JP7432233B2 - Sleep analysis method and device - Google Patents

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Description

本発明は、被験者に容易に装着可能であり、特別に入院して検査する必要がなく、被験者も日常生活のまま気軽に利用でき、被験者の睡眠状態(入眠(潜時)、脱眠、レム睡眠、ノンレム睡眠、浅睡眠、深睡眠など)を簡便に且つ精度良く確実に解析できると共に、大人のみでなく、従来の睡眠ポリグラフィによる検査のできない子供、乳幼児等にも簡単に使用可能な睡眠解析方法及び装置に関する。 The present invention can be easily attached to a test subject, does not require special hospitalization and testing, and can be easily used by the test subject in their daily life. It is a simple, accurate and reliable way to analyze sleep (non-REM sleep, shallow sleep, deep sleep, etc.), and can be used not only for adults but also for children and infants who cannot be tested using conventional polysomnography. Related to analysis method and device.

従来の睡眠解析法は、被験者が1日入院して、大型の睡眠ポリグラフ装置を身に着け、且つベッドに拘束された苦痛な検査であり、大人でもその検査を受けるのは大変であり、乳幼児や小さな子供には容易に適用できない問題があった。 Conventional sleep analysis methods are painful tests in which the subject is hospitalized for one day, wearing a large polysomnography device, and restrained to a bed. There were problems that made it difficult to apply to small children.

特開2002-291710号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-291710 特開2010-99173号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-99173

1日の入院が必要であるという睡眠ポリグラフィの課題を解決した装置として、例えば特許文献1に示されるものが提案されているが、脈拍のデータのみから解析しているため、正確性において課題が残っている。また、特許文献2では多人数用の睡眠管理システムを開示しているが、検出装置自体が大がかりである問題がある。更に、入床(bed-in)した後に脳が眠る入眠時間を正確に判定しているものではない。 For example, the device shown in Patent Document 1 has been proposed as a device that solves the problem of polysomnography that requires one-day hospitalization, but since it analyzes only pulse data, there are problems with accuracy. remains. Further, Patent Document 2 discloses a sleep management system for a large number of people, but there is a problem in that the detection device itself is large-scale. Furthermore, it does not accurately determine the sleep onset time when the brain falls asleep after bed-in.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、被験者の胸部等に容易に装着し、内蔵された3種のセンサが検出した睡眠検出情報を処理して、睡眠時に生じる様々な現象(例えば入眠潜時など)に対して正確な睡眠解析を行い、子供等に対しても苦痛なく解析可能な睡眠解析方法及び装置を提供することにある。 The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to easily attach it to the chest of a subject, process sleep detection information detected by three types of built-in sensors, and detect sleep. It is an object of the present invention to provide a sleep analysis method and device that performs accurate sleep analysis for various phenomena that occur at times (for example, sleep onset latency, etc.), and that allows the analysis to be performed painlessly even for children.

本発明はセンサ数の少ない睡眠解析方法に関し、本発明の上記目的は、被験者の身体に装着された、温度センサ、加速度センサ及び心電計を備えた睡眠情報検出装置、で得られる温度データ、加速度データ及び心電データに基づいて、前記睡眠解析部が前記被験者の睡眠状態を解析する、睡眠解析装置の作動方法であって、前記温度データは、前記温度センサから得られる前記被験者の皮膚温度であり、前記加速度データは、前記被験者の身長方向をY軸、左右方向をX軸、前後方向をZ軸とした加速度データであり、前記被験者の皮膚温度と、前記心電計からの前記被験者の前記心電データを処理して得られる心拍数、交感神経指標及び副交感神経指標、並びに、前記交感神経指標及び前記副交感神経指標の交叉の変化と、前記加速度センサからの前記被験者の前記加速度データを処理して得られる、前記被験者の姿勢と、消費エネルギーと、前記加速度データのうち、睡眠情報の検出に際して得られる、最初の所定時間の、Z軸方向の加速度データと、Y軸方向の加速度データと、X軸方向の加速度データとを比較し、大きい方の2つを採用した加速度データ及び、前記副交感神経指標に基づいて算出する呼吸数と、に基づいて、前記睡眠解析部が前記被験者の睡眠状態を解析し、前記睡眠状態は、入床、入眠(潜時)、睡眠から覚めた脱眠、起床、であり、前記加速度データによる前記姿勢に基づいて、前記睡眠解析部が入床又は起床を判定し、前記心拍数の低下と、前記皮膚温度の上昇と、前記呼吸数の低下と、前記消費エネルギーの低下と、前記交感神経指標の低下と前記副交感神経指標の上昇による交叉と、に基づいて、前記睡眠解析部が前記入眠(潜時)を判定し、前記心拍数の上昇と、前記皮膚温度の低下と、前記呼吸数の上昇と、前記消費エネルギーの上昇と、前記交感神経指標の上昇と前記副交感神経指標の低下による交叉と、に基づいて、前記睡眠解析部が睡眠から覚めた脱眠を判定する、ことにより達成される。 The present invention relates to a sleep analysis method with a small number of sensors, and the above object of the present invention is to provide temperature data obtained by a sleep information detection device equipped with a temperature sensor, an acceleration sensor, and an electrocardiograph attached to the body of a subject ; An operating method of a sleep analysis device, wherein the sleep analysis unit analyzes the sleep state of the subject based on acceleration data and electrocardiogram data, wherein the temperature data is based on the skin temperature of the subject obtained from the temperature sensor. The acceleration data is acceleration data with the subject's height direction as the Y-axis, the left-right direction as the X-axis, and the front-back direction as the Z-axis, and the acceleration data is acceleration data with the subject's height direction as the Y-axis, the left-right direction as the X-axis, and the front-back direction as the Z-axis, a heart rate, a sympathetic nerve index and a parasympathetic nerve index obtained by processing the electrocardiogram data of , a change in the intersection of the sympathetic nerve index and the parasympathetic nerve index, and the acceleration data of the subject from the acceleration sensor. The posture of the subject, the energy consumption, and the acceleration data in the Y-axis direction of the first predetermined time obtained when detecting sleep information among the acceleration data obtained by processing data and the acceleration data in the X-axis direction, and based on the acceleration data adopting the larger one and the respiration rate calculated based on the parasympathetic nerve index , the sleep analysis unit The sleep states include entering bed, falling asleep (latency time), falling asleep after waking up from sleep, and waking up, and the sleep analysis unit analyzes the sleep state when entering bed based on the posture based on the acceleration data or determining whether the patient has woken up, and determining that the heart rate has decreased, the skin temperature has increased, the breathing rate has decreased, the energy consumption has decreased, and the sympathetic nerve index has decreased and the parasympathetic index has increased due to the , the sleep analysis unit determines the sleep onset (latency time) based on the increase in the heart rate, the decrease in the skin temperature, the increase in the respiratory rate, the increase in the energy consumption, and the increase in the sympathetic This is achieved by the sleep analysis unit determining sleep deprivation caused by awakening from sleep, based on the intersection between the increase in the nervous index and the decrease in the parasympathetic index.

また、本発明はセンサ数の少ない睡眠解析装置に関し、本発明の上記目的は、被験者の身体に装着可能であり、温度センサ、加速度センサ及び心電計を備えた睡眠情報検出装置と、前記睡眠情報検出装置で得られる温度データ、加速度データ及び心電データを取得して処理し、入床、入眠(潜時)、睡眠から覚めた脱眠、起床、レム睡眠、ノンレム睡眠、浅睡眠、深睡眠の睡眠状態を解析する睡眠解析部と、で構成され、前記温度データは、前記温度センサから得られる前記被験者の皮膚温度であり、前記加速度データは、前記被験者の身長方向をY軸、左右方向をX軸、前後方向をZ軸とした加速度データであり、前記睡眠解析部は、前記加速度データに基づく姿勢信号に基づいて被験者の姿勢(立位、仰臥位、側臥位など)を判定して判定結果を出力する姿勢判定部と、前記皮膚温度のデータの変化(上昇、低下)を検出して検出結果を出力する温度変化検出部と、前記心電データのピーク間隔に基づいて心拍数を検出する心拍数検出部と、前記ピーク間隔の時間/周波数解析に基づいて交感神経指標及び副交感神経指標を計算する自律神経計算部と、前記交感神経指標及び前記副交感神経指標の交叉の変化(上昇、低下)を判定して判定結果を出力する交叉判定部と、前記加速度データのうち、睡眠情報の検出に際して得られる、最初の所定時間の、Z軸方向の加速度データと、Y軸方向の加速度データと、X軸方向の加速度データとを比較し、大きい方の2つを採用した加速度データ及び前記副交感神経指標に基づいて呼吸数を検出する呼吸検出部と、前記加速度データに基づいて消費エネルギーを検出する運動検出部と、で構成され、前記加速度データによる前記姿勢に基づいて入床又は起床を判定し、前記心拍数の低下と、前記皮膚温度の上昇と、前記呼吸数の低下と、前記消費エネルギーの低下と、前記交感神経指標の低下と前記副交感神経指標の上昇による交叉と、に基づいて、入眠(潜時)を判定し、前記心拍数の上昇と、前記皮膚温度の低下と、前記呼吸数の上昇と、前記消費エネルギーの上昇と、前記交感神経指標の上昇と前記副交感神経指標の低下による交叉と、に基づいて、睡眠から覚めた脱眠を判定する、ことにより達成される。
Further, the present invention relates to a sleep analysis device with a small number of sensors, and the above object of the present invention is to provide a sleep information detection device that can be attached to a subject's body and is equipped with a temperature sensor, an acceleration sensor, and an electrocardiograph; Acquires and processes temperature data, acceleration data, and electrocardiogram data obtained by the information detection device, and detects entering bed, falling asleep (latency time), falling asleep, waking up, REM sleep, non-REM sleep, shallow sleep, and deep sleep. a sleep analysis unit that analyzes the sleep state of sleep , the temperature data is the skin temperature of the subject obtained from the temperature sensor, and the acceleration data is oriented in the height direction of the subject on the Y axis The sleep analysis unit determines the posture of the subject (standing position, supine position, lateral position, etc.) based on a posture signal based on the acceleration data. a posture determination unit that outputs a determination result based on the electrocardiogram data; a temperature change detection unit that detects a change (increase, decrease) in the skin temperature data and outputs the detection result; a heart rate detection unit that detects a heart rate detection unit; an autonomic nerve calculation unit that calculates a sympathetic nerve index and a parasympathetic nerve index based on time/frequency analysis of the peak interval; and a change in the chiasm of the sympathetic nerve index and the parasympathetic nerve index ( a cross-determination unit that determines (increase, decrease) and outputs a determination result, and among the acceleration data, acceleration data in the Z-axis direction and Y-axis direction of the first predetermined time obtained when detecting sleep information. a respiration detection unit that compares the acceleration data and the acceleration data in the X-axis direction and detects the respiration rate based on the acceleration data and the parasympathetic index that adopts the larger one; a motion detection unit that detects energy, and determines whether to go to bed or wake up based on the posture based on the acceleration data, and detects a decrease in the heart rate, an increase in the skin temperature, and a decrease in the respiration rate. , determining sleep onset (latency time) based on the decrease in the energy consumption and the crossover caused by the decrease in the sympathetic nerve index and the increase in the parasympathetic nerve index, and determining the increase in the heart rate and the decrease in the skin temperature. Achieved by: determining arousal from sleep based on the increase in the breathing rate, the increase in the energy consumption, and the intersection caused by the increase in the sympathetic nerve index and the decrease in the parasympathetic nerve index. be done.

本発明に係る睡眠解析方法及び装置によれば、被験者の胸部に装着した睡眠情報検出装置で得られる睡眠検出情報を基に、被験者の睡眠状態を多くの解析要素(皮膚の温度データ、心拍数、呼吸数、加速度データ、心電データなど)に基づいて科学的に解析しているので、入眠や脱眠、浅睡眠、深睡眠、睡眠時無呼吸症候群、朝方に血圧が急上昇するモーニングサージといった睡眠状態を精度良く確実に解析することが可能である。 According to the sleep analysis method and device according to the present invention, the sleep state of the subject is determined based on the sleep detection information obtained by the sleep information detection device attached to the subject's chest, using many analysis elements (skin temperature data, heart rate data, etc.). , respiration rate, acceleration data, electrocardiogram data, etc.), it can detect symptoms such as falling asleep, falling asleep, light sleep, deep sleep, sleep apnea syndrome, and morning surge where blood pressure spikes in the morning. It is possible to accurately and reliably analyze sleep states.

また、多くの解析要素を、温度センサ、加速度センサ及び心電計の3つの少ないセンサで得ることができるので、ハードウェア的に簡易な構成となり、データ送信(無線、端子接続など)も容易である。 In addition, many analysis elements can be obtained with just three sensors: a temperature sensor, an acceleration sensor, and an electrocardiograph, resulting in a simple hardware configuration and easy data transmission (wireless, terminal connection, etc.). be.

本発明に用いる睡眠情報検出装置の外観例を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an example of the appearance of a sleep information detection device used in the present invention. 本発明に用いる睡眠情報検出装置本体の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the main body of the sleep information detection device used in the present invention. 電極片の構造例を示す側面図及び平面図である。FIG. 3 is a side view and a plan view showing an example of the structure of an electrode piece. 本発明に用いる睡眠情報検出装置の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the sleep information detection device used in the present invention. 睡眠情報検出装置を被験者の胸部に装着した様子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the sleep information detection device is attached to the chest of a subject. 本発明に係る睡眠情報検出装置の利用形態の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a usage pattern of the sleep information detection device according to the present invention. 睡眠情報検出装置の内部構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of the internal configuration of a sleep information detection device. 被験者の立位と仰臥位における睡眠情報検出装置の座標(xyz)例を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of coordinates (xyz) of the sleep information detection device when the subject is in a standing position and in a supine position. 心電計の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an electrocardiograph. 睡眠解析部の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a sleep analysis section. 呼吸検出部の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a respiration detection section. 心電データの一例を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of electrocardiographic data. 心電データ波形の正常例と異常例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing normal and abnormal examples of electrocardiographic data waveforms. 交感神経活動の指標と睡眠の関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between indicators of sympathetic nerve activity and sleep. 呼吸周波数変動幅と睡眠の関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between breathing frequency fluctuation width and sleep. 交感神経及び副交感神経と睡眠の関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the relationship between sympathetic nerves, parasympathetic nerves, and sleep. 運動強度と運動加速度の関係例を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between exercise intensity and exercise acceleration. 解析処理部の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an analysis processing section. 本発明の動作例を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an example of the operation of the present invention. 解析処理部の動作例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of the operation of the analysis processing section. 本発明の動作例を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing an example of the operation of the present invention. 睡眠中の変化例を示すタイムチャートである。It is a time chart showing an example of change during sleep.

睡眠解析のベストな方法の1つは、脳波計を用いることである。脳波には様々な種類があり、α波は目を閉じて安静状態になると現れる波で、周波数は8~13Hz、振幅30~60μV程度の不規則な波形であり、β波は集中している時によく現れる波で、周波数14~30Hz、振幅30μV以下の不規則な波形であることが知られている。また、θ波は、うとうとしている状態、浅い睡眠状態のときに現れる波で、周波数は4~7Hz、振幅は10~50μV程度の波形を示し、δ波は深い睡眠や、麻酔に打たれている状況のときに現れる波で、周波数は0.5~4Hz、振幅は20~200μV程度の波形を示すことが知られている。そして、睡眠中の脳波から見ると、レム睡眠とノンレム睡眠の2種類があり、人は寝つき始めるとノンレム睡眠に入り、徐々に深い睡眠に入っていき、徐々に心拍数や血圧、体温(体内)などが低下するが、この状況をノンレム睡眠と呼び、脳は休息している状態になり、脳波はδ波が多くなる。次いで脳波は急速に眠り始めと同じ状況になり、浅い睡眠時に見られるθ波が多くなり、この状態をレム睡眠と呼ぶ。 One of the best ways to analyze sleep is with electroencephalography. There are various types of brain waves. Alpha waves are waves that appear when you close your eyes and are in a resting state, and have an irregular waveform with a frequency of 8 to 13 Hz and an amplitude of about 30 to 60 μV, and beta waves are concentrated. It is a wave that often appears and is known to have an irregular waveform with a frequency of 14 to 30 Hz and an amplitude of 30 μV or less. In addition, θ waves are waves that appear when you are drowsy or in a light sleep state, and have a frequency of 4 to 7 Hz and an amplitude of about 10 to 50 μV, and δ waves appear during deep sleep or when you are under anesthesia. It is known that the waveform appears when the situation is such that the frequency is 0.5 to 4Hz and the amplitude is about 20 to 200μV. Looking at brain waves during sleep, there are two types of sleep: REM sleep and NREM sleep. When a person begins to fall asleep, they enter NREM sleep, and gradually enter deep sleep, gradually changing their heart rate, blood pressure, and body temperature. ), but this situation is called non-REM sleep, where the brain is in a resting state and the brain waves have more delta waves. Next, the brain waves rapidly return to the same state as at the beginning of sleep, with theta waves seen during light sleep increasing, and this state is called REM sleep.

なお、ノンレム睡眠は睡眠の深さ(睡眠度)によって浅い方から第1類~第4類に分類されており、第1類及び第2類が浅睡眠とされ、第3類及び第4類が深睡眠と定義されている。 In addition, NREM sleep is classified into categories 1 to 4 from the lightest level depending on the depth of sleep (sleep degree), with categories 1 and 2 being light sleep, and categories 3 and 4. is defined as deep sleep.

本発明では、大掛かりになる脳波計を用いたポリグラフ装置ではなく、できるだけ少ないセンサ(温度センサ、加速度センサ、心電計)による睡眠検出情報に基づき、脳が睡眠に入った入眠(潜時)、睡眠から覚めた脱眠やノンレム睡眠の状態を確実且つ正確に検出することができると共に、睡眠中に生じる無呼吸症候群や寝返りの回数、或いは睡眠の良し悪しなども検出する。被験者に装着する睡眠情報検出装置と、睡眠情報検出装置からの睡眠検出情報に基づいて睡眠解析を行う睡眠解析部とで構成されている。 In the present invention, sleep onset (latency) when the brain enters sleep is detected based on sleep detection information using as few sensors as possible (temperature sensor, acceleration sensor, electrocardiograph), rather than a polygraph device using a large-scale electroencephalogram. It is possible to reliably and accurately detect the state of sleep deprivation caused by waking up from sleep and non-REM sleep, as well as the apnea syndrome that occurs during sleep, the number of times of tossing and turning, and whether the sleep is good or bad. It consists of a sleep information detection device that is worn on the subject, and a sleep analysis section that performs sleep analysis based on the sleep detection information from the sleep information detection device.

図1は、本発明に用いる睡眠情報検出装置100の外観構成の一例を示しており、睡眠情報検出装置100本体は平板状の矩形体であり、両側には、合成樹脂等で成る可撓性で長形状の電極片101A及び101Bが装着されており、前面部には、内蔵のバッテリ130を充電するためのUSB(Universal Serial Bus)端子102が設けられている。本例では、心電データ取得の電極が2個の場合であり、電極が3個の場合には3枚の電極片が装着される。また、USB端子102は前面に突出しているが、埋没させて、使用時に突出する可動構造であっても良く、設置場所は適宜変更可能である。 FIG. 1 shows an example of the external configuration of a sleep information detection device 100 used in the present invention. Long electrode pieces 101A and 101B are attached to the front panel, and a USB (Universal Serial Bus) terminal 102 for charging a built-in battery 130 is provided on the front surface. In this example, there are two electrodes for acquiring electrocardiographic data, and when there are three electrodes, three electrode pieces are attached. Further, although the USB terminal 102 protrudes from the front, it may have a movable structure that is buried and protrudes during use, and the installation location can be changed as appropriate.

図2は睡眠情報検出装置100本体の底面を示しており、2つの円形の導電材103A及び103Bが本体底面の両側に埋設されており、導電材103A及び103Bの中央部には、電極片101A及び101Bを着脱するための、窪みである凹部104A及び104Bが設けられている。 FIG. 2 shows the bottom surface of the main body of the sleep information detection device 100, and two circular conductive materials 103A and 103B are buried on both sides of the bottom surface of the main body. Recesses 104A and 104B, which are depressions, are provided for attaching and detaching 101B.

また、電極片101A及び101Bは同一構成であり、電極片101Aの構成例を図3に示す。図3(A)は側面図であり、図3(B)は平面図である。電極片101Aは可撓性ある長形状の合成樹脂等で成っており、一表面の一端部には、導電材103Aと接触して係合する円盤状で導電性の係合部材105Aが設けられており、係合部材105Aの上面には導電材103Aの凹部104Aに嵌合する円柱状の凸部106Aが設けられている。凹部104Aと凸部106Aとは、容易に着脱可能である。電極片101Aの他の表面の他端部には、被験者の皮膚に接触ないしは皮膚を押圧する円盤状の電極材107Aが設けられており、係合部材105Aと電極材107Aとが導電性のリード線108Aで電気的に接続されており、電極材107Aで測定された電位は、リード線108A、係合部材105A(凸部106A)、導電材103A(凹部104A)を経て睡眠情報検出装置100内の制御部140に入力され、その後、後述する睡眠解析部300に入力される。電極材107Aの周辺は公知の吸盤構造であり、被験者の皮膚(胸部)に容易に装着可能となっている。 Further, the electrode pieces 101A and 101B have the same configuration, and an example of the configuration of the electrode piece 101A is shown in FIG. FIG. 3(A) is a side view, and FIG. 3(B) is a plan view. The electrode piece 101A is made of a flexible elongated synthetic resin or the like, and a disc-shaped conductive engagement member 105A is provided at one end of one surface to contact and engage with the conductive material 103A. A cylindrical convex portion 106A that fits into a concave portion 104A of the conductive material 103A is provided on the upper surface of the engaging member 105A. The concave portion 104A and the convex portion 106A can be easily attached and detached. The other end of the other surface of the electrode piece 101A is provided with a disk-shaped electrode material 107A that contacts or presses the subject's skin, and the engaging member 105A and the electrode material 107A are connected to a conductive lead. It is electrically connected by a wire 108A, and the potential measured by the electrode material 107A is transmitted inside the sleep information detection device 100 via the lead wire 108A, the engaging member 105A (convex portion 106A), and the conductive material 103A (concave portion 104A). control unit 140, and then input to a sleep analysis unit 300, which will be described later. The area around the electrode material 107A has a known suction cup structure, and can be easily attached to the skin (chest) of the subject.

このような構成の2つの電極片101A及び101Bを、導電材103A及び103Bの各凹部104A及び104Bと、係合部材105A及び105Bの各凸部106A及び106Bとを嵌合することにより、睡眠情報検出装置100に装着することができ、電極片101A及び101Bの装着状態では図1の斜視図及び図4の底面図のような構造になる。この状態で、電極片101A及び101Bの両端部の吸盤部を被験者の胸部に当て、睡眠情報検出装置100を図5に示すように被験者に装着する。吸盤部を被験者の胸部に当てるだけ、若しくは軽く押す(押圧)だけで装着できるので、子供や乳幼児等に対しても容易である。 Sleep information can be obtained by fitting the two electrode pieces 101A and 101B having such a configuration into the concave portions 104A and 104B of the conductive materials 103A and 103B and the convex portions 106A and 106B of the engaging members 105A and 105B. It can be attached to the detection device 100, and when the electrode pieces 101A and 101B are attached, the structure is as shown in the perspective view of FIG. 1 and the bottom view of FIG. 4. In this state, the suction cups at both ends of the electrode pieces 101A and 101B are applied to the subject's chest, and the sleep information detection device 100 is attached to the subject as shown in FIG. It can be attached simply by placing the suction cup on the subject's chest or by pressing lightly (pressing), so it is easy to attach to children, infants, and the like.

なお、電極材107A及び107Bは心電計の電極であり、本例では被験者の2か所の電位を測定するようになっているので、その間隔dは80[mm]以上となっていることが望ましい。また、装着部材も吸盤構造に限られるものではなく、公知の他の手段を用いることができる。 Note that the electrode materials 107A and 107B are electrodes of an electrocardiograph, and in this example, the potential at two locations on the subject is measured, so the interval d between them must be 80 [mm] or more. is desirable. Further, the mounting member is not limited to the suction cup structure, and other known means can be used.

図6は、被験者に装着した睡眠情報検出装置100とPC(パソコン)等で成る睡眠解析部300の各種利用形態を示しており、図6(A)のシステムは、睡眠情報検出装置100で検出された睡眠検出情報が無線送信され、睡眠解析部300が直接睡眠検出情報を受信して、睡眠解析部300がデータ処理して解析した睡眠解析結果が、印字、表示、情報等で出力されるようになっている。また、図6(B)のシステムでは、睡眠情報検出装置100で検出された睡眠検出情報が、ネットワーク1を経て睡眠解析部300に入力されている。ネットワーク1は、移動通信網、インターネット等の公衆網、或いは固定電話網等を含むことができ、WAN(Wide Area Network)やLAN(Local Area Network)などにより実現することができ、有線・無線を問わない。また、図6(C)のシステムは、端末装置2を経てネットワーク1に接続され、ネットワーク1に睡眠解析部300が接続された例を示している。 FIG. 6 shows various usage forms of the sleep analysis unit 300 consisting of the sleep information detection device 100 worn on a subject and a PC (personal computer), etc. The system in FIG. The detected sleep detection information is wirelessly transmitted, the sleep analysis unit 300 directly receives the sleep detection information, and the sleep analysis result, which is processed and analyzed by the sleep analysis unit 300, is output as print, display, information, etc. It looks like this. Furthermore, in the system of FIG. 6(B), sleep detection information detected by the sleep information detection device 100 is input to the sleep analysis unit 300 via the network 1. The network 1 can include a mobile communication network, a public network such as the Internet, or a fixed telephone network, and can be realized by a WAN (Wide Area Network) or a LAN (Local Area Network), and can be wired or wireless. No question. Further, the system in FIG. 6C shows an example in which the system is connected to the network 1 via the terminal device 2, and the sleep analysis unit 300 is connected to the network 1.

なお、図6では、睡眠情報検出装置100から睡眠検出情報が無線で出力される例を示しているが、有線や光通信でも良く、また、USB端子102を直接睡眠解析部300の所定端子部に接続して、睡眠解析部300内のメモリに格納されている睡眠検出情報を読み取って処理するようにしても良い(直接送受方式)。 Although FIG. 6 shows an example in which the sleep detection information is output wirelessly from the sleep information detection device 100, wired or optical communication may also be used. The sleep detection information stored in the memory in the sleep analysis unit 300 may be read and processed by connecting to the sleep analysis unit 300 (direct transmission/reception method).

図7は睡眠情報検出装置100の内部構成の一例を示しており、睡眠情報検出装置100は睡眠情報検出のためのセンサ部120を有しており、センサ部120は被験者の皮膚(表皮)温度を検出して温度データThを出力する温度センサ121と、被験者の動き(運動)の加速度を測定して加速度データαを出力する加速度センサ122と、被験者と接触する2個の電極107A及び107Bに基づいて心電データECを出力する心電計123とで構成されている。温度センサ121は被検者の皮膚温度を測定し、測定された温度データThは制御部140に入力される。加速度センサ122は被験者の動き(運動)に応じた加速度を各直交する3軸(x軸、y軸、z軸)について測定し、測定されたxyz軸の加速度データαは制御部140に入力される。心電計122は2個の電極107A及び107Bにより電位を測定し、電位差から演算された被験者の心電データECを制御部140に入力する。測定される電位は微弱であり、心電計123内部の増幅器等で増幅されるので、ノイズの影響を受け易い。よって、ノイズの影響を低減しS/N比を向上させるために、電極107A,107Bや増幅器等は近接して配置される。 FIG. 7 shows an example of the internal configuration of the sleep information detection device 100. The sleep information detection device 100 has a sensor section 120 for detecting sleep information, and the sensor section 120 is connected to the subject's skin (epidermis) temperature. A temperature sensor 121 that detects the temperature and outputs temperature data Th, an acceleration sensor 122 that measures the acceleration of the subject's movement (exercise) and outputs acceleration data α, and two electrodes 107A and 107B that are in contact with the subject. and an electrocardiograph 123 that outputs electrocardiographic data EC based on the electrocardiographic data. The temperature sensor 121 measures the skin temperature of the subject, and the measured temperature data Th is input to the control unit 140. The acceleration sensor 122 measures acceleration according to the movement (exercise) of the subject on three orthogonal axes (x-axis, y-axis, and z-axis), and the measured acceleration data α of the x, y, and z axes is input to the control unit 140. Ru. The electrocardiograph 122 measures the potential with two electrodes 107A and 107B, and inputs electrocardiographic data EC of the subject calculated from the potential difference to the control unit 140. The measured potential is weak and is amplified by an amplifier inside the electrocardiograph 123, so it is easily affected by noise. Therefore, in order to reduce the influence of noise and improve the S/N ratio, the electrodes 107A, 107B, amplifiers, etc. are arranged close to each other.

上述のように、センサ部120から出力される温度データTh、加速度データα及び心電データECは制御部140に入力され、制御部140は、入力された温度データTh、加速度データα及び心電データECを、データ毎に予め設定されたメモリ141内の領域にそれぞれ格納すると共に、送信部142を経て、睡眠検出情報RSとして外部の睡眠解析部300に送信する。また、睡眠情報検出装置100には、各素子に電力を供給する充電可能なバッテリ130が内臓されており、バッテリ130はUSB端子102をPC等のUSB端子に挿入することで充電される。また、上述した直接送受方式の形態では、USB端子102を睡眠解析部300の所定端子部に差し込むことで、メモリ141に格納されたデータを取り込むことができる。 As described above, the temperature data Th, acceleration data α, and electrocardiogram data EC output from the sensor unit 120 are input to the control unit 140, and the control unit 140 receives the input temperature data Th, acceleration data α, and electrocardiogram data EC. The data EC is stored in areas in the memory 141 that are set in advance for each data, and is transmitted to the external sleep analysis unit 300 as sleep detection information RS via the transmission unit 142. The sleep information detection device 100 also includes a rechargeable battery 130 that supplies power to each element, and the battery 130 is charged by inserting the USB terminal 102 into a USB terminal of a PC or the like. Furthermore, in the above-described direct transmission/reception method, by inserting the USB terminal 102 into a predetermined terminal section of the sleep analysis section 300, data stored in the memory 141 can be taken in.

モード切換スイッチ(図示せず)により同時送信モードが設定されている場合には、制御部140は検出された睡眠検出情報をメモリ141に記憶することなく送信部142に送信し、送信部142は睡眠検出情報RSを外部に送信する。モード切換スイッチにより記憶送信モードが設定されている場合には、睡眠検出情報を一旦メモリ141に記憶し、その後随時情報を読み出して送信部142に送信し、送信部142は睡眠検出情報RSを外部に送信する。この場合、検出された睡眠検出情報をメモリ141に記憶すると同時に外部に無線送信することも、メモリ141に記憶するだけということもできる。メモリ141に記憶するだけの場合には、上述した直接送受方式によって睡眠解析部300に取り込む。送信部142は、入力された睡眠検出情報RSAを外部の睡眠解析部300が受信可能な形式に変換し、睡眠検出情報RSとして無線送信する。無線送信の方式として、ワイファイ(Wi-Fi)方式やブルートゥース(Blue tooth(登録商標)方式等を使用する。睡眠解析部300はパソコン等のソフトウェアで構築され、受信した睡眠検出情報RSを基に被検者の睡眠状態を科学的に解析する。 When the simultaneous transmission mode is set by a mode changeover switch (not shown), the control unit 140 transmits the detected sleep detection information to the transmitting unit 142 without storing it in the memory 141, and the transmitting unit 142 Send sleep detection information RS to the outside. When the storage transmission mode is set by the mode changeover switch, the sleep detection information is temporarily stored in the memory 141, and thereafter the information is read out at any time and transmitted to the transmitter 142, and the transmitter 142 transmits the sleep detection information RS to an external device. Send to. In this case, the detected sleep detection information can be stored in the memory 141 and simultaneously transmitted wirelessly to the outside, or can be simply stored in the memory 141. If the information is only stored in the memory 141, it is imported into the sleep analysis unit 300 using the above-mentioned direct transmission/reception method. The transmitting unit 142 converts the input sleep detection information RSA into a format that can be received by the external sleep analysis unit 300, and wirelessly transmits it as sleep detection information RS. As a wireless transmission method, a Wi-Fi method, a Bluetooth (registered trademark) method, etc. are used.The sleep analysis section 300 is constructed from software such as a personal computer, and is based on the received sleep detection information RS. Scientifically analyze the sleep state of the subject.

本発明の睡眠解析に用いる睡眠情報検出装置100は、図5及び図8に示すように被験者の胸部に装着され、図8(A)の立位状態において上下方向がy軸(加速度α)、左右方向がx軸(加速度α)、前後方向がz軸(加速度α)となっており、図8(B)の仰臥位状態において左右方向がx軸(加速度α)、上下方向がy軸(加速度α)、紙面垂直方向がz軸(加速度α)となっているが、軸関係は適宜変更可能である。加速度センサ122は、被験者の胸部全体の運動(動き)、心臓、気道、横隔膜、肋骨などの動きに関連した加速度を測定し、測定された全ての加速度データαは制御部140に入力される。また、心電計123は、図9に示すように電極107Aの電位e1及び電極107Bの電位e2の差を数1により求めて、心電データECを出力する電位差算出部123Aで成っており、心電データECも制御部140に入力入される。
(数1)
EC=e1-e2
なお、電極数が3個の場合(3個目の電極電位をe3とする)には、下記数2又は数3に従って電位差を算出し、電位差に基づいて演算された心電データECを出力する。
(数2)
EC={(e1-e2)+(e1-e3)}/2
(数3)
EC=e1-(e2+e3)/2

図10は睡眠解析部300の構成例を示しており、睡眠情報検出装置100から送信された温度データTh、加速度データα及び心電データECの睡眠検出情報RSは、フォーマット変換等を行うインタフェース(I/F)の入力部301に入力され、心電データECは入力部301を経てピーク検出部302に入力される。温度データThはそのまま解析処理部320に入力され、加速度データαは呼吸検出部310、姿勢検出部360及び運動検出部370に入力される。姿勢検出部360で検出された、立位、仰臥位などを示す姿勢データSTは解析処理部320に入力され、運動加速度αから求められ、運動検出部370で検出された消費エネルギーENは解析処理部320に入力される。
The sleep information detection device 100 used for sleep analysis of the present invention is attached to the chest of the subject as shown in FIGS. 5 and 8, and the vertical direction is the y-axis (acceleration α y ) in the standing state of FIG. 8(A). , the left-right direction is the x-axis (acceleration α x ), and the front-back direction is the z-axis (acceleration α z ), and in the supine position of FIG. 8(B), the left-right direction is the x-axis (acceleration α x ), and the vertical direction is the x-axis (acceleration α x ). is the y-axis (acceleration α y ), and the direction perpendicular to the page is the z-axis (acceleration α z ), but the axial relationship can be changed as appropriate. The acceleration sensor 122 measures acceleration related to the motion (movement) of the subject's entire chest, heart, airway, diaphragm, ribs, etc., and all measured acceleration data α is input to the control unit 140. Further, the electrocardiograph 123 includes a potential difference calculation unit 123A that calculates the difference between the potential e1 of the electrode 107A and the potential e2 of the electrode 107B using equation 1 and outputs electrocardiographic data EC, as shown in FIG. Electrocardiographic data EC is also input to the control unit 140.
(Number 1)
EC=e1-e2
In addition, when the number of electrodes is three (the third electrode potential is e3), the potential difference is calculated according to Equation 2 or Equation 3 below, and electrocardiographic data EC calculated based on the potential difference is output. .
(Number 2)
EC={(e1-e2)+(e1-e3)}/2
(Number 3)
EC=e1-(e2+e3)/2

FIG. 10 shows a configuration example of the sleep analysis unit 300, and the sleep detection information RS of the temperature data Th, acceleration data α, and electrocardiogram data EC transmitted from the sleep information detection device 100 is sent to the interface ( The electrocardiographic data EC is input to the input section 301 of the I/F), and the electrocardiographic data EC is input to the peak detection section 302 via the input section 301. The temperature data Th is input as is to the analysis processing section 320, and the acceleration data α is input to the respiration detection section 310, the posture detection section 360, and the movement detection section 370. Posture data ST indicating standing, supine, etc., detected by the posture detection section 360 is input to the analysis processing section 320 and calculated from the motion acceleration α m , and the energy consumption EN detected by the motion detection section 370 is analyzed. It is input to the processing unit 320.

ピーク検出部302において心電データECのピークRが検出され、検出されたピークRを示すピーク信号PSはピーク間隔検出部303に入力される。ピーク間隔検出部303はピーク信号PSに基づいて各データのピーク間隔RRIを検出し、ピーク間隔RRIを示すピーク間隔信号IPSは、時間/周波数解析部350、心拍数検出部340及びCVRR(Coefficient of Variation of RR Interval)検出部341に入力される。時間/周波数解析部350はピーク間隔RRIの時間に対する周波数を解析し、解析された周波数信号を入力する波長解析部351で、周波数が0.15Hz以上を高波長HFとして解析し、周波数が0.15Hzより小さく、0.04Hz以上の周波数を低波長LFとして解析する。解析された高波長HF及び低波長LFは自律神経計算部352に入力され、自律神経の活動度を示す交感神経(Sympathetic Nervous System)指標SNS及び副交感神経(Parasympathetic Nervous System)指標PSNSが、下記数4に従って計算される。
(数4)
HF=副交感神経指標PSNS
LF/HF=交感神経指標SNS

即ち、副交感神経の活動指標となる副交感神経指標PSNSは高波長HFであり、交感神経の活動指標となる交感神経指標SNSはLF/HFであり、これら副交感神経指標PSNS及び交感神経指標SNSは解析処理部320に入力されると共に、副交感神経指標PSNSは呼吸検出部310及び無呼吸症候群検出部342に入力されてフーリエ解析に供される。また、ピーク間隔信号IPSは心拍数検出部340及びCVRR検出部341に入力され、検出された心拍数HNは解析処理部320に入力される。ピーク間隔信号IPSは心電データECに基づいており、心臓の脈動が心拍数と関連しているので、容易に心拍数HNを検出することができる。
Peak detection section 302 detects peak R of electrocardiographic data EC, and peak signal PS indicating detected peak R is input to peak interval detection section 303 . The peak interval detection unit 303 detects the peak interval RRI of each data based on the peak signal PS, and the peak interval signal IPS indicating the peak interval RRI is detected by the time/frequency analysis unit 350, the heart rate detection unit 340, and the CVRR (Coefficient of Variation of RR Interval) is input to the detection unit 341. The time/frequency analysis unit 350 analyzes the frequency of the peak interval RRI with respect to time, and the wavelength analysis unit 351 inputs the analyzed frequency signal, which analyzes frequencies of 0.15 Hz or more as high wavelength HF, and analyzes frequencies of 0.15 Hz or more as high wavelength HF. A frequency smaller than 15 Hz and greater than or equal to 0.04 Hz is analyzed as low wavelength LF. The analyzed high wavelength HF and low wavelength LF are input to the autonomic nerve calculation unit 352, and the sympathetic nerve (Sympathetic Nervous System) index SNS and parasympathetic nerve (Parasympathetic Nervous System) index PSNS indicating the degree of autonomic nerve activity are calculated as follows. 4.
(Number 4)
HF=parasympathetic nerve index PSNS
LF/HF=Sympathetic nerve index SNS

That is, the parasympathetic nerve index PSNS, which is an activity index of parasympathetic nerves, is high wavelength HF, and the sympathetic nerve index SNS, which is an activity index of sympathetic nerves, is LF/HF, and these parasympathetic nerve index PSNS and sympathetic nerve index SNS are analyzed. At the same time as being input to the processing unit 320, the parasympathetic nerve index PSNS is input to the respiration detection unit 310 and the apnea syndrome detection unit 342, and is subjected to Fourier analysis. Further, the peak interval signal IPS is input to the heart rate detection section 340 and the CVRR detection section 341, and the detected heart rate HN is input to the analysis processing section 320. The peak interval signal IPS is based on the electrocardiographic data EC, and since the pulsation of the heart is related to the heart rate, the heart rate HN can be easily detected.

更に、入力部301からの加速度データαは、呼吸検出部310、姿勢検出部360及び運動検出部370に入力され、呼吸検出部310で検出された呼吸数BRは無呼吸症候群検出部342に入力されると共に、解析処理部320に入力される。姿勢検出部360からの、立位、仰臥位などの姿勢データST及び運動検出部370からの、運動加速度(αxm、αym、αzm)に基づいて計算される消費エネルギーENは解析処理部320に入力される。解析処理部320で解析された睡眠解析情報SYAは、フォーマットを合わせるためのインタフェース(I/F)の出力部304を経て睡眠解析情報SYとして出力される。 Furthermore, the acceleration data α from the input unit 301 is input to the respiration detection unit 310, the posture detection unit 360, and the movement detection unit 370, and the respiration rate BR detected by the respiration detection unit 310 is input to the apnea syndrome detection unit 342. At the same time, it is input to the analysis processing section 320. The energy consumption EN calculated based on the posture data ST such as standing and supine from the posture detection section 360 and the motion acceleration (α xm , α ym , α zm ) from the motion detection section 370 is calculated by the analysis processing section. 320. The sleep analysis information SYA analyzed by the analysis processing unit 320 is output as sleep analysis information SY via the output unit 304 of an interface (I/F) for matching the format.

本発明に係る睡眠情報検出装置100は加速度センサ122を内蔵しており、図8(A)及び(B)で説明したように、x軸の加速度α、y軸の加速度α、z軸の加速度αを検出して出力する。そして、各軸の加速度α、α、αの中には、それぞれ重力加速度α、運動加速度α、微小体動加速度αが存在し、例えばx軸の加速度αは下記数5で表わされ、運動中は一般的に下記数6の関係がある。y軸の加速度α及びz軸の加速度αについても同様である。
(数5)
α=αxg+αxm+αxs
(数6)
α>α>α

微小体動加速度αの出力は非常に小さく、0.01[G]以下である。また、運動加速度αは軽い運動位までなら数[G]である。呼吸の検出には、xyz各軸について微小体動加速度αを用いるが、約0.01[G]以下の小さな範囲の体動加速度αを検出しなければならない。そのため、本発明の加速度データαの処理にはサンプリング周期を高くすると共に、小さな出力を上げるために出力ゲインを上昇させるように、2種類のバンドパスフィルタ(BPS)を用いる。即ち、呼吸数は1分間に約10~40回、周波数にして約0.17[Hz]~0.67[Hz]であるので、この周波数を通過させるBPFを用いる。また、重力の大きさは0.01[G]以下のローパスフィルタ(LPF)を用いる。それでもノイズが大きい場合には、高速フーリエ変換(FFT)を用いて呼吸数(呼吸周波数)BRを算出する。
The sleep information detection device 100 according to the present invention has a built-in acceleration sensor 122, and as explained in FIGS. 8 (A) and (B), the The acceleration αz of is detected and output. Then, among the accelerations α x , α y , α z of each axis, there are gravitational acceleration α g , motion acceleration α m , and minute body motion acceleration α s , and for example, the x-axis acceleration α x is the following number 5, and during exercise, there is generally a relationship as shown in the following number 6. The same applies to the y-axis acceleration α y and the z-axis acceleration α z .
(Number 5)
α x = α xg + α xm + α xs
(Number 6)
α m > α g > α s

The output of the minute body dynamic acceleration α s is very small, less than 0.01 [G]. Further, the motion acceleration α m is several [G] up to a light motion position. To detect respiration, minute body motion acceleration α s is used for each of the x, y, and z axes, but it is necessary to detect body motion acceleration α s in a small range of about 0.01 [G] or less. Therefore, two types of bandpass filters (BPS) are used to process the acceleration data α according to the present invention in order to increase the sampling period and increase the output gain in order to increase the output by a small amount. That is, since the respiration rate is about 10 to 40 times per minute and the frequency is about 0.17 [Hz] to 0.67 [Hz], a BPF that passes this frequency is used. Further, a low-pass filter (LPF) with a gravity of 0.01 [G] or less is used. If the noise is still large, the respiration rate (respiration frequency) BR is calculated using fast Fourier transform (FFT).

更に検討する必要があることは、睡眠情報検出装置100を被験者の胸部に装着した時の加速度センサ122の出力の検討である。人によって,気道の動き(z軸方向)が大きい人と、横隔膜の動き(y軸方向)が大きい人と、肋骨の動き(X軸方向及びz軸方向)大きい人とに分類できるので、睡眠情報の検出に際しての最初の所定時間(例えば5秒)、z軸方向の加速度データαzsと、y軸方向の加速度データαysと、x軸方向の加速度データαxsとを自動的に比較し、大きい方の2つの加速度データを採用する。これは呼吸数検出に大きな影響を与える。実験によれば、一般的に横隔膜の動き(y軸方向)の方が大きい人が多いが、個々のケースで異なるので、気道の動き(z軸方向)、横隔膜の動き(y軸方向)及び肋骨の動き(X軸方向及びz軸方向)を比較して、大きい値を自動的に選択する構成とする。 What also needs to be considered is the output of the acceleration sensor 122 when the sleep information detection device 100 is attached to the subject's chest. People can be classified into people with large airway movements (z-axis direction), diaphragm movements (y-axis directions), and rib cage movements (x-axis and z-axis directions). During an initial predetermined period of time (for example, 5 seconds) when detecting information, the acceleration data α zs in the z-axis direction, the acceleration data α ys in the y-axis direction, and the acceleration data α xs in the x-axis direction are automatically compared. , the two larger acceleration data are adopted. This has a significant impact on respiratory rate detection. Experiments have shown that in general, the movement of the diaphragm (in the y-axis direction) is greater in many people, but each case is different, so the movement of the airway (in the z-axis direction), the movement of the diaphragm (in the y-axis direction), and The configuration is such that the movements of the ribs (in the X-axis direction and the Z-axis direction) are compared and the larger value is automatically selected.

このような前提の基に構成された呼吸検出部310の構成例を図11に示して説明する。睡眠情報検出装置100の加速度センサ122から加速度α(α、α、α)が選択部311に入力され、大きい方の2つの加速度αy、α、αが選択されて高速サンプリング部312に入力される。高速サンプリング部312では、0.01[G]以下の微小体動加速度αを取得するために、一般的な呼吸周波数よりも高い高速サンプリングを行い、高速サンプリングされた加速度αy1、αz1、αx1をBPF313に入力する。BPF313は、通常人の1分間の呼吸数10~40回に対応する周波数0.17~0.67[Hz]の周波数バンド幅を通過させ、BPF313でバンドパス濾過処理された加速度αy2、αz2、αx2をLPF314に入力する。LPF314は重力の大きさが0.01[G]以下を通過させ、ローパス濾過処理された加速度αy3、αz3、αx3を高速フーリエ変換部(FTT)315に入力する。FTT315はノイズ成分を除去して周波数信号αys、αzs、αxsを出力し、周波数信号αys、αzs、αzsは比較部316に入力される。比較部316で大きい方の周波数信号が自動選択され、呼吸演算部317に入力される。呼吸演算部317で周波数信号から演算された呼吸数BRは解析処理部320に入力されると共に、無呼吸症候群検出部342に入力される。 An example of the configuration of the respiration detection section 310 configured based on such a premise is shown in FIG. 11 and will be described. Acceleration α (α x , α y , α z ) from the acceleration sensor 122 of the sleep information detection device 100 is input to the selection unit 311 , and the two larger accelerations α y , α z , α x are selected for high-speed sampling. 312. The high-speed sampling unit 312 performs high-speed sampling higher than the general breathing frequency in order to obtain the minute body motion acceleration α s of 0.01 [G] or less, and collects the high-speed sampled accelerations α y1 , α z1 , α x1 is input to the BPF 313. The BPF313 passes a frequency band width of 0.17 to 0.67 [Hz] corresponding to the number of breaths per minute of a normal person, and the acceleration α y2, α that has been band-pass filtered by the BPF313. z2 and α x2 are input to the LPF 314. The LPF 314 passes gravity of 0.01 [G] or less, and inputs the low-pass filtered accelerations α y3 , α z3 , α x3 to the fast Fourier transform unit (FTT) 315 . The FTT 315 removes noise components and outputs frequency signals α ys , α zs , α xs , and the frequency signals α ys , α zs , α zs are input to the comparison section 316 . The comparison section 316 automatically selects the larger frequency signal and inputs it to the respiration calculation section 317. The respiration rate BR calculated from the frequency signal by the respiration calculation unit 317 is input to the analysis processing unit 320 and is also input to the apnea syndrome detection unit 342.

無呼吸症候群検出部342は呼吸数BR及び副交感神経指標PSNSを入力しており、所定時間(例えば10秒)の間に呼吸が無く、呼吸数BRが“0”となった場合に無呼吸信号NBを出力する。また、副交感神経指標PSNSが所定時間(例えば10秒)の間、何の出力も無い場合にも無呼吸症候群の判定を行うことができるので、両方の判定を並行して行っても良く、いずれか一方の実施でも良い。無呼吸信号NBは解析処理部320に入力される。 The apnea syndrome detection unit 342 inputs the respiration rate BR and the parasympathetic nerve index PSNS, and generates an apnea signal when there is no respiration within a predetermined period of time (for example, 10 seconds) and the respiration rate BR becomes “0”. Output NB. Furthermore, since apnea syndrome can be determined even when the parasympathetic nerve index PSNS has no output for a predetermined period of time (for example, 10 seconds), both determinations may be performed in parallel, and any Either one may be implemented. The apnea signal NB is input to the analysis processing section 320.

図12は心電データECの波形例を示しており、ピーク検出部302は心電データECのピークR1,R2,・・・Rnを検出し、ピークR1,R2,・・・Rnを示すピーク信号PSはピーク間隔検出部303に入力される。ピーク間隔検出部303はピークRの間隔、つまりピークR1とピークR2のピーク間隔RRI1、ピークR2とピークR3のピーク間隔RRI2、ピークR3とピークR4のピーク間隔RRI3、・・・が順次検出され、これらピーク間隔RRIを示すピーク間隔信号IPSが時間/周波数解析部350、心拍数検出部340及びCVRR検出部341に入力される。心電データECのピーク信号PS及びピーク間隔信号IPSに基づいてピーク間隔の変化率RRIVを求め、変化率RRIVからCVRR(Coefficient of Variation of RR Interval)と称される自律神経の活動を正規化した係数CVRRを演算する。係数CVRRの演算方法は公知であるが、ピーク間隔の分散値をσとし、ピーク間隔の平均値をMとすると、下記数7で表わされる。係数CVRRは解析処理部320に入力され、自律神経の活動の判定に利用される。 FIG. 12 shows a waveform example of electrocardiographic data EC, and the peak detection unit 302 detects peaks R1, R2, . . . Rn of electrocardiographic data EC, and detects peaks R1, R2, . The signal PS is input to the peak interval detection section 303. The peak interval detection unit 303 sequentially detects the intervals between peaks R, that is, the peak interval RRI1 between peak R1 and peak R2, the peak interval RRI2 between peak R2 and peak R3, the peak interval RRI3 between peak R3 and peak R4, etc., A peak interval signal IPS indicating these peak intervals RRI is input to the time/frequency analysis section 350, the heart rate detection section 340, and the CVRR detection section 341. The rate of change in the peak interval RRIV was determined based on the peak signal PS and the peak interval signal IPS of the electrocardiogram data EC, and the activity of the autonomic nerve, called CVRR (Coefficient of Variation of RR Interval), was normalized from the rate of change RRIV. Calculate coefficient CVRR. The calculation method for the coefficient CVRR is well known, and when the variance value of the peak interval is σ and the average value of the peak interval is M, it is expressed by the following equation 7. The coefficient CVRR is input to the analysis processing unit 320 and used for determining the activity of the autonomic nerve.

Figure 0007432233000001

図13の波形図において、正常な被験者は、図13(A)に示すようにピーク間隔RRI1~RRI3に多少のバラツキがあり、異常な被験者は、図13(B)に示すようにピーク間隔RRI1~RRI3がほぼ均一でバラツキがない。
Figure 0007432233000001

In the waveform diagram of FIG. 13, a normal subject has some variation in peak intervals RRI1 to RRI3 as shown in FIG. 13(A), and an abnormal subject has a peak interval RRI1 as shown in FIG. 13(B). ~RRI3 is almost uniform and there is no variation.

交換神経の活動指標となる交換神経指標SNSと睡眠(ノンレム睡眠の浅睡眠と深睡眠)との関係は図14であることが知られており、この関係から交換神経指標SNSの分布に基づいて深睡眠と浅睡眠を識別することができる。また、図15は、呼吸周波数変動幅VRFRE(Variation of Respiratory Frequency)に対する深睡眠と浅睡眠との関係を示しており、この関係から呼吸周波数変動幅VRFREに基づいて深睡眠と浅睡眠を識別することができる。 It is known that the relationship between the sympathetic nerve index SNS, which is an index of sympathetic nerve activity, and sleep (non-REM sleep, light sleep and deep sleep) is shown in Figure 14. From this relationship, based on the distribution of the sympathetic nerve index SNS, Can distinguish between deep sleep and light sleep. Further, FIG. 15 shows the relationship between deep sleep and light sleep with respect to the variation of respiratory frequency VRFRE, and from this relationship, deep sleep and light sleep are distinguished based on the variation of respiratory frequency VRFRE. be able to.

また、交感神経指標SNSと副交感神経指標PSNSとが睡眠に及ぼす影響は、図16に示すような特性となっている。即ち、交感神経指標SNSと副交感神経指標PSNSとが拮抗している図16(B)は、普通の睡眠状態の特性を示しており、副交感神経指標PSNSが広範囲に亘っている図16(A)は良い睡眠状態を示している。逆に、交感神経指標SNSが広範囲に亘っていて、副交感神経指標PSNSが狭い図16(C)は悪い睡眠を示している。 Further, the influence of the sympathetic nerve index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS on sleep has characteristics as shown in FIG. 16. That is, FIG. 16(B), in which the sympathetic nerve index SNS and parasympathetic nerve index PSNS are antagonistic, shows the characteristics of a normal sleep state, and FIG. 16(A), in which the parasympathetic nerve index PSNS is widespread. indicates good sleep. On the contrary, FIG. 16C, in which the sympathetic nerve index SNS is wide-ranging and the parasympathetic nerve index PSNS is narrow, indicates bad sleep.

次に、運動検出部370が、加速度データαに基づいて消費エネルギーENを検出する動作を説明する。 Next, the operation of the motion detection unit 370 to detect the consumed energy EN based on the acceleration data α will be described.

運動強度(運動の強さ)は、体重1kg当たりに身体に取り込まれる酸素の量が指標とされるが、酸素の量は分かり難いため、単位METs(Metabolic Equivalent)が使用される。単位METsは、安静時の酸素摂取量3.5ml/kg/分を“1”としたときに、その運動で何倍のエネルギーを消費できるかで運動強度を示す単位である。そして、運動加速度αと単位METsとの関係は、図17に示すような特性になっている。従って、運動加速度αを検出することによって、相当するMETsを求めることができる。図17の例では、運動加速度αmaのときに9.8METs(161m/分のランニング)であり、運動加速度αmcのときに3.0METs(普通歩行)となっている。このように、検出された運動加速度αから単位METsの値を求め、下記数8に従って消費エネルギーENを算出する。算出された消費エネルギーENは、解析処理部320に入力される。
(数8)
EN=METs×時間×体重×1.05

図18は解析処理部320の構成例を示しており、温度データThの変化(上昇、低下)を検出して検出結果DT1を出力する温度変化検出部321と、心拍数HNの変化(上昇、低下)を検出して検出結果DT2を出力する心拍数変化検出部322と、呼吸数BRの変化(上昇、低下)を検出して検出結果DT3を出力する呼吸数変化検出部323と、交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSを入力し、両者の相関関係に基づいて睡眠度を判定して判定結果DT4を出力する睡眠度判定部324と、交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSの交叉の変化(上昇、低下)を判定して判定結果DT5を出力する交叉判定部325と、姿勢信号STに基づいて被験者の姿勢(立位、仰臥位、側臥位など)を判定して判定結果DT6を出力する姿勢判定部326と、消費エネルギーENの変化(上昇、低下)を検出して検出結果DT7を出力する消費エネルギー変化検出部327と、検出結果DT1~DT3及びDT7、判定結果DT4~DT6並びに無呼吸信号NBを入力して睡眠解析情報SYAを出力する睡眠判定部328とで構成されている。
The amount of oxygen taken into the body per kilogram of body weight is used as an index for exercise intensity (strength of exercise), but since the amount of oxygen is difficult to quantify, the unit METs (Metabolic Equivalent) is used. The unit METs is a unit that indicates exercise intensity by how many times more energy can be consumed during exercise when the oxygen intake at rest is 3.5 ml/kg/min as "1". The relationship between the motion acceleration α m and the unit METs has a characteristic as shown in FIG. 17. Therefore, by detecting the motion acceleration α m , the corresponding METs can be determined. In the example of FIG. 17, when the motion acceleration α ma is 9.8 METs (161 m/min running), when the motion acceleration α mc is 3.0 METs (normal walking). In this way, the value of the unit METs is obtained from the detected motion acceleration α m , and the consumed energy EN is calculated according to Equation 8 below. The calculated energy consumption EN is input to the analysis processing section 320.
(Number 8)
EN = METs x time x body weight x 1.05

FIG. 18 shows a configuration example of the analysis processing unit 320, which includes a temperature change detection unit 321 that detects changes (increase, decrease) in temperature data Th and outputs a detection result DT1, and a change (increase, decrease) in heart rate HN. a heart rate change detection unit 322 that detects a change (increase, decrease) in the respiration rate BR and outputs a detection result DT2; a respiration rate change detection unit 323 that detects a change (increase, decrease) in the respiration rate BR and outputs a detection result DT3; A sleep degree determination unit 324 inputs the index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS, determines the sleep degree based on the correlation between the two, and outputs the determination result DT4, and a change in the intersection of the sympathetic nerve index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS. (rise, fall) and outputs a determination result DT5; and a cross determination unit 325 that determines the posture of the subject (standing, supine, lateral, etc.) based on the posture signal ST and outputs a determination result DT6. an energy consumption change detection unit 327 that detects a change (increase, decrease) in energy consumption EN and outputs a detection result DT7; The sleep determining section 328 inputs the breathing signal NB and outputs the sleep analysis information SYA.

なお、上記各変化の検出においては、それぞれ上昇判定のための閾値、低下判定のための閾値が定められており、同一の値でも、異なる値であっても良い。 In addition, in the detection of each of the above-mentioned changes, a threshold value for determining an increase and a threshold value for determining a decrease are respectively determined, and they may be the same value or different values.

このような構成において、その動作例を図19のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an example of its operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 19.

先ず睡眠情報検出装置100で温度データTh、加速度データα及び心電データECの睡眠情報が検出され(ステップS1)、睡眠情報検出装置100から睡眠検出情報がそのまま送信されるか若しくは一旦メモリ141に記憶される(ステップS2)。その後、睡眠検出情報(温度データTh、加速度データα及び心電データEC)RSが入力部301を経て睡眠解析部300に入力され(ステップS10)、ピーク検出部302は心電データECのピークを検出し(ステップS11)、ピーク間隔検出部303はピーク検出部302からのピーク信号PSに基づいてピーク間隔RRIを検出する(ステップS12)。ピーク間隔検出部303からのピーク間隔信号IPSは心拍数検出部340及びCVRR検出部341に入力され、心拍数検出部340で心拍数HNが検出されると共に(ステップS13)、CVRR検出部341で係数CVRRが検出される(ステップS14)。 First, sleep information such as temperature data Th, acceleration data α, and electrocardiogram data EC is detected by the sleep information detection device 100 (step S1), and the sleep detection information is transmitted as is from the sleep information detection device 100 or is temporarily stored in the memory 141. It is stored (step S2). Thereafter, the sleep detection information (temperature data Th, acceleration data α, and electrocardiogram data EC) RS is input to the sleep analysis unit 300 via the input unit 301 (step S10), and the peak detection unit 302 detects the peak of the electrocardiogram data EC. The peak interval detection unit 303 detects the peak interval RRI based on the peak signal PS from the peak detection unit 302 (Step S12). The peak interval signal IPS from the peak interval detection section 303 is input to the heart rate detection section 340 and the CVRR detection section 341, and the heart rate detection section 340 detects the heart rate HN (step S13), and the CVRR detection section 341 detects the heart rate HN. Coefficient CVRR is detected (step S14).

また、ピーク間隔信号IPSは時間/周波数解析部350に入力されて時間/周波数解析が行われ(ステップS20)、周波数解析に基づいた波長解析が波長解析部351で行われる(ステップS21)。解析された高波長HF及び低波長LFは自律神経計算部352に入力され、自律神経に関連する副交感神経指標PSNS及び交感神経指標SNSが計算される(ステップS22)。副交感神経指標PSNS及び交感神経指標SNSは解析処理部320に入力され、副交感神経指標PSNSは、呼吸検出部310及び無呼吸症候群検出部342に入力される。 Further, the peak interval signal IPS is input to the time/frequency analysis section 350 where time/frequency analysis is performed (step S20), and wavelength analysis based on the frequency analysis is performed at the wavelength analysis section 351 (step S21). The analyzed high wavelength HF and low wavelength LF are input to the autonomic nerve calculation unit 352, and a parasympathetic nerve index PSNS and a sympathetic nerve index SNS related to the autonomic nerves are calculated (step S22). The parasympathetic nerve index PSNS and the sympathetic nerve index SNS are input to the analysis processing section 320, and the parasympathetic nerve index PSNS is input to the respiration detection section 310 and the apnea syndrome detection section 342.

呼吸検出部310は加速度データα及び副交感神経指標PSNSに基づいて呼吸数BRを検出し(ステップS23)、呼吸数BRは解析処理部320に入力されると共に、無呼吸症候群検出部342に入力される。姿勢検出部360は加速度データαに基づいて被験者の姿勢を検出し(ステップS24)、姿勢データSTは解析処理部320に入力される。また、運動検出部370は加速度データαに基づいて消費エネルギーENを検出し(ステップS25)、無呼吸症候群検出部342は呼吸数BR及び副交感神経指標PSNSに基づいて無呼吸症候群を検出し(ステップS26)、無呼吸症候群を示す無呼吸信号NBは解析処理部320に入力される。解析処理部320は入力された各データに基づいて睡眠状態を検出し(ステップS100)、解析された結果である睡眠解析情報SYAは出力部304を経て出力される(ステップS200)。 The respiration detection unit 310 detects the respiration rate BR based on the acceleration data α and the parasympathetic index PSNS (step S23), and the respiration rate BR is input to the analysis processing unit 320 and the apnea syndrome detection unit 342. Ru. Posture detection section 360 detects the subject's posture based on acceleration data α (step S24), and posture data ST is input to analysis processing section 320. Furthermore, the motion detection unit 370 detects the energy consumption EN based on the acceleration data α (step S25), and the apnea syndrome detection unit 342 detects the apnea syndrome based on the respiration rate BR and the parasympathetic index PSNS (step S25). S26), the apnea signal NB indicating an apnea syndrome is input to the analysis processing section 320. The analysis processing unit 320 detects a sleep state based on each input data (step S100), and sleep analysis information SYA, which is the analyzed result, is outputted via the output unit 304 (step S200).

なお、上述の各データの入力や各処理の順番等は適宜変更可能である。 Note that the input of each data and the order of each process described above can be changed as appropriate.

次に、解析処理部320の動作例(図19のステップS100)を図20のフローチャートを参照して説明する。 Next, an example of the operation of the analysis processing unit 320 (step S100 in FIG. 19) will be described with reference to the flowchart in FIG. 20.

解析処理部320は、先ず温度データThに変化(閾値Th1より上昇、閾値Th2より低下)が有るか否かを判定し(ステップS101)、変化が有る場合には心拍数HNに変化(閾値HN1より低下、閾値HN2より上昇)が有るか否かを判定し(ステップS102)、変化が有る場合には更に呼吸数BRに変化(閾値BR1より低下、閾値BR2より上昇)が有るか否かを判定する(ステップS103)。呼吸数BRに変化が有る場合には副交感神経指標PSNS及び交感神経指標SNSに基づいて睡眠度(浅睡眠、深睡眠)を判定し(ステップS104)、副交感神経指標PSNS及び交感神経指標SNSの交叉に変化(閾値EC1より低下、閾値EC2より上昇)が有るか否かを判定し(ステップS105)、変化が有る場合には姿勢検出部360は被験者の姿勢を判定する(ステップS106)。次いで、運動検出部370からの消費エネルギーENに変化(閾値EN1より低下、閾値EN2より上昇)が有るか否かを判定し(ステップS107)、変化が有る場合には睡眠の判定を行い(ステップS110)、出力部304から判定結果SYを出力する(ステップS120)。 The analysis processing unit 320 first determines whether or not there is a change in temperature data Th (increase from threshold Th1, decrease from threshold Th2) (step S101), and if there is a change, changes heart rate HN (threshold HN1). If there is a change, it is determined whether there is a change in the respiration rate BR (decreasing from the threshold BR1 or rising from the threshold BR2) (step S102). Determination is made (step S103). If there is a change in the breathing rate BR, the degree of sleep (light sleep, deep sleep) is determined based on the parasympathetic index PSNS and the sympathetic index SNS (step S104), and the intersection of the parasympathetic index PSNS and the sympathetic index SNS is determined. It is determined whether there is a change (decrease from threshold EC1, increase from threshold EC2) (step S105), and if there is a change, posture detection unit 360 determines the posture of the subject (step S106). Next, it is determined whether or not there is a change in the energy consumption EN from the exercise detection unit 370 (decreased from the threshold value EN1, increased from the threshold value EN2) (step S107), and if there is a change, sleep is determined (step S110), and the determination result SY is output from the output unit 304 (step S120).

上記ステップS101、ステップS102、ステップS103、ステップS105及びステップS107において、変化が無い場合にはいずれも上記ステップS110の判定処理となる。 In step S101, step S102, step S103, step S105, and step S107, if there is no change, the determination process of step S110 is performed.

図21は、本発明が解析する睡眠情報の変化と動作例を示すタイミングチャートであり、図21を参照して本発明の動作を説明する。 FIG. 21 is a timing chart showing changes in sleep information analyzed by the present invention and an example of the operation, and the operation of the present invention will be described with reference to FIG. 21.

被験者は睡眠解析のため、図5に示すように睡眠情報検出装置100を胸部に装着する。本発明によれば、睡眠情報検出装置100の胸部への装着も容易である。また、環境的には、図6に示されるような形態で睡眠解析部300に接続されているか、若しくは睡眠情報検出装置100のメモリ141に検出したデータを格納し、USB端子102を経てデータ取り込みを行っても良い。 For sleep analysis, the subject wears the sleep information detection device 100 on his chest as shown in FIG. According to the present invention, it is also easy to attach the sleep information detection device 100 to the chest. In addition, from an environmental perspective, it may be connected to the sleep analysis unit 300 in the form shown in FIG. You may do so.

図21(A)は被験者が睡眠のために入床した時点t1、睡眠に入った入眠の時点t2、睡眠から覚めた脱眠の時点t3、起床の時点t4を時間軸で示しており、時間Tに、無呼吸症候群検出部342で無呼吸症候群が検出されたことを示している。 Figure 21 (A) shows on the time axis the time t1 when the subject went to bed for sleep, the time t2 when the subject entered sleep, the time t3 when the subject woke up from sleep, and the time t4 when he woke up. T indicates that the apnea syndrome detection unit 342 has detected an apnea syndrome.

時点t1以前の入床する前は、被験者は通常図21(B)に示すように立位の状態であり、xyz軸は図8(A)で説明した通りである。そして、立位状態から入床する場合は、垂直のy軸に対して角度π/2だけ体を回転して、仰臥位になって寝床(ベッド)に入ることになる(時点t1(Bed-in))。入床した状態では、一般的に縦方向(z軸)の動きはなく、横方向(x軸及びy軸)の運動に限定されると考えられる。ただし、被験者の心臓、気道、横隔膜、肋骨などは自律神経(交感神経、副交感神経)によって、運動している。また、仰臥位の睡眠状態から脱眠し(時点t3(Bed-out))、起床する場合は逆に角度π/2だけ体を回転して立位状態になる(時点t4(Bed-out))。このような被験者の様子は、姿勢データSTに基づいて姿勢検出部360で検出され、姿勢判定部326で判定された判定結果DT6が睡眠判定部328に入力される。 Before entering the bed before time t1, the subject is usually in a standing position as shown in FIG. 21(B), and the xyz axes are as described in FIG. 8(A). When entering the bed from a standing position, the body is rotated by an angle π/2 with respect to the vertical y-axis, and the body is placed in a supine position (time t1 (Bed- in)). When in bed, there is generally no movement in the vertical direction (z-axis), and movement is considered to be limited to horizontal directions (x-axis and y-axis). However, the subject's heart, airways, diaphragm, ribs, etc. are moved by autonomic nerves (sympathetic nerves, parasympathetic nerves). Also, when you fall asleep from a supine sleep state (time t3 (Bed-out)) and wake up, you rotate your body by an angle π/2 and return to a standing position (time t4 (Bed-out)) ). Such a state of the subject is detected by the posture detecting section 360 based on the posture data ST, and a determination result DT6 determined by the posture determining section 326 is input to the sleep determining section 328.

被験者の皮膚温度である温度データThは温度センサ121によって検出され、制御部140及び送信部142を経て解析処理部320内の温度変化検出部321に入力され、温度データThの上昇や低下が閾値に基づいて検出される。温度データThは、入床する前(時点t1以前)と入眠する前(時点t2以前)は、図21(D)に示されるように一定の温度(平熱)を維持している。そして、入眠状態(時点t2以降)になると温度データThは徐々に上昇し、睡眠から覚めると(時点t3以降)徐々に低下して一定の温度(平熱)に戻る。従って、温度変化検出部321が温度データThの変化を監視し、検出結果DT1を睡眠判定部328に入力することによって、入眠と脱眠を1つ目の要因として検出することができる。 Temperature data Th, which is the subject's skin temperature, is detected by the temperature sensor 121 and input to the temperature change detection unit 321 in the analysis processing unit 320 via the control unit 140 and transmission unit 142, and the rise or fall of the temperature data Th is determined as a threshold value. Detected based on. The temperature data Th maintains a constant temperature (normal temperature) before going to bed (before time t1) and before falling asleep (before time t2), as shown in FIG. 21(D). Then, the temperature data Th gradually increases when falling asleep (after time t2), and gradually decreases to return to a constant temperature (normal temperature) when waking up from sleep (after time t3). Therefore, when the temperature change detection section 321 monitors the change in the temperature data Th and inputs the detection result DT1 to the sleep determination section 328, falling asleep and falling asleep can be detected as the first factor.

また、心電データECは、ピーク検出部302及びピーク間隔検出部303を経てピーク間隔信号IPSとして心拍数検出部340に入力され、心拍数検出部340で検出された心拍数HNが解析処理部320内の心拍数変化検出部322に入力され、心拍数HNの変化(上昇、低下)が閾値に基づいて検出される。心拍数HNは、入床する前(時点t1以前)と入眠する前(時点t2以前)は、図21(C)に示されるように一定の心拍数を維持しているが、入眠状態(時点t2以降)になると徐々に低下し、睡眠から覚めると(時点t3以降)徐々に上昇して一定の心拍数HNに戻る。従って、心拍数変化検出部322が心拍数HNの変化を監視し、検出結果DT2を睡眠判定部328に入力することによって、入眠と脱眠を2つ目の要因として検出することができる。 Further, the electrocardiogram data EC is inputted to the heart rate detection unit 340 as a peak interval signal IPS via the peak detection unit 302 and the peak interval detection unit 303, and the heart rate HN detected by the heart rate detection unit 340 is input to the analysis processing unit. 320, and a change (increase, decrease) in heart rate HN is detected based on a threshold value. The heart rate HN maintains a constant heart rate before going to bed (before time t1) and before falling asleep (before time t2), as shown in FIG. After time t2), the heart rate gradually decreases, and when you wake up from sleep (after time t3), it gradually increases and returns to a constant heart rate HN. Therefore, when the heart rate change detection section 322 monitors the change in the heart rate HN and inputs the detection result DT2 to the sleep determination section 328, falling asleep and falling asleep can be detected as the second factor.

呼吸数BRは解析処理部320内の呼吸数数変化検出部323に入力され、呼吸数BRの変化(上昇、低下)が閾値に基づいて検出される。呼吸数BRは、入床する前(時点t1以前)と入眠する前(時点t2以前)は、図21(E)に示されるように一定の呼吸数を維持しているが、入眠状態(時点t2以降)になると徐々に低下し、睡眠から覚めると(時点t3以降)徐々に上昇して一定の呼吸数に戻る。従って、呼吸数変化検出部323が呼吸数BRの変化を監視し、検出結果DT3を睡眠判定部328に入力することによって、入眠と脱眠を3つ目の要因として検出することができる。 The respiration rate BR is input to the respiration rate change detection unit 323 in the analysis processing unit 320, and a change (increase, decrease) in the respiration rate BR is detected based on a threshold value. The breathing rate BR maintains a constant breathing rate before going to bed (before time t1) and before falling asleep (before time t2), as shown in FIG. After time t2), the breathing rate gradually decreases, and when you wake up from sleep (after time t3), it gradually increases and returns to a constant respiration rate. Therefore, when the breathing rate change detection section 323 monitors the change in the breathing rate BR and inputs the detection result DT3 to the sleep determination section 328, it is possible to detect sleep onset and sleep deprivation as the third factor.

交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSは睡眠度判定部324及び交叉判定部325に入力されており、睡眠度判定部324は交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSの相関関係に基づいて深睡眠であるか若しくは浅睡眠であるかを判定し、判定結果DT4を睡眠判定部328に入力する。また、図21(G)に示すように、入眠前は交感神経指標SNSが高く、副交感神経指標PSNSが低くなっているが、入眠に入ると逆に交感神経指標PSNSが徐々に低くなり、副交感神経指標PSNSが徐々に高くなって交叉するので、この交叉を検出することにより入眠を検出することができる。同様に、脱眠すると交感神経指標SNSは徐々に高くなり、副交感神経指標PSNSは徐々に低くなって交叉するので、この交叉若しくは変化を検出することにより脱眠を検出することができる。従って、交叉判定部325が交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSの交叉若しくは変化を監視し、判定結果DT5を睡眠判定部328に入力することによって、入眠と脱眠を4つ目の要因として検出することができる。 The sympathetic nerve index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS are input to the sleep degree determination section 324 and the crossover determination section 325, and the sleep degree determination section 324 determines whether deep sleep is achieved based on the correlation between the sympathetic nerve index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS. The determination result DT4 is input to the sleep determination unit 328. In addition, as shown in Figure 21 (G), before falling asleep, the sympathetic nerve index SNS is high and the parasympathetic nerve index PSNS is low, but when falling asleep, the sympathetic nerve index PSNS gradually decreases and the parasympathetic Since the neural index PSNS gradually increases and intersects, falling asleep can be detected by detecting this intersect. Similarly, when a person falls asleep, the sympathetic nerve index SNS gradually increases and the parasympathetic nerve index PSNS gradually decreases and crosses each other, so that sleep loss can be detected by detecting this crossover or change. Therefore, the crossover determination unit 325 monitors the crossover or change of the sympathetic nerve index SNS and the parasympathetic nerve index PSNS, and inputs the determination result DT5 to the sleep determination unit 328, thereby detecting sleep onset and sleep deprivation as the fourth factor. can do.

図21(B)に示すように入床する前(時点t1以前)は立位状態であり、図21(F)に示すように加速度データαは、重力に対しての加速度αが1[G]となっているが、入床すると姿勢が仰臥位になるので(時点t1以降)加速度αは“0”となる。そして、起床すると(時点t4以降)再び重力に対しての加速度αが1[G]となる。入床前(時点t1以前)は立位であるので重力に平行な加速度αは“0”となっているが、入床して仰臥位状態になると(時点t2以降)加速度αが重力方向に作用するので加速度αは1[G]となり、起床すると(時点t4以降)再び重力に対しての加速度αは“0”となる。このような被験者の姿勢は、姿勢検出部360及び姿勢判定部326によって判定され、睡眠解析の重要な要素となる。xyz軸の加速度α、α、αから被験者の姿勢を判定でき、側臥位も判定できるので、睡眠中の寝返り回数も検出可能である。 As shown in FIG. 21(B), before entering the bed (before time t1), the user is in a standing position, and as shown in FIG. 21(F), the acceleration data α indicates that the acceleration α y with respect to gravity is 1[ G], but when the patient enters the bed, the patient's posture becomes the supine position (after time t1), so the acceleration α y becomes "0". Then, when the person wakes up (after time t4), the acceleration α y with respect to gravity becomes 1 [G] again. Before entering the bed (before time t1), you are in a standing position, so the acceleration α z parallel to gravity is “0”, but when you enter the bed and are in a supine position (after time t2), the acceleration α z is equal to the gravity Since it acts in the direction, the acceleration α z becomes 1 [G], and when you wake up (after time t4), the acceleration α z with respect to gravity becomes “0” again. Such a posture of the subject is determined by the posture detecting section 360 and the posture determining section 326, and becomes an important element of sleep analysis. Since the posture of the subject can be determined from the accelerations α x , α y , and α z of the xyz axes, and the lateral position can also be determined, it is also possible to detect the number of times the subject turns over during sleep.

運動検出部370で検出された消費エネルギーENは、消費エネルギー変化検出部327に入力され、消費エネルギーENの変化が閾値に基づいて検出される。消費エネルギーENは、入床する前(時点t1以前)と入眠する前(時点t2以前)は、図21(F)に示されるように一定の大きさを維持しているが、入眠状態(時点t2以降)になると低下し、睡眠から覚めると(時点t3以降)上昇して一定の大きさに戻る。従って、消費エネルギー変化検出部327が消費エネルギーENの変化を監視し、検出結果DT7を睡眠判定部328に入力することによって、入眠と脱眠を5つ目の要因として検出することができる。睡眠判定部328は上記検出結果や判定結果に基づく睡眠解析情報SYAを出力する。無呼吸信号NBが睡眠判定部328に入力された場合には、無呼吸症候群を示す睡眠解析情報SYAを出力する。 The energy consumption EN detected by the exercise detection section 370 is input to the energy consumption change detection section 327, and a change in the energy consumption EN is detected based on a threshold value. The consumed energy EN maintains a constant level before going to bed (before time t1) and before falling asleep (before time t2), as shown in FIG. (after time t2), it decreases, and when you wake up from sleep (after time t3), it increases and returns to a constant level. Therefore, when the energy consumption change detection section 327 monitors the change in the energy consumption EN and inputs the detection result DT7 to the sleep determination section 328, falling asleep and falling asleep can be detected as the fifth factor. The sleep determination unit 328 outputs sleep analysis information SYA based on the detection results and determination results. When the apnea signal NB is input to the sleep determination unit 328, sleep analysis information SYA indicating an apnea syndrome is output.

このように本発明の睡眠解析によれば、心拍数HN、皮膚の温度データTh、呼吸数BR、消費エネルギーEN、交感神経指標SNS及び副交感神経指標PSNSの5つの要因が全て成立したときに、入眠と脱眠を判定しているので、解析結果が正確であるという特徴を有する。また、無呼吸症候群や寝返り回数などについても判定することができる。 According to the sleep analysis of the present invention, when all five factors of heart rate HN, skin temperature data Th, respiration rate BR, energy consumption EN, sympathetic nerve index SNS, and parasympathetic nerve index PSNS are established, Since it determines whether someone is falling asleep or falling asleep, the analysis results are accurate. It is also possible to determine apnea syndrome, the number of times the patient turns over in bed, etc.

図22は実際の検出データの一例を示しており、睡眠中に生じる無呼吸発作やシャワーを浴びた状態が示されている。 FIG. 22 shows an example of actual detected data, and shows an apnea attack occurring during sleep and a state of taking a shower.

1 ネットワーク
2 端末装置
100 睡眠情報検出装置
101A、101B 電極片
102 充電端子
103A、103B 導電材
104A、104B 凹部
107A、107B 電極材
120 センサ部
121 温度センサ
122 加速度センサ
123 心電計
130 バッテリ
140 制御部
141 メモリ
300 睡眠解析部
301 入力部
302 ピーク検出部
303 ピーク間隔検出部
304 出力部
310 呼吸検出部
311 選択部
312 高速サンプリング部
313 BPF
314 LPF
315 高速フーリエ変換部(FFT)
316 比較部
317 呼吸演算部
320 解析処理部
321 温度変化検出部
322 心拍数変化検出部
323 呼吸数変化検出部
324 睡眠度判定部
325 交叉判定部
326 姿勢判定部
327 消費エネルギー変化検出部
328 睡眠判定部
330 交感神経検出部
331 フーリエ変換部
340 心拍数検出部
341 CVRR検出部
342 無呼吸症候群検出部
350 時間/周波数解析部
351 波長解析部
352 自律神経計算部
360 姿勢検出部
370 運動検出部
1 Network 2 Terminal device 100 Sleep information detection device 101A, 101B Electrode piece 102 Charging terminal 103A, 103B Conductive material 104A, 104B Recessed part 107A, 107B Electrode material 120 Sensor section 121 Temperature sensor 122 Acceleration sensor 123 Electrocardiograph 130 Battery 140 Control section 141 Memory 300 Sleep analysis section 301 Input section 302 Peak detection section 303 Peak interval detection section 304 Output section 310 Breathing detection section 311 Selection section 312 High speed sampling section 313 BPF
314 LPF
315 Fast Fourier Transform (FFT)
316 Comparison unit 317 Breathing calculation unit 320 Analysis processing unit 321 Temperature change detection unit 322 Heart rate change detection unit 323 Breathing rate change detection unit 324 Sleep degree determination unit 325 Crossover determination unit 326 Posture determination unit 327 Energy consumption change detection unit 328 Sleep determination Section 330 Sympathetic nerve detection section 331 Fourier transform section 340 Heart rate detection section 341 CVRR detection section 342 Apnea syndrome detection section 350 Time/frequency analysis section 351 Wavelength analysis section 352 Autonomic nerve calculation section 360 Posture detection section 370 Movement detection section

Claims (7)

被験者の身体に装着された、温度センサ、加速度センサ及び心電計を備えた睡眠情報検出装置、で得られる温度データ、加速度データ及び心電データに基づいて、睡眠解析部が前記被験者の睡眠状態を解析する、睡眠解析装置の作動方法であって、
前記温度データは、前記温度センサから得られる前記被験者の皮膚温度であり、
前記加速度データは、前記被験者の身長方向をY軸、左右方向をX軸、前後方向をZ軸とした加速度データであり、
前記被験者の皮膚温度と、
前記心電計からの前記被験者の前記心電データを処理して得られる心拍数、交感神経指標及び副交感神経指標、並びに、前記交感神経指標及び前記副交感神経指標の交叉の変化と、
前記加速度センサからの前記被験者の前記加速度データを処理して得られる、前記被験者の姿勢と、消費エネルギーと、
前記加速度データのうち、睡眠情報の検出に際して得られる、最初の所定時間の、Z軸方向の加速度データと、Y軸方向の加速度データと、X軸方向の加速度データとを比較し、大きい方の2つを採用した加速度データ及び、前記副交感神経指標に基づいて算出する呼吸数と、
に基づいて、前記睡眠解析部が前記被験者の睡眠状態を解析し、
前記睡眠状態は、入床、入眠(潜時)、睡眠から覚めた脱眠、起床、であり、
前記加速度データによる前記姿勢に基づいて、前記睡眠解析部が入床又は起床を判定し、
前記心拍数の低下と、前記皮膚温度の上昇と、前記呼吸数の低下と、前記消費エネルギーの低下と、前記交感神経指標の低下と前記副交感神経指標の上昇による交叉と、に基づいて、前記睡眠解析部が前記入眠(潜時)を判定し、
前記心拍数の上昇と、前記皮膚温度の低下と、前記呼吸数の上昇と、前記消費エネルギーの上昇と、前記交感神経指標の上昇と前記副交感神経指標の低下による交叉と、に基づいて、前記睡眠解析部が睡眠から覚めた脱眠を判定する、
ことを特徴とする睡眠解析方法。
The sleep analysis unit determines the sleep state of the subject based on temperature data, acceleration data, and electrocardiogram data obtained by a sleep information detection device equipped with a temperature sensor, an acceleration sensor, and an electrocardiograph attached to the subject's body. A method of operating a sleep analysis device that analyzes
The temperature data is the subject's skin temperature obtained from the temperature sensor,
The acceleration data is acceleration data with the height direction of the subject as the Y axis, the left and right direction as the X axis, and the front and back direction as the Z axis,
the subject's skin temperature;
Heart rate, sympathetic nerve index and parasympathetic nerve index obtained by processing the electrocardiographic data of the subject from the electrocardiograph, and changes in the intersection of the sympathetic nerve index and the parasympathetic nerve index;
a posture of the subject and energy consumption obtained by processing the acceleration data of the subject from the acceleration sensor;
Among the acceleration data, the acceleration data in the Z-axis direction, the acceleration data in the Y-axis direction, and the acceleration data in the X-axis direction for the first predetermined time obtained when detecting sleep information are compared, and the larger Acceleration data employing two methods, and a respiration rate calculated based on the parasympathetic nerve index,
The sleep analysis unit analyzes the sleep state of the subject based on
The sleep state is going to bed, falling asleep (latency time), falling asleep after waking up from sleep, and waking up,
The sleep analysis unit determines whether to go to bed or wake up based on the posture based on the acceleration data,
Based on the decrease in the heart rate, the increase in the skin temperature, the decrease in the respiration rate, the decrease in the energy consumption, and the crossover caused by the decrease in the sympathetic nerve index and the increase in the parasympathetic nerve index , The sleep analysis unit determines the sleep onset (latency time),
Based on the increase in the heart rate, the decrease in the skin temperature, the increase in the respiration rate, the increase in the energy consumption, the increase in the sympathetic nerve index and the decrease in the parasympathetic index , The sleep analysis department determines sleep deprivation caused by awakening from sleep.
A sleep analysis method characterized by:
前記睡眠状態が、レム睡眠、ノンレム睡眠、浅睡眠、深睡眠であり、
前記交感神経指標、又は/及び、呼吸周波数変動幅のデータに基づいて、前記睡眠解析部が前記ノンレム睡眠の睡眠度(浅睡眠及び深睡眠)、並びに、前記レム睡眠を判定する、
請求項1に記載の睡眠解析方法。
The sleep state is REM sleep, non-REM sleep, shallow sleep, or deep sleep,
The sleep analysis unit determines the degree of sleep of the non-REM sleep (light sleep and deep sleep) and the REM sleep based on the sympathetic nerve index and/or the data of the breathing frequency fluctuation range,
The sleep analysis method according to claim 1.
前記呼吸数に基づき、所定時間の間に前記呼吸数が0となった場合、又は/及び、前記副交感神経指標が所定時間の間、何の出力も無い場合に、前記睡眠解析部が無呼吸症候群と判定する、請求項1又は2に記載の睡眠解析方法。 Based on the respiration rate, if the respiration rate becomes 0 for a predetermined period of time, and/or if the parasympathetic nerve index has no output for a predetermined period of time, the sleep analysis unit detects apnea. The sleep analysis method according to claim 1 or 2, wherein the sleep analysis method is determined to be a syndrome. 被験者の身体に装着可能であり、温度センサ、加速度センサ及び心電計を備えた睡眠情報検出装置と、
前記睡眠情報検出装置で得られる温度データ、加速度データ及び心電データを取得して処理し、入床、入眠(潜時)、睡眠から覚めた脱眠、起床、レム睡眠、ノンレム睡眠、浅睡眠、深睡眠の睡眠状態を解析する睡眠解析部と、で構成され、
前記温度データは、前記温度センサから得られる前記被験者の皮膚温度であり、
前記加速度データは、前記被験者の身長方向をY軸、左右方向をX軸、前後方向をZ軸とした加速度データであり、
前記睡眠解析部は、
前記加速度データに基づく姿勢信号に基づいて被験者の姿勢(立位、仰臥位、側臥位など)を判定して判定結果を出力する姿勢判定部と、
前記皮膚温度のデータの変化(上昇、低下)を検出して検出結果を出力する温度変化検出部と、
前記心電データのピーク間隔に基づいて心拍数を検出する心拍数検出部と、
前記ピーク間隔の時間/周波数解析に基づいて交感神経指標及び副交感神経指標を計算する自律神経計算部と、
前記交感神経指標及び前記副交感神経指標の交叉の変化(上昇、低下)を判定して判定結果を出力する交叉判定部と、
前記加速度データのうち、睡眠情報の検出に際して得られる、最初の所定時間の、Z軸方向の加速度データと、Y軸方向の加速度データと、X軸方向の加速度データとを比較し、大きい方の2つを採用した加速度データ及び前記副交感神経指標に基づいて呼吸数を検出する呼吸検出部と、
前記加速度データに基づいて消費エネルギーを検出する運動検出部と、
で構成され、
前記加速度データによる前記姿勢に基づいて入床又は起床を判定し、
前記心拍数の低下と、前記皮膚温度の上昇と、前記呼吸数の低下と、前記消費エネルギーの低下と、前記交感神経指標の低下と前記副交感神経指標の上昇による交叉と、に基づいて、入眠(潜時)を判定し、
前記心拍数の上昇と、前記皮膚温度の低下と、前記呼吸数の上昇と、前記消費エネルギーの上昇と、前記交感神経指標の上昇と前記副交感神経指標の低下による交叉と、に基づいて、睡眠から覚めた脱眠を判定する、ことを特徴とする睡眠解析装置。
A sleep information detection device that can be attached to a subject's body and includes a temperature sensor, an acceleration sensor, and an electrocardiograph;
The temperature data, acceleration data, and electrocardiogram data obtained by the sleep information detection device are acquired and processed, and are used to detect entering bed, falling asleep (latency time), falling asleep after waking up from sleep, waking up, REM sleep, non-REM sleep, and shallow sleep. , a sleep analysis unit that analyzes the sleep state of deep sleep,
The temperature data is the subject's skin temperature obtained from the temperature sensor,
The acceleration data is acceleration data with the height direction of the subject as the Y axis, the left and right direction as the X axis, and the front and back direction as the Z axis,
The sleep analysis section includes:
a posture determination unit that determines the posture of the subject (standing position, supine position, lateral position, etc.) based on a posture signal based on the acceleration data and outputs a determination result;
a temperature change detection unit that detects a change (increase, decrease) in the skin temperature data and outputs a detection result;
a heart rate detection unit that detects the heart rate based on the peak interval of the electrocardiogram data;
an autonomic nerve calculation unit that calculates a sympathetic nerve index and a parasympathetic nerve index based on the time/frequency analysis of the peak interval;
a crossover determination unit that determines a change in crossover (increase, decrease) of the sympathetic nerve index and the parasympathetic index and outputs a determination result;
Among the acceleration data, the acceleration data in the Z-axis direction, the acceleration data in the Y-axis direction, and the acceleration data in the X-axis direction for the first predetermined time obtained when detecting sleep information are compared, and the larger a respiration detection unit that detects the respiration rate based on the acceleration data and the parasympathetic nerve index employing the two;
a motion detection unit that detects energy consumption based on the acceleration data;
It consists of
Determining whether to go to bed or get up based on the posture based on the acceleration data,
Falling asleep based on the decrease in the heart rate, the increase in the skin temperature, the decrease in the respiratory rate, the decrease in the energy consumption, and the crossover caused by the decrease in the sympathetic nerve index and the increase in the parasympathetic nerve index. (latency) and
sleep based on the increase in the heart rate, the decrease in the skin temperature, the increase in the respiration rate, the increase in the energy consumption, the increase in the sympathetic nerve index and the decrease in the parasympathetic nerve index, A sleep analysis device is characterized in that it determines sleep deprivation caused by awakening.
前記睡眠情報検出装置からの前記温度データ、前記加速度データ及び前記心電データを、メモリを介する端子接続で、若しくは無線で、若しくは有線で、若しくは光通信で前記睡眠解析部に送信するようになっている請求項4に記載の睡眠解析装置。 The temperature data, the acceleration data, and the electrocardiogram data from the sleep information detection device are transmitted to the sleep analysis unit by terminal connection via memory, wirelessly, wired, or optical communication. The sleep analysis device according to claim 4. 前記交感神経指標、又は/及び、呼吸周波数変動幅のデータに基づいて、前記ノンレム睡眠の睡眠度(浅睡眠及び深睡眠)、並びに、前記レム睡眠を判定する、
請求項4又は5に記載の睡眠解析装置。
Determining the degree of sleep of the non-REM sleep (light sleep and deep sleep) and the REM sleep based on the sympathetic nerve index and/or data on the breathing frequency fluctuation range;
The sleep analysis device according to claim 4 or 5.
前記呼吸数に基づき、所定時間の間に前記呼吸数が0となった場合、又は/及び、前記副交感神経指標が所定時間の間、何の出力も無い場合に、無呼吸症候群と判定する、請求項4に記載の睡眠解析装置。
Based on the respiration rate, if the respiration rate becomes 0 for a predetermined time, or/and if the parasympathetic nerve index has no output for a predetermined time, determining an apnea syndrome. The sleep analysis device according to claim 4.
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