
长期睡眠质量不佳会严重损坏人的身体状况和精神状态,容易导致各种疾病的产生,包括糖尿病、心血管疾病、肥胖和精神心理疾病,还会影响记忆力和认知功能,降低生活质量。而睡眠质量不佳可能与环境中的各种因素相关,比如温度、湿度、光照、声音等。
本文针对影响睡眠质量的环境因素进行分析并参考传统的改善措施,提出一种基于家电的睡眠改善服务的系统,利用传感器进行数据收集,通过移动物联网将空调、空气净化器、照明、音响、加湿器、温度调节组件等设备连携,根据用户的需求为其提供舒适的睡眠环境。
同时对人们现有的常见的家庭娱乐活动进行分析,探讨利用柔性显示技术和云游戏技术拓展床的娱乐性功能。提出睡眠场景设想,使用户可以设定自己的睡眠时周边的景色;在这基础上更进一步的沉浸式游戏体验设想可以极大地提高用户的游戏乐趣。
为了方便用户的日常使用,本文所述智能床增添了床面变换系统,使主体床面任意倾斜,背部、腿部可自由弯曲,形成可坐、可躺姿态,方便用户进行阅读、观看视频等活动。
提高睡眠质量无论对保持身体健康和使精神状态维持在良好状态都具有重要意义。根据世界卫生组织的调查,有43%的中国人存在不同程度的睡眠问题[[]廖婷婷,邹枝玲,杨勋,等.大学生睡眠质量与焦虑情绪关系的相关[J].研究现代预防医学,2007,34(15):2830-2832.],甚至失眠问题已经在年龄小的群体中漫延,黄学军等调查886名深圳小学生显示,学龄儿童睡眠问题的发生率为69.5%[[]黄学军,王广海,马瑞,等.深圳市886名小学生睡眠特点及其相关因素分析[J].中国学校卫生,2014,35(5):750-752.]。可见睡眠问题是人们追求美好生活品质过程需要面对的一项课题。在大学生中,糟糕的睡眠质量是一个常见的问题,由此增加了精神疾病出现和学业成绩不佳的风险[
[]廖婷婷,邹枝玲,杨勋,等.大学生睡眠质量与焦虑情绪关系的相关[J].研究现代预防医学,2007,34(15):2830-2832.
[]黄学军,王广海,马瑞,等.深圳市886名小学生睡眠特点及其相关因素分析[J].中国学校卫生,2014,35(5):750-752.
一般来讲,睡眠模式恶化往往是疾病的前兆,会损害健康的身体状况和精神状态。而精神疾病与睡眠障碍间两者互相影响。心血管疾病是导致人类死亡的主要原因,研究表明睡眠障碍与多种心脑血管疾病的发生发展有关,失眠问题增加心血管病的发生风险,提高了心血管病的死亡率。在临床上更为常见的是由于阻塞性睡眠呼吸暂停所引起的心血管疾病,阻塞性睡眠呼吸暂停已被认为是动脉高压、心房颤动、动脉硬化与冠心病、心肌梗死和心力衰竭等心血管疾病发展的危险因素。[[]
[]钱呈敏,张玲,燕海霞.睡眠障碍与动脉硬化的相关性研究进展[J].中西医结合心血管病杂志(电子版),2018,第6卷(36):18-19,22.
睡眠障碍性疾病在儿童及青少年群体中发生得比较多而且由于该群体正处于生长发育的关键时期,睡眠障碍性疾病危害会更严重。对于正处于生长发育关键时期的儿童及青少年群体,高质量的睡眠可促进他们的生长发育、提高机体免疫力,与神经系统发育、记忆存储功能密切相关。而由于各种睡眠障碍疾病导致睡眠时间及质量不足,同时睡眠障碍常与多种精神疾病伴发,二者综合起来会影响儿童及青少年身体健康、智力发育,导致情绪、认知和社会心理问题。儿童及青少年常见睡眠障碍疾病包括:失眠、阻塞性睡眠呼吸暂停、发作性睡病、异态睡眠、周期性肢体运动障碍、不宁腿综合征。约有25%的小儿出现过睡眠问题,且某些特殊群体小儿更易发生睡眠障碍,如患有神经系统疾病(注意缺陷多动综合征、癫痫、孤独症)、精神发育迟滞、视力缺陷、抽动障碍、Rett综合征、急慢性疼痛、哮喘等。睡眠障碍疾病不仅影响睡眠本身,还与多种精神心理疾病相关或相互促进,约20%学龄儿童睡眠障碍可损害注意、认知、记忆、警觉和语言能力,对未来的生长发育造成不良影响,同时也会造成学习和品行星空体育问题,影响亲子关系,成为母亲负面行为增多的导火索,可能会对儿童和青少年的心理状态造成不可逆的破坏。[[]孙燕红,陈天玉,梁建民.儿童及青少年常见睡眠障碍性疾病[J].中风与神经疾病杂志,2019,(2):184-186.]相较于成年人,儿童及青少年正处于发育期间,而睡眠对于发育中的脑组织属于重要的神经活动,所以其睡眠生理与成人不同,儿童及青少年需要更充足的睡眠。美国睡眠医学会推荐:4~12月婴儿推荐睡眠时间为12~16h/d(包括小憩,以下相同);1~2岁儿童为11~14h/d;3~5岁儿童应定期睡眠10~13h/d;6~12岁儿童为9~12h/d;13~18岁青少年为8~10h/d。[[
[]孙燕红,陈天玉,梁建民.儿童及青少年常见睡眠障碍性疾病[J].中风与神经疾病杂志,2019,(2):184-186.
随着人们逐渐意识到睡眠问题的存在,越来越多的人开始关注自己的睡眠状况,得益于智能设备的普及,睡眠状况的检测变得更加方便以及准确。通过追踪睡眠模式或是睡眠模式的变化可以帮助唤醒个人的意识,提高睡眠质量。[[]FoggBJ.Persuasivetechnology:usingcomputerstochangewhatwethinkanddo[M].ACM,2002.]而对一些患有睡眠障碍、慢性睡眠紊乱或睡眠呼吸暂停综合症等疾病的患者来说,跟踪他们的睡眠习惯有利于医生诊断和监测他们的病情。[[]
[]徐艳,奚益群,王淑等.基于患者需求的医院智能床旁互动系统建设及思考*[J].医学信息学杂志,2016,第37卷(2):32-35.
睡眠时,胃肠道及相关脏器积蓄合成并制造人体的能量物质,以养精蓄锐,消除人体的疲劳,同时基础体温、心率、血压降低、呼吸频率及部分内分泌减少,基础代谢率降低,使身体机能得以恢复。此外,睡眠可以淡化恶劣情绪对人体的不良影响,维护人的心理健康。当睡眠不足长期持续的话,疲劳恢复会变得很困难。为了防止睡眠不足的疲劳的积累,高质量的睡眠是必须的。[[]
回顾历史,“床”这一家具经历过从开敞到封闭,然后在演变成今日的模样。明清两代是的架子床,三面设围,有床盖,织物帐幔依附在床结构上形成一个封闭的空间,可见古人对床的私密性十分注重。[[]钱波.从开敞到封闭:浅论中国古代床的演变[J].室内设计与装修,1998,(2):56-60.]同时在日本,为了节省空间以及满足短期住宿者(非度假性的、因出差等迫不得已的理由而住宿的情况)的需求,胶囊旅馆由此诞生,胶囊旅馆中浓缩着一晚睡眠所需的资源,极大地节省了空间和资源。在伦敦,阿姆斯特丹,纽约以及新加坡等地,都存在着模仿日式胶囊旅馆形式的胶囊旅店。同时,封闭式的单间“胶囊”内单一的景象容易造成人们与世隔绝的不安和时间感的丧失。为此位于京都市下京区的9h(ninehours)旅馆采用松下电工生产的寝室环境系统,该系统能模拟自然天光徐徐亮起,仿佛给房间开了窗口。[
[]钱波.从开敞到封闭:浅论中国古代床的演变[J].室内设计与装修,1998,(2):56-60.
得益于各种智能产品如智能手机、平板的小巧,人们除了在睡眠时间呆在床上,也更愿意选择比坐在椅子上更轻松地躺在床上进行娱乐活动,比如观看电影和电视剧或者用游戏手柄玩游戏。可见床的娱乐性可以更深一步地拓展。
“床”作为家居日用品中人们使用时间最长,且是人类睡眠所依托的平台,智能化是必然趋势,在借助互联网、大数据、物联网等现代信息技术手段探索家居用品的大背景下,“床”的智能化能有效提高人们生活质量,增加幸福感。
作为睡眠的载体,借助床对人们睡眠的监测,不需要人们做太多的动作就可以收集到大量的、准确的有关睡眠的数据。
针对影响人们睡眠的环境因素来对智能床进行功能设计,通过移动物联网将空调、空气净化器、照明和音响等设备和床进行连携,从而创造一个舒适的睡眠环境,有效提高使用者的睡眠质量,从而达到保持人体健康的作用。
同时通过拓展床娱乐性,可以开发出新的娱乐领域,丰富人们的娱乐形式,满足人们的娱乐需求。
通过浏览相关资料,结合本课题所研究的方向与目标,市场上现有的多种护理床和智能床有以下问题:
(1)传统的护理床基本以升降床体的靠背和膝盖部分,并且调整床体高度为主要功能,同时监测使用者的各项生理数据,使用环境多适用于医疗机构,与日常家居环境不适合。
(2)市面上出现了许多智能床的产品,然而这些产品只是把USB接口、在床体外设简单的震动按摩椅、灯具等功能堆砌起来在床体增加多个接口来提升使用的便捷性,而并非是通过智能化使床自动贴合使用者的需求。
本文将研究重点放在针对于家庭用户的智能床,并通过研究、分析和总结,提出一种智能床的设计理念和模式。使用环境以家庭为主。在满足调整床体高度以和姿势等基本功能的条件下,讨论智能床数据分析与处理,拓展床的娱乐性作用,论述在互联网和移动物联网技术条件下智能床对一般人的睡眠习惯进行深度学习,提高人们的睡眠质量和生活质量。本文的研究具体内容如下:
对人们睡眠质量不佳的原因进行分析,并且对传统的改善措施进行优化,并与智能床进行有机结合。主要包括利用传感器技术对使用者生理参数的监测,通过对采集数据的分析与处理,使智能床深度学习使用者的睡眠方式,并使智能床改变环境参数让使用者睡得更舒服。
对人们室内可进行的娱乐活动以及所用的娱乐产品进行分析,尝试以多种角度拓展智能床的娱乐性。主要探讨封闭式柔性屏幕与床的结合。
文通过搜集、鉴别、整理对国内外关于智能床的研究文献,对智能床产生科学的认识,了解其长处与缺陷,优化长处并尝试克服缺陷。
智能床概念的内涵是“智能”,其概念可以延伸至助眠、便利、娱乐方面的功能。
智能床的概念和理论融合了包括控制论、数据处理、产品设计等多学科的理论方法,结合自身特有的功能和使用环境进行分析,使其形成针对性的理论。
用户拥有优质睡眠必然要具备三大因素:一是保持规律的生活节奏,形成规律的生物钟,保持自身的身体状态健康,同时要及时放松自己,舒缓压力;二是使用舒适且合适的床上用品;三是舒适的睡眠环境,即是把睡眠时周边环境的温度、湿度、声音、光线调控在一个人体容易入眠的范围内。
卞宏生等通过对实验环境的光周期的调控对SD雄性大鼠进行昼夜节律对大鼠的睡眠模式的影响研究实验,该实验研究表明昼夜节律对大鼠的睡眠模式有影响作用。[[]卞宏生.昼夜节律对大鼠的睡眠模式和能量代谢的影响及褪黑素的干预作用研究[D].2015.
[]卞宏生.昼夜节律对大鼠的睡眠模式和能量代谢的影响及褪黑素的干预作用研究[D].2015.
侯建军等通过人体头部及颈背部压力分布测试及其主观评价相关性方法对海绵枕高度变化对人体仰卧位舒适性的变化影响进行研究,研究表明枕头高度变化与人体头、颈、肩、背部舒适性密切相关。[[]
潘黎等采用主观问卷和生理参数测量相结合的方法对基于人体生理参数的清醒和睡眠状态的热舒适进行研究,研究表明过冷或者过热的环境温度都会导致人体睡眠质量下降,与以往研究相比,各项研究所得出的舒适温度各不相同,而人体睡眠舒适温度与性别差异有关,在此项研究中男性的舒适睡眠温度低于女性。[[]潘黎.基于人体生理参数的清醒和睡眠状态的热舒适研究[D].上海交通大学,2012.
[]潘黎.基于人体生理参数的清醒和睡眠状态的热舒适研究[D].上海交通大学,2012.
本文所研究的智能床面向的对象为家庭用户,需要满足每个人对其不同温度的需求。
L.Foulkes,PhD曾对英格兰北部一所公立的,中等规模,研究密集型大学的本科生进行问卷调查以及访谈,研究表明最常见的失眠原因是来自其他学生所发的噪音。[NOTEREF_Ref8063320\f3]
但同时人们也可以通过聆听频率分量的功率在整个可听范围内都是均匀的白噪音来降低其对声音的感知,从而增加唤醒阈值,巩固睡眠。
因此针对每个用户对声音的不同需求,本文所研究的智能床应为用户提供个性化功能。
褪黑素主要是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素。褪黑素缩短睡前觉醒时间和入睡时间,延长深睡阶段时间,改善睡眠质量。
褪黑素的分泌具有昼夜节律性,并受到光周期的调控。光刺激通过哺乳动物的眼可以抑制褪黑素的分泌,哺乳动物处于黑暗中时,褪黑素分泌活动加强,而当它们转于光亮环境时褪黑素即停止分泌。[NOTEREF_Ref8065477\f14]
聆听音乐在一定程度上为改善小学儿童、青年、老年各年龄段群体的睡眠情况具有积极作用,具体可表现在延长睡眠时间、缩短睡眠潜伏期、提高睡眠效率等方面。同时音乐在失眠症以及疾病伴发的失眠的治疗上有显著效果。[[]
[]刘晓静,许晶,常翼.音乐疗法干预睡眠障碍的研究进展[J].医学与哲学,2017(18).
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