JP2718302B2 - Sleep state determination device - Google Patents

Sleep state determination device

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JP2718302B2
JP2718302B2 JP3258973A JP25897391A JP2718302B2 JP 2718302 B2 JP2718302 B2 JP 2718302B2 JP 3258973 A JP3258973 A JP 3258973A JP 25897391 A JP25897391 A JP 25897391A JP 2718302 B2 JP2718302 B2 JP 2718302B2
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detecting
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弘之 荻野
一成 西井
祥浩 石嵜
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Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、睡眠状態を判定する睡
眠状態判定手段に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sleep state determining means for determining a sleep state.

【0002】[0002]

【従来の技術】発明者らは、先に就寝者の体動を検出し
て非接触で睡眠状態を検出する睡眠状態判定装置を考案
した。図12にそのブロック図を示す。寝具に配設した
可とう性を有した圧電素子1の出力信号をフィルタ2、
増幅手段3、平滑化手段4、比較手段5により処理して
就寝者の体動を検出し、入眠判定手段6により体動の静
止状態がある一定時間以上継続すると入眠状態であると
の判定を行うものである。これにより睡眠状態を簡単に
かつ低コストで検出できるので、寝室の環境制御や居眠
り防止等の製品分野への応用が可能となった。
2. Description of the Related Art The inventor of the present invention has devised a sleep state determining apparatus for detecting a sleep state of a sleeping person by detecting a body motion of the sleeping person. FIG. 12 shows a block diagram thereof. The output signal of the flexible piezoelectric element 1 disposed on the bedding is
The amplifying unit 3, the smoothing unit 4, and the comparing unit 5 perform processing to detect the body movement of the sleeping person, and the sleep judging unit 6 determines that the sleep state is established when the body motion is in a rest state for a certain period of time or longer. Is what you do. As a result, the sleep state can be easily and inexpensively detected, so that it is possible to apply the present invention to product fields such as environmental control of a bedroom and prevention of falling asleep.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術の睡眠状態検出装置では、「入眠状態(睡眠段階での
段階2〜4)に到達した」という判定は可能であるが、
「現時点での睡眠の深さがどのレベルにあるか」といっ
た点では判定はできないという課題があった。この理由
は体動データにより睡眠の深さを判定する場合、例えば
単位時間当りの体動発生頻度に応じて睡眠の深さを割り
当てるといった方法が考えられるが、体動のもつ個体間
変動と個人内変動のために上記のような単純な考え方で
は精度よく睡眠状態を判定することができないからであ
る。
However, the sleep state detecting device of the above technology can determine that "the state of sleep has been reached (stages 2 to 4 in the sleep stage)".
There is a problem that determination cannot be made in terms of "at what level the current depth of sleep is". The reason for this is that, when judging the depth of sleep from body motion data, for example, a method of allocating the depth of sleep according to the frequency of occurrence of body motion per unit time can be considered. This is because the sleep state cannot be accurately determined by the above simple concept due to internal fluctuation.

【0004】そこで本発明は、就寝中の体動データを入
力とした神経回路網模式手段による多次元情報処理によ
り睡眠状態を推定することを第1の目的とする。
Accordingly, a first object of the present invention is to estimate a sleep state by multidimensional information processing by means of a neural network model using body motion data during sleep.

【0005】第2,第3の目的は体動に関する入力情報
を適宜加工・選択することにより、睡眠状態の推定の精
度を向上させることである。
A second and third object is to improve the accuracy of sleep state estimation by appropriately processing and selecting input information relating to body movement.

【0006】さらに第4〜第12の目的は、それぞれ就
寝中の体動データのみならず他の現実に検出可能な物理
量すなわち、室温、室内湿度、室内気流速度、寝床内温
度、寝床内湿度、照度、騒音レベル、皮膚温、心拍数を
学習のための入力情報と睡眠状態の推定のための入力情
報とすることにより、睡眠状態の推定の精度を更に向上
させることである。
Fourth to twelfth objects are not only body movement data during bedtime but also other physical quantities that can be actually detected, that is, room temperature, room humidity, room air velocity, bed temperature, bed humidity, By using the illuminance, the noise level, the skin temperature, and the heart rate as input information for learning and input information for estimating a sleep state, the accuracy of sleep state estimation is further improved.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記第1の目的
を達成するために、人体の体動を検出する体動検出手段
と、前記体動検出手段の出力に基づき前記人体の睡眠状
態を推定する睡眠状態推定手段とからなり、睡眠状態推
定手段は、複数の神経素子より構成される層が多数組み
合わされた階層型神経回路網を模した手法により獲得さ
れた睡眠状態を推定する固定された神経回路網の複数の
結合重み係数を内部に持つ神経回路網模式手段からな
る。
In order to achieve the first object, the present invention provides a body movement detecting means for detecting a body movement of a human body, and a sleep state of the human body based on an output of the body movement detecting means. Sleep state estimating means, and the sleep state estimating means estimates a sleep state obtained by a method simulating a hierarchical neural network in which a plurality of layers composed of a plurality of neural elements are combined. And a neural network model having a plurality of connection weight coefficients of the neural network.

【0008】また、本発明は上記第2の目的を達成する
ために、体動検出手段の出力に基づきある時点において
それ以前に体動が生起した時点からの経過時間を演算す
る第1の演算手段と、前記第1の演算手段の出力を記憶
する記憶手段とを有し、前記記憶手段の出力を入力情報
として睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる。
Further, in order to achieve the second object, the present invention provides a first operation for calculating an elapsed time from a point in time when a body movement occurred before a certain point in time based on an output of a body movement detecting means. Means and a storage means for storing the output of the first arithmetic means, and comprising a sleep state estimating means for estimating a sleep state using the output of the storage means as input information.

【0009】また、本発明は上記第3の目的を達成する
ために、体動検出手段の出力に基づき単位時間内の体動
の発生頻度を演算する第2の演算手段と、前記演算手段
の出力を記憶する記憶手段とを有し、前記記憶手段の出
力を入力情報として睡眠状態を推定する睡眠状態推定手
段からなる。
In order to achieve the third object, the present invention further comprises a second calculating means for calculating a frequency of occurrence of a body movement within a unit time based on an output of the body movement detecting means; And a sleep state estimating means for estimating a sleep state using the output of the storage means as input information.

【0010】また、本発明は上記第4の目的を達成する
ために、室温を検出する室温センサーを有し、体動検出
手段と前記室温センサー双方の出力に基づき睡眠状態を
推定する睡眠状態推定手段からなる。
In order to achieve the fourth object, the present invention has a room temperature sensor for detecting a room temperature, and a sleep state estimator for estimating a sleep state based on outputs of both a body movement detecting means and the room temperature sensor. Consisting of means.

【0011】また、本発明は上記第5の目的を達成する
ために、室内湿度を検出する室内湿度センサーを有し、
体動検出手段と前記室内湿度センサー双方の出力に基づ
き睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる。
In order to achieve the fifth object, the present invention has an indoor humidity sensor for detecting indoor humidity,
It comprises sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both a body motion detecting means and the indoor humidity sensor.

【0012】また、本発明は上記第6の目的を達成する
ために、室内の気流速度を検出する室内気流センサーを
有し、体動検出手段と前記室内気流センサー双方の出力
に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からな
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided an indoor airflow sensor for detecting an airflow velocity in a room, and a sleep state is detected based on outputs from both a body movement detecting means and the indoor airflow sensor. It comprises sleep state estimating means for estimating.

【0013】また、本発明は上記第7の目的を達成する
ために、寝床内の温度を検出する寝床内温度センサーを
有し、体動検出手段と前記寝床内温度センサー双方の出
力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からな
る。
In order to achieve the seventh object, the present invention has a bed temperature sensor for detecting the temperature in the bed, and sleeps based on the outputs of both the body movement detecting means and the bed temperature sensor. It comprises sleep state estimation means for estimating the state.

【0014】また、本発明は上記第8の目的を達成する
ために、寝床内の湿度を検出する寝床内湿度センサーを
有し、体動検出手段と前記寝床内湿度センサー双方の出
力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からな
る。
In order to achieve the eighth object, the present invention has a bed humidity sensor for detecting the humidity in the bed, and sleeps based on the outputs of both the body movement detecting means and the bed humidity sensor. It comprises sleep state estimation means for estimating the state.

【0015】また、本発明は上記第9の目的を達成する
ために、室内の照度を検出する照度センサーを有し、体
動検出手段と前記照度センサー双方の出力に基づき睡眠
状態を推定する睡眠状態推定手段からなる。
In order to achieve the ninth object, the present invention has an illuminance sensor for detecting illuminance in a room, and a sleep state for estimating a sleep state based on outputs of both a body movement detecting means and the illuminance sensor. It consists of state estimation means.

【0016】また、本発明は上記第10の目的を達成す
るために、室内の騒音レベルを検出する騒音センサーを
有し、体動検出手段と前記騒音センサー双方の出力に基
づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる。
Further, in order to achieve the tenth object, the present invention has a noise sensor for detecting a noise level in a room, and estimates a sleep state based on outputs of both a body movement detecting means and the noise sensor. It comprises sleep state estimation means.

【0017】また、本発明は上記第11の目的を達成す
るために、就寝者の皮膚温を検出する皮膚温センサー
と、体動検出手段と前記皮膚温センサー双方の出力に基
づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる。
Further, in order to achieve the eleventh object, the present invention provides a skin temperature sensor for detecting a skin temperature of a sleeping person, and a sleep state estimated based on outputs of both a body movement detecting means and the skin temperature sensor. Sleep state estimating means.

【0018】さらに、本発明は上記第12の目的を達成
するために、体動検出手段の出力に基づき心拍数を演算
する心拍数演算手段と、体動検出手段と前記心拍数演算
手段双方の出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推
定手段からなる。
Further, in order to achieve the twelfth object, the present invention provides a heart rate calculating means for calculating a heart rate based on the output of the body movement detecting means, It comprises sleep state estimating means for estimating a sleep state based on the output.

【0019】[0019]

【作用】本発明は上記構成によって、体動検出手段から
の体動データを睡眠状態推定手段に入力することによ
り、睡眠状態推定手段は、就寝者の睡眠状態を時々刻々
推定する。睡眠状態推定手段を構成する神経回路網模式
手段は、使用される睡眠環境下で既に学習された結合重
み係数を備えており、時々刻々の睡眠環境における就寝
者の睡眠状態を推定する。
According to the present invention, the sleep state estimating means estimates the sleep state of the sleeping person every moment by inputting the body movement data from the body movement detecting means to the sleep state estimating means. The neural network schematic means constituting the sleep state estimating means has a connection weight coefficient already learned in the sleep environment to be used, and estimates the sleep state of the sleeping person in the sleep environment every moment.

【0020】また体動検出手段からの体動データには、
睡眠状態を推定する上でいろいろな情報が含まれてお
り、体動静止時間や体動の発生頻度を睡眠状態推定手段
に入力している。
The body movement data from the body movement detecting means includes:
Various information is included in estimating the sleep state, and the body motion rest time and the occurrence frequency of the body motion are input to the sleep state estimating means.

【0021】さらに、それぞれ就寝中の体動データのみ
ならず他の現実に検出可能な物理量すなわち、室温、室
内湿度、室内気流速度、寝床内温度、寝床内湿度、照
度、騒音レベル、皮膚温及び心拍数を学習のための入力
情報により、睡眠状態を精度よく推定する。
Furthermore, not only the body movement data during bedtime but also other physical quantities that can be actually detected, that is, room temperature, indoor humidity, indoor air flow velocity, bed temperature, bed humidity, illuminance, noise level, skin temperature, The sleep state is accurately estimated based on the input information for learning the heart rate.

【0022】[0022]

【実施例】以下本発明の第1の実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図1は本実施例をベッド26に装着した
際の斜視図、図2はブロック図である。図1および図2
において、1は圧電素子、2はフィルター、3は増幅手
段、4は平滑化手段、5は比較手段で以上の構成で体動
を検出する。圧電素子1はポリフッ化ビニリデン(PV
DF)等の高分子圧電材料を薄膜状にし両面に可とう性
の電極膜を付着させテープ状に成形されたもので、図1
に示したようにマットレス27の表面に固定されてい
る。比較手段5は平滑化手段4の出力信号に応じて人体
の不在、在床、体動の各状態を判定し、各々の出力を行
なう3つの出力ポート(不在出力ポート5a、在床出力
ポート5b、体動出力ポート5c)を有する。7は比較
手段5からの信号に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態
推定手段で、神経回路網模式手段8、信号処理手段9、
記憶手段10を有する。11は比較手段5の出力により
計時を開始する計時手段、12は睡眠状態推定手段7に
より推定された結果を表示する表示手段である。フィル
ター2、増幅手段3、平滑化手段4、比較手段5、睡眠
状態推定手段7及び計時手段11はユニット13に内蔵
されている。圧電素子1とユニット13とはシールド線
14で接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view when the present embodiment is mounted on a bed 26, and FIG. 2 is a block diagram. 1 and 2
In the above, 1 is a piezoelectric element, 2 is a filter, 3 is an amplifying means, 4 is a smoothing means, and 5 is a comparing means, which detects body movement with the above configuration. The piezoelectric element 1 is made of polyvinylidene fluoride (PV
DF) and a thin film made of a high-molecular piezoelectric material, and a flexible electrode film is adhered to both sides to form a tape.
Is fixed to the surface of the mattress 27 as shown in FIG. The comparing means 5 determines three states of absence, presence, and movement of the human body in accordance with the output signal of the smoothing means 4, and outputs three output ports (absence output port 5a, presence output port 5b). And a body motion output port 5c). Reference numeral 7 denotes sleep state estimating means for estimating a sleep state based on a signal from the comparing means 5, and a neural network schematic means 8, a signal processing means 9,
It has storage means 10. Reference numeral 11 denotes a timing unit that starts timing based on the output of the comparison unit 5, and 12 denotes a display unit that displays a result estimated by the sleep state estimation unit 7. The filter 2, the amplifying unit 3, the smoothing unit 4, the comparing unit 5, the sleep state estimating unit 7, and the timing unit 11 are built in the unit 13. The piezoelectric element 1 and the unit 13 are connected by a shield wire 14.

【0023】この実施例の構成によれば、本発明は以下
のように作用する。寝具上に人体が存在する場合、人体
の体動により圧電素子1が変形を受けると、その変形の
程度に応じて圧電素子より圧電が発生する。この出力信
号はフィルター2によりろ波され、その信号は増幅手段
3により増幅され、平滑化手段4により平滑化される。
平滑化手段4からの出力波形を図3に示した。同図にお
いてS部は安静状態での心拍・呼吸活動により生じる小
さな体動(以下、細体動とする)による出力、G2部は
寝返り等比較的大きな動き(以下、粗体動とする)によ
る出力を表わしている。平滑化手段4の出力信号レベル
Vに応じて比較手段5は以下のように動作する。1)V
があらかじめ定められた第1の設定値Va未満の場合は
寝具上に人がいないとして不在判定出力ポート5aの出
力レベルをHiとする。2)VがVa以上であらかじめ
定められた第2の設定値Vb未満の場合は寝具上に人が
安静状態で存在するとして在床判定出力ポート5bの出
力レベルをHiとする。3)VがVb以上の場合は寝具
上で人体が体動(粗体動)を起こしたとして体動判定出
力ポート5cの出力レベルをHiとする。
According to the configuration of this embodiment, the present invention operates as follows. When a human body is present on the bedding and the piezoelectric element 1 is deformed by the body movement of the human body, piezoelectric is generated from the piezoelectric element according to the degree of the deformation. This output signal is filtered by the filter 2, and the signal is amplified by the amplifying means 3 and smoothed by the smoothing means 4.
The output waveform from the smoothing means 4 is shown in FIG. In the figure, the S portion is an output due to a small body motion (hereinafter referred to as fine body motion) caused by the heartbeat / respiratory activity in a resting state, and the G2 portion is due to a relatively large motion (hereinafter referred to as coarse body motion) such as turning over. Represents the output. In accordance with the output signal level V of the smoothing means 4, the comparing means 5 operates as follows. 1) V
Is less than a predetermined first set value Va, it is determined that there is no person on the bedding, and the output level of the absence determination output port 5a is set to Hi. 2) If V is equal to or greater than Va and less than a second predetermined value Vb, it is determined that a person exists on the bedding in a resting state, and the output level of the occupancy determination output port 5b is set to Hi. 3) If V is equal to or higher than Vb, it is determined that the human body has moved (coarse body movement) on the bedding, and the output level of the body movement determination output port 5c is set to Hi.

【0024】次に、睡眠状態推定手段7では上記3つの
出力ポートの出力に基づき睡眠状態を推定する。ここで
睡眠時の体動の挙動に関し、入眠状態に達すると体動が
なくなる、睡眠状態が浅くなれば体動が多い、といった
ことは経験的にも実験的にも衆知のことであり、例えば
単位時間内の体動発生回数を演算し、それに基づいて睡
眠状態を推定すればよいと思われるが、体動の挙動をさ
らに詳細に分析してみると、体動のもつ個体間変動や個
人内変動のために上記のような単純な考え方では精度よ
く睡眠状態を判定することはできない。そこで睡眠状態
推定手段7を構成する手段は、多次元情報処理手法とし
て最適な神経回路網を模した方法で構成した。神経回路
網を模した手法においては、睡眠状態を推定する神経回
路網の複数の結合重み係数を固定されたテーブルとして
用いる方法と学習機能を残し環境と使用者に適応できる
ようにする方法とがある。本実施例では、神経回路網を
模した手法によって獲得された睡眠状態を推定する固定
された結合重み係数を内部にもつ神経回路網模式手段を
有した睡眠状態推定手段7を設けた。
Next, the sleep state estimating means 7 estimates the sleep state based on the outputs of the three output ports. Here, regarding the behavior of body movements during sleep, it is well known empirically and experimentally that, when the state of falling asleep is reached, the body movement disappears, and when the sleep state becomes shallow, there are many body movements, for example, The number of occurrences of body movements per unit time may be calculated, and the sleep state may be estimated based on the calculation. Due to internal fluctuations, the sleep state cannot be accurately determined by the above simple concept. Therefore, the means constituting the sleep state estimating means 7 is constituted by a method simulating a neural network which is optimal as a multidimensional information processing technique. In a method simulating a neural network, there are a method of using a plurality of connection weight coefficients of the neural network for estimating a sleep state as a fixed table, and a method of leaving a learning function and adapting to an environment and a user. is there. In the present embodiment, the sleep state estimating means 7 having a neural network model having a fixed connection weight coefficient therein for estimating a sleep state obtained by a method imitating a neural network is provided.

【0025】睡眠状態を推定する神経回路網において固
定された結合重み係数は、例えば睡眠時にポリグラフ測
定を行なって睡眠段階と体動に関するデータを収集し、
睡眠段階データと体動データとの相関を神経回路網模式
手段に学習させることによって得ることができる。用い
るべき神経回路網模式手段としては、文献1(PDPモ
デル、D.E.ラメルハート他2名、甘利俊一監訳、1
989年)、文献2(ニューロコンピュータの基礎、P
102、中野馨他7名、1990年)、特公昭63−5
5106号公報などに示されたものがある。以下、文献
1に記載された最もよく知られた学習アルゴリズムとし
て誤差逆伝搬法を用いた多層パーセプトロンを例にと
り、具体的な神経回路網模式手段の構成および動作につ
いて説明する。図4は、神経回路網模式手段8の構成単
位となる神経素子の概念図である。図4において、8l
〜8nは神経のシナプス結合を模擬する疑似シナプス結
合変換器であり、8aは疑似シナプス結合変換器8l〜
8nからの出力を加算する加算器であり、8bは設定さ
れた非線形関数、例えばイキ値をhとするシグモイド関
数、 f(y,h)=l/(l+exp(−y+h)) (式1) によって加算器8aの出力を非線形変換する非線形変換
器である。なお、図面が煩雑になるので省略したが修正
手段からの修正信号を受ける入力線が疑似シナプス結合
変換器8l〜8nと非線形変換器8bにつながってい
る。また疑似シナプス結合変換器8l〜8nが神経回路
網模式手段8の結合重み係数となる。この神経素子に
は、信号処理モードと学習モードの2つの種類の動作モ
ードがある。以下、図4に基づいて神経素子のそれぞれ
のモードの動作について説明する。まず信号処理モード
の動作の説明をする。神経素子はn個の入力Xl〜Xn
を受けて1つの出力を出す。i番目の入力信号Xiは、
四角で示されたi番目の疑似シナプス結合変換器8iに
おいてWi・Xiに変換される。疑似シナプス結合変換
器8l〜8nで変換されたn個の信号Wl・Xl〜Wn
・Xnは円で示された加算器8aに入り、加算結果yが
楕円で示された非線形変換器8bに送られ、最終出力f
(y,h)となる。次に、学習モードの動作について説
明する。学習モードでは、疑似シナプス結合変換器8l
〜8nと非線形変換器8bの変換パラメータWl〜Wn
とhを、修正手段からの変換パラメータの修正量ΔWl
〜ΔWnとΔhを表す修正信号を受けて、 Wi+ΔWi ; i=1,2,・・ ,n h+Δh (式2) と修正する。図5は上記神経素子を4つ並列につないで
構成した信号変換手段の概念図である。いうまでもな
く、以下の説明は、この信号変換手段を構成する神経素
子の個数を4個に特定するものではない。図5におい
て、811〜844は疑似シナプス結合変換器であり、
801〜804は上記したように図4で説明した加算器
8aと非線形変換器8bをまとめた加算非線形変換器で
ある。図5において、図4と同様に図面が煩雑になるの
で省略したが修正手段からの修正信号を受ける入力線が
疑似シナプス結合変換器811〜844と加算非線形変
換器801〜804につながっている。疑似シナプス結
合変換器811〜844も結合重み係数となる。この信
号変換手段の動作については、図4で説明した神経素子
の動作が並列してなされるというものである。図6は、
学習アルゴリズムとして誤差逆伝搬法を採用した場合の
信号処理手段9の構成を示したブロック図である。図6
において、91は上で説明した信号変換手段、但し、こ
こではn個の入力を受ける神経素子がm個並列に並べら
れたものであり、92は学習モードにおける信号変換手
段91の修正量を算出する修正手段である。以下、図6
に基づいて信号処理手段の学習を行う場合の動作につい
て説明する。信号変換手段91はn個の入力Sin
(X)を受け、m個の出力Sout(X)を出力する。
修正手段92は、入力信号Sin(X)と出力信号So
ut(X)とを受け、誤差計算手段または後段の信号変
換手段からのm個の誤差信号δi(X)の入力があるま
で待機する。誤差信号δi(X)が入力され修正量を ΔWij=δi(X)・Siout(X)・(1−Siout(X)) ・Sjin(X) (i=1〜n,j=1〜m) (式3) と計算し、修正信号を信号変換手段91に送る。信号変
換手段91は、内部の神経素子の変換パラメータを上で
説明した学習モードにしたがって修正する。図7は、神
経回路網模式手段を用いた多層パーセプトロンの構成を
示すブロック図である。図7において、91X、91
Y、91Zはそれぞれk個、l個、m個の神経素子から
なる信号変換手段であり、92X、92Y、92Zは修
正手段であり、933は誤差計算手段である。以上のよ
うに構成された多層パーセプトロンについて、図7を参
照しながらその動作を説明する。信号処理手段94Xに
おいて、信号変換手段91Xは、入力Siin(X)
(i=1〜n)を受け、出力Sjout(X)(j=1
〜k)を出力する。修正手段92Xは、信号Siin
(X)と信号Sjout(X)を受け、誤差信号δj
(X)(j=1〜k)が入力されるまで待機する。以下
同様の処理が、信号処理手段94Y、94Zにおいて行
われ、信号変換手段91Zより最終出力Shout
(Z)(h=1〜m)が出力される。最終出力Shou
t(Z)は、誤差計算手段93にも送られる。誤差計算
手段93においては、2乗誤差の評価関数COST(式
4)に基づいて理想的な出力T(T1,・・・・・,T
M )との誤差が計算され、誤差信号δh(Z)が修正手
段92Zに送られる。
The fixed connection weight coefficient in the neural network for estimating the sleep state is obtained, for example, by performing a polygraph measurement during sleep to collect data on sleep stages and body movements,
The correlation between the sleep stage data and the body motion data can be obtained by learning the neural network model means. For the neural network model to be used, reference 1 (PDP model, DE Ramelhart et al., Translated by Shunichi Amari, 2
989), Document 2 (Basics of neurocomputer, P
102, Kaoru Nakano and 7 others, 1990), Japanese Examined Patent Publication 63-5
There is a technique disclosed in Japanese Patent No. 5106 and the like. Hereinafter, the configuration and operation of specific neural network model means will be described using a multilayer perceptron using an error back propagation method as an example of the most well-known learning algorithm described in Document 1. FIG. 4 is a conceptual diagram of a neural element which is a constituent unit of the neural network schematic unit 8. In FIG.
8n are pseudo-synaptic connection converters that simulate nerve synaptic connections, and 8a is a pseudo-synaptic connection converter 8l-
8b is an adder that adds the outputs from 8n, 8b is a set nonlinear function, for example, a sigmoid function with h as an axle value, f (y, h) = 1 / (l + exp (−y + h)) (Equation 1) Is a non-linear converter for non-linearly converting the output of the adder 8a. The input lines for receiving the correction signal from the correction means are connected to the pseudo-synaptic coupling converters 8l to 8n and the non-linear converter 8b, although they are omitted because the drawing becomes complicated. The pseudo synapse connection converters 8l to 8n serve as connection weight coefficients of the neural network model means 8. This neural element has two types of operation modes, a signal processing mode and a learning mode. Hereinafter, the operation of each mode of the neural element will be described with reference to FIG. First, the operation in the signal processing mode will be described. The neural element has n inputs Xl to Xn
And outputs one output. The i-th input signal Xi is
It is converted to Wi · Xi in the i-th pseudo-synaptic connection converter 8i shown by a square. N signals Wl.Xl to Wn converted by the pseudo-synaptic coupling converters 8l to 8n
Xn enters the adder 8a shown by a circle, the addition result y is sent to the nonlinear converter 8b shown by an ellipse, and the final output f
(Y, h). Next, the operation in the learning mode will be described. In the learning mode, the pseudo-synaptic connection converter 8l
8n and the conversion parameters Wl to Wn of the nonlinear converter 8b
And h, the conversion parameter correction amount ΔWl from the correction means
Receiving a correction signal representing .DELTA.Wn and .DELTA.h, Wi + .DELTA.Wi; i = 1, 2,..., Nh + .DELTA.h (equation 2). FIG. 5 is a conceptual diagram of a signal conversion unit in which four of the above neural elements are connected in parallel. Needless to say, the following description does not specify the number of neural elements constituting the signal conversion means as four. In FIG. 5, reference numerals 811 to 844 denote pseudo-synaptic coupling converters,
Reference numerals 801 to 804 denote add-nonlinear converters that combine the adder 8a and the non-linear converter 8b described with reference to FIG. In FIG. 5, an input line for receiving a correction signal from the correction means is connected to the pseudo-synaptic coupling converters 811 to 844 and the addition non-linear converters 801 to 804, as in FIG. The pseudo synapse connection converters 811 to 844 also become connection weight coefficients. Regarding the operation of this signal conversion means, the operation of the neural element described in FIG. 4 is performed in parallel. FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a signal processing unit 9 when an error back propagation method is adopted as a learning algorithm. FIG.
In the figure, reference numeral 91 denotes the signal conversion means described above, however, here, m neural elements receiving n inputs are arranged in parallel, and 92 calculates the correction amount of the signal conversion means 91 in the learning mode. Correction means. Hereinafter, FIG.
The operation in the case where the learning of the signal processing means is performed based on the above will be described. The signal conversion means 91 has n input Sin
(X), and outputs m output Sout (X).
The correction means 92 includes an input signal Sin (X) and an output signal So.
ut (X), and waits for the input of m error signals δi (X) from the error calculation means or the signal conversion means at the subsequent stage. The error signal δi (X) is input and the correction amount is set as ΔWij = δi (X) · Siout (X) · (1-Siout (X)) · Sjin (X) (i = 1 to n, j = 1 to m) Then, the correction signal is sent to the signal conversion means 91. The signal conversion means 91 corrects the conversion parameters of the internal nerve elements according to the learning mode described above. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a multilayer perceptron using a neural network model. In FIG. 7, 91X, 91
Y and 91Z are signal conversion means composed of k, l and m neural elements, respectively, 92X, 92Y and 92Z are correction means, and 933 is an error calculation means. The operation of the multilayer perceptron configured as described above will be described with reference to FIG. In the signal processing means 94X, the signal conversion means 91X includes an input Siin (X)
(I = 1 to n), and outputs Sjout (X) (j = 1
To k). The correcting means 92X outputs the signal Siin
(X) and the signal Sjout (X), and an error signal δj
(X) Wait until (j = 1 to k) is input. Hereinafter, the same processing is performed in the signal processing means 94Y and 94Z, and the final output Shot is outputted from the signal conversion means 91Z.
(Z) (h = 1 to m) is output. Final output Show
t (Z) is also sent to the error calculating means 93. In the error calculating means 93, an ideal output T (T1,..., T
M) is calculated, and an error signal δh (Z) is sent to the correcting means 92Z.

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】ηは多層パーセプトロンの学習速度を定め
るパラメータ評価関数を2乗誤差とした場合には誤差信
号は、 δh(Z)=−η・(Shout(Z)−Th) (式5) となる。修正手段92Zは、上で説明した手続きにした
がって、信号変換手段91Zの変換パラメータの修正量
ΔW(Z)を計算し、修正手段92Yに送る誤差信号を
(式6)に基づき計算し、修正信号ΔW(Z)を信号変
換手段91Zに送り、誤差信号δ(Y)を修正手段92
Yに送る。信号変換手段91Zは、修正信号ΔW(Z)
に基づいて内部のパラメータを修正する。なお、誤差信
号δ(Y)は(式6)で与えられる。
Η is a square error as a parameter evaluation function that determines the learning speed of the multilayer perceptron, and the error signal is δh (Z) = − η · (Shout (Z) −Th) (Equation 5) . The correction unit 92Z calculates the correction amount ΔW (Z) of the conversion parameter of the signal conversion unit 91Z according to the procedure described above, calculates the error signal to be sent to the correction unit 92Y based on (Equation 6), and calculates the correction signal. ΔW (Z) is sent to the signal conversion means 91Z, and the error signal δ (Y) is corrected by the correction means 92Z.
Send to Y The signal conversion means 91Z outputs the correction signal ΔW (Z)
Modify internal parameters based on. Note that the error signal δ (Y) is given by (Equation 6).

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】ここで、Wij(Z)は信号変換手段91
Zの疑似シナプス結合変換器の変換パラメータである。
Here, Wij (Z) is the signal conversion means 91
Z is a conversion parameter of the pseudo-synaptic coupling converter of Z.

【0030】以下、同様の処理が信号処理手段91X、
91Yにおいて行われる。学習と呼ばれる以上の手続き
を繰り返し行うことにより、多層パーセプトロンは入力
が与えられると理想出力Tをよく近似する出力を出すよ
うになる。なお、上記の説明においては、3段の多層パ
ーセプトロンを用いたが、これは何段であってもよい。
また、文献1にある信号変換手段のなかの非線形変換手
段の変換パラメータhの修正法についてと慣性項として
知られる学習高速化の方法については、説明の簡略化の
ため省略したが、この省略は以下に述べる本発明を拘束
するものではない。
Hereinafter, similar processing is performed by the signal processing means 91X,
This is performed at 91Y. By repeatedly performing the above procedure called learning, the multilayer perceptron, when given an input, outputs an output that approximates the ideal output T well. In the above description, a three-stage multilayer perceptron is used, but the number of stages may be any.
Also, the method of correcting the conversion parameter h of the non-linear conversion means in the signal conversion means and the method of speeding up the learning known as the inertia term in the document conversion means are omitted for simplification of description, but this omission is omitted. The present invention described below is not restricted.

【0031】こうして、神経回路網模式手段8は睡眠段
階データと体動データとの関係を学習し、簡単なルール
で記述することが容易でない推定の仕方を自然な形で表
現することができる。本実施例は、こうして得られた情
報を組み込んで、睡眠状態推定手段7を構成するもので
ある。具体的には、十分学習を終えたのちの多層パーセ
プトロンの信号変換手段91X、91Y、91Zのみを
神経回路網模式手段8として用いて、睡眠状態推定手段
7を構成するものである。
Thus, the neural network model 8 learns the relationship between the sleep stage data and the body motion data, and can express in a natural way an estimation method that cannot be easily described by simple rules. In the present embodiment, the sleep state estimating means 7 is configured by incorporating the information thus obtained. More specifically, the sleep state estimating means 7 is constituted by using only the signal converting means 91X, 91Y, and 91Z of the multilayer perceptron after sufficiently learning as the neural network schematic means 8.

【0032】実際に学習させたデータについて説明す
る。図8は、終夜睡眠実験におけるある被験者Aの一夜
の睡眠段階データである。図9は同一被験者Aの他の就
寝者の睡眠段階データである。さらに図10は他の被験
者Bの睡眠段階データである。図8〜図10において体
動の出力としてマークがついているところは先に説明し
た比較手段5の体動出力ポート5cの出力がHiの場合
に該当している。図8〜図10にみられるようにデータ
間には個体間変動と個人差変動が認められる。これは被
験者の肉体的、心理的状態および就寝環境条件により実
験結果は変動するものであるということに起因する。本
実施例ではそのような個体間変動と個人差変動を学習に
より予測可能なものにすることを目的としている。その
ため、上記のような終夜睡眠実験を複数の被験者につい
て各々数回行い、それぞれから得られた実験データを神
経回路網模式手段に入力し学習をさせた。ただしこの実
験では環境条件(温湿度、照度、騒音、寝具等)は全て
の試行で同一条件とした。神経回路網模式手段8へはこ
のうち、入力の容易さから体動の時系列データ、入床時
からの経過時間データの2情報と、理想出力として被験
者の睡眠段階データを入力し学習させ、神経回路網模式
手段8の中の信号変換手段91X、91Y、91Zを確
立し、それらを神経回路網模式手段8として睡眠状態推
定手段7に組み込んだ。ここで、上記の体動の時系列デ
ータとはさらに説明した比較手段5の体動出力ポート5
cの出力がHiならば1、Loならば0といった2値信
号の時系列データである。
The data actually learned will be described. FIG. 8 shows overnight sleep stage data of a subject A in an overnight sleep experiment. FIG. 9 shows sleep stage data of another sleeping person of the same subject A. FIG. 10 shows sleep stage data of another subject B. In FIGS. 8 to 10, the portion marked as the output of the body motion corresponds to the case where the output of the body motion output port 5c of the comparison means 5 described above is Hi. As shown in FIG. 8 to FIG. 10, variation between individuals and variation between individuals are recognized between data. This is due to the fact that the experimental results vary depending on the physical and psychological state of the subject and the sleeping environment conditions. The purpose of this embodiment is to make such inter-individual variation and individual variation variation predictable by learning. For this reason, the above-mentioned all-night sleep experiment was performed several times for each of a plurality of subjects, and the experimental data obtained from each of the subjects was input to the neural network model means for learning. However, in this experiment, environmental conditions (temperature and humidity, illuminance, noise, bedding, etc.) were the same in all trials. The neural network schematic means 8 receives and learns two types of information, that is, time series data of body movements, data of elapsed time from the time of entering the bed, and sleep stage data of the subject as an ideal output, because of the ease of input. The signal conversion means 91X, 91Y, 91Z in the neural network schematic means 8 were established, and they were incorporated into the sleep state estimating means 7 as the neural network schematic means 8. Here, the time series data of the body movement is the body movement output port 5 of the comparing means 5 described further.
This is time-series data of a binary signal such as 1 if the output of c is Hi and 0 if Lo.

【0033】次に図2に示したブロック図に基づき本実
施例の動作を説明する。電源投入によりさきに説明した
動作に基づき比較手段5で不在、在床、体動の判定がな
され、不在、在床、体動の各出力ポートの出力状態が表
示手段12に表示される。就寝者がベッドに入床すると
比較手段5により在床の判定がなされ在床出力ポートが
Hiとなる。この時点で計時手段11の計時動作が開始
される。すなわち計時手段11では入床からの経過時間
が計測される。また比較手段5の体動出力ポート5cの
出力が記憶手段10に記憶される。記憶手段10と計時
手段11からの出力が睡眠状態推定手段7に入力され
る。睡眠状態推定手段7は、これらの入力情報をもとに
就寝者の睡眠状態を時々刻々推定し、その情報を表示手
段12に出力している。上記動作は就寝者が離床し、不
在出力ポート5aの出力がHiになると停止する。就寝
途中でトイレ起床等により離床した場合は再度入床する
ことにより上記の動作が再開する。表示手段12の表示
をクリアする場合は再度電源を投入すればよい。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the block diagram shown in FIG. When the power is turned on, the absence, occupancy, and body movement are determined by the comparing means 5 based on the operation described above, and the output state of each output port of absence, occupancy, and body movement is displayed on the display means 12. When the sleeping person enters the bed, the presence of the bed is determined by the comparing means 5 and the bed output port becomes Hi. At this point, the timing operation of the timing means 11 is started. That is, the timer 11 measures the elapsed time from entering the bed. The output of the body movement output port 5c of the comparison means 5 is stored in the storage means 10. Outputs from the storage unit 10 and the timer unit 11 are input to the sleep state estimation unit 7. The sleep state estimating means 7 estimates the sleeping state of the sleeping person from time to time based on the input information, and outputs the information to the display means 12. The above operation is stopped when the sleeping person leaves the bed and the output of the absence output port 5a becomes Hi. If the user leaves the bed during bedtime due to getting up in the toilet or the like, the above operation is restarted by entering the bed again. To clear the display on the display means 12, the power may be turned on again.

【0034】以上のように本実施例によれば、使用され
る環境下で既に学習された神経回路網の複数の固定結合
重み係数を有する神経回路網模式手段を組み込んだ睡眠
状態推定手段を備えた構成としているので、個体間変動
や個人内変動があっても精度よく睡眠状態を判定するこ
とができる。
As described above, according to the present embodiment, there is provided a sleep state estimating unit incorporating a neural network model having a plurality of fixed connection weight coefficients of a neural network which has already been learned in an environment in which it is used. With this configuration, the sleep state can be accurately determined even if there is inter-individual variation or intra-individual variation.

【0035】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。本実施例が上記第1の実施例と相違する点は、睡
眠状態推定手段7が体動検出手段6の出力に基づきある
時点Txにおいてそれ以前に体動が生起した時点Txo
からの経過時間tを演算する第1の演算手段15と、経
過時間tを記憶する記憶手段10とを有し、記憶手段1
0の出力を入力情報として睡眠状態を推定する点にあ
る。睡眠実験等により体動が起こっていない時間(以
下、体動静止時間とする)が長ければ長いほどその時に
深い睡眠状態である場合が多いことが判る。つまり、本
実施例では体動のあるなしといった情報だけでなく体動
静止時間をも入力することで睡眠状態判定の精度を向上
させることを目的としている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the sleep state estimating means 7 is based on the output of the body movement detecting means 6 at a certain time Tx and at a time Txo before the occurrence of the body movement.
A first calculating means 15 for calculating the elapsed time t from the storage means 10 and a storage means 10 for storing the elapsed time t.
The sleep state is estimated using the output of 0 as input information. It can be seen from a sleep experiment or the like that the longer the time during which no body motion occurs (hereinafter referred to as the body motion quiescent time), the deeper the sleep state at that time. That is, the present embodiment aims to improve the accuracy of sleep state determination by inputting not only information such as the presence or absence of body movement but also the body movement stationary time.

【0036】神経回路網模式手段8へは、体動の時系列
データ、入床時からの経過時間データ、ある時間Txに
おいてそれ以前に体動が生起した時点Txoからの経過
時間tについての時系列データの3情報と、理想出力と
して被験者の睡眠段階データを入力し学習させ、神経回
路網模式手段8の中の信号変換手段91X、91Y、9
1Zを確立し、それらを神経回路網模式手段8として睡
眠状態推定手段7に組み込んだ。そして第1の実施例と
同様の動作がなされ、周辺の構成は第1の実施例の構成
で達成できる。これにより睡眠状態の推定精度は、更に
向上する。
The neural network schematic means 8 includes time series data of body motion, data of elapsed time from the time of entering the bed, and time of elapsed time t from the time Txo when the body motion occurred before a certain time Tx. The three information of the series data and the sleep stage data of the subject as an ideal output are input and learned, and the signal conversion means 91X, 91Y, 9 in the neural network schematic means 8 are input.
1Z were established and incorporated into the sleep state estimating means 7 as a neural network schematic means 8. Then, the same operation as that of the first embodiment is performed, and the peripheral configuration can be achieved by the configuration of the first embodiment. This further improves the sleep state estimation accuracy.

【0037】本発明の第3の実施例について説明する。
本実施例が上記実施例と相違する点は、睡眠状態推定手
段7が体動検出手段6の出力に基づき単位時間内の体動
の発生頻度を演算する第2の演算手段16と、第2の演
算手段16の出力を記憶する記憶手段10とを有し、記
憶手段10の出力を入力情報として睡眠状態を推定する
点にある。睡眠実験等により体動の発生頻度が多ければ
浅い睡眠状態である場合が多く、逆に体動の発生頻度が
少なければ深い睡眠状態である場合が多いことが判る。
つまり、本実施例では体動のあるなしといった情報だけ
でなく体動の発生頻度をも入力することで睡眠状態判定
の精度を向上させることを目的としている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
This embodiment is different from the above-described embodiment in that the sleep state estimating unit 7 calculates the frequency of occurrence of body movement within a unit time based on the output of the body movement detection unit 6, And a storage means 10 for storing the output of the arithmetic means 16 of the present invention, and the sleep state is estimated using the output of the storage means 10 as input information. Sleep experiments and the like show that if the frequency of occurrence of body motion is high, the sleep state is often light, whereas if the frequency of occurrence of body motion is low, the sleep state is often high.
That is, the present embodiment aims to improve the accuracy of sleep state determination by inputting not only information such as the presence or absence of body movement but also the frequency of occurrence of body movement.

【0038】また神経回路網模式手段8へは、体動の時
系列データ、入床時からの経過時間データ、単位時間内
の体動の発生頻度についての時系列データの3情報と、
理想出力として被験者の睡眠段階データを入力し学習さ
せ、神経回路網模式手段8の中の信号変換手段91X、
91Y、91Zを確立し、それらを神経回路網模式手段
8として睡眠状態推定手段7に組み込んだ。そして第1
の実施例と同様の動作がなされ、周辺の構成は第1の実
施例の構成で達成できる。これにより睡眠状態の推定精
度は、更に向上する。
The neural network schematic means 8 includes three pieces of information, namely, time series data of body movements, elapsed time data from the time of entering the bed, and time series data on the frequency of occurrence of body movements per unit time.
The sleep stage data of the subject is input and learned as an ideal output, and the signal conversion unit 91X in the neural network schematic unit 8 is used.
91Y and 91Z were established, and they were incorporated into the sleep state estimating means 7 as the neural network schematic means 8. And the first
The same operation as that of the first embodiment is performed, and the peripheral configuration can be achieved by the configuration of the first embodiment. This further improves the sleep state estimation accuracy.

【0039】さらに上記実施例における学習の際に、さ
らに入力情報として現時点よりもT時間前の体動発生頻
度という情報を付加した計4つの情報と、理想出力とし
て被験者の睡眠段階データを入力し学習させ、神経回路
網模式手段8の中の信号変換手段91X、91Y、91
Zを確立し、それらを神経回路網模式手段8として睡眠
状態推定手段7に組み込んでもよく、睡眠状態の推定精
度は、更に向上する。
Further, at the time of learning in the above embodiment, a total of four pieces of information to which the information of the frequency of occurrence of body motion T time before the present time is added as input information, and sleep stage data of the subject as ideal output are input. Learning, signal conversion means 91X, 91Y, 91 in the neural network schematic means 8
Z may be established and incorporated into the sleep state estimating means 7 as the neural network schematic means 8, further improving the sleep state estimation accuracy.

【0040】本発明の第4の実施例について説明する。
本実施例が上記実施例と相違する点は、睡眠状態推定手
段7が室温を検出する室温センサー17と体動検出手段
6の出力を入力情報として睡眠状態を推定する点にあ
る。ここで、室温センサー17は図11に示すようにユ
ニット12に設置されているが、室内壁面等に設置して
もよい。睡眠実験等により室温がおよそ25℃を超える
と室温が高くなる程体動の発生頻度が多くしかも浅い睡
眠状態が多く現われる。つまり、本実施例では体動のあ
るなしといった情報だけでなく室温の情報をも入力する
ことで睡眠状態判定の精度を向上させることを目的とし
ている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
This embodiment is different from the above-described embodiment in that the sleep state estimating unit 7 estimates the sleep state using the output of the room temperature sensor 17 for detecting the room temperature and the output of the body movement detecting unit 6 as input information. Here, the room temperature sensor 17 is installed in the unit 12 as shown in FIG. 11, but may be installed on the indoor wall surface or the like. When the room temperature exceeds about 25 ° C. by a sleep experiment or the like, the higher the room temperature, the more frequently the body motion occurs and the more often a light sleep state appears. That is, the present embodiment aims to improve the accuracy of sleep state determination by inputting not only information such as presence / absence of body movement but also information on room temperature.

【0041】上記構成により、終夜睡眠実験を複数の被
験者について各々数回行い、それぞれから得られた実験
データを神経回路網模式手段8に入力し学習をさせた。
ただしこの実験では室温以外の環境条件(湿度、照度、
騒音、寝具等)は全ての試行で同一条件とし、複数の室
温条件下で実験を行なった。そして神経回路網模式手段
8へは、上記実験から得られた体動の時系列データ、入
床時からの経過時間データ、室温センサー17からの室
温データの3情報と、理想出力として被験者の睡眠段階
データを入力し学習させ、神経回路網模式手段8の中の
信号変換手段91X、91Y、91Zを確立し、それら
を神経回路網模式手段8として睡眠状態推定手段7に組
み込んだ。
With the above configuration, the sleep experiment was performed several times for a plurality of subjects each night, and the experimental data obtained from each subject was input to the neural network model means 8 for learning.
However, in this experiment, environmental conditions other than room temperature (humidity, illuminance,
The experiment was performed under a plurality of room temperature conditions under the same conditions for all trials. The neural network schematic means 8 receives the three information of the time series data of the body movement obtained from the above experiment, the elapsed time data from the time of entering the bed, the room temperature data from the room temperature sensor 17, and the sleep of the subject as an ideal output. The stage data was input and learned, and the signal conversion means 91X, 91Y, and 91Z in the neural network schematic means 8 were established, and they were incorporated in the sleep state estimating means 7 as the neural network schematic means 8.

【0042】これにより就寝者がベッドに入床すると先
に説明した動作に基づき比較手段5により在床の判定が
なされ在床出力ポートがHiとなりこの時点で計時手段
11の計時動作が開始される。また比較手段5の体動出
力ポート5cの出力が記憶手段10に記憶され、記憶手
段10と計時手段11および室温センサー17からの出
力が睡眠状態推定手段7に入力される。睡眠状態推定手
段7は、これらの入力情報をもとに就寝者の睡眠状態を
時々刻々推定し、その情報を表示手段12に出力する。
以上のように、本実施例では体動のあるなしといった情
報だけでなく室温の情報をも入力することで睡眠状態判
定の精度を向上させることができる。
As a result, when the sleeping person enters the bed, the presence of the bed is determined by the comparing means 5 based on the operation described above, and the output port in the bed becomes Hi, at which time the timing operation of the timing means 11 is started. . The output of the body movement output port 5c of the comparison means 5 is stored in the storage means 10, and the outputs from the storage means 10, the timing means 11, and the room temperature sensor 17 are input to the sleep state estimation means 7. The sleep state estimating means 7 estimates the sleeping state of the sleeping person from time to time based on the input information, and outputs the information to the display means 12.
As described above, in the present embodiment, the accuracy of the sleep state determination can be improved by inputting not only the information such as the presence or absence of body movement but also the information of the room temperature.

【0043】上記第4の実施例では体動情報に加えて室
温情報を検出して睡眠状態を推定する構成であったが、
本発明の第5の実施例として、図11に示すように室内
湿度センサー18を設けて体動情報に加えて室内湿度情
報を検出して睡眠状態を推定する構成としてもよい。学
習の手順第4の実施例と同様だが、データを得るための
実験では室内湿度以外の環境条件(湿度、照度、騒音、
寝具等)は全ての試行で同一条件として複数の室内湿度
条件下で実験を行ない、神経回路網模式手段8へは、上
記実験から得られた体動の時系列データ、入床時からの
経過時間データ、室内湿度センサー18からの室温デー
タの3情報と、理想出力として被験者の睡眠段階データ
を入力し学習させ、神経回路網模式手段8の中の信号変
換手段91X、91Y、91Zを確立し、それらを神経
回路網模式手段8して睡眠状態推定手段7に組み込む。
In the fourth embodiment, the sleep state is estimated by detecting the room temperature information in addition to the body motion information.
As a fifth embodiment of the present invention, an indoor humidity sensor 18 may be provided as shown in FIG. 11 to detect indoor humidity information in addition to body motion information to estimate a sleep state. Learning procedure Same as the fourth embodiment, but in experiments for obtaining data, environmental conditions (humidity, illuminance, noise,
Bedding, etc.) were subjected to experiments under a plurality of indoor humidity conditions under the same conditions in all trials, and the neural network schematic means 8 received time series data of body movement obtained from the above experiments, The time data, the room temperature data from the indoor humidity sensor 18 and the sleep stage data of the subject as an ideal output are input and learned, and the signal conversion means 91X, 91Y, and 91Z in the neural network schematic means 8 are established. These are incorporated into the sleep state estimating means 7 by means of a neural network schematic means 8.

【0044】また、本発明の第6の実施例として、図1
1に示すように室内気流センサー19を設けて体動情報
に加えて就寝場所の気流速度情報を検出して睡眠状態を
推定する構成としてもよい。学習の手順は上記実施例と
同様である。
FIG. 1 shows a sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the indoor airflow sensor 19 may be provided to detect the airflow velocity information of the sleeping place in addition to the body motion information to estimate the sleep state. The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0045】また、本発明の第7の実施例として、図1
1に示すように寝床内温度センサー20を設けて体動情
報に加えて寝床内温度情報を検出して睡眠状態を推定す
る構成としてもよい。学習の手順は上記実施例と同様で
ある。
FIG. 1 shows a seventh embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a configuration may be adopted in which the in-bed temperature sensor 20 is provided to detect the in-bed temperature information in addition to the body movement information to estimate the sleep state. The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0046】また、本発明の第8の実施例として、図1
1に示すように寝床内湿度センサー21を設けて体動情
報に加えて寝床内温度情報を検出して睡眠状態を推定す
る構成としてもよい。学習の手順は上記実施例と同様で
ある。
As an eighth embodiment of the present invention, FIG.
As shown in FIG. 1, a configuration may be adopted in which the in-bed humidity sensor 21 is provided to detect the in-bed temperature information in addition to the body movement information to estimate the sleep state. The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0047】また、本発明の第9の実施例として、図1
1に示すように照度センサー22を設けて体動情報に加
えて照度情報を検出して睡眠状態を推定する構成として
もよい。学習の手順は上記実施例と同様である。
As a ninth embodiment of the present invention, FIG.
As shown in FIG. 1, an illuminance sensor 22 may be provided to detect the illuminance information in addition to the body motion information to estimate the sleep state. The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0048】また、本発明の第10の実施例として、図
11に示すように騒音センサー23を設けて体動情報に
加えて騒音レベル情報を検出して睡眠状態を推定する構
成としてもよい。学習の手順は上記実施例と同様であ
る。
As a tenth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, a noise sensor 23 may be provided to detect the noise level information in addition to the body motion information to estimate the sleep state. The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0049】また、本発明の第11の実施例として、図
11に示すように皮膚温センサー24を設けて体動情報
に加えて皮膚温情報を検出して睡眠状態を推定する構成
としてもよい。学習の手順は上記実施例と同様である。
Further, as an eleventh embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, a skin temperature sensor 24 may be provided to detect the skin temperature information in addition to the body motion information to estimate the sleep state. . The learning procedure is the same as in the above embodiment.

【0050】また、本発明の第12の実施例として、睡
眠が深くなるにつれ心拍数が低下し安定する、レム睡眠
時には心拍数の変動が大きいといった知見により、体動
検出手段6の出力に基づき心拍数を演算する心拍数演算
手段25をユニット11内に設けて、体動情報に加えて
心拍情報を検出して睡眠状態を推定する構成としてもよ
い。学習の手順は上記実施例と同様である。心拍数の計
算は例えば平滑化手段4の出力の自己相関を演算しその
ピーク値を求めることにより得られる。
Further, as a twelfth embodiment of the present invention, based on the knowledge that the heart rate decreases and stabilizes as the sleep becomes deeper, The heart rate calculating means 25 for calculating the heart rate may be provided in the unit 11, and the sleep state may be estimated by detecting the heart rate information in addition to the body motion information. The learning procedure is the same as in the above embodiment. The calculation of the heart rate can be obtained, for example, by calculating the autocorrelation of the output of the smoothing means 4 and obtaining its peak value.

【0051】以上の実施例では体動情報を含む2つまた
は3つの情報を入力しているが、この限定は本発明を拘
束するものではなく、例えば第4〜第12の実施例で用
いた物理量すなわち、室温、室内湿度、室内気流速度、
寝床内温度、寝床内湿度、照度、騒音レベル、皮膚温、
心拍数のうち複数個を検出する構成とし、体動情報とと
もに入力する構成としてもよい。これにより睡眠状態の
推定の精度は更に向上させることができる。
In the above embodiment, two or three pieces of information including body motion information are input. However, the present invention is not restricted to the present invention, and is used for example in the fourth to twelfth embodiments. Physical quantities: room temperature, indoor humidity, indoor airflow velocity,
Bed temperature, bed humidity, illuminance, noise level, skin temperature,
A configuration may be adopted in which a plurality of heart rates are detected, and input together with body motion information. Thereby, the accuracy of sleep state estimation can be further improved.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように本発明の構成によれば次の
ような効果が得られる。 (1)使用される環境下で既に学習された神経回路網の
複数の固定結合重み係数を有する神経回路網模式手段を
組み込んだ睡眠状態推定手段を備えた構成としているの
で、個体間変動や個人内変動があっても精度よく睡眠状
態を判定することができる。 (2)体動のあるなしといった情報だけでなく体動静止
時間をも入力情報とした学習により獲得された神経回路
網模式手段を組み込んだ睡眠状態推定手段を備えた構成
としているので、睡眠状態判定の精度が更に向上する。 (3)体動のあるなしといった情報だけでなく体動の発
生頻度をも入力情報とした学習により獲得された神経回
路網模式手段を組み込んだ睡眠状態推定手段を備えた構
成としているので、睡眠状態判定の精度が更に向上す
る。 (4)就寝中の体動データのみならず他の現実に検出可
能な物理量すなわち、室温、室内湿度、室内気流速度、
寝床内温度、寝床内湿度、照度、騒音レベル、皮膚温、
心拍数を入力とする構成としているので、睡眠状態の推
定の精度が更に向上する。
As described above, according to the structure of the present invention, the following effects can be obtained. (1) Since the system is provided with the sleep state estimating means incorporating the neural network model having a plurality of fixed connection weighting factors of the neural network which has already been learned in the environment in which it is used, variation between individuals and individual The sleep state can be determined with high accuracy even if there is internal fluctuation. (2) Since it has a configuration including sleep state estimating means incorporating neural network model means obtained by learning using not only information such as the presence or absence of body motion but also body motion rest time as input information, the sleep state The accuracy of the determination is further improved. (3) Since it has a configuration including sleep state estimating means incorporating neural network model means obtained by learning using not only information such as presence / absence of body movement but also occurrence frequency of body movement as input information, The accuracy of the state determination is further improved. (4) In addition to the body motion data during sleep, other physical quantities that can be actually detected, that is, room temperature, indoor humidity, indoor air flow velocity,
Bed temperature, bed humidity, illuminance, noise level, skin temperature,
Since the heart rate is input, the accuracy of sleep state estimation is further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における睡眠状態判定装
置の斜視図
FIG. 1 is a perspective view of a sleep state determination device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同装置のブロック図FIG. 2 is a block diagram of the apparatus.

【図3】同装置における平滑化手段の出力波形図FIG. 3 is an output waveform diagram of a smoothing means in the apparatus.

【図4】同装置の神経回路網模式手段の構成単位となる
神経素子の概念図
FIG. 4 is a conceptual diagram of a neural element which is a constituent unit of a neural network schematic unit of the apparatus.

【図5】同装置の神経素子を4つ並列につないで構成し
た信号変換手段の概念図
FIG. 5 is a conceptual diagram of a signal conversion unit configured by connecting four neural elements of the device in parallel.

【図6】同装置の学習アルゴリズムとして誤差逆伝搬法
を採用した信号処理手段の構成を示したブロック図
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a signal processing unit employing an error back propagation method as a learning algorithm of the apparatus.

【図7】同装置の神経回路網模式手段を用いた多層パー
セプトロンの構成を示すブロック図
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a multilayer perceptron using the neural network model of the apparatus.

【図8】終夜睡眠実験におけるある被験者Aの睡眠段階
データ
FIG. 8: Sleep stage data of a subject A in an overnight sleep experiment

【図9】終夜睡眠実験での別の就寝夜におけるある被験
者Aの睡眠段階データ
FIG. 9 shows sleep stage data of a certain subject A at another bedtime in an overnight sleep experiment.

【図10】終夜睡眠実験におけるある被験者Bの睡眠段
階データ
FIG. 10 shows sleep stage data of a subject B in an overnight sleep experiment.

【図11】本発明の他の実施例における睡眠状態判定装
置の斜視図
FIG. 11 is a perspective view of a sleep state determination device according to another embodiment of the present invention.

【図12】従来の睡眠状態判定装置のブロック図FIG. 12 is a block diagram of a conventional sleep state determination device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子 2 フィルタ 3 増幅手段 4 平滑化手段 5 比較手段 6 入眠判定手段 7 睡眠状態推定手段 8 神経回路網模式手段 9 信号処理手段 10 記憶手段 11 計時手段 12 表示手段 17 室温センサー 18 室内湿度センサー 19 室内気流センサー 20 寝床内温度センサー 21 寝床内湿度センサー 22 照度センサー 23 騒音センサー 24 皮膚温センサー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Filter 3 Amplification means 4 Smoothing means 5 Comparison means 6 Sleeping judgment means 7 Sleep state estimation means 8 Neural network model means 9 Signal processing means 10 Storage means 11 Clocking means 12 Display means 17 Room temperature sensor 18 Indoor humidity sensor 19 indoor airflow sensor 20 temperature sensor in bed 21 humidity sensor in bed 22 illuminance sensor 23 noise sensor 24 skin temperature sensor

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】人体の体動を検出する体動検出手段と、前
記体動検出手段の出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠
状態推定手段とからなり、前記睡眠状態推定手段は、複
数の神経素子より構成される層が多数組み合わされた階
層型神経回路網を模した手法により獲得された睡眠状態
を推定する固定された神経回路網の複数の結合重み係数
を内部に持つ神経回路網模式手段を有する睡眠状態判定
装置。
A sleep state estimating means for estimating a sleep state based on an output of the body movement detecting means, wherein the sleep state estimating means comprises a plurality of nerves; A neural network model having a plurality of connection weighting factors of a fixed neural network for estimating a sleep state obtained by a method simulating a hierarchical neural network in which many layers composed of elements are combined A sleep state determination device having:
【請求項2】体動検出手段の出力に基づきある時点にお
いてそれ以前に体動が生起した時点からの経過時間を演
算する第1の演算手段と、前記第1の演算手段の出力を
記憶する記憶手段とを有し、前記記憶手段の出力を入力
情報として睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からな
る請求項1記載の睡眠状態判定手段。
2. A first calculating means for calculating an elapsed time from a point in time at which a body movement occurs before a certain time based on an output of the body movement detecting means, and an output of the first calculating means is stored. The sleep state determination means according to claim 1, further comprising a storage means, and comprising sleep state estimation means for estimating a sleep state using an output of said storage means as input information.
【請求項3】体動検出手段の出力に基づき単位時間内の
体動の発生頻度を演算する第2の演算手段と、前記演算
手段の出力を記憶する記憶手段とを有し、前記記憶手段
の出力を入力情報として睡眠状態を推定する睡眠状態推
定手段からなる請求項1記載の睡眠状態判定手段。
A second calculating means for calculating a frequency of occurrence of a body movement within a unit time based on an output of the body movement detecting means; a storage means for storing an output of the calculating means; The sleep state determining means according to claim 1, comprising sleep state estimating means for estimating a sleep state by using the output of (1) as input information.
【請求項4】室温を検出する室温センサーを有し、体動
検出手段と前記室温センサー双方の出力に基づき睡眠状
態を推定する睡眠状態推定手段からなる請求項1記載の
睡眠状態判定手段。
4. The sleep state determining means according to claim 1, further comprising a room temperature sensor for detecting a room temperature, and comprising sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both the body movement detecting means and the room temperature sensor.
【請求項5】室内の湿度を検出する室内湿度センサーを
有し、体動検出手段と前記室内湿度センサー双方の出力
に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる
請求項1記載の睡眠状態判定手段。
5. The sleep state according to claim 1, further comprising an indoor humidity sensor for detecting indoor humidity, and sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both the body movement detecting means and the indoor humidity sensor. Judgment means.
【請求項6】室内の気流速度を検出する室内気流センサ
ーを有し、体動検出手段と前記室内気流センサー双方の
出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段から
なる請求項1記載の睡眠状態判定手段。
6. The sleep according to claim 1, further comprising an indoor airflow sensor for detecting an airflow velocity in the room, and sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both the body movement detecting means and the indoor airflow sensor. State determination means.
【請求項7】寝床内の温度を検出する寝床内温度センサ
ーを有し、体動検出手段と前記寝床内温度センサー双方
の出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段か
らなる請求項1記載の睡眠状態判定手段。
7. A sleep state estimating means having an in-bed temperature sensor for detecting a temperature in the bed, and a sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both the body movement detecting means and the in-bed temperature sensor. Sleep state determining means.
【請求項8】寝床内の湿度を検出する寝床内湿度センサ
ーを有し、体動検出手段と前記寝床内湿度センサー双方
の出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段か
らなる請求項1記載の睡眠状態判定手段。
8. A sleep state estimating means having a bed humidity sensor for detecting the humidity in the bed and estimating a sleep state based on outputs of both the body movement detecting means and the humidity sensor in the bed. Sleep state determining means.
【請求項9】室内の照度を検出する照度センサーを有
し、体動検出手段と前記照度センサー双方の出力に基づ
き睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる請求項
1記載の睡眠状態判定手段。
9. The sleep state determining means according to claim 1, further comprising an illuminance sensor for detecting illuminance in the room, and a sleep state estimating means for estimating a sleep state based on outputs of both the body motion detecting means and the illuminance sensor. .
【請求項10】室内の騒音レベルを検出する騒音センサ
ーを有し、体動検出手段と前記騒音センサー双方の出力
に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる
請求項1記載の睡眠状態判定手段。
10. The sleep state determination according to claim 1, further comprising a noise sensor for detecting a noise level in the room, and sleep state estimation means for estimating a sleep state based on outputs of both the body motion detection means and the noise sensor. means.
【請求項11】就寝者の皮膚温を検出する皮膚温センサ
ーと、体動検出手段と前記皮膚温センサー双方の出力に
基づき睡眠状態を推定する睡眠状態推定手段からなる請
求項1記載の睡眠状態判定手段。
11. The sleep state according to claim 1, comprising a skin temperature sensor for detecting a skin temperature of a sleeping person, and sleep state estimation means for estimating a sleep state based on outputs of both a body movement detection means and the skin temperature sensor. Judgment means.
【請求項12】体動検出手段の出力に基づき心拍数を演
算する心拍数演算手段と、体動検出手段と前記心拍数演
算手段双方の出力に基づき睡眠状態を推定する睡眠状態
推定手段からなる請求項1記載の睡眠状態判定手段。
12. Heart rate calculating means for calculating a heart rate based on the output of the body movement detecting means, and sleep state estimating means for estimating a sleep state based on the outputs of both the body movement detecting means and the heart rate calculating means. The sleep state determining means according to claim 1.
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