一种具备前庭刺激功能的节律起伏助眠枕系统的制作方法

本发明属于智能睡眠干预与医疗辅助器械，涉及一种具备前庭刺激功能的节律起伏助眠枕系统。

背景技术：

1、随着现代社会生活节奏加快和工作压力增大，入睡困难、易醒、深度睡眠比例偏低等睡眠障碍已成为影响公众健康的重要问题。长期睡眠剥夺可导致认知功能下降并增加心血管疾病风险。临床上常用的安眠药物往往伴随成瘾性和耐药性，因此探索安全、无副作用的非药物物理助眠技术成为研究热点。临床睡眠医学与神经生物学研究表明，特定频率（特别是0.2-0.3hz，典型值为0.25hz）的节律性空间三维位移能够有效刺激人体内耳的前庭耳石器官（otolith organs）。该低频前庭传入信号投射至脑干和下丘脑，既能显著激活副交感神经系统以降低中枢唤醒水平，又能与大脑丘脑-皮层网络（thalamocortical network）产生节律同步化共振；在非快速眼动（nrem）睡眠期，这种共振可增强慢波活动（swa）和睡眠纺锤波密度，从而缩短入睡潜伏期并加深睡眠深度。相关机理研究可参见 bayer et al.,rocking synchronizes brain waves during a short nap, current biology, 2011（10.1016/j.cub.2011.05.012）及 perrault et al., whole-night continuous rockingentrains spontaneous neural oscillations, current biology, 2019（10.1016/j.cub.2018.12.028）。

2、在工程实现层面，现有睡眠干预设备主要分为刚性机械驱动和气动两大类。传统刚性机械驱动装置，例如凸轮或连杆式按摩枕，能够提供较强的顶升位移，但其刚性传动系统在换向瞬间不可避免地产生加速度突变（jerk）及齿轮摩擦底噪，严重破坏睡眠听觉微环境；并且此类机构直接对平躺状态下的颈椎施加生硬的垂直推力，违背颈椎自然生理曲度，易产生有害反向剪切力，带来健康隐患。

3、为克服刚性驱动的缺陷，已有气动助眠方案采用隔膜气泵与微型排气电磁阀，并常配合单一大面积气囊。气动方式在柔性接触方面具有一定优势，但受微型阀门孔径的'咽喉效应'限制，排气缓慢，难以精准拟合0.25hz（4秒/周期）的节律；电磁阀高频开闭产生的噪声易惊醒使用者；单一大面积气囊在头部重心偏载时，气体受重力挤压流窜，易导致气囊单侧异常鼓包和头部侧滑失衡。

4、此外，中国专利cn111467642b公开了一种智能枕头及其控制方法与装置、控制设备和存储介质，涉及气囊、压力传感器、气泵和电子气阀的智能枕头架构；中国专利cn120900075a公开了一种智能睡眠调控系统，涉及bcg信号采集、多通道气路气囊及充放气调节支撑；中国专利cn112169132a公开了一种调节人体呼吸的智能枕，通过气囊循环充放气驱动枕体起伏并引导呼吸频率。上述文献所代表的技术方案分别从智能控制、生理反馈和多气囊调节等方面进行了改进，但尚未形成同时解决多通道气囊在非均匀载荷下的闭环调平、正弦波精确控制与睡眠级静音一体化问题的技术方案。

5、综上所述，本领域亟需一种能够摒弃刚性承托、在常规寝具架构下实现精准且平滑的0.25hz前庭刺激律动，同时兼顾分区高度定制能力、抗偏载自平衡承托以及睡眠级静音机制的新型助眠系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何在不引入刚性机械驱动的前提下，利用柔性气动阵列实现精准平滑的0.25hz前庭刺激微距起伏，同时解决头部偏载时的气囊等高同步抬升和睡眠级静音问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种具备前庭刺激功能的节律起伏助眠枕系统，其特征在于，包括：

4、枕体1，其内部设有柔性叠层结构，所述柔性叠层结构包括矩阵式排布的多个气囊单元7，每个所述气囊单元7对应设有用于检测其内腔压力的原位压力传感器9；

5、独立控制盒2，其内部集成有气动泵组21、气动阀组22和微处理单元；

6、连接管路，用于连通所述独立控制盒2与所述枕体1内的各所述气囊单元7；

7、所述微处理单元分别与所述原位压力传感器9、所述气动泵组21和所述气动阀组22电连接，并被配置为：根据预设低频正弦波驱动指令，接收各所述原位压力传感器9反馈的压力信号，独立调节所述气动阀组22中各阀门的开度，以驱动各所述气囊单元7进行低频正弦节律充放气，并在头部偏载工况下对各气囊单元进行差异化闭环压力补偿，实现各所述气囊单元7的同步等高或近似等高抬升。

8、优选的，所述预设低频正弦波驱动指令对应的充放气频率为0.25hz，周期为4秒；所述气囊单元7的垂直位移行程为2-30mm。

9、优选的，所述矩阵式排布的多个气囊单元7为3×4阵列，共12个独立运作的气囊单元7。

10、进一步地，所述枕体1内设有气囊支撑基板8和集成配气歧管13，所述集成配气歧管13铺设于所述气囊支撑基板8上，用于将主气路经末端分支和密封接口14与对应的所述气囊单元7连通；每个所述气囊单元7及配气结构通过自攻螺钉15与内六角螺钉16锁定在所述气囊支撑基板8与底部防滑层10之间。

11、优选的，所述柔性叠层结构还包括位于所述气囊单元7上方的记忆棉缓冲层6和乳胶填充11。

12、优选的，所述独立控制盒2还包括大容量电容器19、外部主电源接口24、外部通信信号接口25以及物理拨动开关23；所述气动泵组21由多个气动泵20并联构成，所述气动阀组22为比例电磁阀组。

13、优选的，所述微处理单元包括单片机28及其外围芯片27，以及用于汇总多路传感器信号的扩展板26。

14、进一步地，所述微处理单元内嵌正弦指令发生器和数字pid调节器，所述正弦指令发生器用于生成所述预设低频正弦波驱动指令，所述数字pid调节器用于根据目标正弦压力与各通道实际反馈压力的偏差输出修正指令，以调整所述气动阀组22中各阀门的占空比。

15、优选的，所述连接管路包括连接波纹管3，所述连接波纹管3内部复合包覆有柔性气管与电气信号线束，其末端通过紧固法兰5与所述枕体1的侧壁刚性密封连接。

16、优选的，所述枕体1的侧边嵌装有侧向控制面板4，作为hmi交互终端，用于挡位切换或模式选择。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、微处理单元根据预设低频正弦波驱动指令和原位压力反馈，独立调节各阀门开度，驱动气囊单元低频正弦节律充放气，并在头部偏载时进行差异化闭环补偿，实现同步等高或近似等高抬升。柔性气动阵列产生0.25hz适配人体前庭感知的节律起伏刺激，引导脑波由清醒β波段过渡至放松α、θ波段，具有集成度高、无药物依赖优势，适用于居家、医疗失眠人群睡眠辅助调节。

19、本发明的枕体内部采用全柔性叠层结构，自上而下依次为记忆棉缓冲层、乳胶填充、矩阵式排布的气囊单元、气囊支撑基板和底部防滑层，摒弃了传统按摩枕的刚性托板结构，使枕体在提供支撑的同时自适应头部形状，避免刚性传动对颈椎产生有害反向剪切力；3×4矩阵式气囊阵列分区设置12个独立运作的气囊单元，各分区可独立充放气和独立压力控制，从根本上抑制头部偏载时的气体流窜，配合数字pid调节器对目标正弦压力与各通道实际反馈压力偏差的实时修正，实现受压侧与未受压侧进气量的差异化补偿，确保偏载工况下各气囊单元的同步等高或近似等高抬升，避免头部侧滑和枕面侧倾。

20、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。