本發明涉及睡眠健康管理，尤其涉及一種基于心率變異性生物反饋的輔助睡眠方法及系統。
背景技術：
1、在美國睡眠協會于2014年發布的《睡眠障礙國際分類第三版》中，失眠障礙被定義為在合適的時機和環境下，仍存在持續的睡眠起始、睡眠時間、睡眠連續性或者睡眠質量障礙，且伴隨所引起的日間功能受損。中國睡眠研究會發布的《2023中國健康睡眠白皮書》顯示，目前，中國有60.4%的人存在睡眠相關癥狀。
2、然而，醫務工作者對失眠的干預手段比較有限。目前一線的干預手段主要有對癥的短期藥物治療，以及針對失眠的認知行為療法（cognitive?behavioral?therapy?forinsomnia，cbt-i），而隨互聯網發展起來的基于網絡的ecbt-i治療降低了干預的成本，但依從性仍不理想，更重要的是，針對失眠的認知行為治療的療效是有限的。失眠人群需要更為有效的，且低風險的失眠干預手段。
3、失眠的病理機制與異常的情緒和覺醒腦環路有關。失眠患者人群中也存在著普遍的自主神經活動異常。基于失眠癥狀的病理機制，對自主神經有調控作用、可對心理壓力進行調節的心率變異性（hrv）生物反饋技術是一種可選的非藥物干預手段。但目前用于失眠人群的心率變異性生物反饋技術至少存在以下缺點：采用心電技術采集心率，穿戴與布置成本高、便攜性差，難以應用于睡前居家場景；采用視覺生物反饋，睡前光照刺激會影響褪黑素分泌進而影響睡眠，而睡前更適合采用聽覺/觸覺等無光或低光刺激的反饋形式，使被試人群可臥姿閉目完成訓練并自然過渡到睡眠；基于單一hrv閾值進行反饋，易受運動偽影、信號丟失、呼吸不穩定等影響而產生誤反饋，而且失眠的“覺醒”不僅體現在hrv，還體現在體動、皮電（交感興奮）、外周溫度等多維特征，單一傳感器難以穩健刻畫睡前狀態；反饋形式單一、難以兼顧“引導呼吸—獎勵淡出—入睡退出—夜醒再介入”等全過程；缺少個體化參數，固定呼吸節律難以適配所有失眠人群。
4、因此，亟需一種基于心率變異性生物反饋的輔助睡眠方法及系統，解決了現有輔助睡眠技術中采用視覺生物反饋、缺乏對入睡趨勢的識別與自動退出機制易造成過度刺激的問題，實現了無光生物反饋、入睡趨勢自動識別和夜間覺醒再介入的睡眠全過程管理，提升輔助睡眠引導效果。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種基于心率變異性生物反饋的輔助睡眠方法及系統，用以解決現有輔助睡眠技術中采用視覺生物反饋、缺乏對入睡趨勢的識別與自動退出機制易造成過度刺激的問題。
2、一方面，本發明實施例提供了一種基于心率變異性生物反饋的輔助睡眠方法，包括：
3、獲取多個時間步的體征信號和當前時間步的助眠音律信號；其中，所述體征信號包括ppg傳感器信號和imu傳感器信號；多個所述時間步包括所述當前時間步；
4、根據多個所述時間步的所述ppg傳感器信號，確定每個所述時間步對應的信號質量指數；
5、基于多個所述時間步的所述imu傳感器信號，計算每個所述時間步對應的體動強度；
6、根據所述當前時間步或者多個所述時間步的所述信號質量指數和所述體動強度，對所述助眠音律信號進行調整。
7、進一步地，根據多個所述時間步的所述ppg傳感器信號，確定每個所述時間步對應的信號質量指數，包括：
8、對多個所述時間步的所述ppg傳感器信號進行峰點識別，獲得對應的若干個ppg信號峰點；
9、基于多個所述時間步的所述ppg傳感器信號和若干個所述ppg信號峰點，確定每個所述時間步對應的形態穩定性分數和峰值穩定性分數；
10、對多個所述時間步的所述ppg傳感器信號進行帶通濾波，獲得多個所述時間步對應的ppg濾波信號；
11、基于多個所述時間步的所述ppg傳感器信號和所述ppg濾波信號，計算每個所述時間步對應的帶通能量分數；
12、根據每個所述時間步對應的所述形態穩定性分數、所述峰值穩定性分數和所述帶通能量分數，計算對應的所述信號質量指數。
13、進一步地，基于多個所述時間步的所述ppg傳感器信號和所有所述ppg信號峰點，確定每個所述時間步對應的形態穩定性分數和峰值穩定性分數，包括：
14、對每個所述ppg信號峰點，從多個所述時間步的所述ppg傳感器信號中提取對應的局部波形段和峰值；
15、對每個所述時間步，確定對應的質量指數時間窗口，對所述質量指數時間窗口對應的每個所述局部波形段，計算對應的皮爾遜相關系數；
16、對每個所述時間步，基于對應的所述質量指數時間窗口對應的所有所述皮爾遜相關系數，計算所述時間步對應的所述形態穩定性分數；
17、對每個所述時間步，基于對應的所述質量指數時間窗口對應的所有所述峰值，計算所述時間步對應的所述峰值穩定性分數。
18、進一步地，基于多個所述時間步的所述imu傳感器信號，計算每個所述時間步對應的體動強度，包括：
19、基于每個所述時間步的所述imu傳感器信號，計算每個所述時間步對應的去重力動態加速度；
20、根據多個所述時間步的所述去重力動態加速度，計算每個所述時間步對應的所述體動強度。
21、進一步地，根據所述當前時間步的所述信號質量指數和所述體動強度，對所述助眠音律信號進行調整，包括：
22、對所述當前時間步的所述信號質量指數進行有效性驗證，獲得第一有效性結果，對所述當前時間步的所述體動強度進行有效性驗證，獲得第二有效性結果；
23、若所述第一有效性結果或所述第二有效性結果為通過，則根據所述當前時間步的所述ppg傳感器信號計算所述當前時間步的心率一致性指標；
24、根據所述當前時間步的所述心率一致性指標，調整所述助眠音律信號。
25、進一步地，對所述當前時間步的所述信號質量指數進行有效性驗證，獲得第一有效性結果，對所述當前時間步的所述體動強度進行有效性驗證，獲得第二有效性結果，包括：
26、若所述信號質量指數不小于質量指數閾值，則確定所述第一有效性結果為通過；
27、若所述體動強度不大于體動閾值，則確定所述第二有效性結果為通過。
28、進一步地，根據所述信號質量指數和所述體動強度，對所述助眠音律信號進行調整，還包括：
29、若所述第一有效性結果和所述第二有效性結果都為不通過，則凍結所述心率一致性指標，統計凍結時長；若所述凍結時長達到凍結閾值，則保持所述助眠音律信號。
30、進一步地，根據多個所述時間步的所述信號質量指數和所述體動強度，對所述助眠音律信號進行調整，包括：
31、根據多個所述時間步的所述信號質量指數和所述體動強度，計算ppg覆蓋率和體動覆蓋率；
32、若所述ppg覆蓋率和體動覆蓋率均不小于對應的覆蓋率閾值，則根據多個所述時間步的所述體征信號確定所述當前時間步對應的體征基線；
33、根據多個所述時間步對應的所述體征信號和所述當前時間步的所述體征基線，判斷所述當前時間步是否處于夜醒狀態；
34、若處于所述夜醒狀態，則啟動所述助眠音律信號。
35、進一步地，所述體征基線包括心率基線，心率變異性基線，體動基線；
36、根據多個所述時間步對應的所述體征信號和所述體征基線，判斷所述當前時間步是否處于夜醒狀態，包括：
37、根據多個所述時間步對應的所述ppg傳感器信號和所述當前時間步對應的所述心率基線，確定所述當前時間步對應的心率狀態；
38、根據多個所述時間步對應的所述ppg傳感器信號和所述當前時間步對應的所述心率變異性基線，確定所述當前時間步對應的變異性狀態；
39、根據多個所述時間步對應的所述imu傳感器信號和所述當前時間步對應的所述體動基線，確定所述當前時間步對應的體動狀態；
40、根據所述心率狀態、所述變異性狀態和所述體動狀態，判斷所述當前時間步是否處于所述夜醒狀態。
41、另一方面，本發明實施例提供了一種基于心率變異性生物反饋的輔助睡眠系統，包括：
42、信號獲取模塊，用于獲取多個時間步的體征信號和當前時間步的助眠音律信號；其中，所述體征信號包括ppg傳感器信號和imu傳感器信號；多個所述時間步包括所述當前時間步；
43、體征分析模塊，用于根據多個所述時間步的所述ppg傳感器信號，確定每個所述時間步對應的信號質量指數；
44、所述體征分析模塊，還用于基于多個所述時間步的所述imu傳感器信號，計算每個所述時間步對應的體動強度；
45、音律調整模塊，用于根據所述當前時間步或者多個所述時間步的所述信號質量指數和所述體動強度，對所述助眠音律信號進行調整。
46、與現有技術相比，本發明至少可實現如下有益效果之一：
47、采用ppg（光電容積）傳感器獲取生物反饋，降低光照影響，而且可適用于各種睡眠時的穿戴，引入信號質量指數和體動強度，實現對ppg信號質量評估和imu體動判別，降低運動偽影、信號丟失對反饋精準性的影響，提升反饋決策魯棒性，通過當前時間步信號質量指數和體動強度，對助眠音律信號進行調整，保持當前助眠音律信號或降低，完成引導呼吸和助眠音律信號淡出，通過多個時間步的信號質量指數和體動強度，對睡眠情況進行持續監控、及時發現夜醒狀態，對助眠音律信號進行調整，完成夜醒再介入引導重新入睡，實現分階段、分強度、可自適應的睡眠全過程干預，提升輔助睡眠引導效果。
48、本發明中，上述各技術方案之間還可以相互組合，以實現更多的優選組合方案。本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內容中來實現和獲得。