一种基于脑电信号的睡眠检测及睡眠辅助方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脑电信号的睡眠检测及睡眠辅助方法及装置，其中所述方法包括：S1、采集人体单通道脑电信号；S2、对所述脑电信号进行处理，包括成分提取以及特征提取，所述特征是脑电信号中不同成分的能量，每种成分的能量定义为信号幅值的平方和；S3、利用前后两个能量向量的向量夹角作为对能量变化的评估；S4、通过评估控制准则对状态变化进行评估来实时检测睡眠状态，形成应用控制决策对音乐播放系统进行控制。该方法通过在线的能量变化评估方法分析睡眠状态并实施睡眠辅助,兼具实用性和通用性，同时使用者还可以根据自己的喜好对辅助过程进行个性化修改，具有方便灵活的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及辅助睡眠研究的
，特别设及一种基于脑电信号的睡眠检测及 睡眠辅助方法及装置。
技术介绍
睡眠是一种非常重要的生理活动。通过睡眠活动，人体可W消除疲劳恢复体力，可 W提高自身免疫力、提高脾脏和骨髓的造血能力，可W保持大脑清晰和反应敏捷。睡眠质量 的好坏直接影响了人的健康、学习、生活W及工作。然而，现代人的生活节奏日益加快，承受 着工作和生活上越来越大的压力，各种睡眠疾病的发病率也随之增加。其中，失眠是最常见 的一种睡眠疾病。长期的睡眠不足容易造成人精神状态不佳、注意力不集中，还可能引发焦 虑、抑郁等屯、理疾病。自从德国精神病学家伯格(Berger)于1924年第一次记录头皮脑电信号W来，脑电 信号就被用于大脑活动的研究。睡眠研究是大脑活动研究中最重要的课题之一。1968年， Rechtschaffen A和Kales A提出了人体睡眠情况分为S个阶段:清醒状态、非快速眼动状 态和快速眼动状态。实验人员通过多导睡眠图（PoIysomnogram，PSG)记录仪记录脑电图 (Electroencephalogram,EEG)、眼动图（Electrooculogram)EOG)和肌电图 化lec1:;romyogram，EMG)，然后由专家依据美国睡眠医学会（American Academy of Sleep M e d i C i n e，A A SM)制定的规则分析出睡眠结构和睡眠质量。 然而，对于一个睡眠辅助系统而言，入睡之前的睡眠分析中才是核屯、任务。因为如 果辅助系统一直工作，就会在人体进入睡眠状态之后变成了睡眠干扰。另外，由于清醒到睡 眠状态的过渡时间较短，所W和睡眠分期（Sleep Stage Scoring)相比，入睡开始检测 (Sleep Onset Detection)对检测算法的灵敏性和精确性有更高的要求，在难度上也高于 睡眠分期。目前，关于入睡开始检测的研究还比较少，现有的算法可分为规则主导和模式识 别主导的分析方法。前者对信号幅度、均值、峭度、频率功率等指标设定阔值，原理简单，但 是实际操作很繁琐。后者先提取EEG波形特征，然后转化为分类问题，虽然在个体上可W取 得较高准确率，但是不同个体需要分别独立训练得到不同模型，在通用性上有很大的局限 性。 在睡眠辅助手段上，有针灸疗法、催眠疗法等专业医学治疗W及按摩疗法、音乐疗 法，环境溫度调节等自主辅助睡眠手段。由于医疗资源有限，所W使用成本较高，而自主辅 助的方法不但成本低，使用起来还特别方便，适合用于长期修复睡眠结构。关于音乐和睡眠 质量的关系在科学研究上还没有确切的结论，但是屯、理研究表明，音乐对人具有暗示调节、 放松调节、呼吸调节和想象调节等作用。适当的音调传入人的大脑中时，可W使他们的屯、律 减慢，体溫下降，人的情绪也因此变得比较平静，更快进入睡眠。运也说明了音乐在调节使 用者睡前情绪上是有很大作用的。 1、现有技术一的技术方案 目前，杨纯等人公开了一种基于声音检测技术的睡眠辅助系统。通过在用户枕头 两端防止声音传感器，然后对声音信号进行特征提取并分析睡眠状态。然后根据用户的睡 眠状态控制室内空调和通风扇，调节溫度从而辅助睡眠。该方案采集的是用户睡眠韩声，对 用户的辅助措施是通过溫度调节的方式。 运类方法简单易行，但是成本较高，通用性不高，对环境依赖性比较强，而且辅助 效果有限。因为并不是所有用户的呼吸声都会很明显，很可能会被环境噪声所淹没。另外， 从生物信号本身来讲，呼吸韩声并不能很好的体现睡眠状态，不同个体韩声特征区别很大。 从睡眠辅助方法来讲，溫度的调节很难把握，设备成本较高，辅助效果也有限。基于脑电信 号的音乐辅助系统，可W从大脑活动的本质上准确检测用户的状态，辅助设备成本也很低。 2、现有技术二的技术方案 可穿戴式设备(Wearable Device)的成为目前的研发热点之一，也出现了一些轻 便的传感器。有采用人体活动记录判断人体睡眠状态的专利技术，其依据的原理是人体在清醒 状态和睡眠状态下的肢体的运动规律。使用者在手腕上佩戴有内置加速度传感器的体动计 (Actigraphy)，通过采集人体手腕在床上的运动信息，对加速度信息进行实时处理，按照特 定的模式，分析出人体是在清醒状态还是在睡眠状态。 运种技术方案虽然轻便，对使用者的干扰很少，但是对于人体睡眠状况的判断准 确性行有所欠缺。首先，不同人的运动情况和运动加速度有所不容，难W统一标准;其次，由 于运动信息滞后于真实的大脑状态，所W对入睡开始阶段的判断也比较迟纯，错误率比较 局。 3、现有技术=的技术方案 近几年来，利用脑电信号判断人体睡眠状态是比较流行的，也是最能从本质上研 究睡眠的方法。美国授权专利US6272378B1将电极放置在前额上，然后根据信号频率、幅度 W及傅里叶变换后的不同频段信号情况判断人体的睡眠状态，从而进行睡眠辅助。中国授 权专利技术专利201010180030.7采集了前额的脑电波信号和人体运动的加速度信息，然后利用 多项判断规则进行睡眠检测。 运种技术方案由于需要部署较多的电极，繁重的设备给使用者造成不良的屯、理负 担，很可能影响使用者正常休息。另外，对于状态的评估是用了较多的规则，通用性不强。根 据使用者的反馈，经常出现尚未入睡就判断为入睡的状况。 综上所述，设计出使用方便，检测效果良好，通用性比较高的睡眠辅助方法是十分 必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电极数量少，时间把握 准确，通用性强，使用方便的睡眠检测及睡眠辅助方法及装置。该方法使用两个电极采集脑 电信号，然后实时评估脑电信号能量变化，当检测到入睡开始阶段，逐渐降低音乐音量，当 使用者完全进入睡眠之后，辅助系统停止工作。 根据公开的实施例，本专利技术的第一方面提出了一种基于脑电信号的睡眠检测及睡 眠辅助方法，包括下列步骤： Sl、采集人体单个通道的脑电信号； S2、对所述脑电信号进行处理，包括成分提取W及特征提取，其中所述成分提取为 对所述脑电信号进行不同成分的提取，所述特征提取为针对不同的成分分别进行特征提 取，所述特征是脑电信号中不同成分的能量，每种成分的能量定义为信号幅值的平方和： 其中，Xi表示第i个采样点的信号幅值，N表示信号长度，生成不同成分的能量值构 成的能量向量島； S3、利用前后两个能量向量的向量夹角作为对能量变化的评估指标，即 其中，島表示当前的能量向量，01表示当前的能量变化评估结果； S4、通过评估控制准则对状态变化进行评估来实时检测睡眠状态，形成应用控制 决策对音乐播放系统进行控制。进一步地，所述评估控制准则具体为： S41、对前期的所有能量变化01进行平均，作为前期的变化基准，记为Tt, S42、当0i出现极大值点0max，并且符合0max〉2XTt-5(记Tt-S为B)，则判断为开始向睡 眠状态过渡，逐渐调低音乐播放系统的音乐音量； S43、当目1符合目1<8时，则判断为进入睡眠，继续降低音乐播放系统的音乐音量直至 关闭。 进一步地，所述步骤S1、采集人体的脑电信号的具体过程为： 使用两个电极，一个位于左耳垂后方作为参考电极，另一个位于中央中线的Cz位 置，用导电胶水填充头皮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑电信号的睡眠检测及睡眠辅助方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、采集人体单个通道的脑电信号；S2、对所述脑电信号进行处理，包括成分提取以及特征提取，其中所述成分提取为对所述脑电信号进行不同成分的提取，所述特征提取为针对不同的成分分别进行特征提取，所述特征是脑电信号中不同成分的能量，每种成分的能量定义为信号幅值的平方和：E=Σi=0Nxi2]]>其中，xi表示第i个采样点的信号幅值，N表示信号长度，生成不同成分的能量值构成的能量向量S3、利用前后两个能量向量的向量夹角作为对能量变化的评估指标，即θi=arccos(E→i·E→i-1|E→i|·|E→i-1|)]]>其中，表示当前的能量向量，θi表示当前的能量变化评估结果；S4、通过评估控制准则对状态变化进行评估来实时检测睡眠状态，形成应用控制决策对音乐播放系统进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李远清，庄晓滨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44