睡眠監測與誘導系統研究

馮佩

摘要：睡眠是衡量健康的重要生理活動，良好的睡眠可以確保大腦及身體其他器官的良好休息，確保其功能的完整。如果睡眠狀況不佳，或者有其他因素嚴重影響睡眠的連續性和完整性，將影響人們的身心健康。為了更好地對有睡眠問題的人進行睡眠監控，觀測病患在睡眠過程中的生理反應狀況，可以為疾病診斷和分析提供較為齊全的診斷數據，從而對癥下藥，為改善睡眠質量，提升人們的健康水平發揮積極的作用。文章針對目前市面上存在的主要睡眠監測與誘導系統進行了介紹，并分析了目前睡眠監測誘導系統還存在的問題，最后對該系統未來的發展方向進行了展望，通過分析相關設備的信息采集特點，和臨床使用情況分析，闡述了相關設備的臨床應用場景和關鍵技術發展狀況，根據當前睡眠疾病發病特點和檢測診斷需求，進一步提出了對相關監測與誘導系統迭代改進要求。

關鍵詞：睡眠;監測;誘導

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0039-02

1 引言

睡眠占據人一生時間中的三分之一，如同進食、飲水等基本活動一樣，睡眠是人類生存的重要生命活動之一。從古至今，哲學家與醫者從未放棄過對人類睡眠活動的研究，包括研究睡眠的意義、睡眠的機制等內容。許多睡眠研究理論和研究記錄具有重要意義，深受國內外學術界的青睞。但自近現代以來，我國并未投入過多的精力研究人類睡眠問題。這其中，20世紀50年代后期有學者開始研究睡眠問題，如學者王雨若，但其研究因歷史原因被迫中斷。在此之后，我國多名學者在西方國家學習研究，在學成歸國后大力推進我國睡眠研究工作的進展，對我國睡眠醫學事業而言具有重要的現實意義，是我國睡眠研究工作的領先者。當前階段，我國醫學界與社會各方都對睡眠疾患給予了高度重視，越來越多的人開始注意到睡眠疾患對人體健康造成的各種危害。在此背景下，我國條件較好的醫院已經投入到睡眠障礙的研究工作中，通過臨床癥狀為基礎，深入研究睡眠障礙的成因與治療方法，這對我國睡眠醫學事業的發展具有重要幫助，是我國睡眠醫學事業的一大進步。

2 睡眠監測系統和誘導系統研究現狀分析

當前階段，我國市面中較普遍的睡眠監測與誘導系統主要分為兩種：一是接觸式，二是非接觸式。接觸式設備，主要通過直接體表接觸，獲得相關身體健康信息，大多是以心電圖設備、血壓計、血氧儀等醫用常規診斷設備為原型，利用現代科技手段進行小型化、集成化改進，利用電池為基礎供電方式，噪音少、佩戴簡單，可以穿戴睡眠而不會對人體產生不良影響，其優點是穿戴簡單，靈敏度高，監測指標精度高等，其缺點是：續航時間端，監測類型少，記錄時間及容量小;非接觸式設備，主要利用現代的傳感器技術和微波、紅外掃描技術，通過非接觸式感知身體狀況，這類設備一般成本較高，需要專業人員配合調試，但是其監測類型多樣，可以提供較多的數據，在睡眠過程中不與病患產生直接接觸，所以不會對其睡眠產生干擾，有利于對病人的健康狀況進行連續的分析、查證。優點：監測類型多、對睡眠影響少、記錄分析能力強，缺點：不利于攜帶，使用復雜、價格較高。

2.1 接觸式

1）多導睡眠監測儀

多導睡眠監測儀是一種傳統的睡眠監測設備，其是睡眠監測領域最為權威的檢測手段。目前其使用范圍主要為醫院場所，多導睡眠監測儀的主要工作原理是同步記錄整夜睡眠過程中人體的多種生理信號，包括腦電、心電、脈搏波、血氧、胸呼吸、腹呼吸、鼾聲、體動、二氧化碳濃度、呼吸力學參數流量、血壓等。經過對人體的這些生理信號進行整夜的連續監測、處理和分析后可得到腦電圖、眼電圖、肌電圖。其中腦電圖能根據腦電波活動情況判定，覺醒和睡眠狀態，并準確地得到睡眠各時期所占比例;眼動圖能根據眼球運動的情況區分快速眼動期和非快速眼動期，肌電圖能根據下頜肌肉運動情況協助眼動圖區分快速眼動期和非快速眼動期。總體而言，多導睡眠監測儀的使用能精確地分析被測者的睡眠總時間、睡眠效率和睡眠各時期所占的比例，使被測者能及時了解自己的睡眠障礙問題，摒棄錯誤的主觀睡眠認知。

2）智能手環

市面上的智能手環是現今流行的可穿戴設備，其為一種具備了記錄使用者日行步數，能量消耗和睡眠監測等功能的新興設備。大部分的智能手環是通過體動記錄儀來實現睡眠監測功能的。其通過內置的重力感應器和傳感器，分析佩戴者睡眠過程的手腕運動情況，根據淺睡眠狀態下身體動作較多，而深度睡眠狀態下動作相對較少的特征區分出淺睡和深睡兩個時期。

3）睡眠監測腰帶

中南大學的吳丹設計了一套可穿戴設備用來實現動態監測睡眠過程中的呼吸信號的目標，其設計理念為將傳感器使用無限融入大眾的日常生活，設備是以腰帶的形式進行監測。該設計的基本原理是將傳感器內嵌到具有感應線圈的腰帶中以完成主要功能，當人體進行呼吸時，胸腔和腹腔都會發生變化，其會引發傳感器上的電容與感應線圈出現諧振的現象，而諧振變化頻率可以用來描記呼吸曲線。對獲取到的睡眠過程的呼吸信號進行算法處理從而進行睡眠各時期的劃分。

2.2非接觸式睡眠監測系統分類

當前階段，我國非接觸式睡眠監測系統的發展已經相對成熟，常見的可分為兩種類型：一是床墊式;二是微波雷達式。這其中，床墊式系統又可分為：微動敏感與百利達監測儀兩種類型。

1）微動敏感式

微動敏感床墊，其研發團隊的開創人為我國俞夢孫院士，在其帶領下，科研團隊研發出了可以在人類睡眠過程中，監測其身體生理具體參數的床墊。微動敏感式床墊的基本原理如下：①使用微動敏感傳感器，以此為基礎，在無感睡眠條件下，可以監測人體機能、心臟脈搏、人體呼吸等身體變化，并根據此類變化對床墊的具體壓力影響來判斷;②在判斷后，可以將檢測到的人體信號輸出，如人體呼吸頻率、胸腿沖擊等;③可以提供受檢測人員的睡眠分析圖，其中包含的主要內容有睡眠時間、醒來的次數、呼吸暫停次數等內容。

2）百利達監測儀

床墊式睡眠監測儀的研究方為百利達公司，在具體的使用過程中，需要將其鋪設在床墊下，以此檢測人在睡眠過程中的具體情況。這其中，監測儀的主要信號分為三種：一是人體呼吸沖擊波;二是心跳沖擊波;三是心跳波動。而針對監測儀的使用原理，具體是指以床墊中的水為感知器，當人體進入睡眠后，通過人體呼吸與心跳等變化，將其產生的震動進行搜集，并輸送給壓力傳感器。隨后，在壓力傳感器收到相關信息后，將信息分成人體呼吸變化、心跳情況等內容進行輸出，將最終監測結果儲存在SD卡中。當人在次日醒來后，通過上位機軟件分析、處理具體的監測信號，并將最終結果制作成人體睡眠監測報告。

3）視頻睡眠監測

視頻睡眠監測是使用攝像設備記錄監測環境下使用者的睡眠情況的相關視頻，對其進行預處理，通過不斷濾除噪聲影響和外界干擾，最大限度地從中提取視頻圖像中的有效信息。其中使用偵差法、背景減除等技術區分開視頻圖像的前景和背景從而識別到運動的圖像區域，進而判定使用人員的睡眠姿勢和體動變化。國外學者經過大量的實驗后建立了一個擁有豐富數據的睡眠視頻圖像庫，依據豐富的圖像庫和睡眠中周期性的體動來判定各睡眠時期。視頻睡眠監測技術在國外的發展以及充分成熟，其能夠準確地實現監測睡眠狀態功能。

3 睡眠監測與誘導系統存在的問題

當前階段，國際睡眠研究領域認為，多導睡眠監測系統是當前用來分析、判斷人體睡眠障礙疾病的有效方法。但多導睡眠監測系統也存在一定缺陷，如打造資金耗費過多、監測過程相對復雜等。在此種情況下，睡眠監測系統只能用于醫學專業研究，或是由醫院為人們提供診斷服務，無法長期為個人提供專門的監測服務。近些年來，盡管適用于家庭的睡眠監測方法的研究工作取得一定成績，并使監測儀器的成本有所降低，使其逐漸被應用在日常消費中。但在此過程中，監測儀器使用方法繁雜、不具備良好的舒適度等問題也在不斷涌現。目前，國內外在分析睡眠質量時，通常選擇的方式為睡眠分期。針對傳統的睡眠分期而言，需要在人體上連接相應導線，通過此種方式獲取人體生理數據，如人類的心電情況、眼動電流等，以此來劃分睡眠時間。這其中，包含兩大主要內容：一是快速眼動期;二是慢速眼動期，并計算二者在人體總睡眠時間中的具體占比。在此種監測方法下，不僅嚴重影響了人體睡眠舒適感，且無法實現良好的監測效果，可用度不高。當前的睡眠監測與誘導系統多數是采用小型化的芯片、傳感器等集成化方式研制而成，雖然集成了較多高科技的技術，但是由于集成度高，造成了其監測的生理指標類型和數量都受到一定限制，同時由于睡眠環境變化會對其監測產生影響，導致不同睡眠環境得到的結果不一致，會影響相關的診斷分析。由于身體內部的生物信號都是極其微弱的，所以如果靈敏度不夠，其監測設備本身的噪聲將覆蓋掉身體內部生物信號，造成監測參數的缺失，在進行數據分析時，由于各種信號采集的算法不同，對最終診斷結果的唯一性也會產生不良影響，因此在未來的睡眠監測設備研制過程中，必須根據人體特點，將小型化、高靈敏度、低噪聲作為重要的設計關鍵技術，不斷優化傳感器的構型，減少對人體的刺激，以提高信息獲取的有效性和有用性，從而達到更好的睡眠質量分析和原發疾病檢查效果。

4 睡眠監測與誘導系統未來發展展望

未來是人工智能時代，智能化是任何產品需朝著努力的方向。其次，用戶體驗是產品設計過程中首要考慮的因素。以用戶為中心，為用戶創造價值，解決用戶的痛點問題，才能贏得用戶的青睞。技術方面，非創傷（Noninvasive）是行業發展大趨勢，其中以磁、電刺激為主，如渡康經顱磁刺激儀、FitSleep、Alpha-Stim、iMRS、Ansleep、呼嚕寶、療療失眠（Sleep4U）、奧博百憂度、生命核R7、貝多芬身心睡眠治療系統、Eco Sleep、ANTISI Z1、Sleepman、Nutrisleep6、FlexPulse等，以聲、光、力刺激的產品為少數，如PEGASI、Re-timer、SNOOZ、助眠燈（Sleepace）、睡啦、Sleepion、DoDow等。事實上，失眠是癥狀，導致失眠的因素是多樣的，如年齡、性別、應激及生活事件、個性特征、精神障礙、軀體疾病等，單一的干預或誘導方法、固定的工作模式，往往效果不佳或效果因人而異、時好時壞。西醫強調問診，中醫強調“望聞問切”，本質上都是需要知道該用戶的相關信息，才能對癥下藥。用戶處在什么樣的睡眠環境、什么樣的覺醒-睡眠狀態、當天或本周的運動量如何……如果室內溫度太高，周邊噪音太大，或用戶已離枕起床，儀器再怎么工作，效果都不可能理想的。因此，產品需采集與分析用戶、環境信息、睡眠數據等，動態調節干預或誘導模式，效果才能有保證。綜上，產品必將朝著智能化、人性化、非創傷、系統化的方向發展。

5 結束語

睡眠與人的健康息息相關，而目前還有相當多的人有睡眠障礙。為了更好地認識睡眠、治療睡眠、保護睡眠，就要從更多的科學角度分析人們睡眠的情況，從中量化睡眠指標，并將其應用于各項睡眠監測與治療過程中。雖然現在治療睡眠障礙的方案很多，但是都各有優劣，還不能完全解決所有人的睡眠問題。隨著科學技術的不斷發展，睡眠醫學也會得到進一步的發展，相信今后大部分人的睡眠問題都能得到解決，這也是每一個睡眠醫學研究人員為之奮斗的目標。

參考文獻：

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【通聯編輯：李雅琪】