ITUB20159464A1 - Sistema per la rilevazione della qualita del sonno di un utilizzatore - Google Patents

Description

SISTEMA PER LA RILEVAZIONE DELLA QUALITÀ DEL SONNO DI UN

UTILIZZATORE

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la rilevazione della qualità del sonno di un utilizzatore. In particolare il sistema secondo l'invenzione è in grado di rilevare una serie di parametri vitali dell’utìlizzatore e al contempo una serie di parametri dell’ambiente in cui l’utilìzzatore si corica, e di ricavare da questo rilevamento di parametri una pluralità di informazioni legate alla qualità del sonno deH’utilizzatore stesso.

Nello stato dell’arte sono noti sistemi che rilevano la qualità del sonno di un utilizzatore. Ad esempio, si consideri il sistema descritto in WO2015/092148. Tale sistema monitora i parametri vitali di un soggetto durante il sonno, quali in particolare il battito cardiaco e la frequenza della respirazione.

Tuttavia questo ed altri sistemi noti presentano degli inconvenienti. In particolare il sistema noto sopra descritto ed in generale gli altri sistemi conosciuti implicano l’utilizzo di dispositivi connessi direttamente all’utilizzatore o comunque che devono essere indossati dall’utilizzatore durante il sonno. Per quanto tali dispositivi possano essere di dimensioni ridotte e non ingombranti (sono infatti sovente integrati in braccialetti, collane, t-shirt, ecc.) rappresentano comunque un disturbo per l’utilizzatore e potrebbero risultare scomodi durante il sonno.

Uno scopo che il sistema secondo l’invenzione si prefigge è pertanto quello di consentire il monitoraggio dei parametri vitali dell’utilizzatore senza risultare ingombrante o elemento di disturbo per lo stesso.

Ancora uno scopo del sistema secondo l’invenzione è quello di poter registrare i dati rilevati per valutare la qualità del sonno del utilizzatore nel tempo.

Un ulteriore scopo del sistema è quello di ottenere una elaborazione dei dati in tempo reale (rea time). Questo permette di integrare il sistema con apparati che contribuiscono al corretto sonno del utilizzatore o al suo rilassamento.

Inoltre, il sistema vuole fornire all’utilizzatore uno strumento di interfaccia grafica accattivante e comodo da leggere, affinché possa monitorare in tempo reale i parametri del suo sonno.

Un ulteriore scopo del sistema secondo l’invenzione è quello di rilevare i parametri di interesse con una tecnologia sicura per il utilizzatore, senza l'utilizzo di onde radio.

Le caratteristiche e i vantaggi del sistema per la rilevazione della qualità del sonno di un utilizzatore secondo l'invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzatìva, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

la figura 1 mostra in modo schematico e concettuale per alcune funzionalità il sistema secondo l’invenzione ed in particolare la sua associazione con un materasso;

la figura 2 è ancora una rappresentazione schematica e concettuale per alcune funzionalità del sistema secondo l’invenzione ed in particolare di una sua specifica funzionalità anti russamento.

Con riferimento a dette figure, il sistema secondo l’invenzione comprende una centralina di rilevazione 1 collegata ad un materasso M ed una centralina di ricezione/acquisizione dati 2, che viene posta nella stanza dove il materasso è collegato ed è in grado di comunicare con la centralina di rilevazione 1 attraverso un segnale di ricezione 20.

Alla centralina di rilevazione sono collegati primi sensori 3, che rilevano determinati parametri vitali di un utilizzatore che riposa sul materasso M. In dettaglio, i principali parametri vitali rilevati sono il battito cardiaco e la frequenza di respirazione, oltre che un indice di movimento. Sul modo il sistema rileva e acquisisce tali parametri si tornerà a breve. Come inoltre si vedrà a breve possono essere inseriti anche sensori di rilevazione della temperatura corporea e di rilevazione di presenza.

Scendendo nel merito, i primi sensori 3 comprendono almeno un primo sensore piezoelettrico a filamento per il recupero dei parametri vitali, un secondo sensore piezoelettrico a striscia per rilevare la presenza di un utilizzatore sul materasso (tramite una rilevazione di pressione), ed una sonda di temperatura. La centralina di rilevazione 1 è materializzata da una scheda elettronica (non mostrata) che realizza la conversione analogico/digitale del dato acquisito dai primi sensori 3; su tale scheda e sul suo funzionamento torneremo nel dettaglio appena oltre.

I primi sensori 3, in una soluzione realizzatìva preferita, sono cavi posti a serpentina ed inseriti in un apposito involucro sagomato contenuto entro il materasso. L’involucro è inserito all’incirca nella zona del materasso dove si collocano le spalle dell’utilizzatore nella posizione di riposo. Ancora, i sensori sono collocati tra le lastre del materasso, o in generale a 3⁄4 circa del suo spessore partendo dalla faccia inferiore. Tale posizionamento è particolarmente vantaggioso perché la disposizione dei sensori in profondità nel materasso, inseriti tra le lastre permette di sfruttarne la rigidità in senso di filtraggio del segnale. Ovvero, si ha un effetto di filtraggio selettivo delle armoniche principali. Nello specifico è stato osservato che il posizionamento prescelto permette di discriminare, nel modo che sarà maggiormente chiaro in seguito, l’impulso dato dal battito cardiaco registrato dai sensori piezoelettrici.

In termini numerici, il posizionamento sopra descritto comporta che i sensori sono collocati a circa 3/4 dello spessore del materasso partendo dalla faccia inferiore.

Ancora, alla centralina di rilevazione 1 sono collegati mezzi per la cromoterapia, ed in particolare almeno una fila di led 4 (mostrati concettualmente in figura 1). In una soluzione realizzativa preferita la centralina pilota separatamente due file di led.

La scheda elettronica della centralina 1 quindi ha anche il compito di alimentare e gestire la fila di led, per determinarne la variazione di colore e/o intensità luminosa. La fase di cromoterapia può essere azionata manualmente daN’utilizzatore oppure gestita in automatico dal sistema se preimpostata in modalità di sveglia.

La centralina di ricezione e memorizzazione dati 2 comprende una scheda di acquisizione (non mostrata), una scheda Wireless Access point per il collegamento con un dispositivo mobile e/o un router domestico, un processore, una scheda di memoria (preferibilmente non removibile), una porta RJ45 per il recupero del flusso dati elaborati dalla scheda di conversione analogico/digitale recepiti tramite i primi sensori 3. A sua volta poi nella centralina di ricezione/acquisizione dati sono installati secondi sensori 4 per la rilevazione di parametri della stanza entro la quale è posto il materasso. Tali secondi sensori comprendono ad esempio ed in particolare almeno sensori di umidità, luminosità ambientale, pressione sonora e temperatura ambientale.

Oltre a quanto sopra descritto, il sistema può eventualmente comprendere una terza centralina 5 (mostrata schematicamente in figura 2), ovvero una centralina di controllo motori che comanda e controlla l’azionamento della rete R del materasso M.

Ovviamente, tale terza centralina 5 verrà installata su quelle reti che sono movimentabili. In particolare, la terza centralina consente aH’utilizzatore di gestire l'inclinazione di testa e gambe tramite apposito telecomando o tramite un’applicazione direttamente dallo smartphone. La centralina di controllo motori è collegata ad un microfono ambientale 6 ed installa un microprocessore ed uno stadio di filtraggio passa basso. Tale stadio di filtraggio è in grado di discriminare, tramite l'utilizzo del microfono ambientale, l’eventuale russamento da parte deN’utilizzatore. Il sistema riconosce il russamento tramite una discriminazione in frequenza del segnale registrato dal microfono, a partire dall’andamento medio di un effetto di russamento (individuato in letteratura rispetto alla frequenza respiratoria media in fase di riposo, che varia tra 50 e 150 Hz).

Il sistema secondo l’invenzione prevede che, se la centralina rileva il russamento, attiva i motori della rete e provvede automaticamente a movimentare quest’ultima in modo da sistemare l’utilizzatore in una posizione tale da ridurre o eliminare completamente l’effetto del russamento. La centralina di controllo motori sarà anche munita di un sistema bluetooth (BLE) per il controllo degli automatismi tramite device mobile (come schematizzato concettualmente in figura 2).

Il sistema presenta inoltre un set di funzionalità automatiche preimpostate che rispondono alle necessità richieste dall’utente provvedendo al suo posizionamento tramite la movimentazione della rete; tra queste in primis il raggiungimento della posizione definita come ottimale per la funzionalità dell’antirussamento. Il sistema implementa inoltre nelle funzionalità automatiche della rete la possibilità di sfruttare il dispositivo mobile come sveglia, congiuntamente alla rispettiva movimentazione della rete.

Venendo nel merito del funzionamento del sistema secondo l’invenzione, per il calcolo dei segnali fisiologici, ed in particolare del battito cardiaco e della frequenza respiratoria, il sistema, ovvero la centralina di rilevazione 1 effettua un campionamento del segnale parallelamente ad un filtraggio numerico per la reiezione del rumore e dei disturbi di rete con filtro passa banda per l’estrazione dei segnali desiderati, nonché una conversione analogico digitale dei segnali letti dai primi sensori, riducendo quindi al minimo la lunghezza dei cavi (limitando pertanto l’introduzione di disturbi elettrici).

I segnali così elaborati vengono, in sintesi, inviati alla centralina rilevazione dati 1 che li processa sulla base di un segnale di thrustness, ovvero un valore di attendibilità del dato registrato, da essa generato centralina 1 . Il processamento dei dati, sulla base del segnale thrustness, permette di separare i parametri fisiologici di cui sopra da segnali determinati da movimenti involontari deH’utilizzatore durante il sonno. Una volta processati i valori sono inviati alla centralina ricezione/acquisizione dati 2, la quale ne provvede all’organizzazione e alla memorizzazione.

Scendendo maggiormente nel dettaglio, il sistema, una volta acquisito il segnale con campionamento ad alta frequenza, fa una prima elaborazione del dato salvando la misura ROW (ovvero il segnale grezzo rilevato dal sensore) con un campionamento a 1Hz, dopo aver applicato il filtro passa basso per la discriminazione dei segnali ricercati. Dal flusso di dati ROW, tramite un algoritmo che può essere materializzato da una trasformata di Fourier veloce FFT, vengono isolate le componenti periodiche del sistema (ovvero battito cardiaco e respiro). Tramite un ulteriore filtraggio passa-basso si estrapolano tale componenti periodiche dal segnale e viene verificato che ci sia continuità nella frequenza di analisi. Pertanto la scheda 1 elabora i segnali analogici recuperati dai sensori e solo una volta convertiti in digitale invia l'informazione alla scheda 2 che provvede ad impacchettare tale informazione secondo un protocollo di comunicazione, salvarla ed inviarla su chiamata ad un dispositivo mobile o ad un server per la registrazione del dato o per la visione in remoto.

Come appena spiegato quindi, il sistema è in grado di rilevare la frequenza di respiro e il battito cardiaco e separarli da segnali dovuti a movimenti dell’utilizzatore.

Tuttavia, se il movimento deH’utilizzatore è troppo frequente, il segnale di satura e il sistema non è in grado di restituire un dato corretto. Per evitare quindi che il sistema rilevi anche momenti transitori del riposo, ovvero quelli in cui l’utilizzatore non è effettivamente addormentato, ma si sta muovendo, il sistema filtra il segnale in ingresso sulla base del valore di tensione letto che risulterà superiore a quello dello stato precedente, causato dalla risposta dei sensori piezoelettrici, e del segnale di thrustness.

Quest’ultimo è in sostanza un sistema di discriminazione a soglia, che se nel meccanismo di filtraggio di cui sopra trova delle discontinuità prolungate, fornisce indicazione che il segnale non è attendibile e quindi che l’utilizzatore non sta dormendo oppure non dorme bene, in modo soddisfacente. Infatti, i segnali dei parametri vitali hanno una escursione in termini di voltaggio significativamente inferiore rispetto all’impulso generato dal movimento. Pertanto, applicando un discriminatore a soglia in tensione, i due fenomeni vengono separati.

In condizioni di riposo stabile il segnale elettrico risulterà in termini di tensione nettamente inferiore alla soglia fissata. Tale valore sarà funzione di quello base o di partenza che sarà determinato dal coricarsi di una persona sul materasso e sarà dato dal peso della persona, portando ad un valore di tensione costante, sul quale andrà a modularsi in ampiezza il segnale del respiro e del battito cardiaco. Il valore di tensione elaborato dal sistema e che verrà processato dal discriminatore di soglia è calcolato come convoluzione dei tre segnali di tensione di tali primi sensori in funzione del peso dell’utilizzatore disteso sul materasso. Il sistema lavora quindi in modo differenziale rispetto al valore di tensione generato dalla pressione iniziale del corpo e dalla soglia stessa. Movimenti bruschi o forti variazioni porteranno al superamento della soglia producendo quindi un incremento dell’indice di movimento (che sarà anche indice di sonno agitato).

Il sistema, ovvero la centralina di ricezione/elaborazione 2, prevede anche la possibilità di collegarsi via wireless con un router o con un dispositivo mobile via apposita applicazione. Pertanto i dati raccolti dal sistema saranno visibili in visione in tempo reale o registrati dopo una sessione di sonno.

Per quanto riguarda la visione in tempo reale questa può avvenire da dispositivo mobile o in remoto, interfacciandosi con un router dell’utenza domestica.

Relativamente alla registrazione, tramite la apposita applicazione su dispositivo mobile è possibile registrare i dati raccolti ed elaborati dal sistema durante la notte, per visualizzarli al risveglio e creare uno storico delle condizioni di riposo sessione dopo sessione. Per avviare una registrazione dati, l’utilizzatore all’interno della rete domestica (collegato al sistema tramite collegamento punto-punto o tramite il router dell’abitazione) utilizza la propria applicazione su cui è loggato con il proprio account personale. Dall’applicazione l’utilizzatore, dopo il log in, può avviare una sessione di registrazione al momento che si andrà a coricare. Al risveglio, sempre tramite applicazione, darà il segnale di stop della registrazione.

Vantaggiosamente l'applicazione non registra i dati durante il periodo di coricamento, ma semplicemente identifica due istanti temporali (inizio e fine della registrazione) riferiti alla situazione puntuale dei dati registrati dal sistema.

Quando l’utilizzatore interrompe la registrazione della sessione, il blocco dati riferito all’intervallo registrato, viene trasferito dalla memoria del sistema al database registrato sull’applicazione.

La applicazione pertanto conterrà un database utilizzatore che colleziona tutte le sessioni registrate e con il quale l’utilizzatore potrà visualizzare il pregresso e le statistiche della qualità del proprio riposo su differenti archi temporali (giornaliero/mensile/annuo).

Il database personale registrato sulla singola applicazione potrà essere trasferito via rete cellulare o via router domestico su un secondo archivio, posizionato su di un server esterno.

Il sistema secondo l’invenzione presenta numerosi vantaggi. In dettaglio, il sistema potrà essere associato ad un materasso ma rilevare la qualità del sonno anche di due utenti contemporaneamente (materasso matrimoniale), oppure potrà essere implementato affinché un utenza terza possa visionare in tempo reale i dati del riposo di un altro utilizzatore. Questa applicazione in particolare è utilizzata nel caso che la madre voglia monitorare il sonno del proprio figlio.

Ancora, Il sistema permette la registrazione dei dati senza che l’utilizzatore abbia bisogno di indossare nessun sensore, non si ha quindi nessun disturbo introdotto da abiti, o braccialetti da dover indossare.

I dati vengono elaborati in tempo reale e continuamente registrati, possono quindi essere letti in reai time oppure registrati. La lettura dei dati può avvenire direttamente sul dispositivo o in remoto, grazie alla connessione del sistema via wireless a router o dispositivi mobili.

Relativamente a questi ultimi, la registrazione della sessione è facile e richiede all’utilizzatore solo il comando di inizio e fine di registrazione dei dati. Pertanto l’utilizzatore non è obbligato a tenere vicino al letto il dispositivo mobile. Inoltre il dispositivo mobile può anche essere spento, senza che questo infici la corretta lettura dei dati.

Ancora un ulteriore vantaggio del sistema secondo l’invenzione è che non emette onde radiate nella fase di acquisizione dei parametri vitali, in particolare dai sensori inseriti nel materasso.

Inoltre, il sistema è in grado di determinare oltre il battito cardiaco e la frequenza respiratoria anche un indice di movimento, determinato dalla frequenza di valori oltre la soglia. Questo indice di movimento consente di stabilire, insieme agli altri parametri vitali, un valore di qualità del sonno dell’utilizzatore.

Ancora, la rilevazione e la registrazione dei parametri dell’ambiente (umidità, luminosità, temperatura, pressione sonora) da parte del sistema, consentono di effettuare una analisi post-processo, al fine di stabilire quanto le condizioni dell’ambiente influiscano sulla qualità del sonno dell’utilizzatore.

Per ottenere la massima banda di comunicazione dati elaborati tra le due centraline e per gestire il pilotaggio in potenza dell’alimentazione dei led, è preferibile utilizzare un cavo Cat5 Ethernet con connettori RJ45. Tuttavia anche altre soluzioni, seppur meno vantaggiose, possono comunque essere implementate senza che il sistema debba essere alterato nelle sue componenti principali.

Infine, il sistema premetterà di generare una serie di suggerimenti per l’utente, tramite l’analisi effettuata sul server remoto, in modo da guidarlo quotidianamente nel proprio riposo notturno. In particolare, registrando le condizioni e la qualità del sonno, il sistema identificherà il sonno non adeguato dell’utilizzatore, e suggerirà ad esempio di variare la posizione della rete o la temperatura della stanza, ecc.. Questo per consentire aN’utilizzatore di raggiungere una qualità del sonno ottimale.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento a una sua forma di realizzazione preferita. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti neN’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un sistema per la rilevazione della qualità del sonno di un utilizzatore, detto sistema comprendendo: primi sensori (3) atti ad essere inseriti in un materasso (M) e tali da rilevare almeno la presenza di un utilizzatore su tale materasso, il suo battito cardiaco, la sua frequenza respiratoria; una centralina di rilevazione (1 ) atta ad essere collegata a detti primi sensori per acquisirne il segnale e realizzarne la conversione analogica/digitale; una centralina di ricezione/acquisizione dati (2) collegata in modo logico a detta centralina di rilevazione (1), detta centralina di ricezione/acquisizione (2) essendo adatta a ricevere detti dati convertiti da detta centralina di rilevazione (1) e a memorizzarli ed organizzarli; secondi sensori (4) di detta centralina di ricezione/acquisizione dati (2) tali da rilevare almeno il valore di umidità, luminosità, pressione sonora e temperatura deH’ambiente in cui detto materasso è collocato; mezzi per la cromoterapia (4) associati a detta centralina di rilevazione (1); una terza centralina (5) collegata ad un microfono ambientale (6), detta terza centralina atta ad essere operativamente connessa ad una rete (R) su cui detto materasso è posto per comandarne il movimento sulla base del livello di rumore misurato da detto microfono ambientale (6).
2. 2. Il sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta centralina di ricezione/acquisizione dati (2) comprende una scheda Wireless Access point per il collegamento con un dispositivo mobile e/o un router domestico.
3. 3. Il sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti mezzi per la cromoterapia comprendono almeno una striscia di led.
4. 4. Il sistema secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui detta terza centralina (5) installa un microprocessore ed uno stadio di filtraggio, quest’ultimo discriminando in frequenza l’effetto di russamento.
5. 5. Il sistema secondo la rivendicazione 4, per cui tale discriminazione in frequenza viene ottenuta sulla base di un segnale medio che identifica la frequenza respiratoria in fase di riposo.
6. 6. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti primi sensori (3) sono inseriti nel materasso a circa tre quarti del suo spessore, con riferimento alla faccia inferiore.
7. 7. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, in cui detta centralina installa un sistema Bluetooth per il controllo di detta rete di detto materasso tramite dispositivo mobile.
8. 8. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti primi sensori (3) comprendono primo sensore piezoelettrico a filamento.
9. 9. Il sistema secondo la rivendicazione 7 in cui detti primi sensori comprendono inoltre un secondo sensore piezoelettrico per rilevare, tramite una rilevazione di pressione, la presenza di un utilizzatore sul materasso.
10. 10. Il sistema secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detti primi sensori comprendono inoltre un sensore di temperatura.
11. 11. Il sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta centralina di rilevazione (1) processa il segnale dì detti primi sensori sostanzialmente sulla base di un segnale di thrustness, consistente in un discriminatore di soglia in tensione ed in frequenza.
12. 12. Il sistema secondo la rivendicazione 11, in cui detta soglia di tensione è funzione di un segnale di base determinato sulla base di una convoluzione dei segnali di tensione di detti primi sensori in funzione del peso deN’utilizzatore disteso sul materasso.