用于呼吸暂停综合症的呼吸监测系统的研制

　　睡眠呼吸暂停低通气综合症是指在睡眠中, 反复发作呼吸暂停和低通气。睡眠呼吸暂停综合症很常见, 其临床特征表现为反复发作的严重打鼾、呼吸暂停、低通气、低氧合症和白天嗜睡[ 1] 。睡眠呼吸的监护是预防和诊治睡眠呼吸障碍的重要环节之一,呼吸参数的监测在临床医学中具有重要作用。医学界对此早有重视, 目前国际上对此类患者采用多导仪进行诊断[ 2] 。国内使用的多导仪大多需要从国外进口, 每台价格几十万人民币, 并需由医护人员整晚监测记录, 不利于进行此类病患的普查。为此研制开发一种简便实用、价格低廉、性能可靠的呼吸暂停检测仪, 是完全必要的。

　　在传统的呼吸监测过程中通常使用压力法[ 3] ,但由于测量口、鼻腔处的压力变化很微弱, 而压力传感器的灵敏度很高, 容易受各种因素的影响, 造成误动作。本文使用了一种新型的温感式呼吸检测法。其特点是用尺寸很小、灵敏度高、温度线性好、时间常数较小的热敏电阻作传感器, 将热敏传感器用胶带粘在鼻腔或口腔下方, 把微弱的呼吸信息检测出来, 再经过放大、滤波、A/ D 转换、PC 机分析处理,自动地、实时地显示呼吸波形。整个系统简单易用,被监测者没有不舒服的感觉, 不影响正常的睡眠。

　　1 整体方案设计

　　系统采用温感式检测法来检测呼吸, 整个系统的结构框图如图1 所示。在设计中我们采用热敏电阻获取呼吸信号, 经放大器放大及调理电路滤去高频信号干扰, 并设计基线稳定环节以减小基线漂移, 再通过合理的A/ D转换后送入PC 机。在PC 机获取到信号后在Lab-V IEW 软件平台下进行信号处理, 数值分析, 并存储呼吸参数。

　　1. 1 检测电路设计

　　检测电路设计如结构框图2 所示。检测呼吸信号的热敏电阻经线性化处理后, 构成测量电桥。电桥输出经前置放大器放大后, 采用了动态参数修正电路来提高热敏电阻的动态特性, 随后通过基线稳定电路和滤波电路滤去干扰信号, 最后送至数据采集系统。

　　1. 1. 1 传感器的选择

　　根据设计方案, 选择了N TC 型MF52 型热敏电阻作为电路的传感元件。它具有体积小, 温度系数大, 灵敏度高, 响应速度快等优点, 但是其热电特性非线性现象严重, 所以在这里我们使用了简单的线性补偿电路[ 4] 来弥补这个缺陷。线性补偿电路以及补偿前后的R-T 特性比较图如图3 和图4 所示。

　　其时间常数为0. 2 s 左右。通过实验得MF52 型热敏电阻的时间常数为2 s 左右, 不能满足测量需要。而我们所要求热敏电阻的时间常数从制造工艺来说比较困难, 也不经济, 所以选择通过设计电路来修正动态误差并扩展频带。图5 为幅频特性示意图, 曲线1 是热敏电阻本身的幅频特性, 曲线3 是我们所需要的理想幅频特性, 而若需将曲线1 变成曲线3,则需要一个和曲线2 相同幅频特性的系统与曲线1叠加, 曲线2 作为补偿部分, 其频率特性函数为