TWI642409B

TWI642409B - Sleep analysis method

Info

Publication number: TWI642409B
Application number: TW106116820A
Authority: TW
Inventors: 劉哲瑋; 陳俊傑; 李正軒
Original assignee: 研鼎智能股份有限公司
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-12-01
Also published as: TW201900110A

Abstract

本發明提供一種睡眠分析方法，藉由感測相關於使用者的三軸加速度信號，並根據該三軸加速度信號計算出多個時點對應的活動強度值，且根據該等活動強度值計算出多個第一睡眠分數與第二睡眠分數，且根據該等睡眠分數判斷出睡眠區間，且進一步判斷出對應該睡眠區間的入睡時點與清醒時點，並根據該睡眠區間對應的該等活動強度值分析出該睡眠區間對應的睡眠品質。特別地，藉由上述方式，本發明能有效地自動分析出使用者的睡眠情況/習慣。

Description

睡眠分析方法

本發明是有關於一種睡眠分析方法，特別是指一種能自動分析出使用者的睡眠情況/習慣的睡眠分析方法。

隨著可穿戴電子裝置的快速發展，目前來說已經可以透過穿戴裝置來記錄睡眠資訊，包括睡眠的起始時間、結束時間等，以分析使用者平日的睡眠習慣，以讓使用者能根據分析的結果來了解及/或調整自己的睡眠習慣；如此，能有助於良好生活習慣的養成並避免慢性疾病的發生。

然而，利用現有的穿戴裝置來進行睡眠分析時，需要在睡覺前操作穿戴裝置來人工設定睡眠的起始時間，並需要在睡醒後操作穿戴裝置來人工設定睡眠的結束時間，除了不方便之外，還可能因為忘記設定前述的起始時間與結束時間而沒有儲存到對應的時間記錄。

因此，本發明之目的，即在提供一種能有效地自動分析出使用者的睡眠情況/習慣的睡眠分析方法。

於是，本發明睡眠分析方法由一包含一穿戴裝置的偵測系統實施，該穿戴裝置適於穿戴在一使用者身上。該睡眠分析方法包含一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(d)與一步驟(e)。

該步驟(a)是該穿戴裝置感測一加速度信號。

該步驟(b)是該偵測系統針對多個時點的每一時點計算出一對應該時點的活動強度值，其中每一時點對應該加速度信號的多個信號樣本且該活動強度值是根據該時點對應的該等信號樣本計算出來的。

該步驟(c)是該偵測系統利用一沿著時間軸移動的時間窗，針對每一時點，計算出一對應該時點的一第一睡眠分數與一第二睡眠分數，其中該第一睡眠分數為在該時間窗所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第一活動閥值的時點的數量，該第二睡眠分數為在該時間窗所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第二活動閥值的時點的數量，且該第一活動閥值大於該第二活動閥值。

該步驟(d)是當該偵測系統判斷出有多個連續時點所對應的第一睡眠分數均大於一第一睡眠區間閥值，且該等連續時點中有至少一時點所對應的第二睡眠分數大於一第二睡眠區間閥值時，該偵測系統判定該等連續時點中的時間最早者為一睡眠區間的起始點，其中該第二睡眠區間閥值大於該第一睡眠區間閥值。

該步驟(e)是當該偵測系統判斷出晚於該睡眠區間的起始點的一時點所對應的第一睡眠分數小於一清醒閥值時，該偵測系統判定該時點為該睡眠區間的終點。

本發明之功效在於：能有效地自動分析出使用者的睡眠情況/習慣。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明睡眠分析方法由一包含一穿戴裝置與一計算裝置的偵測系統實施。該穿戴裝置例如為一適於穿戴在一使用者手腕上的智慧手錶，並具有一個三軸加速度規；該計算裝置例如為一智慧手機，並可經由有線的通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)或通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)，或者無線的WiFi或藍牙通訊協定與該穿戴裝置通訊。

參閱圖1，以下說明本發明睡眠分析方法的一實施方式的步驟流程。

首先，在步驟S1，該穿戴裝置藉由該三軸加速度規感測三軸加速度信號，其中該三軸加速度信號的取樣頻率為20 Hz，並包含一X軸信號、一Y軸信號與一Z軸信號。

接著，在步驟S2，該穿戴裝置針對該三軸加速度信號的每一信號樣本S( t)，根據該信號樣本的X軸樣本Ax( t)、Y軸樣本Ay( t)與Z軸樣本Az( t)計算出一信號強度值M( t)，其中。該計算裝置根據該等信號強度值，針對多個時點的每一時點計算出一對應該時點的活動強度值。較佳地，兩相鄰時點的間隔為一分鐘，也就是說，每一時點對應多個信號樣本與多個信號強度值，該計算裝置每隔一分鐘根據該分鐘所對應的該等信號強度值計算出一活動強度值。參閱圖2，對於每一時點，該時點對應的活動強度值為該時點對應的所有信號強度值所形成的曲線1的峰點P的數量；其中如圖2所示，每一峰點P為該曲線1的一局部最大值且與每一鄰近的局部最小值M的差距超過一門檻值。

接著，在步驟S3，參閱圖3與圖4，該計算裝置利用一沿著時間軸移動的時間窗2，針對每一時點，計算出一對應該時點的一第一睡眠分數4與一第二睡眠分數5，其中該第一睡眠分數4為在該時間窗2所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第一活動閥值的時點的數量，該第二睡眠分數5為在該時間窗2所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第二活動閥值的時點的數量，且該第一活動閥值大於該第二活動閥值。舉例來說，該時間窗2的長度為20分鐘，每一時點對應一分鐘，故第二十分鐘T ₂₀對應的時間窗2涵蓋的時間為第一分鐘T ₁至第二十分鐘T ₂₀共20個時點。類似地，第二十一分鐘對應的時間窗2涵蓋的時間為第二分鐘至第二十一分鐘，第三十分鐘T ₃₀對應的時間窗2涵蓋的時間為第十一分鐘至第三十分鐘T ₃₀，第四十分鐘T ₄₀對應的時間窗2a(2)涵蓋的時間為第二十一分鐘至第四十分鐘T ₄₀等等。如圖3所示，第四十分鐘T ₄₀對應的時間窗2a(2)所涵蓋的20個時點中所對應的活動強度值小於該第一活動閥值的數量為10，故第四十分鐘T ₄₀對應的第一睡眠分數為10。

接著，在步驟S4，參閱圖4，該計算裝置判斷是否該三軸加速度信號存在一睡眠區間。當該計算裝置判斷出有多個連續時點，例如三十個時點且每一時點對應一分鐘，所對應的該第一睡眠分數4均大於一第一睡眠區間閥值，且該等連續時點中有至少一時點所對應的第二睡眠分數5大於一第二睡眠區間閥值時，該計算裝置判定該三軸加速度信號存在該睡眠區間3，且該等連續時點中的時間最早者為該睡眠區間的起始點T _i，其中該第二睡眠區間閥值大於該第一睡眠區間閥值。且當該計算裝置判斷出晚於該睡眠區間的起始點T _i的一時點所對應的該第一睡眠分數4小於一清醒閥值時，該計算裝置判定該時點為該睡眠區間3的終點T _j。

在另一實施方式中，還可藉由該三軸加速度信號來判斷該穿戴裝置的穿戴狀態，並進一步利用穿戴狀態來輔助判斷該睡眠區間的起始點與終點。詳言之，對於每一時點，若該計算裝置判斷出該時點所對應活動強度值大於一活動強度門檻值且該時點對應的所有信號樣本中符合「三軸方向的一第一軸向與重力方向實質上平行」與「不同於該第一軸向的其他軸向的信號值均趨近零」兩條件的信號樣本數量小於一門檻值，則該計算裝置判定在該時點該穿戴裝置處於一被穿戴狀態；否則，在該時點該穿戴裝置處於一不被穿戴狀態。舉例來說明，如圖5所示，當該穿戴裝置6平置時，該穿戴裝置6的Z軸與重力方向平行，故在這種情況下所感測到三軸加速度信號的X軸樣本與Y軸樣本的數值均趨近零。如圖6所示，當該穿戴裝置6側置時，該穿戴裝置6的X軸與重力方向平行，故在這種情況下所感測到三軸加速度信號的Z軸樣本與Y軸樣本的數值均趨近零。因此，對於一時點而言，若該時點對應的信號樣本中符合「三軸方向的一第一軸向與重力方向實質上平行」與「不同於該第一軸向的其他軸向的信號值均趨近零」兩條件的信號樣本數量小於一門檻值，在該時點該穿戴裝置的穿戴狀態才有可能是該被穿戴狀態。進一步地利用穿戴狀態來輔助判斷該睡眠區間的起始點與終點:當該計算裝置判斷出有多個連續時點所對應的第一睡眠分數均大於該第一睡眠區間閥值且該等連續時點中有至少一時點所對應的第二睡眠分數大於該第二睡眠區間閥值且該等連續時點中有至少一時點對應該被穿戴狀態時，該計算裝置判定該等連續時點中的對應該被穿戴狀態的時間最早者為該睡眠區間的起始點；當該計算裝置判斷出有多個連續時點，例如十個時點，均對應該不被穿戴狀態時，該計算裝置判定該等連續時點中的時間最早者為該睡眠區間的終點。

接著，在步驟S5，該計算裝置進一步判斷對應該睡眠區間3的一入睡時點與一清醒時點。

詳言之，該計算裝置判斷該等時點所對應的該等第一睡眠分數4所形成的曲線是否具有一在時間上早於該睡眠區間的起始點T _i的谷點，如圖4所示，當判斷出該曲線具有該谷點V時，該計算裝置判定該谷點V所對應的時點為一入睡時點T _s；當判斷出該曲線不具有該谷點時，該計算裝置判定在時間上早於該睡眠區間的起始點T _i且所對應第一睡眠分數4大於一入睡門檻值的所有時點中的最接近該起始點T _i者為該入睡時點。

該計算裝置判定在時間上早於該睡眠區間的終點T _j且所對應第一睡眠分數4小於一清醒門檻值的該等時點中的最接近該睡眠區間的終點T _j者為一清醒時點T _e。

此外，在另一實施方式中，還可進一步分析該使用者在該睡眠區間3的睡眠品質。詳言之，對於該睡眠區間3內的每一時點，當該時點對應的該活動強度值大於一第一門檻值時，該計算裝置判定該時點對應一第一清醒分數；當該時點對應的該活動強度值大於一第二門檻值且小於該第一門檻值時，該計算裝置判定該時點對應一第二清醒分數；當該時點對應的該活動強度值大於一第三門檻值且小於該第二門檻值時，該計算裝置判定該時點對應一第三清醒分數；當該時點對應的該活動強度值小於該第三門檻值時，該計算裝置判定該時點對應一第四清醒分數；其中該等門檻值由大至小依序為第一門檻值、第二門檻值、第三門檻值、第四門檻值，且該等清醒分數由大至小依序為第一清醒分數、第二清醒分數、第三清醒分數、第四清醒分數，其中清醒分數愈低則表示睡眠品質愈佳。

此外，除了前述的針對每一時點計算其所對應的清醒分數，還可針對包含多個時點的一時間期間計算對應的清醒分數。舉例來說，每一時點對應一分鐘，該計算裝置每隔十分鐘計算該十分鐘所涵蓋的十個時點對應的清醒分數的總和作為該十分鐘對應的清醒分數；如此，能產生圖7所示的對應該睡眠區間3的睡眠品質圖，其中清醒分數愈低則表示睡眠品質愈佳。

此外，雖然在前述的實施方式中該穿戴裝置與該計算裝置各自負責了部分的運算，但也可不限於此。例如，該偵測系統也可僅包含該穿戴裝置，且該穿戴裝置負責所有的運算。

綜上所述，本發明睡眠分析方法，藉由感測相關於該使用者的三軸加速度信號，並根據該三軸加速度信號計算出多個時點對應的活動強度值，且根據該等活動強度值計算出多個第一睡眠分數與第二睡眠分數，且根據該等睡眠分數判斷出睡眠區間，且進一步判斷出對應該睡眠區間的入睡時點與清醒時點，並根據該睡眠區間對應的該等活動強度值分析出該睡眠區間對應的睡眠品質，能有效地自動分析出使用者的睡眠情況/習慣，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧信號強度值所形成的曲線

2‧‧‧時間窗

2a‧‧‧時間窗

3‧‧‧睡眠區間

4‧‧‧第一睡眠分數

5‧‧‧第二睡眠分數

6‧‧‧穿戴裝置

T_i‧‧‧睡眠區間的起始點

T_j‧‧‧睡眠區間的終點

T_s‧‧‧入睡時點

T_e‧‧‧清醒時點

P‧‧‧峰點

V‧‧‧谷點

M‧‧‧局部最小值

T₁‧‧‧第一分鐘

T₂₀‧‧‧第二十分鐘

T₃₀‧‧‧第三十分鐘

T₄₀‧‧‧第四十分鐘

S1~S5‧‧‧步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本發明睡眠分析方法的一實施方式；圖2是一示意圖，說明一曲線的多個峰點；圖3是一示意圖，說明利用一沿著時間軸移動的時間窗來計算睡眠分數；圖4是一示意圖，說明一睡眠區間與對應的一入睡時點與一清醒時點；圖5是一示意圖，說明一穿戴裝置平置的情況；圖6是一示意圖，說明該穿戴裝置側置的情況；及圖7是一示意圖，說明該睡眠區間對應的一睡眠品質圖。

Claims

一種睡眠分析方法，由一包含一穿戴裝置的偵測系統實施，該穿戴裝置適於穿戴在一使用者身上，該睡眠分析方法包含以下步驟： (a)該穿戴裝置感測一加速度信號； (b)該偵測系統針對多個時點的每一時點計算出一對應該時點的活動強度值，其中每一時點對應該加速度信號的多個信號樣本且該活動強度值是根據該時點對應的該等信號樣本計算出來的； (c)該偵測系統利用一沿著時間軸移動的時間窗，針對每一時點，計算出一對應該時點的一第一睡眠分數與一第二睡眠分數，其中該第一睡眠分數為在該時間窗所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第一活動閥值的時點的數量，該第二睡眠分數為在該時間窗所涵蓋的所有時點中所對應的活動強度值小於一第二活動閥值的時點的數量，且該第一活動閥值大於該第二活動閥值； (d)當該偵測系統判斷出有多個連續時點所對應的第一睡眠分數均大於一第一睡眠區間閥值且該等連續時點中有至少一時點所對應的第二睡眠分數大於一第二睡眠區間閥值時，該偵測系統判定該等連續時點中的時間最早者為一睡眠區間的起始點，其中該第二睡眠區間閥值大於該第一睡眠區間閥值；及 (e)當該偵測系統判斷出晚於該睡眠區間的起始點的一時點所對應的第一睡眠分數小於一清醒閥值時，該偵測系統判定該時點為該睡眠區間的終點。
如請求項1所述的睡眠分析方法，還包含一步驟(f)：對於每一時點，若該偵測系統判斷出該時點所對應活動強度值大於一活動強度門檻值，則該偵測系統判定在該時點該穿戴裝置處於一被穿戴狀態；其中，在該步驟(d)，當該偵測系統判斷出有多個連續時點所對應的第一睡眠分數均大於該第一睡眠區間閥值且該等連續時點中有至少一時點所對應的第二睡眠分數大於該第二睡眠區間閥值且該等連續時點中有至少一時點對應該被穿戴狀態時，該偵測系統判定該等連續時點中的對應該被穿戴狀態的時間最早者為該睡眠區間的起始點。
如請求項2所述的睡眠分析方法，該穿戴裝置具有一個三軸加速度規，其中在該步驟(a)，由該三軸加速度規感測該加速度信號且該加速度信號為一種三軸加速度信號，且在該步驟(f)，對於每一時點，若該偵測系統判斷出該時點所對應的活動強度值大於該活動強度門檻值且該時點對應的所有信號樣本中符合三軸方向的一第一軸向與重力方向實質上平行且其他軸向的信號值均趨近零的信號樣本數量小於一門檻值，則該偵測系統判定在該時點該穿戴裝置處於該被穿戴狀態。
如請求項1所述的睡眠分析方法，該穿戴裝置具有一個三軸加速度規，其中在該步驟(a)，由該三軸加速度規感測該加速度信號且該加速度信號為一種三軸加速度信號，該加速度信號的每一信號樣本包含一X軸樣本、一Y軸樣本及一Z軸樣本；在該步驟(b)，對於每一時點對應的每一信號樣本，該偵測系統根據該信號樣本的X軸樣本、Y軸樣本與Z軸樣本計算出一信號強度值，且對於每一時點，該時點對應的活動強度值為該時點對應的該等信號強度值所形成的曲線的峰點的數量。
如請求項1所述的睡眠分析方法，還包含一步驟(g):該偵測系統判斷該等時點所對應的該等第一睡眠分數所形成的曲線是否具有一在時間上早於該睡眠區間的起始點的谷點，當判斷出該曲線具有該谷點時，該偵測系統判定該谷點所對應的時點為一入睡時點；當判斷出該曲線不具有該谷點時，該偵測系統判定在時間上早於該睡眠區間的起始點且所對應第一睡眠分數大於一入睡門檻值的該等時點中最接近該起始點者為該入睡時點。
如請求項1所述的睡眠分析方法，還包含一步驟(h):該偵測系統判定在時間上早於該睡眠區間的終點且所對應第一睡眠分數小於一清醒門檻值的該等時點中的最接近該終點者為一清醒時點。
如請求項1所述的睡眠分析方法，還包含一步驟(i):對於該睡眠區間內的每一時點，當該時點對應的該活動強度值大於一第一門檻值時，該偵測系統判定該時點對應一第一清醒分數；當該時點對應的該活動強度值大於一第二門檻值且小於該第一門檻值時，該偵測系統判定該時點對應一第二清醒分數；當該時點對應的該活動強度值大於一第三門檻值且小於該第二門檻值時，該偵測系統判定該時點對應一第三清醒分數；當該時點對應的該活動強度值小於該第三門檻值時，該偵測系統判定該時點對應一第四清醒分數；其中該等門檻值由大至小依序為第一門檻值、第二門檻值、第三門檻值、第四門檻值，且該等清醒分數由大至小依序為第一清醒分數、第二清醒分數、第三清醒分數、第四清醒分數。