基于激光测振技术的呼吸检测系统设计
摘 要：呼吸作为人体重要的生理过程是人们了解自身健康状态的一个重要指标。论文分析了呼吸检测的必要性并讲述了呼吸检测的基本原理。通过对现有呼吸检测手段的原理、方法及应用的研究，综述了当前检测方法的优缺点。同时，简要分析了激光测振技术应用于呼吸检测的可行性。
关键词：呼吸信号；激光测振；检测
呼吸是人体重要的生理活动，用来和外界进行气体互换以保证正常机体功能。呼吸道是人体最重要的组成部分之一，与人体健康密切相关。在由耶鲁大学、哥伦比亚大学和世界经济论坛共同发布的《2018年环境绩效指数(2018 Environmental Performance Index)报告》里。根据报告，在全球180个国家中，中国的空气质量排倒数第四，我国已成为世界PM 2.5超标重灾区[1]。由于PM2.5的超标，全国大部分区域都出现了不同程度的雾霾天气，对人体的呼吸系统造成了巨大伤害。当人们生活在雾霾中时，空气中的有害化学颗粒会通过呼吸作用进入人体呼吸系统。在严重的情况下，它们会引起各种呼吸系统疾病，甚至会诱发致人死亡的肺癌。目前呼吸系统疾病现已居我国城市居民死因的第四位、农村居民死因的第三位[2]。如果能够对人体的呼吸状况检测，让个人知道自身健康状况，就可以及时发现和预防呼吸道、肺部等部位的疾病，及时了解相关病情和发展的趋势，及早展开有效治疗。
人体呼吸过程
人体的呼吸过程包括三个相关环节：外部呼吸（肺通气和肺换气）、血液里的气体输送和内部呼吸（血液和组织细胞之间的气体交换）。吸气时，横膈膜收缩，横膈膜顶部减小，从而扩大胸腔的上下直径。同时肋间肌收缩，胸腔扩张，扩大了整个胸腔的体积，扩张了肺部，相应地降低了肺部的压力。外界空气被吸入肺部；呼气时，情况正好相反。因此，吸气和呼气时空气的运动是由胸腔的扩张和收缩交替产生的。同时，胸腔的运动会引起胸部、背部和腹部的伏动。在吸气和呼气过程中，气流也会引起鼻腔、咽和喉部的振动。这些变化都与呼吸有关，因此研究人员利用这些变化将它们转换成信号，用于检测呼吸状况。
呼吸信号检测手段
由于呼吸引起变化的多样性，国内外许多研究者采取了多种不同的技术理论和方式来检测呼吸信号。一般来说，这些方法可以分为两类：接触式和非接触式。常用的接触式检测主要包括阻抗式检测、压电传感器检测、心电图信息采集检测方法；而非接触式检测主要包括生物雷达检测、利用特殊床垫检测等。
