睡眠監測裝置及其監測方法
2023-12-07 05:06:51 2
睡眠監測裝置及其監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種睡眠監測裝置，其包括檢測模塊、與檢測模塊電性連接的處理模塊及與處理模塊電性連接的輸出模塊。其中，檢測模塊用於採集表徵用戶睡眠狀態的生理特徵信號，生理特徵信號包括用於表徵被測者心率特點的心率特徵信號和用於表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號中的一種或多種；處理模塊用於處理來自檢測模塊的生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果；輸出模塊用於輸出來自處理模塊的綜合睡眠評估結果。本發明的睡眠監測裝置通過採集反映用戶睡眠時的心率特點和/或呼吸特點等生理特徵信號來對被測者的睡眠質量進行準確評估，其結構簡單，可實現佩戴式設計，方便使用。同時，本發明還公開了一種睡眠監測方法。
【專利說明】
睡眠監測裝置及其監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及監測技術，更具體地涉及一種睡眠監測裝置及其監測方法。
【背景技術】
[0002]現有的睡眠監測產品主要分為居家使用和醫療使用兩大類。
[0003]居家使用的睡眠監測產品通常是設計為佩戴式的，其大多是基於加速度計而設計的。這種產品以加速度計來獲取用戶在睡眠過程中的運動數據，並通過微處理器分析該數據來評估穿戴者的睡眠狀態。由於加速度計只能用於記錄被測者的肢體運動，而肢體運動與睡眠狀態沒有直接關係，因此會產生以下兩種假象，從而導致最終的睡眠質量評估結果不準確:第一種假象是佩戴者躺在床上沒有入睡，但是肢體卻未動，此時睡眠監測產品因加速度計沒有運動而錯誤的判斷佩戴者為睡眠狀態，因而產生誤判導致結果不準確；第二種假象是佩戴者已入睡，但由於人體在睡眠時存在大量由脊髓控制的反射，比如蚊子叮咬，或其他皮膚瘙癢等，導致佩戴者不自主地抓撓或伸縮，此時睡眠監測產品會因加速度計的運動而錯誤的判斷佩戴者為未入睡狀態。
[0004]醫療使用的睡眠監測產品是通過測量腦電波來評估睡眠者的睡眠質量。由於腦電波是定義睡眠狀態的黃金法則，因此現有的醫用腦電波偵測裝置可以用來準確評估被測者的睡眠狀態。然而，由於腦電波信號極其微弱，記錄腦電波要求設備精準性極高，這就導致了現有醫用睡眠監測產品成本高，體積大，測量不便，目前僅在醫院、診所等健康服務機構使用，不適合個人家庭使用。而且使用該產品進行睡眠監測時，被測者需要在頭頂佩戴大量電極，而電極佩戴造成的不舒適會影響睡眠效果。
[0005]鑑於此，有必要提供一種結構簡單、使用方便且測量準確的睡眠監測裝置及其監測方法。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、使用方便且測量準確的睡眠監測裝置。
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種操作方便且測量準確的睡眠監測方法。
[0008]為了解決上述問題，本發明提供一種睡眠監測裝置，其包括檢測模塊、與所述檢測模塊電性連接的處理模塊及與所述處理模塊電性連接的輸出模塊，檢測模塊用於採集表徵被測者睡眠狀態的生理特徵信號，處理模塊用於處理來自所述檢測模塊的生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果，輸出模塊用於輸出來自所述處理模塊的綜合睡眠評估結果；其中，所述檢測模塊包括心率傳感器和/或呼吸傳感器，所述心率傳感器用於採集表徵被測者心率特點的心率特徵信號，所述呼吸傳感器用於採集表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號。
[0009]優選地，所述心率傳感器包括心電傳感器、血氧飽和度傳感器、超聲波傳感器、光體積測量傳感器和射頻傳感器中的一種或多種；所述呼吸傳感器包括位移傳感器、應變式傳感器和光體積測量傳感器中的一種或多種。
[0010]優選地，所述檢測模塊還包括運動傳感器，所述運動傳感器用於採集表徵被測者動作狀態的運動特徵信號。
[0011]優選地，所述處理模塊包括:提取單元，用於實時提取來自檢測模塊的生理特徵信號；微控制單元，與所述提取單元電性連接，用於對生理特徵信號進行加權平均運算以得出綜合睡眠評估結果；存儲單元，與所述微控制單元電性連接，用於存儲生理特徵信號和綜合睡眠評估結果。
[0012]優選地，所述輸出模塊包括輸出接口、顯示屏、震動器、發聲器和LED指示燈中的一種或多種。
[0013]優選地，所述輸出接口包括有線接口，所述有線接口包括USB接口、UART接口和232串行接口中的一種或多種。
[0014]優選地，所述輸出接口包括無線接口，所述無線接口包括紅外模塊、藍牙模塊、2.4G射頻模塊、5G射頻模塊和WIFI模塊中的一種或多種。
[0015]為了解決上述問題，本發明還提供一種睡眠監測方法，其包括以下步驟:(a)採集表徵被測者睡眠狀態的生理特徵信號，所述生理特徵信號包括表徵被測者心率特點的心率特徵信號和/或表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號；(b)處理所述生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果；以及(c)輸出所述綜合睡眠評估結果。
[0016]優選地，所述步驟(a)中所採集的生理特徵信號還包括表徵被測者動作狀態的運動特徵信號。
[0017]優選地，所述步驟(b)包括:對所有生理特徵信號進行加權平均運算以得出被測者的綜合睡眠評估結果。
[0018]與現有技術相比，本發明所提供的睡眠監測裝置通過採用檢測模塊來採集表徵用戶睡眠狀態的生理特徵信號，例如用於表徵被測者心率特點的心率特徵信號和/或用於表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號，並對所得到的生理特徵信號進行處理和分析以得出被測者的綜合睡眠評估結果，由於心率和/或呼吸的變化是可以直接反映人體在睡眠狀態中的生理學變化，因此，相較於現有採集被測者睡姿數據的方式，本發明的睡眠監測裝置可對被測者的睡眠狀態和睡眠質量進行更為準確的評估。而相較於現有的採集腦電波的方式，本發明的睡眠監測裝置結構簡單，可實現佩戴式設計，方便使用且成本較低。
[0019]通過以下的描述並結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本發明的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明睡眠監測裝置第一實施例的方框圖。
[0021]圖2為圖1所示睡眠監測裝置的進一步細化方框圖。
[0022]圖3為本發明睡眠監測裝置第二實施例的方框圖。
[0023]圖4為本發明睡眠監測裝置第三實施例的方框圖。
[0024]圖5為本發明睡眠監測裝置第四實施例的方框圖。
[0025]圖6為本發明睡眠監測方法一實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合本發明實施例中的附圖，對實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，附圖中類似的組件標號代表類似的組件。顯然，以下將描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0027]圖1至圖2展示了本發明睡眠監測裝置的第一實施例。
[0028]參照圖1，本發明所提供的睡眠監測裝置10包括檢測模塊11、處理模塊12及輸出模塊13。其中，檢測模塊11用於採集表徵用戶睡眠狀態的生理特徵信號；處理模塊12與檢測模塊11電性連接，用於處理來自所述檢測模塊11的生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果；輸出模塊13與所述處理模塊12電性連接，用於輸出來自所述處理模塊12的綜合睡眠評估結果。本發明的睡眠監測裝置10結構簡單，可設計為佩戴式結構。使用時，用戶只需將在睡眠前將其佩戴在手腕或是腳腕上則可進行監測。
[0029]參照圖2，在本實施例中，所述檢測模塊11包括心率傳感器111，該心率傳感器111用於採集心率特徵信號，該心率特徵信號是指用於表徵被測者心率特點的信號。所述心率傳感器111可採用由心電傳感器、血氧飽和度傳感器、超聲波傳感器、光體積測量傳感器和射頻傳感器中的一種或多種來實現。在本實施例中，處理模塊12包括提取單元121、微控制單元(MCU) 122及存儲單元123。其中，提取單元121與心率傳感器111電性連接，用於對心率傳感器111採集到的心率特徵信號進行實時提取；微控制單元122同時與提取單元121和存儲單元123相連，用於將實時的心率特徵信號存儲在存儲單元123中並對其進行分析以得出綜合睡眠評估結果，微控制單元122還與輸出模塊13電性連接以便將監測結果輸出。在本實施例中，輸出模塊13包括顯示屏以及震動器、發聲器和LED指示燈中的一種或多種。
[0030]採用本實施例睡眠監測裝置10進行睡眠監測時，心率傳感器111將會實時檢測被測者的心率特點以得到心率特徵信號，在微控制單元122的控制下，提取單元121對心率特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元123內。待被測者睡眠結束後，微控制單元122將讀取存儲單元123中的心率特徵信號並對其進行計算和分析，最終得出可評估被測者睡眠質量的綜合睡眠評估結果。存儲單元123內的數據(包括心率特徵信號及綜合睡眠評估結果)可經由輸出模塊13告知用戶，例如，發出提示音或產生震動或是亮起指示燈來提示用戶並且通過顯示屏向用戶顯示出具體的監測結果。
[0031]圖3展示了本發明睡眠監測裝置的第二實施例。
[0032]參照圖3，該第二實施例睡眠監測裝置20與第一實施例的主要區別在於:採用呼吸傳感器212來取代心率傳感器111，而輸出模塊23採用輸出接口來實現。其中，呼吸傳感器212用於採集呼吸特徵信號，該呼吸特徵信號是指表徵被測者呼吸特點的信號。所述呼吸傳感器212可採用位移傳感器、應變式傳感器和光體積測量傳感器中的一種或多種來實現。輸出接口可為有線接口或無線接口，所述有線接口可採用USB接口、UART接口和232串行接口中的一種或多種來實現，所述無線接口可採用紅外模塊、藍牙模塊、2.4G射頻模塊、5G射頻模塊和WIFI模塊中的一種或多種來實現。
[0033]採用本實施例睡眠監測裝置20進行睡眠監測時，呼吸傳感器212將會實時檢測被測者的呼吸特點而得到呼吸特徵信號，在微控制單元222的控制下，提取單元221對呼吸特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元223內。待被測者睡眠結束後，微控制單元222將讀取存儲單元223中的呼吸特徵信號並對其進行計算和分析，最終得出可評估被測者睡眠質量的綜合睡眠評估結果。最後，存儲單元223內的數據(包括心率特徵信號及綜合睡眠評估結果)可通過輸出接口傳輸到外部電子設備，例如電腦、手機或是其它電子設備，以進行顯示或是進一步分析，也可通過輸出接口上傳到資料庫或者伺服器以便用戶獲得更加全面的分析和睡眠指導。
[0034]圖4展示了本發明睡眠監測裝置的第三實施例。
[0035]參照圖4，該第三實施例睡眠監測裝置30整合和第一實施例睡眠監測裝置10和第二實施例睡眠監測裝置20的優點，在本實施例中，檢測模塊包括心率傳感器311和呼吸傳感器312，輸出模塊33包括輸出接口和顯示屏，以及震動器、發聲器和LED指示燈中的一種或多種，處理模塊12設置有兩個提取單元321a和321b分別提取來自心率傳感器311和呼吸傳感器的信號。
[0036]採用本實施例睡眠監測裝置30進行睡眠監測時，心率傳感器311將會實時檢測被測者的心率特點以得到心率特徵信號，同時，呼吸傳感器312將會實時檢測被測者的呼吸特點而得到呼吸特徵信號；在微控制單元322的控制下，提取單元321a對心率特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元323內，提取單元321b對呼吸特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元323內。待被測者睡眠結束後，微控制單元322將讀取存儲單元323中的心率特徵信號和呼吸特徵信號並對其進行計算和分析，最終得出可評估被測者睡眠質量的綜合睡眠評估結果。最後，存儲單元323內的數據(包括心率特徵信號及綜合睡眠評估結果)可經由輸出模塊33告知用戶，例如，發出提示音或產生震動或是亮起指示燈來提示用戶並且通過顯示屏向用戶顯示出具體的監測結果，同時採用輸出接口傳輸到外部電子設備，例如電腦、手機或是其它電子設備，以進行顯示或是進一步分析，也可通過輸出接口上傳到資料庫或者伺服器以便用戶獲得更加全面的分析和睡眠指導。
[0037]圖5展示了本發明睡眠監測裝置的第四實施例。
[0038]參照圖5，該第四實施例睡眠監測裝置40與第三實施例睡眠監測裝置30的主要區別在於:本實施例在心率傳感器411和呼吸傳感器412的基礎上再增設運動傳感器413，相應地，設置有三個提取單元421a、421b及421c分別提取來自心率傳感器411、呼吸傳感器412和運動傳感器413的信號。其中，運動傳感器413用於採集運動特徵信號，該運動特徵信號是指表徵被測者的動作狀態的信號。本實施例的運動傳感器413可採用線加速度計、角加速度計或其它可檢測物體移動的傳感器來實現。
[0039]採用本實施例睡眠監測裝置40進行睡眠監測時，心率傳感器411將會實時檢測被測者的心率特點以得到心率特徵信號，呼吸傳感器412將會實時檢測被測者的呼吸特點而得到呼吸特徵信號，同時，運動傳感器413將會實時檢測被測者的動作狀態而得到運動特徵信號；在微控制單元422的控制下，提取單元421a、421b及421c分別對心率特徵信號、呼吸特徵信號及運動特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元423內。待被測者睡眠結束後，微控制單元422將讀取存儲單元423中的心率特徵信號、呼吸特徵信號及運動特徵信號並對其進行計算和分析，最終得出可評估被測者睡眠質量的綜合睡眠評估結果。最後，存儲單元423內的數據(包括心率特徵信號及綜合睡眠評估結果)可經由輸出模塊43告知用戶，例如，發出提示音或產生震動或是亮起指示燈來提示用戶並且通過顯示屏向用戶顯示出具體的監測結果，同時採用輸出接口傳輸到外部電子設備，例如電腦、手機或是其它電子設備，以進行顯示或是進一步分析，也可通過輸出接口上傳到資料庫或者伺服器以便用戶獲得更加全面的分析和睡眠指導。
[0040]在上述所有實施例中，微控制單元122、222、322及422均可採用加權平均運算的方式對心率特徵信號、呼吸特徵信號和運動特徵信號中的一種或多種生理特徵信號進行處理然後再對處理過的數據進行比較分析從而得出監測結果。具體可採用以下方式進行處理:
[0041]首先根據以下公式得出睡眠評估指數:睡眠評估指數=(&1Χ心率+a2X呼吸速率+a3X運動頻率)+ (biX心率變化率+b2X呼吸變化率+b3X運動變化率)，其中，心率、呼吸速率、運動頻率、心率變化率、呼吸變化率及運動變化率的數據跟可根據所採集到的生理特徵信號來得到，a,和匕為加權係數，其取值可根據具體要求進行設置。
[0042]其次，根據得到的睡眠評估指數與預設判斷閾值Ci進行比較:當睡眠評估指數(Cl時，表明得到的綜合睡眠評估結果是好的；當睡眠評估指數> Cl且睡眠評估指數c2時，表明得到的綜合睡眠評估結果是差的。其中，判斷閾值Ci的取值可根據具體要求進行設置。
[0043]同時，本發明還提供了睡眠監測方法。圖6展示了本發明睡眠監測方法的流程圖，該方法包括以下步驟:首先，採集表徵被測者睡眠狀態的生理特徵信號，所述生理特徵信號包括表徵被測者心率特點的心率特徵信號和/或表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號中(步驟S1);其次，處理所述生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果(步驟S2);最終，輸出所述綜合睡眠評估結果(步驟S3)。
[0044]下面以採用上述第四實施例睡眠監測裝置40所實現的監測方法進行詳細說明。首先，通過心率傳感器411、呼吸傳感器412及運動傳感器413來分別實時檢測被測者的心率特點、呼吸特點及動作狀態以分別得到心率特徵信號、呼吸特徵信號及運動特徵信號；在微控制單元422的控制下，提取單元421分別對心率特徵信號、呼吸特徵信號及運動特徵信號進行提取和放大並存儲在存儲單元423內。待被測者睡眠結束後，微控制單元422將讀取存儲單元423中的心率特徵信號、呼吸特徵信號及運動特徵信號並對其進行計算和分析，最終得出可評估被測者睡眠質量的綜合睡眠評估結果。最後，存儲單元423內的數據(包括心率特徵信號及綜合睡眠評估結果)可經由輸出模塊43告知用戶，例如，發出提示音或產生震動或是亮起指示燈來提示用戶並且通過顯示屏向用戶顯示出具體的監測結果，同時可通過輸出接口傳輸到外部電子設備，例如電腦、手機或是其它電子設備，以進行顯示或是進一步分析，也可通過輸出接口上傳到資料庫或者伺服器以便用戶獲得更加全面的分析和睡眠指導。
[0045]如上所述，本發明所提供的睡眠監測裝置通過採用檢測模塊來採集表徵用戶睡眠狀態的生理特徵信號，例如用於表徵被測者心率特點的心率特徵信號和/或用於表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號，並對所得到的生理特徵信號進行處理和分析以得出被測者的綜合睡眠評估結果，由於心率和/或呼吸的變化是可以直接反映人體在睡眠狀態中的生理學變化，因此，相較於現有採集被測者睡姿數據的方式，本發明的睡眠監測裝置可對被測者的睡眠狀態和睡眠質量進行更為準確的評估。而相較於現有的採集腦電波的方式，本發明的睡眠監測裝置結構簡單，可實現佩戴式設計，方便使用且成本較低。
[0046]可理解地，本發明的檢測模塊還可以是由心率傳感器和運動傳感器組成或是由運動傳感器和呼吸傳感器組成。本發明中所採用的所有傳感器可為有線傳感器、無線傳感器或單元內建傳感器。
[0047]以上結合最佳實施例對本發明進行了描述，但本發明並不局限於以上揭示的實施例，而應當涵蓋各種根據本發明的本質進行的修改、等效組合。
【權利要求】
1.一種睡眠監測裝置，其特徵在於，包括: 檢測模塊，用於採集表徵被測者睡眠狀態的生理特徵信號； 處理模塊，與所述檢測模塊電性連接，用於處理來自所述檢測模塊的生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果；以及 輸出模塊，與所述處理模塊電性連接，用於輸出來自所述處理模塊的綜合睡眠評估結果; 其中，所述檢測模塊包括心率傳感器和/或呼吸傳感器，所述心率傳感器用於採集表徵被測者心率特點的心率特徵信號，所述呼吸傳感器用於採集表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號。
2.如權利要求1所述的睡眠監測裝置，其特徵在於:所述心率傳感器包括心電傳感器、血氧飽和度傳感器、超聲波傳感器、光體積測量傳感器和射頻傳感器中的一種或多種；所述呼吸傳感器包括位移傳感器、應變式傳感器和光體積測量傳感器中的一種或多種。
3.如權利要求1所述的睡眠監測裝置，其特徵在於:所述檢測模塊還包括運動傳感器，所述運動傳感器用於採集表徵被測者動作狀態的運動特徵信號。
4.如權利要求1-3任何一項所述的睡眠監測裝置，其特徵在於，所述處理模塊包括: 提取單元，用於實時提取來自檢測模塊的生理特徵信號； 微控制單元，與所述提取單元電性連接，用於對生理特徵信號進行加權平均運算以得出綜合睡眠評估結果； 存儲單元，與所述微控制單元電性連接，用於存儲生理特徵信號和綜合睡眠評估結果。
5.如權利要求1所述的睡眠監測裝置，其特徵在於:所述輸出模塊包括輸出接口、顯示屏、震動器、發聲器和LED指示燈中的一種或多種。
6.如權利要求5所述的睡眠監測裝置，其特徵在於:所述輸出接口包括有線接口，所述有線接口包括USB接口、UART接口和232串行接口中的一種或多種。
7.如權利要求5所述的睡眠監測裝置，其特徵在於:所述輸出接口包括無線接口，所述無線接口包括紅外模塊、藍牙模塊、2.4G射頻模塊、5G射頻模塊和WIFI模塊中的一種或多種。
8.一種睡眠監測方法，其特徵在於，包括以下步驟: (a)採集表徵被測者睡眠狀態的生理特徵信號，所述生理特徵信號包括表徵被測者心率特點的心率特徵信號和/或表徵被測者呼吸特點的呼吸特徵信號； (b)處理所述生理特徵信號以得出被測者的綜合睡眠評估結果；以及 (C)輸出所述綜合睡眠評估結果。
9.如權利要求8所述的監測方法，其特徵在於:所述步驟(a)中所採集的生理特徵信號還包括表徵被測者動作狀態的運動特徵信號。
10.如權利要求8或9所述的監測方法，其特徵在於:所述步驟(b)包括:對所有生理特徵信號進行加權平均運算以得出被測者的綜合睡眠評估結果。
【文檔編號】A61B5/11GK104224132SQ201410505254
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】傅荃煒, 杜凱萌 申請人:天彩電子（深圳）有限公司