JP4551148B2 - Sleep analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、人の生体情報を検出し、その生体情報から睡眠状態を分析する睡眠分析装置に関する。 The present invention relates to a sleep analyzer that detects human biological information and analyzes a sleep state from the biological information.
従来、人の睡眠段階を判定する手段としては、睡眠ポリソムノグラフ検査(以下PSGと略記)の結果をRechtschaffen & Kales(ラクトシャヘン&カールズ)による睡眠段階国際判定基準に基づき実施していた(例えば、非特許文献1)。この手法では被験者に対して脳波センサ、眼球センサ、オトガイ筋センサ等から得られた信号から、脳波分析、急速眼球運動の有無、オトガイ筋筋電図の持続性・相動性要素などを評価することにより実施していた。人の睡眠段階は覚醒状態を含めて計6段階に分類し、高速眼球運動(REM)を伴う状態をレム睡眠、レムを含まない睡眠をノンレム睡眠に分類し、脳波の状態により、以下のように、4段階に分類する。
・覚醒(段階W):8〜12Hzのアルファ波と13〜40Hzの低振幅で不規則なベータ波がみられる。
・レム睡眠段階:覚醒時のような急速眼球運動(rapid eye movement:REM)が起こる。更に頤筋など抗重力筋の緊張が著しく低下する.
・ノンレム第1段階:アルファ波は消失し2〜7Hzの低振幅徐波が現れる.中心部には頭蓋頂鋭波(vertex sharp wave)と呼ばれる特徴的な波が出現する。半醒半睡状態あるいは入眠期と呼ばれる状態で、ゆっくりとした眼球運動(セム)がみられる。
・ノンレム第2段階:12〜14Hzで0.5秒以上の持続をもった明瞭な睡眠紡錘波が出現する。
・ノンレム第3、4段階:2Hz以下で75μV以上のデルタ波が出現する。判定区間に占めるデルタ波の割合によって、50%以上をノンレム第4段階、20〜50%をノンレム第3段階に分類する。
Conventionally, as a means of determining a person's sleep stage, the result of a sleep polysomnograph test (hereinafter abbreviated as PSG) has been performed based on the sleep stage international determination standard by Rechtschaffen & Kales (for example, non-patented) Reference 1). In this method, EEG analysis, presence / absence of rapid eye movement, persistence and phasic factors of mental electromyogram are evaluated based on signals obtained from EEG sensors, eyeball sensors, mental muscle sensors, etc. It was carried out by. The sleep stages of humans are classified into a total of 6 stages including wakefulness, REM sleep is classified as REM sleep, non-REM sleep is classified as non-REM sleep, and the brain wave status is as follows. Into 4 stages.
Awakening (stage W): 8-12 Hz alpha waves and 13-40 Hz low amplitude irregular beta waves.
-REM sleep stage: Rapid eye movement (REM) occurs when awake. In addition, anti-gravity muscles such as the gluteal muscles are significantly reduced in tension.
・ Non-REM first stage: Alpha wave disappears and low-amplitude slow wave of 2-7Hz appears. A characteristic wave called a vertex sharp wave appears in the center. Slow eye movements (sem) are observed in a state of half awakening and asleep, or a state of sleep onset.
Non-REM second stage: A clear sleep spindle wave with a duration of 0.5 second or longer at 12-14 Hz appears.
Non-REM third and fourth stages: A delta wave of 75 μV or more appears at 2 Hz or less. 50% or more is classified into the non-rem fourth stage and 20 to 50% is classified into the non-rem third stage according to the ratio of the delta wave in the determination section.
図27は、上述のように睡眠段階を判定する従来の睡眠分析装置の一例を示す。図27において、脳波用電極101、オトガイ筋電極102、眼球運動電極103は、それぞれ人体の脳部、顎部、目周辺に配置し、その微弱な電圧変化を捉えるセンサである。センサインターフェース104a、104b、104cは脳波信号、オトガイ筋筋電信号、眼球運動信号それぞれ適度なレベルにまで増幅する機能を有し、A/D変換器105a、105b、105cはマイクロコンピュータなどの演算装置106への信号インターフェースとして機能する。
FIG. 27 shows an example of a conventional sleep analyzer that determines the sleep stage as described above. In FIG. 27, the
図28は、図27によって得られた脳波信号、オトガイ筋筋電信号、眼球運動信号等の各信号を演算して、最終的な睡眠段階を判定するためのルールを記している。これは、Rechtschaffen & Kales(ラクトシャヘン&カールズ)による睡眠段階国際判定基準に基づくものである。
従来手法である睡眠ポリソムノグラフ検査では、人の睡眠状態を判定する基準として、脳波、眼球運動、オトガイ筋を入力情報としているため、人体に脳波センサ、眼球センサ、オトガイ筋センサを直接取り付ける必要があり、被験者の寝返りや体動によりセンサが脱落して機能しなくなったり、センサの取り付け条件が変化して計測データの継続性に疑義が生じたりする問題があった。 In the conventional sleep polysomnograph test, brain waves, eye movements, and genital muscles are used as input information as criteria for determining a person's sleep state, so it is necessary to attach an electroencephalogram sensor, eye sensor, and geniomuscular sensor directly to the human body. There are problems in that the sensor falls off due to the subject's rollover or body movement and does not function, or the continuity of the measurement data is questioned due to changes in sensor mounting conditions.
更にセンサが人体に直接取り付けられることにより、平常時とは異なる睡眠姿勢を強いられる、心理的緊張状態やストレス状態が継続する等、睡眠検査の実施自体が睡眠状態に影響を与えるという大きな問題があった。 Furthermore, since the sensor is directly attached to the human body, it is forced to have a sleep posture different from normal, the psychological tension state and the stress state continue, etc. there were.
また、脳波分析等は医師のように専門知識がなければ判定は不可能であり、このことは事実上、睡眠ポリソムノグラフ検査実施時よりもはるかに遅れた時点で睡眠分析が行われることを意味しており、睡眠の状態を捉えて即時的かつリアルタイムに機器や環境を制御しようとする目的には利用できないという問題があった。 EEG analysis etc. cannot be judged without specialist knowledge like doctors, which means that sleep analysis is actually performed at a time much later than the time of sleep polysomnograph examination. Therefore, there is a problem that it cannot be used for the purpose of capturing the sleep state and controlling the device and the environment immediately and in real time.
本発明は、上述の課題を鑑み、被験者にセンサを直接取り付けることなく、睡眠状態を分析できるようにした睡眠分析装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a sleep analyzer that can analyze a sleep state without directly attaching a sensor to a subject.
上述の課題を解決するために、本発明は、エアマットに横臥する被験者の生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sensor that detects biological information of a subject lying on an air mat, and a biological body that separates a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the sensor detection signal. A sleep state determination unit that determines a sleep stage from the signal separation unit, the separated biological signal of the respiratory circulatory system, and the body motion signal. The determination is made based on the circulatory system biological signal, and the distinction between the arousal stage and the REM sleep stage is performed based on the fluctuation rate of the body movement signal or the biological signal of the respiratory circulatory system.
好ましくは、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにしたことを特徴とする。 Preferably, the sleep state determination means performs frequency analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system and compares the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value to determine sleep at the non-REM stage. It is characterized by that.
上述の課題を解決するために、本発明は、エアマットに横臥する被験者の生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判定を行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにする。さらに前記睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sensor that detects biological information of a subject lying on an air mat, and a biological body that separates a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the sensor detection signal. A sleep state determination unit that determines a sleep stage from the signal separation unit, the separated biological signal of the respiratory circulatory system, and the body motion signal. The determination is made based on the biological signal of the circulatory system, and the distinction between the awakening stage and the REM sleep stage is performed based on the fluctuation rate of the body movement signal or the biological signal of the respiratory circulatory system . Further, the sleep state determination means performs amplitude analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the amplitude dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and determines sleep at a non-rem stage. To do.
また本発明は、エアマットに横臥する被験者の生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判定を行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにする。さらに前記睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにしたことを特徴とする。 The present invention also includes a sensor that detects biological information of a subject lying on the air mat, and a biological signal separation unit that separates a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor. It has a sleep state determination means for determining a sleep stage from a biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal. In the sleep state determination means, the sleep determination at the non-rem stage is determined by the biological signal of the respiratory circulatory system. The distinction between the awakening stage and the REM sleep stage is performed based on the fluctuation rate of the body motion signal or the biological signal of the respiratory circulatory system. Further, the sleep state determination means performs amplitude analysis on a respiratory circulatory system biological signal, compares the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal with a threshold value, and determines non-REM stage sleep. It is characterized by.
また本発明は、エアマットに横臥する被験者の生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判定を行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにする。さらに前記睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしたことを特徴とする。 The present invention also includes a sensor that detects biological information of a subject lying on the air mat, and a biological signal separation unit that separates a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor. It has a sleep state determination means for determining a sleep stage from a biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal. In the sleep state determination means, the sleep determination at the non-rem stage is determined by the biological signal of the respiratory circulatory system. The wakefulness stage and the REM sleep stage are discriminated based on the fluctuation rate of the biological signal of the respiratory circulatory system. Further, the sleep state determination means performs a frequency analysis of the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and determines the awakening stage and the REM sleep stage. It is characterized by distinguishing.
また本発明は、エアマットに横臥する被験者の生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判定を行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにする。さらに前記睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしたことを特徴とする。 The present invention also includes a sensor that detects biological information of a subject lying on the air mat, and a biological signal separation unit that separates a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor. It has a sleep state determination means for determining a sleep stage from a biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal. In the sleep state determination means, the sleep determination at the non-rem stage is determined by the biological signal of the respiratory circulatory system. The wakefulness stage and the REM sleep stage are discriminated based on the fluctuation rate of the biological signal of the respiratory circulatory system. Further, the sleep state determination means performs an amplitude analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and determines the awakening stage and the REM sleep stage. It is characterized by distinguishing.
本発明によれば、生体情報を検出するセンサと、センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は呼吸循環器系の生体信号により判行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行うようにしている。このため、人体にセンサを直接取り付ける必要がない。したがって、被験者の寝返りや体動によりセンサが脱落して機能しなくなったり、センサの取り付け条件が変化して計測データの継続性に疑義が生じたりする問題が発生しない。また、被験者はセンサによって計測されているというストレスが生じないため、非計測時と同じ心理状態睡眠状態を計測できる。このことは計測データの信頼性の向上につながる。更に、脳波分析のように専門医による判定を必要としないため、被験者が自宅等どこでも計測が可能である。また、ノンレム睡眠段階の判定と、覚醒段階とレム睡眠段階の判定とを別々に行っているので、睡眠状態の判定の精度が向上される。 According to the present invention, a sensor for detecting biological information, a biological signal separation means for separating a biological signal of a respiratory circulatory system and a body motion signal from a detection signal of the sensor, and a separated respiratory circulatory system A sleep state determination means for determining a sleep stage from a biological signal and a body motion signal, wherein the sleep determination of the non-rem stage is determined by a biological signal of a respiratory circulatory system, The discrimination from the REM sleep stage is performed based on the fluctuation rate of the body motion signal or the biological signal of the respiratory circulatory system. For this reason, it is not necessary to attach a sensor directly to a human body. Therefore, the problem that the sensor falls off due to the subject's rollover or body movement and does not function or the continuity of the measurement data is doubted due to changes in the sensor mounting conditions does not occur. In addition, since the subject does not experience the stress that is measured by the sensor, the same psychological state sleep state as that at the time of non-measurement can be measured. This leads to improved reliability of measurement data. Furthermore, since the determination by a specialist is not required unlike the electroencephalogram analysis, the subject can be measured anywhere such as at home. Moreover, since the determination of the non-REM sleep stage and the determination of the awakening stage and the REM sleep stage are performed separately, the accuracy of the sleep state determination is improved.
また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別している。また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周期解析し、呼吸循環器系の生体信号の周期分散値と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにしている。また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにしている。このため、簡単な構成で、然も、高い精度で、ノンレム睡眠の段階が判定できる。 In the present invention, the sleep state determination means performs frequency analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and determines sleep at the non-REM stage. ing. In the present invention, the sleep state determination means periodically analyzes the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the periodic dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and determines the sleep at the non-REM stage. I am doing so. Further, in the present invention, the sleep state determination means performs amplitude analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system and compares the amplitude dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value to determine non-REM stage sleep. I am doing so. For this reason, it is possible to determine the stage of non-REM sleep with a simple configuration and high accuracy.
また、本発明では、睡眠状態判定手段は、体動信号を解析して体動頻度を求め、体動頻度と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしている。また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしている。また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を周期解析し、呼吸循環器系の生体信号の周期分散値の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしている。また、本発明では、睡眠状態判定手段は、呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにしている。このため、簡単な構成で、然も、高い精度で、覚醒段階とレム睡眠段階とが判定できる。 In the present invention, the sleep state determining means analyzes the body motion signal to determine the body motion frequency, compares the body motion frequency with a threshold value, and determines the awakening stage and the REM sleep stage. . In the present invention, the sleep state determination means performs frequency analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with the threshold value, The sleep stage is discriminated. In the present invention, the sleep state determination means periodically analyzes the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the fluctuation rate of the periodic dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with the threshold value, and The sleep stage is discriminated. In the present invention, the sleep state determination means performs amplitude analysis on the respiratory circulatory system biological signal, compares the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal with the threshold value, The sleep stage is discriminated. For this reason, it is possible to determine the awakening stage and the REM sleep stage with a simple configuration and high accuracy.
また、本発明では、同一の被験者の過去の基準値を基に閾値を決定して、リアルタイムに睡眠状態を分析することで、リアルタイム処理が可能である。また、本発明では、年齢に対する睡眠段階の占有率の情報を基に閾値を決定して、リアルタイムに睡眠状態を分析するようにすることで、リアルタイム処理が可能である。睡眠のリアルタイム分析が可能になる結果、睡眠状態に応じた機器や環境を制御する目的に利用することができる。 In the present invention, real-time processing is possible by determining a threshold based on a past reference value of the same subject and analyzing the sleep state in real time. Further, in the present invention, real-time processing is possible by determining a threshold based on information on the occupation ratio of the sleep stage with respect to age and analyzing the sleep state in real time. As a result of enabling real-time analysis of sleep, it can be used for the purpose of controlling devices and environments according to sleep states.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1)睡眠分析装置の構成.
図1は、本発明の第1実施形態を示すものである。図1において、1はエアマットである。エアマット1にはエアホース2が接続されており、エアホース2には、圧力センサ3が取り付けられる。圧力センサ3は、エアマット1の圧力変化による信号を検出して、電気信号に変換する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) Configuration of sleep analyzer.
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an air mat. An
被験者5がエアマット1上に横臥している間に、圧力センサ3からは、被験者5の種々の生体信号が得られる。すなわち、被験者5の心拍による圧力変化がエアマット1に伝わり、圧力センサ3で検出される。また、被験者5の呼吸による圧力変化がエアマット1に伝わり、圧力センサ3で検出される。更に、被験者5が動くと、その体動による圧力変化がエアマット1に伝わり、圧力センサ3で検出される。圧力センサ3からは、心拍信号、呼吸信号、体動信号等の生体信号が混合された状態で検出される。
While the
圧力センサ3の出力信号は、センサインターフェース4を介して、生体信号分離部6に送られる。生体信号分離部6は、圧力センサ3の出力信号から、心拍信号、呼吸信号、体動信号を分離するものである。
The output signal of the
生体信号分離部6は、例えば周波数分割により、各生体信号を分離するものである。生体信号分離部6は、バンドパスフィルタ7a、7b、7cにより構成されている。心拍信号は、心拍の基本信号(60Hz付近)又は心拍関連信号(10Hz及びその高調波)の周波数成分の信号を抽出するバンドパスフィルタ7aで分離される。呼吸信号は、呼吸の基本信号(0.3Hz付近)の周波数成分の信号を抽出するバンドパスフィルタ7bで分離される。体動信号は、(100Hz〜300Hz)の信号を抽出するバンドパスフィルタ7cで分離される。
The biological
バンドパスフィルタ7a、7b、7cで分離された心拍信号、呼吸信号、体動信号は、レベル検波及び増幅を行う信号処理部8a、8b、8cを介して、睡眠状態判定部9に送られる。
The heartbeat signal, the respiration signal, and the body motion signal separated by the
睡眠状態判定部9は、呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)及び体動信号を用いて、睡眠状態を判定する。つまり、呼吸循環器系の生体情報である血圧、呼吸、脈拍は睡眠の状態に応じて変化することが知られている。例えば、レム睡眠期では血圧や脈拍数は乱高下し、深い睡眠状態に移行すると血圧は下がり、脈拍数も減少する。よって、睡眠中の呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)を分析することにより、人の睡眠の深さ(ノンレム睡眠段階)を推定することができる。また、覚醒状態では体動頻度は大きいが、レム睡眠段階に入ると、体動頻度が小さくなる。よって、体動信号を分析することにより、覚醒段階かレム睡眠段階かが判断できる。また、覚醒状態では呼吸循環器系の生体信号の変動率は小さいが、レム睡眠段階に入ると、呼吸循環器系の生体信号の変動率が大きくなる。よって、呼吸循環器系の生体信号の変動率から、覚醒段階かレム睡眠段階かが判断できる。睡眠状態判定部9で、例えば、覚醒段階、レム睡眠段階、ノンレム第1段階、ノンレム第2段階、ノンレム第3段階、ノンレム第4段階の6段階に分けて、睡眠状態が判定される。この判定結果が出力端子10から出力される。
The sleep
以上説明したように、本発明の実施形態では、圧力センサ3により被験者5の種々の生態信号を検出し、この圧力センサ3からの生体信号から生体信号分離部6で心拍信号、呼吸信号、体動信号の生体信号に分離し、睡眠状態判定部9で、分離された心拍信号、呼吸信号、体動信号の生体信号を用いて、睡眠状態を判断するようにしている。
As described above, in the embodiment of the present invention, various biological signals of the subject 5 are detected by the
本発明の実施形態では、被験者5はエアマット1で寝ているだけで睡眠状態が検出され、従来手法である睡眠ポリソムノグラフ検査のように、人体にセンサを直接取り付けることがない。このため、被験者の寝返りや体動によりセンサが脱落して機能しなくなったり、センサの取り付け条件が変化して計測データの継続性に疑義が生じたりする問題が発生しない。 In the embodiment of the present invention, the sleep state is detected only by the subject 5 sleeping on the air mat 1, and the sensor is not directly attached to the human body unlike the sleep polysomnograph test that is a conventional method. For this reason, the problem that the sensor falls off due to the subject's rollover or body movement and does not function or the continuity of the measurement data is doubted due to changes in the sensor mounting conditions does not occur.
また、被験者5はセンサによって計測されているというストレスが生じないため、非計測時と同じ心理状態睡眠状態を計測できる。このことは計測データの信頼性の向上につながる。
Moreover, since the
更に、脳波分析のように専門医による判定を必要としないため、被験者が自宅等どこでも計測が可能である。
(2)睡眠分析の原理.
次に、生体信号分離部6で分離された心拍信号、呼吸信号、体動信号の生体信号により、睡眠状態判定部9でどのようにして睡眠状態が判定されるかについて説明する。
Furthermore, since the determination by a specialist is not required unlike the electroencephalogram analysis, the subject can be measured anywhere such as at home.
(2) Principle of sleep analysis.
Next, how the sleep state is determined by the sleep
前述したように、呼吸循環器系の生体情報である血圧、呼吸、脈拍は、睡眠状態により変化することが知られている。例えば、レム睡眠期では血圧や脈拍数は乱高下し、深い睡眠状態に移行すると血圧は下がり、脈拍数も減少する。したがって、心拍信号や呼吸信号等の呼吸循環器系生体信号を捉え、この生体信号の変化を分析すれば、人の睡眠状態を推定することができる。 As described above, it is known that blood pressure, respiration, and pulse, which are biological information of the respiratory circulatory system, change depending on the sleep state. For example, in the REM sleep period, blood pressure and pulse rate fluctuate, and when a deep sleep state is entered, the blood pressure decreases and the pulse rate also decreases. Therefore, if a respiratory circulatory system biological signal such as a heartbeat signal or a respiratory signal is captured and a change in the biological signal is analyzed, the sleep state of the person can be estimated.
呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)の変化は、周波数分析して捉えることができる。また、呼吸循環器系生体信号の変化は、周期分析して捉えることができる。また、呼吸循環器系生体信号の変化は、振幅分析して捉えることができる。
(2−1)周波数変動帯域を用いて睡眠分析.
先ず、呼吸循環器系生体信号の周波数分析して睡眠状態を判断する例から説明する。
Changes in respiratory circulatory system biological signals (heart rate signal, respiratory signal) can be captured by frequency analysis. In addition, changes in respiratory circulatory system biological signals can be captured by periodic analysis. In addition, changes in respiratory circulatory system biological signals can be captured by amplitude analysis.
(2-1) Sleep analysis using frequency fluctuation band.
First, an example in which the sleep state is determined by analyzing the frequency of the respiratory circulatory system biosignal will be described.
図2(A)に示すように、時間と共に変化するような時系列の呼吸循環器系生体信号が得られたとする。この呼吸循環器系生体信号をFFT(Fast Fourier Transform)によりスペクトラムに変換すると、図2(B)に示すように、周波数変動帯域が検出される。この周波数変動帯域Δfは、呼吸循環器系生体信号の変動を反映するものとなる。すなわち、覚醒段階やレム睡眠にあるときには、呼吸循環器系生体信号の変動が大きく、このときには、周波数変動帯域Δfが大きくなる。深い睡眠に入ると、呼吸循環器系生体信号の変動が小さくなり、周波数変動帯域Δfは小さくなる。このことから、呼吸循環器系生体信号をFFTによりスペクトラムに変換し、このスペクトラムから周波数変動帯域Δfを計測すれば、睡眠状態が判断できる。 As shown in FIG. 2A, it is assumed that a time-series respiratory circulatory system biological signal that changes with time is obtained. When this respiratory circulatory system biological signal is converted into a spectrum by FFT (Fast Fourier Transform), a frequency fluctuation band is detected as shown in FIG. This frequency fluctuation band Δf reflects the fluctuation of the respiratory circulatory system biological signal. That is, during the awakening stage or REM sleep, fluctuations in the respiratory circulatory system biological signal are large, and at this time, the frequency fluctuation band Δf is large. When deep sleep is entered, fluctuations in the respiratory circulatory system biological signal become smaller and the frequency fluctuation band Δf becomes smaller. Therefore, the sleep state can be determined by converting the respiratory circulatory system biological signal into a spectrum by FFT and measuring the frequency fluctuation band Δf from this spectrum.
図3は、呼吸循環器系生体信号を入力情報として睡眠深度(ノンレム1段階,ノンレム2段階、ノンレム3段階、ノンレム4段階)を算出するための関係グラフである。図3において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域を示す。図3に示すように、覚醒段階及びレム睡眠の段階では呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfは大きい。睡眠状態になると、睡眠が深くなるに従って、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfは小さくなっていく。この関係から、閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34を設定しておき、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfと、各閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34とを比較することにより、ノンレム4段階の中でどの睡眠段階にあるかが判断できる。
FIG. 3 is a relationship graph for calculating sleep depth (non-rem 1 stage,
このように、ノンレムの4段階については、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfから判断できる。しかしながら、覚醒段階とレム睡眠段階では、共に呼吸循環器系生体信号の変動が大きく、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかの判断は、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfだけで行うのは難しい。 As described above, the non-REM four stages can be determined from the frequency fluctuation band Δf of the respiratory circulatory system biological signal. However, in the wakefulness stage and the REM sleep stage, the respiratory circulatory system biological signal is largely fluctuated, and the determination of whether it is in the wakefulness stage or the REM sleep stage can be made only by the frequency fluctuation band Δf of the respiratory circulatory system biological signal Difficult to do.
覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかについては、体動頻度又は呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率から判断することができる。 Whether it is in the wakefulness stage or the REM sleep stage can be determined from the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the body movement frequency or the respiratory circulatory system biological signal.
つまり、図4は、体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率とを入力情報として、睡眠深度(覚醒段階、レム睡眠段階)を算出するための関係を示すグラフである。図4において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率を示す。図4に示すように、覚醒段階では、体動頻度が大きく、レム睡眠段階に入ると、体動頻度が小さくなる。また、覚醒段階では、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率は小さいが、レム睡眠段階に入ると、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率が大きくなる。このグラフから、体動頻度と閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。また、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率と閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。
(2−2)周期分散値を用いた睡眠分析.
次に、呼吸循環器系生体信号を周期分析して睡眠状態を判断する例について説明する。
That is, FIG. 4 is a graph showing the relationship for calculating the sleep depth (wakefulness stage, REM sleep stage) using the body motion frequency and the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biosignal as input information. . In FIG. 4, the horizontal axis represents the sleep depth, and the vertical axis represents the body movement frequency and the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal. As shown in FIG. 4, the body motion frequency is large at the awakening stage, and the body motion frequency is reduced when entering the REM sleep stage. Further, in the awakening stage, the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal is small, but when entering the REM sleep stage, the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal increases. From this graph, by comparing the body motion frequency with the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage. Further, by comparing the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biosignal with the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage.
(2-2) Sleep analysis using periodic dispersion values.
Next, an example in which a sleep state is determined by periodically analyzing respiratory circulatory system biological signals will be described.
図5(A)に示すように、時間と共に変化するような時系列の呼吸循環器系生体信号が得られたとする。図5(B)に示すように、この呼吸循環器系生体信号の1周期毎の時間を計測し、この呼吸循環器系生体信号の1周期毎の時間の分散から、図5(C)に示すようなヒストグラムを作成すると、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtが求められる。この周期分散値Δtは、呼吸循環器系生体信号の変動を反映するものとなる。すなわち、覚醒段階やレム睡眠にあるときには、呼吸循環器系生体信号の変動が大きく、このときには、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtが大きくなる。深い睡眠に入ると、呼吸循環器系生体信号の変動が小さくなり、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtが小さくなる。このことから、呼吸循環器系生体信号の1周期毎の時間を計測し、周期分散値Δtを求めれば、睡眠状態が判断できる。 As shown in FIG. 5A, it is assumed that a time-series respiratory circulatory system biological signal that changes with time is obtained. As shown in FIG. 5 (B), the time for each cycle of this respiratory circulatory system biological signal is measured, and from the dispersion of the time for each cycle of this respiratory circulatory system biological signal, FIG. When a histogram as shown in the figure is created, the periodic dispersion value Δt of the respiratory circulatory system biological signal is obtained. This periodic dispersion value Δt reflects the fluctuation of the respiratory circulatory system biological signal. That is, during the wakefulness stage or REM sleep, the fluctuation of the respiratory circulatory system biological signal is large, and at this time, the periodic dispersion value Δt of the respiratory circulatory system biological signal is large. When deep sleep is entered, the fluctuation of the respiratory circulatory system biological signal becomes small, and the periodic dispersion value Δt of the respiratory circulatory system biological signal becomes small. From this, the sleep state can be determined by measuring the time for each cycle of the respiratory circulatory system biological signal and obtaining the periodic dispersion value Δt.
図6は、呼吸循環器系生体信号を入力情報として睡眠深度(ノンレム1段階,ノンレム2段階、ノンレム3段階、ノンレム4段階)を算出するための関係グラフである。図6において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtを示す。図6に示すように、覚醒段階及びレム睡眠の段階では呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtが大きい。睡眠状態になると、睡眠が深くなるに従って、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtは小さくなっていく。この関係から、閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34を設定しておき、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtと、各閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34とを比較することにより、ノンレム4段階の中でどの睡眠段階にあるかが判断できる。
FIG. 6 is a relationship graph for calculating sleep depth (non-rem 1 stage,
覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかについては、体動頻度又は呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変動率から判断することができる。 Whether it is in the wakefulness stage or the REM sleep stage can be determined from the fluctuation rate of the body motion frequency or the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal.
図7は、体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変動率とを入力情報として、睡眠深度(覚醒段階、レム睡眠段階)を算出するための関係を示すグラフである。図7において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変動率を示す。図7に示すように、覚醒段階では、体動頻度が大きく、レム睡眠段階に入ると、体動頻度が小さくなる。また、覚醒段階では、呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変動率は小さいが、レム睡眠段階に入ると、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動幅が大きくなる。このグラフから、体動頻度と閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。また、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率と、閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。
(2−3)振幅分散値を用いた睡眠分析.
次に、呼吸循環器系生体信号を振幅解析して睡眠状態を判断する例について説明する。
FIG. 7 is a graph showing the relationship for calculating the sleep depth (wakefulness stage, REM sleep stage) using the body motion frequency and the fluctuation rate of the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal as input information. In FIG. 7, the horizontal axis represents the sleep depth, and the vertical axis represents the body motion frequency and the fluctuation rate of the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal. As shown in FIG. 7, the body motion frequency is large in the awakening stage, and the body motion frequency is reduced when entering the REM sleep stage. In the wakefulness stage, the fluctuation rate of the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal is small, but when entering the REM sleep stage, the fluctuation range of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal increases. From this graph, by comparing the body motion frequency with the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage. Further, by comparing the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal with the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage.
(2-3) Sleep analysis using amplitude variance value.
Next, an example in which the sleep state is determined by analyzing the amplitude of the respiratory circulatory system biological signal will be described.
図8(A)に示すように、時間と共に変化するような時系列の呼吸循環器系生体信号が得られたとする。図8(B)に示すように、この呼吸循環器系生体信号の1周期毎の振幅を計測し、この呼吸循環器系生体信号の1周期毎の振幅から分散を求め、図8(C)に示すようなヒストグラムを作成すると、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAが求められる。この振幅分散値ΔAは、呼吸循環器系生体信号の変動を反映するものとなる。すなわち、覚醒段階やレム睡眠にあるときには、呼吸循環器系生体信号の変動が大きく、このときには、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAが大きくなる。深い睡眠に入ると、呼吸循環器系生体信号の変動が小さくなり、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAが小さくなる。このことから、呼吸循環器系生体信号の1周期毎を振幅を計測し、振幅分散値ΔAを求めれば、睡眠状態が判断できる。 As shown in FIG. 8A, it is assumed that a time-series respiratory circulatory system biological signal that changes with time is obtained. As shown in FIG. 8B, the amplitude of each respiratory circulatory biological signal is measured and the variance is obtained from the amplitude of each respiratory circulatory biological signal. When the histogram as shown in FIG. 2 is created, the amplitude dispersion value ΔA of the respiratory circulatory system biological signal is obtained. This amplitude dispersion value ΔA reflects fluctuations in the respiratory circulatory system biological signal. That is, during the awakening stage or REM sleep, the fluctuation of the respiratory circulatory system biological signal is large, and at this time, the amplitude dispersion value ΔA of the respiratory circulatory system biological signal is large. When deep sleep is entered, fluctuations in the respiratory circulatory system biological signal become smaller, and the amplitude dispersion value ΔA of the respiratory circulatory system biological signal becomes smaller. From this, the sleep state can be determined by measuring the amplitude for each cycle of the respiratory circulatory system biological signal and obtaining the amplitude dispersion value ΔA.
図9は、呼吸循環器系生体信号を入力情報として睡眠深度(ノンレム1段階,ノンレム2段階、ノンレム3段階、ノンレム4段階)を算出するための関係グラフである。図9において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAを示す。図9に示すように、覚醒段階及びレム睡眠の段階では呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAが大きい。睡眠状態になると、睡眠が深くなるに従って、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAは小さくなっていく。この関係から、閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34を設定しておき、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAと、各閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34とを比較することにより、ノンレム4段階の中でどの睡眠段階にあるかが判断できる。
FIG. 9 is a relationship graph for calculating sleep depth (non-rem 1 stage,
覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかについては、体動頻度又は呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変動率から判断することができる。 Whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage can be determined from the fluctuation rate of the body motion frequency or the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal.
図10は、体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変動率とを入力情報として、睡眠深度(覚醒段階、レム睡眠段階)を算出するための関係を示すグラフである。図10において、横軸は睡眠深度を示し、縦軸は体動頻度及び呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変動率を示す。図10に示すように、覚醒段階では、体動頻度が大きく、レム睡眠段階に入ると、体動頻度が小さくなる。また、覚醒段階では、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変動率は小さいが、レム睡眠段階に入ると、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動幅が大きくなる。このグラフから、体動頻度と、閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。また、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率と、閾値SthWRとを比較することにより、覚醒段階にあるかレム睡眠段階にあるかを判断することができる。
(3)睡眠状態判定部の構成.
以上説明したように、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域、呼吸循環器系生体信号の周期分散値、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値を用いて、ノンレム4段階の睡眠段階が判断できる。また、体動頻度、又は呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変動率、呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変動率、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変動率を用いて、覚醒段階かレム睡眠段階かが判断できる。このような原理に基づいて、睡眠状態を判断する睡眠状態判定部9(図1)が構成できる。
(3−1)周波数変動帯域を用いた睡眠状態判定部.
図11は、睡眠状態判定部9の一例を示すものである。この例は、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域を用いてノンレム4段階の睡眠段階が判断し、体動頻度を用いて覚醒段階かレム睡眠段階かを判断するものである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship for calculating the sleep depth (wakefulness stage, REM sleep stage) using the body motion frequency and the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal as input information. In FIG. 10, the horizontal axis represents the sleep depth, and the vertical axis represents the body motion frequency and the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal. As shown in FIG. 10, the body motion frequency is large at the awakening stage, and the body motion frequency is reduced when entering the REM sleep stage. In the awakening stage, the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal is small. However, when entering the REM sleep stage, the fluctuation range of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal increases. From this graph, by comparing the body motion frequency and the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage. Further, by comparing the fluctuation rate of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal with the threshold value SthWR, it is possible to determine whether it is in the awakening stage or the REM sleep stage.
(3) Configuration of sleep state determination unit.
As described above, the non-REM four-stage sleep stage is determined using the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal, the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal, and the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal. it can. In addition, the frequency of body motion or the rate of fluctuation of the frequency fluctuation band of the respiratory circulatory system biological signal, the rate of fluctuation of the periodic dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal, and the rate of fluctuation of the amplitude dispersion value of the respiratory circulatory system biological signal Thus, it can be determined whether it is awakening or REM sleep. Based on such a principle, the sleep state determination part 9 (FIG. 1) which determines a sleep state can be comprised.
(3-1) Sleep state determination unit using frequency fluctuation band.
FIG. 11 shows an example of the sleep
図11において、入力端子21に、呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)が供給される。入力端子22に、体動信号が供給される。
In FIG. 11, a respiratory circulatory system biological signal (heartbeat signal, respiratory signal) is supplied to the
入力端子21からの呼吸循環器系生体信号は、FFT処理部23に供給される。FFT処理部23で、呼吸循環器系生体信号がスペクトラムに変換される。FFT処理部23の出力信号が分散値算出部24に供給される。分散値算出部24で、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfが算出される。分散値算出部24で算出された周波数変動帯域Δfは、比較器25a、25b、25c、25dに供給される。
The respiratory circulatory system biological signal from the
比較器25a、25b、25c、25dには、閾値生成部27から、閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1がそれぞれ供給される。比較器25a、25b、25c、25dで、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfと閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1とが比較される。比較器25a、25b、25c、25dの出力信号がノンレム睡眠段階判定部26に供給される。ノンレム睡眠段階判定部26で、ノンレム4段階の睡眠状態が判定される。
The threshold values Sth34, Sth23, Sth12, and SthR1 are supplied from the
入力端子22からの体動信号は、体動レベル正規化部31に供給される。体動レベル正規化部31で、体動頻度が検出される。体動レベル正規化部31で検出された体動頻度が比較器32に供給される。比較器32には、閾値生成部27から閾値SthWRが供給される。比較器32で、体動頻度と閾値SthWRとが比較される。比較器32の出力信号が覚醒/レム睡眠判定部33に供給される。覚醒/レム睡眠判定部33で、覚醒状態かレム睡眠の状態かが判定される。
The body motion signal from the
ノンレム睡眠段階判定部26の出力信号及び覚醒/レム睡眠判定部33の出力信号が総合睡眠判定部34に供給される。総合睡眠判定部34で、ノンレム睡眠段階判定部26の出力信号と、覚醒/レム睡眠判定部33の出力信号とから、6段階の睡眠状態が判断される。この睡眠状態の判断結果が出力端子35から出力される。
The output signal of the non-REM sleep
なお、この例では、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度を用いて行うようにしているが、図12に示すように、変動率算出部36を設け、FFT処理部23の出力信号を変動率算出部36に供給し、変動率算出部36で、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変化率を算出し、この呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変化率を比較器37に供給し、比較器37で、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変化率と閾値SthWRとを比較して、覚醒状態かレム睡眠の状態かを判定するようにしても良い。
In this example, the determination of whether the state is awake or REM sleep is performed using the body motion frequency. However, as shown in FIG. 12, a fluctuation
また、図13に示すように、体動レベル正規化部31と変動率算出部36を共に設け、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度と、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域の変化率との双方を用いて行うようにしても良い。
(3−2)周期分析値を用いた睡眠状態判定部.
図14は、睡眠状態判定部9の他の例を示すものである。この例は、呼吸循環器系生体信号の周期分散値を用いてノンレム4段階の睡眠段階が判断し、体動頻度を用いて覚醒段階かレム睡眠段階かを判断するものである。
Further, as shown in FIG. 13, both the body motion
(3-2) Sleep state determination unit using period analysis value.
FIG. 14 shows another example of the sleep
図14において、入力端子121に、呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)が供給される。入力端子122に、体動信号が供給される。
In FIG. 14, a respiratory circulatory system biological signal (heartbeat signal, respiratory signal) is supplied to the
入力端子121からの呼吸循環器系生体信号は、周期計測部123に供給される。周期計測部123で、呼吸循環器系生体信号の1周期毎の時間が計測される。周期計測部123の出力信号が分散値算出部124に供給される。分散値算出部124で、呼吸循環器系生体信号の周期分散値Δtが算出される。分散値算出部124で算出された周期分散値Δtは、比較器125a、125b、125c、125dに供給される。
The respiratory circulatory system biological signal from the
比較器125a、125b、125c、125dには、閾値生成部127から、閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1がそれぞれ供給される。比較器125a、125b、125c、125dで、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfと閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1とが比較される。比較器125a、25b、125c、125dの出力信号がノンレム睡眠段階判定部126に供給される。ノンレム睡眠段階判定部126で、ノンレム4段階の睡眠状態が判定される。
The threshold values Sth34, Sth23, Sth12, and SthR1 are supplied from the
入力端子122からの体動信号は、体動レベル正規化部131に供給される。体動レベル正規化部131で、体動頻度が検出される。体動レベル正規化部131で検出された体動頻度が比較器132に供給される。比較器132には、閾値生成部127から閾値SthWRが供給される。比較器132で、体動頻度と閾値SthWRとが比較される。比較器132の出力信号が覚醒/レム睡眠判定部133に供給される。覚醒/レム睡眠判定部133で、覚醒状態かレム睡眠の状態かが判定される。
The body motion signal from the
ノンレム睡眠段階判定部126の出力信号及び覚醒/レム睡眠判定部133の出力信号が総合睡眠判定部134に供給される。総合睡眠判定部134で、ノンレム睡眠段階判定部126の出力信号と、覚醒/レム睡眠判定部133の出力信号とから、6段階の睡眠状態が判断される。この睡眠状態の判断結果が出力端子135から出力される。
The output signal of the non-REM sleep
なお、この例では、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度を用いて行うようにしているが、図15に示すように、変動率算出部136を設け、周期計測部123の出力信号を変動率算出部136に供給し、変動率算出部136で、呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変化率を算出し、この呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変化率を比較器137に供給し、比較器137で、呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変化率と閾値SthWRとを比較して、覚醒状態かレム睡眠の状態かを判定するようにしても良い。
In this example, the determination of whether the state is awake or REM sleep is performed using the body motion frequency. However, as shown in FIG. 15, a fluctuation
また、図16に示すように、体動レベル正規化部131と変動率算出部136とを共に設け、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度と、呼吸循環器系生体信号の周期分散値の変化率との双方を用いて行うようにしても良い。
(3−3)振幅分散値を用いた睡眠判定部.
図17は、睡眠状態判定部9の更に他の例を示すものである。この例は、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値を用いてノンレム4段階の睡眠段階が判断し、体動頻度を用いて覚醒段階かレム睡眠段階かを判断するものである。
Also, as shown in FIG. 16, the body motion
(3-3) Sleep determination unit using amplitude dispersion value.
FIG. 17 shows still another example of the sleep
図17において、入力端子221に、呼吸循環器系生体信号(心拍信号、呼吸信号)が供給される。入力端子222に、体動信号が供給される。
In FIG. 17, a respiratory circulatory system biological signal (heart rate signal, respiratory signal) is supplied to the
入力端子221からの呼吸循環器系生体信号は、振幅計測部223に供給される。振幅計測部223で、呼吸循環器系生体信号の振幅が計測される。振幅計測部223の出力信号が分散値算出部224に供給される。分散値算出部224で、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値ΔAが算出される。分散値算出部224で算出された振幅分散値ΔAは、比較器225a、225b、225c、225dに供給される。
A respiratory circulatory system biological signal from the
比較器225a、225b、225c、225dには、閾値生成部227から、閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1がそれぞれ供給される。比較器225a、225b、225c、225dで、呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfと閾値Sth34、Sth23、Sth12、SthR1とが比較される。比較器225a、25b、225c、225dの出力信号がノンレム睡眠段階判定部226に供給される。ノンレム睡眠段階判定部226で、ノンレム4段階の睡眠状態が判定される。
The threshold values Sth34, Sth23, Sth12, and SthR1 are supplied from the
入力端子222からの体動信号は、体動レベル正規化部231に供給される。体動レベル正規化部231で、体動頻度が検出される。体動レベル正規化部231で検出された体動頻度が比較器232に供給される。比較器232には、閾値生成部227から閾値SthWRが供給される。比較器232で、体動頻度と閾値SthWRとが比較される。比較器232の出力信号が覚醒/レム睡眠判定部233に供給される。覚醒/レム睡眠判定部233で、覚醒状態かレム睡眠の状態かが判定される。
The body motion signal from the
ノンレム睡眠判定部226の出力信号及び覚醒/レム睡眠判定部233の出力信号が総合睡眠判定部234に供給される。総合睡眠判定部234で、ノンレム睡眠段階判定部226の出力信号と、覚醒/レム睡眠判定部233の出力信号とから、6段階の睡眠状態が判断される。この睡眠状態の判断結果が出力端子235から出力される。
The output signal of the non-REM
なお、この例では、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度を用いて行うようにしているが、図18に示すように、変動率算出部236を設け、振幅計測部223の出力信号を変動率算出部236に供給し、変動率算出部236で、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変化率を算出し、この呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変化率を比較器237に供給し、比較器237で、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変化率と閾値SthWRとを比較して、覚醒状態かレム睡眠の状態かを判定するようにしても良い。
In this example, the determination of whether the state is awake or REM sleep is performed using the body movement frequency. However, as shown in FIG. 18, a fluctuation
また、図19に示すように、体動レベル正規化部231と変動率算出部236とを共に設け、覚醒状態かレム睡眠の状態かの判定を、体動頻度と、呼吸循環器系生体信号の振幅分散値の変化率との双方を用いて行うようにしても良い。
以上、周波数変動帯域を用いて睡眠分析、周期分散値を用いて睡眠分析、振幅分散値を用いた睡眠分析について説明したが、睡眠分析は、これらの組み合わせで行うようにしても良いし、これら全て用いて行うようにしても良い。また、呼吸循環器系の生体信号としては、心拍信号又は呼吸信号のみを用いても良いし、心拍信号と呼吸信号の双方を用いるようにしても良い。
(4)リアルタイム処理について.
上述のように、ノンレム4段階の睡眠状態の判定は、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域Δf、周期分散値Δt、振幅分散値ΔAと、閾値St hR1、Sth12、Sth23、Sth34と比較することにより行われる。また、覚醒段階とレム睡眠との判断は、体動頻度と、閾値SthWRとを比較することにより行われか、又は、呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域Δfの変化率、周期分散値Δtの変化率、振幅分散値ΔAの変化率と、閾値SthWRとを比較することにより行われる。人の睡眠段階を正確に判定するためには、被験者5の一晩の睡眠を計測した後でなければ、これらの閾値を正確に設定することはできない。
Further, as shown in FIG. 19, a body motion
The sleep analysis using the frequency fluctuation band, the sleep analysis using the periodic dispersion value, and the sleep analysis using the amplitude dispersion value have been described above. However, the sleep analysis may be performed by a combination of these. You may make it carry out using all. In addition, as a biological signal of the respiratory circulatory system, only a heartbeat signal or a respiratory signal may be used, or both a heartbeat signal and a respiratory signal may be used.
(4) Real-time processing.
As described above, the non-REM four-stage sleep state is determined by comparing the frequency fluctuation band Δf, the periodic dispersion value Δt, the amplitude dispersion value ΔA of the biological signal of the respiratory circulatory system with the threshold values St hR1, Sth12, Sth23, and Sth34. Is done. In addition, the determination of the arousal stage and the REM sleep is performed by comparing the body movement frequency and the threshold value SthWR, or the rate of change of the frequency fluctuation band Δf of the biological signal of the respiratory circulatory system, the periodic dispersion value This is performed by comparing the rate of change of Δt, the rate of change of the amplitude dispersion value ΔA, and the threshold value SthWR. In order to accurately determine the sleep stage of a person, these threshold values cannot be set accurately unless the sleep of the subject 5 is measured overnight.
しかし、即時的又はリアルタイムな睡眠段階の情報が必要な場合は、この閾値は暫定値を用いることができる。例えば、被験者が同一人物であり繰り返し生体情報を計測する場合、図20のような生体情報の変動値はほぼ一定と見なせるため、閾値もほぼ一定であると見なすことができる。つまり被験者が同一人物である場合、前日値又は過去における規則値あるいは平均値などを基準に閾値を仮決定して、リアルタイムに睡眠段階を判定することができる。
(5)閾値の設定について.
被験者5が本発明による睡眠分析システムにより計測する場合には、年齢別睡眠段階占有率を基準として閾値を絞り込むことが可能である。
However, if immediate or real-time sleep stage information is required, a temporary value can be used for this threshold. For example, when the subject is the same person and repeatedly measures biometric information, the variation value of the biometric information as shown in FIG. 20 can be regarded as almost constant, so that the threshold value can be regarded as almost constant. That is, when the subject is the same person, the sleep stage can be determined in real time by temporarily determining the threshold value based on the previous day value, the rule value or the average value in the past, or the like.
(5) About threshold setting.
When the subject 5 measures with the sleep analysis system according to the present invention, the threshold value can be narrowed down based on age-specific sleep stage occupancy.
つまり、図21は、年齢に対する各睡眠段階の占有率を現すグラフである。図21において、横軸は年齢を示し、縦軸は各睡眠段階の占有率を示す。このグラフから、睡眠中に、覚醒段階、レム睡眠段階、ノンレム第1段階、ノンレム第2段階、ノンレム第3段階、ノンレム第4段階のそれぞれの占有率は、年齢と共に変化していることが分かる。簡単に言えば、年齢と共に睡眠が浅くなり、覚醒段階にある占有率が高くなる。 That is, FIG. 21 is a graph showing the occupation ratio of each sleep stage with respect to age. In FIG. 21, the horizontal axis indicates the age, and the vertical axis indicates the occupancy rate of each sleep stage. From this graph, it can be seen that during sleep, the occupancy rates of the awakening stage, REM sleep stage, non-REM first stage, non-REM second stage, non-REM third stage, and non-REM fourth stage change with age. . Simply put, sleep becomes shallower with age, and the occupancy rate at the awakening stage increases.
この図21に示すグラフを用いて、6段階の睡眠段階を判定するのに必要な計5個の閾値を求める方法を示す。 Using the graph shown in FIG. 21, a method for obtaining a total of five threshold values necessary for determining six sleep stages will be described.
各閾値を以下のように定義するものとする。
SthR1:生体情報としての覚醒段階及びREM段階とノンレム1段階の閾値
Sth12:生体情報としてのノンレム2段階とノンレム3段階の閾値
Sth23:生体情報としてのノンレム3段階とノンレム2段階の閾値
Sth34:生体情報としてのノンレム4段階とノンレム3段階の閾値
各年齢における睡眠段階占有率を以下のように定義するものとする。
R_W:指定された年齢における覚醒段階の占有率
R_REM:指定された年齢におけるREM睡眠段階の占有率
R_1:指定された年齢におけるノンレム1段階の占有率
R_2:指定された年齢におけるノンレム2段階の占有率
R_3:指定された年齢におけるノンレム3段階の占有率
R_4:指定された年齢におけるノンレム4段階の占有率
(R_WからR_4までの総和は100%)
全睡眠時間をTとすると、指定された年齢におけるノンレム4段階の時間は、R_4*Tとなる。よって、ノンレム第4段階とノンレム第3段階とを弁別する閾値Sth34は、以下のようにして算出される。
Sth34をパラメータとして、Sth34≧S(t) を満たすtの総合時間T_Sleep4が
T_Sleep4=Σt=R_4*T
の条件を満たす時、Sth34がノンレム第4段階4とノンレム第3段階とを弁別する閾値となる。
Each threshold is defined as follows.
SthR1: Arousal stage and REM stage and non-rem 1 stage thresholds as biological information
Sth12:
Sth23:
Sth34: Threshold of
R_W: occupancy rate of the arousal stage at the specified age
R_REM: occupancy rate of REM sleep stage at specified age
R_1: Non-REM one-stage occupancy at the specified age
R_2: Non-REM two-stage occupancy at the specified age
R_3: Non-REM three-stage occupancy at the specified age
R_4: Non-REM four-stage occupancy at the specified age (total from R_W to R_4 is 100%)
Assuming that the total sleep time is T, the non-REM 4-stage time at the specified age is R_4 * T. Therefore, the threshold value Sth34 for discriminating between the non-rem fourth stage and the non-rem third stage is calculated as follows.
Using Sth34 as a parameter, the total time T_Sleep4 for t that satisfies Sth34 ≧ S (t) is
T_Sleep4 = Σt = R_4 * T
When this condition is satisfied, Sth34 becomes a threshold value for discriminating between the non-rem
全睡眠時間をTとすると、指定された年齢におけるノンレム3段階の時間は、R_3*Tとなる。よって、ノンレム第3段階とノンレム第2段階とを弁別する閾値Sth23は、以下のようにして算出される。
Sth23をパラメータとして、Sth23≧S(t)>Sth34を満たすtの総合時間
T_Sleep3が
T_Sleep3=Σt=R_3*T
の条件を満たす時、Sth23がノンレム第3段階とノンレム第2段階とを弁別する閾値となる。
If the total sleep time is T, the non-REM three-stage time at the specified age is R_3 * T. Therefore, the threshold value Sth23 for discriminating between the non-rem third stage and the non-rem second stage is calculated as follows.
T total time satisfying Sth23 ≧ S (t)> Sth34 with Sth23 as a parameter
T_Sleep3
T_Sleep3 = Σt = R_3 * T
When this condition is satisfied, Sth23 becomes a threshold value for discriminating between the non-rem third stage and the non-rem second stage.
全睡眠時間をTとすると、指定された年齢におけるノンレム2段階の時間は、R_2*Tとなる。よって、ノンレム第2段階とノンレム第1段階とを弁別する閾値Sth12は、以下のようにして算出される。
Sth12をパラメータとして、Sth12≧S(t)>Sth23を満たすtの総合時間
T_Sleep2が
T_Sleep2=Σt=R_2*T
の条件を満たす時、Sth12が睡眠段階2と1を弁別する閾値となる。
If the total sleep time is T, the non-rem two-stage time at the specified age is R_2 * T. Therefore, the threshold value Sth12 for discriminating between the non-rem second stage and the non-rem first stage is calculated as follows.
T total time satisfying Sth12 ≧ S (t)> Sth23 with Sth12 as parameter
T_Sleep2
T_Sleep2 = Σt = R_2 * T
When the above condition is satisfied, Sth12 is a threshold for discriminating between
全睡眠時間をTとすると、指定された年齢におけるノンレム1段階の時間は、R_1*Tとなる。覚醒段階及びレム睡眠段階と、ノンレム第1段階とを弁別する閾値SthWRは、以下のようにして算出される。
SthR1をパラメータとして、SthR1≧S(t)>Sth12を満たすtの総合時間T_Sleep1が
T_Sleep1=Σt=R_1*T
の条件を満たす時、SthR1が覚醒段階及びREM睡眠段階と睡眠段階1を弁別する閾値となる。
Assuming that the total sleep time is T, the non-REM one-stage time at the specified age is R_1 * T. The threshold value SthWR for discriminating the awakening stage and the REM sleep stage from the non-REM first stage is calculated as follows.
Using SthR1 as a parameter, the total time T_Sleep1 of t that satisfies SthR1 ≧ S (t)> Sth12 is
T_Sleep1 = Σt = R_1 * T
When the above condition is satisfied, SthR1 becomes a threshold value for discriminating the awakening stage and the REM sleep stage from the sleep stage 1.
覚醒段階とレム睡眠段階を弁別する閾値としては、呼吸循環器系生体信号の変動率から算出する場合には、SthWRをパラメータとして、SthWR≧S(t)>SthR1を満たすtの総合時間T_SleepREMが
T_SleepREM=Σt=R_REM*T
の条件を満たす時、SthWRが睡眠段階覚醒と睡眠段階REMを弁別する閾値となる。
As a threshold for discriminating the wakefulness stage from the REM sleep stage, when calculating from the fluctuation rate of the respiratory circulatory system biological signal, the total time T_SleepREM satisfying SthWR ≧ S (t)> SthR1 with SthWR as a parameter is
T_SleepREM = Σt = R_REM * T
When the above condition is satisfied, SthWR becomes a threshold for discriminating between sleep stage awakening and sleep stage REM.
体動頻度から算出する場合には、SthWRをパラメータとして、S(t)>SthWRを満たすtの総合時間T_SleepWが
T_SleepW=Σt=R_W*T
の条件を満たす時、SthWRが睡眠段階覚醒と睡眠段階REMを弁別する閾値となる。
(6)睡眠状態判定部の閾値の設定.
図22は、図11に示した睡眠状態判定部9に、年齢別占有率表39を付加して、閾値を設定できるようにしたものである。図22において、閾値生成部27には、FFT処理部23から呼吸循環器系生体信号の周波数変動帯域Δfが送られると共に、体動信号が送られる。また、入力端子38に被験者5の年齢が入力されると、年齢別占有率表39から、年齢毎の睡眠段階占有率が出力され、この年齢毎の睡眠段階占有率が閾値生成部27に送られる。閾値生成部27により、上述したようにして、ノンレム4段階の閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34、及び、覚醒段階とレム睡眠段階との閾値SthWRが生成される。ノンレム4段階の閾値SthR1、Sth12、Sth23、Sth34は、比較器25a〜25dに送られ、覚醒段階とレム睡眠段階との閾値SthWRは、比較器32に送られる。
When calculating from the body movement frequency, the total time T_SleepW of t satisfying S (t)> SthWR is obtained using SthWR as a parameter.
T_SleepW = Σt = R_W * T
When the above condition is satisfied, SthWR becomes a threshold for discriminating between sleep stage awakening and sleep stage REM.
(6) Setting of the threshold value of the sleep state determination unit.
FIG. 22 adds the age-specific occupation ratio table 39 to the sleep
なお、図12〜図19に示した睡眠状態判定部9についても、同様に、年齢別占有率表39を付加して、閾値を設定することができる。
(7)応用装置.
図23、図25に睡眠分析結果である睡眠段階を用いた応用装置を示す。本応用装置の例は、人の睡眠段階を知ることによって、睡眠状態に適したハードウェア機器(例えば炊飯器、給湯器、電話機など)の制御を行おうとするものである。
Similarly, the sleep
(7) Application device.
FIG. 23 and FIG. 25 show an application device using a sleep stage as a sleep analysis result. The example of this application apparatus is intended to control a hardware device (for example, a rice cooker, a water heater, a telephone, etc.) suitable for a sleep state by knowing a person's sleep stage.
人の起床時刻はいわゆる時刻によって決定されるべき場合と、人の睡眠状態から逆算的に決定して良い場合とが存在する。例えば、翌日が休日である場合、疲労回復を目的とする睡眠の場合、人に拘束されない自由な時間行動が可能な人の場合等は、いわゆる目覚めの良い時刻に起床することが理想的である。本応用例は、この主旨に則った応用例を示す。 There are cases where a person's wake-up time should be determined by the so-called time, and cases where the person's wake-up time may be determined inversely from the person's sleep state. For example, when the next day is a holiday, sleep for the purpose of recovery from fatigue, or a person capable of free time behavior that is not restrained by a person, it is ideal to wake up at a so-called awake time . This application example shows an application example in accordance with this gist.
図23において、睡眠段階入力インターフェース51には計6段階の睡眠推定結果が入力される。演算処理ブロック52は、睡眠段階結果を用いて制御すべき外部機器の停止・開始・機能変更などを判定する手段である。リモートコントロールインターフェース53は、学習型リモートコントロールユニット54に命令を伝達するためのインターフェースである。リモートコントロールユニット54により、ハードウェア55が制御される。ハードウェア55は例えば電話機である。
In FIG. 23, the sleep
電話機の鳴動などの場合、人が深い睡眠状態にある場合、発呼音声そのものが睡眠の妨げとなるため、人の睡眠がノンレム睡眠1段階以上の深い眠りの段階では、鳴動そのものを停止させるようにリアルタイム制御する。図24のT1〜T2、T3〜T4、T5〜T6の期間が鳴動停止時間である。次に、応答メッセージ等を発呼者に伝達する付加機能を有する電話機の場合、鳴動を停止すると同時に、発呼者に対して理想的な発呼時間を知らせることが可能である。その過程は、人の睡眠周期は約90分周期で浅い眠りと深い眠りとを繰り返すことが医学的に判明している。(ウルトラディアンリズム)このウルトラディアンリズムを応用すると、睡眠のある状態から次の状態を精度良く予測することが可能となる。例えば、前々回の覚醒(T7)と前回の覚醒(T8)との時間間隔がΔt1であった場合、T10で電話が受信した場合は、睡眠を妨げないように鳴動を停止させると同時に、次の覚醒時刻T9=T8+Δt1=T10+Δt2を理想時間として予測することができる。この場合、『時刻T9にお電話ください。』あるいは『Δt2後にお電話ください。』といったメッセージを伝達することが可能である。 When the phone is ringing, etc., if the person is in a deep sleep state, the calling voice itself disturbs the sleep. Therefore, the sleep itself is stopped at the deep sleep stage of one or more stages of non-REM sleep. Real-time control. The periods of T1 to T2, T3 to T4, and T5 to T6 in FIG. 24 are ringing stop times. Next, in the case of a telephone having an additional function for transmitting a response message or the like to the caller, it is possible to notify the caller of an ideal call time while stopping ringing. It has been medically found that this process repeats a light sleep and a deep sleep with a sleep cycle of about 90 minutes. (Ultradian Rhythm) By applying this ultradian rhythm, it becomes possible to accurately predict the next state from a sleeping state. For example, if the time interval between the previous awakening (T7) and the previous awakening (T8) is Δt1, if a call is received at T10, the ringing is stopped so as not to disturb sleep, and the next The awakening time T9 = T8 + Δt1 = T10 + Δt2 can be predicted as the ideal time. In this case, “Please call at time T9. Or "Please call me after Δt2." Can be transmitted.
次に、図25は、ハードウェア56として、炊飯器や給湯器を用いたものである。炊飯器や給湯器など、起床時にその役割を完了させていると便利かつ省エネルギー的効果が得られる機器の場合で、覚醒状態から逆算して動作を開始させる例を示す。人の睡眠周期は約90分周期で浅い眠りと深い眠りとを繰り返すことが医学的に判明している。(ウルトラディアンリズム)このウルトラディアンリズムを応用すると、睡眠のある状態から次の状態を精度良く予測することが可能となる。
Next, FIG. 25 uses a rice cooker or a water heater as the
図26で、例えば、前々回の覚醒(T1)と前回の覚醒(T2)との時間間隔がΔt1であった場合、T2の時点で次の覚醒がT4であることが予想される。例えば炊飯器のように、機能開始させてから機能完了するまでの時間がΔt2である機器の場合、T2の時点で、機能開始させる最適時刻は、T2+Δt1−Δt2=T4−Δt2と算出できる。 In FIG. 26, for example, when the time interval between the previous awakening (T1) and the previous awakening (T2) is Δt1, it is expected that the next awakening is T4 at the time of T2. For example, in the case of a device such as a rice cooker in which the time from the start of the function until the completion of the function is Δt2, the optimal time to start the function at the time of T2 can be calculated as T2 + Δt1−Δt2 = T4−Δt2.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明は、人の睡眠状態を分析して、医学的に利用する他、睡眠状態に応じてハードウェアを制御するのに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used to analyze a person's sleep state and use it medically as well as to control hardware according to the sleep state.
1 エアマット
2 エアホース
3 圧力センサ
5 被験者
6 生体信号分離部
7a、7b、7c バンドパスフィルタ
8a。8b、8c 信号処理部
9 睡眠状態判定部
21 呼吸循環器系生体信号の入力端子
22 体動信号の入力端子
23 FFT処理部
24 分散値算出部
25a、25b、25c、25d 比較器
26 ノンレム睡眠段階判定部
27 閾値生成部
31 体動レベル正規化部
32 比較器
33 レム睡眠判定部
34 総合睡眠判定部
35 出力端子
36 変動率算出部
37 比較器
38 年齢入力端子
39 年齢別占有率表
51 睡眠段階入力インターフェース
52 演算処理ブロック
53 リモートコントロールインターフェース
54 リモートコントロールユニット
55 ハードウェア
56 ハードウェア
101 脳波用電極
102 オトガイ筋電極
103 眼球運動電極
104a、104b、104c センサインターフェース
105a、105b、105c A/D変換器
106 演算装置
121 呼吸循環器系生体信号の入力端子
122 体動信号の入力端子
123 周期計測部
124 分散値算出部
125a、125b、125c、125d 比較器
126 ノンレム睡眠段階判定部
127 閾値生成部
131 体動レベル正規化部
132 比較器
133 レム睡眠判定部
134 総合睡眠判定部
135 出力端子
136 変動率算出部
137 比較器
221 呼吸循環器系生体信号の入力端子
222 体動信号の入力端子
223 振幅計測部
224 分散値算出部
225a、225b、225c、225d 比較器
226 ノンレム睡眠判定部
226 ノンレム睡眠段階判定部
227 閾値生成部
231 体動レベル正規化部
232 比較器
233 レム睡眠判定部
234 総合睡眠判定部
235 出力端子
236 変動率算出部
237 比較器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、
前記分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、
前記睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は前記呼吸循環器系の生体信号により行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行い、
前記睡眠状態判定手段は、前記呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、前記呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにした
ことを特徴とする睡眠分析装置。 A sensor for detecting biological information of a subject lying on the air mat;
A biological signal separation means for separating a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor;
A sleep state determination means for determining a sleep stage from the separated biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal;
In the sleep state determination means, the sleep determination in the non-REM stage is performed based on the biological signal of the respiratory circulatory system, and the discrimination between the awakening stage and the REM sleep stage is the rate of change of the body motion signal or the biological signal of the respiratory circulatory system There line by,
The sleep state determination means frequency-analyzes the biological signal of the respiratory circulatory system and compares the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value to determine sleep at a non-REM stage.
Sleep analysis device comprising a call.
前記センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、
前記分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、
前記睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は前記呼吸循環器系の生体信号により行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記体動信号又は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行い、
前記睡眠状態判定手段は、前記呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、前記呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値と閾値とを比較して、ノンレム段階の睡眠を判別するようにした
ことを特徴とする睡眠分析装置。 A sensor for detecting biological information of a subject lying on the air mat;
A biological signal separation means for separating a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor;
A sleep state determination means for determining a sleep stage from the separated biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal;
In the sleep state determination means, the sleep determination in the non-REM stage is performed based on the biological signal of the respiratory circulatory system, and the discrimination between the awakening stage and the REM sleep stage is the rate of change of the body motion signal or the biological signal of the respiratory circulatory system There line by,
The sleep state determination means performs amplitude analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system and compares the amplitude dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value to determine sleep at a non-REM stage.
Sleep analysis device comprising a call.
前記センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、
前記分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、
前記睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は前記呼吸循環器系の生体信号により行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行い、
前記睡眠状態判定手段は、前記呼吸循環器系の生体信号を周波数解析し、前記呼吸循環器系の生体信号の周波数変動帯域の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにした
ことを特徴とする睡眠分析装置。 A sensor for detecting biological information of a subject lying on the air mat;
A biological signal separation means for separating a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor;
A sleep state determination means for determining a sleep stage from the separated biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal;
In the sleep state determining means, sleep determination of non-REM stage is carried out by the biological signal of the cardiorespiratory, the discrimination between awakening phase and REM sleep stages have rows by fluctuation rate of the biological signal before Symbol cardiorespiratory,
The sleep state determination means performs frequency analysis of the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the variation rate of the frequency fluctuation band of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and awakening stage and REM sleep stage, To discriminate
Sleep analysis device comprising a call.
前記センサの検出信号から、呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とを分離する生体信号分離手段と、
前記分離された呼吸循環器系の生体信号と、体動信号とから、睡眠段階を判断する睡眠状態判定手段とを有し、
前記睡眠状態判定手段において、ノンレム段階の睡眠判定は前記呼吸循環器系の生体信号により行い、覚醒段階とレム睡眠段階との判別は前記呼吸循環器系の生体信号の変動率により行い、
前記睡眠状態判定手段は、前記呼吸循環器系の生体信号を振幅解析し、前記呼吸循環器系の生体信号の振幅分散値の変動率と閾値とを比較して、覚醒段階とレム睡眠段階とを判別するようにした
ことを特徴とする睡眠分析装置。 A sensor for detecting biological information of a subject lying on the air mat;
A biological signal separation means for separating a respiratory circulatory system biological signal and a body motion signal from the detection signal of the sensor;
A sleep state determination means for determining a sleep stage from the separated biological signal of the respiratory circulatory system and a body motion signal;
In the sleep state determining means, sleep determination of non-REM stage is carried out by the biological signal of the cardiorespiratory, the discrimination between awakening phase and REM sleep stages have rows by fluctuation rate of the biological signal before Symbol cardiorespiratory,
The sleep state determination means performs an amplitude analysis on the biological signal of the respiratory circulatory system, compares the fluctuation rate of the amplitude dispersion value of the biological signal of the respiratory circulatory system with a threshold value, and awakening stage and REM sleep stage To discriminate
Sleep analysis device comprising a call.
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4のいずれかに記載の睡眠分析装置。 And determining the threshold based on the reference value of the past data obtained by statistically processing the same subject, and to analyze the sleep state in real time
Claim 1, wherein the this sleep analyzer according to claim 2, claim 3, or claim 4.
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4のいずれかに記載の睡眠分析装置。 And determining the threshold based on the information of occupancy sleep stages for age, it was to analyze the sleep state in real time
Claim 1, wherein the this sleep analyzer according to claim 2, claim 3, or claim 4.
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