CN113951826B - 一种用于评估睡眠状况的方法、***及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评估睡眠状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过皮肤电导传感器获取皮肤电导率；S2、根据所述步骤S1的皮肤电导率计算得到皮电变化信号；S3、根据所述步骤S2得到的皮电变化信号判断睡眠状态；所述步骤S2中的皮电变化信号可以为以下任意一种或几种：皮肤电导率数值的一阶差分信号，皮肤电导率的二阶差分信号，单位时间皮肤电导率变化百分比。本发明利用皮肤电导率信号判断出睡眠阶段和深度睡眠阶段，并与心率信号或脉搏波信号配合监测，分离提取出深度睡眠状态下的其他生理参数范围，对睡眠数据进一步的完善和补充，利用解决皮肤电导率信号对浅度睡眠监测准确性较低的问题。

Description

一种用于评估睡眠状况的方法、***及设备

技术领域

本发明涉及睡眠监测检测领域，尤其是一种用于评估睡眠状况的方法、***及设备。

背景技术

睡眠作为日常生活中不可或缺的生命活动和人体基本的运转息息相关，包括正常生长，身体恢复，情绪调节，记忆整理等。充足的睡眠是维持人体心理及生理健康的基础，不足的睡眠则有害于人体健康，增加疾病入侵的风险。因此，日常睡眠质量将关系到人们生活的方方面面，而及时地获取自身睡眠质量情况并积极采取措施进行调节成为了关注热点。现有技术对睡眠的监测和分析主要基于脑电波，但是脑电设备不好便携且价格昂贵，很难在普通日常家庭生活中得到广泛使用。为解决脑电监测不便的问题，基于皮电技术对人体状况进行监测已逐步被研究人员所认同。所谓皮电技术所谓皮电技术是指人体皮肤电阻会随皮肤汗腺技能的变化而变化，在人体情绪紧张、恐惧或者焦虑的情况下汗腺分泌增加，皮肤表面汗液增多，从而导致皮电活动变化。

现有技术中也有利用皮电检测技术对睡眠进行监测如，CN106491120A提出了一种基于皮电的睡眠质量评估方法及***，所提方法包括获取人体睡眠期间的皮肤电活动数据，在所述皮肤电活动数据中提取预设的皮电波动指标，根据所述皮电波动指标获取睡眠分值，根据预设的睡眠评估体系以及所述睡眠分值对睡眠质量进行评估并返回评估结果等部分。

CN201811287167.5公开了一种基于皮电的睡眠监测手环，包括手环本体，所述的手环本体内设有：采集模块：包括皮电传感器以及多种人体生理指标传感器，该模块用于采集人体睡眠数据；处理模块：该模块对睡眠数据进行综合处理；输出模块：该模块将睡眠数据输出至外部设备；评估调节模块：该模块根据睡眠数据评估睡眠质量，并根据睡眠质量确定是否输出用于触发外部睡眠质量调节装置的调节信号。

但是睡眠过程中的体温、心率等数据存在较大个体差异，也会导致最终的准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于评估睡眠状况的方法、***及设备，解决了皮电技术监测准确率较低，分析睡眠阶段准确度较低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于评估睡眠状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过皮肤电导传感器获取皮肤电导率；

S2、根据所述步骤S1的皮肤电导率计算得到皮电变化信号；

S3、根据所述步骤S2得到的皮电变化信号判断睡眠状态；

所述步骤S2中的皮电变化信号可以为以下任意一种或几种：皮肤电导率数值的一阶差分信号，皮肤电导率的二阶差分信号，单位时间皮肤电导率变化百分比。

进一步的，所述步骤S3判断睡眠状态：当皮电变化信号的变化值小于第一阈值，且持续时间大于第一时间参数，则判断这个时间段的状态为睡眠状态，反之则为清醒状态。

进一步的，当所述步骤S3判断睡眠状态为睡眠时，还包括步骤S4、判断睡眠阶段，所述步骤S4包括：当皮电变化信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，且持续时间大于第二时间参数，则判断为深度睡眠阶段Ⅰ。

进一步的，所述步骤S1还获取了心率信号和/或脉搏波信号，并从中分离得到心率变异性和/或脉搏波变异性，提取所述步骤S4判断得到深度睡眠阶段Ⅰ的生理参数范围为深度睡眠参数。

进一步的，将不满足深度睡眠阶段Ⅰ的睡眠阶段设为“待识别睡眠”，将深度睡眠参数与“待识别睡眠”的生理参数进行匹配，分离出符合深度睡眠参数的睡眠阶段为为深度睡眠阶段Ⅱ。

进一步的，还包括S5睡眠质量的判断，处于步骤S3判断的睡眠状态下的时段为睡眠总时长，所述深度睡眠Ⅰ和深度睡眠Ⅱ的睡眠时段之和为深度睡眠总时长。

进一步的，所述生理参数包括LF、HF和LF/HF。LF、HF和LF/HF为心率变异性或脉搏变异性中的频域特征。

进一步的，所述生理参数还包括SD1、SD2和SD2/SD1。

心率变异性的庞加莱图分析是一个时间序列持续循环的心脏跳动，即从心电图衍生出来的心率变异性的时间相关性的图形化表示。这种可视化的方法提供了关于心率，尤其是行为短期和长期变化概括以及详细到每次跳动的信息，并且它被认为是心率的自主调节。SD1和SD2是心率变异性的庞加莱图的两个描述符，其中SD1在图的分布横跨在标识线，SD2的沿着标识线分布，这些描述涉及投射和方差的计算，也包括投射的标准差。因此计算SD1，庞加莱图得数投射到垂直于标识线的线上，所得到的点用该线的坐标来表示，并计算方差的平方根，如果点代替投影到平行与标识线的点，以相同的程序得到SD2。SD1描述的RR间期瞬间逐拍的变异性是短期HRV的测量，SD2与长期的HRV相关。

一种用于评估睡眠状态的***，其特征在于，包括信号采集单元、信号分析单元和输出单元；

所述信号采集单元用于采集皮肤电导率信号；

所述信号分析单元计算皮肤电导率信号得到皮电变化信号，并根据皮电变化信号分析睡眠状态；

所述输出单元将得到的睡眠状态输出。

进一步的，所述信号采集单元还采集心率信号。

一种用于评估睡眠状态的设备，其特征在于，包括指套和手环，所述指套和手环通过导线连接；在所述手环上设置有脉搏波传感器和显示器，在所述指套上设置有与皮肤直接接触的皮肤导电率传感器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明利用皮肤电导率信号判断出睡眠阶段和深度睡眠阶段，并与心率信号或脉搏波信号配合监测，分离提取出深度睡眠状态下的其他生理参数范围，对睡眠数据进一步的完善和补充，利用解决皮肤电导率信号对浅度睡眠监测准确性较低的问题。

2、本发明通过设置加速度传感器，通过加速度传感器对监测到的皮肤电导率信号进行校正，解决睡眠状态下无意识动作对睡眠状态监测的影响，提高睡眠状态判断的准确性。

3、现有技术中采用脑电或心电进行睡眠分析，信号采集单元需要佩戴在指定位置上，通常需要专业人员辅助，不然信号采集的准确性和稳定性都较低。而皮肤电导率信号采集单元设置在手腕部，佩戴方式更简单而且舒适性更好，也不容易造成脱落。

附图说明

图1是实施例三的主视图；

图2是本发明的模块示意图；

图3是皮肤电导率信号判断睡眠状态的流程示意图；

图4是脉搏波信号判断睡眠状态的流程示意图；

图5是皮电变化信号、PRV参数和睡眠监测变化走势图。

附图说明：

1-手环，2-指套，3-显示器，4-导线。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例提供了一种用于评估睡眠状况的***，包括信号采集单元、信号分析单元和输出单元；

信号采集单元包括用于采集皮肤电导率信号的皮电传感；

信号分析单元包括处理器，处理器通过计算皮肤电导率信号得到皮电变化信号，并根据皮电变化信号分析睡眠状态；

输出单元为显示器3将分析得到的睡眠状态输出。

实施例二

本实施例提供了一种用于评估睡眠状况的装置，包括手环1、指套2和4个阻抗电极(在其他实施例中，技术人员可以根据实际需要采用其他个数阻抗电极)，指套2与手环1通过导线4连接。在指套2上设置有用于采集皮肤电导率信号的皮肤电导传感器，皮肤电导传感器与皮肤直接接触；在手环1上设置有处理器和显示器3。

将阻抗电极粘贴在被测试者的胸腹部采集心率信号，将指套2佩戴在被测试者的食指和中指上采集皮肤电导率信号，然后将心率信号和皮肤电导率信号传输给处理器处进行综合处理，显示器3将处理完成的结果输出。

为了降低睡眠中无意识的行动对监测结果的影响，在指套2还设置有用于采集手指运动信号的第一加速度传感器和阻抗信号放大器。

为了提高睡眠监测准确度，手环1内部还设有漂移偏移补偿器和滤波器，用于对心率信号和皮肤电导率信号的基线修正以及去噪。

实施例三

如图1和2所示，本实施例提供了一种用于评估睡眠状况的装置，所述装置包含手环1及指套2，指套2与手环1通过导线4连接。在手环1上设置有用于采集脉搏波信号的脉搏波传感器，在指套2上设置有用于采集皮肤电导率信号的皮肤电导传感器，皮肤电导传感器与皮肤直接接触。

为了降低睡眠中无意识的行动对监测结果的影响，在指套2还设置有第一加速度传感器和阻抗信号放大器，在手环1上设置有第二加速度传感器，第一加速度传感器和第二加速度传感器分别采集手指和手腕的运动信号。

为了提高睡眠监测准确度，手环1内部还设有漂移偏移补偿器和滤波器，用于对脉搏波信号和皮肤电导率信号的基线修正以及去噪。

在手环1上设置有传感器和显示器3，处理器用于对采集到的睡眠数据进行综合处理，通过显示器3将处理完成的结果输出。

实施例四

根据实施例三提供的用于评估睡眠状况的设备，本实施例提供了一种用于评估睡眠状况的方法，包括以下步骤：

S1、将实施例二提供的设备佩戴上，手环1佩戴在手腕上，指套2缠绕在中指和无名指上，用于获取皮肤电导率信号和第一加速度信号；

S2、处理器将步骤S1所获取的皮肤电导率进行校正转换分析，计算得到校正后的皮电变化信号，具体的；

如图3所示，根据第一加速度信号处理器对皮肤电导率信号进行校正，具体的，按照时间序列将第一加速度和皮肤电导率信号进行对齐；在皮肤电导率信号且加速度信号发生突变时，将此时的皮肤电导率信号替换为前一单位时间内的皮肤电导率信号的大小。这么做的目的是从提出因手指动作造成的皮肤电导率信号的运动伪影。然后处理器对得到皮电变化校正信号，皮电变化校正信号是单位时间皮肤电导率变化百分比、皮肤电导率的一阶差分信号或二阶差分信号。

S3、根据所述步骤S2得到的皮电变化信号判断睡眠状态；

当皮电变化校正信号小于阈值SC1，且持续时间大于T1时，则认定该时间受试者处于睡眠状态，并做进一步判断；反之则为清醒状态；

S4、当皮电变化校正信号大于第二阈值SC2且小于阈值SC1，且持续时长大于T2时，则认定该段为深度睡眠Ⅰ；

S5睡眠质量的判断：

由步骤S3判断处于睡眠状态的时长为睡眠总时长，步骤S4判断得到的深度睡眠Ⅰ的睡眠时长为深度睡眠时长，对于睡眠质量的评估可由总深度睡眠时长与浅度睡眠的比值来定量分析，也可由由总深度睡眠时长与睡眠时长的比值得出。

最后显示器3将处理器校准后的皮电变化信号和睡眠质量输出。

实施例五

在实施例四的基础上，增加对被测试者的脉搏波信号(在其他实施例中可以采用心率信号)的监测并结合皮肤电导率信号，共同对睡眠质量进行评估，具体是：

S1、将实施例一提供的设备佩戴上，手环1佩戴在手腕上，指套2缠绕在中指和无名指上，获取脉搏波信号(PPG)、皮肤电导率信号、第一加速度信号和第二加速度信号。；

S2、处理器将步骤S1所获取的皮肤电导率信号和脉搏波信号进行校正转换分析，计算得到皮电变化校正信号和脉搏率变异性校正信号(PRV)，具体的；

如图3所示，根据第一加速度信号处理器对皮肤电导率信号进行校正，然后处理器对得到校正后的皮电变化信号，本实施例中皮电变化信号是单位时间皮肤电导率变化百分比(在其他实施例中还可以是皮肤电导率数值的一阶差分信号或皮肤电导率的二阶差分信号)。

所示为处理器对脉搏信号的时间序列信号的处理流程。根据手环1中的第二加速度信号处理器对脉搏波信号进行校正，以得到剔除运动伪影的校正后的脉搏波校正信号，并分离脉搏波变异性；同时也输出受试者的体动信号。

S3、根据所述步骤S2得到的皮电变化信号判断睡眠状态；

当皮电变化信号小于第一阈值(SC1)，且持续时间大于T1时，则认定该时间受试者处于睡眠状态，并做进一步判断；反之则为清醒状态；

S4、深度睡眠判断：

如图4所示，当皮电变化信号大于第二阈值(SC2)且小于第一阈值(SC1)，且持续时长大于T2时，则认定该段为深度睡眠Ⅰ；反之，将该段时间计为“待识别睡眠”；

提取深度睡眠Ⅰ对应时间内的脉搏波变异性的特征范围为深度睡眠参数，本在实施例中，深度睡眠参数可以为低频高频比值(LF/HF)，低频LF范围为0.04～0.15，高频HF范围为0.15～0.4。(在其他实施例中还可以为庞加莱分析中的SD1、SD2和SD2/SD1比值)。

然后，处理器提取“待识别睡眠”时间内的脉搏波变异性参数与深度睡眠参数进行匹配分析，将符合睡眠参数范围的时段输出为深度睡眠Ⅱ；而不属于该特征范围的时段输出为浅度睡眠。

S5睡眠质量的判断：

由步骤S3判断处于睡眠状态的时长为睡眠总时长，步骤S4中根据皮电变化信号得到的深度睡眠Ⅰ和脉搏波信号判断的深度睡眠Ⅱ的睡眠时长之和为深度睡眠总时长，对于睡眠质量的评估可由总深度睡眠时长与浅度睡眠的比值来定量分析，也可由总深度睡眠时长与睡眠时长的比值得出。

图5为被测试在00∶00～7∶30之间的监测到的皮电变化信号、PRV特性参数数据和胸睡眠监测走势图。在本实施例中皮电变化信号采用的是单位时间皮肤电导率变化百分比，并设置第一阈值为5％，第一时间参数为5分钟；第二阈值为1％，第二时间参数为10分钟。

如图5所示，在凌晨0∶00左右的时候，被测试者的皮电变化信号逐渐下降到低于SC1阈值以下且持续时间大于5分钟，所以判断被测试者进入睡眠状态。

在凌晨2∶28～2∶55之间，被测试者的皮电变化信号在SC1～SC2之间，且持续时间超过10分钟，所以判断该时间段的睡眠状态为深度睡眠Ⅰ，并分离该时间段内的PRV参数范围为睡眠参数。

然后对睡眠状态下的PRV参数进行筛查，筛选出在00:15～.1:15、03:30～04:15及5：30～06:00这些时间段内的PPV参数在睡眠参数范围内，所以判断这些时间段为深度睡眠Ⅱ。在凌晨1∶17～2∶00、4∶20～5∶22和5∶57～6∶35之间，被测试者的皮电变化信号未超过SC2，但此时监测到的PRV参数不属于睡眠参数范围内但是皮电变化信号还小于SC1，因此判断被测试者处于浅度睡眠阶段。

在3∶00～3∶05、6∶40和7∶20这些时间段内，被测试者的皮电变化信号超过SC1，判断被测试者从睡眠状态进入到清醒状态。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种用于评估睡眠状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过皮肤电导传感器获取皮肤电导率；

S2、根据所述步骤S1的皮肤电导率计算得到皮电变化信号；

S3、根据所述步骤S2得到的皮电变化信号判断睡眠状态；

所述步骤S1还获取了心跳信号和/或脉搏波信号，并从中分离得到心率变异性和/或脉搏波变异性；

所述步骤S2中的皮电变化信号可以为以下任意一种或几种：皮肤电导率数值的一阶差分信号，皮肤电导率的二阶差分信号，单位时间皮肤电导率变化百分比；

所述步骤S3判断睡眠状态：当皮电变化信号的变化值小于第一阈值，且持续时间大于第一时间参数，则判断这个时间段的状态为睡眠状态，反之则为清醒状态；当所述步骤S3判断睡眠状态为睡眠时，还包括步骤S4、判断睡眠阶段，所述步骤S4包括：当皮电变化信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，且持续时间大于第二时间参数，则判断为深度睡眠阶段Ⅰ，提取深度睡眠阶段Ⅰ的生理参数范围为深度睡眠参数，将不满足深度睡眠阶段Ⅰ的睡眠阶段设为“待识别睡眠”，将深度睡眠参数与“待识别睡眠”的生理参数进行匹配，分离出符合深度睡眠参数的睡眠阶段为深度睡眠阶段Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的用于评估睡眠状态方法，其特征在于，所述生理参数包括LF、HF和LF/HF比值。

3.根据权利要求1所述的用于评估睡眠状态方法，其特征在于，所述生理参数还包括SD1、SD2和SD2/SD1比值。

4.一种用于评估睡眠状态的***，其特征在于，包括信号采集单元、信号分析单元和输出单元；所述信号采集单元用于采集皮肤电导率信号及心跳信号和/或脉搏波信号；所述信号分析单元计算皮肤电导率信号得到皮电变化信号，并根据皮电变化信号分析睡眠状态；所述输出单元将得到的睡眠状态输出；其中，分析睡眠状态包括：当皮电变化信号的变化值小于第一阈值，且持续时间大于第一时间参数，则判断这个时间段的状态为睡眠状态，反之则为清醒状态；当皮电变化信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，且持续时间大于第二时间参数，则判断为深度睡眠阶段Ⅰ；根据心跳信号和/或脉搏波信号得到心率变异性和/或脉搏波变异性，提取深度睡眠阶段Ⅰ的生理参数范围为深度睡眠参数，将不满足深度睡眠阶段Ⅰ的睡眠阶段设为“待识别睡眠”，将深度睡眠参数与“待识别睡眠”的生理参数进行匹配，分离出符合深度睡眠参数的睡眠阶段为深度睡眠阶段Ⅱ。

5.一种用于评估睡眠状态的设备，其特征在于，包括指套和手环，所述指套和手环通过导线连接；在所述指套上设置有与皮肤直接接触的皮肤电导传感器和第一加速度传感器；在所述手环上设置有脉搏波传感器、第二加速度传感器、处理器和显示器；所述处理器根据皮肤电导率信号得到皮电变化信号，并根据皮电变化信号分析睡眠状态，其中，当皮电变化信号的变化值小于第一阈值，且持续时间大于第一时间参数，所述处理器则将这个时间段判断为睡眠状态，反之则为清醒状态，当判断睡眠状态为睡眠时，当皮电变化信号的数值小于第一阈值且大于第二阈值，且持续时间大于第二时间参数，则判断为深度睡眠阶段Ⅰ；所述处理器根据脉搏波信号得到脉搏波变异性并提取深度睡眠阶段Ⅰ的生理参数范围为深度睡眠参数，将不满足深度睡眠阶段Ⅰ的睡眠阶段设为“待识别睡眠”，将深度睡眠参数与“待识别睡眠”的生理参数进行匹配，分离出符合深度睡眠参数的睡眠阶段为深度睡眠阶段Ⅱ。