基于传声器阵列的鼾声信号模型分析(2)
鼾声的声学特性正逐步受到重视，尤其是在对OSAHS患者的诊断中[2]~[7]。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)是一种以睡眠时反复发作的咽部软组织塌陷为主要特征, 导致低氧血症和睡眠通气结构改变的疾病。 国外临床统计显示, 全球每天约有3000人的死亡与OSAHS有关。患者睡眠时周期性地反复发生呼吸暂停, 除可导致或加重呼吸衰竭外,还会造成多个器官及系统的损伤。对OSAHS标准的检测方法是基于多导睡眠图（PSG）的呼吸检测技术。该检测需要患者在整晚长达6~8小时的睡眠过程中佩戴面罩，这种方法不仅会影响患者的睡眠, 而且费用较高[8]。
响鼾和语音的相似在于，两者都在声道中产生。打鼾和语声的声学分析表明，基频和谐波在这两种现象中都可以被观察到。共振峰特征也都可以观察到[16]。源于这些生理上的相似性和数字信号处理的实用性，近年来，已有一些学者从语音分析的角度来分析鼾声。这些研究主要针对三个方面：①通过鼾声的声学特征区别OSAHS和单纯打鼾，以对OSAHS进行筛查；②判断鼾声来源（软腭或舌根等部位）；③判断上气道的阻塞部位[6]。
本课题中，我们尝试使用源于语音合成理论的方法将鼾声信号分离为鼾声声源信号和上呼吸道冲激响应。这样做的意义在于将可能含有鼾声振动器官信息的鼾声声源信号与可能含有上呼吸道阻塞部部位信息的上呼吸道冲激响应分离出来。这种鼾声信号分解方案源自语音合成理论，其可行性并未得到严格验证，而传声器阵列系统正是做此验证的有力手段。
1．2 国内外研究现状
1．3 主要工作及结构安排
本课题利用传声器阵列采集4路不同位置的OSAHS患者鼾声信号，借助基于语音合成理论的TKK Aparat软件分解包将这4路鼾声信号分离为鼾声气流体积速度信号（glottal flow）即声源信号和上呼吸道冲激响应，对多组四通道的鼾声声源信号进行了不同延迟时间的相关系数以及相关系数最大值处的延迟时间的估算，以此来分析鼾声声源信号的空间相似性和空间定位能力，并对估算结果进行了总结。对分离出的多组上呼吸道冲激响应和幅频响应及共振峰位置也进行通道间的比较，尝试寻找它们的共同特点和分布规律。
在第一章，对课题的研究背景及意义、国内外研究现状进行了综述，并对主要工作及结构安排做了说明。在第二章，对鼾声的相关知识进行了简单地介绍。在第三章，对鼾声的采集和分解原理及方法进行了介绍。在第四章中，对鼾声声源信号进行了分析。在第五章，对分离后的上呼吸道对应的声学滤波器进行了分析。最后，我们总结了结论。
2 鼾声与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征
2．1 鼾声的发声机理
打鼾者的咽部气道通常比正常人狭窄，清醒时上气道扩张肌代偿性收缩使气道保持开放，不发生堵塞。但睡眠时神经兴奋性下降，扩张肌活力降低，咽部组织堵塞，导致上气道塌陷，当气流通过狭窄部位时，产生涡流并引起振动，从而出现鼾声，严重时呼吸可以暂时停止，从而影响人的身体健康[18]。
2．2 OSAHS患者的常见症状和诊断标准
0SAHS的特点是睡眠时反复发生上气道塌陷导致间歇低氧，经常觉醒，睡眠片段化和睡眠质量下降。常常表现为鼾声不规则出现，时高时低，偶尔完全中断，严重的时候会憋醒，憋醒后出现心悸、心慌、憋气等现象。连续打鼾突然停止后出现呼吸暂停，在呼吸暂停结束时，关闭的上气道管腔会突然开放，上部和下部气流的压力突然平衡，使上气道在短暂的时间内重复发生多次开闭，导致一声爆破样的鼾声[19]。