TWI467352B - Intelligent comfort sleep system - Google Patents

Description

智慧型舒適睡眠系統

本發明係有關於一種智慧型舒適睡眠系統，尤其是一種可抑制打鼾裝置與防止胃食道逆流裝置，具有不侵入式特性且不影響睡眠品質之智慧型舒適睡眠系統。

現在的人們過於忙碌、開夜車等原因，而導致回到家不能好好舒適的休息，反之剩下能睡覺的時間相當寶貴，但在睡眠中卻被吵醒或睡不著等，容易造成白天精神不濟，久而久之會使身體產生許多的後遺症。

「睡眠佔了人生的三分之一」，可以說睡眠的好壞是生活質量一半的基礎；研發此系統的目的即為了提供更好的睡眠品質，因此市場涵蓋了有打鼾症狀的群眾以及胃食道逆流的患者。

肥胖打鼾難入眠打鼾求診人數大增，根據英格蘭地區醫院公元2008年的統計，去年因打鼾導致睡眠問題入院的民眾，達一萬五千六百九十一人，比起公元2000年的九千四百七十六人增加許多；值得注意的是，求診的病人當中也有兒童。而在台灣約有1.7~4.3%比例的人口(兩千三百萬人口中佔了40萬到100萬人)有打鼾合併睡眠呼吸症狀，至今已診斷並得到適當治療的人數，估計不超過五千人。

引發打鼾的原因有很多種，其鼻部、咽部有問題的患者或是 先天性解剖畸形，例如下頜骨發育畸形(如小頜畸形)，下頜骨後縮等。白天清醒時呼吸氣道正常，睡眠時呼吸氣道周圍肌肉張力減低，加之仰臥時舌根後墜，造成氣道狹窄而出現打鼾。另外包含了肥胖、中年男性、內分泌疾病、肢端肥大、飲酒及服用鎮靜安眠藥、吸煙、鼻塞或患有全身性疾病的也容易有打鼾症狀發生，因此本項產品市場相當寬廣非常實用(請參照陳濘宏，阻塞性睡眠呼吸中止症候群，台灣醫學9卷3期，May，2005以及陳濘宏，打鼾與睡眠呼吸暫停症群http：//www.cgmh.com.tw/intr/intr2/c313a/snoring_disturbance_sleep.htm)。

胃食道逆流影響睡眠，預防勝於治療消化道潰瘍包括胃潰瘍、十二指腸潰瘍，目前盛行率約15%，但在幽門螺旋桿菌被發現與此類疾病相關，並施以滅菌等治療後，消化道潰瘍比例近年已慢慢降低中，但反觀因喝太多咖啡、吃完消夜就立刻睡覺、肥胖、愛吃甜食等不良生活與飲食習慣，使得屬於文明病之一的胃食道逆流人口愈來愈多，目前盛行率約14%，與10年前相比增加了1倍，且罹患人數也是10年前的6到7倍，而此數字正慢慢上升中。正因此類症狀在全世界人口中的比例日漸上升，不論國內外有相關問題的民眾更需要本系統來達到舒適的睡眠品質。使用者可藉由本裝置阻止以上症狀發生，預防勝於治療，也減少藥物對身體的負擔與去醫院看診的麻煩(請參照譚慶鼎，鼾聲如雷，傷的是誰？談打鼾與阻塞型睡眠呼吸中止症候群http：//w3.mc.ntu.edu.tw/department/ent/tan/tan93-1.doc)。

在睡眠時，打鼾的行為由外部所能觀測到的變化有聲音、鼻部氣體的流動以及喉嚨的震動等等，因此大部分的鼾聲監測裝置以及擷取也都由以上這三部分著手。1995年Alfaro等學者使用麥克風收音的方式針對鼾聲所造成的聲音進行量測，將麥克風放在離試驗者口部30cm處，發現鼾聲主要的集中的頻帶在100Hz左右。而Smithson等學者，在離試驗者90cm處量測打鼾者與一般人整夜的呼吸聲大小比較，可以得到打鼾者其房間之音量累積dB值遠大於一般睡眠者。且一般而言鼾聲其分布頻帶大約在100Hz左右。

因此，需要設計一種「智慧型舒適睡眠系統」來解決睡眠的問題。

本發明之一目的係提供一種智慧型舒適睡眠系統，其可抑制打鼾與防止胃食道逆流。

本發明之一目的係提供一種智慧型舒適睡眠系統，其具有不侵入式特性且不影響睡眠品質，人性化介面設計簡單好用並搭配溫控裝置來打造居家優質舒適生活。

本發明之一目的係提供一種智慧型舒適睡眠系統，其可控制睡眠時環境之溫濕度。

本發明之一目的係提供一種智慧型舒適睡眠系統，其包括：一音頻接收裝置，用以接收睡眠人睡覺時所發出的鼾聲；一帶通濾波器，耦接至該音頻接收裝置，將該鼾聲執行帶通濾波後，以取得所需一特定頻帶之音頻訊號；一類比至數位轉換器，耦接至 該帶通濾波器，將該音頻訊號執行類比至數位轉換；一微控制器，耦接至該類比至數位轉換器，內部具有一程式，用以判斷該音頻訊號是否大於一閥值；一繼電器，耦接至該微控制器；一幫浦，耦接至該繼電器；以及一充氣袋，耦接至該幫浦，係置於睡眠人之一側或穿在該睡眠人身上；當該程式判斷該音頻訊號是大於該閥值時，該微控制器即使該繼電器導通，並啟動該幫浦對該充氣袋充氣，以使該睡眠人翻身，以改善睡眠品質。

為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

10‧‧‧音頻接收裝置

15‧‧‧前置放大器

20‧‧‧帶通濾波器

21‧‧‧二階巴特沃斯高通濾波器

22‧‧‧二階巴特沃斯低通濾波器

30‧‧‧類比至數位轉換器

40‧‧‧微控制器

50‧‧‧繼電器

60‧‧‧幫浦

70‧‧‧充氣袋

80‧‧‧驅動電路

90‧‧‧步進馬達

100‧‧‧溫濕度偵測器

110‧‧‧第二前置放大器

120‧‧‧第二繼電器

130‧‧‧風扇

140‧‧‧第三繼電器

150‧‧‧除濕機

圖1為一示意圖，其繪示本案一較佳實施例之智慧型舒適睡眠系統之方塊示意圖。

圖2為一示意圖，其繪示本案一較佳實施例之帶通濾波器之細部方塊示意圖。

請參照一併圖1及圖2，其中圖1繪示本案一較佳實施例之智慧型舒適睡眠系統之方塊示意圖；圖2繪示本案一較佳實施例之帶通濾波器之細部方塊示意圖。

如圖所示，本發明一較佳實施例之智慧型舒適睡眠系統，其包括：一音頻接收裝置10；一帶通濾波器20；一類比至數位轉換器30；一微控制器40；一繼電器50；一幫浦60；以及一充氣袋70所組合而成者。

其中，該音頻接收裝置10係用以接收睡眠人睡覺時所發出的 鼾聲，該音頻接收裝置10例如但不限於為高靈敏度電容式或振動型麥克風，且較佳係置於離該睡眠人之口部30cm處。麥克風一般可分為兩種，一種為電容式麥克風，另一種則是振動型麥克風。使用電容式麥克風感測，其對於環境雜訊(Ambient Noise)的感測較為敏感。振動型麥克風是由接觸方式來感測呼吸聲所產生的體表震動能量，因此環境雜訊的干擾比較少，不過必須接觸到受測者，其價格也較為昂貴，且會有共振頻率的問題產生，造成量測上的失真。因此在本實施例中係利用電容式麥克風，來做為系統肺音訊號的收集之用，以降低成本。

該帶通濾波器20係耦接至該音頻接收裝置10，可將該鼾聲執行帶通濾波後，以取得所需一特定頻帶之音頻訊號。如圖2所示，該帶通濾波器20進一步包括：一二階巴特沃斯(Butter worth)高通濾波器21以及一二階巴特沃斯(Butter worth)低通濾波器22，其中，該二階巴特沃斯高通濾波器21之低頻截止頻率f_L例如但不限於約20HZ；該巴特沃斯低通濾波器22之高通截止頻率f_H例如但不限於約120HZ，藉以取出100HZ之鼾聲訊號，其滾降率例如但不限於約40dB/decade。

該類比至數位轉換器30係耦接至該帶通濾波器20，可將該音頻訊號執行類比至數位轉換。在本實施例中，該類比至數位轉換器30係採用平均值檢波式AD-DC轉換器，其可用來判斷低頻交流訊號水準並可快速將打鼾聲所產生交流訊號轉換成直流電壓，讓該微控制器40能夠快速判斷是否定打鼾鼻。經由該類比至數位轉換器30判定該打鼾者所產生DC值超過一閥值(threshold value)和有效時間並在單位時間重複六次以上是為已經在打鼾，可避免 其誤動作如翻棉被等所產生之低頻干擾。

該微控制器40係耦接至該類比至數位轉換器30，其內部具有一程式(圖未示)，用以判斷該音頻訊號是否大於該閥值。經由該程式判定該打鼾者所產生之DC值超過閥值和有效時間並在單位時間重複六次以上時即判定為已經在打鼾，可避免其誤動作如翻棉被等所產生之低頻干擾。在本案中，影響準確率最大的因素就是閥值的決定。如果閥值取得過大會造成鼾聲間距時間，變得太短而無法被準確地辨識出來。若閥值取得太低，則會產生有太多雜訊的問題，因此本案的閥值會以週遭固定的最大雜訊為其臨界值的標準。

該繼電器50係耦接至該微控制器40，其例如但不限於為一固態繼電器。

該幫浦60係耦接至該繼電器50，其例如但不限於為一電子幫浦。

該充氣袋70係耦接至該幫浦60，其例如但不限於為一充氣背心，可穿在睡眠人身上或置於睡眠人之一側，例如但不限於為背部側，其可接受該幫浦60之充氣而鼓起，以使該睡眠人翻身，以改善睡眠品質。

此外，本案之智慧型舒適睡眠系統進一步具有一前置放大器15，其例如但不限於為LM386，係置於該音頻接收裝置10及該帶通濾波器20之間，用以執行電壓放大。

本案透過該帶通濾波器20中之二階巴特沃斯高通濾波器21及二階巴特沃斯低通濾波器22可以有效通過打鼾聲並有效阻擋其不 同頻率之干擾。當使用者進入睡眠狀態，該高靈敏度麥克風10偵測到鼾聲，經由ADC轉換後，若該微控制器40中之程式判定睡眠者所產生DC值超過閥值和有效時間(亦即單位時間內重複六次以上)，排除因環境噪音產生的誤動作，即啟動該幫浦60，在打鼾狀態下自動充氣睡眠者背部的充氣包70，使其有翻身動作。若打鼾狀態消失，經該微控制器40中之程式判斷後停止該幫浦60充氣，而背部充氣包70的氣體也會因睡眠者的體重慢慢排除，不干擾使用者睡眠。若恢復打鼾狀態則上述系統將重新啟動以抑制打鼾。

此外，本案之智慧型舒適睡眠系統進一步具有：一驅動電路80及一步進馬達90。其中，該驅動電路80係耦接至該微控制器40，可用以驅動該步進馬達90。該步進馬達90係耦接至該驅動電路80，可接受該驅動電路80的驅動，以每分鐘上升2公分的速度提升枕頭高度至20公分，以改變頭部高度，讓食道不形成逆流角度達到抑制胃食道逆流的效果。其中，該步進馬達90例如但不限於為兩相步進馬達，其具有基本步級角1.8度和0.9度，利用兩相激磁，每次令兩個線圈通電，步級角等於基本步級角，轉矩大、震動小，是目前使用最多的激磁方式。

此外，本案之智慧型舒適睡眠系統進一步具有：一溫濕度偵測器100、一第二前置放大器110、一第二繼電器120以及一風扇130。其中，該溫濕度偵測器100係用以偵測環境之溫濕度，其例如但不限於為一SHT-15系列溫濕度偵測器，是一款高度集成的溫濕度感測器晶片，提供全方位的數位輸出；該第二前置放大器110係耦接至該溫濕度偵測器110，用以執行電壓放大；該第二繼 電器120係耦接至該微控制器40，其例如但不限於為一固態繼電器；該風扇130耦接至該第二繼電器120。俾當溫度高於預設值時，該微控制器40即使該第二繼電器120導通，並啟動該風扇130，以降低溫度，若溫度持續上升超過至設定最大範圍，則加速該風扇130轉速。當溫度下降時，透過該第二繼電器120降低該風扇130轉速。若溫度持續下降至設定值，則停止該風扇130轉動。

此外，本案之智慧型舒適睡眠系統進一步具有：一第三繼電器140以及一除濕機150。其中，該第三繼電器140係耦接至該微控制器40，其例如但不限於為一固態繼電器；該除濕機150耦接至該第三繼電器140。俾當溼度高於使用者設定範圍則透過該第三繼電器140啟動該除濕機150，除濕一段時間後，當溼度降回設定值以下則將該除濕機150停止運轉，如此可控制溼度又能節省電源，節能減碳。

綜上所述，本發明之智慧型舒適睡眠系統與習知技術比較，其具有1、可抑制打鼾與防止胃食道逆流；2、具有不侵入式特性且不影響睡眠品質，人性化介面設計簡單好用並搭配溫控裝置來打造居家優質舒適生活；3、可控制睡眠時環境之溫濕度等優點。因此，本案之智慧型舒適睡眠系統確實較習知技術具有進步性之優點。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異 於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

10‧‧‧音頻接收裝置

15‧‧‧前置放大器

20‧‧‧帶通濾波器

21‧‧‧二階巴特沃斯高通濾波器

22‧‧‧二階巴特沃斯低通濾波器

30‧‧‧類比至數位轉換器

40‧‧‧微控制器

50‧‧‧繼電器

60‧‧‧幫浦

70‧‧‧充氣袋

80‧‧‧驅動電路

90‧‧‧步進馬達

100‧‧‧溫濕度偵測器

110‧‧‧第二前置放大器

120‧‧‧第二繼電器

130‧‧‧風扇

140‧‧‧第三繼電器

150‧‧‧除濕機

Claims (8)

1. 一種智慧型舒適睡眠系統，其包括：一音頻接收裝置，用以接收睡眠人睡覺時所發出的鼾聲；一帶通濾波器，耦接至該音頻接收裝置，將該鼾聲執行帶通濾波後，以取得所需一特定頻帶之音頻訊號；一類比至數位轉換器，耦接至該帶通濾波器，將該音頻訊號執行類比至數位轉換；一微控制器，耦接至該類比至數位轉換器，其內部具有一程式，用以判斷該音頻訊號是否大於一閥值；一繼電器，耦接至該微控制器；一幫浦，耦接至該繼電器；以及一充氣袋，耦接至該幫浦，係置於睡眠人之一側或穿在該睡眠人身上；當該程式判斷該音頻訊號是大於該閥值時，該微控制器即使該繼電器導通，並啟動該幫浦對該充氣袋充氣，以使該睡眠人翻身，以改善睡眠品質。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其中該音頻接收裝置為一電容式麥克風或振動式麥克風。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其中該帶通濾波器進一步包括：一二階巴特沃斯高通濾波器，其低頻截止頻率fL為20HZ；以及 一二階巴特沃斯低通濾波器，耦接至該二階巴特沃斯高通濾波器，其高通截止頻率fH約120HZ，其滾降率為40dB/decade。
4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其中該類比至數位轉換器係採用平均值檢波式AC-DC轉換器，該繼電器為固態繼電器，該幫浦為電子幫浦。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其進一步具有一前置放大器，係置於該音頻接收裝置及該帶通濾波器之間，用以執行電壓放大。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其進一步具有：一驅動電路，耦接至該微控制器；以及一步進馬達，耦接至該驅動電路，可接受該驅動電路的驅動，以每分鐘上升2公分的速度抬高枕頭，以達到抑制胃食道逆流之目的。
7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型舒適睡眠系統，其進一步具有：一溫濕度偵測器，用以偵測環境之溫濕度；一第二前置放大器，耦接至該溫濕度偵測器，用以執行電壓放大；一第二繼電器，耦接至該微控制器；以及一風扇，耦接至該第二繼電器；俾當溫度高於預設值時，該微控制器即使該第二繼電器導通，並啟動該風扇，以降低溫度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之智慧型舒適睡眠系統，其進一步具有： 一第三繼電器，耦接至該微控制器；以及一除濕機，耦接至該第三繼電器；俾當濕度高於預設值時，該微控制器即使該第三繼電器導通，並啟動該除濕機，以降低濕度。