睡眠呼吸远程监测系统的设计

龚国丽，曾建，李旦，干峰

中山大学附属肿瘤医院 设备科，广东广州 510060

睡眠呼吸远程监测系统的设计

龚国丽，曾建，李旦，干峰

中山大学附属肿瘤医院 设备科，广东广州 510060

本文设计了一款睡眠呼吸远程监测系统，以帮助睡眠呼吸暂停综合征患者进行日常的家庭保健或日常监测。首先基于LabVIEW虚拟软件平台开发应用程序，采用基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）的网络模式实现远程监护和控制功能，然后通过模拟仿真实验采集人体的阻抗信号及血氧饱和度进行系统测试验证。结果表明，该系统能够准确地读取患者生理参数，并实现远程监护。该系统不但能帮助医护人员远程监测患者的睡眠呼吸状况，还能为社区医疗或家庭护理提供一种新的诊断模式。

睡眠呼吸暂停综合征；阻抗信号；血氧饱和度；远程监护

0 引言

随着人们对睡眠质量关注与重视程度的提高，与睡眠疾病监测及诊断相关的研究渐渐兴起。睡眠呼吸障碍疾病是影响睡眠质量的主要因素，而睡眠呼吸障碍疾病以阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（Obstructive Sleep Apnea Syndrome，OSAS）最为常见，容易造成血氧不足、血碳酸过多以及心脏损失等病症。由于睡眠呼吸疾病具有潜在的致死性[1-2]，在社区医疗或家庭护理中对该类患者进行长期有效的实时监测和预警尤为重要。

目前睡眠呼吸暂停综合征诊断的金标准是通过多导睡眠记录仪（Polysomnography，PSG）[3]进行睡眠监测，但存在价格昂贵、操作复杂等缺点，难以满足家庭或社区日常保健的需求。因此，针对家庭或社区保健对睡眠呼吸疾病监测的需要，结合远程医疗的发展热点[4-5]，本文设计了一款便携式的睡眠呼吸疾病远程监测系统。该系统采用基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）的网络模式实现远程监护和控制，通过采集受试者不同呼吸状态下的阻抗信号以及血氧饱和度，并对数据进行统计学分析，从而验证系统的可行性，为开发提供实验支持。

1 检测方法

临床上将夜间睡眠过程中呼吸暂停或低通气反复发作30次以上，或平均每小时内发生呼吸暂停与低通气的次数超过5次并伴有嗜睡作为睡眠呼吸暂停综合征的诊断标准。睡眠呼吸暂停是指睡眠过程中口鼻呼吸气流停止超过10 s以上，低通气是指睡眠呼吸气流降低30%以上并伴有血氧饱和度下降≥4%。由此可见，睡眠呼吸检测的主要参数是呼吸信号和血氧饱和度。

睡眠呼吸信号常见的检测方法有：① 压力法，根据压力传感器监测呼吸运动产生的瞬时压力变化来检测呼吸信号[6]；② 温度法，利用温度传感器捕获元器件温度发生变化时，检测电路检测到的转换电量来获取呼吸信号[7]；③阻抗法，通过检测呼吸时胸腔的阻抗变化检测人体呼吸信号[8-9]，该方法是目前呼吸监测设备中最为常用的技术[10]，具有无创、简单、安全、廉价等优点。血氧饱和度的检测主要分为有创检测法和无创检测法[11]，无创检测法主要是基于朗伯-比尔定律检测光信号变化引起的生理信号变化，从而计算血氧饱和度，可有效克服有创检测容易造成感染以及无法连续实时监测的缺点。

本系统采用阻抗法和透射式无创检测法来检测人体呼吸信号和血氧饱和度作为监测参数。

2 系统总体框架

系统整体框架，见图1。系统由硬件和软件两个部分组成，硬件：采用美国Biopac生理记录仪采集人体生理数据；软件：采用LabVIEW软件实现数据读取、分析、存储及远程预警等功能。

图1 系统整体框架图

3 硬件设计

系统中人体生理数据的采集是通过美国Biopac生理记录仪实现的。使用100 μA及50 kHz激励电流的EBI100C双通道模块测量胸腹部阻抗信号，使用OXY100C放大器、TSD123系列传感器采集血氧饱和度。在采集数据前，需预先进行血氧饱和度模块定标。

4 软件设计

采用LabVIEW虚拟程序作为开发平台，来实现数据采集、传输、运算以及结果显示和远程预警功能。睡眠呼吸暂停低通气检测流程，见图2。

本系统采用基于B/S模式的网络架构，针对需要长期监控的睡眠呼吸疾病患者，医护人员可通过浏览器远程访问并实时动态监测患者睡眠呼吸疾病的发展趋势[12]。当监护对象的生理参数出现异常时，系统软件会以报警闪屏的方式提示异常情况，方便医务人员及时提供远程医疗帮助。远程监测交互界面，见图3。若监护终端没有安装LabVIEW软件，同时需要进行远程控制，就必须安装LabVIEW Run-Time引擎，并确保远程监控的VI处于打开状态。

图2 睡眠呼吸暂停低通气检测流程

图3 远程监测交互界面

5 测试验证

有关研究表明，模拟呼吸阻塞或暂停的实验用以仿真真实睡眠呼吸暂停综合征具有一定的参考性[13-14]。本实验拟通过募集正常人来模拟呼吸阻塞或暂停，采集呼吸运动信号幅值变化及血氧饱和度数据，从而验证系统的可信度。本研究选取了10位受试者进行模拟仿真实验，所有受试者均为学生，年龄24～31岁，身体指数（Body Mass Indexes，BMI）21～24，均无呼吸疾病或其他重大疾病。在测试开始前向所有受试者阐述本次实验的流程。测量数据，见表1。

通过统计分析（配对t检验）得出，受试者在各状态下的呼吸阻抗幅值均值间具有显著性差异（P＜0.05）；血氧饱和度在正常状态与呼吸暂停状态具有显著性差异，在阻塞和暂停两种状态没有明显差异。因此通过仿真实验进行系统验证是可行的。通过反复运行系统得出呼吸暂停低通气指数（Apnea Hypopnea Index，AHI），与人工记录次数比较，可以得出监测结果与测试数据基本一致，从而证实了系统的可靠性。

表1 测试数据统计

6 小结

随着人们家庭保健意识的不断增强，社区家庭式的睡眠呼吸暂停综合征检测仪有着广阔的应用前景[15]。本文针对睡眠呼吸疾病人群的差异性，以呼吸阻抗信号及血氧饱和度为监测参数，基于LabVIEW虚拟软件平台开发应用程序，构建远程监测及预警评价系统，不仅可以帮助医护人员远程掌握患者疾病的变化趋势，还有利于慢性疾病的长期监测，在一定程度上提高了诊断的准确率，具有一定的筛查意义。

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Design of a Remote Sleep Respiration Monitoring System

GONG Guo-li, ZENG Jian, LI Dan, GAN Feng
Department of Equipment, Sun Yat-Sen University Cancer Hospital, Guangzhou Guangdong 510060, China

A remote sleep respiration monitoring system was designed in this paper to help patients with sleep apnea syndrome for household healthcare or daily monitoring. Firstly, the application was developed based on the LabVIEW virtual software platform, which used the B/S (Browser/Server) network mode to realize remote monitoring and control functions. Then, the system was tested and validated by acquisition of human impedance signal and blood oxygen saturation in simulation experiment. According to the results, the system could accurately read the patients’ physiological parameter data, and realize the remote monitoring functions. The system not only can help medical personnel in remote monitoring of patients’ sleep conditions, but also can provide community health care or home care with a new diagnosis model.

sleep apnea syndrome; impedance signals; blood oxygen saturation; remote monitoring

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.010

1674-1633(2016)06-0050-03

2016-02-01

2016-03-01

作者邮箱：582569819@qq.com