麻省理工学院的研究人员开发了一种无线的、私密的方式来监控一个人的睡眠姿势。不管是仰卧、趴着还是侧睡，该设备是利用安装在卧室墙上的一个小设备反射的无线电信号。

据岳世超介绍，这款名为“身体指南针”的设备是首个可用于家用的、基于无线电频率的系统，无需在身体上安装摄像头或传感器，就能提供准确的睡眠数据。岳世超将在9月15日的UbiComp 2020年大会上介绍这一系统。这位博士生几年来一直使用无线传感技术来研究睡眠阶段和失眠。

在麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的教授Dina Katabi的指导下，Yue参与了这个项目，她说:“我们认为睡眠姿势可能是我们的系统在医疗监测方面的另一个有影响的应用。”研究表明，胃睡会增加癫痫患者猝死的风险，他指出，睡眠姿势也可以用来衡量帕金森氏症的进展情况，因为这种情况剥夺了患者在床上翻身的能力。

未来，人们可能还会使用BodyCompass来跟踪自己的睡眠习惯，或者监控婴儿的睡眠，岳说:“根据需要，它可以是医疗设备，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。Katabi是麻省理工学院的电机工程和计算机科学的安德鲁和埃纳维特比教授。

宁静的思考

“人体罗盘”的工作原理是分析无线电信号在房间内物体(包括人体)反射后的反射。与连接在卧室墙上的Wi-Fi路由器类似，该设备在信号通过多条路径返回时发送和收集这些信号。然后，研究人员绘制出这些信号的路径，从反射信号中反向工作，以确定身体的姿势。

然而，为了让这一方法起作用，科学家们需要找到一种方法来弄清楚哪些信号是在睡眠者的身体上发出的，而不是在床垫、床头柜或头顶风扇上发出的。岳和他的同事们意识到，他们过去通过无线电信号破译呼吸模式的工作可以解决这个问题。

他们的结论是，在人的胸部和腹部反射的信号是由呼吸独特地调节的。一旦这种呼吸信号被识别为“标记”来自身体的反射信号，研究人员就可以分析这些反射信号，并将其与设备的位置进行比较，从而确定这个人是如何躺在床上的。(例如，如果一个人仰面躺着，强烈的无线电波会从她的胸部反弹到天花板，然后指向墙上的装置。)“将呼吸识别为编码有助于我们从身体和环境反射中分离出信号，使我们能够跟踪有信息的反射在哪里，”Yue说。

然后通过一个定制的神经网络来分析身体的反射，以推断在睡眠中身体是如何倾斜的。由于神经网络根据角度来定义睡眠姿势，该设备可以区分向右侧卧的睡眠者和微微向右倾斜的睡眠者。这种细致的分析对于癫痫患者来说尤其重要，因为俯卧睡姿与猝死有关，Yue说。

与其他监测睡眠姿势的方法相比，BodyCompass有一些优势，比如在人的卧室里安装摄像头，或者直接在人或床上安装传感器。传感器会让人不舒服的睡觉，摄像头会减少一个人的隐私，Yue说。他说:“由于我们只会记录检测睡眠姿势的必要信息，比如人在睡眠时的呼吸信号，因此要从这些数据推断出用户的其他行为几乎是不可能的。”

精确的罗盘

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

BodyCompass是最准确的——在94%的情况下，它能预测出正确的身体姿势。一晚上的训练数据有87%的准确率。当睡眠者被要求在无线传感器前保持几个常见的睡眠姿势时，BodyCompass只需收集16分钟的数据就可以达到84%的准确率。

与癫痫和帕金森氏症一样，“身体罗盘”被证明可以用于治疗易患褥疮和睡眠呼吸暂停的患者，因为这两种情况都可以通过改变睡眠姿势来缓解。岳也有自己的兴趣:他患有偏头痛，这似乎与他的睡眠方式有关。他说:“我朝右侧睡以避免第二天头痛，但我不确定睡眠姿势和偏头痛之间是否真的有任何联系。”也许这能帮我发现他们之间是否有关系。”

目前，BodyCompass还只是一种监控工具，但有一天它可能会与一种提醒相结合，刺激睡眠者改变姿势。“研究人员正在研究一种可以慢慢改变病人睡姿的床垫，以避免危险的睡姿，”岳说。“未来的研究可能会将我们的睡眠姿势检测器和这种床垫结合起来，如果需要的话，可以将癫痫患者转移到更安全的位置。”