JP4731031B2 - 睡眠解析装置及びプログラム並びに記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体から計測された脈波に基づいて、生体の睡眠の質を判定する睡眠解析装置及びプログラム並びに記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、人間の睡眠状態（眠りの深さの程度）を判定する方法として、脳波をはじめ、眼球運動、筋電、心電などの生体信号を同時に測定する睡眠ポリグラフィーによる方法が知られている。
【０００３】
この睡眠ポリグラフィーによる方法では、レム睡眠（浅い眠り）とノンレム睡眠（深い眠り）の発生状況と、その繰り返しの程度などのデータを求め、そのデータに基づいて、良質の睡眠であるか否か等の眠りの質（クオリティー）を判定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、睡眠ポリグラフィーによる測定は、装置が大がかりであるため、入院が必要になり、手軽に測定ができないという問題があった。
しかも、測定のために、頭部や顔面等にセンサーを装着する必要があるため、装着感が悪く、センサーを付けることで睡眠が妨げられて、正確な検査ができないという問題もあった。
【０００５】
この睡眠ポリグラフィーに変わる手段としては、睡眠中の呼吸数や脈拍数に着目して、その変化から睡眠状態を判定する方法が提案されているが、この方法では、基本的な眠りの状態（例えば睡眠中か否か等の状態）は検出できても、眠りのクオリティーまでは判断できない。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、睡眠ポリグラフィーの様な大かがりな装置を使わずに、一般家庭などでも容易に計測が可能で、しかも、簡単な指標で睡眠のクオリティーを判断することができる睡眠解析装置及びプログラム並びに記録媒体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明では、測定した脈波信号から脈拍間隔を求めてから、脈拍間隔変動の所定の周波数帯の成分を睡眠時間の経過に従って積分してゆき、その睡眠時間の経過に従って積分した積分値（累積値）に基づいて睡眠の質を判定する。
本発明は、脈拍の間隔の変動を測定し、その測定したデータを利用して睡眠状態を解析する装置に関するものである。
つまり、脈拍間隔変動の所定の周波数帯（特に０．１５Ｈｚ以上）の成分は、副交感神経活動をよく表しており、この値（成分のパワー）が大きいほど副交感神経活動が活発である。また、副交感神経が活発であることは、十分に休息が取れている（よく眠っている）状態であると考えられる。
このことは、本発明者らの研究によって、睡眠ポリグラフィーにより脳波等を測定することにより確認されており、本発明は、上述した知見に基づいてなされたものである。
即ち、脈拍間隔変動の所定の周波数帯の成分を睡眠時間の経過に従って積分した積分値（累積値）は、睡眠の質（クオリティー）により変化するので、本発明では、この睡眠時間の経過に従って積分した積分値（累積値）を用いることにより、睡眠のクオリティーを判定することができる。
【００１４】
つまり、睡眠時間の経過に従って積分した積分値（累積値）を求めることにより、個々の変動等の影響を少なくして、全体としての傾向を把握できるので、より正確に睡眠のクオリティーを判定することができる。
（２）請求項２の発明では、積分値（累積値）を基準値と比較して睡眠の質を判定する。
【００１５】
本発明は、判定手段の内容を例示したものである。
つまり、良質な睡眠の場合には、睡眠状態はレム睡眠とノンレム睡眠とが周期的に繰り返す状態となり、よって、上述した積分値（累積値）の増加の程度も、そうでない場合と比べて大きくなる。
【００１６】
従って、前記積分値（累積値）が例えば所定の基準値を上回った場合には、睡眠のクオリティーは良質であると判定することができる。
【００１８】
（３）請求項３の発明では、所定の周波数帯を、０．１５Ｈｚ以上とする。
【００１９】
本発明は、前記所定の周波数帯を例示したものであり、この周波数帯の成分を用いることにより、睡眠のクオリティーを正確に判定することができる。
尚、周波数が０．１５Ｈｚより小さい場合には、副交感神経活動以外の成分が混入するので好ましくない。
【００２０】
（４）請求項４の発明は、コンピュータを、測定した脈波信号から脈拍間隔を求める第１処理手段、前記脈拍間隔変動の所定の周波数帯の成分を求める第２処理手段、前記周波数帯の成分を睡眠時間の経過に従って積分する第３処理手段、及び前記睡眠時間の経過に従って積分した積分値に基づいて睡眠の質を判定する判定手段として機能させるためのプログラムを示している。
つまり、上述した各処理や判定は、コンピュータのプログラムにより実行することができる。
【００２１】
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を示している。
つまり、上述した様なプログラムをコンピュータシステムにて実現する機能は、例えば、コンピュータシステム側で起動するプログラムとして備えることができる。このようなプログラムの場合、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。この他、ＲＯＭやバックアップＲＡＭ等をコンピュータ読み取り可能な記録媒体として前記プログラムを記録しておき、このＲＯＭあるいはバックアップＲＡＭ等をコンピュータシステムに組み込んで用いても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の睡眠解析装置及びプログラム並びに記録媒体の実施の形態の例（実施例）について、図面に基づいて説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の睡眠解析装置の基本構成について、図１に基づいて説明する。
【００２３】
図１に示す様に、本実施例の睡眠解析装置は、人体の例えば手首等に取り付けて使用される脈波センサ１と、この脈波センサ１から出力される測定結果に基づいて脈波を計測し、脈拍間隔等を算出するデータ処理装置３とを備えている。
前記脈波センサ１は、発光素子（例えば発光ダイオード：ＬＥＤ）５と、その駆動回路７と、受光素子（例えばフォトダイオード：ＰＤ）９と、光を通過させる透明な窓１１とを備える、周知の光学式反射型センサである。
【００２４】
この脈波センサ１においては、発光素子５から人体に向かって光が照射されると、光の一部が人体の内部を通る毛細動脈に当たって、毛細動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が毛細動脈で反射して散乱し、その一部が受光素子９に入射する。この時、血液の脈動により毛細動脈にあるヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化する。
【００２５】
その結果、毛細動脈で反射して受光素子９で検出される受光量が変化し、その受光量の変化を脈波情報（例えば電圧信号）としてデータ処理装置３に出力している。
一方、前記データ処理装置３は、検出回路１３と、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）１５と、マイクロコンピュータ１７とを内蔵している。
【００２６】
このうち、検出回路１３では、脈波センサ１から得られた電圧信号を増幅し、ＡＤＣ１５では、検出回路１３から得られた電圧信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
また、マイクロコンピュータ１７は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子回路であり、ＡＤＣ１５から得られたデジタル信号を処理するためのプログラムが記憶されている。つまり、脈波センサ１で検出された脈波信号を計測し、睡眠状態を解析するためのアルゴリズムに基づいたプログラムが組み込まれている。
【００２７】
ｂ）次に、前記睡眠状態を解析するためのアルゴリズムについて、図２等に基づいて説明する。尚、図２は、データ処理装置３にて行われる演算処理を示すフローチャートである。
図２に示す様に、まず、ステップ（Ｓ）１００にて、脈波の計測を行う。
【００２８】
具体的には、例えば図３（ａ）に示す様な脈波センサ１からの信号を、データ処理装置３内に取り込み、デジタル信号に変換してからマイクロコンピュータ１７に入力する。
続くステップ１１０では、前記脈波センサ１からの（デジタル変換された）信号から、その脈拍間隔を求める。例えば脈波のピークと脈波のピークとの間隔（立ち上がりや立ち下がりの間隔でもよい）である時間を求める。
【００２９】
図３（ｂ）に、脈拍間隔を時系列データとして並べたもの、即ち、測定開始からの経過時間における脈拍間隔を縦軸にとったものを示すが、同図から、グラフが絶えず微妙に上下に変動していること（即ち脈拍間隔が変動していること）が分かる。
【００３０】
続くステップ１２０では、脈拍間隔の周波数解析を行い、０．１５〜０．４５Ｈｚの周波数帯域の成分を取り出す。尚、この帯域の周波数成分を取り出す方法としては、ソフトやハードなどの例えばバンドパスフィルタなどを利用して行うことができる。
【００３１】
この周波数解析によって取り出した成分を、図４に例示するが、横軸は時間を示し縦軸は取り出した成分の大きさ（パワー）を示している。
前記図４のうち、図４（ａ）は、パワーが大きく周期的に変動する良質な睡眠を示している。尚、同図の大きな変動の山の部分がノンレム睡眠（深い睡眠）、谷の部分がレム睡眠（浅い睡眠）を示し、このレム睡眠及びノンレム睡眠が適度の回数（例えば３回以上）出現する睡眠が良質の睡眠とされている。また、図４（ｂ）はパワーの大きな変動が見られない質の低い睡眠を示している。
【００３２】
続くステップ１３０では、前記図４にて示した所定の周波数帯の成分のパワー（成分の大きさ）を積分（累積）して、睡眠クオリティー値である積分値（累積値）を求める。
図５に、同一の人物による異なった日の睡眠クオリティー値を示すが、同図から、睡眠時間の経過によって増加する積分値（即ち睡眠時間の経過に従って積分する積分値：累積値）は毎日異なることが分かる。
【００３３】
続くステップ１４０では、前記睡眠クオリティー値に基づいて、睡眠のクオリティーを判定し、一旦本処理を終了する。
例えば、ある日の睡眠クオリティー値が基準値Ｋ１を上回った場合には、十分な回数のレム睡眠及びノンレム睡眠による変動が発生したとみなして、その日の睡眠クオリティーは、十分に良質で好ましいものであると判断する。
【００３４】
ｃ）この様に、本実施例では、脈波センサ１により検出した脈波から脈波間隔を求め、この脈波間隔の周波数解析を行って、０．１５〜０．４５Ｈｚの帯域の周波数の成分の大きさ（パワー）を求め、更にその周波数帯の成分を積分（累積）して睡眠クオリティー値を求めている。
【００３５】
よって、この睡眠クオリティー値に基づいて、睡眠のクオリティーを判定することができる。例えば睡眠クオリティー値が基準値Ｋ１を上回った場合には、良質な睡眠であると判定することができる。
従って、この技術を用いれば、睡眠ポリグラフィーの様な大がかりな装置を使用することなく、一般家庭でも容易に睡眠クオリティーを判定することができる。そのため、例えば何らかの心の病や生活習慣病に伴う睡眠クオリティーを容易に判定できるので、心の病や生活習慣病の診断やその程度の判断を的確に行うことができるという効果を奏する。
【００３６】
特に、本実施例の場合には、単に脈波センサ１を手首や指等の脈波を測定可能な場所に取り付ければよいので、睡眠ポリグラフィーの様に多くのセンサを取り付けることに起因する睡眠の妨げがなく、極めて有用なものである。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略し、その要部のみを説明する。
【００３７】
前記実施例１では、睡眠クオリティーを判定する場合には、睡眠クオリティー値と基準値Ｋ１とを比較したが、それ以外に、例えば睡眠クオリティー値の変化率（睡眠クオリティー値の傾き）を傾きの基準値Ｋ２と比較してもよい。
つまり、図５からも明らかな様に、睡眠クオリティー値が速やかに上昇すれば、良質な睡眠であると判定できるので、睡眠クオリティー値の変化率が大きければ、良質な睡眠の傾向を有していることが分かる。
【００３８】
従って、睡眠クオリティー値の変化率が、所定の傾きの基準値Ｋ２を上回る場合には、良質の睡眠の傾向を有すると判定することができる。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略し、その要部のみを説明する。
【００３９】
本実施例では、図４に示す様な所定の周波数成分の状態から、睡眠クオリティーを判定する。
具体的には、周波数成分のレム睡眠及びノンレム睡眠による大きな周期的な変動を検出し、その大きな変動の出現する回数（例えばノンレム睡眠による大きな凸部の出現数）が、所定値（例えば３回）以上である場合には、良質な睡眠であると判定する。
【００４０】
これによっても、睡眠クオリティーを判定することができる。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略し、その要部のみを説明する。
【００４１】
本実施例では、前記実施例３と同様に、図４に示す様な所定の周波数成分の状態から、睡眠クオリティーを判定する。
具体的には、周波数成分のパワーの平均値を求め、このパワーの平均値が、所定の基準値以上の場合には、良質な睡眠であると判定する。
【００４２】
これによっても、睡眠クオリティーを判定することができる。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例１〜４では、睡眠解析装置について述べたが、本発明は、それらに限らず、上述したアルゴリズムに基づく処理を実行させるプログラムやそのプログラムを記憶している記録媒体にも適用できる。
【００４３】
この記録媒体としては、マイクロコンピュータとして構成される電子制御装置、マイクロチップ、フロッピィ（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク等の各種の記録媒体が挙げられる。つまり、上述した睡眠解析装置の処理を実行させることができるプログラムを記憶したものであれば、特に限定はない。
【００４４】
尚、前記プログラムは、単に記録媒体に記憶されたものに限定されることなく、例えばインターネットなどの通信ラインにて送受信されるプログラムにも適用される。
（２）また、前記睡眠解析装置は、脈波センサから得られた信号を、すぐそばにあるデータ処理装置に直接に入力する場合だけでなく、脈波センサからの得られたデータを例えばパソコン等の装置に入力し（又は記録媒体に記録し）、そのデータを例えばインターネット等を利用して遠隔地にあるデータ処理装置に送信にして、睡眠クオリティーの判定を行う場合に適用することもできる。更に、脈波センサから得られた信号を、一旦記録媒体に記録しておき、後日等にその記録媒体のデータを用いて、睡眠クオリティーの判定を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の睡眠解析装置の概要を示す説明図である。
【図２】 実施例１の睡眠クオリティーの判定手順を示すフローチャートである。
【図３】 脈波に関する信号を示し、（ａ）は脈波を示す信号のグラフ、（ｂ）は脈波間隔の時間変化を示すグラフである。
【図４】 脈波間隔の所定の周波数成分を示し、（ａ）は良質な睡眠の場合の周波数成分を示すグラフ、（ｂ）は良質でない睡眠の場合の周波数成分を示すグラフである。
【図５】 周波数成分の累積値を示すグラフである。
【符号の説明】
１…脈波センサ
３…データ処理装置
５…発光素子
９…受光素子
１７…マイクロコンピュータ

Claims (5)

1. 測定した脈波信号から脈拍間隔を求める第１処理手段と、
   前記脈拍間隔変動の所定の周波数帯の成分を求める第２処理手段と、
   前記周波数帯の成分を睡眠時間の経過に従って積分する第３処理手段と、
   前記睡眠時間の経過に従って積分した積分値に基づいて睡眠の質を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする睡眠解析装置。
2. 前記判定手段は、前記積分値を基準値と比較して睡眠の質を判定することを特徴とする請求項１に記載の睡眠解析装置。
3. 前記所定の周波数帯を、０．１５Ｈｚ以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の睡眠解析装置。
4. コンピュータを、測定した脈波信号から脈拍間隔を求める第１処理手段、前記脈拍間隔変動の所定の周波数帯の成分を求める第２処理手段、前記周波数帯の成分を睡眠時間の経過に従って積分する第３処理手段、及び前記睡眠時間の経過に従って積分した積分値に基づいて睡眠の質を判定する判定手段として機能させるためのプログラム。
5. 前記請求項４に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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