ITGE20100100A1

ITGE20100100A1 - WRIST INSTRUMENT AND PROCEDURE FOR DETERMINING THE QUALITY OF SLEEP AND RELAXATION LEVEL OF A PERSON

Info

Publication number: ITGE20100100A1
Application number: IT000100A
Authority: IT
Inventors: Michele Bellin
Original assignee: Michele Bellin
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-16

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per TITOLO: DESCRIPTION of the invention having the TITLE:

“Strumento da polso e procedimento per la determinazione della qualità del sonno e del livello di rilassamento di una persona" "Wrist instrument and procedure for determining the quality of sleep and the level of relaxation of a person"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto uno strumento da indossare al polso atto a rilevare battiti cardiaci e movimenti, di seguito elaborati con un procedimento atto a fornire due risultati: un’indicazione della qualità del sonno ed un’indicazione del livello di rilassamento di una persona. In particolare l’invenzione riguarda uno strumento da polso, eventualmente integrato con un orologio digitale, in grado di rilevare, anche tramite un solo sensore, i segnali del battito cardiaco e dei movimenti, ed un procedimento per l'elaborazione di detti segnali atto a produrre i risultati sopra citati che possono essere visualizzati direttamente sullo schermo dello strumento e/o inviati ad un personal computer, telefono intelligente o altro sistema remoto per un più sofisticato livello di presentazione. The present invention relates to an instrument to be worn on the wrist suitable for detecting heartbeats and movements, which are processed below with a procedure capable of providing two results: an indication of the quality of sleep and an indication of the level of relaxation of a person. . In particular, the invention relates to a wrist instrument, possibly integrated with a digital watch, capable of detecting, even through a single sensor, the signals of the heartbeat and movements, and a process for processing said signals adapted to produce the aforementioned results which can be viewed directly on the instrument screen and / or sent to a personal computer, smart phone or other remote system for a more sophisticated level of presentation.

In aggiunta o alternativa, il procedimento per ottenere lo stato di rilassamento e la qualità del sonno può essere implementato all'interno di un personal computer, telefono intelligente o altro sistema remoto, che, ricevendo i dati dei battiti cardiaci e del movimento da uno strumento esterno, anche diverso da quello da polso oggetto del presente brevetto, li elabori secondo il procedimento descritto dai presente brevetto al fine di ottenere un'indicazione della qualità del sonno ed un'indicazione del livello di rilassamento di una persona. In addition or as an alternative, the procedure for obtaining the state of relaxation and the quality of sleep can be implemented within a personal computer, smart phone or other remote system, which, by receiving heart rate and movement data from an instrument external, even different from the wrist one object of the present patent, process them according to the procedure described by the present patent in order to obtain an indication of the quality of sleep and an indication of the level of relaxation of a person.

Un altro obiettivo dell'invenzione è quello di far compiere specifiche azioni programmabili in concomitanza con determinati eventi o situazioni evidenziate nell’ambito del procedimento. Ad esempio l’invio di un segnale di allarme via Internet ad un centro di ascolto in caso di situazioni anomale del battito cardiaco, oppure l’emissione di un brano sonoro o di un segnale acustico programmabile al raggiungimento di una specifica fase di sonno. Another objective of the invention is to carry out specific programmable actions in conjunction with certain events or situations highlighted in the context of the procedure. For example, the sending of an alarm signal via the Internet to a listening center in the event of abnormal heartbeat situations, or the emission of a sound track or a programmable acoustic signal when a specific sleep phase is reached.

Lo stato dell’arte ha il suo punto di partenza nel 1953 quando Eugene Aserinsky e Nathaniel Kleitman scoprirono la presenza dei movimenti oculari rapidi (REM) durante il sonno. Questa semplice osservazione permise di differenziare il sonno in una fase REM (con movimenti oculari rapidi) e in una fase non REM (fase NREM). Nel 1963 Kleitman e Dement descrissero per la prima volta l'alternanza, durante il perìodo di sonno, del sonno REM e NREM in cicli, introducendo il concetto di architettura del sonno. The state of the art has its starting point in 1953 when Eugene Aserinsky and Nathaniel Kleitman discovered the presence of rapid eye movements (REM) during sleep. This simple observation allowed us to differentiate sleep into a REM phase (with rapid eye movements) and a non-REM phase (NREM phase). In 1963 Kleitman and Dement described for the first time the alternation, during the period of sleep, of REM and NREM sleep in cycles, introducing the concept of sleep architecture.

Lo stato REM corrisponde alla fase del sonno che viene comunemente associata ai perìodi durante i quali si sogna. Tale fase è caratterizzata da rapidi movimenti oculari, in inglese: Rapid Eye Movements, da cui deriva il suo nome. Lo stato NREM (Non REM) è invece lo stato di sonno durante il quale non compaiono movimenti oculari rapidi e viene normalmente suddiviso in altri 4 stadi: S1 , S2, S3, S4 corrispondenti, rispettivamente, ad uno stato di sonno leggero (S1) fino ad uno stato di sonno profondo (S4). The REM state corresponds to the phase of sleep that is commonly associated with the periods during which we dream. This phase is characterized by rapid eye movements, in English: Rapid Eye Movements, hence its name. The NREM state (Non REM) is instead the state of sleep during which no rapid eye movements appear and is normally divided into other 4 stages: S1, S2, S3, S4 corresponding, respectively, to a state of light sleep (S1) up to a state of deep sleep (S4).

Oltre a tali fasi ne vengono individuate altre che corrispondono alle transizioni tra la veglia (Wake) ed il sonno e viceversa. Si individua pertanto il tempo tra la veglia e la prima fase di sonno denominato SOL, in inglese: Sleep On Latency, e la somma dei tempi di veglia, durante le varie fasi del sonno, costituisce il parametro WASO, in inglese Wake time After Sleep Onset. In addition to these phases, others are identified that correspond to the transitions between wakefulness and sleep and vice versa. Therefore, the time between wakefulness and the first phase of sleep is identified, called SOL, in English: Sleep On Latency, and the sum of the waking times, during the various phases of sleep, constitutes the WASO parameter, in English Wake time After Sleep Onset.

Le diverse fasi del sonno si alternano in cicli in cicli di durata tra i 90 ed i 120 minuti. L’alternanza delle fasi REM - NREM e Wake è rappresentata da grafici detti ipnogrammi. La Figura 1 mostra un esempio di ipnogramma. The different phases of sleep alternate in cycles in cycles lasting between 90 and 120 minutes. The alternation of the REM - NREM and Wake phases is represented by graphs called hypnograms. Figure 1 shows an example of a hypnogram.

Un sonno “normale" è caratterizzato da una certa durata e da un dato rapporto tra le durate delle fasi REM, NREM, SOL e WASO. Sia la durata totale del sonno che la durata delle singole fasi del sonno, dipendono dall’età del soggetto e dal sesso. Valori medi delle varie fasi del sonno in rapporto ad età e sesso, in soggetti sani, si possono trovare nella letteratura medica come, ad esempio, in una revisione di 65 studi indipendenti che ha coinvolto un totale di 3.577 soggetti (Maurice M. Ohayon et All -Meta-Analysys of Quantitative Sleep Parameters From Childhood to Old Age in Healty Individuals: Developing Normative Sleep Values Across thè Human Lifespan. SLEEP, voi. 27, No.7, 2004). A "normal" sleep is characterized by a certain duration and by a given ratio between the duration of the REM, NREM, SOL and WASO phases. Both the total duration of sleep and the duration of the individual sleep phases depend on the age of the subject. and sex. Mean values of various sleep stages in relation to age and sex, in healthy subjects, can be found in the medical literature such as, for example, in a review of 65 independent studies involving a total of 3,577 subjects (Maurice M. Ohayon et All-Meta-Analyzes of Quantitative Sleep Parameters From Childhood to Old Age in Healty Individuals: Developing Normative Sleep Values Across the Human Lifespan. SLEEP, vol. 27, No. 7, 2004).

Per ottenere una buona valutazione della qualità del sonno occorre, ad oggi, sottoporsi ad un esame diagnostico, chiamato Polisonno, che si può effettuare presso opportune strutture ospedaliere e che prevede il ricovero per una notte. To obtain a good evaluation of the quality of sleep it is necessary, to date, to undergo a diagnostic test, called Polysomno, which can be carried out at appropriate hospitals and which involves hospitalization for one night.

Un esame Polisonno prevede che il paziente sia collegato ad un insieme di apparecchiature quali l’elettroencefalografo, l’elettrooculografo, l’elettrocardiorgafo, l’elettromiografo ed altri. A Polysomno exam requires the patient to be connected to a set of equipment such as the electroencephalograph, the electrooculograph, the electrocardiorgaph, the electromyograph and others.

Del personale paramedico sorveglia che gli elettrodi collegati al paziente rimangano in posizione provvedendo eventualmente al ripristino del collegamento. Recentemente, alcuni centri specialistici consentono che il paziente, collegato ad apparecchiature portatili, possa effettuare l’esame presso la propria abitazione. The paramedics supervise that the electrodes connected to the patient remain in position and, if necessary, restore the connection. Recently, some specialist centers allow the patient, connected to portable equipment, to carry out the examination at their home.

Personale medico qualificato effettua, alla fine della registrazione, l’analisi comparata dei tracciati ottenuti mediante le diverse apparecchiature. Da tale analisi si ottiene manualmente l’Ipnogramma. Esistono ad oggi dei programmi SW che effettuano automaticamente l’analisi dei dati fornendo risultati considerati accettabili se comparati con quelli elaborati manualmente. Qualified medical personnel carry out, at the end of the registration, the comparative analysis of the traces obtained using the different equipment. The Hypnogram is obtained manually from this analysis. To date, there are SW programs that automatically perform data analysis, providing results considered acceptable when compared with those processed manually.

In ogni caso, per ottenere in Ipnogramma, è necessario, ad oggi, rivolgersi a centri specialistici dotati di apparecchiature mediche sofisticate operate da personale specializzato. In any case, to obtain the Hypnogram, it is necessary, to date, to go to specialized centers equipped with sophisticated medical equipment operated by specialized personnel.

La conoscenza dell'lpnogramma, e delle varie fasi del sonno attraversate, non è comunque un’informazione che fornisce direttamente, ad un utente non esperto, un indicazione sulla qualità del proprio sonno. Knowledge of the hypnogram, and of the various stages of sleep experienced, however, is not information that directly provides an inexperienced user with an indication of the quality of their sleep.

Una conseguenza dell’attuale difficoltà di misurare la qualità del sonno comporta che essa venga considerata solo in casi patologici quali, ad esempio, la presenza di apnee notturne o stati di insonnia grave. A consequence of the current difficulty in measuring sleep quality means that it is considered only in pathological cases such as, for example, the presence of sleep apnea or severe insomnia.

Oggigiorno esistono strumenti da polso in grado di fornire indicazioni sulla frequenza delle pulsazioni cardiache (HBR in inglese Heath Beat Rate) e caratteristiche associate quali la variabilità della frequenza (HRV in inglese Heath Rate Variability). Ma nessuno di essi fornisce indicazioni sulla qualità del sonno. Nowadays there are wrist instruments that can provide indications on the heart beat rate (HBR in English Heath Beat Rate) and associated characteristics such as frequency variability (HRV in English Heath Rate Variability). But none of them provide insights into sleep quality.

D’altro canto la necessità di una corretta educazione al sonno, indipendente dalla presenza di patologie gravi e invalidanti, sta emergendo a causa della sempre più chiara correlazione tra la qualità del sonno e sintomi quali, ad esempio, affaticamento, ansia, depressione, diminuzione dell'attenzione e perdita di memoria. On the other hand, the need for proper sleep education, independent of the presence of serious and disabling pathologies, is emerging due to the increasingly clear correlation between the quality of sleep and symptoms such as, for example, fatigue, anxiety, depression, decrease attention and memory loss.

Una maggiore attenzione alla qualità del sonno, così come viene prestata agli aspetti dell'alimentazione, unitamente alla difficoltà attuale a misurare gli aspetti di qualità del sonno, sono le ragioni che hanno motivato la presente invenzione. Greater attention to the quality of sleep, as well as to the aspects of nutrition, together with the current difficulty in measuring the quality aspects of sleep, are the reasons which motivated the present invention.

Inoltre, dato che un ausilio ad una migliore qualità del sonno può essere dato da una sessione di rilassamento del soggetto prima di coricarsi, od in altri momenti durante la giornata, si è aggiunto, oltre al procedimento per la misurazione della qualità del sonno anche un procedimento per misurare il grado di rilassamento fornendo in tal modo uno strumento, detto di biofeedback, atto a guidare nella corretta direzione la persona durante il rilassamento. Furthermore, since an aid to a better quality of sleep can be given by a relaxation session of the subject before bedtime, or at other times during the day, in addition to the procedure for measuring the quality of sleep, a procedure for measuring the degree of relaxation thus providing a tool, called biofeedback, to guide the person in the correct direction during relaxation.

Viene ora descritto un esempio di realizzazione. An example of embodiment is now described.

E’ noto, dalla letteratura medica, che la macrostruttura del sonno, caratterizzata dagli stati REM, NREM e Wake, può essere individuata anche mediante la sola analisi della densità di potenza spettrale, detta PSD (in inglese: Power Spectrum Density), della variabilità della frequenza cardiaca, detta HRV. E’ noto inoltre che l’analisi del movimento consente di ricavare informazioni relative ai parametri SOL e WASO. It is known, from the medical literature, that the sleep macrostructure, characterized by the REM, NREM and Wake states, can also be identified through the analysis of the spectral power density, called PSD (in English: Power Spectrum Density), of the variability heart rate, called HRV. It is also known that the movement analysis allows to obtain information relating to the SOL and WASO parameters.

Il primo passo effettuato è pertanto la rilevazione del battito cardiaco e quella del movimento. A tale scopo, con riferimento alla Figura 2, si è utilizzato un unico sensore piezoelettrico (2.1) che, caricato con un opportuna massa (2.2) e posizionato in corrispondenza deH’arteria radiale (2.3), raccoglie sia il segnale dovuto alle vibrazioni della massa inerziale, in presenza di movimenti, sia il segnale cardiaco dovuto alle pulsazione dell’arteria. Il sensore piezoelettrico non è comunque l’unico tipo di trasduttore atto allo scopo, esempi di altri trasduttori utilizzabili sono gli accelerometri basati su varie tecnologie quali MEMS o cMUT. Con riferimento alla Figura 3, il segnale elettrico analogico (3.1) viene campionato (3.2) e filtrato digitalmente con filtri passa basso (3.3) e passa alto (3.4). Si ottiene in tal modo un segnale (3.5) che ha caratteristiche analoghe a quello in Figura 4. Tale segnale si presta ad essere utilizzato per la misura della distanza tra due battiti (4.1), nota come distanza RR. The first step is therefore the detection of the heartbeat and that of movement. For this purpose, with reference to Figure 2, a single piezoelectric sensor (2.1) was used which, loaded with a suitable mass (2.2) and positioned in correspondence with the radial artery (2.3), collects both the signal due to the vibrations of the inertial mass, in the presence of movements, is the cardiac signal due to the pulsation of the artery. However, the piezoelectric sensor is not the only type of transducer suitable for the purpose, examples of other usable transducers are accelerometers based on various technologies such as MEMS or cMUT. With reference to Figure 3, the analog electrical signal (3.1) is sampled (3.2) and digitally filtered with low pass (3.3) and high pass (3.4) filters. In this way, a signal (3.5) is obtained which has similar characteristics to that in Figure 4. This signal is suitable to be used for measuring the distance between two beats (4.1), known as the RR distance.

L’utilizzo di un solo sensore per rilevare sia il battito cardiaco che il movimento ha una ragione legata alla minimizzazione dei costi. Nulla vieta di utilizzare più sensori, anche di tipo diverso tra loro, per rilevare le stesse grandezze. Ad ogni modo, nel caso si utilizzi un unico sensore come neH’implementazione presentata, occorre separare daH'unico segnale generato l'informazione delle due componenti. A tale scopo si è ideata la prima parte del procedimento che non risulta necessaria qualora si utilizzino sensori distinti. The use of a single sensor to detect both heartbeat and movement has a reason linked to the minimization of costs. Nothing prevents the use of multiple sensors, even of different types, to detect the same quantities. In any case, if a single sensor is used as in the presented implementation, the information of the two components must be separated from the single signal generated. For this purpose, the first part of the procedure has been devised, which is not necessary if separate sensors are used.

La prima parte del procedimento si sviluppa secondo le considerazioni che seguono: Visto che lo strumento va utilizzato durante il sonno o sessioni di rilassamento, l'arto a cui lo strumento è collegato è normalmente fermo ed il segnale cardiaco è il solo presente. Le fasi di movimento, durante il sonno o il rilassamento, hanno una durata estremamente breve dell'ordine dei secondi. Durante tali fasi di movimento si può avere l’oscuramento del segnale cardiaco. In tale situazione un battito che venga rilevato con incertezza viene sostituito da un battito calcolato sulla base della media dei battiti precedenti alla rilevazione del movimento. Vista la caratteristica frequenziale del movimento, rispetto a quella del battito cardiaco, si può dedurre la presenza di movimento nel caso vengano rilevati impulsi (4.2) all’interno della finestra temporale durante la quale non sono attesi impulsi di battiti cardiaci (4.3). The first part of the procedure develops according to the following considerations: Since the instrument is to be used during sleep or relaxation sessions, the limb to which the instrument is connected is normally stationary and the heart signal is the only one present. The phases of movement, during sleep or relaxation, have an extremely short duration of the order of seconds. During these phases of movement, the cardiac signal can be obscured. In this situation, a beat that is detected with uncertainty is replaced by a beat calculated on the basis of the average of the beats prior to the detection of the movement. Given the frequency characteristic of the movement, compared to that of the heartbeat, the presence of movement can be deduced if impulses (4.2) are detected within the time window during which heartbeat impulses are not expected (4.3).

Si procede stabilendo una finestra temporale di un numero fisso di secondi ed ottenendo, grazie all’elaborazione precedente, il numero totale di movimenti nella finestra temporale ed una serie di valori di distanza RR tra due battiti successivi. We proceed by establishing a time window of a fixed number of seconds and obtaining, thanks to the previous processing, the total number of movements in the time window and a series of RR distance values between two successive beats.

Sottoponendo la serie di valori di distanza temporale tra due battiti ad analisi dello spettro di potenza della variazione di frequenza si ottiene l'informazione del rapporto tra le componenti a bassa frequenza (LF) (0,04 - 0,15 Hz) e quelle ad alta frequenza (HF) (0,15 - 0,4 Hz) dove la componente a bassa frequenza (LF) è considerata un indice dell’attivazione del sistema simpatico mentre quella ad alta frequenza (HF) come indice dell'attivazione anche del parasimpatico. By subjecting the series of values of time distance between two beats to analysis of the power spectrum of the frequency variation, the information of the ratio between the low frequency components (LF) (0.04 - 0.15 Hz) and those with high frequency (HF) (0.15 - 0.4 Hz) where the low frequency component (LF) is considered an index of the activation of the sympathetic system while the high frequency (HF) component is also considered an index of the activation of the parasympathetic .

Il rapporto tra le due componenti normalizzate fornisce l'informazione su quale dei due sistemi nervosi sia maggiormente attivo. The relationship between the two normalized components provides information on which of the two nervous systems is most active.

Il sistema simpatico ha una funzione stimolante, eccitante, contraente; presiede al sistema di adattamento attacco e fuga, preparando l'organismo ad affrontare il pericolo. Il sistema parasimpatico stimola la quiete, il rilassamento, il riposo, la digestione e l'immagazzinamento di energia. The sympathetic system has a stimulating, exciting, contracting function; presides over the attack and flight adaptation system, preparing the organism to face danger. The parasympathetic system stimulates stillness, relaxation, rest, digestion and energy storage.

Il rapporto tra le due componenti fornisce pertanto un'indicazione sul livello di attivazione / rilassamento del soggetto. Questo primo risultato, opportunamente trasformato in una percentuale o un grafico o altra indicazione significativa, viene quindi visualizzato costituendo la rappresentazione del livello di rilassamento. The relationship between the two components therefore provides an indication of the level of activation / relaxation of the subject. This first result, suitably transformed into a percentage or a graph or other significant indication, is then displayed constituting the representation of the relaxation level.

L'algoritmo di calcolo, per identificare quale tra il sistema nervoso simpatico e quello parasimpatico sia maggiormente attivo, basato sull’analisi della densità di potenza spettrale della variabilità della frequenza cardiaca non è l’unico sistema per ottenere l'informazione desiderata ed è da considerarsi solo un esempio di implementazione della soluzione. Ciò che conta per il procedimento, oggetto del presente brevetto, è che l'indicatore dello stato di rilassamento sia derivato dalla diversità di livelli d’attivazione del sistema nervoso simpatico rispetto a quello parasimpatico ottenuti a partire dal battito cardiaco indipendentemente dall’algoritmo utilizzato per calcolarne i livelli d’attivazione. The calculation algorithm, to identify which of the sympathetic and parasympathetic nervous systems is more active, based on the analysis of the spectral power density of the heart rate variability is not the only way to obtain the desired information and is to be consider just an example of the solution implementation. What matters for the process, object of this patent, is that the indicator of the state of relaxation is derived from the difference in activation levels of the sympathetic nervous system with respect to the parasympathetic one obtained starting from the heartbeat independently of the algorithm used for calculate the activation levels.

Si procede ora con il calcolo della qualità del sonno. Con riferimento alla macchina a stati rappresentato in Figura 5 si riconoscono quattro stati i cui nomi sono stati precedentemente introdotti: SOL, NREM, WASO e REM. La pressione di un apposito pulsante di start/stop presente sullo strumento, e che va premuto al momento di coricarsi per dormire, pone il sistema nello stato SOL. Da questo istante, ogni finestra temporale di durata fissa predefinita, il sistema assegna un’etichetta alla finestra temporale appena conclusa. Le etichette sono 3 e sono chiamate MOV, LF e HF. L’etichetta MOV viene assegnata se nella finestra temporale trascorsa è stato rilevato almeno un movimento. L’etichetta LF viene assegnata se non vi stato movimento e vi è stata una preponderanza dell’attività del sistema simpatico rispetto al parasimpatico. Viceversa viene assegnala l’etichetta HF. Ad ogni finestra temporale si ha pertanto, attraverso il calcolo dell’etichetta, il potenziale passaggio da uno stato ad un altro. Ad ogni stato è associato un contatore che conta quanti finestre temporali il sistema ha trascorso in ciascuno degli stati in questione. Il meccanismo di conteggio ha termine al risveglio del soggetto mantenendo premuto il pulsante di start/stop per un tempo superiore a 2 secondi. We now proceed with the calculation of the quality of sleep. With reference to the state machine represented in Figure 5, we recognize four states whose names have been previously introduced: SOL, NREM, WASO and REM. Pressing a special start / stop button on the instrument, which must be pressed at bedtime to sleep, puts the system in the SOL state. From this moment, each time window of a predefined fixed duration, the system assigns a label to the time window just ended. There are 3 labels and they are called MOV, LF and HF. The MOV label is assigned if at least one movement has been detected in the past time window. The LF label is assigned if there has been no movement and there has been a preponderance of the activity of the sympathetic system compared to the parasympathetic. Conversely, the HF label is assigned. At each time window there is therefore, through the calculation of the label, the potential transition from one state to another. Each state is associated with a counter that counts how many time windows the system has spent in each of the states in question. The counting mechanism ends when the subject awakens by keeping the start / stop button pressed for more than 2 seconds.

Durante il conteggio viene anche aggiornato il tempo totale del sonno (TST = Total Sleep Time). In base ai valori di età e sesso, precedentemente inseriti nello strumento mediante appositi pulsanti funzione, il numero di minuti di permanenza in ciascuno degli stati, più il TST vengono confrontati con il valore medio atteso memorizzato in un’apposita tabella funzione di sesso ed età. Il valore medio atteso deriva dalla letteratura scientifica sull’argomento quale, ad esempio, quella citata precedentemente (Maurice M. Ohayon et All - Meta-Analysys of Quantitative Sleep Parameters From Childhood to Old Age in Healty Individuale: Developing Normative Sleep Values Across thè Human Lifespan. SLEEP, voi. 27, No.7, 2004). Per ciascuno stato del sonno misurato viene pertanto identificato un valore di scostamento percentuale, pesato sulla base dell’importanza dello stato, rispetto al valore medio atteso. Il parametro di qualità del sonno viene calcolato sommando i valori assoluti degli scostamenti percentuali pesati di ciascuna fase e normalizzando il risultato su un'apposita scala che, ad esempio, può variare da 1 a 100. Gli scostamenti percentuali pesati dei quattro stati, più il TST ed il valore della qualità del sonno, sono infine visualizzati in forma numerica e/o grafica. During the count, the total sleep time (TST = Total Sleep Time) is also updated. On the basis of the age and sex values, previously entered in the instrument using special function buttons, the number of minutes spent in each of the states, plus the TST are compared with the expected average value stored in a special function table of sex and age . The expected average value derives from the scientific literature on the subject such as, for example, the one cited above (Maurice M. Ohayon et All - Meta-Analyzes of Quantitative Sleep Parameters From Childhood to Old Age in Individual Healty: Developing Normative Sleep Values Across the Human Lifespan. SLEEP, vol. 27, No. 7, 2004). For each measured sleep state, a percentage deviation value is therefore identified, weighted on the basis of the importance of the state, compared to the expected average value. The sleep quality parameter is calculated by adding the absolute values of the weighted percentage deviations of each phase and normalizing the result on a specific scale which, for example, can vary from 1 to 100. The weighted percentage deviations of the four states, plus the TST and the sleep quality value are finally displayed in numerical and / or graphical form.

L'algoritmo di calcolo per identificare la fase del sonno, basato sulla macchina a stati precedentemente descritta non è l’unico sistema per ottenere l’informazione desiderata ed è da considerarsi solo un esempio di implementazione della soluzione. Ciò che conta per il procedimento, oggetto del presente brevetto, è che l’indicatore dello qualità del sonno sia derivato dal confronto tra il tempo di permanenza totale del soggetto in ciascuna delle fasi del sonno, in qualche modo determinate a partire dal battito cardiaco, e una tabella di riferimento che fornisce i valori medi di permanenza in ciascuna fase del sonno in funzione di sesso ed età. The calculation algorithm to identify the sleep phase, based on the previously described state machine, is not the only system for obtaining the desired information and is to be considered only an example of implementation of the solution. What matters for the procedure, object of this patent, is that the sleep quality indicator is derived from the comparison between the total residence time of the subject in each of the sleep phases, somehow determined starting from the heartbeat, and a reference table that provides the average values of permanence in each phase of sleep as a function of sex and age.

Un ulteriore scopo del procedimento, oltre al fornire dati relativi alla qualità del sonno ed al livello di rilassamento, è quello di generare, ad ogni ingresso in una diversa fase del sonno, un segnale che attivi delle procedure, programmabili dall’utente, atte a compiere azioni specifiche quali, a mero titolo d’esempio, l'emissione di un suono o il lancio di un brano musicale all’ingresso nello stato REM. A further purpose of the procedure, in addition to providing data relating to the quality of sleep and the level of relaxation, is to generate, at each entry into a different phase of sleep, a signal that activates procedures, programmable by the user, suitable for perform specific actions such as, for example, the emission of a sound or the launch of a piece of music upon entering the REM state.

Un altro scopo del procedimento è quello di generare, al raggiungimento di specifici livelli dello stato di rilassamento, un segnale che attivi delle procedure, programmabili dall’utente, atte a compiere azioni specifiche quali, a mero titolo d’esempio, l’invio di una chiamata di emergenza ad un centro di monitoraggio al superamento di certe soglie durante il sonno. Another purpose of the procedure is to generate, upon reaching specific levels of the state of relaxation, a signal that activates procedures, programmable by the user, suitable for carrying out specific actions such as, by way of example, the sending of an emergency call to a monitoring center when certain thresholds are exceeded during sleep.

Da un punto di vista della realizzazione meccanica, il sensore utilizzato dallo strumento per rilevare il battito cardiaco ed il movimento produce un segnale la cui qualità dipende dal posizionamento sul polso. Inoltre, al fine di avere una comoda lettura dei dati è opportuno che lo schermo digitale dello strumento sia posizionato opportunamente sul polso. Con riferimento alla Figura 6, le diverse esigenze di posizionamento tra le due parti fanno si che sia necessario che le due parti dello strumento, sensore (6.1) e schermo (6.2), possano essere posizionate attorno al polso in maniera indipendente. Per tale ragione si è previsto di rendere mobile una delle due parti rispetto alla circonferenza del bracciale che le tiene in contatto con il polso. Nell'esempio del disegno lo schermo (6.2) si può muovere (6.3) attorno al braccialetto. Un'implementazione della soluzione è possibile attraverso la realizzazione del braccialetto utilizzando del nastro Velcro (gancio) che permetta al contenitore dello schermo, anch’esso dotato di una striscia di Velcro (uncino), di essere posizionato in qualsiasi posizione del braccialetto raggiungibile grazie all’abbondanza del cavo elettrico di collegamento al sensore (6.4). Tale accorgimento permette anche di adattare la posizione del sensore e dello schermo, rispetto alle parti anatomiche del polso, indipendentemente dalla forma e dimensione del polso stesso e permettendo così allo strumento di adattarsi alle varie situazioni riscontrabili negli utilizzatori. From a mechanical construction point of view, the sensor used by the instrument to detect the heartbeat and movement produces a signal whose quality depends on the positioning on the wrist. Furthermore, in order to have a comfortable reading of the data it is advisable that the digital screen of the instrument is suitably positioned on the wrist. With reference to Figure 6, the different positioning requirements between the two parts make it necessary that the two parts of the instrument, sensor (6.1) and screen (6.2), can be positioned around the wrist independently. For this reason, one of the two parts has been made mobile with respect to the circumference of the bracelet that keeps them in contact with the wrist. In the example of the drawing the screen (6.2) can move (6.3) around the bracelet. An implementation of the solution is possible through the realization of the bracelet using the Velcro tape (hook) that allows the container of the screen, also equipped with a Velcro strip (hook), to be positioned in any position of the bracelet reachable thanks to the abundance of the electrical connection cable to the sensor (6.4). This device also allows to adapt the position of the sensor and the screen, with respect to the anatomical parts of the wrist, regardless of the shape and size of the wrist itself and thus allowing the instrument to adapt to the various situations encountered in users.

Come detto, il livello del segnale rilevato dal sensore può dipendere anche dal suo posizionamento sul polso. Per favorire il migliore posizionamento possibile, lo strumento mette a disposizione un valore di posizionamento, funzione deN’ampiezza del segnale cardiaco rilevato, che viene visualizzato in forma numerica e/o grafica sullo schermo dello strumento. In alternativa o in aggiunta, il segnale di posizionamento può essere inviato via radio ad un Personal Computer, telefono intelligente (smartphone) o altro dispositivo remoto. La presenza di un indicatore di posizionamento consente all'utilizzatore di comprendere quale sia il miglior posizionamento possibile del sensore sul proprio polso. As mentioned, the level of the signal detected by the sensor may also depend on its positioning on the wrist. To facilitate the best possible positioning, the instrument provides a positioning value, a function of the amplitude of the detected heart signal, which is displayed in numerical and / or graphic form on the instrument screen. Alternatively or in addition, the positioning signal can be sent via radio to a Personal Computer, smart phone (smartphone) or other remote device. The presence of a positioning indicator allows the user to understand which is the best possible positioning of the sensor on their wrist.

Claims

CLAIMS 1. Wrist instrument with a procedure for determining the quality of sleep and the level of relaxation of a person comprising: to. means for detecting signals relating to heart pulsations and movements of a person. b. means for calculating the variation of the heart rate from the detected heart rate signal. c. means for calculating the state of relaxation of the person starting from the data of the variation of the heart rate. d. means for calculating the sleep phase starting from the data of the movement and from the data of the frequency variation of the heart pulsations. And. means for acquiring and storing information on the age and sex of the user. f. means for storing a table of values relating to the reference duration of the sleep phases as a function of sex and age. g. means for starting and ending the calculation of sleep quality. h. means for calculating the quality of sleep starting from the total duration of stay in each sleep phase compared with reference values. the. means for storing the data on the instrument and remotely transmitting both the results of the final and intermediate processing. j. means suitable for numerically and / or graphically displaying the data on the instrument 2. Instrument according to claim 1, comprising means for detecting the quality of the detected signals relating to heart pulsations and movements of the user, means for storing, displaying on the instrument and / or transmitting the quality level of the signals remotely. 3. Instrument according to the claim. 1, comprising the possibility of positioning the part containing the sensors on the wrist independently of the part containing the display. 4. An instrument according to claim 1, comprising means for transmitting the processed data via radio to an intelligent telephone and / or to a Personal Computer or other remote systems. 5. A procedure for determining a person's sleep quality and relaxation level including: to. A phase of acquiring data on the subject's sex and age b. A phase of acquiring data relating to movements and heartbeats. c. A phase of transformation of heartbeat data into data relating to which of the sympathetic nervous system and parasympathetic nervous system is most active. d. A comparison step between the activation values of the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system to calculate the normalized relaxation level on a reference scale. And. A phase of identification of the sleep phase derived from movements and heartbeat. f. A sum phase of the times spent in each sleep phase. g. A comparison phase between the times elapsed in each sleep phase and the average expected duration depending on sex and age to obtain deviations from the expected average. h. A phase of weighing and sum of the deviations from the expected average to calculate the subject's sleep quality normalized on a reference scale. Method according to claim 5, where, if movement and heartbeat data are acquired in the form of a single data that contains the information of both signals, the method includes a step of discriminating the two information. 7. Process according to claim 5, comprising a step for activating programmable actions at the time of the transitions between the different sleep stages. 8. Process according to claim 5, comprising a step for activating programmable actions upon reaching certain threshold values of the relaxation level.