[发明专利]基于柔性电纺织材料的连续呼吸测量方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗保健领域，涉及一种生理信号的检测方法，特别是无察觉式的生命体征的检测方法，具体是一种基于柔性电纺织材料的连续呼吸测量方法。

背景技术

呼吸频率不仅对于检测诸如睡眠呼吸暂停，婴儿猝死综合症等疾病非常重要，而且它能预测心脏病病发。很多研究表明过高的呼吸频率是心脏骤停的重要指标。有研究证实当呼吸频率每分钟超过27和25的时候心脏骤停的比例很高。此外，死亡率的上升和呼吸频率也有关系。呼吸频率的差异，和心率、血压相比，能更好的预测心脏问题。虽然呼吸频率和心率、血压、体温是四大重要生命体征，但对于呼吸频率的研究还是比较有限。事实上实验证明只有30%的病人每天能被记录至少一次呼吸频率。由于缺乏监测，不可靠性以及采集信号的成本和新技术装备的费用，呼吸频率一直以来都被相对忽视。

一般的医院，呼吸频率是通过人工测量或者附带传感器来推断的。人工测量由于采用不同的方式测量呼吸频率，测量的结果是不精确的，例如，使用听诊器测量呼吸频率和手动跟踪病人胸部移动的结果是不一样的。此外，30秒的呼吸计数的2倍和1分钟的呼吸计数，也存在差别。如果病人知道自己的呼吸速率被测量，他们有可能控制呼吸。不同的外部传感器可以测量呼吸频率，但也存在各种缺点。

根据不同的传感器方案，呼吸频率测量可大体分为以下三类：身体接触，非直接接触，以及无接触。由于呼吸频率测量还没有得到足够的重视，因此三类系统都还未成熟，并且没有一种是占据主流的。

（1）接触式测量

第一类系统包括与身体接触的传感器。这些传感器要么直接附着在皮肤上，或者通过呼吸绑带戴在身上。接触式测量的最主要问题是病人会感到不适。例如，电感呼吸体积记录仪是一个双带状传感器戴在胸口和腹部。随着身体的收缩和舒张，传感器中的线圈的电导能被记录下来。这种方法被应用在很多睡眠中心，并且是美国睡眠医疗学会的推荐方法。另外一种类似的是阻抗呼吸体积记录仪，它也是通过测量胸部扩张来采集数据。另外一种身上传感器是声学呼吸频率监控仪。它是一种附着的传感器，可以放在病人的颈部。这种传感器是一种声学的传感器，可以通过呼气和吸气的声音来测量。三轴的MEMS传感器，包括加速器和陀螺仪曾被放置于病人的躯干，用来不间断的通过加速度和角加速度来推断病人的呼吸频率。尽管这两种系统都被认为是非侵入系统，但是它们确实影响到人们的正常睡眠姿态。在很多医院里，脉搏血氧仪 （比如Nellcor呼吸监控仪），可以通过指尖的血氧测量来估测呼吸频率。然而当病人没有正常的氧气含量或者低脉搏的时候，结果可能不准确。

（2）间接接触式测量

第二类呼吸频率的测量是通过间接接触的传感器，比如床垫，床单或者枕头中嵌入的传感器。和身上传感器相比，此类传感器解决了病人舒适度的问题。美国BAM实验室的Touch-free Life Care系统就是将传感器置于床垫下。这是一个通过检测人的动作来推测呼吸频率的液体装置。然而，由于床垫的形状，类型，厚度不同，测得的数据可能会有噪音。另一个相似的系统采用了40kHz的床垫下超声波收发器。传播的超声波被传导到床垫底面下，接受到超声波信号的幅度被具体的床垫形状调制。这项研究可以被认为是一种创新，因为床垫的形状和类型被考虑了进来，因此呼吸信号受到较少的环境影响。有研究中用到充满水的乙烯管。这些管子被放置于用户的枕头下面来获得压力信号。显然，枕头必须被放置于测试对象的头部下方，所以睡眠姿态仅限于两种姿势。为了减少睡眠位置的现实，有的研究中将压力传感器阵列放在床垫上方来测量呼吸活动。该设备包括了床上的24个压力传感器，放置于胸部下方的位置。结果表明压力方差和呼吸暂停存在关系。另一种间接接触的传感器是电容式传感器，用来测量肺部空气引起的介电常数的变化。同样，这需要被测人躺在传感器正上方。

（3）非接触式测量

第三类呼吸频率监测是非接触式的，比如通过视频或者其他电磁辐射感应。目前视频分析的成果可以通过被测对象面部微小的颜色变化来测量呼吸率和心跳。在医院，病人的隐私是非常受到关注的，而且夜间的光照条件也是问题。使用红外传感器可以克服一些问题。有研究曾用红外成像系统来检测病人呼气时嘴部温度的变化。该系统取得不错的结果，但是病人的位置必须是已知的。雷达波也被用来测量呼吸频率。这种方法使用多普勒效应，通过病人胸部调制信号的反射，来推测呼吸。非接触式呼吸率测量具有非接触的优点，然而它们的准确率和可信还有待提高。接触式传感器需要恰当的定位。

根据上面介绍，可以看出现有的呼吸监测系统均存在以下不足：

1. 需要到专门的实验室或医院进行测量；