Brevet FR2892914A1 — publié le 20070511

La présente invention se rapporte à un procédé d'analyse et de traitement d'une donnée représentative des phases de sommeil ainsi qu'à un procédé de réveil et à un réveil utilisant ledit procédé d'analyse. Une nuit de sommeil se décompose en plusieurs cycles durant chacun entre 70 et 120 minutes et comprenant schématiquement cinq phases distinctes : deux phases dites de sommeil lent léger, deux phases dites de sommeil lent profond et une phase de sommeil paradoxal, chacune de ces phases se manifestant par une activité motrice et cérébrale caractéristique. Les phases de sommeil lent léger sont caractérisées par un faible tonus musculaire et une activité cérébrale réduite. Les mouvements corporels sont rares et l'activité électrique du cerveau est ralentie. Ces phases représentent près de la moitié du sommeil total. Les phases de sommeil lent profond sont caractérisées par un tonus musculaire élevé. Le dormeur est généralement immobile, doigts et poings serrés avec un pouls et une respiration lents et réguliers. Ces phases représentent environ un quart du sommeil total. La phase de sommeil paradoxal est caractérisée par une activité électrique intense. Le visage est mobile et les yeux sont animés d'un mouvement rapide ( Rapid Eye Movement ou REM). Le pouls et la respiration sont rapides et irréguliers. Le dormeur est en hypotonie musculaire et est généralement agité de brefs mouvements corporels. Il est généralement considéré qu'un réveil en phase paradoxale ou en phase de sommeil lent profond est pénible et entraîne une sensation de fatigue dans la journée. Ainsi, il est idéalement souhaitable de se réveiller pendant la phase de sommeil lent léger. La phase dans laquelle le dormeur doit de préférence se réveiller peut éventuellement varier selon les cultures. Bien que la durée des cycles soient en théorie sensiblement constante au cours de la nuit et plus généralement au cours de la vie d'un être humain, il est très difficile voire impossible pour un dormeur de déterminer l'heure idéale de son réveil même si ce dernier connaît précisément la durée moyenne de ses cycles de sommeil. Les différences de durée de cycles, l'état de fatigue variable d'une nuit à l'autre, l'état de stress ainsi que l'heure d'endormissement constituent les raisons principales empêchant une telle détermination. Il existe toutefois divers appareils permettant d'analyser le sommeil d'un dormeur et qui peuvent être combinés à un système de réveil pour assurer le réveil dans de bonnes conditions. Tout d'abord, un des dispositifs les plus connus et employés dans le milieu médical est le suivi du sommeil par électroencéphalogramme. Cette méthode permet de suivre l'activité cérébrale de manière assez précise et est utilisée pour diagnostiquer d'éventuelles pathologies du sommeil. Toutefois, cette méthode requiert un appareillage complexe principalement utilisé dans un environnement médical ainsi que la pose d'électrodes sur le dormeur, ce qui trouble le sommeil et rend impossible une application grand public. D'autres dispositifs moins complexes connus sous le nom d'actigraphes ont été développés dans le but d'étudier les rythmes circadiens en dehors d'un environnement médical. Un actigraphe mesure l'accélération des mouvements d'une partie du corps, généralement le poignet en utilisant une sorte de montre, avec un filtre passe-bande. L'actigraphie présente une assez bonne corrélation avec l'électroencéphalogramme, en particulier pour des individus à sommeil normal, mais est principalement utilisée pour qualifier les rythmes circadiens et la qualité de la vigilance de personnes ayant des emplois dangereux. Bien que pouvant être appliqué au grand public hors d'un environnement médical, la présence d'une montre qui doit enserrer fermement le poignet reste gênante pour être utilisée pendant la nuit. D'autres dispositifs encore permettent un suivi moins précis mais moins invasif à mettre en oeuvre et se basent sur l'activité musculaire ou corporelle du dormeur. Il pourra s'agir, par exemple, de mesurer, séparément ou en combinaison, l'activité cardiaque, le pouls, la tension artérielle ou encore de mesurer les mouvements du corps par des capteurs placés sous le lit ou à distance. De tels dispositifs sont décrits dans les documents EP 0 681 447 pour la tension artérielle, EP 0 836 046 pour le tonus musculaire et FR 2 649 512 pour le pouls, entre autres. Par ailleurs, l'une des principales difficultés associées généralement à ces dispositifs, réside dans l'analyse des cycles du sommeil et leur modélisation dans le but d'anticiper les phases de sommeil pour calculer une heure de réveil satisfaisante. Ces méthodes d'analyse sont généralement très sommairement décrites. Une des principales méthodes mathématiques d'analyse des cycles à laquelle on pourrait être tenté de recourir consiste à employer une transformée de Fourier dans le but de retrouver le signal périodique central. Cette méthode requiert une quantité de calcul importante et est difficile à mettre en oeuvre dans un microcontrôleur. Par ailleurs, elle fournit beaucoup plus d'informations que nécessaire puisque seule la périodicité et sa phase du signal sont réellement intéressantes. Une façon de remédier partiellement à la quantité de calcul exigée pourrait consister à recourir à la transformée de Fourier rapide. Toutefois, le domaine d'échantillonnage doit alors être puissance de deux, ce qui est difficilement adaptable à des nuits de durées variables. De la même manière la transformée de Fourier discrète est assortie de nombreuses contraintes, notamment une contrainte sur le pas d'échantillonnage. II convient de noter également que les calculs demandés par ces transformées de Fourier ne sont pas récursifs et doivent donc être effectués à chaque mesure sur la totalité de l'échantillon. D'autres méthodes ont été décrites dans de nombreuses demandes de brevet ou brevets essayant de simplifier l'analyse du sommeil dans le but de réveiller une personne au bon moment. On peut citer notamment des méthodes statistiques d'autorégression, d'autocorrélation (EP 0 597 032), de densité spectrale, de logique floue ou encore de réseaux neuronaux (DE 198 11 206). Ces méthodes demandent toutes un grand nombre de calculs et ne sont généralement pas récursives. Par ailleurs, de telles méthodes, et plus particulièrement les méthodes de densité spectrale et de réseaux neuronaux, nécessitent un grand nombre de données pour donner des résultats suffisamment précis, et présentent donc généralement un problème de suffisance de données à exploiter dans le cas de certains paramètres représentatifs des phases de sommeil comme les mouvements par exemple. La présente invention a pour but de proposer une méthode simplifiée d'analyse du sommeil permettant une mise en oeuvre facilitée et consiste pour ce faire en un procédé d'analyse et de traitement d'une donnée représentative des phases de sommeil, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes visant à : - mesurer au moins un paramètre représentatif des phases de sommeil à intervalles réguliers, - à chaque mesure, projeter l'ensemble des données précédemment obtenues sur un ensemble de fonctions périodiques 5 élémentaires, - calculer le module de chaque projection obtenue pour déterminer la fonction périodique élémentaire la plus pertinente par rapport au nombre de mouvements enregistrés, - calculer la phase de la fonction périodique élémentaire retenue 10 pour un intervalle de temps souhaité et en déduire la phase de sommeil correspondante. Par paramètre représentatif des phases de sommeil, on entend tout paramètre variant en fonction des phases de sommeil et dont les variations sont caractéristiques d'un passage en sommeil paradoxal. II 15 pourra s'agir par exemple, du pouls, de la tension artérielle, du mouvement des yeux ou de membres, séparément ou en combinaison. Le paramètre représentatif sera choisi de manière à obtenir une mesure suffisamment discriminante d'une phase de sommeil paradoxal. Ainsi, en projetant les paramètres mesurés sur des fonctions 20 périodiques élémentaires, il est aisé de modéliser la périodicité des phases de sommeil. En effet, un calcul de projection est récursif et la projection d'un paramètre supplémentaire se fait simplement en additionnant la nouvelle projection. De ce fait, peu de calculs sont nécessaires et l'invention fournit une méthode rapide et fiable pour analyser les cycles du 25 sommeil. Préférentiellement, les fonctions élémentaires périodiques sont des fonctions complexes de type sinusoïdes. L'utilisation de fonctions complexes permet de travailler simultanément sur un module représentant l'intensité des mouvements et un argument représentant la phase des 30 fonctions périodiques. Avantageusement, chaque mesure du paramètre représentatif est une valeur discrète déterminée par rapport à un seuil. Avantageusement, le seuil est réglable. La valeur du seuil pourra être réglé d'une nuit à l'autre automatiquement ou par l'utilisateur en fonction de la 35 détection du paramètre représentatif. Avantageusement encore une mesure inférieure au seuil prend une valeur 0 tandis qu'une mesure supérieure au seuil prend une valeur 1. Bien que l'utilisation d'une mesure de valeur continue soit possible, le passage par une valeur de mesure discrète permet d'adapter le poids statistique donné à la mesure caractéristique et d'améliorer la fiabilité du procédé. Préférentiellement, une fonction élémentaire est définie pour chaque période comprise entre 70 et 120 minutes et correspondant à un intervalle de mesure. Préférentielle encore, l'intervalle de temps entre chaque mesure du paramètre représentatif est inférieur ou égal à 5 minutes. Avantageusement, le paramètre représentatif mesuré sont les mouvements du dormeur. En effet, un tel paramètre peut être facilement mesuré directement ou indirectement, par contact ou à distance, avec des capteurs qui ne gênent sensiblement pas le dormeur. La présente invention se rapporte également à un procédé de réveil caractérisé en ce qu'il comprend les étapes précédentes et les étapes suivantes visant à : - déterminer une heure de réveil proche d'une heure de consigne 20 et correspondant à une phase de sommeil acceptable, - émettre un signal sonore et/ou visuel lorsque l'heure de réveil optimale déterminée est atteinte. Comme expliqué précédemment, une phase de sommeil est dite acceptable lorsqu'elle correspond à une phase de sommeil lent léger. Il est 25 toutefois bien évidemment possible de choisir de se réveiller pendant une autre phase de sommeil. Avantageusement, l'étape de détermination d'une heure de réveil optimale n'est effectuée que si l'instant de mesure est supérieur ou égal à l'heure de consigne moins la période déterminée. 30 Avantageusement encore, l'heure de réveil déterminée est la plus proche possible de l'heure de consigne. La présente invention se rapporte encore à un dispositif de réveil comprenant au moins un capteur d'un paramètre représentatif des phases de sommeil relié à un microcontrôleur caractérisé en ce que le 35 microcontrôleur est apte à exécuter les étapes du procédé de réveil selon l'invention. Avantageusement, le dispositif de réveil comprend au moins un capteur de mouvement distant, notamment un capteur infrarouge ou à ultrasons. La mise en oeuvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide de 5 la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une représentation des mesures de mouvements au cours du temps. La figure 2 est une représentation de la pertinence des fonctions 10 élémentaires en fonction de leurs périodes. La figure 3 est une représentation des cycles déterminés par le procédé selon l'invention. La figure 4 est une courbe de la phase de la fonction périodique retenue à chaque instant de mesure en fonction du temps. 15 Un dispositif de réveil selon l'invention comprend un capteur de mouvement distant relié à une entrée d'un microcontrôleur équipé d'un composant horloge. Le capteur est un capteur permettant de mesurer des mouvements à distance du type capteur infrarouge ou capteur à ultrasons. 20 Dans le cas des ultrasons, on s'assurera que la fréquence de ces ultrasons est suffisamment élevée pour qu'ils ne soient pas perturbés par l'environnement. Le capteur est destiné à mesurer l'intensité des mouvements du dormeur à intervalles réguliers de 5 minutes. Un intervalle de temps plus 25 faible est bien évidemment possible. En dessous d'un certain seuil d'intensité de mouvement mesurée, le microcontrôleur considère qu'il n'y a pas de mouvement et attribue la valeur 0 tandis que la valeur 1 est attribuée à l'échantillon si l'intensité du mouvement détecté dépasse le seuil défini. II est bien évidemment possible de travailler en utilisant des 30 valeurs de mesure continues, l'avantage de passer à des valeurs discrètes résidant principalement dans le fait d'attribuer un poids statistique plus important aux mouvements, caractéristiques d'une phase de sommeil paradoxal. Cette considération pourra être facilement adaptée par l'homme du métier au moyen d'essais, selon le paramètre représentatif utilisé. 35 Un exemple d'un ensemble de mesures au cours d'une nuit est représenté sur la figure 1. Le seuil d'intensité de mouvement peut être fixe ou variable afin de tenir compte de la distance à laquelle est placé le capteur. Dans le cas d'un seuil variable, celui-ci pourra être réglé manuellement par l'utilisateur ou automatiquement par le réveil en fonction du nombre de mouvements détectés lors d'une nuit. Pour chaque mesure, le cycle des phases de sommeil est modélisé par projection des mouvements sur un ensemble de fonctions périodiques élémentaires. L'ensemble des fonctions choisies est un ensemble de fonctions 10 élémentaires de type sinusoïdes pour les périodes comprises entre 70 et 120 minutes avec un pas de période égal au pas d'échantillonnage, à savoir cinq minutes. Les fonctions élémentaires considérées sont des fonctions complexes et s'écrivent : .2mt 2n( avec Bk = kT , k entier, et t,,=t0 +nT où T est le pas d'échantillonnage. n est un nombre entier représentant l'échantillon considéré et to, t,, sont respectivement les heures de début d'analyse et l'heure actuelle d'échantillonnage. La projection des mouvements sur la fonction élémentaire k est calculée selon la formule : N 2ni 22rN Xk(N)=Ex(tn)e k =Xk(Nû1)+x(tN)e ; k n=1 où x(tä) est la valeur de mouvement mesurée, 0 ou 1, et N est le nombre l'échantillon au temps tN = to + NT. 25 II convient de noter que ce calcul est récursif et peut donc être facilement effectué avec un minimum de calcul et de mémoire. Bien que les fonctions élémentaires ne soient pas unitaires, elles possèdent un même module égal à la racine carré du nombre de mesures effectuées à un moment donné. II est donc possible de comparer le module 30 de chaque projection afin d'en déduire la fonction élémentaire la plus pertinente et modélisant au mieux les cycles de sommeil durant la nuit. Les modules des projections sont tous inférieurs au nombre de mouvements détectés sur la durée considérée, la fonction la plus pertinentes possédant le module le plus élevé. Le rapport entre le module obtenu au carré et le 15 20 nombre de mouvements mesurés permet d'obtenir une probabilité. Une projection est considérée comme pertinente si sa probabilité est supérieure à 25%. La figure 2 représente la pertinence de chaque fonction 5 élémentaire en fonction de sa période reportée en abscisse. Une fois que la fonction élémentaire de période 0 la plus pertinente a été ainsi déterminée, la fonction correspondante est donc : S0(t)=Xa(N).se(t) II s'agit de la fonction complexe périodique représentant alors au 10 mieux le caractère cyclique des mouvements du sommeil. Son module est égal à la mesure de pertinence et son argument permet d'obtenir la phase du cycle des mouvements au moment considéré. La phase de sommeil à l'heure de consigne peut donc être facilement calculée. Ce calcul peut être effectué à la fin d'un ensemble de mesures 15 ou à chaque mesure avec la fonction élémentaire la plus pertinente à l'instant de la mesure. On pourra facilement afficher des courbes de valeurs pour la fonction représentant la périodicité la plus pertinente calculée en fin de nuit soit en temps réel pour la fonction la plus pertinente à chaque mesure. Il convient de noter que la courbe des valeurs les plus pertinentes 20 à chaque fonction rejoint la courbe déterminée sur la nuit à la fin des mesures. La figure 3 représente chacune de ces courbes, la courbe 1 correspondant à la courbe pour la période déterminée à la fin de la nuit, la courbe 2 correspondant à la courbe pour la période déterminée à chaque instant de mesure. 25 Après un certain nombre de mesures, typiquement lorsque l'instant de mesure correspond à l'heure de consigne moins la période la plus pertinente retenue, il convient alors de déterminer l'heure de réveil appropriée. L'heure de réveil appropriée pourra être affinée grâce à des calculs ultérieurs au fur et à mesure que la fin de la nuit approche et pour 30 lesquels on dispose de plus de mesures. Les mouvements du dormeur ont lieu principalement en début et en fin de sommeil paradoxal. En comparant divers électroencéphalogrammes sur lesquels a été appliqué le procédé de l'invention, on a constaté que le sommeil paradoxal se situe pour des 35 arguments de la fonction complexe élémentaire retenue entre 270 et 90 avant les phases de sommeil lent léger et de sommeil lent profond. L'argument de la fonction périodique complexe la plus pertinente retenue est donc un indicateur de la phase de sommeil correspondante. La plage des valeurs représentatives des phases du sommeil pourra être affinée lors d'études cliniques. Par ailleurs, il est possible pour le dormeur de choisir sa phase de réveil et de déterminer sa gamme de valeurs dites acceptables. II est également possible d'ajouter une fonction permettant l'apprentissage de cette plage de valeurs à partir d'une information sur la qualité du réveil rentrée par l'utilisateur. Pour déterminer une heure de réveil appropriée, il suffit tout d'abord de calculer l'argument de la fonction complexe retenue à l'heure de consigne. Si cet argument appartient à la plage des valeurs acceptables en dehors du sommeil paradoxal, c'est-à-dire est compris entre 90 et 270 , l'heure de consigne n'est pas modifiée. Dans le cas contraire, il convient alors de rechercher l'heure la plus proche de l'heure de consigne pour laquelle l'argument de la fonction appartient à la plage de valeurs acceptables. Typiquement, l'heure la plus proche correspondra à un argument de la fonction complexe retenue de 270 . Une deuxième solution consiste à calculer à chaque instant de mesure si l'argument de la fonction retenue est passé supérieur à la borne supérieure de la plage de valeurs acceptables, à savoir 270 . La figure 4 est une courbe représentant la phase de la fonction élémentaire de période la plus pertinente à chaque instant de mesure en fonction du temps. Une telle courbe pourra éventuellement être affichée à chaque instant sur un écran et pourra permettre, par exemple, de surveiller le sommeil d'un enfant. La nouvelle heure de consigne ainsi déterminée, il suffira de déclencher l'alarme de réveil à l'heure dite. Il convient de noter que lors du sommeil, la fatigue est récupérée en début de nuit en priorité par rapport au sommeil paradoxal. De ce fait, les phases de sommeil lent léger et lent profond sont plus importantes en début de nuit qu'en fin de nuit. Dans le cas où le nombre de cycles avant le réveil est inférieur à trois généralement, il conviendra alors d'ajuster la plage des valeurs acceptables de réveil en fonction du cycle dans lequel le dormeur doit se réveiller. Pour ce faire on pourra définir une plage de valeurs acceptables pour le premier cycle, une plage de valeurs acceptables pour le deuxième cycle, etc... Le nombre de cycles écoulés pourra être déterminé très simplement en divisant le temps de sommeil écoulé par la période pertinente calculée. Une variante de réalisation peut consister à utiliser une période moyenne des cycles de sommeil déterminée à partir des périodes pertinentes obtenues pour chaque nuit. Dans le cas où une nuit ne permet pas de calculer une période suffisamment pertinente, il sera possible d'utiliser la période moyenne déterminée à partir de l'historique des valeurs. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'analyse et de traitement d'une donnée représentative 5 des phases de sommeil, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes visant à : - mesurer au moins un paramètre représentatif des phases de sommeil à intervalles réguliers, - à chaque mesure, projeter l'ensemble des données précédemment obtenues sur un ensemble de fonctions périodiques 10 élémentaires, - calculer le module de chaque projection obtenue pour déterminer la fonction périodique élémentaire la plus pertinente par rapport au nombre de mouvements enregistrés, - calculer la phase de la fonction périodique élémentaire retenue 15 pour un intervalle de temps souhaité et en déduire la phase de sommeil correspondante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonctions élémentaires périodiques sont des fonctions complexes de type 20 sinusoïdes. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque mesure du paramètre représentatif est une valeur discrète déterminée par rapport à un seuil. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le seuil est réglable. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 30 caractérisé en ce qu'une fonction élémentaire est définie pour chaque période comprise entre 70 et 120 minutes et correspondant à un intervalle de mesure. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'intervalle de temps entre chaque mesure du paramètre 35 représentatif est inférieur ou égal à 5 minutes. 25 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le paramètre représentatif mesuré sont les mouvements du dormeur. 8. Procédé de réveil caractérisé en ce qu'il comprend les étapes du procédé d'analyse et de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et les étapes suivantes visant à - déterminer une heure de réveil proche d'une heure de consigne et correspondant à une phase de sommeil acceptable, - émettre un signal sonore et/ou visuel lorsque l'heure de réveil optimale déterminée est atteinte. 9. Procédé de réveil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de détermination d'une heure de réveil optimale n'est effectuée que si l'instant de mesure est supérieur ou égal à l'heure de consigne moins la période déterminée. 10. Dispositif de réveil comprenant au moins un capteur d'un paramètre représentatif des phases de sommeil caractérisé en ce qu'il comprend un microcontrôleur relié audit capteur et apte à exécuter les étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9. 11. Dispositif de réveil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de mouvement distant notamment un 25 capteur infrarouge ou à ultrasons.