睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)研究

馮佩

摘要：睡眠是衡量健康的重要生理活動(dòng)，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(yán)重影響睡眠的連續(xù)性和完整性，將影響人們的身心健康。為了更好地對(duì)有睡眠問題的人進(jìn)行睡眠監(jiān)控，觀測病患在睡眠過程中的生理反應(yīng)狀況，可以為疾病診斷和分析提供較為齊全的診斷數(shù)據(jù)，從而對(duì)癥下藥，為改善睡眠質(zhì)量，提升人們的健康水平發(fā)揮積極的作用。文章針對(duì)目前市面上存在的主要睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并分析了目前睡眠監(jiān)測誘導(dǎo)系統(tǒng)還存在的問題，最后對(duì)該系統(tǒng)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，通過分析相關(guān)設(shè)備的信息采集特點(diǎn)，和臨床使用情況分析，闡述了相關(guān)設(shè)備的臨床應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)當(dāng)前睡眠疾病發(fā)病特點(diǎn)和檢測診斷需求，進(jìn)一步提出了對(duì)相關(guān)監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)迭代改進(jìn)要求。

關(guān)鍵詞：睡眠;監(jiān)測;誘導(dǎo)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0039-02

1 引言

睡眠占據(jù)人一生時(shí)間中的三分之一，如同進(jìn)食、飲水等基本活動(dòng)一樣，睡眠是人類生存的重要生命活動(dòng)之一。從古至今，哲學(xué)家與醫(yī)者從未放棄過對(duì)人類睡眠活動(dòng)的研究，包括研究睡眠的意義、睡眠的機(jī)制等內(nèi)容。許多睡眠研究理論和研究記錄具有重要意義，深受國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的青睞。但自近現(xiàn)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(jì)50年代后期有學(xué)者開始研究睡眠問題，如學(xué)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(xué)者在西方國家學(xué)習(xí)研究，在學(xué)成歸國后大力推進(jìn)我國睡眠研究工作的進(jìn)展，對(duì)我國睡眠醫(yī)學(xué)事業(yè)而言具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是我國睡眠研究工作的領(lǐng)先者。當(dāng)前階段，我國醫(yī)學(xué)界與社會(huì)各方都對(duì)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(duì)人體健康造成的各種危害。在此背景下，我國條件較好的醫(yī)院已經(jīng)投入到睡眠障礙的研究工作中，通過臨床癥狀為基礎(chǔ)，深入研究睡眠障礙的成因與治療方法，這對(duì)我國睡眠醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展具有重要幫助，是我國睡眠醫(yī)學(xué)事業(yè)的一大進(jìn)步。

2 睡眠監(jiān)測系統(tǒng)和誘導(dǎo)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

當(dāng)前階段，我國市面中較普遍的睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)主要分為兩種：一是接觸式，二是非接觸式。接觸式設(shè)備，主要通過直接體表接觸，獲得相關(guān)身體健康信息，大多是以心電圖設(shè)備、血壓計(jì)、血氧儀等醫(yī)用常規(guī)診斷設(shè)備為原型，利用現(xiàn)代科技手段進(jìn)行小型化、集成化改進(jìn)，利用電池為基礎(chǔ)供電方式，噪音少、佩戴簡單，可以穿戴睡眠而不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響，其優(yōu)點(diǎn)是穿戴簡單，靈敏度高，監(jiān)測指標(biāo)精度高等，其缺點(diǎn)是：續(xù)航時(shí)間端，監(jiān)測類型少，記錄時(shí)間及容量小;非接觸式設(shè)備，主要利用現(xiàn)代的傳感器技術(shù)和微波、紅外掃描技術(shù)，通過非接觸式感知身體狀況，這類設(shè)備一般成本較高，需要專業(yè)人員配合調(diào)試，但是其監(jiān)測類型多樣，可以提供較多的數(shù)據(jù)，在睡眠過程中不與病患產(chǎn)生直接接觸，所以不會(huì)對(duì)其睡眠產(chǎn)生干擾，有利于對(duì)病人的健康狀況進(jìn)行連續(xù)的分析、查證。優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測類型多、對(duì)睡眠影響少、記錄分析能力強(qiáng)，缺點(diǎn)：不利于攜帶，使用復(fù)雜、價(jià)格較高。

2.1 接觸式

1）多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀

多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀是一種傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測設(shè)備，其是睡眠監(jiān)測領(lǐng)域最為權(quán)威的檢測手段。目前其使用范圍主要為醫(yī)院場所，多導(dǎo)睡眠監(jiān)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(hào)，包括腦電、心電、脈搏波、血氧、胸呼吸、腹呼吸、鼾聲、體動(dòng)、二氧化碳濃度、呼吸力學(xué)參數(shù)流量、血壓等。經(jīng)過對(duì)人體的這些生理信號(hào)進(jìn)行整夜的連續(xù)監(jiān)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(jù)腦電波活動(dòng)情況判定，覺醒和睡眠狀態(tài)，并準(zhǔn)確地得到睡眠各時(shí)期所占比例;眼動(dòng)圖能根據(jù)眼球運(yùn)動(dòng)的情況區(qū)分快速眼動(dòng)期和非快速眼動(dòng)期，肌電圖能根據(jù)下頜肌肉運(yùn)動(dòng)情況協(xié)助眼動(dòng)圖區(qū)分快速眼動(dòng)期和非快速眼動(dòng)期。總體而言，多導(dǎo)睡眠監(jiān)測儀的使用能精確地分析被測者的睡眠總時(shí)間、睡眠效率和睡眠各時(shí)期所占的比例，使被測者能及時(shí)了解自己的睡眠障礙問題，摒棄錯(cuò)誤的主觀睡眠認(rèn)知。

2）智能手環(huán)

市面上的智能手環(huán)是現(xiàn)今流行的可穿戴設(shè)備，其為一種具備了記錄使用者日行步數(shù)，能量消耗和睡眠監(jiān)測等功能的新興設(shè)備。大部分的智能手環(huán)是通過體動(dòng)記錄儀來實(shí)現(xiàn)睡眠監(jiān)測功能的。其通過內(nèi)置的重力感應(yīng)器和傳感器，分析佩戴者睡眠過程的手腕運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)淺睡眠狀態(tài)下身體動(dòng)作較多，而深度睡眠狀態(tài)下動(dòng)作相對(duì)較少的特征區(qū)分出淺睡和深睡兩個(gè)時(shí)期。

3）睡眠監(jiān)測腰帶

中南大學(xué)的吳丹設(shè)計(jì)了一套可穿戴設(shè)備用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測睡眠過程中的呼吸信號(hào)的目標(biāo)，其設(shè)計(jì)理念為將傳感器使用無限融入大眾的日常生活，設(shè)備是以腰帶的形式進(jìn)行監(jiān)測。該設(shè)計(jì)的基本原理是將傳感器內(nèi)嵌到具有感應(yīng)線圈的腰帶中以完成主要功能，當(dāng)人體進(jìn)行呼吸時(shí)，胸腔和腹腔都會(huì)發(fā)生變化，其會(huì)引發(fā)傳感器上的電容與感應(yīng)線圈出現(xiàn)諧振的現(xiàn)象，而諧振變化頻率可以用來描記呼吸曲線。對(duì)獲取到的睡眠過程的呼吸信號(hào)進(jìn)行算法處理從而進(jìn)行睡眠各時(shí)期的劃分。

2.2非接觸式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)分類

當(dāng)前階段，我國非接觸式睡眠監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟，常見的可分為兩種類型：一是床墊式;二是微波雷達(dá)式。這其中，床墊式系統(tǒng)又可分為：微動(dòng)敏感與百利達(dá)監(jiān)測儀兩種類型。

1）微動(dòng)敏感式

微動(dòng)敏感床墊，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)的開創(chuàng)人為我國俞夢(mèng)孫院士，在其帶領(lǐng)下，科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了可以在人類睡眠過程中，監(jiān)測其身體生理具體參數(shù)的床墊。微動(dòng)敏感式床墊的基本原理如下：①使用微動(dòng)敏感傳感器，以此為基礎(chǔ)，在無感睡眠條件下，可以監(jiān)測人體機(jī)能、心臟脈搏、人體呼吸等身體變化，并根據(jù)此類變化對(duì)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(hào)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(nèi)容有睡眠時(shí)間、醒來的次數(shù)、呼吸暫停次數(shù)等內(nèi)容。

2）百利達(dá)監(jiān)測儀

床墊式睡眠監(jiān)測儀的研究方為百利達(dá)公司，在具體的使用過程中，需要將其鋪設(shè)在床墊下，以此檢測人在睡眠過程中的具體情況。這其中，監(jiān)測儀的主要信號(hào)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(dòng)。而針對(duì)監(jiān)測儀的使用原理，具體是指以床墊中的水為感知器，當(dāng)人體進(jìn)入睡眠后，通過人體呼吸與心跳等變化，將其產(chǎn)生的震動(dòng)進(jìn)行搜集，并輸送給壓力傳感器。隨后，在壓力傳感器收到相關(guān)信息后，將信息分成人體呼吸變化、心跳情況等內(nèi)容進(jìn)行輸出，將最終監(jiān)測結(jié)果儲(chǔ)存在SD卡中。當(dāng)人在次日醒來后，通過上位機(jī)軟件分析、處理具體的監(jiān)測信號(hào)，并將最終結(jié)果制作成人體睡眠監(jiān)測報(bào)告。

3）視頻睡眠監(jiān)測

視頻睡眠監(jiān)測是使用攝像設(shè)備記錄監(jiān)測環(huán)境下使用者的睡眠情況的相關(guān)視頻，對(duì)其進(jìn)行預(yù)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(shù)區(qū)分開視頻圖像的前景和背景從而識(shí)別到運(yùn)動(dòng)的圖像區(qū)域，進(jìn)而判定使用人員的睡眠姿勢(shì)和體動(dòng)變化。國外學(xué)者經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)后建立了一個(gè)擁有豐富數(shù)據(jù)的睡眠視頻圖像庫，依據(jù)豐富的圖像庫和睡眠中周期性的體動(dòng)來判定各睡眠時(shí)期。視頻睡眠監(jiān)測技術(shù)在國外的發(fā)展以及充分成熟，其能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測睡眠狀態(tài)功能。

3 睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)存在的問題

當(dāng)前階段，國際睡眠研究領(lǐng)域認(rèn)為，多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)是當(dāng)前用來分析、判斷人體睡眠障礙疾病的有效方法。但多導(dǎo)睡眠監(jiān)測系統(tǒng)也存在一定缺陷，如打造資金耗費(fèi)過多、監(jiān)測過程相對(duì)復(fù)雜等。在此種情況下，睡眠監(jiān)測系統(tǒng)只能用于醫(yī)學(xué)專業(yè)研究，或是由醫(yī)院為人們提供診斷服務(wù)，無法長期為個(gè)人提供專門的監(jiān)測服務(wù)。近些年來，盡管適用于家庭的睡眠監(jiān)測方法的研究工作取得一定成績，并使監(jiān)測儀器的成本有所降低，使其逐漸被應(yīng)用在日常消費(fèi)中。但在此過程中，監(jiān)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(xiàn)。目前，國內(nèi)外在分析睡眠質(zhì)量時(shí)，通常選擇的方式為睡眠分期。針對(duì)傳統(tǒng)的睡眠分期而言，需要在人體上連接相應(yīng)導(dǎo)線，通過此種方式獲取人體生理數(shù)據(jù)，如人類的心電情況、眼動(dòng)電流等，以此來劃分睡眠時(shí)間。這其中，包含兩大主要內(nèi)容：一是快速眼動(dòng)期;二是慢速眼動(dòng)期，并計(jì)算二者在人體總睡眠時(shí)間中的具體占比。在此種監(jiān)測方法下，不僅嚴(yán)重影響了人體睡眠舒適感，且無法實(shí)現(xiàn)良好的監(jiān)測效果，可用度不高。當(dāng)前的睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)多數(shù)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(shù)，但是由于集成度高，造成了其監(jiān)測的生理指標(biāo)類型和數(shù)量都受到一定限制，同時(shí)由于睡眠環(huán)境變化會(huì)對(duì)其監(jiān)測產(chǎn)生影響，導(dǎo)致不同睡眠環(huán)境得到的結(jié)果不一致，會(huì)影響相關(guān)的診斷分析。由于身體內(nèi)部的生物信號(hào)都是極其微弱的，所以如果靈敏度不夠，其監(jiān)測設(shè)備本身的噪聲將覆蓋掉身體內(nèi)部生物信號(hào)，造成監(jiān)測參數(shù)的缺失，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，由于各種信號(hào)采集的算法不同，對(duì)最終診斷結(jié)果的唯一性也會(huì)產(chǎn)生不良影響，因此在未來的睡眠監(jiān)測設(shè)備研制過程中，必須根據(jù)人體特點(diǎn)，將小型化、高靈敏度、低噪聲作為重要的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，不斷優(yōu)化傳感器的構(gòu)型，減少對(duì)人體的刺激，以提高信息獲取的有效性和有用性，從而達(dá)到更好的睡眠質(zhì)量分析和原發(fā)疾病檢查效果。

4 睡眠監(jiān)測與誘導(dǎo)系統(tǒng)未來發(fā)展展望

未來是人工智能時(shí)代，智能化是任何產(chǎn)品需朝著努力的方向。其次，用戶體驗(yàn)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中首要考慮的因素。以用戶為中心，為用戶創(chuàng)造價(jià)值，解決用戶的痛點(diǎn)問題，才能贏得用戶的青睞。技術(shù)方面，非創(chuàng)傷（Noninvasive）是行業(yè)發(fā)展大趨勢(shì)，其中以磁、電刺激為主，如渡康經(jīng)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(tǒng)、Eco Sleep、ANTISI Z1、Sleepman、Nutrisleep6、FlexPulse等，以聲、光、力刺激的產(chǎn)品為少數(shù)，如PEGASI、Re-timer、SNOOZ、助眠燈（Sleepace）、睡啦、Sleepion、DoDow等。事實(shí)上，失眠是癥狀，導(dǎo)致失眠的因素是多樣的，如年齡、性別、應(yīng)激及生活事件、個(gè)性特征、精神障礙、軀體疾病等，單一的干預(yù)或誘導(dǎo)方法、固定的工作模式，往往效果不佳或效果因人而異、時(shí)好時(shí)壞。西醫(yī)強(qiáng)調(diào)問診，中醫(yī)強(qiáng)調(diào)“望聞問切”，本質(zhì)上都是需要知道該用戶的相關(guān)信息，才能對(duì)癥下藥。用戶處在什么樣的睡眠環(huán)境、什么樣的覺醒-睡眠狀態(tài)、當(dāng)天或本周的運(yùn)動(dòng)量如何……如果室內(nèi)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(chǎn)品需采集與分析用戶、環(huán)境信息、睡眠數(shù)據(jù)等，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)干預(yù)或誘導(dǎo)模式，效果才能有保證。綜上，產(chǎn)品必將朝著智能化、人性化、非創(chuàng)傷、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

睡眠與人的健康息息相關(guān)，而目前還有相當(dāng)多的人有睡眠障礙。為了更好地認(rèn)識(shí)睡眠、治療睡眠、保護(hù)睡眠，就要從更多的科學(xué)角度分析人們睡眠的情況，從中量化睡眠指標(biāo)，并將其應(yīng)用于各項(xiàng)睡眠監(jiān)測與治療過程中。雖然現(xiàn)在治療睡眠障礙的方案很多，但是都各有優(yōu)劣，還不能完全解決所有人的睡眠問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，睡眠醫(yī)學(xué)也會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)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(gè)睡眠醫(yī)學(xué)研究人員為之奮斗的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Arendash G W，Mori T，Dorsey M，et al.Electromagnetic treatment to old Alzheimer's mice reverses β-amyloid deposition，modifies cerebral blood flow，and provides selected cognitive benefit[J].PLoS One，2012，7（4）：e35751.

[2] Chinese Pharmacopoeia （2005）VOL 1 P283[M].Chemical engineering Press，2005.

[3] 李俊.臨床藥理學(xué)[M].4版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2008：44-46.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】