CN105877713B - 一种融合多元信息自动调整睡姿的方法 - Google Patents

一种融合多元信息自动调整睡姿的方法 Download PDF

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Abstract

一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于执行所述的方法的硬件系统包括气囊床垫模块、柔性力敏传感器阵列模块、麦克风模块、压力传感器模块、下位机和上位机；所述方法包括以下步骤：第一步：多元信息数据采集；第二步：多元数据分析；第三步：睡姿健康状态判断；第四步睡姿自动调整。

Description

一种融合多元信息自动调整睡姿的方法
技术领域
本发明涉及智能居家和医疗器械领域，具体涉及一种融合多元信息实现睡姿自动调整的方法。
背景技术
人的睡眠时间占一生的三分之一左右，睡眠质量相比睡眠时间更重要，它关系到人的心理及生理健康，睡眠质量差的人易产生紧张、疲劳、注意力不集中、饮食失调等。近年来,许多研究睡眠质量与睡姿有密切的联系，据研究表明睡眠呼吸暂停中良好的睡眠姿势有利于减轻呼吸暂停患者的呼吸障碍程度，良好的睡姿有助于减缓呼吸暂停、预防和治疗打鼾等。而目前睡姿调整的方法只是简单对充气床垫的硬度进行调节，或者对使用者机械翻身，并不能根据使用者当前的睡姿状态进行准确的判断，尤其是不能保障睡眠过程中的睡姿自动调整，以保证使用者的舒适度。因此，提出一种使用融合多元信息判断睡姿健康状态的调整方法，实现根据监控结果对不良睡姿进行自动校正的方法成为现有技术中亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的关键问题，提供一种基于多元信息判断睡姿健康状态的智能睡姿自动调整方法，该系统具有检测精度高、识别速度快、实时性好，可适用于不同性别、身高、体重的使用者等特点，尤其适用于有呼吸暂停、打鼾等病状的患者。根据目前智能居家和医疗市场对睡眠健康产品的需求和发展，对患有呼吸暂停综合症患者的呼吸障碍减缓，对患有打鼾影响的病人治疗和对患有心脏性疾病的预测，不同群体的睡眠质量的急需解决，前景可观。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于执行所述的方法的硬件系统包括气囊床垫模块、柔性力敏传感器阵列模块、麦克风模块、压力传感器模块、下位机和上位机；
所述气囊床垫模块包括充放气模块和并排的气囊单元阵列，气囊单元中安装气压感测元件，用于改变使用者位姿；所述柔性力敏传感器阵列模块平铺于气囊床垫模块上，用于检测使用者的实时压力数据；所述麦克风模块用于采集使用者的鼾声和呼吸声；所述压力传感器模块用于检测使用者的动态体动；
所述下位机分别与麦克风模块、压力传感器模块、压敏传感器模块相连接并采集上述模块收集的数据，所述下位机还与气垫床垫模块的充放气模块和气压感测元件相连接，并根据上位机传输的睡姿控制信号控制气囊单元阵列的充放气；
上位机与下位机相连接，用于对下位机采集的数据进行处理，并将根据处理结果得到的睡姿调节信号传输到下位机；所述方法包括以下步骤
第一步 多元信息数据采集
1)采用下位机采集使用者平躺于柔性力敏传感器阵列上形成的每个柔性力敏传感器的压力数据并传送至上位机；
2)所述位于床头的麦克风模块采集的使用者睡眠过程中的声音数据信号并经下位机传送至上位机，
3)所述位于床腿的压力传感器模块采集使用者的动态体动数据信号并由下位机传送至上位机，
4)所述气囊床垫模块的气压感测元件检测气囊单元的气压值，并将感测信号经下位机传送至上位机；
第二步 多元数据分析
将第一步采集到的多元信息数据进行分析，具体包括
1)将由柔性力敏传感器阵列模块采集得到的实时压力数据转换为实时睡姿压力图像，对睡姿压力图像进行睡姿识别以确定睡姿类型，并识别睡姿压力图像中睡姿压力区域内的压力突出区域在睡姿压力图像中的坐标及压力突出区域的压力值；
2)将由麦克风模块的采集的声音数据进行噪声处理与分析，提取并识别使用者的鼾声和咳嗽声音信号；
3)将由压力传感器模块检测的动态体动数据经过实时数据判断，得到使用者的体动信息以及体重动态变化信息；
4)将由气囊单元内压力感测元件检测的气体压力数据经过处理得到气囊内的压力值，根据压力值与设定值的比较结果，判断充气量或放气量的大小；
第三步 睡姿健康状态判断
1)首先根据第二步中步骤2)中提取的鼾声声音信号判读和识别鼾声等级，进而确定打鼾的严重程度；
2)根据第二步中步骤3)得到的的使用者动态体动数据以及第二步中步骤1)得到的睡姿类型、睡姿压力区域的位置坐标、压力突出区域位置坐标和压力突出区域的压力值，结合步骤1)中的鼾声等级综合判断当前使用者的睡姿健康状态；
第四步 睡姿自动调整
根据第三步得到的睡姿健康状态对下位机发出睡姿自动调整指令，下位机根据得到睡姿自动调整指令控制气囊床垫模块进行充放气操作，具体包括以下步骤
1)首先对睡姿压力区域的位置坐标识别，确定气囊单元需要进行操作的具体坐标位置；
2)然后判断睡姿压力区域的气囊单元的气压，确定每个气囊单元的充气状态及气体压力值与调整指令的关系，判断每个气囊所需要的充气量或放气量；
3)由下位机按照步骤2)得到的充其量和放气量数据驱动充放气模块对气囊单元进行充放气操作，进行睡姿自动调整。
所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于在睡姿自动调整时，还可根据预设值对气囊床垫模块的气囊单元进行整体的充放气操作，调整气囊床垫的硬度。
所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于所述充放气模块能对每个气囊单元单独充放气，且气囊单元阵列的每个气囊单元内均安装气压感测元件。
所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于所述柔性力敏传感器阵列模块包括上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的力敏传感器阵列，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成。
本发明与现有技术相比，其主要优点在于：
(1)本发明克服了现有对使用者睡姿监测和自动识别的隐私保护问题，进而使得使用者在睡眠过程中无心理负担，更加自然、无束缚地睡眠。
(2)采用综合睡姿压力图像、鼾声信息和体重动态变化的多元信息作为判断睡姿健康状态的依据，最大限度的保证了判断结果的准确性，避免了对睡姿状态的误判造成误操作。
(3)睡姿自动调整的执行通过气囊床垫中的每个气囊单元进行充放气操作进行，最大限度保证了使用者睡眠过程的完整性，睡姿自动调整过程并不影响使用者的睡眠，保证了睡眠质量，且可根据预设值自动调整气囊床垫的整体硬度。
附图说明
图1是本发明的实施例中一种融合多元信息自动调整睡姿的方法的硬件结构示意图；
图中，1、麦克风模块，2、使用者，3、柔性力敏传感器阵列模块，4、气囊床垫模块，5、床体，6、压力传感器模块，
具体实施方式
为了使本发明实现上述的功能，以下实施例将结合附图对本发明的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法做出具体阐述。
执行本发明提供的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法的硬件系统如图1所示，包括气囊床垫模块4、柔性力敏传感器阵列模块3、麦克风模块1、压力传感器模块6、床体5、下位机(图中未给出)和上位机(图中未给出)；
所述气囊床垫模块置于床体上，用于改变使用者2位姿。气囊床垫模块包括充放气模块和并排的气囊单元阵列，所述充放气模块能对每个气囊单元单独充放气，且气囊单元阵列的每个气囊单元内均安装气压感测元件。所述柔性力敏传感器阵列模块平铺于气囊床垫模块上，用于检测使用者的实时压力数据。
所述麦克风模块用于采集使用者的鼾声和呼吸声，安装在床体5上靠近使用者头部的位置，保证对使用者呼吸声音、打鼾声音等的精准采集。优选安装在床体的床头中部。
所述柔性力敏传感器阵列模块包括上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的力敏传感器阵列，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成。
所述压力传感器模块的由分别安装在床体四个床腿上的四个电阻应变式压力传感器组成，用于检测使用者的动态体动，并且可以推测出使用者体重。
所述下位机分别与麦克风模块、压力传感器模块、压敏传感器模块相连接并采集上述模块收集的数据，所述下位机还与气垫床垫模块的充放气模块和气压感测元件相连接，并根据上位机传输的睡姿控制信号控制气囊单元阵列的充放气
所述上位机与下位机相连接，用于对下位机采集的数据进行处理，并将根据处理结果得到的睡姿调节信号传输到下位机。
本发明提供的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，包含以下步骤
第一步数据采集
1)采用下位机采集使用者平躺于柔性力敏传感器阵列上形成的每个柔性力敏传感器的压力数据并传送至上位机；
2)所述位于床头的麦克风模块采集的使用者睡眠过程中的声音数据信号并经下位机传送至上位机，所述声音数据包含呼吸声、打鼾声以及咳嗽声，。
3)所述位于床腿的压力传感器模块采集使用者的动态体动数据信号并由下位机传送至上位机，动态体动数据反映体重的动态实时变化，。
4)所述气囊床垫模块的气压感测元件检测气囊单元的气压值，并将感测信号经下位机传送至上位机。
第二步多元数据分析
将第一步采集到的多元信息数据进行分析，具体包括
1)将由柔性力敏传感器阵列模块采集得到的实时压力数据转换为实时睡姿压力图像，对睡姿压力图像进行睡姿识别以确定睡姿类型，并识别睡姿压力图像中睡姿压力区域内的压力突出区域在睡姿压力图像中的坐标及压力突出区域的压力值；
2)将由麦克风模块的采集的声音数据进行噪声处理与分析，提取并识别使用者的鼾声和咳嗽声音信号；
3)将由压力传感器模块检测的动态体动数据经过实时数据判断，得到使用者的体动信息以及体重动态变化信息；
4)将由气囊单元内压力感测元件检测的气体压力数据经过处理得到气囊内的压力值，根据压力值与设定值的比较结果，判断充气量或放气量的大小；
第三步睡姿健康状态判断
1)首先根据第二步中步骤2)中提取的鼾声声音信号判读和识别鼾声等级，进而确定打鼾的严重程度；
2)根据第二步中步骤3)得到的的使用者动态体动数据以及第二步中步骤1)得到的睡姿类型、睡姿压力区域的位置坐标、压力突出区域位置坐标和压力突出区域的压力值，结合步骤1)中的鼾声等级综合判断当前使用者的睡姿健康状态；
第四步睡姿自动调整
根据第三步得到的睡姿健康状态对下位机发出睡姿自动调整指令，下位机根据得到睡姿自动调整指令控制气囊床垫模块进行充放气操作，具体包括以下步骤
1)首先对睡姿压力区域的位置坐标识别，确定气囊单元需要进行操作的具体坐标位置；
2)然后判断睡姿压力区域的气囊单元的气压，确定每个气囊单元的充气状态及气体压力值与调整指令的关系，判断每个气囊所需要的充气量或放气量；
3)由下位机按照步骤2)得到的充其量和放气量数据驱动充放气模块对气囊单元进行充放气操作，进行睡姿自动调整。
在睡姿自动调整时，还可据预设值对气囊床垫模块的气囊单元进行整体的充放气操作，调整气囊床垫的硬度。
所述下位机合理放置即可，通常位于床底附近，保障不影响使用者的正常睡眠。
所述气泵采用低噪音装置，类型合理即可，保障不影响使用者的睡眠质量。
另外，本发明在检测过程中对所有检测数据进行保存，方便使用者对自身情况的了解与评估。
本发明的实施例中，不仅用于一般使用者的睡姿识别检测预报表，还可以为有呼吸暂停障碍的患者提供睡眠过程中的睡姿较好矫正，保障患者的生命健康安全。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于执行所述的方法的硬件系统包括气囊床垫模块、柔性力敏传感器阵列模块、麦克风模块、压力传感器模块、下位机和上位机；
所述气囊床垫模块包括充放气模块和并排的气囊单元阵列，气囊单元中安装气压感测元件，用于改变使用者位姿；所述柔性力敏传感器阵列模块平铺于气囊床垫模块上，用于检测使用者的实时压力数据；所述麦克风模块安装在床体的床头中部，用于采集使用者的鼾声和呼吸声；所述压力传感器模块由分别安装在床体四个床腿上的四个电阻应变式压力传感器组成，用于检测使用者的动态体动；
所述下位机分别与麦克风模块、压力传感器模块、压敏传感器模块相连接并采集上述模块收集的数据，所述下位机还与气垫床垫模块的充放气模块和气压感测元件相连接，并根据上位机传输的睡姿控制信号控制气囊单元阵列的充放气；
上位机与下位机相连接，用于对下位机采集的数据进行处理，并将根据处理结果得到的睡姿调节信号传输到下位机；所述方法包括以下步骤：
第一步多元信息数据采集
1)采用下位机采集使用者平躺于柔性力敏传感器阵列上形成的每个柔性力敏传感器的压力数据并传送至上位机；
2)所述位于床头的麦克风模块采集的使用者睡眠过程中的声音数据信号并经下位机传送至上位机，
3)所述位于床腿的压力传感器模块采集使用者的动态体动数据信号并由下位机传送至上位机，
4)所述气囊床垫模块的气压感测元件检测气囊单元的气压值，并将感测信号经下位机传送至上位机；
第二步多元数据分析
将第一步采集到的多元信息数据进行分析，具体包括
1)将由柔性力敏传感器阵列模块采集得到的实时压力数据转换为实时睡姿压力图像，对睡姿压力图像进行睡姿识别以确定睡姿类型，并识别睡姿压力图像中睡姿压力区域内的压力突出区域在睡姿压力图像中的坐标及压力突出区域的压力值；
2)将由麦克风模块的采集的声音数据进行噪声处理与分析，提取并识别使用者的鼾声和咳嗽声音信号；
3)将由压力传感器模块检测的动态体动数据经过实时数据判断，得到使用者的体动信息以及体重动态变化信息；
4)将由气囊单元内压力感测元件检测的气体压力数据经过处理得到气囊内的压力值，根据压力值与设定值的比较结果，判断充气量或放气量的大小；
第三步睡姿健康状态判断
1)首先根据第二步中步骤2)中提取的鼾声声音信号判读和识别鼾声等级，进而确定打鼾的严重程度；
2)根据第二步中步骤3)得到的使用者动态体动数据以及第二步中步骤1)得到的睡姿类型、压力突出区域位置坐标和压力突出区域的压力值，结合第三步步骤1)中的鼾声等级综合判断当前使用者的睡姿健康状态；
第四步睡姿自动调整
根据第三步得到的睡姿健康状态对下位机发出睡姿自动调整指令，下位机根据得到睡姿自动调整指令控制气囊床垫模块进行充放气操作，具体包括以下步骤
1)首先对睡姿压力区域的位置坐标识别，确定气囊单元需要进行操作的具体坐标位置；
2)然后判断睡姿压力区域的气囊单元的气压，确定每个气囊单元的充气状态及气体压力值与调整指令的关系，判断每个气囊所需要的充气量或放气量；
3)由下位机按照步骤2)得到的充其量和放气量数据驱动充放气模块对气囊单元进行充放气操作，进行睡姿自动调整。
2.如权利要求1所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于在睡姿自动调整时，还可根据预设值对气囊床垫模块的气囊单元进行整体的充放气操作，调整气囊床垫的硬度。
3.如权利要求1所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于所述充放气模块能对每个气囊单元单独充放气，且气囊单元阵列的每个气囊单元内均安装气压感测元件。
4.如权利要求1～3任一所述的一种融合多元信息自动调整睡姿的方法，其特征在于所述柔性力敏传感器阵列模块包括上缓冲层、下缓冲层和安装在和上、下缓冲层之间的力敏传感器阵列，所述上、下缓冲层采用柔性材料制成。
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