一种睡眠状态监测的方法及电子设备与流程

本发明涉及睡眠监测，具体为一种睡眠状态监测的方法及电子设备。

背景技术：

1、可穿戴睡眠监测设备通常在夜间佩戴环境中采集光电容积脉搏波、心率、心率变异性、体动和温度等信号，并从连续采样窗口中提取脉搏间期、波形幅值、呼吸调制和活动强度等特征，再通过阈值判断、有限状态机或其他信号处理方式形成清醒、入睡过渡、稳定睡眠或短时觉醒等状态输出，以实现对佩戴者睡眠过程的连续监测。

2、睡眠期间的手指水肿、握拳、压手、翻身或设备转位会改变光学传感器与皮肤之间的接触载荷，使光路、信噪比及局部微血管受压状态同时变化。现有处理通常依赖采样窗口中的光学变化主要反映生理变化这一关系，或者在压力异常时删除窗口、选择信号质量较高的通道；当接触载荷变化与真实心血管或自主神经变化在时间和波形上相近时，上述方式难以确定两者的来源，进而造成候选转换附近的数据空洞，或者将接触扰动解释为睡眠状态变化，最终产生错误的状态迁移结果。

技术实现思路

1、基于上述现有技术问题，本发明提供如下技术方案：

2、第一方面，本发明提供了一种睡眠状态监测的方法，局部ppg信号包括第一ppg信号和第二ppg信号，局部接触载荷包括第一实际接触载荷和第二实际接触载荷，检测位置包括第一检测位置和第二检测位置，双区局部载荷响应关系包括第一局部载荷响应关系和第二局部载荷响应关系；所述第一ppg信号、所述第一实际接触载荷，来自所述第一检测位置，所述第二ppg信号、所述第二实际接触载荷，来自所述第二检测位置；所述第一局部载荷响应关系，属于所述第一检测位置，所述第二局部载荷响应关系，属于所述第二检测位置；所述第一实际接触载荷与所述第二实际接触载荷之和为总接触载荷；所述方法包括：

3、s1、采集所述局部ppg信号和所述局部接触载荷，根据所述局部ppg信号得到候选睡眠状态转换和候选转换窗口；

4、s2、响应于所述候选睡眠状态转换或所述第一ppg信号与所述第二ppg信号的转换证据冲突，控制差动微载荷组件执行差动微载荷验证，所述差动微载荷验证根据所述局部接触载荷和所述总接触载荷的反馈，对所述局部接触载荷进行一增一减后反向调节，将所述局部接触载荷限制在预设局部安全区间，并将所述总接触载荷限制在预设总安全区间，采集调节期间的所述局部ppg信号和所述局部接触载荷，得到微载荷验证数据；

5、s3、根据所述微载荷验证数据建立所述双区局部载荷响应关系，利用所述双区局部载荷响应关系和所述候选转换窗口内的局部接触载荷，校正所述候选转换窗口内的ppg特征，得到双区载荷归一化ppg特征序列；

6、s4、对所述双区载荷归一化ppg特征序列进行脉搏配对和方向分类，提取共同生理分量和接触扰动分量，根据所述共同生理分量、所述接触扰动分量，仲裁所述候选睡眠状态转换，得到仲裁结果，并由所述仲裁结果得到睡眠状态监测结果。

7、可选的，所述根据所述局部ppg信号得到候选睡眠状态转换和候选转换窗口，包括：

8、从所述第一ppg信号和所述第二ppg信号提取脉搏间期趋势、外周血管张力相对变化和ppg呼吸调制；

9、以所述脉搏间期趋势、所述外周血管张力相对变化和所述ppg呼吸调制为输入，利用具有进入阈值、退出阈值及最短持续时间的有限状态机得到所述候选睡眠状态转换，并将满足迁移条件的连续采样区间确定为所述候选转换窗口。

10、可选的，所述差动微载荷验证，包括：

11、依次执行中性相位、第一差动相位、第二差动相位、所述第二差动相位、所述第一差动相位和所述中性相位；

12、在所述第一差动相位中，增大所述第一实际接触载荷并减小所述第二实际接触载荷，在所述第二差动相位中，减小所述第一实际接触载荷并增大所述第二实际接触载荷，每一相位持续至检出完整脉搏；

13、在每一相位采集ppg采样值和实际接触载荷采样值，将各相位的所述ppg采样值、所述实际接触载荷采样值，按时间排列，得到所述微载荷验证数据。

14、可选的，所述差动微载荷验证，具体包括：

15、读取局部载荷允许区间和总载荷允许区间，根据所述第一实际接触载荷、所述第二实际接触载荷的反馈调节所述差动微载荷组件的驱动量，使所述第一实际接触载荷、所述第二实际接触载荷，分别处于所述局部载荷允许区间，并使所述第一实际接触载荷与所述第二实际接触载荷之和处于所述总载荷允许区间；

16、利用惯性传感器采集惯性信号，当所述局部接触载荷的任一项越出所述局部载荷允许区间，或者所述第一实际接触载荷与所述第二实际接触载荷之和越出所述总载荷允许区间，或者所述惯性信号表征整体滑移，或者未检出完整脉搏时，控制所述差动微载荷组件，返回中性状态并停止使用所述微载荷验证数据。

17、可选的，所述差动微载荷组件包括压电双晶梁、第一贴肤垫和第二贴肤垫，所述压电双晶梁的两个端部分别机械连接所述第一贴肤垫和所述第二贴肤垫，所述压电双晶梁的驱动极性切换使所述第一贴肤垫和所述第二贴肤垫的法向位移方向互换，以分别调节所述第一实际接触载荷和所述第二实际接触载荷。

18、可选的，所述差动微载荷组件包括偏心凸轮、摇臂、中性回位弹性件、第一贴肤垫和第二贴肤垫，所述摇臂以电子设备的壳体为支点，所述第一贴肤垫机械连接所述摇臂的第一输出端，所述第二贴肤垫机械连接所述摇臂的第二输出端，所述偏心凸轮通过机械接触驱动所述摇臂，使所述第一输出端和所述第二输出端沿相反的皮肤法向移动。

19、可选的，所述根据所述微载荷验证数据建立所述双区局部载荷响应关系，利用所述双区局部载荷响应关系和所述候选转换窗口内的局部接触载荷，校正所述候选转换窗口内的ppg特征，得到双区载荷归一化ppg特征序列，包括：

20、各微载荷相位分别由所述微载荷验证数据中具有相同局部接触载荷增减方向的数据组成；

21、从各微载荷相位提取归一化ppg特征和实际接触载荷变化，并根据所述归一化ppg特征和所述实际接触载荷变化建立所述双区局部载荷响应关系；

22、比较静态载荷比例、光学直流分量和由惯性传感器采集的电子设备方位在所述候选转换窗口的末端与所述差动微载荷验证的开始时刻之前的取值，在各项差异均处于连续性阈值内时得到接触几何连续判定；

23、计算所述候选转换窗口内的所述第一实际接触载荷与所述差动微载荷验证的开始时刻之前的所述第一实际接触载荷之差，得到第一补偿载荷，并计算所述候选转换窗口内的所述第二实际接触载荷与所述差动微载荷验证的开始时刻之前的所述第二实际接触载荷之差，得到第二补偿载荷；

24、当所述接触几何连续判定的结果为连续，且所述第一补偿载荷、所述第二补偿载荷，均处于所述差动微载荷验证的载荷变化区间内时，利用所述双区局部载荷响应关系、所述第一补偿载荷和所述第二补偿载荷，校正所述候选转换窗口内的ppg特征，得到所述双区载荷归一化ppg特征序列。

25、可选的，所述第一局部载荷响应关系为所述第一ppg信号的归一化ppg特征变化量与所述第一实际接触载荷的变化量的比值的中值；

26、所述第二局部载荷响应关系为所述第二ppg信号的归一化ppg特征变化量与所述第二实际接触载荷的变化量的比值的中值；

27、绝对值小于预设载荷分辨阈值的实际接触载荷变化量不参与中值计算。

28、可选的，所述对所述双区载荷归一化ppg特征序列进行脉搏配对和方向分类，提取共同生理分量和接触扰动分量，根据所述共同生理分量、所述接触扰动分量，仲裁所述候选睡眠状态转换，得到仲裁结果，并由所述仲裁结果得到睡眠状态监测结果，包括：

29、所述共同生理分量为脉搏时刻配对、方向一致且超出测量不确定度的特征变化，所述接触扰动分量为方向相反的特征变化、仅存在于所述第一检测位置的特征变化或仅存在于所述第二检测位置的特征变化；

30、根据所述接触扰动分量，比较所述候选睡眠状态转换的转换证据在所述局部ppg信号和所述双区载荷归一化ppg特征序列中的存在状态，得到转换证据消失判定；

31、当所述共同生理分量满足所述候选睡眠状态转换的迁移条件时，所述仲裁结果为接受；否则，当所述转换证据消失判定的结果为消失时，所述仲裁结果为否决；否则，所述仲裁结果为不确定；

32、根据所述仲裁结果得到所述睡眠状态监测结果。

33、第二方面，本发明提供了一种睡眠状态监测的电子设备，包括可穿戴壳体；第一测量组件，包括第一贴肤垫、第一ppg传感器和第一载荷传感器，设置于第一检测位置；第二测量组件，包括第二贴肤垫、第二ppg传感器和第二载荷传感器，设置于第二检测位置；所述第一测量组件、所述第二测量组件，间隔设置于所述可穿戴壳体的同一贴肤侧；被动承托垫，设置于所述第一测量组件和所述第二测量组件的相对侧；差动微载荷组件，分别与所述第一贴肤垫和所述第二贴肤垫机械连接，用于使所述第一贴肤垫、所述第二贴肤垫，沿相反的皮肤法向移动；惯性传感器；同步采样前端，分别与所述第一ppg传感器、所述第二ppg传感器、所述第一载荷传感器、所述第二载荷传感器和所述惯性传感器电连接；控制器，分别与所述同步采样前端和所述差动微载荷组件电连接，用于执行前述方法。

34、有益效果

35、本发明提供的技术方案存在以下有益效果：

36、1、在可穿戴设备的两个检测位置同步取得局部ppg信号和实际接触载荷，仅在出现候选睡眠状态转换或双区转换证据冲突时执行差动微载荷验证，并以实测载荷建立当前接触几何下的双区局部载荷响应关系；利用该关系校正候选转换窗口后，再依据配对脉搏的变化方向提取共同生理分量和接触扰动分量，能够把随局部载荷变化的光学及微血管扰动与双区共同出现的生理变化分开，使接触扰动主导的候选转换被否决、共同生理变化支持的候选转换被接受，并在证据不足时输出不确定，从而减少将压手、转位或夜间水肿造成的ppg变化解释为睡眠状态迁移，同时避免因直接删除异常窗口而形成数据空洞。

37、2、通过同一贴肤侧两个贴肤垫的一增一减及反向调节，在被动承托垫稳定设备位置的条件下转移局部接触载荷，并根据两个载荷传感器的反馈同时限制局部接触载荷和总接触载荷；结合事件触发驱动、惯性信号门控、完整脉搏检测、异常回中和停止使用无效数据，能够在不持续收紧设备的情况下完成短时验证，限制验证过程中的局部压迫和整体束缚变化，并降低差动微载荷组件的驱动占空比。