专利名称：一种便携式睡眠无呼吸低通气检测仪的制作方法睡眠是人体恢复精力最好的休息方式，良好的睡眠有利于提高人们的生活质量和 工作效率。当前，随着睡眠质量作为一项重要生理机能的监测指标后，睡眠呼吸疾病开始得 到人们的日益关注和重视。在众多的呼吸疾病中，睡眠呼吸暂停综合征就是呼吸疾病中常见的一种病症。睡 眠呼吸暂停综合征是由于某些原因使得在睡眠时上气道通气不畅或堵塞而引起呼吸暂停 和低通气，主要的症状有血氧饱和度偏低、打鼾、白天嗜睡等。医学上指出睡眠呼吸暂停综 合征是指夜间睡觉过程中发生呼吸暂停和低通气反复发作30次以上，或者睡眠呼吸暂停 低通气指数大于或等于5次/小时。其中，睡眠呼吸暂停是指睡眠过程中口鼻呼吸气流均 停止10秒以上，低通气是指睡眠呼吸气流下降50%以上并伴有血氧饱和度下降大于等于 4%。传统的呼吸暂停监护系统虽能有效地减少呼吸暂停病患者的死亡率，但无法满足 大多数的呼吸暂停病患者的实时监护要求，特别是轻度的呼吸暂停综合征早期患者，除了 偶感呼吸不畅，平时没有症状，一般也仅持续几十秒钟，等赶到医院做呼吸检查时，因为症 状消失，呼吸恢复正常，使医生不能对病人进行及时确诊，疾病也难以得到早期治疗和控 制。因此，能够记录分析病人长时间的活动过程中的动态呼吸记录，并对其分析，给医生提 供具有诊断价值的资料，对于呼吸功能的评估，睡眠呼吸暂停病症的早期诊断非常有益。针 对这种医疗诊断的需要，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，近些年来，市场上已推出 不同档次的动态睡眠呼吸暂停记录与分析系统，而此类仪器价格昂贵且基本需从国外进 口，不便在国内医院和患者中推广使用。所以设计一种低功耗、体积小、价格便宜的睡眠呼 吸监测仪是十分必要的。
本发明提供了一种低功耗、体积小、价格便宜、适合家庭或个人使用，也适用于医 院等卫生机构对病人的睡觉状况做初期的诊断的便携式睡眠无呼吸低通气检测仪。本发明所采用的技术方案为包含以微处理器为核心的控制电路，以及其各外围 模块电路。具体的连接方式为微处理器与光发射驱动模块相连，光发射驱动模块与光发射 管相连，此部分电路的工作过程为微处理器经过光驱动模块点亮光发射器；微处理器与光 接收管相连，将光接收管接收到光信号转换为电信号送入微处理器处理；微处理器与压力 传感器相连，将压力传感器收到的呼吸信号送入微处器处理；微处理器与存储器模块相连， 实现对测试时各数据的存储；微处理器与时钟模块相连，以实现对测试时刻的实时记录； 微处理器与USB通信模块相连，以便将测试的数据送至PC机处理；微处理器与数字显示模块相连，以实现对测试的结果的显示；调压模块与微处理器、呼吸传感器、数字显示模块、存 储器模块、时钟模块相连，为各个模块提供所需的电压；锂电池与调压模块相连，为整个系 统提供能源。锂电池充电模块与锂电池相连，同时又与微处理器相连，实现微处理器对电池 的的智能充电控制。本发明的工作过程为该检测仪通过NELLC0R指夹透射式血氧探头和相关驱动电 路来采集人体脉搏波信号；通过HONEYWELL压力传感器提取鼻呼吸压力信号；测试的过程 中通过数字显示器实时动态地显示了当前时刻的血氧饱和度值和脉率值，同时会将血氧饱 和度值、脉率值以及呼吸信号的幅值存入数据存储器中；在软件设计上，采用Visual C++ 作为开发平台，设计并实现了与测试仪配套的PC机端软件系统。检测仪通过USB线将测试 时所存的生理数据全部上传至PC机，PC机端的配套软件将这些数据进行统计并绘制成曲 线以便于人工分析呼吸状况。同时，该配套软件会通过严格的算法分析与处理后给出被测 试者有没有呼吸暂停或低通气体的测试结果。本发明的特色在于1.体积小巧、功耗低，可连续测试长达10小时，且配置了锂电池供电，可反复充电使用。2.使用方法简单。只需将血氧探头夹在手指上，并将鼻导管与鼻吼相连，一按开关 即可正常测试。3.无创伤。由光透射式的检测方法代替传统的有创或微创的检测方法来检测血氧 饱和度，消除了被测试者的恐惧与痛苦。4.高灵敏、高精度的呼吸检测。所用的HONEYWELL压力传感器，可灵敏地感知 士 15mm Hg的差压(相对于所处环境的大气压强)，测试的精度达0.2%，能够精确地测出人 体呼吸气流的变化。配置了配套的PC端数据处理软件。数据上传至PC端处理软件后，该处理软件能 将呼吸暂停或低通气体的次数以及发生的时刻准确地显示出来，对被测试者的呼吸状况的 分析提供了可靠的依据。说明书附1本仪器的功能结构框2鼻导管连接示意3微处理器电路4光发射驱动模块图5接收放大模块图6压力传感器模块图7时钟芯片模块图8存储器模块图9 USB通信模块图10调压电路模块图11电池充电模块具体的实施过程如图1所示的本仪器功能结构框图，包含以微处理器为核心的控制电路，以及其5各外围模块电路。各外围模块的连接方式为微处理器与光发射驱动器相连，光发射驱动 器与光电发射管相连，此部分电路的工作过程为处理器经过光驱动器点亮光发射器；微处 理器与光接收管相连，将光接收管接收到光信号转换为电信号送入微处理器处理；微处理 器与压力传感器相连，将压力传感器收到的呼吸信号送入微处器处理；微处理器与存储器 相连，实现对测试时各数据的存储；微处理器与计时芯片相连，以实现对测试时刻的实时记 录；微处理器与USB传输电路相连，以便将测试的数据送至PC机处理；微处理器与数字显 示器相连，以实现测试结果的显示；调压电路与微处理器、呼吸传感器、数字显示器、存储 器、时钟模块相连，为各个模块提供所需的电压；锂电池与调压电路相连，为整个系统提供 能源。锂电池充电电路与锂电池相连，同时又与微处理器相连，实现微处理器对电池的的智 能充电控制。如图2所示的鼻导管连接示意图，本系统通过鼻导管采集呼吸压力信号，鼻导管 从本仪器引出后直接与人的两个鼻吼相连。如图3所示的微处理器电路图，它是本仪器的核心，所有的外围模块都由它控制。如图4所示的光发射驱动模块，该驱动电路是基于光电容积法理论，需要单片机 控制两个发射管交替的闪烁，通过光电接收管的信号来采集光电脉搏波，图中P22和P23 分别接微处理器的P2. 2和P2. 3脚，控制并选择两个发光二极管的周期性闪烁，DAC0_0和 DAC0_1分别接单片机的10脚和5脚，作为单片机DAC的输出，控制驱动电压，调节发光二极 管的亮度，DB9 口的2脚和3脚分别为红光二极管的正极和红外二极管的正极；该驱动电路 的工作原理是当P22为低电平，P23为高电平时，NPN型三极管Q500导通，NPN型三极管 Q501截止，此时DAC0_0输出高电平，使得Q503导通，如此，便形成了由Q500和Q503组成 的导通通道，使得红光二极管导通，红外二极管反向截止；同理，当P22为高电平，P23为低 电平时，Q501导通，Q500截止，DAC0_1输出高电平，使得Q502导通，形成了由Q501和Q502 组成的导通通道，使得近红外二极管导通，红光二极管反向截止。如图5所示的接收放大模块，此模块的放大单元集成在微处理器内部，在该模块 的设计中，由运算放大器UlB和光电接收管组成电流/电压(I/V)转换电路，其中光电接收 管采用光伏工作模式，保证其工作在线性区域，这样降低了光电接收管带来的暗电流噪声； 当光电接收管接收到光电信号后，产生光电流信号，经过R3转化为电压信号，再经过运算 放大器Ul放大后输出，输出的信号通过ADC模块采集就得到了所需的光电脉搏波信号。如图6所示的压力传感器模块，主要是由压力传感器采集呼吸信号，该压力传感 器内部自带信号调理电路，经过信号调理电路后，送入微处理器的ADC供微处理器进行处 理。如图7所示的时钟芯片模块，为了方便用户信号的记录，需要对测试的时间进行 相关的记录，其中包括检测的具体日期和检测具体时间，而这就要借助于时钟芯片来完成 检测时间的记录，此处选择DS1302作为时钟芯片，DS1302与单片机之间通信仅需用到三根 线(RST复位、I/O数据线、SCL串行时钟)就能进行通信。如图8所示的存储器模块，做为便携式产品，在对数据采集的同时，应该将相关的 原始数据保存起来，以便于下次调用分析与处理，所以本系统在外部扩展了一个Flash存 储器M25P64，其存储空间的大小为64M，该存储器主要用于存储采集的生理信号，以待传输 至PC机。6如图9所示的USB通信模块，由于整个系统采用的是上、下位机的双层体系结构， 这就要求上下位机之间进行相关数据和指令的传输，结合接口的传输速率等因素，本系统 选择了 USB进行通信，选择主流的CH372做为接口芯片，其外围包含12M的晶振，与PC机通 信的接口方式为5针的MiniUSB接口。如图10所示的调压电路模块，本仪器是便携式医疗设备，所以对电源的体积、重 量和低功耗特性有一定的要求，在此选择TPS76733输出3. 3V给单片机供电，选择LTC3203 输出5V供电给呼吸传感器。如图11所示的电池充电模块，考虑到使用普通5号或7号电池的不经济性，本仪 器采用的是可充电的锂电池供电，锂电池充电电路的核心芯片是MAX1898，其外围接有LED 以显示充电是否完成；完成充电后，微处理器会自动停止对电池充电，以防过充损坏电池。综上，本发明涉及一种便携式睡眠无呼吸低通气检测仪，是针对临床上睡眠呼吸 暂停病早期诊断的需求而设计并研制的一种便携式、低功耗、价格便宜的睡眠呼吸监测仪。 该监测仪主要采集人体的血氧饱和度、脉率和口鼻呼吸信号，根据睡眠无呼吸低通气综合 症诊断的定义，依据其呼吸下降指数并结合脉率和血氧饱和度信号的变化来对睡眠无呼吸 低通气综合症患者做出其睡眠状况的评估，给出相应的测试结果。


本发明公开一种睡眠无呼吸低通气检测仪。它由微处理系统、光发射驱动模块、光发射器、光接收器、压力传感器、数字显示模块、存储器模块、时钟模块、USB通信模块、调压模块、锂电池充电模块和锂电池组成。通过系统测试表明，该仪器能有效提取脉搏波和呼吸信号，算出脉率和血氧饱和度，并结合呼吸信号，对人体的睡眠状况进行评估。同时由于小巧便携、操作简单，特别适用于家庭或个人使用，也适用于医院等卫生机构对病人的睡觉状况做初期的诊断。