一种基于多模态调控的睡眠监测与干预系统的制作方法

本发明属于睡眠干预，具体涉及一种基于多模态调的睡眠监测与干预系统。

背景技术：

1、睡眠是人体的一项基本生理活动，能够修复组织及细胞、清除废物和代谢产物、增强免疫系统功能，对身心健康至关重要。脑电活动指大脑神经元活动所产生的电信号，与睡眠之间存在密切关系，可以通过脑电图(eeg)进行记录和分析[1]。

2、睡眠过程中，脑电活动会发生一系列的变化，反映了不同睡眠阶段和睡眠状态的特征。入睡初期，脑电活动会逐渐放缓，并出现低频高振幅的delta波，称为慢波睡眠(sws)，又称为非快速眼动睡眠，分为s1(入睡期)、s2(浅睡期)、s3(中度睡眠期)和s4(深度睡眠期)，慢波睡眠的主要特点是delta波和缓慢振荡占主导地位[2]。随着睡眠向深度发展，人体进入快速眼动睡眠(rem)阶段，此阶段主要与梦境相关，呈现出低振幅的β波，同时伴随快速眼动。基于此，研究人员制定了许多用于评估睡眠质量的指标，包括睡眠潜伏期、觉醒次数和深度睡眠时长等。

3、现代生活的快节奏和各种压力使得许多人受到睡眠障碍的困扰，包括失眠、异态睡眠(如梦游、梦话、噩梦)、阻塞性睡眠呼吸暂停(osa)[3]、不宁腿综合征[4]等。睡眠障碍会对个人的生活质量和健康产生负面影响，导致注意力不集中、情绪波动、工作效率下降，长期存在的睡眠障碍还可能诱发心血管疾病、精神健康等问题。面对睡眠障碍，常规的药物治疗和手术治疗方式存在药物依赖性、副作用与长期安全性等问题，不适宜作为长期治疗手段，因此寻找安全有效的非药物治疗手段就显得尤为重要；通过实时睡眠监测分析个体的睡眠状况，并根据个体情况给予相应干预的方法能够缩短入睡时长、增加深睡眠、预防睡眠障碍，有助于高效、安全地解决睡眠问题[5]。

4、过去的研究表明，多种非侵入性刺激方法(认知行为疗法、电刺激、微环境、声刺激、光刺激、摇晃刺激等)在睡眠干预方面具有潜力。例如，认知行为疗法[6]在6个月内将受试者睡眠效率从治疗前的81.4％提高到90.1％；经颅微电流刺激(ces)[7]向大脑提供低水平的电刺激，经过4星期的治疗，被试的psqi总睡眠得分改善了两个点；控制环境温湿度[8][9]的实验结果表明，睡眠前较暖的热环境会减少睡眠潜伏期，且初始睡眠时间使用空调可以保护睡眠；使用粉红噪声的声刺激[10]有效增强了慢波睡眠，使用asmr触发音的声刺激[11]则可以诱导出睡眠n1期所需的大脑信号；光刺激实验[12]表明，夜间阻挡短波长光缩短了主观入睡潜伏期，改善了睡眠质量；bayer等人[13]设计的午间小睡摇动刺激调控睡眠的实验结果显示在摇动条件下，被试入睡更快，并增强了慢波睡眠的活动。上述手段均能够在一定程度上减少睡眠障碍，提高睡眠质量，且具有长期治疗效果；但这些干预手段也存在局限性，如因个体差异而导致的治疗效果差异，此外某些手段可能不适用于特定人群，如孕妇、老年人或患有特定疾病的人。目前已有的睡眠干预产品，如音乐枕头[14]、homerion睡眠仪[15]、安睡晨醒灯[16]等要求用户手动设置刺激的开启时间和持续时间，无法精确地在特定的睡眠阶段或睡眠障碍发生阶段进行刺激，可能干扰正常睡眠阶段并降低干预效果，且价格昂贵，难以满足实际需求。

5、综上所述，目前已有的研究及产品中，缺乏一种具备多种干预方式、方便使用、可长时间干预的睡眠监测及干预系统，以改善、提高睡眠质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具备多种干预方式、方便使用、可长时间干预的睡眠监测及干预系统，以改善、提高睡眠质量。

2、本发明提供的基于多模态调控方式(如光刺激、声刺激、微扰动、微环境等)的睡眠监测与干预系统，旨在实时监测用户的睡眠状态，并根据睡眠状态自适应即时干预用户睡眠，从而实现即时睡眠呼吸暂停干预、睡眠节律调控等，以改善、提高睡眠质量。

3、本发明提供的基于多模态调控的睡眠监测与干预系统，包括信号感知模块、模拟前端、主控模块、睡眠干预模块、无线传输模块、电源管理模块，以及对应的上位机软件；其中：

4、所述信号感知模块，用于在用户睡眠过程中感知原始eeg信号。包括eeg采集电极、电极线及定位固定装置；

5、所述模拟前端，用于信号预处理，并进行模数转换，得到高质量的数字eeg信号。包括预处理模块和模数转换模块，其中预处理模块包括缓冲器、放大器、陷波器与低通滤波器；

6、所述主控模块，主要负责与模拟前端的数据和指令交互，并将采集到的数据通过无线传输模块发送给上位机。一般包括微控制器的最小系统；

7、所述睡眠干预模块，用于根据用户所处睡眠阶段施加不同强度和频率的声刺激、光刺激、微扰动等，以调控用户睡眠。包括音频模块、led灯、电动床垫等；

8、所述无线传输模块，用于实现主控模块与上位机模块的数据和指令交互。一般包括wifi、蓝牙模块；

9、所述电源管理模块，用于向整个系统提供稳定供电电源。包括充电模块、升压模块与降压模块；

10、所述上位机软件，用于接收和存储采集到的数据，并进行实时显示，同时对数据进行实时分析，通过睡眠分期算法得到用户所处的睡眠状态，并根据对应的状态发送对应指令给睡眠干预模块进行干预。

11、本发明中，采集模块中的eeg采集电极可以是湿电极、半干电极或者干电极，优选干电极。

12、本发明中，模拟前端的预处理模块可以由缓冲器、放大器、陷波器以及低通滤波器中的一个或多个部分组成。

13、本发明中，主控模块可以是单个或多个微控制器组成。

14、本发明中，睡眠干预模块中的调控方式可以是单个或者多个组合使用。

15、本发明中，无线传输模块可以是wifi、蓝牙、2.4ghz等无线传输方式，优选wifi和蓝牙进行无线数据传输。

16、本发明中，电源管理模块使用电池供电，通过外部电源对电池充电，同时可以进行供电。

17、和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、本系统所采用的非药物干预方式相较于传统的药物干预具有效果时间长、无副作用等优势。

19、本系统通过电路设计，结合多种调控方式的优势干预用户睡眠，可实现长时间干预，且干预效果得到提高。

20、本系统仅采集eeg信号作为调控睡眠的依据，且使用的干电极在舒适性上优于湿电极，与使用多模态(eog、ecg)和湿电极的系统相比，本系统对用户睡眠的干扰较小，用户不易察觉；本系统电路设计所采用的模块成本较低且易于集成，使得普通消费者也可以使用；上位机所记录的数据可以用于用户的复检，是医疗系统的有效补充。具体来说：

21、(1)本系统结合了多种调控方式，相较于单一的调控方式可以更加有效地改善用户的睡眠质量，且通过调节参数，可以实现针对不同用户进行干预，提高干预效果；本系统具备长时间干预的能力，可以持续监测和干预睡眠，对于长期存在的睡眠问题具有更好的改善效果；

22、(2)使用干电极可以提供更高的舒适性，减少对用户睡眠过程的干扰，用户一般无法明显察觉到被监测和干预；本系统仅采集eeg信号作为调控睡眠的依据，相较于使用多模态和湿电极的系统，更加简化和便捷；

23、(3)相较于昂贵的医疗设备或专业的睡眠监测系统，本系统的电路设计所采用的模块成本较低且易于集成，使得普通消费者也可以使用，更多人可以受益；

24、(4)本系统上位机所记录的数据可以用于用户的复检和分析，为医疗系统的有效补充。医疗专业人员可以根据系统记录的数据来评估用户的睡眠质量和改善效果，并根据需要进行进一步的诊断和治疗建议。