CN111281347A - 一种被动侧卧器、控制方法、睡眠辅助系统 - Google Patents

一种被动侧卧器、控制方法、睡眠辅助系统 Download PDF

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CN111281347A CN202010152833.5A CN202010152833A CN111281347A CN 111281347 A CN111281347 A CN 111281347A CN 202010152833 A CN202010152833 A CN 202010152833A CN 111281347 A CN111281347 A CN 111281347A
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Abstract

本发明属于智能家居技术领域，公开了一种被动侧卧器、控制方法、睡眠辅助系统，包括参数预设定模块用于用户预设定侧卧相关参数；摄像模块用于获取用户睡眠图像；体征信息监测模块用于获取用户的相关体征信息；声音获取模块用于获取用户睡眠声音；数据分析提取模块用于提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；睡眠状况判断模块用于判断用户是否存在睡眠异常；侧卧决定模块用于决定是否启动侧卧器；侧卧启动模块用于基于预设侧卧参数或自适应调整两侧充气泵使用户呈侧卧姿态；数据分析模块用于分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸信息。本发明能够有效帮助用户养成良好的侧卧习惯，提高睡眠舒适感，减少出现打鼾、呼吸暂停等情况。

Description

一种被动侧卧器、控制方法、睡眠辅助系统
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，尤其涉及一种被动侧卧器及其控制方法。
背景技术
目前：儿童打鼾是孩子阻碍成长发育不可忽视的疾病，影响孩子生长发育的多方面。严重者需要手术干预。而睡眠姿势也是一个非常关键的因素，多导睡眠监测和临床工作中发现，睡眠打鼾和呼吸暂停次数及张口呼吸情况在侧卧位时相对减少，而仰卧位睡眠时比较明显。
现有侧卧装置主要是临床提供的，并无相关家用侧卧装置，而临床侧卧装置体积大，安装不方便，且操作也不简单，无法纠正睡眠习惯。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中无家用的侧卧装置，现有临床侧卧仪器体积大，安装不方便，且操作也不简单，无法有效纠正睡眠习惯。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种被动侧卧器。
本发明是这样实现的，被动侧卧器包括：
参数预设定模块，用于用户预设定侧卧相关参数；
摄像模块，与参数预设定模块相连接，用于利用摄像设备获取用户睡眠图像；
体征信息监测模块，与摄像模块相连接，用于利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息；
声音获取模块，与体征信息监测模块相连接，用于利用相关录音设备获取用户睡眠声音；
数据分析提取模块，与声音获取模块相连接，用于从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；同时用于从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音；
睡眠状况判断模块，与数据分析提取模块相连接，用于基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常；
侧卧决定模块，与睡眠状况判断模块相连接，用于当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，并基于睡眠状态决定是否启动侧卧器；
侧卧启动模块，与侧卧决定模块相连接，用于基于预设侧卧参数或自适应调整两侧充气泵使用户呈侧卧姿态；
数据分析模块，与侧卧启动模块相连接，用于分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息；
存储模块，与数据分析模块相连接，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；
显示模块，与存储模块相连接，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
进一步，所述体征信息监测模块包括：
脑电波信号监测单元，用于利用脑电波监测器监测用户脑电波信号；
心率监测单元，用于利用心率监测仪监测用户心率信息；
呼吸监测单元，用于利用呼吸监测仪监测用户的呼吸情况。
进一步，所述睡眠异常包括但不限于用户睡眠过程中出现经常性翻身、呼吸多次暂停、打鼾及其他睡眠异常；
所述所述呼吸情况包括但不限于用户呼吸是否顺畅，呼吸暂停次数以及其他呼吸情况。
进一步，所述体征信息监测模块在对测量开始前，测量出电波、心率数据，并计算出各个模式的本征值λp(p＝0,1,2,…)以及本征函数
Figure BDA0002403042150000031
其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；
当系统进行工作时，根据电波、体征、心率数据在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]，
其中
Figure BDA0002403042150000032
[A]＝[a0,a1,...,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),...,T1(tN-1),T0(tN-1),...,TM-1(t0),…,T1(t0),T0(t0)]T；
其中，
Figure BDA0002403042150000033
为第i个电波点的位置，Ti(tj)为第i个心率在第j个时刻的温度值。
进一步，所述显示模块通过快速近似抗锯齿算法进行改进并作图像处理；
在最后一个渲染通道，将需要渲染的图片作为输入，输出为抗锯齿处理之后的结果图片；
采用双线性过滤，利用像素周围四个临近的邻居像素点作双线性插值；求平均结果作为最终的纹理采样值，使得像素之间的过渡更加平滑；
判断需要平滑的边缘像素，计算当前片段以及和它直接相邻的四个邻居的亮度值，从而获取最大亮度值以及最小亮度值，相减即可获取亮度对比差值；边缘的亮度对比差值应该相对比较大；如果亮度差值超过了预设的阈值，执行平滑处理。
进一步，所述被动侧卧器还包括：
提醒预设模块，用于监护人设定相关提醒事项；
监控终端，用于监护人或其他人员利用手机或其他智能设备获取用户的相关睡眠情况；
报警模块，用于当用户出现预设提醒事项或呼吸长时间暂停以及其他情况时，发送报警信息至监测终端。
进一步，所述被动侧卧器包括以下硬件装置：
第一充气气囊，与第一充气气泵连接，用于利用控制器通过第一充气气泵调整第一充气气囊状态，从而固定并调整头部姿势；
摄像设备，用于获取用户面部影像以及用户身体睡眠姿态；
录音设备，用于获取用户睡眠声音；
脑电波监测器，用于获取用户脑电波信号；
心率监测仪，用于监测用户心率信息；
呼吸监测仪监测，用于监测用户的呼吸情况；
第二充气气囊，与第二充气气泵连接，用于利用控制器通过第二充气气泵调整第二充气气囊状态，从而固定并调整用户身体右侧身体姿势；
第三充气气囊，与第三充气气泵连接，用于利用控制器通过第三充气气泵调整第三充气气囊状态，从而固定并调整用户身体左侧身体姿势；
控制器，用于控制第一、第二、第三充气气泵并进行数据分析、计算、控制各个硬件装置正常工作；
存储器，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；
显示屏，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
本发明的另一目的在于提供一种控制所述被动侧卧器的被动侧卧控制方法，所述被动侧卧控制方法包括：
步骤一，预设定相关侧卧方向、侧卧角度以及侧卧时间及其他相关侧卧参数；
步骤二，利用摄像设备获取用户睡眠图像；利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息；利用相关录音设备获取用户睡眠声音；
步骤三，从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音；
步骤四，基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常；
步骤五，当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，若处于深度睡眠状态则启动侧卧器使用户按照预设侧卧参数进行侧卧；若不处于深度睡眠状态则不进行任何操作；
步骤六，分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息；存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
进一步，所述被动侧卧控制方法还包括：设定睡眠提醒事项或异常报警事项；利用被动侧卧器实时监控用户睡眠情况、体征信息；当用户出现预设提醒事项或出现呼吸长时间暂停及其他异常事项时，则被动侧卧器发送报警信息至相关智能终端。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述被动侧卧器的睡眠辅助系统。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明能够有效帮助用户养成良好的侧卧习惯，提高睡眠舒适感，减少或避免出现打鼾、呼吸暂停等情况；同时本发明能够有效监控患者的睡眠情况，并当睡眠出现异常时及时给予其监护人相应的提醒；同时本发明在保证用户深度睡眠的情况下改善用户睡眠姿态，避免当用户处于浅睡眠时因姿势改变而突然惊醒，有效的保证了患者良好的睡眠。
附图说明
图1是本发明实施例提供的被动侧卧器结构示意图。
图中：1、参数预设定模块；2、摄像模块；3、体征信息监测模块；4、声音获取模块；5、数据分析提取模块；6、睡眠状况判断模块；7、侧卧决定模块；8、侧卧启动模块；9、数据分析模块；10、存储模块；11、显示模块；12、提醒预设模块；13、监控终端；14、报警模块。
图2是本发明实施例提供的被动侧卧器体征信息监测模块示意图。
图中：15、脑电波信号监测单元；16、心率监测单元；17、呼吸监测单元。
图3是本发明实施例提供的被动侧卧器硬件装置示意图。
图中：18、第一充气气囊；19、第一充气气泵；20、摄像设备；21、录音设备；22、脑电波监测器；23、心率监测仪；24、呼吸监测仪监测；25、第二充气气囊；26、第二充气气泵；27、第三充气气囊；28、第三充气气泵；29、控制器；30、存储器；31、显示屏。
图4是本发明实施例提供的被动侧卧控制方法流程图。
图5是本发明实施例提供的被动侧卧器控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种被动侧卧器，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的被动侧卧器包括：
参数预设定模块1，用于用户预设定侧卧相关参数。
摄像模块2，用于利用摄像设备获取用户睡眠图像。
体征信息监测模块3，用于利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息。
声音获取模块4，用于利用相关录音设备获取用户睡眠声音。
数据分析提取模块5，用于从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；同时用于从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音。
睡眠状况判断模块6，用于基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常。
侧卧决定模块7，用于当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，并基于睡眠状态决定是否启动侧卧器。
侧卧启动模块8，用于基于预设侧卧参数或自适应调整两侧充气泵使用户呈侧卧姿态。
数据分析模块9，用于分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息。
存储模块10，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数。
显示模块11，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
如图2所示，本发明实施例提供的体征信息监测模块3包括：
脑电波信号监测单元15，用于利用脑电波监测器监测用户脑电波信号.
心率监测单元16，用于利用心率监测仪监测用户心率信息。
呼吸监测单元17，用于利用呼吸监测仪监测用户的呼吸情况。
本发明实施例提供的呼吸情况包括但不限于用户呼吸是否顺畅，呼吸暂停次数以及其他呼吸情况。
本发明实施例提供的睡眠异常包括但不限于用户睡眠过程中出现经常性翻身、呼吸多次暂停、打鼾及其他睡眠异常。
本发明实施例提供的被动侧卧器还包括：
提醒预设模块12，用于监护人设定相关提醒事项。
监控终端13，用于监护人或其他人员利用手机或其他智能设备获取用户的相关睡眠情况。
报警模块14，用于当用户出现预设提醒事项或呼吸长时间暂停以及其他情况时，发送报警信息至监测终端。
如图3所示，本发明实施例提供的被动侧卧器包括以下硬件装置：
第一充气气囊18，与第一充气气泵19连接，用于利用控制器27通过第一充气气泵调整第一充气气囊状态，从而固定并调整头部姿势。
摄像设备20，用于获取用户面部影像以及用户身体睡眠姿态。
录音设备21，用于获取用户睡眠声音。
脑电波监测器22，用于获取用户脑电波信号。
心率监测仪23，用于监测用户心率信息。
呼吸监测仪监测24，用于监测用户的呼吸情况。
第二充气气囊25，与第二充气气泵26连接，用于利用控制器29通过第二充气气泵调整第二充气气囊状态，从而固定并调整用户身体右侧身体姿势。
第三充气气囊27，与第三充气气泵28连接，用于利用控制器29通过第三充气气泵调整第三充气气囊状态，从而固定并调整用户身体左侧身体姿势。
控制器29，用于控制第一充气气泵19、第二充气气泵26、第三充气气泵28并进行数据分析、计算、控制各个硬件装置正常工作。
存储器30，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数。
显示屏31，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
所述体征信息监测模块3在对测量开始前，测量出电波、心率数据，并计算出各个模式的本征值λp(p＝0,1,2,…)以及本征函数
Figure BDA0002403042150000081
其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；
当系统进行工作时，根据电波、体征、心率数据在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]，
其中
Figure BDA0002403042150000091
[A]＝[a0,a1,...,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),...,T1(tN-1),T0(tN-1),...,TM-1(t0),...,T1(t0),T0(t0)]T；
其中，
Figure BDA0002403042150000092
为第i个电波点的位置，Ti(tj)为第i个心率在第j个时刻的温度值。
如图4所示，本发明实施例提供的被动侧卧控制方法包括：
S101，预设定相关侧卧方向、侧卧角度以及侧卧时间及其他相关侧卧参数。
S102，利用摄像设备获取用户睡眠图像；利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息；利用相关录音设备获取用户睡眠声音。
S103，从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音。
S104，基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常。
S105，当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，若处于深度睡眠状态则启动侧卧器使用户按照预设侧卧参数进行侧卧；若不处于深度睡眠状态则不进行任何操作。
S106，分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息；存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
如图5所示，本发明实施例提供的被动侧卧控制方法还包括：
S201，设定睡眠提醒事项或异常报警事项。
S202，利用被动侧卧器实时监控用户睡眠情况、体征信息。
S203，当用户出现预设提醒事项或出现呼吸长时间暂停及其他异常事项时，则被动侧卧器发送报警信息至相关智能终端。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述被动侧卧器的睡眠辅助系统。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种被动侧卧器，其特征在于，所述被动侧卧器包括：
参数预设定模块，用于用户预设定侧卧相关参数；
摄像模块，与参数预设定模块相连接，用于利用摄像设备获取用户睡眠图像；
体征信息监测模块，与摄像模块相连接，用于利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息；
声音获取模块，与体征信息监测模块相连接，用于利用相关录音设备获取用户睡眠声音；
数据分析提取模块，与声音获取模块相连接，用于从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；同时用于从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音；
睡眠状况判断模块，与数据分析提取模块相连接，用于基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常；
侧卧决定模块，与睡眠状况判断模块相连接，用于当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，并基于睡眠状态决定是否启动侧卧器；
侧卧启动模块，与侧卧决定模块相连接，用于基于预设侧卧参数或自适应调整两侧充气泵使用户呈侧卧姿态；
数据分析模块，与侧卧启动模块相连接，用于分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息；
存储模块，与数据分析模块相连接，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；
显示模块，与存储模块相连接，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
2.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述体征信息监测模块包括：
脑电波信号监测单元，用于利用脑电波监测器监测用户脑电波信号；
心率监测单元，用于利用心率监测仪监测用户心率信息；
呼吸监测单元，用于利用呼吸监测仪监测用户的呼吸情况。
3.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述睡眠异常包括但不限于用户睡眠过程中出现经常性翻身、呼吸多次暂停、打鼾及其他睡眠异常；
所述所述呼吸情况包括但不限于用户呼吸是否顺畅，呼吸暂停次数以及其他呼吸情况。
4.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述体征信息监测模块在对测量开始前，测量出电波、心率数据，并计算出各个模式的本征值λp(p＝0,1,2,…)以及本征函数
Figure FDA0002403042140000021
其计算方式为理论计算或数值计算，数值计算方法应包含有限差分法、有限元法以及有限体积法；
当系统进行工作时，根据电波、体征、心率数据在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]，
其中
Figure FDA0002403042140000022
[A]＝[a0,a1,...,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),...,T1(tN-1),T0(tN-1),...,TM-1(t0),...,T1(t0),T0(t0)]T其中，
Figure FDA0002403042140000031
为第i个电波点的位置，Ti(tj)为第i个心率在第j个时刻的温度值。
5.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述显示模块通过快速近似抗锯齿算法进行改进并作图像处理；
在最后一个渲染通道，将需要渲染的图片作为输入，输出为抗锯齿处理之后的结果图片；
采用双线性过滤，利用像素周围四个临近的邻居像素点作双线性插值；求平均结果作为最终的纹理采样值，使得像素之间的过渡更加平滑；
判断需要平滑的边缘像素，计算当前片段以及和它直接相邻的四个邻居的亮度值，从而获取最大亮度值以及最小亮度值，相减即可获取亮度对比差值；边缘的亮度对比差值应该相对比较大；如果亮度差值超过了预设的阈值，执行平滑处理。
6.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述被动侧卧器还包括：
提醒预设模块，用于监护人设定相关提醒事项；
监控终端，用于监护人或其他人员利用手机或其他智能设备获取用户的相关睡眠情况；
报警模块，用于当用户出现预设提醒事项或呼吸长时间暂停以及其他情况时，发送报警信息至监测终端。
7.如权利要求1所述被动侧卧器，其特征在于，所述被动侧卧器包括以下硬件装置：
第一充气气囊，与第一充气气泵连接，用于利用控制器通过第一充气气泵调整第一充气气囊状态，从而固定并调整头部姿势；
摄像设备，用于获取用户面部影像以及用户身体睡眠姿态；
录音设备，用于获取用户睡眠声音；
脑电波监测器，用于获取用户脑电波信号；
心率监测仪，用于监测用户心率信息；
呼吸监测仪监测，用于监测用户的呼吸情况；
第二充气气囊，与第二充气气泵连接，用于利用控制器通过第二充气气泵调整第二充气气囊状态，从而固定并调整用户身体右侧身体姿势；
第三充气气囊，与第三充气气泵连接，用于利用控制器通过第三充气气泵调整第三充气气囊状态，从而固定并调整用户身体左侧身体姿势；
控制器，用于控制第一、第二、第三充气气泵并进行数据分析、计算、控制各个硬件装置正常工作；
存储器，用于存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；
显示屏，用于显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
8.一种控制如权利要求1-7所述被动侧卧器的被动侧卧控制方法，其特征在于，所述被动侧卧控制方法包括：
步骤一，预设定相关侧卧方向、侧卧角度以及侧卧时间及其他相关侧卧参数；
步骤二，利用摄像设备获取用户睡眠图像；利用相关体征监测仪器获取用户的相关脑电波、体征、心率及其他相关体征信息；利用相关录音设备获取用户睡眠声音；
步骤三，从获取到的睡眠相关图像中提取用户睡眠姿态、用户睡眠呼吸情况以及其他相关信息；从获取到的用户睡眠声音中提取相关呼吸声音；
步骤四，基于获取到的相关用户相关体征信息、睡眠姿态、呼吸情况、呼吸声音判断用户是否存在睡眠异常；
步骤五，当用户出现睡眠异常，基于用户脑电波信号判断用户是否处于深度睡眠状态，若处于深度睡眠状态则启动侧卧器使用户按照预设侧卧参数进行侧卧；若不处于深度睡眠状态则不进行任何操作；
步骤六，分析用户侧卧与悱侧卧姿势时的呼吸、睡眠及其它相关体征信息；存储获取到的用户体征、睡眠各种信息以及预设侧卧参数；显示用户各项体征信息以及相关侧卧参数。
9.如权利要求8所述被动侧卧控制方法，其特征在于，所述被动侧卧控制方法还包括：
(1)设定睡眠提醒事项或异常报警事项；
(2)利用被动侧卧器实时监控用户睡眠情况、体征信息；
(3)当用户出现预设提醒事项或出现呼吸长时间暂停及其他异常事项时，则被动侧卧器发送报警信息至相关智能终端。
10.一种安装有如权利要求1至7任意一项所述被动侧卧器的睡眠辅助系统。
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