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一種檢測人體不同睡眠階段的方法及系統與流程

文檔序號:12074528閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,包括以下步驟:參數初始化、采集人體電阻數據、對人體電阻數據進行分析、輸出人體不同睡眠階段及其轉換情況;

對人體電阻數據進行分析包括以下步驟:

1)對采集的人體電阻數據進行預處理;對預處理后的人體電阻數據取自然對數,得到電阻的對數值;將時刻j前一窗口W1內所有電阻的對數值取平均值,得到時刻j前一窗口W1內所有電阻的對數平均值MeanSum(j);求取時刻j的電阻對數值ln(data(j))與其前一窗口W1內的所有電阻的對數平均值MeanSum(j)的差值Diff(j);窗口W1的大小為WinSize;其中j為當前時刻i的前一窗口W2內各個采樣時刻,j=i-WinLength+1,i-WinLength+2,…,i,WinLength為窗口W2的大小;

2)通過差值Diff(j)分析人體神經系統的活動情況,計算當前人體狀態值CurrState(i);對一段時間內的當前人體狀態值CurrState(i)進行處理,獲得某個區間T的區間狀態值PeriodState(T);使用區間狀態值PeriodState(T),判斷人體所處睡眠階段及其轉換情況。

2.根據權利要求1所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,所述通過差值Diff(j)分析人體神經系統的活動情況,計算當前人體狀態值CurrState(i)包括以下步驟:

首先,使用差值Diff(j)判斷交感神經是否激發,并計算交感神經激發程度值SArouseD(j);

然后,使用差值Diff(j)判斷副交感神經是否激發,并計算副交感激發程度值PSArouseD(j);

最后,根據交感神經激發程度值SArouseD(j)和副交感神經激發程度值PSArouseD(j)判斷當前人體體表神經反應狀態,獲得當前人體狀態值CurrState(i)。

3.根據權利要求2所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,通過比較Diff(j)和Sthresholdn的大小,判斷交感神經激發程度值SArouseD(j),具體公式為:

<mrow> <mi>S</mi> <mi>A</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>Sthreshold</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>n</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>Sthreshold</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>N</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>Sthreshold</mi> <mi>N</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

其中,Sthresholdn(n=1,2,3,…N)為預先設定的交感神經不同激發程度閾值;N取區間[1,20]內的整數;Sthresholdn取值范圍為(-1,0),同時Sthreshold1>Sthreshold2>…>Sthresholdn>…>SthresholdN

通過比較Diff(j)和PSthresholdm的大小,判斷副交感神經激發程度值PSArouseD(j);具體公式為:

<mrow> <mi>P</mi> <mi>S</mi> <mi>A</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>PSthreshold</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>m</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>PSthreshold</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>M</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <mi>D</mi> <mi>i</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&gt;</mo> <msub> <mi>PSthreshold</mi> <mi>M</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mi>h</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

其中,PSthresholdm(m=1,2,3,…M)為預先設定的副交感神經不同激發程度閾值;M取區間[1,20]內的整數;PSthresholdm取值范圍為(0,1),同時PSthreshold1<PSthreshold2<…<PSthresholdm<…<PSthresholdM

4.根據權利要求3所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,所述當前人體狀態值CurrState(i)取當前時刻i前一個窗口W2內的交感神經激發程度值SArouseD(j)的總和和副交感神經激發程度值PSArouseD(j)的總和的差值,其計算公式為:

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其中,α是交感神經激發程度值SArouseD(j)的權值,β是副交感神經激發程度值PSArouseD(j)的權值。

5.根據權利要求4所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,通過對人體狀態值CurrState(i)取平均的方法,計算區間T的區間狀態值PeriodState(T);具體計算公式為:

<mrow> <mi>P</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mi>o</mi> <mi>d</mi> <mi>S</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <munder> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <msup> <mi>T</mi> <mo>-</mo> </msup> </mrow> </munder> <mi>C</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> <mi>S</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <munder> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>T</mi> </mrow> </munder> <mi>C</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> <mi>S</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <munder> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <msup> <mi>T</mi> <mo>+</mo> </msup> </mrow> </munder> <mi>C</mi> <mi>u</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> <mi>S</mi> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msup> <mi>T</mi> <mo>-</mo> </msup> <mo>+</mo> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <msup> <mi>T</mi> <mo>+</mo> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中,T-是區間T前的一段時間,T+是區間T后的一段時間。

6.根據權利要求5所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,當PeriodState(T)小于閾值REM_Th時,判斷為快速動眼睡眠階段;當PeriodState(T)大于閾值REM_Th同時小于閾值DS_Th時,判斷為深睡眠階段;當PeriodState(T)大于閾值DS_Th同時小于閾值LS_Th時,判斷為淺睡眠階段;當PeriodState(T)大于閾值LS_Th時,判斷為清醒階段;

其中,REM_Th為快速動眼睡眠階段閾值,DS_Th為深睡眠階段閾值,LS_Th為淺睡眠階段閾值,其取值在參數初始化中設置。

7.根據權利要求6所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,所述參數初始化中,設置窗口W1的大小WinSize為100,電阻采樣頻率為50Hz;設置變量N為4,Sthreshold1為-0.0030,Sthreshold2為-0.0035,Sthreshold3為-0.0040,Sthreshold4為-0.0045;設置M為1,PSthreshold1為0.0045;設置窗口W2的大小WinLength為100;設置α為0.25,β為0.25;設置變量T為1分鐘,T-為7分鐘,T+為7分鐘。

8.根據權利要求1~7中任一項所述的檢測人體不同睡眠階段的方法,其特征在于,所述采集人體電阻數據是通過采集人體電導數據,再根據電阻與電導的倒數關系來計算電阻值。

9.一種檢測人體不同睡眠階段的系統,其特征在于,包括依次連接的醫療極片、橋式電阻/電導測量電路、放大電路、A/D轉換電路、CPU和人機交互界面;

所述橋式電阻/電導測量電路用于采集人體電阻/電導數據,所述CPU采用權利要求1~7中任一項所述的方法檢測人體不同睡眠階段及其轉換情況;所述人機交互界面輸出人體不同睡眠階段及其轉換情況給用戶。

10.根據權利要求9所述的檢測人體不同睡眠階段的系統,其特征在于,所述CPU為單片機、移動通信設備、移動電腦設備或臺式電腦設備。

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