無線型睡眠呼吸暫停癥監(jiān)視系統(tǒng)電路設計

　　睡眠呼吸暫停癥是一種很常見的睡眠呼吸疾病，根據(jù)研究調查，在美國約有24%的成年男性及9%成年女性或超過200萬人口患有此疾病，在中國臺灣至少有35萬人也有此問題。一般在診斷患者是否罹患睡眠呼吸暫停癥是指患者在睡眠中出現(xiàn)呼吸暫停和低通氣的總次數(shù)超過每小時5次。

　　生理參數(shù)測量計

　　心跳變化使用的感測組件為光傳感器，主要利用人體心臟收縮時血管中的血流量及血氧濃度會因此而產生變化。本系統(tǒng)采用光耦合器（CNY70）利用光反射法偵測血管末端血流量的變化。音頻信號接收器主要是接收睡眠時因呼吸道阻塞所產生的鼾聲，本系統(tǒng)采用電容式音頻接收器作為信號接收的主要組件，利用接收音波壓力改變振動膜的位移量，使振動膜與鋁質外殼間的電容CT隨著音波強弱改變電容量，再經(jīng)FET完成阻抗的轉換產生RECM，使REXT和RECM的分壓改變，得到不同的輸出。圖3為音頻接受器內部架構及動作原理。

　　圖3 音頻接受器內部架構及動作原理

　　呼吸傳感器的工作原理是利用呼吸時胸腔會產生起伏而拉動臥式可變電阻因而產生電阻值的改變。

　　生理信號感測電路

　　心跳變化時，傳感器所測量到的信號，包含有直流偏壓（DC Offset）、心跳變化的信號、呼吸及肌肉顫動、60Hz及高頻的噪聲，其中心跳變化的信號為所需的信號，其它信號一律視為噪聲，因此分別采用硬件的前置濾波電路及軟件兩種處理方式，以消除不同的噪聲對測量所造成的影響。前置濾波電路主要特點是可以減輕軟件程序進行數(shù)字信號處理所需的運算量及時間，避免造成信號處理過程中延遲情形。圖7為心跳感測電路。

　　圖7 心跳感測電路

　　鼾聲感測電路

　　以音頻接收器測量到的鼾聲信號包含很多噪聲及背景雜音的影響，必須利用硬件濾波器去除高頻、低頻噪聲只留下鼾聲頻帶內的信號，Smithson［1995］研究中顯示鼾聲的頻率大約在1~200Hz的聲音頻帶內，其它聲音的頻率域則較廣。首先由音頻接收器從量得的信號，信號放大，再經(jīng)由200Hz低通濾波器濾除其它聲音所造成的噪聲干擾。

　　呼吸感測電路

　　利用呼吸時胸腔的起伏拉動臥式可變電阻改變電阻值因而產生的電壓變化，經(jīng)由信號放大電路、比較電路，即可判斷呼吸的情形。圖13為呼吸信號波形。圖14為呼吸感測電路。

　　圖14 呼吸感測電路

　　CPU及顯示電路

　　圖15所示為本系統(tǒng)CPU及顯示電路。CPU是使用盛群半導體股份有限公司所生產的HT46R24微控制器，其中由Port A 及Port C驅動15*4中文顯示型LCD，作為生理參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示，Port B為生理參數(shù)及定時器的輸入端，而Port D則經(jīng)過MAX232準位轉換做串行傳輸。

　　圖15 CPU及顯示電路

　　生理參數(shù)測量計之程序如下：在生理參數(shù)測量時為了避免讀取到身體翻轉時的錯誤信號，利用多重讀取的方式加以避免，在信號變化時連續(xù)讀取，且每次讀取間加入一段時間延遲，再經(jīng)過比對讀取的信號是否相同，此方式可降低信號讀取時的錯誤率。處理完成后的生理參數(shù)資料存放于微控制器的緩存器，并通過中文型LCD顯示所測量到的生理參數(shù)。藍牙無線模塊傳輸方面，主要將儲存在微控制器內部緩存器的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過RS-232串行傳輸與個人計算機間做數(shù)據(jù)通訊。

　　在設計單芯片微控制器時，必須以時間軸為基準，測量各項生理參數(shù)，才能于重建時找出各個生理參數(shù)間的關系。為了使生理參數(shù)測量計的體積小型化，必須選擇低消耗電量及體積較小的組件，并使用微控制器使整體電源消耗最小化。藍牙無線傳輸模塊為低功率消耗且高 安全性的無線數(shù)據(jù)傳輸設備。