[发明专利]一种基于压电传感器的呼吸和心跳信号处理电路

说明书

沈劲鹏  宗洪强  班庆远  杨欣  王金泊  王新安

【技术领域】

本发明涉及医疗监测诊断仪器及电路设计领域，具体涉及一种基于压电传感器的呼吸和心跳信号的处理电路，可以得到人体的呼吸和心跳生理参数，并初步进行疾病诊断。

【背景技术】

心脑血管疾病是一种严重威胁人类，特别是50岁以上中老年人健康的常见病，即使应用目前最先进、完善的治疗手段，仍可有50％以上的脑血管意外幸存者生活不能完全自理！全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达1500万人，居各种死因首位。心脑血管疾病已成为人类死亡病因最高的头号杀手！

同时，由阻塞型、中枢型或混合型呼吸暂停引发的睡眠呼吸障碍也一直严重干扰着人们正常的工作和生活，引起睡眠质量下降、日间极度嗜睡和疲劳。长时间的睡眠呼吸障碍甚至会引发一系列的心脑血管系统及其它相关系统疾病。睡眠呼吸暂停是一组有潜在危险的睡眠呼吸障碍疾病，易并发心律失常、高血压、甚至呼吸衰竭或猝死，有人估计全世界每天有3000人死于本病。

减小心脑血管疾病和睡眠呼吸暂停的死亡率的重要手段是早预防、早发现、早治疗，因此心跳和呼吸的即时监测技术就显得越来越重要。

传统的呼吸和心跳监测手段主要是多导睡眠监测仪(PSG)和心电图仪。这种检查方式详细而具体，而且准确度高。但是，多导睡眠监测仪和心电图仪需要固定许多电极，检查不方便，同时它们极其昂贵且笨重，不能用便携式和家用式。

聚偏氟乙烯材料压电常数大、灵敏度高、频率响应范围宽且价格便宜，采用本发明专利的处理电路能够非常适合用作便携式家用睡眠监测系统的传感材料。

除聚偏氟乙烯材料以外，市场上也有一些以其它材料作传感器的呼吸心跳监测产品和专利。但这些系统在传感器精度、信号处理电路的处理能力、检测和安装方式等方面都或多或少地存在着一些不足。

就信号处理电路方面而言，有的睡眠监测系统只能提取出呼吸信号，不能检测和处理心跳信号。同时，绝大部分睡眠监测系统功能过于简单，只能完成对心跳和呼吸信号进行计数的功能，不能达到诊断疾病等目的。如申请号为200310120732.6的专利公开的一种“心搏和呼吸测量装置”、申请号为200410088749.2的专利公开的“一种非接触式心动和呼吸监测技术“等，均只能完成计算呼吸和心跳次数等简单功能。

【发明内容】

本发明的目的是通过数字信号处理方式完成对呼吸和心跳信号的采集、分离、存储和处理，实现对呼吸和心跳的计数以及波形显示，同时也可以实现一些疾病的初步诊断。

为达到上述目的，本发明先通过模拟前端(电荷放大器、电压放大器和工频陷波器)将压电传感器输出的电荷信号转化为电压并初步滤除市电干扰信号(国内市电频率为50Hz)，再通过A/D转换器将信号送给处理单元的各个模块进行处理。

在处理单元中，先通过滤波模块中的数字滤波器和相应滤波算法对信号进行进一步的滤波处理，滤除包括市电噪声、元器件噪声、电磁干扰噪声和温度变化引起的热电效应噪声等噪声信号在内的各种干扰信号，提高信号的信噪比。再通过分离模块以数字滤波的方式分离出呼吸和心跳信号：考虑到正常成年人呼吸频率16～20次/分钟，心率60～100次/分钟，因此可认为0～0.7Hz为呼吸信号，0.7Hz以上为心跳信号。

分离出的呼吸和心跳信号分别通过计数模块得到信号频率和周期。呼吸和心跳信号频率和波形再作为诊断模块的输入进行疾病诊断和自诊断。其中，疾病诊断是将测量得到的呼吸或心跳信号波形和信号频率与疾病数据库中的每个疾病信号以及正常呼吸或心跳信号进行对比。若与某疾病的波形特征相似，则判定该测试者可能患有该疾病。自诊断是将测量的呼吸或心跳信号与历史测量信号数据库中的一些数据进行比对，若发现波形有明显不同则结合疾病数据库判断该测试者是否患有疾病以及是慢性病还是急性病。

最后通过显示单元显示呼吸和心跳信号的频率、周期、波形以及是否正常、若不正常可能患有哪些疾病等。

本发明的有益效果是：

精度高、成本低、功能强大，可以精确分离心跳和呼吸信号，得到呼吸和心跳的频率、周期和波形，能长期观察和存储人体心跳和呼吸生理参数，并且能够初步完成一些呼吸类和心脏类的疾病诊断，实现长期人体生理健康监测功能。

【具体实施方式和附图说明】

下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的描述。