CN105030198A - 用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法，所述系统包括感应装置及与之通信的终端，所述感应装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部。于本发明的用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法中，通过感测装置的光纤光栅传感模块来感测与被测使用者对应的光信号，并通过光接收模块将所述光信号转换成原始电信号，之后将原始电信号发送至与所述感测模块进行通信的终端上，最终终端根据接收的原始电信号进行分析，得到与被测使用者对应的睡眠质量数据。上述过程中，因感测装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部，从而该感测装置并不与人体直接接触，避免直接接触式的测试过程给使用者带来的不适感。

Description

用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法

技术领域

本发明涉及医学诊疗技术领域，具体涉及一种用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法。

背景技术

睡眠对于身体维持正常的生理功能以及生长发育极为重要，与健康息息相关。随着人民生活水平的提高和工作压力的加大，有相当多数人患有或轻或重的睡眠疾病，这不仅影响到人体的心血管肌肉等器官的功能，并且也会对人的健康产生不可预估的伤害。目前，现有的用于监测睡眠质量和生命体征的装置大致分为家庭和医疗两大类，若按照穿戴方式划分，则包括穿戴式和非穿戴式。

传统意义上的用于监测睡眠质量和生命体征的装置通常是穿戴式的。有部分是基于加速度计而设计的。此类产品依赖于人体的肢体运动来感测睡眠质量，容易产生误判，比如测试者躺在床上，肢体未动，会被误判为“入睡”，反之，测试者躺在床上因各种外界刺激(如蚊虫叮咬)等产生肢体动作，则会被误判为“未入睡”。由此可见，肢体运动与睡眠状况关系不是很大。另外，在医院里采用的是基于多导睡眠图(Polysomnogram,PSG)的睡眠质量监测方式，被称为是睡眠质量监测领域的“金标准”。该方案通过分析脑电、心电、眼电、肌电、鼾声、血样饱和度等参数，得到最终的睡眠质量及生命体征数据。然而，上述睡眠质量及生命体征的监测装置有诸多不足：设备体积巨大，不易移动，设备检测过程繁琐；测量电极很多，且均为接触式黏贴，受试者会因此感到诸多不适，一定程度上影响监测结果的准确性。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新的用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种非接触式的用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法。

本发明提供的用于监测睡眠质量和生命体征的系统，包括：

感应装置，设置于用以与被测使用者接触的物件的内部，所述感应装置包括光源模块、与所述光源模块的输出端连接的光纤光栅传感模块、与所述光纤光栅传感模块配合的光接收模块、及与所述光接收模块连接的信号发送模块，所述光纤光栅传感模块用以感应与被测使用者的生命体征对应的光信号，所述光接收模块用以接收所述光信号并将所述光信号转换成原始电信号；

终端，包括与所述感应装置上的信号发送模块通信的信号接收模块、与所述信号接收模块连接的分析模块、与所述分析模块连接的反馈模块，所述信号接收模块用以接收上述信号发送模块发送的原始电信号，所述分析模块用以基于接收到的原始电信号提取到被测使用者的生命体征数据，并根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

进一步地，所述用以与被测使用者接触的物件为坐垫、或床垫。

进一步地，所述终端还包括一与所述分析模块连接的、用以反馈警报信息的反馈模块，所述反馈模块用以根据所述被测使用者的生命体征数据确定是否发出警报信息。

进一步地，所述系统还包括与所述终端通信的服务器，所述终端包括用以向服务器上传所述生命体征数据及所述睡眠质量数据的数据上传模块，所述服务器用以接收上传的所述生命体征数据及所述睡眠质量数据并存储。

进一步地，所述光纤光栅传感模块包括至少两路的光纤光栅，所述光源模块与所述光纤光栅传感模块之间通过光纤进行连接，所述光纤光栅传感模块与所述光接收模块之间通过光纤进行连接，所述光纤光栅为布拉格光纤光栅FBG、或长周期光纤光栅LPG。

本发明的一个方面，一种用于监测睡眠质量和生命体征的方法，包括：

感应装置的光接收模块接收与被测使用者对应的光信号；其中，所述光信号通过该感应装置的光源模块发出并经过该感应装置的光纤光栅传感模块，所述感应装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部；

所述感应装置的光接收模块将所述光信号相应转化为原始电信号；

所述感应装置的信号发送模块将所述原始电信号发送至与所述感应装置通信的终端上；其中，所述终端用以根据所述原始电信号进行分析，提取到被测使用者的生命体征数据，并根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

本发明的另一方面，一种用于监测睡眠质量和生命体征的方法，包括：

终端接收与该终端通信的感应装置获取的与被测使用者对应的原始电信号；其中，所述原始电信号是根据感应装置感测的光信号转换得到的，所述光信号通过该感应装置的光源模块发出并经过该感应装置的光纤光栅传感模块，所述感应装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部；

终端的睡眠质量分析模块基于所述原始电信号，提取被测使用者的生命体征数据，所述生命体征数据至少包括心率数据、呼吸数据、体动数据中的一个或多个；

终端的睡眠质量分析模块根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

进一步地，所述睡眠质量数据划分为第一睡眠等级、第二睡眠等级、第三睡眠等级，则：

终端的睡眠质量分析模块根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据，具体包括：

计算提取的特征值向量到各个睡眠等级的特征向量的马氏距离，具体公式如下：

$d_i\left(\stackrel{\→}{x}\right)={(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i)}^{\′}{\mathrm{\Σ}}_i^{-1}(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i);$

其中，i＝1，2，3，为待测向量到各睡眠等级的马氏距离，是待测向量，分别是各个睡眠等级的特征均矢，Σ_i分别是各个睡眠等级的特征协方差矩阵；

根据计算得到的马氏距离，确定待测使用者对应的睡眠等级。

进一步地，所述方法还包括：

所述终端的反馈模块判断所述被测使用者的生命体征数据中是否存在打鼾、或心脏骤停、或呼吸骤停的情况；

若是，则确定发出警报信息。

进一步地，所述方法还包括：

所述终端的数据上传模块将得到的生命体征数据和睡眠质量数据上传至与所述终端通信的服务器上。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明的用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法中，通过感测装置的光纤光栅传感模块来感测与被测使用者对应的光信号，并通过光接收模块将所述光信号转换成原始电信号，之后将原始电信号发送至与所述感测模块进行通信的终端上，最终终端根据接收的原始电信号进行分析，得到与被测使用者对应的生命体征数据和睡眠质量数据。上述过程中，因感测装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部，从而该感测装置并不与人体直接接触，避免直接接触式的测试过程给使用者带来的不适感，提升测试结果的准确性；此外，设备检测过程简单，设备体积小，易于搬运。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的系统中的感应装置、终端及服务器的模块图；

图3是本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的方法的流程图；

图4示例性地展示了在信号处理之前的原始电信号；

图5示例性地展示了在信号处理之后的心率数值；

图6示例性地展示了在信号处理之后的心冲击信号；

图7示例性地展示了在信号处理之后的呼吸及打鼾信号；

图8示例性地展示了在信号处理之后的简化睡眠质量图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提出了一种非接触式全光睡眠、生命体征监测系统，具有非接触式监测、准确灵敏度高、便携性强、舒适度强、无交叉感染、实时性强、功耗低、抗电磁干扰、云端大数据分析、有反馈机制、性价比高等优点，可在家庭、养老院、医院等场合使用。

参图1所示，其为本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的系统的结构示意图。其中，所述用于监测睡眠质量和生命体征的系统可以包括设置于用以与被测使用者接触的物件10a、10b上的感应装置11，与所述感应装置11进行通信的终端20a、20b，以及与所述终端20a、20b进行通信的服务器30。其中，所述终端可以是手机、或笔记本电脑、或平板电脑、或个人数字助理PDA、或智能手表等。这些终端可以包括处理器、内存、总线、输入/输出装置、存储装置、通信接口等。上述终端20a、20b与上述感应装置11、服务器30可以通过有线、或无线方式进行通信，也就是说，可以是通过任意的有线协议方式、或者任意的无线协议方式来传输数据。有线接口可以是：USB接口、UART接口、232、485、422等；无线接口可以是：蓝牙、红外、2.4G、5G、WIFI、Zigbee、GPRS、2G、3G、4G等。

本实施例中，上述用以与被测使用者接触的物件10a、10b可以是坐垫、或床垫等物件，同一个物件可以与一个或多个终端进行通信，或者一个或多个物件可以与同一个终端进行通信。上述服务器可以是任意形式的服务器，如云端服务器，服务器的数量不受限制，可以是与多个终端进行通信的一个或多个服务器。

本实施例中，上述感应装置11设置于物件10a、10b的内部，如：设置于坐垫的内部，在使用过程中，被测的使用者直接坐在该坐垫上，与内部的感应装置11不直接接触。具体地，本实施例的感应装置11可以设置成层状结构。

参图2所示，其为本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的系统中的感应装置、终端及服务器的模块图。本实施例中，所述感应装置11包括光源模块111、与所述光源模块111的输出端连接的光纤光栅传感模块112、与所述光纤光栅传感模块112配合的光接收模块113、及与所述光接收模块113连接的信号发送模块114，所述光纤光栅传感模块112用以感应与被测使用者的心理压力对应的光信号，所述光接收模块113用以接收所述光信号并将所述光信号转换成原始电信号；所述信号发送模块114用以将上述原始电信号向终端20进行发送。

本实施例中，所述光纤光栅传感模块可以是布拉格光纤光栅(BraggFiberGrating,FBG)、或长周期光纤光栅(LongPeriodFiberGrating,LPG)等。上述光源模块111与上述光纤光栅传感模块112之间、上述光纤光栅传感模块112与上述光接收模块113之间均通过光纤进行连接，所述光纤可以是任意类型的光纤，所述光源模块111可以是任意形式的光源，所述光接收模块113可以是任意类型的光接收器。

本实施例中，所述光纤光栅传感模块包括至少两路的光纤光栅，如：第1路、第2路、…、第N路，因为通常与被测使用者接触的物件面积较大，若只是设置一路光纤光栅，有可能导致测量结果不准确，所以通过设置多路的光纤光栅，来提升测试结果的准确性。

光纤光栅传感模块112的基本原理大致是：当光源模块所提供的光进入光纤之后，经过光纤光栅传感模块会有一部分光返回，另一部分光则发生透射。反射的光的波长跟光栅周期、纤芯的有效折射率有关，所以当外界的被测量物体(被测人体)引起光纤光栅的温度、应力改变时，会导致反射光的波长发生变化。也就是说，光纤光栅的反射光的波长的变化反映了外界被测信号(心理压力)的变化情况。

所述终端20包括与所述感应装置11上的信号发送模块114通信的信号接收模块23、与所述信号接收模块23连接的分析模块22、与所述分析模块22连接的反馈模块21，所述信号接收模块23用以接收上述信号发送模块114发送的原始电信号，所述分析模22块用以基于接收到的原始电信号计算所述被测使用者的睡眠质量数据。

本实施例中，为了能够实现被测使用者的生命体征数据和睡眠质量数据的云端存储及资源共享，所述系统还包括与所述终端20进行通信的服务器30，所述终端20可以包括用以向服务器30上传所述睡眠质量数据、生命体征数据的数据上传模块24，所述服务器30用以接收上传的所述睡眠质量数据、生命体征数据并存储，其中每个被存储的睡眠质量数据、生命体征数据可以与测试时间、被测使用者的身份信息进行映射。

本实施例中，为了更好地实现本发明，所述终端20还可以包括与所述分析模块22连接的、用以向工作人员发出警报信息的反馈模块21，所述反馈模块用以根据所述被测使用者的生命体征数据确定是否发出警报信息。一个具体的场景中，如：敬老院或医院，通过上述感应装置实时监测病患的生命体征数据和睡眠质量数据，并将上述数据传输到家属的手机、医院工作人员的手机，在某种情况下，若发现病患的生命体征出现紧急情况，比如：打鼾、或心脏骤停、或呼吸骤停的情况，则可以向家属的手机、医院工作人员的手机发送警报信息，所述警报信息可以包括电话、短信、提示音、振动、闹铃等。该反馈模块可以包含以上提出的一种或几种方式，但不限于以上列出的警报方式。

图3是本发明实施例提供的用于监测睡眠质量和生命体征的方法的流程图。结合图2和图3所示，基于上述系统的原理，本实施例中，所述用于监测睡眠质量和生命体征的方法包括：

S101：感应装置11的光接收模块113接收与被测使用者对应的光信号；其中，所述光信号通过该感应装置11的光源模块111发出并经过该感应装置11的光纤光栅传感模块112，所述感应装置11设置于用以与被测使用者接触的物件10的内部；

S102：所述光接收模块113将所述光信号相应转化为原始电信号，所述转换可以是无损光电转换。

S103：所述感应装置11的信号发送模块114将所述原始电信号发送至与所述感应装置11通信的终端20上。

S104：所述终端20的信号接收模块接收所述原始电信号，并将该原始电信号传送至所述分析模块22。参照图4，其示例性地展示了在信号处理之前的原始电信号。

S105：所述睡眠质量分析模块22对所述原始电信号进行预处理，所述预处理可以包括时频分析、滤波、平滑、归一化等。

S106：所述睡眠质量分析模块22基于预处理后的原始电信号，提取被测使用者的生命体征数据，所述生命体征数据至少包括心率数据、呼吸数据、体动数据中的一个或多个。参照图5，其示例性地展示了在信号处理之后的心率数值，通过特征数据的提取，可以得到待测人体的心率随时间的变化曲线图。参照图6，其示例性地展示了在信号处理之后的心冲击信号，从中可以清楚的看到IJK峰。

S107：所述睡眠质量分析模块22根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据(睡眠质量等级)。

本发明实施例中，所述睡眠质量数据可以划分为第一睡眠等级：WAKE(醒)、第二睡眠等级：NREM(熟睡状态)、第三睡眠等级：REM(快速眼动状态)。则：

终端的睡眠质量分析模块根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据，具体包括：

计算提取的特征值向量到各个睡眠等级的特征向量的马氏距离，具体公式如下：

$d_i\left(\stackrel{\→}{x}\right)={(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i)}^{\′}{\mathrm{\Σ}}_i^{-1}(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i);$

其中，i＝1，2，3，为待测向量到各睡眠等级的马氏距离，是待测向量，分别是各个睡眠等级的特征均矢，Σ_i分别是各个睡眠等级的特征协方差矩阵；

根据计算得到的马氏距离，确定待测使用者对应的睡眠等级。马氏距离越近，说明待测向量与对应睡眠等级更相关，由此得到睡眠质量图。参照图8，其示例性地展示了在信号处理之后的简化睡眠质量图，其中，0、1、2分别代表不同等级的睡眠质量。

本发明实施例中，被测试者的生命体征数据被永久存储在云端服务器上，经过长时间的数据采集、大数据分析，可供专业医生分析参考，大大减轻医院睡眠监测中心的压力。

S108：所述终端20的数据上传模块24将睡眠质量数据、生命体征数据上传至服务器30。

S109：终端20的反馈模块根据生命体征数据确定是否反馈警报信息。该步骤具体包括：

所述终端20的反馈模块判断所述被测使用者的生命体征数据中是否存在打鼾、或心脏骤停、或呼吸骤停的情况；

若是，则确定发出警报信息。所述警报信息可以包括电话、短信、提示音、振动、闹铃等。该反馈模块可以包含以上提出的一种或几种方式，但不限于以上列出的警报方式。参照图7，其示例性地展示了在信号处理之后的呼吸及打鼾信号。可以看出，该系统可以准确获知患者的呼吸停止、及打鼾的时间点，并及时发出相应的警报信息来通知家属、或医院的工作人员。

S110：所述服务器30接收上传的睡眠质量数据、生命体征数据并存储。其中每个被存储的睡眠质量数据、生命体征数据可以与测试时间、被测使用者的身份信息进行映射。

值得一提的是，本发明其他实施例中，上述终端及感测装置可以集成在上述用以与被测使用者接触的物件上，或者至少将分析模块集成在该物件上，从而使得该物件具备数据分析功能，从而可以通过该物件直接获得被测使用者的睡眠质量数据并传输给终端进行显示。此外，该物件也可以具备与远程的服务器进行通信的能力，从而直接将分析得到的睡眠质量数据上传到服务器上，从而减少终端的资源耗用。

本发明的用于监测睡眠质量和生命体征的系统及方法中，通过感测装置的光纤光栅传感模块来感测与被测使用者对应的光信号，并通过光接收模块将所述光信号转换成原始电信号，之后将原始电信号发送至与所述感测模块进行通信的终端上，最终终端根据接收的原始电信号进行分析，得到与被测使用者对应的生命体征数据和睡眠质量数据。上述过程中，因感测装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部，从而该感测装置并不与人体直接接触，避免直接接触式的测试过程给使用者带来的不适感，提升测试结果的准确性；此外，设备检测过程简单，设备体积小，易于搬运。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于监测睡眠质量和生命体征的系统，其特征在于，包括：

感应装置，设置于用以与被测使用者接触的物件的内部，所述感应装置包括光源模块、与所述光源模块的输出端连接的光纤光栅传感模块、与所述光纤光栅传感模块配合的光接收模块、及与所述光接收模块连接的信号发送模块，所述光纤光栅传感模块用以感应与被测使用者的生命体征对应的光信号，所述光接收模块用以接收所述光信号并将所述光信号转换成原始电信号；

终端，包括与所述感应装置上的信号发送模块通信的信号接收模块、与所述信号接收模块连接的分析模块、与所述分析模块连接的反馈模块，所述信号接收模块用以接收上述信号发送模块发送的原始电信号，所述分析模块用以基于接收到的原始电信号提取到被测使用者的生命体征数据，并根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

2.根据权利要求1所述的用于监测睡眠质量和生命体征的系统，其特征在于：所述用以与被测使用者接触的物件为坐垫、或床垫。

3.根据权利要求1所述的用于监测睡眠质量和生命体征的系统，其特征在于：所述终端还包括一与所述分析模块连接的、用以反馈警报信息的反馈模块，所述反馈模块用以根据所述被测使用者的生命体征数据确定是否发出警报信息。

4.根据权利要求1所述的用于监测睡眠质量和生命体征的系统，其特征在于：所述系统还包括与所述终端通信的服务器，所述终端包括用以向服务器上传所述生命体征数据及所述睡眠质量数据的数据上传模块，所述服务器用以接收上传的所述生命体征数据及所述睡眠质量数据并存储。

5.根据权利要求1所述的用于监测睡眠质量和生命体征的系统，其特征在于：所述光纤光栅传感模块包括至少两路的光纤光栅，所述光源模块与所述光纤光栅传感模块之间通过光纤进行连接，所述光纤光栅传感模块与所述光接收模块之间通过光纤进行连接，所述光纤光栅为布拉格光纤光栅FBG、或长周期光纤光栅LPG。

6.一种用于监测睡眠质量和生命体征的方法，其特征在于，包括：

感应装置的光接收模块接收与被测使用者对应的光信号；其中，所述光信号通过该感应装置的光源模块发出并经过该感应装置的光纤光栅传感模块，所述感应装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部；

所述感应装置的光接收模块将所述光信号相应转化为原始电信号；

所述感应装置的信号发送模块将所述原始电信号发送至与所述感应装置通信的终端上；其中，所述终端用以根据所述原始电信号进行分析，提取到被测使用者的生命体征数据，并根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

7.一种用于监测睡眠质量和生命体征的方法，其特征在于，包括：

终端接收与该终端通信的感应装置获取的与被测使用者对应的原始电信号；其中，所述原始电信号是根据感应装置感测的光信号转换得到的，所述光信号通过该感应装置的光源模块发出并经过该感应装置的光纤光栅传感模块，所述感应装置设置于用以与被测使用者接触的物件的内部；

终端的睡眠质量分析模块基于所述原始电信号，提取被测使用者的生命体征数据，所述生命体征数据至少包括心率数据、呼吸数据、体动数据中的一个或多个；

终端的睡眠质量分析模块根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据。

8.根据权利要求7所述的用于监测睡眠质量和生命体征的方法，其特征在于：所述睡眠质量数据划分为第一睡眠等级、第二睡眠等级、第三睡眠等级，则：

终端的睡眠质量分析模块根据所述生命体征数据确定所述被测使用者的睡眠质量数据，具体包括：

计算提取的特征值向量到各个睡眠等级的特征向量的马氏距离，具体公式如下：

$d_i\left(\stackrel{\→}{x}\right)={(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i)}^{\′}{\mathrm{\Σ}}_i^{-1}(\stackrel{\→}{x}-{\stackrel{\→}{\mathrm{\μ}}}_i);$

其中，i＝1，2，3，为待测向量到各睡眠等级的马氏距离，是待测向量，分别是各个睡眠等级的特征均矢，Σ_i分别是各个睡眠等级的特征协方差矩阵；

根据计算得到的马氏距离，确定待测使用者对应的睡眠等级。

9.根据权利要求8所述的用于监测睡眠质量和生命体征的方法，其特征在于：所述方法还包括：

所述终端的反馈模块判断所述被测使用者的生命体征数据中是否存在打鼾、或心脏骤停、或呼吸骤停的情况；

若是，则确定发出警报信息。

10.根据权利要求1所述的用于监测睡眠质量和生命体征的方法，其特征在于：所述方法还包括：

所述终端的数据上传模块将得到的生命体征数据和睡眠质量数据上传至与所述终端通信的服务器上。