用于基于心脏特性或呼吸特性来增强睡眠慢波活动的系统和方法
【专利摘要】一种用于提供感官刺激以诱导和/或增强对象在睡眠期间的睡眠的睡眠和/或慢波神经活动的系统和方法。所述系统和方法的操作是基于所测量的与所述对象的心脏属性和/或呼吸属性有关的信息和基于其的心脏参数和/或呼吸参数的。所述属性可以经由例如佩戴在对象的肢体上和/或被放置在距所述对象一定距离处的一个或多个传感器来测量和/或监测。在睡眠的特定目标时段期间递送给对象的感官刺激可以增强慢波神经活动。
【专利说明】
用于基于心脏特性或呼吸特性来増强睡眠慢波活动的系统和方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于在睡眠期间向对象提供感官刺激以增强特定类型的神经活动的系统和方法。提供刺激的合适的时间或间隔是基于由一个或多个传感器生成的输出信号来确定的，所述输出信号传达与心脏属性和/或呼吸属性有关的信息。
【背景技术】
[0002]己知用于监测睡眠的系统。用于监测睡眠的典型系统包括在睡眠期间佩戴在用户的头上的脑电图描记(EEG)帽。所述EEG帽降低了用户的舒适度水平，其可能打扰睡眠。睡眠期间的感官刺激是己知的。睡眠期间的感官刺激通常通过使用EEG信号作为参考以闭环方式来施加。
【发明内容】
[0003]因此，本公开的一个或多个方面涉及被配置为提供感官刺激以增强对象的睡眠的系统。所述系统包括一个或多个感官刺激器、一个或多个传感器以及一个或多个处理器。所述一个或多个感官刺激器被配置为向对象提供感官刺激。所述一个或多个传感器被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息。所述一个或多个处理器被配置为运行计算机程序部件。所述计算机程序部件包括参数部件、神经部件以及控制部件。所述参数部件被配置为确定所述对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者。这样的确定是基于从所述一个或多个传感器生成的输出信号的。所述神经部件被配置为基于由所述参数部件进行的所述确定来确定所述对象是否生成了目标水平的神经活动。所述控制部件被配置为控制所述一个或多个感官刺激器来提供感官刺激以增强对象中的睡眠和/或慢波活动。所述控制部件的操作是基于由所述神经部件进行的确定的。在一些实施例中，慢波活动的量、强度、幅度和/或水平对应于对象在0.5Hz - 4.0Hz的带中的神经活动水平。
[0004]本公开的又一方面涉及一种用于提供感官刺激以增强对象在睡眠期间的睡眠和/或慢波活动的方法。所述方法包括生成输出信号，所述输出信号传达与对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息;基于所生成的输出信号来确定对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者;基于对心脏参数和呼吸参数中的一个或两者的所述确定来确定对象是否生成了目标水平的神经活动;并且基于所述对象是否生成了目标水平的神经活动(在特定频率带中)来控制所述一个或多个感官刺激器提供感官刺激以增强对象的睡眠和/或慢波活动。
[0005]本公开的又一方面涉及一种被配置为提供感官刺激以增强对象在睡眠期间的睡眠和/或慢波活动的系统。所述系统包括用于向对象提供感官刺激的单元;用于生成输出信号的单元，所述输出信号传达与对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息；用于基于所生成的输出信号来确定对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者的第一单元;用于基于由用于确定的所述第一单元进行的确定来确定所述对象是否生成了目标水平的神经活动的第二单元；以及用于基于由所述第二单元进行的确定来控制用于提供感官刺激的所述单元以增强对象的睡眠或慢波活动的单元。
[0006]通过参考附图考虑以下说明和随附的权利要求，本公开的这些和其他目标、特征和特性以及操作的方法和结构的相关元件的功能以有各部分的组合和制造的经济性将变得显而易见，所有附图均形成本说明的部分，其中，相似的附图标记表示各附图中对应的部分。然而，应当明确理解，附图仅出于图示和说明的目的并且不旨在作为对本公开的限度的限制。
【附图说明】
[0007]图1是被配置为基于由一个或多个传感器生成的输出信号来管理对象的睡眠会话的系统的示意性图示，所述输出信号传达与对象在睡眠会话期间的脉搏率和/或血液体积有关的信息。
[0008]图2图示了睡眠图和EEG信号。
[0009]图3图示了被配置为佩戴在对象的手腕上的光学传感器。
[0010]图4图示了被配置为被放置于距对象一定距离并且指向对象的身体的皮肤的区域的相机。
[0011]图5图示了对应于对象的脉搏率的高频变化。
[0012]图6A图示了根据EEG确定的睡眠阶段和来自传感器的在0.04- 0.30Hz范围内的输出信号之间的比较的范例。
[0013]图6B图示了一般与睡眠阶段随时间变化相对应的心率随时间的变化，使得睡眠阶段部件可以基于所确定的心率变异性来确定对象的当前睡眠阶段。
[0014]图7图示了用于利用管理系统来管理对象的当前睡眠会话的方法。
【具体实施方式】
[0015]如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括多个指代物，除非上下文中以其他方式明确指出。本文中所用的两个或多个零件或部件被“親合”的表述将意味着所述零件被直接或间接地(即，通过一个或多个中间零件或部件，只要发生连接)结合到一起或一起工作。本文中所用的“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。本文中所用的“固定耦合”或“固定”意指两个部件被耦合以作为一体移动，同时维持相对于彼此的固定取向。
[0016]本文中所用的词语“一体的”意指部件被创建为单个零件或单个单元。亦即，包括分离地创建并且之后被耦合到一起成为单元的零件的部件不是“一体的”部件或体。本文中所采用的两个或多个部分或部件相互“接合”的表述将意味着所述部分直接地或通过一个或多个中间零件或部件而相互施加力。本文中采用的术语“数个”将意味着一或大于一的整数(即，多个)。
[0017]本文中使用的方向短语，例如但不限于，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及它们的派生词涉及附图中所示的元件的取向，并且不对权利要求构成限制，除非在权利要求中明确记载。
[0018]图1是被配置为向对象12提供感官刺激的系统10的示意性图示。所述感官刺激例如通过增强睡眠的恢复力可以增强对象12的睡眠。在一些实施例中，系统10可以被配置为增强对象在睡眠期间的慢波活动(SWA)。在一些实施例中，系统10可以包括感官刺激器16、传感器18、处理器20、电子存储设备22、用户接口 24和/或其他部件中的一个或多个。心脏-呼吸信号可以提供靠近由EEG提供的信息的神经活动的互相关性。感官刺激的递送的定时可以基于神经活动的(估计的)水平。
[0019]在一些实施例中，系统10可以被配置为检测特定的睡眠阶段(基于对象12的一个或多个心脏属性和/或一个或多个呼吸属性)并且使用这样的检测作为提供感官刺激的基础。备选地，和/或同时地，在一些实施例中，系统10可以被配置为检测和/或确定慢波睡眠，并且基于其来提供感官刺激，例如，无需确定当前睡眠阶段。备选地，和/或同时地，在一些实施例中，系统10可以被配置为检测和/或确定对象12的特定自主状态，并且基于其来提供感官刺激，例如，无需确定对象12的神经活动的当前水平。
[0020]系统10被配置为确定对象12例如在睡眠期间的神经活动的水平。神经活动的水平可以基于一个或多个心脏参数和/或一个或多个呼吸参数来确定。这些参数可以基于由一个或多个传感器18生成的输出信号。系统10被配置为基于由传感器18生成的输出信号来递送感官刺激(例如，听觉刺激)，所述输出信号传达与对象12的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息，和/或传达当前睡眠会话期间的其他信息。系统10被配置为使得睡眠期间的感官刺激的递送诱导和/或增强对象12中的慢波活动。感官刺激的递送可以被定时为对应于(可能)与慢波活动相关联的睡眠阶段。
[0021]术语“慢波睡眠”可以被用于指代对象的这样的睡眠:在所述睡眠期间，特定频率带(例如，0.5Hz-4Hz)中的神经活动的量、强度、幅度、功率和/或水平处在神经活动的特定目标水平处和/或在特定目标水平之下。神经活动可以借助于例如脑电图(EEG)来观察。图2图示了睡眠图200和EEG信号202。睡眠图200图示了针对对象的睡眠会话的随时间206的睡眠阶段204变化。所述睡眠阶段可以包括清醒(W)、快速眼动(R)和/或非快速眼动阶段N1、阶段N2或阶段N3睡眠。在一些实施例中，慢波睡眠和/或慢波活动可以对应于阶段N3睡眠。在一些实施例中，阶段N2和/或阶段N3睡眠可以是慢波睡眠和/或对应于慢波活动。在图2中所示的非限制性范例中，听觉刺激208被定时为在慢波睡眠210的(足够宽泛)时段期间递送。在一些实施例中，慢波可能不存在于遍及整个N3时段，例如，而是，其可以是明显地更可能在N3期间存在这样的慢波。例如，慢波睡眠也可以在N2期间(但是以更少的程度)存在。EEG信号通常是经由由对象在睡眠期间佩戴的头饰来生成的。在睡眠期间在头上佩戴EEG监测系统可能是笨重的并且可能打扰对象的睡眠。本文中所描述的系统可以减轻在睡眠期间佩戴头饰和/或对EEG监测系统的任何使用的需要。
[0022]在一些实施例中，其他频率带(例如，在15Hz-30Hz之间的β带，在IIHz-15Hz之间的纺锤带等等)中的神经活动的量、强度、幅度、功率和/或水平可以由系统10使用。在一些实施例中，可以例如由神经部件30使用在两个或更多个带之间的比率。
[0023]返回图1，感官刺激器16被配置为向对象12提供感官刺激。感官刺激器16被配置为在睡眠会话之前、在睡眠会话期间和/或在其他时间向对象12提供感官刺激。例如，感官刺激器16可以被配置为在当前睡眠会话的慢波睡眠期间向对象12提供感官刺激。感官刺激器16可以被配置为在当前睡眠会话期间向对象12提供感官刺激以诱导、增强和/或调节对象12中的慢波活动。在一些实施例中，感官刺激器16可以被配置为使得调节包括对对象12中的慢波活动的增强、降低和/或其他调节。
[0024]在一些实施例中，感官刺激器16可以被配置为通过非侵入式脑刺激和/或其他方法来诱导和/或调节慢波活动。感官刺激器16可以被配置为通过非侵入式脑刺激使用感官刺激来诱导、增强和/或调节慢波活动。所述感官刺激可以包括气味、声音、视觉刺激、触碰、味觉和/或其他刺激。例如，感官刺激器16可以被配置为经由对对象12的声学刺激来诱导、增强和/或调节慢波活动。感官刺激器16的范例可以包括音乐播放器、音调生成器、一组电极、递送振动刺激的单元(也己知为体觉刺激)、生成磁场以直接刺激大脑皮层的线圈、光生成器、香味散发器和/或其他设备中的一个或多个。在一些实施例中，系统10的感官刺激器
16、传感器18和/或其他部件可以被集成到单个设备中。例如，感官刺激器16可以被并入到由对象12在睡眠期间佩戴的包括传感器18的手环中。在一些实施例中，感官刺激器16可以被配置为向对象12的手腕递送震动刺激。系统10中的感官刺激器的数量不限于任何附图。
[0025]传感器18被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与对象12例如在睡眠期间的一个或多个心脏属性和/或一个或多个呼吸属性有关的信息。系统10中的传感器的数量不限于任何数目。例如，系统10可以包括多个传感器18。系统10可以包括不同类型的传感器18。传感器18可以包括光学传感器(例如，使用光电容积描记术)，心冲击描记传感器(例如，基于加速度计、压电传感器和/或安装在例如衬垫内或衬垫下的应变计)、多普勒雷达、(耳内)电极、(红外)相机和/或其他传感器中的一个或多个。在一些实施例中，传感器18可以包括耳内光电容积描记传感器。
[0026]心脏属性可以包括心率、心跳间间隔(IBI)和/或其他心脏属性，例如，与由传感器18生成的输出信号有关的心脏属性。呼吸属性可以包括呼吸率/频率、呼吸努力、呼吸计时和/或其他呼吸属性，例如，与由传感器18生成的输出信号有关的呼吸属性。
[0027]在一些实施例中，传感器18可以被配置为保持对象12在睡眠期间的舒适，使得睡眠不被由传感器18引起的不舒适打断。传感器18可以包括光学传感器40(图3中所示)、相机50(图4中所示)、加速度计和/或被配置为测量对象的移动和/或其他特性的其他传感器。传感器18可以配置为由对象12的肢体承载(例如，佩戴)，被放置在距对象12的一定距离处，和/或以其他方式进行配置。传感器18可以包括生成间接地传达信息的输出信号的一个或多个传感器。传感器18可以生成传达与对象12的移动、对象12的呼吸和/或对象12的其他特性有关的信息的输出信号。例如，传感器18可以包括加速度计，使得可以使用活动描计信号来分析睡眠。所述加速度计可以作为单个设备与传感器18集成和/或可以被配置为系统10的分立的部件。在一些实施例中，所述加速度计可以被集成到例如由对象12佩戴的手链中和/或手环中。
[0028]通过非限制性范例的方式，图3图示了传感器18的实施例，传感器18包括光学传感器40并且被配置为被佩戴在对象12的手腕300上。如图3中所示，光学传感器40包括光源42、光电二极管组件44和/或其他部件。在一些实施例中，光源42和/或光电二极管组件44可以由耦合到对象12的肢体的壳体(例如，盒30 2)容纳、与绕对象12的肢体佩戴的柔性材料的带子耦合、经由粘接剂可移除地耦合到对象12的肢体和/或经由其他机制由对象12的肢体承载。来自光源42的光304可以被血管306中的血液散射和/或吸收。光电二极管组件44可以生成输出信号，所述输出信号指不来自光源42的未被手腕300中的血管306中的血液吸收的光的量。
[0029]在一些实施例中，光学传感器40被配置为使得对象12的肢体包括对象12的臂、腿、手腕、手指、脚踝、脚趾和/或其他肢体。在一些实施例中，光学传感器40可以被并入到被配置为可移除地与对象12的肢体耦合的夹具和/或其他设备中。光学传感器40可以被配置为例如在整个睡眠期中保持在面向对象12的皮肤的位置。在一些实施例中，光学传感器40可以被配置为使得输出信号被无线地传送。
[0030]光源42被配置为照亮对象12的肢体上的皮肤的区域。在一些实施例中，光源42可以是发光二极管(LED)。所述LED可以发射单色光。在一些实施例中，所述单色光是绿色的。在一些实施例中，所述单色光是绿色之外的光。在一些实施例中，所述光不是单色的。所发射的光中的至少一些可以被皮肤的区域的血管306中的血液散射和/或吸收。光电二极管组件44被配置为生成输出信号，所述输出信号指示来自光源的未被所述皮肤的区域中的血管中的血液吸收的光306的量。未被吸收的光304的量与一个或多个心脏属性和/或呼吸属性和/或对象12的其他特性有关。通过非限制性范例的方式，当对象12的心脏搏动时，皮肤内的血管中的血液体积变化(以及其他电生理学变化可能发生)并且来自光电二极管44的输出信号反映该变化或其他变化以指示更多或更少的吸收的光。
[0031]如图4中所示，相机50被配置为被放置在距对象12的一定距离400处并且指向对象12的身体的皮肤的区域。在一些实施例中，对象12的身体的皮肤的区域是对象12的脸。在一些实施例中，相机50例如可以在对象12在床402上睡觉时指向对象12。相机50被配置为生成与相机所指向的对象12的身体的区域中的皮肤的颜色变化有关的输出信号。皮肤的颜色可以与对象12的一个或多个生理属性和/或对象12的其他特性有关。例如，皮肤的颜色的变化可以指示例如所监测的区域中的血管中的血液的体积的变化。在一些实施例中，相机50可以是生命体征相机。在一些实施例中，相机50可以是与对象12和/或其他用户相关联的移动设备的相机。在一些实施例中，相机50可以利用红外光来生成与皮肤颜色的变化有关的输出信号。利用红外光可以降低用户在睡眠会话期间醒来的可能性。在一些实施例中，红外光源被放置为邻近床，其对用户的身体进行照明并且能够然后增强由相机接收到的信号。在一些实施例中，系统10可以被配置为使得来自相机50的输出信号被无线地传送和/或经由线而传送。
[0032]返回图1，尽管传感器18在本文中被描述为处在由对象12的肢体承载的位置处或者被定位在距对象12的一定距离处，但这并非旨在限制。传感器18可以包括被设置在多个位置中的不同类型的传感器中的一个或多个。例如，多个传感器18可以被设置在对象12的多条肋骨上。光学传感器可以被设置在对象12的肢体上，而相机被设置在距对象12的一定距离处。在一些实施例中，多个相机可以被设置在距对象12的多个距离处。
[0033]处理器20被配置为提供系统10中的信息处理能力。这样，处理器20可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其他机构中的一个或多个。尽管处理器20在图1中被示为单个实体，但是这仅仅是出于图示说明的目的。在一些实施例中，处理器20可以包括多个处理单元。这些处理单元可以物理地位于同一设备内(例如，感官刺激器16)，或者处理器20可以表示协同工作的多个设备的处理功能。
[0034]如图1中所示，处理器20可以被配置为运行一个或多个计算机程序部件。所述一个或多个计算机程序部件可以包括参数部件30、神经部件32、控制部件34、睡眠阶段部件36、觉醒部件38和/或其他部件中的一个或多个。处理器20可以被配置为通过软件;硬件；固件；软件、硬件和/或固件的某种组合;和/或用于配置处理器20的处理能力的其他机制来执行部件30-38。
[0035]应当认识到，尽管部件30-38在图1中被图示为共同定位于单个处理单元内，但是在处理器20包括多个处理单元的实施例中，部件30-38中的一个或多个可以被定位为远离其他部件。对以下描述的不同部件30-38所提供的功能的描述是出于说明性的目的，并且并非旨在限制，因为部件30-38中的任意部件都可以提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可以排除部件30-38中的一个或多个，并且其功能中的一些或全部可以由其他部件30-38提供。作为另一范例，处理器20可以被配置为运行一个或多个额外的部件，所述额外的部件可以执行以下归属于部件30-38中的一个的功能中的一些或全部。
[0036]由参数部件30、神经部件30、睡眠阶段部件36和/或觉醒部件30进行的确定可以包括近似、估计、可能性和/或制定决策的其他方式。本文中使用的术语“确定”可以被解读为意味着“测量、分析、处理、近似、估计和/或以其他方式确定”。
[0037]参数部件30被配置为确定一个或多个心脏参数和/或一个或多个呼吸参数。由参数部件30进行的确定可以基于来自传感器18的输出信号。本文中描述的心脏和呼吸参数己经被实验地确定为对于在不同的睡眠阶段之间进行区分有用。通过非限制性范例的方式，在一些实验中，确认使用了(2类贝叶斯)线性区分分类器。备选地，和/或同时地，本文中描述的心脏和呼吸参数己被实验地确定为对于在不同水平/强度的(慢波)神经活动之间进行区分是有用的(例如，无需直接测量神经活动)。备选地，和/或同时的，本文中描述的心脏和呼吸参数己经被实验地确定为对于在不同的自主状态之间进行区分是有用的。这些参数的区分力(例如，灵敏度、特异性和/或精度)可以在组合后增加。在一些实施例中，区分力可以通过其绝对标准化平均距离(ASMD)，基于标准化平均距离(SMD)，针对每个属性/参数来表示。SMD表达相对于变异性的类之间的差异。
[0038]所述一个或多个心脏参数可以包括心跳间隔(IBI)、脉搏率度量、血液体积度量、RR间隔序列的窗口处理的去趋势的涨落分析(DFA)系数、RR间隔序列的标准偏差、RR间隔时间序列的样本熵、RR间隔的值范围、心率变异性(HRV)在呼吸频率(在频率域中)的功率、低频HRV功率、呼吸努力幅度峰的近似熵、高和低HRV功率的比率、HRV的HF功率的模、高频HRV功率、DFA在所有时间尺度上的缩放指数、非常低频率HRV功率、RR间隔与呼吸频率(仅使用IBI)之间的相位协调和/或其他参数。脉搏率度量可以与心率变异性(HRV)和/或其他搏动率度量有关。心率变异性可以被定义为心跳之间的时间间隔中的变化。血液体积度量可以与例如血液体积中在约0.04Hz-0.30Hz范围内的低频变化和/或其他血液体积度量有关。
[0039]所述一个或多个呼吸参数可以包括标准中值波谷呼吸幅度、标准平均波谷呼吸幅度、呼吸频率在滑动窗上的标准偏差、呼吸努力波谷幅度的近似熵、平均逐呼吸相关性、呼吸努力的低频和高频带功率之间的比率、呼吸努力的高频带功率和/或其他呼吸参数。对于使用呼吸波谷的任意参数，一些实施例可以代替地使用呼吸峰，并且反之亦然。在一些实施例中，呼吸参数可以使用和/或可以基于与呼吸波谷和呼吸峰有关的信息。
[0040]在一些实施例中，参数部件30可以被配置为基于至少一个心脏属性和至少一个呼吸属性两者来确定参数。例如，所确定的参数可以包括在RR间隔与呼吸努力之间的相位协调。心脏和/或呼吸参数的组和和/或变换(包括，但不限于:聚合、统计操纵、低通滤波、高通滤波和/或它们的组合)被认为在本公开的范围内。
[0041]在一些实施例中，参数部件30可以被配置为基于所生成的输出信号来确定一个或多个觉醒度量。觉醒度量可以指示对象12的清醒的水平，和/或对象将很快醒来的可能性。
[0042]在一些实施例中，参数部件30可以被配置为基于所生成的输出信号来确定一个或多个自主参数。自主参数可以指示对象12的当前(估计的和/或确定的)自主状态和/或可以指示或对应于神经活动的特定水平。
[0043]图5图示了来自传感器18(图1中所示)的输出信号500的范例。输出信号500的特性(例如，频率、幅度、基线变化、峰到峰时间间隔等)可以被参数部件30(图1中所示)用于确定一个或多个心脏参数和/或其他信息。输出信号500可以图示表示血液体积的变化的信号，例如由光学传感器40(图3中所示)、相机50(图4中所示)和/或其他传感器生成的信号。输出信号500的信号强度502随时间504变化。信号500中的峰506在该范例中约每秒出现并且可以表示对象(例如，对象12)的心跳。参数部件30可以例如基于峰506来确定心率变异性。
[0044]参考图1，神经部件32被配置为基于由所述参数部件30进行的一个或多个确定来确定对象12是否生成了目标水平的神经活动。目标水平的神经活动可以被选择为使得在目标水平之上的量、强度、幅度、功率或水平被认为视为慢波睡眠是不合适的，并且在目标水平之下的量、强度、幅度、功率或水平被认为视为慢波睡眠是合适的。在一些实施例中，由神经部件32进行的确定是通过估计对象12的慢波神经活动的强度来执行的。估计精度可以通过结合地使用如由参数部件30确定的多个不同的心脏参数和/或呼吸参数来改进。在一些实施例中，神经部件32被配置为基于由参数部件30进行的一个或多个确定来检测对象12的神经状态。
[0045]在一些实施例中，由神经部件32进行的确定可以基于一个或多个自主参数。
[0046]觉醒部件38被配置为检测对象12的觉醒和/或确定指示对象12的清醒的水平的觉醒度量。例如，觉醒可以基于一个或多个觉醒度量来检测。通过非限制性范例的方式，觉醒度量可以基于对象12的移动来确定。对象12的移动可以基于来自传感器18的心脏信号中的高频噪声、经由相机50确定的对象12的移动、经由加速度计确定的对象12的移动和/或基于其他信息来确定。备选地，和/或同时的，觉醒度量可以基于皮层觉醒来确定。皮层觉醒可以例如使用RR间隔来检测。在一些实施例中，觉醒部件38可以被配置为确定对象12的觉醒的可能性。在一些实施例中，觉醒部件38可以被配置为确定对象12的觉醒的水平和/或程度。在一些实施例中，觉醒度量可以基于例如由神经部件30对特定神经状态的检测。系统10的其他部件可以基于由觉醒部件38进行的检测和/或确定。
[0047]返回图1，睡眠阶段部件36被配置为基于心脏参数、呼吸参数、来自传感器18的输出信号和/或其他信息来确定对象12的当前睡眠阶段。一些实施例不需要当前睡眠阶段的知识。如以上所描述的，对象12的当前睡眠阶段可以对应于清醒、REM睡眠、阶段N1、阶段N2和/或阶段N3睡眠中的一个或多个。睡眠阶段部件36被配置为确定对象12当前是否处于慢波睡眠中。在一些实施例中，慢波睡眠和/或慢波活动可以对应于阶段N3睡眠。在一些实施例中，阶段N2和/或阶段N3睡眠可以是慢波睡眠和/或对应于慢波活动。通过非限制性范例的方式，随着对象进入越来越深的睡眠阶段，对象的脉搏率和/或脉搏率度量可以示出对应的降低。睡眠阶段部件36可以被配置为基于脉搏率度量的降低来确定当前睡眠阶段。系统10可以基于由一个或多个部件(包括，但不限于，睡眠阶段部件36)进行的确定来控制感官刺激的提供。
[0048]对象12的副交感神经系统负责调节当身体休息时发生的活动。副交感神经系统在睡眠期间的表现不同于副交感神经系统在清醒期间的表现，因为睡眠期间的意识水平较少地干扰脑中进行的过程。在睡眠期间，低频振荡的强度与清醒状态相比降低，使得低频振荡的强度在阶段N3睡眠期间是最低的。睡眠阶段部件36可以被配置为基于低频振荡的强度的降低来确定当前睡眠阶段。
[0049]例如，图5图示了在对应于对象(例如，对象12)的脉搏率的约IHz的频率处的输出信号500强度的高频峰506到峰506振荡。由峰510指示的在0.04Hz-0.3Hz范围内的低频振荡被置加在尚频振荡上(随后的峰510在图5中未不出)ο低频振荡与副交感神经系统的活动有关。睡眠阶段部件(图1)可以至少部分地基于针对个体睡眠阶段的低频振荡的强度的差异来确定对象当前是否处在慢波睡眠中。
[0050]图6A图示了根据针对对象的EEG600和血液体积度量602(例如，基于光学传感器40的在0.04Hz - 0.30Hz范围内的输出信号)确定的睡眠阶段之间的比较。根据EEG 600和血液体积度量随时间的变化606确定的随时间的睡眠阶段变化604通常是相互相关的。随时间的睡眠阶段变化604与随时间的血液体积度量606的一般相关性指示血液体积的低频振荡与对象的睡眠阶段有关，使得睡眠阶段部件36(图1中所示)可以基于所确定血液体积度量和/或来自传感器18的输出信号来确定对象12的当前睡眠阶段。
[0051 ] 类似地，图6B图示了随时间的心率变异性(搏动率度量)620—般与随时间的睡眠阶段变化630有关，使得睡眠阶段部件36(图1中所示)可以基于所确定的心率变异性来确定对象12的当前睡眠阶段。随时间的心率变异性620可以由参数部件30来确定。随时间的睡眠阶段变化630可以通过例如使用由心电图(ECG)信号传达的心率变异性信息经由EEG来确定。
[0052]控制部件34被配置为例如基于由系统10的一个或多个其他部件进行的一个或多个确定和/或检测来控制所述一个或多个感官刺激器向对象提供感官刺激以诱导、增强和/或调节对象中的慢波活动。例如，控制部件34可以基于由神经部件32和/或觉醒部件38进行的确定来操作。例如，控制部件34可以在对象12被确定为处在慢波睡眠(例如，阶段N3)中时操作。在一些实施例中，调节慢波活动可以包括增强慢波活动。在一些实施例中，所述一个或多个感官刺激器被控制为向对象提供感官刺激以诱导睡眠慢波。在一些实施例中，所诱导的睡眠慢波的表现可以经由慢波活动来测量。
[0053]在一些实施例中，控制部件34可以确定对感官刺激的递送的定时。在一些实施例中，对感官刺激的递送的定时可以对应于例如对象12当前处在慢波睡眠中和/或神经活动的目标水平的确定。例如，控制部件34可以被配置为确定对感官刺激的递送的定时，使得在睡眠阶段部件36确定对象12当前处在睡眠阶段N3中之后，听觉刺激被递送给对象12预定量的时间。控制部件34可以被配置为确定对感官刺激的递送的定时，使得所确定的定时对应于与慢波活动相关联的睡眠阶段，因为在特定睡眠阶段期间对慢波诱导和/或调节的可能性可能比在其他睡眠阶段中相对较高，用户较不可能被感官刺激和/或出于其他原因被惊醒。在一些实施例中，控制部件34被配置为响应于例如由参数部件30确定的觉醒度量指示对象12正在醒来，而控制感官刺激器16停止向对象12提供感官刺激。
[0054]在一些实施例中，控制部件34可以被配置为以反馈的方式通过使用检测结果来操作。在一些实施例中，控制部件34可以被配置为以自适应的方式通过使用检测结果来操作。例如，感官刺激器可以在检测到更多的觉醒时和/或在觉醒的可能性增加时被降低。例如，例如在整个睡眠会话上，感官刺激器可以在检测到更少的觉醒时和/或在觉醒的可能性降低时被增加。在一些实施例中，控制部件34可以被配置为关于感官刺激和觉醒来(自适应地)学习患者特异的特性。例如，特定患者可能对感官刺激的特定类型和/或特性敏感，并且对感官刺激的另一类型和/或特性较不敏感。不同的类型和/或特性可以对应于针对用作刺激的声音的不同的声音、不同的幅度或强度、不同的频率，等等。觉醒信息例如针对可能唤醒对象的感官刺激的不同类型和/或特性的阈值可以是患者特异的。例如，特定患者可能对特定类型的视觉刺激敏感。在这样的情形中，控制部件34可以被配置为相应地调节针对该特定患者所提供的感官刺激(例如，通过降低和/或避免视觉刺激的特定类型)。
[0055]在一些实施例中，控制部件34可以被配置为控制感官刺激器16以在当前睡眠会话期间调节对象12的慢波活动。当对象12在当前睡眠会话期间睡眠时调节对象12的慢波睡眠可以包括控制感官刺激器16来增加和/或降低对象12在睡眠期间的慢波活动。在一些实施例中，控制部件34可以例如以反馈的方式来控制感官刺激器16，以在当前睡眠会话期间提供感官刺激，使得感官刺激不使对象12醒来。例如，控制部件34可以控制感官刺激器16来以低的强度水平提供感官刺激。
[0056]在一些实施例中，控制部件34可以使与对象12的当前睡眠会话有关的信息被存储在电子存储设备22中。与当前睡眠会话有关的信息可以包括与如下项有关的信息:睡眠压力、慢波活动诱导和/或调节、刺激的强度水平、睡眠阶段之间的转变、定时信息、与一个或多个心脏和/或呼吸参数有关的信息和/或其他信息。
[0057]电子存储设备22包括电子地存储信息的电子存储设备介质。电子存储设备22的电子存储设备介质可以包括以下中的一个或两者:与系统10集成地(S卩，基本不可移除地)提供的系统存储设备和/或例如能经由端口(例如，USB端口、火线接口等)或驱动器(例如磁盘驱动器等)可移除地连接到系统10的可移除存储器。电子存储设备22可以包括以下中的一个或多个:光学可读存储介质(例如，光盘等)、磁性可读存储介质(例如，磁带、磁硬盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的存储介质(例如，EPROM、RAM等)，固态存储介质(例如，闪速驱动器等)和/或其他电子地可读的存储介质。电子存储设备22可以存储软件算法、由处理器20确定的信息、从对象12接收到的信息和/或使得系统10能够正确工作的其他信息。电子存储设备22可以(整体地或部分地)是系统10内的分尚的部件，或者电子存储设备22可以(整体地或部分地)与系统10的一个或多个其他部件(例如，处理器20)集成地提供。
[0058]用户接口24被配置为提供系统10与对象12和/或其他用户之间的接口，通过用户接口，对象12和/或其他用户可以向系统10提供信息并从系统10接收信息。这使得统称为“信息”的数据、线索、结果和/或指令以及任何其他可通信项能够在用户(例如，对象12)与感官刺激器16、传感器18、处理器20和/或系统10的其他部分之间传送。例如，心脏活动参数可以经由用户接口24而被显示给护理提供者。作为另一范例，用户接口 24可以被配置为接收对传感器18配置信息的键入和/或选择。所述配置信息可以允许用户定制传感器18和/或系统10的其他方面的操作。
[0059 ]适合包括在用户接口 24中的接口设备的范例包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、可听警报、打印机、触觉反馈设备和/或其他接口设备。在一些实施例中，用户接口 24可以包括多个分离的接口。在一些实施例中，用户接口 24包括与感官刺激器16、感官刺激器16和/或系统10的其他部件集成地提供的至少一个接口。在一些实施例中，用户接口 24可以例如包括相机50。
[0060]应当理解，本公开也想到了硬连接线或无线的其他通信技术作为用户接口。例如，本公开想到了，用户接口 24可以与由电子存储设备22提供的可移除存储接口集成。在该范例中，信息可以从可移除存储设备(例如，智能卡、闪速存储器、可移除磁盘等)加载到系统10中，其使得(一个或多个)用户能够定制系统10的操作。适于与系统10—起使用作为用户接口 24的一个范例输入设备和技术包括，但不限于:RS-232端口、RF链路、IR链路、调制解调器(电话、线缆或其他)。简言之，本公开预期用于与系统10传输信息的任何技术作为用户接□ 24。
[0061]图7图示了用于提供感官刺激以增强对象的睡眠的方法700。以下呈现的方法700的操作旨在是说明性的。在一些实施例中，方法700可以利用一个或多个未描述的额外的操作来完成、或者在没有所论述的操作中的一个或多个的情况下完成。另外，图7中所图示并且在以下描述的方法700的操作的顺序并非旨在进行限制。
[0062]在一些实施例中，方法700可以在一个或多个处理设备(例如，数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其他机构)中实施。所述一个或多个处理设备可以包括响应于电子地存储在电子存储设备介质中的指令来执行方法700的操作中的一些或全部的一个或多个设备。所述一个或多个处理设备可以包括通过硬件、固件和/或软件被专门配置为执行方法700的操作中的一个或多个的一个或多个设备。
[0063]在操作702，生成输出信号，所述输出信号传达与对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息;在一些实施例中，操作702由与(图1中所示并且在本文中描述的)一个或多个传感器18相同或相似的一个或多个传感器来执行。
[0064]在操作704，基于所生成的输出信号来确定对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者。在一些实施例中，操作704由与(图1中所示并且在本文中描述的)参数部件30相同或相似的参数部件来执行。
[0065]在操作706，基于对心脏参数和呼吸参数中的一个或两者的所述确定来确定对象是否生成了目标水平的神经活动。在一些实施例中，操作706由与(图1中所示并且在本文中描述的)神经部件32相同或相似神经部件来执行。
[0066]在操作708，所述一个或多个感官刺激器被控制为基于所述对象是否生成了目标水平的神经活动的所述确定来向所述对象提供感官刺激。在一些实施例中，操作708由与(图1中所示并且在本文中描述的)控制部件34相同或相似的控制部件来执行。
[0067]在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应被解释为对权利要求的限制。词语“包括”或“包含”不排除存在多于权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在。在枚举了若干单元的装置类型的权利要求中，这些装置中的若干个可以由相同的硬件项来实现。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在枚举了若干单元的任何装置类型的权利要求中，这些装置中的若干个可以由相同的硬件项来实现。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定元件，但是这并不指示不能有利地使用这些元件的组入口 ο
[0068]尽管以上提供的说明出于基于当前认为最优选和现实的实施例的提供了说明的目的的细节，但是应理解，这样的细节仅用于该目的并且本公开不限于明确公开的实施例，而是相反，旨在涵盖在随附权利要求书的精神和范围之内的修改和等价布置。例如，应当理解，本公开想到了，在可能的范围内，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。
【主权项】
1.一种被配置为提供感官刺激以增强对象(12)的睡眠的系统(10)，所述系统包括: 一个或多个感官刺激器(16)，其被配置为向所述对象提供感官刺激； 一个或多个传感器(18)，其被配置为生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息；以及 一个或多个处理器(20)，其被配置为运行计算机程序部件，所述计算机程序部件包括:参数部件(30)，其被配置为确定所述对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者，其中，这样的确定是基于来自所述一个或多个传感器的所生成的输出信号的； 神经部件(32)，其被配置为基于由所述参数部件进行的所述确定来确定所述对象是否生成了目标水平的神经活动；以及 控制部件(34)，其被配置为控制所述一个或多个感官刺激器来提供所述感官刺激以增强所述对象的睡眠，其中，控制是基于由所述神经部件进行的确定的。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述心脏参数包括心跳间间隔(IBI)。3.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述神经部件进行的确定是通过估计所述对象的慢波神经活动的强度来执行的。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参数部件还被配置为基于所生成的输出信号来确定自主参数，其中，由所述神经部件进行的确定还基于所确定的自主参数。5.根据权利要求1所述的系统，还包括: 觉醒部件(38)，其被配置为检测所述对象的觉醒， 其中，所述控制部件被配置为以反馈的方式基于由所述觉醒部件进行的检测来调节对所述感官刺激的提供。6.—种用于利用系统(10)来提供感官刺激以增强对象的睡眠的方法，所述系统包括一个或多个感官刺激器(16)、一个或多个传感器(18)、一个或多个处理器(20)，所述一个或多个处理器被配置为运行计算机程序部件:参数部件(30)、神经部件(32)以及控制部件(34)，所述方法包括: 由所述一个或多个传感器生成输出信号，所述输出信号传达与所述对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息； 由所述参数部件基于所生成的输出信号来确定所述对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者； 由所述神经部件基于对所述心脏参数和所述呼吸参数中的一个或两者的所述确定来确定所述对象是否生成了目标水平的神经活动;并且 由所述控制部件控制所述一个或多个感官刺激器以基于对所述对象是否生成了所述目标水平的神经活动的所述确定来提供感官刺激以增强所述对象的睡眠。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述心脏参数包括心跳间间隔(IBI)。8.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述对象是否生成了所述目标水平的神经活动包括估计所述对象的慢波神经活动的强度。9.根据权利要求6所述的方法，还包括: 基于所生成的输出信号来确定自主参数， 其中，确定所述对象是否生成了所述目标水平的神经活动还基于所述自主参数。10.根据权利要求6所述的方法，还包括: 检测所述对象的觉醒， 其中，控制所述一个或多个感官刺激器还基于检测到的觉醒。11.一种被配置为提供感官刺激以增强对象的睡眠的系统(10)，所述系统包括: 用于向所述对象提供感官刺激的单元(16); 用于生成输出信号的单元(18)，所述输出信号传达与所述对象在睡眠期间的心脏属性和呼吸属性中的一个或两者有关的信息； 用于基于来自所述的用于生成输出信号的单元的所生成的输出信号来确定所述对象的心脏参数和呼吸参数中的一个或两者的第一单元(30); 用于基于由用于确定的所述第一单元进行的确定来确定所述对象是否生成了目标水平的神经活动的第二单元(32);以及 用于基于由所述第二单元进行的确定来控制所述的用于向所述对象提供感官刺激的单元以增强所述对象的睡眠的单元(34)。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述心脏参数包括心跳间间隔(IBI)。13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二单元被配置为估计所述对象的慢波神经活动的强度。14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一单元还被配置为基于所生成的输出信号来确定自主参数， 其中，所述第二单元的操作还基于所确定的自主参数。15.根据权利要求11所述的系统，还包括: 用于检测所述对象的觉醒的单元(38)， 其中，所述的用于控制所述一个或多个感官刺激器的单元的操作还基于检测到的觉醒。
【文档编号】A61B5/00GK105828863SQ201480069110
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】P·M·丰塞卡, G·N·加西亚莫利纳, R·哈克玛
【申请人】皇家飞利浦有限公司