WO2022020874A1 - System und verfahren zur erfassung der schlafqualität - Google Patents

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WO2022020874A1
WO2022020874A1 PCT/AT2021/060263 AT2021060263W WO2022020874A1 WO 2022020874 A1 WO2022020874 A1 WO 2022020874A1 AT 2021060263 W AT2021060263 W AT 2021060263W WO 2022020874 A1 WO2022020874 A1 WO 2022020874A1
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sensor
mattress
sleep
sleeping mattress
sensor system
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PCT/AT2021/060263
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Hans L. Malzl
Alexander MALZL
Andreas MALZL
Johannes MALZL
Meinhard Schwaiger
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Malzl Hans L
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Definitions

  • the invention relates to a system for recording the quality of sleep with a sleeping mattress, wherein at least one sensor system arranged in the sleeping mattress is provided with at least one sensor, and at least one evaluation unit can be connected to the at least one sensor system, and a method for recording the quality of sleep.
  • US 2016/213 539 A1, KR 2017-0065853 A and CN 206 979 212 U show systems that are based on measuring the mattress climate, such as temperature and humidity.
  • Systems are disclosed in CN 106 175 263 A or CN 104 019 529 A which are based on the measurement of environmental parameters such as air pressure, room temperature, light and air conditions.
  • CN 205 306 506 U discloses systems in which the sleep state is detected using an infrared detector.
  • CN 106 333 691 A discloses a system that can be worn on the body and uses 3D acceleration sensors to measure movement data of the sleeping person.
  • a medical sleeping mattress with inflatable chambers is known from EP 2 664 315 A1, which uses a gyroscopic device to measure the inclination of the head part of the sleeping mattress to control the pressure distribution in the inflatable chambers.
  • a disadvantage of the known systems for sleep monitoring is that the corresponding sensors are usually in direct physical contact, for example in the form of electrodes applied to the skin, or sensors to be worn directly on the body, for example in the form of sensors integrated into bracelets or smart watches , which affects sleeping comfort.
  • the sensors are located underneath the sleeping mattress between the sleeping mattress and the bed frame, so that the sensors only record a fraction of the parameters required for the most meaningful sleep monitoring possible.
  • the measured values obtained are falsified, so that the results deviate greatly from reality and only insufficient measured values are available for the subsequent evaluation and sleep analysis.
  • the systems described in the prior art usually only detect individual ones
  • Parameters such as movement data or heart rate or respiration rate or body temperature with the help of one or more measuring sensors arranged in a linear or matrix-like manner.
  • Such systems have become known, for example, in WO 2011/094448 A1 or DE 10 2013 210 164 A1.
  • the arrangement and maintenance of these numerous sensors, which are usually embedded in the sleeping mattress, is space-consuming and costly.
  • the individual sensors must be synchronized with one another in order to avoid phase shifts and/or drifting of individual measured values, which would impair the evaluation quality and lead to misinterpretations.
  • the at least one sensor system has an acceleration sensor arranged inside the sleeping mattress, which is set up to detect the acceleration caused by the heartbeat and/or breathing and/or by movements of a person on the Sleeping mattress lying person to capture generated acceleration signals sen.
  • the sleep state of a person lying on the sleeping mattress is monitored by means of the sensor system integrated in the sleeping mattress in such a way that the sleeping person generates significantly different vibration or movement patterns which are transmitted to the sleeping mattress and measured by the sensor system according to the invention.
  • the beating heart thus generates an oscillation that can be measured directly as a vibration by the at least one acceleration sensor.
  • the senor is designed as an inertial measurement unit with a 3DoF sensor, a 6DoF sensor or a 9DoF sensor.
  • An inertial measurement unit is a spatial combination of several inertial sensors such as acceleration sensors and angular rate sensors. Devices of this type are usually used in aircraft and rockets for flight navigation and in robotics for motion detection. Particularly space-saving IMUs are used in aircraft models.
  • Disease-related deviations such as sleep apnea as a result of respiratory arrest, hypoventilation or snoring, can also be recorded particularly well and recorded for subsequent evaluations.
  • the IMU has a 9DoF sensor, which, in addition to the six degrees of freedom described above, namely the linear acceleration measurement along the three spatial axes and the determination of the rotation rate about these three spatial axes, also determines the magnetic field strength of the earth's magnetic field along the three spatial axes possible.
  • This additional measurement of the change in magnetic field strength as a result of a change in the orientation of the magnetic field sensor relative to the earth's magnetic field allows the sensor system according to the invention to determine the exact position within the sleeping mattress, which changes due to the movement of the body on the sleeping mattress.
  • Another vibration pattern is created by breathing, during which the chest of the person lying on the sleeping mattress periodically expands and contracts again, whereby the breathing creates a vibration pattern that is clearly distinguishable from the heart rate and blood flow due to the much higher mass of the upper body.
  • Another vibration pattern is created by the body movements that are carried out by the person consciously or unconsciously during sleep, and which can lead to a change in lying position, a change in the center of gravity, movement of the extremities or similar.
  • there is a change in the sinking profile in the sleeping mattress which can be measured using the sensor combination of an acceleration sensor and a yaw rate sensor.
  • the sleeping time can also be delimited, because the occupancy of the sleeping mattress or its leaving can be measured very precisely by the sensors used.
  • the at least one sensor system is preferably arranged within the sleeping mattress in the area of the upper body of a person lying on the sleeping mattress.
  • the at least one sensor system has at least one additional sensor, which is preferably selected from a group that includes temperature sensors, humidity sensors, noise sensors, air quality sensors and /or contains light sensors.
  • Temperature sensors and moisture sensors also arranged in the sleeping mattress are used in particular to record other physiological parameters of the person lying on the sleeping mattress. These can be an integral part of the sensor system or arranged as an independent sensor group in the sleeping mattress.
  • sensors arranged outside the sleeping mattress such as temperature sensors, humidity sensors, noise sensors, air quality sensors and/or light sensors, can be connected to the sensor system according to the invention, which in particular allows conclusions to be drawn about the influence of room climate, lighting conditions and/or Background noise on sleep quality allowed.
  • the sleeping mattress is designed as a test mattress in which the at least one sensor system is arranged.
  • this test mattress which preferably has the different sensors described above, a selection can be made for a sleeping mattress that is individually adapted to the needs of the person being tested.
  • the object is achieved by a method for detecting the sleep quality, wherein at least one sensor system is provided which has at least one acceleration sensor with which the heart rate and/or breathing rate and/or movements of a person lying on the sleeping mattress are measured in a second step, the measured values obtained are processed in at least one evaluation unit using mathematical methods, and in a third step, the course of sleep is assessed qualitatively and quantitatively on the basis of the processed measured values.
  • the measurement signals obtained are evaluated in the evaluation unit, usually an integrated processor unit or an external computer system.
  • the sensor system according to the invention works with a resolution between 100 Hz and 10,000 Hz in order to obtain the desired information about respiration, heartbeat and/or (Micro)movements of the person on the sleeping mattress with the necessary precision. Provision is preferably made here for the at least one sensor system to transmit the measured values to the at least one evaluation unit at predefined time intervals, preferably at time intervals of between 1 minute and 15 minutes, particularly preferably at time intervals of between 2 minutes and 5 minutes.
  • the successively measured values in particular the measured frequencies and amplitudes of the various vibrations caused by heartbeat, blood flow, respiration and/or movement, are analyzed in the evaluation unit at defined time intervals, with the chronological sequence changing parameters such as heart rate, breathing rate and movement pattern preferably a sleep phase model is created.
  • the sleep is summarized from the measured values determined and the sleep phase model by means of one or more easily interpretable characteristic values.
  • sleep fragmentation and anomalies such as respiratory arrest, snoring and possibly also cardiac arrhythmias can be made visible and chronologically assignable.
  • a further embodiment of the invention provides that mathematical filters, such as Kalmann filters or low-pass filters, are used when evaluating the measurement results.
  • a significant advantage of the method according to the invention lies in particular in the fact that the sleep quality is monitored over a longer period of time without the person concerned having to intervene, for example by attaching sensors to their body, etc.
  • recommendations for improving the quality of sleep are output, preferably automatically, on the basis of the results determined. These recommendations relate to measures such as time recommendations with regard to the beginning of bed rest, the duration of sleep or the time of waking up, or the change in environmental conditions, in particular the room climate or the lighting conditions in the immediate vicinity of the sleeping furniture.
  • the measures can also affect the sleeping furniture itself.
  • recommendations for adjusting the sleeping mattress are issued and/or the adjustments to the sleeping mattress are automated, in particular with regard to their hardness and/or the hardness zone distribution in the sleeping mattress.
  • the determined current measured values are compared with historical measured values and/or with theoretical and empirical values from a database that may be stored in the evaluation unit.
  • the recommendations determined in this way can relate to a large number of individual measures, such as time recommendations for starting bed rest, the duration of sleep or the time of waking up, or information of a general nature such as general recommendations for healthy and restful sleep. Warnings can also be issued for detected anomalies such as respiratory arrest or snoring or muscle twitching.
  • the system according to the invention or the method according to the invention can also be used in particular when selecting a sleeping mattress that is optimally adapted to the individual needs of the person.
  • the sensor system according to the invention is accommodated within a sleeping mattress acting as a test mattress, the hardness or hardness distribution of the test mattress being adaptable as required in a manner known per se, for example by means of compressed air or exchangeable foam inserts. By evaluating the measurement signals obtained depending on the configuration of the test mattress, it is possible to select an optimal sleeping mattress.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the system according to the invention for monitoring the quality of sleep
  • a system according to the invention for monitoring the quality of sleep 1000 wherein a piece of sleeping furniture 100 is provided, on which a sleeping mattress 110 is arranged.
  • a sensor system 200 is arranged in that area of the sleeping mattress 110 below its lying surface on which the upper body of a person located on the sleeping mattress 110 usually rests.
  • the sensor system 200 is equipped with a 6DoF sensor 210; alternatively, 3DoF sensors or 9DoF sensors are also used.
  • a 6DoF sensor allows acceleration measurements along the three spatial axes X, Y, Z and a yaw rate measurement ac, a y , a z around each of these three spatial axes, i.e. measurements along six degrees of freedom.
  • the sensor system 200 is equipped with further sensors for recording measured values, in particular the temperature, the humidity and/or the light conditions (not shown).
  • a person resting on the sleeping mattress 110 generates typical vibration patterns that are detected by the 6DoF sensor 210 of the sensor system 200 .
  • the heartbeat of the person generates a pulsating movement of blood in the body, with the 6DoF sensor 210 of the sensor system 200 detecting the heartbeat on the one hand and this pulsating blood flow along the body axis of the person on the sleeping mattress 110 on the other hand as an independent oscillation with an associated frequency and Acceleration amplitude recorded.
  • Due to the rhythmic expansion and contraction of the chest, breathing also generates a second oscillation pattern that can be distinguished from the heart rhythm and is also detected using the 6DoF sensor 210 .
  • the position or posture of the person on the sleeping mattress 110 generates another different vibration pattern, which in turn is detected by the 6DoF sensor 210 sensor system 200 by measuring acceleration or measuring the yaw rate.
  • a change in the lying position of the person on the sleeping mattress causes a change in the position and orientation of the sensor system 200 within the sleeping mattress 210 and thus relative to the earth's magnetic field, which can be measured via an additional sensor for measuring the magnetic field strength, such as contained, for example, in a 9DoF sensor.
  • the measured values determined by the sensor system 200 are usually recorded and/or evaluated and displayed in a data processing system (not shown).
  • FIG. 2 shows a typical signal recording 300 of the sensor system 200 according to the invention in the form of a diagram whose y-axis shows a large number of parameters as a function of time (x-axis).
  • the temperature, the earth's magnetic field, the linear acceleration in the three spatial axes, the rotational speed, etc. can be read off.
  • the oscillation curves 301 recorded in the area labeled "Linear Acceleration” show the heartbeat, with its effect on the 6DoF sensor 210 in the three spatial directions X, Y, Z, while in the field labeled "Gravity Factor" the associated oscillation curves 302 are shown for the respiratory rate.
  • the respiratory interval 302A can be determined from the recorded oscillation curves 302 for the respiratory rate.
  • a so-called hypnogram 400 (FIG. 3) is created, in which a sleep phase profile 410 is displayed on the basis of the received signals or oscillation patterns by conversion using mathematical algorithms.
  • the duration of the individual sleep phases for example the waking phase 411, the dream phase (REM phase) 412, the light sleep phase 413 and the deep sleep phase 414, can be taken from this hypnogram 400.
  • the individual sleep phases are evaluated as curves 415 to represent the individual sleep cycles.
  • any body movement or body activity 416 over the duration of sleep can also be taken from this hypnogram 400 .
  • the signal recording 300 or the hypnogram 400 allows the sleep quality of the person on the sleeping mattress 210 to be assessed and can be used as proof of any pathological changes, such as sleep apnea, cardiac arrhythmias, etc.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1000) zur Erfassung der Schlafqualität mit einer Schlafmatratze (110), wobei zumindest ein in der Schlafmatratze (110) angeordnetes Sensorsystem (200) mit zumindest einem Sensor vorgesehen ist, und zumindest eine Auswerteeinheit mit dem zumindest einen Sensorsystem (200) verbindbar ist, wobei das zumindest eine Sensorsystem (200) einen innerhalb der Schlafmatratze (110) angeordneten Beschleunigungssensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, die durch den Herzschlag und/oder der Atmung und/oder durch Bewegungen einer auf der Schlafmatratze (110) liegenden Person erzeugten Beschleunigungssignale zu erfassen, sowie ein Verfahren hierzu.

Description

System und Verfahren zur Erfassung der Schlafqualität
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung der Schlafqualität mit einer Schlaf matratze, wobei zumindest ein in der Schlafmatratze angeordnetes Sensorsystem mit zumindest einem Sensor vorgesehen ist, und zumindest eine Auswerteeinheit mit dem zumindest einen Sensorsystem verbindbar ist, sowie ein Verfahren zur Erfas sung der Schlafqualität.
Schlafstörungen sind bei ansonst gesunden Personen eine sehr häufige Beeinträchti gung der Lebensqualität, von der etwa 75% der 35 - 65jährigen Bevölkerung Deutschlands betroffen sind, sodass der möglichst präzisen Diagnose der dafür ver antwortlichen Ursachen eine hohe Bedeutung zukommt. Eine bestmögliche Aussage zu möglichen Ursachen liefert die Polysomnographie im Schlaflabor, bei der mittels am Körper applizierter Sensoren und Sonden bspw. Hirnströme (EEG), Herzaktivität (EKG), Muskelaktivität (EMG), Augenbewegungen (EOG), Atemfluss, Sauerstoffsätti gung, und Körperbewegungen während des Schlafs gemessen, aufgezeichnet und mittels eines Computers ausgewertet werden, um den gesamte Schlafzyklus und die einzelnen Schlafphasen analysieren zu können. Diese Methode liefert zwar die genauesten Informationen, ist jedoch aufgrund des Erfordernisses eines voll ausge statteten Schlaflabors nur für medizinische Abklärungen geeignet, nicht jedoch für eine dauerhafte Anwendung im privaten Bereich. Zudem wird aufgrund der Labor umgebung auch das individuelle Schlafempfinden und damit das Analyseergebnis beeinflusst.
Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren zunehmend neue und einfach handhab bare Geräte für die persönliche Schlafüberwachung entwickelt worden.
Aus der WO 2001/64103 Al, US 2018/049701 Al, CN 104 998 332 B, CN 105 534 150 A, CN 205 411 149 U, CN 206 403 512 U, CN 207 544 738 U, CN 107 713 513 A, CN 107 971 846 A, CN 107 582 064 A, CN 108 814 118 A oder der US 10,438,475 B2 sind Systeme bekannt geworden, bei denen eine Vielzahl von speziellen Sensoren wie zum Beispiel für die Messung der Herzfrequenz, Atmung, Temperatur und/oder Druck, in einer Bettmatratze angeordnet ist.
In der US 2012/053424 Al, CN 125 01 59 U, KR 2013-0080920 A, FR 301 32 05 Bl, CN 104 352 108 A, WO 2017/0202499 Al, CN 107 007 415 A, CN 107 485 229 A, US 2019/201 269 Al, CN 109 308 503 A oder der CN 208 096 525 U sind Systeme offenbart, die mit einer Vielzahl an Drucksensoren bzw. Induktivsensoren in der Matratze physiologische Parameter erfassen und messen.
In der US 2016/213 539 Al, KR 2017-0065853 A sowie der CN 206 979 212 U sind Systeme gezeigt, die auf der Messung des Matratzenklimas, wie beispielsweise Tem peratur und Feuchte, beruhen. In der CN 106 175 263 A oder der CN 104 019 529 A sind Systeme offenbart, die auf der Messung der Umgebungsparameter, wie bspw. Luftdruck, Raumtemperatur, Licht- und Luftverhältnisse beruhen.
In der CN 129 27 07 C oder der EP 2 617 328 Al sind Systeme offenbart, die eine Druckverteilung in der Matratze auf Basis von gemessenen physiologischen Para metern wie Herzfrequenz, Körperbewegung oder Atmung verändern.
In der US 2005/190 068 Al, CN 103 142 219 A, CN 203 169 157 U, CN 106 236 015 A, KR 2019-0035361 A, CN 110 051 329 A oder der CN 110 101 375 A sind Systeme gezeigt, bei den mittels flexibler Sensoren bzw. mit tels flexibler Sensorarrays oder Sensorbänder zum Beispiel mittels Piezoelektrik-Sen- soren in der Matratze physiologische Parameter erfasst und beispielsweise mittels Smartphone-App deren Signale verarbeitet werden.
Aus der CN 105 520 428 A und der US 2017/290 548 Al sind Systeme bekannt, die mittels Soundmessung oder mittels Kapazitivsensoren die Atmung überwachen und beispielsweise eine Schlafapnoe detektieren.
In der CN 205 306 506 U sind Systeme offenbart, in denen mittels Infrarotdetektor der Schlafzustand erfasst wird.
In der CN 106 333 691 A ist ein am Körper tragbares System offenbart, das mittels 3D-Beschleunigungssensoren Bewegungsdaten der schlafenden Person misst.
Aus der EP 2 664 315 Al ist eine medizinische Schlafmatratze mit aufblasbaren Kam mern bekannt, die zur Steuerung der Druckverteilung in den aufblasbaren Kammern eine gyroskopische Vorrichtung zur Messung der Neigung des Kopfteils der Schlaf matratze verwendet.
Nachteilig bei den bekannten Systemen zur Schlafüberwachung ist, dass die entspre chenden Sensoren zumeist im direkten Körperkontakt stehen, beispielsweise in Form von auf der Haut applizierten Elektroden, oder direkt am Körper zu tragenden Sen soren wie beispielsweise in Form von in Armbänder integrierten Sensoren oder Smart Watches, was den Schlafkomfort beeinträchtigt.
Bei anderen Systemen ist die Sensorik unterhalb der Schlafmatratze zwischen der Schlafmatratze und dem Bettgestell angeordnet, sodass die Sensoren nur einen Bruchteil der für eine möglichst aussagkräftige Schlafüberwachung erforderlichen Parameter erfassen. Infolge der Dämpfung sind die erhaltenen Messwerte verfälscht, sodass die Ergebnisse sehr stark von der Realität abweichen und nur unzureichende Messwerte für die nachfolgende Auswertung und Schlafanalyse verfügbar sind. Ebenso erfassen die im Stand der Technik beschriebenen Systeme meist nur einzelne
Parameter wie Bewegungsdaten oder Herzfrequenz oder Atmungsfrequenz oder Kör per-Temperatur mit Hilfe von einzelnen oder mehrerer linear oder matrixartig ange ordneter Messsensoren. Derartige Systeme sind beispielsweise in der WO 2011/094448 Al oder der DE 10 2013 210 164 Al bekannt geworden. Die Anordnung und Wartung dieser üblicherweise in der Schlafmatratze eingebetteten zahlreichen Sensoren ist platz- und kostenintensiv. Des Weiteren ist eine Synchroni sierung der einzelnen Sensoren miteinander erforderlich, damit Phasenverschiebun gen und/oder ein Triften einzelner Messwerte vermieden werden, die zu einer Beein trächtigung der Auswertequalität und zu Fehlinterpretationen führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein System sowie ein Verfahren zur Erfassung der Schlafqualität zur Verfügung zu stellen, das eine präzise Messung von Parametern zur Überwachung des Schlafzustands und dessen biometrische Analyse bei geringem Platz- und Wartungsbedarf erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass das zumindest eine Sensorsystem einen innerhalb der Schlaf matratze angeordneten Beschleunigungssensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, die durch den Herzschlag und/oder die Atmung und/oder durch Bewegungen einer auf der Schlafmatratze liegenden Person erzeugten Beschleunigungssignale zu erfas sen.
Die Überwachung des Schlafzustandes einer auf der Schlafmatratze liegenden Person erfolgt mittels des in der Schlafmatratze integrierten Sensorsystems in der Weise, dass die schlafende Person signifikant unterscheidbare Schwingungs- bzw. Bewe gungsmuster erzeugt, die auf die Schlafmatratze übertragen und vom erfindungs gemäßen Sensorsystem gemessen werden. So erzeugt das schlagende Herz eine Schwingung, die direkt als Vibration von dem zumindest einen Beschleunigungs sensor gemessen werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Sensor als eine Inertiale Messeinheit mit einem 3DoF-Sensor, einem 6DoF-Sensor oder 9DoF-Sensor ausgeführt. Eine inertiale Messeinheit (inertial measurement unit, IMU) ist eine räum liche Kombination mehrerer Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren. Üblicherweise kommen derartige Vorrichtungen in Flugzeugen und Raketen zur Flugnavigation und in der Robotik zur Bewegungsdetektion zum Einsatz. In Flugzeugmodellen werden besonders platzsparende IMU verwendet.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensorsystem kommt bevorzugt eine IMU mit einem 6DoF-Sensor (DoF = Degrees of Freedom) zum Einsatz, der Beschleunigungs messungen in den drei Raumachsen C,U,Z sowie Drehratenmessungen um die drei Raumachsen X, Y, Z-Achse durchführt und damit die von der auf der Schlafmatratze liegenden Person verursachten Schwingungen besonders präzise erfasst. Auch krank heitsbedingte Abweichungen, wie zum Beispiel Schlafapnoe infolge von Atemstill stand, Hypoventilation oder Schnarchen lassen sich damit besonders gut erfassen und für nachfolgende Auswertungen aufzeichnen.
In einer weiteren besonders präzisen Ausführung der Erfindung verfügt die IMU über einen 9DoF-Sensor, der zusätzlich zu den sechs oben beschriebenen Freiheitsgraden, nämlich die Beschleunigungsmessung linear entlang der drei Raumachsen sowie die Drehratenbestimmung um diese drei Raumachsen zusätzlich die Bestimmung der Magnetfeldstärke des Erdmagnetfeldes entlang der drei Raumachsen ermöglicht. Diese zusätzliche Messung der Veränderung der Magnetfeldstärke als Folge einer Änderung der Ausrichtung des Magnetfeldsensors relativ zum Erdmagnetfeld erlaubt eine genaue Positionsbestimmung des erfindungsgemäßen Sensorsystems innerhalb der Schlafmatratze, die sich aufgrund der Bewegung des auf der Schlafmatratze befindlichen Körpers verändert.
Aber auch der Blutfluss im Körper, der phasenverschoben zum Herzrhythmus in einer Vorwärts-/Rückwärtsbewegung den Blutfluss stoßweise bis in die äußeren Extremi täten geleitet und wieder in das Herz zurückgeleitet wird, wobei die Masse des derart stoßweise geförderten Blutes einem Mehrfachen der Herzmasse entspricht, erzeugt eine weitere Schwingung, deren Frequenz gleich, aber phasenverschoben zu jener des Herzschlags ist. Diese zweite in Körperlängsachse ausgerichtete zweite Vibration ist als Cardioballistographie bekannt, die aufgrund der größeren Blutmasse im Ver hältnis zur Herzmasse ein signifikant stärkeres Signal erzeugt und daher gemäß der vorliegenden Erfindung mit höherer Präzision bevorzugterweise mittels der Kombina tion aus Beschleunigungssensor und Drehratensensor gemessen werden kann.
Ein weiteres Schwingungsmuster wird durch die Atmung erzeugt, bei der sich der Brustkorb der auf der Schlafmatratze liegenden Person periodisch dehnt und wieder zusammenzieht, wobei die Atmung aufgrund der weitaus höheren Masse des Ober körpers ein von der Herzfrequenz und dem Blutfluss deutlich unterscheidbares Schwingungsmuster erzeugt.
Ein weiteres Schwingungsmuster entsteht durch die Körperbewegungen, die von der Person bewusst oder unbewusst im Schlaf ausgeführt werden, und die zu einer Ver änderung der Liegeposition, zu einer Veränderung der Schwerpunktlage, zu einer Bewegung der Extremitäten oder ähnliches führen kann. Dabei kommt es insbeson dere zu einer Veränderung des Einsinkprofils in der Schlafmatratze, die mittels der Sensorkombination aus Beschleunigungssensor sowie Drehratensensor gemessen werden kann. Auf diese Weise kann auch die Schlafzeit abgrenzbar abgebildet wer den, weil das Belegen der Schlafmatratze beziehungsweise deren Verlassen durch die verwendeten Sensoren sehr präzise messbar ist. Hierbei ist bevorzugterweise das zumindest eine Sensorsystem innerhalb der Schlaf matratze im Bereich des Oberkörpers einer auf der Schlafmatratze liegenden Person angeordnet.
Da auch Umgebungsparameter einen wesentlichen Einfluss auf die Schlafqualität nehmen können, ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Sensorsystem zumindest einen zusätzlichen Sensor aufweist, der vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Temperatursensoren, Feuchtig keitssensoren, Geräuschsensoren, Luftqualitätssensor und/oder Lichtsensoren ent hält. Ebenfalls in der Schlafmatratze angeordnete Temperatursensoren und Feuch tigkeitssensoren dienen insbesondere dem Erfassen weiterer physiologischer Para meter der auf der Schlafmatratze liegenden Person. Diese können integraler Bestand teil des Sensorsystems sein oder als eigenständige Sensorgruppe in der Schlaf matratze angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich können in einer weiteren Variante der Erfindung auch außerhalb der Schlafmatratze angeordnete Sensoren, wie Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Geräuschsensoren, Luftqualitätssensoren und/oder Lichtsensoren mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem in Verbindung stehen, was insbesondere Rückschlüsse auf den Einfluss von Raumklima, Lichtverhältnissen und/oder Geräuschkulisse auf die Schlafqualität erlaubt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Schlafmatratze als Testmatratze ausgebildet ist, in der das zumindest eine Sensorsystem angeordnet ist. Mithilfe die ser Testmatratze, die vorzugsweise über die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Sensoren verfügt, kann eine Auswahl für eine individuell an die Bedürfnisse der tes tenden Person angepasste Schlafmatratze getroffen werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung der Schlafqualität gelöst, wobei zumindest ein Sensorsystem vorgesehen ist, das zumindest einen Beschleunigungssensor aufweist, mit dem Herzfrequenz und/oder Atmungsfrequenz und/oder Bewegungen einer auf der Schlafmatratze liegenden Person gemessen wer den, in einem zweiten Schritt in zumindest einer Auswerteeinheit die erhaltenen Messwerte mittels mathematischer Methoden verarbeitet, und in einem dritten Schritt der Schlafverlauf anhand der verarbeiteten Messwerte qualitativ und quanti tativ beurteilt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Schlafzustandes einer auf der Schlafmatratze liegenden Person mittels in die Schlafmatratze integrierten Sensorsystems erfolgt die Auswertung der erhaltenen Messsignale in der Aus werteeinheit, üblicherweise eine integrierte Prozessoreinheit oder ein externes Com putersystem.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem arbeitet mit einer Auflösung zwischen 100Hz und 10.000 Hz, um die gewünschten Informationen zu Atmung, Herzschlag und/oder (Mikro)Bewegungen der auf der Schlafmatratze befindlichen Person mit der notwen digen Präzision zu erhalten. Bevorzugterweise ist hierbei vorgesehen, dass das zumindest eine Sensorsystem die Messwerte in vordefinierten Zeitintervallen, vor zugsweise in Zeitintervallen zwischen 1 min und 15 min, besonders bevorzugt in Zeit intervallen zwischen 2 min und 5 min an die zumindest eine Auswerteeinheit über mittelt werden. Somit werden während des Betrachtungs-/Überwachungszeitraumes in definierten Zeitintervallen die aufeinanderfolgend gemessenen Werte, insbeson dere die gemessenen Frequenzen und Amplituden der verschiedenen durch Herz schlag, Blutfluss, Atmung und/oder Bewegung verursachten Schwingungen in der Auswerteeinheit analysiert, wobei aus den in zeitlicher Abfolge sich ändernden Para metern wie Herzfrequenz, Atmungsfrequenz und Bewegungsmuster bevorzugter weise ein Schlafphasenmodell erstellt wird. Aus den ermittelten Messwerten und dem Schlafphasenmodell wird der Schlaf zusammenfassend mittels eines oder mehrerer einfach interpretierbarer Kennwerte dargestellt. Insbesondere können damit Schlaf fragmentierung sowie Anomalien wie beispielsweise Atmungsstillstände, Schnarchen und eventuell auch Herzrhythmusstörungen sichtbar und zeitlich zuordenbar gemacht werden.
Zur Verringerung des Einflusses von Störsignalen aus der Umgebung, wie beispiels weise Schwingungen im Gebäude, Eigenschwingungen des Schlafmöbels oder Ein flüsse durch eine zweite Person und damit zur Verbesserung der Qualität der erfass ten Messwerte ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass mathematische Filter, wie zum Beispiel Kalmann-Filter, oder Tiefpassfilter, bei der Auswertung der Messergebnisse zum Einsatz kommen.
Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die in der zumindest einen Aus werteeinheit mathematisch verarbeiteten Messwerte als Hypnogramm ausgegeben werden. Dieses ist besonders einfach auch für den Laien zu lesen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass die Schlafqualität über einen längeren Zeitraum überwacht wird, ohne dass die betroffene Person wie beispielsweise durch Anbringen von Sensoren an ihrem Körper etc. eingreifen muss.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, auf Basis der ermittelten Ergebnisse Empfehlungen zur Verbesserung der Schlafqualität, vorzugsweise auto matisiert auszugeben. Diese Empfehlungen betreffen Maßnahmen, wie beispielsweise zeitliche Empfehlungen in Hinblick auf den Beginn der Bettruhe, die Schlafdauer oder den Weckzeitpunkt, oder die Änderung von Umgebungsbedingungen, insbesondere des Raumklimas oder der Lichtverhältnisse in der unmittelbaren Umgebung des Schlafmöbels.
Auch können die Maßnahmen das Schlafmöbel selbst betreffen. So werden in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung zur Verbesserung der Schlafqualität auf Basis der ermittelten Ergebnisse Empfehlungen zur Anpassung der Schlaf matratze ausgegeben und/oder die Anpassungen der Schlafmatratze automatisiert, insbesondere ihre Härte und/oder die Härtezonenverteilung in der Schlafmatratze betreffend vorgenommen werden.
Für die vorzugsweise automatisierte Ermittlung von Empfehlungen für einen gesun den und erholsamen Schlaf und damit mehr Lebensqualität wird aus den ermittelten aktuellen Messwerten ein Abgleich mit historischen Messwerten und/oder mit theo retischen sowie Erfahrungswerten aus einer gegebenenfalls in der Auswerteeinheit abgespeicherten Datenbank.
Die derart ermittelten Empfehlungen können eine Vielzahl an Einzelmaßnahmen betreffen, so beispielsweise zeitliche Empfehlungen für den Beginn der Bettruhe, die Schlafdauer oder den Weckzeitpunkt oder Informationen allgemeiner Natur wie all gemeine Empfehlungen für einen gesunden und erholsamen Schlaf. Ebenso können Warnungen zu festgestellten Anomalien wie Atmungsstillstand oder Schnarchen oder Muskelzuckungen ausgegeben werden.
Schließlich kann das erfindungsgemäße System beziehungsweise das erfindungs gemäße Verfahren insbesondere auch bei der Auswahl einer optimal an die Bedürf nisse der Person individuell angepassten Schlafmatratze eingesetzt werden. Hierfür wird das erfindungsgemäße Sensorsystem innerhalb einer als Testmatratze fungie renden Schlafmatratze untergebracht, wobei die Testmatratze je nach Bedarf in ihrer Härte bzw. Härteverteilung auf an sich bekannte Weise beispielsweise mittels Druck luft oder austauschbaren Schaumstoffeinsätzen anpassbar ist. Durch die Auswertung der erhaltenen Messsignale in Abhängigkeit von der Konfiguration der Testmatratze wird die Auswahl einer optimalen Schlafmatratze ermöglicht.
Im Folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Über wachung der Schlafqualität,
Fig. 2 eine beispielhafte Signalaufzeichnung des erfindungsgemäßen Systems, und
Fig. 3 ein aus der Signalaufzeichnung ermitteltes Hypnogramm.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes System zur Überwachung der Schlafqualität 1000 schematisch dargestellt, wobei ein Schlafmöbel 100 vorgesehen ist, auf dem eine Schlafmatratze 110 angeordnet ist. In dieser Schlafmatratze 110 ist ein Sensor system 200 in jenem Bereich der Schlafmatratze 110 unterhalb ihrer Liegefläche angeordnet, auf dem üblicherweise der Oberkörper einer auf der Schlafmatratze 110 befindlichen Person ruht. Das Sensorsystem 200 ist bei dieser Ausführung der Erfindung mit einem 6DoF-Sen- sor 210 ausgestattet, alternativ hierzu kommen auch 3DoF-Sensoren oder 9DoF- Sensoren zum Einsatz. Ein 6DoF-Sensor erlaubt Beschleunigungsmessungen entlang der drei Raumachsen X, Y, Z sowie eine Drehratenmessung ac, ay, az um jede dieser drei Raumachsen, somit Messungen entlang von sechs Freiheitsgraden (6 Degrees of Freedom). Zusätzlich ist das Sensorsystem 200 mit weiteren Sensoren zur Erfassung von Messwerten, insbesondere der Temperatur, der Feuchtigkeit und/oder der Licht verhältnisse ausgestattet (nicht dargestellt).
Eine auf der Schlafmatratze 110 ruhende Person erzeugt typische Schwingungs muster, die von dem 6DoF-Sensor 210 des Sensorsystems 200 erfasst werden. So erzeugt der Herzschlag der Person eine pulsierende Blutbewegung im Körper, wobei der 6DoF-Sensor 210 des Sensorsystems 200 einerseits den Herzschlag sowie ande rerseits diesen pulsierenden Blutfluss entlang der Körperachse der auf der Schlaf matratze 110 befindlichen Person jeweils als eigenständige Schwingung mit zugehö riger Frequenz und Beschleunigungsamplitude aufzeichnet. Auch die Atmung erzeugt durch die rhythmische Dehnung und das Zusammenziehen des Brustkorbs ein vom Herzrhythmus unterscheidbares zweites Schwingungsmuster, das ebenfalls mithilfe des 6DoF-Sensors 210 erfasst wird. Schließlich erzeugt jede Änderung der Schlaflage, der Position oder Körperhaltung der auf der Schlafmatratze 110 befindlichen Person ein weiteres unterschiedliches Schwingungsmuster, das wiederum mittels Beschleu nigungsmessung bzw. Drehratenmessung von dem 6DoF-Sensor 210 Sensorsystem 200 detektiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass eine Veränderung der Liegeposition der auf der Schlafmatratze befindlichen Person eine Veränderung der Position und Orientierung des Sensorsystems 200 innerhalb der Schlafmatratze 210 und damit relativ zum Erdmagnetfeld bewirkt, die über einen zusätzlichen Sensor zur Messung der Magnetfeldstärke, wie beispielsweise in einem 9DoF-Sensor enthalten, registriert wird.
Die von dem Sensorsystem 200 ermittelten Messwerte werden üblicherweise aufge zeichnet und/oder in einem Datenverarbeitungssystem (nicht dargestellt) ausgewer tet und dargestellt.
So zeigt die Fig. 2 eine typische Signalaufzeichnung 300 des erfindungsgemäßen Sensorsystems 200 in Form eines Diagramms, auf dessen y-Achse eine Vielzahl von Parametern in Abhängigkeit von der Zeit (x-Achse) dargestellt ist. So kann beispiels weise die Temperatur, das Erdmagnetfeld, die lineare Beschleunigung in den drei Raumachsen, die Drehgeschwindigkeit usw. abgelesen werden. So zeigen die im Bereich mit der Bezeichnung "Linear Acceleration" erfassten Schwingungskurven 301 den Herzschlag, mit dessen Einwirkung auf den 6DoF-Sensor 210 in den drei Raum richtungen X, Y, Z, während im Feld mit der Bezeichnung "Gravity Factor" die zuge hörigen Schwingungskurven 302 für die Atemfrequenz dargestellt sind. Aus den auf gezeichneten Schwingungskurven 302 für die Atemfrequenz kann das Atemintervall 302A ermittelt werden. Um die Signalaufzeichnung 300 für den Anwender anschaulich darzustellen, ist bevorzugt vorgesehen, dass ein sogenanntes Hypnogramm 400 (Fig. 3) erstellt wird, in dem auf Basis der erhaltenen Signale bzw. Schwingungsmuster durch Umwandlung mittels mathematischer Algorithmen ein Schlafphasenverlauf 410 dargestellt ist. So können diesem Hypnogramm 400 die Dauer der einzelnen Schlafphasen, beispiels weise der Wachphase 411, der Traumphase (REM-Phase) 412, der Leichtschlafphase 413 sowie der Tiefschlafphase 414 entnommen werden. Zusätzlich erfolgt eine Aus wertung der einzelnen Schlafphasen als Kurvenverlauf 415 zur Darstellung der ein zelnen Schlafzyklen. Schließlich kann diesem Hypnogramm 400 zusätzlich allfällige Körperbewegung oder Körperaktivität 416 über die Schlafdauer gesehen entnommen werden.
Ebenso ist vorstellbar, dass zusätzliche Kurven zu Umgebungsparametern, wie bei spielsweise Temperaturverhältnisse, Lärmbelastung etc. oder andere physiologische Parameter wie Körpertemperatur in dieses Hypnogramm 400 aufgenommen werden.
Die Signalaufzeichnung 300 bzw. das Hypnogramm 400 erlaubt eine Beurteilung der Schlafqualität der auf der Schlafmatratze 210 befindlichen Person und kann als Nach weis für allfällige krankhafte Veränderungen, wie beispielsweise Schlafapnoe, Herz rhythmusstörungen usw. herangezogen werden.

Claims

WO 2022/020874 PCT/AT2021/060263 P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. System (1000) zur Erfassung der Schlafqualität mit einer Schlafmatratze (110), wobei zumindest ein in der Schlafmatratze (110) angeordnetes Sensorsystem (200) mit zumindest einem Sensor vorgesehen ist, und zumindest eine Aus werteeinheit mit dem zumindest einen Sensorsystem (200) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorsystem (200) zumindest einen innerhalb der Schlafmatratze (110) angeordneten Beschleu nigungssensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, die durch den Herzschlag und/oder durch die Atmung und/oder durch Bewegungen einer auf der Schlaf matratze (110) liegenden Person erzeugten Beschleunigungssignale zu erfas sen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als eine Inertiale Messeinheit mit einem 3DoF-Sensor, einem 6DoF-Sensor (210) oder einem 9DoF-Sensor ausgebildet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumin dest eine Sensorsystem (200) innerhalb der Schlafmatratze (110) im Bereich des Oberkörpers einer auf der Schlafmatratze (110) liegenden Person angeord net ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorsystem (200) zumindest einen weiteren Sensor auf weist, der vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Temperatursenso ren, Feuchtigkeitssensoren, Geräuschsensoren, Luftqualitätssensoren und/oder Lichtsensoren enthält.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlafmatratze (110) als Testmatratze ausgebildet ist, in der das zumindest eine Sensorsystem (200) angeordnet ist.
6. Verfahren zur Erfassung der Schlafqualität mit einem System (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Schlafmatratze (110), wobei zumindest ein in der Schlafmatratze (110) angeordnetes Sensorsystem (200) mit zumindest einem Sensor vorgesehen ist, und zumindest eine Auswerteeinheit mit dem zumindest einen Sensorsystem (200) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorsystem (200) zumindest einen Beschleu nigungssensor aufweist, mit dem die Herzfrequenz und/oder die Atmungs frequenz und/oder die Bewegungen einer auf der Schlafmatratze (110) liegen den Person gemessen werden, und in einem zweiten Schritt in der zumindest einen Auswerteeinheit der Schlafverlauf anhand der erhaltenen Messwerte mit tels mathematischer Methoden verarbeitet, und in einem dritten Schritt quali tativ und quantitativ beurteilt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zumindest einen Auswerteeinheit mathematisch verarbeiteten Messwerte als Hypnogramm (400) und/oder als ein die Schlafqualität repräsentierender Kennwert ausgegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorsystem (200) die Messwerte in vordefinierten Zeitinter vallen, vorzugsweise in Zeitintervallen zwischen 1 min und 15 min, besonders bevorzugt in Zeitintervallen zwischen 2 min und 5 min an die zumindest eine Auswerteeinheit übermittelt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Messwerte durch das zumindest eine Sensorsystem (200) in einer Frequenz von 100 Hz bis 10.000 Hz, bevorzugterweise von 500 Hz bis 5.000 Hz erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der ermittelten Ergebnisse Empfehlungen zur Verbesserung der Schlafqualität, vorzugsweise automatisiert ausgegeben werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfehlun gen Maßnahmen betreffen, wie beispielsweise zeitliche Empfehlungen in Hin blick auf den Beginn der Bettruhe, die Schlafdauer oder den Weckzeitpunkt, oder die Änderung von Umgebungsbedingungen, insbesondere das Raumklima oder die Lichtverhältnisse.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Schlafqualität auf Basis der ermittelten Ergebnisse Empfehlungen zur Anpassung der Schlafmatratze (110), insbesondere die Härte und/oder die Härtezonenverteilung in der Schlafmatratze (110) betreffend, aus gegeben und/oder vorzugsweise automatisiert vorgenommen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlafmatratze als Testmatratze fungiert, wobei das zumindest in der Testmatratze angeordnete zumindest eine Sensorsystem (200) auf Basis der ermittelten Ergebnisse Empfehlungen für die Auswahl einer individuell ange passten Schlafmatratze, vorzugsweise automatisiert ausgegeben werden.
2020 07 30
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