JP2006334087A - 睡眠状態判定システム及び睡眠状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の睡眠状態を簡単な方法で正確に判定すること。
【解決手段】睡眠状態判定システムは、被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出するセンサユニット２と、センサユニット２により検出されたセンシング信号に基づいて被検体の睡眠状態を検出するセンタ装置１とから構成される。センタ装置１は、検出されたセンシング信号を受信する受信部１３と、受信したセンシング信号について所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、該最大値と最小値の差分を算出する最大最小差分算出部１１３と、最大最小差分算出部１１３で算出された差分が所定値以下になるか否かを各時間間隔毎に検出し、該検出結果に基づいて被検体の睡眠状態を判定する睡眠状態判定部１１４とを具備する。
【選択図】図７

Description

本発明は、加速度センサを用いて被検体の睡眠状態を検出する睡眠状態判定システム及び睡眠状態判定方法に関するものである。

被検体の睡眠状態を把握するために、被検体の体表面の所定の箇所にセンサを装着し、このセンサからの出力信号に所定の演算を行なって人体の睡眠状態を判定する装置が従来より知られている。例えば、特開平１０−２９５６４９号公報は、３軸の加速度センサにより検出された各加速度データを解析し、所定時間以上の転倒状態又は所定値以上の加速度を検知したときにこれを異常信号として無線により送信する携帯型事故監視装置を開示している。また、特開２００４−１８７９６１号公報は、被検体の額部に装着して眼球運動を計測する第１の計測手段と、該第１の計測手段と一体化されてなり、第１の計測手段への外乱の大きさの情報を計測する加速度センサ等の第２の計測手段とを備え、外乱の大きさの情報が所定の閾値を超えた場合に眼球電位の情報を修正する睡眠状態検出装置を開示している。
特開平１０−２９５６４９号公報 特開２００４−１８７９６１号公報

上記した従来の技術は加速度センサを用いて人の転倒状態や睡眠状態を判定することを開示しているが、簡単な方法により被検体の睡眠状態を正確に検出することを意図したものではなかった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、被検体の睡眠状態を簡単な方法で正確に判定することができる睡眠状態判定システム及び睡眠状態判定方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、睡眠状態判定システムであって、被検体の体表面の所定の箇所に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を具備し、前記センサユニットは、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、前記センタ装置は、前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、前記受信部を介して受信された加速度データについて所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出する最大最小差分算出部と、前記最大最小差分算出部で算出された前記差分が所定値以下になるか否かを各時間間隔毎に検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する睡眠状態判定部と、を具備する。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記睡眠状態判定部は、前記差分が所定値以下になる時間間隔が２つ以上連続するか否かに基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する。

また、本発明の第３の態様は、睡眠状態判定システムであって、被検体の体表面の所定の箇所に装着された複数のセンサユニットと、この複数のセンサユニットと通信可能に接続され、前記複数のセンサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を具備し、前記複数のセンサユニットの各々は、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、前記センタ装置は、前記センサユニットから送信された複数の加速度データを受信する受信部と、前記受信部を介して受信された複数の加速度データについて所定の時間間隔ごとに複数の最大値と最小値を算出するとともに、該複数の最大値と最小値に基く複数の差分を算出する最大最小差分算出部と、各時間間隔が、前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の全てが所定値以下になる第１の区間であるか、若しくは前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の少なくとも１つが前記所定値を超える第２の区間であるかを検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する睡眠状態判定部と、を具備する。

また、本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記睡眠状態判定部は、前記第２の区間が前記第１の区間に挟まれる場合において、前記第２の区間の長さに基いて前記被検体の睡眠状態を判定する。

また、本発明の第５の態様は、第３の態様において、前記睡眠状態判定部は、前記複数のセンサユニットのうち特定の１つのユニットについての差分が連続して所定値以下になる時間間隔の合計に対する、前記第２の区間の合計の割合を算出し、該割合が所定値以下であるか否かに基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する。

また、本発明の第６の態様は、第３の態様において、前記睡眠状態判定部は、前記複数のセンサユニットのうち特定の１つのユニットについての差分が連続して所定値以下になる時間間隔の合計に対する、前記第２の区間の合計の割合を算出し、該割合が所定値を越える場合には、前記第１の区間の合計が所定時間よりも長いかどうかを判定し、該判定結果に基いて前記被検体の睡眠状態を判定する。

また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれか１つの態様において、前記センタ装置は、前記センサユニットのセンシング開始と終了及びセンシング周期を制御する制御信号を送信するための送信部を有し、前記センサユニットは、前記制御信号を受信するための受信部を有する。

また、本発明の第８の態様は、被検体の体表面の所定の箇所に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を用いた睡眠状態判定方法であって、前記センサユニットにおいて、前記被検体の動きに伴って生ずる加速度を加速度センサによって検出するステップと、前記加速度センサにより検出された加速度データを送信部を介して送信するステップとを具備し、前記センタ装置において、前記センサユニットから送信された加速度データを受信部を介して受信するステップと、最大最小差分算出部によって、前記受信部を介して受信された加速度データについて所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出するステップと、睡眠状態判定部によって、前記最大最小差分算出部で算出された前記差分が所定値以下になるか否かを各時間間隔毎に検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するステップと、を具備する。

また、本発明の第９の態様は、被検体の体表面の所定の箇所に装着された複数のセンサユニットと、この複数のセンサユニットと通信可能に接続され、前記複数のセンサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を用いた睡眠状態判定方法であって、前記複数のセンサユニットの各々において、該被検体の動きに伴って生ずる加速度を加速度センサによって検出するステップと、前記加速度センサにより検出された加速度データを送信部を介して送信するステップと、を具備し、前記センタ装置において、前記センサユニットから送信された複数の加速度データを受信部を介して受信するステップと、最大最小差分算出部によって、前記受信部を介して受信された複数の加速度データについて所定の時間間隔ごとに複数の最大値と最小値と、該複数の最大値と最小値に基く複数の差分を算出するステップと、睡眠状態判定部によって、各時間間隔が、前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の全てが所定値以下になる第１の区間であるか、若しくは前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の少なくとも１つが前記所定値を超える第２の区間であるかを検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するステップと、を具備する。

本発明によれば、被検体の睡眠状態を簡単な方法で正確に判定することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる睡眠状態判定システムの概略構成を示す図である。本実施形態において「睡眠状態」とは、被検体が睡眠をとる意思で横たわっている状態を意味し、実際に睡眠中にある場合のみならず、寝つかれなくて横たわっている場合も含むものとする。

センサユニット２はモジュール化されており、監視対象としての被検体４の体表面の所定の箇所（ここでは胸部）に装着される。装着の一例としてここではアクリル系の両面接着テープ等により接着貼付される。アクリル系両面接着テープは、被検体４の皮膚にかぶれ等の炎症が起きにくい、センサユニット２を被検体４からはがした時にセンサユニット２や被検体４の表面に接着のりが付着しにくい、接着層を薄くできるなどの利点を有する。

センサユニット２は後述する加速度センサを備えており、この加速度センサにより睡眠状態にある被検体４の左右方向の動きに伴って生ずる加速度を検出する。なお、被検体４の左右方向についての具体的な定義については後述する。

加速度センサにより取得された加速度データはセンシング信号として無線ネットワーク３を介して、医療施設や介護施設などに設置されるセンタ装置１に送信される。

ここで、無線ネットワーク３としては、例えばＢＴ(BlueTooth)(登録商標)等の近距離データ通信システムや、無線ＬＡＮ(Local Area Network)、ＰＨＳ(Personal Handyphone System)(登録商標)、携帯電話システム等が使用される。

なお、センタ装置１とセンサユニット２との間は必ずしも直接接続する必要はなく、無線中継器を介して接続するようにしてもよい。この場合、センサユニット２と無線中継器との問の無線通信方式としてはＢＴや無線ＬＡＮ等の微弱又は小電力型の方式が、一方、無線中継器とセンタ装置１との問の無線通信方式として携帯電話システム等の長距離通信が可能な方式がそれぞれ使用される。

センタ装置１は、アンテナ部１１と、信号分配部１２と、受信部１３と、送信部１４と、センサデータ収集処理部１５と、センサ制御部１６とから構成される。アンテナ部１１は、センサ制御部１６からの制御信号を送信する送信アンテナ機能と、センサユニット２からのセンシング信号を受信する受信アンテナ機能とを有し、この機能の切替はアンテナ部１１に接続されたサーキュレータ等の信号分配部１２により行われる。

受信部１３は、センサユニット２から無線ネットワーク３、アンテナ部１１を介して送信された無線信号を受信したのち復調し、この復調により得られるセンシング信号をセンサデータ収集処理部１５へ出力する。送信部１４は、センサ制御部１６から出力された制御信号を変調したのち無線信号に変換し、この無線信号をアンテナ部１１からセンサユニット２に向けて送信する。

センサ制御部１６は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)やＤＳＰ(Digital Signal Processor)を備えたもので、センサユニット２によるセンシング開始や終了及びセンシング周期に関する指令を含む制御信号を出力する。

センサデータ収集処理部１５は、受信したセンシング信号について所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出し、当該差分が所定値以下になるか否かに基いて被検体の睡眠状態を判定する。詳細は後述する。

図２は、ベッド５に横たわって睡眠状態にある被検体４を示しており、被検体４の右胸部にはセンサユニット２が貼付されている。被検体４は睡眠中に寝返りを打つなど身体を動かすことが考えられるが、ここでのセンサユニット２は被検体４の左右方向の動きを検出する加速度センサを備える。ここで左右方向の動きとは、図２に示すように被検体４が横たわっている状態において身体の横幅方向（身体中心線Ｐに対して左右の方向）の動きを意味するものとする。

図３は、睡眠状態にある被検体４の左右方向の動きにおける各姿勢と、左右方向の動きを検出する加速度センサ２５１の向きと、センサ計測値との関係を示している。図３の（Ａ）〜（Ｄ）は被検体４を矢印Ｐ（図２）の方向すなわち頭上から見たときの姿勢を示している。また、図中の＊の記号は、加速度センサ２５１の＋方向を示している。

図３の（Ａ）は被検体４が仰向け状態から反時計方向に９０度回転して真横になるような寝返りを打った状態、（Ｂ）は被検体４が仰向けに寝ている状態、（Ｃ）は仰向け状態から時計方向に４５度回転する寝返りを打った状態、（Ｄ）は被検体４が仰向け状態から時計方向に９０度回転して真横になるような寝返りを打った状態、を示している。

被検体４が図３の（Ａ）に示す姿勢にあるとき、加速度センサ２５１は垂直方向を向くが（図３の（Ｅ））、この場合、重力がそのままかかるのでセンサ計測値はプラス（＋）方向に最大の値をとる（図３の（Ｉ））。また、被検体４が図３の（Ｂ）に示す姿勢にあるとき、加速度センサ２５１は水平方向を向くが（図３の（Ｆ））、この向きは重力と直交しているのでセンサ計測値は０となる（図３の（Ｊ））。また、被検体４が図３の（Ｃ）に示す姿勢にあるとき、加速度センサ２５１は４５度傾斜した方向を向くが（図３の（Ｇ））、この場合のセンサ計測値は、垂直方向の投影成分に対応するセンサ値が得られる（図３の（Ｋ））。また、被検体４が図３の（Ｄ）に示す姿勢にあるとき、加速度センサ２５１は垂直方向を向く（図３の（Ｈ））。但し、加速度センサ２５１の＋方向は下側になる。したがって、この場合は反対方向の重力がかかるのでセンサ計測値はマイナス（−）方向に最大の値をとる（図３の（Ｌ））。

図４はセンサユニット２の概略構成を示しており、アンテナ部２１と、送受信信号分配部２２６と、センシング信号送信部２２と、センサ駆動信号受信部２３と、センサ駆動制御部２４と、センサ本体２５と、バッテリ２６とを備えている。図５は、図４に示すセンサユニット２のセンサ本体２５とセンサ駆動制御部２４の構成を示し、図６は、図４に示すセンサユニット２の主としてセンシング信号送信部２２とセンサ駆動信号受信部２３の構成を示している。

図５に示すように、センサ本体２５は被検体４の左右方向の動きを検出する加速度センサ２５１から構成される。また、センサ駆動制御部２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）２４３と、記憶部２４２と、クロック信号発生部２４５と、ＡＤ変換部２４１と、サーバ・プログラミング・インターフェース（ＳＰＩ）２４４とを備えている。

クロック信号発生部２４５は、ＣＰＵ２４３のクロック制御信号に基づいて所定周期のクロック信号を発生する。記憶部２４２は、ＣＰＵ２４３により実行されるプログラムを記憶している。ＣＰＵ２４３は、センサ本体２５の加速度センサ２５１を始めとして、図４のセンシング信号送信部２２、センサ駆動信号受信部２３を駆動制御するもので、上述したセンタ装置１から送られてくるセンシング開始や終了及びセンシング周期等の指令の内容を図示せぬメモリに記憶する。そして、以後この保存された指令と記憶部２４２に記憶された設定データに基づいてクロック制御信号を生成してクロック信号発生部２４５に出力する。クロック信号発生部２４５より発生されるクロック信号により、駆動信号として、センシング開始及びセンシング周期に関する信号を生成する。

ＡＤ変換部２４１は、ＣＰＵ２４３からの制御信号により駆動される加速度センサ２１１からの検出データをデジタル信号に変換するもので、ＣＰＵ２４３よりＳＰＩ２４４を介してセンシング信号として出力する。

なお、ＣＰＵ２４３から加速度センサ２５１に供給する駆動信号としてはスタンバイ信号が用いられる。加速度センサ２５１は、スタンバイ信号が“Ｈ”レベルになるとセンシングを行う動作状態となり、”Ｌ“レベルになると非動作状態、つまり電力消費量の少ないスタンバイ状態となる。

バッテリ２６は、例えばボタン型リチウム電池からなるもので、このバッテリ２６から発生するＤＣ電圧を、センサ本体２５、センサ駆動制御部２４、センシング信号送信部２２およびセンサ駆動信号受信部２３に駆動電源として供給するようになっている。

また、図６に示すように、センシング信号送信部２２は、ＳＰＩ２２１と、デジタル信号制御部２２２と、信号変調部２２３と、混合部２２４と、電力増幅部２２５とを備えている。また、センサ駆動信号受信部２３は、水晶発振器２３２と、位相安定化回路２３４と、電圧制御形発振器２３６と、低雑音増幅部２３８と、混合部２３７と、信号復調部２３５と、デジタル信号制御部２３３と、ＳＰＩ２３１とを備えている。

センシング信号送信部２２は、センサ駆動制御部２４からのセンシング信号をＳＰＩ２２１を介してデジタル信号制御部２２２に取り込み、さらに信号変調部２２３でデジタル変調、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調し、混合部２２４を介して所定のフォーマットに変換してセンシングデータを作成し、この作成されたセンシングデータを電力増幅部２２５で電力増幅する。増幅されたセンシングデータは送受信信号分配部２２６及びアンテナ部２１を介して、センタ装置１に向け送信させる。

一方、センサ駆動信号受信部２３は、センタ装置１から送られた制御信号をアンテナ部２１で受信すると、送受信信号分配部２２６、低雑音増幅部２３８を介して混合部２３７に取り込む。ここで制御信号を電圧制御形発振器２３６の出力と混合した所定周波数に変換した後、信号復調部２３５でデジタル復調し、このデジタル復調により得られた制御信号をデジタル信号制御部２３３よりＳＰＩ２３１を介してセンサ駆動制御部２４に供給する。

図７は、センタ装置１において、特にセンサデータ収集処理部１５の構成を示す図であり、加速度データ記憶部１１１と、データ平均化処理部１１２と、最大最小差分算出部１１３と、睡眠状態判定部１１４とから構成される。

受信部１３を介して受信された加速度データは加速度データ記憶部１１１にいったん記憶される。データ平均化処理部１１２は当該加速度データを加速度データ記憶部１１１から適宜読み出して移動平均などの手法により平均化処理を施す。ここでの平均化処理は加速度データのばらつきの程度に応じて実行され、当該加速度データのばらつきが小さい場合には不要である。

平均化された加速度データは次に最大最小差分算出部１１３に取り込まれる。図８は、このときの加速度データを示している。最大最小差分算出部１１３は、当該加速度データについて所定時間間隔ごとに最大値と最小値を検出し、当該最大値と最小値の差分を算出する。本実施形態では、計測を１０秒ごとに行い、所定時間間隔を１分間としているため、所定時間間隔内に６個の加速度データが得られる。この６個の加速度データから最大値と最小値が検出されてそれらの差分が算出される。図８のＡ，Ｂ，Ｃは当該差分を示している。ここでは加速度データの符号が考慮されている。図９は、図８の差分Ａ，Ｂ，Ｃの絶対値をとったときの図である。

図１０は、差分の絶対値の所定値を例えば９８０×（２０／９０）ｃｍ／ｓ² とした場合について示している。睡眠状態判定部１１４は、各差分が所定値以下であるか以上であるかどうかを判定し、図１０において所定値を超える差分についてはその１分間は“活動”であると定義し、所定値以下の差分についての１分間は“非活動”であると定義する。そして、“非活動”であると定義された時間間隔が２分以上継続する場合、この時間区間では、被検体４が睡眠状態にある“睡眠時間”であるとみなす。

図１１は、センサデータ収集処理部１５での処理の詳細を説明するためのフローチャートである。センサデータ収集処理部１５は、加速度データをすべて受信し終わり、加速度データ記憶部１１１に記憶されていたデータを読み出す状態で動作を開始する。まず、計測開始時刻をＴとし（ステップＳ１）、カウンタｎに１を代入する。ｎは１０秒毎の加速度データに計測開始時刻Ｔから付与された番号である（ステップＳ２）。そして、胸部に装着されたセンサユニット２内の加速度センサからのＴ＋ｎ×δｔ（δｔ＝１０秒）の時刻における加速度データを加速度データ記憶部１１１から読み出し、時間間隔1分間ごとにグルーピングして記憶する（ステップＳ３）。次に、変数ｎを１インクリメント（ステップＳ４）した後、計測終了時刻Ｔｅか否かを判断する（ステップＳ５）。ここでの判断がＮＯの場合にはステップＳ３に戻ってそれ以後の処理を実行する。計測終了時刻Ｔｅは一例として被検体４が睡眠状態から覚醒したときの時刻にすることが考えられるが、それ以前の睡眠中におけるあらかじめ決められた時刻に設定しても良い。

ここでは、ステップＳ３におけるδｔ＝１０秒に設定してあるので、ｎを１インクリメントしながら、計測開始時刻Ｔから予め設定された計測終了時刻Ｔｅになるまで１０秒ごとにステップＳ３の処理が実行されてそのつど加速度データが読み出され、時間間隔1分間ごとにグルーピングされて記憶される。計測終了時刻ＴｅになったときにステップＳ５の判断がＹＥＳとなる。

次に元に戻り、新たな計測開始時刻をＴとし（ステップＳ６）、さらにカウンタ変数ｍに１を代入（ステップＳ７）した後、記憶されている1分間６個の加速度データを読み取り、Ｔ＋ｍ×ΔＴすなわち計測開始時刻Ｔから最初の１分間における６個の加速度データの最大値と最小値の差分ΔＡｍを算出する（ステップＳ８）。

次にΔＡｍが所定値、例えば９８０×（２０／９０）ｃｍ／ｓ²以下かどうかを判断し、ＮＯの場合には時刻Ｔ＋ｍ×ΔＴを“活動”として内部のメモリに記憶し（ステップＳ１０）、ＹＥＳならば“非活動”として内部のメモリに記憶する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理に続いてカウンタ変数ｍを１インクリメントした（ステップＳ１２）後、データ終了か否かを判断し（ステップＳ１３）、ＮＯの場合にはステップＳ８に戻って次の１分間における６個の加速度データの最大値と最小値の差分ΔＡｍを算出し、所定値以下かどうかの判断を行う。

そして、計測終了時刻Ｔｅまでに記憶された全ての加速度データについて所定値以下かどうかの判断がなされたときにステップＳ１３の判断がＹＥＳとなってステップＳ１４に移行する。

以上により、各時刻における「活動」、「非活動」が明確になったため、ステップＳ１４で計測開始時刻を再度Ｔとする。この後、」ステップＳ１１で“非活動”として記憶された時間について“非活動”が２分以上連続する箇所を検出し、その開始をそれぞれＴ＋ΔＴ×Ｌａとし、終了をＴ＋ΔＴ×Ｌｂとする（ステップＳ１５）。ここでＬａ、Ｌｂは自然数、ΔＴ＝６δｔ＝１分である。このＴ＋ΔＴ×Ｌａを睡眠開始時刻、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｂを睡眠終了時刻、（Ｌａ−Ｌｂ）を“睡眠時間”と見なし（ステップＳ１６）、その後、処理を終了する（ステップＳ１７）。

上記した第１実施形態によれば、１分間ごとの加速度データの最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出し、該差分が所定値以下になるか否かに基づいて被検体の睡眠状態を判断することにより、被検体の睡眠状態を簡単な方法により正確に判定することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では被検体４の胸部に１個のセンサユニットを装着した場合について説明したが、第２実施形態では被検体４の複数個所（胸部、左下腕部、右下腕部、左大腿部、右大腿部、）に複数のセンサユニットを装着し、各センサユニットにより検出される加速度データを考慮して総合的に被検体の睡眠状態を判定することを特徴とする。各センサユニットから受信した加速度データの処理については第１実施形態で用いた手法が利用される。図１２は、被検体４の胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部にセンサユニット２−１〜２−５をそれぞれ装着した様子を示している。ここでのセンサユニット２−１〜２−５における加速度センサは被検体の左右方向の動きを検出するものとする。

図１３は、複数のセンタユニット（ここではセンサユニット２−１〜２−５）からの加速度データの受信後に、被検体４の睡眠状態を判定するセンタ装置１’の特にセンサデータ収集処理部１５’の構成を示している。各センサユニット２−１〜２−５から送信された加速度データはセンタ装置１’のアンテナ部１７、信号分配部１２、受信部１３を介して加速度データ識別部７１に取り込まれ、どのセンサユニットからの加速度データであるかの識別が行われ、加速度データＡ記憶部１１１ａ〜加速度データＥ記憶部１１１ｅのうちの対応する加速度データ記憶部にいったん記憶される。ここではセンサユニット２−１の加速度データは加速度データＡ記憶部１１１ａに、センサユニット２−２の加速度データは加速度データＢ記憶部１１１ｂに、センサユニット２−３の加速度データは加速度データＣ記憶部１１１ｃに、センサユニット２−４の加速度データは加速度データＤ記憶部１１１ｄに、センサユニット２−５の加速度データは加速度データＥ記憶部１１１ｅに記憶される。

各記憶部１１１ａ〜１１１ｅに記憶された加速度データは各データ平均化処理部１１２ａ〜１１２ｅにより適宜読み出されてそれぞれ平均化処理が施される。最大最小差分算出部１１３ａ〜１１３ｅはこれらの加速度データを取り込んで、各加速度データについて所定の時間間隔（ここでは１分）ごとに計測により得られたデータが終了するまで最大値と最小値を検出するとともに、該最大値と最小値の差分を算出する。睡眠状態判定部１１４は、各最大最小差分算出部１１３ａ〜１１３ｅで算出された各差分を取り込んでそれらが所定値（ここでは９８０×（２０／９０）ｃｍ／ｓ²）以下かどうかを検出し、所定値を越えるならば“活動”、所定値以下であるならば“非活動”であると判定する。これによって、被検体４の胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部の５箇所について“活動”であるか“非活動”であるかが１分間ごとにそれぞれ判断される。ここでは、さらに、被検体４の胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部についてすべてが“非活動”である場合を“全非活動（第１の区間）”、胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部のうち少なくとも１箇所について“活動”である場合を“全活動（第２の区間）”として総合的に判定する。

図１４は、上記判定によって得られた最初の数分間についてのデータの一例を示している。被検体４の胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部の各々について“活動”であるか“非活動”であるかの判定結果が１分ごとに示されるとともに、“全非活動”であるかあるいは “全活動”であるかの総合判定結果が示されている。但し図１４において、○は“非活動”、×は“活動”、Ａ^* は“全非活動”、Ａは“全活動”を表している。例えば、最初の１分間（１）では、胸部が“活動”、右大腿部が“非活動”、左大腿部が“活動”、右下腕部が“非活動”、左下腕部が“非活動”である。したがって、この場合被検体４の胸部と左大腿部の２箇所は“活動”であるので、総合判定は“全活動”となる。次の１分間（２）では、被検体４の左大腿部と左下腕部の２箇所は“活動”であるので、総合判定は“全活動”となる。さらに次の１分間（３）では、被検体４の左下腕部の２箇所は“活動”であるので、総合判定は“全活動”となる。

これに対して、（４）から（８）の時間区間では胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部がすべて“非活動”となっているので総合判定は“全非活動”となる。ここで、“全非活動”の区間が２分間以上継続する場合、この時間区間を被検体４が睡眠状態にあるという趣旨で“睡眠時間”と定義する。したがって、図１４の例では、（４）が睡眠開始時刻、（８）が睡眠終了時刻、（８）から（４）の時間間隔を“睡眠時間”と言うことができる。」
（第２実施形態の第１の変形例）
第１の変形例では、例えば図１５に示す表で代表される判定結果において、 “全非活動”と“全非活動”との間に“全活動”が挟まれている場合、当該“全活動”の時間間隔が所定時間（例えば1分間）以内であれば、当該“全活動”を“全非活動”と見なし、当該“全活動”にその前と後の“全非活動”を加えて通算した時間間隔を“睡眠時間”とみなす。例えば、図１５に示す例では、時間間隔（６）における総合判定は“全活動”であり、その前後は“全非活動”である。しかしこの場合、“全非活動”の時間間隔が1分以下であるため、時間間隔（６）における総合判定が“全活動”であっても“全非活動”であるとみなされる。すなわち、（２）が睡眠開始時刻、（１２）が睡眠終了時刻、（２）から（８）の時間間隔を“睡眠時間”と言うことができる。

（第２実施形態の第２の変形例）
第２の変形例では、例えば図１４の表に示される判定結果において、 基準となる箇所（ここでは胸部）について２分以上継続して“非活動”と判定されている時間間隔（ここでは（２）〜（８））を基準に考え、この時間間隔内で総合判定が“全活動”となっている時間間隔を検出する。そして、この“全活動” となっている時間間隔（ここでは（２）と（３））を合計した時間の、基準となる時間間隔に対する割合を算出し、所定値（例えば０．３）以下か否かを判断する。そして、所定値以下ならば、たとえ“全活動”と判定された時間間隔が存在しても、基準とされた“非活動”の時間間隔全体を“全非活動”とみなして“睡眠時間”とする。すなわち、（２）が睡眠開始時刻、（８）が睡眠終了時刻、（２）から（８）の時間間隔を“睡眠時間”と言うことができる。一方、所定値（例えば０．３）を超える場合、基準とされた胸部の“非活動”の時間間隔全体を“全活動”と見なす。そのため、（２）から（８）は“睡眠時間”とは見なされない。

（第２実施形態の第３の変形例）
第２の変形例では、例えば図１６の表に示される判定結果において、基準となる箇所（ここでは胸部）について２分以上継続して“非活動”と判定されている時間間隔（ここでは（２）〜（１７））を基準に考え、この時間間隔内で総合判定が“全活動”となっている時間間隔を検出する。そして、この“全活動” となっている時間間隔（ここでは（１０）〜（１８））を合計した時間の、基準となる時間間隔に対する割合を算出し、所定値（例えば０．３）以下か否かを判断する。図１６のように所定値の０．３を超えると、第２の変形例では基準となる箇所が“非活動”であっても、その時間間隔は“全活動”と見なしていた。しかし、それでも“全非活動”が所定時間継続する場合は、実質的に“睡眠時間”であると判断されるため、“全非活動”の時間間隔が所定時間（例えば２０分間）以上の場合は、その“全非活動”の継続時間間隔を“睡眠状態”と見なす。すなわち、図１６では、（３）が睡眠開始時刻、（９）が睡眠終了時刻、（３）から（９）の時間間隔を“睡眠時間”と言うことができる。

図１７、図１８は、上記した第２実施形態及びその変形例において、センサデータ収集処理部１５の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。ここでは説明を簡単にするために、被検体４の胸部、右大腿部、左大腿部、右下腕部、左下腕部に装着されたセンサユニット２−１〜２−５の加速度センサからの加速度データのうち、被検体４の胸部、右大腿部の２箇所に装着されたセンサユニット２−１及び２−２内の加速度センサからの加速度データのみを前提にして説明する。まず、計測開始時刻をＴとする（ステップＳ１０１）。次に、センサユニット２−１内の加速度センサにより検出された加速度データについてはステップＳ１０２〜Ｓ１１３が実行され、センサユニット２−２内の加速度センサにより検出された加速度データについてはステップＳ１１４〜Ｓ１２５が実行される。しかし、ステップＳ１０２〜Ｓ１１３における処理及びステップＳ１１４〜Ｓ１２５における処理は、第１実施形態における図１１のステップＳ２〜Ｓ１３と全く同様にあるのでここでの詳細な説明は省略する。

ステップＳ１１３あるいはステップＳ１２５の後はステップＳ１２６（図１８）に移行して再び計測開始時刻をＴとし、記憶している各加速度センサの各時刻の判断が“非活動”か、“活動”かを読み出す。次のステップＳ１２７でカウンタ変数Ｋに０を代入する。次に、胸部に装着されたセンサユニット２−１内の加速度センサからの加速度データに関して、時刻Ｔ＋Ｋ×ΔＴ（ΔＴ＝１分）で、“非活動”であるか否かを読み出して判断する（ステップＳ１２８）。ＹＥＳの場合には右大腿部に装着されたセンサユニット２−２内の加速度センサからの加速度データに関して、時刻Ｔ＋Ｋ×ΔＴ（ΔＴ＝１分）で、“非活動”であるか否かを読み出して判断する（ステップＳ１２９）。ここでの判断がＹＥＳの場合には時刻Ｔ＋Ｋ×Δｔで“全非活動”であると判断して記憶する（ステップＳ１３０）。また、ステップＳ１２８の判断がＮＯあるいはステップＳ１２９の判断がＮＯの場合にはいずれか一方は“全活動”であると考えられるので時刻Ｔ＋Ｋ×Δｔで“全活動”であると判断して記憶する（ステップＳ１３１）。

次に、カウンタ変数Ｋを１インクリメントし（ステップＳ１３２）、データ終了か否かを判断する（ステップＳ１３３）。ここでの判断がＮＯならば、ステップＳ１２８に戻って次の時間間隔Ｔ＋Ｋ×ΔＴについて“非活動”か否かの判断を行う。そして、すべての加速度データに関してＴ＋Ｋ×ΔＴの判断が終了するとステップＳ１３３の判断がＹＥＳとなる。

ここで再び計測開始時刻をＴとし、記憶されている各時刻での“全非活動”、“全活動”のデータを読み出す（ステップＳ１３４）。そして胸部に装着されたセンサユニット２−１内の加速度センサからの加速度データに関して、連続する非活動の時間間隔の開始をＴ＋ΔＴ×Ｌａ、終了をＴ＋ΔＴ×Ｌｂ（ここでＬａ、Ｌｂは自然数）とする（ステップＳ１３５）。次にＴ＋ΔＴ×ＬａとＴ＋ΔＴ×Ｌｂの間に、“全活動”が所定時間の割合以上含まれるか否かを判断し（ステップＳ１３６）、ＹＥＳの場合にはステップＳ１３８に進み、ＮＯの場合にはＴ＋ΔＴ×Ｌａを睡眠開始時刻とし、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｂを睡眠終了時刻とし、（Ｌｂ−Ｌａ）を“睡眠時間”と見なす（ステップＳ１３７）。

一方、ステップＳ１３８では、Ｔ＋ΔＴ×ＬａとＴ＋ΔＴ×Ｌｂの間に、“全非活動”が所定時間連続（Ｔ＋ΔＴ×ＬｃからＴ＋ΔＴ×Ｌｄ（ここでＬｃ、Ｌｄは自然数））しているか否かを判断し、ＮＯの場合にはステップＳ１４３に進み、ＹＥＳの場合にはＴ＋ΔＴ×Ｌｃを睡眠開始時刻とし、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｄを睡眠終了時刻とし、（Ｌｄ−Ｌｃ）を“睡眠時間”と見なす（ステップＳ１３９）。ステップＳ１４３では、Ｔ＋ΔＴ×ＬａとＴ＋ΔＴ×Ｌｂの間は“全活動”であると見なし、睡眠時間とは見なさない。

一方、ステップＳ１４０では、連続する全非活動（ここでは開始をＴ＋ΔＴ×Ｌｘとし、終了をＴ＋ΔＴ×Ｌｙ（Ｌｘ、Ｌｙは自然数））と、次の連続する全非活動（ここでは開始をＴ＋ΔＴ×Ｌｚとし、終了をＴ＋ΔＴ×Ｌｗ（Ｌｚ、Ｌｗは自然数））の間に挟まれる全活動の時間が所定時間以内か否かを判定し、ＹＥＳの場合にはＴ＋ΔＴ×Ｌｘを睡眠開始時刻とし、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｗを睡眠終了時刻とし、（Ｌｗ−Ｌｘ）を“睡眠時間”と見なす（ステップＳ１４１）。

一方、ステップＳ１４０の判断がＮＯの場合にはステップＳ１４２に進んで、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｘを睡眠開始時刻とし、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｙを睡眠終了時刻とし、（Ｌｙ−Ｌｘ）を“睡眠時間”と見なす。さらにＴ＋ΔＴ×Ｌｚを睡眠開始時刻とし、Ｔ＋ΔＴ×Ｌｗを睡眠終了時刻とし、（Ｌｗ−Ｌｚ）を“睡眠時間”と見なす。このように、前後で睡眠時間を分けることになる。

上記した第２実施形態及びその変形例によれば、複数のセンサユニットからの加速度データに基いて睡眠状態を判定するようにしたので、第１実施形態の効果に加えて、当該判定の精度を高めることができる。

なお、図１７、図１８のフローチャートは、センサユニットが２個の場合の処理の流れを示しているが、図１２のように５個のセンサユニットの場合、あるいはそれ以上の個数のセンサユニットを用いた場合には、図１７に示す縦方向の処理（センサ２個の場合は２列）はセンサの個数分だけ必要になる。図１８に示すその後の処理もセンサ個数を考慮して同様の手順で行うことができる。

さらに、各種の所定値についても実施形態で用いたものに限定されることはなく、本発明を実施するにあたって適宜変更することができる。

第１実施形態及び２実施形態さらにその変形例の説明では、左右方向の動きを検出する加速度センサ２５１を用いた場合について説明したが、被検体４の前後方向の動きを検出する加速度センサを用いて睡眠状態を判定することも可能であり、第１実施形態と同様の効果が得られる。ここで前後方向の動きとは、図２に示すように被検体４が横たわっている状態において身体の身長方向の動きを意味するものとする。

なお、上記の第１、第２実施形態及びその変形例では、被検体４の左右方向の動きを検出する１軸の加速度センサを用いたが、被検体４の左右及び前後方向の動きを検出する２軸の加速度センサ、さらには被検体４の上下、左右、前後方向の動きを検出する３軸の加速度センサを用いてもよい。

（第３実施形態）
第１〜第２実施形態及びその変形例では、センシング開始のタイミングやセンシング周期はセンタ装置１からの指令により与えられたが、このような方法に限定されることはない。図１９は、センシング開始や終了のタイミング及びセンシング周期に関する設定機能をセンサユニット２内のセンサ駆動制御部２４に設けた場合の実施形態を示している。この場合、センサ本体２５内の加速度センサは、センサ駆動制御部２４からの指令に従って、センシング動作を開始し、検出された加速度データはセンシング信号としてアンテナ部２１を介してセンタ装置１に送信される。このような構成によれば、センサユニット２内部のセンサ駆動信号受信部を省略することができる。さらに、センタ装置１内部の信号分配部１２、送信部１４、センサ制御部１６を省略することができる。

図２０は、本発明の第４実施形態の変形例の構成である。ここでは、センサ駆動制御部２４からの指定に基づいて加速度センサにより検出された加速度データはセンシングデータとしてセンシング信号蓄積部２７にいったん蓄積される。その後、センシングデータは記録媒体等に格納されてセンタ装置１に届けられる。このような構成によれば、センサユニット２内部のセンシング信号送信部及びセンサ駆動信号受信部を省略することができる。さらに、センタ装置１内部のアンテナ部１１、信号分配部１２、受信部１３、送信部１４、センサ制御部１６を省略することができる。

なお、上記した第１〜第３実施形態では、加速度センサにより検出されたセンシング信号を通信回線を介してセンタ装置に送信し、該センタ装置において、当該センシング信号に基づいて被検体の睡眠状態を検出するようにしたが、必ずしも通信回線を介した構成に限定されることはない。すなわち、被検体４からセンシング信号を取得する機能と、当該センシング信号に基づいて被検体４の睡眠状態を判定する機能とが睡眠状態検出装置として１つの筐体に収納されていてもよいし、２つの筐体に別々に収納されていてもよいことは勿論である。

その他、センタ装置１及びセンサユニット２の構成、センシング対象物の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。要するに本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１実施形態にかかる睡眠状態判定システムの概略構成を示す図である。 ベッド５に横たわって睡眠状態にある被検体４のようすを示している。 睡眠状態にある被検体４の左右方向の動きにおける各姿勢と、左右方向の動きを検出する１軸の加速度センサ２５１の向きと、センサ計測値との関係を示す図である。 センサユニット２の概略構成を示す図である。 図４に示すセンサユニット２におけるセンタ本体２５とセンサ駆動制御部２４の概略構成を示す図である。 図４に示すセンサユニット２における主としてセンシング信号送信部２２とセンサ駆動信号受信部２３の概略構成を示す図である。 センタ装置１において、特にセンサデータ収集処理部１５の構成を示す図である。 最大最小差分算出部１１３に取り込まれる加速度データに基いて最大最小の差分を求める方法を説明するための図である。 図８の差分Ａ，Ｂ，Ｃの絶対値をとったときの図である。 各絶対差分を所定値で２つに区分けした状態を示す図である。 センサデータ収集処理部１５での処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態として、被検体４の各部に複数のセンサユニットを装着した様子を示す図である。 複数のセンタユニット（センサユニット２−１〜２−５）からの加速度データの受信後に被検体４の睡眠状態を判定するセンタ装置１’の特にセンサデータ収集処理部１５’の構成を示す図である。 第２実施形態の判定によって得られた最初の数分間についてのデータの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態の第１の変形例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の第３の変形例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態及びその変形例において、センサデータ収集処理部１５での処理の詳細を説明するためのフローチャート（前部）である。 本発明の第２実施形態及びその変形例において、センサデータ収集処理部１５での処理の詳細を説明するためのフローチャート（後部）である。 本発明の第３実施形態の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１ センタ装置
２ センサユニット
３ 無線ネットワーク
４ 被検体
５ ベッド
１１ アンテナ部
１２ 信号分配器
１３ 受信部
１４ 送信部
１５ センサデータ収集処理部
１６ センサ制御部
２１ アンテナ部
２２ センシング信号送信部、
２３ センサ駆動信号受信部
２４ センサ駆動制御部
２５ センサ本体
２６ バッテリ
１１１ 加速度データ記憶部
１１２ データ平均化処理部
１１３ 最大最小差分算出部
１１４ 睡眠状態判定部

Claims (9)

1. 被検体の体表面の所定の箇所に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を具備し、
   前記センサユニットは、
   該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、
   前記センタ装置は、
   前記センサユニットから送信された加速度データを受信する受信部と、
   前記受信部を介して受信された加速度データについて所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出する最大最小差分算出部と、
   前記最大最小差分算出部で算出された前記差分が所定値以下になるか否かを各時間間隔毎に検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する睡眠状態判定部と、
   を具備することを特徴とする睡眠状態判定システム。
2. 前記睡眠状態判定部は、前記差分が所定値以下になる時間間隔が２つ以上連続するか否かに基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する請求項１記載の睡眠状態判定システム。
3. 被検体の体表面の所定の箇所に装着された複数のセンサユニットと、この複数のセンサユニットと通信可能に接続され、前記複数のセンサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を具備し、
   前記複数のセンサユニットの各々は、
   該被検体の動きに伴って生ずる加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサにより取得された加速度データを送信する送信部と、を具備し、
   前記センタ装置は、
   前記センサユニットから送信された複数の加速度データを受信する受信部と、
   前記受信部を介して受信された複数の加速度データについて所定の時間間隔ごとに複数の最大値と最小値を算出するとともに、該複数の最大値と最小値に基く複数の差分を算出する最大最小差分算出部と、
   各時間間隔が、前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の全てが所定値以下になる第１の区間であるか、若しくは前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の少なくとも１つが前記所定値を超える第２の区間であるかを検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する睡眠状態判定部と、
   を具備することを特徴とする睡眠状態判定システム。
4. 前記睡眠状態判定部は、前記第２の区間が前記第１の区間に挟まれる場合において、前記第２の区間の長さに基いて前記被検体の睡眠状態を判定する請求項３記載の睡眠状態判定システム。
5. 前記睡眠状態判定部は、前記複数のセンサユニットのうち特定の１つのユニットについての差分が連続して所定値以下になる時間間隔の合計に対する、前記第２の区間の合計の割合を算出し、該割合が所定値以下であるか否かに基づいて前記被検体の睡眠状態を判定する請求項３記載の睡眠状態判定システム。
6. 前記睡眠状態判定部は、前記複数のセンサユニットのうち特定の１つのユニットについての差分が連続して所定値以下になる時間間隔の合計に対する、前記第２の区間の合計の割合を算出し、該割合が所定値を越える場合には、前記第１の区間の合計が所定時間よりも長いかどうかを判定し、該判定結果に基いて前記被検体の睡眠状態を判定する請求項３記載の睡眠状態判定システム。
7. 前記センタ装置は、前記センサユニットのセンシング開始と終了及びセンシング周期を制御する制御信号を送信するための送信部を有し、前記センサユニットは、前記制御信号を受信するための受信部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の睡眠状態判定システム。
8. 被検体の体表面の所定の箇所に装着されたセンサユニットと、このセンサユニットと通信可能に接続され、前記センサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を用いた睡眠状態判定方法であって、
   前記センサユニットにおいて、
   前記被検体の動きに伴って生ずる加速度を加速度センサによって検出するステップと、
   前記加速度センサにより検出された加速度データを送信部を介して送信するステップとを具備し、
   前記センタ装置において、
   前記センサユニットから送信された加速度データを受信部を介して受信するステップと、
   最大最小差分算出部によって、前記受信部を介して受信された加速度データについて所定の時間間隔ごとに最大値と最小値とを求めるとともに、前記最大値と最小値の差分を算出するステップと、
   睡眠状態判定部によって、前記最大最小差分算出部で算出された前記差分が所定値以下になるか否かを各時間間隔毎に検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するステップと、
   を具備することを特徴とする睡眠状態判定方法。
9. 被検体の体表面の所定の箇所に装着された複数のセンサユニットと、この複数のセンサユニットと通信可能に接続され、前記複数のセンサユニットからのセンシング信号に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するセンタ装置と、を用いた睡眠状態判定方法であって、
   前記複数のセンサユニットの各々において、
   該被検体の動きに伴って生ずる加速度を加速度センサによって検出するステップと、
   前記加速度センサにより検出された加速度データを送信部を介して送信するステップと、を具備し、
   前記センタ装置において、
   前記センサユニットから送信された複数の加速度データを受信部を介して受信するステップと、
   最大最小差分算出部によって、前記受信部を介して受信された複数の加速度データについて所定の時間間隔ごとに複数の最大値と最小値と、該複数の最大値と最小値に基く複数の差分を算出するステップと、
   睡眠状態判定部によって、各時間間隔が、前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の全てが所定値以下になる第１の区間であるか、若しくは前記最大最小差分算出部で算出された前記複数の差分の少なくとも１つが前記所定値を超える第２の区間であるかを検出し、該検出結果に基づいて前記被検体の睡眠状態を判定するステップと、
   を具備することを特徴とする睡眠状態判定方法。

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