WO2015146512A1

WO2015146512A1 - 睡眠支援装置

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Publication number: WO2015146512A1
Application number: PCT/JP2015/056309
Authority: WO
Inventors: 亨志牟田
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-10-01
Also published as: JPWO2015146512A1; JP6288247B2; US10258762B2; US20170000971A1

Abstract

　使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能な睡眠支援装置を提供する。　睡眠支援装置（１）は、心電信号を検出する一対の心電電極（１１，１２）と、発光素子（２１）と受光素子（２２）とを有し光電脈波信号を検出する光電脈波センサ（２０）と、心電信号および光電脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出部（３１６，３２６）と、光電脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間計測部（３３０）と、脈波伝播時間が所定のしきい値以下の場合に睡眠に適した状態になっていないと判定する睡眠状態判定部（３４０）と、睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に前腕部の温度を上げる前腕部加温部（５１）とを備えている。

Description

睡眠支援装置

　本発明は、睡眠支援装置に関する。

　従来から、人の眠気を検知する技術、および、眠気を検知したときに睡眠を促進する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

　ここで、特許文献１には、車両の搭乗者の脈波データを取得する脈波センサと、心拍データを取得する心電センサと、搭乗者が眠気を有することを検出する入眠制御ＥＣＵと、搭乗者の睡眠に適した動作を行う複数の車載装置（シートリクライニング装置、マッサージ装置、シート空調装置、エアコン、酸素付加装置、オーディオ、サンシェード開閉装置、照明、オットマン、モニタ画面）とから構成された入眠システムが開示されている。

　この入眠システムでは、入眠制御ＥＣＵが、脈波センサにより検出された脈波データと心電センサにより検出された心電データとに基づいて搭乗者の眠気を検出するとともに、搭乗者の眠気を検出したときには、上記各車載装置に睡眠に適した動作を行わせる。

特開２０１０－６８９４１号公報

　ところで、眠たい状態が必ずしも身体にとって眠りに適した状態であるとは限らない。すなわち、例えば冷え性の人や睡眠不足になりがちな人は、眠気が強くても寝付けないことがある。しかしながら、上述した特許文献１の技術では、眠気を検知することはできるものの、身体が睡眠に適した状態になっているかどうかを判定することはできない。よって、搭乗者の眠気を検知したときに各車載装置に睡眠に適した動作を行わせたとしても、その結果、搭乗者の身体が睡眠に適した状態になっているかどうかを知ることはできなかった。

　本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能な睡眠支援装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る睡眠支援装置は、心電信号を検出する一対の心電電極と、脈波信号を検出する脈波センサと、一対の心電電極により検出された心電信号、及び、脈波センサにより検出された脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段により検出された脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間演算手段と、脈波伝播時間演算手段により求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

　ところで、脈波伝播時間は、自律神経のうち交感神経が活発（優位）になっているとき、例えば、緊張しているとき、身体に力が入っているとき、および血管が収縮して血行が悪い状態のときなど（すなわち身体が睡眠に適した状態になっていないとき）に短くなる傾向がある。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間が求められ、該脈波伝播時間が所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定される。よって、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能となる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、一対の心電電極により検出された心電信号から心拍間隔を求める心拍間隔算出手段を備え、上記所定のしきい値が、心拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定されており、脈波伝播時間が心拍間隔算出手段により求められた心拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合に、判定手段が、睡眠に適した状態になっていないと判定することが好ましい。

　ところで、心拍間隔の長さと眠気の強さには相関が見られる。すなわち、脈波伝播時間が短くかつ心拍間隔が短い状態ほど、睡眠に適していない状態であると推定される。逆に、脈波伝播時間が長くかつ心拍間隔が長い状態ほど、睡眠に適した状態であると推定される。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定するためのしきい値が、心拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定される。すなわち、脈波伝搬時間と心拍間隔との組み合わせにより上記所定のしきい値が設定されるため、より的確に身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することが可能となる。

　本発明に係る睡眠支援装置では、上記所定のしきい値が、睡眠中における脈波伝播時間の最大値に基づいて設定されることが好ましい。

　ところで、脈波伝播時間は、起床後徐々に短くなっていき、睡眠によって回復する（長くなる）傾向が見られる。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、睡眠中における脈波伝播時間の最大値（すなわち、日中の活動により低下していない脈波伝搬時間）に基づいて上記所定のしきい値が設定される。そのため、睡眠に適した状態になっているか否かを判定するためのしきい値を適切に設定することができる。

　なお、本発明に係る睡眠支援装置では、上記脈波センサとして、発光素子と受光素子とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサが好適に用いられる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、脈波信号を検出する第１脈波センサおよび第２脈波センサと、第１脈波センサにより検出された第１の脈波信号、および、第２脈波センサにより検出された第２の脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段により検出された第１の脈波信号のピークと第２の脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間演算手段と、脈波伝播時間演算手段により求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

　本発明に係る睡眠支援装置によれば、第１の脈波信号のピークと第２の脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間が求められ、該脈波伝播時間が所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定される。よって、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能となる。

　なお、脈波伝播時間という用語は、生体の所定の２部位間を脈波が伝播する時間をさす場合と、心電信号のピークと脈波信号のピークとの時間差をいう場合とがあるが、本明細書でも、脈波伝播時間という用語を双方の意で用いる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、上記第１の脈波信号又は第２の脈波信号から脈拍間隔を求める脈拍間隔算出手段を備え、所定のしきい値が、脈拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定されており、脈波伝播時間が脈拍間隔算出手段により求められた脈拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合に、判定手段が、睡眠に適した状態になっていないと判定することが好ましい。

　ところで、脈拍間隔の長さと眠気の強さには相関が見られる。すなわち、脈波伝播時間が短くかつ脈拍間隔が短い状態ほど、睡眠に適していない状態であると推定される。逆に、脈波伝播時間が長くかつ脈拍間隔が長い状態ほど、睡眠に適した状態であると推定される。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定するためのしきい値が、脈拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定される。すなわち、脈波伝搬時間と脈拍間隔との組み合わせにより上記所定のしきい値が設定されるため、より的確に身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することが可能となる。

　本発明に係る睡眠支援装置によれば、睡眠中における脈波伝播時間の最大値（すなわち、日中の活動により低下していない脈波伝搬時間）に基づいて上記所定のしきい値が設定される。そのため、睡眠に適した状態になっているか否かを判定するためのしきい値を適切に設定することができる。

　なお、本発明に係る睡眠支援装置では、上記第１脈波センサおよび第２脈波センサそれぞれとして、発光素子と受光素子とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサが好適に用いられる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、前腕部の温度を上げる前腕部加温手段をさらに備えることが好ましい。

　ところで、手先が冷えて末梢の血管が収縮した状態ではスムーズに睡眠（入眠）することが難しく、また深い睡眠を得にくい。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていない場合には、使用者の前腕部の温度が上げられる。そのため、体幹部の温度を上げることなく、前腕部のみを温めることができる。よって、前腕部が温められて手先の末梢の血管が拡張した状態にされるとともに体幹部の温度が低い状態、すなわち睡眠に適した状態にされる。その結果、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、脚部の温度を上げる脚部加温手段をさらに備えることが好ましい。

　ところで、足先が冷えて末梢の血管が収縮した状態ではスムーズに睡眠（入眠）することが難しく、また深い睡眠を得ることが難しい。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていない場合には、使用者の脚部の温度が上げられる。よって、体幹部の温度を上げることなく、脚部のみを温めることができる。そのため、脚部が温められて足先の末梢の血管が拡張した状態にされるとともに体幹部の温度が低い状態、すなわち睡眠に適した状態にされる。その結果、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　本発明に係る睡眠支援装置は、判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、首周りの温度を下げる首周り冷却手段をさらに備えることが好ましい。

　ところで、睡眠中に頭部が熱くなると目が覚めやすくなる。ここで、本発明に係る睡眠支援装置によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、使用者の首周りの温度が下げられる。そのため、頭部への血流の温度が下がることにより、頭部の温度が下がり、睡眠に適した状態にされる。その結果、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　本発明によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能となる。

実施形態に係る睡眠支援装置の構成を示すブロック図である。実施形態に係る睡眠支援装置の外観を示す図である。心電波形、光電脈波波形、及び、脈波伝播時間を示す図である。脈波伝播時間と心拍間隔とにより定められる、睡眠に適している領域／睡眠に適していない領域の一例を示す図である。睡眠の前後における脈波伝播時間の変化の一例を示す図である。実施形態に係る睡眠支援装置による睡眠支援処理の処理手順を示すフローチャートである。変形例に係る睡眠支援装置の構成を示すブロック図である。

　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

　まず、図１、図２を併せて用いて、実施形態に係る睡眠支援装置１の構成について説明する。図１は、睡眠支援装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、睡眠支援装置１の外観を示す図である。

　睡眠支援装置１は、心電信号及び光電脈波信号を検出し、検出した心電信号（心電波）のＲ波ピークと光電脈波信号（脈波）のピーク（立ち上がり点）との時間差から脈波伝播時間を計測し、計測した脈波伝播時間に基づいて、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する機能を有している。また、睡眠支援装置１は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定した場合に、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にする機能を有している。

　そのため、睡眠支援装置１は、心電信号を検出するための一対の心電電極（第１心電電極１１、第２心電電極１２）、光電脈波信号を検出するための光電脈波センサ２０、及び、検出された心電信号と光電脈波信号から脈波伝播時間等を計測して身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する信号処理ユニット３０、及び、身体の状態を睡眠に適した状態にする前腕部加温部５１、脚部加温部５２、首周り冷却部５３を備えている。以下、各構成要素について詳細に説明する。

　睡眠支援装置１は、例えば、図２に示されるように、両腕の先から肩、背中にかけてつながるように装着可能に形成された伸縮性の高い布地に第１心電電極１１、第２心電電極１２、及び光電脈波センサ２０等が取り付けられている。なお、計測や配線に不要な体幹部の布地はなくてもよい。

　睡眠支援装置１は、装着することにより、一対の第１，第２心電電極１１，１２のうち、第１心電電極１１が、一方の腕（例えば左腕）の指先から肩までの間のいずれかの部位（本実施形態では左手首）に接触して取り付けられ、第２心電電極１２が、他方の腕（例えば右腕）の指先から肩までの間のいずれかの部位（本実施形態では右手首）に接触して取り付けられる。また、第１心電電極１１、及び、第２心電電極１２に接続された配線ケーブル１５は、使用者の体表面に沿うように布地に取り付けられて配線される。なお、第１，第２心電電極１１，１２は、伸縮性の高い素材で作製された身体にぴったりフィットする衣服の胸部又は首周りの内側（２箇所）に配置してもよい。

　第１心電電極１１、第２心電電極１２としては、例えば、導電布が好適に用いられる。なお、第１心電電極１１、第２心電電極１２としては、例えば、金属（ステンレス、Ａｕ等の腐食に強く金属アレルギーの少ないものが好ましい）や導電ゲル、導電ゴム等を用いてもよい。その他、第１心電電極１１、第２心電電極１２として、例えば、金属表面を絶縁層でコーティングした容量性結合電極等を用いることもできる。第１心電電極１１及び第２心電電極１２それぞれは、配線ケーブル１５を通して、信号処理ユニット３０と接続されており、該配線ケーブル１５を介して、心電信号を信号処理ユニット３０へ出力する。

　光電脈波センサ２０は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出するセンサである。そのため、光電脈波センサ２０は、発光素子２１と受光素子２２とを含んで構成されている。ここで、光電脈波センサ２０は、手の指先から肩までの間のいずれかの部位（例えば、指、手首、前腕、上腕、または肩など）に接触して取り付けられることが好ましい。なお、本実施形態では、光電脈波センサ２０を、左手首、すなわち、一方の第１心電電極１１の近傍に（例えば、横に並べて又は一体化して）配置した。

　発光素子２１は、信号処理ユニット３０の駆動部３８０から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子２１としては、例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。なお、駆動部３８０は、発光素子２１を駆動するパルス状の駆動信号を生成して出力する。

　受光素子２２は、発光素子２１から照射され、例えば手首などの人体を透過して、又は人体に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子２２としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。本実施形態では、受光素子２２として、フォトダイオードを用いた。受光素子２２は、信号処理ユニット３０に接続されており、受光素子２２で得られた検出信号（光電脈波信号）は信号処理ユニット３０に出力される。

　上述したように、第１心電電極１１、第２心電電極１２及び光電脈波センサ２０それぞれは、信号処理ユニット３０に接続されており、検出された心電信号、及び光電脈波信号が信号処理ユニット３０に入力される。

　信号処理ユニット３０は、入力された心電信号を処理して、心拍数や心拍間隔などを計測する。また、信号処理ユニット３０は、入力された光電脈波信号を処理して、脈拍数や脈拍間隔などを計測する。さらに、信号処理ユニット３０は、検出した心電信号（心電波）のＲ波ピークと光電脈波信号（もしくは加速度脈波信号）のピーク（立ち上がり点）との時間差から脈波伝播時間等を計測する（図３参照）。そして、信号処理ユニット３０は、計測した脈波伝播時間に基づいて、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する。また、信号処理ユニット３０は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定した場合に、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にする。

　そのため、信号処理ユニット３０は、増幅部３１１，３２１、第１信号処理部３１０、第２信号処理部３２０、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、及び脈波伝播時間計測部３３０、睡眠状態判定部３４０、及び、記録／通信部３５０を有している。また、上記第１信号処理部３１０は、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４を有している。一方、第２信号処理部３２０は、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有している。

　ここで、上述した各部の内、ディジタルフィルタ３１４，３２４、２階微分処理部３２５、ピーク検出部３１６，３２６、ピーク補正部３１８，３２８、脈波伝播時間計測部３３０、睡眠状態判定部３４０、及び、記録／通信部３５０は、演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。すなわち、ＲＯＭに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。

　増幅部３１１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、第１心電電極１１、第２心電電極１２により検出された心電信号を増幅する。増幅部３１１で増幅された心電信号は、第１信号処理部３１０に出力される。同様に、増幅部３２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号を増幅する。増幅部３２１で増幅された光電脈波信号は、第２信号処理部３２０に出力される。

　第１信号処理部３１０は、上述したように、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４を有しており、増幅部３１１で増幅された心電信号に対して、フィルタリング処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

　また、第２信号処理部３２０は、上述したように、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有しており、増幅部３２１で増幅された光電脈波信号に対して、フィルタリング処理及び２階微分処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

　アナログフィルタ３１２，３２２、及び、ディジタルフィルタ３１４，３２４は、心電信号、光電脈波信号を特徴づける周波数以外の成分（ノイズ）を除去し、Ｓ／Ｎを向上するためのフィルタリングを行う。より詳細には、心電信号は一般的に０．１～２００Ｈｚの周波数成分、光電脈波信号は０．１～数十Ｈｚ付近の周波数成分が支配的であるため、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のアナログフィルタ及びディジタルフィルタを用いてフィルタリング処理を施し、上記周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることによりＳ／Ｎを向上する。

　なお、拍動成分の抽出のみを目的とする場合（すなわち、心電波形等を取得する必要がない場合）には、ノイズ耐性を向上するために通過周波数範囲をより狭くして拍動成分以外の成分を遮断してもよい。また、アナログフィルタ３１２，３２２とディジタルフィルタ３１４，３２４は必ずしも両方備える必要はなく、アナログフィルタ３１２，３２２とディジタルフィルタ３１４，３２４のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。なお、アナログフィルタ３１２、ディジタルフィルタ３１４によりフィルタリング処理が施された心電信号は、ピーク検出部３１６へ出力される。同様に、アナログフィルタ３２２、ディジタルフィルタ３２４によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号は、２階微分処理部３２５へ出力される。

　２階微分処理部３２５は、光電脈波信号を２階微分することにより、２階微分脈波（加速度脈波）信号を取得する。取得された加速度脈波信号は、ピーク検出部３２６へ出力される。なお、光電脈波のピーク（立ち上がり点）は変化が明確でなく検出しにくいことがあるため、加速度脈波に変換してピーク検出を行うことが好ましいが、２階微分処理部３２５を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

　ピーク検出部３１６は、第１信号処理部３１０により信号処理が施された（拍動成分が抽出された）心電信号のピーク（Ｒ波）を検出する。

　一方、ピーク検出部３２６は、第２信号処理部３２０によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号（もしくは加速度脈波）のピーク（立ち上がり点）を検出する。すなわち、ピーク検出部３１６，３２６は、請求の範囲に記載のピーク検出手段として機能する。

　ピーク補正部３１８は、第１信号処理部３１０（アナログフィルタ３１２、ディジタルフィルタ３１４）における心電信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３１８は、求めた心電信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３１６により検出された心電信号のピークを補正する。同様に、ピーク補正部３２８は、第２信号処理部３２０（アナログフィルタ３２２、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５）における光電脈波信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３２８は、求めた光電脈波信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３２６により検出された光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークを補正する。補正後の心電信号のピーク、及び補正後の光電脈波（加速度脈波）のピークは、脈波伝播時間計測部３３０に出力される。なお、心電信号と光電脈波信号の遅延時間がほぼ同じとみなせる場合、ピーク補正部３１８を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

　脈波伝播時間計測部３３０は、ピーク補正部３１８により補正された心電信号のＲ波（ピーク）と、ピーク補正部３２８により補正された光電脈波信号（もしくは加速度脈波）のピーク（立ち上がり点）との間隔（時間差）から脈波伝播時間を求める。すなわち、脈波伝播時間計測部３３０は、請求の範囲に記載の脈波伝播時間演算手段として機能する。ここで、心電信号のＲ波（ピーク）と光電脈波信号（加速度脈波）のピークとの間隔から求められる脈波伝播時間を図３に示す。なお、図３では、心電信号の波形を細い実線で示すとともに、光電脈波信号を破線で示した。また、加速度脈波の波形を太い実線で示した。

　なお、脈波伝播時間計測部３３０は、脈波伝播時間に加えて、例えば、心電信号から心拍数、心拍間隔等も算出する。すなわち、脈波伝播時間計測部３３０は、請求の範囲に記載の心拍間隔算出手段としても機能する。同様に、脈波伝播時間計測部３３０は、光電脈波信号（加速度脈波）から脈拍数、脈拍間隔等も算出する。算出された脈波伝播時間、心拍数、心拍間隔、脈拍数、脈拍間隔、及び加速度脈波等の計測データは、睡眠状態判定部３４０および記録／通信部３５０に出力される。

　睡眠状態判定部３４０は、脈波伝播時間計測部３３０により求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する。すなわち、睡眠状態判定部３４０は、請求の範囲に記載の判定手段として機能する。ここで、上記所定のしきい値は、心拍間隔が長くなるにしたがって、小さくなるように設定されている（図４中の破線参照）。よって、睡眠状態判定部３４０は、脈波伝播時間が心拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合、すなわち、心拍間隔（ＲＲＩ）と脈波伝播時間との組み合せが睡眠に適した領域（図４中の破線の上側の領域）に入っていない場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する。

　ここで、図４は、脈波伝播時間と心拍間隔とにより定められる、睡眠に適している領域／睡眠に適していない領域の一例を示す図である。図４の横軸は心拍間隔（ｓｅｃ）であり、縦軸は脈波伝播時間（ｓｅｃ）である。脈波伝播時間は、自律神経のうち交感神経が活発（優位）になっているとき、例えば、緊張しているとき、身体に力が入っているとき、および血管が収縮して血行が悪い状態のときなど（すなわち身体が睡眠に適した状態になっていないとき）に短くなる傾向がある。また、心拍間隔の長さと眠気の強さには相関が見られる。よって、脈波伝播時間が短くかつ心拍間隔が短い状態（図４中の破線の下側の領域）は、睡眠に適していない状態であると判定される。逆に、脈波伝播時間が長くかつ心拍間隔が長い状態（図４中の破線の上側の領域）は、睡眠に適した状態であると判定される。

　図４中の２つの領域を画成する破線として示された上記所定のしきい値は、睡眠中における脈波伝播時間の最大値又は起床直前の脈波伝播時間を基準（判定基準値）として決定される。この判定基準値は、使用者の睡眠時の脈波伝播時間（測定値）に応じて随時更新されることが好ましい。ここで、脈波伝播時間は、起床後徐々に短くなって行き、図５に示されるように、睡眠によって回復する（長くなる）ため、睡眠中、特に起床直前に脈波伝播時間が最大となることが多い。そこで、脈波伝播時間を逐次計測し、今回計測値がそれまでの最大値を超えた場合に、最大値が更新される。そして、取得された脈波伝播時間の最大値（又は起床直前の脈波伝播時間）に応じて判定基準値が定められる。また、この判定基準値に対して心拍間隔に応じた傾斜が設けることにより、上述した図４中の破線で示された所定のしきい値が設定される。

　なお、睡眠状態判定部３４０では、心拍間隔に関係なく、脈波伝播時間が一定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定するようにしてもよい。その場合には、例えば、上記判定基準値（脈波伝播時間の最大値又は起床直前の脈波伝播時間）を所定のしきい値として用いることができる。

　前腕部加温部５１は、睡眠状態判定部３４０により、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、前腕部（前腕部の一部（例えば手首等）を含む。以下同様。）を温める（又は前腕部の保温効果を高める）ことにより、前腕部の温度を上げる。すなわち、前腕部加温部５１は、請求の範囲に記載の前腕部加温手段として機能する。

　より具体的には、前腕部加温部５１としては、例えば、加温機能を有するリストバンドや、ブレスレット、シャツ、寝巻などが用いられる。なお、本実施形態では、図２に示されるように、リストバンド形のものを用いた。前腕部加温部５１は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、前腕を温める（又は保温効果を高める）。その際に、前腕部加温部５１は、脈波伝播時間と上記所定のしきい値との偏差が大きくなるほど、前腕部の温度が高くなるように出力を調節する。一方、前腕部加温部５１は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていると判定されたときには、そのときの状態を保持するか、又は加温の程度を弱くする。

　前腕部加温部５１による加温方法としては、例えば、電気ヒータなどを利用する方法や、保温性の高い素材で形成した袖口部の締め付けを強くして保温性を高める方法などを挙げることができる。また、袖口部の締め付けの強さを可変する手法としては、例えば、エアポンプによるカフ圧の変化を利用するものでもよいし、機構的なものでもよい。なお、加温は、使用者が不快に感じないよう、温度調節に制限を設けたり、又は、温度センサを設けてフィードバックをかけるようにすることが好ましい。

　脚部加温部５２は、睡眠状態判定部３４０により、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、脚部（脚部の一部（例えば足首等）を含む。以下同様。）を温める（又は脚部の保温効果を高める）ことにより、脚部の温度を上げる。すなわち、脚部加温部５２は、請求の範囲に記載の脚部加温手段として機能する。

　より具体的には、脚部加温部５２としては、例えば、加温機能を有する靴下や、レッグウォーマー、寝巻などが用いられる。脚部加温部５２は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、脚部を温める（又は保温効果を高める）。その際に、脚部加温部５２は、脈波伝播時間と上記所定のしきい値との偏差が大きくなるほど、脚部の温度が高くなるように出力を調節する。一方、脚部加温部５２は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていると判定されたときには、そのときの状態を保持するか、又は加温の程度を弱くする。なお、脚部加温部５２による加温方法としては、上述した前腕部加温部５１と同様の手法を用いることができる。

　首周り冷却部５３は、睡眠状態判定部３４０により、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、首周りを冷やすことにより、首周りの温度を下げる。すなわち、首周り冷却部５３は、請求の範囲に記載の首周り冷却手段として機能する。

　より具体的には、首周り冷却部５３としては、例えば、冷却機能を備えるネックバンドや、シャツ、寝巻などが用いられる。首周り冷却部５３は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、首周りを冷やす（又は放熱効果を上げる）。その際に、首周り冷却部５３は、脈波伝播時間と上記所定のしきい値との偏差が大きくなるほど、首周りの温度が低くなるように出力を調節する。一方、首周り冷却部５３は、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていると判定されたときには、そのときの状態を保持するか、又は冷却の程度を弱くする。

　首周り冷却部５３による冷却方法としては、例えば、圧電ポンプを用いて空気を送る方法や、ペルチェ素子を用いる方法、首周りの締め付けを弱くして放熱性を高める方法などを挙げることができる。また、首周りの締め付けの強さを可変する手法としては、例えば、エアポンプによるカフ圧の変化を利用するものでもよいし、機構的なものでもよい。なお、冷却は、使用者が不快に感じないよう、温度調節に制限を設けたり、又は、温度センサを設けてフィードバックをかけるようにすることが好ましい。

　なお、上述した前腕部加温部５１、脚部加温部５２、及び首周り冷却部５３は、適宜組み合わせて用いてもよいし、それぞれ単独で使用してもよい。また、衣服形の睡眠支援装置１では、前腕部加温部５１、脚部加温部５２、及び首周り冷却部５３が衣服から取り外し可能とされていることが好ましい。

　次に、図６を参照しつつ、睡眠支援装置１の動作について説明する。図６は、睡眠支援装置１による睡眠支援処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示される処理は、主として信号処理ユニット３０によって実行される。

　ステップＳ１００では、一対の心電電極１１，１２により検出された心電信号（心電波形）、及び光電脈波センサ２０により検出された光電脈波信号（光電脈波波形）が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１００で読み込まれた心電信号、及び光電脈波信号に対してフィルタリング処理が施される。また、光電脈波信号が２階微分されることにより加速度脈波が取得される。

　次に、ステップＳ１０４では、心電信号、光電脈波信号（加速度脈波信号）のピークが検出される。

　続いて、ステップＳ１０６では、心電信号のＲ波ピーク及び光電脈波信号（加速度脈波）のピークそれぞれの遅延時間（ずれ量）が求められるとともに、求められた遅延時間に基づいて、心電信号のＲ波ピーク及び光電脈波信号（加速度脈波）のピークがそれぞれ補正される。なお、各ピークの補正方法は上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

　そして、ステップＳ１０８では、補正された光電脈波信号（加速度脈波）のピークと心電信号のＲ波ピークとの時間差から脈波伝播時間が算出される。また、心電信号から心拍間隔が取得される。

　次に、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８において算出された脈波伝播時間（今回計測値）が現在記憶されている判定基準値（脈波伝播時間の最大値）よりも大きい否かについての判断が行われる。ここで、脈波伝播時間（今回計測値）が現在記憶されている判定基準値よりも大きい場合には、ステップＳ１１２に処理が移行する。一方。脈波伝播時間（今回計測値）が現在記憶されている判定基準値以下のときには、ステップＳ１１４に処理が移行する。

　ステップＳ１１２では、判定基準値（脈波伝播時間の最大値）が更新される。すなわちステップＳ１０８で得られた脈波伝播時間（今回計測値）が新たな判定基準値として記憶される。また、新たな判定基準値に基づいて、睡眠に適した状態か否かを判定するための所定のしきい値（図４中の破線参照）も再設定される。その後、ステップＳ１１４に処理が移行する。

　ステップＳ１１４では、脈波伝播時間が心拍間隔に対応する所定のしきい値よりも長いか否か、すなわち、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否か（図４中の睡眠に適した領域内に入っているか否か）についての判断が行われる。ここで、脈波伝播時間が心拍間隔に対応する所定のしきい値よりも長い場合、すなわち、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっている場合には、ステップＳ１１８に処理が移行する。一方、脈波伝播時間が心拍間隔に対応する所定のしきい値以下のとき、すなわち、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態ではないときには、ステップＳ１１６に処理が移行する。

　ステップＳ１１６では、前腕部（例えば手首）が温められること（又は前腕部の保温効果が高められること）により、前腕部の温度が上げられる。同様に、脚部（例えば足首）が温められること（又は脚部の保温効果が高められること）により、脚部の温度が上げられる。さらに、首周りが冷やされることにより、首周りの温度が下げられる。そのため、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になる。その後、本処理から一旦抜ける。

　一方、ステップＳ１１８では、前腕部加温部５１、脚部加温部５２、及び首周り冷却部５３の稼働状態が変更されることなく維持され（又は稼働状態が緩和され）、使用者の身体の状態が、睡眠に適した状態に保持される。その後、本処理から一旦抜ける。

　以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、光電脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間が求められ、該脈波伝播時間が所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定される。よって、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能となる。

　特に、本実施形態によれば、身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定するためのしきい値が、心拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定される。すなわち、脈波伝搬時間と心拍間隔との組み合わせにより上記所定のしきい値（図４中の破線参照）が設定されるため、より的確に使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することが可能となる。

　本実施形態によれば、睡眠中における脈波伝播時間の最大値又は起床直前の脈波伝播時間（すなわち、日中の活動により低下していない脈波伝搬時間）に基づいて上記所定のしきい値が設定される。そのため、睡眠に適した状態になっているか否かを判定するためのしきい値を適切に設定することができる。

　本実施形態によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていない場合には前腕部（本実施形態では両手首）の温度が上げられる。よって、体幹部の温度を上げることなく前腕部のみを温めることができる。よって、前腕部が温められて手先の末梢の血管が拡張した状態にされるとともに体幹部の温度が低い状態、すなわち睡眠に適した状態にされる。そのため、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　また、本実施形態によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていない場合には、脚部の温度が上げられる。よって、体幹部の温度を上げることなく、脚部のみを温めることができる。よって、脚部が温められて足先の末梢の血管が拡張した状態にされるとともに体幹部の温度が低い状態、すなわち睡眠に適した状態にされる。そのため、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　さらに、本実施形態によれば、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、首周りの温度が下げられる。そのため、頭部への血流の温度が下がることにより、頭部の温度が下がり、睡眠に適した状態にされる。その結果、スムーズに睡眠（入眠）できるとともに深い睡眠を得ることが可能となる。

　（変形例）
　上述した実施形態では、心電信号と光電脈波信号を検出し、検出した心電信号のＲ波ピークと光電脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を計測し、計測した脈波伝播時間に基づいて使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定したが、身体の２ヶ所で光電脈波信号を検出し、検出した２つの光電脈波信号（第１の光電脈波信号、第２の光電脈波信号）それぞれのピーク時間差から脈波伝播時間を計測し、計測した脈波伝播時間に基づいて使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する構成とすることもできる。

　そこで、次に、図７を用いて、変形例に係る睡眠支援装置１Ｂの構成について説明する。ここでは、上述した実施形態に係る睡眠支援装置１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図７は、変形例に係る睡眠支援装置１Ｂの構成を示すブロック図である。なお、図７において睡眠支援装置１と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

　睡眠支援装置１Ｂは、心電信号を検出するための一対の心電電極（第１心電電極１１、第２心電電極１２）に代えて、光電脈波信号を検出するための光電脈波センサ２０Ｂ（請求の範囲に記載の第２脈波センサに相当）を備えている点、および、検出された心電信号と光電脈波信号から脈波伝播時間等を計測して身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する信号処理ユニット３０に代えて、検出された第１の光電脈波信号と第２の光電脈波信号とから脈波伝播時間を計測して身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定する信号処理ユニット３０Ｂを備えている点で上述した睡眠支援装置１と異なっている。

　また、信号処理ユニット３０Ｂは、上述した増幅部３１１、アナログフィルタ３１２、Ａ／Ｄコンバータ３１３、ディジタルフィルタ３１４、ピーク検出部３１６、ピーク補正部３１８、および脈波伝播時間計測部３３０に代えて、増幅部３２１Ｂ、アナログフィルタ３２２Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ３２３Ｂ、ディジタルフィルタ３２４Ｂ、２階微分処理部３２５Ｂ、ピーク検出部３２６Ｂ、ピーク補正部３２８Ｂ、および脈波伝播時間計測部３３０Ｂを有している点で上述した信号処理ユニット３０と異なっている。その他の構成は、上述した睡眠支援装置１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

　ここで、光電脈波センサ２０Ｂは、上述した光電脈波センサ２０（請求の範囲に記載の第１脈波センサに相当）と同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、光電脈波センサ２０および光電脈波センサ２０Ｂそれぞれは、例えば、首と手首、上腕と手首、手首と指、大腿と足首などに配置することが好ましい。

　また、増幅部３２１Ｂ、アナログフィルタ３２２Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ３２３Ｂ、ディジタルフィルタ３２４Ｂ、２階微分処理部３２５Ｂ、ピーク検出部３２６Ｂ、およびピーク補正部３２８Ｂは、上述した増幅部３２１、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５、ピーク検出部３２６、およびピーク補正部３２８と同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、第１の光電脈波信号と第２の光電脈波信号の遅延時間がほぼ同じとみなせる場合、ピーク補正部３２８及び３２８Ｂを設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

　脈波伝播時間計測部３３０Ｂは、ピーク検出部３２６により検出されてピーク補正部３２８により補正された第１の光電脈波信号のピークと、ピーク検出部３２６Ｂにより検出されてピーク補正部３２８Ｂにより補正された第２の光電脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める。すなわち、脈波伝播時間計測部３３０Ｂは、請求の範囲に記載の脈波伝播時間演算手段として機能する。

　なお、脈波伝播時間計測部３３０Ｂは、脈波伝播時間に加えて、光電脈波信号から脈拍数、脈拍間隔等も算出する。すなわち、脈波伝播時間計測部３３０Ｂは、請求の範囲に記載の脈拍間隔算出手段としても機能する。算出された脈波伝播時間、脈拍数、脈拍間隔、及び加速度脈波等の計測データは、睡眠状態判定部３４０および記録／通信部３５０に出力される。

　睡眠状態判定部３４０は、脈波伝播時間計測部３３０Ｂにより求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する。ここで、所定のしきい値は、脈拍間隔が長くなるにしたがって、小さくなるように設定されている。よって、睡眠状態判定部３４０は、脈波伝播時間が脈拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合、すなわち、脈拍間隔と脈波伝播時間との組み合せが睡眠に適した領域に入っていない場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する。なお、睡眠状態判定部３４０では、脈拍間隔に関係なく、脈波伝播時間が一定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定するようにしてもよい。

　本変形例によれば、第１の光電脈波信号のピークと第２の光電脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間が求められ、該脈波伝播時間が所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定される。よって、使用者の身体の状態が睡眠に適した状態であるか否かを判定することができ、使用者の身体の状態を睡眠に適した状態にすることが可能となる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、脈波信号を取得するために光電脈波センサを用いたが、光電脈波センサに代えて、例えば、圧電脈波センサ等の他の脈波センサを用いてもよい。

　また、脈波伝播時間、心拍間隔、脈拍間隔、測定時間、及び、睡眠状態の判定結果等のデータを記録／通信部３５０に保存しておき、日々の変動履歴として読み出せるようにしてもよい。なお、これらのデータは、装置内に保存することに代えて、スマートフォンなどの外部機器に、記録／通信部３５０を介して無線で送信するようにしてもよい。また、データの測定中は記録／通信部３５０に保存し、測定終了後に自動で外部機器に接続してデータを送信する構成としてもよい。

　１，１Ｂ　睡眠支援装置
　１１　第１心電電極
　１２　第２心電電極
　１５　配線ケーブル
　２０，２０Ｂ　光電脈波センサ
　２１，２１Ｂ　発光素子
　２２，２２Ｂ　受光素子
　３０，３０Ｂ　信号処理ユニット
　３１０　第１信号処理部
　３２０，３２０Ｂ　第２信号処理部
　３１１，３２１，３２１Ｂ　増幅部
　３１２，３２２，３２２Ｂ　アナログフィルタ
　３１３，３２３，３２３Ｂ　Ａ／Ｄコンバータ
　３１４，３２４，３２４Ｂ　ディジタルフィルタ
　３２５，３２５Ｂ　２階微分処理部
　３１６，３２６，３２６Ｂ　ピーク検出部
　３１８，３２８，３２８Ｂ　ピーク補正部
　３３０，３３０Ｂ　脈波伝播時間計測部
　３４０　睡眠状態判定部
　５１　前腕部加温部
　５２　脚部加温部
　５３　首周り冷却部

Claims

　心電信号を検出する一対の心電電極と、
　脈波信号を検出する脈波センサと、
　前記一対の心電電極により検出された心電信号、及び、前記脈波センサにより検出された脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出手段と、
　前記ピーク検出手段により検出された脈波信号のピークと心電信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間演算手段と、
　前記脈波伝播時間演算手段により求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する判定手段と、を備えることを特徴とする睡眠支援装置。
　前記一対の心電電極により検出された心電信号から心拍間隔を求める心拍間隔算出手段を備え、
　前記所定のしきい値は、心拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定されており、
　前記判定手段は、前記脈波伝播時間が、前記心拍間隔算出手段により求められた心拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定することを特徴とする請求項１に記載の睡眠支援装置。
　前記所定のしきい値は、睡眠中における脈波伝播時間の最大値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の睡眠支援装置。
　前記脈波センサは、発光素子と受光素子とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の睡眠支援装置。
　脈波信号を検出する第１脈波センサおよび第２脈波センサと、
　前記第１脈波センサにより検出された第１の脈波信号、及び、前記第２脈波センサにより検出された第２の脈波信号それぞれのピークを検出するピーク検出手段と、
　前記ピーク検出手段により検出された第１の脈波信号のピークと第２の脈波信号のピークとの時間差から脈波伝播時間を求める脈波伝播時間演算手段と、
　前記脈波伝播時間演算手段により求められた脈波伝播時間が、所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定する判定手段と、を備えることを特徴とする睡眠支援装置。
　前記第１の脈波信号又は前記第２の脈波信号から脈拍間隔を求める脈拍間隔算出手段を備え、
　前記所定のしきい値は、脈拍間隔が長くなるにしたがって小さくなるように設定されており、
　前記判定手段は、前記脈波伝播時間が、前記脈拍間隔算出手段により求められた脈拍間隔に対応する所定のしきい値以下の場合に、睡眠に適した状態になっていないと判定することを特徴とする請求項５に記載の睡眠支援装置。
　前記所定のしきい値は、睡眠中における脈波伝播時間の最大値に基づいて設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の睡眠支援装置。
　前記第１脈波センサおよび第２脈波センサそれぞれは、発光素子と受光素子とを有し、光電脈波信号を検出する光電脈波センサであることを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の睡眠支援装置。
　前記判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、前腕部の温度を上げる前腕部加温手段をさらに備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の睡眠支援装置。
　前記判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、脚部の温度を上げる脚部加温手段をさらに備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の睡眠支援装置。
　前記判定手段により睡眠に適した状態になっていないと判定された場合に、首周りの温度を下げる首周り冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の睡眠支援装置。