JP2004503284A - 身体活動の測定及び分析用システム - Google Patents

Abstract

身体活動をモニタするためのシステムであり、使用時に単独で身体に取り付けられるように設計した装置を有する。本装置は、身体活動を測定する活動測定センサ、活動測定センサからデータを受信し保存する保存手段、保存データを分析してアドバイス情報を提供する手段、及びアドバイス情報をユーザに表示するディスプレイから構成される。

Description

【０００１】
本発明は睡眠パターンなどの身体活動を測定し、これらの機能に関するデータを分析してユーザに提供することに関する。
近年、睡眠活動などの身体機能に関する多くの研究が行われており、また、これに関連して、身体機能と身体の健康や、適切な身体機能（睡眠パターンなど）を適切な期間で定期的に生じさせるために身体に必要な要素との関連性に関する分析が行われている。この研究の一環として、これらの測定や分析を補助するための装置が多数提供されている。
【０００２】
例えば、ＷＯ−Ａ−９７１４３５４号は、将来、睡眠異常を分析するためのデータを専門家が解析できるように、データを収集する装置とそれに伴う方法を開示している。
しかし、この種の装置は高い技術を持ったユーザによる操作が必要であり、その分析は専門家以外の人が解析することは難しく、また、装置は高価で信頼性に欠けることもある。更に、この種の装置は、個人個人に非常に長期に渡る過程の詳細を提供することはできない。
【０００３】
別のシステムでは、使い心地が悪かったり、長時間着用することができなかったり、身体の動きを制限しなくては着用できなかったりする。
本発明は、身体活動をモニタするシステムを提供する。このシステムは、
身体活動を測定する活動測定センサ及び身体活動データを送信するデータ送信手段からなるモニタリング装置、
身体外部のデータを提供する装置、及び外部データを送信するデータ送信手段、モニタリング装置及び外部データ提供装置からの送信データを受信する、モニタリング装置から独立したデータ受信手段、
受信データを分析してアドバイス情報を提供する手段、並びにアドバイス情報をユーザに表示する手段から構成される。
【０００４】
モニタリング装置は更に、活動測定センサからのデータを受信し保存する保存手段を含むことがある。
活動測定センサは、圧電性加速度計又はＭＥＭＳ加速度計などの加速度計であっても、単純な運動センサやティルトスイッチのようなものであってもよい。
モニタする身体活動は睡眠であることができる。
保存手段は、活動測定センサから受信したデータと共に一時的な情報も保存することがある。この場合、保存データを分析する手段は、身体活動の情報と一時的な情報の両方に基づいて処理を行い、ユーザにアドバイス情報を提供する。
ユーザに提供されるアドバイス情報は、活動の質についての表示を含むことがある。この表示には、例えば、睡眠の量又は質、活動の持続期間が十分であるかどうか、非常に長期に渡る活動の総量が許容可能かどうかの表示、及びその他の長期の身体活動に関連したデータなどがある。
【０００５】
本装置を一日に渡る活動を測定するように設計することがある。一日に渡る活動を分析すると、一日において最も活動性の高い時間及び最も活動性の低い時間を解明することができる。その結果、例えばミーティングに参加したり、運動を行ったりするために、一日のうちで最も適した時間について、情報を収集することができる。測定される身体活動は、実睡眠時間と同様に、覚醒回数、睡眠がどのように中断したかについての表示、眠りにつくまでにかかった時間、睡眠が中断した回数とその長さ、熟睡の度合、静止／運動の回数などがある。これらの情報の一部又はすべては、一日において最も活動性の低い時間及び最も活動性の高い時間を解明するために提供することができる。
【０００６】
本システムは、装置上又は分析装置上に、ユーザからの入力データを受け取る入力手段を含むことがある。この入力データには、例えば、就寝希望時間、特定の用事で早く起きるための必要性、可能であればユーザの年齢や性別に関する情報、及びユーザが自分のエネルギーレベルをどう感じているか、あるいは前夜の睡眠の状態などの任意の追加情報が含まれる。
本システムには、身体の脈拍数変動、血圧、又はその他の身体活動（呼吸、まぶたの運動など）を測定する、１つ又は複数の追加のセンサが含まれることがある。この場合には、レム、遅く浅い睡眠、遅く深い睡眠、又は逆説睡眠などの睡眠相をモニタすることがある。本装置は腕時計型に設計することがある。また、分析手段からデータを受信し、ユーザにアドバイス情報や日時などの追加情報を提供するために、ディスプレイを備えた形に設計することがある。
【０００７】
身体外部のデータを提供する装置は、当該技術分野において既知のいずれか好適な装置であることができる。このような装置には、例えば、時計、温度計、光センサ、カレンダー、ＧＰＳなどの測位システムなどがある。
アドバイス情報を表示する手段は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどであることができる。
データ送信手段は、赤外線又はその他の形式の無線送信機であることができる。あるいは、データ送信手段は、データ受信手段として働く受信端末に接続するための有線データ接続であることができる。後者の場合には、ユーザがモニタリング装置を外してデータ受信手段に接続し、受信手段及び分析手段にデータを送信できるように、システムが設計されると考えられる。
【０００８】
分析手段は、適切に設定されたパーソナルコンピュータ、又は専用の分析装置であることができる。ディスプレイ手段は、装置の一部として組み込まれることがある。この場合、装置は分析手段からデータを受信する第２のデータ受信手段を有する。あるいは、ディスプレイを分析手段の一部に組み込んで、装置から独立させることもできる。
分析手段は、外部参照ソースと通信できるように、分析手段とシステムの遠隔端末を接続する追加の手段を含むことができる。この外部参照ソースは、より大きな情報データベースでも、専門家から入手した参照データであってもよい。分析装置が追加の装置を含む場合、遠隔情報ソースへの接続はインターネットのような接続を介して行うことができる。
【０００９】
身体の周辺環境に関連したデータを検出するために、追加のセンサが含まれることがある。
睡眠の質は「睡眠の質指数」（ＳＱＩ）パラメータにより定義することができ、次の式で表わすことができる。
【００１０】
【数２】

【００１１】
この式ではｎ＝１２であり、１２個のパラメータであるＰ_ｉは、それぞれ床についている時間、睡眠終了時間、実睡眠時間、実睡眠（％）、睡眠効率、入眠潜時、睡眠期間、覚醒期間、平均活動スコア、平均非活動スコア、覚醒期間の平均時間、及び覚醒運動ＲＭＳである。定数Ｃは５２．４２であり、各パラメータＰ_ｉに関連した定数Ｃ_ｉは、それぞれ−１．８８７、０．５７２、２．０８４、−０．３５３６、０．１４０８、−０．０１８、０．１８８、−０．２４６９、−１．２１２６、−０．２２６、−０．０１１２、及び０．００１２３８である。
あるいは、ユーザが提供する推定値により偏りをもたせることが可能なパラメータによって睡眠の質を表わすことがある。偏りをもたせる処理に使用されるパラメータは、床についている時間、睡眠終了時間、平均活動スコア、及び／又は平均非活動スコアであることがある。
【００１２】
本発明は睡眠パターンをモニタするための使用法について記載するが、別の身体活動のモニタに使用することもできる。例えば、毎日の活動レベルをモニタして、適性状態、食事療法時、回復期、又は安静が必要な場合に、ユーザが十分な活動を行っているかどうかを示すことにより、患者の活動レベルによって床擦れを防げるかを判断することができる。別の例では、注意欠陥症候群の子供の活動を観察するために使用することもできる。他にも多数の使用方法があり、ヒト（又はペット）の活動をモニタするために標準的な装置を使用することができる。
心拍数センサなどの追加センサを導入した場合、本装置は心拍数のモニタに使用することができ、邪魔な胸部のバンドを付けなくても、睡眠中（異なる睡眠相を検出するために）、あるいは運動時に心拍数をモニタするために使用することができる。本装置は、ユーザがどの程度ストレスを受けているかを測定したり、切迫した心臓障害が起こる潜在的可能性を測定するために使用することもできる。
【００１３】
活動測定センサと組み合わせて汎地球測位システム（ＧＰＳ）を導入すれば、本装置は子供、高齢者（特にアルツハイマー病の患者）、又は場合によっては執行猶予中の犯罪者の所在及び活動を追跡するために使用することができる。活動測定センサを時計と組み合わせて使用する場合には、特定の時間差に対処する最適な睡眠習慣を提示することにより、本装置を時差ぼけ防止に使用することができる。
図１において、本発明によるシステムは、この例では、腕時計型の装置として設計されたモニタリング装置１と、ストラップ２及び構成部品を収容するハウジング３を有する。ハウジング３の外側表面に任意のディスプレイ４がある。この例では、ディスプレイ４は液晶ディスプレイである。
【００１４】
本システムは更に受信装置５を含む。この受信装置５は、多くの場合、連結ステーションと呼ばれ、使用時にモニタリング装置１を収容し、モニタリング装置１と接続してデータを取得することができる。同様に、受信装置５は分析装置６と接続することができる。この分析装置６は、この例では適切に設定されたパーソナルコンピュータであるが、専用の装置であることもできる。この例では、受信装置５及び分析装置６は個別の装置として示しているが、必ずしも個別の装置である必要はない。分析装置６は専用のディスプレイ７を有し、任意にインターネットリンクやその他のある種の通信装置の形態を介して遠隔端末（例示していない）に接続する機能を有することがある。
【００１５】
図４において、図１の装置１は多数の内部構成部品を有する。装置１は、装置１の別の構成部品に電力を供給するバッテリ１０（又は別の電力供給）から電力を得ている。活動測定センサ１１は装置１の動作、つまり使用時に装置１を取り付けた身体の動作を検出する。活動測定センサ１１のデータは、メモリ１２に送信される。時計１３も一時的なデータをメモリ１２に提供し、必要な場合には活動測定センサ１１にも、任意にディスプレイ４にもデータを提供する。活動測定センサ１１に加えて、装置１は、血圧、脈拍数変動などを測定することができる追加センサ１５、１６を含むことがある。これらの任意の追加センサ１５、１６のデータも、メモリ１２に送信することができる。
【００１６】
上述したように、モニタリング装置１は送信機２０を介して受信手段５にデータを送信する機能を有する。この例では、ユーザがモニタリング装置１を受信装置５に接続すると、両者の接続が固定され、この固定された接続を介して送信が行われる。別の例では、モニタリング装置４が、赤外線リンクなどの無線リンクを介して受信手段５からのデータを送信及び／又は受信することがある。後者の場合、分析手段６は、定期的、連続的、あるいはユーザが要請する時に、メモリ１２のデータを要求することができる。
【００１７】
分析手段６は、多種多様な異なる形態の分析を行うことができる。
実行可能な分析の種類の例について、図２〜６を参考に記述する。
活動測定センサ１１は、睡眠の期間と種類に関する情報を分析手段６に提供することができる。分析手段６はこの情報を分析し、合計睡眠時間として分かりやすく換算し、ディスプレイ４に提供することができる。ただし、睡眠の質や「貯蔵エネルギー」の点から見た睡眠の期待値に関する追加情報が提供されることもある。数日間、数週間、又は数ヶ月間に渡ってメモリ１２に保存されたデータ、又は基本単位として追加メモリ（例示していない）に保存されたデータを使用することにより、分析手段６は蓄積された睡眠不足又は睡眠過剰を示す情報を提供することもできる。上述したように、データはユーザが要請したときに提供することができ、分かりやすい形式で提供するようにアレンジされるため、複雑な解析を必要としない。
【００１８】
分析手段６はスタンフォード睡眠スケールなどの睡眠スケールを使用することがある。このスケールは、モニタした睡眠を採点し、関連情報をユーザに提供し、ユーザがこの情報を一部の入力されている対象者に提供するために使用される。スケールは、以下のように異なる眠気レベルを定義している。
１−活動的で、元気がよく、機敏で、完全に目が覚めていると感じる状態。
２−ピークではないが高いレベルで活動できる状態。
３−リラックスしており、機敏さはやや劣るが、すぐに反応できる状態。
４−ピークではないが少しぼんやりして、気を緩めた状態。
５−疲れていて、興味を失い、元気がない状態。
６−眠気がして、床につきたいと思う状態。
７−ほとんど夢を見ているような状態で、起きていることが難しい状態。
【００１９】
このスケールはユーザに示されているため、ユーザは自分がどの程度疲れを感じているかを入力することができる。例えば、ユーザは起床時にどのように感じたかをその理由と共に入力するように求められることがある。この理由は、収集データから分析手段６により提供される。
別の例では、装置を使用する最初の週にこのような入力を行うことがあり、ユーザが自分自身にとって適切な睡眠時間をとっているかどうかをシステムが決定するために使用される。例えば、装置を装着した最初の日に、システムはユーザにどの程度の睡眠を必要と考えるかを入力するように求めることがある。その後、システムはユーザの年齢及び性別の平均睡眠必要量に関する情報を提供することができる。ただし、ユーザごとに必要量が異なるため、システムはその後一定の期間睡眠をモニタし、システムのメモリに睡眠記録を作成するために、その時点だけでなく一日中に渡って、ユーザに意見を求めることがある。その後、システムが意見に基づいてユーザに提供する指示に適応し、適切な時間にユーザを起こすように、またユーザに特定の睡眠必要量を決定した場合には、睡眠バンクを使用するように、システムを設定することができる。
【００２０】
装置１はアラーム１８を備えることができる。アラームは普通の腕時計のアラームのように、単にユーザを起こすために使用することができる。ただし、適切な種類の睡眠が生じていることが検出され、ユーザを穏やかに起こすことができる場合には、（心拍数モニタと連結した）分析手段６がアラームを鳴らすことがある。
追加センサ１５、１６がある場合には、ユーザに追加情報又はより詳細で正確
な情報を提供するために、センサの種類に応じて追加の分析が行われることがある。センサが、光、位置、音、気温、湿度、気圧などの身体外部のパラメータを測定する場合には、これらの情報を身体活動に関する情報と比較し、身体活動に関する情報を調整することがある。センサが別の身体活動を測定し、１又はそれ以上の筋緊張、皮膚温度、電気皮膚反応などを検出する場合には、睡眠の質についての追加の分析が提供されることがある。
【００２１】
その他の例では、血圧センサを使用すると、分析手段は、睡眠以外の一般的なレベルの健康や活動に関する追加の指示を提供することができる。脈拍数変動センサを使用すると、睡眠の種類の決定に役立つことがあり、一定期間内に許容レベルの有酸素運動が行われているかどうか、あるいは一日、一週間、又は一ヶ月単位でこれらの運動が行われているかどうかに関する追加情報を提供することができる。
システムが一定期間（一般に７日間）に渡るある種の「睡眠バンク」の形式を提供する場合には、以下のような式を用いることにより、睡眠バンクはユーザに提供する情報を計算することができる。
【００２２】
睡眠バンク（ｉ）＝睡眠バンク（ｉ−１）＋（睡眠量（ｉ）−必要量）。式中、「睡眠バンク」は日ｉにおける余剰睡眠の累積量であり、「睡眠量」は日ｉの前夜に得られた睡眠量であり、「必要量」は必要な睡眠量である（必要量は、測定されるパラメータや保存データに応じて変わることがある。あるいは手動で設定することができる）。
分析手段６が遠隔ステーションと通信可能な場合には、より複雑な分析を行うことができる。分析手段６は専門家や広範囲なデータベースからデータを要求して入手することもでき、ユーザに追加情報を提供することができる。
【００２３】
本システムは更に、長期データを保存することもできる。この長期データを追跡して、治療のため、あるいは短期分析では分からない長期における傾向を解明するために、質の高い記録を提供することができる。
別の例では、追加の分析手段６が提供されないことがある。この場合には、受信装置（又は連結ステーション）５が分析方法を実行するように設定されることがある。受信装置５の分析レベルは、分析能力が小さいため、必然的に分析手段６より包括性に欠けると考えられるが、一方でこの装置はユーザに有用な機能を提供する。連結ステーション５は、図５に示すように、ディスプレイ３１と２つのコントロールつまみ３３、３４を有する。これにより、ユーザは装置５が実施した分析の情報を選択して表示することができる。凹部３２は、センサ装置１を相対的に正しい位置に設置し、センサに保存された情報のダウンロードを補助するために提供される。
【００２４】
センサ装置１は、使用前（就寝前）に連結ステーション５で初期化される。ユーザは、就寝時にセンサ装置１を連結ステーション５から外して腕にはめる。連結ステーション５は時計機構を内蔵するため、センサ装置１が連結ステーション５の凹部３２から外されると、自動的に「就寝時間」の情報を提供する。同様に、翌朝、センサ装置１が連結ステーション５の凹部３２に置かれると、自動的に「起床時間」が記録される。この機能により、ユーザが「睡眠記録」をつける必要性が減り、システムの使用が容易になる。
別の例では、モニタリング装置１は保存装置１２を含まないことがある。この場合、活動測定センサによって得られたデータは連結ステーション５に直接送信され、リアルタイムで保存される。
【００２５】
この例のように、より高性能な連結ステーション５を使用すると、ユーザは分析を行うためにコンピュータを持つ必要がなくなる。ただし、上述したように、実施される分析のレベルは包括性に欠けることがある。連結ステーション５は携帯性に優れた装置であるため、追加の解析やより詳細なアドバイスを得るために、定期的に（典型的には隔週で）睡眠分析の専門家のところに持って行く際に、容易に持ち運ぶことができる。連結ステーション５は、解析処理に役立つように、ダウンロード機能を内蔵している。
睡眠の専門家は、ユーザの睡眠パターンに関してより詳細な分析を提供すると考えられる。例えば、睡眠の質の測定値を提供するために、上述したような「睡眠の質指数」（ＳＱＩ）パラメータが提供されることがある。このＳＱＩパラメータのアルゴリズムは、容易にモニタされるパラメータ、又は本発明に由来するパラメータなど、複数のパラメータに基づく。アルゴリズムは以下のとおりである。
【００２６】
【数３】

【００２７】
このアルゴリズムは１２個のパラメータと、それらに関連する定数を使用する（つまり、ｎ＝１２である）。パラメータは以下のとおりである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
対応する定数は、５２．４２、−１．８８７、０．５７２、２．０８４、−０．３５３６、０．１４０８、−０．０１８、０．１８８、−０．２４６９、−１．２１２６、−０．２２６、−０．０１１２、及び０．００１２３８の値で定義することができる。あるいは、このアルゴリズムは、個々のユーザに対応し、より正確な結果が得られるように、特別注文することができる。
このアルゴリズムから得られる結果は、必要量を分析するという観点で集約されている。分析能力が広範囲に及ばない場合には、分析装置６が連結ステーション５を補助しない例と同様に、簡単な式が得られる。この場合、ユーザが睡眠の質の値を見積もり、この推定値を、上記のパラメータのうち（^＊を付けた）モニタされた４個のパラメータ又は由来するパラメータに基づいて修正する。この基本的な睡眠の質の解析は、予測の正確性としては劣っているが、ユーザに一日単位の有用な評価基準を提供する。
【図面の簡単な説明】
本発明の１つの例について、添付図面を参考に記述する。
【図１】本発明によるシステムの構成部品の概略透視図である。
【図２】本発明によるシステムの一部の機能を示した概略図である。
【図３】本システムに使用可能な２つのディスプレイを示した図である。
【図４】本システムに使用可能な２つのディスプレイを示した図である。
【図５】本システムに使用可能な２つのディスプレイを示した図である。
【図６】本システムに使用可能な２つのディスプレイを示した図である。
【図７】図１のシステムの内部構成部品の概略図である。

Claims (24)

1. 身体活動をモニタするシステムであって、
   身体活動を測定する活動測定センサ及び身体活動データを送信するデータ送信手段を備える、モニタリング装置、
   前記身体外部のデータを提供する装置、及び外部データを送信するデータ送信手段、
   前記モニタリング装置及び前記外部データ提供装置からの送信データを受信する、前記モニタリング装置から独立したデータ受信手段、
   前記受信データを分析してアドバイス情報を提供する手段、並びに
   前記アドバイス情報をユーザに表示する手段、を備えることを特徴とするシステム。
2. 前記モニタリング装置が、活動測定センサからのデータを受信し該データを保存する保存手段を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記活動測定センサが圧電性加速度計又はＭＥＭＳ加速度計などの加速度計であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
4. モニタされる前記身体活動が睡眠であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記保存手段が、活動測定センサから受信したデータと共に一時的な情報も保存することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記の保存データを分析する手段が、前記身体活動の情報及び一時的な情報の両方に基づいて処理を行うことを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記ユーザに提供される前記アドバイス情報に、前記睡眠の質、前記活動の持続期間が十分であるかどうか、長期に渡る活動の総量が許容可能かどうかの表示、又はその他の長期の身体活動に関連したデータのうちの少なくとも１つを含む活動の質についての表示が含まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記活動測定センサが身体の脈拍数及び／又は血圧も測定することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. レム、遅く浅い睡眠、遅く深い睡眠、又は逆説睡眠の睡眠相をモニタすることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記装置を腕時計型に構成することができることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記装置がアラームを備えていることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記のアドバイス情報を表示する手段が液晶ディスプレイであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記モニタリング装置にディスプレイが付属していることを特徴とする、請求項１０、１１、又は１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 前記分析手段が遠隔データソースと通信リンクしていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記遠隔ステーションによってヒトオペレータからの追加データの入力が可能となることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記受信手段及び送信手段が無線通信リンクを形成することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記データ受信手段が、前記装置を収容する連結ステーションの一部であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
18. 前記分析手段が、身体以外のソースから得たデータに基づいて分析を行うことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記ソースが身体がおかれている環境に関連したデータを検出する追加のセンサであることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記睡眠の質が以下の式によって表される「睡眠の質指数」（ＳＱＩ）パラメータにより定義され、
    

    

    式中、ｎ＝１２であり、１２個のパラメータであるＰ_ｉはそれぞれ、床についている時間、睡眠終了時間、実睡眠時間、実睡眠（％）、睡眠効率、入眠潜時、睡眠期間、覚醒期間、平均活動スコア、平均非活動スコア、覚醒期間の平均時間、及び覚醒運動ＲＭＳであることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
21. 前記定数Ｃが５２．４２であり、前記各パラメータＰ_ｉに関連した前記定数Ｃ_ｉが、それぞれ−１．８８７、０．５７２、２．０８４、−０．３５３６、０．１４０８、−０．０１８、０．１８８、−０．２４６９、−１．２１２６、−０．２２６、−０．０１１２、及び０．００１２３８であることを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記睡眠の質が、パラメータで偏りをもたせたユーザが提供する推定値によって表されることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
23. 前記偏りをもたせる処理に使用される前記パラメータが、床についている時間、睡眠終了時間、平均活動スコア、平均非活動スコアであることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記モニタリング装置を使用時に身体に取り付けられるように設計したことを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のシステム。

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