JP2013220295A - 生体信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの故障等を適切に報知可能な生体信号処理装置を提供する。
【解決手段】敷寝具と共に使用可能であり、敷寝具上における被験者の生体変位を測定し、測定結果を示す測定信号を出力するセンサ部２と、測定信号を複数の異なるゲインで増幅して各出力信号を出力する信号処理部７と、各出力信号をＡＤ変換して得たレベル値を各々出力するＡＤ変換部８と、各レベル値のうち最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度が所定値以下の場合に、センサ部２が異常であると判定する判定部９０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、被験者の生体変位（呼吸、脈拍、体動等）に基づく信号を処理する生体信号処理装置に関する。

近年、被験者の生体変位（呼吸、脈拍、体動等）に基づく信号を処理する生体信号処理装置が提案されている。生体信号処理装置は、例えば、被験者の睡眠状態を測定する睡眠測定装置に適用される。睡眠測定装置においては、睡眠状態の測定を開始させるために装置への開始指示が必要であるが、睡眠は日常的な動作であるため被験者が指示操作（スイッチ操作等）をし忘れ易いという問題があった。生体信号処理装置を用いれば、被験者が睡眠測定装置に対して特別な操作を行わなくても、被験者の在床が判定され睡眠測定が実行され得る。例えば、特許文献１には、寝具の下にマット型のセンサを設置し、そのセンサの出力から体動、呼吸、心拍などの生体変位に基づく信号を取得する技術が開示されている。このマット型センサは、空気や水を用いたマットの内圧変化を検出するセンサである。

特開２００８−２５９７４５号公報

しかし、センサの出力（感度）は、被験者による差、寝姿勢の違い、あるいは、寝具の違いなど、様々な要因で大きく変化するため、測定前にセンサの出力（感度）の調整と設定が必要であった。
また、空気や水などを用いるマット型センサでは、経年劣化により、適切な出力が得られないという問題があった。例えば、空気漏れや水の蒸発などによって内容物が減少すると、センサの出力も変化するが、使用者がその変化に気づくことは難しい。
以上の事情に鑑み、本発明は、測定前にセンサの出力（感度）の調整と設定を自動的に行うことができ、センサの故障等を適切に判定可能な生体信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明の生体信号処理装置は、敷寝具と共に使用可能であり、前記敷寝具上における被験者の生体変位を測定し、測定結果を示す測定信号を出力するセンサ部と、前記測定信号を複数の異なるゲインで増幅して各出力信号を出力する信号処理部と、前記各出力信号をＡＤ変換して得たレベル値を各々出力するＡＤ変換部と、前記各レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度が、所定値以下の場合には、前記センサ部が異常であると判定する判定部とを備える。
本明細書において、「生体変位」とは、被験者の生体活動（例えば、呼吸、脈拍、体動）によって生じる物理的変位（体積の増減等）である。

以上の構成によれば、被験者の生体変位を反映するレベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度が所定値以下の場合には、センサ部が異常であると判定される。したがって、センサにおける断線等の故障や、経年劣化等によりセンサの出力が異常であることを適切に判定することが可能である。

本発明の好適な態様において、前記判定部は、前記レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値を基準値とし、前記基準値のばらつきの程度を示すばらつき尺度に対するその他のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率を算出し、前記基準値のばらつきの程度を示すばらつき尺度に対する所定のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率が、前記最小のゲインに対する当該所定のゲインの比率について所定値の範囲内の場合には、当該所定のゲインで増幅された出力信号を前記信号処理部の出力信号として採用する。
以上の構成によれば、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値を基準値とし、この基準値のばらつきの程度に対する所定のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度の比率と、前記最小のゲインに対する当該所定のゲインの比率とを比較し、これらの比率が所定値の範囲内の場合には、当該所定のゲインで増幅された出力信号を前記信号処理部の出力信号として採用する。したがって、飽和している信号を用いることなく、適切なゲインで増幅された信号に基づいて処理を実行し得る。

本発明の好適な態様において、前記判定部は、各ゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率が、前記最小のゲインに対する当該各ゲインの比率について所定値の範囲内とならない場合には、前記センサ部が異常であると判定する。
以上の構成によれば、いずれのゲインの場合にも、前記二つの比率の比較の結果が所定値の範囲内とならない場合には、センサ部が異常と判定される。したがって、経年劣化等によりセンサの出力が異常であることを適切に判定することが可能である。

本発明の好適な態様において、前記判定部により採用された前記信号処理部の出力信号に基づいて生体情報の検知処理を行う検知部を備える。
以上の構成によれば、飽和している信号を用いることなく、適切なゲインで増幅された信号に基づいて適切に生体情報の検知処理が行われる。

本発明の好適な態様において、前記信号処理部は複数のアナログ回路を備える。
以上の構成によれば、複数のアナログ回路の中から適切なゲインのアナログ回路により、測定信号が増幅され得る。

本発明の好適な態様において、前記信号処理部は、複数の異なるゲインに切り替え可能なアナログ回路を備える。
以上の構成によれば、複数の異なるゲインの中から適切なゲインのアナログ回路により、測定信号が増幅され得る。

本発明の好適な態様においては、前記ばらつきの程度を示すばらつき尺度は標準偏差である。
以上の構成によれば、センサの異常または信号の飽和の有無等が適切に判定され得る。

また、本発明の別の生体信号処理装置は、敷寝具と共に使用可能であり、前記敷寝具上における被験者の生体変位を測定し、測定結果を示す測定信号を出力するセンサ部と、前記測定信号を複数の異なるゲインで増幅して各出力信号を出力する信号処理部と、前記各出力信号をＡＤ変換して得たレベル値を各々出力するＡＤ変換部と、前記各レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値が単位時間当たりに下限値に達した回数が規定値を上回る場合には、前記センサ部が異常であると判定する。

以上の構成によれば、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値が単位時間当たりに下限値に達した回数が規定値を上回る場合には、センサ部が異常と判定される。したがって、経年劣化等によりセンサの出力が異常であることを適切に判定することが可能である。

本発明の好適な態様においては、前記判定部は、所定のゲインで増幅された出力信号に対応する前記レベル値が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を下回る場合、当該所定のゲインで増幅された出力信号を前記信号処理部の出力信号として採用する。
以上の構成によれば、飽和している信号を用いることなく、適切なゲインで増幅された信号に基づいて処理を実行し得る。

本発明の好適な態様においては、前記判定部は、各ゲインで増幅された出力信号に対応する前記レベル値が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を上回る場合、前記センサ部が異常であると判定する。
以上の構成によれば、経年劣化等によりセンサの出力が異常であることを適切に判定することが可能である。

本発明の実施形態に係る睡眠測定装置の使用時の外観を示す図である。 睡眠測定装置の構成を示すブロック図である。 睡眠測定装置の動作全体を示すフローチャートである。 睡眠測定装置のセンサ感度確認処理動作を示すフローチャートである。 被験者が在床している状態における第１増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床している状態における第２増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床している状態における第３増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床している状態における第４増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床していない状態における第１増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床していない状態における第２増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床していない状態における第３増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 被験者が在床していない状態における第４増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサが断線している状態における第１増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサが断線している状態における第２増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサが断線している状態における第３増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサが断線している状態における第４増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサの出力が異常な状態における第１増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサの出力が異常な状態における第２増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサの出力が異常な状態における第３増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 センサの出力が異常な状態における第４増幅器からの入力信号の推移の一例を示す図である。 図５〜図８に示す各入力信号の標準偏差および基準信号の標準偏差に対する他の入力信号の標準偏差の比を示す図である。 図９〜図１２に示す各入力信号の標準偏差および基準信号の標準偏差に対する他の入力信号の標準偏差の比を示す図である。 図１３〜図１６に示す各入力信号の標準偏差および基準信号の標準偏差に対する他の入力信号の標準偏差の比を示す図である。 図１７〜図２０に示す各入力信号の標準偏差および基準信号の標準偏差に対する他の入力信号の標準偏差の比を示す図である。 本発明の変形例の睡眠測定装置におけるセンサ感度確認処理動作を示すフローチャートである。

＜１．睡眠測定装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る睡眠測定装置１の使用時の外観を示す図である。睡眠測定装置１は、敷寝具（ベッド用マットレス、敷布団等）Ｍの上に横臥した被験者の睡眠状態を測定する装置である。図１に示すように、睡眠測定装置１は、センサ部２と本体部３とを備える。

センサ部２は、敷寝具Ｍと共に使用可能な要素であり、例えば図１のように敷寝具Ｍの下に配置される。センサ部２は、敷寝具Ｍ上における被験者の生体変位（呼吸、脈拍、体動等）を、マイクロホン（例えば、コンデンサマイクロホン）を用いて、センサ部２内に充填された非圧縮性の流体の圧力変動として測定（検出）し、測定結果を示す測定信号を出力する。

本体部３は、センサ部２に接続され、センサ部２から出力される測定信号に基づいて在床判定動作および睡眠状態測定動作を実行する。本体部３は、表示部４と操作部５とを備える。表示部４は測定された睡眠状態等を表示し、操作部５は被験者の操作の用に供される。操作部５は電源スイッチを有する。

図２は、睡眠測定装置１の構成を示すブロック図である。本体部３は、表示部４と、操作部５と、外部出力部６と、信号処理部７と、ＡＤ変換部８と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９と、記憶部１０を備え、電源１１に接続される。外部出力部６は、在床判定結果、睡眠状態判定結果およびセンサ部の異常判定結果を外部に出力するためのインタフェースであり、例えばメモリカードスロットまたはＵＳＢインタフェースを用いることができる。また、Wi-Fi（登録商標）やBluetooth（登録商標）などの無線通信インターフェースを用いることもできる。記憶部１０は、在床判定および睡眠状態判定の際に用いられるプログラムおよびデータを記憶可能な記憶媒体であり、例えばＲＯＭもしくはＲＡＭまたはこれらの組合せである。

信号処理部７は第１増幅器７０、第２増幅器７１、第３増幅器７２および第４増幅器７３を備える。第１増幅器７０は、センサ部２から出力された測定信号を１倍のゲインで増幅して第１出力信号としてＣＰＵ９に出力する。第２増幅器７１は、センサ部２から出力された測定信号を３．４倍のゲインで増幅して第２出力信号としてＣＰＵ９に出力する。第３増幅器７２は、センサ部２から出力された測定信号を１０．２倍のゲインで増幅して第３出力信号としてＣＰＵ９に出力する。第４増幅器７３は、センサ部２から出力された測定信号を３１倍のゲインで増幅して第４出力信号としてＣＰＵ９に出力する。

ＡＤ変換部８は、第１ＡＤ変換部８０と、第２ＡＤ変換部８１と、第３ＡＤ変換部８２と、第４ＡＤ変換部８３とを備える。第１ＡＤ変換部８０は、信号処理部７の第１増幅器７０から供給される第１出力信号をＡＤ変換して得た第１レベル値を判定部９０に出力する。第２ＡＤ変換部８１は、信号処理部７の第２増幅器７１から供給される第２出力信号をＡＤ変換して得た第２レベル値を判定部９０に出力する。第３ＡＤ変換部８２は、信号処理部７の第３増幅器７２から供給される第３出力信号をＡＤ変換して得た第３レベル値を判定部９０に出力する。第４ＡＤ変換部８３は、信号処理部７の第４増幅器７３から供給される第４出力信号をＡＤ変換して得た第４レベル値を判定部９０に出力する。

ＣＰＵ９は、判定部９０と、生体情報検知部９２と、通知処理部９４とを備える。判定部９０は、第１レベル値、第２レベル値、第３レベル値および第４レベル値のそれぞれのばらつきの程度を示す標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３、あるいは、第１レベル値、第２レベル値、第３レベル値および第４レベル値に基づいて、センサ部２の異常判定や、使用すべきレベル値の判定等を行う（更なる詳細は後述される）。
判定部９０によって使用すべきレベル値と判定されたレベル値は、生体情報検知部９２に出力される。生体情報検知部９２は、当該レベル値に基づいて被験者の生体情報を算出し、被験者の生体情報に基づいてその被験者の睡眠状態を測定する。測定された睡眠状態や異常判定の結果等は、通知処理部９４に出力される。通知処理部９４は、測定された睡眠状態や異常判定の結果等を表示部４や外部出力部６に出力する。
なお、判定部９０、生体情報検知部９２、および通知処理部９４は、ＣＰＵ９が記憶部１０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

＜２．全体動作＞
次に、本実施形態の睡眠測定装置１の全体動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
睡眠測定装置１の電源がオン状態にされると、睡眠測定装置１は動作を開始する。センサ部２の出力信号は、第１増幅器７０、第２増幅器７１、第３増幅器７２および第４増幅器７３によってそれぞれのゲインで増幅され、第１ＡＤ変換部８０、第２ＡＤ変換部８１、第３ＡＤ変換部８２および第４ＡＤ変換部８３によってＡＤ変換されて第１レベル値、第２レベル値、第３レベル値および第４レベル値として判定部９０に入力され、データ取得が行われる（Ｓ１０）。

このデータ取得を、一定時間（例えば３０秒）が経過するまで継続する（Ｓ２０；ＮＯ、Ｓ１０）。一定時間が経過したら（Ｓ２０；ＹＥＳ）、取得したデータに基づいて、センサ感度確認処理を行う（Ｓ３０）。センサ感度確認処理の詳細については後述する。センサ感度確認処理の後は、異常フラグがセットされたか否かを判断し（Ｓ４０）、異常フラグがセットされておらず、センサ部２が正常に動作している場合には（Ｓ４０；ＮＯ）、センサ感度確認処理によって決定された感度（ゲイン）を、計算用の感度（ゲイン）として決定する（Ｓ５０）。

生体情報検知部９２は、計算用として決定された感度（ゲイン）の増幅器からの出力信号を、対応するＡＤ変換部によってＡＤ変換したレベル値として入力し、このレベル値に基づいて、被験者の体動、呼吸、心拍等の生体情報の検知を行う（Ｓ６０）。そして、この検知した生体情報に基づいて、被験者の在床状態の判定や睡眠状態の判定等を行う。以下、上述した処理を、電源がオフ状態にされるまで継続する。

一方、センサ感度確認処理の後、異常プラグがセットされていた場合には（Ｓ４０；ＹＥＳ）、通知処理部９４は、出力異常通知処理として、表示部４にセンサ部２の異常状態を示す表示を行ったり、外部出力部６を介して、センサ部２の異常状態を外部に通知する（Ｓ７０）。睡眠測定装置１は、その後、処理を終了する。

＜３．センサ感度確認処理動作＞
次に、本実施形態におけるセンサ感度確認処理動作について図４のフローチャートおよび図５〜図２４を参照して説明する。
本実施形態の睡眠測定装置１は、増幅率（ゲイン）が異なる４種類の増幅器を備えている。一例として、第１増幅器７０の増幅率（ゲイン）は１倍、第２増幅器７１の増幅率（ゲイン）は３．４倍、第３増幅器７２の増幅率（ゲイン）は１０．２倍、第４増幅器７３の増幅率（ゲイン）は３１倍に設定されている。

第１増幅器７０、第２増幅器７１、第３増幅器７２および第４増幅器７３の出力信号は、各増幅器に接続された第１ＡＤ変換部８０〜第４ＡＤ変換部８３を介して、判定部９０の入力ポートであるＣＨ０、ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３に入力される。

図５、図６、図７および図８は、敷寝具Ｍに被験者が寝た状態のＣＨ０、ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３のそれぞれの入力信号の一例を示している。図９、図１０、図１１および図１２は、睡眠測定装置１の電源はオン状態になっているが、敷寝具Ｍには被験者が寝ていない状態のＣＨ０、ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３のそれぞれの入力信号の一例を示している。図１３、図１４、図１５および図１６は、断線などの故障状態におけるＣＨ０、ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３のそれぞれの入力信号の一例を示している。図１７、図１８、図１９および図２０は、振動が激しい異常状態におけるＣＨ０、ＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３のそれぞれの入力信号の一例を示している。

本実施形態では、判定部９０は、増幅率（ゲイン）が最小の１倍である第１増幅器７０から入力信号を基準信号とする。そして、この基準信号を含め、第２増幅器７１、第３増幅器７２および第４増幅器７３のそれぞれからの入力信号の標準偏差を算出する（Ｓ１１０）。基準信号の標準偏差をＳＤ０、第２増幅器７１からの入力信号の標準偏差をＳＤ１、第３増幅器７２からの入力信号の標準偏差をＳＤ２、および、第４増幅器７１からの入力信号の標準偏差をＳＤ３とする。

これらの標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３は、各入力信号のばらつきの程度を示すばらつきの尺度であり、睡眠測定装置１の電源はオン状態になっているが、敷寝具Ｍには被験者が寝ていない状態でも、ある程度の値を有する。これは、図９〜図１２に示すように、設置場所のわずかな振動などのノイズにより、敷寝具Ｍには被験者が寝ていない状態でも、各入力信号に変化が生じるためである。

図２１に、図５〜図８の場合（被験者が敷寝具Ｍに寝ている場合）の一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の値を示す。図２２に、図９〜図１２の場合（被験者が敷寝具Ｍに寝ていない場合）の一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の値を示す。図２３に、図１３〜図１６の場合（センサ部２に断線等の故障がある場合）の一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の値を示す。図２４に、図１７〜図２０の場合（振動が激しい異常な場合）の一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０、ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の値を示す。

本実施形態のセンサ感度確認処理では、各入力信号の標準偏差を算出した後（Ｓ１１０）、基準信号である第１増幅器７０から入力信号の標準偏差ＳＤ０の値が所定値以下かどうかを判断する（Ｓ１２０）。例えば、標準偏差ＳＤ０の値がゼロまたはゼロに近い値であるかどうかを判断する。これは、図９に示すように、基準信号は、敷寝具Ｍには被験者が寝ていない状態でもある程度の値を有し、その標準偏差ＳＤ０は、図２２に示すように１．３〜４．９の値を示す。しかしながら、センサ部２に断線等が生じた場合、あるいは、敷寝具Ｍに異常がある場合には、図１３に示すように基準信号に殆ど変化はなく、その標準偏差ＳＤ０は、図２３に示すようにほぼゼロとなる。つまり、基準信号の標準偏差ＳＤ０の値がゼロまたはゼロに近い値である場合には（Ｓ１２０；ＹＥＳ）、センサ部２が断線等の故障状態であるか、または、敷寝具Ｍに異常があると考えられるので、異常フラグをセットして（Ｓ１３０）、センサ感度確認処理を終了する。

標準偏差ＳＤ０の値が所定値以下ではない場合には（Ｓ１２０；ＮＯ）、センサ部２の断線等の故障や敷寝具Ｍの異常はないと考えられるので、センサ感度の確認処理を続行する。本実施形態では、基準信号の標準偏差ＳＤ０に対する各入力信号の標準偏差ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の比を算出する（Ｓ１４０）。

標準偏差は各増幅器からの入力信号のばらつきの度合いを表すものであり、各増幅器の入力信号が飽和していない場合には、標準偏差の比は各増幅器の増幅率（ゲイン）の比と同じ程度の値になる。しかし、標準偏差の比が増幅器の増幅率（ゲイン）の比と異なる場合には、その増幅器の入力信号が飽和していると考えられる。そこで、本実施形態では、標準偏差の比を算出し、標準偏差の比が増幅器の増幅率（ゲイン）の比に対して規定値以内であるかどうかを判断することにより、飽和状態となっていない最も増幅率（ゲイン）の高い増幅器の信号を使用する。

図２１に、図５〜図８の場合（被験者が敷寝具Ｍに寝ている場合）における、一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の比の値を示す。図２２に、図９〜図１２の場合（被験者が敷寝具Ｍに寝ていない場合）における、一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の比の値を示す。図２３に、図１３〜図１６の場合（センサ部２に断線等の故障がある場合）における、一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の比の値を示す。図２４に、図１７〜図２０の場合（振動が激しい異常な場合）における、一定時間（３０秒）ごとの標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１、ＳＤ２およびＳＤ３の比の値を示す。

本実施形態のセンサ感度確認処理では、増幅率（ゲイン）が最も大きい第４増幅器７３からの入力信号の標準偏差ＳＤ３の、基準信号の標準偏差ＳＤ０に対する比が、規定値以内（例えば、±１０％以内）かどうか、つまり、第１増幅器７０の増幅率（ゲイン）に対する第４増幅器７３の増幅率（ゲイン）の比と同程度であるか否かを判断する（Ｓ１５０）。

図８に示すように、第４増幅器７３からの入力信号が飽和状態である場合には、基準信号の標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ３の比は、図２１に示すように、増幅率（ゲイン）の比である３１よりも小さい値になっており、規定値以内（例えば、±１０％以内）の値ではない。このような場合には、次の標準偏差ＳＤ２の比の判定に移行する。しかし、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ３の比が、増幅率（ゲイン）の比である３１に対して規定値以内（例えば、±１０％以内）の値である場合には、入力ポートＣＨ３に入力される第４増幅器７３からの入力信号を生体情報検知処理に使用する信号として決定し（Ｓ１６０）、センサ感度確認処理を終了する。

標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ３の比が、増幅率（ゲイン）の比である３１に対して規定値以内の値ではない場合には、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ２の比が、第１増幅器７０の増幅率（ゲイン）に対する第３増幅器７２の増幅率（ゲイン）の比である１０．２に対して規定値以内の値であるかどうかを判断する（Ｓ１７０）。例えば、図７に示すように、第３増幅器７２からの入力信号が飽和状態でない場合には、図２１に示すように、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ２の比の値は、増幅率（ゲイン）の比である１０．２に対して規定値以内の値となっている。このような場合には、入力ポートＣＨ２に入力される第３増幅器７２からの入力信号を生体情報検知処理に使用する信号として決定し（Ｓ１８０）、センサ感度確認処理を終了する。

しかし、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ２の比の値は、増幅率（ゲイン）の比である１０．２に対して規定値以内の値ではない場合には、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１の比が、第１増幅器７０の増幅率（ゲイン）に対する第２増幅器７１の増幅率（ゲイン）の比である３．４に対して規定値以内の値であるかどうかを判断する（Ｓ１９０）。例えば、図６に示すように、第２増幅器７１からの入力信号が飽和状態でない場合には、図２１に示すように、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ１の比の値は、増幅率（ゲイン）の比である３．４に対して規定値以内の値となっている。このような場合には、入力ポートＣＨ１に入力される第２増幅器７１からの入力信号を生体情報検知処理に使用する信号として決定し（Ｓ２００）、センサ感度確認処理を終了する。

以上のように、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ３、ＳＤ２およびＳＤ１の比の値の判定の結果、いずれの比も増幅率（ゲイン）の比に対して規定値以内の値ではない場合には、センサ部２あるいは敷寝具Ｍに異常があると考えられるので、異常フラグをセットし（Ｓ２１０）、センサ感度確認処理を終了する。例えば、図１７〜図２０に示すように、いずれの入力信号も変動が激しすぎる場合には、標準偏差ＳＤ０に対する標準偏差ＳＤ３、ＳＤ２およびＳＤ１の比は、図２４に示すように、いずれも増幅率（ゲイン）の比に対して規定値以内の値ではない。このような場合には、センサ部２あるいは敷寝具Ｍに異常により測定には適さないと考えられるので、異常フラグがセットされる。以上のようなセンサ感度確認処理は、図３に示すように一定時間（例えば３０秒）ごとに行われることになる。
なお、睡眠測定装置１の電源をオン状態にした直後から９０秒経過後ぐらいまでは、被験者が敷寝具Ｍに寝ようとして体を大きく動かしていることが多いので、センサ部２の出力信号の変化も安定していない。したがって、睡眠測定装置１の電源をオン状態にした直後から９０秒経過後ぐらいまでは、センサ感度確認処理を行わず、その後にセンサ感度確認処理を行うようにしてもよい。

センサ部２の出力信号の状態を確認するために、直接の出力値を用いる場合には、センサの種類、敷寝具Ｍの形状や内容物の状態、回路性能、ＡＤ変換部の分解能によって、基準値や閾値を個別に設定する必要がある。しかしながら、本実施形態は、センサ部２の出力信号に対応する入力信号の標準偏差に基づいてセンサ部２の断線等の故障を判定したり、あるいは、標準偏差の比に基づいて最適な増幅率を判定するので、上述のような基準値や閾値の個別の設定を行うことなく、適切に判定を行うことが可能となる。

本実施形態では、一定時間（例えば３０秒）ごとに最適なセンサ感度（増幅率、ゲイン）が設定されるので、被験者、敷寝具、設置箇所などが変わった場合でも、特別な設定や調節を行うことなく、適切な判定を行うことができる。

センサの故障、あるいは、センサや敷寝具の異常状態の判定についても、一定時間（例えば３０秒）ごとに標準偏差または標準偏差の比に基づいて行われるので、測定条件が変わったり、経年劣化の場合でも、異常状態を適切に判定することが可能となる。また、異常状態が生じた場合には、表示部や外部出力部への通知が行われるので、直ちに測定を中止することができ、無駄なデータ取得を回避して、誤った判定が行われるのを防ぐことが可能となる。

＜変形例＞
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。

（１）変形例１
以上の実施形態では、それぞれ増幅率の異なる複数の増幅器と、それに対応する複数のＡＤ変換器を備えた例について説明したが、本発明はこのような例に限定されるものではない。例えば、増幅率の切替えが可能な増幅器を一つ備え、増幅率の切替えながら、上述のようなセンサ感度確認処理を行うようにしてもよい。この例について、図２５のフローチャートを参照して説明する。

まず、増幅器の増幅率（ゲイン）を最大値にセットする（Ｓ３００）。次に、その増幅器からの入力信号が、単位時間当たりに上限値に達した回数をカウントする（Ｓ３１０）。この上限値は、入力信号が飽和状態になったと考えられる値に設定しておく。増幅器からの入力信号が単位時間当たりに上限値に達した回数が、規定値を超えたかどうかを判定する（Ｓ３２０）。規定値を超えない場合には（Ｓ３２０；ＮＯ）、その時のゲインでも信号が飽和していないと考えられるので、生体情報検知処理に使用する信号のゲインとして、その時のゲインを使用することを決定する（Ｓ３３０）。

しかし、入力信号が単位時間当たりに上限値に達した回数が、規定値を超えた場合には、その入力信号が飽和状態になっていると考えられるので、ゲインを切り替えて同様の処理を行う。ただし、切り替え可能な全てのゲインについて、入力信号が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を超えた場合には（Ｓ３４０；ＹＥＳ）、何等かの異常があり、測定には適さない状態であると考えられるので、異常フラグをセットして（Ｓ３６０）、処理を終了する。

ゲインの切り替えが可能な場合には、一段小さなゲインに切り替える（Ｓ３５０）。以下、同様にして、入力信号が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を超えたかどうかを判定する。

このように構成しても、最適なセンサ感度を自動的に設定し、センサ等の異常を自動的に判定することが可能となる。なお、このように構成した場合に、センサの断線等の故障を判定する際には、ゲインを最小値にセットして、入力信号が単位時間当たりに下限値に達した回数が規定値を超えたかどうかを判定すればよい。この場合の下限値は、敷寝具Ｍに被験者が寝ていない状態でも変化する値よりも小さな値としておけばよい。

（２）変形例２
以上の実施形態では、各増幅器の増幅率を１倍、３．４倍、１０．２倍、３１倍とした例について説明したが、本発明はこのような例に限定されるものではなく、増幅率は適宜変更可能である。また、以上の実施形態では、４つの増幅器を使用した例について説明したが、増幅器の個数についても適宜変更が可能である。また、データ取得および処理を行う一定時間については、３０秒とした例について説明したが、この一定時間についても適宜変更が可能である。センサ感度確認処理において使用した規定値の値についても適宜変更が可能である。

（３）変形例３
本発明の生体信号処理装置が適用されるのは睡眠測定装置に限定されない。例えば、病院または介護施設のベッドにおいて生体信号処理装置が単独で用いられ、患者または被介護者の在床（入床・離床）を判定するのに活用されてもよい。また、目覚まし装置等の他の装置に本発明の生体信号処理装置が適用されてもよい。

（４）変形例４
以上の実施形態では、第１ＡＤ変換部８０〜第４ＡＤ変換部８３はＡＤ変換部８に設けられるが、各ＡＤ変換部が配置される箇所は任意である。例えば、信号処理部７内に設けてもよいし、ＣＰＵ９内に設けてもよい。以上の実施形態では、測定信号を増幅した後にＡＤ変換したが、測定信号をＡＤ変換してから増幅してもよい。

（５）変形例５
以上の実施形態では、入力信号(出力信号)のばらつきの程度を示す尺度として標準偏差が採用されたが、任意のばらつき尺度が採用され得る。例えば、入力信号(出力信号)の分散またはレベル値の変動係数（標準偏差をその集団の平均値で除算した値）がばらつき尺度として採用可能である。

（６）変形例６
上述した実施の形態を変形し、ＣＰＵ９がＲＴＣ（リアルタイムクロック）と協働して経過時間を計時する形態としてもよい。この形態では、ＲＴＣに電源１１から電力が供給されないときには予備電源から電力を供給するようにすることにより、電源１１からの電力供給が停止されているときにも経過時間の計時を継続することができる。また、上述した実施の形態を変形し、ＣＰＵ９および記憶部１０に代えて一つのマイクロコンピュータを用いる形態としてもよい。また、上述した実施の形態を変形し、コンデンサマイクロホンセンサに代えてピエゾケーブルなどの圧電素子、静電容量式センサ、受光素子、フィルムセンサ又は歪ゲージなどを用いる形態としてもよい。

１……睡眠測定装置、２……センサ部、３……本体部、４……表示部、５……操作部、６……外部出力部、７……信号処理部、７０……第１増幅器、７１……第２増幅器、７２……第３増幅器、７３……第４増幅器、８……ＡＤ変換部、８０……第１ＡＤ変換部、８１……第２ＡＤ変換部、８２……第３ＡＤ変換部、８３……第４ＡＤ変換部、９……第ＣＰＵ、９０……判定部、９２……生体情報検知部、９４……通知処理部、１０……記憶部、１１……電源、ＳＤ０,ＳＤ１,ＳＤ２,ＳＤ３……標準偏差、Ｍ……敷寝具。

Claims (10)

1. 敷寝具と共に使用可能であり、前記敷寝具上における被験者の生体変位を測定し、測定結果を示す測定信号を出力するセンサ部と、
   前記測定信号を複数の異なるゲインで増幅して各出力信号を出力する信号処理部と、
   前記各出力信号をＡＤ変換して得たレベル値を各々出力するＡＤ変換部と、
   前記各レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度が、所定値以下の場合には、前記センサ部が異常であると判定する判定部とを備える
   ことを特徴とする生体信号処理装置。
2. 前記判定部は、
   前記レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値を基準値とし、前記基準値のばらつきの程度を示すばらつき尺度に対するその他のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率を算出し、
   前記基準値のばらつきの程度を示すばらつき尺度に対する所定のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率が、前記最小のゲインに対する当該所定のゲインの比率について所定値の範囲内の場合には、当該所定のゲインで増幅された出力信号を前記信号処理部の出力信号として採用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号処理装置。
3. 前記判定部は、各ゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値のばらつきの程度を示すばらつき尺度の比率が、前記最小のゲインに対する当該各ゲインの比率について所定値の範囲内とならない場合には、前記センサ部が異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の生体信号処理装置。
4. 前記判定部により採用された前記信号処理部の出力信号に基づいて生体情報の検知処理を行う検知部を備える
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の生体信号処理装置。
5. 前記信号処理部は複数のアナログ回路を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の生体信号処理装置。
6. 前記信号処理部は、複数の異なるゲインに切り替え可能なアナログ回路を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の生体信号処理装置。
7. 前記ばらつきの程度を示すばらつき尺度は、標準偏差であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の生体信号処理装置。
8. 敷寝具と共に使用可能であり、前記敷寝具上における被験者の生体変位を測定し、測定結果を示す測定信号を出力するセンサ部と、
   前記測定信号を複数の異なるゲインで増幅して各出力信号を出力する信号処理部と、
   前記各出力信号をＡＤ変換して得たレベル値を各々出力するＡＤ変換部と、
   前記各レベル値のうち、最小のゲインで増幅された出力信号に対応するレベル値が単位時間当たりに下限値に達した回数が規定値を上回る場合には、前記センサ部が異常であると判定する
   ことを特徴とする生体信号処理装置。
9. 前記判定部は、所定のゲインで増幅された出力信号に対応する前記レベル値が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を下回る場合、当該所定のゲインで増幅された出力信号を前記信号処理部の出力信号として採用する
   ことを特徴とする請求項８に記載の生体信号処理装置。
10. 前記判定部は、各ゲインで増幅された出力信号に対応する前記レベル値が単位時間当たりに上限値に達した回数が規定値を上回る場合、前記センサ部が異常であると判定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の生体信号処理装置。
    

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