JP2015217130A - Sleep stage estimation device - Google Patents

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真太郎 吉澤
Shintaro Yoshizawa
真太郎 吉澤
尚司 飯塚
Shoji Iizuka
尚司 飯塚
田中 裕士
Yuji Tanaka
裕士 田中
和也 菅生
Kazuya Sugao
和也 菅生
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device that makes a determination of a sleep stage more accurately and more clearly in response to a change in a state of a subject.SOLUTION: One selected from determination model data previously obtained under a subject model condition different to each other is selected, and a group of a first feature value extracted from respiratory waveform data is integrated by using information of the selected determination model data, and thereby a group of a second feature value is generated. The group of the second feature value is created so that the distribution of equivalent points to the group of the second feature value may be separated substantially to each other by a sleep stage in a determination space where the group of the second feature value of the selected determination model data becomes the variable and prepared. The determination space of the selected determination model data is divided into two or more determination regions by the sleep stage, and a determination is made for the sleep stage corresponding to the region belonging to the group of the second feature value.

Description

本発明は、睡眠の段階を推定する装置に係り、より詳細には、被計測者の呼吸波形の計測データに基づいて被計測者の睡眠段階を推定する装置に係る。   The present invention relates to an apparatus for estimating a sleep stage, and more particularly, to an apparatus for estimating a sleep stage of a person to be measured based on measurement data of a respiratory waveform of the person to be measured.

人の睡眠状態は、脳波と眼球運動のパターンとによって、例えば、レム睡眠、ノンレム睡眠に於けるステージI〜IVといった段階(睡眠段階)に分類できることが知られている。そして、実際の睡眠中に於いては、上記の5つの睡眠段階を種々の順番で経過し、その睡眠段階の経緯は、人の健康管理の上で重要な情報となるので、人の睡眠中に於ける睡眠段階を推定又は判定する技術が種々提案されている。この点に関し、睡眠段階は、国際判定基準に基づき、脳波及び眼球運動を計測して判定されるところ、その場合には、大掛りな設備が必要となり、小規模な施設用、家庭用又は乗物用の装置として脳波及び眼球運動を計測する設備を導入することは現実的ではない。一方、睡眠段階は、人の呼吸状態に反映されることが見出されている。そこで、従前より、人の睡眠中の呼吸状態をモニタリングし、そのモニターされた呼吸状態から睡眠段階を推定する技術が種々提案されている。例えば、特許文献1に於いては、寝具に横臥した被計測者の圧力変動から呼吸信号(呼吸による人体の振動を表す信号)を抽出し、抽出された呼吸信号の振幅及び周波数の大きさや変動のばらつき及びそれらの変化の経緯や呼吸回数から、粗体動、細体動及び無体動の状態の判定、覚醒区間、入眠区間、不安定区間及び安定区間の判定を経て、深睡眠、浅睡眠、レム睡眠といった睡眠段階を、単位時間(エポック)毎に判定する装置が記載されている(特許文献1では、更に、一回睡眠の間に得られた睡眠段階の判定結果の履歴に基づいて、睡眠の質を評価する構成が開示されている。)。また、呼吸状態に基づく睡眠段階の推定に利用可能なセンサ技術として、特許文献2に於いては、被計測者の胸部に装着された加速度計のデータから、心臓信号を分離し、分離された心臓信号から呼吸信号を導出する技術の例が開示されている。   It is known that the sleep state of a person can be classified into stages (sleep stages) such as stages I to IV in REM sleep and non-REM sleep, based on the electroencephalogram and the pattern of eye movement. In actual sleep, the above five sleep stages are passed in various orders, and the history of the sleep stages is important information for human health management. Various techniques have been proposed for estimating or determining the sleep stage. In this regard, the sleep stage is determined by measuring brain waves and eye movements based on international criteria. In that case, large-scale equipment is required, for small-scale facilities, homes or vehicles. It is not realistic to introduce equipment for measuring electroencephalogram and eye movement as a device for use. On the other hand, it has been found that the sleep stage is reflected in a person's respiratory state. In view of this, various techniques have been proposed for monitoring the respiratory state of a person during sleep and estimating the sleep stage from the monitored respiratory state. For example, in Patent Document 1, a respiration signal (a signal representing human vibration due to respiration) is extracted from pressure fluctuations of the measurement subject lying on the bedding, and the amplitude and frequency magnitude and fluctuation of the extracted respiration signal are extracted. Deep sleep and light sleep after judging the state of coarse body movement, thin body movement, and inbody movement, wakefulness, sleep falling, unstable and stable , A device for determining a sleep stage such as REM sleep for each unit time (epoch) is described (Patent Document 1 further based on a history of sleep stage determination results obtained during a single sleep) A configuration for evaluating sleep quality is disclosed.) As a sensor technology that can be used for estimating a sleep stage based on a respiratory state, in Patent Document 2, a heart signal is separated from data of an accelerometer attached to a chest of a measurement subject. An example of a technique for deriving a respiratory signal from a cardiac signal is disclosed.

特開2008−301951JP2008-301951 特表2013−511349Special table 2013-511349

「わかりやすいパターン認識」石井健一郎他3名、オーム社、1998年、123頁−133頁"Easy-to-understand pattern recognition" Kenichiro Ishii and three others, Ohmsha, 1998, pages 123-133

既に述べた如く、人の睡眠段階は、人の呼吸状態に反映されることが見出されており、睡眠段階の違いは、呼吸波形又は呼吸信号と称される、呼吸運動に伴う人の胸部又は腹部の動き(より具体的には、例えば、胸部又は腹部に装着された圧電センサ等の電位の変動)の態様の変化に現れる。しかしながら、呼吸波形に於ける変化と睡眠段階との対応関係は、複雑であり、また、呼吸を計測される人の状態、例えば、年齢、性別、身体的特徴(身長、体重、体形など)、体調などによって、呼吸波形に於ける変化と睡眠段階との対応関係が変化する可能性がある。例えば、呼吸波形の電位信号の振幅又は周波数の大きさなどの、直接的に信号波形から計測される値が、そのまま、睡眠段階の各段階に対応するわけではなく(従って、通常、信号波形から直接計測される値のみで睡眠段階を判定することは困難である。)、睡眠段階の違いは、呼吸波形の電位信号から得られる種々の状態量、例えば、波形のピーク間距離の平均値、標準偏差、ボトム間距離の平均値、標準偏差、ピーク−ボトム間の平均値、標準偏差などの複数のパラメータの差に於いて、種々の態様にて現れ、それらの複数のパラメータに於ける差の現れ方は、呼吸を計測される人の状態によって、同一人に於いても、変動し得る。従って、呼吸状態から睡眠段階を推定しようとする場合には、呼吸を計測される人に於いて想定される種々の状態を考慮しながら、呼吸波形に於ける如何なる状態量に睡眠段階の差異が出現するかの探索、即ち、呼吸波形に於ける睡眠段階を表す特徴量の探索を的確に行った上で、呼吸波形から特徴量を生成することが必要となる。また、かくして生成された呼吸波形に於ける睡眠段階を表す特徴量に基づいて睡眠段階を推定又は判定する場合に、より正確に且つより明瞭に、睡眠段階の判定が実行できることが好ましい。更に、同一の呼吸を計測される人の状態の変化があっても、できるだけ高い精度にて睡眠段階の判定が可能であることが好ましい。   As already mentioned, it has been found that a person's sleep stage is reflected in the person's breathing state, and the difference in sleep stage is called the breathing waveform or breathing signal of the person's chest associated with breathing exercises. Or, it appears in a change in the aspect of the movement of the abdomen (more specifically, for example, a change in potential of a piezoelectric sensor or the like attached to the chest or abdomen). However, the correspondence between changes in the respiratory waveform and the sleep stage is complex, and the state of the person whose respiration is measured, such as age, gender, physical characteristics (height, weight, body shape, etc.) There is a possibility that the correspondence between the change in the respiratory waveform and the sleep stage changes depending on the physical condition and the like. For example, values measured directly from the signal waveform, such as the amplitude or frequency magnitude of the potential signal of the respiratory waveform, do not directly correspond to each stage of the sleep stage (thus usually from the signal waveform). It is difficult to determine the sleep stage based only on the directly measured value.) The difference in the sleep stage is due to various state quantities obtained from the potential signal of the respiratory waveform, for example, the average value of the peak-to-peak distance of the waveform, Differences in multiple parameters such as standard deviation, average distance between bottoms, standard deviation, average value between peak and bottom, standard deviation, etc. appear in various ways, and differences in these multiple parameters The appearance of can vary depending on the condition of the person whose respiration is measured even in the same person. Therefore, when trying to estimate the sleep stage from the respiratory state, there are differences in the sleep stage in any state quantity in the respiratory waveform while taking into account the various states assumed in the person whose respiration is measured. It is necessary to generate a feature value from the respiration waveform after accurately searching for appearance, that is, a search for a feature value representing the sleep stage in the respiration waveform. In addition, when estimating or determining the sleep stage based on the feature amount representing the sleep stage in the respiratory waveform thus generated, it is preferable that the sleep stage can be determined more accurately and more clearly. Furthermore, it is preferable that the sleep stage can be determined with the highest possible accuracy even if there is a change in the state of a person who measures the same respiration.

かくして、本発明の一つの課題は、人の呼吸状態から睡眠段階を推定する装置に於いて、的確に呼吸波形に於ける睡眠段階を表す量として探索された特徴量を用いて、呼吸を計測される人の状態に於ける変化に対応して、より正確に且つより明瞭に睡眠段階の判定が達成されるようにすることである。なお、既に述べた如く、睡眠段階の判定は、国際判定基準に基づき、脳波及び眼球運動の計測を通じて為されるので、呼吸状態に基づく睡眠段階の判定は、睡眠段階の推定となる。従って、本発明の装置の説明に於いて、「睡眠段階の判定」という場合には、特に断らない限り、「睡眠段階の推定」と同義である。   Thus, one object of the present invention is to measure respiration using a characteristic amount searched for as an amount representing a sleep stage in a respiration waveform in an apparatus for estimating a sleep stage from a person's respiration state. The determination of the sleep stage is achieved more accurately and more clearly in response to changes in the person's condition. Note that, as already described, the determination of the sleep stage is performed through measurement of brain waves and eye movements based on the international determination standard, so the determination of the sleep stage based on the respiratory state is an estimation of the sleep stage. Therefore, in the description of the apparatus of the present invention, “determination of sleep stage” is synonymous with “estimation of sleep stage” unless otherwise specified.

本発明によれば、上記の課題は、下記の睡眠段階推定装置によって達成される。本発明の睡眠段階推定装置は、基本構成として、被計測者の呼吸波形データを取得する呼吸波形データ取得部と、前記取得された呼吸波形データから第一の特徴量の群を抽出し、前記第一の特徴量の群を結合して生成される第二の特徴量の組を生成する特徴量生成部と、予め互いに異なる被計測者モデル条件にて睡眠段階がラベル付けされた呼吸波形データに基づいて得られた複数の判定モデルデータを記憶した判定モデルデータ記憶部と、前記判定モデルデータ記憶部にて記憶された前記複数の判定モデルデータのうちの前記被計測者に対して使用される判定モデルデータを選択する判定モデル選択部と、前記第二の特徴量の組に対応する睡眠段階を判定する睡眠段階判定部とを含む。なお、上記の装置に於いて、「睡眠段階」は、睡眠の深さに応じて睡眠状態の分類であり、原理的には、既に触れた如く、脳波と眼球運動のパターンの挙動に基づいて段階別に分類される睡眠状態と同様であってよい。なお、本発明に於いて、睡眠状態は、必ずしも、既に述べた如き5つの睡眠段階及び覚醒段階に分類されていなくてもよく、例えば、覚醒、浅眠、深眠といった3段階に分類されていてもよい。   According to this invention, said subject is achieved by the following sleep stage estimation apparatus. The sleep stage estimation device of the present invention, as a basic configuration, extracts a respiratory waveform data acquisition unit that acquires respiratory waveform data of a measurement subject, a first feature amount group from the acquired respiratory waveform data, and A feature value generating unit that generates a second feature value set generated by combining the first feature value group, and respiratory waveform data in which sleep stages are labeled in advance under different measurement target model conditions A determination model data storage unit that stores a plurality of determination model data obtained based on the determination model data, and is used for the measurement subject among the plurality of determination model data stored in the determination model data storage unit. A determination model selection unit that selects determination model data to be determined, and a sleep stage determination unit that determines a sleep stage corresponding to the second set of feature quantities. In the above device, the “sleep stage” is a classification of sleep states according to the depth of sleep, and in principle, as already mentioned, based on the behavior of the brain wave and eye movement patterns. It may be the same as the sleep state classified according to the stage. In the present invention, the sleep state does not necessarily have to be classified into the five sleep stages and the wakefulness stage as described above, and is classified into three stages such as wakefulness, light sleep and deep sleep, for example. May be.

上記の基本構成に於いて、まず、呼吸波形データ取得部に於ける「呼吸波形データ」とは、被計測者の呼吸運動に連動して変化する任意の量であってよく、かかる呼吸波形データとしては、典型的には、呼吸運動に対応する人の胸部又は腹部の動きであり、より具体的には、被計測者の胸部又は腹部の動きを反映した胸部又は腹部に装着された圧電センサ等を用いて計測される呼吸運動に対応した電位データが採用されてよい。   In the above basic configuration, first, the “respiration waveform data” in the respiration waveform data acquisition unit may be any amount that changes in conjunction with the respiration movement of the measurement subject. As a typical example, the movement of the chest or abdomen of a person corresponding to a breathing exercise, more specifically, a piezoelectric sensor attached to the chest or abdomen reflecting the movement of the subject's chest or abdomen The potential data corresponding to the respiratory movement measured using the above may be employed.

また、特徴量生成部に於いて、「第一の特徴量の群」とは、時間に沿って計測された呼吸波形データに於ける振幅、周波数、ピーク間、ボトム間、ピーク−ボトム間の時間長さ、変化速度、などの、典型的には、呼吸波形データから直接的に計測される種々の状態量及び/又はそれらの変化速度の群である。「第二の特徴量の組」とは、後に説明される態様にて、「第一の特徴量の群」から生成される量であり、睡眠段階の判定処理に於いて、直接的に利用される量となる。   In the feature value generation unit, the “first feature value group” means amplitude, frequency, peak-to-peak, bottom-to-bottom, peak-to-bottom in respiratory waveform data measured along time. A group of various state quantities and / or their rate of change, typically measured directly from the respiratory waveform data, such as length of time, rate of change, etc. The “second feature value set” is an amount generated from the “first feature value group” in the form described later, and is directly used in the sleep stage determination process. The amount will be.

判定モデルデータ記憶部に於いては、上記の如く、複数の互いに異なる被計測者モデル条件にて睡眠段階が特定された状態で計測された呼吸波形データに基づいて予め得られた判定モデルデータが記憶される。ここで、「被計測者モデル」とは、判定モデルデータの収集のための睡眠中の呼吸波形データの計測が為される被計測者である。また、「互いに異なる被計測者モデル条件」とは、種々の状態の被計測者、例えば、年齢、性別、身体的特徴の異なる複数の被計測者の条件であり、判定モデルデータとは、被計測者モデルに於いて、睡眠段階が特定された状態(例えば、脳波や眼球運動をモニターして睡眠状態が判定された状態)で計測された呼吸波形データから得られた情報であり、睡眠段階判定に使用又は参照されるデータである。即ち、判定モデルデータ記憶部には、複数の様々な被計測者モデル条件に於ける判定モデルデータが準備される。   In the determination model data storage unit, as described above, determination model data obtained in advance based on respiratory waveform data measured in a state in which the sleep stage is specified under a plurality of different measurement subject model conditions are stored. Remembered. Here, the “measured person model” is a person to be measured who measures the respiratory waveform data during sleep for collecting determination model data. In addition, the “measured person model conditions different from each other” are conditions of a person to be measured in various states, for example, a plurality of persons to be measured having different age, sex, and physical characteristics. In the measurer model, it is information obtained from respiratory waveform data measured in a state where the sleep stage is specified (for example, a state where the sleep state is determined by monitoring brain waves and eye movements), and the sleep stage Data used or referred to for determination. That is, the determination model data storage unit prepares determination model data for a plurality of various measurement subject model conditions.

判定モデルデータ記憶部に記憶される個々の判定モデルデータには、具体的には、下記のデータが含まれる。:
(1)互いに異なる被計測者モデル条件のうちの一つの被計測者モデル条件にて種々の睡眠段階で予め計測された呼吸波形データに於ける第一の特徴量の群に相当する第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部のデータ。
(2)前記の一つの被計測者モデル条件の第一のモデル特徴量の群を線形結合して得られる第二のモデル特徴量の組を生成した際の第一のモデル特徴量の各々の重み付け係数データの群。ここで、第二のモデル特徴量の組は、該第二のモデル特徴量の組が変数となって張られる判別空間に於ける第二のモデル特徴量の組に対応する点群の分布が第二のモデル特徴量の組の各々に対応づけられた睡眠段階によって互いに実質的に分離されるように生成された量の組である。
(3)前記の判別空間を第二のモデル特徴量の組の各々に対応づけられた睡眠段階の各々に対応する領域に分割する判別境界を与える判別境界関数データ
Specifically, the individual determination model data stored in the determination model data storage unit includes the following data. :
(1) A first feature amount corresponding to a first feature amount group in respiration waveform data measured in advance at various sleep stages under one measured person model condition among different measured person model conditions Data of at least a part of the group of model features.
(2) Each of the first model feature values when the second set of model feature values obtained by linearly combining the first model feature value group of the one measured person model condition is generated. A group of weighting factor data. Here, the second set of model feature values has a distribution of point groups corresponding to the second set of model feature values in the discriminant space in which the second set of model feature values becomes a variable. A set of quantities generated to be substantially separated from each other by a sleep stage associated with each of the second set of model feature quantities.
(3) Discriminant boundary function data that provides a discriminant boundary that divides the discriminant space into regions corresponding to each of the sleep stages associated with each of the second set of model feature values.

上記に於いて、まず、上記(1)の「第一のモデル特徴量の群」とは、或る被計測者モデル条件の被計測者モデルの計測された呼吸波形データから抽出される第一の特徴量の群に相当する特徴量の群である。「第一のモデル特徴量の群」の一部は、後に説明する睡眠段階判定処理に使用する判定モデルデータを選択するために準備される。   In the above, first, the “first model feature group” in (1) is the first extracted from the measured respiratory waveform data of the measurement subject model under a certain measurement subject model condition. This is a group of feature amounts corresponding to a group of feature amounts. A part of the “group of first model feature values” is prepared for selecting determination model data used for a sleep stage determination process described later.

そして、かかる「第一のモデル特徴量の群」を線形結合して得られる量が、上記(2)中に言及されている「第二のモデル特徴量の組」である。「第二のモデル特徴量の組」は、より詳細には、第二のモデル特徴量の組が複数組存在する場合に、上記の如く、かかる第二のモデル特徴量の組が変数となって張られる空間(「判別空間」と称する。)に於いて、第二のモデル特徴量の組に対応する点群の分布が第二のモデル特徴量の組の各々に対応づけられた睡眠段階によって互いに実質的に分離されるように生成される。即ち、第二のモデル特徴量の組には、それぞれ、睡眠段階が特定されているので、第二のモデル特徴量の組のそれぞれを軸とする空間を考えて、かかる空間内に、複数の第一のモデル特徴量の群から生成された複数の第二のモデル特徴量の組に対応する点をそれぞれプロットした場合に、空間内には、睡眠段階の分布が構成されることとなる。その際、空間内に於いて、睡眠段階の分布が段階毎に互いに実質的に分離されるように、即ち、睡眠段階毎に点の分布領域が別々の空間領域に存在するように、第二のモデル特徴量の組の生成が行われる。上記(2)に於ける「重み付け係数データの群」とは、上記の如く、睡眠段階の分布が段階毎に互いに実質的に分離されるように、第一のモデル特徴量の群からの第二のモデル特徴量の組の生成した際の第一のモデル特徴量の群の各々に乗算される重み付け係数の群である。更に、上記(3)の判別境界関数データとは、上記の如く調製された第二のモデル特徴量の組の張る判別空間に於いて、各睡眠段階に対応する点群の分布する領域の境界(判別境界)を定義する関数を特定するデータである。   An amount obtained by linearly combining the “first group of model feature values” is the “second set of model feature values” referred to in (2) above. More specifically, the “second set of model feature values” is such that, when there are a plurality of sets of second model feature values, the second set of model feature values becomes a variable as described above. The sleep stage in which the distribution of the point cloud corresponding to the second set of model feature values is associated with each of the second set of model feature values in the extended space (referred to as “discriminant space”) So as to be substantially separated from each other. That is, since a sleep stage is specified for each set of second model feature values, a space around each of the second set of model feature values is considered, When points corresponding to a plurality of sets of second model feature values generated from the first model feature value group are plotted, a sleep stage distribution is configured in the space. In that case, in the space, the distribution of the sleep stages is substantially separated from each other for each stage, that is, the distribution areas of the points exist in different spatial areas for each sleep stage. A set of model feature quantities is generated. As described above, the “group of weighting coefficient data” in the above (2) is the first model feature value group from the first model feature quantity group so that the sleep stage distributions are substantially separated from each other. This is a group of weighting coefficients to be multiplied to each of the first group of model feature values when the set of second model feature values is generated. Further, the discriminant boundary function data of (3) above is the boundary of the region where the point cloud corresponding to each sleep stage is distributed in the discriminant space formed by the set of the second model feature values prepared as described above. This is data for specifying a function that defines (discrimination boundary).

なお、上記の第一のモデル特徴量の群からの第二のモデル特徴量の組の生成は、例えば、正準判別法又は線形判別法(非特許文献1)を利用して達成可能である。また、判別境界を定義する関数は、例えば、判別空間内に於ける睡眠段階が特定された第二のモデル特徴量の組の群を用いて正準判別法(非特許文献1)を利用して達成可能である。ここで理解されるべきことは、第一のモデル特徴量の群からの第二のモデル特徴量の組の生成する過程に於いては、既に述べた如く、第二のモデル特徴量の組を変数として、即ち、軸として、張られる判別空間に於いて、第二のモデル特徴量の複数の組に対応する点群は、それぞれの点に対応付けられた睡眠段階によって互いに実質的に分離された領域に分布し、各睡眠段階に対応付けられた領域は、判別境界によって区分された状態となっているということである。即ち、或る第一のモデル特徴量の群から得られた第二のモデル特徴量の組の点は、対応づけられた睡眠段階によって、その判別空間に於いて属する領域が明瞭に特定できることとなる。従って、或る判別モデルデータの被計測者モデル条件に合致するか、それに近い条件の任意の被計測者にて計測された呼吸波形データから得られた(第一のモデル特徴量の群に相当する)第一の特徴量の群を、判別モデルデータの重み付け係数の群を用いて、線形結合して得られた(第二のモデル特徴量の群に相当する)第二の特徴量の組の対応する点は、判別空間に於いて、被計測者の睡眠段階に対応する睡眠段階の領域内に包含されることとなり、このことが、点と判別境界との位置関係から明瞭に把握できることとなる。なお、「第一のモデル特徴量の群」(及び「第一の特徴量の群」)は、3つより多い変数から成る群であってよく(典型的には、数十個の変数から成る群であってよい。)、「第二のモデル特徴量の組」及び「第二の特徴量の組」は、典型的には、3次元の空間を構成するように「第一の特徴量」の次元を低減して得られた3つの変数の組とされる。その場合、判別空間と、その空間内にて画定される各睡眠段階に対応する領域は、視覚的に認識でき、各点の属する睡眠段階に対応する領域がより明瞭に把握できることとなる。   The generation of the second model feature quantity set from the first model feature quantity group can be achieved using, for example, a canonical discrimination method or a linear discrimination method (Non-Patent Document 1). . The function that defines the discriminant boundary uses, for example, a canonical discriminant method (Non-patent Document 1) using a group of second model feature amounts in which the sleep stage in the discriminant space is specified. Can be achieved. It should be understood that in the process of generating the second model feature set from the first model feature set, as described above, the second model feature set is In the discriminant space spanned as a variable, that is, as an axis, the point cloud corresponding to the plurality of sets of second model feature values is substantially separated from each other by the sleep stage associated with each point. That is, the areas distributed in the areas and associated with the sleep stages are in a state of being divided by the discrimination boundary. That is, the second set of model feature values obtained from a first group of model feature values is that the region to which the discriminant space belongs can be clearly identified by the associated sleep stage. Become. Therefore, it is obtained from respiration waveform data measured by an arbitrary measurement subject under conditions close to or equivalent to the measurement subject model condition of certain discriminant model data (corresponding to the first model feature amount group). The second feature value group (corresponding to the second model feature value group) obtained by linearly combining the first feature value group using the weighting coefficient group of the discriminant model data. The corresponding point of is included in the sleep stage region corresponding to the sleep stage of the person being measured in the discrimination space, and this can be clearly understood from the positional relationship between the point and the discrimination boundary. It becomes. The “first model feature group” (and “first feature group”) may be a group of more than three variables (typically, from several tens of variables). The “second model feature set” and the “second feature set” typically include the “first feature so as to form a three-dimensional space. It is a set of three variables obtained by reducing the "quantity" dimension. In that case, the discrimination space and the area corresponding to each sleep stage defined in the space can be visually recognized, and the area corresponding to the sleep stage to which each point belongs can be grasped more clearly.

上記の本発明の装置に於ける判定モデル選択部では、より詳細には、睡眠段階の判定を行うために、個々の被計測者に対して使用される判定モデルデータの選択が、装置の操作者による選択に基づいて、或いは、複数の判定モデルデータの各々の第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部と第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部に対応する第一の特徴量の群の一部との比較に基づいて実行される。即ち、判定モデル選択部は、二通りの処理のいずれかにより、個々の被計測者に対して使用される判定モデルデータを選択するよう構成される。具体的には、一つ目の処理では、装置の操作者(被計測者と同一人であっても別人であってもよい。)が、被計測者に適合すると予想される判定モデルデータ、即ち、被計測者の条件に合致するか、近い条件の被計測者モデル条件の判定モデルデータを選択する。もう一つの処理では、被計測者に於いて実際に得られた呼吸波形データから抽出された第一の特徴量の群の一部を、複数の判定モデルデータの対応する第一のモデル特徴量の群の一部と比較して、被計測者に適合すると予想される被計測者モデル条件が装置の判定モデル選択部によって決定され、その被計測者モデル条件の判定モデルデータが選択されることとなる。この点に関し、第一の特徴量の群の一部と第一のモデル特徴量の群の一部とを比較して適合する被計測者モデル条件を決定する手法に於いて、その精度を十分なものとするためには、或る程度の期間に亘って得られた第一の特徴量の群の一部を用いることが必要であることがわかっている。従って、典型的には、装置の使用開始時には、装置の操作者により判定モデルデータの選択を行い、その後の或る程度の期間(又は所定の期間)の経過後に、第一の特徴量の群の一部と第一のモデル特徴量の群の一部とを比較に基づく判定モデルデータの選択が実行されるようになっていてよい。   In the determination model selection unit in the apparatus of the present invention described above, more specifically, in order to determine the sleep stage, selection of determination model data used for each person to be measured is performed by operating the apparatus. Or a first feature amount corresponding to at least a part of the first model feature amount group and at least a part of the first model feature amount group of each of the plurality of determination model data. It is performed based on a comparison with a part of the group. That is, the determination model selection unit is configured to select determination model data used for each individual person to be measured by one of two processes. Specifically, in the first process, determination model data in which an operator of the apparatus (which may be the same person as the person being measured or a different person) is expected to be suitable for the person being measured; That is, the determination model data of the measurement subject model condition that matches or is close to the measurement subject condition is selected. In another process, a part of the group of first feature values extracted from the respiratory waveform data actually obtained by the measurement subject is converted into the first model feature values corresponding to the plurality of determination model data. Compared with a part of the group, the measurement target model condition expected to be suitable for the measurement target is determined by the determination model selection unit of the apparatus, and the determination model data of the measurement target model condition is selected It becomes. In this regard, the method of determining a suitable measurement target model condition by comparing a part of the first feature quantity group and a part of the first model feature quantity group is sufficiently accurate. In order to achieve this, it has been found necessary to use a part of the first feature quantity group obtained over a certain period of time. Therefore, typically, at the start of use of the apparatus, the determination model data is selected by the operator of the apparatus, and after a certain period (or a predetermined period) thereafter, the first feature amount group is selected. The selection model data may be selected based on a comparison between a part of the first model feature quantity group and a part of the first model feature quantity group.

上記の本発明の装置に於ける特徴量生成部では、より詳細には、選択された判定モデルデータの重み付け係数データの群を重み付け係数として第一の特徴量の群を線形結合して第二の特徴量の組が生成される。そして、睡眠段階判定部では、より詳細には、選択された判定モデルデータの判別空間に於いて判別境界関数データによって画定される判別境界によって区切られた複数の睡眠段階に対応する領域のうち、第二の特徴量の組に対応する点の属する領域に対応する睡眠段階が、(現在の)第二の特徴量の組に対応する睡眠段階として判定される。ここで、現在の第二の特徴量の組は、選択された判定モデルデータの重み付け係数データの群を重み付け係数として第一の特徴量の群から生成されるので、既に述べた如く、現在の第二の特徴量の組は、判別空間に於いて、分布領域が、対応する睡眠段階によって実質的に互いに分離された状態となるように生成されていることが期待され、かつ、選択された判定モデルデータの判別空間に於ける判別境界が判別境界関数データによって画定されているので、第二の特徴量の組に対応する点がいずれの睡眠段階に対応する領域に属しているかを判断するだけで、より精度良く明瞭に睡眠段階の判定が達成されることとなる。なお、睡眠段階判定部に於いては、単位時間毎に第二の特徴量の組に対応する睡眠段階を仮に判定した後に、仮に判定された睡眠段階の推移を参照して、判定された睡眠段階を補正するようになっていてよい。   More specifically, the feature quantity generation unit in the above-described apparatus according to the present invention linearly combines the first feature quantity group by using the weighting coefficient data group of the selected determination model data as a weighting coefficient. A set of feature quantities is generated. In the sleep stage determination unit, more specifically, in the areas corresponding to the plurality of sleep stages divided by the determination boundary defined by the determination boundary function data in the determination space of the selected determination model data, The sleep stage corresponding to the region to which the point corresponding to the second feature quantity set belongs is determined as the sleep stage corresponding to the (current) second feature quantity set. Here, the current second feature quantity set is generated from the first feature quantity group using the weighting coefficient data group of the selected determination model data as the weighting coefficient. The second feature set was selected and expected to be generated in the discriminant space so that the distribution regions are substantially separated from each other by the corresponding sleep stages. Since the discriminant boundary in the discriminant space of the judgment model data is defined by the discriminant boundary function data, it is determined which sleep stage corresponds to the point corresponding to the second feature amount set. As a result, the sleep stage can be determined more accurately and clearly. In the sleep stage determination unit, the sleep stage determined by referring to the transition of the temporarily determined sleep stage after temporarily determining the sleep stage corresponding to the second feature amount set for each unit time. The stage may be corrected.

上記の本発明の装置の作動に於いては、典型的には、或る被計測者について、初めて睡眠段階の判定を実行する場合には、まず、被計測者に適合すると予想される判定モデルデータの選択が操作者によって為される。そうすると、判定モデル選択部は、選択された判定モデルデータの重み付け係数データ群を特徴量生成部へ渡し、判別境界関数データを睡眠段階判定部へ渡す。しかる後、被計測者の呼吸波形データが取得されると、特徴量生成部に於いて、第一の特徴量群の抽出と、第一の特徴量群と選択された判定モデルデータの重み付け係数データ群とを用いた第二の特徴量の組の生成が為され、第二の特徴量の組が睡眠段階判定部へ渡される。睡眠段階判定部では、判別空間内に於ける判別境界関数データにより画定される判別境界の位置と第二の特徴量の組の点の位置とを参照して、第二の特徴量の組の点が属する領域を決定し、その領域に対応する睡眠段階が、第二の特徴量の組、即ち、現在の被計測者の睡眠段階として判定される。   In the operation of the above-described apparatus of the present invention, typically, when the determination of the sleep stage is executed for the first time for a certain person to be measured, a determination model that is expected to be suitable for the person to be measured first. Data selection is made by the operator. Then, the determination model selection unit passes the weighting coefficient data group of the selected determination model data to the feature amount generation unit, and passes the determination boundary function data to the sleep stage determination unit. After that, when the respiration waveform data of the measurement subject is acquired, the feature quantity generation unit extracts the first feature quantity group and the weighting coefficient of the first feature quantity group and the selected determination model data. A second set of feature values is generated using the data group, and the second set of feature values is passed to the sleep stage determination unit. The sleep stage determination unit refers to the position of the discriminant boundary defined by the discriminant boundary function data in the discriminant space and the position of the point of the second feature amount pair, and The region to which the point belongs is determined, and the sleep stage corresponding to the region is determined as the second feature amount set, that is, the current sleep stage of the measurement subject.

上記の被計測者について、本発明の装置による睡眠段階の判定を或る程度の期間に亘って実行し、その期間に亘るその被計測者についての第一の特徴量群が収集された後に於いて、睡眠段階の判定を実行する場合には、まず、判定モデル選択部は、その被計測者のそれまでに得られた第一の特徴量群の一部と、判定モデルデータ記憶部に記憶された複数の判定モデルデータの第一のモデル特徴量群の一部とを比較して、被計測者のそれまでに得られた第一の特徴量群の一部に近い第一のモデル特徴量群の一部を有する判定モデルデータを選択し、その選択された判定モデルデータを用いて、上記の一連の処理による睡眠段階の判定が実行されることとなる。   For the above-mentioned measured person, the sleep stage is determined by the apparatus of the present invention for a certain period, and after the first feature amount group for the measured person is collected over the period. When the sleep stage is determined, the determination model selection unit first stores a part of the first feature amount group obtained so far of the measurement subject and the determination model data storage unit. The first model feature close to a part of the first feature amount group obtained so far by comparing a part of the first model feature amount group of the plurality of determination model data obtained The determination model data having a part of the quantity group is selected, and the determination of the sleep stage by the above-described series of processes is executed using the selected determination model data.

上記の本発明の装置の特徴とする点の一つは、まず、第一の特徴量として呼吸波形データから複数の状態量が抽出され、更に、それらを用いて得られる第二の特徴量の組が、第二の特徴量の組が変数となって張られる特徴量空間に於いて、第二の特徴量の組に対応する点の分布が睡眠段階によって実質的に分離されるように生成された量となっている点である。即ち、本発明の装置では、複数種類の睡眠段階の差異が反映された量として、多数の第一の特徴量が抽出され、後の睡眠段階の判定に使用されることとなる。従って、睡眠段階に関わるより多くの情報を呼吸波形データから収集して、それらが睡眠段階の判定に於いて反映されることとなるので、睡眠段階の判定の精度の向上が期待される。また、睡眠段階の判定処理は、複数個の第一の特徴量から生成される第二の特徴量の組を用いて為されるところ、第二の特徴量の組に関しては、既に触れた如く、第二の特徴量の組が変数となって張られる判別空間に於いて、第二の特徴量の組に対応する点の分布が睡眠段階によって実質的に分離される、即ち、判別空間に於ける各睡眠段階の第二の特徴量の組の点群の分布が互いに実質的に分離されるように、第二の特徴量の組が生成されていること、そして、判別空間に於ける第二の特徴量の組の点群の領域が、判別境界によって睡眠段階毎に分離されていることから、第二の特徴量の組の示す睡眠段階をより明瞭に判定することが可能となる。   One of the features of the device of the present invention described above is that a plurality of state quantities are first extracted from the respiratory waveform data as a first feature quantity, and further a second feature quantity obtained by using them is extracted. The pair is generated so that the distribution of points corresponding to the second feature quantity set is substantially separated by the sleep stage in the feature quantity space in which the second feature quantity set is a variable. It is a point that has been made. That is, in the apparatus of the present invention, a large number of first feature quantities are extracted as quantities reflecting the difference between a plurality of types of sleep stages, and are used for the subsequent sleep stage determination. Therefore, since more information related to the sleep stage is collected from the respiratory waveform data and reflected in the determination of the sleep stage, improvement in the accuracy of the sleep stage determination is expected. In addition, the sleep stage determination process is performed using a second feature value set generated from a plurality of first feature values. As described above, the second feature value set is as described above. In the discriminant space in which the second set of feature values is set as a variable, the distribution of points corresponding to the second set of feature values is substantially separated by the sleep stage, that is, in the discriminant space. The second feature set is generated such that the distribution of the point cloud of the second feature set at each sleep stage is substantially separated from each other, and in the discrimination space Since the point cloud region of the second feature value set is separated for each sleep stage by the discrimination boundary, it becomes possible to more clearly determine the sleep stage indicated by the second feature value set. .

なお、被計測者の睡眠段階の判定処理に使用される判定モデルデータの選択に関して、好適には、判定モデル選択部は、一人の被計測者に対して一つの判定モデルデータを選択した後に所定の期間に亘って前記選択された判定モデルデータを維持し、前記所定の期間の経過後に於いて、前記所定の期間に於ける前記第二の特徴量の組を参照して前記第二の特徴量生成部にて得られた前記第二の特徴量の組の属する判定モデルデータを選択し直す選択されるよう構成されていてよい。即ち、この場合、使用する判定モデルデータが時々刻々と変更されるのではなく、一旦選択した判定モデルデータが少なくとも所定の期間に亘って使用されることとなる。かかる構成によれば、一人の被計測者について安定的に睡眠段階の判定が実行できることが期待される。   In addition, regarding selection of determination model data used for determination processing of a measurement subject's sleep stage, preferably, the determination model selection unit is predetermined after selecting one determination model data for one measurement target person. The selected determination model data is maintained over a period of time, and the second feature is referred to after the lapse of the predetermined period with reference to the set of second feature values in the predetermined period. The determination model data to which the set of the second feature amount obtained by the amount generation unit belongs may be selected again. That is, in this case, the determination model data to be used is not changed every moment, but the determination model data once selected is used for at least a predetermined period. According to such a configuration, it is expected that the sleep stage can be stably determined for one person to be measured.

かくして、上記の本発明によれば、呼吸波形データから、より多くの情報を収集し、それらの情報を集約することによって、睡眠段階の判定を、より正確に且つより明瞭に達成できることが期待される。また、睡眠段階の判定のために、多くの互いに異なる条件下にて予め得られた判定モデルデータを準備しておくことによって、複数の多様な被計測者の状態に対応して睡眠段階の判定が適切に達成できることが期待される。本発明の装置は、被計測者の胸部又は腹部に装着される圧電センサ等のデータを用いて睡眠段階の判定が可能となるので、大規模に設備を要せず、家庭用又は車内用の装置として利用可能である。   Thus, according to the present invention described above, it is expected that the determination of the sleep stage can be achieved more accurately and clearly by collecting more information from the respiratory waveform data and aggregating the information. The In addition, by preparing determination model data obtained in advance under many different conditions for determining the sleep stage, it is possible to determine the sleep stage corresponding to the state of a plurality of various subjects. Is expected to be achieved appropriately. Since the apparatus of the present invention can determine the sleep stage using data such as a piezoelectric sensor attached to the chest or abdomen of the person to be measured, it does not require large-scale equipment, and is for home use or in-vehicle use. It can be used as a device.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

図1(A)は、本発明による睡眠段階推定装置を模式的に表した図であり、図1(B)、(C)は、被計測者に装着される呼吸波形データを収集するためのセンサ装置と、その内部構成を模式的に表した図である。図1(D)は、本発明による睡眠段階推定装置の内部の処理部の構成をブロック図の形式で表した図である。なお、図中、矢印は、情報の流れを示している。FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a sleep stage estimation apparatus according to the present invention. FIGS. 1B and 1C are diagrams for collecting respiratory waveform data worn by a measurement subject. It is the figure which represented the sensor apparatus and its internal structure typically. FIG. 1D is a block diagram showing the configuration of the processing unit inside the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. In the figure, arrows indicate the flow of information. 図2(A)は、本発明による睡眠段階推定装置の特徴量処理部に於いて取得される複数の波形特徴量(第一の特徴量)の一部の定義を説明する図であり、図2(B)は、波形特徴量により張られる空間(特徴量空間)を模式的に描いた図であり、図2(C)は、特徴量空間に於いて現れる睡眠段階の分布領域を説明する図である。なお、特徴量空間は、波形特徴量の数の次元を有する多次元空間であるが、図2(C)に於いては、例示として、波形特徴量のうちのxi、xjを軸とする二次元空間でみたときの睡眠段階の分布領域を示している。FIG. 2A is a diagram for explaining a partial definition of a plurality of waveform feature quantities (first feature quantities) acquired by the feature quantity processing unit of the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. 2 (B) is a diagram schematically depicting a space (feature amount space) spanned by waveform feature amounts, and FIG. 2 (C) explains a distribution region of sleep stages appearing in the feature amount space. FIG. The feature amount space is a multi-dimensional space having the number of waveform feature amounts, but in FIG. 2C, as an example, two of the waveform feature amounts having xi and xj as axes. The distribution region of the sleep stage when viewed in a dimensional space is shown. 図3(A)は、本発明による睡眠段階推定装置に於ける波形特徴量(第一の特徴量)の群が構成する特徴量空間から判別特徴量(第二の特徴量)の組の構成する判別空間への低次元化処理を説明する図である。図3(B)は、本発明による睡眠段階推定装置に於いて生成される判別特徴量の組によって張られる空間(判別空間)に於ける睡眠段階の分布を模式的に説明する図である。FIG. 3A shows a configuration of a set of discriminating feature amounts (second feature amounts) from a feature amount space formed by a group of waveform feature amounts (first feature amounts) in the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. It is a figure explaining the reduction process to the discrimination space to perform. FIG. 3B is a diagram schematically illustrating the distribution of sleep stages in a space (discriminant space) spanned by a set of discriminant feature values generated in the sleep stage estimating apparatus according to the present invention. 図4(A)は、本発明による睡眠段階推定装置のフィルター処理部に於いて、センサ装置から取得された呼吸波形データの平滑化及び頂点・底点の設定を行う処理について説明した図である。図4(B)は、フィルター処理部に於いて、呼吸波形データの平滑化の処理の態様について説明する図である。図4(C)は、フィルター処理部に於いて、呼吸波形データ中で睡眠段階判定に使用しない部分の特定を行う処理について説明した図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a process of smoothing the respiratory waveform data acquired from the sensor device and setting the vertex / bottom point in the filter processing unit of the sleep stage estimation device according to the present invention. . FIG. 4B is a diagram for explaining a mode of smoothing of respiratory waveform data in the filter processing unit. FIG. 4C is a diagram illustrating processing for specifying a portion not used for sleep stage determination in the respiratory waveform data in the filter processing unit. 図5は、本発明による睡眠段階推定装置の判定モデルデータ記憶部に記憶される複数の判定モデルデータの構成を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a plurality of determination model data stored in the determination model data storage unit of the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. 図6は、本発明による睡眠段階推定装置の判定モデル選択部に於ける被計測者に対して使用する判定モデルデータを選択する処理について説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a process of selecting determination model data to be used for a measurement subject in the determination model selection unit of the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. 図7(A)、(B)は、本発明による睡眠段階推定装置の睡眠段階判定部に於いて被計測者から得られたデータ(第二の特徴量の組)に基づいて判定された睡眠段階の判定結果の例を示している。(A)は、仮判定(エポック毎の判定)の例であり、(B)は、正判定(仮判定を補正した判定)の例である。FIGS. 7A and 7B show sleep determined based on data (second feature value set) obtained from the measurement subject in the sleep stage determination unit of the sleep stage estimation apparatus according to the present invention. The example of the determination result of the step is shown. (A) is an example of temporary determination (determination for each epoch), and (B) is an example of positive determination (determination that corrects temporary determination).

1…コンピュータ本体
2…コンピュータ端末
3…モニター
4…キーボード、マウス(入力装置)
5…呼吸波形センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer body 2 ... Computer terminal 3 ... Monitor 4 ... Keyboard, mouse (input device)
5. Respiratory waveform sensor

装置の概略
本発明による睡眠段階推定装置は、この分野で通常使われている形式のコンピュータ装置1に於けるプログラムの作動により実現されてよい(図1(A))。コンピュータ装置1には、通常の態様にて、双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、記憶装置、入出力装置(I/O)が装備され、記憶装置は、本発明の演算で使用する演算処理を実行する各プログラムを記憶したメモリ及び演算中に使用されるワークメモリと、データメモリを含んでいる。また、実施者によるコンピュータ装置1への指示及び計算結果その他の情報の表示及び出力は、コンピュータ装置1に接続されたコンピュータ端末装置2を通じて為される。コンピュータ端末装置2には、通常の態様にて、モニター3とキーボード並びにマウスといった入力装置4が設けられ、前記の各プログラムが起動されると、実施者は、前記の各プログラムの手順に従ってモニター3上の表示に従って、入力装置4を用いてコンピュータ装置1に各種の指示及び入力を行うとともに、モニター3上にてコンピュータ装置1からの演算状態及び演算結果、判定結果等を視覚的に確認することが可能となる。なお、図示していないその他の周辺機器(結果を出力するプリンタ、計算条件及び演算結果情報等を入出力するための記憶装置など)がコンピュータ装置1及びコンピュータ端末装置2に装備されていてよいことは理解されるべきである。
Outline of Apparatus The sleep stage estimation apparatus according to the present invention may be realized by the operation of a program in the computer apparatus 1 of the type normally used in this field (FIG. 1 (A)). The computer apparatus 1 is equipped with a CPU, a storage device, and an input / output device (I / O) connected to each other by a bidirectional common bus in a normal manner, and the storage device is used in the calculation of the present invention. A memory storing each program for executing the arithmetic processing, a work memory used during the arithmetic operation, and a data memory. In addition, the display and output of instructions, calculation results, and other information to the computer device 1 by the practitioner are performed through the computer terminal device 2 connected to the computer device 1. The computer terminal device 2 is provided with a monitor 3 and an input device 4 such as a keyboard and a mouse in a normal manner. When each of the programs is started, the practitioner follows the procedure of each program. In accordance with the above display, various instructions and inputs are made to the computer device 1 using the input device 4, and the calculation state, calculation result, determination result, etc. from the computer device 1 are visually confirmed on the monitor 3. Is possible. Note that the computer device 1 and the computer terminal device 2 may be equipped with other peripheral devices (not shown) (printer for outputting results, storage device for inputting / outputting calculation conditions and calculation result information, etc.). Should be understood.

更に、本発明による睡眠段階推定装置は、図1(B)に模式的に描かれている如く、被計測者Pの胸部乃至腹部に装着されたセンサ装置5から、その検出値である呼吸波形データを取得するためのデータ通信用の入出力装置(通信I/O)が装備される。センサ装置5は、典型的には、図1(C)に模式的に例示されている如く、圧電素子からなるセンサ部と、センサ部の作動制御及びそのセンサ出力を無線Tによりコンピュータ装置1へ送信するための制御装置及び通信I/Oを有する。かかるセンサ装置5は、例えば、装着用のベルト等の支持又は固定の器具によって、被計測者Pの胸部乃至腹部に装着され、センサ部の出力は、典型的には、被計測者Pの呼吸運動に伴う胸部乃至腹部の運動を圧力変化として受容する。その圧力変化が電位変化に変換されて、コンピュータ装置1へ送信されることとなる。   Furthermore, the sleep stage estimation apparatus according to the present invention, as schematically illustrated in FIG. 1 (B), is a respiratory waveform that is a detected value from the sensor device 5 attached to the chest or abdomen of the measurement subject P. An input / output device (communication I / O) for data communication for acquiring data is provided. The sensor device 5 typically has a sensor unit composed of a piezoelectric element, the operation control of the sensor unit, and the sensor output to the computer device 1 by wireless T, as schematically illustrated in FIG. It has a control device for transmitting and communication I / O. The sensor device 5 is attached to the chest or abdomen of the measurement subject P by, for example, a support or fixing device such as a wearing belt, and the output of the sensor unit is typically the breathing of the measurement subject P. The movement of the chest or abdomen accompanying the exercise is received as a pressure change. The pressure change is converted into a potential change and transmitted to the computer apparatus 1.

また、センサ装置5には、被計測者に対して刺激を与える刺激発生手段が設けられていてよい。かかる刺激は、例えば、睡眠段階が判定された際に、その判定に応じて、適時、被計測者Pに与えられる音声や振動等であってよい。より具体的には、睡眠段階推定装置によって被計測者が睡眠状態となった後、所定の時間後に振動を与えて覚醒させるといったことに振動刺激が使用されてよい。或いは、被計測者Pに刺激を与える別の手法としては、音楽プレーヤー、スマートフォン、空調設備などの刺激発生手段6が、コンピュータ装置1からの制御指令を受信できるシステムが構築され、睡眠段階推定装置にて判定された睡眠段階に応じて、コンピュータ装置1からの指令に従って、適時、音声や振動等の発生、空調制御といった種々の動作(かならずしも、睡眠中の被計測者Pに覚醒のための刺激を与えることが目的でなくてもよい。)が実行されるようになっていてもよい。また、センサ装置5は、CPU及びメモリを内蔵していてもよい。この場合、センサ装置5は、データストレージの機能を有していてよい。   Further, the sensor device 5 may be provided with a stimulus generating means for giving a stimulus to the measurement subject. Such stimulation may be, for example, voice or vibration given to the measurement subject P in a timely manner according to the determination when the sleep stage is determined. More specifically, the vibration stimulus may be used for awakening by applying vibration after a predetermined time after the person to be measured becomes a sleep state by the sleep stage estimation device. Alternatively, as another method for giving a stimulus to the person to be measured P, a system is constructed in which the stimulus generating means 6 such as a music player, a smartphone, an air conditioner or the like can receive a control command from the computer device 1, and the sleep stage estimating device According to the instruction from the computer device 1 in accordance with the sleep stage determined in Step 1, various operations such as generation of voice and vibration, air conditioning control, etc. (not necessarily stimulating for awakening the measurement subject P during sleep) May not be the purpose). The sensor device 5 may incorporate a CPU and a memory. In this case, the sensor device 5 may have a data storage function.

本発明による睡眠段階推定装置の各処理を実行する構成に於いては、具体的には、図1(D)に示されている如く、センサ装置5からの呼吸波形データを取り込む入力部と、呼吸波形データの平滑化等の処理を実行するフィルター処理部と、特徴量処理部とを含む呼吸波形データに於ける特徴量を生成する特徴量生成部と、種々の条件の被計測者モデルから予め得られた複数の判定モデルデータを記憶した判定モデルデータベースと、被計測者の睡眠段階判定の際に使用する判定モデルを選択する判定モデル選択部と、特徴量生成部にて生成された特徴量と判定モデルのデータとを参照して睡眠段階を推定的に判定する睡眠段階判定部と、睡眠段階判定部に於ける結果を記録し或いは前記の刺激発生手段の制御に利用すべく出力する出力部とが含まれる。また、操作者が年齢、性別などの被計測者の状態を入力し、モデルを選択するようにしてもよい。上記の構成に於けるデータの流れに関して概して述べれば、まず、判定モデル選択部は、後述の態様にて選択された判定モデルデータに含まれる重み付け係数データ群ajiと、判別境界関数データFkを、それぞれ、特徴量生成部の特徴量処理部と睡眠段階判定部の仮判定部へ渡す。特徴量処理部は、呼吸波形データの平滑化処理等を実施した後、処理された呼吸波形データから抽出された波形特徴量(第一の特徴量)xjを、重み付け係数データ群ajiを用いて、線形結合して、判別特徴量Aiを生成し、判別特徴量Aiは、睡眠段階判定部の仮判定部へ渡される。そして、睡眠段階判定部の仮判定部に於いて、判別境界関数データFkと判別特徴量Aiとを用いて、判別特徴量Ai、即ち、現在の呼吸波形データに於ける睡眠段階を仮判定し、正判定部に於いて、仮判定された睡眠段階の補正が実行される。   In the configuration for executing each process of the sleep stage estimation device according to the present invention, specifically, as shown in FIG. 1 (D), an input unit that captures respiratory waveform data from the sensor device 5; From a filter processing unit that executes processing such as smoothing of respiratory waveform data, a feature amount generation unit that generates feature amounts in respiratory waveform data including a feature amount processing unit, and a measurement subject model under various conditions A determination model database storing a plurality of determination model data obtained in advance, a determination model selection unit for selecting a determination model to be used when determining the sleep stage of the measurement subject, and a feature generated by a feature amount generation unit A sleep stage determination unit that preferentially determines a sleep stage with reference to the quantity and data of the determination model, and a result in the sleep stage determination unit is recorded or output to be used for controlling the stimulus generation means. Output section and It is included. In addition, the operator may input the state of the person to be measured, such as age and sex, and select a model. Generally speaking, regarding the data flow in the above-described configuration, first, the determination model selection unit includes the weighting coefficient data group aji and the determination boundary function data Fk included in the determination model data selected in the manner described below. Each is passed to the feature amount processing unit of the feature amount generation unit and the provisional determination unit of the sleep stage determination unit. The feature amount processing unit performs a smoothing process or the like of the respiration waveform data, and then uses the weighting coefficient data group aji to calculate the waveform feature amount (first feature amount) xj extracted from the processed respiration waveform data. The discriminating feature amount Ai is generated by linear combination, and the discriminating feature amount Ai is passed to the temporary determination unit of the sleep stage determination unit. Then, in the temporary determination unit of the sleep stage determination unit, using the determination boundary function data Fk and the determination feature quantity Ai, a determination is made of the determination feature quantity Ai, that is, the sleep stage in the current respiratory waveform data. In the correct determination unit, the temporarily determined sleep stage is corrected.

なお、図1(D)に例示された上記の各部は、睡眠段階推定装置による睡眠段階の推定(判定)の実行時に於いて、コンピュータ装置1に於いて各種の処理又は演算に必要なプログラムが起動され、そのプログラムに従った演算処理によって実現されることは理解されるべきである。   Note that each of the above-described units illustrated in FIG. 1D includes programs necessary for various processes or calculations in the computer apparatus 1 when the sleep stage estimation apparatus performs the sleep stage estimation (determination). It should be understood that it is implemented and realized by arithmetic processing according to the program.

以下、上記の睡眠段階推定装置の睡眠段階の判定処理の原理並びに各部の構成及び作動について、詳細に説明する。   Hereinafter, the principle of the sleep stage determination process of the sleep stage estimation apparatus and the configuration and operation of each unit will be described in detail.

睡眠段階推定装置に於ける睡眠段階の判定処理の原理
「背景技術」の欄及び「発明の概要」の欄に於いて述べた如く、睡眠中の人の脳波と眼球運動のパターンとによって判定される睡眠段階は、人の呼吸運動、具体的には、呼吸運動に伴う人の胸部又は腹部の動きを示す呼吸波形データに反映されるので、呼吸波形データをモニターすることにより、睡眠段階を判定することが可能である。例えば、図2(A)或いは図4(A)、(C)に例示されている如き人の睡眠中の呼吸波形データが得られたとき、その呼吸波形データから得られる種々の状態量(波形特徴量)、例えば、波形のピーク間距離の平均値、標準偏差、ボトム間距離の平均値、標準偏差、ピーク−ボトム間の平均値、標準偏差などの複数のパラメータは、睡眠段階に応じて変化する。しかしながら、それらの複数のパラメータに於ける睡眠段階に応じた変化の現れ方は多様であり、これらの変化と睡眠段階との対応関係は複雑となっている。そこで、呼吸波形データに基づいて睡眠段階の判定を行うには、まず、波形特徴量と睡眠段階との対応関係を明らかにすべく、種々の睡眠段階に於ける睡眠中の人の呼吸波形データを睡眠段階が特定された状態にて計測し、それらの呼吸波形データから複数の波形特徴量を取得し、更に、図2(B)に模式的に描かれている如き波形特徴量を変数とした特徴量空間を想定して、各睡眠段階に於ける波形特徴量が特徴量空間内で分布する領域を把握するといったことが行われる。
The principle of the sleep stage determination process in the sleep stage estimation device As described in the “Background” column and the “Summary of the Invention” column, it is determined by the brain wave and eye movement patterns of a sleeping person. The sleep stage is reflected in the respiratory waveform data indicating the movement of the person's respiratory movement, specifically the movement of the person's chest or abdomen. Therefore, the sleep stage is determined by monitoring the respiratory waveform data. Is possible. For example, when the respiratory waveform data during sleep of a person as illustrated in FIG. 2 (A) or FIGS. 4 (A) and 4 (C) is obtained, various state quantities (waveforms) obtained from the respiratory waveform data. Feature quantity), for example, the average value of the distance between the peaks of the waveform, the standard deviation, the average value of the distance between the bottom, the standard deviation, the average value between the peak and the bottom, the standard deviation, etc., depending on the sleep stage Change. However, there are various appearances of changes in the plurality of parameters depending on the sleep stage, and the correspondence between these changes and the sleep stage is complicated. Therefore, in order to determine the sleep stage based on the respiratory waveform data, first, in order to clarify the correspondence between the waveform feature quantity and the sleep stage, the respiratory waveform data of the person during sleep in various sleep stages. Is measured in a state where the sleep stage is specified, a plurality of waveform feature amounts are acquired from the respiratory waveform data, and the waveform feature amount schematically illustrated in FIG. Assuming the feature amount space, the region where the waveform feature amount in each sleep stage is distributed in the feature amount space is grasped.

しかしながら、実際には、睡眠段階に対して、呼吸波形データから抽出可能な種々の状態量のうちのいずれが強い相関を有し、いずれが弱い相関を有しているかは明らかではない。従って、睡眠段階の判定を精度よく実行することを試みる場合には、呼吸波形データから睡眠段階に相関があると予想される多くの状態量を波形特徴量として抽出することが考えられるところ、そうすると、図2(B)に例示されている如く、波形特徴量の構成する特徴量空間は、多次元空間(4次元以上)となり、空間内に於ける各睡眠段階に対応する波形特徴量の点群の分布領域の把握が容易ではなくなる。また、図2(C)に例示されている如く、一般に、波形特徴量の構成する特徴量空間に於ける各睡眠段階に対応する波形特徴量の点群の分布領域は、互いに重複しており、従って、或る波形特徴量が得られたときに、それに対応する睡眠段階を明瞭に判定することが困難なことが多い。   However, in reality, it is not clear which of the various state quantities that can be extracted from the respiratory waveform data has a strong correlation and which has a weak correlation with the sleep stage. Therefore, when trying to accurately determine the sleep stage, it may be possible to extract many state quantities that are expected to be correlated with the sleep stage from the respiratory waveform data as waveform feature quantities. As illustrated in FIG. 2B, the feature amount space constituting the waveform feature amount is a multi-dimensional space (four or more dimensions), and points of the waveform feature amount corresponding to each sleep stage in the space. It is not easy to grasp the group distribution area. In addition, as illustrated in FIG. 2C, generally, the distribution areas of the waveform feature amount point cloud corresponding to each sleep stage in the feature amount space formed by the waveform feature amount overlap each other. Therefore, when a certain waveform feature amount is obtained, it is often difficult to clearly determine the sleep stage corresponding thereto.

そこで、本発明に於いては、呼吸波形データから得られる状態量と睡眠段階との対応関係を、精度良く、即ち、利用する波形特徴量の数を低減させずに、明瞭に把握できるようにするために、新規な手法が用いられる。   Therefore, in the present invention, the correspondence between the state quantity obtained from the respiratory waveform data and the sleep stage can be grasped clearly, that is, without reducing the number of waveform feature quantities to be used. In order to do this, a new approach is used.

具体的には、まず、前記の如く、種々の睡眠段階に於ける睡眠中の人の呼吸波形データを睡眠段階が特定された状態にて計測し、波形特徴量として呼吸波形データから睡眠段階に相関があると予想される多くの状態量の抽出が行われる。しかる後、得られた波形特徴量の群について、正準判別法(線形判別法とも称される。)の手順に従って波形特徴量の重み付けされた線形結合を行って、波形特徴量の群の低次元化が行われる(図3(A)参照、非特許文献1)。即ち、波形特徴量の群(x1,x2,x3,…,xj,…)について、低次元化された特徴量A1、A2、A3(判別特徴量:第二の特徴量)が下記の如く生成される。
A1=a11・x1+a12・x2+a13・x3…+a1j・xj…
A2=a21・x1+a22・x2+a23・x3…+a2j・xj… …(1)
A3=a31・x1+a32・x2+a33・x3…+a3j・xj…
ここに於いて、a11、a12、…ajiは、重み付け係数である。そして、A1、A2、A3は、端的に述べれば、得られた波形特徴量の群(xj)を睡眠段階毎にクラス分けし、波形特徴量の群(xj)のクラス間分散行列Σ1の最大化とクラス内分散行列Σ2の最小化を行い、行列Σ1−1Σ2の固有値のうちの大きな方から3つを選択した場合の、各固有値に対応する固有ベクトルで表される量であり、重み付け係数ajiは、波形特徴量の空間の点を、かかる固有ベクトルで張られる空間の点へ変換するための係数である。
Specifically, first, as described above, the respiratory waveform data of a sleeping person at various sleep stages is measured in a state where the sleep stage is specified, and the waveform feature value is changed from the respiratory waveform data to the sleep stage. Many state quantities that are expected to be correlated are extracted. Thereafter, the obtained waveform feature groups are subjected to weighted linear combination of waveform features according to the procedure of the canonical discriminant method (also referred to as linear discriminant method) to reduce the waveform feature groups. Dimensionalization is performed (see FIG. 3A, Non-Patent Document 1). That is, for the waveform feature quantity group (x1, x2, x3,..., Xj,...), Reduced dimension feature quantities A1, A2, and A3 (discriminating feature quantities: second feature quantities) are generated as follows. Is done.
A1 = a11 ・ x1 + a12 ・ x2 + a13 ・ x3… + a1j ・ xj…
A2 = a21 · x1 + a22 · x2 + a23 · x3 ... + a2j · xj ... (1)
A3 = a31 ・ x1 + a32 ・ x2 + a33 ・ x3… + a3j ・ xj…
Here, a11, a12,... Aji are weighting coefficients. In short, A1, A2, and A3 classify the obtained waveform feature group (xj) for each sleep stage and classify the maximum of the interclass variance matrix Σ1 of the waveform feature group (xj). Is a quantity expressed by an eigenvector corresponding to each eigenvalue when the larger one of the eigenvalues of the matrix Σ1 −1 Σ2 is selected. aji is a coefficient for converting a point of the waveform feature amount space into a point of the space spanned by such eigenvectors.

上記の如き波形特徴量の群の線形結合により波形特徴量を縮訳して判別特徴量の組の生成を行うと、図3(A)に示されている如く、新たに生成された判別特徴量の組を変数とする低次元化された空間(判別空間)が構成される。そして、かかる判別空間に於いて、判別特徴量の組の点をプロットすると、図3(B)に模式的に描かれている如く、各睡眠段階に対応する判別特徴量の点群の分布領域は、互いに実質的に分離されることとなる。(この効果は、波形特徴量の群(xj)のクラス間分散行列Σ1の最大化とクラス内分散行列Σ2の最小化によって得られる。端的に述べれば、波形特徴量の線形結合によって判別特徴量を生成する際に、重み付け係数ajiが、クラス間分散行列Σ1の最大化によってクラス(睡眠段階)同士のばらつきをできるだけ広げつつ、クラス内分散行列Σ2の最小化によって、同一クラス(睡眠段階)の点群のばらつきができるだけ縮まるように算定されることによる。)   When a set of discriminant features is generated by reducing the waveform features by linear combination of the groups of the waveform features as described above, a newly generated discriminant feature is generated as shown in FIG. A reduced-order space (discriminant space) having a set of Then, in this discriminant space, when plotting the points of the discriminant feature amount set, as schematically illustrated in FIG. 3B, the distribution region of the discriminant feature amount point group corresponding to each sleep stage. Are substantially separated from each other. (This effect is obtained by maximizing the inter-class variance matrix Σ1 and minimizing the intra-class variance matrix Σ2 of the group (xj) of waveform feature amounts. In short, the discriminating feature amount is obtained by linear combination of the waveform feature amounts. , The weighting coefficient aji increases the variance between classes (sleep stages) as much as possible by maximizing the interclass variance matrix Σ1, while minimizing the intraclass variance matrix Σ2 to generate the same class (sleep stage). (By calculating the variation of point cloud as much as possible.)

そして、上記の如く、波形特徴量の群から判別特徴量の組への低次元化が為された状態の判別空間に於いて、各睡眠段階に対応する判別特徴量の点群の分布領域を分ける境界(判別境界)が決定される。かかる判別境界も、正準判別法の手順に従って決定される(端的に述べれば、各睡眠段階に対応する判別特徴量の点群の分布領域までの距離のばらつきが最大となる面が判別境界となる。)。判別境界は、具体的には、それを判別空間内で与える関数式Fk(判別境界関数データ)にて与えられる。なお、ここで、特記すべきことは、判別特徴量の組が3つの変数であり、従って、判別空間が三次元となっている点である。判別空間が三次元であることから、各睡眠段階に対応する判別特徴量の点群の分布領域は、視覚的に把握することが容易となり、従って、呼吸波形データから得られる状態量と睡眠段階との対応関係がより明瞭に把握できることとなる。また、呼吸波形データから得られた波形特徴量の群が判別特徴量の組に於いて考慮されているので、利用する波形特徴量の数を低減させずに、精度良く呼吸波形データから得られる状態量と睡眠段階との対応関係が把握できることが期待される。   Then, as described above, in the discriminant space in the state where the dimension reduction from the waveform feature group to the discriminant feature group is performed, the distribution region of the discriminant feature point group corresponding to each sleep stage is expressed as follows. A dividing boundary (discrimination boundary) is determined. Such discriminant boundaries are also determined according to the procedure of the canonical discriminant method (in short, the surface where the variation in the distance to the point cloud distribution region of the discriminant feature value corresponding to each sleep stage is the maximum is the discriminant boundary. Become.). Specifically, the discriminant boundary is given by a functional expression Fk (discriminant boundary function data) that gives it in the discriminant space. Here, it should be noted that the set of discriminant feature values is three variables, and therefore the discriminant space is three-dimensional. Since the discriminant space is three-dimensional, the distribution region of the point cloud of the discriminant feature amount corresponding to each sleep stage can be easily grasped visually. Therefore, the state quantity obtained from the respiratory waveform data and the sleep stage It will be possible to grasp the relationship between and clearly. In addition, since a group of waveform features obtained from respiratory waveform data is considered in the set of discriminating features, it can be obtained from respiratory waveform data accurately without reducing the number of waveform features used. It is expected that the correspondence between the state quantity and the sleep stage can be grasped.

かくして、上記の如く、種々の睡眠段階に於ける睡眠段階が特定された状態にて計測された睡眠中の或る条件の人の呼吸波形データから波形特徴量を経て、上記の如く、判別空間に於ける各睡眠段階に対応する分布領域が互いに実質的に分離された判別特徴量を生成すると、かかる判別特徴量の生成のための重み付け係数ajiが得られ、更に、判別空間内で判別境界を与える関数式Fkが得られることとなる。そうすると、呼吸波形データを計測した人又はその人と同様の条件の人の呼吸波形データが(睡眠段階が未知の状態にて)得られたとき、そのときの呼吸波形データからの波形特徴量と重み付け係数ajiとを用いて判別特徴量Aiを生成し、判別特徴量Aiと、関数式Fkにより与えられる判別境界との位置関係を参照して、判別空間内に於ける新たに得られた判別特徴量Aiがいずれの睡眠段階の領域に属するかを判定することによって、判別特徴量Aiの、即ち、睡眠段階が未知の呼吸波形データの睡眠段階が判別できることとなる。   Thus, as described above, through the waveform feature amount from the respiratory waveform data of a person under certain conditions during sleep measured in the state where the sleep stages in various sleep stages are specified, the discrimination space as described above. When a discriminant feature quantity in which distribution regions corresponding to each sleep stage are substantially separated from each other is generated, a weighting coefficient aji for generating the discriminant feature quantity is obtained, and further, a discriminant boundary in the discriminant space is obtained. A functional expression Fk that gives Then, when the respiratory waveform data of the person who measured the respiratory waveform data or the person with the same condition as that person is obtained (with the sleep stage unknown), the waveform feature amount from the respiratory waveform data at that time and A discriminant feature value Ai is generated using the weighting coefficient aji, and a new discriminant discriminant in the discriminant space is obtained by referring to the positional relationship between the discriminant feature amount Ai and the discriminant boundary given by the function formula Fk By determining which sleep stage region the feature quantity Ai belongs to, it is possible to determine the sleep stage of the discrimination waveform quantity Ai, that is, the respiratory waveform data whose sleep stage is unknown.

ところで、既に述べた如く、呼吸波形データと睡眠段階との対応関係は、呼吸を計測される人の状態、例えば、年齢、性別、身体的特徴(身長、体重、体形など)、体調などによって異なる可能性がある。従って、本発明の装置に於いて、任意の被計測者の呼吸波形データを用いて睡眠段階の判定を実行する場合には、その被計測者と同様の又は近い条件の人(被計測者モデル)に於いて得られた種々の睡眠段階に於ける睡眠中の呼吸波形データから算出された重み付け係数ajiと判別境界を与える関数式Fkを予め準備しておく必要がある。そこで、本発明の装置に於いては、既に触れた如く、種々の被計測者モデルについての呼吸波形データから得られた重み付け係数aji(重み付け係数データの群)と、関数式Fk(判別境界関数データ)とを含むデータ(判別モデルデータ)が予め準備される。そして、或る被計測者に於いて睡眠段階の判定を実施する際には、後述の態様にて、被計測者に適合すると予想される被計測者モデルの判別モデルデータが選択され、その判別モデルデータの重み付け係数データ群ajiと判別境界関数データFkとを用いて、判別特徴量の生成と判別境界の設定とが為されることとなる。   By the way, as already described, the correspondence between the respiratory waveform data and the sleep stage varies depending on the state of the person whose respiration is measured, for example, age, sex, physical characteristics (height, weight, body shape, etc.), physical condition, etc. there is a possibility. Therefore, in the apparatus of the present invention, when the sleep stage determination is performed using the respiration waveform data of an arbitrary measured person, a person (measured person model) having the same or similar condition as the measured person The weighting coefficient aji calculated from the respiratory waveform data during sleep in the various sleep stages obtained in step 1) and the function formula Fk that gives the discrimination boundary must be prepared in advance. Therefore, in the apparatus of the present invention, as already mentioned, the weighting coefficient aji (group of weighting coefficient data) obtained from the respiratory waveform data for various measurement subject models, and the functional expression Fk (discriminant boundary function) Data (discriminant model data) including data is prepared in advance. Then, when performing the determination of the sleep stage in a certain person to be measured, the determination model data of the person model to be measured that is expected to be suitable for the person to be measured is selected in the manner described later, and the determination is made. Using the weighting coefficient data group aji of the model data and the discriminant boundary function data Fk, the discriminant feature value is generated and the discriminant boundary is set.

睡眠段階推定装置に於ける各部の構成と作動
以下、睡眠段階推定装置の各部の詳細な構成と作動について説明する。
(1)フィルター処理部
特徴量生成部に於けるフィルター処理部では、まず、センサ装置5から送信されてきた電位データである呼吸波形データの平滑化が実行される。図4(A)の左図に模式的に描かれている如く、センサ装置5から得られた呼吸波形データに於いては、一般に、呼吸状態を表す振幅よりも高周波数の振動が重畳している。そこで、まず、センサ装置5から得られた呼吸波形データに於いては、例えば、移動平均法による平滑化処理が実行される。かかる平滑化処理に於いては、典型的には、センサ装置5から得られた呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δt(サンプリング時間Δt当たりのXの変化量ΔX)に対して、複数回の移動平均処理が実行されてよい。移動平均処理に於いて一度に平均するデータ点数(窓枠)と移動平均処理の回数は、平滑化後の呼吸波形データX及び時間変化データΔX/Δtの振幅vが想定される範囲となるように予め調整されてよい。本実施形態の場合、典型的には、2回の移動平均処理が実行されてよい。具体的には、図4(B)に例示されている如く、図示の窓枠にて、呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δt上で、一回目の移動平均処理が実行された後、一回目の移動平均処理後の平滑化後の点を用いて、二回目の移動平均処理が実行される。
The following configuration and operation of in each section to sleep stage estimation device will be described operation with the detailed structure of each part of the sleep stage estimation device.
(1) Filter Processing Unit In the filter processing unit in the feature value generation unit, first, smoothing of respiratory waveform data that is potential data transmitted from the sensor device 5 is executed. As schematically depicted in the left diagram of FIG. 4A, in the respiratory waveform data obtained from the sensor device 5, generally, a vibration having a higher frequency than the amplitude representing the respiratory state is superimposed. Yes. Therefore, first, in the respiratory waveform data obtained from the sensor device 5, for example, smoothing processing by a moving average method is executed. In such smoothing processing, typically, a plurality of respiration waveform data X obtained from the sensor device 5 and its time change data ΔX / Δt (X change amount ΔX per sampling time Δt) are plural. A moving average process may be performed. In the moving average process, the number of data points (window frame) averaged at a time and the number of moving average processes are within a range in which the amplitude v of the respiration waveform data X and the time change data ΔX / Δt after smoothing is assumed. May be adjusted in advance. In the case of this embodiment, typically, two moving average processes may be performed. Specifically, as illustrated in FIG. 4B, after the first moving average process is performed on the respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt in the illustrated window frame. The second moving average process is executed using the smoothed points after the first moving average process.

そして、フィルター処理部に於いては、上記の如く平滑化処理された呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於いて、平滑化処理前の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於ける頂点と底点との復元が実行される。図4(A)の左図と中図とを比較して見られるように、呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに対して平滑化処理を実行すると、その振幅aが低減することとなる。そこで、より正確に呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於ける真の振幅を得るべく、平滑化処理前の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於ける頂点と底点の高さの推定が為される。具体的には、任意のデータに対して、上記の移動平均処理による振幅の低減割合は、予め知ることができるので(例えば、図示の例は、2割低減することが分かっている。)、例えば、平滑化後の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於いて頂点と底点とを検出し、その検出された頂点と底点の高さに対して移動平均処理によって低減する振幅の割合を乗じた値(0.2v)を加算して平滑化処理前の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtの頂点と底点の高さが算出されてよい。また、頂点と底点との復元が為されると、その復元された頂点と底点の高さに適合するように平滑化後の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δt全体が修正されてもよい。   In the filter processing unit, the respiration waveform data X smoothed as described above and the time change data ΔX / Δt of the respiration waveform data X before the smoothing process and the time change data ΔX / Restoration of vertices and base points at Δt is performed. As can be seen by comparing the left diagram of FIG. 4A and the middle diagram, when smoothing processing is performed on the respiratory waveform data X and its time change data ΔX / Δt, the amplitude a decreases. It becomes. Therefore, in order to more accurately obtain the true amplitude of the respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt, the top and bottom of the respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt before the smoothing process are obtained. An estimate of the point height is made. Specifically, for any data, the amplitude reduction ratio by the above moving average process can be known in advance (for example, it is known that the illustrated example reduces by 20%). For example, in the respiration waveform data X after smoothing and its time change data ΔX / Δt, the vertex and the bottom point are detected, and the height of the detected vertex and the bottom point is reduced by moving average processing. A value obtained by multiplying the amplitude ratio (0.2 v) may be added to calculate the heights of the apex and bottom points of the respiration waveform data X before the smoothing process and its time change data ΔX / Δt. In addition, when the vertex and bottom point are restored, the respiration waveform data X after smoothing and the entire time change data ΔX / Δt are corrected so as to match the height of the restored vertex and bottom point. May be.

更に、フィルター処理部に於いては、平滑化後の呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtの頂点と底点との高さの差又は復元された頂点と底点との高さの差を参照して、呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於いて、頂点と底点との高さの差が通常想定される範囲を超えている区間の特定が実行される。頂点と底点との高さの差が通常想定される範囲を超えている区間は、寝返りなどの体動があった領域である可能性が高く、かかる区間に於いては、睡眠段階の正しい判定は困難となる。そこで、そういった頂点と底点との高さの差が激しい区間は、睡眠段階の判定に不要な区間として特定されてよい。具体的には、図4(C)を参照して、まず、呼吸波形データX又はその時間変化データΔX/Δtに於いて、頂点と底点との高さの差がガウス分布に従うと仮定される。そして、判定単位時間(「エポック」と称する。典型的には、20〜30秒に設定される。)毎に、通常の呼吸波形データX又はその時間変化データΔX/Δtに於ける頂点と底点との高さの差の標準偏差σの3倍を超える振幅v(i)の回数が所定値(例えば、4回)を超えたエポックは、不要区間として特定されてよい。例えば、図示の例では、エポックe3は、3σを超える振幅v(i)が所定値(4回)を超えるので、不要区間として特定される。そして、不要区間として特定された区間では、後述の睡眠段階の判定は実行されない。なお、不要区間の特定に於いて、復元された頂点と底点との高さの差を参照する場合には、精度よく、通常の振幅を超える区間の特定が実行できる点で有利である。また、不要区間を特定し、かかる区間に於いて睡眠段階の判定を実行しないようにすることによって、睡眠段階の推移の傾向を精度よく捉えることができることとなる。   Further, in the filter processing unit, the difference in height between the top and bottom of the smoothed respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt or the height of the restored top and bottom is calculated. With reference to the difference, in the respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt, the section in which the height difference between the apex and the bottom exceeds the normally assumed range is specified. A section where the difference in height between the apex and the bottom exceeds the normal range is likely to be an area where there is body movement such as turning over, and in such a section, the sleep stage is correct. Judgment becomes difficult. Therefore, such a section where the difference in height between the apex and the base is significant may be specified as an unnecessary section for determining the sleep stage. Specifically, referring to FIG. 4C, first, in the respiratory waveform data X or its time change data ΔX / Δt, it is assumed that the height difference between the apex and the bottom follows a Gaussian distribution. The Then, every determination unit time (referred to as “epoch”, typically set to 20 to 30 seconds), the peak and bottom of the normal respiration waveform data X or its time change data ΔX / Δt. An epoch in which the number of amplitudes v (i) exceeding three times the standard deviation σ of the height difference from the point exceeds a predetermined value (for example, 4 times) may be specified as an unnecessary section. For example, in the illustrated example, the epoch e3 is specified as an unnecessary section because the amplitude v (i) exceeding 3σ exceeds a predetermined value (four times). And the determination of the sleep stage mentioned later is not performed in the area specified as an unnecessary area. In specifying the unnecessary section, when referring to the difference in height between the restored vertex and the bottom point, it is advantageous in that the section exceeding the normal amplitude can be specified with high accuracy. In addition, by specifying an unnecessary section and not performing the determination of the sleep stage in such a section, it is possible to accurately grasp the tendency of the sleep stage transition.

(2)特徴量処理部
特徴量生成部に於ける特徴量処理部では、フィルター処理部によって処理された呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於いて、既に説明された「波形特徴量」の群の抽出と、波形特徴量の群を用いた「判別特徴量」の生成が実行される。
(2) Feature Quantity Processing Unit In the feature quantity processing unit in the feature quantity generating unit, the “waveform feature” already described in the respiratory waveform data X and its time change data ΔX / Δt processed by the filter processing unit. The “quantity” group is extracted, and the “discriminating feature quantity” is generated using the waveform feature quantity group.

波形特徴量の群の抽出に於いては、エポック毎に、呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtを参照して、種々の状態量が波形特徴量の群として抽出される。なお、かかる種々の状態量としては、睡眠段階に相関があることが或る程度分かっている量が選択される。具体的には、まず、呼吸波形データX及びその時間変化データΔX/Δtに於いて、図2(A)に例示されている如き、ピーク−ピーク間の差分RTP、ボトム−ボトム間の差分RTB、ボトム−ピーク間の差分IV、ピーク−ボトム間の差分EV、ボトム−ピーク間の時間差IT、ピーク−ボトム間の時間差ET、ピーク−ピーク間の時間差、ボトム−ボトム間の時間差、ボトム−ピーク間の時間変化量IV/ITといった種々の状態量(基本特徴量)が検出される。そして、それらの各検出値の移動平均処理が実行され、エポック毎に、それらの値の平均値、標準偏差等の統計量が算出される。また、検出された種々の状態量の時間変化量(局所差分特徴量)が算出され、それらの移動平均処理が実行され、エポック毎に、それらの値の平均値、標準偏差等の統計量が算出されてもよい。更に、基本特徴量及び局所差分特徴量の平均値、標準偏差等の統計量のエポック間(2〜3エポック)の差分が算出されてもよい(エポック間差分特徴量)。かくして、上記の基本特徴量の平均値、標準偏差等の統計量、局所差分特徴量の平均値、標準偏差等の統計量、エポック間差分特徴量の全てが波形特徴量として抽出され、波形特徴量xjの群が構成される。   In the extraction of the waveform feature amount group, for each epoch, various state amounts are extracted as a waveform feature amount group with reference to the respiration waveform data X and its time change data ΔX / Δt. As such various state quantities, quantities that are known to some extent to be correlated with the sleep stage are selected. Specifically, first, in the respiratory waveform data X and its time change data ΔX / Δt, as illustrated in FIG. 2A, the peak-to-peak difference RTP and the bottom-bottom difference RTB. , Bottom-peak difference IV, peak-bottom difference EV, bottom-peak time difference IT, peak-bottom time difference ET, peak-peak time difference, bottom-bottom time difference, bottom-peak Various state quantities (basic feature quantities) such as a time change amount IV / IT in between are detected. Then, a moving average process is performed on each detected value, and an statistic such as an average value or standard deviation of the values is calculated for each epoch. In addition, the amount of time variation (local difference feature amount) of various detected state quantities is calculated, and their moving average processing is executed. For each epoch, statistics such as the average value and standard deviation of those values are obtained. It may be calculated. Further, a difference between epochs (2 to 3 epochs) of statistics such as an average value and a standard deviation of the basic feature amount and the local difference feature amount may be calculated (difference feature amount between epochs). Thus, all of the above average values of basic feature values, statistics such as standard deviation, average values of local difference feature values, statistics such as standard deviation, and inter-epoch difference feature values are extracted as waveform feature values. A group of quantities xj is constructed.

かくして、上記の如く、エポック毎に波形特徴量の群が構成されると、エポック毎に、後に説明される態様にて判定モデル選択部から渡された選択された判定モデルデータの重み付け係数データ群ajiを用いて、上記の「睡眠段階の判定処理の原理」に於いて説明された式(1)の要領にて、波形特徴量の群を線形結合して判別特徴量Aiの組の生成が行われ、生成された判別特徴量Aiの組は、睡眠段階判定部の仮判定部へ渡される。   Thus, as described above, when a group of waveform features is configured for each epoch, the weighting coefficient data group of the selected determination model data passed from the determination model selection unit in a manner described later for each epoch. Aji is used to generate a set of discriminant feature quantities Ai by linearly combining groups of waveform feature quantities in the manner of Equation (1) described in the above “Principle of Sleep Stage Determination Processing”. The set of discriminating feature values Ai that has been performed is passed to the temporary determination unit of the sleep stage determination unit.

(3)判定モデルデータベース
判定モデルデータベースに於いては、既に述べた如く、種々の条件の被計測者モデルから予め得られた複数の判定モデルデータが記憶される(図5参照)。各判定モデルデータは、一つの被計測者モデル条件、即ち、年齢、性別、身体的特徴等についての或る条件の被計測者に於いて睡眠段階が特定された状態にて計測された呼吸波形データからの前記の波形特徴量(第一のモデル特徴量)の群(x1,x2,…xj…)の抽出、判別特徴量(第二のモデル特徴量)の組(A1,A2,A3)の生成(特徴量空間から判別空間への低次元化)及び判別境界関数の生成を実行して得られた重み付け係数データ群aji、判別境界関数データFk、及び、波形特徴量の一部(後述の判定モデル選択に利用される。)とから構成される。判定モデルデータベースに記憶される判定モデルデータの被計測者モデルとしては、本発明の装置の使用が想定される任意の条件の被計測者モデルの群(モデル族)であってよく、例えば、若年男性、若年女性、壮年男性、壮年女性といった分類、又は、若年男女、壮年男女といった分類、10〜20代男性、10〜20代女性、30代男性、30代女性、…60代男性、60代女性といった分類にて、典型的な例の被計測者モデルが採用されてよい。一つの判定モデルデータは、複数人の同一のカテゴリーの被計測者モデルから得られたデータであってもよい。
(3) Determination Model Database In the determination model database, as already described, a plurality of determination model data obtained in advance from the measurement subject model under various conditions is stored (see FIG. 5). Each judgment model data is a respiration waveform measured in a state where a sleep stage is specified in a measurement subject under a certain condition with respect to one measurement target model condition, that is, age, sex, physical characteristics, etc. Extraction of a group (x1, x2,... Xj...) Of the waveform feature amounts (first model feature amounts) from the data, and a set (A1, A2, A3) of discriminating feature amounts (second model feature amounts) Weighting coefficient data group aji, discriminating boundary function data Fk, and part of the waveform feature amount (described later) Used to select a determination model.). The measured person model of the determination model data stored in the determination model database may be a group of measured person models (model family) under any conditions for which the apparatus of the present invention is assumed to be used. Classification such as male, young female, senior male, senior female, or classification such as young male / female, senior male / female, 10-20 male, 10-20 female, 30 male, 30 female, ... 60 male, 60 female A typical example of a person-to-be-measured model may be employed for a classification of female. One determination model data may be data obtained from a plurality of person models of the same category.

(4)判定モデル選択部
判定モデル選択部では、既に触れた如く、判定モデルデータベースの中から、被計測者の条件に合致するか、近い条件を有する被計測者モデルが選択され、その選択された被計測者モデルの判定モデルデータに於ける重み付け係数データ群ajiが特徴量処理部へ、判別境界関数データFkが仮判定部へ、それぞれ、渡される。従って、判定モデルデータの選択は、装置に於いて実行される一連の処理の最初に実行されることは理解されるべきである。
(4) Judgment Model Selection Unit As already mentioned, the judgment model selection unit selects and selects a measurement subject model that meets or is close to the condition of the measurement subject from the judgment model database. The weighting coefficient data group aji in the determination model data of the measured person model is passed to the feature amount processing unit, and the discrimination boundary function data Fk is passed to the temporary determination unit. Therefore, it should be understood that the selection of the decision model data is executed at the beginning of a series of processes executed in the apparatus.

判定モデルデータの選択は、具体的には、被計測者又は装置の操作者が自ら被計測者に適合すると予想される被計測者モデルを選択する方法と、判定モデル選択部に於いて、被計測者に呼吸波形データから得られる情報に基づいて被計測者モデルを選択する方法の二通りが実行できるよう構成されていてよい。   Specifically, the judgment model data is selected by the method in which the person to be measured or the operator of the apparatus selects the person model to be measured that is expected to be suitable for the person to be measured, and the judgment model selection unit. The measurement person may be configured to be able to execute two methods of selecting a measurement subject model based on information obtained from respiratory waveform data.

被計測者又は装置の操作者が自ら被計測者に適合すると予想される被計測者モデルを選択する方法の場合には、装置使用開始時に、コンピュータ端末装置2の入力装置4を用いて、被計測者モデルの選択が為されてよい。なお、センサ装置5に被計測者モデルを選択の入力ができる機能が設けられていてもよい。かくして、被計測者モデルの選択する入力が為されると、上記の如く、判定モデル選択部は、判定モデルデータベースの中から選択された被計測者モデルに関わるデータを、対応する処理部へ送信する。   In the case of a method in which a person to be measured or an operator of the apparatus selects a person model to be measured that is expected to be suitable for the person to be measured, the input device 4 of the computer terminal device 2 is used to start measurement. A measurer model may be selected. Note that the sensor device 5 may be provided with a function for inputting the measurement subject model. Thus, when an input for selecting the measurement subject model is made, as described above, the determination model selection unit transmits the data related to the measurement target model selected from the determination model database to the corresponding processing unit. To do.

一方、判定モデル選択部に於いて被計測者モデルを選択する方法の場合には、具体的には、被計測者に於いて計測された呼吸波形データから得られた波形特徴量の群の一部が、判定モデルデータベースに記憶されている各判定モデルデータの波形特徴量の一部と比較され、各判定モデルデータの波形特徴量の一部のうちで、被計測者の波形特徴量の群の一部に最も近い状態のデータを有する判定モデルデータが、睡眠段階の判定に使用する判定モデルデータとして選択される。被計測者の波形特徴量の一部と各判定モデルデータの波形特徴量の一部との比較は、典型的には、図6に例示されている如く、クラスター分析の手法に従って、波形特徴量の一部のデンドログラム(ウォード法)を作成して、被計測者の波形特徴量の一部に近い波形特徴量の一部を有する判定モデルデータを決定する態様にて実行可能である(概して述べれば、波形特徴量を変数とする特徴量空間に於いて、被計測者の波形特徴量の点群との距離が近い波形特徴量の点群を有する判定モデルデータが選択される。)。この点に関し、上記のデンドログラムを使用して十分な精度にて判定モデルデータを決定する場合には、波形特徴量のデータ量として、或る程度の期間(例えば、数時間〜1日程度)に亘って計測された呼吸波形データから得られたデータ量が必要であることが見出されている。従って、判定モデル選択部に於いて被計測者モデルを選択する方法は、或る被計測者について本発明の装置により前記の或る程度の期間に亘って呼吸波形データの取得が既に実行されている場合に利用されるようになっていてよい。なお、上記の判定モデル選択部に於いて被計測者モデルを選択する方法によれば、被計測者の実際の呼吸波形データを用いて被計測者モデルを選択することになるので、選択された被計測者モデルは、最適な判定モデルであることが期待される。   On the other hand, in the method of selecting the measurement subject model in the judgment model selection unit, specifically, a group of waveform feature values obtained from the respiratory waveform data measured by the measurement subject. Is compared with a part of the waveform feature quantity of each judgment model data stored in the judgment model database, and among the part of the waveform feature quantity of each judgment model data, a group of waveform feature quantities of the measurement subject Is selected as determination model data used for determination of the sleep stage. Comparison between a part of the waveform feature of the measurement subject and a part of the waveform feature of each determination model data is typically performed according to a cluster analysis technique as illustrated in FIG. Can be executed in a manner in which determination model data having a part of the waveform feature amount close to a part of the waveform feature amount of the measurement subject is determined (generally, a dendrogram (Ward method) of In other words, in the feature amount space having the waveform feature amount as a variable, determination model data having a waveform feature amount point group that is close to the waveform feature amount point group of the measurement subject is selected. In this regard, when determining the determination model data with sufficient accuracy using the above dendrogram, the data amount of the waveform feature amount is a certain period (for example, about several hours to one day). It has been found that an amount of data obtained from respiratory waveform data measured over time is required. Therefore, in the method for selecting the measurement subject model in the determination model selection unit, the acquisition of the respiratory waveform data is already executed for the certain measurement subject over the certain period by the apparatus of the present invention. It may be used when there is. In addition, according to the method for selecting the measurement subject model in the determination model selection unit, the measurement subject model is selected by using the measurement subject's actual respiration waveform data. The measured person model is expected to be an optimum determination model.

かくして、被計測者モデルの選択が為されると、上記の如く、判定モデル選択部は、判定モデルデータベースの中から選択された被計測者モデルに関わるデータを、対応する処理部へ送信する。   Thus, when the measurement subject model is selected, as described above, the determination model selection unit transmits data related to the measurement target model selected from the determination model database to the corresponding processing unit.

ところで、或る被計測者に於いて呼吸波形データに於ける波形特徴量と睡眠段階との対応関係は、短い期間に於いては殆ど変わらないと考えられる。従って、一旦選択された判定モデルは、任意に設定されてよい所定の期間、例えば、数日〜数週間に亘って維持されてよい。そして、所定の期間経過後に、上記の判定モデル選択部に於いて被計測者モデルを選択する方法が再度実行され、判定モデルの再選択が実行されてよい。かかる構成によれば、被計測者の睡眠段階の推移の傾向を安定的に捉えることができるとともに、被計測者の状態が変化した場合には、適切に被計測者モデルを変更して、精度よく睡眠段階の判定が達成されることが期待される。   By the way, it is considered that the correspondence between the waveform feature amount in the respiratory waveform data and the sleep stage in a certain measurement subject hardly changes in a short period. Therefore, the determination model once selected may be maintained for a predetermined period that may be arbitrarily set, for example, for several days to several weeks. Then, after the predetermined period has elapsed, the method for selecting the measurement subject model in the determination model selection unit may be executed again, and the determination model may be reselected. According to such a configuration, it is possible to stably grasp the trend of the sleep stage of the person being measured, and appropriately change the person model to be measured when the state of the person to be measured has changed. It is expected that sleep stage determination is often achieved.

(5)仮判定部及び正判定部
仮判定部に於いては、判別空間内に於いて、特徴量処理部で生成されたエポック毎の判別特徴量Aiの組に対応する点が、判定モデル選択部から渡された判別境界関数データFkの画定する領域のいずれに属するかを判定し、エポック毎に、判別特徴量Aiの組の点の属する領域に対応する睡眠段階が、現在の睡眠段階として判定される。その場合、典型的には、図7(A)に例示されている如く、睡眠段階の判定結果は、実際の睡眠段階では想定されにくい変化をすることがある。そこで、本発明の装置では、更に、正判定部に於いて、仮判定部に於けるエポック毎の睡眠段階の判定結果の補正が為されるようになっていてよい。具体的には、例えば、図示の例では、仮判定部に於ける一つのエポックについて、そのエポックから過去の所定のエポックまでの範囲に於ける「深眠」判定のエポックの連続出現回数と出現頻度を参照して、「深眠」判定と「浅眠」判定の発生する確率を算出し、前記の一つのエポックの判定に於いて、確率の高い方の睡眠段階が判定結果として採択される。また、同様に、仮判定部に於ける一つのエポックについて、そのエポックから過去の所定のエポックまでの範囲に於ける「覚醒」判定のエポックの連続出現回数と出現頻度を参照して、「覚醒」判定と「浅眠」判定の発生する確率を算出し、前記の一つのエポックの判定に於いて、確率の高い方の睡眠段階が判定結果として採択される。そうすると、図7(B)に例示されている如く、実際の睡眠段階の推移に於いて想定される判定結果が得られることとなる。なお、正判定部に於ける睡眠段階判定の補正は、上記の方法によらず、仮判定部に於ける睡眠段階判定の推移と、想定される睡眠段階の変化の傾向とを考慮して、適宜補正されてよい。
(5) Temporary Judgment Unit and Positive Judgment Unit In the temporary judgment unit, a point corresponding to a set of discriminating feature values Ai for each epoch generated by the feature value processing unit in the discriminant space is a judgment model. It is determined which of the areas defined by the discriminant boundary function data Fk passed from the selection unit belongs, and for each epoch, the sleep stage corresponding to the area to which the set of points of the discriminant feature Ai belongs is the current sleep stage. Is determined. In that case, typically, as illustrated in FIG. 7A, the determination result of the sleep stage may change unlikely in the actual sleep stage. Therefore, in the apparatus of the present invention, the positive determination unit may further correct the determination result of the sleep stage for each epoch in the temporary determination unit. Specifically, for example, in the illustrated example, for one epoch in the tentative judgment unit, the number of epochs of “deep sleep” epochs appearing and appearing in the range from the epoch to a predetermined epoch in the past Referring to the frequency, the probability of occurrence of “deep sleep” determination and “slow sleep” determination is calculated, and in the determination of one epoch, the sleep stage with the higher probability is adopted as the determination result . Similarly, for one epoch in the tentative judgment unit, refer to the number of consecutive epochs of the “wakefulness” judgment and the appearance frequency in the range from the epoch to a predetermined epoch in the past. "Probability" and "hypnosis" determination are calculated, and in the determination of one epoch, the sleep stage with the higher probability is adopted as the determination result. Then, as illustrated in FIG. 7B, a determination result assumed in the transition of the actual sleep stage is obtained. In addition, the correction of the sleep stage determination in the positive determination unit is not based on the above method, considering the transition of the sleep stage determination in the temporary determination unit and the expected change in the sleep stage, You may correct | amend suitably.

睡眠段階推定装置の操作と作動
本発明の睡眠推定装置の操作に於いては、まず、本装置を初めて使用する被計測者の場合には、被計測者モデルの入力が為されると、判定モデル選択部が、入力された被計測者モデルの判定モデルデータを判定モデルデータベースの中から呼び出し、呼び出された判定モデルデータの重み付け係数データ群ajを特徴量処理部へ渡し、判別境界関数データFkを仮判定部へ渡す。そして、睡眠段階の判定開始の指示がコンピュータ装置1に対して為されると、被計測者に装着されたセンサ装置5からの呼吸波形データの計測が開始され、リアルタイムに、フィルター処理部に於ける呼吸波形データの処理、特徴量処理部に於ける波形特徴量の群の抽出及び判別特徴量の生成が実行され、判別特徴量が仮判定部へ渡されて、睡眠段階の仮判定及び正判定部に於ける睡眠段階の補正が実行されて、睡眠段階の判定結果が出力される。
Operation and operation of sleep stage estimation apparatus In the operation of the sleep estimation apparatus of the present invention, first, in the case of a person to be measured who uses the apparatus for the first time, a determination is made when an input of a person to be measured is made. The model selection unit calls the input determination model data of the measurement subject model from the determination model database, passes the weighted coefficient data group aj of the called determination model data to the feature amount processing unit, and determines the boundary function data Fk Is passed to the provisional determination unit. Then, when an instruction to start the determination of the sleep stage is given to the computer device 1, the measurement of the respiratory waveform data from the sensor device 5 attached to the measurement subject is started, and in real time, in the filter processing unit. Respiration waveform data processing, feature feature processing unit extraction of waveform feature quantity groups and generation of discriminating feature quantities are performed, and discriminating feature quantities are passed to a provisional judgment section to perform provisional judgment and correct judgment of sleep stages. The sleep stage correction in the determination unit is executed, and the sleep stage determination result is output.

上記の状態にて、睡眠段階の判定が、所定の期間(典型的には、数時間〜1日)に亘って実行された後、再度、同一の被計測者が本装置を使用する場合には、睡眠段階の判定開始の指示がコンピュータ装置1に対して為されると、判定モデル選択部は、それまでの被計測者の波形特徴量の群の一部を用いて、被計測者に適合する被計測者モデルの判定モデルデータを判定モデルデータベースの中から呼び出し、呼び出された判定モデルデータを用いて、上記と同様の要領にて、睡眠段階の判定処理が実行されることとなる。   In the above state, after the sleep stage is determined for a predetermined period (typically several hours to one day), the same person to be measured uses the apparatus again. When the instruction to start the determination of the sleep stage is given to the computer device 1, the determination model selection unit uses the part of the group of waveform feature values of the measured person up to that point to the measured person The determination model data of the suitable measurement subject model is called from the determination model database, and the determination process of the sleep stage is executed in the same manner as described above using the called determination model data.

更に、上記の状態で、睡眠段階の判定が、所定の期間(典型的には、数日〜数週間)に亘って実行された後に、同一の被計測者が本装置を使用する場合には、判定モデル選択部は、被計測者に適合する被計測者モデルの判定モデルデータの再選択が実行され(同一の判定モデルデータが選択される場合もある。)、ここで選択された判定モデルデータを用いて、上記と同様の要領にて、睡眠段階の判定処理が実行されることとなる。   Further, in the above state, after the sleep stage is determined over a predetermined period (typically several days to several weeks), the same person to be measured uses this apparatus. The determination model selection unit executes reselection of determination model data of a measurement subject model that matches the measurement target (the same determination model data may be selected), and the determination model selected here. Using the data, the sleep stage determination process is executed in the same manner as described above.

かくして、睡眠段階の判定結果は、既に述べた如く、被計測者に対する刺激や被計測者の睡眠環境の調整等に利用されてよい。   Thus, as described above, the determination result of the sleep stage may be used for stimulation of the measurement target, adjustment of the sleep environment of the measurement target, or the like.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。   Although the above description has been made in relation to the embodiment of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited to the embodiment exemplified above. It will be apparent that the invention is not limited and applies to various devices without departing from the inventive concept.

例えば、図示の実施形態では、睡眠段階の判定段階は、覚醒、浅眠、深眠の3段階となっているが、更に細かい判定段階(レム睡眠、ノンレム睡眠に於けるステージI〜IV、覚醒)であってもよい。また、波形特徴量の群から判別特徴量の組の生成に於いて、判別特徴量の組は、3次元であるが、2次元又は1次元であってもよい(波形特徴量の群から判別特徴量の組の生成の際に選択される固有値の数によって、判別特徴量の次元が選択可能である。)。   For example, in the illustrated embodiment, the determination stage of the sleep stage is three stages of wakefulness, light sleep, and deep sleep, but more detailed determination stages (stages I to IV in REM sleep and non-REM sleep, wakefulness) ). In generating a set of discriminating feature values from a group of waveform feature values, the set of discriminating feature values is three-dimensional, but may be two-dimensional or one-dimensional (discrimination from a group of waveform feature values). The dimension of the discriminating feature quantity can be selected according to the number of eigenvalues selected when generating the feature quantity set.)

Claims (2)

睡眠段階推定装置であって、
被計測者の計測された呼吸波形データを取得する呼吸波形データ取得部と、
前記取得された呼吸波形データから第一の特徴量の群を抽出し、前記第一の特徴量の群を結合して生成される第二の特徴量の組を生成する特徴量生成部と、
予め互いに異なる被計測者モデル条件にて睡眠段階が特定された状態で計測された呼吸波形データに基づいて得られた複数の判定モデルデータを記憶した判定モデルデータ記憶部と、
前記判定モデルデータ記憶部にて記憶された前記複数の判定モデルデータのうちの前記被計測者に対して使用される判定モデルデータを選択する判定モデル選択部と、
前記第二の特徴量の組に対応する睡眠段階を判定する睡眠段階判定部と
を含み、
前記複数の判定モデルデータの各々が、
前記互いに異なる被計測者モデル条件のうちの一つの被計測者モデル条件にて種々の睡眠段階で予め計測された呼吸波形データに於ける前記第一の特徴量の群に相当する第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部と、
前記一つの被計測者モデル条件の前記第一のモデル特徴量の群を線形結合して得られる第二のモデル特徴量の組を生成した際の前記第一のモデル特徴量の各々の重み付け係数データの群にして、前記第二のモデル特徴量の組が、該第二のモデル特徴量の組が変数となって張られる判別空間に於ける前記第二のモデル特徴量の組に対応する点群の分布が前記第二のモデル特徴量の組の各々に対応づけられた睡眠段階によって互いに実質的に分離されるように生成された量の組である重み付け係数データの群と、
前記判別空間を前記第二のモデル特徴量の組の各々に対応づけられた睡眠段階の各々に対応する領域に分割する判別境界を与える判別境界関数データとを含み、
前記判定モデル選択部が、前記装置の操作者による選択に基づいて又は前記複数の判定モデルデータの各々の前記第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部と前記第一のモデル特徴量の群の少なくとも一部に対応する前記第一の特徴量の群の一部との比較に基づいて、前記被計測者に対して使用される判定モデルデータを選択し、
前記特徴量生成部が前記選択された判定モデルデータの前記重み付け係数データの群を重み付け係数として前記第一の特徴量の群を線形結合して前記第二の特徴量の組を生成し、
前記睡眠段階判定部が、前記選択された判定モデルデータの前記判別空間に於いて前記判別境界関数データによって画定される前記判別境界によって区切られた複数の睡眠段階に対応する領域のうち、前記第二の特徴量の組に対応する点の属する領域に対応する睡眠段階を前記第二の特徴量の組に対応する睡眠段階として判定する
装置。
A sleep stage estimation device comprising:
A respiratory waveform data acquisition unit for acquiring respiratory waveform data measured by the measurement subject;
Extracting a first feature quantity group from the acquired respiratory waveform data, and generating a second feature quantity set generated by combining the first feature quantity group; and
A determination model data storage unit that stores a plurality of determination model data obtained based on respiratory waveform data measured in advance in a state where the sleep stage is specified under different measurement subject model conditions;
A determination model selection unit that selects determination model data to be used for the measurement subject among the plurality of determination model data stored in the determination model data storage unit;
A sleep stage determination unit that determines a sleep stage corresponding to the set of the second feature amount,
Each of the plurality of determination model data is
A first model corresponding to the first feature amount group in the respiratory waveform data measured in advance in various sleep stages under one of the different measurement subject model conditions. At least part of the group of features,
Weighting coefficient for each of the first model feature values when generating a set of second model feature values obtained by linearly combining the first model feature value group of the one measured person model condition As a group of data, the second set of model feature values corresponds to the second set of model feature values in a discriminant space spanned by the second set of model feature values as a variable. A group of weighting factor data that is a set of quantities generated such that a distribution of point groups is substantially separated from each other by a sleep stage associated with each of the second set of model feature quantities;
Discriminant boundary function data that provides a discriminant boundary that divides the discriminant space into regions corresponding to each of the sleep stages associated with each of the second model feature amount sets,
The determination model selection unit is configured to select at least a part of the first model feature amount group and the first model feature amount group of each of the plurality of determination model data based on selection by an operator of the device. Selecting determination model data used for the person to be measured based on comparison with a part of the group of the first feature amount corresponding to at least a part of
The feature quantity generation unit generates the second set of feature quantities by linearly combining the first feature quantity group with the weight coefficient coefficient group of the selected determination model data as a weighting coefficient;
The sleep stage determination unit includes the first of the regions corresponding to a plurality of sleep stages delimited by the determination boundary defined by the determination boundary function data in the determination space of the selected determination model data. An apparatus for determining a sleep stage corresponding to an area to which a point corresponding to a second feature quantity set belongs as a sleep stage corresponding to the second feature quantity set.
請求項1の装置であって、前記判定モデル選択部が、一人の被計測者に対して使用される一つの判定モデルデータを選択した後に所定の期間に亘って前記選択された判定モデルデータを維持し、前記所定の期間の経過後に於いて、前記所定の期間に於ける前記第二の特徴量の組を参照して前記一人の被計測者に対して使用される判定モデルデータを選択し直す装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the determination model selection unit selects the selected determination model data over a predetermined period after selecting one determination model data used for one person to be measured. And after the elapse of the predetermined period, select judgment model data to be used for the one person to be measured with reference to the second set of feature values in the predetermined period. Repairing device.
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