計(jì)算人的當(dāng)前晝夜節(jié)律的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于在時(shí)間ti生成對(duì)人(P)的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出x(ti)的裝置(100)和方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，基于(經(jīng)由加速度計(jì)的)運(yùn)動(dòng)測(cè)量在時(shí)間ti提供感光暴露(L(ti))和指示所述人(P)的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng)信號(hào)(A(ti))的光傳感器用于計(jì)算覺醒變量(σ)，所述覺醒變量(σ)指示所述人(P)是醒著還是睡著。所述覺醒變量然后用于確定針對(duì)驅(qū)動(dòng)振蕩器模型(135)的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(t))，所述驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(t))模擬在光和活動(dòng)的聯(lián)合影響下的模型輸出x(t)。
【專利說明】
計(jì)算人的當(dāng)前晝夜節(jié)律
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于估計(jì)對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于已知人類和動(dòng)物的晝夜節(jié)律的存在和重要性，因此開發(fā)了試圖使用該認(rèn)知的 產(chǎn)品。US 2005/0015122公開了例如通過基于模型的預(yù)測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用使用光可控地調(diào) 節(jié)對(duì)象的晝夜節(jié)律起步器(pacemaker)循環(huán)的方法。
[0003] EP 2656782 A1公開了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)體位和活動(dòng)傳感器，至少 一個(gè)外圍溫度傳感器以及至少一個(gè)光傳感器，所述設(shè)備被配置為基于從所述傳感器獲得的 數(shù)據(jù)來提供關(guān)于個(gè)體的晝夜節(jié)律系統(tǒng)狀態(tài)和睡眠-覺醒狀態(tài)的信息。能夠?qū)⑺鲈O(shè)備放置 在對(duì)象的手腕處，或放置在對(duì)象的手臂上。所述設(shè)備也可以包括血壓傳感器。該設(shè)備可以被 使用在對(duì)人類晝夜節(jié)律系統(tǒng)的通用研究中，更具體地，被使用在睡眠-覺醒和血壓節(jié)律的研 究中。
[0004] W0 2012/056342 A2公開了一種用于確定對(duì)象的晝夜節(jié)律的特征的方法，所述方 法包括測(cè)量指示對(duì)象的心臟功能的第一輸入信號(hào)，測(cè)量指示對(duì)象的活動(dòng)的至少一個(gè)第二輸 入信號(hào)，將第一輸入信號(hào)與第二輸入信號(hào)組合為表示對(duì)象的晝夜節(jié)律的周期輸出信號(hào)，并 且確定該周期輸出信號(hào)的至少一個(gè)特征。
[0005] St .Hilaire Μ· A等人的文章 "Addition of a non-photic component to a light-based mathematical model of the Human Circadian Pacemaker"（Journal of Theoretical Biology，第247卷，第583-599頁，2007年）公開了一種修改的基于光的晝夜節(jié) 律數(shù)學(xué)模型，以根據(jù)研究反映如下證據(jù):睡眠-覺醒循環(huán)和/或相關(guān)聯(lián)的行為對(duì)晝夜節(jié)律起 步器具有非感光效應(yīng)。睡眠-覺醒循環(huán)及其相關(guān)聯(lián)的行為對(duì)獨(dú)立且伴隨光刺激地起作用的 晝夜節(jié)律起步器提供了非感光驅(qū)動(dòng)。
[0006] Brown A · C等人的文章 "Actigraphy : A Means of Assessing Circadian Patterns in Human Activity"（Chronobiology International，第7卷，第2號(hào)，第125-133 頁，1990年）公開了通過腕動(dòng)計(jì)對(duì)23個(gè)年齡在22至54歲之間、沒有睡眠異常史的、白天活動(dòng) 的(0705-2333)健康人持續(xù)監(jiān)測(cè)連續(xù)120小時(shí)(五天）。針對(duì)每個(gè)參與者以及針對(duì)具有時(shí)間控 制在~1330至1605之間的平均跨度的加強(qiáng)活動(dòng)的10位男性和13位女性的組，通過余弦分析 檢測(cè)出高幅度的晝夜節(jié)律。標(biāo)記出在手腕移動(dòng)中的晝夜節(jié)律峰谷差，大致等于24小時(shí)均值 水平的75%。在23位參與者中的19位中，手腕活動(dòng)的24小時(shí)均值在140-180次移動(dòng)/分鐘之 間變化，其中四人展現(xiàn)出110-140次移動(dòng)/分鐘的更小的均值。關(guān)于活動(dòng)的日間跨度，個(gè)體參 與者的均值手腕移動(dòng)范圍在155-265次移動(dòng)/分鐘，其中主要(20/23)在185-245次移動(dòng)/分 鐘之間變化。在夜間睡眠期間，均值手腕活動(dòng)水平非常低，23人中有21人的個(gè)體之間的變化 在5至25次移動(dòng)/分鐘之間。證明腕動(dòng)計(jì)被很好地接受，并且是在秉承日常生活習(xí)慣和事務(wù) 的能走動(dòng)的人的活動(dòng)和睡眠期間監(jiān)測(cè)身體移動(dòng)各方面的最可靠的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 基于該情形，本發(fā)明的目的是提供允許對(duì)人的晝夜節(jié)律的改進(jìn)估計(jì)的手段。
[0008] 該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要 求12所述的方法以及根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序來解決。
[0009] 在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于在第一時(shí)間生成對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描 述的模型輸出的裝置，所述裝置包括:輸入模塊，其用于接收在所述第一時(shí)間基于活動(dòng)水平 測(cè)量指示所述人的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng)信號(hào)；分類模塊，其用于在所述第一時(shí)間生成覺 醒信號(hào)，所述覺醒信號(hào)指示所述人在所述第一時(shí)間是醒著還是睡著，其中，所述分類模塊優(yōu) 選地適于基于接收到的活動(dòng)信號(hào)生成所述覺醒信號(hào)；第一計(jì)算模塊，其用于在所述第一時(shí) 間確定非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)，所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)指示對(duì)晝夜節(jié)律的非感光影響，其中，所述第一計(jì) 算模塊被配置為基于所述覺醒信號(hào)確定所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)；以及模擬模塊，其用于至少基 于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)在所述第一時(shí)間實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出。
[0010]所要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例可以具體提供內(nèi)部時(shí)間演變的連續(xù)逐時(shí)期(epoch)更 新，其中，時(shí)期對(duì)應(yīng)于給定時(shí)間段。
[0011] 在一實(shí)施例中，所述輸入模塊還被配置用于接收光照水平信號(hào)，所述光照水平信 號(hào)指示在所述人的位置處在所述第一時(shí)間的光照水平;并且所述分類模塊還被配置用于基 于接收到的光照水平信號(hào)和/或基于接收到的活動(dòng)信號(hào)生成所述覺醒信號(hào)。
[0012] 在另外的實(shí)施例中，所述裝置還包括:第二計(jì)算模塊，其用于確定感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)，所 述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)表示對(duì)所述晝夜節(jié)律的感光影響，其中，所述第二計(jì)算模塊被配置為根據(jù)接 收到的光照水平信號(hào)確定所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)；其中，所述模擬模塊還被布置用于基于所述非 感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)并基于所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)在所述第一時(shí)間實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出。
[0013] 在另外的實(shí)施例中，所述分類模塊還被布置為基于一個(gè)或多個(gè)近期活動(dòng)信號(hào)和/ 或基于一個(gè)或多個(gè)近期光照水平信號(hào)在所述第一時(shí)間生成所述覺醒信號(hào)，其中，所述一個(gè) 或多個(gè)近期活動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述第一時(shí)間之前獲取的一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)信號(hào)，其中，所述 一個(gè)或多個(gè)近期光照水平信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述第一時(shí)間之前獲取的一個(gè)或多個(gè)光照水平信 號(hào)。
[0014] 在另外的實(shí)施例中，所述分類模塊還被布置用于接收所述人的至少一個(gè)閾值，其 中，所述分類模塊還被配置為將所述閾值與近期活動(dòng)信號(hào)的加權(quán)和和/或近期光照水平信 號(hào)的加權(quán)和進(jìn)行比較，其中，所述分類模塊還被配置為生成所述人的活動(dòng)水平或光照水平 的個(gè)人基線。
[0015] 在另外的實(shí)施例中，根據(jù)以下等式在當(dāng)前時(shí)期計(jì)算分類器分?jǐn)?shù)RN_(I):
[0016]
[0017] 其中，wl和w2對(duì)應(yīng)于預(yù)定的第一權(quán)重和第二權(quán)重，其中，wl彡0并且w2彡0,其中，α (i)對(duì)應(yīng)于預(yù)定的非感光系數(shù)，并且其中，Ki)對(duì)應(yīng)于預(yù)定的感光系數(shù)，并且其中，所述當(dāng)前 時(shí)期對(duì)應(yīng)于當(dāng)前時(shí)間段。
[0018]在另外的實(shí)施例中，所述當(dāng)前模型輸出是基于驅(qū)動(dòng)van-der-Pol振蕩器模型計(jì)算 出的。
[0019] 在另外的實(shí)施例中，所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)與增益因子成比例，并且發(fā)生所述人的最 小核心體溫的時(shí)間被確定為生成最小當(dāng)前輸出信號(hào)的時(shí)間加上偏移，其中，所述偏移依賴 于所述增益因子，其中，所述偏移優(yōu)選表達(dá)為a-b · P，其中，a和b是常數(shù)，并且其中，P對(duì)應(yīng)于 所述增益因子。
[0020] 在另外的方面中，提供了一種用于在第一時(shí)間生成對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模 型輸出的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:至少一個(gè)傳感器，其用于在第一時(shí)間確定指示所述人在所述 第一時(shí)間的活動(dòng)的活動(dòng)信號(hào)；以及上述裝置。
[0021] 在另外的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)傳感器是加速度傳感器或生理參數(shù)傳感器，其 中，所述生理參數(shù)傳感器優(yōu)選是心率傳感器、血壓傳感器或體溫傳感器。
[0022] 在另外的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括用于在所述第一時(shí)間確定所述人的位置處的 光照水平信號(hào)的傳感器。
[0023] 在另外的方面中，提供了一種用于在第一時(shí)間生成模型輸出的方法，所述模型數(shù) 據(jù)描述人的晝夜節(jié)律，所述方法包括以下步驟:接收在所述第一時(shí)間基于活動(dòng)水平測(cè)量指 示所述人的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng)信號(hào);對(duì)接收到的活動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類，使得生成覺醒信 號(hào)，所述覺醒信號(hào)指示所述人在所述第一時(shí)間是醒著還是睡著;確定表示對(duì)所述晝夜節(jié)律 的非感光影響的非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)，其中，所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)是基于所述覺醒信號(hào)確定的;并且 至少基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出。
[0024] 在一實(shí)施例中，所述方法還包括以下步驟:接收光照水平信號(hào)，所述光照水平信號(hào) 指示在所述人的位置處在所述第一時(shí)間的光照水平;根據(jù)所述光照水平信號(hào)確定感光驅(qū)動(dòng) 項(xiàng);并且基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)并基于所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)在所述第一時(shí)間實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前 模型輸出。
[0025] 在另外的實(shí)施例中，所述覺醒信號(hào)通過以下計(jì)算出：（i)將分?jǐn)?shù)計(jì)算為當(dāng)前活動(dòng)信 號(hào)和過去活動(dòng)信號(hào)的加權(quán)和和/或當(dāng)前光照水平信號(hào)和過去光照水平信號(hào)的加權(quán)和;并且 (ii)對(duì)所述分?jǐn)?shù)與至少一個(gè)閾值進(jìn)行比較。
[0026] 在另外的方面中，提供了一種包括程序代碼單元的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序 當(dāng)被運(yùn)行時(shí)令如上所述的用于生成對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出的裝置執(zhí)行如上 所定義的方法的步驟。
[0027] 根據(jù)另外的方面，提供了一種用于估計(jì)對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出x(t) 的裝置，所述裝置包括以下部件：
[0028] -第一模塊，其用于接收基于活動(dòng)水平測(cè)量指示所述人的活動(dòng)的當(dāng)前水平的信號(hào)。 在下文中，所述模塊將被稱作"輸入模塊"，并且所述信號(hào)將被稱作"活動(dòng)信號(hào)"。
[0029]-第二模塊，其在下文中被稱作"模擬模塊"，用于考慮所述活動(dòng)信號(hào)而計(jì)算當(dāng)前模 型輸出x(t)。
[0030] 所述裝置尤其可以由專用電子硬件、具有相關(guān)聯(lián)的軟件的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理硬件或兩 者的混合來實(shí)現(xiàn)或者包括以上所述的部件。所述裝置的所述模塊可以由不同的硬件部件來 實(shí)現(xiàn)。額外地或備選地，所述模塊可以由任選地運(yùn)行在相同硬件上的計(jì)算機(jī)程序的不同 (子)例程來實(shí)現(xiàn)。
[0031] 根據(jù)另外的方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于估計(jì)對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的 模型輸出X(t)的方法，所述方法包括以下步驟：
[0032] -接收基于活動(dòng)水平測(cè)量指示所述人的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng)信號(hào)。
[0033] -考慮所述活動(dòng)信號(hào)而計(jì)算當(dāng)前模型輸出x(t)。
[0034] 所述"模型輸出"x(t)通常可以是任何種類的一維或多維信號(hào)或值，其適合于描述 人的晝夜節(jié)律的當(dāng)前狀態(tài)。例如，可以將其信息編碼為(一個(gè)或多個(gè))模擬值或數(shù)字值，尤其 是在分別對(duì)應(yīng)于人的最大活動(dòng)和最小活動(dòng)的上限和下限之間振蕩的值。
[0035] "活動(dòng)信號(hào)"可以是任何種類的信號(hào)，例如，表示數(shù)字?jǐn)?shù)和/或模擬值的電壓或電 流。活動(dòng)信號(hào)優(yōu)選應(yīng)當(dāng)基于"非感光"活動(dòng)水平測(cè)量，所述"非感光"活動(dòng)水平測(cè)量意指其沒 有直接表示或依賴人周圍的光照水平（因?yàn)樗龉庹账酵ǔＳ绊懭说幕顒?dòng)，因此通常存 在某種間接依賴）。一般而言，光通常是人類晝夜節(jié)律系統(tǒng)上最有影響的刺激(定義為"感光 的"），而其它非感光刺激施加次級(jí)影響（例如，外部溫度、吃或物理移動(dòng)）。例如可以在提供 關(guān)于人的移動(dòng)的指示的加速度計(jì)傳感器的幫助下運(yùn)行活動(dòng)水平測(cè)量。
[0036]應(yīng)該指出，術(shù)語"當(dāng)前"指示測(cè)量和計(jì)算是在某一特定時(shí)間點(diǎn)（或者更精確地，在一 些小的時(shí)間間隔期間）做出的。尤其地，考慮近期（"當(dāng)前"）活動(dòng)信號(hào)來確定當(dāng)前模型輸出X ⑴。
[0037] 所述裝置和所述方法基于相同的發(fā)明概念，即，使用非感光活動(dòng)信號(hào)來計(jì)算當(dāng)前 模型輸出。因此，為裝置提供的解釋類似地對(duì)方法有效，并且反之亦然。所述裝置和所述方 法具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以改進(jìn)對(duì)晝夜節(jié)律的實(shí)時(shí)估計(jì)，這是因?yàn)榭紤]了最新的且不要求未來 數(shù)據(jù)的非感光活動(dòng)信號(hào)。
[0038] 在下文中，將描述能夠結(jié)合所述裝置和所述方法實(shí)現(xiàn)的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例（即使僅 針對(duì)所述裝置或所述方法中的一個(gè)來解釋這些實(shí)施例）。
[0039] 活動(dòng)信號(hào)可以包括與人的活動(dòng)相關(guān)的任何信息，而沒有直接依賴于所述人周圍的 光照水平或照明水平?；顒?dòng)信號(hào)可以例如包括指示人的移動(dòng)的至少一個(gè)加速度信號(hào)。額外 地或備選地，其可以包括人的生理信號(hào)，例如，心率、血壓或體溫。
[0040] 當(dāng)所述裝置包括加速度傳感器和/或生理參數(shù)傳感器時(shí)，能夠提供前述參數(shù)。額外 地或備選地，所述裝置可以包括至少一個(gè)光傳感器，所述至少一個(gè)光傳感器用于確定光照 水平，尤其是在被觀察的人的位置處占優(yōu)的光照水平。所有提及的傳感器可以優(yōu)選地是便 攜式的或由人攜帶或穿戴的。
[0041]根據(jù)另一實(shí)施例，被稱作"覺醒變量" σ的變量指示人是醒著狀態(tài)還是睡著狀態(tài)，所 述"覺醒變量" σ可以根據(jù)當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)來確定。所述裝置可以包括"分類模塊"，在所述"分 類模塊"中，運(yùn)行對(duì)覺醒變量的確定。覺醒變量可以實(shí)質(zhì)上或確切地是二元的，即，依賴于當(dāng) 前活動(dòng)信號(hào)，僅具有在一天的特定時(shí)間分別指示人是醒著還是睡著的兩個(gè)可能的值。
[0042]上述分類模塊尤其也可以考慮當(dāng)前光照水平。例如可以通過相關(guān)聯(lián)的因素對(duì)在一 方面活動(dòng)信號(hào)的貢獻(xiàn)以及另一方面光照水平的貢獻(xiàn)進(jìn)行加權(quán)，使得能夠根據(jù)操作者的偏好 容易的調(diào)節(jié)它們。將光照水平的加權(quán)因子設(shè)定為零可以例如提供依賴于活動(dòng)信號(hào)而不依賴 光照水平的覺醒變量。類似地，能夠通過選取適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子設(shè)定這兩種影響的任何混合。 [0043]為了確定覺醒變量的當(dāng)前值，假設(shè)分類模塊考慮當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)以及任選地當(dāng)前光 照水平。根據(jù)另外的開發(fā)，分類模塊可以額外地考慮先前的活動(dòng)信號(hào)和/或先前的光照水平 (其中，術(shù)語"先前的"指的是在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前的時(shí)間點(diǎn)）。先前的光照水平和/或活動(dòng)信號(hào) 的權(quán)重通常將隨著各自的時(shí)間點(diǎn)距當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間距離的增加而減小。也考慮先前的值 有助于穩(wěn)定覺醒變量，并且有助于使其較少地依賴于活動(dòng)信號(hào)和/或光照水平的瞬時(shí)值。
[0044] 分類模塊可以任選地接收至少一個(gè)用戶特異性參數(shù)作為輸入，即，依賴于將要估 計(jì)的晝夜節(jié)律的人的參數(shù)。因此，能夠考慮該人的個(gè)體特性。例如，不同的人將通常具有不 同的活動(dòng)基線，使得相同的活動(dòng)信號(hào)可以表示一個(gè)人的覺醒狀態(tài)而在另一人處表示睡眠狀 態(tài)。用戶特異性參數(shù)可以尤其包括近期活動(dòng)信號(hào)的加權(quán)和與其相比的閾值和/或近期光照 水平的加權(quán)和與其相比的閾值(其中，"近期"包括如以上所定義的當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)和先前時(shí)間 點(diǎn)）。
[0045] 大量方法和模型能夠用于基于可用信息來估計(jì)模型輸出x(t)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施 例，基于"驅(qū)動(dòng)van-der-Pol振蕩器模型"來計(jì)算模型輸出。該模型的驅(qū)動(dòng)輸入可以是影響人 的晝夜節(jié)律的影響（例如，光照水平）。在沒有這種影響的情況下，即，沒有驅(qū)動(dòng)輸入的情況 下，振蕩器模型通常表示晝夜節(jié)律的振蕩行為，其能夠在實(shí)驗(yàn)中由隔離環(huán)境中的人觀察到。
[0046] 前述驅(qū)動(dòng)振蕩器模型尤其可以包括基于當(dāng)前光照水平確定出的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)。 因此，外部光照對(duì)人的晝夜節(jié)律的影響能夠被集成到模型中。
[0047] 額外地或備選地，驅(qū)動(dòng)振蕩器模型可以包括基于當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)確定出的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)。 因此，能夠考慮實(shí)際晝夜節(jié)律從預(yù)測(cè)的晝夜節(jié)律的偏差，其在活動(dòng)信號(hào)中揭露了其本身。
[0048] 尤其地，可以基于以下微分等式計(jì)算驅(qū)動(dòng)振蕩器模型：
[0049]
⑴
[0050] 在該等式中，μ和τ是給定的參數(shù)，并且B(t)和N(t)是驅(qū)動(dòng)項(xiàng)。
[0051] 在實(shí)施例的另外的開發(fā)中，其中使用具有驅(qū)動(dòng)項(xiàng)N的驅(qū)動(dòng)振蕩器模型，可以基于上 述覺醒變量σ來確定所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)。當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)因此首先被變換成覺醒變量 〇，然后 經(jīng)由驅(qū)動(dòng)項(xiàng)被集成到驅(qū)動(dòng)振蕩器模型中。由于覺醒變量通常是二元的，因此該方法實(shí)質(zhì)上 引起活動(dòng)信號(hào)對(duì)模型輸出的二元影響。
[0052] 驅(qū)動(dòng)振蕩器模型的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)尤其可以依賴于模型輸入本身。因此，能夠依賴于模型 已經(jīng)估計(jì)出的當(dāng)前晝夜節(jié)律狀態(tài)而不同地對(duì)外部影響進(jìn)行加權(quán)。
[0053]尤其地，驅(qū)動(dòng)項(xiàng)可以為零，或在實(shí)質(zhì)上遠(yuǎn)離人的主睡眠間隔的中間的時(shí)間時(shí)至少 是可忽略的。由于主睡眠間隔由模型輸出X(t)指示（如果估計(jì)是正確的），因此能夠通過使 其依賴于模型輸出本身來實(shí)現(xiàn)這種驅(qū)動(dòng)項(xiàng)的時(shí)間集中（如在先前的段落中所提出的）。 [0054]能夠使用估計(jì)的模型輸出，并且出于許多不同目的而進(jìn)一步處理所述模型輸出。 所述裝置可以例如顯示當(dāng)前模型輸出X(t)，并且因此向所監(jiān)測(cè)的人指示晝夜節(jié)律，使得能 夠檢測(cè)晝夜節(jié)律從目標(biāo)行為的偏差，并且能夠采取合適的對(duì)策(例如，改變照明）。
[0055] 通常根據(jù)晝夜節(jié)律計(jì)算出的一個(gè)感興趣參數(shù)簡稱為"CBTmin"，其對(duì)應(yīng)于發(fā)生最小 核心體溫的時(shí)間。尤其地，CBTmin值可以被確定為估計(jì)最小輸出信號(hào)X (t)的時(shí)間加上偏移。
[0056] 在前述情況下，驅(qū)動(dòng)項(xiàng)N可以尤其與給定的增益因子成比例，其中，所提及的偏移 依賴于所述增益因子。更優(yōu)選地，相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)是基于覺醒變量的。偏移對(duì)增益因子的依 賴可以例如是線性的。結(jié)果是，這種依賴相當(dāng)大地改進(jìn)了對(duì)CBTmin值的預(yù)測(cè)。
[0057]所描述的方法通常將在計(jì)算設(shè)備(例如，相關(guān)聯(lián)的裝置中的微處理器或FPGA)的幫 助下實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明還包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品當(dāng)在計(jì)算設(shè)備上被運(yùn) 行時(shí)提供了根據(jù)本發(fā)明的方法中的任一項(xiàng)的功能。
[0058]另外，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)載體，例如，軟盤、硬盤、EPR0M、壓縮盤(CD-ROM)、數(shù)字通用 盤(DVD)或USB棒，所述數(shù)據(jù)載體以機(jī)器可讀形式存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，并且當(dāng)在計(jì)算設(shè)備上運(yùn) 行被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)載體上的程序時(shí)運(yùn)行本發(fā)明的方法中的至少一項(xiàng)。數(shù)據(jù)載體尤其可以適合 用于存儲(chǔ)在先前段落中提及的計(jì)算設(shè)備的程序。
[0059]現(xiàn)今，常常在互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)聯(lián)網(wǎng)上提供這種軟件以供下載，因此本發(fā)明還包括 在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上傳輸根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求1所述的裝置、權(quán) 利要求9所述的系統(tǒng)、權(quán)利要求12所述的方法以及權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序具有如獨(dú) 立權(quán)利要求中定義的類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0060] 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也能夠是從屬權(quán)利要求或以上實(shí)施例與各自的獨(dú) 立權(quán)利要求的任何組合。
【附圖說明】
[0061] 參考后文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些方面和其它方面將變得明顯并且得到闡 明。
[0062] 在附圖中：
[0063] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于估計(jì)對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的 模型輸出的裝置；
[0064] 圖2示意性地示出了能夠利用圖1的裝置計(jì)算的模型輸出；
[0065] 圖3示意性地示出了振蕩器模型的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)中出現(xiàn)的因素。
[0066] 在附圖中類似的附圖標(biāo)記指相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0067] 對(duì)對(duì)象的晝夜節(jié)律相位與他/她的環(huán)境的外部時(shí)間的正確對(duì)準(zhǔn)是非常重要的。當(dāng) 對(duì)象的內(nèi)部生物時(shí)間與外部的"社會(huì)"時(shí)間未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生若干癥狀，包括相位提前 或延遲的睡眠障礙、時(shí)差綜合癥問題、或所謂的季節(jié)性情感障礙(SAD)。當(dāng)晝夜節(jié)律長期未 對(duì)準(zhǔn)(例如，在輪班工人的情況中）時(shí)，對(duì)象可能遭受降低的機(jī)敏性或認(rèn)知缺陷，一直到暗示 心力衰竭和某些內(nèi)分泌癌癥的更高風(fēng)險(xiǎn)的更為嚴(yán)重的健康問題。因此，能夠可靠地估計(jì)對(duì) 象的晝夜節(jié)律相位不僅對(duì)于診斷目的而且對(duì)于規(guī)劃適當(dāng)?shù)膶?duì)策(例如，光治療或外源性褪 黑素?cái)z取）以恢復(fù)對(duì)象在日常生活行動(dòng)時(shí)與外部"授時(shí)因子"的適當(dāng)轉(zhuǎn)復(fù)(entrainment)是 重要的。
[0068] 在文獻(xiàn)（Μ · A · St_Hi laire，E · B · Klerman、Sat Bir Khalsa、K · P · Wright Jr ·、 C.A.Czeisler以及R.E Kronauer的 "Addition of a non-photic component to a light-based mathematical model of the Human Circadian Pacemaker"（Journal of Theoretical Biology，第247卷，第583-599頁，2007年）；該文章通過引用并入本文）中已經(jīng) 描述了對(duì)基于光的HCP模型(HCP =人類晝夜節(jié)律起步器）的非感光延伸。該模型依賴于將記 錄的數(shù)據(jù)在之前就日常睡眠和覺醒間隔而言進(jìn)行分割，并要求重要的計(jì)算步驟，所述計(jì)算 步驟與實(shí)時(shí)"在線"處理不相容。事實(shí)上，與CPU和存儲(chǔ)器成本無關(guān)，僅能夠利用在下一早晨 識(shí)別出覺醒時(shí)間之后的確定性來確定對(duì)象的日常睡眠間隔，這強(qiáng)加了幾個(gè)小時(shí)的延遲。這 種方法因此僅可應(yīng)用于"離線"模式。
[0069] 考慮到以上，期望的是提供以改進(jìn)準(zhǔn)確度對(duì)對(duì)象的持續(xù)晝夜節(jié)律相位估計(jì)。根據(jù) 這里提出的實(shí)施例，基于人類晝夜節(jié)律起步器的數(shù)學(xué)模型（例如，Kronauer R.E.、Forger D.B.以及 Jewett Μ · E ·的 "Quantify ing Human Circadian Pacemaker Response to brief,extended and repeated light stimuli over the photopic range" (J.Biological Rhythems，第14卷，第6期，第501-516頁，1999年）；該文章通過引用并入本 文），通過明確地考慮睡眠/覺醒循環(huán)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的（優(yōu)選結(jié)合光暴露）。本公開內(nèi)容的一 個(gè)方面包括:基于根據(jù)近期活動(dòng)和由感測(cè)設(shè)備所采集的光測(cè)量結(jié)果導(dǎo)出的"休息和黑暗"狀 態(tài)，對(duì)非感光成分隨時(shí)間的增量積分。這使得能夠?qū)τ涗浀臄?shù)據(jù)的每個(gè)時(shí)期進(jìn)行時(shí)間同步 處理，而沒有另外的延遲。
[0070] 除了導(dǎo)致處理算法的"從左到右"在線公式，該方法還能夠處理支離破碎的睡眠發(fā) 作或者甚至在放松黑暗要求時(shí)處理午休。與覺醒維持區(qū)（在其中不能睡眠)有關(guān)的額外約束 或依賴于本地或內(nèi)部生物時(shí)間的其它約束能夠被容易地集成在該框架中。在下文更加詳細(xì) 描述的方法因此使得能夠基于對(duì)晝夜節(jié)律相位的睡眠/覺醒循環(huán)貢獻(xiàn)的增量處理，以較低 的計(jì)算成本將非感光成分到HCP模型中的在線集成。
[0071] 圖1示意性地圖示了根據(jù)以上通用原理設(shè)計(jì)的裝置100。裝置100旨在用于估計(jì)"模 型輸出"x(t)，所述"模型輸出"x⑴描述了人P在觀察下的晝夜節(jié)律。
[0072] 作為測(cè)量或感測(cè)裝備，裝置100包括光傳感器110,通過所述光傳感器110能夠測(cè)量 在人P的位置處占優(yōu)的光照水平UtO。盡管示出了靜止的光傳感器110,但是該傳感器優(yōu)選 地可以是由人P攜帶的設(shè)備或者被集成到手腕設(shè)備中或作為墜飾穿戴。所述光照例如可以 由周圍房間的人工燈L生成。在未在這里更加詳細(xì)描述的該方法的另外的開發(fā)中，可以基于 針對(duì)人的晝夜節(jié)律的估計(jì)的模型輸出x(t)和給定的目標(biāo)來任選地控制光照水平。光傳感器 no提供對(duì)應(yīng)的光照水平信號(hào)αω，每個(gè)時(shí)間^都做出測(cè)量。
[0073]此外，裝置100包括至少一個(gè)傳感器120,用于確定指示人Ρ在時(shí)間t時(shí)的活動(dòng)的活 動(dòng)信號(hào)AU0。這種傳感器120可以例如包括部件121，所述部件121由人P穿戴并將其測(cè)量信 號(hào)無線傳送給接收器122?？纱┐鞑考?21可以例如包括用于檢測(cè)人的移動(dòng)的加速度計(jì)和/ 或用于諸如心率、血壓或體溫的生理參數(shù)的傳感器。額外地或備選地，該裝置可以包括靜止 活動(dòng)傳感器，例如，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器(未示出）。
[0074] 裝置100還包括處理器130,所述處理器130可以例如被集成到靜止設(shè)備（例如，個(gè) 人計(jì)算機(jī))或便攜式設(shè)備(例如，智能電話或平板計(jì)算機(jī))中。處理器130也能夠是服務(wù)器，其 從傳感器通過網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)并將結(jié)果再次通過網(wǎng)絡(luò)返回到用戶。處理器130包括若干模塊， 所述若干模塊在附圖中被指示為盒子，并且可以通過專用硬件和/或特定軟件(子)例程來 實(shí)現(xiàn)。尤其地，處理器130包括以下模塊：
[0075]輸入模塊"131，活動(dòng)信號(hào)A(ti)到達(dá)該模塊處，并且可以任選地例如通過濾波、 放大和/或中間存儲(chǔ)而進(jìn)行預(yù)處理。
[0076] 分類模塊"132,其從輸入模塊131接收當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)A(t〇,并且任選地，接收當(dāng) 前光照水平信號(hào)Ut)。此外，該分類模塊接收能夠由操作者(例如，由監(jiān)測(cè)測(cè)量的醫(yī)生)設(shè) 定或調(diào)節(jié)的外部輸入T。該分類模塊的輸出是"覺醒信號(hào)" 〇(t)。如將在以下更加詳細(xì)解釋 的，在分類模塊132的兩個(gè)步驟中計(jì)算覺醒信號(hào)〇(t)，即，通過(i)計(jì)算分?jǐn)?shù)RnD^*，作為活動(dòng) 信號(hào)A(t〇的實(shí)際值和先前值的加權(quán)和，以及任選的光照水平UtO;并且(ii)通過將該分?jǐn)?shù) RnD^撤與至少一個(gè)閾值T進(jìn)行比較來確定加權(quán)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于覺醒狀態(tài)還是睡眠狀態(tài)。在覺醒變 量〇(t)中編碼該確定的結(jié)果。
[0077] 第一驅(qū)動(dòng)項(xiàng)計(jì)算模塊"133,在其中使用前述覺醒信號(hào)〇(t)和模型輸出的當(dāng)前值 X(t)來確定表示非感光影響的第一驅(qū)動(dòng)項(xiàng)N(t)。
[0078] 第二驅(qū)動(dòng)項(xiàng)計(jì)算模塊"134,在其中根據(jù)測(cè)得的光照水平UtO確定第二驅(qū)動(dòng)項(xiàng)B ⑴。
[0079] 模擬模塊"135,在其中基于各自的模塊133和134提供的外部驅(qū)動(dòng)項(xiàng)N(t)和B(t) 使用驅(qū)動(dòng)振蕩器模型來確定模型輸出x(t)。
[0080] 本發(fā)明所描述的實(shí)施例優(yōu)選地應(yīng)用例如由便攜式設(shè)備（例如，腕表或體動(dòng)計(jì)監(jiān)測(cè) 器)同時(shí)采集的活動(dòng)的和光照強(qiáng)度水平的數(shù)字測(cè)量。數(shù)據(jù)樣本{AUihUtO}被稱作"時(shí)期"， 其通常每分鐘采集一次（以范圍在[0.008,0.067]抱的速率），并在處理器130中由實(shí)施包括 兩個(gè)主要步驟的算法的嵌入式軟件程序來處理：
[0081] -第一步驟在分類模塊132中運(yùn)行，并且包括:基于"休息和黑暗"的概念，將數(shù)據(jù)的 進(jìn)入時(shí)期分類為兩種可能狀態(tài)中的一個(gè)。如果活動(dòng)和光強(qiáng)度水平高于閾值，則當(dāng)前時(shí)期被 標(biāo)示為"覺醒和活躍的"，而在暗處或沒有光中觀察到的較低活動(dòng)水平被標(biāo)示為"休息中"。 依賴于所選取的設(shè)置，可以僅在活動(dòng)水平上應(yīng)用分類器，或者可以在活動(dòng)水平和光水平兩 者上應(yīng)用分類器，光強(qiáng)度所攜帶的信息可能引起更加可靠的決策。在任一情況中，分類器應(yīng) 用于從近期經(jīng)過的直到當(dāng)前時(shí)間U提取的少量樣本上，而沒有使用超過目前時(shí)間的數(shù)據(jù)， 以確保時(shí)間同步處理。
[0082] -第二步驟在第一驅(qū)動(dòng)項(xiàng)計(jì)算模塊133和模擬模塊135中運(yùn)行。其涉及通過驅(qū)動(dòng)晝 夜節(jié)律振蕩器的非感光刺激項(xiàng)在起步器中立即使用分類器輸出。
[0083]用于提供通用HCP框架的模擬的適當(dāng)數(shù)學(xué)模塊可以例如在（St-Hilaire等人， Kronauer等人，以上所引用的）文獻(xiàn)中找到。所述模型基于van der Pol類型的極限循環(huán)振 蕩器，并且能夠使用以下二階微分等式來描述，其中，外部刺激被引入作為出現(xiàn)在右手側(cè)的 驅(qū)動(dòng)項(xiàng)Z(t):
[0084]
[0085] 因變量X類似于核心體溫(CBT)而變化，并且隨時(shí)間t在歸一化范圍[-1,+1]內(nèi)振 蕩。這在圖2中示意性地圖示出。μ(0〈μ〈1)是剛度參數(shù)，T是固有周期（大約24.2小時(shí)）。強(qiáng)迫 項(xiàng)"授時(shí)因子" z(t)是依賴于光強(qiáng)度測(cè)量的感光部分B(t)與表達(dá)睡眠/覺醒循環(huán)經(jīng)由本地時(shí) 期分類器對(duì)晝夜節(jié)律相位的影響的非感光部分N(t)的和。
[0086]如果時(shí)期狀態(tài)是"休息中"，則可以將二元分類器132的輸出〇(tl)設(shè)定為等于"Γ ; 并且如果時(shí)期被標(biāo)示為"覺醒且活躍的"，則所述輸出0(h)被設(shè)定為"0"。可以根據(jù)以下等 式計(jì)算非感光驅(qū)動(dòng)N(t):
[0087]
[0088] 其中，P是非感光增益(0〈Ρ〈0·2)并且φ是參數(shù)（丨<φ< 100)。
[0089] 在等式(2)中，具有〇(t)的第一因子依賴于時(shí)期的狀態(tài)而采取-2/3或+1/3的值。涉 及雙曲正切的因子在圖3中被圖示出，并且定義晝夜節(jié)律靈敏度調(diào)制，其實(shí)現(xiàn)了在x(t)~-1 處并且對(duì)于φ ? 1接近CBT最低點(diǎn)的最大值，對(duì)于距離奇點(diǎn)幾小時(shí)的時(shí)間快速減小到0。因 此，靈敏度調(diào)制強(qiáng)調(diào)了對(duì)CBTmin時(shí)間附近的非感光影響，這通常發(fā)生在主睡眠間隔的中間。
[0090] 以上等式（1)中的感光項(xiàng)B(t)例如是由經(jīng)受非線性壓縮和視網(wǎng)膜光傳導(dǎo)階段的白 光照明值驅(qū)動(dòng)的。所有這些操作都能夠被時(shí)間同步地評(píng)估，而沒有重大困難，這完成了起步 器模型（1)和(2)的從左到右的數(shù)字積分，并且使得能夠進(jìn)行在線晝夜節(jié)律估計(jì)。在其它實(shí) 施例中，可以通過可見光譜(例如，藍(lán)光）的子部分的光譜輻照度驅(qū)動(dòng)B(t)。通常，光輸入可 以要么是白色的要么是彩色的，在后一種情況中，光輸入可以是從例如來自提供紅/藍(lán)/綠 輻照度測(cè)量的三個(gè)光傳感器導(dǎo)出的。
[0091] 下一部分解釋如何建立分類器以及該非感光延伸在實(shí)際中如何應(yīng)用，包括依賴于 非感光增益的附加偏移。該時(shí)間偏移被添加到CBTmin預(yù)測(cè)值上以通過減少估計(jì)偏離而優(yōu)化 準(zhǔn)確度。
[0092] 在優(yōu)選實(shí)施例中，以上描述的算法被實(shí)施為在（便攜式）設(shè)備中集成的小處理器 130上運(yùn)行的軟件，提供對(duì)處于能走動(dòng)模式中的對(duì)象P的晝夜節(jié)律相位的持續(xù)更新。通常每 一分鐘更新預(yù)測(cè)值。通過線性分類器在休息狀態(tài)和黑暗狀態(tài)的方面對(duì)連續(xù)時(shí)期進(jìn)行標(biāo)示， 所述線性分類器滿足低計(jì)算成本的時(shí)間同步處理要求。
[0093] 讓A(t〇和Lb)分別是時(shí)間。（1 = 1、2、3···是所采集的時(shí)期的索引，并且I是當(dāng)前 時(shí)期索引）的活動(dòng)水平和光強(qiáng)度水平。分類器分?jǐn)?shù)RND^撤是在當(dāng)前時(shí)期I處根據(jù)以下計(jì)算出 的：
[0094]
j=〇 i--=〇
[0095] 其中，wl和w2是針對(duì)活動(dòng)和光對(duì)分類器分?jǐn)?shù)的各自的貢獻(xiàn)的權(quán)重（多0)，a(i)是涉 及η個(gè)過去活動(dòng)計(jì)數(shù)的活動(dòng)部分的系數(shù)，并且β(υ是涉及P個(gè)過去光強(qiáng)度的感光部分的系 數(shù)，直到當(dāng)前進(jìn)入時(shí)期的I。通過設(shè)定wl = l和《2 = 0,分類器僅依靠活動(dòng)水平，而wl = 0.5和 w2 = 0.5將以相等的比例組合光貢獻(xiàn)和活動(dòng)貢獻(xiàn)。系數(shù)a(i)和i3(i)是歸一化的且二者都加 起來為一。例如，當(dāng) η = 3 時(shí)，α(0)=0·25、α(1)=0·5、α(2)=0·25。
[0096] 用于在一個(gè)特定狀態(tài)中對(duì)時(shí)期進(jìn)行分類的決策規(guī)則是基于以下公式的：
[0097] S = sign{RnI>9數(shù)（I)il · THR(活動(dòng)）_w2 · THR(光）} (4)
[0098] 其中，THR代表要么與活動(dòng)水平相關(guān)要么與光水平相關(guān)的閾值。如果在(4)中估計(jì) 的符號(hào)S為正，則時(shí)期被標(biāo)示為"覺醒并活躍的"，否則將其視為"休息中"。根據(jù)(4)，等式(2) 的覺醒變量σ能夠被確定為〇(t) = (l_S)/2。
[0099] 對(duì)于最佳性能，閾值THR (活動(dòng))和THR (光)能夠依賴于對(duì)象P (輸入外部確定的閾值 在附圖1中由字母"T"符號(hào)表示）。這可以例如基于在測(cè)量的先前日子中累積的活動(dòng)水平或 光水平的柱狀圖。例如，從根據(jù)休息中的活動(dòng)的典型值Ro導(dǎo)出的初始值THR(活動(dòng)）=R〇開始， 基于每天以目前為止觀察到的活動(dòng)計(jì)數(shù)的40%的百分?jǐn)?shù)的值來更新活動(dòng)閾值。使用目前為 止觀察到的光強(qiáng)度的20%的百分?jǐn)?shù)將相同的方法應(yīng)用于分類器的光部分。
[0100] 另一點(diǎn)涉及根據(jù)以下等式定義與CBT最低點(diǎn)的日常定時(shí)相關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)的相位標(biāo) 記，指代為CBTmin:
[0101] CBT最小=argmint(x)+偏移（P) (5)
[0102] 其中，x被獲得作為是以上等式（1)的解，并且使添加的偏移依賴于非感光增益P的 大小。這里提出應(yīng)用單調(diào)遞減的偏移，使得優(yōu)化對(duì)預(yù)測(cè)相位的非感光貢獻(xiàn)的效果。除了更加 復(fù)雜的可能性外，示出了以下線性回歸，其特別是對(duì)減小晝夜節(jié)律相位估計(jì)中的偏離的大 小有效：
[0103] 偏移(p) = 1.0-6.6 ·Ρ (以小時(shí)表達(dá)）（6)
[0104]增益值Ρ通常被設(shè)定為0.1，然而，其也能夠適于對(duì)象的特定時(shí)型（chronotype)特 性。對(duì)于P = 0.1，時(shí)間偏移被減小到0.35小時(shí)。
[0105]使用三個(gè)統(tǒng)計(jì)量度評(píng)估了相位預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，所述三個(gè)統(tǒng)計(jì)量度參考從所考慮的對(duì) 象的夜間唾液采樣獲得的DLM0 (弱光黑色素偏移)相位標(biāo)記來量化估計(jì)值的類似性。在DLM0 與預(yù)測(cè)相位值之間的差的標(biāo)準(zhǔn)偏差是組群性能的第一索引，兩個(gè)序列的皮爾遜相關(guān)系數(shù)提 供了組群性能的第二索引，并且第三索引是一對(duì)預(yù)測(cè)值和參考值中的每對(duì)個(gè)體的絕對(duì)差的 均值。
[0106] 當(dāng)在一組81個(gè)對(duì)象上進(jìn)行測(cè)試(排除嚴(yán)重的時(shí)型異常值)時(shí)，在一周或更長時(shí)間上 記錄他們無約束的日常生活，將實(shí)現(xiàn)以下結(jié)果：
[0107]
[0108] 以上附圖用表格示出了標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)減少20%，（皮爾遜）相關(guān)系數(shù)相對(duì)增加 11%，誤差的均值絕對(duì)值相對(duì)減少37%，以及最大誤差減少44%。這指示目前的技術(shù)借助于 在晝夜節(jié)律起步器中睡眠/覺醒循環(huán)的增量貢獻(xiàn)而可能改進(jìn)相位預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。
[0109]總之，已經(jīng)描述了在晝夜節(jié)律起步器模型中實(shí)時(shí)整合睡眠/覺醒循環(huán)的非感光方 面的實(shí)施例及其用于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的相位預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的應(yīng)用。所述方法基于在休息狀態(tài)和黑暗 狀態(tài)方面的活動(dòng)測(cè)量和光測(cè)量的本地分類器，并且不要求諸子睡眠和覺醒間隔中的之前分 害J。分類器輸出與從捕捉對(duì)象的當(dāng)前照明的光感測(cè)元件導(dǎo)出的主要光刺激進(jìn)行組合。這使 得能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間同步處理，適合于使用有限硬件設(shè)備(例如，體動(dòng)計(jì)腕手表）的移動(dòng) 應(yīng)用，并且旨在以增強(qiáng)的精確度在線估計(jì)(人類)晝夜節(jié)律相位。
[0110]所描述的方法能夠例如有關(guān)于包括光傳感器的小的體動(dòng)計(jì)設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用。其能夠 應(yīng)用于時(shí)間醫(yī)學(xué)的普通背景(包括光治療）中，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)管理晝夜節(jié)律問題。更具體地，可能 的應(yīng)用涉及以具有延遲的睡眠相位障礙和慢性失眠患者為目標(biāo)的產(chǎn)品。這里呈現(xiàn)的解決方 案能夠有助于在現(xiàn)實(shí)世界中更高準(zhǔn)確度的晝夜節(jié)律相位估計(jì)，其能夠用于向?qū)ο髮?shí)時(shí)提供 推薦和建議。一種目標(biāo)人群是遭受慢性失眠的人們(大約三分之一的失眠癥抱怨大概涉及 晝夜節(jié)律失調(diào)），以及如輪班工人的特定類別。在"生活方式"部分，時(shí)間治療可以視為這樣 的工具:所述工具用于改進(jìn)在一天中的具體時(shí)間時(shí)的機(jī)敏性和認(rèn)知性能以減少連續(xù)穿過子 午線行程的時(shí)差綜合癥效應(yīng)，并且用于減輕與微弱形式的抑郁有關(guān)的典型癥狀?？赡軕?yīng)用 的另一領(lǐng)域涉及時(shí)間醫(yī)學(xué)，其中，可以利用對(duì)患者的晝夜節(jié)律相位的認(rèn)知來改進(jìn)例如在癌 癥治療中藥學(xué)藥物治療的效率并使其副作用最小化。
[0111] 盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描 述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是圖示性或示范性的，而非限制性的;本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域 技術(shù)人員通過研究附圖、公開內(nèi)容以及權(quán)利要求，在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明時(shí)能夠理解并實(shí) 現(xiàn)對(duì)所公開的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求中，"包括"一詞不排除其他元件或步驟，并且 詞語"一"或"一個(gè)"不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干 項(xiàng)的功能。盡管某些措施被記載在互不相同的從屬權(quán)利要求中，但是這并不指示不能有利 地使用這些措施的組合。計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分布在合適的介質(zhì)上，例如與其他硬件一 起或作為其他硬件的部分供應(yīng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分 布，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線的電信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被 解釋為對(duì)范圍的限制。
[0112] 本發(fā)明涉及用于估計(jì)對(duì)人的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出的裝置和方法。在優(yōu)選 實(shí)施例中，基于(經(jīng)由加速度計(jì)的)運(yùn)動(dòng)測(cè)量提供感光暴露和指示人的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活 動(dòng)信號(hào)的光傳感器用于計(jì)算二元覺醒變量，所述二元覺醒變量指示人是醒著還是睡著。所 述覺醒變量然后用于確定針對(duì)驅(qū)動(dòng)振蕩器模型的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)，所述驅(qū)動(dòng)項(xiàng)模擬在光和活動(dòng)的聯(lián) 合影響下的所述模型輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在第一時(shí)間（ti)生成對(duì)人(P)的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出（x(ti))的裝 置(100)，所述裝置包括： -輸入模塊(131)，其用于接收在所述第一時(shí)間（ti)基于活動(dòng)水平測(cè)量指示所述人(P)的 活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng)信號(hào)(A(ti)); -分類模塊（132)，其用于在所述第一時(shí)間（ti)生成覺醒信號(hào)（〇(ti))，所述覺醒信號(hào)（σ (ti))指示所述人(Ρ)在所述第一時(shí)間（ti)是醒著還是睡著，其中，所述分類模塊（132)優(yōu)選 地適于基于接收到的活動(dòng)信號(hào)(A(ti))生成所述覺醒信號(hào)（〇(ti)); -第一計(jì)算模塊（133)，其用于在所述第一時(shí)間（ti)確定非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))，所述非 感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))表示對(duì)所述晝夜節(jié)律的非感光影響，其中，所述第一計(jì)算模塊（133)被 配置為基于所述覺醒信號(hào)(〇(ti))確定所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti));W及 -模擬模塊(135)，其用于至少基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))在所述第一時(shí)間（ti)實(shí)時(shí) 計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出(X(ti))。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中， -所述輸入模塊（131)還被配置用于接收光照水平信號(hào)化(ti))，所述光照水平信號(hào)指示 在所述人(P)的位置處在所述第一時(shí)間（ti)的光照水平化(ti)); -所述分類模塊（132)還被配置用于基于接收到的光照水平信號(hào)化(ti))和/或基于接收 到的活動(dòng)信號(hào)(A(ti))生成所述覺醒信號(hào)(〇(ti))。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100 )，還包括： -第二計(jì)算模塊（134)，其用于確定感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(B(ti))，所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(B(ti))表示對(duì) 所述晝夜節(jié)律的感光影響，其中，所述第二計(jì)算模塊(134)被配置為根據(jù)接收到的光照水平 信號(hào)化(ti))確定所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(B(ti)); 其中，所述模擬模塊（135)還被布置用于基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))并基于所述感 光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(B(ti))在所述第一時(shí)間（ti)實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出(X(ti))。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置（100)，其中，所述分類模塊（132)還被布置為基于一個(gè)或 多個(gè)近期活動(dòng)信號(hào)和/或基于一個(gè)或多個(gè)近期光照水平信號(hào)在所述第一時(shí)間（ti)生成所述 覺醒信號(hào)(〇(ti))，其中，所述一個(gè)或多個(gè)近期活動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述第一時(shí)間（ti)之前獲 取的一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)信號(hào)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)近期光照水平信號(hào)對(duì)應(yīng)于在所述第一時(shí) 間（ti)之前獲取的一個(gè)或多個(gè)光照水平信號(hào)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置（100)，其中，所述分類模塊（132)還被布置用于接收所述 人(P)的至少一個(gè)闊值(T)，其中，所述分類模塊還被配置為將所述闊值(T)與近期活動(dòng)信號(hào) (A(ti))的加權(quán)和和/或近期光照水平信號(hào)化(ti))的加權(quán)和進(jìn)行比較，其中，所述分類模塊 還被配置為生成針對(duì)所述人(P)的活動(dòng)水平或照明水平的個(gè)人基線。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置（100)，其中，根據(jù)W下等式在當(dāng)前時(shí)期計(jì)算分類器分?jǐn)?shù) (RND5?(D)：其中，wl和w2對(duì)應(yīng)于預(yù)定的第一權(quán)重和第二權(quán)重，其中，wl>0并且其中，a(i)對(duì) 應(yīng)于預(yù)定的非感光系數(shù)，并且其中，e(i)對(duì)應(yīng)于預(yù)定的感光系數(shù)，并且其中，所述當(dāng)前時(shí)期 對(duì)應(yīng)于當(dāng)前時(shí)間段。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中，所述當(dāng)前模型輸出（x(ti))是 基于驅(qū)動(dòng)van-der-Pol振蕩器模型計(jì)算出的。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(100)，其中，所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))與增益因子(P)成 比例，并且其中，發(fā)生所述人(P)的最小核屯、體溫的時(shí)間被確定為生成最小當(dāng)前輸出信號(hào)(X (to)的時(shí)間加上偏移，其中，所述偏移依賴于所述增益因子(P)，其中，所述偏移優(yōu)選被表 達(dá)為a-b · P，其中，a和b是常數(shù)，并且其中，P對(duì)應(yīng)于所述增益因子。9. 一種用于在第一時(shí)間（ti)生成對(duì)人(P)的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出（x(ti))的系 統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： -至少一個(gè)傳感器（120)，其用于在第一時(shí)間（ti)確定指示所述人(P)在所述第一時(shí)間 (ti)的活動(dòng)的活動(dòng)信號(hào)(A(ti));W及 -根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的裝置。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器（120)是加速度傳感器 (120)或生理參數(shù)傳感器，其中，所述生理參數(shù)傳感器優(yōu)選是屯、率傳感器、血壓傳感器或體 溫傳感器。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，還包括用于在所述第一時(shí)間（ti)確定所述人(P)的 位置處的光照水平信號(hào)化(ti))的傳感器。12. -種用于在第一時(shí)間（ti)生成模型輸出（X(ti))的方法，所述模型輸出（X(ti))描述 人(P)的晝夜節(jié)律，所述方法包括W下步驟： -接收在所述第一時(shí)間（ti)基于活動(dòng)水平測(cè)量指示所述人(P)的活動(dòng)的當(dāng)前水平的活動(dòng) 信號(hào)(A(ti)); -對(duì)接收到的活動(dòng)信號(hào)(A(ti))進(jìn)行分類，使得生成覺醒信號(hào)（〇(ti))，所述覺醒信號(hào)（0 (11))指示所述人(P)在所述第一時(shí)間（ti )是醒著還是睡著； -確定表示對(duì)所述晝夜節(jié)律的非感光影響的非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))，其中，所述非感光驅(qū) 動(dòng)項(xiàng)(N(ti))是基于所述覺醒信號(hào)(〇(ti))確定的;并且 -至少基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出(X(ti))。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法還包括W下步驟： -接收光照水平信號(hào)化(ti))，所述光照水平信號(hào)指示在所述人(P)的位置處在所述第一 時(shí)間（ti)的光照水平化(ti)); -根據(jù)所述光照水平信號(hào)化(ω)確定感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)化(ti));并且 -基于所述非感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(N(ti))并基于所述感光驅(qū)動(dòng)項(xiàng)(B(ti))在所述第一時(shí)間（ti) 實(shí)時(shí)計(jì)算所述當(dāng)前模型輸出(X(ti))。14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，所述覺醒信號(hào)(〇(ω)通過W下計(jì)算出： (i)將分?jǐn)?shù)(Rn化徽)計(jì)算為當(dāng)前活動(dòng)信號(hào)和過去活動(dòng)信號(hào)(A(ti))的加權(quán)和和/或當(dāng)前光 照水平信號(hào)和過去光照水平信號(hào)化(ti))的加權(quán)和;并且 (i i)將所述分?jǐn)?shù)(Rn化徽)與至少一個(gè)闊值(T)進(jìn)行比較。15. -種包括程序代碼單元的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序當(dāng)被運(yùn)行時(shí)令根據(jù)權(quán)利要 求1至8中的任一項(xiàng)所述的用于生成對(duì)人(P)的晝夜節(jié)律進(jìn)行描述的模型輸出（x(ti))的裝 置執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105981019SQ201480065888
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年12月1日
【發(fā)明人】X·L·M·A·奧貝特, H·馬斯, G·J·米施
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司