CN113974613A - 一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，可以解决现有技术中多人睡眠监测信号不稳定易干扰的技术问题。在用于睡眠监测的床垫上横向水平设置不少于两组睡眠压电传感器组，任一睡眠压电传感器组由若干个睡眠压电传感器组成；任一睡眠压电传感器配置一组压力传感器，通过压力传感器检测床垫上人体躺卧的压力分布情况，进而计算得到床垫上躺卧的人体数量以及各人体位置。本发明结合了压力检测和压电监测，使得压电检测的可有效的辨别，避免了信号的干扰混淆，可以实现精准的双人以及多人睡眠监测的问题。

Description

一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法

技术领域

本发明涉及人体健康监测领域，尤其涉及一种双人睡眠的监测方法。

背景技术

如果能对睡眠质量进行准备的监测，可以让人们更好地了解到自己的睡眠状况，也能进一步让睡眠变得更加高质量。基于睡眠监测的市场的不断需求推动着该技术领域的不断变革。监测设备的不断发展也代表着人们对健康睡眠意识的不断提高。

现有临床发病状态监测多采用心电监护仪等外置手段，监测患者心率、呼吸速率、血压、血氧、脉搏、体温等生命体征或实时测量，以排除患者在某一时段呈现的特殊生理参数被错过的可能性，但都需要采用接触式测量或实时监测，患者连接心电电极等线缆，长时间进行会导致患者产生不适，尤其是一般测量或实时监测的过程中对人体有静卧、平躺的要求，不利于长时间测量或监测。而对于养老康复过程中的体征监测，则更不适合长期佩戴电极等外置设备监测。

目前，市场上主要的睡眠监测产品均只能针对单人的睡眠数据进行监测，如睡眠监测床垫、睡眠监测带等均是针对单人测试，比较缺乏针对家庭多人共用的睡眠监测产品，导致现有的睡眠监测产品的家庭普及率较低。

若将多个单人睡眠监测床垫并排放置用于进行双人的睡眠监测，当使用者在睡眠过程中移动位置，也会导致测试结果有较大偏差。现有技术中也有尝试在床垫上铺设两条相同的睡眠监测带分别对双人的睡眠状态进行监测，同样也是一旦使用者在睡眠过程中移动位置，会导致测试结果有较大的偏差，效果不理想。

因此，针对上述情况，如何改进现有的智能床垫提供一种双人睡眠的监测方法是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，可以解决现有技术中多人睡眠监测信号不稳定易干扰的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

在用于睡眠监测的床垫上横向水平设置不少于两组睡眠压电传感器组，任一睡眠压电传感器组由若干个睡眠压电传感器组成；

任一睡眠压电传感器配置一组压力传感器，通过压力传感器检测床垫上人体躺卧的压力分布情况，进而计算得到床垫上躺卧的人体数量以及各人体位置，通过对应人体位置的睡眠压电传感器对人体的睡眠状态参数进行监测。

进一步，当床垫上的人体数量为两个且两个人体间隔分布时，分别选取每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠压电传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。

进一步，当床垫上的人体数量为两个且两个人体存在共同压力区域时，在共同压力区域以外的区域分别选择每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠压电传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。

进一步，当床垫上的人体产生动作时，读取床垫上人体位置对应的睡眠压电传感器组的检测信号，根据检测信号在睡眠压电传感器组的排布方向上能量递减的方向，计算出产生动作的信号的人体位置，并对所动作进行记录。

进一步，睡眠压电传感器选用的压电传感器为基于BCG心冲击信号检测的压电薄膜传感器。

进一步，压力传感器为压阻传感器。

进一步，睡眠压电传感器与其对应配置的压力传感器位于同一平面，且相邻设置。

进一步，睡眠压电传感器包括压电传感器、电荷放大电路、放大滤波器、二阶滤波器、AD采样模块、微处理器、串口、定时器、SD卡、PC显示端；压电传感器提取被监测人体心脏活动而产生的矢量信号(BCG)并将其转换为电信号输出至电荷放大电路，电荷放大电路将电压传感器输出的微弱信号进行放大，并将高输入阻抗变换为低输出阻抗；

放大滤波器、二级滤波器在滤除噪声的同时对有用信号进行放大；

AD采样模块用于完成模数转化；

微处理器用于将BCG信号的值显示在PC显示端,PC显示端实时显示得到的心冲击信号。

更进一步，的放大滤波器为低通滤波器中的一种。

更进一步，的二阶滤波器为低通滤波器中的一种。

综上所述，本发明与现有技术的心电信号监测技术相比，有以下有益效果：

在现有技术中，虽然ECG测量准确性、权威性中有一定优势，但其使用时非常的不方便，基本只局限于医院中使用。而BCG心冲击监测方法基于它的便捷性可以应用于人们的家居生活当中，但是临床应用还比较少，主要原因是心脏活动而产生的矢量信号(BCG信号)反映出心脏活动的细节状态特征还不明显。本设计利用压电传感器构成桥式电路以提高检测的灵敏度和准确性；通过物理传感监测心脏活动，减少对人体的损害，并对使用者的心脏活动状况进行实时直观的显示。

同时本发明结合了压力检测和压电监测，使得压电检测的可有效的辨别，避免了信号的干扰混淆，可以实现精准的双人以及多人睡眠监测的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明睡眠压电传感器的示意图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明本发明系统的算法流程示意图。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图所示，本发明一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，为每一个睡眠监测传感器配置至少一组压力传感器。将压力传感器和睡眠压电传感器相互对应、相对关联，接着基于压力传感器所检测到的压力分布情况，计算得到睡眠压电传感器组上施加的人体数量以及各个人体位置，基于每一个人体位置所对应的睡眠压电传感器，对对应的人体的睡眠状态参数进行监测。

具体实现方式为，在床垫上均匀设置至少两组睡眠压电传感器组，为每一组睡眠压电传感器配置至少一个压力传感器，基于压力传感器所检测到的床垫上人体躺卧区域内的压力分布情况，计算得到人体躺卧区内的人体数量以及各人体位置，在对应的人体位置选择对应的睡眠压电传感器对人体的睡眠状态参数进行监测。

在本发明中睡眠压电传感器呈条形，在床垫上横向水平设置，且条形的睡眠监测传感器的长度方向与其所在的床体的宽度方向一致。

睡眠压电传感器中的采用的压电传感器为基于BCG信号的压电薄膜传感器，这种条形的压电薄膜传感器分布在床体对应人体的胸腹部分，位于使用者的上半身部位。睡眠压电传感器可以排列成阵列状(如图1中所示)，也可以行与行之间错开排列，或者列与列之间错开排列。

除了本实施例列举的这些排布方式以外，其他排布方式也可以实现本方法，只要能够检测到人体的睡眠信号即可。

每一个压力传感器对应着每一个睡眠压电传感器。睡眠压电传感器与其对应的压力传感器位于同一平面，且相邻设置。可在带状的睡眠监测传感器的四周均匀分布多个压力传感器，或者在睡眠监测传感器的一侧设置均匀分布的多个压力传感器，压力传感器的排布长度可以与睡眠压电传感器的长度相等或不等。

在本实施例中，压力传感器采用的是压阻传感器。

睡眠压电传感器用于监测人体躺卧下的微动信号，即人体胸腹部分布着压电薄膜传感器和压力传感器，每个压电薄膜传感器的信号通过电荷放大、0.1Hz高通以及10Hz低通滤波电路，形成多路采样信号(心冲击BCG、呼吸信号)到数据处理单元，另外压力传感器按照分压电路分别送至数据处理单元做采集。可以有效利用压电薄膜传感器的灵敏度和检测精确度，同时通过对应的压力传感器对这些压电薄膜传感器进行区分，使得压电薄膜传感器的来源信号确定(具体到每个人)，可以有效避免多人睡眠监测时的信号干扰。

当人体躺卧区域内的人体数量为两个且两个人体间隔分布时，分别选取每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠监测传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。当人体躺卧区域内的人体数量为两个且两个人体存在共同压力区域时，在共同压力区域以外的区域分别选择每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠检测传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。

当人体存在体动时，读取人体躺卧区内人体位置对应的睡眠检测传感器的检测信号，根据睡眠检测传感器的排布方向分析出检测信号的能量递减的方向，得出人体躺卧区内存在体动信号的人体位置，并对体动类别进行归类。

人体躺在床体上会对床体产生压力，因而可以被压力传感器采集到。同时，睡眠监测传感器会产生压电信号。

睡眠压电传感器包括压电传感器、电荷放大电路、放大滤波器、二阶滤波器、AD采样模块、微处理器、串口、定时器、SD卡、PC显示端

电荷放大器电路对每段睡眠压电传感器产生的信号进行电荷放大并送入放大滤波器。

通过各个压力传感器所检测到的压力分布数据进行分析，通过压力传感器之间的距离得到受力区域间的间距，分析压力数据网中同排数据从左至右压力区域数判定使用者为一个还是多个。使用者为两人，同时获取使用者躺睡位置信息，按照使用者躺睡位置找到占据的压电薄膜最大面积来优选对应的压电薄膜信号，通过同排受力区域间距判定使用者躺睡距离状况，如果两个使用者间隔分布时，分别选取每一个人体所占据的面积最大的所述睡眠监测传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。如果两个使用者的位置相邻，也就是说两个人体存在共同压力区域时，在共同压力区域以外的区域分别选择每一个人体所占据的面积最大的睡眠监测传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测，通过远离法则，采取两位使用者各自靠近外侧的睡眠检测传感器中的次小面积所在的压电薄膜信号，本发明所指的次小是相对于紧密相邻两个人体的公共面积的大小而言。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，在用于睡眠监测的床垫上横向水平设置不少于两组睡眠压电传感器组，任一所述睡眠压电传感器组由若干个睡眠压电传感器组成；

任一所述睡眠压电传感器配置一组压力传感器，通过所述压力传感器检测所述床垫上人体躺卧的压力分布情况，进而计算得到所述床垫上躺卧的人体数量以及各人体位置，通过对应人体位置的睡眠压电传感器对人体的睡眠状态参数进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，当所述床垫上的人体数量为两个且两个人体间隔分布时，分别选取每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠压电传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。

3.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，当所述床垫上的人体数量为两个且两个人体存在共同压力区域时，在所述共同压力区域以外的区域分别选择每一个人体所占据的面积最大的一个睡眠压电传感器来对该人体的睡眠状态参数进行监测。

4.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，当所述床垫上的人体产生动作时，读取所述床垫上人体位置对应的睡眠压电传感器组的检测信号，根据检测信号在睡眠压电传感器组的排布方向上能量递减的方向，计算出产生动作的信号的人体位置，并对所动作进行记录。

5.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述睡眠压电传感器选用的压电传感器为基于BCG心冲击信号检测的压电薄膜传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述压力传感器为压阻传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述睡眠压电传感器与其对应配置的压力传感器位于同一平面，且相邻设置。

8.根据权利要求1所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述睡眠压电传感器包括压电传感器、电荷放大电路、放大滤波器、二阶滤波器、AD采样模块、微处理器、串口、定时器、SD卡、PC显示端；所述压电传感器提取被监测人体心脏活动而产生的矢量信号(BCG)并将其转换为电信号输出至所述电荷放大电路，所述电荷放大电路将所述电压传感器输出的微弱信号进行放大，并将高输入阻抗变换为低输出阻抗；

所述放大滤波器、所述二级滤波器在滤除噪声的同时对有用信号进行放大；

所述AD采样模块用于完成模数转化；

所述微处理器用于将BCG信号的值显示在所述PC显示端,所述PC显示端实时显示得到的心冲击信号。

9.根据权利要求8所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述的放大滤波器为低通滤波器中的一种。

10.根据权利要求8所述的一种基于增强心冲击图的双人睡眠监测方法，其特征在于，所述的二阶滤波器为低通滤波器中的一种。

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