JP2006271978A - 睡眠行動を監視するための方法及び電界マットレス - Google Patents

Abstract

【課題】人の動きを監視するための電界マットレス及び方法を提供する。
【解決手段】電界マットレスは、複数の電極、電界を発生するために電極に電気的に接続される波形発生器５２０、及び被験者の動きによって引き起こされる電界における変動を検出するために電極のうちの少なくとも１つに接続される検出器５３０を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は一般的に言って睡眠行動を監視する方法及び電界マットレスに関するものであり、より特定して言うと睡眠パターンに影響を与える可能性のある病気を患う被験者の睡眠行動を監視する方法及び電界マットレスに関するものである。

アトピー性皮膚炎としても知られる湿疹はあらゆる年代の人に影響するが、特に幼児及び乳児に圧倒的に多い皮膚の症状である。この症状は熱帯気候の地域において悪化する。例えば、シンガポールにおいて１０人のうち１人、子供５人のうち１人が湿疹を患っていると推定されている。

症状の重さは人によって異なるであろうが、症候は同様であり容易に認識できる。湿疹患者は、頭皮、顔面、鼠径部、胸部、腕及び脚などの身体部分に炎症性の皮膚発疹を患う。通常、患部は脂腺がある身体部分である。

発疹は非常に痒いため、患者は不快を軽くしようとして絶え間なく引っかく。引っかき行為は睡眠中も続くので、睡眠の質が下がることになり、その結果、深刻な二次的効果を引き起こす場合がある。従って、睡眠行動を監視することは、湿疹患者の診断及び治療にとって非常に有益である。

これまで患者の活動及び（または）患者の生理的状態に基づいて患者の睡眠の質を監視するための様々な装置及び方法が提案されている。睡眠中の運動及び活動を監視するための装置は、腕時計またはリストバンドなど着用可能な装置とベッド型の装置に大きく分類することができる。

アクチウォッチ（Ａｃｔｉｗａｔｃｈ）は全身的自発運動の統合的デジタル測定値を記録するための小型データロギング装置であり、感度の良い加速度計、加速度計から出力されるデータを記録するためのメモリ及びオプションの第二の入力装置またはセンサを含む。アクチウォッチ装置の構成及びこの装置からのデータダウンロードは、データ通信インターフェイス及びパソコン（ＰＣ）によって実行されるコンピュータソフトウェアプログラムによって行われる。これは、臨床医及び研究者が不眠症、ＰＬＭ、睡眠時無呼吸などの睡眠障害を患う患者の睡眠の質を測定するための手段となる。アクチウォッチ装置は、一般に患者の手首または手足に着けられ、患者の湿疹をさらに刺激して不都合な場合がある。もう１つの不利点は、アクチウォッチ装置及びその関連ソフトウェアのコストが高いことである。アクチウォッチについてさらなる情報は、例えば＜ｗｗｗ．ｍｉｎｉｍｉｔｔｅｒ．ｃｏｍ/ｐｒｏｄｕｃｔｓ/Ｂｒｏｃｈｕｒｅｓ/９００-０１０８-００_ＡＷ．ｐｄｆ＞から入手することができる。

２００２年１１月２６日に公告された「ＳｅｎｓｏｒＢｅｄ」と題する米国特許第６，４８５，４４１号は、多数の加速度計及びその他のセンサを含む装置に関するものである。この装置は配備し難く、可搬性ではない。

「睡眠中の人に有益な運動モニタ」と題する米国特許第５，７９６，３４０号が１９９８年８月１８日に公告された。この特許は、患者の呼吸及び（または）心臓活動を検出するための圧力変換器を内部に持つ隔離された内部キャビティを有するマットレスに関するものである。

「ＳｌｅｅｐＳｍａｒｔ」と題する米国特許第６，４６８，２３４号が１９９８年８月２２日に公告された。この特許は、従来のマットレスの上に敷けるシートに組み込まれる圧力及び温度センサを用いて睡眠の質を測定するための方法及び装置に関するものである。この装置は、人の体位、体温、音、振動及び動きなど身体的特性に関するデータを収集するための統合された圧力及び（または）温度センサパッド配列の層を１つまたはそれ以上含む。

本発明は被験者の睡眠行動を監視するための改良された方法及びマットレスの提供を目的とする。

本発明の１つの態様は、複数の電極、電界を発生するために電極に電気的に接続される波形発生器及び電界における変動を検出するために電極のうちの少なくとも１つに接続される検出器を含む、電界マットレスを提供する。電界の変動は、電界における被験者の動きによって引き起こされる。電界マットレスは、さらに、個々の電極を前記検出器に選択的に接続するためのマルチプレクサを含む。複数の電極は、電界マットレス内において二次元または三次元配列で配置することができる。

本発明のもう１つの態様は、人の動きを監視するための方法を提供する。この方法は、電界を発生するステップ、電界における変動を検出するステップ、変動が電界における人の動きを表すものであるか否かを判定するステップ、及び人の体位の表示を出力するステップを含む。変動は、人の身体の様々な部位に対応する電界の複数の位置において検出することができ、人の四肢の動きを表すことができる。

添付図面を参照して例としていくつかの実施形態について以下に説明する。

被験者の睡眠行動を監視するための方法及び装置の実施形態について下に説明する。実施形態のうち一部は特に湿疹患者に言及して説明されているが、本発明の原理は被験者の動きを監視するために一般的に応用されるので、本発明の応用はこのように限定されるものではない。

発明者は、湿疹を患う被験者及び患わない被験者数人の睡眠活動を監視するために市販のアクチウォッチ装置を用いて一連の実験を行った。

第一の実験において、アクチウォッチを用いて湿疹患者の睡眠活動が監視され、分析されて、同じ監視期間中被験者について行われた録画と比較された。

図１は、湿疹を患う１７歳の被験者の睡眠活動のグラフを示している。グラフ１２０は、グラフ１１０の部分１１２の分解図である。グラフ１２０のウィンドウ１２２は多様な引っかき運動を示しており、異なる四肢によって行われた引っかき運動が一般的に言って相互に区別不能であることを示している。グラフ１２０のウィンドウ１２４は全身の動きを示している。このように、引っかき運動及び全身の動きは、一般的に言って区別不能である。

第二の実験においては、湿疹を患っていない被験者の睡眠活動及び湿疹を患う被験者の睡眠活動がアクチウォッチ装置を用いて２４時間記録された。データは分析され、それぞれの被験者の実際の睡眠活動の録画と照合して比較された。

図２ａは、湿疹を患っていない被験者の睡眠活動のグラフを示している。グラフ２１０は、日中（領域２１１及び２１３）の身体活動のレベルがその間に介在する夜間（領域２１２）の身体活動のレベルよりかなり大きいことを示している。グラフ２２０はグラフ２１０の領域２１２の分解図である。

図２ｂは、湿疹を患う被験者の睡眠活動のグラフを示している。

グラフ２３０は、日中（領域２３１及び２３３）の身体活動のレベルがその間に介在する夜間（領域２３２）の身体活動のレベルより大きいことを示している。しかし、夜間の身体活動のレベルは湿疹を患う被験者の場合湿疹を患わない被験者よりかなり大きい（すなわちそれぞれグラフ２１０及び２３０の夜間領域２１２と２３２を比較する）。グラフ２４０はグラフ２３０の領域２３２の分解図である。

人体は、イオン溶液を含有する水を含むので電界を用いて検出することができる誘電特性を示す。都合が良いことに、この検出は、人体に害のない低電圧電界を用いて行うことができる。

図３は、電界を用いて被験者の運動及び（または）存在を検出するための電極配列を示している。

電極配列３１０は、銅線を通じて電気コネクタ３３０に電気的に接続される、線形に配置される電極３２１−３２９の配列を含む。電極３２１−３２９の各々は積層銅板から作られるが、その代わりにスチール、アルミニウム及びチタンなど別の導電性材料から作ることができる。また、電極３２１−３２９は鉄質マットまたはベールを含むことができる。

図４は、電界を用いて被験者の運動及び（または）存在を検出するための別の電極配列を示している。

電極配列４１０は、銅線を通じて電気コネクタ４３０に電気的に接続される電極４２１−４２９の３×３配列を含む。電極４２１−４２９の各々は積層銅板から作られるが、その代わりにスチール、アルミニウム及びチタンなど他の導電性材料から作ることができる。また、電極４２１−４２９は鉄質マットまたはベールを含むことが出来る。

図３及び４の電極配列３１０及び４１０は、各々二次元格子状に配置される９個の電極を含む。ただし、他の数の電極の配列を実現することができる。特に、もっと多くのもっと小さい電極を使用すると、被験者のもっと小さいまたはもっと目立たない体の動きをさらに良く検出する。さらに、検出感度を高めるために積み重ねまたは三次元形態で複数の配列を実現することができる。

図３及び４の電極配列３１０及び４１０を従来のまたは特注のマットレスと統合して、「電界マットレス」を構成することができる。統合は、従来のマットレスへの電極配列の埋込みまたは従来のマットレスの上面または下面への電極配列の取付けを含めて多様な方法で行うことができる。さらに、電極配列は、従来のマットレスに使用することができる非導電性基材、例えば柔らかな布に取り付けるかまたは埋め込むことができる。その代わりに、またはこれに加えてプラスティック、ゴム及び（または）アクリルなど他の非導電性基材を使用することができる。電極に積層銅板を使用することにより電極に柔軟性が与えられ、マットレスへの統合または埋め込み及びマットレスの洗濯が容易になる。

別の実施形態においては、各々面積１０ｃｍ²の２８個の電極の７×４配列がシングルベッド用のマットレスプロテクタに縫い込まれた。電極には電界発生器によってエネルギが供給された。ある時限に定間隔で個々の電極で検出される電界の規模を表す８ビット未加工データを記録するためにメモリカード記憶装置付きデータロガーが使用された。データは処理のためにコンピュータシステムに転送された。データの処理によって個々の電極に関する変動が識別され、時間の経過に伴う被験者の存在及び動きが表示された。四肢の存在または不在の検出は電極の７×４配列を用いて可能となった。

図５は、電界における被験者の存在及び（または）動きを監視するための装置のブロック図を示している。装置は電極の配列５１０を含み、電極は各々、電界を発生するために電極配列５１０に接続される波形発生器５２０からエネルギ供給を受ける。電極配列５１０を実現するために使用される電極配列の例は、図３及び４に関連して上に説明した電極配列を含む。

波形発生器５２０を制御しかつ波形発生器５２０によって発生された電界における変化を検出するために、マイクロコントローラ５３０が波形発生器５２０に接続される。マイクロコントローラ５３０は、メモリ、通信インターフェイス及び電界における変動を検出し、かつ（または）処理するためのプロセッサを含む。マイクロコントローラ５３０は、シリアル通信インターフェイス５３２に接続され、シリアル通信インターフェイスはブルートゥース送信器５３４に接続される。図５の装置は、シリアル通信インターフェイス５３２を通じて、またはブルートゥース送信器５３４を通じて無線で、一時的または恒久的にパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップまたはノート型コンピュータ、携帯端末（ＰＤＡ）などコンピュータシステム５４０に接続することができる。ＲＳ-２３２、ＲＳ-４８５、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＷｉＦｉなど様々なシリアルまたはその他の通信インターフェイス及び（または）無線通信手段を利用することができる。マイクロコントローラ５３０によって収集されたデータは記憶及び分析のためにコンピュータシステム５４０に転送される。コンピュータシステム５４０が実行するソフトウェアアプリケーションは、電極配列５１０からのデータの分析、及び被験者の睡眠活動のグラフ表示及び電極に対する被験者のポジションの図式表示を含む結果の表示を可能にする。

本発明の特定の実施形態においては、波形発生器５２０は、１２０ｋＨｚで動作するよう構成されるモトローラ３３７９４の集積回路を含み、マイクロコントローラ５３０はモトローラＤＳＰ５６Ｆ８２３ １６ビット・デジタル信号プロセッサチップを含み、信号プロセッサチップはオンボード１６ビット・アナログ-デジタル変換器を含む。モトローラ３３７９４集積回路内部の発生器は、電極配列５１０を駆動するために高調波成分が少ないピーク-ピーク値５．０Ｖの正弦波形を発生する。モトローラ３３７９４集積回路内部のレシーバ-マルチプレクサは、同時に、検出器は現在選択されている電極を同じくモトローラ３３７９４集積回路内部の検出器に接続する。集積回路は正弦波をＤＣ信号に変換する。ＤＣ信号は感度を増すためにフィルタリングされ、多重化されオフセットされた後、モトローラＤＳＰ５６Ｆ８３２３デジタル信号プロセッサ内部のアナログ-デジタル変換器に送られる。電極配列５１０のうち選択されていない残りの電極の出力は内部接地される。電界の攪乱は電極のうちの１つまたはそれ以上における容量性電圧の変化として反映される。この種の攪乱は検出されて、モトローラＤＳＰ５６Ｆ８３２３のアナログ-デジタル変換器に送られる。

図６は、電界を用いて被験者の体位及び（または）動きを監視するための方法のフローチャートを示している。電界はステップ６１０において発生される。電界における変動はステップ６２０において検出される。ステップ６３０において、ステップ６２０において検出された変動が電界における被験者の体位及び（または）動きを表すものであるか否かが判定される。被験者の動き及び（または）体位の表示はステップ６４０において出力される。この種の出力の例が図７ａ、７ｂ及び７ｃに示されている。

図７ａ、７ｂ及び７ｃは、各々本発明の実施形態に従った電界マットレス上の人体の存在の検出を示している。

図７ａは、電界マットレス上で仰向けに横たわる人のグラフ表示７１０及びマットレス内の配列における一部の電極によってこの人の身体の存在が検出されたことを示す対応するグラフ出力７１５を示している。グラフ出力７１５のより詳細な図７１６はクロスハッチングによって検出電極を示している。

図７ｂは、電界マットレス上で左を向いて横たわる人の写真７２０及びマットレス内の配列における一部の電極によってこの人の身体の存在が検出されたことを示す対応するグラフ出力７２５を示している。グラフ出力７２５のより詳細な図７２６はクロスハッチングによって検出電力を示している。

図７ｃは、電界マットレス上に座っている人の写真７３０及びマットレス内の配列における一部の電極によってこの人の身体の存在が検出されたことを示す対応するグラフ出力７３５を示している。グラフ出力７３５のより詳細な図７３６はクロスハッチングによって検出電極を示している。

本発明の実施形態に従った電界マットレスは経済的に折り畳んで運べるように作ることができ有利である。

以上の詳細な説明は実施形態例を示しているだけであり、本発明の範囲、適用性または形態を限定しようとするものではない。むしろ、実施形態例の説明は、本発明の実施形態の実現を可能にするための説明を当業者に与えるものである。特許請求の範囲に示される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく機能及び要素の配置に様々な変更を加えることができる。

本明細書において言及される特定の特徴、要素及びステップが、本発明が関係する技術において既知の同等物を持つ場合、この既知の同等物は、個々に述べられているかのごとく本明細書に組み込まれると見なされる。さらに、特定の実施形態に関連して言及される特徴、要素及びステップは、特に明示されない限り、任意に他の実施形態の一部を成すことができる。

湿疹を患う被験者の睡眠活動を表すグラフである。 湿疹を患わない被験者の睡眠活動を表すグラフである。 湿疹を患う被験者の睡眠活動を表すグラフである。 電界を用いて被験者の運動及び（または）存在を検出するための電極配列のブロック図である。 電界を用いて被験者の運動及び（または）存在を検出するための別の電極配列のブロック図である。 電界を用いて被験者の存在及び（または）動きを監視するための装置のブロック図である。 電界を用いて被験者の存在及び（または）動きを監視するための方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に従った電界マットレスにおける人体の存在の検出を示す図である。 本発明の実施形態に従った電界マットレスにおける人体の存在の検出を示す図である。 本発明の実施形態に従った電界マットレスにおける人体の存在の検出を示す図である。

符号の説明

５１０ 電極配列
５２０ 波形発生器
５３０ マイクロコントローラ
５３２ シリアル通信インターフェイス
５３４ ブルートゥース送信器
５４０ コンピュータシステム

Claims (14)

1. 複数の電極と、
   電界を発生するために前記電極に電気的に接続される波形発生器と、
   前記電界における変動を検出するために前記電極のうちの少なくとも１つに接続される検出器と、を含み、
   前記変動が前記電界における被験者の動きによって引き起こされる、ことを特徴とする電界マットレス。
2. 前記変動が前記電界における誘電性の変動によって引き起こされる、請求項１に記載の電界マットレス。
3. 前記複数の電極の各々が積層銅板から製造される、請求項２に記載の電界マットレス。
4. 前記複数の電極が電極の二次元配列を形成するように配置される、請求項２に記載の電界マットレス。
5. 前記複数の電極が電極の三次元配列を形成するように配置される、請求項２に記載の電界マットレス。
6. 個々の前記電極を選択的に前記検出器に接続するためのマルチプレクサを含む、請求項２に記載の電界マットレス。
7. 前記被験者の動きを識別するために前記電界において検出された変動を処理するためのコンピュータシステムを含む,請求項２に記載の電界マットレス。
8. 前記複数の電極が前記電界マットレス内に配置される、請求項１から７までのうちいずれか１項に記載の電界マットレス。
9. 前記被験者が人である、請求項１から７までのうちいずれか１項に記載の電界マットレス。
10. 人の動きを監視するための方法であり、該方法が、
    電界を発生するステップと、
    前記電界における変動を検出するステップと、
    前記変動が前記電界における前記人の動きを表すものであるか否かを判定するステップと、
    前記人の体位の表示を出力するステップと、
    を含む、ことを特徴とする方法。
11. 前記変動が前記人の身体の様々な部位に対応する前記電界における複数の位置において検出される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記変動が前記人の四肢の動きを表す、請求項１１に記載の方法。
13. 前記人の動きの表示を出力するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記変動が前記電界における誘電性の変化によって引き起こされる、請求項１０に記載の方法。