TWI657798B - 睡眠品質監測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種睡眠品質監測裝置，其包含：枕頭；中央處理模組設置於枕頭內；複數個偵測晶片設置於枕頭內，且電性連接中央處理模組，其中複數個偵測晶片監測使用者的腦波訊號並轉換成第一電子訊號，並將第一電子訊號傳送至中央處理模組；以及無線模組，設置於枕頭內，且電性連接中央處理模組，其中無線模組係將暫存在中央處理模組內的第一電子訊號傳送至電子裝置。其中電子裝置包含類神經網路的運算層將傳送至電子裝置的第一電子訊號做運算並產生睡眠品質特徵圖，睡眠品質特徵圖進一步被提取以取得睡眠品質判斷特徵圖，並經由一顯著性評分將該睡眠品質判斷特徵圖做特徵強化。

Description

睡眠品質監測裝置

本發明是有關於一種監測裝置，特別是有關於一種用於當使用者在睡眠時，監測使用者腦波判定睡眠品質之睡眠品質監測裝置。

現代人因面臨各種生活環境因素，壓力不斷累積，加上需長時間工作並無法藉由旅遊、運動等方式排解壓力，因而常引發失眠或精神渙散等症狀。充足的睡眠亦是另一種有效釋放壓力的方式，其中睡眠品質的好壞將決定睡眠之質量，有好的睡眠品質將會有效提升生活品質。因此，了解自我的睡眠品質，進而找出影響睡眠品質的變因進而改善它，為目前常用的手段。

然而，現有偵測睡眠品質的方式大多都需要借助複雜的儀器，甚至需於受測者身上黏貼多條檢測線來監測睡眠狀態，因此，受測者通常需前往睡眠中心進行檢測，故具有等待安排檢測時間較長及費用較高之問題。

有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種睡眠品質監測裝置，係藉由使用者在家休息或睡眠時使用的枕頭直接做為偵測睡眠的裝置，並運用類神經網路訓練的方式，進而讓使用者可以在較短的時間內且在家 中即可知道自己的睡眠品質，並同時結合有鬧鐘提醒功能而更提升枕頭之功能性。

基於上述目的，本發明提供一種睡眠品質監測裝置包含：枕頭；中央處理模組設置於枕頭內；複數個偵測晶片設置於枕頭內，且電性連接中央處理模組，其中複數個偵測晶片監測使用者的腦波訊號並轉換成第一電子訊號，並將第一電子訊號傳送至中央處理模組；無線模組設置於枕頭內，且電性連接中央處理模組，其中無線模組係將暫存在中央處理模組內的第一電子訊號傳送至電子裝置。其中電子裝置包含類神經網路的運算層將傳送至電子裝置的第一電子訊號做運算並產生睡眠品質特徵圖，該睡眠品質特徵圖係進一步被提取以取得一睡眠品質判斷特徵圖，並經由一顯著性評分將該睡眠品質判斷特徵圖做特徵強化，該睡眠品質特徵圖進一步被提取以取得一睡眠品質判斷特徵圖，並經由一顯著性評分將該睡眠品質判斷特徵圖做特徵強化。

較佳地，中央處理模組可包含記憶體單元及播放單元，記憶體單元可存取聲音並透過播放單元撥放聲音。

較佳地，本發明之睡眠品質監測裝置可進一步包含震動馬達，係設置於枕頭內，且電性連接中央處理模組，其中震動馬達可透過中央處理模組發出的第二電子訊號啟動。

較佳地，本發明之睡眠品質監測裝置可進一步包含顯示板，係設置於枕頭上，且電性連接中央處理模組，其中顯示板設有顯示螢幕及複數個控制按鈕，透過複數個控制按鈕互相切換第一顯示模式以及第二顯示模式並顯示於顯示螢幕上，其中第一顯示模式係顯示複數個偵測晶片為啟 動狀態或非啟動狀態，第二顯示模式係顯示標準時間或透過複數個控制按鈕所設定的啟動時間。

較佳地，電子裝置可包含雲端伺服器或隨身顯示裝置。

較佳地，中央處理模組可透過顯示板上的複數個控制按鈕啟動或關閉。

較佳地，運算層包含卷積層、池化層及全聯階層。

較佳地，運算層之過濾器可控制第一電子訊號的維度。

承上所述，本發明之睡眠品質監測裝置，其可具有一或多個優點：

(1)藉由本發明之睡眠品質監測裝置，使用者僅需使用本發明之枕頭，則可經由設置於其內之偵測晶片將使用者的腦波透過第一電子訊號傳送至外部之電子裝置進行類神經網路訓練，而獲得睡眠品質判斷特徵圖，使使用者可加強對睡眠品質做仔細及準確的判斷。因此，相較於習知需到睡眠中心且僅直接得知睡眠品質判斷相比，本發明可更方便及快速的讓使用者細部了解自己的睡眠品質並從中對其作息做調整。

(2)本發明之睡眠品質監測裝置，除可藉由偵測晶片偵測睡眠品質外，相較於一般鬧鐘係藉由發出聲音來喚醒使用者的方式，本發明還進一步在枕頭內設置有震動馬達，使枕頭能在預設時間產生震動，讓使用者可在不吵到周圍其他人的情況下被喚醒。

10‧‧‧睡眠品質監測裝置

101‧‧‧枕頭

102‧‧‧偵測晶片

103‧‧‧顯示板

104‧‧‧顯示螢幕

105‧‧‧控制按鈕

106‧‧‧震動馬達

107‧‧‧中央處理模組

108‧‧‧無線模組

109‧‧‧記憶體單元

110‧‧‧播放單元

S201、S202、S203、S204、S205‧‧‧步驟

第1圖為本發明之睡眠品質監測裝置之一實施例的元件配置示意圖。

第2圖為本發明之睡眠品質監測裝置之一實施例的流程示意圖。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇。

請參閱第1圖，其係為本發明之睡眠品質監測裝置之一實施例的元件配置示意圖。睡眠品質監測裝置10包含枕頭101及中央處理模組107，且複數個偵測晶片102、震動馬達106、無線模組108及顯示板103係與中央處理模組107電性連接。顯示板103包含顯示螢幕104及複數個控制按鈕105。

複數個偵測晶片102係採用非侵入式腦波人機界面(Electroencephalographic,EEG)偵測使用者的頭皮上的腦波訊號。腦波訊號係說明人類腦部會產生一種生物電流，並可從中判斷進入何種睡眠狀況，例如當一般人類在進入深層睡眠且無做夢的時候，腦內會放出頻率約0.1~3Hz之間的生物電流。而本發明透過偵測晶片102可將經觸發而偵測到的腦波訊號轉換成第一電子訊號，且將產生的第一電子訊號傳送到與其電性連接的中央處理模組107內並暫存於其內，再透過無線模組108將第一電 子訊號傳送至外部的電子裝置，例如雲端伺服器或隨身顯示裝置等，進行類神經網路訓練的處理。隨身顯示裝置例如可為手機、手錶等。

類神經網路訓練主要是透過卷積神經網路(Convolution Neural Network,CNN)的改善向量量化演算法(Learning vector quantization,LVQ)及遞迴神經網路(Recurrent Neural Network,RNN)兩種方式配合進行。其中，卷積神經網路中的改善向量量化演算法係將運算層包含複數個卷積層以及全聯階層組合產生聚點座標，而運算層的權重係透過遞迴神經網路的倒傳遞演算法進行迴圈設計。倒傳遞演算法係將資訊在透過每個卷積層以及全聯階層訓練時，做回朔傳遞並重複處理訊號達到最佳化的訓練效果，並從聚點座標上進行對應判斷改善向量量化演算法及倒傳遞演算法的平衡訓練，再將聚點座標訓練後的訊號進入池化層進行迭代處理使訊號可以單純化。其中池化層係將訊號係運用區塊切割並取最大化數值當作該區塊中其他區塊的數值，因此可使得訊號在較單純且雜訊少的狀況下輸出睡眠品質特徵圖，其中睡眠品質特徵圖係為橫軸為時間、縱軸為睡眠品質的波型圖。

進一步說明，類神經網路訓練當中的運算層係透過過濾器控制輸入訊號的維度，舉例來說：如輸入訊號係電子訊號時，且電子訊號本身為1或0的代碼組成，因此過濾器會用二維的維度去設定其電子訊號的二維邊界，並將運算層鎖定在電子訊號的邊界內做訓練，如輸入訊號係圖像訊號時，且圖像訊號本身為三原色的紅、綠、藍代碼組成，因此過濾器會用三維的維度去設定其圖像的三維邊界，並將運算層鎖定在圖像的邊界內做訓練。

第一電子訊號係可藉由時頻譜或傅立葉分析圖表示其二維波型特性，並經過上述類神經網路訓練後可得出睡眠品質特徵圖。另，進一步再將睡眠品質特徵圖透過將波型差異性放大的圖像提取方式，得出睡眠品質判斷特徵圖，並在經由顯著性評分機制，使睡眠品質判斷特徵圖上差異較大的特徵進一步用分數的方式做解釋。舉例來說：透過顯著性評分機制讓睡眠品質判斷特徵圖可再多顯示1~100的分數來當作判斷依據，並從數值中可更準確的告訴使用者睡眠品質的狀況，例如：分數的區間如40分以下為躁動睡眠品質，40分至60分以下為易動睡眠品質、60分至80分為淺眠睡眠品質、80分以上為深眠睡眠品質，並對應不同分數給予使用者不同的建議，且可在偵測晶片偵測到使用者在超過一定時間進入深層睡眠時，會給予建議睡前不宜飲食；然而在偵測初期第一電子訊號起伏過大時，建議睡前可靜坐十分鐘。此外，再透過睡眠品質判斷特徵圖讓使用者可以更確定係在何時有睡眠品質的好壞差異，進而讓使用者更方便調整日常作息，進而提升睡眠品質。並將睡眠品質特徵圖透過本發明的無線模組108，傳入使用者的隨身顯示裝置，讓使用者可透過隨身顯示裝置即時確認睡眠品質。

使用者可透過顯示板103的顯示螢幕104中的第一顯示模式確認偵測晶片102是否已被啟動。若顯示螢幕104顯示偵測晶片102為關閉，則可透過控制按鈕105啟動偵測晶片102，讓使用者躺在枕頭101上休息時，可進行偵測腦波訊號。使用者亦可在不使用枕頭101時，透過控制按鈕105關閉偵測晶片102，且仍可透過顯示螢幕104中的第一顯示模式確認偵測晶片102是否已被關閉。

在一實施例中，本發明係可透過無線模組108將使用者欲聽的聲音或音樂存取在中央處理模組107內的記憶體單元109中，於使用者需要時，透過顯示板103上的控制按鈕105操作中央處理模組107內的播放單元110，而將記憶體單元109存取的聲音或音樂播放出來，讓使用者可以再躺在枕頭上時同時享受音樂，藉以達到助眠的作用。

在一實施例中，使用者欲將本發明之睡眠品質監測裝置開機時，可透過顯示板103上的控制按鈕105啟動中央處理模組107，再透過控制按鈕105進一步啟動偵測晶片102，並可透過第一顯示模式確認是否已啟動偵測晶片102，讓使用者可以開始監測腦波。當使用者欲關機時，同樣可透過控制按鈕105關閉中央處理模組107。

其中震動馬達106設置於枕頭101內，可運用顯示板103上的控制按鈕105來設定調整震動馬達106的啟動時間。透過顯示板103上的控制按鈕105互相切換第一顯示模式以及第二顯示模式並顯示於顯示螢幕104上。顯示板103在第二顯示模式下，在平常狀況是顯示標準時間，且可切換顯示透過控制按鈕105所設定的震動馬達106啟動時間。當啟動時間一到，中央處理模組107會發出第二電子訊號，進而啟動震動馬達106，使枕頭101產生頻率規律或不規律的震動，進而讓使用者被喚醒起床。當使用者欲關閉震動馬達106時，可再透過顯示板103上的控制按鈕105關閉震動。

請參閱第2圖，其係為本發明之睡眠品質監測方法之一實施例的流程示意圖，並搭配第1圖做以下說明。

步驟S201：使用者透過顯示板103上的顯示螢幕104可確認偵測晶片102是否被開啟，並經由複數個控制按鈕105啟動偵測晶片102進行腦波偵測。

步驟S202：當使用者躺在枕頭101上即開始偵測使用者的腦波訊號，並透過偵測晶片102將偵測到的腦波訊號轉換成第一電子訊號，並將此第一電子訊號傳送並暫存於中央處理模組107。

步驟S203：透過無線模組108，將暫存在中央處理模組107內的第一電子訊號傳送至雲端伺服器上，並在雲端伺服器上進行類神經網路訓練，並經由運算層訓練得出睡眠品質特徵圖。

步驟S204：從睡眠品質特徵圖中提取睡眠品質特徵判斷圖，並藉由顯著性評分機制得到睡眠品質分數，其提取部分係將睡眠品質特徵圖的特徵差異性放大讓睡眠品質判斷特徵圖的特徵更顯著，並再經由顯著性評分機制得到分數，使用者可以從分數上方便且準確的判斷睡眠品質的好壞。

步驟S205：透過無線裝置108再將睡眠品質判斷特徵圖傳送至使用者的隨身顯示裝置，並可透過隨身顯示裝置讓使用者可隨時隨地確認睡眠品質的歷史資訊，更方便與專業人士如醫生或心理治療師討論睡眠品質，並讓使用者透過專業人士的建議提升睡眠品質。

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。

Claims (8)

1. 一種睡眠品質監測裝置，其包含：一枕頭；一中央處理模組，設置於該枕頭內；複數個偵測晶片，設置於該枕頭內，且電性連接該中央處理模組，其中該複數個偵測晶片監測一使用者的一腦波訊號並轉換成一第一電子訊號，並將該第一電子訊號傳送至該中央處理模組；以及一無線模組，設置於該枕頭內，且電性連接該中央處理模組，其中該無線模組係將該中央處理模組的該第一電子訊號傳送至一電子裝置；其中該電子裝置包含一類神經網路的一運算層將傳送至該電子裝置的該第一電子訊號做運算並產生一睡眠品質特徵圖，該睡眠品質特徵圖進一步被提取以取得一睡眠品質判斷特徵圖，並經由一顯著性評分將該睡眠品質判斷特徵圖做特徵強化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其中該中央處理模組包含一記憶體單元及一播放單元，該記憶體單元係存取一聲音並透過該播放單元撥放該聲音。
3. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其進一步包含一震動馬達，係設置於該枕頭內，且電性連接該中央處理模組，其中該震動馬達係透過該中央處理模組發出的一第二電子訊號啟動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其進一步包含一顯示板，係設置於該枕頭上，且電性連接該中央處理模組，其中該顯示板包含一顯示螢幕及複數個控制按鈕，透過該複數個控制按鈕互相切換一第一顯示模式以及一第二顯示模式並顯示於該顯示螢幕上，其中該第一顯示模式係顯示該複數個偵測晶片為一啟動狀態或一非啟動狀態，該第二顯示模式係顯示一標準時間或透過該複數個控制按鈕所設定的一啟動時間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之睡眠品質監測裝置，其中該中央處理模組係透過該顯示板上的該複數個控制按鈕啟動或關閉。
6. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其中該電子裝置包含一雲端伺服器或一隨身顯示裝置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其中該運算層包含一卷積層、一池化層及一全聯階層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之睡眠品質監測裝置，其中該運算層之一過濾器係控制該第一電子訊號的維度。