CN109350826A - 一种助眠及防呼吸暂停装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种助眠及防呼吸暂停装置。所述装置包括：枕头本体，安装在枕头本体内的微处理器以及与微处理器相连的生理信号检测模块、助眠模块、鼾声检测模块和唤醒模块。微处理器用于根据由生理信号检测模块输入的心跳信号、呼吸信号和体动信号或由鼾声检测模块输入的鼾声信号，判断装置使用者是否处于睡眠状态，如果装置使用者没有处于睡眠状态，启动助眠模块使装置使用者快速入眠；根据由鼾声检测模块输入的鼾声信号判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象，如果出现呼吸暂停现象，启动唤醒模块唤醒装置使用者。本发明能够自动检测装置使用者是否入眠，通过启动助眠模块使人尽快入眠；还能有效检测和防止睡眠过程中出现的呼吸暂停现象。

Description

一种助眠及防呼吸暂停装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种助眠及防呼吸暂停装置。
背景技术
人类耗费大约三分之一的人生在睡眠上，睡眠有助于复原体能及精力，睡眠是生命的需要，是健康不可缺少的重要内容。随着社会的快速发展，人们的生活节奏也越来越快，承受的压力也更大，各种压力导致了不同程度的睡眠问题，比如，失眠症、嗜睡症、梦游症、不宁腿综合征、呼吸暂停综合征等等。因此，对于经历睡眠障碍以及由于特定事件而具有短期睡眠问题的人来说，改善睡眠质量非常必要。另外，有些人在睡眠过程中可能出现呼吸暂停现象，如果不及时唤醒时可能危及生命安全。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种助眠及防呼吸暂停装置，能够监测人的睡眠状况，使人尽快进入睡眠状态，并能有效检测和防止睡眠过程中出现的呼吸暂停现象。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种助眠及防呼吸暂停装置，包括：枕头本体，安装在枕头本体内的微处理器以及与微处理器相连的生理信号检测模块、助眠模块、鼾声检测模块和唤醒模块。微处理器用于根据由生理信号检测模块输入的心跳信号、呼吸信号和体动信号或由鼾声检测模块输入的鼾声信号，判断装置使用者是否处于睡眠状态，如果装置使用者没有处于睡眠状态，启动助眠模块使装置使用者快速入眠；根据由鼾声检测模块输入的鼾声信号判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象，如果出现呼吸暂停现象，启动唤醒模块唤醒装置使用者。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种助眠及防呼吸暂停装置，通过设置枕头本体、安装在枕头本体内的微处理器以及与微处理器相连的生理信号检测模块、助眠模块、鼾声检测模块和唤醒模块，能够自动检测装置使用者是否处于睡眠状态，如果没有处于睡眠状态，启动助眠模块使装置使用者快速入眠；能够自动检测装置使用者在睡眠过程中是否发生呼吸暂停现象，如果发生呼吸暂停现象，启动唤醒模块唤醒装置使用者。
附图说明
图1为本发明实施例一种助眠及防呼吸暂停装置的框图。
图中：1-微处理器，2-生理信号检测模块，21-微动传感器，22-信号调理电路，23-滤波器组，3-助眠模块，31-骨传导耳机，32-体感振动器，4-鼾声检测模块，5-唤醒模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种的助眠及防呼吸暂停装置的框图如图1所示，包括：枕头本体，安装在枕头本体内的微处理器1以及与微处理器1相连的生理信号检测模块2、助眠模块3、鼾声检测模块4和唤醒模块5。微处理器1用于根据由生理信号检测模块2输入的心跳信号、呼吸信号和体动信号或由鼾声检测模块4输入的鼾声信号，判断装置使用者是否处于睡眠状态，如果装置使用者没有处于睡眠状态，启动助眠模块3使装置使用者快速入眠；根据由鼾声检测模块4输入的鼾声信号判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象，如果出现呼吸暂停现象，启动唤醒模块5唤醒装置使用者。
在本实施例中，所述装置主要由枕头本体和安装在枕头本体内的电子电路组成。电子电路包括微处理器1以及与微处理器1相连的生理信号检测模块2、助眠模块3、鼾声检测模块4和唤醒模块5。生理信号检测模块2用于从装置使用者头部的振动信号中提取生理信号。本实施例中的生理信号包括心跳信号、呼吸信号和体动信号。心跳信号和呼吸信号量指分别与心跳和呼吸同步的脉动信号；体动信号是由头部动作产生的信号，其信号特征与睡眠深浅有一定的相关性，一般睡眠越深，体动越小。本实施例中的心跳信号、呼吸信号和体动信号用于监测装置使用者的睡眠质量，当然还可以根据这三种信号的特征参数(幅度频率等)判断是否处于睡眠状态。本实施例同时采用三种信号判断是否处于睡眠状态，可以提高判断的准确率。鼾声检测模块4用于获得鼾声信号。鼾声信号一方面可以用来判断装置使用者是否处于睡眠状态，比如鼾声正常即可认为已入眠；另一方面还可用来根据鼾声是否正常判断是否出现呼吸暂停现象。助眠模块3用于帮助装置使用者快速入眠，一般通过产生具有催眠作用的音频信号和/或振动信号实现。助眠模块3一般在装置使用者刚刚躺下准备睡觉时或躺下后较长时间不能入睡时开启。唤醒模块5用于唤醒装置使用者，一般也是通过产生音频信号和/或振动信号实现，与助眠模块3不同的是，唤醒模块5产生的音频信号和/或振动信号应该是刺激性较强的信号。唤醒模块5在检测到装置使用者出现呼吸暂停时启动，唤醒装置使用者，以防出现生命危险。
作为一种可选实施例，所述生理信号检测模块2包括依次相连的微动传感器21、信号调理电路22和滤波器组23。
本实施例给出了生理信号检测模块2的一种技术方案。在本实施例中，生理信号检测模块2主要由依次相连的微动传感器21、信号调理电路22和滤波器组23构成。如果微处理器1中不包含A/D电路，在滤波器组23的后面还应设置一级A/D电路将模拟信号转换成数字信号。微动传感器21用于获取包含心跳信号、呼吸信号和体动信号的模拟信号。微动传感器21输出的信号一般比较弱，信号调理电路22就是用于对微动传感器21输出的微弱的模拟信号进行放大等处理的。滤波器组23用于根据心跳信号、呼吸信号和体动信号不同的频谱特性，通过设置三个中心频率不同的带通滤波器，分离出这三种生理信号。当然，也可以采用软件滤波技术替代滤波器组23，比如，通过快速傅里叶变换实现数字滤波从而提取三种生理信号。为了有效获取生理信号，微动传感器21一般选用高灵敏度的压电薄膜传感器。
作为一种可选实施例，所述判断装置使用者是否处于睡眠状态的方法包括：
从装置使用者刚躺下时刻起，计算当前计算周期内心跳信号的频率平均值X(n)、呼吸信号的频率平均值Y1(n)和幅度平均值Y2(n)、体动信号的幅度平均值Z(n)，n为计算周期序号，n＝1，2，……；并分别计算未入眠状态前m个计算周期内心跳信号的频率平均值呼吸信号的频率平均值和幅度平均值体动信号的幅度平均值T为计算周期；
实时测量鼾声信号的幅度和周期；
如果式(1)成立，或者鼾声信号的幅度和周期均在设定的范围内，则装置使用者处于睡眠状态；否则，装置使用者没有处于睡眠状态；
式(1)中，x0、y10、y20和z0表示阈值，均为小于1的常数。
本实施例给出了一种判断装置使用者是否处于睡眠状态的技术方案。在本实施例中，只要满足两个条件中的任意一个就认为装置使用者已入眠：一个条件是只要鼾声信号正常就认为已入眠；另一个条件是三种生理信号满足式(1)。鼾声信号是否正常根据实时测得的鼾声信号的幅度和周期是否在设定的范围内进行判断。根据三种生理信号进行判断的方法，简单地说就是，通过周期性地计算三种信号的频率和/或幅度的大小，根据当前计算周期的计算结果相对于刚躺下起一段时间内(还未睡着)即前m个计算周期内计算结果的平均值的比值是否超过设定的阈值进行判断。计算周期T、m以及阈值x0、y10、y20和z0的大小根据经验或反复实验确定。下面给出一组取值供参考：
T＝1分钟，m＝10，x0＝y10＝y20＝0.1，z0＝0.3。
作为一种可选实施例，所述鼾声检测模块4包括与微处理器1相连的拾音器。
本实施例给出了鼾声检测模块4的一种技术方案。在本实施例中，采用拾音器获取鼾声信号。拾音器可选用麦克风，如楼氏骨传导麦克风。
作为一种可选实施例，所述判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象的方法包括：实时检测鼾声检测模块4输出的鼾声信号，如果在设定的时间内没有检测到鼾声信号，则装置使用者呼吸暂停。
本实施例给出了判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象的一种技术方案。本实施例依据的原理是：呼吸停止时鼾声信号的幅度很小，甚至为0。可通过比较鼾声信号的幅度是否小于设定的阈值判断是否检测到鼾声信号；如果没有检测到鼾声信号的持续时间超过设定的阈值，即在设定的时间内没有检测到鼾声信号，则认为装置使用者呼吸暂停。
作为一种可选实施例，所述助眠模块3包括与微处理器1相连的骨传导耳机31和/或体感振动器32，骨传导耳机31用于播放具有催眠作用的音频信号，体感振动器32用于通过随所述音频信号同步振动产生助眠作用。
本实施例给出了助眠模块3的一种技术方案。在本实施例中，助眠模块3至少包括骨传导耳机31和体感振动器32中的一种或二者的组合。骨传导耳机31利用音乐催眠的原理助眠，可选用选用森海塞尔(Sennheiser)耳机。体感振动是一种新兴的催眠方式，涉及音乐、声学、物理、生物学、心理学和医学等，是通过“身体感知音乐”的方式，将音乐中16～150Hz的低频信号，经过物理换能转换成振动，通过“骨传导作用”和心理、生理的双重刺激，能够在短时间内激活大脑中枢，使人迅速获得高质量的身心愉悦与放松，有效改善失眠、焦虑、抑郁、身心失调等症状，并实现一系列的康复理疗作用及保健效果。体感振动器32可选用乐必靠电动式(动圈式)音乐低频振动器。
作为一种可选实施例，所述唤醒模块5包括与微处理器1相连的唤醒振动器。
本实施例给出了唤醒模块5的一种技术方案。在本实施例中，唤醒模块5主要由唤醒振动器组成，通过产生振动唤醒装置使用者。唤醒振动器可选用SHICOH手机振动器。当然，唤醒模块5还可以采用语音电路通过发声唤醒装置使用者。
作为一种可选实施例，所述装置还包括安装在枕头本体内与微处理器1相连的存储器。
在本实施例中，还设置了安装在枕头本体内与微处理器1相连的存储器(图1中未画出)。设置存储器的目的是保存生理信号等数据，供以后进行分析。虽然微处理器1中一般也有一定的存储空间，但当数据量比较大时需要设置大容量的外部存储器。
作为一种可选实施例，所述装置还包括安装在枕头本体内与微处理器1相连的通信模块。
在本实施例中，还设置了安装在枕头本体内与微处理器1相连的通信模块(图1中未画出)。通信模块用于将生理信号等数据发送到上位机，以便进行分析和监控。
本发明实施例上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，包括：枕头本体，安装在枕头本体内的微处理器以及与微处理器相连的生理信号检测模块、助眠模块、鼾声检测模块和唤醒模块；微处理器用于根据由生理信号检测模块输入的心跳信号、呼吸信号和体动信号或由鼾声检测模块输入的鼾声信号，判断装置使用者是否处于睡眠状态，如果装置使用者没有处于睡眠状态，启动助眠模块使装置使用者快速入眠；根据由鼾声检测模块输入的鼾声信号判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象，如果出现呼吸暂停现象，启动唤醒模块唤醒装置使用者。
2.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述生理信号检测模块包括依次相连的微动传感器、信号调理电路和滤波器组。
3.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述判断装置使用者是否处于睡眠状态的方法包括：
从装置使用者刚躺下时刻起，计算当前计算周期内心跳信号的频率平均值X(n)、呼吸信号的频率平均值Y1(n)和幅度平均值Y2(n)、体动信号的幅度平均值Z(n)，n为计算周期序号，n＝1，2，……；并分别计算未入眠状态前m个计算周期内心跳信号的频率平均值呼吸信号的频率平均值和幅度平均值体动信号的幅度平均值T为计算周期；
实时测量鼾声信号的幅度和周期；
如果式(1)成立，或者鼾声信号的幅度和周期均在设定的范围内，则装置使用者处于睡眠状态；否则，装置使用者没有处于睡眠状态；
式(1)中，x0、y10、y20和z0表示阈值，均为小于1的常数。
4.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述鼾声检测模块包括与微处理器相连的拾音器。
5.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述判断装置使用者是否出现呼吸暂停现象的方法包括：
实时检测鼾声检测模块输出的鼾声信号，如果在设定的时间内没有检测到鼾声信号，则装置使用者呼吸暂停。
6.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述助眠模块包括与微处理器相连的骨传导耳机和/或体感振动器，骨传导耳机用于播放具有催眠作用的音频信号，体感振动器用于通过随所述音频信号同步振动产生助眠作用。
7.根据权利要求1所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述唤醒模块包括与微处理器相连的唤醒振动器。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述装置还包括安装在枕头本体内与微处理器相连的存储器。
9.根据权利要求1～7任意一项所述的助眠及防呼吸暂停装置，其特征在于，所述装置还包括安装在枕头本体内与微处理器相连的通信模块。
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