基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 205433662 U(45)授权公告日 2016.08.10

(21)申请号 201521085769.4(22)申请日 2015.12.23

(73)专利权人 中国医学科学院生物医学工程研

究所

地址 300000 天津市南开区白堤路236号(72)发明人 刘明　徐圣普　谢小波　蒲子真　

陈小刚　(74)专利代理机构 北京华仲龙腾专利代理事务

所(普通合伙) 11548

代理人 李静(51)Int.Cl.

A61B 5/0205(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

CN 205433662 U(54)实用新型名称

基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置

(57)摘要

本实用新型公开了基于光电容积脉搏波的

光源单睡眠呼吸率监测装置，包括控制单元MCU、

元、光信号采集单元、处理单元和无线传输单元，控制单元MCU时序控制光源单元，光信号采集单元采集光源单元的光信号发送给处理单元，经处理单元处理后传给控制单元MCU，控制单元MCU处理的结果由无线传输单元向外传给终端设备。该基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，光源采用红光、红外光和绿光LED，对红光和红外光信号用于提取心率血氧饱和度与绿光信号用于提取呼吸率，将心率血氧饱和度的提取信号与呼吸率提取信号分别采用两路滤波电路单元进行滤波，有效解决心率和呼吸率频率。

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权　利　要　求　书

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1.基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，包括控制单元MCU（1）、光源单元（2）、光信号采集单元（3）、处理单元（4）和无线传输单元（5），控制单元MCU（1）时序控制光源单元（2），光信号采集单元（3）采集光源单元（2）的光信号发送给处理单元（4），经处理单元（4）处理后传给控制单元MCU（1），控制单元MCU（1）处理的结果由无线传输单元（5）向外传给终端设备（6）。

2.根据权利要求1所述的基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，其特征在于，所述光源单元（2）包括有红光LED（21）、红外光LED（22）和绿光LED（23）。

3.根据权利要求1所述的基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，其特征在于，所述光信号采集单元（3）包括光电二极管（31）。

4.根据权利要求1所述的基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，其特征在于，所述处理单元（4）包括放大电路（41）、滤波电路和模数转换电路（42），放大电路（41）接收光信号采集单元（3）的信号并进行放大，再经滤波电路滤波后由模数转换电路（42）传给控制单元MCU（1），其中，控制单元MCU（1）可对滤波电路进行时序控制。

5.根据权利要求4所述的基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，其特征在于，所述滤波电路包括红光、红外光滤波电路（43）和绿光滤波电路（44）。

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说　明　书

基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置

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技术领域

[0001]本实用新型涉及一种人体睡眠监测装置，尤其是一种基于光电容积脉搏波的可穿戴式睡眠呼吸率监测装置。

背景技术

[0002]光电容积脉搏波描记法（PhotoPlethysmoGraphy PPG）是一种被广泛采用的非入侵式光电检测技术，通过检测微动脉、毛细血管中血液容积变化有效获得容积脉搏波。能够实现连续、长时间的无创监测，在人体血压、血流血氧、血糖、脉率、呼吸率等的无创检测中发挥重要作用。PPG信号分析研究在进行睡眠呼吸暂停综合症的初步筛查有着重要意义。[0003]随着智能可穿戴设备的发展和对自身健康的关注度提高，穿戴设备医疗仪器可为疾病的早期诊断、慢性疾病病人的家庭监护提供帮助。穿戴式睡眠呼吸监测仪的研究逐步成于睡眠呼吸暂停综合症初步筛查的研究热点。具有检测方法操作简单、成本低的特点，适用于家庭简易检测。然而心跳和呼吸频率不同，心率一般约在0.1-0.5Hz和呼吸率一般约在0.6-5Hz。开测量信号无法实现单次滤波同时获得心跳和呼吸频率。实用新型内容

[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，通过终端设备可实现长期监测，终端设备联网后可实现远程监护。[0005]本实用新型的技术方案是这样实现的：

[0006]基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，包括控制单元MCU、光源单元、光信号采集单元、处理单元和无线传输单元，控制单元MCU时序控制光源单元，光信号采集单元采集光源单元的光信号发送给处理单元，经处理单元处理后传给控制单元MCU，控制单元MCU处理的结果由无线传输单元向外传给终端设备。[0007]进一步的有，所述光源单元包括有红光LED、红外光LED和绿光LED。[0008]进一步的有，所述光信号采集单元包括光电二极管。[0009]进一步的有，所述处理单元包括放大电路、滤波电路和模数转换电路，放大电路接收光信号采集单元的信号并进行放大，再经滤波电路滤波后由模数转换电路传给控制单元MCU，其中，控制单元MCU可对滤波电路进行时序控制。[0010]进一步的有，所述滤波电路包括红光、红外光滤波电路和绿光滤波电路。[0011]本实用新型的有益效果[0012]与现有技术相比，该基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，光源单元采用红光、红外光和绿光LED，对红光和红外光信号用于提取心率血氧饱和度与绿光信号用于提取呼吸率，将心率血氧饱和度的提取信号与呼吸率提取信号分别采用两路滤波电路单元进行滤波，有效监测心率和呼吸率频率。附图说明

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为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例

或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0014]图1是本实用新型的功能模块图；[0015]图2是本实用新型的结构示意图。[0016]其中：1. 控制单元MCU、2. 光源单元、21. 红光LED、22. 红外光LED、23. 绿光LED、3. 光信号采集单元、31. 光电二极管、4. 处理单元、41. 放大电路、42. 模数转换电路、43. 红光、红外光信号滤波电路、44. 绿光滤波电路、5. 无线传输单元、6. 终端设备。具体实施方式

[0017]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0018]如图1和图2所示，基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，包括控制单元MCU1、光源单元2、光信号采集单元3、处理单元4和无线传输单元5，控制单元MCU1时序控制光源单元2，光信号采集单元3采集光源单元2的光信号发送给处理单元4，经处理单元4处理后传给控制单元MCU1，控制单元MCU1处理的结果由无线传输单元5向外传给终端设备6。[0019]所述光源单元2包括红光LED21、红外光LED22和绿光LED23。[0020]所述光信号采集单元3包括光电二极管31。[0021]所述处理单元4包括放大电路41、滤波电路和模数转换电路42，放大电路41接收光信号采集单元3的信号并进行放大，再经滤波电路滤波后由模数转换电路42传给控制单元MCU1，其中，控制单元MCU1可对滤波电路进行时序控制。[0022]所述滤波电路包括红光、红外光滤波电路43和绿光滤波电路44。[0023]所述无线传输单元5优选为无线蓝牙模块。[0024]所述终端设备6优选为手机，手机方便携带，可随时监护。[0025]该基于光电容积脉搏波的睡眠呼吸率监测装置，光源单元2采用红光LED21、红外光LED22和绿光LED23，对红光和红外光信号用于提取心率血氧饱和度与绿光信号用于提取呼吸率，将心率血氧饱和度的提取信号与呼吸率提取信号分别采用两路滤波电路单元进行滤波，有效监测心率和呼吸率频率。[0026]工作时，控制单元MCU1为STM32ARM处理器使用8MHZ晶振。在一个控制周期内以100Hz的频率分别依次红光LED21、红外光LED22和绿光LED23进行驱动，在驱动LED同时分别对经过人体组织（手指）的出射光，采用光电二极管31进行测量。对于获得红光和红外光电信号经过放大电路41放大，采用0.6-5Hz的红光、红外光电滤波电路43进行滤波。对于获得绿光电信号经过放大电路41放大，采用0.1-0.5Hz的绿光电滤波电路44进行滤波。计算相邻点间差值（即斜率），找出两个差值由正值变到负值的信号采样点间所间隔的采样点个数获得分别获得心率和呼吸率值。

[0027]鉴于睡眠呼吸监测仪对使用者进行长时间监测和对脉搏信号进行生理参数的分

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析，有必要将测量信号通过蓝牙功能上传至手机端进行无线测试。在手机端制作APP软件，使测量结果便于使用者阅读，建立数据库以达到对睡眠呼吸长期监测的目的。并且通过手机上网，使所获得的测量信息有效接入网络数据库达到远程监护目的。[0028]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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