TWI411426B - 睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統 - Google Patents

Description

睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統

本發明係關於一種睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統。

每一個人都需要睡眠，睡眠將會佔人一生的四分之一到三分之一的時間，所以睡眠品質的優劣對於人的生活有相當的影響力。而為了偵測使用者睡眠品質，也有一些產品開發問市，這些產品上面會配備加速度感測器，藉由使用者穿戴加速度感測器，而感測使用者在睡眠中的活動狀態，進而分析其睡眠品質，然而，現有之睡眠分析裝置皆無法很精準地反應使用者之睡眠品質。

圖1為一種習知睡眠分析裝置藉由加速度感測器依據一使用者之活動而感測到之感測訊號，其已經過平方處理以得到正數。如圖2所示，習知之睡眠分析方法包含：將訊號以30秒進行分段以得到複數分析區間(步驟S01)；比較該等分析區間之最大值與一門檻值(步驟S02)，若最大值大於門檻值，則判斷該分析區間之時間為清醒時間，若最大值小於門檻值，則判斷該分析區間之時間為睡眠時間。

然而，習知之睡眠分析方法極為粗糙，且沒有考慮到連續兩個分析區間之間的關係，可以說是非常粗略的分析，且有相當高的機率判斷錯誤，例如依據習知之睡眠分析方法可能會判斷出清醒時間與睡眠時間以相當高的頻率互換，而這是明顯的錯誤。

因此，如何提供一種睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統，能夠提高睡眠分析之精確度，進而反應使用者真實的睡眠品質供參考，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統，能夠提高睡眠分析之精確度，進而反應使用者真實的睡眠品質供參考。

為達上述目的，依據本發明之一種睡眠分析方法包含：藉由一多軸加速度感測器感測一使用者之動作而產生一感測訊號；處理該感測訊號而得到一平均活動密度；以及比較該平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理該感測訊號，以得知該感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中該大分析視窗對應至一較長時間，該小分析視窗對應至一較短時間。

在一實施例中，平均活動密度係使用感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。訊號峰對峰間距特徵係代表連續兩個分析區間之關連，藉此可提升睡眠分析之精確度。

在一實施例中，大分析視窗包含複數第一分析區間、該目標區間及複數第二分析區間，該目標區間位於該等第一分析區間與該等第二分析區間之間，該目標區間之一活動密度係使用該等第一分析區間與該等第二分析區間來計算。更特定地說，該目標區間之活動密度係使用該等第一分析區間與該等第二分析區間及該感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。

在一實施例中，當該活動密度大於一大視窗門檻值時，使用大分析視窗並使用感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算該活動密度。訊號最大值特徵係代表分析區間之最大活動量。在利用代表連續兩個分析區間之關連之訊號峰對峰間距特徵來計算活動密度之後，再使用感測訊號之訊號最大值特徵來重新計算活動密度，如此可得到雙重確認之效果，並因而提升睡眠分析之精確度。

在一實施例中，當該活動密度大於大視窗門檻值時，判定該目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定該目標區間所對應之時間為睡眠時間。

以下說明使用小分析視窗之狀況。

在一實施例中，小分析視窗包含複數第三分析區間、該目標區間及複數第四分析區間，該目標區間位於該等第三分析區間與該等第四分析區間之間，該目標區間之一活動密度係使用該等第三分析區間與該等第四分析區間來計算。更特定地說，目標區間之該活動密度係使用該等第三分析區間與該等第四分析區間及該感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。

在一實施例中，當該活動密度大於一小視窗門檻值時，使用小分析視窗並使用該感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算該活動密度。訊號最大值特徵係代表分析區間之最大活動量。在利用代表連續兩個分析區間之關連之訊號峰對峰間距特徵來計算活動密度之後，再使用感測訊號之訊號最大值特徵來重新計算活動密度，如此可得到雙重確認之效果，並因而提升睡眠分析之精確度。

在一實施例中，當該活動密度大於小視窗門檻值時，判定目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定目標區間所對應之時間為睡眠時間。

為達上述目的，本發明之一種睡眠分析錶，其係配戴在一使用者身上而分析其睡眠狀態，並包含一多軸加速度感測器、一處理模組以及一計時單元。多軸加速度感測器感測使用者之動作而產生一感測訊號。處理模組係與多軸加速度感測器耦接，並接收感測訊號。計時單元係與處理模組耦接，並計時一時間。其中，處理模組係處理感測訊號而得到一平均活動密度，並比較平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理感測訊號以得知感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中大分析視窗對應至一較長時間，小分析視窗對應至一較短時間。

為達上述目的，本發明之一種睡眠分析系統包含一分析單元以及一睡眠記錄錶。睡眠記錄錶係配戴在一使用者身上並包含一多軸加速度感測器、一控制單元、一計時單元及一傳輸單元。多軸加速度感測器感測該使用者之動作而產生一感測訊號。控制單元係與多軸加速度感測器耦接，並接收感測訊號。計時單元係與控制單元耦接，並計時一時間。傳輸單元係傳送該時間及該感測訊號至分析單元。其中，分析單元係處理感測訊號而得到一平均活動密度，並比較平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理感測訊號以得知感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中大分析視窗對應至一較長時間，小分析視窗對應至一較短時間。

承上所述，本發明藉由兩種不同大小的分析視窗來處理多軸加速度感測器感測一使用者之動作而產生之感測訊號。當平均活動密度大於一般門檻值時，代表使用者可能處於較大活動度之睡眠，在此狀況下，使用對應較長時間之大分析視窗來處理感測訊號，因為吾人發現若使用者處於較大活動度之睡眠，會持續一段較長時間，所以若使用對應較長時間之大分析視窗則能確認使用者是否處於清醒狀態。相反地，當平均活動度小於一般門檻值時，代表使用者可能處於較小活動度之睡眠(例如深度睡眠)，在此狀況下，使用對應較短時間之小分析視窗來處理感測訊號，因為吾人發現若使用者處於較小活動度之睡眠，其在一段較短時間皆會處於較小活動度，所以若使用對應較短時間之小分析視窗則能確認使用者是否處於睡眠狀態。藉此，本發明利用兩種不同大小的分析視窗可提升睡眠分析之精準度，進而反應使用者真實的睡眠品質供參考。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種睡眠分析方法、睡眠分析錶及睡眠分析系統，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖3為本發明較佳實施例之一種睡眠分析系統1的方塊示意圖。如圖3所示，睡眠分析系統1包含一分析單元11以及一睡眠記錄錶12。睡眠記錄錶係配戴在一使用者身上並包含一多軸加速度感測器121、一控制單元122、一計時單元123及一傳輸單元124。

多軸加速度感測器121係感測使用者之動作而產生一感測訊號。感測訊號例如包含多軸(如X、Y、Z軸)之加速度資訊。多軸加速度感測器121可例如為G感測器(G sensor)。另外，多軸加速度感測器121亦可指經過處理後可得到加速度資訊之感測器，例如陀螺儀(gyroscope)。

控制單元122係與多軸加速度感測器121耦接，並接收感測訊號。控制單元122例如為一微控制器(micro-controller)。

計時單元123係與控制單元122耦接，並計時一時間，以得知即時時間。傳輸單元124係傳送該時間及感測訊號至分析單元11，然後分析單元11係處理感測訊號。傳輸單元124可為有線傳輸單元(例如USB、IEEE 1394)或無線傳輸單元(例如藍芽、無線USB)。

上述睡眠記錄錶12所具有之元件僅為舉例，另外，睡眠記錄錶12亦可具有其他電子元件，例如，多軸加速度感測器121之感測訊號可先經過一高通濾波器125以將低頻雜訊去除，再經由一類比數位轉換器126將訊號轉換為數位訊號。睡眠記錄錶12可具有一記憶體127以儲存感測訊號之資訊及時間。

圖4為本發明較佳實施例之一種睡眠分析方法的流程圖，以下請參照圖3及圖4以進一步說明睡眠分析系統1之作動及睡眠分析方法。

首先，睡眠分析方法包含步驟S101，其係藉由一多軸加速度感測器121感測一使用者之動作而產生一感測訊號。由於此步驟已詳述於上，故於此不再贅述。

然後，睡眠分析方法包含藉由處理感測訊號而得到一平均活動密度。圖5為本實施例之一種感測訊號的示意圖。在此步驟中，為方便感測訊號的後續處理，先將因無活動而無記錄之時段的訊號補零，並將整個訊號平方使數值皆為正數。

接著，藉由分析單元11處理感測訊號而得到平均活動密度。本實施例之平均活動密度係使用感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算，訊號峰對峰間距特徵係代表連續兩個分析區間之關連，藉此可提升睡眠分析之精確度。如圖5所示，感測訊號以例如30秒分段為複數分析區間(步驟S102)，所謂「訊號峰對峰間距」特徵即當連續兩個分析區間之最大值皆大於一基礎門檻值時，該二分析區間之峰值相距之時間。上述之基礎門檻值可例如由下面公式算出：

T=0.1*STD(ACC)

其中，ACC代表整個感測訊號，而STD代表對感測訊號取標準差，T為基礎門檻值。於此係以標準差之0.1倍作為基礎門檻值為例。

當訊號峰對峰間距小於一閥值時，則記為一具活動性之訊號峰對峰間距，其中閥值例如為11秒，也就是說兩個30秒的分析區間，其訊號峰對峰間距小於11秒時，記為一具活動性之訊號峰對峰間距。則平均活動密度即為具活動性之訊號峰對峰間距之數量除以整個感測訊號之分析區間數量之值(步驟S103)。

在得到平均活動密度之後，睡眠分析方法包含：比較平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理該感測訊號，以得知感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中，大分析視窗對應至一較長時間，小分析視窗對應至一較短時間。

如步驟S104所示，比較平均活動密度與一一般門檻值，於此，一般門檻值例如為0.0575，當平均活動密度大於一般門檻值時，使用大分析視窗，並用訊號峰對峰間距特徵來計算一目標區間之活動密度(S105)。

以圖6說明大分析視窗之概念。大分析視窗可包含複數第一分析區間、目標區間及複數第二分析區間，目標區間位於該等第一分析區間與該等第二分析區間之間。第一分析區間、目標區間及第二分析區間皆為30秒分段之分析區間，其中目標區間之活動密度係依據該等第一分析區間與該等第二分析區間來計算。大分析視窗可例如包含69個分析區間，其中包含34個第一分析區間與34個第二分析區間及一目標區間。

進一步地說，目標區間之活動密度可使用該等第一分析區間與該等第二分析區間之訊號峰對峰間距特徵來計算。即活動密度係為該等第一分析區間、目標區間及該等第二分析區間之具活動性之訊號峰對峰間距之數量除以整個感測訊號之分析區間數量(例如69)之值(例如35/69)。重覆上述方式，可得到多個目標區間之活動密度。

在得到一目標區間之活動密度之後，睡眠分析方法可更包含：比較活動密度與一大視窗門檻值(S106)，當活動密度大於大視窗門檻值時，使用大分析視窗並使用感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算活動密度(S107)。大視窗門檻值例如為0.1。

「訊號最大值」特徵係指一分析區間內之訊號最大值。利用訊號最大值特徵來計算活動密度之過程與利用訊號峰對峰間距特微的計算方式相仿。若訊號最大值大於基礎門檻值(T)，則記為一具活動性之訊號最大值。並且，活動密度係為具活動性之訊號最大值之數量除以大分析視窗之分析區間數量之值(例如23/69)。

在得到以訊號最大值特徵計算出之活動密度之後，再一次比較活動密度與大視窗門檻值(S108)，當活動密度大於大視窗門檻值時，判定該目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定該目標區間所對應之時間為睡眠時間。

需注意者，本實施例利用代表連續兩個分析區間之關連之訊號峰對峰間距特徵來計算活動密度之後，再使用感測訊號之訊號最大值特徵來重新計算活動密度，如此可得到雙重確認之效果，並因而提升睡眠分析之精確度。當然，在其他實施例中，可省略步驟S105、S106或省略步驟S107、S108。

另外，如步驟S104所示，當平均活動密度小於一般門檻值時，使用小分析視窗，並用訊號峰對峰間距特徵來計算一目標區間之活動密度(S109)。小分析視窗對應至一較短時間，例如15個分析區間，其中包含7個第三分析區間、一目標區間及7個第四分析區間。由於該活動密度之計算方式與利用大分析視窗之計算方式相同，僅用於計算之分析區間的數量不同，故於此不再贅述。

在得到一目標區間之活動密度之後，睡眠分析方法可更包含：比較活動密度與一小視窗門檻值(S110)，當活動密度大於小視窗門檻值時，使用小分析視窗並使用感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算活動密度(S111)。小視窗門檻值例如為0.2。由於該活動密度之計算方式與利用大分析視窗之計算方式相同，僅分析區間之數量不同，故於此不再贅述。

在得到以訊號最大值特徵計算出之活動密度之後，再一次比較活動密度與小視窗門檻值(S112)，當活動密度大於小視窗門檻值時，判定該目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定該目標區間所對應之時間為睡眠時間。

需注意者，本實施例利用代表連續兩個分析區間之關連之訊號峰對峰間距特徵來計算活動密度之後，再使用感測訊號之訊號最大值特徵來重新計算活動密度，如此可得到雙重確認之效果，並因而提升睡眠分析之精確度。當然，在其他實施例中，可省略步驟S109、S110或省略步驟S111、S112。

另外，在本實施例之睡眠分析方法之步驟S106及S110中，當活動密度不大於大視窗門檻值，且不大於小視窗門檻值時，睡眠分析方法更包含步驟S113：比對訊號最大值特徵與基礎門檻值，當訊號最大值特徵大於基礎門檻值時，則判斷為清醒時間，反之則判斷為睡眠時間。

之後，步驟S114係判斷是否有下一個分析區間之感測訊號，若有，則繼續步驟S105或S109，若無則可計算睡眠品質或各項睡眠指標(步驟S115)。

另外，圖7為本發明另一實施例之睡眠分析錶12'的示意圖，其與圖3之睡眠分析系統1之睡眠分析錶12之差別在於，睡眠分析系統1之睡眠分析錶12需額外的分析單元來進行感測訊號的分析，而睡眠分析錶12'可獨立完成感測訊號之分析。其中，睡眠分析錶12'之分析單元11、控制單元122、高通濾波器125類比數位轉換器126及記憶體127可包含在一處理模組內。

在睡眠分析錶12'中，多軸加速度感測器121感測使用者之動作而產生一感測訊號。處理模組係與多軸加速度感測器耦接，並接收感測訊號。計時單元係與處理模組耦接，並計時一時間。其中，處理模組係處理感測訊號而得到一平均活動密度，並比較平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理感測訊號以得知感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中大分析視窗對應至一較長時間，小分析視窗對應至一較短時間。由於睡眠分析錶12'之作動方式及其使用之睡眠分析方法已於上述實施例詳述，故於此不再贅述。

綜上所述，本發明藉由兩種不同大小的分析視窗來處理多軸加速度感測器感測一使用者之動作而產生之感測訊號。當平均活動密度大於一般門檻值時，代表使用者可能處於較大活動度之睡眠，在此狀況下，使用對應較長時間之大分析視窗來處理感測訊號，因為吾人發現若使用者處於較大活動度之睡眠，會持續一段較長時間，所以若使用對應較長時間之大分析視窗則能確認使用者是否處於清醒狀態。相反地，當平均活動度小於一般門檻值時，代表使用者可能處於較小活動度之睡眠(例如深度睡眠)，在此狀況下，使用對應較短時間之小分析視窗來處理感測訊號，因為吾人發現若使用者處於較小活動度之睡眠，其在一段較短時間皆會處於較小活動度，所以若使用對應較短時間之小分析視窗則能確認使用者是否處於睡眠狀態。藉此，本發明利用兩種不同大小的分析視窗可提升睡眠分析之精準度，進而反應使用者真實的睡眠品質供參考。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．睡眠分析系統

11．．．分析單元

12、12'．．．睡眠記錄錶

121．．．多軸加速度感測器

122．．．控制單元

123．．．計時單元

124．．．傳輸單元

125．．．高通濾波器

126．．．類比數位轉換器

127．．．記憶體

S01、S02．．．習知睡眠分析方法的步驟

S101～S115．．．本發明睡眠分析方法的步驟

圖1為一種習知睡眠分析裝置感測到之感測訊號；

圖2為一種習知睡眠分析方法的流程圖；

圖3為本發明較佳實施例之一種睡眠分析系統的方塊示意圖；

圖4為本發明較佳實施例之一種睡眠分析方法的流程圖；

圖5為本發明較佳實施例之一種感測訊號的示意圖；

圖6為本發明之大分析視窗的概念示意圖；以及

圖7為本發明另一實施例之睡眠分析錶的方塊示意圖。

S101～S115．．．本發明睡眠分析方法的步驟

Claims (12)

1. 一種睡眠分析方法，包含：藉由一多軸加速度感測器感測一使用者之動作而產生一感測訊號；處理該感測訊號而得到一平均活動密度；以及比較該平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理該感測訊號，以得知該感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中該大分析視窗對應至一較長時間，該小分析視窗對應至一較短時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠分析方法，其中該平均活動密度係使用該感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。
3. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠分析方法，其中該大分析視窗包含複數第一分析區間、該目標區間及複數第二分析區間，該目標區間位於該等第一分析區間與該等第二分析區間之間，該目標區間之一活動密度係使用該等第一分析區間與該等第二分析區間來計算。
4. 如申請專利範圍第3項所述之睡眠分析方法，其中該目標區間之該活動密度係使用該等第一分析區間與該等第二分析區間及該感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。
5. 如申請專利範圍第4項所述之睡眠分析方法，更包含：當該活動密度大於一大視窗門檻值時，使用該大分析視窗並使用該感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算該活動密度。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之睡眠分析方法，其中當該活動密度大於該大視窗門檻值時，判定該目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定該目標區間所對應之時間為睡眠時間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠分析方法，其中該小分析視窗包含複數第三分析區間、該目標區間及複數第四分析區間，該目標區間位於該等第三分析區間與該等第四分析區間之間，該目標區間之一活動密度係使用該等第三分析區間與該等第四分析區間來計算。
8. 如申請專利範圍第7項所述之睡眠分析方法，其中該目標區間之該活動密度係使用該等第三分析區間與該等第四分析區間及該感測訊號之一訊號峰對峰間距特徵來計算。
9. 如申請專利範圍第8項所述之睡眠分析方法，更包含：當該活動密度大於一小視窗門檻值時，使用該小分析視窗並使用該感測訊號之一訊號最大值特徵來重新計算該活動密度。
10. 如申請專利範圍第8項或第9項所述之睡眠分析方法，其中當該活動密度大於該小視窗門檻值時，判定該目標區間所對應之時間為清醒時間，反之則判定該目標區間所對應之時間為睡眠時間。
11. 一種睡眠分析錶，係配戴在一使用者身上而分析其睡眠狀態，包含：一多軸加速度感測器，感測該使用者之動作而產生一感測訊號；一處理模組，係與該多軸加速度感測器耦接，並接收該感測訊號；以及一計時單元，係與該處理模組耦接，並計時一時間，其中該處理模組係處理該感測訊號而得到一平均活動密度，並比較該平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理該感測訊號以得知該感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中該大分析視窗對應至一較長時間，該小分析視窗對應至一較短時間。
12. 一種睡眠分析系統，包含：一分析單元；以及一睡眠記錄錶，係配戴在一使用者身上，包含：一多軸加速度感測器，感測該使用者之動作而產生一感測訊號；一控制單元，係與該多軸加速度感測器耦接，並接收該感測訊號；一計時單元，係與該控制單元耦接，並計時一時間；及一傳輸單元，係傳送該時間及該感測訊號至該分析單元，其中該分析單元係處理該感測訊號而得到一平均活動密度，並比較該平均活動密度與一一般門檻值而決定使用一大分析視窗或一小分析視窗來處理該感測訊號以得知該感測訊號之至少一目標區間所對應之時間為清醒時間或睡眠時間，其中該大分析視窗對應至一較長時間，該小分析視窗對應至一較短時間。