JP5437642B2 - 被験者が寝入るように促すシステム、方法およびコンピュータプログラムプロダクト - Google Patents

Description

本発明は、被験者が寝入るように促すシステムに関する。

睡眠を取ることは、人が望んでいるほど常に自明ではない。眠れない原因の中には、過労、痛み及び／又はストレスがある。病的な不眠症を患っている被験者が寝入るように促すための最適な条件、例えば、寝心地のいいベッド、最少量の光及び低減した音響パラメタを提供するように寝室を構成することが知られている。加えて、患者を眠らせる薬物が知られている。しかしながら、このような薬物を繰り返し服用することは、患者の健康にとって必ずしも有益ではないことも知られている。

さらに、米国特許番号US 5 167 610号から、生体信号として検出される呼吸サイクルに基づく睡眠誘発システムが知られている。

従来技術、例えば米国出願番号US2005/0143617号から、制御処理を誘導するための睡眠及び環境制御システムも知られている。このUS 5 167 610号に開示されるシステムは、光を環境制御インタフェースとして用いて、睡眠中に人間から睡眠データ及び環境データを集めることが可能な呼吸センサを含む。

しかしながら、従来のシステムは、被験者が寝入るように満足に促していないことが分かっている。

従って、本発明の目的は、被験者が寝入るように促す改善されたシステムを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、被験者が寝入るように促すシステムを提供し、このシステムは、被験者が見える所に時間で変化する光のパターンを発生させる光パターン発生器、被験者の呼吸頻度を測定する呼吸数測定ユニット及び前記呼吸数測定ユニット及び前記光パターン発生器に接続され、前記発生した光パターンがパターン頻度を前記測定した呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間に持つように、前記光パターン発生器を制御する制御ユニットを有する。

本発明は、人間の睡眠の第１段階中、人間は通常比較的低い呼吸頻度を持つとの観察に一部が基づいている。

本発明はさらに、人間は、彼らが観察している光パターンのサイクルに自分の呼吸リズムを同期させる傾向がある洞察にも基づいている。

光パターン発生器を設けることにより、時間で変化する光のパターンは被験者が見える所に発生させることが可能であるので、被験者の注意は前記時間で変化する光のパターンに直接関節を問わず引き付けられる。呼吸数測定ユニットは、被験者の実際の呼吸頻度を測定するように構成される。さらに、発生した光のパターンがパターン頻度を前記測定された呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間にあるように、光パターン発生器を制御することにより、実際の呼吸頻度よりも低い頻度の光のパターンが得られ、これにより被験者を前記事前に選択した所望の頻度に導く。この事前に選択した所望の頻度を、被験者が眠りにつく被験者の呼吸頻度に対応する値に選ぶことにより、被験者が推定され、前記呼吸頻度を被験者が寝入っているとき固有である前記頻度に近い呼吸頻度に減少させる。そうしているとき、前記呼吸頻度はパラメタであり、これは制御ループで制御される。これにより、前記呼吸頻度は、比較的自然な方法で眠らせるための最適な状態をもたらし、それ故に被験者が実際に寝入るように促される。

好ましい実施例において、前記システムは、被験者の呼吸頻度の制御ループを形成するための要素を有する。

前記事前に選択した所望の頻度は、複数の人間の集合にわたり平均化した最適な呼吸頻度となるように選択されてもよいことに注意されたい。この事前に選択した所望の頻度は、例えば同じくらいの年齢、性別等の人間のように、寝入るように促される被験者に共通する個人的特徴を持つ寝入っている人間の呼吸頻度にも対応してよい。その上、この事前に選択した所望の頻度は、眠っているときの被験者自身の呼吸頻度に対応してもよく、これにより前記システムを該当する被験者用にカスタマイズする。それに対して、本発明による好ましい実施例では、事前に選択する所望の頻度は１つであり、これは被験者が睡眠状態であると分かっている。一般的に、事前に選択した所望の頻度は、寝入っていない被験者の実際の呼吸頻度よりも低い。

実際の呼吸頻度を測定する及び発生した光パターンがパターン頻度を前記測定した呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間にあるように、光パターン発生器を制御する上述したステップを繰り返し適用した後、被験者が推定され、さらに呼吸頻度を減少させ、これにより事前に選択した所望の頻度に近づき、故に寝入っている状態をさらに改善する。次いで、測定した呼吸頻度、事前に選択した所望の頻度及びパターン頻度は略一致している。任意には、被験者が寝入るように促すシステム、すなわち少なくとも光パターン発生器はオフに切り替わる。

本発明の好ましい実施例において、前記システムはさらに前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間における差分頻度を決めるための差分演算器(differentiator)を有し、ここで前記システムはさらに前記差分頻度及び前記呼吸頻度を用いてパターン頻度を決めるように構成される。差分演算器を使用することにより、削除される差分頻度が容易に決められる。さらに、前記差分頻度及び前記測定した呼吸頻度を使用することにより、実際の呼吸頻度と前記事前に選択した頻度との間に選択される新しいパターン頻度が決められる。

もう１つの好ましい実施例において、前記システムは、前記パターン頻度を決めるために差分頻度を示す信号が入力されるリミッターを有するので、このパターン頻度は、制限された差分頻度及び実際の測定した呼吸頻度を加えることにより簡単に得られ、この合計は、定義上実際の呼吸頻度と事前に選択した頻度との間にある。

本発明の好ましい実施例において、前記リミッターは差分頻度を事前に選択した最小極限値と事前に選択した最大極限値との間に制限するように構成される。このようにして、前記呼吸頻度を前記事前に選択した頻度に導くための簡単で強固なアルゴリズムが得られる。

本発明の代替の実施例において、前記リミッターは前記差分頻度を適応可能な最小極限値と適応可能な最大極限値との間に制限するように構成され、これにより、被験者の呼吸頻度を減少させる処理中、前記リミッターの最大及び最小極限値を適応させる可能性を提供する。例として、前記最大及び最小極限値は、被験者の反応に応じて提案される呼吸頻度に適応する。リミッターに適応可能な極限値を供給する必要がないことに注意されたい。前記リミッターの制限処理ステップにより、前記被験者の呼吸頻度は前記事前に選択した所望の頻度に円滑に調節される。しかしながら、前記極限値を増大させることにより、前記光のパターン頻度は、被験者の呼吸頻度から大きく外れるので、前記被験者が前記パターン頻度と同期するのは大変である。前記極限値を減少させることにより、前記光のパターン頻度は、被験者の呼吸頻度からそれ程外れることはなく、これにより被験者が同期することを容易にさせる。他方では、被験者が所望の呼吸頻度に達する前に長い時間を要する。

本発明による好ましい実施例において、制御ユニットは、時間で変化する音響のサイクルが前記パターン頻度に略等しいように、時間で変化する音響を発生させる音響発生システムにも接続される。そうしているとき、被験者はさらに自分の呼吸頻度を前記パターン頻度に同期させる傾向があるので、最適な睡眠状態がより早く達する及び／又は被験者が自分の呼吸頻度を前記所望の頻度に適応させる傾向があることの可能性が高まる。

本発明による好ましい実施例において、前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクトが異なる光学特性、例えば異なる形状、異なる色彩、異なる位置及び／又は異なる光度を持つシーケンスを有するので、異なる光学画像を持つ光のパターンは、上述した制御ループを終えるために、被験者により観察されることができる。

本発明のさらに他の好ましい実施例において、前記システムは、被験者の排気段階中、前記光のパターンのオブジェクトは、明るくなったり、大きくなったり、大きな波長を持ったり及び／又は左から右へ移動したりする、並びに被験者の吸気段階中、前記光のパターンのオブジェクトは、暗くなったり、小さくなったり、小さな波長を持ったり及び／又は右から左へ移動したりするように構成される。前記光のパターンにおけるオブジェクトの光度、大きさ、波長及び／又は位置が上に示されるような実際の呼吸サイクルと同期する場合、被験者は自分の呼吸頻度を前記パターン頻度と同期させる傾向があることが分かっている。

本発明の第２の態様に従って、被験者が寝入るように促す方法を提供し、この方法は、
−前記被験者の呼吸頻度を測定するステップ、
−パターン頻度を前記呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度との間に選択するステップ、
−前記被験者が見える所に前記パターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させるステップ、及び
−複数の時間期間で上述したステップを繰り返すステップ
を有する。

本発明の第３の態様に従って、被験者が寝入るように促すためにデータを処理するコンピュータプログラムプロダクトを提供し、このコンピュータプログラムプロダクトは、
−パターン頻度を被験者の測定した呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度との間に選択する前記ステップをプロセッサに行わせる命令、
−前記被験者が見える所に前記パターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させる命令、及び
−複数の時間期間で上述したステップを繰り返す命令
を有する。

本発明の第４の態様に従って、コンピュータシステムを提供し、このコンピュータシステムは、
−パターン頻度を被験者の測定した呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度との間に選択するステップ、
−前記被験者が見える所に前記パターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させるステップ、及び
−複数の時間期間で上述したステップを繰り返すステップ
を行うことにより被験者が寝入るように促すように構成されるコンピュータ局を有する。

本発明が十分に理解されるようにするために、本発明の実施例は、単なる例として、図面を参照して説明される。

これら図面は単に本発明の実施例に従う好ましい実施例の概略図である。これら図面において、同じ参照符号は等しい又は対応する部分を指している。

図１は、本発明による被験者が寝入るように促すシステム１を示す。このシステム１は、被験者の呼吸頻度を測定する呼吸数測定ユニット２を有する。このユニット２は例えば１つ以上の音響、流量及び／又は光学センサを有し、好ましくは被験者に装着されるか又は被験者のベッド若しくは他の適当な場所、例えば椅子に設置される。

さらに、前記システムは、被験者が見える所に時間で変化する光のパターンを発生させる光パターン発生器３を有する。この発生器は、被験者の近くにある面、例えばスクリーン、壁及び／又は天井に画像を投影する手段を有するので、前記被験者は発生した光のパターンを観察することができる。

前記システムは、前記呼吸数測定ユニット２及び前記光パターン発生器３の両方に接続される制御ユニットも備える。この制御ユニットは、加算器１２を有すると共に、前記発生した光のパターンがパターン頻度１３を前記測定した呼吸頻度８と事前に選択した所望の頻度５との間に持つように、前記光パターン発生器３を制御するように構成される。

さらに、このシステムは、前記呼吸頻度８と前記事前に選択した所望の頻度５との間の差分頻度９を示す信号を決めるための差分演算器１１を有し、ここでこのシステムはさらに、前記差分頻度及び前記呼吸頻度を用いて前記パターン頻度１３を決めるために構成される。この処理において、前記パターン頻度は、前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間に選択される。この目的のために、前記システムはさらに被験者の呼吸頻度の制御ループを形成するための要素、特に呼吸数測定ユニット２、差分演算器１１及び前記制御ユニットを有する。

このシステムはさらに、上述したパターン頻度１３を決めるために前記差分頻度を示す信号９が入力されるリミッター４を有する。このリミッター４の出力信号は、加算器１２の第１入力端子に入力される。前記呼吸頻度８は加算器１２の第２入力端子に入力されるので、加算器１２は、前記制限された差分信号９と前記呼吸頻度との合計を計算し、パターン頻度１３を得る。

この状況において、信号に坦持される情報は、そのものとして又は情報自身として示されることに注意されたい。例として、この状況において、パターン頻度はパターン頻度信号と略同じである。

図１に示される実施例において、前記測定した呼吸頻度は、例えばこの測定したデータにバンドパスフィルタを適用するための頻度分析器７に供給される。この頻度分析器はさらに、前記測定した呼吸頻度に対する大きさである信号を出力するように構成される。

ある実施例において、リミッター４は、前記差分頻度を事前に選択した最小極限値と事前に選択した最大極限値との間に制限するように構成される。もう１つの実施例において、前記リミッター４は、差分頻度を適応可能な最小極限値と適応可能な最大極限値との間に制限するようにも構成される。これら極限値を適応させることにより、実際の呼吸頻度を前記事前に選択した所望の頻度に円滑に同期させることができる。

前記事前に選択した所望の頻度は１つであり、これが被験者を睡眠状態にすることが分かっている。

加えて、前記制御ユニットはさらに、時間で変化する音響のサイクルが前記パターン頻度にほぼ等しいように、この時間で変化する音響を発生させる音響発生システムにも接続される。

前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクトが異なる形状、色彩、位置及び／又は光度を持つシーケンスを有する。このようなオブジェクトのシーケンスの実施例は図２から図５に示される。

図２は、オブジェクトのシーケンス１５−１９は、異なる形状を持つオブジェクト、特に異なる直径を持つ円板１５−１９を有する第１の光のパターンのシーケンスを示す。左側のウィンドウはスタートの瞬間ｔ０でのパターンを示し、その左側のウィンドウの横のウィンドウは、第１の瞬間ｔ１でのパターンを示す等、変化する光のパターンのサイクルが終わる第４の瞬間ｔ４に達するまでである。従って、第４の瞬間ｔ４でのパターンはスタートの瞬間ｔ０に等しい。オブジェクト１５−１９の形状は、このオブジェクトの外側のパラメタを変更、例えば円板を三角形等に変更することより変化してもよい。このようにして、様々な異なる形状のオブジェクトが投影されることができる。

同様に、図３から図５は、第２、第３及び第４の光のパターンのシーケンスを夫々示し、ここでオブジェクトのシーケンス２０−２４、２５−２９及び３０−３４は、夫々異なる色彩、位置及び光度を持つオブジェクトを有する。

図６は、時間Ｘの関数として、被験者の呼吸パラメタＹの呼吸サイクル３５を示す。第１の矢印３６は呼吸サイクル３５の排気フェーズを示し、第２の矢印３７は呼吸サイクル３５の吸気フェーズを示す。本発明の実施例によれば、システム１は、被験者の吸気フェーズ中、図５における光のパターンのオブジェクト３０−３４は明るくなり、被験者の吸気フェーズ中、オブジェクト３０−３４は暗くなる。

前記システムは、被験者の排気段階中、光のパターンのオブジェクトは大きくなったり、大きな波長を持ったり及び／又は左から右へ移動したりする、並びに被験者の吸気段階中、光のパターンのオブジェクトは小さくなったり、小さな波長を持ったり及び／又は右から左へ移動したりすることもできる。例として、上記オブジェクトの波長は、被験者の排気段階中、青色から赤色に変化し、被験者の吸気段階中、再び赤色から青色に変化してもよい。

さらに、当業者は理解するように、位置及び光度の両方が変化するオブジェクトのような、オブジェクトの変化の組み合わせを行うことが可能である。さらに、複数のオブジェクトが光のパターンで投影されることも可能である。

本発明はここに説明される実施例に制限されるのではない。多くの変形例が可能であると理解される。

リミッターを使用する代わりに、例えば処理フィルタのような他の要素が前記差分信号を処理するのに使用されることも可能である。

さらに、当業者が理解するように、頻度分析器は、被験者の呼吸の基本頻度を抽出するために、例えば頻度変換に対する時間、頻度の測定及び／又は他のフィルタ技術のような、前記測定した呼吸データに他の処理ステップを行うのに使用されることも可能である。

加えて、図１に示されるシステムにおける信号は、アナログである又は特にコンピュータシステムがデータの処理に利用される場合、デジタル信号に変換されることができる。このコンピュータシステムは、コンピュータ局を有する。

本発明の特定の実施例が上述された一方、本発明が上述した以外の別の方法で実施されてもよいことは明らかである。この説明が本発明を制限するとは意図しない。請求項中における如何なる参照符号も特許請求の範囲を制限するとは考えない。

本発明の実施例による睡眠誘導システムを示す。 第１の光のパターンのシーケンスを示す。 第２の光のパターンのシーケンスを示す。 第３の光のパターンのシーケンスを示す。 第４の光のパターンのシーケンスを示す。 被験者の呼吸サイクルを示す。

Claims (14)

1. 被験者が寝入るように促すシステムであり、
   −前記被験者が見える所に時間で変化する光のパターンを発生させる光パターン発生器、
   −前記被験者の呼吸頻度を測定する呼吸数測定ユニット、及び
   −前記呼吸数測定ユニットと前記光パターン発生器とに接続され、前記発生した光のパターンがパターン頻度を前記測定した呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間に持つように、前記光パターン発生器を制御する制御ユニット
   を有するシステムにおいて、
   前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間の差分頻度を決める差分演算器をさらに有し、
   前記パターン頻度を決めるために、前記差分頻度を示す信号が入力されるリミッターをさらに有するシステム。
2. 前記被験者の呼吸頻度の制御ループを形成する要素をさらに有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記リミッターは、前記差分頻度を事前に選択した最小極限値と事前に選択した最大極限値との間に制限するように構成される請求項１に記載のシステム。
4. 前記リミッターは、前記差分頻度を適応可能な最小極限値と適応可能な最大極限値との間に制限するように構成される請求項１に記載のシステム。
5. 前記事前に選択した所望の頻度は１つであり、これが前記被験者を睡眠状態にすることが分かっている請求項１乃至４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記制御ユニットはさらに、時間で変化する音響のサイクルが前記パターン頻度に略等しいように、前記時間で変化する音響を発生させる音響発生システムに接続される請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクトが異なる形状を持つシーケンスを有する請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクトが異なる色彩を持つシーケンスを有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクトが異なる位置にあるシーケンスを有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
10. 前記時間で変化する光のパターンは、オブジェクト異なる光度を持つシーケンスを有する請求項１乃至９の何れか一項に記載のシステム。
11. 前記被験者の排気段階中、前記光のパターンのオブジェクトは、明るくなったり、大きくなったり、大きな波長を持ったり及び／又は左から右へ移動したりする、並びに前記被験者の吸気段階中、前記光のパターンのオブジェクトは、暗くなったり、小さくなったり、小さな波長を持ったり及び／又は右から左へ移動したりする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシステム。
12. 被験者が寝入るように促す方法において、
    −前記被験者の呼吸頻度を測定するステップ、
    −パターン頻度を前記呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間に選択するステップ、
    −前記被験者が見える所に前記パターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させるステップ、
    −複数の時間間隔で上述したステップを繰り返すステップ、及び
    前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間の差分頻度を決めるステップ、及び
    前記差分頻度を示す信号が入力されるリミッターによって、前記パターン頻度を決めるステップ
    を有する方法。
13. 被験者が見える所にパターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させるために、前記パターン頻度を前記被験者の呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間に選択するステップ、
    複数の時間期間で上述したステップを繰り返すステップ、
    前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間の差分頻度を決めるステップ、及び
    前記差分頻度を示す信号が入力されるリミッターによって、前記パターン頻度を決めるステップ
    を行うことにより前記被験者が寝入るように促すコンピュータを有するコンピュータシステム。
14. 被験者が寝入るように促すためにデータを処理するコンピュータプログラムプロダクトにおいて、
    −前記被験者が見える所にパターン頻度を持つ時間で変化する光のパターンを発生させるために、前記パターン頻度を前記被験者の呼吸頻度と事前に選択した所望の頻度とのほぼ間に選択するステップ、
    複数の時間間隔で上述したステップを繰り返すステップ、
    前記呼吸頻度と前記事前に選択した所望の頻度との間の差分頻度を決めるステップ、及び
    前記差分頻度を示す信号が入力されるリミッターによって、前記パターン頻度を決めるステップ
    をプロセッサに行わせる命令を有するコンピュータプログラムプロダクト。

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