本發明涉及睡眠質量監測評估領域，尤其是一種睡眠質量評估系統及其方法。
背景技術：
：現代社會生活節奏快，壓力大，各個年齡段的人群都不同程度地受到睡眠問題的困擾，睡眠占據了一個人百分之三十的生命時間，睡眠紊亂和睡眠疾病等各種睡眠問題會不同程度地影響人們的工作和生活，而且還會誘發其他很多疾病。人在自己的睡眠過程中很難發現異常問題，而睡眠問題不定時出現，所以發現睡眠問題必須依靠連續的監測，越早地發現問題，就能更好地預防相關疾病。但是，目前監測睡眠需要龐大的經濟費用和專業技術人員支撐，而且監測方法復雜，對監測人員的專業性要求高，監測成本高昂。現有技術中，利用體動信號進行睡眠質量評估的算法主要有線性和非線性兩大類，線性算法的實現簡單，有大量的前人研究基礎；非線性算法實現起來非常復雜，需要設備具有強大的計算能力，而且目前也沒有明確的非線性模型，最重要的一點，基于單一身體數據進行睡眠質量評估的精確度低。技術實現要素：為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種睡眠質量評估精確度更高的睡眠質量評估系統及其方法。本發明所采用的技術方案是：一種睡眠質量評估系統，包括腕動信息采集單元，用于采集腕動信息；心率信息采集單元，用于采集心率信息；無線數據傳輸單元，用于傳輸腕動信息和心率信息；智能終端，用于處理腕動信息和心率信息以進行睡眠質量評估；所述腕動信息采集單元的輸出端、心率信息采集單元的輸出端分別與無線數據傳輸單元的輸入端連接，所述無線數據傳輸單元與智能終端連接。進一步地，所述心率信息采集單元包括心電信息采集單元、心音信息采集單元或脈搏監測單元。進一步地，所述腕動信息采集單元包括三軸加速度傳感器和單片機，所述三軸加速度傳感器的輸出端與單片機的輸入端連接，所述單片機的輸出端與無線數據傳輸單元的輸入端連接。進一步地，所述無線數據傳輸單元包括藍牙傳輸單元、Zigbee傳輸單元或WIFI傳輸單元。進一步地，所述智能終端包括計算機、平板電腦或手機。本發明所采用的另一技術方案是：一種睡眠質量評估方法，包括以下步驟：S1、采集腕動信息和心率信息；S2、傳輸腕動信息和心率信息；S3、處理腕動信息和心率信息以進行睡眠質量評估。進一步地，所述睡眠質量評估包括：通過計算睡眠質量評估指數以進行睡眠質量評估，睡眠質量評估指數越小，睡眠質量越好，所述睡眠質量評估指數的計算公式包括：睡眠質量評估指數＝D+(a1B1+a2B2+a3B3)/B0，其中，D為測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值，所述睡眠狀態包括覺醒狀態和睡眠狀態；a1、a2和a3為加權系數，B0為測試者睡眠時的標準心率，B1、B2和B3分別為測試者正睡、側睡和趴睡時的心率。進一步地，所述測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值D的計算公式包括：D＝P(b-NA-N+…+b-2A-2+b-1A-1+b0A0+b+1A+1+b+2A+2+…+b+NA+N)，其中P為D的計算公式的權值，A0為測試者在當前單位時間的腕活動量，A-N、A+N分別為測試者在當前單位時間的前N個單位時間、后N個單位時間的腕活動量，b+N和b-N分別為腕活動量A+N和A-N的系數。進一步地，所述加權系數a1、a2和a3分別為30％、40％和30％。進一步地，所述測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值D的計算公式包括：D＝0.01(0.010A-3+0.017A-2+0.025A-1+0.030A0+0.082A+1+0.017A+2+0.010A+3)。本發明的有益效果是：本發明一種睡眠質量評估系統及其方法，結合腕動信息和心率信息兩種身體數據進行睡眠質量評估，相對于現有技術中依靠單項數據進行睡眠質量評估的方法精確度高，穩定性更好，能更好地幫助人們評估睡眠質量。附圖說明下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：圖1是本發明中一種睡眠質量評估系統的結構框圖；圖2是本發明中一種睡眠質量評估系統的一具體實施例的結構框圖；圖3是本發明中一種睡眠質量評估系統的心電信息采集單元的一具體實施例結構框圖；圖4是本發明中一種睡眠質量評估系統的心音信息采集單元的一具體實施例結構框圖；圖5是本發明中一種睡眠質量評估系統的脈搏監測單元的一具體實施例結構框圖；圖6是本發明中一種睡眠質量評估方法的流程示意圖；圖7是本發明中一種睡眠質量評估方法的睡眠質量監測軟件的功能模塊示意圖。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。一種睡眠質量評估系統，參考圖1，圖1是本發明中一種睡眠質量評估系統的結構框圖，睡眠質量評估系統包括腕動信息采集單元，用于采集腕動信息；心率信息采集單元，用于采集心率信息；無線數據傳輸單元，用于傳輸腕動信息和心率信息；智能終端，用于處理腕動信息和心率信息以進行睡眠質量評估；所述腕動信息采集單元的輸出端、心率信息采集單元的輸出端分別與無線數據傳輸單元的輸入端連接，所述無線數據傳輸單元與智能終端連接。睡眠質量評估系統結合腕動信息和心率信息兩種身體數據來進行睡眠質量評估，相比于現有技術中依靠單項數據進行睡眠質量評估的方法精確度高，穩定性更好，能更好地幫助人們評估睡眠質量。作為技術方案的進一步改進，所述無線數據傳輸單元包括藍牙傳輸單元、Zigbee傳輸單元或WIFI傳輸單元。作為技術方案的進一步改進，所述智能終端包括計算機、平板電腦或手機。作為技術方案的進一步改進，所述腕動信息采集單元包括三軸加速度傳感器和單片機，所述三軸加速度傳感器的輸出端與單片機的輸入端連接，所述單片機的輸出端與無線數據傳輸單元的輸入端連接。參考圖2，圖2是本發明中一種睡眠質量評估系統的一具體實施例的結構框圖，其中，無線數據傳輸單元采用藍牙傳輸單元，智能終端采用手機來實現；三軸加速度傳感器通過單片機的SPI接口與單片機相連，單片機通過UART接口與藍牙傳輸單元連接。本實施例中，基于ADXL345三軸加速度傳感器設計了腕動信息采集裝置，腕動信息采集裝置采用低功耗微體積元器件并設計成方便人體佩戴的手環形狀，腕動信息采集裝置通過單片機STC12LE5608AD控制三軸加速度傳感器采集腕動數據，并把采集到的腕動數據通過藍牙4.0模塊上傳到手機端進行數據處理以進行睡眠質量評估。現有技術中，量化人體腕活動的3種動作監測模式包括：超過幅度閾值模式、超過時間閾值模式和比例積分模式。超過幅度閾值模式(Zero-CrossingMode，ZCM)：在單位時間內，通過比較加速度傳感器的信號電壓和參考電壓，幅度超過零值的信號都會被記錄為腕動信號，測量單位時間內的腕動次數并記錄，最后進行腕動統計。超過時間閾值模式(TimeAboveThreshold，TAT)：在單位時間內，如果加速度傳感器的測量信號電壓在設定的采樣時間后超過參考電壓，則進行活動計數并記錄。超過時間閾值模式主要用于人體白天活動的監測，它被認為是活動振幅。比例積分模式(Proportional-IntegratingMode，PIM)：在設定的單位時間內，對加速度傳感器的測量信號電壓高于0V的曲線進行面積求和，并進行統計記錄。本實施例中采用比例積分模式對腕動加速度信號進行算法分析，比例積分模式評估睡眠時間的準確性最高，具有比較高的獨特性。作為技術方案的進一步改進，心率是人體最容易監測的生理參數之一，心電、心音和脈搏三種生理信號都攜有心率信息，所述心率信息采集單元包括心電信息采集單元、心音信息采集單元或脈搏監測單元。目前的心率監測手段有以下三種：1.利用心電采集系統記錄心電信號，從心電R-R間期中提取心率信息。2.心音采集系統，記錄心臟搏動時的機械振動從而得到心率信息。3.脈搏監測，可以從手指部位測量血液流動時光通量的變化，從而推算心率信息。具體地，參考圖3、圖4和圖5，圖3是本發明中一種睡眠質量評估系統的心電信息采集單元的一具體實施例結構框圖，通過心電信息得到心率信息；圖4是本發明中一種睡眠質量評估系統的心音信息采集單元的一具體實施例結構框圖，利用的是心音信息得到心率信息；圖5是本發明中一種睡眠質量評估系統的脈搏監測單元的一具體實施例結構框圖，利用的原理是通過脈搏信息得到心率信息。心電信息采集單元和脈搏監測單元所選用的單片機是Atmel公司的89C51單片機。如圖4所示，搭建基于數字信號處理器DSP的心音信息采集單元，它包括兩個子系統，一是利用數字信號處理器DSP得到心音信息，其中，換能器檢測心音信號將其轉換成電信號；二是利用MatlabGUI控制PC聲卡，采集心音信號。如圖5所示，搭建脈搏監測單元，它包括電流電壓變換電路、放大濾波電路、模數轉換電路、單片機、發送電路、終端計算機和光源電路，以及用于監測人體手指部位的血液流動時的光通量變化的光強監測電路。三種不同的心率信息采集單元可以制作成相應的心率信息采集裝置，由心率信息采集裝置和腕動信息采集裝置組成的睡眠監測設備，不僅設備制作成本低，而且監測睡眠十分方便，對睡眠監測和評估的專業技術要求低，適用于更多人群使用。一種睡眠質量評估方法，參考圖6，圖6是本發明中一種睡眠質量評估方法的流程示意圖，包括以下步驟：S1、采集腕動信息和心率信息；S2、傳輸腕動信息和心率信息；S3、處理腕動信息和心率信息以進行睡眠質量評估。本發明一種睡眠質量評估方法，結合腕動信息和心率信息兩種身體數據進行睡眠質量評估，相比于現有技術中依靠單項數據進行睡眠質量評估的方法精確度高，穩定性更好，能更好地幫助人們評估睡眠質量。實際應用時，心率信息采集單元和腕動信息采集單元將采集得到的身體數據通過無線發送至智能終端進行數據處理，以進行睡眠質量評估。可在智能終端上安裝睡眠質量監測軟件，以實現可視化的睡眠質量分析和評估，參考圖7，圖7是本發明中一種睡眠質量評估方法的睡眠質量監測軟件的功能模塊示意圖，包括用戶登錄模塊、數據接收模塊、數據分析模塊、結果顯示模塊和歷史結果模塊，還可以進一步擴展其他功能模塊，完善睡眠質量監測軟件的功能。以安卓系統為例，利用安卓界面技術、SQLite數據庫存儲技術、藍牙技術以及畫圖技術可完成上述功能模塊的軟件編程。作為技術方案的進一步改進，所述睡眠質量評估包括：通過計算睡眠質量評估指數以進行睡眠質量評估，睡眠質量評估指數越小，睡眠質量越好，所述睡眠質量評估指數的計算公式包括：睡眠質量評估指數＝D+(a1B1+a2B2+a3B3)/B0，其中，D為測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值，所述睡眠狀態包括覺醒狀態和睡眠狀態；a1、a2和a3為加權系數，B0為測試者睡眠時的標準心率，B1、B2和B3分別為測試者正睡、側睡和趴睡時的心率。實際使用時，將基于心電、心音或脈搏三種參數之一制作得到的心率信息采集裝置置于測試者的手指等部位，監測測試者的心率，并結合三軸加速度傳感器分辨測試者正睡、側睡和趴睡時的心率；睡眠狀態判斷值D常常利用腕動信息采集裝置采集的腕動信息來實現D值計算，通過監測人體的體動頻率實現睡眠狀態判斷，智能終端利用心率信息和腕動信息，即可以運算以實現睡眠質量評估。作為技術方案的進一步改進，所述加權系數a1、a2和a3分別為30％、40％和30％。加權系數a1、a2和a3可以采用其他的分配比例，因各個人的睡眠習慣不同而不同。作為技術方案的進一步改進，所述測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值D的計算公式包括：D＝P(b-NA-N+…+b-2A-2+b-1A-1+b0A0+b+1A+1+b+2A+2+…+b+NA+N)，其中P為D的計算公式的權值，A0為測試者在當前單位時間的腕活動量，A-N、A+N分別為測試者在當前單位時間的前N個單位時間、后N個單位時間的腕活動量，b+N和b-N分別為腕活動量A+N和A-N的系數。D≥1表示人體處于覺醒狀態，D<1表示人體處于睡眠狀態。本發明對腕動信息采用線性分析算法，通過選取合適的線性參數值，使睡眠狀態判斷值D的計算更加符合測試者實際的睡眠情況，可以根據每個人的具體情況選定合適的系數，腕活動量的統計時間可以調整，最少統計測試者在當前單位時間的前2個單位時間、后2個單位時間的腕活動量，以保證腕活動量的統計精度，得到精確度相對較高的睡眠狀態判斷值D。實際使用時，將基于三軸加速度傳感器的腕動信息采集裝置置于測試者的手腕上，根據監測到的測試者的An值進一步計算得到D值。睡眠質量監測軟件除了可以根據D值評估測試者在睡眠過程中每分鐘的睡醒狀態之外，還可以統計總的睡眠時間、分析時間內的睡眠時間和覺醒時間、睡眠開始時間以及睡眠效率等評估睡眠質量的參數。作為技術方案的進一步改進，所述測試者在當前單位時間的睡眠狀態判斷值D的計算公式包括：D＝0.01(0.010A-3+0.017A-2+0.025A-1+0.030A0+0.082A+1+0.017A+2+0.010A+3)。本發明提出了一個人體的睡眠質量評估方案，建立了一個腕動和心率信號的睡眠質量測量模型，通過測試數據并對測試數據進行處理，可得到關于腕動和心率信號的具體數值D值和B值，結合D值和B值得到Y值，根據Y值來評估睡眠質量。在數據支持下可以更準確地評估睡眠質量，而不單單通過定性觀察，十分方便直觀。下表對三個測試者進行睡眠質量評估的結果進行比較：測試者ABC標準心率B0(Hz)80100120正睡心率B1(Hz)80100120側睡心率B2(Hz)90115130趴睡心率B3(Hz)100125140(a1B1+a2B2+a3B3)/B01.1251.1351.083D值0.81.00.6Y值1.9252.1351.683由上表的數據可知，根據腕動和心率信號Y值評估睡眠質量,睡眠質量由好到差依次為測試者C、A和B。本發明的睡眠質量評估系統及其方法，只需在睡眠的時候佩戴腕動信息采集裝置和心率信息采集裝置進行睡眠監測，然后結合睡眠時間占監測時間的比例和監測心率對標準心率的比例來評估測試者的睡眠質量，不僅睡眠質量評估結果準確，而且使用方便，睡眠質量評估的成本低。以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。當前第1頁1 2 3