Monitoring Sleep with Force Sensor Measurement

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, tietojenkäsittelytieteen laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, institutionen för datavetenskap sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Computer Science en
dc.contributor.author Paalasmaa, Joonas fi
dc.date.accessioned 2014-01-23T09:17:35Z
dc.date.available 2014-01-28 fi
dc.date.available 2014-01-23T09:17:35Z
dc.date.issued 2014-02-07 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-10-9723-2 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/42609
dc.description.abstract 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. en
dc.description.abstract 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. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-952-10-9722-5 fi
dc.relation.isformatof 2014, Department of Computer Science Series of Publications A. 1238-8645 fi
dc.relation.ispartof Department of Computer Science Series of Publications A fi
dc.relation.ispartof URN:ISSN:1238-8645 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject tietojenkäsittelytiede fi
dc.title Monitoring Sleep with Force Sensor Measurement en
dc.title.alternative Unen mittaaminen voimasensoreilla fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Toivonen, Hannu fi
dc.opn Seppänen, Tapio fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
paalasmaa_dissertation.pdf 5.326Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record