[发明专利]基于模糊推论系统的非侵入感测睡眠质量分析系统与方法

权利要求书

1.基于模糊推论系统的非侵入感测睡眠质量分析系统，其特征在于：包括压力感测枕头、心率感测手环、睡眠监控装置；

该压力感测枕头上设有至少一个压力感测模块、翻身次数计数模块和无线传输模块，通过压力感测模块采集压力值，若采集的压力值变化超过阈值，则翻身次数计数模块判断被测者为翻身，统计翻身次数，并经由无线传输模块上传至睡眠监控装置；

该心率感测手环包括心率感测模块、心率计算模块和无线传输模块，佩戴在被测者手腕上，采集被测者的心率，心率计算模块根据该心率值计算得到心率、心率变化量，并经由无线传输模块上传至睡眠监控装置；

该睡眠监控装置至少包括无线传输模块、模糊推论系统；所述的无线传输模块用于分别与压力感测枕头和心率感测手环上的无线传输模块实现信息交互；所述的模糊推论系统，包括输入归属函数、模糊推理模块、模糊规则库和输出归属函数；该输入归属函数包括心率归属函数、心率变化量归属函数和翻身次数归属函数，所述压力感测枕头和心率感测手环上传的输入量，即心率、心率变化量和翻身次数通过对应的归属函数分别得到心率、心率变化量和翻身次数模糊归属集合及对应的归属度；所述模糊规则库，采用美国睡眠医学协会所订的特性及实验分析数据制定，包括三个输入、一个输出及多个规则，所述的输入指的是心率、心率变化量和翻身次数的模糊归属集合及对应的归属度，所述的输出指的是所处的睡眠阶段，分别为REM、NREM 1、NREM 2及NREM 3；模糊推理模块根据模糊推理分析睡眠阶段的算法，得到睡眠阶段的结果作为模糊推论系统的输出；

所述的心率归属函数如公式3.4(a～c)所示：

其中，x1是心率，由心率感测手环上传，统计一个采样周期的平均心率值，以第一次检测到测试者进入REM阶段至NREM 3的时间所采集的心率定义为心率归属函数的中间值hrmiddle，代表x1对应心率归属函数为Low(L)曲线时的取值、代表x1对应心率归属函数为Middle(M)曲线时的取值、代表x1对应心率归属函数为High(H)曲线时的取值；

所述的心率变化量的归属函数如公式3.5(a～d)所示，其范围是由实验所得出的经验参数：

其中，x2是心率变化量，由心率感测手环上传，代表x2对应心率变化量归属函数为Low(L)曲线时的取值；代表x2对应心率变化量归属函数为MiddleLow(ML)曲线时的取值；代表x2对应心率变化量归属函数为MiddleHigh(MH)曲线时的取值；代表x2对应心率变化量归属函数为High(H)曲线时的取值；

翻身次数的归属函数如公式3.6(a～c)所示，范围是由实验所得出的经验参数：

其中，x3是翻身次数，由压力传感器上传，统计一个采样周期内的翻身次数值，代表x3对应翻身次数归属函数为Low(L)曲线时的取值；代表x3对应翻身次数归属函数为Middle(M)曲线时的取值；代表x3对应翻身次数归属函数为High(H)曲线时的取值；

该输出归属函数如公式3.7(a～d)所示，由实验参数统计分析获得：

其中，x4是计算所得的睡眠深度的值，代表x4对应的输出归属函数REM曲线值，代表x4对应的输出归属函数NREM 1曲线值，代表根据x4对应的输出归属函数NREM 2曲线值，代表x4对应的输出归属函数NREM 3曲线值；

所述的模糊推理分析睡眠阶段的算法，包括如下步骤：

步骤1、输入心率、心率变化量和翻身次数；

步骤2、根据输入的心率、心率变化量和翻身次数,利用相应的输入归属函数公式计算各自的归属度；

步骤3、根据所有输入的模糊归属集合和归属度，从模糊规则库中选取符合条件的规则，得到模糊推理子表；

步骤4、利用公式(3.8)计算输出归属函数的各睡眠阶段重心值g(k)：

其中，k∈{REM,NREM1，NREM2，NREM3}；

步骤5、对模糊推理子表的各条规则中，心率、心率变化量和翻身次数的归属度取最小值，得到对应的规则权重；对相同的睡眠深度，取规则权重的最大值，作为该睡眠阶段的输出权重

步骤6、利用公式(3.10)对每个睡眠阶段进行加权平均计算，给出一个睡眠深度f(z)的值：

其中，k∈{REM,NREM1，NREM2，NREM3}；

步骤7、根据f(z)的值与已知的睡眠阶段表，查找到对应的睡眠阶段，输出当前睡眠阶段的结果值(REM,NREM1,NREM2,NREM3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊推论系统的非侵入感测睡眠质量分析系统的分析方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、被测者头枕在压力感测枕头上，手腕佩戴心率感测手环，该压力感测枕头通过压力感测模块采集压力值，若采集的压力值变化超过阈值，则翻身次数计数模块判断被测者为翻身，统计翻身次数，并经由无线传输模块上传至睡眠监控装置；心率感测手环采集被测者的心率，心率计算模块根据该心率值计算得到心率和心率变化量，并经由无线传输模块上传至睡眠监控装置；

步骤2、睡眠监控装置的模糊推论系统，包括输入归属函数、模糊推理模块、模糊规则库和输出归属函数；根据输入的心率、心率变化量和翻身次数,利用对应的输入归属函数计算各自的模糊归属度；

步骤3、根据所有输入的模糊归属集合，从模糊规则库中选取符合条件的规则，得到模糊推理子表；

步骤4、对模糊推理子表的各条规则中，心率、心率变化量和翻身次数的归属度取最小值，得到对应的规则权重；对相同的睡眠深度，取规则权重的最大值，作为该睡眠阶段的输出权重

步骤5、计算输出归属函数的各睡眠阶段重心值g(k)，其中k∈{REM,NREM1，NREM2，NREM3}；

步骤6、将步骤4与步骤5中的值做加权平均值，得到一个睡眠深度值f(z)；

步骤7、根据当前计算所得的f(z)值，与已知的睡眠阶段表，查找到对应的睡眠阶段，输出当前输入参数下所对应的睡眠阶段结果值(REM,NREM1,NREM2,NREM3)；

步骤8、间隔预置时间计算一次睡眠阶段结果值，累计各睡眠阶段作为一整夜睡眠质量的评估依据。