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作者:鄭智銘(2002-03-13);推薦:徐業良(2003-11-24)
附註:本文為九十學年度申請國科會小產學計畫計畫書。

睡眠監測與評估系統設計

十五、計畫中文摘要

隨著睡眠研究領域以及感測技術的進步,更精巧、更輕量化配戴式的睡眠感測裝置是設計上的一個趨勢,為了不影響睡眠的進行,許多學者致力於非察覺性睡眠監測裝置的設計。對睡眠監測而言,能夠在原本居家環境中的睡眠場所進行睡眠監測,是最適合的地點,許多研究的訴求便是希望能建立適合居家環境下使用的睡眠監測系統,藉此取代在實驗室陌生的入睡環境,以及不舒服的大量電極與訊號線,非察覺性的設計可以在不影響睡眠的前提下進行睡眠監測。本計畫之目的,即在設計一套睡眠品質監測與評估系統,設計概念上以產品面角度思考,“非察覺性”以及“外掛式”為主要的設計考量,使用者不需改變原先的睡眠環境,僅需在床墊與枕頭下藏設外掛式的附加感測裝置,在不影響睡眠環境與非察覺的前提下便可監測生理數據評估睡眠品質,各式生理感測裝置所收集的生理訊號,經由濾波放大電路後,以智慧型睡眠PIC進行A/D轉換並進行生理特徵的判別(翻身次數、肢體活動、呼吸頻率、體溫等),經由智慧型睡眠評估系統處理後獲得客觀的睡眠品質指標,系統並與網路連結,子女與照護者可藉由網路即時關懷家中父母的睡眠品質情形。合作廠商世大化成公司主要產品為「易眠枕∕墊系列」,是一項提供更好的睡眠環境的科技產品。本計畫所開發之「守眠者」睡眠品質監測與評估系統將與世大化呈公司現有產品整合,成為一完整之提升睡眠品質科技產品。本計畫以非察覺性感測技術、智慧型診斷系統、網路整合應用、以及商品化考量為四大研究重點,元智大學機械工程研究所從機械設計的角度切入,主要任務在機械系統設計與分析、生理訊號感測技術、智慧型評估、與網路整合等技術。世大化成公司研發團隊在生物力學研究、睡眠品質評估、新材料開發等領域有相當多的資源與設備,並有實際的產品化製程經驗、顧客需求分析機制等相關領域經驗與知識,藉此次合作計畫,期望可以達到產業與學術界知識經驗交流,整合、提升雙方整體研發能力。

關鍵詞:睡眠監測、睡眠品質、智慧型評估、網路技術。

十六、計畫英文摘要

With the rapid progress of sleep research and sensing technology, the design of sleep monitoring devices has been smaller and more delicate and many researchers are investigating non-conscious way of sleep monitoring. Besides, home is a much better place for long-term sleep monitoring. The purpose of this project is to develop a sleep monitoring and evaluating system “SLEEP GUARDIAN”. This system is designed as an “add-on” device to the users’ sleeping environment, and uses non-conscious ways to monitor sleep. Physiological signals detected by the sensors, for example body movements, breath, and body temperature, will be analyzed by a intelligent sign chip computer to evaluate the user’s quality of sleep. The system is also linked to the internet so that children or care-givers can watch for the sleep quality of their parents from the internet. This system will be integrated into the current product series “Easy-Sleep Pillow/Foam” of SEDA Chemical Products Co., to form a high-tech product that provides good quality of sleep. The Department of Mechanical Engineering of Yuan Ze University shares the capability in mechanical design, sensing technology, and internet technology with the SEDA company, which has great expertise in the R&D, manufacturing, and marketing of sleep related product. We expect that both sides will be benefited from this collaborative project, and further promote the ability of development and research.

Keywords: Sleep monitoring, Sleep quality, Intelligent assessment, Internet technology.

十七、研究計畫之背景及目的

1.         認識睡眠

人類一生中有三分之一的時間在睡眠中度過,直到1929年德國精神科醫師Hans Berger成功地以至於頭皮上電極記錄腦波之後,我們才得以一窺睡眠的全貌。睡眠中的狀態可以分為非快速眼動睡眠(non-rapid eye movement, NREM)以及快速眼動睡眠(rapid eye movement, REM)兩個狀態,每一個睡眠循環由NREMREM組成,一個晚上重複4~6次的睡眠循環[Coren,1998]

早期睡眠研究只有觀察到NREM時期的睡眠現象,NREM由淺眠到深眠分為四個階段,由腦波圖來觀察,當注意力十分集中時會出現14~30Hz的β波,而清醒時的腦波圖是屬於7~13Hz的α波,α波的出現不代表進入睡眠而是處於放鬆舒服的狀態。接著慢慢進入NREM狀態的四個時期,NREM第一期α波降低50%以下,出現頻率更低的θ波(4~6Hz)NREM第二期θ波更多,但仍屬於不規則的狀態,此階段的最容易辨別的特徵為K(K-Complex),這是因受外界(聲音等)或內臟蠕動等刺激0.1~0.5秒後,對刺激所產生的反應。NREM第三期與第四期屬於深眠的階段,此時頻率1~3Hz的慢波(Slow activity)增加,稱為δ波,隨著睡眠深度增加,δ波頻率可能低至0.5~1Hz,波形呈現規律而緩慢的傾向。

深眠階段又由深慢慢至淺眠階段,隨後經常伴隨著REM的產生,觀察REM時期的腦波可以發現與清醒時腦波相當類似,此時也是夢境發生的時刻,翻身與姿勢改變常發生於REM時期之後。

2.         高齡者的睡眠困擾

睡眠品質對身體與心理層面均有重大的影響,Morgan等學者[1988]認為睡眠品質是評估心理與生理狀態的重要指標,Buysse等人[1988]認為良好睡眠的評估標準包含睡眠品質、睡眠量以及其他相關的因素。高齡者隨年齡增加伴隨著睡眠品質與睡眠量的改變,睡眠模式也發生變化,從圖1我們可以看到隨著年齡增加,高齡者快速動眼期(REM, rapid eye movement)睡眠以及總睡眠時間明顯地減少。高齡者睡眠狀態中非快速動眼期(NREM, non-rapid eye movement)睡眠第三四期時間減少,代表睡眠熟睡期減少,而且入睡前的睡眠潛伏期增加,不易進入睡眠[戴玉慈, 1998],這不代表高齡者的睡眠需求減少,而是高齡者維持睡眠的能力降低。Bahr[1983]Kadas等人[1989]觀察高齡者的睡眠型態,也發現高齡者的睡眠困擾主要為不易入睡、半夜醒來以及REM睡眠與深睡時間的減少,高齡者睡眠結構隨著年齡變化,成人時睡眠週期約為90~110分鐘,REM睡眠佔總睡眠的25%,而高齡者NREM第三第四期的深眠階段時間減少,甚至消失,睡眠效率低於80%以下。1990年美國國家衛生發展部的統計顯示,65歲以上住家老人1/2有睡眠方面的問題,在長期照護機構中更有2/3老人有睡眠困擾[Becker and Jamieson, 1992],可見高齡者的睡眠品質不良是一個普遍性存在的重要問題。

1. 年齡與睡眠模式[洪祖培, 林克明, 1984]

3.         影響高齡者睡眠品質因素

高齡者睡眠品質不良除了因老化而伴隨的睡眠能力退化外,生理與環境上的因素以及睡眠相關疾病都是影響睡眠品質的重要因素,Lushington等人[2000]指出睡眠品質不好的老人,相較於品質好的族群,體溫相對的較低,Mizuno等人[1999]發現不同溫濕度環境,會影響人體REM睡眠與深眠時間長短,這些變因都可作為睡眠品質研究的考慮因素。

睡眠相關疾病對睡眠品質會造成一定的影響,對高齡者而言,週期性肢體運動異常(PLM, Periodic limb movement disorder)在入睡後每隔20~30秒產生的異常肌肉抽動,有時甚至吵醒患者,Ancoli-Israel等人[1991]研究發現,這種疾病在平常族群約為4~24%,而高齡者族群盛行率高達45%

另一項普遍的睡眠問題為打鼾,打鼾聲音可高達70~80分貝不但打擾他人,有時甚至吵醒自己,打鼾的成因是舌根部分肌肉的鬆弛,造成呼吸氣流與咽部產生共振,這種情形通常發生於NREM時期,REM時期比較輕微。打呼是另一項危險疾病呼吸中止症的早期徵兆,呼吸中止症可以分為兩種:阻塞式,胸腹仍有呼吸動作,但是因為氣管受阻無法順利呼吸,另一種是中樞型,因為支配呼吸運動的神經出現異常,呼吸中止會造成睡眠移出至淺眠階段或睡眠中止,造成夜間睡眠不斷間斷而影響睡眠,更危險的是,假設一般人血液含氧量為100%,睡眠時會降至96%~99%,而呼吸中止症可能降低至60%甚至造成死亡[Coren, 1998]

4.         睡眠品質評估方式

一般睡眠品質評估的方式可以區分為三種:自我主觀評量、客觀儀器測量、以及睡眠觀察三類。主觀評量法藉由主觀的事後問卷調查受試者睡眠總時間、睡眠品質與睡眠困擾等問題,依據主觀的感受作為評估依據,測試結果因受試者主觀意見而影響,許多睡眠中的疾病與現象無法藉由主觀評量而得知;客觀儀器測量最常使用多重生理記錄器(PSG, polysomnography),這是目前最詳細準確的測試方式,包括心電圖、腦波、眼電圖等項目,受測者必須在特定的實驗室進行睡眠測試,身上大量的感應電極與訊號線妨礙睡眠並且十分不便;睡眠觀察則是藉由醫護人員或實驗人員從旁觀察受試者的睡眠狀態,好處是儀器不會因儀器妨礙原本的睡眠行為,但需要大量的人力與時間進行觀察與紀錄,也可以藉由攝影記錄的方式減少人力負擔,但是睡眠觀察所耗費的人力頗大,所觀測的結果僅能作為總睡眠時間、睡眠活動與某些特定睡眠疾病的觀察,相對而言十分不符合效率。

隨著科技進步,在睡眠評估研究領域上許多學者藉由生理感測技術的進步,以量化的生理數據,客觀地評估睡眠模式與睡眠品質,隨著感測技術發展與配戴式感測裝置的精巧、輕量化,都期望能在儘量不妨礙原先睡眠的前提下,甚至是以非察覺式的睡眠監測裝置,提供睡眠評估上客觀準確的量化標準,這些量化的生理訊號與相關的睡眠品質評估整合後可以提供睡眠品質一項準確客觀的評量標準。

至於如何從感測的訊號歸納、判斷睡眠品質,Lerner[1982]認為睡眠不良的特徵包括:(1)睡眠效率差(睡眠時間∕臥床時間)、(2)覺醒時間長、以及(3)REM與深眠減少等三項。Cohen等人[1993]定義下列其中任何一項睡眠困擾的發生即為睡眠品質不良:(1)睡眠少於6小時、(2)睡眠潛伏期(躺到入睡)大於30分鐘、以及(3)夜裡醒來超過3次。而用來評估睡眠品質評量標準則以匹茲堡睡眠品質評量表PSQI(Pittsburgh sleep quality index)最為常見,其內容主要包括(1)主觀的睡眠品質、(2)睡眠潛伏期、(3)睡眠時間、(4)睡眠效率、(5)睡眠困擾、(6)白天功能、(7)使用安眠藥等七類的評估問題。

睡眠品質不良是一個普遍存在於高齡者族群的問題,不良的睡眠對生理與心理均會造成不良的影響,從相關文獻可以歸納六項評估睡眠品質的指標,包括(1)總睡眠時間、(2)睡眠潛伏期、(3)睡眠效率差、(4)夜裡覺醒次數、(5)REM與深眠階段時間、(6)其他影響睡眠因素(如睡眠疾病)。許多研究學者試著利用客觀的科學儀器,監測睡眠中的生理變化以瞭解睡眠,並試著建立這些生理變化與睡眠品質的關連性。

5.         運用科學儀器監測睡眠

早期人們認為睡眠狀態中,人體與大腦是屬於休息靜止的狀態,直到十九世紀才有學者利用客觀的實際與儀器記錄睡眠狀態中人體血壓、呼吸、脈搏與尿量等生理情況。1929年德國精神科醫師Hans Berger以置於頭皮上的電極記錄腦波訊號,發現藉此可以觀察腦部活動的情形,隨後的學者便藉腦波圖研究睡眠狀態中的大腦活動情形,發現依據睡眠由淺至深不同時期的腦波變化,可將睡眠時期歸類為四個階段,今日我們稱之為NREM睡眠的一到四階段,腦波圖仍是目前研究睡眠最客觀的依據。

1953年,睡眠學研究之父Nathaniel Kleitman與其學生,進行睡眠腦波記錄時發現了睡眠狀態中一個特殊的階段,這一階段的腦波與清醒時十分相似,並伴隨著快速眼動特徵,稱之為快速動眼期(REM, rapid eye movement),一個完整的睡眠週期便是在非快速動眼期(NREM, non-rapid eye movement)與快速動眼期(REM)兩個部分交替,入睡後隨著睡眠由淺至深,首先進入NREM時期一到四階段,隨後進入REM時期,隨後再回到NREM睡眠,整夜便在這大約60~90分鐘週期的循環中度過。

睡眠狀態中的NREMREM時期所反應的生理特徵多方面相似但不盡相同,NREM時期心跳減緩血壓下降,呼吸緩慢而淺,血氧量降低,腸胃蠕動與內分泌減緩,對養分與氧氣需求量與排泄物量均降低,身體動作減緩幾乎沒有眼球運動,而REM睡眠時期呼吸、心跳、血壓是呈不規則,而臉部肌肉完全放鬆,男性勃起,眼球快速動作,直到REM睡眠的發現,我們才得以一窺睡眠狀態的全貌。

1970年史丹佛大學成立睡眠實驗室之後,睡眠領域的研究開始應用於臨床醫學上,研究學者以客觀的測試儀器監測睡眠中的生理變化,藉此進行睡眠行為以及睡眠相關的疾病研究,目前進行睡眠評估與研究常使用如圖2所示的睡眠多重生理記錄,作為客觀的生理監測標準,常見的監測項目包括(1)腦波圖、(2)眼動圖、(3)肌電圖、(4)心電圖、(5)鼻、口腔呼吸流量、(6)腹胸呼吸運動、(7)血氧、(8)打鼾次數等,依據需要刪減或增加監測項目。其中腦波圖與眼動圖主要作為辨別睡眠不同階段的依據,肌電圖常作為磨牙、肢體異常抖動的監測,而睡眠中的呼吸與打鼾監測則是呼吸中止症相當重要的觀察項目。

2. 睡眠多重生理記錄[http://home.pchome.com.tw/health/index.htm.]

一般使用PSG進行睡眠監測必須在特定的實驗室並且黏貼大量的腦波電極、心電圖電極以及肌電電極、血氧計等,在不熟悉的環境下以及大量電極的黏貼,往往對受測者的睡眠造成影響,也十分的不便,隨著感測器技術的進步以及睡眠研究的進展,許多研究學者致力於如何以更輕巧、更簡便、提供足夠生理資訊的感測裝置,作為睡眠狀態監測與相關疾病研究的創新設備。分類介紹如下:

(1)   身體活動監測

Kayed[1979]以圖3的手腕貼片偵測身體活動(BM, body movement)、眼部動作貼片電極以及肌電圖三項特徵,作為判別睡眠狀態中NREM時期、REM時期與清醒的指標,在圖4的監測圖表中我們可以明顯鑑別不同睡眠階段的特徵。Cole[1992]Sadeh[1994]、以及Pollak[2001]三位學者的研究中,以如圖5所示紀錄肢體活動的腕動計(Wrist actigraphy),作為鑑別睡眠與清醒的依據,在Cole[1992]的研究中,準確率為90.2%Koninck[1983]的研究中發現,如圖6所示,由NREM睡眠深眠期回到淺眠階段常伴隨著身體的活動,藉此可以作為睡眠週期鑑別的依據以及睡眠品質評估的指標。

3. 偵測身體活動感測器[Kayed, 1979]

4. 以身體活動、眼動與肌動辨別睡眠與清醒[Kayed, 1979]

5. 市售腕動計[http://www.minimitter.com/]

6. 睡眠的不同階段與身體活動 [Koninck, et al. 1983]

(2)   身體體溫監測

Gillberg[1982]將受測者分為不同實驗組,分別於一天中的不同時間入睡,藉此摒除生理時鐘對體溫變化的影響,在研究中發現,不論受測者在一天當中的什麼時候入睡,如圖7所示,睡眠後體溫下降率(每10分的改變率),在睡著後會下降,在醒來時會上升。Murphy[1997],在研究中發現將近90%的受測者體溫下降率最大值會在睡前的一段時間內,圖8中圓點記號代表體溫下降率最大點(以每分鐘體溫變化為單位),而三角形記號為受測者實際入睡時間。

7. 睡眠前後體溫的變化[Gillberg, 1982]

8. 入睡前體溫下降率最大值[Murphy,1997]

(3)   非察覺式睡眠監測

目前市面上已經有許多配戴式、輕量化的小型睡眠監測裝置,圖9為目前市售產品,雖然配戴式的翻身監測裝置、腕動計、腳動計、呼吸監測裝置等,相較於睡眠多重生理記錄器PSG複雜昂貴的裝置,已經十分輕巧輕量化,但對受測者而言睡眠時不免還是會有不適感,甚至影響睡眠,而感測裝置所連接大量的訊號線,也是十分擾人的一點。如果要在日常居家環境中長期、持續性監測睡眠品質,如何降低感測裝置對睡眠的影響,甚至在非察覺性的情況下紀錄所需要的睡眠生理特徵,便是一項值得研究的課題。

9. 市售家用睡眠監測使用情形[http://www.ptservices.com]

10. 利用床上溫度的改變率鑑別身體翻身動作[Tamura, 1996]

為了在非察覺性的狀態下監測睡眠時身體的動作,Tamura[1996]利用床上的溫度感測裝置,感測因為身體動作而造成的溫度變化,藉此鑑別身體活動的情形。在圖10中我們可以看到因身體動作而造成的心跳頻率增快,床上溫度也因睡眠姿勢改變而產生波動。Nishida[1997]更設計了圖11中裝設大量感測器的床,包括床上的壓力感測器、CCD、與麥克風,藉此觀察睡眠中的活動,圖12我們可以看到因不同姿勢所造成的壓力點分佈圖,並藉由最大壓力點分佈情形可以判別受測者仰睡或臥睡的姿勢。

11. 睡眠監測床[Nishida, 1997]

12. 依據壓力點分佈判別睡眠姿勢[Nishida, 1997]

(4)   適合家庭環境之睡眠監測

隨著睡眠學領域研究與感測技術的進步,睡眠監測裝置的設計上傾向能適合家庭使用的裝置,不再使用大型大量的感測裝置,而是以具有巧思設計概念所設計的產品。如圖13所示,Harada[2000]所設計的睡眠監測裝置,藉由枕頭下放置的壓力感測裝置,在圖14左圖中可以看到因呼吸時壓力改變而產生的規律性波動,當睡眠姿勢改變時,所引起的壓力劇烈變化可作為身體動作判別的指標,圖14右圖我們可以看到睡眠呼吸中止症在呼吸動作停止時波形成一直線。Tamura [1992],以圖15設置於床墊上的光纖感測器,利用光纖因壓力而產生強度變化的原理,可以藉由因身體動作而產生的壓力變化判別身體的動作。

13. 枕頭下的壓力感測裝置[Harada ,2000]

14. 藉由壓力改變判別呼吸、身體動作以及呼吸中止[Harada, 2000]

15. 應用光纖壓力感測器偵測身體動作[Tamura, 1992]

6.         本研究目的

目前睡眠品質研究多採用主觀式事後問卷評估以及醫護人員監測兩種方式,而專業的睡眠診斷醫師多採用睡眠多重生理記錄儀作為精確客觀地評估研究睡眠活動,但是受測者需要安裝大量的腦波電極、心電圖電極以及肌電圖記錄器等裝置,不但影響睡眠,測試地點必須在專門的實驗室下進行短暫、最多數晚的睡眠評估。

隨著睡眠研究領域以及感測技術的進步,更精巧、更輕量化配戴式的睡眠感測裝置是設計上的一個趨勢,為了不影響睡眠的進行,許多學者致力於非察覺性睡眠監測裝置的設計。對睡眠監測而言,能夠在原本居家環境中的睡眠場所進行睡眠監測,是最適合的地點,許多研究的訴求便是希望能建立適合居家環境下使用的睡眠監測系統,藉此取代在實驗室陌生的入睡環境,以及不舒服的大量電極與訊號線,非察覺性的設計可以在不影響睡眠的前提下進行睡眠監測。

本計畫之目的,即在設計一套睡眠品質監測與評估系統,設計概念上以產品面角度思考,“非察覺性”以及“外掛式”為主要的設計考量,使用者不需改變原先的睡眠環境,僅需在床墊與枕頭下藏設外掛式的附加感測裝置,在不影響睡眠環境與非察覺的前提下便可監測生理數據評估睡眠品質,而外掛式設計也是降低成本有利於商品化的考量。

各式生理感測裝置所收集的生理訊號,經由濾波放大電路後,以智慧型睡眠PIC進行A/D轉換並進行生理特徵的判別(翻身次數、肢體活動、呼吸頻率、體溫等),經由智慧型睡眠評估系統處理後獲得客觀的睡眠品質指標,系統並與網路連結,子女與照護者可藉由網路即時關懷家中父母的睡眠品質情形。

合作廠商世大化成公司設有研發部門與睡眠工學實驗室,擁有充分研究資源與測試儀器,在睡眠相關產品研發、製造、與行銷有豐富經驗,主要產品為「易眠枕∕墊系列」,是一項提供更好的睡眠環境的科技產品。本計畫所開發之「守眠者」睡眠品質監測與評估系統將與世大化呈公司現有產品整合,成為一完整之提升睡眠品質科技產品。

十八、研究方法、進行步驟及執行進度

1.     研究團隊的形成與分工

本計畫設計之「守眠者」睡眠品質監測與評估系統,使用者在居家環境、非察覺性前提下,利用外掛式感測裝置,長期監測、評估睡眠品質,系統並與網路連結,子女可以藉由網路即時關懷家中父母,同時希望藉由與世大化成股份有限公司的合作,與該公司現有產品「易眠枕∕墊系列」結合,成為一完整之提升睡眠品質科技產品。

本計畫自九十一年一月起開始籌備,組成研究團隊,主要研究人員包括元智大學機械工程學系徐業良教授、博士班研究生一名、與碩士班研究生兩名,以及世大化成股份有限公司研發團隊共五人,進行了數次研究會議,除討論研究計畫內容、交換研究心得、訂定分工項目及進度之外,更建立了良好的默契及團隊研究的工作模式。

本計畫以非察覺性感測技術、智慧型診斷系統、網路整合應用、以及商品化考量為四大研究重點,元智大學機械工程研究所從機械設計的角度切入,主要任務在機械系統設計與分析、生理訊號感測技術、智慧型評估、與網路整合等技術。世大化成公司研發團隊在生物力學研究、睡眠品質評估、新材料開發等領域有相當多的資源與設備,並在睡眠相關產品研發、製造、與行銷有豐富經驗,有實際的產品化製程經驗、顧客需求分析機制等相關領域經驗與知識,藉此次合作計畫,期望可以達到產業與學術界知識經驗交流,整合、提升雙方整體研發能力。

2.     「守眠者」睡眠監測與評估系統初步規劃

根據相關文獻回顧整理,我們可以歸納六項客觀評估睡眠品質優劣與否的影響指標,主要包括(1)總睡眠時間、(2)睡眠潛伏期、(3)睡眠效率、(4)夜間覺醒次數、(5)REM與深眠階段、(6)其他影響睡眠因素等六項客觀指標。

如圖16所示,目前智慧型評估系統架構規劃包括身體活動監測系統、呼吸監測系統與體溫監測系統三項系統,監測身體活動、肢體活動、呼吸頻率、打鼾頻率、與體溫五項生理特徵,藉此我們可以辨別(1)清醒與睡眠、(2)不同睡眠階段(REMNREM與深眠階段)兩項睡眠狀態,藉著兩種睡眠狀態辨別以及其他影響睡眠的因素,可以作為上述六項指標的依據。

16. 「守眠者」睡眠品質評估系統架構

「守眠者」系統硬體架構圖如圖17所示,身體活動監測、呼吸、體溫三項監測系統中各式生理感測裝置所收集的生理訊號,經由濾波放大電路後,以智慧型判斷晶片進行A/D轉換並進行生理特徵的判別(身體活動、肢體活動、呼吸頻率、打鼾頻率、體溫),經由智慧型睡眠評估系統處理後獲得客觀的睡眠品質指標,並與網路結合,遠端子女可以藉由網路即時關懷家中父母睡眠品質。在此架構下,「守眠者」睡眠監測與評估系統關鍵技術規劃如下:

(1)   非察覺性生理感測技術:利用床墊下生理感測裝置,以非察覺性方式感測生理訊號。

(2)   生理訊號放大濾波技術:利用放大濾波電路處理生理訊號。

(3)   智慧型生理特徵判斷技術:將感測器訊號判別為生理特徵。

(4)   智慧型評估技術:利用生理特徵變化智慧型判別清醒與睡眠以及睡眠中不同階段兩項睡眠指標,並進行智慧型睡眠品質評估。

(5)   網路整合技術:遠端使用者可以即時登入,關懷家中父母睡眠品質。

(6)   單晶片技術:開發單晶片A/D轉換、智慧型生理特徵判斷、網路伺服等功能。

17. 「守眠者」系統硬體架構

3. 進行步驟

如圖18所示,本計畫分為三個階段進行(每4個月為一階段),各階段工作說明如下:

第一階段:

組成研究團隊,建立意見與技術交流機制,研究睡眠生理活動,訂定量化生理活動標準以及睡眠品質評估標準,並進行設計需求分析與概念設計。

第二階段:

建立非察覺性睡眠監測系統,並功能測試與修正,接著完成智慧型判斷晶片與智慧型評估系統,並完成整合功能測試工作。

第三階段:

完成網路資料伺服機制,完成守眠者睡眠監測與評估系統,並進行人體實際睡眠測試,依據結果進行設計修正,完成守眠者系統並發表成果。

18. 計畫進行步驟

十九、預期完成之工作項目及具體成果

計畫各階段預期完成之工作項目如下:

第一階段:

(1)   瞭解睡眠狀態中生理活動的各種變化。

(2)   訂定量化生理活動標準。

(3)   訂定睡眠品質評估標準。

(4)   確立守眠者睡眠監測與評估系統概念設計。

第二階段:

(1)   完成非發察覺性睡眠監測系統。

(2)   完成智慧型判斷晶片。

(3)   建立智慧型評估系統。

第三階段:

(1)   完成網路資料伺服機制。

(2)   進行人體實際睡眠測試。

(3)   完成守眠者睡眠監測與評估系統。

(4)   發表研究成果並申請專利,為商品化做準備。

本計畫預計開發完成的「守眠者」睡眠監測與評估系統,可以改善目前睡眠評估的種種不便,同時與世大化成原有提供良好睡眠環境的「易眠枕∕床」系列產品相結合,成為一套提升更好睡眠品質的完整產品,並藉由世大化成公司產品製造、行銷的相關資源與經驗,為商品化做準備本計畫藉由與世大化成公司的合作機會,分享彼此研發與商品化經驗、技術交流與設備資源共享,可以達到產業與學術界相互提升整體研發能力、培養研究人才的目標。

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