麻省理工学院的BodyCompass：监测睡眠姿势以确保健康休息

BodyCompass是第一个可以在家庭中使用的基于射频的系统，可以在没有照相机或传感器连接到人体的情况下提供准确的睡眠数据。它由Dina Katabi和Shichao Yue领导的MIT研究人员开发。

无线设备无需使用相机或人体传感器即可捕获睡眠数据；可以帮助患有帕金森病，癫痫病或褥疮的患者。

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种无线的私人方式，可以使用安装在卧室墙壁上的小型设备反射的无线电信号来监视一个人的睡眠姿势（无论是在背部，腹部还是侧面打sn）。

岳世超表示，这种名为BodyCompass的设备是第一个可在家庭使用的基于射频的系统，无需连接相机或传感器即可提供准确的睡眠数据，他将在UbiComp 2020上的演示中介绍该系统。会议于9月15日举行。这位博士生几年来一直使用无线传感技术研究睡眠阶段和失眠。

于麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的狄娜·卡塔比教授在该项目上工作的岳说：“我们认为睡眠姿势可能是我们系统的另一种有影响力的应用”。他指出，研究表明，胃部睡眠会增加癫痫患者猝死的风险，而且睡眠状况还可以用来衡量帕金森氏病的进展，因为这种疾病使人们无法躺在床上翻身。

布莱汉姆妇女医院和哈佛医学院的癫痫神经病学家Dong Woo Lee说：“不幸的是，许多患者完全不知道晚上睡觉或癫痫发作后的姿势。”他与这项研究没有关系。“像BodyCompass这样的身体监测系统将使我们的领域向前发展，允许对患者进行基线监测以评估他们的风险，并且当与警报/干预系统结合使用时，可以使患者免于癫痫病突然猝死。”

岳说：将来，人们可能还会使用BodyCompass跟踪自己的睡眠习惯或监视婴儿的睡眠。“根据需要，它既可以是医疗设备，也可以是消费产品。”

会议论文的其他作者发表在《交互式，移动，可穿戴和泛在技术ACM会议录》上，包括研究生Yuzhe Yang和Hao Wang，以及Katabi Lab的下属Hariharan Rahul。卡塔比（Katabi）是麻省理工学院安德鲁（Andrew）和埃纳·维特比（Erna Viterbi）的电气工程与计算机科学教授。

宁静的思考

BodyCompass的工作原理是分析无线电信号从房间中的物体（包括人体）反弹时的反射。与连接到卧室墙壁的Wi-Fi路由器类似，该设备在通过多条路径返回时发送并收集这些信号。研究人员然后绘制这些信号的路径，从反射向后进行工作以确定人体的姿势。

但是，要使此功能起作用，科学家需要一种方法来找出哪些信号从睡眠者的身体反弹，而不是从床垫，床头柜或头顶风扇反弹。岳和他的同事意识到，他们过去从无线电信号中解译呼吸模式的工作可以解决这个问题。

他们得出结论，从人的胸部和腹部反弹的信号是通过呼吸进行独特调制的。一旦该呼吸信号被识别为“标记”来自身体的反射的一种方法，研究人员就可以将这些反射与设备的位置进行比较，以确定该人如何躺在床上。（例如，如果一个人躺在她的背上，强烈的无线电波会从她的胸部反弹出来，将其指向天花板，然后再指向墙上的设备。）“将呼吸识别为编码有助于我们将人体信号与环境反射区分开来，从而使我们能够跟踪信息反射的位置，” Yue说。

然后，通过定制的神经网络分析来自人体的反射，以推断人体在睡眠中的角度。因为神经网络根据角度定义了睡眠姿势，所以该设备可以区分位于右侧的睡眠者和仅向右稍微倾斜的睡眠者。岳说，这种细粒度分析对于在俯卧位睡眠与突然意外死亡相关的癫痫患者特别重要。

Lee说：“越来越明显的是，患者不喜欢佩戴设备，他们忘记佩戴设备，会降低舒适度，电池寿命短，并且数据传输可能会很困难。诸如BodyCompass这样的非穿戴式非接触式设备将克服这些问题。”

与其他监测睡眠姿势的方式相比，BodyCompass具有一些优势，例如，将摄像头安装在人的卧室中或将传感器直接连接到人或他们的床上。岳指出，传感器可能会让您不舒服，而相机会减少人的隐私。他说：“由于我们将仅记录用于检测睡眠姿势的基本信息，例如一个人在睡眠期间的呼吸信号，因此，几乎没有人可以从该数据中推断出用户的其他活动。”

准确的指南针

该研究小组测试了26位健康人在自己卧室中睡觉时200个小时以上睡眠数据的准确性。在研究开始时，受试者佩戴了两个粘贴在胸腔和腹部的加速度计（检测运动的传感器），以使用睡眠姿势的“地面真实”数据训练设备的神经网络。

当使用一周的数据对设备进行训练时，BodyCompass最为准确-94％的时间可以预测正确的身体姿势。一整夜的培训数据可在87％的时间内产生准确的结果。当要求睡眠者在无线传感器前保持一些通常的睡眠姿势时，BodyCompass可以通过仅收集16分钟的数据来获得84％的准确度。

除癫痫病和帕金森氏病外，BodyCompass还可用于治疗易患褥疮和睡眠呼吸暂停的患者，因为这两种情况均可通过改变睡眠姿势来缓解。岳也有他自己的兴趣：他患有偏头痛，似乎受他的睡眠方式的影响。他说：“为了避免第二天的头痛，我在右侧睡觉，但我不确定睡眠姿势和偏头痛之间是否真的存在任何关联。也许这可以帮助我找出是否存在任何关系。”

目前，BodyCompass是一个监视工具，但有一天可能会与警报配对，以提醒睡眠者改变其姿势。岳说：“研究人员正在研究能够使患者缓慢转身以避免危险的睡眠姿势的床垫。”“今后的工作可能会将我们的睡眠姿势检测器与此类床垫结合使用，以在需要时将癫痫患者移至更安全的位置。”