基于短期PPG信号的可穿戴睡眠分期框架及窗口长度优化研究

《Scientific Reports》：A systematic evaluation of window lengths for photoplethysmography-based sleep staging

　　

摘要

睡眠对于维持生理功能和心理健康至关重要。尽管可穿戴设备的光电容积脉搏波（PPG）为家庭睡眠监测提供了一种可行的解决方案，但现有方法主要依赖整夜数据采集，限制了其在实时睡眠干预中的适用性。本研究提出了一种基于短期PPG信号的三分类睡眠分期框架，系统地研究了五种不同窗口长度（3.5–50.5分钟）下的分期性能。10.5分钟和25.5分钟的窗口均能实现有效的睡眠分期，其中25.5分钟的窗口在所有评估窗口长度中取得了最高的Kappa值（Kappa?=?0.812）。较短的10.5分钟窗口适用于快速睡眠质量评估和日间小睡监测，而25.5分钟的窗口则推荐用于夜间睡眠分析和临床筛查，在这些场景中更高的稳定性更为理想。本研究为在可穿戴设备上实施及时的睡眠干预奠定了技术基础，促进了健康可穿戴设备与互联医疗系统的有效整合。