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淺談心電信號提取呼吸波

2019-01-29 15:24

一呼一吸看似平常，但卻是現代醫學監護的重要參數。現在常用的人體呼吸信號檢測方法可分為兩種：一種是利用溫度傳感器、濕度傳感器或氣流傳感器作為鼻部傳感器直接檢測流入和流出人體肺部的氣體得到呼吸波；另一種是利用阻抗式呼吸傳感器或壓力傳感器間接檢測由呼吸引起的胸部阻抗變化或胸部形變而獲得呼吸波。

在實際使用中，這些設備會面臨很多問題，一方面由于呼吸監測需要部署傳感器，無論是應用于鼻部還是應用于胸部，在檢測時受檢者都會產生一定的不適感，而且人體某些不經意的活動可能會導致傳感器脫落和移動，使得檢測結果不準確，甚至檢測失敗，此外這樣對于皮膚有燒傷的病人或者是愛動的嬰兒檢測起來并不方便。

另一方面，醫用的呼吸監測設備往往體積龐大而且價格昂貴，對一些便攜性要求比較高需要動態呼吸監測的疾病，很難做到有效的檢測。比如在睡眠醫學中，有一種由上呼吸道阻塞引起的“阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥”，這是潛在的致死性疾病。主要表現是在睡眠時，上呼吸道阻塞引起進行性缺氧、酸中毒、呼吸困難，造成白天嗜睡、頭暈、頭痛、記憶力減退、乏力、反應遲緩等癥狀。一般來說，呼吸道停止氣流達10秒以上即可被診斷為“呼吸暫停綜合癥”。對這種疾病的呼吸檢測，就要求設備便攜而且能夠進行動態呼吸檢測。

綜上，單純的依靠呼吸的相關身體特征來進行檢測有一定的技術局限，那是否能通過其它途徑進行測量呢？研究發現，心電信號的幅值變化和呼吸運動存在一定的聯系，也就是說心電信號中包含有呼吸信息。而現在，實時心電監護已經非常普遍，如果能從心電信號中成功提取呼吸信息，就可以實現在不增加監護設備的情況下，完成對呼吸信號的檢測，不僅使監護多種生理信號的過程在硬件實現上得到簡化，也減少了使用者的不便，有利于隨身攜帶。

從心電信號提取中提取呼吸波的技術并不只是理論的構想，我們了解到深圳曼森伯格的張通勝教授，已經做了很多關于這方面的研究，這種從心電信號中提取呼吸信號（ECG－Derived Res－piration，EDR）的呼吸信號檢測技術，不需要專用傳感器和硬件模塊檢測呼吸信號，只需要用心電監護儀獲取心電信號，避免了上述兩種檢測方法對人體的束縛，使動態呼吸檢測成為可能。

心電信號提取呼吸波