[发明专利]基于光电容积描记术检测受试者在清醒、困倦和睡眠阶段之间的转变

说明书

一种智能系统，包括用于输出PPG信号的接触式或非接触式PPG传感器；以及电子处理系统，其与PPG传感器通信，以从其中获取PPG信号，并在时域和频域中的一个或两个中分析PPG信号，以基于对分析的输出实时预测受试者的清醒和睡眠阶段之间的转变，所述受试者佩戴配备有接触式PPG传感器的智能可佩戴系统，或者由非接触式PPG传感器远程监控。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年8月29日提交的欧洲专利申请18191543.0和18191547.1以及2019年3月4日提交的欧洲专利申请19160639.1的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及对受试者的清醒(awake，W)、困倦(drowsiness，D)和睡眠(sleep，S)阶段的自动和自适应检测，以及对清醒、困倦和睡眠阶段之间转变的预测。

背景技术

众所周知，对个人不同行为阶段(W，D，S)的无创性识别是一个关系到现代生活的一些主要领域的问题，例如交通和工作环境中的公共健康和安全，在社会经济方面具有重要的后果，并对研究和发展领域具有重要的推动作用。

在公共卫生方面，通常一个成年受试者每天平均花费大约1/3的时间睡觉，睡眠医学最近才被纳入为医学的一个专业。它的发展是基于越来越多的关于睡眠生理学、昼夜生物学和睡眠障碍病理生理学的知识。尽管这个医学分支还很年轻，但国际睡眠障碍分类(international classification of sleep disorders，ICSD)已经确定了50多种不同的睡眠障碍。睡眠障碍的影响是广泛的，影响患者的身体、心理和经济。白天过度嗜睡(excessive daytime sleepiness，EDS)已被证明是第二大睡眠障碍组。高达40％的工业国家成年人口经历入睡或白天困倦的问题，这些问题被认为不仅是由于被归类为睡眠病理的睡眠模式紊乱，而且是由于非常常见且可能与环境相关的条件，例如睡眠缺乏状态、身体或精神压力、饮酒、安眠药假设以及个人执行重复动作的任何背景。所有这些条件在某些情况下也可能通过相互加强而重叠。

因此，困倦是瞌睡的同义词，瞌睡简单指由可能影响任何人，甚至健康的年轻人的广泛条件导致的入睡倾向，从而由于受试者的注意力水平和意识程度逐渐降低，导致人身伤害、残疾和工作表现不佳。困倦是清醒和睡眠两种生理状态之间的转变过程。

目前，睡眠医学为研究人类睡眠障碍和识别人类主要行为状态(特别是W、D和S阶段)而进行的测试的黄金标准是多导睡眠描记仪(polysomnography，PSG)。这是一种极其复杂的仪器检查，包括在患者身上应用许多传感器(从最小10个到超过30个)，这些传感器与身体的外部和内部各部分直接接触，例如皮肤、头皮、鼻腔、食管腔。通过这组传感器，多导睡眠描记仪能够连续数小时(通常为一夜)记录患者的主要生理功能，如脑电活动(brainelectrical activity，EEG)、心肺活动、身体运动、眼球运动、肌肉张力、食管内压等。

图1A和1B分别示出了在患者身上的PSG组装和在个人计算机上记录信号的显示。

PSG对患者来说是一种有效但要求很高的检查，需要高度专业的技术人员来组装参与研究的受试者身上的仪器，还需要具有睡眠医学特定技能的医生来分析和解释记录的数据。此外，PSG非常昂贵，并受限于研究中心可用床位数量和可以读取和评估数据的专家数量。

在交通和工作环境方面，困倦严重损害了人们驾驶或完成活动的能力，因为他们发现很难保持对任务的注意力。这在道路上是有害的风险，更普遍地，在工业活动中也是有害的风险(例如，在生产工厂工作、控制机器人、操作焊接机等)。据报道，35％-45％的交通事故是由困倦驾驶(即在瞌睡或疲劳时驾驶)引起的。2009年，美国国家睡眠基金会(national sleep foundation，NSF)报告称，54％的成年司机在驾驶车辆时感到困倦，其中28％的人实际上睡着了。