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浅谈心电信号提取呼吸波

导读: 人体呼吸信号呈现的节律、强度和频率等方面的信息,在很大程度上能够反应人体呼吸器官的病变。因此,对人体呼吸状况进行监测具有重大的医学意义。

一呼一吸看似平常,但却是现代医学监护的重要参数。现在常用的人体呼吸信号检测方法可分为两种:一种是利用温度传感器、湿度传感器或气流传感器作为鼻部传感器直接检测流入和流出人体肺部的气体得到呼吸波;另一种是利用阻抗式呼吸传感器或压力传感器间接检测由呼吸引起的胸部阻抗变化或胸部形变而获得呼吸波。

在实际使用中,这些设备会面临很多问题,一方面由于呼吸监测需要部署传感器,无论是应用于鼻部还是应用于胸部,在检测时受检者都会产生一定的不适感,而且人体某些不经意的活动可能会导致传感器脱落和移动,使得检测结果不准确,甚至检测失败,此外这样对于皮肤有烧伤的病人或者是爱动的婴儿检测起来并不方便。

另一方面,医用的呼吸监测设备往往体积庞大而且价格昂贵,对一些便携性要求比较高需要动态呼吸监测的疾病,很难做到有效的检测。比如在睡眠医学中,有一种由上呼吸道阻塞引起的“阻塞性睡眠呼吸暂停综合症”,这是潜在的致死性疾病。主要表现是在睡眠时,上呼吸道阻塞引起进行性缺氧、酸中毒、呼吸困难,造成白天嗜睡、头晕、头痛、记忆力减退、乏力、反应迟缓等症状。一般来说,呼吸道停止气流达10秒以上即可被诊断为“呼吸暂停综合症”。对这种疾病的呼吸检测,就要求设备便携而且能够进行动态呼吸检测。

综上,单纯的依靠呼吸的相关身体特征来进行检测有一定的技术局限,那是否能通过其它途径进行测量呢?研究发现,心电信号的幅值变化和呼吸运动存在一定的联系,也就是说心电信号中包含有呼吸信息。而现在,实时心电监护已经非常普遍,如果能从心电信号中成功提取呼吸信息,就可以实现在不增加监护设备的情况下,完成对呼吸信号的检测,不仅使监护多种生理信号的过程在硬件实现上得到简化,也减少了使用者的不便,有利于随身携带。

从心电信号提取中提取呼吸波的技术并不只是理论的构想,我们了解到深圳曼森伯格的张通胜教授,已经做了很多关于这方面的研究,这种从心电信号中提取呼吸信号(ECG-Derived Res-piration,EDR)的呼吸信号检测技术,不需要专用传感器和硬件模块检测呼吸信号,只需要用心电监护仪获取心电信号,避免了上述两种检测方法对人体的束缚,使动态呼吸检测成为可能。

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