监控睡眠姿势以确保健康休息

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种无线的私人方式,可以使用安装在卧室墙壁上的小型设备反射的无线电信号来监视一个人的睡眠姿势(无论是在背部,腹部还是侧面打sn)。

岳世超表示,这种名为BodyCompass的设备是第一个可在家庭使用的基于射频的系统,无需将相机或传感器连接到人体即可提供准确的睡眠数据。 UbiComp 2020 9月15日召开的会议上。该博士生已经使用无线传感技术研究睡眠阶段和失眠已有好几年了。

于麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的狄娜·卡塔比教授在该项目上工作的岳说:“我们认为睡眠姿势可能是我们系统的另一种有影响的应用”。他指出,研究表明,胃部睡眠会增加癫痫患者猝死的风险,而且睡眠状况还可以用来衡量帕金森氏病的进展,因为这种病使人无法躺在床上翻身。

“不幸的是,许多患者完全不知道他们晚上如何入睡或在癫痫发作后最终处于什么位置,”布莱根妇女协会的癫痫神经病学家李东宇说’与该研究无关的医院和哈佛医学院。“诸如BodyCompass之类的身体监测系统将使我们的领域向前发展,以便对患者进行基线监测以评估他们的风险,并且与警报/干预系统结合使用时,可以使患者免于癫痫病突然猝死。”

未来,人们可能还会使用BodyCompass跟踪自己的睡眠习惯或监视婴儿的睡眠,Yue表示:“根据需要,它既可以是医疗设备,也可以是消费产品。”

会议论文的其他作者,发表在 ACM关于互动,移动,可穿戴和无处不在技术的论文集包括研究生Yuzhe Yang和Wang Hao,以及Katabi Lab的下属Hariharan Rahul。 Katabi是麻省理工学院的电机工程和计算机科学的安德鲁和埃纳维特比教授。

宁静的思考

BodyCompass的工作原理是分析无线电信号从房间内的物体(包括人体)反弹时的反射。与连接到卧室墙壁的Wi-Fi路由器类似,该设备在通过多条路径返回时发送并收集这些信号。研究人员然后绘制这些信号的路径,从反射中向后工作以确定人体的姿势。

但是,为了使这种方法起作用,科学家需要一种方法来找出哪些信号从睡眠者的身体上反弹,而不是从床垫,床头柜或头顶风扇上反弹。岳和他的同事意识到,他们过去从无线电信号中解译呼吸模式的工作可以解决这个问题。

他们得出结论,从人的胸部和腹部反弹的信号是通过呼吸进行独特调制的。一旦将呼吸信号识别为“标记”来自身体的反射的方法,研究人员就可以将这些反射与设备的位置进行比较,以确定该人如何躺在床上。 (例如,如果一个人躺在她的背上,强烈的无线电波从她的胸部反弹会指向天花板,然后再指向墙壁上的设备。)“识别呼吸是因为编码有助于我们从身体和身体中分离出信号。环境反射,使我们能够跟踪信息反射的位置。”岳说。

然后,通过定制的神经网络分析来自人体的反射,以推断人体在睡眠中的角度。因为神经网络根据角度定义了睡眠姿势,所以该设备可以区分位于右侧的睡眠者和仅向右稍微倾斜的睡眠者。岳说,这种细粒度分析对于在俯卧位睡眠与突然意外死亡相关的癫痫患者特别重要。

李说“越来越明显的是,患者不喜欢佩戴设备,他们忘记佩戴设备,会降低舒适度,电池寿命短,并且可能难以进行数据传输。诸如BodyCompass之类的非穿戴式非接触式设备将克服这些问题。”

与其他监测睡眠姿势的方式相比,BodyCompass具有一些优势,例如,将摄像头安装在人的卧室中或将传感器直接连接到人或他们的床上。岳指出,传感器可能会让您不舒服地入睡,而摄像头则会减少人的隐私。他说:“由于我们将仅记录用于检测睡眠姿势的基本信息,例如一个人在睡眠期间的呼吸信号,因此,有人几乎不可能从该数据推断用户的其他活动。”

准确的指南针

该研究小组测试了26位健康人在自己卧室中睡眠时200个小时以上睡眠数据的准确性。在研究开始时,受试者佩戴了两个贴在他们的胸部和腹部的加速度计(检测运动的传感器),以使用其睡眠姿势的“地面真相”数据训练设备的神经网络。

当使用一周的数据进行训练时,BodyCompass最为准确-94%的时间可以预测正确的身体姿势。一整夜的培训数据可在87%的时间内产生准确的结果。当要求睡眠者在无线传感器前保持一些通常的睡眠姿势时,BodyCompass可以通过仅收集16分钟的数据来获得84%的准确度。

除癫痫病和帕金森氏病外,BodyCompass还可用于治疗易患褥疮和睡眠呼吸暂停的患者,因为这两种情况均可通过改变睡眠姿势来缓解。岳也有他自己的兴趣:他患有偏头痛,似乎受到他的睡眠方式的影响。他说:“第二天我睡在右侧,以避免头痛。”但我不确定睡眠姿势和偏头痛之间是否真的存在任何关联。也许这可以帮助我找出是否存在任何关系。”

目前,BodyCompass是一个监视工具,但有一天可能会与警报配对,以提醒睡眠者改变其姿势。岳说:“研究人员正在研究能使病人缓慢转身以避免危险的睡眠姿势的床垫。” “未来的工作可能会将我们的睡眠姿势检测器与此类床垫结合使用,以在需要时将癫痫患者移至更安全的位置。”


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