一種用于睡眠結構分析的信號處理方法和裝置制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于睡眠結構分析的信號處理方法和裝置。該方法包括：獲得采集的體征信號，對采集的體征信號進行信號質量評估；對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析，對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。應用本發明能夠提高睡眠結構分析的正確性。
【專利說明】一種用于睡眠結構分析的信號處理方法和裝置
【技術領域】
[0001]本申請涉及信號處理【技術領域】，尤其涉及一種用于睡眠結構分析的信號處理方法和裝置。
【背景技術】
[0002]睡眠研究是睡眠學和腦電圖學的重要組成部分，也是當今世界上科學研究的熱點之一。所謂睡眠監測，就是對人體在睡眠過程中的各種生理變化如呼吸、心率、體動、血氧等進行實時采集，再將采集到的體征信號數據通過專門的軟件系統進行分析，從而就可得出人體睡眠狀態的評測報告。
[0003]隨著科技的進步，睡眠監測逐漸向小型化及家庭監測的方向發展。目前，一般通過采用小型的非貼片式睡眠監測設備采集人體體征信號，根據人體體征信號挖掘其中的睡眠結構信息，從而實現對睡眠的監測。
[0004]例如，目前存在一種墊子狀的睡眠監測器，鋪在床墊及被褥下面使用，測量的體征信號包括睡眠中的呼吸、心電及運動信號。墊子采用緊貼著多根管子的構造，管子里充滿著水。其工作原理是，管子里的水將睡眠中的呼吸和脈搏等引起的微弱振動信號以及體動信號捕捉下來并傳給壓力傳感器。將壓力傳感器傳送出的呼吸、心電以及體動的混合信號，以信號處理電路加以分解，將該混合信號分成呼吸、心電以及體動三種信號進行輸出。輸出的三種信號保存在存儲卡中，后續通過電腦專用軟件來分析這三種信號。
[0005]具體地，在對這三種信 號進行分析時，先直接根據每種信號分別進行睡眠結構分析，并用概率值表示每種信號對應的睡眠結構分析結果的可信性，最后在知識庫的指導下，對這三種信號對應的睡眠結構分析結果進行合并，得到睡眠結構分析的最終結果。
[0006]目前還存在一種佩戴式或插管式睡眠監測設備，其通過采集人體睡眠期間的心電信號以及其他體征信號進行睡眠結構分析。然而，由于睡眠過程中無法保證采集設備的接觸性，因而可能出現部分體征信號由于監測設備接觸不良或脫落而丟失的情況，對于這種情況，目前采用的信號處理方法為:如果大于一定時間沒有采集到某種體征信號，則認為是接觸問題，不予輸出睡眠結構判斷結果。
[0007]目前通過采集人體體征信號進行睡眠結構分析的信號處理方法可以概括為圖1所示的流程。
[0008]圖1是目前通過采集人體體征信號進行睡眠結構分析的信號處理流程圖。
[0009]如圖1所示，該流程包括:
[0010]步驟101，監測設備采集人體體征信號。
[0011]步驟102，直接利用采集的人體體征信號進行信號特征提取。
[0012]步驟103，根據提取的信號特征利用分類器對睡眠結構進行分析。
[0013]步驟104，輸出睡眠結構分析結果。
[0014]由于目前的睡眠檢測設備多是小型化、非貼片式的設備，由于接觸問題以及人體活動等問題，給信號采集帶來了很大的噪聲干擾，這將導致采集來的信號包含了噪聲等錯誤信號、或者在某段時間內缺失了某個種類的信號。
[0015]而目前的信號處理方法中，都是直接利用采集來的信號進行睡眠結構分析，利用包含了錯誤信號的采集信號進行睡眠結構分析顯然將影響睡眠結構分析結果的正確性。
[0016]另外，當采集到的信號中缺失了某個種類的信號時，目前的信號處理方法是直接忽略采集到的其他信號，并對采集到的信號種類不全的這段采集時間不輸出睡眠結構分析結果，導致某段時間內的睡眠結構分析結果缺失。
【發明內容】
[0017]有鑒于此，本申請提供了一種用于睡眠結構分析的信號處理方法和裝置，能夠提高睡眠結構分析的正確性。
[0018]一種用于睡眠結構分析的信號處理方法，該方法包括:
[0019]獲得采集的體征信號，對采集的體征信號進行信號質量評估；
[0020]對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析，對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
[0021]一種用于睡眠結構分析的信號處理裝置，該裝置包括獲得模塊、信號質量評估模塊、第一處理 模塊和第二處理模塊；
[0022]所述獲得模塊，用于獲得采集的體征信號；
[0023]所述信號質量評估模塊，用于對采集的體征信號進行信號質量評估；
[0024]所述第一處理模塊，用于對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析；
[0025]所述第二處理模塊，用于對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
[0026]可見，由于本發明在獲得采集的體征信號以后，首先對采集的體征信號的信號質量進行評估，根據信號質量評估結果，對信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號和不滿足預定條件的體征信號分別進行不同的處理，特別地，對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析，因此，本發明能夠保證用于睡眠結構分析的信號都是質量較好的信號、或者即便是質量不夠好的信號，也不是直接用于睡眠結構分析，而是綜合了其他體征信號共同用于睡眠結構分析，因而與現有技術中將采集的體征信號直接用于睡眠結構分析相比，能夠提高睡眠結構分析的正確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是目前通過采集人體體征信號進行睡眠結構分析的信號處理流程圖。
[0028]圖2是本發明提供的用于睡眠結構分析的信號處理方法流程圖。
[0029]圖3是本發明提供的用于睡眠結構分析的信號處理裝置結構圖。
【具體實施方式】[0030]圖2是本發明提供的用于睡眠結構分析的信號處理方法流程圖。
[0031 ] 如圖2所示，該流程包括:
[0032]步驟201，獲得采集的體征信號。
[0033]步驟202，對采集的體征信號進行信號質量評估。
[0034]步驟203，判斷體征信號的信號質量評估結果是否滿足預定條件，如果是，執行步驟204，否則，執行步驟205。
[0035]步驟204，將該體征信號直接用于睡眠結構分析。
[0036]步驟205，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
[0037]可見，通過圖2所示的方法，可以區分出信號質量較好的體征信號和信號質量不好的體征信號，并對二者分別進行不同的處理，具體地，將信號質量較好的體征信號直接用于睡眠結構分析，對于信號質量不夠好的體征信號，則結合其他體征信號進行綜合分析，將綜合分析結果用于睡眠結構分析，由于保證了用于睡眠結構分析的信息是質量較好的信號、或者是多種信號綜合分析后的結果，因此與現有技術中將采集的體征信號直接用于睡眠結構分析相比，能夠提高睡眠結構分析的正確性。
[0038]其中，在體征信號的信號質量不夠好時，即在體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件時，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析具體可以包括:
[0039]利用信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號以外的其他體征信號，判斷所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因，根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號，將所述可信信號用于睡眠結構分析。
[0040]例如，當評估出心電信號的信號質量不夠好時，可以根據采集的人體的加速度信號和/或呼吸信號綜合判斷心電信號的信號質量不夠好的原因，根據所述原因從該信號質量不夠好的心電信號中提取可信信號，將可信信號用于睡眠結構分析。例如，如果呼吸信號連續且正常，是因為人體姿態或活動問題導致心電信號較弱，比如由于人體側臥導致心電信號較弱，則該心電信號仍然是可信的，可以用于睡眠結構分析。
[0041]具體地，利用其他體征信號確定所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因；根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號；利用可信信號進行睡眠結構分析獲得第一分析結果；利用其他體征信號進行睡眠結構分析獲得第二分析結果；綜合第一分析結果和第二分析結果輸出睡眠結構分析結果。通過在利用當前時段的體征信號進行睡眠結構分析的基礎上，綜合利用相鄰時段的睡眠結構信息，可以根據睡眠結構信息之間的關聯性，進一步提高睡眠結構分析的正確性。
[0042]如果采集的體征信號有多個種類，由于不同種類的體征信號的特點不同，因此可以對不同種類的體征信號分別進行信號質量評估，從而分別確定各個不同種類的體征信號的信號質量。
[0043]將不同種 類的體征信號共同用于睡眠結構分析時，各個不同種類的體征信號在進行睡眠結構分析時所占的權重通常不同。當以某一種體征信號為主進行睡眠結構分析時，可以僅對該體征信號的信號質量進行評估，而對于其他種類的體征信號直接加以利用。
[0044]當采集的體征信號種類不全時，即缺少至少一種體征信號時，可以將其他未缺少的體征信號用于睡眠結構分析。例如，當以心電信號為主進行睡眠結構分析、同時考慮人體加速度信號和呼吸信號時，即便缺少了心電信號，也可以將人體加速度信號和呼吸信號用于睡眠結構分析。
[0045]本發明還提供了一種用于睡眠結構分析的信號處理裝置，具體請參見圖3。
[0046]圖3是本發明提供的用于睡眠結構分析的信號處理裝置結構圖。
[0047]如圖3所示，該裝置包括獲得模塊301、信號質量評估模塊302、第一處理模塊303和第二處理模塊304。
[0048]獲得模塊301，用于獲得采集的體征信號。
[0049]信號質量評估模塊302，用于對采集的體征信號進行信號質量評估。
[0050]第一處理模塊303，用于對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析。
[0051]第二處理模塊304，用于對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
[0052]第二處理模塊304，具體可以用于利用信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號以外的 其他體征信號，判斷所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因，根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號，將所述可信信號用于睡眠結構分析。
[0053]其中，獲得模塊301獲得的體征信號可以為不止一種體征信號，例如，可以包括心電信號、呼吸信號、加速度信號等，其中，可以主要根據心電信號進行睡眠結構分析，呼吸信號用于睡眠呼吸暫停分析、加速度信號用于睡眠姿態分析，呼吸信號和加速度信號及其相應的分析結果可以輔助用于睡眠結構分析。
[0054]換言之，所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號可以包括心電信號，所述該體征信號以外的其他體征信號可以包括人體的加速度信號和/或呼吸信號。
[0055]第二處理模塊304，利用其他體征信號確定所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因；根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號；利用可信信號進行睡眠結構分析獲得第一分析結果；利用其他體征信號進行睡眠結構分析獲得第二分析結果；綜合第一分析結果和第二分析結果輸出睡眠結構分析結果。
[0056]第二處理模塊304，可以用于在采集的體征信號缺少至少一種體征信號時，利用其他種類未缺少的體征信號進行睡眠結構分析。
[0057]信號質量評估模塊302，用于對采集的不同種類的體征信號分別進行信號質量評估；和/或，根據體征信號本身的差異性，對體征信號進行信號質量評估。
[0058]本發明中，在對體征信號進行分析時，可以根據其時域特征和頻域特征進行綜合分析。例如，對于心電信號，可以根據心電信號時域的心率均值、心率標準差、心率差值的均方根誤差、心率差值較大的心率次數和/或該心率差值較大的心率次數占心動周期次數的百分比等進行心電信號的質量分析，和/或，可以根據心電信號的頻段范圍分析所有頻段范圍的總功率、極低頻段范圍(比如0.003Hz^0.04Hz )的功率、低頻段范圍(比如
0.04Hz^0.15Hz)的功率、高頻段范圍(比如0.15Hz~0.4Hz)的功率、和/或低頻段范圍內的功率與高頻段范圍內的功率之間的比值等進行心電信號的質量分析。
[0059]其中，本發明還可以進一步包括預處理步驟或預處理單元。
[0060]本 申請人:考慮到，不同的使用場景和使用階段期間，設備與身體的接觸情況不同，設備本身的狀況也不同。如運動可能造成設備與人體接觸減弱，造成信號幅度減小等；或者產生電極與皮膚的摩擦，引起電極異常，造成信號質量變差；或者佩戴時設備的位置佩戴不合適，可能造成無法穩定獲得體征信號的情況；或者由于人體姿勢的不同引起設備與人體接觸的變化，如平躺期的接觸好于側躺期的接觸等。常規的處理方法為，在預處理模塊對信號進行濾波，去掉噪聲帶來的影響；或直接剔除明顯無效的數據(如明顯無信號時)。但濾波的方法無法區分出信號本身的好壞，因而既可能使壞的信號變好，也可能使好的信號變差。而直接剔除無效數據的方法，帶來的是輸出結果的部分缺失。
[0061]當進一步包括預處理單元或步驟時，本發明提出，在信號預處理之前，先對信號質量進行評估，判斷信號的質量是否滿足預定條件，如果是，再將信號進行預處理，否則，分析信號質量評估不滿足預定條件的原因，根據所述原因將信號進行必要的處理后再進行預處理，例如，根據所述原因從信號質量評估不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號，根據所述原因對所述可信信號進行補償處理，然后再送入預處理單元或步驟進行預處理。比如，對于由于接觸問題而造成的體征信號幅值較小而信號本身可信的情況，可以先補償該信號的幅值然后再進行預處理。[0062]其中，在進行信號質量分析時，可以利用峰值、波形、以及小波變換系數等建立信號質量分析模型，用于進行信號質量分析，原則是既能夠檢測出信號質量較差的信號，同時可以保留體征信號本身的差異，例如，保留心電信號本身的差異，因為這些信號才是體征信號監測最關注的部分。如心電信號中的心率不齊的信號、心動過速或過緩的信號等，這些信號與正常的質量好的心電信號是有差異的。
[0063]可見，本發明通過在信號質量評估時，進一步根據波動范圍、由于體動或疾病等原因造成的體征信號本身的差異性，對信號質量進行評估，既能夠評估出信號質量不滿足預定條件的信號，又能夠保留體征信號本身的差異性，因而能夠為睡眠分析等提供更多的可用信息。
[0064]其中，進行睡眠結構分析時，可以對根據主要的體征信號(比如心電信號)得到的睡眠結構分析結果、以及根據其他輔助信號得到的睡眠結果分析結果進行融合處理，得到最終的睡眠結構分析結果。
[0065]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于睡眠結構分析的信號處理方法，其特征在于，該方法包括: 獲得采集的體征信號，對采集的體征信號進行信號質量評估； 對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析，對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析包括: 利用其他體征信號確定所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因； 根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號; 利用可信信號進行睡眠結構分析獲得第一分析結果； 利用其他體征信號進行睡眠結構分析獲得第二分析結果； 綜合第一分析結果和第二分析結果輸出睡眠結構分析結果。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述體征信號包括心電信號，所述該體征信號以外的其他體征信號包括人體的加速度信號和/或呼吸信號； 利用其他體征信號確定所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因的步驟包括:利用人體的加速度信號確定人體的姿態和/或活動信息，根據姿態和/或活動信息判斷信號質量評估結果不滿足預定條件的原因。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，對采集的體征信號進行信號質量評估的方法包括但不限于建立峰值、波形、以及小波變換系數以保證檢測出質量差的信號同時保留心電信號本身的差異。
5.一種用于睡眠結構分析的信號處理裝置，其特征在于，該裝置包括獲得模塊、信號質量評估模塊、第一處理模塊和第二處理模塊； 所述獲得模塊，用于獲得采集的體征信號； 所述信號質量評估模塊，用于對采集的體征信號進行信號質量評估； 所述第一處理模塊，用于對于信號質量評估結果滿足預定條件的體征信號，將該體征信號直接用于睡眠結構分析； 所述第二處理模塊，用于對于信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號，將該體征信號以及該體征信號以外的其他體征信號進行綜合分析，根據綜合分析結果進行睡眠結構分析。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第二處理模塊用于: 利用其他體征信號確定所述體征信號的信號質量評估結果不滿足預定條件的原因； 根據所述原因從所述信號質量評估結果不滿足預定條件的體征信號中提取可信信號; 利用可信信號進行睡眠結構分析獲得第一分析結果； 利用其他體征信號進行睡眠結構分析獲得第二分析結果； 綜合第一分析結果和第二分析結果輸出睡眠結構分析結果。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述體征信號包括心電信號，所述該體征信號以外的其他體征信號包括人體的加速度信號和/或呼吸信號；所述第二處理模塊利用人體的加速度信號確定人體的姿態和/或活動信息，根據姿態和/或活動信息判斷信號質量評估結果不滿足預定條件的原因。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于， 所述信號質量評估模塊對采集的體征信號進行信號質量評估的方法包括但不限于建立峰值、波形、以及小波變換系數以保證檢測出質量差的信號同時保留心電信號本身的差異。
【文檔編號】A61B5/0402GK103892797SQ201210591111
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】徐青青, 王俊艷, 姚振杰, 張志鵬, 許利群 申請人:中國移動通信集團公司