測定有利于喚醒的人類睡眠階段的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量人類狀態(tài)參數(shù)以用于診斷目的的領(lǐng)域，具體而言涉及測量表征人 類睡眠的參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知人類睡眠由被稱為REM睡眠和非REM睡眠的兩個階段交替地組成。在健康人 類的睡眠過程中，上述兩個階段在循環(huán)中彼此交替（通常4至6個循環(huán)）。經(jīng)驗顯示在REM 階段進行喚醒是最有利的。但是，有非常多的人們是被設(shè)定在特定時間的鬧鐘或其他隨機 因素喚醒的，這就意味著他們并不總是在最佳的睡眠階段被喚醒。因此，為了給人們提供更 舒適的生活條件，重要的是開發(fā)簡單、輕便且易于使用的測定有利于被喚醒的睡眠階段的 技術(shù)手段，并提供對產(chǎn)生喚醒聲響或其他信號的喚醒裝置的控制。
[0003] 已知有多種用于測定人類睡眠階段的方法，包括那些有利于喚醒的方法。
[0004] 醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，記錄多種生物電信號可以足夠可信地識別特定的睡眠階段，所述 生物電信號例如表征腦部生物電活動的EEG、反映肌肉活動的肌動電流圖或者表征眼部活 動中生物電位變化的E0G。然而，這些方法只能在醫(yī)療機構(gòu)中在受過特定訓練的人員的幫助 下使用，不能用于日常生活中。此外，眾多的內(nèi)部和外部因素都會影響人類睡眠，所以同一 個人的睡眠可能以不同的方式進行。因此，必須在給定的人目前心理狀態(tài)和睡眠條件的基 礎(chǔ)上測定其有利于被喚醒的睡眠階段
[0005] 已知有多種方法和裝置，被設(shè)計為基于該睡眠中的人的生理參數(shù)的實時測量來在 有利于被喚醒的睡眠階段對其喚醒。
[0006] 因此，專利RU 2061406記載了一種在預定睡眠階段對人喚醒的方法。為此目的， 在睡眠期間通過傳感器記錄EEG，以確定當前的REM階段，并以預定時間間隔產(chǎn)生的喚醒信 號與所述EEG同步。據(jù)作者所述，在REM睡眠期的腦電睡眠，是通過與β波在18赫茲到 32赫茲的范圍的出現(xiàn)的去同步化以及與存在的Θ波出現(xiàn)低幅混合活動來區(qū)分REM睡眠的 EEG0
[0007] 美國專利申請20110230790記載了一種在預定的最后喚醒時間之前的所需睡眠 階段中喚醒人的方法，以及確定開始睡眠的最佳時間的方法。該方法通過由連接著人臂或 腿的加速度計所記錄的機械運動來識別REM階段。
[0008] 美國專利申請20050190065記載了一種在最有利的睡眠階段喚醒人的方法。據(jù)作 者所述，通過以下特征來表征REM階段：心臟血流量增加；人體體溫調(diào)節(jié)能力降低（其體溫 可能隨著環(huán)境溫度上升或下降）；血管收縮和血管的血流量下降（這可以通過外周動脈血 壓計測量）；心率、血壓和呼吸速率上升和不穩(wěn)定。
[0009] 與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是專利DE 4, 209, 336,其中記載了在預設(shè)的期間和有 利的睡眠階段中的最佳時間喚醒人的方法。該方法通過測量心率、呼吸速率、頭部溫度或體 溫以及檢測眼部和肢體運動來識別REM階段。實施該方法的裝置可以被制成臂帶、耳夾、胸 帶等形式。
[0010] 對現(xiàn)有技術(shù)的分析表明，這種裝置無法足夠可靠地識別REM睡眠階段的開始和結(jié) 束，或者所述裝置會因為需要在人體上連接很多傳感器而使得睡覺的人感到很不舒服。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單可靠的方法來識別有利于被喚醒的睡 眠階段即REM睡眠，而且該方法能夠在一種易于與人體連接并且不會打擾人睡眠的裝置上 實現(xiàn)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，所述方法通過使用連接于人體的脈搏傳感器和至少一個運動傳感器 來分別記錄睡眠中的人的脈搏信號和肢體活動，來識別有利于被喚醒的人類睡眠階段，所 述脈搏信號作為計算RR間隔和呼吸速率的值的基礎(chǔ)；其中通過函數(shù)增量F(At1)來識別有 利于被喚醒的睡眠階段的開始和結(jié)束，該函數(shù)增量的值通過給定的時間間隔A tl確定，其 中i是所述時間間隔的系列號；所述函數(shù)增量如下式：
[0013] F ( Δ = -K1P1-K2P2-K3PfK 4PfK5PJK6P6，⑴
[0014] 其中=P1為在時間間隔Λ t i中RR間隔的平均值；
[0015] P2為在時間間隔Λ t i中RR間隔的最小值；
[0016] P3為在時間間隔Λ t i中RR間隔的最大值；
[0017] P4S之前的3-20分鐘的時間間隔中RR間隔的標準差；
[0018] P5為在時間間隔Λ t i中呼吸速率的平均值；
[0019] P6為在之前的0. 5-10分鐘內(nèi)檢測到的肢體運動的平均數(shù)；
[0020] K1 - K6是表征相應(yīng)參數(shù)P i - P6對函數(shù)F ( Δ t J的值的貢獻的權(quán)重系數(shù)。
[0021] 本發(fā)明人通過實驗事實確定了對有利于被喚醒的睡眠階段的識別的確定性和可 靠性，其中選定的參數(shù)P1-P6可以提供信息，當它們組合使用時，可以識別REM階段的開始 和結(jié)束。另一方面，僅僅通過記錄脈搏信號和人類肢體運動就可以完全測定上述全部參數(shù)， 這樣的測量僅需要使用連接至人體而不會打擾人睡眠的傳感器。另一個重要的事實是，所 選定的參數(shù)是等式（1)中具有某個權(quán)重系數(shù)K1-K6成員，這些權(quán)重系數(shù)也可以通過實驗測 定，這就使得所獲得的函數(shù)F (△ 的值能夠?qū)τ欣谌祟悊拘训碾A段的開始和結(jié)束進行 可靠的識別。
[0022] 在測量參數(shù)P4(RR間隔的標準差）的值時所使用的時間間隔的限度也通過實驗測 定如下：
[0023] 如果所述時間間隔小于3分鐘，則被稱為I型錯誤（"錯誤警報"）的概率會大到 不可接受；
[0024] 如果所述時間間隔大于20分鐘，則被稱為II型錯誤（"漏掉目標"）的概率會大 到不可接受。
[0025] 在測量參數(shù)P4的值時所使用的時間間隔優(yōu)選地為4分鐘至6分鐘。
[0026] 在測量參數(shù)P6(呼吸速率的平均值）的值時所使用的時間間隔的限度也通過實驗 測定如下：
[0027] 如果所述時間間隔小于0. 5分鐘，則I型錯誤的概率會大到不可接受；
[0028] 如果所述時間間隔大于10分鐘，則II型錯誤的概率會大到不可接受。
[0029] 在測量參數(shù)P6的值時所使用的時間間隔優(yōu)選地為4分鐘至6分鐘。
[0030] 特別地，對于健康人而言，下述權(quán)重系數(shù)的值已通過實驗測定：
[0031] 對于以毫秒為單位測定的參數(shù)P1，權(quán)重系數(shù)&的值的選擇范圍可以為0. 6ms 1至 3ms \ 優(yōu)選地為 0· 9ms 1至 I. 05ms S
[0032] 對于以毫秒為單位測定的參數(shù)P2，權(quán)重系數(shù)1(2的值的選擇范圍可以為0.1 ms 1至 0· 7ms \ 優(yōu)選地為 0· Ims 1 至 0· 2ms S
[0033] 對于以毫秒為單位測定的參數(shù)P3，權(quán)重系數(shù)1(3的值的選擇范圍可以為0.01ms 1至 0· 3ms \ 優(yōu)選地為 0· 02ms 1 至 0· 05ms S
[0034] 對于以毫秒為單位測定的參數(shù)P4，權(quán)重系數(shù)1(4的值的選擇范圍可以為0. 5ms 1至 3ms \ 優(yōu)選地為 I. 3ms 1至 I. 5ms S
[0035] 對于以分鐘1為單位測定的參數(shù)P5，權(quán)重系數(shù)1( 5的值的選擇范圍可以為1分鐘至 10分鐘，優(yōu)選地為1. 5分鐘至2. 3分鐘；
[0036] 對于參數(shù)P6，權(quán)重系數(shù)K6的選擇范圍可以為5至50,優(yōu)選地為18至24。
[0037] 在所述方法的具體實施方案中，可以使用固定在手腕或前臂上的壓電傳感器、應(yīng) 變計或光學傳感器來記錄脈搏，可以使用固定在臂或腿上的加速度計作為運動檢測器。
[0038] 時間間隔Δ tl的選擇范圍可以為1分鐘至6分鐘。
[0039] 具體而言，當在時間段At1內(nèi)，函數(shù)F(At1)的增量超過第一預設(shè)閾值時，識別為 有利于喚醒的睡眠階段的開始。
[0040] 具體而言，當在時間段At1內(nèi)，函數(shù)F(At1)的增量變得小于第二預設(shè)閾值時，識 別為有利于喚醒的睡眠階段的結(jié)束。
【附圖說明】
[0041] 通過以下【附圖說明】本發(fā)明：
[0042] 圖1顯示了對于一位受試者（8VAV)識別REM睡眠階段的實例，其中圖Ia顯示了 所記錄的一個REM階段的函數(shù)F(At1)的曲線，而圖Ib顯示了圖Ia所示的函數(shù)F(At1)的 增量AF(At1)的曲線；
[0043] 圖2顯示了與圖1所示相同的受試者（8VAV)的整個睡眠過程的函數(shù)F(At1)的 曲線，其中圖1更詳細顯示的曲線片段在圖2中用圓圈標示。
[0044] 圖3顯示了另一位受試者（7ESA)的整個睡眠過程的函數(shù)F(At1)的曲線；
[0045] 圖4顯示了又另一位受試者（3SQR)的整個睡眠過程的函數(shù)F(At1)的曲線；
[0046] 圖5和圖6示意性顯示了用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性便攜裝置的設(shè)計， 所述裝置為帶有傳感器的手環(huán)形式，其中圖5為該裝置從其與手腕接觸的內(nèi)側(cè)的視圖，圖6 從指示器所在的外側(cè)顯示所述裝置。
【具體實施方式】
[0047] 測定有利于被喚醒的睡眠階段的方法可以使用兩個傳感器來實施：脈搏傳感器和 能夠響應(yīng)臂或腿的運動的傳感器（即運動傳感器，例如加速度計）。所述傳感器可以彼此分 離地固定在人體上。例如，所述運動傳感器可以連接在臂或腿上，而所述脈搏傳感器可以固 定在手腕或前臂上。脈搏傳感器可以是壓電傳感器、應(yīng)變計或光學傳感器。優(yōu)選地，可以使 用對血液填充人體區(qū)域敏感的光學傳感器或者光體積描記傳感器。如果將脈搏傳感器和運 動傳感器都安裝在同一個裝置上就更方便了，例如以如圖5和圖6所示的可以戴在手腕上 的手環(huán)1的形式。
[0048] 如圖5所示，手環(huán)1的內(nèi)側(cè)帶有基于例如壓電電池的脈搏傳感器2。可以使用數(shù)個 脈搏傳感器來保證傳感器與測量脈搏信號的手腕區(qū)域的皮膚可靠地接觸。手環(huán)1 (見圖6) 可以帶有顯示初始設(shè)定和裝置運行模式的指示器3。所述裝置還可以例如通過安裝在所述 手環(huán)1上的振蕩器（圖中未示出）以在有利的睡眠階段產(chǎn)生喚醒信號?？梢栽谑汁h(huán)1內(nèi)側(cè) 安裝加速度計（圖中未示出）以檢測睡眠中的人的臂運動。脈搏傳感器2和加速度計與手 環(huán)1的測量單元相連接，所述測量單元用于記錄脈搏信號和加速度計產(chǎn)生的信號。所記錄 的信號由CPU進行處理，所述CPU可以位于手環(huán)1的測量單元