一種基于單片機(jī)的呼吸暫停監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【摘要】本文研究了一種基于單片機(jī)nRF401的呼吸暫停檢測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)了無(wú)線化的條件下，可以對(duì)患者有無(wú)呼吸暫停及其頻率進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)體積小，操作簡(jiǎn)易，并且使用了一種高效數(shù)據(jù)收集技術(shù)，使得信號(hào)的處理更加方便、快捷、精準(zhǔn)。該系統(tǒng)可以在不影響患者正常休息的狀態(tài)下實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)，非常適合大范圍的推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；無(wú)線化；呼吸暫停

1、前言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于各類疾病的重視程度也在不斷的提高。呼吸暫停類疾病作為一種能引起高血壓等致人死亡的疾病，也越來(lái)越受到患者及醫(yī)療工作者們的重視。目前，國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)其診斷多為對(duì)睡眠過(guò)程中呼吸等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于現(xiàn)有的設(shè)備較為復(fù)雜，需要在患者身上使用大量的儀器，不僅影響病患的正常休息，并且對(duì)操作人員的要求較高，雖然測(cè)量結(jié)果精度很高，但實(shí)用性較差，不利于推廣應(yīng)用。針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，具有價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，精度較高，使用范圍廣泛等特點(diǎn)。

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文開(kāi)發(fā)的這一系統(tǒng)采用電路較少的收發(fā)芯片nRF401，僅要求使用單片機(jī)就可以控制芯片的使用。在此基礎(chǔ)上，使用數(shù)字傳感器來(lái)提取患者的呼吸信號(hào)，之后運(yùn)用信號(hào)發(fā)射裝置將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射，接收裝置接收到信號(hào)后，由單片機(jī)負(fù)責(zé)把接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，將患者在睡眠過(guò)程中是否出現(xiàn)過(guò)呼吸暫停，及呼吸暫停的數(shù)量反映出來(lái)。

3、信號(hào)的提取及收發(fā)

3.1、信號(hào)提取的方法

由于人在呼吸的過(guò)程中，鼻子和嘴在向外呼氣是是呼出具有一定溫度的氣體，因此，可以采用溫度感應(yīng)的方法，即在其附近安置溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)氣體溫度的變化，從而的到患者的呼吸信號(hào)。

3.2、信號(hào)的發(fā)射

收發(fā)芯片的功率能夠變化，最大的工作頻率為18k，最高功率8dBm。運(yùn)用機(jī)器對(duì)發(fā)射來(lái)進(jìn)行設(shè)置，之后將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。

3.3、信號(hào)接收及處理系統(tǒng)

接收裝置接收到數(shù)字信號(hào)，把它發(fā)送到處理裝置來(lái)進(jìn)行信號(hào)的分析，測(cè)量呼吸過(guò)程中出現(xiàn)停頓的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間大于10秒鐘的時(shí)候開(kāi)機(jī)監(jiān)測(cè)，并且把結(jié)果反饋到顯示裝置上，最終得到監(jiān)測(cè)的結(jié)果。

3.4軟件的具體設(shè)計(jì)

本文開(kāi)發(fā)的這一系統(tǒng)在工作過(guò)程中，信號(hào)的觀測(cè)、傳輸、接收、數(shù)據(jù)分析等都是使用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制的。

3.4.1、軟件的設(shè)計(jì)

即使本系統(tǒng)的儀器安裝方法易上手，也需要在安裝時(shí)有嚴(yán)格的安裝步驟。如果安裝不對(duì)，就沒(méi)有辦法檢測(cè)到準(zhǔn)確和完整的信號(hào)。因此，在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，此問(wèn)題是一個(gè)較為關(guān)鍵的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，如果在使用過(guò)程中選擇結(jié)束的時(shí)候，就需要研究結(jié)束這一指令對(duì)于整體工作的影響。軟件的具體工作順序?yàn)榘ɑ謴?fù)程序，寫(xiě)程度以及讀程序。La及Lb這兩個(gè)零件可確定結(jié)果的精度。當(dāng)L1L0=\"00\"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留8位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是83.62.75ms；當(dāng)L1L0=\"01\"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留9位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是166.7ms；當(dāng)L1L0=\"10\"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留10位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是366ms；當(dāng)L1L0=\"11\"時(shí)，計(jì)算的結(jié)果可保留11位，需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間最長(zhǎng)是694ms；在沒(méi)有進(jìn)行編程的情況下，系統(tǒng)默認(rèn)的計(jì)算結(jié)果可以保留11位。

3.4.1、對(duì)于單片機(jī)程序的編制

基于本系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射及接收都是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)為形式完成的，因此，可以使用單片機(jī)把芯片編輯成發(fā)生或者接收模式。為了較少系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的輻射以及信號(hào)之間的相互擾亂，所以，在開(kāi)機(jī)的時(shí)候輸入腳一定要維持在low的狀態(tài)，用于保證合成器可以在穩(wěn)定的情況下運(yùn)行。

3.4.3、呼吸信號(hào)的分析

把收集到的呼吸信號(hào)傳輸至接受裝置，對(duì)接受到的溫度的信號(hào)分析。在通常的情況下，收集到的患者呼出的氣體的溫度約為35攝氏度，但是假設(shè)我們僅僅憑借收集到的溫度值來(lái)判定患者有無(wú)呼吸暫停的病癥出現(xiàn)，就會(huì)受到病患周圍溫度的高低而產(chǎn)生的誤差。假設(shè)病患周圍的溫度較高或者是較低，就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤判定的結(jié)果。因此，本系統(tǒng)采用的方法是監(jiān)測(cè)溫度變化的程度。即使病患周圍的溫度高低會(huì)對(duì)于監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生誤差，不過(guò)因?yàn)榛颊吆舫龅膸в袦囟鹊臍怏w而引起的溫度起伏總是可以精確的加以收集分析。運(yùn)用一定的調(diào)整方法，就可以比較成功的消除由于患者周圍溫度的變化而產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)誤差。

3.4.4、顯示及記數(shù)系統(tǒng)

如果病患口鼻的溫度在10秒或更長(zhǎng)的時(shí)間里依然無(wú)變化的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將呼吸暫停次數(shù)加一。但是假設(shè)有一定程度的暫停情況發(fā)生，但是并沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的時(shí)間，則計(jì)時(shí)系統(tǒng)就會(huì)放棄此次計(jì)時(shí)，進(jìn)入主菜單并準(zhǔn)備下一次監(jiān)測(cè)。

4、結(jié)論

本文主要研究了一種應(yīng)用于呼吸暫停檢測(cè)的軟件及新的信號(hào)收集的方式。本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性信號(hào)收集的基礎(chǔ)上，擁有較高的精確程度。將此系統(tǒng)用于實(shí)際應(yīng)用，在對(duì)9名患者進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，效果為88%，只當(dāng)監(jiān)測(cè)的過(guò)程發(fā)生極其強(qiáng)烈的干擾時(shí)才會(huì)發(fā)生誤判。因此，此系統(tǒng)作為一種行之有效的監(jiān)測(cè)裝置，可以大范圍的進(jìn)行推廣，并且可以對(duì)呼吸暫定類病癥的發(fā)現(xiàn)及治療有很大的幫助。

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