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處理生物生理信號.pdf

摘要
申請專利號:

CN201080014502.X

申請日:

2010.03.24

公開號:

CN102378596B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 未繳年費專利權終止號牌文件類型代碼:1605號牌文件序號:101659971354IPC(主分類):A61B 5/0476專利號:ZL201080014502X申請日:20100324授權公告日:20150114終止日期:20150324|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 5/0476申請日:20100324|||公開
IPC分類號: A61B5/0476; A61B5/0488; A61B5/0496 主分類號: A61B5/0476
申請人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
發明人: F.沃特納; R.M.阿茨
地址: 荷蘭艾恩德霍芬
優先權: 2009.04.02 EP 09157183.6
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 劉紅;劉鵬
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201080014502.X

授權公告號:

|||102378596B||||||

法律狀態公告日:

2016.05.11|||2015.01.14|||2012.05.23|||2012.03.14

法律狀態類型:

專利權的終止|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用于處理睡覺對象的至少一個生物生理信號(例如腦波信號或腦電圖(EEG)信號、眼電圖(EOG)信號或肌電圖(EMG)信號)的設備和方法。該信號由可包括在諸如枕頭或頭飾之類的柔性裝置中的至少一個傳感器捕獲。處理單元(18)處理該至少一個生物生理信號,從而基于該至少一個生物生理信號并基于在處理單元(18)中存儲或生成的信號模式生成輸出信號(28;38;44),輸出信號(28;38;44)包括時間變化的輸出信號模式,其中輸出信號模式依賴于睡覺對象的當前睡眠狀態。輸出信號可以以人類可感知的形式重現。

權利要求書

1: 用于處理生物生理信號的設備, 包括 : - 多個傳感器 (12 ; 20 ; 60) , 用于捕獲睡覺對象的至少一個生物生理信號 ; 和 - 圖像獲取裝置, 用于確定頭的位置和 / 或取向 - 處理單元 (18) , 用于依賴于來自所述圖像獲取裝置的輸入選取至少一個傳感器, 并 且用于處理所述至少一個生物生理信號, 從而基于所述至少一個生物生理信號且基于在所 述處理單元 (18) 中存儲或生成的信號模式生成輸出信號 (28 ; 38 ; 44) , 所述輸出信號 (28 ; 38 ; 44) 包括時間變化的輸出信號模式, 其中所述輸出信號模式依賴于所述睡覺對象的當前 睡眠狀態。
2: 如權利要求 1 所述的設備, 其中所述生物生理信號是腦波信號。
3: 如權利要求 1 或 2 所述的設備, 進一步包括輸出單元 (30 ; 34 ; 40) , 其用于以人類可 感知的形式重現所述輸出信號。
4: 如權利要求 1 至 3 中任一項所述的設備, 進一步包括含有所述傳感器 (12) 的枕頭 (10) 。
5: 如權利要求 1 至 4 中任一項所述的設備, 其中所述圖像獲取裝置是紅外攝像機。
6: 如權利要求 1 至 5 中任一項所述的設備, 其中所述輸出信號 (28) 是二維圖形信號。
7: 如權利要求 1 至 6 中任一項所述的設備, 其中所述輸出信號 (28 ; 44) 包括具有時間 變化的強度和 / 或色調的顏色信號。
8: 如權利要求 1 至 7 中任一項所述的設備, 其中所述輸出信號 (38) 是音頻信號。
9: 如權利要求 1 至 8 中任一項所述的設備, 其中所述輸出信號 (38) 被存儲在存儲器 中。
10: 處理生物生理信號的方法, 包括以下步驟 : - 獲取睡覺對象的一部分的圖像 ; - 捕獲睡覺對象的至少一個生物生理信號 ; 以及 - 使用處理單元 (18) 處理所述至少一個生物生理信號, 從而基于所述至少一個生物生 理信號且基于在所述處理單元 (18) 中存儲或生成的信號模式生成輸出信號 (28 ; 38 ; 44) , 所述輸出信號 (28 ; 38 ; 44) 包括時間變化的輸出信號模式, 其中所述輸出信號模式依賴于 所述睡覺對象的當前睡眠狀態。
11: 計算機程序或計算機程序產品, 用于當其在計算機上執行時執行如權利要求 10 所 述的方法。
12: 數據載體, 包括用于執行如權利要求 10 所述的方法的步驟的計算機程序。
13: 計算機, 用于執行如權利要求 11 所述的計算機程序。

說明書


處理生物生理信號

    技術領域 本發明涉及處理生物生理信號的領域, 并且更特別地, 涉及一種用于處理生物生 理信號的設備和一種處理生物生理信號的方法。 特別地, 該生物生理信號可以是腦波信號。
     背景技術 在人類的睡眠中, 不同的睡眠階段通過與相應的睡眠階段相關聯的典型的生物生 理信號或者信號模式來區分。
     在本申請的上下文中, 術語 “睡眠狀態” 或 “睡眠階段” 被認為排除清醒狀態。
     而在一個清醒且放松的人的腦中, 大約 10Hz 處的振動 (oscillation) (阿爾法 (alpha) 波) 在腦電圖信號中出現, 腦波信號的其他模式在相應的睡眠階段中被觀察到。一 個警覺的人產生大約是 alpha 波兩倍那么快的貝塔 (beta) 波。
     在作為清醒和睡眠之間的過渡階段的階段 1 睡眠中, 出現具有典型地在 3.5 至 7Hz 范圍內的頻率的西塔 (theta) 波。
     在階段 2 睡眠中, 觀察到具有 12 至 16Hz 頻率的所謂睡眠紡錘波 (sleep spindle) 和 “K- 復合波 (K-complexes) ” 。
     在也稱為階段 3 和階段 4 睡眠的慢波睡眠中, 出現典型地在 0.5 至 4Hz 范圍內的 德爾塔 (delta) 波。并且, 與其他睡眠階段相比, 腦波信號的幅度增加了。該睡眠階段也被 稱為 delta 睡眠, 并且是 “睡眠的最深階段” 。
     睡眠階段 1、 2 和慢波睡眠可被概括為非快眼運動 (NREM) 或 “非 REM” 睡眠, 并且區 別于快眼運動 (REM) 睡眠。在 REM 睡眠階段期間, 快速低幅度腦波信號被觀察到。該睡眠 階段一般與做夢的睡覺人相關聯。
     根據關聯的眼電圖信號和肌電圖信號, REM 睡眠階段也可以區別于其他睡眠階段。 在 REM 睡眠期間, 睡覺的人釋放了他使用姿勢肌或骨骼肌的能力, 并且該肌肉不活動性可 通過肌電圖信號來確定。 REM 睡眠階段也以快速的眼運動為特征, 其在眼電圖信號中清楚地 區分了 REM 睡眠和 NON-REM 睡眠。
     從 WO2005/084538A1, 已知一種用于喚醒處于期望的睡眠狀態的用戶的裝置和方 法。用戶的睡眠狀態可在夜晚或睡眠經歷期間監測。可在用戶的皮膚上放置電極來監測腦 電圖 (EEG) 信號、 眼電圖 (EOG) 信號和 / 或肌電圖 (EMG) 信號。通過使用睡眠狀態檢測算法 處理來自電極的信息來確定用戶的睡眠狀態。 該裝置可預測何時用戶將處于期望的睡眠狀 態 (例如淺睡眠) 的事件, 并在該預測的事件期間喚醒用戶。
     US6468234B1 公開了一種用于測量睡眠質量的方法和設備。傳感器被合并到放置 在對象 (subject) 睡覺所在的傳統床墊的上面的床單中。該傳感器可收集關于對象位置、 溫度、 聲音 / 振動 / 運動、 呼吸率和心率的信息。進一步地公開了附加傳感器的使用。利用 附加傳感器, 還可以測量諸如臥室溫度、 環境光、 腦波變化和血氧含量之類的信息。
     US2008/0191885 公開了一種用于監測睡眠周期和用于在最佳的時間操作鬧鐘以 喚醒用戶的裝置。
     WO97/49333A 公開了一種用于檢測腦波并提供腦波信號的裝置和方法, 其中腦波 信號由處理器分析。模式生成器裝置以模式信號的方式提供輸出。
     在 US2006/0258930A1 中, 公開了使用額部電極 (frontal electrode) 檢測用戶睡 眠階段的裝置。
     WO2005/084538 公開了一種喚醒處于期望睡眠階段的用戶的裝置和方法。因此用 戶的睡眠階段將主動地得以監測。 發明內容 對于許多人來說將希望能夠識別另一個人的睡眠狀態。例如, 將希望提供一種能 夠指示睡覺對象是否處于深睡眠或人是否正在做夢的設備或方法。
     為了更好地解決這些問題的一個或多個, 在本發明的第一方面, 提供了一種處理 生物生理信號的設備, 該設備包括用于確定頭的位置和 / 或取向的圖像獲取裝置。依賴于 確定的位置, 多個傳感器的至少一個的傳感器信號被用來捕獲睡覺對象的至少一個生物生 理信號。處理單元依賴于來自圖像獲取裝置的輸入選取至少一個傳感器。進一步地, 該處 理單元處理該至少一個生物生理信號, 從而基于該至少一個生物生理信號并基于該處理單 元中存儲或生成的信號模式來生成輸出信號。該輸出信號包括時間變化的輸出信號模式, 其中該輸出信號模式依賴于睡覺對象的當前睡眠狀態。
     例如, 對于睡覺對象的至少兩個不同的睡眠狀態, 輸出信號的不同的時間變化的 輸出信號模式被生成。
     在本申請的上下文中, 術語 “睡覺對象” 包含人類和動物, 特別是恒溫動物, 并且更 特別地是哺乳動物。特別地, 睡覺對象可以是睡覺的人。
     生物生理信號是腦波信號或腦電圖 (EEG) 信號、 眼電圖 (EOG) 信號或呼吸節奏。術 語 “腦波信號” 被理解為意指由腦的電活動, 即腦內神經元的點火 (firing) , 產生或與其相 關的電磁信號。例如, 腦波信號可以是腦電圖信號。
     進一步地, 術語 “捕獲生物生理信號” 包含使用與睡覺對象皮膚接觸的電極測量電 信號以及無接觸地檢測睡覺對象附近的電磁信號。由于該生物生理信號不是為臨床應用 而捕獲的, 因此該生物生理信號的無接觸測量是可能的。例如, 用于 EEG 記錄的干電極在 Electroencephalogr Clin Nueropysiol.1994 年 5 月 ; 90(5) : 376-83 中得以描述。
     術語 “時間變化的輸出信號模式” 將被理解為具有時間變化特性的輸出信號或輸 出信號分量, 例如, 變化的輸出信號強度的模式、 二維圖形信號的至少一個位置變化的顏色 和 / 或強度的模式或隨時間變化的二維圖形模式。然而, 該術語不限于這些實例。
     因為時間變化的輸出信號模式依賴于睡覺對象的當前睡眠狀態, 因此, 例如, 不同 的睡眠狀態可由以人類可感知的形式對其再現輸出信號的觀察者來識別或區分。而且, 例 如, 觀察者可能對感知該輸出信號感興趣或者可能樂于感知該輸出信號。 例如, 對于睡覺對 象的至少兩個不同的睡眠狀態, 輸出信號的不同的時間變化的輸出信號模式被生成。 例如, 輸出信號可反映睡覺對象是否正在做夢, 或者睡覺對象是否處于深睡眠。輸出信號可被存 儲以供進一步研究。
     該設備優選地是消費型產品, 特別地是娛樂裝置。例如, 該設備是便攜式設備。
     例如, 處理單元適用于持久地輸出該輸出信號和 / 或至少在睡覺對象的一個睡眠
     狀態期間持久地輸出該輸出信號。
     例如, 該設備包括用于以人類可感知的形式重現該輸出信號的輸出單元。 術語 “人 類可感知的形式” 包含可由人類直接感知的信號, 例如可聽信號和 / 或可視信號。例如, 該 輸出單元可以向觀察生物生理信號的人提供含義的形式使生物生理信號可視化。 這可以以 美學方式來完成。
     例如, 輸出信號與由至少一個傳感器捕獲的至少一個生物生理信號同步或相關。 例如, 輸出信號可與腦波信號同步或相關, 只要腦波信號的當前出現的主頻率 (例如 theta 波或 delta 波的頻率) 可在輸出信號中出現或可檢測。
     術語 “相關” 將被理解為需要生物生理信號的當前出現主頻率的波頻率的瞬時細 微變化被重現為在輸出信號中被出現或可檢測的該相同頻率的波頻率的細微變化。特別 地, 這些變化可在輸出信號中并行重現, 然而其中可能出現例如由信號的數字化或數字處 理引起的時間延遲。
     例如, 諸如在慢波睡眠期間的波模式之類的腦波信號的強度模式可具有在小于 3.5Hz 范圍內的基頻, 并且所述頻率也可以在輸出信號中出現。因此, 例如結合輸出信號的 美學特征, 可提供腦活動的直接可視化。
     例如, 該設備進一步包括具有所述多個傳感器的柔性 (pliable) 裝置。這樣的柔 性裝置例如可放置在睡覺對象的頭上、 頭周圍或頭下面, 而不引起睡覺對象的不舒適。 特別 地, 例如該設備可包括針對每個睡覺對象的單個柔性裝置, 所述單個柔性裝置包括用于捕 獲該睡覺對象的至少一個腦波信號的傳感器。與用于臨床應用的 EEG 信號的測量相比, 對 捕獲的腦波信號質量的要求對本發明的設備來說沒有那么嚴格。因此, 放置在睡覺對象頭 皮上的濕電極可去除, 且更靈活地放置和使用至少一個傳感器是可能的。 進一步地, 這些傳 感器可被用來檢測睡覺人的呼吸節奏。
     在一個實施例中, 該設備包括含有所述至少一個傳感器的枕頭。術語枕頭將被理 解為包括用于斜躺著的睡覺人頭部的任意支撐物。例如, 枕頭可被集成到床或睡椅中。例 如, 該枕頭是柔性枕頭。
     在一個實施例中, 傳感器包括無接觸傳感器。 即, 傳感器適用于捕獲睡覺對象的生 物生理信號, 而不與睡覺對象電接觸, 特別地, 不與睡覺對象的皮膚電接觸。 例如, 傳感器允 許捕獲睡覺對象的生物生理信號, 而在傳感器和睡覺對象之間存在非導電空間或間隙。例 如, 該間隙可包括頭發。因此, 例如該設備可允許通過睡覺對象的頭發來捕獲腦波信號。例 如, 通過在睡覺對象皮膚上的非導電空間捕獲至少一個生物生理信號。
     可替代地, 傳感器可包括用于接觸睡覺對象皮膚的電極。
     在一個實施例中, 至少一個傳感器被上述柔性裝置的表層覆蓋。例如該表層是襯 套、 枕頭套或類似的織物或柔性床單。因此, 柔性裝置可提供增強的舒適感。
     在一個實施例中, 輸出信號是二維圖形信號, 例如模擬或數字形式的視覺信號。 例 如, 輸出單元可包括用于顯示該輸出信號的顯示器。因此, 輸出信號可被可視化。在輸出單 元的顯示器上重現輸出信號是以人類可感知的形式重現輸出信號的一個實例。例如, 二維 圖形信號可包括時間變化的顏色模式和 / 或強度模式。例如, 圖形信號可與至少一個諸如 腦波信號之類的生物生理信號同步和 / 或相關。
     在一個實施例中, 輸出信號包括具有時間變化的強度和 / 或色調 (hue) 的顏色信號。例如, 這樣的輸出信號可通過光源以人類可感知的形式來重現。因此, 輸出單元可以是 光源。例如, 輸出單元可適用于控制由光源發出的光的強度和 / 或色調。例如, 信號的顏色 模式和 / 或強度模式可與諸如腦波信號之類的生物生理信號同步和 / 或相關。
     在一個實施例中, 輸出信號包括音頻信號或是音頻信號。 例如, 該音頻信號是模擬 或數字音頻信號。 例如, 輸出單元可包括揚聲器、 頭戴式受話器、 耳機、 頭戴式耳機等。 因此, 可使生物生理信號可聽。
     在一個實施例中, 圖像捕獲裝置不僅被用來檢測睡覺對象的位置和 / 或取向, 該 圖像捕獲裝置還被用來檢測睡覺對象的身體運動。
     在一個實施例中, 圖像捕獲裝置是紅外攝像機, 其中睡覺的人的身體運動可以容 易地被檢測, 而不需要房間中的燈。 進一步地, 可以在房間溫度不同于呼出的氣體的情況下 檢測呼吸節奏。
     在本發明的第二個方面, 提供了一種處理生物生理信號的方法, 該方法包括步 驟: - 獲取睡覺對象的部分的圖像 ; - 捕獲睡覺對象的至少一個生物生理信號 ; 以及 - 使用處理單元 (18) 處理所述至少一個生物生理信號, 從而基于所述至少一個生 物生理信號且基于在所述處理單元 (18) 中存儲或生成的信號模式生成輸出信號 (28 ; 38 ; 44) , 所述輸出信號 (28 ; 38 ; 44) 包括時間變化的輸出信號模式, 其中所述輸出信號模式依 賴于所述睡覺對象的當前睡眠狀態。 例如, 所述生物生理信號是腦波信號。
     例如, 該方法包括以人類可感知的形式重現輸出信號的步驟。
     例如, 輸出信號與至少一個生物生理信號相關。
     例如, 使用包括至少一個傳感器的枕頭來捕獲至少一個生物生理信號。
     例如, 使用至少一個無接觸傳感器來捕獲至少一個生物生理信號。 即, 傳感器適用 于捕獲睡覺對象的生物生理信號, 而不需要接觸睡覺對象。
     例如, 輸出信號是二維圖形信號。
     例如, 輸出信號包括具有時間變化強度和 / 或色調的顏色信號。
     例如, 輸出信號是音頻信號。
     例如, 該方法是使用上述設備處理生物生理信號的方法, 其中所述至少一個傳感 器捕獲睡覺對象的所述至少一個生物生理信號, 并且其中所述處理單元執行該處理步驟。
     在本發明的另一個方面, 提供了一種計算機程序或計算機程序產品, 其用于當其 在計算機上執行時執行上述方法的步驟。 特別地, 當在計算機上執行時, 該計算機程序或計 算機程序產品可適用于執行處理步驟, 以及可選地執行輸出步驟, 用于捕獲睡覺對象的至 少一個生物生理信號的至少一個傳感器與該計算機相連接。
     附圖說明
     圖 1 示意性示出了具有處理單元和包括傳感器的裝置的、 用于處理生物生理信號 的設備 ; 圖 2 示意性示出了包括傳感器的枕頭 ;圖 3 示意性示出了生物生理信號從包括傳感器的裝置到處理單元的無線傳輸 ; 圖 4 示意性示出了生物生理信號通過線纜連接從包括傳感器的裝置到處理單元的傳 輸; 圖 5 示意性示出了包括傳感器的柔性頭帶 ; 圖 6 示意性示出了具有集成傳感器和處理單元的柔性頭帶 ; 和 圖 7 示意性示出了具有傳感器的嬰兒帽。 具體實施方式
     現在將參考附圖描述本發明設備和方法的各種實施例。
     現在將結合圖 1 中示出的用于處理生物生理信號的設備來描述處理生物生理信 號的方法。在圖 1 中, 信號路徑和 / 或信號連接由箭頭指示。
     該設備包括枕頭 10 形式的柔性裝置, 其包括用于捕獲頭靠在枕頭 10 上的睡覺人 的腦波信號的多個傳感器 12。傳感器 12 是無接觸傳感器, 使得不需要傳感器 12 直接與人 的皮膚接觸。傳感器 12 在枕頭 10 的織物表層 14 下面以行和列布置。
     枕頭 10 進一步包括與傳感器 12 相連接的通信單元 16。例如, 通信單元 16 是適用 于將由傳感器 12 捕獲的腦波信號傳輸至該設備的處理單元 18 的無線通信單元。例如, 處 理單元 18 可包括計算機或可以是計算機。 進一步地, 例如導電箔形式的肌電圖傳感器 20 被集成到床單 22 形式的柔性裝置 中。肌電圖傳感器 20 適用于捕獲在床單 22 上睡覺的人的肌電圖信號。例如, 肌電圖傳感 器 20 是無接觸傳感器。例如, 傳感器 20 由床單 22 的織物表層 24 所覆蓋。例如, 床單 22 包括與肌電圖傳感器 20 相連接的通信單元 26。例如, 通信單元 26 適用于通過無線通信將 肌電圖信號傳輸給處理單元 18。可替代地, 可在通信單元 26 和處理單元 18 之間提供線纜 連接。因此, 通信單元 26 可經由無線連接或者有線或線纜連接而與處理單元 28 相連接。
     枕頭 10 和床單 22 是包括用于捕獲睡覺對象的至少一個生物生理信號的傳感器的 裝置的兩個實例。 可以另外或可替代地提供其他裝置和傳感器用于捕獲睡覺對象的生物生 理信號。并且, 在修改的實施例中, 可以只存在腦波信號傳感器, 或可以只存在肌電圖傳感 器 20, 其可選地與用于捕獲不同的生物生理信號的至少一個傳感器相結合。
     處理單元 18 適用于處理由傳感器 12 和 / 或傳感器 20 捕獲的至少一個生物生理 信號, 并生成如下文將描述的輸出信號。
     一個或多個腦波信號可由傳感器 12 捕獲。例如, 多于一個傳感器 12 的信號讀數 可被結合來提供結合的腦波信號。另外或可替代地, 一個或多個傳感器 12 可基于由 IR 攝 像機 (未在圖 1 中示出) 捕獲的圖像來選取以用于提供傳輸至處理單元 18 的至少一個腦波 信號。進一步地, 例如, 處理單元 18 可選取和 / 或結合來自不同傳感器 12 和 / 或不同傳感 器 20 的信號讀數以供處理。例如, 傳感器或傳感器讀數 / 信號可依賴于它們各自的信號幅 度或強度來選取。
     例如, 處理單元 18 可以以傳輸給包括顯示器 32 的輸出單元 30 的二維圖形信號的 形式生成輸出信號 28。 例如, 對于二維信號中的空間位置子集或對于至少一個位置, 輸出信 號 28 包括具有時間改變的強度和 / 或色調的顏色信號。例如, 由傳感器 12 捕獲的腦波信 號可被轉換為輸出信號 28, 并且可使用與用于可視化音樂的可視化算法 (其從當前的音樂
     播放器得知, 例如軟件音樂播放器) 類似的可視化算法使該腦部信號在顯示器 32 上被可視 化。 例如, 圖形輸出信號可與腦波信號同步, 從而使得圖形輸出信號至少部分地與由傳感器 12 捕獲的腦波信號相關。 例如, 圖形模式可在處理器單元中生成, 并可與腦波信號同步。 因 此, 輸出信號基于由傳感器 12 捕獲的至少一個腦波信號和在處理器單元 18 中生成的信號 模式而生成。因為輸出信號與腦波信號同步或相關, 時間改變的輸出信號模式依賴于腦波 模式, 并且因此依賴于睡覺的人的當前睡眠狀態。通過生成二維圖形信號并在顯示器 32 上 顯示它, 輸出信號和因而由傳感器 12 捕獲的腦波信號以人類可感知的形式被重現。例如, 在非 REM 睡眠期間, 穩定演進或基本一致重復的信號模式可由處理單元 18 生成, 而在 REM 睡眠期間, 相當不規則或不均勻的動態 (animated) 模式可被生成, 反映了例如生動的夢活 動。
     除了具有顯示器 32 的輸出單元 30 之外或可替代地, 可提供具有揚聲器 36 的輸出 單元 34, 并且除了生成輸出信號 28 之外或可替代地, 處理單元 18 可生成可被傳輸至輸出單 元 34 的輸出信號 38。例如, 輸出信號 38 是音頻信號, 并且由輸出單元 34 以通過使它可聽 的人類可感知的形式重現。
     用于基于由傳感器 12 捕獲的至少一個腦波信號且基于在處理單元 18 中存儲的信 號模式來生成音頻輸出信號的一個實例是通過由傳感器 12 捕獲的至少一個腦波信號來調 制噪聲信號。例如, 可在處理單元 18 中生成的或者可在處理單元 18 中存儲為數字聲音的 粉紅噪聲可與腦波信號相乘, 從而生成輸出信號。因此, 輸出信號模式, 例如粉紅噪聲的幅 度模式或強度模式, 可直接相應于時間變化的腦波信號模式。因為腦波模式依賴于睡覺的 人的當前睡眠狀態, 因此音頻輸出信號模式也依賴于當前睡眠狀態。 特別地, 音頻輸出信號 與腦波信號同步和相關。 例 如, 在 深 睡 眠 階 段 期 間, 音頻輸出信號可以是具有結果包絡 (resulting envelope) 的深調制的緩慢變化的波形, 類似于海中的聲波。而當人清醒時, 例如存在更快 的調制。例如, 輸出信號 38 的幅度可以在幅度和 / 或動態范圍內等得以控制。
     除了提供輸出單元 30 和 / 或輸出單元 34 之外或可替代地, 可提供包括至少一個 諸如燈之類的光源 42 的輸出單元 40。進一步地, 除了提供輸出信號 28 和 / 或輸出信號 38 之外或可替代地, 輸出信號 44 可由處理單元 18 如下文所述那樣生成并被傳輸至輸出單元 40。例如, 輸出信號 44 可以是用于控制由輸出單元 40 的光源 42 發出的光的色調和 / 或強 度的顏色信號和 / 或強度信號。例如, 輸出信號 44 可包括 RGB 值。例如, 光源 42 可包括一 個或多個 LED。輸出單元 40 例如是用于創建環境光的裝置。
     例如, 輸出信號 44 的顏色和 / 或強度信號分量將以類似于如上所述生成輸出信號 28 的方式生成。例如, 顏色和 / 或強度可對應于輸出信號 28 的瞬時平均顏色或強度, 例如 二維圖像或視頻幀的平均顏色或強度。
     在另一個實例中, 處理單元 18 可執行由傳感器 12 捕獲的腦波信號的頻率分析, 并 且依賴于作為特定睡眠階段的特性的頻率的出現, 處理單元 18 可選取分配給該睡眠狀態 的顏色和 / 或強度輸出信號模式。例如, 輸出信號 44 強度變化的頻率可依賴于檢測的睡眠 狀態來選取。例如, 深睡眠階段可由緩慢變化強度的綠光或藍光來指示, 而當檢測到 REM 睡 眠階段時, 輸出信號 44 可包括顏色變化模式。
     通過使用本發明, 可能的是, 在相同房間睡覺的但具有不同睡眠周期的另一個人
     在睡覺的人處于深睡眠階段時進入。
     頻率分析或睡眠階段檢測可由處理單元 18 的睡眠階段檢測單元 46(例如在處理 單元 18 中的睡眠階段檢測算法) 執行。檢測睡眠階段可基于由傳感器 12 檢測的腦波信號 的特性特征和 / 或由傳感器 20 檢測的肌電圖信號的特性特征和 / 或由其他傳感器捕獲的 其他適當生物生理信號的特性特征。如上所述, 包括時間改變輸出信號模式的輸出信號 44 依賴于睡覺的人的當前睡眠狀態來選取。因此, 輸出信號 44 基于至少一個生物生理信號且 基于在處理單元 18 中存儲或生成的信號模式而生成。
     下文中描述了基于檢測的睡眠階段生成二維圖形輸出信號 28 或音頻輸出信號 38 的其他實例。例如, 依賴于檢測的睡眠狀態, 處理單元 18 可選取在處理單元 18 中存儲或生 成的二維圖形輸出信號 28。 例如, 預定義的模式或模式生成算法可由處理單元 18 依賴于檢 測的睡眠階段來選取。因此, 輸出信號 28 的時間變化的輸出信號模式依賴于睡覺的人的當 前睡眠狀態。然而, 該輸出信號不必與生物生理信號同步或相關。以類似的方式, 處理單元 18 可依賴于檢測的睡眠階段選取處理單元 18 中存儲或生成的音頻信號模式。音頻輸出信 號 38 的時間變化的輸出信號模式再次依賴于睡覺的人的當前睡眠狀態, 然而, 輸出信號 38 不必與生物生理信號同步或相關。
     輸出信號 28、 38、 44 可經由無線連接或線纜連接傳輸給相應的輸出單元。進一步 地, 例如諸如輸出單元 30、 34 或 40 之類的輸出單元可集成到處理單元 18 中。
     在圖 1 所示的實施例中, 提供無接觸呼吸和 / 或心率傳感器 47, 并且該傳感器 47 通過線纜連接或無線連接與處理單元 18 相連接。例如, 由于呼吸性竇性心律不齊的原因, 心率可根據呼吸信號來確定。
     例如, 呼吸和 / 或心率傳感器 47 是包括紅外光源和例如具有 IR 濾光器的攝像機 的光體積描記術成像器 (photoplethysmographic imager, PPGI) 。因此, 即使人躺著且嘴 在枕頭上, 仍可捕獲呼吸率。例如, 傳感器 47 確定心率形式的生物生理信號和 / 或呼吸率 形式的生物生理信號以用于由處理單元 18 處理。心率和呼吸率可以特有方式依賴于睡眠 狀態。例如, 當進入 REM 睡眠時, 呼吸率和心率顯著增加。因此, 類似于處理來自傳感器 12 和 / 或 20 的信號, 處理單元 18 例如可適用于處理由傳感器 47 捕獲的至少一個生物生理信 號, 并生成如上所述的輸出信號。例如, 處了上述信號之外或可替代地, 檢測睡眠階段可基 于由傳感器 47 捕獲的呼吸率信號的特性特征和 / 或心率信號的特性特征。例如, 心率和 / 或呼吸率可被用作到睡眠階段檢測單元 46 的輸入或附加輸入。如上所述, 包括時間變化的 輸出信號模式的輸出信號 44 可依賴于睡覺的人的當前睡眠狀態來選取。在修改的實施例 中, 傳感器 47 可替代傳感器 12 和 / 或 20 而存在, 可選地其可與用于捕獲不同生物生理信 號的至少一個傳感器結合。
     呼吸和 / 或心率傳感器 47 例如可替代地或此外包括微波多普勒雷達傳感器, 其適 用于例如通過無接觸、 穿過織物測量睡覺的人的胸壁運動來提供心率信號和 / 或呼吸率信 號。
     在圖 1 所示的實施例中, 可選地, 攝像機 48 形式的圖像獲取裝置被提供, 并通過線 纜連接或無線連接與處理單元 18 相連接。例如, 攝像機 48 被設置在枕頭 10 上。處理單元 18 可適用于根據圖像獲取裝置的圖像信號確定在枕頭 10 上是否有頭, 和 / 或確定頭的取向 和 / 或位置。例如, 處理器 18 可基于在枕頭 10 上頭的取向和 / 或位置的檢測來選取其傳感器讀數將被處理的傳感器 12。 在傳感器 47 包括攝像機的情況下, 該攝像機也可以形成圖 像獲取裝置, 并且可被用來替代攝像機 48。
     圖 2 示出了枕頭 10’ 的另一個實例, 例如其可替代圖 1 的實施例中的枕頭 10 而被 提供。枕頭 10’ 類似于上述的枕頭 10, 并包括例如如上所述設置和連接的相同傳感器 12、 織物表層 14 和通信單元 16。然而, 枕頭 10’ 包括與通信單元 16 連接的壓力傳感器 50。壓 力傳感器 50 的壓力信號可被傳輸給處理單元 18。 處理單元 18 例如適用于基于壓力信號確 定在枕頭 10’ 上是否有頭。進一步地, 例如, 處理單元 18 可適用于基于壓力信號確定在枕 頭 10’ 上的頭的取向和 / 或位置。因此, 除了攝像機 48 的圖像信號之外或可替代地, 壓力 傳感器 50 的壓力信號可被用來確定在枕頭 10’ 上的頭的取向和 / 或位置。因此, 可基于所 確定的頭的取向和 / 或位置來選取其捕獲的信號將被處理的傳感器 12。
     圖 3 和 4 示意性示出了包括用于捕獲睡覺對象至少一個生物生理信號的至少一 個傳感器 54 的裝置 52, 和所述裝置 52 到處理單元 18 的連接。傳感器 54 與通信單元 56 相連接以用于將生物生理信號傳輸至處理單元 18。在圖 3 中, 該連接是無線連接, 而在圖 4 中, 該連接是線纜連接。多于一個的裝置 52 可與處理單元 18 相連接。例如, 裝置 52 可以 是枕頭 10 并且傳感器 54 可以是傳感器 12, 并且通信單元 56 可以是通信單元 16。進一步 地, 例如, 裝置 52 可以是床單 22, 傳感器 54 可以是傳感器 20, 并且通信單元 56 可以是通信 單元 26。處理單元 18 也可以包括在裝置 52 中。例如, 處理單元 18 可以包括在枕頭 10 中。 圖 5 示出了頭帶 58 形式的柔性裝置 52 的一個實例, 頭帶 58 包括用于捕獲穿戴頭 帶 58 的睡覺人的至少一個腦波信號的傳感器 12。進一步地, 頭帶 58 包括用于捕獲該人的 眼電圖信號的至少一個眼電圖傳感器 60。例如, 該人放置頭帶 58 以使得 EOG 傳感器 60 被 置于眼睛的上方。
     例如, 傳感器 12 和至少一個 EOG 傳感器 60 與被集成在頭帶 58 中的通信單元 56 相連接以類似于圖 3 中的實例用于將相應的傳感器 12、 60 捕獲的信號傳輸至處理單元 18。 頭帶 58 是包含用于捕獲睡覺對象的至少一個生物生理信號的至少一個傳感器的柔性頭飾 的一個實例。例如, 傳感器 12 和 60 是無接觸傳感器。例如, 傳感器 12 和 60 可由柔性頭帶 58 的織物表層 62 所覆蓋。
     頭帶 58 可替代圖 1 實施例的枕頭 10 和 / 或床單 22 或除此之外而被提供。例如, 替代處理枕頭 10 的傳感器 12 的信號或除此之外, 頭帶 58 的傳感器 12 的信號和 / 或至少 一個 EOG 傳感器 60 的信號可由處理單元 18 處理, 從而生成如上所述的輸出信號。提供頭 帶 58 具有以下優點 : 信號的捕獲不那么依賴于睡覺對象在枕頭上的位置。當輸出信號 28、 38 和 / 或 44 例如基于來自 EOG 傳感器 60 的 EOG 信號并基于在處理單元 18 中存儲或生成 的信號模式而被生成時, 可使睡覺的人的快速眼動是可見的和 / 或可聽的。例如, 變化的輸 出信號模式可反映在 REM 睡眠階段期間變化的眼睛運動。通過基于傳感器 12 的腦波信號 和 / 或傳感器 60 的眼電圖信號生成輸出信號, 在某些方面, 睡覺的人的夢可以被可視化和 / 或使其可聽。
     在一個實例中, 處理單元 18 可集成于諸如頭帶 58 之類的裝置 52 中。例如, 諸如 頭帶 58 之類的裝置 52 可包括處理單元 18 和諸如輸出單元 34 之類的輸出單元。例如, 頭 帶 58 可包括耳機或頭戴式受話器形式的揚聲器 36 以便使音頻輸出信號可聽。例如, 在傳 感器 12、 60 與處理單元 18 之間存在線纜連接。因此, 用于處理生物生理信號的設備可以是
     包括處理單元 18 和可選地包括輸出單元的頭帶 58。例如, 頭帶 58 可包括用于向該設備供 電的電池。頭帶 58 是用于處理生物生理信號的便攜式設備的一個實例。
     在圖 6 中, 示出了用于處理生物生理信號的系統, 其包括兩個頭帶 58、 58’ , 每一個 都具有如圖 5 的實施例描述的傳感器 12 和 60。在圖 6 的實施例中, 用于處理頭帶 58 的傳 感器的信號的通信單元 18 包括在頭帶 58’ 中。相應地, 用于處理頭帶 58’ 的傳感器的信號 的處理單元 18’ 包括在頭帶 58 中。傳感器信號經由在相應的頭帶 58、 58’ 的相應的通信單 元 56 之間的無線連接來傳輸。進一步地, 例如, 輸出單元 34 和 / 或輸出單元 40 可包括在 相應的頭帶 58、 58’ 中。因此, 穿戴頭帶 58 的睡覺人的腦波信號和 / 或眼電圖信號可無線 地傳輸至搭檔 (partner) 的頭帶 58’ , 以便可視化它們或者使它們可聽。
     在可替代實例中, 用于處理相應的頭帶 58、 58’ 的傳感器信號的處理單元 18、 18’ 可包括在所述頭帶 58、 58’ 中, 并且由相應的處理單元生成的輸出信號可無線地傳輸至包括 在另一個頭帶 58’ 、 58 中的輸出單元 34 或 40。
     因此, 在圖 6 的實例中, 提供了一種用于處理生物生理信號的系統, 所述系統包括 用于處理至少一個生物生理信號的兩個處理單元, 所述信號是由與所述處理單元相關聯的 相應的至少一個傳感器捕獲的。在該意義下, 系統結合了如上結合圖 1 所述的用于處理生 物生理信號的兩個設備。 圖 7 示出了一個實施例, 其中裝置 52 是包括傳感器 12 的柔性嬰兒帽 64, 傳感器 12 用于捕獲穿戴該嬰兒帽的睡覺嬰兒的至少一個腦波信號。例如, 傳感器 12 可由嬰兒帽 64 的織物表層 66 覆蓋。類似于圖 3 的實例, 通信單元 56 可包括在嬰兒帽 12 中, 用于與處 理單元 18 通信。例如, 處理單元 18 和諸如輸出單元 40 之類的至少一個輸出單元可包括在 嬰兒床中。這是圖 1 實施例的一個實例, 其中除了枕頭 10 之外或替代枕頭 10 而提供嬰兒 帽 64。例如, 處理單元 18 的輸出信號的可視化可通過使用嵌入嬰兒床的輸出單元 40 的照 明元件來完成。 因此, 例如, 如果嬰兒睡得好, 嬰兒床可點亮綠色的輝光模式, 并且如果嬰兒 焦躁不安, 嬰兒床可以以不同的模式和 / 或不同的色彩模式點亮。
     如上所述, 例如, 本發明可允許可視化睡眠狀態, 使它可聽, 或者一般地產生與睡 覺對象的睡眠狀態或夢相關的人類可感知的輸出信號。例如, 本發明可使得人們能夠看到 他們的嬰兒、 孩子或愛人正睡得很好。進一步地, 例如, 本發明可允許使他們的睡眠和 / 或 夢以某種方式可感知 (tangible) 。 例如, 提供了一種消費者使用的、 使得人們能夠以有趣和 / 或娛樂的方式監測其他人睡眠的設備。
    

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