在睡眠過(guò)程中,，人體生理功能會(huì)發(fā)生一系列變化,，如感覺(jué)功能減退,，呼吸,、心律減慢,，血壓降低，血液中二氧化碳結(jié)合力上升,，呼吸中樞對(duì)二氧化碳敏感性減弱,，肺通氣量減少等[1-2]。這種變化,，正常人能很快適應(yīng),，而對(duì)病人、老年者則具有一定的危害性,，因此突發(fā)疾病多發(fā)生在夜間,。

在突發(fā)疾病中，心血管疾病是人類健康的頭號(hào)大敵,。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì),，目前全球每年死于心血管疾病的人數(shù)占全部疾病死亡人數(shù)的三分之一以上，而且這一趨勢(shì)還在進(jìn)一步擴(kuò)大[3],。有數(shù)據(jù)顯示,，71%的心臟病發(fā)作在家中或工作場(chǎng)所，其中60%～70%的人因失去搶救時(shí)間死于醫(yī)院外[4],。中國(guó)人口約占世界人口的22％,，而醫(yī)療衛(wèi)生資源卻僅占2％，而且大多集中在城市的大醫(yī)院里,，醫(yī)療資源十分有限,。此外，目前大部分醫(yī)療設(shè)備價(jià)格昂貴,、操作復(fù)雜,、僅限于在醫(yī)院病房使用。因此，很難實(shí)現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ?、工作的同時(shí)對(duì)其身體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[5],。若突發(fā)疾病不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)耽誤最佳搶救時(shí)間,。

 嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)就是基于上述原因提出的,，它能夠在不干擾受監(jiān)測(cè)者正常睡眠的情況下，獲取和處理睡眠過(guò)程中的脈搏信號(hào),。本文以ARM7(LPC2103)為微處理器核心,，利用脈搏波特征量K值作為心血管疾病判斷檢查的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)，為心血管疾病的預(yù)防和治療爭(zhēng)取寶貴時(shí)間,，降低心血管疾病在夜間突發(fā)帶來(lái)的嚴(yán)重危害,。

1 工作原理

通過(guò)對(duì)模型的理論分析以及不同年齡健康人和心血管疾病患者的臨床檢測(cè)對(duì)比，證實(shí)由心血管生理病理上的變化將會(huì)引起脈搏波特征量K值有規(guī)律且相當(dāng)敏感的變化,。因此,，采用脈搏波特征量K值作為心血管疾病診斷的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)[6-7]。

脈搏信號(hào)波形特征量K值的定義為：

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本研究利用脈搏傳感器檢測(cè)人們睡眠狀態(tài)下的脈搏信號(hào),，在嵌入式微處理器的控制下,，對(duì)突發(fā)疾病進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警。
 
2.1 采集處理模塊

 脈搏信號(hào)屬于低頻微弱信號(hào),，頻率范圍在0.2 Hz～45 Hz,，幅度范圍在0～20 mV。在脈搏信號(hào)的采集過(guò)程中,，容易受到基線漂移,、人體活動(dòng)、工頻干擾等因素的影響,。因此,，采集到的脈搏信號(hào)必須經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，才能滿足后期工作的要求,。采集處理模塊框圖如圖1所示,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本研究利用脈搏傳感器檢測(cè)人們睡眠狀態(tài)下的脈搏信號(hào)，在嵌入式微處理器的控制下,，對(duì)突發(fā)疾病進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警,。
 
2.1 采集處理模塊

脈搏信號(hào)屬于低頻微弱信號(hào)，頻率范圍在0.2 Hz～45 Hz,，幅度范圍在0～20 mV,。在脈搏信號(hào)的采集過(guò)程中，容易受到基線漂移,、人體活動(dòng),、工頻干擾等因素的影響,。因此，采集到的脈搏信號(hào)必須經(jīng)過(guò)信號(hào)處理,，才能滿足后期工作的要求。采集處理模塊框圖如圖1所示,。（1）信號(hào)采集
脈搏傳感器選擇體積小,、功耗低、靈敏度高,、抗干擾能力強(qiáng)的HKG-07系列,，選擇舒適、穩(wěn)固的外形及佩戴方法,，設(shè)計(jì)成小巧貼身的指套型,。

（2）信號(hào)處理

信號(hào)處理電路包括前置放大電路、基線校正電路,、50 Hz陷波器,、帶通濾波器、主放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路,。

（3）閾值設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)有醫(yī)學(xué)研究的結(jié)果或者遵從醫(yī)囑,，針對(duì)不同年齡、性別,、體質(zhì),、疾病的監(jiān)護(hù)對(duì)象，預(yù)先設(shè)置因人而異的異常閾值和危急閾值,。

（4）病情診斷

根據(jù)實(shí)測(cè)值以及設(shè)定好的閾值,，對(duì)身體狀況進(jìn)行自動(dòng)診斷，這是系統(tǒng)的難點(diǎn),。

（5）無(wú)線發(fā)送

無(wú)線通信模塊采用JF24C 2.4G,，將異常數(shù)據(jù)和警報(bào)信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控報(bào)警模塊，消除因?qū)Ь€纏繞身體而干擾睡眠的可能,。采用2.4 GHz公共頻段進(jìn)行短距離無(wú)線通信時(shí),，無(wú)需申請(qǐng)專用頻段，且開(kāi)放性好,，可用資源比較豐富,。
 

2.2 監(jiān)控報(bào)警模塊

監(jiān)控報(bào)警模塊框圖如圖2所示。LPC2103芯片采用LQFP48小封裝,，功耗低,，32條高速GPIO，可以滿足對(duì)體積,、速度,、功耗和實(shí)時(shí)性等方面有嚴(yán)格要求的設(shè)計(jì),，是系統(tǒng)的控制核心。TC35i是西門子公司推出的GSM無(wú)線模塊,，可快速,、安全、可靠地傳輸數(shù)據(jù),、語(yǔ)音,、短消息和傳真。
        

（1）發(fā)送短信

將被測(cè)者身體異常情況通過(guò)短信發(fā)送給醫(yī)生和家人,。如發(fā)送的短信為“您的親人心臟病發(fā)作”給手機(jī)號(hào)碼為“+8613812345678”,。則其AT指令 phone=phone(手機(jī)號(hào)碼處理)+“00800”(協(xié)議、編碼方案和有效期標(biāo)識(shí))+msg（短信內(nèi)容處理）=11000D91683118325476F8000800123-
E395DE548C24F5C626B61094FD35FEB4C51,。

（2）儲(chǔ)存數(shù)據(jù)

引入Windows系統(tǒng)硬盤分區(qū)格式中的FAT32文件系統(tǒng),，將異常的脈搏信號(hào)儲(chǔ)存到Micro SD卡中，數(shù)據(jù)可以在Windows操作系統(tǒng)里直接讀取,。

（3）電話報(bào)警

 家庭地址和病人病情事先錄音,，自動(dòng)撥號(hào)告知120急救中心。

（4）自動(dòng)開(kāi)門

通過(guò)無(wú)線控制打開(kāi)房間門,，方便救助者(120急救中心的人員和家人)進(jìn)入室內(nèi),。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主程序的作用是完成各模塊的初始化，使每個(gè)模塊進(jìn)入正常的工作狀態(tài),，協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作流程以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能報(bào)警的功能,。警報(bào)級(jí)別分為輕度異常和危急異常兩級(jí)，既能確保及時(shí)報(bào)警,，又能避免頻繁動(dòng)作,，較準(zhǔn)確地判斷監(jiān)護(hù)對(duì)象的身體狀況，減少誤報(bào)警幾率,。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)使用 Keil公司的IDE和C語(yǔ)言調(diào)試器,。主程序流程圖如圖3所示。
            

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及測(cè)試

脈搏信號(hào)波形特征量K值選取的分析程序框圖如圖4所示,，脈搏信號(hào)特征提取界面如圖5所示,。利用分析處理后得到的脈搏信號(hào)波形特征量K值=0.412 436，計(jì)算心血管疾病相關(guān)的特征參數(shù)（包括每搏心搏出量SV,、每分心輸出量CO,、心搏指數(shù)SI、心臟指數(shù)CI）,。根據(jù)K值計(jì)算得到的心血管特征參數(shù)的實(shí)測(cè)值,，均符合標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。被測(cè)者參數(shù)正常,，身體健康,，不需要報(bào)警,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表如表1所示。

表中,，BAS=0.006 1×TALL(cm)+0.012 8×WEIGHT(kg)-0.159 2

嵌入式睡眠監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是在熟悉舒適的家庭環(huán)境中及睡眠狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體健康狀態(tài),，可減輕病人的精神壓力和體力負(fù)擔(dān)，緩解人們對(duì)健康監(jiān)護(hù)需求的不斷增長(zhǎng)與醫(yī)護(hù)人員數(shù)量不足之間的矛盾,，降低心血管疾病在夜間突發(fā)帶來(lái)的嚴(yán)重危害,。

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