一種睡眠情況監測裝置及其監測方法

2023-07-25 14:34:31

一種睡眠情況監測裝置及其監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能監測領域，具體地涉及一種睡眠監測裝置及其監測方法。
【背景技術】
[0002] 睡眠是人類生命活動中必不可少的生理過程。睡眠不僅時間要充足，更在於好的 睡眠質量。如今最常用的睡眠檢測產品主要分為醫療設備和穿戴式設備。
[0003] 醫學上對於睡眠結構和進程的了解，主要是利用多導睡眠儀，採用多導睡眠描記 法來完成的，但這些設備和技術主要集中於醫院和研究所，其昂貴的價格與體積大的特點 制約了其普及性，不適合個人家庭使用。且這一類監測設備由於需要與使用者相接觸使用， 會影響被測者的實際睡眠效果。
[0004] 當然，隨著傳感器技術的發展，小型化的穿戴式監測設備的研究水平也不斷提高， 尤其以手環類產品居多。如今最常用的檢測方式就是採用體動記錄儀進行監測，而一般都 是採用三軸傳感器對三個方向軸進行數據記錄，根據記錄數據，分析軟體通過計算可以分 析出能量消耗和睡眠相關參數，如覺醒時間，覺醒次數，睡眠效率等。但是，這一類傳感器在 實際使用中仍存在行為區分不明顯，誤檢測概率較高等缺點。
[0005] 針對這些情況，有必要設計一款結構簡單且測量準確的新型睡眠監測裝置及其監 測方法。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是針對上述【背景技術】中的缺陷，提供一種結構簡單、測量準確的睡 眠監測裝置及其監測方法。
[0007] 該睡眠監測裝置包括壓力傳感器、與壓力傳感器相連的床板主體、採集並處理傳 感器數據的智能盒及與智能盒相連的信息顯示模塊。
[0008] 所述的壓力傳感器，其上下表面與床板主體相連接，在上下層床板之間發生壓力 變化時，其輸出電壓也會呈現規律性變化。
[0009] 所述的床板主體主要由上下層床板組成，上下層之間由四個角上的壓力傳感器相 連接，其餘位置中空。
[0010] 所述的採集並處理傳感器數據的智能盒置於床板主體之中。
[0011] 進一步的技術方案是:所述的床板主體中空位置由較軟的均勻介質填充，用於保 護床板。
[0012] 信息顯示模塊放於床板上層，便於使用者獲取信息，其顯示信息包括時間信息、重 心位置信息、睡眠時各時段睡眠程度柱狀圖及睡眠情況評價。
[0013] 睡眠情況監測方法，所述方法包括以下步驟：
[0014] Sl、智能盒採集傳感器數據；
[0015] S2、利用獲取到的傳感器信息計算出重心位置；
[0016] S3、分析一定時間內的重心變化情況，提取出單位時間的位置偏移信息，並計算其 平均值和均方差；
[0017] S4、根據得到的平均值和均方差分析出睡眠狀態；
[0018] S5、排除異常信息並以圖文的形式顯示提取到的最終的睡眠信息。
[0019] 進一步的技術方案是:對步驟Sl中的數據進行軟體濾波，其主要包括限幅濾波和 中位值平均濾波處理。
[0020] 與現有技術相比，本發明具有以下幾個優點：
[0021] 1.本發明適用人群廣闊，老少皆宜，尤其對於嬰兒睡眠情況的監測與其他產品相 比有著顯著的優勢。
[0022] 2.不影響使用者的正常睡眠，無任何不適感。
[0023] 3.由於本發明與床板一體化，且具有信息顯示模塊，使用方便，可作為智能家具的 一部分，市場前景廣闊。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的實施例流程圖
[0025]圖2是本發明的實施例所述的可移動床板的仰視圖
[0026]圖中，1.上層床板，2.顯示屏，3.壓力傳感器d，4.壓力傳感器a，5.智能盒，6.下層 床板，7.壓力傳感器b，8.壓力傳感器C0
【具體實施方式】
[0027] 在以下實施例中，將具體舉例說明睡眠情況監測裝置及其軟體算法的實現，分析 使用者睡姿變化和睡眠情況。
[0028] 圖1為本發明提供的一種睡眠情況監測方法的實施例流程圖，並結合圖2所示的實 施例裝置圖，以說明通過本發明分析使用者睡姿變化和睡眠情況。
[0029] 步驟100:啟動智能盒5,利用壓力傳感器a4、壓力傳感器b7、壓力傳感器c8、壓力傳 感器d3採集數據，並進行濾波處理。
[0030] 步驟101:運用力矩平衡原理:動力臂長X動力=阻力臂長X阻力，通過對壓力傳 感器的數據分析，對人體的重心位置進行計算，得到其位置坐標。將人體的重力G看作是動 力，而每個傳感器的反支力$ &、？13、？〇、？(1)則視為阻力。設床的寬為50，床的長為100。具體 計算如下：
[0031] 若將壓力傳感器a4和壓力傳感器d3作為轉軸，根據力矩平衡原理，重物對於該轉 軸產生的力矩與壓力傳感器b7和壓力傳感器c8在該轉軸上產生的力矩之和為零，用公式表 達如下：

L0033J由此得出該重物的X坐標值；
[0034] 若將壓力傳感器a4和壓力傳感器b7作為轉軸，與前面同理可知重物對於該轉軸產 生的力矩與壓力傳感器d3和壓力傳感器c8在該轉軸上產生的力矩之和為零，用公式表達如 下：

[0036]由此得出該重物的y坐標值並得出重心的具體位置。
[0037]步驟102:以體動為判斷依據，根據上述的睡眠周期原理構建馬爾可夫鏈，提高睡 眠結構判斷的準確性。將一段較短時間At內的重心移動距離作為幅值大小，即縱軸為幅 值，並以時間t作為橫軸，將每個△ t對應的幅值點保存下來。
[0038]步驟103:每隔一段較長時間ΔΤ，分析這些幅值的方差分布，當這些幅值的平均值 和均方差同時下降時，則是睡眠周期的狀態切換。如果數據的幅值和方差分別跌至3cm和 〇. 2以下，則可預估為深度睡眠期，但是如果這期間有大小動作，即存在一個幅值大於5cm， 則為中度睡眠期，若有三個以上幅值大於5cm則判斷為輕度睡眠期;反之，如果平均值和均 方差同時上升至15cm和2以上，則可預估為覺醒期；以此類推。此外，如果有大的動作出現， 且持續時間超過5秒，則判為覺醒期。
[0039]步驟104:如果4個壓力傳感器沒有檢測到人體的壓力，就不進行上述的任何判斷。 而覺醒期不會直接切換到深度睡眠期，中間必然會有輕度睡眠期或中度睡眠期過渡，如果 出現這類情況，就需要重新採集下一組數據進行判斷，剔除上一組數據帶來的誤判。
[0040] 步驟105:將智能盒5最終得出的正確結果顯示在與智能盒5相連的顯示屏2上。
[0041 ] 經上述步驟即能得到使用者的睡眠情況。
[0042]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的事例性實施 方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精 神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
【主權項】
1. 一種睡眠情況監測裝置，其特徵在於:所述的裝置包括壓力傳感器a(4)、壓力傳感器 13(7)、壓力傳感器(：（8)、壓力傳感器(1(3)、上層床板（1)、下層床板(6)、智能盒（5)、顯示屏 (2);所述的壓力傳感器其上表面固定於上層床板（1)的下表面，其下表面固定於下層床板 (6)的上表面;所述的智能盒(5)內部設有微處理器和電源模塊，其嵌於上層床板（1)和下層 床板(6)之間；所述的顯示屏(2)位於上層床板(1)的上表面。2. 根據權利要求1所述的一種睡眠情況監測裝置，其特徵在於:所述的信息顯示模塊包 括手持式智能終端，所述的微處理器包括無線傳輸設備，所述手持式智能終端與無線傳輸 設備進行配對連接。3. -種睡眠情況監測方法，其特徵在於:所述方法包括以下步驟： 51、 微處理器採集傳感器數據； 52、 利用獲取到的傳感器信息計算出重心位置； 53、 分析一定時間內的重心變化情況，提取出單位時間的位置偏移信息，並計算其平均 值和均方差； 54、 根據得到的平均值和均方差分析出睡眠狀態； 55、 排除異常信息並以圖文的形式顯示提取到的最終的睡眠信息。4. 根據權利要求3所述的一種睡眠監測方法，其特徵在於:對步驟S1中的數據進行軟體 濾波，其主要包括限幅濾波和中位值平均濾波處理。
【專利摘要】本發明公開了一種睡眠情況監測裝置及其監測方法，涉及智能監測領域。睡眠情況監測裝置至少包括壓力傳感器、與壓力傳感器相連的床板主體、採集並處理傳感器數據的微處理器及與微處理器相連的信息顯示模塊。壓力傳感器用於數據採集，並將數據傳輸至微處理器進行數據分析，最後將監測結果通過顯示屏顯示出來。監測方法包括：採集傳感器數據、計算重心位置、獲取單位時間重心偏移量、分析睡眠狀態、排除異常信息共5個步驟。本發明的突出優點為不影響正常睡眠，安全可靠，使用方便，成本可控，有廣闊的市場前景。
【IPC分類】A61B5/00
【公開號】CN105708420
【申請號】CN201610142731
【發明人】顧天華, 沈曉斌, 葉洪吉, 蔡斌斌
【申請人】顧天華