JP6397810B2 - Sleep / wakefulness determination device, sleep / wakefulness determination method, and program for driving the same - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザから取得した加速度に関する情報から睡眠覚醒判定を行う睡眠覚醒判定装置、睡眠覚醒判定方法及び、その駆動用プログラムに関する。 The present invention relates to a sleep / wake determination device, a sleep / wake determination method, and a driving program thereof that perform sleep / wake determination from information on acceleration acquired from a user.
一般のユーザに使用される装着携帯型の電子機器として、例えば、スマートウォッチ又はウェアラブルセンサ等が普及している。これらの機器には、種々の機能が搭載されており、その１つの機能として、加速度等を測定する測定機器、例えば加速度センサを内蔵させて、装着するユーザ身体の動きから得られた加速度情報等に基づき、睡眠又は覚醒を判定する睡眠分析のサービスが提供されている。 For example, smart watches or wearable sensors are widely used as portable electronic devices used by general users. These devices are equipped with various functions. As one of the functions, for example, a measuring device for measuring acceleration or the like, for example, acceleration information obtained from the movement of the user's body to which an acceleration sensor is built, etc. Based on the above, a sleep analysis service for determining sleep or wakefulness is provided.
加速度センサが検出した加速度情報等から睡眠覚醒判定を行う周知な方法として、例えば、非特許文献１には、ユーザの手首に装着した加速度センサから取得した加速度情報等に基づき、睡眠中の体動数を推定し、睡眠覚醒の判定を行う手法が提案されている。また、他の手法として、非特許文献２には、同様に手首に装着した加速度センサが取得した加速度情報等に基づき、睡眠中の姿勢変化の時間間隔（以下、体動間隔と称する）を推定し、睡眠又は覚醒の判定を行う手法も提案されている。 As a well-known method for performing sleep / wakefulness determination from acceleration information detected by an acceleration sensor, for example, Non-Patent Document 1 discloses body motion during sleep based on acceleration information acquired from an acceleration sensor worn on a user's wrist. A method for estimating the number and determining sleep / wakefulness has been proposed. As another method, Non-Patent Document 2 similarly estimates a time interval of posture change during sleep (hereinafter referred to as body movement interval) based on acceleration information acquired by an acceleration sensor worn on the wrist. However, a method for determining sleep or awakening has also been proposed.
これまでの睡眠中の体動数に基づく睡眠覚醒判定アルゴリズムは、睡眠判定を多めに推定する傾向があり、特に睡眠障害者の覚醒睡眠判定では、十分な精度が出ていないという課題が報告されている。同様に、体動間隔に基づき睡眠覚醒判定する技術においても、睡眠を覚醒と誤判定する傾向があるため、全体的な睡眠覚醒判定の精度は、十分に高くなっていないという課題が報告されている。 Conventional sleep / wake determination algorithms based on the number of body movements during sleep have a tendency to estimate more sleep determinations, and in particular, there is a problem that sufficient accuracy is not achieved in sleep / wake determination of sleep disordered persons ing. Similarly, even in the technology for determining sleep / wakefulness based on the body movement interval, there is a tendency to misjudg sleep as awakening, so there is a problem that the accuracy of overall sleep / wakefulness determination is not sufficiently high. Yes.
そこで本発明は、健常者から睡眠障害者まで多様に渡るユーザに適用可能であり、睡眠覚醒判定を精度良く行う睡眠覚醒判定装置、睡眠覚醒判定方法及び、その駆動用プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is applicable to a wide variety of users from healthy people to people with sleep disorders, and an object thereof is to provide a sleep / wake determination device, a sleep / wake determination method, and a driving program thereof that accurately perform sleep / wake determination. And
（１）上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定装置は、被験者に装着した加速度センサから、前記被験者の動きに応じた加速度情報を取得する加速度情報取得部と、取得した加速度情報から体動数を算出する体動数算出部と、前記体動数に、予め設定した第１のアルゴリズムを用いて、睡眠覚醒判定を行う第１の睡眠覚醒判定部と、前記加速度情報から体動間隔を算出する体動間隔算出部と、前記体動間隔に、予め設定した第２のアルゴリズムを用いて、睡眠覚醒判定を行う第２の睡眠覚醒判定部と、前記第１の睡眠覚醒判定部による体動数に基づく第１の睡眠覚醒判定結果と、第２の睡眠覚醒判定部による体動間隔に基づく第２の睡眠覚醒判定結果とを、統合して新たな睡眠覚醒判定結果を算出する統合睡眠覚醒判定部と、を備え、前記統合睡眠覚醒判定部は、予め定められた時間窓幅内で、前記体動数から得られた前記第１の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記体動間隔から得られた前記第２の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定された場合に、覚醒と判定する。
このような睡眠覚醒判定装置により、被験者から取得された体動数および体動間隔に基づいて、それぞれの睡眠覚醒判定結果を算出し、それらの判定結果を統合して最終的な睡眠覚醒判定結果を算出することで、睡眠障害者にも適用可能な高精度な睡眠覚醒判定を行うことができる。
(1) To achieve the above object, a sleep / wake determination device according to an embodiment according to the present invention includes an acceleration information acquisition unit that acquires acceleration information according to the movement of the subject from an acceleration sensor attached to the subject; A body motion number calculating unit that calculates a body motion number from the acquired acceleration information; a first sleep / wake determination unit that performs sleep / wake determination using a first algorithm set in advance for the body motion number; A body motion interval calculating unit that calculates a body motion interval from acceleration information, a second sleep / wake determination unit that performs sleep / wake determination using a second algorithm preset for the body motion interval, and the first The first sleep awakening determination result based on the number of body movements by the sleep awakening determination unit and the second sleep awakening determination result based on the body movement interval by the second sleep awakening determination unit are integrated into a new sleep awakening Integrated sleep to calculate judgment results Comprising a Awakening: judging unit, wherein the integrated sleep-wake determining unit is a predetermined time window width, the body movement speed or we obtained the first sleep-wake determination result is determined as arousal, and When the second sleep / wakefulness determination result obtained from the body movement interval is determined to be awakening, it is determined to be awakening.
Based on the number of body movements and the body movement interval obtained from the subject by such a sleep / wake determination device, each sleep / wake determination result is calculated, and those determination results are integrated to obtain a final sleep / wake determination result. By calculating the above, it is possible to perform a highly accurate sleep / wake determination that can be applied to a sleep disorder person.
（２）本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定装置は、前記第１の睡眠覚醒判定部は、前記体動数に対して、前記第１のアルゴリズムとして、Coleアルゴリズムを用いて、前記第２の睡眠覚醒判定部は、前記体動間隔に対して、前記第２のアルゴリズムとして、ESSアルゴリズムを用いることを特徴とする。
睡眠覚醒判定装置は、第１のアルゴリズムによる体動数に基づく判定結果は、測定期間中に真値に対して覚醒を睡眠と判定する割合が過剰になる傾向があり、覚醒検出精度が低い。また、第２のアルゴリズムによる体動間隔に基づく判定結果は、測定期間中に真値に対して睡眠を覚醒と判定する割合が過剰になる傾向があり、睡眠検出精度が低い。これらの相反する性質を持つ睡眠覚醒判定を統合することにより、各アルゴリズムの欠点を補い、適正な睡眠覚醒判定結果を取得することができる。
(2) In the sleep / wake determination device according to the embodiment of the present invention, the first sleep / wake determination unit uses the Cole algorithm as the first algorithm for the number of body movements, and the second The sleep / wakefulness determination unit uses an ESS algorithm as the second algorithm with respect to the body movement interval.
In the sleep / wakefulness determination device, the determination result based on the number of body movements according to the first algorithm has a tendency that the ratio of determining the wakefulness to sleep with respect to the true value during the measurement period tends to be excessive, and the wakefulness detection accuracy is low. In addition, the determination result based on the body movement interval by the second algorithm tends to have an excessive ratio of determining sleep as awakening with respect to the true value during the measurement period, and the sleep detection accuracy is low. By integrating the sleep / wake determination having these contradictory properties, it is possible to compensate for the drawbacks of each algorithm and obtain an appropriate sleep / wake determination result.
（３）本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定装置は、さらに、前記統合された睡眠覚醒判定結果に対する補正手段を有し、該補正手段は、取得された睡眠覚醒判定結果に対して、覚醒判定が予め定めた第１の時間以上続いた場合，その後に続く睡眠判定に対して，予め定めた第２時間分の睡眠判定を覚醒判定に変更する補正を行うことを特徴とする。
これらの条件により補正された判定結果は、より実際の睡眠、覚醒に近づく判定となることができる。
(3) The sleep / wakefulness determination apparatus according to the embodiment according to the present invention further includes a correction unit for the integrated sleep / wakefulness determination result, and the correction unit wakes up the acquired sleep / wakefulness determination result. When the determination continues for a predetermined first time or longer, correction for changing the sleep determination for the second predetermined time to the awake determination is performed for the subsequent sleep determination.
The determination result corrected by these conditions can be a determination closer to actual sleep and awakening.
（４）本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定装置は、被験者に装着した加速度センサから取得した加速度情報に基づき、睡眠又は覚醒の判定を行う睡眠覚醒判定装置であって、ポリソムノグラフィーを用いた睡眠覚醒判定により算出された睡眠覚醒の真値を基準として、該真値に比べて、覚醒を睡眠として多めに判定する睡眠覚醒判定を行う第３の睡眠覚醒判定部と、前記真値に比べて睡眠を覚醒に多く判定する睡眠覚醒判定を行う第４の睡眠覚醒判定部と、前記第３の睡眠覚醒判定部による第３の睡眠覚醒判定結果と、第４の睡眠覚醒判定部による第４の睡眠覚醒判定結果とを、統合して新たな睡眠覚醒判定結果を算出する統合睡眠覚醒判定部と、を備え、前記統合睡眠覚醒判定部は、予め定められた時間窓幅内で、前記第３の睡眠覚醒判定部から得られた第３の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記第４の睡眠覚醒判定部から得られた第４の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定された場合に、覚醒と判定する。
このような睡眠覚醒判定装置は、覚醒を多めに検出する傾向をもつ睡眠覚醒判定部と睡眠を少なめに検出する睡眠覚醒判定部の両方がある時間幅の中で睡眠と検出していれば睡眠と判定することで、睡眠覚醒判定の精度が改善される。
(4) A sleep / wake determination device according to an embodiment of the present invention is a sleep / wake determination device that determines sleep or awake based on acceleration information acquired from an acceleration sensor attached to a subject, and uses polysomnography. A third sleep / wake determination unit that performs sleep / wake determination that determines more sleep as sleep compared to the true value, based on the true value of sleep / wake calculated by the sleep / wake determination used, and the true value By a fourth sleep / wake determination unit that performs sleep / wake determination that determines more sleep than in sleep, a third sleep / wake determination result by the third sleep / wake determination unit, and a fourth sleep / wake determination unit An integrated sleep / wake determination unit that integrates the fourth sleep / wake determination result and calculates a new sleep / wake determination result, the integrated sleep / wake determination unit within a predetermined time window width, The third sleep sensation If the third sleep-wake determination result obtained from the determination unit is determined to arousal, and the fourth sleep-wake determination result obtained from the fourth sleep-wake determination unit determines arousal, arousal and you judgment.
Such a sleep / wake determination device has both a sleep / wake determination unit that has a tendency to detect more awakeness and a sleep / wake determination unit that detects sleep to a lesser extent. The accuracy of sleep / wakefulness determination is improved.
（５）本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定方法は、被験者に装着された加速度測定部から前記被験者の動きに応じた加速度情報を取得し、前記加速度情報において、予め設定した値を交差した回数をカウントして体動数を生成し、前記体動数と予め求めた第１の基準値と比較して第１の睡眠覚醒判定を行い、任意に設定した期間内で前記第１の基準値未満であれば、睡眠判定を行い、前記第１の基準値以上であれば、覚醒判定を行う第１の睡眠覚醒判定結果を取得し、前記加速度情報において、前記加速度情報に対して標準偏差値を用いて、体動間隔を生成し、前記体動間隔から予め設定した第２の基準値と比較して、第２の睡眠覚醒判定を行い、任意に設定した期間内で前記第２の基準値以上であれば、睡眠判定を行い、前記第２の基準値未満であれば、覚醒判定を行う第２の睡眠覚醒判定結果を取得し、前記第１の睡眠覚醒判定結果と前記第２の睡眠覚醒判定結果を任意に設定した期間内で比較し、前記第１の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記第２の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定されれば、覚醒と判定し、前記第１の睡眠覚醒判定結果と前記第２の睡眠覚醒判定結果のうちの少なくとも一方の判定結果が覚醒と判定されなければ、睡眠判定と判定する。
このような睡眠覚醒判定方法は、被験者から取得された体動数および体動間隔に基づいて、それぞれの睡眠覚醒判定結果を算出し、それらの判定結果を統合して最終的な睡眠覚醒判定結果を算出することで、睡眠障害者にも適用可能な高精度な睡眠覚醒判定を行うことができる。
(5) The sleep / wake determination method according to the embodiment according to the present invention acquires acceleration information corresponding to the movement of the subject from an acceleration measurement unit attached to the subject, and crosses a preset value in the acceleration information. The number of body movements is generated by counting the number of times, a first sleep / wakefulness determination is performed by comparing the number of body movements with a first reference value obtained in advance, and the first reference within an arbitrarily set period If it is less than the value, a sleep determination is made, and if it is greater than or equal to the first reference value, a first sleep / wakefulness determination result for making awakening determination is acquired, and the acceleration information has a standard deviation with respect to the acceleration information. A body movement interval is generated using the value, compared with a second reference value set in advance from the body movement interval, a second sleep / wakefulness determination is performed, and the second movement time is determined within an arbitrarily set period. If it is equal to or higher than the reference value, a sleep determination is made and the second Is less than reference value to obtain a second sleep-wake determination result of performing wake determination, the first sleep-wake determination result and the second sleep-wake determination result compared with the arbitrarily set time period, If the first sleep / wake determination result is determined to be awake and the second sleep / wake determination result is determined to be awake, it is determined to be awake, and the first sleep / wake determination result and the second sleep are determined. if at least one of the determination result of the arousal determination result it is not determined that awakening, you determined that sleep determination.
Such a sleep awakening determination method calculates each sleep awakening determination result based on the number of body movements and body movement intervals acquired from the subject, and integrates the determination results to obtain a final sleep awakening determination result. By calculating the above, it is possible to perform a highly accurate sleep / wake determination that can be applied to a sleep disorder person.
（６）本発明に従う実施形態に係る睡眠覚醒判定装置の駆動用プログラムは、前記体動数算出部及び前記体動間隔算出部による前記体動数及び前記体動間隔の算出と、前記第１の睡眠覚醒判定部と、前記第２の睡眠覚醒判定部と、前記統合睡眠覚醒判定部とによる各睡眠覚醒判定をコンピュータで実行させる。
これらの構成部をコンピュータとして構築した場合、回路素子による回路を構築しなくとも実現でき、汎用性があり、プログラムの改正により、適宜、調整や変更することができる
(6) The driving program of the sleep / wakefulness determination device according to the embodiment of the present invention includes the calculation of the number of body movements and the body movement interval by the body movement number calculation unit and the body movement interval calculation unit, and the first Each sleep / wake determination by the sleep / wake determination unit, the second sleep / wake determination unit, and the integrated sleep / wake determination unit is executed by a computer.
When these components are constructed as a computer, they can be realized without constructing a circuit by circuit elements, are versatile, and can be adjusted or changed as appropriate by revision of the program.
本発明によれば、健常者から睡眠障害者まで多様に渡るユーザに適用可能であり、睡眠覚醒判定を精度良く行う睡眠覚醒判定装置、睡眠覚醒判定方法及び、その駆動用プログラムを提供することができる。 According to the present invention, a sleep / wake determination device, a sleep / wake determination method, and a driving program thereof that can be applied to a wide variety of users from a healthy person to a sleep disorder and perform sleep / wake determination with high accuracy can be provided. it can.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の睡眠覚醒判定装置１の構成を示す構成図である。
この睡眠覚醒判定装置１は、測定対象であるユーザの身体に装着される電子機器に内蔵される。睡眠覚醒判定装置１には、加速度センサが設けられ、睡眠中のユーザの身体の揺れによって取得した情報（加速度情報）から、体動数及び睡眠中の姿勢変化の時間間隔（体動間隔）の２つの情報を抽出して予め定めた判定基準又は判定条件により睡眠か覚醒かの判定を行う。電子機器としては、睡眠覚醒判定装置１が搭載できるのであれば、前述した携帯型の電子機器であるスマートウォッチ又はウェアラブルセンサ等であってもよいし、医療の分野で患者に装着される医療機器であってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a sleep / wakefulness determination apparatus 1 according to the present embodiment.
The sleep / wakefulness determination device 1 is built in an electronic device attached to the body of a user who is a measurement target. The sleep / wakefulness determination device 1 is provided with an acceleration sensor, and the number of body movements and the time interval of posture change during sleep (body movement interval) are obtained from information (acceleration information) acquired by shaking the body of the user during sleep. Two pieces of information are extracted to determine whether the patient is sleeping or awakening according to a predetermined criterion or criterion. As long as the sleep / wakefulness determination device 1 can be mounted as an electronic device, the above-described portable electronic device such as a smart watch or a wearable sensor may be used, or a medical device worn by a patient in the medical field. It may be.
この睡眠覚醒判定装置１は、測定対象に装着されて加速度情報を測定し取得する加速度測定部２と、取得した加速度情報を記録する加速度記録部３と、加速度情報から体動数Aを算出する体動数算出部４と、算出された体動数Aを記録する体動数記録部５と、体動数Aから睡眠覚醒判定結果R1（以下、判定結果R1と称する）を判定する睡眠覚醒判定部６［第１の睡眠覚醒判定部（第３の睡眠覚醒判定部）］と、加速度情報から体動間隔Bを算出する体動間隔算出部７と、体動間隔Bを記録する体動間隔記録部８と、体動間隔Bから睡眠覚醒判定結果R2（以下、判定結果R2称する）を判定する睡眠覚醒判定部９［第２の睡眠覚醒判定部（第４の睡眠覚醒判定部）］と、これらの判定結果R1,R2から新たな統合睡眠覚醒判定結果R3（以下、統合判定結果R3と称する）を算出する睡眠覚醒判定部１０［統合睡眠覚醒判定部］と、統合判定結果R3を出力する判定結果出力部１１と、で構成される。 The sleep / wakefulness determination apparatus 1 is mounted on a measurement target and measures an acceleration information to acquire acceleration information, an acceleration recording unit 3 that records the acquired acceleration information, and calculates a body movement number A from the acceleration information. Body motion number calculation unit 4, body motion number recording unit 5 that records the calculated body motion number A, and sleep / wakefulness that determines sleep / wake determination result R <b> 1 (hereinafter referred to as determination result R <b> 1) from body motion number A Determination unit 6 [first sleep / wake determination unit (third sleep / wake determination unit)], body motion interval calculation unit 7 that calculates body motion interval B from acceleration information, and body motion that records body motion interval B Sleep recording / awakening determination section 9 [second sleeping / wakening determination section (fourth sleep / wakening determination section)] for determining sleep / wakening determination result R2 (hereinafter referred to as determination result R2) from the interval recording section 8 and body movement interval B And a new integrated sleep / wakefulness determination result R3 (hereinafter referred to as an integrated determination result R3) from these determination results R1 and R2. ) And sleep-wake determining unit 10 Integrated sleep-wake determining unit] for calculating a, a determination result output unit 11 for outputting the integrated determination result R3, in constructed.
本実施形態における各算出部４，７、各記録部３，５，８及び各睡眠覚醒判定部６，９，１０は、コンピュータの演算処理部（ＣＰＵ）及びメモリと、処理プログラムにより代用することができる。コンピュータとして構築した場合には、回路素子による回路を構築しなくとも実現でき、汎用性があり、プログラムの改訂により、適宜、調整や変更することができる。つまり、睡眠覚醒判定装置１を搭載する電子機器の演算処理部（ＣＰＵ）及びメモリを利用して、睡眠覚醒判定の処理に用いることも可能である。また、本実施形態では、加速度記録部３、体動数記録部５、体動間隔記録部８は、回路構成により、生成された信号を後続する構成部位に設定された期間で受け渡しできるのであれば、メモリ（記憶装置）として別途、備えることは必須ではない。 The calculation units 4, 7, the recording units 3, 5, 8, and the sleep / wakefulness determination units 6, 9, 10 in the present embodiment are substituted by an arithmetic processing unit (CPU) and a memory of a computer and a processing program. Can do. When constructed as a computer, it can be realized without constructing a circuit by circuit elements, is versatile, and can be adjusted or changed as appropriate by revising the program. That is, it is also possible to use the arithmetic processing unit (CPU) and the memory of an electronic device equipped with the sleep / wakefulness determination device 1 for the sleep / wakefulness determination process. Further, in the present embodiment, the acceleration recording unit 3, the body motion number recording unit 5, and the body motion interval recording unit 8 can deliver the generated signal in a period set in the subsequent constituent parts by the circuit configuration. For example, it is not essential to provide a separate memory (storage device).
加速度測定部２における測定部位は、ある方向への動きを電圧値として検出する加速度センサが好適する。さらに、加速度測定部２は、加速度センサが検出した加速度情報からノイズを除去するためのバンドパスフィルタ、例えば、１０次のバターワース型バンドパスフィルタ（０．５-３Ｈｚ）を備えている。 The measurement site in the acceleration measuring unit 2 is preferably an acceleration sensor that detects a movement in a certain direction as a voltage value. Furthermore, the acceleration measuring unit 2 includes a bandpass filter for removing noise from acceleration information detected by the acceleration sensor, for example, a 10th-order Butterworth type bandpass filter (0.5-3 Hz).
本実施形態では、加速度センサが取得したある１方向の動きを加速度情報として用いている。このため、２軸又は３軸の加速度センサであれば、それらのベクトル和の距離即ち、ノルム（norm）を演算出力して用いてもよい。勿論、ノルムの演算出力をせずに、２軸又は３軸の加速度センサにおける軸のうちの好適する１軸の出力値を選択して利用してもよい。尚、本実施形態では、１つの加速度センサを搭載する構成であるが、これに限定されるものではなく、複数個を搭載する構成であってもよい。例えば、動き（振れ）に対して、異なる感度を有する２つの加速度センサを搭載してもよい。 In the present embodiment, the movement in one direction acquired by the acceleration sensor is used as the acceleration information. For this reason, if it is a biaxial or triaxial acceleration sensor, the vector sum distance, that is, the norm may be calculated and used. Of course, a suitable one-axis output value of the axes in the two-axis or three-axis acceleration sensor may be selected and used without performing norm calculation output. In addition, in this embodiment, although it is the structure which mounts one acceleration sensor, it is not limited to this, The structure which mounts two or more may be sufficient. For example, two acceleration sensors having different sensitivities with respect to movement (shake) may be mounted.
加速度センサは、身体に装着される電子機器に搭載できる大きさであれば、測定法式は限定されるものではなく、機械的変位測定、振動測定及び、光学的測定のうちのいずれの方式であってもよい。また小型軽量の観点から見れば、半導体等を用いたMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）等が好適する。また、MEMSにおいても、静電容量型、ピエゾ抵抗型及び、ガス温度分布型等があるが、電子機器の設計仕様に従えるのであれば、特に限定されるものではない。 The measurement method of the acceleration sensor is not limited as long as it can be mounted on an electronic device worn on the body, and any one of mechanical displacement measurement, vibration measurement, and optical measurement can be used. May be. From the viewpoint of small size and light weight, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) using a semiconductor or the like is suitable. In addition, the MEMS includes a capacitance type, a piezoresistive type, a gas temperature distribution type, and the like, but is not particularly limited as long as it conforms to the design specifications of the electronic device.
本実施形態において、加速度記録部３及び体動数記録部５は、書き込み／読み出しが可能なメモリで構成され、予め定められた領域であるテーブル等に、加速度センサが取得した加速度情報を随時、書き込んでいる。
体動数算出部４は、加速度記録部３から後述するタイミングで読み出した加速度情報に対して、ゼロクロス法を用いて、即ち、加速度情報である電圧値の変化が予め任意に設定した基準値と交差した回数をカウントして、体動数Ａとして生成する。体動間隔算出部７は、加速度情報である電圧値から標準偏差値を算出して、体動間隔Ｂとして生成する。
In the present embodiment, the acceleration recording unit 3 and the body motion number recording unit 5 are configured with a readable / writable memory, and the acceleration information acquired by the acceleration sensor is stored in a table or the like that is a predetermined area as needed. I am writing.
The body motion number calculation unit 4 uses a zero-cross method for the acceleration information read out from the acceleration recording unit 3 at a later-described timing, that is, a reference value in which a change in voltage value as acceleration information is arbitrarily set in advance. The number of crossings is counted and generated as body movement number A. The body movement interval calculation unit 7 calculates a standard deviation value from a voltage value that is acceleration information, and generates a body movement interval B.
睡眠覚醒判定部６［第１の睡眠覚醒判定部］及び睡眠覚醒判定部９［第２の睡眠覚醒判定部］は、体動数Ａ及び体動間隔Ｂに対して、後述するアルゴリズムを用いて判定を行い、睡眠覚醒判定結果R1及び睡眠覚醒判定結果R2を取得する。
睡眠覚醒判定部１０は、睡眠覚醒判定結果R1，R2に対して、後述する判定基準に基づき、睡眠判定及び覚醒判定を行う。判定結果出力部１１は、それぞれの睡眠判定及び覚醒判定の判定結果を例えば、電子機器に設けられた液晶ディスプレイに表示する。また、睡眠覚醒判定装置１が通信機能を搭載する、又は電子機器内に設けられた通信機能を利用して、光又は無線の通信により外部の電子機器に送信することも可能である。
The sleep awakening determination unit 6 [first sleep awakening determination unit] and the sleep awakening determination unit 9 [second sleep awakening determination unit] are used for the number of body movements A and the body movement interval B using an algorithm to be described later. The determination is made, and the sleep / wakefulness determination result R1 and the sleep / wakefulness determination result R2 are acquired.
The sleep / wakefulness determination unit 10 performs sleep determination and awakening determination on the sleep / wakefulness determination results R1 and R2 based on a determination criterion described later. The determination result output unit 11 displays the determination result of each sleep determination and awakening determination on, for example, a liquid crystal display provided in the electronic device. In addition, the sleep / wake determination device 1 can be transmitted to an external electronic device by optical or wireless communication using a communication function or a communication function provided in the electronic device.
次に、この様に構成された睡眠覚醒判定装置１における加速度情報を用いた睡眠及び覚醒の判定について説明する。
まず、ここで、判定を行うためのそれぞれのアルゴリズムは、以下の仮説に基づいて、判定の組み合わせを決定している。本実施形態において、体動数に基づく第１の睡眠覚醒判定部、即ち、睡眠覚醒判定部６で判定を行うアルゴリズムは、公知なColeアルゴリズム（例えば、非特許文献１を参照）を用いることができる。また、本実施形態において、体動間隔に基づく、第２の睡眠覚醒判定部、即ち睡眠覚醒判定部７で判定を行うアルゴリズムは、公知なESS (Estimation of Stationary Sleep-segments)アルゴリズム（例えば、非特許文献２を参照）を用いることができる。尚、以下の真値は、実際の覚醒と睡眠とであり、例えば、ポリソムノグラフィーなどを用いた睡眠覚醒判定から取得される。
Next, the sleep / wake determination using the acceleration information in the sleep / wake determination device 1 configured as described above will be described.
First, here, each algorithm for making a determination determines a combination of determinations based on the following hypothesis. In the present embodiment, the first sleep / wake determination unit based on the number of body movements, that is, the algorithm that performs the determination in the sleep / wake determination unit 6 uses a known Cole algorithm (see, for example, Non-Patent Document 1). it can. In this embodiment, the second sleep / wake determination unit based on the body movement interval, that is, the sleep / wake determination unit 7 uses an algorithm that is known as an ESS (Estimation of Stationary Sleep-segments) algorithm (for example, non- Patent Document 2) can be used. Note that the following true values are actual awakening and sleep, and are obtained from sleep / wakefulness determination using polysomnography, for example.
第１に、体動数Ａに基づく判定結果R1は、測定期間中に真値に対して覚醒を睡眠と判定する割合が過剰になる傾向があり、覚醒判定の精度が低い。
第２に、体動間隔Ｂに基づく判定結果R2は、測定期間中に真値に対して睡眠を覚醒と判定する割合が過剰になる傾向があり、睡眠判定の精度が低い。
第３に、これらの相反する性質を持つそれぞれの睡眠覚醒判定を後述する条件を用いて統合することにより、各アルゴリズムの欠点を補うことが可能となり、適正な睡眠覚醒判定結果を取得することができる。
First, the determination result R1 based on the number of body movements A tends to have an excessive ratio of determining arousal as sleep with respect to the true value during the measurement period, and the accuracy of the arousal determination is low.
Second, the determination result R2 based on the body movement interval B tends to have an excessive ratio of determining sleep as awakening with respect to the true value during the measurement period, and the accuracy of sleep determination is low.
Thirdly, by integrating the respective sleep / wake determinations having these contradictory properties using the conditions described later, it becomes possible to compensate for the shortcomings of each algorithm and to obtain an appropriate sleep / wake determination result. it can.
図２に示すフローチャートを参照して、本実施形態における睡眠覚醒判定の手順について説明する。ここでは、本実施形態の睡眠覚醒判定装置１又は、睡眠覚醒判定装置１を搭載した電子機器を被測定者であるユーザの身体、例えば手首に装着する例について説明する。尚、加速度センサの装着箇所は、被験者の手首に限定されるものではなく、被験者の他の部位、例えば、胸部や腰部に装着してもよい。但し、身体の形態の変化が検出しやすい装着箇所が好適する。 With reference to the flowchart shown in FIG. 2, the procedure of sleep / wake determination in the present embodiment will be described. Here, an example will be described in which the sleep / wake determination device 1 of the present embodiment or an electronic device equipped with the sleep / wake determination device 1 is attached to the body of a user who is a measurement subject, for example, the wrist. The place where the acceleration sensor is attached is not limited to the wrist of the subject, but may be attached to another part of the subject, for example, the chest or the waist. However, a wearing place where a change in body shape is easy to detect is preferable.
まず、手首に装着される睡眠覚醒判定装置１に対して、睡眠覚醒判定の選択及び必要な設定を行い、加速度測定部２［加速度情報取得部］が備える加速度センサを駆動させて、センサの１軸又は、ノルムの数値からなる加速度情報の取得を開始する（ステップＳ１）。次いで、加速度測定部２内に設けられたバンドパスフィルタを用いて、取得された加速度情報からノイズが除去される（ステップＳ２）。ノイズが除去された加速度情報は、一旦、加速度記録部３に記録される（ステップＳ３）。 First, a sleep / wake determination is selected and required for the sleep / wake determination device 1 attached to the wrist, and an acceleration sensor included in the acceleration measurement unit 2 [acceleration information acquisition unit] is driven to drive the sensor 1. Acquisition of acceleration information consisting of a numerical value of an axis or a norm is started (step S1). Next, noise is removed from the acquired acceleration information using a bandpass filter provided in the acceleration measuring unit 2 (step S2). The acceleration information from which the noise has been removed is once recorded in the acceleration recording unit 3 (step S3).
予め定めた設定時間が経過した後、加速度記録部３から読み出された加速度情報（電圧信号）が体動数算出部４に入力される。体動数算出部４は、ゼロクロス法を用いて、任意に設定した期間、例えば、１分間毎の期間で予め設定した基準値に対して交差した回数をカウントして、そのカウント数である体動数Ａ（回数／分）を生成する（ステップＳ４）。尚、本実施形態では、例えば、このゼロクロスの基準値を０．０１に設定することで、取得した加速度情報に重畳するノイズの影響を除去している。尚、この基準値の０．０１は、公知なデータに基づく又は経験的に設定した値であり、加速度センサの特性にもよるが、０を基準とした場合に、被測定者が不動であっても僅かに変動する可能性が有り、体動数に誤差を乗じるため、設定した値である。ノイズ自体は、０．０１より下回っているため、この数値に設定することで十分にノイズによる影響を排除することができる。 After a predetermined set time has elapsed, acceleration information (voltage signal) read from the acceleration recording unit 3 is input to the body motion number calculating unit 4. The body motion number calculation unit 4 counts the number of times of crossing with respect to a reference value set in advance in an arbitrarily set period, for example, a period of one minute, using the zero cross method, and the body that is the count number A dynamic number A (number of times / minute) is generated (step S4). In this embodiment, for example, by setting the zero-cross reference value to 0.01, the influence of noise superimposed on the acquired acceleration information is removed. The reference value of 0.01 is a value based on known data or set empirically, and depends on the characteristics of the acceleration sensor. However, there is a possibility of slight fluctuation, and the value is set to multiply the number of body movements by an error. Since the noise itself is lower than 0.01, the influence of noise can be sufficiently eliminated by setting this value.
次に、体動数Ａに基づいた睡眠覚醒判定［第１の睡眠覚醒判定］を行う（ステップＳ５）。参考として、この睡眠覚醒判定の詳細な一例が非特許文献１に詳述されている。本実施形態では、まず、測定開始後ｎ分時の体動数ＡをＡｎとし、ｎ＋ｋ分時をＡｎ＋ｋとし、非特許文献１に記載される以下の（１）式を利用して、Ｄ値を計算する。 Next, sleep / wake determination [first sleep / wake determination] based on the number of body movements A is performed (step S5). For reference, a detailed example of this sleep / wake determination is described in detail in Non-Patent Document 1. In the present embodiment, first, the body movement number A at the start of measurement after n minutes and A n, when n + k min and A n + k, utilizing the following equation (1) described in Non-Patent Document 1, Calculate the D value.
D = 0.0005*(106*A-4+54*A-3+58*A-2+76*A-1+230*A0+74*A+1+67*A+2) …（１）
尚、Ｐ（方程式におけるスケールファクタ）＝0.0005の数値は、測定で取得されたデータによって異なる値で有り、本実施形態で得られたデータにおいて、睡眠覚醒判定の一致率が最も高くなるように調整した数値である。勿論、この数値は、限定されるものではなく、測定条件等により、適宜設定される。算出された１分間毎のＤ値を比較値に用いて判定し、睡眠覚醒判定結果R1を取得する。この判定では、Ｄ値が、Ｄ ＜１（基準値）ならば、「睡眠である」と判定され、それ以外ならば「覚醒である」と判定される。
D = 0.0005 * (106 * A -4 + 54 * A -3 + 58 * A -2 + 76 * A -1 + 230 * A 0 + 74 * A +1 + 67 * A +2 )… (1)
Note that the numerical value of P (scale factor in the equation) = 0.0005 is a value that varies depending on the data acquired by measurement, and is adjusted so that the coincidence rate of sleep / wake determination is the highest in the data obtained in this embodiment. It is a numerical value. Of course, this numerical value is not limited and is appropriately set depending on measurement conditions and the like. The calculated D value for every minute is determined as a comparison value, and the sleep / wake determination result R1 is acquired. In this determination, if the D value is D <1 (reference value), it is determined to be “sleep”, and otherwise, it is determined to be “awake”.
また上述した体動数Ａに基づいた睡眠覚醒判定と並行して、体動間隔に基づいた睡眠覚醒判定［第２の睡眠覚醒判定］を行う。まず、加速度記録部３から読み出された加速度情報（電圧信号）が体動間隔算出部７に入力される。体動間隔算出部７は、任意に設定した期間、例えば、１分間毎の期間で加速度情報から標準偏差値を用いて、体動間隔Ｂを生成する（ステップＳ６）。 In parallel with the sleep / wake determination based on the number of body movements A described above, the sleep / wake determination [second sleep / wake determination] based on the body motion interval is performed. First, acceleration information (voltage signal) read from the acceleration recording unit 3 is input to the body movement interval calculation unit 7. The body movement interval calculation unit 7 generates the body movement interval B using the standard deviation value from the acceleration information in an arbitrarily set period, for example, a period of one minute (step S6).
その後、測定開始後ｎ-１分からｎ分までの標準偏差値をstd(n)とし、std(n)が予め設定した基準値より大きい場合には、Ｓδ ＝１とし、 そのときの時刻を記録し、ｋ回目のＳδ＝１のときの時刻をT(k)とする。また、std(n) ＞ ０．０６ならば、Ｓδ ＝１とし、このフラグが立ったときの時刻の間隔が１０分以上ある、即ち、T(k) - T(k-1) ＞１０ならば、T(k-1)からT(k)の区間における判定結果は、すべて「睡眠である」と判定し、それ以外の場合は「覚醒である」と判定する（ステップＳ７）。尚、０．０６及び１０の比較のための基準値は、非特許文献１，２等に公開されているデータに基づき、本実施形態の睡眠覚醒判定の一致率が最も高くなるように、調整した数値である。また、これらの睡眠覚醒判定結果R2は、任意に設定した期間の一例として、１分間毎の期間で判定されているが適宜変更することも可能である。 After that, the standard deviation value from n-1 to n minutes after the start of measurement is set to std (n), and when std (n) is larger than the preset reference value, S δ = 1, and the time at that time is The time when S δ = 1 is recorded as T (k). If std (n)> 0.06, S δ = 1, and the time interval when this flag is set is 10 minutes or more, that is, T (k) −T (k−1)> 10 If so, all the determination results in the interval from T (k−1) to T (k) are determined to be “sleep”, and otherwise determined to be “awake” (step S7). The reference value for comparison of 0.06 and 10 is adjusted based on the data disclosed in Non-Patent Documents 1, 2, etc. so that the coincidence rate of sleep / wake determination of this embodiment is the highest. It is a numerical value. Moreover, although these sleep / wakefulness determination results R2 are determined in a period of one minute as an example of an arbitrarily set period, they can be changed as appropriate.
次に、判定結果R1と判定結果R2の結果を以下の条件に基づいて統合する（ステップＳ８）。まず、判定結果R1において、測定開始後ｎ分時のR1の判定結果をR1(n)、R2の判定結果をR2(n)、両者の統合判定結果をR3(n)とする。ここで、判定結果R1(n)が覚醒判定であり、且つ判定結果R2(n-4)から判定結果R2(n+4)のうちのいずれかが覚醒判定であれば、統合判定結果R3(n)は、覚醒判定であるとする。
一方、判定結果R1(n-4)から判定結果R1(n+4)のいずれかが覚醒判定であり、且つ、判定結果R2(n)が覚醒判定ならば、統合判定結果R3(n)は覚醒判定であるものとする。また、それ以外の場合、統合判定結果R3(n)は睡眠判定であるものとする。
Next, the determination result R1 and the determination result R2 are integrated based on the following conditions (step S8). First, in the determination result R1, the determination result of R1 at n minutes after the start of measurement is R1 (n), the determination result of R2 is R2 (n), and the integrated determination result of both is R3 (n). Here, if the determination result R1 (n) is an awakening determination and any of the determination results R2 (n-4) to the determination result R2 (n + 4) is an awakening determination, the integrated determination result R3 ( n) is an arousal determination.
On the other hand, if any of the determination result R1 (n-4) to the determination result R1 (n + 4) is an awakening determination and the determination result R2 (n) is an awakening determination, the integrated determination result R3 (n) is It is assumed that the determination is arousal. In other cases, the integrated determination result R3 (n) is a sleep determination.
その後、以下の条件に基づいて、取得された睡眠覚醒判定結果R3を補正する（ステップＳ９）。
（１）条件Ａ：４分以上の覚醒後の１分の睡眠は「覚醒である」と判定する。
（２）条件Ｂ：１０分以上の覚醒後の２-３分の睡眠は「覚醒である」と判定する。
（３）条件Ｃ：１５分以上の覚醒後の４分の睡眠は「覚醒である」と判定する。
（４）条件Ｄ：１０分以上の覚醒に挟まれた６分以下の睡眠は「覚醒である」と判定する。
（５）条件Ｅ：２０分以上の覚醒に挟まれた１０分以下の睡眠は「覚醒である」と判定する。
尚、これらの補正は、統合睡眠覚醒判定部１０により行われる、統合された睡眠覚醒判定結果に対する補正であり、取得された睡眠覚醒判定結果に対して、覚醒判定が予め定めた第１の時間（ｋ分）以上続いた場合、その後に続く睡眠判定に対して、予め定めた第２時間（ｍ分）分の睡眠判定を覚醒判定に変更する補正である。
Thereafter, the acquired sleep / wakefulness determination result R3 is corrected based on the following conditions (step S9).
(1) Condition A: One minute sleep after awakening for 4 minutes or more is determined as “awakening”.
(2) Condition B: A 2-3 minute sleep after awakening for 10 minutes or more is determined to be “awake”.
(3) Condition C: 4 minutes of sleep after awakening for 15 minutes or more is determined as “awakening”.
(4) Condition D: A sleep of 6 minutes or less sandwiched between awakenings of 10 minutes or more is determined to be “awakening”.
(5) Condition E: A sleep of 10 minutes or less sandwiched between awakenings of 20 minutes or more is determined as “awakening”.
Note that these corrections are corrections to the integrated sleep / wake determination result performed by the integrated sleep / wake determination unit 10, and the first time for which the sleep determination is predetermined for the acquired sleep / wake determination result. When it continues for more than (k minutes), it is a correction for changing the sleep determination for a predetermined second time (m minutes) to awakening determination for the subsequent sleep determination.
これらの条件は、従来より用いられている設定時間であり、得られた判定結果と実際の判定結果とに乖離した判定があった場合には、判定の修正のために適宜、時分等を変更することも可能である。
これらの条件により補正された判定結果は、より実際の睡眠、覚醒に近づく判定となることができる。
これらの条件により補正された判定結果を最終的な睡眠覚醒判定結果R4として、判定結果出力部１１からユーザに対して、表示や音声ガイド等で告知する（ステップＳ１０）。
These conditions are set times that have been used in the past.If there is a judgment that deviates from the obtained judgment result and the actual judgment result, the time and the like are appropriately set for correction of the judgment. It is also possible to change.
The determination result corrected by these conditions can be a determination closer to actual sleep and awakening.
The determination result corrected by these conditions is notified as the final sleep / wake determination result R4 from the determination result output unit 11 to the user by display, voice guide, or the like (step S10).
次に、本実施形態の睡眠覚醒判定装置による睡眠覚醒判定の精度について説明する。
図３は、本実施形態の睡眠覚醒判定装置による睡眠判定結果の精度及び、比較のために、前述した非特許文献１，２による周知な判定手法による睡眠判定結果の精度を併記している。図３において、本実施形態による睡眠判定結果の精度（実施形態）、非特許文献１による睡眠判定結果の精度（公知１）及び、非特許文献２による睡眠判定結果の精度（公知２）としている。
Next, the accuracy of sleep / wake determination by the sleep / wake determination device of the present embodiment will be described.
FIG. 3 also shows the accuracy of the sleep determination result by the sleep / wake determination device of this embodiment and the accuracy of the sleep determination result by the known determination method according to Non-Patent Documents 1 and 2 described above for comparison. In FIG. 3, the accuracy of the sleep determination result according to the present embodiment (embodiment), the accuracy of the sleep determination result according to Non-Patent Document 1 (known 1), and the accuracy of the sleep determination result according to Non-Patent Document 2 (known 2). .
睡眠覚醒判定結果の比較方法は、例えば、「Embedded Sensing Systems」として、（http://www.ess.tu-darmstadt.de/ichi2014）に公開されている手法を用いて、睡眠判定結果精度の差について多重比較検討を行い、精度を求めている。
これらの睡眠判定結果精度においては、周知な判定方法により求めた睡眠判定結果よりも本実施形態の睡眠判定結果精度の方が有意水準５％の有意差を有しており、本実施形態は、精度良く睡眠覚醒判定することができる。
The method of comparing the sleep / wakefulness determination result is, for example, as “Embedded Sensing Systems” using the method disclosed in (http://www.ess.tu-darmstadt.de/ichi2014), A multiple comparison study is performed on the difference to obtain accuracy.
In these sleep determination result accuracy, the sleep determination result accuracy of the present embodiment has a significant difference of 5% significance level than the sleep determination result obtained by a well-known determination method. Sleep awakening can be determined with high accuracy.
図４（ａ）は、前述した非特許文献１の公開データの一部を利用した体動数による睡眠覚醒判定結果を示し、図４（ｂ）は、前述した非特許文献２の公開データの一部を利用した体動間隔による睡眠覚醒判定結果を示し、図４（ｃ）は、本実施形態における体動数と体動間隔による統合判定結果を示している。ここで、各図中の「１」は覚醒、「０」は、睡眠を示している。 FIG. 4A shows a sleep / wake determination result based on the number of body movements using a part of the public data of Non-Patent Document 1 described above, and FIG. 4B shows the public data of Non-Patent Document 2 described above. FIG. 4 (c) shows an integrated determination result based on the number of body motions and body motion intervals in the present embodiment. Here, “1” in each figure indicates awakening, and “0” indicates sleep.
図４（ａ）に示す体動数による睡眠覚醒判定結果は、真値に対して、睡眠判定が多く、一方、図４（ｂ）に示す体動間隔による睡眠覚醒判定結果は、真値に対して覚醒判定が多くなっている。尚、真値は、例えば、ポリソムノグラフィーなどを用いた睡眠覚醒判定から取得される。 The sleep / wake determination result based on the number of body movements shown in FIG. 4 (a) has more sleep determinations than the true value, while the sleep / wake determination result based on the body movement interval shown in FIG. On the other hand, arousal determination is increasing. The true value is acquired from sleep / wake determination using, for example, polysomnography.
本実施形態では、睡眠が多めに判定されるアルゴリズムと覚醒が多めに判定されるアルゴリズムを統合し、予め定められた時間窓幅（例えば、４分間）において、その矩形窓幅の領域で両方のアルゴリズムで覚醒であると判定している領域を「覚醒である」と判定し、一方、いずれか片方のみが覚醒であると判定、又は両方が睡眠であると判定している領域は「睡眠である」と判定する。尚、ここで言う時間窓幅とは、例えば、前述した判定結果R1(n-4)及び判定結果R1(n+4)における４（分間）に相当する。この４分間は、非特許文献１，２等に記載されている公知なデータに基づき、睡眠覚醒判定の一致率が最も高くなるように調整された数値である。勿論も、測定の条件や設定条件等により、適宜、変更される数値である。 In the present embodiment, an algorithm for determining more sleep and an algorithm for determining more awakening are integrated, and in a predetermined time window width (for example, 4 minutes), both regions in the rectangular window width region are combined. The region that is determined to be awake by the algorithm is determined to be “awake”, while only one of the regions is determined to be awake, or both are determined to be “sleep” It is determined. The time window width referred to here corresponds to, for example, 4 (minutes) in the determination result R1 (n-4) and the determination result R1 (n + 4) described above. These four minutes are numerical values adjusted so that the coincidence rate of sleep / wake determination is highest based on known data described in Non-Patent Documents 1, 2 and the like. Of course, it is a numerical value that is appropriately changed depending on measurement conditions, setting conditions, and the like.
従って、図４（ｃ）に示すように、ある幅以上の矩形領域で双方に共通して存在する領域が「１」となり、「覚醒である」と判定される。これ以外は、「０」と判定されて、「睡眠である」と判定されている。 Therefore, as shown in FIG. 4C, a rectangular area having a certain width or more and an area that exists in common in both areas is “1”, and is determined to be “awake”. Other than this, it is determined as “0”, and it is determined as “sleep”.
次に、本実施形態の睡眠覚醒判定装置による睡眠覚醒判定に対して、適合率、再現率及びＦ値（適合率と再現率の調和平均）を用いて、従来手法に比べて有用であることについて説明する。
図５には、体動数Ａに基づく睡眠判定結果、体動間隔Ｂに基づく睡眠判定結果、及び本実施形態の統合判定に基づく睡眠判定結果における適合率ｐ、再現率ｒ及びＦ値を示している。また、図６には、体動数Ａに基づく覚醒判定結果、体動間隔Ｂに基づく覚醒判定結果、及び本実施形態の統合判定に基づく覚醒判定結果における適合率ｐ、再現率ｒ及びＦ値を示している。
Next, for sleep / wake determination by the sleep / wake determination device of the present embodiment, the precision, recall, and F value (harmonic average of precision and recall) are useful compared to conventional methods. Will be described.
In FIG. 5, the sleep determination result based on the number of body movements A, the sleep determination result based on the body movement interval B, and the relevance ratio p, the recall ratio r, and the F value in the sleep determination result based on the integrated determination of this embodiment are shown. ing. Further, FIG. 6 shows the precision p, the recall r, and the F value in the arousal determination result based on the number of body movements A, the awakening determination result based on the body movement interval B, and the awakening determination result based on the integrated determination of the present embodiment. Is shown.
図５において、多重比較検討を行ったところ、本実施形態の統合判定が適用された適合率ｐは、体動数Ａ及び体動間隔よりも高い性能が得られる。また統合判定による再現率ｒは体動数Ａより低いが、体動間隔Ｂとは同等の性能を有している。特に、統合判定によるＦ値については、体動間隔Ｂよりも高く、体動数Ａとは同等の性能を有している。 In FIG. 5, when multiple comparison studies are performed, the relevance rate p to which the integrated determination of the present embodiment is applied is higher than the number of body movements A and the body movement interval. In addition, the recall r by the integrated determination is lower than the number of body movements A, but has the same performance as the body movement interval B. In particular, the F value based on the integrated determination is higher than the body motion interval B, and has the same performance as the body motion number A.
図６に示す覚醒判定においては、統合判定が適用された適合率ｐは、体動数Ａ及び体動間隔よりも低く、再現率ｒは、体動数Ａ及び体動間隔Ｂよりも高い性能を有している。また統合判定によるＦ値については、体動数Ａ及び体動間隔Ｂよりも高い性能を有している。
従って、本実施形態の睡眠及び覚醒の統合判定のアルゴリズムは、体動数又は体動間隔の各アルゴリズムの欠点を補い、バランスの良い判定が可能である。
In the awakening determination shown in FIG. 6, the relevance rate p to which the integrated determination is applied is lower than the body motion number A and the body motion interval, and the recall rate r is higher than the body motion number A and the body motion interval B. have. Further, the F value based on the integrated determination has higher performance than the number of body movements A and the body movement interval B.
Therefore, the algorithm for the integrated determination of sleep and awakening of the present embodiment can compensate for the shortcomings of the algorithms for the number of body movements or the body movement interval, and can perform a well-balanced determination.
図７（ａ）は、非特許文献２で公開されている１サンプルにおける体動数Ａに基づく睡眠覚醒判定結果を示す図、図７（ｂ）は、本実施形態による睡眠覚醒統合判定結果を示す図、図７（ｃ）は、睡眠検査の１つであるポリソムノグラフィー（polysomnography）により算出した睡眠覚醒判定の真値との比較を示す図である。ここで、各図中の「１」は覚醒、「０」は、睡眠を示している。図７（ａ）に示す体動数Ａに基づく判定結果と、図７（ｂ）に示す本実施形態による判定結果とを、図７（ｃ）の真値と比較してみると、特に、２００分から３００分の間において、覚醒「１」をより精度よく検出できていることがわかる。
同様に、図８（ａ）は、非特許文献２で公開されている１サンプルにおける体動間隔Ｂに基づく睡眠覚醒判定結果を示す図、図８（ｂ）は、本実施形態による睡眠覚醒統合判定結果を示す図、図８（ｃ）は、睡眠検査の１つであるポリソムノグラフィー（polysomnography）により算出した睡眠覚醒判定の真値との比較を示す図である。ここで、各図中の「１」は覚醒、「０」は、睡眠を示している。
FIG. 7A is a diagram illustrating a sleep / wake determination result based on the number of body movements A in one sample disclosed in Non-Patent Document 2, and FIG. 7B is a sleep / wake integration determination result according to the present embodiment. FIG. 7C is a diagram showing a comparison with the true value of the sleep / wakefulness calculation calculated by polysomnography, which is one of the sleep tests. Here, “1” in each figure indicates awakening, and “0” indicates sleep. When the determination result based on the number of body movements A shown in FIG. 7A and the determination result according to the present embodiment shown in FIG. 7B are compared with the true value in FIG. It can be seen that the awakening “1” can be detected more accurately between 200 minutes and 300 minutes.
Similarly, FIG. 8A is a diagram illustrating a sleep / wake determination result based on the body movement interval B in one sample disclosed in Non-Patent Document 2, and FIG. 8B is a sleep / wake integration according to the present embodiment. FIG. 8C is a diagram showing a result of the determination, and FIG. 8C is a diagram showing a comparison with the true value of the sleep / wake determination calculated by polysomnography, which is one of the sleep tests. Here, “1” in each figure indicates awakening, and “0” indicates sleep.
図８（ａ）に示す体動間隔Ｂに基づく判定結果と、図８（ｂ）に示す本実施形態による判定結果とを、図８（ｃ）の真値と比較してみると、全体的に、睡眠「０」をより精度よく検出できていることがわかる。 When the determination result based on the body movement interval B shown in FIG. 8A and the determination result according to the present embodiment shown in FIG. 8B are compared with the true value of FIG. In addition, it can be seen that sleep “0” can be detected more accurately.
また、前出した本実施形態は、体動数と動間隔を利用した睡眠覚醒判定アルゴリズムを適用した例について説明した。これらの体動数及び動間隔と同様に、非特許文献３で提案されている心拍変動を用いた時間依存睡眠段階遷移モデルにおいても本実施形態に適用することができる。これは、心拍変動と睡眠段階との関係において、心拍数はノンレム睡眠時に減少し，覚醒やレム睡眠時に増加することが知られている。 Moreover, this embodiment mentioned above demonstrated the example which applied the sleep / wakefulness determination algorithm using the number of body motions and a motion interval. Similar to these body motion numbers and motion intervals, the present embodiment can be applied to a time-dependent sleep stage transition model using heart rate variability proposed in Non-Patent Document 3. It is known that the heart rate decreases during non-REM sleep and increases during arousal or REM sleep in the relationship between heart rate variability and sleep stage.
この心拍を利用した睡眠段階推定においては、公知な機械学習手法として、サポートベクタマシン（SVM）を利用した場合には、睡眠を覚醒と判定する割合が多めに出てしまい、反対に、時間依存睡眠段階遷移モデル（Temporal-dependent Sleep Stage Transition Model; TSST）を利用した場合は、覚醒が睡眠と判定する割合が多めに出ている。つまり、体動数と動間隔と同等な判定結果が生じている。そこで、これらのＳＶＭとＴＳＳＴによる睡眠覚醒の判定結果を本実施形態の統合睡眠覚醒判定部１０にて、前述したと同様に、アルゴリズムを統合させて判定することができる。 In the sleep stage estimation using the heart rate, if a support vector machine (SVM) is used as a well-known machine learning method, a large proportion of sleep is judged to be awake. When the sleep-stage transition model (Temporal-dependent Sleep Stage Transition Model; TSST) is used, a greater proportion of wakefulness is determined to be sleep. That is, a determination result equivalent to the number of body movements and the movement interval is generated. Therefore, the sleep / wake determination result of these SVMs and TSSTs can be determined by integrating the algorithms in the integrated sleep / wake determination unit 10 of the present embodiment as described above.
以上説明したように、本実施形態の睡眠覚醒判定装置によれば、被験者から取得された体動数および体動間隔に基づいて、それぞれの睡眠覚醒判定結果を算出し、それらの判定結果を統合して最終的な睡眠覚醒判定結果を算出することで、睡眠障害者にも適用可能な高精度な睡眠覚醒判定を行うことができる。 As described above, according to the sleep / wakefulness determination apparatus of the present embodiment, each sleep / wakefulness determination result is calculated based on the number of body motions and the body motion interval acquired from the subject, and the determination results are integrated. Then, by calculating the final sleep / wakefulness determination result, it is possible to perform a highly accurate sleep / wakefulness determination that can be applied to a sleep disorder person.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
１…睡眠覚醒判定装置、２…加速度測定部、３…加速度記録部、４…体動数算出部、５…体動数記録部、６…睡眠覚醒判定部、７…体動間隔算出部、８…体動間隔記録部、９…睡眠覚醒判定部、１０…睡眠覚醒判定部、１１…判定結果出力部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sleep awakening determination apparatus, 2 ... Acceleration measurement part, 3 ... Acceleration recording part, 4 ... Body motion number calculation part, 5 ... Body motion number recording part, 6 ... Sleep awakening determination part, 7 ... Body motion space | interval calculation part, 8 ... body motion interval recording unit, 9 ... sleep / wakefulness determination unit, 10 ... sleep / wakefulness determination unit, 11 ... determination result output unit.
Claims (6)
取得した加速度情報から体動数を算出する体動数算出部と、
前記体動数に、予め設定した第１のアルゴリズムを用いて、睡眠覚醒判定を行う第１の睡眠覚醒判定部と、
前記加速度情報から体動間隔を算出する体動間隔算出部と、
前記体動間隔に、予め設定した第２のアルゴリズムを用いて、睡眠覚醒判定を行う第２の睡眠覚醒判定部と、
前記第１の睡眠覚醒判定部による体動数に基づく第１の睡眠覚醒判定結果と、第２の睡眠覚醒判定部による体動間隔に基づく第２の睡眠覚醒判定結果とを、統合して新たな睡眠覚醒判定結果を算出する統合睡眠覚醒判定部と、を備え、
前記統合睡眠覚醒判定部は、予め定められた時間窓幅内で、前記体動数から得られた前記第１の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記体動間隔から得られた前記第２の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定された場合に、覚醒と判定することを特徴とする睡眠覚醒判定装置。 An acceleration information acquisition unit that acquires acceleration information according to the movement of the subject from an acceleration sensor attached to the subject;
A body motion number calculating unit for calculating a body motion number from the acquired acceleration information;
A first sleep / wakefulness determination unit that performs sleep / wakefulness determination using a first algorithm set in advance for the number of body movements;
A body motion interval calculating unit for calculating a body motion interval from the acceleration information;
A second sleep / wake determination unit for performing sleep / wake determination using a second algorithm set in advance in the body movement interval;
The first sleep / wake determination result based on the number of body movements by the first sleep / wake determination unit and the second sleep / wake determination result based on the body movement interval by the second sleep / wake determination unit are newly integrated. An integrated sleep / wakefulness determination unit for calculating a sleep / wakefulness determination result,
The integrated sleep-wake determining unit is a predetermined time window width, the body movement speed or we obtained the first sleep-wake determination result is determined as arousal was and obtained from the body motion distance A sleep / wakefulness determination device, wherein when the second sleep / wakefulness determination result is determined to be awakening, it is determined to be awakening.
前記第２の睡眠覚醒判定部は、前記体動間隔に対して、前記第２のアルゴリズムとして、ESSアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１に記載の睡眠覚醒判定装置。 The first sleep / wakefulness determination unit uses the Cole algorithm as the first algorithm for the number of body movements,
The sleep / wake determination apparatus according to claim 1, wherein the second sleep / wake determination unit uses an ESS algorithm as the second algorithm with respect to the body movement interval.
ポリソムノグラフィーを用いた睡眠覚醒判定により算出された睡眠覚醒の真値を基準として、該真値に比べて、覚醒を睡眠として多めに判定する睡眠覚醒判定を行う第３の睡眠覚醒判定部と、
前記真値に比べて睡眠を覚醒に多く判定する睡眠覚醒判定を行う第４の睡眠覚醒判定部と、
前記第３の睡眠覚醒判定部による第３の睡眠覚醒判定結果と、第４の睡眠覚醒判定部による第４の睡眠覚醒判定結果とを、統合して新たな睡眠覚醒判定結果を算出する統合睡眠覚醒判定部と、を備え、
前記統合睡眠覚醒判定部は、予め定められた時間窓幅内で、前記第３の睡眠覚醒判定部から得られた第３の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記第４の睡眠覚醒判定部から得られた第４の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定された場合に、覚醒と判定することを特徴とする睡眠覚醒判定装置。 A sleep / wake determination device for determining sleep or awake based on acceleration information acquired from an acceleration sensor attached to a subject,
A third sleep / wake determination unit that performs sleep / wake determination that determines more sleep as sleep compared to the true value based on the true value of sleep / wake wakeup calculated by sleep / wake determination using polysomnography When,
A fourth sleep / wakefulness determination unit that performs sleep / wakefulness determination to determine more sleep as awakening than the true value;
Integrated sleep that integrates the third sleep / wake determination result by the third sleep / wake determination unit and the fourth sleep / wake determination result by the fourth sleep / wake determination unit to calculate a new sleep / wake determination result An awakening determination unit, and
The integrated sleep / wake determination unit determines that the third sleep / wake determination result obtained from the third sleep / wake determination unit is awake within a predetermined time window width , and the fourth sleep / wake determination sleep-wake determining apparatus fourth sleep-wake determination result obtained from the determining unit when it is determined that the wake, and judging the arousal.
前記加速度情報において、予め設定した値を交差した回数をカウントして体動数を生成し、
前記体動数と予め求めた第１の基準値と比較して第１の睡眠覚醒判定を行い、任意に設定した期間内で前記第１の基準値未満であれば、睡眠判定を行い、前記第１の基準値以上であれば、覚醒判定を行う第１の睡眠覚醒判定結果を取得し、
前記加速度情報において、前記加速度情報に対して標準偏差値を用いて、体動間隔を生成し、
前記体動間隔から予め設定した第２の基準値と比較して、第２の睡眠覚醒判定を行い、任意に設定した期間内で前記第２の基準値以上であれば、睡眠判定を行い、前記第２の基準値未満であれば、覚醒判定を行う第２の睡眠覚醒判定結果を取得し、
前記第１の睡眠覚醒判定結果と前記第２の睡眠覚醒判定結果を任意に設定した期間内で比較し、前記第１の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定され、且つ前記第２の睡眠覚醒判定結果が覚醒と判定されれば、覚醒と判定し、前記第１の睡眠覚醒判定結果と前記第２の睡眠覚醒判定結果のうちの少なくとも一方の判定結果が覚醒と判定されなければ、睡眠判定と判定することを特徴とする睡眠覚醒判定方法。 Obtain acceleration information according to the movement of the subject from the acceleration measurement unit attached to the subject,
In the acceleration information, the number of body movements is generated by counting the number of times crossing a preset value,
A first sleep wakefulness determination is performed by comparing the number of body movements with a first reference value obtained in advance, and if it is less than the first reference value within an arbitrarily set period, a sleep determination is performed, If it is equal to or greater than the first reference value, a first sleep / wakefulness determination result for performing awakening determination is obtained,
In the acceleration information, using a standard deviation value for the acceleration information, a body movement interval is generated,
Compared with a second reference value set in advance from the body movement interval, a second sleep awakening determination is performed, and if it is equal to or greater than the second reference value within a arbitrarily set period, a sleep determination is performed, If it is less than the second reference value, obtain a second sleep / wakefulness determination result for performing awakening determination,
The first sleep awakening determination result and the second sleep awakening determination result are compared within an arbitrarily set period, the first sleep awakening determination result is determined to be awakening, and the second sleep awakening determination If the result is determined to be awakening, it is determined to be awakening, and if the determination result of at least one of the first sleep awakening determination result and the second sleep awakening determination result is not determined to be awakening, sleep determination and A sleep / wakefulness determination method characterized by determining.
前記体動数算出部及び前記体動間隔算出部による前記体動数及び前記体動間隔の算出と、
前記第１の睡眠覚醒判定部と、前記第２の睡眠覚醒判定部と、前記統合睡眠覚醒判定部とによる各睡眠覚醒判定をコンピュータで実行させるための請求項１に記載の睡眠覚醒判定装置の駆動用プログラム。 In the sleep / wakefulness determination device,
Calculation of the number of body movements and the body movement interval by the body movement number calculation unit and the body movement interval calculation unit;
The sleep / wake determination apparatus according to claim 1, wherein the sleep / wake determination by the first sleep / wake determination unit, the second sleep / wake determination unit, and the integrated sleep / wake determination unit is executed by a computer. Driving program.
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