睡眠检测装置及其检测、辅助睡眠的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种睡眠检测装置，包括：电极、加速度传感器、CPU处理器；其中电极直接与人体脑部相接触并采集脑电波信号，加速度传感器固定于人体前额并采集人体运动的加速度信号，所述脑电波信号和加速度信号传递至CPU处理器，由CPU处理器判断人体的睡眠情况。该装置还可以包括：存储器、耳机；其中存储器中存储有音频文件，由CPU处理器控制所述音频文件播放到耳机之中。本发明专利技术还公开了该装置检测睡眠情况及辅助睡眠的方法。本发明专利技术可以较为精确地对人体的睡眠阶段进行判断，并具有辅助睡眠的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对人体睡眠情况进行检测的装置，以及利用这种装置检测人体睡眠情况、辅助人体睡眠的方法。
技术介绍
1968年，Rechtschaffen A和Kales A发表了《人类睡眠阶段的标准化术语、技术禾口判读工作手册》(A manual for standard terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human subjects)，其中提出人体的睡眠情况大体分三种状态清醒状态、眼球不动的睡眠状态、眼球转动的睡眠状态。美国睡眠医学会(AASM，AmericanAcademy of Sleep Medicine)以上述论文为基础，提出了人体睡眠可分为如下四个阶段阶段一模糊入睡阶段。人体清醒时的脑电波频率为8 13Hz (赫兹)，此时则变为4 7Hz。该阶段的脑电波幅度(电压)低，一般在30μν(微伏)以下。该阶段中人有时会手脚抽动。阶段二 浅睡眠阶段(浅睡阶段)。该阶段的脑电波频率仍为4 7Hz，但会有图1 所示的睡眠纺锤形波(Sle印Spindle)和K形杂波(K-complex)两种短暂的波形出现。睡眠纺锤形波是一种13 17Hz的脑电波信号，时间一般延续有0. 5 1. 5秒。K形杂波是一种幅度较大的先正后负的高压尖脉冲，总长度约为900ms (毫秒)，其中正的尖脉冲有350 550ms长。K形杂波是在阶段二出现，一般是每1 1. 7秒出现一下，且和睡眠纺锤形波相伴。该阶段中，人体对环境失去知觉，且基本不动。一般正常人的睡眠时间中的45% 55% 是处于这种状态。阶段三深度睡眠阶段(深睡阶段)。该阶段在开始(前期)时，至少有20%的脑电波频率是0. 5 3Hz且信号幅度大于75 μ V，其余的是3Hz以上的快速变化信号且信号幅度小于75μν。随后(后期)0. 5 3Hz的脑电波信号增多，占几乎全部的时间。该阶段中人体不动，全身肌肉很放松。但该阶段中如果人体做梦，尤其是做恶梦时，可能会动。该阶段的后期可能发生梦游(夜游)。这个阶段时间越长，睡眠质量就越高，第二天起床感觉就越好。该阶段在第一个睡眠周期时间较长，为30分钟左右；在随后的随眠周期中逐渐减少。上述阶段一、阶段二、阶段三都属于眼球不动的睡眠阶段。阶段四快速眼球转动阶段(眼球转动的睡眠阶段)。绝大多数成年人有20 25%的睡眠时间处于这个阶段。此时，脑电波从深睡阶段的0. 5 3Hz变为IOHz以上的快速变化信号且信号幅度小，脑电波信号呈现间断的锯齿波形状。上述四个阶段的脑电波主能量频率、幅度及人体运动情况如下表所示阶段脑电波主能量人体是否静止清醒阶段8 13Hz可能会动眼球不动的睡眠阶段模糊入睡4 7Hz，幅度小可能会动浅睡眠4 7Hz，幅度中等，有睡基本不动眼球不动的睡眠阶段眠纺锤形波和K形杂波深度睡眠0. 5 3Hz，幅度大不动(除非夜游， 做恶梦)眼球转动的睡眠阶段IOHz以上，幅度小可能会动以上四个阶段共计90 110分钟左右，大体重复进行。请参阅图2，第一个睡眠周期包括完整的四个睡眠阶段且依次进行。从第二个睡眠周期开始就不是纯粹的按上述的四个周期依次进行，而是可能跳过一个或多个睡眠阶段。一个晚上人体大约有4 5个睡眠周期。目前检测人体睡眠有如下方法第一种方法，待测人员到医院的睡眠实验室过夜，专门设备监控待测人员的心电图、脑电波、呼吸状态、手脚是否移动等。医生通过读取整个晚上记录下来的多个信号的波形图，人工分析判断病人的睡眠阶段、睡眠质量等。第二种方法，通过测量人体的脑电波判断人体的睡眠阶段。该方法是用十多个探头(电极)连接头部的不同的部位(例如采用国际通用的10 20系统电极铺放法)，来采集十多路的脑电波信号。在该方法基础上有简化方案，如美国专利授权号US51M180A所记载的，只采用前额的一路脑电波信号，通过对脑电波信号频率、幅度的分析判断人体的睡眠阶段。又如美国专利授权号US6272378B1所记载的，不仅依据脑电波信号的频率、幅度，还对脑电波信号进行傅立叶变换后依据不同频率信号的频段分布情况，综合判断人体的睡眠阶段。这种方法已经生产出了实际的产品，例如Zeo公司生产的“个人睡眠教练”(Personal Sleep Coach)，但是根据客户反馈情况，有20%的消费者反映，该产品会在客户有知觉、尚未睡眠的时候判断为客户已入睡。第三种方法，采用活动记录检查原理判断人体的睡眠阶段。该方法是在待测人员手腕上戴上腕动计(actigraphy)，内有加速度传感器。当待测人员处在不同的睡眠阶段时， 会伴随着身体的运动或静止。加速度传感器检测并记录人体的运动信息，由此判断人体是处在清醒状态、还是某一个睡眠阶段。5上述第一种方法需要到专门的实验室进行，花费高且很不方便。上述第二种方法或者要部署十多个电导电极，不适合于平时家庭的使用；或者对人体睡眠情况判断的准确度有所欠缺。由于在模糊的睡眠阶段、深睡阶段中人体都可能运动，上述第三种方法显然也无法对人体睡眠情况作出准确的判断。现代人生活压力越来越大，失眠现象很普遍。有些人睡眠时间虽然有6 8小时， 但是睡眠质量差，早晨起来还是觉得头脑不清醒。如果能清楚地告诉人们晚上睡眠的分析情况，如各阶段睡眠时间的多少，人们就会对自己有一个心理的暗示，从而驱使身体往好的方面做调整。另外有许多人在失眠时采取听收音机或听音乐的方式辅助睡眠，但是这些声音在人体入睡后仍然存在，反而对睡眠不利。虽然收音机或音频播放器可以设定定时关机的功能，但是很难确定定时关机的时间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种睡眠检测装置。为此，本专利技术还要提供所述睡眠检测装置检测人体睡眠情况的方法、以及所述睡眠检测装置辅助人体睡眠的方法。为解决上述技术问题，本专利技术睡眠检测装置包括电极、加速度传感器、CPU处理器； 其中电极直接与人体脑部相接触并采集脑电波信号，加速度传感器固定于人体前额并采集人体运动的加速度信号，所述脑电波信号和加速度信号传递至CPU处理器，由CPU处理器判断人体睡眠情况。进一步地，本专利技术睡眠检测装置还包括存储器、耳机；其中存储器中存储有音频文件，由CPU处理器控制所述音频文件播放到耳机之中。上述睡眠检测装置检测睡眠的方法为CPU处理器根据接收的脑电波信号和加速度信号，判断人体的睡眠情况，具体包括如下规则规则1 每个测量周期中加速度信号的波动均在第一阈值以上，则CPU处理器仅根据脑电波信号判断人体的睡眠情况，而不考虑加速度信号；规则2 当脑电波信号在各个频段的能量分布均勻，则CPU处理器仅根据加速度信号判断人体的睡眠情况，而不考虑脑电波信号；规则3 在一个测量周期内，脑电波信号在8 25Hz的能量占总能量的80%以上，并且脑电波信号在8 9Hz的能量占总能量的4%以上，并且脑电波信号的平均幅度在 30 μ V以下，并且加速度信号的波动在第一阈值以上，则判断人体处于清醒阶段；规则4:在连续的四个测量周期内，脑电波信号在6 8Hz的能量占总能量的80% 以上，并且脑电波信号的平均幅度在30 μ V以下，并且未检测到睡眠纺锤形波和K形杂波， 则判断人体处于模糊入睡阶段；规则5 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种睡眠检测装置，其特征是，包括：电极、加速度传感器、ＣＰＵ处理器；其中电极直接与人体脑部相接触并采集脑电波信号，加速度传感器固定于人体前额并采集人体运动的加速度信号，所述脑电波信号和加速度信号传递至ＣＰＵ处理器，由ＣＰＵ处理器判断人体的睡眠情况。

【技术特征摘要】
1.一种睡眠检测装置，其特征是，包括电极、加速度传感器、CPU处理器；其中电极直接与人体脑部相接触并采集脑电波信号，加速度传感器固定于人体前额并采集人体运动的加速度信号，所述脑电波信号和加速度信号传递至CPU处理器，由CPU处理器判断人体的睡眠情况。2.根据权利要求1所述的睡眠检测装置，其特征是，还包括存储器、耳机；其中存储器中存储有音频文件，由CPU处理器控制所述音频文件播放到耳机之中。3.根据权利要求1所述的睡眠检测装置，其特征是，所述电极为并排的三个，中间的一个电极作为参考电平，两边的两个电极作为一对差分输入信号，所述三个电极采集一路脑电波信号。4.根据权利要求1所述的睡眠检测装置，其特征是，所述加速度传感器为三轴重力加速度传感器，其测量的加速度信号为三轴方向上的加速度信号的矢量和，即三轴方向上的加速度信号值的平方和再开平方根的值。5.如权利要求1所述的睡眠检测装置检测睡眠的方法，其特征是，CPU处理器根据接收的脑电波信号和加速度信号，判断人体的睡眠情况，具体包括如下规则规则1 每个测量周期中加速度信号的波动均在第一阈值以上，则CPU处理器仅根据脑电波信号判断人体的睡眠情况，而不考虑加速度信号；规则2 当脑电波信号在各个频段的能量分布均勻，则CPU处理器仅根据加速度信号判断人体的睡眠情况，而不考虑脑电波信号；规则3 在一个测量周期内，脑电波信号在8 25Hz的能量占总能量的80%以上，并且脑电波信号在8 9Hz的能量占总能量的4%以下，并且脑电波信号的平均幅度在30 μ V以下，并且加速度信号的波动在第一阈值以上，则判断人体处于清醒阶段；规则4 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在6 8Hz的能量占总能量的80%以上，并且脑电波信号的平均幅度在30 μ V以下，并且未检测到睡眠纺锤形波和K形杂波，则判断人体处于模糊入睡阶段；规则5 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在4 7Hz的能量占总能量的80%以上，并且至少出现一次睡眠纺锤形波和/或K形杂波，并且脑电波信号的平均幅度均大于 30 μ V且在75 μ V以下，并且至少一个测量周期内的加速度信号的波动小于第一阈值，则判断人体处于浅睡阶段；规则6 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在0.5 3Hz的能量占总能量的20%以上且小于50%，并且脑电波信号的平均幅度大于75 μ V，则判断人体处于深度睡眠阶段的前期；规则7 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在0. 5 3Hz的能量占总能量的50%以上，并且脑电波信号的平均幅度大于75 μ V，则判断人体处于深度睡眠阶段的后期；规则8 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在1 4Hz的能量占总能量的50%以上，并且脑电波信号的平均幅度大于75 μ V，并且加速度信号的波动在0. 05g以上，则判断人体处于深度睡眠阶段的后期且待测人员处于梦游状态；规则9 在连续的四个测量周期内，脑电波信号在IOHz以上的能量占能量的80%以上， 并且脑电波信号的平均幅度在30 μ V以下，并且至少一个测量周期内加速度信号的波动小于0. 05g，则判断人体处于快速眼球转动阶段...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，
申请(专利权)人：上海易酷信息技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：31