專(zhuān)利名稱(chēng)：智能防打鼾的睡眠枕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)在減少與防止打鼾，提高睡眠質(zhì)量方面的應(yīng)用，尤其是一種睡眠枕。
背景技術(shù)：
睡眠障礙是常見(jiàn)疾病，臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)不斷激烈，人們的工作和生活節(jié)奏加快，睡眠障礙的發(fā)病率不斷升高。世界各國(guó)都面臨睡眠障礙難題。據(jù)2002年的有關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)人群中有45.4％左右的人存在著不同程度的睡眠問(wèn)題。上海6家大醫(yī)院的睡眠專(zhuān)家聯(lián)合對(duì)上海各社區(qū)近1萬(wàn)名市民進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)晚間打鼾的發(fā)生率高達(dá)40％以上，約4％的人發(fā)生睡眠呼吸中止癥。我國(guó)四十歲以上的人口至少有10～50％會(huì)打鼾，其中約有5％的人(通常是過(guò)胖及中年男性)是每晚鼾聲如雷并且潛藏著危及生命的睡眠呼吸暫停綜合癥，是健康上的一個(gè)隱患。因此睡眠障礙既是科學(xué)問(wèn)題，也是社會(huì)問(wèn)題。
睡眠障礙包括，睡眠打鼾，張口呼吸，甚至出現(xiàn)呼吸暫時(shí)停止。睡眠中反復(fù)憋醒，睡眠不寧。經(jīng)常發(fā)生夜間心絞痛及心律失常。醒后頭痛，頭暈，晨起后血壓高。白天疲乏無(wú)力，困倦、嗜睡甚至在工作開(kāi)會(huì)或者駕駛時(shí)睡著，發(fā)生車(chē)禍和工作意外的比例也遠(yuǎn)高于一般正常人，根據(jù)美國(guó)睡眠協(xié)會(huì)的調(diào)查顯示，美國(guó)每年45％的車(chē)禍以及55％的工傷事故都是由于睡眠疾病造成的，因瞌睡而發(fā)生工傷事故的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)640億美圓，瞌睡更是導(dǎo)致每年20-40萬(wàn)交通事故的主要原因，其中一半交通事故是致死性的。而睡眠呼吸中止癥更花費(fèi)每年3億美圓的檢查費(fèi)用，而打鼾瞌睡所引發(fā)的車(chē)禍，更是造成了120億美圓的損失。睡眠障礙最突出的表現(xiàn)是打鼾、打呼嚕。
打鼾的人時(shí)常被別人抱怨，和同室或者配偶的關(guān)系變得異常緊張，令打鼾者煩惱。然而打鼾更大的危害是引起呼吸暫停。打鼾者的氣道通常比正常人狹窄，白天清醒時(shí)咽喉部肌肉代償性收縮使氣道保持開(kāi)放，不發(fā)生堵塞。但在夜間睡眠時(shí)神經(jīng)興奮性下降，肌肉松弛，咽部組織堵塞，使上氣道塌陷，當(dāng)氣流通過(guò)狹窄部位時(shí)，產(chǎn)生渦流并引起振動(dòng)，從而出現(xiàn)鼾聲，嚴(yán)重時(shí)呼吸可以暫時(shí)停止，從而影響人的身體健康。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)體位的改變對(duì)一些阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(Obstructive SleepApnea Syndrome，OSAS)患者的睡眠狀況有較大影響，許多患者側(cè)臥位時(shí)呼吸暫停的同期指數(shù)(Apnea and Hypopnea Index，AHI)明顯低于仰臥位。
依據(jù)Cartwright等學(xué)者的研究成果，把OSAS患者仰臥位時(shí)的AHI大于側(cè)臥位時(shí)的2倍以上者定義為體位型(Positional Patient，PP)，反之定義為非體位型(Nonpositional Patient，NPP)的標(biāo)準(zhǔn)；Pevernagie等學(xué)者近年來(lái)第一次發(fā)現(xiàn)PP與NPP上氣道形狀、大小的區(qū)別主要在上氣道的胯咽部，兩組間差異有顯著性。PP組的最小橫斷面幾乎是NPP組仰臥位和右側(cè)臥位的2倍。二組的上氣道形狀也是不同的，PP組是橢圓形，NPP組是圓形的。形狀的差別主要是山于PP組橫徑更大，前后徑兩組間無(wú)差別。PP組在仰臥位時(shí)對(duì)軟組織的壓力降低了前后徑，從而睡眠時(shí)表現(xiàn)呼吸紊亂。這些資料也表明，當(dāng)這些患者采取側(cè)臥位時(shí)，前后徑增加，側(cè)壁分開(kāi)以至于它們不會(huì)聚集在一起而阻塞咽腔，這樣有充分的氣道而避免了上氣道的塌陷。然而NPP組由于橫徑下降，咽橫斷面降低至PP組的50％，因此即使改成側(cè)臥位也不能阻止咽塌陷。
PP組的患者相對(duì)NPP組呼吸紊亂嚴(yán)重程度較低，輕、中度OSAS患者中大部分為體位依賴(lài)型。并且經(jīng)多變量分析表明，AHI是評(píng)估、判定體位型患者最重要的相關(guān)因素。這意味著體位睡眠可能是OSAS自然發(fā)展過(guò)程中一個(gè)特征。隨著OSAS嚴(yán)重程度的進(jìn)展，體位型OSAS可轉(zhuǎn)變成非體位型患者。對(duì)于PP型患者，通過(guò)調(diào)整體位，可以有效的減少睡眠時(shí)的呼吸暫停次數(shù)。
PP組患者的體重較NPP組平均低7.5kg，PP型所占的百分比與肥胖的嚴(yán)重程度呈明顯負(fù)相關(guān)，經(jīng)多變量分析，BMI是評(píng)判是否為體位型患者的主要相關(guān)因素。Llooyd等學(xué)者發(fā)現(xiàn)OSAS患者側(cè)臥位時(shí)的AHI值與肥胖度的相關(guān)性比仰臥位高，表明體重降低時(shí)改善側(cè)臥位睡眠時(shí)的呼吸紊亂較好，而對(duì)仰臥位改變較輕。這可以理解為隨著體重的減輕，NPP型患者可以轉(zhuǎn)變?yōu)镻P型。
對(duì)晚上打鼾嚴(yán)重者，為了改善其睡眠質(zhì)量和減少同室或者配偶的抱怨，民間也常采用一些改變?nèi)胨唧w位的方法，有些采用了在入睡者背的中部放入一個(gè)球的方式來(lái)強(qiáng)制入睡者采取側(cè)臥位睡眠，這種方式雖然有效，但是也會(huì)給入睡者帶來(lái)不適感和不便感。另外有些打鼾者即使采取了側(cè)臥位睡眠方式經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后仍然要發(fā)出鼾聲，在整個(gè)睡眠過(guò)程中需要不斷地改變睡眠體位。
響亮而不均勻的打鼾聲是睡眠障礙患者的一個(gè)最明顯的共同特征，鼾聲又是一種非常容易獲取的、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)拘束、非察覺(jué)性的聲音信息。隨著信號(hào)檢測(cè)、語(yǔ)音處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，特別是嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為無(wú)拘束、非察覺(jué)性地測(cè)量睡眠障礙、減少鼾聲、改善睡眠質(zhì)量提供了一種新的方法。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的睡眠枕不能改變睡眠體位的不足，本發(fā)明提供一種無(wú)拘束的及時(shí)測(cè)量睡眠障礙的手段，根據(jù)所檢測(cè)到的鼾聲情況進(jìn)行自動(dòng)改變睡眠體位，以提高睡眠質(zhì)量的智能防打鼾的睡眠枕。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種智能防打鼾的睡眠枕，包括枕頭、拾音器、用于根據(jù)接收的睡眠聲音信號(hào)進(jìn)行智能判斷的微處理器、用于改變睡眠者睡眠體位的枕頭移位機(jī)構(gòu)，所述的拾音器對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述枕頭的兩側(cè)，所述枕頭安裝在枕頭移位機(jī)構(gòu)上，所述的拾音器的輸出連接所述的微處理器，所述的微處理器包括數(shù)字低通濾波模塊，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)去除背景噪音；聲音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；睡眠體位判斷模塊，用于計(jì)算左右兩個(gè)拾音器所測(cè)量的睡眠聲音的音量，區(qū)分三種不同睡眠體位如左右兩個(gè)拾音器音量接近，判斷睡眠者處于仰躺狀態(tài)；如左邊拾音器的音量比右邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于左側(cè)睡狀態(tài)；如右邊拾音器的音量比左邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于右側(cè)睡狀態(tài)；鼾聲周期判斷模塊，用于定義Tsnore為鼾聲持續(xù)時(shí)間，定義Tno-snore為鼾聲間隔時(shí)間，聲音信號(hào)要判斷為鼾聲必須符合鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)中的四個(gè)條件1)、聲音信號(hào)Tsnore符合一般鼾聲維持時(shí)間的范圍；2)、聲音信號(hào)Tno-snore符合一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍；3)、Tsnore+Tno-snore符合一般一個(gè)呼吸周期范圍；4)、符合上述特征的聲音信號(hào)要重復(fù)出現(xiàn)，如符合上述四個(gè)條件，判斷為打鼾聲音；啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)模塊，用于根據(jù)所述的聲音數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)鼾聲的次數(shù)，判斷鼾聲數(shù)是否達(dá)到域值Ksnore，如達(dá)到閾值Ksnore啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)；移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行模塊，用于根據(jù)當(dāng)前的睡眠體位、以及上一次睡眠體位，控制移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行到另一種體位。
進(jìn)一步，所述的枕頭移位機(jī)構(gòu)包括可正反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左軸、右軸、移動(dòng)滑墊，所述兩個(gè)軸的一端分別安裝尼龍齒輪，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接尼龍齒輪，所述的兩個(gè)尼龍齒輪之間設(shè)有齒條帶，移動(dòng)滑墊可轉(zhuǎn)動(dòng)地套接在左軸、右軸上，所述的枕頭固定在所述地移動(dòng)滑墊上。
再進(jìn)一步，所述的數(shù)字低通濾波模塊的截止頻率在200Hz，其遞推公式為式(1)Vnoise(i)＝(1-λ)Vnoise(i-1)+λVnoise-cn(i)(1)式中Vnoise-cn(i)為所測(cè)量到的聲音電壓信號(hào)，Vnoise(i-1)為上次數(shù)字濾波器的輸出，Vnoise(i)為這次數(shù)字濾波器的輸出，λ為更新的速度，取值在0～1之間，λ的大小與低通濾波器的截止頻率有關(guān)，λ越接近1低通濾波器的截止頻率就越高。
更進(jìn)一步，將所述濾波模塊的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞增6次作為鼾聲的起始點(diǎn)，濾波模塊的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞減8次作為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，鼾聲持續(xù)時(shí)間Tsnore為鼾聲的起始點(diǎn)的時(shí)間到鼾聲的結(jié)束點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，Tno-snore為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)到下一個(gè)鼾聲的起始點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，根據(jù)上述計(jì)算得到的一系列Tsnore和Tno-snore值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
在鼾聲數(shù)等于域值Ksnore時(shí)，進(jìn)行如下計(jì)算，如式(2)所示T‾snore=Σi=1KsnoreTsnore(i)/Ksnore]]>T‾no-snore=Σi=1KsnoreTno-snore(i)/Ksnore]]>Tbreath cycle＝Tsnore+Tno-snoreσsnore=Σi=1Ksnore(T‾snore-Tsnore(i))2/(Ksnore-1)]]>σno-snore=Σi=1Ksnore(T‾no-snore-Tno-snore(i))2/(Ksnore-1)]]>σbreath cycle=Σi=1Ksnore(T‾breath cycle-Tbreathcycle(i))2/(Ksnore-1)----(2)]]>
式中Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲持續(xù)時(shí)間，Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲間隔時(shí)間，Tsnore和σsnore分別為鼾聲持續(xù)時(shí)間的均值和方差，Tno-snore和σno-snore分別為鼾聲間隔時(shí)間的均值和方差，Tbreath cycle和σbreath cycle分別為一個(gè)呼吸周期的均值和方差將鼾聲持續(xù)時(shí)間分布區(qū)間(Tsnore-3σsnore，Tsnore+3σsnore)、鼾聲間隔時(shí)間分布區(qū)間(Tno-snore-3σno-snore，Tno-snore+3σno-snore)、呼吸周期分布區(qū)間(Tbreath cycle-3σbreath cycle，Tbreath cycle+3σbreath cycle)作為新的鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的工作原理是作為檢測(cè)睡眠中打鼾聲的兩個(gè)拾音器分別安裝在枕部的兩側(cè)，實(shí)時(shí)地檢測(cè)著入睡者鼾聲信息，要實(shí)現(xiàn)無(wú)拘束測(cè)量睡眠障礙同時(shí)能去除其他聲音的干擾，涉及到以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題(1)鼾聲的響度測(cè)量以及睡眠姿態(tài)的判斷用鼾聲的響度能表示的是鼾聲能量的強(qiáng)弱程度，其強(qiáng)度主要取決于鼾聲聲波振幅的大小。鼾聲聲音的響度可以用聲壓(達(dá)因/平方厘米)或聲強(qiáng)(瓦特/平方厘米)來(lái)計(jì)量，聲壓的單位為帕(Pa)，它與基準(zhǔn)聲壓比值的對(duì)數(shù)值稱(chēng)為聲壓級(jí)，單位是分貝(dB)。響度的相對(duì)量稱(chēng)為響度級(jí)，它表示的是某鼾聲響度與基準(zhǔn)響度比值的對(duì)數(shù)值。響度——聲音的大??；響度跟發(fā)聲體的振幅有關(guān)系，振幅越大，響度越大；振幅越小，響度越?。煌瑫r(shí)響度跟距發(fā)聲體的遠(yuǎn)近、方向有關(guān)系。由于入睡時(shí)人的睡眠姿態(tài)不盡相同，即使同一個(gè)人睡眠姿態(tài)也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，要實(shí)現(xiàn)無(wú)拘束測(cè)量就不能規(guī)定睡眠中人的口鼻與拾音器的距離，所以會(huì)產(chǎn)生鼾聲聲強(qiáng)與在枕頭上的入睡人的頭部位置而發(fā)生變化的情況，Smithson等人曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)有關(guān)鼾聲評(píng)估的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中將麥克風(fēng)設(shè)置在被測(cè)量者頭上的90cm處，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)橫躺與仰躺所造成的誤差小于2分貝，用揚(yáng)聲器模擬打鼾聲源放在床的中央與兩側(cè)，誤差也在2分貝以?xún)?nèi)。根據(jù)這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為鼾聲音量判斷的公差應(yīng)為±2分貝。由于本發(fā)明中是將兩個(gè)麥克風(fēng)配置在枕的兩邊，方向是朝著仰躺時(shí)口部的位置，如果左右兩個(gè)麥克風(fēng)所測(cè)量到的鼾聲音量相同，則可以判斷被測(cè)量者處于仰躺狀態(tài)，如果右邊的麥克風(fēng)比左邊的麥克風(fēng)所測(cè)量到的鼾聲音量高4分貝，則可以判斷被測(cè)量者處于向右側(cè)睡狀態(tài)，用同樣方法也可以判斷被測(cè)量者處于向左側(cè)睡狀態(tài)，為此本發(fā)明中要解決睡眠中人的口鼻與拾音器的距離、方向發(fā)生變化時(shí)能修正響度值，使得能達(dá)到正確測(cè)量鼾聲的響度的目的，計(jì)算機(jī)通過(guò)上述睡眠體位的判斷作出如何改變體位決策；(2)鼾聲的周期測(cè)量鼾聲是當(dāng)呼吸氣流通過(guò)時(shí)沖擊咽部粘膜邊緣和粘膜表面分泌物引起振動(dòng)而產(chǎn)生的聲音；其部位始至鼻咽直至下咽，包括軟腭、懸雍垂、扁桃體及腭咽弓、腭舌弓、舌根、咽部的肌肉和粘膜，在這些部位中產(chǎn)生渦流并引起振動(dòng)現(xiàn)象，其每分鐘鼾聲的次數(shù)是與呼吸次數(shù)是相一致的，一般成年人在睡眠時(shí)完成一次呼吸周期是3秒左右，也就是發(fā)出鼾聲然后鼾聲的停歇的周期頻率在0.3赫茲左右，通過(guò)鼾聲的周期測(cè)量可以提高鼾聲識(shí)別的精度。
(3)去除背景噪音由于麥克風(fēng)拾音的方式的缺點(diǎn)是噪雜音多，容易受到背景音影響，作為去除噪音目前主要分為兩種方法，即硬件濾波和軟件濾波；Smithson在其的研究中發(fā)現(xiàn)鼾聲的最低頻率在100Hz以下，因此可以將該指標(biāo)作為鼾聲濾波的頻帶標(biāo)準(zhǔn)，研究還發(fā)現(xiàn)雖然鼾聲多半分布在100Hz以下這個(gè)領(lǐng)域，但是一般日常的談話(huà)聲、笑聲、咳嗽聲也多包含有這個(gè)頻帶內(nèi)的聲音，因此僅僅采用濾波器方式處理仍然存在著不足之處；Jane等學(xué)者曾使用625個(gè)聲音樣本通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，由22項(xiàng)頻域與時(shí)域的聲音特征輸入值，系統(tǒng)能在離線(xiàn)狀態(tài)下分析由錄音設(shè)備所存儲(chǔ)的聲音資料，辯識(shí)出鼾聲并排除其他背景噪音。經(jīng)樣本實(shí)驗(yàn)表明，鼾聲大都包含在0～200Hz的聲音頻帶內(nèi)，而其他聲音的分布頻域則較廣，由于每個(gè)人的咽部組織結(jié)構(gòu)存在著差異，而這種差異會(huì)影響鼾聲的頻帶范圍，因此在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)能考慮到個(gè)人差自動(dòng)調(diào)節(jié)濾波頻帶，但是這種方式只有通過(guò)軟件濾波的方式才能實(shí)現(xiàn)，如果是采用軟件濾波的話(huà)那么實(shí)時(shí)性能也十分重要。
根據(jù)上述的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，本發(fā)明的目的是以減少睡眠者打鼾為重點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)早期鼾癥為主要特征，在測(cè)量方法上以無(wú)拘束、非察覺(jué)性為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在控制技術(shù)上以自然舒適的方式調(diào)整睡眠者體位，該枕頭既能在居家睡眠環(huán)境、不影響正常睡眠前提下做長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，又能用于改善睡眠者的睡眠。因此在聲音信息處理上能辨別鼾聲與其他環(huán)境聲音，所監(jiān)測(cè)的資料輸出方式除能實(shí)時(shí)顯示鼾聲以外，并能以記憶卡將監(jiān)測(cè)過(guò)程記錄下來(lái)，供睡眠專(zhuān)家做診斷參考；在辨別鼾聲后能通過(guò)數(shù)模接口輸出給驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)改變睡眠中人的頭部位置，使睡眠者的氣道保持開(kāi)放狀態(tài)從而改善睡眠質(zhì)量，因此本檢測(cè)裝置要與目前睡眠中使用的枕頭緊密的結(jié)合在一起。因此本發(fā)明在定位上屬于居家睡眠用品，價(jià)廉物美、貼近床上用品設(shè)計(jì)也是必須考慮的。
綜合上述的智能防打鼾的睡眠枕設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明的處理流程如圖3所示，聲波信號(hào)由聲音感知部分轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)字低通濾波器去除背景噪音，然后送給智能鼾聲判斷單元辯識(shí)為鼾聲、或者其他環(huán)境音，最后通過(guò)D/A輸出給驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)改變睡眠中人的頭部位置，使睡眠者的氣道保持開(kāi)放狀態(tài)；也可以通過(guò)I/O接口顯示其監(jiān)測(cè)結(jié)果、也可以將記錄數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)單元中。
為了去除背景噪音，在本發(fā)明中采用了數(shù)字低通濾波器，經(jīng)A/D得到的聲音電壓信號(hào)中含有各種背景噪音，而鼾聲大都包含在0～200Hz的聲音頻帶內(nèi)，因此數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)就是要將200Hz以上的頻率信號(hào)過(guò)濾掉，為了提高數(shù)字低通濾波器的計(jì)算實(shí)時(shí)性，本發(fā)明中采用了遞推方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波，公式由式(1)給出，因此低通濾波器算法中的λ的值可以根據(jù)所得到某個(gè)人的鼾聲的頻帶范圍作自動(dòng)調(diào)整，如果測(cè)量到的鼾聲的頻帶范圍小于低通濾波器的截止頻率那么就可以再減小λ的值，以提高濾波效果。
從得到的數(shù)字濾波器的輸出Vnoise(i)的值進(jìn)行鼾聲在時(shí)域中的特征識(shí)別，用圖2說(shuō)明本發(fā)明中對(duì)鼾聲的周期測(cè)量的方法，在本發(fā)明中定義Tsnore為鼾聲持續(xù)時(shí)間，定義Tno-snore為鼾聲間隔時(shí)間，一個(gè)聲音信號(hào)要判斷為鼾聲必須符合以下四個(gè)條件1)聲音信號(hào)Tsnore符合一般鼾聲維持時(shí)間的范圍；2)聲音信號(hào)Tno-snore符合一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍；3)Tsnore+Tno-snore符合一般一個(gè)呼吸周期范圍；4)符合上述特征的聲音信號(hào)要重復(fù)出現(xiàn)。
根據(jù)上述的四個(gè)判斷條件，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)決定一般鼾聲維持時(shí)間的范圍、一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍和一般一個(gè)呼吸周期范圍，根據(jù)多個(gè)打鼾者的晚上鼾聲記錄，從分析來(lái)看，每個(gè)打鼾者的Tsnore和Tno-snore分布并不完全相同，但是時(shí)間范圍還是呈現(xiàn)一定的規(guī)律，99.0％的鼾聲Tsnore在0.6～1.8秒以?xún)?nèi)，98.5％的鼾聲間隔時(shí)間Tno-snore的范圍在1.4～4.0秒以?xún)?nèi)，一般一個(gè)成年人的呼吸頻率在每分鐘16次左右，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明打鼾者每分鐘打鼾的次數(shù)分布在12～20次之間，為了做一個(gè)比較保守的計(jì)算，每次呼吸的周期，即Tsnore+Tno-snore在2.8～5.5秒之間；有了上述三個(gè)判斷范圍值，再加上條件判斷4是否有重復(fù)出現(xiàn)上述的打鼾聲。
為了決定鼾聲的起始點(diǎn)與鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，在本發(fā)明中將數(shù)字濾波器的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞增6次作為鼾聲的起始點(diǎn)；數(shù)字濾波器的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞減8次作為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，因此鼾聲維持時(shí)間Tsnore為鼾聲的起始點(diǎn)的時(shí)間到鼾聲的結(jié)束點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，Tno-snore為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)到下一個(gè)鼾聲的起始點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間。
在日常生活中其他的聲音也有可能出現(xiàn)上述的間隔模式，同時(shí)也符合鼾聲的周期，然而要重復(fù)多次出現(xiàn)這種情況的概率就非常少，因此在本專(zhuān)利中再增加一個(gè)附加判斷條件，即滿(mǎn)足上述條件1)、2)、3)的聲音信號(hào)必須連續(xù)出現(xiàn)n次后才認(rèn)為是鼾聲，當(dāng)然這與睡眠時(shí)間也有關(guān)聯(lián)，如果是白天時(shí)間段的話(huà)，n的取值可以大些，晚間n的取值可以小些；剛睡到床上時(shí)n的取值可以大些，出現(xiàn)了多次鼾聲后n的取值可以降低為1，也就是說(shuō)n的取值大判斷為鼾聲的門(mén)檻越高，通過(guò)這種方式能將一些背景音去除掉。
雖然每個(gè)人的每分鐘的呼吸次數(shù)，即Tsnore+Tno-snore在2.8～5.5秒之間，但是畢竟還是存在著個(gè)性差，上述的指標(biāo)范圍上限與下限的差接近一倍，且某個(gè)人每次呼吸的周期也會(huì)發(fā)生一些變化，
為了比較準(zhǔn)確的獲得某個(gè)人的每分鐘的呼吸次數(shù)，根據(jù)上述計(jì)算得到的一系列Tsnore和Tno-snore值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而能比較精確的得到被監(jiān)測(cè)者的每分鐘的呼吸次數(shù)的均數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明某個(gè)人的呼吸周期是符合正態(tài)分布的，只要鼾聲樣本測(cè)試數(shù)據(jù)大就可以用正態(tài)分布的兩個(gè)參數(shù)均數(shù)μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，本發(fā)明中利用淺睡眠期所監(jiān)測(cè)到的鼾聲來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即鼾聲的連續(xù)累計(jì)數(shù)達(dá)到了一個(gè)域值Ksnore后進(jìn)行如下計(jì)算，計(jì)算公式如式(2)所示，T‾snore=Σi=1KsnoreTsnore(i)/Ksnore]]>T‾no-snore=Σi=1KsnoreTno-snore(i)/Ksnore]]>Tbreath cycle＝Tsnore+Tno-snoreσsnore=Σi=1Ksnore(T‾snore-Tsnore(i))2/(Ksnore-1)]]>σno-snore=Σi=1Ksnore(T‾no-snore-Tno-snore(i))2/(Ksnore-1)]]>σbreath cycle=Σi=1Ksnore(T‾breath cycle-Tbreathcycle(i))2/(Ksnore-1)----(2)]]>式中Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲持續(xù)時(shí)間，Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲間隔時(shí)間，Tsnore和σsnore分別為鼾聲持續(xù)時(shí)間的均值和方差，Tno-snore和σno-snore分別為鼾聲間隔時(shí)間的均值和方差，Tbreath cycle和σbreath cycle分別為一個(gè)呼吸周期的均值和方差，通過(guò)在淺睡眠期所得到鼾聲監(jiān)測(cè)值來(lái)得到上述的6個(gè)判斷數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)比上述的4項(xiàng)判斷標(biāo)準(zhǔn)中更能反映個(gè)人差，因此在進(jìn)入睡眠鼾聲模式判斷前將上述6個(gè)判斷數(shù)據(jù)更新上述4項(xiàng)判斷標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)能提高模式判斷精度；本發(fā)明中由于將鼾聲持續(xù)時(shí)間分布區(qū)間(Tsnore-3σsnore，Tsnore+3σsnore)、鼾聲間隔時(shí)間分布區(qū)間(Tno-snore-3σno-snore，Tno-snore+3σno-snore)、呼吸周期分布區(qū)間(Tbreath cycle-3σbreath cycle，Tbreath cycle+3σbreath cycle)作為新的鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)，在此以外的概率只有萬(wàn)分之二十六，這是一個(gè)很小的概率，因此能排除背景噪音、個(gè)人差對(duì)監(jiān)測(cè)精度的影響。
頻繁地改變睡眠體位也會(huì)對(duì)睡眠者來(lái)說(shuō)會(huì)帶來(lái)不適感，因此改變睡眠體位也需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)、以適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)進(jìn)行。所述的適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，在本發(fā)明中當(dāng)所檢測(cè)到的鼾聲連續(xù)累計(jì)數(shù)達(dá)到了一個(gè)域值Ksnore后采取改變體位動(dòng)作；所述的適當(dāng)?shù)姆绞绞歉鶕?jù)上述的睡眠體位的判斷，如果判斷目前睡眠體位是仰躺狀態(tài)，這時(shí)候就要再判斷一下上一次的睡眠狀態(tài)，如果上一次睡眠狀態(tài)是在左側(cè)，枕頭移位機(jī)構(gòu)就產(chǎn)生使體位向右側(cè)轉(zhuǎn)的動(dòng)作，使得睡眠者向右側(cè)睡；如果目前睡眠體位是處在右側(cè)睡眠狀態(tài)，枕頭移位機(jī)構(gòu)就產(chǎn)生使體位向左側(cè)轉(zhuǎn)的動(dòng)作，使得睡眠者處于仰躺；…；通過(guò)不斷地改變睡眠人的體位，使其有充分的氣道而避免了上氣道的塌陷，進(jìn)而達(dá)到減少鼾聲的目的。
所述的改變睡眠狀態(tài)的枕頭移位機(jī)構(gòu)，至少能夠使得枕頭產(chǎn)生相對(duì)于頭部左右移動(dòng)的動(dòng)作，移動(dòng)幅度的大小是根據(jù)上述動(dòng)作策略來(lái)決定的；智能防打鼾的睡眠枕的機(jī)械部分如圖6所示，使用中將一般的睡眠用枕頭放在枕頭移位機(jī)構(gòu)上，用一對(duì)具有雌雄搭伴帶狀織物將枕頭與移動(dòng)滑墊相對(duì)固定起來(lái)，比如將雄搭伴帶狀織物縫制在睡眠用枕頭下面，將雌搭伴帶狀織物縫制在移動(dòng)滑墊的上面，移動(dòng)滑墊產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)了枕頭的左右移動(dòng)；移動(dòng)滑墊的內(nèi)側(cè)(靠頭頂部位)固定了一個(gè)環(huán)狀齒條帶，該環(huán)狀齒條帶與裝在枕頭移位機(jī)構(gòu)兩側(cè)的尼龍齒輪嚙合，其中一個(gè)尼龍齒輪由小型電機(jī)帶動(dòng)可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小型電機(jī)能作正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)小型電機(jī)接受到上述動(dòng)作策略指示進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)尼龍齒輪與環(huán)狀齒條帶的嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)了移動(dòng)滑墊的左右移動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)滑墊與睡眠用枕頭是相對(duì)固定的，因此也會(huì)帶動(dòng)睡眠用枕頭作左右移動(dòng)；另外移動(dòng)滑墊的內(nèi)側(cè)由于睡眠人的頭部重量會(huì)使得移動(dòng)滑墊的內(nèi)側(cè)上下部緊靠在一起而產(chǎn)生摩擦力，為了減少這種摩擦力，在本發(fā)明中在移動(dòng)滑墊的內(nèi)側(cè)采用光滑的面料。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、自動(dòng)改變睡眠體位，以提高睡眠質(zhì)量；2、無(wú)拘束、非察覺(jué)性地及時(shí)測(cè)量睡眠障礙。


圖1是測(cè)量睡眠鼾聲的方法處理流程圖；圖2是鼾聲的記錄曲線(xiàn)的示意圖；圖3是智能防打鼾的睡眠枕的組成圖；圖4是計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)智能防打鼾的睡眠枕的方法處理流程的功能模塊分割圖；圖5是智能防打鼾的睡眠枕實(shí)施的示意圖6是智能防打鼾的睡眠枕的機(jī)械部分示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一種智能防打鼾的睡眠枕，所述的睡眠枕包括枕頭2、拾音器1、用于根據(jù)接收的睡眠聲音信號(hào)進(jìn)行智能判斷的微處理器3、用于改變睡眠者睡眠體位的枕頭移位機(jī)構(gòu)，所述的拾音器1對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述枕頭2的兩側(cè)，所述枕頭2安裝在枕頭移位機(jī)構(gòu)上，所述的拾音器1的輸出連接所述的微處理器3，所述的微處理器3包括數(shù)字低通濾波模塊7，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)去除背景噪音；聲音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊8，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；睡眠體位判斷模塊24，用于計(jì)算左右兩個(gè)拾音器所測(cè)量的睡眠聲音的音量，區(qū)分三種不同睡眠體位如左右兩個(gè)拾音器音量接近，判斷睡眠者處于仰躺狀態(tài)；如左邊拾音器的音量比右邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于左側(cè)睡狀態(tài)；如右邊拾音器的音量比左邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于右側(cè)睡狀態(tài)；鼾聲周期判斷模塊9，用于定義Tsnore為鼾聲持續(xù)時(shí)間，定義Tno-snore為鼾聲間隔時(shí)間，聲音信號(hào)要判斷為鼾聲必須符合鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)中的四個(gè)條件1)、聲音信號(hào)Tsnore符合一般鼾聲維持時(shí)間的范圍；2)、聲音信號(hào)Tno-snore符合一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍；3)、Tsnore+Tno-snore符合一般一個(gè)呼吸周期范圍；4)、符合上述特征的聲音信號(hào)要重復(fù)出現(xiàn)，如符合上述四個(gè)條件，判斷為打鼾聲音；啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)模塊25，用于根據(jù)所述的聲音數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)鼾聲的次數(shù)，判斷鼾聲數(shù)是否達(dá)到域值Ksnore，如達(dá)到閾值Ksnore啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)；移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行模塊10，用于根據(jù)當(dāng)前的睡眠體位、以及上一次睡眠體位，控制移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行到另一種體位，通過(guò)D/A接口18輸出到枕頭位置變化驅(qū)動(dòng)裝置19。
本實(shí)施例的鼾聲檢測(cè)如圖5所示，睡眠者在入睡時(shí)與平時(shí)一樣頭部由枕頭2墊著，枕頭2的兩側(cè)安置著面向被檢測(cè)者口鼻部的拾音器1，拾音器1為麥克風(fēng)，兩個(gè)麥克風(fēng)1分別接入到微處理器3的語(yǔ)音接口中；當(dāng)睡眠者在入眠后發(fā)出鼾聲，麥克風(fēng)1檢測(cè)到聲音信號(hào)經(jīng)放大給微處理器3；在微處理器3中進(jìn)行聲音信號(hào)的濾波和睡眠障礙的智能化判斷，根據(jù)判斷結(jié)果和改變體位動(dòng)作策略通過(guò)接口輸出執(zhí)行裝置改變睡眠者的體位；圖6為智能防打鼾的睡眠枕的機(jī)械部分，當(dāng)接受到改變體位動(dòng)作策略信號(hào)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)20作相應(yīng)的動(dòng)作，電機(jī)20的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了裝在同一個(gè)軸上的尼龍齒輪21轉(zhuǎn)動(dòng)，尼龍齒輪21轉(zhuǎn)動(dòng)使得與其嚙合的環(huán)狀齒條帶22作左右移動(dòng)，由于環(huán)狀齒條帶22、移動(dòng)滑墊23與枕頭2是相對(duì)固定的，因此尼龍齒輪21的左右轉(zhuǎn)動(dòng)使得枕頭2進(jìn)行左右移動(dòng)；使用中將一般的睡眠用枕頭2放在枕頭移位機(jī)構(gòu)上，用一對(duì)具有雌雄搭伴帶狀織物將枕頭2與移動(dòng)滑墊23相對(duì)固定起來(lái)，比如將雄搭伴帶狀織物縫制在睡眠用枕頭2下面，將雌搭伴帶狀織物縫制在移動(dòng)滑墊23的上面，移動(dòng)滑墊23產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)了枕頭2的左右移動(dòng)；移動(dòng)滑墊23的內(nèi)側(cè)(靠頭頂部位)固定了一個(gè)環(huán)狀齒條帶22，該環(huán)狀齒條帶22與裝在枕頭移位機(jī)構(gòu)兩側(cè)的尼龍齒輪21嚙合，其中一個(gè)尼龍齒輪21由小型電機(jī)20帶動(dòng)可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小型電機(jī)20能作正反兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)小型電機(jī)20接受到上述動(dòng)作策略指示進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)尼龍齒輪21與環(huán)狀齒條帶22的嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)了移動(dòng)滑墊23的左右移動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)滑墊23與睡眠用枕頭2是相對(duì)固定的，因此也會(huì)帶動(dòng)睡眠用枕頭2作左右移動(dòng)；另外移動(dòng)滑墊23的內(nèi)側(cè)由于睡眠人的頭部重量會(huì)使得移動(dòng)滑墊23的內(nèi)側(cè)上下部緊靠在一起而產(chǎn)生摩擦力，為了減少這種摩擦力，在本發(fā)明中在移動(dòng)滑墊23的內(nèi)側(cè)采用光滑的面料。
測(cè)量鼾聲的方法的實(shí)現(xiàn)步驟可以大致上分為5個(gè)部分所構(gòu)成，如圖1所示，首先要感知睡眠者的聲波信號(hào)，接著通過(guò)將聲波信號(hào)由聲音感知部分轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)字低通濾波器去除背景噪音，然后送給智能鼾聲判斷單元辯識(shí)為鼾聲、或者其他環(huán)境音，最后可以通過(guò)I/O接口顯示其監(jiān)測(cè)結(jié)果、也可以將記錄數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)單元中、也可以通過(guò)D/A輸出給驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)改變睡眠中人的頭部位置，使睡眠者的氣道保持開(kāi)放狀態(tài)；
在微處理器3中實(shí)現(xiàn)無(wú)拘束、非察覺(jué)性測(cè)量鼾聲的方法處理流程的功能模塊用圖4來(lái)說(shuō)明，數(shù)字低通濾波器模塊7將A/D得到的聲音電壓信號(hào)將200Hz以上的頻率信號(hào)過(guò)濾掉，實(shí)現(xiàn)的數(shù)字低通濾波器的截止頻率在200Hz，為了提高數(shù)字低通濾波器的計(jì)算實(shí)時(shí)性，本發(fā)明中采用了遞推方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波，公式由式(1)給出；Vnoise(i)＝(1-λ)Vnoise(i-1)+λVnoise-cn(i)(1)式中Vnoise-cn(i)為所測(cè)量到的聲音電壓信號(hào)，Vnoise(i-1)為上次數(shù)字濾波器的輸出，Vnoise(i)為這次數(shù)字濾波器的輸出，λ為更新的速度，取值在0～1之間，λ的大小與低通濾波器的截止頻率有關(guān)，λ越接近1低通濾波器的截止頻率就越高，由于每個(gè)人軟件的咽部組織結(jié)構(gòu)以及每個(gè)人每時(shí)每刻咽部的黏膜形式也會(huì)變化而存在著差異，而這種差異會(huì)影響鼾聲的頻帶范圍，既時(shí)是同一個(gè)人鼾聲的長(zhǎng)短有時(shí)也會(huì)變化，鼾聲的響度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；因此低通濾波器算法中的λ的值可以根據(jù)所得到某個(gè)人的鼾聲的頻帶和響度范圍作自動(dòng)調(diào)整，如果測(cè)量到的鼾聲的頻帶和響度范圍小于低通濾波器的截止頻率那么就可以再減小λ的值，以提高濾波效果。
數(shù)字低通濾波器模塊7所輸出Vnoise(i)的值中除了鼾聲以外還可能包含著其他背景噪音，要判定某一個(gè)聲音信號(hào)為鼾聲必須符合以下四個(gè)條件1)聲音信號(hào)Tsnore符合一般鼾聲維持時(shí)間的范圍；2)聲音信號(hào)Tno-snore符合一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍；3)Tsnore+Tno-snore符合一般一個(gè)呼吸周期范圍；4)符合上述特征的聲音信號(hào)要重復(fù)出現(xiàn)。判定是否是鼾聲在鼾聲周期判斷模塊8中進(jìn)行，要進(jìn)行鼾聲周期判斷必須首先有一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)不同人群的大樣本和大量數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)得到上述的4個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，但是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是沒(méi)有區(qū)分每個(gè)人的個(gè)性差，比如99.0％的鼾聲Tsnore在0.6～1.8秒以?xún)?nèi)，98.5％的鼾聲間隔時(shí)間Tno-snore的范圍在1.4～4.0秒以?xún)?nèi)，一般一個(gè)成年人的呼吸頻率在每分鐘16次左右，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明打鼾者每分鐘打鼾的次數(shù)分布在12～20次之間，并將放在診斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件模塊4中，同時(shí)也必須規(guī)定鼾聲的起始點(diǎn)與鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，所述的確定鼾聲的起始點(diǎn)與鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，在本發(fā)明中將數(shù)字濾波器的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞增6次作為鼾聲的起始點(diǎn)；數(shù)字濾波器的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞減8次作為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，因此鼾聲維持時(shí)間Tsnore為鼾聲的起始點(diǎn)的時(shí)間到鼾聲的結(jié)束點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，Tno-snore為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)到下一個(gè)鼾聲的起始點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間；同時(shí)在日常生活中其他的聲音也有可能出現(xiàn)上述的間隔模式，也有可能符合鼾聲的周期，然而要重復(fù)多次出現(xiàn)這種情況的概率就非常少，因此在本專(zhuān)利中再增加一個(gè)附加判斷條件，即滿(mǎn)足上述條件1)、2)、3)的聲音信號(hào)必須連續(xù)出現(xiàn)n次后才認(rèn)為是鼾聲，當(dāng)然這與睡眠時(shí)間也有關(guān)聯(lián)，如果是白天時(shí)間段的話(huà)，n的取值可以大些，晚間n的取值可以小些；剛睡到床上時(shí)n的取值可以大些，出現(xiàn)了多次鼾聲后n的取值可以降低為1，也就是說(shuō)n的取值大判斷為鼾聲的門(mén)檻越高，通過(guò)這種判斷方式能將一些背景音去除掉。上述的判斷過(guò)程在鼾聲周期判斷模塊9中進(jìn)行。
在本發(fā)明中增加了一個(gè)判斷范圍修正模塊11，當(dāng)鼾聲的連續(xù)累計(jì)數(shù)等于域值Ksnore時(shí)，通過(guò)在域值Ksnore以前鼾聲的數(shù)據(jù)來(lái)修正上述的判斷范圍，理由是作為不同的人(比如男性與女性)，鼾聲有高有低、有長(zhǎng)有短；既是同一個(gè)人有時(shí)候鼾聲也會(huì)有高有低、有長(zhǎng)有短；因此需要在上述粗分標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上得到更精確的判斷標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的人采用其本人當(dāng)時(shí)情況相適應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有助于提高判斷的準(zhǔn)確性。
如果啟用診斷功能，鼾聲的連續(xù)累計(jì)數(shù)超過(guò)了域值Ksnore就進(jìn)入鼾聲智能判斷模塊12；并通過(guò)障礙次數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊13得到睡眠障礙次數(shù)，根據(jù)診斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行診斷，如果有則睡眠障礙異常報(bào)告模塊15發(fā)出異常報(bào)告，并通過(guò)睡眠障礙顯示模塊16輸出，在顯示裝置17中顯示，并從個(gè)人基本數(shù)據(jù)14中，記錄個(gè)人的資料。
所述的睡眠體位判斷模塊所進(jìn)行的計(jì)算是根據(jù)配置在枕的兩邊兩個(gè)麥克風(fēng)所測(cè)量到的鼾聲響度來(lái)判斷入睡人的睡眠體位，兩個(gè)麥克風(fēng)的方向是朝著仰躺時(shí)口部的位置，如果左右兩個(gè)麥克風(fēng)所測(cè)量到的鼾聲音量相同，則可以判斷被測(cè)量者處于仰躺狀態(tài)，如果右邊的麥克風(fēng)比左邊的麥克風(fēng)所測(cè)量到的鼾聲音量高4分貝，則可以判斷被測(cè)量者處于向右側(cè)睡狀態(tài)，用同樣方法也可以判斷被測(cè)量者處于向左側(cè)睡狀態(tài)，計(jì)算機(jī)通過(guò)上述睡眠體位的判斷以及上次改變體位的狀態(tài)作出這次如何改變體位決策，由于本發(fā)明中是通過(guò)移動(dòng)枕頭的方式來(lái)改變睡眠者體位的，每次枕頭的移動(dòng)距離要根據(jù)人的頭部大小來(lái)確定，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)要改變一次體位，枕頭的移動(dòng)距離在16cm左右。
所述的判斷范圍修正模塊11所進(jìn)行的計(jì)算是根據(jù)每個(gè)人的個(gè)性差適當(dāng)修正判斷范圍，其依據(jù)是每個(gè)人的每分鐘的呼吸次數(shù)，即Tsnore+Tno-snore在2.8～5.5秒之間，但是畢竟還是存在著個(gè)性差，上述的指標(biāo)范圍上限與下限的差接近一倍，且某個(gè)人每次呼吸的周期也會(huì)發(fā)生一些變化，某個(gè)人的鼾聲持續(xù)時(shí)間與鼾聲間隔時(shí)間同樣與其他打鼾者的鼾聲也會(huì)不同，為了比較準(zhǔn)確的獲得某個(gè)人的每分鐘的呼吸次數(shù)，根據(jù)上述計(jì)算得到的一系列Tsnore和Tno-snore值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而能比較精確的得到被監(jiān)測(cè)者的每分鐘的呼吸次數(shù)、鼾聲持續(xù)時(shí)間和鼾聲間隔時(shí)間的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明某個(gè)人的呼吸周期是符合正態(tài)分布的，只要鼾聲樣本測(cè)試數(shù)據(jù)大就可以用正態(tài)分布的兩個(gè)參數(shù)均數(shù)μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，本發(fā)明中利用淺睡眠期所監(jiān)測(cè)到的鼾聲來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即鼾聲的連續(xù)累計(jì)數(shù)達(dá)到了一個(gè)域值Ksnore后進(jìn)行如下計(jì)算，計(jì)算公式如式(2)所示，T‾snore=Σi=1KsnoreTsnore(i)/Ksnore]]>T‾no-snore=Σi=1KsnoreTno-snore(i)/Ksnore]]>Tbreath cycle＝Tsnore+Tno-snoreσsnore=Σi=1Ksnore(T‾snore-Tsnore(i))2/(Ksnore-1)]]>σno-snore=Σi=1Ksnore(T‾no-snore-Tno-snore(i))2/(Ksnore-1)]]>σbreath cycle=Σi=1Ksnore(T‾breath cycle-Tbreathcycle(i))2/(Ksnore-1)----(2)]]>
式中Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲持續(xù)時(shí)間，Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲間隔時(shí)間，Tsnore和σsnore分別為鼾聲持續(xù)時(shí)間的均值和方差，Tno-snore和σno-snore分別為鼾聲間隔時(shí)間的均值和方差，Tbreath cycle和σbreath cycle分別為一個(gè)呼吸周期的均值和方差，通過(guò)在淺睡眠期所得到鼾聲監(jiān)測(cè)值來(lái)得到上述的6個(gè)判斷數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)比上述的4項(xiàng)判斷標(biāo)準(zhǔn)中更能反映個(gè)人差，因此在進(jìn)入睡眠鼾聲模式判斷前將上述6個(gè)判斷數(shù)據(jù)更新上述4項(xiàng)判斷標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)能提高模式判斷精度；本發(fā)明中由于將鼾聲持續(xù)時(shí)間分布區(qū)間(Tsnore-3σsnore，Tsnore+3σsnore)、鼾聲間隔時(shí)間分布區(qū)間(Tno-snore-3σno-snore，Tno-snore+3σno-snore)、呼吸周期分布區(qū)間(Tbreath cycle-3σbreath cycle，Tbreath cycle+3σbreath cycle)作為新的判斷標(biāo)準(zhǔn)，在此以外的概率只有萬(wàn)分之二十六，這是一個(gè)很小的概率，因此能排除背景噪音、個(gè)人差對(duì)監(jiān)測(cè)精度的影響。
所述的微處理器3采用嵌入式處理器，本發(fā)明中采用EmbeddedLinux+Embedded linux這樣組合的軟件平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)中采用了基于三星公司的ARM9處理器S3C2410X板子，該板子上整合了MIZI公司所公布的免費(fèi)嵌入式Arm-Linux操作系統(tǒng)，本發(fā)明將Wonka(Embedded JVM)移植到了嵌入式linux中，Wonka本身已經(jīng)帶有對(duì)串口、音頻輸入設(shè)備的等驅(qū)動(dòng)支持。選擇Java或者C語(yǔ)言來(lái)作為智能防打鼾的睡眠枕的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，如要將Java程序運(yùn)行在嵌入式linux上需要有嵌入式Java虛擬機(jī)(Embedded JVM)的支持，本發(fā)明中使用了自己移植成功的免費(fèi)Java虛擬機(jī)。
本發(fā)明智能防打鼾的睡眠枕的效果是在枕頭中安置了麥克風(fēng)和微處理器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)睡眠者無(wú)拘束、非察覺(jué)性鼾聲監(jiān)測(cè)，在枕頭的下部配置動(dòng)作驅(qū)動(dòng)部件后根據(jù)監(jiān)測(cè)到的打鼾聲自動(dòng)地適當(dāng)改變睡眠中的人頭部位置使得其呼吸道通暢，達(dá)到改善自我的睡眠質(zhì)量，緩解由于鼾聲與同室或者配偶所造成的緊張關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種智能防打鼾的睡眠枕，其特征在于所述的睡眠枕包括枕頭、拾音器、用于根據(jù)接收的睡眠聲音信號(hào)進(jìn)行智能判斷的微處理器、用于改變睡眠者睡眠體位的枕頭移位機(jī)構(gòu)，所述的拾音器對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述枕頭的兩側(cè)，所述枕頭安裝在枕頭移位機(jī)構(gòu)上，所述的拾音器的輸出連接所述的微處理器，所述的微處理器包括數(shù)字低通濾波模塊，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)去除背景噪音；聲音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于將拾音器獲取的睡眠聲音信號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；睡眠體位判斷模塊，用于計(jì)算左右兩個(gè)拾音器所測(cè)量的睡眠聲音的音量，區(qū)分三種不同睡眠體位如左右兩個(gè)拾音器音量接近，判斷睡眠者處于仰躺狀態(tài)；如左邊拾音器的音量比右邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于左側(cè)睡狀態(tài)；如右邊拾音器的音量比左邊拾音器的音量高于間隔閾值，判斷睡眠者處于右側(cè)睡狀態(tài)；鼾聲周期判斷模塊，用于定義Tsnore為鼾聲持續(xù)時(shí)間，定義Tno-snore為鼾聲間隔時(shí)間，聲音信號(hào)要判斷為鼾聲必須符合鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)中的四個(gè)條件1)、聲音信號(hào)Tsnore符合一般鼾聲維持時(shí)間的范圍；2)、聲音信號(hào)Tno-snore符合一般鼾聲間隔時(shí)間的范圍；3)、Tsnore+Tno-snore符合一般一個(gè)呼吸周期范圍；4)、符合上述特征的聲音信號(hào)要重復(fù)出現(xiàn)，如符合上述四個(gè)條件，判斷為打鼾聲音；啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)模塊，用于根據(jù)所述的聲音數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)鼾聲的次數(shù)，判斷鼾聲數(shù)是否達(dá)到域值Ksnore，如達(dá)到閾值Ksnore啟動(dòng)移位機(jī)構(gòu)；移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行模塊，用于根據(jù)當(dāng)前的睡眠體位、以及上一次睡眠體位，控制移位機(jī)構(gòu)執(zhí)行改變到另一種體位。
2.如權(quán)利要求1所述的智能防打鼾的睡眠枕，其特征在于所述的枕頭移位機(jī)構(gòu)包括可正反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左軸、右軸、移動(dòng)滑墊，所述兩個(gè)軸的一端分別安裝尼龍齒輪，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接尼龍齒輪，所述的兩個(gè)尼龍齒輪之間設(shè)有柔性齒條帶，柔性齒條帶與兩個(gè)尼龍齒輪嚙合，齒條帶與移動(dòng)滑墊作相對(duì)固定，齒條帶移動(dòng)滑墊可轉(zhuǎn)動(dòng)地套接在左軸、右軸上，所述的枕頭固定在所述地移動(dòng)滑墊上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的智能防打鼾的睡眠枕，其特征在于所述的數(shù)字低通濾波模塊的截止頻率在200Hz，其遞推公式為式(1)Vnoise(i)＝(1-λ)Vnoise(i-1)+λVnoise-cn(i)(1)式中Vnoise-cn(i)為所測(cè)量到的聲音電壓信號(hào)，Vnoise(i-1)為上次數(shù)字濾波器的輸出，Vnoise(i)為這次數(shù)字濾波器的輸出，λ為更新的速度，取值在0～1之間，λ的大小與低通濾波器的截止頻率有關(guān)，λ越接近1低通濾波器的截止頻率就越高。
4.如權(quán)利要求3所述的智能防打鼾的睡眠枕，其特征在于將所述濾波模塊的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞增6次作為鼾聲的起始點(diǎn)，濾波模塊的輸出Vnoise(i)的值連續(xù)遞減8次作為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)，鼾聲持續(xù)時(shí)間Tsnore為鼾聲的起始點(diǎn)的時(shí)間到鼾聲的結(jié)束點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，Tno-snore為鼾聲的結(jié)束點(diǎn)到下一個(gè)鼾聲的起始點(diǎn)所化費(fèi)的時(shí)間，根據(jù)上述計(jì)算得到的一系列Tsnore和Tno-snore值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
5.如權(quán)利要求3所述的智能防打鼾的睡眠枕，其特征在于在鼾聲數(shù)等于域值Ksnore時(shí)，進(jìn)行如下計(jì)算，如式(2)所示T‾snore=Σi=1KsnoreTsnore(i)/Ksnore]]>T‾no-snore=Σi=1KsnoreTno-snore(i)/Ksnore]]>Tbreath cycle＝Tsnore+Tno-snoreσsnore=Σi=1Ksnore(T‾snore-Tsnore(i))2/(Ksnore-1)]]>σno-snore=Σi=1Ksnore(T‾no-snore-Tno-snore(i))2/(Ksnore-1)]]>σbreathcycle=Σi=1Ksnore(T‾breathcycle-Tbreathcycle(i))2/(Ksnore-1)---(2)]]>式中Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲持續(xù)時(shí)間，Tsnore(i)為所測(cè)量到的鼾聲間隔時(shí)間，Tsnore和σsnore分別為鼾聲持續(xù)時(shí)間的均值和方差，Tno-snore和σno-snore分別為鼾聲間隔時(shí)間的均值和方差，Tbreath cycle和σbreath cycle分別為一個(gè)呼吸周期的均值和方差，將鼾聲持續(xù)時(shí)間分布區(qū)間(Tsnore-3σsnore，Tsnore+3σsnore)、鼾聲間隔時(shí)間分布區(qū)間(Tno-snore-3σno-snore，Tno-snore+3σno-snore)、呼吸周期分布區(qū)間(Tbreath cycle-3σbreath cycle，Tbreath cycle+3σbreath cycle)作為新的鼾聲診斷標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
一種智能防打鼾的睡眠枕，由兩個(gè)部分所構(gòu)成，包括鼾聲的檢測(cè)、根據(jù)所檢測(cè)到的鼾聲通過(guò)裝置來(lái)改變睡眠者的體位，睡眠者在入睡時(shí)與平時(shí)一樣頭部由枕頭墊著，枕頭的兩側(cè)安置著面向被檢測(cè)者口鼻部的麥克風(fēng)；當(dāng)睡眠者在入眠后發(fā)出鼾聲，麥克風(fēng)檢測(cè)到聲音信號(hào)經(jīng)放大給微處理器；在微處理器中進(jìn)行聲音信號(hào)的濾波和睡眠障礙的智能化判斷，根據(jù)判斷結(jié)果和改變體位動(dòng)作策略通過(guò)接口輸出執(zhí)行裝置改變睡眠者的體位，當(dāng)接受到改變體位動(dòng)作策略信號(hào)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)作相應(yīng)的動(dòng)作，使得入睡者在打鼾后自動(dòng)改變睡眠體位。本發(fā)明無(wú)拘束的及時(shí)測(cè)量睡眠障礙的手段，根據(jù)所檢測(cè)到的鼾聲情況進(jìn)行自動(dòng)改變睡眠體位，以提高睡眠質(zhì)量。
文檔編號(hào)A47G9/10GK1811645SQ200610049368
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者湯一平, 鄭智茵, 尤思思, 賀武杰, 孫黌杰, 李雯 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)