一种基于体震信号的睡眠质量监测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于体震信号的睡眠质量监测方法，其包括如下步骤：步骤1：采集人体在睡眠状态时的体震信号，并通过所述体震信号计算得到多个生命体征值；步骤2：分别计算所述生命体征值在t时刻的权重；步骤3：根据至少两个生命体征值的权重计算得到综合加权值，并与预设阈值比较，从而判断t时刻人体的睡眠阶段。并且本发明专利技术还公开了一种实现上述基于体震信号的睡眠质量监测方法的系统。本发明专利技术采用基于体震信号的无感觉测量技术，能够在人体睡眠过程中实时检测由于胸腹腔运动、心脏波动等引起的体震信号，并通过算法处理对其进行分离和识别，可分别得到心跳、呼吸和人在床上的体动数据，实现人体睡眠情况的监测与评估。

A sleep quality monitoring method and system based on body quake signals

The present invention discloses a sleep quality monitoring method based on body shock signal, which comprises the following steps: Step 1: collect body shock signals of the body in the state of sleep, and calculate a number of vital signs by the body shock signal; step 2: calculate the weight of the vital sign value at t time; step 3: Base The weight of at least two vital signs is calculated and the combined weighted value is calculated and compared with the preset threshold to judge the T's sleep stage. The invention also discloses a system for realizing the sleep quality monitoring method based on the body quake signal. In this invention, the body shock signal based non sensory measurement technology can be used to detect the body shock signals caused by the abdominal and abdominal movement and the heart fluctuation during the human sleep process, and can be separated and identified by the algorithm processing, and the body motion data of the heart, respiration and human in the bed can be obtained to realize the sleep of the human body. Monitoring and evaluation of the situation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于体震信号的睡眠质量监测方法与系统
本专利技术涉及一种睡眠质量监测领域。更具体地说，本专利技术涉及一种基于体震信号的睡眠质量监测方法与系统。
技术介绍
伴随着生活水平的提高，人们对自身的健康状况的关注度也越来越高，睡眠质量关系到一天的工作状态，也是身体状况的客观反映。现有睡眠质量测量的技术方案主要有如下三种：(1)多导睡眠描记法(PSG)，一个PSG全面的睡眠检测包括以下六项：①氧气饱和；②呼吸：呼吸率、空气量、打呼噜、O2量、食道压力；③心脏血管系统：搏数、血压；④睡眠阶段：脑波检测、活动度检测；⑤身体位置检测；⑥其他(体移)。但PSG测量无法由被试者自己完成，所以更多被用于临床上诊断睡眠障碍(睡眠呼吸暂停，发作性睡病，睡眠腿动征等)，可行性也比较低，造价高。此外，传感器直接接触人体，对人体产生一定约束，从而使受试者产生一定的心理负担。(2)腕式活动记录检测法(WristActigraphy)。由于人在入睡后上肢活动明显减少，通过穿戴在手腕上的加速传感器计算上肢运动频率，可识别0.25到3HZ的运动，经过不同算法，得出睡眠质量结果。但目前的腕式活动记录检测技术，无法准确判断睡眠阶段(深度睡眠，快速眼动睡眠等)，需要使用者长时间佩戴手环式的记录仪，手环的材质影响佩戴的舒适性。(3)基于体震信号的睡眠质量检测方式。当心脏向外泵血时，身体会产生与促使血液流动的力相反的作用力，该作用力引起了与心跳同步的身体震动，产生体震信号，体震信号的规律与心率相关。同时人体每一次呼吸伴随着胸腔的扩张和收缩，这种变化也会引起缓慢变化的体震信号，这些信号通过人体传递给了固体，再通过固体被压电传感器采集到。虽然微弱，压电传感器的灵敏度足以测量到，经过一系列的信号传输，通过软件算法处理分离出心跳、呼吸和人在床上的体动。通过结合心冲击信号和呼吸信号判断睡眠状态。但现有部分产品是将检测系统设置在床脚下，导致传感器数量较少，安装不方便，无法全面具体的记录睡眠状态，并且受外界的干扰较大。还有部分产品是将检测装置布置在床垫下，数据传输需要经过网线，造成线缆较多，安装受限；或大多被布置在医院，养老院等床位集中的地方，无法满足个人消费的需求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于体震信号的睡眠质量监测方法，其采用基于体震信号的无感觉测量技术，能够在人体睡眠过程中实时检测由于胸腹腔运动、心脏波动等引起的体震信号，并通过算法处理对其进行分离和识别，可分别得到心跳、呼吸和人在床上的体动数据，实现人体睡眠情况的监测与评估。本专利技术还有一个目的是提供一种基于体震信号的睡眠质量监测系统，其通过将检测设备设置于床垫内部或下方，无须直接接触用户或改变用户的睡眠习惯，即可采集用户在睡眠过程中的心率、呼吸率、活动、夜里起床次数等情况作为睡眠诊断的依据。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于体震信号的睡眠质量监测方法，其包括如下步骤：步骤1：采集人体在睡眠状态时的体震信号，并通过所述体震信号计算得到多个生命体征值；步骤2：分别计算所述生命体征值在t时刻的权重：上述公式中，x为t时刻的任一生命体征值，xmean为某睡眠时间段内x的平均值，P1，P2为可调参量；步骤3：根据至少两个生命体征值的权重计算得到综合加权值，并与预设阈值比较，从而判断t时刻人体的睡眠阶段。本申请文件采用基于体震信号的无感觉测量技术，检测设备设置在床垫内部或下面，用户按照平时习惯在床睡觉即可。当心脏向外泵血时，身体会产生与促使血液流动的力相反的作用力，该作用力引起了与心跳同步的身体震动，产生体震信号，体震信号的规律与心率相关。同时人体每一次呼吸伴随着胸腔的扩张和收缩，这种变化也会引起缓慢变化的体震信号，这些信号通过人体传递给了固体，再通过固体被压电传感器采集到。虽然微弱，压电传感器的灵敏度足以测量到。优选的是，其中，所述多个生命体征值包括呼吸率、心率和体动时间，传感器采集的体震信号通过算法处理模块可分离出心跳、呼吸和人在床上的体动数据。大量的医学研究表明，不同的睡眠阶段有相应的生理特征与之相对应，这些生理特征包括心率、呼吸率、体温、消化液分泌、血氧浓度、和体动等。本申请文件基于心率、呼吸率和体动三个生命体征值即可实现睡眠阶段的准确分期，运算量小，算法可靠性高，系统处理速度快。优选的是，所述P1的范围为0.1～0.6，P2的范围为0.8～1.5。优选的是，其中，每分钟的呼吸率和心率的计算方法为：步骤1)：将每T秒前30～90s内采集得到的体震信号通过快速傅里叶变换算法从时域信号转换为频域信号；步骤2)：分别选取呼吸率频段和心率频段中最高频域信号对应的频率作为呼吸率和心率；步骤3)：每间隔△T1秒循环所述步骤1)和步骤2)，依次得到T+△T1*N时刻的呼吸率和心率，其中△T1为1～5，N为循环次数；步骤4)：对每分钟内的呼吸率和心率取平均，即得到每分钟的呼吸率和心率。优选的是，其中，人在睡眠状态下的运动可大致分为轻微的体动和幅度较大的体动。其中轻微的体动包括手臂的小幅度舒展、头部倾斜、身体小幅度扭动等等，大多在2-3秒钟内完成；大幅度的体动包括翻身、手臂腿部大幅度动作、身体的大扭动移动等，通常3-5秒内完成。对于敏感床垫而言，任何体动在信号曲线上的特征为幅值饱和，即达到幅值上限或下限。因此，每分钟的总体动时间的计算方法为：统计每△T2秒时间段内超过信号采集阈值的体震信号数据点，计算其对应的采集时间之和，即得到每△T2秒时间段内的体动时间，其中△T2为2～5；累计每分钟内的体动时间，从而得到每分钟的总体动时间。优选的是，其中，若由于体动信号的干扰，无法计算得到T+△T1*N时刻的呼吸率和心率，将T+(△T1-1)*N时刻的值呼吸率和心率赋予T+△T1*N时刻，从而保持结果的连续性。优选的是，其中，t时刻的所述综合加权值为：或其中：其中，xHr(i)、xBr(i)分别为i时刻的心率、呼吸率，t-4≤i≤t+4；xMr(t)为t时刻的体动时间；其中，和分别为整晚睡眠时间段内心率和呼吸率的平均值，的值为6；其中，A的值为0.1～0.5，B的值为0.5～0.9，且A+B＝1；m0的值为-0.2～-0.01，m1的值为0.1～0.5，m2＝0.1～0.5，m3＝0.3～1，且m0+m1+m2+m3＝1，Mr阈的值为6～15s。在睡眠过程中采集的信号混合了呼吸、心率及体动等，由于体动信号可能会淹没或影响其他信号特征的提取，因此，在本申请文件的睡眠分期的判断模型中，若基于分离后的呼吸率和心率两者不能准确反映这段时间的睡眠特征，则再综合体动信号，对睡眠阶段进行判断。进一步的，为了提高结果的准确性，还分别对体动时间进行了算数平均和标准偏差的计算处理。并且，还根据在深睡眠阶段体动具有低频次和小幅度的特征，将高于6～15s秒的体动时间进行了二次计算处理。优选的是，其中，当W1>0.2且W2>0.69时，判定人体进入深睡阶段；当W1>0.2且0.1＜W2≤0.69时，判定人体进入浅睡阶段；当W1≤0.2或W2≤0.1时，判定人体进入觉醒阶段。在本申请文件中，基于呼吸率和心率两者或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集人体在睡眠状态时的体震信号，并通过所述体震信号计算得到多个生命体征值；步骤2：分别计算所述生命体征值在t时刻的权重：

【技术特征摘要】
1.一种基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集人体在睡眠状态时的体震信号，并通过所述体震信号计算得到多个生命体征值；步骤2：分别计算所述生命体征值在t时刻的权重：上述公式中，x为t时刻的任一生命体征值，xmean为某睡眠时间段内x的平均值，P1，P2为可调参量；步骤3：根据至少两个生命体征值的权重计算得到综合加权值，并与预设阈值比较，从而判断t时刻人体的睡眠阶段。2.如权利要求1所述的基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，所述多个生命体征值包括呼吸率、心率和体动时间。3.如权利要求1所述的基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，所述P1的范围为0.1～0.6，P2的范围为0.8～1.5。4.如权利要求2所述的基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，每分钟的呼吸率和心率的计算方法为：步骤1)：将每T秒前30～90s内采集得到的体震信号通过快速傅里叶变换算法从时域信号转换为频域信号；步骤2)：分别选取呼吸率频段和心率频段中最高频域信号对应的频率作为呼吸率和心率；步骤3)：每间隔△T1秒循环所述步骤1)和步骤2)，依次得到T+△T1*N时刻的呼吸率和心率，其中△T1为1～5，N为循环次数；步骤4)：对每分钟内的呼吸率和心率取平均，即得到每分钟的呼吸率和心率。5.如权利要求2所述的基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，每分钟的体动时间的计算方法为：统计每△T2秒时间段内超过信号采集阈值的体震信号数据点，计算其对应的采集时间之和，即得到每△T2秒时间段内的体动时间，其中△T2为2～5；累计每分钟内的体动时间，从而得到每分钟的体动时间。6.如权利要求5所述的基于体震信号的睡眠质量监测方法，其特征在于，若由于体动信号的干扰，无法计算得到T+△T1*N时刻的呼吸率和心率，将T+(△T1-1)*N时刻的值呼吸率和心率赋...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓禾，韦阳，张云鹏，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32