确诊是必要的，而对于SAS患者进行筛选是不实际的。
经过大量研究发现部分睡眠呼吸暂停综合征患者发作时的心率趋势图有规律的呈波峰波谷的特征，即周期性心率加快减慢，如图1所示。根据这一原理推出动态心电图的HRV分析、筛选睡眠呼吸暂停综合症的方法，为睡眠呼吸暂停综合症初步筛选提供一种方便、快捷的方法。
进一步研究发现还有部分的SAS患者发作时在心率趋势图上此种周期性变化并不明显。如果使用单一的心率周期性变化的指标来初筛SAS，将会有较多患者被漏检，如图2所示。 SHAPE \* MERGEFORMAT
基于以上原因，有必要提出一种简单易行，又有效的新指标，来提升初筛的准确率。使用动态心电图记录器同步记录动态心电图与呼吸波，利用HRV和呼吸波2种指标相互佐证，提高初筛准确率。
发明内容
本发明旨在提供一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统。基于阻抗法的呼吸信号和动态心电采集装置，利用动态分析软件对心电信号的HRV和呼吸波的分析对于睡眠呼吸暂停综合症进行初步筛查，简单易行，准确率高。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，包括用于采集心电信号和呼吸信号的采集模块；
用于数据处理和控制的处理模块；
用于对采集的数据进行推导和图像显示的分析系统。
优选的，所述采集模块包括心电电极片和导联线，所述心电信号通过心电电极片和导联线传输到心电放大电路，经过心电滤波电路进行滤波调理输入到A/D转换电路；呼吸信号采集包括由激励信号发生器输出激励信号经过分频/倍频电路和缓冲输出电路输出到心电电极上，差动放大电路从心电电极上提取调制信号，经过检波放大电路进行解调，再经过滤波放大电路和可编程放大电路接到A/D转换电路。
优选的，所述处理器模块根据心电信号的斜率识别出QRS复合波(心电信号中心室的除极波)，计算QRS复合波的幅度的变化，结合呼吸信号动态调整可编程放大器的倍数。
优选的，所述分析系统通过对心电信号和呼吸信号进行分析并建立对应关系，利用统计的方法，以全览图和趋势图的形式显示呼吸率的变化规律，结合心率变异性HRV算法推导。
优选的，所述以全览图和趋势图的形式显示呼吸波形的变化规律包括集中的显示呼吸率的变化，并与心电数据进行比较，直观反映心电信号与呼吸波的形态对比。
优选的，所述通过HRV算法推导的判断方法包括以下步骤：
（1）检测心率，并去除室性及室上性心律失常带来的干扰；
（2）通过设定一个60秒的滑动窗口，并对窗口内数据进行平滑处理，检测RR心率趋势图的规则变化；
（3）通过斜率算法检测窗口内是否有宽度大于20秒的对称波浪图形，连续发现4个以上，认为其有效检测；
（4）将有效检测内的对称波浪次数进行加法运算，超过30次或者平均每小时超过5次的判定为有睡眠呼吸暂停综合症。
本发明的有益效果是：基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，通过与动态心电采集装置共用导联线和心电电极，不增加外部传感器的情况下，同步采集动态心电信号和呼吸信号，利用动态分析软件对心电信号的HRV推导和呼吸波的分析对于阻塞型、中枢型、混合型睡眠呼吸暂停综合症进行初步筛查。弥补了单一的HRV推导算法出现漏检的情况，能够对睡眠呼吸暂停综合症进行方便、快捷的分析。使用动态心电图记录器同步记录动态心电图与呼吸波，利用HRV和呼吸波2种指标相互佐证，提高初筛准确率，简单易行，准确率高。
附图说明
图1 为睡眠呼吸暂停综合征患者发作时的心率趋势图；
图2 为部分的SAS患者发作时在心率趋势图；
图3为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的佩戴示意图；
图4为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的原理框图；
图5为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的电路框图；
图6为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的分频/倍频电路、缓冲输出电路图；
图7为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的差动放大电路图；
图8为本发明基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统的检波放大电路图；
图9 为心电信号与呼吸波的形态比较图；
图1 0为RR心率趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请一并参照图3-图8所示，一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，包括用于采集心电信号和呼吸信号的采集模块；
用于数据处理和控制的处理模块；
用于对采集的数据进行推导和图像显示的分析系统。
动态记录器由患者佩戴，佩戴的部位如图1所示，通过心电导联线和心电电极片从病人身上取得心电信号和呼吸信号，心电信号经过模拟电路来放大、滤波，放大并滤波后的心电信号通过模数转换器（ADC）由模拟信号转换为数字信号。
呼吸信号经过差动放大电路，检波放大电路进行解调，再经过滤波放大电路和可编程放大电路接到A/D转换电路转换为数字信号。
MCU（微处理器）将心电数据和呼吸数据存入SD卡中。连续记录24小时或更长时间以后将记录的数据导入到计算机，利用动态分析软件对心电信号的HRV推导和呼吸波的分析对于阻塞型、中枢型、混合型睡眠呼吸暂停综合症进行初步筛查，并对心电信号和呼吸信号进行分析和统计，并显示、打印所存储的具体信号波形作为医生诊断的依据。
处理器模块根据心电信号的斜率识别出QRS复合波(心电信号中心室的除极波)，计算QRS复合波的幅度的变化，结合呼吸信号动态调整可编程放大器的倍数。
分析系统通过对心电信号和呼吸信号进行分析并建立对应关系，利用统计的方法，以全览图和趋势图的形式显示呼吸率的变化规律，包括集中的显示呼吸率的变化，并与心电数据进行比较，直观反映心电信号与呼吸波的形态对比，如图9所示。
结合心率变异性HRV算法推导，HRV算法推导的判断方法包括以下步骤：
（1）检测心率，并去除室性及室上性心律失常带来的干扰；
（2）通过设定一个60秒的滑动窗口，并对窗口内数据进行平滑处理，检测RR心率趋势图的规则变化，如图10所示；
（3）通过斜率算法检测窗口内是否有宽度大于20秒的对称波浪图形，连续发现4个以上，认为其有效检测；
（4）将有效检测内的对称波浪次数进行加法运算，超过30次或者平均每小时超过5次的判定为有睡眠呼吸暂停综合症。
该种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，简单易行，又有效的新指标，来提升初筛的准确率。使用动态心电图记录器同步记录动态心电图与呼吸波，利用HRV和呼吸波2种指标相互佐证，提高初筛准确率。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (3)
1.一种基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，其特征在于，包括用于采集心电信号和呼吸信号的采集模块；
用于数据处理和控制的处理模块；
用于对采集的数据进行推导和图像显示的分析系统；
所述采集模块包括心电电极片和导联线，所述心电信号通过心电电极片和导联线传输到心电放大电路，经过心电滤波电路进行滤波调理输入到A/D转换电路；呼吸信号采集包括由激励信号发生器输出激励信号经过分频/倍频电路和缓冲输出电路输出到心电电极片上，差动放大电路从心电电极片上提取调制信号，经过检波放大电路进行解调，再经过滤波放大电路和可编程放大电路接到A/D转换电路；
所述分析系统通过对心电信号和呼吸信号进行分析并建立对应关系，利用统计的方法，以全览图和趋势图的形式显示呼吸率的变化规律，结合心率变异性HRV算法推导；
通过HRV算法推导的判断方法包括以下步骤：
（1）检测心率，并去除室性及室上性心律失常带来的干扰；
（2）通过设定一个60秒的滑动窗口，并对窗口内数据进行平滑处理，检测RR心率趋势图的规则变化；
（3）通过斜率算法检测窗口内是否有宽度大于20秒的对称波浪图形，连续发现4个以上，确认为有效检测；
（4）将有效检测内的对称波浪次数进行加法运算，超过30次或者平均每小时超过5次的判定为有睡眠呼吸暂停综合症。
2.根据权利要求1所述的基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，其特征在于，所述处理模块根据心电信号的斜率识别出QRS复合波，计算QRS复合波的幅度的变化，结合呼吸信号动态可编程放大电路的倍数。
3.根据权利要求1所述的基于动态心电与呼吸波采集的睡眠呼吸暂停采集分析系统，其特征在于，所述以全览图和趋势图的形式显示呼吸率的变化规律包括集中的显示呼吸率的变化，并与心电数据进行比较，直观反映心电信号与呼吸信号的形态对比。
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