睡眠質量管理設備、處理單元以及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種睡眠質量管理設備、處理單元以及方法。睡眠質量管理設備包括傳感器模塊和處理單元。所述傳感器模塊配置用于提供心率信號和皮膚電傳導信號。所述處理單元耦接至傳感器模塊。所述處理單元配置用于根據(jù)心率信號和皮膚電傳導信號，確定睡眠階段和壓力水平從而判斷有壓力的夢境發(fā)生。當睡眠階段對應于快速眼動(REM)階段并且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，判斷為有壓力的夢境發(fā)生。本發(fā)明通過以上方案可以有效地確認有壓力的夢境發(fā)生。
【專利說明】
睡眠質量管理設備、處理單元以及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明通常涉及個人健康裝置、計算裝置、以及用于收集個人健康數(shù)據(jù)的方法，并且尤其是睡眠質量管理設備、處理單元以及方法。
【背景技術】
[0002]睡眠對于健康是尤其重要的，睡眠質量差是導致許多健康問題的主要原因。典型地，每個人每晚擁有4至6個睡眠周期，每個睡眠周期的時長在60至120分鐘之間，并且每個睡眠周期包括不同比例的快速眼動(Rapid Eye Movement, REM)階段和非快速眼動階段(其進一步分為N1、N2和N3階段)。在熬夜期間睡眠階段的次序(非快速眼動階段N1、N2、N3和快速眼動階段)有時會被短暫覺醒周期干擾。首先出現(xiàn)淺度的非快速眼動階段(NI和N2階段)，并且通常在進入深度的非快速眼動階段(N3階段)之前交替出現(xiàn)短暫覺醒周期?？焖傺蹌与A段間隔約90分鐘出現(xiàn)。隨著夜幕漸深，快速眼動階段變得更長，而非快速眼動階段變得更短暫且更淺。生理信號被用于確定某一主體的睡眠階段，所述生理信號例如為心率。
[0003]快速眼動階段對于大腦處理和加固情感、記憶以及壓力是必不可少的。雖然夢境也可以發(fā)生在其他睡眠階段，但是大部分的夢境發(fā)生在快速眼動階段。不好的夢境，例如噩夢，會使睡眠質量惡化。已知的檢測不好的夢境的方法包括分析基于深度的非快速眼動階段和淺度的非快速眼動階段的比例的腦電圖(Electroencephalography，EEG)信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了睡眠質量管理設備和方法。
[0005]本發(fā)明提供一種睡眠質量管理設備，包括傳感器模塊，用于提供心率信號和皮膚電傳導信號；以及處理單元，耦接至傳感器模塊，用于根據(jù)心率信號和皮膚電傳導信號來確定睡眠階段和壓力水平，從而識別有壓力的夢境發(fā)生，其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。
[0006]本發(fā)明還提供一種處理單元，包括睡眠階段分類器，用于根據(jù)心率信號和睡眠階段分類模型來確定睡眠階段；壓力水平檢測器，用于根據(jù)皮膚電傳導信號和壓力水平分類模型來確定壓力水平；以及有壓力的夢境識別器，用于根據(jù)睡眠階段和壓力水平來確定有壓力的夢境發(fā)生，其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。
[0007]本發(fā)明還提供一種由包括傳感器模塊和處理單元的設備實施的睡眠質量管理方法，方法包括以下步驟:根據(jù)心率信號確定睡眠階段；根據(jù)皮膚電傳導信號確定壓力水平；以及根據(jù)睡眠階段和壓力水平識別有壓力的夢境發(fā)生，其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。
[0008]本發(fā)明通過以上方案可以有效地確認有壓力的夢境發(fā)生。
【附圖說明】
[0009]通過閱讀以下參考相關圖的詳細描述和解釋能夠更充分地理解本發(fā)明，其中:
[0010]圖1A所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠質量管理設備的典型框圖；
[0011]圖1B所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的睡眠質量管理設備的典型框圖；
[0012]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠質量管理設備的框圖；
[0013]圖3A所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠階段分類器的示意圖；
[0014]圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的確定睡眠階段的信號處理流程圖；
[0015]圖4A所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的壓力水平檢測器的示意圖；
[0016]圖4B所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于確定壓力水平的信號處理流程圖；
[0017]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于確定睡眠階段的另一信號處理流程圖；
[0018]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于確定壓力水平的另一信號處理流程圖；
[0019]圖7A和7B所示為根據(jù)本發(fā)明一些實施例的有壓力的夢境檢測的節(jié)能實施方式；
[0020]圖8A和SB所示為根據(jù)本發(fā)明另一些實施例的有壓力的夢境檢測的控制信號；
[0021]圖9所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于節(jié)能的有壓力的檢測技術；
[0022]圖1OA和1B描繪了根據(jù)本發(fā)明一實施例的展示用于睡眠質量管理的可穿戴裝置的示范模型；
[0023]圖11所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠質量管理方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]以下描述實施本發(fā)明的最佳預期模式。該描述用于說明本發(fā)明的一般原則，而并不應被理解為限定性的。本發(fā)明的保護范圍最優(yōu)先由權利要求確定。
[0025]圖1A所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠質量管理設備的典型框圖。睡眠質量管理設備100A包括傳感器模塊110和處理單元120。所述傳感器模塊110配置為提供心率信號HRS和皮膚電傳導信號SCS。所述傳感器模塊110的輸入為生理特征PC，所述生理特征PC可以是適于提供與心率信號HRS和皮膚電傳導信號SCS信息有關的任何生理特征。所述生理特征PC可以包括但不僅限于心率、皮膚電傳導、體溫和人體的動作。所述處理單元120耦接至傳感器模塊110，并且配置為根據(jù)心率信號HRS和皮膚電傳導信號SCS來確定睡眠階段和壓力水平，從而判定有壓力的夢境發(fā)生。所述有壓力的夢境發(fā)生是指某人處于快速眼動(REM)階段并且某人承受壓力的生理狀態(tài)。因此，當睡眠階段對應于快速眼動狀態(tài)且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，判定為有壓力的夢境發(fā)生。當使用者承受到相當大的壓力時，所述有壓力的狀態(tài)通常是指生理狀態(tài)。關于有壓力的狀態(tài)的詳細處理將在隨后描述。處理單元120的輸出為有壓力的夢境發(fā)生信號SD0S。所述有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS可以是I比特信號，當判定到有壓力的夢境發(fā)生時，所述信號設置為l’bl，當未判定有壓力的夢境發(fā)生時，所述信號設置為I’ b0o
[0026]值得注意的是心率信號HRS可以指任何與心臟相關的生理信號，由該信號可以獲得包括任何與心臟相關的生理信息但不僅限于心跳、心率(每分鐘的心跳)和心率變異(HRV) ο所述心率變異(HRV)是指心跳之間時間間隔的變化，其反應了個體當前的健康狀況。
[0027]圖1B所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的睡眠管理設備的典型框圖。睡眠質量管理設備10B包括傳感器模塊110、處理單元120和反饋單元130。所述傳感器模塊110可以穿戴在使用者140 (人體)身上，并且從使用者140獲得生理特征PC。圖1A和圖1B的區(qū)別在于增加了反饋單元130。所述反饋單元130親接至處理單元120，并且當判定到有壓力的夢境發(fā)生時用于產(chǎn)生通知信號NS。在一實施例中，當判定到有壓力的夢境發(fā)生時，將所述有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS設置為lb’ I ;一旦“看到”有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS為lb’ 1，所述反饋單元130就生成通知信號NS。在本發(fā)明的另一實施例中，所述通知信號NS為音頻信號、光信號或振動信號，其可以為使用者140提供警示。
[0028]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的睡眠質量管理設備的框圖。睡眠質量管理設備200包括傳感器模塊210、處理單元220以及反饋單元230。所述傳感器模塊210配置為根據(jù)使用者240的生理特征來提供心率信號HRS和皮膚電傳導信號SCS。所述處理單元220耦接至傳感器模塊210，并且配置為根據(jù)心率信號HRS和皮膚電傳導信號SCS確定睡眠階段SS和壓力水平SL，從而判定有壓力的夢境發(fā)生。當睡眠階段SS對應于快速眼動階段并且壓力水平SL對應于有壓力的狀態(tài)時，判定為有壓力的夢境發(fā)生。所述處理單元220的輸出為有壓力的夢境發(fā)生信號SD0S，該信號用于通知有壓力的夢境發(fā)生。所述反饋單元230耦接至處理單元220，并且配置為根據(jù)有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS生成通知信號NS。所述通知信號NS可以為音頻信號、光信號和振動信號中的至少一種，將其提供給使用者240。
[0029]傳感器模塊210包括心率傳感器212和皮膚電傳導傳感器214。所述心率傳感器212配置為提供心率信號HRS，而所述皮膚電傳導傳感器214配置為提供皮膚電傳導信號SCS0心率傳感器212和皮膚電傳導傳感器214可以穿戴在使用者240身上。
[0030]在一實施例中，所述心率傳感器212可以是血管容積圖(PPG)傳感器。如此一來，所述心率信號HRS就是血管容積圖(PPG)信號。所述血管容積圖(PPG)信號是光學手段獲得的容積描記圖、器官的容積測量。一種獲得血管容積圖(PPG)信號的方法是借助穿過毛細血管床的光照來檢測皮下的血液灌注。隨著動脈脈動使毛細血管床充盈、血管容積的改變使入射光的吸收、反射或散射發(fā)生了變化，因此反射/透射光相互結合能夠指示心血管事件的時機，所述心血管事件例如心率。因此血管容積圖(PPG)傳感器可以包括(i)照射皮膚的周期性光源、(ii)測量光吸收變化的光檢測器、和(iii)由光檢測器的輸出確定使用者心率的電路系統(tǒng)。隨著每個心動周期，心臟將血液抽送至周身。即便壓力脈沖在到達皮膚時會有所減弱，但是足夠使皮下組織的動脈和小動脈擴張。通過將發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光照射在皮膚上來檢測由于壓力脈沖而造成的容積改變，隨后測量透射或反射至光電二極管的光量。血管容積圖(PPG)信號可以描述為時域波形，所述時域波形包括直流(DC)分量和交流(AC)分量。信號的直流(DC)分量是由于皮膚組織的大量吸收造成的，而交流(AC)分量是直接由于因心動周期的壓力脈沖導致的皮膚血量的變化而造成的。通過分析血管容積圖(PPG)的信號特征，能夠獲得與心臟相關的生理信息，例如心率。
[0031]所述皮膚電傳導傳感器214或皮膚電傳導儀表感應來自于使用者240的皮膚的電傳導從而提供皮膚電傳導信號SCS。所述皮膚電傳導是指皮膚的電傳導率，皮膚的電傳導率取決于皮膚上因汗水而導致的濕度。汗水受交感神經(jīng)系統(tǒng)控制，所以被用來作為心理或生理覺醒的指標。如果自主神經(jīng)系統(tǒng)的交感支高度亢奮，則汗腺的活動也增加，反過來增加皮膚的電傳導。以此方法，皮膚電傳導可以應用于情緒和交感反應的測量。因此，皮膚電傳導傳感器214可以包括兩個電極，兩個電極相距一段距離放置，用于檢測皮膚電傳導的變化，從而提供皮膚電傳導信號SCS。
[0032]在一實施例中，除了心率傳感器212和皮膚電傳導傳感器214之外，可以在傳感器模塊210內(nèi)設置一個或多個其他的傳感器。例如，可以把動作傳感器或溫度傳感器的功能加入到心率傳感器212中，用于從使用者240處獲得更準確的與心臟相關的生理信息。在一實施例中，所述傳感器模塊210可以進一步包括動作傳感器、溫度傳感器和處理單元220，所述動作傳感器用于檢測使用者240的動作，所述溫度傳感器用于檢測使用者240的體溫，所述處理單元220用于進一步地根據(jù)使用者240的動作或體溫來確定睡眠階段和壓力水平。
[0033]所述處理單元220包括睡眠階段分類器222、壓力水平檢測器224和有壓力的夢境識別器226。所述睡眠階段分類器222用于根據(jù)心率信號HRS和睡眠階段的分類模型來確定睡眠階段SS。所述壓力水平檢測器224用于根據(jù)皮膚電傳導信號SCS和壓力水平的分類模型來確定壓力水平SL。所述有壓力的夢境識別器226用于根據(jù)睡眠階段SS和壓力水平SL來判定有壓力的夢境發(fā)生，并且輸出對應的有壓力的夢境發(fā)生信號SD0S。當睡眠階段SS對應于快速眼動階段并且壓力水平SL對應于有壓力的狀態(tài)時，判定為有壓力的夢境發(fā)生。在一實施例中，至少部分處理單元220由處理器來實施，所述處理器例如為中央處理器(CPU)或數(shù)字信號處理器(DSP)，其執(zhí)行包括機器語言和高級語言的程序指令。在另一實施例中，所述處理單元220由固定或專屬的硬件邏輯來實施。
[0034]所述反饋單元230接收來自于有壓力的夢境識別器226的有壓力的夢境發(fā)生信號SD0S。當有壓力的夢境發(fā)生信號指示判定有壓力的夢境發(fā)生時，反饋單元230生成通知信號NS，所述通知信號NS可以是音頻信號、光信號或振動信號，其用于使使用者240從“有壓力的夢境”的狀態(tài)中脫離。
[0035]圖3A所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的睡眠階段分類器的示意圖。所述睡眠階段分類器222包括預處理模塊302、特征提取模塊304和分類模塊306。所述預處理模塊302過濾掉來自于心率傳感器212的心率信號HRS中的噪音和人為因素，以提供經(jīng)過濾的信號FSl。所述特征提取模塊304處理經(jīng)過濾的信號FSl來導出生理特征信號PFS1，所述生理特征信號PFSl可以包括例如心跳、心率或心率變異性(HRV)的生理特征。所述分類模塊306根據(jù)生理特征信號PFSl和睡眠階段分類模型SSCM來確定睡眠階段SS。確定睡眠階段SS的詳細方法請參見圖3B。
[0036]圖3B所示為本發(fā)明一實施例確定睡眠階段的信號處理流程圖。請參考圖3A來查看圖3B。由心率檢測器212發(fā)出的心率信號HRS被預處理模塊302接收。如圖3B所示，所述心率信號HRS在一定程度上受到某些噪音或人為因素干擾。所述心率信號HRS隨后經(jīng)預處理模塊302過濾以提供過經(jīng)過濾的信號FS1。隨后所述經(jīng)過濾的信號由特征提取模塊304處理以獲得心跳HB。隨后，通過計算各對連續(xù)心跳HB之間的平均時間間隔以獲得心率HR。在此，所述心率HR為每分鐘69.5次心跳(BPM)。生理特征信號PFSl進一步基于心率HR的變化而獲得。在此，所述生理特征信號PFSl表示心率變異性(HRV)。隨后所述特征提取模塊304向分類模塊306輸出生理特征信號PFSl，分類模塊306根據(jù)生理特征信號PFSl和睡眠階段分類模型SSCM確定睡眠狀態(tài)SS。
[0037]如圖所示，分類模型SSCM包括與不同睡眠階段相關的不同心率變異性(HRV)水平。所述睡眠階段分類模型SSCM定義了 5種不同的睡眠階段:覺醒，非快速眼動階段(N1、N2和N3)以及快速眼動階段。此外，所述睡眠階段SS可以是用于表示睡眠階段分類模型SSCM的5種不同睡眠階段的3比特信號。典型地，在快速眼動階段、非快速眼動階段和覺醒的睡眠階段之中，在快速眼動階段期間的心率變異性(HRV)是最大的。在深度非快速眼動階段期間的心率變異性(HRV)小于在淺度非快速眼動階段期間的心率變異性(HRV)。在覺醒時的心率變異性(HRV)小于在快速眼動階段期間的心率變異性(HRV)但是大于在淺度非快速眼動階段期間的心率變異性(HRV)。一種確定睡眠階段SS的方法是通過將生理特征信號PFSl與睡眠階段分類模型SSCM所定義的不同睡眠階段的心率變異性(HRV)水平相比較。因此，可以確定睡眠階段SS、快速眼動階段、非快速眼動階段或覺醒階段，并輸出至如圖3A所示的有壓力的夢境識別器226。當然，更先進的數(shù)學計算，例如可以替代應用睡眠階段分類模型SSCM和生理特征信號PFSl之間的相互關聯(lián)。
[0038]根據(jù)另一實施例，睡眠階段分類模型SSCM可以包括對應不同睡眠階段的不同頻率能量分量。這里尤其可以是低頻(LF ；0.04-0.15Hz)部和高頻(HF ；>0.15Hz)部。并且已知在非快速眼動階段心率變異性(HRV)在高頻部增加，在低頻部減小，而在快速眼動階段出現(xiàn)相反變化。同時，報告示出隨著睡眠階段的深入，低頻顯著減小。通過例如前述的一些數(shù)學換算，利用睡眠分類模型SSCM的信息，同樣也可以確定睡眠狀態(tài)SS。
[0039]如圖4A所示為根據(jù)本發(fā)明實施例的壓力水平檢測器的示意圖。所述壓力水平檢測器224包括預處理模塊402、特征提取模塊404和分類模塊406。所述預處理模塊402從皮膚電傳導傳感器214過濾皮膚電傳導信號SCS內(nèi)的噪聲和人為因素，以提供經(jīng)過濾的信號FS2。所述特征提取模塊404處理經(jīng)過濾的信號FS2以導出生理特征信號PFS2，所述生理特征信號PFS2可以包括與皮膚電傳導信號SCS相關的生理特征，例如皮膚電傳導局部峰值的出現(xiàn)頻率。所述分類模塊406根據(jù)生理特征信號PFS2和壓力水平分類模型SLCM確定壓力水平SL。確定壓力水平SL的詳細方法請參見圖4B。
[0040]請參考圖4A查看圖4B。所述壓力水平檢測器224接收皮膚電傳導信號SCS，其以皮膚電傳導的時域曲線示出。如圖所示，所述皮膚電傳導信號SCS —定程度上受到某些噪聲或人為因素的干擾。所述皮膚電傳導信號SCS隨后經(jīng)預處理模塊402過濾以移除噪聲或人為因素，用于提供經(jīng)過濾的信號FS2。隨后所述經(jīng)過濾的信號FS2經(jīng)特征提取模塊404處理以獲得生理特征信號PFS2，所述生理特征信號PFS2代表皮膚電傳導信號SCS達到其局部峰值的瞬時。隨后，所述生理特征信號PFS2經(jīng)分類模塊406處理，分類模塊406將皮膚電傳導局部峰值發(fā)生率與壓力水平分類模型SLCM進行比較。
[0041]例如，所述壓力分類模型SLCM包括相對于不同壓力水平發(fā)生皮膚電傳導局部峰值的分布。所述分布可以從人體的皮膚電傳導局部峰值的發(fā)生頻率的歷史統(tǒng)計中收集。通常來講，局部峰值的發(fā)生頻率越高，人體的壓力水平也隨之增加。因此，基于生理特征信號PFS2和壓力水平分類模型SLCM，可以通過與所述有關睡眠階段分類器222的類似的數(shù)學方法確定壓力水平SL。
[0042]壓力水平SL和有壓力的狀態(tài)之間的關系將在下文更充分的討論。如圖4B所示，由壓力水平檢測器輸出的壓力水平SL具有五種級別:“非常放松”、“放松”、“舒服”、“有壓力”以及“壓力非常大”。作為第一個實例，可以定義為，當壓力水平SL為“有壓力”或“壓力非常大”時，則壓力水平SL對應有壓力的狀態(tài)。作為第二個實例，可以定義為，僅當壓力水平SL為“壓力非常大”時，壓力水平SL才對應于有壓力的狀態(tài)。作為另一實施例，壓力水平和有壓力的狀態(tài)之間的映射可以人為設置。為了覆蓋上述五種壓力狀態(tài)，所述壓力狀態(tài)可以為3比特信號。然而，作為另一實例，所述壓力檢測器可以直接確定是否檢測到有壓力的狀態(tài)。同樣的，所述壓力水平SL可以是I比特信號。當所述壓力水平SL被設置為I’ bl時，意味著檢測到有壓力的狀態(tài)。當所述壓力水平SL被設置為I’ bO時，意味著并未檢測到有壓力的狀態(tài)。
[0043]請很快的回顧圖2有關有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS的產(chǎn)生的描述。所述有壓力的夢境識別器226從睡眠階段分類器222和睡眠水平檢測器224分別接收睡眠狀態(tài)SS以及壓力水平SL。隨后，所述有壓力的夢境識別器226根據(jù)睡眠狀態(tài)SS和壓力水平SL確定有壓力的夢境發(fā)生。當睡眠狀態(tài)SS對應于快速眼動狀態(tài)并且壓力水平SL對應于有壓力的狀態(tài)時，確定有壓力的夢境發(fā)生。根據(jù)發(fā)生有壓力的夢境判斷而生成的有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS可以是I比特信號。在一實例中，當判定有壓力的夢境發(fā)生時，所述有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS設置為I’ bl0否則，所述有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS設置為I’ b0o
[0044]上述討論的有壓力的夢境判定為人體睡眠質量的評價提供一些見解。睡眠質量測量一個人的睡眠有“多好”，并且有多重因素和方法來對其進行評估。對于圖3的睡眠階段分類模型SSCM所定義的分為覺醒、N1、N2、N3和快速眼動狀態(tài)的睡眠階段，睡眠質量指數(shù)可以定義為“ (FT(N3)+FT(REM)-FT(有壓力的夢境發(fā)生))/(FT (NI) +FT (N2) +FT (N3) +FT (REM)) ”，其中FT O表示睡眠中使用者經(jīng)歷特殊睡眠階段的時間總量。在一實施例中，所述睡眠質量指數(shù)由圖2中的處理單元220計算。換言之，所述處理單元220配置為根據(jù)深度睡眠階段(N3)、快速眼動階段的周期和有壓力的夢境發(fā)生的周期提供睡眠質量指數(shù)。所述睡眠質量指數(shù)可以從有壓力的快速眼動階段(有壓力的夢境發(fā)生)中區(qū)分出沒有壓力的快速眼動狀態(tài)。在檢測到?jīng)]有壓力的快速眼動階段的情況下，可以認為睡眠質量良好。在檢測到伴隨壓力的快速眼動階段情況下，睡眠質量實際上并不好。因此，睡眠質量指數(shù)可以更準確的反應使用者240的真實睡眠質量。在一實施例中，通過處理單元220中的某些固定或專屬的邏輯硬件導出睡眠質量指數(shù)。在另一實施例中，通過基于指令的計算模塊(例如通用的處理器)來計算睡眠質量指數(shù)。
[0045]在當今的電子或醫(yī)療裝置中功率成為主要討論的問題，以下為根據(jù)其他實施例的本發(fā)明的一些其他方面。圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例用于確定睡眠階段的另一信號處理流程。如圖5所示，心率信號HRS在心率傳感器212中被過濾導出經(jīng)過濾的信號FSlL0隨后，經(jīng)過濾的信號FSlL在心率傳感器212中被處理以獲得心跳HBL。這可以通過將一些模擬電路和已有傳感器一起設置在心率傳感器模塊212內(nèi)來實現(xiàn)。已知模擬電路能夠很好的處理例如過濾和簡單的數(shù)學計算，例如尋找波形局部峰值。此外，與使用數(shù)字電路相比，實施該任務時使用模擬電路的功率消耗明顯比使用數(shù)字電路低。
[0046]在圖5中，所述睡眠階段分類器222的輸入為心跳HBL，而不是心率信號HRS。心跳HBL具有每秒鐘約I至2個樣本的抽樣率，然而心率信號HRS具有每秒鐘約250個樣本的抽樣率。這是因為約每I秒鐘發(fā)生一次心跳，但代表心率信號HRS的波形足夠精準，該抽樣率將在每秒鐘幾百個樣本以上。所述睡眠分類器222或多或少可以由數(shù)字電路實施，更低的輸入抽樣率需要更低的時鐘速率，反過來降低功率消耗。值得注意的是，圖5中的其余部分類似于圖3B中的理解，出于簡潔的目的而省略描述。
[0047]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于確定睡眠階段的另一信號處理流程。如圖6所示，所述皮膚電傳導傳感器214過濾皮膚電傳導信號SCS以獲得經(jīng)過濾的信號FS2L。隨后，經(jīng)過濾的信號FS2L還在皮膚電傳導傳感器214中處理以導出生理特征信號FS2L?？梢酝ㄟ^在皮膚電傳導傳感器214內(nèi)與已知傳感器一起設置一些模擬電路來實現(xiàn)。因此，所述壓力水平檢測器224的輸入為生理特征信號PFS2L，而不是皮膚電傳導信號SCS。建議皮膚電傳導信號SCS的抽樣率大于每秒鐘10個樣本，同時生理特征信號PFS2L可以具有每秒鐘低于I個樣本的抽樣率。
[0048]圖7A和7B所示為根據(jù)本發(fā)明部分實施例的用于有壓力的夢境檢測的節(jié)能實施方式。結合圖2能夠更容易的理解圖7A和7B。首先請參見圖7A和圖2。在步驟S702A中，所述睡眠階段分類器222根據(jù)心率信號HRS和睡眠階段分類模型確定睡眠階段SS，在這里由所述心率傳感器212提供心率信號HRS。更具體而言，睡眠階段的確定步驟可以包括以下兩個子步驟。首先，根據(jù)心率信號HRS提供心率變異性(HRV)。其次，根據(jù)心率變異性(HRV)和睡眠階段分類模型確定睡眠階段SS。在同一時間，可以關閉皮膚電傳導傳感器214和壓力水平檢測器224，也就是，由皮膚電傳導傳感器214和壓力水平檢測器224浪費的功率消耗為O或非常小。所述皮膚電傳導傳感器214和壓力水平檢測器224直到要確定睡眠階段所對應的快速眼動(REM)階段時才開啟。
[0049]在步驟S704A中，無論是否檢測到對應于快速眼動(REM)階段的睡眠階段SS，當睡眠階段SS對應于快速眼動(REM)階段時激活壓力水平檢測器224。步驟S704A可以由睡眠階段分類器222或有壓力的夢境識別器226來實施。值得注意的是，步驟S702A和步驟S704A實際上可以同時執(zhí)行。在一實施例中，當睡眠階段分類器222通知有壓力的夢境識別器226，睡眠階段對應于快速眼動(REM)階段，所述有壓力的夢境識別器226生成電源開啟信號以開啟皮膚電傳導檢測器214和壓力水平檢測器224的電源。隨后執(zhí)行步驟S706A，并且壓力水平檢測器224檢測壓力水平SL。另一方面，當在步驟S702A中發(fā)現(xiàn)睡眠狀態(tài)SS并不對應于快速眼動階段時，不能執(zhí)行步驟S706A，因此壓力水平檢測器224和皮膚電傳導傳感器214保持未開啟。請注意，在步驟S706A中，為了睡眠階段SS的連續(xù)確定，所述心率傳感器212和睡眠階段分類器222可以保持開啟。
[0050]對于另一節(jié)能的實施方式，請參見圖7B以及圖2。在步驟S702B中，所述壓力水平檢測器224根據(jù)皮膚電傳導信號SCS和睡眠階段分類模型確定壓力水平SL，其中所述皮膚電傳導信號SCS由皮膚電傳導傳感器214提供。值得注意的是，在步驟S701B中，關閉所述心率傳感器212和睡眠階段分類器222，即由心率傳感器212和睡眠階段分類器222浪費的功率消耗可以為O或非常低。直到發(fā)現(xiàn)壓力水平超過預設水平，例如圖4B中所定義的“有壓力”時，開啟所述心率傳感器212和睡眠階段分類器222。在步驟S704B中，無論所檢測到的壓力水平SL是否超過預設水平。一旦壓力水平超過預設水平，激活睡眠階段分類器222以確定睡眠階段SS (步驟S706B)。當壓力水平SL并未超過預設水平，則不執(zhí)行步驟S706B，從而使得睡眠階段分類器222和心率傳感器212保持未開啟。請注意，在步驟S706B期間，為了壓力水平SL的連續(xù)檢測，可以使所述皮膚電傳導傳感器214和壓力水平檢測器224保持開啟。
[0051]如圖7A所示，所述睡眠階段分類器222在壓力水平檢測器224之前開啟，相反在圖7B中，所述睡眠階段分類器222在壓力水平檢測器224之后開啟。值得注意的是，該順序可以根據(jù)使用者的睡眠歷史記錄調整。例如，默認設置所述睡眠階段分類器222在壓力水平檢測器224之前開啟。換言之，優(yōu)先開啟所述睡眠階段分類器222，且所述壓力水平檢測器224在大部分時間內(nèi)可以是關閉的。在使用幾天之后，可能發(fā)現(xiàn)使用者出現(xiàn)有壓力的階段的頻率低于出現(xiàn)快速眼動(REM)階段的頻率。如果這樣，優(yōu)選開啟順序反轉，即壓力水平檢測器224在睡眠階段分類器222之前開啟。
[0052]圖8A和8B所示為根據(jù)本發(fā)明部分實施例的有壓力的夢境檢測的控制信號的節(jié)能實施方式。請首先結合圖2查看圖8A。當被拉高時，壓力水平檢測使得SLDE能意味著所述壓力水平檢測器224保持開啟，用于檢測壓力水平SL是否對應于有壓力的狀態(tài)。在壓力水平SL對應于有壓力的狀態(tài)時的時間間隔內(nèi)，所述被檢測到有壓力的狀態(tài)SSD保持高電位，且當壓力水平SL不再對應于有壓力的狀態(tài)時轉為低電位。當被拉高時，睡眠階段分類使得SSCE能意味著睡眠階段分類器222正在決定睡眠階段SS。當睡眠階段分類使得SSCE降低，其意味著睡眠階段分類器222和心率傳感器212被關閉。狀態(tài)UREM表示在使用者240實際上處于快速眼動(REM)階段的時間間隔內(nèi)。值得注意的是，狀態(tài)UREM僅用于解釋目的，在睡眠質量管理設備200內(nèi)并不具有該信號。
[0053]如圖8A所示，在被檢測到有壓力的狀態(tài)SSD之前，所述睡眠階段分類啟動SSCE短暫維持，由時間間隔Tpssd表示。在一實施例中，通過壓力水平檢測器224實現(xiàn)。一旦壓力水平檢測器224發(fā)現(xiàn)壓力水平SL可能對應于有壓力的狀態(tài)時，拉高睡眠階段分類啟動SSCE。例如，當壓力水平檢測器224發(fā)現(xiàn)皮膚電傳導局部峰值的出現(xiàn)頻率超過預設值時，認為所述壓力水平SL可能對應于有壓力的狀態(tài)。在一實施例中，當被檢測到有壓力的狀態(tài)SSD降低時，睡眠階段分類使得SSCE降低。如此，在壓力水平SL對應于有壓力的狀態(tài)之前，所述睡眠階段分類器222由關閉轉為開啟。這樣提前打開睡眠階段分類器222可以有利于測定有壓力的夢境發(fā)生?？紤]狀態(tài)UREM的第二時間間隔802A。由于睡眠階段分類器222確定睡眠階段SS需要一些時間，通過提前開啟睡眠階段分類器222，使所述睡眠階段分類器222擁有足夠的時間“捕獲”狀態(tài)UREM的第二時間間隔802A。如有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS的第二時間間隔804A中所示，隨后可以確定睡眠階段SS對應的快速眼動(REM)階段，并且可以確定有壓力的夢境發(fā)生。從實施的角度出發(fā)，Tpssd可以約為300秒，從而有利于捕獲使用者處于快速眼動(REM)階段的周期。
[0054]在沒有提前開啟的技術的情況下，即如圖SB所示，睡眠階段分類器222在檢測壓力水平狀態(tài)之后開啟，圖8A中狀態(tài)UREM的第二時間間隔802A不可能足夠長到被睡眠階段分類器222 “看見”。因此，僅在時間間隔804B內(nèi)，所述有壓力的夢境發(fā)生信號SDOS升高。
[0055]圖9所示為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于有壓力的夢境檢測的節(jié)能技術。請參考圖2查看圖9。圖9和圖8A之間主要的不同在于增加了覺醒信號AWS。所述覺醒信號AWS由附加動作傳感器(未顯示于圖2)提供，并且當檢測到使用者240覺醒時，覺醒信號AWS設置為高。當覺醒信號AWS為高時，即便壓力水平SL對應于902所示的有壓力的狀態(tài)，睡眠階段分類使得SSCE也保持為低。此后，睡眠階段分類器222不再開啟。以此方法，可以實現(xiàn)有壓力的夢境檢測的進一步節(jié)能的目的。
[0056]圖1OA和圖1OB描述了根據(jù)本發(fā)明一實施例的展不用于睡眠質量管理的可穿戴裝置示范模型。所述可穿戴裝置1000可以穿戴在手腕上(手表型)或者套在頭上(頭帶型)。參見側視圖，兩條皮帶1001如圖所示附在可穿戴裝置1000的左右兩側。在可穿戴裝置1000的底部上設置有心率傳感器1002、皮膚電傳導傳感器1003的兩片皮膚電傳導電極和皮膚溫度傳感器1004。所述皮膚溫度傳感器1004是可選的。底面配置用于接觸使用者的皮膚。在可穿戴裝置1000內(nèi)部設置有承載處理單元1006、動作傳感器1007和振動器/蜂鳴器1008的電路板1005。所述振動器/蜂鳴器1008可以作為反饋單元。所述動作傳感器1007是可選的?？纱┐餮b置1000的頂部設置有顯示單元1009，其例如為液晶顯示器(IXD)，其中發(fā)光二極管(LED) 1010集成在顯示單元1009的一側。LED1010可以作為另一個反饋單元。所述顯示單元1009可以通過線1011親接至電路板1005，從而使處理單元1006的信號可以傳輸至LED1010作為反饋。
[0057]圖11為流程圖，其描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的通過包括傳感器模塊和處理單元的設備來實施的睡眠質量管理的方法。在一實施例中，所述方法可以通過圖1A、圖1B或圖2所示的設備來實現(xiàn)。在步驟S1102中，根據(jù)心率信號確定睡眠階段。隨后根據(jù)皮膚電傳導信號確定壓力水平(步驟S1104)。值得注意的是，并不需要根據(jù)任何特定順序來執(zhí)行步驟S1102和1104。例如，圖11所示步驟S1102和1104可以同時執(zhí)行或以不同順序執(zhí)行。隨后根據(jù)睡眠階段以及壓力水平確定有壓力的夢境發(fā)生(步驟S1106)，其中當睡眠階段對應于快速眼動(REM)階段并且所述壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，判定為有壓力的夢境發(fā)生。值得注意的是，在一實施例中，所述步驟S1106可以與步驟S1102或步驟S1104同時執(zhí)行。在另一實施例中，步驟S1102、S1104和S1106可以同時執(zhí)行。
[0058]以上根據(jù)實施例所描述的方法可以記錄在永久的計算機可讀介質內(nèi)，其包括多種由計算機執(zhí)行的多種程序指令。所述介質還可以包括單獨的程序指令或程序指令與數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結構等的結合。記錄在介質上的程序指令可以是特別設計的，并且為了實施例的目的而創(chuàng)建的，或者可以是對于計算機軟件技術領域人員是眾所周知的和可用的。所述永久計算機可讀介質包括磁性介質，例如硬盤、軟盤和磁帶；光學介質，例如光盤只讀存儲器(CDROM)和DVDs ;磁光介質，例如光盤；以及特別的用于存儲和實施程序指令的硬件裝置，例如只讀存儲器(R0M)、隨機存取存儲器(RAM)、閃存等。所述計算機可讀介質還可以是分布式網(wǎng)路，從而使程序指令在分布式網(wǎng)路中存儲和執(zhí)行。所述程序指令可以由一個或多個處理器來執(zhí)行。所述計算機可讀媒介還可以在至少一個專用集成電路(ASIC)或者現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中，來執(zhí)行程序指令(類似執(zhí)行的處理程序)。程序指令的執(zhí)行包括全部機器代碼，例如編譯器生成的代碼，以及包括更高級語言的文檔，其可以通過使用編譯器的計算機執(zhí)行。
[0059]這里所討論的功能可以應用多種不同方法提供。例如，在一些實施方式中，存儲在存儲器內(nèi)的計算機可執(zhí)行指令可以控制處理器，從而提供所述功能。在另一實施方式中，這樣的功能可以通過電路的形式提供。在另一實施方式中，這樣的功能可以由一個或多個處理器提供，所述處理器由存儲在存儲器內(nèi)的計算機可執(zhí)行指令控制，所述存儲器與一個或多個特殊設計電路耦合。多種硬件的實例可以用于實施這里所述的構思，但是并不僅限于專用集成電路(ASICs)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGAs)和多用途微處理器與存儲器耦合，所述存儲器存儲執(zhí)行指令來控制多用途微處理器。
[0060]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實例以及優(yōu)選實施例描述，但是應當理解本發(fā)明并不僅限于上述描述。所屬技術領域人員做出的多種選擇和替換并不超出本發(fā)明的范圍和構思。因此，本發(fā)明的范圍將由權利要求及其等同表述限定和保護。
【主權項】
1.一種睡眠質量管理設備，包括: 傳感器模塊，用于提供心率信號和皮膚電傳導信號；以及 處理單元，耦接至所述傳感器模塊，用于根據(jù)所述心率信號和所述皮膚電傳導信號來確定睡眠階段和壓力水平，從而識別有壓力的夢境發(fā)生， 其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。2.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，進一步包括: 反饋單元，耦接至所述處理單元，用于在識別有壓力的夢境發(fā)生時生成音頻信號、光信號或振動信號。3.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述處理單元包括睡眠階段分類器，用于根據(jù)所述心率信號和睡眠階段分類模型來確定睡眠階段。4.根據(jù)權利要求3所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，當壓力水平超過預設標準時，觸發(fā)所述睡眠階段分類器。5.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述處理單元進一步包括壓力水平檢測器，用于根據(jù)所述皮膚電傳導信號和所述壓力水平分類模型來確定所述壓力水平。6.根據(jù)權利要求5所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，當睡眠階段對應于快速眼動階段時，觸發(fā)所述壓力水平檢測器。7.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述睡眠階段進一步包括深度睡眠階段，并且所述處理單元進一步配置為用于根據(jù)所述深度睡眠階段的周期、所述快速眼動階段的周期和所述有壓力的夢境發(fā)生的周期來提供睡眠質量指數(shù)。8.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述傳感器模塊包括: 心率傳感器，用于提供所述心率信號；以及 皮膚電傳導傳感器，用于提供所述皮膚電傳導信號。9.根據(jù)權利要求8所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述傳感器模塊進一步包括動作傳感器和溫度傳感器，所述動作傳感器用于提供動作信號，所述溫度傳感器用于提供溫度信號，并且所述處理單元進一步用于根據(jù)所述動作信號和所述溫度信號來確定所述睡眠階段和所述壓力水平。10.根據(jù)權利要求1所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述傳感器模塊可穿戴在人體上。11.一種處理單元，包括: 睡眠階段分類器，用于根據(jù)心率信號和睡眠階段分類模型來確定睡眠階段； 壓力水平檢測器，用于根據(jù)皮膚電傳導信號和壓力水平分類模型來確定壓力水平；以及 有壓力的夢境識別器，用于根據(jù)所述睡眠階段和所述壓力水平來確定有壓力的夢境發(fā)生， 其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且所述壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。12.根據(jù)權利要求11所述的處理單元，其特征在于，當所述睡眠階段對應于所述快速眼動階段時，觸發(fā)所述壓力水平檢測器。13.根據(jù)權利要求11所述的處理單元，其特征在于，當所述壓力水平超過預設標準時，觸發(fā)所述睡眠階段分類器。14.根據(jù)權利要求11所述的睡眠質量管理設備，其特征在于，所述睡眠階段進一步包括深度睡眠階段，并且所述處理單元進一步包括睡眠質量監(jiān)控器，所述睡眠質量監(jiān)控器用于根據(jù)所述深度睡眠的周期、所述快速眼動階段的周期和所述有壓力的夢境發(fā)生的周期來提供睡眠質量指數(shù)。15.一種由包括傳感器模塊和處理單元的設備實施的睡眠質量管理方法，所述方法包括以下步驟: 根據(jù)心率信號確定睡眠階段； 根據(jù)皮膚電傳導信號確定壓力水平；以及 根據(jù)睡眠階段和壓力水平識別有壓力的夢境發(fā)生， 其中當睡眠階段對應于快速眼動階段并且所述壓力水平對應于有壓力的狀態(tài)時，識別為有壓力的夢境發(fā)生。16.根據(jù)權利要求15所述的睡眠質量管理方法，其特征在于，進一步包括以下步驟: 當判斷有壓力的夢境發(fā)生時，生成音頻信號、光信號或振動信號。17.根據(jù)權利要求15所述的睡眠質量管理方法，其特征在于，確定睡眠階段的步驟包括: 根據(jù)所述心率信號提供心率變化；以及 根據(jù)所述心率變化和睡眠階段分類模型來確定睡眠階段。18.根據(jù)權利要求15所述的睡眠質量管理方法，其特征在于，根據(jù)壓力水平分類模型進一步地確定壓力水平。19.根據(jù)權利要求15所述的睡眠質量管理方法，其特征在于，所述睡眠階段進一步包括深度睡眠階段，并且所述方法進一步包括以下步驟: 根據(jù)所述深度睡眠階段的周期、所述快速眼動階段的周期和所述有壓力的夢境發(fā)生的周期來提供睡眠質量指數(shù)。20.根據(jù)權利要求15所述的睡眠質量管理方法，其特征在于，根據(jù)溫度信號和動作信號進一步確定所述睡眠階段。
【文檔編號】A61B5/00GK105962911SQ201510979633
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年12月24日
【發(fā)明人】陳燦杰, 許書余, 徐建華
【申請人】聯(lián)發(fā)科技股份有限公司