一種睡眠階段確定方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種睡眠階段確定方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]人的一生有近1/3的時(shí)間在睡眠中度過(guò)，睡眠的好壞直接關(guān)系到人體的記憶、學(xué)習(xí)、工作和免疫力等多個(gè)方面。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，壓力越來(lái)越大，很多人出現(xiàn)了睡眠問(wèn)題，睡眠監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]在睡眠監(jiān)測(cè)中，人的睡眠通常用6個(gè)階段的連續(xù)來(lái)描述，這6個(gè)階段通常包括:
[0004]1、清醒階段，可以記為醒。在這個(gè)階段，睡眠者的意識(shí)處于清醒狀態(tài)。
[0005]2、入睡階段，可以記為慢速眼球運(yùn)動(dòng)睡眠(non-rapid eye movements, NREM) I。在NREMl中，睡眠者的眼睛是閉上的，不過(guò)如果在此階段被喚醒，睡眠者可能感覺他還沒(méi)有睡著。
[0006]3、淺睡階段，可以記為NREM2。在NREM2中，睡眠者的身體準(zhǔn)備進(jìn)入深睡。
[0007]4、深睡階段，可以記為NREM3，睡眠者進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)。
[0008]5、延續(xù)深睡階段，可以記為NREM4，且睡眠者在NREM4中比在NREM3中睡得更深。
[0009]6、快速眼球運(yùn)動(dòng)階段,可以記為快速眼球運(yùn)動(dòng)睡眠(rapid eye movements, REM)。在REM中，與NREMl至NREM4的生理狀態(tài)有所區(qū)別，睡眠者的眼球在此階段時(shí)會(huì)快速移動(dòng)。
[0010]目前臨床上監(jiān)測(cè)睡眠階段的方法中，典型的方法是采用多導(dǎo)睡眠儀(Polysomnography, PSG)采集睡眠期間的生理信號(hào),包括腦電波(EEG)Jg^ji] (E0G)、肌肉運(yùn)動(dòng)(EMG)、心電(ECG)、血氧飽和度(Sp02)和呼吸信號(hào)。睡眠階段判斷主要基于對(duì)EEG的分析，并可以利用ECG和EEG進(jìn)行輔助判斷。然而PSG操作復(fù)雜，僅適用于醫(yī)院的臨床研究，在家庭監(jiān)測(cè)中難以推廣。
[0011]因此，目前通常將睡眠用三個(gè)階段的連續(xù)來(lái)描述，僅通過(guò)ECG進(jìn)行睡眠階段確定，使得即使不使用PSG，也可以進(jìn)行睡眠階段判斷，達(dá)到簡(jiǎn)化睡眠階段確定的目的。這三個(gè)睡眠階段包括:
[0012]1、醒或RHM。由于在利用心電或者心率變異率進(jìn)行睡眠描述時(shí)，醒和REM的表現(xiàn)是幾乎一樣的，因此，將睡眠用三個(gè)階段的連續(xù)來(lái)描述時(shí)，將清醒階段和REM劃分為一個(gè)階段。
[0013]2、淺度睡眠階段。將睡眠用三個(gè)階段的連續(xù)來(lái)描述時(shí)，將入睡階段和淺睡階段劃分為一個(gè)階段，并統(tǒng)一稱為淺度睡眠階段。
[0014]3、深度睡眠階段。將睡眠用三個(gè)階段的連續(xù)來(lái)描述時(shí)，將深睡階段和延續(xù)深睡階段劃分為一個(gè)階段，并統(tǒng)一稱為深度睡眠階段。
[0015]通過(guò)ECG進(jìn)行睡眠階段判斷時(shí)，主要包括心電特征提取和睡眠階段分類器兩個(gè)部分。其中，常用的心電特征主要是心率變異率(Heart rate variability, HRV)的特征,包括心率變異率的時(shí)域特征和頻域特征。常用的睡眠階段分類器主要是統(tǒng)計(jì)分類器，如支持向量機(jī)分類器，或隱馬爾可夫模型分類器。通過(guò)ECG進(jìn)行睡眠階段判斷的示意圖可以如圖1所示。首先，在訓(xùn)練模塊中，對(duì)ECG訓(xùn)練集進(jìn)行心電特征提取，利用提取出的心電特征進(jìn)行分類器訓(xùn)練，得到睡眠階段分類器；然后在使用模塊中，提取待處理ECG數(shù)據(jù)的心電特征，并根據(jù)提取出的心電特征，采用通過(guò)訓(xùn)練模塊得到的睡眠階段分類器確定睡眠階段。
[0016]目前通過(guò)ECG進(jìn)行睡眠階段確定的方案中，睡眠階段的確定結(jié)果由睡眠階段分類器決定。而睡眠階段分類器完全是利用訓(xùn)練集訓(xùn)練得到的。睡眠階段分類器的訓(xùn)練是一個(gè)有監(jiān)督學(xué)習(xí)的過(guò)程，需要具有標(biāo)簽的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)于基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的睡眠階段分類器，如支持向量機(jī)或者隱馬爾可夫模型，其分類能力依賴于訓(xùn)練集，這樣可能引起下面的問(wèn)題。每個(gè)人睡眠期間的心率狀況是不同的，而且，由于睡眠環(huán)境、身體狀態(tài)等不同因素，同一個(gè)人的不同日期的睡眠期間的心率狀況也是不同的。為了適應(yīng)不同的用戶，需要大量的訓(xùn)練樣本才可能覆蓋整個(gè)樣本空間。而睡眠數(shù)據(jù)的獲取是不容易的，而且人工標(biāo)注的工作量也很大。因此，難以獲得足夠的訓(xùn)練樣本。而在有限的訓(xùn)練樣本的情況下，睡眠階段分類器很難具有好的普適性，且睡眠階段確定的精度難以得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明實(shí)施例提供一種睡眠階段確定方法和系統(tǒng)，用于提高睡眠階段確定的精度，擴(kuò)大睡眠階段確定的普適性。
[0018]一種睡眠階段確定方法，所述方法包括:
[0019]確定指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)；
[0020]針對(duì)所述指定時(shí)段的一個(gè)時(shí)間片段，根據(jù)所述心率變異率數(shù)據(jù)確定至少一個(gè)特征參數(shù)；
[0021]根據(jù)所述特征參數(shù)與預(yù)設(shè)規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定所述時(shí)間片段對(duì)應(yīng)的睡眠階段；
[0022]其中，所述時(shí)間片段是根據(jù)不大于設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，將所述指定時(shí)段依次劃分得到的；所述睡眠階段為醒或快速眼球運(yùn)動(dòng)睡眠REM，深度睡眠階段和淺度睡眠階段中的一種。
[0023]一種睡眠階段確定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0024]確定模塊，用于確定指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)；
[0025]判斷模塊，用于針對(duì)所述指定時(shí)段的一個(gè)時(shí)間片段，根據(jù)所述確定模塊確定出的心率變異率數(shù)據(jù)確定至少一個(gè)特征參數(shù)，根據(jù)所述特征參數(shù)與預(yù)設(shè)規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定所述時(shí)間片段對(duì)應(yīng)的睡眠階段；其中，所述時(shí)間片段是根據(jù)不大于設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，將所述指定時(shí)段依次劃分得到的；所述睡眠階段為醒或快速眼球運(yùn)動(dòng)睡眠REM，深度睡眠階段和淺度睡眠階段中的一種。
[0026]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，可以利用心率變異率數(shù)據(jù)的特征參數(shù)，來(lái)進(jìn)行睡眠階段的識(shí)別。因此，僅需要在確定出心率變異率數(shù)據(jù)后，根據(jù)一個(gè)時(shí)間片段對(duì)應(yīng)的心率變異率數(shù)據(jù)的特征參數(shù)與預(yù)設(shè)規(guī)則的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可以確定出該時(shí)間片段對(duì)應(yīng)的睡眠階段，而無(wú)需采集訓(xùn)練樣本來(lái)確定睡眠階段分類器，解決了由于訓(xùn)練樣本不足導(dǎo)致的睡眠階段確定的精度較低，睡眠階段分類器普適性較差的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的通過(guò)ECG進(jìn)行睡眠階段判斷的示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的睡眠階段確定方法的步驟流程圖；
[0029]圖3 (a)為本發(fā)明實(shí)施例一提供的每30秒的心率變異率數(shù)據(jù)均值數(shù)組曲線示意圖；
[0030]圖3 (b)為本發(fā)明實(shí)施例一提供的圖3 Ca)所示曲線的趨勢(shì)變化圖；
[0031]圖4 Ca)為本發(fā)明實(shí)施例一提供的未經(jīng)過(guò)異常處理的心率變異率數(shù)據(jù)曲線示意圖；
[0032]圖4 (b)為本發(fā)明實(shí)施例一提供的經(jīng)過(guò)異常處理的心率變異率數(shù)據(jù)曲線示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的睡眠階段確定方法的步驟示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實(shí)施例二提供的第一級(jí)規(guī)則邏輯圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二提供的第二級(jí)規(guī)則邏輯圖；
[0036]圖8為本發(fā)明實(shí)施例三提供的睡眠階段確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本案發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，心率變異率數(shù)據(jù)的特征參數(shù)可以用于表征睡眠階段，因此，可以通過(guò)心率變異率數(shù)據(jù)的特征參數(shù)進(jìn)行睡眠階段的識(shí)別。而利用本發(fā)明提供的方案確定睡眠階段，不存在利用睡眠階段分類器進(jìn)行睡眠階段分類時(shí)，訓(xùn)練樣本有限的問(wèn)題，可以有效提高睡眠階段確定的精度，擴(kuò)大睡眠階段確定的普適性，對(duì)健康人群、存在睡眠障礙的人群都能有效地進(jìn)行睡眠階段確定。
[0038]本發(fā)明方案中還可以結(jié)合睡眠醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)的研究成果進(jìn)行睡眠階段的確定。例如，可以根據(jù)隨著睡眠時(shí)間的增加，心率會(huì)隨之發(fā)生變化的特點(diǎn)進(jìn)行睡眠階段的確定。具體的，可以根據(jù)隨著睡眠時(shí)間的增加，心率有變慢的趨勢(shì)的特點(diǎn)，對(duì)心率變異率數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)分析，使得預(yù)設(shè)規(guī)則時(shí)，可以無(wú)需考慮睡眠時(shí)間的影響，簡(jiǎn)化特征參數(shù)與預(yù)設(shè)規(guī)則的匹配過(guò)程，進(jìn)一步提高睡眠階段確定的精度。
[0039]更進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例中，除了可以利用心率變異率的特征參數(shù)來(lái)確定睡眠階段外，還可以結(jié)合其他體征信號(hào)，如加速度信號(hào)和/或鼾聲信號(hào)，來(lái)確定睡眠階段。而且，本發(fā)明實(shí)施例中，還可以利用睡眠階段出現(xiàn)的規(guī)律來(lái)進(jìn)一步確定睡眠階段。例如，根據(jù)在REM之后不會(huì)馬上進(jìn)入深度睡眠階段，睡眠先經(jīng)過(guò)深度睡眠階段或淺度睡眠階段，才會(huì)進(jìn)入REM等規(guī)律，實(shí)現(xiàn)睡眠階段的綜合判斷。
[0040]以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。并且在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0041]實(shí)施例一、
[0042]本發(fā)明實(shí)施例一提供一種睡眠階段確定方法，該方法的步驟流程可以如圖2所示，包括:
[0043]步驟101、確定指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)。
[0044]在本步驟中，可以確定睡眠者在指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)，用于后續(xù)確定該睡眠者在所述指定時(shí)段對(duì)應(yīng)的睡眠情況的描述。
[0045]所述心率變異率數(shù)據(jù)可以是通過(guò)采集到的體征信號(hào)來(lái)確定的，當(dāng)然，本步驟也可以理解為接收已經(jīng)預(yù)先得到的指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)。所述體征信號(hào)可以但不限于為心電信號(hào)或脈搏波信號(hào)，任何可以用于確定心率變異率數(shù)據(jù)的體征信號(hào)均可以理解為適用于本實(shí)施例。例如，在本步驟中，可以提取采集到的所述指定時(shí)段內(nèi)心電信號(hào)的R波位置，根據(jù)所述R波位置確定所述指定時(shí)段內(nèi)的心率變異率數(shù)據(jù)，具體的，可以基于小波變換的方法或積分的方法提取所述心電信號(hào)的R波位置；或者，提取采集到的所述指定時(shí)段內(nèi)脈搏