通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法

技术领域

本发明涉及基础健康监测领域，特别涉及一种通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法。

背景技术

传统的电子体重秤精度一般是0.1kg，在这一精度下，读数比较容易稳定下来，一旦获得稳定，电子体重秤就可将其输出到显示屏，看起来就好像只读出了一个值。而实际上，使用任何电子称量设备称量体重，获得的读数都是一个序列，而不是单独的一个值。由于基础健康监测需要获取使用者的高精度体重数据，以便于分析监测健康状态，一般使用10g以下的高精度压力传感器，而压力传感器的测量是个动态过程，只要达到一定精度，轻微的扰动就会产生读数差异，假设每秒进行一次测量，则每秒都会产生不同的读数，这样体重数据就很难稳定下来，例如使用者在床时长为8小时，即8×60×60＝28800秒，就会产生28800个称重读数；因而难以判断哪一个称重数据能够更准确的反映使用者的实际体重。

另外，人在床上的动作，比如：正在上床、正在下床、正在翻身等，都会对压力传感器读数产生影响，出现较大的瞬时的波动；如果不剔除这些影响，则会使测量的体重值产生较大的失真。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种能够提供通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法。

本发明的技术方案如下：

一种通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法，包括以下步骤：

步骤S1、在床下设置多个压力传感器，各压力传感器每间隔第一预设时间T

步骤S2、确定一个测量时段的时长，并确定使用者在该测量时段内的参考体重W

步骤S3、在每一次测量后判断该测量时刻是否为空床状态，如果是空床状态，则返回执行S3；否则，执行步骤S4；

步骤S4、定义起始时刻为压力传感器的某一测量时刻，且长度为uT

步骤S5、判断稳态是否结束，如果稳态结束则执行步骤S6；否则，返回继续执行步骤S5；

步骤S6、定义稳态体重W

定义时段体重W

进一步的，对于一个随机变量X，若X服从指数分布，则写作X～Exp(λ)，其累积分布函数可表示为：

其中，x为自变量，λ表示每单位时间内发生某事件的次数。

进一步的，以自变量x代表某一段稳态的时长，定义稳态时长的期望值T

进一步的，预先指定稳态时长的期望值T

其中，λ＝1/T

进一步的，在所述步骤S2中，确定使用者在测量时段内的参考体重W

进一步的，在所述步骤S3中，判断是否为空床状态的方法为：定义起始时刻为压力传感器的某一测量时刻，且长度为vT

进一步的，判断短时间窗是否为稳定状态的方法为：定义一个短时间窗内记录的所有瞬间体重W的值的标准差为σ

进一步的，在所述步骤S4中，判断长时间窗内的瞬间体重W是否为稳定状态的方法为：定义一个长时间窗内记录的所有瞬间体重W的值的标准差为σ

进一步的，定义参考体重置信度C

进一步的，在测量时段结束后，计算使用者在该测量时段的时段体重W

有益效果：本发明中，通过划分长时间窗并判断长时间窗是否为稳定状态的方法，能够计算出稳态的时长和稳态时长置信度，并得出稳态体重；通过稳态时长置信度评估各稳态体重的可信度进而得到能够表征使用者实际体重的体重值，为基础健康监测提供准确的体重数据。

附图说明

图1为本发明通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法的一个优选实施例的流程图；

图2为参考体重为80Kg且使用正态分布时参考体重置信度的分别图；

图3为使用四个压力传感器时床板受力情况的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，为叙述方便，本申请中“重量”、“力”和“荷载”的单位均以质量计，单位为g。

如图1所示，本发明通过稳态时长置信度测量睡眠状态下的体重值的方法的一个优选实施例包括以下步骤：

步骤S1、在床下设置多个压力传感器，各压力传感器每间隔第一预设时间T

步骤S2、确定一个测量时段的时长，并确定使用者在该测量时段内的参考体重W

定义时段体重W

步骤S3、在每一次测量后根据该测量时刻的测量体重W

本实施方式中，判断是否为空床状态的方法为：定义起始时刻为压力传感器的某一测量时刻，且长度为vT

判断短时间窗是否为稳定状态的方法为：定义一个短时间窗内记录的所有瞬间体重W的值的标准差为σ

在空床状态的稳态期间，每间隔第二预设时间对各压力传感器进行一次校准，第二预设时间优选为30分钟，当然，第二预设时间也可设置为其他值。本实施方式中，校准的方法为以当前测量的总读数A的值(即以当前测量时刻为结束时刻的短时间窗内各测量时刻的总读数的平均值或中位数)作为空床读数B的值，从而使该测量时刻的测量体重W

步骤S4、定义起始时刻为压力传感器的某一测量时刻，且长度为uT

判断长时间窗内的瞬间体重W是否为稳定状态的方法为：定义一个长时间窗内记录的所有瞬间体重W的值的标准差为σ

稳态的定义为：如果相邻的两个非稳定状态的长时间窗之间包括了稳定状态的长时间窗，则将该相邻两个非稳定状态的长时间窗之间稳定状态长时间窗的持续时期定义为一个稳态。

本实施方式中，定义第i次测量的时刻为t

步骤S5、判断稳态是否结束，如果稳态结束则执行步骤S6；如果稳态未结束，则返回继续执行步骤S5。

为了更全面地对使用者的健康状况进行检测，有时还会判断使用者在睡眠过程中有无发生异常安静事件。即预先设定一个异常安静标准差阈值δ

步骤S501、将该长时间窗的σ

步骤S502、上报异常安静事件，返回执行步骤S5。

步骤S6、定义稳态体重W

在计算稳态置信度C时，还可预先定义参考体重置信度C

1、稳态时长置信度的计算方法

所述稳态时长置信度由稳态的时长确定，具体来说，先将稳态的结束时刻减去稳态的开始时刻计算出稳态的时长，例如，稳态中第一个稳定状态的长时间窗为TW

对于一个随机变量X，若服从指数分布，则写作X～Exp(λ)，其累积分布函数可表示为：

其中，自变量x为某一段稳态的时长，λ表示单位时间里非稳态事件发生的频率，定义T

在本系统中，自变量x是某一段稳态的时长T

其中，λ＝1/T

在计算前需要预先指定期望值T

表1稳态时长和稳态时长置信度对应表(T

查表可知，当稳态时长T

稳态时长置信度C

表2稳态时长和稳态时长置信度对应表(T

如此，则稳态时长T

2、参考体重置信度的计算方法

所述参考体重置信度由该稳态的稳态体重W

本实施方式中，我们使用正态分布函数非置信区间的概率来表征参考体重置信度C

若随机变量X服从一个位置参数(均值)为μ、尺度参数(标准差)为σ的正态分布，则其概率密度可表示为：

其中，x是概率密度分布函数的自变量。定义随机事件X偏离μ的程度小于或者等于x的概率为P(X≤x)，则其累积分布函数可表示为：

令μ＝W

对于任何一个x，考虑随机事件X偏离μ的程度大于x的概率，也就是，当x＜μ时，X＜x这一概率为P(X＜x，和X≥2μ-x)；当x≥μ时，这一概率为P(X＜2μ-x，和X≥x)。括号内X的范围，就是X的非置信区间(与平时常用的置信区间相反，如图示，本系统关注的是深颜色阴影部分)，而相应的P，就是X落在此非置信区间的概率，通称置信水平。

x＜μ时，P(X＜x，和X≥2μ-x)＝2F(x)；

x≥μ时，P(X＜2μ-x，和X≥x)＝2[1-F(x)]。

同理，对于任一稳态的稳态体重W

W

W

其中，x＝W

举例如下：成年人一天之内的体重波动，是他全部体重的±1％非常正常，±2％也不少见，但是超过±3％的情况会比较少。根据正态分布定义，μ±2σ

表3测量体重与参考体重置信度对应表

如图2所示，深色阴影部分即为稳态体重W

3、偏心置信度的计算方法

所述偏心置信度由根据使用者上床后总载荷的受力作用点偏离床的几何中心的偏心距确定，下面以在床的四个床脚各设置1个压力传感器为例进行说明；定义四个压力传感器的测量值，即绝对输出分别为A1、A2、A3、A4；定义四个压力传感器在空床状态下的测量值，即基准输出分别为B1、B2、B3、B4；将单只压力传感器在在床状态下相对于空床状态下所增加的压力值定义为该压力传感器的读数，分别记为I1、I2、I3、I4，则有I1＝A1-B1，I2＝A2-B2，I3＝A3-B3，I4＝A4-B4；床板受力情况如图3所示。

假定此床板是理想矩形，床板的重心即为其几何中心，压力传感器准确安装在其四角，则可设定如图3所示的平面直角坐标系，以I3的作用点(x

与参考体重置信度的计算方法相类似，按照正态分布的累积分布函数计算公式，取稳态任一时刻的总荷载F作为该稳态的总荷载F

根据受力平衡、分别以x轴和y轴为转轴的力矩平衡，可得联立式：

由于x

坐标点(x

偏心置信度从直观上看，就是人越靠床中间，称重读数越可靠，越靠近床边，称重读数越不可靠。

当然，在实际应用中，压力可能通过床腿传递，床腿可能并不严格处于床的四角，四个受力点可能并非理想矩形，但这些因素造成的干扰可以忽略不计，对于一个四只床脚分布接近矩形的系统，我们只要知道床脚间的距离，就可根据上式计算。

对于一个n只床脚架在n只压力传感器上的情况，n为大于3的自然数，只要建立平面直角坐标系并定出每只压力传感器的横坐标和纵坐标，可同理进行计算，受力表达式为：

计算可得到：

其中，Ii表示第i个压力传感器在在床状态下相对于空床状态下所增加的压力值，x

只考虑横坐标x轴方向的偏心距时，可以得到偏心置信度C

x

x

其中，σ

在测量时段结束后，将该测量时段中的各稳态按稳态置信度进行排序，选取在床状态下置信度最高的稳态的稳态体重W

主睡眠的判定方法为预先设置主睡眠时间阈值，将总睡眠时长大于或等于主睡眠时间阈值的睡眠判定为主睡眠，若使用者在睡眠中途离床，但在上下床时间阈值内重新上床，则前后算作一次睡眠，不算作两次，对于普通使用者，可以将总在床时长(即床上为在床状态的时长)作为总睡眠时长；主睡眠时间阈值和上下床时间阈值的取值可根据实际情况进行设置和调整；例如，可设置主睡眠时间阈值为3h，上下床时间阈值为30min。

可能存在如下特殊情况：

(1)横跨中午12：00：00这一时间点的睡眠(即横跨两个测量时段的睡眠)，在计算整个睡眠时长时，先将该睡眠分为12：00：00之前的部分和12：00：00之后的部分，若前一部分的时长多于后一部分的时长，则将此睡眠计入前一天的统计，若前一部分的时长少于或等于后一部分的时长，则将此睡眠计入后一天的统计；因此，只要后一部分的时长超过前一部分，就可以开始进行前一天的睡眠报告统计，而不必等到这一次睡眠结束。

(2)对于长时间在床的使用者，由于其离床时间经常小于半小时，使得超过我们规定的24小时的时间里，无法分割出一次睡眠的情况，则将此使用者标记为“长期卧床”，然后基于稳态时长而不是在床时长、入睡时长的方式来标记上述的主睡眠及目标睡眠，并减小用于判断主睡眠的主睡眠时间阈值和上下床时间阈值的取值；例如，可设置主睡眠时间阈值为30min，上下床时间阈值为1min；当然，其具体取值可根据实际情况进行调整。

选定目标睡眠后，如果目标睡眠包括多段稳态，将目标睡眠中所有的稳态按置信度C从高到低排序，取置信度C最高的一段稳态的稳态体重W

在测量时段结束后，可根据该测量时段内的睡眠次数、睡眠时长和睡眠过程中发生的异常安静事件等指标对使用者在该测量时段的睡眠质量进行评估；并可根据之前每一测量时段的时段体重W

本发明未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。