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作者:陳澤蔚、劉育瑋、徐業良(2013-04-30);推薦:徐業良(2013-04-30)
附註: 本文發表於2013福祉科技與服務管理國際研討會暨大師級講座,元智大學,桃園,台灣,20130430 .

睡眠活動感知床墊應用於呼吸偵測

1.      研究背景與目的

睡眠資訊是判斷高齡者健康狀況的關鍵資訊之一。睡眠多項生理檢查儀器(polysomnography, PSG)是睡眠監測標準設備,然而使用時會在受測者身上配戴各類感測器來收集生理訊號,較不適合在居家環境下進行長期監測。與PSG相較,非察覺式的監測方式更適合用來作睡眠監測,。例如Beattie等人[2009]利用荷重元裝設在四支床腳的方式,達到非察覺式的呼吸感測;Lokavee等人[2012]將力敏電阻陣列做成聚合物厚膜放置在枕頭上來感測睡姿與心肺訊號。

本研究開發商品化的睡眠活動感知床墊WhizPAD是一個厚度3公分舒適的軟質壓力感測床墊,內部使用導電纖維與導電泡棉的組合來達到感測壓力的功能,能夠感測臥床者在床上的活動所造成的壓力變化,經分析、判斷可得到臥離床偵測、睡姿判斷、活動力偵測與事件提醒等資訊。如圖1所示,WhizPAD可在任何居家環境中直接使用,透過遠端行動裝置可以瀏覽即時資料、歷史資料以及統計圖表,進行遠距關懷。本文目的在探討如何應用WhizPAD進行睡眠時呼吸偵測。

1. WhizPAD活動感知床墊與遠端裝置介面圖

2.      研究方法

在睡眠時,呼吸是少數可以從外顯動作被觀察的生理行為之一,呼吸活動會導致胸部起伏約1020毫米,可以被床墊上的壓力感測器所感測。圖2是本研究應用WhizPAD進行睡眠呼吸偵測之系統架構圖。近端使用活動感知床墊WhizPAD來偵測呼吸動作,透過資料處理器,將床墊感測所得的訊號進行低通濾波,把高頻的雜訊過濾掉,然後進行呼吸頻率的計算。計算的結果依照時間儲存在處理器中,遠端行動裝置則可以透過網際網路與床墊的資料處理器連線,瀏覽即時資料與歷史資料。

2. 系統架構圖

3.      結果與討論

3所示為本研究利用活動感知床墊在10Hz的取樣頻率下偵測呼吸所造成壓力變化的原始訊號,縱座標為電壓輸出訊號,橫座標為時間(秒)。圖3左為真人受測者的呼吸訊號;右為矽膠假人的臥床訊號。經過低通濾波(截止頻率為30Hz)後,可觀察出真人受測者的呼吸訊號有明顯的起伏變化,進一步以每30秒的間隔來計算出呼吸頻率並即時輸出,例如在開始的第一個區間內無呼吸動作時輸出頻率為每分鐘0次,在第二個區間時有大呼吸動作頻率為每分鐘8次,在第三、四區間為一般的小呼吸動作頻率為每分鐘1314次,在第五、六區間為緩慢的小呼吸動作頻率為每分鐘8次,假人訊號則僅是雜訊。

3. 受測者與矽膠假人的呼吸訊號比較圖

本研究證實WhizPAD活動感知床墊擁有偵測呼吸動作的能力,未來將和PSG量測數據比對,確認其準確率後,整合至系統內成為WhizPAD活動感知床墊的感測功能之一。

參考資料

1.          Beattie, Z. T., Hagen, C. C., Pavel, M., Hayes, T. L. (2009). Classification of breathing events using load cells under the bed. Proceeding Annu. In. Conf.IEEE EMBC, 2009, pp. 3921–3924.

2.          Lokavee, S., Watthanawisuth, N., Mensing, J.P., Kerdcharoen, T. (2012). Sensor pillow system: Monitoring cardio-respiratory and posture movements during sleep. Proceedings of Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON); Chiangmai, Thailand, 29–31 January 2012; pp. 71–75.