一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置制造方法及图纸

一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，包括柔性力敏传感器阵列床垫，上位机和控制器，所述的柔性力敏传感器阵列床垫由上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的柔性力敏传感器阵列组成，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成，所述柔性力敏传感器阵列从上到下依次包括上电极层，中间层和下电极层，上电极层和下电极层均为均布平行电极的柔性电路板，上电极层的N条平行电极与下电极层的M条平行电极空间垂直相交，所述上、下电极层的平行电极分别与控制器连接；控制器包括直流电源及数据采集装置、数据处理装置和数据传输装置；所述上位机与控制器的数据传输装置相连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗和家庭护理智能监测领域的床垫，具体是一种应用于检测睡眠呼吸和心率的大面积床垫。
技术介绍
根据流行病学统计显示，患有睡眠呼吸暂停综合征(Sleep Apnea Syndrome，简称SAS)占全世界总人口的2-4％，其中40岁以上男性的患病率更是高达9％。它与心血管系统有密切关联，不但诱发心脏病，还是心力衰竭的并发症。临床上，检测睡眠中的呼吸是对睡眠呼吸暂停综合征以及相关心血管疾病进行诊断和预判断的必要手段。但目前所使用的检测方法不但操作复杂、费用昂贵，而且对人束缚性强，无法用于长期监测。而检测方法中最为关键的技术是寻求一种对患者无束缚的检测装置，因此，寻求一种操作简便、费用低廉、对人没有束缚、适合长期监测的睡眠呼吸检测装置一直是医疗器械领域备受关注的前沿课题，它既能维护与改善世界上数亿患者的健康，又能节省巨额医疗费用。睡眠呼吸暂停综合征诊断最权威的方法是多导睡眠图检查(Polysomnography，简称PSG)。但是，多导睡眠图检查需要在被监测者身上粘贴测量脑电波、眼球运动、心电、腿部运动的各种电极，还需要安装测量呼吸流量、胸腹运动、睡姿、体动、血氧浓度的各种传感器，不仅操作复杂，费用昂贵，而且束缚性强，不宜用于居家或在医院的长期监测，即使在医院也常常造成被监测者由于受到束缚而无法入睡，导致诊断误差。因此，开发一种世界上独特的无束缚睡眠呼吸检测装置成为现有技术中亟待解决的关键问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸监测装置。采用基于柔性力敏传感器的呼吸检测装置能够消除接触式监测对使患者带来的心理压迫感和异物不适感；能够满足对患者睡眠呼吸状态的精确检测和实时数据反馈给医生，使得患者得到更好更及时治疗。并为研发医疗呼吸检测装置和家庭睡眠监护系统奠定了技术基础。本专利技术的技术方案是提供一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于所述检测装置包括柔性力敏传感器阵列床垫3，上位机4和控制器5，所述的柔性力敏传感器阵列床垫由上缓冲层31、下缓冲层36和安装在和上、下缓冲层之间的柔性力敏传感器阵列组成，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成，所述柔性力敏传感器阵列从上到下依次包括上电极层32，中间层34和下电极层35，上电极层和下电极层均为印刷有均布平行电极33的柔性电路板，上电极层的N条平行电极与下电极层的M条平行电极空间垂直相交，所述上、下电极层的平行电极分别与控制器连接；所述控制器包括直流电源65及数据采集装置61、数据处理装置62和数据传输装置63，所述直流电源的两极分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，直流电源还与数据处理装置和数据传输装置相连接并为其供电，所述数据采集装置分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，所述数据处理模块与数据采集模块相连接，所述数据
传输装置与数据采集装置相连接；所述上位机与控制器的数据传输装置相连接。所述的一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于所述数据传输装置包括USB模块631与蓝牙模块632，可以将数字信号矩阵分别采用USB线或蓝牙信号方式传输至上位机。所述的一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于在柔性力敏传感器阵列床垫3中还安装光纤光栅温度传感器。用于监测睡眠者体温变化与分布。所述的一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于数据采集装置用于采集上、下电极层的平行电极之间电压变化的模拟信号，数据处理装置将采集到的模拟信号转化为N×M的数字信号矩阵并经过数据传输装置传输到上位机，上位机传输来的数字信号矩阵并将其转化为睡姿压力图像，并对睡姿压力图像进行处理提取睡眠呼吸信号数据，所述上位机的对数字信号矩阵的具体处理方法包括以下步骤：1)将从控制器传输来的数字信号矩阵转化为睡姿压力图像2)提取睡姿压力图像中胸部区域睡姿压力图像与腹部区域睡姿压力图像，2)将胸部区域睡姿压力图像与腹部区域睡姿压力图像分别转化为胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号3)对胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号分别进行小波去噪，消除信号中窄带噪声，4)对经过步骤3)处理的胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号分别应用离散小波变换(DWT)进行处理，选择与呼吸信号相似性高的离散小波类型，基于所有细节的相关系数重建胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号，并消除宽带噪声造成呼吸信号的基准漂移；5)采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)对经过步骤4)处理的胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号分别进行处理，分别提取胸部呼吸时域信号和腹部呼吸时域信号的功率谱，得到胸部呼吸频谱信号和腹部呼吸频谱信号。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：1)采用了无束缚的柔性力敏传感器作为采集呼吸变化的媒介，由上述所述柔性力敏传感器阵列床垫并没有突兀性，对人体不产生不适感，无需任何元器件直接与人接触，厚度较薄，可以像床单一样平铺在床上进行睡眠呼吸监测，检测过程中对睡眠呼吸者没有任何束缚和特殊要求，睡眠呼吸监测者只需自然状态下就可以实现数据的采集，克服了接触式传感器长时间检测容易加重睡眠呼吸监测者心理负担和不舒服性，克服了间接接触型通过检测振动或雷达监测呼吸精度较低和无法识别胸腹运动等缺陷。2)呼吸率检测精度高。多导睡眠图检查(Polysomnography，简称PSG)通过在人体的胸部和腹部绑呼吸带传感器，此方法可以很准确地检测胸部和腹部呼吸状况，但是胸腹的呼吸运动会产生较大的基准漂移影响了呼吸信号的提取，从而导致呼吸率检测精度不高以及无法对胸腹的相位关系做出准确判断。本专利技术设计采用无束缚柔性力敏传感器不会对胸部和腹部产生较大影响，而基准漂移相应地减小，在本专利技术中的呼吸信号处理系统采用小波降噪和小波变化趋势进一步消除了基准漂移，使得呼吸率的检测精度误差为1-2次/分钟。3)安装设置简单。可以把柔性力敏传感器阵列床垫平铺在床上，安装接收装置和数据传
送装置通过快速接口的形式，方便了测试者的操作。上位机通过USB接口或蓝牙模块与装置进行快速连接，不影响睡眠者的休息，且上位机可采用工控机、PC机或者手机智能终端，即可用于医院、养老院等机构，又能用于家庭。4)本专利技术提供检测装置的中上位机的信号处理方法为无束缚检测睡眠呼吸者的睡眠呼吸状况，通过对生成的睡姿压力图像转化为时域信号，并经过小波去噪、离线小波变换和快速傅里叶变换。消除了原始信号中的窄带噪声和基准漂移，并提取了呼吸信号，得到了呼吸功率谱，实现了睡眠呼吸状态的准确数据提取，为专业医疗诊断提供了数据支持。附图说明图1为本专利技术一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置的一种实施例的整体结构示意图。图2为中本专利技术一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置的的一种实施例的柔性力敏传感器阵列床垫的结构示意图；图3为本专利技术一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置的的一种实施例的控制器的结构示意图；图4为采用本专利技术一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置的一种实施例进行睡眠检测时得到的胸部睡姿时域信号图；图5为对图4所示胸部睡姿时域信号经过小波降噪处理后得到的信号图；图6为对图5所示信号进行应用离散小波变换(DW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于所述检测装置包括柔性力敏传感器阵列床垫，上位机和控制器，所述的柔性力敏传感器阵列床垫由上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的柔性力敏传感器阵列组成，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成，所述柔性力敏传感器阵列从上到下依次包括上电极层，中间层和下电极层，上电极层和下电极层均为均布平行电极的柔性电路板，上电极层的N条平行电极与下电极层的M条平行电极空间垂直相交，所述上、下电极层的平行电极分别与控制器连接；所述控制器包括直流电源及数据采集装置、数据处理装置和数据传输装置，所述直流电源的两极分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，直流电源还与数据处理装置和数据传输装置相连接并为其供电，所述数据采集装置分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，所述数据处理模块与数据采集模块相连接，所述数据传输装置与数据采集装置相连接；所述上位机与控制器的数据传输装置相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于所述检测装置包括柔性力敏传感器阵列床垫，上位机和控制器，所述的柔性力敏传感器阵列床垫由上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的柔性力敏传感器阵列组成，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成，所述柔性力敏传感器阵列从上到下依次包括上电极层，中间层和下电极层，上电极层和下电极层均为均布平行电极的柔性电路板，上电极层的N条平行电极与下电极层的M条平行电极空间垂直相交，所述上、下电极层的平行电极分别与控制器连接；所述控制器包括直流电源及数据采集装置、数据处理装置和数据传输装置，所述直流电源的两极分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，直流电源还与数据处理装置和数据传输装置相连接并为其供电，所述数据采集装置分别与上电极层的平行电极和下电极层的平行电极相连接，所述数据处理模块与数据采集模块相连接，所述数据传输装置与数据采集装置相连接；所述上位机与控制器的数据传输装置相连接。2.如权利要求1所述的一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于所述数据传输装置包括USB模块与蓝牙模块。3.如权利要求1所述的所述的一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，其特征在于在柔性力敏传感器阵列床垫中还安装光纤光栅温度传感器，用于监测睡眠者体温变化与分布。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭士杰，刘秀丽，任志斌，任东城，刘佳斌，郭志红，张改萍，李洋，刘今越，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12