JP2017537710A - 睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、被験者１２の睡眠段階分類のスペクトル境界２１６，２１８を決定するように構成されたシステム１０に関する。スペクトル境界は、個々の被験者の睡眠段階分類用にカスタマイズされて用いられるようになっていてもよい。システムにより決定された被験者専用のスペクトル境界によれば、被験者固有ではない静的な固定スペクトル境界に基づく睡眠段階分類に対して高い精度での分類を容易化可能である。いくつかの実施態様において、システムは、センサ１６、プロセッサ２０、電子的ストレージ２２、ユーザインターフェース２４、及び／又は他の構成要素のうちの１つ又は複数を備える。

Description

[01] 本開示は、睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するシステム及び方法に関する。

[02] 就寝時の睡眠相及び覚醒相のモニタリングに基づく睡眠の質の評価が知られている。また、（睡眠専門家による）手動採点ヒプノグラムと併せた夜通しの睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）記録による睡眠の仕組み及び特定の睡眠関連の問題の発生の解析が知られている。

この解析は、特定の被験者ごとに個別調整されていない固定スペクトル境界に基づいて実行される。

[03] したがって、本開示の１つ又は複数の態様は、被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するように構成されたシステムに関する。このシステムは、１つ若しくは複数のセンサ、１つ若しくは複数の物理コンピュータプロセッサ、並びに／又は他の構成要素を備える。１つ又は複数のセンサは、被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成するように構成されている。１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、コンピュータ可読命令によって、個々の時間エポックにおいて出力信号により伝達された情報を周波数領域に変換することと、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定することと、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を集めることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定することと、集合周波数に基づいて、被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定することと、決定されたスペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の被験者の睡眠段階を決定することと、を行うように構成されている。

[04] 本開示の別の態様は、決定システムによって被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定する方法に関する。決定システムは、１つ若しくは複数のセンサ、１つ若しくは複数の物理コンピュータプロセッサ、並びに／又は他の構成要素を備える。この方法は、１つ又は複数のセンサにより、被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成するステップと、１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、個々の時間エポックにおいて出力信号により伝達された情報を周波数領域に変換するステップと、１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定するステップと、１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を集めることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定するステップと、１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、集合周波数に基づいて、被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するステップと、１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、決定したスペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の被験者の睡眠段階を決定するステップと、を含む。

[05] 本開示のさらに別の態様は、被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するように構成されたシステムに関する。このシステムは、被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成する手段と、個々の時間エポックにおいて出力信号により伝達された情報を周波数領域に変換する手段と、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定する手段と、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を集めることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定する手段と、集合周波数に基づいて、被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定する手段と、決定されたスペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の被験者の睡眠段階を決定する手段と、を備える。

[06] 本開示の上記及び他の目的、特徴、及び特性のほか、関連する構造要素の動作方法及び機能並びに製造部品及び費用の組み合わせについては、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照した以下の説明及び添付の特許請求の範囲の考慮によって、より明らかとなるであろう。種々図中において、対応する部品には同じ参照番号を付している。ただし、図面は、図示及び説明を目的としているに過ぎず、本開示の境界の規定を意図したものではないことが明確に了解されるものとする。

[07] 被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するように構成されたシステムを示した図である。 [08] 周波数の関数として平均正規化パワースペクトル密度をプロットした図である。 [09] 線形回帰モデルを用いて個々の被験者に決定された高周波数帯のスペクトル境界の一例を示した図である。 [10] 決定システムによって被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定する方法を示した図である。

[11] 本明細書において、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という単数形には、文脈上別段の明確な指示がない限り、複数形の参照を含む。本明細書において、２つ以上の部品又は構成要素が「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」されている旨の記述は、これらの部品が直接的又は間接的な（すなわち、連結が生じる限り、１つ又は複数の中間部品又は構成要素を介した）接合又は一体動作を行うことを意味するものとする。本明細書において、「直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、２つの要素が互いに直接接触していることを意味する。本明細書において、「固定結合（ｆｉｘｅｄｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」又は「固定（ｆｉｘｅｄ）」は、２つの構成要素が互いに一定の配向を維持しつつ、一体として移動するように結合されていることを意味する。

[12] 本明細書において、単語「単一（ｕｎｉｔａｒｙ）」は、構成要素が単一の構成部品又はユニットとして形成されていることを意味する。すなわち、別個に形成された後にユニットとして一体結合された構成部品を含む構成要素は、「単一（ｕｎｉｔａｒｙ）」の構成要素又は本体ではない。本明細書において、２つ以上の部品又は構成要素が互いに「係合（ｅｎｇａｇｅ）」している旨の記述は、これらの部品が直接的又は１つ若しくは複数の中間部品若しくは構成要素を介して互いに力を及ぼし合っていることを意味するものとする。本明細書において、用語「数（ｎｕｍｂｅｒ）」は、１又は２以上の整数（すなわち、複数）を意味するものとする。

[13] 例えば上部、底部、左、右、上、下、前、後、及びこれらの派生語等、本明細書で使用している方向表現は、これらに限らず、図面に示す要素の配向に関連しており、明確な記述のない限り、特許請求の範囲を制限するものではない。

[14] 図１は、被験者１２の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するように構成されたシステム１０を示している。被験者１２の呼吸活動と関連するスペクトル境界及び／又は他の情報は、睡眠段階分類に用いられるようになっていてもよい。これは、睡眠及び覚醒時に変動する自律神経活動（ＡＮＡ）及び呼吸制御と呼吸活動が関連付けられているためである。睡眠段階分類に用いられる呼吸活動と関連する情報は、例えば被験者１２による呼吸努力の（例えば、スペクトル境界を用いた）スペクトル解析に基づいて決定されるようになっていてもよい。スペクトル解析には、被験者１２からの呼吸信号の（決定されたスペクトル境界に囲まれた）様々な周波数帯（極低周波数（ＶＬＦ）帯、低周波数（ＬＦ）帯、及び高周波数（ＨＦ）帯を含む）におけるスペクトルパワーの決定及び／若しくは解析並びに／又は他の解析を含んでいてもよい。システム１０により決定された被験者１２専用のスペクトル境界によれば、被験者１２固有ではない静的な固定スペクトル境界に基づく睡眠段階分類に対して高い精度での分類を容易化可能である。いくつかの実施態様において、システム１０は、センサ１６、プロセッサ２０、電子的ストレージ２２、ユーザインターフェース２４、及び／又は他の構成要素のうちの１つ又は複数を備える。

[15] センサ１６は、被験者１２の呼吸活動、被験者１２の心臓活動、被験者１２の移動と関連する情報、及び／又は他の情報を伝達する出力信号を生成するように構成されている。被験者１２の呼吸活動、心臓活動、及び／又は移動は、被験者１２の呼吸努力及び／又は被験者１２の他の特性に対応していてもよい。被験者１２の呼吸活動、心臓活動、及び／又は移動は、被験者１２の睡眠段階及び／又は被験者１２の他の特性に対応していてもよい。被験者１２の睡眠段階は、急速眼球運動（ＲＥＭ）睡眠、非急速眼球運動（ＮＲＥＭ）睡眠、及び／又は他の睡眠と関連付けられていてもよい。センサ１６は、このようなパラメータを直接及び／又は間接的に測定する１つ又は複数のセンサを含んでいてもよい。例えば、１つ又は複数のセンサ１６は、被験者１２の心拍（例えば、センサ１６は、被験者１２の胸部に位置付けられた心拍センサであること、被験者１２の手首のブレスレットとしての構成、及び／又は被験者１２の別の肢部への位置付けが可能である）、被験者１２の移動（例えば、センサ１６は、アクティグラフ信号を用いて睡眠を解析できるように加速度計を備えた被験者１２の手首及び／又は足首周りのブレスレットを含んでいてもよい）、被験者１２の呼吸、及び／又は被験者１２の他の特性に基づいて出力を生成するようにしてもよい。いくつかの実施形態においては、例えば胸部ベルト及び／若しくは鼻カニューレを用いた呼吸信号の直接測定並びに／又は例えば手首に装着したセンサ機器で容易に測定可能なフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号及び／若しくは心拍等の他の信号からの呼吸信号の導出が可能である。センサ１６は、被験者１２の近くの一カ所に示しているが、何ら限定を意図したものではない。センサ１６には、例えばユーザインターフェース２４内（又は、連通）、被験者１２の衣服との（取り外し可能な）結合、被験者１２による（例えば、ヘッドバンド、リストバンド等としての）着用、被験者１２の睡眠時の被験者１２を指す位置決め（例えば、被験者１２の移動と関連する出力信号を伝達するカメラ）、及び／又は他の位置等、複数の位置に配設されたセンサを含んでいてもよい。

[16] いくつかの実施形態において、センサ１６は、被験者１２からの心臓、呼吸、移動、及び／又は他の（例えば、呼吸努力）信号の振幅及び／又はパワーと関連する情報を伝達する出力信号を生成するように構成されていてもよい。出力信号は、時間の関数として、心臓、呼吸、及び／又は移動信号波の振幅及び／又はパワーとともに変動するようになっていてもよい。いくつかの実施形態において、センサ１６は、被験者１２の睡眠時間の特定の心臓、呼吸、及び／又は移動波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成するように構成されている。この特定の心臓、呼吸、及び／又は移動波振幅測定基準は、例えば被験者１２からの心臓、呼吸、移動、及び／若しくは他の（例えば、呼吸努力）信号のパワースペクトル密度及び／若しくは他の測定基準であること並びに／又は含むことが可能である。

[17] プロセッサ２０は、システム１０における情報処理能力を提供するように構成されている。このため、プロセッサ２０は、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように設計されたデジタル回路、情報を処理するように設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は情報を電子的に処理する他の機構のうちの１つ又は複数を備えていてもよい。図１においては、プロセッサ２０を単一の実体として示しているが、これは図示を目的としているに過ぎない。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、複数の処理ユニットを備えていてもよい。これらの処理ユニットは、同じ機器内に物理的に位置付けられていてもよい。或いは、プロセッサ２０は、協調動作する複数の機器の処理機能を表していてもよい。

[18] 図１に示すように、プロセッサ２０は、１つ又は複数のコンピュータプログラムコンポーネントを実行するように構成されている。１つ又は複数のコンピュータプログラムコンポーネントには、呼吸活動コンポーネント３０、周波数コンポーネント３２、スペクトル境界コンポーネント３４、睡眠段階コンポーネント３６、及び／又は他のコンポーネントのうちの１つ又は複数を含んでいてもよい。プロセッサ２０は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェア、及び／若しくはファームウェアの何らかの組み合わせ、並びに／又は処理能力をプロセッサ２０上で構成する他の機構によって、コンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６を実行するように構成されていてもよい。

[19] 当然のことながら、図１においては、単一の処理ユニット内に併せて位置付けられたものとしてコンポーネント３０、３２、３４、及び３６を示しているが、プロセッサ２０が複数の処理ユニットを備える実施形態においては、コンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６のうちの１つ又は複数がその他のコンポーネントから遠隔に位置付けられていてもよい。以下に記載の様々なコンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６が提供する機能の記述は、説明を目的としており、何ら限定を意図したものではなく、コンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６はいずれも、提供する機能が記述より多くてもよいし、少なくてもよい。例えば、コンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６のうちの１つ又は複数が除去されてもよく、その機能の一部又は全部が他のコンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６により提供されるようになっていてもよい。別の例として、プロセッサ２０は、以下においてコンポーネント３０、３２、３４、及び／又は３６のうちの１つによる機能の一部又は全部を実行可能な１つ又は複数の別のコンポーネントを実行するように構成されていてもよい。

[20] いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、センサ１６からの出力信号（例えば、呼吸努力信号）の低域通過フィルタリング（例えば、カットオフ周波数がおよそ０．７Ｈｚの１０次バターワースフィルタ）と、その後の正規化（例えば、睡眠時間全体にわたって推定された中央ピーク−トラフ振幅の減算による信号基準値の除去による）を容易化するように構成されている。そして、呼吸活動コンポーネント３０は、フィルタリング及び／又は正規化した出力信号により伝達された情報を周波数領域に変換するように構成されている。呼吸活動コンポーネント３０は、情報の個々の時間エポックに対応する信号セグメントへと出力信号を分離するように構成されている。個々の時間エポックの長さは、呼吸活動コンポーネント３０による決定、製造時の決定、及び／又は他の方法による決定が可能である。いくつかの実施形態においては、個々の時間エポックの長さがおよそ３０秒であってもよい。いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、エポックごとに出力信号（又は、その何らかの派生物）を周波数領域に変換して、変換信号セグメントを作成するように構成されている。いくつかの実施形態において、変換信号セグメントの作成には、フーリエ変換、高速フーリエ変換、又は個々の時間エポックに対応する出力信号（又は、その派生物）のセグメントに対するその他何らかの変換の実行を含んでいてもよい。

[21] いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、変換信号セグメントに基づいて、１つ又は複数の呼吸（努力）波振幅測定基準を決定するように構成されている。呼吸（努力、心臓、及び／又は移動等）波振幅は、呼吸波パワーを示していてもよい。いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、パワースペクトル密度及び／又は他の測定基準等の呼吸波振幅測定基準を決定するように構成されている。パワースペクトル密度は、周波数領域における呼吸波信号の強度の分布の様子を表している。パワースペクトル密度は、単位周波数当たりの周波数が波に寄与するパワーを表している。パワースペクトル密度は、周波数の関数としての波の特性の不一致率を表している。所与の周波数帯でのパワースペクトル密度の積分は、例えば当該周波数帯の信号の平均パワーを与える。いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、パワースペクトル密度、平均パワースペクトル密度、平均正規化パワースペクトル密度、及び／又は他の測定基準等の呼吸波振幅測定基準を決定するように構成されている。このような決定は、個々の変換信号セグメントに対応する個々の時間エポックについて、（例えば、セグメント当たりに）行われるようになっていてもよい。

[22] いくつかの実施形態においては、個々の変換（呼吸努力）信号セグメントにおいて、ＶＬＦ、ＬＦ、及びＨＦ帯内のスペクトルパワーの対数のほか、ＬＦ及びＨＦ帯スペクトルパワーの比、並びに／又は他の情報が呼吸活動コンポーネント３０によって決定されるようになっていてもよい。個々の帯域のパワースペクトル密度は、ＬＦ及びＨＦ帯の総スペクトルパワーで個々の帯域のパワースペクトル密度を除算することにより正規化可能である。いくつかの実施形態において、呼吸活動コンポーネント３０は、３０秒間のパワースペクトル密度エポックの周波数領域への変換、３０秒間のパワースペクトル密度エポックの正規化、正規化した３０秒間のパワースペクトル密度エポックの平均化、及び／又は他の手法での出力信号の解析を行うように構成されている。

[23] 非限定的な一例として、図２は、（例えば）個々の３０秒間のエポック（例えば、個々の変換信号セグメント）について、周波数２０４の関数（例えば、周波数領域における）としての平均正規化パワースペクトル密度２０２のプロット２００を示している。図２は、従来の固定境界位置におけるＶＬＦ帯２０６、ＬＦ帯２０８、及びＨＦ帯２１０を示している（例えば、ＶＬＦは通常、０．０１〜０．０５Ｈｚと考えられ、ＬＦは通常、０．０５〜０．１５Ｈｚと考えられ、ＨＦは通常、０．１５〜０．５Ｈｚと考えられる）。図２は、睡眠エポック２１２及び覚醒エポック２１４の正規化パワースペクトル密度を示している。以下に記載の通り、被験者１２に関して決定されたスペクトル境界は、覚醒エポック２１４及び睡眠エポック２１２の平均正規化パワースペクトル密度が互いに入れ替わる位置２１６、２１８に対応している。被験者１２に関して決定された位置２１６及び２１８に対応する周波数は、ＨＦ帯の従来の固定境界周波数と同じではない（このため、ＨＦ帯の従来の固定境界周波数の代わりに、位置２１６及び２１８に対応するスペクトル境界に基づいて睡眠段階を決定すると、被験者１２の睡眠段階がより正確に決定される）。

[24] 周波数コンポーネント３２（図１）は、個々の時間エポック内（例えば、個々の変換信号セグメント内）の呼吸（努力）波振幅測定基準ピーク（例えば、平均正規化パワースペクトル密度ピーク）の個々の周波数を決定するように構成されている。例えば、図２において、周波数コンポーネント３２は、図２に示す変換信号セグメントの（例えば）３０秒間のエポックについて、ピーク２２０の周波数（例えば、およそ２６Ｈｚ）を決定するように構成されている。周波数コンポーネント３２は、個々の時間エポック内の呼吸波測定基準ピーク（例えば、ピーク２２０）の個々の周波数を集める（例えば、複数の類似エポック／変換信号セグメントを図２に示す１つにする）ことにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定するように構成されている。本明細書において、集合ピーク周波数は、複数の変換信号セグメントの呼吸波振幅測定基準のピーク周波数値の考慮及び／又は組み合わせにより決定された周波数の値を表す。例えば、集合ピーク周波数は、複数の変換信号要素のピーク周波数の平均化、複数の変換信号要素の１つ若しくは複数の特性の総計、複数の変換信号要素の図式重畳とピーク周波数の視覚的及び／若しくは図式的決定、並びに／又は他の方法のうちの１つ又は複数によって決定されるようになっていてもよい。いくつかの実施形態において、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定することには、個々の時間エポックによる平均正規化パワースペクトル密度ピーク（例えば、図２のピーク２２０）の周波数を平均化することを含む。いくつかの実施形態において、睡眠時間における個々の３０秒間の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの平均周波数は、睡眠時間の被験者１２の平均呼吸周波数ωである。いくつかの実施形態において、周波数コンポーネント３２（図１）は、従来のＬＦ及びＨＦ帯（例えば、０．０１〜０．５Ｈｚ）内のパワースペクトル密度ピーク（例えば、ピーク２２０）のみを決定するように構成されている。健常者の呼吸周波数は通常、この範囲内だからである。

[25] スペクトル境界コンポーネント３４（図１）は、被験者１２の（例えば、図２の位置２１６及び２１８の周波数に対応する）スペクトル境界を決定するように構成されている。スペクトル境界は、被験者１２の様々な警戒レベル（例えば、様々な睡眠段階）に対応していてもよい。例えば、スペクトル境界は、浅いＲＥＭ睡眠、深いＮＲＥＭ睡眠、及び／又は他の睡眠段階等の睡眠段階の規定、記述、及び／又は関わりが可能である。

[26] スペクトル境界（Ｂ）は、周波数コンポーネント３２によって決定された集合周波数（ω）及び／又は他の情報に基づいて決定される。いくつかの実施形態において、スペクトル境界コンポーネント３４（図１）は、（例えば、図２の位置２１８及び２１６の周波数に対応する）被験者１２（図１）のＨＦ帯の上側（Ｂ^ｕ _ＨＦ）及び下側（Ｂ^ｌ _ＨＦ）スペクトル境界２９０、２９２を決定するように構成されている。ＨＦ帯の下側スペクトル境界２９０は、ＬＦ帯の上側スペクトル境界（Ｂ^ｕ _ＬＦ）と同じであってもよい。スペクトル境界コンポーネント３４は、ＶＬＦ帯の上側及び下側境界２７０、２７２が０．０１〜０．０５Ｈｚに固定されたままとなるように構成されている（これは、ＬＦ帯の下側境界Ｂ^ｌ _ＬＦも０．０５Ｈｚであることを意味する）。いくつかの実施形態において、被験者１２のＨＦ帯の上側（Ｂ^ｕ _ＨＦ）及び下側（Ｂ^ｌ _ＨＦ）スペクトル境界は、以下の式による線形回帰及び回帰係数を用いることにより、被験者１２の集合（呼吸）周波数ωに基づいて決定される。
Ｂ＝ａω＋ｂ
ここで、Ｂは被験者１２の個々の境界（例えば、Ｂ＝Ｂ^ｕ _ＨＦ又はＢ＝Ｂ^ｌ _ＨＦ）、ωは周波数コンポーネント３２により決定された集合（平均呼吸）周波数、ａ及びｂは回帰係数（例えば、傾き及び切片）である。回帰係数ａ及びｂは、Ｂ^ｕ _ＨＦの決定に際して用いられる上側回帰係数ａ^ｕ及びｂ^ｕ並びにＢ^ｌ _ＨＦの決定に際して用いられる下側回帰係数ａ^ｌ及びｂ^ｌを含んでいてもよい。非限定的な一例として、式Ｂ^ｕ _ＨＦ＝ａ^ｕω＋ｂ^ｕは、被験者１２のＨＦ帯の上側境界の決定に用いられ、式Ｂ^ｌ _ＨＦ＝ａ^ｌω＋ｂ^ｌは、被験者１２のＨＦ帯の下側境界の決定に用いられるようになっていてもよい。回帰係数ａ及びｂは、多くのユーザから得られた睡眠情報に基づいて、スペクトル境界コンポーネント３４により決定される。これら２つの回帰係数ａ及びｂは、以下の式に基づき、最小二乗推定（ＬＳＥ）法、最尤推定（ＭＳＥ）、及び／又は他の方法等、１つ又は複数の方法を用いて決定される。

ここで、Ｂ_ｉ＝｛Ｂ_１，Ｂ_２，・・・，Ｂ_ｉ，・・・，Ｂ_ｎ｝（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は、多くの被験者におけるｎ人の異なる被験者から過去に決定された境界の集合であり、ω＝｛ω_１，ω_２，・・・，ω_ｉ，・・・，ω_ｎ｝（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は、ｎ人の被験者から過去に決定された（例えば、母集団の個々の被験者について、上述の通り被験者１２に決定された）対応する平均呼吸周波数である。非限定的な一例として、上側回帰係数ａ^ｕ及びｂ^ｕは、被験者母集団の個々の被験者について過去に決定された上側境界（例えば、Ｂ^ｕ _ＨＦ）に基づいて決定されるようになっていてもよく、下側回帰係数ａ^ｌ及びｂ^ｌは、被験者母集団の個々の被験者について過去に決定された下側境界（例えば、Ｂ^ｌ _ＨＦ）に基づいて決定されるようになっていてもよい。いくつかの実施形態において、被験者母集団の過去に決定された情報は、システム１０の製造時のプログラミング、電子的ストレージ２２及び／若しくは他の位置での格納とスペクトル境界コンポーネント３４による取得、ユーザインターフェース２４を介した（例えば、被験者１２、医師、介護人、及び／若しくは他のユーザによる）入力及び／若しくは選択、並びに／又は他の手法での決定が可能である。

[27] 睡眠段階コンポーネント３６（図１）は、被験者１２の睡眠段階を決定するように構成されている。睡眠段階は、決定されたスペクトル境界（Ｂ^ｕ _ＨＦ及びＢ^ｌ _ＨＦ）を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピーク（ω）の集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポックについて決定される。いくつかの実施形態において、睡眠段階コンポーネント３４は、センサ１６からの出力信号、決定されたスペクトル境界、及び／又は他の情報に基づいて、睡眠段階を決定するように構成されている。例えば、図２は、従来の上側及び下側ＨＦ帯スペクトル境界２８０及び２８２並びに新たに被験者１２（図１）について具体的に決定された上側及び下側ＨＦ帯スペクトル境界２９０及び２９２を示している。被験者１２のＨＦ帯２９４は、従来のＨＦ帯２１０よりも狭い（２９６）。従来の固定された上側及び下側境界２８０及び２８２の代わりに、上側及び下側境界２９０及び２９２の位置に対応するスペクトル境界に基づいて睡眠段階を決定すると、被験者１２の睡眠段階がより正確に決定される。

[28] 図３は、上述の線形回帰モデルを用いて個々の被験者１２に決定されたＨＦ帯のスペクトル境界の一例を示している。図３は、集合（平均呼吸）周波数ωに基づいて、個々の被験者１２の境界を線形的に推定可能であることを示している。図３は、平均呼吸周波数３０４に対する決定された境界周波数３０２のプロット３００である。図３は、被験者１２のω及び対応する回帰係数３０８の関数としての上側ＨＦ帯境界の決定３０６のほか、被験者１２のω及び対応する回帰係数３１２の関数として決定された下側ＨＦ帯境界の決定３１０を示している。

[29] 図１に戻って、電子的ストレージ２２は、情報を電気的に格納する電子記憶媒体を備える。電子的ストレージ２２の電子記憶媒体は、システム１０と一体的（すなわち、実質的に取り外し不可能に）設けられたシステムストレージ並びに／又は例えばポート（例えば、ＵＳＢポート、ファイアワイヤポート等）若しくはドライブ（例えば、ディスクドライブ等）を介してシステム１０に取り外し可能に接続可能なリムーバブルストレージの一方又は両方を備えていてもよい。電子的ストレージ２２は、光学的可読記憶媒体（例えば、光ディスク等）、磁気的可読記憶媒体（例えば、磁気テープ、磁気ハードドライブ、フロッピードライブ等）、電荷ベースの記憶媒体（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等）、固体記憶媒体（例えば、フラッシュドライブ等）、及び／又は他の電子的可読記憶媒体のうちの１つ又は複数を備えていてもよい。電子的ストレージ２２は、ソフトウェアアルゴリズム、プロセッサ２０が決定した情報、ユーザインターフェース２４及び／若しくは外部コンピュータシステムを介して受信した情報、並びに／又はシステム１０の適正な機能を可能にする他の情報を格納していてもよい。電子的ストレージ２２は、（全部又は一部が）システム１０内の別個の構成要素であってもよいし、（全部又は一部が）システム１０の１つ又は複数の他の構成要素（例えば、プロセッサ２０）と一体的に設けられていてもよい。

[30] ユーザインターフェース２４は、システム１０と被験者１２及び／又は他のユーザとの間のインターフェースを提供するように構成されており、これにより、被験者１２及び／又は他のユーザは、システム１０に情報を提供するとともに、システム１０から情報を受けるようにしてもよい。これにより、ユーザ（例えば、被験者１２）とシステム１０のセンサ１６、プロセッサ２０、及び／又は他の構成要素の１つ又は複数との間で、データ、指示、結果、並びに／又は命令及びその他任意の伝達可能な項目（「情報」と総称する）を伝達可能である。例えば、ユーザインターフェース２４を介して、調整されたスペクトル境界が介護人に表示されるようになっていてもよい。

[31] ユーザインターフェース２４に具備するのに適したインターフェース機器の例としては、キーパッド、ボタン、スイッチ、キーボード、つまみ、レバー、表示画面、タッチスクリーン、スピーカ、マイク、指示灯、警報音、プリンタ、触覚フィードバック機器、及び／又は他のインターフェース機器が挙げられる。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース２４は、複数の別個のインターフェースを含む。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース２４は、システム１０のプロセッサ２０及び／又は他の構成要素と一体的に設けられた少なくとも１つのインターフェースを含む。

[32] 本開示により、有線又は無線に関わらず、ユーザインターフェース２４として他の伝達技術も考えられることが了解されるものとする。例えば、本開示では、電子的ストレージ２２が提供するリムーバブル記憶インターフェースとユーザインターフェース２４が一体化されていてもよいと考える。この例においては、ユーザによるシステム１０の実装のカスタマイズを可能にするリムーバブルストレージ（例えば、スマートカード、フラッシュドライブ、リムーバブルディスク等）から、情報がシステム１０にロードされるようになっていてもよい。ユーザインターフェース２４としてシステム１０と併用されるように構成された他の例示的な入力装置及び技術としては、ＲＳ−２３２ポート、ＲＦリンク、ＩＲリンク、モデム（電話、ケーブル等）が挙げられるが、これらに限定されない。要するに、本開示により、ユーザインターフェース２４としては、システム１０と情報をやり取りする任意の技術が考えられる。

[33] 図４は、決定システムによって被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定する方法４００を示している。決定システムは、１つ若しくは複数のセンサ、１つ若しくは複数の物理コンピュータプロセッサ、並びに／又は他の構成要素を備える。１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、コンピュータプログラムコンポーネントを実行するように構成されている。コンピュータプログラムコンポーネントには、呼吸活動コンポーネント、周波数コンポーネント、スペクトル境界コンポーネント、睡眠段階コンポーネント、及び／又は他のコンポーネントを含む。以下に示す方法４００の動作は、説明を意図したものである。いくつかの実施形態において、方法４００は、記載のない１つ若しくは複数の付加的な動作による実現並びに／又は記載の動作のうちの１つ若しくは複数がない状態での実現が可能である。また、図４において図示するとともに以下に説明する方法４００の動作の順序は、何ら限定を意図したものではない。

[34] いくつかの実施形態において、方法４００は、１つ又は複数の処理装置（例えば、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するように設計されたデジタル回路、情報を処理するように設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は情報を電子的に処理する他の機構）において実装されていてもよい。１つ又は複数の処理装置としては、電子記憶媒体に電子的に格納された命令に応答して方法４００の動作の一部又は全部を実行する１つ又は複数の装置が挙げられる。１つ又は複数の処理装置としては、ハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアによって、方法４００の動作のうちの１つ又は複数を実行するように具体的に設計されるように構成された１つ又は複数の装置が挙げられる。

[35] 動作４０２においては、呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成する。いくつかの実施形態において、呼吸波振幅測定基準は、パワースペクトル密度である。いくつかの実施形態において、動作４０２は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）センサ１６と同一又は類似の１つ又は複数のセンサによって実行される。

[36] 動作４０４においては、個々の時間エポックにおいて出力信号により伝達された情報を周波数領域に変換する。いくつかの実施形態において、動作４０４は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）呼吸活動コンポーネント３０と同一又は類似のプロセッサコンポーネントによって実行される。

[37] 動作４０６においては、個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定する。いくつかの実施形態において、動作４０６は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）周波数コンポーネント３２と同一又は類似のプロセッサコンポーネントによって実行される。

[38] 動作４０８においては、個々の時間エポック内の呼吸波測定基準ピークの個々の周波数を集めることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定する。いくつかの実施形態において、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定することには、個々の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの周波数を平均化することを含む。いくつかの実施形態において、睡眠時間における個々の３０秒間の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの平均周波数は、被験者の平均呼吸周波数である。いくつかの実施形態において、動作４０８は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）周波数コンポーネント３２と同一又は類似のプロセッサコンポーネントによって実行される。

[39] 動作４１０においては、スペクトル境界を決定する。スペクトル境界は、集合周波数に基づいて決定される。いくつかの実施形態において、スペクトル境界は、線形回帰を用いることにより、平均呼吸周波数に基づいて決定される。いくつかの実施形態において、動作４１０は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）スペクトル境界コンポーネント３４と同一又は類似のプロセッサコンポーネントによって実行される。

[40] 動作４１２においては、被験者の睡眠段階を決定する。睡眠段階は、決定したスペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポックにおいて決定される。いくつかの実施形態において、動作４１２は、（図１に示すとともに本明細書に記載の）睡眠段階コンポーネント３６と同一又は類似のプロセッサコンポーネントによって実行される。

[41] 特許請求の範囲においては、括弧内の如何なる参照記号も特許請求の範囲を制限するとは解釈されないものとする。単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又は「具備する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、請求項に記載以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。複数の手段を列挙した装置の請求項においては、これら手段のうちの複数が１つの同じハードウェア部品により具現化されていてもよい。要素の前の単語「ａ」又は「ａｎ」は、複数のこのような要素の存在を除外するものではない。複数の手段を列挙した如何なる装置の請求項においても、これら手段のうちの複数が１つの同じハードウェア部品により具現化されていてもよい。相互に異なる従属請求項に特定の要素が列挙されているという事実だけでは、これらの要素を組み合わせて使用できない、ということにならない。

[42] 上記説明は、最も実用的で好適な実施形態と現在考えられるものに基づいて、説明を目的とした詳細を提供しているが、このような詳細は、説明を目的としているに過ぎず、本開示が明確に開示された実施形態に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲の主旨及び範囲内の改良及び同等構成を網羅することを意図したものであることが了解されるものとする。例えば、本開示では、可能な限り、任意の実施形態の１つ又は複数の特徴をその他任意の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わせ可能と考えることが了解されるものとする。

Claims (15)

1. 被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するシステムであって、前記システムは、
   前記被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成する１つ又は複数のセンサと、
   コンピュータ可読命令によって、
   個々の時間エポックにおいて前記出力信号により伝達された前記情報を周波数領域に変換することと、
   前記個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定することと、
   前記個々の時間エポック内の前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記個々の周波数を集めることにより、前記呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定することと、
   前記集合周波数に基づいて、前記被験者の睡眠段階分類の前記スペクトル境界を決定することと、
   決定された前記スペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の前記被験者の睡眠段階を決定することと、
   を行う１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサと、
   を備えた、システム。
2. 前記１つ又は複数のセンサ及び前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、前記呼吸波振幅測定基準がパワースペクトル密度であるように構成された、請求項１に記載のシステム。
3. 前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数を決定することが前記個々の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの周波数を平均化することを含むように構成された、請求項２に記載のシステム。
4. 前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、前記睡眠時間における個々の３０秒間の時間エポックによる前記パワースペクトル密度ピークの平均周波数が前記被験者の平均呼吸周波数であるように構成された、請求項３に記載のシステム。
5. 前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサは、前記スペクトル境界が線形回帰を用いることにより前記平均呼吸周波数に基づいて決定されるように構成された、請求項４に記載のシステム。
6. 決定システムによって被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定する方法であり、前記決定システムが１つ又は複数のセンサ及び１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサを備えた、方法であって、前記方法は、
   前記１つ又は複数のセンサにより、前記被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成するステップと、
   前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、個々の時間エポックにおいて前記出力信号により伝達された前記情報を周波数領域に変換するステップと、
   前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、前記個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定するステップと、
   前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、前記個々の時間エポック内の前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記個々の周波数を集めることにより、前記呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定するステップと、
   前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、前記集合周波数に基づいて、前記被験者の睡眠段階分類の前記スペクトル境界を決定するステップと、
   前記１つ又は複数の物理コンピュータプロセッサにより、決定した前記スペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の前記被験者の睡眠段階を決定するステップと、
   を含む、方法。
7. 前記呼吸波振幅測定基準が、パワースペクトル密度である、請求項６に記載の方法。
8. 前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数を決定するステップが、前記個々の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの周波数を平均化するステップを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記睡眠時間における個々の３０秒間の時間エポックによる前記パワースペクトル密度ピークの平均周波数が、前記被験者の平均呼吸周波数である、請求項８に記載の方法。
10. 前記スペクトル境界が、線形回帰を用いることにより前記平均呼吸周波数に基づいて決定される、請求項９に記載の方法。
11. 被験者の睡眠段階分類のスペクトル境界を決定するシステムであって、前記システムは、
    前記被験者の睡眠時間の呼吸波振幅測定基準と関連する情報を伝達する出力信号を生成する手段と、
    個々の時間エポックにおいて前記出力信号により伝達された前記情報を周波数領域に変換する手段と、
    前記個々の時間エポック内の呼吸波振幅測定基準ピークの個々の周波数を決定する手段と、
    前記個々の時間エポック内の前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記個々の周波数を集めることにより、前記呼吸波振幅測定基準ピークの集合周波数を決定する手段と、
    前記集合周波数に基づいて、前記被験者の睡眠段階分類の前記スペクトル境界を決定する手段と、
    決定された前記スペクトル境界を用いることにより、呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数の関数として、後続の睡眠時間における個々の時間エポック中の前記被験者の睡眠段階を決定する手段と、
    を備えた、システム。
12. 前記呼吸波振幅測定基準が、パワースペクトル密度である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記集合周波数を決定する手段は、前記呼吸波振幅測定基準ピークの前記集合周波数を決定することが前記個々の時間エポックによるパワースペクトル密度ピークの周波数を平均化することを含むように構成された、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記集合周波数を決定する手段は、前記睡眠時間における個々の３０秒間の時間エポックによる前記パワースペクトル密度ピークの平均周波数が前記被験者の平均呼吸周波数であるように構成された、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記スペクトル境界を決定する手段は、前記スペクトル境界が線形回帰を用いることにより前記平均呼吸周波数に基づいて決定されるように構成された、請求項１４に記載のシステム。

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