FI120964B - Laite ja menetelmä nukkuvan henkilön suotuisalla, havahtumiseen liittyvällä, ajankohdalla herättämiseksi - Google Patents

Description

Laite ja menetelmä nukkuvan henkilön suotuisalla, havahtumiseen liittyvällä, ajankohdalla herättämiseksi KEKSINNÖN ALA 5

Yleisesti keksintö liittyy elektronisten laitteiden käyttämiseen unitutkimuksessa. Erityisesti keksintö koskee mainittujen laitteiden hyödyntämistä henkilön tuottamien äänten rekisteröinnissä ja analysoinnissa sekä äänisignaalien perusteella tapahtuvassa henkilön ilmeisten havahtumisien havainnoinnissa.

10

KEKSINNÖN TAUSTAA

Ihmisen uni-valve rytmi koostuu valoisan ajan valveesta ja yöajan unesta. Nukuttu aika ei ole homogeeninen jakso vaan koostuu erilaisista univaiheista (Stagel -15 Stage4 (S1-S4) ja REM univaiheet), joita voidaan erotella elektrofysiologisilla mittauksilla eli polysomnografialla. Eri univaiheille on tyypillistä, että nukkuvan herättämiseen vaadittava ärsyke on erilainen. Valveen aikana seurataan ärsykkeitä aktiivisesti, torkkeessa ja kevyessä unessa (S1) heräämiseen vaadittava ärsyke on pieni ja syvässä (S2 ja erityisesti S3 - S4, jotka ovat hidasaaltouni ja REM uni) 20 unessa vaadittava ärsyke on suuri eli herättäminen ja herääminen ovat vaikeita ja koetaan subjektiivisesti työläiksi ja epämiellyttäviksi. Univaiheet vaihtuvat nukahtamisen jälkeen. Uni ensin syvenee ja sitten syvyys em. univaiheilla määriteltynä vaihtelee noin 90 minuutin sykleinä toistuen. Unisyklien välillä tapahtuu usein nuk-kumisasennon vaihtelua, jolloin liikehtimisen yhteydessä uni on erityisen pinnallis-25 ta tai nukkuva todellisuudessa on lyhyitä jaksoja liereilläkin nukahtaakseen välittömästi uudelleen. Unisykli on selkeän säännöllinen iltayöllä mutta muuttuu rikko-naisemmaksi aamuyöllä niin että liikehdintää, asennonvaihtelua ja univaiheiden keventymistä ja syventymistä tapahtuu tiheämmin aamuyöllä. Unihäiriöille, mukaan lukien unettomuudelle, on tyypillistä, että univaiheiden muodostama unen 30 syklinen vaihtelu muuttuu rikkonaiseksi.

Syvän unen (hidasaaltouni elektrofysiologisessa mittauksessa) aikana nukkuvan henkilön lihasjänteys on hyvin matala, hengitys on rauhallista eikä erityisiä vartalon tai raajojen liikkeitä tapahdu. REM unen aikana lihasjänteys on erittäin matala, 35 mutta pieniä hyvin lyhyitä nytkähdysmäisiä liikahduksia voi tapahtua. REM unelle on tyypillistä nopeat silmien liikkeet (rapid eye movements = REM). REM unta on erityisesti aamuyön tunteina. Myös näiden REM unen lyhyiden liikeilmiöiden aika- 2 na herääminen ja herättäminen ovat työläitä. Kevyen unen, torkkeen ja havahtu-misien aikana tapahtuvat vartalon ja raajojen asennon muutokset ovat useiden sekuntien kestoisia. Ne voivat tapahtua vain suurien raajalihasten liikkeiden avulla, jolloin siis itse asiassa elektrofysiologisessa mittauksessa useimmiten nukkuvan 5 henkilön todetaan olevan tilapäisesti hereillä, vaikka hän ei sitä jälkeenpäin muistakaan.

Mikäli yöllä on nukuttu riittävän pitkään, tapahtuu herääminen spontaanisti ja vaivattomasti aamulla, kun unipainetta ei ole enää jäljellä ja heräävä henkilö kokee it-10 sensä virkeäksi. Kun uni-valve -rytmi on säännöllinen ja unen määrä tyydyttävä, oppii ihmiskeho aivojen ja elimistön rytmien avulla heräämään spontaanistikin säännöllisesti ilman herätyskelloa. Aina aikataulut eivät kuitenkaan voi olla säännöllisiä. Koska myös sosiaaliset aikataulut ovat tärkeitä ja unen aikana henkilön ajantaju on poissa, tarvitaan aamulla usein herätyskelloa suorittamaan nukkujan 15 herättäminen haluttuun aikaan. Mikäli herätyskello hälyttää syvän hidasaaltounen tai REM unen aikaan, on herääminen erityisen hankalaa, hidasta ja se koetaan jopa epämiellyttävänä. Mikäli herätys tapahtuu hetkellä, jolloin nukkuja on kevyessä unessa (torkkeessa) tai esimerkiksi vaihtamassa asentoa ja itse asiassa siis hereillä, tapahtuu herääminen helposti ja vaivattomasti ja jo vähäisellä ärsykkeellä, 20 joka voi olla myös luonnollinen ympäristöstä tuleva ääni-, valo- tai muu vastaava ärsyke. Tällainen kevyen unen tai spontaanin hereillä olon aikaan tapahtuva herättäminen on siis elimistön ja hyvinvoinnin kannalta ilmeisen suotuisaa. Herätyskel- 1 lon avulla tarkkaan etukäteen säädetyllä ajanhetkellä tapahtuva herättäminen voi siis sattua heräämisen kannalta joko suotuisaan univaiheeseen tai epäsuotuisaan 25 syvään uneen.

Kun nukkuvan henkilön, kuten vauvan, unta seurataan, on esimerkiksi vanhemmilla tarve seurata vauvan hyvinvointia, unen rauhallisuutta ja heräämistä. Itkun äänien seuraamiseksi voidaan käyttää etävalvontana esimerkiksi vauvan viereen lai-30 tettua langatonta radiolähetintä (itkuhälytin), jolloin toisessa huoneessa vanhemmat voivat todeta kun lapsi itkee nukkumisen sijaan. Tällöin he voivat tulla katsomaan vauvan tilaa ja tarvittaessa rauhoitellen tyynnytellä vauva takaisin uneen.

Nämä hälyttimet siis pyrkivät toteamaan heräämisen tapahtuneen. Heräämisen toteaminen perustuu siihen, että hälytinlaitteen anturit toteavat signaaleja, jotka ylit-35 tävät kynnysarvon, joka on asetettu hälytyksen kriteeriksi.

Eräs herättämisen tekniikan tasoa edustava ratkaisu on SleepTracker (http://www.sleeptracker.com1 laite julkaisuun ’’Easy Wake Wrist Watch” US

3 2005/0154330 perustuen. Siinä rannekelloon on liitetty kiihtyvyysanturi. Laitteisto monitoroi kehon liikkeitä kiihtyvyysanturin signaalien perusteella läpi yön ja pyrkii löytämään erilaisia univaiheita (liikkumaton vaihe syvän unen aikana ja liikkuminen univaiheiden välillä). Käyttäjä asettaa aikaikkunan, joka on hänen haluamansa he-5 räämisajanjakso. Jos liikeanturilla todetaan halutun tyyppinen suotuisa unisyklin vaihe, suoritetaan herättäminen rannekellon hälytinominaisuuksilla. Vastaavia ha-vahtumisen toteamisjärjestelmiä on perustunut mm. aivosähkötoiminnan ja silmien liikkeiden analyysiin.

10 Kuvatut laitteistot vaativat hankkimaan erityisen uuden laitteen (ranteeseen kiinnitettävän anturi- ja hälytinlaitteen, erillisen anturin ja herätyslaitteen, vahvistinlait-teen, EEG:n tai silmien liikkeiden mittauslaitteen) hankkimista tarkoitusta varten. Menetelmät vaativat useimmiten anturin olevan kiinteässä kosketuksessa nukkujaan, mikä voi aiheuttaa epämukavuutta ja hankaloittaa nukkumista. Lisäksi, kun 15 ollaan poissa vakituisesta asunnosta, täytyy laitteisto ottaa mukaan ja laittaa käyttökuntoon.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

20 Tässä kuvataan menetelmä ja laitteisto perustuen edullisesti käyttäjän mukana olevan laitteen, esimerkiksi henkilökohtaisen matkapuhelimen tai pienen henkilökohtaisen tietokoneen (PDA), käyttöön nukkuvan henkilön liikehtimisen havaitsemisessa liikkeiden aiheuttamien äänisignaalien ja äänisignaalien edullisesti jatkuvan tilastollisen analyysin avulla toteamaan henkilön ilmeinen havahtuminen ja he-25 rääminen. Keksinnön tavoitteena onkin herättää nukkuva ihminen halutun aikaikkunan kuluessa, kun hän liikehtii ja todennäköisesti on kevyessä unessa tai hereillä, jolloin herääminen ja herättäminen ovat helppoa ja luonnonmukaista, eikä syvässä unessa, jolloin herääminen on työlästä. Toisena sovelluksena laite on sovitettavissa havaitsemaan nukkuvan henkilön todennäköinen havahtuminen ja suo-30 rittamaan hälytys henkilölle, joka on kiinnostunut nukkuvan henkilön tilasta. Yksi tai useampi toiminto eli lukumäärä toimintoja, jotka havaitsemisen jälkeen suoritetaan, esimerkiksi herättäminen ja/tai hälytykset, voidaan toteuttaa käyttäen ym. laitteistojen ominaisia herätys-, hälytys ja viestintäominaisuuksia. Toivottu toiminto saadaan siis edullisesti käyttöön ilman erillisen laitteiston hankkimista, vain esi-35 merkiksi lataamalla mukana kuljetettaviin kommunikaatio- ja tietojenkäsittelylaittei-siin analyysin, herätyksen ja hälytyksen suorittava erityinen tietokoneohjelmisto. Ohjelmisto voidaan jälkikäteen toimittaa laitteistoon esimerkiksi tallennus- tai siir- 4 tomedian kuten magneettisen levyn, muistikortin, muistitikun, optisen levyn tai tietoverkon välityksellä ns. ohjelmistotuotteena.

Keksinnön erään näkökulman mukainen laitteisto sisältää mikrofonin, jolla voidaan 5 seurata nukkuvan henkilön liikehtimisen aiheuttamia ääntä, esimerkiksi vuodevaatteiden ja tyynyn kahinaa. Lisäksi laitteisto sisältää kello- ja ajastinvälineet, jonka avulla äänitysten ja herätyksen ajankohta voidaan määrittää, edullisesti ohjelmoitavan prosessorin, joka voi sisältää sellaisen tietokoneohjelmiston, joka analysoi havaittujen äänisignaalien amplitudia, voimakkuutta, taajuusominaisuuksia ja/tai 10 kestoa sekä välineet herätyksen suorittamiseksi, esimerkiksi hälytinlaitteiston. Laitteistossa on näppäimistö, ohjauspaneeli tai vastaava, jota käyttäen laitteiston käyttäjä voi aktivoida ja sulkea järjestelmän. Mukana voivat olla myös näyttövälineet, joiden avulla käyttäjä voi monitoroida tarvittavia asetuksia (esimerkiksi kellonajat) ja yöllä tapahtuneita liikkeitään. Tarvittaessa laitteiston viestintävälineet (esimer-15 kiksi radiolähetin tai lähetin-vastaanotin) voivat suorittaa hälytyksen ulkopuoliselle taholle, joka on kiinnostunut nukkuvan henkilön mahdollisesta havahtumisesta Tyypillisesti ja edullisesti nämä kaikki komponentit löytyvät valmiina uudenaikaisista kannettavista matkapuhelimista (älypuhelimista) ja henkilökohtaisista kämmen-tietokoneista. Haluttu herätys- ja hälytystoiminto saadaan laatimalla ja lataamalla 20 matkapuhelimeen, pientietokoneeseen tai vastaavaan laitteeseen mainitut toiminnot suorittava erityinen analyysitietokoneohjelmisto.

Keksinnön tavoitetta voidaan edistää ja vuodevaatteiden ja vastaavien aiheuttamaa kahinaa nukkuvan henkilön liikkuessa unen ja havahtumisien aikana voidaan 25 vahvistaa ja modifioida sopivalla äänen taajuus- ja amplitudiominaisuuksia muuntavalla materiaalilla, joka ympäröi mittauslaitetta, sen mikrofonia tai on osa vaatetusta tai sänkyvaatteita. Tämä voi olla esimerkiksi muovikalvo, synteettinen tai luonnollinen muu materiaali, joka on sänkyvaatteiden tai nukkumisasun osana. Materiaali voi olla myös vastaavasta materiaalista valmistettu pussi tai tasku, jonka 30 avulla mittauslaitteen mikrofoniosa on sijoitettu ja kiinnitetty nukkujan välittömään läheisyyteen kuten vuodevaatteisiin. Tämä läheisyys voi tarkoittaa esimerkiksi yö-puvun taskua tai erillistä kaulapussia. Mikrofoniosa voi olla myös nukkuvan vieressä tai ympäristössä niin, että sen rekisteröintiherkkyys havaitsee liikkeen aiheuttaman äänen. Tämä äänisignaali muodostuu voimakkaammaksi sekä siirtyy voi-35 makkaampana ja taajuusominaisuuksiltaan edullisempana mikrofoniin, kun liike kohdistuu herkistävään materiaaliin. Tällä menetelmällä lisätään mittauksen herkkyyttä ja spesifisyyttä, vähennetään ulkopuolisten äänilähteiden (ilmastointilaitteet, kotielektroniikka jne.) ja samassa sängyssä mahdollisesti nukkuvan toisen henki- 5 lön liikkeiden yms. aiheuttaman äänisignaalin tai taustakohinaa lisäävien nukkuvan henkilön tuottamien (hengitysäänet, kuorsaus) äänten todennäköisyyttä sekoittaa vartalon ja raajojen liikkeisiin liittyviä äänihavaintoja.

5 Mittauksen herkkyyttä edullisesti lisätään myös signaalin tilastollisella analyysilla mittauksen ja havaintojen ajan. Audiosignaali mikrofonista on muunnettu prosessoivassa analyysiohjelmistossa digitaaliseen muotoon. Audiosignaalista poistetaan ne taajuusalueet, jotka sisältävät ensi sijassa virheellistä kohinasignaalia. Tämän suorittaa esimerkiksi analyysiohjelman digitaalinen suodin. Liikkeestä aiheutuvat 10 signaalit tunnistetaan esimerkiksi voimakkuuden, taajuussisällön, keston ja/tai jakauman avulla.

Mittauksen analyysi kohdistuu liikesignaaleihin liikkumattoman rauhallisen yöunen aikana. Analyysiohjelmisto laitteiston prosessorissa käsittelee havaintomateriaalia 15 tilastoanalyysin keinoin ja pyrkii löytämään jatkuvasti tyypillisen ja keskimääräisen taustakohinan ja taustaäänen tason. Tämä äänen taso voi johtua mitattavasta nukkuvasta henkilöstä (kuorsaus, hengitys jne.) tai muodostua nukkumisympäristön äänistä (ilmastointi, elektroniikkalaitteet, ympäristön hälyäänet). Tyypillinen keskimääräinen taustakohina voidaan määrittää esimerkiksi liukuvalla keskiarvolla 20 tai mediaanisuotimella. Tämän keskimääräisen taustakohinan tilastollisesti ylittävät äänisignaalit tulkitaan merkitseviksi ja niihin kohdistetaan jatkoanalyysi. Tämä jatkuva tilastoanalyysi mahdollistaa sen, että menetelmä on adaptiivinen ja soveltuu erilaisiin ympäristöihin sekä ympäristössä, nukkuvan asennossa ja ominaisuuksissa ja nukkuvan henkilön ja mikrofonin etäisyydessä yön aikana tapahtuviin muu-25 toksiin, jotka vaikuttavat rekisteröityihin ääniin.

Matkapuhelin- ja henkilökohtaiset tietokonelaitteet sisältävät useimmiten yllä kuvatut yksinkertaisen mikrofonin, muisti- ja prosessointikapasiteetin, kellon, ajastimen ja herätys- ja hälytystoiminnon ja niissä on riittävä akkukapasiteetti, pitkäaikaisseu-30 rantaan sopivat ajastintoiminnot ja hälytysjärjestelmät, jotka voivat sisältää ääni-, valo- tai mekaanisia (värinä) hälytyksiä. Hälytysten laatua ja voimakkuutta voi käyttäjä itse säätää. Näitä kehitettyjä laitteiden ominaisuuksia käytetään keksinnössä sellaisenaan. Laitteistot on suunniteltu säilytettäväksi ja kannettavaksi jatkuvasti mukana vaikkapa taskussa, ne ovat fyysisesti pieniä ja vahvarakenteisia. 35 Niiden normaaliin varustukseen kuuluu näppäimistö ja näyttö, joita voi käyttää esimerkiksi ajastimen tai herätyksen asettamiseen. Niissä voi olla näppäinlukko tai -kansi estämässä tahatonta laitteen virheellistä käyttöä, joka on edullinen myös kuvatun keksinnön käytössä.

6

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa matkapuhelimessa on tai käyttäjä lataa siihen mainitun tietokoneohjelman, joka toimii älykkäänä herättäjänä. Käyttäjä käynnistää ohjelman puhelimen muistissa ja asettaa kellonajan, jolloin viimeistään hä-5 nen tulee herätä ja ajanhetken, jota ennen hän ei halua tulla herätetyksi. Tämä aikaväli on heräämisaikaikkuna. Hän asettaa matkapuhelimen tyynyn alle, tyynyn sisään tai muutoin sänkytekstiilien yhteyteen ja käy nukkumaan. Yön aikana ennen heräämisaikaikkunaa tietokoneohjelma monitoroi mikrofonillaan nukkujan pään ja vartalon aiheuttamaa kahinaa ja ääniä tyynyllä ja sänkytekstiileissä. Kun nukkuja 10 on syvässä unessa, ei tapahdu liikkeitä. Kun nukkuja on REM unessa, voi tapahtua vähäisiä lyhyitä säpsähdys - tyyppisiä liikkeitä, joista mikrofoniin tulee hyvin lyhyt äänipiikki. Kun nukkuja vaihtaa asentoa tai liikehtii hereillä ollen tai muutoin aktiivisesti, tallentaa puhelin mikrofonin kautta voimakkaita ja pitkiä äänisignaalei-ta. Näiden kolmen eri äänisignaalitason perusteella arvioidaan tilastollisesti toden-15 näköisyyttä, että nukkuja on syvässä tai REM unessa tai kevyessä unessa tai on hereillä. Kun käyttäjän asettama aikaikkuna saavutetaan, seuraa ohjelmisto jatkuvana edelleen nukkujan liikehtimistä käyttäen mikrofonin rekisteröimiä äänisignaaleja. Jos analyysissä päädytään merkitsevään todennäköisyyteen, että nukkuja on kevyessä unessa tai hereillä ja samalla siis liikehtii merkitsevän voimakkaasti ja 20 pitkään, suorittaa matkapuhelin herätyksen. Herätys tapahtuu matkapuhelimen normaalilla herätysärsykkeellä (summeri, värinä, vilkkuva valo jne). Jos tunnistettavaa kevyen unen tai hereillä olon vaihetta ei löydy herätysaikaikkunan kuluessa, suorittaa matkapuhelin herätyksen, kun aikaikkunan loppumisaika on saavutettu. Käyttäjä sulkee herätyksen ja herätysohjelmiston.

25

Keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa käyttäjä käynnistää henkilökohtaisessa pientietokoneessa keksinnön mukaisen älykkään herätysohjelmiston, jonka hän on hankkinut internetyhteyden avulla käyttöönsä. Tietokone on pienikokoinen, akkukäyttöinen ja varustettu ulkoisella kaapelilla tai langattomasti tietokoneeseen 30 liitetyllä mikrofonilla ja kovaäänisellä. Käyttäjä asettaa haluamansa ylläkuvatun he-räämisaikaikkunan ohjelmaan. Hän asettaa tietokonelaitteistoon liittyvän mikrofonin rapisevasta aineesta, esimerkiksi muovimateriaalista, valmistettuun pussiin lakanan alle niin että rapiseva kalvo jää osittain nukkujan ja vuodevaatteiden (kuten tyynyn) alle mutta tietokonelaite jää kauemmaksi kuten sängyn reunalle tai yöpöy-35 dälle. Kalvomateriaali vahvistaa nukkujan liikkumisen aiheuttamaa ääntä ja muuttaa sen taajuusominaisuudet sellaiseksi, että laitteen mikrofoni havaitsee sen mahdollisimman herkästi. Kalvomateriaali sijaitsee nukkujan alla eikä häiritse nukkumista. Suotuisa materiaali voi täten olla kosketuksessa mittauksen kohteena 7 olevaan nukkujaan mutta edullisesti erillään mahdollisesta toisesta samassa sängyssä nukkuvasta henkilöstä. Ennen heräämisaikaikkunaa ohjelmisto seuraa nukkujan liikehtimistä ja pyrkii löytämään tilastoanalyysia käyttäen syvän unen ja REM unen vaiheita vastaavan äänitason ja liikehtimisen aiheuttamat voimakkaat ja pit-5 käkestoiset äänisignaalit. Analyysiohjelmisto suorittaa äänisignaalille suodatusta pyrkien poistamaan esimerkiksi kuorsauksesta syntyvän matalataajuisen äänen ja määrittää tyypillisen taustaäänen tason esimerkiksi mediaani- tai keskiarvona. Kun ennalta asetettu heräämisaikaikkuna saavutetaan, monitoroi analyysiohjelmisto edelleen äänenvoimakkuutta ja kestoa edullisesti jatkuvasti esimerkiksi ennalta 10 määrättyä näytteistystaajuutta noudattaen. Jos ohjelmiston jatkuvasti suorittaman tilastoanalyysin perusteella havaitaan riittävän voimakas ja pitkäkestoinen ääni, se tulkitaan nukkuvan henkilön liikehtimiseksi, joka on merkki kevyestä unesta tai ha-vahtumisesta. Tällöin tietokone suorittaa hälytyksen käyttäen tietokoneen kovaäänisen kautta tulevaa äänisignaalia. Jos heräämisaikaikkunan kuluessa ei esiinny 15 ilmeistä havahtumista, ohjelmisto suorittaa herätyksen heräämisaikaikkunan lopussa esimerkiksi pidempikestoisella äänisignaalilla. Käyttäjä sulkee hälytyksen herättyään. Hän voi seurata tietokoneen näytöltä muistiyksikköön yön aikana kerättyjä tapahtuneita liiketapahtumia ja arvioida unensa laatua siten.

20 Keksinnön eräässä suoritusmuodossa on elektroniseen laitteeseen kuten matkapuhelimeen asennettu tietokoneohjelma toteamaan yllä kuvatulla tavalla tilastollisesti sitä, milloin nukkuvan henkilön (esimerkiksi lapsen) katsotaan olevan rauhallisessa unessa ja milloin heränneeksi. Näitä tilastollisia muuttujia ovat liikehtimi-seen liittyvän mikrofonin kautta todetun äänisignaalin kesto ja voimakkuus. Matka-25 puhelin on sijoitettu nukkuvan henkilön kuten vauvan välittömään läheisyyteen esimerkiksi kiinnitettynä sänkyvaatteisiin tai sänkyyn ja se seuraa nukkuvan tuottamia äänisignaaleja ja jaottelee nukkujan tilan ’’rauhalliseen univaiheeseen" (syvä uni = ei liikkeitä ja REM uni = ei pitkiä liikkeitä) ja "valveeseen" (= liikehtimistä ja ääntelyä sisältävä rauhaton tila). Rauhallisen jakson aikana tietokoneohjelmisto 30 analysoi ja tallentaa niitä ominaisuuksia, jotka liittyvät uneen. Valveen ja heräämisen aikana esiintyy tilastollisesti merkitsevästi enemmän liikkumiseen liittyviä äänisignaaleja. Kun "valvetta” on ollut riittävän pitkä ajanjakso, analyysiohjelma suorittaa hälytyksenä puhelinviestin tai erityisen tekstiviestin (esimerkiksi SMS, Short Message Service), kuvaviestin (esimerkiksi MMS, Multimedia Messaging Service), 35 videoviestin (esimerkiksi MMS) tai vastaavan kommunikaation lähettämisen ennalta ohjelmoituun valvovan henkilön puhelimeen. Tällä tavalla välitetään tieto siitä, että henkilö, jonka unta aktiivisesti seurataan ja monitoroidaan, on herännyt. Näin 8 esimerkiksi vauvan tai lapsen vanhemmille tuotetaan tieto, että lapsi on herännyt ja valvoo levottomana liikehtien tai itkien.

5 KUVIOIDEN ESITTELY

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 10 kuvio 1 esittää keksinnön suoritusmuotoa, jossa käytetään matkapuhelinta älykkäänä herätyskellona, kuvio 2 esittää keksinnön toista suoritusmuotoa, jossa analyysilaitteisto on varustettu ääntä vahvistavalla kalvomateriaalilla, kuvio 3 esittää etävalvontaa vauvan heräämisen havaitsemiseksi ja 15 kuvio 4 esittää vuokaaviota keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta, tietokoneen ja tietokoneohjelmiston avulla suoritettavasta, menetelmästä suotuisan he-rättämishetken havaitsemiseksi.

KEKSINNÖN SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

20

Kuviossa 1 esitetään keksinnön ensimmäinen edullinen suoritusmuoto. Kuviossa 1 mittalaitteena käytettävä matkapuhelin (1) on varustettu mikrofonilla (2), kovaäänisellä (3), värinähälyttimellä (4) ja näyttöyksiköllä (5). Matkapuhelin on niin sanottu älypuhelin, jossa on prosessori (6), muistiyksikkö (7) ja ajastin (8). Prosessorissa 25 on tietokoneanalyysiohjelmisto (9), joka suorittaa vuokaaviossa 4 kuvatut toiminnot.

Käyttäjä on asettanut toivomansa herätysajankohdan heräämisaikaikkunan. Matkapuhelin on asetettu nukkujan tyynyn alle, jossa se havaitsee äänisignaalina 30 nukkujan pään ja vartalon yläosan liikkeiden aiheuttaman vuodevaatteiden muodostaman äänisignaalin.

Matkapuhelin (1) kerää liikehtimiseen liittyvää äänisignaalia säännöllisin väliajoin, esimerkiksi ajastetusti ja ennalta määrätyllä näytteistystaajuudella, ennen herää-35 misaikaikkunan saavuttamista mikrofonin avulla muistiyksikköön. Äänisignaalien tilastoanalyysin avulla analyysiohjelmisto luokittelee todennäköisyydet, että nukkuja on rauhallisessa syvässä tai REM unessa tai että hän liikehtii ollen hereillä tai kevyessä unessa vuokaavion 4 mukaisesti. Ohjelmisto edullisesti myös tallentaa 9 muistiyksikköön (6) havaintoaineistoa ajastimen (7) avulla säännöllisin väliajoin. Kun saavutetaan haluttu heräämisaikaikkuna, jonka kuluessa käyttäjä on halunnut herätyksen, suorittaa ohjelmisto prosessorissa (5) jatkuvaa tilastoanalyysia senhetkisten äänisignaalien luokittelemiseksi (vuokaavio kuvassa 4). Jos todetaan 5 suuri todennäköisyys, että käyttäjä on hereillä tai kevyessä unessa, matkapuhelimen hälytysjärjestelmä (3-5) suorittaa herätyksen, Jos hereillä oloa tai kevyttä unta ei heräämisaikaikkunan aikana lainkaan todeta, suoritetaan herätys heräämisai-kaikkunan lopussa laitteiston hälytysjärjestelmällä (3-5).

10 Kuviossa 2 esitetään keksinnön toinen edullinen suoritusmuoto. Kuviossa 2 pienikokoinen akkukäyttöinen henkilökohtainen mittalaite, esimerkiksi tietokonelaite (20), on varustettu langallisella tai langattomalla mikrofonilla (21) ja kovaäänisellä (22). Laitteen tietokoneen muistiyksikköön (26) on ladattu internetyhteyden avulla keksinnön mukainen analyysiohjelmisto (29). Käyttäjä käynnistää ohjelmiston ja 15 asettaa haluamansa heräämisajankohdan alku- ja loppuhetken eli heräämisaikaikkunan. Yön ajaksi käyttäjä asettaa laitteen mikrofonin kosketukseen kahisevasta tai rapisevasta kalvosta valmistettuun liuskaan, kalvoon tai lakanaan (27) sängyn oman lakanan alle niin, että kalvo on nukkujan alla, mikrofoni kosketuksessa kalvoon tai sen välittömässä läheisyydessä mutta laitteisto hieman kauempana kuten 20 sängyn reunalla tai yöpöydällä. Kalvo vahvistaa liikkeiden aiheuttamaa ääntä ja muuttaa liikkeen aiheuttaman äänen taajuuden sellaiseksi, että mikrofoni havaitsee sen herkästi. Kalvo lisää täten edullisesti mittauksen sensitiivisyyttä vahvistamalla ja muuntamalla ääntä ja vastaavasti spesifisyyttä siten, että se reagoi (esimerkiksi oikean sijoittelun kautta) vain halutun henkilön liikkeisiin ja täten suhteelli-25 sesti vähentää esimerkiksi samassa sängyssä nukkuvan toisen henkilön liikkeiden aiheuttaman äänen osuutta rekisteröidyssä äänisignaalissa. Kalvo on esimerkiksi sovitettu lakanan, peitteen tai tyynyn alle ja sen ääntä muokkaavat ominaisuudet on edullisesti valittu myös niin, että syntyvä kahina on kuitenkin niin vähäistä, ettei se häiritse nukkujaa. Tietokoneohjelma seuraa unen aikana nukkuvan henkilön 30 liikkeiden aiheuttamaa ääntä säännöllisesti ja luokittelee tilastollisesti unen vaiheet rauhalliseen syvään uneen, REM uneen, kevyeen uneen ja valveeseen. Ohjelmisto poistaa havaintoaineistosta suodatusprosesseilla mm. matalataajuisia ääniä, jotka liittyvät muihin ilmiöihin kuin liikehtimiseen. Kun ajastimen avulla todetaan, että herätysaikaikkuna on saavutettu, seuraa ohjelmisto äänisignaaleja jatkuvasti. 35 Kun analyysiohjelmisto toteaa tilastollisen analyysin perusteella kevyeeseen uneen, havahtumiseen tai valveeseen liittyvää liikehtimistä (vuokaavio 4), suorittaa tietokone esimerkiksi kovaäänisellään (22) herätyksen. Jos hereillä oloa tai kevyttä unta ei heräämisaikaikkunan aikana lainkaan todeta, suoritetaan herätys herää- 10 misaikaikkunan lopussa. Käyttäjä voi myöhemmin tietokoneen näytöstä todeta tallentuneen liikehtimisen aikajakauman.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön kolmas edullinen suoritusmuoto. Kuviossa 3 mitta-5 laite kuten matkapuhelin (31) on varustettu mikrofonilla (32), kovaäänisellä (33), värinähälyttimellä (34) ja näyttöyksiköllä (35). Matkapuhelin voi olla esimerkiksi niin sanottu älypuhelin, jossa on prosessori (36), muistiyksikkö (37) ja ajastin (38). Prosessorissa on tietokoneanalyysiohjelmisto (39), joka suorittaa vuokaaviossa 4 kuvatut toiminnot. Käyttäjä haluaa seurata nukkuvan henkilön (kuten vauva) unen 10 laatua ja saada hälytyksen tämän herättyä. Matkapuhelin on asetettu nukkujan vuodevaatteisiin esimerkiksi tyynyn alle, jossa se havaitsee äänisignaalina nukkujan pään ja vartalon yläosan liikkeet tyynyllä. Laitteen tietokoneanalyysiohjelmisto (39) aktivoidaan. Matkapuhelin (31) kerää liikehtimiseen liittyvää äänisignaalia säännöllisin väliajoin. Äänisignaalien tilastoanalyysin avulla luokitellaan todennä-15 köisyys, että nukkuja on rauhallisessa syvässä tai REM unessa tai että hän liikehtii ollen hereillä tai kevyessä unessa vuokaavion 4 mukaisesti. Ohjelmisto myös edullisesti tallentaa muistiyksikköön (37) havaintoaineistoa ajastimen (38) avulla säännöllisin väliajoin. Kun todetaan suuri todennäköisyys, että valvottava nukkuja on havahtumassa ja hereillä olo on kestänyt merkittävän ajan, matkapuhelimen häly-20 tysjärjestelmä suorittaa hälytyksen lähettämällä viestin (soitto, tekstiviesti tai vastaava) ennalta ohjelmoituun puhelinnumeroon. Tällöin valvova henkilö (kuten vauvan vanhemmat) voi tulla paikalle toteamaan tilanteen tai puhelun ollessa kyseessä kuunnella onko vauva levoton vai nukahtaako se uudestaan.

25 Kuviossa 4 esitetään esimerkiksi tietokoneanalyysiohjelman (9) avulla implementoitavan keksinnön mukaisen menetelmän erään suoritusmuodon vuokaavio: 1. käynnistetään ohjelmisto ja asetetaan heräämisajankohdan heräämisaikaikku-na: aikaisin mahdollinen toivottu heräämisajankohta ja ajankohta, jolloin viimeis- 30 tään heräämisen tulee tapahtua.

2. ajastin aktivoidaan illalla nukkumaan mentäessä odottamaan heräämisajankohdan alkua 2.1. ennen heräämisaikaikkunaa ajastimen avulla aktivoidaan säännöllisin väliajoin mikrofonin avulla tapahtuva äänisignaalin analyysi, jossa tiedot äänisignaalien 35 voimakkuudesta mitataan ja äänisignaalien kestot ja voimakkuudet talletetaan muistiin. Äänisignaalista poistetaan digitaalisella kaistanpäästösuodattimella mata-lataajuisia signaaleja ja transienttivirhelähteitä.

11 2.2. tilastoanalyysin avulla (häiriösignaalien poisto digitaalisuodattimilla ja signaalien tunnuslukujen laskeminen, esimerkiksi keskiarvo tai mediaanisuodatin) määritetään taustakohinan tason perusteella tilastolliset tyypilliset nukkumiseen ja liikkeisiin liittyvät äänitasot.

5 2.3. tilastollisesti määritetään äänisignaalien keston perusteella liikehtimistapah- tumien kestot.

3. herätysajankohdan heräämisaikaikkuna saavutetaan ja seuraava ajastin aktivoidaan 3.1. kerätään jatkuvaa äänisignaalia heräämisaikaikkunan aikana 10 3.2. analysoidaan todetun äänisignaalin ominaisuuksia: ylittääkö havaittu äänisig naali tilastollisesti merkitsevästi havaintotason, joka on vallinnut rauhallisen unen aikana ennen aikaikkunaa? 3.3. analysoidaan äänisignaalin kestoa: osoittaako äänisignaalin kesto merkitsevän vilkasta liikehtimistä? 15 4.1. Jos merkitsevää liikehtimistä todetaan, suoritetaan herätys laitteiston hälytys- toiminnoilla 4.2. Jos on valittu etähälytys, suoritetaan merkitsevän havahtumisen toteamisen jälkeen herätyksen sijaan ilmoitus ennalta ohjelmoituun puhelinnumeroon soittamalla tai viestillä.

20 5. Jos merkitsevää liikehtimistä ei todeta heräämisaikaikkunan kuluessa, suorite taan herätys heräämisaikaikkunan lopussa laitteiston hälytystoiminnoilla.

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen laitteen edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voi-25 daan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

Claims (16)

12

1. Menetelmä nukkuvan henkilön kevyen unen tilan, havahtumisen tai hereillä 5 olon toteamiseksi jonkin ajanjakson aikana, joka voi olla ennalta määrätty heräämisaikaikkuna, tunnettu siitä, että menetelmä ajetaan mukana kuljetettavassa elektronisessa kommunikaatio- tai tietojenkäsittelylaitteessa kuten matkapuhelimessa tai kämmentietokoneessa, joka laite sisältää välineet kuten mikrofonin äänen rekisteröimiseksi, välineet herätyksen suorittamiseksi, ennalta ίο määrättyihin toimintoihin tai toiminta-aikaan riittävän oman jännitelähteen kuten akun, muistiyksikön ja prosessorin toimiakseen itsenäisesti, herättämiselle suotuisa ajankohta, kuten kevyt uni tai torke, tai herääminen heräämisaikaikkunan aikana havaitaan nukkuvan henkilön liikkumisen aiheuttaman ja laitteen rekisteröimän äänisignaalin analyysin perusteella, 15 äänisignaalin voimakkuuden ja ainakin yhden seuraavista: taajuussisällön, keston tai jakauman, analyysia hyödyntäen, ja havainnon tekemisen jälkeen suoritetaan laitteistolla lukumäärä ennalta ohjelmoituja toimintoja sisältäen herätystoiminnon tai etähälytyksen, jonka etähälytyksen suorittamiseen hyödynnetään laitteen viestintävälineiden järjestämää kommunikaatio-ominaisuutta. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikrofonin ympärille tai välittömään ympäristöön asetetaan materiaaleja, jotka vahvistavat nukkuvan henkilön liikkeiden aiheuttamia ääniä tai muuttavat niiden ominaisuuksia. 25

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laite on optimoitu havaitsemaan ja tunnistamaan mikrofonin ympärille tai välittömään ympäristöön asetettujen materiaalien synnyttämät äänet, joita aiheuttavat nukkuvan henkilön liikkeet. 30

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että analyysin suorittava ohjelmisto on laitteen muistissa valmiiksi ohjelmoituna tai ladataan sinne ulkoisista lähteistä kuten internetin kautta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että todettaessa monitoroitavan kohteen kevyt uni, havahtuminen tai hereillä olo asetetun herätysaikaikkunan aikana suoritetaan kohteen herättäminen käyttäen mekaanisia ärsykkeitä kuten ääntä, valoa tai värinää. 13

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että jos monitoroitavalta kohteelta ei havaita herätysaikaikkunan aikana kevyttä unta, havahtumista tai hereillä oloa suoritetaan kohteen herätys herätysaikaikkunan 5 lopussa käyttäen mekaanisia ärsykkeitä kuten ääntä, valoa tai värinää.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että monitoroitavan kohteen havahtumisen tai hereillä olon toteamisen jälkeen suoritetaan etähälytys käyttäen laitteen kommunikaatio-ominaisuuksia ίο hälytysviestin lähettämiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ääntä rekisteröivien välineiden avulla hankittua äänisignaalia analysoidaan tyypillisen taustakohinan tai menetelmän kannalta epäoleellisen taustaäänen kuten 15 ympäristön äänten tai nukkuvan henkilön kuorsauksen tai hengitysäänen adaptiiviseksi määrittämiseksi ja siten tilastollisesti merkittävien äänten erottamiseksi mainitusta taustakohinasta tai taustaäänestä.

9. Mukana kuljetettava elektroninen kommunikaatio- tai tietojenkäsittelylaite, 20 kuten matkapuhelin tai kämmentietokone, nukkuvan henkilön kevyen unen tilan, havahtumisen ja hereillä olon toteamiseksi jonkin ajanjakson aikana, joka voi olla ennalta määrätty heräämisaikaikkuna, tunnettu siitä, että laitteessa on välineet, esimerkiksi mikrofoni, äänen rekisteröimiseksi, välineet herätyksen suorittamiseksi, ennalta määrättyihin toimintoihin tai toiminta-aikaan riittävä oma 25 jännitelähde kuten akku, muistiyksikkö ja prosessori toimiakseen itsenäisesti, joka laite on järjestetty suorittamaan nukkuvan henkilön liikkumisen aiheuttaman ja laitteiston mikrofonilla rekisteröimän äänisignaalin analyysi, sisältäen äänisignaalin voimakkuuden ja ainakin yhden seuraavista: taajuussisällön, keston tai jakauman, analyysia, havaitsemaan analyysia hyödyntäen herättämiselle 30 suotuisa ajankohta, kuten kevyt uni tai torke, tai herääminen heräämisaikaikkunan aikana ja havainnon tekemisen jälkeen järjestetty suorittamaan lukumäärä ennalta ohjelmoituja toimintoja sisältäen herätystoiminnon tai etähälytyksen, jonka etähälytyksen suorittamiseen hyödynnetään laitteen viestintävälineiden järjestämää kommunikaatio-35 ominaisuutta. 14

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että yksi tai useampi mikrofoni on kiinteästi laitteessa tai erillisenä yhdistettynä kaapelilla tai langattomana mikrofonina.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää mittalaitteen ja mittalaitteen tai siihen liittyvän mikrofonin ympärille tai ympäristöön sijoitettavan materiaalin, joka on sovitettu vahvistamaan nukkuvan henkilön liikkeiden aiheuttamia ääniä tai muuttamaan niiden ominaisuuksia. ίο 12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on järjestetty herättämään monitoroitava kohde käyttäen laitteen järjestämiä mekaanisia ärsykkeitä kuten ääntä, valoa tai värinää, kun laite on havainnut herätysaikaikkunan aikana kohteen kevyen unen, havahtumisen tai hereillä olon.

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on järjestetty herättämään monitoroitava kohde herätysaikaikkunan lopussa käyttäen laitteen järjestämiä mekaanisia ärsykkeitä kuten ääntä, valoa tai värinää, jos laite ei ole havainnut herätysaikaikkunan aikana kohteen kevyttä unta, havahtumista tai hereillä oloa. 20

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että se on järjestetty tekemään etähälytys käyttäen laitteen elektronisia kommunikaatio-ominaisuuksia hälytysviestin lähettämiseksi, kun laite on todennut monitoroitavan kohteen havahtumisen tai hereillä olon. 25

15. Tietokoneohjelmisto, joka käsittää koodivälineet, jotka on sovitettu tietokoneella ajettaessa suorittamaan jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen menetelmän.

16. Tallennusmedia, joka sisältää patenttivaatimuksen 15 mukaisen tietokoneohjelmiston. 15