JP6269160B2 - 睡眠状態評価装置、睡眠状態評価方法、および睡眠状態評価システム - Google Patents

Description

本発明は、睡眠状態評価装置、睡眠状態評価方法、および睡眠状態評価システムに関する。

質の高い睡眠により睡眠効率を上げ、睡眠習慣を改善することを目的として、日常生活における睡眠状態を記録する装置が開示されている。例えば、特許文献１では、使用者が就寝する寝具に体動を検出する荷重検知センサーを設置し、検出した体動情報に基づいて睡眠の質を評価するための寝返りの有無を検出する寝返り検出装置が知られていた。

特開２０１３−１９８６６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、装置の一部を寝具に設置する必要があるため、使用者は睡眠状態の記録を取るために、睡眠時には毎回同じ装置が設置された寝具で就寝しなければならかった。出張先や旅行先などの出先で宿泊するような場合であっても、睡眠状態を記録し睡眠の質を評価する装置が望まれていた。
また、特許文献１の装置では、荷重検知センサーを、例えば、ベッドの脚の部分に設置するため、ベッド上に使用者以外の荷重の変化がある場合は、使用者自身の寝返りの有無を正確に検出することが困難であった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決することを目的としたものであり、使用者の就寝場所を限定することなく、使用者自身の寝返り状態を検出し睡眠の質を評価することを目的とする。

［適用例１］本適用例に係わる睡眠状態評価装置は、使用者の手首に装着される睡眠状態評価装置であって、加速度データを含む物理量データを測定する測定部と、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定部と、物理量データに基づいて使用者の睡眠状態における身体の傾きを算出する傾き算出部と、使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出部と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、使用者の手首の傾きを測定した物理量データにより、使用者の寝返り姿勢における身体の傾きを算出する。その身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて寝返り情報を算出する。つまり、使用者の身体に装着される装置において寝返り情報を算出することができるため、使用者がいかなる場所で就寝したとしても、また、就寝場所に使用者以外の荷重の変化があったとしても、使用者自身の寝返り情報を提供することができる。従って、使用者の就寝場所を限定することなく、使用者自身の寝返り状態を検出し睡眠の質を評価することができる。

［適用例２］寝返り情報算出部は、使用者の回転角度を所定の閾値と比較した結果に基づいて、使用者の寝返り情報を算出することが好ましい。

本適用例によれば、使用者の寝返り情報を、使用者の回転角度を指標として算出することにより、寝返り情報に関して定量的な判定および判別をすることができる。

［適用例３］寝返り情報は、寝返り回数と、寝返り姿勢と、寝返り姿勢毎の累積時間と、を含むことが好ましい。

従来は寝返りの有無の情報のみで睡眠の質を評価していたのに対し、本適用例によれば、更に詳細に睡眠状態を分析し睡眠の質を評価することができる。

［適用例４］睡眠状態評価装置は、寝返り情報および／または使用者の睡眠時間を含む情報に基づいて、使用者の睡眠の質を判定する判定部と、寝返り姿勢毎の累積時間に基づいて、使用者に対する身体への負担バランスを診断するバランス診断部と、睡眠の質および負担バランスの診断に基づいて、使用者に対する睡眠習慣改善のアドバイスを生成するアドバイス生成部と、を更に備えることを特徴とする。

本適用例によれば、使用者の寝返り情報と睡眠時間に基づいた睡眠の質の判定、および身体への負担バランス診断により、使用者の睡眠状態を多角的に評価することができる。また、多角的な評価に基づいた適切なアドバイスを使用者に提供することができる。

［適用例５］睡眠状態評価装置は、使用者の脈拍数を測定する脈拍センサーを更に備え、睡眠判定部は、測定した脈拍数に基づいて、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定することを特徴とする。

本適用例によれば、使用者の脈拍数に基づいて睡眠状態と覚醒状態との遷移点を正確に判別することができる。

［適用例６］本適用例に係わる睡眠状態評価方法は、使用者の手首における加速度データを含む物理量データを測定する測定工程と、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定工程と、物理量データに基づいて使用者の睡眠状態における身体の傾きを算出する傾き算出工程と、使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出工程と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、使用者の手首の傾きを測定した物理量データにより、使用者の寝返り姿勢における身体の傾きを算出する。その身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて寝返り情報を算出する。つまり、使用者の身体に装着される装置において寝返り情報を算出することができるため、使用者がいかなる場所で就寝したとしても、また、就寝場所に使用者以外の荷重の変化があったとしても、使用者自身の寝返り情報を提供することができる。従って、使用者の就寝場所を限定することなく、使用者自身の寝返り状態を検出し睡眠の質を評価することができる。

［適用例７］本適用例に係わる睡眠状態評価システムは、使用者の手首に装着され、加速度データを含む物理量データを測定する測定部と、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定部と、物理量データに基づいて使用者の睡眠状態における身体の傾きを算出する傾き算出部と、使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出部と、使用者の寝返り情報を送信する第１通信部と、を備える睡眠状態評価装置と、使用者の寝返り情報を受信する第２通信部と、寝返り情報に基づいて、使用者の睡眠の質を判定する判定部と、寝返り情報に基づいて、使用者に対する身体への負担バランスを診断するバランス診断部と、睡眠の質およびバランス診断に基づいて、使用者に対する睡眠習慣改善のアドバイスを生成するアドバイス生成部と、を備える情報機器と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、使用者の手首の傾きを測定した物理量データにより、使用者の寝返り姿勢における身体の傾きを算出する。その身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて寝返り情報を算出する。つまり、使用者の身体に装着される装置において寝返り情報を算出することができるため、使用者がいかなる場所で就寝したとしても、また、就寝場所に使用者以外の荷重の変化があったとしても、使用者自身の寝返り情報を提供することができる。従って、使用者の就寝場所を限定することなく、使用者自身の寝返り状態を検出し睡眠の質を評価することができる。

実施形態１に係わる端末装置の概要を表す説明図。 端末装置の外観を概略的に示す斜視図。 端末装置の概略構成を示すブロック図。 傾斜角度の経過をプロットしたグラフ図。 累積時間が記憶されている状態の一例を示す図。 睡眠評価テーブルの一例を示す図。 バランス指標評価テーブルの一例を示す図。 アドバイステーブルの一例を示す図。 制御プログラムの処理の流れを表すフローチャート図。 睡眠時の寝返り情報算出処理の流れを表すフローチャート図。 睡眠後の睡眠状態評価処理の流れを表すフローチャート図。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係わる睡眠状態評価装置としての端末装置１の概要を表す説明図である。図２は、端末装置１の外観を概略的に示す斜視図である。本実施形態に係わる端末装置１の概要について説明する。

（端末装置の概要）
端末装置１は、人体の手首ＷＲに装着され、端末装置１の傾きをセンシングする加速度センサー１１を内蔵し、睡眠時における睡眠の質を含む睡眠状態を評価することが可能な腕時計型の生体データ測定装置である。また、端末装置１では、典型的な腕時計よりも小型化、軽量化、省電力化が図られ、使用者の手首ＷＲに馴染んで装着され、睡眠時に限らず日常生活において行動する使用者の体動に関する情報を長時間に亘り測定することを可能としている。

端末装置１には、表示パネルなどで構成される表示部４０が備えられており、測定した睡眠時間や、睡眠状態の評価結果などの情報が文字列やアイコンなどの形式で表示される。端末装置１の側面には、操作ボタンなどで構成される操作部２０が配設されている。使用者は操作部２０を操作して、表示部４０に表示されているアイコンなどを切り替えて、端末装置１の各種設定や、各種機能などを選択する。

加速度センサー１１は、略直行する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の加速度を検出可能な３軸の加速度センサーである。加速度センサー１１の各軸の方向は、図２に示すように、表示パネル面の法線方向であって表示面側を正とする方向がＺ軸、時計の１２時方向を正とする上下方向がＹ軸、時計の３時方向を正とする左右方向がＸ軸である。

また、図１に示すように、端末装置１を手首ＷＲに装着した状態において、Ｘ軸は、使用者の肘から手首ＷＲに向かう方向と一致する。端末装置１では、加速度センサー１１によって検出された３軸方向の加速度信号に基づいて、使用者の身体の傾斜角度が算出され、その傾斜角度の変化量である回転角度に基づいて、使用者の寝返り姿勢などが判定される。

（端末装置の構成）
図３は、端末装置１の概略構成を示すブロック図である。
端末装置１は、測定部１０、操作部２０、時計部３５、表示部４０、通信部４５、制御部５０、記憶部７０などから構成されている。
測定部１０は、加速度センサー１１、脈拍センサー１３などから構成されている。加速度センサー１１は前述したように例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向毎の加速度を検出する３つの加速度センサーを有するセンサーユニットである。

加速度センサー１１は、各軸の加速度をサンプリング間隔毎に計測する。好適例としてのサンプリング間隔は、睡眠時の姿勢に限らず、運動時などの俊敏な行動をも捉えることができるように１Ｈｚから１６Ｈｚ程度に設定されている。加速度センサー１１は、使用者の静止状態における傾きや使用者の動きを検出し、検出した加速度信号を増幅回路、波形整形回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路（いずれも図示せず）において増幅、整形、Ａ／Ｄ変換された物理量データとしての加速度データを出力する。出力された加速度データは、制御部５０により実行される制御プログラム７１において入力され、睡眠判定部５１、傾き算出部５３（いずれも後述する）などにおいて睡眠状態の自動検出や使用者の傾斜角度の算出処理に用いられる。

尚、加速度センサー１１は、３軸の加速度センサーとして説明したが、３軸に限らず、１軸や２軸、互いに交差する４軸以上の加速度センサーで構成されていても良い。端末装置１の主目的である使用者の傾斜角度の算出においては、加速度センサー１１に印加される重力加速度を測定することにより実現される（詳細は、傾き算出部５３において後述する）。加速度センサー１１の軸が１軸であれば、その軸に重力ベクトルが投影された加速度ベクトルを参照し、２軸以上であればそれぞれの軸に重力ベクトルが投影された加速度ベクトルを参照する。軸数を増やすことにより、多軸方向を中心軸とした傾斜角度を算出することができる。また、複数の軸にすることにより、１軸では精度の出にくい傾斜角度部分を他の軸で補うことができ、更に１つの軸で生じた誤差を他の軸の正確な値で補正することもできる。従って、１軸の加速度センサー１１でも、使用者の回転角度を算出することは可能であり、検出する軸を増やすことによって、多軸方向を中心軸とした傾斜角度を精度高く精密に測定することが可能になる。

脈拍センサー１３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子と、フォトダイオードなどの受光素子とを備えており、端末装置１の手首ＷＲ側の面で、腕（皮膚）と接する部分に設置されている。発光素子から腕に向けて光を照射して、腕の内部の血管で反射された光を受光素子で受光した後、受光量などを解析することにより脈拍数を検出する。検出した脈拍数は主に、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを厳密に判定するために有効な情報になる。例えば、使用者の脈拍数を常時測定し、脈拍数が所定の脈拍数値以下になった場合は睡眠状態と判定し、所定の脈拍数を超えた場合は覚醒状態に入ったと判定する。尚、脈拍センサー１３は必須の構成ではなく、省略しても良いし、他の生体情報を取得するセンサーを搭載する構成であっても良い。

尚、測定部１０において、加速度センサー１１、脈拍センサー１３などから構成されるとしたが、この構成に限定するものではなく、３軸ジャイロセンサー（図示せず）を含んで構成されたセンサーユニットであっても良い。３軸ジャイロセンサーは、加速度センサー１１におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸を中心軸とした角速度を測定する。使用者の手首ＷＲが傾く動作を物理量データとして測定した角速度を積分して、単位時間当たりの角度変化量を求めることにより使用者の手首ＷＲの回転角度を算出する。このように３軸ジャイロセンサーにおいても、角速度データに基づいて使用者の回転角度を算出することができるため、加速度センサー１１を３軸ジャイロセンサーに置き換えた構成であっても良い。

操作部２０は、ボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を制御部５０に出力する。例えば、使用者により就寝開始を示すボタンが押下された場合、操作部２０は検出したボタンの信号を制御部５０に出力する。制御部５０は、操作部２０から信号を受けて、物理量データの測定を開始し、睡眠状態における寝返り情報を算出する。尚、操作部２０は、このような構成に限定されるものではなく、複数の操作入力が可能な構成であれば良く、例えば、表示部４０がタッチパネル機能を備えていても良い。

時計部３５は、リアルタイムクロックであり、例えばタイマー機能、時計機能、ストップウォッチ機能などの計時機能を有している。時計部３５のタイマーは随時制御部５０に出力され、測定部１０による加速度センサー１１や脈拍センサー１３のセンサー信号検出のサンプリングタイム、傾斜角度を算出する単位時間などが生成される。また、時計部３５の計時時刻は制御部５０により読み出され、使用者の睡眠時間や使用者の寝返り姿勢と姿勢毎の累積時間等の情報として算出され、記憶部７０に格納される。

表示部４０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示パネルを有して構成され、制御部５０から入力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部４０には、制御部５０により算出された寝返り情報や睡眠習慣改善のアドバイスなどの情報が、文字列やアイコンなどで表示される。

通信部４５は、制御部５０の制御に従って、端末装置１の内部で利用される情報をＰＣ（Personal Computer）やスマートフォン（多機能携帯電話）等の外部の情報処理装置との間で送受信するための通信装置である。この通信部４５の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。

制御部５０は、記憶部７０に記憶されている制御プログラム７１を含む各種プログラムに従って端末装置１の各部を統括的に制御する制御装置および演算装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーを有して構成される。
制御部５０により、記憶部７０に記憶された制御プログラム７１が実行されると、睡眠判定部５１、傾き算出部５３、寝返り情報算出部５５、睡眠の質判定部５７、バランス診断部５９、アドバイス生成部６１の各機能部が実現される。但し、これらの機能部は一実施例として記載したものに過ぎず、必ずしもこれらすべての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。また、これら以外の機能部を必須構成要素としても良い。

睡眠判定部５１は、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるか判定する。詳しくは、睡眠判定部５１では、使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかの状態を内部変数に保有しており、制御部５０からの要求があると、その状態を結果として返す。睡眠判定部５１は、使用者がどちらの状態であるか検出するために、使用者の手動操作を検出する手動検出の機能部、および端末装置１に内蔵する測定部１０により自動で検出する自動検出の機能部を有している。

手動検出では、使用者により就寝開始を示すボタン操作が行われたか否かの情報を操作部２０から取得する。また、使用者により寝覚めたことを示すボタン操作が行われたか否かの情報についても操作部２０から取得する。手動検出では、操作部２０から取得した情報に基づいて、使用者が睡眠状態であるか覚醒状態であるか判定し、その状態を内部変数に保有する。

自動検出では、測定部１０からサンプリングタイム毎に出力される加速度データを体動信号として取得する。睡眠時における所定の体動量と比較し、体動信号が所定の体動量より少ない場合は睡眠状態と判定し、所定の体動量以上の場合は覚醒状態と判定する。判定結果は内部変数に保有される。

また、自動検出では、測定した脈拍数を用いる方法でも良い。詳しくは、測定部１０によりサンプリングタイム毎に測定された脈拍数を睡眠状態を示す所定の脈拍数と比較し、所定の脈拍数より少なければ睡眠状態、所定の脈拍数以上の場合は覚醒状態と判定する。判定結果は内部変数に保有される。

また、睡眠判定部５１は、使用者が睡眠状態に遷移した時刻から使用者が覚醒状態に遷移した時刻までの経過時間を算出し、睡眠時間７７として記憶部７０に格納する。
尚、睡眠判定部５１は、睡眠判定部に相当する。

傾き算出部５３は、使用者の手首ＷＲに装着された端末装置１の傾斜角度を単位時間当たりに算出する。詳しくは、測定部１０に備えられたセンサーユニットの各軸の加速度データを、測定部１０からサンプリング間隔毎に取得する。測定部１０では、サンプリング間隔が、例えば、１Ｈｚのサンプリング間隔であれば、１秒毎に各軸の加速度データが出力される。傾き算出部５３は、寝返り情報を算出するための単位時間（例えば、１分間）を設定し、測定部１０より出力された加速度データの平均値を単位時間当たりに算出する。傾き算出部５３は、単位時間を１分間とすると、サンプリング間隔が１Ｈｚの例では、６０個分の連続して出力される加速度データの平均値を算出して代表とする。尚、代表値の算出は、平均に限定するわけではなく、統計的な手段を用いた別の方法であっても良い。例えば、最頻値や中央値であっても良い。

傾き算出部５３は、単位時間毎に算出された各軸の加速度データの代表値から、端末装置１の傾斜角度を算出する。詳しくは、各軸に印加される重力加速度を用いて算出することにより傾斜角度が求められる。使用者に装着された端末装置１の静止状態における加速度センサー１１の傾斜角度に応じて、重力加速度を有する重力ベクトルが加速度センサー１１の軸上に投影されている。静止状態における重力方向に対して傾斜した軸上の加速度データを加速度ベクトルとすると、重力ベクトルと加速度ベクトルとのそれぞれの大きさの比に対して、逆三角関数を用いることにより、両ベクトルの中心角度が算出される。中心角度を加速度センサー１１の各軸方向において算出することにより、重力方向に対する各軸方向の傾斜角度が求められる。

略直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の傾斜角度が求められると、寝返り姿勢を判定するために有効な軸が選定される。発明者により蓄積された多様な使用者の睡眠時に測定した実験データによれば、使用者は睡眠中に腕を肢体の脇腹に沿わせて据えている場合が多いことから、腕の長手方向であるＸ軸を中心軸とした回転が使用者の肢体の回転に近似する傾向がある。つまり、Ｘ軸と略直行するＹ軸とＺ軸の傾斜角度を逐次参照することにより、Ｘ軸を中心軸とした回転状況および使用者の肢体の回転状況が検出される。
このようにして、寝返り姿勢の判定に有効な軸としては、Ｘ軸が中心軸として選定され、Ｘ軸を中心軸とした回転状態を検出するために、主にＹ軸とＺ軸の加速度データが利用される。
但し、使用者毎に異なる癖があるため、複数の軸方向を中心軸として算出された傾斜角度の変化量を分析して、参照する中心軸方向を随時切り替えて選定しながら使用者の傾斜角度を決定しても良い。

算出される傾斜角度の一例を挙げると、睡眠状態に遷移した時点（睡眠開始時）において、使用者の睡眠時の姿勢が仰臥位でＸ軸を中心軸とした傾斜角度を０°とした場合に、左側臥位の傾斜角度は−９０°の近傍となり、右側臥位の傾斜角度は９０°の近傍となり、伏臥位の傾斜角度は１８０°（または−１８０°）の近傍となる。
尚、傾き算出部５３は、傾き算出部に相当する。

寝返り情報算出部５５は、寝返り回数、寝返り姿勢、寝返り姿勢毎の累積時間などの寝返り情報を算出する。詳しくは、寝返り情報算出部５５は、傾き算出部５３により単位時間毎に算出された傾斜角度の変化量を回転角度として算出する。そして、算出された回転角度が寝返り判定閾値７９を超えた場合に、寝返り回数としてカウントする。寝返り判定閾値７９は、予め記憶部７０に記憶されており、例えば、仰臥位から右側臥位に回転した状態を寝返りと判定する場合は、９０°が設定されている。算出された寝返り回数は、記憶部７０に寝返り回数８３として格納される。

寝返り姿勢には、例えば、仰臥位、右側臥位、左側臥位、伏臥位などがあり、睡眠開始時が仰臥位であれば、仰臥位がＸ軸を中心軸とした傾斜角度０°の近傍、右側臥位が傾斜角度９０°の近傍、左側臥位が傾斜角度−９０°の近傍、伏臥位が傾斜角度１８０°の近傍として各寝返り姿勢が算出される。
寝返り姿勢毎の累積時間は、寝返り姿勢を継続した時間が加算された時間である。寝返り姿勢は、傾斜角度が変化しても同一姿勢閾値８１以内であれば同じ寝返り姿勢と判定している。例えば、同一姿勢閾値８１が３０°であれば、仰臥位は０°±３０°の範囲内であるため−３０°〜＋３０°の範囲であり、右側臥位は同様に６０°〜１２０°の範囲であり、左側臥位は−６０°〜−１２０°の範囲であり、伏臥位は１５０°〜２１０°（もしくは、１５０°〜１８０°および−１５０°〜−１８０°）の範囲である。尚、同一姿勢閾値８１は、予め記憶部７０に記憶されている。算出された寝返り姿勢と寝返り姿勢毎の累積時間は、記憶部７０に累積時間８５として格納される。
尚、寝返り情報算出部５５は、寝返り情報算出部に相当する。

次に、図４および図５を用いて、傾き算出部５３および寝返り情報算出部５５において算出される回転角度、寝返り回数、累積時間について具体例を示して説明する。
図４は、睡眠状態における傾斜角度の経過をプロットしたグラフ図である。グラフの横軸は、睡眠状態の経過時間（分）であり、縦軸は傾斜角度（°）である。傾斜角度Ｌ（実線）は、１分毎に算出されたＸ軸を中心軸としたＹ軸の傾斜角度がプロットされたグラフである。グラフの右側に区間Ａ、区間Ｂ、区間Ｃが記載されている。区間Ａは傾斜角度−３０°〜＋３０°の同一姿勢閾値（±３０°）内の範囲であり姿勢Ａと呼称する。区間Ｂは−６０°〜−１２０°の範囲であり姿勢Ｂと呼称し、区間Ｃは６０°〜１２０°の範囲で姿勢Ｃと呼称する。区間Ｔ１〜Ｔ１４は、寝返り判定閾値７９の幅を示しており、この例では、区間Ｔ１〜Ｔ１４はいずれも９０°の幅に設定されている。区間Ｔ１〜Ｔ１４を閾値Ｔ１〜Ｔ１４と呼称する。期間Ａ１〜Ａ８は、姿勢Ａであった期間を発生順に順番に番号を付けて示している。同様に期間Ｂ１〜Ｂ４は、姿勢Ｂであった期間、期間Ｃ１〜Ｃ３は、姿勢Ｃであった期間である。

まず、図４の傾斜角度Ｌの経過時間０から時間を経過させる。傾斜角度Ｌにおいて時系列に前後の傾斜角度の差分が、傾斜角度の変化量であり回転角度に相当する。傾斜角度Ｌは、期間Ａ１の間は傾斜角度が−３０°〜＋３０°の間にあるため、同一姿勢と判定されている。そして、姿勢Ａ内の傾斜角度と新たに取得した傾斜角度との差分である回転角度を閾値Ｔ１と比較し、回転角度が閾値Ｔ１を超えた時刻（期間Ａ１の終端）が、寝返り姿勢の切り替わり点である。傾斜角度Ｌは、次に姿勢Ｂの範囲に入り、引き続き回転角度を閾値Ｔ２と比較する。閾値Ｔ２を超えるまでの期間が期間Ｂ１である。同様に閾値Ｔ３〜Ｔ１４まで比較することにより、傾斜角度Ｌは、期間Ａ１〜Ａ８、期間Ｂ１〜Ｂ４、期間Ｃ１〜Ｃ３までに期間が区切られる。寝返り回数は、閾値Ｔ１〜Ｔ１４までと比較して超えた回数がカウントされ１４回とされる。

図５は、累積時間８５が記憶されている状態の一例を示す図である。図５に示すように寝返り姿勢８５１は、寝返り姿勢の傾斜角度と上述の姿勢Ａ、姿勢Ｂ、姿勢Ｃに対応する記号が「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」として記載されている。「Ｄ」は姿勢Ｄであり、姿勢Ｂから更に＋９０°回転した姿勢を示している。累積時間８５３には、寝返り姿勢毎の経過時間が分単位で記録されている。
図４で算出された期間Ａ１〜Ａ８の時間を累積し、姿勢Ａの累積時間に２１０（分）として算出される。期間Ｂ１〜Ｂ４も同様に累積加算され１８０（分）、期間Ｃ１〜Ｃ３も同様に累積加算され９０（分）である。

睡眠の質判定部５７は、寝返り情報と睡眠時間の情報に基づいて使用者の睡眠状態における睡眠の質を判定する。詳しくは、睡眠の質判定部５７は、使用者の睡眠状態が終了した後（覚醒状態に遷移した後）に、記憶部７０に格納された寝返り回数８３、睡眠時間７７の情報を用いて、記憶部７０に予め格納されている睡眠評価テーブル９１（後述する）を参照して、睡眠の質の評価毎に設定された評価番号を取得する。尚、睡眠の質判定部５７は、睡眠の質を判定する判定部に相当する。

バランス診断部５９は、寝返り姿勢毎の累積時間の情報に基づいて使用者に対する身体の負担バランスを診断する。詳しくは、バランス診断部５９は、使用者の睡眠が終了した後、記憶部７０に格納された累積時間８５の寝返り姿勢毎の累積時間より、バランス指標を算出し、記憶部７０に予め格納されたバランス指標評価テーブル９３（後述する）を参照して、バランス診断の評価毎に設定された評価番号を取得する。

バランス指標は、寝返り姿勢が特定の寝返り姿勢に偏っていないか、寝返り姿勢が睡眠中にバランス良く現れているか、などを判定するための指標である。バランス指標によって、例えば、寝返り姿勢が睡眠中にバランス良く現れていれば、身体の特定の部位への負担が少なく良好な負担バランスと診断される。

バランス指標には、寝返り姿勢毎の累積時間の分散値が用いられる。次の式１は、寝返り姿勢毎の累積時間の分散値を用いてバランス指標を算出する一例である。
バランス指標＝（寝返り姿勢毎の累積時間の分散値）／（睡眠時間） （式１）
式１によれば、バランス指標は以下の通りの条件１〜条件５を適用することで、それぞれに記載された評価が得られる。バランス指標の値が小さいほど、寝返り姿勢が均一に現れており、身体にかける負担が少なく、適切な睡眠であることを示す診断がされている。
０≦（バランス指標）＜８ ・・・非常に良いバランスである。 （条件１）
８≦（バランス指標）＜２０ ・・・３種類の姿勢が均等である。 （条件２）
２０≦（バランス指標）＜３５・・・２種類の姿勢に偏重している。 （条件３）
３５≦（バランス指標）＜５０・・・１種類の姿勢に偏っている。 （条件４）
５０≦（バランス指標） ・・・睡眠中に長時間１種類の姿勢である。 （条件５）

例えば、図５に示した寝返り姿勢毎の累積時間の例に記載した姿勢Ａが２１０（分）、姿勢Ｂが１８０（分）、姿勢Ｃが９０（分）、姿勢Ｄが０（分）を用いて上述の式１に適用する。算出されるバランス指標は「１４」となり条件２に適用され、３種類の姿勢に均等であると判定される。尚、バランス診断部５９は、バランス診断部に相当する。

アドバイス生成部６１は、睡眠の質および負担バランスの診断に基づいて、使用者に対する睡眠習慣改善のアドバイスを生成する。詳しくは、記憶部７０に予め格納されたアドバイステーブル９５を参照して、睡眠の質判定部５７およびバランス診断部５９から出力された評価番号に対応するアドバイス文言を取得する。評価番号が複数存在する場合は、アドバイス文言を結合して、アドバイス文章を生成する。

記憶部７０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置によって構成され、制御プログラム７１、データ７６、テーブル９０などを記憶している。また、制御部５０により実行される各処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリア（図示しない）を有する。
制御プログラム７１は、制御部５０により読み出され、制御部５０を構成する機能部の機能を実現する。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。

データ７６には、一例として睡眠時間７７、寝返り判定閾値７９、同一姿勢閾値８１、寝返り回数８３、累積時間８５などが格納されている。
睡眠時間７７には、使用者が睡眠状態に遷移した時刻から使用者が覚醒状態に遷移した時刻までの経過時間が格納される。
寝返り判定閾値７９は、寝返り姿勢が切り替わったことを傾斜角度の変化量に基づいて判別するための閾値であり、予め記憶部７０に格納されている。
同一姿勢閾値８１は、寝返り姿勢が切り替わっていないこと（同一の寝返り姿勢であること）を傾斜角度の変化量に基づいて判別するための閾値であり、予め記憶部７０に格納されている。

寝返り回数８３には、使用者の寝返り姿勢が変わった回数が格納されている。
累積時間８５には、寝返り姿勢毎の累積時間が格納されている。前述した図５は、累積時間８５が記憶されている状態の一例である。

テーブル９０には、一例として睡眠評価テーブル９１、バランス指標評価テーブル９３、アドバイステーブル９５などが格納されている。
図６は、睡眠評価テーブル９１の一例を示す図であり、図７は、バランス指標評価テーブル９３の一例を示す図、図８は、アドバイステーブル９５の一例を示す図である。

睡眠評価テーブル９１は、睡眠時間内に寝返りした回数を評価番号と対応付けた対応表である。図６に示すように睡眠時間９１１が、４時間未満の場合は、寝返り回数９１３が０以上５回未満、５以上１１回未満、１１回以上の範囲毎に異なる評価番号９１５が設定されている。

バランス指標評価テーブル９３は、バランス診断部５９により算出されたバランス指標の数値を評価番号と対応付けた対応表である。図７に示すように、バランス指標の範囲９３１には、バランス指標を比較する範囲が設定され、評価番号９３３には対応する評価番号が設定されている。

アドバイステーブル９５は、評価番号とアドバイスの文言を対応づけた対応表である。図８に示すように、評価番号９５１毎にアドバイス文言９５３が設定されている。

（制御プログラムのフロー）
図９は、制御プログラム７１の処理の流れを表すフローチャート図、図１０は、睡眠時の寝返り情報算出処理の流れを表すフローチャート図、図１１は、睡眠後の睡眠状態評価処理の流れを表すフローチャート図である。以下のフローは、記憶部７０の制御プログラム７１に基づいて、制御部５０が測定部１０、時計部３５を含む各部を制御することにより実行される。以降、図９、図１０、図１１を中心に図３を含む各図を交えて説明する。

図９のフローは、睡眠状態評価方法に相当し、制御プログラム７１の処理全般を概略的に表したフローである。端末装置１は使用者に装着された状態である。
ステップＳ１０では、以降のフローを実行するための準備が行われる。詳しくは、記憶部７０に以降の演算で使用される変数などを格納する領域の確保、時計部３５を制御し、時刻情報、サンプリング間隔、傾斜角度を算出する単位時間の設定などが行われる。
ステップＳ２０では、使用者が睡眠状態に入ったか否かが判定される。詳しくは、睡眠判定部５１の機能部が実行され、睡眠状態に入ったと判定されると（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、睡眠時における寝返り情報を算出する処理（ステップＳ３０）に進む。
ステップＳ３０は、睡眠時の寝返り情報を算出する処理であり、詳細については、図１０を用いて後述する。ステップＳ３０が実行されると、単位時間（例えば、１分間）当たりに寝返り情報が算出される。
ステップＳ４０では、覚醒状態に移行したか否か判定される。本ステップは、単位時間当たりに寝返り情報が算出された直後に実行されるステップである。本ステップでは、睡眠判定部５１の機能部が実行され、睡眠状態が継続中で覚醒状態に移行していないと判定された場合は（ステップＳ４０；Ｎｏ）、ステップＳ３０内に処理を移し、寝返り情報の算出を継続する。覚醒状態に移行したと判定された場合は（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、睡眠後の睡眠状態評価処理（ステップＳ５０）に進む。
ステップＳ５０では、睡眠終了後に睡眠状態の評価が行われる。詳細については、図１１を用いて後述する。
尚、ステップＳ２０およびステップＳ４０は、睡眠判定工程に相当する。
このようにして、使用者が睡眠状態に入っている間は、寝返り情報の算出（ステップ３０）が継続され、睡眠状態の終了後に睡眠状態の評価（ステップ５０）が行われる。
尚、本フローでは、ステップＳ５０を終えると、終了に移行しているが、次の睡眠状態の処理に備えて、必要な変数を初期化後にステップＳ２０に進んでも良い。

図１０のフローは、睡眠時の寝返り情報を算出する処理のフローであり、睡眠状態に入った後から、覚醒状態に入るまでの間、制御部５０により実行されている。
ステップＳ１１０では、本フローで利用される各種変数の領域が確保され、初期化される。具体的には、少なくとも、傾斜角度を格納する変数θ、前回に算出された傾斜角度を格納する変数Ｐｒｅθ、同一の寝返り姿勢内の最大である傾斜角度をＭａｘθ、最小である傾斜角度をＭｉｎθ、のそれぞれが定義される。また、変数Ｐｒｅθ、変数Ｍａｘθ、変数Ｍｉｎθはいずれも「０」に初期化される。

ステップＳ１２０では、測定部１０からサンプリング間隔毎に出力された加速度データを取得する。ステップＳ１２０は、測定工程に相当する。
ステップＳ１３０では、傾斜角度θが算出される。詳しくは、傾き算出部５３の機能部が実行され、取得した加速度データから、端末装置１の傾斜角度を算出し、変数θに格納する。尚、ステップＳ１３０は、傾き算出工程に相当する。
ステップＳ１４０では、算出された傾斜角度θと、変数Ｍａｘθまたは変数Ｍｉｎθとの差分が、寝返り判定閾値７９以下であるか否か判定される。寝返り判定閾値７９以下である場合は、新たな寝返りがされていないことを示し（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）、寝返り姿勢を継続した場合の処理（ステップＳ１５０）に進む。寝返り判定閾値７９を超えている場合は、新たな寝返りが発生したことを示し（ステップＳ１４０；Ｎｏ）、寝返り回数のカウントをする処理（ステップＳ２２０）に進む。

ステップＳ１５０では、前回に算出した傾斜角度Ｐｒｅθと今回算出した傾斜角度θとの差分が、同一姿勢の範囲内であるか否か判定される。詳しくは、傾斜角度Ｐｒｅθと算出した傾斜角度θとの差分である回転角度を、同一姿勢閾値８１と比較し、回転角度が同一姿勢閾値８１よりも小さく、同一姿勢の範囲内である場合は（ステップＳ１５０；Ｙｅｓ）、同一寝返り姿勢における累積時間等の加算の処理を行うためにステップＳ１６０に進む。回転角度が同一姿勢閾値８１以上で、同一姿勢の範囲内でなかった場合は（ステップＳ１５０；Ｎｏ）、同一姿勢でもなく新たな寝返りもされていないため、次の傾斜角度を算出するためにステップＳ４０に進む。尚、ステップＳ１５０では、傾斜角度Ｐｒｅθと傾斜角度θの差分を同一姿勢閾値８１と比較するとしているが、同一寝返り姿勢の傾斜角度θの平均値を算出しておき、その平均値と傾斜角度θとの差分を同一姿勢閾値８１と比較するようにしても良い。

ステップＳ１６０〜ステップＳ１９０では、同一寝返り姿勢の範囲内における最大傾斜角度Ｍａｘθと最小傾斜角度Ｍｉｎθが更新される。
ステップＳ２００では、同一寝返り姿勢の範囲内であった時間が、寝返り姿勢の累積時間８５に加算される。
ステップＳ２１０では、算出した変数θの内容が、次に算出される傾斜角度θとの比較のために変数Ｐｒｅθに代入される。

ステップＳ２２０では、傾斜角度変数θにおいて、新たな寝返りが発生したと判定されたため、寝返り回数８３がひとつ加算される。
ステップＳ２３０では、変数Ｍａｘθと変数Ｍｉｎθの内容が次の寝返り姿勢のために変数θの内容で初期化される。
ステップＳ２１０に進み、算出した変数θの内容が、次に算出される傾斜角度θとの比較のために変数Ｐｒｅθに代入される。
ステップＳ１２０〜ステップＳ２１０の各ステップの処理が行われると、次のステップＳ４０に進み、覚醒したか否か判定される（ステップＳ４０）。覚醒していない場合は（ステップＳ４０；Ｎｏ）、睡眠状態が継続されているため次の傾斜角度θを算出するために、ステップＳ１２０に進み処理を繰り返す。
尚、ステップＳ１４０〜ステップＳ２３０は、寝返り情報算出工程に相当する。

図１１のフローは、睡眠終了後（覚醒した後）に睡眠状態を評価する処理のフローである。
ステップＳ３１０では、睡眠時間が算出される。詳しくは、覚醒した時刻と睡眠した時刻との差分をとり、睡眠時における睡眠時間を算出する。
ステップＳ３２０では、睡眠の質の判定における評価番号が取得される。詳しくは、睡眠評価テーブル９１を参照してステップＳ３１０で算出した睡眠時間とステップＳ２２０で算出した寝返り回数に対応する評価番号９１５を取得する。
ステップＳ３３０では、寝返り姿勢毎の累積時間が取得される。詳しくは、ステップＳ２００において算出され累積時間８５の情報を記憶部７０から読み込む。
ステップＳ３４０では、睡眠時のバランス指標値が算出される。詳しくは、バランス診断部５９が実行され、累積時間８５の寝返り姿勢毎の累積時間よりバランス指標値を算出する。
ステップＳ３５０では、バランス診断における評価番号が取得される。詳しくは、バランス指標評価テーブル９３を参照してステップＳ３４０で算出したバランス指標値に対応する評価番号９３３を取得する。
ステップＳ３６０では、睡眠の質の評価番号およびバランス診断の評価番号からアドバイスが生成される。詳しくは、アドバイステーブル９５を参照して、ステップＳ３２０において取得した睡眠状態の評価番号９１５とステップＳ３５０において取得したバランス指標の評価番号９３３の番号に対応するアドバイス文言９５３を合成してアドバイス文章を生成する。
このようにして、生成されたアドバイス文章は、制御部５０による表示部４０への表示、または、通信部４５を介して表示装置を有する他の情報機器などに送信され、使用者に報知される。

以上述べたように、本実施形態に係わる端末装置１によれば、以下の効果を得ることができる。
端末装置１によれば、人体の手首ＷＲから測定した加速度センサー１１の出力信号に基づいて、使用者の寝返り情報の算出を実現している。使用者の身体に装着される装置において寝返り情報を算出することができるため、使用者はいかなる場所で就寝したとしても、また、就寝場所に使用者以外の荷重の変化があっても、端末装置１を装着している使用者自身の寝返り情報を提供することができる。
また、端末装置１では、寝返り情報から睡眠時における睡眠の質や寝返り姿勢のバランス状態を評価し、使用者に評価内容を伝えるためのアドバイス文章を生成している。使用者は端末装置１を睡眠時にも装着することで、当該アドバイス文章を参考にして睡眠習慣の改善に活用することができる。

（変形例１）
次に、変形例１について、図３を用いて説明する。
上述の実施形態では、端末装置１において睡眠判定からアドバイス生成までの一連の機能部を含める構成として説明したが、この構成に限定されない。端末装置１には、使用者の物理量データを測定する測定部１０と、物理量データ等を外部の情報機器に送信する第１通信部としての通信部４５と、測定部１０と通信部４５を制御する制御部５０と記憶部７０を少なくとも備える。図３に示す制御部５０内の機能部など、その他の構成部はＰＣ（Personal Computer）またはスマートフォン（多機能携帯電話）等の外部の情報機器に備える構成であっても良い。尚、本変形例は睡眠状態評価システムに相当する。

本変形例によれば、端末装置１により使用者に係わる物理量データが単位時間毎に測定され、通信部４５を介して物理量データが単位時間毎に情報機器に送信される。情報機器は第２通信部としての受信部を備え、物理量データを受信した情報機器は、睡眠判定部５１により睡眠状態を判定し、傾き算出部５３、寝返り情報算出部５５により、寝返り情報を算出する。その間、寝返り情報が単位時間毎に情報機器の表示装置に表示される。睡眠状態が終了すると、睡眠の質判定部５７、バランス診断部５９により睡眠状態が評価され、アドバイス生成部６１によりアドバイスが情報機器の表示装置に表示される。

また、物理量データを測定する測定部１０と、睡眠状態を判定し寝返り情報を算出する睡眠判定部５１、傾き算出部５３、寝返り情報算出部５５までを端末装置１に備え、端末装置１は算出された寝返り情報を通信部４５を介して外部の情報機器に送信する構成であっても良い。
これらの構成により、端末装置１の構成要素が減り部品点数を削減させることができ、端末装置１の小型化、軽量化、省電力化を更に進めることができる。使用者は睡眠時を含めた日常生活において違和感なく端末装置１を装着することで、使用者の生活習慣改善、睡眠習慣改善に役立つ有効なデータを収集できる可能性が広がる。
また、端末装置１を装着した使用者の睡眠中に、情報機器においてリアルタイムに睡眠状態などの情報を表示することができることから、睡眠習慣の改善指導をする指導者などが情報機器の表示を確認することで、更に効果的で即時性の高い睡眠指導ができるようになる可能性が高まる。

（変形例２）
次に変形例２について図３および図８を用いて説明する。
上述の実施形態および変形例では、睡眠の質判定部５７およびバランス診断部５９において導出された評価番号に基づいて、アドバイス生成部６１においてアドバイス文章を生成する構成について説明したが、評価番号を他の睡眠状態を改善させる生活用装置に送信する構成であっても良い。

詳しくは、生活用装置は、例えば、電動式ベッド、形状を電動で可変する枕、エアコンなど空調装置、加湿器、音響装置などの睡眠状態の改善を促進する装置である。これらの装置は、受信した評価番号に対応して使用者の睡眠状態を物理的に改善する手段を有し、評価番号を受信すると自動で物理的な改善手段を実行する。
例えば、睡眠終了後の評価番号が「１１１」であれば、寝返りしにくい状態であるため、次の睡眠時に備えて電動式ベッドのマットレスの硬さを少し硬くする、などの改善手段を講じることができる。

また、使用者が睡眠している最中に改善手段を講じる構成であっても良く、その場合は、睡眠状態において端末装置１から単位時間毎に算出された寝返り回数８３と累積時間８５が生活用装置に送信され、生活用装置では睡眠状態を分析し、対応する改善手段を即時実行することで、睡眠途中で睡眠状態を改善させることが可能である。

（変形例３）
図１０を用いて説明する。
上述の実施形態および変形例では、図１０に示すステップＳ１４０において、寝返り姿勢の最大角度Ｍａｘθと最小角度Ｍｉｎθと傾斜角度θとの差分を寝返り判定閾値と比較して寝返りが発生したと判定していたが、同一姿勢内での平均傾斜角度と比較する構成を加えても良い。このようにすることにより、頻繁に寝返り姿勢の変化が発生する場合や、突出した最大角度Ｍａｘθや最小角度Ｍｉｎθが多く発生するような場合に、寝返り姿勢の変化が傾向的に捉えられた寝返りのバランス診断をすることができる。

１…端末装置、１０…測定部、１１…加速度センサー、１３…脈拍センサー、２０…操作部、３５…時計部、４０…表示部、４５…通信部、５０…制御部、５１…睡眠判定部、５３…傾き算出部、５５…寝返り情報算出部、５７…睡眠の質判定部、５９…バランス診断部、６１…アドバイス生成部、７０…記憶部、７１…制御プログラム、７６…データ、７７…睡眠時間、７９…寝返り判定閾値、８１…同一姿勢閾値、８３…寝返り回数、８５…累積時間、９０…テーブル、９１…睡眠評価テーブル、９３…バランス指標評価テーブル、９５…アドバイステーブル、８５１…寝返り姿勢、８５３…累積時間、９１１…睡眠時間、９１５…評価番号、９３１…バランス指標の範囲、９３３…評価番号、９５１…評価番号、９５３…アドバイス文言。

Claims (7)

1. 使用者の身体に装着される睡眠状態評価装置であって、
   前記使用者の身体の動きを表す加速度データを含む物理量データを測定する測定部と、
   前記使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定部と、
   前記物理量データに基づいて前記使用者の睡眠状態における前記使用者の身体の傾きを算出する傾き算出部と、
   前記使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて前記使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出部と、
   を備えることを特徴とする睡眠状態評価装置。
2. 前記寝返り情報算出部は、前記使用者の回転角度を所定の閾値と比較した結果に基づいて、前記使用者の寝返り情報を算出することを特徴とする請求項１に記載の睡眠状態評価装置。
3. 前記寝返り情報は、寝返り回数と、寝返り姿勢と、前記寝返り姿勢毎の累積時間と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の睡眠状態評価装置。
4. 前記睡眠状態評価装置は、
   前記寝返り情報および／または前記使用者の睡眠時間を含む情報に基づいて、前記使用者の睡眠の質を判定する判定部と、
   前記寝返り姿勢毎の累積時間に基づいて、前記使用者に対する身体への負担のバランスを表すバランス指標を算出するバランス指標算出部と、
   前記睡眠の質および前記バランス指標に基づいて、前記使用者に対する睡眠習慣改善のアドバイスを生成するアドバイス生成部と、
   を更に備えることを特徴とする請求項３のいずれか一項に記載の睡眠状態評価装置。
5. 前記睡眠状態評価装置は、
   使用者の脈拍数を測定する脈拍センサーを更に備え、
   前記睡眠判定部は、前記測定した脈拍数に基づいて、前記使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の睡眠状態評価装置。
6. 使用者の身体における加速度データを含む物理量データを測定する測定工程と、
   前記使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定工程と、
   前記物理量データに基づいて前記使用者の睡眠状態における身体の傾きを算出する傾き算出工程と、
   前記使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて前記使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出工程と、
   を備えることを特徴とする睡眠状態評価方法。
7. 使用者の身体に装着され、
   前記使用者の身体の動きを表す加速度データを含む物理量データを測定する測定部と、
   前記使用者が睡眠状態にあるか覚醒状態にあるかを判定する睡眠判定部と、
   前記物理量データに基づいて前記使用者の睡眠状態における身体の傾きを算出する傾き算出部と、
   前記使用者の身体の傾きの変化量である回転角度に基づいて前記使用者の寝返り情報を算出する寝返り情報算出部と、
   前記使用者の寝返り情報を送信する第１通信部と、
   を備える睡眠状態評価装置と、
   前記使用者の寝返り情報を受信する第２通信部と、
   前記寝返り情報に基づいて、前記使用者の睡眠の質を判定する判定部と、
   前記寝返り情報に基づいて、前記使用者に対する身体への負担のバランスを表すバランス指標を算出するバランス指標算出部と、
   前記睡眠の質および前記バランス指標に基づいて、前記使用者に対する睡眠習慣改善のアドバイスを生成するアドバイス生成部と、
   を備える情報機器と、
   を備えることを特徴とする睡眠状態評価システム。

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