건강한 휴식을위한 수면 자세 모니터링
무선 장치는 카메라 나 신체 센서를 사용하지 않고 수면 데이터를 캡처합니다. 파킨슨 병, 간질 또는 욕창 환자를 도울 수 있습니다.
MIT 연구진은 침실 벽에 장착 된 작은 장치에서 반사 된 무선 신호를 사용하여 사람의 등, 배 또는 옆으로 졸음에 상관없이 사람의 수면 자세를 모니터링하는 무선 비공개 방법을 개발했습니다.
바디 컴파스 (BodyCompass)라고 불리는이 장치는 카메라 나 센서를 신체에 부착하지 않고도 정확한 수면 데이터를 제공하는 최초의 가정용 무선 주파수 기반 시스템 이라고 UbiComp 2020에서이 시스템을 소개 할 예정인 Shichao Yue에 따르면 박사 과정 학생은 수년 동안 수면 단계와 불면증을 연구하기 위해 무선 감지를 사용해 왔습니다.
MIT 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소의 Dina Katabi 교수의 감독하에 프로젝트에 참여한 Yue는“수면 자세가 우리 시스템의 또 다른 영향력있는 응용 프로그램이 될 수 있다고 생각했습니다. 연구에 따르면 위 수면은 간질 환자의 갑작스런 사망 위험을 증가 시키며, 수면 자세는 상태가 사람이 침대에서 몸을 뒤집을 수있는 능력을 빼앗기 때문에 파킨슨 병의 진행을 측정하는 데 사용될 수 있다고 지적합니다.
연구에 참여하지 않은 브리검 여성 병원과 하버드 의과 대학의 간질 신경과 전문의 이동우는 "안타깝게도 많은 환자들이 밤에 잠을 어떻게자는 지 또는 발작 후 어떤 위치에 있는지 전혀 알지 못합니다"라고 말합니다. . "BodyCompass와 같은 신체 모니터링 시스템은 환자의 위험을 평가하기위한 기준선 모니터링을 가능하게하는 우리 분야를 발전시킬 것이며, 경고 / 중재 시스템과 결합하면 간질로 인한 갑작스런 예기치 않은 사망으로부터 환자를 구할 수 있습니다."
앞으로 사람들은 BodyCompass를 사용하여 자신의 수면 습관을 추적하거나 유아의 수면을 모니터링 할 수도 있습니다. Yue는 "필요에 따라 의료 기기 또는 소비자 제품이 될 수 있습니다."라고 말합니다.
인터랙티브, 모바일, 웨어러블 및 유비쿼터스 기술에 관한 ACM 회보에 발표 된 컨퍼런스 논문의 다른 저자로 는 대학원생 Yuzhe Yang과 Hao Wang과 Katabi Lab 계열사 Hariharan Rahul이 있습니다. Katabi는 Andrew 및 Erna Viterbi MIT의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수입니다.
편안한 반사
BodyCompass는 인체를 포함하여 실내의 물체에서 반사되는 무선 신호를 분석하여 작동합니다. 침실 벽에 부착 된 Wi-Fi 라우터와 유사하게이 장치는 여러 경로를 통해 돌아올 때 이러한 신호를 보내고 수집합니다. 그런 다음 연구원은 이러한 신호의 경로를 매핑하여 반사에서 거꾸로 작업하여 신체의 자세를 결정합니다.
그러나 이것이 작동하려면 과학자들은 어떤 신호가 침대에서 튀어 나오는지, 매트리스 나 침실 용 탁자 또는 머리 위 선풍기가 튀지 않는지 알아낼 방법이 필요했습니다. Yue와 그의 동료들은 무선 신호에서 호흡 패턴을 해독하는 과거의 연구가 문제를 해결할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
사람의 가슴과 배에서 튀는 신호는 호흡에 의해 독특하게 조절된다고 그들은 결론지었습니다. 호흡 신호가 신체에서 나오는 반사를 "태그"하는 방법으로 식별되면 연구자들은 장치의 위치와 비교하여 이러한 반사를 분석하여 사람이 침대에 누워있는 방식을 확인할 수 있습니다. (예를 들어 어떤 사람이 등을 대고 누워있는 경우 가슴에서 튀어 나오는 강한 전파는 천장을 향한 다음 벽에있는 장치로 향하게됩니다.)“호흡을 코딩으로 식별하면 신호를 신체에서 분리하는 데 도움이됩니다. 환경 적 반사를 통해 정보 반사가 어디에 있는지 추적 할 수 있습니다.”라고 Yue는 말합니다.
신체의 반사는 맞춤형 신경망에 의해 분석되어 신체가 수면에서 어떻게 각도를 이루는 지 추론합니다. 신경망은 각도에 따라 수면 자세를 정의하기 때문에 기기는 오른쪽에 누워있는 사람과 오른쪽으로 약간 기울어 진 사람을 구별 할 수 있습니다. 이런 종류의 세분화 된 분석은 엎드린 자세로자는 것이 갑작스런 예상치 못한 사망과 관련이있는 간질 환자에게 특히 중요하다고 Yue는 말합니다.
Lee는 "환자가 기기 착용을 좋아하지 않고 착용하는 것을 잊고, 편안함을 감소시키고, 배터리 수명이 짧으며, 데이터 전송이 어려울 수 있음이 분명 해지고 있습니다. BodyCompass와 같은 비 착용 비접촉 기기는 이러한 문제를 극복 할 것입니다. . "
BodyCompass는 사람의 침실에 카메라를 설치하거나 센서를 사람이나 침대에 직접 부착하는 것과 같이 수면 자세를 모니터링하는 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 센서는 수면에 불편할 수 있으며 카메라는 개인의 프라이버시를 감소 시킨다고 Yue는 말합니다. "수면 중 사람의 호흡 신호와 같은 수면 자세를 감지하는 데 필수적인 정보 만 기록하기 때문에 누군가이 데이터에서 사용자의 다른 활동을 추론하는 것은 거의 불가능합니다."
정확한 나침반
연구팀은 자신의 침실에서 자고있는 26 명의 건강한 사람들로부터 200 시간 동안의 수면 데이터에 대한 BodyCompass의 정확성을 테스트했습니다. 연구를 시작할 때 피험자들은 가슴과 배에 테이프로 붙인 두 개의 가속도계 (움직임을 감지하는 센서)를 착용하여 수면 자세에 대한 "근거 정보"데이터로 장치의 신경망을 훈련 시켰습니다.
BodyCompass는 기기가 일주일 분량의 데이터로 훈련되었을 때 가장 정확했습니다. 94 %의 정확한 신체 자세를 예측했습니다. 하룻밤 분량의 훈련 데이터는 87 %의 시간 동안 정확한 결과를 산출했습니다. BodyCompass는 수면자가 무선 센서 앞에서 몇 가지 일반적인 수면 자세를 유지하도록 요청했을 때 수집 된 16 분 분량의 데이터로 84 %의 정확도를 달성 할 수있었습니다.
BodyCompass는 간질 및 파킨슨 병과 함께 욕창과 수면 무호흡증에 취약한 환자를 치료하는 데 유용 할 수 있습니다. 두 상태 모두 수면 자세의 변화로 완화 될 수 있기 때문입니다. Yue도 자신의 관심을 가지고 있습니다. 그는 수면 방식에 영향을받는 편두통을 앓고 있습니다. “다음날 두통을 피하기 위해 오른쪽에서 자지 만 수면 자세와 편두통 사이에 어떤 상관 관계가 있는지 잘 모르겠습니다. 관계가 있는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.”
현재 BodyCompass는 모니터링 도구이지만 언젠가는 잠자는 사람이 자세를 바꾸도록 자극 할 수있는 경고와 함께 사용할 수 있습니다. “연구자들은 위험한 수면 자세를 피하기 위해 환자를 천천히 돌릴 수있는 매트리스를 연구하고 있습니다.”라고 Yue는 말합니다. "향후 작업은 우리의 수면 자세 감지기와 그러한 매트리스를 결합하여 필요한 경우 간질 환자를 더 안전한 위치로 이동시킬 수 있습니다."