JP2780465B2 - 睡眠状態判定装置 - Google Patents

睡眠状態判定装置

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JP2780465B2 JP2230376A JP23037690A JP2780465B2 JP 2780465 B2 JP2780465 B2 JP 2780465B2 JP 2230376 A JP2230376 A JP 2230376A JP 23037690 A JP23037690 A JP 23037690A JP 2780465 B2 JP2780465 B2 JP 2780465B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は就寝者の睡眠状態を判定する睡眠状態判定装
置に関するものである。
従来の技術 従来この種の睡眠状態判定装置として例えば、就寝者
の脳波や眼球運動を検出して検出信号の波形処理を行っ
て入眠を判定するもの(特開昭62−253034号公報)や、
就寝者の脈波を検出して検出信号の波形処理を行って入
眠を判定するもの(特開昭63−150047号公報)がある
が、いずれも脳波や眼球運動、脈波等を検出する検出手
段を直接人体の頭皮または皮膚に装着する構成であるた
め、装着による異和感があり睡眠が乱されるといった課
題があった。そこで発明者は寝具に配設した可撓性の圧
電素子により人体に非接触で体動を検出し、体動の静止
時間がある設定値以上になった場合に入眠したと判定す
る睡眠状態判定装置を本発明に先立ち考えた。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記本発明に先立ち考えた睡眠状態判
定装置は体動の静止時間のみで入眠を判定していたので
判定率がやや低目であるといった課題があった他、就寝
者が入眠したかどうかのみを判定するものであり、睡眠
深度やレム睡眠を判定することができないといった課題
があった。
本発明はかかる従来の課題を解消するもので、就寝者
の入眠の判定類を高め、さらに睡眠深度やレム睡眠を判
定する睡眠状態判定装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の睡眠状態判定装置
は、マットレス、ふとん、シーツ等の寝具に配設可能な
可撓性を有した圧電素子と、前記圧電素子の出力信号に
基づき寝床上の人体の体動を検出する体動検出手段と、
前記圧電素子からの出力信号に基づき前記人体の心拍数
を検出する心拍数検出手段と、前記体動検出手段および
前記心拍数検出手段からの信号に基づき前記人体の睡眠
状態を判定する判定手段とを備えたものである。
作用 本発明の睡眠状態判定装置は上記の構成によって以下
のように作用する。すなわち、寝具に配設された圧電素
子が寝床上の就寝者の寝返り等の体動や心拍による体表
面の微小変位により変形を受けると、圧電素子から圧電
効果により電圧が発生する。圧電素子からの出力信号は
体動検出手段および心拍数検出手段でそれぞれ必要な処
理がなされ体動および心拍数として検出される。そし
て、判定手段では検出された体動および心拍数に基づき
就寝者の睡眠状態が判定される。
実施例 以下、本発明の睡眠状態判定装置の第1の実施例を添
付図面に基づいて説明する。第1図は同実施例の斜視
図、第2図は同実施例のブロック図である。第1図、第
2図において1は可撓性のある圧電素子で、ここではポ
リフッ化ビニリデン(PVDF)等の高分子圧電材料を薄膜
状にし両面に可撓性の電極膜を付着させたものをテープ
状に成型したもので、製造コストが比較的安く大量に生
産できるものである。圧電素子1は人体が就寝した際に
胸部の真下に位置するようベッド16のマットレス17の表
面に接着用のテープで固定されている。2は寝返り等の
体動を検出する体動検出手段で、第1のフィルタ回路
3、第1の増幅回路4、整流回路5、積分回路6および
第1の比較回路7から構成される。第1のフィルタ回路
3はチェビシェフ回路等からなり圧電素子1の出力信号
のうち約1〜約10Hzの波形成分のみを通過させる。8は
心拍数を検出する心拍数検出手段で、第2のフィルタ回
路9、第2の増幅回路10および計数回路11から構成され
ている。第2のフィルタ回路9はチェビシェフ回路等か
らなり圧電素子1の出力信号のうち約1〜約8Hzの波形
成分のみを通過させる。12は就寝者の睡眠状態を判定す
る判定手段で、タイマー13と第1の判定部14とから構成
されている。15は体動検出手段2、心拍数検出手段8お
よび判定手段12を内蔵した回路ユニットである。
上記構成による動作を以下に説明する。マッレス17に
配設された圧電素子1が寝床上の就寝者の寝返り等の体
動や心拍による体表面の微小変位により変形を受ける
と、圧電素子1から圧電効果により電圧が発生する。
体動検出手段2では、圧電素子1からの出力信号がフ
ィルタにかけられた後、増幅、整流、積分され、第1の
比較回路7によりあらかじめ定められた閾値Voと積分値
とが比較される。
第3図に実際に人が就寝した際の増幅回路4の信号出
力を第3図に、積分回路6の信号出力を第4図に示す。
第3図bは第3図aの図中S部の拡大図である。図より
入床、離床時や寝返り等の体動が起こった場合は大きな
出力がでるが、それ以外の安静状態の場合は人体の心拍
活動に伴う体表面の微小変位によりレベルの低い出力が
得られる。すなわち、積分値Vが第4図中の閾値Vo以上
の場合は体動が発生したとして第1の比較回路7の出力
レベルはHiとなり、それ以外の場合は体動がないとして
出力レベルはLoとなる。
一方、第3図bに示したように圧電素子1は人体の心
拍活動に伴う微小変位も検出可能であるため、人体に体
動がなく安静状態である場合には、心拍数検出手段によ
り圧電素子1からの出力信号は第2のフィルタ9を通過
後、増幅され計数回路11で心拍数Hが計数される。
判定手段12では、第1の比較回路7の出力レベルがHi
になった時点でタイマー13が計時動作を開始する。ここ
で、タイマー13は第1の比較回路7の出力レベルが次に
Hi状態になるまでの時間を計時する。すなわち、タイマ
ー13は体動が生起して次の体動が生起するまでの体動静
止時間Tを計時する。次に、発明者らは先に睡眠実験に
よりTが約15分継続すれば入眠状態である確率が大きい
ということを見出した。また、睡眠中、心拍数はおおむ
ね睡眠深度と対応して減少するといわれている。これら
の知見を総合して考慮し、第1の判定部14ではタイマー
13の計時する体動静止時間Tと心拍数検出手段により検
出された心拍数Hを用い、第5図の関係に基づいて就寝
者の睡眠状態の判定を行なう。すなわち、同図のよう
に、領域S1のようにT<ToかつH1≦Hの場合は覚醒状態
もしくはうとうとした状態、領域S2のようにTo≦T<T2
かつHo≦H<H1の場合は入眠状態(睡眠第2段階に相
当)、領域S3のようにT1≦TかつH<Hoの場合は徐波睡
眠状態(睡眠第3,4段階に相当)であると判定する。各
定数の値は実験により設定可能であるが、判定手段12が
学習により各定数を設定できるような学習部を有した構
成にしてもよい。
上記作用により、従来は体動静止時間Tのみに基づい
て就寝者の入眠を判定していたが、本実施例によれば、
圧電素子を用いて非接触、無拘束な状態で体動と心拍数
を検出し、入眠の判定を体動静止時間と心拍数に基づい
て行なうので入眠の判定率が高まるとともに、睡眠深度
を判定することが可能であるといった効果がある。
次に本発明の睡眠状態判定装置の第2の実施例を添付
図面に基づいて説明する。この実施例が第1の実施例と
相違する点は、第6図のブロック図に示すように、判定
手段12が体動検出手段2からの信号に基づき作動するタ
イマー13と、心拍数検出手段8からの信号に基づき心拍
数の変化量を演算する第1の演算部18と、タイマー13お
よび第1の演算部18からの信号に基づき寝床上の人体の
睡眠状態を判定する第2の判定部19とを有した点にあ
る。
上記構成により、判定手段12では、第1の比較回路7
の出力レベルがHiの場合はタイマー13が計時動作を開始
する。ここで、上記のように睡眠中、心拍数はおおむね
睡眠深度と対応して減少するといわれているので、入床
直後の覚醒状態を基準とした心拍数の変化量ΔHも睡眠
深度と対応して推移する。したがって、第1の判定部14
では、タイマー13の計時する体動静止時間Tと心拍変化
量ΔHを総合して考慮し、人体が入床してタイマー13が
計時動作を開始すると、その後一定機関については基準
の心拍数Hwを検出し、その後は各時点における心拍変化
量ΔHを第1式に基づいて算出し、TとΔHを用いて第
7図の関係に基づいて就寝者の睡眠状態の判定を行な
う。
ΔH=H−Hw (1) ただし、ΔH:各時点における心拍変化量 H :各時点における心拍数 Hw:基準心拍数 すなわち、同図のように、領域S1のようにT<Toかつ
ΔH<ΔHoの場合は覚醒状態もしくはうとうとした状
態、領域S2のようにTo≦T<T2かつΔHo≦H<ΔH1の場
合は入眠状態(睡眠第2段階に相当)、領域S3のように
T1≦TかつΔH1≦ΔHの場合は徐波睡眠状態(睡眠第3,
4段階に相当)であると判定する。各定数の値は実験に
より設定可能であり、例えばΔHoは発明者の睡眠実験に
よればHwの約15%の値となる。また、判定手段12が学習
により各定数を設定できるような学習部を有した構成に
してもよい。
上記作用により、第1の実施例と同様に、従来は体動
静止時間Tのみに基づいて就寝者の入眠を判定していた
が、本実施例によれば、圧電素子を用いて非接触、無拘
束な状態で体動と心拍数を検出し、入眠の判定を体動静
止時間と心拍変化量に基づいて行なうので入眠の判定率
が高まるとともに、睡眠深度を判定することが可能であ
るといった効果がある。
次に本発明の睡眠状態判定装置の第3の実施例を添付
図面に基づいて説明する。この実施例が上記の実施例と
相違する点は、第8図のブロック図に示すように、判定
手段12が体動検出手段2からの信号に基づき単位時間当
りの体動発生回数を演算する第2の演算手段20と、心拍
数検出手段8からの信号に基づき心拍数の分散値を演算
する第3の演算部21と、第2の演算手段20および第3の
演算部21からの信号に基づき寝床上の就寝者の睡眠状態
を判定する第3の判定部22とを有した点にある。
上記構成により、判定手段12では、第2の演算手段20
により単位時間当りに第1の比較回路7の出力レベルが
Hiになる回数、すなわち単位時間当りの体動発生回数B
が演算されるとともに、第3の演算手段21により心拍数
検出手段8からの信号に基づき心拍数の分散値Vが演算
される。上記の演算は入床直後から一定時間毎に繰返し
行なわれる。ここで、体動の頻度は覚醒状態、睡眠第1
段階、レム睡眠に多く、睡眠第2、3、4段階に少な
い。また、心拍数の変動はレム睡眠に多い。したがっ
て、第3の判定部22では、単位時間当たりの体動発生回
数Bと心拍数の分散値Vを総合して考慮し、第9図に示
すように、領域SRのようにB2≦B<B3かつV2≦Vである
場合はレム睡眠、領域S1のようにB2≦BかつV1≦V<V2
である場合は覚醒状態もしくはうとうとした状態、領域
S2のようにB0≦B<B2かつV0≦V<V1である場合は入眠
状態(睡眠第2段階に相当)、領域S3のようにB<B1か
つV<V0の場合は徐波睡眠状態(睡眠第3,4段階に相
当)であると判定する。各定数の値は実験により設定可
能であるが、判定手段12が学習により各定数を設定でき
るような学習部を有した構成にしてもよい。
上記作用により、従来は体動静止時間Tのみに基づい
て就寝者の入眠を判定していたが、本実施例によれば、
圧電素子を用いて非接触、無拘束な状態で体動と心拍数
を検出し、入眠の判定を単位時間当りの体動発生回数と
心拍数の分散値に基づいて行なうので入眠の判定率が高
まるとともに、レム睡眠を含めた睡眠深度を判定するこ
とが可能であるといった効果がある。
以上、3つの実施例について説明したが、いづれも圧
電素子を寝床に配設するだけで非接触、無拘束な状態で
就寝者の睡眠深度を判定することができるので、フィー
ルドでの睡眠実験のみならず在宅ヘルスケア、幼児の生
育管理等に活用できる。また、本装置を複数個用意して
複数人の睡眠状態を集中管理できるようなシステムを構
成してもよく、病院等の施設で患者の管理、看護婦の労
働軽減等に活用できる。
発明の効果 以上のように本発明の睡眠状態判定装置では、以下の
ような効果がある。すなわち、従来は体動静止時間のみ
に基づいて就寝者の入眠を判定していたが、本発明の睡
眠状態判定装置によれば、圧電素子を用いて非接触、無
拘束な状態で体動と心拍数を検出し、体動と心拍数に基
づいて入眠の判定を行なうので入眠の判定率が高まると
ともに、睡眠深度も判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の睡眠状態判定装置の斜
視図、第2図は同装置のブロック図、第3図aは同装置
の増幅回路からの出力を示す波形図、第3図bは第3図
aの拡大波形図、第4図は同装置の積分回路からの出力
を示す波形図、第5図は体動静止時間と心拍数と睡眠状
態との関係を示す相関図、第6図は本発明の第2の実施
例の睡眠状態判定装置のブロック図、第7図は体動静止
時間と心拍数と睡眠状態との関係を示す相関図、第8図
は本発明の第3の実施例の睡眠状態判定装置のブロック
図、第9図は単位時間当りの体動発生回数と心拍数の分
散値と睡眠状態との関係を示す相関図である。 1……圧電素子、2……体動検出手段、8……心拍数検
出手段、12……判定手段、15……回路ユニット、16……
ベッド、17……マットレス。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マットレス、ふとん、シーツ等の寝具に配
    設可能な可撓性を有した圧電素子と、前記圧電素子の出
    力信号に基づき寝床上の人体の体動を検出する体動検出
    手段と、前記圧電素子からの出力信号に基づき前記人体
    の心拍数を検出する心拍数検出手段と、前記体動検出手
    段および前記心拍数検出手段からの信号に基づき前記人
    体の睡眠状態を判定する判定手段とからなる睡眠状態判
    定装置。
  2. 【請求項2】判定手段は、体動検出手段からの信号によ
    り作動するタイマーと、前記タイマーおよび心拍数検出
    手段からの信号に基づき寝床上の人体の睡眠状態を判定
    する第1の判定部とを有した請求項1記載の睡眠状態判
    定装置。
  3. 【請求項3】判定手段は、体動検出手段からの信号に基
    づき作動するタイマーと、心拍数検出手段からの信号に
    基づき心拍数の変化量を演算する第1の演算部と、前記
    タイマーおよび前記第1の演算部からの信号に基づき寝
    床上の人体の睡眠状態を判定する第2の判定部とを有し
    た請求項1記載の睡眠状態判定装置。
  4. 【請求項4】判定手段は、体動検出手段からの信号に基
    づき単位時間当りの体動発生回数を演算する第2の演算
    手段と、心拍数検出手段からの信号に基づき心拍数の分
    散値を演算する第3の演算手段と、前記第2の演算手段
    および前記第3の演算手段からの信号に基づき寝床上の
    就寝者の睡眠状態を判定する第3の判定部とを有した睡
    眠状態判定装置。
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