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研究生: 蔡勝仁
Tsai, Sheng-Jen
論文名稱: 微機電感應器應用於睡眠呼吸暫停障礙評估系統設計
Application of MEMS Type Sensors in Designing an Evaluation System for Obstructive Sleep Apnea
指導教授: 楊明興
Young, Ming-Shing
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 54
中文關鍵詞: 微機電系統睡眠呼吸暫停障礙三軸加速度計
外文關鍵詞: 3 axial Accelerometer, Obstructive Sleep Apnea (OSA), Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)
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  • 睡眠呼吸暫停障礙是一種在睡眠中才會發生的呼吸疾病,美國以及其他西方國家之成人,有很高的盛行率,在台灣地區,睡眠呼吸暫停症狀的研究已經受到重視,多家醫院都成立睡眠中心。
    本系統設計主要是憑藉微機電系統三軸加速度計與微機電系統麥克風,收集睡眠體位、胸腹呼吸動作、口鼻呼吸氣流(或鼾聲)數據,經由硬體處理量測到的信號之後,由USB-6009 DAQ卡擷取,顯示與儲存結果到PC,做為在居家環境下長期的人體睡眠監測和記錄,讓醫生研判病患是否要進一步至睡眠實驗室做檢查之參考。

    The Obstructive Sleep Apnea (OSA) is one kind of breath disease occurred in sleeping and is very prevalence among adult in America and the other Western countries. A lot of Taiwan hospitals had established sleep center to study obstructive sleep apnea syndrome due to more and more attention on OSA.
    The system is designed to capture sleep posture, chest and abdominal breath movement, nasal and oral airflow (or snoring) signals by MEMS 3 axial Accelerometer and Microphone. USB-6009 DAQ card will acquire the processed data and then store and display result in PC. It will be used as a long-term sleeping monitor and record at home, and provide a reference data for doctor to judge whether his patient has to do more examination in sleep lab or not.

    目 錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2研究動機與背景 2 1-3文獻回顧 2 第二章 系統設計 11 2-1系統整體架構 11 2-2 硬體系統設計 12 2-2-1完整線路 12 2-2-2主板與DAQ USB-6009的介面 12 2-2-3主板電源 13 2-2-4三軸加速計輸入及訊號放大電路 14 2-2-5預留電路 15 2-2-6麥克風訊號放大電路 16 2-3微機電系統介紹 17 2-3-1 微機電系統發展簡介 17 2-3-2 Freescare MMA7260QR2 三軸加速計介紹 18 2-4資料擷取卡 23 2-5軟體系統設計 23 2-5-1 生理訊號擷取 23 2-5-2 生理訊號擷取 25 第三章 系統測試與校正 27 3-1 三軸加速計IC在轉動時的輸出電壓值驗證 27 3-2 MIC IC在動作時的輸出測試 30 第四章 實驗程序與結果 32 4-1實驗方法與步驟 32 4-1-1 實驗與記錄 32 4-1-2 播放記錄檔案 35 4-2實驗結果 37 4-2-1 鼾聲 37 4-2-2 睡姿 39 第五章 討論 43 5-1 實驗結果討論 43 5-2 系統設計貢獻 43 5-3 系統問題討論 43 第六章 結論與未來展望 45 6-1 結論 45 6-2 未來展望 45 參考文獻 46 附錄A 三軸加速度計大小 50 附錄B MEMS MIC 大小 50 附錄C 電路板Layout(雙層) 51 附錄D 零件接腳資料 52 自述 54 圖 目 錄 圖1-1 阻塞性(上)及中樞性(下)睡眠呼吸中止 4 圖1-2 左圖為正常呼吸道 右圖為OSA患者呼吸道阻塞變窄異常 5 圖1-3 睡眠多項生理檢查圖解 8 圖1-4 三軸加速度計位置及定義 9 圖1-5 加速度計三軸與姿勢關係實驗數據 10 圖2-1 系統整體架構圖 11 圖2-2 主板完整線路 12 圖2-3 主板與DAQ USB-6009的介面 13 圖2-4 主板電源 13 圖2-5 三軸加速計輸入及訊號放大電路 14 圖2-6 預留電路之一 15 圖2-7 預留電路之二 16 圖2-8 麥克風訊號放大電路 16 圖2-9 簡化的三軸加速計IC內部功能方塊圖 19 圖 2-10 簡化的物理移轉模式 19 圖2-11 MEMS麥克風內部的構造 20 圖2-12 MEMS MIC的應用線路 21 圖2-13-1 傳統ECM(FET)應用線路 21 圖2-13-2傳統ECM(IC)應用線路 21 圖2-14傳統ECM Frequency Response Curve 22 圖2-15 MEMS MIC 100Hz ~ 8kHz Frequency Response Curve 22 圖2-16 生理訊號擷取程式流程圖 23 圖2-17 生理訊號擷取軟體Block diagram 24 圖2-18 黑色波形為取樣波 25 圖2-19生理訊號讀取程式流程圖 25 圖2-20 生理訊號讀取程式Block diagram 26 圖 3-1 三軸加速計旋轉至六個面的三軸及DAQ 擷取輸出的電壓變化 27 圖 3-2 X軸輸出電壓變化 Y軸輸出電壓變化 Z軸輸出電壓變化 28 圖 3-3 當三軸加速計Z軸方向平行於地面,IC輸出電壓變化 28 圖 3-4 身體向左側睡(Left position)時三軸輸出,X 軸輸出將近5V 29 圖 3-5 身體仰臥(Supine position)時三軸輸出,Z 軸輸出將近5V 29 圖3-6 身體向右側睡(Right position)時三軸輸出,X軸輸出將近2V 29 圖3-7 身體坐起來(Sitting position)時三軸輸出,Y軸輸出將近5V 29 圖3-8 身體趴睡(Prone position)時三軸輸出,Z軸輸出將近1.8V 30 圖3-9 三軸加速計箭頭方向為該軸最大值 30 圖3-10 MIC 在動作時的輸出測試 31 圖4-1 三軸加速度計安裝於腹部的位置 33 圖4-2 MEMS MIC安裝在醫學用透明氧氣呼吸面罩內 33 圖4-3整套評估系統安裝 34 圖4-4 PC操作面板 35 圖4-5身體左側睡以及同時打鼾波型 36 表 目 錄 附表一 睡眠呼吸中止症的篩檢 48 附表二 艾普沃斯 嗜睡自我量表 Epworth Sleepiness Scale 49

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    18. 譯者李宛蓉 哈佛醫生的優質睡眠全書 商周出版2007年8月初版
    19. Knowles Acoustics SPM0208HE5-SB data sheet

    無法下載圖示 校內:2012-07-13公開
    校外:2029-07-13公開
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