睡眠监测智能传感床垫制造技术

本发明专利技术属于睡眠监测技术领域，具体为一种睡眠监测智能传感床垫。本发明专利技术采用两种柔性压力传感器，第一种传感器用于制作压力传感阵列，均匀分布于整个床垫，用于检测床垫大部分区域的受力状况；第二种传感器分布于床垫的几处关键位置，用于采集使用者的呼吸、体动以及心律信号造成的压力变化，并将压力变化信号转化成电信号；后续硬件将得到的电信号进行放大、滤波、传输，再通过PC端进行特征提取、模式识别处理，得到压力分布图像以及睡眠分析。本发明专利技术中传感器及其电极等结构都采用超薄柔性材料，床垫厚度薄、重量轻，易于携带；由于其为非侵入式，能够在使用者毫无察觉的情况下进行睡眠监测，完全还原使用者的自然睡眠，是家庭式护理的有力补充。

Sleep monitoring intelligent sensing mattress

The invention belongs to the technical field of sleep monitoring, in particular to a sleep monitoring intelligent sensing mattress. The invention adopts two kinds of flexible pressure sensor, the first sensor used in the fabrication of pressure sensor array, uniform distribution in the whole mattress, for most of the regional detection force of the mattress; several key position of second kinds of sensors distributed in the mattress, pressure is used for collecting user's breathing, body movement and rhythm signal caused by, and change of pressure signal into an electrical signal; the subsequent hardware electric signals obtained by amplifying, filtering, transmission, and through the PC feature extraction, pattern recognition, image to get pressure distribution and sleep analysis. The invention of sensor and electrode structure using ultra-thin flexible mattress material, thin thickness, light weight, easy to carry; because it is non-invasive, can sleep monitoring were detected in the case of no users, completely restore the user's natural sleep, is a powerful supplement to family nursing.

【技术实现步骤摘要】
睡眠监测智能传感床垫
本专利技术属于睡眠监测
，具体涉及一种非侵入式睡眠监测装置。
技术介绍
目前临床上对患者进行睡眠监测的金标准为多导睡眠图监测技术，但多导睡眠图监测技术结构复杂、操作不便，应用时对患者造成一定的心理负担，严重影响其正常睡眠。因此睡眠监测朝着非侵入式的方向发展，力求最大程度的还原自然的睡眠。在目前的临床实践中，全夜多导睡眠图（PSG）是睡眠监测的金标准。PSG测量通常只能在医院的睡眠实验室开展。PSG包括多路生理信号，如心电图，脑电图，肌电图，眼球运动跟踪、和血液氧饱和度。该系统使用许多凝胶电极和笨重的设备通过众多的导线与人体直接连接，这对自然的睡眠方式形成很大干扰，不舒适、不方便，因此用户接受度很低。例如，当病人需要去厕所，他或她必须逐一拆除所有连接的传感器，回来以后，再把它们重新连接、启动，这是一个相当复杂的过程。而且，由于对自然睡眠的干扰，PSG的测量不能完全代表真正的睡眠状况，因此基于它的诊断和治疗有误差。目前市面上可以进行非侵入式睡眠监测的传感床垫主要是利用嵌入式的压力传感器，通过嵌入在床垫内部的传感器来检测使用者身体的压力信号，并根据压力信号进行体动感应、离床感应、呼吸检测以及心率检测，将上述生理信号进行分析处理，得到使用者的睡眠情况。同时有文章表明生成人体压力分布图像的装置可以做成床垫的形式，但是市面上的传感床垫无法生成压力分布图像，无法得到使用者的睡眠姿态与压力集中的部位，同时文献中生成压力分布图像分辨率较低，只能粗略的看出人体睡眠的姿态与压力集中部分；而且内嵌的传感器分布较为集中，分析结果的好坏依赖于传感器与使用者的相对位置，因此床垫的安装与使用需要专业人员的指导。近年来，针对“弱侵入式”或移动式睡眠监护系统的研究成果已经有不少被报导，例如：智能床垫实现心冲积图（BCG）监测［1］；应用力敏型纺织布制作压力传感器阵列并植入到床单中实现人体姿态变化和呼吸监测；智能手表或腕带测量PPG信号［2］；在指尖监测外周动脉音［3］；通过对心肺活动记录数据分析实现睡眠层级分析与分类［4］；应用前额近红外技术探测睡眠过程中出现的呼吸暂停［5］；小米、Actiwatch、Fitbit等企业推出的可穿戴设备实现睡眠过程中体动记录［6，7］等等。但是，这些系统往往只是测量了睡眠分析所需的部分参数，没有给出满足睡眠疾病临床诊断所需的全面数据测量方案。而且，上述各种新技术中仍存在一些技术难点没有解决，例如：标准心电和呼吸信号的可靠稳定采集、如何在运动伪影干扰下提高检测的鲁棒性、如何消除睡觉姿态不同引入的误差。目前，尚没有研究可以实现本项目拟研发的系统“对日常睡眠完全非侵入式”、“适合舒适睡眠”，并且实现信号采集的高可靠性和稳定性。[1]Kortelainen,etal.Sleepstagingbasedonsignalsacquiredthroughbedsensor.IEEETITB.,2010.[2]Sady,etal.Automaticsleepstagingfromventilatorsignalsinnon-invasiveventilation.Comput.Biol.Med.,2013.[3]J.Hedner,etal.Sleepstagingbasedonautonomicsignals:amulti-centervalidationstudy.J.Clin.SleepMed.,2011.[4]Sleepprofiler,availablefromhttp://www.advancedbrainmonitoring.com/sleep-profiler/[5]PortaNIRSScreeningforSleepApnea,availablefromhttp://www.portanirs.com/[6]小米智能手环，www.mi.com/shouhuan[7]FitbitONEWirelessActivityandSleepTracker.Availablefromhttps://www.fitbit.com.相关公司有：上海迈动医疗器械股份有限公司；美国杰西医疗有限公司。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可靠性高和稳定性好的非侵入式睡眠监测装置。本专利技术提供的非侵入式睡眠监测装置，做成床垫的形式，是一种智能传感床垫，其中，采用两种柔性压力传感器，第一种传感器用于制作压力传感阵列，第一种传感器为边长0.6-0.9cm的正方形薄片状，每个传感器之间的距离为0.3-0.45cm，平均分布于整个床垫，因此可以得到床垫大部分区域的受力状况，并根据每个传感器所受的压力大小，转化成单一映射的电信号，电信号再转化成传感器在压力分布图像上对应位置的矩阵色块，矩阵色块的色度随着压力增大而增大，因此压力分布图像不仅能得到使用者的姿态，还可以得到使用者的压力集中部分；第二种传感器分布于床垫的几处关键位置，例如人平躺时心脏对应床垫的位置，以及心脏关于脊柱对称的位置，人体躯干的中心位置以及人体腰部在床垫上所对应的位置，便于采集使用者的呼吸、体动以及心律信号造成的压力变化，并将这些压力变化信号转化成电信号。后续电路及处理器将得到的电信号进行放大、滤波、传输等，再通过PC端进行特征提取、模式识别等处理，得到压力分布图像以及睡眠分析等。本专利技术所采用的柔性材料的厚度都为微米级，可拓展性极强；根据实际情况通过调节厚度以改善舒适度。本专利技术提供的智能传感床垫，其结构包括：上面的缓冲层和下面的基底层，两者中间为依次第二种压力传感器的放置层、第一种压力传感器阵列层，或者第二种压力传感器和第一种压力传感器阵列的混合层；此外，还包括：第一种压力传感器阵列层的上下电极层，以及两种压力传感器层之间的隔离层。本专利技术中，缓冲层，用于防止压力传感器直接与外界接触，并对来自人体的压力进行适当的缓冲。本专利技术中，基底层，用于防止下层电极直接与外界接触，并起到保护作用。本专利技术中，隔离层，用于防止上层的结构由于重力原因与压力传感器层接触，避免影响信号的精度。本专利技术中，在压力传感器层与相应的的电极层之间设置保护层，用于防止压力传感器与电极层接触产生干扰信号。本专利技术设计的智能传感床垫，其电原理图如图4所示。还包括：与第一种传感器（压力传感器阵列）相关的部件：循环扫描采集模块、放大器和滤波电路，以及与第二种传感器相关的部件：放大器和滤波电路；此外，还包括后续电路的处理器、电源模块、时钟模块、存储模块、数据传输装置、PC端、数字信号处理器等。处理器控制循环扫描采集模块选通内嵌的第一种传感器阵列，对压力传感器阵列信号的扫描，采集人体各个位置的压力信号，信号经过放大器放大、滤波电路滤波后输送至处理器；处理器控制第二种传感器工作，将第二种传感器得到的电信号通过放大电路以及滤波电路，输送至处理器。处理器通过内置的模数转换器对经过放大电路以及滤波电路处理之后的模拟信号进行模数转换，得到数字信号；处理器将得到的数字信号放入存储模块，并可以将数字信号通过数据传输模块以无线传输的方式传输至PC端；数据传输模块由集成的WIFI模块以及外围电路组成；处理器的电源模块负责整个电路系统的供电，将220V市电转化成系统所需要的电压，其中包括整流、稳压等模块；处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种睡眠监测智能传感床垫，其特征在于，采用两种柔性压力传感器，第一种传感器用于制作压力传感阵列，第一种传感器为边长0.6‑0.9cm的正方形薄片状，每个传感器之间的距离为0.3‑0.45cm，平均分布于整个床垫，用于检测床垫大部分区域的受力状况，并根据每个传感器所受的压力大小，转化成单一映射的电信号，电信号再转化成传感器在压力分布图像上对应位置的矩阵色块，矩阵色块的色度随着压力增大而增大，从而得到使用者的睡眠姿态，以及使用者的压力集中部分情况；第二种传感器分布于床垫的几处关键位置，包括人平躺时心脏对应床垫的位置，以及心脏关于脊柱对称的位置，人体躯干的中心位置以及人体腰部在床垫上所对应的位置，用于采集使用者的呼吸、体动以及心律信号造成的压力变化，并将这些压力变化信号转化成电信号；后续电路及处理器将得到的电信号进行放大、滤波、传输，再通过PC端进行特征提取、模式识别处理，得到压力分布图像以及睡眠分析。

【技术特征摘要】
1.一种睡眠监测智能传感床垫，其特征在于，采用两种柔性压力传感器，第一种传感器用于制作压力传感阵列，第一种传感器为边长0.6-0.9cm的正方形薄片状，每个传感器之间的距离为0.3-0.45cm，平均分布于整个床垫，用于检测床垫大部分区域的受力状况，并根据每个传感器所受的压力大小，转化成单一映射的电信号，电信号再转化成传感器在压力分布图像上对应位置的矩阵色块，矩阵色块的色度随着压力增大而增大，从而得到使用者的睡眠姿态，以及使用者的压力集中部分情况；第二种传感器分布于床垫的几处关键位置，包括人平躺时心脏对应床垫的位置，以及心脏关于脊柱对称的位置，人体躯干的中心位置以及人体腰部在床垫上所对应的位置，用于采集使用者的呼吸、体动以及心律信号造成的压力变化，并将这些压力变化信号转化成电信号；后续电路及处理器将得到的电信号进行放大、滤波、传输，再通过PC端进行特征提取、模式识别处理，得到压力分布图像以及睡眠分析。2.根据权利要求1所述的睡眠监测智能传感床垫，其特征在于，具体结构包括：上面的缓冲层和下面的基底层，两者中间为依次第二种压力传感器的放置层、第一种压力传感器阵列层，或者第二种压力传感器和第一种压力传感器阵列的混合层；此外，还包括：第一种压力传感器阵列层的上下电极层，以及两种压力传感器层之间的隔离层；其中：缓冲层用于防止压力传感器直接与外界接触，并对来自人体的压力进行适当的缓冲；基底层用于防止下层电极直接与外界接触，并起到保护作用；隔离层用于防止上层的结构由于重力原因与压力传感器层接触，避免影响信号的精度；在压力传感器层与相应的的电极层之间设置有保护层，用于防止压力传感器与电极层接触产生干扰信号。3.根据权利要求2所述的睡眠监测智能传感床垫，其特征在于，还包括：与第一种传感器即压力传感器阵列相关的部件：循环扫描采集模块、放大器和滤波电路，以及与第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，李巍，孙珵琭，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31