微動敏感床墊信號中體動信息的分類識別

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1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要睡眠是人體重要的生理狀態(tài)，人的生命中有三分之一的時(shí)間是在睡眠中度過的，睡眠質(zhì)量對人的健康至關(guān)重要。有資料顯示，在我國約有3000萬人患有睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(SleepApneaHypopneaSyndrome，SAHS)，成年人中，男性的發(fā)病率為4％，女性的發(fā)病率為2％。此外，20年來醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)證明，現(xiàn)代人類的許多重大疾病，如高血壓、冠心病、心律失常、糖尿病、心腦血管意外，以及精神心理疾患等，往往與睡眠中常發(fā)生的睡眠呼吸暫停綜合征有關(guān)。因此，睡眠監(jiān)測技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷中不可缺少的內(nèi)容。體動作為人類睡眠分析中的主

2、要記錄參數(shù)之一，被認(rèn)為是評價(jià)睡眠質(zhì)量的重要因素。頻繁的體動會嚴(yán)重影響我們的睡眠，因?yàn)樗殡S覺醒事件的發(fā)生，從而導(dǎo)致睡眠質(zhì)量的下降。睡眠過程中的體動可以用來監(jiān)測睡眠呼吸暫停以及新生兒出現(xiàn)的肌肉痙攣等。目前，國內(nèi)外對體動信息的無約束測量研究正如雨后春筍般不斷興起。但從目前來看，還沒有一套完整的非約束低負(fù)荷睡眠過程中體動的識別與分類方法。眾所周知，人在夜間睡眠時(shí)的體動次數(shù)與睡眠結(jié)構(gòu)之間有著緊密的聯(lián)系。事實(shí)上，體動信號中還包含有很多與人體生理、心理狀態(tài)有關(guān)的重要信息，對這些信息的深入挖掘定將推動睡眠評價(jià)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。本文從這一主旨出發(fā)，研究體動信息

3、的分類識別策略和實(shí)現(xiàn)方法，進(jìn)而用于評價(jià)睡眠質(zhì)量和輔助診斷睡眠呼吸暫停綜合征。本研究在微動敏感床墊式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)的平臺上展開，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：(1)建立了基于16位A／D的新一代床墊式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)信號預(yù)處理方法。在分析濾波器基本原理的基礎(chǔ)上，對工程中濾波器的設(shè)計(jì)作了簡單介紹，并從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮了設(shè)計(jì)濾波器應(yīng)該著重注意的問題及解決方法，進(jìn)而設(shè)計(jì)出合理有效的濾波器對從硬件系統(tǒng)中取得的原始信號進(jìn)行預(yù)處理，分離出多路反映人體基本生理參數(shù)的信號，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文為之后的各項(xiàng)研究工作奠定了良好的信號基礎(chǔ)。(2)實(shí)現(xiàn)了完整的非約束睡眠狀態(tài)下

4、體動信息的分類識別。針對該目標(biāo)，我們首先完成了床墊系統(tǒng)信號的特征提取和參數(shù)量化，之后，制定了分層體動分類方案，并從無指導(dǎo)的分類和有指導(dǎo)的分類這兩個(gè)不同的角度，來尋找分類方法。文中接下來就詳細(xì)闡述了利用兩種方法，即窗口閾值判別法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行體動分類的過程。(3)設(shè)計(jì)了對比實(shí)驗(yàn)對兩種方法得到的體動類別進(jìn)行準(zhǔn)確度檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用攝像頭同步記錄受試者夜間的視頻信息，通過人工識別的方法對窗口閾值判別法得到的體動標(biāo)識進(jìn)行了分析和比較。對于機(jī)器學(xué)習(xí)方法得到的分類結(jié)果，同樣采用人工生成的數(shù)據(jù)集進(jìn)行交叉驗(yàn)證，用誤差率／正確率這一參數(shù)來評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。。(4)利

5、用麥克風(fēng)同步記錄的鼾聲信號對軟件自動判別的呼吸事件進(jìn)行了修正。首先利用基于短時(shí)能量的語音信號端點(diǎn)檢測方法得到鼾聲有聲一無聲段的標(biāo)識，之后確立規(guī)則，將端點(diǎn)檢測的結(jié)果用于呼吸事件位置和長度的修正，實(shí)現(xiàn)了呼吸事件的準(zhǔn)確檢測。(5)根據(jù)體動的分類結(jié)果進(jìn)行了顯著體動時(shí)的呼吸波補(bǔ)償，并用于糾正由大動引起的呼吸事件誤判的情形。首先利用本文得到的體動的分類結(jié)果尋找顯著體動發(fā)生的區(qū)間，之后設(shè)計(jì)模板補(bǔ)償法對大動發(fā)生時(shí)的無效呼吸波進(jìn)行了補(bǔ)償。將其應(yīng)用于誤判事件的修正，取得了良好的效果。本項(xiàng)工作是在得到體動識別結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，一方面體現(xiàn)了體動分類識別的重要價(jià)值，另一

6、方面，為利用呼吸波實(shí)現(xiàn)睡眠呼吸事件的準(zhǔn)確判別奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：微動敏感床墊式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)；睡眠呼吸事件；體動；機(jī)器學(xué)習(xí)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTAboutonethirdofalifeisspentinsleep，whichisanimportantphysiologicalstate．Thequalityofsleepisquitesignificantforhumanhealth．RelateddatashowsthatthereareapproximatethirtymillionSAHSpatientsinourcountry

7、．Inadults，aboutfourpercentofmaleandtwopercentoffemalesufferfromSAHS．Inaddition，medicineresearchesinrecenttwentyyearshaveprovedthat，manysubstantialdiseasesofhumaninmoderntimes，suchashypertension，coronaryarterydisease(CAD)，cardiacarrhythmia(CA)，diabetesmellitus(DM)，cardiac-cere

8、bralvascularaccident，andpsycheaffection，arefrequentlyrelatedtoSASins