JP6559095B2 - Sleep model creation device, sleep stage estimation device, method and program - Google Patents

Sleep model creation device, sleep stage estimation device, method and program Download PDF

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Description

この発明は、人の睡眠段階を推定するための睡眠モデル作成装置、睡眠段階推定装置、方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a sleep model creation apparatus, a sleep stage estimation apparatus, a method, and a program for estimating a person's sleep stage.

睡眠段階とは、眠りの深さを表す指標であり、国際的基準では2〜6段階で定義されている。睡眠段階を時系列的に表した睡眠経過図は、医療やヘルスケアの分野において睡眠の状態を把握する上で、重要な情報である。睡眠段階は、ポリグラフ検査にて得られる脳波データまたは筋電データを利用して、専門の技師が視察判定ルールであるR&K法に基づいて時間区間(約30秒)ごとに判定される。しかし、このポリグラフ検査は、ユーザにとって身体的負荷が大きいため、近年では身体的負荷の少ない計測装置で取得可能な心拍データを用いた睡眠段階推定技術に関する研究が盛んに行われている。   The sleep stage is an index representing the depth of sleep, and is defined in 2 to 6 stages according to international standards. The sleep progress diagram showing the sleep stages in time series is important information in grasping the sleep state in the medical and healthcare fields. The sleep stage is determined every time interval (about 30 seconds) based on the R & K method, which is an inspection determination rule, by a professional engineer using electroencephalogram data or electromyogram data obtained by a polygraph examination. However, since this polygraph test has a large physical load on the user, in recent years, research on a sleep stage estimation technique using heart rate data that can be acquired by a measurement device with a small physical load has been actively conducted.

心拍データを用いた従来の睡眠段階推定手法は、例えば心拍データから睡眠段階に関連する特徴量を複数生成し、機械学習(サポートベクターマシーンやランダムフォレスト等)を利用して推定するものとなっている(例えば非特許文献1を参照)。   The conventional sleep stage estimation method using the heart rate data, for example, generates a plurality of feature quantities related to the sleep stage from the heart rate data, and estimates using machine learning (support vector machine, random forest, etc.). (See Non-Patent Document 1, for example).

加えて、就床からの経過時間に依存して睡眠段階の分布と遷移確率が変化する性質を考慮して、睡眠段階の推定精度を向上するようにした技術が提案されている(例えば非特許文献2を参照)。   In addition, a technique has been proposed in which the sleep stage estimation accuracy is improved in consideration of the property that the sleep stage distribution and transition probability change depending on the elapsed time from bedtime (for example, non-patented). Reference 2).

Xiao,M et al., “Sleep stages classification based on heart rate variability and random forest” Biomedical Signal Processing and Control, p624−633, (2013).Xiao, M et al., “Sleep stages classification based on heart rate variability and random forest” Biomedical Signal Processing and Control, p624-633, (2013). 「心拍変動を用いた時間依存睡眠段階遷移モデル」DEIM Forum 2015 G6−5, http://db-event.jpn.org/deim2015/paper/24.pdf(2015年10月22日確認).“Time-dependent sleep stage transition model using heart rate variability” DEIM Forum 2015 G6-5, http://db-event.jpn.org/deim2015/paper/24.pdf (confirmed on October 22, 2015).

ところが、心拍に反映される自律神経活動は、睡眠時の脳活動以外の影響、例えば血圧調整や体温調整、身体の動きや呼吸等の影響も受けて変化する。このため、前記非特許文献1に記載された技術では、脳活動から得られる睡眠段階に対して心拍から完全に一致して推定することは困難である。   However, the autonomic nervous activity reflected in the heartbeat changes due to influences other than brain activity during sleep, such as blood pressure adjustment, body temperature adjustment, body movement, and breathing. For this reason, with the technique described in Non-Patent Document 1, it is difficult to estimate the sleep stage obtained from the brain activity in complete agreement with the heartbeat.

また前記非特許文献2に記載された技術では、睡眠の中間部におけるレム睡眠状態と覚醒状態時の推定精度が低いという不具合があった。その理由の1つとして、前記非特許文献2に記載された技術では、就床からの経過時間に依存して睡眠段階の分布と遷移確率が変化する性質を考慮している。   Moreover, in the technique described in the said nonpatent literature 2, there existed a malfunction that the estimation precision at the time of the REM sleep state and awakening state in the intermediate part of sleep was low. As one of the reasons, the technique described in Non-Patent Document 2 considers the property that the sleep stage distribution and the transition probability change depending on the elapsed time from bedtime.

しかしながら、図19(A)に被験者1の睡眠パターン、図19(B)に被験者2の睡眠パターンを示すように、同じ時間帯C1であっても、人によって睡眠段階の分布が大きく異なる場合があるように、睡眠の中間部におけるレム睡眠状態と覚醒状態時の推定精度を低下させる要因となる。   However, as shown in FIG. 19A, the sleep pattern of the subject 1 and FIG. 19B, the sleep pattern of the subject 2, the sleep stage distribution may vary greatly depending on the person even in the same time zone C1. As it is, it becomes a factor which reduces the estimation precision at the time of the REM sleep state and awakening state in the intermediate part of sleep.

この発明は前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定できるようにした睡眠モデル作成装置、睡眠段階推定装置、方法およびプログラムを提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances. The purpose of the present invention is to provide a sleep model creation device capable of estimating the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity. An object of the present invention is to provide a sleep stage estimation device, method and program.

前記目的を達成するためにこの発明の一態様は、睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定部と、前記分割した各時間帯ごと、且つ前記モデル判定部が判定した結果のモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析する時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部と、前記時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部が解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析する時間別睡眠段階遷移頻度解析部と、前記時間別睡眠段階遷移頻度解析部が解析した遷移頻度情報を記憶した遷移頻度記憶部と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a heart rate variability feature amount calculating unit that calculates a heart rate variability feature amount for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms, and the heart rate variability feature amount calculating unit calculates A heart rate variability storage unit for storing heart rate variability information obtained by aggregating the obtained heart rate variability feature values for each sleep stage, and a heart rate change for calculating a heart rate change value feature amount from a deviation of the heart rate variability feature amount calculated by the heart rate variability feature amount calculation unit Value feature quantity calculation unit, heart rate change value feature quantity storage unit for storing heart rate change value feature quantity information obtained by totaling heart rate change value feature quantities calculated by the heart rate change value feature quantity calculation unit for each sleep stage transition, and the sleep A model determination unit that determines a model based on the heartbeat change value feature amount for each time period obtained by dividing the time axis of the electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and the divided times Every obi, and A time / model-specific sleep stage appearance frequency analysis unit for analyzing the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time for each model determined by the model determination unit, and the time / model-specific sleep stage appearance frequency An appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model analyzed by the analysis unit, and for each time period that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each of the first unit times for each divided time zone A sleep stage transition frequency analysis unit; and a transition frequency storage unit that stores transition frequency information analyzed by the hourly sleep stage transition frequency analysis unit.

本発明によれば、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定できるようにした睡眠モデル作成装置、睡眠段階推定装置、方法およびプログラムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a sleep model creation device, a sleep stage estimation device, a method, and a program capable of estimating the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity. .

就床からの経過時間と心拍偏差、睡眠段階の変化を例示する図。The figure which illustrates the change of the elapsed time from bedtime, a heart rate deviation, and a sleep stage. 睡眠段階の出現頻度の一例を時間帯別に示した図。The figure which showed an example of the appearance frequency of a sleep stage according to the time slot | zone. 睡眠段階遷移パターンの出現確率の一例を示す図。The figure which shows an example of the appearance probability of a sleep stage transition pattern. 第1の実施形態に係る睡眠段階推定装置の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of the sleep stage estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 同実施形態に係る心拍変化値特徴量テーブルの内容を例示する図。The figure which illustrates the contents of the heart rate change value feature-value table concerning the embodiment. 同実施形態に係る出現頻度テーブルの内容を例示する図。The figure which illustrates the contents of the appearance frequency table concerning the embodiment. 同実施形態に係る心拍変動テーブルの内容を例示する図。The figure which illustrates the contents of the heart rate variability table concerning the embodiment. 同実施形態に係る遷移頻度テーブルの内容を例示する図。The figure which illustrates the contents of the transition frequency table concerning the embodiment. 同実施形態に係る加速度テーブルの内容を例示する図。The figure which illustrates the contents of the acceleration table concerning the embodiment. 同実施形態に係る第1の学習フェーズにおける睡眠段階推定装置での処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content in the sleep stage estimation apparatus in the 1st learning phase which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る時系列心拍データの観測手法と睡眠段階推定値の出力手法の一例を示す図。The figure which shows an example of the observation method of the time series heart rate data which concerns on the embodiment, and the output method of a sleep stage estimated value. 同実施形態に係るローレンツプロットの一例を示す図。The figure which shows an example of the Lorentz plot which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る心拍変動特徴量の種類を一覧表示した図。The figure which displayed the list of the kind of heart rate variability feature-value based on the embodiment. 同実施形態に係る第2の学習フェーズにおける睡眠段階推定装置での処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content in the sleep stage estimation apparatus in the 2nd learning phase which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る時間別モデルの判定処理の内容を示す図。The figure which shows the content of the determination process of the hourly model which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る時間別モデルの判定処理の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the determination process of the hourly model which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る時間別モデルの判定処理の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the determination process of the hourly model which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る推定フェーズにおける処理手順と処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence and process content in the estimation phase which concerns on the embodiment. 被験者により異なる、就床からの経過時間と睡眠段階の分布を示す図。The figure which shows the elapsed time from bedtime and the distribution of a sleep stage which change with test subjects.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
(原理)
この発明は、入眠後の経過時間に従い睡眠段階の出現頻度と遷移確率が変化することに着目し、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、より尤もらしい睡眠段階を推定できるようにしたものである。例えば、入眠後の深い眠りから、突然覚醒して再び深い眠りに落ちる可能性は低いが、心拍のみで推定すると0.52の確率でその状態が推定される場合がある。この発明では、このようなめったに起こらない遷移や推定の自信度が低い場合に対する推定確率を下げることで、推定精度を向上させる。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(principle)
The present invention focuses on the fact that the appearance frequency and transition probability of the sleep stage change according to the elapsed time after falling asleep, so that even if the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity, a more likely sleep stage can be estimated. It is a thing. For example, although there is a low possibility of sudden awakening after falling asleep and falling into a deep sleep again, the state may be estimated with a probability of 0.52 when estimated only with the heartbeat. In the present invention, the estimation accuracy is improved by lowering the estimation probability for such a rare transition or when the estimation confidence level is low.

加えてこの発明では、図1に示すように、睡眠段階の遷移時に心拍が大きく変化する点に着目し、睡眠段階遷移時の心拍変化値特徴量の確率値を考慮することで、さらに推定精度を向上させるものである。図1は、就床からの経過時間と心拍偏差、睡眠段階の変化を例示したもので、図中に点線の丸印で示した如く、睡眠段階の遷移時に心拍が大きく変化していることが分かる。   In addition, in the present invention, as shown in FIG. 1, focusing on the fact that the heart rate changes greatly at the transition of the sleep stage, the estimation accuracy is further increased by considering the probability value of the heart rate change value feature value at the transition of the sleep stage. Is to improve. FIG. 1 exemplifies the elapsed time from bedtime, heart rate deviation, and change in sleep stage. As shown by the dotted circle in the figure, the heart rate changes greatly at the transition of the sleep stage. I understand.

さらに、前記入眠後の経過時間に従った睡眠段階の出現頻度は、前記図19で示した如く個人差があるため、心拍変化値特徴量を利用し、あらかじめ時間帯ごとに、睡眠段階の遷移が多いであろうグループと少ないであろうグループに分けて、各グループ内で睡眠段階の出現頻度の確率値を生成・利用することで個人差を吸収し、推定精度を向上させるものである。   Furthermore, since the appearance frequency of the sleep stage according to the elapsed time after falling asleep has individual differences as shown in FIG. 19, the transition of the sleep stage is preliminarily made for each time zone using the heart rate change value feature amount. It is divided into a group that is likely to have more and a group that is likely to be less, and by generating and using the probability value of the appearance frequency of the sleep stage within each group, individual differences are absorbed and estimation accuracy is improved.

図2は、45名分の睡眠段階データを利用して、30分ごとの各睡眠段階の出現回数を算出した結果の一例を示している。この例から明らかなように、入眠開始から30分間におけるREM(レム睡眠)の出現回数(図2(a))は、図2(b),(c)にそれぞれ示す入眠から180分および360分経過後の30分間におけるREMの出現回数より少なくなる。   FIG. 2 shows an example of the result of calculating the number of appearances of each sleep stage every 30 minutes using the sleep stage data for 45 persons. As is clear from this example, the number of appearances of REM (REM sleep) in 30 minutes from the start of sleep (FIG. 2 (a)) is 180 minutes and 360 minutes from sleep as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), respectively. Less than the number of appearances of REM in 30 minutes after elapse.

また図3は、同じく45名分の睡眠段階データを利用して、30分ごとの各睡眠段階の遷移パターンの出現確率を算出した結果の一例を示している。同図に示すように、入眠開始から30分間におけるREMからNREM(ノンレム睡眠)への遷移確率(図3(a))は、図3(b),(c)にそれぞれ示す入眠から150分経過後および300分経過後の30分間におけるREMからNREMへの遷移確率よりも高くなることが分かる。   FIG. 3 also shows an example of the result of calculating the appearance probability of each sleep stage transition pattern every 30 minutes using the sleep stage data for 45 people. As shown in the figure, the transition probability from REM to NREM (non-REM sleep) in 30 minutes after the onset of sleep (FIG. 3 (a)) is 150 minutes from the sleep shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), respectively. It turns out that it becomes higher than the transition probability from REM to NREM in 30 minutes after and after 300 minutes.

そこでこの発明では、経過時間に応じた睡眠段階の出現頻度と遷移確率を学習フェーズにより睡眠段階の生成モデルに組み込み、推定フェーズにおいて、ユーザの心拍データの特徴量を求め、この心拍データの特徴量と前記睡眠段階の生成モデルに基づいて睡眠段階を推定するようにしている。このようにすることで、心拍が脳活動以外の影響を強く受けた場合でも、睡眠段階をより正確に推定することが可能となる。   Therefore, in the present invention, the appearance frequency and transition probability of the sleep stage according to the elapsed time are incorporated into the sleep stage generation model by the learning phase, and the feature quantity of the user's heartbeat data is obtained in the estimation phase, and the feature quantity of the heartbeat data is obtained. The sleep stage is estimated based on the sleep stage generation model. This makes it possible to estimate the sleep stage more accurately even when the heartbeat is strongly influenced by other than brain activity.

加えて、経過時間に応じた睡眠段階の出現頻度の学習フェーズにて、経過時間ごとに心拍変化値特徴量が大きい場合と小さい場合とで組み込む生成モデルを替え、推定フェーズにて、経過時間ごとのユーザの心拍データの変化値から、利用する生成モデルを選択し、睡眠段階を推定する。このようにすることで、睡眠段階の出現頻度の個人差を吸収して精度をより向上することが可能となる。   In addition, in the learning phase of the appearance frequency of the sleep stage according to the elapsed time, the generation model to be incorporated is changed depending on whether the heart rate change value feature amount is large or small for each elapsed time, and in the estimation phase, every elapsed time The generation model to be used is selected from the change value of the heart rate data of the user, and the sleep stage is estimated. By doing in this way, it becomes possible to absorb the individual difference of the appearance frequency of a sleep stage, and to improve a precision more.

さらに、睡眠段階の遷移時に心拍が大きく変化する点に着目し、睡眠段階遷移時の心拍変化値特徴量の確率値をモデルに組み込むことで、精度をより向上させることができる。   Furthermore, paying attention to the fact that the heartbeat changes greatly at the transition of the sleep stage, and incorporating the probability value of the heartbeat change value feature quantity at the transition of the sleep stage into the model, the accuracy can be further improved.

[第1の実施形態]
<構成>
図4は、この発明の一実施形態に係る睡眠段階推定装置の機能構成を示すブロック図である。
本実施形態における睡眠段階推定装置1は、例えばサーバコンピュータまたはパーソナルコンピュータからなり、制御ユニット10と、記憶ユニット20と、入出力インタフェイスユニット30を備えている。
[First Embodiment]
<Configuration>
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the sleep stage estimation apparatus according to the embodiment of the present invention.
The sleep stage estimation apparatus 1 according to the present embodiment includes, for example, a server computer or a personal computer, and includes a control unit 10, a storage unit 20, and an input / output interface unit 30.

このうち入出力インタフェイスユニット30は、心電計2から出力された心電データと、胸部に装着された3軸加速度計5から出力された加速度データを取り込むと共に、キーボードまたはタッチパネル等の入力部3および液晶デバイス等の表示部4との間でそれぞれ操作データおよび表示データの入出力を行なう。   Among these, the input / output interface unit 30 captures the electrocardiogram data output from the electrocardiograph 2 and the acceleration data output from the triaxial accelerometer 5 attached to the chest, and also inputs an input unit such as a keyboard or a touch panel. 3 and the display unit 4 such as a liquid crystal device are used to input / output operation data and display data.

記憶ユニット20は、記憶媒体としてHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の書き込みおよび読み出しが可能な不揮発性メモリを用いたもので、本実施形態を実施する上で必要な記憶部として、モデルデータベース21と、推定データ記憶部22を備えている。   The storage unit 20 uses a non-volatile memory capable of writing and reading, such as an HDD (Hard Disk Drive) and an SSD (Solid State Drive), as a storage medium, and a storage unit necessary for implementing this embodiment As shown, a model database 21 and an estimated data storage unit 22 are provided.

モデルデータベース21は、心拍変動テーブル211、心拍変化値特徴量テーブル212、出現頻度テーブル213、遷移頻度テーブル214および、加速度テーブル215を有する。   The model database 21 includes a heart rate variability table 211, a heart rate change value feature amount table 212, an appearance frequency table 213, a transition frequency table 214, and an acceleration table 215.

心拍変動テーブル211は、図7に示すように、睡眠段階別に、心拍特徴ベクトルの識別情報(心拍特徴ベクトルID)に関連付けて心拍特徴量レベルと出現頻度を格納するために用いられる。   As shown in FIG. 7, the heart rate variability table 211 is used to store the heart rate feature quantity level and the appearance frequency in association with the heart rate feature vector identification information (heart rate feature vector ID) for each sleep stage.

心拍変化値特徴量テーブル212は、図5に示すように、睡眠段階遷移パターンごとに、心拍変化を表す心拍変化値特徴ベクトルの識別情報(心拍変化値特徴ベクトルID)に関連付けて心拍変化値特徴レベルとその出現頻度を格納するために用いられる。   As shown in FIG. 5, the heart rate change value feature amount table 212 is associated with the heart rate change value feature vector identification information (heart rate change value feature vector ID) representing the heart rate change for each sleep stage transition pattern. Used to store levels and their frequency of appearance.

出現頻度テーブル213は、図6に示すように、時間帯別に当該時間帯に出現する睡眠段階と出現頻度をモデルごとに格納するために用いられる。   As shown in FIG. 6, the appearance frequency table 213 is used to store, for each model, sleep stages and appearance frequencies that appear in each time zone.

遷移頻度テーブル214は、図8に示すように、時間帯別に当該時間帯に発生する睡眠段階遷移パターンとその出現頻度を格納するために用いられる。   As shown in FIG. 8, the transition frequency table 214 is used to store sleep stage transition patterns that occur in each time zone and their appearance frequencies.

加速度テーブル215は、図9に示すように、睡眠段階別に、加速度特徴ベクトルの識別情報(加速度特徴ベクトルID)に関連づけて加速度特徴量レベルと出現頻度を格納するために用いられる。
推定データ記憶部22は、睡眠段階の推定結果を表すデータを格納するために用いられる。
As shown in FIG. 9, the acceleration table 215 is used to store the acceleration feature quantity level and the appearance frequency in association with the identification information (acceleration feature vector ID) of the acceleration feature vector for each sleep stage.
The estimated data storage unit 22 is used to store data representing the sleep stage estimation result.

制御ユニット10は、中央処理ユニット(CPU:Central Processing Unit)とメモリを備えたもので、本実施形態を実施する上で必要な制御処理機能として、心拍変動特徴量算出部11と、心拍変化値特徴量算出部12と、時間別モデル判定部13,14と、モデル作成部10Aと、加速度特徴量算出部15と、姿勢判定部16と、上体垂直判定部17と、睡眠段階確率推定部18と、推定データ出力制御部19を有している。   The control unit 10 includes a central processing unit (CPU) and a memory. As a control processing function necessary for carrying out the present embodiment, a heart rate variability feature amount calculation unit 11, a heart rate change value, and the like. Feature amount calculation unit 12, hourly model determination units 13 and 14, model creation unit 10A, acceleration feature amount calculation unit 15, posture determination unit 16, body vertical determination unit 17, sleep stage probability estimation unit 18 and an estimated data output control unit 19.

前記モデル作成部10Aは、睡眠段階別変動解析部10A1と、睡眠段階遷移別心拍変化値特徴量解析部10A2と、時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3と、時間別睡眠段階遷移頻度解析部10A4と、睡眠段階別加速度解析部10A5とから構成される。   The model creation unit 10A includes a sleep stage-specific fluctuation analysis unit 10A1, a sleep stage transition-specific heart rate change value feature quantity analysis unit 10A2, a time / model-specific sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3, and a time-specific sleep stage transition frequency analysis. Part 10A4 and acceleration analysis part 10A5 classified by sleep stage.

なお、これらの制御処理機能はいずれも図示しないプログラムメモリに格納されたプログラムを前記CPUに実行させることにより実現される。   All of these control processing functions are realized by causing the CPU to execute a program stored in a program memory (not shown).

心拍変動特徴量算出部11および心拍変化値特徴量算出部12は、心電計2から入出力インタフェイスユニット30を介して取り込んだ心電図データを基に、心拍変動の特徴量を算出する。   The heart rate variability feature quantity calculation unit 11 and the heart rate change value feature quantity calculation unit 12 calculate the feature quantity of the heart rate variability based on the electrocardiogram data acquired from the electrocardiograph 2 via the input / output interface unit 30.

具体的には、心電波形からピーク間隔を表すRRI(R−R Interval)を検出し、この検出されたRRIをn秒ごとに分割して、フレーム長N[sec]、スライド幅n[sec]で、心拍変動の特徴ベクトルht ={ht1,ht2,…,htk}、及び、心拍変化の特徴ベクトルdht ={dht1,dht2,…,dhtk}を算出する。ここで、tは経過時間を示し、t={n,2*n、3*n,…}のようにn秒ずつカウントされる。   Specifically, an RRI (R-R Interval) representing a peak interval is detected from an electrocardiogram waveform, and the detected RRI is divided every n seconds to obtain a frame length N [sec] and a slide width n [sec]. ], The heartbeat variability feature vector ht = {ht1, ht2,..., Htk} and the heartbeat change feature vector dht = {dht1, dht2,. Here, t indicates an elapsed time, and is counted every n seconds such as t = {n, 2 * n, 3 * n,.

心拍変動特徴量算出部11が算出した心拍変動の特徴ベクトルht は、前記モデル作成部10Aの睡眠段階別変動解析部10A1および睡眠段階確率推定部18へ送出される。   The heart rate variability feature vector ht calculated by the heart rate variability feature quantity calculator 11 is sent to the sleep stage variation analyzer 10A1 and sleep stage probability estimator 18 of the model generator 10A.

心拍変化値特徴量算出部12が算出した心拍変化の特徴ベクトルdht は、時間別モデル判定部13,14、およびモデル作成部10Aの睡眠段階遷移別心拍変化値特徴量解析部10A2へ送出される。   The heart rate change feature vector dht calculated by the heart rate change value feature quantity calculation unit 12 is sent to the hourly model determination units 13 and 14 and the sleep stage transition-specific heart rate change value feature quantity analysis unit 10A2 of the model creation unit 10A. .

時間別モデル判定部13,14は、時間帯ごとに、その時間帯に含まれる心拍変化値特徴量算出部の結果を利用してモデルの判定処理を行なう。時間帯とは、時系列データをq分(例えば30分)ごとに分割し、この分割された各時間帯mのことを示す。   For each time period, the hourly model determination units 13 and 14 perform model determination processing using the result of the heart rate change value feature quantity calculation unit included in the time period. The time zone indicates that the time series data is divided every q minutes (for example, 30 minutes) and each divided time zone m.

時間別モデル判定部13の判定結果は、前記睡眠段階確率推定部18へ送出される。
時間別モデル判定部14の判定結果は、前記モデル作成部10A内の時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3へ送出される。
また時間別モデル判定部13,14は、時間帯ごとの心拍変化値特徴量のクラスタリングによってモデルの判定処理を行なってもよい。クラスタリングには、モデル数を設定したk−means(kがモデル数)を用いてもよく、またモデルを潜在変数(トピック)とし、心拍変化値特徴量を観測値(単語)とした、トピックモデルを用いてモデル判定を行なってもよい。
The determination result of the hourly model determination unit 13 is sent to the sleep stage probability estimation unit 18.
The determination result of the hourly model determination unit 14 is sent to the time / model-specific sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3 in the model creation unit 10A.
In addition, the hourly model determination units 13 and 14 may perform model determination processing by clustering heart rate change value feature values for each time zone. For clustering, k-means (k is the number of models) in which the number of models is set may be used, the topic model is a latent variable (topic), and the heart rate change value feature quantity is an observed value (word). Model determination may be performed using.

モデル作成部10A内の睡眠段階別変動解析部10A1は、後述する第1の学習フェーズにおいて、前記心拍変動特徴量算出部11により算出された心拍変動の特徴ベクトルht を、時刻情報tをもとに、入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付け、各睡眠段階の各心拍特徴量の分布を算出する。そして、この睡眠段階ごとに算出された各心拍特徴量の分布を、モデルデータベース21内の心拍変動テーブル211に格納する処理を行なう。   Based on the time information t, the sleep stage variation analysis unit 10A1 in the model creation unit 10A uses the heartbeat variation feature vector ht calculated by the heartbeat variation feature amount calculation unit 11 in the first learning phase described later. In addition, it is associated with the correct answer label of the sleep stage every n seconds input in the input unit 3, and the distribution of each heartbeat feature amount of each sleep stage is calculated. Then, the distribution of each heartbeat feature amount calculated for each sleep stage is stored in the heartbeat fluctuation table 211 in the model database 21.

睡眠段階遷移別心拍変化値特徴量解析部10A2は、後述する第1の学習フェーズにおいて、前記心拍変化値特徴量算出部12により算出された心拍変化値特徴ベクトルdht を、時刻情報tをもとに、入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付け、各睡眠段階遷移の各心拍変化値特徴量の分布を算出する。そして、この睡眠段階ごとに算出された各心拍変化値特徴量の分布を、モデルデータベース21内の心拍変化値特徴量テーブル212に格納する処理を行なう。   The heart rate change value feature quantity analysis unit 10A2 for each sleep stage transition uses the heart rate change value feature vector dht calculated by the heart rate change value feature quantity calculation unit 12 based on time information t in a first learning phase to be described later. In addition, it is associated with the correct answer label of the sleep stage every n seconds input in the input unit 3, and the distribution of each heart rate change value feature quantity of each sleep stage transition is calculated. Then, the distribution of each heart rate change value feature amount calculated for each sleep stage is stored in the heart rate change value feature amount table 212 in the model database 21.

時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3は、後述する第1の学習フェーズにおいて、入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階正解ラベルの時系列データをq分(例えば30分)ごとに分割し、この分割された各時間帯mにおける各睡眠段階iの出現回数を計算する。このとき、前記時間別モデル判定部によって判定されたモデル別に、出現回数が計算される。そして、時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3は、この算出した各睡眠段階iの出現回数を、モデルごとに、モデルデータベース21内の出現頻度テーブル213に格納する処理を行なう。   The sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3 classified by time / model, in a first learning phase described later, sets time series data of sleep stage correct labels every n seconds input in the input unit 3 every q minutes (for example, 30 minutes). And the number of appearances of each sleep stage i in each divided time zone m is calculated. At this time, the number of appearances is calculated for each model determined by the hourly model determination unit. Then, the sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3 for each time / model performs a process of storing the calculated number of appearances of each sleep stage i in the appearance frequency table 213 in the model database 21 for each model.

時間別睡眠段階遷移頻度解析部10A4は、後述する第1の学習フェーズにおいて、前記時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3と同様に、q分ごとに分割された各時間帯mにおいて、n秒ごとの各睡眠段階遷移の出現回数を算出する。そして、時間別睡眠段階遷移頻度解析部10A4は、この算出した各睡眠段階遷移の出現回数を、モデルデータベース21内の前記遷移頻度テーブル214に格納する処理を行なう。   In the first learning phase, which will be described later, the hourly sleep stage transition frequency analysis unit 10A4 performs n in each time zone m divided every q minutes in the same manner as the time / model sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3. The number of appearances of each sleep stage transition per second is calculated. Then, the hourly sleep stage transition frequency analysis unit 10A4 performs a process of storing the calculated number of appearances of each sleep stage transition in the transition frequency table 214 in the model database 21.

睡眠段階別加速度解析部10A5は、後述する第2の学習フェーズにおいて、3軸加速度計5から入出力インタフェイスユニット30を介して取り込んだ加速度データをもとに、加速度の特徴量を算出する。   The sleep stage-specific acceleration analysis unit 10A5 calculates an acceleration feature amount based on acceleration data acquired from the triaxial accelerometer 5 via the input / output interface unit 30 in a second learning phase to be described later.

具体的には、以下に示すColeら(非特許文献3)のアルゴリズムを用いて、一定区間ごとのD値や覚醒判定値を算出する。D値と覚醒判定値は、Coleらのアルゴリズムで求められる値であり、これらを加速度特徴ベクトルat ={at1,at2 }とする。
Roger J.Cole, Daniel F.Kripke, William Gruen, Daniel J.Mullaney, J.Christian Gillin. “Automatic Sleep/Wake Identification From Wrist Activity” Sleep, 15(5):461-469,(1992). 姿勢判定部16は、後述する推定フェーズにおいて、3軸加速度計5から入出力インタフェイス30を介して取り込んだ加速度データをもとに、姿勢の判定を行なう。具体的には、寝た姿勢もしくは身体を起こした姿勢の2値判定を行なう。例えば、3軸加速度計5のy軸が、被験者の身体に対して水平方向かつ身体の下部が正値になるように、該加速度計5を胸部に装着した場合、y軸の重力加速度値が一定以上を超えた場合を、身体を起こした姿勢として判定する。この姿勢判定部16の判定結果を基に上体垂直判定部17が身体の上体が垂直であるか否かを判定し、その判定結果を睡眠段階確率推定部18へ送出する。
Specifically, the D value and the arousal determination value for each predetermined section are calculated using the algorithm of Cole et al. The D value and the arousal determination value are values obtained by the algorithm of Cole et al., And these are acceleration feature vectors at = {at1, at2}.
Roger J. Cole, Daniel F. Kripke, William Gruen, Daniel J. Mullaney, J. Christian Gillin. “Automatic Sleep / Wake Identification From Wrist Activity” Sleep, 15 (5): 461-469, (1992). The unit 16 performs posture determination based on acceleration data captured from the triaxial accelerometer 5 via the input / output interface 30 in an estimation phase described later. Specifically, binary determination is performed for the sleeping posture or the posture of raising the body. For example, when the accelerometer 5 is worn on the chest so that the y-axis of the triaxial accelerometer 5 is horizontal with respect to the subject's body and the lower part of the body is positive, the y-axis gravitational acceleration value is If it exceeds a certain level, it is determined as the posture that caused the body to wake up. Based on the determination result of the posture determination unit 16, the upper body vertical determination unit 17 determines whether or not the upper body of the body is vertical, and sends the determination result to the sleep stage probability estimation unit 18.

睡眠段階確率推定部18は、後述する推定フェーズにおいて、心電計2から入力された心電図データをもとに前記心拍変動特徴量算出部11により算出された心拍変動特徴ベクトルと、前記心拍変化値特徴量算出部12により算出された心拍変化値特徴ベクトルと、時間別モデル判定部13により判定された結果と、加速度計5から入力された加速度データをもとに前記加速度特徴量算出部15により算出された加速度特徴ベクトルと、前記モデルデータベース21の各テーブル211,212,213,214,215に記憶されている情報、姿勢判定部16による加速度データから上体垂直判定部17が判定した覚醒状態とを用いて、n秒ごとの睡眠段階Stを推定する。そして、その推定結果を表すデータを前記推定データ記憶部22に格納する処理を行なう。   The sleep stage probability estimation unit 18, in the estimation phase to be described later, the heart rate variability feature vector calculated by the heart rate variability feature amount calculation unit 11 based on the electrocardiogram data input from the electrocardiograph 2, and the heart rate change value. Based on the heart rate change value feature vector calculated by the feature amount calculation unit 12, the result determined by the hourly model determination unit 13, and the acceleration data input from the accelerometer 5, the acceleration feature amount calculation unit 15 The arousal state determined by the body vertical determination unit 17 from the calculated acceleration feature vector, information stored in the tables 211, 212, 213, 214, and 215 of the model database 21 and acceleration data from the posture determination unit 16 Are used to estimate the sleep stage St every n seconds. And the process which stores the data showing the estimation result in the said estimated data memory | storage part 22 is performed.

推定データ出力制御部19は、入力部3において入力された出力指示に応じ、前記推定データ記憶部22から該当するユーザの該当する時間帯における睡眠段階推定結果を表すデータを読み出す。そして、この読み出された推定データを表示させるための表示データを生成し、当該生成された表示データを入出力インタフェイスユニット30を介して表示部4へ出力して表示させる処理を行なう。   The estimated data output control unit 19 reads out data representing the sleep stage estimation result in the corresponding time zone of the corresponding user from the estimated data storage unit 22 according to the output instruction input in the input unit 3. Then, display data for displaying the read estimated data is generated, and the generated display data is output to the display unit 4 via the input / output interface unit 30 and displayed.

<動作>
次に、以上のように構成された装置による睡眠段階を推定する動作について説明する。
(1)学習フェーズ
第1および第2の学習フェーズでは、被験者の脳波、筋電、心電波形、加速度を計測しながら、医療従事者等の測定者がn秒ごとに被験者の睡眠段階を目視観察してその観察結果を「睡眠段階の正解ラベル」として入力部3により入力する。
<Operation>
Next, the operation of estimating the sleep stage by the apparatus configured as described above will be described.
(1) Learning phase
In the first and second learning phases, a measurement person such as a medical worker visually observes the sleep stage of the subject every n seconds while measuring the brain wave, electromyogram, electrocardiogram waveform, and acceleration of the subject. The result is input by the input unit 3 as the “sleep phase correct answer label”.

そして、睡眠段階推定装置1が、前記心電波形と加速度から、心拍変動の特徴量と心拍変化の特徴量と加速度の特徴量とを算出し、前記入力された睡眠段階の正解ラベルを基に、各睡眠段階における心拍変動の特徴量の出現頻度と各睡眠段階における加速度の特徴量の出現頻度と各睡眠段階遷移における心拍変化の特徴量の出現頻度を算出して、それぞれ心拍変動テーブル211と加速度テーブル215と心拍変化値特徴量テーブル212に格納すると共に、時間別及びモデル別の睡眠段階出現頻度と時間別の睡眠段階遷移頻度を算出してその算出値をそれぞれ出現頻度テーブル213および遷移頻度テーブル214に格納する。   Then, the sleep stage estimation device 1 calculates the feature quantity of heart rate variability, the feature quantity of heart rate change, and the feature quantity of acceleration from the electrocardiogram waveform and acceleration, and based on the inputted correct label of the sleep stage , Calculating the appearance frequency of the feature value of the heart rate variability in each sleep stage, the appearance frequency of the feature value of the acceleration in each sleep stage, and the appearance frequency of the feature value of the heart rate change in each sleep stage transition, While storing in the acceleration table 215 and the heart rate change value feature quantity table 212, the sleep stage appearance frequency and the sleep stage transition frequency for each time and model are calculated, and the calculated values are represented as the appearance frequency table 213 and the transition frequency, respectively. Store in table 214.

図10は、この第1の学習フェーズにおける睡眠段階推定装置1での処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
第1の学習フェーズによる計測を開始すると、心拍変動特徴量算出部11の制御の下、まずステップS11により心電計2から出力された被験者の心電図データを入出力インタフェイスユニット30を介して取り込む。そして、ステップS12により前記取り込んだ心電図データを基に心拍変動の特徴量を以下のように算出する。
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure and processing contents in the sleep stage estimation device 1 in the first learning phase.
When the measurement in the first learning phase is started, first, the electrocardiogram data of the subject output from the electrocardiograph 2 in step S11 is taken in via the input / output interface unit 30 under the control of the heart rate variability feature quantity calculation unit 11. . In step S12, the feature amount of heart rate variability is calculated as follows based on the acquired electrocardiogram data.

すなわち、まず心電図データから心電波形のピーク間隔を表すRRI(R−R Interval)を検出し、この検出したRRIをn秒ごとに分割する。そして、フレーム長N[sec]、スライド幅n[sec]として、心拍変動の特徴ベクトルht ={ht1,ht2,…,htk}を算出する。ここで、tは経過時間を示し、t={n,2*n、3*n,…}のようにn秒ずつカウントされる。具体例を図11に示す。   That is, first, RRI (R-R Interval) representing the peak interval of the electrocardiogram waveform is detected from the electrocardiogram data, and the detected RRI is divided every n seconds. Then, the heartbeat variability feature vector ht = {ht1, ht2,..., Tk} is calculated as the frame length N [sec] and the slide width n [sec]. Here, t indicates an elapsed time, and is counted every n seconds such as t = {n, 2 * n, 3 * n,. A specific example is shown in FIG.

心拍変動特徴量としては、例えば心拍変動RRI(R−R Interval)の平均値、RRIの標準偏差、前後するRRI間の差の二乗平均値の平方根(RMSSD)、前後するRRI間の時間的差分が50ミリ秒以上となった回数の発生割合(pNN50)、前後するRRIのローレンツプロットが描く形状の長辺の長さL、RRIのローレンツプロットが描く形状の短辺の長さT、LおよびTから求められる交感神経活動指標(CSI:Cardiac Sympathetic Index)、LおよびTから求められる副交感神経の活動指標(CVI:Cadiac Vagel Index)、RRIのパワースペクトル波形の高周波成分(HF)、または低周波成分(LF)のうちの少なくとも1つ、あるいはこれらの特徴量から算出されるその他の特徴量を用いる。   Examples of the heart rate variability feature amount include, for example, an average value of heart rate variability RRI (R-R Interval), a standard deviation of RRI, a root mean square of a difference between preceding and following RRIs (RMSSD), and a temporal difference between preceding and following RRIs. Occurrence rate (pNN50), the long side length L of the shape drawn by the preceding and following RRI Lorentz plots, the short side lengths T and L drawn by the RRI Lorentz plot, and Sympathetic index (CSI) obtained from T, parasympathetic activity index (CVI) obtained from L and T, high frequency component (HF) of power spectrum waveform of RRI, or low frequency Is it at least one of the components (LF), or their features? Other feature amounts calculated from the above are used.

なお、RRIのローレンツプロットの一例を図12に、また前記した各心拍変動特徴量の定義を図13にそれぞれ示す。なお、心拍変動特徴量の詳細な算出方法については、例えば前記非特許文献1に記載されている。   An example of the RRI Lorentz plot is shown in FIG. 12, and the definition of each heart rate variability feature amount is shown in FIG. The detailed calculation method of the heart rate variability feature amount is described in Non-Patent Document 1, for example.

前記心拍変動特徴ベクトルht の各特徴量の値は、例えば0〜1の範囲に正規化した上でLレベルで離散値化しておくとよい。例えば、t=n(最初のn秒区間)のときの特徴ベクトルの1要素目はhn,1={0,1,…,L}のように表す。   The value of each feature value of the heart rate variability feature vector ht is preferably normalized to a range of, for example, 0 to 1 and then made discrete at an L level. For example, the first element of the feature vector when t = n (first n-second interval) is expressed as hn, 1 = {0, 1,..., L}.

さらに前記心拍変動特徴量の偏差から、心拍変化値特徴量を算出する。すなわち心拍変化値特徴量としては、例えば、前記心拍変動特徴量の標準偏差や、標準偏差の移動平均、心拍変動の前後の差分値によって求める。   Further, the heart rate change value feature amount is calculated from the deviation of the heart rate variability feature amount. That is, the heart rate change value feature amount is obtained by, for example, the standard deviation of the heart rate variability feature amount, the moving average of the standard deviation, and the difference value before and after the heart rate variability.

具体的な例として、t=1からt=10の範囲に含まれる各前記心拍変動特徴ベクトルh1 〜h10の1要素目の離散化前の値を入力とした標準偏差値をdh1 と表すことができる。このとき、dh2 は各前記心拍変動特徴ベクトルh2 〜h11の1要素目の離散化前の値を入力とした標準偏差値となる。   As a specific example, a standard deviation value obtained by inputting a value before discretization of the first element of each of the heart rate variability feature vectors h1 to h10 included in the range from t = 1 to t = 10 is expressed as dh1. it can. At this time, dh2 is a standard deviation value with the values before the discretization of the first element of the heart rate variability feature vectors h2 to h11 as inputs.

前記心拍変化値特徴ベクトルdht の各特徴量の値も、前記心拍変動特徴ベクトルht と同様に、例えば0〜1の範囲に正規化した上でL′レベルで離散値化しておくとよい。   Like the heart rate variability feature vector ht, the value of each feature amount of the heart rate change value feature vector dht may be normalized to a range of, for example, 0 to 1 and converted to a discrete value at the L ′ level.

また前記第1の学習フェーズと並列して、睡眠段階推定装置1は第2の学習フェーズの処理も実行する。
図14は、この第2の学習フェーズにおける睡眠段階推定装置1での処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
第2の学習フェーズによる計測を開始すると、加速度特徴量算出部15の制御の下、まずステップS21において加速度計5から出力された被験者の加速度データを入出力インタフェイスユニット30を介して取り込む。そして、ステップS22において前記取り込まれた加速度データをもとに加速度特徴量算出部15が加速度の特徴量を以下のように算出する。
In parallel with the first learning phase, the sleep stage estimation device 1 also executes processing of the second learning phase.
FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure and processing contents in the sleep stage estimation device 1 in the second learning phase.
When measurement in the second learning phase is started, under the control of the acceleration feature quantity calculation unit 15, first, the subject's acceleration data output from the accelerometer 5 in step S 21 is taken in via the input / output interface unit 30. In step S22, the acceleration feature amount calculation unit 15 calculates the acceleration feature amount as follows based on the acquired acceleration data.

すなわち、まず加速度データから前記非特許文献1に記載されたアルゴリズムを用いて、n秒ごとのD値や覚醒判定値等を算出し、加速度の特徴ベクトルat ={at1,at2,…,atw}を求める。   That is, first, a D value and a wakefulness determination value, etc., every n seconds are calculated from acceleration data using the algorithm described in Non-Patent Document 1, and an acceleration feature vector at = {at1, at2,... Ask for.

前記加速度特徴ベクトルat の各特徴量の値は、例えば0〜1の範囲に正規化した上でZレベルで離散値化しておくとよい。例えば、t=n(最初のn秒区間)のときの特徴ベクトルの1要素目はan,1={0,1,…,Z}のように表される。   The value of each feature value of the acceleration feature vector at may be normalized to, for example, a range of 0 to 1 and made discrete at the Z level. For example, the first element of the feature vector when t = n (first n-second interval) is expressed as an, 1 = {0, 1,..., Z}.

続いてモデル作成部10Aの睡眠段階別加速度解析部10A5により、前記加速度特徴量算出部15が算出した加速度特徴ベクトルat を基に、睡眠段階別の加速度を以下のように解析する。すなわち、前記算出された加速度特徴ベクトルat は、時刻情報tを基に、入力部3で入力されるn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付ける。そして、各睡眠段階の各加速度特徴の分布を算出する。   Subsequently, the sleep stage acceleration analysis unit 10A5 of the model creation unit 10A analyzes the sleep stage acceleration as follows based on the acceleration feature vector at calculated by the acceleration feature quantity calculation unit 15. That is, the calculated acceleration feature vector at is associated with the correct answer label of the sleep stage every n seconds input by the input unit 3 based on the time information t. Then, the distribution of each acceleration feature at each sleep stage is calculated.

一方の第1の学習フェーズにおいて、モデル作成部10Aの睡眠段階別変動解析部10A1では、前記心拍変動特徴量算出部11が算出した心拍変動特徴ベクトルht を基に、睡眠段階別の心拍変動を以下のように解析する。すなわち、前記算出した心拍変動特徴ベクトルht を、時刻情報tを基に、入力部3で入力されるn秒ごとの睡眠段階の正解ラベルと対応付ける。そして、各睡眠段階の各心拍特徴量の分布を算出する。   On the other hand, in the first learning phase, the fluctuation analysis unit 10A1 for each sleep stage of the model creation unit 10A calculates the heartbeat fluctuation for each sleep stage based on the heartbeat fluctuation feature vector ht calculated by the heartbeat fluctuation feature quantity calculation unit 11. Analyze as follows. That is, the calculated heart rate variability feature vector ht is associated with the correct answer label of the sleep stage every n seconds input by the input unit 3 based on the time information t. Then, the distribution of each heartbeat feature amount in each sleep stage is calculated.

さらに睡眠段階遷移別心拍変化値特徴量解析部10A2では、前記心拍変化値特徴量算出部12が算出した心拍変化値特徴ベクトルdht を基に、睡眠段階遷移別の心拍変化値特徴量を、前記睡眠段階別変動解析部10A1と同様の方法で解析する。そして、各睡眠段階遷移の各心拍変化値特徴量の分布を算出する。   Furthermore, in the heart rate change value feature quantity analysis unit 10A2 for each sleep stage transition, the heart rate change value feature quantity for each sleep stage transition is calculated based on the heart rate change value feature vector dht calculated by the heart rate change value feature quantity calculation unit 12. Analysis is performed in the same manner as the sleep stage-specific fluctuation analysis unit 10A1. Then, the distribution of each heart rate change value feature quantity of each sleep stage transition is calculated.

時間別モデル判定部13,14において、時間帯ごとの心拍変化値特徴量の大きさにもとづいて、モデルの判定を行なう。   The hourly model determination units 13 and 14 determine the model based on the magnitude of the heartbeat change value feature amount for each time zone.

図15乃至図17はその処理内容を示す。図15(A)において、n秒ごとの心拍変化値特徴量の時系列データを入力すると(ステップS1−1)、入力した心拍変化値特徴量の時系列データをq分(例えば30分)ごとに分割し、この分割した各時間帯mにおいて、図15(B)に示すように心拍変化値特徴量が一定以上を超えたときをカウントする(ステップS1−2)。   15 to 17 show the processing contents. In FIG. 15A, when time-series data of heart rate change value feature values every n seconds is input (step S1-1), the input time-series data of heart rate change value feature values is every q minutes (for example, 30 minutes). In each divided time zone m, the time when the heartbeat change value feature amount exceeds a certain value as shown in FIG. 15B is counted (step S1-2).

カウント数が一定数を上回っているか否かを判定し(ステップS1−3)、上回っていた場合を例えばモデルA、下回る場合をモデルBと判定する。   It is determined whether or not the count number exceeds a certain number (step S1-3).

また前記図15(A)の処理に代えて、図16に示すような処理により、時間別モデル判定部13,14はカウント数の閾値をいくつか設定してモデルの数を増やしても良い。同図では、心拍変化値特徴量の時系列データを入力し(ステップS2−1)、入力した心拍変化値特徴量の時系列データを分割した各時間帯において、心拍変化値特徴量が一定以上を超えたときをカウントする(ステップS2−2)。   Further, instead of the process of FIG. 15A, the hourly model determination units 13 and 14 may increase the number of models by setting some thresholds of the count number by a process as shown in FIG. In the figure, time-series data of heart rate change value feature values are input (step S2-1), and the heart rate change value feature values are not less than a certain value in each time zone obtained by dividing the input time-series data of heart rate change value feature values. Is counted (step S2-2).

そのカウント数が閾値count1以下であればモデルAと判定し(ステップS2−3)、閾値count1より多ければ、さらに閾値count2より大きく、且つ閾値count3(count3>count2>count1)以下であるかを判定する(ステップS2−4)。ここで閾値count2より大きく、且つ閾値count3以下であると判定した場合をモデルB、閾値count3より大きいと判定した場合をモデルCとする。   If the count number is equal to or less than the threshold value count1, it is determined as model A (step S2-3). If the count number is greater than the threshold value count1, it is further determined whether it is greater than the threshold value count2 and equal to or less than the threshold value count3 (count3> count2> count1). (Step S2-4). Here, it is assumed that the model B is determined to be larger than the threshold value count2 and equal to or smaller than the threshold value count3, and the model C is determined to be larger than the threshold value count3.

また時間別モデル判定部13,14は、予め決めた複数の心拍変化値特徴量のうち、閾値を超えたものが過半数を超えたか否かで、モデルの判別処理を行なっても良いものとする。   In addition, the hourly model determination units 13 and 14 may perform the model determination process based on whether or not a plurality of predetermined heart rate change value feature values exceeding a threshold value exceed a majority. .

さらに前記図15,図16の処理に代えて、時間別モデル判定部13,14は、時間帯ごとの心拍変化値特徴量のクラスタリングによってモデル判定を行なってもよい。   Further, instead of the processing of FIGS. 15 and 16, the hourly model determination units 13 and 14 may perform model determination by clustering heart rate change value feature values for each time zone.

図17はその処理過程を示すもので、心拍変化値特徴量の時系列データのうち、時系列データを分割した各時間帯において、心拍変化値特徴量のいずれか、または複数を入力した上で(ステップS3−1)、クラスタリングを実行する(ステップS3−2)。   FIG. 17 shows the processing process, and after inputting one or more of the heart rate change value feature quantities in each time zone obtained by dividing the time series data among the time series data of the heart rate change value feature quantities. (Step S3-1), clustering is executed (Step S3-2).

クラスタリング手法としては、モデル数を設定したk−means(kがモデル数)を用いてもよく、またモデルを潜在変数(トピック)とし、心拍変化値特徴量を観測値(単語)とした、トピックモデルを用いてモデル判定を行なってもよい。   As a clustering method, k-means in which the number of models is set (k is the number of models) may be used, and the topic is a latent variable (topic), and the heart rate change value feature quantity is an observed value (word). Model determination may be performed using a model.

時間別モデル判定部13,14は、判定により得た結果としてのモデルA,B,‥‥のいずれかを出力する。   The hourly model determination units 13 and 14 output one of the models A, B,... As a result obtained by the determination.

次にステップS13において、時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部10A3により時間帯(m分)ごとの各睡眠段階の出現頻度を以下のように集計する。すなわち、まず入力部3において入力されたn秒ごとの睡眠段階正解ラベルの時系列データをq分(例えば30分)ごとに分割し、この分割した各時間帯mにおける各睡眠段階iの出現回数を、前記時間別モデル判定結果のモデルごとに計算する。このときm=1は0分〜(q×1)分の区間、m=2は(q×1)分〜(q×2)分の区間と表す。   Next, in step S13, the appearance frequency of each sleep stage for each time zone (m minutes) is tabulated as follows by the time / model-specific sleep stage appearance frequency analysis unit 10A3. That is, first, the time series data of the sleep stage correct answer labels every n seconds input in the input unit 3 are divided every q minutes (for example, 30 minutes), and the number of appearances of each sleep stage i in each divided time zone m. Is calculated for each model of the hourly model determination result. At this time, m = 1 is a section from 0 minute to (q × 1), and m = 2 is a section from (q × 1) to (q × 2).

そして、この算出した各睡眠段階iの出現回数を、例えば前記図6に示したように、時間帯とモデルに対応付けて睡眠段階を表す情報と共に出現頻度テーブル213に格納させる。   Then, the calculated number of appearances of each sleep stage i is stored in the appearance frequency table 213 together with information indicating the sleep stage in association with the time zone and the model, for example, as shown in FIG.

続いてステップS14において、時間別睡眠段階遷移頻度解析部10A4により、時間帯(m分)ごとの各睡眠段階遷移パターンの出現頻度を以下のように集計する。すなわち、まずq分ごとに分割された各時間帯mにおいて、n秒ごとの各睡眠段階遷移の出現回数を算出する。   Subsequently, in step S14, the frequency of appearance of each sleep stage transition pattern for each time zone (m minutes) is tabulated as follows by the hourly sleep stage transition frequency analysis unit 10A4. That is, first, in each time slot m divided every q minutes, the number of appearances of each sleep stage transition every n seconds is calculated.

例えば、ある時間帯mにおいて、最初の0〜n秒区間の睡眠段階が「覚醒(WAKE)」、n〜2n秒区間の睡眠段階が「レム睡眠(REM)」の場合、n〜2n秒区間の睡眠段階の遷移を「覚醒(WAKE)→レム睡眠(REM)」の遷移パターンとしてカウントする。   For example, in a certain time zone m, when the sleep stage of the first 0-n second section is “wake (WAKE)” and the sleep stage of the n-2 n second section is “REM sleep (REM)”, the n-2n second section The transition of the sleep stage is counted as a transition pattern of “wake (WAKE) → REM sleep (REM)”.

なお、最初の0〜n秒区間の睡眠段階の遷移パターンは、カウントしなくてよいものとする。そして、以上のように算出した各睡眠段階遷移の出現回数を、例えば図8に示すように、時間帯に対応付けて睡眠段階遷移パターンを表す情報と共に遷移頻度テーブル214に格納させる。   In addition, the transition pattern of the sleep stage of the first 0-n second section does not need to be counted. Then, the number of appearances of each sleep stage transition calculated as described above is stored in the transition frequency table 214 together with information representing the sleep stage transition pattern in association with the time zone, for example, as shown in FIG.

続いてステップS15において、睡眠段階別変動解析部10A1により、睡眠段階ごとの心拍変動特徴量を集計し、その算出結果である出現頻度を、例えば図7に示すように心拍特徴ベクトルIDおよび心拍特徴量レベルと共に、各睡眠段階に対応付けて心拍変動テーブル211に格納させ、以上で前記第1の学習フェーズが完了する。   Subsequently, in step S15, the fluctuation analysis unit 10A1 for each sleep stage totals the heartbeat fluctuation feature amount for each sleep stage, and the appearance frequency as the calculation result is represented by, for example, the heartbeat feature vector ID and the heartbeat feature as shown in FIG. Together with the quantity level, it is stored in the heart rate variability table 211 in association with each sleep stage, and the first learning phase is thus completed.

例えば、睡眠段階の正解ラベルが「覚醒(WAKE)」のときの全時刻をt_wake ={n,5*n,8*n}としたとき、全時刻に対してht_wake,1=lとなるカウントが記憶される。このとき、心拍変動特徴量の離散値は0≦l≦Lなので、各値についてカウントされる。   For example, assuming that the total time when the correct answer label of the sleep stage is “wake (WAKE)” is t_wake = {n, 5 * n, 8 * n}, the count is ht_wake, 1 = 1 for all times. Is memorized. At this time, since the discrete value of the heart rate variability feature quantity is 0 ≦ l ≦ L, each value is counted.

他方の第2の学習フェーズにおいては、最後にステップS23において、睡眠段階別加速度解析部10A5により、睡眠段階ごとの加速度特徴量が集計され、その算出結果である出現頻度が、例えば図9に示すように加速度特徴ベクトルIDおよび加速度特徴量レベルと共に、各睡眠段階に対応付けて睡眠段階別に加速度テーブル215に格納させて、以上で前記第2の学習フェーズが完了する。   In the other second learning phase, finally, in step S23, the acceleration feature quantity for each sleep stage is tabulated by the sleep stage acceleration analysis unit 10A5, and the appearance frequency as the calculation result is shown in FIG. 9, for example. Thus, together with the acceleration feature vector ID and the acceleration feature amount level, each sleep stage is associated with each sleep stage and stored in the acceleration table 215. Thus, the second learning phase is completed.

例えば、睡眠段階の正解ラベルが「覚醒(WAKE)」のときの全時刻をt_wake ={n,5*n,8*n}としたとき、全時刻に対してat_wake,1=lとなるカウントを記憶する。このとき、加速度特徴量の離散値は0≦l≦Mなので、各値についてカウントする。   For example, if the total time when the correct answer label of the sleep stage is “Wake” is t_wake = {n, 5 * n, 8 * n}, the count at which at_wake, 1 = 1 for all times Remember. At this time, since the discrete value of the acceleration feature amount is 0 ≦ l ≦ M, each value is counted.

(2)推定フェーズ
推定フェーズでは、推定対象者の心電図データと加速度データのみを計測し、この計測された心電図データと加速度データから算出される心拍変動特徴量、心拍変化値特徴量、時間別モデル判定結果、および加速度特徴量と、心拍変動テーブル211、心拍変化値特徴量テーブル212、出現頻度テーブル213、遷移頻度テーブル214、および加速度テーブル215に格納されたモデルデータとに基づいて、前記推定対象者の睡眠段階St をn秒ごとに推定する。
(2) Estimation phase
In the estimation phase, only the electrocardiogram data and acceleration data of the person to be estimated are measured, and the heart rate variability feature amount, heart rate change value feature amount, hourly model determination result, and acceleration calculated from the measured electrocardiogram data and acceleration data Based on the feature amount and the model data stored in the heart rate variability table 211, the heart rate change value feature amount table 212, the appearance frequency table 213, the transition frequency table 214, and the acceleration table 215, the sleep stage St of the estimation target person Is estimated every n seconds.

図18は、その処理手順と処理内容を示すフローチャートである。まずステップS31において、心拍変動特徴量算出部11、心拍変化値特徴量算出部12、および加速度特徴量算出部15により、入出力インタフェイスユニット30を介して、心電計2と加速度計5から推定対象者の1回の睡眠における心電図データと加速度データを取り込む。   FIG. 18 is a flowchart showing the processing procedure and processing contents. First, in step S31, from the electrocardiograph 2 and the accelerometer 5 via the input / output interface unit 30 by the heart rate variability feature quantity calculation unit 11, the heart rate change value feature quantity calculation unit 12, and the acceleration feature quantity calculation unit 15. The electrocardiogram data and acceleration data in one sleep of the estimation target person are captured.

そしてステップS32とステップS33において、心拍変動特徴量算出部11、心拍変化値特徴量算出部12、および加速度特徴量算出部15により、並列して前記取り込んだ心電図データと加速度データからn秒ごとの心拍変動特徴量、心拍変化値特徴量と加速度特徴量を算出する。その算出手法は、前記学習フェーズの場合と同様である。   In step S32 and step S33, the heart rate variability feature quantity calculation unit 11, the heart rate change value feature quantity calculation unit 12, and the acceleration feature quantity calculation unit 15 perform the calculation every n seconds from the electrocardiogram data and acceleration data captured in parallel. A heart rate variability feature amount, a heart rate change value feature amount, and an acceleration feature amount are calculated. The calculation method is the same as that in the learning phase.

一方、並列して実行するステップS38において、前記取り込んだ加速度データから、姿勢判定部16がn秒ごとの姿勢を判定する。すなわち、寝た姿勢もしくは身体を起こした姿勢の2値判定を行なう。身体を起こした姿勢の場合を覚醒とする。   On the other hand, in step S38 executed in parallel, the posture determination unit 16 determines the posture every n seconds from the acquired acceleration data. That is, a binary determination is made of the posture of sleeping or the posture of raising the body. Awakening is the case where the body is raised.

続くステップS39において、前記2値判定の結果が覚醒を示す“WAKE”であるか否かを判断する。   In a succeeding step S39, it is determined whether or not the result of the binary determination is “WAKE” indicating awakening.

一方、前記ステップS33に続いて睡眠段階確率推定部18の制御の下、推定対象者の睡眠段階の推定を以下のように行なう。すなわち、まずステップS34によりn秒ごとの睡眠段階変数をランダムに初期化する。また、ギブスサンプリングカウンタgを初期化して「1」とする。   On the other hand, following step S33, under the control of the sleep stage probability estimation unit 18, the sleep stage of the estimation target person is estimated as follows. That is, first, at step S34, sleep stage variables every n seconds are initialized at random. Also, the Gibbs sampling counter g is initialized to “1”.

次にステップS35において、n秒ごとの睡眠段階変数をギブスサンプリングにより更新し、ステップS36によりギブスサンプリングカウンタgが予め設定されたギブスサンプリング繰り返し数になったと判定するまで、以下の処理を繰り返し実施する。   Next, in step S35, the sleep stage variable every n seconds is updated by Gibbs sampling, and the following processing is repeated until it is determined in step S36 that the Gibbs sampling counter g has reached the preset number of Gibbs sampling repetitions. .

(A) 初期値として、時間t=0、睡眠段階S0 =“WAKE”に設定する。
(B) 時間tが、睡眠時間Tよりも小さい間では以下の処理を実行する。
(B−1) 前記ステップS39において、姿勢判定部17にて覚醒と判断されなかった場合、ステップS35において、睡眠段階S_{t,g} を、時間t−1の睡眠段階St-1、時間帯Ct 、時間tにおける心拍変動特徴量ht 、心拍変化値特徴量dht と加速度特徴量at を用いてP(St =i|ht ,dht ,at ,St-1=j,Ct =m)の値に従ってサンプリングする。
(B−2) 前記ステップS39において、姿勢判定部17にて覚醒と判断された場合、続くステップS40において、睡眠段階S_{t,g} を“WAKE”に設定する。
(B−3) 時間t=t+1とする。
(C)ギブスサンプリングカウンタgを「+1」インクリメントする。
(A) As initial values, time t = 0 and sleep stage S0 = “WAKE” are set.
(B) While the time t is smaller than the sleep time T, the following processing is executed.
(B-1) If the posture determination unit 17 does not determine awakening in step S39, in step S35, the sleep stage S_ {t, g} is changed to the sleep stage St-1, time t-1. The value of P (St = i | ht, dht, at, St-1 = j, Ct = m) using the band Ct, the heart rate variability feature amount ht at time t, the heart rate change value feature amount dht, and the acceleration feature amount at. Sampling according to
(B-2) If it is determined in step S39 that the posture determination unit 17 has awakened, in the subsequent step S40, the sleep stage S_ {t, g} is set to “WAKE”.
(B-3) Time t = t + 1.
(C) The Gibbs sampling counter g is incremented by “+1”.

続いてステップS37において、各時間tについて、g個の睡眠段階サンプリング履歴集合{S_{t,g} }から、各睡眠段階の出現分布を集計し、時間tにおける睡眠段階確率分布として出力する。睡眠段階を出力する場合は、サンプリング履歴集合{S_{t,g} }における最頻値となる睡眠段階を、推定結果として推定データ記憶部22に格納する。   Subsequently, in step S37, for each time t, the appearance distribution of each sleep stage is totaled from the g sleep stage sampling history sets {S_ {t, g}} and output as a sleep stage probability distribution at time t. When outputting the sleep stage, the sleep stage that is the mode value in the sampling history set {S_ {t, g}} is stored in the estimation data storage unit 22 as an estimation result.

P(St =i|ht ,dht ,at,St-1=j,Ct =m)を以下の式によって得る。   P (St = i | ht, dht, at, St-1 = j, Ct = m) is obtained by the following equation.

ここで、θmiは時間帯mにおいて睡眠段階がiになる確率を表し、以下の式にて算出する。   Here, θmi represents the probability that the sleep stage is i in the time zone m, and is calculated by the following equation.

ここで、Mmiは時間帯mにて睡眠段階iが出現する回数を表わす。   Here, Mmi represents the number of times the sleep stage i appears in the time zone m.

また、λmjiは時間帯mにおいて、睡眠段階がjからiへ遷移する確率を表し、以下の式により算出する。   Also, λmji represents the probability that the sleep stage transitions from j to i in the time zone m, and is calculated by the following equation.

ここで、Mmjiは時間帯mにて睡眠段階がjからiへ遷移する状態が出現する回数を表わす。   Here, Mmji represents the number of times that a state in which the sleep stage transitions from j to i appears in the time zone m.

また、φihtkは、睡眠段階iにおける各心拍特徴量の出現確率を表わすもので、   Φihtk represents the appearance probability of each heartbeat feature amount in the sleep stage i,

により算出する。
さらに、πiatwは、睡眠段階iにおける各加速度特徴量の睡眠確率を表すもので、
Calculated by
Furthermore, πiatw represents the sleep probability of each acceleration feature amount in the sleep stage i,

により算出する。
睡眠段階iであるときの時間tにて新たに得られる心拍変動特徴ベクトルk番目の要素htkがlkであったとき、Milkはモデルデータベースを参照して、htkが値lkを満たす時の出現頻度の回数を表している。
Calculated by
When the heart rate variability feature vector kth element htk newly obtained at time t at sleep stage i is lk, Milk refers to the model database, and the appearance frequency when htk satisfies the value lk Represents the number of times.

睡眠段階iであるときの時間tにて新たに得られる加速度特徴ベクトルw番目の要素atwがzwであったとき、Mizmはモデルデータベース21を参照して、atwが値zwを満たす時の出現頻度の回数を表わしている。   When the acceleration feature vector wth element atw newly obtained at time t at the sleep stage i is zw, Mizm refers to the model database 21 and the appearance frequency when atw satisfies the value zw. Represents the number of times.

なお、前記推定データ記憶部22に記憶された推定対象者の睡眠段階の推定結果を表すデータは、推定データ出力制御部19の制御の下、推定データ記憶部22から読み出される。そして、この読み出された推定データをもとに表示データが生成され、この表示データを入出力インタフェイスユニット30を介して表示部4に供給して表示させる。前記図11の下段にその表示結果の一例を示す。   Note that the data representing the estimation result of the sleep stage of the estimation target person stored in the estimation data storage unit 22 is read from the estimation data storage unit 22 under the control of the estimation data output control unit 19. Then, display data is generated based on the read estimated data, and this display data is supplied to the display unit 4 via the input / output interface unit 30 and displayed. An example of the display result is shown in the lower part of FIG.

<実施形態の効果>
以上詳述したように一実施形態では、学習フェーズにおいて、被験者の心電図データと加速度データから睡眠段階ごとの心拍変動特徴量、睡眠段階遷移ごとの心拍変化値特徴量、および加速度特徴量を算出して、心拍変動テーブル211、心拍変化値特徴量テーブル212、および加速度テーブル215に格納すると共に、心拍変化値特徴量を利用した時間経過に応じた時間別モデル判定を行ない、時間経過とモデル判定結果に応じた睡眠段階の出現頻度と、時間経過に応じた遷移頻度を求めて、これらをそれぞれ出現頻度テーブル213および遷移頻度テーブル214に格納する。
<Effect of embodiment>
As described in detail above, in one embodiment, in the learning phase, the heart rate variability feature amount for each sleep stage, the heart rate change value feature amount for each sleep stage transition, and the acceleration feature amount are calculated from the electrocardiogram data and acceleration data of the subject. The heart rate variability table 211, the heart rate change value feature quantity table 212, and the acceleration table 215 are stored, and the model determination for each time according to the time course using the heart rate change value feature quantity is performed. The appearance frequency of the sleep stage according to the time and the transition frequency according to the passage of time are obtained, and these are stored in the appearance frequency table 213 and the transition frequency table 214, respectively.

そして推定フェーズにおいて、推定対象者の心電図データと加速度データから算出した心拍変動特徴量、心拍変化値特徴量、加速度特徴量と、時間別モデル判定部13,14によるモデル判定結果と、姿勢判定部16による覚醒判定結果と、前記各テーブル211,213〜215、心拍変化値特徴量テーブル212に格納された睡眠段階のモデルデータとに基づいて、前記推定対象者の睡眠段階を推定するようにしている。   In the estimation phase, the heart rate variability feature amount, the heart rate change value feature amount, the acceleration feature amount calculated from the electrocardiogram data and acceleration data of the estimation target person, the model determination result by the hourly model determination units 13 and 14, and the posture determination unit 16, and the sleep stage of the estimation target person is estimated based on the sleep determination model data stored in the respective tables 211, 213 to 215 and the heart rate change value feature quantity table 212. Yes.

したがって、心拍が睡眠時の脳活動以外の影響、例えば血圧調整や体温調整、身体の動きや呼吸等の影響も受けて変化したとしても、睡眠段階を正確に推定することが可能となる。また、覚醒時は体動が大きいため、加速度を考慮することで、覚醒をより正確に推定可能となる。そして、姿勢判定による覚醒判定を取り入れることで、ベッドから身体を起こした際の覚醒状態を確実に検出可能とする。   Therefore, even when the heartbeat changes due to influences other than brain activity during sleep, such as blood pressure adjustment, body temperature adjustment, body movement, breathing, and the like, the sleep stage can be accurately estimated. Moreover, since the body movement is large at the time of awakening, it becomes possible to estimate the awakening more accurately by considering the acceleration. And by incorporating the arousal determination by the posture determination, it is possible to reliably detect the awakening state when the body is awakened from the bed.

さらに、学習フェーズを備えることで、最適な心拍変動テーブル211、加速度テーブル215、出現頻度テーブル213、および遷移頻度テーブル214を構築することができる。   Furthermore, by providing the learning phase, it is possible to construct an optimal heart rate fluctuation table 211, acceleration table 215, appearance frequency table 213, and transition frequency table 214.

前記睡眠段階推定装置1を、例えばスマートフォンやタブレット型パーソナルコンピュータなどの携帯情報機器とそれに実装するアプリケーションプログラムとで実現する場合を考えた場合、被験者である前記携帯情報機器のユーザが覚醒している状態での検出精度が低下すると、ユーザの当該アプリケーションプログラムに対する信頼性が著しく低下することに繋がる可能性がある。   Considering the case where the sleep stage estimation device 1 is realized by a portable information device such as a smartphone or a tablet personal computer and an application program implemented thereon, the user of the portable information device that is a subject is awakened. When the detection accuracy in the state is lowered, there is a possibility that the reliability of the user with respect to the application program is significantly lowered.

そのため、加速度データによる体動や姿勢からユーザが覚醒状態にあることの判定を確実に行なうことで、ユーザの当該アプリプログラムに対する信頼性が低下してしまうのを確実に抑制できる。   Therefore, by reliably determining that the user is in the awake state from the body movement and posture based on the acceleration data, it is possible to reliably suppress a decrease in the reliability of the user with respect to the application program.

[他の実施形態]
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では睡眠段階推定装置1内に記憶ユニット20を設けた場合を例にとって説明したが、記憶ユニット20をクラウドに設けられたデータベースサーバなどに備え、睡眠段階推定装置1とそのデータベースサーバとの間で通信を行なうことによりデータの書き込みおよび読み出しを行なうようにしてもよい。
[Other Embodiments]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the embodiment, the case where the storage unit 20 is provided in the sleep stage estimation apparatus 1 has been described as an example. However, the storage unit 20 is provided in a database server or the like provided in the cloud, and the sleep stage estimation apparatus 1 and its database are provided. Data may be written and read by communicating with the server.

また、前記実施形態では心電計により得られる心電図データをもとに心拍変動特徴量を算出するようにしたが、脈波を計測してその計測データをもとに心拍変動特徴量を算出するようにしてもよい。   In the embodiment, the heart rate variability feature amount is calculated based on the electrocardiogram data obtained by the electrocardiograph. However, the pulse wave is measured and the heart rate variability feature amount is calculated based on the measurement data. You may do it.

さらに、推定結果を表すデータは、通信回線を介して他の端末またはサーバに送信するようにしてもよく、その他制御ユニットが備える制御機能、当該制御機能による処理手順と処理内容、推定結果の表示フォーマットなどについても、この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。   Further, the data representing the estimation result may be transmitted to another terminal or server via the communication line. Other control functions provided in the control unit, processing procedure and processing contents by the control function, display of the estimation results The format and the like can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

要するにこの発明は、前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、前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わ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わせてもよい。   In short, 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. 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 the component covering different embodiment suitably.

1…睡眠段階推定装置、2…心電計、3…入力部、4…表示部、5…3軸加速度計、10…制御ユニット、10A…モデル作成部、10A1…睡眠段階別変動解析部、10A2…睡眠段階遷移別心拍変化値特徴量解析部、10A3…時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部、10A4…時間別睡眠段階遷移頻度解析部、10A5…睡眠段階別加速度解析部、11…心拍変動特徴量算出部、12…心拍変化値特徴量算出部、13…時間別モデル判定部、14…時間別モデル判定部、15…加速度特徴量算出部、16…姿勢判定部、17…上体垂直判定部、18…睡眠段階確率推定部、19…推定データ出力制御部、20…記憶ユニット、21…モデルデータベース、211…心拍変動テーブル、212…心拍変化値特徴量テーブル、213…出現頻度テーブル、214…遷移頻度テーブル、215…加速度テーブル、22…推定データ記憶部、30…入出力インタフェイスユニット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sleep stage estimation apparatus, 2 ... Electrocardiograph, 3 ... Input part, 4 ... Display part, 5 ... Triaxial accelerometer, 10 ... Control unit, 10A ... Model creation part, 10A1 ... Sleep stage fluctuation | variation analysis part, 10A2 ... heart rate change value feature quantity analysis unit by sleep stage transition, 10A3 ... sleep stage appearance frequency analysis unit by time / model, 10A4 ... sleep stage transition frequency analysis unit by time, 10A5 ... acceleration analysis unit by sleep stage, 11 ... heart rate Fluctuation feature amount calculation unit, 12 ... heart rate change value feature amount calculation unit, 13 ... hourly model determination unit, 14 ... hourly model determination unit, 15 ... acceleration feature amount calculation unit, 16 ... posture determination unit, 17 ... upper body Vertical determination unit, 18 ... sleep stage probability estimation unit, 19 ... estimation data output control unit, 20 ... storage unit, 21 ... model database, 211 ... heart rate variability table, 212 ... heart rate change value feature quantity table, 213 ... output Frequency table, 214 ... transition frequency table, 215 ... acceleration table, 22 ... estimation data storage unit, 30 ... input-output interface unit.

Claims (13)

睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定部と、
前記分割した各時間帯ごと、且つ前記モデル判定部が判定した結果のモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析する時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部と、
前記時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析部が解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析する時間別睡眠段階遷移頻度解析部と、
前記時間別睡眠段階遷移頻度解析部が解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶部と、
を備えることを特徴とする睡眠モデル作成装置。
A heart rate variability feature amount calculating unit that calculates a heart rate variability feature amount for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms;
A heart rate variability storage unit that stores heart rate variability information obtained by counting the heart rate variability feature amounts calculated by the heart rate variability feature amount calculation unit for each sleep stage;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by totaling the heart rate change value feature amounts calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit for each sleep stage transition;
Said time axis of sleep electrocardiogram for each time slot obtained by dividing a long second unit of time than the first unit time, the heartbeat change value, wherein determining model determining unit models based on the amount,
For each divided time zone and for each model as a result of the determination by the model determination unit, a sleep stage appearance frequency analysis unit for each time / model for analyzing the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time, and
An appearance frequency storage unit for storing time / model-specific appearance frequency information analyzed by the time / model sleep stage appearance frequency analysis unit;
For each of the divided time zones, an hourly sleep stage transition frequency analysis unit that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each first unit time, and
A transition frequency storage unit that stores the transition frequency information analyzed by the hourly sleep stage transition frequency analysis unit;
A sleep model creation device comprising:
睡眠時加速度の集合から前記第1の単位時間ごとに睡眠段階別の加速度特徴量を解析する睡眠段階別加速度解析部と、
前記睡眠段階別加速度解析部で解析した睡眠段階別の加速度特徴量を記憶する加速度記憶部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の睡眠モデル作成装置。
An acceleration analysis unit for each sleep stage that analyzes an acceleration feature value for each sleep stage from the set of sleep accelerations for each first unit time; and
An acceleration storage unit that stores an acceleration feature amount for each sleep stage analyzed by the sleep stage acceleration analysis unit;
The sleep model creation device according to claim 1, further comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量に基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶部と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定部で判定したモデルと、前記心拍変動記憶部、心拍変化値特徴量記憶部、出現頻度記憶部および遷移頻度記憶部に記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする睡眠段階推定装置。
A heart rate variability storage unit for storing heart rate variability information by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
The first unit time for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time and for each model determined based on the heartbeat change value feature quantity Appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model that analyzes the appearance frequency of each sleep stage,
For each divided time zone, a transition frequency storage unit that stores transition frequency information that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation unit that calculates a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A model determination unit that determines a model based on the heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit;
The heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit, the model determined by the model determination unit, the heart rate fluctuation storage unit, the heart rate change value feature amount storage unit, the appearance frequency storage unit, and the transition frequency storage An estimation unit that estimates a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on each information stored in the unit;
A sleep stage estimation device comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量に基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶した遷移頻度記憶部と、
睡眠時加速度の集合から前記第1の単位時間ごとに睡眠段階別の加速度特徴量を解析した睡眠段階別の加速度特徴量を記憶する加速度記憶部と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定部と、
前記被験者から取得する加速度から姿勢を判定する姿勢判定部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定部が判定したモデルと、前記被験者から取得する加速度と、上記姿勢判定部で判定した姿勢と、前記心拍変動記憶部、心拍変化値特徴量記憶部、出現頻度記憶部、遷移頻度記憶部および加速度記憶部に記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする睡眠段階推定装置。
A heart rate variability storage unit for storing heart rate variability information by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
The first unit time for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time and for each model determined based on the heartbeat change value feature quantity Appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model that analyzes the appearance frequency of each sleep stage,
For each of the divided time zones, a transition frequency storage unit that stores transition frequency information obtained by analyzing the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
An acceleration storage unit for storing an acceleration feature quantity for each sleep stage obtained by analyzing an acceleration feature quantity for each sleep stage from the set of accelerations during sleep;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation unit that calculates a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A model determination unit that determines a model based on the heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit;
A posture determination unit that determines the posture from the acceleration acquired from the subject;
The heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit, the model determined by the model determination unit, the acceleration acquired from the subject, the posture determined by the posture determination unit, and the heart rate variability memory An estimation unit that estimates a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on the information stored in the unit, the heart rate change value feature amount storage unit, the appearance frequency storage unit, the transition frequency storage unit, and the acceleration storage unit,
A sleep stage estimation device comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析する時間別睡眠段階遷移頻度解析部と、
前記時間別睡眠段階遷移頻度解析部が解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶部と、
を備えることを特徴とする睡眠モデル作成装置。
A heart rate variability feature amount calculating unit that calculates a heart rate variability feature amount for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms;
A heart rate variability storage unit that stores heart rate variability information obtained by counting the heart rate variability feature amounts calculated by the heart rate variability feature amount calculation unit for each sleep stage;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by totaling the heart rate change value feature amounts calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit for each sleep stage transition;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and for each model determined based on clustering of the heartbeat change value feature quantity, An appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model that analyzes the appearance frequency of the sleep stage for each unit time,
For each of the divided time zones, an hourly sleep stage transition frequency analysis unit that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each first unit time, and
A transition frequency storage unit that stores the transition frequency information analyzed by the hourly sleep stage transition frequency analysis unit;
A sleep model creation device comprising:
睡眠時加速度の集合から前記第1の単位時間ごとに睡眠段階別の加速度特徴量を解析する睡眠段階別加速度解析部と、
前記睡眠段階別加速度解析部で解析した睡眠段階別の加速度特徴量を記憶する加速度記憶部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項5記載の睡眠モデル作成装置。
An acceleration analysis unit for each sleep stage that analyzes an acceleration feature value for each sleep stage from the set of sleep accelerations for each first unit time; and
An acceleration storage unit that stores an acceleration feature amount for each sleep stage analyzed by the sleep stage acceleration analysis unit;
The sleep model creation device according to claim 5, further comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶部と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいてモデルを判定するモデル判定部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定部で判定したモデルと、前記心拍変動記憶部、心拍変化値特徴量記憶部、出現頻度記憶部および遷移頻度記憶部に記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする睡眠段階推定装置。
A heart rate variability storage unit for storing heart rate variability information by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and for each model determined based on clustering of the heartbeat change value feature quantity, An appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model that analyzes the appearance frequency of the sleep stage for each unit time,
For each divided time zone, a transition frequency storage unit that stores transition frequency information that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation unit that calculates a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A model determination unit that determines a model based on clustering of heart rate change value feature values calculated by the heart rate change value feature value calculation unit;
The heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit, the model determined by the model determination unit, the heart rate fluctuation storage unit, the heart rate change value feature amount storage unit, the appearance frequency storage unit, and the transition frequency storage An estimation unit that estimates a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on each information stored in the unit;
A sleep stage estimation device comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶部と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶部と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶部と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶部と、
睡眠時加速度の集合から前記第1の単位時間ごとに睡眠段階別の加速度特徴量を解析した睡眠段階別の加速度特徴量を記憶する加速度記憶部と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出部と、
前記心拍変動特徴量算出部が算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいてモデルを判定するモデル判定部と、
前記被験者から取得する加速度から姿勢を判定する姿勢判定部と、
前記心拍変化値特徴量算出部が算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定部が判定したモデルと、前記被験者から取得する加速度と、上記姿勢判定部で判定した姿勢と、前記心拍変動記憶部、心拍変化値特徴量記憶部、出現頻度記憶部、遷移頻度記憶部および加速度記憶部に記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする睡眠段階推定装置。
A heart rate variability storage unit for storing heart rate variability information obtained by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage unit for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and for each model determined based on clustering of the heartbeat change value feature quantity, An appearance frequency storage unit that stores appearance frequency information for each time and model that analyzes the appearance frequency of the sleep stage for each unit time,
For each divided time zone, a transition frequency storage unit that stores transition frequency information that analyzes the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
An acceleration storage unit for storing an acceleration feature quantity for each sleep stage obtained by analyzing an acceleration feature quantity for each sleep stage from the set of accelerations during sleep;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation unit that calculates a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating unit that calculates a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated by the heart rate fluctuation feature quantity calculating unit;
A model determination unit that determines a model based on clustering of heart rate change value feature values calculated by the heart rate change value feature value calculation unit;
A posture determination unit that determines the posture from the acceleration acquired from the subject;
The heart rate change value feature amount calculated by the heart rate change value feature amount calculation unit, the model determined by the model determination unit, the acceleration acquired from the subject, the posture determined by the posture determination unit, and the heart rate variability memory An estimation unit that estimates a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on the information stored in the unit, the heart rate change value feature amount storage unit, the appearance frequency storage unit, the transition frequency storage unit, and the acceleration storage unit,
A sleep stage estimation device comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を算出する心拍変動特徴量算出過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶過程と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定過程と、
前記分割した各時間帯ごと、且つ前記モデル判定過程で判定した結果のモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析する時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析過程と、
前記時間・モデル別睡眠段階出現頻度解析過程で解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶過程と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析する時間別睡眠段階遷移頻度解析過程と、
前記時間別睡眠段階遷移頻度解析過程で解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶過程と、
を有することを特徴とする睡眠モデル作成方法。
A heart rate variability feature amount calculating process for calculating a heart rate variability feature amount calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms;
A heart rate variability storage process for storing heart rate variability information obtained by counting the heart rate variability feature amounts calculated in the heart rate variability feature amount calculation process for each sleep stage;
A heart rate change value feature quantity calculating process for calculating a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated in the heart rate fluctuation feature quantity calculating process;
A heart rate change value feature amount storage process for storing heart rate change value feature amount information obtained by totaling heart rate change value feature amounts calculated in the heart rate change value feature amount calculation process for each sleep stage transition;
The time axis of the sleeping electrocardiogram for each time slot obtained by dividing a long second unit of time than the first unit of time, and the model determination process determines model on the basis of the heart rate variation value feature quantity,
For each of the divided time zones and for each model of the result determined in the model determination process, the sleep stage appearance frequency analysis process for each time and model for analyzing the appearance frequency of the sleep stage for each first unit time,
Appearance frequency storage process for storing appearance frequency information for each time and model analyzed in the time and model sleep stage appearance frequency analysis process,
For each of the divided time zones, an hourly sleep stage transition frequency analysis process for analyzing the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
Transition frequency storage process for storing transition frequency information analyzed in the sleep phase transition frequency analysis process by time,
A sleep model creation method characterized by comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶過程と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶過程と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量に基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶過程と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶過程と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量に基づいてモデルを判定するモデル判定過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定過程で判定したモデルと、前記心拍変動記憶過程、心拍変化値特徴量記憶過程、出現頻度記憶過程および遷移頻度記憶過程で記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定過程と、
を有することを特徴とする睡眠段階推定方法。
A heart rate variability storage process for storing heart rate variability information by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage process for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
The first unit time for each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time and for each model determined based on the heartbeat change value feature quantity Appearance frequency storage process for storing appearance frequency information by time and model that analyzed the appearance frequency of each sleep stage,
For each divided time zone, a transition frequency storage process for storing transition frequency information analyzing the frequency of transition of the sleep stage for each first unit time;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation process for calculating a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating process for calculating a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated in the heart rate fluctuation feature quantity calculating process;
A model determination step of determining a model based on the heart rate change value feature amount calculated in the heart rate change value feature amount calculation step;
The heart rate change value feature quantity calculated in the heart rate change value feature quantity calculation process, the model determined in the model determination process, the heart rate variability storage process, the heart rate change value feature quantity storage process, the appearance frequency storage process, and the transition frequency storage An estimation process for estimating a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on each information stored in the process;
A sleep stage estimation method characterized by comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに心拍変動特徴量を算出する心拍変動特徴量算出過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計した心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶過程と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶過程と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析する時間別睡眠段階遷移頻度解析過程と、
前記時間別睡眠段階遷移頻度解析過程で解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶過程と、
を有することを特徴とする睡眠モデル作成方法。
A heart rate variability feature amount calculating process for calculating a heart rate variability feature amount for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms;
A heart rate variability storage process for storing heart rate variability information obtained by counting the heart rate variability feature amounts calculated in the heart rate variability feature amount calculation process for each sleep stage;
A heart rate change value feature quantity calculating process for calculating a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated in the heart rate fluctuation feature quantity calculating process;
A heart rate change value feature amount storage process for storing heart rate change value feature amount information obtained by totaling heart rate change value feature amounts calculated in the heart rate change value feature amount calculation process for each sleep stage transition;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and for each model determined based on clustering of the heartbeat change value feature quantity, Appearance frequency storage process that stores appearance frequency information by time and model that analyzes the appearance frequency of sleep stages per unit time,
For each of the divided time zones, an hourly sleep stage transition frequency analysis process for analyzing the frequency of sleep stage transitions for each first unit time;
Transition frequency storage process for storing transition frequency information analyzed in the sleep phase transition frequency analysis process by time,
A sleep model creation method characterized by comprising:
睡眠心電図の集合から第1の単位時間ごとに算出した心拍変動特徴量を睡眠段階別に集計して心拍変動情報を記憶する心拍変動記憶過程と、
前記心拍変動特徴量の偏差から算出した心拍変化値特徴量を睡眠段階遷移別に集計した心拍変化値特徴量情報を記憶する心拍変化値特徴量記憶過程と、
前記睡眠心電図の時間軸を前記第1の単位時間より長い第2の単位時間で分割した各時間帯ごと、且つ前記心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいて判定したモデルごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の出現頻度を解析した時間・モデル別の出現頻度情報を記憶する出現頻度記憶過程と、
前記分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの睡眠段階の遷移の頻度を解析した遷移頻度情報を記憶する遷移頻度記憶過程と、
推定対象の被験者から取得する睡眠心電図から、前記第2の単位時間で分割した各時間帯ごとに、前記第1の単位時間ごとの心拍変動の特徴量を算出する心拍変動特徴量算出過程と、
前記心拍変動特徴量算出過程で算出した心拍変動特徴量の偏差から心拍変化値特徴量を算出する心拍変化値特徴量算出過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量のクラスタリングに基づいてモデルを判定するモデル判定過程と、
前記心拍変化値特徴量算出過程で算出した心拍変化値特徴量と、前記モデル判定過程で判定したモデルと、前記心拍変動記憶過程、心拍変化値特徴量記憶過程、出現頻度記憶過程および遷移頻度記憶過程で記憶した各情報とに基づいて、前記被験者の睡眠段階の遷移確率分布を推定する推定過程と、
を有することを特徴とする睡眠段階推定方法。
A heart rate variability storage process for storing heart rate variability information by summing heart rate variability features calculated for each first unit time from a set of sleep electrocardiograms for each sleep stage;
A heart rate change value feature amount storage process for storing heart rate change value feature amount information obtained by summing heart rate change value feature amounts calculated from deviations of the heart rate variability feature amounts for each sleep stage transition;
For each time zone obtained by dividing the time axis of the sleep electrocardiogram by a second unit time longer than the first unit time, and for each model determined based on clustering of the heartbeat change value feature quantity, Appearance frequency storage process that stores appearance frequency information by time and model that analyzes the appearance frequency of sleep stages per unit time,
For each divided time zone, a transition frequency storage process for storing transition frequency information analyzing the frequency of transition of the sleep stage for each first unit time;
From a sleep electrocardiogram acquired from a subject to be estimated, a heart rate variability feature amount calculation process for calculating a feature amount of heart rate variability for each first unit time for each time period divided by the second unit time;
A heart rate change value feature quantity calculating process for calculating a heart rate change value feature quantity from a deviation of the heart rate fluctuation feature quantity calculated in the heart rate fluctuation feature quantity calculating process;
A model determination process for determining a model based on clustering of heart rate change value feature values calculated in the heart rate change value feature value calculation process;
The heart rate change value feature quantity calculated in the heart rate change value feature quantity calculation process, the model determined in the model determination process, the heart rate variability storage process, the heart rate change value feature quantity storage process, the appearance frequency storage process, and the transition frequency storage An estimation process for estimating a transition probability distribution of the sleep stage of the subject based on each information stored in the process;
A sleep stage estimation method characterized by comprising:
請求項1乃至8いずれか記載の装置が備える各部が行なう処理を、前記装置が備えるコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。   A program that causes a computer included in the apparatus to execute processing performed by each unit included in the apparatus according to claim 1.
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