JP2010088727A - 睡眠判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】在床／離床判定の誤判定を検出することである。
【解決手段】在床判定部（43）では、就寝者の心拍数が在床判定閾値を超えると在床していると判定され、在床判定閾値を下回ると離床していると判定される。この在床／離床判定はメモリ（45）に記憶される。誤判定検出部（46）では、在床判定部（43）によって在床と判定された区間において体動と心拍数の相関係数Rが所定値を超える場合、また在床判定部（43）によって離床と判定された区間において体動と心拍数の相関係数Rが所定値以下である場合、在床判定部（43）による判定は誤判定であるとみなされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、睡眠判定装置に関し、特に、就寝者の離床／在床の誤判定に係るものである。

従来より、就寝者がベッド等の寝具に存在しているか否かを判定する離床判定装置が知られており、就寝者の睡眠状態をモニタリングする睡眠判定装置等に適用されている。

例えば特許文献１に開示されている離床判定装置は、就寝者の体動を検出して体動信号を出力する体動検知手段と、該圧電素子と電気配線を介して接続される回路ユニットとを備えている。上記回路ユニットでは、平滑回路や増幅回路等によって体動信号が所定レベルに変調される。その後、回路ユニットでは、変調された体動信号と、予め設定された離床判定閾値との比較が行われる。具体的に、回路ユニットでは、体動信号のレベルが離床判定閾値よりも所定時間以上継続して大きい場合には、就寝者が在床していると判定される。また、回路ユニットでは、体動信号のレベルが離床判定閾値以下となる場合には、就寝者が離床していると判定される。
特開平５−１５５１７号公報

上述したように、特許文献１の離床判定装置では、体動信号と離床判定閾値との大小比較により、就寝者の離床／在床判定を行うようにしている。ところが、例えば就寝者の寝室に振動源があり、寝具に振動が伝わってしまうような環境条件では、体動信号にノイズが重畳してしまうため、就寝者の離床／在床判定に誤りが生じてしまう虞がある。つまり、ノイズ等の外乱によって実際よりも高めの体動信号が検出され、実際は離床状態であるにも拘わらず在床していると誤判定してしまう。そして、この誤判定に基づいて判定した就寝者の睡眠状態について精度が低下するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、就寝者の在床／離床判定が誤判定であるか否かを判別することができる睡眠判定装置を提供することにある。

第１の発明は、就寝者の生体情報に関する第１信号と、該第１信号とは異なる生体情報に関する第２信号とを検出する生体信号検出手段（20,33）と、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号が判定閾値を超えると就寝者が在床していると判定する在床判定手段（43）と、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との信号比の分布のばらつき度に関する指標値に基づいて、上記在床判定手段（43）の判定が誤判定であるか否かを検出する誤判定検出手段（46）とを備えているものである。

上記第１の発明では、体動や心拍数など２つの異なる生体信号（第１信号、第２信号）が検出され、そのうちの第１信号と判定閾値との大小比較によって在床／離床判定が行われる。ここで、離床状態であるにもかかわらず、外部ノイズに起因する信号によって信号レベルが判定閾値を超え在床と誤判定する場合がある。そこで、本発明では、在床／離床判定された区間における２つの検出信号比の分布のばらつき度（ばらつき具合）を判断することで在床／離床判定が誤判定であるか否かが判定される。例えば、在床と判定された区間において検出された２つの信号比の分布のばらつき度が小さい場合、その検出信号の分布は生体信号によるものではなく外部ノイズによるものと推定され、その在床判定は誤判定であるとみなされる。また、離床と判定された区間において検出された２つの信号比の分布のばらつき度が大きい場合、その検出信号の分布は生体信号によるものと推定され、その離床判定は誤判定であるとみなされる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記指標値は、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との相関係数である。そして、上記誤判定検出手段（46）は、上記在床判定手段（43）によって在床と判定された区間における上記第１信号と第２信号との相関係数が所定値を超える場合、上記在床判定手段（43）による判定が誤判定であるとみなすものである。

上記第２の発明では、２つの信号比の分布のばらつき度がその２つの信号の相関係数によって判断される。そして、在床と判定された区間において上記相関係数が大きいと、２つの信号比の分布のばらつき度が小さいと判断され（即ち、２つの信号の相関性が高いと判断され）、その判定区間の検出信号の分布は外部ノイズによるものと推定される。したがって、その在床判定は誤判定とみなされる。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記指標値は、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との相関係数である。そして、上記誤判定検出手段（46）は、上記在床判定手段（43）によって在床でないと判定された区間における上記第１信号と第２信号との相関係数が所定値を下回る場合、上記在床判定手段（43）による判定が誤判定であるとみなすものである。

上記第３の発明では、２つの信号比の分布のばらつき度がその２つの信号の相関係数によって判断される。そして、離床と判定された区間において上記相関係数が小さいと、２つの信号比の分布のばらつき度が大きいと判断され（即ち、２つの信号の相関性が低いと判断され）、その判定区間の検出信号の分布は生体信号によるものと推定される。したがって、その離床判定は誤判定とみなされる。

第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１の発明において、上記生体信号検出手段（20,33）は、就寝者の生体情報として体動、呼吸および心拍のうち２つを上記第１信号および第２信号として検出するように構成されているものである。

上記第４の発明では、生体信号として、体動、呼吸および心拍に関する信号のうち２つの信号が検出される。

以上のように、本発明によれば、在床または離床と判定された区間において２つの生体信号比の分布のばらつき度（ばらつき具合）に関する指標値に基づいて在床／離床判定が誤判定であるか否かを判定することができる。つまり、その指標値に基づいて、判定区間における検出信号の分布が生体信号によるものか外部ノイズによるものかを判定（推定）することができる。そのため、在床と判定された区間において検出信号の分布が外部ノイズによるものである場合は、その在床の判定が誤判定であるとみなすことができる。また、離床と判定された区間において検出信号の分布が生体信号によるものである場合は、その離床の判定が誤判定であるとみなすことができる。これにより、在床／離床の誤判定を確実に検出することができ、引いては誤った在床／離床判定に基づいて検出（判定）された就寝者の睡眠状態を確実に排除する（見直す）ことができる。その結果、就寝者の睡眠状態を高精度に把握できる睡眠判定装置（10）を提供することができる。

また、第２および第３の発明によれば、２つの生体信号比の分布のばらつき度に関する指標値として、その２つの生体信号の相関係数を用いるようにした。したがって、２つの生体信号比の分布のばらつき度を容易に且つ簡易に把握することができる。その結果、簡易に誤判定を検出することができる。

また、第４の発明にように、就寝者の生体情報（生体信号）として、体動、呼吸および心拍の少なくとも１つを用いることで、簡易に且つ容易に生体情報を入手することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態に係る睡眠判定装置（10）は、就寝者の睡眠状態をモニタリングすることで、就寝者の健康管理を行うものである。この睡眠判定装置（10）は、感圧ユニット（20）と本体ユニット（30）を備えている。

上記感圧ユニット（20）は、就寝者から生起する体動を本体ユニット（30）へ伝達するためのものである。この感圧ユニット（20）は、感圧部（21）と圧力伝達部（22）とを備えている。感圧部（21）は、一端が閉塞して他端が開口する細長の中空状のチューブにより構成されている。感圧部（21）は、寝室（5）のベッド等の寝具（6）内に敷設されている。圧力伝達部（22）は、両端が開口する細長の中空状のチューブにより構成されている。圧力伝達部（22）は、感圧部（21）よりも小径となっている。圧力伝達部（22）は、一端が感圧部（21）の開口部（23）に接続され他端が本体ユニット（30）に接続されている。

上記本体ユニット（30）は、ケーシング（31）と取付部（32）と受圧部（33）とを有している。

上記ケーシング（31）は、扁平な箱状に形成されており、例えば寝室（5）内の床面に設置されている。ケーシング（31）の内部には、回路ユニット（40）が内蔵されている。上記取付部（32）は、ケーシング（31）の側面に形成されている。取付部（32）は、内方に向かって凹んだ略円環状の凹部（32a）と、該凹部（32a）内から外方へ突出する凸部（32b）とを有している。凸部（32b）には、ケーシング（31）の外部と内部とを連通するように軸方向に貫通穴（32c）が形成されている。そして、凸部（32b）には、圧力伝達部（22）の他端部が外嵌する。これにより、感圧部（21）の内部と圧力伝達部（22）の内部と貫通穴（32c）とが連通している。

上記受圧部（33）は、貫通穴（32c）の背面側に位置するようにケーシング（31）に内蔵されている。受圧部（33）は、マイクロフォンや圧力センサ等によって構成されている。寝具（6）上の就寝者から体動が生起すると、この体動が感圧部（21）に作用する。これにより、感圧部（21）の内圧は、圧力伝達部（22）および貫通穴（32c）を介して受圧部（33）に作用する。受圧部（33）は、この内圧を電気的な信号に変換し、本体ユニット（30）内の回路ユニット（40）へ出力する。

以上のように、上記感圧ユニット（20）および受圧部（33）は、就寝者の生体信号（生体情報に関する信号）として体動信号を検出するための生体信号検出手段を構成している。

図３に示すように、上記回路ユニット（40）は、信号処理部（41）と、判定部（42）と、メモリ（45）と、誤判定検出部（46）とを備えている。

上記信号処理部（41）は、就寝者の体動が作用する受圧部（33）から出力された体動信号を所定の周波数帯域の体動信号に変調し、１分間毎の体動を導出するように構成されている。さらに、信号処理部（41）は、変調した体動信号の周波数帯域から心拍の周波数帯域の信号を抽出し、１分間毎の心拍数を導出するように構成されている。

上記判定部（42）は、信号処理部（41）で導出された心拍数に基づいて、就寝者が在床しているか等の各種判定を行う。具体的に、判定部（42）は、在床判定部（43）と睡眠判定部（44）とを備えている。

上記在床判定部（43）は、就寝者が寝具（6）に在床しているか、寝具（6）から離床しているかを判定するものである。この在床判定部（43）による判定は、信号処理部（41）で導出した心拍数と、予め設定された判定閾値（在床判定閾値）との大小比較によって行われる。具体的に、在床判定部（43）では、心拍数が在床判定閾値を下回る場合、就寝者から体動が生起していないとみなされるので、この場合には「離床」と判定される。一方、在床判定部（43）では、心拍数が所定時間以上継続して在床判定閾値を上回る場合、就寝者から体動が生起しているとみなされるので、この場合には「在床」と判定される。

上記睡眠判定部（44）は、在床判定部（43）により「在床」と判定された後、就寝者が入眠したか否かを判定するものである。この睡眠判定部（44）による判定は、信号処理部（41）で導出した心拍数と、予め設定された判定閾値（睡眠判定閾値）との大小比較によって行われる。具体的に、睡眠判定部（44）では、初めて心拍数が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を下回る場合、在床中の就寝者から体動がさほど生起していないとみなされるので、この場合には「入眠」と判定される。また、睡眠判定部（44）では、「入眠」と判定された後において、心拍数が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を上回る場合、就寝者から体動が生起しているとみなされるので、「覚醒」と判定される。

上記メモリ（45）には、信号処理部（41）で導出された１分間毎の体動と心拍数が記憶されていく。また、メモリ（45）には、判定部（42）による判定結果、即ち在床／離床状態、睡眠／覚醒状態が記憶される。

上記誤判定検出部（46）は、判定部（42）による判定結果が妥当であるか否か、即ち誤判定を検出するものである。誤判定検出部（46）は、所定の判定区間における体動と心拍数の比の分布のばらつき具合に基づいて誤判定を検出する。なお、この検出動作の詳細については後述する。

以上のように、本実施形態では、就寝者の生体情報である心拍が本発明に係る第１信号として検出され、就寝者の生体情報である体動が本発明に係る第２信号として検出される。

−睡眠判定動作−
次に、本実施形態の睡眠判定装置（10）の睡眠判定動作について、図４〜図１０を参照しながら説明する。睡眠判定装置（10）は図４のフローチャートに基づいて判定動作を行う。

先ず、ステップＳＴ１では、感圧ユニット（20）によって就寝者の体動が測定され、その体動信号が回路ユニット（40）の信号処理部（41）に出力される。信号処理部（41）は、体動信号を所定の周波数帯域に変調し１分間毎の体動を導出すると共に、その変調後の体動信号から心拍の周波数帯域の信号を抽出し１分間毎の心拍数を導出する（図５や図８参照。）。この導出された１分間毎の心拍数は判定部（42）へ出力される。それと同時に、１分間毎の体動および心拍数の双方がメモリ（45）に記憶される。

ステップＳＴ２では、在床判定部（43）によって就寝者の在床／離床判定が行われる。在床判定部（43）では、信号処理部（41）から出力された心拍数が在床判定閾値を下回る場合、「離床」と判定される。また、在床判定部（43）では、信号処理部（41）から出力された心拍数が所定時間以上継続して在床判定閾値を上回る場合、「在床」と判定される。

ステップＳＴ３では、睡眠判定部（44）によって就寝者の入眠判定および睡眠／覚醒判定が行われる。睡眠判定部（44）では、初めて心拍数が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を下回る場合、「入眠」と判定される。また、睡眠判定部（44）では、「入眠」と判定された後において、心拍数が所定時間以上継続して睡眠判定閾値を上回る場合、「覚醒」と判定される。

ステップＳＴ４では、判定部（42）による判定結果（図６や図９参照。）がメモリ（45）に記憶される。

続くステップＳＴ５以降では、誤判定検出部（46）によって判定部（42）の判定結果が妥当であるか否かが判定される。つまり、誤判定検出部（46）によって誤判定が検出される。

具体的に、ステップＳＴ５では、メモリ（45）に記憶されている判定部（42）による心拍数の判定区間が所定要件を満たしているかを判定し、満たしている場合はステップＳＴ６へ移行する。所定要件としては、例えば、在床区間の場合はその総睡眠時間が９０分以上であるもの、また離床区間の場合はその離床時間が３時間以上のものである。在床区間および離床区間とは、それぞれ在床判定部（43）によって在床および離床と判定された区間である。総睡眠時間とは、入眠してから最終的に目覚めるまでの時間のうち覚醒した時間を差し引いた時間である。つまり、ステップＳＴ５では、仮眠等、比較的時間が短い判定区間については誤判定検出部（46）の判定対象から除外しようとしている。したがって、上記所定要件を満たさない判定区間は無視され、その判定区間における判定部（42）の判定結果は「問題なし」とされる。

ステップＳＴ６では、誤判定検出部（46）が、メモリ（45）から上記所定要件を満たす判定区間を呼び出し、その区間における体動と心拍数の比の分布のばらつき具合（ばらつき度）に関する指標値を算出する。つまり、体動と心拍数の比の分布のばらつき具合を評価するための指標値が算出される。この体動と心拍数の比の分布はメモリ（45）に記憶されているものが用いられる。ここで、判定区間は、上述したように、在床と判定された区間である「在床区間」と、離床と判定された区間である「離床区間」とがある。そして、本実施形態では、上記指標値として、体動と心拍数との相関係数Rが誤判定検出部（46）によって算出される。

続くステップＳＴ７では、誤判定検出部（46）によって、上記ステップＳＴ６で算出した相関係数R（指標値）が所定値以下または所定値以上であるか否かが判定される。これにより、在床判定部（43）による在床／離床判定に問題あるか否かが判定される。つまり、ステップＳＴ７では、相関係数Rの大小によって判定区間における体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が判定され、それによって誤判定であるかどうかがみられる。

具体的に、ある判定区間における体動と心拍数の相関係数Rが所定値以下であるときは、体動と心拍数との相関性が低い状態であり、その判定区間における体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が比較的大きい状態とみなされる。逆に、ある判定区間における体動と心拍数の相関係数Rが上記所定値を超えるときは、体動と心拍数との相関性が高い状態であり、その判定区間における体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が比較的小さい状態とみなされる。

ここで、体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が小さい状態では、その体動や心拍数の分布は就寝者の体動信号（生体信号）ではなく外部ノイズに起因するものと推定される。逆に、体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が大きい状態では、その体動や心拍数の分布は外部ノイズに起因するものではなく就寝者の体動信号（生体信号）によるものと推定される。これは、就寝者の体動信号（生体信号）は寝相の変化によって信号レベルが大きく変動するが、外部ノイズによる信号レベルはそれほど変動せずほぼ一定レベルで発生するという考えによるものである。つまり、就寝者の体動信号（生体信号）は外部ノイズよりも信号レベルのばらつき具合が比較的大きいということである。したがって、ある判定区間において体動や心拍数の分布が就寝者の体動信号によるものである場合は、体動と心拍数の相関性が低くなり、その体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が大きくなると推定される。また、ある判定区間において体動や心拍数の分布が外部ノイズによるものである場合は、体動と心拍数の相関性が高くなり、その体動と心拍数の比の分布のばらつき具合が小さくなると推定される。

例えば、図５に示すような心拍数に基づいて、在床判定部（43）が在床と判定した区間について誤判定を検出する場合を説明する。その在床区間（判定区間）における体動と心拍数の相関係数Rが所定値以下であるときは、その在床区間における体動や心拍数の分布は体動信号によるものとみなされる。この場合、その在床の判定は「問題なし」となる。逆に、その在床区間において体動と心拍数の相関係数Rが所定値を超えるときは、その在床区間における体動や心拍数の分布は体動信号ではなく外部ノイズによるものとみなされる。例えば図７に示すように、体動と心拍数との相関性が高い場合は外部ノイズによるものとみなされる。つまり、図７では、体動と心拍数の信号比の分布のばらつき度が小さいといえる。この場合、その在床の判定は「問題あり」となる。つまり、その在床区間は、実際は離床状態であるにもかかわらず在床と誤判定された区間とみなされる（例えば、図６における5/16,17,18の在床区間を参照。）。

次に、例えば図８に示すような心拍数に基づいて、在床判定部（43）が離床（在床でない）と判定した区間について誤判定を検出する場合を説明する。その離床区間（判定区間）における体動と心拍数の相関係数Rが所定値を超えるときは、その離床区間における体動や心拍数の分布は体動信号ではなく外部ノイズによるものとみなされる。この場合、その在床の判定は「問題なし」となる。逆に、その離床区間において体動と心拍数の相関係数Rが所定値以下であるときは、その離床区間における体動や心拍数の分布は体動信号によるものとみなされる。例えば図１０に示すように、体動と心拍数との相関性が低い場合は体動信号によるものとみなされる。つまり、図１０では、体動と心拍数の信号比の分布のばらつき度が大きいといえる。この場合、その離床の判定は「問題あり」となる。つまり、その離床区間は、実際は在床状態であるにもかかわらず離床と誤判定された区間とみなされる（例えば、図９における5/17〜18にかけての21:00〜6:00の離床区間を参照。）。

以上のように、「問題あり」とされた判定区間についてはメモリ（45）に記憶される（図４のステップＳＴ８）。つまり、判定部（42）によって判定された在床区間または離床区間は誤判定である旨がメモリ（45）に記憶される。

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態によれば、在床判定部（43）によって在床または離床と判定された区間において就寝者の体動と心拍数の比の分布のばらつき具合に関する指標値に基づいて在床／離床判定が誤判定であるか否かを判定することができる。つまり、その指標値に基づいて、判定区間における体動や心拍数の分布が体動信号（生体信号）によるものか外部ノイズによるものかを判定（推定）することができる。そのため、在床と判定された区間において体動と心拍数の分布が外部ノイズによるものである場合は、その在床の判定が誤判定であるとみなすことができる。また、離床と判定された区間において体動と心拍数の分布が体動信号（生体信号）によるものである場合は、その離床の判定が誤判定であるとみなすことができる。これにより、誤った在床／離床判定に基づいて検出（判定）された就寝者の睡眠状態を確実に排除することができる。その結果、就寝者の睡眠状態を高精度に把握できる睡眠判定装置（10）を提供することができる。

また、本実施形態では、体動と心拍数の比の分布のばらつき具合に関する指標値として体動と心拍数の相関係数Rを用いるようにした。したがって、体動と心拍数の比の分布のばらつき度を容易に且つ簡易に把握することができる。その結果、より確実に誤判定を検出することができる。

また、本実施形態では、就寝者の生体情報（生体信号）として体動と心拍を検出するようにしたため、簡易に且つ容易に生体情報を入手することができる。

また、本実施形態では、就寝者の生体情報として体動と心拍数を検出し、その２つの相関係数Rを算出して誤判定を検出するようにしたが、これに限らず、就寝者の体動と呼吸を検出し、その２つの相関係数Rを算出して誤判定を検出するようにしてもよいし、就寝者の心拍数と呼吸を検出し、その２つの相関係数Rを算出して誤判定を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、心拍数に基づいて在床／離床判定および睡眠／覚醒判定をするようにしたが、体動に基づいて在床／離床判定等をするようにしてもよい。つまり、体動の信号を本発明に係る第１信号とし、心拍数の信号を本発明に係る第２信号としてもよい。

以上説明したように、本発明は、就寝者の生体信号に基づいて在床／離床判定を行う睡眠判定装置について有用である。

図１は、本発明の実施形態に係る睡眠判定装置を示す斜視図である。 図２は、睡眠判定装置の本体ユニットを拡大して示す斜視図である。 図３は、本体ユニットの回路ユニットの構成を示すブロック図である。 図４は、回路ユニットの制御動作を示すフローチャートである。 図５は、回路ユニットの信号処理部によって処理された体動および心拍の波形図である。 図６は、回路ユニットの判定部による判定結果を示す図である。 図７は、体動と心拍の相関を説明するための図である。 図８は、回路ユニットの信号処理部によって処理された体動および心拍の波形図である。 図９は、回路ユニットの判定部による判定結果を示す図である。 図１０は、体動と心拍の相関を説明するための図である。

符号の説明

10 睡眠判定装置
20 感圧ユニット（生体信号検出手段）
33 受圧部（生体信号検出手段）
43 在床判定部（在床判定手段）
46 誤判定検出部（誤判定検出手段）

Claims (4)

1. 就寝者の生体情報に関する第１信号と、該第１信号とは異なる生体情報に関する第２信号とを検出する生体信号検出手段（20,33）と、
   上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号が判定閾値を超えると就寝者が在床していると判定する在床判定手段（43）と、
   上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との信号比の分布のばらつき度に関する指標値に基づいて、上記在床判定手段（43）の判定が誤判定であるか否かを検出する誤判定検出手段（46）とを備えている
   ことを特徴とする睡眠判定装置。
2. 請求項１において、
   上記指標値は、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との相関係数であり、
   上記誤判定検出手段（46）は、上記在床判定手段（43）によって在床と判定された区間における上記第１信号と第２信号との相関係数が所定値を超える場合、上記在床判定手段（43）による判定が誤判定であるとみなす
   ことを特徴とする睡眠判定装置。
3. 請求項１において、
   上記指標値は、上記生体信号検出手段（20,33）の第１信号と第２信号との相関係数であり、
   上記誤判定検出手段（46）は、上記在床判定手段（43）によって在床でないと判定された区間における上記第１信号と第２信号との相関係数が所定値を下回る場合、上記在床判定手段（43）による判定が誤判定であるとみなす
   ことを特徴とする睡眠判定装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   上記生体信号検出手段（20,33）は、就寝者の生体情報として体動、呼吸および心拍のうち２つを上記第１信号および第２信号として検出するように構成されている
   ことを特徴とする睡眠判定装置。