JP2008154681A - 睡眠深度判定装置及び睡眠深度判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することができる睡眠深度判定装置を提供する。
【解決手段】 睡眠深度判定装置1は、心拍信号を取得する心拍センサ10と、呼吸信号を取得する呼吸センサ11と、取得した心拍信号から心拍変動を求めるとともに呼吸信号から呼吸変動を求め、該呼吸変動に対する心拍変動の遅れ時間(位相差)に基づいて睡眠深度を判定するECU20とを備えている。ECU20には、心拍数から瞬時心拍数を取得する心拍信号前処理部21、瞬間心拍数から心拍変動を抽出する心拍変動抽出部22、呼吸信号から呼吸数を取得する呼吸信号前処理部23、呼吸数から呼吸変動を抽出する呼吸変動抽出部24、呼吸変動波形に対する心拍変動波形の遅れ時間を検出する位相差検出部25、および、遅れ時間に基づいて睡眠深度を判定する睡眠深度判定部26が構成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 睡眠深度判定装置1は、心拍信号を取得する心拍センサ10と、呼吸信号を取得する呼吸センサ11と、取得した心拍信号から心拍変動を求めるとともに呼吸信号から呼吸変動を求め、該呼吸変動に対する心拍変動の遅れ時間(位相差)に基づいて睡眠深度を判定するECU20とを備えている。ECU20には、心拍数から瞬時心拍数を取得する心拍信号前処理部21、瞬間心拍数から心拍変動を抽出する心拍変動抽出部22、呼吸信号から呼吸数を取得する呼吸信号前処理部23、呼吸数から呼吸変動を抽出する呼吸変動抽出部24、呼吸変動波形に対する心拍変動波形の遅れ時間を検出する位相差検出部25、および、遅れ時間に基づいて睡眠深度を判定する睡眠深度判定部26が構成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、睡眠深度判定装置及び睡眠深度判定方法に関する。
従来から、人の睡眠の深さ、すなわち睡眠深度を判定する技術が考案されている。このような技術として、被験者をエアマットに横たわらせて、被験者の心拍、呼吸、体動によるエアマットの圧力変化を圧力センサで検出するとともに、その検出結果から呼吸循環器系の生体信号である心拍信号、呼吸信号と体動信号とを分離し、この心拍信号、呼吸信号の振幅・分散から被験者の睡眠深度を判定する技術が特許文献1に記載されている。
特開2006−26302号公報
上記技術では、エアマットの圧力変化を圧力センサで検出することによって心拍信号や呼吸信号などを取得している。ここで、呼吸する際に人の胸は身体の前方に対して広がりやすいため、被験者の横たわり方(例えば、仰向けか横向きかなど)により、圧力センサで検出される圧力変化の振幅が変動してしまう。そのため、心拍信号、呼吸信号の振幅・分散から被験者の睡眠深度を精度良く判定しようとした場合には、被験者の横たわり方を略一定にしておくことが好ましいが、それでは被験者の睡眠時の姿勢を制約することとなる。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することができる睡眠深度判定装置及び睡眠深度判定方法を提供することを目的とする。
本発明者は、実験により、心拍変動を起こす要因である呼吸の変動と心拍変動のピーク周波数は同じであるが、呼吸変動に対して心拍変動は位相遅れを伴うことを発見した。一方、人は胸部および腹部を使って呼吸を行うが、覚醒時には腹部が優位になり、睡眠が深くなるにつれ胸部が優位になることが知られていた。そこで、本発明者は、「睡眠が深くなるにつれて胸郭変位が優位になり位相が遅れていく」という仮説を立てて鋭意研究を進めた。その結果、睡眠が深くなると呼吸変動に対する心拍変動の位相差が大きくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明に係る睡眠深度判定装置は、心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得手段と、心臓の拍動に影響を与える要因の生体信号を取得する生体信号取得手段と、心拍信号取得手段により取得された心拍信号から心拍変動を求め、生体信号取得手段により取得された生体信号から要因変動を求めるとともに、要因変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る睡眠深度判定方法は、心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得ステップと、心臓の拍動に影響を与える要因の生体信号を取得する生体信号取得ステップと、心拍信号取得ステップで取得された心拍信号から心拍変動を求め、生体信号取得ステップで取得された生体信号から要因変動を求めるとともに、要因変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。
本発明に係る睡眠深度判定装置又は睡眠深度判定方法によれば、心拍に影響を与える要因の変動と心拍変動とが求められるとともに、該要因変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度が判定される。ここで、上述したように、睡眠深度が深くなると心拍変動を起こす要因の変動(例えば呼吸変動)に対する心拍変動の位相差(位相の遅れ時間)が大きくなるため、該位相差に基づいて睡眠深度を判定することが可能となる。また、位相差から睡眠深度を判定するため、被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することができる。
本発明に係る睡眠深度判定装置では、心臓の拍動に影響を与える要因は呼吸であり、生体信号取得手段が、呼吸に応じた呼吸信号を取得し、判定手段が、呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、呼吸変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定することが好ましい。
また、本発明に係る睡眠深度判定方法では、心臓の拍動に影響を与える要因は呼吸であり、生体信号取得ステップでは、呼吸に応じた呼吸信号を取得し、判定ステップでは、呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、呼吸変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定することが好ましい。
本発明に係る睡眠深度判定装置又は睡眠深度判定方法によれば、心拍変動を起こす要因として呼吸が採用され、呼吸変動と心拍変動の位相差(位相の遅れ時間)に基づいて睡眠深度が判定されるため、適切に睡眠深度を判定することが可能となる。
なお、心拍変動を起こす要因としては、呼吸の他に血圧や体温があり、呼吸に代えて血圧や体温を採用してもよい。
本発明に係る睡眠深度判定装置では、上記判定手段が、呼吸変動と心拍変動の位相差が大きいほど、睡眠深度が深いと判定することが好ましい。
また、本発明に係る睡眠深度判定方法では、判定ステップにおいて、呼吸変動と心拍変動の位相差が大きいほど、睡眠深度が深いと判定することが好ましい。
上述したように、睡眠が深くなると呼吸変動に対する心拍変動の位相差が大きくなる。本発明に係る睡眠深度判定装置又は睡眠深度判定方法によれば、呼吸変動と心拍変動の位相差が大きいほど睡眠深度が深いと判定されるため、睡眠深度の深さを段階的(定量的)に判定することが可能となる。
本発明に係る睡眠深度判定装置は、心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得手段と、呼吸に応じた呼吸信号を取得する生体信号取得手段と、心拍信号取得手段により取得された心拍信号から心拍変動を求め、生体信号取得手段により取得された呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、呼吸変動と心拍変動との相関に基づいて睡眠深度を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る睡眠深度判定方法は、心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得ステップと、呼吸に応じた呼吸信号を取得する生体信号取得ステップと、心拍信号取得ステップで取得された心拍信号から心拍変動を求め、生体信号取得ステップで取得された呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、呼吸変動と心拍変動との相関に基づいて睡眠深度を判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。
本発明に係る睡眠深度判定装置又は睡眠深度判定方法によれば、呼吸変動と心拍変動とが求められるとともに、該呼吸変動と心拍変動の相関に基づいて睡眠深度が判定される。ここで、上述したように、睡眠深度が深くなると呼吸変動に対する心拍変動の位相差が大きくなり双方の相関が低下していくため、該相関に基づいて睡眠深度を判定することが可能となる。
本発明によれば、要因変動と心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定する構成としたので、被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。
[第1実施形態]
まず、図1を用いて、第1実施形態に係る睡眠深度判定装置1の全体構成について説明する。図1は、睡眠深度判定装置1の全体構成を示すブロック図である。
まず、図1を用いて、第1実施形態に係る睡眠深度判定装置1の全体構成について説明する。図1は、睡眠深度判定装置1の全体構成を示すブロック図である。
睡眠深度判定装置1は、心臓の拍動、すなわち心拍に応じた心拍信号、および、心拍に影響を与える要因である呼吸の信号を取得し、取得した心拍信号から心拍変動を求めるとともに呼吸信号から呼吸変動を求め、該呼吸変動と心拍変動の位相差(位相の遅れ時間)に基づいて睡眠深度を判定するものである。そのために、睡眠深度判定装置1は、心拍センサ10、呼吸センサ11、電子制御装置(以下「ECU」という)20を備えており、ECU20に心拍信号前処理部21、心拍変動抽出部22、呼吸信号前処理部23、呼吸変動抽出部24、位相差検出部25、および睡眠深度判定部26が構成されている。
心拍センサ10は、心筋収縮時に発生するパルス状の電圧(心電位)を検出する電位式心拍センサであり、被験者の心拍信号を取得するものである。心拍センサ10は、被験者に取り付けられた計測用電極から心電位を検出する。心拍センサ10は、取得した心拍信号をECU20に出力する。心拍センサ10は、特許請求の範囲に記載された心拍信号取得手段として機能し、心拍信号取得ステップを実行する。
呼吸センサ11は、被験者の呼吸信号を取得するものであり、例えば、呼吸により胸郭周囲の長さが変化する際に伸縮するチューブ(導電性ゴム)の抵抗値の変化を呼吸信号として検出する呼吸ピックアップなどが好適に用いられる。また、抵抗値が温度によって変化するサーミスタの検出部を鼻孔に取り付けて、鼻呼吸の呼気と吸気の温度差による抵抗値の変化を呼吸信号として検出するサーミスタ呼吸ピックアップや、被験者の皮膚表面の微動を非接触に検知するマイクロ波微動センサなどを用いてもよい。呼吸センサ11は、取得した呼吸信号をECU20に出力する。呼吸センサ11は、特許請求の範囲に記載された生体信号取得手段として機能する。
ECU20は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを記憶するRAM及びバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップRAM等により構成されている。
心拍信号前処理部21は、心拍センサ10からの心拍信号を一定時間毎に読み込み、心拍信号から1拍毎の瞬時心拍数を取得する。より詳細には、まず、心拍信号に対してバンドパスフィルタリング処理を行ってから、閾値を越えた時系列データを切り出す。次に、切り出された時系列データを2値化してから、2値化データを利用して区間幅(RR間隔)を求める。そして、区間幅から瞬時心拍数を取得する。心拍信号前処理部21において取得された瞬時心拍数は、心拍変動抽出部22に出力される。
心拍変動抽出部22は、心拍信号前処理部21において取得された瞬間心拍数から心拍変動を抽出する。その際、後述する呼吸変動との位相差を精度よく比較することができるようにデータ処理が行われる。より詳細には、まず、瞬間心拍数に対してフィルタ処理を行い高周波成分(約0.15〜0.40Hz、以下「HF成分」という)を抽出し、該HF成分の時系列を所定時間毎(例えば20秒〜30秒)に切り出す。次に、振幅の差やずれなどを解消するために、切り出されたデータを平均0、分散1となるように正規化した後、窓関数(例えばハミング窓)を掛け、心拍変動波形を取得する。心拍変動抽出部22において取得された心拍変動波形は、位相差検出部25に出力される。
一方、呼吸信号前処理部23は、呼吸センサ11からの呼吸信号を一定時間毎に読み込み、呼吸信号から呼吸数を取得する。呼吸信号前処理部23において取得された呼吸数は、呼吸変動抽出部24に出力される。
呼吸変動抽出部24は、呼吸信号前処理部23において取得された呼吸数から呼吸変動を抽出する。その際、上述した心拍変動との位相差を精度よく比較することができるようにデータ処理が行われる。より詳細には、まず、呼吸数に対してフィルタ処理を行い高周波成分(約0.15〜0.40Hz、以下「HF成分」という)を抽出し、該HF成分の時系列を上述した心拍信号の切り出しと同期をとりつつ所定時間(例えば20秒〜30秒)で切り出す。次に、切り出されたデータを平均0、分散1となるように正規化した後、窓関数(例えばハミング窓)を掛け、呼吸変動波形を取得する。ここで、正規化後(窓関数を掛ける前)の呼吸変動および心拍変動の実測波形を図2に示す。図2の横軸は時間(min)である。図2においては、呼吸変動波形を破線で示し、心拍変動波形を実線で示した。図2に示されるように、呼吸変動に対して心拍変動が位相差を持って変動していることがわかる。なお、呼吸変動抽出部24において取得された呼吸変動波形は、位相差検出部25に出力される。
位相差検出部25は、呼吸変動抽出部24で取得された呼吸変動波形に対する心拍変動抽出部22で取得された心拍変動波形の位相差(遅れ時間)を検出する。より詳細には、呼吸変動波形と心拍変動波形とが最もよく一致する時刻まで、1サンプリングタイム(例えば、5msec)づつ呼吸変動波形をずらしてゆき、呼吸振動波形に対する心拍振動波形の位相差(遅れ時間)を検出する。そして、検出された位相差(遅れ時間)の時系列データをローパスフィルタを用いてフィルタリング処理し、処理後の位相差(遅れ時間)データを睡眠深度判定部26に出力する。ここで、位相差検出部25で検出された位相差(遅れ時間)の時系列データを図3に示す。図3の横軸は時間(min)、縦軸は遅れ時間(sec)である。図3においては、フィルタリング前の遅れ時間を細線で示し、フィルタリング後の遅れ時間を太線で示した。図3に示した実測例では、−10〜25(min)の領域で遅れ時間が増大しており、25〜40(min)の領域で遅れ時間が減少している。
睡眠深度判定部26は、位相差検出部25で検出された呼吸変動波形に対する心拍変動波形の位相差(遅れ時間)に基づいて睡眠深度を判定する。より詳細には、睡眠深度判定部26は、位相差(遅れ時間)と予め記憶されている4つの睡眠深度判定しきい値とを順次比較することにより、睡眠深度を4段階(1:うとうと、2:寝息が立つ、3:深い眠り、4:より深い眠り)に判別する。
ここで、図4(a)に、図3の一部の領域(0〜30min)を切り出したものを示す。また、図4(b)に、(a)で示された領域での遅れ時間に基づいて判定された睡眠深度判定結果を示す。図4(b)の横軸は時間(min)であり、縦軸は睡眠深度(睡眠段階)である。
図4(a)(b)に示されるように、略0〜4(min)の領域では、遅れ時間が第1睡眠深度判定しきい値以下であり、睡眠深度が0(覚醒状態)と判定される。略4〜10(min)の領域では、遅れ時間が第1睡眠深度判定しきい値よりも大きくかつ第2睡眠深度判定しきい値以下であり、睡眠深度が1(うとうとしている状態)と判定される。また、略10〜18(min)の領域では、遅れ時間が第2睡眠深度判定しきい値よりも大きくかつ第3睡眠深度判定しきい値以下であり、睡眠深度が2(寝息が立つ状態)と判定される。略18〜22(min)の領域では、遅れ時間が第3睡眠深度判定しきい値よりも大きくかつ第4睡眠深度判定しきい値以下であり、睡眠深度が3(深い眠り状態)と判定される。さらに、略18〜26(min)の領域では、遅れ時間が第4睡眠深度判定しきい値よりも大きく、睡眠深度が4(より深い眠り状態)と判定される。なお、第4睡眠深度判定しきい値>第3睡眠深度判定しきい値>第2睡眠深度判定しきい値>第1睡眠深度判定しきい値である。
一方、26(min)以降の領域では遅れ時間が減少しているが、この場合も上述したように、遅れ時間と睡眠深度判定しきい値とを比較することにより睡眠深度が判定される。
ここで、睡眠深度判定しきい値を設定する方法としては、例えば、睡眠深度を他の方法で定量化して、位相差(遅れ時間)と対応付ける方法が挙げられる。睡眠深度を定量化する方法としては、例えばRechtschaffen & Kales(ラクトシャヘン&カールズ)による睡眠段階国際判定基準が挙げられる。なお、Rechtschaffen& Kales(ラクトシャヘン&カールズ)による睡眠段階国際判定基準では、脳波センサ、眼球センサ、オトガイ筋センサ等から得られた信号から、脳波分析、急速眼球運動の有無、オトガイ筋筋電図の持続性・相動性要素などを評価することにより、人の睡眠段階を覚醒状態、高速眼球運動(REM)を伴うレム睡眠、レムを含まないノンレム睡眠に分類し、さらにノンレム睡眠を脳波の状態により4段階に分類する。
上述したように、心拍信号前処理部21、心拍変動抽出部22、呼吸信号前処理部23、呼吸変動抽出部24、位相差検出部25、および睡眠深度判定部26を備えて構成されるECU20は、特許請求の範囲に記載された判定手段として機能し、判定ステップを実行する。
次に、図5〜7を併せて用いて睡眠深度判定装置1の動作及び睡眠深度判定方法について説明する。図5は、睡眠深度判定装置1による睡眠深度判定処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図6,図7は、睡眠深度判定処理における心拍変動抽出処理、および呼吸変動抽出処理の処理手順を示すフローチャートである。これらの処理は、ECU20によって行われるものであり、ECU20の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。
ステップS100では、心拍センサ10により検出された心拍信号が読み込まれる。続くステップS102では、ステップS100で読み込まれた心拍信号の変動を抽出する処理が行われる。ここで、図6を参照しつつ、この心拍変動抽出処理について説明する。
ステップS200では、ステップS100で読み込まれた心拍信号から1拍毎の瞬時心拍数が算出される。瞬時心拍数の算出方法については上述したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
続くステップS202では、ステップS200で算出された瞬時心拍数に対してフィルタ処理が行われHF成分(約0.15〜0.40Hz)が抽出される。続いて、ステップS204では、HF成分の時系列データから所定時間(例えば20秒〜30秒)毎にデータが切り出される。
次に、ステップS206では、振幅の差やずれなどを解消するために、切り出されたデータが平均0、分散1となるように正規化されるとともに、ハミング窓を用いた窓関数処理(ステップS208)が行われ、心拍変動波形が取得される。その後、図5に示されるステップS104に処理が移行する。
ステップS104では、呼吸センサ11により検出された呼吸信号が読み込まれる。続くステップS106では、ステップS104で読み込まれた呼吸信号の変動を抽出する処理が行われる。ここで、図7を参照しつつ、この呼吸変動抽出処理について説明する。
ステップS300では、ステップS104で読み込まれた呼吸信号から呼吸数が算出されるとともに、算出された呼吸数に対してフィルタ処理が行われHF成分(約0.15〜0.40Hz)が抽出される。続いて、ステップS302では、HF成分の時系列データから所定時間(例えば20秒〜30秒)毎にデータが切り出される。
次に、ステップS304では、振幅の差やずれなどを解消するために、切り出されたデータが平均0、分散1となるように正規化されるとともに、ハミング窓を用いた窓関数処理(ステップS306)が行われ、呼吸変動波形が取得される。その後、図5に示されるステップS108に処理が移行する。
ステップS108では、ステップS104で取得された呼吸変動波形とステップS102で取得された心拍変動波形の位相差(遅れ時間)が検出される。位相差(遅れ時間)の検出方法については上述したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
続くステップS110では、ステップS108で検出された位相差(遅れ時間)の時系列データに対してローパスフィルタを用いたフィルタリング処理が行われる。
続いて、ステップS112では、フィルタリング処理後の呼吸変動波形に対する心拍変動波形の位相差(遅れ時間)と睡眠深度判定しきい値とが順次比較されることにより、睡眠深度が判定される。睡眠深度の判定方法については上述したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
本実施形態によれば、呼吸変動と心拍変動とが求められるとともに、図4(a)(b)に示したように、呼吸変動と心拍変動の位相差(遅れ時間)に基づいて睡眠深度が判定される。ここで、上述したように、睡眠深度が深くなると心拍変動を起こす要因の変動(例えば呼吸変動)に対する心拍変動の位相差が大きくなるため、該位相差に基づいて睡眠深度を判定することが可能となる。また、位相差から睡眠深度を判定するため、被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することができる。
本実施形態によれば、呼吸変動波形に対する心拍変動波形の位相差(遅れ時間)と睡眠深度判定しきい値とが順次比較されることにより、睡眠深度が判定される。ここで、複数の睡眠深度判定しきい値を設定することにより、呼吸変動と心拍変動の位相差が大きいほど睡眠深度が深いと判定されるため、睡眠深度の深さを段階的に判定することが可能となる。
[第2実施形態]
次に、図8を用いて、第2実施形態に係る睡眠深度判定装置2の構成について説明する。図8は、睡眠深度判定装置2の全体構成を示すブロック図である。なお、図8において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
次に、図8を用いて、第2実施形態に係る睡眠深度判定装置2の構成について説明する。図8は、睡眠深度判定装置2の全体構成を示すブロック図である。なお、図8において第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
睡眠深度判定装置1は、呼吸変動波形に対する心拍変動波形の位相差(遅れ時間)に基づいて睡眠深度を判定したが、睡眠深度判定装置2は、呼吸変動波形と心拍変動波形との相関係数に基づいて睡眠深度を判定する。そのため、睡眠深度判定装置2は、位相差検出部25および睡眠深度判定部26に代えて、呼吸変動波形と心拍変動波形との相関係数を算出する相関係数算出部27、および相関係数算出部27で算出された相関係数に基づいて睡眠深度を判定する睡眠深度判定部26’を備えており、この点で上述した睡眠深度判定装置1と異なっている。その他の構成は、上述した睡眠深度判定装置1と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。
相関係数算出部27は、呼吸変動抽出部24で取得された呼吸変動波形と心拍変動抽出部22で取得された心拍変動波形との相関係数を算出する。ここで、相関係数算出部27で算出された相関係数の時系列データを図9に示す。図9の横軸は時間(min)、縦軸は相関係数である。図9においては、フィルタリング前の相関係数を細線で示し、フィルタリング後の相関係数を太線で示した。図9に示した実測例では、約10(min)以後の領域で相関が無くなり、逆相関へと変化している。
睡眠深度判定部26’は、相関係数算出部27で算出された呼吸変動波形と拍変動波形との相関係数に基づいて睡眠深度を判定する。より詳細には、睡眠深度判定部26’は、相関係数と予め記憶されている4つの睡眠深度判定しきい値とを順次比較することにより、睡眠深度を4段階(1:うとうと、2:寝息が立つ、3:深い眠り、4:より深い眠り)に判別する。
ここで、図10(a)に、図9の一部の領域(0〜30min)を切り出したものを示す。また、図10(b)に、(a)で示された領域での相関係数に基づいて判定された睡眠深度判定結果を示す。図10(b)の横軸は時間(min)であり、縦軸は睡眠深度(睡眠段階)である。なお、睡眠深度の判定方法、および睡眠深度判定しきい値の設定方法は、上述した第1実施形態と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。
次に、図11を用いて睡眠深度判定装置2の動作及び睡眠深度判定方法について説明する。図11は、睡眠深度判定装置2による睡眠深度判定処理の処理手順を示すフローチャートである。
本実施形態では、位相差検出処理(図5のフローチャートのステップS108)に代えて、相関係数算出処理(ステップS408)が実行される点で第1実施形態と異なっている。その他の処理(ステップS100〜S106、S110、S112)は、上述した第1実施形態と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。
ステップS408では、ステップS104で取得された呼吸変動波形とステップS102で取得された心拍変動波形との相関係数が算出される。なお、相関係数の算出方法は、公知の方法を用いることができる。
本実施形態によれば、呼吸変動と心拍変動とが求められるとともに、図10(a)(b)に示したように、呼吸変動と心拍変動の相関係数に基づいて睡眠深度が判定される。ここで、睡眠深度が深くなると呼吸変動に対する心拍変動の位相差が大きくなり双方の相関がなくなり、逆相関へと変化するため、相関係数に基づいて睡眠深度を判定することが可能となる。また、相関係数から睡眠深度を判定するため、被験者に姿勢の制約を課すことなく睡眠深度を判定することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、心拍信号を取得するセンサとしては、電位式心拍センサの他、心拍に応じて周期的に変化する赤外線の反射光量を検出する赤外線式心拍センサや運転者の血圧を検出するセンサ等を用いることができる。また、ベッドやシートなどに埋め込まれたエアバッグや圧電素子などにより心拍信号や呼吸信号を検出する非侵襲な方法を採用してもよい。
上記実施形態では、心拍変動に影響を与える要因として呼吸を選択したが、心拍変動を起こす要因としては、呼吸の他に血圧や体温があり、呼吸に代えて血圧や体温を採用してもよい。
また、上述した第2実施形態では、呼吸変動と心拍変動との相関係数を求めたが、3変数以上の多変量でもよい。すなわち、呼吸のほかに血圧や脈波から相関を求めてもよい。
上記実施形態では、睡眠深度判定しきい値を設定する際に、睡眠深度を定量化する方法として、Rechtschaffen & Kales(ラクトシャヘン&カールズ)による睡眠段階国際判定基準を採用したが、顔画像から睡眠深度を定量化する方法(「人間感覚計測マニュアル、第一編」P146、人間生活工学研究センター、参照)などを採用することもできる。
なお、本発明は、車両の運転者の睡眠深度判定の他に、健康器具や医療器具など様々な装置に適用することが可能である。
1,2…睡眠深度判定装置、10…心拍センサ、11…呼吸センサ、20…ECU、21…心拍信号前処理部、22…心拍変動抽出部、23…呼吸信号前処理部、24…呼吸変動抽出部、25…位相差検出部、26,26’…睡眠深度判定部、27…相関係数算出部。
Claims (8)
- 心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得手段と、
心臓の拍動に影響を与える要因の生体信号を取得する生体信号取得手段と、
前記心拍信号取得手段により取得された心拍信号から心拍変動を求め、前記生体信号取得手段により取得された生体信号から要因変動を求めるとともに、該要因変動と前記心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする睡眠深度判定装置。 - 前記心臓の拍動に影響を与える要因は呼吸であり、
前記生体信号取得手段は、呼吸に応じた呼吸信号を取得し、
前記判定手段は、前記呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、該呼吸変動と前記心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定することを特徴とする請求項1に記載の睡眠深度判定装置。 - 前記判定手段は、前記呼吸変動と前記心拍変動の位相差が大きいほど、睡眠深度が深いと判定することを特徴とする請求項2に記載の睡眠深度判定装置。
- 心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得手段と、
呼吸に応じた呼吸信号を取得する生体信号取得手段と、
前記心拍信号取得手段により取得された心拍信号から心拍変動を求め、前記生体信号取得手段により取得された呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、該呼吸変動と前記心拍変動との相関に基づいて睡眠深度を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする睡眠深度判定装置。 - 心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得ステップと、
心臓の拍動に影響を与える要因の生体信号を取得する生体信号取得ステップと、
前記心拍信号取得ステップで取得された心拍信号から心拍変動を求め、前記生体信号取得ステップで取得された生体信号から要因変動を求めるとともに、該要因変動と前記心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする睡眠深度判定方法。 - 前記心臓の拍動に影響を与える要因は呼吸であり、
前記生体信号取得ステップでは、呼吸に応じた呼吸信号を取得し、
前記判定ステップでは、前記呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、該呼吸変動と前記心拍変動の位相差に基づいて睡眠深度を判定することを特徴とする請求項5に記載の睡眠深度判定方法。 - 前記判定ステップでは、前記呼吸変動と前記心拍変動の位相差が大きいほど、睡眠深度が深いと判定することを特徴とする請求項6に記載の睡眠深度判定方法。
- 心臓の拍動に応じた心拍信号を取得する心拍信号取得ステップと、
呼吸に応じた呼吸信号を取得する生体信号取得ステップと、
前記心拍信号取得ステップで取得された心拍信号から心拍変動を求め、前記生体信号取得ステップで取得された呼吸信号から呼吸変動を求めるとともに、該呼吸変動と前記心拍変動との相関に基づいて睡眠深度を判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする睡眠深度判定方法。
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