УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА СНА
SLEEP SIGNAL CONVERSION DEVICE AND METHOD

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к устройству преобразования сигнала сна, способу и системе для монитора сна. Данное изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему команды для побуждения процессорной системы исполнять упомянутый способ.
Монитор сна может использоваться для обнаружения сна млекопитающего, такого как человек, например, ребенок или младенец. В особенности, в случае с маленькими детьми, родители или медицинский персонал могут желать отслеживать процесс сна. Во время сна млекопитающее может проявлять (общую) подвижность тела, а также испускать физиологические сигналы, такие как сигналы сердца или дыхания, которые могут улавливаться датчиками монитора сна. Датчик для мониторинга движения тела обычно выполняется с возможностью воспринимать сигналы с относительно большой амплитудой, по сравнению с датчиками для мониторинга физиологических сигналов.
Датчику, способному воспринимать как движение тела, так и физиологические сигналы с адекватной точностью, требуется большой динамический диапазон. Динамический диапазон, сокращенно ДД, определяется как соотношение между наибольшими и наименьшими значениями переменной величины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известно, что пьезоэлектрические датчики, располагаемые под матрасом, подходят для выявления физиологических сигналов, таких как сигналы сердца или дыхания при небольшой подвижности или отсутствии движения, и также подходят для выявления (общей) подвижности тела, когда лежащий сверху указанного матраса человек двигается.
Однако на практике оказывается, что требуется огромный динамический диапазон, чтобы уловить как физиологические сигналы во время небольшой подвижности или при отсутствии движения, которые являются сигналами чрезвычайно малой амплитуды, так и сигналы движения при подвижности, которые являются сигналами чрезвычайно большой амплитуды. Поэтому устройства преобразования сигнала сна обычно выполняются с возможностью преобразования сигналов датчика, чтобы обеспечивать измерение физиологических сигналов в присутствии сильных сигналов.
WO2015/078940 предлагает применять регулируемое ослабление сигнала датчика, так чтобы сигналы датчика малой и большой амплитуды было возможно измерить. Коэффициент ослабления величины учитывается при определении биофизической переменной.
В WO 2013/179189 A1 раскрываются сердечная деятельность и дыхательная деятельность, которые отслеживаются человеком, лежащим на поверхности поддерживающей системы. Первый сигнал генерируется путем осуществления выборки значения первой физической величины, которая характеризует баллистический эффект сердечной деятельности в горизонтальном направлении. Второй сигнал генерируется путем осуществления выборки значения второй физической величины. Вторая физическая величина указывает изменение эффекта вытеснения тела на поверхности в вертикальном направлении. Изменение эффекта вытеснения происходит благодаря сочетанию расширения и сокращения тела в результате дыхательной активности и баллистического эффекта сердечной деятельности в вертикальном направлении. Первый сигнал и указанный второй сигнал обрабатываются для выявления информации о баллистическом эффекте сердечной деятельности как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, а также четвертого сигнала, характеризующего дыхательную деятельность. Первый сигнал используется для идентификации во втором сигнале доли баллистического эффекта сердечной деятельности в вертикальном направлении.
В US 2009/0093687 A1 раскрывается способ взаимодействия с физиологическим датчиком. В одном из вариантов осуществления способ включает в себя подачу питания через первый проводник в первом режиме на физиологический датчик и взаимодействие с информационным элементом посредством первого проводника во втором режиме. Физиологический датчик содержит информационный элемент, причем источник питания выполнен с возможностью принимать и хранить энергию от первого проводника в первом режиме, а чувствительная схема выполнена с возможностью принимать энергию от первого проводника в первом режиме. Источник питания подает сохраненную энергию на чувствительную схему во втором режиме.
US 2016/0007870 A1 предлагает способ обработки сигнала, представляющего физиологический ритм субъекта, причем способ содержит этапы приема сигнала от субъекта, фильтрации сигнала с помощью полосового фильтра, выявления окна анализа из отфильтрованного сигнала, выполнения множества способов расчета длины интервала на отфильтрованном сигнале в окне анализа, суммирования выходных сигналов упомянутого множества способов расчета величины интервала и определения длины интервала из суммы выходных сигналов упомянутого множества способов расчета величины интервала.
В WO 2015/078937 A1 раскрывается устройство мониторинга сна для мониторинга состояний сна человека, выполненное с возможностью принимать данные о движении спящего человека от устройства измерения движения, причем устройство мониторинга сна включает в себя анализатор данных движения, выполненный с возможностью вычислять на основании данных о движении по меньшей мере: данные о сердцебиении и данные о дыхании, а также физическую активность; классификатор данных, выполненный с возможностью определять регулярность сердечного ритма по данным о сердцебиении в пределах некоторого временного интервала и определять оценку дыхательной регулярности по данным о дыхании в пределах временного интервала; причем классификатор сна выполнен с возможностью получать состояние сна за упомянутый временной интервал из по меньшей мере оценки дыхательной регулярности и оценки регулярности сердечного ритма.
В US 2015/0216475 A1 раскрываются электроды и способы определения физиологических состояний с помощью носимого устройства (или переносного устройства) и одного или более датчиков, на которые может воздействовать движение. Способ включает в себя прием сигнала датчика, содержащего данные, представляющие физиологические характеристики, в носимом устройстве от дистального конца конечности, и сигнала датчика движения. Способ включает в себя разложение в процессоре сигнала датчика для определения компонентов физиологического сигнала. Генерируется сигнал физиологических характеристик, который включает в себя данные, представляющие физиологическую характеристику, который может служить основанием для определения физиологического состояния на основании, например, биоимпедансных сигналов, происходящих с дистального конца указанной конечности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Наличие устройства, способа или системы для преобразования измеренных сигналов датчиков с целью смягчения недостатков регулируемой схемы ослабления представляло бы интерес.
В соответствии с одним аспектом данного изобретения устройство преобразования сигнала сна для монитора сна содержит первый блок обработки для выдачи первого параметра, указывающего величину сигнала от первого датчика сна, воспринимающего физиологический сигнал от спящего млекопитающего; второй блок обработки для выдачи второго параметра, указывающего величину сигнала от второго датчика сна, воспринимающего физиологический сигнал от спящего млекопитающего, причем сигнал первого датчика отличается от сигнала второго датчика; детектор клиппирования для обнаружения того, когда сигнал первого датчика клиппируется; делитель для вычисления отношения на основании деления первого параметра на второй параметр, когда сигнал первого датчика не клиппируется; умножитель для генерирования расчетного сигнала первого датчика на основании умножения второго выходного сигнала, основанного на сигнале второго датчика, на упомянутое отношение; и переключатель для выдачи первого выходного сигнала сна на основании расчетного сигнала первого датчика, при обнаружении того, что указанный сигнал первого датчика клиппируется, и первого выходного сигнала на основании сигнала первого датчика, при обнаружении того, что указанный сигнал первого датчика не клиппируется.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения способ преобразования сигнала сна для монитора сна содержит этапы обработки сигнала первого датчика для выдачи первого параметра, указывающего величину сигнала от первого датчика сна, воспринимающего физиологический сигнал от спящего млекопитающего; обработки сигнала второго датчика для выдачи второго параметра, указывающего величину сигнала от второго датчика сна, воспринимающего физиологический сигнал от спящего млекопитающего, причем сигнал первого датчика отличается от сигнала второго датчика; обнаружения того, когда клиппируется первый сигнал датчика; вычисления отношения на основании деления первого параметра на второй параметр, когда указанный сигнал первого датчика не клиппируется; генерирования расчетного сигнала первого датчика на основании умножения второго выходного сигнала, основанного на сигнале второго датчика, на упомянутое отношение; и выдачи первого выходного сигнала сна на основании расчетного сигнала первого датчика, при обнаружении того, что сигнал первого датчика клиппируется, и первого выходного сигнала на основании сигнала первого датчика, при обнаружении того, что сигнал первого датчика не клиппируется.
Данное изобретение уменьшает вышеуказанный недостаток конфигурации с несколькими датчиками путем определения первого расчетного сигнала для замещения первого клиппированного сигнала на основании второго от другого датчика и отношения сигнала первого датчика к сигналу второго датчика. При подвижности энергия клиппированных участков сигнала оценивается по неклиппированным участкам сигналов от другого датчика и профилю относительной энергии, называемому отношением, который создается в автоматическом режиме. Отношение между сигналами первого и второго датчиков устанавливается посредством упомянутого делителя за период времени, когда сигнал первого датчика не клиппируется. Указанный делитель принимает соответствующие параметры, указывающие величину соответствующих сигналов, то есть не сам сигнал, а скорее параметр, относящийся к величине данного сигнала, например, амплитуде сигнала, огибающей сигнала или мощности сигнала. Такие параметры соответствующих сигналов различных датчиков разделяются для определения отношения за период, когда указанные сигналы не клиппируются. Умножитель умножает сигнал второго датчика на это отношение для расчета сигнала первого датчика, этот расчет переключается на выходной сигнал сна во время клиппирования сигнала первого датчика. Сигналы первого и второго датчика могут быть преобразованными версиями соответствующих сигналов датчика, тогда как преобразование может происходить вместе с упомянутой обработкой для определения соответствующих параметров. Следовательно, данное изобретение предоставляет решение с использованием нескольких датчиков в системе мониторинга сна с ограниченным динамическим диапазоном в среде с большими различиями в амплитудах отслеживаемых сигналов.
Изобретатели рассматривали расширение динамического диапазона путем использования датчика с логарифмической шкалой. Логарифмические датчики способны измерять большую амплитуду и малую амплитуду, выдавая расширенный динамический диапазон. Недостатком таких логарифмических датчиков является то, что они обычно более сложные. Следовательно, предлагается линейный датчик в сочетании с устройством преобразования сигнала сна, который справляется с большим динамическим диапазоном. Устройство преобразования сигнала сна выдает выходной сигнал сна, пропорциональный сигналу линейного датчика, путем использования расчетного отношения при клиппировании сигналов датчика. Предлагаемое устройство преобразования сигнала предпочтительно обеспечивает точный сигнал у физиологических сигналов во время сна, в то же время обеспечивая пропорционально корректный сигнал во время общей подвижности тела. В результате, устройство преобразования сигнала фактически восстанавливает или аппроксимирует оригинальный динамический диапазон посредством использования расчетного сигнала во время клиппирования.
В одном варианте осуществления параметр, указывающий величину сигнала, может представлять собой расчетную оценку амплитуды или расчетную оценку энергии сигнала. Энергия сигнала обычно представлена сигналом в квадрате. Другим примером обработки с целью получения параметра, указывающего величину, может быть принятие удвоенного амплитудного значения, средней амплитуды или абсолютного значения сигнала. Абсолютное значение сигнала обеспечивает преимущество, состоящее в том, что обычно при мониторинге сна представляет интерес интенсивность, а не знак сигнала.
Обработка сигнала может включать в себя обработку множественных значений сигнала внутри фильтра, такого как фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ) или фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Такой фильтр обеспечивает более стабильный обработанный сигнал в течение некоторого времени.
Необязательно, в устройстве по меньшей мере один из блоков обработки выполнен с возможностью определять параметр, указывающий величину сигнала, основанного также на участке сигнала после предыдущего участка сигнала, где сигнал первого датчика клиппируется, тогда как делитель выполнен с возможностью использовать определяемый параметр в вычислении отношения, используемого в течение упомянутого предыдущего участка сигнала. Такое устройство преобразования может считаться устройством преобразования не в реальном времени. Устройство выдает отношение на основании не только предыдущего и текущего образцов сигналов первого и второго датчика, но также на основании последующих образцов сигналов первого и второго датчика после периода клиппирования. Например, такое устройство не в реальном времени может вводить значительное время задержки, например, при записи данных целой ночи, и только после получения всех данных за целую ночь начинается вышеупомянутая обработка сохраненных данных.
Необязательно, в устройстве определяется возможность выявления дыхательных и сердечных характеристик из текущего участка сигнала, и делитель выполнен в зависимости от этого с возможностью управления тем, включать или нет этот текущий участок сигнала в расчет отношения. В качестве альтернативы либо дополнительно к фильтрованию величин энергии за период времени перед тем, как обновлять отношения энергий для получения стабильной матрицы соотношений относительных энергий, указанная возможность выявления дыхательных и сердечных характеристик может быть задействована для определения того, включать или нет указанный текущий участок сигнала в определение сочетания соотношений относительных энергий. Это означает, что только когда сигнал содержит дыхательную и сердечную информацию и в связи с этим данный сигнал является стабильным, он включается в расчет.
Необязательно, указанное содержит первый блок преобразования для преобразования сигнала первого датчика в первый выходной сигнал и второй блок преобразования для преобразования сигнала второго датчика во второй выходной сигнал.
Необязательно, первый параметр, выдаваемый первой схемой обработки, составляет первый выходной сигнал, а второй параметр, выдаваемый второй схемой обработки, составляет второй выходной сигнал.
Необязательно, в устройстве первый и/или второй блоки обработки выполнены с возможностью запрещать, чтобы, соответственно, сигналы первого и/или второго датчиков оказывали влияние на упомянутое отношение, когда по меньшей мере один из сигналов первого и второго датчиков клиппируется.
Необязательно, устройство содержит множество блоков обработки для обработки множества сигналов датчиков от соответствующего множества датчиков сна; множество детекторов клиппирования для обнаружения того, когда соответствующий один из сигналов датчика клиппируется; по меньшей мере один делитель для вычисления матрицы отношений, причем каждый элемент матрицы отношений является отношением, основанным на делении, когда соответствующие сигналы датчика не клиппируются, соответствующих параметров, указывающих амплитуду соответствующих сигналов датчика; по меньшей мере один умножитель для генерирования по меньшей мере одного соответствующего расчетного сигнала на основании умножения выбранного выходного сигнала, основанного на другом выбранном сигнале из сигналов датчика, на соответствующий элемент матрицы отношений; и множество переключателей для выдачи на каждый переключатель соответствующего выходного сигнала сна на основании соответствующего расчетного сигнала при обнаружении того, что соответствующий сигнал клиппируется, и на основании соответствующего выходного сигнала, основанного на соответствующем сигнале, при обнаружении того, что соответствующий сигнал не клиппируется. Предпочтительно, когда конкретный сигнал датчика клиппируется, из упомянутого множества сигналов датчика выбирается другой сигнал датчика, для того чтобы обеспечить соответствующий расчетный выходной сигнал путем умножения данного выбранного выходного сигнала на соответствующий элемент матрицы отношений, задающий отношение между этим выходным сигналом датчика клиппирования и выбранным другим датчиком. Этот выбор может основываться на определении того, какие из датчиков являются клиппирующими, и/или того, какие из датчиков имеют наиболее тесную взаимозависимость с этим датчиком клиппирования, например, на основании положения датчиков или качества сигнала.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения компьютерная программа или машиночитаемый носитель могут иметь встроенный машиночитаемый код, причем, машиночитаемый код является таким, что, при исполнении подходящим компьютером или процессором, эти компьютер или процессор побуждаются выполнять способ, как описано выше.
Модификации и варианты указанной системы и/или компьютерного программного продукта, которые соответствуют описанным модификациям и вариантам способа, могут осуществляться специалистом в области техники на основании настоящего описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данные и другие аспекты настоящего изобретения становятся очевидными на основе и будут далее поясняться со ссылкой на варианты осуществления, описываемые ниже. На чертежах,
На Фиг.1 схематически изображена система мониторинга сна, включающая в себя первый датчик, второй датчик и устройство преобразования сигнала сна.
На Фиг.2 изображена блок-схема способа преобразования сигнала сна для монитора сна.
На Фиг.3 изображена блок-схема альтернативного способа преобразования сигнала сна для монитора сна.
На Фиг.4 схематически изображен вариант осуществления компьютерного программного продукта, машиночитаемого носителя и/или машиночитаемого носителя, предназначенного для долговременного хранения информации, в соответствии с данным изобретением.
Следует отметить, что данные чертежи являются исключительно схематичными и не вычерчены в масштабе. На данных чертежах элементы, которые соответствуют элементам, уже описанным ранее, могут иметь те же номера позиций.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Баллистокардиография может основываться на пьезоэлектрических датчиках. Один или более пьезоэлектрических датчиков устанавливаются в модуль, который помещается под матрасом. Один пьезоэлектрический датчик будет производить небольшое напряжение при приложении к нему давления. Следовательно, путем записи напряжения данного датчика улавливаются движения человека, лежащего поверх матраса. Как оказывается, данные датчики могут быть достаточно чувствительными для того, чтобы уловить даже дыхательные и сердечные сигналы, когда указанный человек лежит на матрасе неподвижно. Таким образом, улавливаются параметры, относящиеся ко сну: общая подвижность тела, сердечные характеристики (например, сердечный ритм) и дыхательные характеристики (например, частота дыхания).
Применение множества датчиков позволяет оценивать положение и/или ориентацию младенца/человека. Для мониторинга сна датчики обычно располагаются внутри, под, прилегающими или в непосредственной близости матраса. Например, датчики могут быть расположены на каркасе, поддерживающем матрас либо прилегать к нему или находиться внутри указанного матраса. Датчики должны располагаться так, чтобы пульсация давления передавалась датчикам. Датчики могут быть на некотором расстоянии друг от друга. Датчики также могут иметь динамический диапазон и/или точность неодинаковую, а именно, различную у разных датчиков.
Млекопитающее, такое как человек, может пользоваться матрасом для сна. Во время сна, объект будет дышать, иметь сердечный ритм и также может двигаться. Датчику для измерения такого широкого диапазона свойств нужно обладать большим динамическим диапазоном, а также высокой точностью. Не прибегая к использованию весьма специализированных и/или дорогостоящих датчиков и устройств обработки сигнала, данное изобретение использует сигнал датчика от одного датчика для компенсации другого сигнала датчика, который клиппируется, как описывается ниже.
Датчики сна предназначены для восприятия общей подвижности тела и одного или более физиологических сигналов, таких как сердечный или дыхательный сигнал. Датчик сна может представлять собой датчик, содержащий нажимную пластину. Датчик сна может быть пьезоэлектрическим датчиком, таким как пьезоэлектрический датчик давления или пьезоэлектрический тензометрический датчик. В одном варианте осуществления устройство с одинарным датчиком включает в себя множество пьезодатчиков, например, совокупность четырех датчиков. Эти четыре датчика расположены в четырех углах квадрата или прямоугольника.
Пьезоэлектрические датчики, подходящие для выявления физиологических сигналов, таких как сердечные или дыхательные сигналы, при небольшой подвижности или ее отсутствии, также подходят для выявления (общих) движений тела, когда человек, лежащий сверху матраса, двигается. Однако на практике оказывается, что требуется огромный динамический диапазон для того, чтобы уловить как физиологические сигналы во время небольшой подвижности или при отсутствии движения, которые являются сигналами чрезвычайно малой амплитуды, так и сигналы движения при подвижности, которые являются сигналами чрезвычайно большой амплитуды. Как следствие, часто схема, воспринимающая аналоговое напряжение от пьезоэлектрического датчика (датчиков), выполняется таким образом, что в сигналах имеется достаточно данных для улавливания сердечных и дыхательных характеристик. Недостаток этого состоит в частом клиппировании сигналов во время движения, что делает невозможным оценку уровня подвижности. Можно только установить, что имело место движение, а определить уровень интенсивности движения чаще всего невозможно.
На Фиг.1 схематически изображен пример системы 200 для мониторинга сна, которая содержит первый датчик 210, второй датчик 220 и устройство 100 преобразования сигнала сна. Первый и второй датчики подсоединены к соответствующим входам устройства преобразования для выдачи сигнала 110 первого датчика и сигнала 120 второго датчика. После преобразования сигнала первого датчика устройство преобразования выдает преобразованный выходной сигнал 170 сна, основанный на преобразовании сигнала первого датчика. Выходной сигнал сна может быть введен в монитор сна. В дальнейшем тексте будет обсуждаться генерирование и использование только одиночного сигнала. На практике (не показано), в дополнение к выдаче первого выходного сигнала 170 сна, как правило, аналогичные выходные сигналы сна будут генерироваться на основании преобразованных сигналов от второго и последующих датчиков с использованием соответствующей схемы обработки.
Указанная система мониторинга сна может дополнительно содержать монитор сна (не показан) для мониторинга выходного сигнала 170 сна, принимаемого от устройства 100 преобразования. Монитор сна может быть выполнен с возможностью обнаруживать, спит ли млекопитающее на самом деле или бодрствует, а также дополнительно классифицировать его сон или схемы сна в течение времени. В основном варианте осуществления выходной сигнал 170 сна, изображенный на Фиг.1, подается на классификатор сна/бодрствования, например, какой-либо наивный байесовский классификатор, для выдачи прогноза касательно того, спит или нет данный человек/млекопитающее. Детекторы сна и классификаторы известны как таковые, например, из патентных документов US6280392 или WO2015/078940.
В практическом варианте осуществления устройство 100 преобразования сигнала сна может быть выполнено в виде встроенной схемы или в форме модуля на плате печатной схемы, включающей в себя схему преобразования. Такая схема преобразования может быть объединена с монитором сна и/или датчиками и составлять единое устройство.
Указанная схема преобразования может содержать первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 114 для выдачи сигнала 111 первого цифрового датчика. Указанная схема преобразования может содержать второй АЦП 124 для выдачи сигнала 121 второго цифрового датчика. Обычно, сигналы первого и второго датчика преобразовываются в цифровую форму, и оцифрованные сигналы датчика выдаются в детектор клиппирования и в первый и второй блоки обработки. Однако, обработка аналоговых сигналов также возможна. АЦП может также совместно использоваться для мультиплексирования различных сигналов, и ему может предшествовать усилитель.
Устройство преобразования сигнала сна может включать в себя первый блок СО1 118 преобразования сигнала датчика и второй блок СО2 119 преобразования сигнала датчика для преобразования входного сигнала датчика, например, буферизации, масштабирования, фильтрования шума или формирования частоты, такого как полосовая фильтрация, фильтрация верхних частот или фильтрация нижних частот. Таким образом, входные сигналы датчика преобразуются для обеспечения преобразованного выходного сигнала сна. Указанный преобразованный первый выходной сигнал может быть аналоговым или цифровым. Преобразование может включать в себя масштабирование первого выходного сигнала, согласно логарифмической шкале, чтобы обеспечить высокую точность первому выходному сигналу при малых амплитудах сигнала первого датчика, при этом сохраняя возможность вырабатывать сигналы, представляющие большую амплитуду сигнала первого датчика.
Преобразование также может включать в себя нормализацию выходного сигнала сна. Нормализация в контексте данного изобретения означает, что измеренные сигналы различных датчиков масштабируются для представления одного и того же опорного уровня. Нормализация может значительно улучшить эффективность распознавания и классификации сна. Нормализация в контексте данного изобретения может подразумевать расположение измеренного сигнала в диапазоне от 0 до 1 путем масштабирования полного сигнала для соответствия данному диапазону. Однако применение нормализации требует сигналов без клиппирования, так как клиппирование может помешать нормализации. Нормализация обычно производится в течение некоторого периода времени. Данный период времени может варьироваться от нескольких минут, часа, нескольких часов, цикла сна до даже нескольких циклов сна. Такие сигналы, клиппирование которых корректируется, обеспечиваются с помощью устройства преобразования.
Схема 100 преобразования содержит первый блок PR1 115 обработки для обработки сигнала 110 первого датчика для выдачи первого параметра 117, и второй блок PR2 125 обработки для обработки сигнала 120 второго датчика для выдачи второго параметра 127. Обработка для определения соответствующих параметров может быть (частично) объединена с вышеописанным преобразованием для определения преобразованных выходных сигналов. Блоки обработки могут иметь фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ) или бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Блоки обработки могут быть выполнены с возможностью вычислять энергию сигнала датчика, например, путем возведения в квадрат. Блок обработки также может содержать сочетание вышеописанных примеров обработки.
Устройство, изображенное на Фиг.1, имеет первый и второй блоки преобразования для преобразования сигналов датчика в выходные сигналы и раздельные первый и второй блоки обработки. Такая обработка может также по меньшей мере проводиться совместно. Например, первый параметр, выдаваемый первой схемой обработки, может составлять первый выходной сигнал, а второй параметр, выдаваемый второй схемой обработки, может составлять второй выходной сигнал.
Схема преобразования дополнительно содержит детектор 150 клиппирования для обнаружения клиппирования сигнала 110 первого датчика. Детектор клиппирования выдает сигнал 155 клиппирования, указывающий на клиппирование сигнала первого датчика. Клиппирование может, например, быть обнаружено, если сигнал от АЦП имеет жесткую последовательность значений сигналов при максимуме или минимуме диапазона цифрового сигнала заданной длины.
Схема преобразования дополнительно содержит делитель 130, выполненный с возможностью делить первый параметр 117 на второй параметр 127. Делитель выдает отношение в виде выходного сигнала. Таким образом, упомянутое отношение вычисляется на основании деления первого параметра 117, полученного из сигнала первого датчика, на соответствующий параметр 127, полученный из второго обработанного сигнала, выдаваемого соответствующими блоками PR1 и PR2 обработки. В данном примере предполагается, что сигнал первого датчика является более сильным сигналом и будет клиппироваться, тогда как сигнал второго датчика не клиппируется. Аналогичная обработка может быть применена также для расчета сигнала второго датчика, когда сигнал второго датчика клиппируется, на основании неклиппируемого сигнала первого датчика, и в равной степени для сигналов последующих датчиков.
Упомянутое отношение вычисляется с помощью делителя на основании неклиппированных сигналов первого и второго датчиков, таким образом, за период, где оба сигнала относительно малы. В одном варианте осуществления, когда обработка или преобразование сигналов предполагают множество образцов, как например, в случае КИХ- или БИХ-фильтра, информация о том, клиппируются ли сигналы первого и/или второго датчика, также может выдаваться в блоки PR1/2 обработки и/или в блоки CO1/2 преобразования, которые затем могут прервать обработку, чтобы предотвратить ухудшение клиппируемыми сигналами первого и второго датчиков их выходных сигналов. Например, значения клиппируемых сигналов могут быть пропущены, тактовые сигналы фильтрования могут быть прекращены или предыдущее значение может дублироваться.
Схема преобразования дополнительно содержит умножитель MULT 135 для умножения упомянутого отношения на второй обработанный сигнал датчика. Умножитель выдает в качестве выходного сигнала расчетный сигнал 140 первого датчика. Расчетный сигнал определяется путем умножения преобразованного сигнала второго датчика от СО2 на отношение, установленное с помощью делителя.
В одном варианте осуществления коэффициент усиления датчиков отличается, например, коэффициент усиления сигнала первого датчика в усилителе блока АЦП выше или чувствительность первого датчика выше, чем второго датчика. При определении отношения разница коэффициентов усиления автоматически учитывается делителем, поскольку блоки обработки принимают отличающиеся сигналы, если они не клиппируются. Когда отношение составляет больше единицы благодаря большему коэффициенту усиления сигнала первого датчика, сигнал первого датчика обычно первым начинает клиппироваться по причине большего коэффициента усиления. В практическом варианте осуществления только сигналы с высоким коэффициентом усиления могут быть защищены вышеупомянутой схемой замещения сигналов.
Схема преобразования дополнительно содержит переключатель 160. Переключатель контролируется сигналом 155 клиппирования детектора клиппирования. Переключатель выдает преобразованный выходной сигнал 170 сна на основании расчетного сигнала первого датчика, при обнаружении того, что сигнал первого датчика клиппируется, и первый выходной сигнал на основании сигнала первого датчика, при обнаружении того, что указанный сигнал первого датчика не клиппируется. В случае, когда сигнал первого датчика не клиппируется, преобразованным первым выходным сигналом является первый преобразованный сигнал датчика от блока СО1. В случае, когда сигнал первого датчика клиппируется, преобразованным первым выходным сигналом является расчетный сигнал 140 первого датчика.
В одном варианте осуществления во время клиппирования сигнала первого датчика обработка первого и/или второго блока обработки может быть временно остановлена, например, путем поддержания значений, присутствующих в блоке обработки, на их текущем уровне, когда сигнал клиппирования указывает на начало клиппирования. В качестве альтернативы, во время клиппирования сигнала первого датчика входной сигнал первого и/или второго блоков обработки может временно удерживаться на стабильном или постоянном значении. В качестве альтернативы, во время клиппирования отношение 132 может сохраняться стабильным или на постоянном значении. В качестве альтернативы, возможно сочетание вышеуказанных вариантов во время клиппирования сигнала первого датчика.
Хотя обработка сигнала в соответствии с описываемым в данном документе может быть (частично) выполнена с помощью аналоговых блоков, цифровая реализация также подразумевается. Например, указанный переключатель в цифровом исполнении может представлять собой операцию перезаписи клиппированного сигнала посредством расчетного значения (масштабированного по указанному отношению) одного из других сигналов. Устройство преобразования сигнала сна в данном примере может иметь первый блок обработки и второй блок обработки. Однако понятно, что указанная обработка может проводиться с помощью совместно используемого блока обработки, который чередует обработку и/или преобразование сигнала первого датчика и сигнала второго датчика и последующих сигналов. В особенности, если сигналы являются цифровыми, совместно используемый процессор для обработки сигналов может выполнять вышеуказанную обработку на основании соответствующего встроенного программного обеспечения. Такой совместно используемый блок обработки также может выполнять обнаружение клиппирования, включение, умножение и/или деление.
Сигнал датчика обычно выдается в виде цифрового сигнала датчика или усиливается и оцифровывается с помощью устройства преобразования перед обработкой. Предпочтительно, обнаружение клиппирования применяется к оцифрованным сигналам. Если преобразование в цифровую форму выполняется посредством устройства преобразования, устройство может включать в себя один аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с мультиплексором для обеспечения АЦП различными аналоговыми сигналами, один АЦП на оцифрованный сигнал или гибридное исполнение. Сигналы датчика могут усиливаться до обработки АЦП. Коэффициент усиления усилителя может быть задан заранее или регулироваться с помощью устройства преобразования сигнала сна.
В одном варианте осуществления устройство преобразования сигнала сна может выдать множество преобразованных выходных сигналов сна и включает в себя множество блоков обработки для обработки множества сигналов от соответствующего множества датчиков сна. Множество отношений может быть вычислено между некоторыми или всеми сигналами датчика. Данное вычисление отношений может выполняться последовательно путем обеспечения соответствующими параметрами по меньшей мере одного делителя. Различные отношения могут храниться как элементы матрицы отношений. Для обнаружения клиппирования множества сигналов устройство преобразования имеет один или более детекторов клиппирования. Один детектор клиппирования, принимающий множество сигналов, может быть задействован для обнаружения клиппирования множества сигналов. В качестве альтернативы, каждый сигнал может иметь свой собственный детектор клиппирования.
Количество переключателей или соответствующих операций переключения в цифровом исполнении в упомянутом устройстве может быть равно количеству преобразованных выходных сигналов сна, при этом каждый переключатель принимает соответствующий расчетный сигнал. Каждый расчетный сигнал может быть основан на умножении одного из сигналов остальных датчиков на соответствующее отношение из матрицы. Множество оценочных значений одиночного сигнала клиппирования может быть вычислено, например, путем умножения сигналов всех остальных датчиков на соответствующее отношение из матрицы отношений, и скомбинировано, например, путем вычисления средней величины. Вычисление средней величины может представлять собой средневзвешенную величину, причем вес может зависеть от мощности сигнала, клиппирования, стабильности и/или шума. В одном альтернативном варианте осуществления устройство может обеспечивать множество оценочных значений для соответствующих выходных сигналов. В одном альтернативном варианте осуществления выходной сигнал может чередоваться или быть мультиплексным сигналом, состоящим по меньшей мере из двух, предпочтительно из всех, выходных сигналов.
На Фиг.2 схематически изображен способ 700 преобразования сигнала сна для монитора сна. Способ начинается с обработки PROC1 710 сигнала первого датчика для выдачи первого преобразованного сигнала и первого параметра. Способ продолжается в виде обработки PROC2 720 сигнала второго датчика для выдачи второго параметра и второго преобразованного сигнала. Этапы обработки PROC1, PROC2 сигналов первого и второго датчиков могут меняться местами либо выполняться параллельно. Обработка может подразумевать КИХ- или БИХ-фильтрование соответствующего сигнала либо другое фильтрование или обработку сигнала, такую как шумоподавление, известное как таковое в области преобразования сигналов.
Существуют два типичных пути определения энергетических уровней: основанный на фреймовом представлении и рекурсивный. В случае фреймового решения сигнал сегментируется на малые участки данных, например, длительностью 5 секунд. И энергия вычисляется для каждого участка:
где k обозначает индекс фрейма, c обозначает канал и h обозначает размер скачка.
В случае рекурсивного пути, энергия может вычисляться как:
В оба расчета могут вноситься изменения, например, для устранения сигнала постоянного тока до выполнения оценки энергии.
После этого, способ продолжается этапом DET_CLIP 730 для обнаружения того, клиппируется ли сигнал первого датчика. Обнаружение клиппирования сигнала первого датчика на практике может быть непрерывным процессом параллельно с обработкой сигнала первого датчика, сигнала второго датчика или последующих сигналов.
Клиппирование может быть определено с помощью ряда способов. Наиболее простым является использование вычисленной энергии для нахождения в целом больших пиков сигнала. В качестве альтернативы, может быть построена гистограмма по заданному окну. Если распределение гистограммы имеет много значений в области клиппирования, она может быть классифицирована как зона клиппирования.
Способ продолжается вычислением отношения на этапе CALC RATIO 740. Отношение может быть вычислено на основании деления первого обработанного сигнала на второй обработанный сигнал. Данное вычисление необходимо выполнить, пока первый сигнал датчика не клиппируется, как обнаружено на этапе DET_CLIP, чтобы клиппирование сигнала первого датчика не повлияло на отношение. Это может потребовать того, чтобы отношение поддерживалось или хранилось, либо не обновлялось, до тех пор пока сигнал первого датчика клиппируется, поскольку это предотвращает влияние значений клиппированного сигнала на фильтрование.
В матрице различные соотношения относительной энергии могут быть определены следующим образом. Это может быть визуализировано в форме треугольной матрицы отношений, в примере с четырьмя каналами датчика:
E1
E2
E3
E4
E1
-
E2/E1
E3/E1
E4/E1
E2
-
E3/E2
E4/E2
E3
-
E4/E3
E4
-
Поскольку желательно использовать стабильное отношение относительной энергии для расчета энергии во время клиппирования, рекомендуется фильтровать нижние частоты отношений энергии в течение времени, перед тем как вычислять отношения энергии. Отмечено, что рекурсивная оценка энергии с легкостью позволяет такое фильтрование посредством изменения параметра  в формуле выше.
Далее способ продолжается этапом GEN_EST_PRS1 750 путем генерирования расчетного сигнала первого датчика. Расчетный сигнал первого датчика основан на умножении второго преобразованного сигнала на упомянутое отношение. Генерирование расчетного сигнала первого датчика выполняется, когда обнаружено, что сигнал первого датчика клиппируется, в соответствии с обнаруженным на этапе DET_CLIP.
После этого способ продолжается в виде этапа PROV_OUT 760 путем выдачи выходного сигнала на первый выход сигнала сна. В случае, когда сигнал первого датчика не клиппируется, первый преобразованный сигнал выдается на первый выход сигнала сна. Иначе, расчетный сигнал первого датчика выдается на первый выход. С данного момента способ может повторять вышеупомянутые этапы для непрерывного преобразования сигнала первого датчика.
На вышеописанных этапах генерирования и вывода определенные отношения могут применяться следующим образом. Предположим, что для нашего текущего фрейма k клиппирование наблюдается в каналах 2, 3 и 4, при том, что канал 1 не считается клиппированным. В данном случае, старая (клиппированная) оценка энергии для каналов 2, 3 и 4 переписывается путем умножения энергии канала 1 на (стабильные) отношения, в соответствии с определенным выше.
Способы генерируют и используют только одиночные сигналы, но на практике обычно множество сигналов генерируются для второго и последующих датчиков с использованием соответствующих этапов способа.
Из вышесказанного предполагается, что ориентация человека и, следовательно, относительные уровни энергии, являются постоянными в течение времени. Очевидно, относительные уровни могут изменяться, как только человек начал двигаться. Поэтому после периода клиппирования отношения могут быть рассчитаны заново с использованием параметров после упомянутого периода. Кроме того, если не требуется динамика в реальном времени, профиль коэффициента усиления как до, так и после периода клиппирования может использоваться в установлении отношения энергии вместо простого применения отношения на основании только прошлых данных.
Могут происходить ситуации, когда все четыре канала клиппируются по причине чрезвычайно высокой подвижности. Если такое обнаруживается, только нижняя граничная оценка для данной подвижности может быть вычислена с использованием сигнала с наименьшим (стабильным) уровнем энергии в качестве ориентира.
В одном варианте осуществления в качестве альтернативы фильтрованию значений энергии в течение времени перед обновлением отношений энергии, чтобы получить стабильную матрицу отношений относительной энергии, возможность выявления дыхательных и сердечных характеристик может быть задействована для определения того, включать или нет текущий участок сигнала в расчет сочетания соотношений относительных энергий. Это означает, что только когда определено, что участок сигнала содержит дыхательную и сердечную информацию, и в связи с этим определено, что данный сигнал является стабильным и достаточно надежным, этот участок сигнала включается в расчет. Такое определение может, например, выполняться в детекторной схеме устройства преобразования или в мониторе сна, подсоединенном к указанному устройству преобразования.
На Фиг.3 схематически изображен альтернативный способ 800 преобразования сигнала сна для монитора сна. Способ начинается с этапа DET_CLIP 830 путем обнаружения клиппирования сигнала первого датчика. Способ продолжается в виде принятия решения CLIP? 835, каким будет следующий этап в этом способе, на основании того, клиппируется ли сигнал первого датчика или нет.
Если сигнал первого датчика не клиппируется, способ продолжается преобразованием PROC1 810 сигнала первого датчика и получением первого параметра, указывающего его величину. После обработки PROC1 клиппируется сигнала первого датчика способ продолжается преобразованием PROC2 820 сигнала второго датчика и получением второго параметра, указывающего его величину. Этапы обработки могут меняться местами либо выполняться параллельно. Обработка может подразумевать множество образцов сигнала, например, КИХ- или БИХ-фильтрование. Получение параметра, указывающего величину сигнала, может представлять собой расчетную оценку энергии указанного сигнала. Энергия сигнала обычно представлена сигналом в квадрате. Другим примером обработки может быть принятие абсолютного значения сигнала. Блок обработки также может содержать сочетание вышеописанных примеров обработки.
Обработка сигнала второго датчика может быть временно прекращена, если сигнал второго датчика клиппируется. Обработка сигнала первого датчика также может быть временно прекращена, если сигналы первого и второго датчиков клиппируются.
После обработки сигналов первого и второго датчиков способ продолжается этапом CALC_RATIO 840 вычисления отношения. Это отношение основывается на делении первого параметра на второй параметр, когда сигнал первого датчика не клиппируется. Для этой цели, значения параметров могут буферизироваться во время клиппирования, причем буферизированные значения используются во время клиппирования.
После вычисления отношения способ продолжается этапом PROV_PRS1 865 подачи первого преобразованного сигнала на первый выход. Этап подачи может выполняться в любой момент времени после обработки PROC1 сигнала первого датчика, таким образом, данный этап может меняться местами или исполняться параллельно с этапами обработки сигнала второго датчика или вычисления. Далее, указанный способ продолжается этапом DET_CLIP обнаружения клиппирования.
Если сигнал первого датчика клиппируется на этапе CLIP?, способ продолжается этапом PROC2 преобразования сигнала второго датчика. Обработка сигнала второго датчика может зависеть от обнаружения, отсекается ли также сигнал второго датчика.
После обработки сигнала второго датчика или непосредственно сразу после решения о том, что сигнал первого датчика клиппируется, способ продолжается этапом GEN_EST_PRS1 841 генерирования расчетного сигнала первого датчика. Расчетный первый обработанный сигнал основывается на умножении второго обработанного сигнала на отношение. Данная обработка сигнала второго датчика может быть прекращена, если обнаруживается, что сигнал второго датчика также клиппируется, при этом умножитель может использовать предыдущее значение указанного второго преобразованного сигнала для умножения. Способ продолжается этапом PROV_EST_PRS1 866 подачи расчетного сигнала первого датчика на выход сигнала сна. Способ продолжается этапом 830 обнаружения клиппирования.
Способ или устройство также могут подавать дополнительные преобразованные сигналы на другие выходы сигнала сна.
В одном варианте осуществления способ или устройство также могут подавать один или более отсекающих сигналов на соответствующие выходы сигналов клиппирования.
Следует иметь в виду, что данное изобретение также относится к компьютерным программам, в частности, компьютерным программам на или в носителе, приспособленном для осуществления данного изобретения на практике. Программа может иметь форму исходного кода программы, объектного кода, промежуточного кода между исходным кодом и объектным кодом, такого как частично скомпилированная форма, или любую другую форму, которая подходит для использования в осуществлении способа, согласно данному изобретению. Также следует учитывать, что такая программа может иметь множество различных структурных проектов. Например, программный код, осуществляющий функциональные возможности указанного способа или системы, в соответствии с данным изобретением, может быть подразделен на одну или более подпрограмм. Много различных путей распределения указанных функциональных возможностей между данными подпрограммами будут очевидны специалисту в области техники. Подпрограммы могут храниться вместе в одном исполняемом файле с образованием независимой программы. Такой исполняемый файл может содержать исполняемые компьютером команды, например, команды процессора и/или команды интерпретатора (такие как команды Java-интерпретатора). В качестве альтернативы, одна или более, либо все подпрограммы могут храниться в по меньшей мере одном файле внешней библиотеки и связываться с главной программой либо статически, либо динамически, например, во время выполнения. Главная программа содержит по меньшей мере один переход к по меньшей мере одной из подпрограмм. Подпрограммы также могут включать в себя функцию переходов одна к другой. Один вариант осуществления, относящийся к компьютерному программному продукту, содержит выполняемые компьютером команды, соответствующие каждой стадии обработки по меньшей мере одного из способов, изложенных в данном документе. Данные команды могут быть подразделены на подпрограммы и/или храниться в одном или более файлах, которые могут связываться статически или динамически. Другой вариант осуществления, относящийся к компьютерному программному продукту, содержит исполняемые компьютером команды, соответствующие каждому средству из по меньшей мере одной из систем и/или продуктов, описываемых в данном документе. Данные команды могут быть подразделены на подпрограммы и/или храниться в одном или более файлах, которые могут связываться статически или динамически.
Носителем компьютерной программы может быть любой объект или устройство, способное содержать в себе указанную программу. Например, носитель может включать в себя хранилище данных, такое как ПЗУ, например, компакт-диск постоянной памяти (CD ROM) или полупроводниковое ПЗУ, либо магнитный носитель записи, например, жесткий диск. Более того, носитель может быть передаваемым носителем, таким как электрический или оптический сигнал, который может передаваться посредством электрического или оптического кабеля, или с помощью радио либо другими средствами. Когда программа осуществляется в виде такого сигнала, носитель может представлять собой такой кабель или другое устройство или средство. В качестве альтернативы, носитель может иметь вид встроенной схемы, в которую заложена программа, причем, встроенная схема приспособлена для выполнения, или используется при выполнении, соответствующего способа.
На Фиг.4 схематически изображен вариант осуществления компьютерного программного продукта, машиночитаемого носителя и/или невременного машиночитаемого носителя 400, имеющего перезаписываемую часть 410, включающую в себя компьютерную программу 420, причем, указанная компьютерная программа содержит команды, заставляющие процессорную систему выполнять способ, в соответствии с данным изобретением.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают данное изобретение, и специалисты в области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления, не отступая от объема прилагаемых пунктов формулы изобретения. В данных пунктах, любые номера позиций, заключенные в скобки, не должны толковаться как ограничивающие данный пункт. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает присутствие элементов или этапов, отличающихся от изложенных в данном пункте. Артикль единственного числа перед наименованием элемента не исключает наличия множества таких элементов. Данное изобретение может быть воплощено посредством аппаратного оборудования, включающего в себя несколько отдельных элементов, и с помощью надлежащим образом запрограммированного компьютера. В пункте устройства, в котором перечислены несколько средств, некоторые из указанных средств могут быть осуществлены посредством одного и того же изделия аппаратного оборудования. Сам факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание данных мер не может быть использовано с выгодой.
Примеры, варианты осуществления или необязательные признаки, с указанием как неограничивающие или без, не следует понимать как ограничивающие данное изобретение, как заявлено в пункте формулы изобретения.