测定有利于唤醒的人类睡眠阶段的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量人类状态参数以用于诊断目的的领域，具体而言涉及测量表征人 类睡眠的参数。
【背景技术】
[0002] 已知人类睡眠由被称为REM睡眠和非REM睡眠的两个阶段交替地组成。在健康人 类的睡眠过程中，上述两个阶段在循环中彼此交替（通常4至6个循环）。经验显示在REM 阶段进行唤醒是最有利的。但是，有非常多的人们是被设定在特定时间的闹钟或其他随机 因素唤醒的，这就意味着他们并不总是在最佳的睡眠阶段被唤醒。因此，为了给人们提供更 舒适的生活条件，重要的是开发简单、轻便且易于使用的测定有利于被唤醒的睡眠阶段的 技术手段，并提供对产生唤醒声响或其他信号的唤醒装置的控制。
[0003] 已知有多种用于测定人类睡眠阶段的方法，包括那些有利于唤醒的方法。
[0004] 医学研究发现，记录多种生物电信号可以足够可信地识别特定的睡眠阶段，所述 生物电信号例如表征脑部生物电活动的EEG、反映肌肉活动的肌动电流图或者表征眼部活 动中生物电位变化的E0G。然而，这些方法只能在医疗机构中在受过特定训练的人员的帮助 下使用，不能用于日常生活中。此外，众多的内部和外部因素都会影响人类睡眠，所以同一 个人的睡眠可能以不同的方式进行。因此，必须在给定的人目前心理状态和睡眠条件的基 础上测定其有利于被唤醒的睡眠阶段
[0005] 已知有多种方法和装置，被设计为基于该睡眠中的人的生理参数的实时测量来在 有利于被唤醒的睡眠阶段对其唤醒。
[0006] 因此，专利RU 2061406记载了一种在预定睡眠阶段对人唤醒的方法。为此目的， 在睡眠期间通过传感器记录EEG，以确定当前的REM阶段，并以预定时间间隔产生的唤醒信 号与所述EEG同步。据作者所述，在REM睡眠期的脑电睡眠，是通过与β波在18赫兹到 32赫兹的范围的出现的去同步化以及与存在的Θ波出现低幅混合活动来区分REM睡眠的 EEG0
[0007] 美国专利申请20110230790记载了一种在预定的最后唤醒时间之前的所需睡眠 阶段中唤醒人的方法，以及确定开始睡眠的最佳时间的方法。该方法通过由连接着人臂或 腿的加速度计所记录的机械运动来识别REM阶段。
[0008] 美国专利申请20050190065记载了一种在最有利的睡眠阶段唤醒人的方法。据作 者所述，通过以下特征来表征REM阶段：心脏血流量增加；人体体温调节能力降低（其体温 可能随着环境温度上升或下降）；血管收缩和血管的血流量下降（这可以通过外周动脉血 压计测量）；心率、血压和呼吸速率上升和不稳定。
[0009] 与本发明最接近的现有技术是专利DE 4, 209, 336,其中记载了在预设的期间和有 利的睡眠阶段中的最佳时间唤醒人的方法。该方法通过测量心率、呼吸速率、头部温度或体 温以及检测眼部和肢体运动来识别REM阶段。实施该方法的装置可以被制成臂带、耳夹、胸 带等形式。
[0010] 对现有技术的分析表明，这种装置无法足够可靠地识别REM睡眠阶段的开始和结 束，或者所述装置会因为需要在人体上连接很多传感器而使得睡觉的人感到很不舒服。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题是提供一种简单可靠的方法来识别有利于被唤醒的睡 眠阶段即REM睡眠，而且该方法能够在一种易于与人体连接并且不会打扰人睡眠的装置上 实现。
[0012] 根据本发明，所述方法通过使用连接于人体的脉搏传感器和至少一个运动传感器 来分别记录睡眠中的人的脉搏信号和肢体活动，来识别有利于被唤醒的人类睡眠阶段，所 述脉搏信号作为计算RR间隔和呼吸速率的值的基础；其中通过函数增量F(At1)来识别有 利于被唤醒的睡眠阶段的开始和结束，该函数增量的值通过给定的时间间隔A tl确定，其 中i是所述时间间隔的系列号；所述函数增量如下式：
[0013] F ( Δ = -K1P1-K2P2-K3PfK 4PfK5PJK6P6，⑴
[0014] 其中=P1为在时间间隔Λ t i中RR间隔的平均值；
[0015] P2为在时间间隔Λ t i中RR间隔的最小值；
[0016] P3为在时间间隔Λ t i中RR间隔的最大值；
[0017] P4S之前的3-20分钟的时间间隔中RR间隔的标准差；
[0018] P5为在时间间隔Λ t i中呼吸速率的平均值；
[0019] P6为在之前的0. 5-10分钟内检测到的肢体运动的平均数；
[0020] K1 - K6是表征相应参数P i - P6对函数F ( Δ t J的值的贡献的权重系数。
[0021] 本发明人通过实验事实确定了对有利于被唤醒的睡眠阶段的识别的确定性和可 靠性，其中选定的参数P1-P6可以提供信息，当它们组合使用时，可以识别REM阶段的开始 和结束。另一方面，仅仅通过记录脉搏信号和人类肢体运动就可以完全测定上述全部参数， 这样的测量仅需要使用连接至人体而不会打扰人睡眠的传感器。另一个重要的事实是，所 选定的参数是等式（1)中具有某个权重系数K1-K6成员，这些权重系数也可以通过实验测 定，这就使得所获得的函数F (△ 的值能够对有利于人类唤醒的阶段的开始和结束进行 可靠的识别。
[0022] 在测量参数P4(RR间隔的标准差）的值时所使用的时间间隔的限度也通过实验测 定如下：
[0023] 如果所述时间间隔小于3分钟，则被称为I型错误（"错误警报"）的概率会大到 不可接受；
[0024] 如果所述时间间隔大于20分钟，则被称为II型错误（"漏掉目标"）的概率会大 到不可接受。
[0025] 在测量参数P4的值时所使用的时间间隔优选地为4分钟至6分钟。
[0026] 在测量参数P6(呼吸速率的平均值）的值时所使用的时间间隔的限度也通过实验 测定如下：
[0027] 如果所述时间间隔小于0. 5分钟，则I型错误的概率会大到不可接受；
[0028] 如果所述时间间隔大于10分钟，则II型错误的概率会大到不可接受。
[0029] 在测量参数P6的值时所使用的时间间隔优选地为4分钟至6分钟。
[0030] 特别地，对于健康人而言，下述权重系数的值已通过实验测定：
[0031] 对于以毫秒为单位测定的参数P1，权重系数&的值的选择范围可以为0. 6ms 1至 3ms \ 优选地为 0· 9ms 1至 I. 05ms S
[0032] 对于以毫秒为单位测定的参数P2，权重系数1(2的值的选择范围可以为0.1 ms 1至 0· 7ms \ 优选地为 0· Ims 1 至 0· 2ms S
[0033] 对于以毫秒为单位测定的参数P3，权重系数1(3的值的选择范围可以为0.01ms 1至 0· 3ms \ 优选地为 0· 02ms 1 至 0· 05ms S
[0034] 对于以毫秒为单位测定的参数P4，权重系数1(4的值的选择范围可以为0. 5ms 1至 3ms \ 优选地为 I. 3ms 1至 I. 5ms S
[0035] 对于以分钟1为单位测定的参数P5，权重系数1( 5的值的选择范围可以为1分钟至 10分钟，优选地为1. 5分钟至2. 3分钟；
[0036] 对于参数P6，权重系数K6的选择范围可以为5至50,优选地为18至24。
[0037] 在所述方法的具体实施方案中，可以使用固定在手腕或前臂上的压电传感器、应 变计或光学传感器来记录脉搏，可以使用固定在臂或腿上的加速度计作为运动检测器。
[0038] 时间间隔Δ tl的选择范围可以为1分钟至6分钟。
[0039] 具体而言，当在时间段At1内，函数F(At1)的增量超过第一预设阈值时，识别为 有利于唤醒的睡眠阶段的开始。
[0040] 具体而言，当在时间段At1内，函数F(At1)的增量变得小于第二预设阈值时，识 别为有利于唤醒的睡眠阶段的结束。
【附图说明】
[0041] 通过以下【附图说明】本发明：
[0042] 图1显示了对于一位受试者（8VAV)识别REM睡眠阶段的实例，其中图Ia显示了 所记录的一个REM阶段的函数F(At1)的曲线，而图Ib显示了图Ia所示的函数F(At1)的 增量AF(At1)的曲线；
[0043] 图2显示了与图1所示相同的受试者（8VAV)的整个睡眠过程的函数F(At1)的 曲线，其中图1更详细显示的曲线片段在图2中用圆圈标示。
[0044] 图3显示了另一位受试者（7ESA)的整个睡眠过程的函数F(At1)的曲线；
[0045] 图4显示了又另一位受试者（3SQR)的整个睡眠过程的函数F(At1)的曲线；
[0046] 图5和图6示意性显示了用于实施根据本发明的方法的示例性便携装置的设计， 所述装置为带有传感器的手环形式，其中图5为该装置从其与手腕接触的内侧的视图，图6 从指示器所在的外侧显示所述装置。
【具体实施方式】
[0047] 测定有利于被唤醒的睡眠阶段的方法可以使用两个传感器来实施：脉搏传感器和 能够响应臂或腿的运动的传感器（即运动传感器，例如加速度计）。所述传感器可以彼此分 离地固定在人体上。例如，所述运动传感器可以连接在臂或腿上，而所述脉搏传感器可以固 定在手腕或前臂上。脉搏传感器可以是压电传感器、应变计或光学传感器。优选地，可以使 用对血液填充人体区域敏感的光学传感器或者光体积描记传感器。如果将脉搏传感器和运 动传感器都安装在同一个装置上就更方便了，例如以如图5和图6所示的可以戴在手腕上 的手环1的形式。
[0048] 如图5所示，手环1的内侧带有基于例如压电电池的脉搏传感器2。可以使用数个 脉搏传感器来保证传感器与测量脉搏信号的手腕区域的皮肤可靠地接触。手环1 (见图6) 可以带有显示初始设定和装置运行模式的指示器3。所述装置还可以例如通过安装在所述 手环1上的振荡器（图中未示出）以在有利的睡眠阶段产生唤醒信号。可以在手环1内侧 安装加速度计（图中未示出）以检测睡眠中的人的臂运动。脉搏传感器2和加速度计与手 环1的测量单元相连接，所述测量单元用于记录脉搏信号和加速度计产生的信号。所记录 的信号由CPU进行处理，所述CPU可以位于手环1的测量单元