以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計

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1、以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計作者：阮致維(2005-04-13)；推薦：徐業良(2005-04-13)；最近更新：阮致維(2005-07-26)。附註：本文為九十四學年度元智大學機械工程研究所阮致維碩士論文「以外顯行為訊號判讀睡眠階段」第三章。以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計本章節為觀察睡眠時外顯行為（如呼吸、肢體動作）與睡眠階段是否有明顯關連，先以一位受測者以PSG獲得之睡眠資料作初步整理與觀察，並就睡眠實驗進行規劃與設計，並進而蒐集了14位受測者的睡眠資料數據進行整理，以程式計算出每分鐘單位時間的平均呼吸頻率、標準差、以及變異係數，以供

2、後續與睡眠階段進行比對。1.外顯行為與睡眠階段關係初步觀察受測者於元智大學老人福祉科技研究中心之睡眠品質實驗室夜間睡眠檢查一晚，整理受測者睡眠資料共6小時15分（375分鐘）。圖1為PSG判讀之睡眠階段，圖中顏色區塊代表各睡眠階段的關係，未標示顏色表示清醒、淺綠色表示NREM-Stage2、淺藍色表示NREM-Stage3、深藍色表示NREM-Stage4，棕色表示REM。圖1顯示分析資料有三個NREM至REM的睡眠週期，且各時間分佈為清醒時間佔50分鐘，NREM時期佔270分鐘，REM時期佔55分鐘。圖1.PSG判讀受測者之睡眠階段以5分鐘為一計算時間單位，

3、計算呼吸頻率和腿部活動與各睡眠階段之關係如表1。可以看出清醒以及REM時期呼吸頻率較快並有較大的呼吸變化，而NREM時期1http://grc.mech.yzu.edu.tw/以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計則呈現呼吸頻率較低且穩定的狀態；在身體活動上，清醒時期出現的單位時間活動次數較高，NREM和REM則呈現較低的身體活動。表1.呼吸頻率和身體活動與睡眠階段之關係清醒NREMREM時間(min)單位時間50（10個單位）270（54個單位）55（11個單位）呼吸頻率（呼吸次數/5min）16.8415.3516.65呼吸頻率的標準差3.1160.65

4、1.063腿部動作次數/單位時間0.500.280.11將呼吸頻率以及腿部動作次數與睡睡眠階段之趨勢整理如圖2，圖上方的顏色區域代表各睡眠階段，其中黑色表示清醒、藍色表示NREM、棕色則表示REM。藍色曲線代表每單位時間(5min)下的呼吸次數，腿部動作則以粉紅色線段代表有無。由圖2可觀察清醒階段有較頻繁的腿部動作以及較快的呼吸頻率，NREM時期呼吸頻率較低、腿部動作較少，而REM時期則呼吸頻率較高，但腿部動作仍較少。圖2.呼吸頻率與腿部動作和睡眠階段的對照以NREMI,II期（淺眠）NREMIII,IV期（深眠）來觀察（如圖3），淺眠期腿部動作次數多，深眠期

5、腿部動作幾乎沒有。2http://grc.mech.yzu.edu.tw/以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計圖3.腿部動作次數與淺眠和深眠關係圖4以每分鐘為計算單位時間，取清醒轉換至NREM共69分鐘的數據資料，可以觀察在清醒階段呼吸頻率較高、不穩定，而在NREM階段呼吸頻率緩和、穩定。圖5則為NREM轉換至REM睡眠期間共33分鐘的數據資料，可以觀察到NREM轉換至REM階段時呼吸頻率有明顯變化，頻率明顯提高且有不穩定的現象。3http://grc.mech.yzu.edu.tw/以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計圖4.清醒與NREM呼吸頻率變化

6、圖5.REM階段呼吸頻率變化從以上初步觀察可以知道清醒、REM、NREM、乃至於深眠與淺眠階段，呼吸頻率及穩定程度、以及腿部動作次數有明顯不同。下一節中敘述正式實驗設計，取得更多受測者數據進一步證實此觀察。2.睡眠實驗設計本實驗針對身體健康、作息正常、且無呼吸障礙、無周期性肢體抽動的14位受測者進行睡眠檢查。受測者年齡分佈為20歲至26歲，來自於大學與研究所在學生。受測者在實驗前需填寫「夜間睡眠檢查問卷」（附錄A）【劉勝義，民93年】，確認無4http://grc.mech.yzu.edu.tw/以外顯行為訊號判讀睡眠階段－睡眠實驗設計罹患心血管疾病、無嗜睡、

7、無罹患呼吸疾病；對於受測者無呼吸障礙要求的定義為“呼吸中止與淺呼吸指數(apnea/hypopneaindex,AHI)＂或“呼吸障礙指數(respiratorydisturbanceindex,RDI)＂小於5，由檢查完畢後的分析報告確認正常與否。此外無週期性肢體抽動的要求為周期性肢體抽動次數每小時需少於5次(PLMIndex，次/每小時)，若超過5次即被認定為可能罹患睡眠週期性肢體抽動，此項疾病可能會影響身體活動的一般性資料蒐集。14位受測者的年齡平均值為22.07歲、BMI指數平均值為24.16、RDI指數平均值為1.65、PLMIndex平均值為0.1

8、6。本實驗使用P-SeriesPS2按