阅读说明：本技术 一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统 (Sleep auxiliary system for improving sleep quality ) 是由 李建军 段韩路 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统。现有睡眠辅助系统存在检测精度欠佳以及穿戴不舒适的问题。本发明包括基础数据采集器、处理器以及睡眠辅助装置。处理器通过基础数据采集器收集用户的肌电信号,并以此为基础判断检测对象是否出现磨牙现象,再通过睡眠辅助装置对检测对象施以刺激,进而通过制止磨牙现象来提升睡眠质量,保护牙齿。(The invention relates to a sleep assisting system for improving sleep quality. The existing sleep assisting system has the problems of poor detection precision and uncomfortable wearing. The invention comprises a basic data acquisition unit, a processor and a sleep auxiliary device. The processor collects the electromyographic signals of the user through the basic data collector, judges whether the detected object has a tooth grinding phenomenon on the basis of the electromyographic signals, and applies stimulation to the detected object through the sleep auxiliary device, so that the sleep quality is improved by preventing the tooth grinding phenomenon, and teeth are protected.)

一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统

技术领域

本发明涉及睡眠领域，具体涉及一种睡眠辅助系统。

背景技术

人们在睡眠过程中会因各种生理现象而影响睡眠质量。当人们在睡眠过程中出现磨牙现象时，牙齿间会因咬合摩擦而发生异响，既导致牙齿表面釉质磨损，还会因异响而影响本人以及旁人的睡眠质量。为了制止磨牙动作，现有设备通过在用户口内咬合有压力传感器，这种设备存在穿戴不适的情况，影响使用体验和睡眠体验。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统，处理器通过处理肌电信号来分析使用者的睡眠状态，并在出现磨牙现象时通过睡眠辅助装置进行制止，既提升睡眠质量，还保护牙齿。

本发明通过以下方式实现：一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统，包括基础数据采集器、处理器以及睡眠辅助装置。处理器通过基础数据采集器收集用户的肌电信号，并以此为基础判断检测对象是否出现磨牙现象，再通过睡眠辅助装置对检测对象施以刺激，进而通过制止磨牙现象来提升睡眠质量，保护牙齿。

作为优选，基础数据采集器通过便携式穿戴设备获取基础数据，通过与用户皮肤接触来采集肌电信号，为处理器判断用户睡眠状态提供依据。

作为优选，处理器接收来自基础数据采集器的数据并通过计算获得用户睡眠状态、处于轻睡期时用户的EMG-REF值以及EMG值，通过对EMG-REF值与EMG值来判断用户的睡眠状态，并对睡眠辅助装置发送控制信号。通常将用户的睡眠过程划分为清醒期、轻睡期、浅睡期、深睡期以及快速眼动期，由于磨牙现象通常不会发生在轻睡期，所以，对处于轻睡期的用户进行肌电信号检测获得作为背景肌电信号值使用的EMG-REF值，再对用户睡眠过程进行连续的肌电信号检测并获得作为实时肌电信号值使用的EMG值，通过对EMG-REF值和EMG值比较来判断用户睡眠状态，进而控制睡眠辅助装置启停运行。

作为优选，睡眠辅助装置接收来自处理器的控制信号并进行相应刺激动作，在使用时，睡眠辅助装置对用户施加刺激，既有效防止用户被吵醒，还确保用户能在受到刺激后制止磨牙现象持续发生，提升睡眠质量。

具体地，所述系统在运行时，通过以下步骤实现：

第一步，通过基础数据采集器获得基础数据，并以此为基础计算用户的睡眠状态；

第二步，当用户处于轻睡期时，处理器通过基础数据获得该用户的 EMG-REF值；

第三步，当处理器获得EMG-REF值后，处理器对该用户后续的睡眠过程进行实时监测，并获得该用户实际的EMG值；

第四步，处理器通过对EMG-REF值和EMG值进行比较，以此判断该用户实时的睡眠状态，并以此控制睡眠辅助装置动作。

在上述步骤中，处理器需要分别采集获得EMG-REF值和EMG值，并以此判断用户是否发生磨牙现象，进而通过睡眠辅助装置来制止磨牙现象。由于磨牙现象发生时，用户的肌电信号会发生变化，利用该特性来判断磨牙现象的发生时机，进而提升制止磨牙现象的效果。EMG-REF值作为背景参考数据，EMG 值作为用户的实时参考数据，通过两者比较获知用户是否发生磨牙现象。

作为优选，设定触发辅助系数M1以及干扰系数M2，对EMG-REF值和EMG 值进行比较：

当EMG≤M1*EMG-REF时，说明此时的实时肌电信号值与背景肌电信号值趋近相同，进而说明此时用户未出现磨牙现象，处理器向睡眠辅助装置发送停机信号，确保睡眠辅助装置不会影响用户正常睡眠；

当M1*EMG-REF≤EMG≤M2*EMG-REF时，M1*EMG-REF为触发睡眠辅助装置的触发值，此时，实时肌电信号值高于预设的触发值且不属于人工伪迹，说明用户发生了磨牙现象，处理器向睡眠辅助装置发送启动信号，对用户睡眠进行干预，有效减小磨牙现象对用户睡眠产生的影响；

当M2*EMG-REF≤EMG，该实时数据包被判定为人工伪迹，为体动状态或者其它干扰状态，处理器向睡眠辅助装置发送处理上一实时数据包时获得的控制信号。

通过设定触发辅助系数M1来判断磨牙现象发生时机，确保睡眠辅助装置开启时机与磨牙现象发生时机匹配，提升系统干预准确性和有效性。通过设定干扰系数M2来避免用户因

作为优选，处理器通过以下步骤获取所述EMG-REF值：

第一步，当用户处于轻睡期时，处理器通过基础数据采集器对用户进行持续时长为T1的数据采集操作，并以此获得背景数据包；

第二步，处理器对背景数据包进行滤波处理，以此获得频率为10Hz～35Hz 的EMG-REF波形图；

第三步，对EMG-REF波形图内采集点的数值进行取绝对值处理，再进行依次累加取平均值处理，以此获得所述EMG-REF值。

采集获取EMG-REF值无需伴随用户睡眠的整个过程，只需在用户处于轻睡期时进行至少一个时长为T1的周期即可。

作为优选，所述EMG-REF波形图内各采集点对应的数值通过以下公式获得 EMG-REF值：其中，SAMP为基础数据采集器的采样频率，EMG(x)为背景数据包内第x个采集点的数值，1≤x≤T1* SAMP。由于EMG-REF波形图内各采集点对应的数值存在正负和大小之分，通过取绝对值处理能有效消除因各数值间的正负关系而发生的抵消情况，有效检测信号的浮动变化范围，通过累加取平均值处理能消除个别数据的非正常跳动，确保检测信号的可信度。

作为优选，处理器通过以下步骤获取所述EMG值：

第一步，在用户整个睡眠过程中，处理器连续地通过基础数据采集器对用户进行持续时长为T2的数据采集操作，并以此获得实时数据包；

第二步，处理器对各实时数据包进行滤波处理，以此获得频率为10Hz～35Hz 的EMG波形图；

第三步，对EMG波形图内采集点的数值进行取绝对值处理，再进行依次累加取平均值处理，以此获得所述EMG值。

在处理器采集到EMG-REF值后，再对用户采集伴随其后续睡眠全程的 EMG值，并形成可供处理器计算获得EMG值的实时数据包。由于磨牙现象通常发生在浅睡期和快速眼动期，且用户需要经历轻睡期后才能进入浅睡期和快速眼动期，所以，在处理器采集到EMG-REF值后，再对用户采集伴随其后续睡眠全程的EMG值，既有效减少处理器的计算工作量，降低能耗，还不会影响对磨牙现象的有效监测，提升助眠效果。

作为优选，所述EMG波形图内各采集点对应的数值通过以下公式获得EMG 值：其中，T3为出现磨牙现象时EMG信号单次增高所需时间，n代表实时数据包内的第n个采集点，且1≤n≤(T2-T3)*SAMP， SAMP为基础数据采集器的采样频率，EMG(x)为实时数据包内第x个采集点的数值，n≤x≤n+T3*SAMP。由于EMG波形图内各采集点对应的数值存在正负和大小之分，通过取绝对值处理能有效消除因各数值间的正负关系而发生的抵消情况，有效检测信号的浮动变化范围，通过累加取平均值处理能消除个别数据的非正常跳动，确保检测信号的可信度。通过沿时间轴线获得的EMG值表示对应时间段内用户的睡眠状态。

作为优选，所述基础数据采集器通过间隔采集方式获得基础数据，单次连续采集的基础数据形成单帧数据包，相邻所述单帧数据包的采集时间间隔为A， 30s≤A≤60s，形成单帧数据包所需的单次连续采集时间为B，B≤A，且5s≤B ≤60s，所述基础数据采集器的数据采集频率为SAMP，200samples/s≤SAMP≤ 1000samples/s。基础数据采集器采集次数与形成的数据数量对应，单次连续采集完成后所得的数据形成一个单帧数据包，再通过滤波器分别获得EMG波波形图。当单帧数据包内的数据数量越多时，用于绘制形成波形图的数据点也越多，使得波形图绘制越精确，使得绘制的波形图越趋于真实电波的图形，为处理器提供更准确的数据。当SAMP＜200samples/s时，绘制的波形图会因数据点数量较少，影响波形图绘制精度；当SAMP＞1000samples/s时，对绘制精度提升有限，但对硬件要求较高，同时会引入更多的高频干扰，性较比较低。

作为优选，所述单帧数据包形成所述背景数据包，T1＝B，当用户处于轻睡期时，通过基础数据采集器获得单帧数据包可以作为背景数据包使用，使得背景数据包的采集时长和单帧数据包的采集时长相同。

作为优选，所述单帧数据包形成所述实时数据包，T2＝B，当处理器获得背景数据包后，通过基础数据采集器获得单帧数据包可以作为实时数据包使用，使得实时数据包的采集时长和单帧数据包的采集时长相同。

作为优选，所述基础数据采集器为眼镜，所述眼镜包括镜架和镜腿，左前颞电极和右前颞电极分置在所述镜架的两端，鼻梁参考电极设于镜架中部。眼镜具有穿戴方便和加工成本低的特点。在使用时，当眼镜穿戴到位后，所述左前颞电极、右前颞电极以及鼻梁参考电极分别同步抵触在待检测工位上，确保基础数据采集器能持续精确地采集数据，并向处理器定期发送单帧数据包。

作为优选，所述基础数据采集器为眼罩，眼罩包括罩体和绑带，左额极电极和右额极电极分置在所述罩体的两端，额极参考电极设于罩体中部。眼罩与用户皮肤具有更好的贴合度，且眼罩更为柔软，有效提升穿戴舒适性。

作为优选，所述基础数据采集器上设有控制腔，所述控制腔内设有处理器和振动器，振动器接收来自处理器的控制信号并对用户施加振动刺激，既方便电线铺设，还确保振动器能对用户产生刺激，用于制止磨牙现象持续发生。

本发明的突出有益效果：通过采集处理EMG-REF值以及EMG值来判断用户睡眠状态，并在出现磨牙现象时通过睡眠辅助装置进行刺激制止，既保护牙齿，有效提升睡眠质量，还减小因磨牙产生噪音而影响用户自身以及周边人群，又通过改进穿戴设备来提升使用舒适性。

附图说明

图1为所述眼镜结构示意图；

图2为所述眼罩结构示意图；

图中：1、眼镜，2、镜架，3、镜腿，4、左前颞电极，5、右前颞电极，6、鼻梁参考电极，7、眼罩，8、罩体，9、左额极电极，10、右额极电极，11、额极参考电极，12、控制腔。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

实施例一：

本实施例提供一种改善睡眠质量的睡眠辅助系统。

本发明所述一种睡眠辅助系统，由括基础数据采集器、处理器以及睡眠辅助装置组成。处理器通过基础数据采集器采集用户的肌电信号，并以此判断用户的睡眠状态，且在用户发生磨牙现象时通过睡眠辅助装置对用户施加刺激，以制止磨牙现象持续发生，既有效提升用户及周边人群的睡眠质量，还起到保护牙齿的作用。

在实际操作中，基础数据采集器通过便携式穿戴设备获取基础数据。所述基础数据采集器为带数据收集组件的眼镜1(如图1所示)，所述眼镜1包括镜架2以及设于镜架2两端的镜腿3，所述数据收集组件包括分置在所述镜架2两端的左前颞电极4、右前颞电极5以及鼻梁参考电极6，眼镜1被穿戴到位后，所述左前颞电极4、右前颞电极5以及鼻梁参考电极6分别抵触在待检测工位上。所述眼镜1通过与用户体表贴合的左前颞电极4、右前颞电极5以及鼻梁参考电极6采集相关基础数据，并向处理器输送。具体地，所述左前颞电极4、右前颞电极5以及鼻梁参考电极6分别与近左前颞、近右前颞及鼻梁贴合，形成一种简单测量脑电活动的单导联采集器。基础数据采集器对EMG波进行采集。所述基础数据采集器还可以根据需要采集其它脑电波，也应视为本发明的具体实施例。

在实际操作中，处理器接收来自基础数据采集器的数据并通过计算获得用户睡眠状态、处于轻睡期时用户的EMG-REF值以及EMG值，通过对EMG-REF 值与EMG值来判断用户的睡眠状态，并对睡眠辅助装置发送控制信号。处理器通过轻睡期的单帧数据包来计算获得EMG-REF值。处理器通过后续的单帧数据包来获得EMG值。处理器以EMG-REF值和EMG值为依据进行比较来获知用户睡眠状态，进而判断用户是否发生磨牙现象，并向睡眠辅助装置发送控制信号。

在实际操作中，睡眠辅助装置接收来自处理器的控制信号并进行相应刺激动作。具体地，所述基础数据采集器上设有控制腔12，所述控制腔12内设有处理器和振动器，振动器接收来自处理器的控制信号并对用户施加振动刺激。

在实际操作中，所述系统在运行时通过以下步骤实现：

第一步，通过基础数据采集器获得基础数据，并以此为基础计算用户的睡眠状态。

具体地，相邻所述单帧数据包的采集时间间隔为A，A＝60s，参数A为相邻单帧数据包开始采集时的时间间隔，形成单帧数据包所需的单次连续采集时间为B，B＝10s，将用户的整个睡眠过程划分为60s一段的间隔时段，并在每个间隔时段内进行10s的数据采集操作，并以此形成单帧数据包。所述基础数据采集器的数据采集频率为SAMP，SAMP＝250samples/s，所述基础数据采集器在形成单帧数据包时进行的数据采集次数为SAMP*B＝250samples/s*10s＝2500次，当单帧数据包内的数据采集次数为非整数时，通过四舍五入方式取整。

第二步，当用户处于轻睡期时，处理器通过基础数据获得该用户的 EMG-REF值。处理器通过以下步骤获取所述EMG-REF值：

首先，当用户处于轻睡期时，处理器通过基础数据采集器对用户进行持续时长为T1的数据采集操作，并以此获得背景数据包，所述单帧数据包形成所述背景数据包，T1＝B；

其次，处理器对背景数据包进行滤波处理，以此获得频率为10Hz～35Hz的 EMG-REF波形图；

最后，对EMG-REF波形图内采集点的数值进行取绝对值处理，再进行依次累加取平均值处理，以此获得所述EMG-REF值。

具体地，所述EMG-REF波形图内各采集点对应的数值通过以下公式获得 EMG-REF值：其中，SAMP为基础数据采集器的采样频率，EMG(x)为背景数据包内第x个采集点的数值，1≤x≤T1* SAMP。对单个背景数据包内的2500个数值进行取绝对值后累加平均处理，由此获得参数EMG-REF值。

第三步，当处理器获得EMG-REF值后，处理器对该用户后续的睡眠过程进行实时监测，并获得该用户实际的EMG值。处理器通过以下步骤获取所述 EMG值：

首先，在用户整个睡眠过程中，处理器连续地通过基础数据采集器对用户进行持续时长为T2的数据采集操作，并以此获得实时数据包，所述单帧数据包形成所述实时数据包，T2＝B；

其次，处理器对各实时数据包进行滤波处理，以此获得频率为10Hz～35Hz 的EMG波形图；

最后，对EMG波形图内采集点的数值进行取绝对值处理，再进行依次累加取平均值处理，以此获得所述EMG值。

具体地，所述EMG波形图内各采集点对应的数值通过以下公式获得EMG 值：其中，T3为EMG信号单次增高所需时间，n代表实时数据包内的第n个采集点，且1≤n≤(T2-T3)*SAMP，SAMP为基础数据采集器的采样频率，EMG(x)为实时数据包内第x个采集点的数值， n≤x≤n+T3*SAMP。在对单个实时数据包进行处理时，可以通过调整参数n 的取值来获得多个EMG值，进而通过将单帧数据包内数据进行进一步细化来提升监测精度，提升辅助睡眠效果。通过单个实时数据包可以获得n个EMG值，每个EMG值均用于第四步的比较操作。

第四步，处理器通过对EMG-REF值和EMG值进行比较，以此判断该用户实时的睡眠状态，并以此控制睡眠辅助装置动作。

具体地，设定触发辅助系数M1以及干扰系数M2，对EMG-REF值和EMG 值进行比较：

当EMG≤M1*EMG-REF时，处理器向睡眠辅助装置发送停机信号；

当M1*EMG-REF≤EMG≤M2*EMG-REF时，处理器向睡眠辅助装置发送启动信号；

当M2*EMG-REF≤EMG，该实时数据包被判定为人工伪迹，处理器向睡眠辅助装置发送处理上一实时数据包时获得的控制信号。

具体地，M1为发生磨牙现象时实际肌电信号值与背景肌电信号值间的触发辅助系数，优选为3，当3*EMG-REF≤EMG时，说明用户此时存在磨牙现象。在实际应用中，M1的大小受电极材料及佩戴方式等影响较大，本领域技术人员可以根据实际需要自行设置其大小，均应视为本发明的具体实施例。

具体地，M2为发生体动或其他干扰情况时的干扰系数，优选为8，当 EMG≤8*EMG-REF时，说明用户因发生体动等情况而影响了EMG值的准确性，使得系统需要放弃当前实施数据包获得的EMG值，确保系统平稳运行。在实际应用中，M2的大小受电极材料、环境及佩戴方式等影响较大，本领域技术人员可以根据实际需要自行设置其大小，均应视为本发明的具体实施例。

在实际操作中，根据睡眠规律可知，用户在开始睡眠后均会依次经历清醒期、浅睡期后进入轻睡期、深睡期以及快速眼动期，所以系统具有多种运行模式：

模式一，系统在用户每次睡眠时均测定EMG-REF值，并在获得EMG-REF 值后开始测定用于与EMG-REF值比较的EMG值，由此消除因用户身体状态差异而导致的EMG-REF值差异，提升系统运行稳定性和有效性；

模式二，系统在用户第一次使用时测定并保存EMG-REF值，并在后续使用过程中调取存储的EMG-REF值，在后续使用中，系统在用户的整个睡眠过程中监测用于与EMG-REF值比较的EMG值，确保系统运行伴随用户整个睡眠过程。

在实际操作中，所述系统具有监测用户睡眠分期的作用。具体地，处理器通过基础数据采集器获取Alpha波波形图、Beta波波形图、Sigma波波形图、 Delta波波形图、Theta波波形图以及EMG波波形图，并以此为基础计算判断用户所处睡眠分期，通常将用户的睡眠过程划分为清醒期、浅睡期、轻睡期、深睡期以及快速眼动期，以配合所述系统运行，具体判断过程不在此赘述。

在实际操作中，每个波形图均有2500个基点沿时间顺序串联形成。优选使用8阶巴特沃斯滤波器或者切比雪夫滤波器对单帧数据包进行去噪提取特定频率段中的脑电信号，对于本发明对于选用的滤波器型号和种类不作具体限制，只要能满足滤波要求即可。

可以理解地，参数A还可以为30s、35s、40s、50s、60s等，只要符合30s ≤A≤60s的要求即可。

可以理解地，参数B还可以为5s、7s、11s、20s、30s等，只要符合B≤A 且5s≤B≤60s的要求即可。

可以理解地，参数SAMP还可以为200samples/s、300samples/s、500 samples/s、1000samples/s等，只要符合200samples/s≤SAMP≤1000samples/s 的要求即可。

实施例二：

相较于实施例一，本实施例提供另一种基础数据采集器。

如图2所示，所述基础数据采集器为眼罩7，眼罩7包括罩体8和绑带，左额极电极9和右额极电极10分置在所述罩体8的两端，额极参考电极11设于罩体8中部。所述控制腔12设置在眼罩7一端，控制腔12的壁面与用户皮肤抵触，方便对用户施加振动刺激，以抑制磨牙现象的发生。