This thesis presents methods for comfortable sleep measurement at home. Existing medical sleep measurement systems are costly, disturb sleep quality, and are only suited for short-term measurement. As sleeping problems are affecting about 30% of the population, new approaches for everyday sleep measurement are needed. We present sleep measurement methods that are based on measuring the body with practically unnoticeable force sensors installed in the bed. The sensors pick up forces caused by heartbeats, respiration, and movements, so those physiological parameters can be measured. Based on the parameters, the quality and quantity of sleep is analyzed and presented to the user.
In the first part of the thesis, we propose new signal processing algorithms for measuring heart rate and respiration during sleep. The proposed heart rate detection method enables measurement of heart rate variability from a ballistocardiogram signal, which represents the mechanical activity of the heart. A heartbeat model is adaptively inferred from the signal using a clustering algorithm, and the model is utilized in detecting heartbeat intervals in the signal. We also propose a novel method for extracting respiration rate variation from a force sensor signal. The method solves a problem present with some respiration sensors, where erroneous cyclicity arises in the signal and may cause incorrect measurement. The correct respiration cycles are found by filtering the input signal with multiple filters and selecting correct results with heuristics. The accuracy of heart rate measurement has been validated with a clinical study of 60 people and the respiration rate method has been tested with a one-person case study.
In the second part of the thesis, we describe an e-health system for sleep measurement in the home environment. The system measures sleep automatically, by uploading measured force sensor signals to a web service. The sleep information is presented to the user in a web interface. Such easy-to-use sleep measurement may help individuals to tackle sleeping problems. The user can track important aspects of sleep such as sleep quantity and nocturnal heart rate and learn how different lifestyle choices affect sleep.Unen mittaaminen voimasensoreilla
Noin joka kolmannella on ongelmia unen kanssa. Nukahtamisvaikeus, heräily, huono unen laatu sekä erilaiset unenaikaiset hengitysongelmat ovat yleisiä. Helppo ja mukava unen seuranta voisi auttaa unenlaadun parantamisessa. Nykyiset mittausmenetelmät ovat kuitenkin epämukavia ja suunniteltu lähinnä lääketieteellisten diagnoosien tekemiseen. Ne eivät siis sovellu unen mittaamiseen itsenäisesti kotona.
Tämä väitöskirja esittelee uuden mittausmenetelmän, joka mahdollistaa unen määrän sekä laadun mittaamisen helposti omassa sängyssä. Lakanan alle laitetaan pehmeästä kalvosta tehty anturi, joka mittaa nukkujan liikkeitä, sydämen sykettä sekä hengitystä. Anturi tunnistaa näiden mittausten perusteella useita uneen liittyviä asioita, kuten unenmäärä, kuorsaaminen sekä yön aikana mitattu leposyke. Uni-informaatio näytetään laitteen käyttäjälle verkkopalvelun tai mobiililaitteen avulla.
Väitöskirjassa esitellyn unenmittausmenetelmän etu on, että syke- ja hengitystieto saadaan mitattua siitä huolimatta että anturi ei ole suoraan kosketuksissa nukkujan kehon kanssa. Kehitetyt signaalinkäsittelymenetelmät pystyvät erottamaan signaalista sykkeen ja hengityksen, sillä erilaisten mittaushäiriöiden ilmaantuminen signaaliin on otettu huomioon.
Uutta unimittausmenetelmää on ehditty jo soveltaa käytännössä. Kehitetty tuote toimii siten, että mittaus lähetetään sensorilta langattomasti mobiililaitteelle, jossa unitiedot näytetään käyttäjälle. Mobiilisovellus antaa ohjeita unen parantamiseksi mittausten sekä käyttäjän profiilin perusteella
