TWI648029B - Sleep quality monitoring system - Google Patents

Abstract

一種睡眠品質監測系統包含一生理測量裝置及一資料處理裝置。該生理測量裝置量測並記錄相關於一人體在睡眠期間的體溫，且輸出一相關於該人體的體溫隨時間變化的體溫資料。該資料處理裝置信號連接該生理測量裝置，該資料處理裝置接收該體溫資料，且根據該體溫資料分析並輸出一睡眠狀態，且至少根據該睡眠狀態判斷該人體的一睡眠效果。本發明能在該人體睡眠時進行體溫的量測與記錄，且能依據所記錄的體溫自動分析出該人體睡眠的效果與品質，具有低人因與低成本的優勢。

Description

睡眠品質監測系統

本發明是有關於一種監測系統，特別是指一種能長時間記錄人體睡眠狀態的睡眠品質監測系統。

一般來說，要分析一人體的睡眠狀態通常是使用一腦電圖（Electroencephalography, EEG）描記儀於該人體睡眠時記錄並透過該腦電圖描記儀輸出的腦電圖資料識別出該人體睡眠時的非快速動眼期（Non-Rapid Eye Movement, NREM）及快速動眼期（Rapid Eye Movement, REM）。但由於該腦電圖描記儀屬專業醫療儀器，需要由專業人員操作並判讀數據才能發揮功能，再者，該腦電圖描記儀要價不菲，僅大型醫療機構能夠負擔與購置。

因此，現有一種如TW證書號I405559專利案所揭示的睡眠輔助裝置，該睡眠輔助裝置除了能隨身攜帶之外，還供使用者每日記錄睡眠前與睡眠後的生理資訊及自我評量，並依據所記錄的資訊自動輸出建議，以幫助使用者改善睡眠。

然而，該睡眠輔助裝置雖便於攜帶，卻無法實際量測使用者在睡眠期間的生理資訊，所以也無法針對使用者在睡眠期間的各種狀態進行辨識及分析，只能藉由使用者在睡眠前後的生理記錄與自行填答的問卷式評量判斷使用者的睡眠品質，造成該睡眠輔助裝置的資訊可靠度與客觀性皆不盡理想。

因此，本發明的目的，即在提供一種能在人體睡眠期間進行生理資訊的量測與記錄，並能依據所記錄的生理資訊自動分析出睡眠品質且成本較低的睡眠品質監測系統。

於是，本發明睡眠品質監測系統包含一生理測量裝置及一資料處理裝置。

該生理測量裝置量測並記錄相關於一人體在睡眠期間的體溫，且輸出一相關於該人體的體溫隨時間變化的體溫資料。

該資料處理裝置信號連接該生理測量裝置，該資料處理裝置接收該體溫資料，且根據該體溫資料分析並輸出一睡眠狀態，且至少根據該睡眠狀態判斷該人體的一睡眠效果。

本發明的功效在於：藉由該生理測量裝置實際量測並記錄該人體在睡眠期間的生理資訊，可以完全排除人因造成的不客觀因素與可靠度問題。此外，該資料處理裝置僅利用該人體的體溫資料就能進行睡眠品質的相關分析，可以達到降低成本的功效。

在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本發明睡眠品質監測系統的一第一實施例，該睡眠品質監測系統包含一生理測量裝置1、一資料處理裝置2、一資訊顯示裝置3及一環境監測裝置4。

該生理測量裝置1量測並記錄相關於一人體在睡眠期間的體溫，且輸出一相關於該人體的體溫隨時間變化的體溫資料。該生理測量裝置1包括一量測該人體的體溫的測溫單元11、一與該測溫單元11電連接的儲存單元12、一與該儲存單元12電連接的介面單元13，及一提供該測溫單元11、該儲存單元12與該介面單元13電力的電池單元14。

該測溫單元11根據所量測的體溫輸出該體溫資料供該儲存單元12儲存，該儲存單元12輸出該體溫資料並經該介面單元13輸出。在本實施例中，該介面單元13實質上是一通用序列匯流排（USB）介面，但並不限於此，該介面單元也可以是一無線傳輸介面，如藍牙（Bluetooth）、無線區域網路（Wi-Fi）或行動通訊網路等。

在本實施例中，該生理測量裝置1能附著於該人體，且該測溫單元11使用接觸方式量測體溫，但不以此為限。此外，該生理測量裝置1實質上是一直徑大小類似於一硬幣的貼片，可貼附於該人體的測溫點，如腋下等位置。使用該貼片測量體溫的好處在於：該貼片是以接觸的方式量測，所以不易受到環境干擾，能精準地測得該人體的體溫。本實施例使用的貼片在90秒的反應時間內，測溫精確度可達±0.05℃。

該資料處理裝置2信號連接該生理測量裝置1的介面單元13，該資料處理裝置2接收該體溫資料。該資料處理裝置2包括一與該生理測量裝置1的介面單元13互相對應的傳輸介面單元21、一與該傳輸介面單元21信號連接的資料儲存單元22，及一與該資料儲存單元22信號連接的資料分析單元23。在本實施例中，該資料處理裝置2實質上是一手持式的電子裝置，但不以此為限，該資料處理裝置2也可以是一具有雲端運算功能的伺服器設備。

該傳輸介面單元21由該介面單元13接收該體溫資料並輸出一相關於該體溫資料的暫存資料，該資料儲存單元22接收並儲存該暫存資料且輸出一相關於該暫存資料的待析資料，該資料分析單元23接收並分析該待析資料且至少輸出一睡眠效果。可以理解的是，該傳輸介面單元21是與該生理測量裝置1的介面單元13互相對應的資料傳輸介面，因此在本實施例中，該傳輸介面單元21實質上同樣是一通用序列匯流排介面，但不以此為限，該傳輸介面單元21也可以是如藍牙、無線區域網路或行動通訊網路等的無線傳輸介面。

參閱圖1與圖3，為本發明睡眠品質監測系統在第一量測日於該人體睡眠結束後由該生理測量裝置1輸出至該資料處理裝置2的體溫資料。

該資料處理裝置2的資料分析單元23根據該待析資料分析出一就寢時間T1及一入眠時間T2，且根據該就寢時間T1及該入眠時間T2運算出一入眠時距T3。該就寢時間T1為該生理測量裝置1的測溫單元11開始記錄該人體的體溫的時間，該入眠時間T2為該人體的體溫隨時間變化的曲線中第一次出現鞍點（saddle point）的時間，該入眠時距T3為該就寢時間T1與該入眠時間T2之間所間隔的時間長度。

該資料分析單元23根據該入眠時距T3分析出該睡眠效果，若該入眠時距T3不小於一第一判別時距，該資料分析單元23判定該睡眠效果為不佳；若該入眠時距T3不大於一第二判別時距，該資料分析單元23判定該睡眠效果為佳；若該入眠時距T3介於該第二判別時距與該第一判別時距之間，該資料分析單元23判定該睡眠效果為正常，該第一判別時距大於該第二判別時距。在本實施例中，該第一判別時距為30分鐘，該第二判別時距為15分鐘，但不限於此。

要說明的是，本實施例的該睡眠效果雖然依據該入眠時距T3而被區分為「正常」、「佳」、「不佳」三個等級，但在實際應用上並不限於此，該睡眠效果可以是以數個量級，如十級分等的方式呈現，也可以是以圖示，如笑臉、哭臉等不同圖片來呈現。

該資料分析單元23根據該待析資料還分析出一就寢體溫TP、一醒覺時間T4及一總睡眠時距T5。該就寢體溫TP為該人體在該就寢時間T1的體溫，該醒覺時間T4為該人體的體溫回升至該就寢體溫TP且未再低於該就寢體溫TP的時間，該總睡眠時距T5為該就寢時間T1與該醒覺時間T4之間所間隔的時間長度。

該資料分析單元23根據該待析資料還分析出一睡眠狀態報告，並根據該睡眠狀態報告的該人體在睡眠期間由深眠到淺眠及由淺眠到深眠的變動次數與該總睡眠時距T5的比值運算出一睡眠品質度。在本實施例中，該睡眠狀態報告提供該人體在睡眠期間由深眠到淺眠及由淺眠到深眠的變動次數，與該人體在睡眠期間翻身的次數，但並不限於此。

要說明的是，本實施例的該睡眠品質度雖然是以比值的方式呈現，但在實際應用上並不限於此，該睡眠品質度也可以是以正規化後（normalized）的數個量級，如十級分等的方式呈現。

該資訊顯示裝置3與該資料處理裝置2的資料分析單元23信號連接，且由該資料分析單元23接收該就寢時間T1、該入眠時間T2、該入眠時距T3、該睡眠效果、該就寢體溫TP、該醒覺時間T4、該總睡眠時距T5、該睡眠狀態報告及該睡眠品質度，並進行顯示，以供使用者充分了解自己的睡眠狀態與品質。在較精簡的實施版本中，該資料分析單元23也可以僅輸出該睡眠效果供該資訊顯示裝置3顯示，以減少資料傳輸量及降低設計成本。

在本實施例中，該資訊顯示裝置3實質上是一與該資料處理裝置2的資料分析單元23電連接的小型液晶顯示器（LCD），但不限於此，該資訊顯示裝置3也可以是一具有顯示功能且透過無線傳輸與該資料處理裝置2信號連接的電子裝置。

本發明睡眠品質監測系統利用量測該人體在睡眠期間的體溫來進行該人體睡眠品質的相關分析，原理如下：

一般人在正常狀態下的體溫會隨著日出、日落等外在因素與褪黑激素等內在因素而有規律的變化。舉例來說，該人體在白天活動期間的平均體溫，在正常情況下會比夜晚休眠期間的平均體溫來得高，因此該人體在夜晚時，除了褪黑激素的分泌會增加以外，體溫通常維持在相對低溫。

此外，由於腦電波、心跳、血壓等生理信號常因外在環境變化或內在生理、心理的壓力，而在短時間內產生相對較為劇烈的變動，故此類生理量測數據通常必須輔以專業人員，再配合使用者的日常生理記錄進行人工的判定與解讀，才具有一定程度的參考效力。但因為人類是恆溫動物，所以該人體的體溫相較於其他如腦電波、心跳、血壓等的生理信號，具有相對緩慢且規律的變動週期，適合作為長期觀察與自動化分析的指標。

根據1953年以來的研究結果，在該人體的一個完整的睡眠週期中，非快速動眼期與快速動眼期會不斷交替地出現。當就寢後隨著睡眠程度由淺入深，首先進入的是非快速動眼期，隨後從非快速動眼期進入快速動眼期，接著再從快速動眼期回到非快速動眼期，該人體的整個睡眠期間就會在如此循環交替的週期中度過。

另外，根據Gillberg等人在1982年發表的研究結果指出：該人體在就寢後體溫會開始下降，在醒覺時體溫則會上升； （原始資料：M. Gillberg and T. Akerstedt, “Body temperature and sleep at different times of day,” Sleep, 5, pp. 378-388, 1982）

又有Murphy等人在1997年的研究發現：該人體的體溫下降的最大比率會發生在入眠前的一段時間內。 （原始資料：P.J. Murphy and S.S. Campbell, “Nighttime drop in body temperature: a physiological trigger for sleep onset?” Sleep, 20, pp. 505-511, 1997）

再者，經由發明人長時間且大量數據的觀察結果，當該人體的睡眠進入快速動眼期時，相較於非快速動眼期，該人體的體溫反而會升高，且呼吸也會變得快而不規律。因此，參閱圖2，綜合以上論述，最後可以得出以下結論：該人體在睡眠期間體溫隨時間變化的曲線中第一次出現鞍點的時間就是該人體真正首次入眠的時刻，也就是該入眠時間T2。

參閱圖1與圖3，以實際量測的體溫資料作為說明，曲線91顯示出該人體在第一量測日睡眠時的體溫隨時間變化的情形。

該資料處理裝置2自動根據此第一量測日的體溫資料分析出該就寢時間T1為第2分鐘，該就寢體溫TP為36.38℃，該入眠時間T2為第74分鐘，故該入眠時距T3為72分鐘。由於該入眠時距T3大於30分鐘，所以該睡眠效果被判定為不佳。該醒覺時間T4為第331分鐘，故該總睡眠時距T5為329分鐘，約為5.5小時。該體溫資料終止於使用者將該生理測量裝置1自該人體移除時，如圖3所示，曲線91所記錄的總時間長度為358分鐘。

該資料處理裝置2還自動根據此第一量測日的體溫資料分析出該睡眠狀態報告，該睡眠狀態報告指出：該人體在睡眠期間由深眠到淺眠及由淺眠到深眠的變動次數是八次，該人體在睡眠期間翻身的次數是一次，因此，該睡眠品質度為8/329=24.3‰。

參閱圖1與圖4，同樣以實際量測的體溫資料說明，曲線92顯示出該人體在第二量測日睡眠時的體溫隨時間變化的情形。

該資料處理裝置2自動根據此第二量測日的體溫資料分析出該就寢時間T1為第2分鐘，該就寢體溫TP為36.4℃，該入眠時間T2為第77分鐘，故該入眠時距T3為75分鐘。由於該入眠時距T3大於30分鐘，所以該睡眠效果被判定為不佳。該醒覺時間T4為第374分鐘，故該總睡眠時距T5為372分鐘，約為6.2小時。該體溫資料同樣終止於使用者將該生理測量裝置1自該人體移除時，如圖4所示，曲線92所記錄的總時間長度為383分鐘。

該資料處理裝置2還自動根據此第二量測日的體溫資料分析出該睡眠狀態報告，該睡眠狀態報告指出：該人體在睡眠期間由深眠到淺眠及由淺眠到深眠的變動次數是四次，該人體在睡眠期間翻身的次數是兩次，因此，該睡眠品質度為4/372=10.8‰，可知該人體在第二量測日的睡眠品質比第一量測日差。

參閱圖1與圖5，同樣是以實際量測的體溫資料作說明，曲線93顯示出該人體在第三量測日睡眠時的體溫隨時間變化的情形。

該資料處理裝置2自動根據此第三量測日的體溫資料分析出該就寢時間T1為第2分鐘，該就寢體溫TP為36.36℃，該入眠時間T2為第18分鐘，故該入眠時距T3為16分鐘。由於該入眠時距T3介於15分鐘至30分鐘之間，所以該睡眠效果被判定為正常。該醒覺時間T4為第331分鐘，故該總睡眠時距T5為329分鐘，約為5.5小時。該體溫資料終止於使用者將該生理測量裝置1自該人體移除時，如圖5所示，曲線93所記錄的時間長度為334分鐘。

該資料處理裝置2還自動根據此第三量測日的體溫資料分析出該睡眠狀態報告，該睡眠狀態報告指出：該人體在睡眠期間由深眠到淺眠及由淺眠到深眠的變動次數是八次，該人體在睡眠期間翻身的次數是零次，因此，該睡眠品質度為8/329=24.3‰，可知該人體在第三量測日的睡眠品質比第二量測日好。

可以理解的是，本發明睡眠品質監測系統也能讓使用者進行長期睡眠品質的追蹤，例如：進行為期180天的睡眠期間的體溫量測與記錄，該資料處理裝置2最多能儲存多少天數的體溫資料是依據該資料儲存單元22的記憶容量多寡而定。

經由以上的說明，可再將本發明的優點歸納如下：

一、本發明利用該生理測量裝置1實際量測並記錄該人體在睡眠期間的體溫，並輸出該體溫資料至該資料處理裝置2進行睡眠狀態與品質的相關分析，相較於現有的睡眠輔助裝置，本發明可以完全排除人因造成的不客觀因素及可靠度問題，分析結果具有高度的參考價值。再者，本發明的資料處理裝置2僅利用該人體的體溫資料就能自動進行多項相關於該人體睡眠品質的分析，相較於現有的腦電圖描記儀，本發明具有低成本且可隨身攜帶的優勢。

二、本發明利用該人體的體溫分析與評估該人體睡眠的效果、狀態及品質，相較於使用其他生理資訊進行睡眠評估的技術，由於該人體的體溫隨時間的變化較規律且資料不易出現如腦波、心跳與血壓那般劇烈的跳動，故本發明在資料的判讀與解析上能完全自動化、程式化、數位化處理，而無須引入任何人工來執行，具有人工智慧應用的潛力。

參閱圖6，為本發明的一第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例。該第二實施例與該第一實施例的差異在於：

該資料處理裝置2包括一與該生理測量裝置1電連接的資料儲存單元22，及一與該資料儲存單元22信號連接的資料分析單元23。該資料儲存單元22接收並儲存該體溫資料且輸出一相關於該體溫資料的待析資料，該資料分析單元23接收並分析該待析資料且至少輸出該睡眠效果。在本實施例中，該生理測量裝置1實質上是一基本型的測溫貼片，但不限於此，也可以是如紅外線測溫器等的微型溫度感測器。

如此，該第二實施例也可達到與上述該第一實施例相同的目的與功效。此外，該第二實施例利用該生理測量裝置1直接與該資料處理裝置2電連接，能精簡系統架構且進一步縮小裝置體積，提供較低成本的實作選擇。

綜上所述，本發明睡眠品質監測系統不僅能在該人體睡眠時進行體溫的量測與記錄，且能依據所記錄的體溫自動且低成本地分析出該人體睡眠的效果與品質，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 1 生理測量裝置 11········· 測溫單元 12········ 儲存單元 13········ 介面單元 14········ 電池單元 2 資料處理裝置 21········ 傳輸介面單元 22········ 資料儲存單元 23········ 資料分析單元 3 資訊顯示裝置 </td><td> 4 環境監測裝置 91········ 曲線 92········ 曲線 93········ 曲線 T1········ 就寢時間 TP········ 就寢體溫 T2········ 入眠時間 T3········ 入眠時距 T4········ 醒覺時間 T5········ 總睡眠時距 </td></tr></TBODY></TABLE>

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明睡眠品質監測系統的一第一實施例的一電路方塊圖； 圖2是一示意圖，說明一人體在睡眠期間體溫隨時間變化的情形； 圖3是一實驗量測圖，說明該人體結束第一量測日的睡眠後，該第一實施例的一生理測量裝置輸出至一資料處理裝置的一體溫資料； 圖4是一實驗量測圖，說明該人體結束第二量測日的睡眠後，該生理測量裝置輸出至該資料處理裝置的另一體溫資料； 圖5是一實驗量測圖，說明該人體結束第三量測日的睡眠後，該生理測量裝置輸出至該資料處理裝置的另一體溫資料；及 圖6是本發明睡眠品質監測系統的一第二實施例的一電路方塊圖。

Claims (8)

1. 一種睡眠品質監測系統，包含：一生理測量裝置，量測並記錄相關於一人體在睡眠期間的體溫，且輸出一相關於該人體的體溫隨時間變化的體溫資料；及一資料處理裝置，信號連接該生理測量裝置，該資料處理裝置接收該體溫資料，且根據該體溫資料分析出一睡眠狀態，且至少根據該睡眠狀態判斷該人體的一睡眠效果，該睡眠狀態包括一入眠時間，該入眠時間為該人體的體溫隨時間變化的曲線中第一次出現鞍點的時間。
2. 如請求項1所述的睡眠品質監測系統，其中，該睡眠狀態還包括一入眠時距、一就寢時間、一就寢體溫、一醒覺時間、一總睡眠時距、一睡眠狀態報告及一睡眠品質度的至少其中一者。
3. 如請求項2所述的睡眠品質監測系統，其中，該資料處理裝置根據該體溫資料分析出該就寢時間，並根據該入眠時間與該就寢時間判斷該睡眠效果，該就寢時間為該生理測量裝置開始紀錄該人體的體溫的時間。
4. 如請求項3所述的睡眠品質監測系統，其中，該資料處理裝置運算出該入眠時距，並根據該入眠時距分析出該睡眠效果，該入眠時距為該就寢時間與該入眠時間之間所間隔的時間長度，若該入眠時距不小於一第一判別時距，該資料處理裝置判定該睡眠效果為不佳。
5. 如請求項3所述的睡眠品質監測系統，其中，該資料處理裝置根據該體溫資料分析出該就寢體溫、該醒覺時間及該總睡眠時距，該就寢體溫為該人體在該就寢時間的體溫，該醒覺時間為該人體的體溫回升至該就寢體溫且未再低於該就寢體溫的時間，該總睡眠時距為該就寢時間與該醒覺時間之間所間隔的時間長度。
6. 如請求項1所述的睡眠品質監測系統，其中，該生理測量裝置包括一量測該人體的體溫的測溫單元、一與該測溫單元電連接的儲存單元、一與該儲存單元電連接的介面單元，及一提供該測溫單元、該儲存單元與該介面單元電力的電池單元，該測溫單元根據所量測的體溫輸出該體溫資料供該儲存單元儲存，該儲存單元輸出該體溫資料並經該介面單元輸出，該資料處理裝置包括一與該生理測量裝置的介面單元互相對應的傳輸介面單元、一與該傳輸介面單元信號連接的資料儲存單元，及一與該資料儲存單元信號連接的資料分析單元，該傳輸介面單元由該介面單元接收該體溫資料並輸出一相關於該體溫資料的暫存資料，該資料儲存單元接收並儲存該暫存資料且輸出一相關於該暫存資料的待析資料，該資料分析單元接收並分析該待析資料且至少輸出該睡眠效果。
7. 如請求項1所述的睡眠品質監測系統，其中，該資料處理裝置包括一與該生理測量裝置電連接的資料儲存單元，及一與該資料儲存單元信號連接的資料分析單元，該資料儲存單元接收並儲存該體溫資料且輸出一相關於該體溫資 料的待析資料，該資料分析單元接收並分析該待析資料且至少輸出該睡眠效果。
8. 如請求項1至請求項7中任一項所述的睡眠品質監測系統，還包含一與該資料處理裝置信號連接且至少由該資料處理裝置接收並顯示出該睡眠效果的資訊顯示裝置。