CN103347438A - 睡姿感测和监测*** - Google Patents

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CN103347438A CN2011800572170A CN201180057217A CN103347438A CN 103347438 A CN103347438 A CN 103347438A CN 2011800572170 A CN2011800572170 A CN 2011800572170A CN 201180057217 A CN201180057217 A CN 201180057217A CN 103347438 A CN103347438 A CN 103347438A
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Abstract

本发明涉及一种保护用户免于在睡眠期间受伤的***(10)，其中传感装置（12）可操作以自动监测用户睡眠期间的方向或姿势并向控制单元(16)发射信号，控制单元(16)可操作以激活设备(20)，使得设备(20)在传感装置（12）和控制单元（16）检测到用户的不良睡向或睡姿时生成报警信号。

Description

睡姿感测和监测***
技术领域
本发明涉及一种自动监测用户睡姿或睡向的***。
背景技术
睡眠几乎占据了人生的三分之一时间，不良睡姿会导致诸如肩痛、颈痛、血液循环不畅之类的健康问题，尤其是老年人，最坏的情况甚至会导致婴儿窒息。
因此急需一种简单并节省成本的用于改善睡眠质量和避免或至少减少不良睡姿的***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过避免或至少减少不良睡姿改善睡眠质量的***。优选地，该***简单可靠、节省成本并易于使用。
本发明对人的睡眠过程进行自动监测，以探测人何时处于不良姿势，如果人长期处于这种不良姿势，就可能会最终导致慢性疼痛等病症。
本发明提供一种检测身体方向或姿势的感测***，该***通过控制单元和诸如收音机、照明器或其他电器的报警信号发生器向睡眠中的人提供刺激。该刺激有助于让睡眠中的人将自身睡姿改为视为不会引起各种疼痛的姿势。
本发明的睡姿感测***用于区分和识别包括但不限于仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧或折中卧向（例如，头部斜向一侧，背部平躺在床面上）的睡姿。
该感测***优选地包括与用户身体接触的传感器。该传感器选用加速度计、位置滚珠开关、气泡开关、陀螺仪或陀螺仪集成电路，但不限于这些设备。该传感器可以是能够提供位置信息的任何设备。例如，用户可配备多个传感器，这些传感器为无线信号发射器，置于用户身体的特定位置或可记录位置。接收信号的控制单元能够根据从发射器接收到的信号对用户的身体方向或姿势进行三角测量。
该位置传感器通常设置于载体上，该载体置于用户身体的预定区域。载体可以采用不同形式，具体取决于各身体部位。可通过头带、耳塞、眼贴或眼罩将传感器置于用户头部。可将贴片贴在身体上，例如，贴在胸部、背部或肩部。
本发明的睡姿感测***所使用的传感器可设计用于检测传感器的方向（水平、垂直或在两者之间）并发出方向（例如，相对于法线的角度）编码和量化信号（最好是无线）。采用两个传感器，一个直线延伸整个胸部，另一个在腋下胸腔上从前到后延伸。对于本发明的大多数用户而言，这两个传感器足以确定用户身体方向。控制单元只需比较这两个传感器发射的信号便可确定身体方向。
相应地，传感器可以发送包含不同种类或数量信息的信号。信号所包含的信息越多，控制单元所需进行的处理或运算越少。控制单元可程控以响应用户睡姿或睡向，并生成报警信号提醒用户变换姿势（或变换另一个人比如婴儿的睡姿，例如，翻转婴儿身体，使其不再处于俯卧位）。报警信号在开灯的情况下可以为光学形式，另外也可以为闹钟的唤醒报警。此外，该报警信号最好与唤醒报警进行区分，使得用户能够快速意识到自己应该在床垫上翻身，而不是起床。
可在用户枕头内或耳塞（即耳机）中设置电声换能器，从而在不干扰同一间卧室内的其他睡眠者的情况下提醒用户。此外，振动发生器可生成只能由用户感觉到的个人报警信号。所述振动发生器可以选用可置于床面或枕面的压电晶体。
本发明睡姿感测***中的控制单元可设计用于只暂时生成报警信号，并在发出另一报警信号前给用户时间来响应报警信号和变换方向。因此，该报警信号可自动失效，除了变换用户在睡眠表面上的方向或姿势外无需其他用户操作。
本发明睡姿感测***中的控制单元可允许用户自己进行最小限度的编程。相应地，控制单元可编程带有预先设置的一套潜在不良睡姿，在疼痛或肩部受伤的情况下通常包括仰卧（睡眠窒息）和侧卧。可提示用户选择用户所希望避免的潜在睡姿。此外，控制单元可允许用户输入并存储用户认为不可接受或有问题的姿势。在该输入模式下，用户可以通过按小键盘上的一个或多个按键或者触摸触摸屏来通知控制单元执行校正程序。接着，用户在可用传感器激活就位的情况下采取不可接受的姿势并等待控制单元（例如通过报警信号装置）发出该姿势已检测并记录的信号。
根据本发明的另一特征，该控制单元可包括计时器或时钟，并可（由厂家和/或用户）程控以为众多睡向中的每一个设定给定时间。因此，可允许用户在有限时间内在一种或多种不良姿势下睡眠。本发明的这个特征在于某些睡姿只有在保持过长时间时才会有问题。此外，该特征可带来较长的不受干扰的睡眠时间间隔，有助于用户拥有快速眼动（REM）睡眠。
根据本发明的另一特征，该控制单元可用于检测用户的焦躁不安状态。例如，该控制单元可持续记录连续睡姿以及每种睡姿的持续时间。如果特定时间段内的睡姿变换次数超出预先设定量，控制单元便会激活收音机、MP3播放器或产生舒缓声音的其他声源。控制单元可继续监测用户姿势，并在检测到用户已经进入可接受姿势预定时间段时自动关闭收音机、MP3播放器或其他声源。
如果以振动方式提供报警信号，该睡姿感测***可包括放置于床上的具有二维阵列振动器的床垫。这些振动器可选择地启动，使用户根据其在床垫上的位置从不同睡姿脱离。
简言之，本发明的睡姿感测***可感测或计算睡眠中用户的方向或姿势，并生成激活信号，以预编程响应睡姿和/或记录的睡姿变换模式。
本发明的睡姿感测***包括至少一个位置或方向传感器和控制单元，该位置或方向传感器用于生成与用户睡眠期间的方向或姿势相关的信号编码信息，该控制单元可操作连接至该传感器，并可操作连接至设备，从而响应该传感器发射的信号，改变该设备的工作状态。
该控制单元可程控以响应至少一不良用户睡向或睡姿。该控制单元出厂时可配置存储限定许多不同姿势的睡姿参数的存储器。在操作的交互设置或校正阶段，用户可以选择睡眠期间待避免或减少的姿势。
该控制单元用于激活该设备，使得该设备在该控制单元检测到用户处于不良睡向或睡姿或已经处于某种睡向或睡姿规定期限的时候生成报警信号。
该设备可具有光电换能器（照明器中）、电声换能器（收音机或其他声源中）和/或机电振动器。该机电振动器置于用户床上，使用户能够接触该振动器。
可以考虑在置于用户身体的载体上设置该传感器。该载体可选用带粘合层的贴片、眼罩、头带或耳塞。当然，也可以在不同载体上同时使用多个传感器。
根据本发明的另一特征，该控制单元用于测量用户处于各种睡姿的时间。该控制单元可程控以激活该设备，使得该设备在检测到预定时间段内用户睡姿变换次数超出预先设定的阈值时产生舒缓的刺激。
任何一个传感器均可选用加速度计、位置滚珠开关、气泡开关、陀螺仪或陀螺仪集成电路。这些传感器为方向传感器，均在该传感器处于特定方向时发射信号。
本发明涉及一种保护用户免于在睡眠期间受伤的方法，包括以下步骤：操作传感装置，使其自动监测用户睡眠期间的方向或姿势；将信号从该传感装置传送至控制单元；操作该控制单元激活设备，使得该设备在该传感装置和该控制单元检测到用户的不良睡向或睡姿时生成报警信号。
该方法通常包括将该传感器置于用户身体上的步骤。如果将该传感器设置于诸如贴片、眼罩、头带或耳塞的载体上，则将该传感器置于用户身体上的步骤包括将该贴片粘贴至皮肤表面，将该眼罩或该头带戴在用户头上，或将该耳塞***用户耳道。
根据本发明的另一特征，该方法还包括对用户的睡姿变换进行自动计时，并在确定预定时间段内用户睡姿变换次数超出预先设定的阈值时产生舒缓的刺激使用户放松。
该报警信号或刺激可以采用以下形式，如环境照明条件的变化、环境声的变化、振动等。
附图说明
图1是躺在床上用户的透视图，示出了本发明睡姿监测***连接至用户的状态；
图2是图1睡姿监测***的功能部件框图；
图3是图2所示控制单元的选定组件框图；
图4是用作图2和图3所示设备的多个不同报警信号发生器的框图。
定义
本文所用的术语“传感器”，特别是位置或方向传感器，指生成与确定用户即时睡姿相关的电信号编码信息的电气/电子元件或设备。该传感器可以只是无线信号发射器，其中各位置信息是该发射器的位置函数。此外，该传感器也可以是方向传感器，例如，可以包括一个或多个重力开关、信号发射器和逻辑电路，其中该逻辑电路耦合至该开关和该发射器，从而在该传感器处于特定方向时发射信号。如其公开内容通过引用结合于此的美国专利7107642所述，姿势或睡姿信息也可以通过置于用户床上的床垫中的一系列压力传感器提供。
本文所用的术语“报警信号”指对一个人施加的让其移动的能量变化。报警信号可以强烈到足以唤醒一个人，也可以不足以唤醒一个人但是足以让其变换睡姿。如果将本发明用于监测婴儿睡姿，为防止俯卧睡姿，该报警信号用于唤醒父母或其他看护人并让其变换该婴儿的睡姿。
本文所用的术语“控制单元”指的是一种电子设备，该电子设备可以处理位置和/或方向传感器发射的电信号，以识别用户在睡眠或休息期间的姿势或方向，并引起环境条件的变化，从而至少下意识刺激用户变换睡姿。该控制单元可具有微处理器，其中通用数字处理电路可通过编程进行改良，以执行本文所述的监测、姿势识别和信号激活功能。此外，该控制单元也可具有集成电路，通过硬连线方式置于其中的部件分别用于信号的预处理、编码姿势数据的存储、睡姿的识别和编码、睡姿的持续时间计时、根据预先设定的可接受性指数所进行的检测姿势判定以及激活一个或多个设备的信号的发射。或者，也可采用硬连线方式和通用程序改性电路的组合。该可选控制单元 实施例属于所属技术领域的普通技术人员的认知范围。
本文所用的术语“设备”指任何电子、机电或电化学装置，该装置能够产生将其施加到睡眠中的人时可以让其变换睡姿的能量。能量的产生造成睡眠中的人下意识和可选意识层面能够感知到的环境条件变化。该能量可以是电磁辐射，如环境光照度的变化。这种情况下，该设备可以是照明器。此外，该能量也可以是气压波动。这种情况下，该设备可以是收音机、唤醒报警器、MP3播放器或其他发声器。另外，声音和光线也可由电视机或计算机一起提供。因此，本发明中设备可以是通常可在家里尤其是卧室内找到的电气装置。在另一实施例中，该设备是与用户身体有效接触的振动器。用户可能仅仅为了避免振动刺激而变换睡姿。除振动器外，本文所用的设备通常远离床放置。应注意的是，根据本发明，该设备可以用于产生舒缓刺激或带来舒适感来促使用户放松，尤其是在用户因神经过度紧张未真正睡着且来回走动时。该舒缓刺激或能量通常采用以下形式，如蟋蟀声、白噪声、让人镇静的芬香味道等。后一种情况下，可操作连接至该控制单元的该设备可采用电活化气溶胶分配器。
本文所用术语“载体”指支撑、容纳、夹持或包住传感器的任何元件。载体有助于将各传感器置于用户身体的特定部位。载体可以是外壳、壳体或框架并设有连接装置。本发明中的载体尤其可以采用以下形式，如贴片、眼罩、耳塞、头带、护腕、胸带或衣服（尤其是修身衣，如男式衬衫或女衬衣）等。
具体实施方式
如图1所示，睡姿监测或感测***10包括一个或多个位置或方向传感器12，各传感器用于生成与睡在床14或其他支撑物上用户的方向或姿势相关的信号编码信息。睡姿监测或感测***10还包括通过无线信号传输链路18可操作连接至传感器12的控制单元16。控制单元16可操作连接至设备20，从而响应一个或多个传感器12发射的信号，进而改变该设备的工作状态。
控制单元16可程控以响应至少一不良用户睡向或睡姿。控制单元16出厂时可配置存储限定许多不同姿势的睡姿参数的存储器22（如图3所示）。在操作的交互设置或校正阶段，用户可以选择睡眠期间待避免或减少的睡姿。
控制单元16用于激活设备20，使得设备20在控制单元16检测到用户处于不良睡姿或已经处于特定睡向或睡姿规定期限的时候生成报警信号。由控制单元16激活设备20，可以让用户至少部分觉醒并变换睡姿。用户可以趁机关闭设备20。作为选择，控制单元16可设计用于关闭该设备并停止生成干扰信号。
传感器12设置于一个或多个载体23上，如贴片24、眼罩26、头带28、耳塞30、胸带32和护腕34，各载体可置于用户身体上。贴片24可以是凝胶垫，以尽量减少硬设备外壳的不舒适感。当然，也可以在不同载体上使用多个传感器12。
各传感器12可以采用以下形式，如加速度计、位置滚珠开关、气泡开关、陀螺仪或陀螺仪集成电路。这些传感器为方向传感器，用于在传感器处于特定方向时发射信号。此外，传感器12也可以只发射控制单元16用来确定用户方向或姿势的各无线电磁信号。这种情况下，可通过三角测量方式并可选地通过信号强度来确定位置信息。传感器12发射的信号彼此不同，从而识别传感器所附着的身体部位。例如，该信号可在不同频率进行脉冲触发，脉冲持续时间可不同，和/或脉冲间的时间间隔可不同。
如图2所示，各位置或方向传感器12同无线发射器36和电源38一起设置于各载体23。可在需要时设置其他电子元件，如放大器、时基器、存储器等。设置于或连接至控制单元16的至少一个无线接收器40负责监测无线信号或链路18。这种情况下，通过三角测量方式确定传感器的位置。此外，设置两个或多个接收器40。
如图3所示，控制单元16可具有预处理器42，预处理器42用于解码或解调并提取来自传感器12的无线信号18的位置信息。如需进行三角测量计算，则由预处理器42执行。预处理器42向姿势识别模块44提供解码位置和/或方向信息，姿势识别模块44访问存储器22获取索引型参考姿势数据并根据这些数据以及来自预处理器42的当前位置或方向信息识别用户的当前睡姿，并将姿势识别或判定结果发送给连接至时钟或时基器48和姿势状态存储器50的姿势计时模块46。姿势状态存储器50存储从姿势计时模块46获取的与用户当前姿势和最近姿势历史（所有数据均为一个晚上的数据）相关的同期数据。姿势计时模块46根据用户的其他要求确定当前姿势是否必须改变。某些情况下，睡姿完全不能接受的，则需尽快变换睡姿。其他情况下，可允许或需要用户只在有限时间内处于该睡姿。姿势计时模块46向姿势变换确定模块52发送信号。姿势变换确定模块52向存储器54获取用于识别允许和不允许姿势的相关数据，并确定是否激活设备20以唤醒或干扰用户，使得用户变换姿势。此外，确定模块52还向设备激活模块56发送信号，所述设备激活模块56通常包括放大器部分并连接至设备20，使得该设备改变工作状态，进而给用户刺激。
如图4所示，设备20可以是照明器58，照明器58包括光电换能器60、收音机或具有电声换能器64和/或机电振动器66的其他声源62。机电振动器66置于用户床14上，使用户可以与该振动器接触。
控制单元16通过姿势计时模块46测量用户处于各种睡姿的时间。控制单元16，尤其是姿势变换确定模块52可用于激活设备20，使得设备20在姿势计时模块46检测到预定时间段内用户姿势变换次数超出预先设定的阈值时产生舒缓的刺激。
监测或感测***10，尤其是姿势计时模块46，可在姿势状态存储器50中记录各姿势的持续时间以及姿势变换模式。
控制单元16设有通过姿势识别模块44和姿势计时模块46进行姿势分析并通过确定模块52根据预编程逻辑作出响应的软件。***10可设有单个或多个通断电源开关控制器，根据接收到的信号以预定方式或预编程方式作出响应。用户可在必要时将单个或多个通断电源开关控制器连接至任何兼容设备。
监测***10的操作和使用的一些例子如下所示：
（1）由报警器上的***开关和婴儿卧室照明器上的开关在检测到用户（婴儿）处于俯卧睡姿时唤醒父母。
（2）在用户因血液循环不畅而不应该朝左侧睡时，如该***确定用户已经处于不良睡姿超过预先设定的时间限制，则激活收音机或MP3播放器来唤醒用户。
（3）该***在用户处于俯卧位时让房间内的灯通电并激活报警器唤醒用户。
（4）该***打开音乐播放器每隔几分钟播放一些轻柔的音乐，以在用户频繁变换睡姿时安抚用户情绪。
该设备的监测***可包括让用户必要时连接至任何兼容设备的一个或多个通断电源开关控制器。
***10基本上由姿势感测***（传感器12和载体23）和监测***（控制单元16）两部分组成，其中姿势感测***放置于或连接至用户身体，监测***根据从感测***接收的位置和/或方向信号作出特定响应。
该感测***可以采取以下各种形式和尺寸：
（1）各睡姿传感器12可选用加速度计、位置滚珠开关、气泡开关、陀螺仪、陀螺仪集成电路等，但不限于这些设备。
（2）睡姿传感器12是可根据用户睡姿在0.1英尺至50英尺的短距离范围内向接收器40发出间歇、离散或连续信号（如射频、红外线、超声波、蓝牙技术、Wi-Fi技术等，但不限于这些信号类型）的有源***部件，其中信号链路18可选穿过墙壁或隔板。
（3）睡姿传感器12可采用能够完全嵌入外耳道的“入耳式”耳塞。
（4）睡姿传感器12可嵌入普通眼罩26或头带28.
（5）睡姿传感器可完全嵌入长度0.5英寸至4英寸、厚度0.1英寸至1英寸的贴片24，并一次性使用或带有可更换的自粘式衬垫，如凝胶和胶带等，但不限于此。
监测***10可由电池、交流电源线等供电。监测***内设有带CPU处理能力的电子固件。在固件***内加载软件，该软件根据预编程逻辑和来自睡姿传感器12的信号输入进行分析并作出响应。该电子固件根据该软件进行输出。可根据用户睡姿选择设置一个或多个通断开关通道，以控制任何兼容设备，如报警器、收音机、照明器、电话模块等，但不限于此。
尽管本发明是参照特定的优选实施例和应用来描述的，但对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神或超出本发明保护范围的前提下，还可以根据本指导采用其他实施方式和做出改进。例如，应理解，可通过置于用户身体的位置或方向传感器外的其他装置来确定睡姿。这种可选传感装置设有优选地对红外辐射敏感的一个或多个照相机（多列辐射传感器）和可程控以进行模式识别的控制单元。控制单元16可设有校正程序，该校正程序在照相机放置于用户躺卧床上附近时由用户启动，并指示用户以特定顺序采取预先设定的一系列睡姿。该控制单元检测、编码并存储连续睡姿。
因此，应当理解，本发明的附图和说明只是通过实施例加深对本发明的理解，不应解释为限制本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种睡姿感测***，其特征在于包括：至少一个位置或方向传感器和控制单元，所述位置或方向传感器用于生成与用户睡眠期间的方向或姿势相关的信号编码信息，所述控制单元可操作连接至所述至少一个位置或方向传感器，并可操作连接至设备，从而响应所述传感器发射的信号，改变所述设备的工作状态。
2.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述控制单元可程控以响应至少一个不良用户睡向或睡姿。
3.根据权利要求2所述的感测***，其特征在于，所述控制单元可程控以激活所述设备，使得所述设备在检测到至少一个不良睡向或睡姿时生成报警信号。
4.根据权利要求3所述的感测***，其特征在于，所述设备具有换能器，所述换能器选用光电换能器、电声换能器或机电换能器。
5.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述传感器设置于用户身体的载体上。
6.根据权利要求5所述的感测***，其特征在于，所述载体选用贴片、眼罩、头带或耳塞。
7.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述控制单元用于对睡姿变换进行计时，并且在确定预定时间段内用户睡姿变换次数超出预先设定的阈值时使得所述设备产生舒缓的刺激。
8.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述设备与用户以及用户躺卧的床隔开。
9.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述控制单元可程控以激活所述设备，使得所述设备在检测到至少一个不良睡向或睡姿时生成报警信号。
10.根据权利要求1所述的感测*** ，其特征在于，所述设备具有换能器，所述换能器选用光电换能器、电声换能器或机电振动器。
11.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述传感器与所述控制单元无线连接。
12.根据权利要求1所述的感测***，其特征在于，所述传感器选用加速度计、位置滚珠开关、气泡开关、陀螺仪或陀螺仪集成电路。
13.一种保护用户免于在睡眠期间受伤的方法，其特征在于包括以下步骤：操作传感装置，使其自动监测用户睡眠期间的方向或姿势；将信号从所述传感装置传送至控制单元；操作所述控制单元激活设备，使得所述设备在所述传感装置和所述控制单元检测到用户的不良睡向或睡姿时生成报警信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述传感器设置于用户身体上。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，载体上设置所述传感器，所述载体选用贴片、眼罩、头带或耳塞，将所述传感器设置于用户身体上的步骤包括将所述贴片粘贴至用户皮肤表面，将所述眼罩或所述头带戴在用户头部，或将所述耳塞***用户耳道。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对用户的睡姿变换进行自动计时，并在确定预定时间段内用户睡姿变换次数超出预先设定的阈值时产生舒缓的刺激使用户放松。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，操作所述控制单元激活所述设备的步骤包括使所述设备生成报警信号，其中报警信号采用以下形式，如环境照明条件的变化、环境声的变化、振动等。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将信号从所述传感装置传送至所述控制单元的步骤包括将所述信号无线传送至所述控制单元。
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