便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现
多参数便携式睡眠呼吸监测仪的设计
多参数便携式睡眠呼吸监测仪的设计使用ARM7的LPC2132微控制器，嵌入μC/OS-II实时操作系统，设计一款低成本、低功耗的多参数人体睡眠呼吸监测仪。
监测仪使用MicroSD卡进行数据记录，锂电池供电，可连续工作至少12小时，能够实现对睡眠呼吸暂停低通气综合征的家庭或社区筛查，为睡眠呼吸暂停早期发现和诊断提供了新的手段。
标签：LPC2132;μC/OS-II;生理信号;MicroSD卡一、引言睡眠作为生命所必须的过程，是健康不可缺少的组成部分，人体每天有三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠能够消除身体疲劳、恢复精力、增强免疫力、促进生长发育、延缓衰老。
据世界卫生组织调查，全世界有27%的人有睡眠问题。
睡眠不好主要表现为睡眠时打鼾，夜间觉醒，睡眠结构紊乱，白天嗜睡、车祸等危险事故多发，容易引发心脑肺血管并发症乃至多脏器官损害，这严重影响人们的生活质量和寿命[1]。
睡眠质量存在问题的人群中以睡眠呼吸暂停低通气综合征（Sleep apnea syndrome）居多，按病理可将它分为阻塞型、中枢型和混合型[2]。
国际医学界对此类疾病的研究十分重视，多个国家实行以社区医疗为主的治疗方案，并建立睡眠监测中心。
由于监测手段繁琐、费用昂贵，国内外对睡眠呼吸疾病的诊断和治疗还有一定的局限性，仍有很多患者得不到及时治疗。
我们设计了一款多参数便携式的适合社区诊所和家庭使用的睡眠呼吸监测仪，它有助于睡眠呼吸疾病的早期发现和诊断。
二、监测仪的组成部分2.1 总体结构设计本次设计的便携式睡眠呼吸监测仪的目标是供家庭和社区诊所使用。
监测仪的设计主要包括睡眠呼吸信号的采集、调理、数据的记录、LCD显示、锂电池供电等部分。
监测仪的总体设计示意图如图2.1示。
图2.1 监测仪总体设计微控制器选用ARM公司支持实时仿真和嵌入式跟踪的LPC2132，该微控制器封装小，功耗低，可用于小型系统中。
1个8路的10位AD转换器满足多路模拟参数采集的需求，串行SPI通信满足Micro SD卡存储要求，这款MCU适用于本系统[3]。
便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计
第３７卷㊀第５期２０１８年㊀１０月北京生物医学工程ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ ３７㊀Ｎｏ ５Ｏｃｔｏｂｅｒ㊀２０１８基金项目：湖北省自然科学基金（２０１６ＣＦＢ３９９）资助作者单位：湖北科技学院生物医学工程学院（湖北咸宁㊀４３７１００）通信作者：史贵连，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｗｉｌｌｅｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计叶福丽㊀史贵连摘㊀要㊀目的设计一套可以直接佩戴在患者身上的睡眠呼吸血氧监护系统，监测在呼吸暂停间隙患者是否伴有缺氧和心血管疾病发生㊂方法以台湾友晶科技公司推出的ＦＰＧＡ开发系统ＤＥ２为硬件平台，采用ＡＬＴＥＲＡ公司的可编程片上系统开发工具ＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ完成系统搭建，并在ＮｉｏｓＩＩＩＤＥ集成开发环境下完成系统软件开发㊂采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心，通过检测并收集患者在睡眠过程中的呼吸㊁血氧饱和度㊁脉搏以及打鼾次数等信息，判断患者是否存在睡眠呼吸暂停症状㊂结果经过检测，系统能够确定患者睡眠过程中身体是否出现异常，并在紧急状况时给与告警和刺激㊂结论该系统具有操作简单㊁轻便低功耗等特点，采集和检测的所有数据可以同步显示和存储，方便后期跟踪与处理㊂关键词㊀睡眠呼吸暂停；血氧；ＦＰＧＡ开发系统；监护系统ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３２０８ ２０１８ ０５ ０１１．中图分类号㊀Ｒ３１８ ６㊀㊀文献标志码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀１００２－３２０８（２０１８）０５－０５０９－０５Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｏｎｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅｓＹＥＦｕｌｉ，ＳＨＩＧｕｉｌｉａｎＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｎｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ㊀４３７１００ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒ：ＳＨＩＧｕｉｌｉａｎ（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｓｗｉｌｌｅｎ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ）ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔ㊀ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＡｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔａｌｈｙｐｏｘｉａａｎｄｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｄｉｓｅａｓｅｓａｐｎｅａ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅａｄｏｒｎｅｄｏｎｔｈｅｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｓｌｅｅｐａｐｎｅａ．ＭｅｔｈｏｄｓＷｉｔｈｔｈｅＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍＤＥ２ｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＪｉｎｇｙｏｕＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＴａｉｗａｎａｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐｕｓｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｏｏｌＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＮｉｏｓＩＩＩＤＥ．ＴｈｅＳＯＰＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡＬＴＥＲＡＣｏｍｐａｎｙｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅＤＥ２ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄａｔｔｈｅｃｏｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｊｕｄｇｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｌｅｅｐａｐｎｅａｂｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｐｕｌｓｅａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｎｏｒｅ．ＲｅｓｕｌｔｓＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｂｏｄｙｉｓｎｏｒｍａｌｏｒｎｏｔｄｕｒｉｎｇｓｌｅｅｐ，ａｎｄｇｉｖｅａｎａｌａｒｍａｎｄｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎａｃｒｉｔｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓＴｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙｏｆｏｐｅｒａｔｏｒ，ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ａｌｌｔｈｅｄａｔａｃａｎｂｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙｄｉｓｐｌａｙｅｄａｎｄｓａｖｅｄ，ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｔａｉｌａｆｔｅｒａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｌａｔｅｒ．ʌＫｅｙｗｏｒｄｓɔ㊀ｓｌｅｅｐａｐｎｅａ；ｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎ；ＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ０㊀引言睡眠呼吸暂停是一种常见却鲜为人知的功能失调性病症［１－２］，随着信息技术和嵌入式技术的发展，居家环境下使用的便携式医疗监护产品受到广泛关注，各种智能化的小型医疗电子产品得到越来越多使用者的青睐㊂设计一个能在居家环境下监测患者各种生理指标参数，判断患者身体是否健康的智能医疗电子产品是医疗信息化发展的重要趋势［３－４］㊂１㊀系统总体结构便携式睡眠呼吸暂停监护系统的结构如图１所示，本文重点是设计便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统㊂以台湾友晶科技公司推出的ＦＰＧＡ开发系统ＤＥ２为硬件平台，采用ＡＬＴＥＲＡ公司的可编程片上系统开发工具ＳＯＰＣＢｕｉｌｄｅｒ完成系统搭建，并在ＮｉｏｓＩＩＩＤＥ集成开发环境下完成系统软件开发㊂采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心，采集患者睡眠状态下的呼吸信号以及打鼾次数；同时检测患者的血氧饱和度㊁心电信号和脉率等生命体征参数，用于判断患者睡眠过程中身体是否出现异常，紧急状况时进行告警和刺激㊂采集和检测的所有数据可以同步显示和存储，方便后期跟踪与处理㊂图１㊀便携式血氧监护系统的结构框图Ｆｉｇｕｒｅ１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｂｌｏｏｄ⁃ｏｘｙｇｅｎｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ２㊀血氧饱和度、脉搏采集模块脉搏血氧检测部分以现场可编程门阵列（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）为控制器，先利用红光和近红外光两种波长的半导体光源，对人体手指末端做透射吸收测量，得到交㊁直流脉搏波信号，再将经过放大㊁滤波等处理后的脉搏波信号由１２位ＡＤＣ（ＭＡＸ１２７０）采样转换［５］，根据血液中氧合血红蛋白（ＨｂＯ２）和还原血红蛋白（Ｈｂ）对这两种波长光能量的吸收差异，在ＦＰＧＡ内部计算出血氧饱和度并经ＶＧＡ显示，硬件部分如图２所示㊂图２㊀脉搏血氧饱和度检测模块Ｆｉｇｕｒｅ２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｂｌｏｃｋｏｆｐｕｌｓｅｂｌｏｏｄｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ２ １㊀光电传感器光电传感器即动脉血氧饱和度测量探头［６］，其内部结构和接口定义如图３所示㊂图３㊀血氧饱和度测量探头Ｆｉｇｕｒｅ３㊀Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｏｂｅｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ２ ２㊀探头驱动电路血氧饱和度探头采用两路发光管交替发光调制脉搏波信号，有效控制两路发光管交替发光，可以提高脉搏波检测的准确度［７－８］㊂血氧探头的驱动电路如图４所示㊂当组织中的血流量发生变化时，通过组织的光强也会发生变化㊂这种变化被两路光信号调制后由光电二极管接收并转化为电压信号，送入后一级脉搏波检测模块［９］㊂２ ３㊀信号调理电路经传感器获得的电信号非常微弱且携带很多噪声，同时由于人体内阻比较大，因此需要一个具有高阻抗㊁高共模抑制比㊁低噪声㊁低漂移特点的前置放大电路㊂该放大电路由初级差分放大电路㊁直流分量调理和交流分量调理组成［１０－１２］㊂㊃０１５㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷图４㊀血氧探头的驱动电路Ｆｉｇｕｒｅ４㊀Ｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐｒｏｂｅ２ ３ １㊀初级差分放大电路初级放大电路如图５所示㊂由于差分放大电路处于系统的前端，直接影响到整个系统的信噪比，因此从光电传感器中接收二极管中输出的信号首先被送到此初级差分放大电路中㊂２ ３ ２㊀直流分量调理电路为了进一步抑制噪声，提高共模抑制比，信号经过差分电路后，直流分量通过高精度的双运算放大器ＯＰＡ２２７７，构成直流分量调理部分㊂其电路如图６所示㊂２ ３ ３㊀交流分量调理电路交流分量调理电路如图７所示㊂此电路先通过通频带约为０ ３０Ｈｚ的压控电压源四阶带通滤波，减小其余频率的干扰［１３］㊂交流分量经滤波后，再进入可调放大电路，它可利用精密滑动变阻器控制调节放大倍数㊂最后经过偏置调节电路来抬升电位，便于数字部分（ＦＰＧＡ）采样进行信号处理㊂图５㊀血氧饱和度信号检测前置放大电路Ｆｉｇｕｒｅ５㊀Ｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ图６㊀直流分量调理电路Ｆｉｇｕｒｅ６㊀Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ图７㊀交流分量调理电路Ｆｉｇｕｒｅ７㊀Ｔｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ㊃１１５㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀叶福丽，等：便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计２ ４㊀Ａ／Ｄ转换模块经过上述调理电路处理的电信号依然是模拟量，需要经过模数转换（ＡＤＣ）变成数字量，才能被处理器进行相关处理㊂本设计模数转换（ＡＤＣ）直接采用１２位高精度ＡＤＣＭＡＸ１２７０芯片完成，如图８所示㊂图８㊀血氧饱和度检测信号的模数转换Ｆｉｇｕｒｅ８㊀ＡＤＣｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ３㊀呼吸波信号采集程序设计脉搏波信号采集是通过交替发光的红光和红外光调制脉搏波，然后经过解调及滤波等相关处理后经外部ＡＤ采集，软件程序设计实现ＡＤ采样以及简单的均值滤波等相关信号处理后获得脉搏波信号；呼吸波信号采集原理与脉搏波信号采集相同，不同的是它不需要进行调制［１４－１５］㊂ＳＰＯ２＿ＲＥＳ（）｛ＳＥＴＰＩＯ＿ＲＥＤ（）；／／红光发光ＲｅｃｅｉｖｅＲＥＤ＿ＤＡＴＡ（）；／／探头发红光时所采集到得数据；；ＳＥＴＲＥＤ＿ＤＡＴＡＤｉｇｉｔ＿Ｆｉｌｔｅｒ（）；／／对探头发红光时所采集到得数据进行均值滤波；ＳＥＴＰＩＯ＿ＩＮＦ（）；／／红外发光ＲｅｃｅｉｖｅＩＮＦ＿ＤＡＴＡ（）；／／探头发红外光时所采集到得数据；ＳＥＴＩＮＦ＿ＤＡＴＡＤｉｇｉｔ＿Ｆｉｌｔｅｒ（）；／／对探头发红外光时所采集到得数据进行均值滤波；ＣａｌｃｕｌａｔｅＳＰＯ２（）；／／计算血氧饱和度；ＲｅｃｅｉｖｅＲＥＳ＿ＤＡＴＡ（）；／／采集呼吸信号｝４㊀血氧饱和度㊁脉搏模块测试结果正常供电后，选３个健康被试者，首先将探头夹住手指，不要说话㊁动作，血氧饱和度测试开始，此时从探头采集到的波形显示在ＶＧＡ显示器上，其中显示的曲线为透射过来的交替发光的红光波形和红外光调制的脉搏波形㊂同时显示经ＦＰＧＡ计算的血氧饱和度值和脉率值，且实时刷新㊂硬件调试过程中脉搏波在示波器显示的波形如图９所示㊂图９㊀示波器显示的脉搏波Ｆｉｇｕｒｅ９㊀Ｐｕｌｓｅｗａｖｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ系统供电，给被试佩戴相应传感器和一次性心电电极，完成各模块参数及波形的测试㊂其中血氧饱和度测量㊁脉搏测量测试数据如表１所示㊂表１㊀血氧饱和度测量㊁脉搏测量Ｔａｂｌｅ１㊀Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｌｓｅ测量者脉率脉率（标准仪器）误差／％血氧饱和度血氧饱和度（标准仪器）误差／％１６５６５０９５％９５％０２７０７１１ ４０９４％９３％１ ０７３５５５４１ ８５９３％９４％１ ０６５㊀结论本文采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＳＯＰＣ技术，以ＤＥ２开发板为核心构建一套用于睡眠呼吸暂停监护的便携式系统，该系统通过检测并收集患者在睡眠过程中的呼吸㊁心电㊁血氧饱和度㊁脉搏以及打鼾次数等㊃２１５㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷信息，判断患者是否存在睡眠呼吸暂停症状㊂对于存在严重睡眠呼吸暂停的患者，根据监测数据，还能判断在呼吸暂停间隙患者是否伴有缺氧和心血管疾病发生，如果遇到紧急情况，可以进行告警提示㊂该系统具有操作简单㊁轻便低功耗等特点，不用住院，直接在居家环境下进行睡眠检测，减少患者心理负担，提高检测准确度㊂该系统适合早期睡眠呼吸暂停患者进行睡眠呼吸暂停的排查，帮助医生及时了解患者的病情，针对病情对患者进行追踪治疗，帮助患者提高睡眠质量㊂参考文献［１］㊀王存亭，张菡，林洪义，等．应用ＭＲＩ研究流体迁移对睡眠呼吸暂停患者上气道截面形状的影响［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１６，３５（１）：３１－３５．ＷａｎｇＣＴ，ＺｈａｎｇＨ，ＬｉｎＨＹ，ｅｔａｌ．ＵｓｉｎｇＭＲＩｔｏｓｔｕｄｙｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｌｕｉｄｓｈｉｆｔｏｎｔｈｅｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｐａｔｉｅｎｔｓ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，３５（１）：３１－３５．［２］㊀ＳａｎｔａｎａＤＢ，ＺóｃａｌｏＹＡ，ＡｒｍｅｎｔａｎｏＲＬ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅ⁃ｈｅａｌｔｈａｐｐｒｏａｃｈｂａｓｅｄｏｎｖａｓｃｕｌａｒｕｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄｐｕｌｓｅｗａｖｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｒｉｓｋｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＢｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，２０１２，１６（２）：２８７－２９４．［３］㊀ＭａｒｖｉｓｉＭ，ＶｅｎｔｏＭＧ，ＢａｌｚａｒｉｎｉＬ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｓｉｔｉｖｅａｉｒｗａｙｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｕｖｕｌｏｐａｌａｔｏｐｈａｒｙｎｇｏｐｌａｓｔｙｉｍｐｒｏｖｅｓｐｕｌｍｏｎａｒｙｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｏｅａ［Ｊ］．Ｌｕｎｇ，２０１５，１９３（２）：２６９－２７４．［４］㊀ＹｕＳ，ＬｉｎＹ，ＳｕｎＸ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｉｃａｃｙｏｆｎａｓａｌｓｕｒｇｅｒｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｈｙｐｏｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＡｃｔａＭｅｃｈａｎｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３０（２）：２５０－２５８．［５］㊀黎圣峰，庞宇，高小鹏，等．便携式血氧信号检测装置设计［Ｊ］．传感器与微系统，２０１７，３６（３）：１１０－１１２．ＬｉＳＦ，ＰａｎｇＹ，ＧａｏＸＰ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｏｘｙｇｅｎｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２０１７，３６（３）：１１０－１１２．［６］㊀吴疆，徐壮，刘丽佳，等．基于环绕式血氧探头的睡眠呼吸暂停综合征检测装置原型设计与开发［Ｊ］．吉林大学学报，２０１８，４８（２）：６４０－６４４．ＷｕＪ，ＸｕＺ，ＬｉｕＬＪ，ｅｔａｌ．Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，４８（２）：６４０－６４４．［７］㊀ＲａｍａｒＫ，ＤｏｒｔＬＣ，ＫａｔｚＳＧ，ｅｔａｌ．Ｃｌｉｎｉｃａｌｐｒａｃｔｉｃｅｇｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａａｎｄｓｎｏｒｉｎｇｗｉｔｈｏｒａｌａｐｐｌｉａｎｃｅｔｈｅｒａｐｙ：ａｎｕｐｄａｔｅｆｏｒ２０１５［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＳｌｅｅｐＭｅｄｉｃｉｎｅ，２０１５，１１（７）：７７３－８２７．［８］㊀ＳｏｌｔａｎｚａｄｅｈＲ，ＭｏｕｓｓａｖｉＺ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｏｒａｌｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍｆｏｒｄｅｒｉｖｉｎｇｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ（ＳｐＯ２）ｌｅｖｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＤｅｖｉｃｅｓ，２０１５（９）：０２０９２２－１－２．［９］㊀王婷婷，黄少雄，张湘民，等．睡眠呼吸暂停低通气综合征患者血氧变化与相关呼吸事件的相关性的研究［Ｊ］．临床耳鼻咽喉头颈外科杂志，２０１７，３１（３）：１７０－１７３．ＷａｎｇＴＴ，ＨｕａｎｇＳＸ，ＺｈａｎｇＸＭ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｅｖｅｎｔｓｉｎｐａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａ⁃ｈｙｐｏｐｎｅａｓｙｎｄｒｏｍｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＯｔｏｒｈｉｎｏｌａｒｙｎｇｏｌｏｇｙＨｅａｄａｎｄＮｅｃｋＳｕｒｇｅｒｙ，２０１７，３１（３）：１７０－１７３．［１０］㊀胡欣宇，赵召龙，陈相福，等．便携式血氧饱和度监测设备的研究［Ｊ］．软件，２０１７，３８（３）：６０－６４．ＨｕＸＹ，ＺｈａｏＺＬ，ＣｈｅｎＸＦ，ｅｔａｌ．ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅｆｏｒＢｌｏｏｄＯｘｙｇｅｎＳａｔｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０１７，３８（３）：６０－６４．［１１］㊀武灵芝，吴皓，李文涛，等．基于安卓和蓝牙通信的智能生理监护仪的设计［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１７，３６（４）：４１５－４１９．ＷｕＬＺ，ＷｕＨ，ＬｉＷＴ，ｅｔａｌ．ＳｍａｒｔｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｎｉｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＡｎｄｒｏｉｄａｎｄｂｌｕｅｔｏｏｔｈｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３６（４）：４１５－４１９．［１２］㊀ＷｈｉｔｅＬＨ，ＬｙｏｎｓＯＤ，ＹａｄｏｌｌａｈｉＡ，ｅｔａｌ．Ｎｉｇｈｔ⁃ｔｏ⁃ｎｉｇｈｔｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａｓｅｖｅｒｉｔｙ：ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｏｏｖｅｒｎｉｇｈｔｒｏｓｔｒａｌｆｌｕｉｄｓｈｉｆｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＳｌｅｅｐＭｅｄｉｃｉｎｅ，２０１５，１１（２）：１４９－１５６．［１３］㊀ＡｒｏｎｓｏｎＤ，ＮａｋｈｌｅｈＭ，Ｚｅｉｄａｎ⁃ＳｈｗｉｒｉＴ，ｅｔａｌ．Ｃｌｉｎｉｃａｌｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｌｅｅｐｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｂｒｅａｔｈｉｎｇｉｎａｃｕｔｅｍｙｏｃａｒｄｉａｌｉｎｆａｒｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｌｏＳＯｎｅ，２０１４，９（２）：ｅ８８８７８．［１４］㊀林秀晶，钱松荣．基于ＳＶＭ的便携式睡眠监测系统设计［Ｊ］．北京生物医学工程，２０１５，３４（３）：２７３－２７７．ＬｉｎＸＪ，ＱｉａｎＳＲ．Ａｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｅｅｐｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅｓ［Ｊ］．ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３４（３）：２７３－２７７．［１５］㊀叶京英．睡眠呼吸障碍诊断和治疗的进展与发展方向［Ｊ］．临床耳鼻咽喉头颈外科杂志，２０１５，２９（６）：４８３－４８５．ＹｅＪＹ．Ｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｌｅｅｐｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｂｒｅａｔｈｉｎｇ：ａｎｕｐｄａｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＯｔｏｒｈｉｎｏｌａｒｙｎｇｏｌｏｇｙＨｅａｄａｎｄＮｅｃｋＳｕｒｇｅｒｙ，２０１５，２９（６）：４８３－４８５．（２０１７－０３－２１收稿，２０１８－０１－０８修回）㊃３１５㊃第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀叶福丽，等：便携式睡眠呼吸暂停血氧监护系统的设计。
便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现
便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现收稿日期：2018-11-15基金项目：重庆大学教改项目（2016Y35，2016Y36，2017Y66），重庆市2017教改重大项目（171003）作者简介：赵晓明（1982-），男，汉族，山西晋中，硕士，实验师，主要研究方向为生物医学仪器设计、医学信息检测与处理。
整夜的血氧监测对于初筛一些慢性疾病具有重要的应用价值，ODI 4定义为在每小时睡眠过程中，血氧饱和度值下降≥4%的次数。
国内外的相关研究指出：ODI 4是SAHS 较好的筛查指标，能够较好地反映SAHS 严重程度，选用适当的ODI 4标准对SAHS 患者具有较高诊断价值[1]，单纯的血氧监测在国内被认为是一种简易的SAHS 初筛诊断方法[2]。
因此，本文旨在设计一套可对血氧进行连续监测、并对SAHS 等疾病进行初筛的便携式睡眠血氧监测系统。
一、系统的整体设计架构便携式睡眠血氧监测系统设计主要由基于单片机便携式睡眠血氧监测软硬件设计和基于PC 机数据可视化分析软件设计构成，系统整体架构图如图1所示。
赵晓明，何伟，廖彦剑，胡宁（重庆大学生物工程学院现代生命科学实验教学中心，重庆400030）摘要：基于无创光学技术血氧检测，针对整夜血氧数据的获取、数据的可视化分析和氧减饱和度指数（O-DI 4）参数的计算，提出了一套包括便携式睡眠血氧监测和数据可视化分析软件的系统解决方案，对系统的各项指标进行测试，满足对睡眠呼吸暂停低通气综合征（SAHS ）等疾病的初筛要求。
关键词：血氧饱和度；数据可视化；氧减饱和度指数中图分类号：G642.423文献标志码：A文章编号：1674-9324（2019）36-0203-02【学法指导】图1系统整体架构图及系统实物系统整体功能指标要求如下所示：（1）睡眠监测数据的读取和储存。
（2）整夜监测数据变化曲线的绘制。
（3）睡眠血氧医学参数的计算，主要包括：最低血氧饱和度（LSpO 2）、平均血氧饱和度（MSpO 2）、血氧饱和度低于90%占有效记录时间的百分比（TS90%）、睡眠过程中每小时血氧饱和度值下降≥4%的次数（ODI 4）。
基于ZigBee的便携式睡眠监测仪设计与实现
计算机工程与设计
Ｃ ＯＭ Ｐ Ｕ Ｔ Ｅ ＲＥ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ ＧＡ Ｎ ＤＤ Ｅ Ｓ Ｉ Ｇ Ｎ
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ ｏ ． ２ Ｎ
２ １ 光电传感器驱动电路设计
２ ２ 光电传感器信号调理电路设计
光电传感器输出的是电流型信号， 因此需要进行电流 －电压转换，由于电流信号非常小， 我们选用了低漂移电 流运放芯片 Ｏ 。该运放能使用单电源供电， 极大的 Ｐ Ａ ４ ２ ４ ４ 简化了系统的电源电路设计。 流压转换电路中的运放模块
（ ， ， ， ） Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅｏ ｆＢ ｉ ｏ ｍ ｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎＭ ｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｇ ｕ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ５ １ ０ ５ １ ５ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ
第３ ５卷 第 ２期
吴超，江贵平：基于 Ｚ ｉ Ｂ ｅ ｅ的便携式睡眠监测仪设计与实现 ｇ
·４ ７ ９·
分析心率和血氧饱和度 ； 并 将 脉 搏 波 信 号 和 分 析 结 果 通 本设计中指 Ｐ 。 上位 过Ｚ ｉ Ｂ ｅ ｅ网络传送到上位机 （ Ｃ机） ｇ 机通过 Ｚ ｉ Ｂ ｅ ｅ通信读取心率和血氧饱和 度 信 息 ， 通 过 配 ｇ 套的软件可以对脉搏波 信 号 进 行 二 次 分 析 ， 从 中 提 取 出 睡眠相关信息 ， 进而可以对睡 眠 做 客 观 评 估 。 由 于 该 监 测仪采用无线数据传输 方 式 ， 能 让 受 检 者 摆 脱 导 联 线 的
０ 引 言
睡眠呼吸暂停综合征 （ ， ）因 ｓ ｌ ｅ ｅ ｎ ｅ ａ ｓ ｎ ｄ ｒ ｏ ｍ ｅ Ｓ Ａ Ｓ ｐａ ｐ ｙ 发病率广，致死率较高， 成为近几年睡眠医学研究领域的
便携式睡眠监测系统的研制
Ａ ｎ ａＨ ｐ ｐｅ ｙｄｏ ｅ ｓ Ｈ ） 测的金标准是 多导睡眠 图仪 （０ｙ０ ｎ ｇａｈ ， Ｓ ， ｐ ｅ ｙｏ ｎ ａ ｎ ｒｍ ， Ａ ｓ 检 Ｓ Ｐ ｌ ｍ ０ ｒ ｙ Ｐ Ｇ） 这种 方法的缺 点是 ， ｓ ｐ 操作
复 杂 ， 测 费 用 昂贵 ， 患者 有 较 大 的 生 理 、 理 负荷 。 绍 的 装 置 方 便 、 用、 患 者 生理 心 理 负荷 小 。 论 ： 系统 检 对 心 介 实 对 结 该
ｄ ｖ ｃ ｓ ｗ ｒ ｙ ｗｅｃ ｍｅ ｙ ｄ ｃ ｏ ｓ ａ ｄ ｐ ｔ ｎ ｓ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｉ ｅ ｆｒ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｓｓ ｏ ｈ ＡＨＳ ｄ ｓ ａ ｅ ｅ ｉ ｅ ｉ ａ ｍｌ ｌ ｏ ｄ ｂ ｏ ｔｒ ｎ ａ ｉ ｔ，ａ ｄ ｉ ｓ ａ ｎ ｗ ｄ ｖｃ ｈ ｉｇ ｏ ｉ ｆ ｔ ｅ Ｓ ｅ ｏ ｉｅ ｓ ．
ｐｙ ｈｌ ｉａ ｂ ｒｅ ．Ｒ ｆａ Ｐ ｌ ｏ ｎ ｇ ｐｙＰ Ｇ ｓ ｔｅ ｇｌ ｓ ｎ ａｄ ｉ ｄｔｃ ｎ ｈ ｌ ｐ Ａ ｎａ Ｈ ｐ ｐｅ ｓｃｏｏ ｃｌ ｕｄ ｎ ￣ａｔ ｏ ｓｍ ｏｒ ｈ （Ｓ ）ｉ ｈ ｏｄ ｔ ｄｒ ｎ ｅｅｔ ｇ ｔｅ Ｓｅ ｐ ｅ ｙｏ ｎ ａ ｇ ｌ ｙ ａ ａ ｉ ｅ
深 受 临床 医 生的 欢 迎 ， 一 种 崭 新 的 Ｓ ＨＳ检 测 方 法 和设 备 。 是 Ａ
【 键 词］ 睡 眠 呼 吸 暂 停低 通 气 综合 征 ； 关 多导 睡 眠 图仪 ； 眠 呼图 分 类 号］ Ｒ ４ ４４ ［ 献标 志码 ］ Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ — ８ ８ ２ ０ ） １０ ２ — ３ 文 ０ ３ ８ ６ （０ ８ １－ ０ ０ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｏ ｒａ ｌ ｌｅ ｏ ｉ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｆＰＯ ｔ ｂ ｅ Ｓｅ ｐ Ｍ ｎ ｔ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ｏ
智能便携式心电血氧监护系统设计-作品技术指标
四、项目预期性能 （1）在 30~200 bpm 心率范围内，心率计算误差不超过±2bpm； （2）在 85%~100%的血氧饱和度范围内，Spo2 计算误差不超过±2%； （3）可以显示范围在 0.15~5mV 内的心电波形，波形可以自适应显示，达到最好人眼观测 效果； （4）实现心电波形的滤波； （5）未来可以做到心电和 PPG 波形同时显示； （6）幅值在 1~5mV 范围内时可以准确计算心率； （7）功耗尽可能的小，便于使用电池进行长时间的使用
智能便式心电血氧监护系统设计-作品技术指标
西安交通大学 仓鼠队 李金铭 李竞捷 陶豪毅
一、概述 多生理信号数据采集与参数计算的监测系统（模拟前端由商品大规模集成专用电路实现）可 以实现很方便的对心电、心率和血氧信号的监测。本文档是对其技术指标的描述，具体包括 心电的准确度、心率的准确度、血氧的准确度、滤波算法和波形显示等
二、项目预期应用及相关标准基本要求 本设备预期可以用于心电图的显示，心率的监测和 Spo2 的监测。 项目基本要求是： （1）可以正常显示心电和 PPG 信号波形图； （2）在一定范围内测得的心率基本正确； （3）在一定范围内测得的 Spo2 值的误差在较小的范围内。 （4）功耗较低。
三、项目预期功能 （1）可以在 APP 上实时显示心电波形图，波形图可以明显看出 P 波、QRS 波和 T 波。 （2）在 30~200 bpm 心率范围内可以准确计算并显示心率 （3）可以在 APP 上实时显示 PPG 波形 （4）在 85%~100%的血氧饱和度范围内，可以准确地计算出 Spo2 （5）在导联脱落的时候会发生报警
《便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一一、引言随着现代社会生活节奏的加快和工作压力的增大，睡眠质量逐渐成为影响人们健康的重要因素。
睡眠障碍的检测和评估已成为现代医学关注的重点。
然而，传统的睡眠监护设备通常体积庞大、操作复杂，给患者带来诸多不便。
因此，便携式睡眠监护系统应运而生，其具有体积小、操作简便、实时监测等优点，为睡眠障碍的监测和评估提供了新的解决方案。
本文旨在研究便携式睡眠监护系统的设计原理、实现方法以及应用前景。
二、便携式睡眠监护系统的设计原理1. 硬件设计便携式睡眠监护系统主要由传感器、数据采集器、数据处理单元和电源模块等组成。
传感器负责监测睡眠过程中的生理参数，如脑电波、心电信号、呼吸信号等。
数据采集器负责将传感器采集到的生理信号进行数字化处理，并将数据传输至数据处理单元。
数据处理单元对数据进行实时分析和处理，提取出与睡眠质量相关的信息。
电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。
2. 软件设计软件设计是便携式睡眠监护系统的核心部分，主要包括信号处理算法、特征提取算法和模式识别算法等。
信号处理算法负责对采集到的生理信号进行去噪、滤波等预处理，以便后续分析。
特征提取算法从预处理后的信号中提取出与睡眠质量相关的特征参数，如睡眠深度、REM睡眠时间等。
模式识别算法则根据提取出的特征参数对睡眠质量进行评估和分类。
三、实现方法1. 传感器选择与布置传感器是便携式睡眠监护系统的关键部分，常用的传感器包括脑电传感器、心电传感器和呼吸传感器等。
在选择传感器时，需要考虑其灵敏度、稳定性、抗干扰能力等因素。
传感器的布置应根据实际需求进行设计，以保证能够准确监测到相关的生理参数。
2. 数据传输与存储数据传输可采用有线或无线方式进行。
无线传输方式具有更高的灵活性和便利性，但需要解决信号传输的稳定性和抗干扰问题。
数据存储可采用本地存储或云存储方式，以方便后续的数据分析和处理。
四、应用前景1. 临床应用便携式睡眠监护系统可用于医院、诊所等医疗机构，为患者提供便捷的睡眠监测服务。
《便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一一、引言随着现代生活节奏的加快，人们的睡眠质量逐渐成为关注的焦点。
睡眠问题不仅影响个人的健康和生活质量，还与多种慢性疾病的发病风险密切相关。
因此，对睡眠的监测和评估显得尤为重要。
传统的睡眠监护设备虽然功能齐全，但往往体积庞大、使用不便。
因此，研究开发便携式睡眠监护系统，为人们提供更为便捷的睡眠监测解决方案，具有十分重要的意义。
本文将就便携式睡眠监护系统的研究背景、目的、方法及结果进行详细阐述。
二、研究背景及目的随着科技的发展，可穿戴设备和移动健康的应用越来越广泛。
便携式睡眠监护系统作为一种新型的睡眠监测设备，具有体积小、使用方便、实时监测等优点，能够为人们提供更为便捷的睡眠监测服务。
本研究旨在开发一款具有高精度、高稳定性的便携式睡眠监护系统，以提高人们的睡眠质量，预防和治疗睡眠相关疾病。
三、研究方法1. 系统设计：本研究首先对便携式睡眠监护系统进行整体设计，包括硬件和软件两部分。
硬件部分主要包括传感器、数据处理单元和电源等；软件部分则负责数据的采集、处理和传输。
2. 传感器选择：选用适用于睡眠监测的传感器，如心电传感器、动脉血氧饱和度传感器、呼吸传感器等，以确保数据的准确性和可靠性。
3. 数据处理与分析：通过算法对采集到的数据进行处理和分析，提取出与睡眠质量相关的参数，如睡眠时长、深睡时间、REM睡眠时间等。
4. 系统测试与验证：对开发完成的便携式睡眠监护系统进行实际测试和验证，确保其性能稳定、数据准确。
四、研究结果1. 系统性能：经过实际测试和验证，本研究所开发的便携式睡眠监护系统性能稳定，数据准确。
传感器具有良好的灵敏度和稳定性，能够准确监测心电、动脉血氧饱和度、呼吸等生理参数。
2. 数据处理与分析：系统采用先进的算法对采集到的数据进行处理和分析，能够准确提取出与睡眠质量相关的参数。
同时，系统还具有自动判断睡眠阶段的功能，能够根据数据自动判断出用户所处的睡眠阶段（如浅睡、深睡、REM睡眠等）。
《2024年便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一一、引言随着现代生活节奏的加快和健康意识的提升，人们对睡眠质量的关注度逐渐增强。
睡眠作为人体恢复精力和调节生理状态的重要过程，其质量直接影响着个体的健康和生活质量。
然而，传统的睡眠监测设备往往体积庞大、操作复杂，难以满足人们对于便捷、实时监测的需求。
因此，便携式睡眠监护系统的研究与应用显得尤为重要。
本文旨在探讨便携式睡眠监护系统的研究现状、技术原理、应用领域及未来发展趋势。
二、便携式睡眠监护系统的技术原理便携式睡眠监护系统主要依托于生物电信号检测技术、无线通信技术和数据处理技术。
通过在用户身体关键部位放置传感器，如脑电波传感器、心电传感器等，收集用户在睡眠过程中的生物电信号。
这些信号经过无线传输模块实时传输至数据处理中心进行分析和处理，从而得到用户的睡眠质量报告。
三、研究现状目前，国内外针对便携式睡眠监护系统的研究已经取得了一定的成果。
国内外的科研机构和企业在硬件设计、算法优化、软件功能等方面进行了大量研究。
例如，某些品牌已推出了集成脑电、心电、呼吸等信号检测功能的智能手环和手表，这些设备能够在用户睡眠过程中实时监测其各项生理指标，并为用户提供详细的睡眠质量报告。
四、应用领域便携式睡眠监护系统的应用领域广泛，主要包括以下几个方面：1. 医疗领域：用于医院和诊所对患者进行睡眠监测和诊断，帮助医生了解患者的睡眠状况，为治疗提供依据。
2. 家庭健康管理：普通家庭可以借助便携式睡眠监护系统实时监测家人的睡眠状况，及时调整生活习惯，改善睡眠质量。
3. 运动员和特殊职业健康监测：运动员和某些特殊职业的人员可以通过该系统监测自身在特殊情况下的睡眠质量，以科学调整训练和生活计划。
五、未来发展趋势随着科技的进步和人们对健康需求的提高，便携式睡眠监护系统在未来将有更广阔的发展空间。
首先，在技术方面，随着生物电信号检测技术和无线通信技术的不断发展，便携式睡眠监护系统的准确性和实时性将得到进一步提升。
《便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一一、引言随着社会节奏的加快和生活压力的增加，人们对健康管理和个人睡眠质量的关注度不断提高。
在这样的背景下，便携式睡眠监护系统应运而生，它不仅为医学研究提供了新的手段，也为普通人群提供了便捷的睡眠质量监测方法。
本文将详细探讨便携式睡眠监护系统的研究背景、目的及意义。
二、便携式睡眠监护系统的研究背景近年来，随着科技的发展和人们健康意识的提升，睡眠健康问题逐渐成为研究的热点。
睡眠质量的监测与评估是睡眠医学的重要组成部分，它对提高人们的生活质量、预防和诊断疾病具有重大意义。
传统的睡眠监测设备往往需要在实验室等专业环境下进行，这给人们的日常生活带来了不便。
因此，便携式睡眠监护系统的研发，成为了一个值得深入研究的领域。
三、便携式睡眠监护系统的研究目的便携式睡眠监护系统的研究目的在于为个人和医疗机构提供一种便捷、高效的睡眠质量监测手段。
该系统旨在实现以下几个目标：1. 实时监测：通过高精度的传感器和算法，实时监测个体的睡眠状态和生理参数。
2. 无线传输：利用无线通信技术，将监测数据传输到移动设备或云平台进行存储和处理。
3. 评估分析：结合算法和医学知识，对个体的睡眠质量进行评估和分析，提供科学的建议和指导。
4. 便捷性：系统设计轻便、易于携带，能够满足人们在日常生活中进行连续监测的需求。
四、便携式睡眠监护系统的技术实现与进展目前，便携式睡眠监护系统主要依赖于可穿戴技术和无线通信技术实现。
该系统通常包括多个传感器，如心率传感器、呼吸传感器、运动传感器等，用于实时监测个体的生理参数和运动状态。
同时，通过无线通信技术将数据传输到移动设备或云平台进行分析和评估。
在技术实现方面，已经取得了以下进展：1. 传感器技术：传感器精度不断提高，能够更准确地监测个体的生理参数和运动状态。
2. 无线通信技术：无线通信技术不断发展，实现了更快速、更稳定的数据传输。
3. 数据分析与评估：结合算法和医学知识，对个体的睡眠质量进行更准确、更全面的评估和分析。
便携式脉动血氧计完整设计方案解析
便携式脉动血氧计完整设计方案解析一、项目概述1.1 引言血氧饱和度（SaO2）是衡量人体血液携带氧能力的生理参数，在临床诊断中有着十分重要的意义。
血氧饱和度的测量方法可分为有创测量和无创测量两种。
有创测量方法是先进行人体采血，再利用血气分析仪进行电化学分析，测出血氧分压PO2，计算SaO2。
该方法比较麻烦，且不能进行连续的监测。
无创测量主要采用双光束透射式方法，由不同波长的红光和红外光通过生物组织的吸光度相对变化值之比推算SaO2。
由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统，不完全符合经典的Beer—Lambert吸收定律，因而导致了红光和红外光吸光度相对变化测量值之比（R／IR 值）与动脉血氧饱和度（SaO2 ）之间的关系只能采用近似的方法建立数学模型。
同时，无创脉搏血氧计内部产生的光源的非理想性引起的误差也使得测量精度普遍低于有创测量的精度。
本设计针对上述问题进行了深入的研究，提出了一种新型无创便携式脉动血氧计的设计方案，可以证明，本设计所研制的脉动血氧计可以提高血氧饱和度的测量精度。
1.2 项目背景/选题动机足够的氧供给是生命的基础，动脉血氧饱和度是反映血氧的重要参数，其测定在临床医疗中有着十分重要的意义。
尽管采用范斯勒克法对血样进行精确的测量是有效的，但该法不能连续监测，测定过程繁琐，给医护人员带来了极大的不便，给病人带来痛苦。
脉搏血氧仪Pulse oximeter具有无创伤、连续、快速、准确监测动脉血氧饱和度SaO2的功能，已得到医学界的承认并进入了临床应用，尤其适于危重病人手术监护。
脉搏血氧仪可广泛应用于手术室、恢复室、急救病房以及体育锻炼和睡眠等方面的研究。
AVR32系列微控制器具有低功耗与高模拟性能等优点。
在单芯片便携式医疗仪器上应用具有很大的优势。
可以将产品的外围器件数量减到最小。
本设计中还可以通过控制LED灯的开启时间与工作频率进一步减小功耗，使整个系统实现超低功耗，对环境友好。
《2024年便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一《便携式睡眠监护系统研究》一、引言在医学科技的进步与发展下，便携式医疗设备的兴起为我们对疾病的早期预防和日常监测提供了全新的可能性。
尤其在睡眠研究领域，睡眠障碍问题已成为影响公众健康的重要问题之一。
因此，便携式睡眠监护系统的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨便携式睡眠监护系统的研究现状、技术原理、应用场景及未来发展趋势。
二、便携式睡眠监护系统的研究现状随着科技的发展，便携式睡眠监护系统逐渐成为研究热点。
该系统集成了多种传感器，如心电传感器、动脉血氧饱和度传感器、呼吸传感器等，能够实时监测并记录用户的睡眠数据。
目前，国内外众多科研机构和公司都在进行相关研究，并取得了一定的成果。
然而，现有的便携式睡眠监护系统仍存在一些挑战和问题，如准确性、稳定性和便利性等方面的提升空间。
三、便携式睡眠监护系统的技术原理便携式睡眠监护系统主要通过内置的传感器实时监测用户的生理参数，如心率、呼吸频率、血氧饱和度等。
同时，系统还具备自动识别和记录用户睡眠阶段的功能，如浅睡期、深睡期、REM期等。
此外，系统还能根据监测到的生理参数变化，对用户的睡眠质量进行评估和预警。
其核心技术包括传感器技术、信号处理技术、模式识别技术和无线通信技术等。
四、应用场景便携式睡眠监护系统可广泛应用于家庭、医院和养老院等场景。
在家庭环境中，用户可随时随地进行睡眠监测，及时发现并改善睡眠问题。
在医院和养老院等医疗机构中，该系统可帮助医护人员实时监测患者的生理参数和睡眠质量，为疾病的诊断和治疗提供有力支持。
五、未来发展趋势随着科技的进步和人们对健康管理的需求增加，便携式睡眠监护系统将朝着更加智能化、便捷化和个性化的方向发展。
首先，系统将更加注重用户体验，提高设备的舒适度和便捷性。
其次，随着人工智能技术的发展，系统将具备更强大的数据处理和分析功能，能够为用户提供更加精准的睡眠评估和改善建议。
此外，系统还将与手机等智能设备进行深度融合，实现远程监控和健康管理等功能。
《2024年便携式睡眠监护系统的研究》范文
《便携式睡眠监护系统的研究》篇一一、引言随着现代生活节奏的加快，人们的睡眠质量逐渐成为关注的焦点。
睡眠问题不仅影响个人的健康和生活质量，还与多种慢性疾病的发病风险密切相关。
因此，对睡眠状态的监测和评估显得尤为重要。
传统的睡眠监护设备通常体积庞大、使用不便，难以满足人们日益增长的便携性需求。
基于此背景，便携式睡眠监护系统应运而生，为个人和医疗机构的睡眠监测提供了新的解决方案。
本文旨在研究便携式睡眠监护系统的设计原理、技术特点及其在睡眠监测中的应用。
二、便携式睡眠监护系统的设计原理便携式睡眠监护系统主要基于生物电信号检测技术，通过采集和分析人体的生理信号，如脑电、心电、呼吸等，来评估睡眠质量和状态。
其设计原理主要包括以下几个方面：1. 信号采集：通过传感器采集人体的生物电信号，如脑电波、心电等。
2. 信号传输：将采集的信号通过无线或有线方式传输至处理单元。
3. 信号处理：对传输的信号进行滤波、放大、数字化等处理，以便进行后续分析。
4. 数据分析与评估：通过算法对处理后的信号进行分析，评估睡眠质量和状态。
三、技术特点便携式睡眠监护系统具有以下技术特点：1. 便携性：体积小、重量轻，方便携带，适用于家庭、医院等多种场合。
2. 实时监测：能够实时采集和分析生物电信号，及时反映睡眠状态。
3. 无线传输：采用无线传输技术，减少了线路的束缚，提高了使用的便捷性。
4. 数据分析：采用先进的算法对生物电信号进行分析，提供客观、准确的睡眠评估报告。
四、应用领域便携式睡眠监护系统在以下领域具有广泛的应用：1. 个人健康管理：帮助个人了解自己的睡眠质量，调整生活习惯，改善睡眠。
2. 医疗机构：用于医院对睡眠障碍患者的诊断和治疗，为医生提供客观的睡眠数据。
3. 科研领域：为科研人员提供实验数据和手段，推动睡眠医学的发展。
五、研究展望随着科技的不断发展，便携式睡眠监护系统将在以下几个方面取得进一步的研究和改进：1. 传感器技术：提高传感器的灵敏度和稳定性，以更准确地采集生物电信号。
便携式缺氧监测系统设计报告
便携式缺氧监测系统【摘要】最近几年，我国城市天然气及煤矿瓦斯爆炸重特大事故频频发生，给国家财产和人民生命造成了巨大损失，直接影响着我国经济、社会的可持续发展。
实践表明，确定爆炸危险性气体的爆炸极限，提前预防是防止该类事故的基本前提. 便携手持式缺氧检测仪，低氧检测仪可以随身携带任意检测不同环境氧气含量，当环境中氧气含量低氧气正常水平<即小于18%VOL >的时候，缺氧检测仪，低氧检测仪就会自动发出报警声音提示，提示氧气浓度不正常，工作人员应该采取相应措施，补充环境中氧气含量维持正常水平，防止人员缺氧导致人身事故发生。
【关键词】：气敏传感器便携式应用【ABSTRACT】:Recent years,Urban natural gas and coal mine gas explosion inthe frequent occurrence of major accidents.To the state property and people's lives and caused huge lossesDirect impact on our economic and social sustainable development. Practice shows that to determine the risk of gas explosion explosion limit, early prevention is the basic prerequisite to prevent such accidents. Portable hand-held detector hypoxia, hypoxia detector test can carry any oxygen content in different environments, when the oxygen content in the environment normal levels of low oxygen <that is less than 18% VOL> when oxygen detector, oxygen detector sounds an alarm automatically prompts, suggesting that oxygen concentration is not normal, the staff should take appropriate measures to supplement the oxygen content in the environment maintain normal levels of oxygen to prevent personnel accidents result in personal.【KEY WORDS】:gnssear portable apple一设计目的本设计可以检测地下通道或者洞穴底部的氧浓度的系统以防止缺氧事故发生。
基于SVM的便携式睡眠监测系统设计
０ 引 言
良好的睡眠是 人 类 健 康 的 重 要 基 础，睡 眠 不 好 会 带 来 一 系 列 的 健 康 问 题 ，如 记 忆 力 下 降 、免 疫 力 变 差 等 。 此 外 ，许 多 疾 病 ，如 抑 郁 症 、打 鼾 ，也 会 严 重 地 降低人 的 睡 眠 质 量 。 ［１－２］ 在 这 些 情 况 下，对 睡 眠 质
据经无线通信网络连接模块送至服务器。 服 务 器 接 到 被 监 测 用 户 的 脑 电 波 数 据 时 ，应
用服务器将相关数据存储到数据服务器并通过自 动 睡 眠 分 析 算 法 分 析 脑 电 波 数据 ，存 储 分 析 结 果 ， 并将结果通过公共网络反馈给用户和相关的家庭 医生。 １１ 用 户 端 设 备 设 计
· ２７５·
数据服务器与应用 服 务 器 通 过 内 部 网 络 连 接，保 护 用户数据安全。应用服务器通过公共网络响应用户 需求。应用服务器 能 实 现 用 户 管 理、脑 电 波 数 据 分 析、结果显示与 处 理 功 能 和 数 据 管 理 功 能。 当 服 务 器接到被监测用户 的 脑 电 波 数 据 时，应 用 服 务 器 将 相关数据存储到数据服务器并通过自动睡眠分析算 法 分 析 脑 电 波 数 据 ，存 储 分 析 结 果 ，并 将 结 果 通 过 公 共网络反馈被监测用户。当所述被监测用户的医生 请 求 监 测 结 果 ，服 务 器 返 回 监 测 结 果 ，并 提 供 结 果 校 对 、修 正 与 输 出 功 能 。
用户 端 的 数 据 采 集 装 置 采 用 １６位 低 功 耗 微 控 制器，外围主要有 电 极、时 钟 模 块、低 功 耗 信 号 预 处 理 模 块 、数 据 存 储 模 块 、蓝 牙 通 信 模 块 。 时 钟 模 块 用 于 提 供 准 确 的 时 间 ；信 号 预 处 理 模 块 处 理 连 接 电 极 ， 主要结构如图 ２所 示，主 要 的 电 路 模 块 主 要 是 差 分 放 大 、高 通 滤 波 、低 通 滤 波 和 放 大 电 路 。 数 据 存 储 模 块，采用带有文件系统 的 ＳＤ卡，形 成 一 个 数 据 的 缓 存区域，能在无法连 接 通 信 模 块 的 情 况 下 存 储 一 定 量 的 数 据 ，保 护 数 据 完 整 。 蓝 牙 通 信 模 块 ，用 于 与 无 线通信模块通信，在 一 定 程 度 上 提 高 了 采 集 设 备 的 可移动性。通信装置包括蓝牙模块和无线通信网络 连接设备。无线通信网络连接模块用于与服务器通 信，通常采用 ＷｉＦｉ模块或者 ３Ｇ模块。 １２ 服 务 器 端 设 计
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便携式睡眠血氧监测系统的设计及实现作者：赵晓明何伟廖彦剑胡宁
来源：《教育教学论坛》2019年第36期
摘要：基于无创光学技术血氧检测，针对整夜血氧数据的获取、数据的可视化分析和氧减饱和度指数（0-DI4）参数的计算，提出了一套包括便携式睡眠血氧监测和数据可视化分析软件的系统解决方案，对系统的各项指标进行测试，满足对睡眠呼吸暂停低通气综合征（sAHS）等疾病的初筛要求。
关键词：血氧饱和度;数据可视化;氧减饱和度指数
中圖分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）36-0203-02
整夜的血氧监测对于初筛一些慢性疾病具有重要的应用价值，ODI4定义为在每小时睡眠过程中，血氧饱和度值下降≥4%的次数。
国内外的相关研究指出：ODI4是SAHS较好的筛查指标，能够较好地反映SAHs严重程度，选用适当的ODI4标准对SAHS患者具有较高诊断价值，单纯的血氧监测在国内被认为是一种简易的SAHS初筛诊断方法。
因此，本文旨在设计一套可对血氧进行连续监测、并对SAHS等疾病进行初筛的便携式睡眠血氧监测系统。
一、系统的整体设计架构
便携式睡眠血氧监测系统设计主要由基于单片机便携式睡眠血氧监测软硬件设计和基于Pc机数据可视化分析软件设计构成，系统整体架构图如图1所示。
系统整体功能指标要求如下所示：（1）睡眠监测数据的读取和储存。
（2）整夜监测数据变化曲线的绘制。
（3）睡眠血氧医学参数的计算，主要包括：最低血氧饱和度（LSpO2）、平均血氧饱和度（MSpO2）、血氧饱和度低于90%占有效记录时间的百分比（TS90%）、睡眠过程中每小时血氧饱和度值下降≥4%的次数（ODI4）。
二、系统设计方案及实现
便携式睡眠血氧监测系统设计包括：便携式睡眠血氧监测单片机硬件设计、便携式睡眠血氧监测单片机软件设计、Pc机数据可视化分析软件设计三个部分。
（一）便携式睡眠血氧监测单片机硬件设计
硬件采用双电源供电方案，在睡眠监测时通过锂电池进行供电，当设备通过USB连接上位机时，自动切换为USB供电，同时对设备进行充电。
硬件实物图如图1所示。
（二）便携式睡眠血氧监测单片机软件设计
单片机软件设计采用了嵌入式实时操作系统FreeRTOSv10.0.0。
便携式睡眠血氧监测单片机软件包括血氧监测模式、USB通讯模式和关机模式设计。
血氧监测模式下的程序流程图如图2所示。
用户可待血氧测量稳定后，手动进入睡眠监测，待睡醒之后，退出睡眠监测。
睡眠监测期间的测量数据会被存储，可以通过配套的数据可视化分析软件读取并存储至上位机。
（三）Pc机数据可视化分析软件
Pc机软件设计通过Qt5.10.1平台进行开发，数据可视化分析软件能够读取便携式睡眠血氧监测仪中读取的监测数据，绘制整夜的血氧和脉率变化曲线图，可以计算包括LSpO2、MSpO2、TS90%、ODI4在内的众多参数。
三、系统的指标测试及分析
采用University College Dublin Sleep Apnea Database中的血氧饱和度监测数据进行算法测试。
对此数据库中25例疑似SAHS患者的血氧数据，通过数据可视化分析软件进行计算，得到ODI4、MSpO2、LSpO2、TS90%等参数，并计算各参数与AHl的相关系数，计算结果如表1所示。
由计算结果可得，AHI与0DI4、TS90%成正相关，与MSpOz、LSpO2成负相关，其中与ODI4成显著正相关。
与国内外论文中ODI4与AHI的高相关性结论相一致，证实算法的准确性以及具有实际的应用意义。
四、结束语
采用上下位机结合的便携式睡眠血氧监测和数据可视化分析软件的系统解决方案，经测试，能实现血氧长时间连续监测、IDO4算法计算分析、SAHs初筛诊断等功能，满足相关指标要求，对睡眠呼吸暂停低通气综合征等疾病的初筛研究具有重要的应用价值。