TWI462728B - 依據歷史資料判斷睡眠階段之系統及其方法 - Google Patents

Description

依據歷史資料判斷睡眠階段之系統及其方法

一種判斷睡眠階段之系統及其方法，特別係指一種依據歷史資料判斷睡眠階段之系統及其方法。

睡眠和飲食一樣都是基本生理需求，每個人都需要睡眠。研究顯示，正常的成年人一天所需的睡眠時間為八小時。但是，在這繁忙的社會環境中，睡眠時間往往被迫大量地縮減。因此，如何在有限的睡眠時間中獲得最好的睡眠品質便成為重要的議題。

提高睡眠品質的常見方式例如在適合的時間把人叫醒，或是增加熟睡的時間等，這些提高睡眠品質的方式中，都是基於在特定的睡眠階段做適合的事情，例如，最適合叫醒人的時間是人在快速動眼期或淺睡期(第一期與第二期)的睡眠階段，而增加熟睡的時間便是增加人在熟睡期(第三期與第四期)之睡眠階段的時間。所以，判斷人在睡眠時之特定時間點的睡眠階段是提高睡眠品質的重要手段。

目前判斷睡眠狀態的方式大多是以腦電圖、心電圖、心跳、血壓、體溫、呼吸、移動等生理資料進行判斷，市面上常見之具有判斷睡眠階段之功能的設備，大多因為使用兩種以上之生理資料不易進行整合判斷，故通常僅使用其中一種生理資料判斷睡眠階段，因此，判斷的準確性不足，但若要精確判斷人在睡眠時之特定時間點的睡眠階段，則往往需要使用昂貴且操作複雜的大型設備來偵測其他更精細的生理資料。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在非大型設備有其軟硬體的限制，不易整合大量的生理資料，因而無法準確判斷睡眠階段的問題，因此有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在非大型設備不易將生理資料整合而無法準確判斷睡眠階段的問題，本發明遂揭露一種依據歷史資料判斷睡眠階段之系統及其方法，其中：本發明所揭露之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統，至少包含：資料收集模組，用以讀取受測者於睡眠時所測得之受測生理資料；資料讀取模組，用以依據受測生理資料之特徵讀取該受測者於先前睡眠時所測得之多個歷史生理資料，歷史生理資料係預先被儲存於儲存媒體中；特徵統計模組，用以依據被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之統計資料；睡眠階段判斷模組，用以統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間。

本發明所揭露之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，其步驟至少包括：提供受測者於先前睡眠時所測得之多個歷史生理資料；讀取受測者於睡眠當下所測得之受測生理資料；依據受測生理資料之特徵讀取歷史生理資料；依據被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之統計資料；依據統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明在依據所測得之受測生理資料的特徵讀取預先建立的歷史生理資料後，先依據被讀出之歷史生理資料的特徵計算相對應的統計資料，再依據統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間，藉以解決先前技術所存在的問題，並可以達成預測特定時間之睡眠階段的技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之特徵與實施方式，內容足以使任何熟習相關技藝者能夠輕易地充分理解本發明解決技術問題所應用的技術手段並據以實施，藉此實現本發明可達成的功效。

本發明可以在取得受測者於睡眠時所測得之生理資料後，根據受測者在先前睡眠時所測得的生理資料判斷受測者當次睡眠的睡眠階段。

本發明所提之生理資料為對個體進行特定測量後所得到的資料，例如，心跳數、呼吸數、體溫、血壓、肢體動作等，也可以如腦波圖、心電圖、聲音反射訊號、光反射訊號、血氧濃度、二氧化碳濃度、皮膚傳導性、眼球活動狀況、眼瞼活動狀況、身體末梢血管之體積/容積等，甚至可以是由上述各資料任意組成之集合，但並不以此為限。

以下先以「第1A圖」本發明所提之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統架構圖來說明本發明的系統運作。如「第1A圖」所示，本發明之系統含有感測器110、資料收集模組120、資料讀取模組130、特徵統計模組150、以及睡眠階段判斷模組160。

感測器110負責在受測者進行睡眠過程中測量受測者的生理資料。感測器110可以為侵入式或非侵入式的裝置，當感測器110為侵入式時，感測器110將全部或部分埋入受測者的體內；而當感測器110為非侵入式時，感測器110可能與受測者接觸，例如血壓計、溫度計、腦波測量裝置、心電圖測量裝置等裝置都可能與受測者接觸，感測器110也可能不需與受測者接觸，例如動作感測裝置、震動感測器等不需要與受測者接觸的裝置。

資料收集模組120負責以有線或無線之方式與感測器110連接，藉以讀取感測器110所測量到之生理資料。在本發明中，資料收集模組120所讀取之生理資料被稱為「受測生理資料」。

事實上，感測器110並不是本發明的必要元件，如「第1B圖」所示，感測器110以及儲存媒體140為本發明外部的元件，此時，感測器110在受測者睡眠過程中測量到受測者的生理資料後，感測器110會將測量到的生理資料儲存至儲存媒體140中。因此，在如「第1B圖」所示之系統架構下，資料收集模組120會以有線或無線之方式至儲存媒體140中讀取感測器110所測量到之受測生理資料，而不會直接取得感測器110所測量到的受測生理資料。

資料讀取模組130負責依據資料收集模組120所讀取之受測生理資料的至少一個特徵，至儲存媒體200中讀取歷史生理資料。資料讀取模組130所讀取之歷史生理資料為感測器110在受測者在先前之睡眠過程中進行測量所獲得的生理資料，在感測器110會將所獲得之歷史生理資料儲存至儲存媒體200中。

資料讀取模組130讀取歷史生理資料所使用之受測生理資料的特徵，如「第2圖」所示，可以是生理資料的振幅210、生理資料的週期220或頻率、生理資料的波形230、生理資料之波形與時間軸圍起的區域面積240等項目，或是上述各項目的任意組合，但本發明並不以此為限。

資料讀取模組130可以讀取所有的歷史生理資料，在資料讀取模組130讀取所有的歷史生理資料前，資料讀取模組130可以先由受測生理資料中取得一個或多個特徵，再調整各個歷史生理資料之相同特徵，使得受測生理資料與歷史生理資料中，被用來調整之歷史生理資料之特徵符合調整規則，例如，符合預定的比例，或是符合預定的差值等，但本發明並不以此為限。舉例而言，若資料讀取模組130所使用的特徵為振幅，則資料讀取模組130將會先調整各個歷史生理資料的振幅，使得各個歷史生理資料的振幅與受測生理資料的振幅之間都符合調整規則。其中，與被調整之特徵無關的特徵將不會有任何的變化，例如，歷史生理資料中，與振幅無關之特徵，例如週期，不會被改變。

資料讀取模組130也可以只讀出部分的歷史生理資料，此時，資料讀取模組130先由受測生理資料中取得一個或多個特徵，再篩選出相同特徵符合調整規則的歷史生理資料。舉例而言，若資料讀取模組130所使用之特徵為週期，則資料讀取模組130將篩選出受測生理資料之週期與歷史生理資料之週期符合調整規則的歷史生理資料，之後才讀取篩選出之歷史生理資料。

特徵統計模組150負責依據資料讀取模組130讀出之歷史生理資料的振幅、週期、區域面積等特徵，計算特徵的統計資料。在部分的實施例中，特徵統計模組150所計算出之統計資料為特徵的平均值或中位數等，但本發明並不以此為限。

睡眠階段判斷模組160負責依據特徵統計模組150所計算出之統計資料判斷受測者在當次睡眠之各睡眠階段的可能時間。在部分的實施例中，睡眠階段判斷模組160可以依據特徵統計模組150所計算出之統計資料定義預測波形，並依據所定義出之預測波形的特徵判斷各個睡眠階段的起始時間，如此，睡眠階段判斷模組160所判斷出之起始時間即為進入各個睡眠階段的可能時間。另外，睡眠階段判斷模組160也可以依據某一時間點與各個睡眠階段之起始時間的關係判斷在該時間點時可能的睡眠階段。其中，基準資料產生模組150產生基準生理資料之方式並不以上述為限。

接著以一個實施例來解說本發明的運作系統與方法，並請參照「第3圖」本發明所提之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法流程圖。

在本發明提供受測者使用之前，受測者需要先進行一個或多次睡眠，並由感測器110在受測者睡眠的過程中測量生理資料。在本實施例中，假設感測器110所測量的生理資料為腦波，但本發明並不以此為限。

感測器110可以將測量到之生理資料儲存至儲存媒體140中，如此，在受測者使用本發明時，被儲存在儲存媒體140中的生理資料便成為本發明所提之「歷史生理資料」，可以提供給本發明使用(步驟301)。

在本實施例中，感測器110可以包含在本發明之系統中，如「第1A圖」所示，如此，若受測者使用本發明進行睡眠階段的分析，則受測者需要進行睡眠，感測器110可以在受測者睡眠的過程中測量受測生理資料，此時，感測器110所測量之生理資料需與感測器110所測量之歷史生理訊號相同，也就是說，在本實施例中，感測器110同樣是測量受測者在睡眠中的腦波，如此，資料收集模組120所讀取之受測生理資料即為腦波資料(步驟310)。

另外，感測器110也可以不包含在本發明之系統中，如「第1B圖」所示，如此，受測者可以在進行睡眠階段的分析時，先由感測器110測量受測者在睡眠中的腦波，感測器110同樣可以將所測得之受測者在睡眠中的受測生理資料(也就是腦波資料)儲存到儲存媒體140中，如此，資料收集模組120便需要至本發明之系統外部的儲存媒體140中讀取腦波資料(步驟310)。

不論感測器110是否包含在本發明之系統中，在資料讀取模組130讀取受測者在睡眠過程中所測得的受測生理資料(步驟310)後，資料讀取模組130可以依據受測生理資料中的一個或多個特徵，至儲存媒體200中讀取多個常規生理資料(步驟350)。

在本實施例中，假設資料讀取模組130所使用之特徵為波形，調整規則為波形相似度符合預定值，則資料讀取模組130可以根據受測生理資料的波形以及歷史生理資料的波形計算波形相似度，而後再篩選並讀取波形相似度符合預定值的歷史生理訊號。

在實務上，資料讀取模組130也可以先調整各個歷史生理資料的波形，使得調整後之歷史生理資料的波形與受測生理資料之波形的相似度符合預定值，之後，資料讀取模組130便可以讀取波形經過調整的歷史生理資料。

在資料讀取模組130依據受測生理資料中的特徵，讀取歷史生理資料(步驟350)後，特徵統計模組150可以依據被資料讀取模組130所讀出之歷史生理資料的特徵計算與特徵對應的統計資料(步驟360)。在本實施例中，假設特徵統計模組150會由各個被讀出之歷史生理資料的波形與受測生理資料之波形的波形相似度中，計算所有波形相似度之中位數，並以波形相似度為中位數之歷史生理資料作為與波形對應的統計資料。事實上，特徵統計模組150也可以依據不同的特徵，例如振幅或週期，計算各個被讀出之歷史生理資料之波形在某一時間之振幅或週期的平均值，藉以作為與振幅或週期等特徵對應的統計資料。

在特徵統計模組150依據被讀出之歷史生理資料的特徵計算與特徵對應的統計資料(步驟360)後，睡眠階段判斷模組160可以依據特徵統計模組150計算產生之統計資料，判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段的可能時間(步驟370)。

在本實施例中，睡眠階段判斷模組160可以依據特徵統計模組150計算產生之統計資料定義預測波形，若統計資料是波形相似度為中位數之歷史生理資料，則睡眠階段判斷模組160所定義之預測波形即為該歷史生理資料之波形，而若統計資料為各個歷史生理資料之波形中在某一個特定時間時的振幅或週期的平均值所形成的時間序列資料，則睡眠階段判斷模組160所定義之預測波形即為該時間序列資料所形成的波形。

在睡眠階段判斷模組160定義出預測波形後，睡眠階段判斷模組160便可以依據預測波形的區域面積等特徵，判斷預測波形中的各個睡眠階段，以及各個睡眠階段的起始時間，這些起始時間即為受測者於當次睡眠之各睡眠階段的可能時間。如此，本發明便可以判斷出受測者當次睡眠的各個睡眠階段。

為了能夠在受測者受到外界干擾或是任何情況導致睡眠階段無法按照正常的順序變化時，同樣能夠正確的判斷受測者的在睡眠時的睡眠階段，則在上述實施例中，在睡眠階段判斷模組160依據統計資料，判斷出受測者於當次睡眠之各睡眠階段的可能時間(步驟370)後，睡眠階段判斷模組160可以判斷是否需要結束判斷受測者於當次睡眠的睡眠階段(步驟390)，若是，例如資料收集模組120已經無法在由感測器110讀取到受測生理資料，則睡眠階段判斷模組160可以結束睡眠階段的判斷，若否，則睡眠階段判斷模組160可以不執行判斷睡眠階段以外的功能，使得資料收集模組120持續讀取受測生理資料(步驟310)，資料讀取模組130持續依據受測生理資料中的特徵讀取歷史生理資料(步驟350)，特徵統計模組150持續依據被讀出之歷史生理資料的特徵計算與特徵對應的統計資料(步驟360)，藉以讓睡眠階段判斷模組160持續判斷睡眠階段(步驟390)。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於具有依據所測得之受測生理資料的特徵讀取預先建立的歷史生理資料後，先依據被讀出之歷史生理資料的特徵計算相對應的統計資料，再依據統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段的可能時間之技術手段，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在非大型設備不易將生理資料整合而無法準確判斷睡眠階段的問題，進而達成預測特定時間之睡眠階段的技術功效。

再者，本發明之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，可實現於硬體、軟體或硬體與軟體之組合中，亦可在電腦系統中以集中方式實現或以不同元件散佈於若干互連之電腦系統的分散方式實現。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，對本發明之實施的形式上及細節上作些許之更動潤飾，均屬於本發明之專利保護範圍。本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。

110．．．感測器

120．．．資料收集模組

130．．．資料讀取模組

140．．．儲存媒體

150．．．特徵統計模組

160．．．睡眠階段判斷模組

210．．．振幅

220．．．週期

230．．．波形

240．．．區域面積

步驟301　提供受測者於先前睡眠時所測得之歷史生理資料

步驟310　讀取受測者於睡眠當下所測得之受測生理資料

步驟350　依據受測生理資料之特徵讀取歷史生理資料

步驟360　依據被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之統計資料

步驟370　依據統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間

步驟390　判斷是否結束預測睡眠階段

第1A圖為本發明所提之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統架構圖。

第1B圖為本發明所提之另一種依據歷史資料判斷睡眠階段之系統架構圖。

第2圖為本發明實施例所提之波形示意圖。

第3圖為本發明所提之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法流程圖。

步驟301　提供受測者於先前睡眠時所測得之歷史生理資料

步驟310　讀取受測者於睡眠當下所測得之受測生理資料

步驟350　依據受測生理資料之特徵讀取歷史生理資料

步驟360　依據被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之統計資料

步驟370　依據統計資料判斷受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間

步驟390　判斷是否結束預測睡眠階段

Claims (8)

1. 一種依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，該方法至少包含下列步驟：提供一受測者於先前睡眠時所測得之多個歷史生理資料；讀取該受測者於睡眠當下所測得之一受測生理資料；依據該受測生理資料之至少一特徵讀取至少一該歷史生理資料，使每一該歷史生理資料中與該受測生理資料之各該特徵對應之各特徵均符合一調整規則；依據該些被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之一統計資料；及依據該統計資料定義一預測波形，並使用該預測波形判斷該受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，其中該依據該受測生理資料之該特徵讀取至少一該歷史生理資料之步驟是依據該受測生理資料之該特徵分別調整各該歷史生理資料，使該歷史生理資料之該特徵與該受測生理資料之該特徵符合該調整規則後，讀取各該歷史生理資料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，其中該依據該受測生理資料之該特徵讀取至少一該歷史生理資料之步驟是讀取該特徵與該受測生理資料之該特徵符合該調整規則之至少一該歷史生理資料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之方法，其中該方法更包含持續讀取該受測生理資料，及持續 依據該受測生理資料讀取至少一該歷史生理資料，並持續依據該些被讀出之歷史生理資料之特徵重新計算該受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間之步驟。
5. 一種依據歷史資料判斷睡眠階段之系統，該系統至少包含：一資料收集模組，用以讀取一受測者於睡眠時所測得之一受測生理資料；一資料讀取模組，用以依據該受測生理資料之至少一特徵讀取該受測者於先前睡眠時所測得之多個歷史生理資料，該些歷史生理資料係預先被儲存於一儲存媒體中，且每一該歷史生理資料中與該受測生理資料之各該特徵對應之各特徵均符合一調整規則；一特徵統計模組，用以依據該些被讀出之歷史生理資料之特徵計算相對應之一統計資料；及一睡眠階段判斷模組，用以依據該統計資料定義一預測波形，並使用該預測波形判斷該受測者於當次睡眠之各睡眠階段之可能時間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統，其中該資料讀取模組是依據該受測生理資料之該特徵分別調整各該歷史生理資料之該特徵，使各該歷史生理資料之該特徵符合該調整規則後，讀取各該歷史生理資料。
7. 如申請專利範圍第5項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統，其中該資料讀取模組是篩選各該歷史生理資料之該特徵與該受測生理資料之該特徵符合該調整規則者，並讀出篩選出之該些歷史生理資料。
8. 如申請專利範圍第5項所述之依據歷史資料判斷睡眠階段之系統，其中該特徵至少包含該歷史生理資料/該受測生理資料之振幅、頻率、波形及/或波形與時間軸圍起之區域面積所組成之集合。