1.研究背景
随着经济的发展，生活节奏越来越快，工作与生活压力越来越大，睡眠质量问题成为越来越多人关心的问题，低质量的睡眠已经严重影响了人们的生活与工作。睡眠不足对健康的危害包括：影响大脑思维，影响生长发育，影响皮肤健康，导致各种慢性疾病，引起肥胖等。
失眠、打鼾是睡眠健康领域最主要的影响表现因素，其中鼾症表现最为明显，鼾声不仅影响他人睡眠，也是各种睡眠问题的诱发之源。自古以来打鼾没有被重视，认为是睡眠中的小问题甚至是睡的深、睡的香的标志。现代睡眠医学研究表面，鼾症的患者中有很大一部分患者是患有睡眠暂停低通气综合征的，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstruvtive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS）是指睡眠时上气道塌陷阻塞引起的睡眠呼吸暂停和通气不足，伴有打鼾、睡眠结构紊乱，频发血氧饱和度下降，白天嗜睡等症状，是一种发病率高、严重影响生活并危及生命的疾病，是高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）、肺源性心脏病（肺心病）和脑卒中等心脑血管疾病的独立危险因素。
2、研究技术与内容
智能减鼾枕产品，以舒适非穿戴式减鼾技术为基础，通过鼾声精准监测，对枕头高度进行适当调节，促使用户进行睡姿调整，从而解决睡眠鼾声问题。
图1 智能减鼾枕设计图
2.1鼾声识别技术
如何区别呼吸声、鼾声与环境噪声--下雨、脚步、电视机声音、语音、汽车轰鸣、狗叫声等，是一个特征信号识别的过程，涉及人工智能算法，只有准确捕捉到鼾声、呼吸声才能采集到有效信号，提供准确的基础数据，为准确干预创造条件。
放置于枕头内的麦克风采集语音信号，传输到减鼾枕控制主板，主板上信号处理芯片从时域与频域上对声音信号进行分析，通过一系列算法，清除掉一些外部噪音干扰，提取有效鼾声信号，实现高精度鼾声检测。
2.2头部位置识别技术
因为头部在枕头不同的位置时，例如枕头中央或枕头边缘，止鼾的动作需求会有所不同，本项目设置了6个气囊，根据头部的位置，对相应气囊进行充放气，进行细致的局部止鼾动作。
图2 头部检测装置及充放气系统组成图
图3 使用者睡在枕头上的状态
枕头外部设置气压传感器，把枕头内的气袋气压用气体导管连接到外部气压传感器，来进行头部位置检测的方法。
头部位置检测程序：1）气袋预充气 2）检测每个气袋气压 3）气压最大的气袋为着枕处
把枕头内的传感器移到远离枕头的控制盒内，完成通过远端气压确定头部位置的检测方法，是减鼾枕主要技术之一。
2.3鼾声干预技术
在鼾声识别（区分其它声音）和头部位置识别（头部落在枕头内置气袋上的位置）的基础上枕头内置气袋会启动，按科学程序充放气，刺激大脑睡眠中心和颏舌肌，推动变换或保持体位，促使呼吸道开放，减轻呼吸道阻塞症状，直至鼾声减弱、停止。
鼾声干预的技术核心是如何利用鼾声的信息来控制气囊的动作，即合理设置鼾声检测区间和干预启动条件。在准确识别鼾声的前提下不能一有鼾声就立即启动内置气袋充气止鼾影响用户睡眠，也不能很长时间有鼾声而不启动气袋止鼾；科学的减鼾程序是在用户熟睡，鼾声响起后轻柔的启动，用户不知不觉中减少鼾声，改善睡眠呼吸，减少因打鼾、呼吸堵塞缺氧造成的多次微觉醒，提升睡眠质量。
减鼾干预程序结合医院临床测试持续监测和优化，并根据不同特征的鼾症患者由医生检查推荐采用，保证较好的减鼾和改善睡眠效果。
2.4消音降噪技术
枕头放在头的下面并与头部直接接触，任何轻微的声音都容易被听到；而减鼾干预时气泵、气阀，气袋工作，做的功足以把一位肥胖的成年男子头部推动、升高，相应的工作噪音，包括气泵、气阀工作的振动噪音，内部循环空气的流动噪音，都是相对较大的，会严重影响睡眠。
消音降噪技术结合产品特点，主要采用：
1）把噪音源远离头及枕头本体，即使有噪音用户也听不到。
2）对远离用户的噪音源进行消音降噪处理，让减鼾干预工作噪音绝对值足够小，用户使用时更不会听到。产品设计方面首先把气泵、气阀、控制单元等噪音源器件单独放在一个控制盒内，仅把减鼾干预工作气袋内置在枕头内，用气管组件把控制盒与枕头内气袋导通，气管足够长，控制盒就可以足够合适距离的地方。
图4 枕头及控制盒、连接气管组
其次工作最大的噪音来源是气泵的脉动噪音，脉动的噪音会通过气管组传递到枕头端。在控制盒内设置消音盒，消音盒两端的气口，通气孔径不同，中间通气截面积也不同，利用这种扩张式消声技术，对气体具有缓冲的作用，减小气流的周期脉动噪音，进一步的提升气体流体消音（抗性消音）效果；又通过设置双重消音盒，进气和排气都充分消音，枕头内的气袋充放气噪音得到很大的下降（枕在上面几乎听不到声音）。
最后控制盒内的气泵工作部件噪音再经过橡胶减震，多层盒体隔绝，控制盒工作噪音也控制在合理的范围内（接近一般卧室空调低风运行噪音），当使用者睡熟打鼾时工作，更不会听到噪音，在不知不觉中减鼾及改善睡眠。
2.6三甲医院睡眠中心的临床研究
多导睡眠监测（PSG），是当今睡眠医学中的一项重要新技术，在世界睡眠研究界又被称为诊断睡眠障碍疾病的"金标准"。通过使用普通枕头与使用本智能减鼾枕，对比睡眠呼吸相关键指数：
AHI（Apnea-hypopnea Index）：呼吸暂停低通气指数
SaO2（Arterial Oxygen Saturation）：动脉血氧饱和度
图5 关于睡眠医学的OSAHS判定标准
使用减鼾枕进行减鼾干预效果科学评判，首期临床实验，对比有明显效果：
表1 临床测试对比数据
结论：能有效的减少鼾声次数，降低呼吸暂停风险，提高血氧浓度，改善睡眠质量。
3前景预测
未来纯监测的产品越来越少，更多产品朝着监测+干预相结合的方向发展，枕头是最好的监测载体，也是最好的干预载体；以枕头智能化和专业的睡眠健康服务进入市场，未来可以占领大部分睡眠产业份额。
枕头智能化相对传统枕头不仅有更高的科技附加值，而且具备较高的睡眠健康服务粘性，一旦智能枕替换传统枕头市场兴起，很快产值就可超千亿，市场前景广阔。
论文作者:张忠耀
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
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