專利名稱：睡眠檢測裝置及其檢測、輔助睡眠的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對人體睡眠情況進行檢測的裝置，以及利用這種裝置檢測人體睡眠情況、輔助人體睡眠的方法。
背景技術：
1968年，Rechtschaffen A和Kales A發(fā)表了《人類睡眠階段的標準化術語、技術禾口判讀工作手冊》(A manual for standard terminology, techniques and scoring system for sleep stages of human subjects)，其中提出人體的睡眠情況大體分三種狀態(tài)清醒狀態(tài)、眼球不動的睡眠狀態(tài)、眼球轉動的睡眠狀態(tài)。美國睡眠醫(yī)學會(AASM，AmericanAcademy of Sleep Medicine)以上述論文為基礎，提出了人體睡眠可分為如下四個階段階段一模糊入睡階段。人體清醒時的腦電波頻率為8 13Hz (赫茲)，此時則變?yōu)? 7Hz。該階段的腦電波幅度(電壓)低，一般在30μν(微伏)以下。該階段中人有時會手腳抽動。階段二 淺睡眠階段(淺睡階段)。該階段的腦電波頻率仍為4 7Hz，但會有圖1 所示的睡眠紡錘形波(Sle印Spindle)和K形雜波(K-complex)兩種短暫的波形出現(xiàn)。睡眠紡錘形波是一種13 17Hz的腦電波信號，時間一般延續(xù)有0. 5 1. 5秒。K形雜波是一種幅度較大的先正后負的高壓尖脈沖，總長度約為900ms (毫秒)，其中正的尖脈沖有350 550ms長。K形雜波是在階段二出現(xiàn)，一般是每1 1. 7秒出現(xiàn)一下，且和睡眠紡錘形波相伴。該階段中，人體對環(huán)境失去知覺，且基本不動。一般正常人的睡眠時間中的45% 55% 是處于這種狀態(tài)。階段三深度睡眠階段(深睡階段)。該階段在開始(前期)時，至少有20%的腦電波頻率是0. 5 3Hz且信號幅度大于75 μ V，其余的是3Hz以上的快速變化信號且信號幅度小于75μν。隨后(后期)0. 5 3Hz的腦電波信號增多，占幾乎全部的時間。該階段中人體不動，全身肌肉很放松。但該階段中如果人體做夢，尤其是做惡夢時，可能會動。該階段的后期可能發(fā)生夢游(夜游)。這個階段時間越長，睡眠質量就越高，第二天起床感覺就越好。該階段在第一個睡眠周期時間較長，為30分鐘左右；在隨后的隨眠周期中逐漸減少。上述階段一、階段二、階段三都屬于眼球不動的睡眠階段。階段四快速眼球轉動階段(眼球轉動的睡眠階段)。絕大多數(shù)成年人有20 25%的睡眠時間處于這個階段。此時，腦電波從深睡階段的0. 5 3Hz變?yōu)镮OHz以上的快速變化信號且信號幅度小，腦電波信號呈現(xiàn)間斷的鋸齒波形狀。上述四個階段的腦電波主能量頻率、幅度及人體運動情況如下表所示階段腦電波主能量人體是否靜止清醒階段8 13Hz可能會動眼球不動的睡眠階段模糊入睡4 7Hz，幅度小可能會動淺睡眠4 7Hz，幅度中等，有睡基本不動眼球不動的睡眠階段眠紡錘形波和K形雜波深度睡眠0. 5 3Hz，幅度大不動(除非夜游， 做惡夢)眼球轉動的睡眠階段IOHz以上，幅度小可能會動以上四個階段共計90 110分鐘左右，大體重復進行。請參閱圖2，第一個睡眠周期包括完整的四個睡眠階段且依次進行。從第二個睡眠周期開始就不是純粹的按上述的四個周期依次進行，而是可能跳過一個或多個睡眠階段。一個晚上人體大約有4 5個睡眠周期。目前檢測人體睡眠有如下方法第一種方法，待測人員到醫(yī)院的睡眠實驗室過夜，專門設備監(jiān)控待測人員的心電圖、腦電波、呼吸狀態(tài)、手腳是否移動等。醫(yī)生通過讀取整個晚上記錄下來的多個信號的波形圖，人工分析判斷病人的睡眠階段、睡眠質量等。第二種方法，通過測量人體的腦電波判斷人體的睡眠階段。該方法是用十多個探頭(電極)連接頭部的不同的部位(例如采用國際通用的10 20系統(tǒng)電極鋪放法)，來采集十多路的腦電波信號。在該方法基礎上有簡化方案，如美國專利授權號US51M180A所記載的，只采用前額的一路腦電波信號，通過對腦電波信號頻率、幅度的分析判斷人體的睡眠階段。又如美國專利授權號US6272378B1所記載的，不僅依據(jù)腦電波信號的頻率、幅度，還對腦電波信號進行傅立葉變換后依據(jù)不同頻率信號的頻段分布情況，綜合判斷人體的睡眠階段。這種方法已經生產出了實際的產品，例如Zeo公司生產的“個人睡眠教練”(Personal Sleep Coach)，但是根據(jù)客戶反饋情況，有20%的消費者反映，該產品會在客戶有知覺、尚未睡眠的時候判斷為客戶已入睡。第三種方法，采用活動記錄檢查原理判斷人體的睡眠階段。該方法是在待測人員手腕上戴上腕動計(actigraphy)，內有加速度傳感器。當待測人員處在不同的睡眠階段時， 會伴隨著身體的運動或靜止。加速度傳感器檢測并記錄人體的運動信息，由此判斷人體是處在清醒狀態(tài)、還是某一個睡眠階段。
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上述第一種方法需要到專門的實驗室進行，花費高且很不方便。上述第二種方法或者要部署十多個電導電極，不適合于平時家庭的使用；或者對人體睡眠情況判斷的準確度有所欠缺。由于在模糊的睡眠階段、深睡階段中人體都可能運動，上述第三種方法顯然也無法對人體睡眠情況作出準確的判斷?，F(xiàn)代人生活壓力越來越大，失眠現(xiàn)象很普遍。有些人睡眠時間雖然有6 8小時， 但是睡眠質量差，早晨起來還是覺得頭腦不清醒。如果能清楚地告訴人們晚上睡眠的分析情況，如各階段睡眠時間的多少，人們就會對自己有一個心理的暗示，從而驅使身體往好的方面做調整。另外有許多人在失眠時采取聽收音機或聽音樂的方式輔助睡眠，但是這些聲音在人體入睡后仍然存在，反而對睡眠不利。雖然收音機或音頻播放器可以設定定時關機的功能，但是很難確定定時關機的時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種睡眠檢測裝置。為此，本發(fā)明還要提供所述睡眠檢測裝置檢測人體睡眠情況的方法、以及所述睡眠檢測裝置輔助人體睡眠的方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明睡眠檢測裝置包括電極、加速度傳感器、CPU處理器； 其中電極直接與人體腦部相接觸并采集腦電波信號，加速度傳感器固定于人體前額并采集人體運動的加速度信號，所述腦電波信號和加速度信號傳遞至CPU處理器，由CPU處理器判斷人體睡眠情況。進一步地，本發(fā)明睡眠檢測裝置還包括存儲器、耳機；其中存儲器中存儲有音頻文件，由CPU處理器控制所述音頻文件播放到耳機之中。上述睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法為CPU處理器根據(jù)接收的腦電波信號和加速度信號，判斷人體的睡眠情況，具體包括如下規(guī)則規(guī)則1 每個測量周期中加速度信號的波動均在第一閾值以上，則CPU處理器僅根據(jù)腦電波信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮加速度信號；規(guī)則2 當腦電波信號在各個頻段的能量分布均勻，則CPU處理器僅根據(jù)加速度信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮腦電波信號；規(guī)則3 在一個測量周期內，腦電波信號在8 25Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號在8 9Hz的能量占總能量的4%以上，并且腦電波信號的平均幅度在 30 μ V以下，并且加速度信號的波動在第一閾值以上，則判斷人體處于清醒階段；規(guī)則4:在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在6 8Hz的能量占總能量的80% 以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且未檢測到睡眠紡錘形波和K形雜波， 則判斷人體處于模糊入睡階段；規(guī)則5 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在4 7Hz的能量占總能量的80% 以上，并且至少出現(xiàn)一次睡眠紡錘形波和/或K形雜波，并且腦電波信號的平均幅度均大于 30 μ V且在75 μ V以下，并且至少一個測量周期內的加速度信號的波動小于第一閾值，則判斷人體處于淺睡階段；規(guī)則6 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的 20%以上且小于50%，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的前期；規(guī)則7 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的 50%以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期；規(guī)則8 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在1 4Hz的能量占總能量的50% 以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，并且加速度信號的波動在0. 05g以上，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期且待測人員處于夢游狀態(tài)；規(guī)則9 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在IOHz以上的能量占能量的80% 以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且至少一個測量周期內加速度信號的波動小于0. 05g，則判斷人體處于快速眼球轉動階段；規(guī)則10 在每個測量周期中，加速度信號的波動均大于第三閾值且小于第四閾值，并且加速度信號的峰值每分鐘出現(xiàn)10 20次，則CPU處理器仍按上述規(guī)則3 9判斷人體的睡眠情況，但將第一閾值改為第二閾值。上述睡眠檢測裝置輔助睡眠的方法為待測人員戴上睡眠檢測裝置，其中電極和加速度傳感器固定于人體前額，耳機佩帶于人體耳部；當CPU處理器判斷人體處于清醒階段，則在耳機中播放音頻；當CPU處理器判斷人體處于模糊入睡階段，則在耳機中降低音量；當CPU處理器判斷人體處于淺睡階段，則立即在耳機中停止播放音頻。本發(fā)明睡眠檢測裝置及其檢測、輔助睡眠的方法，可以較為精確地對人體的睡眠情況進行判斷，并具有輔助睡眠的效果。


圖1是人體處于淺睡階段時，腦電波呈現(xiàn)睡眠紡錘形波和K形雜波的示意圖；圖2是人體在一個晚上多個睡眠周期以及睡眠階段之間切換的示意圖；圖3是本發(fā)明睡眠檢測裝置的結構示意圖一；圖4是本發(fā)明睡眠檢測裝置的結構示意圖二 ；圖5是本發(fā)明睡眠檢測裝置的一個實施例的外觀示意圖；圖6是本發(fā)明睡眠檢測裝置的一個實施例的結構示意圖；圖中附圖標記說明10-佩帶；20-電子模塊；21-電極；211-前置信號放大器；212-濾波器；213-模數(shù)轉換器；22-加速度傳感器；23-CPU處理器；24-存儲器；25-耳機。
具體實施例方式請參閱圖3，本發(fā)明睡眠檢測裝置至少包括電極21，直接與人體腦部接觸并采集腦電波信號；加速度傳感器22，固定于人體前額并采集人體腦部運動(如轉動、抽動、挪動等) 的加速度信號；CPU處理器23，接收所述腦電波信號和加速度信號，并判斷人體的睡眠情況。請參閱圖4，本發(fā)明睡眠檢測裝置還可在圖3基礎上進一步包括存儲器M，其中存儲有音頻文件，例如催眠音樂、催眠語音等；
耳機25，佩戴到人體的耳朵之中或之外，受CPU處理器23的控制而播放音頻文件。進一步地，CPU處理器23還可將接收的腦電波信號、加速度信號、和/或判斷的人體睡眠情況的詳細數(shù)據(jù)存儲到存儲器M中，從而可以導出進行詳細分析。請參閱圖5，這是本發(fā)明睡眠檢測裝置的一個實施例的外觀示意圖。在人體的腦袋上部環(huán)繞著一根佩帶10，佩帶10上固定有一個電子模塊20。電子模塊20緊貼人體的前額部位。在電子模塊20上具有一個或多個電極21、以及加速度傳感器、CPU處理器、存儲器等模塊(均未圖示)。電子模塊20通過兩根數(shù)據(jù)線連接兩個耳機25，耳機25置于人體的耳朵之中或覆蓋在耳朵之外。圖5所示的睡眠檢測裝置是一個可佩帶的形式。由于該裝置是整晚戴在前額，因此電極21不宜采用普通醫(yī)療用的腦電圖探頭，因為這容易造成皮膚過敏，且會在前額上留下紅色的印記。本發(fā)明中優(yōu)選地采用內嵌金屬絲的軟性紡織品作為電極。進一步地，在圖5所示的電子模塊20中還可以包括控制整個裝置開啟或關閉的按鍵、顯示人體是處于清醒階段或睡眠階段信息的顯示屏、對外進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诘?均未圖示)。請參閱圖6，這是本發(fā)明睡眠檢測裝置的一個實施例的結構示意圖。其中包括依次相連的電極21、前置信號放大器211、濾波器212、模數(shù)轉換器213、CPU處理器23、信號放大器232和耳機25 ；還包括與CPU處理器23相連接的加速度傳感器22、顯示屏231、USB接口 233、存儲器M。當然還應包括電源(如電池)為以上各模塊提供電力，圖6中未圖示。其中電極21例如可以采用普通的人體電導測量用電極，優(yōu)選則采用加銀絲的軟布電極。電極21采集到的人體腦電波信號幅度一般為10 100 μ V。電極21例如可以設置為三個(如圖5所示)，中間的電極作為參考電平，主要用來更好地去除系統(tǒng)的共模噪聲。 兩邊的兩個電極作為一對差分輸入信號送入前置信號放大器211的差分輸入端。這三個電極總共只采集一路腦電波信號。電極21的數(shù)量不作嚴格限制，也可以采用更少或更多的電極。電極21采集的一路腦電波信號經過前置信號放大器211放大幾十倍后，先經過一個隔直電容(未圖示)，電容可以去除電極在人體皮膚上積聚電荷后的固定電平差，以防后級放大器飽和。再經過一個濾波器212。濾波器212將高頻噪聲和工頻噪聲(例如50Hz) 濾除掉。濾波器212的截止頻率例如為48Hz。濾波后的信號再送入模數(shù)轉換器213轉換為數(shù)字信號。模數(shù)轉換器213例如是12 位以上的模擬數(shù)字轉換電路，對模擬信號采樣后變?yōu)閿?shù)字信號。采樣的頻率要100赫茲以上，例如可選擇200赫茲。模數(shù)轉換后的數(shù)字信號進入CPU處理器23，CPU處理器23 —方面將模數(shù)轉換后的腦電波信號存儲到存儲器M之中，另一方面則對該信號進行傅立葉變換，把時域的腦電波信號(橫坐標為時間，縱坐標為幅值)轉換為頻域的腦電波信號(橫坐標為頻率，縱坐標為幅值)。加速度傳感器22例如是三軸重力加速度傳感器，其采集的人體運動的加速度信號傳遞給CPU處理器23。該加速度傳感器固定于人體的前額部位，檢測人體頭部的運動(挪動、轉動等)情況。所述加速度信號指三軸重力加速度傳感器在三軸方向上的加速度信號的矢量總和，即直角坐標系三軸方向的加速度值的平方相加后再開平方根的值。
所述加速度信號傳遞給CPU處理器23之前經過信號放大、濾波、模數(shù)轉換等環(huán)節(jié)， 圖6中未詳細表示。CPU處理器23對該加速度信號一方面存儲到存儲器M中，另一方面結合時域和頻域的腦電波信號，綜合判斷人體的睡眠情況。顯示屏231例如是IXD顯示屏，可以實時地顯示腦電波信號、加速度信號的信息， 也可以實時地顯示CPU處理器23判斷出的人體的清醒或睡眠狀態(tài)信息。為節(jié)省電源，顯示屏231可以設置為默認關閉，根據(jù)用戶按鍵才開啟。存儲器M例如是flash存儲器等，要求存儲器M在掉電后仍可保存數(shù)據(jù)。存儲器M中既保存有所采集的人體腦電波信號(時域)、加速度信號，也保存有CPU處理器23 處理后的人體腦電波信號(頻域)，以及CPU處理器23判斷出的人體的睡眠情況信息。進一步地，存儲器M中還可以保存有可以幫助睡眠的催眠音樂、催眠語音等。CPU處理器23還通過信號放大器232連接耳機25。CPU處理器23可以控制存儲器M中的音頻文件輸出到信號放大器232，經放大后在耳機25中播放。USB接口 233也可以是任何其他通用的數(shù)據(jù)接口，本發(fā)明睡眠檢測裝置可以通過該USB接口 233連接到計算機上，將存儲器M中存儲的人體的腦電波信號、加速度信號的詳細信息、以及CPU處理器23判斷出的人體的睡眠情況的詳細信息導出到計算機上，用于進一步地詳細分析。各種音頻文件也可以通過該USB接口 233傳輸?shù)酱鎯ζ鱉之中。本發(fā)明睡眠檢測裝置檢測人體的方法，是由CPU處理器根據(jù)人體前額的腦電波信號的時域特性和/或頻域特性、和/或加速度信號綜合判斷的，具體包括如下規(guī)則規(guī)則1 每個測量周期中加速度信號的波動均在第一閾值以上，則CPU處理器僅根據(jù)腦電波信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮加速度信號；本申請文件中，所述“加速度信號的波動”是指加速度信號的最大值與最小值之間的差值。所述“僅根據(jù)腦電波信號判斷人體的睡眠情況”是指規(guī)則1. 1 在一個測量周期內，腦電波信號在8 25Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號在8 9Hz的能量占總能量的4%以上，并且腦電波信號的平均幅度在 30 μ V以下，則判斷人體處于清醒階段；本申請文件中，腦電波信號的總能量是指其頻域曲線(橫坐標為頻率、縱坐標為幅值)下所覆蓋的總面積，腦電波信號在某一頻段內的能量是指其頻域曲線在該頻段內所覆蓋的面積。在規(guī)則1. 1中，對腦電波信號在8 9Hz的能量占比的規(guī)定，是為了區(qū)別情形階段和眼球轉動的睡眠階段。規(guī)則1. 2 在一個測量周期內，腦電波信號在6 8Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，則判斷人體處于模糊入睡階段；規(guī)則1. 3 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在4 7Hz的能量占總能量的 80%以上，并且至少出現(xiàn)一次睡眠紡錘形波和/或K形雜波，并且腦電波信號的平均幅度大于30 μ V且在75 μ V以下，則判斷人體處于淺睡階段；規(guī)則1. 4 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量在總能量的 20%以上且小于總能量的50%，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的前期；
規(guī)則1. 5 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的 50%以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期；規(guī)則1. 6 在一個測量周期內，腦電波信號在IOHz以上的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，則判斷人體處于快速眼球轉動階段。規(guī)則2 當腦電波信號在各個頻段的能量分布均勻，則CPU處理器僅根據(jù)加速度信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮腦電波信號；所述各個頻段為以下五個頻段8 25Hz、6 8Hz、4 7Hz、0. 5 3Hz、10Hz以上。所述“腦電波信號在各個頻段的能量分布均勻”是指各個頻段的最大能量與最小能量的差值小于10%。所述“僅根據(jù)加速度信號判斷人體的睡眠情況”是指規(guī)則2. 1 在連續(xù)的四個測量周期內，至少一個測量周期內加速度信號的波動在第二閾值以上，則判斷人體處于清醒狀態(tài)；規(guī)則2. 2 在連續(xù)的四個測量周期內，至少一個測量周期內加速度信號的波動在第一閾值以上且小于第二閾值，則判斷人體處于淺睡階段或快速眼球轉動階段；規(guī)則2. 3 在連續(xù)的三個測量周期內，加速度信號的波動小于第一閾值，則判斷人體處于深睡階段。規(guī)則3 在一個測量周期內，腦電波信號在8 25Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號在8 9Hz的能量占總能量的4%以上，并且腦電波信號的平均幅度在 30 μ V以下，并且加速度信號的波動在第一閾值以上，則判斷人體處于清醒階段；規(guī)則4:在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在6 8Hz的能量占總能量的80% 以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且未檢測到睡眠紡錘形波和K形雜波， 則判斷人體處于模糊入睡階段；規(guī)則5 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在4 7Hz的能量占總能量的80% 以上，并且至少出現(xiàn)一次睡眠紡錘形波和/或K形雜波，并且腦電波信號的平均幅度均大于 30 μ V且在75 μ V以下，并且至少一個測量周期內的加速度信號的波動小于第一閾值，則判斷人體處于淺睡階段；規(guī)則6 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的 20%以上且小于50%，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的前期；規(guī)則7 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的 50%以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期；規(guī)則8 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在1 4Hz的能量占總能量的50% 以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，并且加速度信號的波動在0. 05g以上，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期且待測人員處于夢游狀態(tài)；規(guī)則9 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在IOHz以上的能量占能量的80% 以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且至少一個測量周期內加速度信號的波動小于0. 05g，則判斷人體處于快速眼球轉動階段；規(guī)則10 在每個測量周期中，加速度信號的波動均大于第三閾值且小于第四閾值，并且加速度信號的峰值每分鐘出現(xiàn)10 20次，則CPU處理器仍按上述規(guī)則3 9判斷
10人體的睡眠情況，但將第一閾值改為第二閾值。所述測量周期可以是20 60秒，優(yōu)選為30秒。所述第一閾值為0. 05g，第二閾值為0. lg，第三閾值為0. 02g，第四閾值為0. 08go實際上，上述規(guī)則3、4、5、6、7、9屬于基本規(guī)則，已經可以在大多數(shù)情形下得到準確的睡眠狀態(tài)。可是考慮到某些復雜的情況，例如前面所述的電極與皮膚接觸不良時、或者周圍環(huán)境有很強的電磁噪聲造成干擾時、或者被測人員具有腦功能紊亂造成腦電波異常時，又增加了其余各項規(guī)則。本申請文件中，對于的腦電波信號的頻域特性，優(yōu)選地只考慮其在0 50Hz范圍內的能量分布情況，這也是腦電波的信號的主要頻率分布范圍。本申請文件中，在檢測睡眠紡錘形波和K形雜波時，對于時域采樣的腦電波信號進一步經截止頻率為40Hz的低通濾波器，以便進一步去除50Hz的工頻噪聲，濾波后的信號和預先采集的典型的睡眠紡錘形波和K形雜波的數(shù)字信號序列進行相關計算。當相關系數(shù)達到可接受的值，即判斷腦電波信號中有睡眠紡錘形波或K形雜波的存在。所述相關系數(shù)的可接受的值(判決值)可以選擇0. 6以上的一個值。當本發(fā)明所述睡眠檢測裝置判斷出人體的睡眠階段后，還可進一步地輔助人體睡眠。具體而言，人體開始睡眠時，CPU處理器控制耳機中播放催眠音樂或催眠語音等音頻； 當CPU處理器判斷人體處于模糊入睡階段，則降低耳機中的音量，例如每分鐘降低6分貝， 直至耳機的輸出音量小于5分貝；當CPU處理器判斷人體進入淺睡階段，則關閉音頻播放。 該方法既能幫助人體睡眠，又不會影響待測人員的睡眠。綜上所述，本發(fā)明睡眠檢測裝置內置電極和加速度傳感器，通過CPU處理器判斷人體的睡眠情況。該裝置在檢測人體睡眠時，綜合考慮腦電波信號和加速度信號，從而可以得到即便在各種復雜情況下仍然較為精確的人體睡眠階段。該裝置還可進一步地輔助人體睡眠。
權利要求
1.一種睡眠檢測裝置，其特征是，包括電極、加速度傳感器、CPU處理器；其中電極直接與人體腦部相接觸并采集腦電波信號，加速度傳感器固定于人體前額并采集人體運動的加速度信號，所述腦電波信號和加速度信號傳遞至CPU處理器，由CPU處理器判斷人體的睡眠情況。
2.根據(jù)權利要求1所述的睡眠檢測裝置，其特征是，還包括存儲器、耳機；其中存儲器中存儲有音頻文件，由CPU處理器控制所述音頻文件播放到耳機之中。
3.根據(jù)權利要求1所述的睡眠檢測裝置，其特征是，所述電極為并排的三個，中間的一個電極作為參考電平，兩邊的兩個電極作為一對差分輸入信號，所述三個電極采集一路腦電波信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的睡眠檢測裝置，其特征是，所述加速度傳感器為三軸重力加速度傳感器，其測量的加速度信號為三軸方向上的加速度信號的矢量和，即三軸方向上的加速度信號值的平方和再開平方根的值。
5.如權利要求1所述的睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法，其特征是，CPU處理器根據(jù)接收的腦電波信號和加速度信號，判斷人體的睡眠情況，具體包括如下規(guī)則規(guī)則1 每個測量周期中加速度信號的波動均在第一閾值以上，則CPU處理器僅根據(jù)腦電波信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮加速度信號；規(guī)則2 當腦電波信號在各個頻段的能量分布均勻，則CPU處理器僅根據(jù)加速度信號判斷人體的睡眠情況，而不考慮腦電波信號；規(guī)則3 在一個測量周期內，腦電波信號在8 25Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號在8 9Hz的能量占總能量的4%以下，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且加速度信號的波動在第一閾值以上，則判斷人體處于清醒階段；規(guī)則4 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在6 8Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且未檢測到睡眠紡錘形波和K形雜波，則判斷人體處于模糊入睡階段；規(guī)則5 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在4 7Hz的能量占總能量的80%以上，并且至少出現(xiàn)一次睡眠紡錘形波和/或K形雜波，并且腦電波信號的平均幅度均大于 30 μ V且在75 μ V以下，并且至少一個測量周期內的加速度信號的波動小于第一閾值，則判斷人體處于淺睡階段；規(guī)則6 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0.5 3Hz的能量占總能量的20%以上且小于50%，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的前期；規(guī)則7 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的50%以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期；規(guī)則8 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在1 4Hz的能量占總能量的50%以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，并且加速度信號的波動在0. 05g以上，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期且待測人員處于夢游狀態(tài)；規(guī)則9 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在IOHz以上的能量占能量的80%以上， 并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，并且至少一個測量周期內加速度信號的波動小于0. 05g，則判斷人體處于快速眼球轉動階段；規(guī)則10 在每個測量周期中，加速度信號的波動均大于第三閾值且小于第四閾值，并且加速度信號的峰值每分鐘出現(xiàn)10 20次，則CPU處理器仍按上述規(guī)則3 9判斷人體的睡眠情況，但將第一閾值改為第二閾值。
6.根據(jù)權利要求5所述的睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法，其特征是，所述規(guī)則1中“僅根據(jù)腦電波信號判斷人體的睡眠情況”是指規(guī)則1. 1 在一個測量周期內，腦電波信號在8 25Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，則判斷人體處于清醒階段；規(guī)則1. 2 在一個測量周期內，腦電波信號在6 8Hz的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，則判斷人體處于模糊入睡階段；規(guī)則1.3 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在4 7Hz的能量占總能量的80% 以上，并且至少出現(xiàn)一次睡眠紡錘形波和/或K形雜波，并且腦電波信號的平均幅度大于 30 μ V且在75 μ V以下，則判斷人體處于淺睡階段；規(guī)則1. 4 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量在總能量的20% 以上且小于總能量的50%，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的前期；規(guī)則1. 5 在連續(xù)的四個測量周期內，腦電波信號在0. 5 3Hz的能量占總能量的50% 以上，并且腦電波信號的平均幅度大于75 μ V，則判斷人體處于深度睡眠階段的后期；規(guī)則1.6 在一個測量周期內，腦電波信號在IOHz以上的能量占總能量的80%以上，并且腦電波信號的平均幅度在30 μ V以下，則判斷人體處于快速眼球轉動階段。
7.根據(jù)權利要求5所述的睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法，其特征是，所述規(guī)則2中的各個頻段為以下五個頻段8 25Ηζ、6 8Ηζ、4 7Ηζ、0. 5 3Ηζ、10Ηζ以上；所述“腦電波信號在各個頻段的能量分布均勻”是指各個頻段的最大能量與最小能量的差值小于10% ；所述“僅根據(jù)加速度信號判斷人體的睡眠情況”是指規(guī)則2. 1 在連續(xù)的四個測量周期內，至少一個測量周期內加速度信號的波動在第二閾值以上，則判斷人體處于清醒狀態(tài)；規(guī)則2.2 在連續(xù)的四個測量周期內，至少一個測量周期內加速度信號的波動在第一閾值以上且小于第二閾值，則判斷人體處于淺睡階段或快速眼球轉動階段；規(guī)則2. 3 在連續(xù)的三個測量周期內，加速度信號的波動小于第一閾值，則判斷人體處于深睡階段。
8.根據(jù)權利要求5所述的睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法，其特征是，所述測量周期為 20 60秒。
9.根據(jù)權利要求5所述的睡眠檢測裝置檢測睡眠的方法，其特征是，所述第一閾值為 0. 05g，第二閾值為0. lg，第三閾值為0. 02g，第四閾值為0. 08go
10.如權利要求2所述的睡眠檢測裝置輔助睡眠的方法，其特征是，待測人員戴上睡眠檢測裝置，其中電極和加速度傳感器固定于人體前額，耳機佩帶于人體耳部；當CPU處理器判斷人體處于清醒階段，則在耳機中播放音頻； 當CPU處理器判斷人體處于模糊入睡階段，則在耳機中降低音量； 當CPU處理器判斷人體處于淺睡階段，則立即在耳機中停止播放音頻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種睡眠檢測裝置，包括電極、加速度傳感器、CPU處理器；其中電極直接與人體腦部相接觸并采集腦電波信號，加速度傳感器固定于人體前額并采集人體運動的加速度信號，所述腦電波信號和加速度信號傳遞至CPU處理器，由CPU處理器判斷人體的睡眠情況。該裝置還可以包括存儲器、耳機；其中存儲器中存儲有音頻文件，由CPU處理器控制所述音頻文件播放到耳機之中。本發(fā)明還公開了該裝置檢測睡眠情況及輔助睡眠的方法。本發(fā)明可以較為精確地對人體的睡眠階段進行判斷，并具有輔助睡眠的效果。
文檔編號A61B5/048GK102247122SQ201010180030
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者盧斌 申請人:上海易酷信息技術服務有限公司