無(wú)線(xiàn)型睡眠呼吸暫停癥監視系統電路設計

　　睡眠呼吸暫停癥是一種很常見(jiàn)的睡眠呼吸疾病，根據研究調查，在美國約有24%的成年男性及9%成年女性或超過(guò)200萬(wàn)人口患有此疾病，在中國臺灣至少有35萬(wàn)人也有此問(wèn)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呼吸暫停和低通氣的總次數超過(guò)每小時(shí)5次。

　　生理參數測量計

　　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(shí)血管中的血流量及血氧濃度會(huì )因此而產(chǎn)生變化。本系統采用光耦合器（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(shí)因呼吸道阻塞所產(chǎn)生的鼾聲，本系統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(dòng)膜的位移量，使振動(dòng)膜與鋁質(zhì)外殼間的電容CT隨著(zhù)音波強弱改變電容量，再經(jīng)FET完成阻抗的轉換產(chǎn)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(dòng)作原理。

　　圖3 音頻接受器內部架構及動(dòng)作原理

　　呼吸傳感器的工作原理是利用呼吸時(shí)胸腔會(huì )產(chǎn)生起伏而拉動(dòng)臥式可變電阻因而產(chǎn)生電阻值的改變。

　　生理信號感測電路

　　心跳變化時(shí)，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(dòng)、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(diǎn)是可以減輕軟件程序進(jìn)行數字信號處理所需的運算量及時(shí)間，避免造成信號處理過(guò)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(shí)胸腔的起伏拉動(dòng)臥式可變電阻改變電阻值因而產(chǎn)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CPU及顯示電路。CPU是使用盛群半導體股份有限公司所生產(chǎn)的HT46R24微控制器，其中由Port A 及Port C驅動(dòng)15*4中文顯示型LCD，作為生理參數數據的顯示，Port B為生理參數及定時(shí)器的輸入端，而Port D則經(jīng)過(guò)MAX232準位轉換做串行傳輸。

　　圖15 CPU及顯示電路

　　生理參數測量計之程序如下：在生理參數測量時(shí)為了避免讀取到身體翻轉時(shí)的錯誤信號，利用多重讀取的方式加以避免，在信號變化時(shí)連續讀取，且每次讀取間加入一段時(shí)間延遲，再經(jīng)過(guò)比對讀取的信號是否相同，此方式可降低信號讀取時(shí)的錯誤率。處理完成后的生理參數資料存放于微控制器的緩存器，并通過(guò)中文型LCD顯示所測量到的生理參數。藍牙無(wú)線(xiàn)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數據通過(guò)RS-232串行傳輸與個(gè)人計算機間做數據通訊。

　　在設計單芯片微控制器時(shí)，必須以時(shí)間軸為基準，測量各項生理參數，才能于重建時(shí)找出各個(gè)生理參數間的關(guān)系。為了使生理參數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(wú)線(xiàn)傳輸模塊為低功率消耗且高 安全性的無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備。