DE19811206A1 - Sleep-controlled alarm system for monitoring physiological parameters during rest - Google Patents

Sleep-controlled alarm system for monitoring physiological parameters during rest

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Abstract

The equipment comprises a sensor system (1), a telemetry path (2), a processor (3) and an actuator system (4). Designed to be mobile and comfortable, the equipment can be used by anyone, at any time and location.

Description

CHARAKTERISTIK DES STANDES DER TECHNIKCHARACTERISTICS OF THE PRIOR ART

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Schlafes des Menschen (z. B. DE 42 09 336, DE 195 09 478, DE 41 01 471, DE 196 14 790 u.a), die über eine Sensorik ein physiologi­ sches Signal des Schlafenden analysieren, um einen physiologischen Weckzeitpunkt zu finden. Nachteilig ist dabei, daß diese Weckverfahren und -vorrichtungen nicht zu einem physiologisch optimalen Weckzeitpunkt (im Hinblick auf den psychischen Erholungswert) genutzt werden kön­ nen.Methods and devices for analyzing human sleep (e.g. DE 42 09 336, DE 195 09 478, DE 41 01 471, DE 196 14 790 and others), which have a physiological sensor system Analyze the sleep signal to find a physiological wake-up time. The disadvantage here is that these wake-up methods and devices do not become physiological optimal wake-up time (in terms of psychological recovery value) can be used nen.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Schlafes des Menschen (z. B. DE 295 11 531, DD 2 63 366, DE 43 03 933 u. a.) für die Bestimmung eines physiologisch wertvollen Weck­ zeitpunktes (im Hinblick auf den Erholungswert). Nachteilig ist dabei, daß diese Verfahren und Vorrichtungen nur einen physiologischen Parameter zur Schlafphasendetektion nutzen und somit nur eine sehr ungenaue Detektion zulassen. Weiterhin lassen sich diese Verfahren und Vorrichtun­ gen nicht bei Menschen in höherem Alter oder mit pathologischen Erscheinungen bzw. für Moni­ toringfunktionen anwenden.Methods and devices for analyzing human sleep (e.g. DE 295 11 531, DD 2 63 366, DE 43 03 933 u. a.) for the determination of a physiologically valuable alarm point of time (with regard to the recreational value). The disadvantage here is that these methods and Devices use only one physiological parameter for sleep phase detection and thus only allow a very inaccurate detection. These methods and devices can also be used not in people of older age or with pathological symptoms or for moni Apply toring functions.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Schlafes des Menschen (z. B. DE 31 02 239, WO 91/16853, u.a) für die Bestimmung eines Weckzeitpunktes in Abhängigkeit eines Traumes. Nachteilig ist dabei, daß diese Verfahren nur für psychiatrische bzw. psychologische Me­ thoden angewandt und auf Grund ihrer Unkomfortabilität nicht zur Verbesserung des Erholungs­ wertes des Schlafes eingesetzt werden können.Methods and devices for analyzing human sleep (e.g. DE 31 02 239, WO 91/16853, and others) for the determination of a wake-up time depending on a Dreams. The disadvantage here is that these methods only for psychiatric or psychological me methods applied and due to their uncomfortability not to improve recovery value of sleep can be used.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Schlafes des Menschen (z. B. EP 0496196, u. a.) zur Steuerung von elektronischen Einrichtungen durch die unterschiedlichen Schlaf­ phasen eines Menschen. Nachteilig ist dabei, daß diese Verfahren nur bezüglich einer festzulegen­ den Schlafphase Anwendung finden und nicht alle für einen optimalen Weckzeitpunkt wertvollen Schlafphasen berücksichtigen.Methods and devices for analyzing human sleep (e.g. EP 0496196 u. a.) to control electronic devices through the different sleep phases of a human. The disadvantage here is that these methods only specify one the sleep phase apply and not all valuable for an optimal wake-up time Consider sleep phases.

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Schlafes des Menschen (z. B. DE 44 40 887, DE 39 38 941, u. a.), die Methoden des Zeit- und Frequenzbereichs zur Analyse des Schlaf­ zustands und/oder subjektive Eingangsgrößen verwenden. Nachteilig ist dabei, daß dazu extern vorzugebende Schwellwerte und Entscheidungsparameter benötigt werden und somit nicht selbst­ erkennend das individuelle Schlafverhalten berücksichtigt wird. Methods and devices for analyzing human sleep (e.g. DE 44 40 887, DE 39 38 941, and. a.), the methods of time and frequency domain for analyzing sleep Use state and / or subjective input variables. The disadvantage here is that external specified threshold values and decision parameters are required and therefore not themselves recognizing individual sleep behavior is taken into account.  

Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zum Monitoring physiologischer Parameter (z. B. DE 33 45 739, DE 36 13 889, EP 0450341, WO 95/00001 u. a.). Nachteilig ist dabei, daß diese Verfahren und Vorrichtungen nicht zur Schlafverbesserung und/oder gezielten Einflußnahme während des Schlafes genutzt werden können.Methods and devices for monitoring physiological parameters (e.g. DE 33 45 739, DE 36 13 889, EP 0450341, WO 95/00001 and. a.). The disadvantage here is that these methods and devices not to improve sleep and / or influence during the Sleep can be used.

Nicht bekannt sind dagegen Verfahren und Vorrichtungen zur sicheren und komfortablen Detekti­ on von Schlafzuständen durch multiparametrische und adaptive Biosignalverarbeitung mit der Ziel­ stellung der Erhöhung des Erholungswertes des Schlafes des Menschen durch Ermittlung eines subjektiv optimalen Weckzeitpunktes bei gleichzeitiger Monitoringfunktion relevanter Parameter.In contrast, methods and devices for safe and convenient detection are not known on sleep states through multiparametric and adaptive biosignal processing with the aim setting the increase in the recreational value of human sleep by determining a subjectively optimal wake-up time with simultaneous monitoring function of relevant parameters.

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION

Durch die Anpassung des Weckzeitpunktes an physiologische Gegebenheiten innerhalb wahlbarer Toleranzzeiten ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung der physischen und psychischen Lei­ stungsfähigkeit sowie des allgemeinen Wohlbefindens für jedermann, unabhängig von individuellen Schlafgewohnheiten, Zeit- und Ortsbedingungen.By adapting the wake-up time to physiological conditions within selectable The invention enables tolerance times to improve the physical and psychological lei Ability and general well-being for everyone, regardless of individual Sleeping habits, time and place conditions.

Die Erfindung kann überall dort Anwendung finden, wo ein bestimmter Grad der Erholung schneller und intensiver erreicht werden oder darüber hinaus gehen soll, als es mit konventionellen Verfahren und Vorrichtungen möglich ist. Weiterhin kann die Erfindung für Diagnostik und The­ rapie im klinischen und häuslichen Bereich bei verschiedenen Erkrankungen (z. B. Apnoe, psychi­ sche Erkrankungen, Epilepsie, Enuresis, kardiale Erkrankungen) mobil und komfortabel zur An­ wendung kommen.The invention can be used wherever a certain degree of recovery to be achieved faster and more intensively or to go beyond that with conventional ones Methods and devices is possible. Furthermore, the invention for diagnostics and The Therapy in the clinical and domestic area for various diseases (e.g. apnea, psychi diseases, epilepsy, enuresis, cardiac diseases) mobile and comfortable turn come.

ZIEL DER ERFINDUNGAIM OF THE INVENTION

Die Erfindung hat das Ziel, zur Verbesserung des Schlafverhaltens bzw. der Schlafqualität des Men­ schen beizutragen. In direkter Abhängigkeit von der physiologischen und psychologischen Situation des Schlafenden, die sich auf das Schlafverhalten, insbesondere auf die Schlafphasen auswirkt, kann mittels der Erfindung ein individuell optimaler Weckzeitpunkt ermittelt werden. Dies drückt sich insbesondere durch den Wegfall der wohlbekannten "Morgenmuffelstimmung" trotz quantitativ ausreichender Schlafzeit aus, da der aus der Schlafforschung bekannte Einfluß von Schlafphasen auf den Weckzeitpunkt hierbei genutzt und zur Anwendung gebracht wird. So wird der Weckvorgang außerhalb der psychisch regenerativ wertvollen REM-Schlafphasen eingeleitet, da er in den anderen Schlafphasen weniger psychisch unangenehme Belastungen hervorruft. Die Erfindung hat insofern einen direkten positiven Einfluß auf Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit und damit auf das all­ gemeine Wohlbefinden des Menschen. Weiterhin hat die Erfindung das Ziel, die Anzeige, Verar­ beitung (z. B. für Steuerung, Regelung externer Geräte), Speicherung physiologischer und/oder pa­ thologischer Parameter während des Schlafes für diagnostische und/oder therapeutische Zwecke zu ermöglichen. Als Beispiel dafür sei hier eine Alarmfunktion bei einem längeren Atemstillstand schnarchender Personen (Apnoe) genannt.The aim of the invention is to improve the sleep behavior or the sleep quality of the men to contribute. In direct dependence on the physiological and psychological situation of the sleeper, which can affect sleep behavior, especially the sleep phases an individually optimal wake-up time can be determined by means of the invention. This is expressed especially due to the elimination of the well-known "morning muffle mood" despite quantitative sufficient sleep time, since the influence of sleep phases known from sleep research the wake-up time is used and applied. So the wake-up process initiated outside of the psychologically regenerative REM sleep phases, since it is in the other Sleep phases causes less psychologically uncomfortable stress. In this respect, the invention has a direct positive influence on performance and ability to concentrate and thus on everything common well-being of man. Furthermore, the invention has the aim of displaying, processing processing (e.g. for control, regulation of external devices), storage of physiological and / or pa thological parameters during sleep for diagnostic and / or therapeutic purposes  enable. An example of this is an alarm function in the event of prolonged breathing arrest called snoring people (apnea).

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zu schaffen - die das natürliche Schlafverhalten nutzend - einen optimalen Weckzeitpunkt in Abhängigkeit von einem voreinge­ stellten Weckzeitpunkt, physiologischen und aphysiologischen Zuständen ermittelt. Diese Aufgabe wird wie folgt spezifiziert:
The invention is based on the object of creating an arrangement - which uses natural sleep behavior - to determine an optimal wake-up time as a function of a preset wake-up time, physiological and aphysiological conditions. This task is specified as follows:

  • 1. eine sichere Schlafphasendetektion zu realisieren,1. to implement a reliable sleep phase detection,
  • 2. zu einem physiologisch günstigen Zeitpunkt zu wecken,2. wake up at a physiologically favorable time,
  • 3. auf physiologische und/oder pathologische Zustandsänderungen zu reagieren,3. react to physiological and / or pathological changes in state,
  • 4. durch einfache, zuverlässige und komfortable Funktionsweise für jedermann zeit- und orts­ unabhängig nutzbar zu sein.4. through simple, reliable and convenient functionality for everyone at any time and place to be usable independently.
LÖSUNG DER AUFGABE DURCH DIE ERFINDUNGSOLUTION TO THE DUTY BY THE INVENTION

Der Erfindung liegt folgende Beobachtung zu Grunde:
Der Mensch durchlebt während des Schlafes bestimmte Phasen, die mehrfach während des gesam­ ten Schlafvorgangs wechseln. So gibt es u. a. die REM-Phase (Rapid Eyes Movement), auch Traum­ phase genannt und die Non-REM-Phase. Das Wecken in der psychisch wertvollen REM-Phase, die alle 100 Minuten 10 bis 30 Minuten lang auftritt, bewirkt das bekannte "Unausgeschlafen sein" bzw. "Morgenmuffelstimmung", obwohl von der Schlafdauer her eigentlich genügend Zeit zum "Wach­ sein" gewesen wäre. Demnach ist das "Ausgeschlafen sein" abhängig von der Schlafdauer und von der Schlafphase, in der geweckt wird.The invention is based on the following observation:
Humans go through certain phases during sleep, which change several times during the entire sleep process. For example, there is the REM phase (Rapid Eyes Movement), also called the dream phase, and the non-REM phase. The awakening in the psychologically valuable REM phase, which occurs every 100 minutes for 10 to 30 minutes, causes the well-known "not to have a good night's sleep" or "morning moody mood", although the length of sleep would have been enough time to "be awake". Accordingly, the "being well rested" depends on the length of sleep and the sleep phase in which the alarm is awakened.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe mit einer Anordnung von vier Funktionseinheiten gelöst, nämlich mittels Sensorsystem, Telemetriestrecke, Verarbeitungseinheit und Aktorsystem.According to the invention, the object was achieved with an arrangement of four functional units, namely by means of a sensor system, telemetry line, processing unit and actuator system.

  • 1. Die sichere Detektion des Schlafzustands wird realisiert durch:1. The reliable detection of the sleep state is realized by:
  • - die Erfassung mehrerer physiologischer Parameter (z. B. Pulsfrequenz, Blutdruck, Atemfre­ quenz, Körpertemperatur, Nervenpotentiale und Muskelpotentiale) und- the recording of several physiological parameters (e.g. pulse rate, blood pressure, respiratory frequency, body temperature, nerve potentials and muscle potentials) and
  • - die Verarbeitung der Parameter bzw. daraus abgeleiteter Größen mittels adaptiver Verfahren der Signalverarbeitung für die individuelle Zustandsanalyse.- The processing of the parameters or quantities derived therefrom by means of adaptive methods of Signal processing for individual condition analysis.
  • 2. Das Wecken zu einem physiologisch günstigen Zeitpunkt wird realisiert durch:2. Awakening at a physiologically favorable time is realized by:
  • - die sichere Detektion des Schlafzustands,- the reliable detection of the sleeping state,
  • - um damit einen physiologisch günstigen Weckzeitpunkt (außerhalb der REM-Schlafphase) zu bestimmen und - in order to have a physiologically favorable wake-up time (outside the REM sleep phase) determine and  
  • - in Abhängigkeit von eingestellten Weckzeitpunkt und Weckzeittoleranz einen Weckreiz auszulö­ sen.- trigger a wake-up stimulus depending on the set wake-up time and wake-up time tolerance sen.
  • 3. Die Reaktion auf physiologische und/oder pathologische Zustandsänderungen wird realisiert durch:3. The reaction to physiological and / or pathological changes in state is realized by:
  • - Monitoringfunktionen der vom Sensorsystem registrierten physiologischen Parameter,Monitoring functions of the physiological parameters registered by the sensor system,
  • - die Verarbeitung (z. B. für Steuerung, Regelung externer Geräte, Alarmfunktion) und/oder Spei­ cherung dieser Parameter bzw. daraus abgeleiteter Größen und- Processing (e.g. for control, regulation of external devices, alarm function) and / or storage of these parameters and / or derived values and
  • - die externe Eingabemöglichkeit bestimmter Grenzwerte und Berechnung adaptiver Parameter zur Bestimmung individueller Monitoring- und Alarmfunktionen- The external input possibility of certain limit values and calculation of adaptive parameters for determining individual monitoring and alarm functions
  • 4. Die einfache, zuverlässige und komfortable Funktionsweise wird realisiert durch:4. The simple, reliable and convenient mode of operation is realized by:
  • - den kompakten, miniaturisierten und bedienerfreundlichen Aufbau, der die natürlichen Schlaf­ gewohnheiten nicht bzw. kaum beeinträchtigt,- The compact, miniaturized and user-friendly structure that allows natural sleep habits not affected or hardly affected,
  • - eine telemetrische Übertragungsstrecke und- a telemetric transmission link and
  • - die Konzeption multiparametrischer und adaptiver Signalverarbeitung.- the conception of multiparametric and adaptive signal processing.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEXAMPLE EXAMPLE

Der biologische Weckvorgang wird nach dem folgenden Schema ablaufen:
The biological wake-up process will proceed according to the following scheme:

  • - Einstellen der Weckzeit (z. B. 6.00 Uhr)- Setting the alarm time (e.g. 6 a.m.)
  • - Einstellen bzw. automatische Generierung der Weckzeittoleranz (für das Bsp. von 5.50-6.05 Uhr)- Setting or automatic generation of the wake-up time tolerance (for example from 5.50 a.m. to 6.05 a.m.)
  • - Registrierung des Endes der REM-Schlafphase - in der das Wecken verhindert werden soll - durch das Sensorsystem (z. B. 5.56 Uhr)- Registration of the end of the REM sleep phase - in which waking is to be prevented - through the sensor system (e.g. 5.56 a.m.)
  • - Weckvorgang durch das Aktorsystem (z. B. 5.57 Uhr).- Wake-up process by the actuator system (e.g. 5.57 a.m.).

So kann durch den schlafgesteuerten Wecker innerhalb der Weckzeittoleranz der erneute Wechsel in die REM-Phase (Traumphase) vor deren Beginn durch ein Wecksignal verhindert werden, da ansonsten der Mensch dann trotz einer geringfügig längeren Schlafdauer "unausgeschlafener" wäre, als vor Beginn dieser REM-Phase. Wenn während des Schlafs z. B. ein Atemstillstand - hervorgeru­ fen durch Apnoe - eintritt, wird über die Monituring/Alarm-Funktion ein Weckvorgang ausgelöst.The sleep-controlled alarm clock can be used to change again within the wake-up time tolerance in the REM phase (dream phase) before it starts by a wake-up signal, because otherwise the person would be "less well-rested" despite a slightly longer sleep period, than before this REM phase began. If z. B. a cessation of breath - forth If apnea occurs, a wake-up process is triggered via the monitoring / alarm function.

Claims (5)

1. Das Schlafgesteuerte Wecksystem mit integrierter Überwachungsfunktion physiologischer Para­ meter des Schlafenden ist gekennzeichnet dadurch, daß es aus einem Sensorsystem (1), einer Telemetriestrecke (2), einer Verarbeitungseinheit (3) und einem Aktorsystem (4) besteht und ein mobiles, komfortables System darstellt, das von jedermann unabhängig von Zeit- und Ortsbe­ dingungen benutzbar ist.1. The sleep-controlled wake-up system with integrated monitoring function of physiological parameters of the sleeper is characterized in that it consists of a sensor system ( 1 ), a telemetry line ( 2 ), a processing unit ( 3 ) and an actuator system ( 4 ) and a mobile, comfortable system represents that can be used by everyone regardless of time and location conditions. 2. Die Anordnung nach Anspruch 1, ist gekennzeichnet dadurch, daß das Sensorsystem (1) mehre­ re physiologische Parameter (z. B. Pulsfrequenz, Blutdruck, Atemfrequenz, Körpertemperatur, Nervenpotentiale und Muskelpotentiale) mit der Zielstellung sicherer Schlafzustandsbestimmung sowie Monitoringfunktion erfaßt und konstruktiv derart gestaltet ist, daß es das natürliche Schlafverhalten nicht bzw. unwesentlich beeinflußt.2. The arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor system ( 1 ) several re physiological parameters (z. B. Pulse rate, blood pressure, respiratory rate, body temperature, nerve potentials and muscle potentials) with the goal of safe sleep status determination and monitoring function detected and constructive such is designed in such a way that it does not influence the natural sleep behavior or does so only insignificantly. 3. Die Anordnung nach Anspruch 1, ist gekennzeichnet dadurch, daß die Telemetriestrecke (2) die Signale vom Sensorsystem (1) zur Verarbeitungseinheit (3) (z. B. drahtgeführt, drahtlos, kapazitiv, induktiv, infrarot- oder funksignalgeführt, elektrisch, magnetisch oder optisch) unter Minimie­ rung von Stör- und Verlustgrößen überträgt.3. The arrangement according to claim 1, characterized in that the telemetry section ( 2 ) signals from the sensor system ( 1 ) to the processing unit ( 3 ) (z. B. wired, wireless, capacitive, inductive, infrared or radio signal guided, electrical, magnetically or optically) while minimizing interference and loss quantities. 4. Die Anordnung nach Anspruch 1, ist gekennzeichnet dadurch, daß die Verarbeitungseinheit (3) die Sensorsignale für die Bestimmung des Schlafstatus analysiert. Weiterhin ist sie gekennzeich­ net dadurch, daß die Verarbeitungseinheit (3) entsprechend der eingestellten Weckzeit unter Be­ rücksichtigung festzulegender Toleranzzeiten in Abhängigkeit physiologischer Zustände - außer­ halb einer REM-Schlafphase - den optimalen Weckzeitpunkt ermittelt und gegebenenfalls auf physiologische und/oder pathologische Schlafzustandsänderungen (z. B. Apnoe, psychische Er­ krankungen, Epilepsie, Enuresis, kardiale Erkrankungen) reagiert und dabei entsprechend der Erfordernisse den Weckzeitpunkt anpaßt bzw. Monitoringfunktionen realisiert. Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit (3) gekennzeichnet dadurch, daß über herkömmliche Verfahren im Zeit- und Frequenzbereich hinaus Methoden der nichtlinearen Dynamik und/oder Fuzzy- und/oder Neuronale Netzwerktechniken zur Anwendung gelangen.4. The arrangement according to claim 1, characterized in that the processing unit ( 3 ) analyzes the sensor signals for determining the sleep status. Furthermore, it is characterized by the fact that the processing unit ( 3 ) determines the optimal wake-up time and, if necessary, physiological and / or pathological changes in sleep status (e.g. B. apnea, mental illnesses, epilepsy, enuresis, cardiac diseases) responds and adjusts the wake-up time or realizes monitoring functions according to the requirements. Furthermore, the processing unit ( 3 ) is characterized in that methods of nonlinear dynamics and / or fuzzy and / or neural network techniques are used in addition to conventional methods in the time and frequency domain. 5. Die Anordnung nach Anspruch 1, ist gekennzeichnet dadurch, daß das Aktorsystem (4) die schlafende Person durch (z. B. optische, akustische, elektrische magnetische, mechanische) Weck­ reize direkt oder indirekt zu einem (a) durch die Verarbeitungseinheit ermittelten physiologisch optimalen, (b) sich durch o.g. Schlafanomalien angepaßten Zeitpunkt oder (c) unter Wegfall ei­ ner Einflußnahme zum voreingestellten Zeitpunkt weckt. Weiterhin ist das Aktorsystem (4) ge­ kennzeichnet dadurch, daß die ermittelten physiologischen Parameter für Anzeige und/oder Verarbeitung (z. B. für Steuerung, Regelung externer Geräte, Alarmfunktion) und/oder Speiche­ rung benutzt werden können.5. The arrangement according to claim 1, characterized in that the actuator system ( 4 ) the sleeping person by (z. B. optical, acoustic, electrical magnetic, mechanical) wake stimulate directly or indirectly to a (a) determined by the processing unit physiologically optimal, (b) awakened by the above-mentioned sleep anomalies or (c) wiping out any influence at the preset time. Furthermore, the actuator system ( 4 ) is characterized in that the determined physiological parameters can be used for display and / or processing (e.g. for control, regulation of external devices, alarm function) and / or storage.
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