JP2016140729A - Sleep stage estimation device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate a sleep stage even when a heart rate is strongly affected by an impact other than brain activity.SOLUTION: In a learning phase, a sleep state estimation device calculates a heart rate fluctuation feature amount for each sleep stage from electrocardiographic data of a subject and stores them in a heart rate fluctuation table 211, calculates appearance frequency and transition frequency of the sleeve stage according to time lapse, and stores them in an appearance frequency table 212 and a transition frequency table 213 respectively. In an estimation phase, the sleep state estimation device estimates the sleep stage of an estimation object person on the basis of the heart rate fluctuation feature amount calculated from the electrocardiographic data of the estimation object person and sleep stage model data stored in the respective tables 211, 212, and 213.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、人の睡眠段階を推定するための睡眠段階推定装置、方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a sleep stage estimation device, method, and program for estimating a person's sleep stage.

睡眠段階とは、眠りの深さを表す指標であり、国際的基準では2〜6段階で定義されている。睡眠段階を時系列的に表した睡眠経過図は、医療やヘルスケアの分野において睡眠の状態を把握する上で、重要な情報である。睡眠段階は、ポリグラフ検査にて得られる脳波データまたは筋電データを利用して、専門の技師が視察判定ルールであるR&K法に基づいて時間区間(約30秒)ごとに判定される。しかし、このポリグラフ検査は、ユーザにとって身体的負荷が大きいため、近年では身体的負荷の少ない計測装置で取得可能な心拍データを用いた睡眠段階推定技術に関する研究が盛んに行われている。   The sleep stage is an index representing the depth of sleep, and is defined in 2 to 6 stages according to international standards. The sleep progress diagram showing the sleep stages in time series is important information in grasping the sleep state in the medical and healthcare fields. The sleep stage is determined every time interval (about 30 seconds) based on the R & K method, which is an inspection determination rule, by a professional engineer using electroencephalogram data or electromyogram data obtained by a polygraph examination. However, since this polygraph test has a large physical load on the user, in recent years, research on a sleep stage estimation technique using heart rate data that can be acquired by a measurement device with a small physical load has been actively conducted.

心拍データを用いた従来の睡眠段階推定手法は、例えば心拍データから睡眠段階に関連する特徴量を複数生成し、機械学習(サポートベクターマシーンやランダムフォレスト等)を利用して推定するものとなっている(例えば非特許文献1を参照)。   The conventional sleep stage estimation method using the heart rate data, for example, generates a plurality of feature quantities related to the sleep stage from the heart rate data, and estimates using machine learning (support vector machine, random forest, etc.). (See Non-Patent Document 1, for example).

Xiao,M et al., “Sleep stages classification based on heart rate variability and random forest” Biomedical Signal Processing and Control, p624-633, (2013).Xiao, M et al., “Sleep stages classification based on heart rate variability and random forest” Biomedical Signal Processing and Control, p624-633, (2013).

ところが、心拍に反映される自律神経活動は、睡眠時の脳活動以外の影響、例えば血圧調整や体温調整、身体の動きや呼吸等の影響も受けて変化する。このため、非特許文献1に記載された技術では、脳活動から得られる睡眠段階に対して心拍から完全に一致して推定することは困難である。   However, the autonomic nervous activity reflected in the heartbeat changes due to influences other than brain activity during sleep, such as blood pressure adjustment, body temperature adjustment, body movement, and breathing. For this reason, with the technique described in Non-Patent Document 1, it is difficult to estimate the sleep stage obtained from brain activity in perfect agreement from the heartbeat.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定できるようにした睡眠段階推定装置、方法およびプログラムを提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances. The purpose of the present invention is to provide a sleep stage estimation device that can estimate the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity. It is to provide a method and a program.

上記目的を達成するためにこの発明の第1の観点は、睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶した心拍変動記憶部と、前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計した出現頻度情報を記憶した出現頻度記憶部と、前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計した遷移頻度情報を記憶した遷移頻度記憶部とを、モデルデータベースとして備える。そして、推定対象の被験者から取得した睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの心拍変動の特徴量を算出し、この算出された心拍変動の特徴量の時間的な変化と、前記心拍変動記憶部、出現頻度記憶部および遷移頻度記憶部に記憶された情報とに基づいて、前記被験者の前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の確率分布を推定するようにしたものである。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a heart rate variability memory that stores heart rate variability information obtained by aggregating heart rate variability feature quantities calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage. Frequency of appearance of sleep stages for each first unit time for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time A model database, an appearance frequency storage unit that stores information, and a transition frequency storage unit that stores transition frequency information in which the frequency of sleep stage transitions for each first time is tabulated for each of the divided time zones Prepare as. Then, from the sleep electrocardiogram acquired from the subject to be estimated, for each time zone divided by the second unit time, the feature value of the heart rate variation for each first time is calculated, and the calculated heart rate variation The probability of the sleep stage for each first unit time of the subject based on the temporal change in the feature amount of the subject and the information stored in the heart rate variability storage unit, the appearance frequency storage unit, and the transition frequency storage unit The distribution is estimated.

この発明の第1の観点には以下のような態様が考えられる。
その第1の態様は、前記訓練者の睡眠心電図集合として与えられる、第1の単位時間ごとの睡眠段階の正解ラベルが付与された睡眠時の時間情報を含む睡眠心電図の集合を取得し、この取得された睡眠心電図の集合から、前記第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出し、当該算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動記憶部に格納する手段と、前記睡眠心電図集合の時間軸を前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計して出現頻度記憶部に格納する手段と、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計して遷移頻度記憶部に格納する手段を、さらに備えるようにしたものである。
The following aspects can be considered in the first aspect of the present invention.
The first aspect obtains a set of sleep electrocardiograms including time information at the time of sleep given the correct label of the sleep stage for each first unit time given as the sleep electrocardiogram set of the trainee, Means for calculating a heart rate variability feature amount for each of the first unit times from the acquired set of sleep electrocardiograms, totaling the calculated heart rate variability feature amount for each sleep stage, and storing the sum in a heart rate variability storage unit; Means for totalizing the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time and storing it in the appearance frequency storage unit for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram set by the second unit time; For each time zone divided by the second unit time, a means for counting the frequency of sleep stage transitions for each first time and storing it in a transition frequency storage unit is further provided. .

第2の態様は、心拍変動の特徴量を算出する際に、心拍変動特徴量として、心拍変動RRI(R-R Interval)の平均値、RRIの標準偏差、前後するRRI間の差の二乗平均値の平方根(RMSSD)、前後するRRI間の時間的差分が予め設定した時間値以上となった回数の発生割合(pNN50)、前後するRRIのローレンツプロットが描く形状の長辺の長さL、RRIのローレンツプロットが描く形状の短辺の長さT、LおよびTから求められる交感神経活動指標(CSI: Cardiac Sympathetic Index)、LおよびTから求められる副交感神経の活動指標(CVI: Cardiac Vagal Index)、RRIのパワースペクトル波形の高周波成分(HF)、または低周波成分(LF)のうちの少なくとも1つ、或いはこれらの特徴量から算出されるその他の特徴量を算出するようにしたものである。   In the second aspect, when calculating the feature value of heart rate variability, the mean value of heart rate variability RRI (RR Interval), the standard deviation of RRI, and the mean square value of the difference between the preceding and following RRIs are calculated as the heart rate variability feature quantity. Square root (RMSSD), occurrence ratio (pNN50) of the number of times the temporal difference between the preceding and following RRIs is greater than or equal to the preset time value, the length L of the long side of the shape drawn by the Lorentz plot of the preceding and following RRI, RRI Sympathetic nerve activity index (CSI: Cardiac Sympathetic Index) calculated from short side lengths T, L and T of the shape drawn by the Lorentz plot, Parasympathetic nerve activity index (CVI: Cardiac Vagal Index) calculated from L and T, At least one of the high-frequency component (HF) and the low-frequency component (LF) of the power spectrum waveform of RRI, or other feature amount calculated from these feature amounts is calculated.

この発明の第2の観点は、訓練者の睡眠心電図集合として与えられる、第1の単位時間ごとの睡眠段階の正解ラベルが付与された睡眠時の時間情報を含む睡眠心電図の集合を取得する手段と、前記取得された睡眠心電図の集合から、前記第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出し、当該算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動記憶部に格納する手段と、前記睡眠心電図集合の時間軸を、前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計し、当該集計された出現頻度情報を出現頻度記憶部に格納する手段と、前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計し、当該集計された遷移頻度情報を遷移頻度記憶部に格納する手段とを具備するようにしたものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided means for acquiring a set of sleep electrocardiograms including time information at the time of sleep, which is given as a sleep electrocardiogram set of a trainee and provided with a correct label of a sleep stage every first unit time And calculating a heart rate variability feature amount for each first unit time from the acquired set of sleep electrocardiograms, and summing the calculated heart rate variability feature amount for each sleep stage and storing it in the heart rate variability storage unit. And the frequency of appearance of the sleep stage for each first unit time for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram set by a second unit time longer than the first unit time. The means for storing the totaled appearance frequency information in the appearance frequency storage unit, and the frequency of sleep stage transitions for each of the first time periods are totaled for each of the divided time zones, and the totalized transitions Transition information is stored in the frequency information It is obtained so as to include a means for storing.

この発明の第1の観点によれば、推定対象者の心電図データから算出した心拍変動特徴量と、モデルデータベースに予め記憶された心拍変動情報、出現頻度情報および遷移頻度情報とに基づいて、上記推定対象者の睡眠段階が推定される。このため、心拍が睡眠時の脳活動以外の影響、例えば血圧調整や体温調整、身体の動きや呼吸等の影響も受けて変化したとしても、睡眠段階を正確に推定することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, based on the heart rate variability feature amount calculated from the electrocardiogram data of the estimation subject and the heart rate variability information, the appearance frequency information, and the transition frequency information stored in advance in the model database, The sleep stage of the estimation target person is estimated. For this reason, even if the heartbeat changes due to influences other than brain activity during sleep, such as blood pressure adjustment, body temperature adjustment, body movement, and breathing, it is possible to accurately estimate the sleep stage.

この発明の第1の観点に係る第1の態様によれば、学習フェーズにおいて心拍変動情報、出現頻度情報および遷移頻度情報を生成してモデルデータベースに格納する手段を備えたことにより、睡眠段階推定装置において自立的に最適な心拍変動情報、出現頻度情報および遷移頻度情報を生成し格納することが可能となる。   According to the first aspect of the first aspect of the present invention, sleep stage estimation is provided by including means for generating heart rate variability information, appearance frequency information, and transition frequency information in the learning phase and storing them in the model database. It is possible to generate and store optimal heartbeat variability information, appearance frequency information, and transition frequency information autonomously in the apparatus.

この発明の第1の観点に係る第2の態様によれば、心拍変動の特徴量として多種類の特徴量の中から適当なものを選択することができる。   According to the 2nd mode concerning the 1st viewpoint of this invention, a suitable thing can be chosen from many kinds of feature-values as a feature-value of heart rate variability.

一方この発明の第2の観点によれば、算出された心拍変動特徴量が睡眠段階別に集計されて心拍変動記憶部に格納され、時間帯ごとに集計された第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度情報が出現頻度記憶部に格納され、上記時間帯ごとに集計された第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を表す情報が遷移頻度記憶部に格納される。すなわち、推定モデルを睡眠段階推定装置により作成することが可能となる。   On the other hand, according to the second aspect of the present invention, the calculated heart rate variability feature amount is aggregated for each sleep stage, stored in the heart rate variability storage unit, and the sleep stage for each first unit time aggregated for each time zone The appearance frequency information is stored in the appearance frequency storage unit, and information indicating the frequency of sleep stage transitions for each first time, which is aggregated for each time period, is stored in the transition frequency storage unit. That is, the estimation model can be created by the sleep stage estimation device.

すなわちこの発明によれば、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定することが可能な睡眠段階推定装置、方法およびプログラムを提供することができる。   That is, according to the present invention, it is possible to provide a sleep stage estimation device, method, and program capable of estimating the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity.

睡眠段階の出現頻度の一例を時間帯別に示した図。The figure which showed an example of the appearance frequency of a sleep stage according to time slot | zone. 睡眠段階遷移パターンの出現確率の一例を示す図。The figure which shows an example of the appearance probability of a sleep stage transition pattern. この発明の一実施形態に係る睡眠段階推定装置の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of the sleep stage estimation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図3に示した睡眠段階推定装置の学習フェーズにおける処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content in the learning phase of the sleep stage estimation apparatus shown in FIG. 図3に示した睡眠段階推定装置の推定フェーズにおける処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content in the estimation phase of the sleep stage estimation apparatus shown in FIG. 図3に示した睡眠段階推定装置が備える睡眠段階別心拍変動テーブルの一例を示す図。The figure which shows an example of the heart rate fluctuation table classified by sleep stage with which the sleep stage estimation apparatus shown in FIG. 3 is provided. 図3に示した睡眠段階推定装置が備える時間別睡眠段階出現頻度テーブルの一例を示す図。The figure which shows an example of the sleep stage appearance frequency table classified by time with which the sleep stage estimation apparatus shown in FIG. 3 is provided. 図3に示した睡眠段階推定装置が備える時間別睡眠段階遷移頻度テーブルの一例を示す図。The figure which shows an example of the sleep stage transition frequency table classified by time with which the sleep stage estimation apparatus shown in FIG. 3 is provided. 時系列心拍データの観測手法と睡眠段階推定値の出力手法の一例を示す図。The figure which shows an example of the observation method of time series heart rate data, and the output method of a sleep stage estimated value. ローレンツプロットの一例を示す図。The figure which shows an example of a Lorenz plot. 心拍変動特徴量の種類を一覧表示した図。The figure which displayed the list of the kind of heart rate variability feature-value.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
(原理)
この発明は、入眠後の経過時間に従い睡眠段階の出現頻度と遷移確率が変化することに着目し、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、より尤もらしい睡眠段階を推定できるようにしたものである。例えば、入眠後の深い眠りから、突然覚醒して再び深い眠りに落ちる可能性は低いが、心拍のみで推定すると0.52の確率でその状態が推定される場合がある。この発明では、このようなめったに起こらない遷移や推定の自信度が低い場合に対する推定確率を下げることで、推定精度を向上させる。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(principle)
The present invention focuses on the fact that the appearance frequency and transition probability of the sleep stage change according to the elapsed time after falling asleep, so that even if the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity, a more likely sleep stage can be estimated. It is a thing. For example, although there is a low possibility of sudden awakening after falling asleep and falling into a deep sleep again, the state may be estimated with a probability of 0.52 when estimated only with the heartbeat. In the present invention, the estimation accuracy is improved by lowering the estimation probability for such a rare transition or when the estimation confidence level is low.

図1は、45名分の睡眠段階データを利用して、30分ごとの各睡眠段階の出現回数を算出した結果の一例を示している。この例から明らかなように、入眠開始から30分間におけるREM(レム睡眠)の出現回数(図1(a))は、図1(b),(c)にそれぞれ示す入眠から180分および360分経過後の30分間におけるREMの出現回数より少なくなる。   FIG. 1 shows an example of the result of calculating the number of appearances of each sleep stage every 30 minutes using the sleep stage data for 45 persons. As is clear from this example, the number of appearances of REM (REM sleep) in 30 minutes from the start of sleep (FIG. 1 (a)) is 180 minutes and 360 minutes from sleep shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), respectively. Less than the number of appearances of REM in 30 minutes after elapse.

また、図2は同じく45名分の睡眠段階データを利用して、30分ごとの各睡眠段階の遷移パターンの出現確率を算出した結果の一例を示している。同図に示すように、入眠開始から30分間におけるREMからNREM(ノンレム睡眠)への遷移確率(図2(a))は、図2(b),(c)にそれぞれ示す入眠から150分経過後および300分経過後の30分間におけるREMからNREMへの遷移確率よりも高くなることが分かる。   FIG. 2 also shows an example of a result of calculating the appearance probability of each sleep stage transition pattern every 30 minutes using the sleep stage data for 45 people. As shown in the figure, the transition probability from REM to NREM (non-REM sleep) in 30 minutes after the onset of sleep (FIG. 2 (a)) is 150 minutes from the sleep shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), respectively. It turns out that it becomes higher than the transition probability from REM to NREM in 30 minutes after and 300 minutes later.

そこでこの発明では、経過時間に応じた睡眠段階の出現頻度と遷移確率を学習フェーズにより睡眠段階の生成モデルに組み込み、推定フェーズにおいて、ユーザの心拍データの特徴量を求め、この心拍データの特徴量と上記睡眠段階の生成モデルに基づいて睡眠段階を推定するようにしている。このようにすることで、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定することが可能となる。   Therefore, in the present invention, the appearance frequency and transition probability of the sleep stage according to the elapsed time are incorporated into the sleep stage generation model by the learning phase, and the feature quantity of the user's heartbeat data is obtained in the estimation phase, and the feature quantity of the heartbeat data is obtained. The sleep stage is estimated based on the sleep stage generation model. This makes it possible to estimate the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity.

[第1の実施形態]
(構成)
図3は、この発明の一実施形態に係る睡眠段階推定装置の機能構成を示すブロック図である。
本実施形態における睡眠段階推定装置1は、例えばサーバコンピュータ又はパーソナルコンピュータからなり、制御ユニット10と、記憶ユニット20と、入出力インタフェースユニット30を備えている。このうち入出力インタフェースユニット30は、心電計2から出力された心電データを取り込むと共に、キーボードまたはタッチパネル等の入力部3および液晶デバイス等の表示部4との間でそれぞれ操作データおよび表示データの入出力を行う。
[First Embodiment]
(Constitution)
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the sleep stage estimation apparatus according to the embodiment of the present invention.
The sleep stage estimation apparatus 1 according to the present embodiment includes, for example, a server computer or a personal computer, and includes a control unit 10, a storage unit 20, and an input / output interface unit 30. Among these, the input / output interface unit 30 takes in the electrocardiogram data output from the electrocardiograph 2 and operates data and display data between the input unit 3 such as a keyboard or a touch panel and the display unit 4 such as a liquid crystal device, respectively. I / O is performed.

記憶ユニット20は、記憶媒体としてHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の書き込みおよび読み出しが可能な不揮発性メモリを用いたもので、本実施形態を実施する上で必要な記憶部として、モデルデータベース21と、推定データ記憶部22を備えている。   The storage unit 20 uses a nonvolatile memory capable of writing and reading, such as an HDD (Hard Disk Drive) and an SSD (Solid State Drive), as a storage medium, and a storage unit necessary for implementing this embodiment. As shown, a model database 21 and an estimated data storage unit 22 are provided.

モデルデータベース20は、心拍変動テーブル211、出現頻度テーブル212および遷移頻度テーブル213を有する。心拍変動テーブル211は、睡眠段階別に、心拍特徴ベクトルの識別情報(心拍特徴ベクトルID)に関連付けて心拍特徴量レベルと出現頻度を格納するために用いられる。図6にその一例を示す。出現頻度テーブル212は、時間帯別に当該時間帯に出現する睡眠段階と出現頻度を格納するために用いられる。図7にその一例を示す。遷移頻度テーブル213は、時間帯別に当該時間帯に発生する睡眠段階遷移パターンとその出現頻度を格納するために用いられる。図8はその一例を示すものである。推定データ記憶部22は、睡眠段階の推定結果を表すデータを格納するために用いられる。   The model database 20 includes a heart rate variability table 211, an appearance frequency table 212, and a transition frequency table 213. The heart rate variability table 211 is used for storing the heart rate feature quantity level and the appearance frequency in association with the heart rate feature vector identification information (heart rate feature vector ID) for each sleep stage. An example is shown in FIG. The appearance frequency table 212 is used for storing the sleep stages appearing in the time zone and the appearance frequency for each time zone. An example is shown in FIG. The transition frequency table 213 is used to store sleep stage transition patterns that occur in each time zone and their appearance frequencies. FIG. 8 shows an example. The estimated data storage unit 22 is used to store data representing the sleep stage estimation result.

制御ユニット10は、中央処理ユニット(CPU;Central Processing Unit)とメモリを備えたもので、本実施形態を実施する上で必要な制御処理機能として、心拍変動特徴量算出部11と、睡眠段階別心拍変動解析部12と、時間別睡眠段階出現頻度解析部13と、時間別睡眠段階遷移頻度解析部14と、睡眠段階確率推定部15と、推定データ出力制御部16を有している。なお、これらの制御処理機能はいずれも図示しないプログラムメモリに格納されたプログラムを上記CPUに実行させることにより実現される。   The control unit 10 includes a central processing unit (CPU) and a memory. As a control processing function necessary for carrying out the present embodiment, the heart rate variability feature quantity calculation unit 11 and the sleep stage It has a heart rate variability analysis unit 12, an hourly sleep stage appearance frequency analysis unit 13, an hourly sleep stage transition frequency analysis unit 14, a sleep stage probability estimation unit 15, and an estimated data output control unit 16. Each of these control processing functions is realized by causing the CPU to execute a program stored in a program memory (not shown).

心拍変動特徴量算出部11は、心電計2から入出力インタフェースユニット30を介して取り込んだ心電図データをもとに、心拍変動の特徴量を算出する。具体的には、心電波形からピーク間隔を表すRRI(R-RInterval)を検出し、この検出されたRRIをn秒ごとに分割して、フレーム長N[sec]、スライド幅n[sec]で、心拍変動の特徴ベクトルht ={ht1,ht2,…,htk}を算出する。ここで、tは経過時間を示し、t={n,2*n、3*n,…}のようにn秒ずつカウントされる。   The heart rate variability feature quantity calculation unit 11 calculates the feature quantity of the heart rate variability based on the electrocardiogram data acquired from the electrocardiograph 2 via the input / output interface unit 30. Specifically, RRI (R-RInterval) representing the peak interval is detected from the electrocardiogram waveform, and the detected RRI is divided every n seconds to obtain a frame length N [sec] and a slide width n [sec]. Then, the heart rate variability feature vector ht = {ht1, ht2,..., Htk} is calculated. Here, t indicates an elapsed time, and is counted every n seconds such as t = {n, 2 * n, 3 * n,.

睡眠段階別心拍変動解析部12は、学習フェーズにおいて、上記心拍変動特徴量算出部11により算出されたht を、時刻情報tをもとに、入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付け、各睡眠段階の各心拍特徴量の分布を算出する。そして、この睡眠段階ごとに算出された各心拍特徴量の分布を、モデルデータベース21内の心拍変動テーブル211に格納する処理を行う。   In the learning phase, the heart rate variability analysis unit 12 by sleep stage calculates the ht calculated by the heart rate variability feature quantity calculation unit 11 based on the time information t, and the sleep stage every n seconds input by the input unit 3. And the distribution of each heart rate feature amount at each sleep stage is calculated. Then, a process of storing the distribution of each heartbeat feature amount calculated for each sleep stage in the heartbeat fluctuation table 211 in the model database 21 is performed.

時間別睡眠段階出現頻度解析部13は、学習フェーズにおいて、入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階正解ラベルの時系列データをq分(例えば30分)ごとに分割し、この分割された各時間帯mにおける各睡眠段階iの出現回数を計算する。そして、この算出された各睡眠段階iの出現回数を、モデルデータベース21内の出現頻度テーブル212に格納する処理を行う。   In the learning phase, the hourly sleep stage appearance frequency analysis unit 13 divides the time series data of the sleep stage correct answer labels input every n seconds in the input unit 3 every q minutes (for example, 30 minutes). The number of appearances of each sleep stage i in each time slot m is calculated. Then, the calculated number of appearances of each sleep stage i is stored in the appearance frequency table 212 in the model database 21.

時間別睡眠段階遷移頻度解析部14は、学習フェーズにおいて、上記時間別睡眠段階出現頻度解析部13と同様に、q分ごとに分割された各時間帯mにおいて、n秒ごとの各睡眠段階遷移の出現回数を算出する。そして、この算出された各睡眠段階遷移の出現回数を、モデルデータベース21内の上記遷移頻度テーブル213に格納する処理を行う。   In the learning phase, the hourly sleep stage transition frequency analysis unit 14 performs each sleep stage transition every n seconds in each time zone m divided every q minutes, in the same manner as the hourly sleep stage appearance frequency analysis unit 13. The number of occurrences of is calculated. Then, the calculated number of appearances of each sleep stage transition is stored in the transition frequency table 213 in the model database 21.

睡眠段階確率推定部15は、推定フェーズにおいて、心電計2から入力された心電図データをもとに上記心拍変動特徴量算出部11により算出された心拍変動特徴ベクトルと、上記モデルデータベース21の各テーブル211,212,213に記憶されている情報とを用いて、n秒ごとの睡眠段階St を推定する。そして、その推定結果を表すデータを推定データ記憶部22に格納する処理を行う。   In the estimation phase, the sleep stage probability estimation unit 15 calculates the heart rate variability feature vector calculated by the heart rate variability feature amount calculation unit 11 based on the electrocardiogram data input from the electrocardiograph 2, and the model database 21. Using the information stored in the tables 211, 212, and 213, the sleep stage St every n seconds is estimated. And the process which stores the data showing the estimation result in the estimation data storage part 22 is performed.

推定データ出力制御部16は、入力部3において入力された出力指示に応じ、上記推定データ記憶部22から該当するユーザの該当する時間帯における睡眠段階推定結果を表すデータを読み出す。そして、この読み出された推定データを表示させるための表示データを生成し、当該生成された表示データを入出力インタフェースユニット30を介して表示部4へ出力し表示させる処理を行う。   The estimated data output control unit 16 reads data representing the sleep stage estimation result in the corresponding time zone of the corresponding user from the estimated data storage unit 22 in accordance with the output instruction input in the input unit 3. Then, display data for displaying the read estimated data is generated, and the generated display data is output to the display unit 4 via the input / output interface unit 30 and displayed.

(動作)
次に、以上のように構成された装置による睡眠段階推定動作を説明する。
(1)学習フェーズ
学習フェーズでは、被験者の心電波形を計測しながら、医療従事者等の測定者がn秒ごとに被験者の睡眠段階を目視観察してその観察結果を「睡眠段階の正解ラベル」として入力部3により入力する。そして、睡眠段階推定装置1が、上記心電波形から心拍変動の特徴量を算出して心拍変動テーブル21に格納すると共に、上記入力された睡眠段階の正解ラベルをもとに時間別の睡眠段階出現頻度と睡眠段階遷移頻度を算出してその算出値をそれぞれ出現頻度テーブル212および遷移頻度テーブル213に格納することにより、行われる。図4は、この学習フェーズにおける睡眠段階推定装置1の処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
(Operation)
Next, the sleep stage estimation operation by the apparatus configured as described above will be described.
(1) Learning phase In the learning phase, while measuring the electrocardiogram waveform of the subject, a measurer such as a medical worker visually observes the sleep stage of the subject every n seconds, and the observation result is expressed as “the correct label of the sleep stage” Is input by the input unit 3. Then, the sleep stage estimation device 1 calculates a feature value of heart rate variability from the electrocardiogram waveform and stores it in the heart rate variability table 21, and also sleep stages according to time based on the correct answer label of the input sleep stage. This is done by calculating the appearance frequency and the sleep stage transition frequency and storing the calculated values in the appearance frequency table 212 and the transition frequency table 213, respectively. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure and processing contents of the sleep stage estimation device 1 in this learning phase.

学習フェーズによる計測が開始されると、心拍変動特徴量算出部11の制御の下、先ずステップS11により心電計2から出力された被験者の心電図データが入出力インタフェースユニット30を介して取り込まれる。そして、ステップS12により上記取り込まれた心電図データをもとに心拍変動の特徴量が以下のように算出される。   When measurement in the learning phase is started, first, the electrocardiogram data of the subject output from the electrocardiograph 2 in step S11 is taken in via the input / output interface unit 30 under the control of the heart rate variability feature quantity calculation unit 11. Then, based on the electrocardiogram data taken in step S12, the feature amount of heart rate variability is calculated as follows.

すなわち、先ず心電図データから心電波形のピーク間隔を表すRRI(R-RInterval)が検出され、この検出されたRRIがn秒ごとに分割される。そして、フレーム長N[sec]、スライド幅n[sec]として、心拍変動の特徴ベクトルht ={ht1,ht2,…,htk}が算出される。ここで、tは経過時間を示し、t={n,2*n、3*n,…}のようにn秒ずつカウントされる。具体例を図9に示す。   That is, first, RRI (R-RInterval) representing the peak interval of the electrocardiogram waveform is detected from the electrocardiogram data, and the detected RRI is divided every n seconds. Then, a heartbeat variability feature vector ht = {ht1, ht2,..., Tk} is calculated as a frame length N [sec] and a slide width n [sec]. Here, t indicates an elapsed time, and is counted every n seconds such as t = {n, 2 * n, 3 * n,. A specific example is shown in FIG.

心拍変動特徴量としては、例えば心拍変動RRI(RRInterval)の平均値、RRIの標準偏差、前後するRRI間の差の二乗平均値の平方根(RMSSD)、前後するRRI間の時間的差分が50ミリ秒以上となった回数の発生割合(pNN50)、前後するRRIのローレンツプロットが描く形状の長辺の長さL、RRIのローレンツプロットが描く形状の短辺の長さT、LおよびTから求められる交感神経活動指標(CSI: Cardiac Sympathetic Index)、LおよびTから求められる副交感神経の活動指標(CVI: Cardiac Vagal Index)、RRIのパワースペクトル波形の高周波成分(HF)、または低周波成分(LF)のうちの少なくとも1つ、或いはこれらの特徴量から算出されるその他の特徴量が用いられる。なお、RRIのローレンツブロットの一例を図10に、また上記した各心拍変動特徴量の定義を図11にそれぞれ示す。なお、心拍変動特徴量の詳細な算出方法については、例えば非特許文献1に記載されている。   As the heart rate variability feature amount, for example, the average value of heart rate variability RRI (RRInterval), the standard deviation of RRI, the square root of the mean square value of the difference between preceding and following RRI (RMSSD), and the temporal difference between preceding and following RRI is 50 mm. Occurrence ratio (pNN50) of the number of times that became more than second, the length L of the long side of the shape drawn by the preceding and following RRI Lorentz plots, and the length T, L and T of the short side of the shape drawn by the RRI Lorentz plot Sympathetic nerve activity index (CSI: Cardiac Sympathetic Index), parasympathetic nerve activity index (CVI: Cardiac Vagal Index) obtained from L and T, high frequency component (HF) of RRI power spectrum waveform, or low frequency component (LF) ) Or other feature quantities calculated from these feature quantities. An example of the RRI Lorentz blot is shown in FIG. 10, and the definition of each heart rate variability feature amount is shown in FIG. Note that the detailed calculation method of the heart rate variability feature amount is described in Non-Patent Document 1, for example.

上記心拍変動特徴ベクトルht の各特徴量の値は、例えば0〜1の範囲に正規化した上でLレベルで離散値化しておくとよい。例えば、t=n(最初のn秒区間)のときの特徴ベクトルの1要素目はhn1={0,1,…,L}のように表される。   The value of each feature value of the heart rate variability feature vector ht is preferably normalized to a range of, for example, 0 to 1 and then made discrete at an L level. For example, the first element of the feature vector when t = n (first n-second interval) is represented as hn1 = {0, 1,..., L}.

続いて睡眠段階別心拍変動解析部12において、上記心拍変動特徴量算出部11により算出された心拍変動特徴ベクトルht をもとに、睡眠段階別の心拍変動が以下のように解析される。すなわち、上記算出された心拍変動特徴ベクトルht は、時刻情報tをもとに、入力部3で入力されるn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付けられる。そして、各睡眠段階の各心拍特徴量の分布が算出される。   Subsequently, the heart rate variability analysis unit 12 for each sleep stage analyzes the heart rate variability for each sleep stage based on the heart rate variability feature vector ht calculated by the heart rate variability feature quantity calculation unit 11 as follows. That is, the calculated heart rate variability feature vector ht is associated with the correct answer label of the sleep stage every n seconds input by the input unit 3 based on the time information t. Then, the distribution of each heartbeat feature amount in each sleep stage is calculated.

次にステップS13において、時間別睡眠段階出現頻度解析部13により時間帯(m分)ごとの各睡眠段階の出現頻度が以下のように集計される。すなわち、先ず入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階正解ラベルの時系列データがq分(例えば30分)ごとに分割され、この分割された各時間帯mにおける各睡眠段階iの出現回数が計算される。このときm=1は0分〜(q×1)分の区間、m=2は(q×1)分〜(q×2)分の区間と表される。そして、この算出された各睡眠段階iの出現回数は、例えば図7に示すように、時間帯に対応付けられて睡眠段階を表す情報と共に出現頻度テーブル212に格納される。   Next, in step S13, the appearance frequency of each sleep stage for each time zone (m minutes) is totalized by the hourly sleep stage appearance frequency analysis unit 13 as follows. That is, first, the time-series data of the sleep stage correct answer label every n seconds input in the input unit 3 is divided every q minutes (for example, 30 minutes), and the appearance of each sleep stage i in each divided time zone m. The number of times is calculated. At this time, m = 1 is represented as a section from 0 minute to (q × 1), and m = 2 is represented as a section from (q × 1) to (q × 2). Then, the calculated number of appearances of each sleep stage i is stored in the appearance frequency table 212 together with information indicating the sleep stage in association with the time zone, for example, as shown in FIG.

続いてステップS14において、時間別睡眠段階遷移頻度解析部14により、時間帯(m分)ごとの各睡眠段階遷移パターンの出現頻度が以下のように集計される。すなわち、先ずq分ごとに分割された各時間帯mにおいて、n秒ごとの各睡眠段階遷移の出現回数が算出される。   Subsequently, in step S14, the appearance frequency of each sleep stage transition pattern for each time zone (m minutes) is totalized by the hourly sleep stage transition frequency analysis unit 14 as follows. That is, first, in each time slot m divided every q minutes, the number of appearances of each sleep stage transition every n seconds is calculated.

例えば、ある時間帯mにおいて、最初の0〜n秒区間の睡眠段階が「覚醒(WAKE)」、n〜2n秒区間の睡眠段階が「レム睡眠(REM)」の場合、n〜2n秒区間の睡眠段階の遷移は「覚醒(WAKE)→レム睡眠(REM)」の遷移パターンとしてカウントされる。なお、最初の0〜n秒区間の睡眠段階の遷移パターンはカウントしなくてよいものとする。そして、以上のように算出された各睡眠段階遷移の出現回数が、例えば図8に示すように、時間帯に対応付けられて睡眠段階遷移パターンを表す情報と共に遷移頻度テーブル213に格納される。   For example, in a certain time zone m, when the sleep stage of the first 0 to n seconds interval is “Wake” and the sleep stage of the n to 2 n seconds interval is “REM sleep (REM)”, the n to 2 n seconds interval The sleep stage transition is counted as a transition pattern of “wake (WAKE) → REM sleep (REM)”. In addition, the transition pattern of the sleep stage in the first 0-n seconds section does not need to be counted. Then, the number of appearances of each sleep stage transition calculated as described above is stored in the transition frequency table 213 together with information indicating the sleep stage transition pattern in association with the time zone, for example, as shown in FIG.

最後にステップS15において、睡眠段階別心拍変動解析部12により、睡眠段階ごとの心拍変動特徴量が集計され、その算出結果である出現頻度が、例えば図6に示すように心拍特徴ベクトルIDおよび心拍特徴量レベルと共に、各睡眠段階に対応付けられて睡眠段階別心拍変動テーブル211に格納される。例えば、睡眠段階の正解ラベルが「覚醒(WAKE)」のときの全時刻をt_wake ={n,5*n,8*n}としたとき、全時刻に対してht_wake,1=lとなるカウントが記憶される。このとき、心拍変動特徴量の離散値は0≦l≦Lなので、各値についてカウントされる。   Finally, in step S15, the heart rate variability feature amount for each sleep stage is tabulated by the heart rate variability analysis unit 12 for each sleep stage, and the appearance frequency that is the calculation result is, for example, as shown in FIG. Along with the feature amount level, it is associated with each sleep stage and stored in the sleep stage heart rate variability table 211. For example, if the total time when the correct answer label of the sleep stage is “Wake” is t_wake = {n, 5 * n, 8 * n}, the count becomes ht_wake, 1 = 1 for all times. Is memorized. At this time, since the discrete value of the heart rate variability feature quantity is 0 ≦ l ≦ L, each value is counted.

(2)推定フェーズ
推定フェーズでは、推定対象者の心電図データのみを計測し、この計測された心電図データから算出される心拍変動特徴量と、心拍変動テーブル211、出現頻度テーブル212および遷移頻度テーブル213に格納されたモデルデータに基づいて、上記推定対象者の睡眠段階St がn秒ごとに推定される。図5はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
(2) Estimation Phase In the estimation phase, only the electrocardiogram data of the estimation target person is measured, the heart rate variability feature amount calculated from the measured electrocardiogram data, the heart rate variability table 211, the appearance frequency table 212, and the transition frequency table 213. The sleep stage St of the estimation subject is estimated every n seconds based on the model data stored in. FIG. 5 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents.

先ずステップS21において、心拍変動特徴量算出部11により、心電計2から推定対象者の1回の睡眠における心電図データが取り込まれ、また睡眠段階別心拍変動解析部12により、入力部3により測定者が入力したn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルが取り込まれる。そしてステップS22において、心拍変動特徴量算出部11により、上記取り込まれた心電図データからn秒ごとの心拍変動特徴量が算出される。その算出手法は、前記学習フェーズの場合と同じである。   First, in step S21, the heart rate variability feature quantity calculation unit 11 takes in the electrocardiogram data in the sleep of the estimation target person from the electrocardiograph 2, and the input unit 3 measures the sleep stage heart rate variability analysis unit 12. The correct answer label of the sleep stage every n seconds input by the person is captured. In step S22, the heart rate variability feature quantity calculation unit 11 calculates a heart rate variability feature quantity every n seconds from the captured electrocardiogram data. The calculation method is the same as in the learning phase.

次にステップS23において、睡眠段階確率推定部15の制御の下、推定対象者の睡眠段階の推定が以下のように行われる。すなわち、先ずステップS23によりn秒ごとの睡眠段階変数がランダムに初期化される。例えば、ギブスサンプリングカウンタgが1で初期化される。   Next, in step S23, under the control of the sleep stage probability estimation unit 15, the sleep stage of the estimation target person is estimated as follows. That is, first, in step S23, sleep stage variables every n seconds are initialized at random. For example, the Gibbs sampling counter g is initialized with 1.

次にステップS24において、n秒ごとの睡眠段階変数がギブスサンプリングにより更新され、ステップS25によりギブスサンプリングカウンタgがギブスサンプリング繰り返し数になったと判定されるまで、以下の処理が繰り返し実施される。   Next, in step S24, the sleep stage variable every n seconds is updated by Gibbs sampling, and the following processing is repeatedly performed until it is determined in step S25 that the Gibbs sampling counter g has reached the Gibbs sampling repetition number.

(A) 初期値として、時間t=0、睡眠段階S0 =”Wake”に設定する。
(B) 時間tが、睡眠時間Tよりも小さい間では以下の処理を実行する。
(1) 睡眠段階S_{t,g} を、時間t−1の睡眠段階St-1、時間帯Ct 、時間tにおける心拍変動特徴量ht を用いてP(St =i|ht ,St-1=j,Ct =m)の値に従ってサンプリングする。
(2) 時間t=t+1とする。
(C) ギブスサンプリングカウンタgをインクリメント(g=g+1)する。
(A) As initial values, time t = 0 and sleep stage S0 = “Wake” are set.
(B) While the time t is smaller than the sleep time T, the following processing is executed.
(1) The sleep stage S_ {t, g} is changed to P (St = i | ht, St-1 using the sleep stage St-1 at time t-1, the time zone Ct, and the heart rate variability feature quantity ht at time t. = J, Ct = m).
(2) Time t = t + 1.
(C) The Gibbs sampling counter g is incremented (g = g + 1).

続いてステップS26において、各時間tについて、g個の睡眠段階サンプリング履歴集合{S_{t,g} }から、各睡眠段階の出現分布を集計し、時間tにおける睡眠段階確率分布として出力する。睡眠段階を出力する場合は、サンプリング履歴集合{S_{t,g} }における最頻値となる睡眠段階を、推定結果として推定データ記憶部22に格納する。   Subsequently, in step S26, for each time t, the appearance distribution of each sleep stage is totaled from g sleep stage sampling history sets {S_ {t, g}} and output as a sleep stage probability distribution at time t. When outputting the sleep stage, the sleep stage that is the mode value in the sampling history set {S_ {t, g}} is stored in the estimation data storage unit 22 as an estimation result.

P(St =i|ht ,St-1=j,Ct =m)は以下の式によって得られる。
P (St = i | ht, St-1 = j, Ct = m) is obtained by the following equation.

ここで、θmiは時間帯mにおいて睡眠段階がiになる確率を表し、以下の式にて算出される。なお、Mmiは時間帯mにて睡眠段階iが出現する回数を表す。 Here, θ mi represents the probability that the sleep stage becomes i in the time zone m, and is calculated by the following equation. M mi represents the number of times the sleep stage i appears in the time zone m.

また、λmjiは時間帯mにおいて、睡眠段階がjからiへ遷移する確率を表し、以下の式により算出される。なお、Mmjiは時間帯mにて睡眠段階がjからiへ遷移する状態が出現する回数を表す。
Λ mji represents the probability that the sleep stage transitions from j to i in the time zone m, and is calculated by the following equation. M mji represents the number of times that a state in which the sleep stage transitions from j to i appears in the time zone m.

さらにφikhtkは、睡眠段階iにおける各心拍特徴量の出現確率を表すもので、以下のように算出される。
Furthermore, φ ikhtk represents the appearance probability of each heartbeat characteristic amount in the sleep stage i, and is calculated as follows.

睡眠段階iであるときの時間tにて新たに得られる心拍変動特徴ベクトルk番目の要素htkがlであったとき、Miklはモデルデータベースを参照して、htkが値lを満たす時の出現頻度の回数を表している。 When the heart rate variability feature vector kth element h tk newly obtained at time t at sleep stage i is l, M ikl refers to the model database and h tk satisfies the value l Represents the number of occurrence frequencies.

なお、上記推定データ記憶部22に記憶された推定対象者の睡眠段階の推定結果を表すデータは、推定データ出力制御部16の制御の下、推定データ記憶部22から読み出される。そして、この読み出された推定データをもとに表示データが生成され、この表示データは入出力インタフェースユニット30を介して表示部4に供給され表示される。図9の下段にその表示結果の一例を示す。   Note that data representing the estimation result of the sleep stage of the estimation target person stored in the estimation data storage unit 22 is read from the estimation data storage unit 22 under the control of the estimation data output control unit 16. Display data is generated based on the read estimated data, and the display data is supplied to the display unit 4 via the input / output interface unit 30 and displayed. An example of the display result is shown in the lower part of FIG.

(実施形態の効果)
以上詳述したように一実施形態では、学習フェーズにおいて、被験者の心電図データから睡眠段階ごとの心拍変動特徴量を算出して心拍変動テーブル211に格納すると共に、時間経過に応じた睡眠段階の出現頻度と遷移頻度を求めてこれらをそれぞれ出現頻度テーブル212および遷移頻度テーブル213に格納する。そして推定フェーズにおいて、推定対象者の心電図データから算出した心拍変動特徴量と、上記各テーブル211,212,213に格納された睡眠段階のモデルデータとに基づいて、上記推定対象者の睡眠段階を推定するようにしている。
(Effect of embodiment)
As described above in detail, in one embodiment, in the learning phase, the heart rate variability feature amount for each sleep stage is calculated from the electrocardiogram data of the subject and stored in the heart rate variability table 211, and the appearance of the sleep stage according to the passage of time The frequency and the transition frequency are obtained and stored in the appearance frequency table 212 and the transition frequency table 213, respectively. In the estimation phase, based on the heart rate variability feature amount calculated from the electrocardiogram data of the estimation target person and the sleep stage model data stored in the tables 211, 212, and 213, the sleep stage of the estimation target person is determined. I try to estimate.

したがって、心拍が睡眠時の脳活動以外の影響、例えば血圧調整や体温調整、身体の動きや呼吸等の影響も受けて変化したとしても、睡眠段階を正確に推定することが可能となる。また、学習フェーズを備えることで、最適な心拍変動テーブル211、出現頻度テーブル212および遷移頻度テーブル213を構築することができる。   Therefore, even when the heartbeat changes due to influences other than brain activity during sleep, such as blood pressure adjustment, body temperature adjustment, body movement, breathing, and the like, the sleep stage can be accurately estimated. In addition, by providing the learning phase, it is possible to construct an optimal heart rate fluctuation table 211, appearance frequency table 212, and transition frequency table 213.

[他の実施形態]
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では睡眠段階推定装置1内に記憶ユニット20を設けた場合を例にとって説明したが、記憶ユニット20をクラウドに設けられたデータベースサーバなどに備え、睡眠段階推定装置1とこのデータベースサーバとの間で通信を行うことによりデータの書き込みおよび読み出しを行うようにしてもよい。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment, the case where the storage unit 20 is provided in the sleep stage estimation apparatus 1 has been described as an example. However, the storage unit 20 is provided in a database server provided in the cloud, and the sleep stage estimation apparatus 1 and the database are provided. Data may be written and read by communicating with the server.

また、前記実施形態では心電計により得られる心電図データをもとに心拍変動特徴量を算出するようにしたが、脈波を計測してその計測データをもとに心拍変動特徴量を算出するようにしてもよい。   In the embodiment, the heart rate variability feature amount is calculated based on the electrocardiogram data obtained by the electrocardiograph. However, the pulse wave is measured and the heart rate variability feature amount is calculated based on the measurement data. You may do it.

さらに、推定結果を表すデータは、通信回線を介して他の端末またはサーバに送信するようにしてもよく、その他制御ユニットが備える制御機能、当該制御機能による処理手順と処理内容、推定結果の表示フォーマットなどについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。   Further, the data representing the estimation result may be transmitted to another terminal or server via the communication line. Other control functions provided in the control unit, processing procedure and processing contents by the control function, display of the estimation results The format and the like can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

1…睡眠段階推定装置、2…心電計、3…入力部、4…表示部、10…制御ユニット、11…心拍変動特徴量算出部、12…睡眠段階別心拍変動解析部、13…時間別睡眠段階出現頻度解析部、14…時間別睡眠段階遷移頻度解析部、15…睡眠段階確率推定部、16…推定データ出力制御部、20…記憶ユニット、21…モデルデータベース、22…推定データ記憶部、211…心拍変動テーブル、212…出現頻度テーブル、213…遷移頻度テーブル、30…入出力インタフェースユニット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sleep stage estimation apparatus, 2 ... Electrocardiograph, 3 ... Input part, 4 ... Display part, 10 ... Control unit, 11 ... Heart rate fluctuation feature-value calculation part, 12 ... Heart rate fluctuation analysis part according to sleep stage, 13 ... Time Separate sleep stage appearance frequency analysis unit, 14 ... Sleep stage transition frequency analysis unit according to time, 15 ... Sleep stage probability estimation unit, 16 ... Estimation data output control unit, 20 ... Storage unit, 21 ... Model database, 22 ... Estimation data storage 211, heart rate variability table, 212, appearance frequency table, 213, transition frequency table, 30, input / output interface unit.

Claims (7)

睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶した心拍変動記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計した出現頻度情報を記憶した出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計した遷移頻度情報を記憶した遷移頻度記憶部と、
推定対象の被験者から取得した睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出手段と、
前記算出された心拍変動の特徴量の時間的な変化と、前記心拍変動記憶部、出現頻度記憶部および遷移頻度記憶部に記憶された情報とに基づいて、前記被験者の前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の確率分布を推定する推定手段と
を具備することを特徴とする睡眠段階推定装置。
A heart rate variability storage unit that stores heart rate variability information obtained by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
Appearance frequency information is stored for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time. An appearance frequency storage unit,
For each of the divided time zones, a transition frequency storage unit that stores transition frequency information obtained by tabulating the frequency of sleep stage transitions for each first time;
A heart rate variability feature amount calculating means for calculating a feature amount of heart rate variability for each first time for each time zone divided by the second unit time from a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated;
The first unit time of the subject based on the temporal change in the calculated feature value of the heart rate variability and the information stored in the heart rate variability storage unit, the appearance frequency storage unit, and the transition frequency storage unit A sleep stage estimation apparatus comprising: estimation means for estimating a probability distribution of each sleep stage.
前記訓練者の睡眠心電図集合として与えられる、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の正解ラベルが付与された睡眠時の時間情報を含む睡眠心電図の集合を取得する手段と、
前記取得された睡眠心電図の集合から、前記第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出し、当該算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して前記心拍変動記憶部に格納する手段と、
前記睡眠心電図集合の時間軸を前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計して、集計された出現頻度情報を前記出現頻度記憶部に格納する手段と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計して、集計された遷移頻度情報を前記遷移頻度記憶部に格納する手段と
を、さらに具備することを特徴とする請求項1記載の睡眠段階推定装置。
Means for obtaining a set of sleep electrocardiograms including time information at the time of sleep given a correct answer label of the sleep stage for each first unit time given as a sleep electrocardiogram set of the trainer;
Means for calculating a heart rate variability feature amount for each first unit time from the acquired set of sleep electrocardiograms, and summing the calculated heart rate variability feature amount for each sleep stage and storing it in the heart rate variability storage unit When,
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram set by the second unit time, the appearance frequency information of the sleep stage for each first unit time is totaled, and the total appearance frequency information is displayed. Means for storing in the frequency storage unit;
And further comprising means for counting the frequency of transition of the sleep stage for each of the divided times and storing the tabulated transition frequency information in the transition frequency storage unit for each of the divided time zones. The sleep stage estimation apparatus according to claim 1, wherein:
前記心拍変動特徴量算出手段は、心拍変動特徴量として、心拍変動RRI(R-R Interval)の平均値、RRIの標準偏差、前後するRRI間の差の二乗平均値の平方根(RMSSD)、前後するRRI間の時間的差分が予め設定した時間値以上となった回数の発生割合(pNN50)、前後するRRIのローレンツプロットが描く形状の長辺の長さL、RRIのローレンツプロットが描く形状の短辺の長さT、LおよびTから求められる交感神経活動指標(CSI: Cardiac Sympathetic Index)、LおよびTから求められる副交感神経の活動指標(CVI: Cardiac Vagal Index)、RRIのパワースペクトル波形の高周波成分(HF)、または低周波成分(LF)のうちの少なくとも1つ、或いはこれらの特徴量から算出されるその他の特徴量を算出することを特徴とする請求項1または2記載の睡眠段階推定装置。   The heart rate variability feature quantity calculating means includes, as a heart rate variability feature quantity, an average value of heart rate variability RRI (RR Interval), a standard deviation of RRI, a root mean square of a difference between preceding and following RRIs (RMSSD), and an RRI preceding and following Occurrence rate (pNN50) of the number of times that the time difference between them is equal to or greater than the preset time value, the length L of the long side of the shape drawn by the preceding and following RRI Lorentz plots, the short side of the shape drawn by the RRI Lorentz plot Sympathetic nerve activity index (CSI: Cardiac Sympathetic Index) calculated from lengths T, L, and T, parasympathetic nerve activity index (CVI: Cardiac Vagal Index) calculated from L and T, high frequency components of RRI power spectrum waveform The sleep stage estimation device according to claim 1 or 2, wherein at least one of (HF) or low frequency component (LF) or other feature amount calculated from these feature amounts is calculated. . 訓練者の睡眠心電図集合として与えられる、第1の単位時間ごとの睡眠段階の正解ラベルが付与された睡眠時の時間情報を含む睡眠心電図の集合を取得する手段と、
前記取得された睡眠心電図の集合から、前記第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出し、当該算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動記憶部に格納する手段と、
前記睡眠心電図集合の時間軸を、前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計し、当該集計された出現頻度情報を出現頻度記憶部に格納する手段と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計し、当該集計された遷移頻度情報を遷移頻度記憶部に格納する手段と
を具備することを特徴とする睡眠段階推定装置。
Means for obtaining a set of sleep electrocardiograms including time information at the time of sleep given a correct answer label of the sleep stage for each first unit time given as a trainer's sleep electrocardiogram set;
Means for calculating a heart rate variability feature amount for each first unit time from the acquired set of sleep electrocardiograms, and summing the calculated heart rate variability feature amount for each sleep stage and storing the sum in a heart rate variability storage unit; ,
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram set by a second unit time longer than the first unit time, the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time is totaled, and the total Means for storing the generated appearance frequency information in the appearance frequency storage unit;
And a means for counting the frequency of sleep stage transitions for each of the divided time periods and storing the tabulated transition frequency information in a transition frequency storage unit. Sleep stage estimation device.
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶した心拍変動記憶部と、前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計した出現頻度情報を記憶した出現頻度記憶部と、前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計した遷移頻度情報を記憶した遷移頻度記憶部とを有するモデルデータベースを備えた睡眠段階推定装置が実行する睡眠方法推定方法であって、
推定対象の被験者から取得した睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する過程と、
前記算出された心拍変動の特徴量の時間的な変化と、前記心拍変動記憶部、出現頻度記憶部および遷移頻度記憶部に記憶された情報とに基づいて、前記被験者の前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の確率分布を推定する過程と
を具備することを特徴とする睡眠段階推定方法。
A heart rate variability storage unit storing heart rate variability information obtained by aggregating heart rate variability feature quantities calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage, and a time axis of the sleep electrocardiogram as the first unit time For each time zone divided by a longer second unit time, an appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information obtained by totaling the appearance frequencies of sleep stages for each first unit time, and each divided time zone A sleep method estimation method executed by a sleep stage estimation device including a model database having a transition frequency storage unit that stores transition frequency information obtained by tabulating the frequency of sleep stage transitions for each first time. And
From the sleep electrocardiogram obtained from the subject to be estimated, for each time zone divided by the second unit time, a process of calculating a feature value of heart rate variability for each first time;
The first unit time of the subject based on the temporal change in the calculated feature value of the heart rate variability and the information stored in the heart rate variability storage unit, the appearance frequency storage unit, and the transition frequency storage unit A sleep stage estimation method comprising: estimating a probability distribution of each sleep stage.
前記訓練者の睡眠心電図集合として与えられる、第1の単位時間ごとの睡眠段階の正解ラベルが付与された睡眠時の時間情報を含む睡眠心電図の集合を取得する過程と、
前記取得された睡眠心電図の集合から、前記第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出し、当該算出された心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して、当該集計された心拍変動特徴量を前記心拍変動記憶部に格納する過程と、
前記睡眠心電図集合の時間軸を前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を集計して、当該集計された出現頻度情報を前記出現頻度記憶部に格納する過程と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を集計して、当該集計された遷移頻度情報を前記遷移頻度記憶部に格納する過程と
を具備することを特徴とする睡眠段階推定方法。
The process of obtaining a set of sleep electrocardiograms including time information at the time of sleep given the correct answer label of the sleep stage for each first unit time given as the sleep electrocardiogram set of the trainer;
From the acquired set of sleep electrocardiograms, a heart rate variability feature amount is calculated for each first unit time, the calculated heart rate variability feature amount is aggregated for each sleep stage, and the aggregated heart rate variability feature amount is calculated. Storing in the heart rate variability storage unit;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram set by the second unit time, the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time is totaled, and the totaled appearance frequency information is Storing in the appearance frequency storage unit;
For each divided time zone, totaling the frequency of transition of the sleep stage for each first time, and storing the totalized transition frequency information in the transition frequency storage unit A characteristic sleep stage estimation method.
請求項1乃至4のいずれかに記載の睡眠段階推定装置が具備する各手段が行う処理を、前記睡眠段階推定装置が備えるコンピュータに実行させるプログラム。   The program which makes the computer with which the said sleep stage estimation apparatus performs the process which each means with which the sleep stage estimation apparatus in any one of Claim 1 thru | or 4 comprises comprises.
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