JP2015097636A - Sleep stage determination apparatus, sleep stage determination program, and sleep stage determination method - Google Patents

Sleep stage determination apparatus, sleep stage determination program, and sleep stage determination method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sleep stage determination apparatus that determines a sleep stage of a subject with a high degree of precision.SOLUTION: A sleep stage determination apparatus includes: wakefulness determination means C9 for determining whether or not a subject is awake based on the frequency of body motions of a subject; breathing interval extraction means C12 for extracting a breathing interval of the subject based on the vibration detected by a detection member SN1; fractal dimension calculation means C17 for calculation a fractal dimension based on deviation accumulation (y(k)) of the breathing interval and a trend of changes in breathing (y(k)); and sleep stage determination means C20 for determining a sleep stage of the subject based on the fractal dimension and a threshold for the sleep stage determination when it is determined by the wakefulness determination means C9 that the subject is asleep.

Description

本発明は、被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階判定装置、睡眠段階判定プログラムおよび睡眠段階判定方法に関する。   The present invention relates to a sleep stage determination apparatus, a sleep stage determination program, and a sleep stage determination method for determining a sleep stage of a subject.

従来、人間の睡眠段階を調べるためには、睡眠時ポリソムノグラフィ(Polysomnography: PSG)を使用し、睡眠中の脳波、眼球電図、筋電図を測定して判定しており、これらの測定結果から4段階からなるノンレム睡眠と、レム睡眠および覚醒の6段階に分類している。一般に人間の睡眠は脳の休息のためのノンレム睡眠と休息から覚醒させるための準備段階であるレム睡眠とが約1時間半の周期で繰り返されており、一晩に3〜4回の睡眠周期が現れる。人間にとっては脳を十分に休息させるために深いノンレム睡眠が十分にあること、そして、睡眠からさわやかに目覚めるためにレム睡眠が周期的に出現することの両方が必要と言われている。
多くの現代人は睡眠に悩みを抱えている。また、睡眠の質は、精神的肉体的ストレス度合、昼間の運動の有無、就寝直前の入浴などの様々な要因により左右されるものであり、一晩の睡眠状態だけで個人の通常時の睡眠の質を判断することは困難である。従って、良質な睡眠を確保するには、日ごろから睡眠深度等を定量的に計測し、自己管理することが望まれる。
Traditionally, in order to investigate human sleep stages, sleep polysomnography (PSG) is used to measure and determine brain waves, electrocardiograms, and electromyograms during sleep. The measurement results are classified into 6 stages of non-REM sleep consisting of 4 stages, REM sleep and awakening. In general, non-REM sleep for brain rest and REM sleep, which is a preparation stage for awakening from rest, are repeated in a cycle of about 1 and a half hours, and 3 to 4 sleep cycles per night Appears. For humans, it is said that both deep non-REM sleep is sufficient to fully rest the brain, and that REM sleep appears periodically to wake up refreshed from sleep.
Many modern people have trouble sleeping. In addition, the quality of sleep depends on various factors such as mental and physical stress levels, the presence of daytime exercise, and bathing just before going to bed. It is difficult to judge the quality. Therefore, in order to ensure good quality sleep, it is desired to measure the depth of sleep quantitatively and manage it on a daily basis.

ところが、この睡眠深度や睡眠周期の検出は一般に人体の脳波等を採取するために人体に多数の電極を貼り付ける事が必要であり、準備が大変わずらわしく、また、睡眠をも妨げるという課題もあり、自宅で日頃から測定することができなかった。
このような課題に対応するため、脳波、筋電図、眼球電図を用いることなく睡眠段階や睡眠周期を検出する方法として、特許文献1〜8に記載の技術が公知である。
However, this detection of sleep depth and sleep cycle generally requires a large number of electrodes to be attached to the human body in order to collect brain waves, etc., and preparations are very troublesome, and there are also problems that prevent sleep. I couldn't measure it at home.
In order to deal with such problems, the techniques described in Patent Documents 1 to 8 are known as methods for detecting a sleep stage and a sleep cycle without using an electroencephalogram, an electromyogram or an electrooculogram.

特許文献1(特開2002−219116号公報)には、敷き布団(1)の下に振動センサ(2)を配置して、振動センサ(2)の検出信号から、寝返り等の粗体動と、心拍を判定し、一定時間中の粗体動の発生回数や心拍数の変動の大小に基づいて、レム睡眠やノンレム睡眠の段階を判定する技術が記載されている。
特許文献2(特開2006−280686号公報)や特許文献3(特開2008−301951号公報)、特許文献4(特開2009−160001号公報)、特許文献5(特開2010−94379号公報)には、人体の生体信号を取得するセンサとして、非圧縮性の流体を内封したマットレスの圧力変動を検出するコンデンサマイクロホンを使用し、隣接する3つの区間の呼吸の波形の振幅の標準偏差から、寝返り等の粗体動、いびき等の細体動、呼吸が安定した無体動の判定を行う技術、そして体動が無く且つ、呼吸数、呼吸数のばらつきおよび呼吸周期のばらつきが閾値以下の場合に深睡眠状態と判定したりする技術が記載されている。
In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-219116), the vibration sensor (2) is arranged under the mattress (1), and from the detection signal of the vibration sensor (2), rough body movement such as turning over, A technique is described in which the heart rate is determined, and the stage of REM sleep or non-REM sleep is determined based on the number of occurrences of rough body movements during a certain period of time and the magnitude of fluctuations in the heart rate.
Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-280686), Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-301951), Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-160001), Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-94379) ) Uses a condenser microphone that detects pressure fluctuations in a mattress containing an incompressible fluid as a sensor for acquiring a biological signal of the human body, and the standard deviation of the amplitude of the respiratory waveform in three adjacent sections , Techniques for determining coarse body movements such as rolling over, sluggish body movements such as snoring, and stable body movements, and no body movements, and variations in respiratory rate, respiratory rate, and respiratory cycle are below the threshold. In this case, a technique for determining a deep sleep state is described.

特許文献6(特開2012−170624号公報)や特許文献7(特開2012−187299号公報)、特許文献8(特開2012−187349号公報)には、人物の枕元に離して配置されたドップラーセンサー(31)で人の体動を測定し、測定された波形から、呼吸波形と体動波形を分離し、予め規定された期間(30秒や1分)における周期のばらつきが、予め設定された閾値よりも小さい場合に、周期性がある(安定している)と判定し、呼吸の安定性と、体動の無し/単発的/連続的と、から、睡眠の段階や覚醒を判定する技術が記載されている。   In Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-170624), Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-187299), and Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-187349), they are arranged away from a person's bedside. The human body movement is measured by the Doppler sensor (31), the respiratory waveform and the body movement waveform are separated from the measured waveform, and the variation of the period in a predetermined period (30 seconds or 1 minute) is set in advance. If it is smaller than the threshold value, it is determined that there is periodicity (stable), and the stage of sleep and wakefulness are determined based on the stability of breathing and absence / single / continuous body movement. The technology to do is described.

特開2002−219116号公報(「0068」〜「0069」)JP 2002-219116 A (“0068” to “0069”) 特開2006−280686号公報(「0048」、「0065」)JP 2006-280686 A (“0048”, “0065”) 特開2008−301951号公報(「0011」、「0028」〜「0029」)JP 2008-301951 A ("0011", "0028" to "0029") 特開2009−160001号公報(「0022」、「0037」「0044」〜「0045」)JP2009-160001 ("0022", "0037" "0044" to "0045") 特開2010−94379号公報(「0029」、「0054」〜「0055」)JP 2010-94379 A (“0029”, “0054” to “0055”) 特開2012−170624号公報(「0029」、「0050」〜「0058」)JP 2012-170624 A (“0029”, “0050” to “0058”) 特開2012−187299号公報(「0032」、「0050」〜「0069」)JP 2012-187299 A (“0032”, “0050” to “0069”) 特開2012−187349号公報(「0028」、「0044」〜「0063」)JP 2012-187349 A (“0028”, “0044” to “0063”)

“離床センサー”、「online」、株式会社テクノスジャパン、「2013年11月18日検索」、インターネット<URL:http://technosjapan.jp/product/sensor/index.html>“Leave sensor”, “online”, Technos Japan Co., Ltd., “November 18, 2013 search”, Internet <URL: http://technosjapan.jp/product/sensor/index.html>

(従来技術の問題点)
特許文献1に記載の技術のように、圧電センサを使用して体動および心拍を測定する構成では、寝具シーツや布団が人体とセンサの間に存在する間接的振動検知であり、その圧電センサの信号は弱く、またノイズの影響を受けやすいため、睡眠段階や睡眠周期を検出する精度が十分に向上しない問題があった。特に、心拍は、人体表面の非常に微小な振動の脈波をセンシングするものであり、人の姿勢や寝相等の個人差、就寝環境等で検出精度が変動しやすい問題もある。
また、特許文献2〜5に記載の技術では、特殊なマットレスを使用しており、既存のベッドやマットレスにそのまま適用しにくく、マットレスの交換等を行えばコストが上昇する問題がある。また、隣接する3つの区間の標準偏差を使用するため、短期間における波形の振幅の変動しか判定できない。すなわち、人の呼吸には、脳の活動状態によって、呼吸が安定していても、長周期の変動(長周期の「ゆらぎ」)と短周期の変動(短周期の「ゆらぎ」)が存在するが、特許文献2〜5に記載の技術では、隣接する3つの区間における短周期のゆらぎにしか対応できず、長周期のゆらぎに対応できず、検出精度が十分ではない問題がある。
(Problems of conventional technology)
In the configuration in which body movement and heartbeat are measured using a piezoelectric sensor as in the technique described in Patent Document 1, bedding sheets and futons are indirect vibration detection between a human body and the sensor, and the piezoelectric sensor Since the signal is weak and susceptible to noise, the accuracy of detecting the sleep stage and sleep cycle is not sufficiently improved. In particular, the heartbeat senses a pulse wave of very minute vibrations on the surface of the human body, and there is a problem that the detection accuracy is likely to fluctuate due to individual differences such as the posture of the person and the sleeping phase, and the sleeping environment.
In the techniques described in Patent Documents 2 to 5, a special mattress is used, which is difficult to be applied to an existing bed or mattress as it is, and there is a problem that the cost increases if the mattress is replaced. In addition, since the standard deviation of three adjacent sections is used, only the fluctuation of the waveform amplitude in a short period can be determined. In other words, human breathing has long-cycle fluctuations (long-cycle fluctuations) and short-cycle fluctuations (short-cycle fluctuations) even if the breathing is stable depending on the state of brain activity. However, the techniques described in Patent Documents 2 to 5 have a problem that only the short-period fluctuation in the three adjacent sections can be handled, the long-period fluctuation cannot be dealt with, and the detection accuracy is not sufficient.

さらに、特許文献6〜8に記載の技術では、予め規定された期間内での周期のばらつきに基づいて呼吸の安定性や体動を判定しているため、やはり、短周期のゆらぎにしか対応できず、検出精度が十分ではない問題がある。   Furthermore, in the techniques described in Patent Documents 6 to 8, since the stability of breathing and body movement are determined based on the variation in the cycle within a predetermined period, it is only possible to deal with fluctuations in a short cycle. There is a problem that the detection accuracy is not sufficient.

本発明は、被験者の睡眠の段階を精度よく判定することを技術的課題とする。   This invention makes it a technical subject to determine a test subject's sleep stage accurately.

前記技術的課題を解決するために、請求項1に記載の発明の睡眠段階判定装置は、
被験者に非接触な状態で配置され、前記被験者の表面の振動を検知する検知部材と、
前記検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定手段と、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定手段と、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出手段と、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算手段と、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the sleep stage determination device of the invention according to claim 1,
A detection member that is arranged in a non-contact state to the subject and detects vibration of the surface of the subject,
Body motion determining means for determining presence or absence of body motion of the subject based on vibration detected by the detection member and a preset first threshold for body motion determination;
Awakening determination means for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
A breathing interval extracting means for extracting a breathing interval of the subject based on the vibration detected by the detecting member;
Fractal dimension computing means for computing a fractal dimension based on the accumulated deviation of breathing intervals in a preset period and the tendency of respiratory fluctuation in each section obtained by dividing the period;
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. A means for determining the sleep stage;
It is provided with.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の睡眠段階判定装置において、
前記被験者が横たわった寝具の下に設置された1つのマイクロ波レーダーにより構成された前記検知部材、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the sleep stage determination device according to claim 1,
The detection member composed of one microwave radar installed under the bedding on which the subject lies;
It is provided with.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の睡眠段階判定装置において、
前記呼吸の間隔の偏差累積から前記呼吸の変動の傾向を除去したフラクタル値を、前記分割した区間の分割幅を変動させる毎に算出し、前記フラクタル値の対数値の前記分割幅の対数値に対する予め設定された範囲の近似直線の傾きに基づいて、前記フラクタル次元を演算する前記フラクタル次元の演算手段、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the sleep stage determination device according to claim 1 or 2,
A fractal value obtained by removing the tendency of fluctuation of respiration from accumulation of deviations of the respiration interval is calculated every time the division width of the divided section is changed, and the logarithmic value of the fractal value with respect to the logarithmic value of the division width is calculated. The fractal dimension calculating means for calculating the fractal dimension based on the inclination of the approximate straight line in a preset range;
It is provided with.

請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の睡眠段階判定装置において、
前記被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、覚醒と判定された期間における前記フラクタル次元の平均値と、全期間における呼吸数の平均値とに基づいて、レム睡眠判定用の閾値を設定するレム閾値設定手段と、
前記被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、睡眠と判定された期間における前記フラクタル次元の最大値および最小値に基づいて、ノンレム睡眠の段階を判定する閾値を設定するノンレム閾値設定手段と、
前記レム睡眠判定用の閾値およびノンレム睡眠の段階を判定する閾値により構成された前記睡眠段階判定用の閾値を使用して、前記被験者の睡眠の段階を判定する前記睡眠段階の判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the sleep stage determination device according to any one of claims 1 to 3,
A threshold for REM sleep determination is set based on the average value of the fractal dimension in the period determined to be awake and the average value of the respiratory rate in the entire period for all periods in which the sleep stage of the subject is determined. REM threshold value setting means to perform,
A non-rem threshold setting means for setting a threshold for determining a stage of non-REM sleep based on the maximum value and the minimum value of the fractal dimension in the period determined to be sleep for all periods in which the sleep stage of the subject is determined ,
The sleep stage determination means for determining the sleep stage of the subject using the sleep stage determination threshold configured by the threshold for determining the REM sleep and the threshold for determining the stage of non-REM sleep;
It is provided with.

前記技術的課題を解決するために、請求項5に記載の発明の睡眠段階判定プログラムは、
コンピュータを、
被験者に非接触な状態で配置され且つ前記被験者の表面の振動を検知する検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定手段、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定手段、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出手段、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算手段、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定手段、
として機能させることを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the sleep stage determination program of the invention according to claim 5 is:
Computer
Based on the vibration detected by the detection member that is arranged in a non-contact state with the subject and detects the vibration of the surface of the subject, and a preset first threshold for body movement determination, the subject's Body movement determination means for determining presence or absence of body movement,
Arousal determination means for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
A breathing interval extracting means for extracting a breathing interval of the subject based on the vibration detected by the detecting member;
Fractal dimension calculating means for calculating a fractal dimension based on cumulative deviation of breathing intervals in a preset period and the tendency of respiratory fluctuation in each section obtained by dividing the period,
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. Means for determining the sleep stage,
It is made to function as.

前記技術的課題を解決するために、請求項6に記載の発明の睡眠段階判定方法は、
被験者に非接触な状態で配置され且つ前記被験者の表面の振動を検知する検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定工程と、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定工程と、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出工程と、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算工程と、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定工程と、
を実行することを特徴とする。
In order to solve the technical problem, the sleep stage determination method of the invention according to claim 6 comprises:
Based on the vibration detected by the detection member that is arranged in a non-contact state with the subject and detects the vibration of the surface of the subject, and a preset first threshold for body movement determination, the subject's A body movement determination step for determining the presence or absence of body movement;
An awakening determination step for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
Based on the vibration detected by the detection member, a breathing interval extracting step of extracting the breathing interval of the subject;
A fractal dimension calculation step for calculating a fractal dimension based on accumulation of deviation of breathing intervals in a preset period and a tendency of fluctuation in breathing in each section obtained by dividing the period;
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. A sleep stage determination process;
It is characterized by performing.

請求項1,5,6に記載の発明によれば、フラクタル次元を使用しない場合に比べて、被験者の年齢による違いや体調の変動などに関係なく睡眠の段階を精度よく判定することができる。
請求項2に記載の発明によれば、マイクロ波レーダを使用しない場合に比べて、布団や寝間着等の悪影響を低減して、寝返り等の体動と呼吸運動と脈波振動を明確に分離検出することが可能となり、被験者の睡眠の段階を精度よく判定することができる。
請求項3に記載の発明によれば、短周期の「ゆらぎ」だけでなく長周期の「ゆらぎ」、そして短周期の「ゆらぎ」から長周期の「ゆらぎ」への変化の程度を表すフラクタル次元を演算することができ、その結果として睡眠段階を精度よく判定できる。
請求項4に記載の発明によれば、フラクタル次元や呼吸数の平均値に基づいて閾値を設定しない場合に比べて、被験者の個人差や日々の体調に応じて、睡眠段階を精度よく判定することができる。
According to the first, fifth, and sixth aspects of the present invention, the stage of sleep can be accurately determined regardless of the difference depending on the age of the subject or the change in physical condition, as compared with the case where the fractal dimension is not used.
According to the second aspect of the invention, compared with the case where the microwave radar is not used, adverse effects such as futons and sleepwear are reduced, and body motion such as turning over, respiratory motion, and pulse wave vibration are clearly separated and detected. This makes it possible to accurately determine the sleep stage of the subject.
According to the third aspect of the invention, not only the short period “fluctuation” but also the long period “fluctuation”, and the fractal dimension representing the degree of change from the short period “fluctuation” to the long period “fluctuation”. As a result, the sleep stage can be accurately determined.
According to invention of Claim 4, compared with the case where a threshold value is not set based on the average value of a fractal dimension and a respiration rate, according to a test subject's individual difference and daily physical condition, a sleep stage is determined accurately. be able to.

図1は本発明の実施例1の睡眠段階判定装置の全体説明図である。FIG. 1 is an overall explanatory diagram of a sleep stage determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は本発明の実施例1の睡眠段階判定装置の機能をブロック図(機能ブロック図)で示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the function of the sleep stage determination apparatus according to the first embodiment of the present invention in a block diagram (functional block diagram). 図3は実施例1の体動判定の説明図であり、横軸に時間、縦軸に出力値を2乗した値を取ったグラフの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of body movement determination according to the first embodiment, and is a graph illustrating a time taken on the horizontal axis and a value obtained by squaring the output value on the vertical axis. 図4は実施例1の呼吸間隔の抽出の一例の説明図であり、横軸に時間を取り、縦軸に信号値を取ったグラフである。FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of extraction of the breathing interval according to the first embodiment, in which time is plotted on the horizontal axis and signal values are plotted on the vertical axis. 図5は実施例1の呼吸間隔の変動の説明図であり、図5Aは横軸に呼吸間隔の番号を取り縦軸に呼吸間隔を取った呼吸間隔の変動の説明図、図5Bは横軸に偏差の加算範囲を取り縦軸に偏差の累積を取った呼吸間隔の偏差累積の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the fluctuation of the breathing interval according to the first embodiment. FIG. 5A is an explanatory diagram of the fluctuation of the breathing interval in which the horizontal axis represents the breathing interval number and the vertical axis represents the breathing interval, and FIG. It is explanatory drawing of the deviation accumulation of the respiration interval which took the addition range of deviation and took the accumulation of deviation on the vertical axis | shaft. 図6は実施例1の分割区間の説明図であり、図6Aは刻み幅が小さい場合の説明図、図6Bは刻み幅が大きい場合の説明図である。6A and 6B are explanatory diagrams of divided sections according to the first embodiment. FIG. 6A is an explanatory diagram when the step size is small, and FIG. 6B is an explanatory diagram when the step size is large. 図7は実施例1のフラクタル次元の説明図であり、横軸に刻み幅を取り縦軸にフラクタル値を取ったグラフである。FIG. 7 is an explanatory diagram of the fractal dimension of Example 1, and is a graph in which the horizontal axis represents the step size and the vertical axis represents the fractal value. 図8は実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1の覚醒判定処理のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of the arousal determination process of the sleep stage determination program AP1 according to the first embodiment. 図9は実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1のフラクタル次元演算処理のフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart of the fractal dimension calculation process of the sleep stage determination program AP1 according to the first embodiment. 図10は実施例1の睡眠段階判定プログラムの睡眠段階判定処理のフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart of the sleep stage determination process of the sleep stage determination program according to the first embodiment. 図11は実施例1の睡眠段階判定装置での判定結果の一例の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of a determination result obtained by the sleep stage determination apparatus according to the first embodiment. 図12は横軸に刻み幅を取り縦軸にフラクタル値をとった両対数グラフであり、図12Aはレム睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Bはノンレム1の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Cはノンレム2の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Dはノンレム3の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフである。FIG. 12 is a log-log graph in which the horizontal axis represents the step size and the vertical axis represents the fractal value. FIG. 12A is a graph of the change in the fractal value during REM sleep, and FIG. FIG. 12C is a graph of change, FIG. 12C is a graph of change in fractal value during sleep of non-rem 2, and FIG. 12D is a graph of change of fractal value during sleep of non-rem 3.

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(以下、実施例と記載する)を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, specific examples of embodiments of the present invention (hereinafter referred to as examples) will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples.
In the following description using the drawings, illustrations other than members necessary for the description are omitted as appropriate for easy understanding.

図1は本発明の実施例1の睡眠段階判定装置の全体説明図である。
図1において、本発明の実施例1の睡眠段階判定装置Sは、被験者の一例としての人間(被検体)が横たわるベッド(寝台)1を有する。前記ベッド1は、ベッド本体としてのマットレス支持体1aと、前記マットレス支持体1aに支持されたマットレス1bとを有する。実施例1の前記マットレス1bは、マットレス支持体1aの上に乗せて寝心地を良くするためのクッション性を有する。マットレス1bはウレタン製もしくは内部に空気が封入された、いわゆる、エアマットレス(エアマット、エアベッド)、もしくは布団等の寝具によって構成されている。
FIG. 1 is an overall explanatory diagram of a sleep stage determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the sleep stage determination apparatus S according to the first embodiment of the present invention includes a bed (bed) 1 on which a human (subject) as an example of a subject lies. The bed 1 includes a mattress support 1a as a bed body and a mattress 1b supported by the mattress support 1a. The mattress 1b of Example 1 has a cushioning property for improving the sleeping comfort by being placed on the mattress support 1a. The mattress 1b is made of urethane or bedding such as a so-called air mattress (air mat or air bed) in which air is sealed.

また、前記マットレス1bの下面には、検知部材の一例としてのマイクロ波レーダSN1が支持されている。実施例1のマイクロ波レーダSN1は、マイクロ波(電磁波)を送受信して、被験者の体表面の振動を検出可能である。
なお、実施例1では、マイクロ波レーダSN1は、ベッド1において、被験者の上半身、特に、胸部に対応する位置に1つ配置されている。なお、マイクロ波レーダSN1の数は、部品点数およびコストの削減の観点から1つとすることが望ましいが、例えば、キングサイズベッドやダブルベッド等の大型のベッドの場合には、検出可能な範囲との関係で、複数個配置する構成とすることも可能である。
A microwave radar SN1 as an example of a detection member is supported on the lower surface of the mattress 1b. The microwave radar SN1 according to the first embodiment can transmit and receive microwaves (electromagnetic waves) and detect vibrations on the body surface of the subject.
In the first embodiment, one microwave radar SN1 is arranged on the bed 1 at a position corresponding to the upper body of the subject, particularly the chest. Note that the number of microwave radars SN1 is preferably one from the viewpoint of reducing the number of parts and cost. For example, in the case of a large bed such as a king size bed or a double bed, In view of the above, it is possible to adopt a configuration in which a plurality are arranged.

また、実施例1の前記各マイクロ波の周波数は、公衆に開放されて特定の免許等が不要であり、且つ、前記マットレス1bの外表面や前記被検体の衣服等を透過して、前記被検体の体表面まで送信可能で前記被検体からの反射波が受信可能な周波数を採用することが望ましい。したがって、実施例1では、マイクロ波の周波数が、24[GHz]程度に予め設定されている。
なお、前記マットレス1bについても、マイクロ波の送受信に悪影響を及ぼすおそれがあるコイルバネ等が使用されておらず、例えば、前記ウレタン製の低反発マットレスやエアマットレス等であることが望ましい。
In addition, the frequency of each microwave in Example 1 is open to the public and does not require a specific license, and passes through the outer surface of the mattress 1b, the clothes of the subject, and the like. It is desirable to employ a frequency that can be transmitted to the body surface of the specimen and can receive a reflected wave from the subject. Therefore, in Example 1, the frequency of the microwave is set in advance to about 24 [GHz].
The mattress 1b is also free of coil springs or the like that may adversely affect microwave transmission / reception, and is preferably, for example, the urethane low-resilience mattress or air mattress.

また、マットレス1bの上面には、マットレス1b上で横たわる被験者を検知する被験者検知部材SN3が支持されている。実施例1の被験者検知部材SN3は、重量(体重)に基づいて、被験者がベッド1から離れているか否かを検知するシート状のセンサ、いわゆる、離床センサ(徘徊センサ)によって構成されている。なお、前記離床センサについては、例えば、非特許文献1等に記載されている公知の製品を使用することが可能である。   A subject detection member SN3 that detects a subject lying on the mattress 1b is supported on the upper surface of the mattress 1b. The subject detection member SN3 according to the first embodiment is configured by a sheet-like sensor that detects whether or not the subject is away from the bed 1 based on the weight (body weight), that is, a so-called bed leaving sensor (a heel sensor). In addition, about the said bed leaving sensor, it is possible to use the well-known product described in the nonpatent literature 1, etc., for example.

また、図1において、実施例1の睡眠段階判定装置Sは、マイクロ波レーダSN1および被験者検知部材SN3が接続された情報端末としてのクライアントパソコン(睡眠段階判定装置本体、パーソナルコンピュータ)PCaを有する。実施例1のクライアントパソコンPCaは、いわゆる、コンピュータ装置により構成されており、コンピュータ本体H1と、ディスプレイH2と、キーボードH3やマウスH4等の入力装置、図示しないHDドライブ(ハードディスクドライブ)等により構成されている。
ベッド1や各センサSN1、SN3、クライアントパソコンPCa等により、実施例1の睡眠段階判定装置Sが構成されている。
Moreover, in FIG. 1, the sleep stage determination apparatus S of Example 1 has the client personal computer (sleep stage determination apparatus main body, personal computer) PCa as an information terminal to which the microwave radar SN1 and the subject detection member SN3 are connected. The client personal computer PCa according to the first embodiment includes a so-called computer device, and includes a computer main body H1, a display H2, input devices such as a keyboard H3 and a mouse H4, an HD drive (hard disk drive) (not shown), and the like. ing.
The sleep stage determination apparatus S according to the first embodiment is configured by the bed 1, the sensors SN1 and SN3, the client personal computer PCa, and the like.

(実施例1の制御部の説明)
図2は本発明の実施例1の睡眠段階判定装置の機能をブロック図(機能ブロック図)で示した説明図である。
図2において、クライアントパソコンPCaのコンピュータ本体H1は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うI/O(入出力インターフェース)、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたROM(リードオンリーメモリ、記録媒体)、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのRAM(ランダムアクセスメモリ、記録媒体)、ROM等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うCPU(中央演算処理装置)、ならびにクロック発振器等を有しており、ROM及びRAM等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
前記構成のクライアントパソコンPCaは、ハードディスクやROM等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
(Description of the control part of Example 1)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the function of the sleep stage determination apparatus according to the first embodiment of the present invention in a block diagram (functional block diagram).
In FIG. 2, the computer main body H1 of the client personal computer PCa has an I / O (input / output interface) that performs input / output of signals with the outside and adjustment of input / output signal levels, programs and data for performing necessary processing, ROM (read-only memory, recording medium) in which is stored, RAM (random access memory, recording medium) for temporarily storing necessary data and programs, processing according to the program stored in ROM, etc. A CPU (central processing unit), a clock oscillator, and the like are included, and various functions can be realized by executing programs stored in a ROM, a RAM, and the like.
The client personal computer PCa having the above configuration can realize various functions by executing programs stored in a hard disk, a ROM, or the like.

(クライアントパソコンPCaのコンピュータ本体H1に接続された信号入力要素)
クライアントパソコンPCaのコンピュータ本体H1には、次の信号出力要素SN1,SN3等の出力信号が入力されている。
SN1:マイクロ波レーダ
マイクロ波レーダSN1は、ベッド1の上面に向けてマイクロ波を照射すると共に、被験者からの反射波を受信し、受信した反射波に応じた出力信号を制御部に入力する。
SN3:被験者検知部材
被験者検知部材SN3は、重量(体重)に基づいて、被験者がマットレス1bに横たわっているか否かを検知し、その検知信号を制御部に入力する。
(Signal input element connected to the computer main body H1 of the client personal computer PCa)
Output signals from the following signal output elements SN1, SN3, etc. are input to the computer main body H1 of the client personal computer PCa.
SN1: Microwave radar The microwave radar SN1 irradiates microwaves toward the upper surface of the bed 1, receives a reflected wave from the subject, and inputs an output signal corresponding to the received reflected wave to the control unit.
SN3: Subject detection member The subject detection member SN3 detects whether or not the subject is lying on the mattress 1b based on the weight (weight), and inputs the detection signal to the control unit.

(クライアントパソコンPCaのコンピュータ本体H1の機能の説明)
クライアントパソコンPCaのハードディスクドライブには、クライアントパソコンPCaの基本動作を制御する基本ソフト(オペレーティングシステム)OSや、アプリケーションプログラムとしての睡眠段階判定プログラムAP1、その他の図示しないソフトウェアが記憶されている。
(Description of function of computer main body H1 of client personal computer PCa)
The hard disk drive of the client personal computer PCa stores a basic software (operating system) OS that controls basic operations of the client personal computer PCa, a sleep stage determination program AP1 as an application program, and other software (not shown).

(睡眠段階判定プログラムAP1)
睡眠段階判定プログラムAP1は、下記の機能手段(プログラムモジュール)を有する。
C1:着床判別手段
着床判別手段C1は、被験者検知部材SN3からの信号に基づいて、被験者が着床しているか、離床しているかを判別する。
(Sleep stage determination program AP1)
The sleep stage determination program AP1 has the following functional means (program module).
C1: Landing determination unit The landing determination unit C1 determines whether the subject is landing or has left the floor based on a signal from the subject detection member SN3.

C2:信号履歴記憶手段
信号履歴記憶手段C2は、マイクロ波レーダSN1から出力された出力信号の履歴を記憶する。レーダの出力信号は通常は数mV単位の微小な連続アナログ信号であり、この出力信号を100倍程度に増幅し、コンピュータ処理に適した単位時間ごとのサンプリング離散データにアナログ・ディジタル変換する。なお、実施例1の信号履歴記憶手段C2では、着床判別手段C1により被験者がベッド1に着床したと判定されると、マイクロ波レーダSN1の出力信号V1の記憶を開始する。なお、マイクロ波レーダSN1の出力信号V1は、単位時間の一例としての10ms(100分の1秒)毎に記憶される。また、実施例1の信号履歴記憶手段C2では、被験者がベッド1から離床したと判定されると、マイクロ波レーダSN1の信号の記憶を終了する。したがって、実施例1の信号履歴記憶手段C2では、被験者の睡眠時間、より正確には、着床してから離床するまでの時間により、信号が検出される時間が異なる。すなわち、被験者の個人差や体調、一日ごとの睡眠時間の長短に応じた検出が行われる。
C2: Signal History Storage Unit The signal history storage unit C2 stores a history of output signals output from the microwave radar SN1. The radar output signal is usually a minute continuous analog signal of several millivolts, and the output signal is amplified about 100 times and converted into analog-digital data sampled discrete data per unit time suitable for computer processing. In the signal history storage unit C2 of the first embodiment, when the landing determination unit C1 determines that the subject has landed on the bed 1, storage of the output signal V1 of the microwave radar SN1 is started. The output signal V1 of the microwave radar SN1 is stored every 10 ms (1/100 second) as an example of unit time. Further, in the signal history storage unit C2 of the first embodiment, when it is determined that the subject has left the bed 1, the storage of the signal of the microwave radar SN1 is terminated. Therefore, in the signal history storage unit C2 of the first embodiment, the time during which a signal is detected differs depending on the sleep time of the subject, more precisely, the time from when the user gets to the floor. That is, the detection according to the individual difference and physical condition of the subject, and the length of sleep time for each day is performed.

C3:信号値増幅手段
信号値増幅手段C3は、信号履歴記憶手段C2に記憶された各信号の値V1を増幅する。実施例1のマイクロ波レーダSN1では、出力信号V1は、呼吸信号は、±0.2[V]〜±0.4[V]程度の信号として出力される一方で、体動信号は、±0.7[V]以上であり、通常、体動信号は±1[V]以上の信号となっている。したがって、実施例1の信号値増幅手段C3は、各信号V1の値を2乗することで、正負の区別をなくすることと同時に信号を増幅する。すなわち、±1[V]よりも十分に小さい呼吸信号は、二乗することで、小さな値になり、±1[V]以上の通常の体動信号は、大きな値となり、呼吸信号と体動信号との差が顕著になる。
C4:体動判定用の閾値記憶手段
第1の閾値記憶手段の一例としての体動判定用の閾値記憶手段C4は、第1の閾値の一例としての体動判定用の閾値Vaを記憶する。実施例1では、体動判定用の閾値Vaとして、体動信号の下限値である0.7[V]を2乗した0.49[V2]に余裕を持たせて、0.5[V2]が設定されている。すなわち、Va=0.5に設定されている。
C3: Signal Value Amplifying Unit The signal value amplifying unit C3 amplifies the value V1 of each signal stored in the signal history storage unit C2. In the microwave radar SN1 of the first embodiment, the output signal V1 is output as a signal of about ± 0.2 [V] to ± 0.4 [V] for the respiratory signal, while the body motion signal is ± It is 0.7 [V] or more, and the body motion signal is usually a signal of ± 1 [V] or more. Therefore, the signal value amplifying unit C3 according to the first embodiment amplifies the signal while eliminating the positive / negative distinction by squaring the value of each signal V1. That is, a respiration signal sufficiently smaller than ± 1 [V] becomes a small value by squaring, and a normal body motion signal of ± 1 [V] or more becomes a large value, and the respiration signal and the body motion signal The difference is significant.
C4: Threshold storage means for body movement determination Threshold storage means C4 for body movement determination as an example of the first threshold storage means stores a threshold Va for body movement determination as an example of the first threshold. In the first embodiment, the threshold value Va for body motion determination is 0.5 [V 2] obtained by squaring the lower limit value 0.7 [V] of the body motion signal to 0.5 [V 2 ]. V 2 ] is set. That is, Va = 0.5 is set.

図3は実施例1の体動判定の説明図であり、横軸に時間、縦軸に出力値を2乗した値を取ったグラフの説明図である。体動判定用の閾値は0.5[V2]でグラフが示されている。
C5:体動判定手段
体動判定手段C5は、マイクロ波レーダSN1の検出信号と、体動判定用の閾値Vaとに基づいて、体動の判定を行う。図3において、実施例1の体動判定手段C5は、信号値増幅手段C3で増幅された信号値((V1))が、体動判定用の閾値Va以上の場合に、体動が発生したと判定する。
C6:判定区間割り振り手段
判定区間割り振り手段C6は、覚醒や睡眠の判定を行う体動判定区間と、睡眠段階の判定を行う段階判定区間の割り振りを行う(以降は、睡眠段階の判定区間のことを単に判定区間と呼ぶ)。実施例1では、30秒間が、1つの体動判定区間として予め設定されており、信号履歴記憶手段C2に記憶された全期間を、検出開始から30秒毎の体動判定区間に分割する。また、実施例1では、睡眠段階の判定区間として、3分間分の期間が設定される。なお、実施例1では、1つの睡眠段階判定用の判定区間として3分間分の期間が設定される構成を例示したが、これに限定されず、短い周期のゆらぎ、長い周期のゆらぎが検出可能な任意の時間に設定することが可能であり、例えば、3分〜5分が好適である。また、体動判定区間も30秒間に限定されず、体動が判定可能な任意の時間に設定することが可能である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of body movement determination according to the first embodiment, and is a graph illustrating a time taken on the horizontal axis and a value obtained by squaring the output value on the vertical axis. The threshold for body movement determination is 0.5 [V 2 ], and the graph is shown.
C5: Body Movement Determination Unit The body movement determination unit C5 determines body movement based on the detection signal of the microwave radar SN1 and the threshold value Va for body movement determination. In FIG. 3, the body movement determination means C5 of the first embodiment generates body movement when the signal value ((V1) 2 ) amplified by the signal value amplification means C3 is equal to or greater than the body movement determination threshold value Va. It is determined that
C6: Determination section allocating means The determination section allocating means C6 allocates a body movement determination section for determining arousal and sleep and a stage determination section for determining a sleep stage (hereinafter referred to as a sleep stage determination section). Is simply referred to as a determination interval). In Example 1, 30 seconds is preset as one body motion determination section, and the entire period stored in the signal history storage means C2 is divided into body motion determination sections every 30 seconds from the start of detection. Moreover, in Example 1, the period for 3 minutes is set as a determination stage of a sleep stage. In addition, in Example 1, although the structure for which the period for 3 minutes was set as the determination area for one sleep stage determination was illustrated, it is not limited to this, Short period fluctuation and long period fluctuation are detectable. For example, 3 to 5 minutes is preferable. Also, the body motion determination section is not limited to 30 seconds, and can be set to any time during which body motion can be determined.

C7:体動指標演算手段
体動指標演算手段C7は、被験者の体動の頻度である体動指標を演算する。実施例1の体動指標演算手段C7は、各体動判定区間における体動が発生した回数M1を体動指標として演算する。
C8:覚醒判定用の閾値記憶手段
覚醒判定用の閾値記憶手段C8は、覚醒判定用の閾値Maを記憶する。実施例1の覚醒判定用の閾値Maは、一例として、Ma=4回が設定されている。すなわち、覚醒判定用の閾値Maは、各判定区間において覚醒時に発生する体動の回数M1の平均的な下限値を設定可能であるが、被験者の個人差やセンサSN1の感度等に応じて、任意の値に適宜変更可能である。
C7: Body Movement Index Calculation Unit The body movement index calculation unit C7 calculates a body movement index that is the frequency of body movement of the subject. The body motion index calculation means C7 of the first embodiment calculates the number M1 of body motions in each body motion determination section as a body motion index.
C8: Threshold Determination Means for Awakening Determination The threshold storage means C8 for determination of awakening stores a threshold value Ma for determination of awakening. As an example, Ma = 4 is set as the threshold value Ma for determination of arousal in the first embodiment. That is, the threshold Ma for determination of arousal can set an average lower limit value of the number of body movements M1 that occur at the time of awakening in each determination section, but depending on the individual difference of the subject, the sensitivity of the sensor SN1, etc. It can be appropriately changed to any value.

C9:覚醒判定手段
覚醒判定手段C9は、体動の頻度に基づいて、被験者が覚醒しているか否かを判定する。実施例1の覚醒判定手段C9は、体動指標M1が、体動判定用の閾値Ma以上である場合に、覚醒していると判定し、体動指標M1が体動判定用の閾値Ma未満である場合に、睡眠していると判定する。なお、この覚醒判定において、全ての体動判定区間(30秒間)ごとに覚醒、睡眠の仮判定をし、特異区間の円滑処理を行うことが望ましい。すなわち、前2区間、後2区間と判定結果が異なる1区間は特異区間とし、覚醒もしくは睡眠判定の仮判定を反転し覚醒、睡眠判定が連続するように補正することも可能である。
C10:覚醒・睡眠期間の記憶手段
覚醒・睡眠期間の記憶手段C10は、覚醒判定手段C9による判定結果を記憶する。実施例1の覚醒・睡眠期間の記憶手段C10は、覚醒と判定された体動判定区間を「覚醒期間」と記憶し、睡眠と判定された判定区間を「睡眠期間」と記憶する。
C9: Awakening determination means The awakening determination means C9 determines whether or not the subject is awake based on the frequency of body movement. The awakening determination means C9 of Example 1 determines that the body motion index M1 is awake when the body motion index M1 is greater than or equal to the body motion determination threshold value Ma, and the body motion index M1 is less than the body motion determination threshold value Ma. When it is, it determines with sleeping. In this awakening determination, it is desirable to make a provisional determination of awakening and sleep for every body movement determination section (30 seconds) and to perform smooth processing of a specific section. In other words, it is possible to make one section having a determination result different from the previous two sections and the rear two sections as a specific section, and to reverse the temporary determination of awakening or sleep determination so that the determination of awakening and sleep is continued.
C10: Awakening / Sleep Period Storage Unit The awakening / sleeping period storage unit C10 stores the determination result by the awakening determination unit C9. The awakening / sleep period storage unit C10 according to the first embodiment stores a body movement determination section determined as awakening as an “awakening period” and stores a determination section determined as sleeping as a “sleeping period”.

C11:フィルタ手段
周波数成分の抽出手段の一例としてのフィルタ手段C11は、信号履歴記憶手段C2に記憶された履歴データに基づいて、呼吸の信号を抽出する。実施例1のフィルタ手段C11は、信号履歴記憶手段C2に記憶された履歴データの波形に対して、フィルタリングを実行する。実施例1では、呼吸の周波数に対応する0.1[Hz]〜0.5[Hz]の帯域を通過させる帯域通過フィルタ(バンドパスフィルタ)をかけることで、歪みのない滑らかな呼吸波形のみを抽出する。
C11: Filtering unit Filtering unit C11 as an example of a frequency component extracting unit extracts a respiratory signal based on history data stored in signal history storage unit C2. The filter unit C11 according to the first embodiment performs filtering on the waveform of the history data stored in the signal history storage unit C2. In the first embodiment, only a smooth respiratory waveform without distortion is applied by applying a band pass filter (band pass filter) that passes a band of 0.1 [Hz] to 0.5 [Hz] corresponding to the frequency of respiration. To extract.

図4は実施例1の呼吸間隔の抽出の一例の説明図であり、横軸に時間を取り、縦軸に信号値を取ったグラフである。
C12:呼吸間隔の抽出手段
呼吸間隔の抽出手段C12は、呼吸の間隔を抽出する。図4において、実施例1の呼吸間隔の抽出手段C12は、フィルタ手段C11を通過した呼吸波形のみのデータに基づいて、呼吸波形のあるピークから次のピークまでの間隔を呼吸間隔B(i)として取得する。すなわち、被験者の吸気から呼気に切り替わる山頂(ピーク)から次の山頂(ピーク)までの間隔を呼吸間隔B(i)として取得する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of extraction of the breathing interval according to the first embodiment, in which time is plotted on the horizontal axis and signal values are plotted on the vertical axis.
C12: Respiration Interval Extraction Unit The respiration interval extraction unit C12 extracts a respiration interval. In FIG. 4, the breathing interval extraction means C12 of the first embodiment calculates the interval from one peak of the breathing waveform to the next peak based on the data of only the breathing waveform that has passed through the filter means C11. Get as. That is, the interval from the peak (peak) to the next peak (peak) at which the subject switches from inhalation to exhalation is acquired as the breathing interval B (i).

図5は実施例1の呼吸間隔の変動の説明図であり、図5Aは横軸に呼吸間隔の番号を取り縦軸に呼吸間隔を取った呼吸間隔の変動の説明図、図5Bは横軸に偏差の加算範囲を取り縦軸に偏差の累積を取った呼吸間隔の偏差累積の説明図である。
C13:平均呼吸間隔の演算手段
平均呼吸間隔の演算手段C13は、判定区間における呼吸間隔B(i)の平均値である平均呼吸間隔Bavgを演算する。実施例1の平均呼吸間隔の演算手段C13は、判定区間においてN個の呼吸間隔が抽出された場合に、k番目(k≦N)の呼吸間隔までを対象とし、iを、1〜kの値とし、i番目の呼吸間隔をB(i)として、Bavgは、以下の式(1)で導出される。
Bavg={ΣN i=1B(i)}/N …式(1)
FIG. 5 is an explanatory diagram of the fluctuation of the breathing interval according to the first embodiment. FIG. 5A is an explanatory diagram of the fluctuation of the breathing interval in which the horizontal axis represents the breathing interval number and the vertical axis represents the breathing interval, and FIG. It is explanatory drawing of the deviation accumulation of the respiration interval which took the addition range of deviation and took the accumulation of deviation on the vertical axis | shaft.
C13: Mean breathing interval calculating means The mean breathing interval calculating means C13 calculates an average breathing interval Bavg which is an average value of the breathing intervals B (i) in the determination section. The average breathing interval calculation means C13 of the first embodiment targets up to the kth (k ≦ N) breathing intervals when N breathing intervals are extracted in the determination section, and sets i to 1 to k. Bavg is derived by the following formula (1), where i is the value and the i-th breath interval is B (i).
Bavg = {Σ N i = 1 B (i)} / N ... formula (1)

C14:偏差累積関数の算出手段
偏差累積関数の算出手段C14は、各呼吸間隔と判定区間内の呼吸間隔の平均値との差(すなわち偏差)を配列1から配列kまで累積する偏差累積関数y(k)を算出する。実施例1の偏差累積関数の算出手段C14は、各判定区間において、1番目からk番目までの呼吸間隔の偏差の総和を取った関数である偏差累積関数y(k)を演算する。実施例1の偏差累積関数の算出手段C14は、以下の式(2)により、偏差累積関数y(k)を演算する。
y(k)=Σ i=1[B(i)−Bavg] …式(2)
偏差累積関数y(k)は、図5Bに示すように、初期値はゼロであり、サンプル数kが大きくなるにつれて、偏差が累積して上下に変化する(図の例ではマイナスの値を取る)が、kが最大値、すなわち、全計測データの総数Nになると、y(N)は、当然であるがゼロになる。
C14: Deviation Accumulation Function Calculation Unit The deviation accumulation function calculation unit C14 accumulates the difference (that is, deviation) between each breathing interval and the average value of the breathing intervals in the determination section from the array 1 to the array k. (K) is calculated. The deviation accumulating function calculating means C14 of the first embodiment calculates a deviation accumulating function y (k) that is a function obtained by summing deviations of the first to kth breathing intervals in each determination section. The deviation accumulation function calculation unit C14 according to the first embodiment calculates the deviation accumulation function y (k) by the following equation (2).
y (k) = Σ k i = 1 [B (i) −Bavg] (2)
As shown in FIG. 5B, the deviation accumulation function y (k) has an initial value of zero, and the deviation accumulates and changes up and down as the number of samples k increases (takes a negative value in the example in the figure). However, when k is the maximum value, that is, the total number N of all measurement data, y (N) is naturally zero.

図6は実施例1の分割区間の説明図であり、図6Aは刻み幅が小さい場合の説明図、図6Bは刻み幅が大きい場合の説明図である。図6A、図6Bの偏差の加算範囲は、一例として最大300としてグラフ表示しているが、この加算範囲最大は判定区間に対応して40〜300(3分間から10分間)まで変化する。
C15:トレンド直線の演算手段
トレンド直線の演算手段C15は、偏差累積関数y(k)の各分割区間の呼吸の変動の傾向の一例としてのトレンド直線を演算する。実施例1のトレンド直線の演算手段C15は、各判定区間を刻み幅(分割幅)nで分割した各分割区間におけるトレンド直線を演算する。実施例1のトレンド直線の演算手段C15は、刻み幅nの分割区間における偏差累積関数y(k)の波形の近似直線y(k)を最小二乗法で演算する。すなわち、図6において、実線で示す呼吸間隔の偏差累積の波形に対して、各分割区間毎に、破線で示す近似直線y(k)を演算する。すなわち、トレンドは各分割区間内では直線であるが、判定区間全域では繋がった曲線となる。なお、実施例1では、刻み幅nは、最小値n0から最大値n1まで変動し、トレンド直線y(k)は、各刻み幅n毎に演算される。また、実施例1では、最小値n0は、n0=10に設定され、最大値n1は、n1=30に設定されている。さらに、刻み幅nの変動幅naは、na=1に設定されている。
6A and 6B are explanatory diagrams of divided sections according to the first embodiment. FIG. 6A is an explanatory diagram when the step size is small, and FIG. 6B is an explanatory diagram when the step size is large. The deviation addition range in FIGS. 6A and 6B is graphically displayed as a maximum of 300 as an example, but this maximum addition range varies from 40 to 300 (from 3 minutes to 10 minutes) corresponding to the determination section.
C15: Trend Straight Line Calculation Unit The trend straight line calculation unit C15 calculates a trend straight line as an example of the tendency of fluctuations in breathing in each divided section of the deviation accumulation function y (k). The trend straight line calculation means C15 according to the first embodiment calculates a trend straight line in each divided section obtained by dividing each determination section by a step size (divided width) n. The trend straight line calculation means C15 of the first embodiment calculates the approximate straight line y n (k) of the waveform of the deviation accumulation function y (k) in the divided section of the step size n by the least square method. That is, in FIG. 6, an approximate straight line y n (k) indicated by a broken line is calculated for each divided section with respect to a waveform of accumulated deviation of breathing intervals indicated by a solid line. That is, the trend is a straight line in each divided section, but is a connected curve throughout the determination section. In the first embodiment, the step size n varies from the minimum value n0 to the maximum value n1, and the trend line y n (k) is calculated for each step size n. In the first embodiment, the minimum value n0 is set to n0 = 10, and the maximum value n1 is set to n1 = 30. Further, the fluctuation width na of the step width n is set to na = 1.

C16:トレンド除去手段
フラクタル値の算出手段の一例としてのトレンド除去手段C16は、前記偏差累積関数y(k)から前記呼吸の変動の傾向(トレンド)を除去したフラクタル値F(n)を算出する。実施例1のトレンド除去手段C16は、フラクタル値F(n)を、以下の式(3)で導出する。
F(n)={(Σ k=1[y(k)−y(k)])/N}1/2 …式(3)
なお、実施例1のトレンド除去手段C16は、刻み幅nが、n0〜n1のそれぞれに対して、フラクタル値F(n)を演算する。なお、フラクタル値F(n)も、刻み幅nを変動させる毎に算出する。図6Aと図6Bの比較から分かるようにF(n)はnが大きくなると必ず増加する。
C16: Trend removal means A trend removal means C16 as an example of a fractal value calculation means calculates a fractal value F (n) obtained by removing a tendency (trend) of the respiratory fluctuation from the deviation accumulation function y (k). . The trend removal means C16 of Example 1 derives the fractal value F (n) by the following formula (3).
F (n) = {(Σ N k = 1 [y (k) -y n (k)] 2) / N} 1/2 ... Equation (3)
In addition, the trend removal means C16 of Example 1 calculates the fractal value F (n) with respect to each of the step width n from n0 to n1. The fractal value F (n) is also calculated every time the step size n is changed. As can be seen from the comparison between FIG. 6A and FIG. 6B, F (n) always increases as n increases.

図7は実施例1のフラクタル次元の説明図であり、横軸に刻み幅を取り縦軸にフラクタル値を取ったグラフである。
C17:フラクタル次元の演算手段
フラクタル次元の演算手段C17は、トレンド除去手段C16で演算されたフラクタル値に基づいて、フラクタル次元を演算する。実施例1のフラクタル次元の演算手段C17は、各判定区間毎に、フラクタル値F(n)の常用対数値log10F(n)の分割幅nの常用対数値log10nに対する分割幅nの範囲の近似直線を最小二乗法で演算する。なお、実施例1では、分割幅nは、最小値n0から最大値n1の間で変更される。そして、演算された近似直線の傾きをフラクタル次元Aとして算出する。ここで、分割幅nのn0からn1の範囲を「あてはめ範囲(フィッティング・レンジ)」と呼ぶ。すなわち、以下の式(4)で示される近似式からフラクタル次元Aが導出される。
log10F(n)=A×log10n+B …式(4)
FIG. 7 is an explanatory diagram of the fractal dimension of Example 1, and is a graph in which the horizontal axis represents the step size and the vertical axis represents the fractal value.
C17: Fractal dimension calculation means The fractal dimension calculation means C17 calculates the fractal dimension based on the fractal value calculated by the trend removal means C16. The fractal dimension calculation means C17 of the first embodiment uses the division width n of the common logarithm log 10 n of the common logarithm log 10 F (n) of the fractal value F (n) and the common logarithm log 10 n of the fractal value F (n). The approximate straight line of the range is calculated by the least square method. In the first embodiment, the division width n is changed between the minimum value n0 and the maximum value n1. Then, the calculated inclination of the approximate straight line is calculated as the fractal dimension A. Here, the range from n0 to n1 of the division width n is referred to as “fitting range”. That is, the fractal dimension A is derived from an approximate expression represented by the following expression (4).
log 10 F (n) = A × log 10 n + B (4)

C18:ノンレム閾値設定手段
ノンレム閾値設定手段C18は、被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、睡眠と判定された期間におけるフラクタル次元Aの最大値A1および最小値A2に基づいて、ノンレム睡眠の段階を判定する閾値F,G,Hを設定する。なお、実施例1のノンレム閾値設定手段C18は、「睡眠」と判定された体動判定区間が5個以上継続する睡眠段階の判定区間におけるフラクタル次元Aの最大値A1および最小値A2に基づいて、閾値F,G,Hを設定する。そして、実施例1のノンレム閾値設定手段C18は、最大値A1と最小値A2との間を4等分する値を、小さい方から順に、第1のノンレム睡眠の段階判定用の閾値F、第2のノンレム睡眠の段階判定用の閾値G、第3のノンレム睡眠の段階判定用の閾値H、として演算して、設定する。すなわち、ノンレム睡眠の段階判定用の閾値F,G,Hは、以下の式(5)〜(7)で演算される。
F=A2+(A1−A2)/4 …式(5)
G=A2+(A1−A2)/2 …式(6)
H=A2+(A1−A2)×(3/4) …式(7)
C18: Non-REM threshold value setting means Non-REM threshold value setting means C18 is based on the maximum value A1 and the minimum value A2 of the fractal dimension A in the period determined to be sleep for all periods in which the sleep stage of the subject is determined. Threshold values F, G, and H for determining the stage are set. The non-rem threshold value setting unit C18 of the first embodiment is based on the maximum value A1 and the minimum value A2 of the fractal dimension A in the sleep stage determination section in which five or more body movement determination sections determined as “sleep” continue. , Threshold values F, G, and H are set. Then, the non-REM threshold value setting unit C18 according to the first embodiment divides the value that divides the maximum value A1 and the minimum value A2 into four equal parts in order from the smallest one, the threshold value F for determining the first non-REM sleep stage F, the first value. It is calculated and set as a threshold G for determining the stage of the second non-REM sleep and a threshold H for determining the stage of the third non-REM sleep. That is, the thresholds F, G, and H for determining the stage of non-REM sleep are calculated by the following equations (5) to (7).
F = A2 + (A1-A2) / 4 Formula (5)
G = A2 + (A1-A2) / 2 Formula (6)
H = A2 + (A1-A2) × (3/4) (7)

C19:レム閾値設定手段
レム閾値設定手段C19は、被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、覚醒と判定された期間におけるフラクタル次元Aの平均値A3と、全期間における呼吸数の平均値iaとに基づいて、レム睡眠判定用の閾値I,Jを設定する。なお、実施例1のレム閾値設定手段C19は、「覚醒」と判定された体動判定区間が2個以上継続する睡眠段階の判定区間におけるフラクタル次元Aの平均値A3を演算する。実施例1のレム閾値設定手段C19は、前記フラクタル次元Aの平均値A3を、レム睡眠判定用の第1閾値Iに設定し、前記呼吸数の平均値iaを、レム睡眠判定用の第2閾値Jに設定する。
C20:睡眠段階の判定手段
睡眠段階の判定手段C20は、覚醒判定手段C9により、被験者が睡眠していると判定された場合に、フラクタル次元Aと、予め設定された睡眠段階判定用の閾値F,G,H,I,Jと、に基づいて、被験者の睡眠の段階を判定する。実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、レム睡眠判定用の閾値I,Jおよびノンレム睡眠の段階を判定する閾値F,G,Hにより構成された前記睡眠段階判定用の閾値F〜Jを使用して、被験者の睡眠の段階を判定する。
C19: REM threshold value setting means The REM threshold value setting means C19 is the average value A3 of the fractal dimension A in the period determined to be awake and the average value of the respiratory rate in the entire period for all periods in which the sleep stage of the subject is determined. Based on ia, thresholds I and J for determining REM sleep are set. Note that the REM threshold value setting unit C19 according to the first embodiment calculates the average value A3 of the fractal dimension A in the sleep stage determination section in which two or more body movement determination sections determined to be “awake” continue. The REM threshold value setting means C19 of the first embodiment sets the average value A3 of the fractal dimension A as the first threshold value I for REM sleep determination, and sets the average value ia of the respiration rate as the second value for REM sleep determination. Set to threshold J.
C20: Sleep Stage Determination Means The sleep stage determination means C20, when the awakening determination means C9 determines that the subject is sleeping, the fractal dimension A and a preset threshold F for determining the sleep stage. , G, H, I, and J are used to determine the sleep stage of the subject. The sleep stage determination means C20 of the first embodiment uses the thresholds F to J for determining the sleep stage, which are configured by the thresholds I and J for determining the REM sleep and the thresholds F, G, and H for determining the stage of the non-REM sleep. Use to determine the stage of sleep of the subject.

具体的には、実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、連続する6個の体動判定区間の中の例えば2個以上の体動判定区間が「覚醒」と判定されている場合には、その睡眠段階の判定区間(3分)を「覚醒状態」と判定する。また、実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、睡眠段階の判定区間(3分)の中の5個以上の体動判定区間(30秒)が「睡眠」と判定され且つ、睡眠段階の判定区間のフラクタル次元Aが第1のノンレム睡眠の段階判定用の閾値F未満の場合には、睡眠段階の判定区間を最も眠りの深い「ノンレム3」と判定する。ここで2個以上の体動判定区間としたのは、睡眠段階判定区間(3分)内に体動判定区間(30秒)が6個存在することを前提にしている。
さらに、実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、睡眠段階の判定区間の中の例えば5個以上の体動判定区間が「睡眠」と判定され且つ、睡眠段階の判定区間のフラクタル次元Aが第1のノンレム睡眠の段階判定用の閾値F以上第2のノンレム睡眠の段階判定用の閾値G未満の場合には、睡眠段階の判定区間を2番目に眠りの深い「ノンレム2」と判定する。
Specifically, the sleep stage determination unit C20 according to the first embodiment, for example, in the case where two or more body motion determination sections among six consecutive body motion determination sections are determined to be “wakeful”. The determination section (3 minutes) of the sleep stage is determined as “awake state”. Further, the sleep stage determination means C20 of the first embodiment determines that five or more body movement determination sections (30 seconds) in the determination section (3 minutes) of the sleep stage are “sleep”, and the sleep stage When the fractal dimension A of the determination section is less than the first non-REM sleep stage determination threshold value F, the sleep stage determination section is determined to be the deepest sleep “Non REM 3”. Here, two or more body motion determination sections are based on the premise that there are six body motion determination sections (30 seconds) in the sleep stage determination section (3 minutes).
Furthermore, the sleep stage determination means C20 of the first embodiment determines that, for example, five or more body motion determination sections in the sleep stage determination section are “sleep”, and the fractal dimension A of the sleep stage determination section is When the threshold value F for determining the stage of the first non-REM sleep is greater than or equal to the threshold value G for determining the stage of the second non-REM sleep, the determination stage of the sleep stage is determined to be “non-REM 2” that is the second deepest sleep. .

また、実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、睡眠段階の判定区間の中の例えば5個以上の体動判定区間が「睡眠」と判定され且つ、睡眠段階の判定区間のフラクタル次元Aが第2のノンレム睡眠の段階判定用の閾値G以上第3のノンレム睡眠の段階判定用の閾値H未満の場合には、睡眠段階の判定区間を3番目に眠りの深い「ノンレム1」と判定する。さらに、実施例1では、睡眠段階の判定区間の中の例えば5個以上の体動判定区間が「睡眠」と判定され且つ、睡眠段階の判定区間のフラクタル次元Aがレム睡眠判定用の第1閾値I未満、且つ、睡眠段階の判定区間の呼吸数i1がレム睡眠判定用の第2閾値J未満の場合にも、「ノンレム1」と判定する。
また、実施例1の睡眠段階の判定手段C20は、睡眠段階の判定区間の中の例えば5個以上の体動判定区間が「睡眠」と判定され且つ、睡眠段階の判定区間のフラクタル次元Aがレム睡眠判定用の第1閾値I以上、または、睡眠段階の判定区間の呼吸数i1がレム睡眠判定用の第2閾値J以上の場合には、眠りの浅い「レム睡眠状態」と判定する。
The sleep stage determination means C20 according to the first embodiment determines that, for example, five or more body motion determination sections in the sleep stage determination section are “sleep”, and the fractal dimension A of the sleep stage determination section is When the second non-REM sleep stage determination threshold value G is greater than or equal to the third non-REM sleep stage determination threshold value H, the sleep stage determination section is determined to be “non-REM 1”, which is the third deepest sleep. . Further, in the first embodiment, for example, five or more body movement determination sections in the determination section of the sleep stage are determined to be “sleep”, and the fractal dimension A of the determination section of the sleep stage is the first for determining the REM sleep. It is also determined as “non-REM 1” also when it is less than the threshold value I and the respiratory rate i1 in the determination section of the sleep stage is less than the second threshold value J for REM sleep determination.
The sleep stage determination means C20 according to the first embodiment determines that, for example, five or more body motion determination sections in the sleep stage determination section are “sleep”, and the fractal dimension A of the sleep stage determination section is When the REM sleep determination is equal to or higher than the first threshold value I or the respiratory rate i1 in the determination section of the sleep stage is equal to or higher than the second threshold value J for REM sleep determination, the sleep state is determined to be “REM sleep state”.

(実施例1のフローチャートの説明)
次に、実施例1のクライアントパソコンPCaの各プログラムAP1の処理の流れをフローチャートを使用して説明する。なお、被験者の着床が被験者検知部材SN3で検出されるとマイクロ波レーダSN1の信号の記憶を開始し、被験者の離床が被験者検知部材SN3で検出されるとマイクロ波レーダSN1の信号の記憶を終了する処理は、簡単のため、図示および詳細な説明は省略する。
(Description of Flowchart of Example 1)
Next, the flow of processing of each program AP1 of the client personal computer PCa of the first embodiment will be described using a flowchart. When the subject's landing is detected by the subject detection member SN3, the signal of the microwave radar SN1 is started. When the subject's leaving is detected by the subject detection member SN3, the signal of the microwave radar SN1 is stored. Since the process to be completed is simple, illustration and detailed description are omitted.

(実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1の覚醒判定処理のフローチャートの説明)
図8は実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1の覚醒判定処理のフローチャートである。
図8のフローチャートの各ST(ステップ)の処理は、前記制御部のROM等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記制御部の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
(Explanation of Flowchart of Awakening Determination Process of Sleep Stage Determination Program AP1 of Example 1)
FIG. 8 is a flowchart of the arousal determination process of the sleep stage determination program AP1 according to the first embodiment.
The process of each ST (step) in the flowchart of FIG. 8 is performed according to a program stored in the ROM or the like of the control unit. This process is executed in a multitasking manner in parallel with other various processes of the control unit.

図8に示すフローチャートは、睡眠段階判定プログラムAP1が起動された場合に開始される。
図8のST1において、信号履歴記憶手段C2に記憶された信号データを取得する。そして、ST2に進む。
ST2において、各信号の値V1を二乗した値V1を計算し、ST3に進む。
ST3において、全信号データを体動判定区間に分割して、区間番号N0を1からNaまで割り振る。そして、ST4に進む。
ST4において、全ての二乗した値V1に対して、体動判定用の閾値Va以上であるか否かを判定する。そして、体動判定用の閾値Va以上である信号を、体動発生と判定する。そして、ST5に進む。
The flowchart shown in FIG. 8 is started when the sleep stage determination program AP1 is activated.
In ST1 of FIG. 8, the signal data stored in the signal history storage means C2 is acquired. Then, the process proceeds to ST2.
In ST2, the value V1 2 obtained by squaring the value V1 of the signals was calculated, the process proceeds to ST3.
In ST3, all signal data is divided into body movement determination sections, and section numbers N0 are assigned from 1 to Na. Then, the process proceeds to ST4.
In ST4, for all squared values V1 2, it determines whether the threshold value Va and above for the body movement determination. Then, a signal that is equal to or higher than the threshold value Va for body movement determination is determined to be body movement occurrence. Then, the process proceeds to ST5.

ST5において、区間番号N0を1に設定する。そして、ST6に進む。
ST6において、体動判定区間N0に含まれる体動発生回数M1をカウントする。そして、ST7に進む。
ST7において、体動発生回数M1が覚醒判定用の閾値Ma以上であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST8に進み、ノー(N)の場合はST9に進む。
ST8において、体動判定区間N0を「覚醒」区間と判定する。そして、ST10に進む。
ST9において、体動判定区間N0を「睡眠」区間と判定する。そして、ST10に進む。
ST10において、体動判定区間の番号N0が最大値Naであるか否かを判別する。ノー(N)の場合はST11に進み、イエス(Y)の場合はST覚醒判定処理を終了する。
ST11において、判定区間の番号N0を1加算する。すなわち、N0=N0+1とする。そして、ST6に戻る。
In ST5, the section number N0 is set to 1. Then, the process proceeds to ST6.
In ST6, the body motion occurrence count M1 included in the body motion determination section N0 is counted. Then, the process proceeds to ST7.
In ST7, it is determined whether or not the number of body movement occurrences M1 is greater than or equal to a threshold Ma for determination of awakening. If yes (Y), the process proceeds to ST8. If no (N), the process proceeds to ST9.
In ST8, the body movement determination section N0 is determined as the “wakefulness” section. Then, the process proceeds to ST10.
In ST9, the body motion determination section N0 is determined as a “sleep” section. Then, the process proceeds to ST10.
In ST10, it is determined whether or not the body movement determination section number N0 is the maximum value Na. If no (N), the process proceeds to ST11. If yes (Y), the ST awakening determination process ends.
In ST11, 1 is added to the determination section number N0. That is, N0 = N0 + 1. Then, the process returns to ST6.

(実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1のフラクタル次元演算処理のフローチャートの説明)
図9は実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1のフラクタル次元演算処理のフローチャートである。
図9のフローチャートの各ST(ステップ)の処理は、前記制御部のROM等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記制御部の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
(Description of Flowchart of Fractal Dimension Calculation Processing of Sleep Stage Determination Program AP1 of Example 1)
FIG. 9 is a flowchart of the fractal dimension calculation process of the sleep stage determination program AP1 according to the first embodiment.
The processing of each ST (step) in the flowchart of FIG. 9 is performed according to a program stored in the ROM or the like of the control unit. This process is executed in a multitasking manner in parallel with other various processes of the control unit.

図9に示すフローチャートは、覚醒判定処理が終了された場合に開始される。
図9のST21において、信号履歴記憶手段C2に記憶された信号データを取得する。そして、ST22に進む。
ST22において、信号データの波形にフィルタ処理をして、呼吸信号の波形を取得する。そして、ST23に進む。
ST23において、全区間の呼吸信号の波形のピークから呼吸間隔を取得する。そして、ST24に進む。
ST24において、全区間を睡眠段階の判定区間に分割して、区間に番号N1を1からNbまで割り振る。そして、ST25に進む。
ST25において、睡眠段階の判定区間N1を1に設定する。そして、ST26に進む。
The flowchart shown in FIG. 9 is started when the arousal determination process is ended.
In ST21 of FIG. 9, the signal data stored in the signal history storage means C2 is acquired. Then, the process proceeds to ST22.
In ST22, the waveform of the signal data is filtered to obtain the waveform of the respiratory signal. Then, the process proceeds to ST23.
In ST23, the respiratory interval is acquired from the peak of the waveform of the respiratory signal in all sections. Then, the process proceeds to ST24.
In ST24, all sections are divided into sleep stage determination sections, and numbers N1 are assigned from 1 to Nb. Then, the process proceeds to ST25.
In ST25, the sleep stage determination section N1 is set to 1. Then, the process proceeds to ST26.

ST26において、睡眠段階の判定区間N1に含まれる各呼吸間隔に番号iを0からi1まで割り振る。そして、ST27に進む。
ST27において、次の処理(1)、(2)を実行して、ST28に進む。
(1)式(1)に基づいて、判定区間N1の全データの平均呼吸間隔Bavgを演算する。
(2)式(2)に基づいて、偏差累積関数y(k)を演算する。
ST28において、刻み幅nを初期値n0にセットする。そして、ST29に進む。
ST29において、全呼吸間隔Nを刻み幅nで分割した分割区間毎に、最小2乗法で近似直線y(k)を演算する。そして、ST30に進む。
ST30において、刻み幅nにおけるフラクタル値F(n)を、式(3)に基づいて演算する。そして、ST31に進む。
In ST26, a number i is assigned from 0 to i1 for each breathing interval included in the sleep stage determination section N1. Then, the process proceeds to ST27.
In ST27, the following processes (1) and (2) are executed, and the process proceeds to ST28.
(1) Based on the formula (1), the average respiration interval Bavg of all data in the determination section N1 is calculated.
(2) Based on the equation (2), the deviation accumulation function y (k) is calculated.
In ST28, the step size n is set to the initial value n0. Then, the process proceeds to ST29.
In ST29, an approximate straight line y n (k) is calculated by the least square method for each divided section obtained by dividing the entire respiration interval N by the step size n. Then, the process proceeds to ST30.
In ST30, the fractal value F (n) at the step size n is calculated based on the equation (3). Then, the process proceeds to ST31.

ST31において、刻み幅nが最終値n1以上であるか否かを判別する。ノー(N)の場合はST32に進み、イエス(Y)の場合はST33に進む。
ST32において、刻み幅nに幅変更値naを加算する。すなわち、n=n+naとする。そして、ST29に戻る。
ST33において、刻み幅nとフラクタル値F(n)の両対数グラフにおける近似直線の傾きであるフラクタル次元Aを演算する。そして、ST34に進む。
ST34において、判定区間N1が最大値Nbであるか否かを判別する。ノー(N)の場合はST35に進み、イエス(Y)の場合はフラクタル次元演算処理を終了する。
ST35において、判定区間の番号N1を1加算する。すなわち、N1=N1+1とする。そして、ST26に戻る。
In ST31, it is determined whether or not the step size n is equal to or larger than the final value n1. If no (N), the process proceeds to ST32. If yes (Y), the process proceeds to ST33.
In ST32, the width change value na is added to the step width n. That is, n = n + na. Then, the process returns to ST29.
In ST33, a fractal dimension A that is the slope of the approximate straight line in the log-log graph of the step size n and the fractal value F (n) is calculated. Then, the process proceeds to ST34.
In ST34, it is determined whether or not the determination section N1 is the maximum value Nb. If no (N), the process proceeds to ST35, and if yes (Y), the fractal dimension calculation process is terminated.
In ST35, 1 is added to the determination section number N1. That is, N1 = N1 + 1. Then, the process returns to ST26.

(実施例1の睡眠段階判定プログラムAP1の睡眠段階判定処理のフローチャートの説明)
図10は実施例1の睡眠段階判定プログラムの睡眠段階判定処理のフローチャートである。
図10のフローチャートの各ST(ステップ)の処理は、前記制御部のROM等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記制御部の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
(Description of Flowchart of Sleep Stage Determination Process of Sleep Stage Determination Program AP1 of Embodiment 1)
FIG. 10 is a flowchart of the sleep stage determination process of the sleep stage determination program according to the first embodiment.
The processing of each ST (step) in the flowchart of FIG. 10 is performed according to a program stored in the ROM or the like of the control unit. This process is executed in a multitasking manner in parallel with other various processes of the control unit.

図10に示すフローチャートは、フラクタル次元演算処理が終了された場合に開始される。
図10のST51において、次の処理(1)〜(3)を実行して、ST52に進む。
(1)「睡眠」と判定された区間が5個以上継続する判定区間N1のフラクタル次元Aの最大値A1および最小値A2を抽出する。
(2)「覚醒」と判定された区間が2個以上継続する判定区間N1のフラクタル次元Aの平均値A3を演算する。
(3)全ての区間の呼吸数i1の平均値iaを演算する。
ST52において、次の処理(1)〜(3)を実行して、ST53に進む。
(1)最大値A1および最小値A2から、ノンレム睡眠の段階判定用の閾値F,G,Hを、式(5)〜式(7)に基づいて演算して設定する。
(2)平均値A3をレム睡眠判定用の第1閾値Iに設定する。
(3)平均値iaをレム睡眠判定用の第2閾値Jに設定する。
The flowchart shown in FIG. 10 is started when the fractal dimension calculation process is finished.
In ST51 of FIG. 10, the following processes (1) to (3) are executed, and the process proceeds to ST52.
(1) The maximum value A1 and the minimum value A2 of the fractal dimension A of the determination section N1 in which five or more sections determined as “sleep” continue are extracted.
(2) The average value A3 of the fractal dimension A in the determination section N1 in which two or more sections determined to be “awake” continue is calculated.
(3) The average value ia of the respiration rate i1 of all the sections is calculated.
In ST52, the following processes (1) to (3) are executed, and the process proceeds to ST53.
(1) From the maximum value A1 and the minimum value A2, thresholds F, G, and H for determining the stage of non-REM sleep are calculated and set based on the equations (5) to (7).
(2) The average value A3 is set to the first threshold value I for REM sleep determination.
(3) The average value ia is set to the second threshold value J for REM sleep determination.

ST53において、判定区間N1をN1=1とする。そして、ST54に進む。
ST54において、判定区間N1は、「覚醒」が2個以上と判定されているか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST55に進み、ノー(N)の場合はST56に進む。
ST55において、判定区間N1を「覚醒状態」と判定する。そして、ST65に進む。
ST56において、判定区間N1のフラクタル次元Aが、第1のノンレム睡眠の段階判定用の閾値F未満であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST57に進み、ノー(N)の場合はST58に進む。
ST57において、判定区間N1を「ノンレム3」と判定する。そして、ST65に進む。
In ST53, the determination section N1 is set to N1 = 1. Then, the process proceeds to ST54.
In ST54, the determination section N1 determines whether or not “wakefulness” is determined to be two or more. If yes (Y), the process proceeds to ST55, and if no (N), the process proceeds to ST56.
In ST55, the determination section N1 is determined to be “awake state”. Then, the process proceeds to ST65.
In ST56, it is determined whether or not the fractal dimension A of the determination section N1 is less than the first non-REM sleep stage determination threshold F. If yes (Y), the process proceeds to ST57, and, if no (N), the process proceeds to ST58.
In ST57, the determination section N1 is determined as “non-rem 3”. Then, the process proceeds to ST65.

ST58において、判定区間N1のフラクタル次元Aが、第2のノンレム睡眠の段階判定用の閾値G未満であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST59に進み、ノー(N)の場合はST60に進む。
ST59において、判定区間N1を「ノンレム2」と判定する。そして、ST65に進む。
ST60において、判定区間N1のフラクタル次元Aが、第3のノンレム睡眠の段階判定用の閾値H未満であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST61に進み、ノー(N)の場合はST62に進む。
ST61において、判定区間N1を「ノンレム1」と判定する。そして、ST65に進む。
In ST58, it is determined whether or not the fractal dimension A of the determination section N1 is less than a second non-REM sleep stage determination threshold value G. If yes (Y), the process proceeds to ST59, and, if no (N), the process proceeds to ST60.
In ST59, the determination section N1 is determined as “non-rem 2”. Then, the process proceeds to ST65.
In ST60, it is determined whether or not the fractal dimension A of the determination section N1 is less than a third non-REM sleep stage determination threshold value H. If yes (Y), the process proceeds to ST61, and, if no (N), the process proceeds to ST62.
In ST61, the determination section N1 is determined as “non-rem 1”. Then, the process proceeds to ST65.

ST62において、判定区間N1のフラクタル次元Aが、レム睡眠判定用の第1閾値I未満であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST63に進み、ノー(N)の場合はST64に進む。
ST63において、判定区間N1の呼吸数i1が、レム睡眠判定用の第2閾値J未満であるか否かを判別する。イエス(Y)の場合はST61に戻り、ノー(N)の場合はST64に進む。
ST64において、判定区間N1を「レム睡眠状態」と判定する。そして、ST65に進む。
In ST62, it is determined whether or not the fractal dimension A of the determination section N1 is less than the first threshold value I for REM sleep determination. If yes (Y), the process proceeds to ST63, and, if no (N), the process proceeds to ST64.
In ST63, it is determined whether or not the respiration rate i1 in the determination section N1 is less than the second threshold value J for REM sleep determination. If yes (Y), the process returns to ST61, and, if no (N), the process proceeds to ST64.
In ST64, the determination section N1 is determined as the “REM sleep state”. Then, the process proceeds to ST65.

ST65において、判定区間の番号N1が最大値Nb以上であるか否かを判別する。ノー(N)の場合はST66に進み、イエス(Y)の場合はST67に進む。
ST66において、判定区間の番号N1を1加算する。すなわち、N1=N1+1とする。そして、ST54に戻る。
ST67において、判定結果をディスプレイH2に出力する。そして、睡眠段階判定処理を終了する。
In ST65, it is determined whether or not the number N1 of the determination section is greater than or equal to the maximum value Nb. If no (N), the process proceeds to ST66, and if yes (Y), the process proceeds to ST67.
In ST66, 1 is added to the determination section number N1. That is, N1 = N1 + 1. Then, the process returns to ST54.
In ST67, the determination result is output to display H2. Then, the sleep stage determination process ends.

(実施例1の作用)
図11は実施例1の睡眠段階判定装置での判定結果の一例の説明図である。
前記構成を備えた実施例1の睡眠段階判定装置Sでは、マイクロ波レーダSN1で被験者の体動や呼吸に伴う振動が検出される。そして、マイクロ波レーダSN1の出力信号に基づいて、体動指標M1が算出され、体動の頻度に基づいて、覚醒または睡眠の判定が体動判定区間毎に行われる。また、マイクロ波レーダSN1の出力信号から、呼吸の波形が抽出され、フラクタル次元Aが睡眠段階の判定区間N1ごとに算出される。そして、フラクタル次元Aに基づいて、睡眠と判定された睡眠段階の判定区間N1に対して、図11に示すように、レム睡眠やノンレム1〜ノンレム3の睡眠の段階が判定される。
(Operation of Example 1)
FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of a determination result obtained by the sleep stage determination apparatus according to the first embodiment.
In the sleep stage determination apparatus S according to the first embodiment having the above-described configuration, the microwave radar SN1 detects vibration associated with body movement or breathing of the subject. The body motion index M1 is calculated based on the output signal of the microwave radar SN1, and the determination of arousal or sleep is performed for each body motion determination section based on the frequency of body motion. Further, a respiratory waveform is extracted from the output signal of the microwave radar SN1, and the fractal dimension A is calculated for each determination section N1 of the sleep stage. And based on the fractal dimension A, as shown in FIG. 11, the stage of sleep of REM sleep or non-rem 1 to non-rem 3 is determined with respect to the determination section N1 of the sleep stage determined to be sleep.

ここで、フラクタル次元Aを算出する際に、刻み幅nが初期値n0から最終値n1まで変動する。そして、各刻み幅n毎に、トレンド直線y(k)が演算され、式(3)では、トレンド直線y(k)が、偏差累積関数y(k)から減算されている。すなわち、偏差累積関数y(k)から、刻み幅nの分割区間における傾向(トレンド)が除去されている。この呼吸の間隔のトレンドは、刻み幅nにおける周期的な呼吸間隔のベースラインに相当する。したがって、刻み幅nが小さい場合には、短周期(高周波)のベースラインが除去され、刻み幅nが大きい場合には、長周期(低周波)のベースラインが除去されることとなる。すなわち、刻み幅nが初期値n0から最終値n1まで変動されることで、短周期のゆらぎから長周期のゆらぎまで考慮された呼吸間隔のゆらぎの変化の様子がフラクタル次元Aには反映される。実施例では、「あてはめ範囲(フィッティング・レンジ)」をn0(10)、n1(30)としたが、10呼吸間隔を対象にすることは中周期のゆらぎに着目し、30呼吸間隔を対象にすることは長周期のゆらぎに着目することに相当している。 Here, when the fractal dimension A is calculated, the step size n varies from the initial value n0 to the final value n1. Then, a trend line y n (k) is calculated for each step size n, and in equation (3), the trend line y n (k) is subtracted from the deviation accumulation function y (k). That is, the tendency (trend) in the divided section with the step size n is removed from the deviation accumulation function y (k). This trend of breathing interval corresponds to the baseline of the periodic breathing interval at step size n. Therefore, when the step width n is small, the short cycle (high frequency) baseline is removed, and when the step width n is large, the long cycle (low frequency) baseline is removed. That is, by changing the step size n from the initial value n0 to the final value n1, the fluctuating dimension A reflects the state of the fluctuation of the breathing interval considering the fluctuation of the short cycle to the fluctuation of the long cycle. . In the embodiment, the “fitting range” is set to n0 (10) and n1 (30), but focusing on 10 breathing intervals focuses on fluctuations in the middle period, and targeting 30 breathing intervals. Doing is equivalent to focusing on long-period fluctuations.

図12は横軸に刻み幅を取り縦軸にフラクタル値をとった両対数グラフであり、図12Aはレム睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Bはノンレム1の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Cはノンレム2の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフ、図12Dはノンレム3の睡眠時のフラクタル値の変化のグラフである。
図12A〜図12Dに示すように、眠りが深くなるにつれて、フラクタル値の変化の傾斜が小さくなる、すなわち、フラクタル次元Aが小さくなることがわかる。これは、睡眠状態でも眠りが深くなるほど、呼吸がより安定し、呼吸間隔のゆらぎが脳の制御機構から解き放されてゆらぎが小さくかつ不規則になるためと考えられている。その結果、短周期と長周期でも呼吸間隔の変動が少なくなり(呼吸間隔のゆらぎの短周期相関、長周期相関の両方が共に弱くなる)、フラクタル値の傾斜が小さくなる。
よって、実施例1の睡眠段階判定装置Sは、フラクタル次元Aに基づいて睡眠段階の判定を行っており、標準偏差を使用する従来の技術に比べて、睡眠段階の判定の精度を向上させることができる。
FIG. 12 is a log-log graph in which the horizontal axis represents the step size and the vertical axis represents the fractal value. FIG. 12A is a graph of the change in the fractal value during REM sleep, and FIG. 12B is the fractal value during non-REM 1 sleep. FIG. 12C is a graph of change, FIG. 12C is a graph of change in fractal value during sleep of non-rem 2, and FIG. 12D is a graph of change of fractal value during sleep of non-rem 3.
As shown in FIGS. 12A to 12D, it can be seen that as the sleep becomes deeper, the slope of the change in the fractal value becomes smaller, that is, the fractal dimension A becomes smaller. This is thought to be because the deeper the sleep even in the sleep state, the more stable the breath is, and the fluctuation of the breathing interval is released from the control mechanism of the brain, so that the fluctuation becomes small and irregular. As a result, the fluctuation of the breathing interval is reduced even in the short cycle and the long cycle (both the short cycle correlation and the long cycle correlation of the fluctuation of the breathing interval are both weakened), and the gradient of the fractal value is reduced.
Therefore, the sleep stage determination device S according to the first embodiment determines the sleep stage based on the fractal dimension A, and improves the accuracy of the determination of the sleep stage as compared to the conventional technique using the standard deviation. Can do.

また、実施例1では、睡眠段階を判定するための閾値F〜Jを、フラクタル次元Aの最大値A1や最小値A2等に基づいて設定している。従来の技術では、閾値が予め設定されており、個人差や日々の体調の変化等に対応できず、睡眠段階の判定の精度が向上しない問題があった。これに対して、実施例1の睡眠段階判定装置Sでは、着床から離床までの1回の睡眠における最大値A1や最小値A2等から設定されており、個人差や日々の体調が反映された閾値F〜Jとなる。よって、従来の技術に比べて、睡眠段階の判定の精度を向上させることができる。   In the first embodiment, the thresholds F to J for determining the sleep stage are set based on the maximum value A1 and the minimum value A2 of the fractal dimension A. In the prior art, a threshold value is set in advance, which cannot cope with individual differences, daily physical condition changes, and the like, and there is a problem that the accuracy of determination of the sleep stage is not improved. On the other hand, in the sleep stage determination apparatus S of Example 1, it is set from the maximum value A1, the minimum value A2, etc. in one sleep from landing to getting out of bed, and individual differences and daily physical condition are reflected. Thresholds F to J. Therefore, the accuracy of determination of the sleep stage can be improved as compared with the conventional technique.

さらに、実施例1では、マイクロ波レーダSN1を使用して、非接触で被験者の体動を検出している。したがって、電極を貼り付けるPSGに比べて、被験者に対する負担が軽減される。また、マットレス1bの下面に設置されたマイクロ波レーダSN1を使用しており、圧電センサ等を使用する場合に比べて、寝間着や敷布団等の影響を受けることなく、被験者の体表面の振動を検出可能である。よって、睡眠段階の判定の精度を向上させることが可能である。   Further, in the first embodiment, the body motion of the subject is detected in a non-contact manner using the microwave radar SN1. Therefore, the burden on the subject is reduced as compared with PSG to which electrodes are attached. In addition, it uses the microwave radar SN1 installed on the lower surface of the mattress 1b, and detects vibrations on the body surface of the subject without being affected by sleepwear or mattresses compared to using a piezoelectric sensor or the like. Is possible. Therefore, it is possible to improve the accuracy of determination of the sleep stage.

(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H08)を下記に例示する。
(H01)前記実施例では、被験者を人間としたが、これに限定されず、例えば、その他の動物等の生体についても本発明を適用可能である。
(H02)前記実施例において、例示した具体的な数値は、例示した数値に限定されず、設計や仕様等に応じて適宜変更可能である。
(H03)前記実施例において、覚醒判定の際に、信号の値を2乗する演算を行ったが、必要に応じて3乗以上に増幅することも可能であり、2乗しなくても十分に覚醒と睡眠の判定が可能であれば、増幅しない構成とすることも可能である。
(Example of change)
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is performed within the range of the summary of this invention described in the claim. It is possible. Modification examples (H01) to (H08) of the present invention are exemplified below.
(H01) In the above embodiment, the subject is a human, but is not limited to this. For example, the present invention can be applied to other living bodies such as animals.
(H02) In the above-described embodiments, the exemplified specific numerical values are not limited to the exemplified numerical values, and can be appropriately changed according to the design, specifications, and the like.
(H03) In the above embodiment, the signal value is squared at the time of arousal determination. However, it is possible to amplify to the third power or more if necessary, and it is not necessary to square. If it is possible to determine arousal and sleep, it is possible to adopt a configuration that does not amplify.

(H04)前記実施例において、マイクロ波レーダSN1は、前記マットレス1bの下面に支持、すなわち、張付けられているが、これに限定されず、前記マットレス1bの内部に内蔵させることも可能である。また、マイクロ波レーダSN1は、前記マットレス1bの下面に固定支持されているが、これに限定されず、例えば、前記マットレス支持体1aと前記マットレス1bとの間に、マットレス1bの前後方向および左右方向に移動可能なスライダ等を設けることにより、任意の位置に可変で設定できるように構成することも可能である。他にも、マイクロ波レーダSN1は、ベッド1に支持せず、例えば、被験者の寝間着のポケットに収容したり、寝間着に縫い付けたり、ベッド1の上方の天井に設置したり等の変更も可能である。 (H04) In the above-described embodiment, the microwave radar SN1 is supported on, or attached to, the lower surface of the mattress 1b. However, the present invention is not limited to this, and the microwave radar SN1 may be built in the mattress 1b. The microwave radar SN1 is fixedly supported on the lower surface of the mattress 1b. However, the microwave radar SN1 is not limited thereto. For example, the microwave radar SN1 is interposed between the mattress support 1a and the mattress 1b and the front and rear directions and By providing a slider or the like that can move in the direction, it can be configured to be variably set at an arbitrary position. In addition, the microwave radar SN1 is not supported by the bed 1 and can be changed, for example, stored in the sleepwear pocket of the subject, sewn on the sleepwear, or installed on the ceiling above the bed 1 It is.

(H05)前記実施例において、検知部材の一例としてマイクロ波を照射するマイクロ波レーダSN1を例示したが、これに限定されず、人体の表面の振動を検出可能な任意の構成に変更可能である。例えば、使用する電磁波の波長域を変更することも可能であるが、マットレス1b等を透過できない波長域を選択した場合には、マットレス1bに電磁波通過用の開口を形成したり、法的規制のある波長域を選択した場合には、認可や許可を取得する必要があるため、マイクロ波を使用することが望ましい。
(H06)前記実施例において、センサSN1,SN3とクライアントパソコンPCaとの接続を、有線のケーブルにより構成したが、これに限定されず、例えば、無線通信等により構成することも可能である。
(H05) In the above-described embodiment, the microwave radar SN1 that irradiates the microwave is illustrated as an example of the detection member. However, the present invention is not limited to this, and the configuration can be changed to any configuration that can detect the vibration of the human body surface. . For example, although it is possible to change the wavelength range of the electromagnetic wave to be used, when a wavelength range that cannot be transmitted through the mattress 1b or the like is selected, an opening for passing electromagnetic waves is formed in the mattress 1b, or legal restrictions are imposed. When a certain wavelength range is selected, it is necessary to obtain authorization and permission, so it is desirable to use microwaves.
(H06) In the above-described embodiment, the connection between the sensors SN1 and SN3 and the client personal computer PCa is configured by a wired cable. However, the present invention is not limited to this, and may be configured by, for example, wireless communication.

(H07)前記実施例において、被験者検知部材SN3は、いわゆる、離床センサ(徘徊センサ)によって構成されているが、これに限定されず、例えば、歪ゲージや圧電センサ等により構成し、前記マットレス1bに圧力がかかっているか否かを判別することにより、被験者を検知することも可能である。また、被験者検知部材SN3を省略して、信号が所定時間検出されなくなった場合に、離床と判別し、信号が検出されない状態から検出される状態となった場合に、着床と判別することも可能である。
(H08)前記実施例において、睡眠段階判定プログラムAP1が単一の睡眠段階判定装置Sで集中処理をする構成を例示したが、これに限定されない。例えば、ネットワーク接続された複数のコンピュータ装置に睡眠段階判定プログラムAP1の全てまたは一部を記憶させておき、ネットワークを介して、分散処理、いわゆるクラウド型の構成とすることも可能である。
(H07) In the above-described embodiment, the subject detection member SN3 is configured by a so-called bed leaving sensor (an heel sensor), but is not limited thereto, and is configured by, for example, a strain gauge or a piezoelectric sensor, and the mattress 1b. It is also possible to detect the subject by determining whether or not pressure is applied to the subject. Also, the subject detection member SN3 is omitted, and when the signal is not detected for a predetermined time, it is determined that the person is getting out of bed, and when the signal is detected from the state where the signal is not detected, it is also determined that the person is landing. Is possible.
(H08) In the above embodiment, the sleep stage determination program AP1 has exemplified the configuration in which the single sleep stage determination apparatus S performs the concentration process, but the present invention is not limited to this. For example, all or part of the sleep stage determination program AP1 may be stored in a plurality of computer devices connected to the network, and distributed processing, that is, a so-called cloud configuration may be configured via the network.

A…フラクタル次元、
A1…フラクタル次元の最大値、
A2…フラクタル次元の最小値、
A3…フラクタル次元の平均値、
AP1…睡眠段階判定プログラム、
C5…体動判定手段、
C9…覚醒判定手段、
C12…呼吸間隔の抽出手段、
C17…フラクタル次元の演算手段、
C18…ノンレム閾値設定手段、
C19…レム閾値設定手段、
C20…睡眠段階の判定手段、
F,G,H…ノンレム睡眠の段階を判定する閾値、
F,G,H,I,J…睡眠段階判定用の閾値、
F(n)…フラクタル値、
I,J…レム睡眠判定用の閾値、
ia…呼吸数の平均値、
log10F(n)…フラクタル値の対数値、
log10n…分割幅の対数値、
M1…体動の頻度、
n…分割幅、
PCa…コンピュータ、
S…睡眠段階判定装置、
SN1…検知部材、マイクロ波レーダ、
Va…体動判定用の第1の閾値、
y(k)…偏差累積、
yn(k)…呼吸の変動の傾向。
A ... Fractal dimension,
A1: Maximum value of fractal dimension,
A2: Fractal dimension minimum value,
A3 ... Average value of fractal dimension,
AP1 ... sleep stage determination program,
C5 ... body movement determination means,
C9 ... Awakening determination means,
C12 ... breathing interval extraction means,
C17: Fractal dimension calculation means,
C18: non-rem threshold value setting means,
C19: Rem threshold value setting means,
C20: means for determining the sleep stage,
F, G, H: Threshold values for determining the stage of non-REM sleep,
F, G, H, I, J ... Threshold for determining sleep stage,
F (n) ... fractal value,
I, J: Threshold value for determining REM sleep,
ia ... average breathing rate,
log 10 F (n)… Logarithm of fractal value,
log 10 n… logarithm of the division width,
M1 ... frequency of body movement,
n: Dividing width,
PCa ... computer,
S ... Sleep stage determination device,
SN1 ... detection member, microwave radar,
Va: a first threshold value for body movement determination,
y (k) ... accumulation of deviation,
y n (k): Trend of respiratory fluctuations.

Claims (6)

被験者に非接触な状態で配置され、前記被験者の表面の振動を検知する検知部材と、
前記検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定手段と、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定手段と、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出手段と、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算手段と、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定手段と、
を備えたことを特徴とする睡眠段階判定装置。
A detection member that is arranged in a non-contact state to the subject and detects vibration of the surface of the subject,
Body motion determining means for determining presence or absence of body motion of the subject based on vibration detected by the detection member and a preset first threshold for body motion determination;
Awakening determination means for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
A breathing interval extracting means for extracting a breathing interval of the subject based on the vibration detected by the detecting member;
Fractal dimension computing means for computing a fractal dimension based on the accumulated deviation of breathing intervals in a preset period and the tendency of respiratory fluctuation in each section obtained by dividing the period;
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. A means for determining the sleep stage;
A sleep stage determination device comprising:
前記被験者が横たわった寝具の下に設置された1つのマイクロ波レーダーにより構成された前記検知部材、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の睡眠段階判定装置。
The detection member composed of one microwave radar installed under the bedding on which the subject lies;
The sleep stage determination device according to claim 1, comprising:
前記呼吸の間隔の偏差累積から前記呼吸の変動の傾向を除去したフラクタル値を、前記分割した区間の分割幅を変動させる毎に算出し、前記フラクタル値の対数値の前記分割幅の対数値に対する予め設定された範囲の近似直線の傾きに基づいて、前記フラクタル次元を演算する前記フラクタル次元の演算手段、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の睡眠段階判定装置。
A fractal value obtained by removing the tendency of fluctuation of respiration from accumulation of deviations of the respiration interval is calculated every time the division width of the divided section is changed, and the logarithmic value of the fractal value with respect to the logarithmic value of the division width is calculated. The fractal dimension calculating means for calculating the fractal dimension based on the inclination of the approximate straight line in a preset range;
The sleep stage determination device according to claim 1, further comprising:
前記被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、覚醒と判定された期間における前記フラクタル次元の平均値と、全期間における呼吸数の平均値とに基づいて、レム睡眠判定用の閾値を設定するレム閾値設定手段と、
前記被験者の睡眠段階の判定を行う全期間に対し、睡眠と判定された期間における前記フラクタル次元の最大値および最小値に基づいて、ノンレム睡眠の段階を判定する閾値を設定するノンレム閾値設定手段と、
前記レム睡眠判定用の閾値およびノンレム睡眠の段階を判定する閾値により構成された前記睡眠段階判定用の閾値を使用して、前記被験者の睡眠の段階を判定する前記睡眠段階の判定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の睡眠段階判定装置。
A threshold for REM sleep determination is set based on the average value of the fractal dimension in the period determined to be awake and the average value of the respiratory rate in the entire period for all periods in which the sleep stage of the subject is determined. REM threshold value setting means to perform,
A non-rem threshold setting means for setting a threshold for determining a stage of non-REM sleep based on the maximum value and the minimum value of the fractal dimension in the period determined to be sleep for all periods in which the sleep stage of the subject is determined ,
The sleep stage determination means for determining the sleep stage of the subject using the sleep stage determination threshold configured by the threshold for determining the REM sleep and the threshold for determining the stage of non-REM sleep;
The sleep stage determination device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
コンピュータを、
被験者に非接触な状態で配置され且つ前記被験者の表面の振動を検知する検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定手段、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定手段、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出手段、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算手段、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定手段、
として機能させることを特徴とする睡眠段階判定プログラム。
Computer
Based on the vibration detected by the detection member that is arranged in a non-contact state with the subject and detects the vibration of the surface of the subject, and a preset first threshold for body movement determination, the subject's Body movement determination means for determining presence or absence of body movement,
Arousal determination means for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
A breathing interval extracting means for extracting a breathing interval of the subject based on the vibration detected by the detecting member;
Fractal dimension calculating means for calculating a fractal dimension based on cumulative deviation of breathing intervals in a preset period and the tendency of respiratory fluctuation in each section obtained by dividing the period,
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. Means for determining the sleep stage,
It is made to function as a sleep stage determination program characterized by the above-mentioned.
被験者に非接触な状態で配置され且つ前記被験者の表面の振動を検知する検知部材により検知された振動と、予め設定された体動判定用の第1の閾値と、に基づいて、前記被験者の体動の有無を判定する体動判定工程と、
前記被験者の体動の頻度に基づいて、前記被験者が覚醒しているか、睡眠しているかの判定を行う覚醒判定工程と、
前記検知部材により検知された振動に基づいて、前記被験者の呼吸の間隔を抽出する呼吸間隔の抽出工程と、
予め設定された期間における呼吸の間隔の偏差累積と、前記期間を分割した各区間における呼吸の変動の傾向とに基づいて、フラクタル次元を演算するフラクタル次元の演算工程と、
前記覚醒判定手段により、前記被験者が睡眠していると判定された場合に、前記フラクタル次元と、予め設定された睡眠段階判定用の閾値と、に基づいて、前記被験者の睡眠の段階を判定する睡眠段階の判定工程と、
を実行することを特徴とする睡眠段階判定方法。
Based on the vibration detected by the detection member that is arranged in a non-contact state with the subject and detects the vibration of the surface of the subject, and a preset first threshold for body movement determination, the subject's A body movement determination step for determining the presence or absence of body movement;
An awakening determination step for determining whether the subject is awake or sleeping based on the frequency of body movement of the subject;
Based on the vibration detected by the detection member, a breathing interval extracting step of extracting the breathing interval of the subject;
A fractal dimension calculation step for calculating a fractal dimension based on accumulation of deviation of breathing intervals in a preset period and a tendency of fluctuation in breathing in each section obtained by dividing the period;
When the awakening determination means determines that the subject is sleeping, the sleep stage of the subject is determined based on the fractal dimension and a preset threshold for determining the sleep stage. A sleep stage determination process;
The sleep stage determination method characterized by performing.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017098609A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 富士通株式会社 Sensor system, sensor information processing apparatus, sensor information processing program, and bed
WO2018199364A1 (en) * 2017-04-27 2018-11-01 김영수 Alarm system using microwave sensors
JP2019115465A (en) * 2017-12-27 2019-07-18 株式会社東海理化電機製作所 Control device, vital detection method, program, and vital detection device
JP2021060318A (en) * 2019-10-08 2021-04-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 Device and method for detecting staying-in-bed
RU2749068C2 (en) * 2015-12-01 2021-06-03 Конинклейке Филипс Н.В. System and method for sleep research
CN114098645A (en) * 2021-11-25 2022-03-01 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
CN114159024A (en) * 2021-11-17 2022-03-11 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
US11596357B2 (en) 2015-12-01 2023-03-07 Koninklijke Philips N.V. Sleep study system and method
CN117224090A (en) * 2023-11-09 2023-12-15 北京大众益康科技有限公司 Sleep gastroesophageal reflux monitoring system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008073077A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Mitsubishi Chemicals Corp Data processor, data processing method and data processing program
JP2009028085A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Biological condition evaluation equipment
JP2010178933A (en) * 2009-02-06 2010-08-19 Tokyo Metropolitan Univ Physical information measuring device and physical information measuring system
JP2011015887A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Mitsubishi Electric Corp Biological state acquisition device, biological state acquisition program, and equipment and air conditioner provided with the biological state acquisition device
WO2012131589A2 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Contactless sleep disorder screening system
JP2013223806A (en) * 2004-10-06 2013-10-31 Resmed Ltd System for non-invasive monitoring of respiratory parameter in sleep disordered breathing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013223806A (en) * 2004-10-06 2013-10-31 Resmed Ltd System for non-invasive monitoring of respiratory parameter in sleep disordered breathing
JP2008073077A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Mitsubishi Chemicals Corp Data processor, data processing method and data processing program
JP2009028085A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Biological condition evaluation equipment
JP2010178933A (en) * 2009-02-06 2010-08-19 Tokyo Metropolitan Univ Physical information measuring device and physical information measuring system
JP2011015887A (en) * 2009-07-10 2011-01-27 Mitsubishi Electric Corp Biological state acquisition device, biological state acquisition program, and equipment and air conditioner provided with the biological state acquisition device
WO2012131589A2 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Contactless sleep disorder screening system

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11596357B2 (en) 2015-12-01 2023-03-07 Koninklijke Philips N.V. Sleep study system and method
RU2749068C2 (en) * 2015-12-01 2021-06-03 Конинклейке Филипс Н.В. System and method for sleep research
JPWO2017098609A1 (en) * 2015-12-09 2018-09-27 富士通株式会社 Sensor system, sensor information processing apparatus, sensor information processing program, and bed
WO2017098609A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 富士通株式会社 Sensor system, sensor information processing apparatus, sensor information processing program, and bed
WO2018199364A1 (en) * 2017-04-27 2018-11-01 김영수 Alarm system using microwave sensors
JP2019115465A (en) * 2017-12-27 2019-07-18 株式会社東海理化電機製作所 Control device, vital detection method, program, and vital detection device
JP2021060318A (en) * 2019-10-08 2021-04-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 Device and method for detecting staying-in-bed
JP7429898B2 (en) 2019-10-08 2024-02-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Bed presence detection device and bed presence detection method
CN114159024B (en) * 2021-11-17 2023-10-31 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
CN114159024A (en) * 2021-11-17 2022-03-11 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
CN114098645B (en) * 2021-11-25 2023-11-07 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
CN114098645A (en) * 2021-11-25 2022-03-01 青岛海信日立空调系统有限公司 Sleep staging method and device
CN117224090A (en) * 2023-11-09 2023-12-15 北京大众益康科技有限公司 Sleep gastroesophageal reflux monitoring system
CN117224090B (en) * 2023-11-09 2024-02-02 北京大众益康科技有限公司 Sleep gastroesophageal reflux monitoring system

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