無線型睡眠呼吸暫停癥監(jiān)視系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　睡眠呼吸暫停癥是一種很常見的睡眠呼吸疾病，根據(jù)研究調(diào)查，在美國約有24%的成年男性及9%成年女性或超過200萬人口患有此疾病，在中國臺(tái)灣至少有35萬人也有此問題。一般在診斷患者是否罹患睡眠呼吸暫停癥是指患者在睡眠中出現(xiàn)呼吸暫停和低通氣的總次數(shù)超過每小時(shí)5次。

　　生理參數(shù)測量計(jì)

　　心跳變化使用的感測組件為光傳感器，主要利用人體心臟收縮時(shí)血管中的血流量及血氧濃度會(huì)因此而產(chǎn)生變化。本系統(tǒng)采用光耦合器（CNY70）利用光反射法偵測血管末端血流量的變化。音頻信號接收器主要是接收睡眠時(shí)因呼吸道阻塞所產(chǎn)生的鼾聲，本系統(tǒng)采用電容式音頻接收器作為信號接收的主要組件，利用接收音波壓力改變振動(dòng)膜的位移量，使振動(dòng)膜與鋁質(zhì)外殼間的電容CT隨著音波強(qiáng)弱改變電容量，再經(jīng)FET完成阻抗的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生RECM，使REXT和RECM的分壓改變，得到不同的輸出。圖3為音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理。

　　圖3 音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理

　　呼吸傳感器的工作原理是利用呼吸時(shí)胸腔會(huì)產(chǎn)生起伏而拉動(dòng)臥式可變電阻因而產(chǎn)生電阻值的改變。

　　生理信號感測電路

　　心跳變化時(shí)，傳感器所測量到的信號，包含有直流偏壓（DC Offset）、心跳變化的信號、呼吸及肌肉顫動(dòng)、60Hz及高頻的噪聲，其中心跳變化的信號為所需的信號，其它信號一律視為噪聲，因此分別采用硬件的前置濾波電路及軟件兩種處理方式，以消除不同的噪聲對測量所造成的影響。前置濾波電路主要特點(diǎn)是可以減輕軟件程序進(jìn)行數(shù)字信號處理所需的運(yùn)算量及時(shí)間，避免造成信號處理過程中延遲情形。圖7為心跳感測電路。

　　圖7 心跳感測電路

　　鼾聲感測電路

　　以音頻接收器測量到的鼾聲信號包含很多噪聲及背景雜音的影響，必須利用硬件濾波器去除高頻、低頻噪聲只留下鼾聲頻帶內(nèi)的信號，Smithson［1995］研究中顯示鼾聲的頻率大約在1~200Hz的聲音頻帶內(nèi)，其它聲音的頻率域則較廣。首先由音頻接收器從量得的信號，信號放大，再經(jīng)由200Hz低通濾波器濾除其它聲音所造成的噪聲干擾。

　　呼吸感測電路

　　利用呼吸時(shí)胸腔的起伏拉動(dòng)臥式可變電阻改變電阻值因而產(chǎn)生的電壓變化，經(jīng)由信號放大電路、比較電路，即可判斷呼吸的情形。圖13為呼吸信號波形。圖14為呼吸感測電路。

　　圖14 呼吸感測電路

　　CPU及顯示電路

　　圖15所示為本系統(tǒng)CPU及顯示電路。CPU是使用盛群半導(dǎo)體股份有限公司所生產(chǎn)的HT46R24微控制器，其中由Port A 及Port C驅(qū)動(dòng)15*4中文顯示型LCD，作為生理參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示，Port B為生理參數(shù)及定時(shí)器的輸入端，而Port D則經(jīng)過MAX232準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換做串行傳輸。

　　圖15 CPU及顯示電路

　　生理參數(shù)測量計(jì)之程序如下：在生理參數(shù)測量時(shí)為了避免讀取到身體翻轉(zhuǎn)時(shí)的錯(cuò)誤信號，利用多重讀取的方式加以避免，在信號變化時(shí)連續(xù)讀取，且每次讀取間加入一段時(shí)間延遲，再經(jīng)過比對讀取的信號是否相同，此方式可降低信號讀取時(shí)的錯(cuò)誤率。處理完成后的生理參數(shù)資料存放于微控制器的緩存器，并通過中文型LCD顯示所測量到的生理參數(shù)。藍(lán)牙無線模塊傳輸方面，主要將儲(chǔ)存在微控制器內(nèi)部緩存器的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過RS-232串行傳輸與個(gè)人計(jì)算機(jī)間做數(shù)據(jù)通訊。

　　在設(shè)計(jì)單芯片微控制器時(shí)，必須以時(shí)間軸為基準(zhǔn)，測量各項(xiàng)生理參數(shù)，才能于重建時(shí)找出各個(gè)生理參數(shù)間的關(guān)系。為了使生理參數(shù)測量計(jì)的體積小型化，必須選擇低消耗電量及體積較小的組件，并使用微控制器使整體電源消耗最小化。藍(lán)牙無線傳輸模塊為低功率消耗且高 安全性的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。