CN109788856A - 提高睡眠质量的方法和系统及包含该系统的床垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高睡眠质量的方法，所述方法包含以下步骤：通过按床垫分区分布的位置中的传感器测量压力；基于检测到的明显移动依据夜晚时间计算SQI；计算每一传感器实测的平均压力；计算平均压力和床垫上无用户时该传感器实测的压力的差值；计算床垫每一分区的平均压力差；计算床垫每一分区的重量系数；将重量系数与参考值对比；通过增加或降低分区中的支撑水平变更床垫的配置。本发明还涉及一种相关系统和床垫。

Description

提高睡眠质量的方法和系统及包含该系统的床垫

技术领域

本发明总体涉及床垫和其他休息表面领域，更具体地涉及一种提高睡眠质量的方法。

背景技术

睡眠在大多数生理和心理过程中都发挥作用，反过来又受到它们的影响，但睡眠也可能受到外部环境、尤其是床垫的影响。

睡眠不是一个持续整个夜晚的过程，而是由重复几次的周期组成，该周期又由两个主要部分组成：由四个阶段组成的非快速眼动（NREM）睡眠和REM（快速眼动）睡眠。NREM-REM周期从持续约80分钟的NREM阶段开始，接着是持续约10分钟的REM睡眠。该周期具有显著的个体差异，整个夜晚重复3至6次，NREM睡眠量在每个周期逐渐下降，而REM睡眠量则在每个周期逐渐增加。

NREM睡眠的第四阶段即所谓的深度睡眠。从深度睡眠中醒来很难，梦也通常不会在深度睡眠中发生，深度睡眠占据总睡眠时间的20%。这一阶段被认为是决定睡眠质量好坏即睡眠是否让人恢复活力的阶段。

床垫可以通过几种方式影响睡眠周期。例如，当一个人睡在床垫上，而床垫的支撑层并未针对其体型进行优化时，可能出现这样的情况：脊椎骨的弯曲会导致脊神经在其伸出脊椎骨的位置受到压迫。上例导致的另一个影响可能包括对暴露的身体部位施加的压力（臀部、肩膀等），这可以造成压力的显著集中。名为毛细血管的细血管经常无法应对上述压力的集中，而这将造成血流失常，结果是氧气和营养供应不足。

在这种无意识状态（即睡眠中）的情况下，身体只能做一件事：触发警报进而醒来。这样，睡眠周期可进展到更高的阶段，让人意识到目前状况并利用运动神经系统主动反应，翻转身体以采取更好的姿势，由此至少暂时消除警报引起的状况。在该行为之后，睡眠将继续向更深的睡眠水平发展，并遵循其自然顺序，至少在其他干扰使用户再次醒来之前是如此。

如这种干扰太强烈，或者如果这个人的体质倾向于做出这样的反应，那么身体会在短时间内以上述方式做出反应，这将影响如深度睡眠的睡眠阶段，而睡眠阶段通常受到高度保护，以防睡眠障碍。一个人变老或体重减轻时，身体明显被迫利用防御系统在甚至较早的睡眠阶段就醒来，这对深度睡眠和深度睡眠对健康的重要价值产生不良影响。

深度睡眠阶段分泌了最大量的对细胞更新功能中生命活动至关重要的生长激素，可以假设身体以一种特殊的方式保护深度睡眠。在深度睡眠期间，即主要是前半夜，“醒来的阈限”似乎明显比后半夜更大，因此在前半夜的中断明显比在后半夜的中断更不利于睡眠。某些床垫的配置会导致用户为了摆脱如上文描述的身体某些部位承受压力的状况而不得不移动，而这种移动过于明显以至于干扰睡眠周期时，这种床垫就会对睡眠质量以及根据上述移动在夜晚发生的时间对随后的恢复活力效果带来或大或小的影响。

本领域已有具有一层如气囊、水室、海绵橡胶衬垫等的多种可配置组成部分的床垫，此种床垫设计为根据用户身体构造为其提供最佳支持，从而先验地提高睡眠质量。这些可配置组成部分在床垫的横截面方向互相紧密放置，且通常嵌在泡沫层中。如此制成具有多个分区的一层，而床垫的其它层由例如海绵橡胶、弹簧、乳胶等的任意其他常用材料构成。

例如，如专利文件EP2490575所公开的，可单独控制每一可配置组成部分应用的支撑水平。

因此，可通过可更换海绵橡胶衬垫、通过泵控制气囊的压力水平以及控制水室内的水位等来控制支撑水平。

然而，本领域仍然需要一种不仅依据用户身体构造、还依据用户睡眠质量、尤其是深度睡眠障碍，通过周期性改变床垫的可配置组成部分，实现夜复一夜不断提高睡眠质量直至获得最佳睡眠质量的方法。最佳睡眠质量尽可能接近理想睡眠质量，而理想睡眠质量定义为一个夜晚不间断地完成4到6个睡眠周期。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明公开了一种提高睡眠质量的方法，其包含以下步骤：

-通过控制床垫不同分区的不同传感器连续测量用户施加的压力;

-基于传感器在整个夜晚检测到的用户的明显移动（干扰睡眠周期的移动），计算至少一个夜晚的睡眠质量指数（SQI），根据每一检测到的明显移动在夜晚发生的时间，为每一检测到的明显移动确定一个分数（基于其对深度睡眠障碍的影响）；

-计算床垫每一分区的重量系数，包含以下步骤：

o计算每一传感器在整个夜晚实测的平均压力；

o计算每一传感器实测的平均压力与床垫上无用户时该传感器实测的压力之间的差值；

o计算床垫每一分区的平均压力差；

-将重量系数与参考值对比；

-若重量系数大于参考值，给出降低该位置的支撑水平的提示（通过降低气压或将海绵橡胶组成部分变换为其他更软的组成部分或排水等）；而若重量系数小于参考值，给出增加支撑的提示；

-增加或降低每一位置的支撑水平取决于重量系数与参考值之间的对比。

周期性重复所述方法的步骤，直至获得最佳SQI值。

根据另一方面，本发明公开了一种提高睡眠质量的系统，其包含控制床垫不同分区的多个压力传感器，可以优选通过互联网连接至远程单元以执行本发明所述方法的步骤的程序化控制单元、用户输入数据至控制单元的输入工具和提供睡眠质量结果给用户的输出工具。

根据又一个方面，本发明还公开了一种分为多个分区的床垫，每一分区又分为多个位置，每一位置中的压力可独立于其他位置变动，其特征在于，该床垫包含本发明的系统。

由此能够使得睡眠质量夜复一夜不断提高，直至获得最佳睡眠质量。

具体实施方式

如上所述，本发明优选实施方案公开了一种提高睡眠质量的方法，所述方法包含以下步骤：

-通过控制床垫不同分区的不同传感器连续测量压力，上述传感器能够放置于床垫的几个分区或例如外部控制单元，且连接至每一监控分区；

-基于传感器在整个夜晚检测到的用户明显移动，计算至少一个夜晚的睡眠质量指数（SQI），根据每一检测到的明显移动在夜晚发生的时间，为每一检测到的明显移动确定一个分数；

-计算床垫每一分区的重量系数，包含以下步骤：

o计算每一传感器在整个夜晚实测的平均压力；

o计算每一传感器实测的平均压力与床垫上无用户时该传感器实测的压力之间的差值；

o计算床垫每一分区的平均压力差；

-将重量系数与参考值对比；

-若重量系数大于参考值，给出降低该位置的支撑水平的提示；而若重量系数小于参考值，给出增加支撑的提示；

-增加或降低每一位置的支撑水平取决于重量系数与参考值之间的对比。

周期性重复本发明所述方法的步骤，直至获得最佳SQI值。

根据本发明的一个实施方案，用户在即将上床时开始压力测量。根据另一个实施方案，假设用户上床后不立刻睡觉，就可能在用户实际睡眠之前发生明显移动，这时可将压力测量预设成晚些时候开始。

根据本发明的优选实施方案，所述方法包含检测睡眠开始的预先步骤，睡眠开始定义为未发生任何移动的夜晚第一个30分钟的初始瞬间。这种情况下，如果用户30分钟没有移动，那么理解为该用户已经睡着了。因此，睡眠的初始点是未发生任何移动的第一个30分钟的开始时间。

睡眠质量指数（SQI）是表明用户真实睡眠质量的参数。为计算该指数，床垫通过其控制单元和压力传感器必须在整个夜晚运行持续的压力映射程序。睡眠质量指数的计算基于整个夜晚的所有明显移动，原因是这些明显移动被假定为导致睡眠周期中的障碍。

另外，根据每一明显移动在夜晚发生的时间，为每一明显移动确定一个不同的分数，其中，发生在前半夜（深度睡眠）的明显移动的危害更大。

根据本发明的优选实施方案，明显移动为在对应用户躯干覆盖总区域的至少30%的床垫表面上导致大于3 mbar的压力变化的明显移动，躯干理解为身体从肩膀至臀部的部分。大于3 mbar的压力变化须理解为累积变动，而累积变动指覆盖上述表面的所有传感器同时实测的压力变化的结果。优选地，上述压力变化在6~8 mbar之间，且检测压力变化的传感器数量须为3。根据另一个优选实施方案，压力变化在4~6 mbar之间，且检测压力变化的传感器数量须为2。本领域技术人员将理解传感器编码可依据床垫的技术特征而有所不同。

将睡眠质量指数分为10级（从1至10：1对应最优结果，10 对应最差结果）。本领域技术人员将理解上述级别为计算示例，也可应用其他数字参考值。睡眠质量指数与明显移动次数及其发生时间相关。若明显移动发生在早期睡眠阶段（深度睡眠），那么这些移动将给睡眠质量带来不良影响。因此，如前所述，须为明显移动确定取决于睡眠阶段的不同分数。

接着，整个夜晚所有检测到的明显移动的分数总和除以睡眠分钟再乘以60，计算得出 SQI 。

下表显示依据明显移动发生的睡眠时间使用的示例性分数确定。

因此，就例如7.5小时睡眠（被认为是成年人获得适当休息的充足睡眠时间）的案例而言，睡眠中的每一小时都检测到一次明显移动，第六小时检测到两次移动，那么就得到下方的明显移动总分数：

10+10+8+8+5+4+4+2+1=52。

接着可以根据上文所述计算SQI：

SQI=52/450*60=6.93。

可以看出，这个值与最佳SQI值（根据给定示例，为1）相差甚远，因此必须进行修改以提高第二天夜晚的睡眠质量。

优选连续三个夜晚重复SQI的计算。由此得出最能准确反映睡眠质量的平均值。

从而接着决定须应用至床垫每一位置的支撑水平的变动。

床垫分为三个主要分区：肩膀、腰部和臀部。三个分区中的每一分区包含放置上文所述可配置组成部分以及关联压力传感器的几个位置。

举例来说，就具有12根压力可变的空气导管的床垫而言，每一根导管与一压力传感器关联。导管1-3对应肩膀，导管4-5对应腰部，导管6-10对应臀部。下表显示该类型床垫整个夜晚获取的示例压力读数。

在这个意义上说，第2列代表床垫上无用户时每一传感器实测的压力（一种床垫，其分区使用现有的定制床垫的技术中的已知技术进行配置，该技术为依据性别、体重、身高等定制床垫的技术）。第3列代表每一传感器在整个夜晚实测的平均压力；两列数值差值显示在第4列。第5列显示床垫分成的如上所述三个分区（1：肩膀，2：腰部，3：臀部）。

接着计算床垫每一分区的平均压力差值（第6列）。

根据本发明的优选实施方案，每一分区的平均压力差除以用户的BMI（体重指数，本例中为22.04），再将结果乘以10计算出重量系数（第7列）。

接着将计算出的重量系数与参考值（第8列针对男性，第9列针对女性）相对比。参考值是根据经验获得的最佳值。

最后，决定须在床垫的不同位置执行的支撑变动的类型。若重量系数大于参考值，给出降低该位置的空气压力的提示；而若重量系数小于参考值，给出增加压力的提示。

根据本发明的优选实施方案，所述方法不仅包含给出须施加至床垫的每一位置的压力变动的提示（例如，以使得用户可手动执行上述变化），还包含依据重量系数与参考值的对比，自动增加或降低每一位置的压力。

例如，当床垫包含可配置压力组成部分的气囊时，可通过气泵实现自动变动。

接着根据上述步骤再次测量SQI至少一个夜晚（优选三个夜晚）。如果得到的值优于前面的值（根据建立的计算系统，在本说明书给出的示例中，使得到的值最接近理想值1)，则睡眠质量有所提升。本发明的目的是保持周期性重复所述方法的步骤，直至获得最佳值（本发明示例中应用的计算中，最佳值为最接近1的值），而这意味着给定用户已经实现最佳睡眠质量，即最接近没有导致睡眠中断的唤醒的质量。

本发明的另一方面公开了一种实施所述方法的系统。为实施所述方法，该提高睡眠质量的系统包含控制床垫不同分区的多个压力传感器、优选通过互联网连接至远程单元以执行本发明所述方法的步骤的程序化控制单元、用户输入数据至控制单元的输入工具和提供睡眠质量结果给用户的输出工具。

根据本发明的一个实施方案，传感器、控制单元以及输入和输出工具都由电缆连接，所述输入工具和输出工具通过包含在床垫中的用户界面实现。

例如，用户界面可放置在床垫的一边，可以是触摸屏、屏幕和按钮组合等。用户输入如身高、体重等的数据。如系统允许自动变更床垫每一位置的压力，用户也可输入期望的初始压力值。

根据另一个优选实施方案，通过用户能够安装在用户所有的如计算机、平板电脑、智能手机等的设备上的计算机程序或应用实现输入工具和输出工具。在这种情况下，控制单元与用户设备无线通信。在设想中，用户设备中安装的程序或应用还能够执行上文所述方法，该用户设备由此充当控制单元。在这种情况下，床垫中物理实现的唯一组成部分是与通过无线手段与用户设备通信的压力传感器。

如上所述，根据本发明的优选实施方案，该系统还包含变动床垫不同位置的压力的工具，如连接至例如分布在床垫位置中的不同气囊的气泵。

最后，本发明还公开了一种分为多个分区的床垫，每一分区又分为多个位置，如本发明前述的每一位置中的压力可独立于其他位置变动。本发明所述床垫还包含一种如上所述的系统。

因此，本发明提供一种不仅依据用户身体构造，还依据睡眠质量，尤其是明显移动导致的睡眠障碍，特别是深度睡眠阶段的睡眠障碍，通过周期性改变床垫的可配置组成部分，实现夜复一夜提高睡眠质量直到获得最佳睡眠质量的方法和系统。最佳睡眠质量是尽可能接近理想睡眠质量的睡眠质量，而理想睡眠质量定义为一个夜晚不间断地完成4到6个睡眠周期。所以只要能够取得睡眠质量的提高，本发明所述方法和系统将继续建议床垫配置的变化，所有这些都取决于每个特定的用户。

尽管上文已经参考本发明的一个具体实施方案对本发明进行了描述，本领域技术人员可想到修改和变动上述实施方案，而不会脱离本发明的范围。例如，本领域技术人员可改变床垫的位置、分区、每一分区的位置等的数量，以实施本发明所述方法。另外，所述位置支撑水平的变动不限于变动气囊内的气压，而还可包括变动水室内的水位、变动包含入每一位置的海绵橡胶衬垫的密实度/数量等。

Claims (16)

1.一种提高睡眠质量的方法，包括通过控制床垫不同分区的不同传感器连续测量用户施加的压力，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

基于所述传感器在整个夜晚检测到的所述用户的明显移动，计算至少一个夜晚的睡眠质量指数（SQI），根据每一检测到的明显移动在夜晚发生的时间，为每一检测到的明显移动确定一个分数；

计算所述床垫每一分区的重量系数，包括以下步骤：

计算每一传感器在整个夜晚实测的平均压力；

计算每一传感器实测的平均压力与所述床垫上无用户时所述传感器实测的压力之间的差值；

计算床垫每一分区的平均压力差；

将重量系数与参考值对比；

若所述重量系数大于所述参考值，给出降低该位置的支撑水平的提示；而若所述重量系数小于所述参考值，给出增加支撑水平的提示；

增加或降低每一位置的支撑水平取决于重量系数与参考值之间的对比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算连续三个夜晚的睡眠质量指数（SQI）。

3.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，周期性重复所述方法的各步骤。

4.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，明显移动为在对应所述用户躯干覆盖总区域的至少30%的所述床垫表面上导致大于3 mbar的压力变化的明显移动。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，压力的所述变化是覆盖所述表面的所有所述传感器同时实测的压力变化的累积变动。

6.根据权利要求4或权利要求5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述压力变化在6~8 mbar之间，所述传感器数量为3。

7.根据权利要求4或权利要求5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述压力变化在4~6 mbar之间，所述传感器数量为2。

8.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，SQI等于所有检测到的明显移动的分数总和除以睡眠分钟数再乘以60 。

9.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包含检测睡眠开始的预先步骤，睡眠开始定义为未发生任何移动的夜晚的第一个30分钟。

10.根据任意一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，计算所述重量系数的步骤包含每一分区的平均压力差除以所述用户的BMI再乘以10。

11.一种提高睡眠质量的系统，包含控制床垫不同分区的多个压力传感器、为执行根据权利要求1至权利要求10中任意一项所述方法的所述步骤的程序化控制单元、用户输入数据至所述控制单元的输入工具和提供睡眠质量结果给所述用户的输出工具。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述输入工具和所述输出工具通过包含在所述床垫中的用户界面实现。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述输入工具和所述输出工具通过用户设备中的计算机程序实现。

14.根据权利要求11至权利要求13中任意一项所述的系统，其特征在于，所述程序化控制单元可以通过互联网连接至远程单元。

15.根据权利要求11至权利要求14中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包含变动所述床垫的不同位置中的支撑水平的变动工具。

16.一种分为多个分区的床垫，每一分区又分为多个位置，每一所述位置中的支撑水平可以独立于其他所述位置变动，其特征在于，所述床垫包含根据权利要求11至权利要求15中任意一项所述的系统。