[发明专利]睡眠检测装置及其检测、辅助睡眠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对人体睡眠情况进行检测的装置，以及利用这种装置检测人体睡眠情况、辅助人体睡眠的方法。

背景技术

1968年，Rechtschaffen A和Kales A发表了《人类睡眠阶段的标准化术语、技术和判读工作手册》(A manual for standard terminology，techniques and scoring system for sleep stages of human subjects)，其中提出人体的睡眠情况大体分三种状态：清醒状态、眼球不动的睡眠状态、眼球转动的睡眠状态。

美国睡眠医学会(AASM，American Academy of S1eep Medicine)以上述论文为基础，提出了人体睡眠可分为如下四个阶段：

阶段一：模糊入睡阶段。人体清醒时的脑电波频率为8～13Hz(赫兹)，此时则变为4～7Hz。该阶段的脑电波幅度(电压)低，一般在30μV(微伏)以下。该阶段中人有时会手脚抽动。

阶段二：浅睡眠阶段(浅睡阶段)。该阶段的脑电波频率仍为4～7Hz，但会有图1所示的睡眠纺锤形波(Sleep Spindle)和K形杂波(K-complex)两种短暂的波形出现。睡眠纺锤形波是一种13～17Hz的脑电波信号，时间一般延续有0.5～1.5秒。K形杂波是一种幅度较大的先正后负的高压尖脉冲，总长度约为900ms(毫秒)，其中正的尖脉冲有350～550ms长。K形杂波是在阶段二出现，一般是每1～1.7秒出现一下，且和睡眠纺锤形波相伴。该阶段中，人体对环境失去知觉，且基本不动。一般正常人的睡眠时间中的45％～55％是处于这种状态。

阶段三：深度睡眠阶段(深睡阶段)。该阶段在开始(前期)时，至少有20％的脑电波频率是0.5～3Hz且信号幅度大于75μV，其余的是3Hz以上的快速变化信号且信号幅度小于75μV。随后(后期)0.5～3Hz的脑电波信号增多，占几乎全部的时间。该阶段中人体不动，全身肌肉很放松。但该阶段中如果人体做梦，尤其是做恶梦时，可能会动。该阶段的后期可能发生梦游(夜游)。这个阶段时间越长，睡眠质量就越高，第二天起床感觉就越好。该阶段在第一个睡眠周期时间较长，为30分钟左右；在随后的随眠周期中逐渐减少。

上述阶段一、阶段二、阶段三都属于眼球不动的睡眠阶段。

阶段四：快速眼球转动阶段(眼球转动的睡眠阶段)。绝大多数成年人有20～25％的睡眠时间处于这个阶段。此时，脑电波从深睡阶段的0.5～3Hz变为10Hz以上的快速变化信号且信号幅度小，脑电波信号呈现间断的锯齿波形状。

上述四个阶段的脑电波主能量频率、幅度及人体运动情况如下表所示：

以上四个阶段共计90～110分钟左右，大体重复进行。请参阅图2，第一个睡眠周期包括完整的四个睡眠阶段且依次进行。从第二个睡眠周期开始就不是纯粹的按上述的四个周期依次进行，而是可能跳过一个或多个睡眠阶段。一个晚上人体大约有4～5个睡眠周期。

目前检测人体睡眠有如下方法：

第一种方法，待测人员到医院的睡眠实验室过夜，专门设备监控待测人员的心电图、脑电波、呼吸状态、手脚是否移动等。医生通过读取整个晚上记录下来的多个信号的波形图，人工分析判断病人的睡眠阶段、睡眠质量等。

第二种方法，通过测量人体的脑电波判断人体的睡眠阶段。该方法是用十多个探头(电极)连接头部的不同的部位(例如采用国际通用的10～20系统电极铺放法)，来采集十多路的脑电波信号。

在该方法基础上有简化方案，如美国专利授权号US5154180A所记载的，只采用前额的一路脑电波信号，通过对脑电波信号频率、幅度的分析判断人体的睡眠阶段。

又如美国专利授权号US6272378B1所记载的，不仅依据脑电波信号的频率、幅度，还对脑电波信号进行傅立叶变换后依据不同频率信号的频段分布情况，综合判断人体的睡眠阶段。这种方法已经生产出了实际的产品，例如Zeo公司生产的“个人睡眠教练”(Personal Sleep Coach)，但是根据客户反馈情况，有20％的消费者反映，该产品会在客户有知觉、尚未睡眠的时候判断为客户已入睡。

第三种方法，采用活动记录检查原理判断人体的睡眠阶段。该方法是在待测人员手腕上戴上腕动计(actigraphy)，内有加速度传感器。当待测人员处在不同的睡眠阶段时，会伴随着身体的运动或静止。加速度传感器检测并记录人体的运动信息，由此判断人体是处在清醒状态、还是某一个睡眠阶段。