睡眠呼吸暂停治疗和睡眠研究设备中的传感器

从医学的角度来看，人们开发的通过物联网连接的设备可用于各种应用，其中包括诊断和治疗应用以及监测

应用。IoMT 设备可向中心点提供实时、连续的信息，

便于医生和其他医疗技术人员通过远程方式

安全、可靠地收集有关患者的诊断和临床信息。这些信息

经自动和/或医疗专业人员人工分析后，可帮助确定医疗需求。而对于已经确诊的患者，可以待在家里接受监测，从而极大节省了监测费用。这使患者可以有更多时间留在更舒适的家庭环境中，同时为医院或其他医疗机构中的其他患者增加空间。

当人们不愿或无法提供自己的健康数据时（例如睡觉时），远程医疗监测就显得尤为重要。近期的一份报告发现，睡眠监测和睡眠治疗是 IoMT 医疗保健市场中增长快速的细分市场，近年来，睡眠治疗患者的数量增加了一倍以上。

这可能是监测人体睡眠方式的有效且经济的选择。
它们可以监测人体的睡眠周期并跟踪异常活动，以
诊断睡眠呼吸暂停以及一系列其他健康问题。医护人员
可以利用这些信息做出有关患者治疗方式的明智决定。睡眠
治疗设备可用于控制和治疗一系列睡眠障碍，有些 IoMT 设备
尽管无法治愈打鼾，但可缓解这种症状。传感器技术
和连接领域的进步推动了常见睡眠障碍的诊断和
治疗方面的一系列发展。

以往，睡眠障碍患者求诊需要到医院或睡眠中心，在那里留观一到几个晚上，以跟踪一系列数据，包括：

• 心率和呼吸频率
• 血氧浓度
• 总睡眠量
• 深度睡眠量
• 打鼾
• 停止呼吸状况

临床睡眠研究存在几个问题，包括费用较高，多数人不愿前往医疗机构以及在临床环境与正常家庭环境下收集的数据的整体有效性有偏差。在过去的几年中，睡眠研究已经从临床环境转移到家庭环境，这解决了一些问题，但却使睡眠数据的收集更加困难。

人们研发的家庭睡眠研究系统可以持续监测心率、呼吸频率、血氧含量、呼吸暂停事件，此外，更复杂的系统还可以监测睡眠体位以及室温和湿度等。这些系统可持续地将数据流式传输到可存储数据的云中，或将所有数据存储在系统内部的内存中。接下来，收集到的数据会经过自动分析和/或由专业医疗人员分析，以确定睡眠障碍的类型和严重程度

睡眠监测系统通常由一系列传感器组成，这些传感器可以监测生理参数（例如心率和呼吸频率）以及环境情况（例如温度和湿度）。此外，还可以增加可确定其他与睡眠或呼吸有关的变量（例如全身运动、血氧含量和空气流量测量）的传感器。在此范围内的传感器包括：

• 具有睡眠监测功能的压电薄膜睡眠传感器，可监测呼吸频率、心率、身体活动、深度睡眠、轻度睡眠等
• 光电式 SpO² 传感器，以无创方式测量血氧浓度
• 低压气体流量传感器，用于测量吸气和呼气期间的压力
• 湿度和温度传感器，可测量吸入和呼出气体的温度和湿度

诊断出睡眠问题后，即可制定治疗计划，其中包括一系列设备、饮食、锻炼，并且，通常还包括对睡眠模式和其他生理数据的监测。

最常见的睡眠障碍是睡眠呼吸暂停，这是一种严重的疾病，患者的呼吸会反复停止和开始。睡眠呼吸暂停患者有时会大声打鼾，通常在整夜睡眠后仍会感到疲倦。

睡眠呼吸暂停主要有三种类型：

• 阻塞性睡眠呼吸暂停，在喉咙肌肉放松时最常发生的状况
• 中枢性睡眠呼吸暂停，当大脑没有向肌肉发送适当的控制呼吸的信号时发生的状况
• 复杂型睡眠呼吸暂停，患者同时存在阻塞性睡眠呼吸暂停和中枢性睡眠呼吸暂停时发生的状况

使用意识和使用简便性加快了睡眠呼吸暂停治疗机的普及。深度睡眠期间，某些人的喉咙、舌头和上颚周围的软组织会塌陷。这将部分阻塞呼吸通道，导致打鼾。通过施加轻微的正气压使气管保持张开，可以充分减轻打鼾症状。这就是睡眠呼吸暂停治疗机的设计目的。

主要有三种正气压 (PAP) 机器用于治疗该疾病：CPAP、AutoCPAP 和 BiLevel 设备。所有这些设备都可以控制进入患者体内的气流，但它们的实现方式是不同的，复杂性和成本也依次上升。

CPAP 表示持续气道正压通气，这些设备可提供持续不断的气流，患者必须吸入这些气体再将其呼出。这是基本的 PAP 设备，通常会先在治疗中使用。在许多情况下，保险范围首先包含 CPAP，因为它的成本较低，并且大多数患者预后较好。适应 CPAP 的巨大挑战之一是呼气时持续不断的气压带来的无力感。大多数制造商通过感测和/或降低呼气时的机器压力来解决这一挑战。

AutoCPAP - 自动调节持续气道正压通气（或 APAP）。与 CPAP 设置为提供某个持续压力不同，APAP 设置了一个高压和低压范围，以满足不同的吸气需求。这种范围通常是预先确定的，并且这些设备具有灵敏的算法技术，可让机器检测每次呼吸需要多少吸气压力。提供这种范围的理论依据是，在给定的夜晚或小时内，某人的压力需求可能会有所不同。可能影响吸气压力的因素包括睡眠姿势、感冒或过敏、饮酒和药物治疗。

BiLevel 指示 PAP 设备可提供 2 种不同的压力，一种用于吸气，另一种用于呼气。由于它是非常复杂的设备，因此它的费用很高，通常保留用于特殊需要。由于 BiLevel 与呼吸机类似，因此它通常用于患有其他疾病的患者，例如 ALS、帕金森氏症或患者因其他疾病而需要辅助呼吸的情况。它还经常用于患有中枢性睡眠呼吸暂停的患者，但很多患有中枢性呼吸暂停的患者使用 CPAP 或 APAP 的表现也很好。

基本的 PAP 机器通常包含提供加压空气的风扇或电机、输送空气的面罩和某种类型的控制显示器。更复杂的系统会增加其他功能和控件。患者戴上面罩，面罩利用压力通过鼻腔输送空气，这样，鼻腔不会凹陷并导致呼吸暂停。一系列传感器通常用于监测和控制气压以及监测环境和设备的其他方面。我们生产多种用于睡眠呼吸暂停治疗机的传感器，它们旨在帮助监测和控制空气流量、气压、温度和湿度，并为电机、风扇和鼓风机提供反馈。

当低压空气被持续不断地输送到睡眠呼吸暂停设备呼吸面罩中以保持气管开放时，进入人体的温暖、潮湿的空气可以显著提高患者的舒适度。多种较新的睡眠呼吸暂停治疗机配备了此选项。气流的湿度必须得到监测和控制，TE 可提供特定的传感器来测量和调节湿度、温度和其他参数。

传感器与一般的电子设备一样，也会做得越来越小、越来越精确，

支持全数字输出和更低功耗。低功耗有利于

更广泛的应用，包括电池供电系统。更加小型化

使得传感器更靠近呼吸面罩，并允许

就在感兴趣的部位进行测量和控制。

TE 推出了可表面贴装的 HTU31 湿度/温度数字输出组合传感器，尺寸为 2.5 x 2.5 x 0.9 mm。这些高精度传感器每个都经过校准，并进行了序列化以实现可追溯性，其相对湿度的典型精确度为 ±2%，温度的典型精确度 ±0.2°C。它们采用紧凑的 6 针 DFN 封装，提供快速响应，典型功耗仅为 3.78μW。这些传感器有可配置地址的数字 I₂C 版本和模拟版本。

TE 还提供低压传感器，可用于监测和调节保持气管打开的管路压力。这些不同的版本可用于监测/调节气流。这些压力传感器采用 16 引脚 SOIC 封装，适合表面贴装。TE 还提供多种独立的温度传感技术，可用于监测和控制 PAP 应用中压缩空气的温度，或者作为睡眠监测应用的一部分用于监测室内空气温度。这些技术包括：

• NTC 热敏电阻
• 铂 RTD
• 微型热电偶
• 热电堆
• 数字温度传感器

封装从采用超紧凑型 XDFN6 封装的新型全数字 TSYS03（仅 1.5mm x 1.5mm x 0.38mm 大小的正方形，0°C 到 60°C 时精确度为 ±0.5°C），到一系列具备不同温度范围、精确度和尺寸的配套组件。

最后，我们可制造一系列板安装式和表面贴装的各向异性磁阻 (AMR) 位移传感器，这些传感器广泛用于电机和风扇控制中，以精确监测旋转或线性位移。它们尺寸小，精确度和可靠性较高，这使它们可以用于许多紧凑的、高性能家用医疗产品，包括 PAP 机器。