(57)【要約】【目的】横臥した被験者の身体の下に生体信号検出手段を配置して生体信号を検出し、検出された生体信号から心拍信号を抽出してその心拍信号の強度を演算し、得られた心拍強度信号のばらつきから睡眠評価の指標とすることを特徴とする睡眠の質評価装置。【解決手段】被験者から心拍信号を検出する心拍信号検出手段と、検出された心拍信号から心拍強度信号を算出する心拍強度算出手段と、算出した心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値を算出する心拍強度分散値算出手段と、  就寝中の上記心拍強度分散値の平均値とその分散値とから睡眠の質を評価する睡眠評価手段とを備えることを特徴とする睡眠の質評価装置。  上記睡眠評価手段は、上記心拍強度分散値の平均値とその分散値の二乗和、あるいは二乗和の平方根を睡眠評価の指標とすることを特徴とする睡眠の質評価装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者から心拍信号を検出する心拍信号検出手段と、
検出された心拍信号から心拍強度信号を算出する心拍強度算出手段と、
算出した心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値を算出する心拍強度分散値算出手段と、
就寝中の上記心拍強度分散値の平均値とその分散値とから睡眠の質を評価する睡眠評価手段と
を備えることを特徴とする睡眠の質評価装置。
【請求項２】
上記睡眠評価手段は、上記心拍強度分散値の平均値とその分散値との和を睡眠評価の指標とすることを特徴とする請求項１記載の睡眠の質評価装置。
【請求項３】
上記睡眠評価手段は、上記心拍強度分散値の平均値とその分散値の二乗和、あるいは二乗和の平方根を睡眠評価の指標とすることを特徴とする請求項１記載の睡眠の質評価装置。
【請求項４】
前記心拍信号検出手段は、被験者の身体の下に配置した生体信号検出手段で生体信号を検出し、検出された生体信号から心拍信号を抽出することを特徴とする請求項１に記載の睡眠の質評価装置。
【請求項５】
前記生体信号検出手段は、微差圧センサと生体信号検出部とからなり、生体信号検出部の内部に収容されている空気の圧力変化を微差圧センサでもって検出することにより生体信号を検出することを特徴とする請求項４に記載の睡眠の質評価装置。
【請求項６】
前記心拍信号検出手段は、手首あるいは上腕部に装着する脈派計あるいは血圧計であることを特徴とする請求項１に記載の睡眠の質評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、健康管理の上で重要な要件である睡眠について分析し、その睡眠の質を評価する睡眠の質評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  社会が複雑化・高度化するにつれて、その状況に対応しようとすることにより起きるストレスで不眠症が激増している。現状では不眠症及び不眠の傾向が顕著な者は国民の約２０〜３０％といわれており、社会構造の変化および経済活動における競争激化の影響で２４時間就業による交代勤務などのストレスを受けやすい勤務態勢が増加し、睡眠に起因する身体的および心的不調はますます増加すると考えられる。【０００３】  睡眠は健康のバロメータであると言われ、快適な睡眠により気分のよい目覚めができれば、目覚めた際に颯爽とした気分となり健康を実感することは、日常において多く経験する。一方不眠症や不眠傾向にある場合、あるいは深夜労働などのために昼夜の生活が逆転した睡眠を強いられる場合などでは、その目覚めの後の気分は芳しくないことが多い。即ち意識するか、無意識であるかに拘わらず、睡眠の状態がその後の覚醒時の気分や行動に影響を及ぼし、引いては覚醒後の活動の質を定めることになる。【０００４】  睡眠は我々の身体活動および心的活動に重要な影響を及ぼす要素であり、良好な睡眠を取ることができれば身体的および心的に健康的な日常活動が保証されると言ってよい。快適な睡眠をとることができれば、心的には安定した状態となり、また精神的に安定していれば、快適な睡眠をとることができる。即ち、被験者の睡眠時の生体信号情報から睡眠の質を知ることが出来れば、快適な睡眠であるか否か、即ち睡眠感を把握することが可能となり、さらに精神的な面での健康度、言い換えれば心的健康度を把握することができると考えられる。【０００５】  従来の睡眠の質を把握する方法としては、レム睡眠およびノンレム睡眠などの睡眠段階の推移を把握し、その推移および出現具合などから睡眠の質を判定する方法が一般的である。例えば、ＰＳＧ法によって睡眠段階の推移を記録し、その結果から睡眠段階のうち深い睡眠段階（ノンレム睡眠の第３および第４段階）が出現する割合を算出し、十分な睡眠がとれているかを判定するものである。【０００６】  若年および壮年の被験者の場合には、上記の評価基準で睡眠の質を実用上差し支えのない範囲で評価できる。一方、高齢者などの年齢の被験者によっては睡眠段階のうち深い睡眠段階（ノンレム睡眠の第３および第４段階）が出現しない場合があっても睡眠後の当人の印象は快適な眠りであったと感ずることがあり、上述のような睡眠段階のうち深い睡眠段階（ノンレム睡眠の第３および第４段階）が出現する割合から判断することができない事例も存在する。このように睡眠段階を用いて睡眠の質を判定しようとすると、被験者の体感と合致しない場合が多いという問題がある。【０００７】  また、就寝中の睡眠段階の推移および出現具合から睡眠の質を判定する場合、睡眠段階を把握するためには複雑な処理が必要であるという問題がある。特にＰＳＧ法により被験者の睡眠感を求めようとする方法では、被験者の頭部に電極と装着して測定データを採取する必要があり日常的に使用することは困難であり、さらに測定に使用する機器が高価であることから、被験者が病院生活あるいは在宅にて恒常的に使用するには実用的でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上述したように、睡眠段階の推移および出現具合を測定することにより睡眠の質を把握する方法は、被験者の体感と合致しない場合が多いという問題がある。また、睡眠段階を把握するためには複雑な処理が必要であり、恒常的に在宅時に使用するのは困難であり、実用的でない。【０００９】  本発明は上記問題点を鑑み、就寝中の睡眠の質を睡眠段階の検出をせずに容易に把握することが可能であるとともに、被験者に身体的および心的な負担をかけることなく、日常的に使用することが可能な実用的な睡眠の質を評価する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記目的を達成するために、本発明の第１の解決手段の睡眠の質評価装置は、被験者から心拍信号を検出する心拍信号検出手段と、検出された心拍信号から心拍強度信号を算出する心拍強度算出手段と、算出した心拍強度信号の一定時間内のデータの分散値を算出する心拍強度分散値算出手段と、就寝中の上記心拍強度分散値の平均値とその分散値とから睡眠の質を評価する睡眠評価手段とを備えることを特徴とする。【００１１】  上記の第１の解決手段によれば、本発明の睡眠の質評価装置は、心拍信号検出手段と、心拍強度算出手段と、心拍強度分散値算出手段と、睡眠評価手段とを備えており、心拍強度分散値の平均値とその分散値とから睡眠の質を評価することができるので、わざわざ睡眠段階を検出するなどの複雑な処理工程を必要とせず、容易に睡眠の質を把握し評価することができる。【００１２】  第２の解決手段は、第１の解決手段の睡眠の質評価装置であって、上記睡眠評価手段は、上記心拍強度分散値の平均値とその分散値との和を睡眠評価の指標とすることを特徴とする。【００１３】  第３の解決手段は、第１の解決手段の睡眠の質評価装置であって、上記睡眠評価手段は、上記心拍強度分散値の平均値とその分散値の二乗和、あるいは二乗和の平方根を睡眠評価の指標とすることを特徴とする。【００１４】  第４の解決手段は、第１の解決手段の睡眠の質評価装置であって、前記心拍信号検出手段は、被験者の身体の下に配置した生体信号検出手段で生体信号を検出し、検出された生体信号から心拍信号を抽出することを特徴とする。【００１５】  第５の解決手段は、第４の解決手段の睡眠の質評価装置であって、前記生体信号検出手段は、微差圧センサと生体信号検出部とからなり、生体信号検出部の内部に収容されている空気の圧力変化を微差圧センサでもって検出することにより生体信号を検出することを特徴とする。【００１６】  第６の解決手段は、第１の解決手段の睡眠の質評価装置であって、前記心拍信号検出手段は、手首あるいは上腕部に装着する脈派計あるいは血圧計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】  上述したように本発明の睡眠の質評価装置は、心拍強度算出手段により心拍信号の心拍強度を算出し、一定時間内の心拍強度信号の分散値を計算し、その分散値の就寝中の平均値と分散値をもって、睡眠の質を評価するものであり、わざわざ睡眠段階を検出するなどの複雑な処理工程を必要とせず、容易に睡眠の質を評価することを可能にしている。【００１８】  また、心拍信号検出手段として、被験者を拘束することのない生体信号検出手段を用いれば、被験者に身体的および心的な負担をかけることなく交換神経系の活動を把握することが可能となるので、通常の生活を送りながら睡眠の質を把握し評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１９】  図をもって本発明の方法および装置について詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。【００２０】  図１は、本発明の睡眠の質評価装置の実施例の構成および工程を示すブロック図であり、図１（ｂ）は、矢視方向から見た一部断面図である。図１に示す生体信号検出手段１は、被験者を拘束することなく被験者の微細な生体信号を検出する検出手段であり、信号増幅整形手段２により、信号を後の処理工程で処理できるように生体検出手段１で検出された信号を増幅し、呼吸などの不要な信号をバンドパスフィルターなどにより除去する。【００２１】  生体信号検出手段１は圧力センサ１ａと圧力検出チューブ１ｂとからなり、被験者を拘束しない生体信号の検出手段を構成している。圧力センサ１ａは、微小な圧力の変動を検出するセンサであり、本実施例では、低周波用のコンデンサマイクロホンタイプを使用するが、これに限るものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジを有するものであればよい。【００２２】  本実施例で使用した低周波用のコンデンサマイクロフォンは、一般の音響用マイクロフォンが低周波領域に対して配慮されていないのに引き替え、受圧面の後方にチャンバーを設けることによって低周波領域の特性を大幅に向上させたものであり、圧力検出チューブ１ｂ内の微小圧力変動を検出するのに好適なものである。また、微小な差圧を計測するのに優れており、０．２Ｐａの分解能と約５０Ｐａのダイナミックレンジを有し、通常使用されるセラミックを利用した微差圧センサと比較して数倍の性能を持つものであり、生体信号が体表面に通して圧力検出チューブ１ｂに加えた微小な圧力を検出するのに好適なものである。また周波数特性は０．１Ｈｚ〜２０Ｈｚの間でほぼ平坦な出力値を示し、心拍および呼吸数等の微少な生体信号を検出するのに適している。【００２３】  圧力検出チューブ１ｂは、生体信号の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度の弾力を有するものを使用する。また圧力変化を適切な応答速度で微差圧センサ１ａに伝達するために圧力検出チューブ１ｂの中空部の容積を適切に選ぶ必要がある。圧力検出チューブ１ｂが適度な弾性と中空部容積を同時に満足できない場合には、圧力検出チューブ１ｂの中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。【００２４】  圧力検出チューブ１ｂは寝台７上に敷かれた硬質シート８の上に配置され、その上に弾性を有するクッションシート９が敷かれており、その上には被験者が横臥する。なお、圧力検出チューブ１ｂは、クッションシート９などに組み込んだ構成にすることにより、圧力検出チューブ１ｂの位置を安定させる構造としてもよい。なおここでは、布団などの寝具については図示しない。【００２５】  本実施例では、２組の生体信号検出手段１が設けられており、一方が被験者の胸部の部位の生体信号を検出し、他方が被験者の臀部の部位を検出することで、被験者の就寝の姿勢に関わらず生体信号を安定して検出するように構成されているが、胸部の部位または臀部の部位の一方のみ圧力検出チューブ１ａを配置する構成としてもよい。【００２６】  生体信号検出手段１に��って検出された生体信号は、人の身体から発する様々な振動が混ざりあった信号であり，その中に心拍信号を始めとして呼吸信号や寝返り等の信号が含まれている。生体信号検出手段１によって検出された生体信号を信号増幅整形手段２により増幅し、さらに明らかに異常なレベルの信号を除去するなどして適切な信号整形処理を行う。【００２７】  信号増幅整形手段２の出力信号には、心拍、呼吸、体動などの生体の発する様々な信号が含まれており、心拍信号検出手段３において、バンドパスフィルターを用いて心拍信号を検出する。【００２８】  心拍強度信号検出手段４は、自動利得制御手段４１と信号強度演算手段４２とから構成される。自動利得制御手段４１は、心拍信号検出手段３の出力を所定の信号レベルの範囲に入るように自動的にゲイン制御を行ういわゆるＡＧＣ回路であり、この際のゲインの値（係数）を信号強度演算手段４２に出力する。ゲイン制御は、例えば信号のピーク値が上限閾値を超えた場合に出力信号の振幅が小さくなるようにゲインを設定し、ピーク値が下限閾値を下回った場合に振幅が大きくなるようにゲインを設定している。【００２９】  信号強度演算手段４２は、自動利得制御手段４１において生体信号に対して施したゲイン制御の係数から信号の強度を演算する。上述のＡＧＣ回路から得られるゲインの値は信号の大きさが大なるときには小さく、また信号の大きさが小なるときは大きく設定されるように信号強度を示す関数を設定するのがよい。【００３０】  睡眠指標値評価手段５は、心拍強度分散算出手段５１と睡眠指標値演算手段５２とからなり、心拍強度の分散値の値から睡眠の質を評価する指標値を算出する手段である。心拍強度分散算出手段５１において心拍強度信号検出手段４で得られた心拍強度の６０秒間のデータの分散値（標準偏差）を算出する。心拍強度のデータは１秒ごとに測定されており、その時点からさかのぼること６０秒間のデータ、即ち６０個の心拍強度データの分散値を求める。この結果心拍強度のばらつき（分散値）の１秒間隔の時系列データが得られる。ここで、分散値とは、所謂統計学上の分散を示すものであり、分散の替わりに標準偏差を用いてもよい。【００３１】  続いて睡眠指標値演算手段５２において、心拍強度分散算出手段５１で求めたデータの分散値の就寝中の全データについてその平均値と分散値を求め、この心拍強度分散値の平均値と分散値とを用いて、睡眠の質を示す指標値を算出し、睡眠の質を評価する。その結果はデータ記憶・出力手段６に出力することにより図示しないモニター装置に表示あるいは印刷装置に印刷する。【００３２】  上述の実施例では、生体信号検出手段として中空のチューブを用いた例で説明したが、図２に示すエアマットを検出手段として用いることも可能である。ここでは、生体信号検出手段１０ａは内部に空気を封入したエアマットであり、その一端にエアチューブ１０ｂが接続され、微差圧センサ１０ｃに接続される。微差圧センサ１０ｃは、図１に示す中空のチューブを用いた生体信号検出手段の場合で説明したものと同じセンサ、即ち微差圧センサ１ａを用いることができる。【００３３】  次に睡眠の質を評価する手順について図１、図３および図４を用いて説明する。生体検出手段１で検出された生体信号から信号増幅整形手段２において信号の増幅および整形を行い、次いで心拍信号検出手段３において呼吸などの不要な信号をバンドパスフィルターなどにより除去することにより心拍信号が検出される。検出された心拍信号は図３に示すように心拍強度信号検出手段４において自動利得制御手段（ＡＧＣ）４１でもって心拍信号のゲインを制御することによりピーク値が制御され、心拍強度演算手段４２でおいてこのピーク値を用いて心拍信号強度が算出される。自動利得制御手段（ＡＧＣ）４１を用いることにより心拍強度信号の異常値が排除されることにより、データ処理の信頼性が向上する効果がある。【００３４】  睡眠指標値評価手段５の心拍強度分散値演算手段５１は、図３のフロー図に示すように心拍強度信号検出手段４で算出された心拍強度信号について、各々の時点からさかのぼること６０秒間の心拍強度データの分散値（標準偏差）を算出する。就寝中の被験者の心拍強度の分散値（標準偏差）の値を連続して表示したのが図４である。図４は即ち心拍強度の標準偏差の時系列データを示しており、ここで図４の心拍強度の標準偏差の単位は、想定される最大の心拍強度の標準偏差を基準とする百分率である。【００３５】  心拍強度の分散値（標準偏差）の変動傾向は、自律神経系の交感神経系の推移と高い相関関係のあることを本発明人は実験により確認している。自律神経系の活動の推移はとりも直さず就寝中の睡眠の状態の推移を反映するものであるので、心拍強度の分散値の推移は睡眠の状態の推移を反映すると言う事ができる。そこで、心拍強度の分散値（標準偏差）の示す値が低く、かつその変動幅が小さい場合にリラックスした睡眠であると判断し、心拍強度の分散値のレベルおよびその変動を睡眠の質の判断指標とするものである。【００３６】  睡眠指標値演算手段５２において、図４に示される就寝中の全データの平均値と分散値を求める。この２つのパラメータを用いて睡眠の質を示す指標値、睡眠指標値を演算する。この値が小さいほど睡眠の質は良好と判定できる。【００３７】  睡眠の質を示す指標値Ｐを次式により求める。
【数１】
2008080071.tif 000003
ここでＰは、睡眠の質を示す指標値、Ａ０は心拍強度分散値の就寝中全期間における平均値、Ｓは心拍強度分散値の就寝中全期間における標準偏差（分散値）である。睡眠の質を示す指標値Ｐは小さいほど、良好な睡眠であることを示している。睡眠の質を示す指標値Ｐが小となる条件は、心拍強度の分散値の就寝中全体の平均値Ａ０および心拍強度の分散値の就寝中全体の標準偏差Ｓが小さくなることが条件である。【００３８】  睡眠の質を示す指標値Ｐが小さい値であるならば、心拍強度の分散値、即ち心拍強度のばらつきが就寝中の全時間で小さいか、あるいは心拍強度のばらつきの変動が就寝中の円時間に亙って小さいか、あるいは両方とも小さい場合が考えられる。このことから、心拍強度がばらつきが安定して小さい場合には、睡眠の質を示す指標値Ｐが小さく、安定した睡眠、言い換えれば快適な睡眠であると判定することができる。【００３９】    睡眠の質を示す指標値Ｐを求めるのは上に掲げた式に限るものではなく、心拍強度のばらつきが小さくかつ安定していることを示すものであればよい。因みに次式を睡眠の質を示す指標値Ｐを求めるのに用いてもよい。
【数２】
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ここでＰは、睡眠の質を示す指標値、Ａ０は心拍強度分散値の就寝中全期間における平均値、Ｓは心拍強度分散値の就寝中全期間における標準偏差（分散値）である。【００４０】  本実施例の説明では、心拍信号を検出する方法として、被験者の身体の下に敷いた生体信号検出手段で得られた生体信号から心拍信号を抽出する方法を示した。本実施例を構成する上記の生体信号検出手段は、被験者の身体を拘束する装着物およびこれらの装着物に接続される信号用コードなどが不要であり、被験者の睡眠を妨げることがない。また、タイマーなどの機能を装置に持たせることにより、電源を入れるなどの操作が不要であり、被験者が何ら操作することなく、被験者の生体信号を取得することができる。【００４１】  しかし心拍信号を検出する方法は本実施例で説明した構成に限るものではなく、継続的に心拍信号あるいは心拍の信号と同等の信号が得られる検出手段であれば使用することが可能である。例えば身体に装着するタイプの心拍計、脈派計あるいは脈拍計であってデータを連続的に記録することが可能であれば本発明の生体信号検出手段として使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  本発明の睡眠の質評価装置は、被験者の心拍信号強度を求め、その強度のばらつき（分散）から睡眠の質の指標値を求める方法であり、わざわざ睡眠段階を求めるなどの複雑な処理工程が不要なために、睡眠の質を把握し評価する上で簡便な構成で精度の高い装置を実現するものである。【００４３】  また、被験者を拘束することなく、あるいは比較的軽い負担で睡眠の質を把握することを可能にする装置であるので、日常生活において無理なく使用することを可能にしており、その結果、従来学術的な分野あるいは医療の分野でしか使用されていなかった睡眠の質を把握し評価することを日常的に行うことを実現可能にするものであり、総合的な健康管理に役立てることが期待されること大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の睡眠の質評価装置における睡眠の質の指標値を求める工程を示すブロック図である。
【図２】別の生体信号検出手段を示す平面図である。
【図３】睡眠の質を評価する指標値を算出する手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の睡眠の質評価装置による心拍強度の分散値の時系列データを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】  １  生体信号検出手段（圧力検出手段）
１ａ  微差圧センサ
１ｂ  圧力検出チューブ
２  信号増幅整形手段
３  心拍信号検出手段
４  心拍強度信号検出手段
５  睡眠指標値評価手段
６  データ記憶・出力手段
７  寝台
８  硬質シート
９  クッションシート
１０  生体検出手段（圧力検出手段）
１０ａ  圧力検出手段（エアーマット）
１０ｂ  エアチューブ
１０ｃ  微差圧センサ
４１  自動利得制御（ＡＧＣ）手段
４２  信号強度演算手段
５１  心拍強度分散算出手段
５２  睡眠指標値演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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