[发明专利]一种基于麦克风阵列的鼾声体位检测方法

说明书

本发明公开了一种基于麦克风阵列的鼾声体位检测方法。该方法首先使用环形麦克风阵列采集睡眠呼吸声数据，确定参考和辅助麦克风通道，并对各通道整夜睡眠呼吸声进行鼾声检测获得鼾声片段；之后基于参考通道鼾声片段估计TDOA向量，将所有TDOA向量结果进行聚类，获得体位类型数；接着针对各个麦克风通道，求取每个鼾声片段的平均功率，由此获取每个鼾声片段最大平均功率对应的麦克风通道；最后根据TDOA向量聚类结果和每个鼾声片段的平均功率以及最大的平均功率对应的麦克风通道，获取每个鼾声片段对应的体位检测结果。本发明采用非侵入式方式，过程简便且更保护患者隐私，避免了患者睡眠过程中的不适感，对于进一步研究体位对鼾声影响具有重要的医学价值。

技术领域

本发明属于用声信号处理手段实现睡眠体位检测技术，特别是一种基于麦克风阵列的鼾声体位检测方法。

背景技术

阻塞性睡眠呼吸暂停/低通气综合征(Obstructive Sleep Apnea-HypopneaSyndrome,OSAHS)属于睡眠呼吸领域疾病。OSAHS发病率为3％-4％，会伴有打鼾和呼吸暂停症状。由它引发的频繁血氧饱和度下降会造成心脑血管系统损害，极易诱发高血压、冠心病、心力衰竭等疾病。临床上，目前使用多导睡眠仪 (Polysomnography,PSG)诊断OSAHS，但其价格昂贵，且患者在使用时需要长时间佩戴面罩，身体多个部位也需要连接导管，这些会给患者带来不适。由于鼾声是OSAHS显著症状，所以对患者整夜睡眠情况进行监测，从中提取鼾声进行研究，来判断是否患有OSAHS。目前睡眠监测设备主要分为两种，一种是便携式睡眠监测设备，通过佩戴体积小的传感器来采集数据；一种是非侵入式睡眠监测设备，通过麦克风阵列来采集数据。因为鼾声振动来源与上气道阻塞、气道结构性狭窄以及上气道肌张力降低密切相关，而这些影响因素与人体睡眠体位有一定关系。关于体位检测，国内胡弢等人(胡弢,王蕾,侯琳琳,张亮.基于加速度传感器的睡眠体位监测方法的研究[J].中国医学物理学杂志,2012,29(04):3542-3545+3576.)利用加速度传感器，通过佩戴在小腹位置连续采集睡眠期间的身体位置状态，使用上位机软件对体位信号的突变、渐变、状态间相似度进行分析，从中分离出相关体位信息。但是这类方法只检测体位，没有体现鼾声与体位关联性。於俊成等人(於俊成.基于骨导麦克风的睡眠呼吸状态监测及健康分析[D].天津大学,2016.)使用陀螺仪芯片作为监测模块的主要部件，监测受试者翻身的情况，通过对陀螺仪采集的数据进行分析，计算每次翻身转过的角度，确定对应的体位信息。但是此方法需要将采集设备通过医用胶带固定在受试者胸口靠近下巴的位置，且设备所处的平面和陀螺仪旋转轴需要是保持平行的，要求比较高，会影响数据采集结果。东北大学的康雁等人(康雁,宁国琛.基于声源定位的头部姿态检测系统研究与实现[J].东北大学学报(自然科学版),2018,39(01):26-30+49.)利用声源定位技术，使用4路麦克风传感器以阵列形式即1m×1m的矩阵方式放置于待测者枕头四周即左上、右上、左下、右下来采集鼾声，通过计算发声位置和鼾声幅值特征来判断头部姿态。但是其头部姿态是被预先定性区分为向左、向上、向右3个状态，而在实际环境下会出现其他状态，也应被考虑；其次，麦克风放置于头部四周，受试者翻身会受到影响，导致最后得到的结果不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于麦克风阵列的鼾声体位检测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于麦克风阵列的鼾声体位检测方法，包括以下步骤：

步骤1、利用环形麦克风阵列同步采集体位待测者的睡眠呼吸声数据信号，确定参考麦克风通道和辅助麦克风通道，并对环形麦克风阵列各麦克风通道睡眠呼吸声数据信号进行鼾声检测，获得若干个鼾声片段；

步骤2、估计参考麦克风通道的每个鼾声片段对应的波达时间差向量，将所有波达时间差向量结果进行聚类，获取体位类型数；

步骤3、针对各个麦克风通道，求取每个鼾声片段的平均功率，由此获取每个鼾声片段最大平均功率对应的麦克风通道；