睡眠状态下人体生理信号的监测

睡眠状态下人体生理信号的监测

睡眠状态下人体生理信号的监测

326·医学信息 2004 年 6 月第 17 卷第 6 期医学信号处理● 睡眠状态下人体生理信号的监测徐现通 ( 第一军医大学生物医学工程系, 广东广州510515) 摘要: 监测睡眠中的一些生理参数不仅可以使我们评估睡眠的质量, 而且能够对某些疾病提供有力的诊断依据.本文介绍了睡眠状态下人体生理信

号蕴含的信息, 以及近年来睡眠监测中用到的一些人体生理信号的监测方法及

仪器, 并对睡眠监测中人体生理信号的检测与处理方法作了进一步的研究. 关键词: 睡眠; 监测; 人体生理信号; 睡眠呼吸暂停睡眠障碍是许多疾病形成和发展的重要因素, 睡眠的质量问题不仅可能引起人体各种生理功能的低下, 而且还会导致一系列周身性病变 [1- 3 ]: 心血管系统疾病,神经系统疾病, 内分泌代谢紊乱,肾脏功能损害.如何能有效监测病人的睡眠状况, 为病人疾病的早期诊断提供依据, 已引起人们的重视. 从医学心理学角度讲, 睡眠障碍的产生可能是由于繁多的社会信息刺激, 人的交感神经长期兴奋引起了身体亢奋, 配合失调, 从而形成了"亚健康"的病理基础 .显而易见, [1 ] 人体生理信号蕴含的信息: 111 睡眠结构分析 112 呼吸事件分析对睡眠的结构和进程的了解,

是利用多道睡眠检测仪记录多道睡眠图来完成的.通常应包括两道脑电图

(EEG ) ,两道眼动图 (EO G ) ,一道颌肌电图 (EM G ) 等.有时还应包括体动,腿动,体位等信号.睡眠结构一般划分为六期 [2 ]: 觉醒期, R EM 睡眠- 1 期, R EM 睡眠- 2 期, R EM 睡眠 N N N - 3 期,N R EM 睡眠- 4 期, R EM 期. 对睡眠结构的分析, 则应包括以下内容: ①睡眠潜伏期; ②觉醒次数和时间; ③ 总睡眠时间; ④觉醒比; ⑤睡眠效率; ⑥睡眠维持率; ⑦ 内容包括: a 1R EM N R EM 各期的比例; ⑧R EM 睡眠的分析. 呼吸事件. 113 睡眠障碍引起的并发症"亚健康" 是介于健康和非健康之间的一种身体的灰色状态, 是指机体虽无明显疾病, 却呈现出活力下降, 适应性呈不同程度减退的一种生理状态, 即健康和达到疾病诊断标准之间的一类生理功能低下状态.亚健康常见病症: 持续过张

的心身应激; 慢性疲劳综合症; 部分抑郁症; 睡眠呼吸暂停 ( SA S) 等.其中, 阻塞性睡眠呼吸暂停是心血管疾病一个独立的危险因素, 是一种常见且日益受到重视的睡眠障碍疾患. 其临床表现为睡眠时打鼾, 反复发作的呼吸浅慢或暂停, 经常性呼吸暂停且时间在 10s 以上,频度超过每小时睡眠时间 5 次 [2,

3 ]. 医学的任务首先是检测出亚健康状态, 概略确定出生理功能低下的程度, 然后使其恢复到健康状态.那么, 究竟哪些人体生理信号里包含着健康状态的

信息, 如何把它提取出来? 再则是能否从医学工程角度为"亚健康"者提供某种具备"恢复健康状态"能力的仪器设备? 研究表明自主神经功能状态的检测和

评价将是达到这一目的必经之路 .因为精 [1 ] 神应激下首当其冲的是自主神

经反应.持续应激必定会造成自主神经功能状态的低下. 1 人体生理信号蕴含

的信息睡眠障碍疾病的诊断一般分临床症状判断, 体征检查, 并发症检查, 实验室检查及睡眠诊断仪的检测等几部分完成.其中睡眠呼吸监护仪的检测往往

是必需的并能提供直接客观的诊断依据.它提供的指标一般包括: 脑电,眼动,

肌电,气流,胸腹运动,鼾声,心电,血氧,体位等.这种方法至今仍是最可靠,全

面的分析方法.国际上称之为睡眠呼吸障碍诊断的 "金标准" . 其原因主要是

通过它获得的信息 [3 ] 全面, 客观性好. 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 睡眠潜伏期; b 1R EM 睡眠次数; c1R EM 睡眠时间 (R T ) 和百分比; d 1R EM 活动度 (RA ) ; e 1R EM 强度 (R I) ; f 1R EM 密度 (RD ) . 呼吸事件分析的中心任务是识别和记录睡眠期呼吸的低通气或呼吸暂停.对睡眠呼吸进行监测的指标包括: 鼻气吸事件的分析如下[2 ]: ①呼吸事件的持续时间; ②呼吸事件吸暂停低通气指数; ③血氧饱和度水平; ④伴有觉醒反映的流,胸腹呼吸运动,鼾声,血样饱和度,隔肌电图.有关呼的分类, 内容包括: a 1 睡眠呼吸暂停; b 1 睡眠低通气; c1 呼谢障碍[1- 3 ]. 电图, 动脉血压, 血液动力学等. 2 人体生理信号监测的方法

211 按监测方式划分睡眠呼吸暂停综合征引起长期睡眠低氧血症和高碳酸血症, 可随病程延长, 成为持续性改变, 并继发病理生理改变, 从而引起全身各系统的并发症, 如心血管系统疾病,神经系统疾病,呼吸系统疾病,消化系统及

泌尿系统疾病和代由睡眠呼吸暂停综合症 (SA S ) 直接和间接引起的有关生理系统变化的信息主要有脑电图, 睡眠结构, 心率变异, 心根据不同患者的需要, 人体生理信号监测的方法也多种多样, 按监测方式划分为: 21111 多道睡眠图 (PSG ) 经典的多导睡眠图 (PSG ) 均●医学信号处理医学信息 2004 年

6 月第 1

7 卷第 6 期·327 以计算机为核心平台, 其基本指标包括: 脑电,眼动,肌电, 气流,胸腹运动,鼾声,心电,血氧,体位等.也可根据需要增加一些其

它指标, 如手动,腿动,CO 2 浓度,食道压力 PH, 上气道阻力及通气量等 [2, 3 ] 成了很多 L abV IEW 开发环境中的动态连接库, 其采样率高,传输速度快, 非常适合医学随机信号的检测与处理.为此, 我们采用虚拟仪器的方法, 建立了

一种新的人体生理信号采集,显示和分析系统, 使传统的睡眠监护系统成为一

个智能化的人体生理信号采集分析系统 [1, 9, 10 ]. 一个由 PC DAQ 插卡式虚拟仪器组成的人体生理信号检测系统如图所 . 21112 微动灵敏床垫 1995 年北京空军医学研究所的航空医学专家设计了微动灵敏床垫, 测量人体心搏和呼吸对气床垫的压力变化来测量 BCG, 呼吸, 心率和翻身等体动信号, 整每次

心跳的心动周期.利用该床垫不仅可以进行睡眠时心率眠呼吸暂停综合症. 示.该测量系统由两部分组成: 传感器及调理电路和虚拟仪器硬件平台. 个床垫分为四个区分别测量,互相校正信号, 能准确的测量变异性的分析和自主神经功

能的评定, 而且可以辅助诊断睡 21113 非接触式检测方法电磁波照射人体后, 其反射波中必然加载有人体的生理信息, 人体微动与回波幅度,相位起人体表面微动.发射信号与接收信号混频后得到一反应了等之间具有相关性,而人体生理运动 ( 如心跳,呼吸) 会引目标距离和人体生命特征的调相信号. 对该信号进行滤波, 检波, 转换, 数字信号分析等处理, 可以得到人体的生命 AD 信息. 21114 远程家庭医疗监护网网络系统采用普遍使用的电话和个人计算机作基础, 以家中近距离遥测技术,远距离电图基于 PC - DAQ 的虚拟仪器测试系统的结构 312 人体生理信号的处理话通讯网为技术平台, 形成以心电,血压等重要生理参数为院的监护和急救处理,病情分析,统计,病理管理等多项医疗功能. 212 按监测的内容划分主的监护网系统, 实现众多病人在家中就能及时得到中心医生物医学信号是一种相当复杂的信号, 其主要特点是随机性和噪声背景

比较大, 而且个体差异比较大, 病理的,变异的生理信号时常发生. 信号的统

计特性不仅随时间而变, 而且还是非先验的.因此, 要开发一台先进适用的医学仪器必须有好的医学信号处理方法.近年发展起来的医学信号软件处理方法主