CN109069056B - 用于改善用户的睡眠效果的*** - Google Patents
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Abstract
一种处理用户的皮肤电导数据的信号处理设备包括：输入单元，用于接收指示用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；分割单元，用于将皮肤电导数据信号分割成多个时期；峰值检测单元，用于检测皮肤电导数据信号中的峰值；计算单元，用于在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；分析单元，被配置为基于在一天的过程中的每一时期的上升沿幅度的总和的瞬态行为将用户分类到情绪状态中，其中，分析单元被配置为当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和增加时将用户分类到不健康的疲倦状态中，和/或当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和减少时将用户分类到健康的疲倦状态中；输出单元，被配置为输出指示情绪状态的输出信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于改善用户的睡眠效果的***。本发明还涉及用于处理用户的皮肤电导数据的信号处理设备和方法以及实施这种方法的对应的计算机程序。
背景技术
据报道：人群中睡眠障碍的患病率在10％至33％之间，如在“Sleep:AComprehensive Handbook”(Lee-Chiong、John Wiley&Sons、Hoboken，新泽西州，美国，2005年)中所描述的。睡眠不足会影响工作表现并增大工人失误和受伤的风险。
在该背景下，WO 2015/054134 A1公开了一种疲劳监测和管理***。该***包括用于生成用户的客观睡眠度量的非干扰性睡眠传感器。基于这些睡眠度量，该***确定用户的疲劳状态。该文献提出用该***来充当个体化的疲劳和睡眠分析器，该***能够为个人提供个体化且科学有效的“进入睡眠”的时间，这将使睡眠最大化并且使疲劳最小化以获得更好的健康和表现。
WO 2015/082231 A2公开了一种用于处理皮肤电导数据的处理器和一种用于检测生物的烧伤和/或慢性疲劳综合征的至少一个阶段的设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种支持用户进行有效的宁静睡眠的***。本发明的另外的目的是提供一种实现这种***的信号处理设备和方法。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于处理用户的皮肤电导数据的信号处理设备，所述设备包括：输入单元，其用于接收指示所述用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；分割单元，其用于将所述皮肤电导数据信号分割成多个时期；峰值检测单元，其用于检测所述皮肤电导数据信号中的峰值；计算单元，其用于在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；分析单元，其被配置为基于在一天的过程中的每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将所述用户分类到情绪状态中，其中，所述分析单元被配置为当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和增加时将所述用户分类到“不健康的疲倦”状态中，并且/或者当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和减少时将所述用户分类到“健康的疲倦”状态中；以及输出单元，其被配置为输出指示所述情绪状态的输出信号。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于改善用户的睡眠效果的***，所述***包括：前述的用于处理所述皮肤电导数据的信号处理设备；以及接口，其用于基于所述用户的所述情绪状态向所述用户提供睡眠准备建议。
在本发明的另外的方面中，提出了一种用于处理用户的皮肤电导数据的方法，尤其是计算机实施的方法，所述方法包括以下步骤：获得指示所述用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；将所述皮肤电导数据信号分割成多个时期；检测所述皮肤电导数据信号中的峰值；在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；基于在一天的过程中的每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将所述用户分类到情绪状态中，其中，当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和增加时，将所述用户分类到“不健康的疲倦”状态中，并且/或者当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和减少时，将所述用户分类到“健康的疲倦”状态中。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，请求保护的***、方法和计算机程序能够具有与请求保护的设备类似和/或相同的并且与从属权利要求中所定义的类似的和/或相同的优选实施例。
在忙碌和/或情绪激动了一天之后，人们通常难以入睡。因此，即使例如在WO2015/054134 A1所建议的时间早睡时，一个人也可能保持清醒一段时间并且当最终入睡时可能达不到有效的宁静睡眠水平。
因此，发明人已经确定需要减少睡眠开始时间，优化睡眠质量和宁静的睡眠持续时间。本文提出的解决方案提供了一种信号处理设备，其基于用户的皮肤电导数据将用户分类到被称为不健康的疲倦状态的第一情绪状态和/或被称为健康的疲倦状态的第二情绪状态中。基于信号处理设备的这种输出，所提出的用于改善用户的睡眠效果的***能够向用户提供适当的睡眠准备建议，该建议旨在使用户准备快速入睡并且使睡眠时段有利地包含深度睡眠阶段。睡眠准备建议也能够被称为放松建议或睡眠准备建议。在适当的睡眠准备或放松之后，睡眠开始时间减少，使得用户可以快速达到有效的宁静睡眠。因此，所提出的解决方案基于情绪状态的性质或类型来支持用户的睡眠准备。所提出的***还可以被称为咨询、睡眠准备或睡前辅导***，其支持用户减少睡眠开始时间，优化睡眠质量和/或睡眠持续时间。
所提出的信号处理设备包括用于接收指示用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号的输入单元。皮肤电导数据信号能够被理解为应用于用户的皮肤电导传感器的输出。皮肤电导测量的优点在于：与其中电极必须被布置在用户头上的基于EEG(脑电图)的测量相比，皮肤电导测量是非干扰性的测量。皮肤电导测量也能够被称为皮肤电传导(GSR)测量或皮肤电活动(EDA)测量。皮肤电导传感器能够被穿戴在基本上所有身体部位上。如Machado-Moreira等人在“Sudomotor responses from glabrous and non-glabrous skin duringcognitive and painful stimulations following passive heating”(Acta Physiol，第204卷，第571-581页，2012年)中所述，全身各处都能够发生心理学出汗。皮肤电导传感器是检测出汗变化的好方法。当出汗反应发生时，电导增加，这是因为汗液含有离子，离子使得汗液成为导电介质。皮肤电导传感器能够被容易地附接到用户，例如作为手表的部分，单独的腕带或带型身体传感器。
分割单元被配置为将皮肤电导数据信号分割成多个时期。本文使用的时期能够指时间段、时间单位或时段。因此，分割单元能够将接收到的皮肤电导信号分成时间段以供后续分析。峰值检测单元被配置为检测接收到的皮肤电导信号中的峰值。这样的峰值检测方法通常是本领域已知的。例如，峰值能够指局部最大值，尤其是超过预定阈值的局部最大值。已经发现：皮肤电导信号中的峰值能够指示对情绪刺激的反应。峰值的高度继而能够指示对刺激的反应强度。由峰值检测单元确定的峰值也能够被称为皮肤电导反应(SCR)。计算单元被配置为在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的相应总和。换句话说，对于每一时期，能够累积所确定的峰值的上升沿的高度，以获得针对每一时期的总和值。优选地，相对于接收到的皮肤电导数据信号(其能够被称为皮肤电导水平(SCL))的平均值(尤其是移动平均值)来确定高度。还能够相对于皮肤电导数据信号的基线来确定上升沿的高度或幅度。基线能够指去除峰值的皮肤电导数据信号。因此，术语“上升沿幅度”能够指作为较高值的各个峰值处的皮肤电导数据信号的值与作为较低值的皮肤电导数据信号的基线或平均值之差。因此，每一时期的上升沿幅度的总和或每一时期的累积上升沿高度能够指示用户在所述时期中经历的累积情绪负荷。
分析单元依次评价在一天的过程中每一时期的各个上升沿幅度的总和的瞬态行为。瞬态行为描述了在一天的过程中上升沿幅度的总和如何随时间演变。换句话说，瞬态行为描述了每一时期的上升沿幅度的总和随时间的变化。分析单元区分至少两种疲劳模式。发明人已经发现：能够基于对应激物的反应随时间的变化来确定不同的情绪疲劳模式。第一类疲劳模式(被称为“不健康的疲倦”状态)的特征在于其对应激物的反应增加，而第二类疲劳模式(被称为“健康的疲倦”状态)的特征在于其对应激物的反应减弱。已经发现：能够通过分析单元来区分这些状态，其中，分析单元被配置为当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和增加时将用户分类到“不健康的疲倦”状态中，并且/或者当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和减少时将用户分类到“健康的疲倦”状态中。
尤其地，已经发现：在不健康的疲倦状态下，皮肤电导反应峰值高度的增加指示对刺激的更强烈的情绪反应。经历这种疲劳状态的人注定对他们正在经历的事情更加敏感。这种增加的敏感性通常会导致更加烦躁的心情。小烦恼就可能引起强烈的愤怒爆发。对刺激的情绪反应增加可能会导致与情绪调节有关的自上而下的额叶前部区域的恢复失效。已经发现：只有具有挑战性的关注性任务而不是简单的精神任务才会导致这种情况。此外，接触负面情绪触发物可能会导致这种类型的精神或情绪疲劳。
相比之下，第二疲劳模式能够被视为指示对刺激的反应减弱。尤其是在例行性任务中，可以预期这种效果。由于后续应激物引起的分泌的皮质醇，对应激物的反应受到抑制。由于这种激素反应，戒断对新的应激物的反应是完全健康的，这也能够被视为嗜睡或困倦。因此，这种类型的状态被称为“健康的疲倦”。
在实施例中，所述分析单元还能够被配置为：当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和保持稳定并且超过第一阈值时，将所述用户分类到“不疲倦”状态中；并且/或者当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和保持低于所述第一阈值时，将所述用户分类到所述用户的“刺激不足”状态中。如果在一整天中对应激物的反应保持或多或少相同，则用户显然能够以平衡的方式处理情绪。因此，在一天结束时的这种情绪状态能够被指定为“不疲倦”。然而，当在一天中对应激物的反应低于第一阈值时，则用户能够被视为刺激不足或甚至无聊。因此，这种状态能够被指定为“刺激不足”。因此，根据该实施例，分析单元能够被配置为分析皮肤电导数据并且基于测得的皮肤电导数据将用户的情绪状态分类到以下中的一个或多个中：刺激不足状态、不疲倦状态、健康的疲倦状态以及不健康的疲倦状态。任选地，高于第二阈值的高平均皮肤电导水平或皮肤电导水平也能够用于区分例如来自处于刺激不足状态的人或情绪刺激很小的环境中的人的健康的疲倦状态。已经发现：具有很小情绪刺激的环境会得到低的上升沿幅度的总和，但是也能够引起皮肤电导水平的显着降低。关于健康的疲倦状态，已经发现：如果一个人对应激物的反应因疲劳而大大减弱，那么他或她增大势对任务的努力程度会引起出汗增加并因此引起皮肤电导水平的增加。因此，作为当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和减少时将用户分类到健康的疲倦状态中的额外方案或替代方案，分析单元能够被配置为当在一天的过程中每一时期的皮肤电导数据信号的平均值或基线值增加时将用户分类到健康的疲倦状态中。当(几乎)不存在皮肤电导反应时，每一时期的平均值能够作为区分参数。基线值能够指去除峰值的皮肤电导数据信号。基于一个人所处的上述状态(例如处于刺激不足的状态、不疲倦的状态、健康的疲倦状态以及不健康的疲倦状态)，睡眠改善***在醒着的一天结束时计算出针对优化睡眠效果的建议。
在实施例中，所述皮肤电导数据信号指示所述用户的所述皮肤电导的全天测量结果。优选地，信号处理设备评价醒着的一天的皮肤电导数据的全天信号迹线。例如，尤其是在白天，在用户佩戴手表式皮肤电导传感器或智能手表时获得皮肤电导信号。其优点在于，在这种情况下，不需要在夜间佩戴传感器设备，因此在夜间不会有这样的设备干扰用户。
在实施例中，所述分析单元被配置为基于在所述一天开始时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和与所述一天结束时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和的比较将所述用户分类到所述情绪状态中。因此，也可以仅评价所述一天的一些时期。通过将所述一天开始的一个或多个时期与所述一天结束的一个或多个时期进行比较，能够获得在所述一天的过程中上升沿幅度的总和如何随时间变化的所需比较。例如，能够在工作日的开始时测量第一时期，并且能够在工作日结束时测量第二时期。该实施例的优点是降低了功耗，因为能够在用于分类的时期之间关闭***部件或者将***部件设置为低功率模式。
在实施例中，时期的持续时间在10至90分钟之间，优选地在20至60分钟之间，优选地在25至45分钟之间，优选地持续时间为30分钟。例如，皮肤电导数据信号被分割成大约30分钟的多个，有利地非重叠的时期。这些时期持续时间的优点是它们提供了足够的平均效果，但同时使得能够分析在几小时的时段上，因此在包括若干时期的一段时间上的瞬态行为或每一时期的上升沿幅度的总和的变化。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***还包括用于测量用户的皮肤电导数据的皮肤电导传感器。所述皮肤电导传感器能够包括至少两个适于施加到皮肤表面的电极以及用于测量所述至少两个电极之间的电导和/或电阻的电子电路。替代地或额外地，用于改善睡眠效果的***的信号处理设备还可以从数据库接收皮肤电导数据信号，其中，已经存储了皮肤电导信号。尤其地，应当理解，所提出的***也能够被实施为分布式***，其中，皮肤电导传感器、处理设备和/或用于向用户提供睡眠准备建议的接口不一定被实施为一个物理实体。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***至少部分地被配置为可穿戴设备。本文使用的可穿戴设备能够具体指智能手表、智能手机、腕带、胸带、活动***等。有利地，所述可穿戴设备包括皮肤电导传感器，其被配置为在用户穿戴时接触用户的皮肤。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***还被配置为在以下时间向所述用户提供所述睡眠准备建议：在就寝时间之前的预定时间间隔，优选地在所述一天结束时，优选地在睡眠之前的几小时。该实施例的优点在于用户能够做出有据可依的决策，例如关于适当的睡眠准备可能需要多长时间或放松期并相应地计划所述一天的剩余时间。就寝时间能够由用户例如经由用户接口来提供，可以从时间表获得，或者可以是推荐的“入睡”时间，如WO 2015/054134 A1中所建议的。
在实施例中，所述睡眠准备建议包括以下中的一个或多个：一段时间的低刺激、放松活动、身体活动、平静音乐、提供气味、调暗的照明和/或具有低色温的照明。因此，所提供的睡眠准备建议能够有利地支持应激引发的皮质醇减弱的过程。此外，睡眠准备建议可以适于刺激褪黑素的产生。结果，用户可以更快地入睡并且具有有效的宁静睡眠。有利地，能够根据用户偏好来设置睡眠准备建议。应当注意，能够以不同的形式呈现睡眠准备建议。例如，能够在用户接口上将睡眠准备建议作为推荐而提供给用户，例如在用户的智能手机的显示器上以推荐动作的形式将睡眠准备建议提供给用户。然而，也能够将睡眠准备建议直接提供给用户，因为用于改善睡眠效果的***控制一个或多个外部实体。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***因此能够被进一步配置为基于所述用户的所述情绪状态来控制以下中的一个或多个：光源、音频单元和/或气味分配器。例如，可以基于用户的情绪状态来调暗光源，以符合具有调暗的光的睡眠准备建议。已经发现：在具有调暗的光(优选地小于250勒克斯)的环境中和/或在具有低色温(优选地低于2700K)的光的环境中，尤其是在实际上不存在例如460-480nm的波长范围内的蓝光的环境中和/或在具有480nm附近的低强度光谱的光的环境中，可以有利地进行放松或睡眠准备。进一步发现：当向用户提供诸如醒目熏衣草、薰衣草和/或缬草的气味时，可以有利地进行放松。因此，能够向用户提供对应的建议。该实施例的优点在于其能够由***自动控制放松或睡眠准备过程，例如***相应地控制照明，使得用户能够自动准备安静的夜晚。还可以提供一种或多种支持放松的模态，例如在潜意识水平上的气味、音频或光调节。这种方法的一个优点是其能够支持用户的放松或睡眠准备，而不会引起被迫放松的感觉。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***的所述睡眠准备建议包括推荐的放松期的持续时间，其中，所述放松期的所述持续时间是基于所述用户的所述情绪状态来确定的。具体地，放松或睡眠准备期的长度或持续时间是由情绪引发的皮质醇从身体移除所花费的时间控制的。例如，如果分析单元已经将用户分类到“不健康的疲倦”中，则***可以建议在睡觉前2小时的放松期，而如果分析单元已经将用户分类到“健康的疲倦”中，则30分钟或更短时间的放松期可能就足够了。该实施例的优点在于放松期是针对用户的实际需要来制定的。
在实施例中，用于改善用户的睡眠效果的***还能够包括睡眠评估传感器，并且所述***能够被配置为基于来自所述睡眠评估传感器的反馈信号来调整所述睡眠准备建议。睡眠评估传感器可以在人睡觉时监视人。因此，能够获得额外的信息，例如，睡眠持续时间、睡眠阶段，尤其是关于深度睡眠阶段的长度和量以及睡眠中断的数量。已经发现：深度睡眠阶段最令人提神。能够用作睡眠评估传感器的示例性设备包括但不限于PhilipsDiscreet Tension Indicator腕带以及Philips WeST可穿戴传感器技术的其他设备。该实施例的优点在于睡眠评估传感器因此能够提供关于先前提供给用户的睡眠准备建议的效果的反馈。因此，用于改善用户的睡眠效果的***可以基于所述反馈来调整其未来要提供给用户的睡眠准备建议。有利地，用于改善睡眠效果的***能够是自学习***，其基于先前提供的引起有效的宁静睡眠的睡眠准备建议来调整睡眠准备建议，例如，长度和类型。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。在以下附图中：
图1示出了用于改善用户的睡眠效果的***的第一实施例的示意图，该***包括用于处理用户的皮肤电导数据的信号处理设备；
图2示出了用于改善用户的睡眠效果的***的另外的实施例；
图3示出了用于处理用户的皮肤电导数据的方法的示例性实施例；
图4A示出了指示不健康的疲倦状态的示例性皮肤电导数据信号；
图4B示出了指示不健康的疲倦状态的上升沿幅度的总和的示例性曲线图；
图5A示出了指示健康的疲倦状态的示例性皮肤电导数据信号；
图5B示出了指示健康的疲倦状态的上升沿幅度的总和的示例性曲线图；
图6示出了指示不疲倦状态的上升沿幅度的总和的示例性曲线图；
图7示出了指示刺激不足状态的上升沿幅度的总和的示例性曲线图；
图8示出了包括皮肤电导传感器的可穿戴设备的实施例的示意图；
图9示出了包括皮肤电导传感器的可穿戴设备的实施例的第二示意图；并且
图10示出了用于改善用户的睡眠效果的概念的示例性流程图。
具体实施方式
图1示出了用于改善用户的睡眠效果的***1的第一实施例的示意图。在该实施例中，***1包括用于处理用户的皮肤电导数据的信号处理设备10，用于测量用户的皮肤电导数据的皮肤电导传感器21，以及用于基于用户的情绪状态向用户提供睡眠准备建议的接口31。图3图示了对应于图1中示出的信号处理设备10的处理方法100。
随着可穿戴传感器的出现，现在已经可以对一天中醒着的部分的累积的身体影响和/或情绪影响进行量化。例如，能够利用诸如Philips Directlife token的设备来可靠地测量身体影响。随着可穿戴式皮肤电导传感器(例如，Philips Discreet TensionIndicator腕带)的出现，可以量化情绪影响，尤其是一天中醒着的部分。在Ouwerkerk,M等人的“Wireless multi sensor bracelet with discreet feedback”(Proceedings ofthe 4th Conference on Wireless Health，第6页，2013年)中描述了Discreet TensionIndicator(DTI-2)腕带，通过引用将其并入本文。
参考图1，根据本发明的一个方面的信号处理设备10包括：输入单元11，其用于接收指示用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；分割单元12，其用于将皮肤电导数据信号分割成多个时期；峰值检测单元13，其用于检测皮肤电导数据信号中的峰值；计算单元14，其用于在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；分析单元15，其被配置为基于在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将用户分类到情绪状态中。优选地，分析单元还被配置为当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和增加时将用户分类到不健康的疲倦状态中，并且/或者当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和减少时将用户分类到健康的疲倦状态中。处理设备10优选地还包括输出单元16，输出单元16被配置为输出指示所述情绪状态的输出信号。
作为皮肤电导传感器21的替代方案或额外方案，也可以从第一数据库22将皮肤电导数据信号提供给信号处理单元10。
相应地，作为接口31的替代方案或额外方案，也可以将指示情绪状态的信号处理单元10的输出信号提供给第二数据库32。第一数据库22和第二数据库32也能够指相同的数据库。
图2图示了用于改善用户2的睡眠效果的***1的有利实施例。在该范例中，***1被实施为分布式***，包括可穿戴设备20、信号处理设备10和用户接口设备30(例如，智能手机)。因此，该***不一定被实施为一个物理实体。相反，该设备可以具有用于互连的有线或无线通信接口的特征，如云40所示，从而被配置为与***1一起工作以用于提高用户2的睡眠效果。
在所示实施例中，可穿戴设备20是腕带，所述腕带包括用于测量用户2的皮肤电导的皮肤电导传感器21。例如，可穿戴设备20能够是Philips Discreet Tension Indicator腕带。下面将参考图8更详细地描述对应的设备。
如图2所示，借助于用户2的智能手机30来实施用于向用户2提供睡眠准备建议的接口31。该实施例的优点在于用户不需要携带额外的设备，并且能够使用智能手机的高质量接口。例如，能够在智能手机30上提供应用程序以作为用于向用户提供睡眠准备建议的接口31。
应当注意，处理设备10的功能能够被实施为专用硬件元件或者也能够被实施为基于云的服务。这种实施例的优点在于其不必在具有有限处理能力和电源的移动设备上执行潜在复杂的计算。替代地，处理设备10还能够形成可穿戴设备20或智能手机30或其他类型的用户接口设备的部分。此外，所有***部件也可以仅在一个设备(例如，智能手表)中实施。
有利地，***1还被配置为基于用户2的情绪状态来控制以下中的一个或多个：光源43、音频单元42和/或气味分配器。睡眠准备建议也可能是单独呈现的，或者是借助于这样的设备中的一个或多个设备来呈现的，这样的设备然后可以充当用于向用户提供睡眠准备建议的接口31。
任选地，可穿戴设备20还能够用作睡眠评估传感器。因此，该***还能够被配置为基于来自所述睡眠评估传感器的反馈信号来调整睡眠准备建议。应当理解，替代地或额外地，可以使用其他睡眠评估传感器。
图3示出了用于处理用户的皮肤电导数据的方法100的示例性实施例。在第一步骤101中，获得指示用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号。获得皮肤电导数据信号还能够指从数据库接收皮肤电导数据信号。在第二步骤102中，将皮肤电导数据信号分割成或分成多个时期。在第三步骤103中，检测皮肤电导数据信号中的峰值。应当注意，也能够以不同的顺序或甚至并行的顺序执行步骤102和103。在第四步骤104中，在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和。在第五步骤105中，基于在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将用户分类到情绪状态中。优选地，当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和增加时，将用户分类到不健康的疲倦状态中；并且/或者当在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的总和减少时，将用户分类到健康的疲倦状态中。在任选的另外的步骤106中，基于在步骤105中确定的用户的情绪状态向用户提供睡眠准备建议。
图4A示出了指示用户在一天结束时的“不健康的疲倦”状态的示例性皮肤电导数据信号S1。水平轴指代白天的时间t，而垂直轴指代皮肤电导SC。能够以微西门子[μS]给出皮肤电导的单位。本实施例中的皮肤电导数据信号S1表示从大约上午7:30到下午4:00的工作日。该数据表示驾驶执照检查员在整个工作日的传感器输出。从皮肤电导迹线S1能够看出，皮肤电导峰值密度(例如每30分钟的峰值数量)上升，并且平均峰值高度在工作日结束时增加。
所提出的信号处理设备(图1中的10)接收如图4A所示的皮肤电导迹线S1作为输入并将该信号分割为多个时期。因此，每个时期表示预定持续时间(例如，30或50分钟)的信号的时间段。对于每个时期，峰值检测单元13利用峰值检测算法来检测信号中的峰值。峰值的数量也能够被称为多个皮肤电导反应(SCR)。为了定性为SCR，峰值高度可能必须超过阈值。该阈值能够设置为皮肤电导水平(SCL)的百分比，其能够被视为SCR下的基线或皮肤电导数据信号的基线。优选地，阈值能够是SCL的2％至10％，例如，SCL的5％。基于此，计算单元14在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和。在检测到的SCR中，能够根据上升沿来确定相应的峰值高度。这也能够被称为检测到的峰值的上升沿幅度。可以再次以微西门子为单位给出该值。
在实施例中，在也可以由信号处理设备10执行的任选的预处理步骤中，可以从运动伪影中清除原始皮肤电导信号，并且任选地能够应用平滑来消除高频噪声，例如，50/60Hz的电源噪声。
关于峰值检测的示例性实施方式，能够采用来自皮肤电导信号的一阶导数。在从负到正的过零点处，能够假设已经检测到峰值开始。已经发现SCR具有大约一秒或更长的上升时间。因此，在一秒内发生的一阶导数的后续过零可能不被认为是有效峰值并且可能被丢弃。否则，峰值可能被认为是有效的，并且在一阶导数从负到正(峰值开始)的过零处的皮肤电导值与随后的从正到负(顶部)的过零处的皮肤电导值之差能够被认为是上升沿幅度或SCR的幅度。应当注意，皮肤电导水平的长持续时间缓慢上升因此可以被包括在幅度的总和中。
图4B示出了每一时期的上升沿幅度的总和的对应的示例性曲线图，其中，水平轴示出了时期数EA，而垂直轴示出了针对每个时期的上升沿幅度A的总和。可以再次以微西门子[μS]给出垂直轴的单位。如图4B所示，在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的相应总和增加。鉴于在一天的过程中的这种瞬态行为，所提出的信号处理设备10的分析单元15因此将用户分类到“不健康的疲倦”状态中。经历这种疲劳状态的人可能会对他们正在经历的事情更加敏感。这种增加的敏感性通常可能导致更加烦躁的心情。小烦恼就可能引起强烈的愤怒爆发。
图5A示出了指示用户在一天结束时的“健康的疲倦”状态的第二示例性皮肤电导数据信号S2。与图4A类似，水平轴再次指代白天的时间t，而垂直轴指代皮肤电导SC。本实施例中的皮肤电导数据信号S2表示从大约上午8:30到下午5:00的工作日。该数据表示另一个驾驶执照检查员在整个工作日的传感器输出。从皮肤电导迹线S2能够看出，皮肤电导峰值密度(例如每30分钟的峰值数量)下降，并且平均峰值高度在工作日结束时减小。已经发现：在这种模式中，与同一天早些时候的非疲劳状态相比，对情绪刺激的反应几乎消失。针对图5B的皮肤电导数据信号S2的处理步骤对应于如上所述的图5A中的信号S1的处理步骤。
图5B示出了每一时期的上升沿幅度的总和的对应的示例性曲线图，其中，水平轴示出了时期数EA，而垂直轴示出了针对每个时期的上升沿幅度A的总和。能够再次以微西门子[μS]给出垂直轴的单位。如图5B所示，在一天的过程中每一时期的上升沿幅度的各自的总和减少。鉴于在一天的过程中的这种瞬态行为，所提出的信号处理设备10的分析单元15因此将用户分类到“健康的疲倦”状态中。如上所述，能够看出，在疲倦时表现出对应激物的反应减弱是完全健康的。图5B中的第一数据点的低值可以归因于早晨仍然疲倦的人。
在实施例中，如果上升沿幅度的总和相对于被评价的一个或多个先前时期减小预定百分比，则可以由分析单元确定每一时期的上升沿幅度的总和的减小。例如，如果上升沿幅度的总和相对于前三个时期的上升沿幅度的总和的平均值减小25％，则可以确定减小。相应地，如果上升沿幅度的总和相对于被评价的一个或多个先前时期增加预定百分比，则可以由分析单元确定每一时期的上升沿幅度的总和的增加。例如，如果上升沿幅度的总和相对于前三个时期的上升沿幅度的总和的平均值增加25％，则可以确定增加。应当理解，可以应用其他百分比或阈值。
图6示出了指示不疲倦状态的每一时期的上升沿幅度的总和的示例性曲线图。从该曲线图中能够看出，这些值总是超过第一预定阈值Th1。因此，用户持续显示对应激物的反应。然而，在一天的过程中，特定的增加和特定的减少都不明显。换句话说，每一时期的上升沿幅度的总和与每一时期的上升沿幅度的总和的平均值相差不超过第二预定值或百分比。鉴于在一天的过程中的这种稳定行为并且鉴于每一时期的总和超过第一阈值，所提出的信号处理设备10的分析单元15因此将用户分类到“不疲倦”状态中。
图7示出了指示刺激不足状态的每一时期的上升沿幅度的总和的示例性曲线图。从该曲线图中能够看出，值始终保持低于第一预定阈值Th1。因此，用户持续不会对应激物表现出任何显着的反应。鉴于每一时期的上升沿幅度的总和保持在第一阈值以下，所提出的信号处理设备10的分析单元15因此将用户分类到“刺激不足”状态中。额外地或替代地，分析单元15可以被配置为当皮肤电导水平的绝对值(尤其是每一时期的皮肤电导数据信号的平均值)低于第二预定阈值(优选低于0.5微西门子，尤其是具有0.1微西门子的量级的值)时将用户分类到刺激不足状态中。
再次参见图4A和图5A，能够看出皮肤电导的绝对值随时间增加。尤其地，绝对值可以超过前述第二预定阈值。这能够归因于这样的事实：处于疲倦状态的人可能需要增加的努力来完成他或她的任务，这可能会引起出汗增加并因此引起皮肤电导水平增加。因此，分析单元15能够被配置为当在一天的过程中皮肤电导的绝对值(尤其是每一时期的皮肤电导数据信号的平均值或基线值)增加时将用户分类到疲倦(例如，健康或不健康的疲倦)状态中。因此，也可以直接从输入单元11向分析单元15提供皮肤电导数据信号。针对不疲倦状态或刺激不足状态，没有观察到这种增加。尤其地，具有很少情绪刺激的环境可能会引起上升沿幅度的低的总和，但也会引起绝对皮肤电导水平的显着降低。
再次参考图1，用于改善睡眠效果的***1能够确定用于优化睡眠效果的建议。在实施例中，该建议能够由信号处理单元10确定并经由信号处理单元10的输出单元16被提供为输出信号。然而，该建议也能够由接口31确定以用于基于由信号处理单元10确定的用户的情绪状态向用户提供睡眠准备建议。
例如，对于不健康的疲倦状态，建议在睡觉前的睡眠准备或放松期。示例性睡眠准备建议能够包括需要伴随有放松活动的两个小时的低情绪刺激的时段以防止长睡眠开始时间并改善深度睡眠阶段的量和长度(其尤其有助于恢复)。在深度睡眠阶段，大脑部分关闭，允许当天在神经细胞之间形成的薄弱联系消失。已经发现：放松期的长度能够由情绪引起的皮质醇从身体移除所花费的时间来控制。已经发现：在调暗的光的环境、具有低色温的光的环境中，睡眠准备能够有利地进行。这允许褪黑素产生的开始与就寝时间一致。
如果将用户分类到“健康的疲倦”中，则能够推荐较短的睡眠准备或例如30分钟的持续时间的放松。这种环境能够与针对不健康的疲倦状态所描述的环境相同或不同。
例如，如果将用户分类到“不疲倦”中，则建议仅使用调暗的光的环境、具有低色温的光的环境。有利地，如果此人想要从事笔记本电脑或计算机工作，则能够推荐使用色温下调应用程序。
如果将用户分类到“刺激不足”状态中，则例如能够建议用户参加身体活动，尤其是在就寝时间之前的几小时内。
图8示出了可穿戴设备80的实施例的透视图，可穿戴设备80包括能由用户佩戴的腕带形式的皮肤电导传感器。该腕带包括腕带材料部分83和外壳84。腕带材料部分83能够环绕用户的手腕。应当理解，可穿戴设备80也可以佩戴在任何其他合适的身体部位(例如，踝部、脚部或手部)周围，在这些身体部位中能够测量皮肤电导数据信号。
可穿戴设备80尤其能够包括文本描述的用于改善用户的睡眠效果的***1的一些或所有元件。例如，在实施例中，能够以非干扰和可穿戴的方式提供完整的***1。替代地，可穿戴设备80能够仅包括传感器21，并且***1的其他元件被定位在远程位置或设备(例如，远程计算机)处。
至少，可穿戴设备80包括皮肤电导传感器21。皮肤电导传感器21包括皮肤电导电极81、82以及皮肤电导测量单元(未示出)。在图8的实施例中，两个皮肤电导电极81、82被集成在腕带材料部分83中。皮肤电导电极81、82能够被布置为当可穿戴设备80被用户戴上或佩戴时接触手腕的掌侧，这些地方通常没有很多毛发。以这种方式，能够提供更好的皮肤电导测量。
皮肤电导测量单元能够适于测量皮肤电导电极81、82之间的用户的皮肤电导。皮肤电导电极81、82能够借助于被集成在腕带材料部分83中的电线被连接到皮肤电导测量单元。尤其地，皮肤电导测量单元或传感器能够包括：电压生成器，其用于在至少两个皮肤电导电极之间施加电压；感测单元，其用于感测至少两个电极之间的电流；和/或计算单元，其用于基于感测到的电流来计算皮肤电导。随时间测量的皮肤电导形成皮肤电导数据(或迹线)。能够例如将皮肤电导数据(或迹线)存储在可穿戴设备80的存储器中，或者能够使用(无线)发送器将皮肤电导数据(或迹线)(例如以无线方式)发送到外部单元。
皮肤电导测量单元和/或信号处理设备10能够被集成到可穿戴设备80的外壳84中。可穿戴设备80还能够包括：发送器，其用于通过无线通信链路来无线传输数据(例如，皮肤电导数据)或由信号处理设备10确定的指示情绪状态的输出信号。
此外，用于基于用户的情绪状态向用户提供睡眠准备建议的接口31能够被集成到可穿戴设备80中，例如以光学信号发送元件(例如，闪烁的LED或屏幕上的其他信号)、发出可听警告信号的可听声音发射器和/或触觉反馈单元的形式。替代地，如图2所示，接口31能够是单独的部件或设备，例如，智能电话30、计算机或信号处理器设备10能够向其发送信息的其他电子设备。例如，内置蓝牙收发器能够被包括在可穿戴设备中。
可穿戴设备也能够具有不同的形式。例如，它能够具有由用户穿戴的身体带的形式，或者它能够是便携式的并且能够被夹到用户的带上，或者它能够被实施为贴片或者甚至为可以粘贴到用户身体的部分的柔性箔。
图9示出了包括皮肤电导传感器21的可穿戴设备80的实施例的第二示意图。在该实施例中，皮肤电导传感器21的电极81、82嵌入在例如智能手表的外壳84中，而不再是在如图8所示的条带中。
图10示出了用于改善用户的睡眠效果的概念的示例性流程图。在该实施例中，信号处理设备可以是包括程序代码单元的智能手机，所述程序代码单元用于使智能手机执行信号处理方法的步骤。例如，能够提供一种教练应用程序，其旨在使人快速入睡并且优选地具有包含深度睡眠阶段的睡眠期。
在该实施例中，能够由数据库22来提供皮肤电导数据，或者由例如经由蓝牙耦合到智能电话的外部皮肤电导传感器设备来提供皮肤电导数据。在任选的步骤91中，能够验证皮肤电导数据和/或能够执行校准。以用户交互的形式启动另一任选的步骤92，例如，运行应用程序，启动对用户的皮肤电导数据的处理。替代地，能够在预定时间时或例如当用户的皮肤电导数据变得可用时自动开始处理。在下一步骤93中，执行所提出的用于处理用户的皮肤电导数据的方法。例如，能够将用户分类到四种情绪状态中的一种中：刺激不足、不疲倦、健康的疲倦或不健康的疲倦。基于此，该应用程序可以在步骤94中向用户传达关于情绪状态的通知。在任选的步骤95中，能够评估用户的睡眠准备状态。如果已经确定用户准备好进入睡眠状态，则能够在步骤96中向用户提供对应的消息。替代地，如果用户尚未准备好进入睡眠状态，则在步骤97中应用程序能够向用户提供用户通知，该用户通知包括对用户进行睡眠准备的动作建议。任选地，能够例如在预定的等待时间98之后重复该过程。有利地，能够考虑额外的皮肤电导数据，例如具有例如30分钟的持续时间的另一个时期的皮肤电导数据。
任选地，处理设备10能够被配置为监测睡眠准备或放松的效果。例如，分析单元15还可以被配置为监测在睡眠准备期间每单位时间的上升沿幅度的总和的瞬态行为。降低每单位时间的上升沿幅度的总和能够指示反应减少或者甚至没有对应激物的反应，这可以作为成功放松的指标。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/被分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信***。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (18)
1.一种用于处理用户(2)的皮肤电导数据的信号处理设备(10)，所述设备包括：
-输入单元(11)，其用于接收指示所述用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；
-分割单元(12)，其用于将所述皮肤电导数据信号分割成多个时期；
-峰值检测单元(13)，其用于检测所述皮肤电导数据信号中的峰值；
-计算单元(14)，其用于在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；
-分析单元(15)，其被配置为基于在一天的过程中的每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将所述用户分类到情绪状态中，其中，所述分析单元被配置为：
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和增加时，将所述用户分类到不健康的疲倦状态中；并且
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和减少时，将所述用户分类到健康的疲倦状态中；
其中，所述分析单元(15)被配置为基于在所述一天开始时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和与所述一天结束时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和的比较将所述用户(2)分类到所述情绪状态中，以及
-输出单元，其被配置为输出指示所述情绪状态的输出信号。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，其中，所述分析单元(15)还被配置为：
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和保持稳定并且超过第一阈值(Th1)时，将所述用户(2)分类到不疲倦状态中；并且/或者
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和保持低于所述第一阈值(Th1)时，将所述用户(2)分类到所述用户的刺激不足状态中。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理设备，其中，所述皮肤电导数据信号指示所述用户(2)的所述皮肤电导的全天测量结果。
4.根据权利要求1或2所述的信号处理设备，其中，时期的持续时间在10至90分钟之间。
5.根据权利要求4所述的信号处理设备，其中，所述持续时间在20至60分钟之间。
6.根据权利要求5所述的信号处理设备，其中，所述持续时间在25至45分钟之间。
7.根据权利要求6所述的信号处理设备，其中，所述持续时间为30分钟。
8.一种用于改善用户(2)的睡眠效果的***(1)，所述***包括：
-根据权利要求1至4中的任一项所述的用于处理用户(2)的皮肤电导数据的信号处理设备(10)；以及
-接口，其用于基于所述用户(2)的所述情绪状态向所述用户提供睡眠准备建议。
9.根据权利要求8所述的***，还包括：
皮肤电导传感器(21)，其用于测量用户(2)的皮肤电导数据。
10.根据权利要求8或9所述的***，其中，所述***至少部分地被配置为可穿戴设备(20、80)。
11.根据权利要求8至9中的任一项所述的***，还被配置为在以下时间向所述用户(2)提供所述睡眠准备建议：在就寝时间之前的预定时间间隔。
12.根据权利要求11所述的***，还被配置为在所述一天结束时向所述用户(2)提供所述睡眠准备建议。
13.根据权利要求11所述的***，还被配置为在睡眠之前的几小时向所述用户(2)提供所述睡眠准备建议。
14.根据权利要求8至9中的任一项所述的***，其中，所述睡眠准备建议包括以下中的一个或多个：一段时间的低刺激、放松活动、身体活动、平静音乐、提供气味、调暗的照明和/或具有低色温的照明。
15.根据权利要求8至9中的任一项所述的***，其中，所述***还被配置为基于所述用户(2)的所述情绪状态来控制以下中的一个或多个：光源(43)、音频单元(42)和/或气味分配器。
16.根据权利要求8至9中的任一项所述的***，其中，所述睡眠准备建议包括推荐的放松期的持续时间，其中，所述放松期的所述持续时间是基于所述用户(2)的所述情绪状态来确定的。
17.根据权利要求8至9中的任一项所述的***，还包括睡眠评估传感器，并且其中，所述***被配置为基于来自所述睡眠评估传感器的反馈信号来调整所述睡眠准备建议。
18.一种计算机可读介质，其上存储有包括程序代码单元的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上被执行时，所述程序代码单元用于令计算机处理用户的皮肤电导数据，方法包括以下步骤：
-获得指示所述用户的皮肤电导的皮肤电导数据信号；
-将所述皮肤电导数据信号分割成多个时期；
-检测所述皮肤电导数据信号中的峰值；
-在每一时期计算检测到的峰值的上升沿幅度的总和；
-基于在一天的过程中的每一时期的上升沿幅度的所述总和的瞬态行为将所述用户分类到情绪状态中，其中：
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和增加时，将所述用户分类到不健康的疲倦状态中；并且
-当在所述一天的过程中每一时期的上升沿幅度的所述总和减少时，将所述用户分类到健康的疲倦状态中；
其中，所述分类基于在所述一天开始时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和与所述一天结束时的一个或多个时期的上升沿幅度的所述总和的比较。
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