專利名稱：用于誘導(dǎo)對象入睡的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于誘導(dǎo)對象、特別是從睡眠中醒來的對象入睡的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
睡眠障礙的國際分類區(qū)分出超過80種不同的可被有效治療的障礙。入睡或白天 嗜睡問題每年影響大約35%-40%的美國成年人口，并且是發(fā)病和死亡的重要原因。擾 亂的睡眠減少了它向睡眠者提供的休養(yǎng)(recreation)。如果不良睡眠質(zhì)量在延長的時(shí)間周 期上盛行(prevail)，則它可能導(dǎo)致較差的總體健康狀況、有限的活力和抗壓性。入睡方 面的困難影響了總?cè)丝诘?%-9%。然而，特別是在老年患者中，盛行率更高。一項(xiàng) 對66-97歲的人的調(diào)查發(fā)現(xiàn)26.7%的男性測試對象和44.1 %的女性測試對象在進(jìn)入睡眠 (initiating sleep)方面存在困難。具有保持睡眠問題的人報(bào)告他們可以相當(dāng)順利地入睡，但是兩三個(gè)小時(shí)后就醒 來并且不能重新睡著。原因可能是多方面的。如果某人醒來并且他的思想保持圍繞他的 憂慮、他在當(dāng)天所經(jīng)歷的事物和他的針對第二天的計(jì)劃等等旋轉(zhuǎn)，則他將難以理清其思 緒和充分放松以便再次入睡。W02007105127 A1公開了一種用于誘導(dǎo)對象入睡的系統(tǒng)，其包括用于關(guān)于該對 象生成時(shí)變光圖案的光圖案發(fā)生器。而且，該系統(tǒng)包括用于測量對象的呼吸頻率的呼吸 率測量單元。此外，該系統(tǒng)包括連接到呼吸率測量單元和光圖案發(fā)生器的控制單元，其 用于控制所述光圖案發(fā)生器，使得所生成的光圖案具有基本處于所測量的呼吸頻率與預(yù) 選的期望頻率之間的圖案頻率(pattern frequency)。然而，這種系統(tǒng)不能令人滿意地誘導(dǎo) 對象睡眠。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于誘導(dǎo)對象入睡的改進(jìn)的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于誘導(dǎo)對象入睡的系統(tǒng)包括用于監(jiān)視對象的 心率和呼吸率的監(jiān)視器；耦合到該監(jiān)視器用于評估心率與呼吸率之間的相干程度(degree of coherence)的相干性評估設(shè)備；以及耦合到該相干性評估設(shè)備的輸出設(shè)備，其用于基 于所述相干程度生成輸出以誘導(dǎo)對象入睡。在根據(jù)本發(fā)明的誘導(dǎo)入睡的過程中，監(jiān)視心率和呼吸率。監(jiān)視單個(gè)生理參數(shù)不 足以推斷對象是放松的還是緊張的。心率變異性(HRV)是指心率中的心跳間的變化。在 休息狀態(tài)下，健康個(gè)體的心率展現(xiàn)出周期性變化。這種有節(jié)奏的現(xiàn)象(稱為呼吸性竇性 心律不齊(RSA))隨著呼吸的階段而波動(dòng)在吸氣期間心加速而在呼氣期間心減速。這 樣，心率趨于與該人的呼吸活動(dòng)同步。因此，在對象放松時(shí)有可能從心率的變化推導(dǎo)出 呼吸頻率。如果對象處于積極的或放松的情緒中，則心率和呼吸率同步(高相干性)，并 且如果對象處于消極的或緊張的情緒中，則心率和呼吸率去同步(低相干性)。在積極的 情緒中，心率的變化以正弦波方式發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述監(jiān)視器包括傳感器，布置為不引人注意地放置在 對象的胸部之下，其中該傳感器適于感測通過機(jī)械沖擊和胸部變形而生成的信號，其中 所述機(jī)械沖擊是由心跳引起的，且所述胸部變形是由于呼吸造成的；以及處理單元，其 被配置為從所述傳感器接收信號并提取對象的心率和呼吸率。許多人戴著電子傳感器躺在床上時(shí)會(huì)感覺不舒適。根據(jù)本發(fā)明的不引人注意地 放置在床上的傳感器不會(huì)給對象帶來任何不便。為了誘導(dǎo)對象入睡，不在臥室中引入特 別的設(shè)備。在臥室中安裝不尋常的或不熟悉的設(shè)備可能在一些人中會(huì)誘導(dǎo)焦慮，從而阻 止他們?nèi)胨?。本發(fā)明的方法基于這樣的見識在家庭環(huán)境中促進(jìn)睡眠的問題需要一種絕 對不引人注意且舒適的解決方案，因?yàn)閷⑶秩胧郊夹g(shù)引入到臥室中一個(gè)人的最私密空間 之一一被顧客嚴(yán)厲決絕。具有不引人注意傳感器的這種系統(tǒng)進(jìn)一步保證了對象的正在睡 眠的伙伴不受干擾。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述傳感器是鐵電箔。為了不引人注意地測量心率和呼吸 率，將鐵電箔放置在對象的胸部之下，優(yōu)選地放置在他的床單之下。箔如果受到機(jī)械壓 力將會(huì)生成電壓。當(dāng)將機(jī)械壓力施加到鐵電箔時(shí)，表面電荷被移位，從而產(chǎn)生電壓。鐵 電箔拾取(pickup)每次心跳所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊和由于呼吸造成的胸部變形。呼吸動(dòng)作導(dǎo) 致低頻信號，心跳作為小的峰被疊加在該低頻信號上。耦合到傳感器的處理單元從這些 信號中提取心率和呼吸率以用于計(jì)算它們之間的相干程度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，輸出設(shè)備包括連接到相干性評估設(shè)備的光圖案發(fā)生器， 其用于基于相干程度在主體的視場內(nèi)生成光圖案，其中該光圖案能夠誘導(dǎo)對象入睡。基 于相干程度，光圖案發(fā)生器生成光圖案，其對于對象而言是可見的并且促進(jìn)對象放松并 使其入睡。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，光圖案包括具有不同光學(xué)屬性的對象序列，比 如形狀、顏色、位置、光強(qiáng)和不同方向上的不同速度，使得具有不同光學(xué)圖像和不同速 度的光圖案可被對象觀看到以便入睡。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，光圖案對象在較低的相干程度時(shí)變得更亮、更大 且移動(dòng)更快，其中光圖案對象在較高的相干程度時(shí)變得更淺、更小且移動(dòng)更慢。在確定 相干程度之后，光圖案對象的亮度和顏色可以依賴于心率與呼吸率之間的相干程度而進(jìn) 行修改。在高相干程度(其指示高度放松的狀態(tài))時(shí)，照明將被調(diào)暗并且光圖案對象的 顏色被朝向暖色調(diào)修改。另一方面，在低相干程度時(shí)，光圖案對象將更亮、更大且移動(dòng) 更快，這會(huì)轉(zhuǎn)移對象的游走的思想并且設(shè)法使其放松。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，輸出設(shè)備包括用于在呼吸模式方面指示對象的 指示系統(tǒng)，并且其中該指示是基于相干程度而給出的。所述呼吸指示可以通過聲音或通 過機(jī)械性刺激而給予對象。如果呼吸指示是在揚(yáng)聲器或頭戴式耳機(jī)的幫助下給出，則對 于吸氣和呼氣命令使用不同的聲調(diào)。一個(gè)完整的呼吸循環(huán)將通過用于吸氣的第一聲調(diào)、 繼之以用于呼氣的第二聲調(diào)以及第一與第二聲調(diào)之間的停頓來表示。通過延長呼吸循環(huán) 的吸氣和呼氣階段，在較高的相干程度時(shí)循環(huán)的頻率將自動(dòng)下降。這樣，建立了正反 饋。如果對象放松，他的相干程度將上升，這導(dǎo)致所指示的呼吸循環(huán)的頻率降低，并且 這促使進(jìn)一步放松。此外，信號的音量減小，以便促進(jìn)睡眠。為了實(shí)現(xiàn)不引人注意的最大化，在集成在床上(例如集成在床單內(nèi))的機(jī)械作用器的幫助下傳遞呼吸指示。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，呼吸指示由包括鐵電箔或壓電箔 的機(jī)械作用器生成。如果將電壓施加到作用器，作用器將發(fā)生機(jī)械變形并且通過機(jī)械刺 激將呼吸指示提供給對象。呼吸指示的頻率被調(diào)適為使得它在較高的相干程度時(shí)變得較 低。此外，在高相干程度時(shí)，通過降低施加到作用器的電壓幅值來緩慢地逐漸減弱機(jī)械 刺激的幅度(即機(jī)械振動(dòng)的幅度)。作用器可以放置在對象背部之下。將鐵電箔用作作用 器以給出呼吸指示的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以被制作得薄且有柔韌性并且可以集成到床單中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于誘導(dǎo)對象入睡的方法包括以下步驟測量對 象的心率和呼吸率；評估心率與呼吸率之間的相干程度；基于相干程度在主體的視場內(nèi) 生成輸出；以及在多個(gè)時(shí)間間隔處重復(fù)上述步驟。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該輸出包括基于相干程度的光圖案和/或呼吸指示。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，上述系統(tǒng)被集成到在臥室中找到的原有裝置(例如鬧 鐘)中。為了使得對象感覺舒適，系統(tǒng)無縫集成到臥室環(huán)境中是極為重要的。將系統(tǒng)集 成在投影鬧鐘中是不引人注意的并且對象在其臥室中不需要額外的可見的設(shè)備。使用鬧 鐘的投影儀，光圖案被投影在墻上或天花板上并且對正在睡眠的伙伴而言是不引人注意 的。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于誘導(dǎo)對象入睡的系統(tǒng)的實(shí)施例；圖2示出在不同情緒中對象的心率和呼吸率的相干程度；圖3a示出由放置在對象的床單之下的鐵電箔生成的信號Us的讀數(shù)的實(shí)例；圖3b示出通過低通濾波從鐵電箔信號獲得的呼吸分量；圖4示出在相關(guān)技術(shù)(correlation technique)的幫助下從鐵電箔信號獲得的心跳分 量；圖5a和圖5b示出對心率與呼吸率之間的相干程度的計(jì)算；圖6示出用于依賴于相干程度調(diào)適所投影的光圖案的速度、顏色和亮度的策 略；圖7示出放松練習(xí)的宏觀結(jié)構(gòu)緩慢地降低呼吸循環(huán)的頻率并延長循環(huán)持續(xù)時(shí) 間；圖8a示出以吸氣時(shí)間和呼氣時(shí)間作為參數(shù)的簡單二元刺激；在呼氣期間沒有刺 激；圖8b示出逐漸改變刺激強(qiáng)度的高級刺激；在呼氣期間沒有刺激；圖8c示出逐漸改變刺激強(qiáng)度的高級的不對稱刺激；在吸氣期間增加強(qiáng)度，在呼 氣期間降低強(qiáng)度，允許引入沒有刺激的呼吸停頓；圖8d示出逐漸改變刺激強(qiáng)度并改變刺激頻率的最高級的不對稱刺激，附加頻率 編碼允許用戶更好地識別從吸氣到呼氣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；圖9示出用于依賴于相干程度調(diào)適吸氣和呼氣階段的長度、所指示的呼吸循環(huán) 的頻率、機(jī)械刺激/振動(dòng)信號的幅度和聽覺信號的音量的策略；以及圖10示出包括圖1的系統(tǒng)的物品。
具體實(shí)施例方式將結(jié)合特定實(shí)施例并參考某些附圖描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。所描述 的附圖僅僅是示意性的和非限制性的。在附圖中，為了說明的目的，一些元件的尺寸可 被夸大并且未按比例繪制。當(dāng)術(shù)語“包括”用在本說明書和權(quán)利要求時(shí)，它不排除其它 元件或步驟。當(dāng)使用不定冠詞或定冠詞(例如“一”或“一個(gè)”、“該”)表示單數(shù)名 詞時(shí)，除非特別地另外說明，這包括多個(gè)該名詞。而且，說明書和權(quán)利要求中術(shù)語第一、第二、第三等被用于區(qū)分相似的原件并 且不一定用于描述連續(xù)或時(shí)間順序。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下是可交 換的，并且本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以本文描述或示出的順序以外的順序來操作。而且，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語頂部、底部、在...之上、在...之下等用于描 述的目的并且不一定用于描述相對位置。應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下是可 交換的，并且本文所描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以本文描述或示出的定向以外的定向來 操作。所述附圖僅僅是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的示意性視圖。在附圖中，相同的附 圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部件。圖1示出用于誘導(dǎo)對象110入睡的系統(tǒng)100的實(shí)施例。系統(tǒng)100包括用于監(jiān)視對 象110的心率和呼吸率的監(jiān)視器120。該監(jiān)視器包括傳感器122和處理單元124。傳感 器122不引人注意地放置在對象110胸部之下位于其床單112之下。傳感器122是鐵電箔 或壓電箔。而且，系統(tǒng)100包括用于評估心率與呼吸率之間的相干程度的設(shè)備130。光 圖案發(fā)生器140連接到設(shè)備130。該光圖案發(fā)生器在對象110的視場內(nèi)生成光圖案145。 系統(tǒng)100還包括指示系統(tǒng)150，其用于通過經(jīng)由放置在床單112之下的作用器155生成給 對象110的呼吸指令來指示對象如何呼吸。圖1描繪了不引人注意的生命參數(shù)測量，其用于通過控制投影的光圖案145的方 向、亮度、顏色和速度和/或通過由作用器155給出的呼吸指示來誘導(dǎo)患者110入睡。光 圖案發(fā)生器140包括用于將光圖案投影到位于對象110的視場內(nèi)的表面(比如屏幕、墻壁 和/或天花板)上的裝置，以使得對象110能夠觀看到所生成的光圖案。為了不引人注 意地測量心率和呼吸率，將鐵電箔122放置在床單112之下。鐵電箔122如果受到機(jī)械 壓力將生成電壓。它拾取由每次心跳產(chǎn)生的機(jī)械沖擊以及由于呼吸造成的胸部變形。據(jù) 發(fā)現(xiàn)，呼吸動(dòng)作導(dǎo)致低頻信號，而心跳作為小的峰疊加在該低頻信號上。監(jiān)視心率和呼吸率心率變異性(HRV)是指心率在心跳間的變化。在休息狀態(tài)下，健康個(gè)體的心率 展現(xiàn)出周期性變化。這種有節(jié)奏的現(xiàn)象(稱為呼吸性竇性心律不齊(RSA))隨著呼吸的 階段而波動(dòng)在吸氣期間心加速而在呼氣期間心減速。這樣，在休息狀態(tài)下心率趨于與 該人的呼吸活動(dòng)同步。因此，可以從心率的變化推導(dǎo)出呼吸頻率。圖2示出與當(dāng)對象處于消極的或緊張的情緒(低相干性)時(shí)發(fā)現(xiàn)的去同步相比， 當(dāng)對象處于積極的或放松的情緒(高相干)時(shí)心率和呼吸率的同步。在積極的情緒中， 心率以正弦波的方式發(fā)生變化。
鐵電箔122所生成的電壓是表示低頻呼吸動(dòng)作的分量和表示心跳誘導(dǎo)的脈沖的 另一個(gè)分量的疊加。圖3a示出由放置在床單112下面的鐵電箔122測量的實(shí)例信號Us。 在圖3a所示的未處理的信號中，兩個(gè)信號分量是可辨別的。低頻呼吸分量可以容易地通 過對該信號進(jìn)行低通濾波來提取，這是因?yàn)楹粑l率明顯低于心率。圖3b中示出了結(jié) 果。與心跳相關(guān)的信號分量可以由處理單元124在相關(guān)技術(shù)的幫助下從由鐵電箔122傳 遞的信號中提取。圖4在上部軌跡中示出未處理的箔信號，而下部軌跡是在時(shí)域中計(jì)算 信號的自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果。在未處理的信號中可見的心跳誘導(dǎo)的峰被自相關(guān)函數(shù)中的最 大值清楚地標(biāo)記出。相干稈度的計(jì)算在心率分量與呼吸率分量分離之后，確定這兩個(gè)分量之間的相干程度，這如圖 5a和圖5b所示。從兩個(gè)分量取N個(gè)樣本的片段，并且應(yīng)用下面的計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種用于誘導(dǎo)對象(110)入睡的系統(tǒng)(100)，包括監(jiān)視器(120)，用于監(jiān)視所述對象(110)的心率和呼吸率；相干性評估設(shè)備(130)，其耦合到所述監(jiān)視器(120)用于評估心率與呼吸率之間的相 干程度；和輸出設(shè)備(140，150)，其耦合到所述相干性評估設(shè)備(130)用于基于所述相干程度 生成輸出以誘導(dǎo)對象入睡。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述輸出設(shè)備(140，150)包括耦合到所述相干性 評估設(shè)備(130)的光圖案發(fā)生器(140)，其用于基于所述相干程度在對象(110)的視場內(nèi) 生成光圖案(145)，其中該光圖案(145)能夠誘導(dǎo)對象入睡。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述監(jiān)視器(120)包括傳感器(122)，其被設(shè)置為不引人注意地放置在所述對象(110)的胸部之下，其中該 傳感器(122)適于感測通過機(jī)械沖擊和胸部變形而生成的信號，其中所述機(jī)械沖擊是由 心跳引起的，且所述胸部變形是由于呼吸造成的；以及處理單元(124)，其被配置為從所述傳感器接收信號并提取所述對象(110)的心率和 呼吸率。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其中所述傳感器(122)是鐵電箔或壓電箔。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述光圖案(145)包括具有不同形狀、顏 色、位置、速度和光強(qiáng)的對象序列。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述光圖案(145)對象在較低的相干程度時(shí) 變得更亮、更大且移動(dòng)更快，而所述光圖案(145)對象在較高的相干程度時(shí)變得更淺、 更小且移動(dòng)更慢。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述輸出設(shè)備(140，150)包括用于在呼吸 模式方面指示對象(110)的指示系統(tǒng)(150)，并且其中該指示是基于所述相干程度而給出 的。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述呼吸指示是由包括鐵電箔或壓電箔的機(jī)械作用 器(155)生成的。
9.一種用于誘導(dǎo)對象(110)入睡的方法，包括以下步驟i.測量所述對象(110)的心率和呼吸率；ii.評估心率與呼吸率之間的相干程度；iii.基于所述相干程度生成輸出；以及iv.在多個(gè)時(shí)間間隔處重復(fù)步驟i到iii。
10.如權(quán)利要求9所述的用于誘導(dǎo)入睡的方法，其中所述輸出是在對象(110)的視場 內(nèi)的光圖案(145)。
11.如權(quán)利要求9所述的用于誘導(dǎo)入睡的方法，其中所述輸出包括基于所述相干程度 的呼吸指示。
全文摘要
一種用于誘導(dǎo)對象(110)入睡的系統(tǒng)，包括用于監(jiān)視對象(110)的心率和呼吸率的監(jiān)視器(120)；耦合到監(jiān)視器(120)用于評估心率與呼吸率之間的相干程度的相干性評估設(shè)備(130)；以及耦合到相干性評估設(shè)備(130)的輸出設(shè)備(140，150)。輸出設(shè)備(140，150)可以包括用于基于相干程度在對象(110)的視場內(nèi)生成光圖案(145)的光圖案發(fā)生器(140)。輸出設(shè)備(140，150)可以可替代地或另外地包括用于在呼吸模式上指示對象的指示系統(tǒng)(150)，并且其中所述指示是基于相干程度給出的。
文檔編號A61B5/00GK102015001SQ200980115342
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者A·施邁因克, R·平特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司