基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法及系统

本发明涉及睡眠监测设备校准，尤其涉及一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法及系统。

背景技术：

1、随着居家健康监测、养老护理、慢病管理、睡眠医学和智能康养设备的发展，睡眠监测床垫逐渐成为一种重要的非接触式生命体征采集设备。此类床垫免于穿戴，依靠柔性传感层感知睡眠中的微弱压力变化，经算法提取心率、呼吸率、呼吸暂停、体动与睡眠趋势；其准确性取决于传感器性能及算法的信号分离、抗干扰与长期一致能力。

2、睡眠监测床垫测试校准常用人工卧床、机械振动器、气囊起伏装置等方式。人工卧床信号真实但受人员体型、睡姿、接触位置等因素影响大，缺乏统一标准，不适合产线校验和算法对比；机械振动器只能产生刚性点振动，难以模拟经人体软组织与床垫传力后的柔性微振动；气囊装置虽能模拟呼吸，但难以叠加心搏微振动，也无法模拟呼吸相位对心率的调制关系。

3、真实睡眠中，心率与呼吸信号并非独立理想正弦：心搏微振动受年龄、体型、胸壁柔顺性、睡姿、床垫材料和呼吸相位影响，呼吸也呈不对称、幅值与周期波动等特点；不同年龄段人群的心率、呼吸率、心搏强度和节律变异性差异明显，难以模板化模拟，且缺少对平静睡眠、体动、呼吸暂停前后、心率增减等场景的模拟能力。此外，机械校验装置长期运行存在磨损、温升漂移、传力疲劳、接触压力不一致和输出幅值变化等问题，影响校准可信度。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法及系统，以解决对不同人群体征、不同睡眠场景进行模拟时生理真实性不足、年龄段和睡眠场景覆盖有限，以及校准工装输出误差与床垫检测误差耦合，影响校准结果可信度的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法，包括：

3、s101，获取待模拟睡眠场景对应的动态睡眠场景基准参数，确定心搏波形形态参数、呼吸波形形态参数、节律变异参数和场景时序参数；

4、s102，根据预设的目标心率和目标呼吸率分别初始化心率相位和呼吸相位，并基于心率-呼吸相位耦合算法进行更新，再根据更新后的呼吸相位计算心搏扰动参数，结合心搏波形形态参数生成非正弦心搏模拟信号，结合呼吸波形形态参数、节律变异参数生成非对称呼吸模拟信号；

5、s103，利用非正弦心搏模拟信号和非对称呼吸模拟信号生成复合模拟生理扰动目标信号，并向待校准睡眠监测床垫施加复合物理扰动，同步采集信号施加时的实际输出反馈信号，提取实际输出误差数据与预设阈值进行比对，生成驱动补偿参数对施加的复合物理扰动进行修正；

6、s104，获取待校准睡眠监测床垫对复合物理扰动形成的床垫检测信号，结合实际输出反馈信号计算检测误差数据，并进行校准判定，生成校准评价结果。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准系统，包括：

8、多维睡眠参数输入模块，用于获取待模拟睡眠场景对应的动态睡眠场景基准参数，确定心搏波形形态参数、呼吸波形形态参数、节律变异参数和场景时序参数；

9、心率呼吸相位耦合模块，用于根据预设的目标心率和目标呼吸率分别初始化心率相位和呼吸相位，并基于心率-呼吸相位耦合算法进行更新，再根据更新后的呼吸相位计算心搏扰动参数，结合心搏波形形态参数生成非正弦心搏模拟信号，结合呼吸波形形态参数、节律变异参数生成非对称呼吸模拟信号；

10、驱动前馈补偿修正模块，用于利用非正弦心搏模拟信号和非对称呼吸模拟信号生成复合模拟生理扰动目标信号，并向待校准睡眠监测床垫施加复合物理扰动，同步采集信号施加时的实际输出反馈信号，提取实际输出误差数据与预设阈值进行比对，生成驱动补偿参数对施加的复合物理扰动进行修正；

11、校准评价模块，用于获取待校准睡眠监测床垫对复合物理扰动形成的床垫检测信号，结合实际输出反馈信号计算检测误差数据，并进行校准判定，生成校准评价结果。

12、第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

13、一个或多个处理器；

14、存储装置，用于存储一个或多个程序，

15、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法。

16、第四方面，本发明实施例提供了包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法。

17、本发明实施例提供的一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法及系统，所述方法通过先获取动态睡眠场景基准参数，提取心搏、呼吸波形形态参数、节律变异与场景时序参数；基于心率-呼吸相位耦合算法动态交叉更新心搏与呼吸相位，结合形态参数生成非正弦心搏模拟信号和非对称呼吸模拟信号，融合为复合模拟生理扰动目标信号，驱动执行组件向床垫施加力学扰动，并同步采集反馈信号提取输出误差，生成驱动补偿参数进行前馈闭环修正；在物理输出收敛稳定后获取床垫检测信号，以工装实际输出为基准计算检测误差并校准判定，剥离基准传递误差生成最终校准评价结果。通过以动态场景基准参数匹配目标年龄段和睡眠场景，避免固定参数导致校准输入单一化；通过心率-呼吸相位耦合复现呼吸性窦性心律不齐等生理耦合现象，以非正弦、非对称波形还原心冲击信号与胸腹呼吸运动的真实形态，提升模拟信号的生理依从性与保真度；经前馈闭环补偿消除工装自身输出误差，并基于实际物理反馈信号进行误差隔离比对，消除温升形变、材料疲劳等本底漂移影响，提高校准结果与睡眠监测床垫性能评价报告的可靠性。

1.一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s101还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述s102包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述s103包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s104包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述校准判定包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述心率-呼吸相位耦合算法包括：

8.一种基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准系统，用于实现如权利要求1-7中任一项所述的基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-7中任一项所述的基于人体多生理体征模拟的睡眠监测床垫校准方法。