科学家开发出“智能睡衣”来监测睡眠障碍

　　

研究人员发明了一种舒适、可洗的“智能睡衣”，它可以在家里监测睡眠障碍，比如睡眠呼吸暂停，而不需要贴片、笨重的设备，也不需要去专门的睡眠诊所。

由剑桥大学领导的研究小组开发了一种印刷织物传感器，这种传感器可以通过检测皮肤的微小运动来监测呼吸，即使睡衣宽松地披在脖子和胸部。

嵌入智能睡衣的传感器经过了“轻量级”人工智能算法的训练，可以识别六种不同的睡眠状态，准确率达到98.6%，同时忽略了诸如辗转反侧等常规睡眠动作。这种节能传感器只需要少量睡眠模式的例子，就能成功识别出规律睡眠和紊乱睡眠之间的区别。

研究人员表示，他们的智能睡衣可以帮助英国数百万与睡眠障碍作斗争的人监测他们的睡眠，以及生活方式改变对睡眠的影响。研究结果发表在《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，据估计全球GDP减少了1%。口呼吸、睡眠呼吸暂停和打鼾等睡眠行为是导致睡眠质量差的主要原因，并可能导致心血管疾病、糖尿病和抑郁症等慢性疾病。

剑桥石墨烯中心的路易吉·奥奇平蒂教授领导了这项研究，他说：“睡眠不佳对我们的身心健康有巨大的影响，这就是为什么适当的睡眠监测至关重要。”“然而，目前睡眠监测的黄金标准，即多导睡眠描记仪（PSG），既昂贵又复杂，不适合在家中长期使用。”

比PSG更简单的家用设备，比如家庭睡眠测试，通常只关注一种情况，体积庞大或不舒服。智能手表等可穿戴设备虽然佩戴起来更舒适，但只能推断睡眠质量，并不能有效地准确监测睡眠紊乱。

Occhipinti说：“我们需要一种每天晚上都舒适、容易使用，但又足够准确的产品，以提供有关睡眠质量的有意义的信息。”

为了开发智能睡衣，Occhipinti和他的同事们在他们早期为有语言障碍的人设计的智能颈链的基础上进行了研究。该团队重新设计了基于石墨烯的传感器，用于睡眠时的呼吸分析，并进行了几项设计改进，以提高灵敏度。

奥钦平蒂说：“由于我们对设计做出了改变，传感器能够检测到不同的睡眠状态，同时忽略了正常的辗转反侧。”灵敏度的提高也意味着智能服装不需要紧紧地围在脖子上，很多人会觉得不舒服。只要传感器与皮肤接触，它们就能提供高度准确的读数。”

研究人员设计了一种名为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，包括鼻腔呼吸、口腔呼吸、打鼾、磨牙、中心性睡眠呼吸暂停（CSA）和阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）。SleepNet是一种“轻量级”人工智能网络，它将计算复杂性降低到可以在便携式设备上运行的程度，而无需连接到计算机或服务器。

奥钦平蒂说：“我们对人工智能模型进行了精简，使我们能够以最低的计算成本获得最高的准确性。”“通过这种方式，我们能够将主要数据处理器直接嵌入传感器中。”

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，能够检测出一系列睡眠状态，准确率达到98.6%。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，这样它们就可以在普通洗衣机里洗了。

最新版本的智能睡衣还具有无线数据传输功能，这意味着睡眠数据可以安全地传输到智能手机或电脑上。

“睡眠对健康非常重要，可靠的睡眠监测是预防保健的关键，”Occhipinti说。“由于这种衣服可以在家里使用，而不是在医院或诊所，它可以提醒用户睡眠的变化，然后他们可以和医生讨论。”睡眠行为，如鼻呼吸和口呼吸，通常不会出现在NHS的睡眠分析中，但它可能是睡眠紊乱的一个指标。”

研究人员希望将这种传感器应用于一系列健康状况或家庭用途，比如婴儿监测，他们已经与不同的患者群体进行了讨论。他们还在努力提高传感器的耐用性，以便长期使用。

这项研究得到了欧盟石墨烯旗舰公司Haleon和工程与物理科学研究委员会（EPSRC）的部分支持，EPSRC是英国研究与创新（UKRI）的一部分.