JP6518294B2 - 睡眠評価装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、睡眠評価装置等に関する。

従来から、心拍・呼吸情報からＰＳＧによる睡眠段階を推定しようとする技術が知られている。例えば、所定時間内の呼吸数、呼吸数のばらつき及び呼吸周期のばらつきが閾値以下であり、かつ体動が無い場合に深睡眠状態であると判断する睡眠段階判定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、呼吸波形のピーク間隔の分散の変動係数と、ピーク値の分散の変動係数とから睡眠状態を推定する睡眠状態推定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４５８２６４２号公報 特許第３７３３１３３号公報

上述した技術は、呼吸周期・呼吸間隔や、呼吸ピーク値を評価に用いているが、様々なノイズと共に入力されるため、呼吸波形から睡眠状態を精度良く検出するのは難しいという課題があった。

また、装着型センサでは装着位置により、非装着型センサでは寝位置等のセンサと人体との相対的位置関係により、呼吸波形が人体本来の要因とは別に変化してしまう。多くの計測情報を用いる場合、総ての計測項目が精度良く計測できていれば、最終的な評価結果の精度は向上する可能性はあるが、精度の低い計測項目があると、当該計測項目に引っ張られてしまい、最終的な評価結果の精度が低下してしまうという問題点があった。

上述した課題に鑑み、本発明が目的とするところは、被測定者の所定時間内の生体情報として、例えば呼吸数又は心拍数を用いることにより、簡易で、かつ、正確に睡眠の評価を行うことができる睡眠評価装置等を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の睡眠評価装置は、
被測定者の生体情報として呼吸を検出する呼吸検出手段と、
前記検出された呼吸から、呼吸数算出時間に含まれる呼吸数を出力する呼吸数出力手段と、
変動係数算出区間に含まれる前記呼吸数の平均値と、前記呼吸数の標準偏差とから呼吸数の変動係数を算出する変動係数算出手段と、
前記変動係数から被測定者の睡眠状態を評価する睡眠状態評価手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の睡眠評価方法は、
被測定者の生体情報として呼吸を検出する呼吸検出ステップと、
前記検出された呼吸から、呼吸数算出時間に含まれる呼吸数を出力する呼吸数出力ステップと、
所定の変動係数算出区間に含まれる前記呼吸数の平均値と、前記呼吸数の標準偏差とから呼吸数の変動係数を算出する変動係数算出ステップと、
前記変動係数から被測定者の睡眠状態を評価する睡眠状態評価ステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明の睡眠評価プログラムは、
被測定者の生体情報として呼吸を検出する呼吸検出部が接続されたコンピュータに、
前記検出された呼吸から、呼吸数算出時間に含まれる呼吸数を出力する呼吸数出力機能と、
所定の変動係数算出区間に含まれる前記呼吸数の平均値と、前記呼吸数の標準偏差とから呼吸数の変動係数を算出する変動係数算出機能と、
前記変動係数から被測定者の睡眠状態を評価する睡眠状態評価機能と、
を実行させる。

本発明の睡眠評価装置は、
被測定者の生体情報として心拍を検出する心拍検出手段と、
前記検出された心拍から、所定時間に含まれる心拍数を出力する心拍数出力手段と、
所定の算出区間に含まれる前記心拍数の平均値と、前記心拍数の標準偏差とから心拍数の変動係数を算出する変動係数算出手段と、
前記変動係数から被測定者の睡眠状態を評価する睡眠状態評価手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の睡眠評価装置によれば、被測定者の生体情報として呼吸を検出し、検出された呼吸から、呼吸数算出時間に含まれる呼吸数を出力する。そして、変動係数算出区間に含まれる呼吸数の平均値と、呼吸数の標準偏差とから呼吸数の変動係数を算出し、変動係数から被測定者の睡眠状態を評価することができる。これにより、変動係数算出区間に含まれる呼吸（数）に基づいて睡眠状態を評価することができることになり、短い区間（例えば、１呼吸や、１分間辺りの呼吸）で睡眠状態を評価するときと比較し、適切に評価することが可能となる。

また、本発明の睡眠評価装置によれば、被測定者の生体情報として心拍（心拍数）を利用して睡眠評価を行うことができる。これにより、心拍を算出する簡易な装置を利用することで、適切に睡眠状態を評価することが可能となる。

本実施形態における全体を説明するための図である。 本実施形態における機能構成を説明するための図である。 本実施形態における呼吸数テーブルのデータ構成の一例を示す図である。 本実施形態における変動係数テーブルのデータ構成の一例を示す図である。 呼吸数と睡眠状態との対応を説明するための図である。 本実施形態における区間呼吸数出力処理のデータフローを示す図である。 本実施形態における変動係数算出処理のデータフローを示す図である。 本実施形態における睡眠評価処理のデータフローを示す図である。 呼吸数のプロットを示した図である。 呼吸数の相関関係を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［１．システム外観］
図１は、睡眠評価システムの使用方法について説明するための図である。図１に示すように、睡眠評価システム１は、ベッド１０の床部と、マットレス２０の間に載置される検出装置３と、検出装置３より出力される値を処理するため処理装置５を備えて構成されている。この検出装置３、処理装置５とで睡眠評価装置を構成している。

マットレス２０に、被測定者Ｐが在床すると、マットレス２０を介して被測定者Ｐの体動（振動）を検出装置３が検出する。そして、検出された振動に基づいて、被測定者Ｐの呼吸（所定時間内の呼吸数）が検出（出力）される。本実施形態においては、検出された呼吸（数）が無線を介して処理装置５（例えば、コンピュータ等）に送信されるが、例えば検出装置３に表示部等を設けることにより一体に形成されてもよい。また、処理装置５は、汎用的な装置で良いため、コンピュータ等の情報処理装置に限られず、例えばタブレッドやスマートフォン等といった装置で構成されてもよい。

ここで、検出装置３は、厚さが薄くなるようにシート状に構成されている。これにより、ベッド１０と、マットレス２０の間に載置されたとしても、被測定者Ｐに違和感を覚えさせることなく使用できることとなる。

なお、検出装置３は、被測定者Ｐの呼吸を検出出来ればよい。本実施形態においては、体動に基づいて呼吸を検出しているが、例えば音声センサを利用して呼吸音を検出したり、赤外線センサ等により被測定者Ｐの体動を検出したり、歪みゲージ付きアクチュエータを利用しても良い。

［２．機能構成］
続いて、睡眠評価システム１の機構構成について、図２を用いて説明する。本実施形態における睡眠評価システム１は、検出装置３と、処理装置５とを含む構成となっており、各機能部（処理）は、呼吸検出部２００以外についてはどちらで実現されても良い。

睡眠評価システム１は、制御部１００に、呼吸検出部２００と、記憶部３００と、入力部４００とがバスを介して接続されている。

制御部１００は、睡眠評価システム１の動作を制御するための機能部であり、ＣＰＵ等、睡眠評価システム１に必要な制御回路によって構成されている。制御部１００は、記憶部３００に記憶されている各種プログラムを読み出して実行することにより各種処理を実現することとなる。なお、本実施形態においては、制御部１００は全体として動作しているが、検出装置３、処理装置５のそれぞれに設けられるものである。

呼吸検出部２００は、被測定者の呼吸を検出するための機能部である。本実施形態においては、振動を検出するためのセンサ部である。センサ部により検出された振動（体動）から、被測定者の呼吸を検出する。また、センサ部を利用することにより、寝返りや心拍等被測定者Ｐの呼吸以外の体動を検出することもできる。

本実施形態における呼吸検出部２００は、例えば、圧力センサにより被測定者の振動（体動）を検出し、振動から呼吸を検出するが、荷重センサにより、被測定者の重心位置（体動）の変化により呼吸を検出することとしても良いし、マイクロフォンを設けることにより、マイクロフォンが拾う音に基づいて検出しても良い。何れかのセンサを用いて、被測定者の呼吸が検出出来れば良い。

記憶部３００は、睡眠評価システム１が動作するための各種データ及びプログラムを記憶しておく機能部である。制御部１００は、記憶部３００に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現することとなる。ここで、記憶部３００
は、例えば半導体メモリや、磁気ディスク装置等により構成されている。

ここで、記憶部３００には、呼吸数テーブル３０２と、変動係数テーブル３０４とが記憶されており、プログラムとして呼吸数出力プログラム３１０と、変動係数算出プログラム３１２と、睡眠評価プログラム３２０とが記憶されている。

呼吸数テーブル３０２は、呼吸検出部２００により検出された呼吸に基づいて出力される呼吸数が記憶されるテーブルである。呼吸数テーブル３０２は、図３に示すように、所定時間（以下、「呼吸数算出時間」という）における呼吸数が、時系列に記憶されている。本実施形態における呼吸数算出時間は、一例として「１分」とする。

また、呼吸数テーブル３０２は、識別情報毎に複数記憶される構成としてもよい。識別情報を用いることにより、例えば被測定者毎に記憶したり、同じ被測定者であっても測定日毎に分けて記憶したりしても良い。

変動係数テーブル３０４は、算出された呼吸数に基づいて算出される変動係数が記憶されるテーブルである。図４に示すように、識別情報と、区間情報と、変動係数とが対応づけられて記憶されている。

識別情報は、上述したように、例えば被測定者毎に識別情報を付したり、測定日毎に識別情報を付すことで、被測定者毎の睡眠評価を行ったり、測定日毎の睡眠評価を行ったりすることが可能となる。

区間情報は、変動係数を算出するための区間（以下、「変動係数算出区間」という）を設定するための情報である。区間情報に対応づけて変動係数算出区間が予め設定されている。例えば、区間情報「ａ０１」として、睡眠時間の前半、すなわち睡眠開始から２４０分と設定することが出来る。他にも、睡眠時間全体の割合（例えば、睡眠開始から３０％）や、睡眠の後半での比較、睡眠時刻（例えば、午前３時〜午前５時）といった種々の設定を行うことが可能である。

これらの変動係数算出区間は、予め設定されており、測定者（利用者）が選択することとしても良いし、複数の変動係数算出区間を測定者（利用者）が任意に設定出来ることとしても良い。

変動係数は、上述した変動係数算出区間における呼吸数から算出される係数である。具体的には、変動係数算出区間における呼吸数の標準偏差を算出する。また、変動係数算出区間の平均呼吸数を算出する。算出された標準偏差を、平均呼吸数で除することにより、算出される係数が変動係数である。

ここで変動係数が小さい場合、呼吸が安定しており、よく眠れていると判定する。また、変動係数が大きい場合、覚醒状態や、ＲＥＭ睡眠状態であると判定する。

これは、単位時間当たりの呼吸数の一晩の平均は、同一個人での再現性が高く、単位時間辺りの呼吸数のばらつきは、睡眠状態を反映することになるからである。所定時間内（変動係数算出区間）における単位時間（呼吸数算出時間）あたりの呼吸数の平均と、単位時間あたりの呼吸数のばらつき（標準偏差）により、睡眠状態を評価できることになる。

この点について、図５を用いて更に説明する。図５は、有る測定者の睡眠段階と呼吸数との関係を測定したグラフである。横軸は時間を示している。

また、線グラフは睡眠ポリグラフ検査により、被測定者の睡眠段階を測定した結果を示すグラフである。右にしめすように、０〜４段階で表されており、「０」は覚醒、「０．５」がＲＥＭ睡眠、「１〜４」はＮＲＥＭ（ノンレム）睡眠の段階１〜４を示している。更に、数字が大きいほど、より深い睡眠であることを示している。

他方、呼吸数を当該グラフに重畳して表示している。左側縦軸に示すように、１分間辺りの呼吸数がそれぞれ表示されている。

図５（ａ）によれば、眠りが安定して持続し深くなっているほど、呼吸数の変動が小さいことがグラフから読み取ることが出来る。他方、図５（ｂ）によれば、睡眠の途中に覚醒が頻繁に混入し安定しない場合には、呼吸数の変動が大きいことを読み取ることができる。

このように、睡眠段階と呼吸数とは一定の関係を有することが解ったが、１分毎（所定時間毎）に睡眠段階を推定できるほどの明確な関係はない。そこで、睡眠全体や前半・後半等長時間の傾向で睡眠を評価するのが本実施形態の特徴である。

入力部４００は、測定者が睡眠評価システム１に対しての指示・操作を行うための機能部である。例えば、操作ボタンや、タッチパネル、音声入力装置等により構成されている。

表示部５００は、睡眠状態や評価を表示したり、睡眠評価システム１の動作について表示したりするための機能部である。例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置により構成されている。

［３．処理の流れ］
続いて、本実施形態における睡眠評価システム１の処理の流れについて説明する。

［３．１ 呼吸数出力処理］
図６を用いて呼吸数出力処理について説明する。呼吸数出力処理は、図２における呼吸数出力プログラム３１０が読み出され、制御部１００により実行されて実現される処理である。

呼吸検出部２００により呼吸が検出される（ステップＳ１０２）。続いて、呼吸数算出時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、呼吸数算出時間が経過すると（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、呼吸数算出時間において検出された呼吸の数を呼吸数として、呼吸数テーブル３０２に出力する（ステップＳ１０６）。この処理は、呼吸数出力処理が終了するまで繰り返し実行される（ステップＳ１０８；Ｎｏ→ステップＳ１０２）。

［３．２ 変動係数算出処理］
図７を用いて変動係数算出処理について説明する。変動係数算出処理は、図２における変動係数算出プログラム３１２が読み出され、制御部１００により実行されて実現される処理である。

まず、変動係数算出区間の呼吸数を、呼吸数テーブル３０２から抽出する（ステップＳ２０２）。具体的には、抽出した対象の識別情報に対応する変動係数算出区間に含まれている呼吸数をそれぞれ抽出する。

続いて、抽出された呼吸数に基づいて、変動係数を算出する（ステップＳ２０４）。具
体的には、まず、変動係数算出区間に含まれる呼吸数の標準偏差を算出する。次に、変動係数算出区間に含まれる呼吸数の平均値を算出する。

そして、算出された標準偏差を、算出された平均値で除算することにより、変動係数を算出する。算出された変動係数は、対象となる識別情報と、変動係数算出区間を示す情報を付して、変動係数として変動係数テーブル３０４に出力し、記憶する（ステップＳ２０６）。

［３．３ 睡眠評価処理］
続いて、変動係数に基づいた睡眠評価処理について図８を用いて説明する。まず、識別情報、区間情報を決定する（ステップＳ３０２）。例えば、識別情報として「００１」のみを利用するとか、「００１」〜「００３」を利用するとか、睡眠を評価する識別情報の対象を決定する。

また、変動係数を読み出す区間情報も併せて決定する。例えば、抽出する変動係数が睡眠開始後「２４０分」に基づいて算出された変動係数である等、算出される範囲、対象を区間情報に基づいて決定する。

この識別情報、区間情報の決定は、測定者が任意に決定しても良いし、予め決定されているものであっても良い。

次に、識別情報、区間情報に基づいて変動係数を読み出す（ステップＳ３０４）。ここで、識別情報又は区間情報が複数指定されている場合には、総ての識別情報（区間情報）に対応する変動係数を読み出す（ステップＳ３０６；Ｙｅｓ→ステップＳ３０４）。すなわち、読み出す必要のある変動係数が複数ある場合には、複数の変動係数を読み出す。

そして、読み出された変動係数を比較し（ステップＳ３０８）、比較結果に基づいて評価を出力する処理を実行する（ステップＳ３１０）。

具体的には、変動係数が所定の値より小さい場合には睡眠状態が良いと評価され、変動係数が所定の値より大きい場合には睡眠状態が悪いと評価される。この評価する基準としては、例えば複数の被測定者の平均値であったり、予め設定された基準となる基準値であったり、同じ被測定者の平均値であったりと、睡眠を評価するための基準値である。例えば、同じ年齢の値の分布のどこに位置するかを偏差値等の指標により評価する。

［４．実施例］
続いて、本実施形態における睡眠評価システム１を用いた実施例について説明する。本実施形態においては、図１に示したように、被測定者の下に呼吸を検出する装置を載置し、被測定者の体動から呼吸を検出して実行される。

［４．１ 第１実施例］
第１実施例としては、２つの寝具の寝心地評価を行う場合について説明する。この場合、第１製品の識別情報を「００１」、第２製品の識別情報を「００２」とする。また、区間情報として、睡眠開始から２４０分間を区間情報「ａ０１」とし、変動係数を算出する。

図９に呼吸数をプロットした状態を示す。図９（ａ）は第１製品による呼吸数のプロットであり、図９（ｂ）は第２製品による呼吸数のプロットである。

ここで、それぞれのグラフにおいて、点線部分の呼吸数が区間情報「ａ０１」に含まれ
ている呼吸数となる。したがって、まず、区間情報「ａ０１」（睡眠開始から２４０分）に含まれている呼吸数の変動係数を算出し（図７のＳ２０４）、変動係数テーブル３０４に出力する（ステップＳ２０６）。

その後、識別情報「００１」の第１製品（図９（ａ））と、識別情報「００２」の第２製品（図９（ｂ））との変動係数をそれぞれ比較する。この場合、変動係数は第１製品（図９（ａ））の方が低くなることから、睡眠評価としては第１製品の方が睡眠状態が良いと評価される。

これにより、第１製品の方が被測定者にとって寝心地が良い製品であることがわかり、適切に寝具の快適さが解ることとなる。

なお、上述の変動係数を複数人計測することにより、製品毎の評価を行うことができる。例えば、第１製品と第２製品とを比較した場合、第２製品の方が多くの人が変動係数が小さければ、第２製品の方が寝心地の良い寝具と評価することができる。

また、２つの製品を評価した場合の実際のデータ例を図１０に示す。図１０には、第１製品としてＡ製品、第２製品としてＢ製品について、被測定者１０名の変動係数を示したデータである。図１０では、Ａ製品の変動係数の平均値、Ｂ製品の変動係数の平均値を算出している。

そして、Ａ製品の変動係数、Ｂ製品の変動係数に基づいて、対応のあるｔ検定を行うとＢ製品の方が統計学的に有意に変動係数が小さい。よってＢ製品のほうが良い睡眠が得られるマットレスと評価することができる。

［４．２ 第２実施例］
第２実施例としては、被測定者の体調を評価する場合に用いる実施例について説明する。この場合、前日の識別情報を「００１」、当日の識別情報を「００２」とし、所定の区間情報（例えば、睡眠時間のうち、就床から起床までの最初の１／３区間）を設定する。

例えば、前日の識別情報に基づいた変動係数と、当日の識別情報に基づいた変動係数を比較し、変動係数が大きくなったことにより、体調が優れないといったことを評価することが可能となる。

［４．３ 第３実施例］
第３実施例としては、変動情報を算出する場合に、覚醒している時間を除いて算出する場合について説明する。

すなわち、覚醒時間中を除くことで覚醒時間の多さとは別に睡眠の内容を評価できる。したがって、呼吸数テーブル３０２に、睡眠と覚醒の区分も併せて記憶する（又は、別テーブルとして日時に対応づけて睡眠と覚醒の区分を記憶してもよい）。

そして、図７のステップＳ２０４において変動係数を算出する場合、当該覚醒と判定されている時間の呼吸数を除外して変動係数を算出する。

これにより、覚醒による呼吸変動を除外することが可能となり、睡眠中の覚醒時間の多さだけでなく同じ睡眠判定でもその内容の良し悪しを評価することができる。したがって、更に詳細な睡眠評価を行うことができる。

［４．４ 第４実施例］
第４実施例としては、算出された変動係数に基づいて、睡眠評価レポートを出力する実施例としても良い。すなわち、変動係数から、前日との変動係数との対比や、変動係数の平均との対比から、被測定者の睡眠評価に関するレポートを出力する。

更に、被測定者の基本情報（年齢、性別、睡眠時間等）と、平均的な変動係数とを予め記憶しておく。算出された変動係数と、記憶されている変動係数との乖離から、被測定者の睡眠状態を評価し、睡眠評価レポートとして出力しても良い。

［５．変形例］
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

なお、上述した実施形態においては、生体情報の一例として呼吸数を用いて説明したが、被測定者の生体情報として心拍数を用いて同様に評価しても良い。すなわち、検出される呼吸を心拍、呼吸数を心拍数として利用することにより、同様の睡眠評価を行うことが可能となる。

生体情報として、呼吸（数）ではなく、心拍（数）を用いることで、例えば心電計といった、従来からある心拍を検出する装置を利用して、適切に睡眠を評価することができるといった効果がある。

また、上述した実施形態においては、説明の都合上、変動係数を一度変動係数テーブル３０４に記憶することとして説明した。しかし、呼吸数テーブルから読み出される呼吸数に基づいて、その都度変動係数を算出する構成としても良い。

１ 睡眠評価システム
３ 検出装置
５ 処理装置
１０ ベッド
２０ マットレス
１００ 制御部
２００ 呼吸検出部
３００ 記憶部
３０２ 呼吸数テーブル
３０４ 変動係数テーブル
３１０ 呼吸数出力プログラム
３１２ 変動係数算出プログラム
３２０ 睡眠評価プログラム
４００ 入力部
５００ 表示部

Claims (5)

1. 単位時間当たりの回数を測定可能な被測定者の呼吸又は心拍を検出する検出手段と、
   一晩のうち２時間以上又は睡眠時間全体の３０％以上である第１区間に含まれる単位時間当たりの呼吸数又は心拍数の平均からのずれを示す第１情報を算出する算出手段と、
   前記第１情報から被測定者の睡眠状態を評価する評価手段と、
   を備えることを特徴とする睡眠評価装置。
2. 前記評価手段は、算出された第１情報と、所定の基準値とを比較することにより、前記被測定者の睡眠状態を評価することを特徴とする請求項１に記載の睡眠評価装置。
3. 前記評価手段は、前記平均からのずれが小さいほど、被測定者の睡眠が良い睡眠であると評価することを特徴とする請求項１又は２に記載の睡眠評価装置。
4. 前記算出手段は、前記被測定者が覚醒と判定されている時間の生体情報を除外して第１情報を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の睡眠評価装置。
5. コンピュータに、
   単位時間当たりの回数を測定可能な被測定者の呼吸又は心拍を検出する検出機能と、
   一晩のうち２時間以上又は睡眠時間全体の３０％以上である第１区間に含まれる単位時間当たりの呼吸数又は心拍数の平均からのずれを示す第１情報を算出する算出機能と、
   前記第１情報から被測定者の睡眠状態を評価する評価機能と、
   を実現させることを特徴とするプログラム。

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