JP2013244028A - 情報処理装置、睡眠状態評価方法、睡眠状態評価プログラム及び評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】しきい値の設定ミスにより被験者の睡眠状態の評価を誤るといったことがない形で、被験者の睡眠状態を評価できる情報処理装置を提供する。
【解決手段】情報処理装置２０は、就寝中に被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出し、前記複数の角度値Ａについて前記頻度値算出部によって算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、前記被験者に関する寝返り頻度因子αを算出して出力する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、情報処理装置と、睡眠状態評価方法と、睡眠状態評価プログラムと、評価システムとに関する。

健常者は、睡眠中に適度な寝返りをうつ。寝返りは体重によって圧迫された体の痛みや血流の滞りを解消する役目がある。そのため、良好な睡眠を得るには適度な寝返りをすることが不可欠と考えられているが、運動能力の衰えた高齢者やパーキンソン病患者等は寝返りをうまくうてなくなる。また、健常者であっても寝苦しい時は寝返り回数が多くなる。

要するに、寝返りは睡眠中のみならずその人の全体的な健康状態を反映している。そのため、寝返りを定量的に評価することが、日常の健康管理という観点から非常に重要こととなっており、マット型のセンサーにより非侵襲・無拘束で寝返りを計測する方法（例えば、特許文献１参照）や、加速度センサーを体に装着することにより寝返りを計測するする方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開２０１１−２１８５８号公報 特開２０１０−１４８８２９号公報 国際公開第２０１１／０４０２５９号パンフレット

寝返りについては、厚生労働省による「平成２０年度診療報酬改定関連通知の一部訂正について」の中で、「仰臥位から（左右どちらかの）側臥位になる動作である」と定義されている。従って、看護の分野では完全な側臥位にならないと自立的な寝返りとは判断されないのであるが、一般的には、きちんと横向きにならないような場合も寝返りとみなされている。

このように、寝返りの定義が曖昧なままであるという事情がある。そのため、寝返りの頻度や角度を定量化する際には、あるしきい値を設け、体が体軸周りにそのしきい値を超えて回転したら寝返りとして数える、という手法がとられている。ただし、この手法では、しきい値の設定を誤ると、被験者の睡眠状態が誤って評価されてしまうことになる。

そこで、本発明の課題は、しきい値の設定ミスにより被験者の睡眠状態の評価を誤るといったことがない形で、被験者の睡眠状態を評価できる情報処理装置、睡眠状態評価方法、睡眠状態評価プログラム及び評価システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の態様の一つは、情報処理装置であり、
就寝中に被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度Ａに基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出部と、
前記複数の角度値Ａについて前記頻度値算出部によって算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ
）に基づき、前記被験者に関する寝返り頻度因子αを算出して出力する算出・出力部と、
を備える。

すなわち、本発明の情報処理装置は、いわば、被験者の寝返り挙動（寝返り動作、寝返りをしようとした動作）の実行回数に相当する寝返り頻度因子αを算出して出力する機能を有している。そして、そのような寝返り頻度因子αは、被験者の睡眠状態と相関がある値であると共に、寝返りをしたか否かを判定するためのしきい値を設定することなく一意に決定できる値となる。従って、この情報処理装置を用いておけば、しきい値の設定ミスによって被験者の睡眠状態の評価を誤るといったことがない形で、被験者の睡眠状態を評価できることになる。

本発明の情報処理装置を実現するに際しては、頻度値Ｚ（Ａ）が、前記複数の寝返り角度の中の、その値がｘとなっている寝返り角度の数Ｐ（ｘ）を表記した場合に以下の式により表される値となるようにしておくことが出来る。

また、頻度値Ｚ（Ａ）として、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動が連続してなされた各時間帯における寝返り角度の最大値の総和が算出されるようにしておくことも出来る。

また、本発明の情報処理装置の算出・出力部としては、前記頻度値算出部により算出された各Ｚ（Ａ）が、以下の回帰式により近似されることになるように、α及びβを算出し、算出したαを前記寝返り頻度因子αとして出力するものを採用することが出来る。

また、算出・出力部として、算出したαを前記寝返り頻度因子として出力すると共に、算出したβを寝返りエネルギーβとして出力するものを採用することも出来る。

また、本発明の情報処理装置を、前記算出・出力部により算出された寝返り頻度因子αに基づき、前記被験者の睡眠状態が予め定められている複数の睡眠状態のいずれであるかを判別し、判別結果を出力する睡眠状態評価部を、さらに備えた装置として実現しておくことも出来る。

本発明の情報処理装置を、
前記複数の寝返り角度中の、第１時間幅分の評価対象時間帯になされた寝返り挙動に関する寝返り角度から、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出処理を、開始時刻を異ならせた複数の評価対象時間帯のそれぞれについて実行する第２頻度値算出部と、
前記複数の評価対象時間帯のそれぞれについて、その評価対象時間帯に関する前記頻度値算出処理により算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）から前記寝返り頻度因子αを算出し、各評価対象時間帯について算出した前記寝返り頻度因子αを評価対象時間帯との対応関係
が分かる形で出力する第２算出・出力部と、
を、さらに備えた装置として実現してことも出来る。

また、本発明の情報処理装置を、
就寝中の被験者の体軸回りの回転角を複数の時刻のそれぞれについて含む回転角情報に基づき、複数の寝返り角度を含む寝返り角度情報を生成する寝返り角度情報生成部を、さらに、備え、
前記頻度値算出部は、前記寝返り角度情報生成部により生成された前記寝返り角度情報中の前記複数の寝返り角度に基づき、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する
装置として実現しておいても良い。

また、本発明の情報処理装置を、そのような装置として実現する場合には、
前記回転角情報に、前記複数の時刻のそれぞれについて、その時刻における前記被験者の体軸の傾斜角である転倒角が含まれ、
前記寝返り角度情報生成部は、前記回転角情報中の、転倒角が規定範囲内の角度となっている回転角のみから、前記寝返り角度情報を生成する
ようにしておくことも出来る。

また、本発明の情報処理装置を、モーションセンサにより時系列的に記録された、就寝中の被験者についての３方向の加速度情報から、複数の寝返り角度を含む寝返り角度情報を生成する寝返り角度情報生成部を、さらに、備え、
前記頻度値算出部は、前記寝返り角度情報生成部により生成された前記寝返り角度情報中の前記複数の寝返り角度に基づき、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する
装置として構成しておくことも出来る。

また、本発明の他の態様は、情報処理装置と同様の特徴を有する睡眠状態評価方法、睡眠状態評価プログラム、評価システム及び睡眠状態評価プログラムを記録したコンピュータ可読媒体である。

本発明によれば、しきい値の設定ミスにより被験者の睡眠状態の評価を誤るといったことがない形で、被験者の睡眠状態を評価できる情報処理装置、睡眠状態評価方法、睡眠状態評価プログラム及び評価システムを提供できる。

図１Ａは、本発明の一実施例に係る睡眠状態評価システムの概略構成図である。 図１Ｂは、実施例に係る睡眠状態評価システムが備える情報処理装置の機能ブロック図である。 図２は、実施例に係る睡眠状態評価システム内の情報処理装置が実行する解析処理の流れ図である。 図３Ａは、回転角の説明図である。 図３Ｂは、転倒角の説明図である。 図４は、寝返り角度の算出手順の説明図である。 図５は、解析処理により情報処理装置内に用意されるデータの説明図である。 図６は、解析処理により情報処理装置内に用意されるデータ（寝返り角度群）の説明図である。 図７は、Ａ値とｌｏｇＺ（Ａ）値との間の関係を示すグラフである。 図８は、寝返り頻度因子及び寝返りエネルギーと被験者の睡眠状態との間の関係の説明図である。 図９は、寝返り頻度因子及び寝返りエネルギーと被験者の睡眠状態との間の関係の説明図である。 図１０は、実施例に係る情報処理装置が実行する第２解析処理の流れ図である。 図１１は、第２解析処理による処理結果の一例の説明図である。 図１２は、第２解析処理による処理結果から得られる情報の説明図である。 図１３は、採用し得るＺ（Ａ）の算出方法の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１Ａに、本発明の一実施例に係る睡眠状態評価システムの構成を示す。

本実施例に係る睡眠状態評価システムは、人間（以下、被験者と表記する）の睡眠状態を評価するために使用されるシステムである。図示してあるように、睡眠状態評価システムは、被験者挙動測定装置１０と情報処理装置２０とを備える。

本実施例に係る被験者挙動測定装置１０は、睡眠中の被験者の体の動きを測定するために、被験者の体に固定される小型の装置（いわゆるモーションセンサ）である。尚、図１には、被験者挙動測定装置１０と情報処理装置２０とがケーブル１８にて接続されている状態を示してあるが、本睡眠状態評価システムは、通常、『単独で（情報処理装置２０と接続せずに）機能させることにより被験者挙動測定装置１０に被験者の体の動きに関する情報を収集させた後、被験者挙動測定装置１０を情報処理装置２０に接続することにより被験者挙動測定装置１０に収集させた情報を情報処理装置２０で解析する』といった形で使用されるものである。

図１に示してあるように、被験者挙動測定装置１０は、慣性センサ１１、記憶部１２、インタフェース回路（図では、ＩＦ）１３及びマイクロプロセッサ１４を備えている。また、被験者挙動測定装置１０は、装置内の各部に電力を供給するためのバッテリ（二次電池；図示略）、マイクロプロセッサ１４による記憶部１２内への加速度の記録（詳細は後述）を開始／終了させるためのスライドスイッチ（図示略）も備えている。

慣性センサ１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の加速度を測定できる３軸加速度センサである。被験者挙動測定装置１０は、この慣性センサ１１のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向が、それぞれ、被験者の左右方向（左がプラス方向）、上下方向（上がプラス方向）、前後方向（前がプラス方向）となるように、専用ベルト等により被験者に固定される。尚、被験者挙動測定装置１０の固定位置は、通常、体幹中央部（腹部中央部あるいは背中中央部）である。以下、被験者に対して固定された被験者挙動測定装置１０内の慣性センサ１１のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のことを、それぞれ、被験者のＸ、Ｙ、Ｚ方向と表記する。

記憶部１２は、慣性センサ１１による加速度の測定結果を記憶しておくための記憶装置である。本実施例に係る被験者挙動測定装置１０の記憶部１２は、被験者挙動測定装置１０から取り外すことが出来るメモリカード（フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory））となっている。

インタフェース回路１３は、情報処理装置２０と通信（情報交換）を行うためのユニッ
ト（本実施例では、いわゆるＵＳＢ（Universal Serial bus）インタフェース回路）である。このインタフェース回路１３は、被験者挙動測定装置１０のバッテリを充電するためにも用いられる。なお、被験者挙動測定装置１０と情報処理装置２０とが、夫々無線通信インタフェースを有し、両者間での情報（後述する被験者挙動情報を含む）の授受が無線リンクを通じて実施されるようにすることもできる。また、被験者挙動測定装置１０と、情報処理装置２０とが、可搬性を有する記録媒体（例えばＳＤカード）のドライブ装置を夫々備え、情報の授受が可搬性を有する記録媒体の一方からの離脱、他方への装着及び情報の読み出しによって実施されるようにしても良い。

マイクロプロセッサ１４は、慣性センサ１１による被験者のＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度の測定結果を周期的に記憶部１２に記録する処理（以下、測定記録処理と表記する）を実行可能なプロセッサである。このマイクロプロセッサ１４は、情報処理装置２０から所定形式のコマンドを送信することにより、測定記録処理時の加速度の記録周期を設定（指定）できるように、構成（プログラミング）されている。

さらに、マイクロプロセッサ１４は、被験者挙動測定装置１０に設けられているスライドスイッチがＯＮとなった際に、現在時刻と設定されている記録周期とを記憶部１２に記録してから、設定されている記録周期での測定記録処理を開始し、スライドスイッチがＯＦＦとなった際に、測定記録処理を終了するようにも構成されている。尚、マイクロプロセッサ１４が行うこの処理（現在時刻と記録周期とを記憶部１２に記録する処理＋測定記録処理）は、各種データを、現在時刻から生成したファイル名を有するファイルとして記憶部１２に記憶する処理である。

情報処理装置２０は、入力装置２１（キーボード、マウス等）、ディスプレイ２２、コンピュータ本体２３等からなるコンピュータの記憶部２４（ＨＤＤ（Hard Disk Drive）
、ＳＳＤ（Solid State Drive）等）に、本システム用に開発した睡眠状態評価プログラ
ム３５をインストールした装置である。尚、情報処理装置２０の記憶部２４（ＨＤＤ、ＳＳＤ等）は、コンピュータ可読媒体に相当する。また、情報処理装置２０（情報処理装置２０として機能するコンピュータ）は、ＰＣ（Personal Computer）、ＷＳ(Work Station)等であっても、携帯電話、スマートフォン等であっても良い。睡眠状態評価プログラム
３５のコンピュータ（情報処理装置２０）へのインストールは、睡眠状態評価プログラム３５を記録したＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体からの読み出しや、サーバからのダウンロードにより行われる。

以下、情報処理装置２０の機能を説明する。尚、以下の説明において、被験者挙動情報とは、被験者挙動測定装置１０を動作させることにより記憶部１２にファイルとして記憶される、被験者の各時刻における３方向の加速度の測定結果を含む情報のことである。

図１Ｂに、本実施例に係る情報処理装置２０の機能ブロック図を示す。図示してあるように、本実施例に係る情報処理装置２０のコンピュータ本体２３（主として、ＣＰＵ３１）は、寝返り角度情報生成部４０、頻度値算出部４１、算出・出力部４２、睡眠状態評価部４３、第２頻度値算出部４４及び第２算出・出力部４５として機能する。

寝返り角度情報生成部４０は、記憶部１２上の被験者挙動情報、すなわち、被験者挙動測定装置１０により時系列的に記録された、就寝中の被験者についての３方向の加速度情報から、複数の寝返り角度を含む寝返り角度情報を生成するユニット（機能ブロック）である。尚、寝返り角度とは、被験者が行った各寝返り挙動（寝返り動作、寝返りをしようとした動作）における被験者の体軸回りの回転角のことである。

この寝返り角度情報生成部４０は、全時刻の寝返り角度（被験者挙動情報から算出可能
な全ての寝返り角度）を含む寝返り角度情報を生成するものであっても良い。ただし、本実施例に係る情報処理装置２０が備える寝返り角度情報生成部４０は、所定時間毎の寝返り角度の平均値を、各所定時間における寝返り角度として算出するようになっている。また、寝返り角度情報生成部４０は、被験者挙動情報に基づき、就寝中の被験者の、各時刻における体軸の転倒角（傾斜角）と体軸回りの回転角とを求め、転倒角が規定範囲内の角度となっている回転角のみから、寝返り角度情報を生成するものとなっている。

尚、情報処理装置２０を、他装置（被験者挙動測定装置１０相当の装置）が生成した寝返り角度情報を処理する装置として構成する場合には、寝返り角度情報生成部４０を情報処理装置２０から除去しておくことが出来る。

頻度値算出部４１は、寝返り角度情報生成部４０が生成した寝返り角度情報中の複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出するユニットである。本実施例に係る頻度値算出部４１は、頻度値Ｚ（Ａ）として、寝返り角度情報に含まれる複数の寝返り角度の中の、その値がｘとなっている寝返り角度の数Ｐ（ｘ）を表記した場合に以下の式により表される値を算出する。

すなわち、本実施例に係る頻度値算出部４１は、寝返り角度情報に含まれる、その値（角度）がＡ度以上となっている寝返り角度の総和を、頻度値Ｚ（Ａ）として算出するものとなっている。

ただし、頻度値Ｚ（Ａ）は、被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す値でありさえば良い。従って、頻度値算出部４１を、（１）式とは異なる式で頻度値Ｚ（Ａ）を算出するものとしておくことも出来る（詳細は後述）。

算出・出力部４２は、頻度値算出部４１により算出された各頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、被験者の寝返り頻度因子α（詳細は後述）を算出して出力するユニットである。この算出・出力部４２は、図１Ｂに矢印で模式的に示してあるように、算出した寝返り頻度因子αを、ディスプレイ２２に対して出力する。すなわち、本実施例に係る算出・出力部４２は、算出した寝返り頻度因子αを表す情報をディスプレイ２２の画面上に表示するユニットとなっている。ただし、算出・出力部４２は、寝返り頻度因子αを算出して何らかの形で出力するものでありさえすれば良い。従って、算出・出力部４２を、算出した寝返り頻度因子αをプリンタに印刷させるユニットや、算出した寝返り頻度因子αを記憶装置（記憶部２４や、情報処理装置２０のＵＳＢポートに装着されたＵＳＢメモリ等）に記憶するユニットとしておくことが出来る。

睡眠状態評価部４３は、算出・出力部４２により算出された寝返り頻度因子αに基づき、被験者の睡眠状態が予め定められている複数（例えば、３つ）の睡眠状態のいずれであるかを判別し、判別結果を出力するユニットである。図１Ｂに模式的に示してあるように、本実施例に係る睡眠状態評価部４３も、判別結果をディスプレイ２２に対して出力する（判別結果をディスプレイ２２の画面上に表示する）ユニットである。ただし、睡眠状態評価部４３は、寝返り頻度因子αに基づき、被験者の睡眠状態を判別し、判別結果を何らかの形で出力するものでありさえすれば良い。従って、睡眠状態評価部４３を、判別結果
をプリンタに印刷させるユニットや、判別結果を記憶装置に記憶するユニットとしておくことが出来る。

第２頻度値算出部４４は、寝返り角度情報生成部４０が生成した寝返り角度情報中の複数の寝返り角度中の、第１時間幅分の評価対象時間帯になされた寝返り挙動に関する寝返り角度から、各角度値Ａについての頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出処理を、開始時刻を異ならせた複数の評価対象時間帯のそれぞれについて実行するユニットである。

第２算出・出力部４５は、第２頻度値算出部４４によって関数算出処理が行われた複数の評価対象時間帯のそれぞれについて、その評価対象時間帯に関する頻度値算出処理により算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）から寝返り頻度因子αを算出し、各評価対象時間帯について算出した前記寝返り頻度因子αを評価対象時間帯との対応関係が分かる形で出力するユニットである。本実施例に係る第２算出・出力部４５も、寝返り頻度因子αをディスプレイ２２に対して出力する（寝返り頻度因子αを評価対象時間帯との対応関係が分かる形でディスプレイ２２の画面上に表示する）ユニットである。ただし、この第２算出・出力部４５も、睡眠状態評価部４３等と同様に、寝返り頻度因子αと評価対象時間帯との間の対応関係を示す情報をプリンタに印刷させるユニットや、当該情報を記憶装置に記憶するユニットとしておくことが出来る。

以下、本実施例に係る情報処理装置２０の上記した各種機能を、流れ図等を用いて、睡眠状態評価システムの利用法と共に、さらに具体的に説明する。

本睡眠状態評価システム（図１Ａ参照）を用いて被験者の睡眠状態を評価する場合、まず、被験者挙動測定装置１０を情報処理装置２０に接続して、被験者挙動測定装置１０に加速度の記録周期を設定する処理が行われる。尚、被験者挙動測定装置１０の加速度の記録周期のデフォルト値は、１０ｍｓとなっている。このデフォルト値は、一般的な被験者についての寝返り角度（被験者が行った各寝返り挙動（寝返り動作、寝返りをしようとした動作）における体軸回りの回転角）を正確に求められる値となっている。そのため、この加速度の記録周期を設定（変更）する処理は、通常、省略される。

記録周期の設定を変更した後又は記録周期を変更しないことにした後には、被験者挙動測定装置１０を専用ベルト等により被験者に固定し、被験者挙動測定装置１０のスライドスイッチをＯＮとする作業が行われる。そして、その状態で被験者に睡眠を取ってもらい、被験者の起床後にスライドスイッチがＯＦＦにされる。

その後、被験者挙動測定装置１０が専用ベルト等から取り外されて情報処理装置２０に接続される。

ＣＰＵ３１が睡眠状態評価プログラム３５を実行しているコンピュータ（つまり、情報処理装置２０）は、操作者からの各種指示の入力を受け付ける状態で動作している。

そして、情報処理装置２０は、操作者によって、被験者挙動測定装置１０の記憶部１２上の或るファイル（現在時刻と記録周期と各種時刻における３方向の加速度の測定結果を保持したファイル）を処理することを指示された場合、図２に示した手順の解析処理を実行する。尚、詳細説明は省略するが、情報処理装置２０は、この解析処理を、記憶部１２に記憶されているファイルを他の記憶装置にコピーしたファイルに対して行う機能も有している。また、情報処理装置２０の、この解析処理のステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理を行う部分／機能が、上記した寝返り角度情報生成部４０に相当するＣＰＵ３１の機能であり、情報処理装置２０の、ステップＳ１０４の処理を行う部分／機能が、上記した頻度値算出部４１に相当するＣＰＵ３１の機能である。さらに、情報処理装置２０の、ステッ
プＳ１０５及びＳ１０６の処理を行う部分／機能が、算出・出力部４２、又は、算出・出力部４２及び睡眠状態評価部４３に相当するＣＰＵ３１の機能である。

図２に示してあるように、この解析処理時、情報処理装置２０（情報処理装置２０内のＣＰＵ３１）は、まず、被験者挙動測定装置１０の記憶部１２（又は他の記憶装置）から、操作者により指定されたファイルの内容を読み出し、読み出した加速度群、記録周期等に基づき、Ｘ方向の１秒毎の平均加速度Ｘ（Ｔ_ｎ）、Ｙ方向の１秒毎の平均加速度Ｙ（Ｔ_ｎ）、Ｚ方向の１秒毎の平均加速度Ｚ（Ｔ_ｎ）を算出する（ステップＳ１０１）。尚、Ｘ（Ｔ_ｎ）等における於けるＴ_ｎとは、測定開始後、ｎ−１秒目からｎ秒目（ｎ＝１、２、３…）までの時間帯（１秒）のことである。

要するに、被験者挙動測定装置１０による加速度の測定結果には、被験者の寝返り挙動（被験者の完全な寝返り動作又は寝返りをしようとした動作）に起因しないもの（細かく体が震えた際の加速度の検出結果やノイズ）が含まれる。そして、詳細は後述するが、本解析処理が寝返り挙動の頻度により被験者の睡眠状態を評価する処理となっているため、加速度を平均することにより、その後の処理の対象となる情報から、細かな体が震え等の寝返り動作ではない動作に関する情報を除去しているのである。

ステップＳ１０１の処理を終えた情報処理装置２０は、以下の式により、各時刻における転倒角Ｆａｌｌと回転角Ｔｕｒｎとを求める（ステップＳ１０２）。

ここで、arccosは、逆余弦関数であり、arctanは、逆正接関数である。

既に説明（定義）したように、Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、被験者の左右方向（左がプラス方向）、上下方向（上がプラス方向）、前後方向（前がプラス方向）である。従って、ステップＳ１０２では、図３Ａに示した角度、すなわち、被験者の体軸回りの回転角（被験者の体の正面が真上を向いている場合が“０”）が、回転角Ｔｕｒｎとして算出されることになる。また、ステップＳ１０２では、図３Ｂに示した角度、すなわち、被験者の仰臥角が、転倒角Ｆａｌｌとして算出されることになる。

ステップＳ１０２の処理が完了すると、図４に示したような内容のデータ（時系列的な回転角群と時系列的な転倒角群）が情報処理装置２０内（本実施例では、情報処理装置２０のＲＡＭ上）に用意されることになる。

そのようなデータを内部に用意した情報処理装置２０は、各時刻について算出した回転角から、転倒角を参照して、被験者が就寝中に行った各寝返り挙動の回転角である寝返り角度を算出する処理（ステップＳ１０３）を行う。

以下、このステップＳ１０３の処理の詳細を説明する。

ステップＳ１０３の処理は、基本的には、各極小点の回転角と各極小点の１つ後の極大点の回転角の差の絶対値を各極小点の寝返り角度として算出し、各極大点の回転角と、各極大点の１つ後の極大点の回転角の差の絶対値を各極大点の寝返り角度として算出する処理である。ここで、極小点、極大点とは、図５に模式的に示してあるように、それぞれ、前後の時刻の回転角よりも小さな時刻、前後の時刻の回転角よりも大きな時刻のことである。ただし、ステップＳ１０３の処理は、同時刻の転倒角が所定角度（本実施例では、７０度）以上となっている回転角のみを処理対象として、上記手順で寝返り角度を算出するものとなっている。

すなわち、ステップＳ１０３の処理は、基本的には、一般的な基準でも寝返りと言える動作、一般的な基準では寝返りと言えない僅かに体を回転させる動作の双方を“寝返り挙動”とみなして、各寝返り挙動時の被験者の体軸回りの回転角を寝返り角度として算出する処理となっている。

そして、被験者が、就寝中に一度も起きあがらなかった場合には、上記手順で各寝返り挙動時の回転角（寝返り角度）を算出できる。ただし、被験者が、就寝中に起きあがった場合（寝返り挙動ではない挙動をした場合）にも、被験者の体は体軸回りに回転する。従って、就寝中に被験者が何度か起きあがった場合、上記手順では、寝返り挙動以外の挙動時の被験者の体軸回りの回転角が寝返り角度として算出されてしまうことになる。

そして、被験者が起きあったか否かは、転倒角から判断することができる。そのため、ステップＳ１０３の処理を、上記内容の処理としているのである。

ステップＳ１０３の処理を終えた情報処理装置２０は、予め定められている複数の角度値Ａ（本実施例では、１０度から４５度までの１度毎の角度）のそれぞれについて、その値がＡ度以上となっている寝返り角度の累積和を頻度値Ｚ（Ａ）として算出する（ステップＳ１０４）。

すなわち、情報処理装置２０は、ステップＳ１０４にて、予め定められている複数の角度値Ａのそれぞれについて、上記した（１）式により頻度値Ｚ（Ａ）を算出する処理を行う。

次いで、情報処理装置２０は、算出した各頻度値Ｚ（Ａ）が、以下の回帰式により近似されることになるように、係数α、βを算出する（ステップＳ１０５）。

ここで、ステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理として上記のような内容の処理を採用している理由を説明しておくことにする。

本睡眠状態評価システム（主として、睡眠状態評価プログラム３５）の開発時には、各種被験者（正常な睡眠が取れている被験者、不眠症の被験者等）の睡眠中の挙動に関する情報（３方向の加速度）を収集して、収集した情報と被験者の睡眠状態との関係とを解析することが行われている。そして、その結果として、以下のことが分かっている。

・上記した頻度値Ｚ（Ａ）の対数値を、Ａ値に対してプロットすると、被験者によらず、図６に示したようなグラフ、すなわち、Ａ値が１０度〜４５度の領域でｌｏｇＺ（Ａ）が
Ａに対して直線的に変化するグラフ、が得られる（つまり、Ａ値が１０度〜４５度の範囲内にある場合、上記回帰式でＺ（Ａ）で近似できる）。尚、図６に示したグラフは、図７に示したデータ（寝返り角度群）から頻度値Ｚ（Ａ）を算出したものである。

・頻度値Ｚ（Ａ）の対数値をＡ値に対してプロットしたグラフ（図６）の直線部分のｌｏｇＺ（Ａ）軸切片の値（以下、寝返り頻度因子αと表記する）及び傾きの逆数（以下、寝返りエネルギーβと表記する）と、被験者の睡眠状態との間に、図８に示してあるような相関がある。

図８に示した、寝返り頻度因子α及び寝返りエネルギーβと、被験者の睡眠状態との間の相関関係は、図９に一例として示したような実験結果を組み合わせることによって得られたものである。

具体的には、図９は、健常者２名およびパーキンソン病患者（以下、ＰＤ患者とも表記する）２名の総計４名の被験者に対する実験結果を示した図である。尚、この図９に示してある寝返り頻度因子は、単位時間当たりの数値へ変換した値（α／睡眠時間）である。

図９から明らかなように、健常者（＊）は、２名ともに、寝返り頻度因子αが２００以上、寝返りエネルギーβが６０以上と、寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβのいずれの値も大きくなっている。１名のＰＤ患者（○、△、□）は、寝返り頻度因子αが１００以下、寝返りエネルギーβが３０以下と、いずれの値も小さくなっている。また、ＰＤ患者に関する寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβの算出結果（○、△、□）は、計測日によらない再現性のある値を示している。

もう１名のＰＤ患者（●）は寝返りエネルギーβは同様に小さいものの、寝返り頻度因子αは非常に大きくなっている。このように、体が動かせなくなるＰＤ患者は寝返り頻度が少なくなり、逆に寝付けない場合は寝返り頻度が大きくなる。

以上のようなことが実験結果から判明しているため、ステップＳ１０５で上記回帰式の係数α（寝返り頻度因子）、β（寝返りエネルギー）を算出しているのである。また、１０度〜４５度の範囲外の頻度値Ｚ（Ａ）値は、α、βの算出に不要なものである。そのため、ステップＳ１０６で１０度から４５度までの１度毎の角度についてのみ、頻度値Ｚ（Ａ）を算出しているのである。

ステップＳ１０６の処理を終えた情報処理装置２０は、ディスプレイ２２の画面上に、寝返り頻度因子αの値を表示する（ステップＳ１０６）。良好な睡眠が取れていない被験者の寝返り頻度因子αの値は、高い値（通常、４００程度）となる（図８、９参照）。そのため、操作者は、ディスプレイ２２の画面上に示された寝返り頻度因子αから被験者の睡眠状態を把握することが出来る。

また、所定の指示が入力された場合、情報処理装置２０は、ステップＳ１０６にて、ディスプレイ２２の画面上に、α値から定めた被験者の睡眠状態（図８参照）を示す情報（メッセージ）を表示する。さらに、他の所定の指示が入力された場合、情報処理装置２０は、ステップＳ１０６にて、ディスプレイ２２の画面上に、α値とβ値とから定まる被験者の睡眠状態区分（図８におけるＡ〜Ｆ）を示す情報（メッセージ）を表示する。従って、情報処理装置２０の操作者は、これの機能を用いることにより、被験者の睡眠状態がどのような状態にあるかを把握することが出来る。

そして、情報処理装置２０は、この解析処理（図２の処理）を、処理の終了（又は、他のファイル内のデータに対する処理の開始）を指示された際に終了する。

また、情報処理装置２０は、操作者から、記憶部１２（又は他の記憶装置）上の或るファイルについての寝返り頻度因子αの時間依存性を表示することが指示された場合には、図１０に示した手順の第２解析処理を実行する。尚、情報処理装置２０の、この第２解析処理のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理を行う機能が、上記した寝返り角度情報生成部４０に相当するＣＰＵ３１の機能である。また、情報処理装置２０の、ステップＳ２０４及びＳ２０５の処理を行う機能、ステップＳ２０６の処理を行う機能が、それぞれ、第２頻度値算出部４４、第２算出・出力部４５に相当するＣＰＵ３１の機能である。

この第２解析処理のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理は、それぞれ、上記したステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理と同内容の処理である。

ステップＳ２０５の処理は、加速度が測定されている全時間帯を、開始時刻を所定時間ΔＴ（例えば１０分）ずつずらした、同じ時間幅Ｔｗ（＞ΔＴ、例えば１時間）分の複数の評価対象時間帯に仮想的に分割し、分割した評価対象時間帯毎に上記したステップＳ１０５の処理と同内容の処理を行う処理である。

そして、第２解析処理のステップＳ２０６の処理は、各評価対象時間帯について算出された寝返り頻度因子αを、図１１に示したようなグラフとしてディスプレイ２２の画面上に表示する処理となっている。尚、ディスプレイ２２の画面上に実際に表示されるグラフは、図１１に示してある矢印及び“レム睡眠”という文字列が表示されていないものである。

一般に、寝返りはノンレム睡眠とレム睡眠との切り替え時に多く見られる。従って、この第２解析処理の処理結果（図１１）中の特に寝返り頻度因子αが大きい時間帯の被験者の状態がレム睡眠開始時の状態あるいはレム睡眠中である状態であると推定できることになる。また、寝返り頻度因子αの小さい時間帯において、被験者はより深い睡眠状態にあると推定できることになる。

また、図１２に模式的に示したように、寝付けない場合には、寝返り頻度因子αが大きく時間変化し、深い睡眠が取れていない場合には、寝返り頻度因子αがあまり時間変化せずに５００近傍の値となる。さらに、良好な睡眠が取れている場合には、寝返り頻度因子αが時間経過に伴って０〜５００程度の範囲内を上下し、パーキンソン病患者の寝返り頻度因子αはあまり時間変化せずに低い値を取る。そのため、第２解析処理の処理結果（図１１）から、被験者がどのような睡眠を取れているかが分かることにもなる。

以上、詳細に説明したように、本実施例に係る睡眠状態評価システムは、被験者の就寝中の挙動情報に基づき、被験者の寝返り挙動（寝返り動作、寝返りをしようとした動作）の実行回数に相当する寝返り頻度因子αを算出して出力する機能を有している。そして、寝返り頻度因子αは、被験者の睡眠状態と相関がある値であると共に、しきい値を設定することなく一意に決定できる値となっている。

従って、本実施例に係る睡眠状態評価システムを用いておけば、しきい値の設定誤りにより被験者の睡眠状態の評価を誤るといったことがない形で、被験者の睡眠状態を評価できることになる。

《変形例》
上記した実施例に係る睡眠状態評価システムについては、各種の変形を行うことが出来る。例えば、情報処理装置２０を、各Ｚ（Ａ）として、図１３に模式的に示したように、寝返り角度が角度Ａ以上の寝返り挙動が連続してなされた時間帯内における寝返り角度の
最大値（図における●）の総和を算出する装置に変形することが出来る。

尚、そのような寝返り角度の最大値の総和は、例えば、前後の寝返り角度よりも大きく、且つ、その値がＡよりも大きな寝返り角度Ｗ（ｔ_ｉ）を寝返り挙動の発生時刻ｔ_ｉが早い（又は遅い）方から順々に特定し、その後、以下の式のように、特定した全Ｗ（ｔｉ）（ｉ＝１〜ｎ：ｎは、特定した寝返り角度の総数）を加算すれば、得ることが出来る。

情報処理装置２０を、上記したＰ（ｘ）（ｘとその値が一致している寝返り角度の数）から、以下の式にて各頻度値Ｚ（Ａ）を算出する装置に変形することも出来る。

換言すれば、情報処理装置２０を、以下の式のように、各頻度値Ｚ（Ａ）として、値がＡ以上の寝返り角度の総数ｎを算出する装置に変形することも出来る。

また、情報処理装置２０を、寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβを求めるための回帰式として、以下のパレート関数を用いるものに変形することも出来る、

情報処理装置２０を、寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβを求めるための回帰式として、以下の、切断されたパレート関数を用いるものに変形することも出来る、

また、情報処理装置２０を、ステップＳ１０４（又はＳ２０４）の処理でより多くの頻度値Ｚ（Ａ）を算出し、ステップＳ１０５（又はＳ２０５）の処理時に、寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβの算出に用いる頻度値Ｚ（Ａ）の範囲を前後にずらして、最も差分（誤差）が少なくなる寝返り頻度因子α、寝返りエネルギーβを算出する装置に変形することも出来る。

睡眠状態評価システムを、ステップＳ１０１までの処理、ステップＳ１０２までの処理
、又は、ステップＳ１０３までの処理が、被験者挙動測定装置１０側で行われ、その後の処理が情報処理装置２０側で行われるシステムに変形することも出来る。

睡眠状態評価システムの情報処理装置２０を、第２解析処理（図１０）を行う機能を有さないもの（第２頻度値算出部４４及び第２算出・出力部４５を有さないもの）に変形することも出来る。情報処理装置２０を、ステップＳ１０２及び又はステップＳ２０２の処理における平均時間を、操作者が設定（変更）できる装置に変形することも出来る。

また、上記した寝返り頻度因子αは、被験者の各寝返り挙動時の寝返り角度が分かりさえすれば算出できる値であり、寝返り角度は、被験者の各時刻における３方向の加速度が分からなくても、被験者の各時刻における体軸回りの回転角が分かれば、算出できる値である。従って、被験者挙動測定装置１０は、上記した慣性センサ１１（３軸加速度センサ）以外の慣性センサを備えた装置であっても良い。なお、被験者の体軸回りの回転角を検出できる、３軸加速度センサ以外の慣性センサ１１としては、２軸の加速度センサの、ジャイロセンサ、速度センサを例示できる。また、慣性センサ１１は、１〜２軸の加速度センサの組み合わせでも良い。

慣性センサ１１は、慣性センサに限らず、被験者をカメラで撮影し、撮影された映像を解析して被験者の動きを動作信号として求める構成や、被験者に装着したマーカーの動きを光学式、機械式、磁気式等のトラッカー（センサ）で検出して動作信号とする装置、所謂モーションキャプチャを行う装置であっても良い。

また、睡眠状態評価システムを、被験者挙動測定装置１０による加速度等の測定周期が設定できないものに変形することも出来る。なお、睡眠状態評価システムを、そのようなシステムに変形する場合には、寝返り角度を正確に算出できるようにするために、加速度等の測定周期を１ｍｓ〜１ｓ程度の値、特に５ｍｓ〜５０ｍｓ程度の値にしておく（加速度等のサンプリング周波数を１〜１０００Ｈｚ程度の値、特に２０〜２００Ｈｚ程度の値にしておく）ことが好ましい。

また、睡眠状態評価システムを、被験者挙動測定装置１０・情報処理装置２０間の通信が無線で行われるものや、情報処理装置２０の、図１Ｂに示してあるユニット（機能ブロック）群の一部又は全てを、ＡＳＩＣ等（application specific integrated circuit）
で実現しておいても良い事などは、当然のことである。

１０・・・被験者挙動測定装置
１１・・・慣性センサ
１２・・・記憶部
１３・・・インタフェース回路
１４・・・マイクロプロセッサ
１８・・・ケーブル
２０・・・情報処理装置
２１・・・入力装置
２２・・・ディスプレイ
２３・・・コンピュータ本体
２４・・・記憶部
３１・・・ＣＰＵ
３５・・・睡眠状態評価プログラム
４０・・・寝返り角度情報生成部
４１・・・頻度値算出部
４２・・・算出・出力部
４３・・・睡眠状態評価部
４４・・・第２頻度値算出部
４５・・・第２算出・出力部

Claims (14)

1. 就寝中に被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出部と、
   前記複数の角度値Ａについて前記頻度値算出部によって算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、前記被験者に関する寝返り頻度因子αを算出して出力する算出・出力部と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記頻度値Ｚ（Ａ）が、前記複数の寝返り角度の中の、その値がｘとなっている寝返り角度の数Ｐ（ｘ）を表記した場合に以下の式により表される値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記頻度値Ｚ（Ａ）が、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動が連続してなされた各時間帯における寝返り角度の最大値の総和である
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
4. 前記算出・出力部は、前記頻度値算出部により算出された各Ｚ（Ａ）が、以下の回帰式により近似されることになるように、α及びβを算出し、算出したαを前記寝返り頻度因子αとして出力する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の情報処理装置。
5. 前記算出・出力部は、算出したαを前記寝返り頻度因子αとして出力すると共に、算出したβを寝返りエネルギーβとして出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記算出・出力部により算出された寝返り頻度因子αに基づき、前記被験者の睡眠状態が予め定められている複数の睡眠状態のいずれであるかを判別し、判別結果を出力する睡眠状態評価部を、さらに備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
7. 前記複数の寝返り角度中の、第１時間幅分の評価対象時間帯になされた寝返り挙動に関する寝返り角度から、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出処理を、開始時刻を異ならせた複数の評価対象時間帯のそれぞれについて実行する第２頻度値算出部と、
   前記複数の評価対象時間帯のそれぞれについて、その評価対象時間帯に関する前記頻度値算出処理により算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）から前記寝返り頻度因子αを算出し、各評価対象時間帯について算出した前記寝返り頻度因子αを評価対象時間帯との対応関係が分かる形で出力する第２算出・出力部と、
   を、さらに備える
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
8. 就寝中の被験者の体軸回りの回転角を複数の時刻のそれぞれについて含む回転角情報に基づき、複数の寝返り角度を含む寝返り角度情報を生成する寝返り角度情報生成部を、さらに、備え、
   前記頻度値算出部は、前記寝返り角度情報生成部により生成された前記寝返り角度情報中の前記複数の寝返り角度に基づき、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の情報処理装置。
9. 前記回転角情報に、前記複数の時刻のそれぞれについて、その時刻における前記被験者の体軸の傾斜角である転倒角が含まれ、
   前記寝返り角度情報生成部は、前記回転角情報中の、転倒角が規定範囲内の角度となっている回転角のみから、前記寝返り角度情報を生成する
   ことを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
10. モーションセンサにより時系列的に記録された、就寝中の被験者についての３方向の加速度情報から、複数の寝返り角度を含む寝返り角度情報を生成する寝返り角度情報生成部を、さらに、備え、
    前記頻度値算出部は、前記寝返り角度情報生成部により生成された前記寝返り角度情報中の前記複数の寝返り角度に基づき、各角度値Ａについての前記頻度値Ｚ（Ａ）を算出する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の情報処理装置。
11. コンピュータが、
    就寝中に被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出し、
    前記複数の角度値Ａについて算出した複数の頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、前記被験者の寝返り頻度因子αを算出して出力する
    ことを特徴とする睡眠状態評価方法。
12. コンピュータに、
    就寝中に被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出する処理と、
    前記複数の角度値Ａについて算出した複数の頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、前記被験者の寝返り頻度因子αを算出して出力する処理と
    を行わせることを特徴とする睡眠状態評価プログラム。
13. 就寝中の被験者の挙動を測定するための被験者挙動測定装置と情報処理装置とを含む評価システムであって、
    前記情報処理装置は、
    前記被験者挙動測定装置の測定結果から求められた、就寝中に前記被験者が行った各寝返り挙動における体軸回りの回転角である複数の寝返り角度に基づき、複数の角度値Ａのそれぞれについて、前記被験者の、寝返り角度がＡ度以上の寝返り挙動の実行頻度を表す頻度値Ｚ（Ａ）を算出する頻度値算出部と、
    前記複数の角度値Ａについて前記頻度値算出部によって算出された複数の頻度値Ｚ（Ａ）に基づき、前記被験者に関する寝返り頻度因子αを算出して出力する算出・出力部と、
    を備える、
    ことを特徴とする評価システム。
14. 前記被験者挙動測定装置が、
    前記被験者の３方向の加速度を測定する装置である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の評価システム。