CN101147674A - 睡眠时消耗卡路里测量装置 - Google Patents

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Abstract

提供睡眠时消耗卡路里测量装置，其判别睡眠时身体振动的大小，根据基于呼吸/心跳振动的消耗卡路里和基于身体运动强度的消耗卡路里求出睡眠时消耗卡路里，由此求出更正确的睡眠时消耗卡路里。在测量睡眠时消耗卡路里的装置中具备：判断呼吸/心跳振动及身体运动和身体运动的强度的判断单元、根据上述呼吸/心跳振动的规定期间的信号和睡眠时代谢来运算作为睡眠时消耗卡路里运算基准值的系数的系数运算单元、根据与各信号的大小相应的消耗卡路里和系数来运算睡眠时消耗卡路里的消耗卡路里运算单元、及事先存储各种运算式的存储单元，因此能更详细地获取伴随被试验者个人的身体运动而产生的消耗卡路里，能进行更正确的睡眠时消耗卡路里的测量。

Description

睡眠时消耗卡路里测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量睡眠时的消耗卡路里的装置。
背景技术
以往，在作为根据装置使用者(以下，简称为“使用者”)的身体状态来控制卧具环境温度等的睡眠环境的装置而公开的技术中，公开了根据使用者的生物体电阻抗值、体重值以及睡眠时的身体振动信息来运算睡眠时的消耗卡路里的技术(例如，参照专利文献1)。
另外，在与上述同样的技术中，公开了根据使用者睡眠时的皮肤温度和睡眠阶段来运算消耗卡路里的技术(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：特开2003-164496号公报
专利文献2：特公平7-114142号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1中记载的技术是根据呼吸次数和心跳次数来估计睡眠时的身体振动信息的技术，但是呼吸以及心跳的强度(大小)不固定，例如即使是相同的呼吸次数，也不能说根据大的呼吸而运算得到的消耗卡路里和根据小的呼吸而运算得到的消耗卡路里是相同的消耗卡路里，因此有时仅根据基于呼吸次数和心跳次数的身体振动信息难以运算正确的消耗卡路里。
另外，专利文献2所述的技术是利用了消耗卡路里和睡眠阶段的相互性的技术，但是由于没有考虑各睡眠阶段中的消耗卡路里的个人差别，因此不能说运算了正确的消耗卡路里。
因而，本发明解决上述的问题，提供如下的睡眠时消耗卡路里测量装置，即，该睡眠时消耗卡路里测量装置判别睡眠时的身体振动的大小，根据基于伴随睡眠时的呼吸而产生的身体振动和伴随心跳而产生的身体振动的两者(以下，称为“呼吸/心跳振动”。)的消耗卡路里、以及基于睡眠时的上述呼吸/心跳振动以外的身体振动(以下，称为“身体运动”。)的强度的消耗卡路里，来求出睡眠时的消耗卡路里，由此求出更正确的睡眠时的消耗卡路里。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明提供一种睡眠时消耗卡路里测量装置，其具备输入被测量者的身体信息的输入单元、检测睡眠时的身体振动的检测单元、以及根据上述身体振动来运算消耗卡路里的运算单元，该睡眠时消耗卡路里测量装置的特征在于，具备：判断单元，其判别睡眠时的身体振动的各信号是呼吸/心跳振动和身体运动中的哪一个信号，以及判断上述身体运动的强度；系数运算单元，其根据上述呼吸/心跳振动的规定期间的信号以及基于所输入的身体信息而得到的睡眠时代谢，运算作为用于运算睡眠时消耗卡路里的基准值的系数；消耗卡路里运算单元，其根据与上述呼吸/心跳振动的信号的大小相应的消耗卡路里和与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里以及上述系数，运算睡眠时消耗卡路里；以及存储单元，其至少事先存储用于由上述判断单元进行判别和判断的阈值、用于运算系数的运算式以及用于运算睡眠时消耗卡路里的运算式。
另外，上述消耗卡路里运算单元将由各信号的波形与作为波形形成的基准的基线形成的面积作为各信号的大小而进行运算。
并且，上述消耗卡路里运算单元根据各身体运动强度中的每一个身体运动强度的采样区间的总和以及上述面积的总和，运算与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里。
发明的效果
本发明的睡眠时消耗卡路里测量装置，具备输入被测量者的身体信息的输入单元、检测睡眠时的身体振动的检测单元、以及根据上述身体振动来运算消耗卡路里的运算单元，该睡眠时消耗卡路里测量装置的特征在于，具备：判断单元，其判别睡眠时的身体振动的各信号是呼吸/心跳振动和身体运动中的哪一个信号，以及判断上述身体运动的强度；系数运算单元，其根据上述呼吸/心跳振动的规定期间的信号以及基于所输入的身体信息而得到的睡眠时代谢，运算作为用于运算睡眠时消耗卡路里的基准值的系数；消耗卡路里运算单元，其根据与上述呼吸/心跳振动的信号的大小相应的消耗卡路里和与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里以及上述系数，运算睡眠时消耗卡路里；以及存储单元，其至少事先存储用于由上述判断单元进行判别和判断的阈值、用于运算系数的运算式以及用于运算睡眠时消耗卡路里的运算式，因此，能够更详细地获取伴随被试验者个人的身体的运动而产生的消耗卡路里，能够进行更正确的睡眠时消耗卡路里的测量。
另外，上述消耗卡路里运算单元将由各信号的波形与作为波形形成的基准的基线形成的面积作为各信号的大小而进行运算，并且，上述消耗卡路里运算单元根据各身体运动强度中的每一个身体运动强度的采样区间的总和以及上述面积的总和，运算与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里，因此，当然能够进行更正确的睡眠时消耗卡路里的测量，即使在作为所谓的判断睡眠的周期、质量的参数而使用的情况下，也能够进行可靠性高的判断。
附图说明
图1是表示本装置1的外观立体图的图。
图2是表示本装置1的电路结构的概要的框图。
图3是表示主要的动作的主程序的流程图。
图4是表示与基于睡眠时的身体振动的消耗卡路里运算有关的动作的子程序的流程图。
图5(a)～5(j)是表示显示例的图。
图6是表示基于身体运动信号的大小的身体运动的强度判断的图。
图7是表示身体运动信号的波形例的图。
附图标记说明
1：本装置；2：检测部；3：管理部；4：控制部；5：判断部；6：系数运算部；7：消耗卡路里运算部；8：运算部；9：CPU；10：存储部；11：操作部；12：显示部；13：电源；14：滤波器；15：A/D转换器。
具体实施方式
本发明的睡眠时消耗卡路里测量装置具备输入被测量者的身体信息的输入单元、检测睡眠时的身体振动的检测单元、以及根据上述身体振动来运算消耗卡路里的运算单元，其中，该睡眠时消耗卡路里测量装置具备：判断单元，其判别睡眠时的身体振动的各信号是呼吸/心跳振动和身体运动中的哪一个信号，以及判断上述身体运动的强度；系数运算单元，其根据上述呼吸/心跳振动的规定期间的信号以及基于所输入的身体信息而得到的睡眠时代谢，运算作为用于运算睡眠时消耗卡路里的基准值的系数；消耗卡路里运算单元，其根据与上述呼吸/心跳振动的信号的大小相应的消耗卡路里和与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里以及上述系数，运算睡眠时消耗卡路里；以及存储单元，其至少事先存储用于由上述判断单元进行判别和判断的阈值、用于运算系数的运算式以及用于运算睡眠时消耗卡路里的运算式。
另外，上述消耗卡路里运算单元将由各信号的波形与作为波形形成的基准的基线形成的面积作为各信号的大小而进行运算，上述消耗卡路里运算单元根据各身体运动强度中的每一个身体运动强度的采样区间的总和以及上述面积的总和，运算与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里。
实施例1
下面，使用附图说明作为本发明实施例的睡眠时消耗卡路里测量装置1(以下，称为“本装置1”。)。首先，使用图1和图2说明本装置1的结构。图1是表示本装置1的外观立体图的图。图2是表示电路结构的概要的框图。
本装置1由用于对包含横卧在寝具上的人体的上述呼吸/心跳振动和身体运动的身体振动进行检测的垫子型睡眠时身体振动检测部2(以下，称为“检测部2”。)和管理部3构成。管理部3具备CPU9，虽然在此没有图示，但是CPU9在内部具备作为公知的计数单元的计数器、作为计时单元的定时器，其中，所述CPU9在内部具备：控制部4，其进行本装置1的控制；判断部5，其用于进行上述检测出的身体振动是呼吸/心跳振动还是身体运动的判别、上述呼吸/心跳振动的波形信号(以下，称为“呼吸/心跳振动信号”。)以及上述身体运动的波形信号(以下，称为“身体运动信号”。)的强度的判断等；以及运算部8，其包括运算与用于运算消耗卡路里的基准值相当的系数的系数运算部6和根据上述身体运动信号的强弱按每个测量时期运算消耗卡路里的消耗卡路里运算部7，此外进行各种运算。另外，在管理部3内，上述CPU9连接有：存储所输入的ID登记信息、检测出的身体振动信号、呼吸/心跳振动信号及身体运动信号等各种信号以及与身体运动信号的各种判断有关的判断基准和消耗卡路里运算值等的存储部10、具备身体信息的输入部、测量开始/结束开关等的操作部11、显示测量向导或者判断结果或运算结果等的显示部12、以及电源13，还通过公知的信号处理滤波器14以及A/D转换器15连接在检测部2上。
接着，使用图3至图6说明本装置1的动作。图3是表示主要的动作的主程序的流程图。图4是表示与基于睡眠时的身体振动的消耗卡路里运算有关的动作的子程序的流程图。图5(a)～5(j)是表示显示例的图。图6是表示基于身体运动信号的大小的身体运动的强度判断的图。
首先，在图3的流程图中说明本装置1的主程序的动作。当接通本装置1的电源时，在步骤S1中进行测量系统的初始化，在步骤S2中判断是否完成用于个人认证的ID登记。例如，判断使用操作部11从如图5(a)的显示例那样显示的多个ID编号中选择的ID编号是否完成ID登记。在所选择的ID编号已完成ID登记的情况下进入“是”，在步骤S4中从存储部10调出与所选择的ID编号相当的登记信息。另外，在选择了未完成ID登记的ID编号或使用者在初次用本装置1来进行测量时选择的“第一次(First)”的情况下进入“否”，在步骤S3中，如图5(b)～5(g)的显示例那样按照向导，使用操作部11输入身体信息来进行ID登记，当登记结束时，在步骤S4中如图5(h)的显示例那样调出登记信息。在此，在本实施例中设ID登记所需的身体信息是性别、年龄、身高以及体重。
在接下来的步骤S5中，由运算部8根据上述调出的身体信息，运算各睡眠阶段中的代谢、即基础代谢(kcal/min)BasalMetabolic Rate(以下，称为“BMR”。)以及睡眠时代谢(kcal/min)Sleep Metabolic Rate(以下，称为“SMR”。)。但是，由于这些运算是公知的，因此省略说明。
当运算结束时，在步骤S6中，如图5(i)的显示例那样进行向导显示，由操作部11判断是否进行了测量开始的操作。在没有进行测量开始操作的情况下进入“否”，在步骤S7中判断是否经过了规定时间，如果没有经过规定时间，则进入“否”，在步骤S6中反复进行测量开始操作的判断，如果经过了规定时间则进入“是”，自动关闭电源并结束本装置1的动作。另外，在上述步骤S6中进行了测量开始操作的情况下进入“是”，转移到使用图4的流程图而在后面叙述的、基于睡眠时的身体振动的消耗卡路里运算的子程序。此时，设如图5(j)的显示例那样进行显示。当跳出上述子程序时，在步骤S9中，由操作部11判断是否进行了测量结束的操作。在没有进行测量结束操作的情况下进入“否”，再次在步骤S8中转移到子程序，在进行了测量结束操作的情况下进入“是”，在步骤S10中，由运算部8根据在由上述步骤S8转移的子程序中运算得到的消耗卡路里，运算睡眠时的总消耗卡路里。在接下来的步骤S11中，将上述总消耗卡路里显示在显示部12上，结束本装置1的测量。
接着，使用图4的流程图说明上述图3的步骤S8中的、表示与基于睡眠时的身体振动的消耗卡路里运算有关的动作的子程序的动作。当在图3中转移到步骤S8时，在图4的步骤S21中，由CPU9内的控制部4控制检测部2来进行数据的采样，在步骤S22中，判断是否得到了事先设定的测量时期的采样数据。在还没有得到测量时期的采样数据的情况下进入“否”，再次返回到步骤S21反复进行数据的采样，在得到了测量时期的采样数据的情况下进入“是”，在步骤S23中，由判断部5根据作为由检测部2检测出的身体振动信号的上述采样数据，判断身体运动信号。在图7中示出身体运动信号的波形例。图7的(a)是波形的全局图，(b)是其中一部分的放大图。横轴是为了对各波形的采样数进行计数而使用的数值，纵轴是为了对各波形的振幅的大小进行相对评价而使用的数值。特别是，纵轴的数值仅由于与后述的AD转换器的分辨率的关系而将中心附近设定为500，不存在其它的实质性的意义。关于该身体运动信号的判断，首先，对于上述测量时期中的身体振动信号的波形，求出每一个波形即完整的1个周期的波形(图7的波形编号1、2、3等)的振幅(图7的振幅a1、a2、a3等)、周期(图7的p1、p2、p3等)以及数量即构成一个波形的采样数(例如，构成图7的波形编号1的波形的采样数是53)并存储到存储部10中，将满足下面两个条件中的至少一个的信号作为身体运动信号而进行判别。第一个条件是上述一个波形的振幅为事先设定的阈值A0以上，第二个条件是成为对象的一个波形的振幅及其前后的波形的振幅的分散值为事先设定的阈值B0以上。在本步骤中，对于测量时期中的身体振动信号的整个波形进行该判断，并将判断结果按各波形中的每一个波形存储到存储部10中。此时，被判断为身体运动信号的波形通过在CPU9内具备的计数器而与计数一起被存储。在此，上述阈值A0以及B0是判别呼吸/心跳振动和身体运动的阈值，是根据实测数据求出的值。
从步骤S24到步骤S26为止的动作是按上述存储的身体运动信号的一个计数顺序反复进行的动作。即，在步骤S24中，从存储部10读入一个计数的身体运动信号(1个波形)，在步骤S25中，判断上述身体运动信号的身体运动强度，将判断结果与一个计数的身体运动信号相对应地存储到存储部10中，在步骤S26中，判断身体运动信号的全部计数是否已结束，如果没有结束则进入“否”，为了进行下一个计数的身体运动信号的强度判断而返回到步骤S24，读入下一个计数的身体运动信号。
在此，说明上述步骤S25的身体运动强度判断。一般可知，在人的生活中，运动的强度被划分为剧烈、普通、弱以及非常弱，根据该划分，设体重值为Wt、性别系数为Sex(男性为0.001以及女性为0)，用下式表示各平均卡路里消耗量。
剧烈运动时的平均消耗卡路里：SPMR(kcal/min)＝Wt×(0.156+12×Sex)
普通运动时的平均消耗卡路里：NPMR(kcal/min)＝Wt×(0.077+7×Sex)
弱运动时的平均消耗卡路里：WPMR(kcal/min)＝Wt×(0.048+3×Sex)
非常弱的运动时的平均消耗卡路里：VWPMR(kcal/min)＝Wt×(0.025+2×Sex)
上述身体运动强度判断据此将身体运动根据事先设定的身体运动信号的振幅大小来划分为剧烈的身体运动、普通的身体运动、弱的身体运动以及非常弱的身体运动这四个，设各身体运动的平均消耗卡路里相当于各个上述运动的强度的平均消耗卡路里。例如，如图6中示出的身体运动的强度判断表所示，设根据身体运动信号的振幅A的大小的范围来进行划分。其中，设A0～A3以及B0的各数值是根据实测数据求出的值，当然是A0＜A1＜A2＜A3。例如，当观察睡眠中的身体的运动时，存在较大地扭转全身而运动的翻身、伸展或收缩被压住的手脚的运动、咳嗽等运动，对照这些运动和实测数据，由装置的制造者阶段性地任意设定A0至A3、B0。
另外，此时，按上述每一个波形，求出由连接形成上述一个波形的各采样值的线段(图7的线段1、线段2等)和连接作为上述采样值大小的基准的采样基准值(在此，设采样值的大小是成为0的点。)的直线(以下称为“基线”。)形成的面积Area(n)。在此，由能够根据为了解析波形而使用的AD转换器的分辨率来决定的偏移值确定基线。例如，在图7所示的例子中，由于AD转换器具有210的分辨率，因此基线被设定为210的中点即512。上述面积Area(n)是根据设为一个采样时间t时的、各采样值Sample(n)(测量时期内的各采样数据)与上述基线的值Sample(0)的差分的绝对值的总和，利用下式运算得到的。
Area(n)＝∑(|Sample(n)-Sample(0)|×t)
进而，按测量时期中出现的各身体运动信号中的每一个身体运动信号求出采样区间和上述面积，并且按各身体运动强度中的每一个身体运动强度求出总和，并存储到存储部10中。
在此，设分别如下定义上述采样区间及其区间的面积。
测量时期(整个采样期间)Epoch(sec)及其期间的面积总和Area(x)
剧烈的身体运动的采样区间总和Epoch1(sec)及其区间的面积总和Area1
普通的身体运动的采样区间总和Epoch2(sec)及其区间的面积总和Area2
弱的身体运动的采样区间总和Epoch3(sec)及其区间的面积总和Area3
非常弱的身体运动的采样区间总和Epoch4(sec)及其区间的面积总和Area4
关于测量时期中的全部计数，当结束上述身体运动判断时进入“是”，在步骤S27中判断在上述测量时期中是否存在判断为身体运动的身体振动。即，判断是只有呼吸/心跳振动的静态睡眠状态还是伴随身体运动的动态睡眠状态。在没有身体运动的情况下，判断为测量时期中的身体振动信号是呼吸/心跳振动信号、即测量时期处于静态的睡眠状态，并进入“否”，在步骤S28中，进一步判断与测量时期的身体振动信号的消耗卡路里运算的基准值相当的系数(以下称为“系数”。)是否被存储在存储部10中。如果没有被存储则进入“否”，在步骤S29中，由系数运算部6运算以及设定上述系数之后，进入后述的步骤S31的消耗卡路里运算步骤，如果存储了则进入“是”，跳过上述步骤S29的过程，进入上述步骤S31。
在此，说明上述步骤S29的系数的运算以及设定。首先，上述系数是指在上述静态的睡眠状态下的作为采样期间的上述测量时期Epoch(sec)中根据由连接各采样值的线段和作为上述采样值大小的基准的基线形成的面积Area0、以及通过图3的步骤S5运算以及存储的SMR(kcal/min)而运算得到的、每单位面积的卡路里消耗量E area(kcal/min)，是用下式运算而得到的。
E_area＝SMR×Epoch/60(sec/min)/Area0
在此，上述面积Area0是根据设为一个采样时间t时的、各采样值Sample(x)(测量时期内的各采样数据)与上述基线的值Sample(0)的差分的绝对值的总和，利用下式运算得到的。
Area0＝∑(|Sample(x)-Sample(0)|×t)
另外，在上述步骤S27中，在判断为在测量时期中存在身体运动的情况下进入“是”，在步骤S30中与上述步骤S28同样地，判断上述系数是否已完成设定、即是否被存储在存储部10中。如果存储有系数则进入“是”，进入在步骤S31中运算消耗卡路里的步骤，如果没有存储系数则进入“否”，返回到图3的流程图所示的主程序。
在此，将上述步骤S31的测量时期中的消耗卡路里E用下式表示，并事先存储到存储部10中。
E＝E_area×(Area(x)-Area1-Area2-Area3-Area4)+SPMR×Epoch1/60+NPMR×Epoch2/60+WPMR×Epoch3/60+VWPMR×Epoch4/60
即，在上述步骤S27中在判断为测量时期中没有身体运动的情况下、即判断为测量时期是静态的睡眠状态的情况下的消耗卡路里是根据上式从E＝E_area×Area(x)运算得到的。
因而，如上所述，测量时期的消耗卡路里E是通过设为已知利用系数运算部6得到的系数E_area、作为身体信息而输入的体重和性别以及基于上述身体运动强度的判断的上述各身体运动的采样区间及其区间的面积，由消耗卡路里运算部7运算得到的。
此外，将在图3的流程图的步骤S10中运算得到的睡眠时的总消耗卡路里仅在接下来的步骤S11中进行结果显示，但是也可以用作根据上述总消耗卡路里、例如每个测量时期的消耗卡路里的变化等来判断所谓的睡眠的周期、质量的参数。
另外，在步骤S25的身体运动强度判断中，根据身体运动信号的振幅大小来判断身体运动的强度，但是同样地也可以根据身体运动信号的周期大小来判断身体运动的强度。
另外，与各身体振动信号的基线形成的面积根据与每个采样数据的基线的差分来进行运算，但是也可以是基于将相邻的采样数据连接的线段和基线的积分值。

Claims (3)

1.一种睡眠时消耗卡路里测量装置，具备输入被测量者的身体信息的输入单元、检测睡眠时的身体振动的检测单元、以及根据上述身体振动来运算消耗卡路里的运算单元，该睡眠时消耗卡路里测量装置的特征在于，具备：
判断单元，其判别睡眠时的身体振动的各信号是呼吸/心跳振动和身体运动中的哪一个信号，以及判断上述身体运动的强度；
系数运算单元，其根据上述呼吸/心跳振动的规定期间的信号以及基于所输入的身体信息而得到的睡眠时代谢，运算作为用于运算睡眠时消耗卡路里的基准值的系数；
消耗卡路里运算单元，其根据与上述呼吸/心跳振动的信号的大小相应的消耗卡路里和与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里以及上述系数，运算睡眠时消耗卡路里；以及
存储单元，其至少事先存储用于由上述判断单元进行判别和判断的阈值、用于运算系数的运算式以及用于运算睡眠时消耗卡路里的运算式。
2.根据权利要求1所述的睡眠时消耗卡路里测量装置，其特征在于，
上述消耗卡路里运算单元将由各信号的波形与作为波形形成的基准的基线形成的面积运算为各信号的大小。
3.根据权利要求2所述的睡眠时消耗卡路里测量装置，其特征在于，
上述消耗卡路里运算单元根据各身体运动强度中的每一个身体运动强度的采样区间的总和以及上述面积的总和，运算与上述各强度的身体运动的信号的大小相应的消耗卡路里。
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