Система для побуждения субъекта ко сну
Группа изобретений относится к медицине. Система содержит генератор светового шаблона для генерирования изменяющегося во времени светового шаблона в поле зрения субъекта; узел измерения частоты дыхания для измерения частоты дыхания субъекта; и блок управления, соединенный с узлом измерения частоты дыхания и генератором светового шаблона для управления генератором светового шаблона, так что генерируемый световой шаблон изменяется во времени с частотой изменения между измеренной частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой. Раскрыты способ побуждения человека ко сну с использованием системы, вариант выполнения системы в виде компьютерной системы и компьютерочитаемый носитель для использования в системе при осуществлении способа. Технический результат состоит в более точном определении частоты дыхания и использовании ее для побуждения ко сну. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к системе для побуждения субъекта ко сну.
Предпосылки создания изобретения
У людей иногда возникают проблемы со сном. Причинами бессонницы могут быть переутомление, боль и/или стресс. Известно обустройство спален для создания оптимальных условий для засыпания людей, страдающих патологической бессонницей, таких как комфортабельная кровать, минимум освещения и уменьшенные звуковые параметры. Кроме того, известны медикаменты, побуждающие пациента ко сну. Однако также известно, что многократный прием таких медикаментов необязательно положительно влияет на здоровье человека.
Кроме того, из US 5167610 известна система побуждения субъекта ко сну, основанная на определении респираторного цикла, служащего сигналом.
Из предшествующего уровня техники также известны системы управления сном и средой, направляющие процесс управления, например, из US 2005/0143617. Система, раскрытая в US 2005/0143617, содержит датчик дыхания, выполненный с возможностью собирать данные о сне от человека и данные о среде во время сна, используя свет как интерфейс управления средой.
Однако было обнаружено, что обычные системы могут неудовлетворительно вызывать сон у субъекта.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание улучшенной системы для побуждения субъекта ко сну.
Краткое описание изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается система для побуждения субъекта ко сну, содержащая генератор светового шаблона для генерирования изменяющегося во времени светового шаблона в поле зрения субъекта; узел измерения темпа дыхания для измерения частоты дыхания субъекта и управляющее устройство, соединенное с узлом измерения темпа дыхания и генератором светового шаблона, для управления генератором светового шаблона так, чтобы сгенерированный световой шаблон имел частоту шаблона, по существу между измеренной частотой дыхания и заранее определенной желаемой частотой.
Настоящее изобретение частично основано на наблюдении, что на первой стадии сна дыхание людей происходит с относительно низкой частотой.
Настоящее изобретение дополнительно также основано на понимании того, что люди стремятся синхронизировать свой ритм дыхания с циклом световых шаблонов, которые они наблюдают.
С помощью генератора светового шаблона можно генерировать изменяющийся во времени световой шаблон в поле зрения субъекта, так что внимание субъекта прямо или косвенно привлекается к изменяющемуся во времени световому шаблону. Узел измерения темпа дыхания выполнен с возможностью измерения реальной частоты дыхания пациента. Дополнительно, управляя генератором светового шаблона, так, чтобы генерируемые световые шаблоны имели частоту шаблона по существу между измеренной частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой, получают световой шаблон, который имеет частоту ниже фактической частоты дыхании, тем самым подводя субъекта к заранее выбранной желаемой частоте. При подборе заранее выбранной желаемой частоты в соответствии с частотой дыхания засыпающего субъекта, субъект стремится снизить частоту дыхания до величины, приближающейся к естественной частоте, свойственной периоду засыпания. При этом частота дыхания является параметром, который подвергается управлению в контуре управления. Тем самым, частота дыхания приводится к более оптимальному состоянию для засыпания относительно естественным способом, тем самым побуждая субъекта к реальному засыпанию.
В предпочтительном варианте система содержит элементы для формирования контура управления частоты дыхания субъекта.
Следует отметить, что заранее выбранная желаемая частота может выбираться как средняя величина оптимальной частоты дыхания по многочисленной выборке лиц. Заранее выбранная желаемая частота также может соответствовать частоте дыхания засыпающих лиц, имеющих общие персональные характеристики с лицом, которое побуждают ко сну, например, лица одного с ним возраста, пола и пр. Кроме того, заранее выбранная желаемая частота может соответствовать частоте дыхания самого субъекта при его засыпании, что позволяет персонализировать систему для конкретного человека. Для этого в предпочтительном варианте настоящего изобретения заранее выбранной желаемой частотой является та, которая была найдена для приведения субъекта в состояние сна. По существу заранее определенная желаемая частота ниже, чем реальная частота дыхания не спящего субъекта.
После многократного применения вышеописанных этапов измерения фактической частоты дыхания и управления генератором светового шаблона так, чтобы генерируемый световой шаблон имел частоту шаблона, по существу, между измеренной частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой, субъект побуждается к дальнейшему уменьшению частоты дыхания, тем самым, приближая ее к заранее выбранной желаемой частоте, и, следовательно, улучшая условия для засыпания. Затем измеренная частота дыхания, заранее выбранная частота и частота шаблона по существу совпадают. Факультативно систему для побуждения субъекта ко сну или по меньшей мере генератор светового шаблона выключают.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения система дополнительно содержит дифференциатор для определения разностной частоты между частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой, и система дополнительно выполнена с возможностью определять частоту шаблона, используя разностную частоту и частоту дыхания. При использовании дифференциатора можно легко определить разностную частоту, которую следует устранить. Дополнительно, используя разностную частоту и измеренную частоту дыхания, можно определить новую частоту шаблона, которую можно выбрать между фактической частотой дыхания и заранее выбранной частотой.
В другом предпочтительном варианте система содержит ограничитель, на который подается сигнал, представляющий разностную частоту для определения частоты шаблона так, чтобы частоту шаблона можно было просто получить, суммируя ограниченную разностную частоту и фактическую измеренную частоту дыхания, при этом сумма по определению составляет величину, находящуюся между фактической частотой дыхания и заранее выбранной частотой.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения ограничитель выполнен с возможностью ограничения разностной частоты между заранее выбранной минимальной предельной величиной и заранее выбранной максимальной предельной величиной. Таким образом создается простой и ясный алгоритм подвода частоты дыхания к заранее выбранной частоте.
В альтернативном варианте по настоящему изобретению ограничитель выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между адаптируемой минимальной предельной величиной и адаптируемой максимальной предельной величиной, тем самым давая возможность адаптировать минимальную и максимальную предельные величины ограничителя в процессе уменьшения частоты дыхания субъекта. В качестве примера, минимальная и максимальная предельные величины можно адаптировать в ответ на реакцию субъекта на предложенную частоту дыхания. Следует отметить, что ограничитель с адаптируемыми предельными величинами не является обязательным. Благодаря этапу обработки ограничения, выполняемому ограничителем, частота дыхания субъекта плавно регулируется до заранее выбранной желаемой частоты. Однако при увеличении предельных величин частота светового шаблона будет больше отклоняться от частоты дыхания субъекта, поэтому субъекту будет труднее синхронизировать дыхание с частотой шаблона. При уменьшении предельных величин частота светового шаблона будет меньше отклоняться от частоты дыхания субъекта, тем самым облегчая синхронизацию дыхания субъекта. С другой стороны, достижение субъектом желаемой частоты дыхания занимает больше времени.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения управляющее устройство также соединено с системой, генерирующей звук для генерирования изменяющегося во времени звука так, чтобы цикл изменяющегося во времени звука по существу равнялся частоте шаблона. При этом субъект может проявлять дополнительное стремление к синхронизации частоты своего дыхания с частотой шаблона, так что быстрее достигаются оптимальные условия для засыпания и/или улучшается адаптация субъектом частоты своего дыхания к желаемой частоте.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность с объектами, обладающими разными оптическими свойствами, например разными формами, разными цветами, разными положениями и/или разными интенсивностями света, так что субъект может наблюдать световые шаблоны, имеющие разные оптические образы, чтобы замкнуть вышеупомянутый контур управления.
В еще одном предпочтительном варианте настоящего изобретения система выполнена с возможностью, так что объекты светового шаблона становятся ярче, больше, имеют большую длину волны и/или перемещаются слева направо в течение стадии выдоха субъекта, и объекты светового шаблона становятся тусклее, меньше, имеют меньшую длину волны, и/или перемещаются справа налево в течение стадии вдоха субъекта. Наблюдалось явление, когда стремление субъектов синхронизировать частоту своего дыхания с частотой шаблона реализовывалось легче, когда интенсивность света, размер, длина волны и/или положение объекта в световом шаблоне синхронизировались с реальным циклом дыхания, как указано выше.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ побуждения субъекта ко сну, содержащий этапы, при которых измеряют частоту дыхания объекта, выбирают частоту шаблона между частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой, генерируют в поле зрения субъекта изменяющийся во времени световой шаблон, имеющий частоту шаблона, и повторяют вышеуказанные этапы со множеством временных интервалов.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерный программный продукт для обработки данных для побуждения субъекта ко сну, содержащий команды для управления процессором для выполнения этапов, при которых выбирают частоту шаблона между измеренной частотой дыхания субъекта и заранее выбранной желаемой частотой, для генерирования в поле зрения субъекта изменяющегося во времени светового шаблона, имеющего частоту шаблона, и повторяют вышеуказанные этапы со множеством временных интервалов.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерная система, содержащая компьютерную станцию, выполненную с возможностью побуждать субъекта ко сну, выполняя этапы, при которых выбирают частоту шаблона между измеренной частотой дыхания субъекта и заранее выбранной желаемой частотой, для генерирования в поле зрения субъекта изменяющегося во времени светового шаблона, имеющего частоту шаблона; и повторяют вышеупомянутые этапы со множеством временных интервалов.
Краткое описании чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения далее следует подробное описание его вариантов, приводимое лишь в качестве примера, со ссылками на чертежи, где:
фиг.1 - система побуждения ко сну по варианту настоящего изобретения;
фиг.2 - первая последовательность светового шаблона;
фиг.3 - вторая последовательность светового шаблона;
фиг.4 - третья последовательность светового шаблона;
фиг.5 - четвертая последовательность светового шаблона;
фиг.6 - цикл дыхания субъекта.
Описание предпочтительных вариантов
На чертежах схематически представлены виды предпочтительных вариантов настоящего изобретения и одинаковые детали обозначены одинаковыми позициями.
На фиг.1 показана система 1 для побуждения субъекта ко сну по настоящему изобретению. Система 1 содержит узел 2 измерения темпа дыхания для измерения частоты дыхания субъекта. Узел 2 может содержать, например, один или более, акустический, оптический сенсоры и/или датчик расхода и предпочтительно крепится к субъекту или устанавливается в кровати или в другом подходящем месте, например в кресле и пр. субъекта.
Дополнительно система содержит генератор 3 светового шаблона для генерирования изменяющегося во времени светового шаблона в поле зрения субъекта. Генератор содержит средство для проекции изображения на поверхность, например на экран, стену, и/или на потолок рядом с субъектом так, чтобы субъект мог наблюдать генерируемый световой шаблон.
Система также снабжена блоком управления, соединенным и с узлом 2 измерения темпа дыхания, и с генератором 3 светового шаблона. Блок управления содержит сумматор 12 и выполнен с возможностью управлять генератором 3 светового шаблона так, чтобы генерируемый световой шаблон имел частоту 13 шаблона между частотой 8 дыхания и заранее выбранной желаемой частотой 5.
Дополнительно система содержит дифференциатор 11 для определения сигнала, представляющего собой разностную частоту 9 между частотой 8 дыхания и заранее выбранной желаемой частотой 5, и система дополнительно выполнена с возможностью определять частоту 13 шаблона, используя разностную частоту и частоту дыхания. В этом процессе частоту шаблона выбирают между частотой дыхания и заранее выбранной желаемой частотой. Для этого система дополнительно содержит элементы, помимо прочих узел 2 измерения темпа дыхания, дифференциатор 11 и блок управления, для формирования контура управления частоты дыхания субъекта.
Система дополнительно содержит ограничитель 4, в который вводится сигнал 9, представляющий собой разностную частоту, для определения вышеупомянутой частоты 13 шаблона. Выходной сигнал ограничителя 4 подается на первый входной порт сумматора 12. Частота 8 дыхания подается на второй входной порт сумматора 12, так что сумматор 12 вычисляет сумму сигнала 9 ограниченной разницы и частоты дыхания для получения частоты 13 шаблона.
В этом контексте следует отметить, что информация, которую несет сигнал, представлена как таковая или как сама информация. В качестве примера в этом контексте частота шаблона аналогична сигналу частоты шаблона.
В варианте, показанном на фиг.1, измеренная частота дыхания подается на анализатор 7 частоты, например, для применения к измеренным данным полосового фильтра. Анализатор частоты дополнительно выполнен с возможностью выводить сигнал, представляющий результат измерения частоты дыхания.
В одном варианте ограничитель 4 выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между заранее выбранной минимальной предельной величиной и заранее выбранной максимальной предельной величиной. В другом варианте ограничитель 4 выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между адаптируемой минимальной предельной величиной и адаптируемой максимальной предельной величиной. Адаптируя предельные величины, можно плавно синхронизировать реальную частоту дыхания с заранее выбранной желаемой частотой.
Заранее выбранной желаемой частотой является частота, которая была найдена для приведения субъекта в состояние сна.
Дополнительно блок управления соединен с системой генерирования звука для генерирования изменяющегося во времени звука, так, чтобы цикл изменяющегося во времени звука по существу равнялся частоте шаблона.
Изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность объектов, имеющих разные формы, цвета, положения и/или интенсивности света. Примеры таких последовательностей объектов приведены на фиг.2-5.
На фиг.2 показана первая последовательность светового шаблона, в которой последовательность объектов 15-19 содержит объекты, имеющие разные формы, в частности диск 15-19 имеет разные диаметры. В левом окне показан шаблон в момент t0 старта, в окне, примыкающем к левому окну, показан шаблон в первый момент t1, и так далее, пока не будет достигнут четвертый момент t4, на котором заканчивается цикл изменения шаблона. Шаблон в четвертый момент t4, повторяет шаблон стартового момента t0. Форма объектов 15-19 также может изменяться за счет изменения внешнего периметра объекта, например переходом от диска к треугольнику и т.п. Таким способом можно создавать разнообразные объекты разной формы.
Аналогично на фиг.3-5 показаны вторая, третья и четвертая последовательности светового шаблона, соответственно, где последовательности 20-24, 25-29 и 30-34 содержат объекты, имеющие разные цвета, положения и интенсивности света, соответственно.
На фиг.6 показан цикл 35 дыхания с параметром Y дыхания субъекта как функция времени Х. Первая стрелка 36 обозначает фазу выдоха, а вторая стрелка 37 обозначает фазу вдоха, соответственно, цикла 35 дыхания. Согласно одному варианту настоящего изобретения система 1 может быть выполнена так, что объекты 30-34 светового шаблона, показанные на фиг.5, становятся ярче в течение стадии выдоха субъекта, и объекты 30-34 светового шаблона могут становиться тусклее в течение стадии вдоха субъекта.
Следует отметить, что система также может быть выполнена так, что объекты светового шаблона становятся больше, имеют большую длину волны и/или перемещаются слева направо в течение стадии выдоха субъекта, и объекты светового шаблона становятся меньше, имеют меньшую длину волны и/или перемещаются справа налево в течение стадии вдоха субъекта. В качестве примера длина волны такого объекта может изменяться от синего к красному в течение стадии выдоха субъекта, и изменяться от красного к синему снова в течение стадии вдоха субъекта.
Дополнительно специалистам в данной области техники должно быть понятно, что можно создавать комбинации изменений объекта, например объект, который изменяет как положение, так и интенсивность света. Кроме того, в световом шаблоне можно проецировать множество объектов.
Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами. Следует понимать, что возможны различные модификации.
Вместо ограничителя можно использовать другие элементы для обработки сигнала разницы, например обрабатывающий фильтр.
Дополнительно специалистам в данной области техники должно быть понятно, что также можно использовать анализатор частот для дополнительной обработки измеренных данных о дыхании, например для преобразования времени в частоту, измерения частоты и/или для фильтрования другими способами, чтобы извлечь базовую частоту дыхания субъекта.
Кроме того, следует отметить, что система, показанная на фиг.1, может быть аналоговой или цифровой, особенно если для обработки данных применяется компьютер. Компьютерная система содержит компьютерную станцию.
Хотя выше были описаны конкретные варианты настоящего изобретения, понятно, что изобретение может быть реализовано другими способами. Вышеприведенное описание не является ограничивающим. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.
1. Система (1) для побуждения субъекта ко сну, содержащая:
- генератор (3) светового шаблона для генерирования изменяющегося во времени светового шаблона в поле зрения субъекта;
- узел (2) измерения частоты дыхания для измерения частоты дыхания субъекта; и
- блок управления, соединенный с узлом (2) измерения частоты дыхания и генератором (3) светового шаблона, для управления генератором (3) светового шаблона, так что генерируемый световой шаблон изменяется во времени с частотой, выбранной из диапазона между измеренной частотой дыхания и частотой, побуждающей ко сну.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая дифференциатор (11) для определения разностной частоты между частотой дыхания и частотой, побуждающей ко сну, при этом система дополнительно выполнена с возможностью определять частоту изменения светового шаблона во времени, используя разностную частоту и частоту дыхания.
3. Система (1) по п.1, дополнительно содержащая элементы для формирования контура управления частоты дыхания субъекта.
4. Система (1) по п.2, дополнительно содержащая элементы для формирования контура управления частоты дыхания субъекта.
5. Система (1) по п.2, дополнительно содержащая ограничитель (4), на который подается сигнал, представляющий разностную частоту, для определения частоты изменения светового шаблона во времени.
6. Система (1) по п.3, дополнительно содержащая ограничитель (4), на который подается сигнал, представляющий разностную частоту, для определения частоты изменения светового шаблона во времени.
7. Система (1) по п.5, в которой ограничитель (4) выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между заранее выбранной минимальной предельной величиной и заранее выбранной максимальной предельной величиной.
8. Система (1) по п.6, в которой ограничитель (4) выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между заранее выбранной минимальной предельной величиной и заранее выбранной максимальной предельной величиной.
9. Система (1) по п.5, в которой ограничитель (4) выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между адаптируемой минимальной предельной величиной и адаптируемой максимальной предельной величиной.
10. Система (1) по п.6, в которой ограничитель (4) выполнен с возможностью ограничивать разностную частоту между адаптируемой минимальной предельной величиной и адаптируемой максимальной предельной величиной.
11. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой частота, побуждающая ко сну, является найденной частотой для приведения субъекта в состояние сна.
12. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой блок управления дополнительно соединен с системой генерирования звука для генерирования изменяющегося во времени звука, так что цикл изменяющегося во времени звука равен частоте изменения светового шаблона во времени.
13. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность с объектами 15-19, имеющими разные формы.
14. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность с объектами 20-24, имеющими разные цвета.
15. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность с объектами 25-29, имеющими разные положения.
16. Система (1) по любому одному из пп.1-10, в которой изменяющийся во времени световой шаблон содержит последовательность с объектами 30-34, имеющими разную интенсивность света.
17. Система (1) по любому одному из пп.1-10, выполненная так, что объекты светового шаблона становятся ярче, больше, имеют большую длину волны и/или перемещаются слева направо в течение стадии выдоха субъекта, и объекты светового шаблона становятся тусклее, меньше, имеют меньшую длину волны и/или перемещаются справа налево в течение стадии вдоха субъекта.
18. Способ побуждения человека ко сну, содержащий этапы, при которых:
- измеряют частоту дыхания субъекта;
- выбирают частоту изменения светового шаблона между частотой дыхания и частотой, побуждающей ко сну;
- генерируют в поле зрения субъекта световой шаблон, который изменяется во времени в соответствии с выбранной частотой изменения, и
- повторяют вышеуказанные этапы со множеством временных интервалов.
19. Компьютерная система, содержащая компьютерную станцию, выполненную с возможностью побуждать субъект ко сну посредством выполнения этапов, при которых:
- выбирают частоту изменения светового шаблона во времени между измеренной частотой дыхания субъекта и частотой, побуждающей ко сну для генерирования в поле зрения субъекта светового шаблона, который изменяется во времени в соответствии с выбранной частотой, и
- повторяют вышеуказанные этапы со множеством временных интервалов.
20. Компьютерочитаемый носитель, содержащий средства кодирования, для побуждения компьютера выполнять обработку данных для выполнения этапов на которых:
- выбирают частоту изменения светового шаблона во времени между измеренной частотой дыхания субъекта и частотой, побуждающей ко сну для генерирования в поле зрения субъекта светового шаблона, который изменяется во времени в соответствии с выбранной частотой, и
- повторяют вышеуказанные этапы со множеством временных интервалов.
