一、文献综述
(一)国内外研究现状
随着国家经济飞速发展,国民生活消费水平显著提高,人们越来越关注自己的身体健康状况,而睡眠质量的好坏会直接影响我们第二天的精力是否充足,因此睡眠监测产品也开始逐渐走进普通家庭。随着智能家居的普及,市场培养效果趋势明显、消费升级,未来家用智能床垫的发展不容小觑,其市场前景十分广阔。
睡觉打鼾是平常生活中一个比较常见的睡眠呼吸表现,据相关组织的不完全统计显示,我国有超过30%的成年人都存在睡觉打鼾的现象,在这些打鼾者之中,男性与女性比例大约为3:1。而且随着年龄的增长,打鼾率也在持续增高。四十岁到六十岁的年龄阶段中,有大约60%的男性打鼾,而女性的打鼾率也有大约40%左右。
目前,国内外比较常用的止鼾手段主要有三种,一是通过改变睡姿,调整呼吸道角度从而达到止鼾效果,该方法主要是将携有气囊的产品垫于用户躯干底部,通过对气囊充放气推动用户身体躯干,用户易醒,同时由于只能推动用户身体产生倾斜角度,而非侧卧,因此,止鼾效率较低,不能满足用户需求,且对 睡眠呼吸暂停综合症患者出现的呼吸暂停无效,国内比较成熟的产品是 ENSU 止鼾垫;二是使用介入式器材来达到止鼾的目的,如口腔矫治器、家用呼吸机等,该方法佩戴起来容易使用户产生不舒服感觉,严重影响睡眠,对于轻中度打鼾者没有必要使用,其治疗效果也并不明显;三是通过手术和药物来治疗打鼾,然而该方法主要适用于咽喉部位本身结构有问题或者是鼻腔内发生病变的患者,然而通过手术治疗的方法并不一定能完全地解除阻塞,且患者不能得到根治,复发率比较高,且该方法会为患者带来高昂的手术费用,所以不建议患者进行手术治疗。此外还有一些其它止鼾手段,如电击止鼾、声波止鼾等,但这些方法治疗效果都并不是很理想。对于睡眠呼吸暂停综合征(SAS)的诊断,世界各地的最普遍也最成熟的手段就是多导睡眠图(PSG)监测系统。然而,该监测系统的身缺陷的制约。其自身缺陷可归结为两方面:一方面是设备复杂且极其昂贵,不易推广,以至于众多潜在的睡眠呼吸暂停综合症患者不能得到及时的确诊和治疗;另一方面是多导睡眠图(PSG)监测为“侵入式”的监测设备,需要用导管连接患者身体多个部位,容易造成患者身体不适。所以,设计出一套成本低廉,操作简单,且不会为患者带来不舒服感觉,能惠及更多普通睡眠呼吸暂停综合症患者的睡眠监测设备变得越来越有必要。
该设备对声音信号的检测提出了更高的要求。若鼾声信号检测不准确,则将直接导致止鼾床垫的失效。音频信号处理一般分为降噪和端点检测两个部分。其中,目前主流的降噪手段有以下三种:
(1)基于多窗口谱估计的谱减法。由于鼾声信号检测过程中时常会混杂外界的噪音,为了抑制音频信号的噪声干扰, 相关学者也提出了通过语音增强的方法来抑制噪声干扰,基于多窗谱估计的谱减法就是其中的一种。该方法先将有声音传感器接收到的音源信号进行多窗口谱估计,然后代入谱熵函数,计算谱减增益并与设定的阈值比较求得信号增强后的幅度谱。
(2)LMS自适应滤波器降噪。LMS自适应滤波器可以自动调节参数来适应当前噪声对原信号的影响,从而使滤波达到最大效率。
(3)基于多窗口谱估计和维纳滤波的语音增强算法。该方法先将带噪语音进行多窗口谱估计,再通过小波阈值去除噪声项得到近似纯净的语音谱;然后与维纳滤波处理后的语音谱相比较,根据不同的失真类型选择相应的谱作为最终增强的语音谱。[9]
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