研究人员开发出智能睡衣，可以监测6种睡眠问题

2月23日消息，英国剑桥大学领导的研究人员开发了一种印刷织物传感器，可以制作成舒适、可清洗的“智能睡衣”，通过检测皮肤的微小运动来监测呼吸，即使睡衣松散地覆盖在脖子和胸部也能够监测各种睡问题，例如睡眠呼吸暂停等，而且无需粘性贴片。

据介绍，嵌入在智能睡衣中的传感器使用“轻量级”AI 算法进行训练，可以以 98.6% 的准确率识别六种不同的睡眠状态，同时忽略辗转反侧等常规睡眠运动。节能传感器只需要少量睡眠模式示例即可成功识别规律睡眠和无序睡眠之间的区别。

研究人员表示，他们的智能睡衣可能有助于英国数百万与睡眠障碍作斗争的人监测他们的睡眠，以及生活方式改变如何影响他们的睡眠。结果报告在美国国家科学院院刊 （PNAS） 上。

睡眠对人类健康至关重要，但超过 60% 的成年人睡眠质量不佳，导致每年损失 44 至 54 个工作日，全球 GDP 估计减少 1%。张口呼吸、睡眠呼吸暂停和打鼾等睡眠行为是导致睡眠质量不佳的主要原因，并可能导致心血管疾病、糖尿病和抑郁症等慢性病。

“睡眠不足对我们的身心健康有巨大影响，这就是为什么适当的睡眠监测至关重要，”领导这项研究的剑桥石墨烯中心的 Luigi Occhipinti 教授说。“然而，目前睡眠监测的黄金标准，多导睡眠图或 PSG，昂贵、复杂，不适合在家中长期使用。”

比 PSG 更简单的家用设备，例如家庭睡眠测试，通常专注于单一情况，并且体积庞大或不舒适。智能手表等可穿戴设备虽然佩戴更舒适，但只能推断睡眠质量，无法准确监测睡眠障碍。

“我们需要一种舒适且易于每晚使用的东西，但又足够准确，以提供有关睡眠质量的有意义信息，”Occhipinti 说。

为了开发智能睡衣，Occhipinti 和他的同事们在他们早期为语言障碍者开发的智能项链的基础上进行了开发。该团队重新设计了基于石墨烯的传感器，用于睡眠期间的呼吸分析，并进行了多项设计改进以提高灵敏度。

“由于我们所做的设计更改，传感器能够检测不同的睡眠状态，同时忽略常规的辗转反侧，”Occhinpinti 说。“灵敏度的提高还意味着智能服装不需要紧紧地戴在脖子上，很多人会觉得不舒服。只要传感器与皮肤接触，它们就可以提供高度准确的读数。

研究人员设计了一个名为 SleepNet 的机器学习模型，该模型使用传感器捕获的信号来识别睡眠状态，包括鼻呼吸、口呼吸、打鼾、磨牙、中枢性睡眠呼吸暂停 （CSA） 和阻塞性睡眠呼吸暂停 （OSA）。SleepNet 是一种“轻量级”AI 网络，它降低了计算复杂性，使其可以在便携式设备上运行，而无需连接到计算机或服务器。

“我们将 AI 模型修剪到可以获得最低计算成本和最高准确性的程度，”Occhinpinti 说。“通过这种方式，我们能够将主要数据处理器直接嵌入到传感器中。”

智能睡衣在健康患者和睡眠呼吸暂停患者身上进行了测试，能够以 98.6% 的准确率检测一系列睡眠状态。通过对智能睡衣进行特殊的上浆处理，他们能够提高传感器的耐用性，以便它们可以在普通洗衣机中运行。

最新版本的智能睡衣还能够进行无线数据传输，这意味着睡眠数据可以安全地传输到智能手机或计算机。

“睡眠对健康非常重要，可靠的睡眠监测可能是预防保健的关键，”Occhipinti 说。“由于这种服装可以在家中使用，而不是在医院或诊所使用，它可以提醒用户睡眠变化，然后他们可以与医生讨论。NHS 睡眠分析通常不会发现鼻呼吸与口呼吸等睡眠行为，但它可能是睡眠障碍的指标。

研究人员希望使传感器适应一系列健康状况或家庭用途，例如婴儿监测，并一直在与不同的患者群体进行讨论。他们还致力于提高传感器的长期耐用性。

该研究得到了欧盟石墨烯旗舰 Haleon 和英国研究与创新 （UKRI） 旗下工程与物理科学研究委员会 （EPSRC） 的部分支持。

编辑：芯智讯-林子