一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路，其中，呼吸信号由传感器采集，该传感器的结构是4个P型电阻组成的惠斯通电桥结构，P型电阻内部有半导体膜片，传感器的+IN输入端连接与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端同时与电阻R1的一端、稳压二极管D1的阴极和传感器的-IN输入端连接，电阻R1的另一端连接至供电电压，运算放大器的反相输入端通过电阻R2与接地电压相连，稳压二极管D1的阳极同时与电容C1的一端和接地电压相连，电容C1的另一端接地。采用恒流源供电时，传感器输出电压不会受到温度、传感器精度等影响，不但减少了器件数量降低了成本，而且传感器输出的稳定性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路
本专利技术涉及一种恒流源供电电路，尤其涉及一种一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路。
技术介绍
睡眠呼吸暂停综合征(SleepApneaSyndrome:SAS)是人类生命和健康的潜在杀手[1]。SAS是一种睡眠中发生呼吸暂停的睡眠障碍。根据R&K手册[1]，人体睡眠中的呼吸障碍可分成两种[2]：①无呼吸(Apnea)：口或者鼻的气流停止流动超过十秒；②低呼吸(Hypopnea)：换气量低于50％时间超过十秒。医学上，“无呼吸/低呼吸指数”(Apnea-hypopneaIndex,AHI)定义是指平均一小时内无呼吸及低呼吸事件的次数。在成人，普遍将AHI高于5诊断为患有睡眠呼吸暂停；在儿童，诊断数值未有定案，有人将AHI高于1.5定义为儿童睡眠呼吸暂停[3]。呼吸暂停综合症一般可以分为以下3种类型：阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)，中枢性呼吸暂停(CSA)及混合型睡眠暂停(MSA)[3]。其中OSA患者最为普遍，占84％的比例。OSA与CSA的主要区别在于呼吸道是否通畅。成人呼吸暂停临床表现为鼾声巨大；鼾声时常因呼吸暂停中断，然后出现喘气；日间嗜睡，日间专注度，认知能力下降；清晨头痛；体重增加等。儿童发生呼吸暂停表现为夜间睡眠时有打鼾、呼吸声音异常；白天会有好动及嗜睡[4]。这些症状比较十分常见，也因此容易被忽略。事实上，统计资料显示，国外睡眠呼吸暂停综合征的发病率是2％到4％，我国的统计大概是3％到4％左右，并有逐年提高的趋势[5]，呼吸暂停综合症在中年男性最为普遍；男性的发病率约为女性的2至8倍。其中早产儿的呼吸暂停综合症，因早产儿发病率高、抵抗力较弱、危害严重，尤为受关注。由于早产儿的中枢呼吸系统发育不完善，区别于成人，其调节呼吸的能力有限，容易出现呼吸障碍，因此这个群体患上呼吸暂停综合症的概率比一般群体要高得多。据临床统计，约40～50％的早产儿会有周期性呼吸的症状出现；周期性呼吸是呼吸异常的一种，表现为呼吸加快加强减弱减慢的交替出现。因为早产儿自主调节呼吸的能力弱，患有周期性呼吸的早产儿中约有一半会发展为呼吸暂停。而且胎龄越小的早产儿，身体功能越不完善，患上呼吸暂停综合症的概率越大[6]。此外缺氧、体温变化、低血糖等因素同样可能导致新生儿的呼吸暂停综合症。呼吸暂停对于新生儿来说是一种严重生理障碍。当发现新生儿出现呼吸暂停时，需要尽快对其实施呼吸帮助和其他救助措施，维持生命机体的正常工作。如没有得到及时处理,长时期缺氧可导致脑损伤、肌肉萎缩等，对新生儿的身体和智力发展不利，严重时甚至造成窒息死亡[7]。成年人及儿童的呼吸暂停并未受到广泛的关注，虽然其没有癌症、肺结核等疾病的致死率高，但是其对患者个人和社会都具有明显的危害，如图1所示。它不仅影响患者个人休息，导致个人日间疲惫；而且睡眠过程中长期缺氧严重损害机体各脏器的机体功能[8]，例如可导致心脏供血能力不足、血压增高、胸闷气短、头晕眼花、内分泌失调及肌无力等，严重时甚至发生猝死。对于老年人，呼吸暂停可能导致或者加重某些心血管疾病；对于儿童，呼吸暂停可能导致其发育滞后、体格瘦弱；对于孕妇呼吸暂停可能影响胎儿的发育；除此以外，呼吸暂停常常打扰周围人的睡眠，给家庭和社会带来不便。近年来居民对健康观念越来越重视，家庭健康监护(HomeHealthCare-HHC)的理念已经逐渐深入人心，居民对健康的投资越来越多。家庭健康监护已经成为医疗科学发展的重要方向之一，同时也是社会文明进步的重要标志[9]。家庭监护仪器是家庭健康监护的重要部分。睡眠监护仪器展现出巨大的市场潜力。许多发达国推出家庭睡眠监护仪器，并形成一定规模。我国的家庭睡眠监护市场也逐渐壮大。与专业医用监护仪器相比，家庭监护仪器更加注重低成本、易操作、无干扰和便携式等特点，表1是目前市场上几种家庭睡眠监护仪器的典型代表[10]。表1目前国内外典型家庭睡眠监护仪器监护仪器中的传感器作为人体和医疗仪器的耦合环节，精确地检测到这些物理量变化，并将其转换为电信号。并通过信号处理技术，将其中蕴含的呼吸信号特征提取出来，从而反应出人体的呼吸状况。呼吸信号属于人体的微弱生理信号，处于人体的机体环境和复杂多变的周围环境中，具有以下特点[11]：(1)信号弱、噪声强。人体的呼吸的振动幅值很小，压力传感器采集到电信号幅值也非常小(mV级别)。由于采用床垫式检测手段和压阻式压力传感器，气垫床的初始气压差、翻身动作、睡眠姿势调整等都会被传感器检测；这些噪声信号比呼吸信号幅值要大得多。因此呼吸信号属于强噪声背景下的微弱信号。呼吸信号幅值低、噪声强的特点，一方面要求采用差压测量，减少共模信号干扰，突出差模信号；另一方面也要求选择高精度、高灵敏度的传感器。(2)频率非常低。人体的呼吸频率一般非常低，正常在0.1Hz～0.6Hz之间；人体呼吸能量正常情况下非常集中。(3)规律性和非规律性。呼吸信号具有规律性和非规律性。呼吸信号的规律性是指同一个人在相同环境、状态下的呼吸波形、频率、幅度比较稳定；一般不会发生较大或者急剧的变化。呼吸信号的非规律性是指不同个体之间、不同检测手段下、不同状态下，呼吸信号的幅度、频率和波形都会有较大的不同。呼吸信号的非规律性一定程度上给呼吸信号的处理带来困难。(4)易受外界影响而变化。呼吸信号处在人体机体和周围复杂的环境中，呼吸信号不可避免受到多种干扰信号的混杂，如图2所示，影响呼吸信号的提取和处理。除了上述的翻身动作、姿势调整等外，人体机体产生的心跳、肌肉跳动(频率在1.5Hz以下)等也引入噪声，此外还要考虑到周围环境的各种干扰(如床垫震动等)以及传感器及其信号处理电路常常受到50Hz的工频干扰和电子元件自身噪声等。对于不同的干扰，需要采取不同的降噪措施。参考文献：[1]黄任含，赵雪岩，荣起国；睡眠呼吸暂停综合征的生物力学研究进展[J]，力学进展，2010，40(3)：298-308。[2]RechtschaffenA,KalesA.Amanualofstandardizedterminology,techniquesandscoringsystemforsleepstagesofhumansubjects[J].1968。[3]王宇，张颖，王海玲等；阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征临床危险因素分析[J]，中华临床医师杂志，(电子版)2009，3(3)：18-21。[4]蔡晓岚，刘洪英，范献良等；儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的诊断[J]，中华耳鼻咽喉科杂志，2003，38(3)：161-165。[5]骆仙芳，王会仍，蔡映云；试述睡眠呼吸暂停综合征的辨证与治疗[J]，浙江中医杂志，2003，38(11)：490-491。[6]杨莲芳，吴丽娟；早产儿呼吸暂停发病率及影响因素分析[J]，浙江预防医学，2007，19(11)：47-47。[7]魏莉莉；早产儿呼吸暂停治疗进展[J]，国外医学：儿科学分册，2001，28(1)：51-51。[8]李佳，吴水才，李艳峥等；家庭健康监护仪的研究进展[J]，医疗设备信息，2007，22(3)：55-58。[9]陈飞鸣；便携式新生儿生理信号监测系统设计[D]，哈尔滨工业大学，2012。[10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路，其中，呼吸信号由传感器采集，该传感器的结构是4个P型电阻组成的惠斯通电桥结构，所述P型电阻内部有半导体膜片，其特征在于：恒流源供电电路包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、稳压二极管D1和电容C1，所述传感器的+IN输入端连接与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端同时与所述电阻R1的一端、所述稳压二极管D1的阴极和所述传感器的‑IN输入端连接，所述电阻R1的另一端连接至供电电压，所述运算放大器的反相输入端通过所述电阻R2与接地电压相连，所述稳压二极管D1的阳极同时与所述电容C1的一端和接地电压相连，所述电容C1的另一端接地。

【技术特征摘要】
1.一种基于气垫床的呼吸信号传感器的恒流源供电电路，其中，呼吸信号由传感器采集，该传感器的结构是4个P型电阻组成的惠斯通电桥结构，所述P型电阻内部有半导体膜片，其特征在于：恒流源供电电路包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、稳压二极管D1和电容C1，所述传感器的+IN输入端与运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的同相输入端同时与所述电阻R1的一端、所述稳压二极管D1的阴极和所述传感器的-IN输入端连接，所述电阻R1的另一端连接至供电电压，所述运算放大器的反相输入端通过所述电阻R2与接地电压相连，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，蒋佳佳，姚少杰，王仁大，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12