CN113384243A - 一种非接触式睡眠监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式睡眠监测装置及监测方法,包括监测本体、芯片盒和移动终端,所述监测本体由上至下依次设置上封套、上屏蔽层、PVDF压力传感器、下屏蔽层和下封套,芯片盒内包括信号放大模块、滤波模块、模数转换模块、控制模块、WiFi模块、存储模块和计时模块。应用本发明可以实现呼吸和心率的测量,材料敏感,获得的数据更具准确性。同时造价低,节省材料,安装应用简单。可实现生理信号的非接触测量,无不舒适感,不会干扰人的正常睡眠,使监测数据更可靠。使用者可根据睡眠监测情况及分析报告,了解自身睡眠时间、睡眠时长、睡眠评价等内容。同时还可根据历史数据对自身睡眠情况进行调节,使分析基准更适合自身睡眠情况。
Description
技术领域
本发明涉及睡眠监测领域,尤其是一种基于PVDF压电薄膜的非接触式睡眠监测装置及监测方法。
背景技术
睡眠对于人身体健康的重要性不言而喻,睡眠使人们的大脑和身体得到休息、休整和恢复,作为修复生命机体重要环节,睡眠和人们的生理和心理功能密切相关,并影响着人们的健康状况、生活质量和工作效率等许多方面。睡眠的好坏不取决于时间长短,而是取决于睡眠质量,睡眠监测和睡眠质量分析已经成为评定人的健康状态和相关疾病预防中重要的一个环节。此外,睡眠过程人体内部的许多生理功能会发生明显变化,睡眠过程时间的延续性以及机体功能调节体系的变化,多种慢性病的早期信号往往易于在此期间捕捉。因此,睡眠监测技术已成为现代医学诊断中不可缺少的内容。
目前现有的监测设备大致分为多导睡眠监护、微动敏感床垫、红外监测、可穿戴设备等。其中多导睡眠监护监测的参数较多,采用的传感器繁多,需要在人体上贴附多个电极,对正常睡眠会造成影响,在监测的过程中患者存在住院监测、入睡困难、传感器易于脱落等缺点,所得到的数据就不能准确反映被测者的正常睡眠状况。床垫类睡眠监测产品连接复杂、麻烦,不易实现;传感器数量过多,连接困难,多个信号传感器数据分而独立,信号传递连续性差,同时材料消耗高,成本高;另外设备体积庞大,不便移动,程序繁琐,在家庭难于使用。红外监测设备,设备价格十分昂贵,只能在医学研究机构中使用,难以普及。部分“弱侵入式”或接触式设备,如智能手表、智能手环、腕带测量、指尖监测外周动脉等,对被测人员产生不适感,影响睡眠质量。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于PVDF压电薄膜的非接触式睡眠监测装置及监测方法。
本发明所涉及的非接触式睡眠监测装置,包括监测本体、芯片盒和移动终端,所述监测本体与芯片盒之间通过导线相连,所述监测本体包括由上至下依次设置并通过外封套封装在一起的上屏蔽层、PVDF压力传感器和下屏蔽层,所述PVDF压力传感器横向设置于上屏蔽层与下屏蔽层之间,所述芯片盒内包括信号放大模块、滤波模块、模数转换模块、控制模块、WiFi模块、存储模块和计时模块,其中所述信号放大模块用于接收PVDF压力传感器采集的呼吸与心跳信号,并增大其信号幅度后发送至滤波模块,所述滤波模块接收信号放大模块发出的信号,将其进行滤波后去除杂波发送至模数转换模块,所述模数转换模块接收滤波模块发出的信号,将其转换为控制模块可以识别操作的数字信号并将其发送至控制模块,所述控制模块接收数模转换模块发出的信号,并对其进行分析得到使用者的睡眠信息,并将睡眠信息发送至存储模块,同时向计时模块发出计时指令,计时模块接收控制模块的计时指令,通过计时计算使用者的睡眠总时长和各阶段睡眠时长,并将该信息发送至控制模块和存储模块,所述控制模块接收到计时模块发送的信号后,将睡眠信息通过WiFi模块发送至移动终端,通过移动终端向使用者展示睡眠信息,使用者可通过移动终端向控制器发出指令,该指令通过WiFi模块传回控制模块,所述存储模块用于存储控制模块发出的睡眠信息与计时模块发出的时长信息。
进一步地,所述芯片盒内还包括预警模块、报警灯和蜂鸣器,当控制模块分析使用者的心率数据低于每分钟60次或心率数据高于每分钟100次时,控制模块向预警模块发出预警信号,预警模块接收预警信号后向报警灯和蜂鸣器发出指令,报警灯闪烁,蜂鸣器进行声音报警。
进一步地,所述报警灯为YLB 5611BH型数码显示报警灯,所述蜂鸣器为HY1205GPKC1206型蜂鸣器。
进一步地,所述控制模块与移动终端之间还可通过蓝牙模块进行连接。
进一步地,所述移动终端为手机、台式电脑或平板电脑。
进一步地,所述信号放大模块为TLV2464CNE4型信号放大芯片,所述滤波模块为MAX274BEWI型滤波器,所述模数转换模块为STM32F103C8T6型模数转换芯片,所述控制模块为STM32F103C8T6芯片,所述计时模块为LMC555CMX型计时芯片,所述WiFi模块为ESP8266型WiFi模块。
进一步地,所述存储模块为TF存储卡或SD存储卡。
进一步地,所述外封套厚度为1mm,所述上屏蔽层和下屏蔽层厚度为1mm,所述PVDF传感器层厚度为30-500μm。
使用如上所述的非接触式睡眠监测装置进行睡眠监测的方法,包括以下步骤:
S1.通过移动终端判断使用者是否为初次使用,若为初次使用需利用移动终端进行用户注册,注册完成后跳转至步骤S2开始建立睡眠记录,若已建立睡眠记录则跳转至步骤S6;
S2.开始建立睡眠记录,当监测本体采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间,并每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
S3.睡眠结束,监测本体停止采集到呼吸与心跳数据,记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长,记为N分钟,存储到存储模块中;
S4.将得到的N个呼吸频率数据,按由小到大顺序排列,得到{A1,A2,A3...AN}数据组,取A[N/4]为深睡眠呼吸频率阈值,取A[3N/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块中;
S5.得到的N个心率数据,按由小到大顺序排列,得到{B1,B2,B3...BN}数据组,取B[N/4]为深睡眠心率阈值,取B[3N/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块中;
S6.开始睡眠监测,当监测本体采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间;
S7.监测本体每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
S8.该分钟心率是否小于浅睡眠心率阈值,若小于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S9,若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S11;
S9.该分钟心率是否小于深睡眠心率阈值,若小于深睡眠心率阈值则跳转步骤S10,若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S13;
S10.该分钟呼吸频率是否小于深睡眠呼吸频率阈值,若小于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S12,若大于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S13;
S11.该分钟呼吸频率是否小于浅睡眠呼吸频率阈值,若小于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S13,若大于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S14;
S12.确定该分钟为深睡眠状态,跳转步骤S15;
S13.确定该分钟为浅睡眠状态,跳转步骤S15;
S14.确定该分钟为清醒状态,跳转步骤S15;
S15.判断睡眠是否结束,若睡眠结束则跳转步骤S16,若睡眠未结束则跳转步骤S7;
S16.记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长为N1分钟,存储到存储模块中;
S17.控制模块分别计算清醒状态,浅睡眠状态和深睡眠状态时长,以及各睡眠状态所占总睡眠时长的比例,并通过移动终端展示给使用者;
S18.使用者主观判断本次睡眠质量是否优良,若睡眠质量优良则跳转步骤S19,若睡眠质量偏差则跳转步骤S21;
S19.将本次采集得到的N1个呼吸频率数据与之前采集并保留的呼吸频率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的{A1,A2,A3...AN+N1}数据组,更新A[(N+N1)/4]为深睡眠呼吸频率阈值,更新A[3(N+N1)/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块中;
S20.将本次采集得到的N1个心率数据与之前采集并保留的心率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的{B1,B2,B3...BN+N1}数据组,更新B[(N+N1)/4]为深睡眠心率阈值,更新B[3(N+N1)/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块中;
S21.睡眠监测结束。
应用本发明所提供的睡眠监控装置及方法的有益效果:
1、PVDF压力传感器具有测量压力和振动的功能,压力传感器由其构造决定,是一个整体结构,可以整体测量数据,可与人体紧密贴合,保证了监测数据的连续性。
2、材料敏感,并配合放大电路、滤波电路,使获得的数据更具准确性。同时造价低,节省材料,安装应用简单,不需要专用设备,本装置主要包括传感器、芯片无特殊装置,连接方便,易于使用。材料轻薄,柔韧度好,不怕折叠,防水,携带方便。
3、装置可实现生理信号的非接触测量,无不舒适感、非常轻薄、用户感觉不到厚度。放置使用时同时不限定睡姿,本发明将传感带放置在人体睡觉区域,无论何种睡姿,只要身体与传感器有接触,就能产生信号,不限定任何睡姿。
4、使用者可根据睡眠监测情况及分析报告,了解自身睡眠时间、睡眠时长、睡眠评价等内容,并根据自身情况调整睡眠周期,进而改善睡眠状况。同时还可根据历史数据对自身睡眠情况进行调节,使分析基准更适合自身睡眠情况。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为监测本体的结构示意图;
图2为监测本体与芯片盒的连接示意图;
图3为PVDF压力传感器在睡眠监控装置中的位置示意图;
图4为芯片盒内结构框图;
图5为本发明睡眠监控方法流程图。
图中:1、芯片盒,2、PVDF压力传感器,3、监测本体,4、上屏蔽层,5、导线,6、下屏蔽层,7、外封套,8、滤波模块,9、模数转换模块,10、控制模块,11、移动终端,12、蓝牙模块,13、WiFi模块,14、存储模块,15、计时模块,16、预警模块,17、报警灯,18、蜂鸣器,19、信号放大模块。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
如图1~图4中所示,本实施例中非接触式睡眠监测装置,包括监测本体3、芯片盒1和移动终端11,所述监测本体3与芯片盒1之间通过导线5相连,所述监测本体3包括由上至下依次设置并通过外封套7封装在一起的上屏蔽层4、PVDF压力传感器2和下屏蔽层6,所述PVDF压力传感器2横向设置于上屏蔽层4与下屏蔽层6之间,所述芯片盒1内包括信号放大模块19、滤波模块8、模数转换模块9、控制模块10、WiFi模块13、存储模块14和计时模块15,其中所述信号放大模块19用于接收PVDF压力传感器2采集的呼吸与心跳信号,并增大其信号幅度后发送至滤波模块8,所述滤波模块8接收信号放大模块19发出的信号,将其进行滤波后去除杂波发送至模数转换模块9,所述模数转换模块9接收滤波模块8发出的信号,将其转换为控制模块10可以识别操作的数字信号并将其发送至控制模块10,所述控制模块10接收数模转换模块9发出的信号,并对其进行分析得到使用者的睡眠信息,并将睡眠信息发送至存储模块14,同时向计时模块15发出计时指令,计时模块15接收控制模块10的计时指令,通过计时计算使用者的睡眠总时长和各阶段睡眠时长,并将该信息发送至控制模块10和存储模块14,所述控制模块10接收到计时模块15发送的信号后,将睡眠信息通过WiFi模块13发送至移动终端11,通过移动终端11向使用者展示睡眠信息,使用者可通过移动终端11向控制器10发出指令,该指令通过WiFi模块13传回控制模块10,所述存储模块14用于存储控制模块10发出的睡眠信息与计时模块15发出的时长信息。
所述芯片盒1内还包括预警模块16、报警灯17和蜂鸣器18,当控制模块10分析使用者的心率数据低于每分钟60次或心率数据高于每分钟100次时,控制模块10向预警模块16发出预警信号,预警模块16接收预警信号后向报警灯17和蜂鸣器18发出指令,报警灯17闪烁,蜂鸣器18进行声音报警。
所述报警灯17为YLB 5611BH型数码显示报警灯,所述蜂鸣器18为HY1 205GPKC1206型蜂鸣器。
所述控制模块10与移动终端11之间还可通过蓝牙模块12进行连接。
所述移动终端11为手机、台式电脑或平板电脑。
所述信号放大模块19为TLV2464CNE4型信号放大芯片,所述滤波模块8为MAX274BEWI型滤波器,所述模数转换模块9为STM32F103C8T6型模数转换芯片,所述控制模块10为STM32F103C8T6芯片,所述计时模块15为LMC5 55CMX型计时芯片,所述WiFi模块13为ESP8266型WiFi模块。
所述存储模块14为TF存储卡或SD存储卡。
所述外封套3的厚度为1mm,所述上屏蔽层4和下屏蔽层6厚度为1mm,所述PVDF传感器2层厚度为30-500μm。
如图5所示,应用本实施例的非接触式睡眠监测装置进行睡眠监测的方法,其步骤如下:
(1)通过移动终端11判断使用者是否为初次使用,若为初次使用需利用移动终端11进行用户注册,注册完成后跳转至步骤(2)开始建立睡眠记录,若已建立睡眠记录则跳转至步骤(6);
(2)开始建立睡眠记录,当监测本体3采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间,并每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
(3)睡眠结束,监测本体3停止采集到呼吸与心跳数据,记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长,记为N分钟,存储到存储模块14中;
(4)将得到的N个呼吸频率数据,按由小到大顺序排列,得到{A1,A2,A3...AN}数据组,取A[N/4]为深睡眠呼吸频率阈值,取A[3N/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块14中;
(5)将得到的N个心率数据,按由小到大顺序排列,得到{B1,B2,B3...BN}数据组,取B[N/4]为深睡眠心率阈值,取B[3N/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块14中;
(6)开始睡眠监测,当监测本体3采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间;
(7)监测本体3每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
(8)该分钟心率是否小于浅睡眠心率阈值,若小于浅睡眠心率阈值则跳转步骤(9),若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤(11);
(9)该分钟心率是否小于深睡眠心率阈值,若小于深睡眠心率阈值则跳转步骤(10),若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤(13);
(10)该分钟呼吸频率是否小于深睡眠呼吸频率阈值,若小于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤(12),若大于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤(13);
(11)该分钟呼吸频率是否小于浅睡眠呼吸频率阈值,若小于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤(13),若大于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤(14);
(12)确定该分钟为深睡眠状态,跳转步骤(15);
(13)确定该分钟为浅睡眠状态,跳转步骤(15);
(14)确定该分钟为清醒状态,跳转步骤(15);
(15)判断睡眠是否结束,若睡眠结束则跳转步骤(16),若睡眠未结束则跳转步骤(7);
(16)记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长为N1分钟,存储到存储模块14中;
(17)控制模块分别计算清醒状态,浅睡眠状态和深睡眠状态时长,以及各睡眠状态所占总睡眠时长的比例,并通过移动终端11展示给使用者;
(18)使用者主观判断本次睡眠质量是否优良,若睡眠质量优良则跳转步骤(19),若睡眠质量偏差则跳转步骤(21);
(19)将本次采集得到的N1个呼吸频率数据与之前采集并保留的呼吸频率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的{A1,A2,A3...AN+N1}数据组,更新A[(N+N1)/4]为深睡眠呼吸频率阈值,更新A[3(N+N1)/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块14中;
(20)将本次采集得到的N1个心率数据与之前采集并保留的心率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的{B1,B2,B3...BN+N1}数据组,更新B[(N+N1)/4]为深睡眠心率阈值,更新B[3(N+N1)/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块14中;
(21)睡眠监测结束。
以上仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种非接触式睡眠监测装置,包括监测本体、芯片盒和移动终端,所述监测本体与芯片盒之间通过导线相连,其特征在于,所述监测本体包括由上至下依次设置并通过外封套封装在一起的上屏蔽层、PVDF压力传感器和下屏蔽层,所述PVDF压力传感器横向设置于上屏蔽层与下屏蔽层之间,所述芯片盒内包括信号放大模块、滤波模块、模数转换模块、控制模块、WiFi模块、存储模块和计时模块,其中所述信号放大模块用于接收PVDF压力传感器采集的呼吸与心跳信号,并增大其信号幅度后发送至滤波模块,所述滤波模块接收信号放大模块发出的信号,将其进行滤波后去除杂波发送至模数转换模块,所述模数转换模块接收滤波模块发出的信号,将其转换为控制模块可以识别操作的数字信号并将其发送至控制模块,所述控制模块接收数模转换模块发出的信号,并对其进行分析得到使用者的睡眠信息,并将睡眠信息发送至存储模块,同时向计时模块发出计时指令,计时模块接收控制模块的计时指令,通过计时计算使用者的睡眠总时长和各阶段睡眠时长,并将该信息发送至控制模块和存储模块,所述控制模块接收到计时模块发送的信号后,将睡眠信息通过WiFi模块发送至移动终端,通过移动终端向使用者展示睡眠信息,使用者可通过移动终端向控制器发出指令,该指令通过WiFi模块传回控制模块,所述存储模块用于存储控制模块发出的睡眠信息与计时模块发出的时长信息。
2.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述芯片盒内还包括预警模块、报警灯和蜂鸣器,当控制模块分析使用者的心率数据低于每分钟60次或心率数据高于每分钟100次时,控制模块向预警模块发出预警信号,预警模块接收预警信号后向报警灯和蜂鸣器发出指令,报警灯闪烁,蜂鸣器进行声音报警。
3.如权利要求2所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述报警灯为YLB 5611BH型数码显示报警灯,所述蜂鸣器为HY1205GP KC1206型蜂鸣器。
4.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述控制模块与移动终端之间还可通过蓝牙模块进行连接。
5.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述移动终端为手机、台式电脑或平板电脑。
6.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述信号放大模块为TLV2464CNE4型信号放大芯片,所述滤波模块为MAX274BEWI型滤波器,所述模数转换模块为STM32F103C8T6型模数转换芯片,所述控制模块为STM32F103C8T6芯片,所述计时模块为LMC555CMX型计时芯片,所述WiFi模块为ESP8266型WiFi模块。
7.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述存储模块为TF存储卡或SD存储卡。
8.如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置,其特征在于,所述外封套厚度为1mm,所述上屏蔽层和下屏蔽层厚度为1mm,所述PVDF传感器层厚度为30-500μm。
9.一种采用如权利要求1所述的非接触式睡眠监测装置进行睡眠监测的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、通过移动终端判断使用者是否为初次使用,若为初次使用需利用移动终端进行用户注册,注册完成后跳转至步骤S2,开始建立睡眠记录,若已建立睡眠记录则跳转至步骤S6;
S2、开始建立睡眠记录,当监测本体采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间,并每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
S3、睡眠结束,监测本体停止采集到呼吸与心跳数据,记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长,记为N分钟,存储到存储模块中;
S4、将得到的N个呼吸频率数据,按由小到大顺序排列,得到{A1,A2,A3...AN}数据组,取A[N/4]为深睡眠呼吸频率阈值,取A[3N/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块中;
S5、将得到的N个心率数据,按由小到大顺序排列,得到{B1,B2,B3...BN}数据组,取B[N/4]为深睡眠心率阈值,取B[3N/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块中;
S6、开始睡眠监测,当监测本体采集到呼吸与心跳数据开始记录睡眠开始时间;
S7、监测本体每分钟采集一组呼吸频率与心率数据;
S8、该分钟心率是否小于浅睡眠心率阈值,若小于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S9,若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S11;
S9、该分钟心率是否小于深睡眠心率阈值,若小于深睡眠心率阈值则跳转步骤S10,若大于浅睡眠心率阈值则跳转步骤S13;
S10、该分钟呼吸频率是否小于深睡眠呼吸频率阈值,若小于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S12,若大于深睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S13;
S11、该分钟呼吸频率是否小于浅睡眠呼吸频率阈值,若小于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S13,若大于浅睡眠呼吸频率阈值则跳转步骤S14;
S12、确定该分钟为深睡眠状态,跳转步骤S15;
S13、确定该分钟为浅睡眠状态,跳转步骤S15;
S14、确定该分钟为清醒状态,跳转步骤S15;
S15、判断睡眠是否结束,若睡眠结束则跳转步骤S16,若睡眠未结束则跳转步骤S7;
S16、记录睡眠结束时间,并计算睡眠的总时长为N1分钟,存储到存储模块中;
S17、控制模块分别计算清醒状态,浅睡眠状态和深睡眠状态时长,以及各睡眠状态所占总睡眠时长的比例,并通过移动终端展示给使用者;
S18、使用者主观判断本次睡眠质量是否优良,若睡眠质量优良则跳转步骤S19,若睡眠质量偏差则跳转步骤S21;
S19、本次采集得到的N1个呼吸频率数据与之前采集并保留的呼吸频率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的数据组,更新A[(N+N1)/4]为深睡眠呼吸频率阈值,更新A[3(N+N1)/4]为浅睡眠呼吸频率阈值,存储到存储模块中;
S20、将本次采集得到的N1个心率数据与之前采集并保留的心率数据混合,按由小到大顺序排列,得到新的数据组,更新B[(N+N1)/4]为深睡眠心率阈值,更新B[3(N+N1)/4]为浅睡眠心率阈值,存储到存储模块中;
S21、睡眠监测结束。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202110840693.5A CN113384243A (zh) | 2021-07-25 | 2021-07-25 | 一种非接触式睡眠监测装置及监测方法 |
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