(57)【要約】  閉ループフィードバック制御システムを介して、睡眠者の要求に適合し得る環境制御されたベッドが、提供される。本ベッドは、熱電エネルギー源と、睡眠者の生理的温度を監視するように構成されたセンサと、熱電エネルギー源を介してベッドの温度を調節する制御システムとを含む。制御システムは、センサからのデータを利用して、睡眠者の最適な熱要求を判定することができる。制御システムは、自然概日温度周期等の少なくとも１つの既定の睡眠因子に基づいて、睡眠周期の間のベッドの温度を変化させることもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境制御されたベッドであって、
第１の熱エネルギー源と、
前記第１の熱エネルギー源を介して、前記ベッドの温度を調節する制御システムと、を備え、
前記制御システムが、少なくとも１つの既定の睡眠因子に基づいて、前記使用者の睡眠周期の間に前記温度を変化させる、環境制御されたベッド。
【請求項２】
使用者の生理的温度を監視するように構成されたセンサを更に備え、前記制御システムが、前記センサからのデータを利用する、請求項１に記載のベッド。
【請求項３】
前記制御システムが、閉ループフィードバックシステムである、請求項１又は２に記載のベッド。
【請求項４】
前記睡眠因子が、温度変化の自然概日周期、現地時間、及び前記使用者の現在の体温のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項５】
少なくとも前記使用者の心拍数、身体の動き、発汗、血圧、又は熱状態を監視するように構成された第２のセンサを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項６】
前記第１の熱エネルギー源が、前記ベッド寝床面の異なる領域に向けられた空気流を分けるように、冷却及び加温を同時に提供する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項７】
前記ベッドの少なくとも一部分の前記温度を低下させるように構成された冷却源を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項８】
前記ベッド上に設置された第２の熱エネルギー源を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項９】
前記制御システムが、前記ベッド上に設置された物品の少なくとも一部分の加熱を介して前記温度を変化させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のベッド。
【請求項１０】
前記物品が、枕及び加熱パッドのうちの１つである、請求項９に記載のベッド。
【請求項１１】
複数の区域を有するベッドの環境を制御するためのシステムであって、
エネルギー源と、
前記エネルギー源を介して前記ベッドの各区域の温度を調節することができる制御システムと、を備える、システム。
【請求項１２】
使用者の生理的温度を監視するように構成されたセンサを更に備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数のセンサであって、各々が異なる位置で前記使用者の生理的温度を監視するように構成された、複数のセンサを更に備える、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ベッドの少なくとも１つの区域の前記温度を低下させるように構成された冷却源を更に備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
加熱及び冷却が、前記ベッドの異なる区域に同時に適用され得る、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御システムが、前記使用者の特定の要求に合うように個別化され得る、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記エネルギー源が、前記ベッド上に設置される、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
ベッドの温度を制御するための方法であって、
エネルギー源を提供することと、
制御システムを介して使用者の温度データを監視することと、
前記使用者に合わせて個別化された目標温度と比較した前記使用者の温度データに基づいて、前記エネルギー源を介して前記ベッドの前記温度を変更することと、を含む、方法。
【請求項１９】
前記使用者の前記温度を監視することが、少なくとも１つの無毛皮膚部位上、及び任意選択的に少なくとも１つの非無毛皮膚部位上にセンサを置くことを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記使用者の心拍数、身体の動き、及び発汗のうちの少なくとも１つを監視することを更に含む、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記使用者に合わせて個別化された理想的温度が、温度変化の自然概日周期を表すデータに基づく、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記使用者に合わせて個別化された前記理想的温度が、
前記使用者からの要望に基づく、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記エネルギー源が、前記ベッド上に提供される、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（政府支援）
本発明は、全米科学財団によって与えられた助成金番号ＣＢＥＴ１２５０６５９の下、政府支援でなされた。政府は、本発明において、ある特定の権利を有する。
【０００２】
（優先権）
本出願は、２０１４年９月１０日出願の米国出願第６２／０４８，５２８号に対する優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
睡眠中のヒトの快適性の重要な側面は、熱快適性である。身体活動の機能レベル、又は新陳代謝率、及びその人が着ている衣類の断熱特性に応じて熱快適性を生じさせる気温及び湿度を判定するための実験的ツールが開発されている。他の研究は、ヒト温度調節系が睡眠と同様に概日周期で働き、温度調節系が睡眠開始、継続、及び完了プロセスの駆り立てに機能的に関与することを、記述している。
【０００４】
例えば、１日を通して、典型的な人は、夕刻最高になる比較的高い身体中核温度を経験する。身体中核温度が低下するに従い、睡眠開始が起こる。身体中核温度は、夜を通して低下し続ける。朝起きる前に、このプロセスは逆転し、温度が上昇し始め、睡眠の完了を促進する。身体中核温度変化を引き起こす熱伝達の大半は、無毛皮膚を通して起こり、無毛皮膚は、ヒトにおいて、手の指及び足の指の腹部分、手の掌側面、足の裏、並びに他の領域に見られる皮膚等の、生まれつき無毛である皮膚である。
【０００５】
一般に「遠位血流」と称される、手及び足の無毛皮膚における動静脈吻合（「ＡＶＡ」）への血流の調節は、良質な睡眠が起こるかどうかを決定するのに、重要な役割を果たす。例えば、温かい足と関連する血管拡張ＡＶＡが、睡眠の迅速な開始を促進することが示されているのに対し、血管収縮ＡＶＡは、睡眠開始の遅延を引き起こす。無毛皮膚におけるＡＶＡは、身体中核と環境との間の主要熱伝達入口として機能する。
【０００６】
近年、ベッド及びマットレス製造業者は、ますます睡眠の質における体温調節の影響に気づいてきている。例えば、記憶発泡体マットレスは、高断熱性であることが広く知られ、睡眠者の睡眠周期の途中での過熱をもたらし、その後、より高い身体中核温度に関連した睡眠困難を引き起こす。この欠点は、克服することが困難であり、一部の製造業者は、基材温度を上昇させるよりもむしろ、融解によって体温を保存するために、マットレスの上層に相変化ペレットを埋め込む等の、消極的な解決策に頼っている。
【０００７】
熱調整の現在の方法は、特定の欠点を有する。例えば、気温によって熱調節に影響を与えることは、非常に非効率的であり、一般に効果がない。上述の相変化ペレット等の消極的解決策は、温度調整に役に立たなくなる前に熱を吸収する能力が限定されている。更に、これらの方法のいずれも、睡眠周期の間の異なる時点での、睡眠者の変化する温度を考慮に入れていない。結果として、理想的温度は、睡眠周期の間のある時点で達成できても、睡眠者の温度は、睡眠者が眠り続けられないような程度にまで、変化し得る。現在のシステム及び方法は、この種類の状況において、睡眠者に適合することができない。更に、現在のシステムは、例えば、睡眠の間に起こる概日温度周期に基づいて、温度を変化させることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
結果として、使用者の環境制御された睡眠環境を管理し得るシステム及び／又は方法に、異なる必要性が存在する。具体的には、睡眠者の温度を監視し、睡眠にとって最も有益な様式で適切に反応することができるシステム及び／又は方法の必要性が存在する。更に、エネルギー使用を低減するために、環境制御された睡眠環境を管理するための、エネルギー効率の良い手段に必要性が存在する。個人の睡眠快適性要求と一致する個人化した局所的熱環境を生成するための、睡眠者からの閉ループ生理学的フィードバックの統合は、睡眠研究の分野における大きな進歩を示す。
【０００９】
他のシステム、方法、特徴、及び／又は利点は、以下の図面及び発明を実施するための形態を考察すると、当業者には明らかであるか、又は明らかになり得る。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、及び／又は利点は、この説明内に含まれ、付属の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【００１０】
以下の発明を実施するための形態は、本発明の複数の実施形態のうちの１つ以上が示される添付の図面と併せて読まれたとき、よりよく理解されるであろう。しかしながら、本発明の様々な実施形態が、図面に示される正確な配置及び手段に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】複数の環境区域を有する環境制御されたベッドの例示的実施形態である。
【図２】睡眠の姿勢にある睡眠者の例示的実施形態である。
【図３】制御システムの例示的実施形態である。
【図４】冷却及び／又は加温空気を提供する熱電エネルギー源の例示的実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
睡眠者の要求に適合し得る環境制御されたベッドが提供される。本ベッドは、熱電エネルギー源と、睡眠者の生理的温度を監視するように構成されたセンサと、熱電エネルギー源を介してベッドの温度を調節する制御システムとを含む。制御システムは、睡眠者の最適な熱要求を判定するために、センサからのデータを利用することができる。制御システムは、自然概日温度周期等の少なくとも１つの既定の睡眠因子に基づいて、睡眠周期の間のベッドの温度を変化させることもできる。
【００１３】
図１は、環境制御されたベッドの例示的実施形態を示す。ベッド１００は、複数の環境区域を有するとして示される。例えば、側部環境区域１１０は、ベッド１００の側部に沿って配置される。足部環境区域１２０は、ベッド１００の足の端に向かって配置される。中央環境区域１３０は、ベッド１００の中心に配置される。最後に、頸椎環境区域１４０は、ベッドの頭の近くに配置される。一例示的実施形態において、側部環境区域１１０、足部環境区域１２０、及び頸椎環境区域１４０は、加温区域として使用される。この例示的実施形態において、中央環境区域１３０は、冷却区域として使用される。
【００１４】
ある例示的実施形態において、区域は、これらの区域に加温又は冷却を提供するために、熱電エネルギー源（示さず）を介して加温又は冷却されてもよい。加温又は冷却は、例えば、空気流、他の種類の流体流、又は電気抵抗を介して、を含む、任意の数の手段で提供されてもよい。熱電エネルギー源は、異なる区域に加温及び冷却能力を同時に提供するために使用されてもよい。あるいは、複数の熱電エネルギー源が、加温及び冷却それぞれのための専用エネルギー源を有するために、実装されてもよい。
【００１５】
上記の例において、側部環境区域１１０、足部環境区域１２０、及び頸椎環境区域１４０が、加温区域と指定される一方で、中央区域１３０は、冷却区域と指定される。この例示的設定は、例えば、血流を促進するために、身体の四肢及び頸椎を加温することにより、身体全体にわたって血流を増加させるのに有用であり得る。血流の増加は、血流の増加が睡眠者からベッドへの熱伝達の増加につながるため、中央区域１３０からの冷却を促進する。
【００１６】
他の例示的実施形態において、より多くの区域又はより少ない区域が、ベッド１００によって利用されてもよい。更に、各区域が、冷却又は加温区域として指定されてもよい。いくつかの実施形態において、各区域の温度は、使用者の要求によって変更されてもよい。例えば、使用者が、最初にベッド１００上に乗ったとき、過度に冷たい場合、区域の全てが、区域の加温機能をオンにしてもよい。使用者の温度が上昇するに従い、区域の温度は、適切に調節されてもよい。
【００１７】
使用者の監視は、様々な手段で行なわれてもよい。図２は、睡眠の姿勢にある使用者２１０の例示的実施形態を示す。使用者は、服を完全に着ていると描写されているが、当然のことながら、使用者２１０は、恐らく、適切な睡眠の服装を着用している。ある例示的実施形態において、使用者２１０は、第１のセンサ２２０を装着している。第１のセンサ２２０は、使用者２１０の腕に取り付けられていると示されているが、センサは、任意の他の好適な位置に置かれていてもよい。センサ２２０は、例えば、温度、心拍数、血圧、及び運動を含む、様々な生理学的特性を測定してもよい。センサ２２０は、リストバンド、前腕バンド等のデバイス内へ組み込まれてもよい。
【００１８】
図２は、追加のセンサも開示する。例えば、脚センサ２３０は、足首近くで使用者に取り付けられて示される。脚センサ２３０は、脚センサ２３０が非無毛皮膚に接触し、そのような種類の皮膚のための温度測定を提供するように、ふくらはぎ又は足首上に置かれてもよい。追加のセンサが、無毛皮膚への血流レベル、及び特に、概日周期に関連する温度調節機能の状態の現れと解釈され得る、使用者の無毛皮膚と非無毛皮膚との間の温度比較を提供するために、無毛皮膚上に配置されてもよい。例えば、無毛センサ２４０は、手又は足上に置かれて、これらの位置の無毛皮膚の温度を測定してもよい。更に、指クリップ酸素濃度計が、例えば、使用者の指上で使用するためのセンサ２４０内に、組み込まれてもよい。追加のセンサが、使用者の身体の他の位置に組み込まれてもよい。
【００１９】
図２は、枕２６０も描写する。いくつかの実施形態において、枕２６０は、加温又は冷却エネルギーのいずれかを提供するエネルギー源として機能することができる。枕２６０は、枕の形態で示される一方で、加熱／冷却毛布若しくはパッド、又はベッドの寝床面上に置くことができる任意の他の種類の物質又は物品の形態もとってもよい。枕２６０は、環境区域に配置され得るか、環境区域を含み得るが、ベッドの特定の位置である必要はなく、むしろ、枕２６０は、睡眠者との何らかの種類の熱力学的相互作用を提供する、ベッドの任意の領域に配置されてもよい。例えば、枕２６０は、睡眠者の横に、睡眠者の側部及び／又は腕に隣接して、置かれてもよい。
【００２０】
上述の様々なセンサは、制御システムと直接、又は無線で接続され得る。図３は、制御装置３５０及び熱電制御装置３６０を含む制御システム３００を開示する。ある例示的実施形態において、制御システム３００は、全ての利用可能なセンサからの入力を受信し、どの区域を加熱／冷却するかを判定し、特定の加熱及び／又は冷却動作を行うように熱電エネルギー源に命令することを担当する。図３の例示的実施形態において、制御装置３５０は、電源入力３１０、温度入力３２０、及び非温度生理学的入力３３０を受信するように構成される。電源入力３１０は、例えば、ベッドの近くの電源出力に接続するコネクタを含んでもよい。温度入力３２０は、使用者の無毛皮膚及び／又は非無毛皮膚上の任意の温度センサを含む。非温度生理学的入力３３０には、心拍数、血圧、酸素レベル等の測定値が含まれ得る。他の生理学的入力も、設計の中に組み込まれてもよい。図３に示される特定の数の入力ポートは、制限することを意図せず、任意の数のセンサが使用されてもよい。
【００２１】
ある例示的実施形態において、制御装置３５０は、様々な入力を受信し、論理プロセッサ３４０を介して、ベッド１００の様々な区域をどのようにして加熱及び／又は冷却するかを判定する。例えば、論理プロセッサ３４０は、既定の睡眠因子を使用して使用者から集められた情報に基づいて、睡眠開始を判定する能力があってもよい。既定の睡眠因子は、使用者の睡眠に関連する任意の因子を含む。例としては、温度変化の概日周期、日中若しくは夜の時刻、無毛皮膚若しくは非無毛皮膚部位上の使用者の温度、使用者の心拍数、血圧、又は血中酸素レベル等が挙げられる。論理プロセッサ３４０は、温度変化の自然概日周期に関するデータを授けられ得る。そのデータを使用して、及びそのデータを使用者から測定されたデータと比較して、論理プロセッサ３４０は、使用者の睡眠を促進する適切な方法を判定することができる。睡眠を促進する方法の判定後、論理プロセッサ３４０は、制御装置３５０に、電気的インターフェース３７０を介して熱電制御装置３６０に命令を通信させる。熱電制御装置３６０は、所望により加熱又は冷却を提供する熱電デバイス自体に、命令を中継し得る。制御装置３５０は、睡眠中の睡眠者について、及び分析のために後程回復させてもよい情報を保持するための、データロギング又はデータ記録機能も備えていてもよい。
【００２２】
別の実施形態において、制御システム３００は、使用者から直接入力を受信し得る。例えば、使用者が眠るには寒すぎると感じる場合、使用者は、制御システム３００にこれを指示することができ、制御システム３００は、既定のプログラムされた応答に基づいて、適切な対策を講じる。制御システム３００は、使用者からの入力を他の因子を組み合わせて、ベッドを加熱及び／又は冷却する最適な方法を判定してもよい。
【００２３】
図４は、上述の例示的実施形態、及び他の実施形態における使用のための熱電デバイス４００を開示する。熱電デバイス４００は、ベッドの異なる領域に加温及び／又は冷却能力を提供し得る。ある例示的実施形態において、熱電デバイス４００は、エネルギー源４１０を含む。エネルギー源４１０は、流体を加熱又は冷却するために、例えば、電気的エネルギーを使用してもよい。図４が、エネルギー源４１０を加熱及び冷却サービスの両方を提供する単一のデバイスと示す一方で、エネルギー源４１０は、代替的には、加熱及び冷却それぞれを担当する２つのデバイスを備えてもよい。一実施形態において、エネルギー源４１０は、ベッドの異なる位置を同時に加温及び冷却するために、冷却した流体と併せて、流体を冷却することによって生じた熱を使用する。
【００２４】
ある例示的実施形態において、エネルギー源４１０は、ベッドの様々な領域に加熱した流体又は冷却した流体を運ぶパイプに、動作可能に接続され得る。図４の実施形態において、低温側空気ダクト４２０及び高温側空気ダクト４３０が描写される。低温側空気ダクト４２０は、冷却空気流４４０が低温側空気ダクト４２０を通って向けられるように、エネルギー源４１０に取り付けられる。冷却空気流４４０は、使用者の要求に応じて、ベッドの複数の異なる区域に向けられてもよい。高温側空気ダクト４３０は、加温空気流４５０が高温側空気ダクト４３０を通って向けられるように、エネルギー源４１０に取り付けられる。加温空気流４５０は、使用者の要求に応じて、ベッドの複数の異なる区域に向けられてもよい。冷却空気流４４０及び加温空気流４５０は、ベッドの異なる領域に同時に送られてもよい。
【００２５】
特定の実施形態が、前述の発明を実施するための形態で詳細に説明され、付属の図面で例示される一方で、これらの詳細への様々な変更及び代替品が、本開示の教示全体及びその広い発明概念の観点から発展され得ることが、当業者によって理解されよう。したがって、本開示の範囲は、本明細書に開示される特定の例及び実装例に限定されないが、添付の特許請求、並びにそのいずか及び全ての同等物によって定義される、その趣旨及び範囲内の変更を含むことを意図することが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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