用于睡眠監(jiān)視的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量駐留在床墊上的生命體的生物物理學(xué)信號的睡眠監(jiān)視設(shè)備和方法。從該生物物理學(xué)信號提取生物物理學(xué)變量。從該生物物理學(xué)變量推導(dǎo)出人的睡眠狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002]文獻(xiàn)US6280392描述了一種傳感器床單，其具有放置在所要監(jiān)視的嬰兒之下(被其所接觸)的多個負(fù)載單元的網(wǎng)格。該傳感器床單是用于在不產(chǎn)生干擾的情況下對睡著的嬰兒的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的嬰兒狀況監(jiān)視系統(tǒng)的一部分。根據(jù)該負(fù)載單元的負(fù)載信號形成嬰兒呼吸信號，根據(jù)后者確定呼吸狀況。此外，諸如身體移動和重量之類的其它生物物理學(xué)信號也從該負(fù)載信號進(jìn)行測量。
[0003]所述文獻(xiàn)描述了具有高的負(fù)載單元空間密度的傳感器床單，從而能夠通過測量嬰兒在嬰兒身體的各個部分所導(dǎo)致的壓力而推導(dǎo)出嬰兒的姿態(tài)。此外，具有高的負(fù)載單元空間密度，有多個負(fù)載單元接觸到嬰兒，從而提供了相應(yīng)的多個負(fù)載信號，根據(jù)該多個負(fù)載信號能夠測量嬰兒呼吸信號和其它生物物理學(xué)信號。
[0004]W02011/008175A1描述了一種用于使用壓力傳感器的陣列進(jìn)行患者監(jiān)視的方法。該方法包括步驟:確定該陣列中的每個壓力傳感器的選擇參數(shù)的數(shù)值；基于該選擇參數(shù)的相應(yīng)數(shù)值選擇一個或多個壓力傳感器；并且基于從所述一個或多個所選擇的壓力傳感器所獲得的數(shù)據(jù)而測量患者的生命體征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]現(xiàn)有技術(shù)的傳感器床單通常被置于床上而覆蓋了床的表面。因此，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于，其需要許多的負(fù)載單元傳感器以便在床上的任意位置接觸到嬰兒。因此，無論嬰兒在床上的位置如何，都需要許多負(fù)載單元來測量嬰兒的生物物理學(xué)信號。
[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是通過提供一種睡眠監(jiān)視設(shè)備來克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，該睡眠監(jiān)視設(shè)備無論嬰兒在床上的位置如何都僅使用幾個傳感器就能夠準(zhǔn)確測量嬰兒與睡眠相關(guān)的生物物理學(xué)變量。
[0007]公開了一種用于測量生命體的生物物理學(xué)變量的睡眠監(jiān)視設(shè)備，該設(shè)備包括作為在空間上以預(yù)定義平面幾何形狀進(jìn)行部署的至少兩個壓力傳感器的傳感器，該傳感器被配置為接觸用于在生命體休息時對其進(jìn)行支撐的支撐層并且響應(yīng)于該生命體經(jīng)由該支撐層而對該傳感器所導(dǎo)致的壓力而生成相應(yīng)的傳感器信號，該睡眠監(jiān)視設(shè)備包括處理單元，其被配置為執(zhí)行:(a)定位功能，其被配置為通過基于相應(yīng)傳感器之間的相位差執(zhí)行多點定位過程或者通過基于相應(yīng)傳感器信號之間的幅度差執(zhí)行三邊測量過程而基于相應(yīng)傳感器信號之間的差值來確定生命體在支撐層上相對于傳感器的位置；和(b)確定功能，其被配置為基于所確定的生命體的位置以及傳感器之一的位置而確定幅度衰減因子，并且基于該傳感器之一所生成的傳感器信號和該幅度衰減因子確定生物物理學(xué)變量。
[0008]該睡眠監(jiān)視設(shè)備在生命體駐留在該支撐層上的同時測量表征生命體的相應(yīng)生物物理學(xué)狀況的生物物理學(xué)變量。該生命體可以是嬰兒、成人或者甚至是動物。例如，該睡眠監(jiān)視設(shè)備測量表征躺在床墊上的嬰兒的健康狀況的呼吸速率和呼吸強(qiáng)度。
[0009]每個傳感器通過生成傳感器信號而對生命體經(jīng)由該支撐層所導(dǎo)致的壓力進(jìn)行響應(yīng)。該傳感器在空間上以預(yù)定幾何形狀進(jìn)行部署而使得傳感器的位置相對于彼此是固定的并且被該睡眠監(jiān)視設(shè)備所知。此外，該預(yù)定幾何形狀是平面的以允許傳感器在該層中進(jìn)行裝配，該層自身根據(jù)定義具有平坦的形狀。
[0010]該處理單元在對生命體相對于傳感器的位置加以考慮的情況下確定該生命體的生物物理學(xué)變量。傳感器處于該支撐層上的不同位置，并且因此傳感器和生命體的位置之間的距離對于每個傳感器而言有所不同。生命體所導(dǎo)致的壓力波通過該支撐層傳播從該生命體向傳感器的距離，但量隨著距離增加而有所衰減。當(dāng)生命體導(dǎo)致壓力波時，每個傳感器檢測以不同的量衰減的壓力波。作為響應(yīng)，每個傳感器生成具有不同幅度的傳感器信號。
[0011]該處理單元使用該定位功能和確定功能而根據(jù)傳感器信號確定生物物理學(xué)變量。
[0012]該定位功能基于傳感器信號之間的差值確定生命體(相對于傳感器)的位置。也就是說，該定位功能通過基于相位差值執(zhí)行多點定位過程或者通過基于幅度差執(zhí)行三邊測量過程而根據(jù)傳感器信號之間的差值來計算所述位置。
[0013]該確定功能確定幅度衰減因子，其反應(yīng)了從(該定位功能所確定的)生命體的位置向傳感器的位置進(jìn)行傳播的壓力的衰減。該確定功能隨后根據(jù)傳感器信號確定生物物理學(xué)變量，包括基于該幅度衰減因子的校正。例如，傳感器信號的幅度使用該幅度衰減因子進(jìn)行校正，根據(jù)所校正的傳感器信號對生物物理學(xué)信號(例如，呼吸信號)進(jìn)行濾波，并且從該生物物理學(xué)信號提取出生物物理學(xué)變量。或者，作為針對之前示例的變形，從傳感器信號提取生物物理學(xué)信號，該生物物理學(xué)信號的幅度使用該幅度衰減因子進(jìn)行校正，并且從經(jīng)校正的生物物理學(xué)信號提取出生物物理學(xué)變量。
[0014]還公開了一種用于使用傳感器測量生命體的生物物理學(xué)變量的方法，該傳感器是在空間上以預(yù)定義平面幾何形狀進(jìn)行部署的至少兩個壓力傳感器的傳感器，該傳感器被配置為接觸用于在生命體駐留時對其進(jìn)行支撐的支撐層并且響應(yīng)于該生命體經(jīng)由該支撐層而對該傳感器所導(dǎo)致的壓力而生成相應(yīng)的傳感器信號，該方法包括步驟:通過基于相應(yīng)傳感器信號之間的相位差執(zhí)行多點定位過程或者通過基于相應(yīng)傳感器信號之間的幅度差執(zhí)行三邊測量過程而基于相應(yīng)傳感器信號之間的差值來確定生命體在支撐層上相對于傳感器的位置，基于所確定的生命體的位置以及傳感器之一的位置而確定幅度衰減因子，并且基于該傳感器之一所生成的傳感器信號和該幅度衰減因子確定生物物理學(xué)變量。
[0015]本發(fā)明的效果在于，該睡眠監(jiān)視設(shè)備僅使用幾個傳感器就能對生命體的生物物理學(xué)變量進(jìn)行測量，而使得所測量的生物物理學(xué)變量對于生命體相對于傳感器的位置而言是魯棒的。另外的好處在于，本發(fā)明產(chǎn)生了用于睡眠監(jiān)視的中間參數(shù)，也就是生命體的位置。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，以上所提到的兩種或更多的本發(fā)明的選擇、實施方式和/或方面可以以被認(rèn)為有用的任何方式進(jìn)行組合。
[0017]移動設(shè)備、方法的修改和變化和/或?qū)?yīng)于所描述的移動設(shè)備的修改和變化的計算機(jī)程序產(chǎn)品的修改和變化能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員基于這里的描述來實施。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明的這些和其它方面由于隨后所描述的實施例而是顯而易見的并且將參考上述實施例進(jìn)行闡述。
[0019]在附圖中，
[0020]圖1a圖示了作為框圖的睡眠監(jiān)視設(shè)備，
[0021]圖1b圖示了在支撐嬰兒的床墊中使用的睡眠監(jiān)視設(shè)備，
[0022]圖2圖示了用于定位床墊上的嬰兒的多點定位過程，
[0023]圖3a圖示了使用四個傳感器的睡眠監(jiān)視設(shè)備，
[0024]圖3b圖示了使用五個傳感器的睡眠監(jiān)視設(shè)備，
[0025]圖4圖示了處于各自不同情形的傳感器的偏移量，
[0026]圖5a圖示了用于定位床墊上的嬰兒的三邊測量過程，
[0027]圖5b圖示了僅使用兩個傳感器的三邊測量過程，
[0028]圖6a圖示了用于根據(jù)傳感器信號確定生物變量的三個處理，
[0029]圖6b圖示了確定在這三個處理中使用的衰減參數(shù)的輔助處理，
[0030]圖7圖示了嬰兒的兩種睡眠狀態(tài)，和
[0031]圖8圖示了包括嬰兒和具有五個傳感器的睡眠監(jiān)視設(shè)備的床墊的鳥瞰圖。
[0032]應(yīng)當(dāng)注意的是，在不同附圖中具有相同附圖標(biāo)記的事項具有相同的結(jié)構(gòu)特征和相同的功能。在這樣的事項的功能和/或結(jié)構(gòu)已經(jīng)被解釋過的情況下，無需在【具體實施方式】中對其進(jìn)行重復(fù)解釋。
【具體實施方式】
[0033]圖1a圖示了在支撐嬰兒150的床墊199中使用的睡眠監(jiān)視設(shè)備100。床墊199用作支撐躺著的嬰兒的支撐層。設(shè)備100包括三個(壓力)傳感器101-103，它們響應(yīng)于嬰兒150經(jīng)由床墊所導(dǎo)致的壓力而生成相應(yīng)的傳感器信號:傳感器處的傳感器信號因此表示該傳感器處的壓力。該壓力可能由于嬰兒的生物物理學(xué)動作所導(dǎo)致，諸如呼吸、心臟的搖顫運動以及身體移動。傳感器在空間上以平面幾何形狀進(jìn)行配置而使得三個傳感器裝配在床墊內(nèi)或者直接處于床墊之下。三個傳感器之間的連接器106-108足夠剛性以將該平面幾何形狀保持為其預(yù)定義的配置。
[0034]睡眠監(jiān)視設(shè)備100包括處理單元110，其經(jīng)由線纜104并且經(jīng)由(沿著)經(jīng)連接器106-108部署的線纜從傳感器101-103接收傳感器信號。處理單元110從該傳感器信號中提取表征嬰兒的生物物理學(xué)動作的生物物理學(xué)變量。例如，該生物物理學(xué)變量是表征呼吸狀況的呼吸速率和/或呼吸強(qiáng)度?；蛘?，該生物物理學(xué)變量是表征心臟狀況的心率和/或心跳強(qiáng)度。或者，該生物物理學(xué)變量是可以表征睡眠狀態(tài)的身體移動的量，例如表征物理上不安定的大幅、延長的身體移動，或者表征淺睡眠狀態(tài)的輕微身體移動。
[0035]本發(fā)明使用(至少)兩個傳感器以便基于以下概念測量生物物理學(xué)變量而使得其具有正確的幅度。傳感器處的壓力的幅度源自于兩個原因:(I)生物物理學(xué)動作的幅度以及(2)傳感器和嬰兒之間的距離。該距離因此引起對生物物理學(xué)動作所導(dǎo)致的壓力衰減。為了獲得生物物理學(xué)動作的幅度，傳感器信號需要針對所述距離所導(dǎo)致的衰減進(jìn)行校正。然而，這樣的校正不可能使用單個傳感器來執(zhí)行，因為所述距離是未知的并且無法從單個傳感器所生成的信號得出。本發(fā)