(57)【要約】【課題】非接触人感センサーにより広範囲な位置で就眠する被観察者をペットなどのノイズと区別し、緊急事態を判定できる睡眠見守りシステムを提供する。【解決手段】非接触人感センサーと情報処理機能による被監視者の睡眠状態を見守るシステムにおいて、被監視者の人体動作を非接触人感センサーで検知して二値信号化する動作検知部と、前記二値信号と感知時間を記録するデータ記録部と、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度と高周波成分強度を算出して比較することで睡眠状態と覚醒状態を分別する睡眠判定部と、該睡眠判定の結果を監視者へ連絡する通信部を備えていることを特徴とする睡眠見守りシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触人感センサーと情報処理機能による被監視者の睡眠状態を見守るシステムにおいて、
被監視者の人体動作を非接触人感センサーで検知して二値信号化する動作検知部と、前記二値信号と感知時間を記録するデータ記録部と、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度と高周波成分強度を算出して比較することで睡眠状態と覚醒状態を分別する睡眠判定部と、該睡眠判定の結果を監視者へ連絡する通信部を備えていることを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項２】
請求項１の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際にＷＬがＷＨを越えたときを「就寝状態」、超えないときを「覚醒状態」として少なくとも１つに判定をおこなうことを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項３】
請求項１の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際にＷＬがＷＨを越えたときを「就寝状態」、超えないときを「覚醒状態」とし、さらに「就寝状態」からＷＨが０に変化したときを「緊急状態」、「覚醒状態」からＷＨが０に変化したときを「不在状態」として少なくとも１つに判定をおこなうことを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項４】
請求項１〜３の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該定期時間を５〜３０分間と設定することを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項５】
請求項１〜４の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該所定時間として６０〜９０分間と設定することを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項６】
請求項１〜５の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該算出方法として、短時間離散フーリエ変換の一部、あるいはウェーブレット変換の一部を用いることを特徴とする睡眠見守りシステム。
【請求項７】
請求項１〜６の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該比較方法として周期４５分間以上９０分間に相当する波強度に１〜２０の値を乗じた値をＷＨとし、３０分間より短時間に相当する波の強度の和をＷＬとして比較することを特徴とする睡眠見守りシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被監視者の体動を非接触人感センサーで検知した二値信号と時間を記録し、情報処理を通じて被監視者の睡眠状態を判定する睡眠見守りシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高齢化社会における社会的問題の１つとして、高齢者の健康と安全を見守ることが要請されている。その中にあって、病弱な高齢者については、病院などの集中治療室で体温や脳波、脈拍、カメラなどにより詳細な健康状態の見守りができる。一方で健常な高齢者については、もし家族と同居する場合には家族による見守りが期待できるものの、核家族化のため単独世帯で暮らす高齢者について見守る方法が未確立である。
【０００３】
単独世帯で暮らす高齢者の数は、集中治療で扱われる人数より多いため病院が全ての単独世帯の高齢者を見守ることは不可能である。また、健康状態を見守るための測定機器などの設置等についても機器のコスト面や測定装着などの技術面で難点がある。
【０００４】
そこで健常な高齢者を見守るための様々な情報技術が提案されている。特許文献１では無線ペンダントやセキュリティーカメラなどを用いた事例が紹介されている。しかし、セキュリティカメラではプライバシを侵害する恐れがあることや無線ペンダントではいたずらなどで機能しなくなることが指摘されている。これを解決する方法として通信機能を持つ電子ポットや水道利用を検知して定期的に記録送信する見守る方法などがすでに実用化されている。このような従来技術では、監視者が起きて活動することを前提としており、高齢者の夜間の様子、例えば睡眠不全や緊急状態（心不全など）を見守りその健康維持に役立たせ、その生活不安を解消する技術は従来なかった。
【０００５】
睡眠中の状態を見守る方法として、特許文献２にあるような拘束型センサー（身体に装着することを前提とするセンサー）により、夜間の睡眠状態を見守るシステムの構成により、心拍数、呼吸数から睡眠深度まで推定することは可能かもしれない。しかし、そのためには高齢者が一人で機器を装着し、また睡眠中にもセンサーを取り外さないことや、センサー装着により、かえって睡眠を妨害してしまうという問題が新たに生じてしまう。
【０００６】
そのため睡眠中の状態を見守る方法として、非拘束型センサーが好ましい。そこで非拘束型センサーを利用する睡眠モニター装置として例えば特許文献３では呼吸音を集音して、集音レベル（寝息、いびき、爆音など）から睡眠状態を測定する技術が開示された。また、別に特許文献３では電波の反射波から微小な体動を検知して呼吸・心拍まで観測する方法を開示している。
【０００７】
これらの開示技術は、被監視者が固定の位置で睡眠をとり、また被監視者以外に検知される対象がないことが前提となる。しかし、日常生活において室外では、車や電子音など、また室内においては電子機器やペットなど、被監視者以外で音や電波反射の測定に不都合な雑音因子が存在する。そのため、精度の高い測定は不可能であった。さらに、これらの難点をもつため、被観察者が就寝中に体調の急変があっても、それを判定する手段は提供されなかった。
【特許文献１】特許公開平１０−２４８０９３
【特許文献２】特許公開２００４−８９２６７
【特許文献３】特許公開２００６−１６７４２７
【特許文献４】特許公開２００６−８７８５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
単独世帯の高齢者の日常の生活において、寝る場所を固定することは難しく、また犬などのペットが徘徊し扇風機やエアコンなどの電子機器が稼動している。そのため前述したような従来の睡眠見守り技術では、睡眠を見守ることができない。より広範囲で睡眠を見守り、かつ、ノイズ因子を排除する監視方法が求められるという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被監視者が寝具ではなく寝室内程度の広範囲において就眠しても見守ることができ、かつ、ペット等のノイズ因子があっても高い精度で、さらに、被観察者が就寝中に体調の急変があって場合を判定する睡眠モニターシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、非接触人感センサーと情報処理機能による被監視者の睡眠状態を見守るシステムにおいて、被監視者の人体動作を非接触人感センサーで検知して二値信号化する動作検知部と、前記二値信号と感知時間を記録するデータ記録部と、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度と高周波成分強度を算出して比較することで睡眠状態と覚醒状態を分別する睡眠判定部と、該睡眠判定の結果を監視者へ連絡する通信部を備えていることにより、就眠位置が広範囲であっても検知し、ペットなどのノイズ因子の影響による高周波成分を見極めて精度良く睡眠時間やその質を見守るという目的を達成する。
【００１１】
また本発明は、前項の睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際にＷＬがＷＨを越えたときを「就寝状態」、超えないときを「覚醒状態」として少なくとも１つに判定をおこなうことにより、より確実な就眠時間を検知することができる。
【００１２】
また本発明は、前項の睡眠判定部として、さらに定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際にＷＬがＷＨを越えたときを「就寝状態」、超えないときを「覚醒状態」とし、さらに「就寝状態」からＷＨが０に変化したときを「緊急状態」、「覚醒状態」からＷＨが０に変化したときを「不在状態」として少なくとも１つに判定をおこなうことにより、緊急事態と日常状態の差異を検知することができる。
【００１３】
また、本発明は、睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該定期時間を５〜３０分間と設定することにより、より５〜３０分という詳細な時間毎の就眠状態を検知することができる。
【００１４】
また、本発明は、睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該所定時間として６０〜９０分間と設定することにより、睡眠周期６０〜９０分間前後の健常な睡眠についての検知ができる。
【００１５】
また、本発明は、睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該算出方法として、短時間離散フーリエ変換の一部、あるいはウェーブレット変換の一部を用いることにより、低周波成分が強くなる睡眠状態を精度よく検知することができる。
【００１６】
また、本発明は、睡眠判定部として、定期的に所定時間分の該データ記録部のデータから低周波成分強度ＷＬと高周波成分の強度ＷＨを算出して比較する際に、該比較方法として周期４５分間以上９０分間に相当する波強度に１〜２０の値を乗じた値をＷＨとし、３０分間より短時間に相当する波の強度の和をＷＬとして比較することにより、自動的に就眠の有無を検知することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上記述したように、本発明の睡眠モニターシステムは、寝室程度の広さ内において就眠する場所を限定することなく、また、ペットや電子機器等のノイズによる検知誤差を受けることがない、単独世帯における健常な高齢者の日常の生活における睡眠状態を精度よく、短時間毎に検知することができ、さらに自動的に緊急事態の判定をおこなうことができる効果を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１９】
なお、本発明はこの実施の形態に何等限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲においては種々なる形態で実施しえることは、いうまでもない。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の睡眠モニター装置の概容を図１に示す。被監視者Ｔが、ペットであるノイズ因子ＮＳとともに寝室Ｒの任意の位置に置かれた寝具Ｂの上で就眠している状況は、非接触人感センサーＳによって検知され二値信号データとして破線で示した配線を通じてモニター機器ＳＭに時間毎に送られる。モニター機器ＳＭでは、データと時間が記録されており、定期的に所定時間分のデータが睡眠判定され、状況に応じて通信装置ＳＣを経由して監視者に情報が送信される仕組みを持っている。非接触人感センサーとして赤外線非接触人感センサーや超音波差動センサーなどを使用することができる。
【００２１】
図２は、モニター機器ＳＭの内部構成を説明する図である。非接触人感センサーＳは、時間内ＴＳにおいて動きを感知すると１、感知しない場合は０という二値信号をデータとしてデータ記録装置ＳＴに送る。データ記録装置ＳＴは、時間ＴＳ毎のデータと時間情報を図３のような形式で永続的に記録し続けている。図３で、各行の第１項目は、二値信号の値１あるいは０を示しており、第２項目は時間が記録されている。
【００２２】
睡眠判定装置ＳＤは、図４に示す処理機能ＳＤＦをもち、該データ処理は、定時間ＴＳＦ毎に時間幅ＴＷ分のデータＤ１をデータ記録装置ＳＴから手段ＳＤ１により取り出し、手段ＳＤ２により周波数成分毎の強度を低周波数成分の強度ＷＬ、高周波数成分の強度ＷＨとして算出し、手段ＳＤ３によりＷＨとＷＬを比較し、ＷＨが大きい場合はＳＤ４の「睡眠状態」を判定し、ＷＬが大きいときはＳＤ５の「覚醒状態」をそれぞれ判定するものである。これらの判定結果は、暫時、図１に示した通信装置ＳＣを通じて監視者へ送信される構成をもっている。
【００２３】
被監視者Ｔの就眠あるいは起床に係る行動は、まず室外から寝室Ｒ内に入り、その後任意の位置にある寝具Ｂ上に横たわり、睡眠状態ＳＬに入り、その後覚醒状態ＷＫに移り、寝具Ｂから寝室Ｒ内を徘徊、あるいは室外へと移動する。室外に移動した場合には、ＷＨ、ＷＬはともに０となる。そこで、本発明では、さらにＳＤ３の時間遷移を調べることで「異常事態」を判定する。すなわち、本発明では、ＳＤ４のまま次の時間でＷＨ＝ＷＬ＝０となった場合には、睡眠中に体動が０となっていることを示し「異常事態」と判定するものである。
【００２４】
ここで、周波数分析のための時間範囲ＴＷは、本発明では、ＴＷ＝６０〜９０分とすることで睡眠周期９０分前後をより正確に捉えることができる。また、周波数分析の定時間ＴＳＦは、より頻繁に実施するほど精度が高い。しかし、短すぎるとノイズの影響を受ける。そこで本発明では、５分以下のノイズを無視するためＴＳＦ５〜３０分間を最適な時間間隔としている。本実施例ではサンプリング時間ＴＳは、１分としている。
【００２５】
本発明の睡眠判定処理ＳＤＦの周期算出手段ＳＤ２では、周期毎の強度を分析し、その結果から低周波の強度ＷＨと高周波の強度ＷＬを算出する。これらのＷＨとＷＬを以下の式で評価し、式１（ＷＨ＞ＷＬ）が真であれば「睡眠状態」、偽のときを「覚醒状態」として判定するものである。この判定手段ＳＤ３により覚醒出力ＳＤ４あるいは睡眠出力ＳＤ５の判定をおこなう。
【００２６】
ここで、周期毎の強度算出手段ＳＤ２は、本発明に従って次のようにして実装する。
【００２７】
説明を容易にするため、図３の信号Ｄ１と時間のデータを時間ｔと信号Ｘ（ｔ）として図５のグラフで示す。サンプリング時間ＴＳは、非接触人感センサーが感知する時間範囲であり、本実施例では１分間である。
【００２８】
本発明では、取り込んだ時間ＴＷ分の記録データに対して図６に示した短時間離散フーリエ変換により周波数成分の低周波強度ＷＬや高周波強度ＷＨの算出を実装する。
【００２９】
図６の式は、サンプリング時間ＴＳを基本単位として時間ｔを表す。またＮは所定時間ＴＷに相当する基本単位数、すなわちＴＷ＝Ｎ×ＴＳである。ｋは、周期Ｔｋをもつ波を表すパラメータで、時間範囲ＴＷとは、Ｔｋ＝ＴＷ／ｋの関係をもつ。
【００３０】
本発明の周波数成分の強度の算出において、短時間離散フーリエ変換を用いる理由は、２つある。まず第１の理由は、ＴＷの時間範囲で周期ＴＷまでの波の成分が精度よく分析できる点である。また、時間範囲をＴＳＦだけずらすことで、時間ＴＳＦ毎の周波数成分の強度の変移を検知できるためである。なお、本発明の周波数成分の強度計算法として、これと同様な効果をもつウェブレット変換法でもよい。
【００３１】
図６の式で、Ｙ（ｋ）は、波ｋの複素振幅である。波ｋの強度はＹ（ｋ）の絶対値から算出することができる。短時間離散フーリエ変換により波ｋの強度Ｗ（ｋ）を様々なｋについてプロットした例を図７に示す。なお図７において、横軸をｋ、縦軸を強度Ｗ（ｋ）とした。
【００３２】
本発明における強度算出法の有効性を具体的に示す例として、波の強度計算手段ＳＤ２により４５分周期の二値信号Ｄ１を分析した結果について、入力データＤ１を図８、分析結果を図９として示す。図９では、時間間隔ＴＷを９０分間とした。また、周期が無限となるＷ（０）については除いている。図９によれば、ｋ＝２すなわち、周期Ｔｋ＝ＴＷ／ｋ＝９０／２＝４５分、すなわち４５分周期に相当する波の強度Ｗ（２）が２８．６と最大値を持っている。このことから、二値データＤ１が周波数４５分の周期を持つことが抽出できることがわかる。
【００３３】
睡眠に関する文献の多くで見られるように睡眠周期はおよそ９０分程度といわれている。そこで本発明では、Ｔｋ＝９０分の周囲（６０〜９０分）の睡眠の周期の強度を睡眠状態の判定に利用している。
【００３４】
周期の強度は、センサーの感度により過剰に強く出る可能性がある。そこで、本発明では睡眠周期に相当する低周期の波の強度ＷＬについて、周期無限の波の強度Ｗ（０）により規格化して評価する。すなわち、ｋ＞３となる波の強度の和をＷ（０）で規格化した値をＷＨとして、式１が真となる場合に「睡眠状態」として判定する。
【００３５】
定期的に睡眠判定手段ＳＤ２を実施すれば、図１０に示すようなＷＨ、ＷＬの時間変異が得られ、睡眠状態を時系列で調べることができる。なお図１０において、実線がＷＬ、破線がＷＨである。
【００３６】
通常の睡眠前後では、「覚醒」から「睡眠」、あるいは「睡眠」から「覚醒」となるはずである。また、「無動作」は寝室などの非接触人感センサーの検知範囲外あるいはまったく動作しない状況であるから、本発明では、「覚醒」から「無動作」であれば、「寝室外へ出た」ということが判別できる。また、「睡眠」から「無動作」の場合は、重大な問題が生じたことを意味するため「緊急事態」であることが判明できる。
【００３７】
本実施例の最後に、我々の実地実験で得られたＤ１の記録データのグラフを図１１に示す。図１２は、α＝５として計算されたＷＬ（実線）とＷＨ(破線)をプロットしたものを示す。図１２に見られる小刻みな高周波数の波の強度が低周波数の波の強度を下回っている部分と、被験者が睡眠をとった時間がほぼ一致していることがわかっている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
一人暮らしの老人や身体障害者等の安否をモニターする本睡眠モニター装置は、高齢化が予想される社会において、監視対象者のプライバシーを侵害することなく、より柔軟にかつ快適な監視環境を提供するという技術として不可欠であり、利用可能性は高く産業上利用可能と見込まれる。 
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の睡眠モニター装置の概略図。
【図２】本発明の睡眠モニター装置の構成図。
【図３】本発明の装置ＳＴ１の二値信号Ｄ１データ例。
【図４】本発明の睡眠判定装置ＳＤの処理フローＳＤＦ図。
【図５】本発明の二値信号Ｄ１の時間経緯グラフ。
【図６】本発明の短時間離散フーリエ変換式。
【図７】本発明の周期別の強度のグラフ。
【図８】４５分周期の二値信号Ｄ１のグラフ。
【図９】４５分周期の二値信号Ｄ１の周期別の強度のグラフ。
【図１０】ＷＬとＷＨの時間経緯の模式図。
【図１１】実験データで得た二値信号Ｄ１の時間経緯グラフ。
【図１２】実験データで得たＷＬ、ＷＨの時間推移グラフ。
【符号の説明】
【００４０】
Ｔ    被監視者
Ｓ    非接触人感センサー
ＳＭ  モニター機器
ＳＣ  通信機器
ＮＳ  ノイズ源
Ｒ    寝室
ＳＣ  通信装置
Ｄ１  動作二値信号
ＳＴ  記録装置
ＳＤ  睡眠判定装置
【図１】
2008242687.tif 000003
【図２】
2008242687.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008242687.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008242687.tif 000008
【図７】
2008242687.tif 000009
【図８】
2008242687.tif 000010
【図９】
2008242687.tif 000011
【図１０】
2008242687.tif 000012
【図１１】
2008242687.tif 000013
【図１２】
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