基于內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統創新設計方案

雷 華

（慕思健康睡眠股份有限公司，廣東東莞 523000）

現代都市生活的快節奏、高壓力和不規律的作息時間給人體內分泌系統帶來了挑戰。長時間處于緊張狀態和高壓力環境下，身體會釋放更多的應激激素，如皮質醇和腎上腺素，以應對外界的壓力。這種持續的應激狀態會干擾內分泌系統的正常功能，導致內分泌失調。內分泌失調可能表現為多種常見癥狀。失眠頭痛是內分泌失調中常見的問題，由于身體激素分泌的紊亂，人們可能難以入睡或睡眠質量不佳，頭痛也常伴隨著這種情況。月經不調是女性常見的內分泌問題，可能導致月經周期的變化、經血量的異常及其他月經相關問題。皮膚衰老也與內分泌失調有關，因為激素的不平衡會影響皮膚的彈性和修復能力。此外，內分泌失調還可能導致情緒波動、焦慮、煩躁和胸悶等不適癥狀。這些內分泌失調引發的問題對個人的健康和生活質量有著重要的影響。因此，尋找解決內分泌失調問題的方法成為當代社會的迫切需求。除了傳統的藥物治療，人們對家庭環境中能夠解決內分泌失調的方法也提出了更高的期望。希望能夠找到一種便捷、有效的解決方案，改善內分泌失調并提升整體健康水平。

1 床墊的內分泌偵測關鍵技術

1.1 內分泌檢測技術

通過采集和分析睡眠過程中的生物信號和內分泌指標，如褪黑素、皮質醇等，實時監測睡眠狀態和內分泌水平的變化。這可以通過傳感器、生物儀器、數據處理算法等技術實現，從而提供客觀的睡眠評估和內分泌水平的監測。

1.2 睡眠環境優化技術

根據個體的內分泌檢測結果和睡眠需求，采用智能調控技術優化睡眠環境，包括溫度、濕度、光線等因素的調節。例如，智能溫控系統可以根據內分泌指標和環境條件自動調整室內溫度，創造適宜的睡眠環境。

1.3 個性化睡眠輔助技術

結合內分泌偵測結果和個體差異，采用個性化調節手段提供定制化的睡眠輔助。例如，根據內分泌偵測結果和睡眠特征，智能睡眠輔助系統可以調整床墊硬度、枕頭高度、音樂播放等參數，以滿足個體的舒適性和睡眠需求。

1.4 智能反饋與調節技術

基于內分泌偵測結果和睡眠數據的分析，系統可以提供個性化的反饋和調節建議。例如，根據褪黑素水平的變化，系統可以推薦合適的睡眠時間和作息規律，幫助用戶優化睡眠質量和調整生物鐘。

1.5 數據分析與人工智能技術

內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統依賴于大量的數據采集和分析。借助數據分析和人工智能技術，系統可以實時監測和分析睡眠數據，識別睡眠問題和潛在風險，并提供個性化的解決方案。此外，系統還可以利用機器學習算法不斷優化預測模型，提高睡眠輔助效果和用戶體驗。

2 創新設計方案

2.1 床墊的內分泌偵測功能

床墊的內分泌偵測功能利用先進的傳感器技術，監測用戶的心率、呼吸頻率、心率變異性（HRV）和體動信號等指標，從而實現對內分泌失調的準確偵測。這些傳感器與用戶直接接觸，能夠實時獲取和監測這些生命體征的變化。

心率是指心臟的跳動頻率，通過測量用戶的心率，床墊可以了解用戶的心臟健康狀況。呼吸頻率表示每分鐘的呼吸次數，床墊可以監測用戶的呼吸頻率，幫助評估呼吸系統的功能和健康狀況。

心率變異性（HRV）是指心跳之間的時間間隔的變化程度，反映了自律神經活動水平。床墊能夠測量用戶的HRV，從而提供對自律神經系統的評估和監測。

此外，床墊還能夠偵測用戶的體動信號，如翻身、打鼾等身體活動。通過監測體動信號，床墊可以了解用戶的睡眠質量和睡眠習慣，為用戶提供有關睡眠健康的反饋和指導。

綜合利用這些傳感器技術，床墊的內分泌偵測功能能夠全面監測用戶的生命體征，及時發現內分泌失調的跡象。通過提供準確的健康數據和反饋，床墊可以幫助用戶了解自身健康狀況，及時采取相應的措施，提高健康水平并改善生活質量。

2.2 床墊的內分泌改善功能

控制模塊和脈沖電磁模塊在床墊中發揮重要作用，用于改善用戶的內分泌失調癥狀。

2.2.1 控制模塊和脈沖電磁模塊的作用

控制模塊是床墊的核心組件之一，其負責接收和分析傳感器獲取的生命體征數據，如心率、呼吸頻率、心率變異性和體動信號。控制模塊通過算法和預設的治療方案，對用戶的內分泌狀態進行評估和判斷。基于這些評估結果，控制模塊會相應地控制脈沖電磁模塊的工作，以實現對內分泌失調的治療和改善。床墊的控制模塊與脈沖電磁模塊緊密合作，以改善用戶的內分泌失調癥狀。控制模塊通過分析傳感器所獲得的數據，并結合預設的治療方案，判斷用戶是否存在內分泌失調，并相應地控制脈沖電磁模塊的工作。

2.2.2 電磁治療對內分泌失調的改善效果

脈沖電磁模塊是床墊中的關鍵組件，其通過發出特定頻率和強度的電磁脈沖，對用戶進行內分泌調節治療。這種電磁治療可以刺激人體細胞和組織，促進內分泌系統的平衡和調節。通過定期或根據需要的電磁脈沖治療，床墊可以改善用戶的內分泌失調癥狀，如調整睡眠模式、減輕壓力和焦慮、改善月經不調等。

綜合使用控制模塊和脈沖電磁模塊，床墊能夠根據用戶的生命體征數據進行個性化的治療和調節。這種定制化的治療方法能夠更精確地針對用戶的內分泌失調問題，提供有效的改善效果，幫助用戶恢復身體的平衡和健康。

2.3 床墊的整體設計和電源模塊的連接

床墊的整體設計是為了提供用戶舒適的睡眠體驗并兼顧內分泌偵測和改善功能。該設計考慮了人體的曲線和壓力分布，以提供符合人體工學的承托力和支撐。床墊的材質和結構經過精心選擇和設計，以確保適當的硬度和柔軟度，使用戶能夠在睡眠中獲得最佳的姿勢和支撐。

床墊與電源模塊連接，這對脈沖電磁模塊的正常工作至關重要。電源模塊提供持續的電能供應，以驅動脈沖電磁模塊的運行。通過可靠的連接方式，床墊能夠從電源模塊獲取所需的電能，確保內分泌調節功能的連續和穩定。

在床墊的設計中，需要考慮電源模塊與床墊的連接方式。這可以采用線纜連接或者無線充電技術，以提供方便和安全的電能傳輸。無線充電技術尤其適用于床墊，用戶只需將床墊放置在特定的充電區域，即可實現對電源模塊的充電，無須使用插頭或線纜連接。

通過整體設計和電源模塊的連接，床墊能夠提供持續的內分泌偵測和改善功能，為用戶提供舒適的睡眠環境，并為其內分泌平衡和健康作出積極貢獻。

綜上所述，創新的床墊設計方案通過內分泌偵測和改善功能，可以在家庭環境中幫助用戶解決內分泌失調問題。床墊內置的人體生命體征傳感器可以準確測量用戶的心率、呼吸頻率、HRV 和體動信號等指標，為內分泌失調的偵測提供可靠的數據支持。控制模塊分析傳感器數據，并根據預設的治療方案判斷用戶的內分泌狀況，并通過脈沖電磁模塊進行電磁治療。這種電磁治療刺激人體細胞和組織，促進內分泌系統的平衡，改善失調癥狀，提升用戶的健康狀況。此外，床墊設計注重人體工學，提供符合人體曲線和壓力分布的承托力，增強舒適性。床墊與電源模塊連接，確保脈沖電磁模塊的正常工作，為內分泌調節提供穩定的能量供應。在家庭環境中使用床墊進行內分泌調節和治療具有方便性、隱私性、自主性的優勢，滿足了人們對健康管理的需求。這一創新設計方案為解決內分泌失調問題提供了一種綜合而便利的解決方案。新型偵測與改善內分泌的床墊內部原理圖如圖1 所示。

圖1 新型偵測與改善內分泌的床墊內部原理圖

3 方案優勢和特點

3.1 動態睡眠系統

動態睡眠系統是一種考慮長期正常睡眠過程的睡眠系統，其不僅考慮短時靜態睡眠姿勢，還將睡眠姿勢的多變性和持續時間考慮在內。該系統結合了睡眠者的個人身體測量數據和個體行為因素，例如習慣性睡眠姿勢，以實現動態的床墊產品性能調節。

為了實現動態調節，該系統利用床墊表面的垂直壓痕，在床墊表面設置了170 個采樣點，并以0.5 Hz 的采樣率進行監測。床墊核心采用了口袋彈簧的結構，分為10 個舒適區域。彈簧壓痕通過對數電位器進行測量，電位器的位置使其在小壓痕區域最為敏感。電位器的總量程為100 mm，分為3 個線性區域，分別設置了閾值和靈敏度，分別適用于0~10、10~40 和40~100 mm的壓痕范圍。

此外，該動態睡眠系統還包括了一些關鍵技術。首先是對脊椎形狀的量化描述，通過輸入人體生理尺寸數據和形態參數，如肩高、腰高、臀高、體脂率BMI、肩寬/腰寬比（SW）和臀寬/腰寬比（HW），采用基于背形數據的棘突線檢測算法，客觀量化了脊柱在側平面的排列。

其次是對人體睡眠姿勢的準確檢測和識別。通過輸入肩臀比、膝臀比、總壓痕、側不對稱指數（LAI）和小腿壓痕等數據，采用支撐向量機訓練，實現對仰臥、左側、右側和俯臥姿勢的準確識別。

系統還建立了通用人體數據模型，并與測量數據進行擬合，建立不同自由度的骨架模型，以模擬人體活動。根據檢測到的睡眠姿勢，將開發的人體模型擬合到測量到的床墊壓痕中，從而估計睡眠期間的脊柱排列。

最后，通過反饋控制床墊舒適區的彈簧硬度調節，系統優化脊柱的排列。根據檢測到的睡眠姿勢和脊柱排列情況，動態睡眠系統可以自動調節床墊舒適區的彈簧硬度，以提供最佳的支撐和舒適性。通過實時的反饋控制，系統可以根據睡眠者的需求和身體狀況，動態地改變床墊的性能，以提供個性化的睡眠體驗。

3.2 智能睡眠系統

智能睡眠系統是一種根據人體活動需求和姿勢進行分析的創新設計方案。當人們在床上進行閱讀等活動時，常常采取半靠倚坐的姿勢。在這種姿勢下，床的靠背角度選擇對舒適度至關重要。

在智能睡眠系統中，通過對活動需求和姿勢的分析，系統可以智能地調節床的靠背角度，以提供最佳的支撐和舒適性。當人倚靠在床上閱讀時，全身的支撐點主要集中在尾椎骨和骶骨位置的骨凸點上。長時間倚靠會導致身體與床墊的接觸壓力增加，可能對身體造成不良影響，如壓瘡等。因此，接觸壓力的控制對于提高舒適度和減少身體損傷具有重要意義。

智能睡眠系統利用先進的傳感技術和算法，可以實時監測頭部、胳膊和軀干的重量分布情況，并根據數據進行實時調整。通過合理分配支撐力，系統確保坐骨關節及其周圍軟組織能夠承受頭部和上身的重量，減輕壓力集中的情況，提供更舒適的支撐。

這種智能睡眠系統的研發和應用，有助于提升人們在床上進行閱讀等活動時的舒適度和健康水平。通過智能調節床的靠背角度和支撐力分布，系統可以滿足個體的需求，提供個性化的睡眠體驗。

4 總結與分析

4.1 內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統的重要性和潛力

4.1.1 內分泌偵測功能

通過床墊內集成的人體生命體征傳感器，精確測量用戶的心率、呼吸頻率、心率變異度（HRV）等指標。這些數據可用于分析用戶的內分泌狀態，并判斷是否存在失調問題。

4.1.2 內分泌改善功能

通過脈沖電磁模塊發出特定頻率和強度的電磁脈沖，刺激人體細胞和組織，促進內分泌系統的平衡。這種電磁治療可以調節睡眠、減輕壓力、改善月經不調等內分泌失調癥狀。

4.1.3 數據分析與控制模塊

控制模塊負責接收和分析傳感器獲得的生命體征數據。通過與預設的治療方案相結合，判斷用戶的內分泌狀態，并控制脈沖電磁模塊的工作。這種實時數據分析和智能控制保證了系統的高效性和可靠性。

4.1.4 床墊設計與人體工學

床墊本體的設計考慮了人體的曲線和壓力分布，提供符合人體工學的承托力。舒適的床墊設計有助于用戶獲得良好的睡眠質量和體驗。

4.1.5 電源模塊與通信模塊

電源模塊為整個系統提供持續的能量供應，確保各個組件的正常工作。通信模塊可以實現與醫療機構、移動設備或互聯網的連接，實現數據的遠程監測、診斷和分析。

通過這些關鍵技術的融合，內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統能夠為用戶提供個性化的內分泌調節治療，改善睡眠質量和健康狀況。其具有重要的應用價值和潛力，為人們的健康管理提供了創新的解決方案。

4.2 對個人健康和生活質量的積極影響

內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統對個人健康和生活質量具有積極的影響。其能夠幫助用戶改善睡眠質量，減輕內分泌失調帶來的癥狀，如失眠、頭痛、月經不調等。通過精準的內分泌偵測和脈沖電磁治療，用戶能夠獲得個性化的調節和治療效果，提升身體的平衡和健康水平。良好的睡眠和內分泌狀態對于個人的身體恢復、心理健康和生活品質具有重要意義。

5 結束語

綜上所述，內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統是一項具有潛力和價值的創新設計方案。其通過床墊內置的人體生命體征傳感器偵測用戶的內分泌狀況，實現個性化的內分泌調節和治療。與傳統的藥物治療相比，這種系統避免了藥物副作用，減輕了心理負擔，并且更加方便和經濟，用戶可以在家中隨時進行治療，減少醫院就診次數和費用。此外，內分泌偵測與改善的睡眠輔助系統對個人健康和生活質量具有積極的影響，幫助改善睡眠質量、減輕內分泌失調癥狀，提升身體平衡和心理健康。隨著健康自主管理意識的提高和技術的進一步發展，該系統在未來有著廣闊的發展和應用前景，能夠為用戶提供智能化、個性化的內分泌調節解決方案，促進健康管理和提升生活品質。