TWI397430B - 睡眠輔助裝置及其輔助方法 - Google Patents

Description

睡眠輔助裝置及其輔助方法

本案係指一種睡眠輔助裝置及其輔助方法，尤指一種建構優質睡眠環境的睡眠輔助裝置及其輔助方法。

人的一生中有三分之一的時間是處於睡眠的狀態，因此睡眠是十分重要的一件事，好的生活品質通常建立在好的睡眠品質之上，提昇生活品質的根本，應是從睡眠品質做起，但遺憾地，根據研究發現，有11.76%的美國人(約三千兩百萬人)有失眠的問題，患者分布於各年齡、性別、種族、社會階層等。失眠影響生活品質甚鉅，當睡眠失衡時，身體心裡狀況將受到很大的影響，家人、工作及社交關係等面向也將受到衝擊。因此解決睡眠問題及營造高品質睡眠環境之研究具有相當的必要性。

一般而言，人們處在舒適、安全、熟悉的情境較易入睡，因此解決睡眠問題的各種方法其中之一就是建構所謂的「最佳睡眠環境」，但目前業界在對於建構最佳睡眠環境的發展上，仍然停留在著重於醫學工程中監測器具之開發與整合，藉由生物醫療感測器(biosensor)來監測睡眠者的各項活動指數，紀錄腦波、呼吸、鼾聲、肌肉張力與血氧濃度等資料，協助醫師診斷各種睡眠障礙，並判別其治療前與治療後改善的情況。因此毫無疑問地，在現今的社會，迫切地需要一個能夠提供適當的睡眠知識給使用者並能夠調控與營造有利睡眠環境的裝置與方法。

職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「睡眠輔助裝置及其輔助方法」，能夠克服上述缺點，以下為本案之簡要說明。

有鑑於此，本發明乃提出一個能夠提供適當的睡眠知識給使用者並能夠調控與營造有利睡眠環境的裝置與方法，此發明係以使用者中心設計的方式，搭配睡眠醫療的研究成果，及智慧型生活空間之中的各項感測控制技術，建構以睡眠者為中心的優質睡眠環境，以提升睡眠品質及輔助睡眠醫療。

根據本發明的第一構想，提出一種睡眠輔助裝置，其包括複數感測器，經配置於一睡眠者的複數部位用以收集該睡眠者的複數生理資訊；複數環境變數調變設備，設置於該睡眠者所在的一環境當中；及一電子計算機，與該等感測器及該等環境變數調變設備電連接並執行一睡眠教練模式及一睡眠環境調變模式，其中該睡眠教練模式係分析該生理資訊，俾便據此提供一睡眠知識給該睡眠者，該睡眠環境調變模式係依據該等生理資訊控制該等環境變數調變設備，俾便據此調變該環境的複數環境變數。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，更包括一顯示設備，該睡眠教練模式係經由該顯示設備提供一睡眠知識給該睡眠者。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該等感測器係為一居家生物醫療感測器(Biosensor)。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該等生理感應器為一量測心跳之生理感應器、一量測體溫之生理感應器、一量測血壓之生理感應器、一感測皮膚導電度之生理感應器或一感測呼吸頻率之生理感應器。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該睡眠者為一準備入睡者及一已入睡者其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該等生理資訊包括一心跳、一體溫、一血壓、一皮膚導電度及一呼吸頻率。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該等環境因素包括一光影、一聲響、一溫度及一空氣。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該等環境變數調變設備包括一空調設備、一照明設備、一音響設備、一喚起設備及上述設備的組合。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該顯示設備為一CRT顯示器、一液晶(LCD)顯示器、一電漿(plasma)顯示器、一觸控式面板及一投影機其中之一

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該電子計算機為一個人電腦(PC)、一筆記型電腦(notebook)及一伺服器(server)其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該電子計算機與該感測器、該等環境變數調變設備及該顯示設 備之間的電連接為有線電連接及無線(wireless)電連接其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該睡眠知識係為一醫師指導方針、一醫師處方建議、一睡眠醫學知識、一醫療知識、一正確的睡眠準備活動及一睡眠技巧其中之一。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該睡眠教練模式包括一智慧化演算法程式，該智慧化演算法程式係依據一醫師指導方針及一醫師處方建議所設計。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該睡眠環境調變模式係以一模糊(Fuzzy)演算法作為核心程式。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠輔助裝置，其中該睡眠環境調變模式依據該等生理資訊及依據該睡眠者的偏好而調變該等環境變數調變設備以調變該等環境因素。

根據上述構想，提出一種設置有該種睡眠輔助裝置的空間。

利用本發明所提出的該種睡眠輔助裝置及其輔助方法，即可在居家生活中建構一個最適合睡眠者進行睡眠活動的優質睡眠環境，或更具體地來說，即建構一個睡眠者最適之可調式臥房。

根據本發明的第二構想，提出一種睡眠環境調變裝置，其包括一感測器，配置於一睡眠者；一環境變數調變設備，設置於該睡眠者所在的一環境中；及一電子計算機，與該感測器及該環境變數調變設備電連接，其中該電子計算機 經配置用於接收該感測器所收集該睡眠者的一生理資訊俾便據此控制該環境變數調變設備以調變該環境。

較佳地，本發明所提供之該種睡眠環境調變裝置，其中該環境變數調變設備為一空調設備、一照明設備、一音響設備、一喚起設備及其組合其中之一。

根據上述構想，提出一種設置有該種睡眠環境調變裝置的空間。

根據本發明的第三構想，提出一種睡眠教練裝置，其包括一感測器，配置於一睡眠者；一顯示設備；及一電子計算機，與該感測器及該顯示設備電連接，其中該電子計算機經配置用於接收該感測器所收集該睡眠者的一生理資訊俾據此經由該顯示設備提供一睡眠知識給該睡眠者。

根據本發明的第四構想，提出一種睡眠輔助方法，其包括步驟執行一睡眠者監測，以收集一睡眠者的一生理資訊；執行一睡眠教練模式，其係分析該生理資訊俾便據此提供一睡眠知識給該睡眠者；及執行一睡眠環境調變模式，其係依據該生理資訊調變該睡眠者所在的一環境。

根據上述構想，提出一種執行該種睡眠輔助方法的裝置。

本發明係建構在OpenLab中，利用智慧型居家空間監測生理活動並即時做出適當回饋的特性，整合睡眠醫學的相關知識來構築未來式的優質睡眠空間，以提升睡眠品質。本發明不但可用在居家生活中，協助大眾建構一個優質的睡眠環境並擁有優良的睡眠品質，亦可用在睡眠醫療領域，特別 是用來對患有睡眠障礙疾病者進行更深入之監測與治療，再者，若睡眠者對營造睡眠環境的方式接受度高，也能夠減少患者使用安眠藥的次數與劑量。

本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態。

本發明的目的即在於提出一個建構優質睡眠環境的方法及其裝置，由於影響睡眠的相關因素非常廣泛，必須同時兼顧睡眠者本身的狀況及環境因素，造成建構合適的睡眠環境是複雜度，此係因每個人的認知有所不同，因此最佳睡眠環境的建構也將隨每個人對睡眠環境的需求而不盡相同，包括個人的生活節奏、物理環境及心裡因素等都會影響睡眠的品質；在生活節奏方面，影響因素包含了現代人緊張忙碌的生活節奏、工作時差等；在物理環境方面，影響因素則包含了光線、聲音、溫度、空氣品質及床具等；及在心理因素方面，影響因素包含了思緒及環境刺激相關的心理意義等，通常以上的各種面向都會影響到一個人的睡眠品質，因此以上種種因素都將被一一整合至本發明所提出的睡眠輔助裝置當中，以建構出對單一個體而言為最舒適的優質睡眠環境，或是一個睡眠者中心臥房(sleeper－centered bedroom)。

請參閱第一圖，係為本發明的睡眠輔助裝置的示意 圖。第一圖中包括了睡眠者之身體lla、睡眠者之手部11b、感測器12a、12b、12c及12d、前端收發訊器13、資料傳輸線14、後端收發訊器15、資料擷取裝置16、個人電腦(PC)17、顯示設備18及環境變數調變設備19a、19b、19c及19d，以上各裝置或元件間的連接關係如第一圖中所示。本實施例中所稱的睡眠者，係指準備入睡者或已入睡者，所稱的睡眠係指睡前或睡中。

在本實施例中，係採用PC－based的資料擷取(data acquisition)架構以收集及處理睡眠者的各種生理資訊的資料，但本發明的實施非僅限於PC－based的資料擷取架構，能夠達成收集並處理睡眠者的各種生理資訊的它種規格資料擷取架構亦可整合入本發明的睡眠輔助裝置而取代本發明目前所採用的PC－basedDAQ，而達成與本發明相同的功效。

本發明的睡眠輔助裝置中的感測器(sensors)12a、12b、12c及12d為複數居家生物醫療感測器(biosensors)，感測器12a、12b、12c及12d係配置於睡眠者之身體11a或睡眠者之手部11b或睡眠者的身體的其他部位，用於收集/監測/量測/感應人體睡眠時之各項生理活動指數的原始資料(raw data)，諸如：心跳、血壓、皮膚導電度及呼吸狀況等等，對於這些生理資訊的監測通常會著重在睡前、睡中之睡眠監測，這些生理資訊可以用來更進一步確認睡眠者的睡眠品質。市面上或研究中的生理感測器均可整合至本發明的睡眠輔助裝置中，用以得到睡前、睡中的人體監 測資料。這些透過監測所得到的生理資訊所可以延伸至更多睡眠醫學領域的知識，用以更進一步了解人類的睡眠行為。

經由感測器12a、12b、12c及12d將收集到一個含有生理資訊的訊號(可為類比訊號或數位訊號，端視感測器12a、12b、12c及12d為類比或數位的I/O)並將其傳輸至前端收發訊器13，而前端收發訊器13及後端收發訊器15可為無線收發訊器(wireless transceiver)或有線收發訊器，前端收發訊器13用於將感測器12a、12b、12c及12d所收集的各項含有生理資訊的類比訊號傳輸至後端收發訊器15，並接收來自後端收發訊器15所下達的指令或訊號，前端收發訊器13及後端收發訊器15之間可採用無線收發訊器作為前端收發訊器13及後端收發訊器15，各式的無線通訊技術均可整合至本發明的睡眠輔助裝置，諸如：IEEE802.11a(5 GHz)、IEEE 802.11b/g(2.4 GHz)、IEEE 802.11n(5及/或2.4 GHz)、藍芽(2.4 GHz)、及微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access，簡稱WiMAX，以2.3、2.5及3.5 GHz為主)等之各式無線通訊技術，若採用有線收發訊器作為前端收發訊器13及後端收發訊器15，則兩收發訊器之間須要以資料傳輸線14進行資料或訊號傳輸。

在感測器12a、12b、12c及12d感測到睡眠者的生理資訊後，資料擷取裝置16將擷取由後端收發訊器15所發送含有生理資訊的原始資料，再傳輸至PC17進行後續的 資料處理或演算，在PC－based架構中的資料擷取裝置16為DAQ卡，若感測器是採用類比I/O架構的感測器，則資料擷取裝置16須為類比數位轉換(AD converter)DAQ卡，以將所擷取的類比訊號轉換成為數位訊號。

簡言之，本發明的睡眠輔助裝置先經由一系列的感測器12a、12b、12c及12d蒐集含有生理資訊的原始資料，再經由資料擷取裝置16擷取該等的原始資料並傳輸至PC17進行後續的資料處理。在一實施例中，資料擷取裝置16直接與感測器12a、12b、12c及12d電連接而擷取來自感測器12a、12b、12c及12d的訊號，而不須要經過前端收發訊器13及後端收發訊器15。

再者，本發明的睡眠輔助裝置中的PC17與顯示設備18電連接，PC17中設置有包含有睡眠教練(sleeper coach)模式及睡眠環境調變模式的軟體，目前在PC－Based的架構中，本發明係將睡眠教練模式及睡眠環境調變模式架構於LabView軟體中，當PC17接收來自資料擷取裝置16的訊號後，睡眠教練模式及睡眠環境調變模式即可獲得經由資料擷取裝置16所擷取的各種生理資訊。

其中安裝在PC17中的睡眠教練模式是一個依據醫師指導方針及醫師處方建議所設計的一智慧化演算法程式，可以用來分析監測得到的生理資訊，藉由分析睡眠監測資料，可進一步得到睡眠品質的指標，如睡眠各階段的時間百分比、覺醒喚起指數(arousal index)、CAP等等，如此可決定應提供何種的睡眠知識或給該睡眠者，這些睡眠知識 可能為醫師指導方針、醫師處方建議、睡眠醫學知識、醫療知識、正確的睡眠準備活動或睡眠技巧等等。而睡眠教練模式在進一步分析所監測到的生理資訊後，將經由PC17的顯示設備18以視覺化的介面來呈現醫療建議或處方建議，做為睡眠教練與睡眠者間的溝通橋梁，此部分可設計為互動式即時回應及明確的醫師建議，透過清楚明瞭的方式將資訊傳達給睡眠者，以有效改變睡眠者之生、心理狀態，並使其能以漸進的方式逐步改善睡眠品質。

也就是當PC17接收來自資料擷取裝置16的訊號，並透過睡眠教練模式分析這些含有生理資訊的訊號後，再經由PC17的顯示設備18而提供對睡眠者有幫助的各種睡眠知識給該睡眠者，其中顯示設備18係為CRT顯示器、液晶(LCD)顯示器、電漿(plasma)顯示器、觸控式面板或投影機等。

而安裝在PC17中的睡眠環境調變模式是一個能夠依據監測所得到的生理資訊而調變睡眠者所在的環境的程式，睡眠環境調變模式係以fuzzy演算模式作為核心程式，睡眠環境調變模式在接收各種來自睡眠者的生理資訊，並參照該睡眠者的睡眠偏好之後，將利用Fuzzy rule來整體地判斷上述每一資訊的重要程度，並據此決定該如何調變各種影響睡眠品質的因素，包括調整與改變臥室內的聲音、光影、室溫、空氣品質等等會影響睡眠品質的環境因素，睡眠環境調變模式係進一步地與建築環境光照與聲響的控制等技術結合，藉此營造出有利睡眠的環境而達到依 個別睡眠者調控環境因素，建構出最適性的睡眠環境並增進居家睡眠品質，更可以有效輔助睡眠障礙的治療。

環境變數調變設備19a、19b、19c及19d可分別為空調設備、照明設備、音響設備及喚起設備，其中空調設備為常見的窗型冷氣、分離式冷氣或中央空調，照明設備為日光燈、桌燈、檯燈或床頭燈，喚起設備為鬧鐘。

也就是當PC17接收來自資料擷取裝置16的訊號後，PC17中的睡眠環境調變模式在評估這些含有生理資訊的訊號後，可再將評估結果經由資料擷取裝置16及前端收發訊器13傳輸至後端收發訊器15而據此控制環境變數調變設備19a、19b、19c及19d而達成調變環境因素並藉此調變環境的目的。在一實施例中，評估結果經由資料擷取裝置16而直接控制環境變數調變設備19a、19b、19c及19d，而不須要經過前端收發訊器13及後端收發訊器15。

基本上，感測器12a、12b、12c及12d、前端收發訊器13、資料傳輸線14、後端收發訊器15、資料擷取裝置16、PC17、顯示設備18形成了一種睡眠教練裝置；感測器12a、12b、12c及12d、前端收發訊器13、資料傳輸線14、後端收發訊器15、資料擷取裝置16、PC17、顯示設備18及環境變數調變設備19a、19b、19c及19d形成了一個睡眠環境調變裝置。

以上所述的睡眠輔助裝置，可設置於任何的空間當中，包括了臥房、旅社、宿舍或醫院的病房等場所。

可將本發明所提出的睡眠輔助裝置更進一步地依各 個階段不同的功能劃分為數個模組，以利於以模組化的方式實施本發明。請參閱第二圖，係為本發明所提出的睡眠輔助裝置模組化的架構示意圖。第二圖中的睡眠輔助裝置20包括了睡眠者監測模組22、睡眠教練模組24及睡眠環境調變模組26等三個模組。

歸納以上所述本發明的概念，可得到一種睡眠輔助方法。請參閱第三圖，係為本發明所提出的睡眠輔助方法的執行流程示意圖。第三圖中包括了有執行睡眠者監測(sleeper monitor)32的步驟，執行睡眠教練(sleeper coach)模式34的步驟及執行睡眠環境調變模式36的步驟。

綜合以上所述者，可以更進一步的獲得如第四圖所示的清晰概念。請參照第四圖，係為本發明的睡眠輔助方法的概念示意圖。

總結來說，本發明的睡眠輔助裝置及其輔助方法主要以經濟化且可攜式之居家用睡眠監測儀器為出發點，初步需達成居家生物醫療感測器之開發與整合於睡眠行為監測的目標，藉由儀器易於攜帶與安裝的特性，做為智慧環境中感知睡眠者狀況的主要方式，以建構一個「睡眠者最適之可調式臥房」。睡眠監測儀器用以監測人體睡眠時之各項生理活動指數，諸如：心跳、體溫、血壓、皮膚導電度及呼吸頻率等等。對於睡眠障礙的患者，此類生理指數為醫師診斷或比較治療前、後情況的重要依據。更可進一步配合智慧化空間中的其他感測裝置，建立成一完整的關懷網絡。在睡前、睡中的各項指數監測中，可進一步歸納分析， 做為日後診斷的參考。

本案實為一難得一見，值得珍惜的難得發明，惟以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

11a‧‧‧睡眠者之身體

11b‧‧‧睡眠者之手部

12a、12b、12c及12d‧‧‧感測器

13‧‧‧前端收發訊器

14‧‧‧資料傳輸線

15‧‧‧後端收發訊器

16‧‧‧資料擷取裝置

17‧‧‧個人電腦

18‧‧‧顯示設備

19a、19b、19c及19d‧‧‧環境變數調變設備

20‧‧‧睡眠輔助裝置

22‧‧‧睡眠者監測模組

24‧‧‧睡眠教練模組

26‧‧‧睡眠環境調變模組

32‧‧‧執行睡眠者監測

34‧‧‧執行睡眠教練模式

36‧‧‧執行睡眠環境調變模式

第一圖 係為本發明的睡眠輔助裝置的示意圖；第二圖 係為本發明所提出的睡眠輔助裝置模組化的架構示意圖；第三圖 係為本發明所提出的睡眠輔助方法的執行流程示意圖；及第四圖 係為本發明的睡眠輔助方法的概念示意圖。

11a‧‧‧睡眠者之身體

11b‧‧‧睡眠者之手部

12a、12b、12c及12d‧‧‧感測器

13‧‧‧前端收發訊器

14‧‧‧資料傳輸線

15‧‧‧後端收發訊器

16‧‧‧資料擷取裝置

17‧‧‧個人電腦

18‧‧‧顯示設備

19a、19b、19c及19d‧‧‧環境變數調變設備

Claims (16)

1. 一種睡眠輔助裝置，其包括：複數感測器，經配置於一睡眠者的複數部位用以收集該睡眠者的複數生理資訊；複數環境變數調變設備，設置於該睡眠者所在的一環境當中；及一電子計算機，與該等感測器及該等環境變數調變設備電連接並執行一睡眠教練模式及一睡眠環境調變模式，其中該睡眠教練模式係包括用以分析該等生理資訊的一智慧化演算法程式，俾便據此提供一睡眠知識給該睡眠者，該睡眠環境調變模式係依據該等生理資訊以及該睡眠者的偏好即時控制該等環境變數調變設備，俾便據此調變該環境的複數環境變數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，更包括一顯示設備，該睡眠教練模式係經由該顯示設備提供一睡眠知識給該睡眠者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該等感測器係為一居家生物醫療感測器(Biosensor)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該等生理感應器為一量測心跳之生理感應器、一量測體溫之生理感應器、一量測血壓之生理感應器、一感測皮膚導電度之生理感應器或一感測呼吸頻率之生理感應器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該睡眠者為一準備入睡者及一已入睡者其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該等生理資訊包括一心跳、一體溫、一血壓、一皮膚導電度及一呼吸頻率。
7. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該等環境因素包括一光影、一聲響、一溫度及一空氣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該等環境變數調變設備包括一空調設備、一照明設備、一音響設備、一喚起設備及上述設備的組合。
9. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該顯示設備為一CRT顯示器、一液晶(LCD)顯示器、一電漿(plasma)顯示器、一觸控式面板及一投影機其中之一。
10. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該電子計算機為一個人電腦(PC)、一筆記型電腦(notebook)及一伺服器(server)其中之一。
11. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該電子計算機與該感測器、該等環境變數調變設備及該顯示設備之間的電連接為有線電連接及無線(wireless)電連接其中之一。
12. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該睡眠知識係為一醫師指導方針、一醫師處方建議、一睡眠醫學知識、一醫療知識、一正確的睡眠準備活動及一睡眠技巧其中之一。
13. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該智慧化演算法程式係依據一醫師指導方針及一醫師處方建議 所設計。
14. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該睡眠環境調變模式係以一模糊(Fuzzy)演算法作為核心程式。
15. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠輔助裝置，其中該睡眠環境調變模式依據該等生理資訊及依據該睡眠者的偏好而調變該等環境變數調變設備以調變該等環境因素。
16. 一種睡眠輔助方法，其包括步驟：執行一睡眠者監測，以收集一睡眠者的一生理資訊；執行一睡眠教練模式，其係包括用以分析該生理資訊的一智慧化演算法程式，俾便據此提供一睡眠知識給該睡眠者；及執行一睡眠環境調變模式，其係依據該生理資訊以及該睡眠者的偏好即時調變該睡眠者所在的一環境。